JP6774727B2 - 接合補強用組成物および接合補強部の製造方法 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る接合補強用組成物は、(A)熱硬化性樹脂と、(B)活性剤とを含む。
本実施形態の接合補強用組成物に使用する熱硬化性樹脂(A)としては、(A−1)マレイミド骨格を有するマレイミド化合物が好ましく用いられる。当該マレイミド化合物(A−1)としては、末端または側鎖に複数のマレイミド基を有する化合物が好ましく用いられる。
このようなマレイミド化合物(A−1)は耐熱性、絶縁性、耐湿性および低誘電特性に優れ、また活性剤(B)と反応し難い。そのため本実施形態の接合補強用組成物はその粘度の上昇を抑制することができ、またこれを用いて形成される接合補強部は良好な耐熱性、絶縁性および耐湿性を実現できる。
また前記マレイミド化合物(A−1)は1種を単独でまたは複数種を組合せて使用することができるが、前記多官能芳香族マレイミド化合物を用いる場合、多官能脂肪族マレイミド化合物と併用することがより好ましい。
なお前記多官能芳香族マレイミド化合物と多官能脂肪族マレイミド化合物とを併用する場合、その配合比率は5:95から95:5(多官能芳香族マレイミド化合物:多官能脂肪族マレイミド化合物)である。
前記活性剤(B)としては、例えば有機アミンのハロゲン化水素塩等のアミン塩(無機酸塩や有機酸塩)、有機酸、有機酸塩、有機アミン塩を配合することができる。更に具体的には、ジフェニルグアニジン臭化水素酸塩、シクロヘキシルアミン臭化水素酸塩、ジエチルアミン塩、酸塩、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸等が挙げられる。これらの中でも特にアジピン酸が好ましく用いられる。またこれらは1種を単独で、または複数種を組合せて使用することができる。
なお粘度の上昇を抑制し得るため、本実施形態の接合補強用組成物は、無溶剤であっても好適に使用することができる。
本実施形態の接合補強用組成物には、更に(C)硬化剤を配合することができる。当該硬化剤(C)を併用することにより、形成される接合補強部の硬度および弾性率を高めることができる。
前記硬化剤(C)としては、例えばイミダゾール化合物、イミダゾール化合打つ、過酸化物類、メラミンおよびアミン類が挙げられる。これらの中でも特にイミダゾール化合物が好ましく用いられる。またこれらは1種を単独で、または複数種を組合せて使用することができる。
なお、本実施形態の接合補強用組成物は、その構成により、前記硬化剤(C)を上記範囲内で配合した場合であっても組成物中の成分の反応およびその進行を抑制し得るため、良好な粘度を保つことができる。
本実施形態の接合補強用組成物には、更に(D)チクソ剤を配合することができる。当該チクソ剤(D)としては、例えばヒマシ油、水素添加ヒマシ油、脂肪酸アマイド類、オキシ脂肪酸類等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。またこれらは1種を単独で、または複数種を組合せて使用することができる。
前記チクソ剤(D)の配合量は、接合補強用組成物の固形分全量に対して0.1重量%から10重量%であることが好ましい。より好ましいその配合量は0.5重量%から5重量%であり、特に好ましくは1重量%から3重量%である。
本実施形態の接合補強用組成物には、更に(E)酸化防止剤を配合することができる。当該酸化防止剤(E)としては、例えばヒンダードフェノール化合物(セミヒンダード系化合物を含む)、フェノール系酸化防止剤、ビスフェノール系酸化防止剤、ポリマー型酸化防止剤、トリアゾール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、硫黄化合物(ジラウリル−3,3’−チオジプロピオネート、ジミリスチル−3,3’−チオジプロピオネート、ジステアリル−3,3’−チオジプロピオネート、ジラウリルスルフィド、2−メルカプトベンズイミダゾール、2−メルカプトメチルベンズイミダゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、ジベンゾチアジルジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラブチルチウラムジスルフィド、テトラキス(2−エチルへキシル)チウラムジスルフィド、N,N’−ジフェニルチオ尿素、ジチオカルバミン酸亜鉛塩、N−t−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、ブチルキサントゲン酸亜鉛等)等が挙げられる。これらは1種を単独で、または複数種を組合せて使用することができる。
前記酸化防止剤(E)の配合量は、接合補強用組成物の固形分全量に対して0.01重量%から10重量%であることが好ましい。より好ましいその配合量は0.1重量%から8重量%であり、特に好ましくは1重量%から5重量%である。
本実施形態の接合補強用組成物には、更に(F)溶剤を配合することができる。当該溶剤(F)としては、例えばイソプロピルアルコール、エタノール、アセトン、トルエン、キシレン、酢酸エチル、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、グリコールエーテル等を使用することができるが、これらに限定されるものではない。またこれらは1種を単独で、または複数種を組合せて使用することができる。
前記溶剤(F)の配合量は、接合補強用組成物全量に対して0重量%から90重量%であることが好ましい。より好ましいその配合量は10重量%から80重量%であり、特に好ましくは20重量%から50重量%である。
これらの配合量は、接合補強用組成物の固形分全量に対して0.1重量%から10重量%であることが好ましい。より好ましいその配合量は0.5重量%から5重量%であり、特に好ましくは1重量%から3重量%である。
本実施形態の接合補強用組成物の粘度を上記範囲に設定することで、一定温度までの粘度を低く抑えられると共に、加熱後は良好な硬度を有する接合補強部を提供することができる。
次に、本実施形態の接合補強用組成物を用いた接合補強部の製造方法について説明する。なお本発明の接合補強用組成物の用途、およびこれを用いた接合補強部の製造方法はこの製造方法に限定されるものではない。
これらの中でも特に錫、銀および銅を含む合金、例えば錫−鉛系合金、錫−銀系合金はんだ、錫−銀−銅系合金、錫−銀−銅−ビスマス系合金、錫−銀−銅−インジウム系合金、錫−銀−銅−ビスマス−インジウム系合金が好ましく用いられる。これらの中でも特に、Sn−3Ag−0.5Cu合金、Sn−58Bi等が好ましく用いられる。
なお前記接合用金属を設ける位置は前記被接合材の種類、基板の用途および回路設計等により適宜決定される。また前記接合用金属は前記基板および被接合材の少なくとも一方に設けられていればよい。
また前記接合補強用組成物の塗布方法としては、例えばスピンコーター、ディスペンサー、ジェットディスペンサー、ローラ等で塗布する方法や、スクリーン印刷、メタルマスク印刷等が挙げられる。
なお塗布する前記接合補強用組成物の量および厚みは前記接合用金属の大きさおよび高さにより適宜調整されるが、少なくとも前記接合用金属の高さ寸法よりも厚くすることが好ましい。
上記加熱の条件は前記接合用金属の種類、特に溶融温度により適宜決定される。前記接合用金属として例えばSn−Ag−Cu系合金を用いる場合、プリヒート条件は150℃から180℃の温度下で60秒から120秒で、ピーク温度を220℃から260℃に設定することができる。
なお前記基板と前記被接合材は、圧着しながら加熱する、いわゆる熱圧着方法により加熱をしてもよい。
上記加熱に使用する装置としては、例えばリフロー装置や熱圧着装置等が挙げられ、その加熱条件によって適宜選択される。
なお当該接合補強部は、前記基板と前記接合材と前記接合部により形成される空間(前記基板上に絶縁層が形成されている場合は前記絶縁層と前記接合材と前記接合部により形成される空間でもよい)を埋めるように形成されていることが好ましい。
また前記接合補強部は本実施形態の接合補強用組成物により形成されるため、耐熱性、絶縁性、耐湿性および低誘電特性に優れる。更には、当該接合補強部は、はんだ接合された基板および被接合材における前記はんだ接合部への応力を低減する効果を奏する。
※2 ケイ・アイ化成(株)製 芳香族ビスマレイミド化合物
※3 Designer Molecules Inc.製 脂肪族ビスマレイミド化合物
※4 Designer Molecules Inc.製 脂肪族ビスマレイミド化合物
※5 DIC(株)製 ビスフェノールF型エポキシ樹脂
※6 DIC(株)製 2官能ナフタレン型エポキシ樹脂
※7 東亜合成(株)製 イソシアヌル酸EO変性ジアクリレート
※8 岡村製油(株)製 エイコサン二酸
※9 四国化成(株)製 2−フェニル−4−メチル−5−ヒドロキシメチルイミダゾール
※10 新日本理化(株)ジベンジリデンソルビトール
※11 BASFジャパン(株)製 ヒンダードフェノール系酸化防止剤
厚み100μmの銅フィルムを準備し、これに各接合補強用組成物をその厚みが100〜200μmとなるようにアプリケーターを用いて印刷した。印刷後の各銅フィルムについて、印刷された各接合補強用組成物が十分に硬化する加熱条件(180℃の温度下で3時間)にて加熱し、各銅フィルム上に硬化膜を形成した。次いで得られた各硬化膜を各銅フィルムより剥離し、縦40mm×横5mmの大きさにカットした。そしてThermal Mechanical Analysis(以降、TMAという。)を用い、昇温速度10℃/min、温度範囲30〜300℃の条件下にて、各硬化膜のガラス転移温度を測定し、120℃以上のものを○、120℃未満のものを×として評価した。その結果を表2に表す。なおガラス転移温度はTMAにて得られたデータを基準として計算した。
BGA基板(Sn−3Ag−0.5Cu組成のはんだボール搭載、0.5mmピッチ、228ピン)と当該BGA基板に対応するCu電極が形成されたFR−4板とを用意した。当該FR−4基板上のCu電極に当該各接合補強用組成物を塗布し、これらを高温観察装置(製品名:SMT Scope、山陽精工(株)製)を用いて図1に表す加熱プロファイル条件にてリフローし各試験基板を得た。
各試験基板の導通性(はんだ接合が正常で導通しているか否か)について、導通性が得られる場合を〇、得られない場合を×として評価した。その結果を表2に表す。
各接合補強用組成物を容器に入れ、これを25℃の温度下で2〜3時間放置した。その後各容器の蓋をあけ、中の各接合補強用組成物をスパチュラを用いて空気の混入を避けるようにして1〜2分間かき混ぜた。次いで当該容器を粘度計(商品名:PCU105、(株)マルコム製)に入れ、回転速度10rpmにて25℃の温度下にて約3分間攪拌した。その後回転を停止させ、温度が一定になるまで待った後、温度を調節した上で回転速度10rpmにて3分間攪拌し、その粘度を測定した。その結果を表2に表す。
各接合補強用組成物について、混練後の粘度を測定した。次いで各接合補強用組成物を容器に入れて10℃の温度下にて30日間放置し、放置後の各接合補強用組成物について粘度を測定した。放置前の粘度と放置後の粘度について、以下の式を用いて変化率を計算し、その変化率が±20%以内のものを○、±20%超のものを×とした。その結果を表2に表す。なおこれらの粘度は上記粘度試験と同じ条件にて測定した。
(放置後の粘度−放置前の粘度)/放置前の粘度×100
容器に入れた各接合補強用組成物を−10℃の温度下にて放置する以外は上記10℃シェルフライフ試験と同じ条件にて粘度を測定および評価した。その結果を表2に表す。
レオメーター(商品名:HAKKEMARSIII、Thermo Fisher Scientific,Inc.製)を用い、その付属容器に各接合補強用組成物を入れ、これらについて粘度上昇が開始した温度と180℃における粘度を測定した。その結果を表2に表す。また実施例1および比較例2について測定した粘度のグラフを図2に表す。なお、粘度の測定条件は室温から300℃まで5℃/minの昇温条件にて加熱し、ギャップ0.50mm、周波数1Hzとした。また上記の粘度上昇が開始した温度とは、大幅な粘度低下を伴わず1,000Pa・sを超えた際の、その粘度の上昇開始温度を指す。
また本実施例の接合補強用組成物は、上述の条件下における180℃での粘度が0.1〜10Pa・sと低く、また大幅に上昇する温度が160℃以上と高い。そのため、これを用いて接合補強部を形成する際にも良好な粘度を実現することができる。
従ってこのような接合補強用組成物により形成される接合補強部を有する電子回路基板は、自動車用電子機器のようにより高い信頼性が求められる電子機器にも好適に用いることができる。
Claims (6)
- (A)熱硬化性樹脂と、(B)活性剤と、(C)硬化剤とを含み、
前記熱硬化性樹脂(A)はマレイミド骨格を有するマレイミド化合物(A−1)を含み、
前記活性剤(B)の配合量は、はんだ接合補強用組成物の固形分全量に対して3重量%から50重量%であり、
前記硬化剤(C)は、イミダゾール化合物、イミダゾール塩類、メラミンおよびアミン類から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とするはんだ接合補強用組成物。 - 前記マレイミド化合物(A−1)は、末端または側鎖に複数のマレイミド基を有することを特徴とする請求項1に記載のはんだ接合補強用組成物。
- 前記マレイミド化合物(A−1)として、下記一般式(1)および(2)で表されるマレイミド化合物の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のはんだ接合補強用組成物。
Zは四塩基酸二無水物と1級アミンの反応からなるイミド化合物残基を表し、
Pは0から10の整数を表す。)
Xは介在する有機基がない、若しくはC、H、Oからなる任意の有機基を表す。) - 前記マレイミド化合物(A−1)として、多官能芳香族マレイミド化合物および多官能脂肪族マレイミド化合物を含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のはんだ接合補強用組成物。
- 前記多官能芳香族マレイミド化合物と前記多官能脂肪族マレイミド化合物の配合比率は、重量比で5:95から95:5(多官能芳香族マレイミド化合物:多官能脂肪族マレイミド化合物)であることを特徴とする請求項4に記載のはんだ接合補強用組成物。
- 基板と基板上に接合される被接合材との接合を補強する接合補強部の製造方法であって、
前記基板上および前記被接合材の少なくとも一方の所定の位置に接合用金属を設ける工程と、
前記基板または前記被接合材の所定の位置に請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のはんだ接合補強用組成物を塗布する工程と、
前記被接合材を前記基板上の所定の位置に載置してこれを加熱する工程と、
加熱により前記接合用金属を溶融させ前記基板と前記被接合材を接合する接合部を形成すると共に当該接合部に当接する領域およびその近傍領域の少なくとも一方に前記はんだ接合補強用組成物の硬化物からなる接合補強部を形成する工程とを含むことを特徴とする接合補強部の製造方法。
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