電子部品の実装方法
【課題】 本発明の目的は、半田の中にボイドが生じ難い、半田を用いた電子部品の実装方法を提供することにある。
【解決手段】 配線導体を有する回路基板に、下面の大部分が電極である電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記回路基板として、前記配線導体の前記電子部品が実装される実装部の一部に凹部が設けられたものを準備する工程と、前記凹部に第１の半田ボールを置く半田ボール載置工程と、前記電子部品を、前記電子部品の下面の電極が第１の前記半田ボールに当接するとともに、前記電子部品の下面が前記実装部に当接して、前記電子部品の下面が前記実装部に対して斜めになるように載置する電子部品載置工程と、前記電子部品が載置された前記回路基板に熱を加え、前記第１の半田ボールを融解させ、前記実装部と前記電子部品の下面の電極とを接合する接合工程とを含むものを用いる。
【解決手段】 配線導体を有する回路基板に、下面の大部分が電極である電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記回路基板として、前記配線導体の前記電子部品が実装される実装部の一部に凹部が設けられたものを準備する工程と、前記凹部に第１の半田ボールを置く半田ボール載置工程と、前記電子部品を、前記電子部品の下面の電極が第１の前記半田ボールに当接するとともに、前記電子部品の下面が前記実装部に当接して、前記電子部品の下面が前記実装部に対して斜めになるように載置する電子部品載置工程と、前記電子部品が載置された前記回路基板に熱を加え、前記第１の半田ボールを融解させ、前記実装部と前記電子部品の下面の電極とを接合する接合工程とを含むものを用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に、半田を介して電子部品を実装する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回路基板に電子部品を実装方法としては、半田を介して実装する方法が知られている。半田により実装された電子部品は、回路基板と電子部品との間は、半田により電気的接続あるいは熱伝導が行なわれる。
【０００３】
半田を介して電子部品を実装する方法としては、回路基板の実装部に、半田粒子とフラックスなどとが混合された半田ペーストを印刷した後、電子部品を載置し、リフローを行なう方法が知られている。リフローでは、回路基板の実装部にある配線導体などおよび電子部品の電極が、フラックスにより活性化された後、半田粒子が融解し、回路基板の実装部の配線導体などと電子部品の電極が半田により接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２８８３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の半田ペーストを用いた実装方法では、融解中の半田にボイドが巻き込まれる、特にフラックスと半田の酸化皮膜との反応などによって発生する気体が巻き込まれることにより、実装後の半田の中にボイドが存在することがあり、実装された電子部品が発熱する素子である場合などで、電子部品と回路基板との間の熱伝導の高さ求められる際に、ボイドにより熱伝導が低くなるという問題があった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、半田の中にボイドが生じ難い、半田を用いた電子部品の実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電子部品の実装方法は、配線導体を有する回路基板に、下面の大部分が電極である電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記回路基板として、前記配線導体の前記電子部品が実装される実装部の一部に第１の凹部が設けられたものを準備する工程と、前記第１の凹部に第１の半田ボールを置く半田ボール載置工程と、前記電子部品を、当該電子部品の下面の電極が前記第１の半田ボールに当接するとともに、前記電子部品の下面の一端が前記実装部に当接して、前記電子部品の下面が前記実装部に対して斜めになるように置く電子部品載置工程と、前記電子部品が置かれた前記回路基板に熱を加え、前記第１の半田ボールを融解させて、前記実装部と前記電子部品の下面の電極とを接合する接合工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
前記半田ボール載置工程の前に、前記実装部に粘稠性の液体を供給する工程を含むことが好ましい。
【０００９】
前記電子部品として下面が四角形状のものを用いるとともに、前記第１の凹部として、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な線上の位置であり、かつ前記電子部品載置工程で直上に前記電子部品の電極がくる位置に複数の凹部を設け、前記半田ボール載置工程で、前記複数の凹部のそれぞれに前記第１の半田ボールを置くことが好ましい。
【００１０】
前記回路基板として、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な前記線と、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する辺との間に第２の凹部が設けられたものを用いるとともに、前記半田ボール載置工程で、第２の半田ボールを、前記第２の凹部に前記第１の半田ボールより前記実装部からの高さが低くなるように置くとともに、前記接合工程で前記第２の半田ボールを融解させることが好ましい。
【００１１】
前記第２の凹部が、前記第１の凹部よりも深さが深いか、開口が大きいかの少なくとも一方であることが好ましい。
【００１２】
前記第２の半田ボールとして前記第１の半田ボールよりも径が小さいものを使用することが好ましい。
【００１３】
前記接合工程で前記第１の半田ボールよりも先に前記第２の半田ボールを融解させることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の電子部品の実装方法は、配線導体を有する回路基板に、下面の大部分が電極である電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記配線導体の前記電子部品が実装される実装部に粘稠性の液体を供給する工程と、前記実装部の前記粘稠性の液体が供給された部分に第１の半田ボールを置く工程と、前記電子部品を、当該電子部品の下面の電極が前記第１の半田ボールに当接するとともに、前記電子部品の下面の一端が前記実装部に当接して、前記電子部品の下面が前記実装部に対して斜めになるように置く電子部品載置工程と、前記電子部品が置かれた前記回路基板に熱を加え、前記第１の半田ボールを融解させて、前記実装部と前記電子部品の下面の電極とを接合する接合工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
前記電子部品として下面が四角形状のものを用い、前記半田ボール載置工程で、前記第１の半田ボールを、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な線上の位置であり、かつ前記電子部品載置工程で直上に前記電子部品の電極がくる位置に複数並べて置くことが好ましい。
【００１６】
前記半田ボール載置工程で、前記実装部の、前記電子部品の下面の一辺に平行な前記線と、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する辺の間に、前記第１の半田ボールより径の小さい第２の半田ボールを置くとともに、前記接合工程で前記第２の半田ボールを融解させることが好ましい。
【００１７】
前記接合工程で前記第１の半田ボールよりも先に前記第２の半田ボールを融解させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の実装方法によれば、配線導体を有する回路基板に、下面の大部分が電極である電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記回路基板として、前記配線導体の前記電子部品が実装される実装部の一部に第１の凹部が設けられたものを準備する工程と、前記第１の凹部に第１の半田ボールを置く半田ボール載置工程と、前記電子部品を、当該電子部品の下面の電極が前記第１の半田ボールに当接するとともに、前記電子部品の下面の一端が前記実装部に当接して、前記電子部品の下面が前記実装部に対して斜めになるように置く電子部品載置工程と、前記電子部品が置かれた前記回路基板に熱を加え、前記第１の半田ボールを融解させて、前記実装部と前記電子部品の下面の電極とを接合する接合工程とを含むことにより、前記第１の半田ボールが前記第１の凹部に置かれることで、前記第１の半田ボールが移動できる範囲が制限され、電子部品載置工程後に、前記電子部品の下面と前記実装部とが斜めになることで、前記電子部品の下面と前記実装部との間隔が広い開口部が安定してでき、接合工程において、前記第１の半田ボール中に含まれているボイドの気体やフラックスから発生した気体、あるいは前記実装部に供給しておいたフラックスから発生した気体などが、前記実装部と前記電子部品の下面と間から、前記開口部から外に抜けていき易いため、実装後の半田にボイドを少なくできる。
【００１９】
前記半田ボール載置工程の前に、前記実装部に粘稠性の液体を供給する工程を含む場合、載置された電子部品が動き難くなり、工程中で前記開口部を安定して開いた状態にすることができる。
【００２０】
前記電子部品として下面が四角形状のものを用いるとともに、前記第１の凹部として、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な線上の位置であり、かつ前記電子部品載置工程で直上に前記電子部品の電極がくる位置に複数の凹部を設け、前記半田ボール載置工程で、前記複数の凹部のそれぞれに前記第１の半田ボールを置く場合、前記電子部品の下面の一辺に沿った線上に置かれた前記第１の半田ボールと、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する一辺とで前記電子部品が支えられ、前記電子部品を安定した状態で保持できる。
【００２１】
前記回路基板として、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な前記線と、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する辺との間に第２の凹部が設けられたものを用いるとともに、前記半田ボール載置工程で、第２の半田ボールを、前記第２の凹部に前記第１の半田ボールより前記実装部からの高さが低くなるように置くとともに、前記接合工程で前記第２の半田ボールを融解させる場合、前記一辺に対向する辺の端まで、半田がより供給されやすくなる。
【００２２】
前記第２の凹部が、前記第１の凹部よりも深さが深いか、開口が大きいかの少なくとも一方であることにより、前記第２の半田ボールの実装部からの高さを、前記第１の半田ボールの実装部からの高さより低くできる。
【００２３】
前記第２の半田ボールとして前記第１の半田ボールよりも径が小さいものを使用する場合、前記第２の半田ボールの実装部からの高さを、前記第１の半田ボールの実装部からの高さより低くできる。
【００２４】
前記接合工程で前記第１の半田ボールよりも先に前記第２の半田ボールを融解させる場合、先に前記第１の半田ボールが融解して、前記電子部品が不安定になり、位置ズレなどが生じることが抑制できる。
【００２５】
また、本発明の電子部品の実装方法によれば、配線導体を有する回路基板に、下面の大部分が電極である電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記配線導体の前記電子部品が実装される実装部に粘稠性の液体を供給する工程と、前記実装部の前記粘稠性の液体が供給された部分に第１の半田ボールを置く工程と、前記電子部品を、当該電子部品の下面の電極が前記第１の半田ボールに当接するとともに、前記電子部品の下面の一端が前記実装部に当接して、前記電子部品の下面が前記実装部に対して斜めになるように置く電子部品載置工程と、前記電子部品が置かれた前記回路基板に熱を加え、前記第１の半田ボールを融解させて、前記実装部と前記電子部品の下面の電極とを接合する接合工程とを含むことにより、前記粘稠性の液体により前記第１の半田ボールが移動しにくくなり、電子部品載置工程後に、前記電子部品の下面と前記実装部とが斜めになることで、前記電子部品の下面と前記実装部との間隔が広い開口部が安定してでき、接合工程において、半田ボール中に含まれているボイドの気体やフラックスから発生した気体、あるいは実装部に供給しておいたフラックスから発生した気体などが、前記実装部と前記電子部品の下面と間から、前記開口部から外に抜けていき易いため、実装後の半田にボイドを少なくできる。
【００２６】
前記電子部品として下面が四角形状のものを用い、前記半田ボール載置工程で、前記第１の半田ボールを、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な線上の位置であり、かつ前記電子部品載置工程で直上に前記電子部品の電極がくる位置に複数並べて置く場合、前記電子部品の下面の一辺に沿った線上に置かれた前記第１の半田ボールと、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する一辺とで前記電子部品が支えられ、前記電子部品を安定した状態で保持できる。
【００２７】
前記半田ボール載置工程で、前記実装部の、前記電子部品の下面の一辺に平行な前記線と、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する辺の間に、前記第１の半田ボールより径の小さい第２の半田ボールを置くとともに、前記接合工程で前記第２の半田ボールを融解させる場合、前記一辺に対向する辺の端まで、半田がより供給されやすくなる。
【００２８】
前記接合工程で前記第１の半田ボールよりも先に前記第２の半田ボールを融解させる場合、先に前記第１の半田ボールが融解して、前記電子部品が不安定になり、位置ズレなどが生じることが抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電子部品の実装方法によって実装された、回路基板および電子部品の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の縦断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）と同じ場所の実装工程における縦断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明の他の電子部品の実装方法によって実装された、回路基板および電子部品の縦断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）と同じ場所の実装工程における縦断面図であり、（ｄ）および（ｅ）は、本発明の他の電子部品の実装方法の実装工程における縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電子部品の実装方法によって、回路基板３に電子備品９を実装した実装構造１の部分平面図であり、図１（ｂ）は（ａ）の仮想線Ａにおける縦断面図である。
【００３１】
本発明の実装方法は、配線導体５を有する回路基板３の配線導体５の一部である実装部上に、下面の大部分が電極である電子部品９を、半田７を介して実装するものである。電子部品９は半田７により固定され、配線導体５と電子部品９とが電気的に接続されたり、回路基板３と電子部品９の間で熱伝導が行なわれる。詳細は後述するが、本発明の実装方法で実装してあるため、半田７に含まれるボイドは少なくなっている。
【００３２】
回路基板３は、半田を融解する加熱工程に耐えられるものであれば特に制約はなく、セラミックス、樹脂、金属などのいずれでもよい。構造も主面に電子部品９が実装される配線導体５が形成されていればよく、回路基板の主面に対向する面や内部に他の配線導体が形成されていてもよい。配線導体５は、半田に濡れるものであれば、金、銀、銅、タングステン、モリブデンなどのいずれでもよい。また、配線導体５を形成する方法も特に制約はなく、エッッチングした金属板を貼り付けたり、回路基板３となる基板に導体ペーストを塗布して焼成することにより形成してもよい。配線導体５の厚みは、形成方法により様々な場合があるが、例えば１０μｍ〜２ｍｍである。厚みが半田ボール５ａの直径より大きい場合は、半田ボール５ａの最上部が配線導体５より高くなるよう形状の凹部５ａにする。
【００３３】
実装する電子部品９は、回路基板１に実装される側の面である下面に電極があり、電極が下面の大部分を占めるものである。ここで大部分とは下面の面積の８割以上占めることを意味し、９割以上が好ましく、熱伝導率が高くなる。図１（ａ）および（ｂ）に示した電子部品９は、半導体に作製されたＩＣであり、下面は電極になっているが図では電極は省略してある。図１（ａ）および（ｂ）に示した電子部品９の下面全面が電極になっているが、電極が部分的に形成されているものでもかまわない。しかし、本発明の実装方法は、電子部品９と実装部の接合面積が大きい場合に発生し易い半田７中のボイドを少なくできるものであり、電子部品９の下面全体が電極であるものに適用するのが好ましい。電子部品９の大きさは、例えば平面方向が１ｍｍ×１ｍｍ〜３０ｍｍ×３０ｍｍで、厚さが０．５〜２ｍｍである。
また、半田７にボイドが少なくなり電子部品９と回路基板３との間の熱伝導性が高くなるので、電子部品９が発熱素子、あるいは吸熱素子であることが好ましい。
【００３４】
なお、図１（ａ）に示した実装構造１では、電子部品９の下面の電極はグランドとして働くように半田７を介して配線導体５に接続されている。この後電子部品９の上面にある電極（不図示）と配線導体５とがワイヤーボンディングで接続され、電子部品９は増幅回路を持つパワーＩＣや大電流が流れるスイッチングＩＣとして働くようになる。そして、その際、半田７に含まれるボイドが少ないので電子部品９で発生した熱を効率よく回路基板３に伝えることができるようになる。
【００３５】
本発明の電子部品の実装方法は、回路基板３として配線導体５の電子部品３が実装される実装部の一部に凹部５ａが設けられたものを準備する工程と、凹部５ａに第１の半田ボール６ａを置く半田ボール載置工程と、電子部品９を、電子部品９の下面の電極が第１の前記半田ボール６ａに当接するとともに、電子部品９の下面が実装部に当接して、電子部品９の下面が実装部に対して斜めになるように載置する電子部品載置工程と、電子部品９が載置された回路基板３に熱を加え、第１の半田ボール６ａを融解させ、実装部と電子部品９の下面の電極とを接合する接合工程とを含む。
【００３６】
図１（ｃ）は、図１（ｂ）と同じ部分の縦断面であり、電子部品載置工程が終了した時点のものである。このような状態で熱を加えて接合することにより、半田ボール６ａ中に含まれている気体が、接合工程中に電子部品９の下面と配線導体５との間が斜めになっているため生じる、電子部品９の下面と配線導体５との間隔が広い開口部から抜けていき、接合後の半田７にボイドが残り難い。特に、実装部の配線導体５や電子部品９の電極を活性させるため実装部にフラックスを供給することが行なわれた際、フラックスと半田ボール６ａの酸化皮膜との反応などによって発生する気体が半田７に巻き込まれる可能性が高くなるが、前述の開口があるため発生した気体は、実装部と電子部品９との間に留まり難くなる。
【００３７】
これにより、半田７の回路基板３の主面に平行な面における断面のボイド率を１％以下と少なくすることができる。もし、実装部上に半田ボール６ａを均等に配置し、実装部と電子部品９の電極が平行になるように載置した後、接合を行なうと、接合工程中に徐々に狭くなる電子部品の下面と実装部との間に気体が閉じ込められやすく、実装後に半田７に含まれるボイドが多くなってしまう。
【００３８】
なお、接合工程において、フラックスと半田ボール６ａの酸化皮膜との反応などによって発生する気体は主に、半田ボール６ａの置かれた電子部品９の下面と配線導体５との間隔が広い開口部から抜けていくため、その方向の回路基板３上にフラックスの残渣が残ることがある。このような残渣は、後工程においてワイヤーボンディングする際に、ワイヤーと配線導体５の接合を阻害することがある。残渣は洗浄などにより取り除くこともできるが、安全のため、ワイヤーボンディング接続される配線導体５は、半田ボール６ａが置かれる電子部品９の下面と配線導体５との間隔が広い開口部の側に設けないのが好ましく、開口から２ｃｍ以内に設けないのがよい。
【００３９】
半田ボール６ａの材質は特に限定されないが、すずと銀と銅との合金や、鉛とすずとの合金のものなどが使用できる。半田ボールは開口が大きくなるように直径が５０〜３００μｍであるものが好ましい。
【００４０】
半田ボール６ａを置く位置は特に限定されず、回路基板３の上から電子部品９を載置した際に電子部品が９の下面が実装部に対して斜めになるように載置できればよい。載置後の電子部品９の位置の安定性をよくするためには次のようにすればよい。１つの配置方法は、電子部品９の下面の形状が、外辺に直線部分が存在する場合、その直線の両端の点それぞれと電子部品９の下面の形状の面積重心とを結ぶ線を面積重心側に延長してできる線分の間に半田ボール６ａを置くものである。また別の配置方法は、延長してできる前述の２つの線分を挟むように半田ボール６ａを置くものである。
【００４１】
電子部品９として下面が四角形状のものを用いる場合、凹部５ａを、実装部の電子部品９の下面の一辺に平行な線上の位置であり、かつ電子部品載置工程で直上に電子部品９の電極がくる位置に複数設けると、電子部品９を載置した後の安定度が増す。図１（ａ）においては、図１（ａ）における電子部品９の下面の右辺に沿うように、右辺と平行な仮想直線Ｂ上に凹部５ａが配置されており、半田ボール載置工程では凹部５ａ上に半田ボール６ａが載置されるので、電子部品９の下面の右辺に沿って半田ボール６ａが載置される。
【００４２】
凹部５ａの形状は円柱状、角柱状、配線導体５の表面側の開口が大きな円錐状や角柱状、あるはそれら円錐状や角柱状の底部が平面になっているものなどにすればよい。また、１つの凹部５ａに複数の半田ボール６ａが載置できるように、配線導体５の平面方向に長い角柱状にしてもよい。配線導体５の平面方向に長い角柱状にする場合、仮想直線Ｂに沿ったものにすれば、電子部品９の角度が変わるように半田ボール６ａが移動しないので好ましい。いずれにしても、半田ボール５ａの最上部が配線導体５よりも上になる形状にする。また。半田ボール５ａの位置が安定するように、半田ボール５ａの直径の１／４以上が凹部５ａ内に入る形状にするのが良い。
【００４３】
また半田ボール５ａを直線上に配置し、接合工程でトンネル炉に入れて加熱するのであれば、前記線と入路方向が直角になるようにするのがよい。このようにすると、直線上の半田ボール５ａがほほぼ同時に融解するため、電子部品９の位置ズレなどが生じ難くできる。
【００４４】
凹部５ａの底部は配線導体５になっていても、回路基板３の基板の基板になっていてもよい。凹部５ａの底部が配線導体５である場合、底部も半田７が濡れ易いため、凹部５ａの部分にボイドができ難くなり好ましい。他方、凹部５ａの底部が回路基板１３の基板の上面である場合、凹部５ａの形成は配線導体５のパターンニングだけでできるため、配線導体５の形状を印刷などで形成する場合に、形成しやすくなり好ましい。
【００４５】
図２（ａ）に示したのは、本発明の実装方法で実装された実装構造１１の縦断面図である。回路基板１３に形成されている配線導体１５に、電子部品１９が半田１７を介して接続されており、凹部１５ａは配線導体１５を貫通しており、底部は回路基板１３の基板の上面になっている。
【００４６】
載置した後の半田ボール６ａや、電子部品９の位置をより安定した状態にするには、半田ボール載置工程の前に、実装部に粘稠性の液体を供給するのがよい。粘稠性の液体を、実装部全体に略均一に塗布したり、凹部５ａや電子部品９と実装部が接する場所に部分的に供給することにより、外部から力が加わった際に、半田ボール６ａは実装部品９が動き難くなり、上述の開口が安定してできるので半田７にボイドを少なくできる。また電子部品９の実装精度が高くなる。粘稠性の液体の粘度は、使用温度で２〜８ｃｐ（センチポイズ）であるのが好ましい。粘稠性の液体は、接合工程時に半田ボール５ａが融解する温度より低い温度で蒸発あるいは分解して半田の接合に影響を与えないものであればよい。粘稠性の液体は、前述のフラックスの役目を果たすものであってもよい。
【００４７】
図２（ｂ）は、本発明の他の実装方法で実装された実装構造２１の縦断面図である。回路基板２３に形成されている配線導体２５に、電子部品２９が半田２７を介して接続されている。図２（ｃ）は図２（ｂ）に示した実装構造２１を作製する工程の途中の同じ部分の縦断面図である。配線導体５には第１の凹部２５ａおよび第２の凹部２５ｂが形成されている。
【００４８】
第１の凹部２５ａの上には第１の半田ボール２６ａが載置されており、第２の凹部２５ｂの上には第２の半田ボール２６ｂが載置されている。第１の半田ボール２６ａが載置される第１の凹部２５ａは、図１（ａ）における凹部５ａと同じように電子部品２９の下面の一辺に沿った線上配置されている。第２の半田ボール２６ｂが載置される第２の凹部２５ｂは、図１（ａ）における凹部５ａと同じように電子部品２９の下面の一辺に沿った線上配置されているが、図２（ｃ）に示したように第２の凹部２５ｂは、第１の凹部２５ａよりも、電子部品２９の下面と実装部との開口している方向とは逆側に位置している。また、第２の半田ボール２６ｂは、第１の半田ボール２６ａより、実装部からの高さが低くなっている。
【００４９】
このように第２の半田ボール２６ｂを載置することにより電子部品２９の下面と実装部が接している部分に近い側にもより安定して半田を供給することができるようになる。なお、第２の半田ボール２６ｂは電子部品２９の下面の電極に接している必要はないが、接していれば、電子部品２９の安定度が増す。また、第２の半田ボール２６ｂは第１の半田ボール２６ａと同様に、電子部品２９の下面の一辺と平行な線上に配置してもよい。またさらに、第２の半田ボール２６ｂよりも子部品２９の下面と実装部が接している部分に近い側に、凹部をさらに設け、第２の半田ボール２６ｂよりも実装面からの高さの低くなる第３の半田ボール、第４の半田ボールなどを載置できるようにしてもよい。
【００５０】
図２（ｃ）では第２の凹部２５ｂの開口が第１の凹部２５ａの開口よりの大きいことにより、第２の半田ボール２６ｂの実装面からの高さが、第１の半田ボール２６ａの実装面からの高さより低くなっている。
【００５１】
図２（ｄ）は本発明の他の実装方法の工程の途中の状態の縦断面図であり、図２（ｃ）と比較すると、第２の凹部３５ｂの深さが、第１の凹部３５ａの深さより深いことにより、第１の半田ボール３６ａの実装面からの高さより低くなっている。
【００５２】
また、第２の半田ボールとして第１の半田ボールよりも径が小さいものを使用することで、第２の半田ボールの実装面からの高さが、第１の半田ボールの実装面からの高さより低くしてもよい。
【００５３】
さらに、このように第１の半田ボールと第２の半田ボールを使用する場合、接合工程において、第１の半田ボールよりも先に第２の半田ボールを融解させることにより、先に第１の半田ボールが融解して、電子部品が不安定になり、位置ズレなどが生じることが抑制できる。第１の半田ボールよりも先に第２の半田ボールを融解させるには、第２の半田ボールの組成を第１の半田ボールよりも融点の低いものにすればよい。また、トンネル炉に入れて加熱するのであれば、第２の半田ボールのある方から入炉し、第２の半田ボールの方が先に高温部に到達するようにすればよい。さらに、第２の半田ボールの径が第１の半田ボールよりも小さく、他の要因に大きな差がなければ、第２の半田ボールの方が先に融解する。
【００５４】
また、図２（ｅ）は、本発明の他の実装方法の工程途中における縦断面図である。図２（ｅ）は、回路基板４３の配線導体４５の電子部品４９が実装される実装部に粘稠性の液体５０を供給し、実装部の粘稠性の液体５０が供給された部分に半田ボール４６ａを置き、電子部品４９を、電子部品４９の下面の電極が半田ボール４６ａに当接するとともに、電子部品４９の下面が実装部に当接して、電子部品４９の下面が実装部に対して斜めになるように載置した状態である。
【００５５】
粘稠性の液体５０により半田ボール４６ａおよび電子部品４９が移動しにくくなり、電子部品４９の下面と実装部とが斜めになることで、電子部品４９の下面と実装部との間隔が広い開口部が安定してできる。粘稠性の液体５０を、図示したように実装部全体に略均一に塗布してもよいし、半田ボール４６ａや電子部品４９と実装部が接する場所に部分的に供給してもよい。粘稠性の液体５０の粘度は、使用温度で２〜８ｃｐ（センチポイズ）であるのが好ましい。粘稠性の液体は、フラックスの役目を果たすものであってもよい。
【００５６】
この後、電子部品４９が載置された回路基板４３に熱を加え、第１の半田ボール４６ａを融解させ、実装部と電子部品４９の下面の電極とを接合する。その際、半田ボール４６ａ中に含まれているボイドの気体やフラックスから発生した気体、あるいは実装部に供給しておいたフラックスから発生した気体などが、実装部と電子部品４９の下面と間から、前記開口部から外に抜けていき易いため、実装後の半田にボイドを少なくできる。
【実施例】
【００５７】
回路基板として、アルミナ基板に銅板を付け、ニッケルメッキし、さらに金フラッシュ処理をした配線導体を形成したものを準備し、電子部品である２ｍｍ×３ｍｍで厚さ１ｍｍのシリコンのＦＥＴを実装して、半田に発生したボイドの状態を評価した。評価は、透過Ｘ線装置で撮影した写真で、実装部の面積に対するボイドの面積を計測し、ボイド発生率を算出した。なお、実装部の配線導体の外形はＦＥＴと同じ２ｍｍ×３ｍｍとした。
【００５８】
試料１は次のように作製した。実装部の配線導体は、長さが２ｍｍの外辺から内側に３００μｍの場所に、長さ２ｍｍの外辺に沿って直径５０μｍの凹部を４つ形成した回路基板を用いた。この回路基板の実装部全体に粘度６ｃｐのフラックスを供給した。半田ボールとしては、すず９６質量％、銀３質量％、銅２．８質量％および残部が活性剤等からなる直径１００μｍのものを用いた。半田ボールを凹部に載置し、その上にＦＥＴ載置した。ＦＥＴは長さ２ｍｍの一辺が実装部に当接し、半田ボールが載置された側が実装部より持ち上がった状態に載置され、リフローにより半田ボールを融解し、ＦＥＴと実装部の配線導体とを接合した。
【００５９】
試料２は、凹部を実装部の配線導体の四隅近くに形成し、ＦＥＴを載置した際に、ＦＥＴの下面の電極が実装部と平行になるようにした以外は試料1と同様に作製した。
【００６０】
試料３は、実装部にフラックスを含んだ半田ペーストを塗布し、その上にＦＥＴを妻子して、その後リフローし、ＦＥＴと実装部の配線導体とを接合した。なお、半田ペースト中の半田の金属成分の組成比は試料１で使用した半田ボールと同じであった。
【００６１】
本発明の電子部品の実装方法で作製された試料１では、回路基板の主面に平行な面における半田のボイド率は０．１７％と低かった。これ対して、本発明の電子部品の実装方法で作製さていない試料２の半田のボイド率は１．７％、試料３の半田のボイド率は６．４％と高かった。
【符号の説明】
【００６２】
１、１１、２１・・・実装構造
２、１３、２３、３３、４３・・・回路基板
５ａ、１５ａ、２５ａ、３５ａ・・・凹部（第１の凹部）
２５ｂ、３５ｂ・・・第２の凹部
６ａ、１６ａ、２５ａ、３５ａ・・・半田ボール（第１の半田ボール）
１６ｂ、２５ｂ、３５ｂ・・・第２の半田ボール
７、１７、２７・・・半田
９、１９、２９、３９、４９・・・電子部品
５０・・・粘稠性の液体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に、半田を介して電子部品を実装する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回路基板に電子部品を実装方法としては、半田を介して実装する方法が知られている。半田により実装された電子部品は、回路基板と電子部品との間は、半田により電気的接続あるいは熱伝導が行なわれる。
【０００３】
半田を介して電子部品を実装する方法としては、回路基板の実装部に、半田粒子とフラックスなどとが混合された半田ペーストを印刷した後、電子部品を載置し、リフローを行なう方法が知られている。リフローでは、回路基板の実装部にある配線導体などおよび電子部品の電極が、フラックスにより活性化された後、半田粒子が融解し、回路基板の実装部の配線導体などと電子部品の電極が半田により接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２８８３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の半田ペーストを用いた実装方法では、融解中の半田にボイドが巻き込まれる、特にフラックスと半田の酸化皮膜との反応などによって発生する気体が巻き込まれることにより、実装後の半田の中にボイドが存在することがあり、実装された電子部品が発熱する素子である場合などで、電子部品と回路基板との間の熱伝導の高さ求められる際に、ボイドにより熱伝導が低くなるという問題があった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、半田の中にボイドが生じ難い、半田を用いた電子部品の実装方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電子部品の実装方法は、配線導体を有する回路基板に、下面の大部分が電極である電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記回路基板として、前記配線導体の前記電子部品が実装される実装部の一部に第１の凹部が設けられたものを準備する工程と、前記第１の凹部に第１の半田ボールを置く半田ボール載置工程と、前記電子部品を、当該電子部品の下面の電極が前記第１の半田ボールに当接するとともに、前記電子部品の下面の一端が前記実装部に当接して、前記電子部品の下面が前記実装部に対して斜めになるように置く電子部品載置工程と、前記電子部品が置かれた前記回路基板に熱を加え、前記第１の半田ボールを融解させて、前記実装部と前記電子部品の下面の電極とを接合する接合工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
前記半田ボール載置工程の前に、前記実装部に粘稠性の液体を供給する工程を含むことが好ましい。
【０００９】
前記電子部品として下面が四角形状のものを用いるとともに、前記第１の凹部として、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な線上の位置であり、かつ前記電子部品載置工程で直上に前記電子部品の電極がくる位置に複数の凹部を設け、前記半田ボール載置工程で、前記複数の凹部のそれぞれに前記第１の半田ボールを置くことが好ましい。
【００１０】
前記回路基板として、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な前記線と、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する辺との間に第２の凹部が設けられたものを用いるとともに、前記半田ボール載置工程で、第２の半田ボールを、前記第２の凹部に前記第１の半田ボールより前記実装部からの高さが低くなるように置くとともに、前記接合工程で前記第２の半田ボールを融解させることが好ましい。
【００１１】
前記第２の凹部が、前記第１の凹部よりも深さが深いか、開口が大きいかの少なくとも一方であることが好ましい。
【００１２】
前記第２の半田ボールとして前記第１の半田ボールよりも径が小さいものを使用することが好ましい。
【００１３】
前記接合工程で前記第１の半田ボールよりも先に前記第２の半田ボールを融解させることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の電子部品の実装方法は、配線導体を有する回路基板に、下面の大部分が電極である電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記配線導体の前記電子部品が実装される実装部に粘稠性の液体を供給する工程と、前記実装部の前記粘稠性の液体が供給された部分に第１の半田ボールを置く工程と、前記電子部品を、当該電子部品の下面の電極が前記第１の半田ボールに当接するとともに、前記電子部品の下面の一端が前記実装部に当接して、前記電子部品の下面が前記実装部に対して斜めになるように置く電子部品載置工程と、前記電子部品が置かれた前記回路基板に熱を加え、前記第１の半田ボールを融解させて、前記実装部と前記電子部品の下面の電極とを接合する接合工程とを含むことを特徴とする。
【００１５】
前記電子部品として下面が四角形状のものを用い、前記半田ボール載置工程で、前記第１の半田ボールを、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な線上の位置であり、かつ前記電子部品載置工程で直上に前記電子部品の電極がくる位置に複数並べて置くことが好ましい。
【００１６】
前記半田ボール載置工程で、前記実装部の、前記電子部品の下面の一辺に平行な前記線と、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する辺の間に、前記第１の半田ボールより径の小さい第２の半田ボールを置くとともに、前記接合工程で前記第２の半田ボールを融解させることが好ましい。
【００１７】
前記接合工程で前記第１の半田ボールよりも先に前記第２の半田ボールを融解させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の実装方法によれば、配線導体を有する回路基板に、下面の大部分が電極である電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記回路基板として、前記配線導体の前記電子部品が実装される実装部の一部に第１の凹部が設けられたものを準備する工程と、前記第１の凹部に第１の半田ボールを置く半田ボール載置工程と、前記電子部品を、当該電子部品の下面の電極が前記第１の半田ボールに当接するとともに、前記電子部品の下面の一端が前記実装部に当接して、前記電子部品の下面が前記実装部に対して斜めになるように置く電子部品載置工程と、前記電子部品が置かれた前記回路基板に熱を加え、前記第１の半田ボールを融解させて、前記実装部と前記電子部品の下面の電極とを接合する接合工程とを含むことにより、前記第１の半田ボールが前記第１の凹部に置かれることで、前記第１の半田ボールが移動できる範囲が制限され、電子部品載置工程後に、前記電子部品の下面と前記実装部とが斜めになることで、前記電子部品の下面と前記実装部との間隔が広い開口部が安定してでき、接合工程において、前記第１の半田ボール中に含まれているボイドの気体やフラックスから発生した気体、あるいは前記実装部に供給しておいたフラックスから発生した気体などが、前記実装部と前記電子部品の下面と間から、前記開口部から外に抜けていき易いため、実装後の半田にボイドを少なくできる。
【００１９】
前記半田ボール載置工程の前に、前記実装部に粘稠性の液体を供給する工程を含む場合、載置された電子部品が動き難くなり、工程中で前記開口部を安定して開いた状態にすることができる。
【００２０】
前記電子部品として下面が四角形状のものを用いるとともに、前記第１の凹部として、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な線上の位置であり、かつ前記電子部品載置工程で直上に前記電子部品の電極がくる位置に複数の凹部を設け、前記半田ボール載置工程で、前記複数の凹部のそれぞれに前記第１の半田ボールを置く場合、前記電子部品の下面の一辺に沿った線上に置かれた前記第１の半田ボールと、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する一辺とで前記電子部品が支えられ、前記電子部品を安定した状態で保持できる。
【００２１】
前記回路基板として、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な前記線と、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する辺との間に第２の凹部が設けられたものを用いるとともに、前記半田ボール載置工程で、第２の半田ボールを、前記第２の凹部に前記第１の半田ボールより前記実装部からの高さが低くなるように置くとともに、前記接合工程で前記第２の半田ボールを融解させる場合、前記一辺に対向する辺の端まで、半田がより供給されやすくなる。
【００２２】
前記第２の凹部が、前記第１の凹部よりも深さが深いか、開口が大きいかの少なくとも一方であることにより、前記第２の半田ボールの実装部からの高さを、前記第１の半田ボールの実装部からの高さより低くできる。
【００２３】
前記第２の半田ボールとして前記第１の半田ボールよりも径が小さいものを使用する場合、前記第２の半田ボールの実装部からの高さを、前記第１の半田ボールの実装部からの高さより低くできる。
【００２４】
前記接合工程で前記第１の半田ボールよりも先に前記第２の半田ボールを融解させる場合、先に前記第１の半田ボールが融解して、前記電子部品が不安定になり、位置ズレなどが生じることが抑制できる。
【００２５】
また、本発明の電子部品の実装方法によれば、配線導体を有する回路基板に、下面の大部分が電極である電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記配線導体の前記電子部品が実装される実装部に粘稠性の液体を供給する工程と、前記実装部の前記粘稠性の液体が供給された部分に第１の半田ボールを置く工程と、前記電子部品を、当該電子部品の下面の電極が前記第１の半田ボールに当接するとともに、前記電子部品の下面の一端が前記実装部に当接して、前記電子部品の下面が前記実装部に対して斜めになるように置く電子部品載置工程と、前記電子部品が置かれた前記回路基板に熱を加え、前記第１の半田ボールを融解させて、前記実装部と前記電子部品の下面の電極とを接合する接合工程とを含むことにより、前記粘稠性の液体により前記第１の半田ボールが移動しにくくなり、電子部品載置工程後に、前記電子部品の下面と前記実装部とが斜めになることで、前記電子部品の下面と前記実装部との間隔が広い開口部が安定してでき、接合工程において、半田ボール中に含まれているボイドの気体やフラックスから発生した気体、あるいは実装部に供給しておいたフラックスから発生した気体などが、前記実装部と前記電子部品の下面と間から、前記開口部から外に抜けていき易いため、実装後の半田にボイドを少なくできる。
【００２６】
前記電子部品として下面が四角形状のものを用い、前記半田ボール載置工程で、前記第１の半田ボールを、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な線上の位置であり、かつ前記電子部品載置工程で直上に前記電子部品の電極がくる位置に複数並べて置く場合、前記電子部品の下面の一辺に沿った線上に置かれた前記第１の半田ボールと、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する一辺とで前記電子部品が支えられ、前記電子部品を安定した状態で保持できる。
【００２７】
前記半田ボール載置工程で、前記実装部の、前記電子部品の下面の一辺に平行な前記線と、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する辺の間に、前記第１の半田ボールより径の小さい第２の半田ボールを置くとともに、前記接合工程で前記第２の半田ボールを融解させる場合、前記一辺に対向する辺の端まで、半田がより供給されやすくなる。
【００２８】
前記接合工程で前記第１の半田ボールよりも先に前記第２の半田ボールを融解させる場合、先に前記第１の半田ボールが融解して、前記電子部品が不安定になり、位置ズレなどが生じることが抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電子部品の実装方法によって実装された、回路基板および電子部品の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の縦断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）と同じ場所の実装工程における縦断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明の他の電子部品の実装方法によって実装された、回路基板および電子部品の縦断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）と同じ場所の実装工程における縦断面図であり、（ｄ）および（ｅ）は、本発明の他の電子部品の実装方法の実装工程における縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る電子部品の実装方法によって、回路基板３に電子備品９を実装した実装構造１の部分平面図であり、図１（ｂ）は（ａ）の仮想線Ａにおける縦断面図である。
【００３１】
本発明の実装方法は、配線導体５を有する回路基板３の配線導体５の一部である実装部上に、下面の大部分が電極である電子部品９を、半田７を介して実装するものである。電子部品９は半田７により固定され、配線導体５と電子部品９とが電気的に接続されたり、回路基板３と電子部品９の間で熱伝導が行なわれる。詳細は後述するが、本発明の実装方法で実装してあるため、半田７に含まれるボイドは少なくなっている。
【００３２】
回路基板３は、半田を融解する加熱工程に耐えられるものであれば特に制約はなく、セラミックス、樹脂、金属などのいずれでもよい。構造も主面に電子部品９が実装される配線導体５が形成されていればよく、回路基板の主面に対向する面や内部に他の配線導体が形成されていてもよい。配線導体５は、半田に濡れるものであれば、金、銀、銅、タングステン、モリブデンなどのいずれでもよい。また、配線導体５を形成する方法も特に制約はなく、エッッチングした金属板を貼り付けたり、回路基板３となる基板に導体ペーストを塗布して焼成することにより形成してもよい。配線導体５の厚みは、形成方法により様々な場合があるが、例えば１０μｍ〜２ｍｍである。厚みが半田ボール５ａの直径より大きい場合は、半田ボール５ａの最上部が配線導体５より高くなるよう形状の凹部５ａにする。
【００３３】
実装する電子部品９は、回路基板１に実装される側の面である下面に電極があり、電極が下面の大部分を占めるものである。ここで大部分とは下面の面積の８割以上占めることを意味し、９割以上が好ましく、熱伝導率が高くなる。図１（ａ）および（ｂ）に示した電子部品９は、半導体に作製されたＩＣであり、下面は電極になっているが図では電極は省略してある。図１（ａ）および（ｂ）に示した電子部品９の下面全面が電極になっているが、電極が部分的に形成されているものでもかまわない。しかし、本発明の実装方法は、電子部品９と実装部の接合面積が大きい場合に発生し易い半田７中のボイドを少なくできるものであり、電子部品９の下面全体が電極であるものに適用するのが好ましい。電子部品９の大きさは、例えば平面方向が１ｍｍ×１ｍｍ〜３０ｍｍ×３０ｍｍで、厚さが０．５〜２ｍｍである。
また、半田７にボイドが少なくなり電子部品９と回路基板３との間の熱伝導性が高くなるので、電子部品９が発熱素子、あるいは吸熱素子であることが好ましい。
【００３４】
なお、図１（ａ）に示した実装構造１では、電子部品９の下面の電極はグランドとして働くように半田７を介して配線導体５に接続されている。この後電子部品９の上面にある電極（不図示）と配線導体５とがワイヤーボンディングで接続され、電子部品９は増幅回路を持つパワーＩＣや大電流が流れるスイッチングＩＣとして働くようになる。そして、その際、半田７に含まれるボイドが少ないので電子部品９で発生した熱を効率よく回路基板３に伝えることができるようになる。
【００３５】
本発明の電子部品の実装方法は、回路基板３として配線導体５の電子部品３が実装される実装部の一部に凹部５ａが設けられたものを準備する工程と、凹部５ａに第１の半田ボール６ａを置く半田ボール載置工程と、電子部品９を、電子部品９の下面の電極が第１の前記半田ボール６ａに当接するとともに、電子部品９の下面が実装部に当接して、電子部品９の下面が実装部に対して斜めになるように載置する電子部品載置工程と、電子部品９が載置された回路基板３に熱を加え、第１の半田ボール６ａを融解させ、実装部と電子部品９の下面の電極とを接合する接合工程とを含む。
【００３６】
図１（ｃ）は、図１（ｂ）と同じ部分の縦断面であり、電子部品載置工程が終了した時点のものである。このような状態で熱を加えて接合することにより、半田ボール６ａ中に含まれている気体が、接合工程中に電子部品９の下面と配線導体５との間が斜めになっているため生じる、電子部品９の下面と配線導体５との間隔が広い開口部から抜けていき、接合後の半田７にボイドが残り難い。特に、実装部の配線導体５や電子部品９の電極を活性させるため実装部にフラックスを供給することが行なわれた際、フラックスと半田ボール６ａの酸化皮膜との反応などによって発生する気体が半田７に巻き込まれる可能性が高くなるが、前述の開口があるため発生した気体は、実装部と電子部品９との間に留まり難くなる。
【００３７】
これにより、半田７の回路基板３の主面に平行な面における断面のボイド率を１％以下と少なくすることができる。もし、実装部上に半田ボール６ａを均等に配置し、実装部と電子部品９の電極が平行になるように載置した後、接合を行なうと、接合工程中に徐々に狭くなる電子部品の下面と実装部との間に気体が閉じ込められやすく、実装後に半田７に含まれるボイドが多くなってしまう。
【００３８】
なお、接合工程において、フラックスと半田ボール６ａの酸化皮膜との反応などによって発生する気体は主に、半田ボール６ａの置かれた電子部品９の下面と配線導体５との間隔が広い開口部から抜けていくため、その方向の回路基板３上にフラックスの残渣が残ることがある。このような残渣は、後工程においてワイヤーボンディングする際に、ワイヤーと配線導体５の接合を阻害することがある。残渣は洗浄などにより取り除くこともできるが、安全のため、ワイヤーボンディング接続される配線導体５は、半田ボール６ａが置かれる電子部品９の下面と配線導体５との間隔が広い開口部の側に設けないのが好ましく、開口から２ｃｍ以内に設けないのがよい。
【００３９】
半田ボール６ａの材質は特に限定されないが、すずと銀と銅との合金や、鉛とすずとの合金のものなどが使用できる。半田ボールは開口が大きくなるように直径が５０〜３００μｍであるものが好ましい。
【００４０】
半田ボール６ａを置く位置は特に限定されず、回路基板３の上から電子部品９を載置した際に電子部品が９の下面が実装部に対して斜めになるように載置できればよい。載置後の電子部品９の位置の安定性をよくするためには次のようにすればよい。１つの配置方法は、電子部品９の下面の形状が、外辺に直線部分が存在する場合、その直線の両端の点それぞれと電子部品９の下面の形状の面積重心とを結ぶ線を面積重心側に延長してできる線分の間に半田ボール６ａを置くものである。また別の配置方法は、延長してできる前述の２つの線分を挟むように半田ボール６ａを置くものである。
【００４１】
電子部品９として下面が四角形状のものを用いる場合、凹部５ａを、実装部の電子部品９の下面の一辺に平行な線上の位置であり、かつ電子部品載置工程で直上に電子部品９の電極がくる位置に複数設けると、電子部品９を載置した後の安定度が増す。図１（ａ）においては、図１（ａ）における電子部品９の下面の右辺に沿うように、右辺と平行な仮想直線Ｂ上に凹部５ａが配置されており、半田ボール載置工程では凹部５ａ上に半田ボール６ａが載置されるので、電子部品９の下面の右辺に沿って半田ボール６ａが載置される。
【００４２】
凹部５ａの形状は円柱状、角柱状、配線導体５の表面側の開口が大きな円錐状や角柱状、あるはそれら円錐状や角柱状の底部が平面になっているものなどにすればよい。また、１つの凹部５ａに複数の半田ボール６ａが載置できるように、配線導体５の平面方向に長い角柱状にしてもよい。配線導体５の平面方向に長い角柱状にする場合、仮想直線Ｂに沿ったものにすれば、電子部品９の角度が変わるように半田ボール６ａが移動しないので好ましい。いずれにしても、半田ボール５ａの最上部が配線導体５よりも上になる形状にする。また。半田ボール５ａの位置が安定するように、半田ボール５ａの直径の１／４以上が凹部５ａ内に入る形状にするのが良い。
【００４３】
また半田ボール５ａを直線上に配置し、接合工程でトンネル炉に入れて加熱するのであれば、前記線と入路方向が直角になるようにするのがよい。このようにすると、直線上の半田ボール５ａがほほぼ同時に融解するため、電子部品９の位置ズレなどが生じ難くできる。
【００４４】
凹部５ａの底部は配線導体５になっていても、回路基板３の基板の基板になっていてもよい。凹部５ａの底部が配線導体５である場合、底部も半田７が濡れ易いため、凹部５ａの部分にボイドができ難くなり好ましい。他方、凹部５ａの底部が回路基板１３の基板の上面である場合、凹部５ａの形成は配線導体５のパターンニングだけでできるため、配線導体５の形状を印刷などで形成する場合に、形成しやすくなり好ましい。
【００４５】
図２（ａ）に示したのは、本発明の実装方法で実装された実装構造１１の縦断面図である。回路基板１３に形成されている配線導体１５に、電子部品１９が半田１７を介して接続されており、凹部１５ａは配線導体１５を貫通しており、底部は回路基板１３の基板の上面になっている。
【００４６】
載置した後の半田ボール６ａや、電子部品９の位置をより安定した状態にするには、半田ボール載置工程の前に、実装部に粘稠性の液体を供給するのがよい。粘稠性の液体を、実装部全体に略均一に塗布したり、凹部５ａや電子部品９と実装部が接する場所に部分的に供給することにより、外部から力が加わった際に、半田ボール６ａは実装部品９が動き難くなり、上述の開口が安定してできるので半田７にボイドを少なくできる。また電子部品９の実装精度が高くなる。粘稠性の液体の粘度は、使用温度で２〜８ｃｐ（センチポイズ）であるのが好ましい。粘稠性の液体は、接合工程時に半田ボール５ａが融解する温度より低い温度で蒸発あるいは分解して半田の接合に影響を与えないものであればよい。粘稠性の液体は、前述のフラックスの役目を果たすものであってもよい。
【００４７】
図２（ｂ）は、本発明の他の実装方法で実装された実装構造２１の縦断面図である。回路基板２３に形成されている配線導体２５に、電子部品２９が半田２７を介して接続されている。図２（ｃ）は図２（ｂ）に示した実装構造２１を作製する工程の途中の同じ部分の縦断面図である。配線導体５には第１の凹部２５ａおよび第２の凹部２５ｂが形成されている。
【００４８】
第１の凹部２５ａの上には第１の半田ボール２６ａが載置されており、第２の凹部２５ｂの上には第２の半田ボール２６ｂが載置されている。第１の半田ボール２６ａが載置される第１の凹部２５ａは、図１（ａ）における凹部５ａと同じように電子部品２９の下面の一辺に沿った線上配置されている。第２の半田ボール２６ｂが載置される第２の凹部２５ｂは、図１（ａ）における凹部５ａと同じように電子部品２９の下面の一辺に沿った線上配置されているが、図２（ｃ）に示したように第２の凹部２５ｂは、第１の凹部２５ａよりも、電子部品２９の下面と実装部との開口している方向とは逆側に位置している。また、第２の半田ボール２６ｂは、第１の半田ボール２６ａより、実装部からの高さが低くなっている。
【００４９】
このように第２の半田ボール２６ｂを載置することにより電子部品２９の下面と実装部が接している部分に近い側にもより安定して半田を供給することができるようになる。なお、第２の半田ボール２６ｂは電子部品２９の下面の電極に接している必要はないが、接していれば、電子部品２９の安定度が増す。また、第２の半田ボール２６ｂは第１の半田ボール２６ａと同様に、電子部品２９の下面の一辺と平行な線上に配置してもよい。またさらに、第２の半田ボール２６ｂよりも子部品２９の下面と実装部が接している部分に近い側に、凹部をさらに設け、第２の半田ボール２６ｂよりも実装面からの高さの低くなる第３の半田ボール、第４の半田ボールなどを載置できるようにしてもよい。
【００５０】
図２（ｃ）では第２の凹部２５ｂの開口が第１の凹部２５ａの開口よりの大きいことにより、第２の半田ボール２６ｂの実装面からの高さが、第１の半田ボール２６ａの実装面からの高さより低くなっている。
【００５１】
図２（ｄ）は本発明の他の実装方法の工程の途中の状態の縦断面図であり、図２（ｃ）と比較すると、第２の凹部３５ｂの深さが、第１の凹部３５ａの深さより深いことにより、第１の半田ボール３６ａの実装面からの高さより低くなっている。
【００５２】
また、第２の半田ボールとして第１の半田ボールよりも径が小さいものを使用することで、第２の半田ボールの実装面からの高さが、第１の半田ボールの実装面からの高さより低くしてもよい。
【００５３】
さらに、このように第１の半田ボールと第２の半田ボールを使用する場合、接合工程において、第１の半田ボールよりも先に第２の半田ボールを融解させることにより、先に第１の半田ボールが融解して、電子部品が不安定になり、位置ズレなどが生じることが抑制できる。第１の半田ボールよりも先に第２の半田ボールを融解させるには、第２の半田ボールの組成を第１の半田ボールよりも融点の低いものにすればよい。また、トンネル炉に入れて加熱するのであれば、第２の半田ボールのある方から入炉し、第２の半田ボールの方が先に高温部に到達するようにすればよい。さらに、第２の半田ボールの径が第１の半田ボールよりも小さく、他の要因に大きな差がなければ、第２の半田ボールの方が先に融解する。
【００５４】
また、図２（ｅ）は、本発明の他の実装方法の工程途中における縦断面図である。図２（ｅ）は、回路基板４３の配線導体４５の電子部品４９が実装される実装部に粘稠性の液体５０を供給し、実装部の粘稠性の液体５０が供給された部分に半田ボール４６ａを置き、電子部品４９を、電子部品４９の下面の電極が半田ボール４６ａに当接するとともに、電子部品４９の下面が実装部に当接して、電子部品４９の下面が実装部に対して斜めになるように載置した状態である。
【００５５】
粘稠性の液体５０により半田ボール４６ａおよび電子部品４９が移動しにくくなり、電子部品４９の下面と実装部とが斜めになることで、電子部品４９の下面と実装部との間隔が広い開口部が安定してできる。粘稠性の液体５０を、図示したように実装部全体に略均一に塗布してもよいし、半田ボール４６ａや電子部品４９と実装部が接する場所に部分的に供給してもよい。粘稠性の液体５０の粘度は、使用温度で２〜８ｃｐ（センチポイズ）であるのが好ましい。粘稠性の液体は、フラックスの役目を果たすものであってもよい。
【００５６】
この後、電子部品４９が載置された回路基板４３に熱を加え、第１の半田ボール４６ａを融解させ、実装部と電子部品４９の下面の電極とを接合する。その際、半田ボール４６ａ中に含まれているボイドの気体やフラックスから発生した気体、あるいは実装部に供給しておいたフラックスから発生した気体などが、実装部と電子部品４９の下面と間から、前記開口部から外に抜けていき易いため、実装後の半田にボイドを少なくできる。
【実施例】
【００５７】
回路基板として、アルミナ基板に銅板を付け、ニッケルメッキし、さらに金フラッシュ処理をした配線導体を形成したものを準備し、電子部品である２ｍｍ×３ｍｍで厚さ１ｍｍのシリコンのＦＥＴを実装して、半田に発生したボイドの状態を評価した。評価は、透過Ｘ線装置で撮影した写真で、実装部の面積に対するボイドの面積を計測し、ボイド発生率を算出した。なお、実装部の配線導体の外形はＦＥＴと同じ２ｍｍ×３ｍｍとした。
【００５８】
試料１は次のように作製した。実装部の配線導体は、長さが２ｍｍの外辺から内側に３００μｍの場所に、長さ２ｍｍの外辺に沿って直径５０μｍの凹部を４つ形成した回路基板を用いた。この回路基板の実装部全体に粘度６ｃｐのフラックスを供給した。半田ボールとしては、すず９６質量％、銀３質量％、銅２．８質量％および残部が活性剤等からなる直径１００μｍのものを用いた。半田ボールを凹部に載置し、その上にＦＥＴ載置した。ＦＥＴは長さ２ｍｍの一辺が実装部に当接し、半田ボールが載置された側が実装部より持ち上がった状態に載置され、リフローにより半田ボールを融解し、ＦＥＴと実装部の配線導体とを接合した。
【００５９】
試料２は、凹部を実装部の配線導体の四隅近くに形成し、ＦＥＴを載置した際に、ＦＥＴの下面の電極が実装部と平行になるようにした以外は試料1と同様に作製した。
【００６０】
試料３は、実装部にフラックスを含んだ半田ペーストを塗布し、その上にＦＥＴを妻子して、その後リフローし、ＦＥＴと実装部の配線導体とを接合した。なお、半田ペースト中の半田の金属成分の組成比は試料１で使用した半田ボールと同じであった。
【００６１】
本発明の電子部品の実装方法で作製された試料１では、回路基板の主面に平行な面における半田のボイド率は０．１７％と低かった。これ対して、本発明の電子部品の実装方法で作製さていない試料２の半田のボイド率は１．７％、試料３の半田のボイド率は６．４％と高かった。
【符号の説明】
【００６２】
１、１１、２１・・・実装構造
２、１３、２３、３３、４３・・・回路基板
５ａ、１５ａ、２５ａ、３５ａ・・・凹部（第１の凹部）
２５ｂ、３５ｂ・・・第２の凹部
６ａ、１６ａ、２５ａ、３５ａ・・・半田ボール（第１の半田ボール）
１６ｂ、２５ｂ、３５ｂ・・・第２の半田ボール
７、１７、２７・・・半田
９、１９、２９、３９、４９・・・電子部品
５０・・・粘稠性の液体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線導体を有する回路基板に、下面の大部分が電極である電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記回路基板として、前記配線導体の前記電子部品が実装される実装部の一部に第１の凹部が設けられたものを準備する工程と、前記第１の凹部に第１の半田ボールを置く半田ボール載置工程と、前記電子部品を、当該電子部品の下面の電極が前記第１の半田ボールに当接するとともに、前記電子部品の下面の一端が前記実装部に当接して、前記電子部品の下面が前記実装部に対して斜めになるように置く電子部品載置工程と、前記電子部品が置かれた前記回路基板に熱を加え、前記第１の半田ボールを融解させて、前記実装部と前記電子部品の下面の電極とを接合する接合工程とを含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
前記半田ボール載置工程の前に、前記実装部に粘稠性の液体を供給する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項３】
前記電子部品として下面が四角形状のものを用いるとともに、前記第１の凹部として、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な線上の位置であり、かつ前記電子部品載置工程で直上に前記電子部品の電極がくる位置に複数の凹部を設け、前記半田ボール載置工程で、前記複数の凹部のそれぞれに前記第１の半田ボールを置くことを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品の実装方法。
【請求項４】
前記回路基板として、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な前記線と、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する辺との間に第２の凹部が設けられたものを用いるとともに、前記半田ボール載置工程で、第２の半田ボールを、前記第２の凹部に前記第１の半田ボールより前記実装部からの高さが低くなるように置くとともに、前記接合工程で前記第２の半田ボールを融解させることを特徴とする請求項３に記載の電子部品の実装方法。
【請求項５】
前記第２の凹部が、前記第１の凹部よりも深さが深いか、開口が大きいかの少なくとも一方であることを特徴とする請求項４に記載の電子部品の実装方法。
【請求項６】
前記第２の半田ボールとして前記第１の半田ボールよりも径が小さいものを使用することを特徴とする請求項４または５に記載の電子部品の実装方法。
【請求項７】
前記接合工程で前記第１の半田ボールよりも先に前記第２の半田ボールを融解させることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の電子部品の実装方法。
【請求項８】
配線導体を有する回路基板に、下面の大部分が電極である電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記配線導体の前記電子部品が実装される実装部に粘稠性の液体を供給する工程と、前記実装部の前記粘稠性の液体が供給された部分に第１の半田ボールを置く工程と、前記電子部品を、当該電子部品の下面の電極が前記第１の半田ボールに当接するとともに、前記電子部品の下面の一端が前記実装部に当接して、前記電子部品の下面が前記実装部に対して斜めになるように置く電子部品載置工程と、前記電子部品が置かれた前記回路基板に熱を加え、前記第１の半田ボールを融解させて、前記実装部と前記電子部品の下面の電極とを接合する接合工程とを含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項９】
前記電子部品として下面が四角形状のものを用い、前記半田ボール載置工程で、前記第１の半田ボールを、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な線上の位置であり、かつ前記電子部品載置工程で直上に前記電子部品の電極がくる位置に複数並べて置くことを特徴とする請求項８に記載の電子部品の実装方法。
【請求項１０】
前記半田ボール載置工程で、前記実装部の、前記電子部品の下面の一辺に平行な前記線と、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する辺の間に、前記第１の半田ボールより径の小さい第２の半田ボールを置くとともに、前記接合工程で前記第２の半田ボールを融解させることを特徴とする請求項９に記載の電子部品の実装方法。
【請求項１１】
前記接合工程で前記第１の半田ボールよりも先に前記第２の半田ボールを融解させることを特徴とする請求項１０記載の電子部品の実装方法。
【請求項１】
配線導体を有する回路基板に、下面の大部分が電極である電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記回路基板として、前記配線導体の前記電子部品が実装される実装部の一部に第１の凹部が設けられたものを準備する工程と、前記第１の凹部に第１の半田ボールを置く半田ボール載置工程と、前記電子部品を、当該電子部品の下面の電極が前記第１の半田ボールに当接するとともに、前記電子部品の下面の一端が前記実装部に当接して、前記電子部品の下面が前記実装部に対して斜めになるように置く電子部品載置工程と、前記電子部品が置かれた前記回路基板に熱を加え、前記第１の半田ボールを融解させて、前記実装部と前記電子部品の下面の電極とを接合する接合工程とを含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
前記半田ボール載置工程の前に、前記実装部に粘稠性の液体を供給する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項３】
前記電子部品として下面が四角形状のものを用いるとともに、前記第１の凹部として、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な線上の位置であり、かつ前記電子部品載置工程で直上に前記電子部品の電極がくる位置に複数の凹部を設け、前記半田ボール載置工程で、前記複数の凹部のそれぞれに前記第１の半田ボールを置くことを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品の実装方法。
【請求項４】
前記回路基板として、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な前記線と、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する辺との間に第２の凹部が設けられたものを用いるとともに、前記半田ボール載置工程で、第２の半田ボールを、前記第２の凹部に前記第１の半田ボールより前記実装部からの高さが低くなるように置くとともに、前記接合工程で前記第２の半田ボールを融解させることを特徴とする請求項３に記載の電子部品の実装方法。
【請求項５】
前記第２の凹部が、前記第１の凹部よりも深さが深いか、開口が大きいかの少なくとも一方であることを特徴とする請求項４に記載の電子部品の実装方法。
【請求項６】
前記第２の半田ボールとして前記第１の半田ボールよりも径が小さいものを使用することを特徴とする請求項４または５に記載の電子部品の実装方法。
【請求項７】
前記接合工程で前記第１の半田ボールよりも先に前記第２の半田ボールを融解させることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の電子部品の実装方法。
【請求項８】
配線導体を有する回路基板に、下面の大部分が電極である電子部品を実装するための電子部品の実装方法であって、前記配線導体の前記電子部品が実装される実装部に粘稠性の液体を供給する工程と、前記実装部の前記粘稠性の液体が供給された部分に第１の半田ボールを置く工程と、前記電子部品を、当該電子部品の下面の電極が前記第１の半田ボールに当接するとともに、前記電子部品の下面の一端が前記実装部に当接して、前記電子部品の下面が前記実装部に対して斜めになるように置く電子部品載置工程と、前記電子部品が置かれた前記回路基板に熱を加え、前記第１の半田ボールを融解させて、前記実装部と前記電子部品の下面の電極とを接合する接合工程とを含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項９】
前記電子部品として下面が四角形状のものを用い、前記半田ボール載置工程で、前記第１の半田ボールを、前記実装部の前記電子部品の下面の一辺に平行な線上の位置であり、かつ前記電子部品載置工程で直上に前記電子部品の電極がくる位置に複数並べて置くことを特徴とする請求項８に記載の電子部品の実装方法。
【請求項１０】
前記半田ボール載置工程で、前記実装部の、前記電子部品の下面の一辺に平行な前記線と、前記電子部品の下面の前記一辺に対向する辺の間に、前記第１の半田ボールより径の小さい第２の半田ボールを置くとともに、前記接合工程で前記第２の半田ボールを融解させることを特徴とする請求項９に記載の電子部品の実装方法。
【請求項１１】
前記接合工程で前記第１の半田ボールよりも先に前記第２の半田ボールを融解させることを特徴とする請求項１０記載の電子部品の実装方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１３４８３１（Ｐ２０１１−１３４８３１Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９２０３４（Ｐ２００９−２９２０３４）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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