電子裝置、接合材料以及電子裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的電子裝置包含具有焊盤電極1a、1b的印刷基板2、和在部件基體3的表面形成有外部電極4a、4b的芯片型電子部件5，焊盤電極1a、1b與外部電極4a、4b經(jīng)由焊料6而接合，形成電極接合部7a、7b，電極接合部7a、7b之間被熱固化性樹脂8填充。接合材料含有熔點為T1的焊料粒子、具有高于熔點T1的固化溫度的熱固化性樹脂、及具有低于固化溫度T2的活性溫度T3的活性劑，在熔點T1下除焊料粒子以外的含有成分的粘度為0.57Pa·s以下，熔點T1及活性溫度T3滿足T1－T3<50。由此實現(xiàn)機械強度良好且電連接性及絕緣性的可靠性良好的電子裝置、適于制作該電子裝置的接合材料、及使用了該接合材料的電子裝置的制造方法。
【專利說明】電子裝置、接合材料以及電子裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子裝置、接合材料及電子裝置的制造方法，更詳細而言，本發(fā)明涉及一種具有2個以上電極的多個電子部件經(jīng)由焊料等金屬接合而成的電子裝置、適合于將這些多個電子部件的電極彼此接合的接合材料、及使用該接合材料制造電子裝置的電子裝置的制造方法。
【背景技術】
[0002]作為如芯片型電子部件向基板的表面安裝那樣將不同的電子部件的電極彼此接合的方法，廣泛使用焊接方法。
[0003]而且，作為接合材料，一直以來就已知有含有焊料、熱固化性樹脂及活性劑等的焊料糊劑。
[0004]例如，專利文獻I中提出了一種焊料糊劑，其含有包含錫一鉍系焊料的焊料粒子、在高于上述焊料的熔點的溫度下發(fā)生固化的熱固化性樹脂、及利用焊接時的熱進行活化而將上述焊料表面的氧化膜除去的活性劑，且上述活性劑在上述焊料的熔點以上的溫度下活化。
[0005]圖4是用于說明專利文獻I中所記載的焊接方法的剖面圖，在印刷基板102的上表面安裝有芯片型電子部件101。即，該芯片型電子部件101在部件基體103的兩端形成有外部電極104a、104b。另一方面，就印刷基板102而言，以與上述外部電極104a、104b對應的方式，在表面上形成有一對焊盤電極105a、105b。而且，接合材料使用含有焊料、熱固化性樹脂及活性劑的焊料糊劑，焊盤電極105a、105b與外部電極104a、104b經(jīng)由焊料106a、106b而接合。
[0006]S卩，若在焊料粒子熔融之前使熱固化性樹脂開始固化，則熔融的焊料無法在熱固化性樹脂中充分地流動，其結果為:存在無法實現(xiàn)焊料粒子彼此的接合、或焊料與電極無法接合而有損電子部件彼此的電連接性的風險。進而，需要使活性劑趁熱固化性樹脂還未固化而失去流動性之時熔融，使其與焊料粒子的表面接觸。
[0007]為此，專利文獻I中，通過使用熱固化性樹脂的固化溫度高于焊料粒子的熔點及活性劑的活性溫度的焊料糊劑，使熔融的焊料106a、106b在熱固化性樹脂107a、107b中充分地流動，且通過使活性劑與焊料粒子接觸，使活性劑與焊料粒子在焊料粒子的表面發(fā)生氧化還原反應，由此除去焊料粒子表面的氧化皮膜。
[0008]此外，專利文獻I中，將活性劑的活性溫度設為焊料粒子的熔點以上，由此使熱固化性樹脂107a、107b的固化作用延遲。即，通過提高還作為熱固化性樹脂107a、107b的固化劑發(fā)揮作用的活性劑的活性溫度，使熱固化性樹脂107a、107b的固化作用延遲，由此使熔融的焊料106a、106b的流動不被熱固化性樹脂107a、107b阻止，由此希望防止自動對準性能的降低。
[0009]現(xiàn)有技術文獻
[0010]專利文獻[0011]專利文獻1:日本特開2006 - 150413號公報(權利要求1、段落編號〔0013〕、〔0031〕、圖1 等)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明要解決的問題
[0013]然而，專利文獻I中，雖然使熱固化性樹脂107a、107b的固化溫度高于活性劑的活性溫度及焊料106a、106b的熔點，從而想要確保焊料106a、106b的流動性，但是在熱固化性樹脂107a、107b的粘度較高的情況下，難以使熔融的焊料106a、106b在熱固化性樹脂107a、107b中充分地流動。即，在熱固化性樹脂107a、107b的粘度較高、該熱固化性樹脂107a、107b不具有充分的流動性的情況下，該樹脂中的焊料的流動性也較差，因此存在無法充分地確保焊料粒子彼此、以及焊料粒子與外部電極104a、104b和/或焊盤電極105a、105b的接合性，從而有損電連接性的可靠性的風險。
[0014]此外，專利文獻I中，由于在由基板102、部件基體103的下表面及熱固化性樹脂107a、107b所圍成的部分形成空隙108，因此存在機械強度及電連接性等的可靠性較差的風險。
[0015]若存在如上所述的空隙108，則使用時在負載有一定熱循環(huán)的情況下，由于芯片型電子部件101、基板102等的熱膨脹率的差異，因此印刷基板102易產(chǎn)生應變。而且，若此種應變反復持續(xù)，則存在焊料106a、106b的內(nèi)部、或者焊料106a、106a與外部電極104a、104b和/或焊盤電極105a、105b之間產(chǎn)生剝離或裂紋等結構缺陷的風險，并且存在無法確保充分的機械強度、有損電連接性的可靠性的風險。
[0016]進而，在長時間暴露于高溫多濕下的情況下，在焊料106a、106b的附近吸收水分，因此存在導致絕緣性劣化等、導致可靠性降低的風險。
[0017]本發(fā)明鑒于上述情況而完成，其目的在于提供一種機械強度良好且電連接性及絕緣性的可靠性良好的電子裝置、適合制作該電子裝置的接合材料、及使用有該接合材料的電子裝置的制造方法。
[0018]用于解決問題的技術手段
[0019]為達成上述目的，本發(fā)明的電子裝置，其特征在于，具有形成有2個以上電極的多個電子部件，且上述多個電子部件中的一個電子部件與其他電子部件電連接，上述一個電子部件的電極與上述其他電子部件的電極經(jīng)由金屬而接合，形成2個以上的相互電絕緣的電極接合部，并且一個上述電極接合部與其他上述電極接合部的間隙被熱固化性樹脂填充。
[0020]由此可避免在電極接合部之間存在空隙，使電子裝置的機械強度提高。此外，使用時即便在負載有一定熱循環(huán)的情況下，也可抑制電子部件產(chǎn)生應變等，并且即便反復產(chǎn)生應變等也可抑制電連接劣化。
[0021]此外，就本發(fā)明的電子裝置而言，優(yōu)選:上述金屬的主成分由Sn-Bi系合金形成。
[0022]在該情況下，Sn-Bi系合金的熱膨脹率較小，因此使用時即便負載一定熱循環(huán)，也可使電子部件所產(chǎn)生的應變減小。此外，Sn-Bi系合金的楊氏模量較小，因此即便在電子部件產(chǎn)生應變的情況下，也可尤其抑制在電極接合部之間產(chǎn)生裂紋等結構缺陷。
[0023]此外，就本發(fā)明的電子裝置而言，優(yōu)選:上述多個電子部件中包含形成有焊盤電極的基板、和在部件基體的表面形成有外部電極的芯片型部件，上述焊盤電極與上述外部電極經(jīng)由上述金屬而接合，形成上述電極接合部。
[0024]由此可避免在電極接合部之間存在空隙，可抑制因芯片型部件與基板的熱膨脹率的差異等而產(chǎn)生的基板的應變。因此，可獲得機械強度良好、電連接性及絕緣性的可靠性優(yōu)異的電子裝置。
[0025]此外，在制作上述電子裝置的情況下，如專利文獻I那樣廣泛使用含有金屬粒子、熱固化性樹脂及活性劑的接合材料。在該情況下，如[【背景技術】]一項中所述那樣，較理想為熱固化性樹脂的固化溫度高于金屬粒子的熔點及活性劑的活性溫度。
[0026]本發(fā)明人等在上述前提下進行深入研究，結果得出如下見解:按照在金屬粒子的熔點下將除該金屬粒子以外的其他含有成分的粘度抑制為0.57Pa.s以下、且即便在活性劑的活性溫度低于金屬粒子的熔點的情況下也不會低出超過50°C的方式制備接合材料，結果可以不損害活性劑的活性作用(還原作用)使熱固化性樹脂良好地流動，從而可獲得上述所需的電子裝置。
[0027]S卩，本發(fā)明的接合材料，其特征在于，至少含有在第I溫度Tl下熔融的金屬粒子、在高于上述第I溫度Tl的第2溫度T2下固化的熱固化性樹脂、以及在低于上述第2溫度T2的第3溫度T3下活化而將形成于上述金屬粒子表面的氧化皮膜除去的活性劑，在上述第I溫度Tl下，除上述金屬粒子以外的含有成分的粘度為0.57Pa.s以下，且上述第I溫度Tl及上述第3溫度T3滿足Tl - T3〈50。
[0028]由此，在熱固化性樹脂固化之前，金屬粒子及活性劑充分地流動，在熱固化性樹脂固化時，熔融的金屬粒子與熱固化性樹脂中流動的其他金屬粒子及電極牢固地接合而非隔著氧化皮膜的狀態(tài)。此外，由于熱固化性樹脂的流動性良好，因此通過僅在一個電子部件的電極上涂布接合材料，熱固化性樹脂可流動至形成于電極接合部之間的間隙而實現(xiàn)對該間隙的填充，可有助于提高電子裝置的機械強度。另外，即便在將接合材料涂布于一個電子部件的包括電極在內(nèi)的表面上的情況下，金屬粒子也會在熱固化性樹脂的流動作用、活性劑的活性作用、及金屬粒子對電極的濕潤作用的相互作用下移動至電極側(cè)。因此，可在電極接合部使金屬粒子彼此、金屬粒子與電極牢固地接合，另一方面，電極接合部間僅殘留熱固化性樹脂，有助于提高電子裝置的機械強度及絕緣性的可靠性。
[0029]此外，就本發(fā)明的接合材料而言，優(yōu)選:上述金屬粒子的主成分由Sn-Bi系合金形成。
[0030]進而，就本發(fā)明的接合材料而言，優(yōu)選:上述金屬粒子的含量以體積比率計為50體積％以下。
[0031]由此可在不損害印刷性的情況下獲得機械強度良好的電子裝置。
[0032]此外，就本發(fā)明的接合材料而言，優(yōu)選:上述金屬粒子的含量以體積比率計為10體積％以上。
[0033]由此可在不損害電特性的情況下獲得機械強度良好的電子裝置。
[0034]另外，就本發(fā)明的接合材料而言，優(yōu)選:上述金屬粒子的含量以體積比率計為15體積％以上。
[0035]由此，即便在將接合材料涂布于一個電子部件的包括電極在內(nèi)的表面上的情況下，也可使金屬粒子有效地流動至電極接合部。[0036]此外，本發(fā)明的電子裝置的制造方法，其特征在于，所述電子裝置具有形成有2個以上電極的多個電子部件，且上述多個電子部件中的一個電子部件與其他電子部件電連接，所述制造方法如下:將上述任一情況所述的接合材料涂布于上述一個電子部件的電極上之后，在上述接合材料上配置上述其他電子部件的電極，進行加熱處理而使上述接合材料中所含的金屬粒子熔融，并且使上述接合材料中所含的活性劑活化而將形成于上述金屬粒子表面的氧化皮膜除去，使上述一個電子部件的電極與上述其他電子部件的電極經(jīng)由上述熔融的金屬而接合，形成2個以上的相互電絕緣的電極接合部，另一方面使上述接合材料中所含的熱固化性樹脂流動，用上述熱固化性樹脂填充形成于上述電極接合部之間的間隙。
[0037]由此，能夠抑制金屬內(nèi)部及金屬與電極之間產(chǎn)生剝離或裂紋等結構缺陷，獲得機械強度、電連接性與絕緣性的可靠性得到提高的電子裝置。
[0038]另外，本發(fā)明的電子裝置的制造方法，其特征在于，所述電子裝置具有帶2個以上電極的多個電子部件，且一個電子部件與其他電子部件電連接，所述制造方法如下:將上述任一情況所述的接合材料涂布于上述一個電子部件的包括電極在內(nèi)的表面上之后，在上述接合材料上配置上述其他電子部件，進行加熱處理而使上述接合材料中所含的金屬粒子熔融，并且使上述接合材料中所含的活性劑活化而將形成于上述金屬粒子表面的氧化皮膜除去，使上述熔融的金屬粒子移動至上述一個電子部件的電極與上述其他電子部件的電極之間而將上述電極之間接合，形成2個以上的相互電絕緣的電極接合部，并用上述接合材料中所含的熱固化性樹脂對上述電極接合部之間進行填充。
[0039]由此可以在不產(chǎn)生短路等的情況下獲得電連接性及絕緣性良好的電子裝置。
[0040]發(fā)明效果
[0041]根據(jù)上述電子裝置，一個電子部件的電極與其他電子部件的電極經(jīng)由Sn-Bi系合金等金屬而接合，形成2個以上的相互電絕緣的電極接合部，并且一個上述電極接合部與其他上述電極接合部的間隙被熱固化性樹脂填充，因此可避免在電極接合部之間存在空隙。因此，電子裝置的機械強度提高。此外，使用時即便在負載有一定熱循環(huán)的情況下，也可抑制電子部件產(chǎn)生應變等，并且即便反復產(chǎn)生應變等也可抑制電連接發(fā)生劣化。即，電極接合部間的機械強度提高，可抑制金屬內(nèi)部及電子部件與金屬之間發(fā)生剝離或產(chǎn)生裂紋等結構缺陷。而且，使金屬內(nèi)部的接合狀態(tài)及金屬與電極的接合狀態(tài)變牢固，電連接性的可靠性提高。此外，由于如上述那樣電極接合部之間被熱固化性樹脂填充，因此即便在高溫多濕下長時間放置也可極力避免電極接合部吸收水分，可實現(xiàn)絕緣性提高、具有良好的可靠性的電子裝置。
[0042]此外，根據(jù)本發(fā)明的接合材料，由于至少含有在第I溫度Tl下熔融的金屬粒子、在高于上述第I溫度Tl的第2溫度T2下固化的熱固化性樹脂、及在低于上述第2溫度T2的第3溫度T3下活化而將形成于上述金屬粒子表面的氧化皮膜除去的活性劑，在上述第I溫度Tl下，除上述金屬粒子以外的含有成分的粘度為0.57Pa*s以下，且上述第I溫度Tl及上述第3溫度T3滿足Tl - T3〈50，因此在熱固化性樹脂固化之前，金屬粒子和活性劑充分地流動，在熱固化性樹脂固化時，熔融的金屬粒子與熱固化性樹脂中流動的其他金屬粒子及電極牢固地接合而非隔著氧化皮膜的狀態(tài)。此外，由于熱固化性樹脂的流動性良好，因此通過僅在一個電子部件的電極上涂布接合材料，從而熱固化性樹脂可流動至形成于電極接合部之間的間隙而實現(xiàn)對該間隙的填充，可有助于提高電子裝置的機械強度。另外，即便在將接合材料涂布于一個電子部件的包括電極在內(nèi)的表面上的情況下，金屬粒子也會在熱固化性樹脂的流動作用、活性劑的活性作用、及金屬粒子對電極的濕潤作用的相互作用下移動至電極側(cè)。因此，可在電極接合部使金屬粒子彼此、金屬粒子與電極牢固地接合，另一方面，電極接合部間僅殘留熱固化性樹脂，有助于提高電子裝置的機械強度及絕緣性的可靠性。
[0043]此外，根據(jù)本發(fā)明的電子裝置的制造方法，將上述任一情況所述的接合材料涂布于上述一個電子部件的電極上之后，在上述接合材料上配置上述其他電子部件的電極，進行加熱處理而使上述接合材料中所含的金屬粒子熔融，并且使上述接合材料中所含的活性劑活化而將形成于上述金屬粒子表面的氧化皮膜除去，使上述一個電子部件的電極與上述其他電子部件的電極經(jīng)由上述熔融的金屬而接合，形成2個以上的相互電絕緣的電極接合部，另一方面使上述接合材料中所含的熱固化性樹脂流動，用上述熱固化性樹脂填充形成于上述電極接合部之間的間隙，因此，即便在僅在一個電子部件的電極上涂布接合材料的情況下，也會由于接合材料的流動性良好而經(jīng)由電極間焊料進行牢固地接合。而且，由于熱固化性樹脂流動至電極接合部間的間隙而將該間隙填充，因此使用時即便在負載一定熱循環(huán)的情況下，也可抑制電子部件產(chǎn)生應變等，可牢固地維持金屬彼此的接合狀態(tài)及金屬與電極的接合狀態(tài)。即，可抑制金屬內(nèi)部及金屬與電極之間的剝離或裂紋等結構缺陷，可獲得機械強度及電連接性與絕緣性的可靠性得到提高的電子裝置。
[0044]此外，根據(jù)本發(fā)明的電子裝置的制造方法，將上述任一情況所述的接合材料涂布于上述一個電子部件的包括電極在內(nèi)的表面上之后，在上述接合材料上配置上述其他電子部件，進行加熱處理而使上述接合材料中所含的金屬粒子熔融，并且使上述接合材料中所含的活性劑活化而將形成于上述金屬粒子表面的氧化皮膜除去，使上述熔融的金屬粒子移動至上述一個電子部件的電極與上述其他電子部件的電極之間而將上述電極之間接合，形成2個以上的相互電絕緣的電極接合部，并用上述接合材料中所含的熱固化性樹脂對上述電極接合部之間進行填充，因此，由于接合材料的流動性良好，并且通過活性劑的作用使金屬粒子容易地與電極接合，故不存在金屬球殘留于上述間隙的情況。因此，可在不產(chǎn)生短路等的情況下獲得電連接性及絕緣性良好的電子裝置。
[0045]尤其在使用Sn-Bi系合金作為金屬粒子的情況下，Sn-Bi系合金由于楊氏模量較小、且熔融時的體積膨脹率較小，因此也無熔融的金屬噴出至電極接合部之間的情況，因此可抑制因短路或熱循環(huán)所引起的裂紋等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1是表示本發(fā)明的電子裝置的一個實施方式的剖面圖。
[0047]圖2是用于說明本發(fā)明的電子裝置的制造方法的第I實施方式的剖面圖。
[0048]圖3是用于說明本發(fā)明的電子裝置的制造方法的第2實施方式的剖面圖。
[0049]圖4是專利文獻I中所記載的以往的電子裝置的剖面圖。
【具體實施方式】
[0050]接著，對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。[0051]圖1是表示本發(fā)明的電子裝置的一個實施方式的剖面圖。
[0052]該電子裝置中，形成有焊盤電極la、lb的印刷基板2 (電子部件)與在部件基體3的兩端形成有一對外部電極4a、4b的芯片型電子部件5 (電子部件)經(jīng)由焊料6 (金屬)而接合，形成相互電絕緣的電極接合部7a、7b。而且，電極接合部7a、7b的周圍被熱固化性樹脂8覆蓋，并且在電極接合部7a與電極接合部7b的間隙、即印刷基板2上的非電極形成部與部件基體3之間填充有上述熱固化性樹脂8。
[0053]此處，作為印刷基板2所使用的基板材料，并無特別限定，可使用環(huán)氧玻璃、酚醛塑料(Bakelite)等任意材料。
[0054]此外,形成焊盤電極la、lb的電極材料也無特別限定,可使用Ag、Cu、Ni等任意的導電性材料，也可使用在表面鍍敷Au皮膜等而形成的材料。
[0055]此外，芯片型電子部件5只要能夠進行表面安裝，則也并無特別限定，例如可使用電阻器、層疊陶瓷電容器、壓電部件、線圈部件、各種IC (Integrated Circuit,集成電路)芯片部件、半導體部件等。
[0056]此外，形成外部電極4a、4b的電極材料也無特別限定，例如可使用在由Ag或Cu所形成的基底電極的表面鍍敷Ni皮膜、Sn皮膜、Au皮膜等而形成的材料。
[0057]而且，在本實施方式中，由于在電極接合部7a與電極接合部7b的間隙填充有熱固化性樹脂8，因此機械強度提高，電連接性的可靠性提高，且可獲得良好的絕緣性，可實現(xiàn)耐久性的提聞。
[0058]S卩，在如專利文獻I那樣的以往的電子裝置中，由于在電極接合部7a與電極接合部7b之間形成空隙，因此使用時若負載一定的熱循環(huán)，則因與印刷基板2及芯片型電子部件5等的熱膨脹率的差異而使厚度較薄的印刷基板2產(chǎn)生應變，其結果為:存在導致機械強度降低、或?qū)е码姌O接合部7a、7b處的電連接性的可靠性降低的風險。此外，若長時間暴露在高溫多濕下，則電極接合部7a、7b處吸濕，水分滲入該電極接合部7a、7b，其結果存在絕緣電阻降低、有損可靠性的風險。
[0059]因此，本實施方式中，通過在電極接合部7a與電極接合部7b的間隙填充熱固化性樹脂8，可避免印刷基板2發(fā)生應變，并且即便發(fā)生應變也可緩和應變所產(chǎn)生的應力，由此提高機械強度及電連接性的可靠性，并且極力避免水分滲入至電極接合部7a、7b，實現(xiàn)絕緣性的可靠性的提高。
[0060]如此，在本電子裝置中，由于在電極接合部7a、7b之間填充熱固化性樹脂8，因此機械強度提高，可抑制焊料6a、6b內(nèi)部及焊料6a、6b與焊盤電極la、Ib和/或外部電極4a、4b之間發(fā)生剝離或產(chǎn)生裂紋等結構缺陷。而且，由于以如上方式提高機械強度，因此焊料6a、6b內(nèi)部的接合狀態(tài)及焊料6a、6b與焊盤電極la、lb和/或外部電極4a、4b的接合狀態(tài)變得牢固，電連接性的可靠性提高。此外，由于如上述那樣用熱固化性樹脂8對電極接合部7a、7b之間進行填充，因此即便在高溫多濕下長時間放置也可極力避免電極接合部吸收水分，可實現(xiàn)絕緣性提高、具有良好可靠性的電子裝置。
[0061]接著，對上述電子裝置的制作中所使用的接合材料進行詳細敘述。
[0062]本接合材料至少含有焊料粒子(金屬粒子)、熱固化性樹脂、及作為還原劑發(fā)揮作用的活性劑。
[0063]本接合材料中，熔融的焊料粒子在熱固化性樹脂中流動，并與其他焊料粒子及外部電極4a、4b或焊盤電極la、Ib接觸、熱粘接而接合。此外,使熔融的焊料粒子在熱固化性樹脂中盡可能地容易流動，且可流動的時間越長，越能使其可靠地接合。
[0064]因此，為了使焊盤電極la、lb與外部電極4a、4b經(jīng)由焊料6a、6b以良好的狀態(tài)接合，熱固化性樹脂中的焊料粒子的流動性成為重要要素。而且，該熱固化性樹脂中的焊料粒子的流動性，依賴于在焊料粒子的熔點Tl (第I溫度)下除該焊料粒子以外的其他含有成分(熱固化性樹脂、活性劑等)的粘度，即依賴于除焊料粒子以外的以樹脂為主成分的含有成分的粘度(以下，簡稱作“樹脂粘度”)。
[0065]而且，通過將焊料粒子的熔點Tl下的樹脂粘度設為0.57Pa.s以下，從而熱固化性樹脂的流動性變 得良好，因此熔融的焊料的流動性也變得良好，可使焊料粒子與其他焊料粒子、及焊料粒子與外部電極4a、4b或焊盤電極la、Ib容易地接觸而熱粘接,進而能夠牢固地接合。
[0066]需要說明的是，樹脂粘度的下限只要能夠糊劑化即可，并無特別限定，通常制備成0.0OlPa.s 以上。
[0067]此外，為了使焊料粒子彼此、以及焊料粒子與焊盤電極la、la及外部電極4a、4b進行熱粘接，僅使焊料粒子熔融是不夠的，需要除去形成于焊料粒子表面的氧化皮膜。即，通常，在焊料粒子的表面形成有氧化皮膜，即便焊料粒子的內(nèi)部發(fā)生熔融，在焊料粒子的表面也會殘留氧化皮膜。因此，在焊料粒子的表面形成有氧化皮膜的狀態(tài)下，由于焊料粒子與其他焊料粒子、以及焊料粒子與焊盤電極la、Ia及外部電極4a、4b經(jīng)由氧化皮膜而接合，故存在無法確保所需的電連接性的風險。而且，為了消除此種情況，需要使接合材料中含有具有還原性的活性劑，使活性劑與焊料粒子的表面接觸而發(fā)生氧化還原反應，除去氧化皮膜。
[0068]因此，為了使焊盤電極la、Ib與外部電極4a、4b的接合狀態(tài)保持良好，就要使熱固化性樹脂中的焊料粒子的流動性變得良好，并且焊料粒子的融點Tl、熱固化性樹脂的固化溫度T2、及活性劑的活性溫度T3 (第3溫度)的相互關系較為重要。
[0069]而且，本實施方式中，以使這些相互關系滿足下述數(shù)式(I)~(3)的方式準備接合材料的成分組成。
[0070]T1〈T2…(I)
[0071]Τ3〈Τ2…(2)
[0072]Tl — T3〈50...(3)
[0073]即，焊料粒子的熔點Tl及活性劑的活性溫度Τ3低于熱固化性樹脂的固化溫度Τ2，且即便在將活性劑的活性溫度Τ3設定為低于焊料粒子的熔點Tl的情況下，也會設定成不會低出50°C以上的溫度。
[0074]以下，敘述使焊料粒子的熔點Tl、熱固化性樹脂的固化溫度T2、及活性劑的活性溫度T3滿足上述(I)~(3)的理由。
[0075](I)焊料粒子的熔點Tl與熱固化性樹脂的固化溫度T2的關系
[0076]若焊料粒子的熔點Tl高于熱固化性樹脂的固化溫度T2，則在焊料粒子熔融之前熱固化性樹脂開始固化，因此難以使焊料粒子在熱固化性樹脂中充分地流動，難以獲得良好的接合狀態(tài)。
[0077]為此，本實施方式中，以焊料粒子的熔點Tl低于熱固化性樹脂的固化溫度T2的方式、即以T1〈T2的方式準備接合材料的成分組成。[0078](2)熱固化性樹脂的固化溫度T2與活性劑的活性溫度T3的關系
[0079]在活性劑的活性溫度T3高于熱固化性樹脂的固化溫度T2的情況下，熱固化性樹脂的固化開始后，活性劑發(fā)生液化而活化，因此難以在焊料粒子表面發(fā)生所需的氧化還原反應，存在無法使焊料粒子彼此以良好狀態(tài)接合的風險。
[0080]為此，本實施方式中，以活性劑的活性溫度T3低于熱固化性樹脂的固化溫度T2的方式、即以T3〈T2的方式準備接合材料的成分組成。
[0081](3)焊料粒子的熔點Tl與活性劑的活性溫度Τ3的關系
[0082]如上述那樣使焊料粒子的熔點Tl及活性劑的活性溫度Τ3低于熱固化性樹脂的固化溫度Τ2，由此在熱固化性樹脂固化之前使焊料粒子及活性劑熔融，可利用活性劑的還原作用除去焊料粒子表面的氧化皮膜并且可使焊料粒子在熱固化性樹脂中流動，可將焊料粒子彼此或焊料粒子與電極(焊盤電極la、lb、外部電極4a、4b)牢固地接合。
[0083]然而，若活性溫度T3比焊料粒子的熔點Tl低50°C以上，則活性劑在焊料粒子熔融之前很早就液化而流動。因此，為了在焊料粒子開始熔融時有效地發(fā)生氧化還原反應，需要預先使接合材料中含有大量活性劑。
[0084]但是，若使接合材料中含有大量活性劑，則存在熱固化性樹脂的固化后的物性很可能變差、導致電子裝置的特性劣化的風險。
[0085]為此，本實施方式中，以活性劑的活性溫度T3不比焊料粒子的熔點Tl低50°C以上的溫度、即Tl - T3〈50的方式準備接合材料的成分組成。
[0086]需要說明的是，在活性劑的活性溫度Τ3高于焊料粒子的熔點Tl的情況下，其程度并無特別限定，但若活性劑的活性溫度Τ3變高，則需要隨之使熱固化性樹脂的固化溫度Τ2也變高，因此即便在活性劑的活性溫度Τ3高于焊料粒子的熔點Tl的情況下，其溫度差也優(yōu)選小于50°C。
[0087]此外，考慮到上述電子裝置的特性等，活性劑的體積含量通常相對于接合材料整體設為0.1?16體積％。
[0088]此外，接合材料中的焊料粒子的含量并無特別限定，但優(yōu)選以體積比率計為50體積％以下。若焊料粒子的體積含量超過50體積％，則焊料粒子的體積含量過剩，接合材料的流動性變差，因此若以通常的印刷速度(例如50mm/sec)進行絲網(wǎng)印刷，則易產(chǎn)生所謂的印刷擦痕。因此，若焊料粒子的體積含量超過50體積％，則必需降低印刷速度，若考慮到生產(chǎn)率，則并不優(yōu)選。
[0089]另一方面，根據(jù)本發(fā)明人等的研究結果可以確認:若焊料粒子的體積含量為10體積％以上，則可獲得良好的電接合性和機械強度。然而，若焊料粒子的體積含量低于15體積％，則由于焊料粒子的體積含量較少，因此在將接合材料還涂布于印刷基板的非電極形成部的情況下，熔融的焊料粒子彼此在距離上分離得較遠而存在未熱粘接的焊料粒子，存在在非電極形成部殘留焊料球的風險。
[0090]因此，焊料粒子的體積含量優(yōu)選為10體積％以上且50體積％以下，進一步更優(yōu)選為15體積％以上且50體積％以下。
[0091]如此，根據(jù)本接合材料，由于焊料粒子的熔點Tl及活性劑的活性溫度T3低于熱固化性樹脂的固化溫度T2，因此在熱固化性樹脂固化前，焊料粒子及活性劑充分地流動。而且，在熱固化性樹脂固化時，熔融的焊料粒子與熱固化性樹脂中流動的其他焊料粒子、以及熔融的焊料粒子與焊盤電極la、lb及外部電極4a、4b牢固地接合而非隔著氧化皮膜的狀態(tài)。此外，由于樹脂粘度低至0.57Pa.s以下，熱固化性樹脂的流動性良好，因此通過僅在印刷基板2的焊盤電極la、lb上涂布接合材料，熱固化性樹脂也會流動至形成于電極接合部7a、7b之間的間隙而能夠?qū)υ撻g隙進行填充，從而有助于提高電子裝置的機械強度。
[0092]此外，即便在將接合材料涂布于印刷基板2的包括焊盤電極la、la在內(nèi)的表面上的情況下，焊料粒子也會在熱固化性樹脂的流動作用、活性劑的活性作用、及焊料粒子對電極的濕潤作用的相互作用下移動至電極側(cè)。因此，電極接合部7a、7b中，焊料粒子彼此、焊料粒子與焊盤電極la、lb及外部電極4a、4b牢固地接合,另一方面，在電極接合部7a、7b之間僅殘留熱固化性樹脂，可實現(xiàn)電子裝置的機械強度的提高和絕緣性的可靠性的提高。
[0093]而且，作為這樣的焊料粒子，只要是熔點Tl滿足上述數(shù)式(1)、(3)的焊料粒子，則無特別限定，但若使用熔點Tl較高的焊料粒子，則必需使用固化溫度T2較高的熱固化性樹月旨，因此加熱溫度也必須變高，因此優(yōu)選使用Sn-Bi系合金或Sn-Pb系合金等低熔點的焊料粒子。
[0094]尤其，Sn-Bi系合金的楊氏模量較小、熔融時的體積膨脹率較小，故更為優(yōu)選。即，Sn-Bi系合金的楊氏模量較小、熔融時的體積膨脹率較小，因此可避免熔融時金屬噴出至電極間，可有效地抑制短路的產(chǎn)生及熱循環(huán)中的裂紋的產(chǎn)生。此外，Sn-Bi系合金為非鉛系，因此還具有可減輕環(huán)境負荷的優(yōu)點。
[0095]此外，就焊料粒子以外的含有成分而言，只要以樹脂粘度為0.57Pa.s以下、且滿足數(shù)學式(I)?(3)的方式進行準備即可，材料種類并無特別限制。例如，熱固化性樹脂通常通過在樹脂材料中添加固化劑而形成，作為樹脂材料，通常使用環(huán)氧系樹脂，作為固化齊U，例如可使用咪唑類、胺類、三嗪類等。此外，作為活性劑，例如周知的有己二酸、戊二酸、丁二酸等，作為粘度調(diào)整劑，已知有聚酰胺系化合物。
[0096]而且，本接合材料通過以使樹脂粘度為0.57Pa.s以下、且滿足數(shù)學式(I)?(3)的方式，適當調(diào)配上述各種樹脂材料、固化劑、活性劑、粘度調(diào)整劑等來制作。
[0097]圖2是用于說明使用了上述接合材料的電子裝置的制造方法的第I實施方式的剖面圖。
[0098]首先，如圖2 (a)所示，在形成于印刷基板2表面的焊盤電極la、lb上涂布接合材料9a、9b。
[0099]接著，如圖2 (b)所示，以使外部電極4a、4b位于焊盤電極la、lb上的方式將芯片型電子部件5載置于印刷基板2上。
[0100]然后，若進行加熱處理，則在接合材料9a、9b中的熱固化性樹脂開始固化之前，焊料粒子10及活性劑熔融，利用活性劑的活性作用(還原作用)除去焊料粒子10表面的氧化皮膜。由此，焊料粒子10彼此、以及焊料粒子10與焊盤電極1&、113及外部電極4&、413熱粘接,如圖2 (C)所示,形成焊料6a、6b與焊盤電極la、lb及外部電極4a、4b接合的電極接合部7a、7b。而且，熱固化性樹脂8覆蓋外部電極4a、4b的端面的一部分，并且流動至部件基體3與印刷基板2的間隙，將該間隙填充。
[0101]如此，在該第I實施方式中，在將本發(fā)明的接合材料9a、9b涂布于印刷基板2的焊盤電極la、lb上之后，在接合材料9a、9b上配置芯片型部件5的外部電極4a、4b，進行加熱處理而使接合材料9a、9b中的焊料粒子10熔融，并且使活性劑活化而除去形成于焊料粒子10表面的氧化皮膜，使焊盤電極la、Ib與外部電極4a、4b經(jīng)由熔融的焊料6a、6b而接合,形成相互電絕緣的電極接合部7a、7b，另一方面使接合材料9a、9b中的熱固化性樹脂流動化，用熱固化性樹脂8填充形成于電極接合部7a、7b之間的間隙，因此接合材料9a、9b的流動性良好，因而焊盤電極la、lb與外部電極4a、4b經(jīng)由焊料6牢固地接合。而且，熱固化性樹脂8還流動至電極接合部7a、7b之間的間隙而將該間隙填充，因此在基板安裝后的使用時可抑制印刷基板2產(chǎn)生應變等，并且即便產(chǎn)生應變等也能夠緩和其應力，因此可實現(xiàn)機械強度及電連接性的可靠性的提高。
[0102]圖3是用于說明電子裝置的制造方法的第2實施方式的剖面圖。
[0103]首先，如圖3 (a)所示，在印刷基板2的包括電極la、lb在內(nèi)的表面上涂布接合材料11。
[0104]接著，如圖3 (b)所示，以使外部電極4a、4b位于焊盤電極la、lb上的方式將芯片型電子部件5載置于印刷基板2上。
[0105]然后，若進行加熱處理，則在接合材料11中的熱固化性樹脂開始固化之前，焊料粒子12及活性劑熔融，利用活性劑的活性作用(還原作用)除去焊料粒子12表面的氧化皮膜。由此，熔融的焊料粒子以被吸引至電極(焊盤電極la、lb、外部電極4a、4b)側(cè)的方式移動，焊料粒子彼此、以及焊料粒子與上述電極發(fā)生熱粘接而形成電極接合部7a、7b。而且，由于焊料粒子12移動至電極側(cè)，因此如圖3 (c)所示，在部件基體3與印刷基板2的間隙僅殘留熱固化性樹脂8。
[0106]如此，在該第2實施方式中，在將本發(fā)明的接合材料11涂布于印刷基板2的包括焊盤電極la、Ib在內(nèi)的表面上之后，在接合材料11上配置芯片型電子部件5，進行加熱處理而使接合材料11中的焊料粒子12熔融，并且使接合材料11中的活性劑活化而將形成于焊料粒子12表面的氧化皮膜除去，使熔融的焊料粒子12移動至焊盤電極la、lb與外部電極4a、4b之間而將電極間接合，形成2個以上相互電絕緣的電極接合部7a、7b，用接合材料11的熱固化性樹脂8填充形成于電極接合部7a、7b間的間隙，因此，由于接合材料的流動性良好，且焊料粒子因活性劑的作用而容易地與電極接合，因而不存在上述間隙處殘留焊料球的情況，因此可在不產(chǎn)生短路等的情況下獲得電連接性及絕緣性良好的電子裝置。
[0107]需要說明的是，本發(fā)明并不限定于上述實施方式。上述實施方式中使用印刷基板2作為一個電子部件，使用芯片型電子部件5作為其他電子部件，但并不限定于此。例如，對于基板而言，除印刷基板以外，自然也可使用氧化鋁基板、硅基板、陶瓷多層基板等各種基板。此外，作為其他電子部件，也不限于芯片型電子部件，只要具有2個以上用于安裝的電極即可。
[0108]此外，本發(fā)明可廣泛地應用于將2種以上電子部件接合的情況。
[0109]接著，對本發(fā)明的實施例進行具體地說明。
[0110]實施例1
[0111]〔接合材料的制作〕
[0112]作為樹脂材料，準備分子量380的液狀雙酚A型環(huán)氧樹脂(以下，稱作“環(huán)氧樹脂(I)”)、分子量900的固體雙酚A型環(huán)氧樹脂(以下，稱作“環(huán)氧樹脂(2)”)及叔丁基縮水甘油醚(以下，稱作“t-BuGE”)。
[0113]作為焊料粒子，準備Sn與Bi的含有比率以重量比計Sn:Bi為42:58 (以下，稱作“Sn-58Bi”)、30:70 (以下，稱作 “Sn_70Bi”)、20:80 (以下，稱作 “Sn_80Bi”)的 3 種 Sn-Bi
I=1-Wl O
[0114]此外，作為活性劑，準備己二酸、戊二酸、丁二酸、癸酸、富馬酸。
[0115]此外，作為樹脂的固化劑，準備2-苯基-4-甲基-5-羥甲基咪唑(以下，稱作“咪唑化合物”)、2，4_ 二氨基-6-[2’_乙基-4’-甲基咪唑基-0- )]-乙基-均三嗪(以下，稱作“三嗪化合物”)、改性聚胺、酚醛樹脂；作為粘度調(diào)整劑，準備聚酰胺系化合物、丙烯腈-丁二烯共聚物(以下，稱作“腈橡膠”)、微粉二氧化硅、碳黑。
[0116]接著，按照使上述各材料以體積％計達到表1所示量的方式稱量各種材料。然后，利用行星式混合 機將這些稱量物真空攪拌約60分鐘，由此制作成試樣編號I~23的接合材料。
[0117]表1示出了試樣編號I~23的接合材料的材料種類和體積％。
[0118][表1]
【權利要求】
1.一種電子裝置，其特征在于，具有形成有2個以上電極的多個電子部件，且所述多個電子部件中的一個電子部件與其他電子部件電連接， 所述一個電子部件的電極與所述其他電子部件的電極經(jīng)由金屬而接合，形成2個以上的相互電絕緣的電極接合部，并且 一個所述電極接合部與其他所述電極接合部的間隙被熱固化性樹脂填充。
2.根據(jù)權利要求1所述的電子裝置，其中，所述金屬的主成分由Sn-Bi系合金形成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的電子裝置，其中，所述多個電子部件中包含形成有焊盤電極的基板、和在部件基體的表面形成有外部電極的芯片型部件， 所述焊盤電極與所述外部電極經(jīng)由所述金屬而接合，形成所述電極接合部。
4.一種接合材料，其特征在于，至少含有在第I溫度Tl下熔融的金屬粒子、在高于所述第I溫度Tl的第2溫度T2下固化的熱固化性樹脂、以及在低于所述第2溫度T2的第3溫度T3下活化而將形成于所述金屬粒子表面的氧化皮膜除去的活性劑， 在所述第I溫度Tl下，除所述金屬粒子以外的含有成分的粘度為0.57Pa.s以下，且 所述第I溫度Tl及所述第3溫度T3滿足Tl - T3〈50。
5.根據(jù)權利要求4所 述的接合材料，其中，所述金屬粒子的主成分由Sn-Bi系合金形成。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的接合材料，其中，所述金屬粒子的含量以體積比率計為50體積％以下。
7.根據(jù)權利要求4~6中任一項所述的接合材料，其中，所述金屬粒子的含量以體積比率計為10體積％以上。
8.根據(jù)權利要求4~6中任一項所述的接合材料，其中，所述金屬粒子的含量以體積比率計為15體積％以上。
9.一種電子裝置的制造方法，其特征在于，所述電子裝置具有形成有2個以上電極的多個電子部件，且所述多個電子部件中的一個電子部件與其他電子部件電連接，所述制造方法如下: 將權利要求4~8中任一項所述的接合材料涂布于所述一個電子部件的電極上之后，在所述接合材料上配置所述其他電子部件的電極， 進行加熱處理而使所述接合材料中所含的金屬粒子熔融，并且使所述接合材料中所含的活性劑活化而將形成于所述金屬粒子表面的氧化皮膜除去，使所述一個電子部件的電極與所述其他電子部件的電極經(jīng)由所述熔融的金屬而接合，形成2個以上的相互電絕緣的電極接合部，另一方面使所述接合材料中所含的熱固化性樹脂流動，用所述熱固化性樹脂填充形成于所述電極接合部之間的間隙。
10.一種電子裝置的制造方法，其特征在于，所述電子裝置具有帶2個以上電極的多個電子部件，且一個電子部件與其他電子部件電連接，所述制造方法如下: 將權利要求4~8中任一項所述的接合材料涂布于所述一個電子部件的包括電極在內(nèi)的表面上之后，在所述接合材料上配置所述其他電子部件， 進行加熱處理而使所述接合材料中所含的金屬粒子熔融，并且使所述接合材料中所含的活性劑活化而將形成于所述金屬粒子表面的氧化皮膜除去，使所述熔融的金屬粒子移動至所述一個電子部件的電極與所述其他電子部件的電極之間而將所述電極之間接合，形成2個以上的相互 電絕緣的電極接合部，并用所述接合材料中所含的熱固化性樹脂對所述電極接合部之間進行填充。
【文檔編號】H05K3/32GK103843469SQ201280047873
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年9月6日 優(yōu)先權日:2011年9月30日
【發(fā)明者】野村昭博, 高岡英清 申請人:株式會社村田制作所