(57)【要約】【課題】  導電性接着剤を介して部品の実装を行った場合であっても、電気的接続抵抗を低く抑え、電気的接続を安定させることができる実装方法を提供する。【解決手段】  樹脂バインダ内に導電フィラを含有する導電性接着剤を介して基板に部品を実装する方法において、基板に添加された導電性接着剤の近傍に前記部品を規定の搬送速度で搬送する工程と、前記導電性接着剤に前記部品に設定荷重を付加し、かつ前記搬送速度よりも低速に設定された押し込み速度で、前記設定荷重と前記導電性接着剤の反発力との均衡が保たれる押圧下限まで押し込む工程と、前記部品を前記押圧下限位置にて所定時間保持する工程と、を有することを特徴とする。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂バインダ内に導電フィラを含有する導電性接着剤を介して基板に部品を実装する方法において、
基板に添加された導電性接着剤の直上の近傍所定位置に前記部品を規定の搬送速度で搬送する工程と、
前記部品を前記搬送速度よりも低速で下降させるとともに、前記部品を設定荷重で前記導電性接着剤に押圧し、前記導電性接着剤を流動させて前記導電フィラ相互を密接させる工程と、
を有することを特徴とする導電性接着剤を介した実装方法。
【請求項２】
前記部品を押圧下限位置において所定時間保持することを特徴とする請求項１に記載の導電性接着剤を介した実装方法。
【請求項３】
前記押圧下降速度は４０ｍｍ／ｓ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の導電性接着剤を介した実装方法。
【請求項４】
前記導電性接着剤に前記部品を実装したチャックを前記搬送速度以上で後退させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の導電性接着剤を介した実装方法。
【請求項５】
導電フィラを含有する導電性接着剤を介して部品を基板に実装した際の実装状態の良否を判定する方法であって、
硬化させた導電性接着剤の厚みを検出して、
前記部品と前記基板との電気的接続の良否を判定することを特徴とする実装状態の良否判定方法。
【請求項６】
部品間の電気的接続に樹脂バインダと導電フィラとを主原料とする導電性接着剤であって、
前記樹脂バインダが部品間の電気的接続を成す際に前記部品同士の接続方向へ押圧され当該押圧状態で規定時間保持されることにより前記押圧方向に反する方向への弾性変形を抑制された状態となり、前記導電フィラが前記バインダの弾性変形の抑制により前記部品間に均一かつ密接な状態で分散された硬化状態を有することを特徴とする導電性接着剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に部品を導電性接着剤を介して実装する方法、並びに実装状態における電気的接続の良否を判定する方法、及び前記実装方法によって部品を実装した際の硬化状態を有する導電性接着剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、導電性接着剤を用いて基板に部品を実装する手法は、半田を用いた実装に比べて電気的な接続抵抗が高いという問題が指摘されてきた。その原因は主に、導電性接着剤の構成にある。導電性接着剤は、硬化性樹脂からなるバインダと、前記バインダ内に分散された導電フィラとを主な構成要素とするものである。このような構成の導電性接着剤では、樹脂バインダ内に含有（分散）された導電フィラが互いに密接することにより接着した部品同士の導通を成す。しかし、前記導電性接着剤において、前記樹脂バインダは、絶縁物質であるため、このバインダが導電フィラ間に入り込んだ場合にはいわゆる断線状態となり前記部品同士の導通を阻害する。
【０００３】
このため、接続抵抗を下げるには導電性接着剤に含有させる導電フィラの含有量を増大させれば良いと考えられ、導電フィラの含有量を８０〜９０Ｗｔ％とした導電性接着剤が考案された。しかし、このような構成の導電性接着剤では、導電フィラの含有量を増大させた事に伴い樹脂バインダの含有量が減少するため、部品間の接着強度が低下するという問題があった。
【０００４】
このような問題点を鑑み、導電性接着剤を構成する樹脂バインダの硬化時の収縮率を調整した導電性接着剤が提案されている（特許文献１）。特許文献１によれば、導電性接着剤の硬化時の収縮率を特定範囲内に設定することにより、導電性接着剤が硬化した際に導電フィラが互いに密接する状態となり、接続抵抗の低下を実現しつつ、接着強度も高めることができるという。
【特許文献１】特開２００２−２２２８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載されているような導電性接着剤を用いて部品の実装を行うようにすれば、確かに高い接着強度を持ちつつ接続抵抗を低下させることを実現することもできると思われる。しかし、導電性接着剤の接続抵抗を高める要因としては、導電性接着剤自体の粘弾性特性に起因するものもあり、この要因による接続抵抗の高まりは、特許文献１に記載の導電性接着剤を用いたとしても解決できない。この要因による接続抵抗の高まりは、導電性接着剤を構成する樹脂バインダが、部品の実装工程において弾性変形することにある。部品実装時に弾性変形が生じた場合、実装された部品の導電性接着剤ではその内部で、導電フィラを離間させるように導電性接着剤の中央部に樹脂バインダが入り込んだ状態となっている。このため、導電フィラ同士の電気的接続は希薄となり、実装部品の作動動作は不安定となる。例えば圧電振動子では、上記のような原因により、実装した圧電振動片の振動周波数が、狙いの周波数に対して数十から数百ｐｐｍのずれを生じる（Ｆ飛び）といった現象が起こる。
【０００６】
本発明では、上記課題を解決し、導電性接着剤を介して部品の実装を行った場合であっても、電気的接続抵抗を低く抑え、電気的接続を安定させることができる実装方法、並びに実装が良好に成されているかを容易に判定することができる実装状態の良否判定方法、さらに前記実装方法を用いて実装を行った際の硬化状態を有する導電性接着剤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】
【０００７】
上記目的を達成するためには、実装時に生じる樹脂バインダの弾性項を抑制し、樹脂とバインダの分離といった状態を生じさせないようにすれば良いと考えられる。そこで、上記目的を達成するための本願発明に係る導電性接着剤を介した実装方法は、樹脂バインダ内に導電フィラを含有する導電性接着剤を介して基板に部品を実装する方法において、基板に添加された導電性接着剤の直上の近傍所定位置に前記部品を規定の搬送速度で搬送する工程と、前記部品を前記搬送速度よりも低速で下降させるとともに、前記部品を設定荷重で前記導電性接着剤に押圧し、前記導電性接着剤を流動させて前記導電フィラ相互を密接させる工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
従来部品の実装工程では、スループットの向上を図るために、搬送から実装に到るまでの部品の移動速度は、可能な限り向上させるということが常であった。しかし、導電性接着剤は外部から与えられる衝撃が瞬間的で強いものほどその弾性的性質が顕著に表れる。上記のような実装方法によれば、実装手前までの搬送速度は今まで通り、若しくは今まで以上に高速なものとしてスループットの向上を図ることができる。また、押圧下降工程（押し込み工程）では、規定の荷重を付加し、かつバインダの弾性的性質を粘性的性質よりも低く抑える程度の速度で部品を導電性接着剤に押し込むことで、バインダの弾性変形（膨張）を抑えることができる。このため、硬化時にバインダが導電フィラを離間させるような状態となってしまい、接続抵抗を高めるといったことを抑制することができる。
【０００９】
また、上記のような導電性接着剤を介した実装方法では、前記部品を押圧下限位置において所定時間保持するようにすると良い。押圧下限位置（部品に付加した荷重と導電性接着剤の反発力とが均衡状態となった位置）で実装部品を所定時間保持することにより、導電性接着剤を理想的な状態で形状安定させることができ、理想の実装状態とすることができる。よって、従来の導電性接着剤の接着強度を持ち、かつ電気的な接続抵抗を低減させることができる。
【００１０】
また、上記導電性接着剤を介した実装方法において、前記押圧下降速度は４０ｍｍ／ｓ以下とすると良い。シリコーン系の樹脂バインダを用いた導電性接着剤の実験では、４０ｍｍ／ｓよりも高速の押し込み速度において弾性的性質（弾性項）が粘性的性質（粘性項）よりも有利となった。このため、押し込み速度を４０ｍｍ／ｓ以下、好適には５〜１０ｍｍ／ｓ程度の速度とすることにより、バインダの弾性的性質を効果的に抑制することができる。
【００１１】
さらに、上記導電性接着剤を介した実装方法では、前記導電性接着剤に前記部品を実装したチャックを前記搬送速度以上で後退させるようにすると良い。これにより、チャックの回帰速度が向上し、部品の実装全体として工程速度が上がることとなる。よって、スループットの向上に繋がる。
【００１２】
また、上記目的を達成するための本発明に係る実装状態の良否判定方法は、導電フィラを含有する導電性接着剤を介して部品を基板に実装した際の実装状態の良否を判定する方法であって、硬化させた導電性接着剤の厚みを検出して、前記部品と前記基板との電気的接続の良否を判定することを特徴とする。このような方法によれば、部品の実装断面を電子顕微鏡等の大型機器で観察することなく、部品の実装状態の良否を判定することができる。よって、部品の実装状態の判定を短時間で簡易に行うことができるため、全ての製品を検査対象とした実装状態の良否判定検査も容易に行うことができることとなる。
【００１３】
さらに、上記目的を達成するための本発明に係る導電性接着剤は、部品間の電気的接続に樹脂バインダと導電フィラとを主原料とする導電性接着剤であって、前記樹脂バインダが部品間の電気的接続を成す際に前記部品同士の接続方向へ押圧され当該押圧状態で規定時間保持されることにより前記押圧方向に反する方向への弾性変形を抑制された状態となり、前記導電フィラが前記バインダの弾性変形の抑制により前記部品間に均一かつ密接な状態で分散された硬化状態を有することを特徴とする。このような硬化状態の導電性接着剤であれば、実装部品間の電気的接続を良好に保つことができ、実装した部品は、安定した作動を成すこととなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る導電性接着剤を介した実装方法、並びに実装状態の良否判定方法、及び前記実装方法によって実装を行った際の硬化状態を有する導電性接着剤についての実施形態を図面を参照しつつ説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施に係る一部の形態であり、本発明の実施は以下に示す形態のみに限定されるものでは無い。
【００１５】
図１は、部品と基板とを接着する導電性接着剤の状態をブロック図で表したものである。なお、図１において（Ａ）は基板と部品とを接着する前の導電性接着剤の状態、（Ｂ）は従来の方法で部品を基板に実装した際の導電性接着剤の状態、（Ｃ）は本発明に係る実装方法により部品を基板に実装した際の導電性接着剤の状態をそれぞれ示す。図１より、図１（Ｂ）で示す従来の実装方法により実装された基板２０と部品２２との間に配された導電性接着剤１０には、導電フィラ１４の配置に疎密差があることがわかる。これに対し、図１（Ｃ）で示す本発明に係る実装方法で実装を行った部品２２と基板２０との間に配された導電性接着剤１０には、導電フィラ１４の配置に疎密差が無いということが判る。
【００１６】
以下に実装方法について説明する。
まず、本実施形態による部品２２の実装方法では、基板２０の実装部分に適量の導電性接着剤１０を添加する。ここで、導電性接着剤１０とは、樹脂バインダ１２と導電フィラ１４とを主な構成要素として成るものであり、樹脂バインダ１２が部材同士の物理的結合を担い、導電フィラ１４が部材間の電気的接続を担う。樹脂バインダ１２としてはシリコーンや、ポリイミド等が一般的に用いられている。また、導電フィラ１４としては銀、金、カーボングラファイト等といったものが一般的である。このような部材を主な構成要素とする導電性接着剤１０は、粘弾性という性質を持つ。この粘弾性という性質は、粘性的性質と弾性的性質とにその特性を分けることができ、導電性接着剤では一般的に、受ける外力が瞬間的なもの（速い速度のもの）であるほど弾性的性質が顕著に表れるという性質がある。このため、一定以上の速度で外力が加えられると、その外力に応じた強い反発力が発生する。
【００１７】
基板２０に導電性接着剤１０を添加した後、基板２０に対して実装を行う部品２２を規定の搬送速度で前記導電性接着剤１０の直上近傍の所定位置まで搬送する。その後、前記搬送速度より低速であり、かつ前記導電性接着剤１０の粘性的性質が弾性的性質よりも有利な速度域で、前記部品２２を前記導電性接着剤１０に対して押圧下降させる（押し込む）。部品２２の押し込みは、導電性接着剤１０の添加量と前記部品２２に付加される荷重とによって一義的に決定される。すなわち、部品２２を押し込む際に付加された押し込み荷重と、前記導電性接着剤１０自体に生じる反発力とが均衡な状態となる位置が押し込み位置（押圧下限）である。このため、実装された部品２２と基板２０との間隔は、実装が適正に成された場合には略一定の値となる。このように、部品２２の搬送速度と、実装速度（押し込み速度）とを異なる速度とすることにより、次のような効果を奏することができる。まず、部品２２の搬送速度を可能な限り高速とすることにより、製品のスループットを向上させることができる。また、部品２２の押し込み速度を、導電性接着剤１０の弾性的性質が粘性的性質を上回らない程度の速度とすることにより、実装時に生じる強い反発力を抑制させることができる。これにより、強い反発力によって実装部品２２が規定の実装高さから押し戻されてしまう、若しくは押し込むことができないといった事態を回避することができる。よって、この弾性変形を伴う強い反発力によって生じると考えられる樹脂バインダ１２内での導電フィラ１４の配置の疎密差も抑制することができる。また、導電性接着剤を流動させて樹脂バインダ１２中に分散された導電フィラ１４を相互に密接させることができる。これにより、基板２０と部品２２との電気的接続を良好に保つことができる。
【００１８】
また、上記のような実装工程を経て導電性接着剤１０に対して部品２２を規定の荷重で押し込んだ後、押圧下限にて前記部品２２の押圧状態を所定時間維持する。これにより、樹脂バインダ１２の形態が安定し、押し込み状態（規定の実装高さ）で部品２２の実装が維持されることとなる。
【００１９】
上記のような工程を経て、導電性接着剤１０を介した部品２２の実装を行うことにより、基板２０と部品２２との間に介在された導電性接着剤１０は、樹脂バインダ１２内に導電フィラ１４が疎密差無く分散された理想的な状態となる。
【００２０】
また、導電性接着剤１０は、一般的に熱硬化性のものが多く、硬化時に付加される熱によって樹脂バインダ１２が膨張してしまう。これにより、図１（Ｂ）に示す従来の実装方法で実装が行われた部品２２と基板２０との間に介在する導電性接着剤１０では、樹脂バインダ１２が導電フィラ１４間の電気的接続を阻害してしまい、部品２２と基板２０との間の電気的接続が絶たれるという事態が起こっていた。これに対し本実施形態による実装方法の導電性接着剤１０では、樹脂バインダ１２内に疎密なく導電フィラ１４が分散されているため、樹脂バインダ１２が熱により膨張したとしても部品２２と基板２０との間で断線が起こる虞が無い。
【００２１】
よって、基板２０と部品２２との間の接続抵抗を低く抑えることができると共に、導電性接着剤１０自体の組成は従来と同じであるため物理的接着は充分な強度を保つことができる。このため、実装した部品２２を安定的に作動させることができる。
【００２２】
以下、上記実装方法を採用した圧電デバイス（以下に示す実施例では圧電振動子）の製造方法について説明する。
図２は、圧電振動子を構成するパッケージベースに圧電振動片を実装する様子を示す図であり、（Ａ）は部品としての圧電振動片の搬送状態を示し、（Ｂ）は圧電振動片を導電性接着剤に押し込んでいる状態を示す。ここで、圧電振動片とは、ＡＴカット圧電振動片であっても、音叉型圧電振動片であっても、弾性表面波圧電振動片であっても良い。
【００２３】
圧電振動片３２の実装に用いる装置は、例えば次のような構成のものであれば良い。すなわち、垂直に立設された支柱５２と、前記支柱５２に沿ってスライドすることを可能とするヘッドユニット（チャック）５４とから成り、前記ヘッドユニット５４には先端側に吸着部５６が備えられ、前記圧電振動片３２を吸着保持して搬送することを可能とした構成である。上記のような構成の実装装置５０を用いた圧電振動片３２の実装方法は以下の通りである。
【００２４】
まず、セラミックス等の絶縁素材によって焼結成形された基板としてのパッケージベース３０の圧電振動片実装部に対して、導電性接着剤１０を添加する。この後、実装する圧電振動片３２を前記実装装置５０の吸着部５６に保持させ、図２中ａで示す搬送区間を規定の搬送速度（例えば３００ｍｍ／ｓ）で導電性接着剤１０の直上近傍の所定位置（例えば導電性接着剤の直上数ｍｍ、好適には２から３ｍｍ程度の位置）にまで搬送する。次に、図２中ｂで示す押し込み区間を前記搬送速度よりも低速であって、前記導電性接着剤１０の弾性的性質が粘性的性質を上回らないような速度（例えばシリコーン系の樹脂バインダを使用した導電性接着剤であれば４０ｍｍ／ｓ以下、好適には５〜１０ｍｍ／ｓ程度）で圧電振動片３２を前記導電性接着剤１０に押し込む。押し込み距離はパッケージベース３０側の実装面の実装面積と、前記実装面に添加した導電性接着剤１０の添加量と、前記圧電振動片３２に付加される押し込み荷重によって一義的に決定される。本実施形態の圧電振動子であれば、実装面積が０．１７ｍｍ2程度、導電性接着剤の添加量が０．１ｍｇ程度であり、押し込み荷重が１２５±２５ｇ程度とする。この場合、押し込み荷重と導電性接着剤の反発力とが均衡状態となるのは、パッケージベースの実装面と圧電振動片との間隔が１０±５μｍ程度となる位置であり、これが圧電振動片の実装位置（押圧下限）となる。
【００２５】
圧電振動片３２を規定の荷重で実装位置まで押し込んだ後、押し込み状態のまま前記導電性接着剤１０の形状が安定するまで（例えば０．０５ｓ程度）停止する。その後実装装置５０による圧電振動片３２の吸着を止め、圧電振動片３２を開放する。これにより、実装した圧電振動片３２が弾性的に押し戻されるということが無くなる。
【００２６】
上記のような方法によりパッケージベース３０に圧電振動片３２を実装された圧電振動子によれば、導電性接着剤１０を構成する樹脂バインダの膨張により導電フィラが断線し、導通不良が生じるという虞がなくなる。また、圧電振動片３２とパッケージベース３０との電気的接続が確実となるため、Ｆ飛びという現象が生じる確率も低くなる。よって、製品の歩留りが向上する。
【００２７】
また、上記のような方法で実装を行った圧電振動子では、圧電振動片３２の実装高さ（パッケージベース３０の実装面と圧電振動片３２との間隔）が略一定の値（例えば１０±５μｍ程度）となることより、硬化状態の導電性接着剤１０の厚みにより実装状態の良否判定を行うことができる。すなわち、導電性接着剤１０の厚みが１０±５μｍの範囲内に入っていた場合、圧電振動片３２の実装に介された導電性接着剤１０は、図１（Ｃ）で示すような、樹脂バインダ１２内に導電フィラ１４が好適に分散された良好な状態であるということができる。これに対し、導電性接着剤１０の厚みが１５μｍより厚い場合は、導電性接着剤１０が図１（Ｂ）で示すような、樹脂バインダ１２内に分散した導電フィラ１４に疎密がある状態であるということができる。また、導電性接着剤１０の厚みが５μｍ以下であった場合には、押し込み圧力が高すぎたことが推定され、圧電振動片３２に割れ等の損傷が発生していることが考えられる。
【００２８】
このような検査方法によって圧電振動片３２の実装状態の良否判定を行うようにすれば、製品の全てを対象とした良否判定を行うことができる。また、全ての製品を対象とした検査を行うことができるため、不良品の発生を出荷前に知ることができるようになり、製品の信頼性を向上させることができる。
【００２９】
上記のようにして圧電振動片３２をパッケージベース３０に実装した前記実装装置５０は、ヘッドユニット５４を、前記搬送速度以上の速度で圧電振動片保持位置まで回帰させる。これにより、実装工程全体としての工程速度が向上することとなり、スループットの向上を図ることができる。
なお、上記のような実装方法によって圧電振動片３２の実装が成された圧電振動子は、周知の方法により開口部の封止がなされ、圧電振動子として製品化される。
【００３０】
上記に示した実施例では、圧電デバイスを圧電振動子とし、実装部品を圧電振動片とした例のみを記載した。しかしながら、本発明の導電性接着剤を介した実装方法は、他の圧電デバイスの部品実装に対しても採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】基板と部品との間に介在する導電性接着剤の状態の違いを示すブロック図である。
【図２】圧電振動子のパッケージベースに圧電振動片を実装する様子を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０………導電性接着剤、１２………樹脂バインダ、１４………導電フィラ、２０………基板、２２………部品（実装部品）、３０………パッケージベース、３２………圧電振動片。
【図１】
2005347717.tif 000003
【図２】
2005347717.tif 000004