(57)【要約】【課題】良好な熱疲労特性を確保することができる電子部品実装構造および電子部品実装方法ならびに当該実装方法において使用される電子部品用接着剤を提供することを目的とする。【解決手段】電子部品のバンプ形成面と基板の電極形成面との間に補強用の樹脂部を形成した構成の電子部品実装構造において、樹脂部に用いられる電子部品用接着剤として、１６０８サイズの矩形チップをアルミ板に樹脂で接着した場合のシェア強度で定義される樹脂部の接着力が、常温において１０Ｎ以上であり且つ７０℃において５Ｎ以下であるような加熱による軟化する特性を有する樹脂材質のものを用いることにより、高温時において樹脂部の熱膨張によって半田バンプに発生する応力を低下させて、半田バンプの良好な熱疲労特性を確保することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品に形成された複数のバンプを基板に形成された複数の電極に半田接合し、前記電子部品のバンプ形成面と前記基板の電極形成面との間に加熱により軟化する性質を有する樹脂が硬化した樹脂部を形成して成る電子部品実装構造であって、１６０８サイズの矩形チップを前記樹脂によってアルミ板に接着した場合のシェア強度で定義される前記樹脂部の接着力が、常温において１０Ｎ以上であり且つ７０℃において５Ｎ以下であることを特徴とする電子部品実装構造。
【請求項２】
前記樹脂部は、エポキシ系、アクリル系のいずれか１つを含む主剤と、この主剤を熱硬化させる硬化剤と、常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂とを含んだ電子部品用接着剤を半田接合前に前記バンプ形成面と電極形成面との間に介在させ、半田接合時の熱によって前記主剤を熱硬化させて形成したことを特徴とする請求項１記載の電子部品実装構造。
【請求項３】
前記半田は、鉛成分をほとんど含まない鉛フリー半田であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電子部品実装構造。
【請求項４】
電子部品に形成された複数のバンプを基板に形成された複数の電極に半田接合する電子部品実装方法であって、前記基板の電極形成面と前記電子部品のバンプ形成面との間に常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂と熱硬化性樹脂とを含んだ電子部品用接着剤を介在させる樹脂供給工程と、前記バンプを前記電極に整合させて前記電子部品を樹脂供給後の前記基板に搭載する搭載工程と、前記基板を加熱して半田を溶融させ前記バンプを前記電極に半田接合するとともに前記熱硬化性樹脂を熱硬化させ、その後常温に戻すことにより電子部品と基板とを接着する樹脂部を形成する樹脂部形成工程とを含むことを特徴とする電子部品実装方法。
【請求項５】
電子部品に形成された複数のバンプを基板に形成された複数の電極に半田接合する電子部品実装方法であって、前記バンプを前記電極に整合させて前記電子部品を前記基板に搭載する搭載工程と、前記基板を加熱して半田を溶融させ前記バンプを前記電極に半田接合する半田接合工程と、半田接合後の前記電子部品のバンプ形成面と前記基板の電極形成面との間に、常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂と熱硬化性樹脂とを含んだ電子部品用接着剤を供給する樹脂供給工程と、樹脂供給後の前記基板を加熱して前記熱硬化性樹脂を熱硬化させその後常温に戻すことにより電子部品と基板とを接着する樹脂部を形成する樹脂部形成工程とを含むことを特徴とする電子部品実装方法。
【請求項６】
前記半田は、鉛成分を含まない鉛フリー半田であることを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の電子部品実装方法。
【請求項７】
前記電子部品用接着剤が半田の酸化膜を除去する活性剤を含み、前記加熱により前記活性剤を前記半田の酸化膜に作用させて除去することを特徴とする請求項３記載の電子部品実装方法。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれかに記載の電子部品実装方法において使用される電子部品用接着剤であって、常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂を、熱硬化性樹脂中に５〜７５重量％の含有率で含有させたことを特徴とする電子部品用接着剤。
【請求項９】
前記熱硬化性樹脂が、エポキシ系、アクリル系のいずれか１つを含む主剤と、この主剤を熱硬化させる硬化剤とを含み、前記固形樹脂が、テルペン樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、ユリア樹脂、メラニン樹脂、非結晶性ロジン、ミイド樹脂、オレフィン樹脂、アクリル樹脂、アミド樹脂、ポリエステル樹脂から選ばれた少なくとも１つであることを特徴とする請求項８記載の電子部品用接着剤。
【請求項１０】
前記主剤に対して相溶性を有する固形樹脂が選ばれることを特徴とする請求項８記載の電子部品用接着剤。
【請求項１１】
半田の酸化膜を除去する活性剤を含むことを特徴とする請求項８記載の電子部品用接着剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板に実装して成る電子部品実装構造および電子部品実装方法ならびに当該実装方法において使用される電子部品用接着剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フリップチップなど半導体素子に半田のバンプが設けられた電子部品を基板に実装した実装構造として、電子部品のバンプ形成面と基板との間に補強のための樹脂部を設けた構造が知られている（例えば特許文献１）。この樹脂部は、電子部品を基板に対して固着するとともに、基板と電子部品との熱膨張率の差に起因して発生する熱応力を緩和する応力緩和層としての機能を有するものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１０７０８２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年環境保護の観点から、環境負荷の大きい鉛を殆ど含まない鉛フリー半田が電子部品実装用の半田として用いられるようになっている。ところが上述の実装構造にこのような鉛フリー半田をバンプ材料として用いると、樹脂部を形成する樹脂材料の種類によっては応力緩和層としての機能を適切に果たすことができず、逆にバンプを破断させて実装信頼性を損ねる事態が発生する場合がある。
【０００５】
すなわち、Ａｇ−Ｓｎ系などの鉛フリー半田は、従来用いられていたＰｂ−Ｓｎ系の共晶半田と比較して硬くて脆い性質がある。このためバンプを包み込む樹脂部が熱膨張してバンプに力が作用すると、バンプに高い応力が発生して破断を生じ易く、熱疲労特性の劣化を招く場合があった。
【０００６】
そこで本発明は、良好な熱疲労特性を確保することができる電子部品実装構造および電子部品実装方法ならびに当該実装方法において使用される電子部品用接着剤を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品実装構造は、電子部品に形成された複数のバンプを基板に形成された複数の電極に半田接合し、前記電子部品のバンプ形成面と前記基板の電極形成面との間に加熱により軟化する性質を有する樹脂が硬化した樹脂部を形成して成る電子部品実装構造であって、１６０８サイズの矩形チップを前記樹脂によってアルミ板に接着した場合のシェア強度で定義される前記樹脂部の接着力が、常温において１０Ｎ以上であり且つ７０℃において５Ｎ以下である。
【０００８】
請求項２記載の電子部品実装構造は、請求項１記載の電子部品実装構造であって、前記樹脂部は、エポキシ系、アクリル系のいずれか１つを含む主剤と、この主剤を熱硬化させる硬化剤と、常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂とを含んだ電子部品用接着剤を半田接合前に前記バンプ形成面と電極形成面との間に介在させ、半田接合時の熱によって前記主剤を熱硬化させて形成した。
【０００９】
請求項３記載の電子部品実装構造は、請求項１または２のいずれかに記載の電子部品実装構造であって、前記半田は、鉛成分をほとんど含まない鉛フリー半田である。
【００１０】
請求項４記載の電子部品実装方法は、電子部品に形成された複数のバンプを基板に形成された複数の電極に半田接合する電子部品実装方法であって、前記基板の電極形成面と前記電子部品のバンプ形成面との間に常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂と熱硬化性樹脂とを含んだ電子部品用接着剤を介在させる樹脂供給工程と、前記バンプを前記電極に整合させて前記電子部品を樹脂供給後の前記基板に搭載する搭載工程と、前記基板を加熱して半田を溶融させ前記バンプを前記電極に半田接合するとともに前記熱硬化性樹脂を熱硬化させ、その後常温に戻すことにより電子部品と基板とを接着する樹脂部を形成する樹脂部形成工程とを含む。
【００１１】
請求項５記載の電子部品実装方法は、電子部品に形成された複数のバンプを基板に形成された複数の電極に半田接合する電子部品実装方法であって、前記バンプを前記電極に整合させて前記電子部品を前記基板に搭載する搭載工程と、前記基板を加熱して半田を溶融させ前記バンプを前記電極に半田接合する半田接合工程と、半田接合後の前記電子部品のバンプ形成面と前記基板の電極形成面との間に、常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂と熱硬化性樹脂とを含んだ電子部品用接着剤を供給する樹脂供給工程と、樹脂供給後の前記基板を加熱して前記熱硬化性樹脂を熱硬化させその後常温に戻すことにより電子部品と基板とを接着する樹脂部を形成する樹脂部形成工程とを含む。
【００１２】
請求項６記載の電子部品実装方法は、請求項４または５のいずれかに記載の電子部品実装方法であって、前記半田は、鉛成分を含まない鉛フリー半田である。
【００１３】
請求項７記載の電子部品実装方法は、請求項３記載の電子部品実装方法であって、前記電子部品用接着剤が半田の酸化膜を除去する活性剤を含み、前記加熱により前記活性剤を前記半田の酸化膜に作用させて除去する。
【００１４】
請求項８記載の電子部品用接着剤は、請求項４乃至７のいずれかに記載の電子部品実装方法において使用される電子部品用接着剤であって、常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂を、熱硬化性樹脂中に５〜７５重量％の含有率で含有させた。
【００１５】
請求項９記載の電子部品用接着剤は、請求項８記載の電子部品用接着剤であって、前記熱硬化性樹脂が、エポキシ系、アクリル系のいずれか１つを含む主剤と、この主剤を熱硬化させる硬化剤とを含み、前記固形樹脂が、テルペン樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、ユリア樹脂、メラニン樹脂、非結晶性ロジン、ミイド樹脂、オレフィン樹脂、アクリル樹脂、アミド樹脂、ポリエステル樹脂から選ばれた少なくとも１つである。
【００１６】
請求項１０記載の電子部品用接着剤は、請求項８記載の電子部品用接着剤であって、前記主剤に対して相溶性を有する固形樹脂が選ばれる。
【００１７】
請求項１１記載の電子部品用接着剤は、請求項８記載の電子部品用接着剤であって、半田の酸化膜を除去する活性剤を含む。
【００１８】
本発明によれば、電子部品のバンプ形成面と基板の電極形成面との間に補強用の樹脂部を形成した構成の電子部品実装構造において、樹脂部に用いられる電子部品用接着剤として、１６０８サイズの矩形チップをアルミ板に樹脂で接着した場合のシェア強度で定義される樹脂部の接着力が、常温において１０Ｎ以上であり且つ７０℃において５Ｎ以下であるような加熱による軟化する特性を有する樹脂材質のものを用いることにより、高温時において樹脂部の熱膨張によって半田バンプに発生する応力を低下させて、半田バンプの良好な熱疲労特性を確保することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の電子部品実装構造の断面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装構造の部分断面図、図３は本発明の一実施の形態の電子部品用接着剤の接着力測定の説明図、図４は本発明の一実施の形態の電子部品用接着剤における固形樹脂の含有率とシェア強度との関係を示すグラフ、図５、図６は本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図である。
【００２０】
まず図１を参照して、電子部品実装構造について説明する。図１において、基板２の上面には複数の電極２が形成されている。電極２には、電子部品３の下面に形成された鉛フリー半田より成るバンプ４が半田接合されており、基板１と電子部品３との間には補強用の樹脂部６が形成されている。すなわちこの電子部品実装構造は、電子部品３に形成された複数のバンプ４を、基板１に形成された複数の電極２に半田接合し、電子部品３のバンプ形成面と基板１の電極形成面との間に樹脂部６を形成した構成となっている。
【００２１】
樹脂部６は、後述するように加熱により軟化する性質を有する樹脂である電子部品用接着剤６ａ（以下、単に「接着剤」６ａと略記する。）が硬化することにより形成される。ここで樹脂部６は、常温域および高温域（電子部品機器の通常の使用状態における最高使用温度域）における外力に対する変形挙動が、それぞれ所望の特性を満たすようなものとなっている。すなわち樹脂部６は、常温域においては電子部品３を基板１に対して十分な強度で固着するのに必要な硬さであり、且つ高温域においては軟化する特性を有している。
【００２２】
このような特性は、エポキシ系、アクリル系のいずれか１つを含む主剤と、この主剤を熱硬化させる硬化剤と、常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂とを含んだ電子部品用接着剤を半田接合前にバンプ形成面と電極形成面との間に介在させ、半田接合時の熱によって主剤を熱硬化させて樹脂部６を形成することにより実現される。
【００２３】
したがって、実装後の使用状態において環境温度が高温域まで上昇すると、樹脂部６は常温での硬さから軟化する。これにより、温度上昇によって基板１および樹脂部６が膨張し、図２に示すように、電子部品３に対して熱膨張差によって相対変位（図２において、基板１および樹脂部６中に示す矢印参照）が生じた場合においても、バンプ４を包み込む樹脂部６が温度上昇によって軟化することにより、バンプ４に作用する応力を大幅に緩和することができる。
【００２４】
本実施の形態では、樹脂部６の上述の特性を保証するため、樹脂部６の強度特性を以下に説明するような試験方法によって評価する。ここでは、樹脂部６の硬さ・軟らかさを、比較的容易に測定可能な樹脂部６の接着力を代用特性として用いて評価するようにしている。すなわち測定用の基準部品として１６０８サイズの矩形チップ（長さ×幅が、１，６ｍｍ×０．８ｍｍの矩形チップ部品）を選定し、この基準部品を樹脂部６の形成に使用される樹脂（電子部品実装用接着剤）によってアルミ板に接着した場合のシェア強度で定義される樹脂部６の接着力を計測する。そしてこの接着力が、常温（２５℃）において１０Ｎ以上であり、且つ７０℃において５Ｎ以下であることを、樹脂部６が満たすべき強度特性条件としている。７０℃で５Ｎ以下となるためには、樹脂部６の軟化点が７０℃〜１００℃である必要がある。
【００２５】
上述の接着力の計測方法について図３を参照して説明する。まず基準部品７の下面を接着剤６ａが予め０．１ｍｍの膜厚で塗布された樹脂膜に対して押し付け、基準部品７の下面に接着剤６ａを転写により塗布する。次いで接着剤６ａが塗布された基準部品７をアルミ板８に搭載する。この後、図３（ｂ）に示すように、アルミ板８を加熱して所定硬化条件（例えば１２０℃、３時間）に保持し、接着剤６ａを熱硬化させて基準部品７をアルミ板８に固着させる。
【００２６】
そしてアルミ板８を常温まで冷却した後に、基準部品７の長手側面にシェアテスター１０を当接させてシェア強度を測定する。この後、図３（ｃ）に示すように、アルミ板８を加熱装置９に載置して７０℃まで加熱し、この状態で再度シェア強度をシェアテスター１０によって測定する。そしてこのシェア強度の測定結果が、常温において１０Ｎ以上であり、且つ７０℃において５Ｎ以下であれば、接着剤６ａは樹脂部６の形成用の樹脂として求められる特性を備えたものであると判定される。
【００２７】
実際の使用状態においては、最高温度は７０℃を超える（例えば１００℃〜１２０℃）場合もあるが、温度上昇により樹脂部６は更に軟化する傾向にあることから、７０℃における軟らかさ（シェア強度で代用）の上限値を規定しておけば足りる。
【００２８】
ここでこのような特性を有する樹脂部６を形成するために使用される接着剤６ａの組成について説明する。接着剤６ａは、常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する熱可塑性の固形樹脂および無機フィラの粒子を熱硬化性樹脂中に含有させ、常温における粘度が２００Ｐａ・ｓｅｃ以下となるようにしている。固形樹脂の含有率は接着剤６ａによって形成される樹脂部６の軟化点が７０℃〜１００℃となるように、５〜７５重量％の範囲で、また無機フィラの含有率は３０重量％以下の範囲で設定される。
【００２９】
ここで、熱硬化性樹脂は、エポキシ系、アクリル系のいずれか１つを含む主剤と、この主剤を熱硬化させる硬化剤と、半田の酸化膜を除去する活性剤とを含んだ組成となっている。そして固形樹脂としては、テルペン樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、ユリア樹脂、メラニン樹脂、非結晶性ロジン、ミイド樹脂、オレフィン樹脂、アクリル樹脂、アミド樹脂、ポリエステル樹脂から選ばれた少なくとも１つが熱硬化性樹脂中に混入される。これらの固形樹脂を選定する際には、主剤の成分との関連で主剤に対して相溶性を有する固形樹脂が選ばれる。これにより、固形樹脂を主剤中に混入させる際に、気化性のガス分を含む溶媒を使用することなく流動性を備えた液状の樹脂を実現することが可能となっている。
【００３０】
次に図４を参照して上述の電子部品実装構造を形成するための電子部品実装方法について説明する。この電子部品実装方法は、電子部品３に形成された複数のバンプ４を、基板１に形成された複数の電極２に半田接合するものである。
【００３１】
図４（ａ）において、基板１の上面には、複数の電極２が設けられている。基板１上面には、図４（ｂ）に示すように、ディスペンサ５によって接着剤６ａが電極２を覆って塗布される。すなわち、基板１の電極形成面と電子部品３のバンプ形成面との間に、常温において固体であり加熱により液状に変化する性質を有する固形樹脂と熱硬化性樹脂とを含んだ接着剤６ａを介在させる（樹脂供給工程）。次いで図４（ｃ）に示すように、電子部品３のバンプ４を電極２に整合させて、電子部品３を樹脂供給後の基板１に搭載する（搭載工程）。
【００３２】
この後、基板１はリフロー装置に送られ、バンプ４を形成する半田に適合したリフロー条件で加熱される。ここでは加熱により半田を溶融させバンプ４を電極２に半田接合するとともに、接着剤６ａ中の熱硬化性樹脂を熱硬化させる。そして基板１をリフロー装置から取り出してその後常温に戻すことにより、電子部品３と基板１とを接着する樹脂部６を形成する（樹脂部形成工程）。この樹脂部形成工程での半田接合過程においては、接着剤６ａが半田の酸化膜を除去する活性剤を含んでいることから、加熱により活性剤をバンプ４の表面の酸化膜に作用させて除去することができ、良好な半田接合性が確保される。
【００３３】
このようにして形成された樹脂部６は、基板１に実装される電子部品３を固着するとともに、実装後には基板１と電子部品３との間を封止して補強する。この封止樹脂としての機能において、常温では樹脂部６中の固形樹脂成分は固体であり十分な接着力を有していることから、実装状態において電子部品３は基板１に強固に固着される。
【００３４】
そして使用環境温度が上昇すると固形樹脂成分が液化することによって樹脂部６が軟化する。これにより、この熱サイクルにおいて基板１と電子部品３との熱膨張差やバンプ４を包み込む樹脂部６が膨張することによってバンプ４に作用する応力が大幅に緩和される。このため、Ａｇ−Ｓｎ系など硬くて脆い性質の鉛フリー半田を用いた場合にあっても、実装後の熱サイクルによってバンプ４が破断する不具合を防止し、バンプ４の良好な熱疲労特性を確保して実装信頼性を向上させることができる。
【００３５】
なお図４に示す電子部品実装方法では、電子部品３の搭載に先立って予め基板１に接着剤６ａを供給する形態を示しているが、図５に示すように、接着剤６ａの供給を電子部品３の搭載後に行うようにしてもよい。すなわち、図５（ａ）に示すように、バンプ３を電極２に整合させて電子部品３を基板２に搭載し（搭載工程）、この後リフロー装置にて基板１を加熱し半田を溶融させてバンプ３を電極２に半田接合する（半田接合工程）。
【００３６】
次いで図５（ｂ）に示すように、電子部品３の外縁部に接着剤６ａをディスペンサによって吐出し、電子部品３のバンプ形成面と基板１の電極形成面との間に接着剤６ａを毛管現象で進入させることによって供給する（樹脂供給工程）。この後、樹脂供給後の基板１を加熱して接着剤６ａ中の熱硬化性樹脂を熱硬化させ、その後常温に戻すことにより、図４に示す例と同様に、電子部品３と基板１とを接着する樹脂部６を形成する（樹脂部形成工程）。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品のバンプ形成面と基板の電極形成面との間に補強用の樹脂部を形成した構成の電子部品実装構造において、樹脂部に用いられる電子部品用接着剤として、１６０８サイズの矩形チップをアルミ板に樹脂で接着した場合のシェア強度で定義される樹脂部の接着力が、常温において１０Ｎ以上であり且つ７０℃において５Ｎ以下であるような加熱による軟化する特性を有する樹脂材質のものを用いたので、高温時において樹脂部の熱膨張によって半田バンプに発生する応力を低下させて、半田バンプの良好な熱疲労特性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の電子部品実装構造の断面図
【図２】本発明の一実施の形態の電子部品実装構造の部分断面図
【図３】本発明の一実施の形態の電子部品用接着剤の接着力測定の説明図
【図４】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図
【図５】本発明の一実施の形態の電子部品実装方法の工程説明図
【符号の説明】
１  基板
２  電極
３  電子部品
４  バンプ
６  樹脂部
６ａ  接着剤
【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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