JP2006303356A - 電子部品実装方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電子部品と配線基板との接合位置ズレを抑えつつ、基板材料の焦げや接合不良をも抑えることができる電子部品実装方法を提供する。
【解決手段】 レーザー光透過性の材料からなる基板2と、これのおもて面に形成された電極である複数の電極パッド3とを有する配線基板たるマザー基板1の上に、それら複数の電極パッド3の何れかに接合するための接合用電極200aを複数有する電子部品200を、互いの対応する電極同士がはんだペースト6を介して重なるように載置した後と、基板2の裏面側からYAGレーザー光Lを照射して、基板2を裏面側からおもて面側に向けて透過させたYAGレーザー光Lを電極パッド3の裏面に当てることにより、はんだペースト6内のはんだ粒を溶融せしめて両電極を接合する実装方法において、マザー基板1として、電極パッド3に貫通孔3aが設けられたものを用いる。
【選択図】 図15
【解決手段】 レーザー光透過性の材料からなる基板2と、これのおもて面に形成された電極である複数の電極パッド3とを有する配線基板たるマザー基板1の上に、それら複数の電極パッド3の何れかに接合するための接合用電極200aを複数有する電子部品200を、互いの対応する電極同士がはんだペースト6を介して重なるように載置した後と、基板2の裏面側からYAGレーザー光Lを照射して、基板2を裏面側からおもて面側に向けて透過させたYAGレーザー光Lを電極パッド3の裏面に当てることにより、はんだペースト6内のはんだ粒を溶融せしめて両電極を接合する実装方法において、マザー基板1として、電極パッド3に貫通孔3aが設けられたものを用いる。
【選択図】 図15
Description
本発明は、ICチップ、チップコンデンサ、圧電素子等の電子部品を配線基板上に実装して電子回路基板を得るための電子部品実装方法に関するものである。
従来、電子部品には、配線基板の電極に接合するための接合用電極として、パッケージ周囲にガルウイング状に広がるリード端子を備えるものが知られている。例えばQFP(Quad Flat Pack)などである。この種の電子部品において、パッケージ周囲に広がるリード端子の強度をある程度維持しながらリード端子数(I/O数)を増加させるためには、パッケージサイズを大型化せざるを得ない。
そこで、近年においては、複数の接合用電極をパッケージ下面にアレイ状に配設した下面電極方式の電子部品が主流になりつつなる。例えば、LGA(Land Grid Array)、BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Size Package)などである。これらの電子部品では、扁平な接合用電極をパッケージ下面にアレイ状に配設することにより、パッケージを大型化することなく、I/O数を増加させることができる。
かかる下面電極方式の電子部品については、はんだペーストを用いて配線基板上に実装するのが一般的である。具体的には、まず、印刷マスクを用いた印刷法により、配線基板の配線パターン内における複数の基板電極上にそれぞれはんだペーストを印刷する。次いで、電子部品を、配線基板上に印刷されたはんだペースト上に載置する。そして、リフロー工程にて、配線基板を電子部品とともにリフロー炉に入れて加熱して、はんだペースト内の導電性接合材たるはんだ粒を溶融させる。この後、溶融はんだを冷却によって固化させることで、配線基板の基板電極と電子部品の接合用電極とを接合する。
このような電子部品実装方法では、電子部品の材質と配線基板の材質とで熱膨張率が異なると、加熱を伴うリフロー工程において互いの電極の相対位置がずれることにより、接合位置ズレを引き起こしてしまうおそれがある。電子機器の小型化に伴って、より微細ピッチな接合が求められていく傾向にある近年においては、僅かな熱膨張率の違いが大きな接合位置ズレとなって現れるようになっていくと予想される。
一方、従来より、レーザー光透過性の材料からなる基板に対してその裏面側からレーザー光を照射して、はんだ付けを行う電子部品実装方法が知られている(例えば特許文献1に記載のもの)。この電子部品実装方法では、レーザー光透過性の基板を透過したレーザー光を、基板のおもて面に形成された基板電極に当てることで、その基板電極を発熱せしめる。そして、これにより、基板電極と、下面電極方式の電子部品における接合用電極との間に介在するはんだを溶融せしめて、両電極を接合する。
かかる電子部品実装方法によれば、電子部品や配線基板を全体的に加熱するのではなく、電極やその周囲の箇所を局所的に加熱することで、互いの熱膨張率の違いによる接合位置ズレを抑えることが可能である。
しかしながら、この電子部品実装方法では、次に説明する理由により、電子部品と配線基板との接合不良を引き起こしたり、配線基板を焦がしたりするおそれがあった。即ち、配線基板の基板材料として、たとえレーザー光透過性の材料からなるものを用いたとしても、レーザー光のエネルギー強度によっては、それを焦がしたり変性させたりしてしまう。このため、レーザー光としては、基板材料に焦げや変性をきたさない程度に弱く、且つ、はんだ等の導電性接合材を溶融させ得る程度に強いエネルギー強度のものを用いる必要がある。基板材料と導電性接合材との組合せによっては、前者のエネルギー強度と後者のエネルギー強度との差がかなり小さくなるので、レーザー光のエネルギー強度を厳密に調整する必要がある。例えば、ポリエチレンテレフタレート(以下、PETという)などの樹脂材料と、鉛フリーのはんだとの組合せでは、エネルギー強度の僅かの差により、樹脂材料を焦がしてしまったり、はんだを十分に溶融することができなかったりする。
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、電子部品と配線基板との接合位置ズレを抑えつつ、基板材料の焦げや接合不良をも抑えることができる電子部品実装方法を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、レーザー光透過性の材料からなる基板と、これのおもて面に形成された電極である複数の基板電極とを有する配線基板の上に、それら複数の基板電極の何れかに接合するための接合用電極を複数有する電子部品を、互いの対応する電極同士が導電性接合材を介して重なるように載置する載置工程と、該配線基板の裏面側からレーザー光を照射して、該基板を裏面側からおもて面側に向けて透過させた該レーザー光を該基板電極の裏面に当てることにより、該基板電極とこれに対応する接合用電極との間に介在する導電性接合材を溶融せしめて両電極を接合する接合工程とを実施して、配線基板上に電子部品を実装する電子部品実装方法において、上記配線基板として、上記接合用電極に対応する上記基板電極に孔が設けられたものを用いることを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の電子部品実装方法において、上記配線基板として、1つの上記基板電極に複数の上記孔が設けられたものを用いることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1又は2の電子部品実装方法において、上記載置工程に先立って、上記基板電極又は接合用電極の表面に、導電性接合材を含有する接合層を形成する接合層形成工程を実施することを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1又は2の電子部品実装方法において、上記配線基板として、上記孔が設けられた上記基板電極の表面に、導電性接合材からなり且つ該孔に連通する孔を有する接合層が被覆されたものを用いることを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1乃至4の電子部品実装方法において、上記接合工程にて、レーザー光遮光部材にレーザー通過用の開口が形成されたアパーチャーマスクに上記レーザー光を通すことで、各基板電極に対して、それぞれその平面よりも小さなスポット径にした該レーザー光を当てることを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項5の電子部品実装方法において、上記アパーチャーマスクとして、上記開口が複数形成されたものを用いることを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、請求項6の電子部品実装方法において、上記アパーチャーマスクとして、互いに開口パターンの異なる複数のものを用意しておき、使用する該アパーチャーマスクを切り換えながら、上記接合工程を行うことを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の電子部品実装方法において、上記配線基板として、1つの上記基板電極に複数の上記孔が設けられたものを用いることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1又は2の電子部品実装方法において、上記載置工程に先立って、上記基板電極又は接合用電極の表面に、導電性接合材を含有する接合層を形成する接合層形成工程を実施することを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1又は2の電子部品実装方法において、上記配線基板として、上記孔が設けられた上記基板電極の表面に、導電性接合材からなり且つ該孔に連通する孔を有する接合層が被覆されたものを用いることを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1乃至4の電子部品実装方法において、上記接合工程にて、レーザー光遮光部材にレーザー通過用の開口が形成されたアパーチャーマスクに上記レーザー光を通すことで、各基板電極に対して、それぞれその平面よりも小さなスポット径にした該レーザー光を当てることを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項5の電子部品実装方法において、上記アパーチャーマスクとして、上記開口が複数形成されたものを用いることを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、請求項6の電子部品実装方法において、上記アパーチャーマスクとして、互いに開口パターンの異なる複数のものを用意しておき、使用する該アパーチャーマスクを切り換えながら、上記接合工程を行うことを特徴とするものである。
これらの発明においては、電子部品や配線基板を全体的に加熱するのではなく、レーザー光によって局所的に加熱することで、電子部品と配線基板との接合位置ずれを抑えることができる。
また、配線基板の基板を通して基板電極に当てたレーザー光の一部を、基板電極に設けられた孔に通す。そして、孔通過後のレーザー光を基板電極と電子部品の接合用電極との間に介在する導電性接合材に直接当てる。これにより、レーザー光を当てた基板電極の発熱によって導電性接合材を間接的に加熱するだけでなく、レーザー光の照射によって導電性接合材を直接的に加熱する。すると、導電性接合材を間接的にしか加熱していなかった従来の実装方法とは異なり、導電性接合材をより効率的に加熱することができる。そして、導電性接合材を溶融せしめるためのレーザー光として、より低いエネルギー強度のものを用いることが可能になる。よって、基板材料の焦げを抑えつつ、基板電極と接合用電極との間に介在する導電性接合材を確実に溶融せしめて、両電極の接合不良を抑えることができる。
また、配線基板の基板を通して基板電極に当てたレーザー光の一部を、基板電極に設けられた孔に通す。そして、孔通過後のレーザー光を基板電極と電子部品の接合用電極との間に介在する導電性接合材に直接当てる。これにより、レーザー光を当てた基板電極の発熱によって導電性接合材を間接的に加熱するだけでなく、レーザー光の照射によって導電性接合材を直接的に加熱する。すると、導電性接合材を間接的にしか加熱していなかった従来の実装方法とは異なり、導電性接合材をより効率的に加熱することができる。そして、導電性接合材を溶融せしめるためのレーザー光として、より低いエネルギー強度のものを用いることが可能になる。よって、基板材料の焦げを抑えつつ、基板電極と接合用電極との間に介在する導電性接合材を確実に溶融せしめて、両電極の接合不良を抑えることができる。
特に、請求項2の発明においては、基板電極に複数の孔が形成されていることで、1つの孔しか形成されていない場合に比べて、基板電極と接合用電極との間に介在する導電性接合材に対して、より広範囲に渡ってレーザー光を直接当てることが可能になる。これにより、導電性接合材の加熱効率をより高めることができる。
また特に、請求項3の発明においては、配線基板の基板電極、又は電子部品の接合用電極の表面に、はんだ等の溶融可能な導電性接合材を含有する接合層を形成してから、電子部品を配線基板上に載置する載置工程を実施する。これにより、配線基板や電子部品として、電極の表面に接合層が予め形成されていないものを用いることができる。なお、接合層を形成する方法としては、はんだペースト等の導電性接合材を印刷マスクによって各電極上に印刷する方法を例示することができる。
また特に、請求項4の発明においては、基板電極の孔を通過したレーザー光を、接合層の孔に進入させる。そして、接合層の孔も通過したレーザー光を電子部品の接合用電極に当てて、接合用電極を昇温せしめる。そして、この熱により、基板電極と接合用電極との間に介在する接合層を熱して溶融せしめる。これにより、裏面にレーザー光が当たった基板電極の昇温によって接合層を基板電極側から加熱することに加えて、孔通過後のレーザー光が当たった接合用電極の昇温によって接合層を接合用電極側からも加熱することができる。更に、孔通過後に接合用電極に当たったレーザー光の一部を、接合用電極に吸収させずに電極表面で反射させた後、接合層の孔内にて、孔内壁で多重反射させる。これにより、レーザー光の一部を接合層の孔内壁に当てて、接合層を内部から加熱することもできる。これらの結果、接合層をより効率的に溶融せしめることができる。
また特に、請求項5、6又は7の発明においては、レーザー光をアパーチャーマスクに通してそのスポット径を基板電極の平面よりも小さくすることで、レーザー光を、電子部品に直接当ててしまうといった事態を回避することが可能になる。これにより、レーザー光の直接照射によって電子部品を破損してしまうといった事態を回避することができる。
また特に、請求項6又は7の発明においては、レーザー光をアパーチャーマスクによって複数に分割し、それぞれを、互いに異なる基板電極に当てることで、1回のレーザー照射で複数の基板電極と接合用電極との組合せを同時に接合することが可能になる。そして、これにより、実装時間の短縮化を図ることができる。
また特に、請求項7の発明においては、アパーチャーマスクを切り替えることで、アパーチャーマスクで分割された複数のレーザー光の配列ピッチを切り替える。これにより、基板電極や接合用電極の配列ピッチが一定でない場合であっても、配列ピッチを適宜切り替えることで、レーザー光の同時照射による複数箇所の接合を効率良く行うことができる。
以下、本発明を適用した実施形態として、マザー基板上にCSPやチップコンデンサ等の複数の電子部品を実装する電子部品実装方法(以下、実装方法という)について説明する。
本実装方法では、まず、レーザー光透過性を有するマザー基板のおもて面に形成された複数の電極パッド上に、それぞれはんだペーストを印刷する印刷工程を実施する。次いで、このはんだペーストの上に電子部品を載置する載置工程を実施した後、レーザー光の照射によってはんだペースト内のはんだ粒を溶融せしめて電子部品の接合用電極と電極パッドとを接合する接合工程を実施する。
図1は、本実装方法に用いられるマザー基板を示す拡大断面図である。同図において、マザー基板1は、レーザー光透過性を有する材料からなる基板2のおもて面に、導電性材料からなる回路パターンが形成されている。この回路パターンは、配線部と、これの所々に設けられた基板電極たる複数の電極パッド3とから構成されている。これら電極パッド3は電子部品との接合部となっている。基板2の材料としては、波長1064[nm]のYAGレーザー光を透過させ得るソーダライムガラス、合成石英、硼珪酸ガラス、セラミック等を例示することができる。また、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、非晶性ポリオリフィン、ソーダライムガラス、合成石英、硼珪酸ガラス、セラミック、4,4’ジアミノジフェニルエーテル・無水ピロメリット酸重縮合物でもよい。これら材料のなかでも、特に、PENは、熱膨張率が比較的小さいことから好適である。なお、4,4’ジアミノジフェニルエーテル・無水ピロメリット酸重縮合物は、ポリイミドにジメチルアセトアミドを混合して得られる樹脂であり、例えば東レ・デュポン株式会社から「カプトン」という商品名で販売されている。
電極パッド3や配線部を有する回路パターンは、金、銅、白金、アルミニウムなど、レーザー光透過性を有さない材料から構成されている。本実装方法では、マザー基板1として、銅からなる電極パッド3を有するものを用いている。
上述の印刷工程においては、孔版たる印刷マスクをマザー基板のおもて面に密着せしめる密着工程と、密着せしめた印刷マスクの各孔にはんだペーストを充填する充填工程と、印刷マスクをマザー基板から剥がす剥離工程とを実施する。具体的には、まず、図2や図3に示すように、回路パターンが形成されているマザー基板1のおもて面に印刷マスク4を密着せしめる。印刷マスク4には、マザー基板1の各電極パッド3に対応する複数の貫通孔4aからなる印刷パターンが形成されている。密着工程では、各電極パッド3の真上に、印刷マスク4の各貫通孔4aを位置させるように、位置合わせを行いながら印刷マスク4をマザー基板1に密着させる。このような密着工程が終了したら、次に、図4に示すように、マザー基板1に密着している印刷マスク4の印刷側面上に、スキージ5を用いてはんだペースト6を刷り付けて、印刷マスク4の各貫通孔4a内にはんだペーストを充填する。そして、図5に示すように、印刷マスク4をマザー基板1から剥がして、各貫通孔4a内のはんだペースト6を、それぞれマザー基板1の電極パッド3上に転移させる。
このようにして印刷工程を実施したら、次に、上述の載置工程や、レーザー照射によって電極パッド3と電子部品とを接合せしめる接合工程を実施する。載置工程により、全ての電子部品をマザー基板1上に載置してから、接合工程を行ってもよいが、部品を少しずつ載置して接合を行うという作業を繰り返してもよい。本実装方法では、後者のように、載置工程と接合工程とを繰り返して、最終的に全ての電子部品を接合する。
図6は、本実装方法に用いられる実装装置を示す概略構成図である。この実装装置は、レーザー発振器100等を有するレーザー照射部と、X−Yテーブル110と、部品吸着ノズル120等を有するマウンター部などを備えている。載置工程や接合工程を行うにあたっては、まず、印刷工程を終えたマザー基板1を、この実装装置のX−Yテーブル110上に固定する。X−Yテーブル110は、周知の技術により、図の左右方向であるX方向や、図の奥行き方向であるY方向に移動可能に構成されている。X−Yテーブル110の内部には、チャンバー室111が形成されている。チャンバー室111には、ブロワ等からなる図示しない吸引手段が接続されており、これによってチャンバー室内111の空気が吸引されることにより、チャンバー室111内が減圧せしめられる。X−Yテーブル110の天板112や底板113は、それぞれレーザー光透過性を発揮するガラス板となっており、天板112には、図示しない吸引孔が無数に形成されている。この天板112上に載置されたワークとしてのマザー基板1は、チャンバー室111内の減圧に伴って吸引孔に吸引されることで、X−Yテーブル110上に固定される。
図7は、実装装置のマウンター部を示す拡大構成図である。マウンター部は、部品吸着ノズル120、光学監視装置121、モニタ122等を有している。部品吸着ノズル120は、図示しないロボットアームに固定されており、ノズル先端に生ずる負圧により、電子部品200を吸着させることができる。載置工程においては、この部品吸着ノズル120を、ロボットアームの操作により、図示しない治具内に載置されている電子部品200のところに持っていき、部品吸着ノズル120に吸着させる。次に、部品吸着ノズル120を、ロボットアームの操作により、X−Yテーブル上に吸引固定されたマザー基板1の上にもっていく。そして、図示しない移動支持台に固定されている光学監視装置121を、マザー基板1と部品吸着ノズル120との間に介在させる。光学監視装置121は、その真上に存在する部品吸着ノズル120に吸着されている電子部品200の下面の映像と、その真下に存在するマザー基板1のおもて面の映像とを同時に撮影して、両映像を重ね合わせてモニタ122に映し出すことができる。作業者は、モニタ122に映し出される映像を見ながら、図示しないX−YテーブルをX−Y方向に移動させる。そして、電子部品200の下面に形成されている複数の接合用電極200aと、マザー基板1の複数の電極パッド3上にそれぞれ印刷されたはんだペーストとを、互いにピッタリと重ね合わせるように位置合わせする。次いで、光学監視装置121を部品吸着ノズル120の下から待避させた後、ロボットアームの操作によって部品吸着ノズル120をマザー基板1に向けて垂直に降下させる。そして、図8に示すように、電子部品200をはんだペースト6の上に載せて、マザー基板1のおもて面上にはんだペースト6と電子部品200とを積み重ねる。電子部品200を載せた後は、部品吸着ノズル120による電子部品200の吸引を停止させてから、部品吸着ノズル120を垂直に引き上げる。なお、画像解析ソフトなどを用いて、モニタ122に映し出される映像をコンピュータ解析させることで、作業者の行う作業を自動化することも可能である。
電子部品200には、LGA、BGA、CSPのように、複数の接合用電極をパッケージの下面にアレイ状に設けたものがある。また、チップコンデンサやチップ抵抗のように、パッケージの下面の長手方向両端付近だけに接合用電極を設けたものもある。これら電子部品200のうち、後者のものは、ツームストーン現象によるチップ立ちを引き起こし易い。長手方向の一方の端部だけがはんだ付けされ、もう一方の端部がはんだから離間して、パッケージが斜めに立った状態で固定されてしまうのである。
本実装方法では、マザー基板1に実装する全ての電子部品200のうち、まず、チップ立ちを起こし難いLGA、BGA、CSPをマザー基板1上にまとめて載置していく。そして、チップ立ちを起こし易いチップコンデンサやチップ抵抗を載置しないで残したままで、第1の接合工程を実施する。
図9は、この第1の接合工程を実施中の実装装置を示す構成図である。実装装置のレーザー照射部は、YAGレーザー光Lを発信するレーザー発振器100、第1集光レンズ101、光ファイバー102、第2集光レンズ103、マスク円盤回転器104、結像レンズ105などから構成されている。レーザー発振器100から発せられたYAGレーザー光Lは、図10に示すような山形のエネルギー強度分布のガウシアンビームとなる。そして、第1集光レンズ103により、光ファイバー102の一端面に結像されて、光ファイバー102内に進入する。レーザー光導通部材である光ファイバーには、ステップインデックス(SI)型、グレーデッドインデックス(GI)型、シングルモード(SM)型など、様々なタイプのものがあるが、図示の光ファイバー102はSI型のものである。SI型の光ファイバー102内では、図11に示すように、レーザー光の一部がファイバー内壁で多重反射しながらレーザー入射側から出射側に進んでいく。このように多重反射すると、レーザー光は、図12に示すような台形状のエネルギー強度分布のトップハットビームとなる。即ち、SI型の光ファイバー102は、レーザー光の横断面方向の強度分布を均一化せしめる強度分布均一化光学系として機能しているのである。
先に示した図9において、光ファイバー102内でエネルギー強度分布が均一化せしめられたYAGレーザー光Lは、第2集光レンズ103により、マスク円盤回転器104のマスク円盤104aに装着された図示しないアパーチャーマスクの下面に結像される。図13は、マスク円盤104aを示す平面図である。円盤状のマスク円盤104aには、互いに開口パターンの異なる複数のアパーチャーマスク104dが、円周方向に並ぶように装着される。マスク円盤104aは、その中心がモータ軸104bに固定されている。図9に示したマスク円盤回転器104は、モータ軸104dを回転させるモータ104cを作動させることで、マスク円盤回転器104に装着された複数のアパーチャーマスクのうち、YAGレーザー光Lの光路内に位置させるものを切り換えることができる。アパーチャーマスクの下面に結像されたYAGレーザー光Lは、アパーチャーマスクの複数の開口を通ることで、複数に分割される。分割によって得られた複数の分割光は、それぞれ、結像レンズ105、X−Yテーブル110のガラス製の底板113、天板112を順次透過して、マザー基板1の下面に至る。そして、マザー基板1の基板を透過した後、電極パッド3にあたる。各分割光のスポット径は、アパーチャーマスクの開口によって電極パッド3の平面よりも小さくなっている。このため、分割光は、電極パッド3だけに当たる。これにより、YAGレーザー光Lを直接当ててしまうことによる電子部品の破損を回避している。
分割光が当たった電極パッド3は、そのエネルギーを吸収して昇温せしめられ、その上面に印刷された図示しないはんだペーストのはんだ粒を溶融させる。溶融したはんだ粒が自然冷却に伴って固化することにより、マザー基板1の電極パッド3と電子部品の接合用電極とが接合される。
このような接合工程においては、光ファイバー102によってYAGレーザー光Lの横断面方向の強度分布を均一化せしめることで、YAGレーザー光Lの中央部と外縁部とのエネルギー差を非常に小さくする。均一化後のYAGレーザー光Lの中心部を、マザー基板1の基板材料であるPETに焦げや変性をきたさない程度に弱く、且つ、はんだ粒を溶融させ得る程度に強いエネルギー強度に設定すると、外縁部についてもほぼ同様の設定にすることになる。そして、外縁部に対しても、はんだ粒を溶融せしめるのに十分なエネルギー強度を発揮させることができる。よって、はんだ粒を十分に溶融せしめて、マザー基板1の電極パッド(3)と電子部品200との接合不良を抑えることができる。
更に、本実装方法における接合工程では、YAGレーザー光Lの照射によって昇温せしめた電極パッドによってはんだペースト6内のはんだ粒を間接的に加熱することに加えて、YAGレーザー光Lの直接照射によってはんだペースト6を直接的に加熱するようになっている。このような直接的な加熱を可能にしているのは、マザー基板1の各電極パッド3の構成にある。
図14は、マザー基板1のおもて面の電極パッド3を示す拡大平面図である。同図においては、便宜上、斜線を付して電極パッド3を示している。図示のように、各電極パッド3には、複数の貫通孔3aが形成されている。このように複数の貫通孔3aが形成された電極パッド3の裏面(基板2との接触面)にYAGレーザー光Lが当たると、図15に示すように、YAGレーザー光Lの一部が、電極パッド3の貫通孔3aを通過する。そして、マザー基板1の電極パッド3と、電子部品200の接合用電極200aとの間に介在しているはんだペースト6に直接当たる。これにより、はんだペースト6をYAGレーザー光Lの照射によって直接的に加熱することができる。このような本実装方法においては、はんだペースト6を、レーザー照射によって昇温せしめた電極パッド3によって間接的にしか加熱していなかった従来の実装方法とは異なり、はんだペースト6内のはんだ粒をより効率的に加熱することができる。そして、YAGレーザー光Lとして、より低いエネルギー強度のものを用いることが可能になる。よって、基板2の焦げを抑えつつ、基板電極たる電極パッド3と接合用電極との間に介在するはんだ粒を確実に溶融せしめて、両電極の接合不良を抑えることができる。
なお、マザー基板1としては、基板2のPETに滑剤が混練されていないものを用いている。PET中の滑剤をYAGレーザー光Lに反応させることによる基板2の損傷を回避することができる。
本実装装置における第1の接合工程では、X−Yテーブル110によってマザー基板1をYAGレーザー光Lの光軸に直交する方向に連続移動させながら、YAGレーザー光Lを間欠的に照射することで、複数のはんだペーストを順次溶融させていく。具体的には、例えば、先に示した図9において、まず、マスク円盤104aの回転により、アパーチャーマスクとして4×8=32個の開口パターンが形成されたものを選択する。そして、図16に示すように、X−Yテーブルの移動によってマザー基板1をX方向に移動させる。次いで、電子部品200の下面に形成された8×8=64個の図示しない接合用電極に対応する64個の電極パッド3のうち、4×8=32個の電極パッド3がレーザー照射位置に移動してくるタイミングを計って、YAGレーザー光を発射する。すると、アパーチャーマスクによって32分割されたYAGレーザー光Lが、図17に示すように、マザー基板1の基板2を透過してこれら32個の電極パッド3の下面にそれぞれ当たる。これにより、図18に示すように、電子部品の64個の接合用電極に対応する64個のはんだペースト6のうち、32個(4個しか図示していないがそれぞれ奥行き方向に8個並んでいる)を溶融する。次に、マザー基板1をX方向に移動させたまま、X−Yテーブル電子部品200の64個の接合用電極に対応する64個の電極パッド3のうち、まだYAGレーザー光Lを照射していない32個がレーザー照射位置に移動してくるタイミングを計う。そして、そのタイミングでYAGレーザー光Lを発射する。すると、アパーチャーマスクによって32分割されたYAGレーザー光Lが、図19に示すように、残りの32個の電極パッド3の下面にそれぞれ当たる。これにより、残りの32個のはんだペースト6を溶融させる。以上のようにして、1個目の電子部品200とマザー基板1とを接合する。なお、図17、図19において、はんだペースト6が、YAGレーザー光Lが照射された電極パッド3の昇温によって間接的に加熱されることに加えて、電極パッド3の図示しない貫通孔を通過したYAGレーザー光が当たることによって直接的に加熱されているのは、既に述べた通りである。
マザー基板1上には、接合されていない電子部品200がまだ複数存在する。そこで、マザー基板1の移動については、そのまま継続して、次の電子部品200がレーザー照射位置に移動してくるタイミングを見計らう。そして、移動してきたら、YAGレーザー光Lを発射して接合を行う。
マザー基板1上に載置されている複数の電子部品200は、全て同じ種類のものではない。互いに種類の異なるものが多数存在している。電子部品200の種類が異なれば、パッケージ下面の電極パターンや、それに対応するマザー基板1の電極パッド3の配列パターンが異なってくる。すると、アパーチャーマスクの開口パターンが、接合対象となる電極パッド3の配列パターンに適さなくなるといった事態が起こる。そこで、本実装方法では、開口パターンがこれから接合しようとする電極パッド3の配列パターンに適さなくなった場合には、図9に示したマスク円盤104aの回転により、アパーチャーマスクをその配列パターンに適したものに切り換える。
以上のような第1の接合工程においては、光ファイバー102によって強度分布を均一化せしめた後のYAGレーザー光Lをアパーチャーマスクに通すことで、YAGレーザー光Lの外縁部をカットする。そして、図12に示した台形状のエネルギー分布ではなく、矩形状のエネルギー分布、即ち、中央部と外縁部とのエネルギー強度差がないYAGレーザー光Lを得ることができる。
また、YAGレーザー光Lをアパーチャーマスクによって複数に分割し、それぞれを、互いに異なる位置に存在する電極パッド3にあてることで、1回のレーザー照射で複数のはんだを同時に溶融させることができる。そして、これにより、接合工程の短時間化を図ることができる。
また、マスク円盤104aの回転によってアパーチャーマスクを切り換えることで、作業を中断することなく、互いに電極パターンの異なる複数の電子部品200を、順次接合していくことができる。
また、マザー基板1を連続移動させながらYAGレーザー光Lを適宜のタイミングで発射して、複数のはんだを順次溶融させていくことで、マザー基板1の移動、停止、レーザー照射という3つのプロセスを繰り返す場合に比べて、短時間化を図ることができる。
第1の接合工程により、マザー基板1に載置されている全ての電子部品200の接合が完了したら、まだ載置していない残りの電子部品200の載置や接合を行う。この際、1つの電子部品200の載置と接合とを行った後、次の電子部品200のマントと接合とを行うといった作業を繰り返す。以下、このような工程を、載置接合繰り返し工程という。
この載置接合繰り返し工程では、まず、図20に示すように、部品吸着ノズル120により、チップ立ちのし易い電子部品200をマザー基板1上に載置する。次に、図21に示すように、部品吸着ノズル120により、電子部品200をマザー基板1に向けて押圧しながら、YAGレーザー光Lを発射する。そして、図示しないアパーチャーマスクによって複数に分割されたYAGレーザー光Lにより、電子部品200の両端の接合用電極に対応する電極パッド3を、それぞれ同時に加熱する。この加熱によって溶融したはんだ粒が固化したら、図22に示すように、部品吸着ノズル120を引き上げる。なお、当然ながら、チップ載置直前から部品吸着ノズル120の引き上げまで、マザー基板1は固定したまま移動させない。
このような載置接合繰り返し工程においては、はんだ粒の溶融から固化に至るまで電子部品200をマザー基板1に向けて押圧することにより、ツームストン現象(マンハッタン現象)によるチップ立ちを回避することができる。
次に、本発明を適用した実装方法の変形例について説明する。
図23は、本変形例に係る実装方法に用いられるマザー基板1を部分的に示す拡大断面図である。本変形例に係る実装方法では、図示のように、マザー基板1として、各電極パッド3上に接合層7を被覆したものを用いる。この接合層7は、金スズ等からなる導電性接合材をメッキ処理によって電極パッド3上に被覆したものである。接合層7は、電極パッド3に形成された複数の貫通孔3aにそれぞれ個別に連通する複数の貫通孔7aを有している。
図23は、本変形例に係る実装方法に用いられるマザー基板1を部分的に示す拡大断面図である。本変形例に係る実装方法では、図示のように、マザー基板1として、各電極パッド3上に接合層7を被覆したものを用いる。この接合層7は、金スズ等からなる導電性接合材をメッキ処理によって電極パッド3上に被覆したものである。接合層7は、電極パッド3に形成された複数の貫通孔3aにそれぞれ個別に連通する複数の貫通孔7aを有している。
本変形例に係る実装方法では、図示のように電極パッド3上に接合層7を被覆したものを用いるので、電極パッド3上に導電性接合材たるはんだペーストを印刷する印刷工程が不要である。このため、印刷工程を行わないままに、電子部品をマザー基板1に載置する載置工程を実施する。そして、この後、レーザー照射による接合工程を行う。
図24は、本変形例に係る実装方法の接合工程におけるマザー基板1及び電子部品200の状態を示す拡大断面図である。マザー基板1のレーザー光透過性を有する基板2を透過したYAGレーザー光Lが電極パッド3の裏面に当たるとともに、一部のYAGレーザー光Lが電極パッド3に設けられた貫通孔3aを通過するところまでは、実施形態に係る実装方法と同様である。しかし、電極パッド3の貫通孔3aを通過したYAGレーザー光Lの挙動が、実施形態とは異なる。電極パッド3の貫通孔3aを通過したYAGレーザー光Lは、接合層7の貫通孔7aに進入した後、この貫通孔7aを通過する。そして、電子部品200の接合用電極200aに当たって接合用電極200aを昇温せしめる。すると、電極パッド3と接合用電極200aとの間に介在している接合層7が、レーザー照射によって昇温せしめられた電極パッド3側から加熱されることに加えて、レーザー照射によって昇温せしめられた接合用電極200a側からも加熱される。更に、接合層7の貫通孔7aを通過して接合用電極200aに当たったYAGレーザー光Lの一部を、接合用電極200aに吸収させずに電極表面で反射させる。そして、接合層7の貫通孔7a内にて、図25に示すように孔7aの内壁で多重反射させる。これにより、YAGレーザー光Lの一部を接合層7の貫通孔7a内壁に当てて、接合層7を内部から加熱することもできる。これらの結果、接合層7をより効率的に溶融せしめることができる。
これまで、1回のレーザー照射によってはんだペースト6内のはんだ粒を溶融する例について説明してきたが、同じ電極パッドに対して複数回のレーザー照射を行ってはんだ等の導電性接合材を溶融してもよい。
また、基板電極や接合層に設ける孔として、貫通孔を設けた例について説明したが、レーザー光を透過させ得る程度に薄い膜がレーザー照射側とは反対側の面に僅かに残されていれば、孔として、貫通していない凹部を設けてもよい。
1 マザー基板(配線基板)
2 基板
3 電極パッド(基板電極)
6 はんだペースト(導電性接合材を含有)
7 接合層
7a 貫通孔
104d アパーチャーマスク
200 電子部品
200a 接合用電極
L YAGレーザー光
2 基板
3 電極パッド(基板電極)
6 はんだペースト(導電性接合材を含有)
7 接合層
7a 貫通孔
104d アパーチャーマスク
200 電子部品
200a 接合用電極
L YAGレーザー光
Claims (7)
- レーザー光透過性の材料からなる基板と、これのおもて面に形成された電極である複数の基板電極とを有する配線基板の上に、それら複数の基板電極の何れかに接合するための接合用電極を複数有する電子部品を、互いの対応する電極同士が導電性接合材を介して重なるように載置する載置工程と、
該配線基板の裏面側からレーザー光を照射して、該基板を裏面側からおもて面側に向けて透過させた該レーザー光を該基板電極の裏面に当てることにより、該基板電極とこれに対応する接合用電極との間に介在する導電性接合材を溶融せしめて両電極を接合する接合工程と
を実施して、配線基板上に電子部品を実装する電子部品実装方法において、
上記配線基板として、上記接合用電極に対応する上記基板電極に孔が設けられたものを用いることを特徴とする電子部品実装方法。 - 請求項1の電子部品実装方法において、
上記配線基板として、1つの上記基板電極に複数の上記孔が設けられたものを用いることを特徴とする電子部品実装方法。 - 請求項1又は2の電子部品実装方法において、
上記載置工程に先立って、上記基板電極又は接合用電極の表面に、導電性接合材を含有する接合層を形成する接合層形成工程を実施することを特徴とする電子部品実装方法。 - 請求項1又は2の電子部品実装方法において、
上記配線基板として、上記孔が設けられた上記基板電極の表面に、導電性接合材からなり且つ該孔に連通する孔を有する接合層が被覆されたものを用いることを特徴とする電子部品実装方法。 - 請求項1乃至4の電子部品実装方法において、
上記接合工程にて、レーザー光遮光部材にレーザー通過用の開口が形成されたアパーチャーマスクに上記レーザー光を通すことで、各基板電極に対して、それぞれその平面よりも小さなスポット径にした該レーザー光を当てることを特徴とする電子部品実装方法。 - 請求項5の電子部品実装方法において、
上記アパーチャーマスクとして、上記開口が複数形成されたものを用いることを特徴とする電子部品実装方法。 - 請求項6の電子部品実装方法において、
上記アパーチャーマスクとして、互いに開口パターンの異なる複数のものを用意しておき、使用する該アパーチャーマスクを切り換えながら、上記接合工程を行うことを特徴とする電子部品実装方法。
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