JP4720481B2 - 電子装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を基板上に搭載し、基板の電極と電子部品の電極とを導電性接着剤を介して接続してなる電子装置の製造方法に関し、特に電子部品の電極がＳｎ系の卑金属電極からなるものに関する。

近年、環境対応への意識の高まりからエレクトロニクス分野では、はんだ中の鉛に対する規制対応として、鉛フリー実装技術、すなわち、鉛を使用しない材料で電子部品を実装する技術確立が急務となっている。

鉛フリー実装技術としては、主に鉛フリーはんだ、または導電性接着剤を用いた実装が検討されているが、樹脂接続であるがゆえの耐応力性や加工温度の低温化等のメリットが期待される導電性接着剤、への注目がより高まっている。

一般的に導電性接着剤は、樹脂成分中に導電フィラーとしての金属粒子を分散させたものである。電子部品の実装は、基板の電極に導電性接着剤を供給し、電子部品を搭載した後、樹脂を加熱硬化することにより行なわれる。

この工程により、樹脂の収縮に伴い、樹脂中の金属粒子同士の接触、あるいは、金属粒子と部品電極や基板電極との接触がなされて導通が得られるとともにに、接続部は樹脂で接着される。

前記工程において、導電性接着剤に使用される樹脂の硬化温度は一般的に１５０℃程度であり、２３０〜２４０℃程度の溶融温度が必要なはんだと比較すると、かなり低い。そのため、実装部品や電子回路製品を構成している他の部材は、耐熱性が低い安価なものが使用することができ、製品コストを削減することができる。

たとえば、特許文献１では、樹脂収縮により互いに接触しやすいフィラーを並進・回転運動が少なく、複数の反応基を有した樹脂に分散した導電性接着剤を用いることにより、はんだの代替となり得るような良好な接合強度及び接続抵抗、並びに、優れた印刷性を得ることができるとされている。
特開２０００−３１９６２２公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、導電性接着剤は、汎用の電子部品を用いた場合の接続信頼性が好ましくないため、はんだ代替としての実用化が困難であることが、わかった。

一般的に電子部品の電極としては、Ｓｎ系の卑金属電極が用いられる。Ｓｎ系の卑金属電極は、具体的には、Ｎｉメッキなどの下地金属メッキ層の上に、Ｓｎ系金属、すなわちＳｎまたはＳｎＰｂ、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｇ、ＳｎＢｉ等のＳｎを主成分とする（５０％以上含有する）Ｓｎ合金からなるメッキを施し、このＳｎ系金属メッキ層を、表層メッキ層としたものである。

しかしながら、このようなＳｎ系卑金属電極からなる電極を有する電子部品を、導電性接着剤を用いて基板上に実装した場合、部品電極との接続部が金属接合であるはんだと比較して、樹脂接着である導電性接着剤の接続の場合は、部品電極界面の形態変化による影響を受けやすい。

本発明者の検討では、電子部品の電極すなわち部品電極が貴金属（たとえば、Ａｇ系、Ａｕ系、Ｃｕ系の金属等）からなる電極である場合と比較して、融点の低いメッキされたＳｎ系金属からなる電極の場合は、長時間に渡り高温環境下、あるいは冷熱サイクル環境下に曝露すると、温度エネルギーによる原子運動が活発になりやすいため、部品電極のめっき表面が形態変化することがわかった。

具体的には、高温で長時間放置されたときには、Ｓｎ系金属メッキの表面において体積収縮が発生したり、長時間の冷熱サイクル環境下では、Ｓｎ系金属メッキの表面において粒界割れなどが発生した。そして、これが、導電性接着剤と部品電極界面の接続信頼性を確保しにくい原因の一つとなっていると考えられる。

上記特許文献１に記載されている導電性接着剤を用いたとしても、それはＡｇＰｄ電極等の貴金属電極を有する電子部品のみに対して有効であり、Ｓｎ系の卑金属電極に対しては、上記のような高温環境下、冷熱サイクル環境下における電極のメッキ表面の形態変化を抑制することはできない。

実際に、本発明者が、上記特許文献に記載されている導電性接着剤を用いて、代表的なＳｎ系卑金属電極であるＮｉ−Ｓｎ電極を部品電極として有する市販の積層セラミックコンデンサを、基板電極と接続したところ、その高温環境下、冷熱サイクル環境下における接続信頼性はＡｇＰｄ電極のそれと比較すると接続強度、接続抵抗ともに劣化が顕著であった（後述の図３、図４、図８、図７参照）。

以上のように、導電性接着剤では、電子部品の電極として、汎用のＳｎ系卑金属電極を用いると、接続信頼性が低いために、貴金属電極を用いる必要があり、部品コストが高くなることから実用化の妨げとなっていた。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電子部品の電極と基板の電極とを導電性接着剤を介して接続してなる電子装置の製造方法において、電子部品の電極に汎用のＳｎ系卑金属電極を用いた場合でも、高温環境下および冷熱サイクル環境下で高い接続信頼性を確保することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（１０）上に電子部品（２０）を搭載し、基板の電極（１１）と電子部品の電極（２１）とを導電性接着剤（３０）を介して接続してなる電子装置の製造方法において、
電子部品（２０）として、その電極（２１）の表層がＳｎ系金属をメッキすることにより形成されたメッキ層（２１ｃ）からなるものを用意し、
メッキ層（２１ｃ）を、加熱処理することにより改質して改質メッキ層（２１ｂ）とする改質工程と、
この改質工程の後に、電子部品の電極（２１）の表層に形成された改質メッキ層（２１ｂ）と基板の電極（１１）とを導電性接着剤（３０）を介して接続する接続工程とを有し、
改質工程の加熱処理における加熱温度は、接続工程における加熱温度以上であって且つメッキ層（２１ｃ）のメッキ材質の融点以下の範囲とし、接続工程における加熱温度は、導電性接着剤（３０）の硬化温度であることを特徴としている。

本発明によれば、電子部品の電極（２１）として、その表層が、Ｓｎ系金属をメッキしてなるＳｎ系の卑金属メッキ層（２１ｃ）からなるものを用意し、このメッキ層（２１ｃ）を、予め加熱処理することにより改質して改質メッキ層（２１ｂ）とする改質工程を実行し、この改質工程の後に、電子部品の電極（２１）の表層に形成された改質メッキ層（２１ｂ）と基板の電極（１１）とを導電性接着剤（３０）を介して接続する接続工程を実行する。
上記改質メッキ層（２１ｂ）は、具体的には、メッキされたＳｎ系金属が再結晶化されたものか（請求項２の発明）、もしくは、改質メッキ層（２１ｂ）の下地の金属が改質メッキ層（２１ｂ）中に拡散することにより合金化されたもの（請求項３の発明）とすることができる。

そして、本発明者の検討によれば、上記のごとく電子部品の電極（２１）の表層のＳｎ系の卑金属メッキ層（２１ｃ）を加熱処理により改質メッキ層（２１ｂ）に改質し、その後に、この改質メッキ層（２１ｂ）と基板の電極（１１）とを導電性接着剤（３０）によって接続することにより、本発明の電子部品（２０）のＳｎ系の卑金属電極（２１）は、従来の汎用のＳｎ系の卑金属電極に比べて、高温環境下および冷熱サイクル環境下でも接続抵抗や接続強度を好適なレベルに確保できることが、実験的にわかった（後述の図３〜図１０参照）。

よって、本発明によれば、電子部品（２０）の電極（２１）と基板（１０）の電極（１１）とを導電性接着剤（３０）を介して接続してなる電子装置の製造方法において、電子部品（２０）の電極（２１）に汎用のＳｎ系卑金属電極を用いた場合でも、高温環境下および冷熱サイクル環境下で高い接続信頼性を確保することができる。
さらに、本発明では、改質工程の加熱処理における加熱温度は、接続工程における加熱温度以上であって且つメッキ層（２１ｃ）のメッキ材質の融点以下の範囲とし、接続工程における加熱温度は、導電性接着剤（３０）の硬化温度にしている。これによれば、改質工程の加熱処理によって改質された改質メッキ層（２１ｂ）が、その後の接続工程においてさらに加熱されることによって変質するのを防止することができ、また、溶融することを防止することができる。

ここで、請求項３の発明のように、電子部品の電極（２１）の改質メッキ層（２１ｂ）を、下地の金属が改質メッキ層（２１ｂ）中に拡散することにより合金化されたものとした場合、この改質メッキ層（２１ｂ）のうち下地の金属が改質メッキ層（２１ｂ）中に拡散することにより合金化された部位を除く部位の平均膜厚が、１．５μｍ以下であることが好ましい（請求項４の発明）。

改質メッキ層（２１ｂ）のうち下地の金属が改質メッキ層（２１ｂ）中に拡散することにより合金化された部位を除く部位、すなわち合金化されていないＳｎ系金属メッキの平均膜厚が、１．５μｍよりも厚いと、高温、冷熱における耐久性が劣るためである。

また、この場合、改質メッキ層（２１ｂ）のうち下地の金属が前記改質メッキ層（２１ｂ）中に拡散することにより合金化された部位の平均膜厚を、請求項５に記載の発明のように０．５μｍ以上とすることが好ましい。

また、請求項６に記載の発明のように、請求項１〜請求項５に記載の電子装置の製造方法においては、電子部品（２０）の電極（２１）において、改質メッキ層（２１ｂ）の下地は、Ｎｉメッキにより形成されたＮｉメッキ層（２１ａ）とすることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

［構成等］
図１は、本発明の実施形態に係る電子部品の実装構造１００の概略断面構成を示す図である。

基板としての回路基板１０の上に電子部品２０が搭載され、回路基板１０の電極１１と電子部品２０の電極２１とが、導電性接着剤３０を介して電気的に接続されている。なお、以下、回路基板１０の電極１１を基板電極１１、電子部品２０の電極２１を部品電極２１ということにする。

回路基板１０は、セラミック基板やプリント基板、あるいはリードフレームなどを採用することができ、特に限定されるものではない。

基板電極１１は、回路基板１０の一面に形成されており、たとえば、Ａｇ、ＡｇＳｎおよびＡｇＰｄなどのＡｇ系金属や、ＣｕおよびＣｕＮｉなどのＣｕ系金属や、Ｎｉ系金属、あるいはＡｕ等の材料を用いた厚膜やめっきから構成されたものである。

電子部品２０としては、コンデンサや抵抗、半導体素子などの表面実装部品を採用することができる。図１に示される例では、電子部品２０はチップコンデンサを用いた例として示してある。

部品電極２１はＳｎ系の卑金属電極であり、本例では、下地電極２２の上に形成されている。具体的には、部品電極２１は、下地金属メッキ層２１ａの上に、表層メッキ層２１ｂが形成されたものである。下地金属メッキ層２１ａは、Ｎｉメッキなどからなるものであり、本例では、Ｎｉメッキ層２１ａである。

表層メッキ層２１ｂすなわち部品電極２１の表層は、Ｓｎ系金属をメッキしてなるものであって当該メッキされたＳｎ系金属が熱処理により改質されたものからなる。

ここで、Ｓｎ系金属とは、Ｓｎであるか、またはＳｎＰｂ、ＳｎＣｕ、ＳｎＡｇ、ＳｎＢｉ等のＳｎを主成分とする（つまりＳｎを５０％以上含有する）Ｓｎ合金からなるものである。本例では、表層メッキ層２１ｂは、ＳｎメッキからなるＳｎメッキ層からなるものとしている。

また、表層メッキ層２１ｂは、メッキされたＳｎ系金属が熱処理により改質されたものであるが、具体的には、メッキされたＳｎ系金属が再結晶化されたものか、もしくは、下地金属メッキ層２１ａ中の金属（本例ではＮｉ）が表層メッキ層２１ｂ中に拡散することにより合金化されたもの（本例ではＮｉ−Ｓｎ合金）となっている。このような表層メッキ層２１ｂの状態は、電子顕微鏡による電極の観察や各種の元素分析などにより、確認することができる。

また、導電性接着剤３０は、主剤、硬化剤、硬化促進剤（硬化触媒）、カップリング剤、希釈剤を含有する樹脂と導電フィラーとからなるもので、その使用材料は、還元効果機能を有していたり、高純度で低吸水率となる硬化物となったり、耐熱性のある硬化物となったりする、といった特徴を発現するもので、作業性・ペースト適性も考慮し選択したものである。

具体的に、導電性接着剤３０としては、エポキシ系樹脂とＡｇフィラーとからなる一般的なものを採用することができるが、高温高湿環境下における接続抵抗を、高いレベルで確保するためには、次に述べるようなものを採用することが好ましい。

本実施形態の好ましい導電性接着剤３０は、主剤としてのナフタレン骨格を持つエポキシ樹脂と、硬化剤としての酸無水物およびフェノール樹脂と、硬化促進剤としてのイミダゾールと、導電フィラーとを含んでなり、導電フィラーは、ＡｇとＡｇよりも卑であってＳｎよりも貴である他の金属（たとえばＣｕなど）とからなるものであり、酸無水物とフェノール樹脂とは併用でエポキシ当量比を０．８当量とし、その内訳として９５／５〜５／９５である。

このような導電性接着剤３０を採用することにより、（１）接続抵抗の初期値の増大、（２）高温高湿下における接続抵抗の上昇、（３）高温下における接続強度の低下といった問題点を解決することができる。

主剤としてのナフタレン骨格を持つエポキシ樹脂を用いれば、硬化された樹脂３１の吸水率を下げ、高純度化することで接続抵抗の上昇を軽減でき、また、硬化剤として酸無水物、硬化促進剤としてイミダゾールを用いれば、もともと電子部品２０の電極２１の表面に存在する初期酸化膜を還元除去できるため、接続抵抗の初期値の増大を極力抑制することができる。

また、導電フィラーを、ＡｇとＡｇよりも卑であってＳｎよりも貴である他の金属とからなるものとし、主剤としてナフタレン骨格を持つエポキシ樹脂、硬化剤として酸無水物およびフェノール樹脂、硬化促進剤としてイミダゾールをそれぞれ採用すれば、高温高湿下における接続抵抗の上昇の抑制がなされる。

さらに、主剤としてナフタレン骨格を持つエポキシ樹脂、硬化剤として酸無水物、硬化触媒としてイミダゾールを使用すれば、樹脂の高耐熱性、高Ｔｇ（Ｔｇ：ガラス転移点）を実現することができ、それにより高温下における接続強度の確保がなされる。

ここで、主剤として使用されるナフタレン骨格を持つエポキシ樹脂としては、作業性を考慮し液状のビスフェノール型エポキシ樹脂をはじめ、耐熱性を持たすためにビスフェノール樹脂中に固形のビフェニル型エポキシ樹脂および３官能フェノール型エポキシ樹脂を含む液状エポキシ樹脂や、ナフタレン骨格をもつ液状エポキシ樹脂などを採用することができる。

本例の導電性接着剤３０では、特に耐湿性と耐熱性を考慮しナフタレン骨格をもつ液状エポキシ樹脂として、ジヒドロキシナフタレン・ジグリシジルエーテルを、主剤として採用している。

硬化剤として酸無水物を使用するのは、酸無水物は還元効果があることから、硬化物の高Ｔｇ化・低吸水率化・高純度物性を持たせるためである。ただし、酸無水物自身の吸湿による硬化性・特性劣化が起きないように、より低吸湿性の酸無水物を選択することが好ましい。

特に、本例では、好ましい酸無水物として、１−Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ−４−ｍｅｔｈｙｌｂｉｃｙｃｌｏ−［２．２．２］ｏｃｔ−５−ｅｎｅ−２，３−ｄｉｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅと、３，４−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−６−（２−ｍｅｔｈｙｌ−１−ｐｒｏｐｅｎｙｌ）−１，２，３，６−ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｐｈｔｈａｌｉｃ ａｎｈｙｄｒｉｄｅとの混合物を採用している。以下、この混合物をＩＤ混合物ということにする。

また、硬化剤としては、導電性接着剤３０の印刷性や硬化物の弾性を考慮し、酸無水物とフェノール樹脂との併用したものを採用する。フェノール樹脂としては、ノボラックフェノールが好ましく、そのノボラックフェノールとしては作業性も考慮し、より低粘度のアリルフェノールがより好ましい。本例では、このアリルフェノールを硬化剤として採用している。

そして、硬化剤である酸無水物とフェノール樹脂とは、併用でエポキシ当量比を０．８当量とし、その内訳として９５／５〜５／９とすることが好ましく、特に酸無水物とフェノール樹脂との比は、５０／５０がより好ましい。

硬化触媒は、還元性とペーストポットライフと硬化性を考慮し、硬化性のやや遅い粉状のイミダゾールかマイクロカプセル化されたイミダゾールを採用し、その添加量は３〜１２重量％とする。特に、本例では、好ましいものとして、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に分散されたマイクロカプセル化イミダゾールを採用する。

また、限定するものではないが、カップリング剤としては、本例では、エポキシ基を含有するシランカップリング剤を採用し、添加量は０．５重量％とする。希釈剤としては、たとえば、非アルコール系の反応性希釈剤および溶剤を採用するが、特に本例では、環状脂肪族エポキシ樹脂を採用する。

また、導電性接着剤３０において導電フィラーは、上述したように、ＡｇとＡｇよりも卑であってＳｎよりも貴である他の金属（たとえばＣｕなど）とからなるものであるが、当該他の金属は、Ａｇ−Ｓｎ間の電位差緩和の目的で含まれている。

また、導電性接着剤３０において、この導電フィラーと樹脂成分との配合比率は、重量比として８２／１８〜９０／１０であり、特に本例では、好ましい比として８８／１２としている。

具体的に、導電フィラーとしては、Ａｇと他の金属との合金からなる合金フィラーであるものや、Ａｇからなる第１のフィラーと他の金属からなる第２のフィラーとの混合物であるものを採用することができる。ここで、上記各フィラーの形状は、特に限定しないが、たとえばフレーク状とすることができる。

本例では、導電フィラーは、Ａｇと他の金属であるＣｕとの合金すなわちＡｇＣｕ合金からなるフレーク状の合金フィラーである。ここで、ＡｇとＣｕとの比率は、Ａｇ／Ｃｕ＝６０／４０〜９５／５の範囲が望ましい。

また、導電フィラーである合金フィラーの表面には、他の金属よりも貴な金属からなる微粒子がコーティングされているものであってもよい。

なお、導電フィラーがＡｇと他の金属との合金フィラーである場合、その表面に上記微粒子がコーティングされたものになるが、導電フィラーを、上述のように第１のフィラーと第２のフィラーとから構成されたものにした場合には、第１のフィラーもしくは第２のフィラーの表面に、上記微粒子がコーティングされているものであってもよい。

この微粒子は、たとえば、その粒径が１〜５００ｎｍであるナノサイズのＡｇ粒子を、合金フィラー表面にコーティングしたものにでき、導電経路を補助する目的で設けられるものである。そのため、微粒子はコーティングされたものでなくてもよく、導電フィラーの間に混合されていてもよい。そして、微粒子の比率は、導電フィラーの３０％以下程度である。

たとえば、上記例のように、導電フィラーをＡｇとＣｕとの合金フィラーとした場合、その表面にＡｇからなる微粒子をコーティングする。より具体的には、導電フィラーは、Ａｇ７０Ｃｕ３０合金のフレーク状フィラーであって、その表面にナノサイズのＡｇを１５±５％コートしたものにできる。

そして、このような導電フィラーにおいては、たとえば、比表面積：０．５±０．３［ｍ²／ｇ］、Ｔａｐ密度：３．５±１．５［ｇ／ｍ³］であり、粒径については、Ｄ５０：５±２［ｕｍ］、Ｄ９０：１０±３［ｕｍ］のものにできる。

ここで、上述してきた好ましい導電性接着剤３０の硬化条件について述べておく。ここで、導電性接着剤３０は、ナノサイズまたはサブミクロンサイズのＡｇ微粒子をコートした導電フィラー３２を有するものとする。この場合、このＡｇ微粒子は、１２０℃〜２５０℃程度の低温で融着機能を発揮することが可能である。

また、搭載する電子部品２０の耐熱性はリフロー条件までしか保証されない。また、本例の導電性接着剤３０における樹脂は１５０℃程度で硬化反応が促進することと、樹脂中のボイドの原因となる反応性希釈剤の揮発を行なうためには、１００℃程度でプリヒートしておくことが有効である。

また、電子部品２０の部品電極２１がＳｎであるので、Ｓｎの融点（２３１℃）以上まで上げると、接続抵抗が劣化し、部品接続強度評価を行なうと破壊部位が接続界面となることもわかっている。

以上のことを考慮すると、本例の導電性接着剤３０の硬化は、１００℃／３０分→１５０℃／６０分、または、１００℃／３０分→２００℃／１分→１５０℃／６０分、または、１００℃／３０分→１５０℃／６０分→２００℃／１分、といった条件で行うことが望ましい。さらに、導電フィラーがＡｇＣｕ合金であり、Ｃｕの酸化を抑制するためには、硬化は窒素（Ｎ₂）雰囲気で行うことが望ましい。

さらに、導電性接着剤３０においては、導電性接着剤３０中のＣｌイオン濃度が１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。このように導電性接着剤３０中のＣｌイオンが少なければ、硬化された樹脂の高純度化がなされ電気伝導度が軽減されてガルバニック腐食が起こりにくくなる。

また、導電性接着剤３０においては、導電性接着剤３０を硬化した後の硬化物において、８５℃、８５ＲＨ％の環境で３６４時間放置する耐湿試験を行った後の重量変化が２％以下であることが好ましい。

また、導電性接着剤３０においては、導電性接着剤３０を硬化した後の硬化物において、そのガラス転移温度が１１０〜１６０℃であることが好ましい。

［実装方法等］
次に、図１に示される本実施形態の実装構造を実現する実装方法について述べる。図２は、本実施形態の電子部品の実装方法を説明するための概略断面図である。

まず、図２（ａ）に示されるように、電子部品２０として、その部品電極２１の表層がＳｎ系金属をメッキすることにより形成されたメッキ層２１ｃからなるものを用意する。ここにおいて、本例では、メッキ層２１ｃの下地金属メッキ層２１ａを、Ｎｉメッキにより形成されたＮｉメッキ層２１ａとし、メッキ層２１ｃはＳｎメッキからなるＳｎメッキ層である。

次に、用意された電子部品２０の表層のメッキ層２１ｃを、加熱処理することにより改質する。この改質によって、メッキ層２１ｃ中のＳｎ系金属が再結晶化されたり、下地金属メッキ層２１ａ中の金属がメッキ層２１ｃ中に拡散することにより合金化され、図２（ｂ）に示されるように、上記表層メッキ層２１ｂが形成される。

ここで、この改質のための加熱処理における加熱温度は、当該加熱処理以降の実装工程における加熱温度以上であって且つメッキ層２１ｃのメッキ材質すなわちＳｎ系金属の融点以下の範囲とすることが好ましい。さらには、当該加熱処理における加熱温度は、加熱による電子部品２０の劣化を防止するために、電子部品２０の耐熱温度以下であることが好ましい。

具体的に、加熱処理以降の実装工程における加熱温度とは、導電性接着剤３０の硬化温度である。たとえば、導電性接着剤３０の硬化温度は１５０℃であり、上記加熱温度は１７５℃程度である。

しかる後、基板電極１１と部品電極２１との導電性接着剤３０を介した接続を行う。まず、導電性接着剤３０を、マスク印刷またはディスペンスにより基板１０の基板電極１１上に供給する。次に、基板電極１１と部品電極２１とを位置あわせした状態で基板１０の上に電子部品２０を搭載する。

次に、１００℃〜２００℃程度の硬化温度にて導電性接着剤３０を加熱し、硬化させる。それにより、電子部品２０と基板１０との接続が完了し、上記図１に示される実装構造ができあがる。

［効果等］
ところで、本実施形態によれば、基板１０上に電子部品２０を搭載し、基板の電極１１と電子部品の電極２１とを導電性接着剤３０を介して接続してなる電子部品の実装構造において、電子部品の電極２１の表層は、Ｓｎ系金属をメッキしてなるものであって当該メッキされたＳｎ系金属が熱処理により改質された表層メッキ層２１ｂからなることを特徴とする実装構造１００が提供される。

本実施形態では、部品電極２１の表層を、Ｓｎ系金属をメッキしてなるＳｎ系の卑金属電極であって当該メッキされたＳｎ系金属が熱処理により改質された表層メッキ層２１ｂにより構成しており、具体的には、上述したように、メッキされたＳｎ系金属が再結晶化されたものか、もしくは、下地である下地金属メッキ層２１ａ中の金属が表層メッキ層２１ｂ中に拡散することにより合金化されたものにできる。

そして、本発明者の検討によれば、本実施形態の電子部品２０のＳｎ系の卑金属電極２１は、従来のＳｎ系の卑金属電極に比べて、高温環境下および冷熱サイクル環境下でも接続抵抗や接続強度を好適なレベルに確保できることが実験的にわかった。この検討結果について、図３〜図１０を参照して具体的に示す。

この検討においては、電子部品として市販のＳｎ系卑金属電極を持つ積層セラミックコンデンサを用いた。このコンデンサは、上記図２（ａ）に示されるような電子部品２０であり、すなわち部品電極２１が下地のＮｉメッキ層２１ａ、その上に形成された電極２１の表層としてのＳｎメッキ層２１ｃからなるものである。

そして、このコンデンサを電子部品２０として用い、比較例として従来の実装構造、および本実施形態の実装構造を形成した。ここで、回路基板１０としてはセラミック基板を用いた。

また、導電性接着剤３０、好ましい導電性接着剤として上記例に示されているものを用いた。

すなわち、導電性接着剤は、主剤としてジヒドロキシナフタレン・ジグリシジルエーテル、硬化剤として酸無水物である上記ＩＤ混合物とアリルフェノールとのエポキシ当量比が５０／５０であるもの、硬化触媒としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に分散されたマイクロカプセル化イミダゾール、カップリング剤としてエポキシ基を含有するシランカップリング剤、希釈剤として環状脂肪族エポキシ樹脂、導電フィラーとしてＡｇとＣｕとが７２／２８の比率であるＡｇ−Ｃｕ合金、そして、導電フィラーと樹脂成分との配合比率を重量比として８８／１２としたものを用いた。なお、この導電性接着剤の硬化条件は、１００℃／３０分→１５０℃／６０分とした。

まず、比較例については、回路基板１０の基板電極１１に、導電性接着剤３０をスクリーンマスク印刷により供給し、その上から、電子部品２０としての上記積層セラミックチップコンデンサを搭載し、導電性接着剤３０を１５０℃、６０分で加熱硬化した。この場合は、導電性接着剤３０とコンデンサ電極２１の表層のＳｎとが接着している。

これに対して、本実施形態の実装構造の場合は、電子部品２０としての上記コンデンサを導電性接着剤３０を介して実装する前に、予め加熱処理し、Ｓｎメッキ層２１ｃを改質し、本実施形態の表層メッキ層２１ｂとした。ここでは、加熱処理は１７５℃、１００ｈにて行った。

その後、コンデンサを回路基板１０に搭載し、導電性接着剤３０を１５０℃、６０分で加熱硬化した。この場合は、Ｓｎメッキが再結晶化あるいは下地のＮｉがＳｎメッキに拡散した状態の表層メッキ層２１ｂと導電性接着剤３０とが接着している。

図３〜図１０は、これら加熱処理をしない比較例と加熱処理を行った本実施形態とについて、接続信頼性を評価したものである。ここで、評価特性としては接続抵抗と接続強度とを調査した。

接続抵抗とは、部品電極２１と基板電極１１間に電流を１０ｍＡ流したときの抵抗値であり、また、接続強度とは電子部品２０を回路基板１０から垂直に引っ張り上げたときに発生する最大強度である。

また、信頼性試験項目として、冷熱サイクル試験と高温放置試験とを行った。冷熱サイクル試験は、−４０℃と１５０℃とをそれぞれ各３０分繰り返すサイクル試験とし、高温放置試験は、１５０℃の温度での放置試験とした。

図３は比較例について冷熱サイクル試験による接続抵抗の変化を示す図、図４は比較例について高温放置試験による接続抵抗の変化を示す図、図５は本実施形態について冷熱サイクル試験による接続抵抗の変化を示す図、図６は本実施形態について高温放置試験による接続抵抗の変化を示す図である。

また、図７は比較例について冷熱サイクル試験による接続強度の変化を示す図、図８は比較例について高温放置試験による接続強度の変化を示す図、図９は本実施形態について冷熱サイクル試験による接続強度の変化を示す図、図１０は本実施形態について高温放置試験による接続強度の変化を示す図である。

まず、接続抵抗については、図３〜図６に示されるように、初期および高温放置試験における比較例と本実施形態との差はなく、どちらも良好な接続抵抗値であった。

ところが、冷熱サイクル試験を行うと、図３に示されるように、比較例では接続抵抗が顕著に上昇してしまうのに対して、図５に示されるように、本実施形態では接続抵抗の上昇はなく安定した特性を得ることができた。

これは、本実施形態の部品電極２１では、導電性接着剤３０との界面で発生する冷熱サイクルによる脆性破壊および粒界割れを抑制することができ、導電性接着剤３０中の導電フィラーと電極２１との接触を初期と変わらず維持できているためと考えられる。

ただし、本実施形態において、部品電極２１を加熱処理して改質する際に加熱しすぎると、電極表面における過剰な酸化膜の生成、および、下地のＮｉの電極最表面への露出が発生するため、初期および耐久試験における接続抵抗が上昇してしまうという不具合が懸念される。

次に、接続強度については、図７〜図１０に示されるように、初期において本実施形態は比較例と比較して高い強度を示した。これは、加熱処理を行うことによって電極表面が適度に酸化し、樹脂との接着機構において、非常に強固な水素結合部が増加したためと推定できる。

さらに、冷熱サイクル試験および高温放置試験を行うと、比較例では、接続強度が大きく劣化するのに対して、本実施形態では、顕著な強度劣化は発生しなかった。これは、本実施形態では、導電性接着剤３０との界面における部品電極２１の表面の形態変化を抑制することができるため、耐久試験を実施しても初期と変わらない接着面積を維持できるためと考えられる。

このように、本実施形態によれば、電子部品２０の電極２１と基板１０の電極１１とを導電性接着剤３０を介して接続してなる電子部品の実装構造１００において、電子部品２０の電極２１に汎用のＳｎ系卑金属電極を用いた場合でも、高温環境下および冷熱サイクル環境下で高い接続信頼性を確保することができる。

また、本実施形態の電子部品の実装構造１００においては、電子部品２０の電極２１において、表層メッキ層２１ｂの下地は、Ｎｉメッキにより形成されたＮｉメッキ層２１ａであることも特徴のひとつである。

また、本実施形態によれば、基板１０上に電子部品２０を搭載し、基板電極１１と部品電極２１とを導電性接着剤３０を介して接続してなる電子部品の実装方法において、電子部品２０として、その電極２１の表層がＳｎ系金属をメッキすることにより形成されたメッキ層２１ｃからなるものを用意し、メッキ層２１ｃを、加熱処理することにより改質し、続いて、基板電極１１と部品電極２１との導電性接着剤３０を介した接続を行うことを特徴とする実装方法が提供される。

それによれば、用意された電子部品２０において加熱処理により改質されたメッキ層２１ｃが、本実施形態の実装構造における表層メッキ層２１ｂとなる。このように、本実施形態によれば、本実施形態の電子部品の実装構造１００を適切に実現しうる実装方法を提供することができる。

ここで、本実施形態の電子部品の実装方法においては、前記加熱処理における加熱温度は、前記加熱処理以降の実装工程における加熱温度以上であって且つメッキ層２１ｃのメッキ材質の融点以下の範囲とすることも特徴のひとつである。

それによれば、加熱処理によって改質されたメッキ層２１ｃ、すなわち、加熱処理によって形成された表層メッキ層２１ｂが、それ以降の実装工程においてさらに加熱されることによって変質するのを防止することができ、また、溶融することを防止することができる。

さらに、本実施形態の電子部品の実装方法においては、前記加熱処理以降の実装工程における加熱温度とは導電性接着剤３０の硬化温度であることも特徴のひとつである。

以上のように本実施形態は、従来の導電性接着剤の大きな課題であった、汎用的であり低コストなＳｎ系卑金属電極を有する電子部品との接続信頼性の確保において、電子部品を加熱処置してＳｎメッキを予め改質しておくだけなので、多くの工数・コストを必要としないで達成することができるものである。

［Ｎｉ−Ｓｎ合金層の検討］
上述したように、表層メッキ層２１ｂは、メッキされたＳｎ系金属が熱処理により改質されたものであるが、下地金属メッキ層２１ａ中の金属（本例ではＮｉ）が表層メッキ層２１ｂ中に拡散することにより合金化されたもの（本例ではＮｉ−Ｓｎ合金）である場合には、表層メッキ層２１ｂのうち下地金属メッキ層２１ａ中のの金属が表層メッキ層２１ｂ中に拡散することにより合金化された部位を除く部位の平均膜厚を、１．５μｍ以下とすることが好ましい。

図１１は、この合金化の場合における合金層２１ｄの形成の様子を説明するための概略断面図である。上記製造方法にて述べたように、図１１（ａ）に示される表層のメッキ層２１ｃを、加熱処理にて改質することに。

それによって、下地金属メッキ層２１ａ中の金属がメッキ層２１ｃ中に拡散することにより合金化されることになる。そして、図１１（ｂ）に示されるように、メッキ層２１ｃの下地金属メッキ層２１ａ側の一部が、Ｎｉ−Ｓｎ合金化された合金層２１ｄとなり、この合金層２１ｄと残りのメッキ層２１ｃとを合わせた部位が、表層メッキ層２１ｂとして形成される。

このとき、図１１（ｂ）において、表層メッキ層２１ｂのうち下地の金属が表層メッキ層２１ｂ中に拡散することにより合金化された部位は、合金層２１ｄであり、表層メッキ層２１ｂのうちこの合金層２１ｄを除く部位は、メッキ層２１ｃである。

そして、この図１１（ｂ）においては、メッキ層２１ｃの平均膜厚は１．５μｍ以下であることが好ましい。１．５μｍよりも厚いと、高温環境下、冷熱環境下における表層メッキ層２１ｂの耐久性が劣るが、１．５μｍ以下ならば、この耐久性を確保することができる。

また、合金層２１ｄの平均膜厚は、０．５μｍ以上であることが好ましい。上記した加熱処理による改質を行うことによって、合金層２１ｄの平均膜厚を０．５μｍ以上とすれば、高温環境下および冷熱サイクル環境下で高い接続信頼性を適切に確保することができる。

ここで、図１１（ｂ）に示される表層メッキ層２１ｂの状態、すなわち表層メッキ層２１ｂのうちこの合金層２１ｄを除く部位であるメッキ層２１ｃの平均膜厚を１．５μｍ以下とし、また、合金層２１ｄの平均膜厚を０．５μｍ以上にすることは、たとえば、次のようにして実現できる。

１つ目の方法は、図１１（ａ）におけるメッキ層２１ｃの平均膜厚を、従来の通常のレベルの４μｍ程度とした場合である。

この場合、加熱処理としては、例えば１７５℃、１００時間程度の条件で行えば、下地金属メッキ層２１ａのＮｉを、メッキ層２１ｃのＳｎに平均で約２．５μｍ以上拡散させることができる。それにより、図１１（ｂ）における合金化されていない部位であるメッキ層２１ｃの平均膜厚を１．５μｍ以下にできる。

また、２つ目の方法として、より簡便な場合を示す。この場合、図１１（ａ）におけるメッキ層２１ｃの平均膜厚を、より薄い０．５〜３．５μｍとし、かつ、下地のＮｉの露出がないように均一な膜厚でＳｎメッキを行う。このようにすれば、上記１つ目の方法よりも低温度、短時間の加熱処理によって、上記した表層メッキ層２１ｂの状態にすることができる。

ここで、図１２は、図１１（ａ）におけるメッキ層２１ｃの平均膜厚を１．７５μｍとした場合と、０．７５μｍとした場合について、１５０℃の温度で加熱処理したときの処理時間に対する導電性接合部材接続抵抗を調査した結果を示す図である。

図１２に示されるように、メッキ層２１ｃの平均膜厚を１．７５μｍとした場合、１５０℃、５〜５０時間の加熱でよい。それ以上、たとえば１００時間加熱すると、下地のＮｉの拡散が進みすぎて最表面まで露出し、接続抵抗異常となる。

また、メッキ層２１ｃの平均膜厚を０．７５μｍとした場合には、１０時間以上の加熱にて、同様の接続抵抗異常を発生しており、１０時間未満に加熱処理時間を短くする必要がある。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、電子部品としてチップコンデンサを用いた例を図示してあるが、電子部品としてはコンデンサや抵抗、半導体素子等の表面実装部品等を採用することができる。

また、上記実施形態では、回路基板１０上に電子部品２０を搭載し、回路基板１０の電極１１と電子部品２０の電極２１とを導電性接着剤３０を介して接続しているが、このように実装を行った後、さらにパッケージ工程を行ってもよい。

たとえば、図示しないが、図１に示される実装構造１００において、さらに基板（部品実装基板）にＡｌからなる放熱板を貼り付け、さらにこの放熱板とケースを接着し、その後シリコーンゲルで封止した構造としてもよい。ただし、パッケージ形態は、上記のものに限定されるものではなく、シリコーンゲルはあってもなくてもよいし、他の防湿コート材料に置き換えてもよい。

また、たとえば、上記図１において、電子部品２０の回路基板１０への接続部またはその周辺部をアンダーフィル樹脂によって補強するようにしてもよい。また、モールド樹脂による封止構造を採用してもよい。

本発明の実施形態に係る電子部品の実装構造の概略断面図である。 実施形態の電子部品の実装方法を説明するための概略断面図である。 比較例について冷熱サイクル試験による接続抵抗の変化を示す図である。 比較例について高温放置試験による接続抵抗の変化を示す図である。 実施形態について冷熱サイクル試験による接続抵抗の変化を示す図である。 実施形態について高温放置試験による接続抵抗の変化を示す図である。 比較例について冷熱サイクル試験による接続強度の変化を示す図である。 比較例について高温放置試験による接続強度の変化を示す図である。 実施形態について冷熱サイクル試験による接続強度の変化を示す図である。 実施形態について高温放置試験による接続強度の変化を示す図である。 合金化の場合における合金層２１ｄの形成の様子を説明するための概略断面図である。 メッキ層の平均膜厚と加熱処理時間に対する導電性接合部材接続抵抗を調査した結果を示す図である。

符号の説明

１０…基板としての回路基板、１１…回路基板の電極、２０…電子部品、
２１…電子部品の電極、２１ａ…下地金属メッキ層、２１ｂ…表層メッキ層、
３０…導電性接着剤。

Claims (6)

1. 基板（１０）上に電子部品（２０）を搭載し、前記基板の電極（１１）と前記電子部品の電極（２１）とを導電性接着剤（３０）を介して接続してなる電子装置の製造方法において、
   前記電子部品（２０）として、その電極（２１）の表層がＳｎ系金属をメッキすることにより形成されたメッキ層（２１ｃ）からなるものを用意し、
   前記メッキ層（２１ｃ）を、加熱処理することにより改質して改質メッキ層（２１ｂ）とする改質工程と、
   前記改質工程の後に、前記電子部品の電極（２１）の表層に形成された前記改質メッキ層（２１ｂ）と前記基板の電極（１１）とを前記導電性接着剤（３０）を介して接続する接続工程とを有し、
   前記改質工程の加熱処理における加熱温度は、前記接続工程における加熱温度以上であって且つ前記メッキ層（２１ｃ）のメッキ材質の融点以下の範囲とし、前記接続工程における加熱温度は、前記導電性接着剤（３０）の硬化温度であることを特徴とする電子装置の製造方法。
2. 前記改質メッキ層（２１ｂ）は、前記メッキされたＳｎ系金属が再結晶化されたものであることを特徴とする請求項１に記載の電子装置の製造方法。
3. 前記改質メッキ層（２１ｂ）は、前記改質メッキ層（２１ｂ）の下地の金属が前記改質メッキ層（２１ｂ）中に拡散することにより合金化されたものであることを特徴とする請求項１に記載の電子装置の製造方法。
4. 前記改質メッキ層（２１ｂ）のうち前記下地の金属が前記改質メッキ層（２１ｂ）中に拡散することにより合金化された部位を除く部位の平均膜厚が、１．５μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の電子装置の製造方法。
5. 前記改質メッキ層（２１ｂ）のうち前記下地の金属が前記改質メッキ層（２１ｂ）中に拡散することにより合金化された部位の平均膜厚が、０．５μｍ以上であることを特徴とする請求項３または４に記載の電子装置の製造方法。
6. 前記電子部品（２０）の電極（２１）において、前記改質メッキ層（２１ｂ）の下地が、Ｎｉメッキにより形成されたＮｉメッキ層（２１ａ）であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の電子装置の製造方法。

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