JP2007123664A - 基板と部品間の接合構造びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属粉と樹脂とからなる導電塗膜の半田濡れ性を低融点半田を用いたときに適切に向上させることが可能な基板と部品間の接合構造及びその製造方法を提供することを目的としている。
【解決手段】 基板１上には、球状金属粉１０とフレーク状金属粉１１と熱可塑性樹脂１２とを有して成る電極部３が形成され、前記電極部３と電子部品間は、低融点半田５により接合され、前記低融点半田５の一部５ａは、前記電極部３の表面３ａから前記電極部３の内部に侵入している。これにより、前記電極部３と低融点半田５間の電気的接続性を良好に保つことが可能である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、特に、低融点半田を用いた基板と部品間の接合構造及びその製造方法に関する。

基板上に形成された電極部と電子部品間を半田にて接合するとき、従来では、前記半田に例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕを用いていたが、半田付け温度が高く（２００℃以上）、その結果、熱に弱い電子部品であると前記電子部品が破壊される等の問題があった。また基板にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を使用すると前記半田付け温度にて、前記基板が溶ける等の問題があった。

また、金属粉と樹脂とを有して成る導電ペーストをスクリーン印刷し加熱してて形成された塗膜状の電極部を用いたとき、前記電極部の半田濡れ性は悪いとともに、前記半田付け温度にて、前記電極部内の樹脂成分が熱分解される等といった問題があった。
特開平６−２９５６１６号公報 特開２００４−３６２９５０号公報 特開平９−１９４７６８号公報

上記のように、高融点半田を用いた場合には、様々な問題があった。このため、高融点半田でなく低融点半田を用いることが望ましいが、例えば銅箔による電極部を用いた場合、良好な耐環境性を得ることが出来ず、腐食等により前記電極部の抵抗値が増大したり、また電子部品の小型化に合わせて非常に小さい電極パターンを形成しようとしても前記銅箔では形成しづらいといった問題もあった。そこで金属粉と樹脂とを有する導電ペーストをスクリーン印刷し加熱してなる導電塗膜を電極部として用いたいが、上記のように半田濡れ性が非常に悪いといった問題があった。

また前記半田濡れ性が良好でも前記半田と電極部間の電気抵抗を適切に小さくすることが必要であった。

上記した例えば特許文献１では、前記導電塗膜における半田濡れ性の向上を図ることを主眼に置いているが、特に低融点半田を用いた場合、半田濡れ性の向上を図ることができたとの立証はされていない。特許文献１では半田濡れ性の実験を行っているが、どのような材質の半田を用いているか不明である。また特許文献１では、前記半田と電極部間の電気抵抗を適切に小さくするための構造等が開示されていない。また特許文献２及び特許文献３はいずれも導電ペーストに関する発明であるが、前記特許文献２及び特許文献３には低融点半田を用いることは記載されていない。

このように従来の技術では、金属粉と樹脂とからなる導電塗膜の半田濡れ性を低融点半田を用いたときに如何にして向上させるか、前記半田と電極部間の電気抵抗を如何にして小さくするかまで考えられていなかった。

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、金属粉と樹脂とからなる導電塗膜の半田濡れ性を低融点半田を用いたときに適切に向上させることが可能な基板と部品間の接合構造及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明は、基板と部品間の接合構造において、
前記基板上には、金属粉と樹脂成分とを有して成る電極部が形成され、前記金属粉には、少なくとも球状金属粉とフレーク状金属粉とが含まれ、
前記電極部と前記部品間は、低融点半田により接合され、前記低融点半田は、前記電極部の表面から前記電極部の内部に侵入していることを特徴とするものである。

本発明では、前記電極部内にフレーク状金属粉と球状金属粉とを含むことで、適切に前記低融点半田を前記電極部の内部に侵入させることが出来る。前記低融点半田は、前記フレーク状金属粉を伝って前記電極部の内部に侵入するものと考えられる。ただし前記低融点半田の侵入があまり過剰すぎると半田食われにより断線等の問題が生じるので、過剰な侵入を抑制する役割として前記球状金属粉が用いられている。

本発明では、上記構成により前記電極部の低融点半田に対する半田濡れ性を良好なものにでき、しかも前記電極部と低融点半田間の電気的接続性を良好に保つ（電気抵抗を低くする）ことが可能である。しかも低融点半田を用いているため半田付け温度を低温にでき、よって前記電極部を構成する樹脂成分や基板が熱によって分解されたり溶けるといった不具合が生じるのを適切に防止することが出来る。

本発明では、前記電極部を除く前記基板と部品間の少なくとも一部は、樹脂により接着されていることが、基板と部品間の接合強度を向上させる上で好ましい。本発明では、前記樹脂は熱硬化性樹脂であることが好ましい。

本発明では、前記低融点半田と熱硬化性樹脂とは、加熱前、混合された半田接着剤として少なくとも前記電極部上に塗布され、前記加熱により、前記低融点半田は前記電極部上に凝集したものであり、前記熱硬化性樹脂は前記電極部上を除く前記基板上の少なくとも一部に流れ出したものであることが好ましい。これにより簡単な構造にて前記基板と部品間の接合強度を向上させることが出来る。

本発明では、前記金属粉中に占める前記フレーク状金属粉の含有量は、５〜９９．５質量％であることが半田濡れ性を良好に保つとともに電極部と低融点半田間の電気抵抗値をより適切に低くすることが可能であり好ましい。

また本発明では、前記電極部中に占める前記金属粉の含有量は、９０質量％〜９７．５質量％であることが、前記電極部の半田濡れ性を適切に向上させることができ好ましい。

また本発明では、前記球状金属粉の平均粒径は３μｍ以下であることが、半田食われを抑制でき好ましい。

また本発明では、前記樹脂成分は、熱可塑性樹脂であることが、前記金属粉の含有率を適切に大きくでき、また前記低融点半田が適切に前記電極部内に侵入する構造を形成できて好ましい。また前記電極部中に、硬化剤が含まれることが、電極部と基板間の接合強度を向上させることができ、さらに、前記低融点半田が前記電極部の内部に侵入した構造を適切に維持することが可能である。前記硬化剤は、イソシアネート化合物であり、イソシアネート当量は、前記熱可塑性樹脂の水酸基当量を１当量としたとき、２．５当量以下含まれることが好ましい。これ以上、前記硬化剤が含まれると前記電極部の半田濡れ性が悪化する等の問題が生じる。

また本発明は、基板と部品間の接合構造の製造方法において、
前記基板上に、球状金属粉とフレーク状金属粉と樹脂成分とを有して成る電極部を形成する工程、
低融点半田および熱硬化性樹脂を含む半田接着剤を、少なくとも前記電極部と前記部品間に塗布する工程、
低温加熱し、前記低融点半田を前記電極部上に凝集させるとともに前記電極部の表面から前記電極部の内部に侵入させて、前記電極部と部品間を前記低融点半田にて接合するとともに、前記熱硬化性樹脂を前記電極部上を除く前記基板上の少なくとも一部に流れ出させて前記基板と部品間を前記熱硬化性樹脂にて接着する工程、
とを有することを特徴とするものである。

本発明では低融点半田を用いることで、低温にて半田付けが可能になり、したがって熱により前記電極部内の樹脂成分や基板が熱分解したり溶ける等の不具合を回避できる。本発明では前記低融点半田および熱硬化性樹脂を含む半田接着剤を用いており、これにより一回の加熱で、前記電極部と部品間を前記低融点半田で接合でき、さらに前記基板と部品間を前記熱硬化性樹脂により接着できる。加熱温度は半田の融点及び熱硬化温度から設定されており、加熱温度を前記低融点半田の融点と前記熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高い温度に調整することが好ましい。前記加熱により前記低融点半田は溶融し前記電極部上に凝集する。このとき、低融点半田は、軟化状態にある前記電極部の内部にフレーク状金属粉を伝って侵入していくとともに過剰な侵入が前記球状金属粉により阻止される。その後、前記低融点半田が固まることで、前記電極部と部品間とが適切に前記低融点半田により半田接合された状態になる。一方、前記熱硬化性樹脂は、上記した低温加熱により、前記電極部上を除く基板上に流れ出す。そして熱硬化により前記基板と部品間が前記熱硬化性樹脂により接着される。

本発明では簡単且つ適切に、前記電極部の半田濡れ性を向上させることができ、前記電極部と低融点半田間の電気的接続性を良好なものに出来るとともに、接合強度を適切に向上させることが可能な前記基板と前記部品間の接合構造を製造することが出来る。

本発明では、電極部の低融点半田に対する半田濡れ性を良好なものにでき、しかも前記電極部と低融点半田間の電気的接続性を良好に保つ（電気抵抗を低くする）ことが可能である。さらに低融点半田を用いているため半田付け温度を低温にでき、よって前記電極部を構成する樹脂成分や基板が熱によって分解されたり溶けるといった不具合が生じるのを適切に防止することが出来る。

図１は、本実施形態における基板上に電子部品が搭載された電子部材の平面図、図２は図１に示すＡ−Ａ線から前記電子部材を切断し矢印方向から見た部分断面図、である。

図２に示す符号１は基板である。前記基板１は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や、ポリイミド等で形成されるが、前記ＰＥＴで形成されることが好ましい。前記基板１を安価に形成できるからである。またＰＥＴは耐熱性がさほど良くなく、従来の高融点半田を用いた場合の半田付け温度では溶けるといった不具合が生じたが、本実施形態では、低融点半田を用いるため前記半田付け温度を従来に比べて低くでき、よってＰＥＴを基板１として用いた場合でも前記基板１が半田付け温度により溶けるといった不具合を防止することが可能である。また前記基板により高い透明性が求められる場合はポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルムを用いたり、基板にＰＥＴよりも高い難燃性が必要な場合はポリイミドフィルムを用いても良い。

図１に示すように前記基板１上には導電パターン２，２が形成され、前記導電パターン２，２の先端部が電極部３，３となっている。前記導電パターン２，２は、全て同じ材質で形成されてもよいし、また前記電極部３とそれ以外の導通部４とが異なる材質で形成されていてもよい。

特に前記電極部３では半田濡れ性が良好であることが重要であるが、前記導通部４には半田付けはされないため前記半田濡れ性は悪くてよい。前記導通部４は前記電極部３よりも抵抗値が低くなるように形成されていることが好ましい。また前記導電パターン２は、スクリーン印刷等により前記基板１上に形成されるが、少なくとも導電パターン２の大部分を占める導通部４の印刷性は前記電極部３より良好であることが好ましい。このため前記導通部４内に含有される樹脂成分の含有量は前記電極部３に含有される樹脂成分の含有量より多く調整等されている。また前記導通部４内の金属粉中に占める球状金属粉の量（質量％）は、前記電極部３内の金属粉中に占める前記球状金属粉の量（質量％）に比べて大きいことが好ましい。

図１，図２に示すように、前記電極部３上には低融点半田５を介して電子部品６の導電性材料で形成された接続部７が半田接合されている。前記低融点半田５は、ＳｎＢｉ、ＳｎＢｉＡｇ、ＳｎＺｎ、ＳｎＺｎＢｉ、ＳｎＺｎＩｎ、ＳｎＡｇＢｉＩｎ、ＳｎＡｇＣｕＢｉ、ＳｎＩｎ、ＳｎＢｉＩｎなどがある。またこれらに合金の金属組織や濡れ性改良や溶融時の表面酸化防止のために少量のＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｎｉなどの異種金属を添加した合金で形成される。ここで「低融点半田５」とは、融点が６０℃〜２００℃の範囲の半田を指す。本実施形態では融点が約１４０℃程度のＳｎＢｉを低融点半田５として用いることが好ましい。前記低融点半田５はフィレット状で形成される。なお一般的な半田接合は被接合物と半田が合金を形成すると言われているが、本実施形態では物理的な接合も含めている。

図１に示すように前記電子部品６の周囲には熱硬化性樹脂８が広がっており、前記熱硬化性樹脂８は前記電子部品６と前記基板１間を接着している。前記熱硬化性樹脂８は前記電極部３上には設けられず前記電極部３上に設けられた低融点半田５の両側から前記電子部品６の周囲を取り囲むようにして形成されている。さらに図２に示すように前記熱硬化性樹脂８は前記電子部品６の底面と前記基板１の表面との間にも介在し、前記電子部品６の底面と基板１の表面間を接着している。なお本実施形態では、前記電極部３を除く前記基板１と電子部品６間の少なくとも一部が、前記熱硬化性樹脂８により接着されている。本実施形態では、樹脂として熱硬化性樹脂８以外に、常温硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂等を用いることが可能である。前記熱硬化性樹脂８を使用する場合は、前記電極部と部品を低融点半田で接合後、低融点半田を劣化させない温度で硬化させることが必要である。さらに後述するように、低融点半田と熱硬化性樹脂８を混合した半田接着剤を用いると、低融点半田の接合と前記部品の接着が一度の加熱操作でできるので特に好ましい。

本実施形態では前記電極部３は、金属粉と熱可塑性樹脂１２と有して成る導電塗膜で形成される。前記金属粉は少なくとも球状金属粉１０とフレーク状金属粉１１とを有する。前記球状金属粉１０及びフレーク状金属粉１１は例えば銀粉である。前記導電塗膜は、最初、溶剤に前記球状金属粉１０、フレーク状金属粉１１及び熱可塑性樹脂１２が混合された導電ペーストであり、前記導電ペーストを基板１上にスクリーン印刷によって印刷形成した後、乾燥、加熱処理などにより前記溶剤を除去して形成される。

図３は前記低融点半田５と前記電極部３との界面付近を膜厚方向にて切断し、その断面形状を拡大して示した部分拡大模式図である。図３に示すように、前記低融点半田５の一部５ａは、前記電極部３の表面３ａから前記電極部３の内部へ基板１方向に向けて侵入している。前記低融点半田５は、前記電極部３に含まれるフレーク状金属粉１１を伝って前記電極部３の内部に侵入したものと考えられる。また過剰に前記低融点半田５が前記電極部３の内部に侵入してしまうと、半田食われによって断線等の問題が生じやすくなるが、前記球状金属粉１０は前記低融点半田５が前記電極部３の内部へ過剰に侵入するのを抑制する役割を担っている。図３に示すように前記低融点半田５は、前記基板１上にまで到達していない。前記電極部３の膜厚は５μｍ〜３０μｍの範囲内で形成され、前記低融点半田５は前記電極部３の膜厚に対し５％〜９５％の範囲内で前記電極部３内に侵入していることが好ましい。

図３に示す状態は、前記電極部３の前記低融点半田５に対する半田濡れ性が良好で、しかも前記電極部３と低融点半田５間の電気抵抗値が低い状態であることを示している。また本実施形態では、前記電子部品６の周囲に広がる前記熱硬化性樹脂８が前記基板１と前記電子部品６間を強固に接着しているため前記基板１と電子部品６間の接合強度を十分に高くすることが出来る。

前記フレーク状金属粉１１は、前記電極部３内に含まれる金属粉中、５〜９９．５質量％含まれていることが好ましい。前記フレーク状金属粉１１が９９．５質量％より多くなると、半田食われにより断線が生じやすくなる。また前記フレーク状金属粉が５質量％より小さくなると逆に球状金属粉１０が非常に多くなることで半田濡れ性が低下する。よって前記フレーク状金属粉１１は、前記電極部３内に含まれる金属粉中、５〜９９．５質量％含まれていることが好ましい。

また前記電極部３中に含有される金属粉の量は、９０質量％〜９７．５質量％であることが好ましい。前記金属粉が９０質量％より少なくなると、半田濡れ性が低下し好ましくない。一方、前記金属粉が９７．５質量％より多くなると、金属粉が多すぎて導電ペースト自体を形成できないといった問題が生じる。よって前記電極部３中に含有される前記金属粉は、９０質量％〜９７．５質量％であることが好ましい。

次に、前記球状金属粉１０の平均粒径は、３μｍ以下であることが好ましい。前記球状金属粉１０の平均粒径が３μｍより大きくなると、半田食われが生じ断線してしまう。よって前記球状金属粉１０の平均粒径は３μｍ以下であることが好ましい。また球状金属粉１０のうち、粒径が１μｍ以下の球状金属粉１０が１０％以上であると半田濡れ性を良好に保ち得る。しかし前記球状金属粉１０のうち、粒径が１μｍ以下の球状金属粉１０が１０％より小さくなると半田食われが生じ断線が生じやすくなり好ましくない。なお粒径はレーザー散乱法の測定が一般的であるが、粒子が強く凝集していたり、粒度が正規分布を示さない場合はコールターカウンターや走査型電子顕微鏡で判別する必要がある。

前記フレーク状金属粉１１の長手方向における平均長さは、５μｍ〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。また、前記フレーク状金属粉１１の短手方向における平均長さは、０．０１μｍ〜３μｍの範囲内であることが好ましい。さらに、前記フレーク状金属粉１１のアスペクト比（長手方向における平均長さ／短手方向における平均長さ）は２〜５０００であることが好ましい。これにより半田濡れ性を向上でき、しかも前記電極部３と低融点半田５間の電気抵抗を適切に低くすることが出来る。

また本実施形態では、前記球状金属粉１０及びフレーク状金属粉１１以外に樹枝状金属粉が含まれていてもよい。

なお前記球状金属粉１０は完全な球でなくても、アスペクト比が１〜２の範囲のものや、表面に凹凸があるものを用いても良い。

また前記電極部３内にバインダー樹脂として前記熱可塑性樹脂１２を使用することで、前記金属粉の含有量を上記したように９０質量％〜９７．５質量％に大きくできる。また前記低融点半田５が適切に前記電極部３の内部に侵入する構造を形成できる。

前記熱可塑性樹脂１２としては、ポリエステル樹脂を用いることが好ましい。また前記電極部３内には硬化剤が含まれていることが好ましい。前記硬化剤を含有することで、前記基板１と電極部３間での接合強度を適切に向上させることが出来る。また硬化剤を含有することで、前記電極部３が適切に硬化し前記低融点半田５が前記電極部３内に侵入した状態を適切に保つことが出来る。ただし前記硬化剤の含有量を多くしすぎると、半田付けの加熱時、前記電極部３の硬化反応の進行が早すぎて、溶融した前記低融点半田５が適切に前記電極部３内に侵入できない。前記硬化剤は、イソシアネート化合物であり、イソシアネート当量は、前記熱可塑性樹脂の水酸基当量を１当量としたとき、２．５当量以下含まれることが好ましい。前記硬化剤にはイソシアネート化合物以外に、メラミン化合物、エポキシ樹脂等を用いることができる。

ところで本実施形態における低融点半田５と熱硬化性樹脂８は、前記低融点半田５を溶融し、さらに前記熱硬化性樹脂８を熱硬化するための加熱工程前、混合された半田接着剤として少なくとも前記電極部３上に塗布されたものである。加熱工程により、前記半田接着剤を構成する前記低融点半田５は前記電極部３上に凝集して前記電極部３と電子部品６の接続部７間を半田接合する。一方、前記熱硬化性樹脂８は、前記電極部３上に凝集する前記低融点半田５から分離して前記電極部３上を除く前記基板１上に流れ出して、前記基板１と電子部品６間を接着する。本実施形態では前記半田接着剤を用いれば、前記電極部３と前記電子部品６の接続部７間の半田接合と、前記基板１と電子部品６間の接着とを同時に行うことが可能である。前記電極部３と前記電子部品６の接続部７間の前記低融点半田５を介した接合構造は、図３に示す状態となって良好な電気的接続性（高い導通性）を得られるものの機械的強度に優れているわけでない。本実施形態では前記電子部品６の周囲に広がった熱硬化性樹脂８による前記基板１と電子部品６間の接着により強固な接合強度を得ることが可能である。

本実施形態では前記熱硬化性樹脂８にはエポキシ樹脂が用いられることが好ましい。
また本実施形態では金属粉として銀粉を用いたが銀粉に限定されるものでない。例えば金属メッキ銅粉、銀コート銅粉、銀／銅合金粉、金属メッキニッケル粉、銀コートニッケル粉、銀／ニッケル合金粉等を提示できる。

次に、図１及び図２に示す基板１と電子部品６間の接合構造の製造方法について説明する。

図１及び図２に示すように前記基板１上に導電パターン２をスクリーン印刷等により形成する。このとき前記電極部３と前記電極部３に繋がる導通部４とを別々に形成する。前記電極部３を形成するには、溶剤に、球状金属粉１０、フレーク状金属粉１１、熱可塑性樹脂１２及び硬化剤を混合した導電ペーストを形成する。前記溶剤内に分散剤や印刷適正を向上させるための揺変剤等を適宜含有してもよい。前記導電ペーストを前記電極部３形状にスクリーン印刷する。その後、乾燥、加熱して前記溶剤を除去する。

前記導通部４の形成を前記電極部３の形成後、あるいは形成前に行う。溶剤に、金属粉及び樹脂を混合した導電ペーストを、前記導通部４の形状にスクリーン印刷する。前記溶剤を除去する乾燥・加熱工程を、前記電極部３と同じ工程で行ってもよい。前記導通部４を形成するための導電ペースト内に占める樹脂の割合（固形成分に対する）は、前記電極部３を形成するための導電ペースト内に占める樹脂の割合（固形成分に対する）に比べて大きいことが好ましい。また、金属粉中に占める球状金属粉の割合は前記導通部４のほうが、前記電極部３に比べて大きいことが好ましい。

前記電極部３上にＳｎ−Ｂｉからなる低融点半田５と熱硬化性樹脂８とが混合された半田接着剤を少なくとも前記電極部３上にメタルマスク印刷等により塗布する。そして前記電子部品６を基板１上の所定位置に設置する。このとき前記電子部品６の接続部７を前記電極部３上に前記半田接着剤を介して対向させる。

そして低温加熱処理を行う。本実施形態では前記低融点半田５を用いているので、従来のように加熱温度を高温にする必要がない。前記加熱温度は前記低融点半田５の融点と、前記熱硬化性樹脂８の熱硬化温度を考慮して調整される。加熱温度を前記低融点半田の融点と前記熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高い温度に調整することが好ましい。ＳｎＢｉで形成された前記低融点半田５の融点は１３８℃〜１４０℃の範囲であり、前記熱硬化性樹脂８の熱硬化温度は１２０℃〜１５０℃の範囲であるため、前記加熱温度を１２０℃〜１６０℃（好ましくは１５０℃よりも高く１６０℃以下）の範囲内に設定すれば、前記低融点半田５による半田接合と、前記熱硬化性樹脂８の熱硬化とを適切に行うことが出来る。

加熱温度を徐々に上げていくと、前記半田接着剤を構成する低融点半田５が溶け始めるとともに前記電極部３と前記接続部７間に凝集し始める。前記加熱によって前記電極部３側は軟化し、前記低融点半田５は、前記電極部３内のフレーク状金属粉１１を伝って前記電極部３の内部に侵入する。このとき、前記低融点半田５の過剰侵入は、前記球状金属粉１０により抑制される。また前記電極部３内には硬化剤が含有されているため、前記低融点半田５が前記電極部３内にある程度侵入した後、前記電極部３は硬化し図３の状態が適切に保たれる。また加熱温度を徐々に上げていくと前記熱硬化性樹脂８は前記電極部３上に凝集する前記低融点半田５と完全に分離して前記電極部３上から前記電子部品６の周囲及び前記電子部品６下の前記基板１上に流れ出す。熱硬化温度まで加熱温度が上昇すると前記熱硬化性樹脂８は熱硬化し、前記基板１と前記電子部品６間が前記熱硬化性樹脂８により適切に接着される。

上記した基板１と電子部品２間の接合構造の製造方法では、前記基板１上に形成された電極部３の前記低融点半田５に対する半田濡れ性を良好に保つことができ、加熱工程時、前記電極部３上に凝集した低融点半田５を前記電極部３の表面から前記電極部３の内部に侵入させることができる。したがって前記電極部３と電子部品６の接続部７間を前記低融点半田５にて適切に半田接合することができる。

しかも本実施形態では、前記加熱工程により、前記電極部３と電子部品６の接続部７間を前記低融点半田５にて半田接合できるのみならず、同時に、前記電子部品６の周囲を、前記基板１上に前記熱硬化性樹脂８を介して接着できる。よって簡単な方法により非常に高い接合強度を有する基板１と電子部品６間の接合構造を形成することが出来る。

本実施形態では前記加熱温度を低温にすることが出来るから、加熱による前記電子部品６への熱的影響を低減でき、また前記電極部３を構成する樹脂成分が熱によって分解したり、あるいはＰＥＴ等で形成される基板１が溶ける等の不具合を防止できる。

以下の表１−Ａ、表１−Ｂ（なお以下で単に表１と示すときは、表１−Ａ、表１−Ｂの双方を示している）に示す条件にて形成された導電ペーストをＰＥＴ基板上に塗布し、乾燥、加熱工程にて前記導電ペースト内に含まれる溶剤を除去して導電塗膜を形成した。前記導電塗膜を幅０．３ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ１５μｍで形成した。

そして、前記導電塗膜上の中央に、低融点半田としてＳｎＢｉ（Ｓｎ４２％、Ｂｉ５８％）を含有した半田接着剤（タムラ化研製、ＳＵＰＥＲ ＡＲＺＥＲＩＴＥ ＴＣＡＰ−５４０１−１１）を幅０．５ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍで塗布し、その後、１６０℃で加熱処理した。

表１−Ａ、表１−Ｂに示す半田濡れ性は目視で均一であるか判定した。また中央に半田接着剤が加熱処理により溶融して導電塗膜と接合し、半田接着剤中に含有する熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂が硬化した導電塗膜の両端を電極として導通抵抗を測定した。

表１−Ａ、表１−Ｂには実施例及び比較例が明示されているものと、明示されていないものがあるが、明示されていない試料は全て実施例である。

表１−Ａに示すように、前記半田濡れ性の悪い試料を調べたところ、比較例１及び比較例２ではいずれもイソシアネートが２．５当量よりも多くなっていることがわかった。このように、比較例１及び比較例２では、他の試料に比べて前記イソシアネートが多量に含有されているために半田濡れ性が低下したことがわかった。よって本実施例では、前記イソシアネート（硬化剤）を２．５当量以下と規定した。一方、表１−Ｂの比較例５，６を見ると、ともに半田濡れ性は良好であったが導通抵抗が高くなっていた。比較例５，６はいずれもイソシアネート量が０当量である。イソシアネート量が０当量でも良好な結果を得られた試料は表１に示すように存在するが、比較例５，６は、イソシアネート量が０当量でも良好な結果を得られた試料に比べて、フレーク状銀粉の含有量が低く、かかる条件も重なって導通抵抗が高くなっているものと考えられる。ただし、フレーク状銀粉の含有量が比較例５，６と同様に低くてもイソシアネート量が増えると導通抵抗が下がることが表１からわかるので、前記イソシアネート量は０当量よりも大きいことが好ましいと規定した。

次に比較例３では、半田濡れ性が悪く、しかも半田食われにより断線も生じていた。表１に示すように比較例３では、球状金属粉に占める粒径が１μｍ以下の割合が２（％）となっており、他の試料に比べて粒径の大きい球状金属粉が多く含まれているために半田濡れ性が低下したことがわかった。また表１に示すように、球状金属粉に占める粒径が１μｍ以下の割合が０（％）の比較例では、比較例３と同様に半田食われにより断線も生じていたり、半田濡れ性が悪くなったり、あるいは導通抵抗が非常に高くなっていた。よって本実施例では、前記球状金属粉に占める粒径が１μｍ以下の割合を表１から１０（％）以上に規定した。

また表１−Ａに示すように比較例３は、球状金属粉の平均粒径が５．３μmであった。実施例に比べて前記球状金属粉の平均粒径が大きいことがわかった。比較例３及び、比較例３以外で球状金属粉の平均粒径が５．５μｍの比較例では、半田食われにより断線も生じていたり、半田濡れ性が悪くなったり、あるいは導通抵抗が非常に高くなっていた。よって本実施例では、前記球状金属粉の平均粒径を表１から３μm以下（好ましくは２．３μｍ以下、より好ましくは１．２μｍ以下）に規定した。

次に表１−Ａに示すように、比較例４では、金属粉の含有量が多すぎるために導電ペーストを適切に作ることが出来なかった。比較例４では、金属粉と樹脂とを合わせて１００質量％としたとき前記金属粉は９８質量％含有されていた。したがって表１の結果から前記金属粉の量を９０質量％以上で９７．５質量％以下に規定した。

次に、表１に示すように、銀粉中に占めるフレーク状銀粉の割合が、小さすぎると、半田濡れ性が悪化し導通抵抗が非常に高くなることがわかった（∞値となった）。これは前記フレーク状銀粉の割合が少ないと低融点半田が前記電極部内に適切に侵入できないためであると考えられる。一方、銀粉中に占めるフレーク状銀粉の割合が１００質量％であると、半田食われにより断線することがわかった。よって表１の実験結果から、金属粉中に占めるフレーク状金属粉の含有量は、５〜９９．５質量％とした。

次に、実施例１の導電塗膜と低融点半田との接合構造の膜厚方向からの断面を走査型電子顕微鏡の反射電子像にて観察した。その反射電子像写真が図４〜図６である。

図５は図４に示すＡで囲まれた部分を拡大した反射電子像写真、図６は図４に示すＢで囲まれた部分を拡大した反射電子像写真である。

図４〜図６に示すように、ＳｎＢｉからなる低融点半田の一部が図３に示す模式図のごとく導電塗膜の表面から前記導電塗膜の内部に侵入していることがわかった。

一方、表１に示す比較例２の導電塗膜と低融点半田との接合構造の膜厚方向からの断面を走査型電子顕微鏡の反射電子像にて観察した。その反射電子像写真が図７および図８である。

図８は図７に示すＣで囲まれた部分を拡大した反射電子像写真である。図７及び図８に示すように、ＳｎＢｉからなる低融点半田は導電塗膜の表面から前記導電塗膜の内部に侵入していないことがわかった。

次に、溶剤中に、樹脂としてフェノール樹脂を、また金属粉として球状の銀コート銅粉（Ａｇ１．７％）を混合してなる導電ペーストをＰＥＴ基板上に塗布し、乾燥及び加熱処理して前記溶剤を除去して導電塗膜を形成した。この導電塗膜上に表１の実験に使用した半田接着剤を塗布し、その後、１６０℃で熱処理した。前記導電塗膜及びＳｎＢｉ半田の幅、長さ及び厚さ寸法は表１の実験に使用した試料の前記寸法と同じである。

そして、前記導電塗膜と低融点半田との接合構造の膜厚方向からの断面を走査型電子顕微鏡の反射電子像にて観察した。その反射電子像写真が図９〜図１２（比較例）である。

図１０は図９に示すＤで囲まれた部分を拡大したもの、図１１は図９に示すＥで囲まれた部分を拡大したもの、図１２は図１１に示すＦで囲まれた部分を拡大したものである。図９〜図１２に示すように、前記低融点半田は前記電極部内に侵入していないことがわかった。

本実施形態における基板上に電子部品が搭載された電子部材の平面図、 図１に示すＡ−Ａ線から前記電子部材を切断し矢印方向から見た部分断面図、 本実施形態における低融点半田と前記電極部との界面付近を膜厚方向にて切断し、その断面形状を拡大して示した部分拡大模式図、 表１における実施例１の導電塗膜と低融点半田との接合構造の断面の反射電子像写真、 表１における実施例１の導電塗膜と低融点半田との接合構造の断面の反射電子像写真（拡大写真）、 表１における実施例１の導電塗膜と低融点半田との接合構造の断面の反射電子像写真（拡大写真）、 表１における比較例２の導電塗膜と低融点半田との接合構造の断面の反射電子像写真、 表１における比較例２の導電塗膜と低融点半田との接合構造の断面の反射電子像写真（拡大写真）、 フェノール樹脂と球状の銀コート銅粉（Ａｇ１．７％）とを有する導電塗膜と低融点半田との接合構造の断面の反射電子像写真（比較例）、 フェノール樹脂と球状の銀コート銅粉（Ａｇ１．７％）とを有する導電塗膜と低融点半田との接合構造の断面の反射電子像写真（拡大写真）（比較例）、 フェノール樹脂と球状の銀コート銅粉（Ａｇ１．７％）とを有する導電塗膜と低融点半田との接合構造の断面の反射電子像写真（拡大写真）（比較例）、 フェノール樹脂と球状の銀コート銅粉（Ａｇ１．７％）とを有する導電塗膜と低融点半田との接合構造の断面の反射電子像写真（拡大写真）（比較例）、

符号の説明

１ 基板
２ 導電パターン
３ 電極部
５ 低融点半田
６ 電子部品
７ 接続部
８ 熱硬化性樹脂
１０ 球状金属粉
１１ フレーク状金属粉
１２ 熱可塑性樹脂

Claims (12)

1. 基板と部品間の接合構造において、
   前記基板上には、金属粉と樹脂成分とを有して成る電極部が形成され、前記金属粉には、少なくとも球状金属粉とフレーク状金属粉とが含まれ、
   前記電極部と前記部品間は、低融点半田により接合され、前記低融点半田は、前記電極部の表面から前記電極部の内部に侵入していることを特徴とする基板と部品間の接合構造。
2. 前記電極部を除く前記基板と部品間の少なくとも一部は、樹脂により接着されている請求項１記載の基板と部品間の接合構造。
3. 前記樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項２記載の基板と部品間の接合構造。
4. 前記低融点半田と熱硬化性樹脂とは、加熱前、混合された半田接着剤として少なくとも前記電極部上に塗布され、前記加熱により、前記低融点半田は前記電極部上に凝集したものであり、前記熱硬化性樹脂は前記電極部上を除く前記基板上の少なくとも一部に流れ出したものである請求項３記載の接合構造。
5. 前記金属粉中に占める前記フレーク状金属粉の含有量は、５〜９９．５質量％である請求項１ないし４のいずれかに記載の接合構造。
6. 前記電極部中に占める前記金属粉の含有量は、９０質量％〜９７．５質量％である請求項１ないし５のいずれかに記載の接合構造。
7. 前記球状金属粉の平均粒径は３μｍ以下である請求項１ないし６のいずれかに記載の接合構造。
8. 前記樹脂成分は、熱可塑性樹脂である請求項１ないし７のいずれかに記載の接合構造。
9. 前記電極部中に、硬化剤が含まれる請求項１ないし８のいずれかに記載の接合構造。
10. 前記硬化剤は、イソシアネート化合物であり、イソシアネート当量は、前記熱可塑性樹脂の水酸基当量を１当量としたとき、２．５当量以下含まれる請求項９記載の接合構造。
11. 基板と部品間の接合構造の製造方法において、
    前記基板上に、球状金属粉とフレーク状金属粉と樹脂成分とを有して成る電極部を形成する工程、
    低融点半田および熱硬化性樹脂を含む半田接着剤を、少なくとも前記電極部と前記部品間に塗布する工程、
    低温加熱し、前記低融点半田を前記電極部上に凝集させるとともに前記電極部の表面から前記電極部の内部に侵入させて、前記電極部と部品間を前記低融点半田にて接合するとともに、前記熱硬化性樹脂を前記電極部上を除く前記基板上の少なくとも一部に流れ出させて前記基板と部品間を前記熱硬化性樹脂にて接着する工程、
    とを有することを特徴とする基板と部品間の接合構造の製造方法。
12. 加熱温度を前記低融点半田の融点と前記熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高い温度に調整する請求項１１記載の接合構造の製造方法。

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