KR20100120294A - 납땜의 접속 방법, 전자기기 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20100120294A
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solder bumps
solder
soldering
resin
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도루 메우라
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스미토모 베이클리트 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명의 납땜의 접속 방법은 납땜 범프를 가지는 제 1 전자 부품과 돌기 전극을 가지는 제 2 전자 부품을 플럭스 기능을 가지는 접착제층을 통해 상기 제 1 납땜 범프와 상기 돌기 전극이 전기적으로 접속하는 납땜의 접속 방법으로서, 제 1 전자 부품의 한쪽 면으로부터 제 1 납땜 범프의 높이를 A[㎛]로 하고, 제 2 전자 부품의 한쪽 면으로부터 돌기 전극의 높이를 B[㎛]로 하며, 접착제층의 두께를 C[㎛]로 했을 때, A ＋ B ＞ C 이며, 제 1 전자 부품에 접착제층을 배치하는 공정과, 제 1 납땜 범프의 높이 A[㎛]와 돌기 전극의 높이 B[㎛]의 합이 접착제층의 두께 C[㎛]와 거의 동일하게 되도록 제 1 납땜 범프 등을 변형시키는 동시에 제 1 납땜 범프와 돌기 전극을 접촉시키는 접촉 공정을 가진다.

Description

납땜의 접속 방법, 전자기기 및 그 제조 방법{SOLDER CONNECTING METHOD, ELECTRONIC DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은 납땜의 접속 방법, 전자기기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근래의 전자기기의 고기능화 및 경박단소화(輕薄短小化)의 요구에 따라 반도체 패키지 등의 전자 부품의 고밀도 집적화, 고밀도 실장화가 진행되고 있고, 이들 전자 부품의 소형화, 다(多)핀화가 진행되고 있다. 이들 전자 부품의 전기적인 접속을 얻기 위해서는 납땜 접합을 이용하고 있고, 예를 들어 반도체 칩끼리의 도통 접합부, 플립 칩이 탑재된 패키지와 같은 반도체 칩-회로 기판간의 도통 접합부, 회로 기판-회로 기판간의 도통 접합부라고 하는 것에 이용하고 있다. 나아가 전자 부품의 박화, 소형화, 협(陜)피치 접합의 요구에 따라 납땜 접합부에는 모세관 현상을 이용한 언더필재(underfill material)를 충전해 접합부를 보강하여 접합 부분의 신뢰성을 확보하고 있다.
납땜 접합에 의해서 생긴 갭을 언더필재와 같은 수지로 보강하는 경우, 그 충전하는 갭이 형성하는 공간의 용적 이상의 수지량을 이용하면, 불필요한 장소로 수지가 비어져 나와버린다. 예를 들면, 장치를 오염시키거나, 비어져 나온 수지에 의해 다른 부품을 탑재하기 위한 단자의 면적이 제한되거나 하는 경우가 있다.
또한, 모세관 현상을 이용한 언더필재는 언더필재의 충전 공정에 많은 공정수가 소요되어 비용 상승의 원인도 되고 있다. 따라서, 반도체 소자를 기판에 접속할 때에 미리 플럭스를 혼합한 언더필재를 적하, 그 후 납땜 접속과 동시에 언더필재를 경화시키는 처방이 제안되고 있다. 이 어셈블리 방법은 언더필재의 충전 공정을 생략해 대폭적인 비용 절감에 유효하다.
예를 들어, 특허문헌 1에는 전자 부품을 기판에 상호 접속하는 방법에 대해 기재되어 있다. 이 방법에서는, 전자 부품에 형성된 납땜 범프와 기판에 형성된 금속 패턴 사이에 접착 재료를 개재시켜 납땜 범프와 금속 패턴을 접속한다. 구체적으로는, 우선 접착 재료를 코팅된 금속 패턴과 납땜 범프가 대향하도록 전자 부품과 기판을 위치 맞춤을 한다. 그 다음에, 진공 프레스에 의해 납땜 범프를 금속 패턴에 접근, 접촉시킨 후, 납땜 범프가 변형될 때까지 납작하게 눌러 압착한다. 이 과정에서, 납땜 범프와 금속 패턴의 접촉점으로부터 접착 재료가 배제된다. 그 후, 리플로우함으로써 납땜 범프와 금속 패턴이 접합하고 접착제가 경화함으로써 전자 부품과 기판이 접속한다.
일본 특개 평04-280443호 공보
그렇지만, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는 금속화 패턴을 피복한 접착 재료가 납땜 범프와 금속화 패턴 사이에 끼여 전기적으로 접속 불량이 생기는 것이 문제가 되었다.
본 발명의 목적은 플럭스 기능을 가지는 접착제층을 통하여 납땜을 접속하는 방법에 있어서, 신뢰성이 뛰어난 납땜 접속 방법을 제공하는 것에 있다.
또, 본 발명의 목적은 신뢰성이 뛰어난 전자기기를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의하면, 납땜 범프를 가지는 제 1 전자 부품과 돌기 전극을 가지는 제 2 전자 부품을 전기적으로 접속하는 납땜의 접속 방법으로서, 제 1 전자 부품에 설치된 납땜 범프의 형성면 및 제 2 전자 부품에 설치된 돌기 전극의 형성면 중 어느 한쪽 면과 동일한 면에 접착제층을 형성하는 공정과, 납땜 범프와 돌기 전극을 대향시켜 제 1 전자 부품과 제 2 전자 부품을 위치 맞춤하는 공정과, 서로 대향하고 있는 납땜 범프 및 돌기 전극을 접촉시킨 상태에서 납땜 범프 및 돌기 전극을 가열 및 가압하여 압축 변형시키는 공정을 포함하고, 압축 변형 전의 납땜 범프의 높이를 A[㎛]로 하고, 압축 변형 전의 돌기 전극의 높이를 B[㎛]로 하며, 접착제층의 두께를 C[㎛]로 했을 때, 접착제층을 형성하는 상기 공정에 있어서, A + B > C 를 만족하도록 접착제층을 형성하며, 압축 변형 후의 납땜 범프의 높이를 D[㎛]로 하고, 압축 변형 후의 돌기 전극의 높이를 E[㎛]로 했을 때, 납땜 범프 및 돌기 전극을 압축 변형시키는 상기 공정에 있어서, D + E 가 C 와 거의 동일하게 되도록 납땜 범프와 돌기 전극을 변형시키는 것을 특징으로 하는 납땜의 접속 방법이 제공된다.
또 본 발명에 의하면, 상기 납땜의 접속 방법으로 접속된 납땜 접속부를 가지는 전자기기가 제공된다.
게다가 본 발명에 의하면, 상기 납땜의 접속 방법을 이용한 전자기기의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 접착제층을 개재시켜 납땜 범프와 돌기 전극을 접촉시킨 후, 더욱 압착 변형시킴으로써, 양자의 볼록한 모양의 형태를 이용하여 납땜 범프와 돌기 전극의 접촉점으로부터 효율적으로 접착제층을 배제할 수 있다. 또, 압축 변형 전의 납땜 범프의 높이를 A[㎛]로 하고, 압축 변형 전의 돌기 전극의 높이를 B[㎛]로 하며, 접착제층의 두께를 C[㎛]로 했을 때, A + B > C 를 만족하도록 접착제층을 형성하고, 압축 변형 후의 납땜 범프의 높이를 D[㎛]로 하고, 압축 변형 후의 돌기 전극의 높이를 E[㎛]로 했을 때, D + E 가 C 와 거의 동일하게 되도록 납땜 범프와 돌기 전극을 압축 변형시킨다. 이것에 의해, 돌기 전극과 납땜 범프의 상기 접촉점에서 접착제층을 남기지 않고 배제할 수 있다. 따라서, 납땜 접속부에서 양호한 전기 접속을 얻을 수 있다.
본 발명에 의하면, 플럭스 기능을 가지는 접착제층을 통하여 납땜을 접속하는 방법에 있어서, 신뢰성이 뛰어난 납땜 접속 방법을 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 신뢰성이 뛰어난 전자기기를 제공할 수 있다.
상술한 목적 및 그 외의 목적, 특징 및 이점은 이하에 말하는 바람직한 실시 형태, 및 거기에 부수하는 이하의 도면에 의해서 추가로 밝혀진다.
도 1은 본 실시 형태의 납땜의 접속 방법을 설명하는 플로우 차트이다.
도 2는 본 발명의 1 실시 형태의 납땜의 접속 방법을 설명하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 1 실시 형태에서의 도 1의 S101를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 1 실시 형태에서의 도 1의 S102를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 1 실시 형태에서의 도 1의 S104를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 1 실시 형태에서의 도 1의 S105를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 이용해 설명한다. 또한, 모든 도면에 있어서, 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 적절히 설명을 생략한다.
본 발명의 납땜의 접속 방법은 납땜 범프(13)를 가지는 제 1 전자 부품(1)과 돌기 전극(23)을 가지는 제 2 전자 부품(2)을 전기적으로 접속하는 납땜의 접속 방법이다. 도 1은 본 실시 형태의 납땜의 접속 방법을 설명하는 플로우 차트이다. 또, 도 2~도 6은 본 발명의 납땜의 접속 방법 가운데 제 1 전자 부품(1)에 설치된 납땜 범프(13)의 형성면과 동일한 면에 접착제층(3)을 형성하는 1 실시 형태에서의 납땜의 접속 방법을 설명하는 단면도이다. 본 실시 형태는 제 1 전자 부품(1)에 설치된 납땜 범프(13)의 형성면에 접착제층(3)을 형성하는 공정(S101, 도 3)과, 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23)을 대향시켜 접착제층(3)이 형성된 제 1 전자 부품(1)과 제 2 전자 부품(2)을 위치 맞춤하는 공정(S102, 도 4)과, 서로 대향하고 있는 납땜 범프(13) 및 돌기 전극(23)을 접촉시킨 상태에서 납땜 범프(13) 및 돌기 전극(23)을 가열 및 가압하여 압축 변형시키는 공정(S103, 도 5)을 포함한다. 도 3에서 나타내는 바와 같이, 압축 변형 전의 납땜 범프(13)의 높이를 A[㎛]로 하고, 압축 변형 전의 돌기 전극(23)의 높이를 B[㎛]로 하며, 접착제층(3)의 두께를 C[㎛]로 했을 때, 접착제층(3)을 형성하는 공정(S101)에 있어서, A + B > C 를 만족하도록 접착제층(3)을 형성한다. 도 5에서 나타내는 바와 같이, 압축 변형 후의 납땜 범프(13)의 높이를 D[㎛]로 하고, 압축 변형 후의 돌기 전극(23)의 높이를 E[㎛]로 했을 때, 납땜 범프(13) 및 돌기 전극(23)을 가열 및 가압하여 압축 변형시키는 공정(S103)에 있어서, D + E 가 C 와 거의 동일하게 되도록 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23)을 변형시킨다.
이하, 본 실시 형태에 대해 구체적으로 설명한다. 본 실시 형태에 있어서, 접착제층(3)은 열경화성 수지와 플럭스 활성을 가지는 화합물을 포함하는 수지 조성물로 구성되어 있다. 접착제층(3)을 구성하는 수지 조성물에 대해서 자세한 것은 후술한다.
본 실시 형태에 있어서, 납땜 범프(13)는 납땜 합금으로 이루어진다. 예를 들면, 주석/은(Ag)계 납땜 등과 같은 납프리(lead-free) 납땜을 이용한다.
S102 전에, 필요에 따라 접착제층(3)을 구성하는 수지 조성물의 열경화성 수지를 프리큐어(precure)하도록 가열 처리할 수도 있다. 프리큐어란, 최종 유리 전이 온도보다 낮은 온도에서 큐어하는 것을 말하고, 프리큐어됨으로써 접착제층(3)을 구성하는 수지 조성물의 열경화성 수지의 경화를 일부 촉진시킴으로써 접착제층(3)의 최저 용융 점도를 조정할 수 있다.
S102에서 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23)을 대향시켜 접착제층(3)이 형성된 제 1 전자 부품(1)과 제 2 전자 부품(2)을 위치 맞춤한 후, S103에서 프레스 등의 가열·가압 수단에 설치하고, 서로 대향하고 있는 납땜 범프(13) 및 돌기 전극(23)을 접촉시킨 상태에서 납땜 범프(13) 및 돌기 전극(23)을 가열 및 가압하여 압축 변형시킨다. S103에서는 가압과 동시 또는 그것보다 전에 가열을 실시해서 접착제층(3)의 점도를 조정하기 때문에 프레스 등의 가열·가압 수단은 미리 소정 온도로 설정해 두어도 제 1 전자 부품(1)과 제 2 전자 부품(2)을 설치한 후에 가열, 승온해도 된다. 프레스 등의 가열·가압 수단을 미리 소정 온도로 설정했을 경우에는 제 1 전자 부품(1) 및 제 2 전자 부품(2)은 모두 그 열용량이 작은 것이기 때문에 가열·가압 수단에 설치된 단계에서 제 1 전자 부품(1) 및 제 2 전자 부품(2)은 곧바로 승온해 수초에 소정 온도에 이른다. 제 1 전자 부품(1)과 제 2 전자 부품(2)을 가열·가압 수단에 설치한 후에, 가열, 승온하는 경우에는 가열·가압 수단의 온도 상승에 추종하여 제 1 전자 부품(1) 및 제 2 전자 부품(2)도 온도 상승하게 된다. 제 1 전자 부품(1)에 설치된 납땜 범프(13)의 형성면에 접착제층(3)을 형성한 본 실시 형태에 있어서는, 적어도 제 1 전자 부품(1)이 가열되는 것이 바람직하다.
S103에 있어서, 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23)간의 접착제층(3)을 배제하기 쉽게 하는 관점에서는, 주파수 1.0Hz로 측정했을 때의 접착제층(3)의 점도가 25℃로부터 10℃/분의 승온 속도로 용융할 때까지 승온할 때 점도가 온도 상승과 함께 저하하고, 최저 용융 점도에 도달한 후 온도 상승과 함께 상승하는 것으로서, 최저 용융 점도가 10~10000Pa·s인 접착제층(3)을 이용하는 것이 바람직하다.
S103에 있어서, 「D + E 가 C 와 거의 동일한」이란, 접착제층(3)이 비어져 나오는 일 없고, 또한 틈새없이 제 1 전자 부품(1)과 제 2 전자 부품(2) 사이에 끼워져 있는 상태를 말한다. 구체적으로는, D 와 E 의 합이 C 의 0.9~1.1배인 것을 말한다.
또 S103에 있어서, 납땜 범프(13) 및 돌기 전극(23)의 압축 변형율α(납작하게 누르는 양)은, α = (D + E)/(A + B) 로 나타낼 수 있다. α는 바람직하게는 0.3~0.9이며, 보다 바람직하게는 0.5~0.7이다.
S103에 있어서, 납땜 범프(13) 및 돌기 전극(23)은 납땜 범프(13)의 용융 온도 미만에서 가열하면 보다 바람직하다. 구체적으로는, 납땜의 용융 온도, 즉 납땜의 융점 미만에서 가열하면 바람직하다.
S103 후, 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23)을 용융해 접합(S104, 도 6)함으로써, 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23)이 접합하여 납땜 접속부가 형성된다.
그 후, 추가로 접착제층(3)을 포스트큐어(postcure)한다(S105). 포스트큐어란, 접착제층(3)을 구성하는 수지 조성물 중의 열경화성 수지의 경화 반응을 완전하게 진행시키는 것을 말한다. 이것에 의해, 접착제층(3)이 경화해 제 1 전자 부품(1)과 제 2 전자 부품(2) 사이에 절연층이 형성된다.
아울러, 납땜의 접속 방법으로 대해서 상세하게 설명한다.
우선, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제 1 전자 부품(1)으로서 제 1 기판(1)과 제 2 전자 부품(2)로서 제 2 기판(2)을 준비한다(도 2).
제 1 기판(1)은 코어 기판(11)과 코어 기판(11)의 한쪽 면 측(도 2 중의 아래쪽)에 설치된 단자(12)와 단자(12)를 덮도록 설치된 납땜 범프(13)와 코어 기판(11)의 한쪽 면 측을 덮는 솔더 레지스트(14a)와, 코어 기판(11)의 다른쪽 면 측(도 2 중의 위쪽)에 설치된 회로 배선(15)과, 회로 배선(15) 및 코어 기판(11)의 다른쪽 면 측을 덮도록 설치된 솔더 레지스트(14b)로 구성되어 있다.
제 2 기판(2)은 코어 기판(21)과 코어 기판(21)의 한쪽 면 측(도 2 중의 위쪽)에 설치된 단자(22)와, 단자(22)를 덮도록 설치된 돌기 전극(23)과, 코어 기판(21)의 다른쪽 면 측을 덮는 솔더 레지스트(24a)와, 코어 기판(21)의 한쪽 면 측(도 2 중의 아래쪽)에 설치된 회로 배선(25)과, 회로 배선(25) 및 코어 기판(21)의 다른쪽 면 측을 덮도록 설치된 솔더 레지스트(24b)로 구성되어 있다.
돌기 전극(23)으로서 사용할 수 있는 재질로는, 납땜, 구리, 금, 은, 알루미늄, 니켈 등이 있고, 바람직하게는 납땜 범프(13)와 금속간 화합물을 생성하는 구리, 니켈이며, 더욱 바람직하게는 납땜 범프(13) 내에 돌기 전극이 용융해 일체화하는 납땜, 금이다. 또한, 전술한 재질을 1종류뿐만 아니라, 복수를 조합해 형성해 사용할 수 있다. 예를 들어, 구리의 돌기의 선단부에만 납땜을 형성함으로써, 보다 접속 신뢰성이 높은 납땜 접속부를 형성할 수 있다. 또, 돌기 전극(23)의 재질로는 납땜 범프(13)와 동일한 납땜 합금이어도 된다. 상기 돌기 전극(23)의 형상으로는 반구 형상, 원주 형상, 금 와이어 범프와 같은 볼록 형상을 이용할 수 있다.
다음에, 제 1 기판(1)의 납땜 범프(13)가 설치되어 있는 쪽에 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)을 라미네이트하여, 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)을 배치한다(도 3). 이때, 납땜 범프(13)의 높이 A[㎛]를 제 1 기판(1)의 한쪽 면(도 3 중의 제 1 기판(1) 아래쪽의 솔더 레지스트(14a)의 아랫면(141))으로부터로 하고, 돌기 전극(23)의 높이 B[㎛]를 제 2 기판(2)의 한쪽 면(도 3 중의 제 2 기판(2) 위쪽의 솔더 레지스트(24a)의 윗면(241))으로부터로 하며, 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)의 두께를 C[㎛]로 했을 때, A + B > C 이다.
따라서, 가열·가압 압착을 하여 납땜 범프(13)를 돌기 전극(23)에 접촉시키고, 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23) 사이에 개재하는 접착제층(3)을 배제하면서 납작하게 누름으로써, 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)보다도 납땜 범프(13)의 선단부(131)가 노출하기 쉬워지고 있다. 이것에 의해, 납땜 접속시에 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)이 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23) 사이에 끼는(수지 씹음) 것을 방지할 수 있다.
보다 구체적으로는, 제 1 기판(1)의 한쪽 면(제 1 기판(1) 아래쪽의 솔더 레지스트(14a)의 아랫면(141))으로부터의 납땜 범프(13)의 높이 A[㎛] 및 제 2 기판의 한쪽 면(제 2 기판 위쪽의 솔더 레지스트(24a)의 윗면(241))으로부터의 돌기 전극(23)의 높이 B[㎛]와 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)의 두께 C[㎛]의 관계가, 10 ≤ A + B - C ≤ 100 이 되는 것이 바람직하고, 특히 20 ≤ A + B - C ≤ 35 가 되는 것이 바람직하다. A 와 B 와 C 가 상기 범위 내에 있으면, 수지 씹음을 저감시킬 수 있는 것에 더하여, 가압에 의한 수지의 비어져 나오는 양을 저감시키고, 나아가 납땜 범프의 변형에 의한 납땜 범프 폭의 확대를 억제할 수 있다.
구체적으로, 제 1 기판(1)의 한쪽 면(141)으로부터의 납땜 범프(13)의 높이 A[㎛]와 제 2 기판(2)의 한쪽 면(241)으로부터의 돌기 전극(23)의 높이 B[㎛]의 합은 특별히 한정되지 않지만, 20~400㎛인 것이 바람직하고, 특히 50~65㎛인 것이 바람직하다. 높이의 합이 상기 범위 내이면, 부품 내에 다수의 접속용 단자가 형성되어 납땜 형성시의 높이 불균일이 어느 정도 커져도 접착제층의 두께까지 가압하여 납땜 범프끼리가 접촉하기 쉬워지기 때문에, 양호한 납땜 접속부를 얻는 제품 수율(production yield)을 높일 수 있다.
또, 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)의 두께 C[㎛]는 특별히 한정되지 않지만, 10~390㎛인 것이 바람직하고, 특히 30~35㎛가 바람직하다. 두께가 상기 범위 내이면, 접속 신뢰성과 접착제층 중에서의 보이드 발생의 저감 효과의 밸런스가 뛰어나다.
이 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)은, 예를 들면 열경화성 수지, 플럭스 활성을 가지는 화합물을 포함하는 수지 조성물로 구성되어 있다.
상기 열경화성 수지로는, 예를 들면 에폭시 수지, 옥세탄 수지, 페놀 수지, (메타)아크릴레이트 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 디알릴 프탈레이트 수지, 말레이미드 수지 등이 이용된다. 그 중에서도, 경화성과 보존성, 경화물의 내열성, 내습성, 내약품성이 뛰어난 에폭시 수지가 매우 적합하게 이용된다.
상기 에폭시 수지는 실온(25℃)에서 고형인 에폭시 수지와 실온에서 액상인 에폭시 수지 중 어느 하나를 이용해도 된다. 또, 실온에서 고형인 에폭시 수지와 실온에서 액상인 에폭시 수지를 병용해도 된다. 이것에 의해, 수지의 용융 거동의 설계 자유도를 더욱 높일 수 있다.
상기 실온에서 고형인 에폭시 수지로는, 특별히 한정되는 것이 아니고, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 페놀 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 글리시딜 아민형 에폭시 수지, 글리시딜 에스테르형 에폭시 수지, 3관능 에폭시 수지, 4관능 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 더욱 구체적으로는, 고형 3관능 에폭시 수지와 크레졸 노볼락형 에폭시 수지를 포함해도 된다.
또, 상기 실온에서 액상인 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지 또는 비스페놀 F형 에폭시 수지로 할 수 있다. 또, 이것들을 조합해 이용해도 된다.
상기 열경화성 수지의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 상기 수지 조성물 전체의 25~75중량%가 바람직하고, 특히 45~70중량%가 바람직하다. 함유량이 상기 범위 내이면, 양호한 경화성이 얻어지는 동시에, 양호한 용융 거동의 설계가 가능해진다.
상기 플럭스 활성을 가지는 화합물은 접속을 저해하는 납땜 범프 등의 전극 단자 표면의 산화막을 환원해 산화막을 없애는 환원력을 가지는 기능을 가지는 것이다. 상기 플럭스 활성을 가지는 화합물로는, 예를 들면 분자 중에 카르복실기 및/또는 페놀성 수산기가 적어도 1개 이상 존재하는 화합물을 말하고, 액상이어도 고체여도 된다.
상기 카르복실기를 함유하는 플러스 활성 화합물로는, 지방족산 무수물, 지환식산 무수물, 방향족산 무수물, 지방족 카르복시산, 방향족 카르복시산 등을 들 수 있다. 페놀성 수산기를 가지는 플럭스 화합물로는, 페놀류를 들 수 있다.
상기 지방족산 무수물로는, 무수 숙신산, 폴리아디프산 무수물, 폴리아젤라인산 무수물, 폴리세바신산 무수물 등을 들 수 있다.
상기 지환식산 무수물로는, 메틸테트라히드로 무수 프탈산, 메틸헥사히드로 무수 프탈산, 무수 메틸하이믹산, 헥사히드로 무수 프탈산, 테트라히드로 무수 프탈산, 트리알킬테트라히드로 무수 프탈산, 메틸시클로헥센 디카르복시산 무수물 등을 들 수 있다.
상기 방향족산 무수물로는, 무수 프탈산, 무수 트리멜리트산, 무수 피로멜리트산, 벤조페논 테트라카르복시산 무수물, 에틸렌글리콜 비스트리멜리테이트, 글리세롤 트리스트리멜리테이트 등을 들 수 있다.
상기 지방족 카르복시산으로는, 하기 식 (1)로 나타내는 화합물을 들 수 있다.
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또, 플럭스 활성, 접착시의 아웃 가스 및 접착제 경화 후의 탄성률이나 유리 전이 온도의 밸런스로부터, 상기 식 (1) 중의 n은 3 이상 10 이하가 바람직하다. 이 범위로 함으로써, 보이드를 발생시키지 않고 균일하게 접착제를 용융시킬 수 있다. 따라서, 아웃 가스의 발생없이 접착제층을 경화시킬 수 있다. 또, n을 3 이상으로 함으로써, 접착제 경화 후의 탄성률 증가를 억제해 피접착물과의 접착성을 향상시킬 수 있다. 또, n을 10 이하로 함으로써, 탄성률 저하를 억제해 접속 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 식 (1)로 나타내는 화합물로서, 예를 들면 n=3인 글루타르산(HOOC-(CH2)3-COOH), n=4인 아디프산(HOOC-(CH2)4-COOH), n=5인 피멜산(HOOC-(CH2)5-COOH), n=8인 세바신산(HOOC-(CH2)8-COOH) 및 n=10인 도데칸이산(HOOC-(CH2)10-COOH-)을 들 수 있다.
다른 지방족 카르복시산으로는 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 피발산, 카프론산, 카프릴산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산, 올레산, 푸말산, 말레산, 옥살산, 말론산, 숙신산 등을 들 수 있다.
상기 방향족 카르복시산으로는 벤조산, 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 헤미멜리트산, 트리멜리트산, 트리메신산, 멜로판산, 프레니트산(prehnitic acid), 피로멜리트산, 멜리트산, 트리일산(triyl acid), 크실릴산, 헤멜리트산, 메시틸렌산, 프레니틸산(prehnitylic acid), 톨루일산, 신남산, 살리실산, 2,3-디히드록시벤조산, 2,4-디히드록시벤조산, 겐티딘산(2,5-디히드록시벤조산), 2,6-디히드록시벤조산, 3,5-디히드록시벤조산, 갈산(3,4,5-트리히드록시벤조산), 1,4-디히드록시-2-나프토에산, 3,5-디히드록시-2-나프토에산 등의 나프토에산 유도체; 페놀프탈린; 디페놀산 등을 들 수 있다.
상기 페놀성 수산기를 가지는 플럭스 활성 화합물로는 페놀, o-크레졸, 2,6-크실레놀, p-크레졸, m-크레졸, o-에틸페놀, 2,4-크실레놀, 2,5-크실레놀, m-에틸페놀, 2,3-크실레놀, 메시톨, 3,5-크실레놀, p-터셔리부틸페놀, 카테콜, p-터셔리아밀페놀, 레조르시놀, p-옥틸페놀, p-페닐페놀, 비스페놀 A, 비스페놀 F, 비스페놀 AF, 비페놀, 디알릴 비스페놀 F, 디알릴 비스페놀 A, 트리스페놀, 테트라키스 페놀 등의 페놀성 수산기를 함유하는 모노머류, 페놀 노볼락 수지, o-크레졸 노볼락 수지, 비스페놀 F 노볼락 수지, 비스페놀 A 노볼락 수지 등을 들 수 있다.
상기 플럭스 활성 화합물은 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지와의 반응으로 삼차원적으로 도입되기 때문에, 1분자 중에 에폭시 수지에 부가할 수 있는 적어도 2개의 페놀성 수산기와, 금속 산화막에 플럭스 작용을 나타내는 방향족에 직접 결합한 카르복실기를 1분자 중에 적어도 1개 가지는 화합물이 바람직하다. 이와 같은 화합물로는, 2,3-디히드록시벤조산, 2,4-디히드록시벤조산, 겐티딘산(2,5-디히드록시벤조산), 2,6-디히드록시벤조산, 3,4-디히드록시벤조산, 갈산(3,4,5-트리히드록시벤조산) 등의 벤조산 유도체; 1,4-디히드록시-2-나프토에산, 3,5-디히드록시-2-나프토에산, 3,7-디히드록시-2-나프토에산 등의 나프토에산 유도체; 페놀프탈린; 및 디페놀산 등을 들 수 있다.
이들 플럭스 활성화합물은 단독으로 이용해도, 2종 이상을 조합해 이용해도 된다.
상기 플럭스 활성을 가지는 화합물의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 플럭스 활성을 향상시키는 관점에서는, 상기 수지 조성물 전체의 1중량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 특히 5중량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 열경화 수지와 미반응 플럭스 활성 화합물이 잔류하고 있으면, 마이그레이션(migration)의 원인이 된다. 따라서, 열경화성 수지와 반응하지 않는 플럭스 활성 화합물이 남지 않도록 하기 위해서는, 플럭스 활성 화합물의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 상기 수지 조성물 전체의 30중량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 특히 25중량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 범위 내이면, 구리박 표면의 산화막을 환원해 강도가 큰 양호한 접합을 얻을 수 있다.
상기 수지 조성물은 특별히 한정되지 않지만, 상기 열경화성 수지의 경화제를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 경화제로는, 예를 들면 페놀류, 아민류, 티올류를 들 수 있다. 열경화성 수지로서 에폭시 수지가 이용되는 경우, 이 에폭시 수지와의 양호한 반응성, 경화시에서의 치수 변화 및 경화 후의 적절한 물성(예를 들면, 내열성, 내습성 등)이 얻어진다는 점에서 페놀류가 매우 적합하게 이용된다. 산무수물을 포함하지 않는 수지 조성물은 흡습하기 어려워 접착제층의 점도 상승을 막을 수 있다. 따라서, 양호하게 납땜 접속시킬 수 있기 때문에 바람직하다.
상기 페놀류로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 접착제층의 경화 후의 물성을 생각했을 경우, 2 관능 이상이 바람직하다. 예를 들면, 비스페놀 A, 테트라메틸 비스페놀 A, 디알릴 비스페놀 A, 비페놀, 비스페놀 F, 디알릴 비스페놀 F, 트리스페놀, 테트라키스 페놀, 페놀 노볼락류, 크레졸 노볼락류 등을 들 수 있지만, 용융 점도, 에폭시 수지와의 반응성 및 경화 후의 물성을 생각했을 경우, 페놀 노볼락류 및 크레졸 노볼락류를 매우 적합하게 이용할 수 있다.
상기 경화제로서 페놀 노볼락류가 이용되는 경우, 그 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 수지를 확실히 경화시키는 관점에서는 상기 수지 조성물 전체의 5중량% 이상이 바람직하고, 특히 10중량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 에폭시 수지와 미반응 페놀 노볼락류가 잔류하고 있으면, 마이그레이션의 원인이 된다. 따라서, 잔사(殘渣)로서 남지 않게 하기 위해서는 상기 수지 조성물 전체의 30중량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 특히 25중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
열경화성 수지가 에폭시 수지인 경우, 페놀 노볼락 수지의 함유량은 에폭시 수지에 대한 당량비로 규정해도 된다. 구체적으로는 에폭시 수지에 대한 페놀 노볼락류의 당량비는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0.5 이상, 1.2 이하가 바람직하고, 특히 0.6 이상, 1.1 이하가 바람직하며, 0.7 이상 0.98 이하가 가장 바람직하다. 에폭시 수지에 대한 페놀 노볼락 수지의 당량비를 상기 하한값 이상으로 함으로써, 경화 후의 내열성, 내습성을 확보할 수 있고, 이 당량비를 상기 상한값 이하로 함으로써, 경화 후 에폭시 수지와 미반응된 잔류 페놀 노볼락 수지의 양을 저감할 수 있어 내(耐)마이그레이션성이 양호해진다.
다른 경화제로는, 예를 들어 융점이 150℃ 이상인 이미다졸 화합물을 사용할 수 있다. 이미다졸 화합물의 융점이 너무 낮으면, 납땜 가루가 전극 표면으로 이동하기 전에 접착제의 수지가 경화해 버려 접속이 불안정하게 되거나 접착제의 보존성이 저하하거나 하는 경우가 있다. 그 때문에, 이미다졸의 융점은 150℃ 이상이 바람직하다. 융점이 150℃ 이상인 이미다졸 화합물로서, 예를 들면 2-페닐히드록시이미다졸, 2-페닐-4-메틸히드록시이미다졸 등을 들 수 있다. 또한, 이미다졸 화합물의 융점의 상한에 특별히 제한은 없고, 예를 들어 접착제의 접착 온도에 따라 적절히 설정할 수 있다.
상기 경화제로서 이미다졸 화합물이 사용되는 경우, 그 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 상기 수지 조성물 전체의 5 × 10-3중량% 이상, 10중량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 특히 1 × 10-2중량% 이상, 5중량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 이미다졸 화합물의 함유량을 상기 하한값 이상으로 함으로써, 열경화성 수지의 경화 촉매로서의 기능을 더욱 효과적으로 발휘시켜 접착제의 경화성을 향상시킬 수 있다. 또, 이미다졸 화합물의 함유량을 상기 상한값 이하로 함으로써, 납땜이 용융하는 온도에서 수지의 용융 점도가 너무 높지 않아 양호한 납땜 접합 구조가 얻어진다. 또, 접착제의 보존성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이들 경화제는 단독으로 이용해도 되고, 2 종류 이상을 조합해 이용해도 된다.
상기 수지 조성물은 특별히 한정되지 않지만, 제막성 수지를 포함하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 필름에 대한 제막성을 향상시킬 수 있다.
상기 제막성 수지로는, 예를 들면 페녹시 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리이미드 수지, 실록산 변성 폴리이미드 수지, 폴리부타디엔, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌-부티렌-스티렌 공중합체, 폴리아세탈 수지, 폴리비닐부티랄 수지, 폴리비닐아세탈 수지, 부틸 고무, 클로로프렌 고무, 폴리아미드 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-아크릴산 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, 폴리아세트산비닐, 나일론, 아크릴 고무 등을 이용할 수 있다. 이것들은 단독으로 이용해도, 2종 이상을 조합해 이용해도 된다.
상기 제막성 수지로서 페녹시 수지가 이용되는 경우, 그 수평균 분자량은 특별히 한정되지 않지만, 5,000~15,000인 페녹시 수지가 바람직하다. 이와 같은 페녹시 수지를 이용함으로써, 경화 전 접착제의 유동성을 억제해 층간 두께를 균일하게 할 수 있다. 페녹시 수지의 골격은 비스페놀 A 타입, 비스페놀 F 타입, 비페닐 골격 타입 등을 들 수 있지만, 이것들로 한정되지 않는다. 바람직하게는, 포화 흡수율이 1% 이하인 페녹시 수지가 접합시나 납땜 실장시의 고온 하에 있어서도 발포나 박리 등의 발생을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
또, 상기 제막성 수지로서 접착성이나 다른 수지와의 상용성을 향상시킬 목적으로, 니트릴기, 에폭시기, 수산기, 카르복실기 등의 관능기를 가지는 것을 이용해도 되고, 이와 같은 수지로서 예를 들면 관능기를 가지는 아크릴 고무를 이용할 수 있다.
상기 제막성 수지로서 (관능기를 가지는) 아크릴 고무가 이용되는 경우, 필름 모양의 접착제를 제작할 때의 성막 안정성을 향상시킬 수 있다. 또, 접착제의 탄성률을 저하시켜 피접착물과 접착제간의 잔류 응력을 저감시킬 수 있기 때문에, 피접착물에 대한 밀착성을 향상시킬 수 있다.
상기 제막성 수지의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 상기 수지 조성물 전체의 5중량% 이상, 45중량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 제막성 수지가 상기 범위 내에서 배합되는 경우, 성막성 저하가 억제되는 동시에, 접착제 경화 후의 탄성률 증가가 억제되기 때문에 피접착물과의 밀착성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또, 상기 범위 내로 함으로써, 접착제의 용융 점도의 증가가 억제된다.
또, 상기 수지 조성물은 특별히 한정되지 않지만, 실란 커플링제를 포함하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 접착제의 피접착물에 대한 밀착성을 더욱 높일 수 있다. 상기 실란 커플링제로는, 예를 들면 에폭시실란 커플링제, 방향족 함유 아미노실란 커플링제 등을 들 수 있다. 이것들은 단독으로 이용해도, 2종 이상을 조합해 이용해도 된다.
실란 커플링제의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 상기 수지 조성물 전체의 1 × 10-2~5중량%가 바람직하고, 특히 0.1~1중량%가 바람직하다. 함유량이 상기 범위 내이면, 밀착성을 향상시키는 효과가 특히 뛰어나다.
상기 수지 조성물은 상기 이외의 성분을 포함하고 있어도 된다. 예를 들어, 수지의 상용성, 안정성, 작업성 등의 각종 특성 향상을 위해, 각종 첨가제를 적절히 첨가해도 된다.
이와 같은 수지 조성물을 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소계 용제, 아세트산에틸, 아세트산부틸 등의 에스테르계 유기용제, 아세톤, 메틸에틸케톤 등의 케톤계 유기용제에 용해하고, 얻어진 바니시를 폴리에스테르 시트에 도포하고, 상기 용제가 휘발하는 온도에서 건조시켜 접착제 시트를 제작함으로써, 폴리에스테르 시트에 형성된 접착제층(3)을 얻는다.
다음에, 제 1 기판(1)의 납땜 범프(13)가 설치되어 있는 쪽에 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)을 라미네이트하고 폴리에스테르 시트를 박리함으로써, 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)을 얻을 수 있다(S101, 도 3).
다음에, 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2) 중 적어도 한쪽을 가열·가압하고, 납땜 범프(13)의 높이 D[㎛]와 돌기 전극(23)의 높이 E[㎛]의 합이 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)의 두께 C[㎛]와 거의 동일하게 되도록 납땜 범프(13) 및 돌기 전극(23)을 압축 변형한다(S103, 도 5).
여기에서, 압축 변형 전 납땜 범프(13)의 높이 A[㎛], 돌기 전극(23)의 높이 B[㎛] 및 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)의 두께 C[㎛]는 압축 변형 전은 A + B > C 의 관계를 가지고 있었지만(도 3), 이것을 상술했던 대로 가열·가압함으로써 납땜 범프(13) 및 돌기 전극(23)을 변형시키고 그에 의해 압축 변형 후 납땜 범프(13)의 높이 D[㎛]와 압축 변형 후 돌기 전극(23)의 높이 E[㎛]의 합이 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)의 두께 C[㎛]와 거의 동일하게 되도록 한다(도 5). 이것에 의해, 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23) 사이에 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)이 끼여 잔존해 버리는 현상(수지 씹음, resin clogging)을 방지할 수 있다. 이 수지 씹음을 방지할 수 있는 이유는 전술했던 대로 납땜 범프(13)의 선단부(131)를 덮는 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)을 배제하도록 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23)이 변형하기 때문이다.
이 압축 변형 후 납땜 범프(13)의 높이 D 와 압축 변형 후 돌기 전극(23)의 높이 E의 합을 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)의 두께 C와 거의 동일하게 되도록 변형시키는 상기 가열·가압은 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)을 구성하는 수지 조성물 중 열경화성 수지의 경화 반응이 실질적으로 진행하지 않는 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 접착제층(3) 중 경화성 수지의 유리 전이 온도보다 낮은 온도로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 납땜 범프(13)의 선단부를 덮는 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)의 배제가 용이하게 된다.
보다 구체적인 가열 조건은 특별히 한정되지 않지만, 80~150℃ × 5초간~5분간이 바람직하고, 특히 90~120℃ × 30초간~2분간이 바람직하다. 또, 가압 조건도 특별히 한정되지 않지만, 0.4~1.0[MPa]가 바람직하고, 특히 0.6~0.9[MPa]가 바람직하다. 가열·가압 조건이 상기 범위 내이면, 특히 납땜 범프 근방에 생기는 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)의 충전 불량에 의한 보이드 발생을 저감하는 효과가 뛰어나다. 또한 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)을 납땜 범프(13) 및 돌기 전극(23)의 사이로부터 배제하는 효과가 뛰어나 후술하는 납땜 접합 공정에서 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23)을 수지 씹음 하는 일 없이 접합하는 것이 용이해진다.
다음에, 납땜을 용융해 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23)을 접속하는 납땜 접속 공정을 가진다. 이것에 의해, 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23)을 납땜 접속한다(S104, 도 6).
구체적으로는, 납땜의 종류에도 따르지만, 예를 들면 Sn-Ag의 경우 220∼260℃ × 30~120초간 가열해 납땜 접속하는 것이 바람직하고, 특히 230~240℃ × 60~100초간 가열하는 것이 바람직하다.
또, 이 가열은 납땜 범프(13), 돌기 전극(23)이 융해한 후에 접착제층(3)을 구성하는 열경화성 수지가 경화하도록 가열하는 것이 바람직하다. 즉, 가열에 의한 접착제층(3)을 구성하는 열경화성 수지가 경화하기 전에 납땜 범프의 납땜이 융해하고 있는 것이 바람직하다. 열경화성 수지가 납땜의 융해 전에 경화해 버리면 납땜 접속부의 형상이 열경화성 수지의 경화에 의해 고정되어 버려, 바람직한 형상을 얻을 수 없는 경우가 있기 때문이다.
이것과는 대조적으로, 상술한 바와 같이 납땜 범프(13), 돌기 전극(23)이 융해한 후에 접착제층(3)을 구성하는 열경화성 수지가 경화하도록 가열하면, 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23)을 압착해 변형시켰을 때에 각각의 납땜 범프의 선단부 뿐만 아니라, 주변부(단부(端部))도 납땜이 용융해서 안정된 접속부 형상을 얻을 수 있다.
플럭스 기능을 가지는 접착제(3)를 상온(25℃)으로부터 10℃/분의 승온 속도로 용융 상태까지 승온했을 때에, 초기에는 용융 점도가 감소하고, 최저 용융 점도에 도달한 후 더욱 상승하는 바와 같은 특성을 가지는 경우의 상기 최저 용융 점도는, 특별히 한정되지 않지만, 10~10,000Pa·s가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100~5,000Pa·s, 특히 1,000~2,000Pa·s가 바람직하다. 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)의 최저 용융 점도가 상기 범위 내이면, 특히 전자 부품의 흡습이나 전자 부품 자체로부터 발생하는 기체 성분에 의해서 열처리 중에 접착제층에 생성하는 보이드의 저감 및 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23) 간의 접착제층을 배제하는 효과가 뛰어나다. 최저 용융 점도가 상기 하한값 미만이면, 수지의 흐름에 의해 납땜 범프가 단자간 이외의 장소의 수지 중에 비산해 버리는 경우가 있다. 상기 상한값를 넘으면, 납땜 범프끼리가 일체화하지 않고 납땜 범프가 압접한 채로의 형상이 유지되어 버리는 경우가 있다.
다음에, 가열해 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)을 경화시키는 경화 공정을 가진다(S105). 이것에 의해, 접착제층(3)은 적절한 물성(예를 들면, 내열성, 내습성 등)을 확보할 수 있다. 상기 경화 공정은 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)을 구성하는 열경화성 수지가 경화하는 온도이면 특별히 한정되지 않지만, 구체적으로는 160~200℃가 바람직하고, 특히 170~190℃가 바람직하다.
상술한 바와 같은 방법에 의해, 제 1 기판(1)의 납땜 범프(13)와 제 2 기판(2)의 돌기 전극(23)을 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)을 통해 납땜 접속부(5)를 형성할 수 있다. 이와 같은 방법을 이용함으로써, 종래에 납땜 접합부에는 모세관 현상을 이용한 언더필재를 충전해 접합부를 보강하여 접합 부분을 형성하고 있었지만, 접속 신뢰성이 뛰어난 납땜 접합 형상의 형성과 수지에 의한 납땜 접합 부분의 보강을 동시에 실시할 수 있기 때문에, 대폭적인 공정 단축이 가능해진다. 또한, 한층마다 형성하고 있던 다층 기판의 절연층을 일괄해 적층해, 도체부를 일괄해 형성하는 것이 가능해진다.
계속해서, 본 실시 형태의 작용 효과에 대하여 설명한다. 이 방법에 의하면, 접착제층(3)을 개재시켜 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23)을 접촉시킨 후, 추가로 압착 변형시킴으로써, 양자 볼록한 모양의 형태를 이용하여 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23)의 접속부로부터 효율적으로 접착제층(3)을 배제할 수 있다. 또, 압축 변형 전 납땜 범프(13)의 높이를 A[㎛]로 하고, 압축 변형 전 돌기 전극(23)의 높이를 B[㎛]로 하며, 접착제층(3)의 두께를 C[㎛]로 했을 때, A + B > C 를 만족하도록 접착제층(3)을 형성하고, 압축 변형 후 납땜 범프(13)의 높이를 D[㎛]로 하고, 압축 변형 후의 돌기 전극(23)의 높이를 E[㎛]로 했을 때, D + E 가 C 와 거의 동일하게 되도록 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23)을 압축 변형시킨다. 이것에 의해, 돌기 전극(23)과 납땜 범프(13)의 상기 접속부에 있어서, 접착제층(3)을 남기지 않고 배제할 수 있다. 따라서, 납땜 접속부에 있어서, 양호한 전기 접속을 얻을 수 있다. 또한, 플럭스 기능을 가지는 접착제층(3)을 이용함으로써, 납땜 범프(13)의 납땜이 용융했을 때에 납땜이 돌기 전극에 젖음 확산되어 접합 형상을 보다 안정시킬 수 있다.
종래, 플럭스를 혼합한 언더필재는 주제에 액상 에폭시, 경화제로서 무수 프탈산계 산무수물이 널리 이용되고 있었다. 그 이유는, 경화제의 산무수물 자체에 플럭스 작용이 있고, 또한 필요에 따라 산무수물을 에폭시와의 당량 이상으로 과잉으로 첨가함으로써 플럭스성을 강화할 수 있기 때문이다.
한편, 본 실시 형태의 방법에 있어서, 경화제로서 산무수물이 아니라 페놀 수지를 이용했는데, 신뢰성이 더욱 향상했다. 이것은 무수 프탈산계와 같은 산무수물은 흡습성이 높고, 사용 전 및 사용 중 흡습에 의해 점도 상승을 일으키기 쉽기 때문인 것을 알 수 있었다. 따라서, 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23)을 압착 변형시키는 공정(S103)에서의 접착제층(3)의 점도를 제어함으로써, 납땜 범프(13) 및 돌기 전극(23)을 납작하게 누름으로써 접착제층(3)이 보다 배제되기 쉬워지는 것이 생각되었다.
즉, 본 실시 형태에서는 25℃로부터 10℃/분의 승온 속도로 용융할 때까지 승온할 때 온도 상승과 함께 점도가 저하하고, 최저 용융 점도에 도달한 후 온도 상승과 함께 점도가 상승한다고 하는 특성을 가지는 접착제층(3)을 이용해 이 최저 용융 점도를 10~10,000Pa·s로 한다. 이렇게 함으로써, 납땜 범프(13) 및 돌기 전극(23)을 압착 변형시키는 공정에 있어서, 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23) 사이에 개재하고 있는 접착제층(3)을 효과적으로 배제할 수 있다. 따라서, 납땜 접속시에 접착제층(3)이 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23) 사이에 끼는 수지 씹음을 효과적으로 방지해, 납땜 범프(13)와 돌기 전극(23) 사이에 양호한 전기 접속을 얻을 수 있다.
본 실시 형태의 전자 부품에는, 예를 들면 납땜 범프를 가지는 유기 기판, 납땜 범프를 가지는 세라믹스 기판, 납땜 범프를 가지는 반도체 소자 등을 들 수 있다.
본 실시 형태의 납땜 접합 방법을 이용해 전자기기의 납땜 접합부를 형성할 수 있다. 이와 같은 전자기기로는, 예를 들면 상술한 것 같은 전자 부품 등이 전기적으로 접속되어서 이루어지는 반도체 장치 등을 들 수 있다.
이상, 도면을 참조해 본 발명의 실시 형태에 대해 말했지만, 이것들은 본 발명의 예시이며, 상기 이외의 여러가지 구성을 채용할 수도 있다. 예를 들어, 실시 형태에서는, 제 1 전자 부품(1)에 설치된 납땜 범프(13)의 형성면과 동일한 면에 접착제층(3)을 형성하는 방법을 예로 들어 설명했다. 그렇지만, 제 2 전자 부품(2)에 설치된 돌기 전극(23)의 형성면과 동일한 면에 접착제층(3)을 형성해도 된다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 근거해 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.
( 실시예 1~6 및 비교예 1)
(접착 테이프의 제조)
표 1에 나타내는 각 성분을 메틸에틸케톤에 용해해 수지 바니시를 얻었다. 이 수지 바니시를 폴리에스테르 시트에 도포하고, 80℃에서 3분간 건조시키고, 그 다음에 120℃에서 3분간 건조시켜 두께 C㎛의 플럭스 기능을 가지는 접착제층(접착 테이프)을 얻었다. 또한, 표 중의 배합량은 배합 성분의 합계량에 대한 중량%이다.
(전자 부품의 제조)
·제 1 기판(1)(납땜 범프(13)를 가지는 제 1 전자 부품(1)) 및 제 2 기판(2)(돌기 전극으로서 납땜 범프(23)를 가지는 제 2 전자 부품(2))의 제작
도 2에 나타내는 제 1 전자 부품(1) 및 제 2 전자 부품(2)을 이하와 같이 제작했다. 12㎛의 구리박이 붙은 양면 구리 부착 적층판(스미토모 베이클리트사제 ELC-4785GS)을 에칭하여 구리 회로 패턴을 형성한 후, 구리 회로 패턴을 조화(粗化) 처리하여 솔더 레지스트(타이요잉크 제조사제 PSR-AUS703)(14a,14b,24a,24b)를 양면에 구리 회로 위 15㎛의 두께로 인쇄 형성하고, 노광·현상하여 200㎛의 개구부를 형성한 후, 상기 개구부의 구리 회로 패턴 상에 무전해 니켈층을 두께 3㎛, 무전해 금 도금층을 두께 0.03㎛로 형성하고, 또한 원하는 높이가 되도록 납땜(Sn/3.5Ag) 페이스트를 인쇄 형성하고, 리플로우에 의해 납땜 페이스트 용융시켜 솔더 레지스트(14a)로부터 높이가 A㎛인 납땜 범프(13)가 형성된 제 1 기판(1)(납땜 범프 부착 기판) 및 솔더 레지스트(24a)로부터 높이가 B㎛인 납땜 범프(돌기 전극)(23)이 형성된 제 2 기판(2)(납땜 범프 부착 기판)을 얻었다. 또한, 납땜 범프(13,23)의 용융 온도는 221℃였다.
·다층 회로 기판(전자 부품)의 제작
제 1 기판(1)의 납땜 범프(13)가 형성된 면에 두께 30㎛의 플럭스 기능 부착 접착제층(3)을 진공 프레스(메이키 제작소제 MVLP-500)에 의해, 120℃, 0.8MPa, 30초간으로 첩착해 폴리에스테르 필름을 박리했다. 다음에, 제 1 기판(1)의 납땜 범프(13)와 제 2 기판(2)의 납땜 범프(23)가 대향하도록 위치 맞춤하고, 진공 프레스에 의해 납땜 범프(13,23)을 접촉시킨 상태에서 납땜 범프(13,23)를 120℃, 0.8MPa, 30초간 가열 및 가압하여 압축 변형시켰다. 그 다음에, 평판 프레스(시스템개발제 MSA-2)에 의해 240℃, 0.3MPa, 120초간 프레스하여 납땜 범프(13,23)끼리를 접합했다. 또한, 접착제층(3)을 경화시키기 위해서 180℃, 60분간의 열이력을 가해 다층 회로 기판(전자 부품)을 얻었다.
각 실시예 및 비교예에서 얻어진 플럭스 기능 부착 접착제층(3)(플럭스 기능 부착 접착 필름) 및 전자 부품에 대해서, 이하의 평가를 실시했다. 평가 항목을 내용과 함께 나타낸다. 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다.
1. 용융 점도의 측정
얻어진 플럭스 기능 부착 접착층(접착 테이프)을 이용하여 용융 점도를 측정했다. 구체적으로는 두께 100㎛의 접착 테이프를 점탄성 측정 장치(쟈스코 인터내셔널사제)로 승온 속도 10℃/min, 주파수 1.0 Hz로 일그러짐 일정-응력 검지(constant strain-stress detection)로 측정해, 분위기 온도가 300℃까지 측정했을 때에 용융 점도가 초기에는 감소하고, 최저 용융 점도에 도달한 후, 새로이 상승했을 때의 상기 최저 용융 점도를 조사했다.
또한, 실시예 2의 접착 테이프에 대해서는, 제 1 기판(1)의 납땜 범프(13)와 제 2 기판(2)의 납땜 범프(23)가 대향하도록 위치 맞춤하기 전에, 프리큐어로서 100℃에서 60분간 열처리했다. 이것에 의해, 수지의 경화를 일부 촉진시켜 최저 용융 점도를 조정했다.
2. 접속성
얻어진 다층 회로 기판(전자 부품)의 층간 접속 저항을 디지털 멀티미터에 의해 20개소의 범프 접속부를 측정했다. 측정은 다층 회로 기판 제작 후와 -65℃에서 1시간, 150℃에서 1시간의 온도 사이클 1,000 사이클 후의 양쪽 모두를 측정했다. 평가는 n=20으로 실시했다. 각 부호는 이하와 같다.
◎: 모든 범프 접속부에서 도통이 취해진 다층 회로 기판이 20개였다.
○: 모든 범프 접속부에서 도통이 취해진 다층 회로 기판이 18개 또는 19개였다.
△: 모든 범프 접속부에서 도통이 취해진 다층 회로 기판이 16개 또는 17개였다.
×: 모든 범프 접속부에서 도통이 취해진 다층 회로 기판이 15개 이하였다.
3. 접합부 단면의 평가
얻어진 다층 회로 기판을 에폭시 수지 경화물로 포매하고 단면을 연마해 층간 접속 부분 10개소를 SEM(주사형 전자현미경)에 의해 관찰했다. 각 부호는 이하와 같다.
○: 10개소 모두 안정된 접속 형상이었다.
×: 납땜 범프끼리가 일체화하고 있지 않거나, 혹은 납땜이 수지 중에 흐른 형상의 범프가 1개소 이상 존재했다.
4. 가압에 의한 접착제층의 퍼짐량 측정
다층 회로 기판을 제작할 때에, 평판 프레스로의 압착 전후에 초음파 탐상기로의 투과법에 따르는 영상을 관찰해, 접착제층의 퍼짐을 면적의 증가율에 의해서 측정했다. 각 부호는 이하와 같다.
◎: 수지의 퍼짐량이 5.0% 이내였다.
○: 수지의 퍼짐량이 5.0%를 넘고 10.0% 이내였다.
△: 수지의 퍼짐량이 10.0%를 넘고 50.0% 이내였다.
×: 수지의 퍼짐량이 50%를 넘었다.
Figure pct00002
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예1~실시예 6은 접속성이 뛰어났다.
또, 실시예 1~6은 납땜의 접합부 단면 형상이 안정되어 있고 신뢰성이 뛰어난 것이 시사되었다.
또, 실시예 1 및 3~6은 수지의 퍼짐량이 적고, 전자 부품 등의 오염이 저감되는 것이 나타났다.
( 실시예 7)
상기 설명한 전자 부품의 제조 방법에 따라서, 솔더 레지스트로부터 높이가 40㎛인 납땜 범프가 형성된 제 1 기판(납땜 범프 부착 기판) 및 솔더 레지스트로부터 높이가 40㎛인 납땜 범프가 형성된 제 2 기판(납땜 범프 부착 기판)을 얻었다. 그 다음에, 상기 설명한 바와 같이, 실시예 1의 접착 테이프를 이용해 제 1 기판 및 제 2 기판의 납땜 범프를 서로 접합해 다층 회로 기판(전자 부품)을 제작했다. 얻어진 다층 회로 기판에 대해서, 상기 설명한 방법에 따라서 접속성, 접합부 단면 및 가압에 의한 접착제층의 퍼짐량에 대해 평가했다.
실시예 7에서는 압축 변형 전의 [납땜 범프의 높이의 합 A + B]-[필름 두께 C] = 50㎛였지만, 압축 변형 후의 [납땜 범프의 높이의 합 D + E] = 32㎛이며, 접속성, 납땜의 접합부 단면 형상 및 수지의 퍼짐량 중 어느 것에 대하여도 실시예 1의 결과와 동일한 결과가 얻어졌다. 또한, (D + E)/C의 값은 32/30 = 1.07, α = (D + E)/(A + B)의 값은 32/80 = 0.40으로 산출된다.
( 실시예 8)
상기 설명한 전자 부품의 제조 방법에 따라서, 솔더 레지스트로부터 높이가 18㎛인 납땜 범프가 형성된 제 1 기판(납땜 범프 부착 기판) 및 솔더 레지스트로부터 높이가 18㎛인 납땜 범프가 형성된 제 2 기판(납땜 범프 부착 기판)을 얻었다. 그 다음에, 상기 설명한 바와 같이, 비교예 1의 접착 테이프를 이용해 제 1 기판 및 제 2 기판의 납땜 범프를 서로 접합해 다층 회로 기판(전자 부품)을 제작했다. 얻어진 다층 회로 기판에 대해서, 상기 설명한 방법에 따라서 접속율, 접합부 단면 및 가압에 의한 접착제층의 퍼짐량에 대해 평가했다.
실시예 8에서는 압축 변형 전의 [납땜 범프의 높이의 합 A + B]-[필름 두께 C] = 6㎛, 압축 변형 후의 [납땜 범프의 높이의 합 D + E] = 28㎛였다. 실용상 문제는 없기는 하지만, 실시예 7의 결과에 비해 약간 접속성이 뒤떨어지는 결과가 얻어졌다. 또한, (D + E)/C의 값은 28/30 = 0.93, α = (D + E)/(A + B)의 값은 28/36 = 0.78으로 산출된다.
본 발명의 다른 태양을 이하에 나타낸다.
(1) 제 1 납땜 범프를 가지는 제 1 전자 부품과 돌기 전극을 가지는 제 2 전자 부품을 플럭스 기능을 가지는 접착제층을 통해 상기 제 1 납땜 범프와 상기 돌기 전극이 전기적으로 접속하는 납땜의 접속 방법으로서, 상기 제 1 전자 부품의 한쪽 면으로부터 제 1 납땜 범프의 높이를 A[㎛]로 하고, 상기 제 2 전자 부품의 한쪽 면으로부터 돌기 전극의 높이를 B[㎛]로 하며, 상기 플럭스 기능을 가지는 접착제층의 두께를 C[㎛]로 했을 때 A + B > C 이며, 상기 제 1 전자 부품에 상기 플럭스 기능을 가지는 접착제층을 배치하는 공정과, 상기 제 1 납땜 범프의 높이 A[㎛]와 상기 돌기 전극의 높이 B[㎛]의 합이 상기 플럭스 기능을 가지는 접착제층의 두께 C[㎛]와 거의 동일하게 되도록 상기 제 1 납땜 범프 및 상기 돌기 전극을 가열·가압하여 상기 제 1 납땜 범프 및 상기 돌기 전극을 변형시키는 동시에, 상기 제 1 납땜 범프와 상기 돌기 전극을 접촉시키는 접촉 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 납땜의 접속 방법.
(2) 추가로 상기 플럭스 기능을 가지는 접착제층을 경화시키는 경화 공정을 가지는 것인 상기 (1)에 기재된 납땜의 접속 방법.
(3) 상기 플럭스 기능을 가지는 접착제층이 열경화성 수지 및 플럭스 활성을 가지는 화합물을 포함하는 수지 조성물로 구성되어 있는 것인 상기 (1)에 기재된 납땜의 접속 방법.
(4) 상기 접촉 공정에서는 상기 납땜 범프가 융해한 후에 상기 열경화성 수지가 경화하도록 가열하는 것인 상기 (1)에 기재된 납땜의 접속 방법.
(5) 상기 플럭스 기능을 가지는 접착제를 상온으로부터 10℃/분의 승온 속도로 용융 상태까지 승온했을 때에 초기에는 용융 점도가 감소하고, 최저 용융 점도에 도달한 후 더욱 상승하는 특성을 가지며, 또한 상기 최저 용융 점도가 10~10,000Pa·s 이하인 상기 (4)에 기재된 납땜의 접속 방법.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 납땜의 접속 방법으로 접속된 납땜 접속부를 가지는 것을 특징으로 하는 전자기기.

Claims (18)

  1. 납땜 범프를 가지는 제 1 전자 부품과 돌기 전극을 가지는 제 2 전자 부품을 전기적으로 접속하는 납땜의 접속 방법으로서,
    상기 제 1 전자 부품에 설치된 상기 납땜 범프의 형성면 및 상기 제 2 전자 부품에 설치된 상기 돌기 전극의 형성면 중 어느 한쪽 면과 동일한 면에 접착제층을 형성하는 공정과,
    상기 납땜 범프와 상기 돌기 전극을 대향시켜 상기 제 1 전자 부품과 상기 제 2 전자 부품을 위치 맞춤하는 공정과,
    서로 대향하고 있는 상기 납땜 범프 및 상기 돌기 전극을 접촉시킨 상태에서 상기 납땜 범프 및 상기 돌기 전극을 가열 및 가압하여 압축 변형시키는 공정을 포함하고,
    압축 변형 전의 상기 납땜 범프의 높이를 A[㎛]로 하고, 압축 변형 전의 상기 돌기 전극의 높이를 B[㎛]로 하며, 상기 접착제층의 두께를 C[㎛]로 했을 때, 상기 접착제층을 형성하는 상기 공정에 있어서, A + B > C 를 만족하도록 상기 접착제층을 형성하며,
    압축 변형 후의 상기 납땜 범프의 높이를 D[㎛]로 하고, 압축 변형 후의 상기 돌기 전극의 높이를 E[㎛]로 했을 때, 상기 납땜 범프 및 상기 돌기 전극을 압축 변형시키는 상기 공정에 있어서, D + E 가 C 와 거의 동일하게 되도록 상기 납땜 범프와 상기 돌기 전극을 변형시키는 것을 특징으로 하는 납땜의 접속 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 납땜 범프 및 상기 돌기 전극을 압축 변형시키는 상기 공정에 있어서, 0.9 × C ≤ D + E ≤ 1.1 × C 를 만족하도록 상기 납땜 범프와 상기 돌기 전극을 변형시키는 납땜의 접속 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 납땜 범프 및 상기 돌기 전극을 압축 변형시키는 상기 공정 후에 상기 접착제층을 경화시키는 공정을 추가로 포함하는 납땜의 접속 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 접착제층은 열경화성 수지를 포함하는 수지 조성물이며,
    상기 제 1 전자 부품과 상기 제 2 전자 부품을 위치 맞춤하는 상기 공정 전에 상기 접착제층을 프리큐어(precure)하는 공정을 포함하는 납땜의 접속 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 접착제층은 열경화성 수지를 포함하는 수지 조성물이며,
    상기 납땜 범프 및 상기 돌기 전극을 압축 변형시키는 상기 공정 후에 상기 납땜 범프와 상기 돌기 전극을 용융해 접합하는 공정과,
    상기 납땜 범프와 상기 돌기 전극을 접합하는 상기 공정 후에 상기 접착제층을 포스트큐어(post cure)하는 공정을 포함하는 납땜의 접속 방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 납땜 범프 및 상기 돌기 전극을 압축 변형시키는 상기 공정에 있어서, 상기 납땜 범프 및 상기 돌기 전극을 상기 납땜 범프의 용융 온도 미만에서 가열하는 납땜의 접속 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    주파수 1.0Hz로 측정했을 때의 상기 접착제층의 점도는 25℃로부터 10℃/분의 승온 속도로 용융할 때까지 승온할 때 온도 상승과 함께 저하하고, 최저 용융 점도에 도달한 후 온도 상승과 함께 상승하며, 상기 최저 용융 점도가 10~10,000Pa·s인 납땜의 접속 방법.
  8. 청구항 2에 있어서,
    주파수 1.0Hz로 측정했을 때의 상기 접착제층의 점도는 25℃로부터 10℃/분의 승온 속도로 용융할 때까지 승온할 때 온도 상승과 함께 저하하고, 최저 용융 점도에 도달한 후 온도 상승과 함께 상승하며, 상기 최저 용융 점도가 10~10,000Pa·s인 납땜의 접속 방법.
  9. 청구항 5에 있어서,
    주파수 1.0Hz로 측정했을 때의 상기 접착제층의 점도는 25℃로부터 10℃/분의 승온 속도로 용융할 때까지 승온할 때 온도 상승과 함께 저하하고, 최저 용융 점도에 도달한 후 온도 상승과 함께 상승하며, 상기 최저 용융 점도가 10~10,000Pa·s인 납땜의 접속 방법.
  10. 청구항 2에 있어서,
    α = (D + E)/(A + B) 로 했을 때, α가 0.3~0.9인 납땜의 접속 방법.
  11. 청구항 2에 있어서,
    상기 접착제층이 열경화성 수지와 플럭스 활성을 가지는 화합물을 포함하는 수지 조성물로 구성되어 있는 납땜의 접속 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 수지 조성물이 경화제를 추가로 포함하고, 실질적으로 산무수물을 포함하지 않는 납땜의 접속 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 열경화성 수지가 에폭시 수지이고,
    상기 플럭스 활성을 가지는 화합물이 지방족 카르복시산 또는 방향족 카르복시산이며,
    상기 경화제가 페놀 수지인 납땜의 접속 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 지방족 카르복시산이 아디프산이고,
    상기 방향족 카르복시산이 3,5-디히드록시-2-나프토에산인 납땜의 접속 방법.
  15. 청구항 5에 있어서,
    상기 접착제층이 플럭스 활성을 가지는 화합물과 경화제를 추가로 포함하고,
    상기 열경화성 수지가 에폭시 수지이며,
    상기 플럭스 활성을 가지는 화합물이 지방족 카르복시산 또는 방향족 카르복시산이고,
    상기 경화제가 페놀 수지인 납땜의 접속 방법.
  16. 청구항 6에 있어서,
    상기 접착제층이 열경화성 수지와 플럭스 활성을 가지는 화합물과 경화제를 포함하고,
    상기 열경화성 수지가 에폭시 수지이며,
    상기 플럭스 활성을 가지는 화합물이 지방족 카르복시산 또는 방향족 카르복시산이고,
    상기 경화제가 페놀 수지인 납땜의 접속 방법.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 기재된 납땜의 접속 방법으로 접속된 납땜 접속부를 가지는 전자기기.
  18. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 기재된 납땜의 접속 방법을 이용한 전자기기의 제조 방법.
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