(57)【要約】【課題】電子部品同士を接合して得られた電子部品実装構造体におけるクラックや剥離の発生を防止することができる電子部品実装用接着剤及びこのような電子部品実装用接着剤により電子部品同士を接合して得られる電子部品実装構造体を提供することを目的とする。【解決手段】電子部品実装構造体１において、第１の回路基板１１と第２の回路基板１３を電子部品実装用接着剤２０によって接合する。ここで、電子部品実装用接着剤２０は、熱硬化性樹脂２１に、その熱硬化性樹脂２１の硬化物のガラス転移温度Ｔｇよりも低い融点Ｍｐを有する金属粒子２２を分散させたものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂に、この熱硬化性樹脂の硬化物のガラス転移温度よりも低い融点を有する金属粒子を分散させて成ることを特徴とする電子部品実装用接着剤。
【請求項２】
金属粒子の含有率が２０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装用接着剤。
【請求項３】
金属粒子が、Ｓｎと、Ｐｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｃｕの少なくとも１つの金属とを含む合金から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品実装用接着剤。
【請求項４】
熱硬化性樹脂に無機フィラーを分散させたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品実装用接着剤。
【請求項５】
金属粒子の粒子径が３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電子部品実装用接着剤。
【請求項６】
金属粒子の融点は、熱硬化性樹脂の硬化物のガラス転移温度よりも１０℃以上低いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電子部品実装用接着剤。
【請求項７】
第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極が電気的に接続され、熱硬化性樹脂を主成分とする電子部品実装用接着剤が熱硬化した接着剤硬化物によって両電子部品が接合された電子部品実装構造体であって、接着剤硬化物中に、前記熱硬化性樹脂の硬化物のガラス転移温度よりも低い融点を有する金属粒子が含まれていることを特徴とする電子部品実装構造体。
【請求項８】
金属粒子の融点は、熱硬化性樹脂の硬化物のガラス転移温度よりも１０℃以上低いことを特徴とする請求項７に記載の電子部品実装構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品同士の接合に用いられる電子部品実装用接着剤及びこの電子部品実装用接着剤により電子部品同士を接合して得られる電子部品実装構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップや回路基板等の電子部品が他の電子部品と接合されて成る電子部品実装構造体の中には、電極同士が半田等によって電気的及び機械的に接続されると同時に、両電子部品に挟まれた空間で熱硬化した熱硬化性樹脂の硬化物によって両電子部品が強固に接合されたものがある。このような電子部品実装構造体では、ヒートサイクル試験等によって大きな温度変化が与えられた場合であっても、両電子部品の線膨張係数が異なることに起因して生じる熱応力を熱硬化性樹脂の硬化物全体で受けることができるため、電極同士の接合面への熱応力の集中が避けられる。この場合、熱硬化性樹脂は電子部品同士を接合する電子部品実装用接着剤として機能しており、両電子部品の電極同士を接続する際、或いは電極同士が接続された後に、両電子部品の間に供給されて熱硬化される。
【特許文献１】特開２００６−１６９３９５号公報
【特許文献２】特開２００４−３２３７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、有機物である熱硬化性樹脂の硬化物は、一般に、物性が著しく変化するガラス転移温度を有しており、ガラス転移温度を超えて昇温すると線膨張係数は急激に増大する一方、縦弾性係数（ヤング率）は急激に低下する。すなわち、熱硬化性樹脂の硬化物はガラス転移温度を超えて昇温すると軟化するとともに、熱膨張し易くなる。しかし、線膨張係数が急激に増大する（熱膨張する）温度と縦弾性係数が急激に低下する（軟化する）温度とは必ずしも一致せず、前者の温度が後者の温度より低いとき場合には、電子部品実装構造体に対するヒートサイクル試験等において熱硬化性樹脂の硬化物がそのガラス転移温度を超えて昇温されると、硬化物は硬いまま急激な熱膨張を始めるので、硬化物と電子部品の接合面に大きな熱応力が作用して接合面にクラックや剥離が生じてしまう場合があった。
【０００４】
そこで本発明は、電子部品同士を接合して得られた電子部品実装構造体におけるクラックや剥離の発生を防止することができる電子部品実装用接着剤及びこのような電子部品実装用接着剤により電子部品同士を接合して得られる電子部品実装構造体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】
【０００５】
請求項１に記載の電子部品実装用接着剤は、熱硬化性樹脂に、この熱硬化性樹脂の硬化物のガラス転移温度よりも低い融点を有する金属粒子を分散させて成る。
【０００６】
請求項２に記載の電子部品実装用接着剤は、請求項１に記載の電子部品実装用接着剤において、金属粒子の含有率が２０ｖｏｌ％以下である。
【０００７】
請求項３に記載の電子部品実装用接着剤は、請求項１又は２に記載の電子部品実装用接着剤において、金属粒子が、Ｓｎと、Ｐｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｃｕの少なくとも１つの金属とを含む合金から成る。
【０００８】
請求項４に記載の電子部品実装用接着剤は、請求項１乃至３のいずれかに記載の電子部品実装用接着剤において、熱硬化性樹脂に無機フィラーを分散させた。
【０００９】
請求項５に記載の電子部品実装用接着剤は、請求項１乃至４のいずれかに記載の電子部品実装用接着剤において、金属粒子の粒子径が３０μｍ以下である。
【００１０】
請求項６に記載の電子部品実装用接着剤は、請求項１乃至５のいずれかに記載の電子部品実装用接着剤において、金属粒子の融点は、熱硬化性樹脂の硬化物のガラス転移温度よりも１０℃以上低い。
【００１１】
請求項７に記載の電子部品実装構造体は、第１の電子部品の電極と第２の電子部品の電極が電気的に接続され、熱硬化性樹脂を主成分とする電子部品実装用接着剤が熱硬化した接着剤硬化物によって両電子部品が接合された電子部品実装構造体であって、接着剤硬化物中に、前記熱硬化性樹脂の硬化物のガラス転移温度よりも低い融点を有する金属粒子が含まれている。
【００１２】
請求項８に記載の電子部品実装構造体は、請求項７に記載の電子部品実装構造体において、金属粒子の融点は、熱硬化性樹脂の硬化物のガラス転移温度よりも１０℃以上低い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電子部品実装用接着剤の硬化物（接着剤硬化物）を昇温させた場合、接着剤硬化物の温度が熱硬化性樹脂単体の硬化物（樹脂硬化物）のガラス転移温度近傍に達すると接着剤硬化物の線膨張係数は急増して接着剤硬化物は大きく熱膨張するが、接着剤硬化物に含まれる金属粒子は接着剤硬化物の温度が樹脂硬化物のガラス転移温度に達する前に溶融するため接着剤硬化物の見かけ上の縦弾性係数は低下し、接着剤硬化物は軟化を始める。すなわち、接着剤硬化物が樹脂硬化物のガラス転移温度を超えて昇温されたとき、接着剤硬化物は軟化を開始してから大きく熱膨張する。
【００１４】
従って、本発明の電子部品実装用接着剤により電子部品同士が接合され、本発明の電子部品実装用接着剤の硬化物が電子部品同士の間に介在している電子部品実装構造体では、ヒートサイクル試験等による大きな温度変化が与えられても、接着剤硬化物と電子部品の接合面に作用する熱応力は過大とならず、接合面におけるクラックや剥離の発生が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態における電子部品実装構造体の断面図、図２は本発明の一実施の形態における電子部品実装構造体の製造工程説明図、図３は本発明の一実施の形態における接着剤硬化物の温度と縦弾性係数の関係を示すグラフである。
【００１６】
図１において、電子部品実装構造体１は、第１の回路基板１１の電極１２と第２の回路基板１３の電極１４が電気的に接続され、熱硬化性樹脂２１を主成分とする電子部品実装用接着剤（以下、単に接着剤と称する）２０が熱硬化した接着剤硬化物２０′によって両回路基板１１，１３が接合されたものである。第１の回路基板１１と第２の回路基板１３はそれぞれ電子部品の一例であり、回路基板の他に半導体チップや抵抗、コンデンサ等であってもよい。
【００１７】
電子部品実装構造体１の製造手順は、図２に示すように、先ず第１の回路基板１１をその電極１２が上を向くように保持台３１の上面に保持した後、ディスペンサ等によって接着剤２０を第１の回路基板１１の表面に塗布する（図２（ａ））。このとき第１の回路基
板１１の全ての電極１２が接着剤２０によって覆われるようにする。
【００１８】
接着剤２０を第１の回路基板１１の表面に塗布したら、第２の回路基板１３を吸着した熱圧着ヘッド３２を第１の回路基板１１の上方に位置させる。そして、第１の回路基板１１の電極１２と第２の回路基板１３の電極１４の位置合わせをしたうえで、第２の回路基板１３の電極１４が第１の回路基板１１の電極１２に上方から近接するように第２の回路基板１３を第１の回路基板１１に相対的に近づけて（熱圧着ヘッド３２を下降させて）、両回路基板１１，１３を加熱する（図２（ｂ））。これにより両回路基板１１，１３の間の接着剤２０は熱硬化して接着剤硬化物２０′となり、両回路基板１１，１３は強固に接合される。また、この熱圧着工程の際、第１の回路基板１１の電極１２と第２の回路基板１３の電極１４の間に挟み込まれた接着剤２０（接着剤硬化物２０′）中の金属粒子２２は溶融して両電極１２，１４間で広がり、この金属粒子２２によって両電極１２，１４は電気的に接続される（図１中に示す部分拡大図参照）。
【００１９】
一定時間が経過したら両回路基板１１，１３の加熱を停止し、第２の回路基板１３の吸着を解除した上で熱圧着ヘッド３２を上方へ退去させる。これにより電子部品実装構造体１の製造が完了する（図２（ｃ））。
【００２０】
上記のように電子部品実装構造体１の接着剤硬化物２０′は熱硬化性樹脂２１に金属粒子２２を分散させて成る接着剤２０を熱硬化させたものであり、第１の回路基板１１と第２の回路基板１３の間に介在して両回路基板１１，１３を強固に接合するとともに、含有する金属粒子２２を第１の回路基板１１の電極１２と第２の回路基板１３の電極１４の間に介在させて、両電極１２，１４を電気的に接続させている。すなわち、この実施の形態では、接着剤２０（接着剤硬化物２０′）はいわゆる異方性導電材料として機能しており、上下に対向する電極１２，１４は金属粒子２２を介して電気的に接続される一方、横方向、すなわち隣接する電極間は電気的に絶縁された状態となっている。
【００２１】
接着剤２０の主成分である熱硬化性樹脂２１は、例えばエポキシ系樹脂やアクリル系樹脂等から成る。金属粒子２２は、熱硬化性樹脂２１の硬化物のガラス転移温度Ｔｇよりも低い融点Ｍｐを有するものであり、例えばＳｎと、Ｐｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｃｕの少なくとも１つの金属とを含む合金から成る。具体的には、ＳｎＺｎ系、ＳｎＢｉ系、ＳｎＢｉＡｇ系、ＳｎＡｇＢｉＩｎ系、ＳｎＡｇＣｕ系、ＳｎＰｂ系、ＳｎＩｎ系等の半田が金属粒子２２として用いられる。
【００２２】
図３は、熱硬化性樹脂２１がエポキシ系樹脂（イミダゾール系硬化剤を混合）、金属粒子２２が粒子平均径３０μｍのＳｎＢｉ合金である接着剤硬化物２０′の温度と縦弾性係数（ヤング率）の関係を示すグラフであり、接着剤２０全体における金属粒子２２の含有率が０ｖｏｌ％、１０ｖｏｌ％、２０ｖｏｌ％の３通りについて示したものである。この例における熱硬化性樹脂２１の硬化物のガラス転移温度Ｔｇは約１６５℃であり、ＳｎＢｉ合金の融点Ｍｐは約１３０℃である。
【００２３】
図３のグラフより、本実施の形態における接着剤硬化物２０′を昇温させていった場合、接着剤硬化物２０′の温度が熱硬化性樹脂２１単体の硬化物（樹脂硬化物と称する）のガラス転移温度Ｔｇに達する前に接着剤硬化物２０′の見かけ上の縦弾性係数が急激に低下しており、樹脂硬化物のガラス転移温度Ｔｇよりも低い温度で軟化を始めていることが分かる。これは、熱硬化性樹脂２１に分散させた金属粒子２２の融点Ｍｐが樹脂硬化物のガラス転移温度Ｔｇよりも低いために、接着剤硬化物２０′の温度が樹脂硬化物のガラス転移温度Ｔｇに達する前に金属粒子２２が溶融したためと考えられる。
【００２４】
一方、接着剤硬化物２０′の温度が樹脂硬化物のガラス転移温度Ｔｇ近傍に達すると、
接着剤硬化物２０′の線膨張係数は急増して接着剤硬化物２０′は大きく熱膨張する。すなわち接着剤硬化物２０′が樹脂硬化物のガラス転移温度Ｔｇを超えて昇温されたとき、接着剤硬化物２０′は軟化を開始してから大きく熱膨張することになる。
【００２５】
このように、本実施の形態における接着剤２０は、熱硬化性樹脂２１に、この熱硬化性樹脂２１の硬化物のガラス転移温度Ｔｇよりも低い融点を有する金属粒子２２を分散させて成り、また、本実施の形態における電子部品実装構造体１は、接着剤２０により第１の回路基板１１と第２の回路基板１３が接合されて成る。接着剤２０の熱硬化物である接着剤硬化物２０′が第１の回路基板１１と第２の回路基板１３の間に介在している電子部品実装構造体１では、ヒートサイクル試験等による大きな温度変化が与えられても、従来のように接着物硬化物が硬いまま急激な熱膨張を始めるようなことがないので、接着剤硬化物２０′と両回路基板１１，１３の接合面Ｓ（図１中に示す部分拡大図）に作用する熱応力は過大とならず、接合面Ｓにおけるクラックや剥離の発生が防止される。なお、熱硬化性樹脂２１の硬化物のガラス転移温度Ｔｇは或る温度範囲（幅）にわたって進行するので、金属粒子２２の融点と熱硬化性樹脂２１の硬化物のガラス転移温度Ｔｇとの間に或る程度の温度差（余裕）を持たせるため、金属粒子２２の融点は、熱硬化性樹脂２１の硬化物のガラス転移温度Ｔｇよりも１０℃以上低いことが好ましい。
【００２６】
ここで、接着剤２０全体における金属粒子２２の含有率は２０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。これは図３のグラフから明らかなように、接着剤２０全体における金属粒子２２の含有率と接着剤硬化物２０′の縦弾性係数は相互に関係があり、接着剤硬化物２０′を昇温させていったときの接着剤硬化物２０′の縦弾性係数の低下率は、２０ｖｏｌ％以下では金属粒子２２の含有率が大きいほど大きく、接合面Ｓに作用する熱応力を大きく緩和させることができるが、金属粒子２２の含有率が２０ｖｏｌ％を超えると接着剤２０の粘度が大きくなり過ぎて接着剤２０として使用しにくくなるとともにコスト高となってしまうからである。なお、樹脂硬化物のガラス転移温度Ｔｇを超える温度において、金属粒子２２の含有率が０ｖｏｌ％であっても接着剤硬化物２０′の縦弾性係数は大きく低下するが、この領域では線膨張係数が急増するため、線膨張係数の増大に対する接着剤硬化物２０′の縦弾性係数の減少の割合（接着剤硬化物２０′の軟化の割合）を十分に大きくするためには、接着剤２０全体における金属粒子２２の含有率は３ｖｏｌ％以上、すなわち３〜２０ｖｏｌ％であることが好ましい。
【００２７】
また、本実施の形態における接着剤２０では、熱硬化性樹脂２１に無機フィラーが分散されていることが好ましい。熱硬化性樹脂２１に無機フィラーを分散させることにより接着剤硬化物２０′の線膨張係数を全体的に低下させることができ、接合面Ｓに作用する熱応力をより一層緩和させることができる。但し、接着剤２０全体における無機フィラーの含有率が大きすぎると接着剤２０の粘度が非常に高くなって使用しにくくなるので、無機フィラーの含有率は５０ｗｔ％以下であることが好ましい。
【００２８】
更に、本実施の形態における接着剤２０では、熱硬化性樹脂２１に分散される金属粒子２２の粒子径は３０μｍ以下であることが好ましい。接着剤２０（接着剤硬化物２０′）を異方性導電材料として機能させる場合、電子部品実装構造体１の隣接する電極同士の間隔がおよそ３００μｍ程度であることを考慮すれば、隣接する電極同士を短絡させない粒子径としては３０μｍが上限と考えられるからである。
【００２９】
なお、電子部品実装構造体１の接合面Ｓに作用する熱応力を緩和するためには熱硬化性樹脂２１にゴム粒子等の低弾性樹脂や可塑的特性を持つ樹脂を添加する方法も考えられるが、これらゴム粒子や樹脂等とベースとなる熱硬化性樹脂２１との相溶性等の相性は必ずしも良好であるとは限らず、相性が悪い場合には接着力が低下するなどの不都合が生じる。その点、本実施の形態に示したように、熱硬化性樹脂２１に分散させる金属粒子２２を
Ｓｎと、Ｐｂ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｂｉ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｃｕの少なくとも１つの金属とを含む合金から成るものとすれば、前述の相溶性を気にする必要がない。このことは熱硬化性樹脂２１の選択の幅が広がることを意味し、要求される物性や性能に応じた熱硬化性樹脂２１の選定が容易になる。また、金属粒子２２を上記金属の合金とすれば接着剤２０（接着剤硬化物２０′）を異方性導電材料として機能させることができ、更には金属粒子２２の金属組成の選び方によって金属粒子２２の融点を自由にコントロールすることができるという利点がある。
【００３０】
これまで本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上述の実施の形態に示したものに限定されない。例えば、上述の実施の形態では、電子部品実装構造体１における接着剤硬化物２０′は、熱硬化性樹脂２１に分散された金属粒子２２によって第１の回路基板１１の電極１２と第２の回路基板１３の電極１４を電気的に接続させて異方性導電材料として機能するものであったが、本発明の電子部品実装構造体は、電極同士が電気的に接続される２つの電子部品が本発明の接着剤、すなわち熱硬化性樹脂にその熱硬化性樹脂の硬化物のガラス転移温度よりも低い融点を有する金属粒子を分散させた接着剤により接合されていればよいのであって、接着剤の硬化物が必ずしも異方性導電材料として機能しなければならないわけではない。
【００３１】
また、電子部品実装構造体１は第１の電子部品である第１の回路基板１１の電極１２と第２の電子部品である第２の回路基板１３の電極１４が電気的に接続され、熱硬化性樹脂２１を主成分とする接着剤２０が熱硬化した接着剤硬化物２０′によって両回路基板１１，１３が接合されたものであるが、両電極１２，１４間の電気的な接続は、本実施の形態に示したような両電極１２，１４が金属粒子２２を介して接続される場合のほか、両電極１２，１４が直接接触して接続される場合や、両電極１２，１４を予め形成した金属バンプや半田バンプ、半田プリコート等を介して接続される場合等を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
電子部品同士を接合して得られた電子部品実装構造体におけるクラックや剥離の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態における電子部品実装構造体の断面図
【図２】本発明の一実施の形態における電子部品実装構造体の製造工程説明図
【図３】本発明の一実施の形態における接着剤の硬化物の温度と縦弾性係数の関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００３４】
１  電子部品実装構造体
１１  第１の回路基板（第１の電子部品）
１２  電極
１３  第２の回路基板（第２の電子部品）
１４  電極
２０  電子部品実装用接着剤
２０′  接着剤硬化物
２１  熱硬化性樹脂
２２  金属粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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