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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren von elektronischen
Bauelementen, in dem ein elektronisches Bauelement mit daran ausgebildeten
Lötkontakthügeln durch
Löten an
einer Leiterplatte montiert wird.
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Stand der Technik
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Mit
der fortschreitenden Größenreduktion und
funktionellen Verbesserung von elektronischen Geräten müssen die
Größe und die
Dicke von elektronischen Bauelementen wie etwa den Halbleiterpackungen
in elektronischen Geräten
reduziert werden. Außerdem
wird eine weitere Erhöhung
der Montagedichte angestrebt. Es werden zunehmend Aufbauten verwendet,
in denen Leiterplattenmodule mit darauf montierten elektronischen
Bauelementen übereinander
gestapelt werden, um eine dichte Montage vorzusehen (siehe zum Beispiel
das Patentdokument 1). In dem Patentdokument wird durch
die Montage einer Vielzahl von Halbleiterpackungen mit Lötkontakthügeln auf
einer Leiterplatte eine mit Bauelementen bestückte Leiterplatte mit einer
hohen Dichte ausgebildet, ohne dass die Leiterplattengröße vergrößert wird.
- [Patentdokument 1] JP-A-2005-26648
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Eine
Halbleiterpackung für
die Verwendung in einem gestapelten Aufbau ist jedoch dünn und weist
eine niedrige Steifigkeit auf, sodass sie einfach gewölbt werden
kann, wenn eine Rückflusserhitzung für das Löten vorgesehen
wird. Dabei können
die Lötkontakthügel aufgrund
einer derartigen Wölbung
abgehoben werden, sodass der Lötkontakthügel nicht korrekt
an der Verbindungselektrode der Leiterplatte festgelötet werden
kann. Dadurch wird eine schlechte Leitung bzw. eine Lötstelle
mit einer unzureichenden Lötfestigkeit
vorgesehen. Dieses Problem tritt allgemein auf, wenn dünne Halbleiterpackungen durch
Löten montiert
werden, und ist nicht auf das Stapeln einer Vielzahl von Halbleiterpackungen
beschränkt.
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Deshalb
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum
Montieren von elektronischen Bauelementen anzugeben, das eine schlechte
Lötstelle
bei der Montage von dünnen Halbleiterpackungen
durch Löten
verhindern kann.
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Das
Verfahren zum Montieren von elektronischen Bauelementen der vorliegenden
Erfindung sieht das Montieren eines elektronischen Bauelements,
das mit Lötkontakthügeln auf
seiner unteren Fläche
ausgebildet ist, auf einer Leiterplatte vor, wobei das Verfahren
folgende Schritte umfasst: einen Lotauftragungsschritt zum Auftragen
einer Lotpaste auf die Lötkontakthügel; einen
Montageschritt zum Positionieren des elektronischen Bauelements
auf der Leiterplatte und zum Aufsetzen der Lötkontakthügel auf Verbindungselektroden
der Leiterplatte mit der dazwischen eingebrachten Lotpaste; und einen Rückflussschritt
zum Erhitzen der Leiterplatte mit dem elektronischen Bauelement
und zum Schmelzen eines Lotanteils der Lötkontakthügel und der Lotpaste, um das
elektronische Bauelement auf der Leiterplatte festzulöten.
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Gemäß der Erfindung
wird das elektronische Bauelement mit der Lotpaste auf den Lötkontakthügeln auf
der Leiterplatte montiert, sodass die Lötkontakthügel über die Lotpaste mit den Verbindungselektronen
verbunden werden. Also auch wenn ein Zwischenraum zwischen einem
Lötkontakthügel und
einer Verbindungselektrode vorhanden ist, wird der geschmolzene
Teil des Lots durch den Lotanteil der Lotpaste verlängert, sodass
eine ausreichende Ausdehnung des geschmolzenen Teils des Lots sichergestellt
wird. Dadurch kann eine schlechte Lötstelle bei der Montage einer
dünnen
Halbleiterpackung durch Löten
verhindert werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
den Aufbau einer Herstellungslinie für Leiterplatten mit darauf
montierten Bauelementen in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Positionieren von elektronischen
Bauelementen in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
eine schematische Ansicht eines elektronischen Bauelements für die Montage
auf einer Leiterplatte in einer Ausführungsform der Erfindung.
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4 ist
eine schematische Ansicht eines elektronischen Bauelements für die Montage
auf einer Leiterplatte in einer Ausführungsform der Erfindung.
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5(a) bis 5(e) sind
schematische Ansichten zu einem Leiterplatten-Herstellungsverfahren in
einer Ausführungsform
der Erfindung.
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6(a) bis 6(c) sind
schematische Ansichten zu einem Leiterplatten-Herstellungsverfahren in
einer Ausführungsform
der Erfindung.
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7(a) bis 7(c) sind
schematische Ansichten zu einem Lötprozess in dem Verfahren zum Montieren
von elektronischen Bauelementen in einer Ausführungsform der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
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Mit
Bezug auf 1 wird zuerst eine Herstellungslinie
für eine
Leiterplatte mit darauf montierten Bauelementen erläutert. In 1 umfasst
die Herstellungslinie für
eine Leiterplatte mit darauf montierten Bauelementen einen Siebdrucker
M1, eine Elektronikbauelemente-Positionierungsvorrichtung
M2 und eine Rückflussvorrichtung
M2, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Der Siebdrucker M1 druckt
eine Lotpaste für
die Verbindung mit einem elektronischen Bauelement auf eine Leiterplatte.
Die Elektronikbauelemente-Positionierungsvorrichtung M2 montiert
ein elektronisches Bauelement auf der Leiterplatte mit der Lotpaste.
Die Rückflussvorrichtung
M2 erhitzt die Leiterplatte mit dem darauf montierten elektronischen
Bauelement, wodurch der Lotanteil der Lotpaste geschmolzen wird
und dadurch das elektronische Bauelement auf der Leiterplatte fixiert
wird.
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Mit
Bezug auf 2 wird im Folgenden der Aufbau
der Elektronikbauelemente-Positionierungsvorrichtung M2 erläutert. In 2 ist
ein Transportpfad 2 in einer X-Richtung zentral in einer
Basis 1 angeordnet. Der Transportpfad 2 dient
dazu, eine Leiterplatte 3, auf der elektronische Bauelemente
montiert werden sollen, zu transportieren und die Leiterplatte 3 an
einer Position für
die Montage eines elektronischen Bauelements zu positionieren. Vor
dem Transportpfad 2 sind ein erster und ein zweiter Bauelemente-Zuführteil 4A und 4B parallel
in Bezug auf die X-Richtung angeordnet. Der erste und der zweite Bauelemente-Zuführteil 4A und 4B weisen
jeweils Schalen auf, in denen erste und zweite elektronische Bauelemente 11, 12 enthalten
sind. Ein dritter Bauelemente-Zuführteil 4C ist
hinter dem Transportpfad 2 angeordnet. Der dritte Bauelemente-Zuführteil 4C ist mit
einer Bandzuführvorrichtung 5 versehen,
die intermittierend ein Band mit darauf gehaltenen elektronischen
Bauelementen 13 (siehe 5)
zu einer Aufgreifposition eines Montagekopfs zuführt.
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Ein
Y-Achsen-Tisch 6A und eine Y-Achsen-Führung 6B sind an entsprechenden
Enden der Basis 1 in Bezug auf die X-Richtung angeordnet.
Ein X-Achsen-Tisch ist zwischen dem Y-Achsen-Tisch 6A und
der Y-Achsen-Führung 6B aufgehängt. Auf dem
X-Achsen-Tisch 7 ist
ein Montagekopf 8 vorgesehen. Der Montagekopf 8 umfasst
eine Vielzahl von einzelnen Köpfen 8a,
die sich gemeinsam mit einer Leiterplatten-Erkennungskamera 9 bewegen.
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Indem
der X-Achsen-Tisch 7 und der Y-Achsen-Tisch 6A angetrieben
werden, wird der Montagekopf 8 in der Richtung der X-Achse
bewegt. Die einzelnen Köpfe 8a weisen,
jeweils Saugdüsen
auf, mit denen ein erstes elektronisches Bauelement 11 aus einem
ersten Bauelemente-Zuführteil 4A,
ein zweites elektronische Bauelement 12 aus einem zweiten Bauelemente-Zuführteil 4B und
ein drittes elektronisches Bauelement 13 aus einem dritten
Bauelemente-Zuführteil 4C aufgenommen
und dann auf einer auf dem Transportpfad 2 positionierten
Leiterplatte 3 montiert werden.
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Zwischen
dem Transportpfad 2 und dem ersten und dem zweiten Bauelemente-Zuführteil 4A und 4B sind
eine Linienkamera 10, ein Düsenmagazin 14 und
ein Lotpasten-Auftragungstisch 15 angeordnet. Zwischen
dem Transportpfad 2 und dem dritten Bauelemente-Zuführteil 4C sind
die Linienkamera 10, das Düsenmagazin 14 und
der Lotpasten-Auftragungstisch 15 angeordnet.
Der Montagekopf 8, der die elektronischen Bauelemente aus
dem Bauelementevorrat aufgenommen hat, bewegt sich über die Linienkamera 10 zu
der Leiterplatte 3. Dabei werden die durch den Montagekopf 8 gehaltenen
elektronischen Bauelemente erkannt.
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Das
Düsenmagazin 14 enthält eine
Vielzahl von Düsentypen
für die
verschiedenen elektronischen Bauelemente, die auf der Leiterplatte 3 montiert
werden sollen. Wenn der Montagekopf 8 auf das Düsenmagazin 14 zugreift,
kann er verschiedene Saugdüsen
je nach dem zu montierenden elektronischen Bauelement wählen. Der
Pasten-Auftragtisch 15 führt eine Lotpaste in einem
Dünnfilmzustand
zu, dem durch das Beimischen eines Lotanteils in einem Fluss eine
viskose Beschaffenheit verliehen wurde. Indem der Montagekopf mit
den elektronischen Bauelementen relativ zu dem Pasten-Auftragungstisch 15 gehoben
und gesenkt wird, wird Lotpaste auf die Lötkontakthügeln aufgetragen, die auf der
Unterseite des elektronischen Bauelements ausgebildet sind.
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Mit
Bezug auf 3 und 4 werden
im Folgenden die ersten und zweiten elektronischen Bauelemente 11, 12 erläutert. Das
erste elektronische Bauelement 11 (das elektronische Bauelement) ist
eine dünne
Packung, die gebildet wird, indem ein Halbleiterelement in einem
Kunstharz eingeschlossen wird. Wie in 3 gezeigt,
sind Lötkontakthügel 16 auf
einer unteren Fläche 11a für die Verbindung mit
der Leiterplatte 3 ausgebildet. Weiterhin sind Elektroden 17 (zweite
Verbindungselektroden) auf einer oberen Fläche 11b ausgebildet,
um eine Verbindung mit einem elektronischen Bauelement vorzusehen,
die über
dem ersten elektronischen Bauelement 11 gestapelt wird.
Das zweite elektronische Bauelement 12 wird ebenfalls in
einer dünnen
Packung vorgesehen, die durch das Einschließen eines Halbleiterelements
in einem Kunstharz ausgebildet wird. Wie in 4 gezeigt,
sind auf einer unteren Fläche 12a Lötkontakthügel 18 in
einer gleichen Anordnung wie die Elektroden 17 des ersten
elektronischen Bauelements 11 für eine Verbindung mit dem ersten
elektronischen Bauelement 11 angeordnet. Diese dünnen Packungen
weisen eine geringe Steifigkeit auf und können sich leicht bei einer
Rückflusserhitzung wölben, wenn
sie über
die Lötkontakthügel verbunden
sind.
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Im
Folgenden wird ein Verfahren zum Montieren der ersten und zweiten
elektronischen Bauelementen 11, 12 auf einer Leiterplatte 3 erläutert. Durch dieses
Verfahren können
eine Vielzahl von ersten und zweiten elektronischen Bauelementen 11, 12 mit Lötkontakthügeln auf
ihren unteren Flächen
auf einer Leiterplatte 3 gestapelt werden, um eine dicht
montierte Leiterplatte vorzusehen.
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In 5(a) werden Elektroden 3a, 3b (Verbindungselektroden)
auf der oberen Fläche
der Leiterplatte 3 ausgebildet. Die Elektroden 3a werden
in derselben Anordnung wie die Lötkontakthügel 16 des ersten
elektronischen Bauelements 11 ausgebildet, und die Elektroden 3b werden
in derselben Anordnung wie die Anschlüsse 13a des dritten
elektronischen Bauelements 13 ausgebildet. Die Leiterplatte 3 wird
zuerst zu dem Siebdrucker M1 von 1 transportiert,
wo eine Lotpaste 19 auf die Elektroden 3a, 3b der
Leiterplatte 3 wie in 5(b) gezeigt
aufgetragen wird (Lötdruckschritt).
Dann wird die Leiterplatte 3 mit dem Lot zu der Elektronikbauelemente-Positionierungsvorrichtung
M2 transportiert, wo sie an einer Montageposition auf dem Transportpfad 2 positioniert
wird. Der Montagekopf 8 wird über die Leiterplatte 3 bewegt,
wobei die Leiterplatten-Erkennungskamera 9 ein
Bild der Leiterplatte 3 aufnimmt, um die Position der Leiterplatte 3 zu
erkennen (erster Erkennungsschritt).
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Danach
wird die Lotpaste auf das erste elektronische Bauelement 11 aufgetragen.
Das erste elektronische Bauelement 11, das durch den Montagekopf 8 aus
dem ersten Bauelemente-Zuführteil 4A entnommen
wurde, wird zu dem Lotpasten-Übertragungstisch
bewegt, während
es durch die Saugdüse 20 gehalten
wird. Indem das elektronische Bauelement 11 relativ zu
dem Beschichtungsfilm der Lotpaste 19 wie in 5(c) gezeigt gehoben und gesenkt wird, wird die
Lotpaste auf die Lötkontakthügel 16 auf der
unteren Fläche
aufgetragen (Lotauftragungsschritt).
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Dann
wird das elektronische Bauelement mit der aufgetragenen Lotpaste
auf der mit Lot bedruckten Leiterplatte 3b unter Verwendung
des Montagekopfs 8 wie in 5(d) gezeigt
montiert. Zuerst wird das erste elektronische Bauelement 11 (das
elektronische Bauelement in der ersten Ebene) mit den Elektroden 3a der
Leiterplatte 3 in Abhängigkeit
von dem Erkennungsergebnis in dem ersten Erkennungsschritt ausgerichtet,
wobei dann die Lötkontakthügel 16 auf
die Elektroden 3a gesetzt werden, um eine Montage zu bewerkstelligen
(Montageschritt). In dem Montageschritt wird auch das dritte elektronische
Bauelement 13 montiert, indem die Anschlüsse 13a mit
den Elektroden 3b ausgerichtet werden.
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Danach
wird ein elektronisches Bauelement in der zweiten Ebene montiert.
Zuerst wird eine Positionserkennung auf dem ersten elektronischen
Bauelement 11 durch die Leiterplatten-Erkennungskamera 9 durchgeführt. Die
Positionserkennung wird bewerkstelligt, indem die Elektroden 16 an
den äußersten, diagonalen
Positionen unter den Elektroden 15 auf der oberen Fläche 11b des
ersten elektronischen Bauelements 11 als Merkmalspunkte
erkannt werden (zweiter Erkennungsschritt).
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Dann
bewegt sich der Montagekopf 8, der ein zweites elektronisches
Bauelement 12 aus dem zweiten Bauelemente-Zuführteil 4B aufgegriffen
hat, zu dem Lotpasten-Auftragungstisch 15.
Hier wird das zweite elektronische Bauelement 12 wie in 6(a) gezeigt relativ zu dem Beschichtungsfilm
der Lotpaste 19 gehoben und gesenkt. Dadurch wird die Lotpaste 19 auf
die unteren Flächen
der Lötkontakthügel 18 aufgetragen
(zweiter Lötauftragungsschritt).
Dann wird das zweite elektronische Bauelement 12 mit dem
ersten elektronischen Bauelement 11 in Abhängigkeit
von dem Erkennungsergebnis in dem zweiten Erkennungsschritt ausgerichtet
und montiert, indem die Lötkontakthügel 18 des
zweiten elektronischen Bauelements 12 auf die Elektroden 17 gesetzt
werden, die auf der oberen Fläche
des ersten elektronischen Bauelements 12 ausgebildet sind
(zweiter Montageschritt).
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Danach
wird die Leiterplatte 3 in die Rückflussvorrichtung M3 transportiert.
In diesem Fall wird die Leiterplatte 3 mit den daran montierten
ersten bis dritten elektronischen Bauelementen 11 bis 13 zusammen
mit diesen elektronischen Bauelementen bis zu einer Rückflusstemperatur
erhitzt, die über dem
Schmelzpunkt des Lots liegt. Dadurch wird ein Verlöten der
Lötkontakthügel 16 des
ersten elektronischen Bauelements 11 mit den Elektroden 3a der
Leiterplatte 3, der Anschlüsse 13a des dritten
elektronischen Bauelements 13 mit den Elektroden 3b und der
Lötkontakthügel 18 des
zweiten elektronischen Bauelements 12 mit den Elektroden 17 des
elektronischen Bauelements 11 veranlasst (Rückflussschritt). Dieses
Löten erfolgt
durch das Schmelzen der Lotanteile der Lötkontakthügel 16, 18 und
der Lotpaste 19. Dadurch wird eine dicht montierte Leiterplatte
mit den übereinander
gestapelten Packungen der ersten und zweiten elektronischen Bauelemente 11, 12 usw.
vorgesehen, die durch das Einschließen von Halbleiterbauelementen
in Kunstharz gebildet werden.
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Das
Lötverhalten
in dem Rückflussschritt wird
im Folgenden mit Bezug auf 7 erläutert. In der
vorliegenden Ausführungsform
werden die Lötkontakthügel 16 des
ersten elektronischen Bauelements 11 auf die Elektroden 3a der
Leiterplatte 3 gelötet
und werden die Lötkontakthügel 18 des
zweiten elektronischen Bauelements 12 auf die Elektroden 17 des
ersten elektronischen Bauelements 11 gelötet. Weil
wie zuvor erläutert
das erste elektronische Bauelement 11 eine dünne Halbleiterpackung
ist, neigen die Lötkontakthügel 16 dazu,
durch eine Wölbung
des Packungskörpers
bei der Montage des ersten elektronischen Bauelements 11 auf
der Leiterplatte 3 und weiterhin während des Rückflusses dazu, abgehoben zu
werden. Dadurch kann ein Zwischenraum d zwischen dem Lötkontakthügel 16 und der
Elektrode 3a wie in 7(a) verursacht
werden.
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Auch
wenn ein Zwischenraum zwischen dem Lötkontakthügel 16 und der Elektrode 3a vorhanden ist,
trägt die
vorliegende Ausführungsform
zusätzlich eine
Lotpaste 19 auf die Lötkontakthügel 19 auf,
bevor die Bauelemente montiert werden. Die Lotpaste 19 wird
auch auf den Elektroden 3a vorgesehen. Dadurch werden die
Elektrode 3a und der Lötkontakthügel 16 jeweils
an ihren oberen und unteren Flächen durch
eine ausreichende Menge an Lotpaste 19 bedeckt.
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Dann
wird in diesem Zustand ein Rückfluss durchgeführt. Dabei
wird das Lot durch Erhitzen geschmolzen, wobei die Lotpaste 19 einen
geschmolzenen Lotanteil 19a in einer ausreichenden Menge vorsieht,
der sich in einem zähflüssigen Harz 19b zwischen
dem unteren Ende des Lötkontakthügels 16 und
der Elektrode 3a wie in 7(b) gezeigt
ausdehnt. Die Oberflächenspannung
des geschmolzenen Lotanteils 19a zieht den Lötkontakthügel 16 zu der
Elektrode 3a und verschmälert dadurch den vorhanden
Zwischenraum d.
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Indem
danach das Erhitzen fortgesetzt wird, verschmilzt der Lötkontakthügel 16 mit
dem geschmolzenen Lotanteil 19a. Wie in 7(c) gezeigt, wird eine Lötstelle 16a gebildet,
die das erste elektronische Bauelement 11 mit der Elektrode 3a verbindet. Die
Lötstelle 16a wird
danach während
des Abkühlens
verfestigt, um das Löten
des ersten elektronischen Bauelements 11 auf der Leiterplatte 3 abzuschließen. Die
Lötstelle 16a wird
durch das geschmolzene Lot des Lötkontakthügels 16 und
das Lot aus der Lotpaste 19 gebildet. Deshalb werden das erste
elektronische Bauelement 11 und die Leiterplatte 3 durch
eine ausreichende Menge an Lot miteinander verbunden, um eine ausreichende
Lötfestigkeit und
Leitung vorzusehen.
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In
dem Aufbau der vorliegenden Ausführungsform
sind die ersten und die zweiten elektronischen Bauelemente 11, 12 übereinander
gestapelt auf der Leiterplatte 3 montiert. Die vorliegende
Erfindung kann aber auch auf einen anderen Aufbau zum Montieren
von elektronischen Bauelementen angewendet werden, in dem eine Packung
dünn ist
und zu einer Wölbung
neigt, sodass ein Zwischenraum zwischen dem Lötkontakthügel und der Verbindungselektrode
entsteht. In der gezeigten Ausführungsform wird
das Lot durch Drucken auch auf der Verbindungselektrode 3A der
Leiterplatte 3 aufgetragen. Wenn das zusätzlich auf
den Lötkontakthügel aufgetragene
Lot bereits ausreicht, weil der Wölbungsgrad der Packung vergleichsweise
klein ist, kann auf das Vorsehen von Lot auf der Verbindungselektrode
verzichtet werden.
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Die
vorliegende Anmeldung beruht auf und beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung Nr.
2005-243866 vom 25. August 2005, deren Inhalt hier unter
Bezugnahme eingeschlossen ist.
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[Industrielle Anwendbarkeit]
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Das
Verfahren zum Montieren von elektronischen Bauelementen der vorliegenden
Erfindung verhindert schlechte Lötstellen
bei der Montage von dünnen
Halbleiterpackungen durch Löten,
was nützlich
ist, wenn ein dünnes
elektronisches Bauelement mit Lötkontakthügeln durch
Löten auf
einer Leiterplatte montiert werden soll.
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Zusammenfassung
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Es
wird ein Verfahren zum Montieren von elektronischen Bauelementen
angegeben, in dem ein elektronisches Bauelement 11, auf
dessen unterer Fläche
Lötkontakthügeln 16 ausgebildet
sind, auf einer Leiterplatte 3 montiert wird. Eine Lotpaste 19 wird
auf die Elektroden 3a der Leiterplatte 3 gedruckt und
weiterhin auf die Lötkontakthügel 16 aufgetragen.
Danach werden die Lötkontakthügel 16 auf
den Elektroden 3a mit dazwischen der Lotpaste 19 aufgesetzt.
Auch wenn ein Zwischenraum zwischen dem Lötkontakthügel 16 und der Elektrode 3a vorhanden sein
sollte, wird der geschmolzene Teil des Lots durch den Lotanteil
der Lotpaste 19 verlängert,
sodass eine ausreichende Ausdehnung des geschmolzenen Teils des
Lots sichergestellt wird. Dadurch kann eine schlechte Lötstelle
bei der Montage einer dünnen
Halbleiterpackung durch Löten
verhindert werden.