JP2016044277A - 接着剤組成物および電子部品の接合方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】リフロー工程により十分に硬化させることができ、優れた耐衝撃性、十分なセルフアライメント性および十分な保存安定性を有する接着剤組成物を提供すること。【解決手段】本発明の接着剤組成物は、電子部品と実装基板とのはんだボールによる接合を補強する接合補強用の接着剤組成物であって、（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）融点が１５０℃以上であり、アミノ基を有する芳香環に当該アミノ基を含めて２つ以上の置換基を有する芳香族アミンと、含有し、前記（Ｂ）成分の前記芳香環の置換基は、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のオキシアルキレン基、置換もしくは無置換のオキシアリーレン基、および、スルホニル基からなる群から選択される少なくとも１種の基であることを特徴とするものである。【選択図】なし
Description
本発明は、電子部品と実装基板とのはんだボールによる接合を補強する接合補強用の接着剤組成物、および電子部品の接合方法に関する。
電子機器の小型化および薄型化に伴い、はんだボールを有する電子部品（例えば、いわゆるボールグリッドアレイパッケージ：ＢＧＡパッケージ）が用いられている。そして、このようなＢＧＡパッケージにおいてもファインピッチのものが要求されているが、ファインピッチのＢＧＡパッケージを実装基板に接合する場合には、はんだボールのみでは接合部分の強度が弱いという問題がある。そのため、通常は、アンダーフィル材をＢＧＡパッケージと実装基板との間に充填し硬化させることで接合部分を補強している。しかしながら、アンダーフィル材には、リペア性（不良と判断された実装基板から電子部品を取り除き、その後再実装するという作業を行い易いという性質）が不十分という問題がある。
そこで、ＢＧＡパッケージの四隅にあたる箇所に、接合補強用の接着剤組成物を充填して硬化させている実装基板が提案されている（特許文献１）。
そこで、ＢＧＡパッケージの四隅にあたる箇所に、接合補強用の接着剤組成物を充填して硬化させている実装基板が提案されている（特許文献１）。
特許文献１に記載の実装基板によれば、アンダーフィル工程よりもリペア性に優れる方法で、耐衝撃性の向上を図ることができる。しかしながら、接合補強用の樹脂を充填し硬化させるためには手間がかかるため、生産コストの点で問題がある。また、特許文献１に記載の接合補強用の樹脂を用いて、リフロー工程により硬化させるためには、樹脂の硬化性を高める必要がある。しかし、樹脂の硬化性を高めると、セルフアライメント性（はんだ付けの際に、はんだの溶融により電子部品が移動することで、電子部品と基板のランドとの位置ずれを矯正できるという性質）が低下するという問題がある。また、接合補強用の接着剤組成物では、ディスペンサーなどで塗布されるために十分な保存安定性が要求される。しかしながら、特許文献１には、保存安定性への影響が大きいエポキシ樹脂の硬化剤については記載されていない。
そこで、本発明は、リフロー工程により十分に硬化させることができ、優れた耐衝撃性、十分なセルフアライメント性および十分な保存安定性を有する接着剤組成物、およびそれを用いた電子部品の接合方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決すべく、本発明は、以下のような接着剤組成物、および電子部品の接合方法を提供するものである。
すなわち、本発明の接着剤組成物は、電子部品と実装基板とのはんだボールによる接合を補強する接合補強用の接着剤組成物であって、（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）融点が１５０℃以上であり、アミノ基を有する芳香環に当該アミノ基を含めて２つ以上の置換基を有する芳香族アミンと、含有し、前記（Ｂ）成分の前記芳香環の置換基は、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のオキシアルキレン基、置換もしくは無置換のオキシアリーレン基、および、スルホニル基からなる群から選択される少なくとも１種の基であることを特徴とするものである。
すなわち、本発明の接着剤組成物は、電子部品と実装基板とのはんだボールによる接合を補強する接合補強用の接着剤組成物であって、（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）融点が１５０℃以上であり、アミノ基を有する芳香環に当該アミノ基を含めて２つ以上の置換基を有する芳香族アミンと、含有し、前記（Ｂ）成分の前記芳香環の置換基は、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のオキシアルキレン基、置換もしくは無置換のオキシアリーレン基、および、スルホニル基からなる群から選択される少なくとも１種の基であることを特徴とするものである。
本発明の接着剤組成物においては、前記（Ｂ）成分の前記芳香環は、ベンゼン環およびナフタレン環からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
本発明の接着剤組成物においては、前記（Ｂ）成分は、２つ以上のアミノ基を有することが好ましい。
本発明の接着剤組成物においては、前記（Ｂ）成分の前記芳香環の置換基は、ニトロ基、ハロゲン基およびアミド基以外の置換基であることが好ましい。
本発明の接着剤組成物においては、前記（Ｂ）成分は、下記一般式（１）で表される化合物であることが好ましい。
本発明の接着剤組成物においては、前記（Ｂ）成分は、２つ以上のアミノ基を有することが好ましい。
本発明の接着剤組成物においては、前記（Ｂ）成分の前記芳香環の置換基は、ニトロ基、ハロゲン基およびアミド基以外の置換基であることが好ましい。
本発明の接着剤組成物においては、前記（Ｂ）成分は、下記一般式（１）で表される化合物であることが好ましい。
（前記一般式（１）中、Ｌは単結合、炭素数１〜４のアルキレン基、スルホニル基、または、−Ｏ−Ｃ６Ｈ４−ＳＯ２−Ｃ６Ｈ４−Ｏ−を示し、Ｘはアミノ基、水酸基またはカルボキシル基を示す。）
本発明の電子部品の接合方法は、はんだボールを有する電子部品を実装基板に接合させる電子部品の接合方法であって、前記電子部品の四隅にあたる箇所に、前記接着剤組成物を塗布する接着剤塗布工程と、前記電子部品を前記実装基板の接合用ランド上に搭載する搭載工程と、前記電子部品が搭載された実装基板を加熱することにより、前記はんだボールを溶融させ、前記はんだボールを前記実装基板の接合用ランドに接合するリフロー工程と、を備え、前記リフロー工程により、前記接着剤組成物を硬化させることを特徴とする方法である。
本発明の電子部品の接合方法は、はんだボールを有する電子部品を実装基板に接合させる電子部品の接合方法であって、前記電子部品の四隅にあたる箇所に、前記接着剤組成物を塗布する接着剤塗布工程と、前記電子部品を前記実装基板の接合用ランド上に搭載する搭載工程と、前記電子部品が搭載された実装基板を加熱することにより、前記はんだボールを溶融させ、前記はんだボールを前記実装基板の接合用ランドに接合するリフロー工程と、を備え、前記リフロー工程により、前記接着剤組成物を硬化させることを特徴とする方法である。
本発明の接着剤組成物によれば、リフロー工程により十分に硬化させることができ、優れた耐衝撃性、十分なセルフアライメント性および十分な保存安定性を有する理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。
すなわち、本発明の接着剤組成物においては、前記（Ｂ）成分を含有するために、リフロー工程により十分に硬化させることができ、これにより耐衝撃性も確保している。一方で、このように接着剤の硬化性が高い場合には、溶融はんだの流動性が接着剤により妨げられるために、セルフアライメント性が低下するおそれがある。これに対して、本発明の接着剤組成物においては、前記（Ｂ）成分によって硬化される場合には架橋密度がそれほど高くならないため、はんだ溶融時における接着剤（硬化後の接着剤）の流動性を確保できる。そして、このように溶融はんだの流動性を妨げないようにしていることで、セルフアライメント性を維持している。また、前記（Ｂ）成分によれば、常温時における反応性と、リフロー時における反応性とのバランスがよいために、十分な保存安定性も確保できる。以上のようにして、上記本発明の効果が達成されるものと本発明者らは推察する。
すなわち、本発明の接着剤組成物においては、前記（Ｂ）成分を含有するために、リフロー工程により十分に硬化させることができ、これにより耐衝撃性も確保している。一方で、このように接着剤の硬化性が高い場合には、溶融はんだの流動性が接着剤により妨げられるために、セルフアライメント性が低下するおそれがある。これに対して、本発明の接着剤組成物においては、前記（Ｂ）成分によって硬化される場合には架橋密度がそれほど高くならないため、はんだ溶融時における接着剤（硬化後の接着剤）の流動性を確保できる。そして、このように溶融はんだの流動性を妨げないようにしていることで、セルフアライメント性を維持している。また、前記（Ｂ）成分によれば、常温時における反応性と、リフロー時における反応性とのバランスがよいために、十分な保存安定性も確保できる。以上のようにして、上記本発明の効果が達成されるものと本発明者らは推察する。
本発明によれば、リフロー工程により十分に硬化させることができ、優れた耐衝撃性、十分なセルフアライメント性および十分な保存安定性を有する接着剤組成物、および電子部品の接合方法を提供できる。
［接着剤組成物］
まず、本発明の接着剤組成物について説明する。
本発明の接着剤組成物は、電子部品と実装基板とのはんだボールによる接合を補強する接合補強用の接着剤組成物であって、以下説明する（Ａ）エポキシ樹脂、および（Ｂ）融点が１５０℃以上であり、アミノ基を有する芳香環に当該アミノ基を含めて２つ以上の置換基を有する芳香族アミンを含有ものである。
まず、本発明の接着剤組成物について説明する。
本発明の接着剤組成物は、電子部品と実装基板とのはんだボールによる接合を補強する接合補強用の接着剤組成物であって、以下説明する（Ａ）エポキシ樹脂、および（Ｂ）融点が１５０℃以上であり、アミノ基を有する芳香環に当該アミノ基を含めて２つ以上の置換基を有する芳香族アミンを含有ものである。
［（Ａ）成分］
本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂としては、公知のエポキシ樹脂を適宜用いることができる。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビフェニル型、ナフタレン型、クレゾールノボラック型、フェノールノボラック型などのエポキシ樹脂が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、これらのエポキシ樹脂は、硬化物の耐衝撃性の観点から、ゴム変性されたものであることが好ましい。さらに、これらのエポキシ樹脂は、常温で液状のものを含有することが好ましく、常温で固形のものを用いる場合には、常温で液状のものと併用することが好ましい。
本発明に用いる（Ａ）エポキシ樹脂としては、公知のエポキシ樹脂を適宜用いることができる。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ビフェニル型、ナフタレン型、クレゾールノボラック型、フェノールノボラック型などのエポキシ樹脂が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、これらのエポキシ樹脂は、硬化物の耐衝撃性の観点から、ゴム変性されたものであることが好ましい。さらに、これらのエポキシ樹脂は、常温で液状のものを含有することが好ましく、常温で固形のものを用いる場合には、常温で液状のものと併用することが好ましい。
前記（Ａ）成分の配合量は、接着剤組成物１００質量％に対して、２５質量％以上８０質量％以下であることが好ましく、３０質量％以上７０質量％以下であることがより好ましく、４０質量％以上６０質量％以下であることが特に好ましい。前記（Ａ）成分の配合量が前記下限未満では、電子部品を固着させるために十分な強度が得られないため、耐衝撃性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、接着剤組成物中のアミノ基量が減少し、エポキシ樹脂を硬化せしめる速度が遅延する傾向にある。
［（Ｂ）成分］
本発明に用いる（Ｂ）芳香族アミンは、融点が１５０℃以上であり、アミノ基を有する芳香環に当該アミノ基を含めて２つ以上の置換基を有する芳香族アミンである。このような芳香族アミンであれば、リフロー工程による加熱で前記（Ａ）成分を十分に硬化させることができる。また、この（Ｂ）成分の融点が１５０℃未満では、接着剤組成物の保存安定性が不十分となる。また、この（Ｂ）成分の融点、硬化性と保存安定性とのバランスの観点から、１７０℃以上３００℃以下であることが好ましい。
本発明に用いる（Ｂ）芳香族アミンは、融点が１５０℃以上であり、アミノ基を有する芳香環に当該アミノ基を含めて２つ以上の置換基を有する芳香族アミンである。このような芳香族アミンであれば、リフロー工程による加熱で前記（Ａ）成分を十分に硬化させることができる。また、この（Ｂ）成分の融点が１５０℃未満では、接着剤組成物の保存安定性が不十分となる。また、この（Ｂ）成分の融点、硬化性と保存安定性とのバランスの観点から、１７０℃以上３００℃以下であることが好ましい。
前記（Ｂ）成分のアミノ基を有する芳香環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環などが挙げられる。これらの中でも、芳香族アミンの融点や硬化性などの観点から、ベンゼン環、ナフタレン環が好ましい。
前記（Ｂ）成分のアミノ基を有する芳香環の置換基としては、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のオキシアルキレン基、置換もしくは無置換のオキシアリーレン基、および、スルホニル基が挙げられる。これらの置換基は１種を単独でもよく、２種以上を組み合わせてもよい。また、この置換基は、アミノ基の反応性の観点から、例えばベンゼン環の場合には、アミノ基のオルト位またはパラ位にあることが好ましい。さらに、この置換基は、アミノ基の反応性の観点から、ニトロ基、ハロゲン基およびアミド基以外の置換基であることが好ましい。なお、この置換基が、アルキレン基などの２価の有機基の場合、他方に結合している置換基は特に限定されない。（Ｂ）成分の合成の容易性の観点からは、この２価の有機基の両端の置換基や母体化合物は、同じものであることが好ましい。
前記（Ｂ）成分のアミノ基を有する芳香環の置換基としては、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のオキシアルキレン基、置換もしくは無置換のオキシアリーレン基、および、スルホニル基が挙げられる。これらの置換基は１種を単独でもよく、２種以上を組み合わせてもよい。また、この置換基は、アミノ基の反応性の観点から、例えばベンゼン環の場合には、アミノ基のオルト位またはパラ位にあることが好ましい。さらに、この置換基は、アミノ基の反応性の観点から、ニトロ基、ハロゲン基およびアミド基以外の置換基であることが好ましい。なお、この置換基が、アルキレン基などの２価の有機基の場合、他方に結合している置換基は特に限定されない。（Ｂ）成分の合成の容易性の観点からは、この２価の有機基の両端の置換基や母体化合物は、同じものであることが好ましい。
前記（Ｂ）成分は、接着剤組成物の硬化性の観点から、２つ以上のアミノ基を有することが好ましい。このような（Ｂ）成分としては、下記一般式（１）で表される化合物が挙げられる。
前記一般式（１）において、Ｌは単結合、炭素数１〜４のアルキレン基（好ましくは、メチレン基）、スルホニル基、または、−Ｏ−Ｃ６Ｈ４−ＳＯ２−Ｃ６Ｈ４−Ｏ−を示す。また、Ｘはアミノ基、水酸基またはカルボキシル基を示す。
前記（Ｂ）成分としては、例えば、下記構造式（Ｓ１）〜（Ｓ５）で表させる化合物が挙げられる。
前記（Ｂ）成分としては、例えば、下記構造式（Ｓ１）〜（Ｓ５）で表させる化合物が挙げられる。
前記（Ｂ）成分の配合量は、接着剤組成物１００質量％に対して、５質量％以上５０質量％以下であることが好ましく、１０質量％以上４０質量％以下であることがより好ましく、１５質量％以上３５質量％以下であることが特に好ましい。前記（Ｂ）成分の配合量が前記下限未満では、接着剤組成物の硬化性が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、接着剤組成物の保存安定性が低下する傾向にある。
また、前記（Ａ）成分のエポキシ基との反応の観点から、前記（Ａ）成分のエポキシ基量１モルに対して、前記（Ｂ）成分のアミノ基量が０．５モル以上１モル以下であることが好ましく、０．６モル以上０．８モル以下であることがより好ましい。
また、前記（Ａ）成分のエポキシ基との反応の観点から、前記（Ａ）成分のエポキシ基量１モルに対して、前記（Ｂ）成分のアミノ基量が０．５モル以上１モル以下であることが好ましく、０．６モル以上０．８モル以下であることがより好ましい。
また、本発明の接着剤組成物は、前記（Ａ）成分および前記（Ｂ）成分の他に、（Ｃ）フィラーをさらに含有してもよい。
［（Ｃ）成分］
本発明に用いる（Ｃ）フィラーとしては、公知のフィラーを適宜用いることができる。このようなフィラーは、無機フィラーであってもよく、有機フィラーであってもよい。このようなフィラーは、着色剤、チクソ剤、体質顔料として用いることができる。そして、フィラーが、チクソ剤や体質顔料として機能することで、リフロー工程のプリヒートの際における接着剤組成物の流動性を調整できる。
着色剤としては、アセチレンブラックなどが挙げられる。また、チクソ剤としては、アエロジルＲ９７４、アエロジル２００などが挙げられる。さらに、体質顔料としては、タルク、シリカ、硫酸バリウムなどが挙げられる。これらの体質顔料の中でも、接着剤組成物のレオロジー調整の観点から、タルクが好ましい。
前記（Ｃ）成分の配合量は、接着剤組成物１００質量％に対して、５質量％以上５０質量％以下であることが好ましく、１０質量％以上４０質量％以下であることがより好ましく、１５質量％以上３５質量％以下であることが特に好ましい。
本発明に用いる（Ｃ）フィラーとしては、公知のフィラーを適宜用いることができる。このようなフィラーは、無機フィラーであってもよく、有機フィラーであってもよい。このようなフィラーは、着色剤、チクソ剤、体質顔料として用いることができる。そして、フィラーが、チクソ剤や体質顔料として機能することで、リフロー工程のプリヒートの際における接着剤組成物の流動性を調整できる。
着色剤としては、アセチレンブラックなどが挙げられる。また、チクソ剤としては、アエロジルＲ９７４、アエロジル２００などが挙げられる。さらに、体質顔料としては、タルク、シリカ、硫酸バリウムなどが挙げられる。これらの体質顔料の中でも、接着剤組成物のレオロジー調整の観点から、タルクが好ましい。
前記（Ｃ）成分の配合量は、接着剤組成物１００質量％に対して、５質量％以上５０質量％以下であることが好ましく、１０質量％以上４０質量％以下であることがより好ましく、１５質量％以上３５質量％以下であることが特に好ましい。
本発明の接着剤組成物は、必要に応じて、前記（Ａ）成分〜前記（Ｃ）成分の他に、前記（Ｂ）成分以外のエポキシ硬化剤、前記（Ｃ）成分以外のチクソ剤、界面活性剤、カップリング剤、消泡剤、粉末表面処理剤、反応抑制剤、沈降防止剤などの添加剤を含有していてもよい。これらの添加剤の配合量としては、接着剤組成物１００質量％に対して、０．０１質量％以上１０質量％以下であることが好ましく、０．０５質量％以上５質量％以下であることがより好ましい。添加剤の含有量が前記下限未満では、それぞれの添加剤の効果を奏しにくくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、得られる接着剤組成物の諸特性が低下する傾向にある。
［電子部品の接合方法］
次に、本発明の電子部品の接合方法を図１および図２に基づいて説明する。なお、本発明の接着剤組成物の使用方法が、本発明の電子部品の接合方法に限定されるわけではない。
本発明の電子部品の接合方法は、はんだボールを有する電子部品を実装基板に接合させる電子部品の接合方法であって、以下説明する接着剤塗布工程、搭載工程、およびリフロー工程を備える。
このような接合方法によれば、図１および図２に示すような電子部品実装構造体１を作製できる。電子部品実装構造体１は、実装基板２と、はんだボール４を有するＢＧＡパッケージ３と、接着剤硬化物５とを備えている。そして、実装基板２上の接合用ランド２ａとＢＧＡパッケージ３の端子３ａとは、はんだボール４により接合されている。また、ＢＧＡパッケージ３の四隅にあたる箇所は、接着剤硬化物５により接合され、補強されている。そのため、従来の工法で行われるアンダーフィル工程を省略しても、十分な耐衝撃性を有する電子部品実装構造体１を作製できる。
次に、本発明の電子部品の接合方法を図１および図２に基づいて説明する。なお、本発明の接着剤組成物の使用方法が、本発明の電子部品の接合方法に限定されるわけではない。
本発明の電子部品の接合方法は、はんだボールを有する電子部品を実装基板に接合させる電子部品の接合方法であって、以下説明する接着剤塗布工程、搭載工程、およびリフロー工程を備える。
このような接合方法によれば、図１および図２に示すような電子部品実装構造体１を作製できる。電子部品実装構造体１は、実装基板２と、はんだボール４を有するＢＧＡパッケージ３と、接着剤硬化物５とを備えている。そして、実装基板２上の接合用ランド２ａとＢＧＡパッケージ３の端子３ａとは、はんだボール４により接合されている。また、ＢＧＡパッケージ３の四隅にあたる箇所は、接着剤硬化物５により接合され、補強されている。そのため、従来の工法で行われるアンダーフィル工程を省略しても、十分な耐衝撃性を有する電子部品実装構造体１を作製できる。
接着剤塗布工程においては、実装基板２上のＢＧＡパッケージ３の四隅にあたる箇所に、前記接着剤組成物を塗布する。
ここで用いる塗布装置としては、ディスペンサー、スクリーン印刷機、ジェットディスペンサー、メタルマスク印刷機などが挙げられる。これらの塗布装置においては、接着剤組成物の保存安定性が特に求められるため、本発明の接着剤組成物が特に好適に用いることができる。
また、塗布膜の厚みは、はんだボール４の高さに応じて異なり、はんだボール４の高さ寸法よりも厚くすることが必要である。
ここで用いる塗布装置としては、ディスペンサー、スクリーン印刷機、ジェットディスペンサー、メタルマスク印刷機などが挙げられる。これらの塗布装置においては、接着剤組成物の保存安定性が特に求められるため、本発明の接着剤組成物が特に好適に用いることができる。
また、塗布膜の厚みは、はんだボール４の高さに応じて異なり、はんだボール４の高さ寸法よりも厚くすることが必要である。
搭載工程においては、ＢＧＡパッケージ３を実装基板２の接合用ランド２ａ上に搭載する。
ここで用いる装置としては、公知のチップマウント装置を適宜用いることができる。
また、接合用ランド２ａの材質としては、公知の導電性材料（銅、銀など）を適宜用いることができる。また、実装基板２の絶縁基材としては、公知の絶縁基材（ガラスエポキシ基材、ポリイミド基材など）を適宜用いることができる。
ここで用いる装置としては、公知のチップマウント装置を適宜用いることができる。
また、接合用ランド２ａの材質としては、公知の導電性材料（銅、銀など）を適宜用いることができる。また、実装基板２の絶縁基材としては、公知の絶縁基材（ガラスエポキシ基材、ポリイミド基材など）を適宜用いることができる。
リフロー工程においては、ＢＧＡパッケージ３が搭載された実装基板２を加熱することにより、はんだボール４を溶融させ、はんだボール４を実装基板２の接合用ランド２ａに接合する。
ここで用いる装置としては、公知のリフロー炉を適宜用いることができる。
リフロー条件は、はんだの融点に応じて適宜設定すればよい。例えば、Ｓｎ−Ａｕ−Ｃｕ系のはんだ合金を用いる場合には、プリヒートを温度１５０〜１８０℃で６０〜１２０秒行い、ピーク温度を２２０〜２６０℃に設定すればよい。
本発明においては、このリフロー工程により、前記接着剤組成物を硬化させることが必要である。そして、上記のようなリフロー条件であっても、本発明の接着剤組成物は優れた硬化性を有しているために、十分に硬化させることができる。そのため、ＢＧＡパッケージ３の四隅にあたる箇所を接着剤硬化物５により接合して補強でき、十分な耐衝撃性を有する電子部品実装構造体１を作製できる。
ここで用いる装置としては、公知のリフロー炉を適宜用いることができる。
リフロー条件は、はんだの融点に応じて適宜設定すればよい。例えば、Ｓｎ−Ａｕ−Ｃｕ系のはんだ合金を用いる場合には、プリヒートを温度１５０〜１８０℃で６０〜１２０秒行い、ピーク温度を２２０〜２６０℃に設定すればよい。
本発明においては、このリフロー工程により、前記接着剤組成物を硬化させることが必要である。そして、上記のようなリフロー条件であっても、本発明の接着剤組成物は優れた硬化性を有しているために、十分に硬化させることができる。そのため、ＢＧＡパッケージ３の四隅にあたる箇所を接着剤硬化物５により接合して補強でき、十分な耐衝撃性を有する電子部品実装構造体１を作製できる。
なお、本発明の電子部品の接合方法は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
次に、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例および比較例にて用いた材料を以下に示す。
（（Ａ）成分）
エポキシ樹脂Ａ：商品名「ｊＥＲ８７１」、三菱化学社製
エポキシ樹脂Ｂ：商品名「ＥＸＡ−４８５０−１５０」、ＤＩＣ社製
エポキシ樹脂Ｃ：ゴム変性エポキシ樹脂、商品名「ＴＳＲ−９６０」、ＤＩＣ社製
（（Ｂ）成分）
芳香族アミンＡ：ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン、構造式（Ｓ１）で表される化合物（融点１９８℃）
芳香族アミンＢ：ビス（４−アミノフェニル）スルホン、構造式（Ｓ２）で表される化合物（融点１７８℃）
芳香族アミンＣ：３，３’−ジヒドロキシベンジジン、構造式（Ｓ３）で表される化合物（融点２９２℃）
芳香族アミンＤ：５，５’−メチレンビス（２−アミノ安息香酸）、構造式（Ｓ４）で表される化合物（融点２２３℃）
芳香族アミンＥ：２，３−ジアミノナフタレン、構造式（Ｓ５）で表される化合物（融点２００℃）
（（Ｃ）成分）
フィラーＡ：アセチレンブラック
フィラーＢ：シリカ、商品名「エロジールＲ９７４」、日本アエロジル社製
フィラーＣ：タルク、商品名「ミクロエースＬ−１」、日本タルク社製
（他の成分）
芳香族アミンＦ：４，４’−ジアミノジフェニルメタン（融点９０℃）
芳香族アミンＧ：４−ニトロアニリン（融点１４７℃）
芳香族アミンＨ：ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン（融点１３２℃）
芳香族アミンＩ：４，４’−ジアミノベンズアニリド（融点２０４℃）
芳香族アミンＪ：２，５−ジクロロ-１，４−フェニレンジアミン（融点１６５℃）
芳香族アミンＫ：３，４−ジアミノトルエン（融点８９℃）
（（Ａ）成分）
エポキシ樹脂Ａ：商品名「ｊＥＲ８７１」、三菱化学社製
エポキシ樹脂Ｂ：商品名「ＥＸＡ−４８５０−１５０」、ＤＩＣ社製
エポキシ樹脂Ｃ：ゴム変性エポキシ樹脂、商品名「ＴＳＲ−９６０」、ＤＩＣ社製
（（Ｂ）成分）
芳香族アミンＡ：ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン、構造式（Ｓ１）で表される化合物（融点１９８℃）
芳香族アミンＢ：ビス（４−アミノフェニル）スルホン、構造式（Ｓ２）で表される化合物（融点１７８℃）
芳香族アミンＣ：３，３’−ジヒドロキシベンジジン、構造式（Ｓ３）で表される化合物（融点２９２℃）
芳香族アミンＤ：５，５’−メチレンビス（２−アミノ安息香酸）、構造式（Ｓ４）で表される化合物（融点２２３℃）
芳香族アミンＥ：２，３−ジアミノナフタレン、構造式（Ｓ５）で表される化合物（融点２００℃）
（（Ｃ）成分）
フィラーＡ：アセチレンブラック
フィラーＢ：シリカ、商品名「エロジールＲ９７４」、日本アエロジル社製
フィラーＣ：タルク、商品名「ミクロエースＬ−１」、日本タルク社製
（他の成分）
芳香族アミンＦ：４，４’−ジアミノジフェニルメタン（融点９０℃）
芳香族アミンＧ：４−ニトロアニリン（融点１４７℃）
芳香族アミンＨ：ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン（融点１３２℃）
芳香族アミンＩ：４，４’−ジアミノベンズアニリド（融点２０４℃）
芳香族アミンＪ：２，５−ジクロロ-１，４−フェニレンジアミン（融点１６５℃）
芳香族アミンＫ：３，４−ジアミノトルエン（融点８９℃）
［実施例１］
エポキシ樹脂Ａ１０質量部、エポキシ樹脂Ｂ２０質量部、エポキシ樹脂Ｃ４０質量部、フィラーＡ５質量部、フィラーＢ５質量部、フィラーＣ２５質量部および芳香族アミンＡ３５質量部を容器に投入し、粉砕混合機にて、粉砕し混合し分散させて接着剤組成物を得た。なお、接着剤組成物中のエポキシ樹脂のエポキシ基数に対して、接着剤組成物中のアミノ基数は０．７の比率となっている。
エポキシ樹脂Ａ１０質量部、エポキシ樹脂Ｂ２０質量部、エポキシ樹脂Ｃ４０質量部、フィラーＡ５質量部、フィラーＢ５質量部、フィラーＣ２５質量部および芳香族アミンＡ３５質量部を容器に投入し、粉砕混合機にて、粉砕し混合し分散させて接着剤組成物を得た。なお、接着剤組成物中のエポキシ樹脂のエポキシ基数に対して、接着剤組成物中のアミノ基数は０．７の比率となっている。
［実施例２〜５および比較例１〜６］
表１に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例１と同様にして、接着剤組成物を得た。なお、接着剤組成物中のエポキシ樹脂のエポキシ基数に対して、接着剤組成物中のアミノ基数は０．７の比率となっている。
表１に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例１と同様にして、接着剤組成物を得た。なお、接着剤組成物中のエポキシ樹脂のエポキシ基数に対して、接着剤組成物中のアミノ基数は０．７の比率となっている。
＜接着剤組成物の評価＞
接着剤組成物の評価（リフロー硬化性、セルフアライメント性、耐衝撃性、保存安定性）を以下のような方法で行った。得られた結果を表１に示す。
（１）リフロー硬化性
接着剤組成物を基板上に塗布したものを試料とし、この試料をリフロー炉に通して加熱した。ここでのリフロー条件は、プリヒート温度が１５０〜１８０℃（６０秒間）で、温度２２０℃以上の時間が５０秒間で、ピーク温度が２３０℃である。リフロー後の試料が硬化しているか否か指触にて評価した。そして、リフロー後の試料が硬化している場合には「○」と判定し、リフロー後の試料が硬化していない場合には「×」と判定した。
（２）セルフアライメント性
ＢＧＡパッケージ（ピッチ：０．５ｍｍ）をランドに対して故意に１００μｍずらした状態で、基板上に搭載し、接着剤組成物を塗布した。このように故意にＢＧＡパッケージをずらした状態で搭載し、リフロー工程（リフロー条件は（１）リフロー硬化性の評価と同様）でＢＧＡパッケージがどの程度正常な位置に戻るかを評価する。具体的には、上記のようにして作製した試験基板を、Ｘ線顕微鏡により観察し、リフロー工程後のＢＧＡパッケージのずれを測定した。そして、下記の基準に従って、部品保持性を評価した。
○：ＢＧＡパッケージが正常な位置に戻っている。
△：ＢＧＡパッケージの位置に、僅かにずれが生じている（ずれが４０μｍ以下）。
×：ＢＧＡパッケージの位置に、ずれが生じている（ずれが８０μｍ超）。
（３）耐衝撃性
ＢＧＡパッケージ（ピッチ：０．５ｍｍ）を基板上に搭載し、接着剤組成物を塗布した後、リフロー工程（リフロー条件は（１）リフロー硬化性の評価と同様）を施したものを試験基板とする。この試験基板を１００ｃｍの高さから落下させ、試験基板の反りによるはんだボールの破壊が生じたか否かを判定した。はんだボールで接合されている電極間の抵抗値を、デジタルマルチメーター（Ａｇｉｌｅｎｔ社製の「３４４０１Ａ」、測定電圧：１５Ｖ）を用いて測定し、落下衝撃により抵抗値が１０００Ω以上となった場合に、はんだボールの破壊と判定した。そして、はんだボールの破壊が生じるまでの落下回数を測定し、下記の基準に従って、耐衝撃性を評価した。
○：落下回数が１００回以上である。
△：落下回数が３０回以上１００回未満である。
×：落下回数が３０回未満である。
（４）保存安定性
接着剤組成物の粘度を、Ｅ型粘度計（測定温度：２５℃、回転数：２．５ｒｐｍ）にて測定した。そして、接着剤成物を温度３０℃にて３６時間放置後に、上記と同様にして、粘度を測定した。放置前の粘度値を初期粘度値η１とし、温度３０℃にて３６時間放置後の粘度値を放置後粘度値η２とした時に、下記式（Ｆ１）より粘度変化率を求める。この粘度変化率を粘度安定性の指標として示した。
粘度変化率（％）＝{（η２−η１）／η１｝×１００ ・・・（Ｆ１）
そして、下記基準に従って、保存安定性を評価した。
◎：粘度変化率が、−１０％以上１０％以下である。
○：粘度変化率が、−２０％以上−１０％未満であるか、或いは、１０％超２０％以下である。
×：温度３０℃にて３６時間放置後に接着剤組成物が硬化してしまい、粘度を測定できない。
−：リフロー硬化性の評価で硬化しなかったので、接着剤として機能しないため測定していない。
接着剤組成物の評価（リフロー硬化性、セルフアライメント性、耐衝撃性、保存安定性）を以下のような方法で行った。得られた結果を表１に示す。
（１）リフロー硬化性
接着剤組成物を基板上に塗布したものを試料とし、この試料をリフロー炉に通して加熱した。ここでのリフロー条件は、プリヒート温度が１５０〜１８０℃（６０秒間）で、温度２２０℃以上の時間が５０秒間で、ピーク温度が２３０℃である。リフロー後の試料が硬化しているか否か指触にて評価した。そして、リフロー後の試料が硬化している場合には「○」と判定し、リフロー後の試料が硬化していない場合には「×」と判定した。
（２）セルフアライメント性
ＢＧＡパッケージ（ピッチ：０．５ｍｍ）をランドに対して故意に１００μｍずらした状態で、基板上に搭載し、接着剤組成物を塗布した。このように故意にＢＧＡパッケージをずらした状態で搭載し、リフロー工程（リフロー条件は（１）リフロー硬化性の評価と同様）でＢＧＡパッケージがどの程度正常な位置に戻るかを評価する。具体的には、上記のようにして作製した試験基板を、Ｘ線顕微鏡により観察し、リフロー工程後のＢＧＡパッケージのずれを測定した。そして、下記の基準に従って、部品保持性を評価した。
○：ＢＧＡパッケージが正常な位置に戻っている。
△：ＢＧＡパッケージの位置に、僅かにずれが生じている（ずれが４０μｍ以下）。
×：ＢＧＡパッケージの位置に、ずれが生じている（ずれが８０μｍ超）。
（３）耐衝撃性
ＢＧＡパッケージ（ピッチ：０．５ｍｍ）を基板上に搭載し、接着剤組成物を塗布した後、リフロー工程（リフロー条件は（１）リフロー硬化性の評価と同様）を施したものを試験基板とする。この試験基板を１００ｃｍの高さから落下させ、試験基板の反りによるはんだボールの破壊が生じたか否かを判定した。はんだボールで接合されている電極間の抵抗値を、デジタルマルチメーター（Ａｇｉｌｅｎｔ社製の「３４４０１Ａ」、測定電圧：１５Ｖ）を用いて測定し、落下衝撃により抵抗値が１０００Ω以上となった場合に、はんだボールの破壊と判定した。そして、はんだボールの破壊が生じるまでの落下回数を測定し、下記の基準に従って、耐衝撃性を評価した。
○：落下回数が１００回以上である。
△：落下回数が３０回以上１００回未満である。
×：落下回数が３０回未満である。
（４）保存安定性
接着剤組成物の粘度を、Ｅ型粘度計（測定温度：２５℃、回転数：２．５ｒｐｍ）にて測定した。そして、接着剤成物を温度３０℃にて３６時間放置後に、上記と同様にして、粘度を測定した。放置前の粘度値を初期粘度値η１とし、温度３０℃にて３６時間放置後の粘度値を放置後粘度値η２とした時に、下記式（Ｆ１）より粘度変化率を求める。この粘度変化率を粘度安定性の指標として示した。
粘度変化率（％）＝{（η２−η１）／η１｝×１００ ・・・（Ｆ１）
そして、下記基準に従って、保存安定性を評価した。
◎：粘度変化率が、−１０％以上１０％以下である。
○：粘度変化率が、−２０％以上−１０％未満であるか、或いは、１０％超２０％以下である。
×：温度３０℃にて３６時間放置後に接着剤組成物が硬化してしまい、粘度を測定できない。
−：リフロー硬化性の評価で硬化しなかったので、接着剤として機能しないため測定していない。
表１に示す結果からも明らかなように、本発明の接着剤組成物（実施例１〜５）は、リフロー硬化性、セルフアライメント性、耐衝撃性および保存安定性がいずれも良好であることが確認された。
これに対し、（Ｂ）成分を含有しない接着剤組成物を用いた場合（比較例１〜６）には、リフロー硬化性および保存安定性のうちのいずれかが不十分となることが分かった。
これに対し、（Ｂ）成分を含有しない接着剤組成物を用いた場合（比較例１〜６）には、リフロー硬化性および保存安定性のうちのいずれかが不十分となることが分かった。
本発明の接着剤組成物は、電子部品と実装基板とのはんだボールによる接合を補強する技術として有用である。
１…電子部品実装構造体
２…実装基板
３…ＢＧＡパッケージ
４…はんだボール
５…接着剤硬化物
２…実装基板
３…ＢＧＡパッケージ
４…はんだボール
５…接着剤硬化物
Claims (6)
- 電子部品と実装基板とのはんだボールによる接合を補強する接合補強用の接着剤組成物であって、
（Ａ）エポキシ樹脂と、（Ｂ）融点が１５０℃以上であり、アミノ基を有する芳香環に当該アミノ基を含めて２つ以上の置換基を有する芳香族アミンと、含有し、
前記（Ｂ）成分の芳香環の置換基は、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のオキシアルキレン基、置換もしくは無置換のオキシアリーレン基、および、スルホニル基からなる群から選択される少なくとも１種の基である
ことを特徴とする接着剤組成物。 - 請求項１に記載の接着剤組成物において、
前記（Ｂ）成分の前記芳香環は、ベンゼン環およびナフタレン環からなる群から選択される少なくとも１種である
ことを特徴とする接着剤組成物。 - 請求項１または請求項２に記載の接着剤組成物において、
前記（Ｂ）成分は、２つ以上のアミノ基を有する
ことを特徴とする接着剤組成物。 - 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の接着剤組成物において、
前記（Ｂ）成分の前記芳香環の置換基は、ニトロ基、ハロゲン基およびアミド基以外の置換基である
ことを特徴とする接着剤組成物。 - 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の接着剤組成物において、
前記（Ｂ）成分は、下記一般式（１）で表される化合物である
ことを特徴とする接着剤組成物。
- はんだボールを有する電子部品を実装基板に接合させる電子部品の接合方法であって、
前記電子部品の四隅にあたる箇所に、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の接着剤組成物を塗布する接着剤塗布工程と、
前記電子部品を前記実装基板の接合用ランド上に搭載する搭載工程と、
前記電子部品が搭載された実装基板を加熱することにより、前記はんだボールを溶融させ、前記はんだボールを前記実装基板の接合用ランドに接合するリフロー工程と、を備え、
前記リフロー工程により、前記接着剤組成物を硬化させる
ことを特徴とする電子部品の接合方法。
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|---|---|---|---|---|
| WO2019098053A1 (ja) | 2017-11-14 | 2019-05-23 | 株式会社弘輝 | 補強用樹脂組成物及び電子部品装置 |
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-
2014
- 2014-08-26 JP JP2014171303A patent/JP6013416B2/ja active Active
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