JP5182298B2

JP5182298B2 - 電子部品の半田付け方法

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Publication number: JP5182298B2
Application number: JP2010006588A
Authority: JP
Inventors: 耕治本村; 宏典宗像; 忠彦境
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2030-01-15
Also published as: JP2011146557A

Description

本発明は、下面に接続用の端子が設けられた電子部品を基板に半田付けにより実装する電子部品の半田付け方法に関するものである。

電子部品を基板に実装する方法として、半田付けによる方法が広く用いられており、電子部品に設けられたバンプなどの接続用端子を基板の電極に半田付けすることにより、電子部品は基板と電気的に導通するとともに、実装後の電子部品は半田接合部によって基板に保持される。半田付けに際しては、半田接合性を改善するために、接続用端子の金属表面に生成した酸化膜を除去する活性作用を有するフラックスが予め供給される。このような機能を有するフラックスとして、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に活性成分や硬化剤を含有させた熱硬化性フラックスが知られている（例えば特許文献１，２参照）。

このような構成のフラックスを用いることにより、半田接合過程における加熱によって、熱硬化性樹脂が活性成分を閉じこめた状態で硬化することから、半田接合後に残留する活性成分を除去する目的で従来は必要とされていたフラックス洗浄工程を省略することができ、さらに硬化後の熱硬化性樹脂が半田接合部を周囲から補強する樹脂補強部として機能するという利点を有している。

特開２００１−２４６４９８号公報特開２００４−１７４５７４号公報

しかしながら上述の特許文献例に示す熱硬化性フラックスには、その成分組成に起因して以下のような問題点があった。すなわち、これらの先行技術例においては、いずれも熱硬化性樹脂に活性成分や硬化剤を予め配合した１液型であることから、半田接合に使用される前の保存期間中においても樹脂の硬化反応が徐々に進行して増粘し、実際の半田接合のために供給された時点において適正な粘度を超える場合がある。特に熱硬化性フラックス中に、Ｓｎ系の半田粒子など樹脂の硬化反応に際して触媒として作用する性質を有する成分がフィラーとして含有されている場合には、この増粘の程度はさらに顕著となる。

このため、熱硬化性フラックスの流動性が不足して半田接合面を完全に覆うことができず、フラックス中の活性成分の作用が半田接合面に十分に及ばないため酸化膜の除去が妨げられていた。また増粘した熱硬化性フラックスによって溶融した半田の流動が妨げられ、良好な形状の半田接合部の形成を困難にする結果となっていた。このように、従来の熱硬化性フラックスを用いた電子部品の半田付けにおいては、熱硬化性フラックスの保存安定性の不良に起因して、半田接合性を向上させるための半田酸化膜の除去能力を確保することが難しいという問題があった。

そこで本発明は、電子部品を基板に半田付けによって実装するに際し、熱硬化性フラックスの保存安定性の不良原因を排除し、半田酸化膜の除去能力を確保することができる電子部品の半田付け方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明の電子部品の半田付け方法は、エポキシ樹脂を主成分とする第１接合材および少なくとも前記エポキシ樹脂を硬化させる硬化作用を有する活性剤と半田粒子とを含む第２接合材を用い、電子部品に形成された接続用の端子を基板に形成された接続用の電極に半田付けする電子部品の半田付け方法であって、前記電極に前記第１接合材または第２接合材のいずれかを供給する電極接合材供給工程と、前記第１接合材および第２接合材のうち、前記電極接合材供給工程において供給されなかった接合材を前記端子に供給する端子接合材供給工程と、前記電極接合材供給工程後の基板に前記端子接合材供給工程後の電子部品を搭載し、前記電極に前記端子を着地させて前記第１接合材と第２接合材とを接触させて混合する搭載工程と、前記搭載工程後の基板および電子部品を加熱することにより、前記電極に前記端子を半田接合するとともに、前記エポキシ樹脂を熱硬化させる加熱工程とを含む。

請求項２に記載の本発明の電子部品の半田付け方法は、半田粒子を混合したビヒクルを主成分とする第１接合材および少なくともエポキシ樹脂とこのエポキシ樹脂を硬化させる硬化作用を有する活性剤とを含む第２接合材を用い、電子部品に形成された接続用の端子を基板に形成された接続用の電極に半田付けする電子部品の半田付け方法であって、前記電極に前記第１接合材または第２接合材のいずれかを供給する電極接合材供給工程と、前記第１接合材および第２接合材のうち、前記電極接合材供給工程において供給されなかった接合材を前記端子に供給する端子接合材供給工程と、前記電極接合材供給工程後の基板に前記端子接合材供給工程後の電子部品を搭載し、前記電極に前記端子を着地させて前記第１接合材と第２接合材とを接触させて混合する搭載工程と、前記搭載工程後の基板および電子部品を加熱することにより、前記電極に前記端子を半田接合するとともに、前記エポキシ樹脂を熱硬化させる加熱工程とを含む。

請求項３に記載の本発明の電子部品の半田付け方法は、エポキシ樹脂を主成分とする第１接合材および少なくとも活性剤と半田粒子とを含む第２接合材を用い、電子部品に形成された接続用の端子を基板に形成された接続用の電極に半田付けする電子部品の半田付け方法であって、前記第１接合材およびまたは第２接合材は前記エポキシ樹脂を硬化させる硬化剤を含み、前記電極に前記第１接合材または第２接合材のいずれかを供給する電極接合材供給工程と、前記第１接合材および第２接合材のうち、前記電極接合材供給工程において供給されなかった接合材を前記端子に供給する端子接合材供給工程と、前記電極接合材供給工程後の基板に前記端子接合材供給工程後の電子部品を搭載し、前記電極に前記端子を着地させて前記第１接合材と第２接合材とを接触させて混合する搭載工程と、前記搭載工程後の基板および電子部品を加熱することにより、前記電極に前記端子を半田接合するとともに、前記エポキシ樹脂を熱硬化させる加熱工程とを含む。

請求項４に記載の本発明の電子部品の半田付け方法は、半田粒子を混合したビヒクルを主成分とする第１接合材および少なくともエポキシ樹脂と活性剤とを含む第２接合材を用い、電子部品に形成された接続用の端子を基板に形成された接続用の電極に半田付けする電子部品の半田付け方法であって、前記第１接合材およびまたは第２接合材は前記エポキシ樹脂を硬化させる硬化剤を含み、前記電極に前記第１接合材または第２接合材のいずれかを供給する電極接合材供給工程と、前記第１接合材および第２接合材のうち、前記電極接合材供給工程において供給されなかった接合材を前記端子に供給する端子接合材供給工程と、前記電極接合材供給工程後の基板に前記端子接合材供給工程後の電子部品を搭載し、前記電極に前記端子を着地させて前記第１接合材と第２接合材とを接触させて混合する搭載工程と、前記搭載工程後の基板および電子部品を加熱することにより、前記電極に前記端子を半田接合するとともに、前記エポキシ樹脂を熱硬化させる加熱工程とを含む。

本発明によれば、電子部品に形成された接続用の端子を基板に形成された接続用の電極に半田付けする電子部品の半田付けにおいて、端子または電極にそれぞれ個別に供給され半田接合過程において接触して混合される２種類の接合材の組み合わせを、エポキシ樹脂を主成分とする第１接合材および少なくともエポキシ樹脂を硬化させる硬化作用を有する活性剤と半田粒子とを含む第２接合材の組み合わせ、または半田粒子を混合したビヒクルを主成分とする第１接合材および少なくともエポキシ樹脂とこのエポキシ樹脂を硬化させる硬化作用を有する活性剤とを含む第２接合材の組み合わせとすることにより、活性作用を確保しつつエポキシ樹脂の硬化の進行を抑制することができ、熱硬化性フラックスの保存安定性の不良原因を排除して半田酸化膜の除去能力を確保することができる。

本発明の一実施の形態の電子部品の半田付け方法に用いられる電子部品実装装置の構成説明図本発明の一実施の形態の電子部品の半田付け方法を示す工程説明図本発明の一実施の形態の電子部品の半田付け方法を示す工程説明図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず、本発明の電子部品の半田付け方法に用いられる電子部品実装装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１において、電子部品実装装置１は、部品供給部２、接合材転写部５、基板保持部６、部品移載機構７、接合材塗布機構８より構成される。部品供給部２は、半田付けの対象となる電子部品３を所定の規則配列で平面収納する部品トレイ２ａを備えている。電子部品３は、ＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）など、下面に接続用の端子である半田バンプ３ａ（図２参照）が形成されたバンプ付の電子部品である。

部品供給部２の側方には基台４の上面に位置して、接合材転写部５、基板保持部６が配設されている。接合材転写部５は平滑な底面の凹部を有する形状の転写ステージ１１に端子接合材１２を延展する構成となっている。転写ステージ１１上でスキージ１３を水平移動させることにより（矢印ａ）、転写ステージ１１の底面には、端子接合材１２の塗膜が形成される。基板保持部６は電子部品３が実装される対象の基板９を保持して位置決めする基板保持ステージ１４を備えている。基板９の上面には接続用の電極９ａが形成されており、電極９ａには電子部品３の半田バンプ３ａが半田付けされ、これにより電子部品３は基板９に実装される。

部品供給部２、接合材転写部５、基板保持部６の上方には、部品移載機構７および接合材塗布機構８が、水平方向および上下方向に移動自在に配設されている。部品移載機構７は下端部に吸着ノズル１０ａが装着された移載ヘッド１０を備えており、移載ヘッド１０による部品搭載動作においては、まず移載ヘッド１０は吸着ノズル１０ａによって部品トレイ２ａから電子部品３を吸着保持して取り出し（矢印ｂ）、次いで半田バンプ３ａへの端子接合材１２の転写のため接合材転写部５へ移動する。そしてここで吸着ノズル１０ａを半田バンプ３ａとともに転写ステージ１１に対して昇降させる転写動作を行うことにより、半田バンプ３ａの下面側には端子接合材１２が転写により供給される。

接合材塗布機構８は、電極接合材１７を貯留するディスペンサ１５と、ディスペンサ１５から送給される電極接合材１７を塗布ノズル１６ａから吐出させる塗布ヘッド１６を備えている。塗布ノズル１６ａは基板９における電極９ａの配列に対応したピッチで設けられており、塗布ヘッド１６を基板保持ステージ１４に保持された基板９の上方へ移動させ（矢印ｃ）、塗布ノズル１６ａを電極９ａに位置合わせした状態で電極接合材１７を吐出させることにより、電極９ａの上面には電極接合材１７が供給される。なお、電極９ａへの電極接合材１７の供給方法として、ここではディスペンサ１５および塗布ヘッド１６を用いる例を示しているが、転写ステージ１１と同様の転写ステージに電極接合材１７の塗膜を形成し、転写ピンによって電極接合材１７を電極９ａに供給するようにしてもよい。

次に半田バンプ３ａに端子接合材１２が転写された後の電子部品３を保持した移載ヘッド１０を基板９の上方へ移動させ（矢印ｄ）、電極接合材１７が供給された後の電極９ａに対して半田バンプ３ａを着地させる。これにより、端子接合材１２は電極接合材１７と接触し、それぞれの配合成分が混ざり合う。そして時間の経過とともに、異なる組成の端子接合材１２と電極接合材１７が混合してほぼ均一な組成の単一の接合材（図２に示す熱硬化性フラックス１８参照）となる。

ここで、本実施の形態において用いられる端子接合材１２、電極接合材１７について説明する。端子接合材１２、電極接合材１７の成分組成には多くのバリエーションが存在するが、基本的には、端子接合材１２と電極接合材１７とが接触して混合された状態において、エポキシ樹脂、このエポキシ樹脂を硬化させる硬化作用を有する活性剤およびフィラーとしての半田粒子の３成分を基本必須成分として含み、熱硬化性フラックスとして機能するように、それぞれの成分組成が決定される。半田粒子としてはＳｎ系の鉛フリー半田を使用するが、代表的なものとしてはＳｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ組成のＳＡＣはんだ粉や錫粉の表面を銀でコーティングしたＡｇコートＳｎ粉等が挙げられる。無論、これ以外の組成の半田粒子も使用可能である。

すなわち、２種類の接合材が混合されたペースト状の接合材が半田バンプ３ａと電極９ａとの接合部位に介在することにより、以下のような作用を及ぼす。まず活性剤の作用により、半田バンプ３ａや電極９ａ、さらにはフィラーとしての半田粒子の表面に存在する酸化膜を除去するフラックスとしての機能を果たす。これにより、半田バンプ３ａが溶融して電極９ａの表面において塗れ広がる半田接合性が向上する。この半田接合において、フィラー成分としての半田粒子を含んでいることにより、半田バンプ３ａと電極９ａとの間に幾分隙間が存在する場合にあっても、半田接合に必要な半田量を補うことができ、良好な半田接合部を形成することができる。そして半田接合時の加熱によって活性剤の残留成分を内部に閉じこめたままエポキシ樹脂が熱硬化した後は、半田バンプ３ａと電極９ａとの半田接合部を周囲から覆って強度を補う樹脂補強部として機能する。

上述のような作用効果を確実なものとするためには、熱硬化性フラックスの主剤成分であるエポキシ樹脂が、半田接合のために供給された時点において十分な流動性を有して半田接合面を確実に覆うことが必要とされる。しかしながら、上述の３つの基本必須成分であるエポキシ樹脂、活性剤および半田粒子を同一の接合材に含有させて１液型の熱硬化性フラックスとすると、活性剤が有する硬化作用によるエポキシ樹脂の硬化反応において半田粒子が触媒的作用を果たして、硬化が促進されることが知られている。このため熱硬化性フラックスが使用前の保存期間中に増粘し、十分な流動性が確保されないという不具合が生じる。そしてこの作用はＳｎ系の半田の場合において特に顕著であり、従来より有効な対処策が望まれていた。

このため、本実施の形態においては、上述のエポキシ樹脂、活性剤および半田粒子の３つの基本必須成分が、保存時点から同一の接合材として１液中に含有されることがないよう、これらの３つの基本必須成分を２つの個別の接合材に分けて含有させ、２液型の接合材（第１接合材および第２接合材）として使用するようにしている。そして電子部品３の基板９への半田付けにおいては、端子接合材１２として第１接合材または第２接合材のいずれかを用い、第１接合材および第２接合材のうち、端子接合材１２として用いられなかった接合材を電極接合材１７として用いるようにしている。

ここでは、以下に示す４通りの基本組成例を設定し、さらにこれらの基本設定例において適用対象や条件に応じて他の成分を追加配合するようにしている。なおここに示す４通りの基本組成例は、それぞれ（特許請求の範囲）における請求項１〜請求項４に対応している。すなわち、第１基本組成例では、エポキシ樹脂を主成分とする第１接合材および少なくともこのエポキシ樹脂を硬化させる硬化作用を有する活性剤と半田粒子とを含む第２接合材を用いる。また第２基本組成例では、半田粒子を混合したビヒクルを主成分とする第１接合材および少なくともエポキシ樹脂とこのエポキシ樹脂を硬化させる硬化作用を有する活性剤とを含む第２接合材を用いる。

第３基本組成例では、エポキシ樹脂を主成分とする第１接合材および少なくとも活性剤と半田粒子とを含む第２接合材を用い、さらに第１接合材、第２接合材のいずれかまたは双方にエポキシ樹脂を硬化させる硬化剤を含有させるようにしている。そして第４基本組成例では、半田粒子を混合したビヒクルを主成分とする第１接合材および少なくともエポキシ樹脂と活性剤とを含む第２接合材を用い、さらに第１接合材、第２接合材のいずれかまたは双方にエポキシ樹脂を硬化させる硬化剤を含有させるようにしている。すなわち、第３基本組成例、第４基本組成例は、用いられる活性剤がエポキシ樹脂を硬化させる硬化作用を有していない、あるいは硬化作用が不十分である場合に対応しており、ここでは硬化作用を補うことを目的として、活性剤とは別に硬化剤を追加するようにしている。

次に、電子部品実装装置１により、上述の第１接合材および第２接合材を用いて、電子部品３に形成された接続用の端子である半田バンプ３ａを基板９に形成された接続用の電極９ａに半田付けする電子部品の半田付け方法について、図２を参照して説明する。まず、基板９および電子部品３への接合材の供給が行われる。すなわち図２（ａ）（イ）に示すように、塗布ヘッド１６を基板９上に移動させ、塗布ノズル１６ａから電極接合材１７を吐出させることにより、電極９ａに電極接合材１７を供給する（電極接合材供給工程）。ここで、電極接合材１７は前述の複数の基本組成例に示す第１接合材、第２接合材のいずれかである。また図２（ａ）（ロ）に示すように、電子部品３を保持した吸着ノズル１０ａを転写ステージ１１上に移動させ、電子部品３を下降させて半田バンプ３ａを転写ステージ１１上に延展された端子接合材１２に接触させることにより、接続用の端子である半田バンプ３ａに端子接合材１２を転写により供給する（端子接合材供給工程）。ここで、端子接合材１２は、前述の第１接合材および第２接合材のうち、電極接合材供給工程において供給されなかった方の接合材である。

次いで、電子部品３を基板９に搭載する。すなわち、図２（ｂ）に示すように、電子部品３を保持した吸着ノズル１０ａを基板９上に移動させ、端子接合材１２が供給された半田バンプ３ａを電極接合材１７が供給された電極９ａに対して位置合わせする。次いで図２（ｃ）に示すように、電子部品３を吸着ノズル１０ａとともに下降させ、半田バンプ３ａを電極９ａに着地させる。これにより、半田バンプ３ａに供給された端子接合材１２と電極９ａに供給された電極接合材１７とが接触し混合される。すなわち、ここでは、電極接合材供給工程後の基板９に端子接合材供給工程後の電子部品３を搭載し、電極９ａに半田バンプ３ａを着地させて、端子接合材１２と電極接合材１７（第１接合材と第２接合材）とを接触させて混合する（搭載工程）。

そして端子接合材１２と電極接合材１７が混合することにより、第１接合材と第２接合材との２つに分配されて含まれていた３つの基本必須成分、すなわちエポキシ樹脂、活性剤、半田粒子の３成分が１液の接合材に含まれた構成の熱硬化性フラックス１８が、図２（ｄ）に示すように、半田バンプ３ａと電極９ａとの半田接合部位を覆った状態となる。この後、電子部品３が搭載された基板９はリフロー工程に送られ、ここで所定の加熱温度プロファイルにしたがって加熱される（加熱工程）。これにより、半田バンプ３ａが溶融固化して電極９ａに半田接合されて半田電極部３ａ＊が形成されるとともに、熱硬化性フラックス１８の主剤であるエポキシ樹脂が熱硬化し、半田電極部３ａ＊を周囲から補強する樹脂補強部１８＊が形成される。

図３は、電極９ａへの電極接合材１７の供給において、電極９ａ毎に電極接合材１７を吐出させる方法に替えて、基板９の上面において電極９ａが形成された範囲全面を覆って電極接合材１７を塗布する例を示している。すなわち図３（ａ）（イ）に示すように、吐出ヘッド１９を基板９上に移動させて塗布範囲上で移動させながら吐出ノズル１９ａから電極接合材１７を吐出させることにより、電極９ａの形成範囲全面を覆って電極接合材１７を供給する（電極接合材供給工程）。

ここで、図２に示す例と同様に、電極接合材１７は前述の基本組成例に示す第１接合材、第２接合材のいずれかである。また図３（ａ）（ロ）に示す端子接合材１２の半田バンプ３ａへの転写は、図２（ａ）（ロ）に示す端子接合材供給工程と同様である。ここで、端子接合材１２は、前述の第１接合材および第２接合材のうち、電極接合材供給工程において供給されなかった種類の接合材である。

次いで、電子部品３を基板９に搭載する。すなわち、図３（ｂ）に示すように、電子部品３を保持した吸着ノズル１０ａを基板９上に移動させ、端子接合材１２が供給された半田バンプ３ａを電極接合材１７が供給された電極９ａに対して位置合わせする。次いで図３（ｃ）に示すように、電子部品３を吸着ノズル１０ａとともに下降させ、半田バンプ３ａを電極９ａに着地させる。これにより、半田バンプ３ａに供給された端子接合材１２と電極９ａを覆って基板９に供給された電極接合材１７とが接触し混合される。すなわち、ここでは、電極接合材供給工程後の基板９に端子接合材供給工程後の電子部品３を搭載し、電極９ａに半田バンプ３ａを着地させて、端子接合材１２と電極接合材１７（第１接合材と第２接合材）とを接触させて混合する（搭載工程）。

そして端子接合材１２と電極接合材１７が混合することにより、第１接合材と第２接合材とに分配されて含まれていた３つの基本必須成分、すなわちエポキシ樹脂、活性剤、半田粒子の３成分が１液の接合材に含まれた構成の熱硬化性フラックス１８が、図３（ｄ）に示すように、電子部品３と基板９との隙間を満たした状態となる。この後、電子部品３が搭載された基板９はリフロー工程に送られ、ここで所定の加熱温度プロファイルにしたがって加熱される（加熱工程）。これにより、半田バンプ３ａが溶融固化して電極９ａに半田接合されて半田電極部３ａ＊が形成されるとともに、熱硬化性フラックス１８の主剤であるエポキシ樹脂が熱硬化し、電子部品３と基板９との隙間を封止して補強する樹脂補強部１８＊が形成される。

次に、本実施の形態において端子接合材１２、電極接合材１７として用いられる第１接合材、第２接合材の成分組成の詳細について、（表１）〜（表４）を参照して説明する。（表１）〜（表４）は、それぞれ前述の第１基本組成例〜第４基本組成例に基づく第１接合材、第２接合材の具体成分組成を示すものである。これらの表に記載されている数値は、本発明における作用効果を実現するために推奨される各成分の標準的な配合比率を、第１接合材、第２接合材を混合した状態における重量％で示すものである。

各表では、第１接合材、第２接合材を構成する成分２１（種類２１ａによって具体的に特定される）の配合比率が、実際に想定可能な複数の実施例毎に示されている。なお、表中においてこれらの重量％を示す数値（全体配合比）とともに併記されている括弧内の数値範囲は、各成分の全体配合比を変更可能な範囲を示しており、各成分の数値の和が１００となる限りにおいて、各成分の全体配合比をこれらの範囲内で適宜設定することができる。

そして具体成分組成の類型的パターンを示す実施例毎に、特性評価項目２９が付記されている。ここでは、保存中の粘度安定性２９ａ、はんだ接合性２９ｂが評価の対象となっており、それぞれ（◎）、（○）、（×）の３段階判定によって評価されている。ここで、（◎）は良好であって推奨できること、（○）は幾分難点はあるものの実用的に採用可能であること、また（×）は実用的には採用できないことをそれぞれ示している。

まず（表１）を参照して、第１基本組成例に基づく第１接合材、第２接合材の具体成分組成について説明する。

基本的な成分組成例である実施例１について説明する。実施例１においては、第１接合材にはエポキシ樹脂２２（ここでは液状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２２ａ）が全体配合比３０％の量で含有されている。そして第２接合材には、硬化作用を有する活性剤２３としての酸無水物２３ａ、活性剤２４としてのロジン２４ａおよび半田粒子２５としてのＳＡＣはんだ粉２５ａが、それぞれ全体配合比３０％、１０％、３０％の量で含有されている。

そしてこのような成分組成により得られる特性評価項目２９は、保存中の粘度安定性２９ａについては第１接合材、第２接合材とも（◎）となっており、第１接合材、第２接合材を組み合わせて得られるはんだ接合性２９ｂも（◎）となっている。すなわち、第１接合材はエポキシ樹脂２２のみであることから保存期間中に硬化が進行して粘度が上昇することが無く、また第２接合材には硬化性の成分が含まれていないことから同様に粘度の上昇が生じない。また半田付け過程においては、第１接合材、第２接合材が混合されることにより、エポキシ樹脂２２中に硬化作用を有する活性剤２３、活性剤２４、半田粒子２５を含有した熱硬化性フラックスが、未だ粘度上昇がなく流動性を保持した状態で生成される。これにより熱硬化性フラックスは半田接合面を十分に覆って流動し、半田バンプ３ａや電極９ａの表面酸化膜が除去されて、良好な半田接合性が確保される。そしてこの熱硬化性フラックスにはフィラー成分として半田粒子２５が含有されていることから、半田接合過程において半田量が補われて良好な形状の半田接合部が形成される。

次に、実施例２について説明する。実施例２は、実施例１において第２接合材に含有される半田粒子２５として、ＳＡＣはんだ粉２５ａに替えてＡｇコートＳｎ粉２５ｂを用いるようにしており、他の成分組成は実施例１と同様である。フィラー成分としてＳｎ粒子をＡｇ膜で被覆したＡｇコートＳｎ粉２５ｂを用いることにより、半田バンプ３ａと電極９ａとの間などの半田接合面に隙間が生じている場合にあっても、半田接合過程においてＡｇコートＳｎ粉２５ｂが半田バンプ３ａと電極９ａとの間で溶融半田を導くブリッジとして機能し、半田接合性を更に向上させることができる。

また実施例３は、実施例１に示す第１接合材においてエポキシ樹脂２２として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２２ａの一部（全体配合比で４％）をクレゾールノボラック型（固形）２２ｂによって置き換え、さらに硬化促進剤２７としてイミダゾール２７ａを１％加え、また第２接合材において硬化促進剤２７を加えた分だけ活性剤２４を減らして９％とし、さらにチクソ剤２６として脂肪酸アマイドワックス２６ａを１％加えた成分組成となっている。これら実施例２，３のいずれにおいても、保存中の粘度安定性２９ａ、はんだ接合性２９ｂは（◎）となっている。

なお比較例１は、同様の成分を含有する類似組成の熱硬化性フラックスの構成例を示している。ここでは、第１接合材にエポキシ樹脂２２、硬化作用を有する活性剤２３、半田粒子２５の３つを含有させ、第２接合材を活性剤２４および溶剤２８で構成した例を示している。このような成分組成では、第１接合材に３つの成分が同時に存在するため保存中に硬化反応が促進され、保存中の粘度安定性２９ａは（×）となる。そして半田接合が開始する時点において既に第１接合材が増粘した状態となっており、その結果はんだ接合性２９ｂも（×）となる。

次に（表２）を参照して、第２基本組成例に基づく第１接合材、第２接合材の具体成分組成について説明する。

まず基本的な具体組成例である実施例４について説明する。実施例４においては、第１接合材には半田粒子２５としてＳＡＣはんだ粉２５ａとともにビヒクル３０としての樹脂、ワックス、溶剤などの混合物３０ａが、全体配合比２５％、１５％の量でそれぞれ含有されている。そして第２接合材には、エポキシ樹脂２２としてのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２２ａ、硬化作用を有する活性剤２３としての酸無水物２３ａおよび活性剤２４としてのロジン２４ａが、それぞれ全体配合比２５％、２５％、１０％の量で含有されている。

そしてこのような成分組成により得られる特性評価項目２９は、保存中の粘度安定性２９ａについては第１接合材については（◎）、第２接合材については（○）となっており、その結果、第１接合材、第２接合材を組み合わせて得られるはんだ接合性２９ｂは（○）となっている。すなわち、第１接合材は半田粒子２５とビヒクル３０の組み合わせであることから保存期間中に硬化が進行して粘度が上昇することが無く、また第２接合材には硬化作用を有する活性剤２３が含まれ、条件によっては保存中に硬化が幾分進行するものの、硬化反応を促進する触媒として作用する半田粒子２５が存在しないことから、第２接合材が保存中において過度に増粘することがない。

また半田付け過程においては、第１接合材、第２接合材が混合されてエポキシ樹脂２２中に硬化作用を有する活性剤２３、活性剤２４、半田粒子２５を含有した熱硬化性フラックスが、未だ過度の粘度上昇がなく流動性を保持した状態で生成される。これにより熱硬化性フラックスは半田接合面を覆って流動し、表面酸化膜が除去されて半田接合性が確保される。そしてこの熱硬化性フラックスにはフィラー成分として半田粒子２５が含有されていることから、半田接合過程において半田量が補われて良好な形状の半田接合部が形成される。

次に、実施例５について説明する。実施例５は、実施例４において第１接合材に含有される半田粒子２５として、ＳＡＣはんだ粉２５ａに替えてＡｇコートＳｎ粉２５ｂを用いるようにしており、他の成分組成は実施例４と同様である。このようにフィラー成分としてＡｇコートＳｎ粉２５ｂを用いることにより、実施例４に示す効果に加え、実施例２において説明した効果と同様の効果を得る。

また実施例６は、実施例４に示す第１接合材において硬化促進剤２７としてのイミダゾール２７ａを１％加え、また第２接合材においてエポキシ樹脂２２として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２２ａの一部（全体配合比で４％）をクレゾールノボラック型（固形）２２ｂによって置き換え、また第１接合材に硬化促進剤２７を加えた分だけ活性剤２４を減らして９％とし、さらにチクソ剤２６として脂肪酸アマイドワックス２６ａを１％加えた成分組成となっている。これら実施例５，６のいずれにおいても特性評価項目２９において、実施例４と同様の保存中の粘度安定性２９ａ、はんだ接合性２９ｂを得る。

次に（表３）を参照して、第３基本組成例に基づく第１接合材、第２接合材の具体成分組成について説明する。

まず基本的な成分組成例である実施例７について説明する。実施例７においては、第１接合材にはエポキシ樹脂２２（ここでは液状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２２ａ）が全体配合比３０％の量で含有されている。そして第２接合材には、活性剤２４としてのロジン２４ａ、半田粒子２５としてのＳＡＣはんだ粉２５ａ、硬化剤３１としてのイミダゾール３１ａおよび溶剤２８としてのカルビトール２８ａが、それぞれ全体配合比２５％、３０％、５％、１０％の量で含有されている。

そしてこのような成分組成により得られる特性評価項目２９は、保存中の粘度安定性２９ａについては第１接合材、第２接合材とも（◎）となっており、第１接合材、第２接合材を組み合わせて得られるはんだ接合性２９ｂも（◎）となっている。すなわち、第１接合材はエポキシ樹脂２２のみであることから保存期間中に硬化が進行して粘度が上昇することが無く、また第１接合材には硬化性の成分が含まれていないことから同様に粘度の上昇が生じない。

また半田付け過程においては、第１接合材、第２接合材が混合されることにより、エポキシ樹脂２２中に硬化作用を有する活性剤２３、活性剤２４、半田粒子２５を含有した熱硬化性フラックスが、未だ粘度上昇がなく流動性を保持した状態で生成される。これにより熱硬化性フラックスは半田接合面を十分に覆って流動し、表面酸化膜が除去されて良好な半田接合性が確保される。そしてこの熱硬化性フラックスにはフィラー成分として半田粒子２５が含有されていることから、半田接合過程において半田量が補われて良好な形状の半田接合部が形成される。

次に、実施例８について説明する。実施例８は、実施例７において第２接合材に含有される半田粒子２５として、ＳＡＣはんだ粉２５ａに替えてＡｇコートＳｎ粉２５ｂを用いるようにしており、他の成分組成は実施例７と同様である。これにより、上述の実施例７の効果に加え、実施例２において説明した効果と同様の効果を得る。

また実施例９は、実施例７に示す第１接合材において、エポキシ樹脂２２として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２２ａの一部（全体配合比で４％）をクレゾールノボラック型（固形）２２ｂによって置き換え、さらに硬化促進剤２７としてイミダゾール２７ａを１％加え、また第２接合材において上述の硬化促進剤２７の追加分だけ活性剤２４を減らして２４％とし、さらにチクソ剤２６として脂肪酸アマイドワックス２６ａを１％加えた成分組成となっている。特性評価項目２９では、これら実施例８，９のいずれについても、第１接合材、第２接合材の保存中の粘度安定性２９ａ、はんだ接合性２９ｂは、実施例７と同様にいずれも（◎）となっている。

さらに実施例１０は、実施例７では第２接合材に含有されていた硬化剤３１としてのイミダゾール３１ａを、第１接合材に含有させた構成となっている。この場合には、エポキシ樹脂２２とともに硬化剤３１が存在することから、保存中に既に第１接合材の硬化が進行し、保存中の粘度安定性２９ａはやや劣って（○）となっている。

なお比較例２は、従来の１液型の熱硬化性フラックスの構成例を示している。ここでは、１液内にエポキシ樹脂２２、活性剤２４、半田粒子２５、硬化剤３１が存在することから、保存中に硬化反応が促進され、保存中の粘度安定性２９ａに問題があり（×）と判定される。そして半田接合過程において既に増粘した状態となっており、その結果はんだ接合性２９ｂも（×）となる。

また比較例３は、比較例２に含有された成分のうち、硬化剤３１をビヒクル３０とともに第２接合材に分けて配合し、２液型とした構成例を示している。この構成においては、第２接合材は保存中に硬化することがなく、保存中の粘度安定性２９ａは（◎）となるものの、第１接合材中にエポキシ樹脂２２、活性剤２４、半田粒子２５が存在することから保存中に硬化が進行し、第１接合材の保存中の粘度安定性２９ａは（×）となる。そしてその結果、はんだ接合性２９ｂも（×）となる。

さらに比較例４は、比較例２に含有された成分のうち、活性剤２４を溶剤２８とともに第２接合材とした構成例を示している。この構成においても第１接合材中にエポキシ樹脂２２、ＳＡＣはんだ粉２５ａ、硬化剤３１が存在することから保存中に硬化が進行し、比較例３と同様に、第１接合材の保存中の粘度安定性２９ａ、はんだ接合性２９ｂとも（×）となる。

次に（表４）を参照して、第４基本組成例に基づく第１接合材、第２接合材の具体成分組成について説明する。

まず、基本的な成分組成例である実施例１１について説明する。実施例１１においては、第１接合材には半田粒子２５としてのＳＡＣはんだ粉２５ａ、ビヒクル３０としての樹脂、ワックス、溶剤などの混合物３０ａが、それぞれ全体配合比３０％、１０％の量で含有されている。そして第２接合材には、エポキシ樹脂２２としてのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２２ａ、活性剤２４としてのロジン２４ａ、硬化剤３１としてのイミダゾール３１ａおよび溶剤２８としてのカルビトール２８ａが、それぞれ全体配合比２５％、２５％、５％、５％の量で含有されている。

そしてこのような成分組成により得られる特性評価項目２９の評価結果において、保存中の粘度安定性２９ａは、第１接合材については（◎）、第２接合材については（○）となっており、第１接合材、第２接合材を組み合わせて得られるはんだ接合性２９ｂも（○）と判定される。すなわち、第１接合材には硬化性の成分が含まれていないことから粘度の上昇が無く、また第２接合材には、活性剤２４、硬化剤３１がエポキシ樹脂２２に含まれているものの、硬化を促進する半田粒子２５が存在しないことから保存期間中に過度に増粘することはない。したがって、第１接合材、第２接合材を混合した熱硬化性フラックスのはんだ接合性２９ｂについても（○）となっている。また実施例１２は、実施例１１において、半田粒子２５としてＳＡＣはんだ粉２５ａの替わりにＡｇコートＳｎ粉２５ｂを用いた例を示している。これにより、実施例１１の効果と併せて実施例２において説明した効果と同様の効果が得られる。

さらに実施例１３は、実施例１１に示す第２接合材においてエポキシ樹脂２２として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂２２ａの一部（全体配合比で４％）をクレゾールノボラック型（固形）２２ｂによって置き換え、さらにチクソ剤２６として脂肪酸アマイドワックス２６ａを１％加え、また第１接合材において硬化促進剤２７としてイミダゾール２７ａを１％加えるとともに、その分だけビヒクル３０を減らして９％とした成分組成となっている。また実施例１４は、実施例１１においては、第２接合材に含まれていた硬化剤３１としてのイミダゾール３１ａを、第１接合材に配合するようにしたものである。そしてこれら実施例１２，１３，１４に示す成分組成により得られる特性評価項目２９の評価結果については、保存中の粘度安定性２９ａ、はんだ接合性２９ｂともに、実施例１１に示すものと同様である。

上記説明したように、本発明は、電子部品に形成された接続用の端子である半田バンプ３ａを基板９に形成された接続用の電極９ａに半田付けする電子部品の半田付けにおいて、半田バンプ３ａまたは電極９ａにそれぞれ個別に供給され半田接合過程において接触して混合される２種類の接合材の組み合わせを、エポキシ樹脂を主成分とする第１接合材および少なくともエポキシ樹脂を硬化させる硬化作用を有する活性剤および半田粒子を含む第２接合材の組み合わせ、または半田粒子を混合したビヒクルを主成分とする第１接合材および少なくともエポキシ樹脂およびこのエポキシ樹脂を硬化させる硬化作用を有する活性剤を含む第２接合材の組み合わせとなるように、２種類の接合材の成分組成を構成したものである。

これにより、使用前の保存期間中においてエポキシ樹脂、硬化作用を有する活性剤、硬化作用を促進する触媒作用を有する半田粒子が同一接合材中に存在することがない。したがって、２つの接合材が混合された状態における活性作用を確保しつつ、保存期間中におけるエポキシ樹脂の硬化の進行を抑制することができ、熱硬化性フラックスの保存安定性の不良原因を排除して半田酸化膜の除去能力を確保することができる。

なお本実施の形態においては、電子部品に形成された接続用の端子が半田バンプ３ａである例を示したが、本発明の適用対象は半田バンプ３ａを用いた接合形態に限定されるものではない。例えば、電子部品の下面に導電性金属によって形成された端子または基板の電極の接合面に半田メッキなどの方法によって予め半田を供給しておいてもよく、さらには第１接合材または第２接合材のいずれかに含有される半田成分のみによって端子と電極とを接合する形態であってもよい。

本発明の電子部品の半田付け方法は、熱硬化性フラックスの保存安定性の不良原因を排除し、半田酸化膜の除去能力を確保することができるという効果を有し、電子部品を半田付けにより基板に実装する分野に有用である。

１電子部品実装装置
３電子部品
３ａ半田バンプ
３ａ＊半田電極部
５接合材転写部
６基板保持部
７部品移載機構
８接合材塗布機構
９基板
９ａ電極
１２端子接合材
１７電極接合材
１８熱硬化性フラックス
１８＊樹脂補強部

Claims

エポキシ樹脂を主成分とする第１接合材および少なくとも前記エポキシ樹脂を硬化させる硬化作用を有する活性剤と半田粒子とを含む第２接合材を用い、
電子部品に形成された接続用の端子を基板に形成された接続用の電極に半田付けする電子部品の半田付け方法であって、
前記電極に前記第１接合材または第２接合材のいずれかを供給する電極接合材供給工程と、前記第１接合材および第２接合材のうち、前記電極接合材供給工程において供給されなかった接合材を前記端子に供給する端子接合材供給工程と、前記電極接合材供給工程後の基板に前記端子接合材供給工程後の電子部品を搭載し、前記電極に前記端子を着地させて前記第１接合材と第２接合材とを接触させて混合する搭載工程と、前記搭載工程後の基板および電子部品を加熱することにより、前記電極に前記端子を半田接合するとともに、前記エポキシ樹脂を熱硬化させる加熱工程とを含むことを特徴とする電子部品の半田付け方法。
半田粒子を混合したビヒクルを主成分とする第１接合材および少なくともエポキシ樹脂とこのエポキシ樹脂を硬化させる硬化作用を有する活性剤とを含む第２接合材を用い、
電子部品に形成された接続用の端子を基板に形成された接続用の電極に半田付けする電子部品の半田付け方法であって、
前記電極に前記第１接合材または第２接合材のいずれかを供給する電極接合材供給工程と、前記第１接合材および第２接合材のうち、前記電極接合材供給工程において供給されなかった接合材を前記端子に供給する端子接合材供給工程と、前記電極接合材供給工程後の基板に前記端子接合材供給工程後の電子部品を搭載し、前記電極に前記端子を着地させて前記第１接合材と第２接合材とを接触させて混合する搭載工程と、前記搭載工程後の基板および電子部品を加熱することにより、前記電極に前記端子を半田接合するとともに、前記エポキシ樹脂を熱硬化させる加熱工程とを含むことを特徴とする電子部品の半田付け方法。
エポキシ樹脂を主成分とする第１接合材および少なくとも活性剤と半田粒子とを含む第２接合材を用い、電子部品に形成された接続用の端子を基板に形成された接続用の電極に半田付けする電子部品の半田付け方法であって、
前記第１接合材およびまたは第２接合材は前記エポキシ樹脂を硬化させる硬化剤を含み、
前記電極に前記第１接合材または第２接合材のいずれかを供給する電極接合材供給工程と、前記第１接合材および第２接合材のうち、前記電極接合材供給工程において供給されなかった接合材を前記端子に供給する端子接合材供給工程と、前記電極接合材供給工程後の基板に前記端子接合材供給工程後の電子部品を搭載し、前記電極に前記端子を着地させて前記第１接合材と第２接合材とを接触させて混合する搭載工程と、前記搭載工程後の基板および電子部品を加熱することにより、前記電極に前記端子を半田接合するとともに、前記エポキシ樹脂を熱硬化させる加熱工程とを含むことを特徴とする電子部品の半田付け方法。
半田粒子を混合したビヒクルを主成分とする第１接合材および少なくともエポキシ樹脂と活性剤とを含む第２接合材を用い、電子部品に形成された接続用の端子を基板に形成された接続用の電極に半田付けする電子部品の半田付け方法であって、
前記第１接合材およびまたは第２接合材は前記エポキシ樹脂を硬化させる硬化剤を含み、
前記電極に前記第１接合材または第２接合材のいずれかを供給する電極接合材供給工程と、前記第１接合材および第２接合材のうち、前記電極接合材供給工程において供給されなかった接合材を前記端子に供給する端子接合材供給工程と、前記電極接合材供給工程後の基板に前記端子接合材供給工程後の電子部品を搭載し、前記電極に前記端子を着地させて前記第１接合材と第２接合材とを接触させて混合する搭載工程と、前記搭載工程後の基板および電子部品を加熱することにより、前記電極に前記端子を半田接合するとともに、前記エポキシ樹脂を熱硬化させる加熱工程とを含むことを特徴とする電子部品の半田付け方法。