(57)【要約】      （修正有）【課題】ピンホールの発生を抑制でき、厚い膜厚の保護被膜を、回路基板に形成できる方法を提供する。【解決手段】基板４に形成された基板電極７に電子部品５が接合され、電子部品５と基板４の間に高さdが“100μm≦d≦500μm”の空間Ｘが形成された回路基板１００に対して、粘度Aが“30mPa・s≦A≦500mPa・s”である第1樹脂１を空間Ｘに充填する量を供給して、硬化後の状態で少なくとも基板電極７、電子部品５、基板電極７と電子部品５との接合部３の表面を覆う第１工程Ｓ１と、第１樹脂１を硬化させる第２工程Ｓ２と、硬化した第１樹脂１の表面に、第１樹脂１と相溶し、かつ粘度Bが“500mPa・s＜B≦5000mPa・s”である第２樹脂２を供給する第３工程Ｓ３と、第２樹脂２を硬化させる第４工程Ｓ４を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された基板電極に電子部品が接合され、前記電子部品と前記基板の間に高さdが“ 100μm ≦ d ≦500μm ”の空間が形成された回路基板に対して、粘度Aが“ 30mPa・s ≦ A ≦ 500mPa・s ”である第１樹脂を前記空間に充填する量を供給して、硬化後の状態で少なくとも前記基板電極、前記電子部品、前記基板電極と前記電子部品との接合部の表面を覆う第１工程と、
前記第１樹脂を硬化させる第２工程と、
硬化した前記第１樹脂の表面に、前記第１樹脂と相溶し、かつ粘度Bが“ 500mPa・s ＜ B ≦ 5000mPa・s ”である第２樹脂を供給する第３工程と、
前記第２樹脂を硬化させる第４工程を有する
保護被膜形成方法。
【請求項２】
前記第１樹脂がポリオレフィン系樹脂、前記第２樹脂がポリウレタン系樹脂の組み合わせ、または、前記第１樹脂がアミドイミド系樹脂、前記第２樹脂がエポキシ系樹脂の組み合わせである
請求項１に記載の保護被膜形成方法。
【請求項３】
基板の基板電極に電子部品が接合された回路基板と、前記基板電極と前記電子部品および前記基板電極と前記電子部品との接合部を、保護皮膜で覆った実装構造体であって、
前記保護皮膜は、
前記基板と前記電子部品との間の空間に充填されるとともに、前記基板電極と前記電子部品および前記接合部の表面を覆う第１樹脂と、
前記基板電極と前記電子部品と前記接合部および前記第１樹脂を覆って前記第１樹脂と接触している界面が、前記第１樹脂に相溶している第２の樹脂とを有している
実装構造体。
【請求項４】
前記第１樹脂がポリオレフィン系樹脂、前記第２樹脂がポリウレタン系樹脂の組み合わせ、または、前記第１樹脂がアミドイミド系樹脂、前記第２樹脂がエポキシ系樹脂の組み合わせである
請求項３記載の実装構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を搭載した回路基板を、水やガスへの暴露による劣化から防止するために、前記回路基板の表面に保護被膜を形成する方法と、この保護被膜を施した回路基板を使用した実装構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温高湿の環境や、硫黄化合物など反応性物質が周囲に存在する環境で使用される電子機器は、その回路基板が、雰囲気ガス中の水分や反応性物質によって表面が腐食し、損傷を受ける。
【０００３】
そのため、このような厳しい環境下に曝される回路基板は、雰囲気ガスへの暴露を防止するために、回路基板の表面に樹脂材料を塗布して形成した保護被膜を設けることで対応している。
【０００４】
形成される前記保護被膜は、回路基板の表面露出を防止することが重要であり、表面露出の発生原因に対処しなければならない。その発生原因とは、回路基板の表面に残存する異物によって樹脂材料が弾かれて発生するピンホールや、電子部品と回路基板の間の幅100μmから500μmの狭空間に残存した空気が、樹脂材料の硬化時に抜けずに残ることで発生するピンホールによるものである。
【０００５】
特許文献１には、回路基板の表面露出を防止する保護被膜ではないが、感温抵抗体素子の表面にポリイミド多層膜を形成したものが記載されている。図６に示すこの感温抵抗体素子は、ボビン２０３の表面に白金薄膜２０４が形成されている。ボビン２０３には、白金薄膜２０４に導通する金属製のキャップ２０１が装着されている。キャップ２０１の表面から白金薄膜２０４の表面を覆うように、ポリイミド多層膜２０２が形成されている。このポリイミド多層膜２０２の形成方法は、溶剤で希釈して粘度を100〜500mPa・sに調整したポリイミド２０２ａを使用して、感温抵抗体素子の表面に薄膜を形成することで、キャップ２０１の表面とボビン２０３間の段差部や、白金薄膜２０４のトリミング溝２０５に気泡を生じさせずに凹凸を無くすか、緩やかにする。その後に、粘度が3000mPa・sのポリイミド２０２ｂで更にコーティングして、ポリイミド多層膜２０２を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−０７５５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の形成方法では、ピンホールの発生を抑制された膜厚10〜20μmの保護被膜を形成できるが、特に、周囲の温度が150℃程度と高く、腐食性ガスが存在する自動車のエンジンルームに使用される保護対象物などには、膜厚500μm以上の保護被膜が必要である。このような場合には、膜厚を増すために高粘度のポリイミドを使用する必要があり、多層膜を使用した場合に多層膜のなじみが悪いため界面に気泡が残留しピンホールが見られる。
【０００８】
また、低粘度のポリイミドで多数回塗布した場合は、塗布の度に中心部からの樹脂が流れるため膜厚500μm以上の保護被膜は形成できない。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ピンホールの発生を抑制し回路基板の表面露出を防止する、膜厚500μm以上の保護被膜の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の保護被膜形成方法は、基板に形成された基板電極に電子部品が接合され、前記電子部品と前記基板の間に高さdが“ 100μm ≦ d ≦500μm ”の空間が形成された回路基板に対して、粘度Aが“ 30mPa・s ≦ A ≦ 500mPa・s ”である第１樹脂を前記空間に充填する量を供給して、硬化後の状態で少なくとも前記基板電極、前記電子部品、前記基板電極と前記電子部品との接合部の表面を覆う第１工程と、前記第１樹脂を硬化させる第２工程と、硬化した前記第１樹脂の表面に、前記第１樹脂と相溶し、かつ粘度Bが“ 500mPa・s ＜ B ≦ 5000mPa・s ”である第２樹脂を供給する第３工程と、前記第２樹脂を硬化させる第４工程を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の実装構造体は、基板の基板電極に電子部品が接合された回路基板と、前記基板電極と前記電子部品および前記基板電極と前記電子部品との接合部を、保護皮膜で覆った実装構造体であって、前記保護皮膜は、前記基板と前記電子部品との間の空間に充填されるとともに、前記基板電極と前記電子部品および前記接合部の表面を覆う第１樹脂と、前記基板電極と前記電子部品と前記接合部および前記第１樹脂を覆って前記第１樹脂と接触している界面が、前記第１樹脂に相溶している第２の樹脂とを有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この構成によると、電子部品と基板の間の空間に第１樹脂を浸透させて、この空間にある残存空気を除去することで、第２樹脂の保護被膜を形成する工程におけるピンホールの発生を抑制できる。さらに、第２樹脂を供給する際に、第１樹脂を第２樹脂に相溶させることで、２層被膜の際に問題となる界面形成を抑制することができる。
以上のように、本発明の保護被膜形成方法によれば、500μm以上の膜厚でピンホールの発生を抑制できるため、回路基板などの劣化を防止し、信頼性を高めることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の保護被膜形成方法のフローチャート
【図２】（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施の形態１における保護被膜が形成される前の回路基板の側面図と保護被膜が形成される過程の側面断面図
【図３】本発明の実施の形態1において形成された実装構造体の（ａ）上面図と（ｂ）側面断面図
【図４】（ａ）第２工程Ｓ２が完了して空間Ｘに隙間無く第１樹脂１が充填できた良好な状態の断面図と、（ｂ）第２工程が完了して空間Ｘに第１樹脂１が十分に充填できなかったために気泡１５が発生した不良状態の断面図
【図５】本発明にかかる実施の形態２における引き剥がし試験に用いる試料の説明図
【図６】感温抵抗体素子の表面にポリイミド多層膜を形成した特許文献１の拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の保護被膜形成方法を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、保護被膜の形成方法のフローチャートである。
【００１４】
保護被膜は、第１工程Ｓ１〜第４工程Ｓ４によって回路基板に形成される。
図２（ａ）は、保護被膜が形成される前の回路基板１００の断面図を示す。図２（ｂ）が第１工程、図２（ｃ）が第２工程、図２（ｄ）が第３工程、図２（ｅ）が第４工程を示している。
【００１５】
図２（ａ）において、回路基板１００は、基板電極７が形成された基板４と、基板電極７に半田３を用いて接合されている電子部品５を有している。電子部品５と基板４の間の空間Ｘにおける基板４と電子部品５との間の高さdが“ 100μm ≦ d ≦ 500μm ”である。
【００１６】
具体的には、電子部品５は5750サイズのチップコンデンサ、電子部品５と基板４の間の空間Ｘにおける基板４と電子部品５との間の高さdが150μｍ、半田３にはSn-3.0Ag-0.5Cuを用いた。
【００１７】
第１工程Ｓ１では、ディスペンサ１０Ａによって第１樹脂１を、回路基板１００の表面全体に上から２ｍｌ供給した。この塗布は、硬化後の状態で基板電極７、電子部品５、半田３の表面を覆うように供給した。第１樹脂１には、粘度Aが“ 30mPa・s ≦ A ≦ 500mPa・s”の範囲の粘度100mPa・sのポリオレフィン系樹脂材料を使用した。塗布された第１樹脂１は、電子部品５と基板４の間の空間Ｘに浸透し、空間Ｘの隙間は第１樹脂１によって隙間なく満たされた。
【００１８】
第２工程Ｓ２では、第１工程Ｓ１で回路基板１００の表面全体に供給された第１樹脂１を、温度２５℃の環境で３０分保持し硬化させて保護被膜１Ａとした。この硬化した第１樹脂１は、空間Ｘを隙間なく満たしており、ピンホールの要因となる残存空気が除去されていた。
【００１９】
第３工程Ｓ３では、硬化した第１樹脂の保護被膜１Ａの表面に、保護被膜１Ａの表面全体に上からディスペンサ１０Ｂを用いて、粘度Bが“ 500mPa・s ＜ B ≦ 5000mPa・s ”の第２樹脂２を４ｍｌ供給した。第２樹脂２は第１樹脂１と相溶する樹脂であればよく、ここでは第２樹脂２として、第1樹脂1のポリオレフィン系樹脂材料と相溶するポリウレタン系樹脂材料を用いた。粘度Bは4000mPa・sであった。
【００２０】
第４工程Ｓ４では、保護被膜１Ａの表面全体に供給された第２樹脂２を、温度２５℃の環境で１２時間保持し硬化させて保護被膜２Ａとした。図２（ｅ）の仮想線８は保護被膜１Ａと第２樹脂２Ａとの界面を示しているが、第２樹脂２は保護被膜１Ａと相溶されて、実際には、前記１２時間の保持の間に保護被膜１Ａと保護被膜２Ａとの界面は見られない。このようにして、保護被膜１Ａと保護被膜２Ａが相溶した保護被膜１２を得た。
【００２１】
以上の第１工程Ｓ１〜第４工程Ｓ４を経て、回路基板１００に保護被膜１Ａ，２Ａからなる保護被膜が形成された実装構造体２００を得た。その構成を図３（ａ）（ｂ）に示す。
【００２２】
図３（ａ）は、作製された実装構造体の上面図である。電子部品５、半田３は第2樹脂２に覆われているため表面には見ることはできないが、位置関係を示すために破線で図示した。図３（ｂ）は、図３（ａ）の接合構造体のＡ−ＡＡ間の断面図である。第１樹脂１の保護被膜１Ａと第２樹脂２の保護被膜２Ａとは相溶されており、第１樹脂１と第２樹脂２との界面は相溶により消失し密着されていた。この保護被膜１２の最小の膜厚を測定すると、その厚みは１mmであった。外観から観測すると基板４の表面露出は見当たらず、ピンホールも発生されなかった。
【００２３】
以上のように、本発明の実施の形態１における回路基板への保護被膜の形成方法により、ピンホールの発生を抑制し、回路基板１００の表面露出が防止され、周囲の温度が150℃程度と高く、腐食性ガスが存在する自動車のエンジンルームに使用される膜厚が500μm以上の、膜厚が１mmの保護被膜１２が形成された実装構造体２００が作製された。
【００２４】
次に、保護被膜の形成方法の形成条件について考察する。
電子部品５と基板４の間に高さｄが“ 100μm ≦ d ≦ 500μm”である空間Ｘが存在する場合には、顕著に発生するピンホールを抑制するため、次のような形態をとる必要がある。
【００２５】
まず、粘度Aが“ 30mPa・s ≦ A ≦ 500mPa・s ”である第１樹脂１を供給する第１工程Ｓ１が必要である。この工程は、空間Ｘに第１樹脂１を浸透させることで、ピンホールの要因となる空間の残存空気を除去することが目的である。
粘度Ａが500mPa・sより大きい場合、空間Ｘに十分に第1樹脂１が浸透しない。また、粘度Ａが30mPa・sより小さい場合、形成される膜厚が非常に小さいため、空間Ｘを第１樹脂１によって隙間なく充填することができず、空気が残存する。そのため、第１樹脂１の粘度Ａは、“30mPa・s ≦ A ≦ 500mPa・s ”とする必要がある。
【００２６】
第１樹脂１を硬化させ、保護被膜１Ａを形成する第２工程Ｓ２は、空間Ｘの残存空気を除去した状態で第１樹脂１を硬化し、被膜を形成することで空間Ｘを封止することが目的である。
【００２７】
保護被膜１Ａの表面に、第１樹脂と相溶し、かつ粘度Bが“ 500mPa・s ＜B ≦5000mPa・s ”である第２樹脂２を供給する第３工程Ｓ３は、第２樹脂２が硬化した主となる保護被膜である保護被膜２Ａを形成することと、第２樹脂２を供給した際に、第２樹脂２に第１樹脂１の保護被膜１Ａを相溶させることで、保護被膜１Ａと保護被膜２Ａとの界面の密着力を高めることが目的である。そのため、第２樹脂２は、第１樹脂１と相溶性を持つ樹脂を用いることが必要である。
【００２８】
第２樹脂２が保護被膜１Ａに相溶しない場合、第１樹脂１と第２樹脂２との間に界面層が形成される。形成された界面層は密着力が低いため剥離しやすく、また、外気の浸透も生じやすいため、保護被膜に求められる周囲環境からの保護が不十分となる。第２樹脂２の粘度Bが500mPa以下の場合、保護被膜の膜厚が薄いため長期間の回路基板１００の表面の保護が困難である。第２樹脂２の粘度Bが5000mPa・sより大きい場合、粘度が高すぎるために第２樹脂２自身に内包された気泡が脱離できず、ピンホールを発生させる。そのため、粘度Bを“ 500mPa・s ＜ B ≦ 5000mPa・s ”とする必要がある。
第２樹脂２を硬化させ、保護被膜２Ａを形成する第４工程Ｓ４は、基板４と電子部品５を半田で接合する接合部を有する面に、第１樹脂と相溶した第２樹脂の保護被膜を形成し、基板４および電子部品５、半田３を保護することができる。
【００２９】
(実施例１)
ここでは、第１工程Ｓ１における第１樹脂１の粘度の違いによる、膜厚、空間Ｘへの充填度合いについて考察する。
【００３０】
粘度700mPa・sのポリオレフィン材料をシンナーで希釈して、25〜700mPa・sの範囲に粘度Ａを調整した第１樹脂１の試料1-1〜試料1-10を作製し、これをディスペンサ10Ａで２mlを基板４の上に塗布した。電子部品５と基板４の間の空間Ｘの高さｄは150μｍであった。
【００３１】
その後、第２工程Ｓ２では25℃で30分間保持し、基板４の上に塗布した試料1-1〜試料1-10の第１樹脂１を硬化させた。その結果を下記の表１に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１の試料1-1から試料1-10について、上記のように第１，第２工程Ｓ１，Ｓ２を経て保護被膜１Ａの形成を行った後に、空間Ｘへの第１樹脂１の入り込みの評価のために、電子部品５の外周部を目視で観察し、空間Ｘのあった箇所に第１樹脂１が充填され、空気が残存していない場合を“○ ”とした。空気が残存していた場合を“× ”とした。
【００３４】
図４は第２工程Ｓ２を完了した直後の断面図である。
硬化した第１樹脂１が空間Ｘへ隙間なく充填されている試料1-2の場合を、図４（ａ）に示す。試料1-3〜試料1-9も図４（ａ）と同様であった。硬化した第１樹脂１が空間Ｘへ十分に充填できなかったために気泡１５が発生した試料1-10の場合を、図４（ｂ）に示す。試料1-1も図４（ｂ）と同様であった。
【００３５】
結果をまとめると、試料1-1では、第１樹脂１の粘度が高すぎるため、空間Ｘへ十分に浸透せず空気が残存しており、第１樹脂１の乾燥過程において空間Ｘの空気が漏れ出して気泡が生成された。
【００３６】
試料1-2から試料1-9では、第１樹脂１が十分に空間Ｘに充填されていた。試料1-10では、気泡１５ができており第１樹脂１の充填量が少なかった。これは、膜厚は樹脂の粘度によって決まり、試料1-10では粘度が25mPa・sと低いため、基板４と電子部品５の表面に沿って薄く濡れ広がって膜となってしまったために、空間Ｘに第１樹脂１が十分に充填されなかったと考えられる。
【００３７】
以上から、第１樹脂１で形成される膜厚は、電子部品３の下部の空間Ｘに第１樹脂１を充填することが必要であることから、少なくとも前記高さｄ以上である。
次に、試料1-1〜試料1-10の第1樹脂1によってそれぞれの基板４の上を被膜した表面全体に、第３工程Ｓ３では、第２樹脂２として、粘度1500mPa・sのポリウレタン材料を硬化後の最大厚みが１mmとなるよう４mlをディスペンサ１０Ｂで塗布した。
【００３８】
第４工程Ｓ４では、これを25℃で12時間保持し、第２樹脂２を硬化させた。第２樹脂２を硬化させた後の、電子部品５の周囲のピンホール発生状況を、下記の表2に示す。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
表２に示すように、第２工程Ｓ２後に保護被膜１Ａに気泡が生成していた試料1-1では、保護被膜２Ａにピンホールが発生した。これは、第２樹脂２を塗布した際に、第１樹脂１が相溶し、気泡が破れて空気が漏れ出したためである。
第１樹脂１が空間Ｘに充填されていた試料1-2から1-9では、保護被膜２Ａにピンホールが発生しなかった。
【００４１】
空間Ｘへの第１樹脂１の充填が不十分であった試料1-10は、空間Ｘに接する位置の保護被膜２Ａにピンホールが発生した。これは、粘度が高い第２樹脂２を塗布した際に、空間Ｘに残存した空気が抜けきらず、第２樹脂２の保護被膜１２上に気泡として残存したためと考えられる。
【００４２】
また、比較のために試料1-5の作製において第２工程Ｓ２を省略し、第１樹脂１を硬化させずに第２樹脂２を塗布、硬化させた試料を作製したが、空間Ｘに充填された第１樹脂１が第２樹脂２に未硬化の状態で混合してしまったためピンホールが発生した。
【００４３】
このような結果から、第１工程Ｓ１、第２工程Ｓ２において、第１樹脂１を空間Ｘに充填した場合、ピンホールの発生が抑制されていることを確認した。試料1-2から試料1-9までの試料で信頼性試験を行ったところ、試料1-2から試料1-9の全てが信頼性試験の検査に合格した。
【００４４】
次に、第１工程Ｓ１、第２工程Ｓ２で第１樹脂１を塗布、硬化した後に、第３工程Ｓ３、第４工程Ｓ４で第２樹脂２を塗布、硬化した際の、保護被膜の密着性を評価した。ここでは、図５に示す引き剥がし試験用の試験片を作製し、保護被膜の引き剥がし試験を行った。
【００４５】
引き剥がし試験は次のようにして実施した。
まず、基板４ａ上に粘度100mPa・sの第１樹脂１を２ml塗布し、25℃で30分保持し、第１樹脂１を硬化させた。
【００４６】
次に、硬化した第１樹脂１の被膜上に、第２樹脂２としてポリウレタン材料(粘度＞500mPa・s)を１mm塗布し、さらにその上に基板４ｂを搭載して25℃で12時間保持し、第２樹脂２を硬化させて試験片を作製した。
【００４７】
作製した試験片を、基板４ａ上の把持点Ｙ１と基板４ｂ上の把持点Ｙ２で把持し、上下に引っ張ることで引き剥がしを行い、剥離面を目視で観察した。
第１樹脂１として、表3に示すような樹脂を選定して試験を行い、第１樹脂１の種類による剥離形態の変化を、断面観察を行い評価した。
【００４８】
【表３】
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【００４９】
それに対して、相溶性を示さないエポキシ材料やアクリル材料を第１樹脂１とした試料3-2，試料3-3の場合には、第１樹脂１と第２樹脂２の界面で容易に剥離した。このような保護被膜は界面からの水や反応性物質が浸入しやすいため、回路基板の保護被膜として問題があり、実際に上記の信頼性試験では、試料3-1では問題が無かったが、試料3-2、3-3では絶縁破壊が生じ、第２樹脂２が第１樹脂１を相溶しない条件では所望の信頼性を確保できなかった。
【００５０】
また、試料3-1と同じポリオレフィンを第１樹脂１でも、試料3-4のように相溶性を示さないポリアミドを第２樹脂２とした場合、第１樹脂と第２樹脂の界面で容易に剥離した。
さらに、試料3-2の第１樹脂１であるエポキシを、第２樹脂２として使用した場合でも、エポキシと相溶性を示すアミドイミドを第１樹脂１として用いた試料3-5の場合は、第１樹脂１と第２樹脂２の密着性が良く、剥離は第１樹脂１と基板４の界面で生じた。
【００５１】
なお、ピンホールの発生の抑制と相溶による界面の密着性を大きくするために、本発明の保護被膜の形成方法における第１樹脂１はポリオレフィン系材料、第２樹脂２はポリウレタン材料であることが望ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、所定の第２樹脂２に対して、相溶性を示す樹脂を第１樹脂１として選定すれば本発明の効果は発揮される。
【００５２】
また、本発明の保護被膜の形成方法における第１樹脂の塗布範囲は、電子部品と基板の間の空間に充填することと、硬化後の状態で少なくとも基板電極、電子部品、基板電極と電子部品との接合部の表面を覆う範囲が望ましいが、ピンホールの発生を抑制するために、第１樹脂の塗布として電子部品と基板の間の空間に充填することは必須である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、500mPa・s以上の高粘度樹脂を用いた保護被膜においてもピンホール発生を抑制できる効果を有し、例えば耐熱ウレタンやシリコーンのような自動車用回路基板の保護被膜として使用される樹脂でも使用でき、信頼性を高めることが出来る。
【符号の説明】
【００５４】
１  第１樹脂
１Ａ  第１樹脂が硬化した保護被膜
２  第２樹脂
２Ａ  第２樹脂が硬化した保護被膜
３  半田
４  基板
５  電子部品
７  基板電極
１０Ａ，１０Ｂ  ディスペンサ
１２  保護被膜１Ａと第２樹脂が相溶した保護被膜
１００  回路基板
２００  実装構造体
Ｘ  空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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