JP2006303356A - 電子部品実装方法 - Google Patents

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

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。

特開平９−２６０８２０号公報

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。

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。

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。

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。

実施形態に係る実装方法に用いられるマザー基板を示す拡大断面図。 同実装方法に用いられる印刷マスクを同マザー基板とともに示す拡大断面図。 同実装方法に用いられる印刷法の密着工程を示す拡大断面図。 同印刷法の充填工程を示す拡大断面図。 同印刷法の剥離工程を示す拡大断面図。 同実装方法に用いられる実装装置を示す概略構成図。 同実装装置のマウンター部を示す拡大構成図。 同マウンター部の部品吸着ノズルを同マザー基板とともに示す拡大断面図。 レーザー照射中の同実装装置のレーザー照射部及びＸ−Ｙテーブルを示す構成図。 ガウシアンビームのエネルギー強度分布を示すグラフ。 ＳＩ型の光ファイバー内におけるレーザー光の挙動を示す模式図。 トップハットビームのエネルギー強度分布を示すグラフ。 同実装装置のマスク円盤を示す平面図。 マザー基板のおもて面の電極パッドを示す拡大平面図。 同電極パッドの貫通孔を通過したＹＡＧレーザー光の挙動を説明する拡大断面図。 同実装方法における第１の接合工程の初期段階を説明するための断面図。 同第１の接合工程における１回目のレーザー照射を説明するための断面図。 同レーザー照射の終了直後の状態を示す断面図。 同第１の接合工程における２回目のレーザー照射を説明するための断面図。 同実装方法の載置接合繰り返し工程の１バッチにおける初期段階を説明するための断面図。 同１バッチにおける中期段階を説明するための断面図。 同１バッチにおける後期段階を説明するための断面図。 変形例に係る実装方法に用いられるマザー基板を部分的に示す拡大断面図。 同実装方法の接合工程におけるマザー基板及び電子部品の状態を示す拡大断面図。 接合層の貫通孔内におけるＹＡＧレーザー光の挙動を示す拡大断面図。

符号の説明

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

Claims (7)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。

Images