JP3554249B2 - 接着材およびこれを用いた電子部品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放熱板と配線基板とを接着して成る放熱板付配線基板を製作するための接着材と、この放熱板付配線基板に半導体素子等の電子素子を搭載して成る電子部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、現在の電子部品は、移動体通信機器に代表されるように小型・薄型・軽量・高性能・高機能、高品質・高信頼性が要求されており、このような電子部品に用いられる配線基板も高密度配線が要求されるようになってきている。また同時に、配線基板に高密度に実装される半導体素子等の電子素子が発生する熱を効率よく放散するために、熱伝導性が高く、反りの少ない剛性の高い配線基板が要求されるようになってきている。
【０００３】
このような配線基板を構成する絶縁基板として、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスを素材とするセラミック絶縁基板が使用されているが、セラミック絶縁基板は、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスが硬くて脆い性質を有するため、搬送工程や電子部品製作の自動ライン等において配線基板同士が、あるいは配線基板と電子部品製作自動ラインの一部とが激しく衝突すると配線基板に欠けや割れ、クラック等が発生しその結果、配線基板に搭載した電子素子を気密に収容することができず、電子素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることができなくなるという問題点を有していた。
【０００４】
このような問題点を解決するために、最近では、セラミック絶縁基板に較べて割れや欠けが発生しにくく、かつ電気特性に優れ安価で軽量な合成樹脂を素材とする有機絶縁基板を用いた配線基板が使用されるようになってきている。しかしながら、このような有機絶縁基板はセラッミク絶縁基板に較べて、その熱伝導率が約１／１００程度と低く半導体素子等の電子素子から発生される熱を効率よく放散できないこと、および剛性が低く反り、変形等が発生し電気的接続不良が発生し易いこと等から、有機絶縁基板からなる配線基板に熱伝導率の高い銅やアルミニウム等の金属から成るヒートスラグやスティフナー等の放熱板を接着材により取り付けた放熱板付配線基板が使用されるようになってきている。
【０００５】
このような接着材として、全芳香族ポリアミド系繊維や不織布に多官能性シアン酸エステル類等の高分子樹脂を含む熱硬化性樹脂を含浸させた接着材が、また、放熱板と配線基板とを取り付ける方法として、上記の接着材を半硬化状のフィルムとするとともにこのフィルムを任意の大きさにカットし、その後、フィルムを放熱板と配線基板の間に挟んで加圧をしながら熱硬化する方法が特開昭６３−３１１７４７号公報に提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような接着材は、放熱板や配線基板との寸法整合性のために加圧しながら熱硬化した後の良好な寸法精度を要求されるが、熱硬化性樹脂に含有される高分子樹脂によりその弾性率を制御しているために高分子樹脂の含有量により接着材の弾性率が大きく変動してしまい、加圧しながら熱硬化した後に良好な寸法精度を得られないという問題点を有していた。
【０００７】
また同時に、上記接着材はその弾性率が１０ＭＰａ未満と低く、落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験での熱衝撃により接着材と放熱板または配線基板との接着面で剥離してしまい易いという問題点を有していた。
【０００８】
さらに、上記接着材は吸水率の高い多官能性シアン酸エステル類等の高分子樹脂を含む熱硬化性樹脂から成るために、時間の経過とともに空気中の水分を吸収して接着材の剪断強度が低下してしまうという欠点を有しており、その結果、放熱板と配線基板とをこのような接着材を用いて接着した放熱板付配線基板に半導体素子等の電子素子を搭載した電子部品においては、半導体素子等の電子素子が作動する際に発生する熱によって熱膨張係数の異なる放熱板と配線基板との間に大きな応力が発生し、この応力によって接着材内部にクラックが発生してしまうという問題点を有していた。
【０００９】
本発明はかかる従来技術の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、加圧をしながら熱硬化した後に良好な寸法精度が得られるとともに放熱板と配線基板との接着強度に優れた接着材と、この接着材により接着された放熱板と配線基板とから成る放熱板付配線基板を用いたプレッシャークッカー試験や吸湿リフロー性試験等の耐湿性に優れた信頼性の高い電子部品を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の接着材は、格子状ガラスクロス４５〜６０重量％と熱硬化性樹脂４０〜５５重量％とから成る接着材であって、熱硬化性樹脂は２官能エポキシ樹脂２０〜７０重量％、４官能エポキシ樹脂２０〜５０重量％、ガラス転移温度が−６０〜−２０℃の熱可塑性エラストマ５〜２０重量％および硬化剤２〜１０重量％から成り、接着材の硬化後の弾性率が１０ＭＰａ〜１ＧＰａであることを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明の電子部品は、放熱板を、表面および／または内部に複数の配線導体層が形成され、これらの配線導体層同士が貫通導体により接続された配線基板に上記の接着材を用いて接着した放熱板付配線基板と、この放熱板付配線基板に搭載され、配線導体層と電気的に接続された電子素子とから成る電子部品であって、接着材の飽和吸水後における放熱板と配線基板の接着強度が剪断強度で１０〜５０ＭＰａであることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の接着材によれば、格子状に編まれたガラスクロス４５〜６０重量％に熱硬化性樹脂４０〜５５重量％を含浸させたことから、接着材を加圧をしながら熱硬化する際、格子状に編まれたガラスクロスがダムの役目を果して熱硬化性樹脂の広がりを抑制することができ、その結果、硬化後の接着材の寸法を良好な精度で制御することができる。また、２官能エポキシ樹脂と４官能エポキシ樹脂との混合物を含有していることから接着材の架橋密度を高くすることができ、その結果、熱による樹脂の分子切断や樹脂中への水分の侵入を抑制することができ、耐熱性・耐湿性に優れた接着材とすることができる。さらに、硬化後の弾性率を１０ＭＰａ〜１ＧＰａとしたことから、放熱板と配線基板とをこのような接着材を用いて接着した放熱板付配線基板に落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験の熱衝撃が加わったとしてもその衝撃を緩和することができ、その結果、接着材と放熱板または配線基板との接着面で剥離してしまうこともない。
【００１３】
また本発明の電子部品によれば、放熱板と配線基板とをこのような接着材を用いて接着して放熱板付配線基板とし、この接着材の飽和吸水後における放熱板と配線基板の接着強度を剪断強度で１０〜５０ＭＰａとしたことから、放熱板付配線基板に搭載される半導体素子等の電子素子が作動する際に発生する熱によって熱膨張係数の異なる放熱板と配線基板の間に大きな応力が発生したとしても、接着材内部にクラックが発生してしまったり、落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験での熱衝撃により接着材と放熱板または配線基板との接着面で剥離してしまうことはない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の接着材およびこれを用いた電子部品について詳細に説明する。
【００１５】
本発明の接着材は、格子状ガラスクロス４５〜６０重量％と、熱硬化性樹脂４０〜５５重量％とから構成されており、その硬化後の弾性率が１０ＭＰａ〜１ＧＰａである。
【００１６】
図１は、本発明の格子状ガラスクロスに熱硬化性樹脂を含浸させた接着材の平面図であり、図１において、１は格子状ガラスクロスＧに、熱硬化性樹脂Ｊを含浸させた接着材である。
【００１７】
本発明の接着材１は、一定の間隔で格子状に編まれたガラスクロスＧ４５〜６０重量％に熱硬化性樹脂Ｊ４０〜５５重量％を含浸させたことから、接着材１を加圧をしながら熱硬化する際、格子状に編まれたガラスクロスＧがダムの役目を果して熱硬化性樹脂Ｊの余分な広がりを抑制することができ、その結果、硬化後の接着材１の寸法を良好な精度で制御できる。なお、接着材１は、表面の平坦性や厚さ制御の容易性・取扱いの容易性からは固形フィルム状が好ましい。また、ガラスクロスＧは、ダムの役目を果たすために広面積の布状のものが使用される。
【００１８】
格子状ガラスクロスＧは、直径５〜７μｍのガラス繊維を数十本まとめたヤーンを ０．５〜２ｍｍ間隔で格子状に編んだ織布であり、熱硬化性樹脂Ｊとの密着性を向上させるためにシランカップリング剤処理が施されている。このような格子状ガラスクロスＧは、平織や朱子織等の一般ガラスクロスに比較して網目が粗であるために柔軟性に優れており、格子状ガラスクロスＧに熱硬化性樹脂Ｊを含浸させた接着材１の弾性率を１０ＭＰａ〜１ＧＰａの範囲で適宜制御でき、その結果、放熱板と配線基板とをこのような接着材１を用いて接着した放熱板付配線基板に落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験の熱衝撃が加わったとしてもその衝撃を緩和することができ、その結果、接着材１と放熱板または配線基板との接着面で剥離してしまうこともない。
【００１９】
接着材１の弾性率は、固形状フィルムを一定の速度で引張った時の応力−歪み曲線の傾きから算出される値であり、プレッシャークッカー試験や吸湿後のリフロー試験等の信頼性試験でのクラックの発生を防止するためには、１０ＭＰａ〜１ＧＰａの範囲であることが好ましく、その値が１０ＭＰａ未満では接着材１が柔らかすぎて接着材１と放熱板または配線基板とが小さな衝撃で剥離してしまう傾向があり、また１ＧＰａを超えると応力緩和能力が低下する傾向があり、放熱板と絶縁基板との熱膨張差による応力のために接着材１にクラックが生じてしまう傾向がある。またさらに、配線基板の反りの防止の点からは １００ＭＰａ〜１ＧＰａの範囲であることがより好ましい。
【００２０】
熱硬化性樹脂Ｊは２官能エポキシ樹脂２０〜７０重量％、４官能エポキシ樹脂２０〜５０重量％、ガラス転移温度が−６０〜−２０℃の熱可塑性エラストマ５〜２０重量％および硬化剤２〜１０重量％から成っており、熱硬化時に良好な寸法精度を得るためには、 １８０℃の温度での粘度が ５００〜５０００ポイズであることが好ましい。
【００２１】
熱硬化性樹脂Ｊは２官能エポキシ樹脂と４官能エポキシ樹脂との混合物を含有していることから架橋密度を高くすることができ、その結果、熱による樹脂の分子切断や樹脂中への水分の侵入を抑制することができ、耐熱性・耐湿性に優れた接着材１とすることができる。
【００２２】
なお、２官能エポキシ樹脂が２０重量％より少ないと、接着材の架橋密度が低くなり耐熱性・耐薬品性が低下してしまう傾向があり、また、７０重量％を超えると架橋密度が高くなり接着材の弾性率が高くなってしまい、温度サイクル試験等の信頼性試験で接着材にクラックが発生し易くなる傾向がある。また、４官能エポキシ樹脂が２０重量％より少ないと、接着材の架橋密度が低くなり耐熱性・耐薬品性が低下してしまう傾向があり、５０重量％を超えると架橋密度が高くなり接着材の弾性率が高くなってしまい、温度サイクル試験等の信頼性試験で接着材にクラックが発生し易くなる傾向がある。従って、２官能エポキシ樹脂と４官能エポキシ樹脂の熱硬化性樹脂Ｊ中の割合は、それぞれ２０〜７０重量％と２０〜５０重量％の範囲であることが好ましい。
【００２３】
このような２官能エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡエポキシ樹脂・ビスフェノールＦエポキシ樹脂・ビスフェノールＳエポキシ樹脂等が用いられ、また４官能エポキシ樹脂として、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン・テトラグリシジルベンゾフェノン・ビスレゾルシノールテトラグリシジルエーテル等が用いられる。
【００２４】
また、本発明の接着材１は、ガラス転移温度が−６０〜−２０℃の熱可塑性エラストマ５〜２０重量％を含有していることから、未硬化のフィルムは可撓性に優れており取扱いが容易であるとともに、硬化後でも可撓性を維持し熱変化により発生する応力を吸収することができる。ガラス転移温度が−６０℃よりも低いと乾燥後のべとつきが大きなものとなりフィルムの取扱いが困難となる傾向があり、また−２０℃よりも高いと乾燥後のフィルムの可撓性が小さくなる傾向がある。従ってエラストマのガラス転移温度は−６０〜−２０℃の範囲であることが好ましい。さらに、エラストマの含有量が５重量％よりも少ないと可撓性が低下する傾向があり、また、２０重量％を超えると接着材の架橋密度が低下して耐熱性・耐湿性が低下してしまう傾向がある。従って、エラストマの含有量は５〜２０重量％の範囲であることが好ましい。
【００２５】
このようなエラストマとしては、スチレン−ブタジエン−スチレントリブロックエラストマ（ＳＢＳ）・スチレン−イソプレン−スチレントリブロックエラストマ（ＳＩＳ）等が用いられ、これらはエポキシ樹脂にグラフト反応させることにより熱硬化性樹脂Ｊ中での分散性を向上させて配合される。
【００２６】
さらに、本発明の接着材１は、硬化剤を２〜１０重量％含有しており、硬化剤の含有量が２重量％より少ないと硬化不足となる傾向があり、また、１０重量％を超えると硬化後のフィルムが脆くなる傾向があり、温度サイクル試験等での信頼性が低下する傾向がある。従って、硬化剤の含有量は２〜１０重量％の範囲が好ましい。
【００２７】
このような硬化剤としては、２−メチルイミダゾール・２−フェニルイミダゾール・ジシアンジアミド等が用いられ、さらに、硬化促進剤として３フッ化ホウ素・塩化亜鉛・塩化スズ・塩化アルミニウム等のルイス酸触媒を併用しても良い。
【００２８】
また、本発明の接着材１においては、フロー率が２〜１０％であることが好ましい。ここで接着材１のフロー率とは接着材の流れ性の簡易評価方法であり、２枚のガラス板の間に一辺の長さ１０ｍｍの正方形の接着材を挟み込み、接着材１に０．１ＭＰａの荷重を加えた状態で １８０℃の温度中に１時間放置後の伸び率から算出されるものであり、０．１ＭＰａの荷重を加えた状態で１８０℃の温度中に１時間放置後の接着材１の一辺の長さをＸ、Ｘに直交する方向の辺の長さをＹとしたときに、（（Ｘ＋Ｙ）／２−１０））×１０（％）で表されるものである。
【００２９】
接着材１のフロー率は、接着材１の加工精度の観点からはから２〜１０％であることが好ましく、フロー率が２％よりも小さいと接着材１の広がり性が悪く放熱板や配線基板の表面の凹凸部に接着材１の熱硬化性樹脂Ｊが入り込み難くなり、接着材と放熱板および配線基板との接着強度が低下する傾向にあり、また、１０％を超えると放熱板や配線基板の端からはみ出してしまう傾向があり、外観不良となってしまう。従って、接着材のフロー率は２〜１０％の範囲が好ましい。
【００３０】
さらに、本発明の接着材１は、ＰＥＴ製離型シート上に載置した格子状ガラスクロスに、エポキシ樹脂等から成る熱硬化製樹脂Ｊをメチルエチルケトン（ＭＥＫ）等の有機溶剤に溶解させた液状ワニスを含浸させた後、６０℃以下の温度で乾燥させることによりフィルム状に製作される。また、フィルムを乾燥後、フィルムの上面にポリエチレン製保護シートを積層し、ロール状に巻き取ることにより容易に貯蔵することができる。
【００３１】
かくして本発明の接着材によれば、硬化後の接着材の寸法を良好な精度で制御でき、耐熱性・耐湿性に優れた接着材とすることができる。
【００３２】
なお、本発明の接着材は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の接着材に耐熱性のより向上のためにヒンダーフェノール系酸化防止剤を、成形性のより向上のために高級脂肪酸エステル等の滑剤を含有させることも可能である。
【００３３】
次に、本発明の接着材を用いた電子部品を添付の図面に基づき詳細に説明する。図２は放熱板と配線基板とを本発明の接着材を用いて接着した放熱板付配線基板に、電子素子として半導体素子を搭載した場合の電子部品の一例を示す断面図である。
【００３４】
この図において、１は接着材、２は配線基板、３は放熱板、４は接着材１と配線基板２と放熱板３とから成る放熱板付配線基板、５は半導体素子であり、主にこれらで本発明の電子部品が構成される。
【００３５】
配線基板２は、絶縁基体上に絶縁層と導体層とを複数層以上積層してなるビルドアップ配線基板や絶縁基体に銅箔を貼り合わせた銅貼積層板を用いたプリント基板等から成り、上面の略中央部に半導体素子５を搭載する搭載部５ａが設けてあり、この搭載部５ａには半導体素子５がガラス・樹脂・ろう材等の接着剤を介して接着固定される。
【００３６】
配線基板２が、例えばビルドアップ配線基板から成る場合であれば、ガラスクロス−エポキシ樹脂・ガラスクロス−ビスマレイミドトリアジン樹脂・ガラスクロス−ポリフェニレンエーテル樹脂・アラミド繊維−エポキシ樹脂等の樹脂材料から成る絶縁基体６の表裏両面に形成した配線導体層７を、ドリル等で穿 した貫通孔８の内部に形成した貫通導体９を介して電気的に接続し、その後、絶縁基体６の表裏両面に絶縁層１０と配線導体層７とを交互に積層するとともにレーザ等で穿設した貫通孔８に形成した銅めっき等の貫通導体９で各配線導体層７を電気的に接続することにより形成される。
【００３７】
配線導体層７は、搭載した半導体素子５を外部電気回路（図示せず）に電気的に接続する作用をなし、その一端には半導体素子５の各電極がボンディングワイヤや半田バンプ等の導電性接続部材１１を介して接続され、他端を外部電気回路に接続することによって半導体素子５は外部電気回路と電気的に接続される。
【００３８】
なお、配線導体層７はその露出する表面にニッケル、金等の良導電性で耐蝕性および導電性接続部材１１との濡れ性が良好な金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させておくと、配線導体層７の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに配線導体層７と外部電気回路との電気的接続を良好となすことができる。従って、配線導体層７の酸化腐蝕を防止し、配線導体層７と外部電気回路との電気的接続を良好となすためには、配線導体層７の表面にニッケル、金等をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００３９】
配線基板４の上面には、半導体素子５の搭載部５ａを取り囲んで放熱板３が本発明の接着材１を介して接着固定され、これにより放熱板付配線基板４が形成される。このような放熱板３としては、その形状や使用形態によりスティフナ−・ヒートスラグ・ヒートシンク等があり、材質としては熱伝導性に優れた銅やアルミニウムが好ましい。このような放熱板３は、銅やアルミニウムの薄板やインゴット（塊）を従来周知の打抜き加工法等を採用し、所定の形状に形成することによって形成される。
【００４０】
また、放熱板３の表面にニッケル、ニッケル−金等の耐蝕性の良好な金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させておくと、放熱板３の酸化腐蝕を有効に防止することができる。さらに、放熱板３と接着材１との接着力向上のために、放熱板３表面に黒化処理やブラスト処理を施し、その表面に微小な凹凸を形成してもよい。
【００４１】
放熱板付配線基板４は、本発明の接着材１を切断あるいは打抜き加工により所望の寸法に形成した後、この接着材１を配線基板２と放熱板３との間に挟み込み、配線基板２と放熱板３とを０．３〜０．５ＭＰａの荷重を加えた状態で１５０〜２００℃の温度中に数分〜数時間放置することにより製作される。
【００４２】
このような配線基板２と放熱板３と接着材１とから成る放熱板付配線基板４の搭載部５ａに半導体素子５を搭載し、半導体素子５の各電極を半田バンプ等の導電性接続部材１１を介して配線導体層７に接続することにより、半導体素子５と配線導体層７とが電気的に接続され、本発明の電子部品となる。なお、半導体素子５と配線基板２との間に樹脂から成るアンダフィル１２を注入することにより、半導体素子５を配線基板２に強固に固定することができる。
【００４３】
本発明の電子部品においては、放熱板付配線基板４を構成する配線基板２と放熱板３とを、格子状に編まれたガラスクロスＧ４５〜６０重量％に熱硬化性樹脂Ｊ４０〜５５重量％を含浸させた接着材１で接着したことから、接着材１を加圧をしながら熱硬化する際、格子状に編まれたガラスクロスＧがダムの役目を果して熱硬化性樹脂Ｊの広がりを抑制することができ、その結果、寸法精度の良好な電子部品とすることができる。
【００４４】
また、２官能エポキシ樹脂と４官能エポキシ樹脂との混合物を含有し架橋密度の高い接着材１を使用していることから、熱による樹脂の分子切断や樹脂中への水分の侵入を抑制することができ、耐熱性・耐湿性に優れた電子部品とすることができる。
【００４５】
さらに、放熱板３と配線基板２とを硬化後の弾性率が１０ＭＰａ〜１ＧＰａである接着材１を用いて接着し電子部品を構成する放熱板付配線基板４としたことから、電子部品に落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験の熱衝撃が加わったとしてもその衝撃を緩和することができ、信頼性の高い電子部品とすることができる。
【００４６】
また、本発明の電子部品は、本発明の接着材１を用いて放熱板３と配線基板２とを接着して放熱板付配線基板２としたことから、接着材１の飽和吸水後における放熱板３と配線基板２の接着強度を剪断強度で１０〜５０ＭＰａとすることができ、放熱板付配線基板４に搭載される半導体素子５が作動する際に発生する熱によって熱膨張係数の異なる放熱板３と配線基板２との間に大きな応力が発生したとしても、接着材１内部にクラックが発生してしまったり、落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験での熱衝撃により接着材１と放熱板３または配線基板２との接着面で剥離してしまうことはない。
【００４７】
なお、接着材１に含有される熱硬化性樹脂Ｊのガラス転移温度は１６０〜２００℃であり、加熱硬化時の１５０〜２００℃の温度でも接着強度を維持することが可能であり、温度サイクル試験等の信頼性試験による耐熱疲労性に優れたものとすることができる。また、接着材１のガラス転移温度は動的粘弾性のｔａｎδのピークから算出することができる。
【００４８】
かくして本発明の電子部品によれば、寸法精度が良好で、耐熱性・耐湿性に優れた信頼性の高い電子部品とすることができる。
【００４９】
なお、本発明の電子部品は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば図３に断面図で示すように、放熱板３と成るヒートスラグの上面に半導体素子５を搭載し、配線基板２を半導体素子５の搭載部５ａを取り囲むように接着材１を介して放熱板３上に接着し、半導体素子５を搭載部５ａに搭載固定するとともに半導体素子５の各電極をボンディングワイヤ等の導電性接続部材１１により配線基板２の配線導体層７へ電気的に接続してなる電子部品でもよい。
【００５０】
【実施例】
本発明の接着材およびこの接着材を用いた電子部品の特性を評価するために、以下のような接着材を用いた電子部品を製作した。
【００５１】
［接着材の実施例１］
まず、２官能エポキシ樹脂であるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂６６重量％、４官能エポキシ樹脂であるテトラグリシジルジアミノジフェニルメタン２０樹脂重量％、硬化材である２−メチルイミダゾール４重量％、硬化促進材である３フッ化ホウ素 ０．５重量％および熱可塑性エラストマであるスチレン−ブタジエン−スチレントリブロックエラストマ（ＳＢＳ）１０重量％から成る熱硬化性樹脂Ｊに溶剤としてＭＥＫとＤＭＦを添加混合してワニス状の混合物を製作した。次に、この混合物４５重量％を格子状ガラスクロスＧ５５重量％に含浸させ、厚さが １２０μｍのフィルムを製作し、その後、６０〜１００℃の温度で３０分間乾燥して未硬化の接着材１フィルムＡを得た。この接着材１フィルムＡのフロー率は３％となり、また、１８０℃の温度で１時間硬化後の弾性率は０．８ＧＰａであった。なお、ガラス転移温度は１７５℃であった。
【００５２】
［接着材の実施例２］
まず、２官能エポキシ樹脂であるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂６６重量％、４官能エポキシ樹脂であるテトラグリシジルジアミノジフェニルメタン樹脂２０重量％、硬化材である２−メチルイミダゾール４重量％、硬化促進材である３フッ化ホウ素０．５重量％および熱可塑性エラストマであるスチレン−ブタジエン−スチレントリブロックエラストマ（ＳＢＳ）１０重量％から成る熱硬化性樹脂Ｊに溶剤としてＭＥＫとＤＭＦを添加混合してワニス状の混合物を製作した。次に、この混合物５０重量％を格子状ガラスクロスＧ５０重量％に含浸させ、厚さが１５０μｍのフィルムを製作し、その後、６０〜１００℃の温度で３０分間乾燥して未硬化の接着材１フィルムＢを得た。この接着材１フィルムＢのフロー率は５％となり、また、１８０℃の温度で１時間硬化後の弾性率は１ＧＰａであった。なお、ガラス転移温度は１８０℃であった。
【００５３】
［接着材の比較例］
まず、２官能エポキシ樹脂であるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂４０重量％、４官能エポキシ樹脂であるＯ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂２０重量％、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）３０重量％、硬化材である２−メチルイミダゾール２重量％および微粉砕シリカ８重量％から成る熱硬化性樹脂Ｊに溶剤としてＭＥＫとＤＭＦを添加混合してワニス状の混合物を製作した。次に、この混合物５０重量％を平織ガラスクロス５０重量％に含浸させ、厚さが１２０μｍのフィルムを製作し、その後、６０〜１００℃の温度で３０分間乾燥して未硬化の接着材フィルムＣを得た。この接着材フィルムＣのフロー率は１５％となり、また、１８０℃の温度で１時間硬化後の弾性率は １．５ＧＰａであった。なお、この接着材のガラス転移温度は９０℃であった。
【００５４】
［電子部品の実施例１］
１００℃の温度に加熱した放熱板３である枠状のスティフナー上に、所定の大きさに切断した接着材１フィルムＡを位置合せして仮付けし、次に接着材１フィルムＡに配線基板２としてビルドアップ配線基板を位置合せして仮付けした後、０．５ＭＰａの荷重を加えながら１８０℃温度で１時間硬化を行って放熱板付配線基板４を製作した。接着材１はビルドアップ配線基板２より大きくはみ出すことはなく、外観上良好な放熱板付配線基板４となった。
【００５５】
次に、ビルドアップ配線基板２の搭載部５ａに半導体素子５を搭載し、半田バンプを介して配線導体層７に電気的に接続し、半導体素子５と配線基板２の間にアンダーフィル１２を注入して信頼性評価用の電子部品を得た。
【００５６】
この電子部品の信頼性試験項目は、プレッシャクッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験で、各試験はそれぞれ接着材の超音波探傷による剥離のチェックと剪断強度とで評価を行なった。
【００５７】
プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）は温度可変寿命試験機を用い、電子部品を温度 １２１℃・相対湿度 １００％・気圧２．１×１０５Ｐａの条件下に１６８時間放置という条件で行ない、吸湿後のリフロー試験は、高温高湿試験機を用い電子部品を温度８５℃・相対湿度８５％の条件下に１６８時間放置した後、ピーク温度２３０℃・時間５秒間のリフロー炉中を通過させた後、剥離のチェック・剪断強度の測定を行った。
【００５８】
本発明の電子部品は、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験後においても、接着材１に超音波探傷によるチェックで剥離は観察されず、また、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験後の剪断強度はそれぞれ３５ＭＰａと２８ＭＰａであった。また、吸湿後のリフロー試験を６回繰返した場合でも、超音波探傷によるチェックで剥離は観察されず、耐湿性・耐熱性の良好な電子部品であることがわかった。
【００５９】
［電子部品の実施例２］
１２０℃の温度に加熱した放熱板３であるヒートスラグ上に、所定の大きさに切断した接着材１フィルムＢを位置合せして仮付けし、次に接着材１フィルムＢに配線基板２として枠状のプリント配線基板を位置合せして仮付けした後、０．５ＭＰａの荷重を加えながら１８０℃温度で１時間硬化を行って放熱板付配線基板４を製作した。接着材１はプリント配線基板２より大きくはみ出すことはなく、外観上良好な放熱板付配線基板４となった。
【００６０】
次に、放熱板３の搭載部５ａに半導体素子５を搭載しろう材を介して接着固定し、次に、半導体素子５の各電極とプリント配線基板２表面の配線導体層７とをボンディングワイヤを介して接続した後、半導体素子５を封止材で封止し信頼性評価用の電子部品を得た。
【００６１】
この電子部品の信頼性試験項目として、実施例１と同様のプレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験を行なった。その結果、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験後においても、接着材１に超音波探傷によるチェックで剥離は観察されず、また、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験後の剪断強度はそれぞれ２９ＭＰａと２５ＭＰａであった。また、吸湿後のリフロー試験を６回繰返した場合でも、超音波探傷によるチェックで剥離は観察されず、耐湿性・耐熱性の良好な電子部品であることがわかった。
【００６２】
［電子部品の比較例］
１００℃の温度に加熱した放熱板である枠状のスティフナー上に、所定の大きさに切断した接着材フィルムＣを位置合せして仮付けし、次に接着材フィルムＣに配線基板としてのビルドアップ配線基板を位置合せし仮付けした後、０．２ＭＰａの荷重を加えながら１８０℃温度で１時間硬化を行って放熱板付配線基板４を製作した。接着材はビルドアップ配線基板より大きくはみ出し外観不良となった。
【００６３】
次に、ビルドアップ配線基板の搭載部に半導体素子を搭載し、半田バンプを介して配線導体層に電気的に接続し、半導体素子と配線基板の間にアンダーフィルを注入して比較用の電子部品を得た。
【００６４】
比較用の電子部品の信頼性試験項目として、実施例１と同様のプレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験を行なった。
【００６５】
信頼性試験の結果、プレッシャークッカー試験後および吸湿後のリフロー試験を３回繰返した後に接着材の剥離が確認された。また、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験後の剪断強度はそれぞれ２２ＭＰａと８ＭＰａであった。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の接着材によれば、格子状に編まれたガラスクロス４５〜６０重量％に熱硬化性樹脂４０〜５５重量％を含浸させたことから、接着材を加圧をしながら熱硬化する際、格子状に編まれたガラスクロスがダムの役目を果して熱硬化性樹脂の広がりを抑制することができ、その結果、硬化後の接着材の寸法を良好な精度で制御することができる。また、２官能エポキシ樹脂と４官能エポキシ樹脂との混合物を含有していることから接着材の架橋密度を高くすることができ、その結果、熱による樹脂の分子切断や樹脂中への水分の侵入を抑制することができ、耐熱性・耐湿性に優れた接着材とすることができる。さらに、硬化後の弾性率を１０ＭＰａ〜１ＧＰａとしたことから、放熱板と配線基板とをこのような接着材を用いて接着した放熱板付配線基板に落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験の熱衝撃が加わったとしてもその衝撃を緩和することができ、その結果、接着材と放熱板または配線基板との接着面で剥離してしまうこともない。
【００６７】
また本発明の電子部品によれば、放熱板と配線基板とをこのような接着材を用いて接着して放熱板付配線基板とし、この接着材の飽和吸水後における放熱板と配線基板の接着強度を剪断強度で１０〜５０ＭＰａとしたことから、放熱板付配線基板に搭載される半導体素子等の電子素子が作動する際に発生する熱によって熱膨張係数の異なる放熱板と配線基板の間に大きな応力が発生したとしても、接着材内部にクラックが発生してしまったり、落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験での熱衝撃により接着材と放熱板または配線基板との接着面で剥離してしまうことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の格子状ガラスクロスに熱硬化性樹脂を含浸させた接着材の一例を示す要部断面図である。
【図２】図１の接着材を用いた放熱板付配線基板に電子素子として半導体素子を搭載した場合の電子部品の一例を示す断面図である。
【図３】図１の接着材を用いた放熱板付配線基板に電子素子として半導体素子を搭載した場合の電子部品の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・接着材
２・・・・配線基板
３・・・・放熱板
４・・・・放熱板付配線基板
５・・・・電子素子（半導体素子）
６・・・・絶縁基体
７・・・・配線導体層
８・・・・貫通孔
９・・・・貫通導体
１０・・・ 絶縁層
Ｇ・・・・格子状ガラスクロス
Ｊ・・・・熱硬化性樹脂
【発明の属する技術分野】
本発明は、放熱板と配線基板とを接着して成る放熱板付配線基板を製作するための接着材と、この放熱板付配線基板に半導体素子等の電子素子を搭載して成る電子部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、現在の電子部品は、移動体通信機器に代表されるように小型・薄型・軽量・高性能・高機能、高品質・高信頼性が要求されており、このような電子部品に用いられる配線基板も高密度配線が要求されるようになってきている。また同時に、配線基板に高密度に実装される半導体素子等の電子素子が発生する熱を効率よく放散するために、熱伝導性が高く、反りの少ない剛性の高い配線基板が要求されるようになってきている。
【０００３】
このような配線基板を構成する絶縁基板として、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスを素材とするセラミック絶縁基板が使用されているが、セラミック絶縁基板は、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスが硬くて脆い性質を有するため、搬送工程や電子部品製作の自動ライン等において配線基板同士が、あるいは配線基板と電子部品製作自動ラインの一部とが激しく衝突すると配線基板に欠けや割れ、クラック等が発生しその結果、配線基板に搭載した電子素子を気密に収容することができず、電子素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることができなくなるという問題点を有していた。
【０００４】
このような問題点を解決するために、最近では、セラミック絶縁基板に較べて割れや欠けが発生しにくく、かつ電気特性に優れ安価で軽量な合成樹脂を素材とする有機絶縁基板を用いた配線基板が使用されるようになってきている。しかしながら、このような有機絶縁基板はセラッミク絶縁基板に較べて、その熱伝導率が約１／１００程度と低く半導体素子等の電子素子から発生される熱を効率よく放散できないこと、および剛性が低く反り、変形等が発生し電気的接続不良が発生し易いこと等から、有機絶縁基板からなる配線基板に熱伝導率の高い銅やアルミニウム等の金属から成るヒートスラグやスティフナー等の放熱板を接着材により取り付けた放熱板付配線基板が使用されるようになってきている。
【０００５】
このような接着材として、全芳香族ポリアミド系繊維や不織布に多官能性シアン酸エステル類等の高分子樹脂を含む熱硬化性樹脂を含浸させた接着材が、また、放熱板と配線基板とを取り付ける方法として、上記の接着材を半硬化状のフィルムとするとともにこのフィルムを任意の大きさにカットし、その後、フィルムを放熱板と配線基板の間に挟んで加圧をしながら熱硬化する方法が特開昭６３−３１１７４７号公報に提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような接着材は、放熱板や配線基板との寸法整合性のために加圧しながら熱硬化した後の良好な寸法精度を要求されるが、熱硬化性樹脂に含有される高分子樹脂によりその弾性率を制御しているために高分子樹脂の含有量により接着材の弾性率が大きく変動してしまい、加圧しながら熱硬化した後に良好な寸法精度を得られないという問題点を有していた。
【０００７】
また同時に、上記接着材はその弾性率が１０ＭＰａ未満と低く、落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験での熱衝撃により接着材と放熱板または配線基板との接着面で剥離してしまい易いという問題点を有していた。
【０００８】
さらに、上記接着材は吸水率の高い多官能性シアン酸エステル類等の高分子樹脂を含む熱硬化性樹脂から成るために、時間の経過とともに空気中の水分を吸収して接着材の剪断強度が低下してしまうという欠点を有しており、その結果、放熱板と配線基板とをこのような接着材を用いて接着した放熱板付配線基板に半導体素子等の電子素子を搭載した電子部品においては、半導体素子等の電子素子が作動する際に発生する熱によって熱膨張係数の異なる放熱板と配線基板との間に大きな応力が発生し、この応力によって接着材内部にクラックが発生してしまうという問題点を有していた。
【０００９】
本発明はかかる従来技術の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、加圧をしながら熱硬化した後に良好な寸法精度が得られるとともに放熱板と配線基板との接着強度に優れた接着材と、この接着材により接着された放熱板と配線基板とから成る放熱板付配線基板を用いたプレッシャークッカー試験や吸湿リフロー性試験等の耐湿性に優れた信頼性の高い電子部品を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の接着材は、格子状ガラスクロス４５〜６０重量％と熱硬化性樹脂４０〜５５重量％とから成る接着材であって、熱硬化性樹脂は２官能エポキシ樹脂２０〜７０重量％、４官能エポキシ樹脂２０〜５０重量％、ガラス転移温度が−６０〜−２０℃の熱可塑性エラストマ５〜２０重量％および硬化剤２〜１０重量％から成り、接着材の硬化後の弾性率が１０ＭＰａ〜１ＧＰａであることを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明の電子部品は、放熱板を、表面および／または内部に複数の配線導体層が形成され、これらの配線導体層同士が貫通導体により接続された配線基板に上記の接着材を用いて接着した放熱板付配線基板と、この放熱板付配線基板に搭載され、配線導体層と電気的に接続された電子素子とから成る電子部品であって、接着材の飽和吸水後における放熱板と配線基板の接着強度が剪断強度で１０〜５０ＭＰａであることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の接着材によれば、格子状に編まれたガラスクロス４５〜６０重量％に熱硬化性樹脂４０〜５５重量％を含浸させたことから、接着材を加圧をしながら熱硬化する際、格子状に編まれたガラスクロスがダムの役目を果して熱硬化性樹脂の広がりを抑制することができ、その結果、硬化後の接着材の寸法を良好な精度で制御することができる。また、２官能エポキシ樹脂と４官能エポキシ樹脂との混合物を含有していることから接着材の架橋密度を高くすることができ、その結果、熱による樹脂の分子切断や樹脂中への水分の侵入を抑制することができ、耐熱性・耐湿性に優れた接着材とすることができる。さらに、硬化後の弾性率を１０ＭＰａ〜１ＧＰａとしたことから、放熱板と配線基板とをこのような接着材を用いて接着した放熱板付配線基板に落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験の熱衝撃が加わったとしてもその衝撃を緩和することができ、その結果、接着材と放熱板または配線基板との接着面で剥離してしまうこともない。
【００１３】
また本発明の電子部品によれば、放熱板と配線基板とをこのような接着材を用いて接着して放熱板付配線基板とし、この接着材の飽和吸水後における放熱板と配線基板の接着強度を剪断強度で１０〜５０ＭＰａとしたことから、放熱板付配線基板に搭載される半導体素子等の電子素子が作動する際に発生する熱によって熱膨張係数の異なる放熱板と配線基板の間に大きな応力が発生したとしても、接着材内部にクラックが発生してしまったり、落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験での熱衝撃により接着材と放熱板または配線基板との接着面で剥離してしまうことはない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の接着材およびこれを用いた電子部品について詳細に説明する。
【００１５】
本発明の接着材は、格子状ガラスクロス４５〜６０重量％と、熱硬化性樹脂４０〜５５重量％とから構成されており、その硬化後の弾性率が１０ＭＰａ〜１ＧＰａである。
【００１６】
図１は、本発明の格子状ガラスクロスに熱硬化性樹脂を含浸させた接着材の平面図であり、図１において、１は格子状ガラスクロスＧに、熱硬化性樹脂Ｊを含浸させた接着材である。
【００１７】
本発明の接着材１は、一定の間隔で格子状に編まれたガラスクロスＧ４５〜６０重量％に熱硬化性樹脂Ｊ４０〜５５重量％を含浸させたことから、接着材１を加圧をしながら熱硬化する際、格子状に編まれたガラスクロスＧがダムの役目を果して熱硬化性樹脂Ｊの余分な広がりを抑制することができ、その結果、硬化後の接着材１の寸法を良好な精度で制御できる。なお、接着材１は、表面の平坦性や厚さ制御の容易性・取扱いの容易性からは固形フィルム状が好ましい。また、ガラスクロスＧは、ダムの役目を果たすために広面積の布状のものが使用される。
【００１８】
格子状ガラスクロスＧは、直径５〜７μｍのガラス繊維を数十本まとめたヤーンを ０．５〜２ｍｍ間隔で格子状に編んだ織布であり、熱硬化性樹脂Ｊとの密着性を向上させるためにシランカップリング剤処理が施されている。このような格子状ガラスクロスＧは、平織や朱子織等の一般ガラスクロスに比較して網目が粗であるために柔軟性に優れており、格子状ガラスクロスＧに熱硬化性樹脂Ｊを含浸させた接着材１の弾性率を１０ＭＰａ〜１ＧＰａの範囲で適宜制御でき、その結果、放熱板と配線基板とをこのような接着材１を用いて接着した放熱板付配線基板に落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験の熱衝撃が加わったとしてもその衝撃を緩和することができ、その結果、接着材１と放熱板または配線基板との接着面で剥離してしまうこともない。
【００１９】
接着材１の弾性率は、固形状フィルムを一定の速度で引張った時の応力−歪み曲線の傾きから算出される値であり、プレッシャークッカー試験や吸湿後のリフロー試験等の信頼性試験でのクラックの発生を防止するためには、１０ＭＰａ〜１ＧＰａの範囲であることが好ましく、その値が１０ＭＰａ未満では接着材１が柔らかすぎて接着材１と放熱板または配線基板とが小さな衝撃で剥離してしまう傾向があり、また１ＧＰａを超えると応力緩和能力が低下する傾向があり、放熱板と絶縁基板との熱膨張差による応力のために接着材１にクラックが生じてしまう傾向がある。またさらに、配線基板の反りの防止の点からは １００ＭＰａ〜１ＧＰａの範囲であることがより好ましい。
【００２０】
熱硬化性樹脂Ｊは２官能エポキシ樹脂２０〜７０重量％、４官能エポキシ樹脂２０〜５０重量％、ガラス転移温度が−６０〜−２０℃の熱可塑性エラストマ５〜２０重量％および硬化剤２〜１０重量％から成っており、熱硬化時に良好な寸法精度を得るためには、 １８０℃の温度での粘度が ５００〜５０００ポイズであることが好ましい。
【００２１】
熱硬化性樹脂Ｊは２官能エポキシ樹脂と４官能エポキシ樹脂との混合物を含有していることから架橋密度を高くすることができ、その結果、熱による樹脂の分子切断や樹脂中への水分の侵入を抑制することができ、耐熱性・耐湿性に優れた接着材１とすることができる。
【００２２】
なお、２官能エポキシ樹脂が２０重量％より少ないと、接着材の架橋密度が低くなり耐熱性・耐薬品性が低下してしまう傾向があり、また、７０重量％を超えると架橋密度が高くなり接着材の弾性率が高くなってしまい、温度サイクル試験等の信頼性試験で接着材にクラックが発生し易くなる傾向がある。また、４官能エポキシ樹脂が２０重量％より少ないと、接着材の架橋密度が低くなり耐熱性・耐薬品性が低下してしまう傾向があり、５０重量％を超えると架橋密度が高くなり接着材の弾性率が高くなってしまい、温度サイクル試験等の信頼性試験で接着材にクラックが発生し易くなる傾向がある。従って、２官能エポキシ樹脂と４官能エポキシ樹脂の熱硬化性樹脂Ｊ中の割合は、それぞれ２０〜７０重量％と２０〜５０重量％の範囲であることが好ましい。
【００２３】
このような２官能エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡエポキシ樹脂・ビスフェノールＦエポキシ樹脂・ビスフェノールＳエポキシ樹脂等が用いられ、また４官能エポキシ樹脂として、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン・テトラグリシジルベンゾフェノン・ビスレゾルシノールテトラグリシジルエーテル等が用いられる。
【００２４】
また、本発明の接着材１は、ガラス転移温度が−６０〜−２０℃の熱可塑性エラストマ５〜２０重量％を含有していることから、未硬化のフィルムは可撓性に優れており取扱いが容易であるとともに、硬化後でも可撓性を維持し熱変化により発生する応力を吸収することができる。ガラス転移温度が−６０℃よりも低いと乾燥後のべとつきが大きなものとなりフィルムの取扱いが困難となる傾向があり、また−２０℃よりも高いと乾燥後のフィルムの可撓性が小さくなる傾向がある。従ってエラストマのガラス転移温度は−６０〜−２０℃の範囲であることが好ましい。さらに、エラストマの含有量が５重量％よりも少ないと可撓性が低下する傾向があり、また、２０重量％を超えると接着材の架橋密度が低下して耐熱性・耐湿性が低下してしまう傾向がある。従って、エラストマの含有量は５〜２０重量％の範囲であることが好ましい。
【００２５】
このようなエラストマとしては、スチレン−ブタジエン−スチレントリブロックエラストマ（ＳＢＳ）・スチレン−イソプレン−スチレントリブロックエラストマ（ＳＩＳ）等が用いられ、これらはエポキシ樹脂にグラフト反応させることにより熱硬化性樹脂Ｊ中での分散性を向上させて配合される。
【００２６】
さらに、本発明の接着材１は、硬化剤を２〜１０重量％含有しており、硬化剤の含有量が２重量％より少ないと硬化不足となる傾向があり、また、１０重量％を超えると硬化後のフィルムが脆くなる傾向があり、温度サイクル試験等での信頼性が低下する傾向がある。従って、硬化剤の含有量は２〜１０重量％の範囲が好ましい。
【００２７】
このような硬化剤としては、２−メチルイミダゾール・２−フェニルイミダゾール・ジシアンジアミド等が用いられ、さらに、硬化促進剤として３フッ化ホウ素・塩化亜鉛・塩化スズ・塩化アルミニウム等のルイス酸触媒を併用しても良い。
【００２８】
また、本発明の接着材１においては、フロー率が２〜１０％であることが好ましい。ここで接着材１のフロー率とは接着材の流れ性の簡易評価方法であり、２枚のガラス板の間に一辺の長さ１０ｍｍの正方形の接着材を挟み込み、接着材１に０．１ＭＰａの荷重を加えた状態で １８０℃の温度中に１時間放置後の伸び率から算出されるものであり、０．１ＭＰａの荷重を加えた状態で１８０℃の温度中に１時間放置後の接着材１の一辺の長さをＸ、Ｘに直交する方向の辺の長さをＹとしたときに、（（Ｘ＋Ｙ）／２−１０））×１０（％）で表されるものである。
【００２９】
接着材１のフロー率は、接着材１の加工精度の観点からはから２〜１０％であることが好ましく、フロー率が２％よりも小さいと接着材１の広がり性が悪く放熱板や配線基板の表面の凹凸部に接着材１の熱硬化性樹脂Ｊが入り込み難くなり、接着材と放熱板および配線基板との接着強度が低下する傾向にあり、また、１０％を超えると放熱板や配線基板の端からはみ出してしまう傾向があり、外観不良となってしまう。従って、接着材のフロー率は２〜１０％の範囲が好ましい。
【００３０】
さらに、本発明の接着材１は、ＰＥＴ製離型シート上に載置した格子状ガラスクロスに、エポキシ樹脂等から成る熱硬化製樹脂Ｊをメチルエチルケトン（ＭＥＫ）等の有機溶剤に溶解させた液状ワニスを含浸させた後、６０℃以下の温度で乾燥させることによりフィルム状に製作される。また、フィルムを乾燥後、フィルムの上面にポリエチレン製保護シートを積層し、ロール状に巻き取ることにより容易に貯蔵することができる。
【００３１】
かくして本発明の接着材によれば、硬化後の接着材の寸法を良好な精度で制御でき、耐熱性・耐湿性に優れた接着材とすることができる。
【００３２】
なお、本発明の接着材は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の接着材に耐熱性のより向上のためにヒンダーフェノール系酸化防止剤を、成形性のより向上のために高級脂肪酸エステル等の滑剤を含有させることも可能である。
【００３３】
次に、本発明の接着材を用いた電子部品を添付の図面に基づき詳細に説明する。図２は放熱板と配線基板とを本発明の接着材を用いて接着した放熱板付配線基板に、電子素子として半導体素子を搭載した場合の電子部品の一例を示す断面図である。
【００３４】
この図において、１は接着材、２は配線基板、３は放熱板、４は接着材１と配線基板２と放熱板３とから成る放熱板付配線基板、５は半導体素子であり、主にこれらで本発明の電子部品が構成される。
【００３５】
配線基板２は、絶縁基体上に絶縁層と導体層とを複数層以上積層してなるビルドアップ配線基板や絶縁基体に銅箔を貼り合わせた銅貼積層板を用いたプリント基板等から成り、上面の略中央部に半導体素子５を搭載する搭載部５ａが設けてあり、この搭載部５ａには半導体素子５がガラス・樹脂・ろう材等の接着剤を介して接着固定される。
【００３６】
配線基板２が、例えばビルドアップ配線基板から成る場合であれば、ガラスクロス−エポキシ樹脂・ガラスクロス−ビスマレイミドトリアジン樹脂・ガラスクロス−ポリフェニレンエーテル樹脂・アラミド繊維−エポキシ樹脂等の樹脂材料から成る絶縁基体６の表裏両面に形成した配線導体層７を、ドリル等で穿 した貫通孔８の内部に形成した貫通導体９を介して電気的に接続し、その後、絶縁基体６の表裏両面に絶縁層１０と配線導体層７とを交互に積層するとともにレーザ等で穿設した貫通孔８に形成した銅めっき等の貫通導体９で各配線導体層７を電気的に接続することにより形成される。
【００３７】
配線導体層７は、搭載した半導体素子５を外部電気回路（図示せず）に電気的に接続する作用をなし、その一端には半導体素子５の各電極がボンディングワイヤや半田バンプ等の導電性接続部材１１を介して接続され、他端を外部電気回路に接続することによって半導体素子５は外部電気回路と電気的に接続される。
【００３８】
なお、配線導体層７はその露出する表面にニッケル、金等の良導電性で耐蝕性および導電性接続部材１１との濡れ性が良好な金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させておくと、配線導体層７の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに配線導体層７と外部電気回路との電気的接続を良好となすことができる。従って、配線導体層７の酸化腐蝕を防止し、配線導体層７と外部電気回路との電気的接続を良好となすためには、配線導体層７の表面にニッケル、金等をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００３９】
配線基板４の上面には、半導体素子５の搭載部５ａを取り囲んで放熱板３が本発明の接着材１を介して接着固定され、これにより放熱板付配線基板４が形成される。このような放熱板３としては、その形状や使用形態によりスティフナ−・ヒートスラグ・ヒートシンク等があり、材質としては熱伝導性に優れた銅やアルミニウムが好ましい。このような放熱板３は、銅やアルミニウムの薄板やインゴット（塊）を従来周知の打抜き加工法等を採用し、所定の形状に形成することによって形成される。
【００４０】
また、放熱板３の表面にニッケル、ニッケル−金等の耐蝕性の良好な金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させておくと、放熱板３の酸化腐蝕を有効に防止することができる。さらに、放熱板３と接着材１との接着力向上のために、放熱板３表面に黒化処理やブラスト処理を施し、その表面に微小な凹凸を形成してもよい。
【００４１】
放熱板付配線基板４は、本発明の接着材１を切断あるいは打抜き加工により所望の寸法に形成した後、この接着材１を配線基板２と放熱板３との間に挟み込み、配線基板２と放熱板３とを０．３〜０．５ＭＰａの荷重を加えた状態で１５０〜２００℃の温度中に数分〜数時間放置することにより製作される。
【００４２】
このような配線基板２と放熱板３と接着材１とから成る放熱板付配線基板４の搭載部５ａに半導体素子５を搭載し、半導体素子５の各電極を半田バンプ等の導電性接続部材１１を介して配線導体層７に接続することにより、半導体素子５と配線導体層７とが電気的に接続され、本発明の電子部品となる。なお、半導体素子５と配線基板２との間に樹脂から成るアンダフィル１２を注入することにより、半導体素子５を配線基板２に強固に固定することができる。
【００４３】
本発明の電子部品においては、放熱板付配線基板４を構成する配線基板２と放熱板３とを、格子状に編まれたガラスクロスＧ４５〜６０重量％に熱硬化性樹脂Ｊ４０〜５５重量％を含浸させた接着材１で接着したことから、接着材１を加圧をしながら熱硬化する際、格子状に編まれたガラスクロスＧがダムの役目を果して熱硬化性樹脂Ｊの広がりを抑制することができ、その結果、寸法精度の良好な電子部品とすることができる。
【００４４】
また、２官能エポキシ樹脂と４官能エポキシ樹脂との混合物を含有し架橋密度の高い接着材１を使用していることから、熱による樹脂の分子切断や樹脂中への水分の侵入を抑制することができ、耐熱性・耐湿性に優れた電子部品とすることができる。
【００４５】
さらに、放熱板３と配線基板２とを硬化後の弾性率が１０ＭＰａ〜１ＧＰａである接着材１を用いて接着し電子部品を構成する放熱板付配線基板４としたことから、電子部品に落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験の熱衝撃が加わったとしてもその衝撃を緩和することができ、信頼性の高い電子部品とすることができる。
【００４６】
また、本発明の電子部品は、本発明の接着材１を用いて放熱板３と配線基板２とを接着して放熱板付配線基板２としたことから、接着材１の飽和吸水後における放熱板３と配線基板２の接着強度を剪断強度で１０〜５０ＭＰａとすることができ、放熱板付配線基板４に搭載される半導体素子５が作動する際に発生する熱によって熱膨張係数の異なる放熱板３と配線基板２との間に大きな応力が発生したとしても、接着材１内部にクラックが発生してしまったり、落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験での熱衝撃により接着材１と放熱板３または配線基板２との接着面で剥離してしまうことはない。
【００４７】
なお、接着材１に含有される熱硬化性樹脂Ｊのガラス転移温度は１６０〜２００℃であり、加熱硬化時の１５０〜２００℃の温度でも接着強度を維持することが可能であり、温度サイクル試験等の信頼性試験による耐熱疲労性に優れたものとすることができる。また、接着材１のガラス転移温度は動的粘弾性のｔａｎδのピークから算出することができる。
【００４８】
かくして本発明の電子部品によれば、寸法精度が良好で、耐熱性・耐湿性に優れた信頼性の高い電子部品とすることができる。
【００４９】
なお、本発明の電子部品は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば図３に断面図で示すように、放熱板３と成るヒートスラグの上面に半導体素子５を搭載し、配線基板２を半導体素子５の搭載部５ａを取り囲むように接着材１を介して放熱板３上に接着し、半導体素子５を搭載部５ａに搭載固定するとともに半導体素子５の各電極をボンディングワイヤ等の導電性接続部材１１により配線基板２の配線導体層７へ電気的に接続してなる電子部品でもよい。
【００５０】
【実施例】
本発明の接着材およびこの接着材を用いた電子部品の特性を評価するために、以下のような接着材を用いた電子部品を製作した。
【００５１】
［接着材の実施例１］
まず、２官能エポキシ樹脂であるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂６６重量％、４官能エポキシ樹脂であるテトラグリシジルジアミノジフェニルメタン２０樹脂重量％、硬化材である２−メチルイミダゾール４重量％、硬化促進材である３フッ化ホウ素 ０．５重量％および熱可塑性エラストマであるスチレン−ブタジエン−スチレントリブロックエラストマ（ＳＢＳ）１０重量％から成る熱硬化性樹脂Ｊに溶剤としてＭＥＫとＤＭＦを添加混合してワニス状の混合物を製作した。次に、この混合物４５重量％を格子状ガラスクロスＧ５５重量％に含浸させ、厚さが １２０μｍのフィルムを製作し、その後、６０〜１００℃の温度で３０分間乾燥して未硬化の接着材１フィルムＡを得た。この接着材１フィルムＡのフロー率は３％となり、また、１８０℃の温度で１時間硬化後の弾性率は０．８ＧＰａであった。なお、ガラス転移温度は１７５℃であった。
【００５２】
［接着材の実施例２］
まず、２官能エポキシ樹脂であるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂６６重量％、４官能エポキシ樹脂であるテトラグリシジルジアミノジフェニルメタン樹脂２０重量％、硬化材である２−メチルイミダゾール４重量％、硬化促進材である３フッ化ホウ素０．５重量％および熱可塑性エラストマであるスチレン−ブタジエン−スチレントリブロックエラストマ（ＳＢＳ）１０重量％から成る熱硬化性樹脂Ｊに溶剤としてＭＥＫとＤＭＦを添加混合してワニス状の混合物を製作した。次に、この混合物５０重量％を格子状ガラスクロスＧ５０重量％に含浸させ、厚さが１５０μｍのフィルムを製作し、その後、６０〜１００℃の温度で３０分間乾燥して未硬化の接着材１フィルムＢを得た。この接着材１フィルムＢのフロー率は５％となり、また、１８０℃の温度で１時間硬化後の弾性率は１ＧＰａであった。なお、ガラス転移温度は１８０℃であった。
【００５３】
［接着材の比較例］
まず、２官能エポキシ樹脂であるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂４０重量％、４官能エポキシ樹脂であるＯ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂２０重量％、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）３０重量％、硬化材である２−メチルイミダゾール２重量％および微粉砕シリカ８重量％から成る熱硬化性樹脂Ｊに溶剤としてＭＥＫとＤＭＦを添加混合してワニス状の混合物を製作した。次に、この混合物５０重量％を平織ガラスクロス５０重量％に含浸させ、厚さが１２０μｍのフィルムを製作し、その後、６０〜１００℃の温度で３０分間乾燥して未硬化の接着材フィルムＣを得た。この接着材フィルムＣのフロー率は１５％となり、また、１８０℃の温度で１時間硬化後の弾性率は １．５ＧＰａであった。なお、この接着材のガラス転移温度は９０℃であった。
【００５４】
［電子部品の実施例１］
１００℃の温度に加熱した放熱板３である枠状のスティフナー上に、所定の大きさに切断した接着材１フィルムＡを位置合せして仮付けし、次に接着材１フィルムＡに配線基板２としてビルドアップ配線基板を位置合せして仮付けした後、０．５ＭＰａの荷重を加えながら１８０℃温度で１時間硬化を行って放熱板付配線基板４を製作した。接着材１はビルドアップ配線基板２より大きくはみ出すことはなく、外観上良好な放熱板付配線基板４となった。
【００５５】
次に、ビルドアップ配線基板２の搭載部５ａに半導体素子５を搭載し、半田バンプを介して配線導体層７に電気的に接続し、半導体素子５と配線基板２の間にアンダーフィル１２を注入して信頼性評価用の電子部品を得た。
【００５６】
この電子部品の信頼性試験項目は、プレッシャクッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験で、各試験はそれぞれ接着材の超音波探傷による剥離のチェックと剪断強度とで評価を行なった。
【００５７】
プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）は温度可変寿命試験機を用い、電子部品を温度 １２１℃・相対湿度 １００％・気圧２．１×１０５Ｐａの条件下に１６８時間放置という条件で行ない、吸湿後のリフロー試験は、高温高湿試験機を用い電子部品を温度８５℃・相対湿度８５％の条件下に１６８時間放置した後、ピーク温度２３０℃・時間５秒間のリフロー炉中を通過させた後、剥離のチェック・剪断強度の測定を行った。
【００５８】
本発明の電子部品は、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験後においても、接着材１に超音波探傷によるチェックで剥離は観察されず、また、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験後の剪断強度はそれぞれ３５ＭＰａと２８ＭＰａであった。また、吸湿後のリフロー試験を６回繰返した場合でも、超音波探傷によるチェックで剥離は観察されず、耐湿性・耐熱性の良好な電子部品であることがわかった。
【００５９】
［電子部品の実施例２］
１２０℃の温度に加熱した放熱板３であるヒートスラグ上に、所定の大きさに切断した接着材１フィルムＢを位置合せして仮付けし、次に接着材１フィルムＢに配線基板２として枠状のプリント配線基板を位置合せして仮付けした後、０．５ＭＰａの荷重を加えながら１８０℃温度で１時間硬化を行って放熱板付配線基板４を製作した。接着材１はプリント配線基板２より大きくはみ出すことはなく、外観上良好な放熱板付配線基板４となった。
【００６０】
次に、放熱板３の搭載部５ａに半導体素子５を搭載しろう材を介して接着固定し、次に、半導体素子５の各電極とプリント配線基板２表面の配線導体層７とをボンディングワイヤを介して接続した後、半導体素子５を封止材で封止し信頼性評価用の電子部品を得た。
【００６１】
この電子部品の信頼性試験項目として、実施例１と同様のプレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験を行なった。その結果、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験後においても、接着材１に超音波探傷によるチェックで剥離は観察されず、また、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験後の剪断強度はそれぞれ２９ＭＰａと２５ＭＰａであった。また、吸湿後のリフロー試験を６回繰返した場合でも、超音波探傷によるチェックで剥離は観察されず、耐湿性・耐熱性の良好な電子部品であることがわかった。
【００６２】
［電子部品の比較例］
１００℃の温度に加熱した放熱板である枠状のスティフナー上に、所定の大きさに切断した接着材フィルムＣを位置合せして仮付けし、次に接着材フィルムＣに配線基板としてのビルドアップ配線基板を位置合せし仮付けした後、０．２ＭＰａの荷重を加えながら１８０℃温度で１時間硬化を行って放熱板付配線基板４を製作した。接着材はビルドアップ配線基板より大きくはみ出し外観不良となった。
【００６３】
次に、ビルドアップ配線基板の搭載部に半導体素子を搭載し、半田バンプを介して配線導体層に電気的に接続し、半導体素子と配線基板の間にアンダーフィルを注入して比較用の電子部品を得た。
【００６４】
比較用の電子部品の信頼性試験項目として、実施例１と同様のプレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験を行なった。
【００６５】
信頼性試験の結果、プレッシャークッカー試験後および吸湿後のリフロー試験を３回繰返した後に接着材の剥離が確認された。また、プレッシャークッカー試験（ＰＣＴ）および吸湿後のリフロー試験後の剪断強度はそれぞれ２２ＭＰａと８ＭＰａであった。
【００６６】
【発明の効果】
本発明の接着材によれば、格子状に編まれたガラスクロス４５〜６０重量％に熱硬化性樹脂４０〜５５重量％を含浸させたことから、接着材を加圧をしながら熱硬化する際、格子状に編まれたガラスクロスがダムの役目を果して熱硬化性樹脂の広がりを抑制することができ、その結果、硬化後の接着材の寸法を良好な精度で制御することができる。また、２官能エポキシ樹脂と４官能エポキシ樹脂との混合物を含有していることから接着材の架橋密度を高くすることができ、その結果、熱による樹脂の分子切断や樹脂中への水分の侵入を抑制することができ、耐熱性・耐湿性に優れた接着材とすることができる。さらに、硬化後の弾性率を１０ＭＰａ〜１ＧＰａとしたことから、放熱板と配線基板とをこのような接着材を用いて接着した放熱板付配線基板に落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験の熱衝撃が加わったとしてもその衝撃を緩和することができ、その結果、接着材と放熱板または配線基板との接着面で剥離してしまうこともない。
【００６７】
また本発明の電子部品によれば、放熱板と配線基板とをこのような接着材を用いて接着して放熱板付配線基板とし、この接着材の飽和吸水後における放熱板と配線基板の接着強度を剪断強度で１０〜５０ＭＰａとしたことから、放熱板付配線基板に搭載される半導体素子等の電子素子が作動する際に発生する熱によって熱膨張係数の異なる放熱板と配線基板の間に大きな応力が発生したとしても、接着材内部にクラックが発生してしまったり、落下等の衝撃や温度サイクル等の信頼性試験での熱衝撃により接着材と放熱板または配線基板との接着面で剥離してしまうことはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の格子状ガラスクロスに熱硬化性樹脂を含浸させた接着材の一例を示す要部断面図である。
【図２】図１の接着材を用いた放熱板付配線基板に電子素子として半導体素子を搭載した場合の電子部品の一例を示す断面図である。
【図３】図１の接着材を用いた放熱板付配線基板に電子素子として半導体素子を搭載した場合の電子部品の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・接着材
２・・・・配線基板
３・・・・放熱板
４・・・・放熱板付配線基板
５・・・・電子素子（半導体素子）
６・・・・絶縁基体
７・・・・配線導体層
８・・・・貫通孔
９・・・・貫通導体
１０・・・ 絶縁層
Ｇ・・・・格子状ガラスクロス
Ｊ・・・・熱硬化性樹脂
Claims (3)
- 格子状ガラスクロス４５〜６０重量％と熱硬化性樹脂４０〜５５重量％とから成る接着材であって、前記熱硬化性樹脂は２官能エポキシ樹脂２０〜７０重量％、４官能エポキシ樹脂２０〜５０重量％、ガラス転移温度が−６０〜−２０℃の熱可塑性エラストマ５〜２０重量％および硬化剤２〜１０重量％から成り、前記接着材の硬化後の弾性率が１０ＭＰａ〜１ＧＰａであることを特徴とする接着材。
- 前記接着材のフロー率が２〜１０％であることを特徴とする請求項１記載の接着材。
- 放熱板を、表面および／または内部に複数の配線導体層が形成され、該配線導体層同士が貫通導体により接続された配線基板に請求項１または請求項２記載の接着材を用いて接着した放熱板付配線基板と、該放熱板付配線基板に搭載され、前記配線導体層と電気的に接続された電子素子とから成る電子部品であって、前記接着材の飽和吸水後における前記放熱板と前記配線基板の接着強度が剪断強度で１０〜５０ＭＰａであることを特徴とする電子部品。
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