(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電極を有する第１の電子部品と、外部電極を有する第２の電子部品とが接合材を介して電気的に接続された電子部品モジュールであって、
前記接合材が導電性接着剤からなると共に、前記第１および第２の電子部品のそれぞれの前記外部電極のうちの少なくともいずれか一方の外部電極の表面に、電極表面の仕事関数を低下させる有機化合物が吸着されていることを特徴とする電子部品モジュール。
【請求項２】
前記有機化合物は、分子骨格中に酸素原子を有さず、且つ窒素原子を有するアミン化合物であることを特徴とする請求項１記載の電子部品モジュール。
【請求項３】
前記有機化合物は、テトラエチレンペンタミン、トリエチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、及び１−アミノデカンの中から選択された一種を含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子部品モジュール。
【請求項４】
前記外部電極の表面は、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ、またはこれらの合金の中から選択された一種を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子部品モジュール。
【請求項５】
前記導電性接着剤は、導電性樹脂材料及び導電性接着シートのいずれかで形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電子部品モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子部品モジュールに関し、より詳しくは電子部品同士が接合材を介して電気的に接続された電子部品モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
積層セラミックコンデンサや半導体素子などの電子部品は、回路基板などの他の電子部品と電気的に接続するための外部電極を有し、外部電極に塗布されたはんだや導電性樹脂材料などの接合材を介して他の電子部品と電気的に接続される。【０００３】
そして近年では、環境面等への配慮から鉛の使用を低減することが要請されており、斯かる観点から、上記接合材としては、従来、使用されてきたはんだの代替材料として導電性樹脂材料などの導電性接着剤が注目を集めている。【０００４】
電気的接続の信頼性向上のためには、電子部品自体の信頼性向上が重要であるが、それとともに他の電子部品との接続部分の信頼性向上が重要である。電子部品間の接続部分の信頼性は、導電性樹脂材料などの接続材料自体の抵抗値や耐湿性などの信頼性に加えて、接続材料と電極との接触部分の接続抵抗や接続強度などの信頼性から影響を受ける。【０００５】
そこで，従来から、電極表面に対して何らかの表面処理を行うことによって接続信頼性の向上を図ろうとした技術が知られている。例えば特許文献１には、金属表面を予めシラン系などのカップリング剤で処理した後に導電性ペーストを塗布または印刷するようにした電子回路基板の製造方法が提案されている。【０００６】
特許文献１によれば、金属表面を予めシラン系などのカップリング剤で処理することにより金属表面と導電性ペースト硬化塗膜との密着性が高まるとされている。【０００７】
【特許文献１】特開平６−６１６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電極間の電気的接続を導電性樹脂材料によって行った場合、導電性樹脂材料と電極との間の導通はショットキー電流によって通電される。ショットキー電流は、金属表面の仕事関数に依存し、仕事関数が小さくなるとショットキー電流の値が大きくなることが知られている。また、物質表面の仕事関数は、表面に他の物質を吸着させることによって大小さまざまに変化することが知られている。【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載された発明は、シラン系などのカップリング剤で表面処理することによって密着性を高めるものであり、仕事関数やショットキー電流に着目したものではない。むしろ、特許文献１において具体的に例示されているシラン系カップリング剤は分子骨格中に電子吸引性の強い酸素原子を有するため、電極表面の仕事関数が増大してショットキー電流が低下すると考えられる。【００１０】
本発明は、電極表面の仕事関数を低減させてショットキー電流を増加させることにより、電極と接続材料との接続抵抗値を低下させて、電気的な接続信頼性が高い電子部品モジュール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】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明に係る電子部品モジュールは、外部電極を有する第１の電子部品と、外部電極を有する第２の電子部品とが接合材を介して電気的に接続された電子部品モジュールであって、前記接合材が導電性接着剤からなると共に、前記第１および第２の電子部品のそれぞれの前記外部電極のうちの少なくともいずれか一方の外部電極の表面に、電極表面の仕事関数を低下させる有機化合物が吸着されていることを特徴とする。【００１２】
また、本発明の電子部品モジュールは、前記有機化合物が、分子骨格中に酸素原子を有さず、且つ窒素原子を有するアミン化合物であることを特徴とし、具体的には、テトラエチレンペンタミン、トリエチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、１−アミノデカンを好適に使用することができる。【００１３】
さらに、本発明の電子部品モジュールは、前記電極表面が、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ、及びこれらの合金の中から選択された一種を含むことを特徴とする。【００１４】
また、本発明の電子部品モジュールは、前記導電性接着剤は、導電性樹脂材料及び導電性接着シートのいずれかで形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電子部品モジュールによれば、第１の電子部品と第２の電子部品とを電気的に接続する接合材が導電性接着剤からなると共に、前記第１および第２の電子部品のそれぞれの前記外部電極のうちの少なくともいずれか一方の外部電極の表面に、電極表面の仕事関数を低下させる有機化合物が吸着されているので、電極表面の仕事関数が低下してショットキー電流が増加し、これにより電極と導電性接着剤との間の接続抵抗を低下させることができ  第１の電子部品と第２の電子部品との間の電気的接続の信頼性を向上させることができる。【００１６】
また、前記有機化合物として、分子骨格中に酸素原子を有さず、且つ窒素原子を有するアミン化合物、具体的には、テトラエチレンペンタミン、トリエチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、１−アミノデカンを使用することにより、電極表面の仕事関数を効果的に低下させることができる。【００１７】
また、前記外部電極の表面が、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ、及びこれらの合金の中から選択された少なくとも一種を含むので、外部電極として通常使用される金属材料を使用した場合に電極と導電性接着剤との間の接続抵抗を効果的に低下させることができ  第１の電子部品と第２の電子部品との間の電気的接続の信頼性を向上させることができる。【００１８】
また、前記導電性接着剤は、導電性樹脂材料及び導電性接着シートのいずれかで形成されているので、非鉛系の接合材を使用した場合であっても、電気的接続の信頼性が向上した電子部品モジュールを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の電子部品モジュールを示す断面図である。
【図２】試験用基板の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０    積層セラミック電子部品（第１の電子部品）
１２    外部電極
２０    回路基板（第２の電子部品）
２２    電極パッド（外部電極）
３０    接合材
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳説する。【００２２】
図１は本発明に係る電子部品モジュールの一実施の形態を模式的に示す断面図である。【００２３】
該電子部品モジュールは、第１の電子部品としての積層セラミック電子部品１０と第２の電子部品としての回路基板２０とが導電性樹脂材料からなる接合材３０を介して電気的に接続されている。【００２４】
積層セラミック電子部品１０は、電子部品本体としてのセラミック基体１１と、該セラミック基体１１の表面に形成された外部電極１２とを備えている。セラミック基体１１は誘電体セラミックスや磁性体セラミックスなどのセラミック材料からなり、内部電極が内蔵されているが、本実施の形態では図示を省略している。【００２５】
外部電極１２の表層は、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎまたはこれらの合金が含有されると共に、該外部電極１２の表面における仕事関数を低下させる有機化合物、例えばテトラエチレンペンタミン、トリエチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、１−アミノデカンなどの分枝骨格中に酸素原子を有さず、窒素原子を有するアミン化合物が予め吸着されている。【００２６】
すなわち、接合材３０である導電性樹脂材料が外部電極１２と電極パッド２２との間に塗布される前に前記積層セラミック電子部品１０は表面処理され、これにより前記有機化合物が外部電極１２の表層（表面）に吸着されている。【００２７】
回路基板２０は樹脂材料や酸化アルミニウムなどで形成された基板本体２１と、基板本体２１の主面上に形成された電極パッド（外部電極）２２とを有している。電極パッド２２の表層は、前記外部電極１２と同様、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎまたはこれらの合金が含有されると共に、該電極パッド２２の表面における仕事関数を低下させる有機化合物、例えばテトラエチレンペンタミン、トリエチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、１−アミノデカンなどの分枝骨格中に酸素原子を有さず、窒素原子を有するアミン化合物が予め吸着されている。【００２８】
すなわち、接合材３０である導電性樹脂材料が外部電極１２と電極パッド２２との間に塗布される前に前記回路基板２０は表面処理され、これにより前記有機化合物が電極パッド２２の表層（表面）に吸着されている。【００２９】
これらの有機化合物を外部電極１２や電極パッド２２の表層に吸着させる方法としては、これらの有機化合物を必要に応じてエタノールなどの溶剤で希釈した上で、浸漬（ディッピング）、吹き付け（スプレー）、転写、刷毛などを用いた塗布などの方法で外部電極１２及び電極パッド２２の表層に付与し、溶剤を乾燥させる方法があるが、これに限定されるものではない。【００３０】
接合材３０を形成する導電性樹脂材料は、エポキシ樹脂などの樹脂とＡｇなどからなる導電性粉末とを含み、外部電極１２と電極パッド２２との間に塗布された後に、熱硬化や紫外線硬化などの方法で硬化される。【００３１】
このように本電子部品モジュールは、仕事関数を低下させる有機化合物が外部電極１２および電極パッド２２の表層に予め吸着されているので、外部電極１２または電極パッド３３と接合材３０との間の導通を担うショットキー電流の値が増加する。そしてこれにより、外部電極１２と導電性樹脂材料３０との間の接続抵抗および電極パッド２２と接合材３０との間の接続抵抗の各々が低下し、その結果外部電極１２と電極パッド２２との間の接続抵抗が低下し、セラミック電子部品１０と回路基板２０との間の電気的接続の信頼性が向上する。【００３２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態では外部電極１２と電極パッド２２の両方の表層に仕事関数を低下させる有機化合物を吸着させているが、外部電極１２及び電極パッド２２のいずれか一方の表層のみに仕事関数を低下させる有機化合物を吸着させても同様の効果を得ることができる。【００３３】
また、上記実施の形態では、電極表面に吸着させる好適な有機化合物として、テトラエチレンペンタミン、トリエチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、１−アミノデカンを例示したが、これらに限定されるものではない。すなわち、分子骨格中に酸素原子を有さず、且つ分子骨格中に窒素原子を有するアミン化合物であれば好適に使用することが可能であり、例えば、アリルアミン、メチルアミン、エチルアミン、アミノペンタン、プロピルアミン、ブチルアミン、ｉ−ブチルアミン、ｔ−ブチルアミン、ペンチルアミン、シクロヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、デシルアミン、ラウリルアミン、フェネチルアミン、ジアミノペンタン、ドデカメチレンジアミン、メチルベンジルアミン、エチルベンジルアミン、メチルシクロヘキシルアミン、エチレンジアミン、ヘプチルアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘキシルアミン、ノナメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、フェニレンジアミン、フェニルメチルアミン、フェニルエチルアミン、フェニルナフチルアミン、ジアミノブタン、テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチルフェニレンジアミン、テトラメチレンプロパンジアミン、キシレンジアミンなどの第１級アミン、ジシクロヘキシルアミン、ジアリルアミン、ジメチルアミン、ジエチレントリアミン、ジプロピルアミン、ジプロピルエチルアミン、ジブチルアミン、ジヘキシルアミン、ジメチルフェニレンジアミン、ジメチルベンジルアミン、ジメチルエチレンジアミン、ジメチルオクチルアミン、ジメチルプロパンジアミン、ジプロピルアミン、ジプロピレントリアミンなどの第２級アミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリフェニルアミン、トリオクチルアミン、トリメチレンジアミン、トリエチレンジアミンなどの第３級アミンなどを使用することができる。さらに、電極表面に吸着させる有機化合物としては、上述した有機化合物を２種類以上混合させたものであってもよく、また、電極表面の材質も上記に限定されるものではない。【００３４】
また、上記実施の形態では、接合材３０として導電性樹脂材料を使用したが、導電性接着剤であればよく、導電性接着シートなどを用いた場合でも同様の効果を得ることができる。【００３５】
また、第１の電子部品と第２の電子部品の形態は上記の積層セラミック電子部品と回路基板に限定されるものではなく、多層基板、半導体素子などいかなる電子部品にも適用することができるのはいうまでもない。
【実施例】
【００３６】
次に、本発明の具体的な実施例を説明する。【００３７】
図２は本実施例に使用した試験用基板を示す平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ断面図である。【００３８】
該試験用基板は、ガラス−エポキシ複合材料からなる基板本体４１と、基板本体４１に形成された貫通孔４２ａ、４２ｂと、該貫通孔４２ａ、４２ｂを介して基板本体４１の両主面に及ぶように形成された電極４３ａ、４３ｂと、該電極４３ａ、４３ｂ間を接続するように塗布された接合材としての導電性樹脂材料４４とからなる。電極４３ａ、４３ｂは厚さ１０μｍのＣｕからなる下地層と、該下地層を覆って形成された厚さ１μｍの表層とからなる二層構造とされている。【００３９】
尚、電極の表層材料としては、各試料によって異なる材料、具体的にはＳｎ、Ａｇ、Ａｕ、及びＳｎ−３７Ｐｂのいずれか一種を使用した。【００４０】
次に、上記試験用基板を使用して以下の実験を行った。【００４１】
（１）電極表面の仕事関数の測定
表層材料の異なる上記試験用基板を用意し、表面の酸化膜を除去するために０．１mol／Ｌの塩酸水溶液に１時間浸漬した後、流水（純水）で１０分間表面洗浄し、エタノールですすいだ後、２４時間以上風乾させてエタノールを揮発させた。そしてその後、大気雰囲気型紫外光電子分析装置（理研計器製ＡＣ−２）を使用して各試料の電極４３ａ、４３ｂ表面における仕事関数を測定した。【００４２】
（２）電極の表面処理（有機化合物の吸着処理）
有機化合物としてテトラエチレンペンタミン［ＮＨ（Ｃ2Ｈ4ＮＨＣ2Ｈ4ＮＨ2）2］、トリエチルアミン［（Ｃ2Ｈ5）3Ｎ］、トリ−ｎ−ブチルアミン［（ＣＨ3（ＣＨ2）3）3Ｎ］、１−アミノデカン［ＣＨ3（ＣＨ2）9ＮＨ2］、トリエタノールアミン［（Ｃ2Ｈ4ＯＨ）3Ｎ］、デカン酸［Ｃ9Ｈ19ＣＯＯＨ］を用意し、これら有機化合物の含有量が０．５ｗｔ％となるようにエタノールで希釈し、表面処理剤としてのエタノール溶液を調製した。【００４３】
次いで、上記（１）で表面洗浄を行った試験用基板を、上記エタノール溶液に浸漬し、１０分間超音波分散を行った後、２４時間風乾した。【００４４】
（３）電極表面の仕事関数の測定
上記（２）で表面処理を行った試験用基板について、各試料の電極４３ａ、４３ｂ表面における仕事関数を大気雰囲気型紫外光電子分析装置（理研計器製ＡＣ−２）を使用して測定した。そして、測定された仕事関数値から、上記（１）で測定した表面処理前の仕事関数値を減じ、有機化合物の吸着による仕事関数の変化量を求めた。【００４５】
（４）導電性樹脂材料の調製
ビスフェノールＦ型液状エポキシ樹脂、２−フェニル−４−メチルジヒドロキシメチルイミダゾール、および平均粒径１．９μｍの球状Ａｇ粉末を重量比で１００：１０：５７８となるように配合して乳鉢で混合し、これにより導電性樹脂材料（接合材）を得た。【００４６】
（５）接続抵抗値の測定
上記（２）で表面処理を行った各試験用基板の電極４３ａ、４３ｂが電気的に接続するように、上記導電性樹脂材料４４をメタルマスクを使用した印刷法によって塗布し、１５０℃で６０分間加熱して硬化させた。【００４７】
その後、電極４３ａ、４３ｂ間の抵抗値Ｒを４端子法によって測定した。【００４８】
また、表面処理を行っていない試験用基板についても、上述と同様の方法・手順で導電性樹脂材料（接合材）を塗布、硬化させて電極４３ａ、４３ｂ間の抵抗値Ｒ０を４端子法によって測定した。そして、下記数式（Ａ）に基づいて有機化合物の吸着による接続抵抗値の変化率ΔＲ（％）を求めた。【００４９】
ΔＲ＝｛（Ｒ−Ｒ０）／Ｒ０｝×１００  …（Ａ）【００５０】
上記（１）〜（５）の方法によって作製および測定した各試料について、組成と測定結果を表１に示す。表１には比較のために表面処理を行わない試料（試料番号１７〜２０）も示した。なお、表１中、＊を付した試料番号は、比較例を示している。【００５１】
【表１】
0004482945.tif 000002
【００５２】
試料番号１〜４及び１７は電極の表層がＳｎで形成されている。これら各試料番号を対比すると、表面処理を行わなかった試料番号１７は抵抗値Ｒが１２８ｍΩであったのに対し、試料番号１〜４は、分子骨格中に酸素原子を有さず窒素原子を有する有機化合物（以下、「特定有機化合物」という。）を含有したエタノール溶液で表面処理を行い、これにより該特定有機化合物を電極４３ａ、４３ｂの表層に吸着させているので、仕事関数の変化量が−０．０５〜−０．１６ｅＶとなって試料番号１７に比べて仕事関数が減少し、その結果抵抗値Ｒが９４〜１０８ｍΩと低下した。【００５３】
試料番号５〜８及び１８は電極の表層がＡｇで形成されている。これら各試料番号を対比すると、表面処理を行わなかった試料番号１８は抵抗値Ｒが５９ｍΩであったのに対し、試料番号５〜８は特定有機化合物を電極４３ａ、４３ｂの表層に吸着させているので、仕事関数の変化量が−０．０１〜−０．３３ｅＶとなって試料番号１８に比べて仕事関数が減少し、その結果抵抗値Ｒが４８〜５５ｍΩと低下した。【００５４】
試料番号９、１０及び１９は電極の表層がＡｕで形成されている。これら各試料番号を対比すると、表面処理を行わなかった試料番号１９は抵抗値Ｒが３８ｍΩであったのに対し、試料番号９、１０は特定有機化合物を電極４３ａ、４３ｂの表層に吸着させているので、仕事関数の変化量がそれぞれ−０．４６、−０．２５ｅＶとなって試料番号１９に比べて仕事関数が減少し、その結果抵抗値Ｒがそれぞれ３３、３４ｍΩと低下した。【００５５】
試料番号１１及び２０は電極の表層がＳｎ−３７Ｐｂで形成されている。これら各試料番号を対比すると、表面処理を行わなかった試料番号２０は抵抗値Ｒが１６５ｍΩであったのに対し、試料番号１１は特定有機化合物を電極４３ａ、４３ｂの表層に吸着させているので、仕事関数の変化量が−０．０３ｅＶとなって試料番号１１に比べて仕事関数が減少し、その結果抵抗値Ｒが１４６ｍΩと低下した。【００５６】
このように試料番号１〜１１と試料番号１７〜２０との比較から明らかなように、特定有機化合物を含有したエタノール溶液で表面処理を行い、電極４３ａ、４３ｂの表層に吸着させることにより、抵抗値Ｒが低下することが分かった。【００５７】
そして、これらの結果から、電極の表層が他の金属材料であっても、特定有機化合物を電極表面に吸着させることにより、同様の作用効果が得られるものと推定される。【００５８】
また、試料番号１２は、分枝骨格中に酸素原子を有するトリエタノールアミン［（Ｃ2Ｈ4ＯＨ）3Ｎ］を含有したエタノール溶液を表面処理剤に使用しているため、電極表面を表面処理しなかった試料番号１７と比べ、仕事関数の変化量が＋０．０５ｅＶとなって仕事関数が増加し、抵抗値Ｒが１２８ｍΩから１３０ｍΩに上昇した。これは、トリエタノールアミンの分子骨格に含まれる酸素原子は電子吸引性が高く、窒素原子による電子供与性の効果を上回るためであると考えられる。【００５９】
また、試料番号１４も、試料番号１２と同様、表面処理剤としてトリエタノールアミン［（Ｃ2Ｈ4ＯＨ）3Ｎ］を含有したエタノール溶液を使用しているため、同様の理由から、電極表面を表面処理しなかった試料番号１８と比べ、仕事関数の変化量が＋０．２１ｅＶとなって仕事関数が増加し、抵抗値Ｒが５９ｍΩから６５ｍΩに上昇した。【００６０】
また、試料番号１３は、分枝骨格中に酸素原子を有し窒素原子を有さないデカン酸［Ｃ9Ｈ19ＣＯＯＨ］を含有したエタノール溶液を表面処理剤に使用しているため、電極表面を表面処理しなかった試料番号１７と比べ、仕事関数の変化量が＋０．０５ｅＶとなって仕事関数が増加し、抵抗値Ｒが１２８ｍΩから１５０ｍΩに上昇した。これは、デカン酸の分子骨格には電子供与性のある窒素原子を含まない上、電子吸引性のある酸素原子を含むためであると考えられる。【００６１】
また、試料番号１５も、試料番号１３と同様、表面処理剤としてデカン酸［Ｃ9Ｈ19ＣＯＯＨ］を使用しているため、同様の理由から、電極表面を表面処理しなかった試料番号１８と比べ、仕事関数の変化量が＋０．２１ｅＶとなって仕事関数が増加し、抵抗値Ｒが５９ｍΩから７１ｍΩに上昇した。【００６２】
また、試料番号１６も、試料番号１３及び１５と同様、表面処理剤としてデカン酸［Ｃ9Ｈ19ＣＯＯＨ］を使用しているため、同様の理由から、電極表面を表面処理しなかった試料番号１９と比べ、仕事関数の変化量が＋０．０３ｅＶとなって仕事関数が増加し、抵抗値Ｒが３８ｍΩから４０ｍΩに上昇した。【００６３】
以上のように本実施例によれば、電極表面の仕事関数を低減させる特定有機化合物を電極表面に吸着させることにより、抵抗値Ｒを低減させることができ、これにより接続信頼性が向上することが確認された。【００６４】
そして、前記有機化合物としては、分子骨格中に酸素原子を有さず、且つ分子骨格中に窒素原子を有するアミン化合物、具体的にはテトラエチレンペンタミン、トリエチルアミン、トリ−ｎ−ブチルアミン、１−アミノデカンが好適であることも分かった。
【図１】
0004482945.tif 000003
【図２】
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【図３】
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