半田付方法
【課題】電子部品実装において工程簡略化を可能とするとともに接合不良を防止することができる半田付け方法を提供することを目的とする。
【解決手段】半田バンプ７が形成された電子部品６を、予め電極１２ａを覆って樹脂１７が塗布された基板１２に搭載して半田バンプ７を電極１２ａに半田付けし樹脂１７によって電子部品６と基板１２との間を樹脂封止する電子部品実装において、半田濡れ性の良好な金属粉１６を含んだフラックス１０の薄膜にバンプ７を押しつけ、バンプ７の下端部の表面に酸化膜７ａを突き破って金属粉１６を食い込ませておき、この状態のバンプ７を樹脂１７が塗布された基板１２に搭載する。これにより、同一工程においてバンプ７が溶融した溶融半田を金属粉１６の表面を伝って濡れ拡がらせて電極１２ａに到達させるとともに、樹脂１７を硬化させることができる。
【解決手段】半田バンプ７が形成された電子部品６を、予め電極１２ａを覆って樹脂１７が塗布された基板１２に搭載して半田バンプ７を電極１２ａに半田付けし樹脂１７によって電子部品６と基板１２との間を樹脂封止する電子部品実装において、半田濡れ性の良好な金属粉１６を含んだフラックス１０の薄膜にバンプ７を押しつけ、バンプ７の下端部の表面に酸化膜７ａを突き破って金属粉１６を食い込ませておき、この状態のバンプ７を樹脂１７が塗布された基板１２に搭載する。これにより、同一工程においてバンプ７が溶融した溶融半田を金属粉１６の表面を伝って濡れ拡がらせて電極１２ａに到達させるとともに、樹脂１７を硬化させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を基板に半田付けする半田付方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を基板に実装する方法として、半田接合による方法が広く用いられている。実装される電子部品がファインピッチ部品である場合など、半田接合量が少なく接合強度が不十分である場合には、電子部品を補強樹脂によって基板に固着して半田接合部を補強することが行われる。この実装方法において、電子部品の搭載に先立って基板の実装位置に予め熱硬化性樹脂より成る補強樹脂を塗布しておき、補強樹脂の上から電子部品を搭載するいわゆる「樹脂先塗り」が採用される場合がある。この方法によれば、リフロー工程において半田接合とともに補強樹脂の硬化を同一工程で行え、工程簡略化が可能となるという利点がある。
【０００３】
このような「樹脂先塗り」の用途に使用される補強樹脂として、リフロー過程でのセルフアライメント特性、すなわち加熱により溶融した半田が基板の電極上で濡れ拡がる際に、溶融半田の表面張力により電子部品の端子やバンプが電極の位置にならう特性を備えた樹脂接着剤が知られている。このようなセルフアライメント型の補強樹脂として、従来より、半田の溶融温度よりも高い熱硬化温度を有する熱硬化性樹脂に、酸化膜除去のための活性成分を混合したものが用いられている。このような組成の補強樹脂を用いることにより、リフロー過程での半田溶融時において接合部分の酸化膜を除去して接合性を向上させるとともに、半田溶融時に樹脂は流動性を保っていることから、溶融半田の流動が妨げられることなく良好なセルフアライメント効果が確保される。
【特許文献１】特開平７−１３１１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらセルフアライメント型の補強樹脂には、リフロー工程での半田接合過程における温度管理が難しく、適用対象によっては正常な半田接合結果を得ることが困難であるという問題があった。すなわち上述の特許文献に示すような補強樹脂を用いる場合には、樹脂の熱硬化温度と半田溶融温度との関連で設定された温度条件に従って電子部品を加熱する必要があるが、多数の半田バンプが形成された大型部品を対象とする場合には、リフロー時において電子部品の各部を所要の温度条件に規定される均一な温度分布で加熱することが難しい。このため電子部品の全範囲において良好なセルフアライメント性が確保されず、接合不良を招く場合があった。この問題は、リフロー過程における半田溶融温度と許容最高加熱温度との幅が狭い鉛フリー半田を用いる場合に特に顕著であった。
【０００５】
そこで本発明は、上述の諸課題を解消し電子部品実装において工程簡略化を可能とするとともに接合不良を防止することができる半田付け方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半田付方法は、半田バンプが形成された電子部品を基板に搭載してリフローすることにより、前記半田バンプを溶融させて前記基板の電極に半田付けする半田付け方法であって、平坦面を有するステージ上に金属粉を含んだフラックスを薄膜状に拡げる薄膜形成工程と、前記半田バンプを前記平坦面上の薄膜が形成された部分に押しつけることにより半田バンプの表面に前記金属粉を食い込ませる金属粉食込工程と、樹脂を前記基板に前記電極を覆って塗布する樹脂塗布工程と、前記金属粉が食い込んだ状態の半田バンプを前記基板に搭載して前記樹脂で覆われた電極に半田バンプを接触させる搭載工程と、加熱
により前記半田バンプが溶融した溶融半田をこの半田バンプに食い込んだ状態で前記電極に移載された金属粉の表面を伝って濡れ拡がらせるとともに前記樹脂の硬化を促進させる半田溶融工程とを含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、金属粉が食い込んだ状態の半田バンプを、予め樹脂が先塗りされた基板の電極に位置合わせして搭載し、加熱により半田バンプが溶融した溶融半田をこの半田バンプに食い込んだ金属粉の表面を伝って濡れ拡がらせることにより、電子部品実装工程を簡略化することができるとともに接合不良を招くことなく高品質の半田接合部を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の電子部品搭載装置の正面図、図２、図３は本発明の実施の形態１の電子部品搭載方法の工程説明図、図４は本発明の実施の形態１の電子部品搭載方法におけるフラックス転写過程の説明図、図５は本発明の実施の形態１の電子部品搭載方法における半田接合過程の説明図、図６は本発明の実施の形態１の半田付方法においてフラックスに混入される金属粉の断面図である。
【０００９】
まず図１を参照して、電子部品搭載装置の構成を説明する。この電子部品搭載装置は、半田バンプが形成された電子部品を基板に搭載する機能を有するものであり、部品供給部１、フラックス転写部２、基板保持部３を直列に配置し、これらの各部の上方に部品移載機構４を配設した構成となっている。
【００１０】
部品供給部１は部品トレイ５を備えており、部品トレイ５上には下面に突起電極である半田バンプ７（以下、単に「バンプ７」と略称。）が形成された電子部品６が複数載置されている。バンプ７は、微細粒状の半田ボールを外部接続用の電極に半田接合して形成される。バンプ形成後のバンプ７のサイズは、半田ボールのサイズのばらつきなどの原因によって一様ではなく、各バンプの下端部の高さはばらついている。ここでバンプ７は大気暴露により表面が酸化された状態（図２，図３に示す酸化膜７ａ参照）にある。
【００１１】
部品供給部１に隣接して配置されたフラックス転写部２は、表面に平坦面である転写面８ａを有する転写ステージ８を備えており、転写面８ａの上方にはスキージ９がスキージ移動機構（図示省略）によって転写面８ａに沿って水平移動自在に配設されている。転写面８ａ上にフラックス１０を供給した状態で、スキージ９を転写ステージ８に対して平行に相対移動させることにより、スキージ９は転写面８ａ上にフラックス１０を薄膜状に拡げてフラックス薄膜１０ａを形成する薄膜形成動作を行う。
【００１２】
ここでフラックス１０の組成について説明する。フラックス１０は、ロジンなどの樹脂成分を溶剤に溶解した粘度の高い液状の基剤に、添加成分として活性剤と金属粉１６（図２参照）とを混合したものである。活性剤は、バンプ７の表面に生成した半田の酸化膜７ａを除去する目的で添加されるものであり、このような酸化膜除去能力を有する有機酸などが用いられる。なおここでは活性剤として半田付け後の洗浄を必要としない低活性のものが用いられる。
【００１３】
金属粉１６の材質としては、バンプ７に用いられる半田の融点よりも高い融点を有し、しかも大気中で金属粉１６の表面に酸化膜を生成しないものであって、さらにバンプ７を形成する半田に対する濡れ性がよく、バンプ７が溶融した流動状態の半田が金属粉１６の表面を伝って濡れ拡がりやすい材質（例えば純度９０％以上の金、銀、パラジウムなどの貴金属）が選定される。そしてフラックス１０への添加は、これらの金属を鱗片状（薄片
状）の金属箔に加工したものを、基剤中に混合することにより行われる。ここで、金属粉１６のサイズとしては、代表サイズが０．０５μｍ〜２０μｍの範囲のものが望ましく、基剤中への混合割合は、１〜２０ｖｏｌ％の範囲が望ましい。
【００１４】
このように金属粉を含有したフラックス薄膜１０ａが形成された転写面８ａに対してバンプ７を押しつけることにより、バンプ７の下端部にはフラックス１０が転写される。このとき、昇降押圧機構１４の押圧荷重を適切に設定することにより、バンプ７の下端部を押圧荷重により幾分押しつぶして、複数のバンプ７の高さをそろえるフラットニングが行われる。そして、固形の金属粉１６はフラットニング時の押圧力により、バンプ７の表面を覆う酸化膜７ａを部分的に突き破ってバンプ７の半田材質内部に食い込む。
【００１５】
ここで転写ステージ８の転写面８ａは完全な平滑面ではなく、表面に微細な凸部８ｂ（図４参照）を設けて所定の表面粗度に加工されている。バンプ７の押圧過程においては、フラックス１０中の金属粉１６は凸部８ｂによってバンプ７に対して押し付けられる。これによりそのままでは酸化膜７ａを突き破りにくい薄片状の金属粉１６を、バンプ７に食い込ませることができる。このようにしてバンプ７の下端部に酸化膜７ａを突き破って食い込んだ金属粉１６が存在することにより、後述するように、バンプ７を溶融させて基板１２の電極１２ａに半田接合するリフロー時において、接合性を向上させることができる。
【００１６】
上記構成において、フラックス転写部２は、平坦面である転写面８ａを有する転写ステージ８とスキージ９とを備え、スキージ９を平坦面に対して相対移動させることによりこの平坦面上に金属粉１６を含んだフラックス１０を薄膜状に拡げる薄膜形成機構となっている。そして昇降押圧機構１４を備えた部品移載機構４は、バンプ７を転写面８ａのフラックス薄膜１０ａが形成された部分に押しつけることにより、バンプ７の表面に金属粉１６を食い込ませる加圧機構となっている。
【００１７】
フラックス転写部２に隣接して配置された基板保持部３は、基板保持テーブル１１を備えている。基板保持テーブル１１上には上面に電極１２ａが形成された基板１２が保持されている。基板１２の上面には、樹脂１７が電極１２ａを覆って塗布されている。樹脂１７は熱硬化性樹脂であり、電子部品６を基板１２に実装した後に硬化することにより電子部品６を基板１２に固着して半田接合部を補強する補強樹脂として機能する。
【００１８】
部品移載機構４は、移動テーブル１３によって水平方向に移動する昇降押圧機構１４を備えており、昇降押圧機構１４の下端部には下面に電子部品６を吸着保持する機能を備えた部品保持ヘッド１５が装着されている。部品保持ヘッド１５を部品供給部１の上方に位置させた状態で昇降押圧機構１４を駆動することにより、部品保持ヘッド１５は部品トレイ５に対して昇降し電子部品６を吸着してピックアップする。
【００１９】
そして電子部品６を保持した部品保持ヘッド１５をフラックス転写部２へ移動させた状態で、昇降押圧機構１４を駆動することにより、部品保持ヘッド１５は転写面８ａ上に形成されたフラックス薄膜１０ａに対して下降し、バンプ７を転写面８ａに押圧する。これによりバンプ７の下端部にはフラックス１０が転写されて、金属粉１６がバンプ７に食い込む。これとともに、バンプ７の下端部が押圧荷重により押しつぶされ、複数のバンプ７の高さをほぼ均一にそろえるフラットニングが行われる。
【００２０】
そしてフラックス転写後の電子部品６を保持した部品保持ヘッド１５を基板保持部３上に移動させ、バンプ７を基板１２の電極１２ａに位置合わせして基板１２に対して昇降させることにより、電子部品６は基板１２に搭載される。したがって、部品移載機構４は金属粉１６が食い込んだ状態のバンプを基板の電極に位置合わせして搭載する搭載機構とな
っている。そしてここでは、この搭載機構が前述の加圧機構を兼ねた構成となっている。
【００２１】
次に、バンプ７が形成された電子部品６を基板１２に搭載する電子部品搭載方法について、図２〜図５を参照して説明する。この電子部品搭載方法においては、バンプ７にフラックス転写を行った後に、電子部品６を基板１２に搭載してリフローすることにより、バンプ７を溶融させて基板１２の電極１２ａに半田付けする。なお図４，図５は、図２（ｂ）におけるＡ部詳細、図３（ｂ）におけるＢ部詳細をそれぞれ示している。
【００２２】
図２（ａ）において、平坦な転写面８ａを有する転写ステージ８上に金属粉１６を含んだフラックス１０を薄膜状に拡げ、フラックス薄膜１０ａを形成する（薄膜形成工程）。次いで、電子部品６を保持した部品保持ヘッド１５を転写ステージ８上に移動させ、図２（ｂ）に示すように、バンプ７を転写面８ａ上のフラックス薄膜１０ａが形成された部分に押しつけることにより、バンプ７の表面に金属粉１６を食い込ませる（金属粉食込工程）。
【００２３】
この金属粉食込工程においては、図４のＡ部詳細に示すように、転写面８ａに形成された凸部８ｂによって薄片状の金属粉１６を酸化膜７ａを突き破って、バンプ７に食い込ませる。なお、金属粉１６として粒子状など酸化膜７ａを突き破りやすい形状のものを用いる場合には、転写面８ａに凸部８ｂを設ける必要はない。
【００２４】
そしてこの後、部品保持ヘッド１５を転写ステージ８から上昇させることにより、図２（ｃ）に示すように、バンプ７の下端部は部分的に押しつぶされてフラットニングが行われるとともに、バンプ７にはフラックス１０が転写される。そしてバンプ７の下端部には金属粉１６が食い込んだ状態で存在しており、この金属粉１６および転写されたフラックス１０中の金属粉１６は、次に説明する搭載工程においてバンプ７とともに電極１２ａに移載される。
【００２５】
この後、フラックス転写塗布後の電子部品６は基板１２に実装される。電子部品６の搭載に先立って、基板１２には予め樹脂１７が塗布される。すなわち図３（ａ）に示すように、基板１２の上面にはディスペンサ１８によって熱硬化性の樹脂１７が電極１２ａを覆って塗布される（樹脂塗布工程）。ここで、樹脂１７はバンプ７の半田材質の融点よりも高い温度で熱硬化し、且つバンプ７に転写されるフラックス１０よりも低粘度の物性を有したものが用いられる。
【００２６】
次いで部品搭載が行われる。すなわち図３（ｂ）に示すように、金属粉１６が食い込んだ状態のバンプ７を、基板１２の電極１２ａに位置合わせして搭載し、樹脂１７で覆われた電極１２ａにバンプ７を接触させる（搭載工程）。この搭載工程において、樹脂１７の粘度はフラックス１０の粘度よりも低いため、バンプ７を電極１２ａの上面に着地させる過程において、フラックス１０はバンプ７に付着した状態を維持したまま樹脂１７中を下降する。これにより、バンプ７はフラックス１０を介して樹脂１７を押しのける形で電極１２ａに接触する。また、金属粉１６はバンプ７の表面と単に付着しているのではなく、しっかり食い込んでいるので、バンプ７が樹脂１７を押しのけながら下降する場合でも、バンプ７の表面から離れる心配がない。
【００２７】
そして部品搭載後の基板１２はリフロー炉にて加熱され、この加熱によりバンプ７が溶融した溶融半田を、このバンプ７に食い込んだ状態で電極１２ａに移載された金属粉１６の表面を伝って濡れ拡がらせる。そして半田溶融とともに、加熱により樹脂１７の硬化を促進させる（半田溶融工程）。すなわち、半田を溶融させることによって、電極１２ａの表面にバンプ７の下端部を半田接合するとともに、電子部品６と基板１２との隙間内において樹脂１７の熱硬化反応を進行させる。
【００２８】
この半田溶融工程における溶融半田の塗れ拡がりについて、図５のＢ部詳細を参照して説明する。図５は、半田接合開始時における電極１２ａ表面とバンプ７との接触面を示しており、バンプ７はフラックス転写工程においてフラットニングが行われていることから、すべてのバンプ７において下端部が電極１２ａの表面にほぼ均一に当接する。
【００２９】
このとき、フラックス１０の活性作用が弱い場合には酸化膜７ａは完全には除去されずバンプ７の表面に残留する。このため半田バンプ７は電極１２ａの表面には直接接触せず、表面の酸化膜７ａを介して電極１２ａに接触する。そしてバンプ７の下端部に酸化膜７ａを突き破った状態で食い込んだ金属粉１６は、電極１２ａの表面に直接接触するか、あるいはフラックス１０中に含有されてともに移載された金属粉１６を介して電極１２ａに接触した状態にある。また食い込んだ状態の金属粉１６が電極１２ａに接触していない場合でも、フラットニングによってバンプ７の電極１２ａへの当接状態が均一であることから、これらの金属粉１６は電極１２ａの表面に至近距離で近接した状態にある。
【００３０】
そしてこの状態でバンプ７が溶融すると、溶融半田は酸化膜７ａを突き破ってバンプ７と電極１２ａの表面とを連結した状態にある金属粉１６の表面を伝って下方に塗れ拡がる。そして電極１２ａの表面に直接、または酸化膜７ａとの間に介在する金属粉１６の表面を介して電極１２ａの表面に到達し、この後は電極１２ａの表面に沿って水平方向に濡れ拡がり、バンプ７の溶融半田は電極１２ａの接合面全体を覆うに至る。そしてこの後溶融半田が冷却固化することにより、バンプ７は電極１２ａに半田接合される。
【００３１】
そしてこの半田接合過程において、電子部品６と基板１２との間で樹脂１７の熱硬化が促進される。なおこの半田溶融工程においては、樹脂１７が完全に熱硬化するような加熱条件で加熱してもよく、また半硬化の状態で加熱を中断して別途完全硬化のためのキュア工程を設定するようにしてもよい。そして樹脂１７が完全硬化することにより、電子部品６と基板１２とを固着させるとともにバンプ７が電極１２ａに接合された半田接合部を周囲から補強する補強樹脂が形成される。
【００３２】
この半田接合過程においては、フラックス１０中に含まれる活性剤はバンプ７の酸化膜７ａを除去する作用を発揮するが、前述のように酸化膜７ａを突き破った溶融半田が金属粉１６に沿って濡れ拡がることにより、酸化膜７ａが部分的にのみ除去されている場合においても良好な半田接合性が確保されるため、フラックス１０中に含まれる活性剤には強い活性作用は要求されない。
【００３３】
換言すれば予め金属粉１６をバンプ７の表面に酸化膜７ａに食い込ませることにより、活性作用が弱い低活性フラックスの使用が可能となっており、半田接合後にフラックスが残留した状態においても回路電極が活性成分によって腐食される度合が低い。したがって半田付け後にフラックス除去のための洗浄を行わない無洗浄工法においても、接合不良や絶縁特性の劣化を招くことなく高品質の半田接合部を得ることができる。
【００３４】
さらに本実施の形態においては、電子部品搭載に先立って基板１２に樹脂１７を供給する樹脂先塗り工法を採用しており、バンプ７と電極１２ａとの半田接合とともに、樹脂１７の熱硬化を同一工程で行う形態となっている。これにより、半田接合後に別工程で樹脂封止を行う方法と比較して、工程を大幅に簡略化することが可能となっている。
【００３５】
また本実施の形態では、樹脂先塗り工法による樹脂封止を行う場合において従来余儀なくされていた制約条件、すなわちセルフアライメント型の補強樹脂を用いる場合の接合過程における温度管理の制約条件を大幅に緩和することが可能となっている。前述の特許文献１に示すような補強樹脂を用いる場合には、樹脂の熱硬化温度と半田溶融温度との関連
で設定された温度条件に従って電子部品を加熱する必要があるため、リフロー時において電子部品の各部を均一な温度分布で加熱することが難しい大型部品には適用が困難であった。
【００３６】
これに対し本実施の形態においては、バンプ７はフラックス１０中の金属粉１６が酸化膜７ａに食い込んだ状態で、しかもバンプ７の下端部がフラットニングされた状態で、電極１２ａの表面に接触する。したがって半田溶融時には、前述のように溶融半田は金属粉１６の表面を伝って濡れ拡がることにより速やかに電極１２ａの表面に接触する。換言すれば、バンプ７が溶融した溶融半田を電極１２ａの表面に到達させる過程において、溶融融半田が樹脂１７の間を流動可能であることは必須要件ではなく、樹脂１７の熱硬化が幾分進行した後においても、バンプ７と電極１２ａとの半田接合は良好に行われる。
【００３７】
したがって、本実施の形態の半田付け方法によれば、リフロー過程における半田溶融温度と許容最高加熱温度との幅が狭い鉛フリー半田のバンプが多数設けられた大型部品を対象とする場合にあっても、樹脂先塗り工法を採用することができ、半田バンプが設けられた電子部品の実装工程の簡略化を可能とするとともに、各バンプを電極に確実に半田付けして接合不良を防止することができる。
【００３８】
なお、フラックス１０中に混入する金属粉として、単一の金属種を用いる替わりに、図６（ａ）に示すように、中核体となるコア金属１６ａとコア金属１６ａの表面を覆う表面金属１６ｂとで構成された金属粉１６Ａを用いるようにしてよい。この構成においては、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）からコア金属１６ａとして用いられる金属種を選択し、この金属種によって薄片状の金属箔を形成する。そしてこの金属箔の表面に、半田との濡れ性のよい金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）の被膜を電気メッキなどの方法によって形成して表面金属１６ｂとする。
【００３９】
ここで、コア金属１６ａと表面金属１６ｂに用いられる金属種の組み合わせは、表面金属１６ｂから内部のコア金属１６ａへの拡散（図６（ｂ）参照）がリフロー時の加熱によって容易に生じ、リフロー終了時において表面金属１６ｂのコア金属１６ａ中への拡散が完了してほとんどコア金属１６ａ中に取り込まれるような拡散特性が実現される組み合わせが選択される。すなわちこの構成においては、表面金属１６ｂは半田との濡れ性のよい金属にて形成され、コア金属１６ａはリフローによる加熱により表面金属１６ｂを固溶して内部に取り込むことが可能な金属にて形成されている。
【００４０】
フラックス１０に混入される金属粉としてこのような構成を採用することにより、以下に説明するような優れた効果を得ることができる。まず前述の半田溶融工程において半田バンプ７が溶融した段階では、金属粉１６Ａの表面金属１６ｂが、表面に接触した溶融半田を表面伝いに濡れ拡がらせながら導く役割を果たす。ここで金属粉１６Ａは、高価な金や銀などの貴金属を安価なコア金属１６ａの表面を覆う表面金属１６ｂとして用いるようにしていることから、金属粉入りフラックスにおいて高価な貴金属をそのまま粉体で用いる方法と比較して、大幅なコスト低減が可能となっている。
【００４１】
そして半田溶融工程において加熱が継続されることにより、図６（ｂ）に示すように、表面金属１６ｂがコア金属１６ａ中に拡散により徐々に取り込まれる。なおコア金属１６ａの金属種および加熱温度によっては、表面金属１６ｂは液相のコア金属１６ａに拡散する場合と、固相のコア金属１６ａに拡散する場合とが存在するが、いずれの場合も表面金属１６ｂは徐々にコア金属１６ａ中に取り込まれる。そして表面金属１６ｂが完全に取り込まれコア金属１６ａの表面が露呈されることにより、図６（ｃ）に示すように、金属粉１６Ａの表面にはコア金属１６ａが加熱により酸化した酸化膜１６ｃが形成される。そしてこの酸化膜１６ｃは、半田接合後の絶縁性の向上に以下に説明するような効果を有する
。
【００４２】
半田接合工程後にフラックス除去のための洗浄を行わない無洗浄工法においては、半田ペースト中に含まれていた金属粉１６Ａはそのまま半田接合部の周囲にフラックス残渣として残留する。金や銀などの金属をそのままフラックスに混入する金属粉として用いた場合には、残留量によっては基板の回路電極間を電気的に腐食させて絶縁性を低下させるマイグレーションが発生するおそれがある。このため、従来は絶縁性の確保を勘案して金属粉の配合割合を低く抑える必要があり、この結果溶融半田を導く効果が良好に実現されない事態が生じていた。
【００４３】
これに対し、上記構成の金属粉１６Ａを用いることにより、半田接合工程後に金属粉１６Ａが半田接合部の周囲に相当量残留した場合にあっても、金属粉１６Ａの表面は電気的に安定な酸化膜１６ｃに覆われていることから、マイグレーションの発生がなく、良好な絶縁性が確保される。したがって上記構成の金属粉１６Ａを用いることにより、半田ペースト中に十分な量の金属粉を混入することによって半田接合性を向上させるとともに、半田接合後の絶縁性を確保して実装信頼性を向上させることが可能となっている。
【００４４】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２の電子部品搭載装置の正面図である。本実施の形態２は、実施の形態１において単一の部品移載機構４によって行っていた電子部品６へのフラックス転写動作と電子部品６の基板１２への搭載動作とを、それぞれ専用の部品移載機構によって行うように構成したものである。
【００４５】
図６において、部品供給部１、フラックス転写部２、基板保持部３は、実施の形態１にて図１に示す各部と同様である。部品供給部１およびフラックス転写部２の上方には第１の部品移載機構４Ａが配設されており、フラックス転写部２および基板保持部３の上方には第２の部品移載機構４Ｂが配設されている。
【００４６】
第１の部品移載機構４Ａ、第２の部品移載機構４Ｂは、それぞれ第１の移動テーブル１３Ａ，第２の移動テーブル１３Ｂによって水平方向に移動する第１の昇降押圧機構１４Ａ、第２の昇降押圧機構１４Ｂを備えており、第１の昇降押圧機構１４Ａ、第２の昇降押圧機構１４Ｂの下端部には、それぞれ下面に電子部品６を吸着保持する機能を備えた第１の部品保持ヘッド１５Ａ、第２の部品保持ヘッド１５Ｂが装着されている。
【００４７】
第１の部品保持ヘッド１５Ａを部品供給部１の上方に位置させた状態で、第１の昇降押圧機構１４Ａを駆動することにより、第１の部品保持ヘッド１５Ａは部品トレイ５に対して昇降し電子部品６を吸着してピックアップする。そして電子部品６を保持した第１の部品保持ヘッド１５Ａをフラックス転写部２へ移動させた状態で、第１の昇降押圧機構１４Ａを駆動することにより、第１の部品保持ヘッド１５Ａは転写面８ａ上に形成されたフラックス薄膜１０ａに対して下降する。
【００４８】
これにより実施の形態１に示す例と同様に、バンプ７へのフラックス１０の転写および金属粉１６のバンプ７への食い込み、ならびにバンプ７のフラットニングが行われる。すなわち第１の部品移載機構４Ａは、バンプ７を転写面８ａのフラックス薄膜１０ａが形成された部分に押しつけることにより、バンプ７の表面に金属粉１６を食い込ませる加圧機構となっている。
【００４９】
そしてフラックス転写後の電子部品６は第１の部品保持ヘッド１５Ｂによって保持され、基板保持部３上に移動する。そしてここで第２の昇降押圧機構１４Ｂを駆動して電子部品６を基板１２に対して昇降させることにより、電子部品６は基板１２に搭載される。し
たがって第２の部品移載機構４Ｂは、金属粉１６が食い込んだ状態のバンプを基板の電極に位置合わせして搭載する搭載機構となっている。
【００５０】
このように、バンプ７を転写面８ａに押しつけて金属粉１６を食い込ませる機能を有する第１の部品移載機構４Ａと、フラックス転写後の電子部品６を基板１２に搭載する機能を有する第２の部品移載機構４Ｂとを別個に設けることにより、それぞれの部品移載機構を必要とされる機能に応じた適正な機構特性を備えたものとすることができる。
【００５１】
すなわち、第１の昇降押圧機構１４Ａ、第１の部品保持ヘッド１５Ａについては、金属粉１６のバンプ７への食い込みやバンプ７のフラットニングなど押圧荷重を必要とする作業をバンプ数の大きい大型部品を対象として実行可能な高荷重型の構造とするとともに、第２の昇降押圧機構１４Ｂ、第２の部品保持ヘッド１５Ｂについては、薄型のフレキシブル基板など搭載動作において高い位置精度・精細な荷重制御を必要とする種類の基板に対応可能な高精度型の構造とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の半田付方法は、電子部品実装工程を簡略化することができるとともに接合不良を招くことなく高品質の半田接合部を得ることができるという効果を有し、半田バンプが形成された電子部品を基板に半田付けするとともに電子部品と基板との間を樹脂封止する電子部品実装作業に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１の電子部品搭載装置の正面図
【図２】本発明の実施の形態１の電子部品搭載方法の工程説明図
【図３】本発明の実施の形態１の電子部品搭載方法の工程説明図
【図４】本発明の実施の形態１の電子部品搭載方法におけるフラックス転写過程の説明図
【図５】本発明の実施の形態１の電子部品搭載方法における半田接合過程の説明図
【図６】本発明の実施の形態１の半田付方法においてフッラクスに混入される金属粉の断面図
【図７】本発明の実施の形態２の電子部品搭載装置の正面図
【符号の説明】
【００５４】
２ フラックス転写部
４ 部品移載機構
６ 電子部品
７ 半田バンプ
８ 転写ステージ
８ａ 転写面
９ スキージ
１０ フラックス
１０ａ フラックス薄膜
１２ 基板
１２ａ 電極
１４ 昇降押圧機構
１５ 部品保持ヘッド
１６Ａ 金属粉
１６ａ コア金属
１６ｂ 表面金属
１６ｃ 酸化膜
１７ 樹脂
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を基板に半田付けする半田付方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を基板に実装する方法として、半田接合による方法が広く用いられている。実装される電子部品がファインピッチ部品である場合など、半田接合量が少なく接合強度が不十分である場合には、電子部品を補強樹脂によって基板に固着して半田接合部を補強することが行われる。この実装方法において、電子部品の搭載に先立って基板の実装位置に予め熱硬化性樹脂より成る補強樹脂を塗布しておき、補強樹脂の上から電子部品を搭載するいわゆる「樹脂先塗り」が採用される場合がある。この方法によれば、リフロー工程において半田接合とともに補強樹脂の硬化を同一工程で行え、工程簡略化が可能となるという利点がある。
【０００３】
このような「樹脂先塗り」の用途に使用される補強樹脂として、リフロー過程でのセルフアライメント特性、すなわち加熱により溶融した半田が基板の電極上で濡れ拡がる際に、溶融半田の表面張力により電子部品の端子やバンプが電極の位置にならう特性を備えた樹脂接着剤が知られている。このようなセルフアライメント型の補強樹脂として、従来より、半田の溶融温度よりも高い熱硬化温度を有する熱硬化性樹脂に、酸化膜除去のための活性成分を混合したものが用いられている。このような組成の補強樹脂を用いることにより、リフロー過程での半田溶融時において接合部分の酸化膜を除去して接合性を向上させるとともに、半田溶融時に樹脂は流動性を保っていることから、溶融半田の流動が妨げられることなく良好なセルフアライメント効果が確保される。
【特許文献１】特開平７−１３１１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながらセルフアライメント型の補強樹脂には、リフロー工程での半田接合過程における温度管理が難しく、適用対象によっては正常な半田接合結果を得ることが困難であるという問題があった。すなわち上述の特許文献に示すような補強樹脂を用いる場合には、樹脂の熱硬化温度と半田溶融温度との関連で設定された温度条件に従って電子部品を加熱する必要があるが、多数の半田バンプが形成された大型部品を対象とする場合には、リフロー時において電子部品の各部を所要の温度条件に規定される均一な温度分布で加熱することが難しい。このため電子部品の全範囲において良好なセルフアライメント性が確保されず、接合不良を招く場合があった。この問題は、リフロー過程における半田溶融温度と許容最高加熱温度との幅が狭い鉛フリー半田を用いる場合に特に顕著であった。
【０００５】
そこで本発明は、上述の諸課題を解消し電子部品実装において工程簡略化を可能とするとともに接合不良を防止することができる半田付け方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半田付方法は、半田バンプが形成された電子部品を基板に搭載してリフローすることにより、前記半田バンプを溶融させて前記基板の電極に半田付けする半田付け方法であって、平坦面を有するステージ上に金属粉を含んだフラックスを薄膜状に拡げる薄膜形成工程と、前記半田バンプを前記平坦面上の薄膜が形成された部分に押しつけることにより半田バンプの表面に前記金属粉を食い込ませる金属粉食込工程と、樹脂を前記基板に前記電極を覆って塗布する樹脂塗布工程と、前記金属粉が食い込んだ状態の半田バンプを前記基板に搭載して前記樹脂で覆われた電極に半田バンプを接触させる搭載工程と、加熱
により前記半田バンプが溶融した溶融半田をこの半田バンプに食い込んだ状態で前記電極に移載された金属粉の表面を伝って濡れ拡がらせるとともに前記樹脂の硬化を促進させる半田溶融工程とを含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、金属粉が食い込んだ状態の半田バンプを、予め樹脂が先塗りされた基板の電極に位置合わせして搭載し、加熱により半田バンプが溶融した溶融半田をこの半田バンプに食い込んだ金属粉の表面を伝って濡れ拡がらせることにより、電子部品実装工程を簡略化することができるとともに接合不良を招くことなく高品質の半田接合部を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の電子部品搭載装置の正面図、図２、図３は本発明の実施の形態１の電子部品搭載方法の工程説明図、図４は本発明の実施の形態１の電子部品搭載方法におけるフラックス転写過程の説明図、図５は本発明の実施の形態１の電子部品搭載方法における半田接合過程の説明図、図６は本発明の実施の形態１の半田付方法においてフラックスに混入される金属粉の断面図である。
【０００９】
まず図１を参照して、電子部品搭載装置の構成を説明する。この電子部品搭載装置は、半田バンプが形成された電子部品を基板に搭載する機能を有するものであり、部品供給部１、フラックス転写部２、基板保持部３を直列に配置し、これらの各部の上方に部品移載機構４を配設した構成となっている。
【００１０】
部品供給部１は部品トレイ５を備えており、部品トレイ５上には下面に突起電極である半田バンプ７（以下、単に「バンプ７」と略称。）が形成された電子部品６が複数載置されている。バンプ７は、微細粒状の半田ボールを外部接続用の電極に半田接合して形成される。バンプ形成後のバンプ７のサイズは、半田ボールのサイズのばらつきなどの原因によって一様ではなく、各バンプの下端部の高さはばらついている。ここでバンプ７は大気暴露により表面が酸化された状態（図２，図３に示す酸化膜７ａ参照）にある。
【００１１】
部品供給部１に隣接して配置されたフラックス転写部２は、表面に平坦面である転写面８ａを有する転写ステージ８を備えており、転写面８ａの上方にはスキージ９がスキージ移動機構（図示省略）によって転写面８ａに沿って水平移動自在に配設されている。転写面８ａ上にフラックス１０を供給した状態で、スキージ９を転写ステージ８に対して平行に相対移動させることにより、スキージ９は転写面８ａ上にフラックス１０を薄膜状に拡げてフラックス薄膜１０ａを形成する薄膜形成動作を行う。
【００１２】
ここでフラックス１０の組成について説明する。フラックス１０は、ロジンなどの樹脂成分を溶剤に溶解した粘度の高い液状の基剤に、添加成分として活性剤と金属粉１６（図２参照）とを混合したものである。活性剤は、バンプ７の表面に生成した半田の酸化膜７ａを除去する目的で添加されるものであり、このような酸化膜除去能力を有する有機酸などが用いられる。なおここでは活性剤として半田付け後の洗浄を必要としない低活性のものが用いられる。
【００１３】
金属粉１６の材質としては、バンプ７に用いられる半田の融点よりも高い融点を有し、しかも大気中で金属粉１６の表面に酸化膜を生成しないものであって、さらにバンプ７を形成する半田に対する濡れ性がよく、バンプ７が溶融した流動状態の半田が金属粉１６の表面を伝って濡れ拡がりやすい材質（例えば純度９０％以上の金、銀、パラジウムなどの貴金属）が選定される。そしてフラックス１０への添加は、これらの金属を鱗片状（薄片
状）の金属箔に加工したものを、基剤中に混合することにより行われる。ここで、金属粉１６のサイズとしては、代表サイズが０．０５μｍ〜２０μｍの範囲のものが望ましく、基剤中への混合割合は、１〜２０ｖｏｌ％の範囲が望ましい。
【００１４】
このように金属粉を含有したフラックス薄膜１０ａが形成された転写面８ａに対してバンプ７を押しつけることにより、バンプ７の下端部にはフラックス１０が転写される。このとき、昇降押圧機構１４の押圧荷重を適切に設定することにより、バンプ７の下端部を押圧荷重により幾分押しつぶして、複数のバンプ７の高さをそろえるフラットニングが行われる。そして、固形の金属粉１６はフラットニング時の押圧力により、バンプ７の表面を覆う酸化膜７ａを部分的に突き破ってバンプ７の半田材質内部に食い込む。
【００１５】
ここで転写ステージ８の転写面８ａは完全な平滑面ではなく、表面に微細な凸部８ｂ（図４参照）を設けて所定の表面粗度に加工されている。バンプ７の押圧過程においては、フラックス１０中の金属粉１６は凸部８ｂによってバンプ７に対して押し付けられる。これによりそのままでは酸化膜７ａを突き破りにくい薄片状の金属粉１６を、バンプ７に食い込ませることができる。このようにしてバンプ７の下端部に酸化膜７ａを突き破って食い込んだ金属粉１６が存在することにより、後述するように、バンプ７を溶融させて基板１２の電極１２ａに半田接合するリフロー時において、接合性を向上させることができる。
【００１６】
上記構成において、フラックス転写部２は、平坦面である転写面８ａを有する転写ステージ８とスキージ９とを備え、スキージ９を平坦面に対して相対移動させることによりこの平坦面上に金属粉１６を含んだフラックス１０を薄膜状に拡げる薄膜形成機構となっている。そして昇降押圧機構１４を備えた部品移載機構４は、バンプ７を転写面８ａのフラックス薄膜１０ａが形成された部分に押しつけることにより、バンプ７の表面に金属粉１６を食い込ませる加圧機構となっている。
【００１７】
フラックス転写部２に隣接して配置された基板保持部３は、基板保持テーブル１１を備えている。基板保持テーブル１１上には上面に電極１２ａが形成された基板１２が保持されている。基板１２の上面には、樹脂１７が電極１２ａを覆って塗布されている。樹脂１７は熱硬化性樹脂であり、電子部品６を基板１２に実装した後に硬化することにより電子部品６を基板１２に固着して半田接合部を補強する補強樹脂として機能する。
【００１８】
部品移載機構４は、移動テーブル１３によって水平方向に移動する昇降押圧機構１４を備えており、昇降押圧機構１４の下端部には下面に電子部品６を吸着保持する機能を備えた部品保持ヘッド１５が装着されている。部品保持ヘッド１５を部品供給部１の上方に位置させた状態で昇降押圧機構１４を駆動することにより、部品保持ヘッド１５は部品トレイ５に対して昇降し電子部品６を吸着してピックアップする。
【００１９】
そして電子部品６を保持した部品保持ヘッド１５をフラックス転写部２へ移動させた状態で、昇降押圧機構１４を駆動することにより、部品保持ヘッド１５は転写面８ａ上に形成されたフラックス薄膜１０ａに対して下降し、バンプ７を転写面８ａに押圧する。これによりバンプ７の下端部にはフラックス１０が転写されて、金属粉１６がバンプ７に食い込む。これとともに、バンプ７の下端部が押圧荷重により押しつぶされ、複数のバンプ７の高さをほぼ均一にそろえるフラットニングが行われる。
【００２０】
そしてフラックス転写後の電子部品６を保持した部品保持ヘッド１５を基板保持部３上に移動させ、バンプ７を基板１２の電極１２ａに位置合わせして基板１２に対して昇降させることにより、電子部品６は基板１２に搭載される。したがって、部品移載機構４は金属粉１６が食い込んだ状態のバンプを基板の電極に位置合わせして搭載する搭載機構とな
っている。そしてここでは、この搭載機構が前述の加圧機構を兼ねた構成となっている。
【００２１】
次に、バンプ７が形成された電子部品６を基板１２に搭載する電子部品搭載方法について、図２〜図５を参照して説明する。この電子部品搭載方法においては、バンプ７にフラックス転写を行った後に、電子部品６を基板１２に搭載してリフローすることにより、バンプ７を溶融させて基板１２の電極１２ａに半田付けする。なお図４，図５は、図２（ｂ）におけるＡ部詳細、図３（ｂ）におけるＢ部詳細をそれぞれ示している。
【００２２】
図２（ａ）において、平坦な転写面８ａを有する転写ステージ８上に金属粉１６を含んだフラックス１０を薄膜状に拡げ、フラックス薄膜１０ａを形成する（薄膜形成工程）。次いで、電子部品６を保持した部品保持ヘッド１５を転写ステージ８上に移動させ、図２（ｂ）に示すように、バンプ７を転写面８ａ上のフラックス薄膜１０ａが形成された部分に押しつけることにより、バンプ７の表面に金属粉１６を食い込ませる（金属粉食込工程）。
【００２３】
この金属粉食込工程においては、図４のＡ部詳細に示すように、転写面８ａに形成された凸部８ｂによって薄片状の金属粉１６を酸化膜７ａを突き破って、バンプ７に食い込ませる。なお、金属粉１６として粒子状など酸化膜７ａを突き破りやすい形状のものを用いる場合には、転写面８ａに凸部８ｂを設ける必要はない。
【００２４】
そしてこの後、部品保持ヘッド１５を転写ステージ８から上昇させることにより、図２（ｃ）に示すように、バンプ７の下端部は部分的に押しつぶされてフラットニングが行われるとともに、バンプ７にはフラックス１０が転写される。そしてバンプ７の下端部には金属粉１６が食い込んだ状態で存在しており、この金属粉１６および転写されたフラックス１０中の金属粉１６は、次に説明する搭載工程においてバンプ７とともに電極１２ａに移載される。
【００２５】
この後、フラックス転写塗布後の電子部品６は基板１２に実装される。電子部品６の搭載に先立って、基板１２には予め樹脂１７が塗布される。すなわち図３（ａ）に示すように、基板１２の上面にはディスペンサ１８によって熱硬化性の樹脂１７が電極１２ａを覆って塗布される（樹脂塗布工程）。ここで、樹脂１７はバンプ７の半田材質の融点よりも高い温度で熱硬化し、且つバンプ７に転写されるフラックス１０よりも低粘度の物性を有したものが用いられる。
【００２６】
次いで部品搭載が行われる。すなわち図３（ｂ）に示すように、金属粉１６が食い込んだ状態のバンプ７を、基板１２の電極１２ａに位置合わせして搭載し、樹脂１７で覆われた電極１２ａにバンプ７を接触させる（搭載工程）。この搭載工程において、樹脂１７の粘度はフラックス１０の粘度よりも低いため、バンプ７を電極１２ａの上面に着地させる過程において、フラックス１０はバンプ７に付着した状態を維持したまま樹脂１７中を下降する。これにより、バンプ７はフラックス１０を介して樹脂１７を押しのける形で電極１２ａに接触する。また、金属粉１６はバンプ７の表面と単に付着しているのではなく、しっかり食い込んでいるので、バンプ７が樹脂１７を押しのけながら下降する場合でも、バンプ７の表面から離れる心配がない。
【００２７】
そして部品搭載後の基板１２はリフロー炉にて加熱され、この加熱によりバンプ７が溶融した溶融半田を、このバンプ７に食い込んだ状態で電極１２ａに移載された金属粉１６の表面を伝って濡れ拡がらせる。そして半田溶融とともに、加熱により樹脂１７の硬化を促進させる（半田溶融工程）。すなわち、半田を溶融させることによって、電極１２ａの表面にバンプ７の下端部を半田接合するとともに、電子部品６と基板１２との隙間内において樹脂１７の熱硬化反応を進行させる。
【００２８】
この半田溶融工程における溶融半田の塗れ拡がりについて、図５のＢ部詳細を参照して説明する。図５は、半田接合開始時における電極１２ａ表面とバンプ７との接触面を示しており、バンプ７はフラックス転写工程においてフラットニングが行われていることから、すべてのバンプ７において下端部が電極１２ａの表面にほぼ均一に当接する。
【００２９】
このとき、フラックス１０の活性作用が弱い場合には酸化膜７ａは完全には除去されずバンプ７の表面に残留する。このため半田バンプ７は電極１２ａの表面には直接接触せず、表面の酸化膜７ａを介して電極１２ａに接触する。そしてバンプ７の下端部に酸化膜７ａを突き破った状態で食い込んだ金属粉１６は、電極１２ａの表面に直接接触するか、あるいはフラックス１０中に含有されてともに移載された金属粉１６を介して電極１２ａに接触した状態にある。また食い込んだ状態の金属粉１６が電極１２ａに接触していない場合でも、フラットニングによってバンプ７の電極１２ａへの当接状態が均一であることから、これらの金属粉１６は電極１２ａの表面に至近距離で近接した状態にある。
【００３０】
そしてこの状態でバンプ７が溶融すると、溶融半田は酸化膜７ａを突き破ってバンプ７と電極１２ａの表面とを連結した状態にある金属粉１６の表面を伝って下方に塗れ拡がる。そして電極１２ａの表面に直接、または酸化膜７ａとの間に介在する金属粉１６の表面を介して電極１２ａの表面に到達し、この後は電極１２ａの表面に沿って水平方向に濡れ拡がり、バンプ７の溶融半田は電極１２ａの接合面全体を覆うに至る。そしてこの後溶融半田が冷却固化することにより、バンプ７は電極１２ａに半田接合される。
【００３１】
そしてこの半田接合過程において、電子部品６と基板１２との間で樹脂１７の熱硬化が促進される。なおこの半田溶融工程においては、樹脂１７が完全に熱硬化するような加熱条件で加熱してもよく、また半硬化の状態で加熱を中断して別途完全硬化のためのキュア工程を設定するようにしてもよい。そして樹脂１７が完全硬化することにより、電子部品６と基板１２とを固着させるとともにバンプ７が電極１２ａに接合された半田接合部を周囲から補強する補強樹脂が形成される。
【００３２】
この半田接合過程においては、フラックス１０中に含まれる活性剤はバンプ７の酸化膜７ａを除去する作用を発揮するが、前述のように酸化膜７ａを突き破った溶融半田が金属粉１６に沿って濡れ拡がることにより、酸化膜７ａが部分的にのみ除去されている場合においても良好な半田接合性が確保されるため、フラックス１０中に含まれる活性剤には強い活性作用は要求されない。
【００３３】
換言すれば予め金属粉１６をバンプ７の表面に酸化膜７ａに食い込ませることにより、活性作用が弱い低活性フラックスの使用が可能となっており、半田接合後にフラックスが残留した状態においても回路電極が活性成分によって腐食される度合が低い。したがって半田付け後にフラックス除去のための洗浄を行わない無洗浄工法においても、接合不良や絶縁特性の劣化を招くことなく高品質の半田接合部を得ることができる。
【００３４】
さらに本実施の形態においては、電子部品搭載に先立って基板１２に樹脂１７を供給する樹脂先塗り工法を採用しており、バンプ７と電極１２ａとの半田接合とともに、樹脂１７の熱硬化を同一工程で行う形態となっている。これにより、半田接合後に別工程で樹脂封止を行う方法と比較して、工程を大幅に簡略化することが可能となっている。
【００３５】
また本実施の形態では、樹脂先塗り工法による樹脂封止を行う場合において従来余儀なくされていた制約条件、すなわちセルフアライメント型の補強樹脂を用いる場合の接合過程における温度管理の制約条件を大幅に緩和することが可能となっている。前述の特許文献１に示すような補強樹脂を用いる場合には、樹脂の熱硬化温度と半田溶融温度との関連
で設定された温度条件に従って電子部品を加熱する必要があるため、リフロー時において電子部品の各部を均一な温度分布で加熱することが難しい大型部品には適用が困難であった。
【００３６】
これに対し本実施の形態においては、バンプ７はフラックス１０中の金属粉１６が酸化膜７ａに食い込んだ状態で、しかもバンプ７の下端部がフラットニングされた状態で、電極１２ａの表面に接触する。したがって半田溶融時には、前述のように溶融半田は金属粉１６の表面を伝って濡れ拡がることにより速やかに電極１２ａの表面に接触する。換言すれば、バンプ７が溶融した溶融半田を電極１２ａの表面に到達させる過程において、溶融融半田が樹脂１７の間を流動可能であることは必須要件ではなく、樹脂１７の熱硬化が幾分進行した後においても、バンプ７と電極１２ａとの半田接合は良好に行われる。
【００３７】
したがって、本実施の形態の半田付け方法によれば、リフロー過程における半田溶融温度と許容最高加熱温度との幅が狭い鉛フリー半田のバンプが多数設けられた大型部品を対象とする場合にあっても、樹脂先塗り工法を採用することができ、半田バンプが設けられた電子部品の実装工程の簡略化を可能とするとともに、各バンプを電極に確実に半田付けして接合不良を防止することができる。
【００３８】
なお、フラックス１０中に混入する金属粉として、単一の金属種を用いる替わりに、図６（ａ）に示すように、中核体となるコア金属１６ａとコア金属１６ａの表面を覆う表面金属１６ｂとで構成された金属粉１６Ａを用いるようにしてよい。この構成においては、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、インジウム（Ｉｎ）からコア金属１６ａとして用いられる金属種を選択し、この金属種によって薄片状の金属箔を形成する。そしてこの金属箔の表面に、半田との濡れ性のよい金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）の被膜を電気メッキなどの方法によって形成して表面金属１６ｂとする。
【００３９】
ここで、コア金属１６ａと表面金属１６ｂに用いられる金属種の組み合わせは、表面金属１６ｂから内部のコア金属１６ａへの拡散（図６（ｂ）参照）がリフロー時の加熱によって容易に生じ、リフロー終了時において表面金属１６ｂのコア金属１６ａ中への拡散が完了してほとんどコア金属１６ａ中に取り込まれるような拡散特性が実現される組み合わせが選択される。すなわちこの構成においては、表面金属１６ｂは半田との濡れ性のよい金属にて形成され、コア金属１６ａはリフローによる加熱により表面金属１６ｂを固溶して内部に取り込むことが可能な金属にて形成されている。
【００４０】
フラックス１０に混入される金属粉としてこのような構成を採用することにより、以下に説明するような優れた効果を得ることができる。まず前述の半田溶融工程において半田バンプ７が溶融した段階では、金属粉１６Ａの表面金属１６ｂが、表面に接触した溶融半田を表面伝いに濡れ拡がらせながら導く役割を果たす。ここで金属粉１６Ａは、高価な金や銀などの貴金属を安価なコア金属１６ａの表面を覆う表面金属１６ｂとして用いるようにしていることから、金属粉入りフラックスにおいて高価な貴金属をそのまま粉体で用いる方法と比較して、大幅なコスト低減が可能となっている。
【００４１】
そして半田溶融工程において加熱が継続されることにより、図６（ｂ）に示すように、表面金属１６ｂがコア金属１６ａ中に拡散により徐々に取り込まれる。なおコア金属１６ａの金属種および加熱温度によっては、表面金属１６ｂは液相のコア金属１６ａに拡散する場合と、固相のコア金属１６ａに拡散する場合とが存在するが、いずれの場合も表面金属１６ｂは徐々にコア金属１６ａ中に取り込まれる。そして表面金属１６ｂが完全に取り込まれコア金属１６ａの表面が露呈されることにより、図６（ｃ）に示すように、金属粉１６Ａの表面にはコア金属１６ａが加熱により酸化した酸化膜１６ｃが形成される。そしてこの酸化膜１６ｃは、半田接合後の絶縁性の向上に以下に説明するような効果を有する
。
【００４２】
半田接合工程後にフラックス除去のための洗浄を行わない無洗浄工法においては、半田ペースト中に含まれていた金属粉１６Ａはそのまま半田接合部の周囲にフラックス残渣として残留する。金や銀などの金属をそのままフラックスに混入する金属粉として用いた場合には、残留量によっては基板の回路電極間を電気的に腐食させて絶縁性を低下させるマイグレーションが発生するおそれがある。このため、従来は絶縁性の確保を勘案して金属粉の配合割合を低く抑える必要があり、この結果溶融半田を導く効果が良好に実現されない事態が生じていた。
【００４３】
これに対し、上記構成の金属粉１６Ａを用いることにより、半田接合工程後に金属粉１６Ａが半田接合部の周囲に相当量残留した場合にあっても、金属粉１６Ａの表面は電気的に安定な酸化膜１６ｃに覆われていることから、マイグレーションの発生がなく、良好な絶縁性が確保される。したがって上記構成の金属粉１６Ａを用いることにより、半田ペースト中に十分な量の金属粉を混入することによって半田接合性を向上させるとともに、半田接合後の絶縁性を確保して実装信頼性を向上させることが可能となっている。
【００４４】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２の電子部品搭載装置の正面図である。本実施の形態２は、実施の形態１において単一の部品移載機構４によって行っていた電子部品６へのフラックス転写動作と電子部品６の基板１２への搭載動作とを、それぞれ専用の部品移載機構によって行うように構成したものである。
【００４５】
図６において、部品供給部１、フラックス転写部２、基板保持部３は、実施の形態１にて図１に示す各部と同様である。部品供給部１およびフラックス転写部２の上方には第１の部品移載機構４Ａが配設されており、フラックス転写部２および基板保持部３の上方には第２の部品移載機構４Ｂが配設されている。
【００４６】
第１の部品移載機構４Ａ、第２の部品移載機構４Ｂは、それぞれ第１の移動テーブル１３Ａ，第２の移動テーブル１３Ｂによって水平方向に移動する第１の昇降押圧機構１４Ａ、第２の昇降押圧機構１４Ｂを備えており、第１の昇降押圧機構１４Ａ、第２の昇降押圧機構１４Ｂの下端部には、それぞれ下面に電子部品６を吸着保持する機能を備えた第１の部品保持ヘッド１５Ａ、第２の部品保持ヘッド１５Ｂが装着されている。
【００４７】
第１の部品保持ヘッド１５Ａを部品供給部１の上方に位置させた状態で、第１の昇降押圧機構１４Ａを駆動することにより、第１の部品保持ヘッド１５Ａは部品トレイ５に対して昇降し電子部品６を吸着してピックアップする。そして電子部品６を保持した第１の部品保持ヘッド１５Ａをフラックス転写部２へ移動させた状態で、第１の昇降押圧機構１４Ａを駆動することにより、第１の部品保持ヘッド１５Ａは転写面８ａ上に形成されたフラックス薄膜１０ａに対して下降する。
【００４８】
これにより実施の形態１に示す例と同様に、バンプ７へのフラックス１０の転写および金属粉１６のバンプ７への食い込み、ならびにバンプ７のフラットニングが行われる。すなわち第１の部品移載機構４Ａは、バンプ７を転写面８ａのフラックス薄膜１０ａが形成された部分に押しつけることにより、バンプ７の表面に金属粉１６を食い込ませる加圧機構となっている。
【００４９】
そしてフラックス転写後の電子部品６は第１の部品保持ヘッド１５Ｂによって保持され、基板保持部３上に移動する。そしてここで第２の昇降押圧機構１４Ｂを駆動して電子部品６を基板１２に対して昇降させることにより、電子部品６は基板１２に搭載される。し
たがって第２の部品移載機構４Ｂは、金属粉１６が食い込んだ状態のバンプを基板の電極に位置合わせして搭載する搭載機構となっている。
【００５０】
このように、バンプ７を転写面８ａに押しつけて金属粉１６を食い込ませる機能を有する第１の部品移載機構４Ａと、フラックス転写後の電子部品６を基板１２に搭載する機能を有する第２の部品移載機構４Ｂとを別個に設けることにより、それぞれの部品移載機構を必要とされる機能に応じた適正な機構特性を備えたものとすることができる。
【００５１】
すなわち、第１の昇降押圧機構１４Ａ、第１の部品保持ヘッド１５Ａについては、金属粉１６のバンプ７への食い込みやバンプ７のフラットニングなど押圧荷重を必要とする作業をバンプ数の大きい大型部品を対象として実行可能な高荷重型の構造とするとともに、第２の昇降押圧機構１４Ｂ、第２の部品保持ヘッド１５Ｂについては、薄型のフレキシブル基板など搭載動作において高い位置精度・精細な荷重制御を必要とする種類の基板に対応可能な高精度型の構造とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の半田付方法は、電子部品実装工程を簡略化することができるとともに接合不良を招くことなく高品質の半田接合部を得ることができるという効果を有し、半田バンプが形成された電子部品を基板に半田付けするとともに電子部品と基板との間を樹脂封止する電子部品実装作業に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１の電子部品搭載装置の正面図
【図２】本発明の実施の形態１の電子部品搭載方法の工程説明図
【図３】本発明の実施の形態１の電子部品搭載方法の工程説明図
【図４】本発明の実施の形態１の電子部品搭載方法におけるフラックス転写過程の説明図
【図５】本発明の実施の形態１の電子部品搭載方法における半田接合過程の説明図
【図６】本発明の実施の形態１の半田付方法においてフッラクスに混入される金属粉の断面図
【図７】本発明の実施の形態２の電子部品搭載装置の正面図
【符号の説明】
【００５４】
２ フラックス転写部
４ 部品移載機構
６ 電子部品
７ 半田バンプ
８ 転写ステージ
８ａ 転写面
９ スキージ
１０ フラックス
１０ａ フラックス薄膜
１２ 基板
１２ａ 電極
１４ 昇降押圧機構
１５ 部品保持ヘッド
１６Ａ 金属粉
１６ａ コア金属
１６ｂ 表面金属
１６ｃ 酸化膜
１７ 樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半田バンプが形成された電子部品を基板に搭載してリフローすることにより、前記半田バンプを溶融させて前記基板の電極に半田付けする半田付け方法であって、平坦面を有するステージ上に金属粉を含んだフラックスを薄膜状に拡げる薄膜形成工程と、前記半田バンプを前記平坦面上の薄膜が形成された部分に押しつけることにより半田バンプの表面に前記金属粉を食い込ませる金属粉食込工程と、樹脂を前記基板に前記電極を覆って塗布する樹脂塗布工程と、前記金属粉が食い込んだ状態の半田バンプを前記基板に搭載して前記樹脂で覆われた電極に半田バンプを接触させる搭載工程と、加熱により前記半田バンプが溶融した溶融半田をこの半田バンプに食い込んだ状態で前記電極に移載された金属粉の表面を伝って濡れ拡がらせるとともに前記樹脂の硬化を促進させる半田溶融工程とを含むことを特徴とする半田付方法。
【請求項２】
前記金属粉は、薄片状の金属箔を含むことを特徴とする請求項１記載の半田付方法。
【請求項３】
前記金属粉は、純度９０％以上の金、銀、パラジウムのいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載の半田付方法。
【請求項４】
前記金属粉は、コア金属と、このコア金属の表面を覆う表面金属とを含むことを特徴とする請求項１記載の半田付方法。
【請求項５】
前記金属粉は、コア金属と、このコア金属の表面を覆う表面金属とを含み、前記表面金属は半田との濡れ性のよい金属にて形成され、前記コア金属はリフローによる加熱により前記表面金属を固溶して内部に取り込むことが可能な金属にて形成されていることを特徴とする請求項１記載の半田付方法。
【請求項６】
前記コア金属は、錫、亜鉛、鉛、インジウムのいずれかを含み、前記表面金属は、金または銀のいずれかを含むことを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の半田付方法。
【請求項１】
半田バンプが形成された電子部品を基板に搭載してリフローすることにより、前記半田バンプを溶融させて前記基板の電極に半田付けする半田付け方法であって、平坦面を有するステージ上に金属粉を含んだフラックスを薄膜状に拡げる薄膜形成工程と、前記半田バンプを前記平坦面上の薄膜が形成された部分に押しつけることにより半田バンプの表面に前記金属粉を食い込ませる金属粉食込工程と、樹脂を前記基板に前記電極を覆って塗布する樹脂塗布工程と、前記金属粉が食い込んだ状態の半田バンプを前記基板に搭載して前記樹脂で覆われた電極に半田バンプを接触させる搭載工程と、加熱により前記半田バンプが溶融した溶融半田をこの半田バンプに食い込んだ状態で前記電極に移載された金属粉の表面を伝って濡れ拡がらせるとともに前記樹脂の硬化を促進させる半田溶融工程とを含むことを特徴とする半田付方法。
【請求項２】
前記金属粉は、薄片状の金属箔を含むことを特徴とする請求項１記載の半田付方法。
【請求項３】
前記金属粉は、純度９０％以上の金、銀、パラジウムのいずれかを含むことを特徴とする請求項１記載の半田付方法。
【請求項４】
前記金属粉は、コア金属と、このコア金属の表面を覆う表面金属とを含むことを特徴とする請求項１記載の半田付方法。
【請求項５】
前記金属粉は、コア金属と、このコア金属の表面を覆う表面金属とを含み、前記表面金属は半田との濡れ性のよい金属にて形成され、前記コア金属はリフローによる加熱により前記表面金属を固溶して内部に取り込むことが可能な金属にて形成されていることを特徴とする請求項１記載の半田付方法。
【請求項６】
前記コア金属は、錫、亜鉛、鉛、インジウムのいずれかを含み、前記表面金属は、金または銀のいずれかを含むことを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の半田付方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−７３９７６（Ｐ２００６−７３９７６Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２０２３５（Ｐ２００４−３２０２３５）
【出願日】平成１６年１１月４日（２００４．１１．４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月４日（２００４．１１．４）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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