半田接着剤および半田接着剤を用いた電子部品実装構造
【課題】 半田粒子と熱硬化性樹脂からなる半田接着剤を用いた実装構造は、半田粒子と熱硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂と基板との接着強度が低く、耐久性に優れていなかった。
【解決手段】 半田粒子と熱硬化性樹脂からなる半田接着剤に、さらにシランカップリング剤を加え、接着強度の高い半田接着剤を得た。基板２上にパターン印刷した電極３上に、前記シランカップリング剤を含む半田接着剤を塗布しその上に電子部品４を配置して加熱すると、溶融した半田粒子が半田層５を形成し、その周囲に熱硬化性樹脂が樹脂層６を形成して、電子部品と電極あるいは基板が強固に接着した実装構造１が得られた。
【解決手段】 半田粒子と熱硬化性樹脂からなる半田接着剤に、さらにシランカップリング剤を加え、接着強度の高い半田接着剤を得た。基板２上にパターン印刷した電極３上に、前記シランカップリング剤を含む半田接着剤を塗布しその上に電子部品４を配置して加熱すると、溶融した半田粒子が半田層５を形成し、その周囲に熱硬化性樹脂が樹脂層６を形成して、電子部品と電極あるいは基板が強固に接着した実装構造１が得られた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接着強度に優れた半田接着剤及び半田接着剤を用いた電子部品実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上に電子部品を実装する際に、環境汚染物質である鉛を含有しない鉛フリー半田として、金属粉末を含む樹脂が用いられるようになっている。特許文献２および３には、電極がパターン印刷された基板上に半田粒子が分散した接着剤を塗布し、電極同士が対向するように別の基板を重ねて加圧加熱することにより、対向する電極間に金属粒子が融解凝集し、電気的接合を行う配線基板が開示されている。
【０００３】
特許文献４には、絶縁性樹脂の中に半田粒子を相互に接触しないように含む異方性導電樹脂を用い、樹脂を加熱硬化すると同時に半田粒子を溶融させることにより、半田接続を行う技術が開示されている。
【０００４】
特許文献１には、金属粉末と熱硬化性樹脂からなるペースト状の半田接着剤において、金属粉末の融点が熱硬化性樹脂の硬化温度よりも低くなるように金属および熱硬化性樹脂を選択的に組み合わせることによって、熱硬化性樹脂が硬化する前に金属が溶融してペースト中の導体成分を結合し、導電路を形成させることにより、導電性を高める技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１０９９５６号公報
【特許文献２】特開昭６０−１７８６９０号公報
【特許文献３】特開昭６１−１７４６４３号公報
【特許文献４】特開平１１−４０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、絶縁シートに形成されたビアホールに導電ペーストを充填してビアホール導体を形成した後、配線回路層を形成し、次に、金属粉末を溶融させて導電路を形成した後、熱硬化性樹脂を硬化しているが、硬化後の熱硬化性樹脂の配線回路層や導電路に対する接着強度は十分ではなく、外力によって前記ビアホール導体と配線回路層とが剥がれてしまうなどの問題が生じていた。熱硬化性樹脂の含有量を高めれば、接着力を高めることは可能であるが、相対的に導電性粒子の含有量が低下し導電性を損なうこととなる。
【０００６】
また特許文献２ないし４に開示された発明についても、基板と電子部品間の接合に半田粒子と樹脂とを含有してなる接着剤を用いたという以外、特に、前記接着剤の接着強度を高めるという工夫はなされていない。
【０００７】
また特許文献２及び特許文献３に記載された方法では、２枚の基板を両側から加圧する必要があり、密閉した基板間の電気的接合に限定され、基板上に開放系で半田接着を行うことはできなかった。また、基板間の電極以外の部分には、金属粒子が樹脂中に分散しており、この金属粒子同士が接触して短絡が起こりやすいという問題があった。
【０００８】
また特許文献４でも異方性導電樹脂中には半田粒子が分散しているため、やはり前記特許文献２および３の場合と同様、短絡が起こりやすいという問題があった。
【０００９】
また接着強度や電気的安定性の向上には接着剤内での半田粒子の分散性が高い必要があるが、各文献には半田粒子の分散性について特に記載がない。
【００１０】
そこで、本発明では、半田粒子による導電性を損なうことなく、熱硬化性樹脂による接着力を高めた、基板や電子部品に対する接着強度の高い半田接着剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明における半田接着剤は、半田粒子と、熱硬化性樹脂とを主成分とし、シランカップリング剤を含有することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明では、後述する実験によれば、シランカップリング剤を含有することで、接着強度を向上させることができることがわかっている。また、シランカップリング剤の添加によって半田接着剤中における半田粒子の分散性を向上させることができることで、前記接着強度の向上とともに、基板と電子部品間の接合に使用したときの前記基板と電子部品間の導電性を高めることが出来、電気的安定性を向上させることができることがわかっている。
【００１３】
前記半田粒子は、すず−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）合金の粒子からなることが好ましい。後述する実験によれば、前記半田粒子として、すず−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）合金の粒子を用いることで、前記シランカップリング剤を含有しない比較例に比べて、適切に前記接着強度を向上させることが出来ることがわかっている。
【００１４】
また、前記樹脂は熱硬化性樹脂であることが好ましく、さらに熱硬化性樹脂がエポキシ系樹脂であると、接着力に優れる。
【００１５】
半田接着剤に含まれる前記シランカップリング剤の含有量は、前記半田粒子、前記樹脂および硬化剤の合計質量に対し、０．０１質量％以上で１質量％以下であることが好ましい。前記シランカップリング剤の含有量を、上記範囲内に設定することで、より効果的に前記接着強度及び前記導電性を高めることができる。
【００１６】
また、前記半田接着剤は、加熱により、半田粒子が凝集して半田を形成するとともに、樹脂が流れ出して樹脂層を形成するものであることが好ましい。
【００１７】
また、本発明における電子部品実装構造は、基板と電子部品の間の接合に、上記のいずれかに記載された半田接着剤が用いられ、
前記基板上に形成された電極と、前記電子部品の端子部間は半田接合されており、前記電子部品の周囲の少なくとも一部と前記基板間は、樹脂層により接着されていることを特徴とするものである。
【００１８】
これにより、前記半田と樹脂層間の接着強度、前記樹脂層と電子部品、及び前記樹脂層と前記基板間の接着強度を向上させることができ、したがって、前記基板と電子部品間の接着強度を適切に向上させることができる。また、前記基板の電極と前記電子部品の端子部間の導電性を良好な状態にできる。
【００１９】
また本発明では、前記半田接着剤は、接合前、前記基板の電極上に塗布され、加熱により、前記半田粒子は前記電極と端子部間に凝集して前記電極と端子部間が半田接合され、前記樹脂は前記電子部品の周囲の少なくとも一部に流れ出して、前記電子部品の周囲の少なくとも一部と前記基板間が前記樹脂層により接着されることが好ましい。従来では、基板と電子部品間を例えば熱プレスによって接合していたが、本発明では、熱プレスを必要とせず、前記電極上への半田接着剤の塗布及び加熱を行うことで、簡単且つ適切に、電極と端子部間を半田接合できるとともに、電子部品の周囲と基板間を樹脂層により接着できる。上記のように本発明では前記樹脂が電子部品の周囲に流れ出すが、このとき前記電子部品の周囲は開放されており、特に前記樹脂の流動を阻害するものはないので、前記電極上から前記電子部品の周囲へ適切に樹脂層を形成できる。また本発明では、前記半田接着剤にシランカップリング剤を添加していることで前記半田粒子の分散性は優れており、これによって、前記電極と端子部間を適切に半田接合できるとともに、前記樹脂層の内部に半田粒子が残されにくくなり、電気的安定性に優れた電子部品実装構造を提供できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の半田接着剤は、シランカップリング剤を含有し、これにより、接着強度に優れたものとなり、また半田粒子の分散性にも優れている。
【００２１】
本発明の半田接着剤は、基板と電子部品間との接合に使用され、これにより前記基板の電極と電子部品の端子部間を半田接合できるとともに、前記電子部品の周囲の一部と前記基板間を樹脂層により接着できる。このとき前記半田接着剤にシランカップリング剤が含まれていることで、半田と樹脂層との間の接着力や前記樹脂層と基板間、前記樹脂層と電子部品間の接着力を従来よりも向上させることができ、したがって、前記基板と電子部品間の接着強度を適切に向上させることができる。加えて、前記基板の電極と前記電子部品の端子部間の導電性を良好な状態にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本実施形態の半田接着剤は、半田粒子と熱硬化性樹脂を主成分とするペースト状で、シランカップリング剤を含有する。そして、加熱により、半田粒子が溶解して半田を形成すると同時に、前記熱硬化性樹脂がその周囲に流れ出し、接着層を形成するものである。
【００２３】
半田接着剤に含有される半田粒子は、半田を形成するものであればいずれの金属粒子も用いることができるが、特にすず（Ｓｎ）を主成分とする合金が好適に用いられる。この場合、Ｓｎは合金の１０質量％以上、より好ましくは４０質量％以上を占める。Ｓｎと合金を形成する金属としては、半田の融点の高低、あるいは電気伝導率の高低の目的に応じて、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、鉛（Ｐｂ）、金（Ａu）、ゲルマニウム（Ｇｅ）から１種あるいは２種以上を選択することができる。例えば、銀や銅は電気伝導率が高いので、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金は、電気伝導率の高い半田を形成するが、融点２００〜２５０℃と高い。また、Ｓｎ−Ｂｉ系合金からなる半田は融点が６０〜２００℃と低く、加工性に優れており、基板や電子部品に熱損傷を与えにくい。またこれらの半田合金の金属組織を改良するために微量の元素を添加してもよい。
【００２４】
本実施形態では、前記半田粒子は、すず−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）合金の粒子であることが好ましい。後述する実験によれば、前記半田粒子としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕを用いたとき、前記シランカップリング剤の有無により接着強度に大きな差が生じることがわかっている。
【００２５】
半田粒子の粒子径は、１〜１００μｍが好ましく、１０〜５０μｍ、特に３０μｍ程度がより好適である。塗布前の半田接着剤はペースト状であるので、ペースト中の半田粒子は粒径が小さいほうが分散性に優れ、また後の工程で加熱されるときも、迅速に溶融して半田を形成することができるが、１μｍより小さいと、粒子どうしの凝集が起こって接着剤中の粒子の分散性が低下したり、半田粒子の表面が酸化されて溶融時の凝集を妨げたりするので好ましくない。また粒径の小さい粒子を作成するのには時間とエネルギーを要するので、必要以上に小さい粒子とするのは経済的ではない。半田粒子の粒子径が１００μｍより大きいと、ペースト中での分散性が悪く粒子が偏在するので印刷性が悪く、接合部分の半田量がむらになり形成された半田の導電性、接着性が低下する。また、後の工程で加熱されるとき、粒子が大きいと溶融するまでに時間がかかるので好ましくない。また、球状の半田粒子を用いて分散性を向上させたり、偏平な半田粒子を用いて溶融時の凝集性を向上させることもできる。
【００２６】
半田粒子の塗布前の半田接着剤中の含有量は、５０〜９０質量％が好ましい。半田粒子の含有量が５０質量％より少ないと、加熱後の電気伝導率が低く、また加熱後の半田接合に欠陥が生じるので、好ましくない。また、半田粒子の含有量が９０質量％より高いと、相対的に樹脂の含有量が低く、樹脂による接着強度が弱くなる。
【００２７】
前記半田接着剤中に含まれる樹脂は紫外線硬化性樹脂等、熱硬化性樹脂以外の樹脂であってもよいが、熱硬化性樹脂は使いやすく、また所定の接着強度を得やすいので好ましく使用される。前記熱硬化性樹脂は、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、尿素樹脂、ポリエステル系樹脂を用いることができるが、機械的強度、耐薬品性、接着性に優れることから、特にエポキシ系樹脂が好ましく用いられる。
【００２８】
本実施形態の半田接着剤は、半田粒子と熱硬化性樹脂が主成分であり、半田接着剤中の半田粒子の含有量は、前記したように、５０〜９０質量％が好ましいので、硬化剤およびシランカップリング剤の含有量を考慮すると、熱硬化性樹脂の好適な含有量は、約５〜５０質量％である。
【００２９】
熱硬化性樹脂を加熱すると重合反応が起こり硬化するが、硬化剤が存在すると反応が促進され、より短時間で樹脂が硬化する。また、加える硬化剤の種類によって得られる樹脂の特性を変化させることも可能である。硬化剤は熱硬化性樹脂の種類によって適宜選択されるが、エポキシ系樹脂を用いる場合の硬化剤としては、アミン類、ポリアミド樹脂、ポリメルカプタン、酸無水物、イミダゾール化合物を用いることができる。さらに、接着強度の高い樹脂が得られるので、イミダゾール化合物がより好適である。
【００３０】
硬化剤は熱硬化性樹脂の硬化を促進するので、その添加量は、熱硬化性樹脂の硬化温度、硬化時間に応じて適宜調整することが好ましいが、熱硬化性樹脂に対して、１〜１０質量％程度加えることが好ましい。１質量％より少ないと、熱硬化性樹脂の硬化時間が長くなりすぎるので好ましくない。また、完全に硬化しない場合もある。１０質量％より多いと、硬化時間が短く、加熱する前に硬化したり、半田粒子が溶解する前に熱硬化性樹脂が硬化してしまい、半田接合が形成されないので、好ましくない。
【００３１】
熱硬化性樹脂に適宜硬化剤を加え、半田粒子を分散させて、ペースト状の半田接着剤が得られるが、本実施形態では、さらにシランカップリング剤を含有させており、これにより接着強度の高い半田接着剤が得られる。
【００３２】
前記シランカップリング剤は、化１に示すようなＸ−Ｒ−Ｓｉ（（ＣＨ３）３−ｎ）−Ｙｎの構造をもつ化合物である。ここで、Ｒはアルキレン基であり、Ｘは、例えば、エポキシ基、アミノ基、ビニル基、スチリル基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、ウレイド基、クロロプロピル基、メルカプト基、スルフィド基、イソシアネート基など、合成樹脂などの有機質材料と化学結合する有機官能基であり、Ｙは、クロル基、アルコキシ基、アセトキシ基、アミノ基など、加水分解によりシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）を与える官能基である。シラノール基は部分的に縮合してオリゴマー状態となり、無機材料表面に水素結合的に吸着するので、シランカップリング剤はガラス、金属など無機材料表面と高い親和性を示す。また、化１で示すＲ、ＸおよびＹに相当する官能基の例を表１に示す。
【００３３】
【化１】
【００３４】
【表１】
【００３５】
このように、シランカップリング剤は金属および有機材料との親和性が高いので、半田粒子と熱硬化性樹脂からなる半田接着剤にシランカップリング剤を加えると、半田粒子と熱硬化性樹脂の界面でシランカップリング剤が作用し、ペースト中での半田粒子の分散性が高まる。従って、基板上に塗布したときに半田粒子が均一に分布するので、加熱により、後述するように、基板の電極と電子部品の端子部間を良好に半田接合でき、接着強度を高めることが出来るとともに前記電極と端子部間の導電性を良好な状態に保つことが出来る。
【００３６】
シランカップリング剤は、上記したようなＸ−Ｒ−Ｓｉ（（ＣＨ３）３−ｎ）−Ｙｎの構造をもつものであればどのようなものも好適に用いられるが、例えば、Ｙがアルコキシ基の場合、容易に加水分解が起こるのでメトキシ基、エトキシ基が好適である。また、熱硬化性樹脂がエポキシ系樹脂の場合、有機官能基（−Ｘ）がエポキシ基、あるいはアミノ基であると、熱硬化性樹脂とシランカップリング剤の親和性が特に高いので、特に接着強度を高く出来る。その他、用いる基板の材質、熱硬化性樹脂の種類に応じてシランカップリング剤の有機官能基を、エポキシ基、アミノ基、ビニル基、スチリル基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、ウレイド基、クロロプロピル基、メルカプト基、スルフィド基、イソシアネート基などから適宜選択することにより、半田と熱硬化性樹脂との間、および熱硬化性樹脂と基板、熱硬化性樹脂と電極あるいは熱硬化性樹脂と電子部品との間の接着力を向上させることが可能である。
【００３７】
シランカップリング剤の含有量は、半田粒子、熱硬化性樹脂および硬化剤の合計質量に対し（半田粒子、熱硬化性樹脂および硬化剤を１００質量％としたときに対する量）、０．０１〜１質量％加える。０．０１質量％より少ないと、接着強度を適切に向上させることができず、また、ペースト中での半田粒子の分散性が悪いのでペーストが安定せず、さらに電極などに塗布したときのぬれ性が悪いので好ましくない。シランカップリング剤の含有量が、半田粒子、熱硬化性樹脂および硬化剤の合計質量に対し５質量％より多いと、シランカップリング剤が熱硬化性樹脂の反応を促進し、ペーストの粘度変化が大きくなりすぎて好ましくない。シランカップリング剤は液状であるので、添加直後はペースト中の液状分が多くなりすぎ、塗布性、印刷性が低下する。そして添加後２〜３時間後あるいはそれ以上経過すると粘度が高くなるので印刷や塗布が難しく、または塗布前や半田粒子が溶融する前に熱硬化性樹脂が硬化されてしまい、いずれにしろ好ましくない。よって、シランカップリング剤の含有量は５質量％より少ないことが好ましい。さらに、シランカップリング剤の含有量が、半田粒子、熱硬化性樹脂および硬化剤の合計質量に対し０．０５〜１質量％であると、より好ましい。
【００３８】
前記半田接着剤に対する加熱温度は、例えば前記半田粒子が溶融する温度に設定することが可能である。このとき前記加熱温度は前記熱硬化性樹脂の熱硬化温度より低くてもかまわない。例えば、エポキシ系樹脂は、反応の進行に伴い発熱するので、前記加熱温度が前記熱硬化温度より低くても、前記エポキシ樹脂を適切に熱硬化することが可能である。重要なことは、前記半田粒子が溶融し凝集して半田を形成する前に、前記熱硬化性樹脂が熱硬化しないようにすることであり、加熱温度及び昇温時間は、使用される半田粒子や熱硬化性樹脂の種類等によって適宜最適な範囲に設定される。
【００３９】
次に、本実施形態の半田接着剤を用いて、電子部品を基板上に実装する工程を説明する。
【００４０】
図１は、本実施形態の半田接着剤を用いて電子部品４を基板２上に実装した電子部品実装構造１を上から見た平面図、図２は図１に示す前記電子部品実装構造をＡ−Ａ線に沿って高さ方向と平行な方向へ切断し、その切断面を矢印方向から見た前記電子部品実装構造１の断面図を示している。
【００４１】
前記基板２は絶縁性基板であり、特に前記半田接着剤として低温半田を用いた場合には、前記基板２を、安価なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で形成できる。また、前記基板２に、より高い透明性が求められる場合はポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルムを用いたり、前記基板２にＰＥＴよりも高い難燃性が必要な場合はポリイミドフィルムを用いることが出来る。またフィルムに接着剤を用いて銅等の金属箔を貼り付け、エッチング処理等により電極を形成したものを用いることもできる。
【００４２】
前記基板２上には電極３が形成されている。前記電極３は、例えば銀粒子とバインダー樹脂（ポリエステル樹脂やフェノール樹脂等）とを有して成る塗膜状で形成されている。前記電極３は半田濡れ性が良好であることが必要である。
【００４３】
図１，図２に示すように前記電極３上には電子部品４の端子部４ａが半田層５を介して接合されている。前記半田層５は図２に示すように例えばフィレット状である。前記半田層５は、前記半田接着剤に含有される半田粒子が溶融し前記端子部４ａと電極３間に凝集した状態で固まったものである。なお一般的な半田接合は被接合物と半田が合金を形成すると言われているが、本実施形態では物理的な接合も含めている。
【００４４】
図１に示すように前記電子部品４の周囲には熱硬化性樹脂よりなる樹脂層６が形成され、前記電子部品４と前記基板２間を接着している。前記樹脂層６は前記電極３上に設けられた半田層５の両側から前記電子部品４の周囲を取り囲むようにして形成されている。図２に示すように、前記電子部品４の下面４ｂと前記基板２間にも前記樹脂層６が介在すると、より前記電子部品４と基板２間の実装強度を向上させることができて好ましい。
【００４５】
図１，図２に示す実施形態では、前記半田層５と樹脂層６間、前記樹脂層６と基板２間、前記樹脂層６と電子部品４間の接着強度が、金属および有機材料との親和性が高いシランカップリング剤により高くなっている。したがって本実施形態では、前記基板２と電子部品４間の接着強度が従来に比べて適切に高くなっている。しかも前記電子部品４の端子部４ａと電極３間には適切に半田粒子が凝集して半田層５が形成されているので、前記端子部４ａと電極３間の導電性も優れている。また、前記半田層５の周囲には樹脂層６が存在し、また前記半田層５の上面も一部、前記樹脂層６で覆われることから、加熱による半田粒子の結晶成長を抑制でき前記半田層５に粒界が形成されて亀裂等が入る不具合を適切に防止できる。
【００４６】
図１，図２に示す半田層５及び樹脂層６は、半田粒子を溶融し、さらに前記熱硬化性樹脂を熱硬化するための加熱工程前、混合された前記半田接着剤として少なくとも前記電極３上に塗布されたものである。
【００４７】
図１，図２に示す電子部品実装構造１の製造方法について説明する。
前記電極３上に本実施形態における半田接着剤をメタルマスク印刷等により塗布する。そして前記電子部品４を基板２上の所定位置に設置する。このとき前記電子部品４の端子部４ａを前記電極３上に前記半田接着剤を介して対向させる。
【００４８】
その後、半田粒子の融解温度まで加熱する。導電性金属としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金を用いた場合、融点は２４０〜２５０℃の範囲であるので、加熱温度を２４０〜２５０℃とする。
【００４９】
前記電極３上の半田接着剤が加熱されると、前記半田接着剤に含有された半田粒子が溶解するとともに、前記電極３と前記端子部４ａ間に凝集し始め半田層５を形成する。その後、前記半田層５が室温まで冷却されることで固まり、前記電子部品４の端子部４ａと基板２の電極３間が適切に半田接合される。一方、前記半田接着剤中に含まれる熱硬化性樹脂は、加熱処理中、前記電極３上に凝集する半田粒子と完全に分離して前記電極３上から前記電子部品４の周囲及び前記電子部品４下の前記基板２上に流れ出す。流れ出した前記熱硬化性樹脂は、その後、熱硬化して図１，図２に示す樹脂層６となる。
【００５０】
以上により前記基板２の電極３と前記電子部品４の端子部４ａ間を適切に半田層５によって接合でき、また前記電子部品４の周囲と前記基板２間を樹脂層６により適切に接着できる。
【００５１】
本実施形態では、前記半田接着剤にシランカップリング剤を含有しているため、金属および有機材料との親和性が高まり、また前記半田接着剤中に含有される半田粒子の分散性を高めることが出来る。このような半田接着剤を用いることで、半田層５と樹脂層６間、樹脂層６と基板２間、樹脂層６と電極３間、及び樹脂層６と電子部品４間の接着力を適切に向上させることができ、よって前記基板２と電子部品４間の接着強度を適切に向上させることができる。
【００５２】
また、前記半田接着剤中における半田粒子の分散性が優れているので、加熱工程において、前記半田粒子を適切に、端子部４ａと電極３間に凝集させることができ、半田層５を介した前記電極３と端子部４ａ間の導電性を高い状態に保つことが出来る。
【００５３】
また、従来では、基板２と電子部品４間に半田接着剤を充填し、熱プレスによって両者を接合していたが、本実施形態では、熱プレスを必要とせず、半田接着剤の電極３上への塗布及び加熱工程によって、簡単且つ適切に、電子部品４と基板２間を半田接合及び樹脂接着できる。
【００５４】
また本実施形態では、樹脂層６及び半田層５が形成される電子部品４の周囲の基板２上は開放されているため、半田粒子の凝集や熱硬化性樹脂の流動性を損なうことがなく、前記電極３と端子部４ａ間を適切に半田接合できるとともに、前記半田粒子は前記樹脂層６中にほとんど残されず（より好ましくは、全く前記半田粒子を含んでいない）、電気的安定性を適切に向上させることが出来る。
【実施例】
【００５５】
シランカップリング剤を含有する半田接着剤を用いて、図１に示す電子部品実装構造を作成し、導電性試験および接着強度試験を行った。
【００５６】
半田粒子は、粒子径３０μｍのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金（Ｓｎ９６．５／Ａｇ３．０／Ｃｕ０．５）の粒子を用い、熱硬化性樹脂としてエポキシ系樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製「エピコート８２８」）、イミダゾール化合物を硬化剤として加え、半田粒子を７８質量％、熱硬化性樹脂を２１質量％、硬化剤を１質量％、合計を１００質量％とする半田接着剤Ａとした。
【００５７】
前記半田接着剤Ａに、シランカップリング剤（信越化学工業（株）製「ＫＢＭ−４０３」）を、半田接着剤Ａの質量に対して０．０１質量％加えて、実施例１の半田接着剤とした。
【００５８】
厚さ５０μｍのポリイミドフィルム上に、銀をコートした銅粉８０質量％に対しフェノール樹脂を２０質量％混合したペーストを用いて電極をパターン印刷し、温度１６０℃で３０分加熱しフェノール樹脂を硬化させた。ディスペンサを用いて、電極上に実施例１の半田接着剤を塗布（印刷）し、１６０８サイズのジャンパーチップを２つの電極をつなぐように配置した。その後、２５０℃で５分間加熱して半田成分を溶融して半田接合を行い、熱硬化性樹脂を硬化させ、電子部品実装構造を得た。
【００５９】
表２に示すように、半田接着剤Ａに対するシランカップリング剤の添加量を０．０５質量％（実施例２）、０．５質量％（実施例３）および１質量％（実施例４）とする半田接着剤を作成し、各実施例の半田接着剤を用いて、実施例１と同じ電子部品実装構造をそれぞれ作成した。
【比較例】
【００６０】
同じく表２に示すように、半田接着剤Ａにシランカップリング剤を添加しないで用いた以外は全て実施例１と同じようにして電子部品実装構造を作成した（比較例１）。また、半田接着剤Ａに対するシランカップリング剤の添加量を５質量％とする半田接着剤を作成し、実施例１と同じ電子部品実装構造を作成した（比較例２）。
【００６１】
実施例３及び比較例１の半田接着剤を用いて得られた電子部品実装構造の導電性試験を行った。さらに、実施例１〜４および比較例１の電子部品実装構造について接着強度測定試験を行った。
【００６２】
室温において、図３に示すように電極３，３間に電流を流して導電性試験を行い、２電極間の導通性を調べた。前記電極３，３間が導通した場合を〇、導通しなかった場合を×とした。
【００６３】
同様に室温において、図４に示すような接着強度測定試験を行った。幅２ｍｍ×高さ５ｍｍのロッド７を用いて、実装されたチップ部を、側方から５ｍｍ／分の速度で押し、破壊した時の最大強度を測定し、接着強度とした。
結果を表２にまとめて示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
実施例３および比較例１ともに、２つの電極間は導電性を有しており、電極−電子部品間は良好に半田接合されていることがわかった。また各実施例の接着強度は、１２．０〜１７．２Ｎと、シランカップリング剤を添加しない半田接着剤を用いた比較例１の接着強度（６．５Ｎ）の約２〜３倍の接着強度を示し、シランカップリング剤を含有する半田接着剤は接着強度が高いことがわかった。このことから、シランカップリング剤を含む半田接着剤は、含まない場合に比べて電子部品と電極および基板間の接着強度を高くできることが確認された。
【００６６】
さらに、シランカップリング剤を５質量％添加した比較例２の半田接着剤は、シランカップリング剤添加直後は粘度が低すぎて電極に印刷できず、添加２時間後に再度印刷を試みたが、今度は粘度が高すぎて電極に塗布できず、電子部品を実装することができなかった。よって、シランカップリリング剤の添加量は５質量％より少ないことが好ましい。さらに半田接着剤の接着強度を考慮すると、シランカップリング剤の添加量は、０．０５〜１質量％がより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施形態の半田接着剤を用いた実装構造を示す平面図
【図２】図１に示すＡ−Ａ線における実装構造の断面図
【図３】実装構造の導電性試験の様子を表す模式図
【図４】実装構造の接着強度の測定試験の様子を表す模式図
【符号の説明】
【００６８】
１ 電子部品実装構造
２ 基板
３ 電極
４ 電子部品
４ａ 端子部
５ 半田層
６ 樹脂層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接着強度に優れた半田接着剤及び半田接着剤を用いた電子部品実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上に電子部品を実装する際に、環境汚染物質である鉛を含有しない鉛フリー半田として、金属粉末を含む樹脂が用いられるようになっている。特許文献２および３には、電極がパターン印刷された基板上に半田粒子が分散した接着剤を塗布し、電極同士が対向するように別の基板を重ねて加圧加熱することにより、対向する電極間に金属粒子が融解凝集し、電気的接合を行う配線基板が開示されている。
【０００３】
特許文献４には、絶縁性樹脂の中に半田粒子を相互に接触しないように含む異方性導電樹脂を用い、樹脂を加熱硬化すると同時に半田粒子を溶融させることにより、半田接続を行う技術が開示されている。
【０００４】
特許文献１には、金属粉末と熱硬化性樹脂からなるペースト状の半田接着剤において、金属粉末の融点が熱硬化性樹脂の硬化温度よりも低くなるように金属および熱硬化性樹脂を選択的に組み合わせることによって、熱硬化性樹脂が硬化する前に金属が溶融してペースト中の導体成分を結合し、導電路を形成させることにより、導電性を高める技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１０９９５６号公報
【特許文献２】特開昭６０−１７８６９０号公報
【特許文献３】特開昭６１−１７４６４３号公報
【特許文献４】特開平１１−４０６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、絶縁シートに形成されたビアホールに導電ペーストを充填してビアホール導体を形成した後、配線回路層を形成し、次に、金属粉末を溶融させて導電路を形成した後、熱硬化性樹脂を硬化しているが、硬化後の熱硬化性樹脂の配線回路層や導電路に対する接着強度は十分ではなく、外力によって前記ビアホール導体と配線回路層とが剥がれてしまうなどの問題が生じていた。熱硬化性樹脂の含有量を高めれば、接着力を高めることは可能であるが、相対的に導電性粒子の含有量が低下し導電性を損なうこととなる。
【０００６】
また特許文献２ないし４に開示された発明についても、基板と電子部品間の接合に半田粒子と樹脂とを含有してなる接着剤を用いたという以外、特に、前記接着剤の接着強度を高めるという工夫はなされていない。
【０００７】
また特許文献２及び特許文献３に記載された方法では、２枚の基板を両側から加圧する必要があり、密閉した基板間の電気的接合に限定され、基板上に開放系で半田接着を行うことはできなかった。また、基板間の電極以外の部分には、金属粒子が樹脂中に分散しており、この金属粒子同士が接触して短絡が起こりやすいという問題があった。
【０００８】
また特許文献４でも異方性導電樹脂中には半田粒子が分散しているため、やはり前記特許文献２および３の場合と同様、短絡が起こりやすいという問題があった。
【０００９】
また接着強度や電気的安定性の向上には接着剤内での半田粒子の分散性が高い必要があるが、各文献には半田粒子の分散性について特に記載がない。
【００１０】
そこで、本発明では、半田粒子による導電性を損なうことなく、熱硬化性樹脂による接着力を高めた、基板や電子部品に対する接着強度の高い半田接着剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明における半田接着剤は、半田粒子と、熱硬化性樹脂とを主成分とし、シランカップリング剤を含有することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明では、後述する実験によれば、シランカップリング剤を含有することで、接着強度を向上させることができることがわかっている。また、シランカップリング剤の添加によって半田接着剤中における半田粒子の分散性を向上させることができることで、前記接着強度の向上とともに、基板と電子部品間の接合に使用したときの前記基板と電子部品間の導電性を高めることが出来、電気的安定性を向上させることができることがわかっている。
【００１３】
前記半田粒子は、すず−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）合金の粒子からなることが好ましい。後述する実験によれば、前記半田粒子として、すず−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）合金の粒子を用いることで、前記シランカップリング剤を含有しない比較例に比べて、適切に前記接着強度を向上させることが出来ることがわかっている。
【００１４】
また、前記樹脂は熱硬化性樹脂であることが好ましく、さらに熱硬化性樹脂がエポキシ系樹脂であると、接着力に優れる。
【００１５】
半田接着剤に含まれる前記シランカップリング剤の含有量は、前記半田粒子、前記樹脂および硬化剤の合計質量に対し、０．０１質量％以上で１質量％以下であることが好ましい。前記シランカップリング剤の含有量を、上記範囲内に設定することで、より効果的に前記接着強度及び前記導電性を高めることができる。
【００１６】
また、前記半田接着剤は、加熱により、半田粒子が凝集して半田を形成するとともに、樹脂が流れ出して樹脂層を形成するものであることが好ましい。
【００１７】
また、本発明における電子部品実装構造は、基板と電子部品の間の接合に、上記のいずれかに記載された半田接着剤が用いられ、
前記基板上に形成された電極と、前記電子部品の端子部間は半田接合されており、前記電子部品の周囲の少なくとも一部と前記基板間は、樹脂層により接着されていることを特徴とするものである。
【００１８】
これにより、前記半田と樹脂層間の接着強度、前記樹脂層と電子部品、及び前記樹脂層と前記基板間の接着強度を向上させることができ、したがって、前記基板と電子部品間の接着強度を適切に向上させることができる。また、前記基板の電極と前記電子部品の端子部間の導電性を良好な状態にできる。
【００１９】
また本発明では、前記半田接着剤は、接合前、前記基板の電極上に塗布され、加熱により、前記半田粒子は前記電極と端子部間に凝集して前記電極と端子部間が半田接合され、前記樹脂は前記電子部品の周囲の少なくとも一部に流れ出して、前記電子部品の周囲の少なくとも一部と前記基板間が前記樹脂層により接着されることが好ましい。従来では、基板と電子部品間を例えば熱プレスによって接合していたが、本発明では、熱プレスを必要とせず、前記電極上への半田接着剤の塗布及び加熱を行うことで、簡単且つ適切に、電極と端子部間を半田接合できるとともに、電子部品の周囲と基板間を樹脂層により接着できる。上記のように本発明では前記樹脂が電子部品の周囲に流れ出すが、このとき前記電子部品の周囲は開放されており、特に前記樹脂の流動を阻害するものはないので、前記電極上から前記電子部品の周囲へ適切に樹脂層を形成できる。また本発明では、前記半田接着剤にシランカップリング剤を添加していることで前記半田粒子の分散性は優れており、これによって、前記電極と端子部間を適切に半田接合できるとともに、前記樹脂層の内部に半田粒子が残されにくくなり、電気的安定性に優れた電子部品実装構造を提供できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の半田接着剤は、シランカップリング剤を含有し、これにより、接着強度に優れたものとなり、また半田粒子の分散性にも優れている。
【００２１】
本発明の半田接着剤は、基板と電子部品間との接合に使用され、これにより前記基板の電極と電子部品の端子部間を半田接合できるとともに、前記電子部品の周囲の一部と前記基板間を樹脂層により接着できる。このとき前記半田接着剤にシランカップリング剤が含まれていることで、半田と樹脂層との間の接着力や前記樹脂層と基板間、前記樹脂層と電子部品間の接着力を従来よりも向上させることができ、したがって、前記基板と電子部品間の接着強度を適切に向上させることができる。加えて、前記基板の電極と前記電子部品の端子部間の導電性を良好な状態にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本実施形態の半田接着剤は、半田粒子と熱硬化性樹脂を主成分とするペースト状で、シランカップリング剤を含有する。そして、加熱により、半田粒子が溶解して半田を形成すると同時に、前記熱硬化性樹脂がその周囲に流れ出し、接着層を形成するものである。
【００２３】
半田接着剤に含有される半田粒子は、半田を形成するものであればいずれの金属粒子も用いることができるが、特にすず（Ｓｎ）を主成分とする合金が好適に用いられる。この場合、Ｓｎは合金の１０質量％以上、より好ましくは４０質量％以上を占める。Ｓｎと合金を形成する金属としては、半田の融点の高低、あるいは電気伝導率の高低の目的に応じて、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、鉛（Ｐｂ）、金（Ａu）、ゲルマニウム（Ｇｅ）から１種あるいは２種以上を選択することができる。例えば、銀や銅は電気伝導率が高いので、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金は、電気伝導率の高い半田を形成するが、融点２００〜２５０℃と高い。また、Ｓｎ−Ｂｉ系合金からなる半田は融点が６０〜２００℃と低く、加工性に優れており、基板や電子部品に熱損傷を与えにくい。またこれらの半田合金の金属組織を改良するために微量の元素を添加してもよい。
【００２４】
本実施形態では、前記半田粒子は、すず−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）合金の粒子であることが好ましい。後述する実験によれば、前記半田粒子としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕを用いたとき、前記シランカップリング剤の有無により接着強度に大きな差が生じることがわかっている。
【００２５】
半田粒子の粒子径は、１〜１００μｍが好ましく、１０〜５０μｍ、特に３０μｍ程度がより好適である。塗布前の半田接着剤はペースト状であるので、ペースト中の半田粒子は粒径が小さいほうが分散性に優れ、また後の工程で加熱されるときも、迅速に溶融して半田を形成することができるが、１μｍより小さいと、粒子どうしの凝集が起こって接着剤中の粒子の分散性が低下したり、半田粒子の表面が酸化されて溶融時の凝集を妨げたりするので好ましくない。また粒径の小さい粒子を作成するのには時間とエネルギーを要するので、必要以上に小さい粒子とするのは経済的ではない。半田粒子の粒子径が１００μｍより大きいと、ペースト中での分散性が悪く粒子が偏在するので印刷性が悪く、接合部分の半田量がむらになり形成された半田の導電性、接着性が低下する。また、後の工程で加熱されるとき、粒子が大きいと溶融するまでに時間がかかるので好ましくない。また、球状の半田粒子を用いて分散性を向上させたり、偏平な半田粒子を用いて溶融時の凝集性を向上させることもできる。
【００２６】
半田粒子の塗布前の半田接着剤中の含有量は、５０〜９０質量％が好ましい。半田粒子の含有量が５０質量％より少ないと、加熱後の電気伝導率が低く、また加熱後の半田接合に欠陥が生じるので、好ましくない。また、半田粒子の含有量が９０質量％より高いと、相対的に樹脂の含有量が低く、樹脂による接着強度が弱くなる。
【００２７】
前記半田接着剤中に含まれる樹脂は紫外線硬化性樹脂等、熱硬化性樹脂以外の樹脂であってもよいが、熱硬化性樹脂は使いやすく、また所定の接着強度を得やすいので好ましく使用される。前記熱硬化性樹脂は、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、尿素樹脂、ポリエステル系樹脂を用いることができるが、機械的強度、耐薬品性、接着性に優れることから、特にエポキシ系樹脂が好ましく用いられる。
【００２８】
本実施形態の半田接着剤は、半田粒子と熱硬化性樹脂が主成分であり、半田接着剤中の半田粒子の含有量は、前記したように、５０〜９０質量％が好ましいので、硬化剤およびシランカップリング剤の含有量を考慮すると、熱硬化性樹脂の好適な含有量は、約５〜５０質量％である。
【００２９】
熱硬化性樹脂を加熱すると重合反応が起こり硬化するが、硬化剤が存在すると反応が促進され、より短時間で樹脂が硬化する。また、加える硬化剤の種類によって得られる樹脂の特性を変化させることも可能である。硬化剤は熱硬化性樹脂の種類によって適宜選択されるが、エポキシ系樹脂を用いる場合の硬化剤としては、アミン類、ポリアミド樹脂、ポリメルカプタン、酸無水物、イミダゾール化合物を用いることができる。さらに、接着強度の高い樹脂が得られるので、イミダゾール化合物がより好適である。
【００３０】
硬化剤は熱硬化性樹脂の硬化を促進するので、その添加量は、熱硬化性樹脂の硬化温度、硬化時間に応じて適宜調整することが好ましいが、熱硬化性樹脂に対して、１〜１０質量％程度加えることが好ましい。１質量％より少ないと、熱硬化性樹脂の硬化時間が長くなりすぎるので好ましくない。また、完全に硬化しない場合もある。１０質量％より多いと、硬化時間が短く、加熱する前に硬化したり、半田粒子が溶解する前に熱硬化性樹脂が硬化してしまい、半田接合が形成されないので、好ましくない。
【００３１】
熱硬化性樹脂に適宜硬化剤を加え、半田粒子を分散させて、ペースト状の半田接着剤が得られるが、本実施形態では、さらにシランカップリング剤を含有させており、これにより接着強度の高い半田接着剤が得られる。
【００３２】
前記シランカップリング剤は、化１に示すようなＸ−Ｒ−Ｓｉ（（ＣＨ３）３−ｎ）−Ｙｎの構造をもつ化合物である。ここで、Ｒはアルキレン基であり、Ｘは、例えば、エポキシ基、アミノ基、ビニル基、スチリル基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、ウレイド基、クロロプロピル基、メルカプト基、スルフィド基、イソシアネート基など、合成樹脂などの有機質材料と化学結合する有機官能基であり、Ｙは、クロル基、アルコキシ基、アセトキシ基、アミノ基など、加水分解によりシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）を与える官能基である。シラノール基は部分的に縮合してオリゴマー状態となり、無機材料表面に水素結合的に吸着するので、シランカップリング剤はガラス、金属など無機材料表面と高い親和性を示す。また、化１で示すＲ、ＸおよびＹに相当する官能基の例を表１に示す。
【００３３】
【化１】
【００３４】
【表１】
【００３５】
このように、シランカップリング剤は金属および有機材料との親和性が高いので、半田粒子と熱硬化性樹脂からなる半田接着剤にシランカップリング剤を加えると、半田粒子と熱硬化性樹脂の界面でシランカップリング剤が作用し、ペースト中での半田粒子の分散性が高まる。従って、基板上に塗布したときに半田粒子が均一に分布するので、加熱により、後述するように、基板の電極と電子部品の端子部間を良好に半田接合でき、接着強度を高めることが出来るとともに前記電極と端子部間の導電性を良好な状態に保つことが出来る。
【００３６】
シランカップリング剤は、上記したようなＸ−Ｒ−Ｓｉ（（ＣＨ３）３−ｎ）−Ｙｎの構造をもつものであればどのようなものも好適に用いられるが、例えば、Ｙがアルコキシ基の場合、容易に加水分解が起こるのでメトキシ基、エトキシ基が好適である。また、熱硬化性樹脂がエポキシ系樹脂の場合、有機官能基（−Ｘ）がエポキシ基、あるいはアミノ基であると、熱硬化性樹脂とシランカップリング剤の親和性が特に高いので、特に接着強度を高く出来る。その他、用いる基板の材質、熱硬化性樹脂の種類に応じてシランカップリング剤の有機官能基を、エポキシ基、アミノ基、ビニル基、スチリル基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、ウレイド基、クロロプロピル基、メルカプト基、スルフィド基、イソシアネート基などから適宜選択することにより、半田と熱硬化性樹脂との間、および熱硬化性樹脂と基板、熱硬化性樹脂と電極あるいは熱硬化性樹脂と電子部品との間の接着力を向上させることが可能である。
【００３７】
シランカップリング剤の含有量は、半田粒子、熱硬化性樹脂および硬化剤の合計質量に対し（半田粒子、熱硬化性樹脂および硬化剤を１００質量％としたときに対する量）、０．０１〜１質量％加える。０．０１質量％より少ないと、接着強度を適切に向上させることができず、また、ペースト中での半田粒子の分散性が悪いのでペーストが安定せず、さらに電極などに塗布したときのぬれ性が悪いので好ましくない。シランカップリング剤の含有量が、半田粒子、熱硬化性樹脂および硬化剤の合計質量に対し５質量％より多いと、シランカップリング剤が熱硬化性樹脂の反応を促進し、ペーストの粘度変化が大きくなりすぎて好ましくない。シランカップリング剤は液状であるので、添加直後はペースト中の液状分が多くなりすぎ、塗布性、印刷性が低下する。そして添加後２〜３時間後あるいはそれ以上経過すると粘度が高くなるので印刷や塗布が難しく、または塗布前や半田粒子が溶融する前に熱硬化性樹脂が硬化されてしまい、いずれにしろ好ましくない。よって、シランカップリング剤の含有量は５質量％より少ないことが好ましい。さらに、シランカップリング剤の含有量が、半田粒子、熱硬化性樹脂および硬化剤の合計質量に対し０．０５〜１質量％であると、より好ましい。
【００３８】
前記半田接着剤に対する加熱温度は、例えば前記半田粒子が溶融する温度に設定することが可能である。このとき前記加熱温度は前記熱硬化性樹脂の熱硬化温度より低くてもかまわない。例えば、エポキシ系樹脂は、反応の進行に伴い発熱するので、前記加熱温度が前記熱硬化温度より低くても、前記エポキシ樹脂を適切に熱硬化することが可能である。重要なことは、前記半田粒子が溶融し凝集して半田を形成する前に、前記熱硬化性樹脂が熱硬化しないようにすることであり、加熱温度及び昇温時間は、使用される半田粒子や熱硬化性樹脂の種類等によって適宜最適な範囲に設定される。
【００３９】
次に、本実施形態の半田接着剤を用いて、電子部品を基板上に実装する工程を説明する。
【００４０】
図１は、本実施形態の半田接着剤を用いて電子部品４を基板２上に実装した電子部品実装構造１を上から見た平面図、図２は図１に示す前記電子部品実装構造をＡ−Ａ線に沿って高さ方向と平行な方向へ切断し、その切断面を矢印方向から見た前記電子部品実装構造１の断面図を示している。
【００４１】
前記基板２は絶縁性基板であり、特に前記半田接着剤として低温半田を用いた場合には、前記基板２を、安価なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）で形成できる。また、前記基板２に、より高い透明性が求められる場合はポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルムを用いたり、前記基板２にＰＥＴよりも高い難燃性が必要な場合はポリイミドフィルムを用いることが出来る。またフィルムに接着剤を用いて銅等の金属箔を貼り付け、エッチング処理等により電極を形成したものを用いることもできる。
【００４２】
前記基板２上には電極３が形成されている。前記電極３は、例えば銀粒子とバインダー樹脂（ポリエステル樹脂やフェノール樹脂等）とを有して成る塗膜状で形成されている。前記電極３は半田濡れ性が良好であることが必要である。
【００４３】
図１，図２に示すように前記電極３上には電子部品４の端子部４ａが半田層５を介して接合されている。前記半田層５は図２に示すように例えばフィレット状である。前記半田層５は、前記半田接着剤に含有される半田粒子が溶融し前記端子部４ａと電極３間に凝集した状態で固まったものである。なお一般的な半田接合は被接合物と半田が合金を形成すると言われているが、本実施形態では物理的な接合も含めている。
【００４４】
図１に示すように前記電子部品４の周囲には熱硬化性樹脂よりなる樹脂層６が形成され、前記電子部品４と前記基板２間を接着している。前記樹脂層６は前記電極３上に設けられた半田層５の両側から前記電子部品４の周囲を取り囲むようにして形成されている。図２に示すように、前記電子部品４の下面４ｂと前記基板２間にも前記樹脂層６が介在すると、より前記電子部品４と基板２間の実装強度を向上させることができて好ましい。
【００４５】
図１，図２に示す実施形態では、前記半田層５と樹脂層６間、前記樹脂層６と基板２間、前記樹脂層６と電子部品４間の接着強度が、金属および有機材料との親和性が高いシランカップリング剤により高くなっている。したがって本実施形態では、前記基板２と電子部品４間の接着強度が従来に比べて適切に高くなっている。しかも前記電子部品４の端子部４ａと電極３間には適切に半田粒子が凝集して半田層５が形成されているので、前記端子部４ａと電極３間の導電性も優れている。また、前記半田層５の周囲には樹脂層６が存在し、また前記半田層５の上面も一部、前記樹脂層６で覆われることから、加熱による半田粒子の結晶成長を抑制でき前記半田層５に粒界が形成されて亀裂等が入る不具合を適切に防止できる。
【００４６】
図１，図２に示す半田層５及び樹脂層６は、半田粒子を溶融し、さらに前記熱硬化性樹脂を熱硬化するための加熱工程前、混合された前記半田接着剤として少なくとも前記電極３上に塗布されたものである。
【００４７】
図１，図２に示す電子部品実装構造１の製造方法について説明する。
前記電極３上に本実施形態における半田接着剤をメタルマスク印刷等により塗布する。そして前記電子部品４を基板２上の所定位置に設置する。このとき前記電子部品４の端子部４ａを前記電極３上に前記半田接着剤を介して対向させる。
【００４８】
その後、半田粒子の融解温度まで加熱する。導電性金属としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金を用いた場合、融点は２４０〜２５０℃の範囲であるので、加熱温度を２４０〜２５０℃とする。
【００４９】
前記電極３上の半田接着剤が加熱されると、前記半田接着剤に含有された半田粒子が溶解するとともに、前記電極３と前記端子部４ａ間に凝集し始め半田層５を形成する。その後、前記半田層５が室温まで冷却されることで固まり、前記電子部品４の端子部４ａと基板２の電極３間が適切に半田接合される。一方、前記半田接着剤中に含まれる熱硬化性樹脂は、加熱処理中、前記電極３上に凝集する半田粒子と完全に分離して前記電極３上から前記電子部品４の周囲及び前記電子部品４下の前記基板２上に流れ出す。流れ出した前記熱硬化性樹脂は、その後、熱硬化して図１，図２に示す樹脂層６となる。
【００５０】
以上により前記基板２の電極３と前記電子部品４の端子部４ａ間を適切に半田層５によって接合でき、また前記電子部品４の周囲と前記基板２間を樹脂層６により適切に接着できる。
【００５１】
本実施形態では、前記半田接着剤にシランカップリング剤を含有しているため、金属および有機材料との親和性が高まり、また前記半田接着剤中に含有される半田粒子の分散性を高めることが出来る。このような半田接着剤を用いることで、半田層５と樹脂層６間、樹脂層６と基板２間、樹脂層６と電極３間、及び樹脂層６と電子部品４間の接着力を適切に向上させることができ、よって前記基板２と電子部品４間の接着強度を適切に向上させることができる。
【００５２】
また、前記半田接着剤中における半田粒子の分散性が優れているので、加熱工程において、前記半田粒子を適切に、端子部４ａと電極３間に凝集させることができ、半田層５を介した前記電極３と端子部４ａ間の導電性を高い状態に保つことが出来る。
【００５３】
また、従来では、基板２と電子部品４間に半田接着剤を充填し、熱プレスによって両者を接合していたが、本実施形態では、熱プレスを必要とせず、半田接着剤の電極３上への塗布及び加熱工程によって、簡単且つ適切に、電子部品４と基板２間を半田接合及び樹脂接着できる。
【００５４】
また本実施形態では、樹脂層６及び半田層５が形成される電子部品４の周囲の基板２上は開放されているため、半田粒子の凝集や熱硬化性樹脂の流動性を損なうことがなく、前記電極３と端子部４ａ間を適切に半田接合できるとともに、前記半田粒子は前記樹脂層６中にほとんど残されず（より好ましくは、全く前記半田粒子を含んでいない）、電気的安定性を適切に向上させることが出来る。
【実施例】
【００５５】
シランカップリング剤を含有する半田接着剤を用いて、図１に示す電子部品実装構造を作成し、導電性試験および接着強度試験を行った。
【００５６】
半田粒子は、粒子径３０μｍのＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金（Ｓｎ９６．５／Ａｇ３．０／Ｃｕ０．５）の粒子を用い、熱硬化性樹脂としてエポキシ系樹脂（ジャパンエポキシレジン（株）製「エピコート８２８」）、イミダゾール化合物を硬化剤として加え、半田粒子を７８質量％、熱硬化性樹脂を２１質量％、硬化剤を１質量％、合計を１００質量％とする半田接着剤Ａとした。
【００５７】
前記半田接着剤Ａに、シランカップリング剤（信越化学工業（株）製「ＫＢＭ−４０３」）を、半田接着剤Ａの質量に対して０．０１質量％加えて、実施例１の半田接着剤とした。
【００５８】
厚さ５０μｍのポリイミドフィルム上に、銀をコートした銅粉８０質量％に対しフェノール樹脂を２０質量％混合したペーストを用いて電極をパターン印刷し、温度１６０℃で３０分加熱しフェノール樹脂を硬化させた。ディスペンサを用いて、電極上に実施例１の半田接着剤を塗布（印刷）し、１６０８サイズのジャンパーチップを２つの電極をつなぐように配置した。その後、２５０℃で５分間加熱して半田成分を溶融して半田接合を行い、熱硬化性樹脂を硬化させ、電子部品実装構造を得た。
【００５９】
表２に示すように、半田接着剤Ａに対するシランカップリング剤の添加量を０．０５質量％（実施例２）、０．５質量％（実施例３）および１質量％（実施例４）とする半田接着剤を作成し、各実施例の半田接着剤を用いて、実施例１と同じ電子部品実装構造をそれぞれ作成した。
【比較例】
【００６０】
同じく表２に示すように、半田接着剤Ａにシランカップリング剤を添加しないで用いた以外は全て実施例１と同じようにして電子部品実装構造を作成した（比較例１）。また、半田接着剤Ａに対するシランカップリング剤の添加量を５質量％とする半田接着剤を作成し、実施例１と同じ電子部品実装構造を作成した（比較例２）。
【００６１】
実施例３及び比較例１の半田接着剤を用いて得られた電子部品実装構造の導電性試験を行った。さらに、実施例１〜４および比較例１の電子部品実装構造について接着強度測定試験を行った。
【００６２】
室温において、図３に示すように電極３，３間に電流を流して導電性試験を行い、２電極間の導通性を調べた。前記電極３，３間が導通した場合を〇、導通しなかった場合を×とした。
【００６３】
同様に室温において、図４に示すような接着強度測定試験を行った。幅２ｍｍ×高さ５ｍｍのロッド７を用いて、実装されたチップ部を、側方から５ｍｍ／分の速度で押し、破壊した時の最大強度を測定し、接着強度とした。
結果を表２にまとめて示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
実施例３および比較例１ともに、２つの電極間は導電性を有しており、電極−電子部品間は良好に半田接合されていることがわかった。また各実施例の接着強度は、１２．０〜１７．２Ｎと、シランカップリング剤を添加しない半田接着剤を用いた比較例１の接着強度（６．５Ｎ）の約２〜３倍の接着強度を示し、シランカップリング剤を含有する半田接着剤は接着強度が高いことがわかった。このことから、シランカップリング剤を含む半田接着剤は、含まない場合に比べて電子部品と電極および基板間の接着強度を高くできることが確認された。
【００６６】
さらに、シランカップリング剤を５質量％添加した比較例２の半田接着剤は、シランカップリング剤添加直後は粘度が低すぎて電極に印刷できず、添加２時間後に再度印刷を試みたが、今度は粘度が高すぎて電極に塗布できず、電子部品を実装することができなかった。よって、シランカップリリング剤の添加量は５質量％より少ないことが好ましい。さらに半田接着剤の接着強度を考慮すると、シランカップリング剤の添加量は、０．０５〜１質量％がより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施形態の半田接着剤を用いた実装構造を示す平面図
【図２】図１に示すＡ−Ａ線における実装構造の断面図
【図３】実装構造の導電性試験の様子を表す模式図
【図４】実装構造の接着強度の測定試験の様子を表す模式図
【符号の説明】
【００６８】
１ 電子部品実装構造
２ 基板
３ 電極
４ 電子部品
４ａ 端子部
５ 半田層
６ 樹脂層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半田粒子と、樹脂とを主成分とし、シランカップリング剤を含有することを特徴とする半田接着剤。
【請求項２】
前記半田粒子が、すず−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）合金の粒子からなる請求項１記載の半田接着剤。
【請求項３】
前記樹脂は熱硬化性樹脂である請求項１又は２に記載の半田接着剤。
【請求項４】
熱硬化性樹脂が、エポキシ系樹脂である請求項３記載の半田接着剤。
【請求項５】
前記シランカップリング剤の含有量は、前記半田粒子、前記樹脂および硬化剤の合計質量に対し、０．０１質量％以上で1質量％以下である請求項１ないし４のいずれかに記載の半田接着剤。
【請求項６】
前記半田接着剤は、加熱により、半田粒子が凝集して半田を形成するとともに、樹脂が流れ出して樹脂層を形成するものである請求項１ないし５のいずれかに記載の半田接着剤。
【請求項７】
基板と電子部品間の接合に、請求項１ないし６のいずれかに記載された半田接着剤が用いられ、
前記基板上に形成された電極と、前記電子部品の端子部間は半田接合されており、前記電子部品の周囲の少なくとも一部と前記基板間は、樹脂層により接着されていることを特徴とする電子部品実装構造。
【請求項８】
前記半田接着剤は、接合前、前記基板の電極上に塗布され、加熱により、前記半田粒子は前記電極と端子部間に凝集して前記電極と端子部間が半田接合され、前記樹脂は前記電子部品の周囲の少なくとも一部に流れ出して、前記電子部品の周囲の少なくとも一部と前記基板間が前記樹脂層により接着される請求項７記載の電子部品実装構造。
【請求項１】
半田粒子と、樹脂とを主成分とし、シランカップリング剤を含有することを特徴とする半田接着剤。
【請求項２】
前記半田粒子が、すず−銀−銅（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）合金の粒子からなる請求項１記載の半田接着剤。
【請求項３】
前記樹脂は熱硬化性樹脂である請求項１又は２に記載の半田接着剤。
【請求項４】
熱硬化性樹脂が、エポキシ系樹脂である請求項３記載の半田接着剤。
【請求項５】
前記シランカップリング剤の含有量は、前記半田粒子、前記樹脂および硬化剤の合計質量に対し、０．０１質量％以上で1質量％以下である請求項１ないし４のいずれかに記載の半田接着剤。
【請求項６】
前記半田接着剤は、加熱により、半田粒子が凝集して半田を形成するとともに、樹脂が流れ出して樹脂層を形成するものである請求項１ないし５のいずれかに記載の半田接着剤。
【請求項７】
基板と電子部品間の接合に、請求項１ないし６のいずれかに記載された半田接着剤が用いられ、
前記基板上に形成された電極と、前記電子部品の端子部間は半田接合されており、前記電子部品の周囲の少なくとも一部と前記基板間は、樹脂層により接着されていることを特徴とする電子部品実装構造。
【請求項８】
前記半田接着剤は、接合前、前記基板の電極上に塗布され、加熱により、前記半田粒子は前記電極と端子部間に凝集して前記電極と端子部間が半田接合され、前記樹脂は前記電子部品の周囲の少なくとも一部に流れ出して、前記電子部品の周囲の少なくとも一部と前記基板間が前記樹脂層により接着される請求項７記載の電子部品実装構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−２３７２７１（Ｐ２００７−２３７２７１Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−６５７４３（Ｐ２００６−６５７４３）
【出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１０日（２００６．３．１０）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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