(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0011】
[接着剤組成物]
まず、本発明の接着剤組成物について説明する。
本発明の接着剤組成物は、電子部品と実装基板とのはんだボールによる接合を補強する接合補強用の接着剤組成物であって、以下説明する条件を満たすものである。
【0012】
本発明の接着剤組成物は、リフロー工程によりはんだボールによる接合を行う際に、このリフロー工程の熱により硬化させることができるものである。
この接着剤組成物の示差走査熱量測定によるピーク温度は、はんだの融点(MP)より30℃低い温度(MP−30)以下であることが必要である。ピーク温度が前記上限を超えると、リフロー工程の熱により十分に硬化させることができない。また、硬化性と他の物性とのバランスの観点から、前記ピーク温度は、50℃以上(MP−40)℃以下であることが好ましく、100℃以上(MP−50)℃以下であることがより好ましい。
示差走査熱量は、適宜公知の示差走査熱量計(DSC)を用いて測定でき、例えば、セイコーインスツル社製の示差走査熱量計「DSC6200」を用いて測定できる。
【0013】
この接着剤組成物の硬化物の動的粘弾性を測定したときに、以下の条件(i)および(ii)の両方を満たすことが必要である。ここで、接着剤組成物の硬化物は、はんだの融点と同じ温度で、10分間の加熱処理を施すことで硬化させたものである。
条件(i):25℃における貯蔵弾性率は1GPa以上である。
25℃における貯蔵弾性率が条件(i)の下限未満では、接着剤組成物を用いてはんだ接合を補強した場合における耐衝撃性が不十分となる。また、耐衝撃性とその他の物性とのバランスの観点から、25℃における貯蔵弾性率は、1GPa以上10GPa以下であることが好ましく、2GPa以上7GPa以下であることがより好ましく、3GPa以上5GPa以下であることが特に好ましい。
条件(ii):はんだの融点における貯蔵弾性率は0.1GPa以下である。
はんだの融点における貯蔵弾性率が条件(ii)の上限を超えると、リフロー工程におけるセルフアライメント性が不十分となる。また、セルフアライメント性とその他の物性とのバランスの観点から、はんだの融点における貯蔵弾性率は、0.001GPa以上0.1GPa以下であることが好ましく、0.01GPa以上0.08GPa以下であることがより好ましく、0.02GPa以上0.06GPa以下であることが特に好ましい。
動的粘弾性は、動的粘弾性測定装置(DMA)を用いて測定できる。具体的にはセイコーインスツル社製の動的粘弾性測定装置「DMS6100」を用い、接着剤組成物の硬化物(長さ:20mm、幅:4mm、厚み:0.05mm)を試料して、昇温速度5℃/minの条件にて、測定できる。なお、試料の大きさについては、前記条件よりも大きいものであれば測定できる。
【0014】
なお、示差走査熱量測定によるピーク温度、および硬化物の動的粘弾性などを上述した範囲に調整する方法としては、以下のような方法が挙げられる。
示差走査熱量測定によるピーク温度は、エポキシ樹脂およびエポキシ樹脂硬化剤などの種類を変更することによって調整できる。例えば、エポキシ樹脂におけるエポキシ基の密度や、エポキシ樹脂硬化剤の反応性を調整することにより、ピーク温度を調整できる。
硬化物の動的粘弾性は、エポキシ樹脂、エポキシ樹脂硬化剤およびフィラーなどの種類や配合量を変更することによって調整できる。例えば、エポキシ樹脂やフィラーの物性に応じて、貯蔵弾性率を調整できる。また、エポキシ樹脂およびエポキシ樹脂硬化剤の組み合わせを調整することにより、貯蔵弾性率を調整できる。さらに、例えば硬化物の軟化点やフィラーの配合量などを調整することにより、常温における貯蔵弾性率と、はんだの融点における貯蔵弾性率とのバランスを調整できる。
また、本発明の接着剤組成物は、例えば、以下説明する(A)成分および(B)成分を含有することが好ましい。
【0015】
[(A)成分]
本発明に用いる(A)エポキシ樹脂としては、公知のエポキシ樹脂を適宜用いることができる。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビフェニル型、ナフタレン型、クレゾールノボラック型、フェノールノボラック型などのエポキシ樹脂が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、これらのエポキシ樹脂は、硬化物の耐衝撃性の観点から、ゴム変性されたものであることが好ましい。さらに、これらのエポキシ樹脂は、常温で液状のものを含有することが好ましく、常温で固形のものを用いる場合には、常温で液状のものと併用することが好ましい。
【0016】
前記(A)成分の配合量は、接着剤組成物100質量%に対して、25質量%以上80質量%以下であることが好ましく、30質量%以上70質量%以下であることがより好ましく、40質量%以上60質量%以下であることが特に好ましい。前記(A)成分の配合量が前記下限未満では、電子部品を固着させるために十分な強度が得られないため、耐衝撃性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、接着剤組成物中のアミノ基量が減少し、エポキシ樹脂を硬化せしめる速度が遅延する傾向にある。
【0017】
[(B)成分]
本発明に用いる(B)エポキシ樹脂硬化剤は、前記(A)成分のグリシジル基と反応し、または反応に寄与することにより、接着剤組成物を硬化させるものであり、公知のエポキシ樹脂硬化剤や硬化促進剤を適宜用いることができる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
エポキシ樹脂硬化剤としては、アミン(芳香族アミン、脂肪族アミンなど)、三フッ化ホウ素−アミンコンプレックス、ジシアンジアミド(DICY)およびその誘導体、有機酸ヒドラジド、ジアミノマレオニトリル(DAMN)およびその誘導体、メラミンおよびその誘導体、グアナミンおよびその誘導体、アミンイミド(AI)、アミンアダクト系硬化剤などが挙げられる。
硬化促進剤としては、アセチルアセナートZnおよびアセチルアセナートCrなどのアセチルアセトンの金属塩、エナミン、オクチル酸錫、第4級スルホニウム塩、トリフェニルホスフィン、イミダゾール、イミダゾリウム塩、トリエタノールアミンボレートなどが挙げられる。
【0018】
本発明においては、示差走査熱量測定によるピーク温度、および硬化物の動的粘弾性などを上述した範囲に調整するために、(A)成分と(B)成分との組み合わせを調整することが好ましい。このような観点から、(B)成分としては、架橋密度が比較的に低めになるようなものを選択することが好ましく、例えば、芳香族アミンなどを用いることが好ましい。また、芳香族アミンにおいては、1分子中のアミノ基の数が、2つ以下であることが好ましく、2つであることがより好ましい。さらに、アミノ基の数が2つの場合には、当該芳香族アミンの両端部分にアミノ基があることが好ましい。
【0019】
前記(B)成分の配合量は、接着剤組成物100質量%に対して、5質量%以上50質量%以下であることが好ましく、10質量%以上40質量%以下であることがより好ましく、15質量%以上35質量%以下であることが特に好ましい。前記(B)成分の配合量が前記下限未満では、接着剤組成物の硬化性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、接着剤組成物の保存安定性が低下する傾向にある。
また、前記(B)成分がアミノ基を有するものである場合、前記(A)成分のエポキシ基との反応の観点から、前記(A)成分のエポキシ基量1モルに対して、前記(B)成分のアミノ基量が0.5モル以上1モル以下であることが好ましく、0.6モル以上0.8モル以下であることがより好ましい。
【0020】
また、本発明の接着剤組成物は、前記(A)成分および前記(B)成分の他に、(C)フィラーをさらに含有してもよい。
【0021】
[(C)成分]
本発明に用いる(C)フィラーとしては、公知のフィラーを適宜用いることができる。このようなフィラーは、無機フィラーであってもよく、有機フィラーであってもよい。このようなフィラーは、着色剤、チクソ剤、体質顔料として用いることができる。そして、フィラーが、チクソ剤や体質顔料として機能することで、リフロー工程のプリヒートの際における接着剤組成物の流動性を調整できる。
着色剤としては、アセチレンブラックなどが挙げられる。また、チクソ剤としては、アエロジルR974、アエロジル200などが挙げられる。さらに、体質顔料としては、タルク、シリカ、硫酸バリウムなどが挙げられる。これらの体質顔料の中でも、接着剤組成物のレオロジー調整の観点から、タルクが好ましい。
前記(C)成分の配合量は、接着剤組成物100質量%に対して、5質量%以上50質量%以下であることが好ましく、10質量%以上40質量%以下であることがより好ましく、15質量%以上35質量%以下であることが特に好ましい。
【0022】
また、本発明の接着剤組成物は、前記(A)成分〜前記(C)成分の他に、(D)アクリレート系化合物をさらに含有してもよい。
【0023】
[(D)成分]
本発明に用いる(D)アクリレート系化合物としては、公知の(メタ)アクリレートモノマーおよびそのオリゴマーを適宜用いることができる。この(D)成分によっても、示差走査熱量測定によるピーク温度、および硬化物の動的粘弾性などを調整できる。
(D)成分としては、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
前記(D)成分の配合量は、接着剤組成物100質量%に対して、1質量%以上15質量%以下であることが好ましく、2質量%以上12質量%以下であることがより好ましく、5質量%以上10質量%以下であることが特に好ましい。
【0024】
本発明の接着剤組成物は、必要に応じて、前記(A)成分〜前記(D)成分の他に、前記(C)成分以外のチクソ剤、界面活性剤、カップリング剤、消泡剤、粉末表面処理剤、反応抑制剤、沈降防止剤などの添加剤を含有していてもよい。これらの添加剤の配合量としては、接着剤組成物100質量%に対して、0.01質量%以上10質量%以下であることが好ましく、0.05質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。添加剤の含有量が前記下限未満では、それぞれの添加剤の効果を奏しにくくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、得られる接着剤組成物の諸特性が低下する傾向にある。
【0025】
[電子部品の接合方法]
次に、本発明の電子部品の接合方法を
図1および
図2に基づいて説明する。なお、本発明の接着剤組成物の使用方法が、本発明の電子部品の接合方法に限定されるわけではない。
本発明の電子部品の接合方法は、はんだボールを有する電子部品を実装基板に接合させる電子部品の接合方法であって、以下説明する接着剤塗布工程、搭載工程、およびリフロー工程を備える。
このような接合方法によれば、
図1および
図2に示すような電子部品実装構造体1を作製できる。電子部品実装構造体1は、実装基板2と、はんだボール4を有するBGAパッケージ3と、接着剤硬化物5とを備えている。そして、実装基板2上の接合用ランド2aとBGAパッケージ3の端子3aとは、はんだボール4により接合されている。また、BGAパッケージ3の四隅にあたる箇所は、接着剤硬化物5により接合され、補強されている。そのため、従来の工法で行われるアンダーフィル工程を省略しても、十分な耐衝撃性を有する電子部品実装構造体1を作製できる。
【0026】
接着剤塗布工程においては、実装基板2上のBGAパッケージ3の四隅にあたる箇所に、前記接着剤組成物を塗布する。
ここで用いる塗布装置としては、ディスペンサー、スクリーン印刷機、ジェットディスペンサー、メタルマスク印刷機などが挙げられる。これらの塗布装置においては、接着剤組成物の保存安定性が特に求められるため、本発明の接着剤組成物が特に好適に用いることができる。
また、塗布膜の厚みは、はんだボール4の高さに応じて異なり、はんだボール4の高さ寸法よりも厚くすることが必要である。
【0027】
搭載工程においては、BGAパッケージ3を実装基板2の接合用ランド2a上に搭載する。
ここで用いる装置としては、公知のチップマウント装置を適宜用いることができる。
また、接合用ランド2aの材質としては、公知の導電性材料(銅、銀など)を適宜用いることができる。また、実装基板2の絶縁基材としては、公知の絶縁基材(ガラスエポキシ基材、ポリイミド基材など)を適宜用いることができる。
【0028】
リフロー工程においては、BGAパッケージ3が搭載された実装基板2を加熱することにより、はんだボール4を溶融させ、はんだボール4を実装基板2の接合用ランド2aに接合する。
ここで用いる装置としては、公知のリフロー炉を適宜用いることができる。
リフロー条件は、はんだの融点に応じて適宜設定すればよい。例えば、Sn−Au−Cu系のはんだ合金を用いる場合には、プリヒートを温度150〜180℃で60〜120秒行い、ピーク温度を220〜260℃に設定すればよい。
本発明においては、このリフロー工程により、前記接着剤組成物を硬化させることが必要である。そして、上記のようなリフロー条件であっても、本発明の接着剤組成物は優れた硬化性を有しているために、十分に硬化させることができる。そのため、BGAパッケージ3の四隅にあたる箇所を接着剤硬化物5により接合して補強でき、十分な耐衝撃性を有する電子部品実装構造体1を作製できる。
【0029】
なお、本発明の電子部品の接合方法は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
【実施例】
【0030】
次に、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例および比較例にて用いた材料を以下に示す。
((A)成分)
エポキシ樹脂A:商品名「jER871」、三菱化学社製
エポキシ樹脂B:商品名「EXA−4850−150」、DIC社製
エポキシ樹脂C:ゴム変性エポキシ樹脂、商品名「TSR−960」、DIC社製
((B)成分)
芳香族アミンA:商品名「BAPS」、セイカ社製
芳香族アミンB:商品名「セイカキュア−S」、セイカ社製
芳香族アミンC:商品名「4,4’−DPE」、セイカ社製
芳香族アミンD:商品名「CUA−4」、イハラケミカル工業社製
ジシアンジアミド:日本カーバイド工業社製
イミダゾール:商品名「2P4MHZ」、四国化成工業社製
((C)成分)
フィラーA:アセチレンブラック
フィラーB:タルク、商品名「ミクロエースL−1」、日本タルク社製
フィラーC:シリカ、商品名「エロジールR974」、日本アエロジル社製
((D)成分)
アクリレート化合物:商品名「Miramer M600」、東洋ケミカルズ社製
(他の成分)
添加剤:消泡剤など
【0031】
[実施例1]
エポキシ樹脂A10質量部、エポキシ樹脂B20質量部、エポキシ樹脂C40質量部、フィラーA5質量部、フィラーB25質量部、フィラーC5質量部、アクリレート化合物10質量部、添加剤2質量部および芳香族アミンA20質量部を容器に投入し、粉砕混合機にて、粉砕し混合し分散させて接着剤組成物を得た。
【0032】
[実施例2〜5]
表1に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例1と同様にして、接着剤組成物を得た。
[比較例1〜3]
表2に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例1と同様にして、接着剤組成物を得た。
【0033】
<接着剤組成物の評価>
接着剤組成物の性能(示差走査熱量測定によるピーク温度、硬化物の25℃およびはんだの融点における貯蔵弾性率)、接着剤組成物の評価(リフロー硬化性、セルフアライメント性、耐衝撃性)を以下のような方法で行った。得られた結果を表1および表2に示す。また、実施例5、比較例2および比較例4については、接着剤組成物の示差走査熱量測定の結果を
図3に示し、接着剤組成物の硬化物の動的粘弾性測定の結果を
図4に示す。なお、BGAパッケージのはんだボールにおけるはんだの融点は、220℃である。
(i)示差走査熱量測定によるピーク温度
セイコーインスツル社製の示差走査熱量計「DSC6200」を用いて測定を行い、得られたグラフから、示差走査熱量測定によるピーク温度を読み取った。
(ii)貯蔵弾性率
セイコーインスツル社製の動的粘弾性測定装置「DMS6100」を用い、接着剤組成物の硬化物(長さ:20mm、幅:4mm、厚み:0.05mm)を試料して、昇温速度5℃/minの条件にて、測定を行った。得られたグラフから、硬化物の25℃およびはんだの融点における貯蔵弾性率を読み取った。なお、硬化物は、220℃で10分間の加熱処理を施すことで硬化させている。比較例1では、この条件では硬化が不十分であり、硬化物を形成できなかったため、貯蔵弾性率を測定できなかった。
(1)リフロー硬化性
接着剤組成物を基板上に塗布したものを試料とし、この試料をリフロー炉に通して加熱した。ここでのリフロー条件は、プリヒート温度が150〜180℃(60秒間)で、温度220℃以上の時間が50秒間で、ピーク温度が230℃である。リフロー後の試料が硬化しているか否か指触にて評価した。そして、下記の基準に従って、リフロー硬化性を評価した。
○:リフロー後の試料が硬化している。
△:リフロー後の試料が硬化しているが、不十分である。
×:リフロー後の試料が硬化していない。
(2)セルフアライメント性
BGAパッケージ(ピッチ:0.5mm)をランドに対して故意に100μmずらした状態で、基板上に搭載し、接着剤組成物を塗布した。このように故意にBGAパッケージをずらした状態で搭載し、リフロー工程(リフロー条件は(1)リフロー硬化性の評価と同様)でBGAパッケージがどの程度正常な位置に戻るかを評価する。具体的には、上記のようにして作製した試験基板を、X線顕微鏡により観察し、リフロー工程後のBGAパッケージのずれを測定した。そして、下記の基準に従って、部品保持性を評価した。
○:BGAパッケージが正常な位置に戻っている。
△:BGAパッケージの位置に、僅かにずれが生じている(ずれが40μm以下)。
×:BGAパッケージの位置に、ずれが生じている(ずれが80μm超)。
(3)耐衝撃性
BGAパッケージ(ピッチ:0.5mm)を基板上に搭載し、接着剤組成物を塗布した後、リフロー工程(リフロー条件は(1)リフロー硬化性の評価と同様)を施したものを試験基板とする。この試験基板を100cmの高さから落下させ、試験基板の反りによるはんだボールの破壊が生じたか否かを判定した。はんだボールで接合されている電極間の抵抗値を、デジタルマルチメーター(Agilent社製の「34401A」、測定電圧:15V)を用いて測定し、落下衝撃により抵抗値が1000Ω以上となった場合に、はんだボールの破壊と判定した。そして、はんだボールの破壊が生じるまでの落下回数を測定し、下記の基準に従って、耐衝撃性を評価した。
○:落下回数が100回以上である。
△:落下回数が30回以上100回未満である。
×:落下回数が30回未満である。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】
表1に示す結果からも明らかなように、本発明の接着剤組成物(実施例1〜5)は、リフロー工程により十分に硬化させることができ、優れた耐衝撃性および十分なセルフアライメント性を有することが確認された。
これに対し、接着剤組成物が、示差走査熱量測定によるピーク温度、硬化物の25℃およびはんだの融点における貯蔵弾性率に関する本発明の条件の全てを満たさない場合(比較例1〜3)には、リフロー硬化性、セルフアライメント性および耐衝撃性のうちのいずれかが不十分となることが分かった。