JP2007131820A - 封止用樹脂組成物およびそれを含む接合構造物、ならびに電子部品の封止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品を基体から取り外す場合に容易に基体から剥がすことができる樹脂組成物を提供する。
【解決手段】硬化性樹脂および発泡剤を含み、硬化性樹脂は、発泡剤のガス発生温度よりも低い温度で硬化可能であり、発泡剤の量が、硬化性樹脂と発泡剤の合計の０．０１〜３０重量％である封止用樹脂組成物。
【選択図】図３

Description

本発明は、主として基体に実装された電子部品を封止する樹脂組成物に関し、詳しくは電子部品を基体から取り外す場合に容易に基体から剥がすことができる樹脂組成物に関する。

近年、携帯電話に代表されるモバイル機器の小型化、多機能および高機能化により、電子部品の小型化、高機能化、高密度実装化が進んでいる。それに伴い、電子部品を実装する基体の面積は狭小化し、電子部品と基体との接合強度は弱まる傾向にある。そこで、電子部品と基板との接合強度を補強するために、電子部品と基体との間に封止剤を充填し、空隙を封止することが一般的に行われている。封止剤には、加熱により硬化する樹脂組成物が用いられている。

しかし、複数の電子部品を実装した基体において、封止剤で電子部品と基体との接合強度を補強した後に、電子部品の中に不良品が見つかることがある。このような場合、不良品だけを基体から取り外し、交換することが必要となる。このような電子部品の交換はリペアと称されている。

電子部品のリペアを可能とするためには、封止剤を基体から剥がすことが必要である。そこで、一旦硬化した後でも、再度加熱されることにより、基体との接合強度が弱まる樹脂組成物を封止剤に用いることが提案されている。このような樹脂組成物は、リペアラブル樹脂組成物などと称されている。例えば、熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物や、熱膨張係数の大きな無機フィラーを混合した樹脂組成物を封止剤に用いること提案されている（特許文献１、２）。
特開平１１−１３０９４６号公報 特開２０００−２０４３３２号公報

特許文献１、２が提案している樹脂組成物の硬化物は、再加熱により基体から剥がすことが可能であるが、それでも一定の粘着性を有している。よって、電子部品を基体から取り外すためには、図１に示されるように、電子部品１と基体２との接合部をハンダの融点まで加熱した後、ピンセット３などを用いて、電子部品１を基体２から引き剥がす必要がある。そのため、電子部品の取り外し操作に時間を要し、生産性が向上しないという問題がある。
本発明は、上記を鑑み、電子部品を基体から取り外す場合に、容易に基体から剥がすことができる樹脂組成物、すなわち容易にリペア操作を行えるリペアラブル樹脂組成物を提供することを目的とする。

本発明は、硬化性樹脂および発泡剤を含み、硬化性樹脂は、発泡剤のガス発生温度よりも低い温度で硬化可能であり、発泡剤の量が、硬化性樹脂と発泡剤との合計の０．０１〜３０重量％である、封止用樹脂組成物に関する。
硬化性樹脂は、発泡剤のガス発生温度より２０℃以上低い温度でも硬化可能であることが望ましい。樹脂組成物の硬化温度がガス発生温度より２０℃以上低ければ、樹脂組成物を硬化させる際に、不必要な発泡を抑制することができるからである。
本発明の樹脂組成物は、基体と基体に実装された電子部品との間の空隙を封止する用途に好適である。

本発明は、また、基体と、基体に実装された電子部品と、封止用樹脂組成物の硬化物とを含み、樹脂組成物は、硬化性樹脂および発泡剤を含み、硬化性樹脂は、発泡剤のガス発生温度よりも低い温度で硬化可能であり、発泡剤の量が、硬化性樹脂と発泡剤との合計の０．０１〜３０重量％であり、基体と電子部品とが、ハンダにより接合されており、硬化物が、基体と電子部品との間の空隙を封止している、接合構造物に関する。
本発明は、特に電子部品が、チップサイズのパッケージ（ＣＳＰ）を有する半導体部品である場合に有用である。本発明は、電子部品が、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）のパッケージを有する半導体部品である場合にも特に有用である。

本発明は、さらに、封止用樹脂組成物を調製する工程と、樹脂組成物を、基体と基体に実装された電子部品との間の空隙に侵入させる工程と、樹脂組成物を、所定温度で硬化させる工程とを含み、樹脂組成物は、硬化性樹脂および発泡剤を含み、硬化性樹脂は、発泡剤のガス発生温度よりも低い温度で硬化可能であり、発泡剤の量は、硬化性樹脂と発泡剤との合計の０．０１〜３０重量％であり、樹脂組成物を硬化させる所定温度が、発泡剤のガス発生温度よりも低い温度である、電子部品の封止方法に関する。
本発明の電子部品の封止方法は、さらに、硬化した樹脂組成物（硬化物）を発泡剤のガス発生温度以上に加熱して、ガスを発生させることにより、電子部品を基体から剥がす工程を含む場合がある。

本発明の封止用樹脂組成物は、その硬化温度よりも高いガス発生温度を有する発泡剤を含むため、樹脂組成物を硬化させる工程では、ガスが発生せず、硬化物をより高温で加熱するリペア操作においてのみ、ガスが発生する。硬化物内でガスが発生することにより、硬化物内部の歪みが大きくなり、封止剤（硬化物）と基体や電子部品との接合強度や密着性は弱くなる。このため、吸引ノズルによる吸引力のような微小な外力を付与するだけでも、容易に電子部品の取り外しが可能となる。よって、リペア操作に要する時間が短縮され、生産性も向上する。

本発明の封止用樹脂組成物は、硬化性樹脂および発泡剤を含む。硬化性樹脂は、加熱により硬化するタイプ（熱硬化性樹脂）であることが好ましいが、光照射により硬化するタイプ、電子線照射により硬化するタイプなど、様々なタイプの硬化性樹脂であってもよい。硬化性樹脂の硬化温度は、特に制限されないが、発泡剤のガス発生温度よりも低温で硬化可能である必要がある。樹脂組成物を硬化させる際に、不必要な発泡を抑制する観点から、硬化性樹脂は、発泡剤のガス発生温度より２０℃以上低い温度で硬化可能であることが望ましい。すなわち、樹脂組成物を硬化させる際には、発泡剤のガス発生温度より２０℃以上低い温度を、硬化温度として選択することが望ましい。

上記のような封止用樹脂組成物を、一旦硬化させた後、硬化物を加熱すると、硬化物内にガスが発生する。樹脂組成物により電子部品と基体との接合を補強した後に、電子部品に不良が発見された場合、硬化物内部にガスを発生させると、硬化物と基体や電子部品との接合強度が弱くなる。その結果、不良を有する電子部品を基体から容易に取り外すことが可能となる。

発泡剤には、加熱により分解してガスを発生する物質を用いることができる。発泡剤は、所定の温度で分解して、例えば、窒素ガス（Ｎ₂）、炭酸ガス（ＣＯ₂）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）などを発生する。ガス発生温度は、特に制限されないが、電子部品と基体との接合に用いられているハンダの融点に近いことが望ましく、例えば１７０℃以上であることが望ましい。発泡剤のガス発生温度は、発泡剤に固有の温度である場合が多い。また、例えば示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて、ガス発生温度を正確に測定することもできる。ＤＳＣでガス発生温度を測定する場合、所定量の発泡剤を用い、所定の昇温速度で加熱し、発泡剤による吸熱挙動を観測する。通常、吸熱量と温度との関係を示す曲線にはピークが観測される。ここで、吸熱量が最大となる温度が、ガス発生温度に相当する。

発泡剤には、例えば、アゾジカルボンアミド、Ｎ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン、４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）、炭酸水素ナトリウム、３，３’−ジスルホンヒドラジドジフェニルスルホン、アゾジカルボン酸バリウムを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

硬化性樹脂には、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ビスマレイミド樹脂など、様々な樹脂を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、特にエポキシ樹脂が封止剤として好適である。

硬化性樹脂は、単一の成分からなるものでもよいが、通常は、複数種の成分を含んでいる。例えば、エポキシ樹脂を含む硬化性樹脂は、エポキシ樹脂の硬化剤となる樹脂や硬化促進剤を含むことが多い。硬化剤となる樹脂は、エポキシ基と反応して架橋構造を形成する官能基を有する。ここでは、硬化剤や硬化促進剤は、硬化性樹脂に含まれる。

エポキシ樹脂は、分子内に少なくとも１つのエポキシ基を有する。なかでも１分子あたり２個以上のグリシジル基を有するモノマーもしくはオリゴマーが好適である。エポキシ樹脂は、１種を単独で用いても良く、２種以上を混合して用いてもよい。エポキシ樹脂のエポキシ当量は、特に制限されないが、例えば１５０〜１０００の範囲が好適である。

エポキシ樹脂には、例えば、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、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などが好適に用いられる。

エポキシ樹脂の硬化剤には、例えば、酸無水物、ポリアミン化合物、ジシアンジアミド、ジシアンジアミド誘導体、有機酸ヒドラジド、イミダゾール誘導体などを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。硬化剤は、封止剤の使用環境や用途に応じて、好適なものが選択される。

硬化性樹脂と発泡剤との合計に占める発泡剤の量が少な過ぎると、発泡剤が分解しても充分量のガスが発生しない。よって、電子部品のリペア操作を容易にする効果も得られない。また、発泡剤の量が多すぎると、樹脂組成物における硬化性樹脂の含有量が少なくなり、電子部品と基体との接合強度を補強するという封止剤としての機能が低下する。封止剤の機能と不良部品のリペア操作を容易にする効果とをバランスよく得るためには、発泡剤の量を、硬化性樹脂と発泡剤との合計の０．０１〜３０重量％とする必要があり、１〜２０重量％とすることが望ましい。

封止用樹脂組成物には、様々なフィラーを添加してもよい。フィラーには、シリカ、アルミナ、タルクなど、セラミックス粒子を用いることが好ましい。フィラーの添加量は、特に制限されないが、例えば硬化性樹脂１００重量部あたり、０〜９０重量部が好適である。

本発明の封止用樹脂組成物は、基体と基体に実装された電子部品との間の空隙を封止する用途に好適であり、特に電子部品が基体に表面実装された接合構造物において有用である。よって、本発明は、基体と、基体に実装された電子部品と、封止用樹脂組成物の硬化物とを含み、基体と電子部品とが、ハンダにより接合されており、硬化物が、基体と電子部品との間の空隙を封止している接合構造物を包含する。

本発明は、特に電子部品が、チップサイズのパッケージ（ＣＳＰ）もしくはボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）のパッケージを有する半導体部品である場合に有用である。これらの半導体部品は、一つの基体に複数個実装されることが多い。また、これらの半導体部品は高価でもある。よって、リペア操作を容易に行える必要があるからである。なお、基体の種類は特に限定されないが、例えばガラス繊維や耐熱性樹脂で構成されたプリント配線基板などが用いられる。通常は、エポキシ樹脂等を含浸させたガラス布に銅箔の配線をプリントした基板が用いられる。

次に、図２および３を参照しながら、本発明の封止用樹脂組成物を使用した電子部品の封止方法について説明する。
図２（ａ）に示されるように、電子部品１１は、ハンダバンプ１３により、基体１２の表面に接合される。ハンダによる接合工程は、複数の電子部品を基体上に配置した後に、例えばリフロー炉などを用いる公知の方法で行われる。このような実装形態では、電子部品と基体との間に空隙が存在する。この空隙に封止用樹脂組成物を侵入させ、硬化させることで、電子部品と基体との接合強度を補強することができる。

封止用樹脂組成物は、例えば、必須成分である硬化性樹脂と発泡剤と、必要に応じて添加される任意成分（例えばフィラー）とを混合し、脱泡することにより調製される。混合は、材料が均一に分散するまで行われる。

得られた樹脂組成物は、例えばディスペンサ（吐出装置）に導入され、ディスペンサから電子部品１１と基体１２との間の空隙に毛細管現象を利用して流し込まれる。その後、樹脂組成物を電子部品および基板とともに、発泡剤のガス発生温度よりも低温で加熱する。このとき発泡剤が分解してガスが発生することはない。このようにして樹脂組成物を硬化させれば、図２（ｂ）に示されるように、硬化物１４で空隙が封止された接合構造物が得られる。このような接合構造物は、コンピュータなどの種々な電子機器に設置される。

複数の電子部品を基体に接合し、樹脂組成物で空隙を封止した後、一部の電子部品に不良が発見された場合、その不良を有する電子部品２１だけを取り外す必要がある。その際には、発泡剤のガス発生温度以上で、かつハンダが溶融する温度に、接合部２３を加熱する。接合部２３の加熱は、例えば、電池部品２１の上方および基体１２の下方の少なくとも一方に、ヒータを配置して行うことができる。その結果、ハンダが溶融するとともに発泡剤が分解し、図３（ｃ）が概念的に示すように、硬化物１４の内部にガス２２が発生する。そして、ガスの圧力により、硬化物１４の内部に大きな歪みが発生し、硬化物１４は脆くなり、接合部２３が急激に劣化する。よって、吸引ノズル２３による吸引力により、容易に電子部品２１を基体１２から剥がすことができる。すなわち、大きな外力を必要とせず、吸引ノズルなどによる微小な力により、不良を有する電子部品２１を基体１２から容易に取り外すことができる。

次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

《実施例１〜３》
（i）封止用樹脂組成物の調製
表１に示す発泡剤を用いて、樹脂組成物１〜３を調製した。発泡剤の量は、硬化性樹脂と発泡剤との合計の１重量％とした。
発泡剤のガス発生温度を以下に示す。
アゾジカルボンアミド：約２００℃
Ｎ，Ｎ’−ジニトロソペンタメチレンテトラミン：約２３０℃
４，４’−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）：約１７０℃

硬化性樹脂には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製のエピコート８０１（商品名）、エポキシ当量２０５〜２２５）を主成分とする１５０℃で硬化可能な樹脂を用いた。硬化性樹脂の２０重量％は、硬化剤（味の素ファインテクノ（株）製のアミキュアＭＹ−２４（商品名））とした。

（ii）電子部品の基体への実装
所定の印刷機、マウンターおよびリフロー炉を用いて、ＦＲ−４タイプの基板（エポキシ樹脂を含浸させたガラス布に銅箔をプリントした基板）に、１０ｍｍ角のＣＳＰの電子部品を接合した。この電子部品は、ランドピッチ（ハンダバンプの中心間距離）０．５ｍｍでハンダバンプ（融点２２０℃）を備えたものである。

（iii）封止工程
基板と基板に実装された電子部品との間に、所定の樹脂組成物をディスペンサから毛細管現象を利用して流し込んだ。流し込まれた樹脂組成物の量は、電子部品１個あたり、約２０ｍｇであった。
次に、樹脂組成物が付与された基板と電子部品との接合物を、１５０℃に設定されたオーブン中に入れ、１５０℃で５分間加熱して、樹脂組成物を硬化させ、封止された接合物を得た。
樹脂組成物１〜３を用いたサンプルを、それぞれ実施例１〜３のサンプルとした。

《比較例１》
樹脂組成物に発泡剤を配合しなかったこと以外、実施例１と同様にして、比較例１のサンプルを作製した。

《比較例２》
発泡剤を炭酸水素ナトリウム（ガス発生温度：約１５０℃）に変更したこと以外、実施例１と同様にして、比較例２のサンプルを作製した。炭酸水素ナトリウムのガス発生温度は、硬化性樹脂の硬化温度とほぼ同じである。

［評価］
電子部品のリペア操作の容易性を以下の要領で評価した。
まず、実施例１〜３および比較例１〜２のサンプルを、汎用の上下熱風式リワーク機にセットし、樹脂組成物の硬化物で補強された接合体の接合部を２３０℃に加熱した。接合部が２３０℃に達したところで、ゴム製の吸引ノズル（φ８ｍｍ）（約２００ｇ程度のものを持ち上げることができる吸引力を有する）により、電子部品の基体からの取り外しを試みた。結果を表１に示す。
表１において、○印は、電子部品を基板から取り外し可能であることを示し、×印は、電子部品を基板から取り外すことができないことを示す。

表１が示すように、実施例１〜３では、吸引ノズルの弱い吸引力で、電子部品を基板から取り外すことができたが、比較例１、２では、電子部品を基板から取り外すことができなかった。また、実施例１〜３では、接合部を２３０℃まで加熱する間、温度が高くなるにつれて、気泡が発生するのが確認された。更に、実施例２では、電子部品が基体から浮き上がるのが確認された。

比較例１では、樹脂組成物が発泡剤を含まないため、接合部を加熱しても、樹脂が脆化しない。よって、電子部品の取り外しができなかったと考えられる。また、比較例２では、炭酸水素ナトリウムのガス発生温度が硬化性樹脂の硬化温度とほぼ同じである。よって、樹脂組成物を硬化させる際に、炭酸水素ナトリウムが分解してしまい、硬化物中には、ガスを発生し得る発泡剤が存在しなくなってしまったと考えられる。

《実施例４〜９》
封止用樹脂組成物に含まれる発泡剤の含有量について調べた。
硬化性樹脂には、実施例と同じものを用いた。
発泡剤には、Ｎ，Ｎ’−ジニトロソぺンタメチレンテトラミン（ガス発生温度：約２３０℃）を用いた。
表２に示される重量比で、硬化性樹脂と発泡剤とを配合したこと以外、実施例１と同様にして、樹脂組成物４〜９を調製した。そして、樹脂組成物４〜９を用い、実施例１と同様にして、それぞれ実施例４〜９のサンプルを得た。

実施例４〜９のサンプルを、それぞれ１５０ｃｍの高さから所定の板状材料の上に落とす落下試験を行った。結果を表２に示す。表２において、○印は、落下試験により、電子部品が基板から外れなかったことを示し、×印は、落下試験により、電子部品が基板から外れたことを示す。

また、実施例４〜９のサンプルについて、実施例１と同様に、電子部品のリペア操作の容易性を評価した。結果を表２に示す。

表２より、実施例４〜８のサンプルは、落下試験に耐えることができ、かつ、電子部品のリペア操作を容易に行えることが示された。また、実施例４〜８では、接合部を２３０℃まで加熱すると、電子部品が基板から浮き上がるのが確認された。

一方、実施例９のサンプルは、落下試験に耐えることができなかった。これは、実施例９の樹脂組成物に含まれる硬化性樹脂の量が相対的に少ないため、電子部品と基板との接合強度を十分に補強できなかったためと考えられる。

以上より、樹脂組成物における発泡剤の量は、硬化性樹脂と発泡剤との合計中、０．１〜３０重量％が好適であることがわかった。

本発明の封止用樹脂組成物は、不良を有する電子部品のリペア操作が行われる実装分野において好適であり、特に電子部品が基体に表面実装された接合構造物において有用である。本発明は、電子部品が、ＣＳＰやＢＧＡのパッケージを有する半導体部品である場合に特に有用である。

従来の電子部品のリペア操作を概略的に示す図である。 電子部品の実装工程を概略的に示す図である。 電子部品のリペア工程を概略的に示す図である。

符号の説明

１、１１ 電子部品
２、１２ 基体
３、１３ はんだバンプ
４ ピンセット
１４ 封止用樹脂組成物の硬化物
２１ 不良電子部品
２２ ガス
２３ 接合部
２４ 吸引ノズル

Claims (8)

1. 硬化性樹脂および発泡剤を含み、
   前記硬化性樹脂は、前記発泡剤のガス発生温度よりも低い温度で硬化可能であり、
   前記発泡剤の量が、前記硬化性樹脂と前記発泡剤の合計の０．０１〜３０重量％である、封止用樹脂組成物。
2. 前記硬化性樹脂は、前記発泡剤のガス発生温度より２０℃以上低い温度で硬化可能である、請求項１記載の封止用樹脂組成物。
3. 基体と前記基体に実装された電子部品との間の空隙を封止する、請求項１記載の封止用樹脂組成物。
4. 基体と、前記基体に実装された電子部品と、封止用樹脂組成物の硬化物とを含み、
   前記樹脂組成物は、硬化性樹脂および発泡剤を含み、
   前記硬化性樹脂は、前記発泡剤のガス発生温度よりも低い温度で硬化可能であり、
   前記発泡剤の量が、前記硬化性樹脂と前記発泡剤の合計の０．０１〜３０重量％であり、
   前記基体と前記電子部品とが、ハンダにより接合されており、
   前記硬化物が、前記基体と前記電子部品との間の空隙を封止している、接合構造物。
5. 前記電子部品が、チップサイズのパッケージを有する半導体部品である、請求項４記載の接合構造物。
6. 前記電子部品が、ボールグリッドアレイのパッケージを有する半導体部品である、請求項４記載の接合構造物。
7. 封止用樹脂組成物を調製する工程と、
   前記樹脂組成物を、基体と前記基体に実装された電子部品との間の空隙に侵入させる工程と、
   前記樹脂組成物を、所定温度で硬化させる工程とを含み、
   前記樹脂組成物は、硬化性樹脂および発泡剤を含み、
   前記硬化性樹脂は、前記発泡剤のガス発生温度よりも低い温度で硬化可能であり、
   前記発泡剤の量は、前記硬化性樹脂と前記発泡剤の合計の０．０１〜３０重量％であり、
   前記所定温度が、前記ガス発生温度よりも低い温度である、電子部品の封止方法。
8. さらに、前記硬化した樹脂組成物を前記ガス発生温度以上に加熱して、ガスを発生させることにより、前記電子部品を前記基体から剥がす工程を含む、請求項７記載の電子部品の封止方法。
   
   

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