JP5104687B2 - 接合シート及び電子回路装置並びに製造方法 - Google Patents

接合シート及び電子回路装置並びに製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、電子部品と回路基板の間に介在して、前記電子部品を前記回路基板に固定するとともに、前記電子部品の端子電極と前記回路基板の電極パッドを電気的に接続する接合シート、及びその接合シートを用いた電子回路装置、並びに製造方法に関する。
一般に、ＩＣパッケージなどの電子部品は、半田を使って回路基板に固定され、回路基板上に形成された回路に接続される（以下、「固定」と「接続」を包括する概念として「実装」を用いる）。しかしながら、半田による実装作業は半田を高温で融解して行うので、電子部品に熱負荷を与え、電子部品を損傷する場合がある。特に、近年は融点の高い鉛フリー半田を使用するようになったので、高熱による電子部品の損傷の危険がさらに高くなっている。
そこで、電子部品を高温に曝さないために、半田に代えて導電性接着剤を使う実装方法が多々提案されている。
例えば、特許文献１では、ＩＣパッケージの端子電極に突起して設けられた電極バンプに導電性接着剤を転写して、回路基板上に設けた電極パッドに実装する電子回路装置が提案されている。前記電極バンプは、端子電極に固定される下段バンプと、前記下段バンプに積層する上段バンプとからなり、また、上段バンプの圧縮弾性率が下段バンプよりも低くなっている。このため、回路基板の平坦性や電極パッドの厚さのバラツキを、前記上段バンプの圧縮変形により吸収できるので、ＩＣパッケージの接続状態を良好に保つことができる。
しかし、硬化前の導電性接着剤は流動性を有するので、ＩＣパッケージと回路基板に挟まれた導電性接着剤は、ＩＣパッケージの自重による圧力を受けて横に広がり、隣接する電極パッドと接触してショートを起こす場合がある。
そこで、特許文献２は、回路基板の電極パッドに、凹部を備える電子回路装置を提案している。この電子回路装置では、前記電極パッドの凹部で導電性接着剤をトラップして、導電性接着剤が回路基板上で広がることを防ぐことができる。
しかし、電極バンプへの導電性接着剤の転写量を適切に管理することは難しく、電極バンプへの導電性接着剤の転写量を誤ると、特許文献２の電子回路装置でも導電性接着剤が電極パッドから漏出する。
また、特許文献３では、ＩＣパッケージの電極バンプの周囲に凹部を形成するとともに、回路基板上に設けた樹脂シートから導電性接着剤の一部を突出させた電子回路装置が提案されている。
特開２００１−１８９３３７号公報 特許第３５４９０１７号公報 特開２００６−３２６３２号公報
確かに、特許文献３に記載の電子回路装置では、導電性接着剤が、ＩＣパッケージの電極バンプ周囲に形成された凹部でトラップされるので、導電性接着剤の漏出を確実に防止できるが、ＩＣパッケージおよび回路基板の加工に手間がかかるので実用的ではない。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、簡単なプロセスで電子部品を回路基板に実装でき、電極パッド間のショートを確実に防止できる接合シートと、その接合シートを用いた電子回路装置及びその製造方法を提供するものである。
本発明に係る接合シートは、電子部品と回路基板の間に介在して、前記電子部品を前記回路基板に固定するとともに、前記電子部品の端子電極と前記回路基板の電極パッドを電気的に接続する接合シートにおいて、絶縁性素材からなるシート状の基材の内部に導電性接着剤を充填した接着剤充填部を有し、前記接着剤充填部は、前記電子部品の端子電極に対応する位置に前記端子電極ごとに独立に配置されていることを特徴とする。
本発明に係る電子回路装置は、前記接合シートを電子部品と回路基板の間に介在させて、前記電子部品を前記回路基板に固定するとともに、前記電子部品の端子電極と前記回路基板の電極パッドを電気的に接続してなる電子回路装置において、前記電子部品は、前記端子電極から突出する電極バンプを有し、前記電極パッドは、前記回路基板に前記電極パッド毎に独立して設けられた凹部の底面に配置され、前記電極バンプは、前記接着剤充填部を通って前記接合シートの裏面に突出し、さらに前記凹部に進入していて、前記電極バンプと前記電極パッドの間の隙間は、前記接着剤充填部から前記凹部に流出した前記導電性接着剤で埋められている。
本発明に係る電子回路装置の製造方法は、前記電子回路装置を製造する電子回路装置の製造方法において、前記接着剤充填部が、それに対応する前記凹部の真上に来るように位置を合わせて、前記接合シートを前記回路基板の上に載置するシート載置工程と、前記電極バンプが、それに対応する前記接着剤充填部の真上に来るように位置を合わせて、前記電子部品を前記接合シートの上に載置して、さらに、前記電子部品を押圧して前記電極バンプを前記接合シートの裏面から突出させる電子回路部品取付工程と、前記接着剤充填部から前記凹部に流入した前記導電性接着剤を固化させる固定工程を備える。
本発明によれば、簡単なプロセスで電子部品を回路基板に実装でき、電極パッド間のショートを確実に防止することができる。
以下、本発明を実施するための最良の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
［接合シート］
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る接合シート２０の構造を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、同じく上面図であり、図１（ｃ）は、同じく横断面図である。
図１（ａ）ないし（ｃ）に示すように、接合シート２０は、シート状の基材１の内部に接着剤充填部２を設け、接着剤充填部２の内部に導電性接着剤３を充填して構成される。
基材１の素材には、弾性を有する絶縁性素材が好ましく、例えば、ポリブタジエン系、ブタジエン・アクリロニトリル系、クロロプレン各種合成ゴム、フッ素樹脂からなるフッ素ゴム、シリコーン樹脂からなるシリコーンゴムなどから選ぶことができる。
導電性接着剤３は、接着に寄与する接着樹脂と電気的導通に寄与する導電性粒子との混合物である。接着樹脂には、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂などの熱硬化性樹脂あるいは、スチレン樹脂、アクリル樹脂、エチレンと酢酸ビニルがランダムに共重合したＥＶＡ樹脂などの熱可塑性樹脂の中から選ぶことができる。また、導電性粒子には、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉなどが用いられる。
なお、接合シート２０は、シート状の基板の所定の位置に凹部を設け、この凹部に導電性接着剤３を滴下し、前記基板の上面を被覆シートで覆って、前記凹部を掩蓋して製造することができる。
なお、基板に凹部を設ける手段は特に限定されない。型を使って成形してもよいし、平坦に成形されたシートに電子ビームを照射して加工してもよい。
［電子回路装置］
図２は、接合シート２０を用いた電子回路装置３０の構成を説明する図であり、図２（ａ）は電子回路３０の横断面図を、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡＡ線で切断した断面図を、図２（ｃ）は図２（ａ）のＢ部の拡大図をそれぞれ示している。
図２（ａ）に示すように、電子回路装置３０は、ＩＣパッケージ４を回路基板７に実装して成り、ＩＣパッケージ４と回路基板７の間に接合シート２０を介在させている。また、ＩＣパッケージ４の下面には、端子電極５が設けられ、端子電極５からは電極バンプ６が突出している。また、回路基板７の上面には、凹部８が形成され、凹部８の底面には電極パッド９が備えられている。
電極バンプ６は、接合シート２０の上面から挿入され、さらに、接着剤充填部２の中を通って、接合シート２０の下面を突き破って凹部８の中に届いている。接着剤充填部２にあった導電性接着剤３は、電極バンプ６に突き破られた接合シート２０の穴を通って、凹部８に流れ出て、凹部８の内部、すなわち電極バンプ６と電極パッド９の間の隙間を埋めて硬化している。
図２（ｃ）に示すように、凹部８の内部で硬化した導電性接着剤３は、電極バンプ６を凹部８の内部で固定し、ＩＣパッケージ４と回路基板７とを接合するとともに、端子電極５と電極パッド９とを電気的に接続する。このように、ＩＣパッケージ４は回路基板７に実装される。
なお、接着剤充填部２の容積は、凹部８の容積から電極バンプ６の容積を控除したものよりも小さくなるようにして、凹部８に流入した導電性接着剤３が凹部８から溢れないようにする。
［電子回路装置の製造方法］
次に、電子回路装置３０の製造方法を図３を参照しながら説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、凹部８と電極パッド９を設けた回路基板７を製造する。言うまでもないが、凹部８と電極パッド９の配置は、実装するＩＣパッケージ４の電極バンプ６の配置に合わせる。
次に、接着剤充填部２が、それに対応する凹部８の真上に来るように位置を合わせて、接合シート２０を回路基板７の上面に載置する。そして、電極バンプ６が、それに対応する接着剤充填部２の真上に来るように位置を合わせて、ＩＣパッケージ４を接合シート２０の上方に配置する（図３（ｂ）参照）。
次に、ＩＣパッケージ４を押圧して、電極バンプ６を接合シート２０に突き刺して、電極バンプ６で接着剤充填部２を突き破り、接合シート２０の裏面から突出させて、凹部８に挿入する。このとき、接着剤充填部２から流出した導電性接着剤３は、凹部８に流入し、電極バンプ６と電極パッド９の間の隙間を埋める（図３（ｃ）参照）。
導電性接着剤３が、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂を含む場合には、導電性接着剤３を凹部８に流入した後、回路基板７を適当な熱源１０で加熱して、導電性接着剤３を硬化させる（図３（ｄ）参照）。また、ＥＶＡ樹脂などの熱可塑性樹脂を含む場合には、回路基板７に載置するのに先立って、接合シート２０を導電性接着剤３が溶融する温度まで加熱して、電極バンプ６で接着剤充填部２を突き破って、導電性接着剤３を凹部８に流入させた後に、回路基板７を冷却して硬化させれば良い。
電子回路装置３０は、接着剤充填部２に充填される導電性接着剤３の容積を、凹部８の電極バンプ６と電極パッド９の間の隙間より小さくしているので、導電性接着剤３の漏出を確実に防止できる。
また、電子回路装置３０は、電極バンプ６の周囲に凹部を設ける必要がないので、ＩＣパッケージ４の加工に手間がかからず、量産に適している。
また、本発明が適用される電子部品は、ＩＣパッケージに限定されるものではない。例えば、コンデンサ、トランジスタ、ダイオードなどの各種電子部品の回路基板への実装に適用できることは言うまでもない。
本発明の接合シートの構成を示す図である。 本発明の電子回路装置を示す図である。 本発明の電子回路装置の製造方法を説明する図である。
符号の説明
１ 基材
２ 接着剤充填部
３ 導電性接着剤
４ ＩＣパッケージ
５ 端子電極
６ 電極バンプ
７ 回路基板
８ 凹部
９ 電極パッド
１０ 熱源
２０ 接合シート
３０ 電子回路装置

Claims (14)

  1. 電子部品と回路基板の間に介在して、前記電子部品を前記回路基板に固定するとともに、前記電子部品の端子電極と前記回路基板の電極パッドを電気的に接続する接合シートにおいて、
    絶縁性素材からなるシート状の基材の内部に導電性接着剤を充填した接着剤充填部を有し、
    前記接着剤充填部は、前記電子部品の端子電極に対応する位置に前記端子電極ごとに独立に配置されている
    ことを特徴とする接合シート。
  2. 前記電子部品はＩＣパッケージである
    ことを特徴とする請求項１に記載の接合シート。
  3. 前記基材は弾性材料からなる
    ことを特徴とする請求項１に記載の接合シート。
  4. 前記基材はゴムからなる
    ことを特徴とする請求項３に記載の接合シート。
  5. 前記導電性接着剤は、接着樹脂と導電性粒子の混合物である
    ことを特徴とする請求項１に記載の接合シート。
  6. 前記導電性粒子は、Ａｇ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｔｉの少なくとも１つを含有する
    ことを特徴とする請求項５に記載の接合シート。
  7. 前記接着樹脂は熱硬化性樹脂である
    ことを特徴とする請求項５に記載の接合シート。
  8. 前記熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、あるいは尿素樹脂のいずれかである
    ことを特徴とする請求項７に記載の接合シート。
  9. 前記接着樹脂は熱可塑性樹脂である
    ことを特徴とする請求項５に記載の接合シート。
  10. 前記熱可塑性樹脂は、スチレン樹脂、アクリル樹脂、あるいはＥＶＡ樹脂のいずれかである
    ことを特徴とする請求項９に記載の接合シート。
  11. 請求項１に記載の接合シートを電子部品と回路基板の間に介在させて、前記電子部品を前記回路基板に固定するとともに、前記電子部品の端子電極と前記回路基板の電極パッドを電気的に接続してなる電子回路装置において、
    前記電子部品は、前記端子電極から突出する電極バンプを有し、
    前記電極パッドは、前記回路基板に前記電極パッド毎に独立して設けられた凹部の底面に配置され、
    前記電極バンプは、前記接着剤充填部を通って前記接合シートの裏面に突出し、さらに前記凹部に進入していて、
    前記電極バンプと前記電極パッドの間の隙間は、前記接着剤充填部から前記凹部に流出した前記導電性接着剤で埋められている
    ことを特徴とする電子回路装置。
  12. 請求項１１に記載の電子回路装置を製造する電子回路装置の製造方法において、
    前記接着剤充填部が、それに対応する前記凹部の真上に来るように位置を合わせて、前記接合シートを前記回路基板の上に載置するシート載置工程と、
    前記電極バンプが、それに対応する前記接着剤充填部の真上に来るように位置を合わせて、前記電子部品を前記接合シートの上に載置して、さらに、前記電子部品を押圧して前記電極バンプを、前記接合シートの裏面から突出させる電子回路部品取付工程と、
    前記接着剤充填部から前記凹部に流入した前記導電性接着剤を固化させる固定工程を備える
    ことを特徴とする電子回路装置の製造方法。
  13. 前記導電性接着剤の接着樹脂は熱硬化性樹脂であって、
    前記固定工程は、前記回路基板を加熱する加熱工程を有する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電子回路装置の製造方法。
  14. 前記導電性接着剤の接着樹脂は熱可塑性樹脂であって、
    前記シート載置工程に先立って、前記接合シートを加熱する加熱工程を有するとともに、
    前記固定工程は、前記回路基板を冷却する冷却工程を有する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電子回路装置の製造方法。
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