JP4735378B2 - 電子部品実装構造体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、一般的に、従来の導電性ペーストを用いた実装においては、電気的性質である導電性と機械的性質である接着強度は、両立することが難しいとされている。その理由としては、導電性ペーストは、主に導電性粒子とある程度の接着性を有する絶縁樹脂を主成分とした複合材料であるが、導電性を確保するためには、導電性粒子の含有量を増やして、導電性粒子同士の接点を増やすと共に、接合対象(例えば、回路基板のパッドと電子部品の外部電極)の間に、導電パスを確実に形成することが重要である。一方、接着強度は絶縁樹脂の含有量が要因として支配的であり、特に面積の大きい接着対象との間では、絶縁樹脂との接触点および接触面積を増やす必要がある。しかし、絶縁樹脂の含有量を増やすと、導電性粒子同士の接点が少なくなり、確実な導電パス形成が困難となるため、十分な導電性が得られなくなってしまう。更に、導電粒子量と絶縁樹脂含有量の混合割合を変えることは、導電性ペーストの作業性に大きく影響し、接合強度を改善するために、絶縁樹脂を多くしすぎると、微細なパターンへの印刷性、供給性が悪化する。
このように、導電性ペーストにおける導電性と接合強度は基本的にトレードオフの関係にあり、導電性ペーストを用いた実装においては、導電性と接合強度を両立することは困難であった。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、導電性を重視したタイプの導電性ペーストの導電性、微細印刷性を保持したままで、更に十分な接着強度を確保でき、接続信頼性の高い実装構造体およびその製造方法を提供することにある。
(1)パッドを有する回路基板上に、接着樹脂を含み前記パッド上に複数の貫通開口部を有する樹脂シートを配置する工程と、
(2)前記樹脂シートの上に、所定のパターンにて、導電性粒子と熱硬化性の絶縁樹脂を含む導電性ペーストを供給すると共に前記樹脂シートの前記貫通開口部に前記導電性ペーストの前記導電性粒子の一部を充填する工程と、
(3)前記回路基板上に電子部品をその外部端子を前記パッド上に位置決めして搭載する工程と、
(4)前記樹脂シートの接着樹脂と前記導電性ペーストの絶縁樹脂とを硬化させる工程と、
を有する電子部品実装構造体の製造方法、が提供される。
ここで、樹脂シートとしては、内側に熱硬化性もしくは紫外線硬化性の接着樹脂を含有し、外側は加熱消滅性の表面コート樹脂にて覆われた複数の貫通開口部を有するシートが用いられる。あるいは、半硬化された、複数の貫通開口部を有する熱硬化性樹脂シートが用いられる。そして、接着樹脂の硬化温度は、導電性ペースト中に含まれる絶縁樹脂のそれより高く設定されている。
本発明の実装構造体およびその製造方法は、まず、表面に電子部品の外部端子を実装するためのパッドを有する回路基板上に、例えば、内側に熱硬化性の接着樹脂を含有し、外側は加熱消滅性の表面コート樹脂にて覆われた複数の貫通開口部を有する樹脂シートを回路基板の全面に設置する。なお、前記樹脂シートの貫通開口部は、後に供給する導電性ペーストに含まれる導電性粒子の粒形、形状に合わせて、導電性ペーストに含有される少なくとも一部の導電性粒子が充填されるよう調整するものとし、回路基板に接触する面は微弱性の接着剤を塗布しておくとになお良い。次に、前記樹脂シートの上に、所定のパターンにて、銀などの導電性粒子と熱硬化性の絶縁樹脂が主成分である導電性ペーストを供給すると共に、適度な塗布圧、塗布量の調整によって、貫通開口部に導電性ペーストの導電性粒子の一部を充填する。次に、電子部品の外部端子を供給された前記導電性ペーストの上に設置し、前記導電性ペースト中に含まれる絶縁樹脂が硬化する温度まで加熱することによって、前記外部端子を固定するとともに、前記樹脂シート上に供給した導電性ペーストと、貫通開口部に充填した導電性ペーストを一体で硬化させ、下向き剣山状の突起部を有する導電層を形成する。更に、前記樹脂シートの熱硬化性樹脂表面を覆う加熱消滅性の表面コート樹脂を溶解させ、内部の熱硬化性の接着樹脂が硬化する温度まで昇温することによって、既に硬化している下向き剣山状の突起部を有する導電層および回路基板上のパッドを接着させる。このとき、接着樹脂の硬化条件は、導電ペースト中の絶縁樹脂よりも硬化温度が高く、熱膨張係数も大きいものを用いることによって、接着樹脂の硬化収縮により導電層の突起部が回路基板のパッドに確実に接触し、確実に導通を確保できる。また、導電層以外の部分は接着樹脂で接着硬化されるため、パッドとの接続強度を確実に確保することが出来る。また、パッド以外の場所に布設された樹脂シートは、導電性粒子が充填されていないため、硬化後は絶縁樹脂膜となり、部品実装パッド以外の部分の保護膜となる。
また、本発明の第2の効果は、接着樹脂を含む樹脂シートと、導電性樹脂を別々に供給する手法を採ることによって、それぞれの作業性や特性を損なうことなく、本来はトレードオフとされる導電性と接着強度を比較的容易になおかつ確実に両立することが可能である。また、対象となる回路基板に要求される接続信頼性のレベルに合わせてカスタマイズすることもでき、効率的かつ低コストで高信頼性接続を得ることが出来る。
更に、第3の効果は、樹脂シートは導電性粒子を充填していない部分は、硬化後は絶縁樹脂層となり、部品実装パッド以外の部分の保護膜とすることも出来るため、微細配線時のマイグレーションや基板表面からの吸湿などを防止し、実装構造体の信頼性を更に向上させることができる。
〔第1の実施の形態〕
図1は、本発明の第1の実施の形態の実装構造体を示す断面図である。そして、図2(a)〜(d)は、本願発明の第1の実施の形態の製造方法を説明する工程順の断面図である。
図1に示すように、本実施の形態の実装構造体は、電子部品(図示せず)の外部端子7と、回路基板2上に設置された部品実装用のパッド1を、導電性粒子3と絶縁樹脂4を主成分とする導電性ペースト11を硬化して形成された下向き剣山状の突起部を有する導電層5によって接続した上で、後述する樹脂シートに含有される接着樹脂6をパッドに接着し、導電層5の突起部が接着樹脂6を貫通するようにしたものである。この実装構造体によれば、前記導電性ペーストと、樹脂シートに含有される接着樹脂6の供給量を任意に調整することにより、導電性と接着強度をバランスよく保持させることが可能である。
すなわち、本願実施の形態では、導電層5に突起部を有せしめ、突起部の周辺を接着樹脂6で固める構造とすることによって、外部端子7とパッド1の電気的導通を、導電層5を介して確実に確保すると同時に、最も接合強度が弱いパッド1との接触面を接着樹脂6にて補強し、十分な接合強度を確保できるという効果がある。
なお、外部端子7は、半導体チップに形成されたバンプやCSP、BGA等に形成されたはんだボールであってもよい。さらに、SOPやQFP等の外部リード端子であってもよい。
まず、表面に電子部品の外部端子7を実装するためのパッド1を有する回路基板2上に、内側に熱硬化性の接着樹脂6含有し、外側を加熱消滅性の表面コート樹脂6aにて覆われた樹脂繊維8を編み込んでメッシュ状にした、複数の貫通開口部10を有する網状樹脂シート9を回路基板2の全面に設置する。なお、網状樹脂シート9の貫通開口部10は、後に供給する導電性ペースト11に含まれる導電性粒子3の粒形、形状に合わせて、少なくとも一部の導電性粒子3が充填されるよう調整されるものとし、加熱消滅性の表面コート樹脂6aは、網状樹脂シート9の柔軟性を損なわない程度に十分に薄いものとする。また、回路基板2に接触する面は微弱性の接着剤(図示せず)を塗布しておくとなお良い。次に、網状樹脂シート9の上に、所定のパターンにて、銀などの導電性粒子3と熱硬化性の絶縁樹脂4が主成分である導電性ペースト11をスクリーン印刷法、ディスペンス法、インクジェット法などの各種ペースト供給法を用いてパッド1上供給すると共に、適度な塗布圧、塗布量の調整によって、貫通開口部10に導電性ペースト11の導電性粒子3の一部を充填する〔図2(a)、図3(c)〕。次に、電子部品の外部端子7を位置合わせして、導電性ペースト11の上に設置し〔図2(b)〕、導電性ペースト11中に含まれる絶縁樹脂4が硬化する温度まで昇温することによって、外部端子7を固定するとともに、網状樹脂シート9上に供給した導電性ペースト11と、貫通開口部10に充填した導電性ペースト11を一体的に硬化させ、下向き剣山状の突起部を有する導電層5を形成する〔図2(c)〕。このとき、導電性ペースト11中の絶縁樹脂4は、硬化収縮により表面積が減少し、導電性粒子3は圧縮されて電気的導通を発現する。このとき、網状樹脂シート9に含有される接着樹脂6は、まだ硬化するに十分な温度に達していないため、樹脂シート自体はある程度の柔軟性を有しており、導電層5の硬化収縮にも追従して変形する。次に、更に昇温することによって、網状樹脂シート9の樹脂繊維8表面を覆う加熱消滅性の表面コート樹脂6aを溶解させ、内部の接着樹脂6が、既に硬化している導電層5の突起部周辺に回りこむようにし、それ以外の部分は接着樹脂6にて充填されるようにする。この状態で接着樹脂6が硬化する温度まで加熱して硬化することにより、本実施の形態の実装構造体を得る〔図2(d)〕。
このように、本実施の形態の実装構造体は、導電層5以外の部分は接着樹脂6で接着硬化されるため、導電層5によって十分な導通を確保しながら、パッド1界面の接続強度を確実に確保することが出来る。更に、パッド1以外の場所に布設された網状樹脂シート9は、硬化後は絶縁樹脂膜12となり、部品実装パッド1以外の表面回路などの保護膜とすることが出来る。
なお、本願発明の回路基板2は、例えば、ガラスエポキシ、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、フェノールなどの一般的な樹脂材料系基板、およびそのコンポジット基板はもちろん、アルミナ、窒化珪素などのセラミックス基板、ガラス基板、シリコンウェハ、シリコンチップなどあらゆる材料が使用できる。また、本願発明の回路基板2は、BGA(ball grid array)やCSP(chip size package)等のインターポーザであってもよい。
このように、本願発明の実装構造体においては、供給する導電性ペーストを構成する導電性粒子の形状や大きさに合わせて、樹脂シートに任意の貫通開口部を設け、その開口部に任意の導電性粒子を充填して、導電性ペーストに含まれる絶縁樹脂を先に硬化することにより、下向き剣山状の突起部を有する導電層を形成し、更に、樹脂シートに内包された接着樹脂を硬化させることで、導通パスを確実に確保しながら、接合強度を保持できる実装構造体を提供することができる。
また、本願発明の実装構造体の製造方法は、接着樹脂を内包した樹脂シートと、導電性樹脂を別々に供給する手法を採ることによって、それぞれの作業性や特性を損なうことなく、本来はトレードオフとされる導電性と接着強度を比較的容易になおかつ確実に両立させることが可能である。従って、最終的な実装構造体における導電層と接着部のバランスを任意に設計し、得られる実装構造体に必要な接続信頼性に合わせたカスタマイズや最適化も容易であり、効率的かつ低コストで高信頼性接続を得ることが出来る。また、必要に応じて、前記接着樹脂6にリペアラブル樹脂を用いることにより、リペアおよびリワークが容易な実装構造体を提供することも可能である。
上記第1の実施の形態において、網状樹脂シート9に代えて、複数の貫通孔を有する平板状の樹脂シートを用いることもできる。そのための工程を、第1の実施の形態の別の製造方法として図4(a)〜(d)に示す。また、第1の実施例の別の製造方法にて使用する平板状樹脂シート14の平面図を図5(a)に、樹脂シート14に導電性ペーストの導電性粒子2を充填したときの状態を図5(b)に示す。
まず、表面に電子部品の外部端子7を実装するためのパッド1を有する回路基板2上に、内側に熱硬化性の接着樹脂6含有し、外側を加熱消滅性の表面コート樹脂6aにて覆われ、複数の貫通孔13を有する平板状樹脂シート14を回路基板2の全面に設置する。なお、樹脂シート14の貫通孔13は、後に供給する導電性ペースト11に含まれる導電性粒子3の粒形、形状に合わせて、少なくとも一部の導電性粒子3が充填されるような孔径とし、加熱消滅性の表面コート樹脂6aは、平板状樹脂シート14の柔軟性を損なわない程度に十分に薄いものとする。また、回路基板2に接触する面は微弱性の接着剤(図示せず)を塗布しておくとなお良い。次に、平板状樹脂シート14の上に、所定のパターンにて、銀などの導電性粒子3と熱硬化性の絶縁樹脂4が主成分である導電性ペースト11をスクリーン印刷法、ディスペンス法、インクジェット法などの各種ペースト供給法を用いてパッド1上供給すると共に、適度な塗布圧、塗布量の調整によって、貫通孔13に導電性ペースト11の導電性粒子3の一部を充填する〔図4(a)、図5(b)〕。次に、電子部品の外部端子7を位置合わせして、導電性ペースト11の上に設置し〔図4(b)〕、導電性ペースト11中に含まれる絶縁樹脂4が硬化する温度まで昇温することによって、外部端子7を固定するとともに、平板状樹脂シート14上に供給した導電性ペースト11と、貫通孔13に充填した導電性ペースト11を一体的に硬化させ、下向き剣山状の突起部を有する導電層5を形成する。このとき、導電性ペースト11中の絶縁樹脂4は、硬化収縮により表面積が減少し、導電性粒子3は圧縮されて電気的導通を発現する。このとき、平板状樹脂シート14に含有される接着樹脂6は、まだ硬化するに十分な温度に達していないため、平板状樹脂シート14自体はある程度の柔軟性を有しており、導電層5の硬化収縮にも追従して変形する〔図4(c)〕。さらに、昇温することによって、平板状樹脂シート14の表面を覆う加熱消滅性の表面コート樹脂6aを溶解させ、内部の接着樹脂6を開放し、既に硬化している下向き剣山状の導電層5および回路基板2上のパッド1を接着し硬化する。このとき、接着樹脂6の硬化温度は、導電ペースト11中の絶縁樹脂4よりも高く、熱膨張係数も大きいものを用いることによって、接着樹脂6の硬化収縮により導電層5の下向き剣山状の先端部が回路基板2のパッド1に押しつけられて接触し、確実に導通を確保することができる。また、導電層5以外の部分は接着樹脂6で接着硬化されるため、パッド1界面の接続強度を確実に確保することが出来る。更に、パッド1以外の場所に布設された平板状樹脂シート14は、硬化後は絶縁樹脂膜12となり、部品実装パッド1以外の表面回路などの保護膜とすることが出来る〔図4(d)〕。
これにより、本願発明の第1の実施例の形態の実装構造体を得る。なお、貫通孔3の形成方法は特に限定されたものではなく、平板状シートを作製して、後から任意の孔径での打ち抜き加工を行ってもよいし、初めから孔空き形状となるように一体成型法にて作製しても良い。
なお、図2(d)、図4(d)に示す工程において、絶縁樹脂膜12は接着樹脂6と連続した膜として形成されるように描かれているが、パッド1などにより段差が生じる部位においては絶縁樹脂膜12は、接着樹脂6などから分離された膜として形成されることが起こりうる。
上記実施の形態において、導電性粒子3を粒子径の異なる複数種の導電性粒子で構成することができる。その構成を、第2の実施の形態として図6に示す。
本第2の実施の形態では、第1の実施例の導電性ペースト11の導電性粒子3を粒子径が異なる2種類以上の導電性粒子で構成している。例えば、大粒径導電性粒子15と、小粒径導電性粒子16の二種の導電性粒子を含む導電性ペーストを使用する。そして、樹脂シート9(または14)には小粒径導電性粒子16のみが充填されるように貫通開口部10(または貫通孔13)の径を設定する。これにより、下向き剣山状の導電層5の突起部は、小粒径導電性粒子16のみで形成接着され、大粒径導電性粒子15は、接着樹脂6上に残るようにすることができる。このように構成された第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態にて得られる効果に加えて、大粒径導電性粒子15によって、外部端子7と接着樹脂6の間で任意のスタンドオフを確保することができるという効果が得られる。なお、小粒径導電性粒子16には数ミクロン〜数ナノオーダーのものを用いても良い。
上記実施の形態において、導電性粒子3を粒子形状が異なる導電性粒子で構成することができる。その構成を、第3の実施の形態として図7に示す。
本第3の実施の形態では、第1の実施例の導電性ペースト11の導電性粒子3を粒子形状が異なる2種類以上の導電性粒子で構成している。一例としては、図6に示すように、フレーク状導電性粒子17と、球状導電性粒子18を使用し、そして、樹脂シート9(または14)の貫通開口部10(または貫通孔13)には球状導電性粒子18のみが充填できるように寸法を調節することによって、下向き剣山状の突起部を有する導電層5の突起部は、球状導電性粒子16のみで形成され、フレーク状導電性粒子17は、接着樹脂6上に残るようにすることができる。これにより、第1の実施の形態にて得られる効果に加えて、外部電極7と接着樹脂6の間には、接触点が多く、球状の導電性粒子よりの導電パスを形成しやすいフレーク状導電性粒子17を重点的に充填することが出来るため、第1の実施の形態よりも更に導電率を向上できるという効果が得られる。なお、球状導電性粒子18には数ミクロン〜数ナノオーダーのものを用いても良く、フレーク状導電性粒子17は、他の針状粒子、金平糖のように複数の突起を粒子など、接触点を多く持つ導電性粒子に代替しても同様の効果が得られる。
2 回路基板
3 導電性粒子
4 絶縁樹脂
5 導電層
5a 導電パス
6 接着樹脂
6a 表面コート樹脂
7 外部端子
8 樹脂繊維
9 樹脂シート
10 貫通開口部
11 導電性ペースト
12 絶縁樹脂膜
13 貫通孔
14 平板状樹脂シート
15 大粒径導電性粒子
16 小粒径導電性粒子
17 フレーク状導電性粒子
18 球状導電性粒子
Claims (11)
- 電子部品の外部端子と、回路基板上に設置された部品実装用のパッドとが電気的に接続された電子部品実装構造体において、電子部品の外部端子と回路基板上のパッドとの間に、導電性粒子と絶縁樹脂を主成分とする導電性ペーストを硬化して形成された、下方に向って延びる複数の突起部を有する導電層と、前記導電層の一部を構成する絶縁樹脂とは硬化特性が異なり、導電性を有しない接着樹脂を硬化してなる接着層とを有し、前記導電層の前記突起部が、前記接着層を貫通し、前記パッドに接触していることを特徴とする電子部品実装構造体。
- 前記絶縁樹脂と前記接着樹脂とが熱硬化性樹脂であって、前記絶縁樹脂の硬化温度より前記接着樹脂の硬化温度の方が高いことを特徴とする請求項1に記載の電子部品実装構造体。
- 前記絶縁樹脂と前記接着樹脂との内いずれか一方が熱硬化性樹脂であり、いずれか他方が紫外線硬化性樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の電子部品実装構造体。
- 前記絶縁樹脂の熱膨張係数より前記接着樹脂の熱膨張係数の方が大きいことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電子部品実装構造体。
- 前記導電層に含まれる前記導電性粒子が、2種類以上の直径が異なる球状、塊状の粒子が含まれていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の電子部品実装構造体。
- 前記導電層に含まれる前記導電性粒子が、2種類以上の異なる外観形状のものが含まれていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の電子部品実装構造体。
- 前記接着層が前記回路基板上の前記パッド上以外の領域上をも被覆していることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の電子部品実装構造体。
- (1)パッドを有する回路基板上に、接着樹脂を含み前記パッド上に複数の貫通開口部を有する樹脂シートを配置する工程と、
(2)前記樹脂シートの上に、所定のパターンにて、導電性粒子と熱硬化性の絶縁樹脂を含む導電性ペーストを供給すると共に前記樹脂シートの前記貫通開口部に前記導電性ペーストの前記導電性粒子の一部を充填する工程と、
(3)前記回路基板上に電子部品をその外部端子を前記パッド上に位置決めして搭載する工程と、
(4)前記樹脂シートの接着樹脂と前記導電性ペーストの絶縁樹脂とを硬化させる工程と、
を有する電子部品実装構造体の製造方法。 - 前記樹脂シートの接着樹脂と前記導電性ペーストの絶縁樹脂とは硬化条件が異なり、前記(4)の工程では、前記導電性ペーストの絶縁樹脂の硬化が行なわれた後に前記樹脂シートの接着樹脂の硬化が行なわれることを特徴とする請求項8に記載の電子部品実装構造体の製造方法。
- 前記樹脂シートは、繊維状で未硬化の接着樹脂の外側を加熱消滅性の表面コート樹脂にて覆った樹脂繊維を編み込んで形成されたものであることを特徴とする請求項8または9に記載の電子部品実装構造体の製造方法。
- 前記樹脂シートは、板状で未硬化の接着樹脂の外側を加熱消滅性の表面コート樹脂にて覆ったものであることを特徴とする請求項8または9に記載の電子部品実装構造体の製造方法。
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