熱硬化性樹脂組成物及び半導体部品実装基板
【課題】はんだ部の周囲を被覆する樹脂硬化部の熱伝導性を高め、放熱性を向上させることができる熱硬化性樹脂組成物の提供。
【解決手段】熱硬化性樹脂組成物は、融点が２４０℃以下のはんだ粒子、熱硬化性樹脂バインダー、無機フィラー、及びフラックス成分として、末端にカルボキシル基を有する、特定の構造の脂肪族カルボン酸化合物が含有されている。
【解決手段】熱硬化性樹脂組成物は、融点が２４０℃以下のはんだ粒子、熱硬化性樹脂バインダー、無機フィラー、及びフラックス成分として、末端にカルボキシル基を有する、特定の構造の脂肪族カルボン酸化合物が含有されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品実装のための導電ペースト、特に熱硬化性樹脂バインダーを含有するはんだペーストとして用いられる熱硬化性樹脂組成物、及びこの熱硬化性樹脂組成物を用いて部品実装した半導体部品実装基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体パッケージ等の半導体部品の高密度化・多ピン化に伴い、従来のＱＦＰ（QuadFlat Package）のようにリードを用いてはんだ付けにより回路基板に実装する方法に代わって、ＢＧＡ（BallGrid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）等のはんだボール（はんだバンプ）を用いて回路基板に実装する方法が急増してきている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ＢＧＡやＣＳＰは、携帯電話などのモバイル機器に用いられることが多い。そのため、ＢＧＡやＣＳＰの実装構造には耐落下衝撃性が求められるが、はんだボールのみでの接合でははんだの脆弱性により耐落下衝撃性が低下する。
【０００４】
そこで、一般的には半導体部品と回路基板とをはんだボールで接合した後、半導体部品と回路基板との隙間に、アンダーフィルと呼ばれる低粘度の液状封止材を毛細管現象を活用した浸透法で入れて、はんだボールで接合した箇所の補強を行っている。このように、半導体部品と回路基板との隙間の空間がアンダーフィルの硬化物で充填されることで、落下による衝撃をアンダーフィルが充填された空間全体に分散させることが可能となる。そのため、はんだボールのみでの接合の場合に比べて、通常、数値的には一桁から二桁まで耐落下衝撃性が向上することが知られている。
【０００５】
しかしながら、パッケージの高密度化と薄型化の進展に伴い、半導体部品と回路基板との隙間はますます薄くなる傾向にある。初期には１００μｍ以上あった隙間は、最近では２０μｍまで薄くなってきている。そのため、毛細管現象という非力な駆動力でアンダーフィルを充填するのが次第に困難になっているのが現状である。
【０００６】
そこで、本発明者は、特願２００９−７７６６６において、はんだ粒子を含有する熱硬化性樹脂組成物を用い、はんだ部とはんだ部の周囲を被覆する樹脂硬化部とで接合部を形成するようにして、上記のような問題を解決した。上述の特願２００９−７７６６６では、はんだ部の周囲を樹脂硬化部が被覆して補強しているので耐落下衝撃性には有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１８５８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そして、ＣＳＰ等の実装において、上述のはんだ粒子を含有する熱硬化性樹脂組成物を用い、はんだ部とはんだ部の周囲を被覆する樹脂硬化部とで接合部を形成する方法は、はんだボールによる接合の後に別工程としてのアンダーフィルの充填工程を必要とせず、はんだによる接合と、その周囲の樹脂の硬化・接合を同時に行えるので、非常に効率的である。
【０００９】
しかしながら、特願２００９−７７６６６では、はんだ部の周囲を被覆する樹脂硬化部はフィラー等を含まない樹脂のみの組成であるため、無機フィラーを含むようなアンダーフィルに比べて、熱伝導性が劣る傾向にある。
【００１０】
特にＣＳＰ等がＣＰＵ用などの発熱を伴うデバイスである場合、放熱は重要な必要特性となる。この課題を克服する方法として、はんだ部の周囲を被覆する樹脂硬化部の熱伝導性を向上させることが有効な手段の一つとなり得る。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、はんだ部の周囲を被覆する樹脂硬化部の熱伝導性を高め、放熱性を向上させることができる熱硬化性樹脂組成物及び半導体部品実装基板を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る熱硬化性樹脂組成物は、融点が２４０℃以下のはんだ粒子、熱硬化性樹脂バインダー、無機フィラー、及びフラックス成分として下記構造式（１）又は（２）で示される化合物のうちの少なくとも一方が含有されていることを特徴とするものである。
【００１３】
【化１】
【００１４】
式中、Ｒ１〜Ｒ４は水素、アルキル基又は水酸基を示し、Ｘは金属が配位可能な孤立電子対又は二重結合性π電子を有する原子団を示し、Ｙは主鎖骨格を形成する原子又は原子団を示す。
【００１５】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記無機フィラーが、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナのうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。
【００１６】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記無機フィラーの平均粒子径が０．１〜３０μｍであることが好ましい。
【００１７】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記はんだ粒子１００質量部に対して、前記無機フィラーが５〜３０質量部含有されていることが好ましい。
【００１８】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記構造式（１）又は（２）中のＸが、下記構造式（３）〜（８）で示される原子団のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。
【００１９】
【化２】
【００２０】
式中、Ｒは水素、アルキル基又は水酸基を示す。
【００２１】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記構造式（１）又は（２）中のＹが、下記構造式（９）〜（１２）で示される原子又は原子団のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。
【００２２】
【化３】
【００２３】
式中、Ｒ５及びＲ６は水素、アルキル基又は水酸基を示す。
【００２４】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記構造式（１）又は（２）で示される化合物が、レブリン酸、グルタル酸、ジメチルグルタル酸、コハク酸、リンゴ酸、５−ケトヘキサン酸、４−アミノ酪酸、３−フェニルプロピオン酸、４−フェニル酪酸のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。
【００２５】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記構造式（１）又は（２）で示される化合物が、下記構造式（１３）〜（１５）で示される化合物のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。
【００２６】
【化４】
【００２７】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記熱硬化性樹脂バインダーとしてエポキシ樹脂が用いられていることが好ましい。
【００２８】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記熱硬化性樹脂バインダーに対して、前記フラックス成分が１〜５０ＰＨＲ含有されていることが好ましい。
【００２９】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記熱硬化性樹脂組成物全量に対して、前記熱硬化性樹脂バインダー及び前記フラックス成分の合計量が３〜５０質量％であることが好ましい。
【００３０】
本発明に係る半導体部品実装基板は、前記熱硬化性樹脂組成物を用いて半導体部品が回路基板に実装されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る熱硬化性樹脂組成物によれば、はんだ粒子が溶融一体化したはんだ部と、はんだ部の周囲を被覆する樹脂硬化部とで、半導体部品と回路基板とを接合する接合部を形成することができるものであり、樹脂硬化部によって優れた耐落下衝撃性を得ることができると共に、無機フィラーによって樹脂硬化部の熱伝導性を高め、放熱性を向上させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る半導体部品実装基板の一例を示す概略断面図である。
【図２】放熱性を評価するのに用いた実験装置の概略断面図である。
【図３】（ａ）は実施例１〜１０について電力と上昇温度の関係を示すグラフであり、（ｂ）は比較例１〜４について電力と上昇温度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３４】
本発明に係る熱硬化性樹脂組成物１には、融点が２４０℃以下のはんだ粒子、熱硬化性樹脂バインダー、無機フィラー、及びフラックス成分として上記構造式（１）又は（２）で示される化合物のうちの少なくとも一方が必須成分として含有されているものである。
【００３５】
フラックス成分である上記構造式（１）及び（２）で示される化合物は、末端にカルボキシル基及び各種の官能基を有しており、室温でのフラックス活性はさほど大きくないが、これらの化合物が１００℃以上の温度に加熱されると、下記構造式（１６）及び（１７）に示すようなキレートを形成してはんだ粒子（Ｍ）表面に局在化し、優れた活性力（還元力）が顕在化して、効率よくカルボキシル基とはんだ粒子表面の金属酸化物の膜（酸化膜）との反応が促進され、はんだ粒子から酸化膜を効果的に除去することができるようになる。
【００３６】
【化５】
【００３７】
なお、上記構造式（１６）及び（１７）中、Ｍははんだ粒子であって、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ等の金属を示し、またＲ１〜Ｒ４は省略している。
【００３８】
ここで、上記構造式（１）及び（２）中のＸは、金属が配位可能な孤立電子対又は二重結合性π電子を有する原子団を示すが、具体的には、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等の孤立電子対を持ちキレートの形成が可能な基、カルボニル基、カルボキシル基、チオカルボニル基、イミノ基等の炭素／ヘテロ原子間二重結合性π電子を持つ有機基、フェニル基、ピリジル基、イミダゾイル基等の芳香族基、さらには炭素−炭素二重結合を有するビニル基、共役二重結合を有する有機基などを例示することができる。
【００３９】
特に、上記構造式（１）又は（２）中のＸは、上記構造式（３）〜（８）で示される原子団のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。これにより、Ｘが他の原子団である場合に比べて、効果的にはんだ粒子の酸化膜を除去することができるものである。
【００４０】
また、上記構造式（１）及び（２）中のＹは、主鎖骨格を形成する原子又は原子団を示すが、上記構造式（９）〜（１２）で示される原子又は原子団のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。これにより、Ｙが他の原子又は原子団である場合に比べて、はんだ粒子の酸化膜を十分に除去することができるものである。
【００４１】
そして具体的には、上記構造式（１）又は（２）で示される化合物は、レブリン酸、グルタル酸、ジメチルグルタル酸、コハク酸、リンゴ酸、５−ケトヘキサン酸、４−アミノ酪酸、３−フェニルプロピオン酸、４−フェニル酪酸のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。これにより、他のフラックス成分に比べて、一層効果的にはんだ粒子の酸化膜を除去することができるものである。
【００４２】
なお、カルボキシル基を両末端に有する化合物としては、一般的には脂肪族骨格を有するアジピン酸、ピメリン酸、セバシン酸、コルク酸等が挙げられる。しかし、これらは金属表面の酸化膜に対する十分な還元作用を期待することができず、その還元力は、上記構造式（１）及び（２）で示される化合物に比べて、十分に満足できるレベルではない。これは、アジピン酸、ピメリン酸、セバシン酸、コルク酸等の分子量が大きいことによって、上記構造式（１６）及び（１７）に示すようなキレートを形成する能力に劣っているためである、と推察される。
【００４３】
また、上記構造式（１）又は（２）で示される化合物は、上記構造式（１３）で示される化合物（ジグリコール酸）、上記構造式（１４）で示される化合物（チオジグリコール酸）、上記構造式（１５）で示される化合物（ジチオジグリコール酸）のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。上記構造式（１３）〜（１５）で示されるように、主骨格に酸素原子又は１個若しくは２個の硫黄原子が結合した構造の化合物は、脂肪族骨格の化合物と比べて、優れた還元力を発揮することができる。その理由は、主骨格の酸素原子及び硫黄原子が電子供与性の原子であるため、金属との配位結合性が高くなり、その結果、脂肪族骨格の化合物と比べて優れた還元力を発揮することができるからである、と推察される。よって、上記構造式（１）又は（２）で示される化合物が、上記構造式（１３）〜（１５）で示される化合物のうちの少なくとも１種類以上であることによって、他のフラックス成分に比べて、優れた還元力を発揮することができ、一層効果的にはんだ粒子の酸化膜を除去することができるものである。
【００４４】
なお、本発明においては、上記構造式（１）又は（２）で示される化合物のうちの少なくとも一方を用いているが、これ以外に一般に用いられている他のフラックス成分を併用しても差し支えない。
【００４５】
そして、本発明に係る熱硬化性樹脂組成物１には無機フィラーが含有されている。熱硬化性樹脂組成物１を半導体部品２の端子２ａと回路基板３の電極３ａとの間でリフロー等により加熱すると、はんだ粒子の溶融一体化により、半導体部品２と回路基板３とを電気的に接続するはんだ部４を形成することができる。これと同時にはんだ部４の周囲に樹脂硬化部５を形成することができるが、この樹脂硬化部５には無機フィラーが含有されて熱伝導性が高まっているので、半導体部品２から発生した熱をはんだ部４を経て樹脂硬化部５により効率よく放熱させることができるものである。しかも樹脂硬化部５は、熱伝導性を有するのみならず、半導体部品２及び回路基板３と強固に接着されているので、優れた耐落下衝撃性をも有しているものである。
【００４６】
また、無機フィラーは、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。窒化ケイ素及び窒化アルミニウムは、セラミックスの一つであり、共に高い熱伝導率を有している。すなわち、窒化ケイ素の熱伝導率は２３Ｗ／ｍＫであり、窒化アルミニウムの熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫである。また、アルミナも比較的高い熱伝導率を有しており、具体的には２０Ｗ／ｍＫである。これらの無機フィラーは、高温でも安定で、絶縁性であり、優れた熱伝導性を有すると共に機械的強度も強い。従って、このような無機フィラーを熱硬化性樹脂組成物１に配合することで、これらの無機フィラーの優れた特徴を熱硬化性樹脂組成物１ひいては硬化物である樹脂硬化部５に付与することが可能となる。
【００４７】
また、はんだ部４の周囲を被覆する樹脂硬化部５に無機フィラーを分散させて高熱伝導性を付与するためには、小さな無機フィラーの粒子を熱硬化性樹脂組成物１に均一に分散させることが必要となる。そのためには、無機フィラーの平均粒子径が０．１〜３０μｍであることが好ましく、さらなる充填性の向上と熱伝導性確保のためには１〜１０μｍであることがより好ましい。無機フィラーの平均粒子径が０．１μｍより小さいと、熱硬化性樹脂組成物１の粘度やチクソ性が高くなり過ぎるおそれがある。逆に、無機フィラーの平均粒子径が３０μｍより大きいと、大きい粒子に起因してつぶつぶが残り、ファインなエリアへの印刷が不良となったり、はんだ粒子の溶融・凝集を阻害したりするおそれがある。なお、無機フィラーの平均粒子径は、例えばレーザー回折・散乱法によって測定することができる。
【００４８】
また、熱伝導性を十分に確保するためには、はんだ粒子１００重量部に対して、無機フィラーは５〜３０質量部含有されていることが好ましい。無機フィラーの含有量が５質量部より少ないと、熱伝導性を十分に高めることができないおそれがある。逆に、無機フィラーの含有量が３０質量部より多いと、熱硬化性樹脂組成物１の粘度が高くなり過ぎたり、リフロー等の加熱時においてはんだ粒子の凝集・溶融一体化を阻害するおそれがある。
【００４９】
またはんだ粒子は、融点が２４０℃以下のものであればよい。はんだ粒子の融点の下限は特に限定されないが、８０℃以上であることが好ましい。このような条件を満たす限り、はんだ粒子の組成は特に限定されないが、例えば、ＳｎをベースとするＢｉ、Ｚｎ、Ｉｎ等の金属との合金を挙げることができる。具体的には、Ｓｎ４２Ｂｉ５８（融点１３９℃）やＳｎ９６．５Ａｇ３．０Ｃｕ０．５（融点２１８℃）を例示することができる。
【００５０】
また、はんだ粒子の含有量は、熱硬化性樹脂組成物１全量に対して、５０〜９７質量％であることが好ましい。はんだ粒子の含有量が５０質量％未満であると、はんだ粒子が溶融一体化して形成された接合部分（はんだ部４）が小さくなりすぎ、導通性が悪くなるおそれがある。逆に、はんだ粒子の含有量が９７質量％を超えると、熱硬化性樹脂バインダーによる補強効果が低下するおそれがある。
【００５１】
また、熱硬化性樹脂バインダーとしては、特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シアン酸エステル樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ポリエステル樹脂等の適宜の熱硬化性樹脂を用いることができる。このうち、特に熱硬化性樹脂バインダーとしてエポキシ樹脂を用いるのが好ましい。エポキシ樹脂は比較的低温で硬化すると共に接着性が高いため、従来のはんだリフロー処理の温度（２４０℃程度）より低い温度でも十分な硬化性を発揮して部品実装を可能とすると共に、十分な補強効果を発揮することができるものである。
【００５２】
また、熱硬化性樹脂バインダーとして液状等のエポキシ樹脂を用いる場合には、必要に応じて熱硬化性樹脂組成物１中に硬化剤や硬化促進剤を含有させる。
【００５３】
硬化剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、ナフタレン骨格含有フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂等を用いることができる。硬化剤の含有量は適宜に設定することができるが、エポキシ樹脂のエポキシ当量に対する硬化剤の化学量論上の当量比が０．８〜１．２の範囲となるように硬化剤を含有させるのが好ましい。また、硬化促進剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、トリフェニルホスフィン、トリメチルホスフィン等の有機リン化合物、２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の３級アミン類等を用いることができる。
【００５４】
また、熱硬化性樹脂バインダーに対して、フラックス成分は１〜５０ＰＨＲ含有されているのが好ましい。これにより、フラックス成分の作用を十分に発揮させることができると共に、熱硬化性樹脂組成物１の硬化後における補強性を高く得ることができるものである。しかし、フラックス成分の含有量が１ＰＨＲ未満であると、濃度が薄すぎてフラックス成分として十分な作用を発揮させることができない場合があり、そのためはんだ粒子の溶融一体化が阻害され、接続抵抗が高くなってしまうおそれがある。逆に、フラックス成分の含有量が５０ＰＨＲを超えると、熱硬化性樹脂組成物１の硬化後においてタック性が残ったり、補強性を十分に高く得ることができなくなったりするおそれがある。なお、フラックス成分（ＰＨＲ）は、｛（フラックス成分の質量／熱硬化性樹脂バインダーの質量）×１００｝によって算出することができる。この場合、熱硬化性樹脂バインダーには、硬化剤や硬化促進剤も含まれる。
【００５５】
また、熱硬化性樹脂組成物１全量に対して、熱硬化性樹脂バインダー及びフラックス成分の合計量が３〜５０質量％であることが好ましい。この場合、熱硬化性樹脂バインダーには、硬化剤や硬化促進剤も含まれる。これにより、流動可能な熱硬化性樹脂組成物１を得ることができるものである。また、はんだ粒子が溶融一体化して形成されたはんだ部４の周囲に、ボイドが存在しない熱硬化性樹脂バインダーの硬化物からなる樹脂硬化部５が形成され、この樹脂硬化部５によって十分な補強性を得ることができるものである。さらに、はんだ粒子の溶融一体化が阻害されるのを防止することができ、十分に低い接続抵抗を得ることができるものである。しかし、熱硬化性樹脂バインダー及びフラックス成分の合計量が３質量％未満であると、パテ状又は粉状となって、流動可能な熱硬化性樹脂組成物１を得ることができないおそれがある。また、はんだ粒子が溶融一体化した後、このはんだ部４の周囲には熱硬化性樹脂バインダーの硬化物からなる樹脂硬化部５が形成されるが、この樹脂硬化部５にボイドが多く含まれることとなり、このような樹脂硬化部５によっては十分な補強性を得ることができなくなるおそれがある。逆に、熱硬化性樹脂バインダー及びフラックス成分の合計量が５０質量％を超えると、はんだ粒子の割合が少なすぎてこれらの溶融一体化が阻害されたり、十分に低い接続抵抗を得ることができなくなったりするおそれがある。
【００５６】
なお、本発明に係る熱硬化性樹脂組成物１には、上記必須成分のほか、通常用いられる改質剤、添加剤等が含有されていてもよい。また、熱硬化性樹脂組成物１の粘度を低減し、流動性を付与する目的で、低沸点の溶剤や可塑剤を加えることもできる。さらに、印刷形状を保持するためのチクソ性付与剤として、硬化ヒマシ油やステアリン酸アミド等を添加することも有効である。
【００５７】
そして、本発明に係る熱硬化性樹脂組成物１は、融点が２４０℃以下のはんだ粒子、熱硬化性樹脂バインダー、無機フィラー、フラックス成分、必要に応じてその他の成分をディスパー等を用いて均一に混合・混練することによって製造することができる。
【００５８】
次に本発明に係る半導体部品実装基板について説明する。半導体部品実装基板は、図１に示すように、熱硬化性樹脂組成物１を用いて半導体部品２を回路基板３に実装して形成されたものである。なお、半導体部品２としては、ＢＧＡやＣＳＰ等のみならず、ＱＦＰ等も用いることができる。
【００５９】
図１に示す半導体部品実装基板は、ＢＧＡやＣＳＰ等の半導体部品２を熱硬化性樹脂組成物１を用いてＦＲ−４等の回路基板３に実装して形成されたものであり、次のようにして製造することができる。まず回路基板３に設けられた電極３ａに熱硬化性樹脂組成物１を塗布し、さらにこの上に半導体部品２を載せた後、リフロー炉による加熱により、回路基板３に半導体部品２を実装する。このとき熱硬化性樹脂組成物１が硬化し、半導体部品２の端子２ａと回路基板３の電極３ａとを接合する接合部６が形成される。この接合部６は、はんだ粒子が溶融一体化したはんだ部４と、このはんだ部４の周囲を被覆する樹脂硬化部５とで形成されている。
【００６０】
そして、上記のようにして得られた半導体部品実装基板にあっては、はんだ部４を補強する樹脂硬化部５によって優れた耐落下衝撃性を得ることができるものである。さらに、上記半導体部品実装基板にあっては、放熱性も向上している。すなわち、樹脂硬化部５には無機フィラーが含有されて熱伝導性が高まっているので、通電により半導体部品２から熱が発生しても、この熱ははんだ部４を経て樹脂硬化部５により効率よく放熱させることができるものである。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００６２】
（実施例１）
はんだ粒子として、Ｓｎ４２Ｂｉ５８（Ｓｎ４２質量％、Ｂｉ５８質量％）を用いた。このはんだ粒子の平均粒径は２０μｍであり、融点は１３９℃であった。そして、はんだ粒子を８０質量部、熱硬化性樹脂バインダーとして液状エポキシ樹脂（東都化成株式会社製、品番「ＹＤ１２８」）を１１質量部、無機フィラーとしてアルミナ（昭和電工株式会社製、品番「ＡＳ−５０」、平均粒子径１０μｍ、球状）を１０質量部、硬化促進剤（味の素ファインテクノ株式会社製、品番「アミキュアＰＮ２３」）を２質量部、フラックス成分としてレブリン酸を２質量部混合し、ディスパーを用いて均一に混合・混練することによって、ペースト状の熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００６３】
（実施例２）
フラックス成分としてグルタル酸を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００６４】
（実施例３）
フラックス成分として２，２−ジメチルグルタル酸を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００６５】
（実施例４）
フラックス成分としてコハク酸を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００６６】
（実施例５）
フラックス成分としてリンゴ酸を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００６７】
（実施例６）
フラックス成分として４−フェニル酪酸を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００６８】
（実施例７）
フラックス成分としてジグリコール酸を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００６９】
（実施例８）
無機フィラーとして窒化アルミニウム（東洋アルミニウム株式会社製、品番「Ｆシリーズ」、平均粒子径２μｍ）を３０質量部用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００７０】
（実施例９）
無機フィラーとして窒化ケイ素（徳山曹達株式会社製、品番「Ｈグレード」、平均粒子径１．５μｍ）を２０質量部用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００７１】
（実施例１０）
はんだ粒子として、Ｓｎ４２Ｂｉ５８（Ｓｎ４２質量％、Ｂｉ５８質量％）を用いた。このはんだ粒子の平均粒径は２０μｍであり、融点は１３９℃であった。そして、はんだ粒子を８０質量部、熱硬化性樹脂バインダーとしてシアン酸エステル樹脂（Ｌｏｎｚａ社製、品番「Ｌ−１０」）を１３質量部、無機フィラーとしてアルミナ（昭和電工株式会社製、品番「ＡＳ−５０」、平均粒子径１０μｍ、球状）を１０質量部、硬化促進剤としてＦｅアセチルアセトナートを０．１質量部、フラックス成分としてレブリン酸を２質量部混合し、ディスパーを用いて均一に混合・混練することによって、ペースト状の熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００７２】
（比較例１）
フラックス成分を用いないようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００７３】
（比較例２）
無機フィラーを用いないようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００７４】
（比較例３）
熱硬化性樹脂バインダーを用いないようにした以外は、実施例１と同様にして組成物を得た。
【００７５】
（比較例４）
はんだ粒子の代わりに融点９５０℃の銀粉末を８０質量部用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００７６】
（放熱性評価）
各実施例及び比較例で得られた熱硬化性樹脂組成物を用い、図２に示すようにして放熱性を評価した。なお、比較例３の組成物は熱硬化性樹脂組成物の代わりに用いた。
【００７７】
まず、クリームはんだ７（融点２２０℃、ＳＡＣ３０５はんだ）を用いて、厚さ１ｍｍの銅板８上に半導体部品２としてチップ抵抗（２００Ω）を２４０℃のリフローにより実装した。さらにこの銅板８上には熱電対９を接続した。次に、別の厚さ２ｍｍの銅板１０上に、通常の方法に従い、熱硬化性樹脂組成物１をスクリーン印刷法で塗布した。塗布後の熱硬化性樹脂組成物１の厚みは、約７０μｍであった。そして、この熱硬化性樹脂組成物１を塗布した銅板１０上に、先のチップ抵抗を実装した銅板８を載せて、乾燥機にて１６０℃、１０分の条件で加熱を行い、はんだ部４と、このはんだ部４の周囲を被覆する樹脂硬化部５とからなる接合部６を銅板８，１０間に形成した。最後に下部の２ｍｍの銅板１０をヒートシンク１１の上に取り付けた。なお、比較例３については銅板８，１０間にはんだ部４のみが形成された。
【００７８】
そして、放熱性の評価は、チップ抵抗に通電して電力を供給し、そのときの上昇温度（温度差）を熱電対９により測定した後、この測定値をグラフにプロットすることによって行った。その結果を図３に示す。
【００７９】
図３（ａ）（ｂ）から明らかなように、実施例１〜１０のものは、比較例１〜４のものに比べて、チップ抵抗に供給される電力が増加しても上昇温度が低いことから、放熱性に優れていることが確認された。
【符号の説明】
【００８０】
１ 熱硬化性樹脂組成物
２ 半導体部品
３ 回路基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品実装のための導電ペースト、特に熱硬化性樹脂バインダーを含有するはんだペーストとして用いられる熱硬化性樹脂組成物、及びこの熱硬化性樹脂組成物を用いて部品実装した半導体部品実装基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体パッケージ等の半導体部品の高密度化・多ピン化に伴い、従来のＱＦＰ（QuadFlat Package）のようにリードを用いてはんだ付けにより回路基板に実装する方法に代わって、ＢＧＡ（BallGrid Array）やＣＳＰ（Chip Size Package）等のはんだボール（はんだバンプ）を用いて回路基板に実装する方法が急増してきている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ＢＧＡやＣＳＰは、携帯電話などのモバイル機器に用いられることが多い。そのため、ＢＧＡやＣＳＰの実装構造には耐落下衝撃性が求められるが、はんだボールのみでの接合でははんだの脆弱性により耐落下衝撃性が低下する。
【０００４】
そこで、一般的には半導体部品と回路基板とをはんだボールで接合した後、半導体部品と回路基板との隙間に、アンダーフィルと呼ばれる低粘度の液状封止材を毛細管現象を活用した浸透法で入れて、はんだボールで接合した箇所の補強を行っている。このように、半導体部品と回路基板との隙間の空間がアンダーフィルの硬化物で充填されることで、落下による衝撃をアンダーフィルが充填された空間全体に分散させることが可能となる。そのため、はんだボールのみでの接合の場合に比べて、通常、数値的には一桁から二桁まで耐落下衝撃性が向上することが知られている。
【０００５】
しかしながら、パッケージの高密度化と薄型化の進展に伴い、半導体部品と回路基板との隙間はますます薄くなる傾向にある。初期には１００μｍ以上あった隙間は、最近では２０μｍまで薄くなってきている。そのため、毛細管現象という非力な駆動力でアンダーフィルを充填するのが次第に困難になっているのが現状である。
【０００６】
そこで、本発明者は、特願２００９−７７６６６において、はんだ粒子を含有する熱硬化性樹脂組成物を用い、はんだ部とはんだ部の周囲を被覆する樹脂硬化部とで接合部を形成するようにして、上記のような問題を解決した。上述の特願２００９−７７６６６では、はんだ部の周囲を樹脂硬化部が被覆して補強しているので耐落下衝撃性には有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１８５８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そして、ＣＳＰ等の実装において、上述のはんだ粒子を含有する熱硬化性樹脂組成物を用い、はんだ部とはんだ部の周囲を被覆する樹脂硬化部とで接合部を形成する方法は、はんだボールによる接合の後に別工程としてのアンダーフィルの充填工程を必要とせず、はんだによる接合と、その周囲の樹脂の硬化・接合を同時に行えるので、非常に効率的である。
【０００９】
しかしながら、特願２００９−７７６６６では、はんだ部の周囲を被覆する樹脂硬化部はフィラー等を含まない樹脂のみの組成であるため、無機フィラーを含むようなアンダーフィルに比べて、熱伝導性が劣る傾向にある。
【００１０】
特にＣＳＰ等がＣＰＵ用などの発熱を伴うデバイスである場合、放熱は重要な必要特性となる。この課題を克服する方法として、はんだ部の周囲を被覆する樹脂硬化部の熱伝導性を向上させることが有効な手段の一つとなり得る。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、はんだ部の周囲を被覆する樹脂硬化部の熱伝導性を高め、放熱性を向上させることができる熱硬化性樹脂組成物及び半導体部品実装基板を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る熱硬化性樹脂組成物は、融点が２４０℃以下のはんだ粒子、熱硬化性樹脂バインダー、無機フィラー、及びフラックス成分として下記構造式（１）又は（２）で示される化合物のうちの少なくとも一方が含有されていることを特徴とするものである。
【００１３】
【化１】
【００１４】
式中、Ｒ１〜Ｒ４は水素、アルキル基又は水酸基を示し、Ｘは金属が配位可能な孤立電子対又は二重結合性π電子を有する原子団を示し、Ｙは主鎖骨格を形成する原子又は原子団を示す。
【００１５】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記無機フィラーが、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナのうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。
【００１６】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記無機フィラーの平均粒子径が０．１〜３０μｍであることが好ましい。
【００１７】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記はんだ粒子１００質量部に対して、前記無機フィラーが５〜３０質量部含有されていることが好ましい。
【００１８】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記構造式（１）又は（２）中のＸが、下記構造式（３）〜（８）で示される原子団のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。
【００１９】
【化２】
【００２０】
式中、Ｒは水素、アルキル基又は水酸基を示す。
【００２１】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記構造式（１）又は（２）中のＹが、下記構造式（９）〜（１２）で示される原子又は原子団のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。
【００２２】
【化３】
【００２３】
式中、Ｒ５及びＲ６は水素、アルキル基又は水酸基を示す。
【００２４】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記構造式（１）又は（２）で示される化合物が、レブリン酸、グルタル酸、ジメチルグルタル酸、コハク酸、リンゴ酸、５−ケトヘキサン酸、４−アミノ酪酸、３−フェニルプロピオン酸、４−フェニル酪酸のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。
【００２５】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記構造式（１）又は（２）で示される化合物が、下記構造式（１３）〜（１５）で示される化合物のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。
【００２６】
【化４】
【００２７】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記熱硬化性樹脂バインダーとしてエポキシ樹脂が用いられていることが好ましい。
【００２８】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記熱硬化性樹脂バインダーに対して、前記フラックス成分が１〜５０ＰＨＲ含有されていることが好ましい。
【００２９】
前記熱硬化性樹脂組成物において、前記熱硬化性樹脂組成物全量に対して、前記熱硬化性樹脂バインダー及び前記フラックス成分の合計量が３〜５０質量％であることが好ましい。
【００３０】
本発明に係る半導体部品実装基板は、前記熱硬化性樹脂組成物を用いて半導体部品が回路基板に実装されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る熱硬化性樹脂組成物によれば、はんだ粒子が溶融一体化したはんだ部と、はんだ部の周囲を被覆する樹脂硬化部とで、半導体部品と回路基板とを接合する接合部を形成することができるものであり、樹脂硬化部によって優れた耐落下衝撃性を得ることができると共に、無機フィラーによって樹脂硬化部の熱伝導性を高め、放熱性を向上させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る半導体部品実装基板の一例を示す概略断面図である。
【図２】放熱性を評価するのに用いた実験装置の概略断面図である。
【図３】（ａ）は実施例１〜１０について電力と上昇温度の関係を示すグラフであり、（ｂ）は比較例１〜４について電力と上昇温度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３４】
本発明に係る熱硬化性樹脂組成物１には、融点が２４０℃以下のはんだ粒子、熱硬化性樹脂バインダー、無機フィラー、及びフラックス成分として上記構造式（１）又は（２）で示される化合物のうちの少なくとも一方が必須成分として含有されているものである。
【００３５】
フラックス成分である上記構造式（１）及び（２）で示される化合物は、末端にカルボキシル基及び各種の官能基を有しており、室温でのフラックス活性はさほど大きくないが、これらの化合物が１００℃以上の温度に加熱されると、下記構造式（１６）及び（１７）に示すようなキレートを形成してはんだ粒子（Ｍ）表面に局在化し、優れた活性力（還元力）が顕在化して、効率よくカルボキシル基とはんだ粒子表面の金属酸化物の膜（酸化膜）との反応が促進され、はんだ粒子から酸化膜を効果的に除去することができるようになる。
【００３６】
【化５】
【００３７】
なお、上記構造式（１６）及び（１７）中、Ｍははんだ粒子であって、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ等の金属を示し、またＲ１〜Ｒ４は省略している。
【００３８】
ここで、上記構造式（１）及び（２）中のＸは、金属が配位可能な孤立電子対又は二重結合性π電子を有する原子団を示すが、具体的には、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等の孤立電子対を持ちキレートの形成が可能な基、カルボニル基、カルボキシル基、チオカルボニル基、イミノ基等の炭素／ヘテロ原子間二重結合性π電子を持つ有機基、フェニル基、ピリジル基、イミダゾイル基等の芳香族基、さらには炭素−炭素二重結合を有するビニル基、共役二重結合を有する有機基などを例示することができる。
【００３９】
特に、上記構造式（１）又は（２）中のＸは、上記構造式（３）〜（８）で示される原子団のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。これにより、Ｘが他の原子団である場合に比べて、効果的にはんだ粒子の酸化膜を除去することができるものである。
【００４０】
また、上記構造式（１）及び（２）中のＹは、主鎖骨格を形成する原子又は原子団を示すが、上記構造式（９）〜（１２）で示される原子又は原子団のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。これにより、Ｙが他の原子又は原子団である場合に比べて、はんだ粒子の酸化膜を十分に除去することができるものである。
【００４１】
そして具体的には、上記構造式（１）又は（２）で示される化合物は、レブリン酸、グルタル酸、ジメチルグルタル酸、コハク酸、リンゴ酸、５−ケトヘキサン酸、４−アミノ酪酸、３−フェニルプロピオン酸、４−フェニル酪酸のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。これにより、他のフラックス成分に比べて、一層効果的にはんだ粒子の酸化膜を除去することができるものである。
【００４２】
なお、カルボキシル基を両末端に有する化合物としては、一般的には脂肪族骨格を有するアジピン酸、ピメリン酸、セバシン酸、コルク酸等が挙げられる。しかし、これらは金属表面の酸化膜に対する十分な還元作用を期待することができず、その還元力は、上記構造式（１）及び（２）で示される化合物に比べて、十分に満足できるレベルではない。これは、アジピン酸、ピメリン酸、セバシン酸、コルク酸等の分子量が大きいことによって、上記構造式（１６）及び（１７）に示すようなキレートを形成する能力に劣っているためである、と推察される。
【００４３】
また、上記構造式（１）又は（２）で示される化合物は、上記構造式（１３）で示される化合物（ジグリコール酸）、上記構造式（１４）で示される化合物（チオジグリコール酸）、上記構造式（１５）で示される化合物（ジチオジグリコール酸）のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。上記構造式（１３）〜（１５）で示されるように、主骨格に酸素原子又は１個若しくは２個の硫黄原子が結合した構造の化合物は、脂肪族骨格の化合物と比べて、優れた還元力を発揮することができる。その理由は、主骨格の酸素原子及び硫黄原子が電子供与性の原子であるため、金属との配位結合性が高くなり、その結果、脂肪族骨格の化合物と比べて優れた還元力を発揮することができるからである、と推察される。よって、上記構造式（１）又は（２）で示される化合物が、上記構造式（１３）〜（１５）で示される化合物のうちの少なくとも１種類以上であることによって、他のフラックス成分に比べて、優れた還元力を発揮することができ、一層効果的にはんだ粒子の酸化膜を除去することができるものである。
【００４４】
なお、本発明においては、上記構造式（１）又は（２）で示される化合物のうちの少なくとも一方を用いているが、これ以外に一般に用いられている他のフラックス成分を併用しても差し支えない。
【００４５】
そして、本発明に係る熱硬化性樹脂組成物１には無機フィラーが含有されている。熱硬化性樹脂組成物１を半導体部品２の端子２ａと回路基板３の電極３ａとの間でリフロー等により加熱すると、はんだ粒子の溶融一体化により、半導体部品２と回路基板３とを電気的に接続するはんだ部４を形成することができる。これと同時にはんだ部４の周囲に樹脂硬化部５を形成することができるが、この樹脂硬化部５には無機フィラーが含有されて熱伝導性が高まっているので、半導体部品２から発生した熱をはんだ部４を経て樹脂硬化部５により効率よく放熱させることができるものである。しかも樹脂硬化部５は、熱伝導性を有するのみならず、半導体部品２及び回路基板３と強固に接着されているので、優れた耐落下衝撃性をも有しているものである。
【００４６】
また、無機フィラーは、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）のうちの少なくとも１種類以上であることが好ましい。窒化ケイ素及び窒化アルミニウムは、セラミックスの一つであり、共に高い熱伝導率を有している。すなわち、窒化ケイ素の熱伝導率は２３Ｗ／ｍＫであり、窒化アルミニウムの熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫである。また、アルミナも比較的高い熱伝導率を有しており、具体的には２０Ｗ／ｍＫである。これらの無機フィラーは、高温でも安定で、絶縁性であり、優れた熱伝導性を有すると共に機械的強度も強い。従って、このような無機フィラーを熱硬化性樹脂組成物１に配合することで、これらの無機フィラーの優れた特徴を熱硬化性樹脂組成物１ひいては硬化物である樹脂硬化部５に付与することが可能となる。
【００４７】
また、はんだ部４の周囲を被覆する樹脂硬化部５に無機フィラーを分散させて高熱伝導性を付与するためには、小さな無機フィラーの粒子を熱硬化性樹脂組成物１に均一に分散させることが必要となる。そのためには、無機フィラーの平均粒子径が０．１〜３０μｍであることが好ましく、さらなる充填性の向上と熱伝導性確保のためには１〜１０μｍであることがより好ましい。無機フィラーの平均粒子径が０．１μｍより小さいと、熱硬化性樹脂組成物１の粘度やチクソ性が高くなり過ぎるおそれがある。逆に、無機フィラーの平均粒子径が３０μｍより大きいと、大きい粒子に起因してつぶつぶが残り、ファインなエリアへの印刷が不良となったり、はんだ粒子の溶融・凝集を阻害したりするおそれがある。なお、無機フィラーの平均粒子径は、例えばレーザー回折・散乱法によって測定することができる。
【００４８】
また、熱伝導性を十分に確保するためには、はんだ粒子１００重量部に対して、無機フィラーは５〜３０質量部含有されていることが好ましい。無機フィラーの含有量が５質量部より少ないと、熱伝導性を十分に高めることができないおそれがある。逆に、無機フィラーの含有量が３０質量部より多いと、熱硬化性樹脂組成物１の粘度が高くなり過ぎたり、リフロー等の加熱時においてはんだ粒子の凝集・溶融一体化を阻害するおそれがある。
【００４９】
またはんだ粒子は、融点が２４０℃以下のものであればよい。はんだ粒子の融点の下限は特に限定されないが、８０℃以上であることが好ましい。このような条件を満たす限り、はんだ粒子の組成は特に限定されないが、例えば、ＳｎをベースとするＢｉ、Ｚｎ、Ｉｎ等の金属との合金を挙げることができる。具体的には、Ｓｎ４２Ｂｉ５８（融点１３９℃）やＳｎ９６．５Ａｇ３．０Ｃｕ０．５（融点２１８℃）を例示することができる。
【００５０】
また、はんだ粒子の含有量は、熱硬化性樹脂組成物１全量に対して、５０〜９７質量％であることが好ましい。はんだ粒子の含有量が５０質量％未満であると、はんだ粒子が溶融一体化して形成された接合部分（はんだ部４）が小さくなりすぎ、導通性が悪くなるおそれがある。逆に、はんだ粒子の含有量が９７質量％を超えると、熱硬化性樹脂バインダーによる補強効果が低下するおそれがある。
【００５１】
また、熱硬化性樹脂バインダーとしては、特に限定されるものではないが、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シアン酸エステル樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、ポリエステル樹脂等の適宜の熱硬化性樹脂を用いることができる。このうち、特に熱硬化性樹脂バインダーとしてエポキシ樹脂を用いるのが好ましい。エポキシ樹脂は比較的低温で硬化すると共に接着性が高いため、従来のはんだリフロー処理の温度（２４０℃程度）より低い温度でも十分な硬化性を発揮して部品実装を可能とすると共に、十分な補強効果を発揮することができるものである。
【００５２】
また、熱硬化性樹脂バインダーとして液状等のエポキシ樹脂を用いる場合には、必要に応じて熱硬化性樹脂組成物１中に硬化剤や硬化促進剤を含有させる。
【００５３】
硬化剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、フェノールノボラック樹脂、ナフタレン骨格含有フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂等を用いることができる。硬化剤の含有量は適宜に設定することができるが、エポキシ樹脂のエポキシ当量に対する硬化剤の化学量論上の当量比が０．８〜１．２の範囲となるように硬化剤を含有させるのが好ましい。また、硬化促進剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、トリフェニルホスフィン、トリメチルホスフィン等の有機リン化合物、２−メチルイミダゾール、２−フェニル−４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾール等のイミダゾール類、１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン−７、トリエタノールアミン、ベンジルジメチルアミン等の３級アミン類等を用いることができる。
【００５４】
また、熱硬化性樹脂バインダーに対して、フラックス成分は１〜５０ＰＨＲ含有されているのが好ましい。これにより、フラックス成分の作用を十分に発揮させることができると共に、熱硬化性樹脂組成物１の硬化後における補強性を高く得ることができるものである。しかし、フラックス成分の含有量が１ＰＨＲ未満であると、濃度が薄すぎてフラックス成分として十分な作用を発揮させることができない場合があり、そのためはんだ粒子の溶融一体化が阻害され、接続抵抗が高くなってしまうおそれがある。逆に、フラックス成分の含有量が５０ＰＨＲを超えると、熱硬化性樹脂組成物１の硬化後においてタック性が残ったり、補強性を十分に高く得ることができなくなったりするおそれがある。なお、フラックス成分（ＰＨＲ）は、｛（フラックス成分の質量／熱硬化性樹脂バインダーの質量）×１００｝によって算出することができる。この場合、熱硬化性樹脂バインダーには、硬化剤や硬化促進剤も含まれる。
【００５５】
また、熱硬化性樹脂組成物１全量に対して、熱硬化性樹脂バインダー及びフラックス成分の合計量が３〜５０質量％であることが好ましい。この場合、熱硬化性樹脂バインダーには、硬化剤や硬化促進剤も含まれる。これにより、流動可能な熱硬化性樹脂組成物１を得ることができるものである。また、はんだ粒子が溶融一体化して形成されたはんだ部４の周囲に、ボイドが存在しない熱硬化性樹脂バインダーの硬化物からなる樹脂硬化部５が形成され、この樹脂硬化部５によって十分な補強性を得ることができるものである。さらに、はんだ粒子の溶融一体化が阻害されるのを防止することができ、十分に低い接続抵抗を得ることができるものである。しかし、熱硬化性樹脂バインダー及びフラックス成分の合計量が３質量％未満であると、パテ状又は粉状となって、流動可能な熱硬化性樹脂組成物１を得ることができないおそれがある。また、はんだ粒子が溶融一体化した後、このはんだ部４の周囲には熱硬化性樹脂バインダーの硬化物からなる樹脂硬化部５が形成されるが、この樹脂硬化部５にボイドが多く含まれることとなり、このような樹脂硬化部５によっては十分な補強性を得ることができなくなるおそれがある。逆に、熱硬化性樹脂バインダー及びフラックス成分の合計量が５０質量％を超えると、はんだ粒子の割合が少なすぎてこれらの溶融一体化が阻害されたり、十分に低い接続抵抗を得ることができなくなったりするおそれがある。
【００５６】
なお、本発明に係る熱硬化性樹脂組成物１には、上記必須成分のほか、通常用いられる改質剤、添加剤等が含有されていてもよい。また、熱硬化性樹脂組成物１の粘度を低減し、流動性を付与する目的で、低沸点の溶剤や可塑剤を加えることもできる。さらに、印刷形状を保持するためのチクソ性付与剤として、硬化ヒマシ油やステアリン酸アミド等を添加することも有効である。
【００５７】
そして、本発明に係る熱硬化性樹脂組成物１は、融点が２４０℃以下のはんだ粒子、熱硬化性樹脂バインダー、無機フィラー、フラックス成分、必要に応じてその他の成分をディスパー等を用いて均一に混合・混練することによって製造することができる。
【００５８】
次に本発明に係る半導体部品実装基板について説明する。半導体部品実装基板は、図１に示すように、熱硬化性樹脂組成物１を用いて半導体部品２を回路基板３に実装して形成されたものである。なお、半導体部品２としては、ＢＧＡやＣＳＰ等のみならず、ＱＦＰ等も用いることができる。
【００５９】
図１に示す半導体部品実装基板は、ＢＧＡやＣＳＰ等の半導体部品２を熱硬化性樹脂組成物１を用いてＦＲ−４等の回路基板３に実装して形成されたものであり、次のようにして製造することができる。まず回路基板３に設けられた電極３ａに熱硬化性樹脂組成物１を塗布し、さらにこの上に半導体部品２を載せた後、リフロー炉による加熱により、回路基板３に半導体部品２を実装する。このとき熱硬化性樹脂組成物１が硬化し、半導体部品２の端子２ａと回路基板３の電極３ａとを接合する接合部６が形成される。この接合部６は、はんだ粒子が溶融一体化したはんだ部４と、このはんだ部４の周囲を被覆する樹脂硬化部５とで形成されている。
【００６０】
そして、上記のようにして得られた半導体部品実装基板にあっては、はんだ部４を補強する樹脂硬化部５によって優れた耐落下衝撃性を得ることができるものである。さらに、上記半導体部品実装基板にあっては、放熱性も向上している。すなわち、樹脂硬化部５には無機フィラーが含有されて熱伝導性が高まっているので、通電により半導体部品２から熱が発生しても、この熱ははんだ部４を経て樹脂硬化部５により効率よく放熱させることができるものである。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００６２】
（実施例１）
はんだ粒子として、Ｓｎ４２Ｂｉ５８（Ｓｎ４２質量％、Ｂｉ５８質量％）を用いた。このはんだ粒子の平均粒径は２０μｍであり、融点は１３９℃であった。そして、はんだ粒子を８０質量部、熱硬化性樹脂バインダーとして液状エポキシ樹脂（東都化成株式会社製、品番「ＹＤ１２８」）を１１質量部、無機フィラーとしてアルミナ（昭和電工株式会社製、品番「ＡＳ−５０」、平均粒子径１０μｍ、球状）を１０質量部、硬化促進剤（味の素ファインテクノ株式会社製、品番「アミキュアＰＮ２３」）を２質量部、フラックス成分としてレブリン酸を２質量部混合し、ディスパーを用いて均一に混合・混練することによって、ペースト状の熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００６３】
（実施例２）
フラックス成分としてグルタル酸を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００６４】
（実施例３）
フラックス成分として２，２−ジメチルグルタル酸を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００６５】
（実施例４）
フラックス成分としてコハク酸を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００６６】
（実施例５）
フラックス成分としてリンゴ酸を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００６７】
（実施例６）
フラックス成分として４−フェニル酪酸を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００６８】
（実施例７）
フラックス成分としてジグリコール酸を用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００６９】
（実施例８）
無機フィラーとして窒化アルミニウム（東洋アルミニウム株式会社製、品番「Ｆシリーズ」、平均粒子径２μｍ）を３０質量部用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００７０】
（実施例９）
無機フィラーとして窒化ケイ素（徳山曹達株式会社製、品番「Ｈグレード」、平均粒子径１．５μｍ）を２０質量部用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００７１】
（実施例１０）
はんだ粒子として、Ｓｎ４２Ｂｉ５８（Ｓｎ４２質量％、Ｂｉ５８質量％）を用いた。このはんだ粒子の平均粒径は２０μｍであり、融点は１３９℃であった。そして、はんだ粒子を８０質量部、熱硬化性樹脂バインダーとしてシアン酸エステル樹脂（Ｌｏｎｚａ社製、品番「Ｌ−１０」）を１３質量部、無機フィラーとしてアルミナ（昭和電工株式会社製、品番「ＡＳ−５０」、平均粒子径１０μｍ、球状）を１０質量部、硬化促進剤としてＦｅアセチルアセトナートを０．１質量部、フラックス成分としてレブリン酸を２質量部混合し、ディスパーを用いて均一に混合・混練することによって、ペースト状の熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００７２】
（比較例１）
フラックス成分を用いないようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００７３】
（比較例２）
無機フィラーを用いないようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００７４】
（比較例３）
熱硬化性樹脂バインダーを用いないようにした以外は、実施例１と同様にして組成物を得た。
【００７５】
（比較例４）
はんだ粒子の代わりに融点９５０℃の銀粉末を８０質量部用いるようにした以外は、実施例１と同様にして熱硬化性樹脂組成物を得た。
【００７６】
（放熱性評価）
各実施例及び比較例で得られた熱硬化性樹脂組成物を用い、図２に示すようにして放熱性を評価した。なお、比較例３の組成物は熱硬化性樹脂組成物の代わりに用いた。
【００７７】
まず、クリームはんだ７（融点２２０℃、ＳＡＣ３０５はんだ）を用いて、厚さ１ｍｍの銅板８上に半導体部品２としてチップ抵抗（２００Ω）を２４０℃のリフローにより実装した。さらにこの銅板８上には熱電対９を接続した。次に、別の厚さ２ｍｍの銅板１０上に、通常の方法に従い、熱硬化性樹脂組成物１をスクリーン印刷法で塗布した。塗布後の熱硬化性樹脂組成物１の厚みは、約７０μｍであった。そして、この熱硬化性樹脂組成物１を塗布した銅板１０上に、先のチップ抵抗を実装した銅板８を載せて、乾燥機にて１６０℃、１０分の条件で加熱を行い、はんだ部４と、このはんだ部４の周囲を被覆する樹脂硬化部５とからなる接合部６を銅板８，１０間に形成した。最後に下部の２ｍｍの銅板１０をヒートシンク１１の上に取り付けた。なお、比較例３については銅板８，１０間にはんだ部４のみが形成された。
【００７８】
そして、放熱性の評価は、チップ抵抗に通電して電力を供給し、そのときの上昇温度（温度差）を熱電対９により測定した後、この測定値をグラフにプロットすることによって行った。その結果を図３に示す。
【００７９】
図３（ａ）（ｂ）から明らかなように、実施例１〜１０のものは、比較例１〜４のものに比べて、チップ抵抗に供給される電力が増加しても上昇温度が低いことから、放熱性に優れていることが確認された。
【符号の説明】
【００８０】
１ 熱硬化性樹脂組成物
２ 半導体部品
３ 回路基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
融点が２４０℃以下のはんだ粒子、熱硬化性樹脂バインダー、無機フィラー、及びフラックス成分として下記構造式（１）又は（２）で示される化合物のうちの少なくとも一方が含有されていることを特徴とする熱硬化性樹脂組成物。
【化１】
式中、Ｒ１〜Ｒ４は水素、アルキル基又は水酸基を示し、Ｘは金属が配位可能な孤立電子対又は二重結合性π電子を有する原子団を示し、Ｙは主鎖骨格を形成する原子又は原子団を示す。
【請求項２】
前記無機フィラーが、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナのうちの少なくとも１種類以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項３】
前記無機フィラーの平均粒子径が０．１〜３０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項４】
前記はんだ粒子１００質量部に対して、前記無機フィラーが５〜３０質量部含有されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項５】
前記構造式（１）又は（２）中のＸが、下記構造式（３）〜（８）で示される原子団のうちの少なくとも１種類以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【化２】
式中、Ｒは水素、アルキル基又は水酸基を示す。
【請求項６】
前記構造式（１）又は（２）中のＹが、下記構造式（９）〜（１２）で示される原子又は原子団のうちの少なくとも１種類以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【化３】
式中、Ｒ５及びＲ６は水素、アルキル基又は水酸基を示す。
【請求項７】
前記構造式（１）又は（２）で示される化合物が、レブリン酸、グルタル酸、ジメチルグルタル酸、コハク酸、リンゴ酸、５−ケトヘキサン酸、４−アミノ酪酸、３−フェニルプロピオン酸、４−フェニル酪酸のうちの少なくとも１種類以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項８】
前記構造式（１）又は（２）で示される化合物が、下記構造式（１３）〜（１５）で示される化合物のうちの少なくとも１種類以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【化４】
【請求項９】
前記熱硬化性樹脂バインダーとしてエポキシ樹脂が用いられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項１０】
前記熱硬化性樹脂バインダーに対して、前記フラックス成分が１〜５０ＰＨＲ含有されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項１１】
前記熱硬化性樹脂組成物全量に対して、前記熱硬化性樹脂バインダー及び前記フラックス成分の合計量が３〜５０質量％であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物を用いて半導体部品が回路基板に実装されていることを特徴とする半導体部品実装基板。
【請求項１】
融点が２４０℃以下のはんだ粒子、熱硬化性樹脂バインダー、無機フィラー、及びフラックス成分として下記構造式（１）又は（２）で示される化合物のうちの少なくとも一方が含有されていることを特徴とする熱硬化性樹脂組成物。
【化１】
式中、Ｒ１〜Ｒ４は水素、アルキル基又は水酸基を示し、Ｘは金属が配位可能な孤立電子対又は二重結合性π電子を有する原子団を示し、Ｙは主鎖骨格を形成する原子又は原子団を示す。
【請求項２】
前記無機フィラーが、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナのうちの少なくとも１種類以上であることを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項３】
前記無機フィラーの平均粒子径が０．１〜３０μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項４】
前記はんだ粒子１００質量部に対して、前記無機フィラーが５〜３０質量部含有されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項５】
前記構造式（１）又は（２）中のＸが、下記構造式（３）〜（８）で示される原子団のうちの少なくとも１種類以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【化２】
式中、Ｒは水素、アルキル基又は水酸基を示す。
【請求項６】
前記構造式（１）又は（２）中のＹが、下記構造式（９）〜（１２）で示される原子又は原子団のうちの少なくとも１種類以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【化３】
式中、Ｒ５及びＲ６は水素、アルキル基又は水酸基を示す。
【請求項７】
前記構造式（１）又は（２）で示される化合物が、レブリン酸、グルタル酸、ジメチルグルタル酸、コハク酸、リンゴ酸、５−ケトヘキサン酸、４−アミノ酪酸、３−フェニルプロピオン酸、４−フェニル酪酸のうちの少なくとも１種類以上であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項８】
前記構造式（１）又は（２）で示される化合物が、下記構造式（１３）〜（１５）で示される化合物のうちの少なくとも１種類以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【化４】
【請求項９】
前記熱硬化性樹脂バインダーとしてエポキシ樹脂が用いられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項１０】
前記熱硬化性樹脂バインダーに対して、前記フラックス成分が１〜５０ＰＨＲ含有されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項１１】
前記熱硬化性樹脂組成物全量に対して、前記熱硬化性樹脂バインダー及び前記フラックス成分の合計量が３〜５０質量％であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂組成物を用いて半導体部品が回路基板に実装されていることを特徴とする半導体部品実装基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−７２２１１（Ｐ２０１２−７２２１１Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１６１８５（Ｐ２０１０−２１６１８５）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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