JP3633211B2 - 導電性接着剤を用いた実装方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を回路基板に実装する際に用いる実装用導電性接着剤及びそれを用いた実装方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子部品の実装において、実装材料としてはんだペーストが用いられている。図3(a)に電子部品2を基板21に実装した後における模式図を示し、この図に基づきはんだペースト23を用いた実装工程について説明する。基板21に備えられたランド電極22上にはんだペースト23を印刷する。このとき、ランド電極22の表面に形成された酸化膜によって、はんだペースト23のランド電極22に対する塗れ性が悪くならないように、酸化膜を還元するためのロジン(松やに)、ハロゲン化物又は有機酸を中心とするフラックスをはんだペースト23中に含有させている。
【0003】
そして、このはんだペースト23上に電極24が備えられた電子部品2を位置決め搭載したのち、リフロ工程にてはんだペースト23を溶融させる。これにより、図3(b)に示すように、はんだペースト23とランド電極22及び電極24における金属の相互拡散が起こり、電子部品25とランド電極22とが金属接合される。このようにして、はんだペースト23を用いた電子部品2の実装が成されていた。
【0004】
しかしながら、環境汚染の観点から、Pb(鉛)を含有しない実装材料が要望されるようになり、近年では、上記はんだペースト23に代えてAg(銀)ペースト等の導電性接着剤が実装材料として用いられるようになっている。この導電性接着剤は、樹脂と金属の混合体であるため、完全な金属であるはんだに比して母材抵抗が大きいという欠点があるが、実装に際して残渣が発生しないため、無洗浄で済むという利点を有している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図4(a)に、導電性接着剤としてAgペースト33を用いて実装を行った場合の模式図を示す。また、図4(a)の拡大図を図4(b)に示す。図4(a)、(b)に示すように、Agペースト33中に含まれているAgフィラ33aが基板31上のランド電極32や電子部品30における電極34と点接触して、ランド電極32と電極34が電気的に導通する。このとき、被接合体であるランド電極32や電極34の表面に形成された酸化膜32a、34aによって、被接合体−実装材料間における界面抵抗が高くなるという問題がある。
【0006】
上記したように、はんだペースト23を用いる場合には、フラックスによって酸化膜が還元されるため、界面抵抗を低くすることができ、上記問題は生じない。このため、Agペースト33を用いた場合においても、上記と同様にAgペースト33中にフラックスを添加することによって、界面抵抗を低くすることが考えられる。
【0007】
しかしながら、Agペースト33にロジン等を中心としたフラックスを添加する場合には、Agペースト33によって電子部品30とランド電極32を電気的に接合したのちにロジン等を洗浄しなければならなくなるため、Agペースト33を用いる場合における無洗浄という利点を生かすことができなくなってしまう。
【0008】
本発明は上記問題に鑑みたもので、無洗浄のままで被接合体と実装材料との界面抵抗を低くすることができる実装用導電性接着剤を提供することを第1の目的とする。
また、導電性接着剤を用いて、無洗浄のままで被接合体と導電性接着剤における界面抵抗を低くできる実装方法を抵抗することを第2の目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項に記載の発明においては、電子部品の実装方法において、1分子に−OH官能基(水酸基)を少なくとも2個含有するアルコール物質(7)を含んだ導電性接着剤(1)によって第1、第2電極(2a、3)を接着する工程と、このアルコール物質(7)中の−OH官能基(水酸基)によって第1、第2電極(2a、3)の表面に形成された酸化膜(2b、3a)を還元させると共に当該導電性接着剤(1)を硬化させる第1の熱処理工程と、アルコール物質(7)を蒸発させる第2の熱処理工程とを備えたことを特徴とする。
【0014】
このように、実装材料として、1分子に−OH官能基(水酸基)を少なくとも2個含有するアルコール物質(7)を含んだ導電性接着剤(1)を用い、第1の熱処理工程によって当該導電性接着剤(1)を硬化させると共に酸化膜(2b、3a)を還元させ、さらに第2の熱処理工程によってアルコール物質(7)を蒸発させることによって、第1、第2電極(2a、3)と導電性接着剤(1)における界面抵抗を低くすることができ、さらに導電性接着剤(1)からアルコール物質(7)を除去するための洗浄をなくすことができる。
【0015】
また、導電性接着剤(1)を硬化させる温度にて酸化膜(2b、3a)の還元を行っているため、還元のためだけに必要な工程を排除することができる。
なお、アルコール物質(7)には、トリメチロールプロパンやトリメチロールエタンを適用すると好適である。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
図1(a)、(b)に、導電性接着剤としてAgペースト1を用いて、電子部品2を基板4上に実装するときの模式図を示す。なお、図1(a)は後述する熱処理前における状態を示し、図1(b)は熱処理後における状態を示す。以下、図1(a)、(b)に基づき、電子部品2の実装方法について説明する。
【0017】
先ず、図1(a)に示すように、Sn等の金属からなる所望のランド電極3が備えられた基板4を用意し、このランド電極3上に本実施形態におけるAgペースト1を塗布する。このとき、ランド電極3の表面には酸化膜3aができた状態になっている。また、Agペースト1の塗布は、スクリーン印刷手法による印刷によって行っており、所望の厚さ(例えば、60μm)のメタルマスクを用いて印刷を行っている。
【0018】
そして、Agペースト1をランド電極3上に印刷したのちに、ランド電極3上にコンデンサ等の電子部品2を位置決め搭載して電子部品2に備えられた電極2aをAgペースト1に付着させる。これにより、図1(a)に示すように電子部品2が基板4上に接着された状態となる。なお、このときに電子部品2の電極2aの表面にも酸化膜2bができた状態になっている。
【0019】
ここで、本実施形態に用いられるAgペースト1の詳細について説明する。
Agペースト1は、エポキシ樹脂5とAgフィラ6からなる混合体に、酸化膜2b、3aを還元させるためのアルコール物質であって1分子に−OH基を少なくとも2つ有しているものを添加させたものであり、実施形態では、アルコール物質としてトリメチロールプロパン7を用いている。
【0020】
このトリメチロールプロパン7を用いた場合には、Agペースト1の組成比を、Agフィラ6が75〜85wt%、トリメチロールプロパン7が0.1〜5wt%(より好ましくは0.2〜3wt%)及びエポキシ樹脂5が残部とするのが好ましく、本実施形態では、Agフィラ6が80%、エポキシ樹脂5が20%の組成比で構成されたAgペースト1にトリメチロールプロパン7を5%添加したものを用いている。
【0021】
ここで、トリメチロールプロパン7の組成比は0.1〜5wt%にしているが、1%未満であると還元力を発揮するために不十分であり、また10%を超えると熱処理時に軟化して印刷形状を保持できなくなる為である。
また、上述したように、アルコール物質としてトリメチロールプロパン7を選定したのは、−OH基を3個含有しており、かつ常温で固体だからである。すなわち、−OH基が2個未満の場合には、Agペースト1の還元性が悪いためであり、また常温固体でない場合には印刷形状(塗ったときの形状)を保持することが困難だからである。
【0022】
このトリメチロールプロパン7は、略170℃の温度のときに最も還元力を発揮することができることが実験により明らかになっており、この温度を略1分間以上保持することにより酸化膜2b、3aを還元させることができる。さらに、本実施形態で使用されるAgペースト1のエポキシ樹脂5は、略170℃の温度の時が硬化最適条件であることが分かっている。
【0023】
また、トリメチロールプロパン7は、略240℃の温度を1分間程度保持すると蒸発する物質であり、この条件を満たすような熱処理を施すことによって洗浄の必要性を排除することができる。
次に、図1(a)に示すように電子部品2を基板4に搭載した後、基板4を恒温槽に入れて熱処理を行って、酸化膜2b、3aを還元させると共に、Agペースト1を硬化させ、さらには洗浄の必要性を排除すべくトリメチロールプロパン7を蒸発させる。
【0024】
このとき、上述したように、還元力を十分に発揮する条件、Agペースト1を硬化させる条件及びトリメチロールプロパン7を蒸発させる条件を全て満たすように上記熱処理を行う。
すなわち、本実施形態では、第1の熱処理としてAgペースト1の硬化最適条件となる略170℃の温度を60分間程度保持し、さらに第2の熱処理として略240℃の温度を1分間程度保持するような処理を施している。
【0025】
次に、熱処理中における電子部品2の実装状態を説明する。
第1の熱処理の略170℃の温度において、最初の1分間程度でトリメチロールプロパン7における−OH基によって酸化膜2b、3aが還元される。すなわち、Agペースト1の硬化最適条件の温度にて酸化膜2b、3aの還元も同時に行われる。これにより、Agペースト1と電子部品2の電極2a又はランド電極3の間における界面に酸化膜2b、3aがなくなり、Agペースト1内のAgフィラ6が電子部品2に設けられた電極2a及びランド電極3と点接触し易くなる。なお、この最初の1分間という短時間においてはまだAgペースト1は硬化途中であり、この後さらに続けられる熱処理によってAgペースト1が硬化する。
【0026】
そして、第2の熱処理における略240℃の温度において、Agペースト1内に含まれているトリメチロールプロパン7が蒸発される。これにより、トリメチロールプロパン7が略残留しないようにすることができるため、トリメチロールプロパン7を洗浄する必要がなくなる。
このように、電子部品2の電極2aやランド電極3の表面の酸化膜2b、3aを還元する還元剤をAgペースト1内に含ませることによって、電子部品2の電極2aやランド電極3とAgペースト1との界面抵抗を低くすることができ、さらにこの還元剤として所定の条件で蒸発するようなアルコール物質を採用することによって、還元剤をAgペースト1内から排除するための洗浄を行う必要もなくなる。
【0027】
これにより、洗浄を必要としなくても電子部品2の電極2aやランド電極3とAgペースト1との界面抵抗を低くすることができる。
また、Agペースト1の硬化最適条件にて酸化膜2b、3aの還元を行っているため、酸化膜2b、3aの還元のためだけに必要な工程を排除することができる。
【0028】
なお、本実施形態に示したAgペースト1はランド電極3や電子部品2の電極2aの材質に係わらず適用することができ、これらの電極がSn、Cu、Ag、Ni、Au、Pt、Pd、はんだ又はこれらの合金で構成されているか、若しくは導体電極として通常用いられいる材料で構成されていれば、全てに適用することができる。
【0029】
(第2実施形態)
第1実施形態においては、Agフィラ6とエポキシ樹脂5及びアルコール物質によって構成されるAgペースト1を用いていたが、本実施形態においてはこのAgペースト1にさらにハンダ粉10を添加したものを適用した実施形態を示す。本実施形態において、Agペースト1の構成及びAgペースト1の硬化の条件以外は第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分のみ説明する。
【0030】
Agペースト1中に添加されたハンダ粉10の溶融温度は約180℃であるため、第1実施形態でAgペースト1の硬化の条件として行っていた略170℃程度、60分間程度の熱処理を、本実施形態では略200℃程度、5分間の熱処理に代える。
このようにAgペースト1内にハンダ粉10を添加した場合において、電子部品2を実装したときの模式図を図2に示す。この図に示されるように、ハンダ粉10が各電極と接合されるため、各電極の比表面積が上がる。これにより、接合部材における抵抗値を下げることができる。このように、Agペースト1中にハンダ粉10を添加してもよい。
【0031】
なお、このようにハンダ粉10を用いた場合においても、ハンダ粉10の量は極めて少ないため、Pbによる環境汚染を守ることができる。
(他の実施形態)
上述した実施形態においては、アルコール物質として、トリメチロールプロパン7を用いているが、トリメチロールプロパン7を代表する構造体を有するその他のもの、例えばトリメチロールエタンを用いてもよい。
【0032】
また、Agペースト1を上述したような組成比で形成しているが、必要に応じて溶剤や反応性希釈剤を加えてもよい。
さらに、上記実施形態では、略170℃の熱処理を60分間程度行った後に略240℃の熱処理を1分間程度行っているが、240℃の熱処理を略170℃、60分間程度の熱処理の途中で行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態におけるAgペーストによって電子部品を基板に接着したときの説明図である。
【図2】第2実施形態におけるAgペーストの説明図である。
【図3】従来におけるはんだペーストを用いて電子部品を基板に接合したときの説明図である。
【図4】はんだペーストに代えて、Agペーストを実装材料に用いたときの説明図である。
【符号の説明】
1…Agペースト、2…電子部品、2a、3…電極、2b、3a…酸化膜、4…基板、5…エポキシ樹脂、6…Agフィラ、7…トリメチロールプロパン。

Claims (1)

  1. 電子部品(2)に設けられた第1電極(2a)と基板(4)に設けられた第2電極(3)との電気的な接合を行う電子部品の実装方法において、
    前記第1電極と前記第2電極とを、1分子に−OH官能基(水酸基)を少なくとも2個含有するアルコール物質(7)を含んだ導電性接着剤(1)によって接着する工程と、
    前記導電性接着剤を硬化させる温度にて、この導電性接着剤を硬化させると共に、前記−OH官能基によって前記第1、第2電極の表面に形成された酸化膜(2b、3a)を還元させる第1の熱処理工程と、
    前記アルコール物質を蒸発させる第2の熱処理工程とを備えたことを特徴とする実装方法。
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