JP4256719B2

JP4256719B2 - 電子部品実装体およびその製造方法

Info

Publication number: JP4256719B2
Application number: JP2003136345A
Authority: JP
Inventors: 豊熊野; 寛十河
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2023-05-14
Also published as: JP2004342766A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板、および回路基板に半導体パッケージ部品、チップ部品、コネクタ等の電子部品が実装された電子部品実装体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題に対する意識の高まりから、エレクトロニクス実装の分野では、半田合金中の鉛に対する規制が行われつつある。そのため、鉛を含まない材料（鉛フリー材料）により電子部品を回路基板に電気的接続する技術の確立が急務となっている。鉛フリー材料には、主として鉛フリー半田と導電性接着剤とが挙げられるが、電子部品と回路基板との接合部の柔軟性や実装温度の低温化等のメリットが期待される導電性接着剤に注目が集まっている。
【０００３】
上記導電性接着剤は、通常、例えば熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物と樹脂組成物に分散された導電性フィラーとを含んでいる。この導電性接着剤を用いた電子部品の実装は、まず回路基板に形成されたランド電極(電子部品設置用電極)上に導電性接着剤をスクリーン印刷により塗布し、印刷された導電性接着剤上に電子部品の電極部を配置し、加熱して、導電性接着剤に含まれる熱硬化性樹脂を硬化させる。硬化により、熱硬化性樹脂が収縮し、導電性フィラー同士が接触して電子部品と回路基板との導通が確保されるとともに、回路基板と電子部品とが所定の強度で接合される。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
導電性接着剤は、熱硬化性樹脂の硬化温度が１００〜２００℃程度であることから、溶融温度が２２０℃である錫−銀−銅からなる鉛フリー半田と比較して加熱温度が極めて低く、耐熱性の低い安価な電子部品の実装にも使用できる。また、導電性接着剤は樹脂を含むため、電子部品と回路基板との接合部は、半田を用いた場合と比較すると柔軟であり、熱や外力による亀裂が生じにくいという利点を有している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３０３５１７号公報（第２−３頁）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記導電性接着剤を用いた電子部品の実装には以下に示す問題がある。
【０００７】
実装が高密度になるにつれて、電子部品設置用電極が微小となるため、電子部品設置用電極上に導電性接着剤を安定してスクリーン印刷することが困難となる。導電性接着剤の印刷性を向上させるには、スクリーン印刷に用いられる印刷版の開口部のサイズ調整や、導電性接着剤の粘度調整が効果的であるが、開口部のサイズを小さくし、または導電性接着剤の粘度を高くすると、導電性接着剤が印刷版から抜け切れず、印刷量が不足するという問題が生じる。開口部のサイズを大きくし、または導電性接着剤の粘度を低くすると、導電性接着剤が電子部品設置用電極から流れ出し、電子部品設置用電極間や、配線パターン間に短絡が生じるという問題がある。
【０００８】
また、導電性接着剤は、電子部品設置用電極に対して良い濡れ性を示すため、または、電子部品を電子部品設置用電極上に搭載する際の電子部品の自重や接合のための加圧により、電子部品設置用電極から流れ出すことがあった。導電性接着剤を電子部品設置用電極にスクリーン印刷した後、印刷版を取り外す際に導電性接着剤にせん断応力がかかるため、導電性接着剤に粘度低下が生じ、導電性接着剤が電子部品設置用電極から流れ出すこともあった。また、導電性接着剤は、硬化する際の熱により粘度が低下し、電子部品設置用電極から流れ出すこともあった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の回路基板は、絶縁性基板の一方の主面に複数の配線パターンが配置された回路基板であって、前記一方の主面が、導電性接着剤が配置されることにより電子部品設置用電極となる電極形成領域を含み、前記電極形成領域の周囲の少なくとも一部に配置された前記導電性接着剤の流れ防止突起を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の電子部品実装体は、電子部品と、本発明の回路基板とが、前記導電性接着剤を介して電気接続されていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本実施の形態の回路基板では、絶縁性基板の一方の主面が、導電性接着剤が配置されることにより電子部品設置用電極となる電極形成領域を含み、前記電極形成領域の周囲の少なくとも一部に配置された前記導電性接着剤の流れ防止突起を含んでいるので、例えば、導電性接着剤を電極形成領域にスクリーン印刷によって塗布する際に用いる印刷版の開口部のサイズを大きくし、または導電性接着剤の粘度を低くしても、所望の領域（電極形成領域）に電子部品設置用電極を形成できるとともに、形成された電子部品設置用電極間や、絶縁性基板の一方の主面に配置された配線パターン間の短絡を抑制できる。また、電子部品実装体の設計における導電性接着剤の選択の自由度を高めることができる。
【００１２】
前記絶縁性基板は樹脂を含み、前記電極形成領域の少なくとも一部に前記樹脂を含む領域が存在していることが好ましい。導電性接着剤は樹脂を含んでいるので、電極形成領域において樹脂を含んでいると、電極形成領域と導電性接着剤との接着性が良く、本実施の形態の回路基板に電子部品が実装された電子部品実装体の信頼性が高まるからである。
【００１３】
前記絶縁性基板が樹脂を含み、前記電極形成領域の少なくとも一部に前記樹脂を含む領域が存在する本実施の形態の回路基板では、前記回路基板が内部に配置され樹脂を含むビアをさらに含み、前記ビアの一方端が、前記電極形成領域において露出していることが好ましい。一般に、樹脂／樹脂間の接着は、樹脂／金属間の接着よりも接着強度が高い。樹脂を含む導電性接着剤と、樹脂を含むビアとを直接接着することができるので、樹脂／樹脂間の接着を得ることができ、信頼性の高い電子部品実装体を得ることができる。
【００１４】
本実施の形態の電子部品実装体では、上記した本実施の形態の回路基板を用いているので、導電性接着剤の流れ出しに起因する電子部品設置用電極間や配線パターン間の短絡が抑制されている。
【００１５】
本実施の形態の電子部品実装体では、前記導電性接着剤が、前記電極形成領域に含まれる樹脂と同じ樹脂を含んでいることが好ましい。導電性接着剤が電極形成領域と同じ樹脂を含んでいると、相溶性が良いため、電極形成領域と導電性接着剤との接着性が良く、電子部品実装体の信頼性が高まるからである。
【００１６】
以下、本発明の回路基板の一例、および本発明の電子部品実装体の一例について図面を用いて具体的に説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の回路基板の一例の部分平面図である。図１に示すように、本実施の形態の回路基板は、絶縁性基板１１の一方の主面に複数の配線パターン１３が配置された回路基板であって、一方の主面が、導電性接着剤が配置されることにより電子部品設置用電極となる電極形成領域１０を含み、電極形成領域１０の周囲の少なくとも一部に配置された導電性接着剤の流れ防止突起１２（以下「突起１２」と略す）を含んでいる。
【００１８】
本実施の形態の回路基板は、導電性接着剤が配置されることにより電子部品設置用電極となる電極形成領域１０と、電極形成領域１０の周囲の少なくとも一部に配置された突起１２とを含んでいるので、例えば、導電性接着剤を電極形成領域１０にスクリーン印刷によって塗布する際に用いる印刷版の開口部のサイズを大きくし、または導電性接着剤の粘度を低くしても、所望の領域（電極形成領域１０）に電子部品設置用電極を形成できるとともに、形成された電子部品設置用電極間や、配線パターン１３間の短絡を抑制できる。
【００１９】
絶縁性基板１１は、エポキシ樹脂中にガラス繊維やアラミド繊維等の補強材を含む材料、ポリイミド樹脂、アルミナを主成分とするセラミック材料等のうちのいずれの材料から形成されていても構わないが、特に、絶縁性基板１１が樹脂を含み、電極形成領域１０の少なくとも一部に上記樹脂を含む領域が存在していることが好ましい。導電性接着剤は樹脂を含んでいるので、電極形成領域１０において樹脂を含んでいると、電極形成領域１０と導電性接着剤との接着性が良く、本実施の形態の回路基板に電子部品が実装された電子部品実装体の信頼性が高まるからである。
【００２０】
突起１２の材料については特に制限はなく、導電性材料、絶縁性材料のいずれであってもよい。突起１２が、例えば導電性材料から形成されている場合は、突起１２と配線パターン１３とが一体であり、突起１２と配線パターン１３とが同時に形成されていてもよい。絶縁性基板１１がエポキシ樹脂中にガラス繊維を含む材料から形成されている場合、突起１２および配線パターン１３は、絶縁性基板１１の一方の面に銅箔を接着した後、不要な部分をエッチング除去し、残された銅箔の表面にニッケルおよび金メッキを施すことによって形成できる。絶縁性基板１１がセラミック材料からなる場合は、タングステンがガラス中に分散しており８００℃〜１０００℃に加熱して焼成させることにより導電性を発現する材料を、絶縁性基板１１にスクリーン印刷することによって、上記突起１２と配線パターン１３とを同時に形成できる。
【００２１】
尚、突起１２が導電性材料から形成される場合であっても、必ずしも突起１２と配線パターン１３とを同時に形成する必要はない。突起１２と配線パターン１３とを同時に形成しない場合であっても、突起１２は、エッチング、印刷等の方法により形成できる。
【００２２】
突起１２の材料が、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁性材料である場合、絶縁性基板１１に、エポキシ樹脂層を薄く形成し、フォトリソグラフィにより不要な部分を取り除くことにより、突起１２を形成できる。
【００２３】
尚、図１に示した例では、突起１２が、電極形成領域１０の全周囲に形成されているが、これに制限されず、図２に示すように、電極形成領域１０（図２において点線で囲われた領域）の周囲の一部、例えば、電極形成領域１０間の間隔が狭い所にだけ形成されていてもよい。
【００２４】
次に、本発明の電子部品実装体の製造方法の一例を説明する。
【００２５】
図３に示すように、まず、回路基板の電極形成領域１０に、導電性接着剤１４をスクリーン印刷する。導電性接着剤１４は、突起１２が導電性材料から形成されている場合には、導電性接着剤１４の一部が突起１２上に配置されるように印刷され、突起１２が絶縁性材料から形成されている場合には、導電性接着剤１４の一部が配線パターン１３上に配置されるように印刷される必要がある。導電性接着剤１４と配線パターン１３とは電気接続される必要があるからである。
【００２６】
また、印刷に際し、突起１２の厚みよりも厚い印刷版を用い、印刷された導電性接着剤１４の上面が、突起１２の上面よりも若干上方となるように導電性接着剤１４を印刷することが好ましい。図４Ｂに示すように、電子部品１５の端子電極１６と導電性接着剤１４とを十分に接触させることができるので、電子部品１５と回路基板との電気接続の低抵抗化を実現できるからである。
【００２７】
導電性接着剤には、導電性フィラーと熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物とを混練したものが使用できる。熱硬化性樹脂には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が利用でき、導電性フィラーには、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、ＰｔおよびＦｅからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属粒子を用いることができる。樹脂組成物は、熱硬化性樹脂に代えて、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂を含んでいてもよいし、上記熱硬化性樹脂と上記熱可塑性樹脂との混合物を含んでいてもよいし、さらに溶剤を含んでいても良い。特に、導電性接着剤１４は、電極形成領域１０に含まれる樹脂と同じ樹脂を含んでいることが好ましい。電極形成領域１０と導電性接着剤１４とが同じ樹脂を含んでいると、相溶性が良いため、電極形成領域１０と導電性接着剤１４との接着性が良く、電子部品実装体の信頼性が高まるからである。
【００２８】
尚、導電性接着剤の塗布方法は、スクリーン印刷の他にシリンジを用いたポッティングであってもよい。
【００２９】
次に、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、電子部品１５の端子電極１６と導電性接着剤１４とが接触するように、位置合わせし、電子部品１５を回路基板上に搭載した後、１５０℃程度に加熱して、導電性接着剤１４を硬化させる。
【００３０】
このように、本実施の形態の回路基板では、導電性接着剤１４が配置されることにより電子部品設置用電極となる電極形成領域１０（図１参照）と、電極形成領域１０の周囲の少なくとも一部に配置された突起１２とを含んでいるので、導電性接着剤１４の流れ出しに起因する電子部品設置用電極間や配線パターン１３間の短絡を抑制できる。
【００３１】
また、突起１２が存在することにより、導電性接着剤１４の粘度調整が容易となる。導電性接着剤１４に要求される特性は、スクリーン印刷時の粘度、印刷版を取り外す際の粘度、加熱時、加圧時の粘度等数多い。本実施の形態の回路基板では、突起１２が存在することにより、導電性接着剤１４の要求特性が緩和され、導電性接着剤の設計の自由度が高まる。具体的には、導電性接着剤が、温度３０℃において、せん断速度が１．０ｓｅｃ^-1である場合、従来、粘度は５００Ｐａ・ｓ〜１５００Ｐａ・ｓであったが、本実施の形態の回路基板では、粘度が３０Ｐａ・ｓ〜１５００Ｐａ・ｓである導電性接着剤を用いることができ、電子部品実装体の設計における導電性接着剤の選択の自由度を高めることができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図５に、本発明の回路基板の他の例を示している。図５において、図１に示した構成部材と同じ機能を有する構成部材については同じ記号を付してその説明を省略する。
【００３３】
図５に示すように、本実施の形態の回路基板では、絶縁性基板１１が樹脂を含み、電極形成領域１０の少なくとも一部には上記樹脂を含む領域が存在している。また、回路基板が内部に配置され樹脂を含むビア１７をさらに含み、ビア１７の一方端が、電極形成領域１０において露出している。ビア１７は、例えば、金属粒子と熱硬化性樹脂とを混合した導電性樹脂組成物から形成することができる。金属粒子としては、例えば、金、銀、銅またはニッケル等を用いることができ、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、またはイソシアネート樹脂等を用いることができる。
【００３４】
例えば、銅箔（必要に応じてニッケルおよび金メッキが施されている）によって電子部品設置用電極が形成された従来の回路基板に電子部品が実装された電子部品実装体の電気経路は、電子部品の電極→導電性接着剤→回路基板の電子部品設置用電極→回路基板のビアとなる。このような電子部品実装体について、熱サイクル試験、耐湿度試験等の接続信頼性試験を行った結果、導電性接着剤と電子部品設置用電極との間の剥離が電気的接続不良の第一の要因であった。これは、導電性接着剤と金属材料（銅箔）からなる電子部品設置用電極との接着強度が低いことに起因している。
【００３５】
本実施の形態の回路基板を用いれば、樹脂を含む導電性接着剤１４と、樹脂を含むビア１７とを直接接着することができ、樹脂／樹脂間の接着を得ることができる。樹脂／樹脂間の接着は樹脂／金属間の接着よりも高い接着強度を有するため、本実施の形態の回路基板では、剥離等による電気的接続不良を抑制でき、信頼性の高い電子部品実装体を得ることが可能となる。
【００３６】
尚、図４においては、回路基板の一方の面にのみ電子部品を実装した電子部品実装体を示したが、本発明の電子部品実装体はこれに限定されず、回路基板が両主面に配線パターンと電極形成領域と突起とを備えており、両主面に電子部品が実装された電子部品実装体であってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明では、電子部品を実装する際に電子部品設置用電極間や、配線パターン間の短絡を抑制可能な回路基板、およびそれを用いた信頼性の高い電子部品実装体を提供できる。また、電子部品実装体の設計における導電性接着剤の選択の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回路基板の一例を示す部分平面図
【図２】本発明の回路基板の他の例を示す部分平面図
【図３】図１に示した回路基板に導電性接着剤が塗布された様子を説明する部分平面図
【図４】Ａは本発明の電子部品実装体の一例を示す部分平面図，ＢはＡのI−I'断面図
【図５】本発明の回路基板の他の例を示す部分平面図
【符号の説明】
１０電極形成領域
１１絶縁性基板
１２導電性接着剤の流れ防止突起
１３配線パターン
１４導電性接着剤
１５電子部品
１６電子部品の端子電極
１７ビア

Claims

電子部品と、回路基板とが、電子部品設置用電極を介して電気接続された電子部品実装体であって、
前記回路基板は、絶縁性基板の一方の主面に複数の配線パターンが配置された回路基板であって、前記一方の主面が、導電性接着剤が配置されることにより前記電子部品設置用電極が形成される電極形成領域を含み、前記電極形成領域の周囲の少なくとも一部に配置された前記導電性接着剤の流れ防止突起を含み、
前記導電性接着剤がエポキシ樹脂を含み、
前記絶縁性基板がエポキシ樹脂を含み、前記電極形成領域の少なくとも一部に前記エポキシ樹脂を含む領域が存在し、
前記回路基板は、内部に配置されエポキシ樹脂を含むビアをさらに含み、前記ビアの一方端が、前記電極形成領域において露出しており、
前記電極形成領域および前記ビアが前記導電性接着剤と直接接着されていることを特徴とする電子部品実装体。
請求項１に記載の電子部品実装体の製造方法であって、
溶剤を含む前記導電性接着剤を前記電極形成領域に塗布し、前記導電性接着剤を介して前記電子部品を前記回路基板上に搭載した後、前記導電性接着剤を硬化させて電子部品設置用電極とする工程を含むことを特徴とする電子部品実装体の製造方法。