(57)【要約】【課題】エリアアレイ実装部品を回路基板に接合するに際して、回路基板上端子電極サイズを小さくすることで電極間の配線数を増やし回路基板層数を低減し得る電子部品の実装構造体及びその製造方法を提供する。【解決手段】エリアアレイ実装部品１を導電接着剤７により回路基板５に接合してなる電子部品の実装構造体において、エリアアレイ実装部品１に形成された第一の端子電極２に対して回路基板５側に形成された第二の端子電極４のサイズを小さくする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エリアアレイ実装部品を導電接着剤により回路基板に接合してなる電子部品の実装構造体において、エリアアレイ実装部品に形成された第一の端子電極のサイズよりも、回路基板側に形成された第二の端子電極のサイズを小さくしたことを特徴とする電子部品の実装構造体。
【請求項２】
請求項１記載の電子部品の実装構造体において、回路基板の第二の端子電極周辺に形成された第一の絶縁膜が第二の端子電極よりも大きな開口部を有し、且つ該第一の絶縁膜の膜厚を第二の端子電極よりも厚く形成したことを特徴とする電子部品の実装構造体。
【請求項３】
請求項２記載の電子部品の実装構造体において、少なくとも回路基板の表層部がビルドアップ構造であり、回路基板側に形成された第二の端子電極が内層電極にて形成されているとともに、第二の絶縁膜がビルドアップ構造の層間絶縁膜により形成されていることを特徴とする電子部品の実装構造体。
【請求項４】
請求項１記載の電子部品の実装構造体において、エリアアレイ実装部品にはんだバンプが形成されており、該はんだバンプが形成されたエリアアレイ実装部品を回路基板に対し、Ｎｉフィラーを含有した導電接着剤にて接合することを特徴とする電子部品の実装構造体。
【請求項５】
請求項２記載の電子部品の実装構造体において、第一の絶縁膜の開口径がエリアアレイ実装部品に形成されたはんだバンプ径よりも小さいとともに、はんだバンプが回路基板に形成された第二の端子電極に接していないことを特徴とする電子部品の実装構造体。
【請求項６】
請求項５記載の電子部品の実装構造体において、エリアアレイ実装部品を回路基板に対し導電フィラーの異なる２種類の導電接着剤にて接合するよう構成し、はんだバンプと第二の端子電極との接合に際して、はんだバンプと接する側にはＮｉフィラーを含有した導電接着剤を用いると共に、回路基板に形成された第二の端子電極と接する側にはＡｇフィラーを含有した導電接着剤を用い、両導電接着剤同士を接合したことを特徴とする電子部品の実装構造体。
【請求項７】
請求項６記載の電子部品の実装構造体において、はんだバンプに接している導電接着剤を円錐状に形成したことを特徴とする電子部品の実装構造体。
【請求項８】
請求項７記載の電子部品の実装構造体の製造方法であって、円錐形状に座ぐり部を設けた転写用マスクに導電接着剤を充填する工程と、充填された導電接着剤をはんだバンプ上に接触転写させる工程と、転写させた導電接着剤を加熱硬化させる工程とを含むことを特徴とする電子部品の実装構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品の実装構造体及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子部品の多ピン化、軽薄短小化とともにエリアアレイ部品が急速に採用されてきている。
図９はボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、リードグリッドアレイ（ＬＧＡ）、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）等のエリアアレイ実装部品１を回路基板５に対し、はんだ３で接合する場合の従来の実装構造例を示すものであって、はんだ３による接合部の熱歪信頼性向上のため、エリアアレイ実装部品１の第一の端子電極２と同一サイズに第二の端子電極４が形成され、回路基板５に接合されている。尚、図９中、６は回路基板５に接合された配線電極である。
【特許文献１】特開平１１−１１１８８６号公報
【特許文献２】特開２００１−５３４２６公報
【特許文献３】特開平１１−９２７２７号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示されるような電子部品の実装構造体では、回路基板５上の第二の端子電極４間が狭いことから、第二の端子電極４間を通せる配線電極６の数が少なくなり、多数列を有するエリアアレイ実装部品１を接合する場合は、配線電極６のために回路基板５を多層化する必要がでてくる。そのため、回路基板５のコストアップを招いてしまうという欠点を有していた。
また、前述の如く、エリアアレイ実装部品１の回路基板５に対する接合には、一般的にはんだ３が用いられているが、このはんだ接合部には、実装後の熱履歴により熱歪が発生し、はんだ疲労破壊発生による信頼性低下という問題がある。この対策として、例えば、特開平１１−１１１８８６号公報に記載のものでは、実装基板の半導体チップ実装領域内に配列されるパッドのうち、応力が特に集中する四隅の電極を凹部を備えたアンカーパッドとし、上記以外の残りの電極を通常の平坦パッドとしてあり、これにより、半導体チップを実装する際の加熱溶融で変形したハンダボールが、この凹部へ深く入り込んで投錨（アンカー）効果を発揮するため、剥がれが防止されるようになっている。上記凹部は、２層目絶縁膜に形成されたアンカー用開口の断面プロファイルを反映している。アンカー用パッドの少なくとも一部を、絶縁膜の中に埋め込まれているビアホールの真上に形成すれば、より強い投錨効果が得られる。
しかしながら、基本的にはエリアアレイ実装部品１および回路基板５上の電極サイズを極力大きくし、また両電極サイズを揃えることが行われており、このように回路基板５上の電極サイズを大きくすると、電極間に配線できる本数が少なくなることから配線引き回しのためには、前述したように回路基板５を多層化せざるを得なくなり、回路基板５のコストアップにつながるが、回路基板５のコストを削減するためには、回路基板５上の電極サイズを小さくしても接合信頼性を確保することが必要である。
このため、近年、電子部品の実装構造体においては、はんだに替わる導電接着剤接合技術が開発されているが、導電接着剤接合上の課題としては、接着強度、電気特性の向上等が挙げられる。
【０００４】
従来、はんだを用いることなく接着強度を向上し、接着信頼性を改善した実装構造体及びその製造方法を提供するものとしては、例えば、特開２００１−５３４２６公報に記載されたようなものが存在し、これは、第１の電極と第２の電極とが導電性接着剤を介して電気的に接続される実装構造体において、前記両電極の少なくとも一方の電極と導電性接着剤との接着部分の周囲を電気絶縁層で覆うことにより、電極と導電性接着剤との接着部分を周囲から補強するようになっている。この場合、電気絶縁層は、導電性接着剤のバインダー樹脂成分を溶剤で溶出させた樹脂でも良く、このようにすると導電性接着剤中の導電フィラーの濃度が高くなり、電極と導電性接着剤との接着部分の導電性が向上する。
また、特開平１１−９２７２７号公報には、電子部品の実装の分野において、はんだに代えて電子部品のプリント基板への接合に用いるための導電性接着剤に関して、樹脂バインダー中に表面に突起を有するニッケル粒子と、表面が親油性物質である銅粒子とを配合混練することにより、従来のニッケル系導電性接着剤と比較して、非常に低い体積抵抗率の導電性接着剤とする点が記載されている。
【０００５】
しかしながら、特開２００１−５３４２６公報に記載のものは、導電接着剤接合における接着強度向上策としては有効であるが、エリアアレイ実装部品接合において、回路基板の層数低減等のコスト低減は望めない。また、補強方法として接合電極に対して導電接着剤をはみ出させて接合したり、バインダーを溶出させているが、特にバインダー溶出方式においては導電フィラーが少量溶出することから隣接パターン間の絶縁特性劣化が問題となり、狭ピッチ接合への適用は難しかった。また、電子部品のＳｎ系めっきに対する接合信頼性を確保することができなかった。
一方、特開平１１−９２７２７号公報に記載のものにおいては、Ｎｉ導電フィラーの分散性を向上させ、電気特性改善を図っているが、加熱硬化プロセスでのフィラーおよび電子部品電極のＳｎ系めっきの酸化等により電子部品実装に対しては課題があった。また、多脚形状のニッケル被覆導電体を使用しているが、ペースト状に混練する際のせん断力により多脚が折れてしまうため、大きなせん断力をかけることができなかった。このため、表面親油性粒子を入れても十分な分散性を得ることが難しかった。
本発明は、斯かる実情に鑑み、エリアアレイ実装部品を回路基板に接合するに際して、回路基板上端子電極サイズを小さくすることで電極間の配線数を増やし回路基板層数を低減し得る電子部品の実装構造体及びその製造方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明では、エリアアレイ実装部品を導電接着剤により回路基板に接合してなる電子部品の実装構造体において、エリアアレイ実装部品に形成された第一の端子電極に対して回路基板側に形成された第二の端子電極のサイズを小さくした電子部品の実装構造体を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、請求項１記載の電子部品の実装構造体において、回路基板の第二の端子電極周辺に形成された第一の絶縁膜が第二の端子電極よりも大きな開口部を有し、且つ該第一の絶縁膜の膜厚を第二の端子電極よりも厚く形成した電子部品の実装構造体を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項２記載の電子部品の実装構造体において、少なくとも回路基板の表層部がビルドアップ構造であり、回路基板側に形成された第二の端子電極が内層電極にて形成されているとともに、第二の絶縁膜がビルドアップ構造の層間絶縁膜により形成されている電子部品の実装構造体を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１記載の電子部品の実装構造体において、エリアアレイ実装部品にはんだバンプが形成されており、該はんだバンプが形成されたエリアアレイ実装部品を回路基板に対し、Ｎｉフィラーを含有した導電接着剤にて接合する電子部品の実装構造体を主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、請求項２記載の電子部品の実装構造体において、第一の絶縁膜の開口径がエリアアレイ実装部品に形成されたはんだバンプ径よりも小さいとともに、はんだバンプが回路基板に形成された第二の端子電極に接していない電子部品の実装構造体を主要な特徴とする。
請求項６記載の発明では、請求項５記載の電子部品の実装構造体において、エリアアレイ実装部品を回路基板に対し導電フィラーの異なる２種類の導電接着剤にて接合するよう構成し、はんだバンプとの接合にはＮｉフィラーを含有した導電接着剤を用い、回路基板に形成された第二の端子電極との接合にはＡｇフィラーを含有した導電接着剤を用いた電子部品の実装構造体を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、請求項６記載の電子部品の実装構造体において、はんだバンプに接している導電接着剤を円錐状に形成した電子部品の実装構造体を主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、請求項７記載の電子部品の実装構造体の製造方法であって、円錐形状に座ぐりを設けた転写用マスクに導電接着剤を充填する工程と、充填された導電接着剤をはんだバンプ上に接触転写させる工程と、転写させた導電接着剤を加熱硬化させる工程とを含む電子部品の実装構造体の製造方法を主要な特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図１は本発明を実施する形態の第一の例であって、図中、図９と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、エリアアレイ実装部品１を導電接着剤７により回路基板５に接合してなる電子部品の実装構造体において、エリアアレイ実装部品１に形成された第一の端子電極２に対して回路基板５側に形成された第二の端子電極４のサイズを小さくしている。
この第二の端子電極４は要求される接続抵抗を確保できる最小の電極サイズとすることができる。
第二の端子電極４と導電接着剤７との接触面積を最大限に活用するため、第一の絶縁膜８の開口８ａの開口径を第二の端子電極４よりも大きくしている。
導電接着剤７の接着強度は回路基板５と第一の絶縁膜８との直接接着により確保することができる。
ここで、導電接着剤７の接合における熱歪に対する破壊モードとしては、端子電極と導電接着剤７との界面剥離が主である。本構成のように、第一の絶縁膜８が第二の端子電極４よりも膜厚を厚く形成してあることにより、熱歪により発生するせん断応力が第二の端子電極４との界面に集中することを防止でき、接続信頼性を向上することができる。
【０００８】
図２は本発明を実施する形態の第二の例であって、少なくとも回路基板５の表層部がビルドアップ構造であり、回路基板５側に形成された第二の端子電極４が内層電極にて形成されているとともに、第二の絶縁膜９がビルドアップ構造の層間絶縁膜により形成されている。
構造上、第二の絶縁膜９は端子電極よりも膜厚が厚く、導電接着剤７の接合界面を補強する働きを持っている。
エリアアレイ実装部品１が狭ピッチ化、多ピン化するに従い、ビルドアップ基板の採用は必要となってくるが、ビルドアップ基板の製造工程をそのまま活用することにより、端子電極よりも膜厚の厚い絶縁膜を形成できることからコストアップを招くことがない。
図３は本発明を実施する形態の第三の例である。一般的な導電接着剤は電気特性確保のため、Ａｇフィラーを使用しているが、はんだ等のＳｎを含む金属に対して接合すると、高温環境下においてはＳｎの拡散による界面強度の低下、高温高湿環境下においてはＡｇとＳｎの電池反応による腐蝕による接続抵抗の上昇が発生してしまうことがわかってきた。ここで、Ｓｎに対して電極電位が近い金属であるＮｉをフィラーとして用いた導電接着剤１０により接合評価した結果を図４に示す。図４から明らかなように、Ｎｉをフィラーとして用いた導電接着剤１０では、高温高湿環境下での接続抵抗信頼性が大幅に向上することがわかった。また、加熱硬化に際してはＮ２リフロー等の低酸素濃度雰囲気で行うことにより高温環境下での抵抗上昇も抑えることができることがわかった。これより、図３に示す第三の例では、はんだバンプ３’が形成されたエリアアレイ実装部品１を回路基板５に対し、Ｎｉフィラーを含有した導電接着剤１０にて接合している。
また、はんだバンプ３’を介しての接合においては、応力緩和効果を持つ導電接着剤１０によって接合距離を稼ぐことにより熱歪に対する信頼性を向上することができるが、図３に示す第三の例では、第一の絶縁膜８の開口８ａの開口径をエリアアレイ実装部品１に形成されたはんだバンプ３’の径よりも小さくするとともに、はんだバンプ３’が回路基板５に形成された第二の端子電極４に接していない絶縁膜構成とすることで達成している。
【０００９】
図５は本発明を実施する形態の第四の例であって、この例では、エリアアレイ実装部品１を回路基板５に対し導電フィラーの異なる２種類の導電接着剤１０、１１にて接合するよう構成し、はんだバンプ３’との接合にはＮｉフィラーを含有した導電接着剤１０を用い、回路基板５に形成された第二の端子電極４との接合にはＡｇフィラーを含有した導電接着剤１１を用いている。これは、接続抵抗の低減を狙いとしたもので、Ｎｉフィラーを含有した導電接着剤１０よりもＡｇフィラーを含有した導電接着剤１１のほうが体積抵抗率の低減が可能なためである。
図６は本発明を実施する形態の第五の例であって、この例では、はんだバンプ３’の先端にＮｉフィラーを含有した導電接着剤１０により円錐状突起部１２を形成している。エリアアレイ実装部品１の搭載時に円錐状突起部１２が回路基板５側に供給されたＡｇフィラーを含有した導電接着剤１１にもぐりこむ構造としている。円錐状突起部１２を設けていることにより、エリアアレイ実装部品１の搭載時の位置ズレが大きくなっても回路基板５側の導電接着剤１１とのコンタクトを安定化することができる効果もある。
図７は本発明を実施する形態の第六の例であって、はんだバンプ３’上に導電接着剤１０による円錐状突起部１２を形成する方法を示すものである。
転写用マスク１３には円錐形状に座ぐり部１３ａを設けてある。円錐形状の座ぐり部の形成方法としては、プラスチックマスクにレーザー加工を施す等により形成可能である。ここで、転写用マスク１３の表面処理としてはテフロン（登録商標）加工を施すと導電接着剤１０の離版性が向上する。
この円錐形状の座ぐり部１３ａに導電接着剤１０を充填する。充填に際しては、スキージ１４を用いてスクリーン印刷する工程と同様の方法にて可能である。
所定パターンに充填された導電接着剤１０をはんだバンプ３’上に接触転写させる。
転写させた導電接着剤１０をＮ２リフロー等の低酸素濃度雰囲気中にて加熱硬化させる。加熱硬化に際しては、円錐形状を維持できれば導電接着剤１０が完全硬化に至らない程度の硬化時間でも良好な特性を得ることができる。
上記のように、スクリーン印刷と同様な方式で導電接着剤１０による円錐状突起部１２を生産性良く形成することができる。
【００１０】
図８は本発明を実施する形態の第七の例である。導電接着剤１０の導電フィラーとしてはフレーク形状が主に用いられており、このフレーク形状フィラーが積み重なる形で上下方向の導通を確保している。ここで、導電接着剤１０の接着強度を向上させる方策としては導電フィラー含有量を減らし、相対的に接着剤量を増やすことにより可能となるが、フレーク形状フィラーにおいては、導電フィラー含有量の低下とともに体積抵抗率が急峻に上昇してしまう。
図８に示す例では、Ｎｉ被覆を施した針形状の導電フィラーを含有した導電接着剤１０にて構成している。針形状の導電フィラーはお互いに絡み合い接触抵抗を低減することができることから、含有量を低くしても体積抵抗率の低減が図れる。ここで、針形状の導電フィラー形成方法としてはチタン酸カリウム繊維に無電解Ｎｉめっきを施すことにより作製可能である。針状のコアフィラーについてはチタン酸カリウム繊維以外であっても繊維径１μｍ以下、繊維長１０〜３０μｍ程度のものであれば良く、また、導電剤の被覆方法についても無電解めっきに限らず、蒸着等の方法によっても良い。導電フィラーが針形状であるための利点としては、導電接着剤１０製造工程での混練に対してもフィラーの割れがほとんど発生しないとともに各部での抵抗値ばらつきが小さいことも挙げられる。
電子部品１５の電極としては、はんだ接合性向上のためＳｎ系めっき１６が施されている。尚、図８中、１７は回路基板５上に形成された絶縁膜である。ここで、Ｎｉフィラーを含有した導電接着剤１０にて接合するに際し、Ｎ２リフロー等の低酸素濃度雰囲気中での加熱硬化プロセスを採用することにより、接続抵抗信頼性は向上することがわかっている。しかし、高温放置等において、Ｎｉフィラー、Ｓｎ系めっき界面の酸化によりわずかな抵抗上昇が見られる。図８に示す例では、ＮｉフィラーとＳｎＢｉ金属フィラーとを含有していることにより、１５０℃での加熱硬化プロセスでもＮｉフィラーおよびＳｎ系めっきへのＳｎＢｉはんだの濡れが発生し、接続抵抗信頼性が更に向上させることができる。
また、図８に示す例では、Ｎｉ被覆を施した針形状の導電フィラーとＳｎＢｉ金属フィラーを含有していることにより、導電フィラー含有量を低減しても体積抵抗率および接続抵抗信頼性を向上できるとともに接続強度も向上できるようになる。
ここで、図５に示すはんだバンプ３’付きのエリアアレイ実装部品１への接合に対しても同様の効果が得られる。
尚、本発明の電子部品の実装構造体及びその製造方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００１１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項１〜８記載の電子部品の実装構造体及びその製造方法によれば、下記の如き優れた効果を奏し得る。
請求項１記載の電子部品の実装構造体によれば、エリアアレイ実装部品を接合するに際して、回路基板上の端子電極のサイズ（面積）を小さくすることで電極間の配線数を増やすことができるため、回路基板層数を低減できる。
請求項２記載の電子部品の実装構造体によれば、導電接着剤接合において、端子電極に対して周辺の絶縁膜の膜厚を厚くすることにより、熱歪等により回路基板側電極接合界面に働くせん断応力を低減できるため接合信頼性が向上する。
請求項３記載の電子部品の実装構造体によれば、ビルドアップ基板の製造工程を活用することができるため、コストアップ無しに端子電極よりも厚い絶縁層を形成することができる。
請求項４記載の電子部品の実装構造体によれば、はんだバンプの形成されたエリアアレイ実装部品を導電接着剤により接合するに際して、Ｎｉフィラーを含有していることから、接合信頼性を確保することができる。
請求項５記載の電子部品の実装構造体によれば、はんだバンプと回路基板端子電極との間に応力緩和作用を持っている導電接着剤にて接合距離をかせぐことができ、熱歪信頼性を向上させることができる。
請求項６記載の電子部品の実装構造体によれば、はんだバンプとの接合信頼性が確保できるＮｉフィラーを含む導電接着剤と体積抵抗率の低減が可能なＡｇフィラーを含む導電接着剤を層構造で接合することにより、はんだバンプへの接合信頼性向上と接合部の導通抵抗低減の両立が可能となる。
請求項７記載の電子部品の実装構造体によれば、２種の導電接着剤を層構成で接合させる実装構造体において、一方を円錐状に形成し他方側にもぐりこませていることから、熱歪に対する界面での剥離を防止することができる。
請求項８記載の電子部品の実装構造体の製造方法によれば、はんだバンプ先端に高さのそろった導電接着剤の円錐状突起部を形成する方法において生産性の高いスクリーン印刷工法を用いており、低コスト化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の第一の例の概要構成図である。
【図２】本発明を実施する形態の第二の例の概要構成図である。
【図３】本発明を実施する形態の第三の例の概要構成図である。
【図４】Ｓｎに対して電極電位が近い金属であるＮｉをフィラーとして用いた導電接着剤１０により接合評価した結果を示す図である。
【図５】本発明を実施する形態の第四の例の概要構成図である。
【図６】本発明を実施する形態の第五の例の概要構成図である。
【図７】本発明を実施する形態の第六の例の概要構成図である。
【図８】本発明を実施する形態の第七の例の概要構成図である。
【図９】従来例の概要構成図である。
【符号の説明】
１    エリアアレイ実装部品
２    第一の端子電極
３    はんだ
３’  はんだバンプ
４    第二の端子電極
５    回路基板
６    配線電極
７    導電接着剤
８    第一の絶縁膜
９    第二の絶縁膜
１０    Ｎｉフィラーを含有した導電接着剤
１１    Ａｇフィラーを含有した導電接着剤
１２    円錐状突起部
１３    転写用マスク
１４    スキージ
１５    電子部品
１６    Ｓｎ系めっき
１７    絶縁膜
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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