JP5234029B2 - 無洗浄活性樹脂組成物及び表面実装技術 - Google Patents
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Description
本願発明は、Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ実装等に有用な活性樹脂組成物を用いた、プリン ト配線板に表面実装する方法（単に「表面実装技術」とも言う。）、及びその表面実装技術により製造されるプリント配線板に関する。
従来、表面実装部品、例えばＢＧＡ部品の表面実装は、プリント配線板表面へのフラックス塗布→プリント配線板上へのＢＧＡ部品搭載→リフロー半田付け→フラックスの洗浄・除去→プリント配線板とＢＧＡ部品の間隙へのアンダーフィル樹脂の充填・硬化、という工程により行われる。フラックスとしては、ロジンのようなカルボン酸基を持った化合物を活性剤として含有するものが知られる（特許文献１、請求項２）。
ところで、近年、ＢＧＡ部品は、高機能化のため複数のチップが搭載されており、次第にボディサイズは大きくなる傾向にある。
しかしながら、ＢＧＡ部品のボディサイズが大きくなると、フラックスを洗浄・除去する際、ＢＧＡ部品自体が洗浄の障害となり、未除去のフラックス（フラックス残渣）が発生することがある。その結果、後工程のアンダーフィル樹脂の加熱硬化時に、フラックス残渣中の活性剤成分が腐食反応を惹き起こす、といった問題があった。
一方、活性剤の活性力が低く腐食原因となりにくい無洗浄（洗浄の必要が無い）フラックスも知られている（特許文献２）。しかし、無洗浄フラックスを用いた場合、アンダーフィル樹脂の加熱硬化時に、今度は無洗浄フラックス自体が分解ガスを発生し、ＢＧＡ部品を破壊してしまう、という問題がある。
更に、ＢＧＡ部品のボディサイズが大きくなると、アンダーフィル樹脂を充填する際、ＢＧＡ部品の接合部が充填の障害となってくる。特に、プリント配線板表面上に表面凹凸（回路の凹凸、ソルダーレジストの凹凸等）があるときは、凹凸部の隅々にまで完全にアンダーフィル樹脂を充填できず、ボイドや未充填空隙が生じることがある。その結果、製品の品質・信頼性等が著しく低下する。更に、このようなボイド等が見逃され、後工程のアンダーフィル樹脂の硬化が行われた場合、もはや製品のリペアは不可能となり、廃棄するしかなく、歩留まりは低下する。
本願発明は、下記のような効果を奏することができる活性樹脂組成物を用いた表面実装技術を提供することを目的とする。
１）表面実装技術において、フラックスの洗浄工程が不要であり、製造コストの削減、及び生産性の向上を可能とする。
２）硬化後の塗布樹脂層には気泡やボイド等が全く存在せず、製品の信頼性を向上できる。
３）硬化後の塗布樹脂層は、非常に熱的安定であり、加熱時（例えば、アンダーフィル樹脂の加熱硬化時）、腐食反応や分解ガスを発生することがない。
４）アンダーフィル樹脂の充填を容易にする。その結果、大型のＢＧＡ部品を実装した場合でも、アンダーフィル樹脂の充填硬化部に気泡、ボイド、その他未充填空隙が生じず、確実な接合（接着）ができ、製品の信頼性を向上できる。
上記課題を解決するため、本願発明者が鋭意、検討した結果、以下の本願発明を成すに到った。
即ち、本願第１発明は、プリント配線板上の少なくとも半田表面に下記活性樹脂組成物を塗布し、表面実装部品をプリント配線板上に搭載し、リフロー半田付けを行い、塗布樹脂層を加熱硬化することを特徴とするプリント配線板に表面実装する方法、を提供する。
室温にて固体状のエポキシ樹脂１００重量部に対しそれぞれ、カルボン酸化合物１〜 １０重量部、硬化反応開始温度１５０℃以上の硬化剤１〜３０重量部、及び溶剤１０ 〜３００重量部を含有する活性樹脂組成物。
室温にて固体状のエポキシ樹脂１００重量部に対しそれぞれ、カルボン酸化合物１〜 １０重量部、硬化反応開始温度１５０℃以上の硬化剤１〜３０重量部、及び溶剤１０ 〜３００重量部を含有する活性樹脂組成物。
本願第２発明は、表面実装部品をプリント配線板上に搭載する前に、塗布樹脂層を８０〜１２０℃、１０〜３０分間の条件下に乾燥し及び／又は軟化点以上且つ硬化反応開始温度未満であって８０〜１３０℃、１〜１０分間の条件下に加熱することを特徴とする本願第１発明のプリント配線板に表面実装する方法、を提供する。
本願第３発明は、塗布樹脂層を加熱硬化した後、アンダーフィル樹脂を充填・硬化することを特徴とする本願第１発明又は第２発明のプリント配線板に表面実装する方法、を提供する。
本願第４発明は、本願第１発明〜第３発明の何れかのプリント配線板に表面実装する方法により製造されるプリント配線板、を提供する。
本願に係る活性樹脂組成物を用いた表面実装技術を用いることにより、下記のような効果を奏することができる。
１）表面実装技術において、フラックスの洗浄工程が不要となり、製造コストの削減、及び生産性の向上が可能となる。
２）硬化後の塗布樹脂層には気泡やボイド等が全く存在せず、製品の信頼性が向上する。
３）硬化後の塗布樹脂層は、非常に熱的安定であり、加熱時（例えば、アンダーフィル樹脂の加熱硬化時）、腐食反応や分解ガスを発生することがない。
４）アンダーフィル樹脂の充填が、容易になる。その結果、大型のＢＧＡ部品を実装した場合でも、アンダーフィル樹脂の充填硬化部に気泡、ボイド、その他未充填空隙が生じず、確実な接合（接着）ができ、製品の信頼性が向上する。
以下、本願発明の最良の実施形態を詳述する。
本願の活性樹脂組成物には、室温にて固体状のエポキシ樹脂を含有する。エポキシ樹脂は、マトリックス樹脂としての機能を有する。また、エポキシ樹脂は、硬化反応時に後述の活性剤とも反応し、活性剤を失活させる機能を有する。これに拠り、硬化後の塗布樹脂層は、非常に熱的安定となり、加熱時（例えば、アンダーフィル樹脂の加熱硬化時）、腐食反応や分解ガスを発生することがない。エポキシ樹脂の軟化点としては、例えば７０〜１５０（特に８０〜１００）℃が好ましい。具体的には、エポキシ樹脂としては、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン系エポキシ樹脂、ビフェニル系エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型固形エポキシ樹脂、固形の脂環式エポキシ樹脂等が挙げられる。
本願の活性樹脂組成物には、室温にて固体状のエポキシ樹脂を含有する。エポキシ樹脂は、マトリックス樹脂としての機能を有する。また、エポキシ樹脂は、硬化反応時に後述の活性剤とも反応し、活性剤を失活させる機能を有する。これに拠り、硬化後の塗布樹脂層は、非常に熱的安定となり、加熱時（例えば、アンダーフィル樹脂の加熱硬化時）、腐食反応や分解ガスを発生することがない。エポキシ樹脂の軟化点としては、例えば７０〜１５０（特に８０〜１００）℃が好ましい。具体的には、エポキシ樹脂としては、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン系エポキシ樹脂、ビフェニル系エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型固形エポキシ樹脂、固形の脂環式エポキシ樹脂等が挙げられる。
本願の活性樹脂組成物には、カルボン酸化合物を含有する。カルボン酸化合物は、活性剤としての機能を有する。具体的には、カルボン酸化合物としては、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、ジヒドロキシ安息香酸、フェニル酢酸、アビエチン酸類、スチレンマレイン酸樹脂等の共重合体、アクリル酸共重合体等が挙げられる。
本願の活性樹脂組成物には、硬化剤を含有する。硬化剤の硬化反応開始温度としては、１５０℃以上（好ましくは１６０〜２００℃）である。このように高温反応性の硬化剤を用いることにより、短時間の加熱では硬化反応は起きず、従ってリフロー時であっても活性樹脂組成物が硬化するのを防ぐことができる。具体的には、硬化剤としては、ジシアンジアミド等が挙げられる。
本願の活性樹脂組成物には、溶剤を含有する。溶剤の沸点は、硬化反応開始温度未満、特に１５０〜２００℃が好ましい。具体的には、溶剤としては、グリコールエーテル類、エチレングリコールエーテルエステル類、プロピレングリコールエーテルエステル類、Ｎ−メチルピロリドン等が挙げられる。
本願の活性樹脂組成物には、その他添加剤として、ポリジメチルシロキサン等の消泡剤、シランカップリング剤、アエロジル等を含有してもよい。
本願の活性樹脂組成物の組成において、固体状のエポキシ樹脂１００重量部に対し、各成分を、以下のとおり、それぞれ含有する。即ち、カルボン酸化合物１〜１０（好ましくは２〜５）重量部、硬化剤１〜３０（好ましくは２〜７）重量部、及び溶剤１０〜３００（好ましくは３０〜１００）重量部、含有する。
以下、本願の表面実装技術を、図面を用い、説明する。本願の表面実装技術においては、先ずプリント配線板（図３Ａ，１）上の少なくとも半田（図３Ａ，２）表面に本願の活性樹脂組成物（図３Ｂ，３）を塗布する。具体的には、プリント配線板の全表面又はパッド部のみに塗布してもよい。更に、接合相手の表面実装部品（図３Ｃ，４）の少なくとも半田（図３Ｃ，９）表面に塗布していてよい。具体的には、表面実装部品の全表面又はバンプ部のみに塗布してもよい。塗布樹脂層の層厚は、通常１０〜５０μｍである。
次いで、必要に応じ、塗布樹脂層（図３Ｂ，３）を乾燥し、溶剤を除去する。乾燥後の塗布樹脂層は、通常、タックフリーの塗膜となる。乾燥条件としては、８０〜１２０℃、１０〜３０分間である。
次いで、塗布樹脂層を、エポキシ樹脂の軟化点以上且つ硬化反応開始温度未満に加熱するのが好ましい。これにより、塗布樹脂層は、通常、タック性が発現し、表面実装部品を実装し易くなる。加熱条件としては、８０〜１３０℃、１〜１０分間である。
尚、塗布樹脂層（図３Ｂ，３）の乾燥と上記軟化点以上の加熱は、何れか一方又は両方を行ってもよいし、行わなくてもよい。行う場合、何れを先に行ってもよいし、又は同時に行ってもよい。
次いで、表面実装部品（図３Ｃ，４）をプリント配線板上に搭載する。本願発明は、大型の表面実装部品、例えば５０ｍｍ角以上のものでも用いることができる。表面実装部品としては、具体的にはパッケージ部品（ＢＧＡ部品、ＣＳＰ部品、ＭＣＭ部品、ＩＰＭ部品、ＩＧＢＴ部品等）、半導体チップ等が挙げられる。
次いで、リフロー半田付けを行う（図３Ｄ）。リフロー条件としては、例えば２４０〜３００℃、１〜１０分間であってよい。この際、前述のとおり、塗布樹脂層は、硬化反応が起こらない。しかも、この際、塗布樹脂層中の気泡やボイド、水分等は気体として、塗布樹脂層外に排出される。その結果、硬化後の塗布樹脂層には、気泡やボイド等が全く存在しなくなる。
次いで、塗布樹脂層を加熱硬化する（図３Ｅ）。加熱硬化条件としては、例えば１５０〜２００℃、１〜４時間であってよい。この際、活性剤としてのカルボン酸化合物は、エポキシ樹脂と反応して、活性力を失う。従って、腐食などによる信頼性を低下させる原因は無くなる。
上記のようにして形成された硬化膜（硬化後の塗布樹脂層）（図３Ｅ，１０）により、プリント配線板表面上の凹凸が或る程度、吸収（平坦化）され、後のアンダーフィルの充填が容易になる。
その後、パッケージ化等、必要に応じ、アンダーフィル樹脂（図３Ｆ，１１）を充填・硬化する。具体的には、プリント配線板と表面実装部品との間隙へアンダーフィル樹脂を充填・硬化する。
以下、本願発明を、実施例にて具体的に説明する。
・実施例１
先ず、下記組成の均一なペースト状活性樹脂組成物を調製した。
組成）クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（軟化点９４℃）１００重量部、ｐ−ヒドロキシ安息香酸４重量部、ジシアンジアミド５重量部、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート５０重量部。
・実施例１
先ず、下記組成の均一なペースト状活性樹脂組成物を調製した。
組成）クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（軟化点９４℃）１００重量部、ｐ−ヒドロキシ安息香酸４重量部、ジシアンジアミド５重量部、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート５０重量部。
１００ｍｍ角のプリント配線板［パッドピッチ０．６ｍｍ、パッド径０．３ｍｍ］（図１）表面に、上記ペースト状活性樹脂組成物をスクリーン印刷にて塗布した。このプリント配線板を１００℃、２０分間、加熱し、塗布樹脂層を乾燥した。室温に冷却したプリント配線板の塗布樹脂層は、タック性の無い固体であり、表面の鉛筆硬度はＨＢであった。
次に、上記プリント配線板を１２０℃に加熱すると、塗布樹脂層は軟化し、タック性が発現した。そして、７０ｍｍ角のＢＧＡ部品［バンプピッチ０．６ｍｍ、バンプ径０．３ｍｍ］（図２）をマウンターでプリント配線板上に設置した。ＢＧＡ部品をマウントしたプリント配線板を、２６０℃に設定したリフロー装置を通過させ、半田付けを行った。
尚、上記ＢＧＡ部品を半田付けしたプリント配線板を冷却すると塗布樹脂層は表面の鉛筆硬度がＨＢの固体であったが、再度１２０℃に加熱を行ったところ、再び軟化し、タック性が発現した。
その後、上記ＢＧＡ部品を半田付けしたプリント配線板を１９０℃、２時間加熱し塗布樹脂層を硬化させた。硬化後の塗布樹脂層は、表面の鉛筆硬度が８Ｈであり、完全に硬化していた。
尚、上記のようにして製造したプリント配線板の一部については、ＢＧＡ部品を物理的に剥がし、硬化した塗布樹脂層を２０倍の拡大鏡で観察したところ、気泡や水分によるボイドは確認されなかった。
残余のプリント配線板について、アンダーフィル樹脂を充填し、１５０℃、６０分間、加熱し、アンダーフィル樹脂を硬化させた。こうして、ＢＧＡ部品を実装した製品を完成させた。完成した製品をＸ線で観察したところ、アンダーフィル樹脂は完全に充填されており、気泡やボイドは全く無かった。
１，７ プリント配線板
２ パッド半田
３ 活性樹脂組成物（塗布樹脂層）
４ 表面実装部品（ＢＧＡ部品）
５ ベアチップ
６，１１ アンダーフィル樹脂
８ 回路
９ バンプ半田
１０ 硬化後の塗布樹脂層
２ パッド半田
３ 活性樹脂組成物（塗布樹脂層）
４ 表面実装部品（ＢＧＡ部品）
５ ベアチップ
６，１１ アンダーフィル樹脂
８ 回路
９ バンプ半田
１０ 硬化後の塗布樹脂層
Claims (4)
- プリント配線板上の少なくとも半田表面に下記活性樹脂組成物を塗布し、表面実装部品をプリント配線板上に搭載し、リフロー半田付けを行い、塗布樹脂層を加熱硬化することを特徴とするプリント配線板に表面実装する方法。
室温にて固体状のエポキシ樹脂１００重量部に対しそれぞれ、カルボン酸化合物１〜 １０重量部、硬化反応開始温度１５０℃以上の硬化剤１〜３０重量部、及び溶剤１０ 〜３００重量部を含有する活性樹脂組成物 - 表面実装部品をプリント配線板上に搭載する前に、塗布樹脂層を８０〜１２０℃、１０〜３０分間の条件下に乾燥し及び／又は軟化点以上且つ硬化反応開始温度未満であって８０〜１３０℃、１〜１０分間の条件下に加熱することを特徴とする請求項１に記載のプリント配線板に表面実装する方法。
- 塗布樹脂層を加熱硬化した後、アンダーフィル樹脂を充填・硬化することを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント配線板に表面実装する方法。
- 請求項１〜３の何れかに記載のプリント配線板に表面実装する方法により製造されるプリント配線板。
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