部品接合方法ならびに部品接合構造
【課題】低電気抵抗の導通性が確保された部品接合を高信頼性で実現することができる部品接合方法および部品接合構造を提供することを目的とする。
【解決手段】半田粒子５を熱硬化性樹脂３ａに含有させた半田ペーストを用いて、リジッド基板１およびフレキシブル基板７を熱硬化性樹脂３ａによって接着するとともに、第１の端子２と第２の端子８とを半田粒子５によって電気的に接続する構成において、半田ペースト中における熱硬化性樹脂３ａの活性剤の配合比率を適正に設定して、第１の端子２、第２の端子８、半田粒子５の酸化膜２ａ、８ａ、５ａに、部分的に酸化膜除去部２ｂ、８ｂ、５ｂを形成する。これにより、酸化膜除去部２ｂ、８ｂを介して半田粒子５と第１の端子２と第２の端子８と半田接合により導通させるとともに、熱硬化性樹脂３ａ中での半田粒子５相互の融着を防止して、低電気抵抗の部品接続を高信頼性で実現することができる。
【解決手段】半田粒子５を熱硬化性樹脂３ａに含有させた半田ペーストを用いて、リジッド基板１およびフレキシブル基板７を熱硬化性樹脂３ａによって接着するとともに、第１の端子２と第２の端子８とを半田粒子５によって電気的に接続する構成において、半田ペースト中における熱硬化性樹脂３ａの活性剤の配合比率を適正に設定して、第１の端子２、第２の端子８、半田粒子５の酸化膜２ａ、８ａ、５ａに、部分的に酸化膜除去部２ｂ、８ｂ、５ｂを形成する。これにより、酸化膜除去部２ｂ、８ｂを介して半田粒子５と第１の端子２と第２の端子８と半田接合により導通させるとともに、熱硬化性樹脂３ａ中での半田粒子５相互の融着を防止して、低電気抵抗の部品接続を高信頼性で実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面が自然酸化膜で覆われた端子を有する部品を半田ペーストを用いて相互に接合する部品接合方法および部品接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器製造分野において、部品相互を接合する方法として金や表面を金で覆われたボールより成る導電粒子を樹脂接着剤中に含有させた異方性導電剤が従来より用いられている。この方法によれば、接続部位に異方性導電剤を供給して導電粒子を接続対象の端子の間に介在させた状態で熱圧着することにより、端子間の電気的導通と部品相互の接着とを同時に行うことができるという利点がある。このように異方性導電剤による部品接合は上述のような利点はあるものの、材料価格が高いというコスト面での難点に加えて、端子間の導通が導電粒子の接触によって行われていることに起因して導通安定性に難点があり、低電気抵抗で高い信頼性を必要とされる用途には適していないという課題がある。このような課題を解決することを目的として、従来用いられていた導電粒子に替えて、半田粒子を樹脂接着剤中に含有させたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】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】
【０００３】
しかしながら、上述の特許文献例においては接合対象の電極やバンプの状態によっては、安定した半田接合が確保されがたいという問題がある。すなわち、電極やバンプの表面は必ずしも清浄な状態であるとは限らず、また半田粒子の表面も一般に酸化膜で覆われている場合が多い。したがって、このような半田粒子を電極とバンプの間に介在させた状態で熱圧着を行っても、半田粒子は一旦溶融するものの電極とバンプとを低電気抵抗で導通させる半田接合部を安定して形成することができない。
【０００４】
このような接合不良を改善するために、接合部位の酸化膜を除去する目的でフラックス成分を樹脂接着剤中に配合すると、電極とバンプとの半田接合性は改善されるものの、次に述べるような不具合を生じる可能性が増大する。すなわちフラックス成分は接着剤中の全ての半田粒子に作用するため、残余の半田粒子が溶融する際にこれらの溶融半田が相互に融着して流動し、電極間のブリッジが生じ易くなる。この傾向は、電極間のピッチが狭小なファインピッチ部品を対象とする場合に特に顕著となる。このように、従来は低電気抵抗の導通性が確保された部品接合を高信頼性で実現することが困難であるという課題があった。
【０００５】
そこで本発明は、低電気抵抗の導通性が確保された部品接合を高信頼性で実現することができる部品接合方法および部品接合構造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】
【０００６】
本発明の部品接合方法は、第１の部品および第２の部品にそれぞれ設けられ、少なくともどちらか一方の表面が自然酸化膜で覆われた第１の端子および第２の端子を相互に電気的に接続するとともに、前記第１の部品と第２の部品とを相互に接着する部品接合方法であって、錫（Ｓｎ）を主成分とする半田を粒状にした半田粒子を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペーストを前記第１の部品と前記第２の部品との間に介在させる工程と、前記第１の部品およびまたは第２の部品を加熱しながら前記第１の端子と第２の端子とを相互に押圧することにより、前記第２の端子と第２の端子とを前記半田粒子によって電気的に接続するとともに前記熱硬化性樹脂を硬化させて前記第１の部品と
第２の部品とを相互に接着する工程とを含み、前記半田ペーストは、前記熱硬化性樹脂を硬化させる硬化剤としての酸無水物を含み、さらに前記自然酸化膜および前記半田粒子の酸化膜を除去する活性剤を、前記半田粒子を除いた残部に対して１ｗｔ％以下の比率で含む。
【０００７】
また本発明の部品接合方法は、第１の部品および第２の部品にそれぞれ設けられ、少なくともどちらか一方の表面が自然酸化膜で覆われた第１の端子および第２の端子を相互に電気的に接続するとともに、前記第１の部品と第２の部品とを相互に接着する部品接合方法であって、錫（Ｓｎ）を主成分とする半田を粒状にした半田粒子を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペーストを前記第１の部品と前記第２の部品との間に介在させる工程と、前記第１の部品およびまたは第２の部品を加熱しながら前記第１の端子と第２の端子とを相互に押圧することにより、前記第２の端子と第２の端子とを前記半田粒子によって電気的に接続するとともに前記熱硬化性樹脂を硬化させて前記第１の部品と第２の部品とを相互に接着する工程とを含み、前記半田ペーストは、前記熱硬化性樹脂を硬化させる潜在性硬化剤を含み、さらに、前記自然酸化膜および前記半田粒子の酸化膜を除去する活性剤を、前記半田粒子を除いた残部に対して１〜５ｗｔ％の比率で含む。
【０００８】
本発明の部品接合構造は、錫（Ｓｎ）を主成分とする半田を粒状にした半田粒子を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペーストを前記第１の部品と前記第２の部品との間に介在させ、前記第１の部品およびまたは第２の部品を加熱するとともに、第１の部品および第２の部品にそれぞれ設けられ少なくとも一方の表面が自然酸化膜で覆われた第１の端子および第２の端子を相互に押圧して形成された部品接合構造であって、前記半田粒子が溶融して前記第１の端子および第２の端子のいずれにも半田接合されることにより形成され、前記第１の端子および第２の端子を相互に電気的に接続する半田部と、前記熱硬化性樹脂が硬化することにより形成され、前記第１の部品および第２の部品とを相互に接着し、前記半田部の形成に寄与しない前記半田粒子を相互に融着していない状態で内包する樹脂部とを備えた。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半田粒子を熱硬化性樹脂に含有させた半田ペーストを用いて、第１の部品および第２の部品にそれぞれ設けられた第１の端子と第２の端子とを半田によって電気的に接続するとともに、熱硬化性樹脂を硬化させて第１の部品と第２の部品とを相互に接着する構成において、半田ペースト中における熱硬化性樹脂の硬化剤と活性剤の配合比率を適正に設定することにより、端子相互を安定して半田接合によって導通させるとともに、熱硬化性樹脂中での半田粒子相互の融着を防止して、低電気抵抗の導通性が確保された部品接合を高信頼性で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１、図２、図３は本発明の一実施の形態の部品接合方法の工程説明図、図４は本発明の一実施の形態の部品接合構造の断面図である。
【００１１】
まず、図１，図２を参照して、部品接合方法について説明する。この部品接合方法は、第１の部品であるリジッド基板に第２の部品であるフレキシブル基板を接合するものであり、それぞれ設けられた第１の端子および第２の端子を相互に電気的に接続するとともに、リジッド基板とフレキシブル基板とを相互に接着するものである。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、リジッド基板１には第１の端子２が形成されている。第１の端子２は銅（Ｃｕ）または銅系の合金より成り、第１の端子２の表面は大気暴露により生成した酸化膜２ａ（自然酸化膜）によって覆われている。部品接合に際しては、リジッド
基板１において第１の端子２が形成された接続面側には、図１（ｂ）に示すように、半田ペースト３をディスペンサ４によって第１の端子２を覆って塗布する。
【００１３】
図１（ｃ）に示すように半田ペースト３は、熱硬化性樹脂３ａに半田粒子５を所定の含有比率（ここでは３０〜７５ｗｔ％）で含有させた構成となっており、熱硬化性樹脂３ａを熱硬化させるための硬化剤として、酸無水物または潜在性硬化剤を含んでいる。ここで使用可能な酸無水物の種類としては、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、更には無水ナジック酸、メチルヘキサハイドロ無水フタル酸、メチルテトラハイドロ無水フタル酸などの液状酸無水物、無水フタル酸、テトラハイドロフタル酸などの固形酸無水物が挙げられる。また使用可能な潜在性硬化剤の種類としては、イミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素−アミン錯体、アミンイミド、ポリアミンの塩、アミンアダクト、ジシアンジアミド等が上げられる。
【００１４】
また熱硬化性樹脂の種類としてはエポキシ樹脂が最適であるが、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂なども使用できる。本発明に用いられるエポキシ樹脂としては、特に限定されることなく公知のものが使用可能である。例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、グリンジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂等、１分子中にエポキシ基を２個以上有するものが好ましく、これらのうち少なくとも１種類を選択して用いる。
【００１５】
半田粒子５は錫（Ｓｎ）を主成分とする半田を所定粒径の粒状にしたものであり、ここでは端子間ピッチが０．１ｍｍ以上の一般的な接合対象を想定して、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の半田を１０〜３０μｍの粒径の粒状にしたものが用いられる。なお、端子間ピッチが０．１ｍｍを下回るような挟ピッチの部品を接合対象とする場合には、電気的短絡を防止することを目的として、１〜１５μｍの粒径のものを用いる場合がある。
【００１６】
半田の種類としては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系以外にも、Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−ｉｎなどを用いることが可能である。なお、硬化剤としては、半田粒子５に用いられる半田の融点温度（２２０℃）よりも高い硬化温度（例えば２３０℃）で熱硬化性樹脂３ａを熱硬化させるものが望ましい。
【００１７】
半田粒子５の表面は製造後の大気暴露によって生じた酸化膜５ａで覆われており、このような状態の半田粒子５を酸化膜２ａによって覆われた第１の端子２と半田接合するため、半田ペースト３には、酸化膜２ａおよび酸化膜５ａを除去する作用を有する活性剤６が配合されている。本実施の形態では、活性剤６として、Ｎ（２−ヒドロキシエチル）イミノ２酢酸，ｍ−ヒドロキシ安息香酸、メサコン酸、更にはｏ−ヒドロキシケイ皮酸、ウスニン酸、３，４−ジヒドロキシ安息香酸、ｍ−ヒドロキシ安息香酸、馬尿酸、コハク酸、ｏ−メトキシケイ皮酸、ｐ−アニス酸、リトコール酸、リンゴ酸などの有機酸を用い、半田粒子５を除いた残部に対して１ｗｔ％以下の比率で配合している。
【００１８】
なお半田ペースト３に、線膨張係数の低減を目的として無機充填剤を含有させるようにしてもよい。この場合には、次のような材質を粒状にしたものを半田粒子５を除いた残部に対して２０〜６０ｗｔ％の比率で配合する。無機充填剤の材質としては、結晶性シリカ、溶融シリカ、合成シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム、ガラス繊維、タルク、炭酸カルシウム、チタンホワイト、クレー、アスベスト等が使用可能であり、特に結晶性シリカ、溶融シリカ、合成シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウムが好ましい。
【００１９】
この後、図２（ａ）に示すように、半田ペースト３が塗布された状態のリジッド基板１に対して、フレキシブル基板７が搭載される。フレキシブル基板７の下面には第１の端子２と同様の材質の第２の端子８が形成されており、第２の端子８は第１の端子２と同様に酸化膜８ａ（自然酸化膜）によって覆われている。フレキシブル基板７の搭載に際しては、圧着ツール１０に保持されたフレキシブル基板７の第１の端子２に対して、基板支持ステージ１１上に載置されたリジッド基板１の第２の端子８を位置合わせし、図２（ｂ）に示すように、圧着ツール１０を下降させて第２の端子８と第１の端子２とを相互に押圧する。
【００２０】
このとき、リジッド基板１の上面とフレキシブル基板７の下面との間には、半田ペースト３が介在しており、第２の端子８と第１の端子２との間には、半田ペースト３中に含有される半田粒子５が挟まれた形で存在している。ここで、図中では半田粒子５は２個しか図示していないが、実際には前述の粒径のものが数十〜百のオーダーで存在している。
【００２１】
次いで、フレキシブル基板７をリジッド基板１に接合するための熱圧着が実行される。すなわち、図２（ｃ）に示すように、圧着ツール１０によりフレキシブル基板７を所定の押圧荷重Ｆでリジッド基板１に対して押圧しながら圧着ツール１０の温度を上昇させ、フレキシブル基板７を熱硬化性樹脂３ａの硬化温度よりも高い温度で加熱する。この加熱において、半田の融点温度まで昇温した時点でまず半田ペースト３中の半田粒子５が溶融し、第１の端子２と第２の端子８とを相互に電気的に接続する。
【００２２】
そして半田粒子５が溶融した後にさらに昇温することにより、熱硬化性樹脂３ａが熱硬化し、リジッド基板１とフレキシブル基板７とを相互に接着する。なお熱圧着に際しては、図２（ｂ）に示す部品搭載と図２（ｃ）に示す熱圧着とを一連の作業工程として行ってもよいし、部品搭載と熱圧着とを個別の作業工程として行ってもよい。また熱圧着においては、フレキシブル基板７のみを加熱してもよく、またリジッド基板１とフレキシブル基板７の双方を加熱するようにしてもよい。
【００２３】
すなわち本実施の形態の部品接合方法は、上述構成の半田ペースト３をリジッド基板１上に第１の端子２を覆って塗布することにより、リジッド基板１とフレキシブル基板７との間に介在させる工程と、リジッド基板１およびまたはフレキシブル基板７を加熱しながら第１の端子２と第２の端子８とを相互に押圧することにより、第１の端子２と第２の端子８とを半田粒子５よって電気的に接続するとともに、熱硬化性樹脂３ａを硬化させてリジッド基板１とフレキシブル基板７とを相互に接着する工程とを含む形態となっている。そして熱硬化性樹脂３ａは、半田粒子５の融点温度よりも高い温度で熱硬化するように硬化温度が設定されており、熱圧着のための加熱において、熱硬化性樹脂３ａの硬化温度よりも高い温度で加熱するようにしている。
【００２４】
上述の部品搭載・熱圧着の過程における第１の端子２、第２の端子８、および半田粒子５の表面状態の変化および半田接合の過程について、図３、図４を参照して説明する。図３（ａ）は、フレキシブル基板７をリジッド基板１に対して下降させて、第２の端子８が半田ペースト３に接触した状態を示している。この状態では、半田ペースト３中の活性剤６が酸化膜２ａ、８ａ、５ａにそれぞれ作用し、酸化膜２ａ、８ａ、５ａが部分的に除去される。
【００２５】
このとき、半田ペースト３における活性剤６の配合比率は、半田粒子５を除いた残部に対して１ｗｔ％以下と、従来例と比較して低い配合比率となっていることから、活性剤６による酸化膜除去作用は第１の端子２、第２の端子８、半田粒子５における半田ペースト３との接触面全面に作用するには至らず、部分的な酸化膜除去にとどまる。これにより、図３（ｂ）に示すように、第１の端子２、第２の端子８、半田粒子５の表面には、酸化膜
２ａ、８ａ、５ａが部分的に活性剤６の作用によって除去された酸化膜除去部２ｂ、８ｂ、５ｂが、活性剤６の配合比率に応じた割合で形成される。
【００２６】
このような酸化膜除去部は、半田粒子５の酸化膜除去部５ｂについては半田粒子５を熱硬化性樹脂３ａ中に活性剤６とともに配合して、半田ペースト３が調整された段階で形成される。そして第１の端子２の酸化膜除去部２ｂについては、半田ペースト３をリジッド基板１に塗布した段階で、さらに第２の端子８の酸化膜除去部８ｂについては、フレキシブル基板７を下降させて第２の端子８が半田ペースト３に接触した段階でそれぞれ形成される。
【００２７】
半田ペースト３と同様の用途に用いられ、同様に半田粒子を含む従来の半田ペーストにおいては、半田粒子の表面の酸化膜は半田接合過程において完全にまたはほぼ完全に除去しなければならないという技術的思想の下に、酸化膜除去のための活性剤の配合比率が定められており、配合される活性剤は最低でも７ｗｔ％を必要としていたものである。これに対し、本実施の形態に示す半田ペースト３においては、活性剤の配合比率は１ｗｔ％と従来と比べて低く設定されており、これにより酸化膜除去を部分的にとどめて後述するような優れた効果を得る。
【００２８】
図４（ａ）は、このような状態の第１の端子２および第２の端子８の間に半田粒子５が挟まれて押圧された状態を示している。前述のように、第１の端子２、第２の端子８、半田粒子５の表面は、その大部分が酸化膜２ａ、８ａ、５ａによって覆われているため、半田粒子５と第１の端子２、第２の端子８とは、それぞれの新性面が相互に全面的に接触した状態にはない。
【００２９】
しかしながら、前述のように第２の端子８と第１の端子２との間には、半田粒子５が数十〜百のオーダーで多数存在しているため、確率的に少なくともいくつかの半田粒子５の酸化膜除去部５ｂが、酸化膜除去部２ｂ、酸化膜除去部８ｂの位置に一致するか、あるいは近接する。そして半田粒子５が第１の端子２と第２の端子８に挟まれて押圧されることにより、接触部分の酸化膜５ａは部分的に破壊され、半田粒子５の新性面と第１の端子２、第２の端子８の新性面とは、極めて高い確率で部分的に接触状態となる。
【００３０】
そして加熱により半田粒子５が溶融する半田接合過程においては、溶融した半田は第１の端子２、第２の端子８の表面において酸化膜除去部２ｂ、酸化膜除去部８ｂが存在する範囲で濡れ拡がる。このとき、半田粒子５の溶融した半田は部分的ではあっても第１の端子２、第２の端子８の新性面と半田接合され、これにより、第１の端子２および第２の端子８を相互に電気的に接続する半田部５＊が形成される。このとき、熱硬化性樹脂３ａの熱硬化温度が半田粒子５の融点温度より高くなるように硬化剤を選定することにより、半田粒子５の溶融時の流動性を熱硬化性樹脂３ａが阻害することがなく、半田粒子５の濡れ拡がりを確保して、より良好な半田部５＊を得ることができる。
【００３１】
また、リジッド基板１とフレキシブル基板７とで挟まれた隙間のうち、第１の端子２と第２の端子８とが対向した部分以外においては、半田部５＊の形成に寄与しなかった半田粒子５が、熱硬化性樹脂３ａが熱硬化した樹脂部３＊中に内包された形で存在する。これらの半田粒子５は、前述のように活性剤６の作用が全面的には及んでいないため、半田粒子５は活性剤６によって除去されずに残った酸化膜５ａによって大部分の表面が覆われた状態を保つ。
【００３２】
したがって、熱硬化性樹脂３ａ中において相接近した状態にある半田粒子５が溶融してお互いを濡らすことにより合体して融着する確率は低く、熱硬化性樹脂３ａ中で多数の半田粒子５が融着して、第１の端子２や第２の端子８相互を溶融半田で繋ぐ半田ブリッジの
形成が有効に防止される。このことは、熱硬化性樹脂３ａ中に導電性粒子としての半田粒子５を含有させた異方性導電剤において、通常の配合よりも導電性粒子の配合比率を多くしても絶縁性が損なわれないことを意味している。したがって、導通性を向上させることを目的として導電性粒子の密度を高めると絶縁性が損なわれるという二律背反の関係にある課題を解決することが可能となっている。
【００３３】
すなわち本実施の形態に示す部品接合方法によって実現される部品接合構造は、図４（ｂ）に示すように、半田粒子５が溶融して第１の端子２および第２の端子８のいずれにも半田接合されることにより形成され、第１の端子２および第２の端子８を相互に電気的に接続する半田部５＊と、熱硬化性樹脂３ａが硬化することにより形成され、リジッド基板１およびフレキシブル基板７とを相互に接着し、半田部５＊の形成に寄与しない半田粒子５を相互に融着していない状態で内包する樹脂部３＊とを備えた形態となっている。そして半田部５＊の形成に寄与しなかった半田粒子５の表面は、活性剤６によって除去されずに残った酸化膜５ａによって覆われている。
【００３４】
上記説明したように、本実施の形態の部品接合方法においては、半田ペースト３中の活性剤６の配合比率を半田粒子５の含有比率との組み合わせにおいて適切に設定することにより、半田粒子５の表面状態、すなわち酸化膜５ａの除去程度を、第１の端子２、第２の端子８を半田接合によって安定して導通させ、かつ樹脂部３＊中において多数の半田粒子５が融着して半田ブリッジを形成しないような除去程度とするものである。このような条件を満たすための活性剤６の配合比率および半田粒子５の含有比率の組み合わせは、以下に説明する部品接合性能の評価のための試験によって実証的に見いだされる。
【００３５】
このような目的で行われる半田ペーストによる部品接合性能の評価結果を、（表１）を参照して説明する。
【００３６】
【表１】
【００３７】
この評価結果は、表１の半田ペースト基本諸元に示す構成の半田ペースト３を用いて実際に部品接合を実行し、得られた部品接合構造を対象として評価を行った結果を整理したものである。ここでは前述のように、半田組成としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の半田を用い、１０〜３０μｍの粒径の粒状にした半田粒子５を、エポキシ樹脂を主剤として、硬化剤としての酸無水物、および活性剤としての有機酸を含む熱硬化性樹脂３ａ中に含有させた構成の半田ペースト３を用いている。
【００３８】
ここでは試験条件として活性剤配合比率を０％、１％および３％の３通りで変化させ、さらにこれらの活性剤配合比率のそれぞれについて、半田含有比率を７通り（５％、１５％、３０％、４５％、６０％、７５％、９０％）に変化させて、実際に部品接合を実行し
ている。そして得られた部品接合構造のそれぞれについて、「短絡」、「導通」、「粒子融着」の３つの項目について評価を行った。
【００３９】
「短絡」は、第１の端子２相互間、第２の端子８相互間における電気的短絡が発生していないかどうかを電気的に検査した結果を示しており、〇マークは短絡の発生無し、×マークは短絡発生有りをそれぞれ示している。「導通」は、第１の端子２と第２の端子８との間の電気抵抗値が、要求される導通レベルをクリヤーしているか否かを示すものであり、〇マークは測定された抵抗値が規定抵抗値よりも低いことを、×マークは規定抵抗値よりも高いことをそれぞれ示している。
【００４０】
また「粒子融着」は、樹脂部３＊において多数の半田粒子５が融着合体した半田が存在するか否かを示すものであり、実際の部品接合部を切断して断面を観察することにより評価が行われる。すなわち〇マークは粒子融着の発生無し、×マークは粒子融着の発生有りをそれぞれ示している。この「粒子融着」の評価は、「短絡」の発生傾向を、実際の半田粒子５の状態を観察することによって確認する意味合いを有するものである。そして「総合」は、これら３つの項目を総合して部品接合性能を評価するものであり、３つ全ての項目について〇マークが付されたものが、総合的に部品接合性能が合格であると判断されて〇マークの対象となる。
【００４１】
（表１）の評価結果から判るように、活性剤配合比率が０％、１％であって、いずれも半田含有比率が、３０ｗｔ％〜７５％ｗｔの間である場合に、総合評価が〇マークとなっている。ここで活性剤配合比率が０％の場合にも良好な結果が得られているのは、硬化剤として配合されている酸無水物も酸化膜除去能力をわずかながら有しており、この酸無水物の存在によって第１の端子２、第２の端子８、半田粒子５の酸化膜が部分的に除去されることによる。
【００４２】
すなわち、半田ペースト３として錫（Ｓｎ）を主成分とする半田粒子５を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペースト３であって、熱硬化性樹脂３ａを硬化させる硬化剤としての酸無水物を含み、さらに自然酸化膜および半田粒子５の酸化膜５ａを除去する活性剤６を半田粒子５を除いた残部に対して１ｗｔ％以下（０％、１％）の比率で含む半田ペースト３を用いることにより、樹脂部３＊中で半田粒子５相互が粒子融着を起こして端子間の短絡を生じることなく、且つ第１の端子２と第２の端子８との間の導通性に優れた部品接合構造が実現される。
【００４３】
なおこのような部品接合性能を実現することができる半田ペースト３の組成は上述例に限定されず、半田ペースト３において熱硬化性樹脂３ａを硬化させる硬化剤として、潜在性硬化剤を用いてもよい。この場合には、上述と同様の効果を得るための活性剤の最適な配合比率は（表１）とは異なり、（表２）に示すような結果が得られている。以下、（表２）の評価結果について説明する。ここに示す半田ペースト基本諸元は、硬化剤の種類を除き、（表１）に示す例と同様である。
【００４４】
【表２】
【００４５】
そしてここでは試験条件として活性剤配合比率を０％、１％、５％および７％の４通りで変化させ、さらにこれらの活性剤配合比率のそれぞれについて、半田含有比率を７通り
（５％、１５％、３０％、４５％、６０％、７５％、９０％）に変化させて、（表１）の例と同様に部品接合を実行している。そして得られた部品接合構造のそれぞれについて、（表１）と同様の方法・基準に従って、「短絡」、「導通」、「粒子融着」の３つの項目について評価を行っている。
【００４６】
（表２）の評価結果から判るように、活性剤配合比率が１％、５％であって、いずれも半田含有比率が、３０ｗｔ％〜７５％ｗｔの間である場合に、総合評価が〇マークとなっている。すなわち、半田ペースト３として錫（Ｓｎ）を主成分とする半田粒子を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペーストであって、熱硬化性樹脂を硬化させる潜在性硬化剤を含み、さらに自然酸化膜および半田粒子５の酸化膜５ａを除去する活性剤６を、半田粒子５を除いた残部に対して１ｗｔ％〜５ｗｔ％の比率で含む半田ペースト３を用いることにより、上述例と同様に、樹脂部３＊中で半田粒子５相互が粒子融着を起こして端子間の短絡を生じることなく、且つ第１の端子２と第２の端子８との間の導通性に優れた部品接合構造が実現される。
【００４７】
このように、半田粒子５を熱硬化性樹脂３ａに含有させた半田ペースト３を用いて、第１の端子２と第２の端子８とを半田によって電気的に接続するとともに、熱硬化性樹脂３ａを硬化させてリジッド基板１とフレキシブル基板７とを相互に接着する構成において、半田ペースト３中における熱硬化性樹脂３ａの活性剤の配合比率を半田粒子５の含有比率との組み合わせにおいて適正に設定することにより、端子相互を安定して半田接合によって導通させるとともに、熱硬化性樹脂中での半田粒子相互の融着に起因する短絡を有効に防止することが可能となっている。これにより、低コストの銅や銅系の合金などで形成され、大気暴露によって自然酸化膜で覆われた状態にある端子や電極を導通対象として部品接合を行う場合において、低電気抵抗の良好な導通性が確保された部品接合を高信頼性で実現することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態においては、第１の端子である第１の端子２および第２の端子である第２の端子８がいずれも銅系の合金で形成されて自然酸化膜で覆われた状態のものを相互に接合する例を示したが、本発明はこのような対象には限定されない。例えばいずれか一方が金バンプや金メッキ表面を有する電極など貴金属表面を有するものであってもよい。すなわち、第１の端子および第２の端子の少なくともどちらか一方の表面が自然酸化膜で覆われた状態のものであれば、本発明の対象となる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の部品接合方法および部品接合構造は、低電気抵抗の導通性が確保された部品接合を高信頼性で実現することができるという効果を有し、電子部品を基板に半田接合により実装する用途に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態の部品接合方法の工程説明図
【図２】本発明の一実施の形態の部品接合方法の工程説明図
【図３】本発明の一実施の形態の部品接合方法の工程説明図
【図４】本発明の一実施の形態の部品接合構造の断面図
【符号の説明】
【００５１】
１ リジッド基板（第１の部品）
２ 第１の端子
２ａ 酸化膜
３ 半田ペースト
３ａ 熱硬化性樹脂
５ 半田粒子
６ 活性剤
７ フレキシブル基板（第２の部品）
８ 第２の端子
８ａ 酸化膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面が自然酸化膜で覆われた端子を有する部品を半田ペーストを用いて相互に接合する部品接合方法および部品接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器製造分野において、部品相互を接合する方法として金や表面を金で覆われたボールより成る導電粒子を樹脂接着剤中に含有させた異方性導電剤が従来より用いられている。この方法によれば、接続部位に異方性導電剤を供給して導電粒子を接続対象の端子の間に介在させた状態で熱圧着することにより、端子間の電気的導通と部品相互の接着とを同時に行うことができるという利点がある。このように異方性導電剤による部品接合は上述のような利点はあるものの、材料価格が高いというコスト面での難点に加えて、端子間の導通が導電粒子の接触によって行われていることに起因して導通安定性に難点があり、低電気抵抗で高い信頼性を必要とされる用途には適していないという課題がある。このような課題を解決することを目的として、従来用いられていた導電粒子に替えて、半田粒子を樹脂接着剤中に含有させたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】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】
【０００３】
しかしながら、上述の特許文献例においては接合対象の電極やバンプの状態によっては、安定した半田接合が確保されがたいという問題がある。すなわち、電極やバンプの表面は必ずしも清浄な状態であるとは限らず、また半田粒子の表面も一般に酸化膜で覆われている場合が多い。したがって、このような半田粒子を電極とバンプの間に介在させた状態で熱圧着を行っても、半田粒子は一旦溶融するものの電極とバンプとを低電気抵抗で導通させる半田接合部を安定して形成することができない。
【０００４】
このような接合不良を改善するために、接合部位の酸化膜を除去する目的でフラックス成分を樹脂接着剤中に配合すると、電極とバンプとの半田接合性は改善されるものの、次に述べるような不具合を生じる可能性が増大する。すなわちフラックス成分は接着剤中の全ての半田粒子に作用するため、残余の半田粒子が溶融する際にこれらの溶融半田が相互に融着して流動し、電極間のブリッジが生じ易くなる。この傾向は、電極間のピッチが狭小なファインピッチ部品を対象とする場合に特に顕著となる。このように、従来は低電気抵抗の導通性が確保された部品接合を高信頼性で実現することが困難であるという課題があった。
【０００５】
そこで本発明は、低電気抵抗の導通性が確保された部品接合を高信頼性で実現することができる部品接合方法および部品接合構造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】
【０００６】
本発明の部品接合方法は、第１の部品および第２の部品にそれぞれ設けられ、少なくともどちらか一方の表面が自然酸化膜で覆われた第１の端子および第２の端子を相互に電気的に接続するとともに、前記第１の部品と第２の部品とを相互に接着する部品接合方法であって、錫（Ｓｎ）を主成分とする半田を粒状にした半田粒子を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペーストを前記第１の部品と前記第２の部品との間に介在させる工程と、前記第１の部品およびまたは第２の部品を加熱しながら前記第１の端子と第２の端子とを相互に押圧することにより、前記第２の端子と第２の端子とを前記半田粒子によって電気的に接続するとともに前記熱硬化性樹脂を硬化させて前記第１の部品と
第２の部品とを相互に接着する工程とを含み、前記半田ペーストは、前記熱硬化性樹脂を硬化させる硬化剤としての酸無水物を含み、さらに前記自然酸化膜および前記半田粒子の酸化膜を除去する活性剤を、前記半田粒子を除いた残部に対して１ｗｔ％以下の比率で含む。
【０００７】
また本発明の部品接合方法は、第１の部品および第２の部品にそれぞれ設けられ、少なくともどちらか一方の表面が自然酸化膜で覆われた第１の端子および第２の端子を相互に電気的に接続するとともに、前記第１の部品と第２の部品とを相互に接着する部品接合方法であって、錫（Ｓｎ）を主成分とする半田を粒状にした半田粒子を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペーストを前記第１の部品と前記第２の部品との間に介在させる工程と、前記第１の部品およびまたは第２の部品を加熱しながら前記第１の端子と第２の端子とを相互に押圧することにより、前記第２の端子と第２の端子とを前記半田粒子によって電気的に接続するとともに前記熱硬化性樹脂を硬化させて前記第１の部品と第２の部品とを相互に接着する工程とを含み、前記半田ペーストは、前記熱硬化性樹脂を硬化させる潜在性硬化剤を含み、さらに、前記自然酸化膜および前記半田粒子の酸化膜を除去する活性剤を、前記半田粒子を除いた残部に対して１〜５ｗｔ％の比率で含む。
【０００８】
本発明の部品接合構造は、錫（Ｓｎ）を主成分とする半田を粒状にした半田粒子を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペーストを前記第１の部品と前記第２の部品との間に介在させ、前記第１の部品およびまたは第２の部品を加熱するとともに、第１の部品および第２の部品にそれぞれ設けられ少なくとも一方の表面が自然酸化膜で覆われた第１の端子および第２の端子を相互に押圧して形成された部品接合構造であって、前記半田粒子が溶融して前記第１の端子および第２の端子のいずれにも半田接合されることにより形成され、前記第１の端子および第２の端子を相互に電気的に接続する半田部と、前記熱硬化性樹脂が硬化することにより形成され、前記第１の部品および第２の部品とを相互に接着し、前記半田部の形成に寄与しない前記半田粒子を相互に融着していない状態で内包する樹脂部とを備えた。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半田粒子を熱硬化性樹脂に含有させた半田ペーストを用いて、第１の部品および第２の部品にそれぞれ設けられた第１の端子と第２の端子とを半田によって電気的に接続するとともに、熱硬化性樹脂を硬化させて第１の部品と第２の部品とを相互に接着する構成において、半田ペースト中における熱硬化性樹脂の硬化剤と活性剤の配合比率を適正に設定することにより、端子相互を安定して半田接合によって導通させるとともに、熱硬化性樹脂中での半田粒子相互の融着を防止して、低電気抵抗の導通性が確保された部品接合を高信頼性で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１、図２、図３は本発明の一実施の形態の部品接合方法の工程説明図、図４は本発明の一実施の形態の部品接合構造の断面図である。
【００１１】
まず、図１，図２を参照して、部品接合方法について説明する。この部品接合方法は、第１の部品であるリジッド基板に第２の部品であるフレキシブル基板を接合するものであり、それぞれ設けられた第１の端子および第２の端子を相互に電気的に接続するとともに、リジッド基板とフレキシブル基板とを相互に接着するものである。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、リジッド基板１には第１の端子２が形成されている。第１の端子２は銅（Ｃｕ）または銅系の合金より成り、第１の端子２の表面は大気暴露により生成した酸化膜２ａ（自然酸化膜）によって覆われている。部品接合に際しては、リジッド
基板１において第１の端子２が形成された接続面側には、図１（ｂ）に示すように、半田ペースト３をディスペンサ４によって第１の端子２を覆って塗布する。
【００１３】
図１（ｃ）に示すように半田ペースト３は、熱硬化性樹脂３ａに半田粒子５を所定の含有比率（ここでは３０〜７５ｗｔ％）で含有させた構成となっており、熱硬化性樹脂３ａを熱硬化させるための硬化剤として、酸無水物または潜在性硬化剤を含んでいる。ここで使用可能な酸無水物の種類としては、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、更には無水ナジック酸、メチルヘキサハイドロ無水フタル酸、メチルテトラハイドロ無水フタル酸などの液状酸無水物、無水フタル酸、テトラハイドロフタル酸などの固形酸無水物が挙げられる。また使用可能な潜在性硬化剤の種類としては、イミダゾール系、ヒドラジド系、三フッ化ホウ素−アミン錯体、アミンイミド、ポリアミンの塩、アミンアダクト、ジシアンジアミド等が上げられる。
【００１４】
また熱硬化性樹脂の種類としてはエポキシ樹脂が最適であるが、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂なども使用できる。本発明に用いられるエポキシ樹脂としては、特に限定されることなく公知のものが使用可能である。例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、グリンジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、ハロゲン化エポキシ樹脂等、１分子中にエポキシ基を２個以上有するものが好ましく、これらのうち少なくとも１種類を選択して用いる。
【００１５】
半田粒子５は錫（Ｓｎ）を主成分とする半田を所定粒径の粒状にしたものであり、ここでは端子間ピッチが０．１ｍｍ以上の一般的な接合対象を想定して、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の半田を１０〜３０μｍの粒径の粒状にしたものが用いられる。なお、端子間ピッチが０．１ｍｍを下回るような挟ピッチの部品を接合対象とする場合には、電気的短絡を防止することを目的として、１〜１５μｍの粒径のものを用いる場合がある。
【００１６】
半田の種類としては、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系以外にも、Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｂｉ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−ｉｎなどを用いることが可能である。なお、硬化剤としては、半田粒子５に用いられる半田の融点温度（２２０℃）よりも高い硬化温度（例えば２３０℃）で熱硬化性樹脂３ａを熱硬化させるものが望ましい。
【００１７】
半田粒子５の表面は製造後の大気暴露によって生じた酸化膜５ａで覆われており、このような状態の半田粒子５を酸化膜２ａによって覆われた第１の端子２と半田接合するため、半田ペースト３には、酸化膜２ａおよび酸化膜５ａを除去する作用を有する活性剤６が配合されている。本実施の形態では、活性剤６として、Ｎ（２−ヒドロキシエチル）イミノ２酢酸，ｍ−ヒドロキシ安息香酸、メサコン酸、更にはｏ−ヒドロキシケイ皮酸、ウスニン酸、３，４−ジヒドロキシ安息香酸、ｍ−ヒドロキシ安息香酸、馬尿酸、コハク酸、ｏ−メトキシケイ皮酸、ｐ−アニス酸、リトコール酸、リンゴ酸などの有機酸を用い、半田粒子５を除いた残部に対して１ｗｔ％以下の比率で配合している。
【００１８】
なお半田ペースト３に、線膨張係数の低減を目的として無機充填剤を含有させるようにしてもよい。この場合には、次のような材質を粒状にしたものを半田粒子５を除いた残部に対して２０〜６０ｗｔ％の比率で配合する。無機充填剤の材質としては、結晶性シリカ、溶融シリカ、合成シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム、ガラス繊維、タルク、炭酸カルシウム、チタンホワイト、クレー、アスベスト等が使用可能であり、特に結晶性シリカ、溶融シリカ、合成シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウムが好ましい。
【００１９】
この後、図２（ａ）に示すように、半田ペースト３が塗布された状態のリジッド基板１に対して、フレキシブル基板７が搭載される。フレキシブル基板７の下面には第１の端子２と同様の材質の第２の端子８が形成されており、第２の端子８は第１の端子２と同様に酸化膜８ａ（自然酸化膜）によって覆われている。フレキシブル基板７の搭載に際しては、圧着ツール１０に保持されたフレキシブル基板７の第１の端子２に対して、基板支持ステージ１１上に載置されたリジッド基板１の第２の端子８を位置合わせし、図２（ｂ）に示すように、圧着ツール１０を下降させて第２の端子８と第１の端子２とを相互に押圧する。
【００２０】
このとき、リジッド基板１の上面とフレキシブル基板７の下面との間には、半田ペースト３が介在しており、第２の端子８と第１の端子２との間には、半田ペースト３中に含有される半田粒子５が挟まれた形で存在している。ここで、図中では半田粒子５は２個しか図示していないが、実際には前述の粒径のものが数十〜百のオーダーで存在している。
【００２１】
次いで、フレキシブル基板７をリジッド基板１に接合するための熱圧着が実行される。すなわち、図２（ｃ）に示すように、圧着ツール１０によりフレキシブル基板７を所定の押圧荷重Ｆでリジッド基板１に対して押圧しながら圧着ツール１０の温度を上昇させ、フレキシブル基板７を熱硬化性樹脂３ａの硬化温度よりも高い温度で加熱する。この加熱において、半田の融点温度まで昇温した時点でまず半田ペースト３中の半田粒子５が溶融し、第１の端子２と第２の端子８とを相互に電気的に接続する。
【００２２】
そして半田粒子５が溶融した後にさらに昇温することにより、熱硬化性樹脂３ａが熱硬化し、リジッド基板１とフレキシブル基板７とを相互に接着する。なお熱圧着に際しては、図２（ｂ）に示す部品搭載と図２（ｃ）に示す熱圧着とを一連の作業工程として行ってもよいし、部品搭載と熱圧着とを個別の作業工程として行ってもよい。また熱圧着においては、フレキシブル基板７のみを加熱してもよく、またリジッド基板１とフレキシブル基板７の双方を加熱するようにしてもよい。
【００２３】
すなわち本実施の形態の部品接合方法は、上述構成の半田ペースト３をリジッド基板１上に第１の端子２を覆って塗布することにより、リジッド基板１とフレキシブル基板７との間に介在させる工程と、リジッド基板１およびまたはフレキシブル基板７を加熱しながら第１の端子２と第２の端子８とを相互に押圧することにより、第１の端子２と第２の端子８とを半田粒子５よって電気的に接続するとともに、熱硬化性樹脂３ａを硬化させてリジッド基板１とフレキシブル基板７とを相互に接着する工程とを含む形態となっている。そして熱硬化性樹脂３ａは、半田粒子５の融点温度よりも高い温度で熱硬化するように硬化温度が設定されており、熱圧着のための加熱において、熱硬化性樹脂３ａの硬化温度よりも高い温度で加熱するようにしている。
【００２４】
上述の部品搭載・熱圧着の過程における第１の端子２、第２の端子８、および半田粒子５の表面状態の変化および半田接合の過程について、図３、図４を参照して説明する。図３（ａ）は、フレキシブル基板７をリジッド基板１に対して下降させて、第２の端子８が半田ペースト３に接触した状態を示している。この状態では、半田ペースト３中の活性剤６が酸化膜２ａ、８ａ、５ａにそれぞれ作用し、酸化膜２ａ、８ａ、５ａが部分的に除去される。
【００２５】
このとき、半田ペースト３における活性剤６の配合比率は、半田粒子５を除いた残部に対して１ｗｔ％以下と、従来例と比較して低い配合比率となっていることから、活性剤６による酸化膜除去作用は第１の端子２、第２の端子８、半田粒子５における半田ペースト３との接触面全面に作用するには至らず、部分的な酸化膜除去にとどまる。これにより、図３（ｂ）に示すように、第１の端子２、第２の端子８、半田粒子５の表面には、酸化膜
２ａ、８ａ、５ａが部分的に活性剤６の作用によって除去された酸化膜除去部２ｂ、８ｂ、５ｂが、活性剤６の配合比率に応じた割合で形成される。
【００２６】
このような酸化膜除去部は、半田粒子５の酸化膜除去部５ｂについては半田粒子５を熱硬化性樹脂３ａ中に活性剤６とともに配合して、半田ペースト３が調整された段階で形成される。そして第１の端子２の酸化膜除去部２ｂについては、半田ペースト３をリジッド基板１に塗布した段階で、さらに第２の端子８の酸化膜除去部８ｂについては、フレキシブル基板７を下降させて第２の端子８が半田ペースト３に接触した段階でそれぞれ形成される。
【００２７】
半田ペースト３と同様の用途に用いられ、同様に半田粒子を含む従来の半田ペーストにおいては、半田粒子の表面の酸化膜は半田接合過程において完全にまたはほぼ完全に除去しなければならないという技術的思想の下に、酸化膜除去のための活性剤の配合比率が定められており、配合される活性剤は最低でも７ｗｔ％を必要としていたものである。これに対し、本実施の形態に示す半田ペースト３においては、活性剤の配合比率は１ｗｔ％と従来と比べて低く設定されており、これにより酸化膜除去を部分的にとどめて後述するような優れた効果を得る。
【００２８】
図４（ａ）は、このような状態の第１の端子２および第２の端子８の間に半田粒子５が挟まれて押圧された状態を示している。前述のように、第１の端子２、第２の端子８、半田粒子５の表面は、その大部分が酸化膜２ａ、８ａ、５ａによって覆われているため、半田粒子５と第１の端子２、第２の端子８とは、それぞれの新性面が相互に全面的に接触した状態にはない。
【００２９】
しかしながら、前述のように第２の端子８と第１の端子２との間には、半田粒子５が数十〜百のオーダーで多数存在しているため、確率的に少なくともいくつかの半田粒子５の酸化膜除去部５ｂが、酸化膜除去部２ｂ、酸化膜除去部８ｂの位置に一致するか、あるいは近接する。そして半田粒子５が第１の端子２と第２の端子８に挟まれて押圧されることにより、接触部分の酸化膜５ａは部分的に破壊され、半田粒子５の新性面と第１の端子２、第２の端子８の新性面とは、極めて高い確率で部分的に接触状態となる。
【００３０】
そして加熱により半田粒子５が溶融する半田接合過程においては、溶融した半田は第１の端子２、第２の端子８の表面において酸化膜除去部２ｂ、酸化膜除去部８ｂが存在する範囲で濡れ拡がる。このとき、半田粒子５の溶融した半田は部分的ではあっても第１の端子２、第２の端子８の新性面と半田接合され、これにより、第１の端子２および第２の端子８を相互に電気的に接続する半田部５＊が形成される。このとき、熱硬化性樹脂３ａの熱硬化温度が半田粒子５の融点温度より高くなるように硬化剤を選定することにより、半田粒子５の溶融時の流動性を熱硬化性樹脂３ａが阻害することがなく、半田粒子５の濡れ拡がりを確保して、より良好な半田部５＊を得ることができる。
【００３１】
また、リジッド基板１とフレキシブル基板７とで挟まれた隙間のうち、第１の端子２と第２の端子８とが対向した部分以外においては、半田部５＊の形成に寄与しなかった半田粒子５が、熱硬化性樹脂３ａが熱硬化した樹脂部３＊中に内包された形で存在する。これらの半田粒子５は、前述のように活性剤６の作用が全面的には及んでいないため、半田粒子５は活性剤６によって除去されずに残った酸化膜５ａによって大部分の表面が覆われた状態を保つ。
【００３２】
したがって、熱硬化性樹脂３ａ中において相接近した状態にある半田粒子５が溶融してお互いを濡らすことにより合体して融着する確率は低く、熱硬化性樹脂３ａ中で多数の半田粒子５が融着して、第１の端子２や第２の端子８相互を溶融半田で繋ぐ半田ブリッジの
形成が有効に防止される。このことは、熱硬化性樹脂３ａ中に導電性粒子としての半田粒子５を含有させた異方性導電剤において、通常の配合よりも導電性粒子の配合比率を多くしても絶縁性が損なわれないことを意味している。したがって、導通性を向上させることを目的として導電性粒子の密度を高めると絶縁性が損なわれるという二律背反の関係にある課題を解決することが可能となっている。
【００３３】
すなわち本実施の形態に示す部品接合方法によって実現される部品接合構造は、図４（ｂ）に示すように、半田粒子５が溶融して第１の端子２および第２の端子８のいずれにも半田接合されることにより形成され、第１の端子２および第２の端子８を相互に電気的に接続する半田部５＊と、熱硬化性樹脂３ａが硬化することにより形成され、リジッド基板１およびフレキシブル基板７とを相互に接着し、半田部５＊の形成に寄与しない半田粒子５を相互に融着していない状態で内包する樹脂部３＊とを備えた形態となっている。そして半田部５＊の形成に寄与しなかった半田粒子５の表面は、活性剤６によって除去されずに残った酸化膜５ａによって覆われている。
【００３４】
上記説明したように、本実施の形態の部品接合方法においては、半田ペースト３中の活性剤６の配合比率を半田粒子５の含有比率との組み合わせにおいて適切に設定することにより、半田粒子５の表面状態、すなわち酸化膜５ａの除去程度を、第１の端子２、第２の端子８を半田接合によって安定して導通させ、かつ樹脂部３＊中において多数の半田粒子５が融着して半田ブリッジを形成しないような除去程度とするものである。このような条件を満たすための活性剤６の配合比率および半田粒子５の含有比率の組み合わせは、以下に説明する部品接合性能の評価のための試験によって実証的に見いだされる。
【００３５】
このような目的で行われる半田ペーストによる部品接合性能の評価結果を、（表１）を参照して説明する。
【００３６】
【表１】
【００３７】
この評価結果は、表１の半田ペースト基本諸元に示す構成の半田ペースト３を用いて実際に部品接合を実行し、得られた部品接合構造を対象として評価を行った結果を整理したものである。ここでは前述のように、半田組成としてＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の半田を用い、１０〜３０μｍの粒径の粒状にした半田粒子５を、エポキシ樹脂を主剤として、硬化剤としての酸無水物、および活性剤としての有機酸を含む熱硬化性樹脂３ａ中に含有させた構成の半田ペースト３を用いている。
【００３８】
ここでは試験条件として活性剤配合比率を０％、１％および３％の３通りで変化させ、さらにこれらの活性剤配合比率のそれぞれについて、半田含有比率を７通り（５％、１５％、３０％、４５％、６０％、７５％、９０％）に変化させて、実際に部品接合を実行し
ている。そして得られた部品接合構造のそれぞれについて、「短絡」、「導通」、「粒子融着」の３つの項目について評価を行った。
【００３９】
「短絡」は、第１の端子２相互間、第２の端子８相互間における電気的短絡が発生していないかどうかを電気的に検査した結果を示しており、〇マークは短絡の発生無し、×マークは短絡発生有りをそれぞれ示している。「導通」は、第１の端子２と第２の端子８との間の電気抵抗値が、要求される導通レベルをクリヤーしているか否かを示すものであり、〇マークは測定された抵抗値が規定抵抗値よりも低いことを、×マークは規定抵抗値よりも高いことをそれぞれ示している。
【００４０】
また「粒子融着」は、樹脂部３＊において多数の半田粒子５が融着合体した半田が存在するか否かを示すものであり、実際の部品接合部を切断して断面を観察することにより評価が行われる。すなわち〇マークは粒子融着の発生無し、×マークは粒子融着の発生有りをそれぞれ示している。この「粒子融着」の評価は、「短絡」の発生傾向を、実際の半田粒子５の状態を観察することによって確認する意味合いを有するものである。そして「総合」は、これら３つの項目を総合して部品接合性能を評価するものであり、３つ全ての項目について〇マークが付されたものが、総合的に部品接合性能が合格であると判断されて〇マークの対象となる。
【００４１】
（表１）の評価結果から判るように、活性剤配合比率が０％、１％であって、いずれも半田含有比率が、３０ｗｔ％〜７５％ｗｔの間である場合に、総合評価が〇マークとなっている。ここで活性剤配合比率が０％の場合にも良好な結果が得られているのは、硬化剤として配合されている酸無水物も酸化膜除去能力をわずかながら有しており、この酸無水物の存在によって第１の端子２、第２の端子８、半田粒子５の酸化膜が部分的に除去されることによる。
【００４２】
すなわち、半田ペースト３として錫（Ｓｎ）を主成分とする半田粒子５を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペースト３であって、熱硬化性樹脂３ａを硬化させる硬化剤としての酸無水物を含み、さらに自然酸化膜および半田粒子５の酸化膜５ａを除去する活性剤６を半田粒子５を除いた残部に対して１ｗｔ％以下（０％、１％）の比率で含む半田ペースト３を用いることにより、樹脂部３＊中で半田粒子５相互が粒子融着を起こして端子間の短絡を生じることなく、且つ第１の端子２と第２の端子８との間の導通性に優れた部品接合構造が実現される。
【００４３】
なおこのような部品接合性能を実現することができる半田ペースト３の組成は上述例に限定されず、半田ペースト３において熱硬化性樹脂３ａを硬化させる硬化剤として、潜在性硬化剤を用いてもよい。この場合には、上述と同様の効果を得るための活性剤の最適な配合比率は（表１）とは異なり、（表２）に示すような結果が得られている。以下、（表２）の評価結果について説明する。ここに示す半田ペースト基本諸元は、硬化剤の種類を除き、（表１）に示す例と同様である。
【００４４】
【表２】
【００４５】
そしてここでは試験条件として活性剤配合比率を０％、１％、５％および７％の４通りで変化させ、さらにこれらの活性剤配合比率のそれぞれについて、半田含有比率を７通り
（５％、１５％、３０％、４５％、６０％、７５％、９０％）に変化させて、（表１）の例と同様に部品接合を実行している。そして得られた部品接合構造のそれぞれについて、（表１）と同様の方法・基準に従って、「短絡」、「導通」、「粒子融着」の３つの項目について評価を行っている。
【００４６】
（表２）の評価結果から判るように、活性剤配合比率が１％、５％であって、いずれも半田含有比率が、３０ｗｔ％〜７５％ｗｔの間である場合に、総合評価が〇マークとなっている。すなわち、半田ペースト３として錫（Ｓｎ）を主成分とする半田粒子を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペーストであって、熱硬化性樹脂を硬化させる潜在性硬化剤を含み、さらに自然酸化膜および半田粒子５の酸化膜５ａを除去する活性剤６を、半田粒子５を除いた残部に対して１ｗｔ％〜５ｗｔ％の比率で含む半田ペースト３を用いることにより、上述例と同様に、樹脂部３＊中で半田粒子５相互が粒子融着を起こして端子間の短絡を生じることなく、且つ第１の端子２と第２の端子８との間の導通性に優れた部品接合構造が実現される。
【００４７】
このように、半田粒子５を熱硬化性樹脂３ａに含有させた半田ペースト３を用いて、第１の端子２と第２の端子８とを半田によって電気的に接続するとともに、熱硬化性樹脂３ａを硬化させてリジッド基板１とフレキシブル基板７とを相互に接着する構成において、半田ペースト３中における熱硬化性樹脂３ａの活性剤の配合比率を半田粒子５の含有比率との組み合わせにおいて適正に設定することにより、端子相互を安定して半田接合によって導通させるとともに、熱硬化性樹脂中での半田粒子相互の融着に起因する短絡を有効に防止することが可能となっている。これにより、低コストの銅や銅系の合金などで形成され、大気暴露によって自然酸化膜で覆われた状態にある端子や電極を導通対象として部品接合を行う場合において、低電気抵抗の良好な導通性が確保された部品接合を高信頼性で実現することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態においては、第１の端子である第１の端子２および第２の端子である第２の端子８がいずれも銅系の合金で形成されて自然酸化膜で覆われた状態のものを相互に接合する例を示したが、本発明はこのような対象には限定されない。例えばいずれか一方が金バンプや金メッキ表面を有する電極など貴金属表面を有するものであってもよい。すなわち、第１の端子および第２の端子の少なくともどちらか一方の表面が自然酸化膜で覆われた状態のものであれば、本発明の対象となる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の部品接合方法および部品接合構造は、低電気抵抗の導通性が確保された部品接合を高信頼性で実現することができるという効果を有し、電子部品を基板に半田接合により実装する用途に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施の形態の部品接合方法の工程説明図
【図２】本発明の一実施の形態の部品接合方法の工程説明図
【図３】本発明の一実施の形態の部品接合方法の工程説明図
【図４】本発明の一実施の形態の部品接合構造の断面図
【符号の説明】
【００５１】
１ リジッド基板（第１の部品）
２ 第１の端子
２ａ 酸化膜
３ 半田ペースト
３ａ 熱硬化性樹脂
５ 半田粒子
６ 活性剤
７ フレキシブル基板（第２の部品）
８ 第２の端子
８ａ 酸化膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の部品および第２の部品にそれぞれ設けられ、少なくともどちらか一方の表面が自然酸化膜で覆われた第１の端子および第２の端子を相互に電気的に接続するとともに、前記第１の部品と第２の部品とを相互に接着する部品接合方法であって、
錫（Ｓｎ）を主成分とする半田を粒状にした半田粒子を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペーストを前記第１の部品と前記第２の部品との間に介在させる工程と、
前記第１の部品およびまたは第２の部品を加熱しながら前記第１の端子と第２の端子とを相互に押圧することにより、前記第２の端子と第２の端子とを前記半田粒子によって電気的に接続するとともに前記熱硬化性樹脂を硬化させて前記第１の部品と第２の部品とを相互に接着する工程とを含み、
前記半田ペーストは、前記熱硬化性樹脂を硬化させる硬化剤としての酸無水物を含み、さらに前記自然酸化膜および前記半田粒子の酸化膜を除去する活性剤を、前記半田粒子を除いた残部に対して１ｗｔ％以下の比率で含むことを特徴とする部品接合方法。
【請求項２】
第１の部品および第２の部品にそれぞれ設けられ、少なくともどちらか一方の表面が自然酸化膜で覆われた第１の端子および第２の端子を相互に電気的に接続するとともに、前記第１の部品と第２の部品とを相互に接着する部品接合方法であって、
錫（Ｓｎ）を主成分とする半田を粒状にした半田粒子を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペーストを前記第１の部品と前記第２の部品との間に介在させる工程と、
前記第１の部品およびまたは第２の部品を加熱しながら前記第１の端子と第２の端子とを相互に押圧することにより、前記第２の端子と第２の端子とを前記半田粒子によって電気的に接続するとともに前記熱硬化性樹脂を硬化させて前記第１の部品と第２の部品とを相互に接着する工程とを含み、
前記半田ペーストは、前記熱硬化性樹脂を硬化させる潜在性硬化剤を含み、さらに、前記自然酸化膜および前記半田粒子の酸化膜を除去する活性剤を、前記半田粒子を除いた残部に対して１〜５ｗｔ％の比率で含むことを特徴とする部品接合方法。
【請求項３】
前記第１の端子および第２の端子は、銅（Ｃｕ）または銅系の合金より成ることを特徴とする請求項１または２記載の部品接合方法。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂は、前記半田の融点温度よりも高い温度で熱硬化することを特徴とする請求項１または２記載の部品接合方法。
【請求項５】
前記加熱において、前記熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高い温度で加熱することを特徴とする請求項１乃至４記載の部品接合方法。
【請求項６】
錫（Ｓｎ）を主成分とする半田を粒状にした半田粒子を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペーストを前記第１の部品と前記第２の部品との間に介在させ、前記第１の部品およびまたは第２の部品を加熱するとともに、第１の部品および第２の部品にそれぞれ設けられ少なくとも一方の表面が自然酸化膜で覆われた第１の端子および第２の端子を相互に押圧して形成された部品接合構造であって、
前記半田粒子が溶融して前記第１の端子および第２の端子のいずれにも半田接合されることにより形成され、前記第１の端子および第２の端子を相互に電気的に接続する半田部と、
前記熱硬化性樹脂が硬化することにより形成され、前記第１の部品および第２の部品とを相互に接着し、前記半田部の形成に寄与しない前記半田粒子を相互に融着していない状態で内包する樹脂部とを備えたことを特徴とする部品接合構造。
【請求項７】
前記半田部の形成に寄与しなかった半田粒子の表面は、前記活性剤によって除去されずに残った酸化膜によって覆われていることを特徴とする請求項６記載の部品接合構造。
【請求項８】
前記第１の端子および第２の端子は、銅（Ｃｕ）または銅系の合金より成ることを特徴とする請求項６または７記載の部品接合構造。
【請求項１】
第１の部品および第２の部品にそれぞれ設けられ、少なくともどちらか一方の表面が自然酸化膜で覆われた第１の端子および第２の端子を相互に電気的に接続するとともに、前記第１の部品と第２の部品とを相互に接着する部品接合方法であって、
錫（Ｓｎ）を主成分とする半田を粒状にした半田粒子を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペーストを前記第１の部品と前記第２の部品との間に介在させる工程と、
前記第１の部品およびまたは第２の部品を加熱しながら前記第１の端子と第２の端子とを相互に押圧することにより、前記第２の端子と第２の端子とを前記半田粒子によって電気的に接続するとともに前記熱硬化性樹脂を硬化させて前記第１の部品と第２の部品とを相互に接着する工程とを含み、
前記半田ペーストは、前記熱硬化性樹脂を硬化させる硬化剤としての酸無水物を含み、さらに前記自然酸化膜および前記半田粒子の酸化膜を除去する活性剤を、前記半田粒子を除いた残部に対して１ｗｔ％以下の比率で含むことを特徴とする部品接合方法。
【請求項２】
第１の部品および第２の部品にそれぞれ設けられ、少なくともどちらか一方の表面が自然酸化膜で覆われた第１の端子および第２の端子を相互に電気的に接続するとともに、前記第１の部品と第２の部品とを相互に接着する部品接合方法であって、
錫（Ｓｎ）を主成分とする半田を粒状にした半田粒子を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペーストを前記第１の部品と前記第２の部品との間に介在させる工程と、
前記第１の部品およびまたは第２の部品を加熱しながら前記第１の端子と第２の端子とを相互に押圧することにより、前記第２の端子と第２の端子とを前記半田粒子によって電気的に接続するとともに前記熱硬化性樹脂を硬化させて前記第１の部品と第２の部品とを相互に接着する工程とを含み、
前記半田ペーストは、前記熱硬化性樹脂を硬化させる潜在性硬化剤を含み、さらに、前記自然酸化膜および前記半田粒子の酸化膜を除去する活性剤を、前記半田粒子を除いた残部に対して１〜５ｗｔ％の比率で含むことを特徴とする部品接合方法。
【請求項３】
前記第１の端子および第２の端子は、銅（Ｃｕ）または銅系の合金より成ることを特徴とする請求項１または２記載の部品接合方法。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂は、前記半田の融点温度よりも高い温度で熱硬化することを特徴とする請求項１または２記載の部品接合方法。
【請求項５】
前記加熱において、前記熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高い温度で加熱することを特徴とする請求項１乃至４記載の部品接合方法。
【請求項６】
錫（Ｓｎ）を主成分とする半田を粒状にした半田粒子を熱硬化性樹脂に３０〜７５ｗｔ％の比率で含有させた半田ペーストを前記第１の部品と前記第２の部品との間に介在させ、前記第１の部品およびまたは第２の部品を加熱するとともに、第１の部品および第２の部品にそれぞれ設けられ少なくとも一方の表面が自然酸化膜で覆われた第１の端子および第２の端子を相互に押圧して形成された部品接合構造であって、
前記半田粒子が溶融して前記第１の端子および第２の端子のいずれにも半田接合されることにより形成され、前記第１の端子および第２の端子を相互に電気的に接続する半田部と、
前記熱硬化性樹脂が硬化することにより形成され、前記第１の部品および第２の部品とを相互に接着し、前記半田部の形成に寄与しない前記半田粒子を相互に融着していない状態で内包する樹脂部とを備えたことを特徴とする部品接合構造。
【請求項７】
前記半田部の形成に寄与しなかった半田粒子の表面は、前記活性剤によって除去されずに残った酸化膜によって覆われていることを特徴とする請求項６記載の部品接合構造。
【請求項８】
前記第１の端子および第２の端子は、銅（Ｃｕ）または銅系の合金より成ることを特徴とする請求項６または７記載の部品接合構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−２８０９９９（Ｐ２００７−２８０９９９Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０１７７８（Ｐ２００６−１０１７７８）
【出願日】平成１８年４月３日（２００６．４．３）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月３日（２００６．４．３）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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