JP3554249B2 - 接着材およびこれを用いた電子部品 - Google Patents
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Description
【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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