(57)【要約】【課題】電子部品の電極と回路基板の電極との接続において、良好な接続強度および接続抵抗が得られる電子装置の製造方法を提供する。【解決手段】導電性接着剤３０として、還元剤である８−キノリノールを導電性接着剤全体の１．５〜３．９ｗｔ％含むとともに、高融点金属およびこの高融点金属よりも融点が低く、かつ、還元剤よりも融点が高い低融点金属を含むものを用いる。そして、導電性接着剤３０を介して、電子部品２０の電極２１と回路基板１０の電極１１とを接触させる工程と、導電性接着剤３０を１８０℃以上かつ低融点金属の融点以上の温度で加熱して低融点金属を溶融する工程と、その後、温度を下げて熱硬化性樹脂の硬化を完了させる工程とを行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性フィラー（３３、３４）と熱硬化性樹脂（３１）とを配合してなる導電性接着剤（３０）を介して、電子部品（２０）の電極（２１）と回路基板（１０）の電極（１１）とが電気的に接続され、前記電子部品の電極（２１）の表面がＳｎもしくはＳｎ合金からなる電子装置の製造方法において、
前記電子部品（２０）および前記回路基板（１０）を用意するとともに、前記導電性接着剤（３０）として、還元剤（３２）である８−キノリノールを前記導電性接着剤全体の１．５〜３．９ｗｔ％含むとともに、前記導電性フィラーとしての高融点金属（３４）および前記高融点金属よりも融点が低く、かつ、前記還元剤よりも融点が高い低融点金属（３３）を含むものを用意する工程と、
前記導電性接着剤（３０）を介して、前記電子部品（２０）の電極（２１）と前記回路基板（１０）の電極（１１）とを接触させる工程と、
前記導電性接着剤（３０）を１８０℃以上かつ前記低融点金属（３３）の融点以上の温度で加熱して前記低融点金属（３３）を溶融する工程と、
その後、温度を下げて前記熱硬化性樹脂（３１）の硬化を完了させる工程とを行うことを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項２】
前記高融点金属（３４）はＡｇＳｎであり、前記低融点金属（３３）はＩｎであり、
前記低融点金属（３３）を溶融する工程での加熱温度は、ＡｇＳｎの融点以上であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置の製造方法。
【請求項３】
前記低融点金属（３３）を溶融する工程での加熱温度は、前記電子部品（２０）の電極（２１）の表面を構成するＳｎもしくはＳｎ合金の融点以上であることを特徴とする請求項２に記載の電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導電性フィラーと熱硬化性樹脂とを配合してなる導電性接着剤を介して、電子部品の電極と回路基板の電極とを電気的に接続された電子装置の製造方法として、特許文献１には、電子部品の電極の表面がＳｎ系金属からなり、導電性フィラーとして、Ａｇのような高融点金属とＢｉ、Ｉｎ等の低融点金属とを用い、１８０℃以上の高温で導電性接着剤を加熱して低融点金属を溶融させた後、熱硬化性樹脂の硬化を完了させることが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、導電性フィラーと樹脂とを配合してなる導電性接着剤において、導電性フィラーとしてＡｇＳｎを含み、さらに、酸化防止剤として８−ヒドロキシキノリン（８−ＨＱＬ、８−キノリノールとも呼ぶ）を含むものが記載されている。この８−キノリノールは、還元剤として機能するものである。なお、特許文献２の実施例では、８−ＨＱＬを含む導電性接着剤の加熱温度を１５０℃としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８９５５９号公報
【特許文献２】特開２００６−２２５４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本願発明者らが、実際に、特許文献１のように、電極の表面がＳｎからなる電子部品と、高融点金属であるＡｇＳｎおよび低融点金属であるＩｎを含む導電性接着剤とを用いて、電子部品の電極と回路基板の電極とを接着する際に、１８０℃以上の高温で導電性接着剤を加熱して低融点金属を溶融させた後、熱硬化性樹脂の硬化を完了させて、電子装置を製造したところ、電子部品の電極と回路基板の電極との間の接続抵抗が目標値よりも高く、接続抵抗の更なる低下が必要であった。
【０００６】
このため、接続抵抗の更なる低下の可能性を探るために、接着後の回路基板と電子部品とを分析したところ、電子部品の電極の表面に酸化膜が形成されていることがわかった。      
【０００７】
そこで、特許文献２に記載の還元剤（８−キノリノール）を導電性接着剤に添加すれば、還元剤の還元作用により、電子部品の電極等の表面の酸化膜を除去でき、接続抵抗の更なる低下が可能と考えられる。
【０００８】
しかし、実際に、導電性接着剤に還元剤（８−キノリノール）を配合して、上述の方法と同様に、電子部品の電極と回路基板の電極とを接着したところ、導電性接着剤の加熱温度が１８０℃以上であり、特許文献２に記載の温度よりも高温のため、導電性接着剤中に還元剤の気化によるボイド（空隙）が発生しやすくなり、還元剤の配合量が多すぎると、ボイドの存在により接続強度が低下してしまうことがわかった。また、還元剤の配合量が少なすぎると、酸化膜が十分に除去されず、接続抵抗の低下効果が得られないこともわかった。
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、電子部品の電極と回路基板の電極との接続において、良好な接続強度および接続抵抗が得られる電子装置の製造方法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】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
電子部品（２０）および回路基板（１０）を用意するとともに、導電性接着剤（３０）として、還元剤（３２）である８−キノリノールを導電性接着剤全体の１．５〜３．９ｗｔ％含むとともに、導電性フィラーとしての高融点金属（３４）および高融点金属よりも融点が低く、かつ、還元剤よりも融点が高い低融点金属（３３）を含むものを用意する工程と、
導電性接着剤（３０）を介して、電子部品（２０）の電極（２１）と回路基板（１０）の電極（１１）とを接触させる工程と、
導電性接着剤（３０）を１８０℃以上かつ低融点金属（３３）の融点以上の温度で加熱して低融点金属（３３）を溶融する工程と、
その後、温度を下げて熱硬化性樹脂（３１）の硬化を完了させる工程とを行うことを特徴としている。
【００１１】
このように、熱硬化性樹脂（３１）と高融点金属（３４）と低融点金属（３３）とを含むとともに、８−キノリノールを１．５〜３．９ｗｔ％含む導電性接着剤を用いて、導電性接着剤（３０）を１８０℃以上の温度で加熱して低融点金属（３３）を溶融した後、熱硬化性樹脂（３１）の硬化を完了させることで、電子部品の電極と回路基板の電極との接続において、良好な接続抵抗および接続強度を得ることができる。
【００１２】
請求項１に係る発明は、請求項２、３に記載の発明のような加熱温度の場合に特に有効である。
【００１３】
すなわち、請求項２に記載の発明は、高融点金属（３４）はＡｇＳｎであり、低融点金属（３３）はＩｎであり、低融点金属（３３）を溶融する工程での加熱温度は、ＡｇＳｎの融点以上であることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、低融点金属（３３）を溶融する工程での加熱温度は、電子部品（２０）の電極（２１）の表面を構成するＳｎもしくはＳｎ合金の融点以上であることを特徴としている。
【００１５】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態における電子装置の概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における樹脂硬化工程での加熱温度のプロファイルを示す図である。
【図３】図２のプロファイルで加熱したときの導電性接着剤３０および部品電極２１の状態を示す模式図である。
【図４】還元剤の配合量と接続抵抗値との関係を示す図である。
【図５】還元剤の配合量と接続強度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。図１に、一実施形態における電子装置１の概略断面図を示す。
【００１８】
図１に示すように、回路基板１０の上に電子部品２０が搭載され、回路基板１０の電極１１と電子部品２０の電極２１とが導電性接着剤３０を介して電気的に接続されている。なお、以下においては、回路基板１０の電極１１を基板電極１１、電子部品２０の電極２１を部品電極２１という。
【００１９】
回路基板１０としては、セラミック基板（例えば、積層アルミナ基板、厚膜基板）やプリント基板（樹脂基板）等を採用することができる。
【００２０】
基板電極１１は、回路基板１０の一面に形成されており、例えば、Ａｇ（銀）、ＡｇＳｎ（銀とスズの合金）およびＡｇＰｄ（銀とパラジウムの合金）等のＡｇ系金属や、Ｃｕ（銅）およびＣｕＮｉ（銅とニッケルの合金）等のＣｕ系金属や、Ｎｉ系金属、あるいはＡｕ（金）等の材料を用いた厚膜やめっきから構成されたものである。図１に示す例では、回路基板１０としてセラミック基板を用い、基板電極１１がＣｕめっき層１２上にＡｕめっき層１３が形成された電極構造となっている。
【００２１】
電子部品２０としては、コンデンサ、抵抗、コイル、水晶振動子、サーミスタ、その他半導体素子等の表面実装部品を採用することができる。図１に示す例では、電子部品２０としてチップコンデンサを用いている。
【００２２】
部品電極２１は、少なくとも表面が卑金属であるＳｎもしくはＳｎ合金からなるものである。図１に示す例では、部品電極２１は、Ｃｕ／Ｎｉ／Ｓｎで構成され、部品電極２１の表面がＳｎめっきからなるものである。
【００２３】
次に、導電性接着剤３０を介して、電子部品２０の部品電極２１と回路基板１０の基板電極１１とが電気的に接続された電子装置１の製造方法について説明する。
【００２４】
まず、基板電極１１が形成された回路基板１０と部品電極２１が形成された電子部品２０とを用意するとともに、導電性接着剤３０を用意する（用意工程）。
【００２５】
導電性接着剤３０は、導電性フィラーと熱硬化性樹脂とを配合してなるものであり、本実施形態では、導電性接着剤３０として、還元剤としての８−キノリノールを含むとともに、導電性フィラーとしての高融点金属および低融点金属を含むものを用意する。
【００２６】
８−キノリノールは、次の式（Ｉ）で示されるものであり、融点が７６℃である。
【００２７】
【化１】
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８−キノリノールの含有量は、後述する実施例および比較例からわかるように、導電性接着剤全体に対して１．５〜３．９ｗｔ％の範囲内とする。
【００２８】
高融点金属は、その融点が低融点金属の融点よりも高い金属である。高融点金属としては、Ａｇ、ＡｇＳｎ、Ｃｕ、Ｎｉ等が挙げられる。ただし、後述する樹脂硬化工程での加熱によって、部品電極２１の表面のＳｎめっき層とともに溶融させる場合は、高融点金属として、Ｓｎの融点以下の金属を用いることが好ましく、例えば、融点がＳｎの融点以下となるように組成（成分割合）が設定されたＡｇＳｎを用いることが好ましい。また、高融点金属は、後述する樹脂硬化工程での加熱によって溶融しないものであっても良い。
【００２９】
低融点金属は、その融点が、高融点金属の融点よりも低く、かつ、還元剤の融点よりも高い金属である。低融点金属としては、Ｉｎ、Ｂｉ等の単体やＩｎ、Ｂｉ等を含む合金が挙げられる。
【００３０】
また、熱硬化性樹脂としては、１００℃〜２００℃程度の温度にて硬化するものが用いられる。このような熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂等を採用することができる。特に、エポキシ系樹脂は、硬化収縮が比較的小さく接着力が高いため、有用である。
【００３１】
そして、導電性接着剤３０を介して、部品電極２１と基板電極１１とを接触させる（接触工程）。この接触工程では、具体的には、導電性接着剤３０を、マスク印刷またはディスペンス等により回路基板１０の基板電極１１上に供給する（導電性接着剤供給工程）。      
【００３２】
続いて、基板電極１１と部品電極２１とを位置あわせした状態で回路基板１０の上に電子部品２０を搭載する（部品組み付け工程）。
【００３３】
その後、導電性接着剤３０を加熱し、熱硬化性樹脂３１を硬化させる（樹脂硬化工程）。  この樹脂硬化工程は、導電性接着剤３０を１８０℃以上かつ低融点金属の融点以上の温度で加熱して少なくとも低融点金属を溶融する工程（金属溶融工程）と、その後、金属溶融工程よりも温度を下げて熱硬化樹脂の硬化を完了させる工程（樹脂硬化完了工程）とに分かれて実行される。
【００３４】
ここで、図２に樹脂硬化工程における加熱温度のプロファイル（加熱プロファイル）の一例を示す。この加熱プロファイルは、温度制御が可能な加熱炉等を用いることで実現可能である。
【００３５】
この図２に示される加熱プロファイルは、部品電極２１の表面がＳｎめっきで構成され、導電性接着剤３０中の高融点金属として融点がＳｎの融点よりも低い組成のＡｇＳｎを採用し、低融点金属としてＩｎを採用し、導電性接着剤３０中の熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を採用した場合のものである。
【００３６】
この図２に示される加熱プロファイルでは、室温からピーク温度まで、５０℃／ｍｉｎ〜５００℃／ｍｉｎの昇温スピードで昇温させ、ピーク温度で４０〜８０秒間保持する（金属溶融工程）。このピーク温度は、Ｓｎの融点（２３２℃）以上電子部品の耐熱温度以下（例えば、２５０℃以下）である。その後、加熱炉を停止することにより、ピーク温度よりも温度を下げる（樹脂硬化完了工程）。
【００３７】
図３（ａ）〜（ｄ）に図２の加熱プロファイルで加熱したときの導電性接着剤３０および部品電極２１の状態を示す。
【００３８】
図３（ａ）に示すように、部品電極２１は、図１に示す例の通り、図示しないＣｕ層、Ｎｉ層２２、Ｓｎめっき層２３によって構成されている。加熱前の状態では、Ｓｎめっき層２３の表面に酸化膜２４が形成されている。
【００３９】
そして、図２に示すように、金属溶融工程では、室温から温度上昇すると、樹脂粘度が低下して導電性接着剤３０中の熱硬化性樹脂３１がゲル化し、加熱温度が還元剤（８−キノリノール）の融点（７６℃）に達すると、還元剤が溶融する。このとき、図３（ｂ）に示すように、溶融した還元剤３２によって、Ｓｎめっき層２３の表面の酸化膜２４が還元され除去される（酸化膜除去）。
【００４０】
さらに、温度上昇して、加熱温度がＩｎの融点（１５６℃）に達すると、Ｉｎフィラーが溶融する。このとき、図３（ｃ）に示すように、Ｉｎフィラー３３がＡｇＳｎフィラー３４やＳｎめっき層２３と融着することによって、ＡｇＳｎフィラー３４同士が接合されるとともに、ＡｇＳｎフィラー３４とＳｎめっき層２３が接合される（Ｉｎの溶融／融着）。
【００４１】
さらに、温度上昇して、加熱温度がＡｇＳｎの融点（２１８℃）に達するとＡｇＳｎフィラーが溶融し、加熱温度がＳｎの融点（２３２℃）に達すると、Ｓｎめっき層２３が溶融する。このとき、図３（ｄ）に示すように、Ｓｎめっき層２３、ＡｇＳｎフィラー３４、Ｉｎフィラー３３が合金化して、導電性フィラー同士や導電性フィラーと部品電極との導通形態が形成される（ＡｇＳｎ、Ｓｎの溶融）。
【００４２】
また、ピーク温度で保持している期間に、熱硬化性樹脂３１の粘度が上昇する。
【００４３】
その後、樹脂硬化完了工程では、ピーク温度よりも低い温度にて熱硬化性樹脂３１が加熱し続けられ、熱硬化性樹脂３１の硬化が完了する。このようにして、部品電極２１と基板電極１１との接続が完了し、上記図１に示す電子装置１ができあがる。
【００４４】
上述の通り、本実施形態の樹脂硬化工程では、ピーク温度まで急激に温度を上昇させて、ピーク温度で短時間保持することで、熱硬化性樹脂３１が硬化する前に、還元剤３２によってＳｎめっき層２３の表面の酸化膜２４を除去し、Ｉｎフィラー３３、ＡｇＳｎフィラー３４および部品電極２１のＳｎめっき層２３を溶融させて合金化させた後、熱硬化性樹脂３１の硬化を完了させる。
【００４５】
ここで、発明が解決しようとする課題の欄に記載の通り、本実施形態の樹脂硬化工程でのピーク温度が特許文献２に記載の加熱温度（１５０℃）よりも高温のため、導電性接着剤３０中に還元剤３２の気化によるボイド（空隙）が発生しやすくなる。このため、還元剤３２の配合量が多すぎると、熱硬化性樹脂３１中に余った還元剤３２が気化してボイドとして残ることで、部品電極２１と基板電極１１の接続面積が減少し、接続強度が低下してしまう。
【００４６】
また、還元剤３２の配合量が少なすぎると、Ｓｎめっき層２３の表面の酸化膜２４が十分に除去されず、接続抵抗の低下効果が得られない。
【００４７】
これに対して、本実施形態によれば、還元剤３２の配合量を１．５〜３．９ｗｔ％とすることで、部品電極２１と基板電極１１との接続において、良好な接続抵抗および接続強度を得ることができる。
【００４８】
なお、図３（ｂ）では、溶融した還元剤３２によって、Ｓｎめっき層２３の表面の酸化膜２４が除去される様子を示しているが、Ｓｎめっき層２３の表面の酸化膜２４だけでなく、ＡｇＳｎフィラー３４、Ｉｎフィラー３３および基板電極の表面に形成されている酸化膜も除去される。
【００４９】
また、図２の加熱プロファイルでは、樹脂硬化完了工程を、ピーク温度に保持された加熱炉を停止し、加熱炉の余熱による加熱を行っていたが、ピーク温度よりも低い温度範囲内であれば、加熱制御を行っても良い。例えば、所定温度で一定時間保持したり、温度低下速度を加熱炉の停止時よりも遅くしたりしても良い。
【００５０】
また、図２の加熱プロファイルでは、ＡｇＳｎフィラー３４とＳｎめっき層２３を溶融させるために、ピーク温度をＳｎの融点（２３２℃）以上としたが、ＡｇＳｎフィラー３４やＳｎめっき層２３を溶融させなくても良く、少なくとも低融点金属を溶融させることができる温度であれば、ピーク温度を他の温度に変更しても良い。例えば、ピーク温度を、Ｓｎの融点未満、かつ、ＡｇＳｎ（融点がＳｎの融点よりも低温である高融点金属）の融点以上としても良い。また、ピーク温度を、ＡｇＳｎ（融点がＳｎの融点よりも低温である高融点金属）の融点未満、かつ、Ｉｎ（低融点金属）の融点以上の温度としても良く、例えば、１８０℃超、２００℃以下の温度としても良い。
【００５１】
なお、上述の実施形態では、樹脂硬化工程で、導電性接着剤３０を１８０℃以上かつ低融点金属の融点以上の温度で加熱するが、低融点金属としてＩｎを用いる場合では、Ｉｎの融点（１５８℃）以上の温度であれば、１８０℃未満の温度で加熱するようにしても良い。
【実施例】
【００５２】
導電性接着剤として下記の材料組成のものを用いて、図１に示すように、回路基板１０の基板電極１１と電子部品２０の部品電極２１とを接着した後、導電性接着剤３０の接続抵抗値と接続強度を測定した。基板電極１１および部品電極２１の構成は、上述の通りである。
【００５３】
用いた導電性接着剤は、熱硬化性樹脂としてのビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（主剤）、ビフェニル型エポキシ樹脂（主剤）、３官能エポキシ樹脂（主剤）およびフェノール樹脂（硬化剤）と、導電性フィラーとしてのＡｇＳｎフィラー（高融点金属）およびＩｎフィラー（低融点金属）と、還元剤としての８−キノリノールとを含むものである。ＡｇＳｎフィラーは、融点が２１８℃となるようにＡｇＳｎ合金の組成が設定されたものである。
【００５４】
各材料の配合量は、実施例１〜７では、導電性接着剤全体に対して、導電性フィラー合計を８５ｗｔ％とし、還元剤を１．５〜３．９ｗｔ％とし、残部を熱硬化性樹脂とした。
【００５５】
また、比較例１では、導電性フィラー合計を８５ｗｔ％とし、還元剤を０％とし、熱硬化性樹脂を１５ｗｔ％とした。比較例２では、導電性フィラー合計を８５ｗｔ％とし、還元剤を４．５％とし、熱硬化性樹脂を１０．５ｗｔ％とした。
【００５６】
なお、実施例１〜７および比較例１、２において、導電性フィラー合計が８５ｗｔ％の内訳は、ＡｇＳｎフィラーが８０ｗｔ％、Ｉｎフィラーが５ｗｔ％である。
【００５７】
樹脂硬化工程での加熱条件は、ピーク温度：２３５℃、ピーク保持時間：１ｍｉｎ、昇温速度：１００℃／ｍｉｎとした。
【００５８】
接続抵抗値の測定は、１６０８サイズのコンデンサチップを用い、四端子法にて実施した。また、接続強度の測定は、１６０８サイズのコンデンサチップを用い、せん断試験を実施した。
【００５９】
図４、５に、実施例１〜７および比較例１、２における接続抵抗値、接続強度の測定結果を示す。
【００６０】
図４に示すように、接続抵抗値については、８−キノリノールの配合量が１．５ｗｔ％以上のとき（実施例１〜７、比較例２）、８−キノリノールが０ｗｔ％（比較例１）のときと比較して、接続抵抗値を低下させて、車載用デバイスで一般的に望まれる１０ｍΩ以下とすることができる。
【００６１】
図５に示すように、接続強度については、８−キノリノールの配合量が増加するにつれて、８−キノリノールが０ｗｔ％（比較例１）のときと比較して、接続強度が低下してしまうが、８−キノリノールの配合量が３．９ｗｔ％以下であれば（実施例１〜７）、１０Ｎ以上の接続強度を確保できる。ちなみに、本願発明者らの知見によれば、接続強度が１０Ｎ以上であれば、樹脂硬化工程後のモールド封止工程での電子部品と回路基板の接続不良（接着剤の剥離）の発生を防止できることがわかっている。
【符号の説明】
【００６２】
１      電子装置
１０    回路基板
１１    基板電極（回路基板の電極）
２０    電子部品
２１    部品電極（電子部品の電極）
３０    導電性接着剤
３１    熱硬化性樹脂
３２    ８−キノリノール（還元剤）
３３    Ｉｎフィラー（低融点金属）
３４    ＡｇＳｎフィラー（高融点金属）
【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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