特許第6351004号(P6351004)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6351004活性樹脂組成物及びクリーム半田、並びにプリント配線板
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】6351004
(24)【登録日】2018年6月15日
(45)【発行日】2018年7月4日
(54)【発明の名称】活性樹脂組成物及びクリーム半田、並びにプリント配線板
(51)【国際特許分類】
   H05K 3/34 20060101AFI20180625BHJP
   B23K 1/00 20060101ALI20180625BHJP
   B23K 3/06 20060101ALI20180625BHJP
   B23K 35/22 20060101ALI20180625BHJP
   B23K 35/26 20060101ALN20180625BHJP
   C22C 13/00 20060101ALN20180625BHJP
【FI】
   H05K3/34 507C
   H05K3/34 512C
   H05K3/34 505B
   H05K3/34 504B
   B23K1/00 330E
   B23K3/06 E
   B23K35/22 310A
   !B23K35/26 310A
   !C22C13/00
【請求項の数】4
【全頁数】20
(21)【出願番号】特願2017-202201(P2017-202201)
(22)【出願日】2017年9月29日
(62)【分割の表示】特願2017-56590(P2017-56590)の分割
【原出願日】2017年3月3日
【審査請求日】2017年12月13日
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】591028980
【氏名又は名称】山栄化学株式会社
(72)【発明者】
【氏名】高瀬 康弘
(72)【発明者】
【氏名】花田 和輝
(72)【発明者】
【氏名】北村 和憲
(72)【発明者】
【氏名】浅見 博
【審査官】 小林 大介
(56)【参考文献】
【文献】 特開2011−207998(JP,A)
【文献】 特開2012−115871(JP,A)
【文献】 特開2015−032639(JP,A)
【文献】 特開2014−225586(JP,A)
【文献】 特開平02−080193(JP,A)
【文献】 特開2015−047616(JP,A)
【文献】 特開2010−251346(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H05K 3/34
H01L 21/60
B23K 1/00
B23K 3/06
B23K 35/22
B23K 35/26
C22C 13/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
無溶剤であり、粘度(Pa・s、25℃)が1〜18であり、液状エポキシ樹脂100質量部に対し、硬化剤1〜10質量部、及び(ブロック)カルボン酸化合物20〜67質量部を含有し、且つ下記実装方法に用いられる、ことを特徴とする活性樹脂組成物。
[プリント配線板のランド部を活性樹脂組成物にて被覆し、活性樹脂組成物の一部上に下記クリーム半田をジェットディスペンスし、クリーム半田及び活性樹脂組成物上に部品を搭載し、リフロー半田付けし、リフロー半田付け以後にクリーム半田及び活性樹脂組成物の硬化を行う、プリント配線板への部品の実装方法]
[無溶剤であり、粘度(Pa・s、25℃)が100〜550であり、液状エポキシ樹脂100質量部に対し、硬化剤1〜10質量部、(ブロック)カルボン酸化合物20〜67質量部、及び半田紛800〜2000質量部を含有する、クリーム半田]
【請求項2】
解離温度140〜163℃のブロックカルボン酸化合物を含有する、ことを特徴とする請求項1に記載された活性樹脂組成物。
【請求項3】
無溶剤であり、粘度(Pa・s、25℃)が100〜550であり、液状エポキシ樹脂100質量部に対し、硬化剤1〜10質量部、(ブロック)カルボン酸化合物20〜67質量部、及び半田紛800〜2000質量部を含有し、且つ下記実装方法に用いられる、ことを特徴とするクリーム半田。
[プリント配線板のランド部を下記活性樹脂組成物にて被覆し、活性樹脂組成物の一部上にクリーム半田をジェットディスペンスし、クリーム半田及び活性樹脂組成物上に部品を搭載し、リフロー半田付けし、リフロー半田付け以後にクリーム半田及び活性樹脂組成物の硬化を行う、プリント配線板への部品の実装方法]
[無溶剤であり、粘度(Pa・s、25℃)が1〜18であり、液状エポキシ樹脂100質量部に対し、硬化剤1〜10質量部、及び(ブロック)カルボン酸化合物20〜67質量部を含有する、活性樹脂組成物]
【請求項4】
部品底面のランド部の少なくとも一部が請求項3に記載されたクリーム半田の硬化物にてプリント配線板に接合又は接着され、部品底面の少なくともそれ以外の部分が請求項1又は2に記載された活性樹脂組成物の硬化物にてプリント配線板に接合又は接着されており、且つクリーム半田は活性樹脂組成物に半田粉を配合したものでない、ことを特徴とするプリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願発明は、プリント配線板等への部品の実装方法に用いられる活性樹脂組成物及びクリーム半田、並びにその実装方法にて部品が実装されたプリント配線板、に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、プリント配線板への部品の実装は、一般に以下のようにして行われる。即ち、先ずプリント配線板のランド(パッド等)に、クリーム半田を印刷塗布する。そして、クリーム半田上に、部品を搭載(載置)する。この際、部品は、クリーム半田の粘着力(粘性)により、ランド上に仮固定される。そして、この状態でリフロー炉に搬送される。こうして、部品のリフロー半田付け(接続)が行われる(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平7−245474号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、従来の実装方法において、クリーム半田を印刷法により塗布した場合、例えば高精細プリント配線板のようにランド間(ランドピッチ)が極めて狭小なとき、所謂、「半田ブリッジ」が生じる。
【0005】
半田ブリッジを防ぐため、ランド間に絶縁層(ソルダーレジスト層等)を設けようとすると、ランド間が極めて狭小であるため、極めて高解像度且つ微小な絶縁層が必要となり、技術的に困難となる。
【0006】
また、クリーム半田を印刷法により塗布した場合、例えばメタルマスクを用いたとき、パッドの大小に関係無く、一様な塗布厚で印刷される。その結果、大型パッドに適した塗布厚にすると、微少パッドには厚過ぎ、半田量過多となり、半田ブリッジが生じる。逆に、微少パッドに適した塗布厚にすると、大型パッドには薄過ぎ、半田量不足となり、接合強度不足が生じる。更に、メタルマスクを用いた場合、そもそも印刷解像度(印刷可能な限界微小サイズ)に限界がある。
【0007】
他方、クリーム半田を、印刷法の替わりにジェットディスペンスにて、ランド(銅箔)に対し直接、吐出した場合、ランド表面においてクリーム半田の半田粒子が弾き飛ばされる。その結果、ランド上の半田量低下、或いはランド周囲への(導電性)半田粒子の飛散、等が生じる。
【0008】
更に、クリーム半田上に部品を搭載すると、(ランドと部品とに挟まれた)クリーム半田の一部が、(部品の搭載により)押し退(の)けられ、部品から食(は)み出る。その結果、その食み出たクリーム半田に因り、(部品が転倒・脱落しにくくなる反面、)余分にスペースがとられる、或いは半田ブリッジが生じる。
【0009】
また、部品の仮固定は、クリーム半田の粘着力のみに頼っているため、不十分である。そのため、リフロー炉内の搬送途中において、リフロー半田付けの際、半田が溶融・液状化したとき、振動等により部品が転倒・脱落し易い。特に、部品が、仮固定しにくい形状・構造のものや、重心の高いもの(例えば、LED部品のような、接続端子が少なく背高のもの)、また(ランド上のクリーム半田量が少ない)高精細プリント配線板等の場合、転倒・脱落し易い。
【0010】
本願発明は、上記諸問題を解消できる技術的手段を提供する、ことを目的とする。特に、本願発明は、部品の仮固定性(仮固定力)が高く、そのため部品の転倒・脱落等が無く、且つ高精細プリント配線板にも適用できる、プリント配線板への部品の実装方法を提供する、ことを目的とする。
【0011】
更に、本願発明は、上記基本特性に加え、付加的特性(クリーム半田の形状保持性、半田紛の飛び散り防止性、接続不良防止性、ボイド発生防止性、ジェットディスペンス性等)にも優れた、プリント配線板への部品の実装方法を提供する、ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記目的を達成するため、本願発明者が鋭意、検討した結果、下記の本願発明を成すに到った。
【0013】
即ち、本願第1発明は、無溶剤であり、粘度(Pa・s、25℃)が1〜18であり、液状エポキシ樹脂、硬化剤、及び(ブロック)カルボン酸化合物を含有し、且つ下記実装方法に用いられる、ことを特徴とする活性樹脂組成物、を提供する。
[プリント配線板のランド部を活性樹脂組成物にて被覆し、活性樹脂組成物の一部上に下記クリーム半田をジェットディスペンスし、クリーム半田及び活性樹脂組成物上に部品を搭載し、リフロー半田付けし、リフロー半田付け以後にクリーム半田及び活性樹脂組成物の硬化を行う、プリント配線板への部品の実装方法]
[無溶剤であり、粘度(Pa・s、25℃)が100〜550であり、液状エポキシ樹脂、硬化剤、(ブロック)カルボン酸化合物、及び半田紛を含有する、クリーム半田]
【0014】
本願第2発明は、解離温度140〜163℃のブロックカルボン酸化合物を含有する、ことを特徴とする本願第1発明の活性樹脂組成物、を提供する。
【0015】
本願第3発明は、無溶剤であり、粘度(Pa・s、25℃)が100〜550であり、液状エポキシ樹脂、硬化剤、(ブロック)カルボン酸化合物、及び半田紛を含有し、且つ下記実装方法に用いられる、ことを特徴とするクリーム半田、を提供する。
[プリント配線板のランド部を下記活性樹脂組成物にて被覆し、活性樹脂組成物の一部上にクリーム半田をジェットディスペンスし、クリーム半田及び活性樹脂組成物上に部品を搭載し、リフロー半田付けし、リフロー半田付け以後にクリーム半田及び活性樹脂組成物の硬化を行う、プリント配線板への部品の実装方法]
[無溶剤であり、粘度(Pa・s、25℃)が1〜18であり、液状エポキシ樹脂、硬化剤、及び(ブロック)カルボン酸化合物を含有する、活性樹脂組成物]
【0016】
本願第4発明は、部品底面のランド部の少なくとも一部が請求項3に記載されたクリーム半田の硬化物にてプリント配線板に接合又は接着され、部品底面の少なくともそれ以外の部分が請求項1又は2に記載された活性樹脂組成物の硬化物にてプリント配線板に接合又は接着されており、且つクリーム半田は活性樹脂組成物に半田粉を配合したものでない、ことを特徴とするプリント配線板、を提供する。
【0032】
本明細書中、粘度数値の、単位、測定温度、及び測定方法は、それぞれ「Pa・s」、「25℃」、及び「JIS K5600−2−3」である。
【0033】
また、「硬化開始温度」とは、示差走査熱量測定(DSC)により得られるグラフ(縦軸が発熱量、横軸が加熱温度)において、加熱していった際の最初の変化点(上昇点)温度を言う。
【発明の効果】
【0034】
本願発明により、部品の仮固定性が高く、且つ高精細プリント配線板にも適用できる、プリント配線板への部品の実装方法、を提供することができる。
【0035】
更に、本願発明により、上記基本特性に加え、付加的特性(クリーム半田の形状保持性、半田紛の飛び散り防止性、接続不良防止性、ボイド発生防止性、ジェットディスペンス性等)にも優れた、プリント配線板への部品の実装方法、を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0036】
図1】製造例1〜34、又は製造比較例1及び2における、プリント配線板への部品の実装工程を示す図である。
図2図1Aの平面図である。
図3】製造比較例5における、プリント配線板への部品の実装工程を示す図である。
図4図3Aの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0037】
本願発明を、最良の実施形態に基付き、詳述する。
本願発明に係る実装方法において、先ず、プリント配線板のランド部を活性樹脂組成物にて被覆する。
【0038】
プリント配線板は、如何なるものも用いることができ、ランドピッチが狭小(例えば、20〜50μm)な高精細プリント配線板も用いることができる。
【0039】
プリント配線板は、レジスト(ソルダーレジスト等)により被覆されていてもよい。例えば、ランド部の少なくとも一部を露出させる開口部を有するレジストにより被覆されていてもよい。
【0040】
本願に係る活性樹脂組成物は、専ら本願に係る実装方法においてのみ用いられるものである。
【0041】
活性樹脂組成物は、無溶剤のものである。溶剤が存在すると、溶剤蒸発に因る、リフロー後の部品保持性の低下や、プリント配線板その他の部品の汚染、或いは残存溶剤に因る、ボイドの発生や、引火、環境汚染、等を惹き起こす虞がある。
【0042】
活性樹脂組成物には、添加剤として、ボイド等を低減させる消泡剤(ポリジメチルシロキサン等)やレベリング剤、流動性やディスペンス性を調整するレオロジーコントロール剤、無機・有機充填剤等を含有してよい。
【0043】
活性樹脂組成物の粘度は、1〜18であり、特に3〜18就中5〜13)が好ましい。粘度が小さ過ぎると、クリーム半田のジェットディスペンス時に、クリーム半田の形状保持性が低下し、また半田紛粒子の飛び散りが起きることがある。逆に、粘度が大き過ぎると、クリーム半田の活性樹脂層への入り込みが悪くなり、ランド部とクリーム半田との接触性が低下し、その結果リフロー半田付け時に接続不良が起こることがある。また、部品搭載時の巻き込み空気や、リフロー時の発生ガスを、塗布樹脂層から放出(排気)できず、その結果ボイドが発生することがある。
【0045】
_活性樹脂組成物としては、エポキシ樹脂、硬化剤、及び(ブロック)カルボン酸化合物(ブロックカルボン酸化合物及び/又はカルボン酸化合物)を含有するもの、である。
【0046】
活性樹脂組成物において、エポキシ樹脂は、常温液状のものである。常温液状のエポキシ樹脂は、液状のもののみから成るものでも、また固状のものを液状のものに溶解した、混合エポキシ樹脂でも、よい。
【0047】
液状のものとしては、具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、単官能又は多官能(3若しくは4官能等)グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂の混合物、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ジフェニルチオエーテル(スルフィド)型エポキシ樹脂、トリチル型エポキシ樹脂、脂環式タイプエポキシ樹脂、アルコール類から調製されるエポキシ樹脂、ジアリルビスA型エポキシ樹脂、メチルレゾルシノール型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、及びN,N,O−トリス(グリシジル)−p−アミノフェノール等が挙げられ、これらの一種以上、用いてよい。ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、N,N,O−トリス(グリシジル)−p−アミノフェノール、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、が好ましい。
【0048】
固状のものとしては、具体的には、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン系エポキシ樹脂、ビフェニル系エポキシ樹脂、ビスフェノールA型固形エポキシ樹脂、固形の脂環式エポキシ樹脂等が挙げられ、これらの1種以上、用いてよい。
【0049】
活性樹脂組成物において、硬化剤としては、硬化開始温度130℃以上(特に135〜185℃、就中140〜170)のものが好ましい。硬化開始温度が低過ぎると、リフロー時の加熱により塗布樹脂の硬化が進み過ぎ、そのため部品搭載時の巻き込み空気や、リフロー時の発生ガスを、塗布樹脂層から放出(排気)できず、その結果ボイドが発生することがある。
【0050】
硬化剤としては、具体的には、シアノグアニジン、イミタゾール硬化剤[2,4−ジアミノ−6−[2’−エチル−4’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール等]、潜在性硬化剤[ジシアンジアミド、メラミン、(変性)脂肪族ポリアミン、(変性)芳香族ポリアミン、アミンアダクト等]が挙げられ、これらの1種以上、用いてよい。好ましくは、ジシアンジアミドである。
【0051】
活性樹脂組成物において、ブロックカルボン酸化合物を用いた場合、低温副反応を抑えることができ、活性樹脂組成物の保存安定性を向上させることができる。
【0052】
ブロックカルボン酸化合物としては、解離温度(ブロック基の脱離温度)が140〜200(特に160〜163℃)のものが好ましい。解離温度が低過ぎると、上記と同様、リフロー時の加熱により塗布樹脂の硬化が進み過ぎ、その結果ボイドが発生することがある。解離温度が高過ぎると、塗布樹脂の硬化が進まない結果、リフロー時に半田溶融した際、部品の仮固定性が低下することがある。
【0053】
ブロックカルボン酸化合物は、原料カルボン酸とブロック化剤とを反応させることにより、合成され得る。原料カルボン酸としては、後述のカルボン酸化合物、及び芳香族カルボン酸等が挙げられ、これらの1種以上、用いてよい。芳香族カルボン酸としては、具体的には芳香族1価カルボン酸[(ヒドロキシ)安息香酸、エトキシ安息香酸、ジヒドロキシ安息香酸、フェニル酢酸、安息香酸、トルイル酸、ナフトエ酸等]、芳香族多価カルボン酸[フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレンジカルボン酸、ベンゼンカルボン酸(特にカルボキシル基数が3〜4のもの)等]が挙げられる。
【0054】
ブロック化剤としては、例えばビニルエーテル類、具体的には脂肪族ビニルエーテル類(メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、イソプロピルビニルエーテル、n−プロピルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、シクロヘキシルビニルエーテル、プロピルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル、2−エチルシクロヘキシルビニルエーテル、t−ブチルビニルエーテル、2−エチルヘキシルビニルエーテル等)、環状ビニルエーテル類(2,3−ジヒドロフラン、2,3−ジヒドロ−2H−ピラン、3,4−ジヒドロ−2H−ピラン、3,4−ジヒドロ−2−メトキシ−2H−ピラン、3,4−ジヒドロ−4,4−ジメチル−2H−ピラン−2−オン、3,4−ジヒドロ−2−エトキシ−2H−ピラン、3,4−ジヒドロ−2H−ピラン−2−カルボン酸ナトリウム、3,4−ジヒドロフラン等)、脂肪族ビニルチオエーテル化合物(ジヒドロフラン類等)、環状ビニルエーテル化合物(ジヒドロ−2H−ピラン等)、環状ビニルチオエーテル化合物、分子中にビニルエーテル基を2個以上有する化合物、具体的にはジビニルエーテル化合物(エチレングリコールジビニルエーテル、1,2−プロピレングリコールジビニルエーテル、1,3−プロピレングリコールジビニルエーテル、1,3−ブタンジオールジビニルエーテル、1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、2,3−ブタンジオールジビニルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジビニルエーテル、ジエチレングリコールジビニルエーテル、トリエチレンジュリコールジビニルエーテル、ペンタンジオールジビニルエーテル、ジメチルブタンジオールジビニルエーテル、3−メチル−1,5−ペンタンジオールジビニルエーテル、水添ビスフェノールAジビニルエーテル、ネオペンチルグリコールジビニルエーテル、1,8−オクタンジオールジビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジメタノールジビニルエーテル、2−メチル−1,3−プロパンジオールジビニルエーテル、1,4−シクロヘキサンジオールジビニルエーテル、1,9−ノナンジオールジビニルエーテル、トリエチレングリコールジビニルエーテル、テトラエチレングリコールジビニルエーテル、ビスフェノールAジビニルエーテル、水添ビスフェノールAジビニルエーテル等)、ジビニルチオエーテル化合物等が挙げられ、これらの1種以上、用いてよい。
【0055】
具体的には、ブロックカルボン酸化合物としては、エトキシ安息香酸とアルキルジビニルエーテルの反応生成物、グルタル酸とアルキルジビニルエーテルの反応生成物、シクロヘキサンジカルボン酸のビスアルキルエステル(シクロヘキサンジカルボン酸とアルキルジビニルエーテルとの反応生成物等)、1−イソプロポキシエチル(メタ)アクリレート、1−エトキシエチル(メタ)アクリレート、1−t−ブトキシエチル(メタ)アクリレート、1−(1−メチルヘキシロキシ)エチル(メタ)アクリレート、1−(1,1−ジメチルプロポキシ)エチル(メタ)アクリレート、1−イソプロポキシエチル(メタ)アクリルアミド、1−エトキシエチル(メタ)アクリルアミド、1−t−ブトキシエチル(メタ)アクリルアミド、1−(1−メチルヘキシロキシ)エチル(メタ)アクリルアミド、1−(1,1−ジメチルプロポキシ)エチル(メタ)アクリルアミド、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸−2,4−ビス(プロポキシエチル)−1−((メタ)アクリロキシエチル)エステル、及びこれらの(共)重合体等が挙げられ、これらの1種以上、用いてよい。
【0056】
カルボン酸化合物としては、リフロー半田付け前に塗布樹脂の硬化が進み過ぎてしまうのを防ぐ観点から、脂肪族カルボン酸が好ましい。具体的には、カルボン酸化合物としては、脂肪族多価カルボン酸(セバシン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、デカメチレンジカルボン酸、ブタンテトラカルボン酸、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸、テトラヒドロカルボン酸、ヘキサヒドロカルボン酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸等)、飽和1価カルボン酸[酢酸、プロピオン酸、酪酸、2−メチルプロパン酸(イソ酪酸)、2−エチルヘキシル酸、ラウリン酸、ステアリル酸、シクロヘキ酸カルボン酸等]、不飽和1価カルボン酸(アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、オレイン酸、アビエチン酸等)、不飽和脂肪族多価カルボン酸(マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等)、ヒドロキシル基を2個以上(有利には、2〜50個)有するポリオールと酸無水物とをハーフエステル化し得られる多価カルボン酸、イソシアネート基を2個以上(有利には、2〜50個)有するポリイソシアネートとヒドロキシカルボン酸又はアミノ酸とを付加反応させて得られる多価カルボン酸、不飽和カルボン酸を単独又は共重合して得られる多価カルボン酸、ポリオールと多価カルボン酸を反応させて得られるポリエステル型の多価カルボン酸、カルボン酸ポリマー(スチレンマレイン酸コポリマー、アクリル酸コポリマー等)が挙げられ、これらの1種以上、用いてよい。
【0057】
活性樹脂組成物において、好ましくは、(ブロック)カルボン酸化合物は、ブロック化エトキシ安息香酸、セバシン酸、アジピン酸、スベリン酸である。
【0058】
活性樹脂組成物の組成において、エポキシ樹脂100質量部に対し、各成分を、以下のとおり、それぞれ含有する即ち、硬化剤1〜10(好ましくは4〜8)質量部、(ブロック)カルボン酸化合物20〜67(好ましくは25〜50)質量部、含有する。
【0059】
(ブロック)カルボン酸化合物が少な過ぎると、酸化膜の除去が不十分となり、半田付けが不安定になることがある。逆に多過ぎると、エポキシ樹脂との反応が多くなり、半田接続前に活性樹脂組成物が粘度上昇し、半田の溶融接続を阻害することがある。
【0060】
被覆は、ランド部の少なくとも一部(典型的には、ランド部全面)について行う。被覆は、プリント配線板の少なくとも一部について行う。例えば、レジスト開口部のみでもよいし、或いはプリント配線板全面でもよい。被覆には、塗布(印刷、吐出を含む。)、積層等が含まれる。
【0061】
特に、被覆をディスペンスにより行うことにより、他の部品を搭載した後にも、塗布することができる。活性樹脂組成物の塗布量は、搭載部品のサイズに応じて調節することができる。
【0062】
次いで、活性樹脂組成物の[全面(全体)ではなく]一部(上)にクリーム半田をジェットディスペンスする。これにより、活性樹脂組成物層の粘着性と、クリーム半田の粘着性の、両方の粘着性を利用して、搭載部品を仮固定することができる。
【0063】
更に、ランド部上に直接、クリーム半田をジェットディペンスした場合に生ずる、以下のような問題を回避できる。即ち、特に高精細プリント配線板を用いた場合、ランド部上のクリーム半田塗布量が極めて少ないため、塗布されたクリーム半田がランド部上で薄く広がってしまい、塗布されたクリーム半田の形状保持ができず、その結果、半田付けができないことがあった。また、半田紛粒子が、硬いランド部表面上で跳ねて周囲に飛び散る、という問題があった。
【0064】
本願に係るクリーム半田は、専ら本願に係る実装方法においてのみ用いられるものである。
【0065】
クリーム半田は、活性樹脂組成物と同様の理由により、無溶剤のものである。
クリーム半田には、活性樹脂組成物にて例示した添加剤を含有してよい。
【0067】
クリーム半田の粘度は、活性樹脂組成物の粘度より2倍(特に5倍)以上大きいのが好ましい。クリーム半田の方が小さい場合、クリーム半田のジェットディスペンス時に、クリーム半田の形状保持性が低下し、また半田紛粒子の飛び散りが起きることがある。クリーム半田の粘度は、100〜550であり、特に100〜500就中150〜350)が好ましい。逆に、粘度が大き過ぎると、クリーム半田のジェットディスペンス性が低下し、クリーム半田塗布量のばらつきが大きくなることがある。
【0068】
クリーム半田としては、硬化性樹脂、硬化剤、活性剤機能[半田粉表面に形成された酸化被膜(錫の酸化物等)の除去能等]を有する化合物、及び半田紛を含有するもの、である。そのようなクリーム半田としては、エポキシ樹脂、硬化剤、(ブロック)カルボン酸化合物、及び半田紛を含有するもの、である。
【0069】
クリーム半田において、エポキシ樹脂は、常温液状のエポキシ樹脂である。常温液状のエポキシ樹脂としては、前記活性樹脂組成物において例示したもの等が挙げられる。
【0070】
液状エポキシ樹脂と(ブロック)カルボン酸化合物との硬化反応(速度)は、クリーム半田の方が活性樹脂組成物より速い(大きい)、のが好ましい。クリーム半田の方が遅い場合、半田溶融時の部品の仮固定性が低下することがある。
【0071】
クリーム半田において、硬化剤の硬化開始温度は、前記硬化反応(速度)における遅速関係の観点から、活性樹脂組成物の硬化剤の硬化開始温度より低いのが好ましく、少なくとも20℃(特に30℃)低いのが好ましい。クリーム半田の方が高い場合、ボイドの発生、接続不良等が起こることがある。具体的には、クリーム半田において、硬化開始温度は、120℃以上(特に140〜180℃)が好ましい。硬化開始温度が低過ぎると、はんだ粒子が溶融合体化する前に樹脂が硬化し、半田接続ができないことがある。
【0072】
硬化剤としては、具体的には、前記活性樹脂組成物において例示したもの、及び1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2,4−ジアミノ−6−[2’−エチル−4‘−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン等が挙げられ、これらの1種以上、用いてよい。好ましくは、硬化剤は、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾールである。
【0073】
クリーム半田において、ブロックカルボン酸化合物の解離温度は、前記硬化反応(速度)における遅速関係の観点から、活性樹脂組成物のブロックカルボン酸化合物の解離温度より低いのが好ましく、特に10℃以上、就中20℃以上、低いのが好ましい。クリーム半田の方が高い場合、ボイドの発生、接続不良等が起こることがある。具体的には、クリーム半田において、解離温度は、130℃以上(特に130〜170℃、就中145〜165℃)のものが好ましい。解離温度が低過ぎると、リフロー時の加熱によりカルボン酸基とエポキシ基との硬化反応が進み過ぎ、半田溶融前に硬化してしまい、その結果リフロー半田付け時に接続不良が起こることがある。
【0074】
カルボン酸化合物としては、固体カルボン酸が好ましい。固体カルボン酸の配合により、クリーム半田の粘度を上昇させることができる。固体カルボン酸としては、前記硬化反応(速度)における遅速関係の観点から、クリーム半田の固体カルボン酸の融点が、活性樹脂組成物のブロックカルボン酸化合物の解離温度より低いのが好ましく、(特に10℃以上、就中20℃以上)低いのが好ましい。クリーム半田の方が高い場合、ボイドの発生、接続不良等が起こることがある。具体的には、クリーム半田において、融点100〜160(例えば120〜160、特に130〜150、就中130〜140)℃のものが好ましい。
【0075】
固体カルボン酸としては、具体的には、セバシン酸等が挙げられ、これらの1種以上、用いてよい。
【0076】
具体的には、(ブロック)カルボン酸化合物としては、前記活性樹脂組成物において例示したもの等が挙げられ、これらの1種以上、用いてよい。
【0077】
クリーム半田において、好ましくは、(ブロック)カルボン酸化合物は、ブロック化メトキシ安息香酸、ブロック化エトキシ安息香酸、ピメリン酸、アゼライン酸である。
【0078】
クリーム半田において、半田粉としては、例えば錫を90(特に95)質量%以上含有する半田の微粒子、ビスマスを50(特に55)質量%以上含有する半田の微粒子等が好ましい。半田粉には、他金属(銅、銀等)が含有されてよいが、鉛フリー半田が好ましい。半田微粒子の粒子径は、平均粒径(D50)30(特に10)μm以下、且つ最大粒径50(特に25)μm以下、が好ましい。
【0079】
クリーム半田の組成において、エポキシ樹脂100質量部に対し、各成分を、以下のとおり、それぞれ含有する即ち、硬化剤1〜10(好ましくは4〜8)質量部、(ブロック)カルボン酸化合物20〜67(好ましくは25〜50)質量部、半田紛800〜2000(好ましくは1000〜1500)質量部、含有する。
【0080】
(ブロック)カルボン酸化合物が少な過ぎ又は多過ぎると、活性樹脂組成物において述べたと同様の問題が起こることがある。
【0081】
尚、前記硬化反応(速度)における遅速関係の観点から、クリーム半田の(ブロック)カルボン酸化合物の濃度は、活性樹脂組成物の(ブロック)カルボン酸化合物の濃度より高いのが好ましい。クリーム半田の方が低い場合、ボイドの発生、接続不良等が起こることがある。クリーム半田と活性樹脂組成物との、(ブロック)カルボン酸化合物の含有質量比は1.0〜2.0(特に1.2〜1.6)が好ましい。
【0082】
クリーム半田の塗布をジェットディスペンスにて行うことにより、高精細プリント配線板を用いた場合でも、ランド部間の半田ブリッジを防ぐことができる。ジェットディスペンスされたクリーム半田は、その上層部(頂点部)が活性樹脂組成物層表面から通常、露出しているが、露出していなくてもよい。
【0083】
次いで、クリーム半田上に部品を搭載する。これにより、活性樹脂組成物層の粘着性と、クリーム半田の粘着性の、両方の粘着性により部品を仮固定できるため、極めて高い仮固定性が達成される。
【0084】
部品としては、如何なるものも用いることができ、例えば仮固定しにくい形状・構造のもの、重心の高いものでも用いることができる。部品としては、例えば電子部品、具体的にはLED部品、パッケージ部品(BGA部品、CSP部品、MCM部品、IPM部品、IGBT部品等)、半導体チップ、受光部品等が挙げられ、これらの1種以上、用いてよい。
【0085】
次いで、リフロー半田付けする。リフロー条件としては、例えば180〜300℃、0.5〜5分間である。
【0086】
リフロー半田付け以後、クリーム半田及び活性樹脂組成物の硬化を行う。「リフロー半田付け以後」には、例えばリフロー半田付けと同時、及び/又はリフロー半田付け後、を含む。活性樹脂組成物の硬化よりも先に、クリーム半田を硬化させるのが好ましい。具体的には、硬化工程手順としては、以下の態様i)、ii)、又はiii)が挙げられる。
【0087】
i)リフロー半田付け中に(リフロー加熱により)クリーム半田が硬化し、リフロー半田付け後に活性樹脂組成物を硬化させる。
ii)リフロー半田付け中に(リフロー加熱により)クリーム半田が半硬化し、リフロー半田付け後にクリーム半田を完全硬化させ、その後に活性樹脂組成物を硬化させる。
iii)リフロー半田付け後にクリーム半田の硬化を開始し、クリーム半田の硬化後に活性樹脂組成物を硬化させる。
硬化(加熱)条件は、クリーム半田については120〜160(特に130〜150)℃、30〜120(特に30〜90)分間、また活性樹脂組成物については150〜200(特に160〜180)℃、60〜180(特に90〜150)分間、が好ましい。
【0088】
以上のようにして、部品底面のランド部の少なくとも一部がクリーム半田の硬化物にてプリント配線板に接合又は接着され、部品底面の少なくともそれ以外の部分が活性樹脂組成物の硬化物にてプリント配線板に接合又は接着されているプリント配線板が、製造される。
【実施例】
【0089】
以下、図面を用い、本願発明を具体的に説明する。
<活性樹脂組成物及びクリーム半田の調製>
・調製例1〜38、並びに調製比較例1及び2
表1〜4に示す配合組成に従い、各配合成分を均一に混合し、活性樹脂組成物(調製例1〜18、調製比較例1)及びクリーム半田(調製例19〜38、調製比較例2)、を調製した。
【0090】
表1〜4に、活性樹脂組成物及びクリーム半田の、粘度(Pa・s、25℃)、硬化開始温度(℃)、ブロックカルボン酸の解離温度(℃)を示す。
【0091】
【表1】
【0092】
1)ビスフェノールA型エポキシ樹脂、三井化学(株)製。
2)ビスフェノールA型エポキシ樹脂、日本化薬(株)製。
3)4官能グリシジルアミン型エポキシ樹脂、新日鉄化学(株)製。
4)3官能グリシジルアミン型エポキシ樹脂、住友化学(株)製。
5)ナフタレン型エポキシ樹脂、DIC(株)製。
6)ビスフェノールA型エポキシ樹脂(50質量%)とビスフェノールF型エポキシ樹脂(50質量%)の混合物、新日鉄化学(株)製。
7)エトキシ安息香酸(40質量%)とアルキルジビニルエーテル(60質量%)の反応生成物。
8)グルタル酸(35質量%)とアルキルジビニルエーテル(65質量%)の反応生成物、日油(株)製。
9)シクロヘキサンジカルボン酸(35質量%)とアルキルジビニルエーテル(65質量%)の反応生成物、日油(株)製。
10)配合組成(wt%)錫96.5+銀3+銅0.5、平均粒径10μm及び最大粒径25μm(何れも、レーザー回折法、JIS Z8825−1)、三井金属(株)製。
11)ビスコテスターVT−04(リオン社製、2号ローター)。
【0093】
【表2】
【0094】
【表3】
12)スパイラル粘度計PCU−203(マルコム社製)。
【0095】
【表4】
【0096】
<部品が実装されたプリント配線板の製造>
・製造例1〜34、製造比較例1及び2
ランド(0.25mm角、銅箔製)を200個(2個×100対)備えた、プリント配線板(100mm角)を用意した。
【0097】
このプリント配線板全面に、ソルダーレジスト用インク(UV熱併用型硬化性樹脂)をスクリーン印刷(層厚30μm)した。開口部形成用マスクパターンを介し、露光硬化した。こうして、プリント配線板1上のソルダーレジスト2には、開口部3が100個、形成された(図1A)。開口部3は、1対(2個)のランド4を取り囲む矩形(0.85mm×0.45mm)であり、各開口部3において1対のランド4が露出している(図2)。
【0098】
開口部3全体に、活性樹脂組成物5をディスペンスにて塗布(塗布量2mg)した(図1B)。
開口部3内の(1対の)各ランド4に対し、クリーム半田6をジェットディスペンスした(塗布量0.4mg)(図1C)。
表5〜7に、用いた活性樹脂組成物とクリーム半田の、組合せを示す。
【0099】
部品7(計100個)を、開口部3内の(1対の)クリーム半田6上に、マウンターにて搭載した(図1D)。部品7は、受光部品であり、幅0.8mm×奥行き0.4mm×高さ1.0mmであり、底面両端部に各ランド8(0.2mm角)(計2個)が設けられている。
【0100】
メッシュコンベアにて、リフロー装置(全長2.2m、タムラ製作所製、「TNR」)内を搬送させ、半田付け9を行なった(図1E)。リフロー条件は、余熱温度(150〜180℃、30秒)、リフロー温度[220℃以上(ピーク温度245℃)、10秒]であった。
加熱(160℃、150分間)により、樹脂を完全硬化した。
【0101】
こうして、部品を実装したプリント配線板(各製造例1〜34、製造比較例1及び2)を作製した。
【0102】
・製造例35
ディスペンスの替わりに、スクリーン印刷にて、活性樹脂組成物5を塗布した以外は、製造例1と同様にして、部品を実装したプリント配線板を作製した。
【0103】
クリーム半田をジェットディスペンスする際、半田紛粒子がランド部表面上で跳ねず飛び散らなかった、ことを目視で確認した。
【0104】
リフロー後の高精細プリント配線板を目視で検査し、転倒や脱落等の不具合のあったLED部品の個数を数えたところ、0個であった。
【0105】
テスターを用いて部品ごとに短絡(ショート)の有無を検査したところ、ランド間の半田ブリッジは発生していなかった。
【0106】
・製造例36
ランド(幅0.6mm、奥行き0.3mm、銅箔製を200個(2個×100対)備えた、高精細プリント配線板(100mm角)を用意した。
【0107】
このプリント配線板全面に、ソルダーレジスト用インク(UV熱併用型硬化性樹脂)をスクリーン印刷(層厚30μm)した。開口部形成用マスクパターンを介し、露光硬化した。こうして、プリント配線板上のソルダーレジストには、開口部が100個、形成された。開口部は、1対(2個)のランドを取り囲む矩形(1.8mm×1.0mm)であり、各開口部において1対のランドが露出していた。
【0108】
開口部全体に、活性樹脂組成物(調製例1)をディスペンスにて塗布(塗布量10mg)した。
【0109】
開口部内の(1対の)各ランドに対し、クリーム半田(調製例19)を2か所ずつジェットディスペンスした(塗布量1.2mg)。
【0110】
部品(計100個)を、開口部内の(1対の)クリーム半田上に、マウンターにて搭載した。部品は、LED部品であり、幅1.6mm×奥行き0.8mm×高さ0.7mmであり、底面両端部に0.6mm×0.3mmの端子が設置されているものであった。
【0111】
メッシュコンベアにて、リフロー装置(全長2.2m、タムラ製作所製、「TNR」)内を搬送させ、半田付けを行なった。リフロー条件は、余熱温度[150〜180℃、30秒]、リフロー温度[220℃以上(ピーク温度245℃)、10秒]であった。
樹脂の加熱硬化(180℃、120分間)を、行った。
こうして、LED部品を実装した高精細プリント配線板を作製した。
【0112】
ジェットディスペンス後、ランド部上に塗布されたクリーム半田は、広がることなく、形状が保持されていた、ことを目視で確認した。
【0113】
クリーム半田をジェットディスペンスする際、半田紛粒子がランド部表面上で跳ねず飛び散らなかった、ことを目視で確認した。
【0114】
リフロー後の高精細プリント配線板を目視で検査し、転倒や脱落等の不具合のあったLED部品の個数を数えたところ、0個であった。
【0115】
テスターを用いて部品ごとに短絡(ショート)の有無を検査したところ、ランド間の半田ブリッジは発生していなかった。
【0116】
・製造比較例3
活性樹脂組成物のディスペンス塗布工程を省いた以外は、製造例1と同様にして、部品を実装したプリント配線板を作製した。
【0117】
クリーム半田をジェットディスペンスする際、半田紛粒子がランド部表面上で跳ねて周囲に飛び散る、ことを目視で確認した。
【0118】
リフロー後のプリント配線板を目視で検査し、転倒や脱落等の不具合のあった部品の個数を数えたところ、27個であった。
【0119】
・製造比較例4
ジェットディスペンスの替わりに、メタルマスクを用いたスクリーン印刷により、クリーム半田を塗布した以外は、製造例36と同様にして、LED部品を実装した高精細プリント配線板を作製した。
【0120】
印刷後にメタルマスクを外す際、活性樹脂組成物がメタルマスクに付着し、クリーム半田が転写されないランドが発生した。
【0121】
・製造比較例5
ランド(0.25mm角、銅箔製)を200個(2個×100対)備えた、プリント配線板(100mm角)を用意した。
【0122】
このプリント配線板全面に、ソルダーレジスト用インク(UV熱併用型硬化性樹脂)をスクリーン印刷(層厚30μm)した。開口部形成用マスクパターンを介し、露光硬化した。こうして、プリント配線板1上のソルダーレジスト2には、開口部3が200個、形成された(図3A)。開口部3は、ランド4上に開口した矩形(直径0.2mm角)であり、各開口部3において1個のランド4が露出していた(図4)。
【0123】
矩形開口部(0.25mm角、200個)を有するメタルマスクを、矩形開口部と開口部3とが重なるよう位置合わせし、ソルダーレジスト2上に載せた。メタルマスクを介して、クリーム半田6(調製例19)をスクリーン印刷した(塗布量16mg)。これにより、ランド4上(開口部3内及び開口部端面周辺)が、クリーム半田6にて塗布された(図3B)。
【0124】
部品7(計100個)を、マウンターにて、隣り合う2箇のクリーム半田6上に(跨るようにして)搭載した(図3C)。部品7は、受光部品であり、幅0.8mm×奥行き0.4mm×高さ1.0mmであり、底面両端部に各ランド8(0.2mm角)(計2個)が設置されているものである。
【0125】
メッシュコンベアにて、リフロー装置(全長2.2m、タムラ製作所製、「TNR」)内を搬送させ、半田付けを行なった。リフロー条件は、余熱温度(150〜180℃、30秒)、リフロー温度[220℃以上(ピーク温度245℃)、10秒]であった。
こうして、部品を実装したプリント配線板を作製した。
【0126】
リフロー後のプリント配線板を目視で検査し、転倒や脱落等の不具合のあった部品の個数を数えたところ、18個であった。
【0127】
・製造比較例6
部品の搭載工程前に、(隣り合う)クリーム半田とクリーム半田の間のソルダーレジスト上に、チップ接着剤(弘輝社製、「JU−110」)をディスペンスにて塗布(塗布形状、直径0.1mm×高さ0.2mmの円柱)する工程を追加した以外は、製造比較例5と同様にして、部品を実装したプリント配線板を作製した。
【0128】
リフロー後のプリント配線板を目視で検査し、転倒や脱落等の不具合のあった部品の個数を数えたところ、14個であった。
【0129】
・製造比較例7
先ず、製造比較例5と同様にして、クリーム半田の塗布工程迄を、行った。
リフローを行ない、半田バンプを形成した。リフロー条件は、余熱温度(150〜180℃、30秒)、リフロー温度[220℃以上(ピーク温度245℃)、10秒]であった。
【0130】
半田バンプ上に、活性樹脂組成物(調製例1)をディスペンスにて塗布(塗布量2mg)した。
【0131】
その後、部品の搭載以降の工程を、製造比較例5と同様にして行い、部品を実装したプリント配線板を作製した。
【0132】
リフロー後のプリント配線板を目視で検査し、転倒や脱落はなかったが、接続不良の不具合のあった部品の個数を数えたところ、100個すべてであった。
【0133】
・製造比較例8
クリーム半田6を、ジェットディスペンスの替わりに、ディスペンスにて塗布した以外は、製造例1と同様にして、部品を実装したプリント配線板を作製した。
【0134】
最初のディスペンス時に活性樹脂組成物がディスペンスノズルに付着し、2番目のランドからクリーム半田の吐出量が減少し、5番目のランドからはディスペンスノズルが詰まってしまい、クリーム半田の塗布が困難であった。
【0135】
<各種性能評価試験>
部品の実装工程途中において、又は部品が実装されたプリント配線板について、以下の各種性能評価試験を行った。試験結果を、表5〜7に示す。
【0136】
・部品の仮固定性
リフロー後のプリント配線板を目視で検査し、転倒や脱落等の不具合のあった部品の個数を数えた。
【0137】
・クリーム半田の形状保持性
ジェットディスペンス後、ランド部上に塗布されたクリーム半田の形状を、目視で検査した。表中、「○」は「広がることなく、形状が保持されていた」、「×」は「薄く広がってしまい、形状が保持されていなかった」、を示す。
【0138】
・半田紛の飛び散り防止性
クリーム半田をジェットディスペンスする際、半田紛粒子がランド部表面上で跳ねて周囲に飛び散るか否かを、目視で検査した。表中、「○」は「跳ねず飛び散らなかった」、「×」は「跳ねて飛び散った」、を示す。
【0139】
・接続不良防止性
部品が実装されたプリント配線板について、部品とランドの接続性、ランド間の短絡(ショート)の有無を、テスラーを用いて抵抗値を測定して、接続性を検査した。表中、「○」は「抵抗値が、部品の抵抗値の±20%以内の物」、「×」は「抵抗値が、部品の抵抗値の±20%を超える物」、を示す。
【0140】
・ボイド発生防止性
部品が実装されたプリント配線板について、部品の下に存在するボイドをX線顕微鏡を用いて100倍率で観察して、ボイドの発生の有無を検査した。表中、「○」は「直径10μm以上のボイドが無いもの」、「×」は「直径10μm以上のボイドが観察されたもの」、を示す。
【0141】
・ジェットディスペンス性
連続して400回ディスペンスを行い、塗布されたクリーム半田の直径のばらつきを検査した。表中、「○」は「ばらつきが±20%以内のもの」、「×」は「ばらつきが±20%を超えるもの」、を示す。
【0142】
【表5】
【0143】
【表6】
【0144】
【表7】
【0145】
表5〜7中、「活性樹脂組成物(調製・調製比較例No.)」又は「クリーム半田(調製・調製比較例No.)」欄において、数値のみの場合は調製例No.を表し、「比」を付した数値は調製比較例No.を表す。
【符号の説明】
【0146】
1 プリント配線板
2 ソルダーレジスト
3 開口部
4 ランド
5 活性樹脂組成物
6 クリーム半田
7 部品
8 部品ランド
9 半田層
【要約】      (修正有)
【課題】部品の仮固定性(仮固定力)が高く、そのため部品の転倒・脱落等が無く、且つ高精細プリント配線板にも適用できる、プリント配線板への部品の実装技術を提供する。
【解決手段】溶剤を含有せず、液状エポキシ樹脂、硬化剤、及び(ブロック)カルボン酸化合物を含有する活性樹脂組成物5であり、液状エポキシ樹脂と(ブロック)カルボン酸化合物との硬化反応は、下記クリーム半田6の方が活性樹脂組成物より速く、且つ、下記実装方法に用いられる。クリーム半田は、溶剤を含有せず、液状エポキシ樹脂、硬化剤、(ブロック)カルボン酸化合物、及び半田紛を含有する。実装方法は、ランド部4を活性樹脂組成物にて被覆し、活性樹脂組成物の一部上に上記クリーム半田をジェットディスペンスし、クリーム半田及び活性樹脂組成物上に部品を搭載し、リフロー半田付け後にクリーム半田及び活性樹脂組成物の硬化を行う。]
【選択図】図1
図1
図2
図3
図4