JPWO2009107357A1 - 半田の接続方法、電子機器およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
更に、毛細管現象を利用したアンダーフィル材は、アンダーフィル材の充填工程に工数がかかりコストアップの原因ともなっている。そこで、半導体素子を基板に接続する際に予めフラックスを混合したアンダーフィル材を滴下、その後半田接続と同時にアンダーフィル材を硬化させる処方が提案されている。このアセンブリ方法は、アンダーフィル材の充填工程を省き大幅なコストダウンに有効である。
また、本発明の目的は、信頼性に優れた電子機器を提供することにある。
また、本発明によれば、信頼性に優れた電子機器を提供することができる。
S102で、半田バンプ13と突起電極23とを対向させて、接着剤層3が形成された第1電子部品1と第2電子部品2とを位置合わせしたのち、S103で、プレス等の加熱・加圧手段に設置し、互いに対向している半田バンプ13および突起電極23を接触させた状態で、半田バンプ13および突起電極23を、加熱および加圧して圧縮変形させる。S103では、加圧と同時又はそれより前に加熱を行って、接着剤層3の粘度を調整するため、プレス等の加熱・加圧手段は、予め所定温度に設定しておいても、第1電子部品1と第2電子部品2を設置した後に、加熱、昇温してもよい。プレス等の加熱・加圧手段を予め所定温度に設定した場合には、第1電子部品1および第2電子部品2は、いずれもその熱容量が小さいものであるため、加熱・加圧手段に設置された段階で、第1電子部品1および第2電子部品2は直ぐに昇温し、数秒で所定温度に達する。第1電子部品1と第2電子部品2を加熱・加圧手段に設置した後に、加熱、昇温する場合には、加熱・加圧手段の温度上昇に追随して、第1電子部品1および第2電子部品2も温度上昇することとなる。第1電子部品1に設けられた半田バンプ13の形成面に接着剤層3を形成した本実施形態においては、少なくとも第1電子部品1が加熱されることが好ましい。
その後、さらに接着剤層3をポストキュアする(S105)。ポストキュアとは、接着剤層3を構成する樹脂組成物中の熱硬化性樹脂の硬化反応を完全に進行させることをいう。これにより、接着剤層3が硬化して第1電子部品1と第2電子部品2との間に絶縁層が形成される。
これらのフラックス活性化合物は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
これらの硬化剤は、単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いても良い。
前記製膜性樹脂としては、例えばフェノキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、シロキサン変性ポリイミド樹脂、ポリブタジエン、ポリプロピレン、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体、ポリアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ブチルゴム、クロロプレンゴム、ポリアミド樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリ酢酸ビニル、ナイロン、アクリルゴム等を用いることができる。これらは、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記製膜性樹脂として、(官能基を有する)アクリルゴムが用いられる場合、フィルム状の接着剤を作製する際の成膜安定性を向上させることができる。また、接着剤の弾性率を低下させ、被接着物と接着剤間の残留応力を低減することができるため、被接着物に対する密着性を向上させることができる。
これに対して、上述したように半田バンプ13、突起電極23が融解した後に、接着剤層3を構成する熱硬化性樹脂が硬化するように加熱すると、半田バンプ13と、突起電極23とを圧着して変形させた際に、それぞれの半田バンプの先端部のみならず、周辺部(端部)も半田が溶融して安定した接続部形状を得ることができる。
(接着テープの製造)
表1に示される各成分を、メチルエチルケトンに溶解して樹脂ワニスを得た。この樹脂ワニスをポリエステルシートに塗布し、80℃で3分間乾燥させ、ついで、120℃で3分間乾燥させて、厚さCμmのフラックス機能を有する接着剤層(接着テープ)を得た。なお、表中の配合量は、配合成分の合計量に対する重量%である。
・第1基板1(半田バンプ13を有する第1電子部品1)および第2基板2(突起電極として半田バンプ23を有する第2電子部品2)の作製
図2に示す第1電子部品1および第2電子部品2を以下のように作製した。12μmの銅箔が付いた両面銅張り積層板(住友ベークライト社製 ELC−4785GS)をエッチングし、銅回路パターンを形成したのち、銅回路パターンを粗化処理して、ソルダーレジスト(太陽インキ製造社製 PSR−AUS703)14a、b、24a、bを両面へ銅回路上15μmの厚みで印刷形成し、露光・現像して、200μmの開口部を形成したのち、前記開口部の銅回路パターン上へ無電解ニッケル層を厚み3μm、無電解金めっき層を厚み0.03μmで形成し、さらに所望の高さになるように半田(Sn/3.5Ag)ペーストを印刷形成し、リフローにより半田ペースト溶融させて、ソルダーレジスト14aから高さがAμmの半田バンプ13が形成された第1基板1(半田バンプ付き基板)およびソルダーレジスト24aから高さがBμmの半田バンプ(突起電極)23が形成された第2基板2(半田バンプ付き基板)を得た。なお、半田バンプ13、23の溶融温度は、221℃であった。
第1基板1の半田バンプ13が形成された面に、厚さ30μmのフラックス機能付き接着剤層3を真空プレス(名機製作所製 MVLP‐500)により、120℃、0.8MPa、30秒間で貼着し、ポリエステルフィルムを剥離した。つぎに、第1基板1の半田バンプ13と第2基板2の半田バンプ23とが対向するように位置合わせし、真空プレスにより、半田バンプ13、23を接触させた状態で、半田バンプ13、23を、120℃、0.8MPa、30秒間加熱および加圧して、圧縮変形させた。次いで、平板プレス(システム開発製 MSA−2)により240℃、0.3MPa、120秒間プレスし、半田バンプ13、23同士を接合した。さらに、接着剤層3を硬化させるために180℃、60分間の熱履歴を加え多層回路基板(電子部品)を得た。
得られたフラックス機能付き接着層(接着テープ)を用いて、溶融粘度を測定した。具体的には、厚さ100μmの接着テープを、粘弾性測定装置(ジャスコインターナショナル社製)で昇温速度10℃/min、周波数1.0Hzで、歪み一定−応力検知で測定し、雰囲気温度が300℃まで測定した時に、溶融粘度が初期は減少し、最低溶融粘度に到達した後、さらに上昇した際の前記最低溶融粘度を調べた。
得られた多層回路基板(電子部品)の層間接続抵抗を、デジタルマルチメータにより20ヶ所のバンプ接続部を測定した。測定は、多層回路基板作製後と−65℃で1時間、150℃で1時間の温度サイクル1,000サイクル後の両方を測定した。評価は、n=20で行った。各符号は、以下の通りである。
◎:全てのバンプ接続部で導通が取れた多層回路基板が、20個であった。
○:全てのバンプ接続部で導通が取れた多層回路基板が、18個または19個であった。
△:全てのバンプ接続部で導通が取れた多層回路基板が、16個または17個であった。
×:全てのバンプ接続部で導通が取れた多層回路基板が、15個以下であった。
得られた多層回路基板を、エポキシ樹脂硬化物で包埋し、断面を研磨し、層間接続部分10ヶ所をSEM(走査型電子顕微鏡)により観察した。各符号は、以下の通りである。
○:10ヶ所とも安定した接続形状であった。
×:半田バンプ同士が一体化していないあるいは半田が樹脂中に流れた形状のバンプが1ヶ所以上存在した。
多層回路基板を作製する際に、平板プレスでの圧着前後に超音波探傷機での透過法による映像を観察し、接着剤層の広がりを面積の増加率によって測定した。各符号は、以下の通りである。
◎:樹脂の広がり量が、5.0%以内であった。
○:樹脂の広がり量が、5.0%を超え、10.0%以内であった。
△:樹脂の広がり量が、10.0%を超え〜50.0%以内であった。
×:樹脂の広がり量が、50%を超えた。
上記説明した電子部品の製造方法にしたがって、ソルダーレジストから高さが40μmの半田バンプが形成された第1基板(半田バンプ付き基板)およびソルダーレジストから高さが40μmの半田バンプが形成された第2基板(半田バンプ付き基板)を得た。ついで、上記説明したように、実施例1の接着テープを用いて第1基板及び第2基板の半田バンプを互いに接合して多層回路基板(電子部品)を作製した。得られた多層回路基板について、上記説明した方法に従って、接続性、接合部断面、及び加圧による接着剤層の広がり量について評価した。
上記説明した電子部品の製造方法にしたがって、ソルダーレジストから高さが18μmの半田バンプが形成された第1基板(半田バンプ付き基板)およびソルダーレジストから高さが18μmの半田バンプが形成された第2基板(半田バンプ付き基板)を得た。ついで、上記説明したように、比較例1の接着テープを用いて第1基板及び第2基板の半田バンプを互いに接合して多層回路基板(電子部品)を作製した。得られた多層回路基板について、上記説明した方法に従って、接続率、接合部断面、及び加圧による接着剤層の広がり量について評価した。
(1)第1半田バンプを有する第1電子部品と、突起電極を有する第2電子部品とを、フラックス機能を有する接着剤層を介して前記第1半田バンプと前記突起電極とが電気的に接続する半田の接続方法であって、前記第1電子部品の一方の面から第1半田バンプの高さをA〔μm〕とし、前記第2電子部品の一方の面から突起電極の高さをB〔μm〕とし、前記フラックス機能を有する接着剤層の厚さをC〔μm〕としたときA+B>Cであり、前記第1電子部品に、前記フラックス機能を有する接着剤層を配置する工程と、前記第1半田バンプの高さA〔μm〕と、前記突起電極の高さB〔μm〕との和が、前記フラックス機能を有する接着剤層の厚さC〔μm〕とほぼ同じとなるように、前記第1半田バンプおよび前記突起電極を加熱・加圧して、前記第1半田バンプおよび前記突起電極を変形させると共に、前記第1半田バンプと前記突起電極とを接触させる接触工程と、を有することを特徴とする半田の接続方法。
(2)さらに、前記フラックス機能を有する接着剤層を硬化させる硬化工程を有するものである上記(1)に記載の半田の接続方法。
(3)前記フラックス機能を有する接着剤層が、熱硬化性樹脂およびフラックス活性を有する化合物とを含む樹脂組成物で構成されているものである上記(1)に記載の半田の接続方法。
(4)前記接触工程では前記半田バンプが融解した後に、前記熱硬化性樹脂が硬化するように加熱するものである上記(1)に記載の半田の接続方法。
(5)前記フラックス機能を有する接着剤を常温から10℃/分の昇温速度で溶融状態まで昇温したときに初期は溶融粘度が減少し、最低溶融粘度に到達した後、さらに上昇するような特性を有し、かつ前記最低溶融粘度が10〜10,000Pa・s以下である上記(4)に記載の半田の接続方法。
(6)上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の半田の接続方法で接続された半田接続部を有することを特徴とする電子機器。
Claims (18)
- 半田バンプを有する第1電子部品と突起電極を有する第2電子部品とを電気的に接続する半田の接続方法であって、
前記第1電子部品に設けられた前記半田バンプの形成面及び前記第2電子部品に設けられた前記突起電極の形成面のいずれか一方の面と同一の面に接着剤層を形成する工程と、
前記半田バンプと前記突起電極とを対向させて、前記第1電子部品と前記第2電子部品とを位置合わせする工程と、
互いに対向している前記半田バンプおよび前記突起電極を接触させた状態で、前記半田バンプおよび前記突起電極を、加熱および加圧して、圧縮変形させる工程と、
を含み、
圧縮変形前の前記半田バンプの高さをA〔μm〕とし、圧縮変形前の前記突起電極の高さをB〔μm〕とし、前記接着剤層の厚さをC〔μm〕としたとき、前記接着剤層を形成する前記工程において、A+B>Cを満たすように前記接着剤層を形成し、
圧縮変形後の前記半田バンプの高さをD〔μm〕とし、圧縮変形後の前記突起電極の高さをE〔μm〕としたとき、前記半田バンプおよび前記突起電極を圧縮変形させる前記工程において、D+EがCとほぼ同じになるように、前記半田バンプと前記突起電極とを変形させること、
を特徴とする半田の接続方法。 - 前記半田バンプおよび前記突起電極を圧縮変形させる前記工程において、0.9×C≦D+E≦1.1×Cを満たすように前記半田バンプと前記突起電極とを変形させる、請求項1に記載の半田の接続方法。
- 前記半田バンプおよび前記突起電極を圧縮変形させる前記工程の後に、前記接着剤層を硬化させる工程をさらに含む、請求項1に記載の半田の接続方法。
- 前記接着剤層は、熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物であり、
前記第1電子部品と前記第2電子部品とを位置合わせする前記工程の前に、前記接着剤層をプリキュアする工程を含む、請求項2に記載の半田の接続方法。 - 前記接着剤層は、熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物であり、
前記半田バンプおよび前記突起電極を圧縮変形させる前記工程の後に、前記半田バンプと前記突起電極とを溶融して接合する工程と、
前記半田バンプと前記突起電極とを接合する前記工程の後に、前記接着剤層をポストキュアする工程と、
を含む、請求項2に記載の半田の接続方法。 - 前記半田バンプおよび前記突起電極を圧縮変形させる前記工程において、前記半田バンプおよび前記突起電極を前記半田バンプの溶融温度未満で加熱する、請求項2に記載の半田の接続方法。
- 周波数1.0Hzで測定したときの前記接着剤層の粘度は、25℃から10℃/分の昇温速度で溶融するまで昇温するとき温度の上昇とともに低下し、最低溶融粘度に到達した後温度の上昇とともに上昇し、
前記最低溶融粘度が10〜10,000Pa・sである、請求項1に記載の半田の接続方法。 - 周波数1.0Hzで測定したときの前記接着剤層の粘度は、25℃から10℃/分の昇温速度で溶融するまで昇温するとき温度の上昇とともに低下し、最低溶融粘度に到達した後温度の上昇とともに上昇し、前記最低溶融粘度が10〜10,000Pa・sである、請求項2に記載の半田の接続方法。
- 周波数1.0Hzで測定したときの前記接着剤層の粘度は、25℃から10℃/分の昇温速度で溶融するまで昇温するとき温度の上昇とともに低下し、最低溶融粘度に到達した後温度の上昇とともに上昇し、前記最低溶融粘度が10〜10,000Pa・sである、請求項5に記載の半田の接続方法。
- α=(D+E)/(A+B)としたとき、αが0.3〜0.9である請求項2に記載の半田の接続方法。
- 前記接着剤層が、熱硬化性樹脂とフラックス活性を有する化合物とを含む樹脂組成物で構成されている、請求項2に記載の半田の接続方法。
- 前記樹脂組成物がさらに硬化剤を含み、実質的に酸無水物を含まない、請求項11に記載の半田の接続方法。
- 前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であり、
前記フラックス活性を有する化合物が脂肪族カルボン酸または芳香族カルボン酸であり、
前記硬化剤がフェノール樹脂である、請求項12に記載の半田の接続方法。 - 前記脂肪族カルボン酸がアジピン酸であり、
前記芳香族カルボン酸が3,5−ジヒドロキシ−2−ナフトエ酸である、請求項13に記載の半田の接続方法。 - 前記接着剤層が、フラックス活性を有する化合物と硬化剤とをさらに含み、
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であり、
前記フラックス活性を有する化合物が脂肪族カルボン酸または芳香族カルボン酸であり、
前記硬化剤がフェノール樹脂である、請求項5に記載の半田の接続方法。 - 前記接着剤層が、熱硬化性樹脂とフラックス活性を有する化合物と硬化剤とを含み、
前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂であり、
前記フラックス活性を有する化合物が脂肪族カルボン酸または芳香族カルボン酸であり、
前記硬化剤がフェノール樹脂である、請求項6に記載の半田の接続方法。 - 請求項1乃至16いずれかに記載の半田の接続方法で接続された半田接続部を有する電子機器。
- 請求項1乃至16いずれかに記載の半田の接続方法を用いた電子機器の製造方法。
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