(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、はんだを介して外装と電極を有する部品を搭載する工程と、
前記外装に対して接着性を有する第１の樹脂と、加熱によって前記第１の樹脂を硬化させる硬化剤と、前記第１の樹脂よりも比熱が高い無機材料を主成分とする無機フィラー、及び前記第１の樹脂に、前記外装に対する離型性を付与する第２の樹脂とを含む熱容量制御材料を前記外装上に装着する工程と、
前記基板を熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程後に、前記外装上に装着された前記熱容量制御材料を除去する除去工程と、
を有することを特徴することを特徴とする部品実装方法。
【請求項２】
前記無機材料は、シリカ、アルミナ、クロミア、チタニア、窒化アルミニウム又は窒化珪素のうち少なくとも１つを含む
ことを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
【請求項３】
前記第２の樹脂がシリコーン樹脂を主成分とする材料からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
【請求項４】
前記第１の樹脂の硬化温度は２００℃以上２３０℃以下である
ことを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
【請求項５】
前記第１の樹脂、前記硬化剤及び前記第２の樹脂を合わせた重量％が１００重量％である場合、前記第１の樹脂及び前記硬化剤を合わせた割合が６５重量％〜９０重量％であり、且つ、第２の樹脂が３５重量％〜１０重量％の割合で含まれている
ことを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
【請求項６】
前記第１の樹脂、前記無機フィラー及び前記第２の樹脂を合わせた重量％が１００重量
％である場合、
前記第１の樹脂が５重量％〜３０重量％、前記無機フィラーが６０重量％及び前記第２の樹脂が３５重量％〜１０重量％の配合比である、或いは、前記第１の樹脂が１３重量％
〜１８重量％、前記無機フィラーが６０重量％〜４０重量％及び前記第２の材料が２７重
量％〜４２重量％の配合比である、或いは、前記第１の樹脂が２０重量％〜４０重量％、前記無機フィラーが７０重量％〜５０重量％及び第２の樹脂が１０重量％の配合比である
ことを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
【請求項７】
前記第１の樹脂は、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の部品実装方法。
【請求項８】
前記エポキシ樹脂は、ビスフェノールＦ型エポキシ及びナフタレン型エポキシからなることを特徴とする請求項７に記載の部品実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子部品の熱容量を制御するための熱容量制御材料を使用した部品実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品をプリント配線板に搭載する技術として、リフロー工法が広く用いられている。リフロー工法は、メタルマスクを用いた印刷法によりプリント配線基板の電極部にはんだペーストを供給した後、電子部品を当該プリント配線板の所定の位置に搭載し、搭載された全ての電子部品を一括してはんだ付けを行なう方法である。なお、はんだ付けの工程では、電子部品が搭載されたプリント配線基板を、加熱炉によって加熱する。【０００３】
このリフロー工法は、大小様々な部品を一度に実装することができるため、生産性に優れ、コスト面でも大きなメリットがある。しかしながら、各電子部品の熱容量の違いによって次のような問題を引き起す場合がある。
ここで、小さい部品としては、例えばチップ部品の他、ＩＣ、電界コンデンサ等が挙げられる。一方、大きい部品としては、例えばＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）及びＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｌｉｄ  Ａｒｒａｙ）等が挙げられる。一般に、小さい部品は熱容量が小さいために温度が上がり易く、大きい部品は熱容量が大きいために温度が上がりにくい。
一方、リフロー工法に使用されるはんだは、鉛フリー化に伴い、鉛フリーはんだが広く採用されてきている。この鉛フリーハンダは共晶はんだと比較して一般に融点が高いため、リフロー温度も高温化の傾向にある。通常、リフロー温度は、短時間にはんだを溶融させ、接続を完了させるために、はんだ融点の１０〜３０℃高い温度に設定される。
このように鉛フリーはんだを使用した場合、熱容量の大きい部品を実装可能な温度まで加熱すると、熱容量の小さい電子部品は、過剰な温度上昇によって熱的な損傷を受けてしまう。一方、このような現象を回避するために加熱温度を下げた場合、上述した接合部が加熱不足によって鉛フリーはんだの濡れ不足、溶融不足及び広がり不足という現象が生じる。【０００４】
上述した小型部品の熱損傷の問題を解決する方法として、エポキシ樹脂に無機フィラーが含まれた熱伝導性樹脂組成物の成形体を用いて部品を保護する技術が提案されている。そのような熱伝導性樹脂組成物は、電子部品とともに一体成形された状態で使用されるため、電子部品の実装体積が増加してしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２００１−３４８４８８号公報
【発明の開示】
【０００５】
（発明が解決しようとする課題）
本発明の目的は、熱容量が異なる複数の電子部品を基板に実装する際に、加熱によって、熱容量が小さい一部の電子部品に生じる特性劣化を抑制することにある。
【０００６】
（課題を解決するための手段）
本発明の課題を解決するため、本発明の第１の側面によれば、基板上に、はんだを介して外装と電極を有する部品を搭載する工程と、前記外装に対して接着性を有する第１の樹脂と、加熱によって前記第１の樹脂を硬化させる硬化剤と、前記第１の樹脂よりも比熱が高い無機材料を主成分とする無機フィラー、及び前記第１の樹脂に、前記外装に対する離型性を付与する第２の樹脂とを含む熱容量制御材料を前記外装上に装着する工程と、前記基板を熱処理する熱処理工程と、前記熱処理工程後に、前記外装上に装着された前記熱容量制御材料を除去する除去工程と、を有することを特徴とする部品実装方法が提供される。
【０００８】
（発明の効果）
本発明によれば、取り付けおよび取り外しが可能な熱容量制御材料を電子部品に装着することによって、熱容量の小さい電子部品の熱容量を一時的に増加させることが容易となる。そのため、リフロー工程の際に加熱によって生じる電子部品の特性劣化を確実に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１Ａから図１Ｄは、本発明の実施例に係る熱容量制御材料を用いた部品実装方法の工程を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に係る熱容量制御材料を用いた部品実装方法の評価結果を示す表である。
【図３】図３は、本発明の実施例に係る部品実装方法の測定温度履歴を示す図である。
【符号の説明】
【００１０】
１０  基板
２０  配線
３０  はんだペースト
４０  電子部品
４１  リード
５０  電子部品
５１  リード
６０  電子部品
７０  熱容量制御材料
８０  ディスペンサー
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を、図１〜図３を使用して説明する。ただし、本発明は各実施例に限定されるものではない。【００１２】
先ず、図１を用いて、本発明の実施例に係る熱容量制御材料を用いた部品実装方法を工程順に説明する。【００１３】
図１Ａは、基板１０の一方の面に、電子部品４０、電子部品５０及び電子部品６０が搭載された状態を示している。なお、これらの電子部品（電子部品４０、電子部品５０及び電子部品６０）は、図１Ａに示すように、はんだペースト３０を介して基板１０に搭載されている。
基板１０を構成する材料としては、例えば、ガラス基材エポキシ樹脂積層板、ガラス−エポキシ、ガラス−ＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）、ポリイミド等の有機系絶縁性樹脂が挙げられる。更に、基板１０の材料としては、これら有機系絶縁性樹脂以外に、セラミック、ガラス、シリコン等の無機材料も使用可能である。これら基板１０を構成する材料は、耐熱性を有する材料である。また、基板１０の一方の面には、例えば銅からなる配線２０が形成されている。基板１０のサイズは、例えばＡ４サイズである。基板１０の厚さは、例えば０．５〜５ｍｍである。
はんだペースト３０は、配線２０と後述する電子部品４０のリード４１との間、配線２０と後述する電子部品５０のリード５１との間、及び配線２０と後述する電子部品６０における電極６１との間に形成されている。はんだペースト３０は、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕを主材料として含む鉛フリーはんだ粉末に加えて、ロジン、活性剤及び溶剤を含む樹脂材から構成されている。このようなはんだペースト３０を使用した場合には、必要なリフロー温度が２４０℃程度であり、従来の共晶はんだを使用した場合と比較して３５℃程度高くなっている。
電子部品４０は、例えば３ｍｍ×３ｍｍ〜１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズを有する小さな部品である。電子部品４０の例としては、例えば、集積回路（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＩＣ）が形成されたチップ部品、電界コンデンサなどである。電子部品４０は電極としてのリード４１を備えている。電子部品４０は、リード４１を介して、基板１０の表面に設けられた配線２０上に搭載される。
電子部品４０の外装は、例えばエポキシ等からなる実装封止材料によって形成されている。電界コンデンサの外装材料は、例えば金属材料によって形成されている。なお、電子部品４０の外装は、ガラス、アルミニウム、銅、又は鉄から形成されていることが望ましい。
電子部品５０は、電子部品４０よりもやや大きめの部品であり、例えばＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｍａｌｌ  Ｐａｃｋａｇｅ）などの半導体部品である。電子部品５０は電極としてのリード５１を備えている。電子部品５０は、リード５１を介して基板１０の配線２０上に搭載される。
電子部品６０は、電子部品５０よりもやや大きめの部品であり、例えばＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）、ＰＢＧＡ（Ｐｉｎ  Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）又はＦＣ−ＢＧＡ（Ｆｌｉｐ  Ｃｈｉｐ−Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）などの半導体部品である。電子部品６０は、ピンやはんだボールからなる電極（不図示）をパッケージの底面に備えている。電子部品６０は当該電極を介して基板１０の配線２０上に搭載される。
なお、電子部品４０の熱容量は、電子部品５０或いは電子部品６０の熱容量と比較して小さい。基板１０を一括リフロー実装する際に、電子部品４０は、電子部品５０及び電子部品６０と比較して温度上昇が早いため、早く耐熱温度に到達する。【００１４】
図１Ｂは、電子部品４０の一方の面上に熱容量制御材料７０を装着する工程を示す図である。本工程では、ディスペンサー８０によって熱容量制御材料７０を電子部品４０上に付着させる。
本実施例において、熱容量制御材料７０は、（１）電子部品の外装に対して接着性を有する接着性樹脂、（２）加熱によって接着性樹脂を硬化させる硬化剤、（３）電子部品の熱容量を増加させるための接着性樹脂よりも比熱が高い無機材料を主成分とする無機フィラー、及び（４）接着性樹脂を電子部品の外装から剥がれ易くする離形性を付与するための離形性樹脂を混合した材料である。接着性樹脂は、例えばビスフェノールＦ型エポキシ樹脂及びナフタレン型エポキシ樹脂などを主材料として含む樹脂である。硬化剤には、例えば２、４−ジアミノ−６−［２´−メチルイミダゾリル−（１´）］−エチル−ｓ−トリアジンが主材料として含まれる。無機フィラーは、例えばシリカ（粒径平均粒径５μｍ）を針状に成形したものである。また、離形性樹脂は、例えばシリコーン樹脂を主材料として含む樹脂である。ディスペンサー８０の内部には熱容量制御材料７０が入っている。熱容量制御材料７０は、ディスペンサー８０の内部から搾り出されて、電子部品４０上に装着される。
図１Ｂに示すように、熱容量制御材料７０は、電子部品４０の外装に塗布圧３ｋｇｆ及び塗布量５０ｇの条件で装着される。【００１５】
図１Ｃは、電子部品４０の一方の面上に熱容量制御材料７０が装着された基板１０を一括リフローする工程を行った状態を示す。図１Ｃに示すように、不図示のリフロー炉に基板１を導入して電子部品４０、電子部品５０及び電子部品６０の一括リフローが実施される。この工程の際に、配線２０と電子部品４０のリード４１との間、配線２０と電子部品５０のリード５１との間、及び配線２０と電子部品６０の電極との間に形成されている、はんだペースト３０が硬化する。そのため、配線２０と電子部品４０のリード４１、配線２０と電子部品５０のリード５１、及び配線２０と電子部品６０と電極とが電気的に接合される。
電子部品４０の耐熱温度は、電子部品５０及び電子部品６０の耐熱温度と比較して低い場合もあり、高い場合もある。仮に、電子部品４０の耐熱温度が電子部品５０及び電子部品６０の耐熱温度と略同じ場合を想定する。このような場合を想定すると、リフロー実装する際に、電子部品５０及び電子部品６０をはんだ付けが可能な温度まで加熱すると、熱容量の小さい電子部品４０は過剰な温度上昇によって熱的な損傷を受ける可能性が高くなる。電子部品４０の熱損傷は、電子部品４０本来の電子部品としての機能を低下させる。一方、熱容量の小さい電子部品４０の熱損傷を抑制するため、加熱温度を下げた場合、熱容量の大きな電子部品５０及び電子部品６０の接合部における温度がはんだペースト３０の融点温度まで上昇しない。そのため、電子部品５０及び電子部品６０にはんだ未着という現象が生じる。そのため、一括リフローの際には、電子部品４０を、熱容量の大きな電子部品５０及び電子部品６０のはんだ付け条件にあわせて加熱しなければならない。
この一括リフロー工程の際に、電子部品４０の一方の面上に装着された熱容量制御材料７０が硬化する。加熱によって基板１０の周囲の温度を上昇させる、熱容量制御材料７０の温度が例えば２００℃以上になった時点で、熱容量制御材料７０が硬化する。この２００℃は、はんだ付け温度よりも低い温度である。このように、熱容量制御材料７０が２００℃以上になった時点で熱容量制御材料７０が硬化するのは、２００℃でマイクロカプセル型の硬化剤が熱容量制御材料７０内に拡散し、熱容量制御材料７０を硬化させるからである。以上のように、熱容量制御材料７０によって電子部品４０の熱容量が一時的に増加するため、電子部品４０の温度上昇を抑制することが可能になる。【００１６】
図１Ｄは、熱処理工程後に、電子部品４０上に装着された熱容量制御材料７０を除去する工程を行った状態を示す。熱容量制御材料７０は、不図示の治具によって例えば１００ｇｆ〜１．０ｋｇｆの荷重が、基板１０と略水平方向から加えられる。熱容量制御材料７０に含まれる離形性樹脂の成分によって、リフロー後の容易な除去が可能になる。このような機能を発揮させるために、熱容量制御材料７０内に、接着性樹脂、硬化剤及び無機フィラーが６５から９０重量％の割合で配合されていることが望ましい。更には、熱容量制御材料７０に、離形性樹脂が３５から１０重量％の範囲内の割合で配合されていることが望ましい。そのため、離形性樹脂がこのような割合で熱容量制御材料７０内に含まれることによって、熱容量制御材料７０は、熱容量制御材料７０の残渣が発生すること無く、電子部品４０上から容易に除去される。【００１７】
図２は、一括リフローを行った際に、試料（熱容量制御材料７０）１〜１７における塗布性能及び除去性能の評価結果を示す表である。この表は、熱容量制御材料７０に含まれる各成分（接着性樹脂、硬化剤、無機フィラー及び離形性樹脂）の各重量％に対応した評価結果を示したものであるが、この表では、更に、電子部品４０の最高到達温度も併せて示す。なお、各試料における接着性樹脂、硬化剤、無機フィラー及び離形性樹脂の合計の重量％を１００重量％とした。
試料１に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が３３重量％、無機フィラーが６０重量％、及び離形性樹脂が７重量％の配合比によって構成される。試料２に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が３０重量％、無機フィラーが６０重量％、及び離形性樹脂が１０重量％の配合比によって構成される。試料３に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が２５重量％、無機フィラーが６０重量％、及び離形性樹脂が１５重量％の配合比によって構成される。試料４に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が１７重量％、無機フィラーが６０重量％、及び離形性樹脂が２３重量％の配合比によって構成される。試料５に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が８重量％、無機フィラーが６０重量％、及び離形性樹脂が３２重量％の配合比によって構成される。試料６に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が５重量％、無機フィラーが６０重量％、及び離形性樹脂が３５重量％の配合比によって構成される。試料７に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が４重量％、無機フィラーが６０重量％、及び離形性樹脂が３６重量％の配合比によって構成される。
最高到達温度は、不図示の熱電対を熱容量制御材料７０と電子部品４０との間に設置し、熱処理工程における温度変化を測定した。なお、比較例は、電子部品４０上に熱容量制御材料７０を装着しない状態で温度変化を測定した場合の評価結果である。
図２における表は、３ｍｍ×３ｍｍサイズの電子部品４０上に熱容量樹脂材料７０を装着した後、リフロー加熱した場合について評価したものである。
塗布性能は、熱容量制御材料７０を４ｍｍ×４ｍｍの電子部品４０上に塗布した後、電子部品４０上における当該熱容量制御材料７０の広がり量によって評価した。塗布性能評価は、開口径が２ｍｍφのディスペンサー８０を使用し、塗布圧３ｋｇｆで熱容量制御材料７０を４ｍｍ×４ｍｍの電子部品４０の上に塗布することによって評価した。判定基準としては、電子部品４０の表面上において、３ｍｍ×３ｍｍの矩形領域全面に樹脂が流れずに形成された場合を○判定とした。なお、電子部品４０の表面上における３ｍｍ×３ｍｍの矩形領域全面に樹脂が流れ広がった場合には、×判定とした。
除去性能は、不図示の治具によって、例えば１００ｇｆ〜１．０ｋｇｆの荷重を、硬化した熱容量制御材料７０の側面に、基板１０と略水平方向から加えることによって確認した。熱容量制御材料７０は、熱容量制御材料７０の残渣が発生すること無く、電子部品４０上から除去されることが確認された。除去性能の判定基準は、電子部品４０上から熱容量制御材料７０が除去でき、且つ、電子部品４０上に残渣が残らない場合を○判定とした。それ以外の場合、例えば、電子部品４０上から熱容量制御材料７０を除去できなかった場合、或いは、電子部品４０上に残渣が残った場合を×判定とした。なお、熱容量制御材料７０が除去性能の判定基準を満たす場合、熱容量制御材料７０は電子部品に対する離形性を有すると定義される。【００１８】
図２の表に示すように、試料１〜試料７における最高到達温度は、２４５℃であった。また、比較例における最高到達温度は、２６５℃であった。すなわち、試料１〜７では、同条件で加熱した場合の比較例に比べて、電子部品４０の最高到達温度を約２０℃低い温度に制御することが可能となった。塗布性能においては、試料１〜７におけるいずれの試料も○判定であった。除去性能においては、試料２〜試料６においてのみ○判定であった。したがって、試料１〜７においては、熱容量制御材料７０の塗布性能及び除去性能を阻害することなく、本試料の目的である熱容量の小さい電子部品の熱容量の制御が可能であることを確認できた。【００１９】
試料８に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が２１重量％、離形性樹脂が３０重量％、及び離形性樹脂が４９重量％の配合比によって構成される。試料９に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が１８重量％、及び離形性樹脂が４２重量％の配合比によって構成される。試料１０に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が１５重量％、無機フィラーが５０重量％、及び離形性樹脂が３５重量％の配合比によって構成される。試料１１に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が１３重量％、無機フィラーが６０重量％、及び離形性樹脂が２７重量％の配合比によって構成される。試料１２に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が６重量％、無機フィラーが７０重量％、及び離形性樹脂が２４重量％の配合比によって構成される。なお、最高到達温度、塗布性能及び除去性能は、前述した試料１から試料７と同様の条件によって測定及び評価を実施した。【００２０】
図２の表に示すように、試料８における最高到達温度は、２５０℃であった。試料９における最高到達温度は、２４７℃であった。試料１０における最高到達温度は、２４５℃であった。試料１１における最高到達温度は、２４４℃であった。試料１２における最高到達温度は、２４３℃であった。すなわち、試料８〜１１では、同条件で加熱した場合の比較例に比べて、電子部品４０の最高到達温度を約１０℃から２２℃低い温度に制御することが可能となった。塗布性能においては、試料９、試料１０及び試料１１のみ○判定であった。除去性能においては、試料９、試料１０及び試料１１のみ○判定であった。したがって、試料９〜１１においては、熱容量制御材料７０の塗布性能及び除去性能を阻害することなく、本試料の目的である熱容量の小さい電子部品の熱容量の制御が可能であることを確認できた。【００２１】
試料１３に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が５０重量％、無機フィラーが４０重量％、及び離形性樹脂が１０重量％の配合比によって構成される。試料１４に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が４０重量％、無機フィラーが５０重量％、及び離形性樹脂が１０重量％の配合比によって構成される。試料１５に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が３０重量％、無機フィラーが６０重量％、及び離形性樹脂が１０重量％の配合比によって構成される。試料１６に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が２０重量％、無機フィラーが７０重量％、及び離形性樹脂が１０重量％の配合比によって構成される。試料１７に係る熱容量制御材料７０は、接着性樹脂および硬化剤が１０重量％、無機フィラーが８０重量％、及び離形性樹脂が１０重量％の配合比によって構成される。なお、最高到達温度、塗布性能及び除去性能は、前述した試料１から試料７と同様の条件によって測定及び評価を実施した。【００２２】
図２の表に示すように、試料１３における最高到達温度は、２４７℃であった。試料１４における最高到達温度は、２４５℃であった。試料１５における最高到達温度は、２４４℃であった。試料１６及び試料１７における最高到達温度は、２４３℃であった。また、比較例における最高到達温度は、２６５℃であった。すなわち、試料１３〜１７では、同条件で加熱した場合の比較例に比べて、電子部品４０の最高到達温度を約１８℃から２２℃低い温度に制御することが可能となった。塗布性能においては、試料１４〜１６においてのみ○判定であった。除去性能においては、試料１４〜試料１６においてのみ○判定であった。したがって、試料１４〜１６においては、熱容量制御材料７０の塗布性能及び除去性能を阻害することなく、本試料の目的である熱容量の小さい電子部品の熱容量の制御が可能であることを確認できた。【００２３】
なお、電子部品４０の外装は、エポキシ等からなる実装封止材料によって形成されている。電解コンデンサの外装材料は、例えば金属材料によって形成されている。なお、電子部品４０の外装が、ガラス、アルミニウム、銅、又は鉄から形成されている場合でも同様の除去性能が得られることが確認できた。即ち、電子部品４０の外装が、エポキシ材料、ガラス材料又は金属材料から形成されていれば、電子部品４０の外装に熱容量制御材料７０の残渣が発生すること無く除去することができることが確認できた。【００２４】
図３は、本発明の試料に係る電子部品実装方法の温度履歴を示すグラフである。図３では、先の図１Ｃにおける電子部品４０上の温度履歴を示す。すなわち、電子部品４０の一方の面上に熱容量制御材料７０が装着された場合において、基板１０をリフローする工程における電子部品４０上の温度履歴を示す。縦軸は熱電対（不図示）によって測定された電子部品４０の温度を示す。横軸はリフロー工程における経過時間を示す。なお、リフロー工程において、１００秒〜２８０秒の間は予備加熱処理であり、３３０秒〜４３０秒の間はリフロー処理であり、４３０秒〜５３０秒の間は冷却処理である。比較例における温度履歴は実線で示した。代表例として、試料４及び試料１１における温度履歴が示している。試料４における温度履歴は点線で示した。試料１１における温度履歴は破線で示した。
測定の結果、図３に示すように、比較例における電子部品４０の最高到達温度は２６５℃であった。一方、試料４における電子部品４０の最高到達温度は２４５℃であった。試料１１における電子部品４０の最高到達温度は２４４℃であった。それに対して、比較例における電子部品４０の最高到達温度は、２６５℃であった。図４に示す温度履歴から、同条件で加熱した場合の比較例に比べて、電子部品４０の最高到達温度を約２０℃低い温度に制御可能となることが確認できた。【００２５】
本実施例に係る熱容量制御材料によれば、熱容量制御材料を電子部品上に装着することによって電子部品の熱容量を一時的に増加させることができる。また、装着された熱容量制御材料７０は、不図示の治具などによって、容易に除去可能である。このとき、例えば１００ｇｆ〜１．０ｋｇｆの荷重を、硬化した熱容量制御材料７０の側面に、基板１０と略水平方向から加えることによって、熱容量制御材料７０を電子部品４０上から容易に除去することができる。したがって、熱容量が異なる複数の電子部品を基板１０に実装する際に、熱容量の小さい電子部品４０におけるリフロー時の熱損傷を抑制することができる。このとき、熱容量制御材料７０は、リフロー後に電子部品４０から取り外されることになるため、電子部品４０の体積を増加させること無く、リフロー時の熱損傷を抑制することが可能となる。【００２６】
また、本実施例の電子部品実装方法に係る熱容量制御材料７０が装着される電子部品４０の一方の面が、エポキシ材料、ガラス材料又は金属材料から形成されている。このような構成にすれば、電子部品４０の一方の面に熱容量制御材料７０の残渣が発生すること無く除去することができる。
また、基板上に熱容量が異なる複数の電子部品を実装する場合に、熱容量が大きい電子部品を確実に実装できるとともに、熱容量が小さい電子部品に生じる過昇温による特性劣化を抑制することが可能となる。【００２７】
接着性樹脂は、主剤としてエポキシ系の材料、或いは、フェノール系の材料を用いることが可能である。より具体的には、本実施例において使用可能なエポキシ系、フェノール系の材料としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ、ビスフェノールＦ型エポキシ、ナフタレン型エポキシ、ビフェニル型エポキシ、臭素化エポキシ、フェノールノボラック型エポキシ、クレゾールノボラック型エポキシなどが挙げられる。これらの接着性樹脂は、粘性が強いため熱容量制御材料に接着性を付与することができる。
硬化剤としては、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−ウンデシルイミダゾール、２，４−ジアミノ−６−［２−メチルイミダゾール−（１）］−エチル−Ｓ−トリアジン、１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチル−２−ウンデシルイミダゾール、２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール、２−フェニル−４、５−ジヒドロキシメチルイミダゾールなどを用いることができる。これらの硬化剤は、接着性樹脂に添加され、２００℃〜２３０℃に加熱した場合に、接着性樹脂に対して５秒以上３０秒以下で硬化する性質を付与するものである。
また、硬化剤の添加量は９重量％〜２９重量％の範囲内であることが好ましい。硬化剤の添加量が９重量％のときにはエポキシ樹脂が９１重量％であり、硬化剤の添加量が２９重量％のときにはエポキシ樹脂が７１重量％である。すなわち、硬化剤の添加量およびエポキシ樹脂の添加量は、エポキシ樹脂が９１重量％〜７１重量％の添加量を有していて、そのときに、硬化剤の添加量は９重量％〜２９重量％の範囲内であることが好ましい。このような範囲内であれば、熱容量制御材料が短時間で硬化するとともに、その粘度が上昇することを防止できる。また、本実施例では、硬化剤をマイクロカプセル型とする。当該マイクロカプセルは、例えばポリウレタン系の材料からなる。このように、硬化剤をマイクロカプセルによって内包することによって、低い温度で硬化せず、所定の温度以上で硬化するようにできる。ポリウレタン系の材料は、約２００℃〜２３０℃の融点を有する。したがって、熱容量制御材料は、約２００℃以下の温度では硬化せず、２００℃以上になったときに硬化する。このとき、マイクロカプセルを熱容量制御材料中に均一に分散させることにより、短時間での硬化が可能となる。例えば、２００℃〜２３０℃の加熱温度において３０秒以下で硬化させることが可能である。
マイクロカプセルの周囲には、接着性樹脂と離形性樹脂が存在する。そのうち、接着性樹脂は、例えばエポキシを主とする成分からなる樹脂材料である。したがって、マイクロカプセルが壊れると、内包されている硬化剤とエポキシ樹脂が混じり合うことによって、化学的な吸熱反応が生じる。この吸熱反応によって、電子部品の被装着面から電子部品の熱を吸収し、熱容量制御材料の熱容量を一時的に増加させることができる。
次に、無機フィラーについて説明する。熱容量を増加させるための無機フィラーは、接着性樹脂よりも比熱が高い無機材料を主成分としていることが望ましい。無機材料としては、例えば、アルミナ、シリカ、クロミア及びチタニアからなる非導電性の金属酸化物、又は窒化アルミニウム及び窒化珪素などが用いることができる。無機フィラーはこのような無機材料で形成されているため、熱容量をより増加させることができる。
次に、離形性樹脂について説明する。熱容量制御材料を電子部品の外装から取り外しし易くする（即ち、離形性を与える）ための離形性樹脂としては、例えば、シリコーン系の樹脂を用いることができる。シリコーン材料は表面張力が低いため、熱容量制御材料の一成分としてシリコーン系の樹脂を用いることによって、上述した離形性が高めることが可能となる。なお、シリコーン系の樹脂は、例えば、市販されている種々のシリコーン材料を適宜選択して用いることができる。
電子部品に対する離型性は、硬化した熱容量制御材料の側面から、基板１０と略水平方向に加重を加えることによって確認することができる。なお、ここで加える荷重は、例えば１００ｇｆ〜１．０ｋｇｆの荷重であり、不図示の治具により熱容量制御材料に加えられる。熱容量制御材料の電子部品に対する離型性が高い場合、熱容量制御材料は、電子部品の被装着面に残渣を発生すること無く除去される。【００２８】
このように、熱容量制御材料を装着することによって、装着された電子部品の熱容量を一時的に高めることができる。その際、特に、温度が上昇し易い小型電子部品に装着することによって、温度の上昇を確実に抑制し、温度上昇による破損を防ぐという顕著な効果を得ることが出来る。
本実施例における熱容量制御材料は、リフロー工程における加熱によって硬化する接着性樹脂と、リフロー後に取り外しが容易な離形性樹脂とを含む。更には、本実施例における熱容量制御材料には、これらの樹脂の他に、接着性樹脂よりも比熱が高い無機フィラーが含まれる。このような無機フィラーを含ませることによって、熱容量制御材料の熱容量をより増加させることができる。【００２９】
また、接着性樹脂、硬化剤及び無機フィラーを合わせた混合材料と、離形性樹脂との配合比を最適化することによって、加熱中に熱容量制御材料の形が崩れること（熱だれ）を抑制することが可能である。例えば、熱容量制御材料中、混合材料が６５重量％〜９０重量％の範囲に含まれ、離形性樹脂が３５重量％〜１０重量％の範囲内の割合で含まれるようにすることが望ましい。接着性樹脂、硬化剤及び無機フィラーを合わせた混合材料が９０重量％以上含まれ、更に、離形性樹脂が１０重量％以下の割合で含まれている場合には、電子部品に対する硬化密着力が高くなりすぎ、リフロー後（加熱後）における熱容量制御材料の容易な除去が不可能となる。熱容量制御材料において、接着性樹脂、硬化剤及び無機フィラーを合わせた混合材料が６４重量％以下含まれ、更に、離形性樹脂が４６重量％以上の割合で含まれている場合、熱容量制御材料の硬化が不十分となり、熱容量制御材料を除去する際に残渣が残るなどの問題が発生する。
具体的には、接着性樹脂が５重量％〜３０重量％、無機フィラーが６０重量％及び離形性樹脂が３５重量％〜１０重量％の割合で含まれていることが望ましい。また、接着性樹脂が１３重量％〜１８重量％、無機フィラーが６０重量％〜４０重量％、離形性樹脂が２７重量％〜４２重量％の割合で含まれていることが望ましい。また、接着性樹脂が２０重量％〜４０重量％、無機フィラーが７０重量％〜５０重量％及び離形性樹脂が１０重量％の割合で含まれていることが望ましい。
ここで、熱容量制御材料中に、無機フィラーが６０重量％であり、且つ、接着性樹脂が５％未満であるような配合比で含まれる場合は、熱容量制御材料の粘度が上昇してしまい、後述するディスペンサーによって、熱容量制御材料を塗布形成することが困難となる。一方、熱容量制御材料中に、無機フィラーが６０重量％であり、且つ、熱容量制御材料中の接着性樹脂が３０重量％よりも多いような配合比で含まれる場合は、熱容量制御材料の熱容量が不足してしまうという問題が発生する。
更には、熱容量制御材料中に、接着性樹脂が１３重量％未満であり、且つ、熱容量制御材料中の無機フィラーが６０重量％よりも多いような配合比で含まれる場合は、熱容量制御材料の粘度が上昇してしまい、後述するディスペンサーによって、熱容量制御材料を塗布形成することが困難となる問題が発生する。一方、熱容量制御材料中に、接着性樹脂が１８重量％よりも多く、且つ、無機フィラーが４０重量％未満であるような配合比で含まれる場合は、熱容量制御材料の熱容量が不足してしまうという問題が発生する。
更には、熱容量制御材料中に、接着性樹脂が２０重量％未満であり、且つ、無機フィラーが７０重量％よりも多くなるような配合比で含まれる場合は、熱容量制御材料の粘度が上昇してしまい、後述するディスペンサーによって、熱容量制御材料を塗布形成することが困難となるという問題が発生する。一方、熱容量制御材料中に、接着性樹脂が４０重量％よりも多く、且つ、無機フィラーが５０重量％未満であるような配合比で含まれる場合は、熱容量制御材料の熱容量が不足してしまうという問題が発生する。【００３０】
以上のように、本実施例に係る熱容量制御材料は、前述したように、例えば、基板１０上に、電子部品４０、電子部品５０及び電子部品６０を搭載するリフロー工程に適用可能である。【００３１】
その結果、本実施例に係る熱容量制御材料によれば、熱容量制御材料を電子部品上に装着することによって、電子部品の熱容量を一時的に増加させることができる。そのため、リフロー工程において、熱容量の小さい電子部品の熱損傷を抑制することができる。【００３２】
また、本実施例に係る熱容量制御材料は、フロー槽を使用したはんだ付け工程にも適用可能である。また、一旦はんだ付け実装した電子部品を取り外し、再実装するリペア工程にも適用可能である。
また、鉛フリーはんだを使用した基板に本実施例を適用した場合には、当該はんだの融点温度が高いため、より効果的に、熱容量の小さい電子部品の熱損傷を抑制することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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