JP5045251B2 - 電子部品の製造方法 - Google Patents
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Description
近年、電子部品の小型化に伴い、電子素子も軽量かつ小型化の傾向にあり、電極に塗布した導電性接着剤上に電子素子を載せただけでは、濡れ性が悪く電極と電子素子との接着が不十分であった。
また、導電性接着剤が広がって隣接する電極同士が導通するのを防ぐ目的で、電子素子に加える荷重を調節することは困難であり、生産性も悪かった。
すなわち、本発明の電子部品の製造方法は、電極上に導電性接着剤を塗布する塗布工程と、塗布工程で塗布された導電性接着剤を仮硬化する仮硬化工程と、仮硬化工程で仮硬化した導電性接着剤上に電子素子を配置し、該電子素子に荷重を加える荷重工程と、荷重工程の後に前記仮硬化した導電性接着剤を本硬化する本硬化工程とを有する電子部品の製造方法であって、前記仮硬化工程は、仮硬化温度A(℃)と仮硬化時間B(分)が下記式(1)、および下記式(2)を満足し、かつ、前記本硬化工程後における接着強度が10N/mm2以上となるように導電性接着剤を仮硬化することを特徴とする。
lnB≧−0.05A+7.5 ・・・(1)
B≦(7×10 15 )/A 7 ・・・(2)
また、本発明によれば、電子素子に加える荷重の調節が容易になるので、生産性が向上する。
本発明の電子部品の製造方法は、電極上に導電性接着剤を塗布する塗布工程と、導電性接着剤を仮硬化する仮硬化工程と、導電性接着剤上に電子素子を配置し、該電子素子に荷重を加える荷重工程と、導電性接着剤を本硬化する本硬化工程とを有する。
塗布工程は、図1(a)に示すように、電子部品の基板11に設けられた電極12(プラス電極12aとマイナス電極12b)上に導電性接着剤13を塗布する工程である。
導電性接着剤13の塗布方法としては、特に制限されないが、スクリーン印刷またはメタルマスク印刷が好ましい。ディスペンサーを用いても導電性接着剤を塗布することはできるが、ディスペンサーを用いる場合は、通常、粘度の低いものでないと塗布が困難となる。しかし、粘度の低い導電性接着剤を隣接する電極上に塗布すると、導電性接着剤が広がって電極が導通しやすくなるので、本発明においては、スクリーン印刷またはメタルマスク印刷が好ましい。特に、スクリーン印刷が作業性の点からも簡便であり好ましい。
仮硬化工程は、仮硬化温度A(℃)(以下、「温度A」という。)と仮硬化時間B(分)(以下、「時間B」という。)が下記式(1)を満足し、かつ、後述する本硬化工程後における接着強度が10N/mm2以上となるように、前記塗布工程で塗布された導電性接着剤を仮硬化する工程である。
lnB≧−0.05A+7.5 ・・・(1)
上記式(1)を満たすような温度Aと時間Bにて導電性接着剤を仮硬化すれば、導電性接着剤は完全に硬化する前の仮硬化の状態となり、次の工程で導電性接着剤上に電子素子を配置して、電子素子に荷重を加えても、導電性接着剤が押しつぶされて横に広がるのを防ぐことができ、結果、電極同士の短絡を防止する。
一方、時間Bは、温度Aに依存するが、少なくとも上記式(1)を満たす値であれば特に制限されない。ただし、時間Bが長くなると、本硬化工程後の接着強度が10N/mm2以上になりにくくなり、電子素子と電極との密着性が低下する傾向にある。なお、仮硬化時間Bが短くなると、仮硬化が不十分となり、次の工程で電子素子に荷重を加えた際に、導電性接着剤が押しつぶされて横に広がりやすくなり、結果、電極同士が短絡しやすくなる傾向にある。
B≦(7×1015)/A7 ・・・(2)
本発明においては、温度Aと時間Bが上記式(1)、(2)を同時に満たすような範囲、すなわち、図2に示す斜線部分の領域であれば、本硬化工程後の接着強度が概ね10N/mm2以上になる。ただし、導電性接着剤の種類によっては、温度Aと時間Bが上記式(2)を満足しない場合でも、上記式(1)を満たせば、本硬化工程後の接着強度が10N/mm2以上になることもある。また、温度Aと時間Bが上記式(2)を満たす場合であっても本硬化工程後の接着強度が10N/mm2以上にならないこともある。
なお、図2からも明らかなように、温度Aが高くなるに従って、時間Bを短くするのが好ましい。具体的には、温度Aが100℃の場合、時間Bは15〜75分が好ましい。温度Aが110℃の場合、時間Bは10〜35分が好ましい。温度Aが120℃の場合、時間Bは5〜17分が好ましい。温度Aが150℃の場合、時間Bは1〜4分が好ましい。
接合工程は、図1(b)に示すように、前記仮硬化工程で仮硬化した導電性接着剤13’上に、陽極端子14aと陰極端子14bを備えた電子素子14を配置し、該電子素子14に荷重を加える工程である。
電子素子14に荷重を加える方法としては、特に制限されず公知の方法を用いることができるが、例えば、チップマウンターを用いて荷重を加える方法などが挙げられる。
電子素子14に加える荷重は、0.2〜4.4kg/cm2が好ましく、0.4〜2.2kg/cm2がより好ましい。荷重の下限値が上記値より小さくなると、電子素子14の表面の濡れ性が十分に向上せず、電子素子と電極との密着性が低下する傾向にある。一方、荷重の上限値が上記値より大きくなると、導電性接着剤が押しつぶされて、電極同士が短絡しやすくなる。
なお、前記仮硬化工程で導電性接着剤を仮硬化させておくので、電子素子に荷重を加えても、導電性接着剤は広がりにくくなる。従って、電子素子に加える荷重の調節が容易となり、生産性が向上する。
本硬化工程は、仮硬化した導電性接着剤13’を本硬化する工程である。導電性接着剤13’を本硬化することにより、導電性接着剤は完全に硬化した状態となり、電極12と電子素子14とが完全に接合する。これにより、本硬化後の接着強度が10N/mm2以上の電子部品が得られる。
また、本硬化時間は、5〜60分が好ましく、15〜40分がより好ましい。本硬化時間の下限値が上記値より小さくなると、導電性接着剤の硬化が不十分となり、電極と電子素子との密着性が低下する傾向にある。一方、本硬化時間の上限値が上記値より大きくなると、必要以上にコストが上がってしまう。
本発明の電子部品は、電子素子と電極の接着強度が高い。電子部品の用途としては、例えば、コンデンサ、コイル、トランス等の受動部品や、LSI(大規模集積回路)、ダイオード、トランジスタ等の半導体デバイス部品などが挙げられる。
また、本発明に用いる電子素子も、特に制限されないが、例えば、コンデンサ素子、CPS、BGA、FC等の半導体チップなどが挙げられる。さらに、電子素子としては、図1(b)に示すものに限定されず、例えば、図3に示すような、陽極15aと陰極15bを備えたコンデンサ15を用いた電子部品の製造においても、本発明は適している。なお、図3においては、図1と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
<導電性接着剤>
本発明に用いる導電性接着剤は、バインダー樹脂と、導電性粒子と、硬化剤とを含有するのが好ましい。
バインダー樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。中でも、エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂としては、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型、ナフタレン型、ジシクロペンタジエン型、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型などが挙げられる。中でも、ビスフェノールF型が好ましい。これらバインダー樹脂は1種単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
バインダー樹脂の含有量は、導電性接着剤100質量%中3〜30質量%が好ましく、5〜20質量%がより好ましい。バインダー樹脂の含有量の下限値が上記値より小さくなると、接着強度が弱くなり、接着剤として機能しにくくなる。一方、含有量の上限値が上記値より大きくなると、導電性粒子の接続が悪くなり、導電性が得られにくくなる。
また、形状は、略球形のものであっても、フレーク状のものであってもよいが、フレーク状のものが好ましい。
導電性粒子の含有量は、導電性接着剤100質量%中60〜90質量%が好ましく、70〜85質量%がより好ましい。
また、導電性粒子と前記バインダー樹脂の質量比は導電性粒子:バインダー樹脂=75:25〜90:10が好ましく、80:20〜85:15がより好ましい。導電性粒子の割合が上記範囲を下回ると、導電性粒子の接続が悪くなり、導電性が得られにくくなる。一方、導電性粒子の割合が上記範囲を上回ると、接着強度が弱くなると共に、必要以上にコストが上がってしまう。
硬化剤の含有量は、導電性接着剤100質量%中3〜15質量%が好ましく、5〜10質量%がより好ましい。硬化剤の含有量の下限値が上記値より小さくなると、導電性接着剤の強度を充分に高めることができなくなる。一方、含有量の上限値が上記値より大きくなると、高温高湿下やヒートサイクル下での抵抗が上昇する。
そこで、本発明においては、フェノール樹脂は室温で液状であることが好ましい。これにより、通常の接着剤には溶剤が含まれることが多いが、本発明においては、無溶剤型の導電性接着剤として用いることができる。
本発明では、硬化剤として液状フェノールノボラック型のフェノール樹脂が好ましい。
反応性希釈剤としては、グリシジルオルトトルイジン、エチレングリコールジグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル、グリシジルメタクリレート、シクロヘキサンジメタノールジグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテルなどが挙げられる。中でも、グリシジルオルトトルイジンが好ましい。これら反応性希釈剤は1種単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
反応性希釈剤の含有量は、導電性接着剤100質量%中1〜15質量%が好ましく、2〜10質量%がより好ましい。
硬化促進剤の含有量は、接着剤材料100質量%中0.1〜3.0質量%が好ましく、0.5〜2.0質量%がより好ましい。
このようにして得られる導電性接着剤は、23℃における粘度が50〜1000dPa・sであることが好ましく、より好ましくは、200〜800dPa・sであり、さらに好ましくは300〜700dPa・sである。粘度の下限値が上記値より小さくなると、電極上に塗布した際に、導電性接着剤が流れやすくなる。一方、粘度の上限値が上記値より大きくなると、電極上への塗布が困難となる傾向にある。
また、本発明によれば、電子素子に加える荷重の調節が容易になるので、生産性が向上する。
<実施例1−1>
(導電性接着剤の作製)
バインダーとしてビスフェノールF型のエポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製、「EP806」)5.0質量%と、導電性粒子としてフレーク銀粉(福田金属箔粉工業(株)製、「AGC−GS」)83.0質量%と、硬化剤として液状フェノールノボラック型のフェノール樹脂(明和化成(株)製、「MEH8005」)6.0質量%と、反応性希釈剤としてグリシジルオルトトルイジン(日本化薬(株)製、「GOT」)5.7質量%と、硬化促進剤としてイミダゾール系エポキシ硬化促進剤(四国化成工業(株)製、「2P4MHZ」)0.3質量%とを、ロールミルで混合して、導電性接着剤を作製した。
得られた導電性接着剤について、接着強度、広がり性、比抵抗の各測定を行った。
なお、以下に示す各測定方法は、電子部品の接着強度、広がり性、比抵抗を調べる代用試験であり、各例の導電性接着剤を用いて得られる電子部品についても、これら代用試験の測定結果と同様の傾向を示す。
表1に、各測定を行う際に実施した仮硬化工程での仮硬化温度A(=120℃)と、仮硬化時間B(=10分)、および荷重工程での荷重を示した。また、上記式(1)に、A(=120)を代入した値(式(1)の右辺)と、B(=10)を代入した値(式(1)の左辺)を表1に示した。さらに、AとBが式(1)を満たしている場合は「○」の判定とし、満たしていない場合は「×」の判定として、これらの判定結果を表1に示した。
アセトンで洗浄した無機ガラス板(約80mm×40mm×0.2mm)上にニチバン(株)製のセロテープ(登録商標)(商品名:CT405A−18、厚さ:0.05mm)を、約1cm間隔で平行になるように2枚貼り付けた。次いで、2枚のセロテープ(登録商標)の間に導電性接着剤を載せ、ガラス棒でしごき塗りをした後、2枚のセロテープ(登録商標)を剥がした。その後、仮硬化温度Aが120℃、仮硬化時間Bが10分の条件にて導電性接着剤を仮硬化させた。次いで、5個のステンレスナット(西精工(株)製、「M3」)を、ピンセットを使用して仮硬化させた導電性接着剤上に並べた。5Nスケールのバネ秤を用いて、各ナットの中心にバネ秤の軸の先端が垂直に当たるようにし、表1に示す荷重を加えた。さらに、150℃×30分の条件で導電性接着剤を本硬化させた。
室温に戻した後、アイコーエンジニアリング社製のプッシュプルゲージの軸の先端をナットの一つの面に垂直になるように当て、水平方向に5±0.5mm/分の速度でナットが剥がれるまで押して、剥がれた時点での強度を求めた。5個のナットについて、同様に押して、剥がれた時点での強度を求めた。5個の平均値を接着強度とした。結果を表1に示す。
2枚のガラス板(約80mm×40mm×2mm)を用意し、一方のガラス板の上に、膜厚が30μmになるように導電性接着剤を塗布し、仮硬化温度Aが120℃、仮硬化時間Bが10分の条件にて導電性接着剤を仮硬化させた。その後、もう一方のガラス板を導電性接着剤上に載せて、表1に示す荷重を加えた。荷重を加える前後の導電性接着剤の様子を顕微鏡(25倍)にて観察した。各々の面積を求め、下記式(3)にて広がり性を算出し、以下のように評価した。結果を表1に示す。なお、○を合格とする。
広がり性(%)=荷重後の導電性接着剤の面積(mm2)/荷重前の導電性接着剤の面積(mm2)×100 ・・・(3)
○:100%以上、120%未満。
△:120%以上、130%未満。
×:130%以上。
ガラス板(約80mm×40mm×2mm)上にニチバン(株)製のセロテープ(登録商標)(商品名:CT405A−18、厚さ:0.05mm)を、約1cm間隔で平行になるように2枚貼り付けた。次いで、2枚のセロテープ(登録商標)の間に導電性接着剤を載せ、ガラス棒でしごき塗りをした後、2枚のセロテープ(登録商標)を剥がした。その後、仮硬化温度Aが120℃、仮硬化時間Bが10分の条件にて導電性接着剤を仮硬化させた。さらに、150℃×30分の条件で導電性接着剤を本硬化させ、室温に戻した後、抵抗値、膜厚、電極幅を測定した。
抵抗値はADVANTEST社製のデジタルマルチメーター(商品名:R6581D)を用いて測定した。膜厚は、(株)小坂研究所製の表面粗さ計(商品名:SE3500)を用いて測定した。
各測定値をもとに、比抵抗(ρ[Ω・cm])を下記式(4)にて算出し、以下のように評価した。結果を表1に示す。なお、式(4)中、Rは測定サンプルの抵抗値(Ω)、Aは測定サンプルの電極間距離(cm)、Bは測定サンプルの電極幅(cm)、Cは測定サンプルの膜厚(cm)であり、○を合格とする。
ρ=R×{(B×C)/A} ・・・(4)
○:5×10−4Ω・cm未満。
△:5×10−4Ω・cm以上、1×10−3Ω・cm未満。
×:1×10−3Ω・cm以上。
導電性接着剤を構成する各成分の配合量を表1に示す値に変更した以外は、実施例1−1と同様にして導電性接着剤を作製し、各測定を行った。結果を表1に示す。
導電性接着剤を構成する各成分の配合量を表1に示す値に変更した以外は、実施例1−1と同様にして導電性接着剤を作製し、各測定を行った。結果を表1に示す。
導電性接着剤を構成する各成分の配合量を表1に示す値に変更し、かつ、硬化剤として液状フェノールノボラック型のフェノール樹脂の代わりに、固形フェノールノボラック型のフェノール樹脂(群栄化学工業(株)製、「PSM−6200」)3.0質量%を用いた以外は、実施例1−1と同様にして導電性接着剤を作製し、各測定を行った。結果を表1に示す。
一方、本硬化後の接着強度が10N/mm2未満である各比較例では、広がり性と比抵抗の両立が困難であった。
このように、本発明によれば、導電性接着剤に関係なく接着強度を高めることができる。また、広がり性を良好にできるため、電極同士が短絡しにくい。
実施例1−1で作製した導電性接着剤を用い、仮硬化温度Aを100℃に変更し、仮硬化時間Bと荷重を表2に示す値に変化させて、各測定を実施した。
上記式(1)に、A(=100)を代入した値(式(1)の右辺)と、B(表2に示す値)を代入した値(式(1)の左辺)を表2に示す。また、AとBが式(1)を満たしている場合は「○」の判定とし、満たしていない場合は「×」の判定として、これらの判定結果を表2に示す。
(接着強度の測定)
仮硬化温度Aを100℃に変更し、仮硬化時間Bとナットに加える荷重を表2に示す値に変化させた以外は、実施例1−1と同様にして測定した。結果を表2に示す。
(広がり性の測定)
仮硬化温度Aを100℃に変更し、仮硬化時間Bとガラス板に加える荷重を表2に示す値に変化させた以外は、実施例1−1と同様にして測定した。結果を表2に示す。
(比抵抗の測定)
仮硬化温度Aを100℃に変更した以外は、実施例1−1と同様にして測定した。結果を表2に示す。
一方、式(1)を満たさないものは、広がり性が劣っており、電極同士が短絡しやすい。
実施例1−1で作製した導電性接着剤を用い、仮硬化温度Aを110℃に変更し、仮硬化時間Bと荷重を表3に示す値に変化させて、各測定を実施した。
上記式(1)に、A(=110)を代入した値(式(1)の右辺)と、B(表3に示す値)を代入した値(式(1)の左辺)を表3に示す。また、AとBが式(1)を満たしている場合は「○」の判定とし、満たしていない場合は「×」の判定として、これらの判定結果を表3に示す。
(接着強度の測定)
仮硬化温度Aを110℃に変更し、仮硬化時間Bとナットに加える荷重を表3に示す値に変化させた以外は、実施例1−1と同様にして測定した。結果を表3に示す。
(広がり性の測定)
仮硬化温度Aを110℃に変更し、仮硬化時間Bとガラス板に加える荷重を表3に示す値に変化させた以外は、実施例1−1と同様にして測定した。結果を表3に示す。
(比抵抗の測定)
仮硬化温度Aを110℃に変更した以外は、実施例1−1と同様にして測定した。結果を表3に示す。
一方、式(1)を満たさないものは、広がり性が劣っており、電極同士が短絡しやすい。
実施例1−1で作製した導電性接着剤を用い、仮硬化温度Aを120℃に変更し、仮硬化時間Bと荷重を表4に示す値に変化させて、各測定を実施した。
上記式(1)に、A(=120)を代入した値(式(1)の右辺)と、B(表4に示す値)を代入した値(式(1)の左辺)を表4に示す。また、AとBが式(1)を満たしている場合は「○」の判定とし、満たしていない場合は「×」の判定として、これらの判定結果を表4に示す。
(接着強度の測定)
仮硬化温度Aを120℃に変更し、仮硬化時間Bとナットに加える荷重を表4に示す値に変化させた以外は、実施例1−1と同様にして測定した。結果を表4に示す。
(広がり性の測定)
仮硬化温度Aを120℃に変更し、仮硬化時間Bとガラス板に加える荷重を表4に示す値に変化させた以外は、実施例1−1と同様にして測定した。結果を表4に示す。なお、比較例4−1(荷重前と荷重後)、実施例4−1(荷重後)の顕微鏡写真(観察画像、25倍)を図4〜6に示す。
(比抵抗の測定)
仮硬化温度Aを120℃に変更した以外は、実施例1−1と同様にして測定した。結果を表4に示す。
一方、式(1)を満たさないものは、広がり性が劣っており、電極同士が短絡しやすい。特に、仮硬化を実施しなかった場合(比較例3−1;B=0分)は、図4、5からも明らかなように、0.2kg/cm2の荷重を加えると、導電性接着剤が荷重前の導電性接着剤に比べてより広がりやすく、電極同士が短絡しやすくなることがわかった。
実施例1−1で作製した導電性接着剤を用い、仮硬化温度Aを150℃に変更し、仮硬化時間Bと荷重を表5に示す値に変化させて、各測定を実施した。
上記式(1)に、A(=150)を代入した値(式(1)の右辺)と、B(表5に示す値)を代入した値(式(1)の左辺)を表5に示す。また、AとBが式(1)を満たしている場合は「○」の判定とし、満たしていない場合は「×」の判定として、これらの判定結果を表5に示す。
(接着強度の測定)
仮硬化温度Aを150℃に変更し、仮硬化時間Bとナットに加える荷重を表5に示す値に変化させた以外は、実施例1−1と同様にして測定した。結果を表5に示す。
(広がり性の測定)
仮硬化温度Aを150℃に変更し、仮硬化時間Bとガラス板に加える荷重を表5に示す値に変化させた以外は、実施例1−1と同様にして測定した。結果を表5に示す。
(比抵抗の測定)
仮硬化温度Aを150℃に変更した以外は、実施例1−1と同様にして測定した。結果を表5に示す。
一方、式(1)を満たさないものは、広がり性が劣っており、電極同士が短絡しやすい。
12:電極
13:導電性接着剤
14:電子素子
15:コンデンサ
Claims (2)
- 電極上に導電性接着剤を塗布する塗布工程と、塗布工程で塗布された導電性接着剤を仮硬化する仮硬化工程と、仮硬化工程で仮硬化した導電性接着剤上に電子素子を配置し、該電子素子に荷重を加える荷重工程と、荷重工程の後に前記仮硬化した導電性接着剤を本硬化する本硬化工程とを有する電子部品の製造方法であって、
前記仮硬化工程は、仮硬化温度A(℃)と仮硬化時間B(分)が下記式(1)、および下記式(2)を満足し、かつ、前記本硬化工程後における接着強度が10N/mm2以上となるように導電性接着剤を仮硬化することを特徴とする電子部品の製造方法。
lnB≧−0.05A+7.5 ・・・(1)
B≦(7×10 15 )/A 7 ・・・(2) - 前記塗布工程では、スクリーン印刷またはメタルマスク印刷により導電性接着剤を塗布することを特徴とする請求項1に記載の電子部品の製造方法。
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