KR20150084991A - 경화제, 그 경화제를 포함하는 열경화성 수지 조성물, 그것을 사용한 접합 방법, 및 열경화성 수지의 경화 온도의 제어 방법 - Google Patents

경화제, 그 경화제를 포함하는 열경화성 수지 조성물, 그것을 사용한 접합 방법, 및 열경화성 수지의 경화 온도의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

목표로 하는 온도에서 열경화성 수지의 경화반응을 개시시키는 것이 가능한 경화제, 그 경화제를 포함하는 열경화성 수지 조성물, 그 열경화성 수지 조성물을 사용한 접합 방법, 및 열경화성 수지의 경화 온도의 제어 방법을 제공한다. 열경화성 수지를 경화시키는 경화제로서 경화 약제의 표면을 융점이 400℃이하인 금속에 의해 피복한 경화제를 사용한다. 상기 경화제와, 상기 경화제와 반응해서 경화를 개시하는 열경화성 수지를 배합한다. 또한 금속분말을 함유시킨다. 금속분말로서 땜납 접합용의 금속분말을 함유시킨다. 경화약제의 표면을 피복하는 금속으로서 땜납 접합용의 금속분말을 구성하는 금속과, 더욱 융점이 높은 금속간 화합물을 형성하는 금속을 포함하는 것을 사용한다. 경화 약제의 표면을 피복하는 금속을 열경화성 수지를 경화시키고 싶은 온도에 따라 선택한다.

Description

경화제, 그 경화제를 포함하는 열경화성 수지 조성물, 그것을 사용한 접합 방법, 및 열경화성 수지의 경화 온도의 제어 방법{CURING AGENT, HEAT-CURABLE RESIN COMPOSITION CONTAINING SAID CURING AGENT, JOINING METHOD USING SAID COMPOSITION, AND METHOD FOR CONTROLLING CURING TEMPERATURE OF HEAT-CURABLE RESIN}
본 발명은 열경화성 수지를 경화시키기 위해서 사용되는 경화제, 상기 경화제를 포함하는 열경화성 수지 조성물, 상기 열경화성 수지 조성물을 사용한 접합 방법, 및 열경화성 수지의 경화 온도의 제어 방법에 관한 것이다.
전자부품을 프린트 회로기판 등의 실장대상 위에 실장하는 방법으로서, 납땜에 의한 방법이 널리 사용되고 있다.
그러한 납땜에 사용되는 땜납 페이스트(접합 재료)로서, 특허문헌 1에는 주석-비스무트계의 땜납으로 이루어지는 땜납 입자와, 리플로우 과정에 있어서 상기 땜납의 융점보다 높은 온도에서 경화되는 열경화성 수지와, 납땜 시의 열로 활성화해서 땜납 표면의 산화막을 제거하는 활성제를 포함하는 땜납 페이스트로서, 활성제는 땜납의 융점이상의 온도에서 활성화되는 것을 특징으로 하는 땜납 페이스트가 제안되어 있다.
특허문헌 1의 땜납 페이스트(접합 재료)는 땜납, 열경화성 수지 및 활성제를 포함하고 있고, 사용되는 땜납 재료 자체의 강도가 낮아 충분한 접합 강도를 확보하는 것이 어려운 경우에 접합부를 수지에 의해 보강할 수 있다고 하는 특징을 구비하고 있다. 또, 이러한 땜납 페이스트(접합 재료)는 특허문헌 2에도 제안되어 있다.
그러나, 특허문헌 1, 2와 같은 땜납 분말, 열경화성 수지, 활성제를 포함하는 접합 재료에서는 정상의 접합 상태를 얻기 위해서 땜납의 융점과, 열경화성 수지의 경화 온도의 관계가 중요하며, 통상, 열경화성 수지의 경화 온도의 쪽이 땜납의 융점보다 높을 필요가 있다. 즉, 열경화성 수지의 경화 온도는 땜납의 융점보다 낮을 경우, 납땜의 공정에서 온도가 상승해서 땜납이 용융한 시점에서는 열경화성 수지가 경화되어 버리고 있기 때문에, 용융 땜납의 유동은 경화된 수지에 방해되어 용융 땜납끼리의 결합을 방해받고, 접합 대상(예를 들면 기판 상에 형성된 전극의 표면) 상에 젖어퍼질 수 없다는 문제점이 있다.
또, 특허문헌 1에서는 상기 땜납의 융점과, 열경화성 수지의 반응 온도, 또한, 활성제가 열경화성 수지의 경화제로서의 기능을 갖는 것도 고려해서 활성제의 활성화하는 온도도 포함한 온도의 관계에 착안하고, 이들의 관계를 한정하고 있다. 즉, 수지의 경화 반응의 개시나, 진행 속도 등은 경화제의 활성에 의해 결정된다.
그러나, 열경화성 수지의 경화 반응은 동시에 배합되는 경화제에 좌우될 뿐만 아니라, 승온속도에도 크게 영향받는다. 즉, 승온을 서서히 행한 경우에는 승온을 빠르게 행한 경우에 비해 낮은 온도에서 경화 반응이 일어난다.
그 때문에 정밀도 좋게 열경화성 수지의 경화 온도를 관리하기 위해서는 승온속도나 가열하는 물질의 열전도율 등도 파악해서 전체적인 관리를 행할 필요가 있다.
그러나, 열경화성 수지는 경화 반응이 시작되면 자기발열에 의해 온도가 더욱 상승하는 성질을 갖고 있기 때문에 상세한 온도관리는 어려운 것이 실정이다.
그런데, 특허문헌 1에서는 융점이 139℃로 일반적인 땜납 재료 중에서는 비교적 융점이 낮은 땜납이 사용되고 있고, 열경화성 수지의 경화 온도는 139℃이상이면 되므로 경화 온도를 제어하기 위한 승온 프로파일 관리는 비교적 용이하다.
그러나, 특허문헌 1과 같이 땜납의 융점이 낮은 경우, 땜납 접합한 부품을 다시 리플로우 가열할 때에 땜납이 용융되어 체적이 팽창하고, 주위의 수지를 파괴해서 분출하고, 전기적인 접속을 손상한다고 하는 문제가 있다. 또한 융점이상의 고온에 장시간 노출되는 환경하에서는 용융된 땜납이 전극에 계속해서 확산함으로써 전극이 소실되어 전기적인 접속 및 기계적인 접합이 손상되므로 사용할 수 없게 된다고 하는 문제도 있다.
이 문제에 대하여, 열경화성 수지와 함께, 비교적 높은 융점을 갖는 예를 들면 Sn-3.0Ag-0.5Cu(융점 218℃) 땜납 분말을 배합한 접합 재료나, 열경화성 수지와 함께 2종류이상의 합금이나 금속분말을 배합하고, 가열 처리 시에 금속끼리가 반응해서 고융점된 금속간 화합물을 형성함으로써 재리플로우나 고온환경에 견딜 수 있도록 한 접합 재료가 특허문헌 3,4에 제안되어 있다.
그러나, 이러한 접합 재료는 땜납의 융점이나, 금속끼리의 반응 온도가 높기 때문에 정상의 접합 구조체를 얻기 위해서는 상기 이유에 의해 수지의 경화를 개시시키는 온도가 218℃를 초과하는 경화제를 선택할 필요가 있고, 선택지가 좁다고 하는 문제가 있다. 또한 열에 의해 용융해서 활성화하는 잠재성의 경화제로서 이미다졸 화합물이 잘 알려지지만, 이미다졸 화합물의 융점은 경화 반응이 개시되는 온도의 목표로는 되지만, 정확하게 반응 온도 자체를 나타내는 것은 아니다. 열경화성 수지의 경화 반응은 반응속도이론에 따르기 때문에 가열 조건에 크게 영향받는다. 따라서, 확실하게 양호한 접합 구조를 얻기 위해서는 가열 조건을 상세하게 관리하지 않으면 안된다. 또, 여기에서 말하는 양호한 접합 구조란 예를 들면 전극끼리가 확실하게 땜납 접합되어 땜납볼을 남기지 않고, 또한, 그 주위가 열경화성 수지로 밀봉되어 있는 구조를 말한다. 이 구조가 얻어지지 않으면 신뢰성이 높은 접합 구조라고는 할 수 없다.
또한 열경화성 수지의 경화 반응에 의해 유동성이 손상된 경우에도 유동성을 확보하기 위해서 열경화성 수지의 경화 온도와 동등한 융점을 갖는 열가소성 수지를 배합하는 것이 특허문헌 5에 제안되어 있다.
그러나, 열가소성 수지는 열전도율이 낮기 때문에 그 온도에 도달하는 동시에 일시에 유동성이 발현되는 것은 아니고, 열이 전해지는 것에 대응해서 유동성이 발생되므로 온도, 시간축에 대하여 유동성에 분포가 생긴다. 또한 분자량의 불균일에 의해 특성은 분포를 가지므로 그 만큼, 여유를 가진 가열 조건을 설정하지 않으면 안되고, 공정이 복잡화되고, 생산성이 저하된다는 문제점이 있다.
또한 경화제를 열가소성 수지나 고형의 수지 등에 가둬서 캡슐화하고, 캡슐의 외각을 구성하고 있는 물질이 연화되어서 유동하는 온도에 도달할 때까지 경화 반응을 억제해 둠으로써 경화 반응 온도를 제어하는 기술이 특허문헌 6에 나타내어져 있다.
그러나, 상기 캡슐의 외각부분은 수지 등의 유기물로 구성되어 있기 때문에 온도에 대하여 유동성이 발현되는 감도는 높지 않다. 따라서, 가열 조건을 정밀도 좋게 관리하지 않으면 안되고, 공정이 복잡화하고, 생산성이 제약된다고 하는 문제점이 있다.
일본 특허공개 2006-150413호 공보 일본 특허공개 2002-176248호 공보 일본 특허공개 2011-56527호 공보 일본 특허공개 2004-363052호 공보 일본 특허공개 2002-256303호 공보 일본 특허공개 2011-208098호 공보
본 발명은 상기 과제를 해결하는 것이며, 목표로 하는 온도에서 열경화성 수지의 경화 반응을 개시시키는 것이 가능한 경화제, 상기 경화제를 포함하는 열경화성 수지 조성물, 상기 열경화성 수지 조성물을 사용한 접합 방법, 및 열경화성 수지의 경화 온도의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 경화제는 열경화성 수지를 경화시키는 경화 약제의 표면은 융점이 400℃이하의 금속에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
또, 본 발명에 있어서 경화 약제의 표면을 피복하는 금속은 단일금속(순금속)이어도, 복수의 금속으로 이루어지는 합금 중 어느 것이어도 좋고, 융점이 400℃이하의 것이면 좋다. 또한 합금화되어 있지 않은 복수의 금속으로 이루어지는 것이어도 좋다.
본 발명의 열경화성 수지 조성물은 상기 본 발명의 경화제와, 상기 경화제와 반응해서 경화를 개시하는 열경화성 수지를 함유하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 열경화성 수지 조성물에 있어서는 금속분말을 더 함유시킬 수 있다. 예를 들면 땜납 접합용의 금속분말이나, 도전성을 부여하기 위한 금속분말 등을 함유시킬 수 있다.
이렇게, 금속분말을 함유시킴으로써 새로운 기능을 구비한 열경화성 수지 조성물을 제공하는 것이 가능하게 된다.
상기 금속분말로서 땜납 접합용의 금속분말을 함유하는 구성으로 하는 것도 가능하다.
땜납 접합용의 금속분말을 함유시킴으로써, 땜납에 의한 접합 대상물끼리의 전기적, 기계적인 접속과, 열경화성 수지에 의한 강고한 접합의 양쪽을 확실하게 행하는 것이 가능하게 되고, 신뢰성이 높은 접합을 실현할 수 있으므로 특히 의미가 있다.
상기 경화 약제의 표면을 피복하는 상기 금속은 상기 땜납 접합용의 금속분말을 구성하는 금속과, 또한 융점이 높은 금속간 화합물을 형성하는 금속을 포함하는 것이 바람직하다.
경화 약제의 표면을 피복하는 금속은 땜납 접합용의 금속분말을 구성하는 금속과, 더욱 융점이 높은 금속간 화합물을 형성하는 금속을 포함하는 것일 경우, 땜납 접합부가 고융점화되므로 보다 신뢰성이 높은 땜납 접합과, 수지에 의한 강고한 접합의 양쪽을 더욱 확실하게 행하는 것이 가능하게 되어 본 발명을 보다 실효있게 할 수 있다.
본 발명의 열경화성 수지의 경화 온도의 제어 방법은 상기 본 발명의 열경화성 수지 조성물을 사용하고, 상기 열경화성 수지 조성물에 포함되는 상기 경화제를 구성하는 상기 경화 약제의 표면을 피복하는 상기 금속을 상기 열경화성 수지를 경화시키고 싶은 온도에 따라 선택하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명의 접합 방법은 상기 본 발명의 열경화성 수지 조성물을 한쪽의 접합 대상물과 다른쪽의 접합 대상물 사이에 개재시킨 상태에서 상기 경화 약제를 피복하는 상기 금속의 융점이상의 온도로 가열하고, 상기 열경화성 수지를 경화시킴으로써, 상기 한쪽의 접합 대상물과 상기 다른쪽의 접합 대상물을 접합하는 것을 특징으로 하고 있다.
(발명의 효과)
본 발명의 경화제는 경화 약제의 표면을 융점이 400℃이하인 금속에 의해 피복하도록 하고 있으므로, 목표로 하는 온도에서 열경화성 수지의 경화 반응을 개시시키는 것이 가능하게 된다.
즉, 본 발명에 의하면, 경화 약제의 표면을 피복한 금속이 융점에 도달할 때까지 경화 약제는 열경화성 수지(베이스 수지)와 접촉할 수 없고, 경화 반응은 개시되지 않으므로 경화 반응의 개시 온도를 제어할 수 있다.
한편, 경화 약제의 표면을 피복하고 있는 금속의 온도가 융점에 도달하면 빠르게 용융되어 유동한다. 그 결과, 경화 약제가 노출되고 열경화성 수지와 접촉해서 경화 반응이 개시된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 목표로 하는 온도에서 빠르게 열경화성 수지의 경화 반응을 개시시키는 것이 가능한 경화제를 제공할 수 있다.
또, 경화 약제의 표면을 피복하고 있는 금속재료는 표면에 산화막을 형성하는 재료의 경우에는 이 산화막을 제거하는 재료를 열경화성 수지 조성물중에 배합해도 좋다.
또한 본 발명에 있어서, 융점이 400℃이하인 금속을 사용하도록 하고 있는 것은 열경화성 수지의 내열성을 고려해서 열경화성 수지의 분해나 변질 등을 초래하지 않고 넓게 적용하는 것이 가능한 경화제를 제공할 수 있게 하기 위함이다.
본 발명의 열경화성 수지 조성물은 상기 본 발명의 경화제를 함유하고 있으므로, 목표로 하는 온도에서 빠르게 경화 반응을 개시시키는 것이 가능한 열경화성 수지 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 열경화성 수지의 경화 온도의 제어 방법은 본 발명의 열경화성 수지 조성물을 사용하고, 열경화성 수지 조성물에 포함되는 경화제를 구성하는 경화 약제의 표면을 피복하는 금속을 열경화성 수지를 경화시키고 싶은 온도에 따라 선택하도록 하고 있으므로, 열경화성 수지의 경화 온도(경화를 개시하는 온도)를 용이하고 또한 확실하게 제어할 수 있다.
본 발명의 접합 방법은 상기 본 발명의 열경화성 수지 조성물을 한쪽 및 다른쪽의 접합 대상물의 사이에 개재시키고, 경화 약제를 피복하는 금속의 융점이상의 온도로 가열해서 열경화성 수지를 경화시키도록 하고 있으므로, 한쪽의 접합 대상물과 다른쪽의 접합 대상물을 확실하게 접합할 수 있다.
도 1은 본 발명의 접합 방법을 설명하는 도면으로서, 열경화성 수지 조성물을 기판의 전극 상에 부여한 후, 세라믹 전자부품을 그 외부전극이 기판의 전극 상에 부여된 열경화성 수지 조성물을 통해 상기 전극과 대향하도록 적재한 상태를 나타내는 도면이다.
도 1의 상태의 기판을 소정의 조건으로 리플로우 연속로를 통과시킴으로써 리플로우 납땜을 행한 상태를 나타내는 도면이다.
이하에 본 발명을 실시하기 위한 형태로서 이하의 실시형태를 나타내어 본 발명의 특징으로 하는 바를 더욱 상세하게 설명한다.
[실시형태]
본 발명의 경화제는 열경화성 수지와 반응<http://www.weblio.jp/content/%E5%8F%8D%E5%BF%9C>해서 경화 반응을 개시시키는 것으로, 경화 약제의 표면을 융점이 400℃이하의 금속에 의해 피복한 것을 특징으로 하고 있다.
즉, 본 발명의 경화제는 표면을 피복한 금속이 융점에 도달할 때까지는 경화 약제가 베이스 수지와 접촉하지 않고, 경화 반응은 개시하지 않으므로 열경화성 수지의 경화 반응의 개시 온도를 제어할 수 있다.
한편, 경화 약제의 표면을 피복하고 있는 금속의 온도가 융점에 도달하면, 빠르게 용융되어 유동해서 경화 약제가 노출되고, 열경화성 수지와, 노출된 경화 약제가 접촉해서 경화 반응이 개시된다.
따라서, 본 발명의 경화제를 사용함으로써 목표로 하는 온도에서 빠르게 열경화성 수지의 경화 반응을 개시시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 경화제를 구성하는 경화 약제는 그 표면을 피복하는 금속의 융점에 있어서, 액상이어도, 고형상이어도 좋고, 표면을 금속으로 피복가능한 것이면 그 종류에 제약은 없다.
경화 약제의 표면을 금속에 의해 피복하는 방법으로서는 무전해 도금 또는 용융된 금속중에의 침지 등의 방법을 적용할 수 있다. 단, 금속에 의한 경화 약제의 표면의 피복 방법에 특별한 제약은 없고, 그 밖에도 여러가지의 방법을 사용할 수 있다.
경화 약제의 표면을 피복하는 금속재료로서는 복수의 금속으로 이루어지는 합금 또는 단일금속(순금속)을 사용할 수 있다.
또한 경화 약제의 표면을 피복하는 금속재료로서는 열경화성 수지재료의 사용 온도 한계에 가까운 400℃이하에 융점을 갖는 금속재료가 사용된다. 그리고, 이들 금속재료로서, 예를 들면 땜납 재료에 사용되는 합금 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 열경화성 수지의 경화 온도의 제어 방법은 상기 본 발명의 열경화성 수지 조성물을 사용해서 경화 약제의 표면을 피복하는 금속의 종류를 열경화성 수지의 경화를 개시시키고 싶은 온도에 따라 선택함으로써 경화 온도의 제어를 행한다.
즉, 경화 약제의 표면을 금속으로 피복한 경우, 온도가 피복된 금속의 융점에 도달할 때까지 경화 약제는 표면을 피복하는 금속에 가로막혀져서 열경화성 수지와 접촉할 수 없기 때문에 경화 반응은 개시되지 않는다. 그 후에 온도가 금속의 융점에 도달해서 경화 약제의 표면을 피복하고 있는 금속이 용융되어 유동하기 시작하면 경화 약제가 노출되어 열경화성 수지와 접촉하여 경화 반응이 개시된다. 따라서, 경화 약제의 표면을 피복하는 금속으로서 소망의 융점을 갖는 금속을 선택함으로써, 열경화성 수지의 경화의 개시 온도를 제어할 수 있다.
본 발명의 방법에 의한 접합 대상물의 접합은 상기 본 발명의 열경화성 수지 조성물을 사용하고, 그것을 한쪽 및 다른쪽의 접합 대상물의 사이에 개재시키고, 경화 약제의 표면을 피복하는 금속의 융점이상의 온도로 가열해서 열경화성 수지를 경화시킴으로써 행한다. 이렇게 함으로써, 한쪽의 접합 대상물과 다른쪽의 접합 대상물을 확실하게 접합할 수 있다.
상기 열경화성 수지 조성물은 예를 들면 Bi-Sn계 땜납 등의 땜납 재료를 함유시킬 수 있다. 그리고, 그 경우, 신뢰성이 높은 땜납 접합 구조를 얻기 위해서는 땜납 재료의 융점은 열경화성 수지의 경화 반응 개시 온도보다 낮은 것이 필요하게 되지만, 본 발명과 같이, 땜납 재료보다 융점이 높은 금속에 의해 경화 약제의 표면이 피복된 경화제를 배합한 열경화성 수지 조성물을 사용함으로써, 열경화성 수지의 경화 개시 온도를 확실하게 상술한 땜납 재료의 융점보다 높은 온도로 할 수 있다.
예를 들면 경화 약제를 융점이 272℃인 비스무트(Bi)로 피복하면 열경화성 수지의 경화 반응의 개시 온도를 272℃이상으로 할 수 있다. 따라서, 열경화성 수지 조성물에 Bi의 융점보다 융점이 낮은 땜납 재료(예를 들면 융점이 139℃인 Bi-Sn계 땜납 재료)를 함유시켜서 납땜에 의한 접합과, 열경화성 수지에 의한 접합의 양쪽으로 접합 대상물의 접합을 행할 경우, 먼저 땜납 재료를 용융시켜서 납땜을 행하고, 그 후 열경화성 수지를 경화시켜서 열경화성 수지에 의한 접합을 행할 수 있다.
또, 신뢰성이 높은 땜납 접합 구조를 얻기 위해서 땜납 재료의 융점이 열경화성 수지의 경화 반응 개시 온도보다 낮은 것이 필요한 것은 땜납 재료가 용융되기 전에 열경화성 수지가 경화를 개시하면 용융된 땜납이 열경화성 수지중을 충분하게 유동할 수 없게 되고, 그 결과, 땜납 입자끼리의 접합이 이루어지지 않거나, 땜납과 전극 등의 접합 대상물이 접합되지 않거나 해서 접합 대상물간의 전기적인 접속성이 손상될 우려가 있는 것에 의한다.
경화 약제를 피복하는 금속으로서 땜납 재료를 구성하는 금속과, 고융점의 금속간 화합물을 형성하는 금속을 포함하는 것을 사용함으로써, 땜납 접합부에 금속간 화합물을 생성시켜서 고융점화시키는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 보다 신뢰성이 높은 접합을 실현할 수 있다.
본 발명의 열경화성 수지 조성물은 땜납 재료 등을 포함하지 않는 구성으로 하는 것도 가능하다. 또, 땜납 재료 등을 포함하지 않는 열경화성 수지 조성물(예를 들면 열경화성 수지와, 경화제로 이루어지는 열경화성 수지 조성물)의 경우, 예를 들면 IC칩 등의 전자부품을 기판에 플립칩 실장한 후, 전자부품과 기판 표면의 간극을 밀봉하기 위한 언더필재로서 바람직하게 사용할 수 있다.
소위, 선도포 타입의 열경화성 수지 조성물의 경우에 관해서도 열경화성 수지와 경화제의 경화 반응은 땜납 접합(플립칩 실장)보다 나중에 행해질 필요가 있으므로 본 발명의 열경화성 수지 조성물은 이러한 용도로 사용한 경우에도 의미가 있다.
비교적 저온에서 높은 반응성을 나타내는 경화 약제의 표면을 상기 경화제가 높은 반응성을 나타내게 되는 온도보다 상당히 높은 융점을 갖는 금속으로 피복한 경화제를 함유하는 열경화성 수지 조성물의 경우, 피복된 금속이 용융되는 온도에서 반응이 급준하게 일어나므로 반응시간을 짧게 하는 것이 가능하게 되고, 예를 들면 리플로우 연속로 등에서 열경화성 수지의 경화 반응을 완료시킬 수 있다. 또한 납땜에 의한 접합과, 수지에 의한 접합의 양쪽을 행하는 경우에도 리플로우 연속로 등에서 납땜을 완료시킴과 아울러 열경화성 수지의 경화 반응을 완료시킬 수 있다.
본 발명의 열경화성 수지 조성물에 있어서는 땜납 재료 이외의 금속분말(예를 들면 도전성을 부여하기 위한 금속분말 등)을 함유시켜서 새로운 기능을 부여하는 것도 가능하다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.
(1)경화 약제
본 발명에 있어서 사용하는 것이 가능한 경화 약제로서 구체적으로는 지방족 아민, 방향족 아민, 이미다졸류 등이 예시된다. 또한 이들에 다른 물질을 미리 반응(어닥트)시킨 화합물을 사용하는 것도 가능하다.
본 발명에 있어서 사용하는 것이 가능한 경화 약제는 이들에 한정되는 것은 아니고, 열경화성 수지의 경화제로서 사용되는 여러가지의 물질을 사용하는 것이 가능하다. 액상이어도, 고형상이어도 좋지만, 표면을 금속에 의해 피복하는 견지로부터는 상온에서 고형인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 고형의 경화 약제를 사용할 경우, 통상, 직경이 0.1∼50㎛인 입자상의 경화 약제를 사용하는 것이 바람직하다.
(2)경화 약제의 표면을 피복하는 금속
경화 약제의 표면을 피복하는 금속으로서는 융점이 400℃이하인 합금, 순금속(단일금속) 중 어느 것을 사용해도 된다. 이하에, 본 발명에 있어서 사용하는 것이 가능한 융점이 400℃이하인 합금 및 단일금속(순금속)의 예를 나타낸다.
(a)합금
경화 약제의 표면을 피복하는데에 사용되는 융점이 400℃이하인 합금으로서는 Sn-Bi계, Sn-In계, Sn-Zn계, Sn-Ag-Bi계, Sn-Cu-Bi계, Sn-Ag-In계, Sn-Cu-In계, Sn-Zn-Bi계, Sn-Bi-In계, Sn-Zn-In계, Sn-Ag-Cu-Bi계, Sn-Ag-Cu-In계, Sn-Ag-In-Bi계, Sn-Ag-Zn-In계, Sn-Zn-In-Bi계, Sn-Ag-Cu-Sb-Bi계, Sn-Ag계, Sn-Sb계, Sn-Cu계, Sn-Ni계, Sn-Ag-Cu계, Sn-Ag-Ni계, Sn-Ag-Sb계, Sn-Cu-Sb계 합금 등을 들 수 있다.
또, 융점이 400℃이하이면 상기 이외의 합금을 사용하는 것도 가능하다.
단, 땜납 접합제로서 사용하는 경우에 적정한 융점을 얻는 관점, 및, 땜납 접합 강도를 확보하는 관점으로부터 경화 약제를 피복하는 합금으로서는 Sn, Cu, Ag, Bi, Sb, In 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 합금이 바람직하게 사용된다.
(b)단일금속(순금속)
경화 약제의 표면을 피복하는데에 사용되는 융점이 400℃이하인 금속으로서는 Li(융점:181℃), Se(융점:221℃), Sn(융점:232℃), Bi(융점:272℃), Tl(융점:304℃) 등이 예시된다.
경우에 따라서는 이들 단일금속을 혼합한 금속분말을 사용하는 것도 가능하다.
경화 약제를 피복하는 금속(합금 또는 순금속)의 두께는 통상 0.1∼10㎛로 하는 것이 바람직하다. 이것은 경화 약제를 피복하는 금속의 두께가 0.1㎛미만이 되면 금속에 의한 경화 약제의 피복 신뢰성이 불충분해지고, 10㎛를 초과하면 금속의 비율이 쓸모없이 커져 바람직하지 못한 것에 의한다.
(3)열경화성 수지
본 발명의 열경화성 수지 조성물에 있어서 사용되는 열경화성 수지로서는 예를 들면 에폭시 수지, 페놀 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 아미노 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 알키드 수지, 실리콘 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 등을 들 수 있다. 단, 이들에 한정되는 것은 아니고, 다른 열경화성 수지를 사용하는 것도 가능하다.
또, 본 발명의 열경화성 수지 조성물에 있어서는 열경화성 수지에 대한 경화제의 비율은 열경화성 수지를 경화시키는 것이 가능한 배합량을 적당하게 선택하면 좋다.
(4)열경화성 수지 조성물에 함유시키는 금속분말
본 발명의 열경화성 수지 조성물에서는 금속분말을 더 함유시키는 것이 가능하다.
함유시키는 금속분말로서는 예를 들면 땜납 접합을 가능하게 하기 위한 땜납 재료인 Sn, Cu, Ag, Au, Bi, Sb, In, Ni 및 Zn으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 합금의 분말을 들 수 있다.
이러한 금속(또는 합금) 분말을 함유한 열경화성 수지 조성물을 사용함으로써 접합 대상물끼리를 전기적으로 도통하는 형태로 땜납 접합함과 아울러 열경화성 수지에 의한 강고한 접합(기계적인 접합)을 행하는 것이 가능하게 된다.
또, 열경화성 수지에 대한 땜납 재료인 금속분말의 비율은 통상 열경화성 수지 100질량부에 대하여 금속분말을 10.0∼1800.0질량부 정도의 비율로 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 열경화성 수지 조성물에 있어서는 땜납 접합용의 금속분말에 한정되지 않고, 도전성 등의 기능을 부여하기 위한 목적으로 금속분말을 배합하는 것도 가능하다.
(5)기타
본 발명의 열경화성 수지 조성물은 상기 성분 이외에도 필요에 따라 활성제나 환원제를 함유시킬 수 있다.
활성제로서는 예를 들면 아민류, 아민염류, 유기산류, 아미노산류, 아미드계 화합물 등이 예시된다.
열경화성 수지 조성물은 예를 들면 납땜용의 금속분말을 함유하는 것인 경우나 미리 전극 상에 형성된 땜납을 접합하는 용도로 사용되는 경우에 있어서 활성제나 환원제 등을 함유시킴으로써 땜납의 유동성이나 산화물의 제거성 등을 향상시켜서 땜납 접합성을 높이는 것이 가능하게 된다.
<본 발명의 열경화성 수지 조성물을 사용한 접합 방법>
다음에 본 발명의 실시형태에 따른 열경화성 수지 조성물을 이용하여 표면 실장형의 세라믹 전자부품을 기판의 전극 상에 실장하는 경우, 즉, 한쪽의 접합 대상물인 기판 상의 전극에 다른쪽의 접합 대상물인 세라믹 전자부품의 외부전극을 접합하는 경우의 접합 방법에 관하여 설명한다.
예를 들면 세라믹 전자부품을 프린트 배선기판의 Ni/Au 도금한 전극 상에 실장함에 있어서는 경화 약제(여기에서는 4,4'-디아미노디페닐술폰)의 표면이 금속(여기에서는 Sn)에 의해 피복된 경화제와, 열경화성 수지(여기에서는 비스페놀A형 액상 에폭시 수지)와, Sn-3.0Ag-0.5Cu의 땜납 재료(금속분말)와, 아디프산을 더 함유하는 열경화성 수지 조성물(1)을 도 1에 나타내듯이 기판(10)의 전극(11a,11b) 상에 부여한다.
그리고, 세라믹 전자부품(20)을, 그 한쌍의 외부전극(21a,21b)이 기판(10)의 전극(11a,11b) 상에 부여된 열경화성 수지 조성물(1)을 통해 전극(11a,11b)과 대향하도록 적재한다.
그리고, 세라믹 전자부품(20)이 적재된 기판(10)을 소정의 조건으로 리플로우 연속로를 통과시킴으로써 리플로우 납땜을 행한다(도 2).
이 때, 경화제를 구성하는 경화 약제의 표면은 융점이 232℃인 Sn에 의해 피복되어 있고, 땜납 재료로서 융점이 218℃인 Sn-3.0Ag-0.5Cu 땜납이 사용되고 있는 점에서 땜납 재료인 Sn-3.0Ag-0.5Cu 땜납이 먼저 용융되고, 세라믹 전자부품(20)의 외부전극(21a,21b)과, 기판(10)의 전극(11a,11b)이 땜납(31)에 의해 접속(접합)된다. 그리고, 그 후에 온도가 경화 약제의 표면을 피복하는 금속(Sn)의 융점에 도달하면 피복되는 금속(Sn)이 유동하고, 경화 약제가 열경화성 수지와 접촉하고, 경화 반응이 진행되고, 세라믹 전자부품(20)의 외부전극(21a,21b)과, 기판(10)의 전극(11a,11b)이 경화한 수지(열경화성 수지)(32)에 의해 강고하게 접합된다.
따라서, 이 접합 방법에 의하면, 세라믹 전자부품(20)의 외부전극(21a,21b)과, 기판(10)의 전극(11a,11b)을 땜납(31)에 의해 전기적으로 접속함과 아울러 열경화성 수지에 의해 기계적으로 강고하게 접합해서 신뢰성이 높은 실장을 효율 좋게 행할 수 있다.
한편, 경화 약제를 Sn으로 피복되어 있지 않은 4,4'-디아미노디페닐술폰으로 변경한 경우에는 Sn-3.0Ag-0.5Cu 땜납이 용융되는 것보다 낮은 온도에서 열경화성 수지가 경화제와 반응해서 경화되므로 땜납에 의한 전극간의 접합이 충분하지는 않고, 또한 열경화성 수지 중에 땜납 입자가 많이 잔류한 접합 상태가 되었다.
경화 약제를 피복하는 금속으로서 땜납 재료를 구성하는 금속과 금속간 화합물을 형성해서 고융점화하는 금속(합금)(예를 들면 Cu)을 사용했을 경우에는 땜납 접합부를 고융점화시켜서 보다 신뢰성이 높은 접합을 행할 수 있다.
또, 땜납 접합부에 금속간 화합물을 발생시켜서 고융점화시키는 금속은 경화 약제를 피복하는 금속으로부터 공급되도록 구성할 수도 있지만, 열경화성 수지 조성물에 함유시켜 두는 것도 가능하며, 또한 한쪽의 접합 대상물 및 다른쪽의 접합 대상물의 적어도 한쪽으로부터 공급되도록 하는 것도 가능하다.
본 발명의 열경화성 수지 조성물에 있어서는 경화 약제의 표면을 피복하는 금속의 종류를 열경화성 수지를 경화시키고 싶은 온도(경화를 개시시키고 싶은 온도)에 따라 적당하게 선택함으로써, 열경화성 수지가 경화를 개시하는 온도를 용이하고 또한 확실하게 제어할 수 있다. 따라서, 땜납 재료의 융점을 고려해서 그것보다 적당한 온도폭(ΔT)만큼 높은 온도에서 열경화성 수지의 경화를 개시시킴으로써 상술한 바와 같은 신뢰성이 높은 접합을 용이하고 또한 확실하게 실현할 수 있다.
땜납 재료 등을 포함하지 않는 본 발명의 열경화성 수지 조성물은 예를 들면IC칩 등 전자부품을 플립칩 실장한 후, 전자부품과 기판 표면의 간극을 밀봉하기 위한 언더필재로서 사용할 수 있다. 소위, 선도포 타입의 재료의 경우에 관해서도 열경화성 수지와 경화제의 경화 반응은 땜납 접합보다 나중에 행해질 필요가 있으므로 본 발명의 열경화성 수지 조성물은 이러한 용도에도 유의하게 사용할 수 있다.
또, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명을 적용해서 땜납 접합해야 할 대상물의 종류나, 접합 공정에 있어서의 조건 등에 관해서 발명의 범위내에 있어서 여러가지 응용, 변형을 추가하는 것이 가능하다.
1: 열경화성 수지 조성물
10: 기판(프린트 배선기판)
11a, 11b: 기판 상의 전극
20: 세라믹 전자부품
21a, 21b: 세라믹 전자부품의 외부전극
31: 땜납
32: 경화된 수지(열경화성 수지)

Claims (7)

  1. 열경화성 수지를 경화시키는 경화 약제의 표면은 융점이 400℃이하인 금속에 의해 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 경화제.
  2. 제 1 항에 기재된 경화제와,
    상기 경화제와 반응해서 경화를 개시하는 열경화성 수지를 함유하는 것을 특징으로 하는 열경화성 수지 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    금속분말을 더 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 열경화성 수지 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 금속분말은 땜납 접합용의 금속분말인 것을 특징으로 하는 열경화성 수지 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 경화 약제의 표면을 피복하는 상기 금속은 상기 땜납 접합용의 금속분말을 구성하는 금속과, 더욱 융점이 높은 금속간 화합물을 형성하는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 열경화성 수지 조성물.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 열경화성 수지 조성물을 사용하고,
    상기 열경화성 수지 조성물에 포함되는 상기 경화제를 구성하는 상기 경화 약제의 표면을 피복하는 상기 금속을 상기 열경화성 수지를 경화시키고 싶은 온도 에 따라 선택하는 것을 특징으로 하는 열경화성 수지의 경화 온도의 제어 방법.
  7. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 열경화성 수지 조성물을 한쪽의 접합 대상물과 다른쪽의 접합 대상물 사이에 개재시킨 상태에서 상기 경화 약제를 피복하는 상기 금속의 융점이상의 온도로 가열해서 상기 열경화성 수지를 경화 시킴으로써 상기 한쪽의 접합 대상물과 상기 다른쪽의 접합 대상물을 접합하는 것을 특징으로 하는 접합 방법.
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