JP2009111263A - 電子部品のリワーク方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＢＧＡパッケージ等の電子部品の電極を構成するはんだボール上或いは平面パッド上に、十分な量のはんだペーストを安定して印刷することができ、リワーク後の接合不良を大幅に低減させることができるようにする。
【解決手段】電子部品が実装された基板に、電極としてはんだボール６が設けられた新規電子部品２を取り付ける場合、先ず、メタルマスク１を用いてはんだボール６にはんだペーストを塗布する。次に、メタルマスク１を所定の周波数で振動させ、メタルマスク１を振動させたまま、新規電子部品２とメタルマスク１とを離隔させる。そして、上記手順によってはんだペーストをはんだボール６に転写させた後、新規電子部品２を基板の所定位置にはんだ付けする。
【選択図】図８

Description

この発明は、リワーク時に、ボールグリッドアレイ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）やランドグリッドアレイ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）等の電極構造を有する電子部品（例えば、ＢＧＡパッケージ、ＣＳＰ、ＬＧＡパッケージ等）を基板の所望の位置に取り付けるリワーク方法に関するものである。

近年、電子部品の小型化及び高性能化により、基板への高密度実装の要求が高まっている。現在主流のパッケージ方法として、例えばＢＧＡがある。ＢＧＡパッケージは、その下面に、はんだによるボール状の電極（バンプ）が格子状に設けられており、このはんだボールによって基板のパッドにはんだ付けされている。

また、電子部品が実装された基板では、電子部品の一部に不良が見つかると、その不良電子部品を基板から取り外し、その取り外した場所に新規電子部品を取り付ける、所謂リワークが行われる。従来のリワークでは、新規電子部品の取り付けに際し、先ず、リワーク用の小型メタルマスクを基板にセットし、この小型メタルマスクを用いて基板の所望のパッド上にはんだペーストを印刷していた。しかし、このような従来のリワーク方法では、基板の新規電子部品を取り付ける場所に、上記小型メタルマスクを配置するためのスペースが必要となる。このため、新規電子部品の取り付け場所に電子部品が密集して実装されている場合等には、上記小型メタルマスクを配置するためのスペースを基板上に確保することができず、上記リワーク方法を採用することができなかった。特に、ＢＧＡパッケージは実装密度を向上させるために採用されることが多いため、上記リワーク方法を適用することが困難な場合が多かった。

また、ＢＧＡパッケージを有する電子部品のリワークに関する従来技術として、ＢＧＡパッケージのはんだボール上にメタルマスクを用いてはんだペーストを塗布（印刷）した後、はんだペーストが塗布された電子部品を基板の所定位置にはんだ付けするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−４４６０６号公報

現在の電子部品は、高密度実装を可能にするため、その端子が小型化、高密度化されている。即ち、ＢＧＡパッケージでは、はんだボールが小径化されている。このため、特許文献１記載のもののように、メタルマスクを用いてはんだボール上にはんだペーストを印刷すると、はんだペーストの抜け性が悪く、十分な転写量を確保できないといった問題が生じていた。かかる場合には、溶融後に接合不良が生じ易く、製品の歩留りを悪化させる要因となっていた。

特に、はんだボール上にはんだペーストを印刷する場合には、メタルマスクをはんだボール上に載置する必要があるため、メタルマスクの開口部の径をはんだボールの径よりも小さくしなければならない。このため、メタルマスクの開口部が更に小径化され、はんだペーストの転写量が不安定になるといった問題もあった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、ＢＧＡパッケージ等の電子部品の電極を構成するはんだボール上或いは平面パッド上に、十分な量のはんだペーストを安定して印刷することができ、リワーク後の接合不良を大幅に低減させることができる電子部品のリワーク方法を提供することである。

この発明に係る電子部品のリワーク方法は、電子部品が実装された基板に、電極としてはんだボールが設けられた新規電子部品を取り付ける電子部品のリワーク方法であって、はんだボールにメタルマスクの開口部を一致させた状態で、新規電子部品のメタルマスクに対する位置を固定するステップと、開口部にはんだペーストを充填して、はんだボールにはんだペーストを塗布するステップと、メタルマスクを所定の周波数で振動させるステップと、メタルマスクを振動させたまま、新規電子部品とメタルマスクとを離隔させ、はんだペーストをはんだボールに転写させるステップと、はんだボールにはんだペーストが転写された新規電子部品を、基板の所定位置にはんだ付けするステップと、を備えたものである。

この発明に係る電子部品のリワーク方法は、電子部品が実装された基板に、電極としてはんだボールが設けられた新規電子部品を取り付ける電子部品のリワーク方法であって、はんだボールにメタルマスクの開口部が一致するように、上方を向くメタルマスクの一面に、新規電子部品を載置するステップと、はんだボールが開口部に一致した状態で、新規電子部品のメタルマスクに対する位置を固定し、メタルマスクを反転させるステップと、メタルマスクの反転後、メタルマスクの他面から開口部にはんだペーストを充填して、はんだボールにはんだペーストを塗布するステップと、はんだペーストの塗布後、メタルマスクを再度反転させるステップと、メタルマスクを所定の周波数で振動させるステップと、メタルマスクの再度の反転後、メタルマスクを振動させたまま、新規電子部品をメタルマスクの上方又はメタルマスクを新規電子部品の下方に移動させ、はんだペーストをはんだボールに転写させるステップと、はんだボールにはんだペーストが転写された新規電子部品を、基板の所定位置にはんだ付けするステップと、を備えたものである。

また、この発明に係る電子部品のリワーク方法は、上記記載の電子部品のリワーク方法において、基板に取り付けられる電子部品は、電極として平面パッドが格子状に設けられているものである。

この発明によれば、ＢＧＡパッケージ等の電子部品の電極を構成するはんだボール上或いは平面パッド上に、十分な量のはんだペーストを安定して印刷することができ、リワーク後の接合不良を大幅に低減させることができるようになる。

この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１において使用されるメタルマスクを示す斜視図、図２、図４及び図５、図７乃至図１０はこの発明の実施の形態１における電子部品のリワーク方法を説明するための図、図３は図２におけるＢ部詳細図、図６は図５におけるＣ部詳細図である。なお、図２は図１のＡ−Ａ矢視を示している。

図１乃至図１０において、１はメタルマスク、２は新規電子部品である。メタルマスク１は、図１に示すように、四角環状を呈する枠体３及び４によってその周縁部が両面から挟まれており、全体に所定の均一な張力が付された状態で枠体３及び４に支持されている。また、メタルマスク１の中心部には、複数の開口部５が設けられている。この開口部５の構成については、後述する。

電子部品２は不良電子部品の代替としてリワークのために用意された新規の部品である。この電子部品２は、ＢＧＡパッケージやＣＳＰ等で構成され、その下面に、はんだによるボール状の電極（はんだボール６）が格子状に設けられている。
以下に、図２乃至図１０に基づいて、基板７上の不良電子部品（図示せず）を取り外した場所に、上記新規電子部品２を取り付ける工程について説明する。

基板７に実装された電子部品の一部に不良が見つかった場合には、先ず、その不良電子部品を基板７から取り外す。そして、基板７の不良電子部品を取り外した場所に新規電子部品２を取り付けるため、電子部品２のはんだボール６にはんだペースト８を塗布（印刷）する塗布工程を行う。

塗布工程では、先ず、電子部品２のはんだボール６に対応したメタルマスク１を用意する。即ち、メタルマスク１の開口部５は、電子部品２のはんだボール６の配置及び大きさに合わせて形成されている。具体的に、開口部５は、電子部品２とメタルマスク１とを合わせた際に各はんだボール６の位置と一致するように、はんだボール６のピッチと同じピッチで格子状に配置されている。

そして、その一面が上方を向くように上記メタルマスク１を用意した後、はんだボール６の位置を各開口部５に一致させた状態で、電子部品２をメタルマスク１の一面に載置する（図２参照）。なお、電子部品２をメタルマスク１の一面に載置した際に、はんだボール６が開口部５を完全に通り抜けてしまうことを防止するため、円形状を呈する各開口部５の径は、はんだボール６の径よりも小さくなるように設定される。例えば、開口部５の径が、はんだボール６の径の７０〜９０％となるように、開口部５が予め形成されている。

したがって、電子部品２がメタルマスク１の一面に適切に載置されると、はんだボール６は開口部５に対して図３に示すように配置される。即ち、開口部５の上側周縁部が、はんだボール６に下方から接触する。また、はんだボール６の下端部が、開口部５内に配置される（はんだボール６の下端部の高さが、メタルマスク１の厚み内に配置される）。そして、電子部品２とメタルマスク１との位置関係を上記状態に保つために、クッション９が設けられた押え治具１０を枠体３に固定し、電子部品２をメタルマスク１及びクッション９によって挟持する（図４参照）。即ち、電子部品２をクッション９によってメタルマスク１に押し付けることにより、電子部品２のメタルマスク１に対する位置を固定する。

上記手順によって電子部品２を固定した後、一体化されたメタルマスク１と押え治具１０とを、電子部品２を間に挟み込んだ状態で反転させ、電子部品２のはんだボール６が上方を向くように、メタルマスク１の他面を上向きに配置する（図５参照）。そして、図５及び図６に示すように、スキージ１１を移動させて、メタルマスク１の他面側から各開口部５内にはんだペースト８を充填することにより、各はんだボール６上にはんだペースト８を塗布する。以上が塗布工程である。

上記手順によって塗布工程を実施した後、次に、電子部品２をメタルマスク１から取り外して、塗布したはんだペースト８を各はんだボール６上に転写させる転写工程を行う。この転写工程では、先ず、一体化されたメタルマスク１と押え治具１０とを、電子部品２を間に挟み込んだ状態で再度反転させ、電子部品２のはんだボール６が下方を向くように、位置調整台１２の所定位置に固定する（図７参照）。なお、上記位置調整台１２は、電子部品２と基盤７との位置関係を調整して、基板７上の適切な位置に電子部品２を取り付けるためのものである。その具体的構成については後述する。

メタルマスク１等の一体物を位置調整台１２に固定した後、先ず、押え治具１０をメタルマスク１（枠体３）から取り外し、電子部品２とこの電子部品２の周囲に配置されたメタルマスク１とを露出させる。次に、露出したメタルマスク１の一面に振動子１３を取り付けることにより、メタルマスク１に超音波発振器１４を設置する。この超音波発振器１４は、メタルマスク１を所定の振動数で振動させるために設置されるものであり、振動子１３は、後述の電子部品２の移動を阻害することがないように、メタルマスク１の一面上に配置される。

超音波発振器１４の設置完了後、吸引ノズル１５を電子部品２の上方から下降させ、吸引ノズル１５の下端部に設けられた吸引部を電子部品２の上面に密着させる。そして、吸引部によって電子部品２を吸引した状態で吸引ノズル１５を上方に移動させ、電子部品２をメタルマスク１の上方に持ち上げる（図８参照）。

なお、電子部品２を吸引ノズル１５によってメタルマスク１の上方に移動させる際には、図８に示すように、電子部品２を上方に移動させる前に超音波発振器１４を予め動作させておき、メタルマスク１を所定の周波数で振動させておく。そして、メタルマスク１が振動している状態で吸引ノズル１５を上方に移動させ（メタルマスク１を下方に移動させても良い）、電子部品２を持ち上げる。

このように、超音波発振器１４によってメタルマスク１を超音波振動させることにより、メタルマスク１の開口部５内に充填されたはんだペースト８のうち、メタルマスク１（開口部５の壁面）と接触している部分を、上記超音波振動によって軟化させることができる。したがって、この状態で電子部品２を上方に移動させると、開口部５内のはんだペースト８は、低粘度化された周囲部がメタルマスク１（開口部５の壁面）から剥離するとともに、この周囲部よりも高粘度状態の中央部がはんだボール６に密着した状態を保ち、はんだボール６とともに上方に移動する。即ち、電子部品２を上方に移動させる前にメタルマスク１に振動を与えておくことにより、電子部品２とメタルマスク１とを離隔させた際に、十分な量のはんだペースト８をはんだボール６に転写させることができるようになる。以上が転写工程である。

上記手順によって転写工程を実施した後、次に、電子部品２を基板７の所定の位置にはんだ付けする搭載工程を行う。この搭載工程では、先ず、メタルマスク１（と枠体３及び４）を位置調整台１２上から取り除き、電子部品２と基板７との位置調整を行う。具体的に、位置調整台１２には、電子部品２と基板７との位置調整を行うための機能が予め備えられている。図９は位置調整台１２の上記位置調整機能を実現するための一例を示したものであり、電子部品２を吸着した状態で吸着ノズル１５（及び／又は、基板７）を前後左右（水平方向）に移動させる機能と、電子部品２と基板７との位置関係を確認するための画像表示器１６、カメラ１７、ハーフミラー１８とを備えたものを示している。

そして、位置調整台１２の上記位置調整機能によって電子部品２のはんだボール６と基板７のパッドとの位置合わせを行った後、吸引ノズル１５を下降させて電子部品２を基板７上に配置し、電子部品２を基板７のパッドにはんだ付けする（図１０参照）。

この発明の実施の形態１によれば、ＢＧＡパッケージ等の電子部品２の電極を構成するはんだボール６上に十分な量のはんだペースト８を安定して印刷することができ、リワーク後の接合不良を大幅に低減させることができるようになる。即ち、上述のように、メタルマスク１を所定の周波数で振動させた状態で電子部品２をメタルマスク１から離隔させることにより、はんだペースト８のチクソ性を利用して、はんだペースト８をはんだボール６上に安定して供給することが可能となる。なお、転写工程においては、メタルマスク１の振動を停止させた直後に吸引ノズル１５を移動させ、電子部品２を持ち上げるようにしても良い。かかる動作によっても、はんだペースト８のチクソ性を利用して、はんだペースト８をはんだボール６上に安定して供給することは可能である。

また、上記手順のように、メタルマスク１の反転作業を繰り返すことにより、リワークに必要な作業をいつもメタルマスク１の上方から行うことができるようになり、全自動化への応用が期待できる。

なお、従来のように、リワーク用の小型メタルマスクを用いて基板にはんだペーストを印刷する場合でも、小型メタルマスクと基板とを離隔する際に小型メタルマスクを所定の周波数で振動させれば、上記効果を得ることができる。但し、基板にはんだペーストを印刷する場合は、はんだボール上にはんだペーストを塗布する場合と比較して、メタルマスクの開口部を大きくすることができるため、その効果が顕著に現われない場合もある。言い換えれば、上記リワーク方法は、はんだボール６にはんだペースト８を塗布する場合、更には小径化されたはんだボール６にはんだペースト８を塗布する場合に、特に有効な手段となる。

図１１乃至図１７は、上記効果を立証するために出願人が実際に実施した実験データを示している。ここで、図１１はメタルマスクに振動を与えた時のはんだペーストの転写状態を示す図、図１２は図１１におけるＤ部詳細図、図１３は図１１におけるＥ部詳細図、図１４はメタルマスクに振動を与えない時のはんだペーストの転写状態を示す図、図１５は図１４におけるＦ部詳細図、図１６は図１４におけるＧ部詳細図、図１７は振動の有無によるはんだペーストの転写量を比較するための図である。なお、図１１乃至図１７は、格子状に５０個（縦５×横１０）の開口部が形成されたメタルマスク（図示せず）を使用して、基板１９上にはんだペースト２０を印刷した際の結果を示したものである。

この実験で使用したメタルマスクは、開口部の径が２５０μｍ、厚みが１２０μｍである。はんだペースト２０は、粒径が２０〜３８μｍのものを使用している。また、図１１乃至図１３では、はんだペースト２０の塗布後にメタルマスクと基板１９とを離隔させる際に、４０Ｈｚの振動をメタルマスクに作用させている。一方、図１２及び図１３、図１５及び図１６は、基板１９に転写されたはんだペースト２０の一部を示したものであり、（ｂ）はその斜視図を、（ａ）は基板１９から所定高さ（約８０μｍの高さ）における平面断面図を示している。なお、図１１のＤ部と図１４のＦ部、図１１のＥ部と図１４のＧ部は、それぞれ同じ開口部によって基板１９に転写されたはんだペースト２０を、また、図１６（ａ）は、基板１９から８０μｍの高さにはんだペースト２０が存在しないことを示している。

図１１乃至図１６からも分かるように、メタルマスクと基板１９とを離隔する際にメタルマスクを振動させることにより、はんだペースト２０の転写量を向上させることができる。図１７は、図１１に示す５０個のはんだペースト２０と図１４に示す５０個のはんだペースト２０との体積比較を示している。即ち、図１７は、メタルマスクの開口部体積（メタルマスクの開口面積×メタルマスクの厚み）を１００％とした場合における、基板１９上に転写されたはんだペースト２０の体積割合を示している。

具体的に、メタルマスクを振動させない場合（ＯＦＦの場合）には、基板１９に転写された５０個のはんだペースト２０のうち、体積の最大値が６７％、最小値が２４％、中央値が４３％であった。また、上記５０個のはんだペースト２０のうち、下位２５％までが体積２４％〜３６％の間に、下位２５％〜７５％までが体積３６％〜５０％の間に、上位２５％が体積５０％〜６７％の間に存在した。一方、メタルマスクを振動させた場合（ＯＮの場合）には、基板１９に転写された５０個のはんだペースト２０のうち、体積の最大値が８４％、最小値が６１％、中央値が７２％であった。また、上記５０個のはんだペースト２０のうち、下位２５％までが体積６１％〜６７％の間に、下位２５％〜７５％までが体積６７％〜７４．７５％の間に、上位２５％が体積７４．７５％〜８４％の間に存在した。

このように、メタルマスクと基板１９とを離隔する際にメタルマスクに振動を与えることにより、はんだペースト２０の転写量が大幅に増えることが確認された。また、振動を与えた場合には、転写されたはんだペースト２０の体積分布（例えば、最大値−最小値の値）が大幅に狭くなっていることが分かる。即ち、上記実験結果より、メタルマスクに振動を与えることによって、はんだペースト２０の転写量が安定することも確認された。

以上は、ＢＧＡの電極構造を有する新規電子部品を基板の所望の位置に取り付ける際のリワーク方法に関する説明であるが、平面パッドが格子状に設けられたＬＧＡの電極構造を有する新規電子部品に対しても、上記と同様のリワーク方法を採用することにより、同様の効果が得られることは言うまでもない。

この発明の実施の形態１において使用されるメタルマスクを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１における電子部品のリワーク方法を説明するための図である。 図２におけるＢ部詳細図である。 この発明の実施の形態１における電子部品のリワーク方法を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における電子部品のリワーク方法を説明するための図である。 図５におけるＣ部詳細図である。 この発明の実施の形態１における電子部品のリワーク方法を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における電子部品のリワーク方法を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における電子部品のリワーク方法を説明するための図である。 この発明の実施の形態１における電子部品のリワーク方法を説明するための図である。 メタルマスクに振動を与えた時のはんだペーストの転写状態を示す図である。 図１１におけるＤ部詳細図である。 図１１におけるＥ部詳細図である。 メタルマスクに振動を与えない時のはんだペーストの転写状態を示す図である。 図１４におけるＦ部詳細図である。 図１４におけるＧ部詳細図である。 振動の有無によるはんだペーストの転写量を比較するための図である。

符号の説明

１ メタルマスク、 ２ 電子部品、 ３ 枠体、 ４ 枠体、 ５ 開口部、
６ はんだボール、 ７ 基板、 ８ はんだペースト、 ９ クッション、
１０ 押え治具、 １１ スキージ、 １２ 位置調整台、 １３ 振動子、
１４ 超音波発振器、 １５ 吸引ノズル、 １６ 画像表示器、 １７ カメラ、
１８ ハーフミラー、 １９ 基板、 ２０ はんだペースト

Claims (3)

1. 電子部品が実装された基板に、電極としてはんだボールが設けられた新規電子部品を取り付ける電子部品のリワーク方法であって、
   前記はんだボールにメタルマスクの開口部を一致させた状態で、前記新規電子部品の前記メタルマスクに対する位置を固定するステップと、
   前記開口部にはんだペーストを充填して、前記はんだボールに前記はんだペーストを塗布するステップと、
   前記メタルマスクを所定の周波数で振動させるステップと、
   前記メタルマスクを振動させたまま又は振動を停止させた直後に、前記新規電子部品と前記メタルマスクとを離隔させ、前記はんだペーストを前記はんだボールに転写させるステップと、
   前記はんだボールに前記はんだペーストが転写された前記新規電子部品を、前記基板の所定位置にはんだ付けするステップと、
   を備えたことを特徴とする電子部品のリワーク方法。
2. 電子部品が実装された基板に、電極としてはんだボールが設けられた新規電子部品を取り付ける電子部品のリワーク方法であって、
   前記はんだボールにメタルマスクの開口部が一致するように、上方を向く前記メタルマスクの一面に、前記新規電子部品を載置するステップと、
   前記はんだボールが前記開口部に一致した状態で、前記新規電子部品の前記メタルマスクに対する位置を固定し、前記メタルマスクを反転させるステップと、
   前記メタルマスクの反転後、前記メタルマスクの他面から前記開口部にはんだペーストを充填して、前記はんだボールに前記はんだペーストを塗布するステップと、
   前記はんだペーストの塗布後、前記メタルマスクを再度反転させるステップと、
   前記メタルマスクを所定の周波数で振動させるステップと、
   前記メタルマスクの再度の反転後、前記メタルマスクを振動させたまま又は振動を停止させた直後に、前記新規電子部品を前記メタルマスクの上方又は前記メタルマスクを前記新規電子部品の下方に移動させ、前記はんだペーストを前記はんだボールに転写させるステップと、
   前記はんだボールに前記はんだペーストが転写された前記新規電子部品を、前記基板の所定位置にはんだ付けするステップと、
   を備えたことを特徴とする電子部品のリワーク方法。
3. 基板に取り付けられる電子部品は、電極として平面パッドが格子状に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子部品のリワーク方法。

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