JP2008293820A - 導電性ペーストおよび基板 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品を基板に実装するに際して簡単な操作にて適用できると共に、硬化後において電子部品を基板に対して高い機械的強度で固定することができる導電性ペーストを提供する。
【解決手段】導電性ペーストは、Ｓｎと、Ｂｉ、Ｉｎ、ＡｇおよびＣｕの群から選ばれる１種またはそれ以上の元素との組合せから選ばれる導電性フィラー成分、熱硬化性樹脂成分およびこれに対応する硬化剤成分を基本成分とし、上記の基本成分に添加することによって、装着温度範囲にて熱硬化性樹脂成分にチクソトロープ性を付与するチクソ性付与添加剤を更に含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性ペースト、該導電性ペーストを用いて基板上に電子部品を実装する方法、該導電性ペーストを用いて電子部品を実装するための基板、および該基板を用いた電気電子機器に関する。

電気および／または電子回路形成技術などの分野において、例えば電子部品を配線基板に接合するために導電性ペーストが使用されている。導電性ペーストは、常温付近では液状ないしペースト状である樹脂組成物の中に導電性フィラーが分散されて成るペースト状材料であって、一般に樹脂が絶縁性であるために、液状ないしペースト状である間は導電性を示さないが、樹脂を硬化および収縮させると、導電性フィラー同士が接近して接触するようになり、導電性を示すようになる材料である。

一般的な導電性ペーストを用いて、基板上のランド電極と対応する電子部品の平面電極との間を導電的に接続する場合に、導通接続部となるランド電極表面に塗布された導電性ペーストは、硬化に至るまでの加熱処理の間に流動性が高くなり、接合部からダレ広がりを生じやすくなる傾向があった。その場合に、隣合うランド電極が狭いピッチ間隔で設けられていたり、更に基板表面と電子部品の本体部表面との間隔が狭い場合には、接合部からダレて拡がった導電性ペーストが、基板表面と電子部品の部品本体部表面との間に毛細管現象によって流れ込み、硬化後において、隣合うランド電極の間を導電性ペーストが連絡することによって、短絡を生じる現象が発生することがあった。

このような短絡の発生を防止するために、隣合うランド電極どうしの間で基板に貫通孔を設けることが提案されていた（特許文献１）。具体的には、図４に示すように、絶縁された部品本体部２０２を挟んで２つの平面電極部２０３、２０３’が設けられている電子部品２０１を基板２１０に実装する際に、基板２１０には平面電極部２０３、２０３’にそれぞれ接続するためのランド電極２１１、２１１’を設け、各ランド電極２１１、２１１’の表面に導電性ペースト２０５、２０５’を塗布した後、電子部品２０１を装着する。この基板２１０を加熱処理に付すると、導電性ペースト２０５はその流動性が高まることによってランド電極２１１、２１１’上から周囲の基板表面へ流れて拡がる。また、図は発明の理解が容易なように、寸法に関して多少誇張して模式的に示しているが、部品本体部２０２と基板２１０との間の間隔は実際には非常に小さい寸法に設けられているので、いわゆる毛細管現象によって部品本体部２０２と基板２１０との間の空間への導電性ペースト２０５の流れ込みが生じ得る。しかし、特許文献１の基板２１０には、隣合うランド電極どうしの間に貫通孔２１４が設けられているため、左側ランド電極２１１に連絡する導電性ペースト２０５と、右側ランド電極２１１’に連絡する導電性ペースト２０５’とは接触することができず、短絡も発生しないというものである。

一方、流動性を低下させた導電性ペーストを用いて、電子部品の平面電極と基板のランド電極との間の導通接続部にだけ導電性ペーストを存在させて、電子部品を基板に実装する技術も多くの文献に提案されている（例えば、特許文献２および特許文献３）。これらの技術によれば、導電性ペーストを硬化させた後では、平面電極とランド電極との間の導通接続部にだけ硬化した導電性ペーストが存在して、電子部品が基板上に固定されている。
特開２００５−１５０６５２号公報 特開昭５７−７９５８３号公報 特開２００５−３０２８４５号公報

特許文献１に開示されている基板を用いて電子部品を導電性ペーストによって接合する場合であっても、特許文献２〜特許文献４に開示されているような導電性ペーストを用いて電子部品の平面電極と基板のランド電極との間の導通接続部にだけ導電性ペーストを存在させて電子部品を基板に実装する場合であっても、導電性ペーストは基板に対しては、ランド電極の表面積またはそれよりわずかに広い範囲の表面積の部分で連絡しており、導電性ペーストは平面電極に対しては、平面電極の表面を包み込んで接触する範囲で連絡しており、そして電子部品を実際に支持する役割は、ランド電極と平面電極との間に延びて連絡する硬化した導電性ペーストが担っている。従って、隣合うランド電極どうしの間の基板表面とこれに対向する電子部品の表面との間は、充填されない空間となっている。

このように基板と電子部品とを接続するに際し、平面電極とランド電極との間の接合部だけを硬化した導電性ペーストによって接続する接続構造によれば、基板上に実装されている電子部品は実質的に、導通接続部に存在する硬化した導電性ペーストの強度のみによって支持されることになるので、その接続構造の強度は導通接続部に存在する硬化した導電性ペーストの強度に依存することになっていた。そして、硬化した導電性ペーストにおいては、樹脂が硬化および収縮して、導電性フィラー同士は硬化した樹脂の中で相互に接触して存在しているので、その接続構造を実質的に構成しているのは硬化した樹脂である。従って、導通接続部が比較的小さい断面積を有するこのような接続構造については、必ずしも十分な強度を達成できていなかった。

そこで、平面電極とランド電極との間の接合部だけを接続するのではなく、隣合うランド電極どうしの間の基板表面とこれに対向する電子部品の表面との間の空間を絶縁性の接着剤を用いて充填し、電子部品を基板に実装することも試みられている。この場合には、基板の表面において、ランド電極の表面に導電性ペーストを塗布し、それとは別に、隣合うランド電極どうしの間の基板表面に絶縁性の接着剤を塗布するという操作を行うことが必要になるため、手間がかかり、工程数および使用する材料が増えることによって、コスト上昇をまねいていた。また、特許文献１の基板を用いる場合には、貫通孔の部分に接着剤を適用することができないので、やはり十分な強度には至らなかった。

そこで、この出願は、上述したような従来技術における問題点を解決する導電性ペーストの発明を提供することを目的とする。具体的には、この出願は、電子部品を基板に実装する際には、簡単な操作にて適用できる導電性ペーストの発明であって、硬化後においては、電子部品を基板に対して高い機械的強度で固定することができる導電性ペーストの発明を提供することを目的とする。

更に、適用してから硬化までの間に、液状の樹脂成分がダレることによって、導電性ペーストが接合部以外の部分に拡がることを防止することができる導電性ペーストの発明を提供することを目的とする。

この出願は、また、上述したような導電性ペーストを用いて基板上に電子部品を実装する方法の発明をも提供することを目的とする。

更に、この出願は、上述したような導電性ペーストと組み合わせて用いること、および／または上述したような実装方法に用いることに好適な基板の発明を提供することも目的とする。

更に、この出願は、上述したような導電性ペーストを用いて基板に電子部品が実装されている電子機器または電子部品構造体の発明を提供することも目的とする。

この出願の導電性ペーストの発明は、Ｓｎと、Ｂｉ、Ｉｎ、ＡｇおよびＣｕの群から選ばれる１種またはそれ以上の元素との組合せから選ばれる導電性フィラー成分、熱硬化性樹脂成分およびこれに対応する硬化剤成分を基本成分とする導電性ペーストであって、上記の基本成分に添加することによって、装着温度範囲にて熱硬化性樹脂成分にチクソトロープ性を付与するチクソ性付与添加剤を含んでなることを特徴とする。

導電性ペーストの基本成分に用いる熱硬化性樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂、特に、ビスフェノール型エポキシ樹脂、多官能エポキシ樹脂、可撓性エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、高分子型エポキシ樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂、メラミン系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、シリコーン系樹脂、およびポリイミド系樹脂の群から選ばれるエポキシ樹脂を用いることができる。熱硬化性樹脂は、好ましくは、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、変性ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、および変性ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂から選ばれる。この発明に関して、熱硬化性樹脂は、電子部品を基板に装着する常温付近の温度付近で液状またはペースト状であって、流動性を有しており、適当な硬化剤が混合され、所定の温度に付されると、硬化する樹脂組成物である。

導電性ペーストの基本成分に用いる硬化剤としては、前記熱硬化性樹脂に混合されて所定の温度に付されると、熱硬化性樹脂を硬化させるという特性を有する物質を用いることができる。そのような物質は、使用する熱硬化性樹脂との組合せによって種々のものを選択することができる。例えば、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合には、チオール系化合物、変性アミン系化合物、多官能フェノール系化合物、イミダゾール系化合物、酸無水物系化合物の群から選ばれる化合物を用いることができる。

この出願の導電性ペーストの発明に関して、装着温度とは電子部品を基板に装着する操作の際に適用する温度のことである。また、硬化温度とは、電子部品が装着された基板を加熱処理する操作の際に適用する温度であって、その温度に付された導電性ペーストが、従ってその樹脂成分が硬化に至る温度である。

装着温度範囲および硬化温度範囲は、使用する基板および電子部品の組み合わせに対応して種々の好適な温度範囲を選択することができる。従って、この出願の発明に係る導電性ペーストは、使用する基板および電子部品の組み合わせに対応して、基本成分の組成を選択することができ、それぞれ好適な装着温度範囲および硬化温度範囲を設定することができる。

導電性ペーストの１つの好ましい装着温度範囲は、室温程度の温度範囲、例えば、２０℃〜３０℃程度の温度範囲である。

導電性ペーストの好ましい硬化温度範囲については、下限側温度として、８０℃、８５℃、９０℃、９５℃、１００℃、１０５℃、１１０℃、１１５℃、１２０℃、１２５℃、１３０℃、１３５℃、１４０℃、１４５℃、１５０℃、１５５℃、１６０℃、１６５℃、１７０℃、１７５℃、１８０℃、１８５℃、１９０℃、１９５℃、２００℃、２０５℃、２１０℃、２１５℃、２２０℃、２２５℃、２３０℃、２３５℃、２４０℃、２４５℃および２５０℃から選ばれるいずれかの温度の±２℃程度の範囲で選択することができ、上限側温度としては、下限側温度よりも５〜１０℃程度高い温度、または１０℃〜２０℃程度高い温度を選択することができる。従って、この範囲から選ばれるいずれかの下限側温度および上限側温度によって規定される温度範囲を、導電性ペーストの好ましい硬化温度範囲とすることができる。

この出願の導電性ペーストに添加するチクソ性付与添加剤としては、エポキシ樹脂固形物、低分子量アミド樹脂固形物、ポリエステル系樹脂固形物、およびヒマシ油有機誘導体の群から選ばれる物質を用いることができる。

この出願の基板上に電子部品を実装する方法の発明は、この発明の導電性ペーストを基板上の電極の表面に所定量で塗布する工程、該導電性ペースト上に部品電極を対応させて電子部品を装着する工程、電子部品を装着した基板を加熱処理する工程、および電子部品を装着した基板を冷却する工程を含んでなることを特徴とする。

この出願の基板の発明は、電子部品を装着するための所定の配線パターンを有する基板であって、該配線パターンは電子部品に対応する複数のランド電極を有しており、隣合うランド電極どうしの間に凹部を有することを特徴とする。

この出願の各発明に用いる電子部品は、その胴体部が基板に面する型の部品が好適である。例えば、平面電極を有する部品、いわゆるリードレス型の部品も好適である。リードレス型の部品は、一般に、その部品本体の表面の一部が電極部として形成されており、電極部以外の部分の表面は絶縁性の表面として形成されている。

この出願の電子機器の発明は、上述した特徴を有する導電性ペーストを用いて基板に電子部品が実装されていること、および／またはその基板として上述した特徴を有する基板を具備することを特徴とする。

この出願の導電性ペーストの発明によれば、電子部品を基板に実装する際に、この発明の導電性ペーストをランド電極の表面およびその周囲に塗布し、電子部品を装着し、加熱処理に付するという簡単な操作によって、電子部品を基板に対して比較的強固に実装することができる。即ち、導電性ペーストが、部品電極とランド電極との間に導電的接続を形成する機能、および電子部品と基板との間に接着構造を形成する機能を果たすことができる。

そのような導電性ペーストを用いることによって、実装方法は、簡単な操作でありながら、電子部品の基板への実装を強固に行うことができる。

この出願の基板を上記の導電性ペーストと組み合わせて用いると、加熱処理の際に樹脂成分を凹部に集合させて、その凹部と電子部品の本体部との間に樹脂による架橋を形成するので、電子部品の接続構造をより強固に形成することができる。

（導電性ペースト）
導電性ペーストの導電性フィラー成分には、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系、およびＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ系からなる群から選ばれる合金組成を用いることができる。特に、Ｓｎ４２Ｂｉ５８、Ｓｎ１６Ｂｉ５６Ｉｎ２８、ＳｎＡｇ３Ｃｕ０.５、およびＳｎＡｇ３.５Ｂｉ０.５Ｉｎ８の群から選ばれる合金組成を用いることが好ましい。

導電性フィラー成分の合金組成を選択する基準の１つとして、導電性ペーストに用いる熱硬化性樹脂の硬化温度よりも低い融点を有するものであることがある。合金組成の融点は、熱硬化性樹脂の硬化温度よりも５℃〜３０℃程度低いことが好ましい。更に、導電性フィラー成分の合金組成の融点は、チクソ性付与添加剤が熱可塑性樹脂成分に溶解する温度よりも高いことが好ましい。従って、導電性フィラー成分、熱硬化性樹脂成分およびチクソ性付与添加剤の組合せは、このような融点の関係をも考慮して選択することが重要である。例えば、チクソ性付与添加剤が熱可塑性樹脂成分に溶解する温度範囲を約４０〜２００℃に設定し、熱硬化性樹脂の硬化温度の範囲を約９０〜２５０℃に設定することができるが、その場合には導電性フィラー成分の合金組成が８０〜２２０℃の範囲の融点を有することが好ましい。例えば、溶解温度が約１００℃のヒマシ油誘導体をチクソ性付与添加剤として、融点が約１３８℃のＳｎＢｉ合金を導電性フィラー成分として、および硬化温度が約１５０℃のビスフェノール型エポキシ樹脂を熱硬化性樹脂として用いることができる。

導電性フィラー成分は、微細な粒子状の形態、好ましくは球状粒子の形態で供給される。所定の組成の合金を調製した後に、アトマイズ、転動造粒等の操作によって粒状化することから、球状粒子の形態のものが得られる。球状粒子は、一般に、約１〜５０μｍ、好ましくは約１０〜４０μｍの粒子径を有している。

また、導電性ペーストには、この技術分野において周知のフラックス成分を所要量で配合する。フラックス成分としては、ＪＩＳ Ｚ３２８３に記載されているようなロジンまたは変性ロジンを主剤とし、所望により活性化成分としてアミンのハロゲン塩、有機酸若しくはアミン有機酸塩を含むものなどを用いることができる。

導電性ペーストの熱硬化性樹脂成分には、ビスフェノール型エポキシ樹脂、多官能エポキシ樹脂、可撓性エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、高分子型エポキシ樹脂の群から選ばれるエポキシ樹脂を用いることができる。好ましくは、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、変性ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、および変性ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を用いることができる。

上記のような熱硬化性樹脂成分と組み合わせて用いる硬化剤としては、チオール系化合物、変性アミン系化合物、多官能フェノール系化合物、イミダゾール系化合物、および酸無水物系化合物の群から選ばれる化合物を用いることができる。

導電性ペーストのチクソ性付与添加剤は、エポキシ樹脂固形物、低分子量アミド樹脂固形物、ポリエステル系樹脂固形物、およびヒマシ油有機誘導体の群から選ばれる物質を用いることができる。

チクソ性付与添加剤は、１種の物質であってもよいし、またはそれ以上の物質の混合物であってもよい。チクソ性付与添加剤には、常温において固体であって、導電性フィラー成分の合金組成の融点よりも低い温度で熱可塑性樹脂成分に溶解し、または熱可塑性樹脂成分中で溶融もしくは軟化する物質、例えば樹脂やポリマー、有機誘導体が選ばれる。更に、チクソ性付与添加剤は、溶融或いは軟化した状態で、熱可塑性樹脂成分と硬化剤との反応を阻害しないことが重要である。

チクソ性付与添加剤は、そのような固体物質の微粒子形態のもの、例えば１〜４０μｍ程度の粒子径を有する粒子として、熱可塑性樹脂成分に加えられる。前記導電性フィラー成分の粒子よりも、径が小さいものが好ましい。

このチクソ性付与添加剤は、好適な装着温度範囲にて熱硬化性樹脂成分にチクソトロープ性を付与するという第１の機能の他に、チクソ性付与添加剤が添加された導電性ペーストの系が所定の温度以上に加熱されると、まだ液状の性質を保っている熱硬化性樹脂成分の流動性を向上させるという第２の機能をも有している。

チクソ性付与添加剤は、更に、基板のランド電極の表面に導電性ペーストを適用し、これに対応させて部品電極を装着して更に加熱処理に付した場合に、導電性ペースト中の導電性フィラー成分の溶融を促進し、および導電性ペースト中に分散している導電性フィラー成分の粒子の凝集および合一化を促進させることができるという機能をも有している。

この発明の導電性ペーストの導電性フィラー成分は、塗布時には樹脂の中に分散された粒子の形態であるが、加熱処理の過程で相互に凝集および溶融して合一化することができる。その結果、樹脂が硬化するに至る前に、樹脂の中に分散されていた導電性フィラー成分の粒子が熱によって溶融して液状となり、液状化した導電性フィラー成分どうしが互いに合一化して連絡し合い、ランド電極と部品電極との間に合金組成の架橋部を形成することができる。

導電性ペースト中に粒子形態で存在している導電性フィラー成分を凝集および合一化させるということは、導電性ペーストを構成する導電性フィラー成分を１つの相とし、樹脂成分をもう１つの相として、互いに分離した相を形成すると表現することができる。加熱処理によって、導電性ペーストの温度が上昇すると、まずチクソ性付与添加剤が樹脂成分に溶解し、樹脂成分の粘度が低下して、その樹脂成分の中に分散されている導電性フィラーの凝集が促進されるという機構が考えられる。加熱が続けられて更に温度が上昇すると、凝集している導電性フィラーも溶融しおよび合一化する。樹脂成分はより高い流動性を有するため、ランド電極付近から周囲へ流れて、基板の凹部へも流入することができる。更に加熱が続いて、樹脂成分中に含まれている硬化剤が硬化作用を開始し、樹脂成分が硬化するに至る。

従って、加熱処理が終了すると、基板と電子部品との間には、導電性フィラー材料が凝集および合一化して形成された導電性の架橋部が形成されており、更に好ましくはその周囲に樹脂成分が凝集および合一化して形成された絶縁性の被覆部が形成されている状態が得られる。すると、硬化した導電性ペーストの中では、溶融した後に固化して形成された導電性フィラー成分による架橋部（金属相）と、それを包囲して樹脂が硬化した部分（樹脂相）との実質的な相の分離が観察される。

金属相の架橋部は、溶融および合一化を経て形成されているために、粒子が接触する一般的な導電性ペーストの構造と比べて、ランド電極と部品電極との間により低い抵抗の導通経路を形成することができると共に、より高い機械的強度をも示すことができる。

金属相の架橋部を包囲する樹脂相の部分は、金属相の架橋部を封止することができる。更に、硬化後の樹脂相は、好ましい場合には、導電性フィラーの粒子を実質的に含まない相を形成して、硬化した樹脂そのものの強度を示すことができる。

チクソ性付与添加剤は、更に、基板に電子部品を装着して加熱処理に付した場合に、凝集および合一化する樹脂成分の硬化を促進する機能をも有している。即ち、加熱処理に付された基板と電子部品との間で、導電性フィラー成分をできるだけ含まないようになった樹脂成分が凝集および合一化しながら、樹脂成分の硬化反応も進行することになる。

本実施形態の導電性ペーストにおける各成分の割合は、例えば樹脂を約１００重量部、金属粒子を約２５〜６００重量部、硬化剤を約１〜１００重量部、常温で固体で、加熱により軟化或いは溶融し液体になる粉体を約１〜１００重量部としてよい。しかし、本発明はこれに限定されず、適宜選択することができる。

（実装方法）
この発明に係る基板上に電子部品を実装する方法の発明は、この発明の導電性ペーストを基板上の電極の表面に所定量で塗布する工程、該導電性ペースト上に部品電極を対応させて電子部品を装着する工程、電子部品を装着した基板を加熱処理する工程、および電子部品を装着した基板を冷却する工程を含む。

この発明の導電性ペーストは、上述したように、実装が完了すると、電子部品の本体部と基板との間を硬化した樹脂によって接続することができるので、電極の表面に塗布する際の導電性ペーストの塗布量は、使用する基板側電極および電子部品の寸法に応じて、予め決められた量であることが重要である。

基板上の電極の表面に所定量でこの発明の導電性ペーストを塗布した後は、導電性ペースト上に部品電極を対応させて電子部品を装着し、電子部品を基板に対して所定の押圧力で押圧し、加熱処理工程および冷却工程を経ることによって、実装方法は終了する。

（基板）
この発明の基板は、電子部品を装着するための所定の配線パターンを有する基板であって、該配線パターンは電子部品に対応する複数のランド電極を有しており、隣合うランド電極どうしの間に凹部を有している。ランド電極の表面に導電性ペーストが塗布され、上述の実装方法に従って、電子部品が装着された後、加熱処理されると、より高い流動性を得た樹脂成分はランド電極付近から基板の凹部へも流入することができる。また、凹部に対向する電子部品の本体部との間も毛細管現象によって、樹脂成分が連絡して架橋部を形成することができる。更に昇温されて樹脂成分が硬化すると、基板の凹部とこれに対向する電子部品の本体部との間も硬化した樹脂によって連絡されることができる。

以下、図面を参照しながら、各発明について説明する。

図１（Ａ）は、本発明の導電性ペーストを用いて電子部品１０１を基板１１０に実装した電子部品構造体の１つの好ましい態様例の断面図を模式的に示している。図１（Ａ）では、基板１１０の表面に２つのランド電極１１１、１１１’が設けられており、各ランド電極は硬化した状態の金属相１２１、１２１’によって部品電極１０３、１０３’に接続されている。ランド電極１１１、１１１’、硬化した状態の金属相１２１、１２１’および部品電極１０３、１０３’の全体は硬化した状態の樹脂相１２２、１２２’によって包囲されているので、電子部品１０１と基板１１０との間の導電的に接続部は樹脂相１２２、１２２’によって封止されている。基板１１０には、左側ランド電極１１１と右側ランド電極１１１’との間に凹部１１２が設けられており、この凹部１１２と、凹部１１２に対向する電子部品の本体部１０２との間は樹脂相１２２”によって充填されている。

このように電子部品１０１を基板１１０に実装した電子部品構造体では、部品電極とランド電極との間は導電性フィラー成分に由来する金属相によって導電的接続が形成されており、その導電的接続部の周囲は熱硬化性樹脂成分に由来する樹脂相によって包囲および封止されている。更に、基板１１０の凹部１１２と電子部品の本体部１０２との間は樹脂相１２２”によって充填されている。従って、この電子部品構造体は、金属相による良好な導電的接続部を有すると共に、電子部品１０１の本体部の下側表面の全体から左右の部品電極の側面にかけて樹脂相によって包囲され、その樹脂相の底面の全体が基板表面に連絡して接合されているので、電子部品は基板上に非常に強固に支持されている。上述したように、この発明の導電性ペーストを使用する場合には、その塗布量がこの電子部品構造体を形成するために予め決められているので、所定の塗布量の導電性ペーストを塗布することによって、このような電子部品構造体を形成することができる。

図１（Ｂ）は、１つの変形した態様例を示す模式的断面図である。この例では、導電性ペーストの塗布量が基板１１０の凹部１１２と電子部品の本体部１０２との間の空間を充填する量よりも少ない量に設定されている。例えば、導電性ペーストの導電性フィラー成分と熱硬化性樹脂成分との配合比の関係で、導電性フィラー成分は導電的接続部を形成するために十分な量であるようにすると、熱硬化性樹脂成分の量が凹部１１２と電子部品本体部１０２との間の空間を充填する量よりも少ない量に設定される場合が考えられる。図１（Ｂ）は、そのような場合の電子部品構造体を示している。

基板には、種々の絶縁性材料、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネイト、ポリイミド、エポキシ樹脂、アラミド不織布、ガラス織布またはガラス不織布から選ばれるいずれかのものを用いることができる。配線パターンおよびランド電極には、種々の導電性材料、例えば銅、金または導電性ペーストの硬化物等から選ばれるいずれかのものを用いることができる。凹部は、基板表面において、基板を貫通しないような穴もしくは窪みとして形成することができる。凹部の形状は、図１に示すような楕円の下向きに凸な部分の一部であってもよいし、図３Ａに示すようなすり鉢状（断面においてＶ字状）であってもよいし、図３Ａに示すような平面方向について細かい凹凸を繰り返すラック（直線歯形の歯車）状であってもよい。別法として、基板の電極部以外の基板面上にレジストが施されている場合は、電極どうしの間のレジストを所定の範囲で除去することによって、レジストを除去した部分を凹部とすることができる。

図２は、本発明の導電性ペーストを用いて電子部品を基板に実装する方法の一連の工程を示す模式的断面図である。図２Ａでは、基板１１０上において、２つのランド電極１１１、１１１’の表面にそれぞれ導電性ペースト１２０、１２０’が盛り上がるような形態で所定量で塗布されている。この状態では凹部１１２には導電性ペーストは塗布されていない。２つのランド電極１１１、１１１’に対応するように電子部品１０１を位置合わせさせて、矢印で示すように電子部品１０１を装着すると、図２Ｂの状態となる。この装着の操作は、電子部品の種類によって異なり得るが、一般的には、後続の加熱処理工程にて導電性ペーストの粘度が低下して電子部品の接合部を十分に覆うことができるので、導電性ペーストの上に位置合わせして電子部品を単に配置するだけでよい。当然のことながら、電子部品と導電性ペーストとを相対的に押し付けて、互いに十分に密着させてもよい。

図２Ｂの状態では、導電性ペーストに相の分離は生じていない。尚、導電性ペーストを塗布するには、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサーによる押出供給、含浸、スピンコートなどの種々の方法を用いることができる。スクリーン印刷法を採用する場合には、所定のパターンで設けられた開口部を有するマスクを基板の上に配置し、マスクに対してスキージを押し付けながら移動させて、導電性ペーストを塗布する。導電性ペーストの厚さが均一になるように印刷するためには、マスクはメタルマスク（または金属製）であること、スキージはフッ素樹脂で出来ていることが好ましい。印刷後、マスクは配線基板から除去する。

図２Ｂの基板を熱処理に付すると、導電性ペーストの温度が上昇して、チクソ性付与添加剤が樹脂成分に溶解し、樹脂成分の粘度が低下し、その樹脂成分の中に分散されている導電性フィラーの凝集が促進される。更に温度が上昇するので、凝集している導電性フィラーは溶融しおよび合一化する。樹脂成分はより高い流動性を有するため、ランド電極付近から周囲へ流れて、基板の凹部へも流入し、毛細管現象によって凹部と部品本体部との間を充填する。更に加熱が続くと、硬化剤の作用によって樹脂成分が硬化する。

図２Ｃは、樹脂の硬化が完了して、得られた電子部品構造体の断面を模式的に示している。この電子部品構造体は、図１Ａに示すものと同一の構成を有している。

（実施例１）
導電性ペーストの基本成分には、熱硬化性樹脂成分としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（商品名「エピコート828」、ジャパンエポキシレジン製）、硬化剤成分としてイミダゾール系硬化剤（商品名「キュアゾール２P４MHZ」、四国化成製）、導電性フィラーには球形状で平均粒径３２μｍのＳｎ−Ｂｉ合金（融点１３８℃）を用いた。チクソ性付与添加剤として固形エポキシ樹脂（商品名「ＹＸ４０００Ｈ」、ジャパンエポキシレジン製を粒子径が１０〜４０μｍになるまで粉砕したもの）を配合した。尚、フラックス成分として、アジピン酸を熱硬化性樹脂成分に対して１〜１０重量％の割合で導電性ペーストに配合した。配合比は、熱硬化性樹脂成分１００重量部を基準として、導電性フィラー成分５００重量部、硬化剤成分１５重量部、チクソ性付与添加剤１０重量部であった。尚、チクソ性付与添加剤が熱可塑性樹脂成分に溶解する温度は、１００〜１１０℃であった。

基板には厚さ１ｍｍのガラスエポキシ基板を使用した。基板の表面に、縦１．８ｍｍ、横０．６ｍｍの２つの電極を２．２ｍｍの間隔をあけて設けた。電極は、Ｃｕの下地にＮｉメッキとＡｕのフラッシュメッキをしたものを使用した。電子部品としては、３２１６サイズ（縦１．６ｍｍ×横３．２ｍｍ）の角形チップ固定抵抗器を使用した。凹部は、基板の２つの電極の間にΦ１．５ｍｍの窪みを設けて形成した。

チップシェア強度は、電子部品構造体について、電気的導通を確保した上で、プッシュプルゲージを用いて電子部品が固定されている強度を測定した。測定したチップシェア強度を表１に示す。

（実施例２〜４）
実施例２〜４として、表１に示す組成を有する導電性ペーストを調製して、実施例１と同様にしてチップシェア強度を測定した。
（比較例１）
比較例１として、上述した実施例１の組成から、チクソ性付与添加剤を除いた組成を有する導電性ペーストを調製して、実施例１と同様にしてチップシェア強度を測定した。また、比較例の基板としては、電極どうしの間に凹部を特に設けていないものを用いた。

表１に示すように、本発明の電子部品構造体は、チクソ性付与添加剤を含まない導電性ペーストを用いた例、および凹部を有さない基板を用いた例と比べて、より高いチップシェア強度を達成することができた。

本発明の導電性ペースト、実装方法、基板、および構造体は、電気／電子回路形成技術の分野において、広範な用途に使用できる。例えば、ＣＣＤ素子、フォログラム素子、チップ部品等の電子部品の接続用およびそれらを接合する基板の配線形成に用いることができる。その結果、これらの素子、部品および／または基板を内蔵する製品、例えば、ＤＶＤ、携帯電話、ポータブルＡＶ機器、ノートＰＣ、デジタルカメラ等に使用することができる。

Ａ図は、本発明の導電性ペーストを用いて電子部品を基板に実装した構造体の１つの態様例を模式的に示す断面図である。Ｂ図は、Ａ図に示す態様例を部分的に変更した態様例を示す模式的断面図である。 本発明の導電性ペーストを用いて電子部品を基板に実装する方法の一連の工程を示す模式的断面図である。Ａ図は、基板上に導電性ペーストを塗布した状態であって、電子部品を装着しようとしている状態を示している。Ｂ図は、基板上の導電性ペーストに対して電子部品を装着した状態を示している。Ｃ図は、Ｂ図の状態から、基板を加熱処理に付した後に得られる実装した構造体の状態を示している。 Ａ図およびＢ図共に、本発明の基板を用いた実装構造体の模式的断面図である。基板上の隣合うランド電極どうしの間に設けた凹部の形状が、Ａ図のものとＢ図のものとでは異なる。 実装構造体としての１つの従来例を示す模式的断面図である。

符号の説明

１０１：表面実装用電子部品、１０２：電子部品本体部、１０３、１０３’：電子部品電極部（平面電極）、１１０：基板、１１１、１１１’：ランド電極、１１２：凹部、１２０、１２０’：未硬化の状態の導電性ペースト、１２１、１２１’：硬化した状態の金属相、１２２、１２２’：硬化した状態の樹脂相、２０１：表面実装用電子部品、２０２：電子部品本体部、２０３、２０３’：電子部品電極部（平面電極）、２０５、２０５’：未硬化の状態および硬化した状態の導電性ペースト、２１０：基板、２１１、２１１’：ランド電極、２１４：貫通孔。

Claims (14)

1. Ｓｎと、Ｂｉ、Ｉｎ、ＡｇおよびＣｕの群から選ばれる１種またはそれ以上の元素との組合せから選ばれる導電性フィラー成分、熱硬化性樹脂成分およびこれに対応する硬化剤成分を基本成分とする導電性ペーストであって、上記の基本成分に添加することによって、装着温度範囲にて熱硬化性樹脂成分にチクソトロープ性を付与するチクソ性付与添加剤を含んでなることを特徴とする導電性ペースト。
2. 熱硬化性樹脂成分が、ビスフェノール型エポキシ樹脂、多官能エポキシ樹脂、可撓性エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、高分子型エポキシ樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂、メラミン系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、シリコーン系樹脂、およびポリイミド系樹脂の群から選ばれ、硬化剤成分は前記熱硬化性樹脂に混合されて所定の温度に付されると、熱硬化性樹脂成分を硬化させる物質から選ばれることを特徴とする請求項１記載の導電性ペースト。
3. 導電性フィラー成分が、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｉｎ系、およびＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ−Ｉｎ系からなる群から選ばれる合金組成を有することを特徴とする請求項１または２に記載の導電性ペースト。
4. チクソ性付与添加剤が、エポキシ樹脂固形物、低分子量アミド樹脂固形物、ポリエステル系樹脂固形物、およびヒマシ油有機誘導体の群から選ばれることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の導電性ペースト。
5. チクソ性付与添加剤は、装着温度範囲では熱硬化性樹脂成分の中に固体相の粒子としてで分散されており、硬化温度範囲では熱硬化性樹脂成分に溶解する性質を示す物質であることを特徴とする請求項４に記載の導電性ペースト。
6. 導電性フィラーの合金組成は、熱硬化性樹脂成分および硬化剤成分の系の硬化温度よりも低い融点を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の導電性ペースト。
7. ビスフェノールＡ型エポキシを熱硬化性樹脂成分とし、イミダゾール系硬化剤を硬化剤成分とし、Ｓｎ−Ｂｉ合金粒子を導電性フィラー成分とし、および固形エポキシ樹脂をチクソ性付与添加剤として配合してなることを特徴とする請求項１に記載の導電性ペースト。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の導電性ペーストを基板上の電極の表面に所定量で塗布する工程、該導電性ペースト上に部品電極を対応させて電子部品を装着する工程、電子部品を装着した基板を加熱処理する工程、および電子部品を装着した基板を冷却する工程を含んでなることを特徴とする基板上に電子部品を実装する方法。
9. 電子部品は、その胴体部が基板に面する型のものであることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 電子部品を実装するための所定の配線パターンを有する基板であって、該配線パターンは電子部品に対応する複数のランド電極を有しており、隣合うランド電極どうしの間に凹部を有することを特徴とする基板。
11. 請求項８または９に記載の方法に用いるための請求項１０に記載の基板。
12. 請求項１〜７のいずれかに記載の導電性ペーストをランド電極の表面に塗布した後、これに対応させて電子部品を装着し、加熱処理を経て電子部品が実装される基板であって、前記ランド基板どうしの間に凹部を有することを特徴とする基板。
13. 請求項１〜７のいずれかに記載の導電性ペーストを用いて基板に電子部品が実装されていることを特徴とする電子機器。
14. 請求項１０〜１３のいずれかに記載の基板を具備することを特徴とする電子機器。

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