KR20130118791A - 접합 시트, 전자 부품 및 그들의 제조 방법 - Google Patents

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KR20130118791A
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solder
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sheet
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히로후미 에베
요시히로 후루카와
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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

접합 시트는 땜납 입자, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산을 함유한다.

Description

접합 시트, 전자 부품 및 그들의 제조 방법{JOINING SHEET, ELECTRONIC COMPONENT, AND PRODUCING METHOD THEREOF}
본 발명은, 접합 시트, 전자 부품 및 그들의 제조 방법, 상세하게는, 접합 시트, 그것에 의하여 배선 회로 기판이 접합된 전자 부품, 및 그들의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 2개의 배선 회로 기판의 단자 사이의 접합에 있어서, 주석-비스무트계 등의 땜납으로 이루어지는 땜납 입자 및 카복실산 등의 활성제를 함유하는 땜납 페이스트를 이용하는 것이 알려져 있다. 주석-비스무트계 땜납 입자는, 낮은 온도에서 용융 가능하지만, 그것이 가열되어 용융되는 것에 의해 형성되는 땜납 접합부는 저충격성이며, 접합 신뢰성이 낮기 때문에, 이를 개량하기 위해, 상기 땜납 페이스트에 에폭시계 수지 등의 열경화성 수지를 포함한 땜납 페이스트가 제안되어 있다(예컨대, 일본 특허공개 제2006-150413호 공보 참조).
일본 특허공개 제2006-150413호 공보(특허문헌 1)에서는, 땜납 페이스트를 단자의 표면에, 스크린 인쇄 등에 의해서 도포하고, 이어서, 다른 단자를 땜납 페이스트에 접촉시키고, 그 후, 가열한다. 이에 의해서, 땜납 입자가 활성제에 의해서 용이하게 용융되고, 이러한 땜납 입자로부터 형성되는 땜납 접합부와, 땜납 접합부의 주위에 형성되고, 열경화성 수지가 경화되어 땜납 접합부를 보강하는 수지층이 형성되어, 2개의 단자가 땜납 접합된다.
일본 특허공개 제2006-150413호 공보
최근, 전자 부품의 단자의 미세화가 진행되고 있기 때문에, 일본 특허공개 제2006-150413호 공보와 같이 땜납 페이스트를 이용하여 인쇄하는 경우에는, 인쇄의 미세 기술도 필요하게 되어, 공업적 부하가 높아진다고 하는 문제가 있기 때문에, 땜납 재료를 시트상(狀)으로 성형하는 것이 요망되고 있다.
그러나, 활성제와 열경화성 수지를 혼합하여, 시트상으로 성형하는 경우, 성형 시의 가열에 의해, 열경화성 수지와 활성제가 반응하여, 활성제가 실활(失活)하는 경우가 있다. 그 결과, 시트를 가열하여 땜납 접합할 때에, 땜납 입자의 용융이 불충분해져, 땜납 접합부를 형성할 수 없고, 얻어지는 전자 부품의 신뢰성이 저하된다고 하는 문제가 생긴다.
한편, 땜납 입자와 열경화성 수지에 활성제를 첨가하지 않는 경우에는, 그들을 시트상으로 성형하는 것은 가능하지만, 땜납 입자의 용융이 불충분해져, 역시, 땜납 접합부를 형성할 수 있지 않고, 얻어지는 전자 부품의 신뢰성이 저하된다고 하는 문제가 생긴다.
본 발명의 목적은, 땜납 용융이 양호하며, 간단히 땜납 접합이 가능한 접합 시트, 전자 부품 및 그들의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 접합 시트는, 땜납 입자, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산을 함유하는 접합 시트인 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 접합 시트에서는, 상기 블록화 카복실산이 바이닐에터와 카복실산의 반응물인 것이 적합하다.
또한, 본 발명의 접합 시트에서는, 상기 바이닐에터가 알킬바이닐에터이며, 상기 카복실산이 2작용 카복실산인 것이 적합하다.
또한, 본 발명의 접합 시트에서는, 상기 블록화 카복실산의 해리 온도가 150℃ 이상인 것이 적합하다.
또한, 본 발명의 접합 시트에서는, 상기 열경화성 수지와 상기 열가소성 수지의 부피비가 25:75 내지 75:25인 것이 적합하다.
또한, 본 발명의 접합 시트에서는, 상기 열경화성 수지가 에폭시 수지인 것이 적합하다.
또한, 본 발명의 접합 시트에서는, 상기 열가소성 수지가 아크릴 수지인 것이 적합하다.
또한, 본 발명의 접합 시트에서는, 상기 땜납 입자가 주석-비스무트 합금으로 이루어지는 것이 적합하다.
또한, 본 발명의 접합 시트는, 경화제를 추가로 함유하는 것이 적합하다.
또한, 본 발명의 접합 시트의 제조 방법은, 땜납 입자, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산을 혼합하여 혼합물을 조제하고, 상기 혼합물을, 상기 블록화 카복실산의 해리 온도 및 상기 땜납 입자의 융점 미만이며 상기 열가소성 수지의 연화 온도 이상의 온도로 가열하여, 시트상으로 성형하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 전자 부품의 제조 방법은, 대응하는 단자가 서로 간격을 두고 대향 배치되도록 배치된 2개의 배선 회로 기판의 사이에, 상기한 접합 시트가 배치된 적층체를 준비하는 공정과, 상기 적층체를 상기 블록화 카복실산의 해리 온도 및 상기 땜납 입자의 융점 중 어느 높은 온도 이상으로 가열하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 전자 부품은, 상기한 전자 부품의 제조 방법에 의해서 얻어지는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 접합 시트의 제조 방법에서는, 땜납 입자, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산을 혼합하여 혼합물을 조제하고, 혼합물을, 블록화 카복실산의 해리 온도 및 땜납 입자의 융점 미만이며 열가소성 수지의 연화 온도 이상의 온도로 가열하여, 시트상으로 성형한다. 즉, 블록화 카복실산 및 열가소성 수지의 병용에 의해, 성형 시에 가열하여도 카복실산과 열경화성 수지의 반응을 억제할 수 있는 한편, 가열에 의해 열가소성 수지를 가소화시켜 시트상으로 용이하게 성형할 수 있다.
그리고, 본 발명의 접합 시트에서는, 가열하여 땜납 접합하는 때는, 블록화 카복실산으로부터 카복실산이 해리되고, 그 카복실산이 땜납 입자에 대한 활성제로서 작용하여, 땜납 입자를 용융하기 쉽게 한다. 따라서, 땜납 재료로 이루어지는 땜납 접합부를 확실히 형성할 수 있다.
본 발명의 전자 부품의 제조 방법에서는, 2개의 배선 회로 기판의 사이에 상기한 접합 시트를 배치하여, 적층체를 준비하고, 그 후, 적층체를 블록화 카복실산의 해리 온도 및 땜납 입자의 융점 중 어느 높은 온도 이상으로 가열한다. 그 때문에, 고도한 인쇄 기술을 이용하지 않고서, 접합 시트에 의해서 2개의 배선 회로 기판을 간편히 접합할 수 있음과 함께, 양호한 땜납 용융이 가능해지고, 각 단자를 전기적으로 접속하는 땜납 접합부를 확실히 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전자 부품의 제조 방법의 일 실시 형태를 설명하는 공정도로서,
도 1a는 접합 시트 및 배선 회로 기판을 준비하는 공정,
도 1b는 접합 시트와 배선 회로 기판을 적층하는 공정,
도 1c는 접합 시트와 배선 회로 기판을 압착하는 공정,
도 1d는 접합 시트와 배선 회로 기판을 땜납 접합하는 공정을 나타낸다.
본 발명의 접합 시트는, 땜납 입자, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산을 함유하고, 구체적으로는, 땜납 입자, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산을 함유하는 땜납 조성물로부터 시트상으로 형성되어 있다.
땜납 입자를 형성하는 땜납 재료는, 예컨대, 환경 적정의 관점에서, 납을 함유하지 않는 땜납 재료(무연 땜납 재료)를 들 수 있고, 구체적으로는, 주석-비스무트 합금(Sn-Bi), 주석-은-구리 합금(Sn-Ag-Cu) 등의 주석 합금을 들 수 있다. 저온 접합의 관점에서, 바람직하게는 주석-비스무트 합금을 들 수 있다.
주석-비스무트 합금에서의 주석의 함유 비율은, 예컨대 10 내지 50질량%, 바람직하게는 25 내지 45질량%이며, 비스무트의 함유 비율은, 예컨대 50 내지 90질량%, 바람직하게는 55 내지 75질량%이다.
땜납 재료의 융점(즉, 땜납 입자의 융점)은, 예컨대 240℃ 이하이며, 바람직하게는 200℃ 이하이며, 또한, 예컨대 100℃ 이상이며, 바람직하게는 130℃ 이상이다. 융점은 시차 주사 열량 측정(DSC)에 의해 구해진다.
땜납 입자의 형상으로서는, 특별히 한정되지 않고, 예컨대 구 형상, 판 형상, 바늘 형상 등을 들 수 있고, 바람직하게는 구 형상을 들 수 있다.
땜납 입자의 최대 길이의 평균값(구 형상의 경우에는, 평균 입자 직경)는, 예컨대 10 내지 50㎛, 바람직하게는 20 내지 40㎛이다. 땜납 입자의 최대 길이의 평균값이 상기 범위 미만인 경우에는, 가열 용융 시에 땜납 입자끼리가 접촉하기 어렵고, 용융 잔류물이 존재하는 경우가 있다. 한편, 땜납 입자의 최대 길이의 평균값이 상기 범위를 초과하는 경우에는, 접합 시트의 박형화가 곤란해지는 경우가 있다.
최대 길이의 평균값은 레이저 회절 산란식 입도 분포계를 이용하여 측정된다.
땜납 입자의 표면은, 일반적으로, 땜납 재료의 산화물로 이루어지는 산화막으로 피복되어 있다. 그 산화막의 두께는, 예컨대 1 내지 20nm이다.
땜납 조성물에 대한 땜납 입자의 함유 비율은, 예컨대 40 내지 90부피%이며, 바람직하게는 50 내지 80부피%이다. 상기 범위 미만인 경우에는, 땜납 입자끼리 용융했을 때에 서로 접촉할 수 없어, 응집할 수 없는 경우가 있다. 한편, 상기 범위를 초과하는 경우에는, 땜납 입자의 접합 시트에 대한 충전이 곤란하며, 땜납 조성물을 시트상의 접합 시트로 가공하기 어려워지는 경우가 있다.
땜납 입자는, 단독 사용 또는 2종 이상을 병용할 수 있다.
땜납 조성물은, 후술하는 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 필요에 따라 함유되는 경화제로 이루어지는 수지 조성물을 함유한다.
땜납 조성물에 대한 수지 조성물의 함유 비율은, 예컨대 10 내지 60부피%이며, 바람직하게는 20 내지 50부피%이다.
열경화성 수지로서는, 예컨대 에폭시 수지, 유레아 수지, 멜라민 수지, 다이알릴프탈레이트 수지, 실리콘 수지, 페놀 수지, 열경화성 아크릴 수지, 열경화성 폴리에스터, 열경화성 폴리이미드, 열경화성 폴리우레탄 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 에폭시 수지, 열경화성 폴리우레탄을 들 수 있고, 특히 바람직하게는 에폭시 수지를 들 수 있다.
에폭시 수지로서는, 예컨대 비스페놀형 에폭시 수지(예컨대, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 수소 첨가 비스페놀 A형 에폭시 수지, 다이머산 변성 비스페놀형 에폭시 수지 등), 노볼락형 에폭시 수지(예컨대, 페놀노보락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 바이페닐형 에폭시 수지 등), 나프탈렌형 에폭시 수지, 플루오렌형 에폭시 수지(예컨대, 비스아릴플루오렌형 에폭시 수지 등), 트라이페닐메테인형 에폭시 수지(예컨대, 트리스하이드록시페닐메테인형 에폭시 수지 등) 등의 방향족계 에폭시 수지, 예컨대 트라이에폭시프로필아이소사이아누레이트(트라이글리시딜아이소사이아누레이트), 하이단토인에폭시 수지 등의 질소 함유 환 에폭시 수지, 예컨대 지방족계 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지(예컨대, 다이사이클로환형 에폭시 수지 등), 글리시딜에터형 에폭시 수지, 글리시딜아민형 에폭시 수지 등을 들 수 있다.
에폭시 수지로서, 바람직하게는 방향족계 에폭시 수지, 더욱 바람직하게는 비스페놀형 에폭시 수지, 특히 바람직하게는 비스페놀 F형 에폭시 수지를 들 수 있다.
에폭시 수지는 시판품을 이용할 수 있고, 구체적으로는, YSLV-80XY(비스페놀 F형 에폭시 수지, 신니치철화학사제) 등이 사용된다.
이들의 열경화성 수지는, 단독 사용 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
열경화성 수지가 경화되기 시작하는 경화 온도는, 예컨대 100 내지 200℃, 바람직하게는 150 내지 180℃이다. 경화 온도는 열 기계 분석 장치에 의해 측정할 수 있다.
수지 조성물에 대한 열경화성 수지의 함유 비율은, 예컨대 10 내지 50부피%이며, 바람직하게는 15 내지 45부피%이다.
열가소성 수지는, 열경화성 수지를 시트상으로 확실히 성형하기 위해서, 땜납 조성물에 배합되고, 구체적으로는, 예컨대 폴리올레핀(예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등), 아크릴 수지, 폴리에스터, 폴리아세트산바이닐, 에틸렌-아세트산바이닐 공중합체, 폴리염화바이닐, 폴리스타이렌, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리아마이드(나일론(등록상표)), 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리설폰, 폴리에터설폰, 폴리에터에터케톤, 폴리알릴설폰, 열가소성 폴리이미드, 열가소성 폴리우레탄, 폴리아미노비스말레이미드, 폴리아마이드이미드, 폴리에터이미드, 비스말레이미드트라이아진 수지, 폴리메틸펜텐, 불화수지, 액정 폴리머, 올레핀-바이닐알코올 공중합체, 아이오노머, 폴리알릴레이트, 아크릴로나이트릴-에틸렌-스타이렌 공중합체, 아크릴로나이트릴-뷰타다이엔-스타이렌 공중합체, 아크릴로나이트릴-스타이렌 공중합체, 뷰타다이엔-스타이렌 공중합체 등을 들 수 있다.
열가소성 수지로서, 바람직하게는 아크릴 수지, 폴리에스터 등을 들 수 있고, 더욱 바람직하게는 아크릴 수지를 들 수 있다.
아크릴 수지는, 아크릴계 폴리머로 이루어지고, 그와 같은 아크릴계 폴리머는, 예컨대 (메트)아크릴산메틸, (메트)아크릴산에틸, (메트)아크릴산프로필, (메트)아크릴산뷰틸, (메트)아크릴산헥실, (메트)아크릴산옥틸, (메트)아크릴산데실, (메트)아크릴산도데실 등의 탄소수 1 내지 12의 알킬 부분을 갖는 (메트)아크릴산알킬에스터를 주성분으로서 함유하는 모노머의 중합체이다. 모노머는 단독 사용 또는 병용할 수 있다.
아크릴계 폴리머로서, 시판품을 이용할 수 있고, 구체적으로는, LA 폴리머(쿠라레사제), SG-700AS(나가세켐텍스사제), UC-3510(토우아합성사제) 등을 들 수 있다.
열가소성 수지의 연화 온도는, 예컨대 80 내지 140℃이며, 바람직하게는 100 내지 130℃이다. 연화 온도는 열 기계 분석 장치에 의해 측정할 수 있다.
이들의 열가소성 수지는 단독 사용 또는 2종 이상 병용할 수 있다.
수지 조성물에 대한 열가소성 수지의 함유 비율은, 예컨대 20 내지 80부피%이며, 바람직하게는 30 내지 70부피%이다. 또한, 열경화성 수지와 열가소성 수지의 부피비는, 예컨대 25:75 내지 75:25이며, 바람직하게는 40:60 내지 60:40이다. 이 비율을 초과하는 경우에는, 열경화성 수지를 시트상으로 성형하기 어려워지는 경우가 있다. 한편, 이 비율 미만인 경우에는, 접합 신뢰성이 저하되는 경우가 있다.
블록화 카복실산은, 카복실산과 블록제의 반응물이며, 카복실산의 카복실기가 블록제에 의해서 보호된 화합물이며, 또한, 가열에 의해 다시 카복실산과 블록제로 해리되는 화합물이다.
카복실산으로서는, 예컨대 단작용 카복실산, 다작용 카복실산을 들 수 있다. 단작용 카복실산으로서는, 예컨대 아세트산, 프로피온산, 뷰티르산, 라우릴산 등의 직쇄상 또는 분기상의 포화 지방족 단작용 카복실산, 예컨대 아크릴산, 메타크릴산 등의 직쇄상 또는 분기상의 불포화 지방족 단작용 카복실산, 예컨대 벤조산, 2-페녹시벤조산 등의 방향족 단작용 카복실산 등을 들 수 있다.
다작용 카복실산으로서는, 예컨대 석신산, 아디프산, 세바산 등의 직쇄상 또는 분기상의 포화 지방족 2작용 카복실산, 예컨대 말레산, 푸마르산, 이타콘산 등의 직쇄상 또는 분기상의 불포화 지방족 2작용 카복실산, 예컨대 프탈산 등의 방향족 2작용 카복실산 등의 2작용 카복실산을 들 수 있다. 또한, 다작용 카복실산으로서, 예컨대 트라이멜리트산, 피로멜리트산 등의 3작용 이상의 카복실산 등도 들 수 있다.
또한, 카복실산으로서, 예컨대 폴리올과 산무수물 또는 2작용 이상의 카복실산을 반응시켜 얻어지는 카복실산, 폴리아이소사이아네이트와 하이드록시카복실산 또는 아미노산을 반응시켜 얻어지는 카복실산, 불포화 카복실산을 단독 중합 또는 공중합하여 얻어지는 카복실산 등도 들 수 있다.
카복실산으로서는, 바람직하게는 다작용 카복실산을 들 수 있고, 보다 바람직하게는 2작용 카복실산을 들 수 있고, 특히 바람직하게는 포화 지방족 2작용 카복실산을 들 수 있다.
블록제로서는, 예컨대 바이닐에터, 바이닐싸이오에터 등의 에터를 들 수 있다.
바이닐에터로서는, 예컨대 에틸바이닐에터, n-프로필바이닐에터, 아이소프로필바이닐에터, n-뷰틸바이닐에터, 아이소뷰틸바이닐에터, t-뷰틸바이닐에터, 2-에틸헥실바이닐에터 등의 알킬바이닐에터, 예컨대 다이하이드로퓨란, 피란 등의 환상 바이닐에터 등을 들 수 있다.
바이닐싸이오에터로서는, 예컨대 에틸(바이닐싸이오메틸)에터를 들 수 있다.
블록제로서는, 바람직하게는 바이닐에터, 보다 바람직하게는 알킬바이닐에터를 들 수 있다.
블록화 카복실산으로서는, 상기한 블록제와 상기한 카복실산 중 어느 조합의 반응물이어도 좋고, 바람직하게는 바이닐에터와 카복실산의 반응물(헤미아세탈에스터)이며, 보다 바람직하게는 알킬바이닐에터와 2작용 카복실산의 반응물이다.
블록화 카복실산으로서는, 시판품을 이용할 수 있고, 구체적으로는, 산타시드 H, 산타시드 I(모두 니치유사제) 등을 들 수 있다. 또한, 시판 중인 카복실산과 시판 중인 블록제를 공지된 방법에 의해 반응시킴으로써 제조하여도 좋다.
블록화 카복실산의 해리 온도, 즉, 가열에 의해, 카복실산과 블록제로 해리(분해)되는 온도는, 예컨대 125℃ 이상이며, 바람직하게는 150℃ 이상이며, 예컨대 200℃ 이하이다. 블록화 카복실산의 해리 온도는, 열가소성 수지의 연화 온도보다도 높고, 그 온도 차이는, 예컨대 10 내지 50℃, 바람직하게는 25 내지 35℃이다.
블록화 카복실산은, 활성제인 카복실산의 카복실기가 바이닐에터 등의 블록제에 의해 보호되어 있기 때문에, 땜납 접합 전의 상온, 공정 중의 열이력, 시트화에의 가열 성형 등에서, 카복실산의 카복실기에 근거한 활성화능이 잠재화되어, 에폭시기를 갖는 에폭시 수지 등의 열경화성 수지에 대하여 불활성이다. 한편, 땜납 접합 시의 가열에서는, 블록제가 해리되어 카복실산이 발생되어, 활성화된다. 예컨대, 2작용 카복실산과 알킬바이닐에터의 반응물의 경우는, 하기와 같은 반응식이다.
반응식
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(R1은, 2가의 포화 또는 불포화의 지방족기 또는 2가의 방향족기를 나타내고, R2는 알킬기를 나타낸다.)
이 때문에, 땜납 입자의 표면의 산화막을 제거하여, 땜납 입자를 땜납 재료의 융점의 온도에서 용융시킬 수 있다. 이에 의해, 땜납 접합 시 이외의 블록화 카복실산과 에폭시 수지의 반응에 의한 활성의 실활을 억제하면서, 땜납 용융을 양호하게 할 수 있다.
블록화 카복실산의 함유 비율은, 땜납 입자 100질량부에 대하여, 예컨대 0.05 내지 5질량부, 바람직하게는 0.1 내지 1질량부이다.
땜납 조성물은, 바람직하게는 경화제를 함유한다.
경화제는, 열경화성 수지의 종류 등에 따라 적절히 결정되지만, 예컨대 페놀 수지, 아민류, 싸이올류 등을 들 수 있고, 바람직하게는 페놀 수지를 들 수 있다.
페놀 수지는, 페놀과 포름알데하이드를 산성 촉매 하에서 축합시켜 얻어지는 노볼락형(型) 페놀 수지, 예컨대 페놀과 다이메톡시파라자일렌 또는 비스(메톡시메틸)바이페닐로부터 합성되는 페놀·아르알킬 수지 등을 들 수 있다.
바람직하게는, 페놀·아르알킬 수지를 들 수 있다. 페놀·아르알킬 수지는, 시판품을 이용할 수 있고, 구체적으로는, MEH-7851SS, MEHC-7800H(이상, 메이와화성사제) 등이 사용된다.
수지 조성물에 대한 경화제의 함유 비율은, 예컨대 10 내지 50부피%이며, 바람직하게는 15 내지 45부피%이다.
땜납 조성물은, 추가로, 경화 촉진제를 함유할 수 있다.
경화 촉진제로서는, 예컨대 이미다졸 화합물, 이미다졸린 화합물, 유기 포스핀 화합물, 산 무수물 화합물, 아마이드 화합물, 하이드라다이드 화합물, 우레아 화합물 등을 들 수 있다.
경화 촉진제의 함유 비율은, 열경화성 수지 100질량부에 대하여, 예컨대 0.5 내지 20질량부, 바람직하게는 1 내지 10질량부이다.
땜납 조성물은, 필요에 따라, 상기 성분 이외에, 예컨대, 땜납 입자와 열가소성 수지의 밀착 강도를 향상시키는 관점에서, 실레인 커플링제 등의 첨가제를 적절한 비율로 함유할 수 있다.
그리고, 접합 시트를 얻기 위해서는, 예컨대, 우선, 상기한 땜납 입자, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산을 함유하는 땜납 조성물을 조제한다. 예컨대, 상기한 땜납 입자, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산(및, 필요에 따라 함유되는 경화제, 경화 촉진제, 첨가제)을, 예컨대 혼련기 등에 의해서 혼련하여, 땜납 조성물을 혼련물(혼합물)로서 조제한다. 보다 구체적으로는, 우선, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 경화제를 혼련하여, 그들을 함유하는 수지 조성물을 조제하고, 이어서, 수지 조성물에, 땜납 입자 및 블록화 카복실산을 순차적으로 배합한다.
혼련 온도는 땜납 입자의 융점 미만이며, 열가소성 수지의 연화 온도 이상이면 좋고, 구체적으로는, 예컨대 80 내지 135℃, 바람직하게는 100 내지 130℃이다.
이어서, 혼련물을, 예컨대 캘린더 롤, 프레스, 압출 성형 등의 방법에 의해, 시트상으로 성형한다. 성형 온도는 블록화 카복실산의 해리 온도 및 땜납 입자의 융점 미만이며, 열가소성 수지의 연화 온도 이상이고, 예컨대 80 내지 135℃, 바람직하게는 100 내지 130℃이다. 이에 의해, 접합 시트를 형성한다. 접합 시트는, 바람직하게는 B 스테이지 상태(반경화 상태)이다.
접합 시트의 에폭시기의 반응률(후술한 실시예에 의해 설명한다.)은, 예컨대 60% 이하이고, 바람직하게는 50% 이하이다. 에폭시기의 반응률이 상기 범위를 상회하는 경우에는, 블록화 카복실산에 근거한 카복실기와 에폭시기의 반응이 과도하게 진행되고 있어, 땜납 입자의 표면의 산화막을 제거하는 능력이 저하되어, 땜납 용융이 불충분해지는 경우가 있다.
접합 시트의 두께는, 예컨대 10 내지 200㎛, 바람직하게는 20 내지 100㎛이다. 두께가 상기 범위를 하회하는 경우에는, 땜납 입자의 평균 입자 직경보다도 접합 시트가 얇아지기 때문에, 접합 시트를 시트상으로 가공하기 어려워지는 경우가 있다. 한편, 두께가 상기 범위를 상회하는 경우에는, 비용의 점에서 불리해지는 경우가 있다.
또한, 접합 시트는, 땜납 입자, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산(및, 필요에 따라 배합되는 경화제, 경화 촉진제, 첨가제 등)을, 예컨대, 용매에 배합하여, 바니쉬를 조제하고, 이것을 기재에 도포하여, 건조시킴으로써 얻을 수도 있다.
또한, 접합 시트를, 배치식 및 연속식 중 어느 방법으로 성형할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 전자 부품의 제조 방법의 일 실시 형태를 설명하는 공정도로서, 도 1a는 접합 시트 및 배선 회로 기판을 준비하는 공정, 도 1b는 접합 시트와 배선 회로 기판을 적층하는 공정, 도 1c는 접합 시트와 배선 회로 기판을 압착하는 공정, 도 1d는 접합 시트와 배선 회로 기판을 땜납 접합하는 공정을 나타낸다.
다음으로, 접합 시트를 도전성 접합 시트로서 이용하여 전자 부품을 제조하는 방법을, 도 1을 참조하여 설명한다.
이 방법에서는, 우선, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 접합 시트(5) 및 2개의 배선 회로 기판(2)을 준비한다.
접합 시트(5)는, 상기의 방법에 의해 얻을 수 있고, 땜납 입자(4)가 열경화성 수지 및 열가소성 수지 중에 분산되어 있다.
각 배선 회로 기판(2)은 기판(3)과 그 표면에 설치되고, 단자(1)를 갖는 배선 회로를 구비한다. 기판(3)은 평판상을 이루고, 절연 기판 등으로 형성되어 있다. 단자(1)는 금속으로 이루어지고, 서로 간격을 두고 복수 배치되어 있다. 단자(1)의 최대 길이는, 예컨대 50 내지 1000㎛이다. 단자(1) 사이의 간격은, 예컨대 50 내지 1000㎛이다.
이어서, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 배선 회로 기판(2)과 접합 시트(5)를 적층한다. 즉, 우선, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 2개의 배선 회로 기판(2)을, 두께 방향(도 1의 상하 방향)으로 간격을 두고 배치한다. 구체적으로는, 상측의 배선 회로 기판(2)의 단자(1)와 하측의 배선 회로 기판(2)의 단자(1)가 두께 방향으로 대향 배치되도록, 2개의 배선 회로 기판(2)을 대향 배치한다. 계속해서, 접합 시트(5)를 2개의 배선 회로 기판(2)의 사이에 삽입한다.
이어서, 도 1b에 나타낸 바와 같이, 2개의 배선 회로 기판(2)을 서로 근접시켜, 배선 회로 기판(2)을 접합 시트(5)에 접촉시킨다. 구체적으로는, 상측의 배선 회로 기판(2)의 단자(1)의 표면(10)과, 접합 시트(5)의 표면(두께 방향 한쪽 면)을 접촉시킴과 함께, 하측의 배선 회로 기판(2)의 단자(1)의 표면(10)과, 접합 시트(5)의 이면(두께 방향 다른 쪽 면)을 접촉시킨다. 이에 의해, 적층체(6)를 얻는다.
이어서, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 적층체(6)를 블록화 카복실산의 해리 온도 및 땜납 입자(4)의 융점 미만이며 열가소성 수지의 연화 온도 이상의 온도로 가열하면서, 2개의 배선 회로 기판(2)을 접합 시트(5)를 향해서 가압(열 압착)한다.
열 압착의 온도는, 열경화성 수지, 열가소성 수지, 블록화 카복실산 등의 종류에 따라 적절히 결정하면 좋지만, 예컨대 100 내지 140℃이며, 바람직하게는 110 내지 135℃이다. 압력은, 예컨대 0.05 내지 10MPa, 바람직하게는 0.1 내지 5MPa이다.
이에 의해, 접합 시트(5) 중의 열가소성 수지가 용융 또는 유동하여, 단자(1)가 접합 시트(5) 중에 매설된다. 즉, 단자(1)의 표면(10) 및 측면(11)이 접합 시트(5)에 피복된다.
이와 함께, 단자(1)로부터 노출되는 기판(3)의 표면(12)이 접합 시트(5)에 피복된다.
이어서, 이 방법에서는, 도 1d에 나타낸 바와 같이, 적층체(6)를 가열한다.
가열 온도는, 블록화 카복실산의 해리 온도 및 땜납 입자(4)의 융점 중 어느 높은 온도 이상이며, 땜납 재료, 블록화 카복실산 등의 종류에 따라 적절히 결정하면 좋다. 구체적으로는, 140 내지 200℃, 바람직하게는 150 내지 180℃이다. 가열 온도가 상기 범위를 하회하는 경우는, 땜납 입자(4)가 용융하지 않아서, 땜납 접합이 불충분해진다.
이에 의해서, 2개의 배선 회로 기판(2)이 접합 시트(5)에 의해 접합됨과 함께, 각 배선 회로 기판(2)에 대응하는 각 단자(1)가 서로 전기적으로 접속된다.
즉, 단자(1)가 두께 방향으로 땜납 접합된다. 구체적으로는, 접합 시트(5) 중의 땜납 입자(4)가, 가열에 의해 블록화 카복실산이 해리되고, 그것에 의하여 생성되는 카복실산에 의해서, 용이하게 용융하여, 두께 방향으로 대향하는 단자(1)의 사이에 모여(자기 응집), 땜납 접합부(7)(땜납 재료로 이루어지는 부분)를 형성한다. 한편, 열경화성 수지 및 열가소성 수지는, 자기 응집하는 땜납 입자(4)로 축출되어, 땜납 접합부(7)의 주변으로 이동하고, 그 후, 열경화성 수지가 열경화됨으로써 땜납 접합부(7)를 보강하는 경화층(8)을 형성한다. 경화층(8)은, 바람직하게는 C 스테이지 상태(완전 경화 상태)의 열경화성 수지와, 열가소성 수지를 포함하고 있다.
땜납 접합부(7)는, 두께 방향을 따라 연장되는 대략 주상(柱狀)을 이루고, 접합 시트(5)의 두께 방향 중앙으로부터, 표측 및 이측(裏側)을 향하여, 두께 방향에 직교하는 방향의 단면적이 점차로 작아지도록 형성된다. 또한, 땜납 접합부(7)의 두께 방향 한쪽 면(표면)은, 상측의 단자(1)의 표면(10)에 접촉하고 있다. 또한, 땜납 접합부(7)의 두께 방향 다른 쪽 면(이면)은, 하측의 단자(1)의 표면(10)과 접촉하고 있다.
경화층(8)은, 단자(1)의 측면(11) 및 단자(1)로부터 노출되는 기판(3)의 표면(12)과 접착하면서, 땜납 접합부(7)의 주변부에 존재하고 있다.
이에 의해, 전자 부품(9)을 얻는다.
그리고, 이 접합 시트(5)는, 땜납 입자(4), 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산을 혼합하고, 열가소성 수지의 연화 온도 이상의 온도로 가열하여 성형된다. 즉, 블록화 카복실산 및 열가소성 수지의 병용에 의해, 활성제 성분인 카복실산의 카복실기와 열경화성 수지(예컨대, 에폭시 수지)의 반응기(基)(예컨대, 에폭시기)의 반응이 억제되면서, 열가소성 수지가, 블록화 카복실산의 해리 온도 및 땜납 입자의 융점 미만의 온도에 의해 가소화되어 용이하게 시트상으로 성형되고 있다. 그 때문에, 얻어지는 접합 시트는, 블록화 카복실산 중에 잠재화되어 있는 카복실기가 비교적 많이 존재하고, 또한, 땜납 입자가 안정되게 존재하고 있어, 전자 부품(9)의 땜납 접합에서, 땜납 입자(4)의 땜납 용융이 양호해지고, 땜납 재료로 이루어지는 땜납 접합부(7)를 확실히 형성할 수 있다. 또한, 접합 시트(5)는 시트상이기 때문에, 미세한 인쇄를 필요로 하지 않아, 간편하게 땜납 접합할 수 있다.
한편, 도 1의 실시 형태에서는, 배선 회로 기판(2)과 접합 시트(5)의 적층에있어서, 접합 시트(5)를 2개의 배선 회로 기판(2)의 사이에 삽입하고 있지만, 예컨대, 도시하지 않지만, 한쪽의 배선 회로 기판(2)의 위에 접합 시트(5)를 배선 회로 기판(2)의 단자(1)와 접촉하도록 적층하고, 그 후, 그 접합 시트(5)의 위에, 다른 쪽의 배선 회로 기판(2)을 배선 회로 기판(2)의 단자(1)가 접합 시트(5)에 접촉하도록 적층할 수도 있다. 즉, 한쪽의 배선 회로 기판(2)의 위에, 접합 시트(5)와 다른 쪽의 배선 회로 기판(2)을 순차적으로 적층할 수도 있다.
또한, 상기의 실시 형태에서는, 접합 시트(5)는 땜납 입자, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산을 함유하는 일층으로 이루어지는 구조로서 설명하고 있지만, 땜납 입자, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산은 반드시 동일층으로 존재할 필요가 없고, 그들을 함유하는 복수의 층으로 이루어지는 구조로 할 수도 있다. 예컨대, 이 경우에는, 열경화성 수지 및 열가소성 수지는, 어느 층에 함유되어 있어도 좋다.
또한, 접합 시트의 두께 방향 한쪽 면 및/또는 다른 쪽 면에 이형 기재를 적층할 수도 있다.
실시예
이하에 실시예 및 비교예를 나타내고, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 전혀 그들로 한정되지 않는다.
실시예 1
에폭시 수지(신니치철화학사제, 열경화성 수지, YSLV-80XY, 경화 온도 150℃) 30부피부, 아크릴 수지(쿠라레사제, 열가소성 수지, LA폴리머, 연화 온도 110℃) 40부피부, 페놀 수지(메이와화성사제, 경화제, MEH-7851SS) 30부피부를 혼합함으로써 수지 조성물을 수득했다. 수득된 수지 조성물과 땜납 입자(Sn/Bi=42질량%/58질량%, 융점 139℃, 구 형상, 평균 입자 직경 35㎛)를 수지 조성물:땜납 입자=25:75의 부피 비율로 혼합하고, 추가로 땜납 입자 100질량부에 대하여 1질량부의 비율로 블록화 카복실산(니치유사제, 산타시드 H, 모노알킬바이닐에터 블록 2작용 저분자량형 카복실산, 해리 온도 160℃)을 첨가하여 혼련기를 이용하여 혼련함으로써 혼합물을 수득했다. 수득된 혼합물을, 프레스 성형기에 의해, 두께 50㎛의 시트에 125℃에서 성형하여, 접합 시트를 제작했다.
실시예 2
블록화 카복실산(니치유사제, 산타시드 H, 모노알킬바이닐에터 블록 2작용 저분자량형 카복실산, 해리 온도 160℃)을, 블록화 카복실산(니치유사제, 산타시드 I, 모노알킬바이닐에터 블록 2작용 카복실산, 해리 온도 170℃)으로 변경한 것 이외는 실시예 1과 같이 하여 접합 시트를 제작했다.
비교예 1
블록화 카복실산(니치유사제, 산타시드 H)을 첨가하지 않은 것 이외는, 실시예 1과 같이 하여 접합 시트를 제작했다.
비교예 2
블록화 카복실산(니치유사제, 산타시드 H)을 아디프산으로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 같이 하여 접합 시트를 제작했다.
비교예 3
블록화 카복실산(니치유사제, 산타시드 H)을 세바산으로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 같이 하여 접합 시트를 제작했다.
비교예 4
블록화 카복실산을 2-페녹시벤조산으로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 같이 하여 접합 시트를 제작했다.
비교예 5
아크릴 수지를 혼합하지 않고서, 에폭시 수지 50부피부 및 페놀 수지 50부피부를 혼합하여, 수지 조성물을 얻은 것 이외는, 실시예 1과 같이 하여 혼합물을 얻고, 프레스 성형기에 의해, 접합 시트를 제작하는 것을 시도했다.
그러나, 혼합물을 시트상으로 성형할 수 없었다.
비교예 6
아크릴 수지를 혼합하지 않고서, 에폭시 수지 50부피부 및 페놀 수지 50부피부를 혼합하여, 수지 조성물을 얻은 것 이외는, 실시예 1과 같이 하여 혼합물을 수득했다.
이어서, 수득된 혼합물을 메틸에틸케톤에 용해시키고, 이 용해물을 폴리에틸렌테레프탈레이트 기재에 도포하고, 120℃로 가열하고, 건조시켜, 반경화 상태(B 스테이지 상태)로 함으로써, 접합 시트를 제작하는 것을 시도했다.
그러나, 용해물을 시트상으로 성형할 수 없었다.
(성능시험)
에폭시 반응률
실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 4 및 6의 접합 시트에 관하여, 적외 분광 측정에 의해 에폭시기의 잔존율을 측정했다. 벤젠환을 기준으로 하여, 하기 수식에 따라서, 반응률을 산출했다.
반응률=[1-(a/b)/(A/B)]×100%
a: 모노머 혼합물의 에폭시기 흡수 강도
(적외 분광 측정의 피크 위치 900cm-1)
b: 모노머 혼합물의 벤젠환 흡수 강도
(적외 분광 측정의 피크 위치 1600cm-1)
A: 접합 시트의 에폭시기 흡수 강도
(적외 분광 측정의 피크 위치 900cm-1)
B: 접합 시트의 벤젠환상 흡수 강도
(적외 분광 측정의 피크 위치 1600cm-1)
* 모노머 혼합물은, 에폭시 수지 40부피부와 페놀 수지 40부피부를 메틸에틸케톤 20부피부에 용해시킨 혼합물이다.
땜납 용융 A
피착체로서 방청 처리를 실시하지 않고 있는 구리박을 이용하여, 2개의 구리박에 의해서 실시예 1 내지 2 및 비교예 1 내지 4 및 6의 접합 시트를 양측에서 끼우고, 125℃, 1MPa에서 열 압착 후, 170℃에서 30분 가열하고, 2개의 구리박을 땜납 접합하여, 땜납 접합체를 제작했다. 그 후, 땜납 접합체를 단면 관찰하여, 땜납 용융의 가부를 확인했다. 땜납 용융이 확인될 수 있던 것은 ○, 일부 용융되어 있었던 것은 △, 확인될 수 없던 것은 ×로 평가했다.
상기 시험 결과를 하기의 표 1에 나타낸다.
Figure pat00002
실시예 3(실시예 1의 접합 시트의 땜납 용융 B의 성능시험)
기판과, 그 표면에 형성되고 구리로 이루어지는 단자(단자 사이의 간격 100㎛)를 갖는 배선 회로를 구비하는 배선 회로 기판 2개를 준비했다(도 1a 참조). 이 배선 회로 기판 2개를, 대응하는 단자가 서로 간격을 두고 대향 배치되도록 배치한 후, 그 사이에 실시예 1의 접합 시트를 삽입하고, 접합 시트와 배선 회로 기판 2개를 접촉시켜, 적층체를 얻었다(도 1b 참조). 이어서, 수득된 적층체를 125℃, 1MPa에서 열 압착했다(도 1c 참조). 그 후, 170℃에서 30분 가열함으로써 전자 부품을 제작했다(도 1d 참조).
이 전자 부품에 대하여, 땜납 용융을 조사한 바, 땜납 용융이 확인될 수 있었다.
한편, 상기 설명은, 본 발명의 예시된 실시 형태로서 제공됐지만, 이것은 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석되어서는 안된다. 당해 기술분야의 당업자에 의해서 분명한 본 발명의 변형예는, 후기하는 특허청구범위에 포함되는 것이다.

Claims (12)

  1. 땜납 입자, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산을 함유하는 것을 특징으로 하는 접합 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록화 카복실산이 바이닐에터와 카복실산의 반응물인 것을 특징으로 하는 접합 시트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 바이닐에터가 알킬바이닐에터이며,
    상기 카복실산이 2작용 카복실산인 것을 특징으로 하는 접합 시트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 블록화 카복실산의 해리 온도가 150℃ 이상인 것을 특징으로 하는 접합 시트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열경화성 수지와 상기 열가소성 수지의 부피비가 25:75 내지 75:25인 것을 특징으로 하는 접합 시트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열경화성 수지가 에폭시 수지인 것을 특징으로 하는 접합 시트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지가 아크릴 수지인 것을 특징으로 하는 접합 시트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 땜납 입자가 주석-비스무트 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 접합 시트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    경화제를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 접합 시트.
  10. 땜납 입자, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산을 혼합하여 혼합물을 조제하고, 상기 혼합물을, 상기 블록화 카복실산의 해리 온도 및 상기 땜납 입자의 융점 미만이며 상기 열가소성 수지의 연화 온도 이상의 온도로 가열하여, 시트상(狀)으로 성형하는 것을 특징으로 하는, 접합 시트의 제조 방법.
  11. 대응하는 단자가 서로 간격을 두고 대향 배치되도록 배치된 2개의 배선 회로 기판의 사이에, 접합 시트가 배치된 적층체를 준비하는 공정으로서,
    상기 접합 시트는,
    땜납 입자, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산을 함유하는 공정,
    상기 적층체를, 상기 블록화 카복실산의 해리 온도 및 상기 땜납 입자의 융점 중 어느 높은 온도 이상으로 가열하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 전자 부품의 제조 방법.
  12. 대응하는 단자가 서로 간격을 두고 대향 배치되도록 배치된 2개의 배선 회로 기판의 사이에, 접합 시트가 배치된 적층체를 준비하는 공정으로서,
    상기 접합 시트는,
    땜납 입자, 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 블록화 카복실산을 함유하는 공정,
    상기 적층체를, 상기 블록화 카복실산의 해리 온도 및 상기 땜납 입자의 융점 중 어느 높은 온도 이상으로 가열하는 공정을 구비하는 전자 부품의 제조 방법에 의해서 얻어지는 것을 특징으로 하는, 전자 부품.
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