JPWO2008069178A1 - 封止材料及びその封止材料を用いる実装方法 - Google Patents

封止材料及びその封止材料を用いる実装方法

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Abstract

基板上に電子部品等を実装するに際し、低応力かつ高信頼性の封止特性と、封止後の好適なリペア性とを具備する封止材料を提供する。封止材料は、熱硬化性樹脂成分を含み、硬化後の封止材料のガラス転移点(Tg)を含む温度範囲で、温度を変化させて貯蔵弾性率(E)を測定して、温度変化（ΔＴ）に対する貯蔵弾性率の変化（ΔＥ）の割合（ΔＥ／ΔＴ）が0.5MPa／℃〜30MPa／℃の範囲であることを特徴とする。

Description

本発明は、電子部品を実装した回路基板の電極接合部を封止する材料に関する。
近年、電子機器の小型化、軽量化、高性能化及び高速化を目的として、電子機器の回路基板にも高密度実装化が要求されている。そのため、回路基板に実装する電子部品及びチップ部品、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）ＩＣ等を含む半導体装置についても小型化、薄型化、高速化、多端子化が図られている。その結果、電子部品及び／又は半導体装置自体の機械的強度は低下しており、これらに加えられる機械的応力及び温度変化に対して、より脆弱なものが増加している。また、高密度実装化が図られたことに伴って、電子部品及び／又は半導体装置１点あたりのコスト、並びに電子部品等を実装した回路基板１枚当たりのコストは増大している。
電子部品及び／又は半導体装置を回路基板上に実装する方法として、回路基板上の所定の位置に電子部品及び／又は半導体装置を、それぞれ対応する電極が接触するように配置し、接続すべき電極どうしの間にハンダ材料又は導電性接着剤を供給し、これをリフロー炉等に入れることによって電子部品及び／又は半導体装置と回路基板との電極どうしを接合し、更に、その接合操作と並行して又は前後して、接合部の周囲を含めて電子部品及び／又は半導体装置と回路基板との間を樹脂により封止するという方法が一般に行われている。この樹脂封止は、その後にヒートサイクルや高温多湿の環境に曝された場合であっても、電子部品及び／又は半導体装置を回路基板に接着して固定するため、並びに電子部品及び／又は半導体装置と回路基板との接合部を高い信頼性で保護するために重要である。
ヒートサイクルに曝された場合の電子部品を実装した回路基板の信頼性を確保することを目的として、低弾性率の電子部品接着部材を用いて電子部品と配線基板との間の熱応力を緩和する発明が、特許文献１（特に段落番号００３２）に開示されている。この特許文献は、半導体チップの熱膨張係数と回路基板の熱膨張係数とに差があることに起因して、ヒートサイクルに曝された場合に熱応力が生じることに着目しており、そのような熱応力を緩和するためには、その発明に係る低弾性率の電子部品接着部材を用いることが有効であることを開示している。
また、一般に、電気製品の組立てプロセスでは、種々の組立て段階において検査又は試験（以下、検査等と称する）を行って、必要とされる規格に適合しない物品の発見に努めており、発見された不適合品はその組立てプロセスから排除されている。また、その検査等で適合品と認定されたものは、更なる組み立てプロセスへ送られて、電気製品が製造される。電子部品及び／又は半導体装置を実装した回路基板（以下、実装済み回路基板とも称する）が不適合品と認定された場合に、電子部品及び／又は半導体装置並びに実装済み回路基板のそれぞれのコストが高いため、その実装済み回路基板の全体をそのまま廃棄することは、末端の製品コストの上昇につながる上に、産業廃棄物の量を増やすことにも繋がるので、生産者及び需要者並びに環境への負荷を与える点で好ましくない。
不適合品とされた実装済み回路基板には、熱履歴を含む種々の理由によって電子部品及び／又は半導体装置が損傷しているものも存在するが、１枚の回路基板に多数の電子部品及び／又は半導体装置が取り付けられている場合に、その中の１点又は数点の電子部品及び／又は半導体装置が不良（又は所定の規格に不適合）であるが、その他の電子部品及び／又は半導体装置並びに回路基板自体が損傷を受けていない場合には、不良（又は不適合品）と認定された電子部品及び／又は半導体装置のみをその実装済み回路基板から容易に取り外すことができれば、その代わりに正常な電子部品及び／又は半導体装置を装着することによって、実装済み回路基板の残りの部分を有効に活用することができる。従って、不適合品とされた実装済み回路基板から、不良な電子部品及び／又は半導体装置のみを取り外し、その他の必要とされる機能を保持している電子部品及び／若しくは半導体装置および回路基板を回収すること、並びに／又は回収した基板等を再利用（リサイクル）することは、コスト削減のためにも、近年の省資源化及びエミッションフリー化（環境保護）という時代の要請からも望ましい。尚、本発明に関して、回路基板、電子部品及び半導体装置（これらを基板等とも称する）の少なくとも１つを回収すること及び／又は再利用することを、基板等を「リペアする」とも称する。
例えば、実装及び封止処理を行った後の検査によって、実装済みの多数の電子部品及び／又は半導体装置の中から１点又は数点に不良が見出された場合に、その不良とされた電子部品及び／又は半導体装置をリペアして基板を再利用できるように、リペア性を有する樹脂を用いて封止する発明が特許文献２及び特許文献３に開示されている。
また、特許文献４には、回路基板に残留した樹脂に更により高い強度の接着剤を塗布し、剥離用板を用いて加熱し取り外す方法が提案されている。更に、特許文献５には、基板に残った樹脂を研削カッターで除去する方法が提案されている。
特開２０００−１５４３６１号公報 特開平１０−１０７０９５号公報 特開平１０−２０９３４２号公報 特開平５−１０９８３８号公報 特開平６−５６６４号公報
特許文献１に開示されている発明では、電子部品と配線基板との間に生じる熱応力を緩和するために、低弾性率の電子部品接着部材が用いられている。本出願の発明者らは、外部から熱及び機械的応力が加えられた場合に、接合部の剥がれやクラックを防止するだけでなく、脆弱化している電子部品及び／又は半導体装置の剥がれやクラックをも防止することを目的として種々の検討を行った。その結果、特許文献１に開示されている発明とは反対に、むしろ弾性率の高い樹脂を封止に用いる場合の方が、封止後の電子部品及び／又は半導体装置にかかる熱的及び／又は機械的応力が小さくなり、接合部並びに電子部品及び／又は半導体装置に剥がれやクラックが生じることを有効に防止することができるという知見を得た。
また、リペア性を考慮した場合に、特許文献２及び特許文献３に開示されている発明によれば、リペア時にハンダ材料又は導電性接着剤が溶融する温度まで加熱し、封止材料を軟化させた後、シェアをかけて電子部品を取り外している。この場合にこれらの封止材料は粘着性が高いため、電子部品を取り外す操作に大きな応力を加えることが必要とされ、その結果、回収しようとする基板を損傷する割合が比較的高いという傾向があった。更に、この封止材料は粘着性が高く、上記の操作によって基板から完全に除去することが困難であって、そこに新たな電子部品を実装するためには、残存する封止樹脂を除去する作業を要することが障害となっていた。
特許文献４及び特許文献５の発明によれば、リペアの操作を行う際に、電子部品及び／又は半導体装置に対して比較的大きな機械的応力を加える必要があるため、特許文献２及び特許文献３の場合と同様に、回収しようとする基板をリペア操作の際に損傷する割合が比較的高いという傾向があった。
この出願は、上記従来の課題を解決するものであって、比較的脆弱な電子部品及び／又は半導体装置を実装するに際して、その接合部並びに電子部品及び／又は半導体装置を低応力で封止することができるという特性を具備する封止材料の発明を提供することを１つの目的とする。その封止材料は、封止後に不適合品と認定された電子部品及び／又は半導体装置のみを容易にリペアすることができるという好適なリペア性を具備することがより好ましい。
この出願は、低応力で封止することができるという特性を具備した封止材料を用いて、電子部品及び／又は半導体装置を実装する方法の発明を提供することをもう１つの目的とする。その封止材料は、好適なリペア性を具備することがより好ましい。
この出願は、低応力で封止することができるという特性を具備した封止材料を用いて、電子部品及び／又は半導体装置を実装した実装構造体の発明を提供することをもう１つの目的とする。その封止材料は、好適なリペア性を具備することがより好ましい。
この出願は、第１の発明において、少なくとも（ａ）熱硬化性樹脂成分及び（ｂ）その硬化剤成分を含んでなる封止材料であって、硬化後の封止材料のガラス転移点（Ｔｇ）を含む温度範囲にて、昇温しながら貯蔵弾性率（Ｅ）を測定した場合に、温度変化（ΔＴ）に対する貯蔵弾性率の変化（ΔＥ）の割合（ΔＥ／ΔＴ）として０．５ＭＰａ／℃〜３０ＭＰａ／℃の範囲の値を示すことを特徴とする封止材料を提供する。
この発明において、（ａ）熱硬化性樹脂成分は、エポキシ樹脂組成物、ウレタン樹脂組成物、フェノール樹脂組成物及びアクリル樹脂組成物の群から選択することができる。この中で、吸湿性、熱膨張性及び硬化収縮性などの特性の点から、エポキシ樹脂組成物が好ましい。
この発明のエポキシ樹脂には、一般的に用いられる種々のエポキシ樹脂組成物を使用することができる。好ましいエポキシ樹脂組成物としては、二官能以上の多官能性エポキシ樹脂、例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂）、ノボラック型エポキシ樹脂（フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂）、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂等を挙げることができる。これらのエポキシ樹脂は２種以上を混合物して使用してもよい。エポキシ樹脂は粘度及び物性を考慮して選択できるが、多官能性エポキシ樹脂中に１０〜１００％の割合、特に５０〜１００％の割合で、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を含むことが最も好ましい。上記のエポキシ樹脂には、更に、ゴム変性エポキシ樹脂（ポリイソプレン変性エポキシ樹脂、ポリクロロプレン変性エポキシ樹脂、ポリブタジエン変性エポキシ樹脂等）及びウレタン変性エポキシ樹脂及びダイマー酸変性エポキシ樹脂等の群から選ばれる変性エポキシ樹脂の１種又はそれ以上のものを適宜添加することができる。
上記多官能性エポキシ樹脂には、（ｄ）反応性希釈剤成分（又は架橋密度調節剤）として、単官能エポキシ樹脂を０〜３０重量％、好ましくは０〜２０重量％（いずれも全エポキシ樹脂中の重量％）程度の割合で添加することができる。そのような単官能エポキシ樹脂としては、分子内に１個のエポキシ基を有する化合物であって、炭素数６〜２８のアルキル基を有するものが好ましい。アルキル基の炭素数は例えば８以上、１０以上、または１２以上であってよい。また、アルキル基の炭素数は例えば２６以下、２４以下、２２以下であってよい。従って、上記の範囲の炭素数を有するアルキルグリシジルエーテル、脂肪酸グリシジルエステル、及びアルキルフェノールグリシジルエーテルから選ばれる少なくとも１種の樹脂を使用することができる。Ｃ６〜Ｃ２８アルキルグリシジルエーテルが好ましく、２種以上の単官能エポキシ樹脂を混合して使用することもできる。
尚、（ｄ）反応性希釈剤成分としては、この他に、モノエポキサイド、ジエオイキサイド、トリエポキサイド、ポリオール、ポリチオール、ポリカルボキシ及びウレタンからなる群から選ばれる１種又はそれ以上の化合物を用いることもできる。
この発明に用いる（ｂ）硬化剤成分としては、使用する（ａ）熱硬化性樹脂成分を硬化させるために好適なものが用いられる。上述したエポキシ樹脂を（ａ）熱硬化性樹脂成分として使用する場合には、アミン化合物、イミダゾール化合物、変性アミン化合物、変性イミダゾール化合物、ポリフェノール化合物及び含硫黄化合物の群から選ばれる化合物を（ｂ）硬化剤成分として使用することが好ましい。
アミン化合物としては、例えばジシアンジアミドやジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ジエチルアミノプロピルアミン等の脂肪族ポリアミン、ｍ−キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン等の芳香族ポリアミン、イソホロンジアミン、メンセンジアミン等の脂環族ポリアミンおよびポリアミド等を挙げることができる。
イミダゾール化合物としては、例えば２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等を挙げることができる。
変性アミン化合物としては、エポキシ化合物にアミン化合物を付加させたエポキシ化合物付加ポリアミン等を挙げることができ、変性イミダゾール化合物としては、エポキシ化合物にイミダゾール化合物を付加させたイミダゾール付加物等を挙げることができる。
これらの硬化剤の中でも、１液性のエポキシ樹脂に用いられる潜在性硬化剤が好ましい。尚、潜在性硬化剤とは、その潜在性硬化剤をエポキシ樹脂と混合した状態であっても、常温付近の温度を適用している間は実質的に硬化が進まず、所定温度以上の温度へ加熱した場合に初めて硬化の進行が認められる種類の硬化剤である。エポキシ樹脂用の潜在性硬化剤としては、変性アミン化合物系の硬化剤が特に知られている。
リペア性を特に考慮した場合に、変性アミンを硬化剤全重量の５〜９５重量％として使用し、ジシアンジアミドを硬化剤全重量の９５〜５重量％として併用することが好ましい。硬化剤の配合量は、通常エポキシ樹脂１００重量部に対して、通常３〜６０重量部であり、好ましくは５〜４０重量部である。
また、この発明の封止材料は、１つの好ましい態様において、少なくとも（ａ）熱硬化性樹脂成分及び（ｂ）その硬化剤成分を含んでなる封止材料であって、加熱して得られる硬化物が、−８０℃以上で、５０℃以下の温度範囲にガラス転移温度（Ｔｇ）を有することを特徴とすることもできる。
尚、この発明の封止材料の形態は、使用前において構成成分がすべて混合された１液型のものであっても、使用する前は（ａ）熱硬化性樹脂成分と（ｂ）硬化剤成分とを別々に保存して、使用の際にそれらを混合する２液型のものであってもよい。このような封止材料の形態は、当業者に既知の技術水準に基づいて、（ａ）熱硬化性樹脂成分と（ｂ）硬化剤成分との組成に応じて決めることができる。
この発明の封止材料は、（ｃ）絶縁性フィラー成分として、アルミナ、シリカ、アルミナ、ボロンナイトライド、窒化アルミニウム、窒化珪素、マグネシア、マグネシウムシリケート、タルク、炭酸カルシウム、及び水酸化カルシウム等からなる群から選ばれる１種又はそれ以上の化合物を用いることができる。絶縁性フィラー成分は、主として粘度及び流動性を調節及び／又は適正化するという役割を果たす目的で配合される。絶縁性フィラー成分は、また、熱膨張率、流動性、接着性の制御を果たす目的でも配合される。本発明の封止材料は、所望により更に添加剤を含むことができる。そのような添加剤には、硬化促進剤（ポリアミン等）、染料、顔料等が挙げられる。
この発明の封止材料は、上述したような組成を有しており、硬化後の封止材料のガラス転移点（Ｔｇ）を含む温度範囲にて、温度を上昇させながら貯蔵弾性率（Ｅ）を測定した場合に、温度変化（ΔＴ）に対する貯蔵弾性率の変化（ΔＥ）の割合（ΔＥ／ΔＴ）として、３０ＭＰａ／℃以下であって、０．５ＭＰａ／℃以上の範囲の値を示すことを特徴とする。この貯蔵弾性率の変化の割合（ΔＥ／ΔＴ）（以下、本願明細書において貯蔵弾性率の変化率とも称する）は、好ましくは１０ＭＰａ／℃以下、特に好ましくは１ＭＰａ／℃以下であってよい。また、貯蔵弾性率の変化率は、２０ＭＰａ／℃以上、例えば２５ＭＰａ／℃以上であることが好ましい場合もある。貯蔵弾性率の変化率がこの範囲にある場合には、温度を横軸にとり、貯蔵弾性率を縦軸にとって、温度の上昇に対応して測定した貯蔵弾性率（Ｅ）の値をプロットしてグラフを描くと、低温側から高温側へ向かって直線的に緩やかに降下する勾配を有するグラフが得られる。このグラフにおいて、貯蔵弾性率の変化率は直線の傾きとして表されていると表現することができる。例えば、封止材料を用いて基板に電子部品を一旦取り付けた後、リペアすることが必要になった場合には、所定温度に加熱しながら、対象となる電子部品を封止している封止材料と基板との境界付近にコテなどの治具を当てて、封止材料を基板から剥がす操作を行う。このリペア操作の際に、封止材料が本発明のように緩やかな勾配を示す封止材料であれば、短時間で大きな応力を加えることなく、即ち衝撃的な力若しくは過度の力を加えることなく、必要最小限の大きさの力で治具を押し当てることによって、基板から封止材料を剥がすことができる。従って、本発明の封止材料を用いれば、リペア操作の際に、いわゆる基材破壊を生じることなく、いわゆる界面破壊のようにして封止材料と基板とを分離することができる。従って、封止材料を犠牲にする一方で、基板及び／若しくは電子部品及び／若しくは半導体装置を実質的に損傷することなく回収することができる。このように実質的に無傷で回収した基板等は、必要に応じて処理を行った後、リサイクル（またはリユース）することができる。貯蔵弾性率の変化率が３０ＭＰａ／℃を越えると、低応力での封止という特性を十分に発揮することができない。一方、貯蔵弾性率の変化率が０．５ＭＰａ／℃を下回ると、弾性を有する封止材料として十分な信頼性が得られない。
上記のような温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）を示すグラフを図２に示す。このグラフはガラス転移点（Ｔｇ）を含む温度範囲において、０．８ＭＰａ／℃の（ΔＥ／ΔＴ）の値を示している。このガラス転移点（Ｔｇ）を含む温度範囲は、ガラス転移点（Ｔｇ）を挟む温度範囲と言い換えることもできるが、ガラス転移点（Ｔｇ）よりも低温側の温度と、ガラス転移点（Ｔｇ）よりも高温側の温度との間を範囲とする温度を意味する。
この発明の硬化後の封止材料は、−８０℃以上、場合によって、例えば−７０℃以上、−６０℃以上、−５０℃以上、−４０℃以上、−３０℃以上、−２０℃以上、−１０℃以上のガラス転移点（Ｔｇ）を有することが好ましい。また、この発明の硬化後の封止材料は、１００℃以下、場合によって、例えば９０℃以下、８０℃以下、７０℃以下、６０℃以下、５０℃以下、４０℃以下、３０℃以下、２０℃以下、１０℃以下、０℃以下のガラス転移点（Ｔｇ）を有することが好ましい。
このような特性を示す封止材料を用いた場合に、少なくとも回路基板と電子部品及び／又は半導体装置との接合部を被覆する封止材料は、実用的な使用温度において、比較的高い接着強度（例えば０．５ｋｇ／ｍｍ２）を保持しているため、接合部を好適に封止することができる。一方、封止後に、例えば約２２０℃まで加熱すると封止材料は十分に軟化するので、リペアの対象とする電子部品及び／又は半導体装置に付着する封止材料を、回路基板から比較的容易に分離することができる。従って、この封止材料は、封止後において好適なリペア性を示すことができる。
この発明の封止材料は、ガラス転移点（Ｔｇ）よりも低温側の温度Ｔ１にて、１００ＭＰａ以上の弾性率、好ましくは５００ＭＰａ以上の弾性率、より好ましくは８００ＭＰａ以上の弾性率、更に好ましくは１ＧＰａ以上の弾性率を示すことを特徴とすることができる。更に、この発明の封止材料は、ガラス転移点（Ｔｇ）よりも高温側の温度Ｔ２にて、２００ＭＰａ以下の弾性率、好ましくは５０ＭＰａ以下の弾性率、より好ましくは１０ＭＰａ以下の弾性率を示すことを特徴とすることができる。ガラス転移点（Ｔｇ）よりも低温側及び高温側の温度範囲において、このような弾性率を示す本発明の封止材料は、好適な封止特性を示すことができる。更に、本発明の封止材料は好適なリペア性を示すことができる。ガラス転移点（Ｔｇ）よりも低温側の温度Ｔ１にて１００ＭＰａより小さい弾性率を示し、ガラス転移点（Ｔｇ）よりも高温側の温度Ｔ２にて１０ＭＰａより大きい弾性率を示す材料は、強度が不十分であり、封止特性について十分な信頼性が得られない。
例えば、温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）を測定する温度範囲の下限側温度（例えば温度Ｔ１）が５０℃よりも高く、その温度範囲の上限側温度（例えば温度Ｔ２）が２００℃よりも低い場合であって、封止材料の弾性率が、低温側の温度Ｔ１における１００ＭＰａ以上の値から、高温側の温度Ｔ２における１０ＭＰａ以下へと変化する場合には、温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）の値が、本発明の好適な値よりも大きすぎる値となる。このような特性を示す封止材料を用いた場合には、ガラス転移点（Ｔｇ）付近において弾性率変化が急激過ぎるため、低応力での封止を達成できないことになり、部品へ損傷を与える可能性が高くなる。
また、硬化後において１００℃以下のガラス転移点（Ｔｇ）を示す場合には、その封止材料は、接合材料の剥離温度にて良好なリペア性を示すことができる。例えば、Ｓｎ−3Ａｇ−０.５Ｃｕの系の鉛フリーハンダ材料又は導電性接着剤を用いた場合に、そのハンダ材料の融点である約２２０℃において、封止材料は十分に軟化して、容易に剥離できるようになる。
このように、脆弱な電子部品及び／又は半導体装置の実装に際して、その接合部と同時に電子部品及び／又は半導体装置そのものに対して、低応力で封止することができようになる。また、接合材料が剥離する温度、一般に接合材料の融点まで加熱すると、封止材料は十分軟化して剥がれやすくなり、封止材料を取り除くと同時に電子部品及び／又は半導体装置を取り外すことができる。
この出願は、第２の発明において、回路基板の電極と該電極に対応して取り付けられる電子部品及び／又は半導体装置の電極との接合部、並びに前記回路基板と電子部品及び／又は半導体装置との間を、本願の第１の発明に係る封止材料によって封止することを含む電子部品を基板に実装する方法の発明を提供する。その実装方法は、具体的には、
（ｉ）回路基板上の所定の位置に電子部品を配置し、導電性接続部を形成する工程；
（ｉｉ）前記導電性接続部及びその周囲に、上述した本発明のいずれかの封止材料を供給する工程；並びに
（ｉｉｉ）前記基板を加熱する工程を含んでなる。
この出願は、また、電子部品を基板に実装する方法の発明として、
（ｉ）基板上の所定の位置に電子部品を配置し、導電性接続部を形成する工程；
（ｉｉ）前記導電性接続部及びその周囲に、熱硬化性樹脂組成物を含む封止材料を供給する工程であって、硬化後に、−８０℃以上で、５０℃以下の温度範囲にガラス転移温度（Ｔｇ）を有する封止材料を供給する工程；
（ｉｉｉ）前記基板を加熱する工程
を含んでなることを特徴とする電子部品を基板に実装する方法の発明を提供することもできる。
この出願は、第３の発明において、回路基板上の所定の位置に電子部品が配置され、該回路基板と該電子部品との対応する電極どうしの間で導電性接続部が形成されてなる、電子部品が回路基板に実装された実装構造体であって、前記導電性接続部の周囲及び電子部品と回路基板との間の空隙が、第１の発明の封止材料を用いて封止されてなる実装構造体の発明を提供する。
この出願の第１の発明に係る封止材料は、比較的脆弱な電子部品及び／又は半導体装置を回路基板に実装する際に用いた場合に、その接合部並びに電子部品及び／又は半導体装置を比較的低応力で封止することができるという特性を示す一方で、封止後においても好適にリペアし得るという特性（リペア性）を示すことができる。更に、良好な初期封止特性及び耐久的封止特性を示すこともできる。即ち、この封止材料によれば、回路基板に実装した電子部品及び／又は半導体装置の接合部並びに電子部品及び／又は半導体装置を比較的長期間にわたって低応力で該基板上に封止することができる。従って、封止プロセスにおける部品等の損傷も、温度サイクルに付されることによる部品等の損傷も大幅に低減して、損傷の発生を実質的に防止することができる。更に、必要な場合には、その接合部並びに電子部品及び／又は半導体装置を封止している硬化した封止材料は、ガラス転移点（Ｔｇ）以上の温度に加熱することによって、比較的容易に取り外すことができるという好適なリペア性を保持している。
この出願の第２の発明に係る、第１の発明の封止材料を用いて電子部品及び／又は半導体装置を実装する方法によれば、接合部並びに電子部品及び／又は半導体装置の封止を比較的低応力で実施することができる。従って、封止プロセスにおける部品等の損傷及び温度サイクルに付されることによる部品等の損傷の発生を実質的に防止して、電子部品及び／又は半導体装置を実装することができる。更に、封止後においても好適にリペアを行うことができる。
この出願の第３の発明に係る、第１の発明の封止材料を用いて封止されてなる電子部品及び／又は半導体装置を実装した実装構造体は、その接合部並びに電子部品及び／又は半導体装置が比較的低応力で封止されているので、製造段階及び使用中の損傷の発生を実質的に防止することができる。比較的低応力で封止することによって、良好な初期封止特性及び耐久的封止特性を示すこともできる。従って、封止プロセスにおける部品等の損傷及び温度サイクルに付されることによる部品等の損傷の発生を実質的に防止して電子部品及び／又は半導体装置を実装した実装構造体を得ることができる。更に、封止後においても好適にリペアを行うことができる。
従って、種々の組立て段階における検査等によって、適合品は更なる組み立てプロセスへ送られて電気製品が製造され、不適合品はリペアに付されるという電気製品の組立てプロセスに用いると、本願の発明に係る封止材料は、適合品については封止後も低応力にて持続性のある封止を保持することができ、一方、不適合品については比較的容易にリペアを行うことができるという、一見して相反する作用効果を奏することができる。
回路基板上に半導体チップを実装した状態を示す模式図である。 温度を横軸にとり、貯蔵弾性率Ｅを縦軸にとって、温度変化（ΔＴ）に対する貯蔵弾性率の変化（ΔＥ）をプロットしたグラフである。
符号の説明
１半導体チップ
２ハンダ材料又は導電性接着剤ボール
３ハンダ材料又は導電性接着剤
４封止材料
５ランド
６基板
本発明の好ましい実施の形態を模式的に示す図１を参照しながら、以下、説明する。
＜封止及び実装操作＞
図１は、半導体装置１とその半導体装置１を取り付けるべきガラスエポキシ回路基板６を模式的に示している。半導体装置１にはハンダボール（電極）２が設けられており、各電極に対応して回路基板６上にはランド（電極）５が設けられている。半導体装置１側のハンダボール（電極）２と回路基板６側のランド（電極）５とは、ハンダ３によって接合され、電気的接続が形成されている。ハンダ３による接合部及びその周囲の回路基板６と半導体装置１との間には、封止材料４が適用されて、接合部及びその周囲の回路基板６と半導体装置１との間が封止されている。
具体的な実装の操作は、次のように行った。配線が施された厚さ１．６ｍｍのガラスエポキシ基板上の電極にクリームハンダ（千住金属工業株式会社、Ｍ７０５−２２１ＢＭ５−Ｋ）を塗布し、チップサイズが１３ｍｍ×１３ｍｍのパッケージ、電極径（直径）０．５ｍｍ、電極ピッチ０．８ｍｍ、キャリア基材がアルミナであるＣＳＰを、リフローハンダ付けによって実装した。
その後、熱硬化性樹脂組成物をディスペンサを用いてＣＳＰと回路基板との接合部の周囲に塗布し、引き続き８０℃で３０分間加熱し、更に１５０℃まで昇温して６０分間加熱して熱硬化性樹脂組成物を十分に硬化させた。この過程において、加熱された熱硬化性樹脂組成物は硬化に至るよりも前に十分な流動性を有するようになってＣＳＰと回路基板との間の空隙にも浸透して、その空隙を十分に満たすことができる。更に加熱すると、絶縁性フィラーが若干沈降した状態で熱硬化性樹脂組成物は硬化するに至り、従ってＣＳＰと回路基板との間をも封止して、所望のＣＳＰ実装構造体を得た。得られた硬化物のＴｇは４０℃であった。
（１）初期封止特性：初期封止特性の評価は、以下のように行った。熱硬化性樹脂組成物が硬化して接合部の封止が完了したＣＳＰ実装構造体について、目視観察により及び／又は顕微鏡観察により封止部を観察して、ＣＳＰの表面にクラック発生等の異常が認められるか否かを検査した。試験サンプル１０点について検査した結果、異常が認められなかったものを○（合格）、異常が認められた試験サンプルを含むものを×（不合格）と評価した。
（２）耐久的封止特性：耐久的封止特性の評価（いわゆるヒートサイクル試験）は、以下のように行った。初期封止特性が○と評価されたＣＳＰ実装構造体を、ヒートサイクル試験機（エタック社製、ＪＩＳＣ６００６８に準拠）にて、−４０℃×３０分〜＋８５℃×３０分を１サイクルとする温度サイクル試験に付した。所定のサイクル数に達したときに試験サンプルの導通試験を行い、ＣＳＰと基板との電気的接続を確認した。１０００サイクル以上で導通があったものを○（合格）とし、１０００サイクルに達する前に断線等のために非導通となったものを×（不合格）と評価した。後述する実施例の半導体素子実装構造体はいずれも、１０００サイクルを越えても合格と評価された。
（３）硬化後の封止材料のガラス転移点（Ｔｇ）及び貯蔵弾性率Ｅ'は、動的粘弾性測定装置（アイティー計測制御株式会社製、ＤＶＡ−２００）を用いて、試験サンプル寸法：縦方向寸法２０ｍｍ、横方向寸法５ｍｍ、高さ寸法１ｍｍ、昇温速度：１０℃／分、引張りモード、１０Ｈｚ、自動静荷重の条件で測定した。損失弾性率Ｅ”のピークトップ温度をガラス転移点（Ｔｇ）として測定した。
温度Ｔ１を５０℃、温度Ｔ２を２００℃に設定した場合における貯蔵弾性率Ｅ'及び貯蔵弾性率の変化率ΔＥ／ΔＴに着目して試験した実施例１〜１０及び比較例１〜２の各封止材料の特性を表１に示す。
Figure 2008069178
＜リペア操作＞
本発明の封止材料によってＣＳＰを実装した実装構造体について、リペア性を評価した。上記のような実装操作を行ったＣＳＰ実装構造体１００個の中から、ＣＳＰ実装構造体を無作為に１０個抽出して、ＣＳＰの上部表面に加熱可能な吸着ツールを押し当て、吸着ツールを２５０℃に１分間加熱した。その後、ＣＳＰと回路基板との間に金属製の分離用レバー（分離用治具）を差し込んでＣＳＰを持ち上げたところ、封止材料は十分に軟化しており、封止材料を容易に破断させながらＣＳＰを容易に取り外すことができた。
ＣＳＰを取り外した後のガラスエポキシ回路基板をホットプレート上に載せて約１００℃に保温しながら、溶剤（例えば第一工業製薬社製ＰＳ−１、ロックタイト社製７３６０等）を用いてガラスエポキシ回路基板上に残っている封止材料を膨潤させて、プラスチック製のへらでかき取った。また、ガラスエポキシ回路基板上に残っていたハンダ材料はハンダ吸い取り用編組線を用いて除去した。
各実施例の実装構造体について１０回ずつリペア操作を実施したが、いずれの実施例についてもへらによる封止材料のかき取り操作及びハンダ吸い取り用編組線によるハンダ材料の除去操作は、一連の操作として円滑に、５分以内の時間で行うことができた。従って、このリペア操作は十分に実用性のある操作であった。
尚、上記のリペア操作に関して、ホットプレート上に載せて約１００℃に保温する操作に代えて、遠赤外線ヒーター等を用いて加温しても良い。
このようにしてＣＳＰが取り外されたガラスエポキシ回路基板上に再度、クリームハンダを塗布し、新たなＣＳＰを実装した。尚、このとき新しいＣＳＰ側にクリームハンダを印刷しても良い。
上述した実装操作と同様に、熱硬化性樹脂組成物をＣＳＰの接合部の周囲に塗布して加熱処理を行い、熱硬化性樹脂組成物を硬化させて、ＣＳＰ実装構造体を得た。このようにリペアされた後にＣＳＰの実装が行われた実装構造体についても、リペアを経ていない実装構造体と同様に、電気的接続も確実になされており、ヒートショック試験においても、リペアしない場合と同様に優れた特性を示した。
［実施例１］
（ａ）熱硬化性樹脂成分としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部、これに対応する（ｂ）硬化剤成分としてジシアンジアミド８重量部、（ｃ）絶縁性フィラー成分として５０％平均粒径５μmのアルミナフィラー０、１０重量部、（ｄ）反応性希釈剤（架橋調整剤）成分としてアルキルグリシジルエーテル１０重量部、更に前記熱硬化性樹脂成分及び硬化剤成分の組合せに好適な硬化促進剤１重量部を混合して、封止材料を調製した。混合直後の粘度は２８０００ｍＰａ・ｓであった。
得られた封止材料を、上述したような封止操作の条件に付して硬化させて、硬化後の封止材料のガラス転移点（Ｔｇ）及び貯蔵弾性率Ｅを測定した。ガラス転移点（Ｔｇ）は−４８℃であった。また、温度Ｔ１（５０℃）から温度Ｔ２（２００℃）へ昇温しながら貯蔵弾性率Ｅを測定し、温度を横軸にとり、対数目盛りで示す貯蔵弾性率Ｅを縦軸にとってプロットしたところ、図２に示すようにＳ字形状に変曲するグラフが得られた。即ち、温度Ｔ１（５０℃）以下の温度領域及び温度Ｔ２（２００℃）以上の温度領域では、温度の変化に対して貯蔵弾性率Ｅは実質的に変化を示さなかったが、温度Ｔ１（５０℃）から温度Ｔ２（２００℃）までの間のガラス転移点（Ｔｇ）を含む温度領域において、図示するように比較的大きな変化を示した。このグラフ変曲点付近における接線の傾きに対応する、温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）は０．８であった。
［実施例２−１０］
実施例２〜４及び６では、（ａ）熱硬化性樹脂成分としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を、（ｂ）硬化剤成分としてジシアンジアミドと変性アミンの組合せを用いた。（ｃ）絶縁性フィラー成分及び（ｄ）反応性希釈剤（架橋調整剤）成分は、実施例１と同様にした。
実施例５、８及び１０では、（ａ）熱硬化性樹脂成分としてビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を、（ｂ）硬化剤成分としてジシアンジアミドと変性アミンの組合せを用いた。（ｃ）絶縁性フィラー成分及び（ｄ）反応性希釈剤（架橋調整剤）成分は、実施例１と同様にした。
実施例７及び９では、（ａ）熱硬化性樹脂成分及び（ｂ）硬化剤成分としてウレタン系樹脂組成物を用いた。（ｃ）絶縁性フィラー成分は、実施例１と同様にした。
得られた各例の封止材料を硬化させた後、実施例１と同様にしてガラス転移点（Ｔｇ）及び貯蔵弾性率Ｅを測定した。結果を表１に示す。いずれの実施例でも、温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）は、０．５ＭＰａ／℃〜３０ＭＰａ／℃の範囲内にあった。
［比較例］
表１に示すように、比較例１の封止材料は、硬化後において１５０℃のガラス転移点（Ｔｇ）を有しており、ガラス転移点（Ｔｇ）付近で測定した温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）は３３ＭＰａ／℃であった。
この封止材料を用いて封止及び実装操作を行ったところ、１０点の試験サンプル中、５点以上について、ＣＳＰにクラックが見出された。従って、実用に耐える初期封止特性は得られなかった。硬化時における封止材料の収縮応力が大きいことに起因すると考えられる。
表１に示すように、比較例２の封止材料は、硬化後において１６０℃のガラス転移点（Ｔｇ）を有しており、ガラス転移点（Ｔｇ）付近で測定した温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）は４０ＭＰａ／℃であった。
この封止材料を用いて封止及び実装操作を行ったところ、１０点の試験サンプル中、６点以上について、ＣＳＰにクラックが見出された。従って、実用に耐える初期封止特性は得られなかった。Ｔｇ付近における温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）が大き過ぎることに起因すると考えられる。
（実施例１１〜２１）
もう１つの試験として、−４０℃、２５℃、８０℃の各温度における弾性率に着目して試験した実施例１１〜２１及び比較例３〜４の各封止材料の特性を表２に示す。

Figure 2008069178
［実施例１１］
（ａ）熱硬化性樹脂成分としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部、これに対応する（ｂ）硬化剤成分としてジシアンジアミド８重量部、（ｃ）絶縁性フィラー成分として５０％平均粒径５μmのアルミナフィラー０、１０重量部、（ｄ）反応性希釈剤（架橋調整剤）成分としてアルキルグリシジルエーテル１０重量部、更に前記熱硬化性樹脂成分及び硬化剤成分の組合せに好適な硬化促進剤１重量部を混合して、封止材料を調製した。混合直後の粘度は２８０００ｍＰａ・ｓであった。
得られた封止材料を、上述したような封止操作の条件に付して硬化させて、硬化後の封止材料のガラス転移点（Ｔｇ）及び貯蔵弾性率Ｅを測定した。ガラス転移点（Ｔｇ）は２．８℃であった。
また、温度Ｔ１（５０℃）から温度Ｔ２（２００℃）へ昇温しながら貯蔵弾性率Ｅを測定し、温度を横軸にとり、対数目盛りで示す貯蔵弾性率Ｅを縦軸にとってプロットしたところ、図２に示すようにＳ字形状に変曲するグラフが得られた。即ち、温度Ｔ１（５０℃）以下の温度領域及び温度Ｔ２（２００℃）以上の温度領域では、温度の変化に対して貯蔵弾性率Ｅは実質的に変化を示さなかったが、温度Ｔ１（５０℃）から温度Ｔ２（２００℃）までの間のガラス転移点（Ｔｇ）を含む温度領域において、図示するように比較的大きな変化を示した。
［実施例１２−２１］
実施例１２〜２１では、（ａ）熱硬化性樹脂成分としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を用いた。これに対応する（ｂ）硬化剤成分としては、実施例１６及び１８でチオールを、実施例１２、１３、１９−２１でアミンを、実施例１４及び１７で酸無水物を、実施例１５でフェノールを用いた。（ｃ）絶縁性フィラー成分及び（ｄ）反応性希釈剤（架橋調整剤）成分は、実施例１１と同様にした。
得られた各例の封止材料を硬化させた後、実施例１１と同様にしてガラス転移点（Ｔｇ）及び貯蔵弾性率Ｅを測定した。結果を表２に示す。いずれの実施例でも、硬化物は、−８０℃以上であって、５０℃以下の温度範囲にガラス転移温度（Ｔｇ）を有していた。
［比較例］
比較例３及び４では、（ａ）熱硬化性樹脂成分としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を、対応する（ｂ）硬化剤成分として酸無水物を用い、（ｃ）絶縁性フィラー成分及び（ｄ）反応性希釈剤（架橋調整剤）成分は、実施例１と同様にした。硬化物のガラス転移点（Ｔｇ）は、比較例３では１６４℃、比較例４では９０℃であった。
この封止材料を用いて封止及び実装操作を行ったところ、１００点の試験体中５点以上について、ＣＳＰにクラックが見出された。従って、実用に耐える初期封止特性は得られなかった。硬化時における封止材料の収縮応力が大きいことに起因すると考えられる。
実施例１１〜２１及び比較例３〜４によって得られたそれぞれの実装構造体を製造するための封止材料の硬化プロセス及びその後の冷却プロセスを、リフローシミュレータ（コアーズ社製）を用いて観察した。そのプロセスにおいて実施例１１〜２１の封止材料については異常は認められなかったが、比較例３〜４の封止材料については、１５０℃まで昇温（硬化プロセス）した後、室温（約２５℃）へ冷却する冷却プロセスにおいて、そのガラス転移温度（Ｔｇ）よりも低い温度である３０℃付近の温度にて、ＣＳＰの表面にクラックが発生したことが観察された。
このことは、実施例１１〜２１の封止材料はいずれも―８０℃〜５０℃の範囲にガラス転移温度（Ｔｇ）を有しているため、その封止材料が温度変化を受ける温度範囲の実質的に大部分について、その封止材料はいわゆるゴム状態を保つことができること、その一方で、比較例３〜４の封止材料は５０℃以上の範囲にガラス転移温度（Ｔｇ）を有しているため、その封止材料が温度変化を受ける温度範囲の低温側の領域では、その封止材料はガラス状態で存在することになることに起因すると考えられる。即ち、加熱により硬化した封止材料は、冷却プロセスにおいて、封止材料自体もＣＳＰと回路基板とに強固に密着した状態を保ち、これら全体が一緒に収縮するが、比較例３〜４の封止材料はガラス転移温度（Ｔｇ）を下回る温度範囲ではガラス状態となって、ＣＳＰ、回路基板及びガラス状態の封止材料がそれぞれ固有の線膨張係数で収縮しようとするためひずみが生じ、最も強度が弱いＣＳＰ（電子部品及び／又は半導体装置）がそのひずみに耐え切れずに破損すると考えられる。
また、ヒートサイクルを繰り返して行う耐久的封止特性試験はさらにひずみの発生を繰り返し行うため、ひずみの影響を拡大することになり、実施例１１〜１３及び比較例３〜４の実装構造体ではＣＳＰがヒートサイクル試験により破損したと考えられる。従って、本発明の各実施例の封止材料は、ゴム状態である温度範囲が広い、即ちガラス転移温度（Ｔｇ）がより低い封止材料である点で、不適合品はリペアに付されるという電気製品の組立てプロセスに用いた場合に、適合品については封止後も電子部品及び／又は半導体装置を耐久性のある封止を保持することができる一方で、不適合品については比較的容易にリペアを行うことができるという、一見して相反する作用効果を奏することができると考えられる。
本発明は、電子部品を実装した回路基板の電極接合部を封止する材料に関する。
近年、電子機器の小型化、軽量化、高性能化及び高速化を目的として、電子機器の回路基板にも高密度実装化が要求されている。そのため、回路基板に実装する電子部品及びチップ部品、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）ＩＣ等を含む半導体装置についても小型化、薄型化、高速化、多端子化が図られている。その結果、電子部品及び／又は半導体装置自体の機械的強度は低下しており、これらに加えられる機械的応力及び温度変化に対して、より脆弱なものが増加している。また、高密度実装化が図られたことに伴って、電子部品及び／又は半導体装置１点あたりのコスト、並びに電子部品等を実装した回路基板１枚当たりのコストは増大している。
電子部品及び／又は半導体装置を回路基板上に実装する方法として、回路基板上の所定の位置に電子部品及び／又は半導体装置を、それぞれ対応する電極が接触するように配置し、接続すべき電極どうしの間にハンダ材料又は導電性接着剤を供給し、これをリフロー炉等に入れることによって電子部品及び／又は半導体装置と回路基板との電極どうしを接合し、更に、その接合操作と並行して又は前後して、接合部の周囲を含めて電子部品及び／又は半導体装置と回路基板との間を樹脂により封止するという方法が一般に行われている。この樹脂封止は、その後にヒートサイクルや高温多湿の環境に曝された場合であっても、電子部品及び／又は半導体装置を回路基板に接着して固定するため、並びに電子部品及び／又は半導体装置と回路基板との接合部を高い信頼性で保護するために重要である。
ヒートサイクルに曝された場合の電子部品を実装した回路基板の信頼性を確保することを目的として、低弾性率の電子部品接着部材を用いて電子部品と配線基板との間の熱応力を緩和する発明が、特許文献１（特に段落番号００３２）に開示されている。この特許文献は、半導体チップの熱膨張係数と回路基板の熱膨張係数とに差があることに起因して、ヒートサイクルに曝された場合に熱応力が生じることに着目しており、そのような熱応力を緩和するためには、その発明に係る低弾性率の電子部品接着部材を用いることが有効であることを開示している。
また、一般に、電気製品の組立てプロセスでは、種々の組立て段階において検査又は試験（以下、検査等と称する）を行って、必要とされる規格に適合しない物品の発見に努めており、発見された不適合品はその組立てプロセスから排除されている。また、その検査等で適合品と認定されたものは、更なる組み立てプロセスへ送られて、電気製品が製造される。電子部品及び／又は半導体装置を実装した回路基板（以下、実装済み回路基板とも称する）が不適合品と認定された場合に、電子部品及び／又は半導体装置並びに実装済み回路基板のそれぞれのコストが高いため、その実装済み回路基板の全体をそのまま廃棄することは、末端の製品コストの上昇につながる上に、産業廃棄物の量を増やすことにも繋がるので、生産者及び需要者並びに環境への負荷を与える点で好ましくない。
不適合品とされた実装済み回路基板には、熱履歴を含む種々の理由によって電子部品及び／又は半導体装置が損傷しているものも存在するが、１枚の回路基板に多数の電子部品及び／又は半導体装置が取り付けられている場合に、その中の１点又は数点の電子部品及び／又は半導体装置が不良（又は所定の規格に不適合）であるが、その他の電子部品及び／又は半導体装置並びに回路基板自体が損傷を受けていない場合には、不良（又は不適合品）と認定された電子部品及び／又は半導体装置のみをその実装済み回路基板から容易に取り外すことができれば、その代わりに正常な電子部品及び／又は半導体装置を装着することによって、実装済み回路基板の残りの部分を有効に活用することができる。従って、不適合品とされた実装済み回路基板から、不良な電子部品及び／又は半導体装置のみを取り外し、その他の必要とされる機能を保持している電子部品及び／若しくは半導体装置および回路基板を回収すること、並びに／又は回収した基板等を再利用（リサイクル）することは、コスト削減のためにも、近年の省資源化及びエミッションフリー化（環境保護）という時代の要請からも望ましい。尚、本発明に関して、回路基板、電子部品及び半導体装置（これらを基板等とも称する）の少なくとも１つを回収すること及び／又は再利用することを、基板等を「リペアする」とも称する。
例えば、実装及び封止処理を行った後の検査によって、実装済みの多数の電子部品及び／又は半導体装置の中から１点又は数点に不良が見出された場合に、その不良とされた電子部品及び／又は半導体装置をリペアして基板を再利用できるように、リペア性を有する樹脂を用いて封止する発明が特許文献２及び特許文献３に開示されている。
また、特許文献４には、回路基板に残留した樹脂に更により高い強度の接着剤を塗布し、剥離用板を用いて加熱し取り外す方法が提案されている。更に、特許文献５には、基板に残った樹脂を研削カッターで除去する方法が提案されている。
特開２０００−１５４３６１号公報 特開平１０−１０７０９５号公報 特開平１０−２０９３４２号公報 特開平５−１０９８３８号公報 特開平６−５６６４号公報
特許文献１に開示されている発明では、電子部品と配線基板との間に生じる熱応力を緩和するために、低弾性率の電子部品接着部材が用いられている。本出願の発明者らは、外部から熱及び機械的応力が加えられた場合に、接合部の剥がれやクラックを防止するだけでなく、脆弱化している電子部品及び／又は半導体装置の剥がれやクラックをも防止することを目的として種々の検討を行った。その結果、特許文献１に開示されている発明とは反対に、むしろ弾性率の高い樹脂を封止に用いる場合の方が、封止後の電子部品及び／又は半導体装置にかかる熱的及び／又は機械的応力が小さくなり、接合部並びに電子部品及び／又は半導体装置に剥がれやクラックが生じることを有効に防止することができるという知見を得た。
また、リペア性を考慮した場合に、特許文献２及び特許文献３に開示されている発明によれば、リペア時にハンダ材料又は導電性接着剤が溶融する温度まで加熱し、封止材料を軟化させた後、シェアをかけて電子部品を取り外している。この場合にこれらの封止材料は粘着性が高いため、電子部品を取り外す操作に大きな応力を加えることが必要とされ、その結果、回収しようとする基板を損傷する割合が比較的高いという傾向があった。更に、この封止材料は粘着性が高く、上記の操作によって基板から完全に除去することが困難であって、そこに新たな電子部品を実装するためには、残存する封止樹脂を除去する作業を要することが障害となっていた。
特許文献４及び特許文献５の発明によれば、リペアの操作を行う際に、電子部品及び／又は半導体装置に対して比較的大きな機械的応力を加える必要があるため、特許文献２及び特許文献３の場合と同様に、回収しようとする基板をリペア操作の際に損傷する割合が比較的高いという傾向があった。
この出願は、上記従来の課題を解決するものであって、比較的脆弱な電子部品及び／又は半導体装置を実装するに際して、その接合部並びに電子部品及び／又は半導体装置を低応力で封止することができるという特性を具備する封止材料の発明を提供することを１つの目的とする。その封止材料は、封止後に不適合品と認定された電子部品及び／又は半導体装置のみを容易にリペアすることができるという好適なリペア性を具備することがより好ましい。
この出願は、低応力で封止することができるという特性を具備した封止材料を用いて、電子部品及び／又は半導体装置を実装する方法の発明を提供することをもう１つの目的とする。その封止材料は、好適なリペア性を具備することがより好ましい。
この出願は、低応力で封止することができるという特性を具備した封止材料を用いて、電子部品及び／又は半導体装置を実装した実装構造体の発明を提供することをもう１つの目的とする。その封止材料は、好適なリペア性を具備することがより好ましい。
この出願は、第１の発明において、少なくとも（ａ）熱硬化性樹脂成分及び（ｂ）その硬化剤成分を含んでなる封止材料であって、硬化後の封止材料のガラス転移点（Ｔｇ）を含む温度範囲にて、昇温しながら貯蔵弾性率（Ｅ）を測定した場合に、温度変化（ΔＴ）に対する貯蔵弾性率の変化（ΔＥ）の割合（ΔＥ／ΔＴ）として０．５ＭＰａ／℃〜３０ＭＰａ／℃の範囲の値を示すことを特徴とする封止材料を提供する。
この発明において、（ａ）熱硬化性樹脂成分は、エポキシ樹脂組成物、ウレタン樹脂組成物、フェノール樹脂組成物及びアクリル樹脂組成物の群から選択することができる。この中で、吸湿性、熱膨張性及び硬化収縮性などの特性の点から、エポキシ樹脂組成物が好ましい。
この発明のエポキシ樹脂には、一般的に用いられる種々のエポキシ樹脂組成物を使用することができる。好ましいエポキシ樹脂組成物としては、二官能以上の多官能性エポキシ樹脂、例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂）、ノボラック型エポキシ樹脂（フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂）、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、シクロペンタジエン型エポキシ樹脂等を挙げることができる。これらのエポキシ樹脂は２種以上を混合物して使用してもよい。エポキシ樹脂は粘度及び物性を考慮して選択できるが、多官能性エポキシ樹脂中に１０〜１００％の割合、特に５０〜１００％の割合で、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を含むことが最も好ましい。上記のエポキシ樹脂には、更に、ゴム変性エポキシ樹脂（ポリイソプレン変性エポキシ樹脂、ポリクロロプレン変性エポキシ樹脂、ポリブタジエン変性エポキシ樹脂等）及びウレタン変性エポキシ樹脂及びダイマー酸変性エポキシ樹脂等の群から選ばれる変性エポキシ樹脂の１種又はそれ以上のものを適宜添加することができる。
上記多官能性エポキシ樹脂には、（ｄ）反応性希釈剤成分（又は架橋密度調節剤）として、単官能エポキシ樹脂を０〜３０重量％、好ましくは０〜２０重量％（いずれも全エポキシ樹脂中の重量％）程度の割合で添加することができる。そのような単官能エポキシ樹脂としては、分子内に１個のエポキシ基を有する化合物であって、炭素数６〜２８のアルキル基を有するものが好ましい。アルキル基の炭素数は例えば８以上、１０以上、または１２以上であってよい。また、アルキル基の炭素数は例えば２６以下、２４以下、２２以下であってよい。従って、上記の範囲の炭素数を有するアルキルグリシジルエーテル、脂肪酸グリシジルエステル、及びアルキルフェノールグリシジルエーテルから選ばれる少なくとも１種の樹脂を使用することができる。Ｃ６〜Ｃ２８アルキルグリシジルエーテルが好ましく、２種以上の単官能エポキシ樹脂を混合して使用することもできる。
尚、（ｄ）反応性希釈剤成分としては、この他に、モノエポキサイド、ジエオイキサイド、トリエポキサイド、ポリオール、ポリチオール、ポリカルボキシ及びウレタンからなる群から選ばれる１種又はそれ以上の化合物を用いることもできる。
この発明に用いる（ｂ）硬化剤成分としては、使用する（ａ）熱硬化性樹脂成分を硬化させるために好適なものが用いられる。上述したエポキシ樹脂を（ａ）熱硬化性樹脂成分として使用する場合には、アミン化合物、イミダゾール化合物、変性アミン化合物、変性イミダゾール化合物、ポリフェノール化合物及び含硫黄化合物の群から選ばれる化合物を（ｂ）硬化剤成分として使用することが好ましい。
アミン化合物としては、例えばジシアンジアミドやジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ジエチルアミノプロピルアミン等の脂肪族ポリアミン、ｍ−キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン等の芳香族ポリアミン、イソホロンジアミン、メンセンジアミン等の脂環族ポリアミンおよびポリアミド等を挙げることができる。
イミダゾール化合物としては、例えば２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等を挙げることができる。
変性アミン化合物としては、エポキシ化合物にアミン化合物を付加させたエポキシ化合物付加ポリアミン等を挙げることができ、変性イミダゾール化合物としては、エポキシ化合物にイミダゾール化合物を付加させたイミダゾール付加物等を挙げることができる。
これらの硬化剤の中でも、１液性のエポキシ樹脂に用いられる潜在性硬化剤が好ましい。尚、潜在性硬化剤とは、その潜在性硬化剤をエポキシ樹脂と混合した状態であっても、常温付近の温度を適用している間は実質的に硬化が進まず、所定温度以上の温度へ加熱した場合に初めて硬化の進行が認められる種類の硬化剤である。エポキシ樹脂用の潜在性硬化剤としては、変性アミン化合物系の硬化剤が特に知られている。
リペア性を特に考慮した場合に、変性アミンを硬化剤全重量の５〜９５重量％として使用し、ジシアンジアミドを硬化剤全重量の９５〜５重量％として併用することが好ましい。硬化剤の配合量は、通常エポキシ樹脂１００重量部に対して、通常３〜６０重量部であり、好ましくは５〜４０重量部である。
また、この発明の封止材料は、１つの好ましい態様において、少なくとも（ａ）熱硬化性樹脂成分及び（ｂ）その硬化剤成分を含んでなる封止材料であって、加熱して得られる硬化物が、−８０℃以上で、５０℃以下の温度範囲にガラス転移温度（Ｔｇ）を有することを特徴とすることもできる。
尚、この発明の封止材料の形態は、使用前において構成成分がすべて混合された１液型のものであっても、使用する前は（ａ）熱硬化性樹脂成分と（ｂ）硬化剤成分とを別々に保存して、使用の際にそれらを混合する２液型のものであってもよい。このような封止材料の形態は、当業者に既知の技術水準に基づいて、（ａ）熱硬化性樹脂成分と（ｂ）硬化剤成分との組成に応じて決めることができる。
この発明の封止材料は、（ｃ）絶縁性フィラー成分として、アルミナ、シリカ、アルミナ、ボロンナイトライド、窒化アルミニウム、窒化珪素、マグネシア、マグネシウムシリケート、タルク、炭酸カルシウム、及び水酸化カルシウム等からなる群から選ばれる１種又はそれ以上の化合物を用いることができる。絶縁性フィラー成分は、主として粘度及び流動性を調節及び／又は適正化するという役割を果たす目的で配合される。絶縁性フィラー成分は、また、熱膨張率、流動性、接着性の制御を果たす目的でも配合される。本発明の封止材料は、所望により更に添加剤を含むことができる。そのような添加剤には、硬化促進剤（ポリアミン等）、染料、顔料等が挙げられる。
この発明の封止材料は、上述したような組成を有しており、硬化後の封止材料のガラス転移点（Ｔｇ）を含む温度範囲にて、温度を上昇させながら貯蔵弾性率（Ｅ）を測定した場合に、温度変化（ΔＴ）に対する貯蔵弾性率の変化（ΔＥ）の割合（ΔＥ／ΔＴ）として、３０ＭＰａ／℃以下であって、０．５ＭＰａ／℃以上の範囲の値を示すことを特徴とする。この貯蔵弾性率の変化の割合（ΔＥ／ΔＴ）（以下、本願明細書において貯蔵弾性率の変化率とも称する）は、好ましくは１０ＭＰａ／℃以下、特に好ましくは１ＭＰａ／℃以下であってよい。また、貯蔵弾性率の変化率は、２０ＭＰａ／℃以上、例えば２５ＭＰａ／℃以上であることが好ましい場合もある。貯蔵弾性率の変化率がこの範囲にある場合には、温度を横軸にとり、貯蔵弾性率を縦軸にとって、温度の上昇に対応して測定した貯蔵弾性率（Ｅ）の値をプロットしてグラフを描くと、低温側から高温側へ向かって直線的に緩やかに降下する勾配を有するグラフが得られる。このグラフにおいて、貯蔵弾性率の変化率は直線の傾きとして表されていると表現することができる。例えば、封止材料を用いて基板に電子部品を一旦取り付けた後、リペアすることが必要になった場合には、所定温度に加熱しながら、対象となる電子部品を封止している封止材料と基板との境界付近にコテなどの治具を当てて、封止材料を基板から剥がす操作を行う。このリペア操作の際に、封止材料が本発明のように緩やかな勾配を示す封止材料であれば、短時間で大きな応力を加えることなく、即ち衝撃的な力若しくは過度の力を加えることなく、必要最小限の大きさの力で治具を押し当てることによって、基板から封止材料を剥がすことができる。従って、本発明の封止材料を用いれば、リペア操作の際に、いわゆる基材破壊を生じることなく、いわゆる界面破壊のようにして封止材料と基板とを分離することができる。従って、封止材料を犠牲にする一方で、基板及び／若しくは電子部品及び／若しくは半導体装置を実質的に損傷することなく回収することができる。このように実質的に無傷で回収した基板等は、必要に応じて処理を行った後、リサイクル（またはリユース）することができる。貯蔵弾性率の変化率が３０ＭＰａ／℃を越えると、低応力での封止という特性を十分に発揮することができない。一方、貯蔵弾性率の変化率が０．５ＭＰａ／℃を下回ると、弾性を有する封止材料として十分な信頼性が得られない。
上記のような温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）を示すグラフを図２に示す。このグラフはガラス転移点（Ｔｇ）を含む温度範囲において、０．８ＭＰａ／℃の（ΔＥ／ΔＴ）の値を示している。このガラス転移点（Ｔｇ）を含む温度範囲は、ガラス転移点（Ｔｇ）を挟む温度範囲と言い換えることもできるが、ガラス転移点（Ｔｇ）よりも低温側の温度と、ガラス転移点（Ｔｇ）よりも高温側の温度との間を範囲とする温度を意味する。
この発明の硬化後の封止材料は、−８０℃以上、場合によって、例えば−７０℃以上、−６０℃以上、−５０℃以上、−４０℃以上、−３０℃以上、−２０℃以上、−１０℃以上のガラス転移点（Ｔｇ）を有することが好ましい。また、この発明の硬化後の封止材料は、１００℃以下、場合によって、例えば９０℃以下、８０℃以下、７０℃以下、６０℃以下、５０℃以下、４０℃以下、３０℃以下、２０℃以下、１０℃以下、０℃以下のガラス転移点（Ｔｇ）を有することが好ましい。
このような特性を示す封止材料を用いた場合に、少なくとも回路基板と電子部品及び／又は半導体装置との接合部を被覆する封止材料は、実用的な使用温度において、比較的高い接着強度（例えば０．５ｋｇ／ｍｍ２）を保持しているため、接合部を好適に封止することができる。一方、封止後に、例えば約２２０℃まで加熱すると封止材料は十分に軟化するので、リペアの対象とする電子部品及び／又は半導体装置に付着する封止材料を、回路基板から比較的容易に分離することができる。従って、この封止材料は、封止後において好適なリペア性を示すことができる。
この発明の封止材料は、ガラス転移点（Ｔｇ）よりも低温側の温度Ｔ１にて、１００ＭＰａ以上の弾性率、好ましくは５００ＭＰａ以上の弾性率、より好ましくは８００ＭＰａ以上の弾性率、更に好ましくは１ＧＰａ以上の弾性率を示すことを特徴とすることができる。更に、この発明の封止材料は、ガラス転移点（Ｔｇ）よりも高温側の温度Ｔ２にて、２００ＭＰａ以下の弾性率、好ましくは５０ＭＰａ以下の弾性率、より好ましくは１０ＭＰａ以下の弾性率を示すことを特徴とすることができる。ガラス転移点（Ｔｇ）よりも低温側及び高温側の温度範囲において、このような弾性率を示す本発明の封止材料は、好適な封止特性を示すことができる。更に、本発明の封止材料は好適なリペア性を示すことができる。ガラス転移点（Ｔｇ）よりも低温側の温度Ｔ１にて１００ＭＰａより小さい弾性率を示し、ガラス転移点（Ｔｇ）よりも高温側の温度Ｔ２にて１０ＭＰａより大きい弾性率を示す材料は、強度が不十分であり、封止特性について十分な信頼性が得られない。
例えば、温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）を測定する温度範囲の下限側温度（例えば温度Ｔ１）が５０℃よりも高く、その温度範囲の上限側温度（例えば温度Ｔ２）が２００℃よりも低い場合であって、封止材料の弾性率が、低温側の温度Ｔ１における１００ＭＰａ以上の値から、高温側の温度Ｔ２における１０ＭＰａ以下へと変化する場合には、温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）の値が、本発明の好適な値よりも大きすぎる値となる。このような特性を示す封止材料を用いた場合には、ガラス転移点（Ｔｇ）付近において弾性率変化が急激過ぎるため、低応力での封止を達成できないことになり、部品へ損傷を与える可能性が高くなる。
また、硬化後において１００℃以下のガラス転移点（Ｔｇ）を示す場合には、その封止材料は、接合材料の剥離温度にて良好なリペア性を示すことができる。例えば、Ｓｎ−3Ａｇ−０.５Ｃｕの系の鉛フリーハンダ材料又は導電性接着剤を用いた場合に、そのハンダ材料の融点である約２２０℃において、封止材料は十分に軟化して、容易に剥離できるようになる。
このように、脆弱な電子部品及び／又は半導体装置の実装に際して、その接合部と同時に電子部品及び／又は半導体装置そのものに対して、低応力で封止することができようになる。また、接合材料が剥離する温度、一般に接合材料の融点まで加熱すると、封止材料は十分軟化して剥がれやすくなり、封止材料を取り除くと同時に電子部品及び／又は半導体装置を取り外すことができる。
この出願は、第２の発明において、回路基板の電極と該電極に対応して取り付けられる電子部品及び／又は半導体装置の電極との接合部、並びに前記回路基板と電子部品及び／又は半導体装置との間を、本願の第１の発明に係る封止材料によって封止することを含む電子部品を基板に実装する方法の発明を提供する。その実装方法は、具体的には、
（ｉ）回路基板上の所定の位置に電子部品を配置し、導電性接続部を形成する工程；
（ｉｉ）前記導電性接続部及びその周囲に、上述した本発明のいずれかの封止材料を供給する工程；並びに
（ｉｉｉ）前記基板を加熱する工程を含んでなる。
この出願は、また、電子部品を基板に実装する方法の発明として、
（ｉ）基板上の所定の位置に電子部品を配置し、導電性接続部を形成する工程；
（ｉｉ）前記導電性接続部及びその周囲に、熱硬化性樹脂組成物を含む封止材料を供給する工程であって、硬化後に、−８０℃以上で、５０℃以下の温度範囲にガラス転移温度（Ｔｇ）を有する封止材料を供給する工程；
（ｉｉｉ）前記基板を加熱する工程
を含んでなることを特徴とする電子部品を基板に実装する方法の発明を提供することもできる。
この出願は、第３の発明において、回路基板上の所定の位置に電子部品が配置され、該回路基板と該電子部品との対応する電極どうしの間で導電性接続部が形成されてなる、電子部品が回路基板に実装された実装構造体であって、前記導電性接続部の周囲及び電子部品と回路基板との間の空隙が、第１の発明の封止材料を用いて封止されてなる実装構造体の発明を提供する。
この出願の第１の発明に係る封止材料は、比較的脆弱な電子部品及び／又は半導体装置を回路基板に実装する際に用いた場合に、その接合部並びに電子部品及び／又は半導体装置を比較的低応力で封止することができるという特性を示す一方で、封止後においても好適にリペアし得るという特性（リペア性）を示すことができる。更に、良好な初期封止特性及び耐久的封止特性を示すこともできる。即ち、この封止材料によれば、回路基板に実装した電子部品及び／又は半導体装置の接合部並びに電子部品及び／又は半導体装置を比較的長期間にわたって低応力で該基板上に封止することができる。従って、封止プロセスにおける部品等の損傷も、温度サイクルに付されることによる部品等の損傷も大幅に低減して、損傷の発生を実質的に防止することができる。更に、必要な場合には、その接合部並びに電子部品及び／又は半導体装置を封止している硬化した封止材料は、ガラス転移点（Ｔｇ）以上の温度に加熱することによって、比較的容易に取り外すことができるという好適なリペア性を保持している。
この出願の第２の発明に係る、第１の発明の封止材料を用いて電子部品及び／又は半導体装置を実装する方法によれば、接合部並びに電子部品及び／又は半導体装置の封止を比較的低応力で実施することができる。従って、封止プロセスにおける部品等の損傷及び温度サイクルに付されることによる部品等の損傷の発生を実質的に防止して、電子部品及び／又は半導体装置を実装することができる。更に、封止後においても好適にリペアを行うことができる。
この出願の第３の発明に係る、第１の発明の封止材料を用いて封止されてなる電子部品及び／又は半導体装置を実装した実装構造体は、その接合部並びに電子部品及び／又は半導体装置が比較的低応力で封止されているので、製造段階及び使用中の損傷の発生を実質的に防止することができる。比較的低応力で封止することによって、良好な初期封止特性及び耐久的封止特性を示すこともできる。従って、封止プロセスにおける部品等の損傷及び温度サイクルに付されることによる部品等の損傷の発生を実質的に防止して電子部品及び／又は半導体装置を実装した実装構造体を得ることができる。更に、封止後においても好適にリペアを行うことができる。
従って、種々の組立て段階における検査等によって、適合品は更なる組み立てプロセスへ送られて電気製品が製造され、不適合品はリペアに付されるという電気製品の組立てプロセスに用いると、本願の発明に係る封止材料は、適合品については封止後も低応力にて持続性のある封止を保持することができ、一方、不適合品については比較的容易にリペアを行うことができるという、一見して相反する作用効果を奏することができる。
回路基板上に半導体チップを実装した状態を示す模式図である。 温度を横軸にとり、貯蔵弾性率Ｅを縦軸にとって、温度変化（ΔＴ）に対する貯蔵弾性率の変化（ΔＥ）をプロットしたグラフである。
本発明の好ましい実施の形態を模式的に示す図１を参照しながら、以下、説明する。
＜封止及び実装操作＞
図１は、半導体装置１とその半導体装置１を取り付けるべきガラスエポキシ回路基板６を模式的に示している。半導体装置１にはハンダボール（電極）２が設けられており、各電極に対応して回路基板６上にはランド（電極）５が設けられている。半導体装置１側のハンダボール（電極）２と回路基板６側のランド（電極）５とは、ハンダ３によって接合され、電気的接続が形成されている。ハンダ３による接合部及びその周囲の回路基板６と半導体装置１との間には、封止材料４が適用されて、接合部及びその周囲の回路基板６と半導体装置１との間が封止されている。
具体的な実装の操作は、次のように行った。配線が施された厚さ１．６ｍｍのガラスエポキシ基板上の電極にクリームハンダ（千住金属工業株式会社、Ｍ７０５−２２１ＢＭ５−Ｋ）を塗布し、チップサイズが１３ｍｍ×１３ｍｍのパッケージ、電極径（直径）０．５ｍｍ、電極ピッチ０．８ｍｍ、キャリア基材がアルミナであるＣＳＰを、リフローハンダ付けによって実装した。
その後、熱硬化性樹脂組成物をディスペンサを用いてＣＳＰと回路基板との接合部の周囲に塗布し、引き続き８０℃で３０分間加熱し、更に１５０℃まで昇温して６０分間加熱して熱硬化性樹脂組成物を十分に硬化させた。この過程において、加熱された熱硬化性樹脂組成物は硬化に至るよりも前に十分な流動性を有するようになってＣＳＰと回路基板との間の空隙にも浸透して、その空隙を十分に満たすことができる。更に加熱すると、絶縁性フィラーが若干沈降した状態で熱硬化性樹脂組成物は硬化するに至り、従ってＣＳＰと回路基板との間をも封止して、所望のＣＳＰ実装構造体を得た。得られた硬化物のＴｇは４０℃であった。
（１）初期封止特性：初期封止特性の評価は、以下のように行った。熱硬化性樹脂組成物が硬化して接合部の封止が完了したＣＳＰ実装構造体について、目視観察により及び／又は顕微鏡観察により封止部を観察して、ＣＳＰの表面にクラック発生等の異常が認められるか否かを検査した。試験サンプル１０点について検査した結果、異常が認められなかったものを○（合格）、異常が認められた試験サンプルを含むものを×（不合格）と評価した。
（２）耐久的封止特性：耐久的封止特性の評価（いわゆるヒートサイクル試験）は、以下のように行った。初期封止特性が○と評価されたＣＳＰ実装構造体を、ヒートサイクル試験機（エタック社製、ＪＩＳＣ６００６８に準拠）にて、−４０℃×３０分〜＋８５℃×３０分を１サイクルとする温度サイクル試験に付した。所定のサイクル数に達したときに試験サンプルの導通試験を行い、ＣＳＰと基板との電気的接続を確認した。１０００サイクル以上で導通があったものを○（合格）とし、１０００サイクルに達する前に断線等のために非導通となったものを×（不合格）と評価した。後述する実施例の半導体素子実装構造体はいずれも、１０００サイクルを越えても合格と評価された。
（３）硬化後の封止材料のガラス転移点（Ｔｇ）及び貯蔵弾性率Ｅ'は、動的粘弾性測定装置（アイティー計測制御株式会社製、ＤＶＡ−２００）を用いて、試験サンプル寸法：縦方向寸法２０ｍｍ、横方向寸法５ｍｍ、高さ寸法１ｍｍ、昇温速度：１０℃／分、引張りモード、１０Ｈｚ、自動静荷重の条件で測定した。損失弾性率Ｅ”のピークトップ温度をガラス転移点（Ｔｇ）として測定した。
温度Ｔ１を５０℃、温度Ｔ２を２００℃に設定した場合における貯蔵弾性率Ｅ'及び貯蔵弾性率の変化率ΔＥ／ΔＴに着目して試験した実施例１〜１０及び比較例１〜２の各封止材料の特性を表１に示す。
Figure 2008069178
＜リペア操作＞
本発明の封止材料によってＣＳＰを実装した実装構造体について、リペア性を評価した。上記のような実装操作を行ったＣＳＰ実装構造体１００個の中から、ＣＳＰ実装構造体を無作為に１０個抽出して、ＣＳＰの上部表面に加熱可能な吸着ツールを押し当て、吸着ツールを２５０℃に１分間加熱した。その後、ＣＳＰと回路基板との間に金属製の分離用レバー（分離用治具）を差し込んでＣＳＰを持ち上げたところ、封止材料は十分に軟化しており、封止材料を容易に破断させながらＣＳＰを容易に取り外すことができた。
ＣＳＰを取り外した後のガラスエポキシ回路基板をホットプレート上に載せて約１００℃に保温しながら、溶剤（例えば第一工業製薬社製ＰＳ−１、ロックタイト社製７３６０等）を用いてガラスエポキシ回路基板上に残っている封止材料を膨潤させて、プラスチック製のへらでかき取った。また、ガラスエポキシ回路基板上に残っていたハンダ材料はハンダ吸い取り用編組線を用いて除去した。
各実施例の実装構造体について１０回ずつリペア操作を実施したが、いずれの実施例についてもへらによる封止材料のかき取り操作及びハンダ吸い取り用編組線によるハンダ材料の除去操作は、一連の操作として円滑に、５分以内の時間で行うことができた。従って、このリペア操作は十分に実用性のある操作であった。
尚、上記のリペア操作に関して、ホットプレート上に載せて約１００℃に保温する操作に代えて、遠赤外線ヒーター等を用いて加温しても良い。
このようにしてＣＳＰが取り外されたガラスエポキシ回路基板上に再度、クリームハンダを塗布し、新たなＣＳＰを実装した。尚、このとき新しいＣＳＰ側にクリームハンダを印刷しても良い。
上述した実装操作と同様に、熱硬化性樹脂組成物をＣＳＰの接合部の周囲に塗布して加熱処理を行い、熱硬化性樹脂組成物を硬化させて、ＣＳＰ実装構造体を得た。このようにリペアされた後にＣＳＰの実装が行われた実装構造体についても、リペアを経ていない実装構造体と同様に、電気的接続も確実になされており、ヒートショック試験においても、リペアしない場合と同様に優れた特性を示した。
［実施例１］
（ａ）熱硬化性樹脂成分としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部、これに対応する（ｂ）硬化剤成分としてジシアンジアミド８重量部、（ｃ）絶縁性フィラー成分として５０％平均粒径５μmのアルミナフィラー０、１０重量部、（ｄ）反応性希釈剤（架橋調整剤）成分としてアルキルグリシジルエーテル１０重量部、更に前記熱硬化性樹脂成分及び硬化剤成分の組合せに好適な硬化促進剤１重量部を混合して、封止材料を調製した。混合直後の粘度は２８０００ｍＰａ・ｓであった。
得られた封止材料を、上述したような封止操作の条件に付して硬化させて、硬化後の封止材料のガラス転移点（Ｔｇ）及び貯蔵弾性率Ｅを測定した。ガラス転移点（Ｔｇ）は−４８℃であった。また、温度Ｔ１（５０℃）から温度Ｔ２（２００℃）へ昇温しながら貯蔵弾性率Ｅを測定し、温度を横軸にとり、対数目盛りで示す貯蔵弾性率Ｅを縦軸にとってプロットしたところ、図２に示すようにＳ字形状に変曲するグラフが得られた。即ち、温度Ｔ１（５０℃）以下の温度領域及び温度Ｔ２（２００℃）以上の温度領域では、温度の変化に対して貯蔵弾性率Ｅは実質的に変化を示さなかったが、温度Ｔ１（５０℃）から温度Ｔ２（２００℃）までの間のガラス転移点（Ｔｇ）を含む温度領域において、図示するように比較的大きな変化を示した。このグラフ変曲点付近における接線の傾きに対応する、温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）は０．８であった。
［実施例２−１０］
実施例２〜４及び６では、（ａ）熱硬化性樹脂成分としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を、（ｂ）硬化剤成分としてジシアンジアミドと変性アミンの組合せを用いた。（ｃ）絶縁性フィラー成分及び（ｄ）反応性希釈剤（架橋調整剤）成分は、実施例１と同様にした。
実施例５、８及び１０では、（ａ）熱硬化性樹脂成分としてビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を、（ｂ）硬化剤成分としてジシアンジアミドと変性アミンの組合せを用いた。（ｃ）絶縁性フィラー成分及び（ｄ）反応性希釈剤（架橋調整剤）成分は、実施例１と同様にした。
実施例７及び９では、（ａ）熱硬化性樹脂成分及び（ｂ）硬化剤成分としてウレタン系樹脂組成物を用いた。（ｃ）絶縁性フィラー成分は、実施例１と同様にした。
得られた各例の封止材料を硬化させた後、実施例１と同様にしてガラス転移点（Ｔｇ）及び貯蔵弾性率Ｅを測定した。結果を表１に示す。いずれの実施例でも、温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）は、０．５ＭＰａ／℃〜３０ＭＰａ／℃の範囲内にあった。
［比較例］
表１に示すように、比較例１の封止材料は、硬化後において１５０℃のガラス転移点（Ｔｇ）を有しており、ガラス転移点（Ｔｇ）付近で測定した温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）は３３ＭＰａ／℃であった。
この封止材料を用いて封止及び実装操作を行ったところ、１０点の試験サンプル中、５点以上について、ＣＳＰにクラックが見出された。従って、実用に耐える初期封止特性は得られなかった。硬化時における封止材料の収縮応力が大きいことに起因すると考えられる。
表１に示すように、比較例２の封止材料は、硬化後において１６０℃のガラス転移点（Ｔｇ）を有しており、ガラス転移点（Ｔｇ）付近で測定した温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）は４０ＭＰａ／℃であった。
この封止材料を用いて封止及び実装操作を行ったところ、１０点の試験サンプル中、６点以上について、ＣＳＰにクラックが見出された。従って、実用に耐える初期封止特性は得られなかった。Ｔｇ付近における温度変化に対する貯蔵弾性率の変化率（ΔＥ／ΔＴ）が大き過ぎることに起因すると考えられる。
（実施例１１〜２１）
もう１つの試験として、−４０℃、２５℃、８０℃の各温度における弾性率に着目して試験した実施例１１〜２１及び比較例３〜４の各封止材料の特性を表２に示す。
Figure 2008069178
［実施例１１］
（ａ）熱硬化性樹脂成分としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部、これに対応する（ｂ）硬化剤成分としてジシアンジアミド８重量部、（ｃ）絶縁性フィラー成分として５０％平均粒径５μmのアルミナフィラー０、１０重量部、（ｄ）反応性希釈剤（架橋調整剤）成分としてアルキルグリシジルエーテル１０重量部、更に前記熱硬化性樹脂成分及び硬化剤成分の組合せに好適な硬化促進剤１重量部を混合して、封止材料を調製した。混合直後の粘度は２８０００ｍＰａ・ｓであった。
得られた封止材料を、上述したような封止操作の条件に付して硬化させて、硬化後の封止材料のガラス転移点（Ｔｇ）及び貯蔵弾性率Ｅを測定した。ガラス転移点（Ｔｇ）は２．８℃であった。
また、温度Ｔ１（５０℃）から温度Ｔ２（２００℃）へ昇温しながら貯蔵弾性率Ｅを測定し、温度を横軸にとり、対数目盛りで示す貯蔵弾性率Ｅを縦軸にとってプロットしたところ、図２に示すようにＳ字形状に変曲するグラフが得られた。即ち、温度Ｔ１（５０℃）以下の温度領域及び温度Ｔ２（２００℃）以上の温度領域では、温度の変化に対して貯蔵弾性率Ｅは実質的に変化を示さなかったが、温度Ｔ１（５０℃）から温度Ｔ２（２００℃）までの間のガラス転移点（Ｔｇ）を含む温度領域において、図示するように比較的大きな変化を示した。
［実施例１２−２１］
実施例１２〜２１では、（ａ）熱硬化性樹脂成分としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を用いた。これに対応する（ｂ）硬化剤成分としては、実施例１６及び１８でチオールを、実施例１２、１３、１９−２１でアミンを、実施例１４及び１７で酸無水物を、実施例１５でフェノールを用いた。（ｃ）絶縁性フィラー成分及び（ｄ）反応性希釈剤（架橋調整剤）成分は、実施例１１と同様にした。
得られた各例の封止材料を硬化させた後、実施例１１と同様にしてガラス転移点（Ｔｇ）及び貯蔵弾性率Ｅを測定した。結果を表２に示す。いずれの実施例でも、硬化物は、−８０℃以上であって、５０℃以下の温度範囲にガラス転移温度（Ｔｇ）を有していた。
［比較例］
比較例３及び４では、（ａ）熱硬化性樹脂成分としてビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を、対応する（ｂ）硬化剤成分として酸無水物を用い、（ｃ）絶縁性フィラー成分及び（ｄ）反応性希釈剤（架橋調整剤）成分は、実施例１と同様にした。硬化物のガラス転移点（Ｔｇ）は、比較例３では１６４℃、比較例４では９０℃であった。
この封止材料を用いて封止及び実装操作を行ったところ、１００点の試験体中５点以上について、ＣＳＰにクラックが見出された。従って、実用に耐える初期封止特性は得られなかった。硬化時における封止材料の収縮応力が大きいことに起因すると考えられる。
実施例１１〜２１及び比較例３〜４によって得られたそれぞれの実装構造体を製造するための封止材料の硬化プロセス及びその後の冷却プロセスを、リフローシミュレータ（コアーズ社製）を用いて観察した。そのプロセスにおいて実施例１１〜２１の封止材料については異常は認められなかったが、比較例３〜４の封止材料については、１５０℃まで昇温（硬化プロセス）した後、室温（約２５℃）へ冷却する冷却プロセスにおいて、そのガラス転移温度（Ｔｇ）よりも低い温度である３０℃付近の温度にて、ＣＳＰの表面にクラックが発生したことが観察された。
このことは、実施例１１〜２１の封止材料はいずれも―８０℃〜５０℃の範囲にガラス転移温度（Ｔｇ）を有しているため、その封止材料が温度変化を受ける温度範囲の実質的に大部分について、その封止材料はいわゆるゴム状態を保つことができること、その一方で、比較例３〜４の封止材料は５０℃以上の範囲にガラス転移温度（Ｔｇ）を有しているため、その封止材料が温度変化を受ける温度範囲の低温側の領域では、その封止材料はガラス状態で存在することになることに起因すると考えられる。即ち、加熱により硬化した封止材料は、冷却プロセスにおいて、封止材料自体もＣＳＰと回路基板とに強固に密着した状態を保ち、これら全体が一緒に収縮するが、比較例３〜４の封止材料はガラス転移温度（Ｔｇ）を下回る温度範囲ではガラス状態となって、ＣＳＰ、回路基板及びガラス状態の封止材料がそれぞれ固有の線膨張係数で収縮しようとするためひずみが生じ、最も強度が弱いＣＳＰ（電子部品及び／又は半導体装置）がそのひずみに耐え切れずに破損すると考えられる。
また、ヒートサイクルを繰り返して行う耐久的封止特性試験はさらにひずみの発生を繰り返し行うため、ひずみの影響を拡大することになり、実施例１１〜１３及び比較例３〜４の実装構造体ではＣＳＰがヒートサイクル試験により破損したと考えられる。従って、本発明の各実施例の封止材料は、ゴム状態である温度範囲が広い、即ちガラス転移温度（Ｔｇ）がより低い封止材料である点で、不適合品はリペアに付されるという電気製品の組立てプロセスに用いた場合に、適合品については封止後も電子部品及び／又は半導体装置を耐久性のある封止を保持することができる一方で、不適合品については比較的容易にリペアを行うことができるという、一見して相反する作用効果を奏することができると考えられる。
１ 半導体チップ
２ ハンダ材料又は導電性接着剤ボール
３ ハンダ材料又は導電性接着剤
４ 封止材料
５ ランド
６ 基板

Claims (10)

  1. 少なくとも（ａ）熱硬化性樹脂成分及び（ｂ）その硬化剤成分を含んでなる封止材料であって、硬化後の該封止材料のガラス転移点（Ｔｇ）を含む温度範囲にて、昇温しながら貯蔵弾性率（Ｅ）を測定した場合に、温度変化（ΔＴ）に対する貯蔵弾性率の変化（ΔＥ）の割合（ΔＥ／ΔＴ）として０．５ＭＰａ／℃〜３０ＭＰａ／℃の範囲の値を示すことを特徴とする封止材料。
  2. 更に、（ｃ）絶縁性フィラー成分及び／又は（ｄ）反応性希釈剤成分を含んでなることを特徴とする請求項１記載の封止材料。
  3. ガラス転移点（Ｔｇ）よりも低温側の温度Ｔ１にて１００ＭＰａ以上の弾性率を示し、ガラス転移点（Ｔｇ）よりも高温側の温度Ｔ２にて１０ＭＰａ以下の弾性率を示すことを特徴とする請求項１又は２記載の封止材料。
  4. ガラス転移点（Ｔｇ）よりも低温側の温度Ｔ１にて１ＧＰａ以上の弾性率を示し、ガラス転移点（Ｔｇ）よりも高温側の温度Ｔ２にて１０ＭＰａ以下の弾性率を示すことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の封止材料。
  5. 貯蔵弾性率が０．５ＭＰａ／℃〜３０ＭＰａ／℃の範囲の変化率（ΔＥ／ΔＴ）を示す温度が５０℃〜２００℃の温度範囲にあることを特徴とする請求項３記載の封止材料。
  6. 貯蔵弾性率が０．５ＭＰａ／℃〜３０ＭＰａ／℃の範囲の変化率（ΔＥ／ΔＴ）を示す温度が５０℃〜２００℃の温度範囲にあることを特徴とする請求項４記載の封止材料。
  7. 硬化後において１００℃以下のガラス転移点（Ｔｇ）を示すことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の封止材料。
  8. （ｉ）回路基板上の所定の位置に電子部品を配置し、導電性接続部を形成する工程；
    （ｉｉ）前記導電性接続部及びその周囲に、請求項１〜７のいずれかに記載の封止材料を供給する工程；並びに
    （ｉｉｉ）前記基板を加熱する工程
    を含んでなることを特徴とする電子部品を基板に実装する方法。
  9. 請求項８に記載の方法によって得られた実装済み基板を、必要な場合に、所定温度に加熱し、基板と封止材料との境界付近に治具を押し当てることによって、基板と封止材料との間に実質的な界面破壊を生じさせることによって、基板から、封止材料及び／又は電子部品を取り外すことを特徴とするリペア方法。
  10. 回路基板上の所定の位置に電子部品が配置され、該回路基板と該電子部品との対応する電極どうしの間で導電性接続部が形成されてなる、電子部品が回路基板に実装された実装構造体であって、前記導電性接続部の周囲及び電子部品と回路基板との間が、請求項１〜７のいずれかに記載の封止材料を用いて封止されてなることを特徴とする実装構造体。
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