CN108349172A - 树脂成型体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

在树脂成型体的制造方法中，通过对作为热固性树脂构件(10)的原料的热固性树脂材料进行加热使其完成固化，从而形成热固性树脂构件。通过对热固性树脂构件的密封面(11)进行激光照射，将位于密封面的最表面的表面层(13)除去，从而使密封面的至少一部分成为存在官能团的新生面(14)。在形成有新生面的热固性树脂构件上，将作为热塑性树脂构件(20)的原料即热塑性树脂材料的、添加了含有与存在于新生面的官能团进行化学键合的官能团的添加剂(20a)的材料进行注射成型，从而使存在于新生面的官能团与存在于添加在热塑性树脂材料中的添加剂中的官能团进行化学键合，同时将热固性树脂构件的密封面用热塑性树脂构件进行密封。作为热固性树脂构件，使用激光照射中所使用的激光的吸收率为每1μm 10％以上的构件。

Description

树脂成型体的制造方法
关联申请的相互参考
本申请以2015年11月17日申请的日本专利申请2015-225071为基础，通过参照而将其公开内容引入本申请。
技术领域
本申请涉及一种将作为热固性树脂构件的表面的密封面用热塑性树脂构件密封而成的树脂成型体的制造方法。
背景技术
以往，作为这种树脂成型体，提出了一种树脂成型体，其具备：由安装有部件的基板等形成的被密封部件、将被密封部件密封的由热固性树脂形成的热固性树脂构件、和将热固性树脂构件的表面密封的由热塑性树脂形成的热塑性树脂构件(参照专利文献1)。这里，在专利文献1的情况下，热塑性树脂构件将作为热固性树脂构件的表面的一部分的密封面密封，并使作为该表面的剩余部分的露出面露出。
这样的树脂成型体会产生下述这样的各优点：对于热固性树脂，从与被密封部件的高密合性或低应力性的方面出发是优选的，对于热塑性树脂，成型物的尺寸精度或韧性良好。例如，作为热固性树脂，可列举出环氧树脂等，作为热塑性树脂，可列举出PPS(聚苯硫醚)或PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)等。
这样的树脂成型体的一般的制造方法如下所述。首先，进行固化模压工序、即一次成型：将被密封部件用作为热固性树脂构件的原料的热固性树脂材料覆盖，将其加热而完成固化，从而形成热固性树脂构件。
接着，进行可塑模压工序、即二次成型：以通过作为热塑性树脂构件的原料的热塑性树脂材料覆盖热固性树脂构件的表面之中的密封面的方式进行注射成型，从而通过加热来形成热塑性树脂构件。这样，就完成了树脂成型体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3620184号公报
发明内容
然而，对于这样的树脂成型体，由于热塑性树脂与热固性树脂的密合性差，所以在热固性树脂构件与热塑性树脂构件的界面容易产生剥离。
因此，在专利文献1的情况下，若在界面产生剥离，则例如外部的水分或污染物质等会从界面中的露出到外部的部分、即从界面中的位于热固性树脂构件的密封面与露出面的边界处的端部沿着界面侵入到树脂成型体的内部。
针对这样的在界面的剥离的问题，在以往公报中，在热可塑模压工序之后，通过在界面中的位于密封面与露出面的边界处的端部配置另外的填充材料，从而将界面的端部覆盖，防止界面的剥离。但是，在这种情况下，由于产生另外使用填充材料的需要，所以担心会导致树脂成型体的形状被制约和成本增加。
于是，本发明人研究了通过对热固性树脂构件的密封面进行激光照射来提高该密封面与热塑性树脂构件的粘接性的方法。在基于该研究的方法中，首先，通过对热固性树脂构件的密封面进行激光照射，并将密封面中位于最表面的表面层除去，从而使密封面成为存在官能团的新生面。
之后，在该方法中，在形成有新生面的热固性树脂构件上，将作为热塑性树脂构件的原料即热塑性树脂材料的、添加了含有与存在于新生面的官能团进行化学键合的官能团的添加剂的材料进行注射成型。由此，使存在于新生面的官能团与存在于添加在热塑性树脂材料中的添加剂中的官能团进行化学键合，同时将热固性树脂构件的密封面用热塑性树脂构件进行密封。
根据该方法，在热固性树脂构件的密封面与将该密封面密封的热塑性树脂构件的界面中，形成了密封面上的污染物被除去后的新生面。而且，在该新生面中实现了介由官能团的热固性树脂构件与热塑性树脂构件的化学键合。通过该化学键合，能够在热固性树脂构件与热塑性树脂构件之间获得高密合性。因此，能够实现热固性树脂构件与热塑性树脂构件的密合性的提高。
但是，在基于该研究的方法中，由于所照射的激光不仅到达热固性树脂的表面，而且还到达内部，所以在密封面中不仅想要除去的表面层被加热，而且其基底部分、即非除去部也被加热，在该非除去部中产生热应力。特别是在热固性树脂构件由作为有机物的树脂成分和作为填料的无机成分构成的情况下，在加热时起因于树脂成分与无机成分的热膨胀率的差，产生大的热应力。
因此，获知在如上述那样利用激光进行表面加工的情况下，会在内部的非除去部中产生微细的裂纹。以下，将该非除去部的裂纹称为加工损伤。而且，该加工损伤通过热塑性树脂构件的成型时或可靠性试验而扩大，导致粘接部的可靠性的降低。
本申请的目的是，在对被热塑性树脂构件密封的热固性树脂构件的密封面照射激光来谋求该密封面与热塑性树脂构件的粘接性提高时，能够尽可能抑制由激光照射引起的热固性树脂构件的加工损伤的影响。
基于本申请的一方案的树脂成型体的制造方法是具备由热固性树脂形成的热固性树脂构件、和将作为热固性树脂构件的表面的至少一部分的密封面密封的由热塑性树脂形成的热塑性树脂构件的树脂成型体的制造方法，其具备以下的工序。
首先，使用作为热固性树脂构件的原料的热固性树脂材料，对热固性树脂材料进行加热使其完成固化，从而形成热固性树脂构件。通过对热固性树脂构件的密封面进行激光照射，从而将位于密封面的最表面的表面层除去，由此将密封面的至少一部分设置成存在官能团的新生面。通过在形成有新生面的热固性树脂构件上，将作为热塑性树脂构件的原料即热塑性树脂材料的、添加了含有与存在于新生面的官能团进行化学键合的官能团的添加剂的材料进行注射成型，从而使存在于新生面的官能团与存在于添加在热塑性树脂材料中的添加剂中的官能团进行化学键合，同时将热固性树脂构件的密封面用热塑性树脂构件进行密封。作为热固性树脂构件，使用激光照射中所使用的激光的吸收率为每1μm 10％以上的构件。
热固性树脂构件的密封面的非除去部的裂纹优选不会产生至非除去部的深处。因此，优选使非除去部的裂纹止于尽可能浅的深度。这里，热固性树脂构件的激光的吸收率越低，则激光的吸收深度、即产生裂纹那样的产生热应力的深度变得越深。
与此相对，像本方案的制造方法那样，作为热固性树脂构件，若使用激光照射中所使用的激光的吸收率为每1μm 10％以上的构件，则能够使非除去部中产生热应力的深度变得有限。因此，根据本方案，能够尽可能抑制由激光照射引起的热固性树脂构件的加工损伤的影响。
附图说明
图1是表示作为本申请的实施方式所述的树脂成型体的半导体装置的截面图。
图2是将图1中所示的半导体装置的制造工序中的截面中的图1中的区域R放大而得到的图。
图3是将紧接图2的制造工序中的截面中的图1中的区域R放大而得到的图。
图4是将紧接图3的制造工序中的截面中的图1中的区域R放大而得到的图。
图5是将紧接图4的制造工序中的截面中的图1中的区域R放大而得到的图。
图6是表示本发明人基于朗伯-比尔定律(Beer-Lambert law)而进行的模拟、即改变热固性树脂的激光吸收率时的激光强度与激光吸收深度的关系的图表。
图7是表示典型的热固性树脂的激光波长与透射率的关系的图。
图8是表示作为颜料的炭黑的激光波长与透射率的关系的图。
具体实施方式
以下，基于图对本申请的实施方式进行说明。另外，在以下的各图相互之间，对彼此相同或均等的部分，为了谋求说明的简化而在图中标注同一符号。
参照图1对本申请的实施方式所述的树脂成型体进行描述。另外，在图1中，关于形成在热固性树脂构件10的表面的粗化面11a的凹凸形状、阶梯差11b的高度，为了容易理解，较大地变形而表示。
该树脂成型体例如搭载于汽车等车辆中，作为用于驱动车辆用的各种电子装置的半导体装置而适用。作为本实施方式的树脂成型体的半导体装置被构成为具备热固性树脂构件10和将热固性树脂构件10的表面的一部分密封的热塑性树脂构件20。
热固性树脂构件10是由环氧树脂等热固性树脂形成的，典型的是，与通常的模压树脂同样地由含有炭黑等颜料的热固性树脂形成。进而，在该热固性树脂中，典型的是含有由二氧化硅或氧化铝等绝缘性无机材料形成的填料。
这样的热固性树脂构件10是通过进行传递模压成型、压缩成型、或者利用封装法等的成型和热固化处理而形成的。
此外，热塑性树脂构件20是由PPS(聚苯硫醚)或PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)等热塑性树脂形成的，并且是通过以将热固性树脂构件10的一部分密封的方式进行注射成型而形成的。
在该热塑性树脂构件20内，添加有添加剂20a。添加剂20a由具有羟基、环氧基、氨基、羰基等中的任一种或多种的聚合物形成。该添加剂20a与存在于热固性树脂构件10的粗化面11a中的官能团进行化学反应，从而能够实现高密合性的热固性树脂-热塑性树脂的接合。
添加了这样的添加剂20a的热塑性树脂构件20通过将热固性树脂构件10的表面的一部分密封，热固性树脂构件10的表面的一部分被设置成被热塑性树脂构件20密封的密封面11。而且，热固性树脂构件10的表面之中的作为除密封面11以外的部分的剩余部分被设置成从热塑性树脂构件20露出的露出面12。
在这里，如图1中所示的那样，热固性树脂构件10的长度方向的一端10a侧的热固性树脂构件10的表面的一部分被设置成密封面11，该长度方向的另一端10b侧的热固性树脂构件的表面的剩余部分被设置成露出面12。
热固性树脂构件10的内部具有被热固性树脂构件10密封的作为第1被密封部件的半导体元件30、作为第2被密封部件的电连接构件40。
作为第1被密封部件的半导体元件30是用于磁传感器、光传感器或压力传感器等的由硅半导体等形成的传感器芯片。这样的半导体元件30可以通过通常的半导体工艺来形成。
例如，在磁传感器用的半导体元件30的情况下，整个半导体元件30被热固性树脂构件10密封，半导体元件30经由热固性树脂构件10来检测外部的磁力。
此外，在光传感器或压力传感器用的半导体元件30的情况下，使半导体元件30的一部分开口的开口部被形成于热固性树脂构件10上，从而半导体元件30经由该开口部来检测光或压力。
另一方面，作为第2被密封部件的电连接构件40是用于将半导体元件30与半导体装置的外部的布线构件电连接的构件。这里，电连接构件40的一部分41被热固性树脂构件10覆盖，剩余部分42从热固性树脂构件10的密封面11突出。此外，电连接构件40的剩余部分42在热固性树脂构件10的外部被热塑性树脂构件20密封，并且其前端部从热塑性树脂构件20露出。
这里，电连接构件40的一部分41在热固性树脂构件10内与半导体元件30电连接。与该半导体元件30的连接方法没有特别限定，在这里，通过Al或Au等接合线50来连接。
另一方面，热塑性树脂构件20将电连接构件40的剩余部分42密封，但在热塑性树脂构件20上形成有开口部21。而且，在该开口部21处，电连接构件40的剩余部分42之中的另一部分露出到热塑性树脂构件20的外部。
该热塑性树脂构件20的开口部21是未图示的外部的布线构件例如连接器构件等被插入并被连接的部位，由此，该外部的布线构件与电连接构件40成为电连接。
即，电连接构件40起到实现半导体元件30的检测或输出等的作用，半导体元件30经由电连接构件40能够实现与装置外部的电交换。作为这样的电连接构件40，在本实施方式中，使用由Cu或Al等棒状构件形成的终端端子，但此外也可以使用电路基板等作为电连接构件40。
并且，对于本实施方式的半导体装置，热固性树脂构件10的密封面11的一部分被设置成经粗化的粗化面11a。粗化面11a是通过后述的制造方法中的表面层除去工序而形成的，该粗化面11a的粗化程度被设定为比粗化面11a以外的密封面11和露出面12大。
此外，如上述那样，作为第2被密封部件的电连接构件40的剩余部分42从热固性树脂构件10的密封面11突出，被热塑性树脂构件20密封。
此外，本实施方式中，如图1中所示的那样，粗化面11a仅在热固性树脂构件10的密封面11内、即仅在热塑性树脂构件20的内侧形成。因此，粗化面11a的端部位于热塑性树脂构件20的内侧。
这里，如上述那样，粗化面11a是将密封面11的表面层13(参照图3)整面除去而得到的面，以热固性树脂构件10的表面之中粗化面11a相对于粗化面11a以外的部分而言凹下去的方式，在它们之间形成有阶梯差11b。该阶梯差11b的高度为数μm以上(例如5μm以上)。
接着，关于本实施方式的半导体装置的制造方法，也参照图2～图5进行描述。首先，在图2中所示的固化模压工序中，使用作为热固性树脂构件10的原料的热固性树脂材料，对该热固性树脂材料进行加热使其完成固化，从而形成热固性树脂构件10。
具体而言，在该固化模压工序中，将通过接合线50将半导体元件30与电连接构件40连接而成的构件通过传递模压成型、压缩成型或封装等进行密封，进而，将其加热、固化。这样，完成了热固性树脂构件10。
在该固化模压工序中形成的热固性树脂构件10的最表面存在由污染物形成的表面层13。污染物存在于热固性树脂构件10的构成材料中，但在加热成型时浮出到最表面，在比其更靠内侧处成为基本不存在的状态。这里，污染物是指例如在脱模剂或工序中附着在热固性树脂构件10的表面的异物等。脱模剂是指在上述成型中为了确保脱模性而设置在模具表面、或者与热固性树脂材料本身混合的脱模剂，例如由硅氧烷或脂肪酸等形成。
接着，如图3中所示的那样，对热固性树脂构件10进行表面层除去工序。在该工序中，在热固性树脂构件10的密封面11的一部分、即密封面11之中的形成粗化面11a的部位，通过将位于最表面的表面层13除去而使该部位成为新生面14。
具体而言，对于密封面11之中的粗化面11a的形成预定位置，使用激光照射，将表面层13除去。通过该激光照射，将处理表面削去而形成凹凸。形成粗化面11a时的密封面11的除去深度为能够将表面层13除去的程度较佳，只要设定为数μm以上(例如5μm以上)即可。
通过该激光照射，作为污染物的表面层13被除去，同时作为表面层13的基底的新生面14被粗化。由此，新生面14被赋予锚固效应而被设置成与热塑性树脂构件20的密合性优异的粗化面11a。此外，在作为该粗化面11a的新生面14中，实际上如图4中所示的那样，构成热固性树脂构件10的热固性树脂中的羟基或环氧基等中的任一者或多者作为官能团存在。
这样，进行了表面层除去工序之后，进行图5中所示的可塑模压工序。在该工序中，在官能团所存在的热固性树脂构件10的新生面14上，将作为热塑性树脂构件20的原料的添加了添加剂20a的热塑性树脂材料进行注射成型。
例如，通过将作为添加剂20a的具有官能团的聚合物混炼于作为母材的热塑性树脂材料中，能够获得添加了添加剂20a的热塑性树脂材料。由此，存在于新生面14中的官能团与存在于热塑性树脂材料中所包含的添加剂20a中的官能团发生化学键合，同时热固性树脂构件10的密封面11被热塑性树脂构件20密封。
作为该可塑模压工序中的化学键合，例如在热固性树脂构件10为环氧树脂的情况下，成为环氧树脂中的羟基或环氧基与存在于添加剂20a中的羟基、环氧基、氨基、羰基进行化学键合。并且，在进行羟基彼此的键合或环氧基彼此的键合等的情况下，由于成为共价键合，所以成为强度更高的化学键合。即，作为添加剂20a的构成材料，通过使用包含至少1种与热固性树脂构件10的构成材料中所包含的官能团相同的官能团的材料，能够实现共价键合。
而且，通过该化学键合，可以获得热固性树脂构件10中的新生面14(即粗化面11a)与热塑性树脂构件20之间的高密合性。这样，完成了作为本实施方式的树脂成型体的半导体装置。
另外，上述的表面层形成工序以后的各工序由于是对热固性树脂构件10的表面的一部分选择性地进行处理的工序，所以对不进行处理的表面实施适当遮蔽(masking)等后进行该各工序。
于是，根据上述制造方法，在热固性树脂构件10的密封面11与将该密封面11密封的热塑性树脂构件20的界面中，形成了密封面11上的污染物被除去后的新生面14。在该新生面14中可实现介由官能团的热固性树脂构件10与热塑性树脂构件20的化学键合。
并且，利用该化学键合，能够在热固性树脂构件10与热塑性树脂构件20之间获得高密合性。因此，根据本实施方式，能够实现热固性树脂构件10与热塑性树脂构件20的密合性的提高。
这里，在本实施方式的制造方法中，作为热固性树脂构件10，使用表面层除去工序中的激光照射中所使用的激光的吸收率为每1μm 10％以上的构件。这是为了尽可能抑制由激光照射引起的热固性树脂构件10的加工损伤的影响。对其依据进行描述。
一般，光向物质入射时的物质的种类和厚度与光的强度的关系通过朗伯-比尔定律来记述。根据该定律，光的吸收深度由材料的吸收率决定，随着吸收率变高，吸收深度呈指数函数地变小。即，若对物质以吸收率变低那样的条件进行利用激光的表面加工，则由于光的强度从表面的衰减变得平稳，所以在非加工部被吸收的能量也变大。
图6中，对纵轴以任意单位表示激光强度，对横轴以μm单位表示深度。该深度为激光从热固性树脂的表面逐渐渗透的深度、即激光吸收深度。此外，示出了每1μm、更详细而言每1μm激光吸收深度、热固性树脂的激光吸收率为5％、10％、20％的各情况。如图6中所示的那样，随着热固性树脂的激光吸收率变高，激光吸收深度呈指数函数地变小。
这里，根据该模拟，激光强度：0.2为热固性树脂被削去并被除去的大小的下限。即，例如在图6中，在激光吸收率为20％的情况下，激光吸收深度在深度d1的范围内时被削去并被除去，但在深度d2的范围内时没有被削去而产生热应力，甚至产生加工损伤。以下，将d1称为除去深度d1，将d2称为加工损伤深度d2。
并且，如图6中所示的那样，加工损伤深度d2在激光吸收率为每1μm20％和10％的情况下显示有限的范围。但是，在激光吸收率为5％的情况下，加工损伤深度d2成为与除去深度d1相比大幅增大且实质上无限接近的范围、即加工损伤遍及热固性树脂构件10的整个内部那样的范围。
像这样，根据本制造方法，作为热固性树脂构件10，若使用激光照射中所使用的激光的吸收率为每1μm 10％以上的构件，则能够使非除去部中产生热应力的深度变得有限。因此，能够将加工损伤的发生止于尽可能浅的部分，尽可能抑制由激光照射引起的热固性树脂构件10的加工损伤的影响。
这里，对于这种典型的热固性树脂即环氧树脂，如图7中所示的那样，激光吸收率为每1μm 10％以上的激光波长、即激光透射率成为90％以下的激光波长为400nm以下。由此，作为表面层除去工序中使用的激光，优选波长为400nm以下的激光。
具体而言，与一般使用的那样的Nd：YAG或YVO4那样的长波长(1064nm)的激光器相比，通过使用这些高次谐波激光器或准分子激光器(351～193nm)那样的短波长的激光器，能够使激光高效地吸收。这样的激光器在构成热固性树脂构件10的热固性树脂含有炭黑等颜料的情况下也是有效的。
该颜料被用于保护树脂内部的密封部件，但例如在炭黑的情况下，如图8中所示的那样，虽然短波长区域的吸收率有些高，但是与热固性树脂相比，在全部区域中一样地进行吸收。这种典型的颜料也由于具有相同的吸收特性，所以优选波长为400nm以下的激光。
另外，在上述实施方式中，如图1中所示的那样，由激光照射产生的粗化面11a即新生面被设置于热固性树脂构件10的密封面11的一部分，但也可以被设置于密封面11的整体。
此外，作为颜料，并不限定于炭黑，只要是含有于这种热固性树脂构件10中而被使用的颜料即可。此外，作为热固性树脂构件10，可以不包含颜料，进而，也可以不含有无机物的填料。
此外，作为第1被密封部件和第2被密封部件，只要是可以被热固性树脂构件10密封的构件即可，并不限定于半导体元件30或电连接构件40或者电路基板。
此外，在上述实施方式中，树脂成型体为半导体装置，在热固性树脂构件10的内部设置有成为被热固性树脂构件10密封的被密封部件的半导体元件30等。但是，作为树脂成型体，并不限定于这样的半导体装置，例如也可以为作为热固性树脂构件10而不具有被密封部件的构成。
此外，上述实施方式中，对于树脂成型体，热固性树脂构件10的密封面11为热固性树脂构件10的表面的一部分，热固性树脂构件10的表面的剩余部分被设置成露出面12。但是，作为树脂成型体，也可以热固性树脂构件10的整个表面被设置成密封面11，热固性树脂构件10的整体被热塑性树脂构件20密封，在该情况下，当然也可以适用上述的制造方法。
此外，上述各实施方式并不限定于上述的图示例。
本申请是根据实施例来进行说明的，但可以理解本申请并不限于该实施例和构造。本申请也包括各种变形例和等同范围内的变形在内。此外，各种组合和形态、以及在其的基础上包含仅一个要素或更多或更少的要素的组合和形态也在本申请的范畴和思想范围内。

Claims (5)

1.一种树脂成型体的制造方法，所述树脂成型体具备由热固性树脂形成的热固性树脂构件(10)、和将作为热固性树脂构件的表面的至少一部分的密封面(11)密封的由热塑性树脂形成的热塑性树脂构件(20)，所述制造方法包括下述工序：
使用作为所述热固性树脂构件的原料的热固性树脂材料，对所述热固性树脂材料进行加热使其完成固化，从而形成所述热固性树脂构件；
通过对所述热固性树脂构件的所述密封面进行激光照射，将位于所述密封面的最表面的表面层(13)除去，从而使所述密封面的至少一部分成为存在官能团的新生面(14)；
通过在形成有所述新生面的所述热固性树脂构件上，将作为所述热塑性树脂构件的原料即热塑性树脂材料的、添加有含有与存在于所述新生面中的官能团进行化学键合的官能团的添加剂(20a)的材料进行注射成型，从而使存在于所述新生面中的官能团与存在于添加在所述热塑性树脂材料中的添加剂中的官能团进行化学键合，同时将所述热固性树脂构件的所述密封面用所述热塑性树脂构件进行密封，
其中，作为所述热固性树脂构件，使用所述激光照射中所使用的激光的吸收率为每1μm10％以上的构件。
2.根据权利要求1所述的树脂成型体的制造方法，其中，将所述激光的波长设定为400nm以下。
3.根据权利要求1或2所述的树脂成型体的制造方法，其中，所述热固性树脂构件是使环氧树脂中含有颜料的构件。
4.根据权利要求3所述的树脂成型体的制造方法，其中，所述颜料为炭黑。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的树脂成型体的制造方法，其中，所述热固性树脂构件由含有由无机物形成的填料的所述热固性树脂形成。
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