JP2009111181A - 電子部品の表面実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極との接続界面での接合強度が高く、落下衝撃による断線や破壊が発生しにくいことから、接続信頼性の高い電子部品の実装を行うことが可能な電子部品の表面実装方法を提供する。
【解決手段】加熱により溶融する低融点金属が最表面に存在する導電性微粒子２を用いて、前記導電性微粒子２との接触面に金を含有する電極を備えた電子部品５を、基板に実装する電子部品５の表面実装方法であって、前記導電性微粒子２にニッケル超微粒子３を付着させる工程、ニッケル超微粒子３を付着させた導電性微粒子２を、電子部品５の電極に載置する工程、及び、リフローを行うことにより、低融点金属を融解させ、導電性微粒子２を電子部品５の電極に融着させる工程を有する電子部品の表面実装方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極との接続界面での接合強度が高く、落下衝撃による断線や破壊が発生しにくいことから、接続信頼性の高い電子部品の実装を行うことが可能な電子部品の表面実装方法に関する。

従来、電子回路基板において、ＩＣやＬＳＩの接続は、それぞれの電極をプリント基板上にハンダ付けすることによって行っていたが、生産効率が悪く、また、高密度化には適さなかった。

これを解決するためにハンダを球状にした、いわゆるハンダボールでＩＣやＬＳＩを基板に接続するＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）等の技術が開発された。ＢＧＡ等の技術により、チップ又は基板上に実装されたハンダボールを高温で溶融させ基板とチップとを接続することで、生産効率を向上させ、高密度にチップが実装された電子回路を製造することができる。

しかし、近年、基板の多層化が進み、多層基板は外部環境の変化に伴って歪みや伸縮が発生しやすいため、結果としてその応力が積層されたそれぞれの基板間の接続部に加わることにより断線が発生するという現象が問題となってきた。
この問題に対して、特許文献１には、樹脂微粒子の表面を低融点金属からなる金属層で被覆した導電性微粒子が開示されている。このような導電性微粒子では、樹脂微粒子が基板の歪みや伸縮に追随して伸縮することでクッションの役割を果たし、更に、最表面を低融点金属からなる金属層で被覆することで、外部環境の変化が起こったとしても断線することなく電極に導電接続することが可能となった。

ところが、近年はこのような導電性微粒子であっても、携帯電話等の携帯機器に用いた場合は、落下等の衝撃によって金属層に亀裂が発生したり、電極と導電性微粒子との接続界面が破壊されたりすることで、断線が発生するという現象が問題となってきた。
特に、落下衝撃による破壊は、ニッケル下地めっきを置換金めっきすることで得られる電極ランドを電極の表面構造として採用した場合に生じやすい。そのメカニズムは必ずしも明らかではないが、ニッケル下地めっきのニッケルが、置換金めっき層まで拡散し、更には導電性微粒子側の低融点金属層にまで至り、ニッケルと低融点金属との間にニッケル−錫合金などの脆い金属間化合物が形成されることがその一因であると推測される。

また、特許文献２には、銀（２．０〜３．０質量％）、銅（０．３〜１．５質量％）、及び錫（残部）を含有する無鉛ハンダ合金からなる電子部材用無鉛ハンダボールが開示されている。このようなハンダボールを用いてハンダバンプを形成した場合、品質の高い電極を形成し、電極の耐熱疲労特性が優れた導電接続をすることが可能とされている。
しかしながら、近年このようなハンダボールであっても、携帯電話等の携帯機器に用いられた場合は、落下等の衝撃によって、電極とハンダボールとの接続界面が破壊され、断線が発生するという現象が問題となっていた。
特開２００１−２２０６９１号公報 特開２００１−１３８０８８号公報

本発明は、電極との接続界面での接合強度が高く、落下衝撃による断線や破壊が発生しにくいことから、接続信頼性の高い電子部品の実装を行うことが可能な電子部品の表面実装方法を提供することを目的とする。

本発明は、加熱により溶融する低融点金属が最表面に存在する導電性微粒子を用いて、前記導電性微粒子との接触面に金を含有する電極を備えた電子部品を、基板に実装する電子部品の表面実装方法であって、前記導電性微粒子にニッケル超微粒子を付着させる工程１、ニッケル超微粒子を付着させた導電性微粒子を、電子部品の電極に載置する工程２、及び、リフローを行うことにより、低融点金属を融解させ、導電性微粒子を電子部品の電極に融着させる工程３を有する電子部品の表面実装方法である。
更に、電子部品の電極に融着させた導電性微粒子を基板の電極に接続する工程４を有する電子部品の表面実装方法である。
以下に本発明を詳述する。

本発明者らは鋭意検討した結果、加熱により溶融する低融点金属が最表面に存在する導電性微粒子を用いて、上記導電性微粒子との接触面に金を含有する電極を備えた電子部品を、基板の電極に実装する場合において、上記導電性微粒子にニッケル超微粒子を付着させることで、接続界面での接合強度が高く、落下衝撃による断線や破壊が発生しにくくなるため、接続信頼性の高い電子部品の実装を行うことが可能となることを見出し、本発明を完成させるに至った。

図１は、本発明の電子部品の表面実装方法の一例を示す模式図である。
図１に示すように、本発明では、（ａ）吸着孔を有するマウンタ１を用いて、樹脂微粒子２ａの表面に加熱により溶融する低融点金属からなる低融点金属層２ｂが形成された導電性微粒子２を吸着した後、（ｂ）ニッケル超微粒子を含有するニッケル超微粒子分散液に導電性微粒子を浸漬させ、溶媒を乾燥させることで、導電性微粒子２にニッケル超微粒子３を付着させる。（ｃ）次いで、ニッケル超微粒子３を付着させた導電性微粒子２を、電子部品５の電極４に載置する。（ｄ）その後、リフローを行うことにより、低融点金属を融解させ、導電性微粒子２を電子部品５の電極４に融着させる。
なお、図示していないが、本発明では、更に導電性微粒子を電極に融着させた電子部品を基板に接続することで電子部品を基板に実装する。

本発明の電子部品の表面実装方法は、加熱により溶融する低融点金属が最表面に存在する導電性微粒子を用いて、上記導電性微粒子との接触面に金を含有する電極を備えた電子部品を基板に実装する方法である。まず、導電性微粒子にニッケル超微粒子を付着させる工程１を行う。

上記導電性微粒子は、加熱により溶融する低融点金属が最表面に存在する導電性微粒子であれば特に限定されず、低融点金属を含有する導電層を最表面に有する導電性微粒子や、低融点金属からなる導電性微粒子を用いることができる。具体的には例えば、樹脂微粒子や金属粒子等のコア部分の表面に低融点金属層が形成された導電性微粒子や、実質的に低融点金属のみからなる導電性微粒子等が挙げられる。

上記低融点金属としては特に限定されず、錫、錫−銀−銅合金、錫−銅合金、錫−銀合金、錫−ビスマス合金、錫−亜鉛合金等の従来公知の錫等の金属を用いることができる。なかでも、上記低融点金属の融点を低下させることができることから、錫−銀合金が好適である。
更に、上記低融点金属に、ニッケル、アンチモン、アルミニウム、鉄、金、チタン、リン、ゲルマニウム、テルル、ガリウム、コバルト、ビスマス、マンガン、クロム、モリブデン、パラジウム、インジウム等の金属を含有させることもできる。

上記樹脂微粒子としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン等のポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート等のアクリル樹脂、ポリアルキレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリアミド、フェノールホルムアルデヒド樹脂等のフェノール樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂等のメラミン樹脂、ベンゾグアナミンホルムアルデヒド樹脂等のベンゾグアナミン樹脂、尿素ホルムアルデヒド樹脂、エポキシ樹脂、（不）飽和ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリアセタール、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン等の樹脂で構成される樹脂微粒子が挙げられる。また、アクリロイル基等の有機骨格を有するオルガノシロキサンを重合したアクリル−ポリオルガノシロキサンハイブリッド樹脂等の有機無機ハイブリッド樹脂で構成されるものであってもよい。

上記金属粒子としては、例えば、金、銀、銅、白金、亜鉛、鉄、鉛、錫、アルミニウム、ニッケル、ビスマス、コバルト、インジウム、クロム、チタン、アンチモン等の金属粒子が挙げられる。

上記樹脂微粒子や上記金属粒子等のコア部分の表面に低融点金属層を形成する方法としては特に限定されず、無電解めっき法、電気めっき法、スパッタリング法等の従来公知の方法が挙げられる。

上記低融点金属からなる導電性微粒子とは、上記樹脂微粒子や上記金属粒子等のコア部分を有さず、上記低融点金属が球状に加工された導電性微粒子を意味する。

本発明において基板に実装する電子部品としては、上記導電性微粒子との接触面に金を含有する電極を備えた電子部品であれば特に限定されず、半導体チップ、キャパシタ等が挙げられる。なかでも、本発明において基板に実装する電子部品は、ニッケル下地めっきを置換金めっきすることで得られる金めっき層（以下、金／ニッケルめっき層とする）を有する電極を備えた電子部品であることが好ましい。本発明の電子部品の表面実装方法を用いれば、金／ニッケルめっき層を有する電極と導電性微粒子との接合強度を著しく向上させることができる。

本発明において用いられる基板としては特に限定されず、フレキシブルプリント基板、リジット基板等が挙げられる。

上記工程１では、上記導電性微粒子にニッケル超微粒子を付着させる。上記導電性微粒子にニッケル超微粒子を付着させる方法として、ニッケル超微粒子、分散剤、酸化防止剤及び溶媒を含有するニッケル超微粒子分散液を調製した後、上記導電性微粒子をニッケル超微粒子分散液に浸漬したり、上記導電性微粒子にニッケル超微粒子分散液を塗工したりした後、溶媒を乾燥させ、ニッケル超微粒子を導電性微粒子に付着させる方法等を用いることができる。具体的には、マウンタ等の吸着手段を有する装置で吸着された導電性微粒子をニッケル超微粒子分散液に浸漬等することで、少なくとも上記電子部品の電極と導電性微粒子との接触面にニッケル超微粒子が付着するようにすればよい。

上記工程１において、導電性微粒子にニッケル超微粒子を付着させる場合、ニッケル超微粒子の付着量は特に限定されないが、低融点金属１００重量部に対してニッケル換算で０．００１〜５重量部の割合でニッケル超微粒子を付着させることが好ましい。上記付着量が０．００１重量部未満であると、電極と導電性微粒子との接合強度が改善されないことがあり、５重量部を超えると、低融点金属の融点が上昇してしまったり、リフロー工程で電極に導電性微粒子を実装することができなかったりすることがある。
上記ニッケル換算とは、導電性微粒子に付着させるニッケル超微粒子に含まれるニッケルの量に換算することを意味する。
なお、上記工程１において、ニッケル超微粒子分散液に浸漬等することで、導電性微粒子にニッケル超微粒子を付着させる場合、導電性微粒子の浸漬等の程度や、ニッケル超微粒子分散液におけるニッケル超微粒子の濃度によって、上記付着量を適宜調整することができる。

上記ニッケル超微粒子分散液を調製する場合、上記ニッケル超微粒子の含有量は特に限定されないが、上記ニッケル超微粒子分散液における上記ニッケル超微粒子の含有量の好ましい下限は０．０１重量％、好ましい上限は５０重量％である。上記ニッケル超微粒子の含有量が０．０１重量％未満であると、電極と導電性微粒子との接合強度が改善されないことがあり、５０重量％を超えると、上記ニッケル超微粒子分散液中で、上記ニッケル超微粒子が凝集してしまったり、ニッケル超微粒子の付着量を所定の範囲に制御することが困難になったりすることがある。

上記ニッケル超微粒子としては特に限定されず、熱プラズマ法や有機金属化合物の熱分解法、湿式還元法等により得られる。また、市販のニッケル超微粒子を用いてもよい。
上記ニッケル超微粒子の体積平均粒子径の好ましい上限は１０００ｎｍ、より好ましい上限は５００ｎｍ、更に好ましい上限は１００ｎｍである。上記ニッケル超微粒子の体積平均粒子径が１０００ｎｍを超えると、ニッケル超微粒子が大きくなりすぎ、接合強度が改善されないことがある。

上記分散剤は、ニッケル超微粒子の凝集を防止する役割を有する。
上記分散剤としては、高分子分散剤及び低分子分散剤を用いることができる。
上記高分子分散剤としては、例えば、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルセルロース等が挙げられる。
上記低分子分散剤としては、アミン化合物、窒素を含有する環式化合物等が挙げられる。
上記アミン化合物としては、例えば、エタノールアミン、エチレンアミン、トリメチルアミン、ブチルアミン、オクチルアミン、ノニルアミン、デシルアミン、イソブチルアミン等が挙げられる。
上記窒素を含有する環式化合物としては、例えば、トリアゾール、ベンゾトリアゾール、イミダゾール、ベンズイミダゾール、チアゾール、ベンゾチアゾール、ピリジン、ビピリジル、ピリダジン、ピラジン、キノリン等が挙げられる。
上記分散剤は単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

上記ニッケル超微粒子分散液における上記分散剤の含有量としては特に限定されないが、上記ニッケル超微粒子と上記分散剤との合計に占める、上記分散剤の含有量の好ましい下限は３０重量％、好ましい上限は９７重量％である。上記分散剤の含有量が３０重量％未満であると、上記ニッケル超微粒子が凝集してしまうことがある。上記分散剤の含有量が９７重量％を超えると、接続信頼性が低下してしまうことがある。

上記分散剤は、ニッケル超微粒子の表面に配位または吸着することによって表面の酸化を防止する役割も有するが、上記分散剤だけではニッケル超微粒子の酸化を完全に抑えることができないことがある。従って、本発明では、ニッケル超微粒子分散液に酸化防止剤として、実装温度の範囲で還元性を有するポリオール化合物を含有させることが好ましい。これにより、ニッケル超微粒子分散液の保管時等において、ニッケル超微粒子表面の一部が酸化された場合でも、リフローの際にポリオール化合物の還元力によって再び金属ニッケルとすることができる。

上記ポリオール化合物としては、例えば、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、へキシレングリコール等が挙げられる。
上記ポリオール化合物は、殆どが沸点２５０℃以下であり、リフロー過程では還元剤として働き、リフロー後にはポリオール化合物は揮発してしまう。そのため、実装後は殆ど残留しないため、実装後に接続信頼性等に悪影響を及ぼすことはない。

上記ニッケル超微粒子分散液における上記ポリオール化合物の含有量としては特に限定されないが、上記ニッケル超微粒子と上記ポリオール化合物との合計に占める、上記ポリオール化合物の含有量の好ましい下限は２０重量％、好ましい上限は９９重量％である。上記ポリオール化合物の含有量が２０重量％未満であると、酸化されたニッケル超微粒子を還元することができないことがある。上記ポリオール化合物の含有量が９９重量％を超えると、上記ポリオール化合物をリフロー過程で完全に揮発させることができずに、実装後も残留してしまうことがある。

上記ニッケル超微粒子分散液の溶媒としては特に限定されず、例えば、上記ポリオール化合物より沸点が低い有機溶媒を用いることが好ましく、具体的には、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ヘキサン、オクタン、酢酸エチル等が挙げられる。上記ポリオール化合物より沸点が低い有機溶媒を用いることで、上記工程１において、上記ポリオール化合物を揮発させずに、上記溶媒を揮発させることが可能となる。上記ニッケル超微粒子分散液における上記溶媒の含有量は特に限定されず、適宜調整することができる。
なお、上記ニッケル超微粒子分散液には、粘度調整剤を添加してもよい。上記粘度調製剤としては、例えば、α−テルピネオール、ジヒドロキシテルピネオール、グリセリン等が挙げられる。

次いで、本発明では、上記ニッケル超微粒子を付着させた導電性微粒子を、電子部品の電極に載置する工程２を行う。具体的には、マウンタ等の減圧吸引ノズルで保持された、上記ニッケル超微粒子を付着させた導電性微粒子を、吸引を停止することによって電子部品の電極に載置する方法等が挙げられる。

本発明では、次に、リフローを行うことにより、低融点金属を融解させ、導電性微粒子を電子部品の電極に融着させる工程３を行う。
上記リフローを行う際の加熱温度は、特に限定されないが、短時間で融着させるためには上記低融点金属の融点より２０〜４０℃高い温度まで加熱することが好ましい。

本発明では、最後に、上記導電性微粒子を電極に融着させた電子部品を基板の電極に接続する工程４を行うことで電子部品を基板に実装することができる。電子部品を基板に実装する方法としては、リフローを行うことにより、上記導電性微粒子を介して電子部品と基板との電極を接続する方法が挙げられる。

本発明の電子部品の表面実装方法を用いて電子部品の基板への実装を行った場合、電極と導電性微粒子との接続界面での接合強度が高く、落下衝撃による断線や破壊が発生しにくい電子部品実装基板が得られることから、接続信頼性の高い電子部品の実装を行うことが可能となる。

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。

（実施例１）
平均粒子径２４０μｍの樹脂微粒子の表面にＣｕ層及びＳｎ−Ａｇ合金からなる低融点金属層が最表面に向かって順次形成された導電性微粒子（Ｃｕ層の厚み／Ｓｎ−Ａｇ合金からなる低融点金属層の厚み＝１０μｍ／２５μｍ）をマウンタのノズルで吸引し、下記組成のニッケル超微粒子分散液に浸漬させた。次いで、図１に示すように、ニッケル超微粒子分散液を導電性微粒子の表面に付着させ、溶媒であるトルエンのみを揮発させた。ニッケル超微粒子が付着している導電性微粒子を、チップサイズ６ｍｍ角のシリコンチップ上に備えられた１１２個の電極ランド（０．５ｍｍピッチ）にマウンタを用いて載置した。次いで、リフローを行ってエチレングリコールを揮発させ、導電性微粒子をシリコンチップの電極上に融着させた。なお、電極ランドは、ニッケル下地めっきされた電極基部の表面を置換金めっきして形成されている（以下、Ａｕ／Ｎｉ電極ランドとする）。

ニッケル超微粒子分散液の組成
ニッケル超微粒子（体積平均粒子径：１２ｎｍ）：２重量％
ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）：１重量％
ベンゾトリアゾール：２重量％
エチレングリコール：１０重量％
トルエン：８５重量％

（実施例２）
体積平均粒子径１００ｎｍのニッケル超微粒子を用いたこと以外は実施例１と同じ方法でシリコンチップの電極上に導電性微粒子を融着させた。

（実施例３）
体積平均粒子径５００ｎｍのニッケル超微粒子を用いたこと以外は実施例１と同じ方法でシリコンチップの電極上に導電性微粒子を融着させた。

（実施例４）
体積平均粒子径９８０ｎｍのニッケル超微粒子を用いたこと以外は実施例１と同じ方法でシリコンチップの電極上に導電性微粒子を融着させた。

（実施例５）
実施例１の導電性微粒子の代わりに、低融点金属からなる導電性微粒子（平均粒子径３００μｍ、組成：Ｓｎ／Ａｇ／Ｃｕ＝９６．５重量％：３重量％：０．５重量％）を用いたこと以外は実施例１と同じ方法でシリコンチップの電極上に導電性微粒子を融着させた。

（実施例６）
体積平均粒子径１００ｎｍのニッケル超微粒子を用いたこと以外は実施例５と同じ方法でシリコンチップの電極上に導電性微粒子を融着させた。

（実施例７）
体積平均粒子径５００ｎｍのニッケル超微粒子を用いたこと以外は実施例５と同じ方法でシリコンチップの電極上に導電性微粒子を融着させた。

（実施例８）
体積平均粒子径９８０ｎｍのニッケル超微粒子を用いたこと以外は実施例５と同じ方法でシリコンチップの電極上に導電性微粒子を融着させた。

（比較例１）
導電性微粒子をニッケル超微粒子分散液に浸漬しなかったこと以外は実施例１と同じ方法でシリコンチップの電極上に導電性微粒子を融着させた。

（比較例２）
導電性微粒子をニッケル超微粒子分散液に浸漬しなかったこと以外は実施例５と同じ方法でシリコンチップの電極上に導電性微粒子を融着させた。

（落下衝撃試験）
導電性微粒子を電極上に融着させたシリコンチップ１５個を基板に実装し、ＪＥＤＥＣ規格のＪＥＳＤ２２−Ｂ１１１に準拠した方法で、落下衝撃試験を行った。断線が確認されるまで落下を行い、実装した１５個のシリコンチップの断線が起こるまでの落下回数を測定し、平均落下回数を求めた。

本発明によれば、電極との接続界面での接合強度が高く、落下衝撃による断線や破壊が発生しにくいことから、接続信頼性の高い電子部品の実装を行うことが可能な電子部品の表面実装方法を提供できる。

本発明の電子部品の表面実装方法の一例を示す模式図である。

符号の説明

１ マウンタ
２ 導電性微粒子
２ａ 樹脂微粒子
２ｂ 低融点金属層
３ ニッケル超微粒子
４ 電極
５ 電子部品

Claims (5)

1. 加熱により溶融する低融点金属が最表面に存在する導電性微粒子を用いて、前記導電性微粒子との接触面に金を含有する電極を備えた電子部品を、基板に実装する電子部品の表面実装方法であって、
   前記導電性微粒子にニッケル超微粒子を付着させる工程１、
   ニッケル超微粒子を付着させた導電性微粒子を、電子部品の電極に載置する工程２、
   及び、リフローを行うことにより、低融点金属を融解させ、導電性微粒子を電子部品の電極に融着させる工程３を有する
   ことを特徴とする電子部品の表面実装方法。
2. 更に、電子部品の電極に融着させた導電性微粒子を基板の電極に接続する工程４を有することを特徴とする請求項１記載の電子部品の表面実装方法。
3. ニッケル超微粒子は、体積平均粒子径が１０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の電子部品の表面実装方法。
4. 工程１において、低融点金属１００重量部に対してニッケル換算で０．００１〜５重量部の割合でニッケル超微粒子を付着させることを特徴とする請求項１、２又は３記載の電子部品の表面実装方法。
5. 工程１において、ニッケル超微粒子、分散剤、酸化防止剤及び溶媒を含有するニッケル超微粒子分散液を調製した後、導電性微粒子を前記ニッケル超微粒子分散液に浸漬することにより、前記ニッケル超微粒子を前記導電性微粒子に付着させることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の電子部品の表面実装方法。

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