JP6452659B2 - 熱硬化性フラックス組成物および電子基板の製造方法 - Google Patents
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一方、実装基板上にフラックス剤を含有する接着剤を予め印刷しておき、印刷部分にパッケージ部品を実装する方法が提案されている(特許文献1参照)。
すなわち、本発明の熱硬化性フラックス組成物は、リフローはんだ付けにより、はんだバンプを有する電子部品を電子基板に接合させる場合に用いる熱硬化性フラックス組成物であり、且つ、配線基板上に、前記熱硬化性フラックス組成物を塗布する塗布工程と、はんだバンプを有する電子部品を前記配線基板の接合用ランド上に搭載する搭載工程と、前記電子部品が搭載された配線基板を加熱することにより、前記はんだバンプを溶融させ、前記はんだバンプを前記接合用ランドに接合するリフロー工程と、前記熱硬化性フラックス組成物を加熱して硬化させる熱硬化工程と、を備える電子基板の製造方法に用いる熱硬化性フラックス組成物であって、(A)エポキシ樹脂と、(B)硬化剤と、(C)活性剤とを含有し、前記(A)成分が、(A1)ビスフェノールA型エポキシ樹脂および(A2)ナフタレン型エポキシ樹脂を含有し、前記(A1)成分および前記(A2)成分の質量比率(A1/A2)は、1/2以上2/1以下であり、前記(A)成分の配合量は、熱硬化性フラックス組成物100質量%に対して、70質量%以上90質量%以下であり、前記(B)成分が、(B1)融点が150℃以上のポリアミン系硬化剤および(B2)イミダゾール系硬化剤からなる群から選択される少なくとも1種を含有し、温度25℃から5℃/minの昇温速度で昇温した場合において、温度200℃における粘度が5Pa・s以下であり、且つ、温度250℃における粘度が50Pa・s以上であることを特徴とするものである。
本発明の熱硬化性フラックス組成物においては、前記(B)成分が、前記(B1)成分を含有することが好ましい。
本発明の熱硬化性フラックス組成物においては、前記(B2)成分が、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2,4−ジアミノ−6−[2’−エチル−4’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジンイソシアヌル酸付加物、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、および2,4−ジアミノ−6−[2’−ウンデシルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジンからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
本発明の熱硬化性フラックス組成物においては、前記はんだバンプは、融点が200℃以上230℃以下のはんだ合金からなることが好ましい。
すなわち、本発明の熱硬化性フラックス組成物は、リフロー工程では、熱硬化性フラックス組成物の硬化がそれほど進まないような(B)硬化剤を用いている。そのため、溶融はんだの流動性が熱硬化性フラックス組成物の硬化物により妨げられることがないために、リフローでのはんだ付け性やセルフアライメント性を維持できる。一方で、本発明の熱硬化性フラックス組成物は、リフロー工程後の熱硬化工程で、十分に硬化させることができるので、硬化物のガラス転移点が十分に高くできる。以上のようにして、上記本発明の効果が達成されるものと本発明者らは推察する。
まず、本発明の熱硬化性フラックス組成物について説明する。
本発明の熱硬化性フラックス組成物は、リフローはんだ付けにより、はんだバンプを有する電子部品を電子基板に接合させる場合に用いる熱硬化性フラックス組成物であって、以下説明する(A)エポキシ樹脂、(B)硬化剤および(C)活性剤を含有するものである。
ここで、粘度は、レオメーターにより測定することができる。具体的には、レオメーター(HAAKE社製、商品名「MARS−III」)を用いて、所定の条件により粘度を測定することができる。
ここで、ガラス転移点は、動的粘弾性測定装置(DMA)を用いて測定できる。具体的にはセイコーインスツル社製の動的粘弾性測定装置「DMS6100」を用い、熱硬化性フラックス組成物の硬化物(厚み:100μm、長さ:20mm、幅:4mm)を試料として、昇温速度5℃/minの条件にて測定を行い、tanδのピーク値をガラス転移点として測定できる。なお、試料の大きさについては、前記条件よりも大きいものであれば測定できる。
熱硬化性フラックス組成物の200℃および250℃における粘度は、エポキシ樹脂および硬化剤などの種類(特に、硬化剤の種類)を変更することによって調整できる。例えば、硬化剤のエポキシ樹脂との反応性を調整することにより、200℃および250℃における粘度を調整できる。
硬化物のガラス転移点は、エポキシ樹脂および硬化剤などの種類や配合量を変更することによって調整できる。例えば、エポキシ樹脂および硬化剤の組み合わせを調整することにより、ガラス転移点を調整できる。
本発明に用いる(A)エポキシ樹脂としては、公知のエポキシ樹脂を適宜用いることができる。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビフェニル型、ナフタレン型、クレゾールノボラック型、フェノールノボラック型などのエポキシ樹脂が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、これらのエポキシ樹脂は、硬化物の耐衝撃性の観点から、ゴム変性されたものであることが好ましい。さらに、これらのエポキシ樹脂は、常温で液状のものを含有することが好ましく、常温で固形のものを用いる場合には、常温で液状のものと併用することが好ましい。
本発明に用いる(B)硬化剤は、(B1)融点が150℃以上のポリアミン系硬化剤および(B2)イミダゾール系硬化剤からなる群から選択される少なくとも1種を含有する。これらの(B1)成分や(B2)成分を用いる場合には、リフロー工程では、熱硬化性フラックス組成物の硬化がそれほど進まないようにでき、かつ、リフロー工程後の熱硬化工程で、熱硬化性フラックス組成物を十分に硬化させることができる。
また、この(B)成分としては、(B1)成分および(B2)成分以外の公知のエポキシ樹脂硬化剤を、本発明の効果を阻害しない範囲で使用してもよい。ただし、ジシアンジアミド(DICY)およびその誘導体、または、メラミンおよびその誘導体などは、リフロー工程において、熱硬化性フラックス組成物の硬化が進み過ぎるために、使用しないことが好ましい。また、(B1)成分および(B2)成分以外の公知のエポキシ樹脂硬化剤を使用する場合、その配合量は、(B)成分100質量%に対して、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。
前記(B1)成分の市販品としては、アデカハードナーEHシリーズの変性脂肪族ポリアミン系硬化剤など(ADEKA社製)が挙げられる。
前記(B2)成分の市販品としては、2P4MHZ、2PHZ−PW、2E4MZ−A、2MZ−A、2MA−OK、2PZ−CN、2PZCNS−PW、C11Z−CN、およびC11Z−A(四国化成工業社製など、商品名)が挙げられる。
本発明に用いる(C)活性剤としては、有機酸、非解離性のハロゲン化化合物からなる非解離型活性剤、アミン系活性剤などが挙げられる。
モノカルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、ブチリック酸、バレリック酸、カプロン酸、エナント酸、カプリン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、ツベルクロステアリン酸、アラキジン酸、ベヘニン酸、リグノセリン酸、グリコール酸などが挙げられる。
ジカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、マレイン酸、酒石酸、ジグリコール酸などが挙げられる。
その他の有機酸としては、ダイマー酸、レブリン酸、乳酸、アクリル酸、安息香酸、サリチル酸、アニス酸、クエン酸、ピコリン酸などが挙げられる。
本発明に用いる(D)チクソ剤としては、硬化ひまし油、アミド類、カオリン、コロイダルシリカ、有機ベントナイト、ガラスフリットなどが挙げられる。これらのチクソ剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
本発明の熱硬化性フラックス組成物は、必要に応じて、前記(A)成分〜前記(D)成分の他に、界面活性剤、カップリング剤、消泡剤、粉末表面処理剤、反応抑制剤、沈降防止剤、フィラーなどの添加剤を含有していてもよい。これらの添加剤の配合量としては、熱硬化性フラックス組成物100質量%に対して、0.01質量%以上10質量%以下であることが好ましく、0.05質量%以上5質量%以下であることがより好ましい。
本発明の熱硬化性フラックス組成物は、前記(A)成分〜前記(D)成分などを前記の所定の割合で配合し、撹拌混合することで製造できる。
次に、本発明の電子基板の製造方法について説明する。なお、本発明の熱硬化性フラックス組成物の使用方法が、本発明の電子基板の製造方法に限定されるわけではない。
本発明の電子基板の製造方法は、前述した本発明の熱硬化性フラックス組成物を用いる方法であって、以下説明する塗布工程、搭載工程、リフロー工程および熱硬化工程を備える。
配線基板としては、プリント配線基板、配線が設けられたシリコン基板などが挙げられる。
塗布装置としては、スピンコータ、スプレーコータ、バーコータ、アプリケータ、ディスペンサ、およびスクリーン印刷機などが挙げられる。なお、塗布装置として、スピンコータ、スプレーコータなどを用いる場合には、熱硬化性フラックス組成物を溶剤にて希釈して用いることが好ましい。
溶剤としては、ケトン類(例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン)、芳香族炭化水素類(例えば、トルエン、キシレン)、アルコール類(例えば、メタノール、イソプロパノール、シクロヘキサノール)、脂環式炭化水素類(例えば、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン)、石油系溶剤類(例えば、石油エーテル、石油ナフサ)、セロソルブ類(例えば、セロソルブ、ブチルセロソルブ)、(例えば、カルビトール、ブチルカルビトール)、および、エステル類(例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、セロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、カルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、エチルジグリコールアセテート、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート)などが挙げられる。これらは1種を単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。
塗布膜の厚み(塗布膜厚)は、適宜設定できる。
はんだバンプを有する電子部品としては、例えば、BGAパッケージ、チップサイズパッケージなどが挙げられる。
はんだバンプは、融点が200℃以上230℃以下のはんだ合金からなることが好ましい。なお、はんだバンプは、その表面にはんだ合金によるメッキがされているものであってもよい。融点が200℃以上230℃以下のはんだ合金としては、Sn−Ag−Cu系、およびSn−Ag系などのはんだ合金が挙げられる。
搭載工程で用いる装置としては、公知のチップマウント装置を適宜用いることができる。
また、接合用ランドの材質としては、公知の導電性材料(銅、銀など)を適宜用いることができる。
ここで用いる装置としては、公知のリフロー炉を適宜用いることができる。
リフロー条件は、はんだの融点に応じて適宜設定すればよい。例えば、Sn−Au−Cu系のはんだ合金を用いる場合には、プリヒートを温度150〜180℃で60〜120秒行い、ピーク温度を220〜260℃に設定すればよい。
加熱条件としては、加熱温度が、150℃以上220℃以下であることが好ましく、180℃以上200℃以下であることがより好ましい。加熱温度が前記範囲内であれば、熱硬化性フラックス組成物を十分に硬化させることができ、電子基板に搭載された電子部品への悪影響も少ない。
加熱時間は、10分間以上3時間以下であることが好ましく、30分間以上90分間以下であることがより好ましい。加熱時間が前記範囲内であれば、熱硬化性フラックス組成物を十分に硬化させることができ、電子基板に搭載された電子部品への悪影響も少ない。
なお、本発明の電子基板の製造方法は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
((A1)成分)
エポキシ樹脂A:ビスフェノールA型エポキシ樹脂、商品名「EPICLON EXA−850CRP」、DIC社製
((A2)成分)
エポキシ樹脂B:ナフタレン型エポキシ樹脂、商品名「EPICLON HP−4032D」、DIC社製
((B1)成分)
硬化剤A:変性脂肪族ポリアミン系硬化剤、商品名「アデカハードナーEH」、ADEKA社製
((B2)成分)
硬化剤B:2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、商品名「2P4MHZ」、四国化成工業社製
((C)成分)
活性剤A:アジピン酸
活性剤B:ベンジルアミンアジピン酸塩
((D)成分)
チクソ剤:商品名「ゲルオールD」、新日本理化社製
(他の成分)
硬化剤C:ジシアンジアミド
硬化剤D:メラミン
エポキシ樹脂A44質量部、エポキシ樹脂B44質量部、硬化剤A2質量部、活性剤A5質量部、活性剤B5質量部およびチクソ剤1質量部を容器に投入し、粉砕混合機にて、粉砕し混合し分散させて熱硬化性フラックス組成物を得た。
また、得られた熱硬化性フラックス組成物100質量部に対し、溶剤(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)10質量部を加えて、スピンコータ用塗布液を調製した。
次に、チップ部品を搭載できる基板を準備し、この基板の電極上に、スクリーン印刷法によりソルダペースト(タムラ製作所社製、SAC系ソルダペースト)を塗布し、リフロー処理をして、はんだバンプを形成し、その後、洗浄した。
そして、得られた基板上に、スピンコータを用いて、スピンコータ用塗布液を塗布した。塗布膜の塗布膜厚は、30μmであった。次に、チップ部品(1005チップ、はんだ合金:Sn−Au3.0−Cu0.5、はんだの融点:217℃〜220℃)を、塗膜形成後の基板の接合用ランド上に搭載し、リフロー炉(タムラ製作所社製)に通して加熱した。ここでのリフロー条件は、プリヒート温度が150〜180℃(60秒間)で、温度220℃以上の時間が50秒間で、ピーク温度が230℃である。その後、リフロー後の基板を、加熱炉に投入し、温度200℃にて1時間の加熱処理を施して、冷熱サイクル試験用基板を作製した。
表1に示す組成に従い各材料を配合した以外は実施例1と同様にして、熱硬化性フラックス組成物、スピンコータ用塗布液、および冷熱サイクル試験用基板を得た。
熱硬化性フラックス組成物の評価(熱硬化性フラックス組成物の200℃および250℃における粘度、硬化物のガラス転移点、はんだ溶融性、冷熱サイクル試験)を以下のような方法で行った。得られた結果を表1に示す。
(1)熱硬化性フラックス組成物の粘度
レオメーター(HAAKE社製、商品名「MARS−III」)を用いて、温度25℃からはんだの融点まで5℃/minの昇温速度で昇温しつつ、熱硬化性フラックス組成物の粘度を測定した。得られた結果から、(i)温度200℃における粘度、および、(ii)温度250℃における粘度を求めた。そして、粘度については、下記の基準に従って、区分けした。
A:粘度が5Pa・s以下である。
B:粘度が5Pa・s超50Pa・s未満である。
C:粘度が50Pa・s以上である。
(2)硬化物のガラス転移点
セイコーインスツル社製の動的粘弾性測定装置「DMS6100」を用い、熱硬化性フラックス組成物の硬化物(硬化条件:200℃1時間、厚み:100μm、長さ:20mm、幅:4mm)を試料として、昇温速度5℃/minの条件にて測定を行った。得られたグラフから、tanδのピーク値をガラス転移点として読み取った。
(3)はんだ溶融性
熱硬化性フラックス組成物50質量%と、はんだ粉末(はんだ合金:Sn−Au3.0−Cu0.5、粒子径分布:20〜40μm)50質量%とを混合して、混合試料を得た。得られた混合試料を、基板(表面の材質:銅)上に、スクリーン印刷法により、直径1cm、厚み50μmの塗膜を形成し、温度250℃に設定したホットプレート上で30秒間加熱した。そして、はんだの溶融状態を目視にて観察し、下記の基準に従って、はんだ溶融性を評価した。
○:はんだが溶融した。
×:はんだが溶融しなかった。
(4)冷熱サイクル試験
冷熱サイクル試験用基板を冷熱サイクル試験機に投入し、温度−40℃にて10分間放置した後に温度125℃にて10分間放置するのを1サイクルとして、これを2000サイクル繰り返す冷熱サイクル試験を行った(車載用ソルダペーストの冷熱サイクル試験に準拠)。冷熱サイクル試験後の基板を顕微鏡にて観察し、チップ部品におけるはんだ亀裂の有無を確認し、下記の基準に従って、冷熱サイクル試験への耐性を評価した。
○:はんだ亀裂が発生した箇所が90%未満である。
×:はんだ亀裂が発生した箇所が90%以上である。
Claims (7)
- リフローはんだ付けにより、はんだバンプを有する電子部品を電子基板に接合させる場合に用いる熱硬化性フラックス組成物であり、且つ、
配線基板上に、前記熱硬化性フラックス組成物を塗布する塗布工程と、
はんだバンプを有する電子部品を前記配線基板の接合用ランド上に搭載する搭載工程と、
前記電子部品が搭載された配線基板を加熱することにより、前記はんだバンプを溶融させ、前記はんだバンプを前記接合用ランドに接合するリフロー工程と、
前記熱硬化性フラックス組成物を加熱して硬化させる熱硬化工程と、を備える電子基板の製造方法に用いる熱硬化性フラックス組成物であって、
(A)エポキシ樹脂と、(B)硬化剤と、(C)活性剤とを含有し、
前記(A)成分が、(A1)ビスフェノールA型エポキシ樹脂および(A2)ナフタレン型エポキシ樹脂を含有し、
前記(A1)成分および前記(A2)成分の質量比率(A1/A2)は、1/2以上2/1以下であり、
前記(A)成分の配合量は、熱硬化性フラックス組成物100質量%に対して、70質量%以上90質量%以下であり、
前記(B)成分が、(B1)融点が150℃以上のポリアミン系硬化剤および(B2)イミダゾール系硬化剤からなる群から選択される少なくとも1種を含有し、
温度25℃から5℃/minの昇温速度で昇温した場合において、温度200℃における粘度が5Pa・s以下であり、且つ、温度250℃における粘度が50Pa・s以上である
ことを特徴とする熱硬化性フラックス組成物。 - 請求項1に記載の熱硬化性フラックス組成物において、
前記塗布工程においては、スピンコート法により、前記熱硬化性フラックス組成物を塗布し、
前記熱硬化性フラックス組成物は、溶剤を、さらに含有する
ことを特徴とする熱硬化性フラックス組成物。 - 請求項1または請求項2に記載の熱硬化性フラックス組成物において、
前記(B)成分が、前記(B1)成分を含有する
ことを特徴とする熱硬化性フラックス組成物。 - 請求項1または請求項2に記載の熱硬化性フラックス組成物において、
前記(B2)成分が、2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール、2,4−ジアミノ−6−[2’−エチル−4’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジン、2,4−ジアミノ−6−[2’−メチルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジンイソシアヌル酸付加物、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾール、1−シアノエチル−2−フェニルイミダゾリウムトリメリテイト、1−シアノエチル−2−ウンデシルイミダゾール、および2,4−ジアミノ−6−[2’−ウンデシルイミダゾリル−(1’)]−エチル−s−トリアジンからなる群から選択される少なくとも1種である
ことを特徴とする熱硬化性フラックス組成物。 - 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の熱硬化性フラックス組成物において、
当該熱硬化性フラックス組成物の硬化物のガラス転移点が100℃以上である
ことを特徴とする熱硬化性フラックス組成物。 - 請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の熱硬化性フラックス組成物において、
前記はんだバンプは、融点が200℃以上230℃以下のはんだ合金からなる
ことを特徴とする熱硬化性フラックス組成物。 - 請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の熱硬化性フラックス組成物を用いる電子基板の製造方法であって、
配線基板上に、前記熱硬化性フラックス組成物を塗布する塗布工程と、
はんだバンプを有する電子部品を前記配線基板の接合用ランド上に搭載する搭載工程と、
前記電子部品が搭載された配線基板を加熱することにより、前記はんだバンプを溶融させ、前記はんだバンプを前記接合用ランドに接合するリフロー工程と、
前記熱硬化性フラックス組成物を加熱して硬化させる熱硬化工程と、を備える
ことを特徴とする電子基板の製造方法。
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