(57)【要約】【課題】十分な接着強度とセルフアライメント性を確保することができる電子部品用接着剤およびこの電子部品用接着剤を用いた電子部品実装方法を提供することを目的とする。【解決手段】半田接合により基板１に実装される電子部品５．６．７を基板１に接着するために用いられ、半田接合におけるセルフアライメント現象を阻害しない電子部品用接着剤４において、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％の含有量で含有させた組成とし、常温における粘度が２００Ｐａ・ｓｅｃ以下とする。これにより、常温域における強度と高温域における流動性を両立させることができ、実装後の十分な接着強度と半田接合過程におけるセルフアライメント性を確保することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半田接合により基板に実装される電子部品を前記基板に接着するために用いられ、前記半田接合における電子部品のセルフアライメント現象を阻害しない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組成であり、常温における粘度が２００Ｐａ・ｓｅｃ以下であることを特徴とする電子部品用接着剤。
【請求項２】
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、イミド樹脂、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１記載の電子部品用接着剤。
【請求項３】
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２記載の電子部品用接着剤。
【請求項４】
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１記載の電子部品用接着剤。
【請求項５】
電子部品に形成された接続用電極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、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組成であり常温における粘度が２００Ｐａ・ｓｅｃ以下である電子部品用接着剤を前記基板の電極形成面と前記電子部品との間に介在させた状態で、前記接続用電極を前記電極に整合させて電子部品を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るとともに、前記熱硬化性樹脂の硬化反応を促進させながら前記固形樹脂を液状に変化させる加熱工程と、前記基板を常温に戻すことにより前記固形樹脂および半田を固化させる固化工程とを含むことを特徴とする電子部品実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を基板に接着するために用いられる電子部品用接着剤およびこの電子部品用接着剤材を用いた電子部品実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を基板に実装する方法として、半田接合による方法が広く用いられている。実装される電子部品がファインピッチ部品である場合など、半田接合量が少なく接合強度が不十分である場合には、電子部品を接着剤で基板に固着して半田接合部を補強することが行われる。この実装方法において、電子部品の搭載に先立って基板の実装位置に予め熱硬化性樹脂の接着剤を塗布しておき、接着剤の上から電子部品を搭載するいわゆる「樹脂先塗り」が採用される場合がある。この方法によれば、リフロー工程において半田接合とともに熱硬化性樹脂の効果を同一工程で行えるという利点がある。
【０００３】
このような「樹脂先塗り」の用途に使用される樹脂接着剤として、リフロー過程でのセルフアライメント特性、すなわち加熱により溶融した半田が基板の電極上で濡れ拡がる際に、溶融半田の表面張力により電子部品の端子やバンプが電極の位置にならう特性を備えた接着剤が知られている。このようなセルフアライメント型の接着剤として、従来より、熱可塑性樹脂の粉末をアルコールなどの溶媒に所定割合で溶解・分散させたタイプのもの（例えば特許文献１参照）や、熱硬化性樹脂に添加される硬化剤の種類や配合組成を調整することにより半田溶融温度において接着剤がまだ流動性を失わないようにしたもの（例えば特許文献２，３，４，５参照）が用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２５７３８２９号公報
【特許文献２】
特許第２６８２３６６号公報
【特許文献３】
特許第２６３９２９３号公報
【特許文献４】
特許第３１４７１１６号公報
【特許文献５】
特許第３１４６８８８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述のセルフアライメント型の接着剤には、次のような難点がある。まず、特許文献１に示すような溶媒によって流動性を付与するタイプの接着剤では、リフロー時の加熱によって溶媒が気化したガスによって樹脂補強部の内部にボイドを生じやすく、十分な補強効果を得られない場合がある。
【０００６】
また、特許文献２，３，４，５に示すような熱硬化性樹脂中の硬化剤によって半田接合時の流動性を確保するタイプの接着剤では、近年使用範囲が拡がっている鉛フリー半田を用いた実装方式に適用した場合に、十分な接合強度とセルフアライメント性を両立させることが難しいという難点がある。
【０００７】
すなわち、Ａｇ−Ｓｎ系の鉛フリー半田は従来使用されていたＰｂ−Ｓｎ系の共晶半田よりも溶融温度が高いため、リフロー過程における半田溶融温度と許容最高加熱温度との幅が狭くなる。このため、熱硬化温度が高めになるように硬化剤の配合を設定するとリフロー時の加熱のみでは接着剤が完全硬化せずに接着強度が確保されない結果となる。これに対し、リフロー時の加熱によって熱硬化が完了するように熱硬化温度が低めとなるように硬化剤の配合を設定すると、半田溶融時に接着剤の流動性が失われてセルフアライメント性が阻害される。
【０００８】
そこで本発明は、上述の諸課題を解消し十分な接着強度とセルフアライメント性を確保することができる電子部品用接着剤およびこの電子部品用接着剤を用いた電子部品実装方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品用接着剤は、半田接合により基板に実装される電子部品を前記基板に接着するために用いられ、前記半田接合における電子部品のセルフアライメント現象を阻害しない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組成であり、常温における粘度が２００Ｐａ・ｓｅｃ以下である。
【００１０】
請求項２記載の電子部品用接着剤は、請求項１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、イミド樹脂、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。
【００１１】
請求項３記載の電子部品用接着剤は、請求項１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。
【００１２】
請求項４記載の電子部品用接着剤は、請求項１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。
【００１３】
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接続用電極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、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組成であり常温における粘度が２００Ｐａ・ｓｅｃ以下である電子部品用接着剤を前記基板の電極形成面と前記電子部品との間に介在させた状態で、前記接続用電極を前記電極に整合させて電子部品を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るとともに、前記熱硬化性樹脂の硬化反応を促進させながら前記固形樹脂を液状に変化させる加熱工程と、前記基板を常温に戻すことにより前記固形樹脂および半田を固化させる固化工程とを含む。
【００１４】
本発明によれば、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％の含有量で含有させた組成の電子部品用接着剤を用いることにより、常温域における強度と高温域における流動性を両立させることができ、実装後の十分な接着強度と半田接合過程におけるセルフアライメント性を確保することができる。
【００１５】
【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、図２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、図３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、図７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、図８はリフロー炉における半田付時の加熱プロファイルを示す図である。
【００１６】
まず図１，図２を参照して、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、電子部品に形成された接続用電極を基板に形成された複数の電極に半田接合するものである。
【００１７】
図１（ａ）において、基板１には種類の異なる複数の電極２ａ、２ｂ、２ｃが形成されている。電極２ａ、２ｂ、２ｃには、種類の異なる電子部品の接続用電極がそれぞれ半田接合により接続される。電子部品の搭載に先立って、まず図１（ｂ）に示すように、電極２ｂ、２ｃの上面にはクリーム半田３が塗布され、次いで図１（ｃ）に示すように、電極２ａの両外側、電極２ｂ、２ｃの中間には、電子部品用接着剤４（以下、単に「接着剤」４と略記する。）が塗布される。接着剤４は、リフロー工程までの間基板１に電子部品を仮止めするとともに、リフロー後は固化して電子部品を基板１に固着する補強樹脂としての機能を有している。
【００１８】
ここで接着剤４には、半田接合時においては、溶融した半田によるセルフアライメント現象を阻害しない程度の流動性が要求され、半田接合後の固化した状態では電子部品を基板に固着するための補強用樹脂としての十分な接着力が要求される。補強用樹脂としての十分な接着力としては、後述する方法で測定したシェア強度が、常温（２５℃）において１０Ｎ以上必要である。また流動性については、実際に半田付けを行い、セルフアライメント現象を阻害するかどうかで判断する。
【００１９】
ここでこのような特性を有する接着剤４の組成について説明する。接着剤４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後述するように、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。
【００２０】
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、イミド樹脂、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。
【００２１】
図３は、接着剤４における固形樹脂の含有率（重量％）と、前述の常温におけるシェア強度との関連を示している。比較のために、固形樹脂を含まない従来品についても同様なシェア強度を測定した。このシェア強度の測定は、まず平らな平面上に０．１ｍｍの厚さで塗布した接着剤に１６０８サイズの矩形チップを浸漬して引き上げることで矩形チップの下面に接着剤を転写し、アルミ板に搭載する。このアルミ板をリフロー炉において実際の半田付け時の加熱プロファイル（図８）に従って加熱処理し、常温に冷却した後にシェア強度を測定した。シェア強度の測定は、アルミ板の上面から０．１〜０．２ｍｍの高さの矩形チップの長辺に、シェアテスターの治具を５０ｍｍ／ｍｉｎ．の速度で押し当てて剥離させた際の力を測定した。
【００２２】
図３のグラフに示すように、固形樹脂の含有率の増加に伴ってシェア強度は急速に上昇し、含有率５％にてシェア強度１０Ｎに到達する。そして含有率２０％で最高のシェア強度を示し、以下含有率の増加に伴ってシェア強度は漸減し７５％を超えるとシェア強度１０Ｎを下回るようになる。また固形樹脂を含まない従来品（熱硬化性樹脂）は、図８の加熱プロファイルでは熱硬化のために必要な熱量が不足するので十分硬化しきれず、接着力も著しく弱い。したがって、前述の樹脂部６の強度条件を満たす接着剤６ａ中の固形樹脂の含有率の範囲は、図３に示す範囲Ａ（５〜７５％）であることが判る。なおグラフから判るように、範囲Ｂ（１０〜４０％）を選定すればより望ましい結果を得ることができる。
【００２３】
このような接着剤４が電子部品の仮止め用に塗布された基板１に対して、図２（ａ）に示すように、３種類の電子部品５，６，７が搭載される。電子部品５は下面に接続用電極である半田バンプ５ａが形成されたバンプ付部品であり、バンプ５ａには予めフラックス（図示省略）が転写されている（図４参照）。また電子部品６は両側面に接続用電極である端子６ａが形成された矩形チップであり、電子部品７は両側面に接続用電極であるリード７ａを備えたリード部品である。
【００２４】
これらの電子部品５，６，７は、接着剤４を基板１の電極形成面と電子部品との間に介在させた状態で、それぞれの接続用電極であるバンプ５ａ、端子６ａおよびリード７ａを、基板１の電極２ａ、２ｂ、２ｃにそれぞれ整合させて、基板１に搭載される（搭載工程）。これにより、図２（ｂ）に示すように、電子部品５，６，７は接着剤４によって基板１に仮止め固定され、この状態でリフロー装置に送られる。そしてここで基板１を加熱して電極２ａ上のバンプ５ａおよび電極２ｂ、２ｃ上のクリーム半田３を溶融させるとともに、接着剤４中の熱硬化性樹脂の硬化反応を促進させながら、熱硬化性樹脂に含有される固形樹脂を液状に変化させる（加熱工程）。
【００２５】
そしてこの後、基板１をリフロー装置から取り出して基板１を常温に戻すことにより、接着剤４中の固形樹脂およびバンプ５ａ、溶融した半田（クリーム半田３）を固化させる（固化工程）。これにより、電子部品５では溶融した半田が電極２ａと接合した状態で固化した半田接合部５ｃが形成され、電子部品６では溶融した半田が電極２ａと端子６ａとを連結した半田フィレットが形成され、また電子部品７ではリード７ａが半田ｓに包み込まれて電極２ｃの上面に半田接合される。そして電子部品５，６，７は、固化した接着剤４によって基板１に固定される。
【００２６】
次に、図４，図５を参照して上述の半田接合過程における電子部品５の挙動について説明する。図２に示す電子部品５の搭載動作においては、電子部品３は基板１に対して必ずしも常に正しく位置合わせされるとは限らず、図４（ａ）に示すように、バンプ５ａが電極２ａに対して水平方向にずれ量ｄだけ偏った位置に着地した状態のまま、電子部品５が接着剤４によって仮止めされる場合がある。このような場合にあっても、リフロー過程において基板１が加熱され半田接合が行われる際には、図４（ｂ）に示すように、半田のセルフアライメント作用によって位置ずれ状態が解消され、電極２ａ上の正しい位置に半田接合部５ｃが形成される。
【００２７】
この半田接合過程について、図５を参照して説明する。図５は、半田接合されるバンプ５ａと電極２ａとの組み合わせのうち、接着剤４に最も近い位置にある外側の電極２ａ＊とバンプ５ａ＊との半田接合の過程を示すものである。一般に半田の表面には大気暴露によって酸化膜が生成しており、電子部品５を基板１に搭載した状態では、図５（ａ）に示すように、酸化膜５ｂで覆われた状態のバンプ５ａ＊が電極２ａ＊上にフラックス８を介して着地する。
【００２８】
このとき、外側に塗布された接着剤４は基板１上を内側に向かって流動する傾向にあり、この流動によって接着剤４が、バンプ５ａ＊の表面と付着したフラックス８との接触界面に進入する場合がある（矢印ａ参照）。そしてこの接着剤４の流動は、加熱によって接着剤４の熱硬化反応が進行する過程での一時的な粘度低下に伴ってさらに促進され、図５（ｂ）に示すように、フラックス８がバンプ５ａ＊表面の酸化膜５ｂから分離するに至る。
【００２９】
一般に、バンプ４の表面からフラックス７が分離されると、半田接合過程においても酸化膜４ａが残留したままとなって半田接合を阻害するが、本実施の形態においてはこのような状態が発生した場合にあっても、以下に説明するように良好な半田接合結果を得ることができる。すなわち、接着剤４には酸化膜除去能力を有する活性剤が含まれていることから、酸化膜５ｂはこの活性作用によって除去される。そしてさらに加熱されることによってバンプ５ａ＊が溶融し、フラックス８によって覆われた電極２ａ＊の表面に良好に半田接合される。
【００３０】
このとき、溶融半田の表面張力に由来するセルフアライメント効果によって溶融状態のバンプ５ａ＊は電極２ａ＊の上面に吸い寄せられ、リフロー前の位置ずれ状態が解消されて電極２ａ＊とバンプ５ａ＊の位置がほぼ一致する（図４（ｂ）参照）。また、高さ方向のバンプ高さばらつきも半田の沈み込みにより吸収され、接合性が向上する。そしてこの溶融半田が冷却固化することにより、図５（ｄ）に示すように、電極２ａ＊上の正しい位置に半田接合部５ｃ＊が位置した状態で、電子部品５は基板１に実装される（図４（ｂ）参照）。
【００３１】
この半田溶融時において、接着剤４の成分である熱硬化性樹脂中の固形樹脂が液状に変化することにより、接着剤４は半田溶融温度に加熱された状態においても流動性を失わず、セルフアライメント現象を阻害することがない。そして、この半田接合過程が完了した後には、接着剤４は熱硬化性樹脂が熱硬化を完了することによる硬化とともに、加熱によって一旦液状化した固形樹脂が再び固化することによって完全な固定状態となり、電子部品５の外縁部を基板１に固着し、電極２ａ上面の半田接合部５ｃを補強する樹脂補強部として機能する。
【００３２】
次に、図６を参照して上述の半田接合過程における電子部品６の挙動について説明する。電子部品６を基板１に対して搭載する際には、矩形状の電子部品６の水平面内での方向が必ずしも正しく合わされて搭載されるとは限らず、図６（ｂ）に示すように、両端の端子６ａがクリーム半田３が供給された電極２ｂから位置ずれした状態で搭載される場合がある。
【００３３】
このような場合においても、半田接合過程において電極２ｂ上のクリーム半田３が溶融した溶融半田に端子６ａが接触すると、溶融半田のセルフアライメント作用によって端子６ａは電極２ｂの中心に向かって吸い寄せられ、リフロー前の位置ずれ状態が解消されて電極２ｃと端子６ａの中心線がほぼ一致する。このとき、電極２ｃの間に塗布された接着剤４は、前述の場合と同様に、半田溶融温度に加熱された状態においても流動性を失わず、セルフアライメント現象を阻害することがない。
【００３４】
次に、図７を参照して上述の半田接合過程における電子部品７の挙動について説明する。電子部品７を基板１に対して搭載する際には、電子部品７の側面から延出したリード７ａが電極２ｃ上のクリーム半田３に十分に接触するとは限らず、図７（ａ）に示すように、接着剤４によって下面を仮止めされた状態でリード７ａがクリーム半田７から離れた浮き上がり状態となる場合がある。
【００３５】
このような場合においても、半田接合過程において接着剤４が加熱されて流動性が増大することにより、電子部品７の高さ位置が低下してリード７ａが電極２ｃ上のクリーム半田３に接触するようになる。そしてクリーム半田３が溶融した溶融半田にリード７ａが接触すると、溶融半田のセルフアライメント作用によってリード７ａは溶融半田によって包み込まれ、リフロー前の浮き上がり状態が解消されて電極２ｃの上面に良好な状態で半田接合される。このとき、電極２ｃの間に塗布された接着剤４は、前述の場合と同様に半田溶融温度に加熱された状態においても流動性を失わず、セルフアライメント現象を阻害することがない。
【００３６】
上記説明したように、本実施の形態に示す電子部品用接着剤は、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固形樹脂を熱硬化性樹脂中に５〜７５重量％の含有量で含有させた組成となっている。これにより、常温域における接着強度と高温域における流動性を両立させることができ、実装後の十分な接着強度と半田接合過程におけるセルフアライメント性を確保することができる。
【００３７】
これにより、溶媒によって流動性を付与するタイプの接着剤を用いる場合の不具合、すなわちリフロー時の加熱によって溶媒が気化したガスによって樹脂補強部の内部にボイドを生じる不具合が発生せず、したがって内部欠陥のない樹脂補強部を形成して十分な補強効果を得ることができる。
【００３８】
また、熱硬化性樹脂中の硬化剤の配合割合の調整によって半田接合時の流動性を確保するタイプの接着剤では、近年使用範囲が拡がっている鉛フリー半田を用いた実装方式に適用した場合に、十分な接合強度とセルフアライメント性を両立させることが難しいという難点があるが、本実施の形態に示す接着剤４では、加熱によって液状となる固形樹脂分を配合することにより、半田溶融時における接着剤の流動性を確保することができるという利点がある。
【００３９】
また固形樹脂は常温に冷却されることにより固化して接着強度に寄与することから、加熱条件の変動など何らかの理由で熱硬化性樹脂が完全に硬化しなかったような場合においても、実装後の接着強度を十分に確保することが可能となっている。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、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％の含有量で含有させた組成の電子部品用接着剤を用いたので、常温域における強度と高温域における流動性を両立させることができ、実装後の十分な接着強度と半田接合過程におけるセルフアライメント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方法の工程説明図
【図２】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３】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
【図６】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７】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８】リフロー炉における半田付時の加熱プロファイルを示す図
【符号の説明】
１  基板
２ａ、２ｂ、２ｃ  電極
３  クリーム半田
４  接着剤
５，６，７  電子部品
５ａ  バンプ
５ｂ  酸化膜
５ｃ  半田接合部
６ａ  端子
７ａ  リード
【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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