(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の外部接続用の電極を樹脂接着材成分と鉛フリー半田を含有する接合材料によって基板の回路電極に接合して導通させる電子部品の実装方法であって、前記回路電極と前記外部接合用の電極の間に前記接合材料を介在させた状態で前記電子部品を基板に搭載する工程と、前記接合材料を加熱することにより樹脂接着材成分の粘度が低下した状態で前記鉛フリー半田が溶融した溶融半田をこの樹脂接着材成分中を流動させる工程と、溶融半田が成長し、前記電極と前記回路電極の表面上で濡れ広がった溶融半田と融合することによって前記電極と前記回路電極をつなぐ半田ブリッジを形成する工程と、さらに加熱することにより樹脂接着材成分を熱硬化させて溶融状態の半田接合部の周囲及び半田ブリッジ相互の隙間に前記半田ブリッジから成る半田接合部を補強する樹脂補強部を形成する工程と、冷却することにより前記溶融半田を固化させる工程とを含むことを特徴とする電子部品の実装方法。
【請求項２】
電子部品の外部接続用電極を鉛フリー半田を含む金属成分と樹脂接着材成分とを含有する接合材料によって基板の回路電極に接合して成る電子部品の実装構造であって、前記鉛フリー半田が加熱されて溶融することにより形成されて外部接続用電極と回路電極とをつなぐ半田ブリッジから成る半田接合部と、前記樹脂接着材成分が溶融状態の前記半田接合部の周囲及び半田ブリッジ相互の隙間で熱硬化することにより形成され前記半田接合部を補強する樹脂補強部とを備えたことを特徴とする電子部品の実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品の外部接続用の電極を回路電極に半田接合して導通させる電子部品の実装方法ならびに実装構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子や回路基板などの電子部品を相互に接合する方法として、従来より半田接合が広く用いられている。近年鉛による環境汚染防止の観点から、従来用いられていたスズ・鉛の共晶半田に替えて、鉛を成分として含まない鉛フリー型の半田が用いられるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この鉛フリー型半田を電子部品実装のための半田接合に用いた場合には、以下に説明するような不具合が生じていた。一般に鉛フリー型半田は、接合信頼性が確保されるような組成にすると融点が高くなり、融点が低くなるような組成を選択すると接合後の信頼性が低下するという特性がある。このため、従来の半田接合による電子部品実装においては、リフロー時の電子部品の焼損を防止する目的で低融点型の鉛フリー半田によって半田バンプを形成すると、実装後の信頼性に難点があるという問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、実装後の信頼性を確保することができる電子部品の実装方法ならびに実装構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電子部品の実装方法は、電子部品の外部接続用の電極を樹脂接着材成分と鉛フリー半田を含有する接合材料によって基板の回路電極に接合して導通させる電子部品の実装方法であって、前記回路電極と前記外部接合用の電極の間に前記接合材料を介在させた状態で前記電子部品を基板に搭載する工程と、前記接合材料を加熱することにより樹脂接着材成分の粘度が低下した状態で前記鉛フリー半田が溶融した溶融半田をこの樹脂接着材成分中を流動させる工程と、溶融半田が成長し、前記電極と前記回路電極の表面上で濡れ広がった溶融半田と融合することによって前記電極と前記回路電極をつなぐ半田ブリッジを形成する工程と、さらに加熱することにより樹脂接着材成分を熱硬化させて溶融状態の半田接合部の周囲及び半田ブリッジ相互の隙間に前記半田ブリッジから成る半田接合部を補強する樹脂補強部を形成する工程と、冷却することにより前記溶融半田を固化させる工程とを含む。
【０００７】
請求項２記載の電子部品の実装構造は、電子部品の外部接続用電極を鉛フリー半田を含む金属成分と樹脂接着材成分とを含有する接合材料によって基板の回路電極に接合して成る電子部品の実装構造であって、前記鉛フリー半田が加熱されて溶融することにより形成されて外部接続用電極と回路電極とをつなぐ半田ブリッジから成る半田接合部と、前記樹脂接着材成分が溶融状態の前記半田接合部の周囲及び半田ブリッジ相互の隙間で熱硬化することにより形成され前記半田接合部を補強する樹脂補強部とを備えた。
【０００８】
本発明によれば、接合材料に含有される鉛フリー半田を溶融させて電子部品の外部接続用の電極と回路電極とをつなぐ半田ブリッジを形成し、これにより形成された半田接合部を樹脂接着材成分が熱硬化した樹脂補強部によって補強することにより、鉛フリー半田を用いて接合信頼性の高い実装構造を実現することができる。
【０００９】
【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の実装方法の工程説明図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品の接合材料による接合過程の説明図である。
【００１０】
まず電子部品の実装方法について説明する。図１（ａ）において、基板１の上面には回路電極２が形成されている。回路電極２の上面には接合材料３が塗布されている。回路電極２には、電子部品４に形成された外部接続用の電極５が接合材料３によって半田接合され、これにより電子部品４は基板１に実装される。
【００１１】
ここで、接合材料３について説明する。接合材料３は鉛成分をほとんど含まない鉛フリー半田（例えばＳｎ−Ｂｉ共晶半田（融点温度約１４０℃））を含む金属成分（図２（ａ）に示す半田粒子３ａ参照）を、エポキシ樹脂などの樹脂接着材成分（図２（ａ）に示す接着材３ｂ参照）に、約７０ｗｔ％含有させたものである。この樹脂接着材成分は、電子部品の耐熱温度（約２２０〜２３０℃）よりも低い熱硬化温度（１７０〜２００℃）を有し、かつこの熱硬化温度よりも低い特定温度範囲（〜１６０℃）で粘度が低下する特性を備えている。
【００１２】
したがって、接合材料３を加熱して徐々に昇温させる過程において、まず樹脂接着材成分が流動状態となる。この後、融点温度まで昇温した時点で鉛フリー半田が溶融する。このとき、樹脂接着材成分は既に流動状態であるので、溶融状態の鉛フリー半田の流動が妨げられない。そして更に加熱して熱硬化温度まで昇温すると、樹脂接着材成分の硬化反応が進行し、所定時間経過後に完全硬化する。接合材料３は、上述のような特性を備えるとともに、樹脂接着在中に金属成分を含有させた構成となっているため、金属成分が大気露呈されることによる劣化を防止することができ、保存性に優れているという特徴を備えている。
【００１３】
このような接合材料３が塗布された回路電極２に対して、図１（ｂ）に示すように外部接続用の電極５を有する電子部品４を搭載する。これにより電子部品４は、回路電極２と外部接続用の電極５の間に接合材料３を介在させた状態で基板１に搭載される。搭載後の基板１はリフロー工程に送られ、ここで２００℃程度に加熱された加熱室内で約３分間加熱する。これにより、図１（ｃ）に示すように、電極５が回路電極２と接合材料３によって接合される。
【００１４】
次に図２を参照して、電子部品４を接合材料３によって基板１に実装した実装構造における接合部の形成過程について説明する。図２（ａ）は、図１において電子部品４を搭載した後リフローによって加熱する前の状態を示しており、この状態では、接合材料３中では金属成分である半田粒子３ａが、樹脂接着材成分であるペースト状の接着材３ｂ中に含有されている。
【００１５】
この状態から加熱を開始すると、図２（ｂ）に示すようにまず接着材３ｂが流動状態の接着材３ｂ’となる。その後半田の融点（１４０℃）に達した時点で半田粒子３ａが溶融し、半田粒子３ａが溶融した溶融半田３ａ’は接着材３ｂ’中を流動する。溶融半田３ａ’は、電極５、回路電極２の表面に接触して濡れ広がると共に、粒状の溶融半田３ａ’相互が接触することによりさらに大きな粒状の溶融半田３ａ’に成長する。
【００１６】
この後溶融半田３ａ’はさらに成長し、電極５、回路電極２の表面上で濡れ広がった溶融半田３ａ’と融合することによって、図２（ｃ）に示すように電極５と回路電極２とをつなぐ半田ブリッジ３ａ’’を形成する。そしてこの現象が回路電極２上の広い範囲で進行することにより、電極５と回路電極２は半田ブリッジ３ａ’’によって連結される。
【００１７】
この後更に昇温して接着材３ｂの硬化温度（１７０℃〜２００℃）に到達すると、接着材３ｂは熱硬化を開始し、所定時間（約３分）の加熱が経過することにより、図２（ｃ）に示すように、溶融状態の半田接合部の周囲及び半田ブリッジ３ａ’’相互の隙間には硬化した接着材３ｂによって半田接合部を補強する樹脂補強部が形成される。加熱が終了し、基板１が冷却されることにより、溶融状態の半田ブリッジ３ａ’’が固化し、電極５と回路電極２とを半田接合するとともに導通させる半田接合部が形成される。
【００１８】
上記説明したように、本実施の形態に示す電子部品の実装構造においては、低融点の鉛フリー半田によって電子部品の電極５と基板の回路電極２とを半田接合して導通させ、この半田接合部を硬化した樹脂接着材によって補強する樹脂補強部を形成するようにしている。これにより、低融点の鉛フリー半田を用いた電子部品の実装構造においても、半田接合部の強度不足を補い、また樹脂補強部が半田接合部を覆うことにより半田接合部への異物侵入を防止して、実装後の接合信頼性に優れた実装構造を実現することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、接合材料に含有される鉛フリー半田を溶融させて電子部品の外部接続用の電極と回路電極とをつなぐ半田ブリッジを形成し、これにより形成された半田接合部を樹脂接着材成分が熱硬化した樹脂補強部によって補強するようにしたので、鉛フリー半田を用いて接合信頼性の高い実装構造を実現することができる。
【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の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の接合材料による接合過程の説明図
【符号の説明】
１  基板
２  回路電極
３  接合材料
３ａ  半田粒子
３ｂ  接着材
４  電子部品
５  電極
【図１】
0004236809.tif 000002
【図２】
0004236809.tif 000003