電子部品の実装方法
【課題】電子部品の機械的な接続強度を向上し信頼性の向上した電子部品の実装方法および実装装置を提供する。
【解決手段】電子部品の実装方法であって、プリント回路基板１０の配線パターン上に電子部品１６を実装し、少なくともプリント回路基板と電子部品との間および電子部品の周囲に、熱硬化性樹脂および磁性体粉末２２を含む接合材２０を充填し、接合材を加熱し硬化させて、電子部品を接合材によりプリント回路基板に接合し、加熱による接合材の硬化の間に、電子部品が実装されたプリント回路基板を、対向配置された電磁石５２ａ、５２ｂの間に配置して接合材に磁力を印加し、磁力により接合材内における磁性体粉末の分散状態を制御する電子部品の実装方法。
【解決手段】電子部品の実装方法であって、プリント回路基板１０の配線パターン上に電子部品１６を実装し、少なくともプリント回路基板と電子部品との間および電子部品の周囲に、熱硬化性樹脂および磁性体粉末２２を含む接合材２０を充填し、接合材を加熱し硬化させて、電子部品を接合材によりプリント回路基板に接合し、加熱による接合材の硬化の間に、電子部品が実装されたプリント回路基板を、対向配置された電磁石５２ａ、５２ｂの間に配置して接合材に磁力を印加し、磁力により接合材内における磁性体粉末の分散状態を制御する電子部品の実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は実装面にハンダボール等の接続部を有する電子部品を回路基板上に実装する実装方法および実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プリント回路基板の回路パターンにベアチップのような半導体チップの電極をはんだバンプなどで接続するフェイスダウン、例えばＢＧＡ（Ball Grid Allay）またはＣＰＳ（Chip Scale Package）で実装した半導体チップの実装構造が知られている。フェイスダウンによる実装は、半導体チップの実装占有面積を狭くできる利点を有する。しかしながら、フェイスダウンの実装は、プリント回路基板の材料（例えばガラス・エポキシ樹脂）と半導体チップの材料（シリコン）との間の熱膨張係数の差により、接合部であるはんだに応力が発生して接合部が破壊される虞がある。あるいは、プリント回路基板等に外力が作用した場合、電子部品の接合部に負荷が作用し、接合部が剥がれてしまう虞がある。
【０００３】
このようなことから半導体チップの電極をはんだバンプなどで接続するフェイスダウン実装後、プリント回路基板と半導体チップとの間に熱硬化性樹脂溶液（アンダーフィル）を充填し、硬化させて接合材を形成し、プリント回路基板に半導体チップを固定することによって、ヒートサイクルなどの熱的応力に対するプリント回路基板と半導体チップとの間の接続信頼性の向上が図られている。
【０００４】
また、特許文献１には、熱硬化性樹脂とこの樹脂よりも比誘電率が小さいフィラー、例えばシリカフィラーとを含む充填材をプリント回路基板と半導体チップとの間に充填し、かつ、プリント回路基板側にシリカフィラーを位置させることにより、配線間のクロストークを低減する電子部品の実装体が開示されている。また、同特許文献１の段落［００２９］には「樹脂組成物３に含有されたフィラー２を予め磁性体が内蔵されたもの、例えば金属粉末の周囲をテフロン（登録商標）でコーティングしてなるものとしておき、磁石によってフィラー２が引き付けられる性質を利用して樹脂組成物３中の回路基板１４側または半導体装置１１側に位置させることも可能である。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９４６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１にはフィラーの分散によるプリント回路基板と電子部品との機械的な接続強度を向上させることに関しては着目していない。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、プリント回路基板と電子部品との間および電子部品の側面に接合材を充填して電子部品をプリント回路基板に固定する電子部品の実装方法であって、電子部品の機械的な接続強度を向上させることのできる実装方法および実装装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の態様に係る電子部品の実装方法は、プリント回路基板の配線パターン上に電子部品を実装し、少なくとも前記プリント回路基板と電子部品との間および電子部品の周囲に、熱硬化性樹脂および磁性体粉末を含む接合材を充填し、前記接合材を加熱して硬化させて、前記電子部品を前記接合材によりプリント回路基板に接合し、前記加熱による前記接合材の硬化の間に、前記電子部品が実装された前記プリント回路基板を、電磁石と対向配置し、前記電磁石から前記接合材に磁力を印加し、前記磁力により前記接合材内における前記磁性体粉末の分散状態を制御することを特徴としている。
【０００９】
この発明の他の態様に係る電子部品の実装装置は、隙間を置いて対向配置された２つの電磁石と、配線パターン上に電子部品が実装されたプリント回路基板であって、少なくとも前記プリント回路基板と電子部品との間および電子部品の周囲に、熱硬化性樹脂および磁性体粉末を含む接合材が充填されたプリント回路基板を、その面方向に沿って搬送し、前記２つの電磁石間の磁力線中に前記電子部品および接合材を配置する搬送機構と、前記接合材を加熱して硬化させる加熱機構と、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の態様によれば、プリント回路基板と電子部品との間および電子部品の側面に接合材を充填して電子部品をプリント回路基板に固定する電子部品の実装方法であって、電子部品の機械的な接続強度を向上し信頼性の向上した実装方法および実装装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、電子部品が実装されたプリント回路基板を示す斜視図。
【図２】図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った電子部品実装部分の断面図。
【図３】図３は、電子部品の実装部を概略的に示す平面図。
【図４】図４は、この発明の第１の実施形態に係る電子部品の実装装置を概略的に示す斜視図。
【図５】図５は、前記実装装置における搬送機構のステージおよび支持機構を示す分解斜視図。
【図６】図６は、前記実装装置のステージおよび支持機構を示す斜視図。
【図７】図７は、前記磁界印加装置の磁力線の流れを概略的に示す断面図。
【図８】図８は、前記磁界印加装置および搬送機構により、プリント回路基板に磁力を印加する工程を示す断面図。
【図９】図９は、他の遮蔽部材を用いて、前記磁界印加装置および搬送機構により、プリント回路基板に磁力を印加する工程を示す断面図。
【図１０】図１０は、前記他の遮蔽部材を用いて磁力を印加することにより形成された接合材の磁性体粉末の分散状態を概略的に示す平面図。
【図１１】図１１は、他の遮蔽部材を示す斜視図。
【図１２】図１２は、前記磁界印加装置により、磁力を異なる方向から印加する状態を示す磁界印加装置の断面図。
【図１３】図１３は、他の実施形態に係る遮蔽部材の支持機構を示す斜視図。
【図１４】図１４は、更に他の実施形態に遮蔽部材の支持機構を示す斜視図。
【図１５】図１５は、他の実施形態に係る実装装置の加熱機構を示す側面図。
【図１６】図１６は、他の実施形態に係る実装装置の加熱機構を示す側面図。
【図１７】図１７は、この発明の第２の実施形態に係る実装装置を示す斜視図。
【図１８】図１８は、他の実施形態に係る実装装置の磁力印加装置を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
初めに、実施形態に係る実装方法および実装装置により、プリント回路基板上に実装された電子部品について説明する。図１は、電子部品として、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）実装されたシリコンベアチップを示す斜視図、図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った実装部分の断面図である。
【００１４】
図１および図２に示すように、プリント回路基板１０は実装面１０ａを有し、この実装面には、例えば銅箔からなる配線パターン１２およびその一部により複数の接続パッド１４が形成されている。プリント回路基板１０の実装面１０ａに電子部品、例えば、矩形状のベアチップ１６が実装されている。ベアチップ１６の下面に形成された複数の電極１７は、複数のはんだボール１８を介してプリント回路基板１０の接続パッド１４にハンダ接続され、ＢＧＡ実装されている。
【００１５】
熱硬化性樹脂および磁性体粉末２２を含む接合材２０が、プリント回路基板１０とベアチップ１６との間およびベアチップ１６の周囲に充填され、硬化することにより、ベアチップ１６をプリント回路基板１０の実装面１０ａに固定している。磁性体粉末２２は、図２および図３に示すように、接合材２０においてベアチップ１６の周囲に位置する部分に集まって局在している。
【００１６】
接合材２０を構成する熱硬化性樹脂は、例えばエポキシ樹脂を用いることができる。具体的なエポキシ樹脂は、熱硬化型一液性エポキシ樹脂を用いることができる。
【００１７】
接合材の熱硬化性樹脂に分散される磁性体粉末２２は、フェライト（Ｆｅ2Ｏ3）粉末、ネオジ系磁石粉末、コバルト系磁石粉末、アルコニア系磁石粉末、フェライト系磁石粉末、ケイ素鋼粉末、鉄粉末、パーマロイ粉末、磁性ステンレス鋼粉末を用いることができる。磁性体粉末の中で、特に絶縁性のフェライトが好ましい。
【００１８】
磁性体粉末２２は、後述する磁力作用による熱硬化性樹脂内で容易に移動可能な球形であることが好ましい。磁性体粉末２２は、０．０１〜１０μｍの平均粒径を有することが好ましい。磁性体粉末２２は、接合材２０中に３０〜９０重量％で充填されていること好ましい。
【００１９】
なお、「磁性体粉末２２がベアチップ１６の周囲部分に対応する接合材２０の箇所に局在している」とは、例えば、前記平均粒径を有する磁性体粉末２２がベアチップ１６の周囲部分に対応する接合材２０の箇所に６０〜９５重量％の密度で存在することを意味している。このような接合材２０において、ベアチップ１６の周囲に位置する領域以外の領域では、磁性体粉末２２は２０〜４０重量％の密度で存在する。
【００２０】
次に、電子部品を上記のように実装するための、実施形態に係る電子部品の実装方法および実装装置について説明する。図４は、第１の実施形態に係る実装装置全体を概略的に示している。
【００２１】
図４に示すように、実装装置は、電子部品が実装され熱硬化性樹脂および磁性体粉末を含む接合材が充填されたプリント回路基板１０を、支持しその面方向に沿って搬送する搬送機構３０と、接合材２０を所定温度に加熱して硬化させる加熱機構４０と、搬送機構３０により搬送されたプリント回路基板１０の接合材２０に磁力を印加する磁力印加装置５０と、接合材２０が硬化した後、接合材を消磁する消磁機７０と、を備えている。
【００２２】
図４、図５、および図６に示すように、搬送機構３０は、プリント回路基板１０が載置される矩形板状の可動ステージ３２を有している。可動ステージ３２は非磁性材料で形成され、その上面の複数個所、例えば、４箇所には、位置決めリブ３３が突設されている。プリント回路基板１０は、４つの角をそれぞれ位置決めリブ３３によって位置決めした状態で、可動ステージ３２上に載置される。可動ステージ３２の両側面からガイドアーム３４が水平に突出している。これらのガイドアーム３４は、水平に伸びる２本のガイドレール３６上に移動自在に支持されている。そして、図示しない駆動機構により、可動ステージ３２は、水平な状態で、ガイドレール３６に沿って所望の位置に搬送される。
【００２３】
接合材２０を加熱する加熱機構４０は、可動ステージ３２の下面に固定された矩形板状のヒートパネル４２と、ヒートパネル４２の加熱温度を制御する制御部４４と、を有している。加熱機構４０は、接合材２０をキューリ点よりも低い、所望の温度、例えば、１２０〜１５０℃に加熱し、硬化させる。
【００２４】
また、可動ステージ３２には、後述する遮蔽部材６１を支持する支持機構６０が設けられている。すなわち、可動ステージ３２の上面には、位置決めリブ３３の外側に４本の支持ポスト６２が立設されている。例えば、ガラス板からなる矩形状の透明な支持板６４が支持ポスト６２上に載置され、プリント回路基板１０と平行に、かつ、隙間を置いて対向している。支持板６４は、４つの固定ねじ６５により支持ポスト６２にねじ止めされている。
【００２５】
そして、この支持板６４上に、遮蔽部材６１が載置され、電子部品１６の上方に対向して配置されている。遮蔽部材６１は、パーマロイ、珪素鋼板等の磁界を通す磁性合金で形成されている。本実施形態において、遮蔽部材６１は、電子部品１６よりも僅かに大きな寸法を有する矩形枠状に形成されている。そして、遮蔽部材６１は、電子部品１６の外周部と重なる位置に配置されている。
【００２６】
図７は、磁力印加装置の断面図である。図４および図７に示すように、磁力印加装置５０は、隙間を置いて対向配置された第１電磁石５２ａおよび第２電磁石５２ｂを有している。第１電磁石５２ａは、鉛直方向に延びるポールピース５４ａ、ポールピースの周囲に設けられたコイルボビン５５ａに、ポールピースを中心として捲回された励磁コイル５６ａと、ポールピースに固定され水平に延びるリターンヨーク（天板）５８ａと、を有している。励磁コイル５６ａは、電子部品１６および接合材２０の充填領域よりも広い面積に形成され、広範囲に亘って磁力線を印加可能となっている。
【００２７】
同様に、第２電磁石５２ｂは、鉛直方向に延びるポールピース５４ｂ、ポールピースの周囲に設けられたコイルボビン５５ｂに、ポールピースを中心として捲回された励磁コイル５６ｂと、ポールピースに固定され水平に延びるリターンヨーク（底板）５８ｂと、を有している。励磁コイル５６ｂは、電子部品１６および接合材２０の充填領域よりも広い面積に形成され、広範囲に亘って磁力線を印加可能となっている。
【００２８】
第１電磁石５２ａおよび第２電磁石５２ｂは、可動ステージ３２の移動路を間に挟んで励磁コイル５６ａ、５６ｂが対向するように配置され、第１電磁石が移動路の上方に、第２電磁石が移動路の下方にそれぞれ位置している。第１電磁石５２ａのリターンヨーク５８ｂと第２電磁石５２ｂのリターンヨーク５８ｂとは、側壁を構成する一対のリターンヨーク５９ａ、５９ｂによって互いに連結され、閉磁路を形成している。
【００２９】
第１電磁石５２ａの励磁コイル５６ａは電源５７ａに接続され、また、第２電磁石５２ｂの励磁コイル５６ｂは電源５７ｂに接続されている。これらの電源５７ａ、５７ｂは制御部４４に接続されている。制御部４４は、励磁コイル５６ａ、５６ｂに供給する電圧、電流、あるいは駆動周波数を制御し、励磁コイル５６ａ、５６ｂから発生する磁力の向きおよび強度を調整する。
【００３０】
電源５７ａ、５７ｂから励磁コイル５６ａ、５６ｂに通電されると、励磁コイルは磁力を発生する。発生した磁力は、ポールピース５４ａ、５４ｂによって強められる。また、リターンヨーク５８ａ、５８ｂ、５９ａ、５９ｂは、閉磁路を形成し、励磁コイル５６ａ、５６ｂから発生した磁力が外部に漏れないように規制する。
【００３１】
図４に示すように、消磁機７０は、磁力印加装置５０に対して、プリント回路基板１０の搬送方向、下流側に配置され、プリント回路基板１０の移動路と対向している。消磁機７０は、後述するように、接合材２０が硬化した後、磁化された接合材２０および電子部品１６を消磁処理する。
【００３２】
次に、上記のように構成された実装装置により電子部品をプリント回路基板１０上に実装する実装方法について説明する。
まず、図２で示したように、プリント回路基板１０の接続パッド１４上にハンダボール１８を介してベアチップ１６を位置決め載置した後、加熱によりハンダボール１８を溶融させることにより、ベアチップ１６をハンダによりＢＧＡ実装する。続いて、プリント回路基板１０とベアチップ１６との間およびベアチップ１６の周囲に、熱硬化性樹脂および磁性体粉末２２を含む接合材２０、例えば５０重量％の磁性体粉末２２を含む液相状態の熱硬化型一液性エポキシ樹脂溶液を充填し、磁性体粉末含有エポキシ樹脂の充填物を形成する。
【００３３】
図５および図６に示すように、このプリント回路基板１０を搬送機構３０の可動ステージ３２上に載置し、角部を位置決めリブ３３に合わせることにより、所定位置に位置決めする。更に、可動ステージ３２の支持ポスト６２上に支持板６４を載置し、固定ねじ６５によって固定した後、支持板６４上に、遮蔽部材６１を載置する。この際、遮蔽部材６１は、充填された接合材２０の内、ベアチップ１６の周囲に位置する部分と対向するように位置決めする。
【００３４】
次いで、加熱機構４０のヒートパネル４２に通電して加熱を開始し、プリント回路基板１０を通して接合材２０を加熱する。ここでは、制御部４４によりヒートパネル４２の加熱温度をキューリ点よりも低い１２０〜１５０℃に制御する。これにより、接合材２０は、加熱されて徐々に温度上昇し、６０〜８０℃に加熱された時点で軟化し始める。
【００３５】
接合材２０が軟化した時点で、搬送機構３０の駆動部を駆動して、可動ステージ３２を磁力印加装置５０の第１電磁石５２ａと第２電磁石５２ｂとの間に移動させ、停止保持する。この際、図８に示すように、ベアチップ１６の中心と第１電磁石５２ａの中心とがほぼ整列するように、可動ステージ３２を位置決めする。これにより、ベアチップ１６および接合材２０は、第１電磁石５２ａと第２電磁石５２ｂとの間に位置し、かつ、第１電磁石５２ａと対向する。また、遮蔽部材６１は、接合材２０と第１電磁石５２ａとの間に保持される。
【００３６】
この状態で、電源５７ａから第１電磁石５２ａの励磁コイル５６ａに通電し、励磁コイル５６ａからプリント回路基板１０へ向かう磁力を発生させ、接合材２０に印加する。接合材２０中の磁性体粉末２２は、この磁力作用により吸引されて接合材内を移動する。この際、制御部４４によって電源５７ａから励磁コイル５６ａに供給する電流、電圧、あるいは駆動周波数を制御することにより、励磁コイル５６ａから発生する磁力の強度を調整し、プリント回路基板１０の実装面と直交する方向の磁性体粉末２２の分散状態を制御する。
【００３７】
また、磁性合金で形成された枠状の遮蔽部材６１を第１電磁石５２ａと接合材２０との間に配置することにより、励磁コイル５６ａから発生した磁力は、遮蔽部材６１に引っ張られ、大部分が遮蔽部材６１を透過して接合材２０の周縁部、つまり、ベアチップ１６の周囲に位置する領域に印加される。これにより、接合材２０中の磁性体粉末２２は、この磁力作用により吸引されて接合材２０の外周領域、つまり、ベアチップ１６の周囲の領域に移動し集中する。このように、第１電磁石５２ａと接合材２０との間に、磁性合金で形成され磁界を流す遮蔽部材６１を介在させ、この遮蔽部材により磁力を部分的に遮断し、所望の領域に集約することにより、プリント回路基板１０の実装面の方向に沿った磁性体粉末２２の分散状態を制御する。
【００３８】
上述した磁力を５〜３０分程度、接合材２０に印加することにより、接合材２０中の磁性体粉末２２は、接合材２０の外周領域、つまり、ベアチップ１６の周囲に、かつ、プリント回路基板１０の実装面とベアチップ１６の側面との間に分散して局在する。その後、ヒートパネル４２により、接合材２０を１２０〜１５０℃まで加熱し、３０〜６０程度この温度に保持することにより、接合材２０を硬化させる。これにより、ベアチップ１６は、接合材２０によりプリント回路基板１０に強固に接合される。
【００３９】
なお、上記実施形態では、接合材２０を軟化温度まで加熱した後に、磁力印加装置５０に搬送し、磁力を印加する構成としたが、初めから、プリント回路基板１０を磁力印加装置５０内に搬送し、磁力印加装置内で、接合材を加熱しながら、磁力印加を同時に開始する構成としてもよい。
【００４０】
磁力を加えた後の接合材２０中の磁性体粉末２２は磁化され、この状態で製品として出荷すると、ベアチップ１６周辺の機器に磁気的な悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、磁力印加装置５０により磁力印加した後、可動ステージ３２を消磁機７０の下方に移動し、消磁機７０により接合材２０に消磁処理を施し、磁化された磁性体粉末２２を消磁する。
【００４１】
以上の実装方法および実装装置により、ベアチップ１６が接合材２０によりプリント回路基板１０に強固に接合され、更に、接合材中の磁性体粉末２２が所望の領域、ここでは、ベアチップ１６の周囲の領域に局在した電子部品実装体が得られる。このように、磁性体粉末２２をベアチップ１６の周囲の領域に局在させることにより、接合材２０のベアチップ周囲でのヤング率および硬度を向上することができるとともに、ベアチップとプリント回路基板との熱膨張差を低減することができる。そのため、プリント回路基板１０に外力が作用した場合でも、ベアチップ１６の周囲部分で耐衝撃性を向上でき、接合材２０の亀裂、破損を防止することができる。また、プリント回路基板１０およびベアチップ１６が加熱された場合でも、これらの熱膨張差に起因する接合材２０の剥離、破損を防止することが可能となる。更に、磁性体粉末２２は、外部電磁波に対して、シールドとして作用するため、磁性体粉末２２をベアチップの周囲に集中させることにより、外部電磁波に対してベアチップを保護することができるとともに、あるいは、ベアチップ自体が発生する電磁波が外部に漏洩することを防止できる。
【００４２】
前述したように、本実装方法および実装装置によれば、第１および第２電磁石５２ａ、５２ｂに供給する電流、電圧、駆動周波数を制御することにより、プリント回路基板１０の実装面と垂直な方向の磁性体粉末分布を制御することができるとともに、電磁石と接合材との間に遮蔽部材６１を配置することにより、プリント回路基板１０の面方向に沿った磁性体粉末分布を制御することができる。遮蔽部材６１の形状を種々変更することにより、接合材内の任意の領域へ磁性体粉末を集約することができる。
【００４３】
図９および図１０に示す実施形態によれば、遮蔽部材６１は、ほぼＵ字形状に形成され、ベアチップ１６とプリント回路基板１０との間およびベアチップの周囲に充填された接合材２０の内、片側の外周の外側と対向するように配置されている。この状態で、第１電磁石５２ａから磁力を印加すると、ベアチップ１６の左側、すなわち、遮蔽部材６１が対向配置されている側では、磁力が遮蔽部材６１に引っ張られて接合材２０の外側に印加され、ベアチップ１６の右側においてのみ、接合材２０に磁力が印加される。これにより、接合材２０中の磁性体粉末２２は、磁力に吸引されてベアチップ１６の右側に移動し、図９および図１１に示すように、接合材２０においてベアチップ１６の右側の周囲に位置する領域に集中し局在する。
【００４４】
その後、接合材２０を加熱硬化することにより、ベアチップ１６は、プリント回路基板１０とベアチップ１６との間およびベアチップの周囲に充填された熱硬化性樹脂および磁性体粉末２２を含む接合材２０によって接合され、更に、磁性体粉末２２が、電磁波発生源の側、つまり、ベアチップの右側の領域に局在する接合材が得られる。このような構造の実装体とすることにより、電磁波発生源からの電磁波の干渉を接合材２０の右側面に局在させた磁性体粉末２２によりシールドすることができ、ベアチップ１６を電磁波から保護することができる。同時に、ベアチップとプリント回路基板との接続強度を高め、隔離、損傷を防止することができる。
その他、遮蔽部材は、磁性体粉末を集約する部位に合わせて、任意の形状とすることができる。
【００４５】
図１２に示す実施形態のように、磁力印加装置５０において、遮蔽部材を用いることなく、制御部４４の制御の下、第１電磁石５２ａおよび第２電磁石５２ｂを交互に所定の周期でオン、オフ制御することにより、接合材２０に対して、磁力を上方からおよび下方から交互に印加してもよい。この場合、磁力作用により、接合材２０中の磁性体粉末２２を移動させ、プリント回路基板１０の実装面１０ａに対して垂直な方向に沿って均一に分散させることができる。
【００４６】
図１３は、他の実施形態に係る実装装置の搬送機構および支持機構を示している。他の実施形態によれば、遮蔽部材６１を支持する支持機構６０は、可動ステージ３２上に載置されたモータ６６と、モータによって回動される回転子６７と、この回転子から可動ステージ３２と平行に延びる支持アーム６８とを有し、遮蔽部材６１は、支持アーム６８の延出端に固定されている。支持アーム６８は、樹脂、セラミック等の非磁性材料により形成されている。そして、モータ６６によって回転子６７および支持アーム６８を回動することにより、遮蔽部材６１はプリント回路基板１０上のベアチップ１６と対向する所定位置に移動および配置される。
【００４７】
図１４は、更に他の実施形態に係る実装装置の搬送機構および支持機構を示している。本実施形態によれば、遮蔽部材６１を支持する支持機構６０は、可動ステージ３２上に設けられたＸ−Ｙアーム７２を備えている。Ｘアーム７２ａは、可動ステージ３２に支持され、Ｘ方向、ここでは、可動ステージ３２の移動方向に延びている。Ｙアーム７２ｂは、Ｘアーム７２ａからＹ方向、ここでは、可動ステージ３２の移動方向と直交する方向に、延出しているとともに、Ｘアーム７２ａに沿って移動自在に支持されている。Ｘアーム７２ａおよびＹアーム７２ｂはそれぞれ樹脂、セラミック等の非磁性材料で形成されている。遮蔽部材６１は、Ｙアーム７２ｂに支持され、このＹアームに沿って移動可能に支持されている。
【００４８】
図示しない駆動部により、Ｙアーム７２ｂをＸアーム７２ａに沿って移動させるとともに、遮蔽部材６１をＹアーム７２ｂに沿って移動させることにより、遮蔽部材６１はプリント回路基板１０上のベアチップ１６と対向する所定位置に移動および配置される。
【００４９】
実装装置の加熱機構は、ヒートパネルに限らず、他の加熱手段を用いても良い。図１５に示す実施形態によれば、実装装置の加熱機構４０は、可動ステージ３２上に設けられた複数の赤外線ランプ７６を備えている。これらの赤外線ランプ７６は、プリント回路基板１０上のベアチップ１６の周囲に充填された接合材２０の両側に配置され、接合材２０に向けて赤外線を放射する。
図１６に示す実施形態によれば、実装装置の加熱機構４０は、可動ステージ３２の下に設けられた電磁誘導加熱用の電磁コイル７８およびコア７９を備えている。
【００５０】
図１７に示す実施形態によれば、実装装置の加熱機構４０は、リフロー炉８０を備えている。リフロー炉８０内には、図示しない複数の電熱線等が配設され、図示しない制御部により、リフロー炉内は所定の温度に加熱されている。
【００５１】
磁力印加装置５０は、リフロー炉８０内に配置されている。搬送機構３０のガイドレール３６は、リフロー炉８０内を貫通して延びている。そして、ベアチップ１６が実装されたプリント回路基板１０を載置する可動ステージ３２は、ガイドレール３６に沿ってリフロー炉８０内へ移動され、リフロー炉内で加熱されながら、磁力印加装置５０へ搬送される。磁力印加装置により接合材２０へ磁力を印加した後、接合材２０は１２０〜１５０℃で所定時間加熱され、硬化する。その後、可動ステージ３２は、リフロー炉８０から出て、消磁機７０と対向する位置へ搬送され、この消磁機７０により接合材２０に対して消磁処理を行う。
【００５２】
図１８に示す実施形態によれば、磁力印加装置５０は、ベアチップ１６の周囲に充填された接合材の所望領域に対向して配置された１つあるいは複数の永久磁石８２を有している。本実施形態によれば、プリント回路基板１０が載置された可動ステージ３２上に、プリント回路基板１０と隙間をおいて支持板８４が対向配置され、この支持板上に４つの棒磁石８２が載置されている。これらの棒磁石８２は、枠状に並べて配置され、接合材２０の外周部に対向して位置している。これらの棒磁石８２から接合材２０の外周部に磁力が印加され、接合材中の磁性体粉末２２が外周部に移動し、局在される。プリント回路基板１０および棒磁石８２が載置された可動ステージ３２は、加熱機構、例えば、リフロー炉８０内に搬送され、このリフロー炉内で所定の温度に加熱され、接合材２０が軟化した後に硬化される。
【００５３】
上述した種々の他の実施形態において、実装装置の他の構成は前述した第１実施形態と同一であり、同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略した。そして、種々の他の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５４】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００５５】
例えば、接合材は、電子部品とプリント回路基板との間、および電子部品の周囲のみに限らず、電子部品の上に被せて充填してもよい。この発明は、ＢＧＡベアチップに限らず、他の電子部品の実装にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０…プリント回路基板、１２…配線パターン、１４…接続パッド、１６…ベアチップ、１８…ハンダボール、２０…接合材、２２…磁性体粉末、３０…搬送機構、３２…可動ステージ、３６…ガイドレール、４０…加熱機構、４２…ヒートパネル、４４…制御部、５０…磁力印加装置、５２ａ…第１電磁石、５２ｂ…第２電磁石、５６ａ、５６ｂ…励磁コイル、５７ａ、５７ｂ…電源、６０…支持機構、６１…遮蔽部材、６４…支持板、６８…支持アーム、８０…リフロー炉、８２…永久磁石
【技術分野】
【０００１】
本発明は実装面にハンダボール等の接続部を有する電子部品を回路基板上に実装する実装方法および実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プリント回路基板の回路パターンにベアチップのような半導体チップの電極をはんだバンプなどで接続するフェイスダウン、例えばＢＧＡ（Ball Grid Allay）またはＣＰＳ（Chip Scale Package）で実装した半導体チップの実装構造が知られている。フェイスダウンによる実装は、半導体チップの実装占有面積を狭くできる利点を有する。しかしながら、フェイスダウンの実装は、プリント回路基板の材料（例えばガラス・エポキシ樹脂）と半導体チップの材料（シリコン）との間の熱膨張係数の差により、接合部であるはんだに応力が発生して接合部が破壊される虞がある。あるいは、プリント回路基板等に外力が作用した場合、電子部品の接合部に負荷が作用し、接合部が剥がれてしまう虞がある。
【０００３】
このようなことから半導体チップの電極をはんだバンプなどで接続するフェイスダウン実装後、プリント回路基板と半導体チップとの間に熱硬化性樹脂溶液（アンダーフィル）を充填し、硬化させて接合材を形成し、プリント回路基板に半導体チップを固定することによって、ヒートサイクルなどの熱的応力に対するプリント回路基板と半導体チップとの間の接続信頼性の向上が図られている。
【０００４】
また、特許文献１には、熱硬化性樹脂とこの樹脂よりも比誘電率が小さいフィラー、例えばシリカフィラーとを含む充填材をプリント回路基板と半導体チップとの間に充填し、かつ、プリント回路基板側にシリカフィラーを位置させることにより、配線間のクロストークを低減する電子部品の実装体が開示されている。また、同特許文献１の段落［００２９］には「樹脂組成物３に含有されたフィラー２を予め磁性体が内蔵されたもの、例えば金属粉末の周囲をテフロン（登録商標）でコーティングしてなるものとしておき、磁石によってフィラー２が引き付けられる性質を利用して樹脂組成物３中の回路基板１４側または半導体装置１１側に位置させることも可能である。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９４６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１にはフィラーの分散によるプリント回路基板と電子部品との機械的な接続強度を向上させることに関しては着目していない。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、プリント回路基板と電子部品との間および電子部品の側面に接合材を充填して電子部品をプリント回路基板に固定する電子部品の実装方法であって、電子部品の機械的な接続強度を向上させることのできる実装方法および実装装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の態様に係る電子部品の実装方法は、プリント回路基板の配線パターン上に電子部品を実装し、少なくとも前記プリント回路基板と電子部品との間および電子部品の周囲に、熱硬化性樹脂および磁性体粉末を含む接合材を充填し、前記接合材を加熱して硬化させて、前記電子部品を前記接合材によりプリント回路基板に接合し、前記加熱による前記接合材の硬化の間に、前記電子部品が実装された前記プリント回路基板を、電磁石と対向配置し、前記電磁石から前記接合材に磁力を印加し、前記磁力により前記接合材内における前記磁性体粉末の分散状態を制御することを特徴としている。
【０００９】
この発明の他の態様に係る電子部品の実装装置は、隙間を置いて対向配置された２つの電磁石と、配線パターン上に電子部品が実装されたプリント回路基板であって、少なくとも前記プリント回路基板と電子部品との間および電子部品の周囲に、熱硬化性樹脂および磁性体粉末を含む接合材が充填されたプリント回路基板を、その面方向に沿って搬送し、前記２つの電磁石間の磁力線中に前記電子部品および接合材を配置する搬送機構と、前記接合材を加熱して硬化させる加熱機構と、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の態様によれば、プリント回路基板と電子部品との間および電子部品の側面に接合材を充填して電子部品をプリント回路基板に固定する電子部品の実装方法であって、電子部品の機械的な接続強度を向上し信頼性の向上した実装方法および実装装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、電子部品が実装されたプリント回路基板を示す斜視図。
【図２】図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った電子部品実装部分の断面図。
【図３】図３は、電子部品の実装部を概略的に示す平面図。
【図４】図４は、この発明の第１の実施形態に係る電子部品の実装装置を概略的に示す斜視図。
【図５】図５は、前記実装装置における搬送機構のステージおよび支持機構を示す分解斜視図。
【図６】図６は、前記実装装置のステージおよび支持機構を示す斜視図。
【図７】図７は、前記磁界印加装置の磁力線の流れを概略的に示す断面図。
【図８】図８は、前記磁界印加装置および搬送機構により、プリント回路基板に磁力を印加する工程を示す断面図。
【図９】図９は、他の遮蔽部材を用いて、前記磁界印加装置および搬送機構により、プリント回路基板に磁力を印加する工程を示す断面図。
【図１０】図１０は、前記他の遮蔽部材を用いて磁力を印加することにより形成された接合材の磁性体粉末の分散状態を概略的に示す平面図。
【図１１】図１１は、他の遮蔽部材を示す斜視図。
【図１２】図１２は、前記磁界印加装置により、磁力を異なる方向から印加する状態を示す磁界印加装置の断面図。
【図１３】図１３は、他の実施形態に係る遮蔽部材の支持機構を示す斜視図。
【図１４】図１４は、更に他の実施形態に遮蔽部材の支持機構を示す斜視図。
【図１５】図１５は、他の実施形態に係る実装装置の加熱機構を示す側面図。
【図１６】図１６は、他の実施形態に係る実装装置の加熱機構を示す側面図。
【図１７】図１７は、この発明の第２の実施形態に係る実装装置を示す斜視図。
【図１８】図１８は、他の実施形態に係る実装装置の磁力印加装置を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
初めに、実施形態に係る実装方法および実装装置により、プリント回路基板上に実装された電子部品について説明する。図１は、電子部品として、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）実装されたシリコンベアチップを示す斜視図、図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った実装部分の断面図である。
【００１４】
図１および図２に示すように、プリント回路基板１０は実装面１０ａを有し、この実装面には、例えば銅箔からなる配線パターン１２およびその一部により複数の接続パッド１４が形成されている。プリント回路基板１０の実装面１０ａに電子部品、例えば、矩形状のベアチップ１６が実装されている。ベアチップ１６の下面に形成された複数の電極１７は、複数のはんだボール１８を介してプリント回路基板１０の接続パッド１４にハンダ接続され、ＢＧＡ実装されている。
【００１５】
熱硬化性樹脂および磁性体粉末２２を含む接合材２０が、プリント回路基板１０とベアチップ１６との間およびベアチップ１６の周囲に充填され、硬化することにより、ベアチップ１６をプリント回路基板１０の実装面１０ａに固定している。磁性体粉末２２は、図２および図３に示すように、接合材２０においてベアチップ１６の周囲に位置する部分に集まって局在している。
【００１６】
接合材２０を構成する熱硬化性樹脂は、例えばエポキシ樹脂を用いることができる。具体的なエポキシ樹脂は、熱硬化型一液性エポキシ樹脂を用いることができる。
【００１７】
接合材の熱硬化性樹脂に分散される磁性体粉末２２は、フェライト（Ｆｅ2Ｏ3）粉末、ネオジ系磁石粉末、コバルト系磁石粉末、アルコニア系磁石粉末、フェライト系磁石粉末、ケイ素鋼粉末、鉄粉末、パーマロイ粉末、磁性ステンレス鋼粉末を用いることができる。磁性体粉末の中で、特に絶縁性のフェライトが好ましい。
【００１８】
磁性体粉末２２は、後述する磁力作用による熱硬化性樹脂内で容易に移動可能な球形であることが好ましい。磁性体粉末２２は、０．０１〜１０μｍの平均粒径を有することが好ましい。磁性体粉末２２は、接合材２０中に３０〜９０重量％で充填されていること好ましい。
【００１９】
なお、「磁性体粉末２２がベアチップ１６の周囲部分に対応する接合材２０の箇所に局在している」とは、例えば、前記平均粒径を有する磁性体粉末２２がベアチップ１６の周囲部分に対応する接合材２０の箇所に６０〜９５重量％の密度で存在することを意味している。このような接合材２０において、ベアチップ１６の周囲に位置する領域以外の領域では、磁性体粉末２２は２０〜４０重量％の密度で存在する。
【００２０】
次に、電子部品を上記のように実装するための、実施形態に係る電子部品の実装方法および実装装置について説明する。図４は、第１の実施形態に係る実装装置全体を概略的に示している。
【００２１】
図４に示すように、実装装置は、電子部品が実装され熱硬化性樹脂および磁性体粉末を含む接合材が充填されたプリント回路基板１０を、支持しその面方向に沿って搬送する搬送機構３０と、接合材２０を所定温度に加熱して硬化させる加熱機構４０と、搬送機構３０により搬送されたプリント回路基板１０の接合材２０に磁力を印加する磁力印加装置５０と、接合材２０が硬化した後、接合材を消磁する消磁機７０と、を備えている。
【００２２】
図４、図５、および図６に示すように、搬送機構３０は、プリント回路基板１０が載置される矩形板状の可動ステージ３２を有している。可動ステージ３２は非磁性材料で形成され、その上面の複数個所、例えば、４箇所には、位置決めリブ３３が突設されている。プリント回路基板１０は、４つの角をそれぞれ位置決めリブ３３によって位置決めした状態で、可動ステージ３２上に載置される。可動ステージ３２の両側面からガイドアーム３４が水平に突出している。これらのガイドアーム３４は、水平に伸びる２本のガイドレール３６上に移動自在に支持されている。そして、図示しない駆動機構により、可動ステージ３２は、水平な状態で、ガイドレール３６に沿って所望の位置に搬送される。
【００２３】
接合材２０を加熱する加熱機構４０は、可動ステージ３２の下面に固定された矩形板状のヒートパネル４２と、ヒートパネル４２の加熱温度を制御する制御部４４と、を有している。加熱機構４０は、接合材２０をキューリ点よりも低い、所望の温度、例えば、１２０〜１５０℃に加熱し、硬化させる。
【００２４】
また、可動ステージ３２には、後述する遮蔽部材６１を支持する支持機構６０が設けられている。すなわち、可動ステージ３２の上面には、位置決めリブ３３の外側に４本の支持ポスト６２が立設されている。例えば、ガラス板からなる矩形状の透明な支持板６４が支持ポスト６２上に載置され、プリント回路基板１０と平行に、かつ、隙間を置いて対向している。支持板６４は、４つの固定ねじ６５により支持ポスト６２にねじ止めされている。
【００２５】
そして、この支持板６４上に、遮蔽部材６１が載置され、電子部品１６の上方に対向して配置されている。遮蔽部材６１は、パーマロイ、珪素鋼板等の磁界を通す磁性合金で形成されている。本実施形態において、遮蔽部材６１は、電子部品１６よりも僅かに大きな寸法を有する矩形枠状に形成されている。そして、遮蔽部材６１は、電子部品１６の外周部と重なる位置に配置されている。
【００２６】
図７は、磁力印加装置の断面図である。図４および図７に示すように、磁力印加装置５０は、隙間を置いて対向配置された第１電磁石５２ａおよび第２電磁石５２ｂを有している。第１電磁石５２ａは、鉛直方向に延びるポールピース５４ａ、ポールピースの周囲に設けられたコイルボビン５５ａに、ポールピースを中心として捲回された励磁コイル５６ａと、ポールピースに固定され水平に延びるリターンヨーク（天板）５８ａと、を有している。励磁コイル５６ａは、電子部品１６および接合材２０の充填領域よりも広い面積に形成され、広範囲に亘って磁力線を印加可能となっている。
【００２７】
同様に、第２電磁石５２ｂは、鉛直方向に延びるポールピース５４ｂ、ポールピースの周囲に設けられたコイルボビン５５ｂに、ポールピースを中心として捲回された励磁コイル５６ｂと、ポールピースに固定され水平に延びるリターンヨーク（底板）５８ｂと、を有している。励磁コイル５６ｂは、電子部品１６および接合材２０の充填領域よりも広い面積に形成され、広範囲に亘って磁力線を印加可能となっている。
【００２８】
第１電磁石５２ａおよび第２電磁石５２ｂは、可動ステージ３２の移動路を間に挟んで励磁コイル５６ａ、５６ｂが対向するように配置され、第１電磁石が移動路の上方に、第２電磁石が移動路の下方にそれぞれ位置している。第１電磁石５２ａのリターンヨーク５８ｂと第２電磁石５２ｂのリターンヨーク５８ｂとは、側壁を構成する一対のリターンヨーク５９ａ、５９ｂによって互いに連結され、閉磁路を形成している。
【００２９】
第１電磁石５２ａの励磁コイル５６ａは電源５７ａに接続され、また、第２電磁石５２ｂの励磁コイル５６ｂは電源５７ｂに接続されている。これらの電源５７ａ、５７ｂは制御部４４に接続されている。制御部４４は、励磁コイル５６ａ、５６ｂに供給する電圧、電流、あるいは駆動周波数を制御し、励磁コイル５６ａ、５６ｂから発生する磁力の向きおよび強度を調整する。
【００３０】
電源５７ａ、５７ｂから励磁コイル５６ａ、５６ｂに通電されると、励磁コイルは磁力を発生する。発生した磁力は、ポールピース５４ａ、５４ｂによって強められる。また、リターンヨーク５８ａ、５８ｂ、５９ａ、５９ｂは、閉磁路を形成し、励磁コイル５６ａ、５６ｂから発生した磁力が外部に漏れないように規制する。
【００３１】
図４に示すように、消磁機７０は、磁力印加装置５０に対して、プリント回路基板１０の搬送方向、下流側に配置され、プリント回路基板１０の移動路と対向している。消磁機７０は、後述するように、接合材２０が硬化した後、磁化された接合材２０および電子部品１６を消磁処理する。
【００３２】
次に、上記のように構成された実装装置により電子部品をプリント回路基板１０上に実装する実装方法について説明する。
まず、図２で示したように、プリント回路基板１０の接続パッド１４上にハンダボール１８を介してベアチップ１６を位置決め載置した後、加熱によりハンダボール１８を溶融させることにより、ベアチップ１６をハンダによりＢＧＡ実装する。続いて、プリント回路基板１０とベアチップ１６との間およびベアチップ１６の周囲に、熱硬化性樹脂および磁性体粉末２２を含む接合材２０、例えば５０重量％の磁性体粉末２２を含む液相状態の熱硬化型一液性エポキシ樹脂溶液を充填し、磁性体粉末含有エポキシ樹脂の充填物を形成する。
【００３３】
図５および図６に示すように、このプリント回路基板１０を搬送機構３０の可動ステージ３２上に載置し、角部を位置決めリブ３３に合わせることにより、所定位置に位置決めする。更に、可動ステージ３２の支持ポスト６２上に支持板６４を載置し、固定ねじ６５によって固定した後、支持板６４上に、遮蔽部材６１を載置する。この際、遮蔽部材６１は、充填された接合材２０の内、ベアチップ１６の周囲に位置する部分と対向するように位置決めする。
【００３４】
次いで、加熱機構４０のヒートパネル４２に通電して加熱を開始し、プリント回路基板１０を通して接合材２０を加熱する。ここでは、制御部４４によりヒートパネル４２の加熱温度をキューリ点よりも低い１２０〜１５０℃に制御する。これにより、接合材２０は、加熱されて徐々に温度上昇し、６０〜８０℃に加熱された時点で軟化し始める。
【００３５】
接合材２０が軟化した時点で、搬送機構３０の駆動部を駆動して、可動ステージ３２を磁力印加装置５０の第１電磁石５２ａと第２電磁石５２ｂとの間に移動させ、停止保持する。この際、図８に示すように、ベアチップ１６の中心と第１電磁石５２ａの中心とがほぼ整列するように、可動ステージ３２を位置決めする。これにより、ベアチップ１６および接合材２０は、第１電磁石５２ａと第２電磁石５２ｂとの間に位置し、かつ、第１電磁石５２ａと対向する。また、遮蔽部材６１は、接合材２０と第１電磁石５２ａとの間に保持される。
【００３６】
この状態で、電源５７ａから第１電磁石５２ａの励磁コイル５６ａに通電し、励磁コイル５６ａからプリント回路基板１０へ向かう磁力を発生させ、接合材２０に印加する。接合材２０中の磁性体粉末２２は、この磁力作用により吸引されて接合材内を移動する。この際、制御部４４によって電源５７ａから励磁コイル５６ａに供給する電流、電圧、あるいは駆動周波数を制御することにより、励磁コイル５６ａから発生する磁力の強度を調整し、プリント回路基板１０の実装面と直交する方向の磁性体粉末２２の分散状態を制御する。
【００３７】
また、磁性合金で形成された枠状の遮蔽部材６１を第１電磁石５２ａと接合材２０との間に配置することにより、励磁コイル５６ａから発生した磁力は、遮蔽部材６１に引っ張られ、大部分が遮蔽部材６１を透過して接合材２０の周縁部、つまり、ベアチップ１６の周囲に位置する領域に印加される。これにより、接合材２０中の磁性体粉末２２は、この磁力作用により吸引されて接合材２０の外周領域、つまり、ベアチップ１６の周囲の領域に移動し集中する。このように、第１電磁石５２ａと接合材２０との間に、磁性合金で形成され磁界を流す遮蔽部材６１を介在させ、この遮蔽部材により磁力を部分的に遮断し、所望の領域に集約することにより、プリント回路基板１０の実装面の方向に沿った磁性体粉末２２の分散状態を制御する。
【００３８】
上述した磁力を５〜３０分程度、接合材２０に印加することにより、接合材２０中の磁性体粉末２２は、接合材２０の外周領域、つまり、ベアチップ１６の周囲に、かつ、プリント回路基板１０の実装面とベアチップ１６の側面との間に分散して局在する。その後、ヒートパネル４２により、接合材２０を１２０〜１５０℃まで加熱し、３０〜６０程度この温度に保持することにより、接合材２０を硬化させる。これにより、ベアチップ１６は、接合材２０によりプリント回路基板１０に強固に接合される。
【００３９】
なお、上記実施形態では、接合材２０を軟化温度まで加熱した後に、磁力印加装置５０に搬送し、磁力を印加する構成としたが、初めから、プリント回路基板１０を磁力印加装置５０内に搬送し、磁力印加装置内で、接合材を加熱しながら、磁力印加を同時に開始する構成としてもよい。
【００４０】
磁力を加えた後の接合材２０中の磁性体粉末２２は磁化され、この状態で製品として出荷すると、ベアチップ１６周辺の機器に磁気的な悪影響を及ぼすおそれがある。そのため、磁力印加装置５０により磁力印加した後、可動ステージ３２を消磁機７０の下方に移動し、消磁機７０により接合材２０に消磁処理を施し、磁化された磁性体粉末２２を消磁する。
【００４１】
以上の実装方法および実装装置により、ベアチップ１６が接合材２０によりプリント回路基板１０に強固に接合され、更に、接合材中の磁性体粉末２２が所望の領域、ここでは、ベアチップ１６の周囲の領域に局在した電子部品実装体が得られる。このように、磁性体粉末２２をベアチップ１６の周囲の領域に局在させることにより、接合材２０のベアチップ周囲でのヤング率および硬度を向上することができるとともに、ベアチップとプリント回路基板との熱膨張差を低減することができる。そのため、プリント回路基板１０に外力が作用した場合でも、ベアチップ１６の周囲部分で耐衝撃性を向上でき、接合材２０の亀裂、破損を防止することができる。また、プリント回路基板１０およびベアチップ１６が加熱された場合でも、これらの熱膨張差に起因する接合材２０の剥離、破損を防止することが可能となる。更に、磁性体粉末２２は、外部電磁波に対して、シールドとして作用するため、磁性体粉末２２をベアチップの周囲に集中させることにより、外部電磁波に対してベアチップを保護することができるとともに、あるいは、ベアチップ自体が発生する電磁波が外部に漏洩することを防止できる。
【００４２】
前述したように、本実装方法および実装装置によれば、第１および第２電磁石５２ａ、５２ｂに供給する電流、電圧、駆動周波数を制御することにより、プリント回路基板１０の実装面と垂直な方向の磁性体粉末分布を制御することができるとともに、電磁石と接合材との間に遮蔽部材６１を配置することにより、プリント回路基板１０の面方向に沿った磁性体粉末分布を制御することができる。遮蔽部材６１の形状を種々変更することにより、接合材内の任意の領域へ磁性体粉末を集約することができる。
【００４３】
図９および図１０に示す実施形態によれば、遮蔽部材６１は、ほぼＵ字形状に形成され、ベアチップ１６とプリント回路基板１０との間およびベアチップの周囲に充填された接合材２０の内、片側の外周の外側と対向するように配置されている。この状態で、第１電磁石５２ａから磁力を印加すると、ベアチップ１６の左側、すなわち、遮蔽部材６１が対向配置されている側では、磁力が遮蔽部材６１に引っ張られて接合材２０の外側に印加され、ベアチップ１６の右側においてのみ、接合材２０に磁力が印加される。これにより、接合材２０中の磁性体粉末２２は、磁力に吸引されてベアチップ１６の右側に移動し、図９および図１１に示すように、接合材２０においてベアチップ１６の右側の周囲に位置する領域に集中し局在する。
【００４４】
その後、接合材２０を加熱硬化することにより、ベアチップ１６は、プリント回路基板１０とベアチップ１６との間およびベアチップの周囲に充填された熱硬化性樹脂および磁性体粉末２２を含む接合材２０によって接合され、更に、磁性体粉末２２が、電磁波発生源の側、つまり、ベアチップの右側の領域に局在する接合材が得られる。このような構造の実装体とすることにより、電磁波発生源からの電磁波の干渉を接合材２０の右側面に局在させた磁性体粉末２２によりシールドすることができ、ベアチップ１６を電磁波から保護することができる。同時に、ベアチップとプリント回路基板との接続強度を高め、隔離、損傷を防止することができる。
その他、遮蔽部材は、磁性体粉末を集約する部位に合わせて、任意の形状とすることができる。
【００４５】
図１２に示す実施形態のように、磁力印加装置５０において、遮蔽部材を用いることなく、制御部４４の制御の下、第１電磁石５２ａおよび第２電磁石５２ｂを交互に所定の周期でオン、オフ制御することにより、接合材２０に対して、磁力を上方からおよび下方から交互に印加してもよい。この場合、磁力作用により、接合材２０中の磁性体粉末２２を移動させ、プリント回路基板１０の実装面１０ａに対して垂直な方向に沿って均一に分散させることができる。
【００４６】
図１３は、他の実施形態に係る実装装置の搬送機構および支持機構を示している。他の実施形態によれば、遮蔽部材６１を支持する支持機構６０は、可動ステージ３２上に載置されたモータ６６と、モータによって回動される回転子６７と、この回転子から可動ステージ３２と平行に延びる支持アーム６８とを有し、遮蔽部材６１は、支持アーム６８の延出端に固定されている。支持アーム６８は、樹脂、セラミック等の非磁性材料により形成されている。そして、モータ６６によって回転子６７および支持アーム６８を回動することにより、遮蔽部材６１はプリント回路基板１０上のベアチップ１６と対向する所定位置に移動および配置される。
【００４７】
図１４は、更に他の実施形態に係る実装装置の搬送機構および支持機構を示している。本実施形態によれば、遮蔽部材６１を支持する支持機構６０は、可動ステージ３２上に設けられたＸ−Ｙアーム７２を備えている。Ｘアーム７２ａは、可動ステージ３２に支持され、Ｘ方向、ここでは、可動ステージ３２の移動方向に延びている。Ｙアーム７２ｂは、Ｘアーム７２ａからＹ方向、ここでは、可動ステージ３２の移動方向と直交する方向に、延出しているとともに、Ｘアーム７２ａに沿って移動自在に支持されている。Ｘアーム７２ａおよびＹアーム７２ｂはそれぞれ樹脂、セラミック等の非磁性材料で形成されている。遮蔽部材６１は、Ｙアーム７２ｂに支持され、このＹアームに沿って移動可能に支持されている。
【００４８】
図示しない駆動部により、Ｙアーム７２ｂをＸアーム７２ａに沿って移動させるとともに、遮蔽部材６１をＹアーム７２ｂに沿って移動させることにより、遮蔽部材６１はプリント回路基板１０上のベアチップ１６と対向する所定位置に移動および配置される。
【００４９】
実装装置の加熱機構は、ヒートパネルに限らず、他の加熱手段を用いても良い。図１５に示す実施形態によれば、実装装置の加熱機構４０は、可動ステージ３２上に設けられた複数の赤外線ランプ７６を備えている。これらの赤外線ランプ７６は、プリント回路基板１０上のベアチップ１６の周囲に充填された接合材２０の両側に配置され、接合材２０に向けて赤外線を放射する。
図１６に示す実施形態によれば、実装装置の加熱機構４０は、可動ステージ３２の下に設けられた電磁誘導加熱用の電磁コイル７８およびコア７９を備えている。
【００５０】
図１７に示す実施形態によれば、実装装置の加熱機構４０は、リフロー炉８０を備えている。リフロー炉８０内には、図示しない複数の電熱線等が配設され、図示しない制御部により、リフロー炉内は所定の温度に加熱されている。
【００５１】
磁力印加装置５０は、リフロー炉８０内に配置されている。搬送機構３０のガイドレール３６は、リフロー炉８０内を貫通して延びている。そして、ベアチップ１６が実装されたプリント回路基板１０を載置する可動ステージ３２は、ガイドレール３６に沿ってリフロー炉８０内へ移動され、リフロー炉内で加熱されながら、磁力印加装置５０へ搬送される。磁力印加装置により接合材２０へ磁力を印加した後、接合材２０は１２０〜１５０℃で所定時間加熱され、硬化する。その後、可動ステージ３２は、リフロー炉８０から出て、消磁機７０と対向する位置へ搬送され、この消磁機７０により接合材２０に対して消磁処理を行う。
【００５２】
図１８に示す実施形態によれば、磁力印加装置５０は、ベアチップ１６の周囲に充填された接合材の所望領域に対向して配置された１つあるいは複数の永久磁石８２を有している。本実施形態によれば、プリント回路基板１０が載置された可動ステージ３２上に、プリント回路基板１０と隙間をおいて支持板８４が対向配置され、この支持板上に４つの棒磁石８２が載置されている。これらの棒磁石８２は、枠状に並べて配置され、接合材２０の外周部に対向して位置している。これらの棒磁石８２から接合材２０の外周部に磁力が印加され、接合材中の磁性体粉末２２が外周部に移動し、局在される。プリント回路基板１０および棒磁石８２が載置された可動ステージ３２は、加熱機構、例えば、リフロー炉８０内に搬送され、このリフロー炉内で所定の温度に加熱され、接合材２０が軟化した後に硬化される。
【００５３】
上述した種々の他の実施形態において、実装装置の他の構成は前述した第１実施形態と同一であり、同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略した。そして、種々の他の実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００５４】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００５５】
例えば、接合材は、電子部品とプリント回路基板との間、および電子部品の周囲のみに限らず、電子部品の上に被せて充填してもよい。この発明は、ＢＧＡベアチップに限らず、他の電子部品の実装にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０…プリント回路基板、１２…配線パターン、１４…接続パッド、１６…ベアチップ、１８…ハンダボール、２０…接合材、２２…磁性体粉末、３０…搬送機構、３２…可動ステージ、３６…ガイドレール、４０…加熱機構、４２…ヒートパネル、４４…制御部、５０…磁力印加装置、５２ａ…第１電磁石、５２ｂ…第２電磁石、５６ａ、５６ｂ…励磁コイル、５７ａ、５７ｂ…電源、６０…支持機構、６１…遮蔽部材、６４…支持板、６８…支持アーム、８０…リフロー炉、８２…永久磁石
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント回路基板の配線パターン上に電子部品を実装し、
少なくとも前記プリント回路基板と電子部品との間および電子部品の周囲に、熱硬化性樹脂および磁性体粉末を含む接合材を充填し、
前記接合材を加熱して硬化させて、前記電子部品を前記接合材によりプリント回路基板に接合し、
前記加熱による前記接合材の硬化の間に、前記電子部品が実装された前記プリント回路基板を、電磁石と対向配置し、前記電磁石から前記接合材に磁力を印加し、前記磁力により前記接合材内における前記磁性体粉末の分散状態を制御する、
電子部品の実装方法。
【請求項２】
前記電磁石に供給する電流、電圧、あるいは、駆動周波数を調整して前記磁力を変化させ、前記プリント回路基板の実装面と直交する方向の前記磁性体粉末の分散状態を制御する請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項３】
前記電磁石と前記接合材との間に、磁性合金で形成され磁界を流す遮蔽部材を介在させ、この遮蔽部材により前記磁力を部分的に遮断することにより、前記プリント回路基板の実装面の方向に沿った前記磁性体粉末の分散状態を制御する請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項４】
前記プリント回路基板を通して前記接合材をヒートパネル、赤外線ランプ、あるいは電磁誘導加熱により加熱する請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項５】
前記電子部品が実装され、前記接合材が充填されたプリント回路基板をリフロー炉を通して搬送し、前記リフロー炉により前記接合材を加熱する請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項６】
前記接合材が硬化した後、前記電子部品およびプリント回路基板を消磁する請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項７】
隙間を置いて対向配置された２つの電磁石を有し、接合材に磁力を印加する磁力印加装置と、
配線パターン上に電子部品が実装されたプリント回路基板であって、少なくとも前記プリント回路基板と電子部品との間および電子部品の周囲に、熱硬化性樹脂および磁性体粉末を含む接合材が充填されたプリント回路基板を、その面方向に沿って搬送し、前記２つの電磁石間の磁力線中に前記電子部品および接合材を配置する搬送機構と、
前記接合材を加熱して硬化させる加熱機構と、
を備える電子部品の実装装置。
【請求項８】
前記電磁石に供給する電流、電圧、あるいは、駆動周波数を調整して前記磁力を変化させ、前記プリント回路基板の実装面と直交する方向の前記磁性体粉末の分散状態を制御する制御部を備えている請求項７に記載の電子部品の実装装置。
【請求項９】
一方の前記電磁石と前記接合材との間に介在されているともに磁性合金で形成され、前記磁力線を部分的に遮断することにより、前記プリント回路基板の実装面の方向に沿った前記磁性体粉末の分散状態を制御する遮蔽部材を備えている請求項７に記載の電子部品の実装装置。
【請求項１０】
前記遮蔽部材を前記電子部品に対して任意の位置に支持する支持機構を備えている請求項９に記載の電子部品の実装装置。
【請求項１１】
前記加熱機構は、前記プリント回路基板が載置さるヒートパネルを有している請求項７に記載の電子部品の実装装置。
【請求項１２】
前記加熱機構は、赤外線ランプを備えている請求項７に記載の電子部品の実装装置。
【請求項１３】
前記加熱機構は、電磁誘導加熱する電磁コイルおよびコアを備えている請求項７に記載の電子部品の実装装置。
【請求項１４】
前記加熱機構は、所定の温度に加熱されたリフロー炉を備え、
前記搬送機構は、前記リフロー炉内を通して前記プリント回路基板を搬送する請求項７に記載の電子部品の実装装置。
【請求項１５】
前記接合材が硬化した後、前記電子部品およびプリント回路基板を消磁する消磁機を備えている請求項７に記載の電子部品の実装装置。
【請求項１】
プリント回路基板の配線パターン上に電子部品を実装し、
少なくとも前記プリント回路基板と電子部品との間および電子部品の周囲に、熱硬化性樹脂および磁性体粉末を含む接合材を充填し、
前記接合材を加熱して硬化させて、前記電子部品を前記接合材によりプリント回路基板に接合し、
前記加熱による前記接合材の硬化の間に、前記電子部品が実装された前記プリント回路基板を、電磁石と対向配置し、前記電磁石から前記接合材に磁力を印加し、前記磁力により前記接合材内における前記磁性体粉末の分散状態を制御する、
電子部品の実装方法。
【請求項２】
前記電磁石に供給する電流、電圧、あるいは、駆動周波数を調整して前記磁力を変化させ、前記プリント回路基板の実装面と直交する方向の前記磁性体粉末の分散状態を制御する請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項３】
前記電磁石と前記接合材との間に、磁性合金で形成され磁界を流す遮蔽部材を介在させ、この遮蔽部材により前記磁力を部分的に遮断することにより、前記プリント回路基板の実装面の方向に沿った前記磁性体粉末の分散状態を制御する請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項４】
前記プリント回路基板を通して前記接合材をヒートパネル、赤外線ランプ、あるいは電磁誘導加熱により加熱する請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項５】
前記電子部品が実装され、前記接合材が充填されたプリント回路基板をリフロー炉を通して搬送し、前記リフロー炉により前記接合材を加熱する請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項６】
前記接合材が硬化した後、前記電子部品およびプリント回路基板を消磁する請求項１に記載の電子部品の実装方法。
【請求項７】
隙間を置いて対向配置された２つの電磁石を有し、接合材に磁力を印加する磁力印加装置と、
配線パターン上に電子部品が実装されたプリント回路基板であって、少なくとも前記プリント回路基板と電子部品との間および電子部品の周囲に、熱硬化性樹脂および磁性体粉末を含む接合材が充填されたプリント回路基板を、その面方向に沿って搬送し、前記２つの電磁石間の磁力線中に前記電子部品および接合材を配置する搬送機構と、
前記接合材を加熱して硬化させる加熱機構と、
を備える電子部品の実装装置。
【請求項８】
前記電磁石に供給する電流、電圧、あるいは、駆動周波数を調整して前記磁力を変化させ、前記プリント回路基板の実装面と直交する方向の前記磁性体粉末の分散状態を制御する制御部を備えている請求項７に記載の電子部品の実装装置。
【請求項９】
一方の前記電磁石と前記接合材との間に介在されているともに磁性合金で形成され、前記磁力線を部分的に遮断することにより、前記プリント回路基板の実装面の方向に沿った前記磁性体粉末の分散状態を制御する遮蔽部材を備えている請求項７に記載の電子部品の実装装置。
【請求項１０】
前記遮蔽部材を前記電子部品に対して任意の位置に支持する支持機構を備えている請求項９に記載の電子部品の実装装置。
【請求項１１】
前記加熱機構は、前記プリント回路基板が載置さるヒートパネルを有している請求項７に記載の電子部品の実装装置。
【請求項１２】
前記加熱機構は、赤外線ランプを備えている請求項７に記載の電子部品の実装装置。
【請求項１３】
前記加熱機構は、電磁誘導加熱する電磁コイルおよびコアを備えている請求項７に記載の電子部品の実装装置。
【請求項１４】
前記加熱機構は、所定の温度に加熱されたリフロー炉を備え、
前記搬送機構は、前記リフロー炉内を通して前記プリント回路基板を搬送する請求項７に記載の電子部品の実装装置。
【請求項１５】
前記接合材が硬化した後、前記電子部品およびプリント回路基板を消磁する消磁機を備えている請求項７に記載の電子部品の実装装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−７７１６７（Ｐ２０１１−７７１６７Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２５０２８（Ｐ２００９−２２５０２８）
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２９日（２００９．９．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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