JP2011129694A - はんだ接合補強剤組成物、及びこれを用いた実装基板の製造方法 - Google Patents

はんだ接合補強剤組成物、及びこれを用いた実装基板の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電子部品搭載後の工程数を増やすことなく、高い接合強度が得られる上、はんだ付け性の低下を防止できるはんだ接合補強剤組成物、及びこれを用いた実装基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のはんだ接合補強剤組成物(5)は、その雰囲気温度を昇温開始温度である40℃から鉛フリーはんだ粉末のはんだ融点まで0.1〜0.2℃/秒の昇温速度で昇温し、続けて前記はんだ融点で10分間保持した際に、昇温開始直後から5〜7秒毎に粘弾性測定装置によりはんだ接合補強剤組成物(5)の粘度を測定した結果、昇温開始直後における粘度V(Pa・s)と、昇温開始直後からはんだ融点までの昇温時における最低粘度V(Pa・s)と、昇温後に前記はんだ融点で10分間保持した直後の粘度V(Pa・s)とが、V<V/10かつV>10Vの関係を満足することを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、基板上に電子部品を固着するための材料、及びこれを用いた実装基板の製造方法に関する。
最近の電子部品の小型化の進展につれて、電子部品のはんだ付け部位である電極も小さくなってきている。そのため、十分な量のはんだを使用できず、はんだ付けだけの接合強度では電子部品を固着するのに不十分となってきている。つまり、小型化された電子部品では、はんだ付け面積および体積が小さいため、はんだ付けによる接合だけでは電子部品を充分に接合・保持することができず、他の何らかの部品固着手段が必要になってきている。
はんだ付けによる接合を強化するための部品固着手段として、アンダーフィルや樹脂モールドによって、はんだ付け部の周囲を樹脂で覆うことにより、電子部品を固着することが行われているが、そのためには、電子部品を搭載した後、基板の洗浄を行って、フラックス残さを除去する必要がある。しかし、最近の高密度実装基板では、電子部品と基板の隙間が100μm以下と小さく、うまく洗浄することができない上、フラックス残さの除去工程等の電子部品搭載後の工程が増えるため、このような固着手段は採用しにくい。
その他の部品固着手段として、下記特許文献1には、基板に電子部品を実装する際の仮止め用ボンドが記載されている。この電子部品の仮止め用ボンドは、基板の回路パターンにロジン系のクリームはんだを塗布した後、基板に塗られ、次に搭載される電子部品の下面と基板との間に介在して、クリームはんだの溶融固化が完了するまで、電子部品を仮接着するために使用される。しかし、このような仮止め用ボンドは、はんだ付けを補強できるものではないため、電子部品を固着するのに十分な接合強度は得られにくい。
一方、下記特許文献2及び特許文献3では、熱硬化性樹脂含有フラックスと、はんだ粉末とを含有するはんだ接合剤組成物を用いて、電子部品のはんだ付け時に、端子上でのはんだの溶融によるはんだ付けに加えて、その周囲でフラックス中の熱硬化性樹脂の熱硬化による固着作用も同時に発揮させることで、電子部品の接合強度を向上させる技術が提案されている。
特開平8−130363号公報 特開2001−219294号公報 特開2006−61928号公報
しかし、特許文献2及び特許文献3に記載されたはんだ接合剤組成物でも、最近の高密度実装基板に適用するには、未だ接合強度が不充分である。また、はんだ接合剤組成物に配合される成分によっては、はんだが溶融しない、すなわち、リフロー後に大量のはんだボールを発生させ、フィレット形成が不能となり、その結果としてはんだ付け性が低下する問題があった。
本発明は、電子部品搭載後の工程数を増やすことなく、高い接合強度が得られる上、はんだ付け性の低下を防止できるはんだ接合補強剤組成物、及びこれを用いた実装基板の製造方法を提供する。
本発明者らは、特定の樹脂組成物をはんだ接合剤組成物と共に用いることによって、電子部品搭載後の工程数を増やすことなく、高い接合強度が得られる上、はんだ付け性の低下を防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明のはんだ接合補強剤組成物は、鉛フリーはんだ粉末及び熱硬化性樹脂含有フラックスを含有するはんだ接合剤組成物と共に用いられ、基板上の端子の近傍に塗布されるはんだ接合補強剤組成物であって、前記はんだ接合補強剤組成物は、前記熱硬化性樹脂含有フラックスに含有される熱硬化性樹脂と同一の熱硬化性樹脂と、硬化剤とを含有し、前記はんだ接合補強剤組成物の雰囲気温度を昇温開始温度である40℃から前記鉛フリーはんだ粉末のはんだ融点まで0.1〜0.2℃/秒の昇温速度で昇温し、続けて前記はんだ融点で10分間保持した際に、昇温開始直後から5〜7秒毎に粘弾性測定装置により前記はんだ接合補強剤組成物の粘度を測定した結果、昇温開始直後における粘度V(Pa・s)と、昇温開始直後からはんだ融点までの昇温時における最低粘度V(Pa・s)と、昇温後に前記はんだ融点で10分間保持した直後の粘度V(Pa・s)とが、V<V/10かつV>10Vの関係を満足することを特徴とする。
また、本発明の実装基板の製造方法は、基板上の端子と電子部品とを接合する実装基板の製造方法であって、a)前記端子上にはんだ接合剤組成物を塗布する工程と、b)前記端子の近傍に上述した本発明のはんだ接合補強剤組成物を塗布する工程と、c)前記はんだ接合補強剤組成物及び前記はんだ接合剤組成物の少なくとも一方の上に前記電子部品を載置する工程と、d)前記はんだ接合剤組成物及び前記はんだ接合補強剤組成物をはんだ付け温度に加熱して、前記電子部品のはんだ付けと、前記はんだ接合剤組成物及び前記はんだ接合補強剤組成物中の熱硬化性樹脂による前記電子部品の固着とを同時に行う工程を有することを特徴とする。
本発明のはんだ接合補強剤組成物によれば、電子部品搭載後の工程数を増やすことなく、高い接合強度が得られる上、はんだ付け性の低下を防止できる。また、本発明の実装基板の製造方法によれば、電子部品搭載後の工程数を増やすことなく、高い接合強度が得られる上、はんだ付け性の低下を防止できるため、接合信頼性が高い実装基板を低コストで製造することができる。
(a1)〜(e1)は、本発明の実装基板の製造方法の一実施形態を示す工程別上面図であり、(a2)〜(e2)は、それぞれ(a1)〜(e1)のI-I線断面図である。 (a1)〜(e1)は、本発明の実装基板の製造方法の他の実施形態を示す工程別上面図であり、(a2)〜(e2)は、それぞれ(a1)〜(e1)のII-II線断面図である。 実施例1,実施例2,実施例4,比較例1,比較例4,比較例5及び比較例6のリフロー条件を示すグラフである。 実施例3のリフロー条件を示すグラフである。 比較例2及び比較例3のリフロー条件を示すグラフである。 (a),(b)は、実施例及び比較例において、はんだフィレットの状態の評価方法を説明するための断面図である。 実施例及び比較例において、ピール強度の測定方法を説明するための断面図である。
本発明のはんだ接合補強剤組成物(以下、単に「補強剤」ともいう)は、鉛フリーはんだ粉末及び熱硬化性樹脂含有フラックスを含有するはんだ接合剤組成物(以下、単に「接合剤」ともいう)と共に用いられ、基板上の端子の近傍に塗布されるものである。そして、本発明の補強剤は、共に用いられる接合剤中の熱硬化性樹脂含有フラックス(以下、単に「フラックス」ともいう)に含有される熱硬化性樹脂と同一の熱硬化性樹脂と、硬化剤とを含有し、かつ後述する特有の粘性を有する。以下、本発明の補強剤に含有される(又は含有され得る)成分について説明する。
(熱硬化性樹脂)
本発明の補強剤に含有される熱硬化性樹脂は、共に用いられる接合剤中のフラックスに含有される熱硬化性樹脂と同一のものが使用される。これにより、後述するリフロー工程において、上記フラックスと補強剤とが一体化し、基板と電子部品とを確実に固着することができる。また、上記フラックスと補強剤とが一体化されるため、フィレット形成を阻害することがない。よって、はんだ付け性の低下を防止できる。上記熱硬化性樹脂としては、上記フラックス中の熱硬化性樹脂と同一である限り特に限定されず、従来の接合剤で使用されているものを使用できる。例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキド樹脂等を例示でき、硬化速度、高ガラス転移温度の確保及びせん断強度の観点からエポキシ樹脂が好ましい。なお、熱硬化性樹脂とは、加熱することによって硬化する樹脂であり、例えば、比較的低分子の物質が加熱により高分子の3次元架橋構造(網状構造)となる樹脂である。よって、ロジン系樹脂のように空気中に放置するだけで硬化する樹脂とは明確に異なる。
エポキシ樹脂としては、主に非揮発性のエポキシ系化合物であるビスフェノールA型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂(フェノールノボラック型エポキシ樹脂、o−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、p−tert−ブチルフェノールノボラック型エポキシ樹脂など)、ビスフェノールFやビスフェノールSにエピクロルヒドリンを反応させて得られたビスフェノールF型エポキシ樹脂やビスフェノールS型エポキシ樹脂、さらにシクロヘキセンオキシド基、トリシクロデカンオキシド基、シクロペンテンオキシド基などを有する脂環式エポキシ樹脂、フタル酸ジグリシジルエステル、テトラヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル、ジグリシジル−p−ヒドロキシ安息香酸、ダイマー酸グリシジルエステルなどのグリシジルエステル樹脂、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジル−p−アミノフェノールなどのグリシジルアミン系樹脂、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、レゾルシンジグリシジルエーテル、1,6ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ソルビタンポリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテルなどのグリシジルエーテル樹脂、トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレート、トリグリシジルトリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレート等のトリアジン環を有するトリグリシジルイソシアヌレート、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、アダマンタン型エポキシ樹脂などが挙げられる。なかでも、後述する特有の粘性を容易に実現するには、ビスフェノールA型エポキシ樹脂やビスフェノールF型エポキシ樹脂を使用するのが好ましい。
補強剤全体を100質量%としたときの熱硬化性樹脂の含有量は、40〜95質量%であることが好ましく、60〜90質量%であることがより好ましい。
(硬化剤)
本発明の補強剤に含有される硬化剤は、上述した熱硬化性樹脂の硬化剤(硬化促進剤)として用いられる成分であり、従来の接合剤で使用されているものを使用できる。例えば潜在性硬化剤としては、ノバキュアHX-3722、HX-3721、HX-3748、HX-3088、HX-3613、HX-3921HP、HX-3941HP(旭化成エポキシ社製、商品名)、脂肪族ポリアミン系としては、フジキュアFXR-1020、FXR-1030、FXR-1050、FXR-1080(富士化成工業社製、商品名)、エポキシ樹脂アミンアダクト系としては、アミキュアPN-23、MY-24、VDH、UDH、PN-31、PN-40(味の素ファインテクノ社製、商品名)、EH-3615S、EH-3293S、EH-3366S、EH-3842、EH-3670S、EH-3636AS(旭電化工業社製、商品名)等が挙げられる。また、イミダゾール系硬化剤(イミダゾール化合物)としては、2MZA、2PHZ、2PZ、2MHZ、C11Z、C17Z、2E4MZ、2P4MZ、2P4MHZ、C11Z-CNS、2PZ-CNZ(四国化成工業社製、商品名)等が挙げられる。なかでも、イミダゾール化合物(特に水酸基含有イミダゾール化合物)を用いると、熱硬化性樹脂の硬化反応が急激に進むことが無く、応力の発生を防止できるため、好ましい。
硬化剤の成分として水酸基含有イミダゾール化合物を使用する場合、後述する特有の粘性を容易に実現するためには、硬化剤中の水酸基含有イミダゾール化合物の含有量が、50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上であることがより好ましく、更に好ましくは、80〜100質量%である。水酸基含有イミダゾール化合物の具体例としては、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(例:四国化成工業社製 2PHZ)、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(例:四国化成工業社製 2P4MHZ)、2−メチル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(例:四国化成工業社製 2MHZ)等が挙げられる。
本発明の補強剤と共に用いられる接合剤中のフラックスに硬化剤が含有されている場合は、本発明の補強剤に用いられる硬化剤と、上記フラックスに含有される硬化剤とが同一のものであることが好ましい。後述するリフロー工程において、上記フラックスと本発明の補強剤との一体化が速やかに行われるため、基板と電子部品とを確実に固着することができるからである。
補強剤全体を100質量%としたときの硬化剤の含有量は、熱硬化性樹脂(特にエポキシ樹脂)との硬化反応性の観点、及び後述する特有の粘性を容易に実現させる観点から、0.1〜10質量%であることが好ましく、0.5〜7質量%であることがより好ましく、1〜7質量%であることが更に好ましく、1〜5質量%であることが更により好ましい。
(活性剤)
本発明の補強剤には、活性剤が含有されていてもよい。活性剤は、金属表面に存在する酸化物、硫化物、水酸化物、塩化物、硫酸塩、炭酸塩等を還元して金属を清浄化する成分であり、本発明の補強剤と共に用いられる接合剤中のフラックスに、通常、含有される成分である。
活性剤は、従来の接合剤で使用されているものを使用できるが、環境負荷の低減の観点から、非ハロゲン化合物が好ましく、アミン類、アミン塩類(エチレンジアミン等のポリアミン、シクロヘキシルアミン、ジエチルアミン等のアミンの有機酸塩等)、有機酸類、アミノ酸類、アミド系化合物等が好ましい。具体的には、アジピン酸、セバシン酸、トリエタノールアミン、モノエタノールアミン等が好ましく、本発明の補強剤と共に用いられる接合剤のフラックス作用(金属の清浄化等)を効果的に発揮させるには、アジピン酸が特に好ましい。
本発明の補強剤と共に用いられる接合剤中のフラックスに活性剤が含有されている場合は、本発明の補強剤に用いられる活性剤と、上記フラックスに含有される活性剤とが同一のものであることが好ましい。後述するリフロー工程において、上記フラックスと本発明の補強剤との一体化が速やかに行われるため、基板と電子部品とを確実に固着することができるからである。
補強剤全体を100質量%としたときの活性剤の含有量は、0.5〜15質量%であることが好ましく、2〜10質量%であることがより好ましい。
(チクソ剤)
本発明の補強剤には、チクソトロピー性を付与して塗工性を向上させるために、チクソ剤が含有されてもよい。チクソ剤としては、従来の接合剤で使用されているものを使用でき、例えば、シリカ、水添ヒマシ油、脂肪酸アマイド類などが使用できる。
本発明の補強剤と共に用いられる接合剤中のフラックスにチクソ剤が含有されている場合は、本発明の補強剤に用いられるチクソ剤と、上記フラックスに含有されるチクソ剤とが同一のものであることが好ましい。後述するリフロー工程において、上記フラックスと本発明の補強剤との一体化が速やかに行われるため、基板と電子部品とを確実に固着することができるからである。
補強剤全体を100質量%としたときのチクソ剤の含有量は、0.5〜15質量%であることが好ましく、1〜10質量%であることがより好ましく、1〜5質量%であることが更に好ましい。
本発明の補強剤は、上記の成分に加えて、必要に応じて種々の添加剤、例えば界面活性剤、消泡剤、レベリング剤等の添加剤などを含有することができる。
本発明の補強剤の揮発成分(VOC)含有量は、環境負荷の低減の観点から、1質量%以下であることが好ましい。VOC含有量は、補強剤を示差熱天秤(TG/DTA測定装置)により、窒素雰囲気下、室温から300℃まで加熱した際の質量の減少量を測定することによって得られる。
本発明の補強剤のハロゲン含有量は、環境負荷の低減の観点から、1000ppm以下であることが好ましい。ハロゲン含有量は、補強剤を完全燃焼させ、補強剤中のハロゲンを0.1質量%過酸化水素水溶液に捕集した後、イオンクロマトグラフィーによりハロゲンを定量することによって得られる。
本発明の補強剤は、以下に説明する特有の粘性を有する。まず、粘度の測定方法について説明する。本発明の補強剤の雰囲気温度を昇温開始温度である40℃から鉛フリーはんだ粉末(本発明の補強剤と共に用いられる接合剤中の鉛フリーはんだ粉末)のはんだ融点まで0.1〜0.2℃/秒の昇温速度で昇温し、続けて前記はんだ融点で10分間保持した際に、昇温開始直後から5〜7秒毎に粘弾性測定装置により前記補強剤の粘度を測定する。ここで、上記「はんだ融点」とは、鉛フリーはんだ粉末の融解開始温度のことであり、示差走査熱量測定(DSC)において固相線温度を指す。なお、はんだ融点は、使用するはんだ粉末により異なるが、通常130〜250℃程度である。また、上記「粘弾性測定装置」は、最高測定温度がはんだ融点+100℃以上の条件で測定可能な装置、例えば、Thermo Scientific社製粘弾性測定装置(HAAKE MARS-III)を指す。
本発明の補強剤は、上記粘度測定方法により測定した結果、昇温開始直後における粘度V(Pa・s)と、昇温開始直後からはんだ融点までの昇温時における最低粘度V(Pa・s)と、昇温後に前記はんだ融点で10分間保持した直後の粘度V(Pa・s)とが、V<V/10かつV>10Vの関係を満足する。本発明では、V<V/10の関係を満足するため、後述するリフロー工程において、補強剤が電子部品と基板の隙間全体に広がり、基板と電子部品とを確実に固着することができる。また、本発明では、V>10Vの関係を満足するため、リフロー工程後において、硬化後の補強剤により、基板と電子部品との接合強度を向上させることができる。また、リフロー工程により、電子部品のはんだ付けと、接合剤及び補強剤中の熱硬化性樹脂による電子部品の固着とを同時に行うことができるため、電子部品搭載後の工程数を増やすことなく、基板と電子部品との接合強度を向上させることができる。
上記「V<V/10」の関係を満足させるには、硬化剤や活性剤として、常温では結晶性を有し、かつ昇温開始温度である40℃からはんだ粉末のはんだ融点までの昇温過程において、液化することによって粘度低下を引き起こすものを選択すればよい。また、上記「V>10V」の関係を満足させるには、はんだ融点到達以降の熱処理過程において、はじめてエポキシ樹脂の架橋反応が開始されるような潜在性を有する硬化剤を選択すればよい。
本発明において、リフロー工程の際に補強剤が電子部品と基板の隙間を確実に埋めるためには、V<V/11の関係を満足することが好ましく、V<V/12の関係を満足することがより好ましい。また、接合強度向上の観点からは、V>50Vの関係を満足することが好ましく、V>100Vの関係を満足することがより好ましい。
前記粘度Vは、塗工性の観点から、80以上であることが好ましく、100以上であることがより好ましく、120以上であることが更に好ましい。同様に、塗工性の観点から、前記Vは1200以下であることが好ましく、900以下であることがより好ましく、600以下であることが更に好ましい。
前記最低粘度Vは、リフロー工程において電子部品と基板の隙間から補強剤が過剰に滲み出すことを防止するためには、0.01以上であることが好ましく、0.03以上であることがより好ましく、0.05以上であることが更に好ましい。また、リフロー工程において補強剤が電子部品と基板の隙間を確実に埋めるためには、前記最低粘度Vは、100以下であることが好ましく、50以下であることがより好ましく、10以下であることが更に好ましい。
前記粘度Vは、接合強度向上の観点から、1000以上であることが好ましく、3000以上であることがより好ましく、5000以上であることが更に好ましい。なお、前記粘度Vは、本発明の効果を阻害しない限り、その上限については特になく、通常、測定限界である10000Pa・sを超える値が得られる。
次に、本発明の補強剤と共に用いられる接合剤について説明する。なお、上記本発明の補強剤の説明と重複する部分については説明を省略する。
本発明の補強剤と共に用いられる接合剤は、鉛フリーはんだ粉末と熱硬化性樹脂含有フラックスとを含有するはんだ接合剤組成物である。以下、前記接合剤に含有される(又は含有され得る)成分について説明する。
(鉛フリーはんだ粉末)
前記接合剤には、環境負荷の低減の観点から、鉛フリーはんだ粉末が含有される。鉛フリーはんだ粉末とは、鉛を添加しないはんだ金属または合金の粉末である。ただし、はんだ粉末中に、不可避的不純物として鉛が存在することは許容されるが、この場合、鉛の量は、100ppm以下であることが好ましい。具体的には、鉛フリーはんだを形成するハンダ組成として、以下を例示できる。
純金属:Ag、Au、Cu、Pt、Pd、W、Ni、Ta、Ti、Cr、Fe、Co、Ga、In、Li、Se、Sn、Bi、Tl、Zn、Te
2元系合金:95.3Ag/4.7Bi等のAg−Bi系、66Ag/34Li等のAg−Li系、3Ag/97In等のAg−In系、67Ag/33Te等のAg−Te系、97.2Ag/2.8Tl等のAg−Tl系、45.6Ag/54.4Zn等のAg−Zn系、80Au/20Sn等のAu−Sn系、52.7Bi/47.3In等のBi−In系、35In/65Sn、51In/49Sn、52In/48Sn等のIn−Sn系、8.1Bi/91.9Zn等のBi−Zn系、43Sn/57Bi、42Sn/58Bi等のSn−Bi系、98Sn/2Ag、96.5Sn/3.5Ag、96Sn/4Ag、95Sn/5Ag等のSn−Ag系、91Sn/9Zn、30Sn/70Zn等のSn−Zn系、99.3Sn/0.7Cu等のSn−Cu系、95Sn/5Sb等のSn−Sb系
3元系合金:95.5Sn/3.5Ag/1In等のSn−Ag−In系、86Sn/9Zn/5In、81Sn/9Zn/10In等のSn−Zn−In系、95.5Sn/0.5Ag/4Cu、96.5Sn/3.0Ag/0.5Cu等のSn−Ag−Cu系、90.5Sn/7.5Bi/2Ag、41.0Sn/58Bi/1.0Ag等のSn−Bi−Ag系、89.0Sn/8.0Zn/3.0Bi等のSn−Zn−Bi系
その他:Sn/Ag/Cu/Bi系など
なかでも鉛フリーはんだは、接合剤として適正な融点が得られる観点、及びはんだ接合強度の観点から、Sn、Cu、Ag、Bi、Sb、In及びZnからなる群より選ばれる一種以上の金属を含むことが好ましく、Sn、Cu、Ag及びBiからなる群より選ばれる一種以上の金属を含むことがより好ましい。
(熱硬化性樹脂含有フラックス)
熱硬化性樹脂含有フラックス(フラックス)としては、熱硬化性樹脂を含有する限りにおいて特に限定されず、従来の接合剤で使用されている配合のものを使用できる。例えば、熱硬化性樹脂、活性剤、チクソ剤、硬化剤等を含有するフラックスが使用できる。特に、フラックスが、上述した本発明の補強剤の含有成分と同一の成分を含有していると、後述するリフロー工程において、上記フラックスと本発明の補強剤との一体化が速やかに行われ、基板と電子部品とを確実に固着することができるため好ましい。この場合、上記フラックス中の各成分の配合比は、上述した本発明の補強剤中の各成分の配合比と異なっていてもよいが、後述するリフロー工程において、上記フラックスと本発明の補強剤との一体化を確実に行うには、それぞれの配合比が一致していることが好ましい。
鉛フリーはんだ粉末とフラックスとの含有比率(鉛フリーはんだ粉末:フラックス)は、60〜90質量%:40〜10質量%が好ましく、より好ましくは75〜85質量%:25〜15質量%である。上記比率とすることにより、ペーストとしての粘性やチクソ性が良好となり、印刷やディスペンス塗布などの量産工程に適した接合剤が得られる。
前記接合剤は、上述した必須成分及び必要に応じて添加される添加剤と共に混練処理することにより容易に製造することができる。
次に、本発明の実装基板の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図1(a1)〜(e1)は、本発明の実装基板の製造方法の一実施形態を示す工程別上面図である。また、図1(a2)〜(e2)は、それぞれ図1(a1)〜(e1)のI-I線断面図である。
まず、図1(a1),(a2)に示すように、レジストマスク1及び端子2が設けられた基板3を準備する。そして、図1(b1),(b2)に示すように、端子2上に接合剤4を塗布する。塗布方法は特に限定されず、スクリーン印刷法やディスペンス塗布法等が採用できる。なお、レジストマスク1は、例えば、フォトソルダレジスト膜をパターン化して形成される。
次いで、図1(c1),(c2)に示すように、端子2の近傍(接合剤4の近傍)のレジストマスク1上に、補強剤5を塗布する。例えば、図1(c1)の場合は、補強剤5が、接合剤4,4間の中間部に配置されるように塗布される。この際の塗布方法も特に限定されず、スクリーン印刷法やディスペンス塗布法等が採用できる。なお、補強剤5を塗布する際、接合剤4と接触する位置に塗布してもよいが、良好なフィレット形状を形成するためには、接合剤4(又は端子2)と補強剤5の間隔Dが1mm以上であることが好ましく、2mm以上であることがより好ましい。また、後述するリフロー工程において、接合剤4中のフラックスと補強剤5との一体化を速やかに行うためには、上記間隔Dが5mm以下であることが好ましく、4mm以下であることがより好ましい。
次いで、図1(d1),(d2)に示すように、端子2上に塗布された接合剤4及び補強剤5上にチップ部品6を載置する。そして、チップ部品6が載置された基板3をリフロー炉(図示せず)の中に入れ、所定温度で所定時間加熱するリフロー工程を行うと、接合剤4から滲み出たフラックスと補強剤5とが一体化して、図1(e1),(e2)に示す固着部7が形成される。また、リフロー工程において、接合剤4中のはんだ粉末がはんだ融点で溶融し、リフロー工程後の冷却により固化して、図1(e2)に示すフィレット8が形成され、チップ部品6と端子2とがはんだ付けされる。これにより、チップ部品6のはんだ付けと、チップ部品6の固着とが同時に行われる。
次に、本発明の実装基板の製造方法の他の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図2(a1)〜(e1)は、本発明の実装基板の製造方法の他の実施形態を示す工程別上面図である。また、図2(a2)〜(e2)は、それぞれ図2(a1)〜(e1)のII-II線断面図である。なお、上記実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明する。また、上述した実施形態の説明と重複する部分は省略する。
まず、図2(a1),(a2)に示すように、QFP(Quad Flat Package)用の端子2が形成された基板3を準備する。そして、図2(b1),(b2)に示すように、端子2上に接合剤4を塗布する。
次いで、図2(c1),(c2)に示すように、端子2の近傍(接合剤4の近傍)の基板3上に、補強剤5を塗布する。例えば、図2(c1)の場合は、補強剤5が、接合剤4,4間の中間部と接合剤4の外側に配置されるように塗布される。
次いで、図2(d1),(d2)に示すように、接合剤4,4間の中間部に塗布された補強剤5上に、パッケージ部品9(QFP)を載置する。そして、パッケージ部品9が載置された基板3をリフロー炉(図示せず)の中に入れ、所定温度で所定時間加熱するリフロー工程を行うと、接合剤4から滲み出たフラックスと補強剤5とが一体化して、図2(e1),(e2)に示す固着部7が形成される。また、リフロー工程において、接合剤4中のはんだ粉末がはんだ融点で溶融し、リフロー工程後の冷却により固化して、図2(e2)に示すフィレット8が形成され、パッケージ部品9のリード10と端子2とがはんだ付けされる。これにより、パッケージ部品9のはんだ付けと、パッケージ部品9の固着とが同時に行われる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、接合剤4の塗布工程後に補強剤5の塗布工程を設けたが、補強剤5の塗布工程後に接合剤4の塗布工程を設けても良い。
また、本発明の補強剤は、コネクタの接合、スイッチの接合、あるいはBGA、LGA、QFN、LED、LCD等に適用することもできる。
以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。これら実施例は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例により限定を受けるものではない。
(樹脂組成物1の調製)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)85質量%、チクソ剤(脂肪酸アマイド)2質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%、さらに硬化剤として2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MHZ)5質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物1を調製した。各成分の配合比を表1に示す。なお、表1の粘性は、Thermo Scientific社製粘弾性測定装置(HAAKE MARS-III)を用いて、OSCモードの条件で測定した。以下の樹脂組成物2〜9についても同様である。
(樹脂組成物2の調製)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)75質量%、チクソ剤として脂肪酸アマイド2質量%とシリカ10質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%、さらに硬化剤として2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MHZ)5質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物2を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
(樹脂組成物3の調製)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)89質量%、チクソ剤(脂肪酸アマイド)2質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%、さらに硬化剤として2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MHZ)1質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物3を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
(樹脂組成物4の調製)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)85質量%、チクソ剤として脂肪酸アマイド2質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%、さらに硬化剤として2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MHZ)3質量%とジシアンジアミド2質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物4を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
(樹脂組成物5の調製)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)75質量%、チクソ剤として脂肪酸アマイド2質量%とシリカ10質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%、さらに硬化剤として2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MHZ)1質量%とジシアンジアミド4質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物5を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
(樹脂組成物6の調製)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)80質量%、チクソ剤として脂肪酸アマイド2質量%とシリカ10質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%、さらに硬化剤として、2,4−ジアミノ−6−[2´−ウンデシルイミダゾリル−(1´)]−エチル−s−トリアジン5質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物6を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
(樹脂組成物7の調製)
ロジン系樹脂(ハリマ化成社製 ハリフェノール512)48質量%、チクソ剤(新日本理化株式会社製 ゲルオールD)9質量%、活性剤(アジピン酸)8質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)1質量%、及び溶剤としてヘキシルジグリコール34質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物7を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
(樹脂組成物8の調製)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)90質量%、チクソ剤として脂肪酸アマイド2質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物8を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
(樹脂組成物9の調製)
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(DIC社製 EPICLON 860)83質量%、チクソ剤として脂肪酸アマイド2質量%、活性剤(アジピン酸)5質量%、界面活性剤(ビックケミージャパン株式会社製 BYK361N)2質量%、消泡剤(共栄社化学株式会社製 フローレンAC303)1質量%、さらに硬化剤として、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール(2P4MHZ)3質量%とジシアンジアミド2質量%と2,4−ジアミノ−6−[2´−ウンデシルイミダゾリル−(1´)]−エチル−s−トリアジン2質量%を同容器に計量し、らいかい機を用いて混合し、樹脂組成物9を調製した。各成分の配合比を表1に示す。
(実施例1)
上記樹脂組成物1と、42Sn/58Biはんだ粉末とを、樹脂組成物1:42Sn/58Biはんだ粉末=20:80の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物1からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
(実施例2)
上記樹脂組成物2と、42Sn/58Biはんだ粉末とを、樹脂組成物2:42Sn/58Biはんだ粉末=20:80の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物2からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
(実施例3)
上記樹脂組成物3と、96.5Sn/3.0Ag/0.5Cuはんだ粉末とを、樹脂組成物3:96.5Sn/3.0Ag/0.5Cuはんだ粉末=20:80の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物3からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
(実施例4)
上記樹脂組成物4と、42Sn/58Biはんだ粉末とを、樹脂組成物4:42Sn/58Biはんだ粉末=20:80の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物4からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
(比較例1)
上記樹脂組成物5と、42Sn/58Biはんだ粉末とを、樹脂組成物5:42Sn/58Biはんだ粉末=20:80の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物5からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
(比較例2)
上記樹脂組成物7と、96.5Sn/3.0Ag/0.5Cuはんだ粉末とを、樹脂組成物7:96.5Sn/3.0Ag/0.5Cuはんだ粉末=10:90の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物6からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
(比較例3)
上記樹脂組成物7と、96.5Sn/3.0Ag/0.5Cuはんだ粉末とを、樹脂組成物7:96.5Sn/3.0Ag/0.5Cuはんだ粉末=10:90の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤を用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。なお、比較例3では、補強剤を使用せずにリフロー工程を行い、リフロー工程後に、アンダーフィル(Henkel社製LOCTITE 3480)を用いて、パッケージ部品を固着させた。
(比較例4)
上記実施例1と同様に調製した接合剤を用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。なお、比較例4では、補強剤を使用せずにリフロー工程を行った。
(比較例5)
上記樹脂組成物8と、42Sn/58Biはんだ粉末とを、樹脂組成物8:42Sn/58Biはんだ粉末=20:80の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物8からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
(比較例6)
上記樹脂組成物9と、42Sn/58Biはんだ粉末とを、樹脂組成物9:42Sn/58Biはんだ粉末=20:80の質量比で計量し、これらを混練機にて2時間混合することで、接合剤を調製した。この接合剤と、上記樹脂組成物9からなる補強剤とを用いて、後述する各種物性評価を行った。評価結果を表2に示す。
(1)はんだフィレットの状態
(1−1)実施例1〜4及び比較例1,2,5,6のはんだフィレットの状態
4×10cmのポリイミド基板上に形成されたQFP(56PIN)用端子(端子寸法:16×16mm、端子間隔:0.5mm)上に、厚み100μmtのメタルマスクを用いて、接合剤をメタルスキージで印刷した。次いで、上述した図2(c1)に示すように端子の近傍に補強剤を塗布した後、QFP(56PIN)を上述した図2(d1)に示すように補強剤上に載置した。そして、実施例1,2,4及び比較例1,5,6については図3に示すリフロー条件、実施例3については図4に示すリフロー条件、比較例2については図5に示すリフロー条件でそれぞれ加熱して試験片を作製した。この試験片のQFPリード部分を観察し、フィレット8が断面略三角形の良好な形状を示す場合を○(図6(a))、フィレット8の表面においてはんだボールが存在する場合を×(図6(b))とした。
(1−2)比較例3のはんだフィレットの状態
4×10cmのポリイミド基板上に形成されたQFP(56PIN)用端子(端子寸法:16×16mm、端子間隔:0.5mm)上に、厚み100μmtのメタルマスクを用いて、接合剤をメタルスキージで印刷した。次いで、QFP(56PIN)を基板上に載置し、図5に示すリフロー条件で加熱してはんだ接合を行った。次いで、80℃に加熱したフラックス洗浄剤(荒川化学工業社製 パインα ST-100SX)に基板を浸漬させ、フラックス残さを洗浄した。次いで、80℃に加熱した純水に基板を浸漬させ、フラックス洗浄剤を洗い流した。さらにイソプロピルアルコールで基板をリンスした後、オーブンにて125℃で60分間基板を乾燥させた。そして、QFPが実装されている周囲にアンダーフィル(Henkel社製LOCTITE 3480)を塗布した後、オーブンにて150℃で30分間加熱することによって、アンダーフィルを硬化させて試験片を作製した。この試験片のQFPリード部分を観察し、上述した判定基準により判定を行った。
(1−3)比較例4のはんだフィレットの状態
上記実施例1において、補強剤を塗布しなかったこと以外は、実施例1と同様に試験片を作製した。この試験片のQFPリード部分を観察し、上述した判定基準により判定を行った。
(2)ピール強度
上記「(1)はんだフィレットの状態」の評価に使用した各試験片について、図7に示すように基板3側を上に向けて、治具により上下方向(矢印A,A´方向)から挟み込んで固定した後、引張り試験機(SHIMADZU社製 EZ-L)により、基板3を上方(矢印B方向)に5mm/minの速度で引っ張って、基板3の1辺当たりのピール強度を測定した。なお、表2の結果は、それぞれピール強度を測定した10個の試験片の平均値である。
Figure 2011129694
Figure 2011129694
表2に示すように、本発明の実施例は、比較例に比べ、いずれの評価項目についても良好な結果が得られた。従って、本発明によれば、電子部品搭載後の工程数を増やすことなく、高い接合強度が得られる上、はんだ付け性の低下を防止できることが分かった。
1 レジストマスク
2 端子
3 基板
4 接合剤
5 補強剤
6 チップ部品
7 固着部
8 フィレット
9 パッケージ部品
10 リード

Claims (7)

  1. 鉛フリーはんだ粉末及び熱硬化性樹脂含有フラックスを含有するはんだ接合剤組成物と共に用いられ、基板上の端子の近傍に塗布されるはんだ接合補強剤組成物であって、
    前記はんだ接合補強剤組成物は、前記熱硬化性樹脂含有フラックスに含有される熱硬化性樹脂と同一の熱硬化性樹脂と、硬化剤とを含有し、
    前記はんだ接合補強剤組成物の雰囲気温度を昇温開始温度である40℃から前記鉛フリーはんだ粉末のはんだ融点まで0.1〜0.2℃/秒の昇温速度で昇温し、続けて前記はんだ融点で10分間保持した際に、昇温開始直後から5〜7秒毎に粘弾性測定装置により前記はんだ接合補強剤組成物の粘度を測定した結果、昇温開始直後における粘度V(Pa・s)と、昇温開始直後からはんだ融点までの昇温時における最低粘度V(Pa・s)と、昇温後に前記はんだ融点で10分間保持した直後の粘度V(Pa・s)とが、V<V/10かつV>10Vの関係を満足する、はんだ接合補強剤組成物。
  2. 前記V80以上である、請求項1記載のはんだ接合補強剤組成物。
  3. 前記はんだ接合補強剤組成物中の前記硬化剤の含有量が、0.1〜10質量%である、請求項1又は2記載のはんだ接合補強剤組成物。
  4. 前記硬化剤は、水酸基含有イミダゾール化合物を50質量%以上含有する、請求項1〜3のいずれか1項記載のはんだ接合補強剤組成物。
  5. 前記熱硬化性樹脂含有フラックスは、活性剤、チクソ剤及び硬化剤を更に含有し、
    前記はんだ接合補強剤組成物は、前記熱硬化性樹脂含有フラックスと同一の成分を含有する、請求項1〜4のいずれか1項記載のはんだ接合補強剤組成物。
  6. 前記活性剤は、アジピン酸を含有する、請求項5記載のはんだ接合補強剤組成物。
  7. 基板上の端子と電子部品とを接合する実装基板の製造方法であって、
    a)前記端子上にはんだ接合剤組成物を塗布する工程と、
    b)前記端子の近傍に請求項1〜6のいずれか1項記載のはんだ接合補強剤組成物を塗布する工程と、
    c)前記はんだ接合補強剤組成物及び前記はんだ接合剤組成物の少なくとも一方の上に前記電子部品を載置する工程と、
    d)前記はんだ接合剤組成物及び前記はんだ接合補強剤組成物をはんだ付け温度に加熱して、前記電子部品のはんだ付けと、前記はんだ接合剤組成物及び前記はんだ接合補強剤組成物中の熱硬化性樹脂による前記電子部品の固着とを同時に行う工程を有する、実装基板の製造方法。
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