JP5230578B2

JP5230578B2 - 電子部品搭載用基板

Info

Publication number: JP5230578B2
Application number: JP2009247276A
Authority: JP
Inventors: 哲生平川; 一博松尾
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: JP2011096755A

Description

本発明は、絶縁基体の上面に、半導体素子や圧電素子等の電子部品を搭載するための搭載部が設けられた電子部品搭載用基板に関するものであり、特に、電子部品の下面が搭載部に対向して搭載され、電子部品の下面と搭載部との間にアンダーフィルとしてエポキシ樹脂が充填される電子部品搭載用基板に関するものである。

従来、携帯電話やデジタルカメラ，コンピュータ等の電子機器に使用される半導体素子や圧電素子等の電子部品を搭載するための電子部品搭載用基板として、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体から成り、その上面に電子部品が搭載される搭載部を有する絶縁基体と、搭載部に形成された電極パッドとを備えた電子部品搭載用基板が広く用いられている。

この電子部品用基板の搭載部に電子部品が、電子部品の下面に配置された電極が電極パッドと対向するようにして搭載され、電極と電極パッドとが、はんだや導電性接着剤等の導電性接続材を介して電気的および機械的に接続される。電極パッドは、例えば絶縁基体の上面等の表面や内部に形成された配線導体等を介して搭載部の外側に電気的に導出され、外部の電気回路等と電気的に接続される。

なお、このような電子部品の搭載に際しては、電子部品の電子部品搭載用基板に対する機械的な接続の強度を高く確保するために、エポキシ樹脂等の樹脂材料（いわゆるアンダーフィル）が、電子部品の下面と電子部品搭載用基板の上面の搭載部との間に充填されるのが一般的である。エポキシ樹脂の充填は、通常、流動性を有する未硬化のエポキシ樹脂を電子部品と搭載部との間にいわゆるポッティング等の方法で流し込んで充填し、その後、加熱または紫外線照射等の方法で未硬化のエポキシ樹脂を硬化させる方法で行なわれる。

特開2000−299414号公報特開2007−145996号公報特開2008−251836号公報

しかしながら、上記従来技術の電子部品搭載用基板においては、アンダーフィルとしてのエポキシ樹脂が電子部品搭載用基板の搭載部よりも外側に流れ出てしまいやすいという問題があった。これは、樹脂材料であるエポキシ樹脂が、分子鎖中にエポキシ基や水酸基等の極性基を有していること、および外気の水分が絶縁基体の露出表面に付着しているために絶縁基体の搭載部を含む上面も親水性となっていることから、絶縁基体の表面（上面）に対してエポキシ樹脂が濡れやすいためである。エポキシ樹脂が流れ出てしまうと、電子部品の下面と搭載部との間を充填し切れずに空隙が生じ、電子部品と電子部品搭載用基板に対する接続強度を十分に高くすることができない可能性がある。また、流れ出た樹脂材料が、絶縁基体の上面等の表面に形成されている配線導体等を覆い、配線導体と外部電気回路との電気的な接続が妨げられる等の不具合を生じる可能性がある。

特に、近年、電子部品搭載用基板に電子部品が搭載されてなる電子装置の小型化の要求に応じて、電子部品搭載用基板の小型化や、電極パッドと電極とが対向して接続する面積の減少や、配線導体の高密度化等が進んでいるため、わずかな樹脂材料の流れ出しでも上記のような不具合を生じやすくなってきている。

本発明は上記問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、複数の電極が形成された電子部品の下面が絶縁基体の上面の搭載部に対向して搭載される電子部品搭載用基板において、電子部品の下面と搭載部との間に充填されるエポキシ樹脂が搭載部の外側に流れ出ることを効果的に抑制できる電子部品搭載用基板を提供することにある。

本発明の電子部品搭載用基板は、セラミック焼結体からなり、複数の電極が下面に形成された電子部品を搭載するための搭載部を上面に有する絶縁基体と、前記搭載部に形成された、前記電子部品の前記電極に対向して導電性接続材を介して接続される電極パッドとを備え、前記電子部品の前記下面と前記搭載部との間にエポキシ樹脂が充填される電子部品搭載用基板であって、前記絶縁基体の前記上面の前記搭載部を取り囲む部位は、シリコーンオイルの分子が分子レベルで付着して疎水性になっていることを特徴とするものである。

また、本発明の電子部品搭載用基板は、上記構成において、前記シリコーンオイルの分子が直鎖構造であり、該分子が前記絶縁基体の前記上面に生じている凹凸部分に機械的に付着していることを特徴とするものである。

本発明の電子部品搭載用基板によれば、絶縁基体の上面の搭載部を取り囲む部位が、シリコーンオイルの分子が付着して疎水性になっていることから、極性基を有するエポキシ樹脂（未硬化のもの）は、この疎水性の上面に対しての濡れ性が低い。そのため、電子部品を搭載部に搭載して、電子部品の下面と搭載部との間にエポキシ樹脂を充填したときに、エポキシ樹脂の流れを、絶縁基体の上面の、搭載部を取り囲む疎水性の部分で効果的に阻止することができる。したがってエポキシ樹脂が搭載部よりも外側に流れ出ることを効果的に抑制することができる電子部品搭載用基板を提供することができる。

また、本発明の電子部品搭載用基板によれば、上記構成において、シリコーンオイルの分子が直鎖構造であり、その分子が絶縁基体の上面に生じている凹凸部分に機械的に付着している場合には、シリコーンオイルの分子と絶縁基体の上面との間の機械的な接触の面積をより大きく確保することができる。したがって、この場合には、シリコーンオイルの分子を絶縁基体の上面により強固に付着させておくことが可能であり、より確実にエポキシ樹脂の流れ出しを抑制することが可能な電子部品搭載用基板を提供することができる。

本発明の電子部品搭載用基板の実施の形態の一例を示す平面図である。図１に示す電子部品搭載用基板に電子部品を搭載した状態を示す断面図である。（ａ）は本発明の電子部品搭載用基板の実施の形態の一例における要部を拡大して模式的に示す要部拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部分をさらに拡大して示す要部拡大断面図である。

本発明の電子部品搭載用基板について添付図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明の電子部品搭載用基板の実施の形態の一例を示す平面図であり、図２は図１に示す電子部品搭載用基板に電子部品を搭載した状態を示す断面図である。

図１および図２において、１は絶縁基体，１ａは搭載部，２は電極パッド，３は電子部品，３ａは電極，４は導電性接続材，５はエポキシ樹脂である。絶縁基体１および電極パッド２により電子部品搭載用基板９が基本的に構成され、この電子部品搭載用基板９に電子部品３が搭載されて電子装置が形成されている。

絶縁基体１は、ガラスセラミック焼結体や酸化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体からなり、その上面に電子部品３が搭載される搭載部１ａが設けられている。

絶縁基体１は、例えば、ガラスセラミック焼結体で形成されている場合であれば、ホウケイ酸系ガラス粉末や酸化アルミニウム，酸化カルシウム等のセラミック粉末等を含む原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿物を作るとともに、この泥漿物をドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を作製して、その後、セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、約950〜1000℃で焼成することによって製作される。

絶縁基体１上面の搭載部１ａには、電子部品３の電極３ａと対向して、はんだや導電性接着剤等の導電性接続材４を介して電気的および機械的に接続される複数の電極パッド２が形成されている。

電極パッド２は、例えば円形状や楕円形状，四角形状、またはこれらの形状であって外辺の一部に凹凸部分が設けられたような形状であり、銅や銀，パラジウム，金，白金，タングステン，モリブデン，マンガン等の金属材料により形成されている。

電極パッド２は、例えば銅からなる場合であれば、銅の粉末に有機バインダーおよび溶剤を添加混合して金属ペーストを作製して、この金属ペーストをスクリーン印刷法等の印刷方法で絶縁基体１となるセラミックグリーンシートの上面に所定の円形状等のパターンに印刷塗布しておくことによって形成される。

電極パッド２は、例えば、絶縁基体１上面の電極パッド２が形成されている部分から絶縁基体１の下面にかけて形成された配線導体６を介して絶縁基体１の下面等の外表面に電気的に導出されている。この配線導体６を外部電気回路（図示せず）に電気的に接続すれば、搭載される電子部品３の電極３ａを外部電気回路に電気的に接続することができる。

搭載部１ａに搭載される電子部品３は、半導体集積回路素子（ＩＣ）やフォトダイオー（ＰＤ）等の半導体素子，弾性表面波素子，圧力センサ素子や加速度センサ素子等のセンサ素子，コンデンサ，インダクタ，抵抗器等である。

電子部品３は、例えばＩＣの場合であれば、シリコン等の半導体基板の主面に電極３ａが形成されている。この電極３ａが電子部品搭載用基板９の電極パッド２と対向し、導電性接続材４を介して接続される。つまり、電子部品３は、電極３ａが形成された主面が下向きに（下面となって）搭載される、いわゆるフリップチップ実装の方法で搭載される。

導電性接続材４は、上記のようにはんだや導電性接着剤等である。例えば、はんだペーストを介して電極パッド２と電極３ａとが対向するように位置合わせしておいて、治具等で保持しながら炉中で加熱すれば、はんだからなる導電性接続材４を介して電極パッド２と電極３ａとが電気的および機械的に接続される。

また、この電子部品搭載用基板９においては、電子部品３が搭載された後に、搭載部１ａと電子部品３の下面との間（導電性接続材４の部分を除く空間部分）に、アンダーフィルとしてエポキシ樹脂５が充填される。

エポキシ樹脂５は、電子部品搭載用基板９の上面（搭載部１ａ）と電子部品３の下面とを機械的に接続して、電子部品３の電子部品搭載用基板９に対する機械的な接続の強度を確保するためのものである。エポキシ樹脂５は、例えば熱硬化型であり、流動性を有する未硬化の状態で搭載部１ａと電子部品３の下面との間に、ポッティング等の方法で充填される。

熱硬化型のエポキシ樹脂５としては、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，フェノールノボラック型エポキシ樹脂およびクレゾールノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、末端にエポキシ基を有する分子同士が互いのエポキシ基の間で重合反応を生じ、いわゆる３次元構造を形成して硬化する。このようなエポキシ樹脂５は、極性が大きいエポキシ基や水酸基（フェノールの水酸基等）を有しているため、全体的に極性が大きい。

また、セラミック焼結体からなる絶縁基体１は、セラミック焼結体中に酸素成分を有し、この酸素成分が極性を有していることや、外気中の水分が露出する表面に付着しやすいことから、後述する搭載部１ａを取り囲む部分を除く表面が親水性になっている。そのため、この表面の一部である上面の搭載部１ａにエポキシ樹脂５が濡れやすく、電子部品３の下面と搭載部１ａとの間にエポキシ樹脂５が良好に充填される。

そして、この電子部品搭載用基板９は、上記のように電子部品３の下面と搭載部１ａとの間にエポキシ樹脂５が充填されるものであって、絶縁基体１の上面の搭載部１ａを取り囲む部位Ｓは、シリコーンオイルの分子が付着して疎水性になっている。

この電子部品搭載用基板９によれば、絶縁基体１の上面の搭載部１ａを取り囲む部位Ｓが、シリコーンオイルの分子が付着して疎水性になっていることから、極性基を有するエポキシ樹脂５（未硬化のエポキシ樹脂）は、この疎水性の上面に対しての濡れ性が低い。そのため、電子部品３を搭載部１ａに搭載して、電子部品３の下面と搭載部１ａとの間に未硬化のエポキシ樹脂５を充填したときに、そのエポキシ樹脂５の流れを、絶縁基体１の上面の、搭載部１ａを取り囲む疎水性の部分Ａで効果的に阻止することができる。したがってエポキシ樹脂５が搭載部１ａよりも外側に流れ出すことを効果的に抑制することができる電子部品搭載用基板９を提供することができる。

この場合、シリコーンオイルは、層状に被着しているのではなく、シリコーンオイルを構成している低重合度のシリコーンの分子が、分子レベルで絶縁基体１の上面に機械的に付着している。シリコーンオイルは、例えばジメチルシリコーンやジエチルシリコーン等の重合体であり、シロキサン結合（−Ｓｉ−Ｏ−）の繰り返しの主構造のケイ素（Ｓｉ）に極性の低いメチル基やエチル基が結合してなるシリコーンであって、重合度が比較的低いもの（１つのシロキサン結合を単位とした重合度が約100〜2000程度のもの）である。このアルキル基等の極性が小さいため、シリコーンオイルは全体に極性が小さい。そして、この極性が小さいシリコーンオイルが絶縁基体１の上面の搭載部１ａを取り囲む部位Ｓに付着しているため、この部位Ｓにおいて絶縁基体１の上面が疎水性になっている。

なお、電子部品３と絶縁基体１の搭載部１ａとの間に充填するアンダーフィルとしてのエポキシ樹脂５は、酸化アルミニウム粉末等の無機粉末（図示せず）が添加されたものや、異なる組成のエポキシ樹脂が混合されたものや、ポリウレタン樹脂等の他の樹脂材料（図示せず）が混合されているものでもよい。これらの添加される酸化アルミニウム粉末や極性基であるシアノール基等を有するウレタン樹脂等も極性を有しているため、エポキシ樹脂５中に分散させることが容易であり、また、疎水性とされた絶縁基体１の上面の部位Ｓには流れにくい。

上記の無機粉末やエポキシ樹脂以外の樹脂材料は、例えばセラミック焼結体からなる絶縁基体１とエポキシ樹脂５との間で熱膨張率の差を小さくして、両者の間に生じる熱応力を低減することや、エポキシ樹脂５の弾性率を低くして絶縁基体１と電子部品３との間に生じる熱応力を緩和すること等のために混合される。

このようなシリコーンオイルの付着は、例えばシリコーンオイルが添加されたシリコーンゴム（図示せず）を絶縁基体１の上面の所定部位に押し当てることにより行なうことができる。この押し当ての際に圧力により、シリコーンゴムに添加されたシリコーンオイルがにじみ出て、絶縁基体１の上面に被着される。シリコーンオイルの分子は、層状とするほどに厚く被着させる必要はなく、また化学結合をさせるための加温等の操作も不必要なので、上記のような簡単な方法で、絶縁基体１の上面に被着させることができる。

シリコーンゴムへのシリコーンオイルの添加は、例えばシリコーンゴムの粉末にシリコーンオイルを混合し、これらに加硫や成型、加熱等の加工を施して所定の形状に形成することによって行なうことができる。

絶縁基体１上面のシリコーンオイルを付着させる部位Ｓの内周は、搭載部１ａの外周と同じか、または少し外側に設定すればよい。搭載部１ａの外周は、例えば、絶縁基体１の上面のうち、搭載部１ａに電子部品３を搭載したときに平面視で電子部品３の外周と重なる位置である。例えば、図２に示す例では、絶縁基体１の上面のうち平面視で電子部品３の外周よりも少し外側にシリコーンオイルを付着させて、エポキシ樹脂５の流れ出しを阻止している。この場合には、エポキシ樹脂５の外側面が外側に傾斜しているため、エポキシ樹脂５と絶縁基体１との接合面積を大きくして、エポキシ樹脂５の絶縁基体１に対する接合強度を高くすることができる。

また、絶縁基体１上面のシリコーンオイルを付着させる部位Ｓの外周は、図１に示す例では絶縁基体１の上面の外周よりも内側に位置しているが、上面の外周と同じ位置であってもよい。つまり、絶縁基体１の上面のうち搭載部１ａを除く部位のほぼ全面または全面にシリコーンオイルを付着させるようにしてもよい。また、シリコーンオイルは、絶縁基体１の下面や側面等に付着していても構わない。

シリコーンゴムに対するシリコーンオイルの添加量は、例えばジメチルシリコーンの分子を付着させる場合であれば、約１〜10質量％程度に設定すればよい。

なお、本発明の電子部品搭載用基板９においては、絶縁基体１の上面における性質を疎水性とすることによりエポキシ樹脂５の流れ出しを抑制しているため、例えば搭載部１ａを取り囲むように絶縁基体１の上面に樹脂材料等でいわゆるダム（図示せず）を設けて、このダムでエポキシ樹脂５の流れを機械的に止めるようにした場合に比べて、次のような利点がある。すなわち、この電子部品搭載用基板９においては、電子部品３が搭載される搭載部１ａを取り囲む部位にダム等の突起物がないため、電子部品３の搭載部１ａへの搭載は、ダム等で妨げられることがなく、容易に行なうことができる。また、ダム等に比べて、上記のように簡単な方法で被着させることができるので、電子部品搭載用基板９としての生産性やコストの点でも有利である。

この電子部品搭載用基板９は、上記構成において、例えば図３（ａ）および（ｂ）に示すように、シリコーンオイルの分子ＳＢが直鎖構造であり、その分子が、絶縁基体１の上面に生じている凹凸部分に機械的に付着している場合には、シリコーンオイルの分子ＳＢと絶縁基体１の上面との間の機械的な接触の面積をより大きく確保することができる。したがって、この場合には、シリコーンオイルの分子ＳＢを絶縁基体１の上面により強固に付着させておくことが可能であり、より確実にエポキシ樹脂５の流れ出しを抑制することが可能な電子部品搭載用基板９を提供することができる。なお、図３（ａ）は、本発明の電子部品搭載用基板９の実施の形態の一例における要部を拡大して模式的に示す要部拡大断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の破線で囲んだＡ部分をさらに拡大して示す要部拡大断面である。図３において図１および図２と同様の部位には同様の符号を付している。

この場合、極性の小さいシリコーンオイルの分子ＳＢが極性の絶縁基体１の上面に付着する機構は、上記のように機械的な摩擦力等によるものであり、このような機械的な付着を有効に行なわせる上で、絶縁基体１の上面における表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）で約0.1μｍ以上であることが好ましい。

また、シリコーンオイルの分子ＳＢが直鎖構造であり、分子構造における立体的な障害が小さいので、シリコーンオイルとしての流動性が良好であり、シリコーンゴムから絶縁基体１の上面に流動させて塗布することや、絶縁基体１の上面に流動させて均一に付着させることがより容易である。

重合度が約500〜1000のジメチルシリコーンからなるシリコーンオイルを、酸化アルミニウム質焼結体を用いて作製した絶縁基体の上面に、この上面の搭載部を取り囲むようにしてシリコーンオイルを付着させて、エポキシ樹脂の流れ出しの有無を確認した。絶縁基体は、平面視で１辺の長さが約10ｍｍの正方形状であり、搭載部は、上面の中央部に位置した、１辺の長さが約0.4ｍｍの正方形状であった。

シリコーンオイルは、重合度約10000以上のジメチルシリコーンからなるシリコーンゴムに上記のシリコーンオイルを添加したものを準備し、これを、上記の搭載部を取り囲む枠状に切断した後、搭載部を取り囲むように絶縁基体の上面に約10秒間押し当てる方法で付着させた。なお、絶縁基体のシリコーンオイルを付着させた部位における表面粗さは、針を用いた機械的な方法で測定したところ、算術平均粗さ（Ｒａ）で約0.1〜0.5μｍであった。

搭載部には、１辺の長さが約0.38ｍｍの正方形板状の半導体基板を試験用の電子部品として搭載し、電子部品と搭載部との間にビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂を充填した後に加熱硬化させた。その後、エポキシ樹脂の搭載部からの流れ出しの有無を目視によって確認した。

なお、比較例として、上記本発明の電子部品搭載用基板の実施例のようなシリコーンオイルの塗布を行なわない電子部品搭載用基板を準備し、上記の実施例と同様にエポキシ樹脂の流れ出しの有無を確認した。

その結果、実施例の電子部品搭載用基板においては、試験した100個においてエポキシ樹脂の流れ出しが確認されなかったのに対し、比較例の電子部品搭載用基板においては、試験した100個のうち２個において搭載部の外側にエポキシ樹脂が、それぞれ搭載部の１辺において、約0.5〜0.6ｍｍ程度、エポキシ樹脂が流れ出ているのが確認された。これにより、本発明の電子部品搭載用基板における、搭載部の外側へのエポキシ樹脂の流れ出しを抑制する効果を確認することができた。

１・・・絶縁基体
１ａ・・搭載部
２・・・電極パッド
３・・・電子部品
３ａ・・電極
４・・・導電性接続材
５・・・エポキシ樹脂
６・・・配線導体
９・・・電子部品搭載用基板
Ｓ・・・シリコーンオイルを付着させた部位
ＳＢ・・シリコーンオイルの分子

Claims

セラミック焼結体からなり、複数の電極が下面に形成された電子部品を搭載するための搭載部を上面に有する絶縁基体と、前記搭載部に形成された、前記電子部品の前記電極に対向して導電性接続材を介して接続される電極パッドとを備え、前記電子部品の前記下面と前記搭載部との間にエポキシ樹脂が充填される電子部品搭載用基板であって、前記絶縁基体の前記上面の前記搭載部を取り囲む部位は、シリコーンオイルの分子が分子レベルで付着して疎水性になっていることを特徴とする電子部品搭載用基板。
前記シリコーンオイルの分子が直鎖構造であり、該分子が前記絶縁基体の前記上面に生じている凹凸部分に機械的に付着していることを特徴とする請求項１記載の電子部品搭載用基板。