JP2018104648A - 樹脂シート - Google Patents
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Abstract
Description
前記グリシジル基含有アクリル樹脂の含有量は、樹脂シートの樹脂成分全体に対して15〜80重量%であることを特徴とする。
また、従来、熱可塑性成分として、カルボキシル基含有アクリル樹脂が使用される場合があった。カルボキシル基は反応性が高いため、樹脂シートにエポキシ樹脂やフェノール樹脂が含有されている場合、これらとも反応する。
しかしながら、本発明では、熱可塑性成分として、グリシジル基含有アクリル樹脂を含有する。グリシジル基は、カルボキシル基と比べると反応性が低いため、エポキシ樹脂とフェノール樹脂との間での反応が優先的に進行する。その結果、未反応のグリシジル基が残留した状態で樹脂が硬化することになり、カルボキシル基含有アクリル樹脂を用いた場合と比較して、エポキシ樹脂やフェノール樹脂との間での架橋構造を作りにくくなる。これにより、弾性率が低下する。
以上より、本発明によれば、樹脂シートの熱硬化後の弾性率を低くでき、熱硬化後のパッケージの反りを抑制することができる。
前記無機充填剤の含有量は、樹脂シート全体に対して80〜92重量%であることが好ましい。
図1は、本実施形態に係る電子デバイス封止用樹脂シート(樹脂シート)の断面模式図である。図1に示すように、電子デバイス封止用樹脂シート11(以下、「樹脂シート11」ともいう)は、代表的に、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムなどのセパレータ11a上に積層された状態で提供される。なお、セパレータ11aには樹脂シート11の剥離を容易に行うために離型処理が施されていてもよい。
熱可塑性成分を含むため、樹脂シート11の熱硬化後の弾性率を低くすることができる。特に、熱可塑性成分としてカルボキシル基含有アクリル樹脂ではなく、グリシジル基含有アクリル樹脂を含有するため、熱硬化後の弾性率を低くすることができる。その結果、熱硬化後のパッケージの反りを抑制することができる。
(測定条件)
カラム:GMHXL相当×3本
流量:1.0ml/min
検出器:RI検出器
試料濃度:0.1重量%THF溶液
注入量:150μl
また、前記無機充填剤としては、平均粒子径の異なる2種以上の無機充填剤を用いてもよい。平均粒径の異なる2種以上の無機充填剤を用いる場合、前記の「無機充填剤の平均粒径は20μm以下」とは、無機充填剤全体の平均粒径が20μm以下のことをいう。
前記2つのピークは、特に限定されないが、粒径の大きい側のピークが、3〜30μmの範囲内にあり、粒径の小さい側のピークが0.1〜1μmの範囲内にあることが好ましい。前記2つのピークが前記数値範囲内にあると、無機充填剤の含有量をさらに多くすることが可能となる。
上記粒度分布は、具体的には、以下の方法により得られる。
(a)樹脂シート11をるつぼに入れ、大気雰囲気下、700℃で2時間強熱して灰化させる。
(b)得られた灰分を純水中に分散させて10分間超音波処理し、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置(ベックマンコールター社製、「LS 13 320」;湿式法)を用いて粒度分布(体積基準)を求める。
なお、樹脂シート11の組成として無機充填剤以外は有機成分であり、上記の強熱処理により実質的に全ての有機成分が焼失することから、得られる灰分を無機充填剤とみなして測定を行う。なお、平均粒径の算出も粒度分布と同時に行うことができる。
シランカップリング剤により無機充填剤の表面処理をすれば、樹脂シート11の粘度が大きくなりすぎるのを抑制することができる。
また、前記無機充填剤として、平均粒径の異なる2種類の無機充填剤を混合したものを用いる場合、平均粒径の小さい方の無機充填剤と大きい方の無機充填剤との両方を予めシランカップリング剤で表面処理しておくことがより好ましい。この場合、粘度の上昇をさらに抑制することが可能となる。
なお、本明細書において反応開始温度とは、DSC測定において発熱が開始する温度をいう(反応開始からピークまでの変曲点における接線と、ベースラインとの交点の温度ではない)。
反り評価用のサンプル(縦87mm、横87mm、厚さ150μm)を準備するステップZ1、
反り評価用のアルミナ板(縦100mm、横100mm、厚さ0.2mm)の中央に、下記貼り付け条件にて前記サンプルを貼り付ける工程Z2、
<貼り付け条件>
温度:95℃
加圧時間:60秒
加圧力:300kPa
前記サンプルを170℃で2時間加熱し、熱硬化させるステップZ3、
反り量(熱硬化後の反り量)を測定するステップZ4、
260℃で20秒の加熱を3回行うステップZ5、及び、
反り量(リフロー後の反り量)を測定するステップZ6。
また、進入量Y1から進入量X1を引いた値(Y1−X1)が30μm以下であることが好ましく、15μm以下であることがより好ましく、10μm以下であることがさらに好ましい。
縦2cm、横2cm、厚さ250μmのサイズの樹脂シートのサンプルを準備するステップB、
前記サンプルを、前記ダミーチップ実装基板の前記ダミーチップ上に配置するステップC、
下記埋め込み条件下で、前記ダミーチップを前記サンプルに埋め込むステップD、
前記ステップDの後、前記ダミーチップと前記ガラス基板との間の中空部への、前記サンプルを構成する樹脂の進入量X1を測定するステップE、
前記ステップEの後、170℃の熱風乾燥機中に2時間放置し、前記サンプルを熱硬化させて封止体サンプルを得るステップF、及び、
前記封止体サンプルにおける前記中空部への前記樹脂の進入量Y1を測定するステップG。
<ダミーチップの仕様>
チップサイズが縦3mm、横3mm、厚さ200μmであり、高さ50μmの樹脂バンプが形成されている。隣り合うチップとの距離W:0.5mm
<埋め込み条件>
プレス方法:平板プレス
温度:90℃
加圧力:1.2MPa
プレス時の真空度:10torr
プレス時間:1分
ステップAでは、図2(a)及び図2(b)に示すように、4つのダミーチップ113が樹脂バンプ113aを介してガラス基板112(縦6cm、横10cm、厚さ1.3mm)に実装されたダミーチップ実装基板115を準備する。ダミーチップ113の仕様は下記の通りである。ダミーチップ実装基板115は、より具体的には、実施例記載の方法により準備する。
<ダミーチップ113の仕様>
チップサイズが縦3mm、横3mm、厚さ200μmであり、高さ50μmの樹脂バンプ113aが形成されている。隣り合うチップとの距離W:0.5mm
ステップBでは、図3に示すように、縦2cm、横2cm、厚さ250μmのサイズのサンプル111を準備する。サンプル111は、樹脂シート11と同一の材料を用いて、縦2cm、横2cm、厚さ250μmのサイズにしたものである。本実施形態では、サンプル111を、セパレータ111a上に積層した場合について説明する。サンプル111は、例えば、まず、縦10cm以上、横10cm以上、厚さ250μmの封止用シート11を作成し、その後、縦2cm、横2cm、厚さ250μmのサイズに切り出すことにより作成することができる。なお、樹脂シート11自体が縦2cm、横2cm、厚さ250μmのサイズである必要はない。
ステップCでは、図4に示すように、サンプル111を、ダミーチップ実装基板115のダミーチップ113上に配置する。例えば、下側加熱板122上に、ダミーチップ実装基板115を、ダミーチップ113が固定された面を上にして配置するとともに、ダミーチップ113面上にサンプル111を配置する。このステップにおいては、下側加熱板122上にまずダミーチップ実装基板115を配置し、その後、ダミーチップ実装基板115上にサンプル111を配置してもよく、ダミーチップ実装基板115上にサンプル111を先に積層し、その後、ダミーチップ実装基板115とサンプル111とが積層された積層物を下側加熱板122上に配置してもよい。
ステップCの後、ステップDでは、図5に示すように、下記埋め込み条件下で、ダミーチップ113をサンプル111に埋め込む(封止する)。具体的には、下記埋め込み条件下で、平板プレスが備える下側加熱板122と上側加熱板124とにより熱プレスして、ダミーチップ113をサンプル111に埋め込む。その後、大気圧、常温(25℃)に放置する。放置時間は、24時間以内とする。
<埋め込み条件>
プレス方法:平板プレス
温度:90℃
加圧力:1.2MPa
プレス時の真空度:10torr
プレス時間:1分
ステップDの後、ステップEでは、ダミーチップ113とガラス基板112との間の中空部114への、サンプル111を構成する樹脂の進入量X1を測定する(図6参照)。進入量X1は、ダミーチップ113の端部から中空部114へ進入した樹脂の最大到達距離とする。
前記ステップEの後、ダミーチップ113がサンプル111に埋め込まれた構造物を、170℃の熱風乾燥機中に2時間放置し、サンプル111を熱硬化させて封止体サンプルを得る。
前記ステップFの後、前記封止体サンプルにおける中空部114への前記樹脂の進入量Y1を測定する。進入量Y1は、ダミーチップ113の端部から中空部114へ進入した樹脂の最大到達距離とする。
前記進入量X1が0μm以上30μm以下であると、実際の中空型電子デバイスパッケージの製造において、電子デバイスを樹脂シート11に埋め込んだ際に、電子デバイスと被着体との間の中空部へ適度に樹脂を進入させることができる。
また、前記進入量Y1から前記進入量X1を引いた値が30μm以下であると、実際の中空型電子デバイスパッケージの製造において、樹脂シート11を熱硬化させる際の、中空部における樹脂の流動を抑制できる。
なお、進入量X1、及び、進入量Y1から前記進入量X1を引いた値を用いて樹脂シート11の物性を評価しているのは、実際の中空型電子デバイスパッケージの製造を想定した条件で評価するためである。ただし、これらの評価における条件は、当然、実際の中空型電子デバイスパッケージの製造における条件と異なることがある。
樹脂シート11は、適当な溶剤に樹脂シート11を形成するための樹脂等を溶解、分散させてワニスを調整し、このワニスをセパレータ11a上に所定厚みとなる様に塗布して塗布膜を形成した後、該塗布膜を所定条件下で乾燥させて形成することができる。塗布方法としては特に限定されず、例えば、ロール塗工、スクリーン塗工、グラビア塗工等が挙げられる。また、乾燥条件としては、例えば乾燥温度70〜160℃、乾燥時間1〜30分間の範囲内で行われる。
また、他の方法として、支持体上に前記ワニスを塗布して塗布膜を形成した後、前記乾燥条件で塗布膜を乾燥させて樹脂シート11を形成してもよい。その後、セパレータ11a上に樹脂シート11を支持体と共に貼り合わせる。樹脂シート11が、特に、熱可塑性樹脂(アクリル樹脂)、エポキシ樹脂、フェノール樹脂を含む場合、これらすべてを溶剤に溶解させた上で、塗布、乾燥させる。溶剤としては、メチルエチルケトン、酢酸エチル、トルエン等を挙げることができる。
また、樹脂シート11は、混練押出により製造してもよい。混練押出により製造する方法としては、例えば、樹脂シート11を形成するための各成分をミキシングロール、加圧式ニーダー、押出機などの公知の混練機で溶融混練することにより混練物を調製し、得られた混練物を可塑加工してシート状に形成する方法などが挙げられる。
具体的には、溶融混練後の混練物を冷却することなく高温状態のままで、押出成形することで、樹脂シートを形成することができる。このような押出方法としては、特に制限されず、Tダイ押出法、ロール圧延法、ロール混練法、共押出法、カレンダー成形法などが挙げられる。押出温度としては、上述の各成分の軟化点以上が好ましく、エポキシ樹脂の熱硬化性および成形性を考慮すると、例えば40〜150℃、好ましくは50〜140℃、さらに好ましくは70〜120℃である。以上により、樹脂シート11を形成することができる。
本実施形態に係る中空型電子デバイスパッケージの製造方法は、
電子デバイスがバンプを介して被着体上に固定された積層体を準備する工程と、
樹脂シートを準備する工程と、
前記樹脂シートを、前記積層体の前記電子デバイス上に配置する工程と、
熱プレスにより、前記電子デバイスを前記樹脂シートに埋め込む工程と、
前記埋め込む工程の後、前記樹脂シートを熱硬化させて封止体を得る工程と
を少なくとも含む。
本実施形態に係る中空型電子デバイスパッケージの製造方法では、まず、複数のSAWチップ13(SAWフィルタ13)がLTCC基板12上に搭載された積層体15を準備する(図7参照)。SAWチップ13は、所定の櫛形電極が形成された圧電結晶を公知の方法でダイシングして個片化することにより形成できる。SAWチップ13のLTCC基板12への搭載には、フリップチップボンダーやダイボンダーなどの公知の装置を用いることができる。SAWチップ13とLTCC基板12とはバンプ13aを介して電気的に接続されている。また、SAWチップ13とLTCC基板12との間は、SAWフィルタ表面での表面弾性波の伝播を阻害しないように中空部14を維持するようになっている。SAWチップ13とLTCC基板12との間の距離(中空部の幅)は適宜設定でき、一般的には10〜100μm程度である。
また、本実施形態に係る中空型電子デバイスパッケージの製造方法では、樹脂シート11(図1参照)を準備する。
次に、図8に示すように、下側加熱板22上に、積層体15を、SAWチップ13が固定された面を上にして配置するとともに、SAWチップ13面上に樹脂シート11を配置する。この工程においては、下側加熱板22上にまず積層体15を配置し、その後、積層体15上に樹脂シート11を配置してもよく、積層体15上に樹脂シート11を先に積層し、その後、積層体15と樹脂シート11とが積層された積層物を下側加熱板22上に配置してもよい。
次に、図9に示すように、下側加熱板22と上側加熱板24とにより熱プレスして、SAWチップ13を樹脂シート11に埋め込む。下側加熱板22、及び、上側加熱板24は、平板プレスが備えるものであってよい。樹脂シート11は、SAWチップ13及びそれに付随する要素を外部環境から保護するための封止樹脂として機能することとなる。
熱プレス時の温度が高すぎると、熱プレス中に反応が開始し、侵入量がばらつく可能性があり、作業性の観点からも、低温(例えば、100℃以下)等が求められている。また、圧力も、チップへの破損を防止する観点より、低圧が好ましい。
前記減圧条件としては、圧力が、例えば、0〜20Torr、好ましくは、5〜10Torrであり、減圧保持時間(減圧開始からプレス開始までの時間)が、例えば、5〜600秒であり、好ましくは、10〜300秒である。
次に、本実施形態のように、片面にセパレータが付いた状態のままで樹脂シート11を使用している場合には、セパレータ11aを剥離する(図10参照)。
次に、樹脂シート11を熱硬化させて封止体25を得る。
この封止体を得る工程は、封止体25を得る工程の後の状態における、中空部14への前記樹脂の進入量をY2としたとき、前記進入量Y2から前記進入量X2を引いた値が30μm以下となるように行うことが好ましい。前記進入量Y2から前記進入量X2を引いた値は、好ましくは25μm以下である。前記進入量Y2から前記進入量X2を引いた値を30μm以下とする方法としては、樹脂シート11の硬化前の粘度を調整したり、加熱時の硬化速度が早くなるように樹脂シート11の構成材料を調整することにより達成することができる。具体的には、例えば、上記硬化促進剤を選択することにより達成することができる。
熱硬化処理の条件を上記数値範囲内とすることにより、埋め込む工程後から熱硬化工程後までの間の樹脂の流動距離、すなわち、進入量Y2から前記進入量X2を引いた値を30μm以下とし易い。
熱硬化工程の後、封止体25のダイシングを行ってもよい(図6参照)。これにより、SAWチップ13単位での中空パッケージ18(中空型電子デバイスパッケージ)を得ることができる。
ダイシングは、封止体25をダイシングテープに貼り付けた後、ダイシングブレードによるダイシング等、公知の方法により行うことができる。封止体25をダイシングテープに貼り付ける際には、封止体25のLTCC基板12側の面をダイシングテープに貼り付ける。
ここで、樹脂シート11は、グリシジル基含有アクリル樹脂を含み、前記グリシジル基含有アクリル樹脂の含有量は、樹脂シートの樹脂成分全体に対して15〜80重量%である。そのため、熱硬化後の封止体25の反りは、抑制されている。従って、ダイシングテープに貼り付ける際に、全体にひずみが生じにくい。その結果、破損等の不具合がおこりにくい。また、反りが抑制されているため、ダイシングし易い。その結果、歩留りの低下を抑制できる。
必要に応じて、中空パッケージ18に対してバンプを形成し、これを別途の基板(図示せず)に実装する基板実装工程を行うことができる。中空パッケージ18の基板への実装には、フリップチップボンダーやダイボンダーなどの公知の装置を用いることができる。
また、上述の本実施形態では、樹脂シートを用いて、電子デバイスを平行平板プレスで埋め込む場合について説明したが、本発明は、この例に限定されず、真空状態の真空チェンバー内において、離型フィルムで、電子デバイスと電子デバイス用樹脂シートとの積層物を密閉した後、チャンバー内に大気圧以上のガスを導入して、電子デバイスを電子デバイス用樹脂シートの熱硬化性封止用シートに埋め込むこととしてもよい。具体的には、特開2013−52424号公報に記載されている方法により、電子デバイスを樹脂シートの熱硬化性樹脂シートに埋め込むこととしてもよい。
エポキシ樹脂A:三菱樹脂製の825(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)
フェノール樹脂A:明和化成製のMEH8000H(ノボラック型フェノール樹脂)
硬化促進剤A:四国化成工業社製の2P4MHZ−PW(2−フェニル−4−ヒドロキシメチル−5−メチルイミダゾール)
硬化促進剤B:日本曹達製のHC188W(イミダゾール系触媒2P4MHZを5−ヒドロキシ―イソフタル酸で包接した潜在性硬化触媒。2P4MHZ含有割合67%)
グリシジル基含有アクリル樹脂A:根上工業製のNDHB−101(グリシジル基を有するアクリル樹脂、平均重量分子量120万)
グリシジル基含有アクリル樹脂B:根上工業製のND−78L(グリシジル基を有するアクリル樹脂、平均重量分子量100万)
カーボンブラック:三菱化学社製の#20
無機充填剤A:アドマテックス製のAC−9150SME(平均粒径3μm、材質:アルミナ)
表1に記載の樹脂シートの配合比に従い、各成分を溶剤としてのメチルエチルケトンに溶解、分散させ、ワニスを得た。その後、ワニス粘度を調整するため、表1の「追加MEK」に記載の量のMEK(メチルエチルケトン)をワニスに追加した。MEK追加後のワニスを、シリコーン離型処理したセパレータ上に塗布した後、110℃で5分間乾燥させた。これにより、厚さ50μmのシートを得た。このシートを5層積層させて厚さ250μmの樹脂シートを作製した。
なお、下記評価においては、樹脂シートの厚みは、下記評価で用いたチップ厚みとバンプ高さとの合計以上の厚みで実施することが好ましい。これは、シート厚が薄すぎると、侵入量が減り、安定的な評価を行うことができないためである。従って、本実施例では、下記評価での「チップ厚みとバンプ高さとの合計」である250μmとした。
実施例、比較例の樹脂シートを縦87mm、横87mm、厚さ250μmに切り出し、反り評価用のサンプルとした。
<貼り付け条件>
温度:95℃
加圧時間:60秒
加圧力:300kPa
<ステップA>
まず、下記仕様の4つのダミーチップが樹脂バンプを介してガラス基板(縦6cm、横10cm、厚さ1.3mm)に実装されたダミーチップ実装基板を準備した。ガラス基板とダミーチップの間のギャップ幅は、50μmであった。
<ダミーチップの仕様>
チップサイズが縦3mm、横3mm、厚さ200μmであり、高さ50μm、直径10μmの樹脂バンプ(樹脂の材質:アクリル樹脂)が形成されている。1チップのバンプ数は、60バンプ。バンプの配置位置は、25μmピッチである。ダミーチップの材質は、シリコンウエハである。また、隣り合うチップとの距離Wは、0.5mmである。
なお、近年、電子デバイスの薄型化が進んでおり、チップや半導体パッケージの薄型化が求められている。そのため、チップ表面に形成されるバンプ高さが10〜50μm程度が求められている。ここで、バンプは、シリコンウエハを所定厚みまで研削した後にウエハ表面に形成しているため、ウエハ厚みがあまり薄すぎるとバンプを有効に形成できなくなる。そこで、本実施例では、バンプを安定的に形成できるウエハ厚みの限界を考慮し、チップ厚さとして約200μmを採用して評価した。また、評価のバラツキを抑えるためには、バンプ高さは低い方がよい。この観点より、バンプ高さを50μmとして評価した。
<ボンディング条件>
装置:パナソニック電工(株)製
ボンディング条件:200℃、3N、1秒、超音波出力2W
上記実施例、比較例にて作成した厚さ250μmの樹脂シートを縦2cm、横2cmに切り出してサンプルとした。
前記サンプルを、前記ダミーチップ実装基板の前記ダミーチップ上に配置した。
下記埋め込み条件下で、前記ダミーチップを前記サンプルに埋め込んだ。
<埋め込み条件>
プレス方法:平板プレス
温度:90℃
加圧力:1.2MPa
プレス時の真空度:10torr
プレス時間:1分
大気圧に開放した後、前記ダミーチップと前記ガラス基板との間の中空部への、前記サンプルを構成する樹脂の進入量X1を測定した。具体的には、KEYENCE社製、商品名「デジタルマイクロスコープ」(200倍)により、ダミーチップとセラミック基板との間の中空部への樹脂の進入量X1を測定した。樹脂進入量X1は、SAWチップの端部から中空部へ進入した樹脂の最大到達距離を測定し、これを樹脂進入量X1とした。なお、進入がなく、中空部がSAWチップよりも外側に広がっている場合は、樹脂進入量をマイナスで表した。
前記ステップEの後、170℃の熱風乾燥機中に2時間放置した。これにより、前記サンプルを熱硬化させて封止体サンプルを得た。
その後、封止体サンプルにおける中空部への樹脂の進入量Y1を測定した。測定方法は、進入量X1と同様である。
実施例及び比較例で作製した樹脂シートを150℃、1時間の条件で熱硬化させた。なお、本明細書において、「熱硬化後の25℃での貯蔵弾性率」とは、150℃、1時間の条件で熱硬化させた後の25℃での貯蔵弾性率をいう。
次に、樹脂シートの熱硬化後の25℃における貯蔵弾性率を測定した。結果を表1に示す。
ここでの貯蔵弾性率は、樹脂シートを厚さ0.1mm、幅2mm、長さ40mmの短冊状にカッターナイフで切り出し、インスツルメント社製の動的粘弾性測定装置(RSA−G2)を用いて、下記測定条件にて測定して得られた値である。
<測定条件>
周波数:1hz
ひずみ:0.05%
Gap:20mm
測定温度領域:−10℃〜260℃
温度上昇速度:10℃/min
13 SAWフィルタ(電子デバイス)
14 中空部
15 積層体
18 中空型電子デバイスパッケージ
25 封止体
112 ガラス基板
113 ダミーチップ
113a 樹脂バンプ
114 中空部
115 ダミーチップ実装基板
Claims (4)
- グリシジル基含有アクリル樹脂を含み、
前記グリシジル基含有アクリル樹脂の含有量は、樹脂シートの樹脂成分全体に対して15〜80重量%であることを特徴とする樹脂シート。 - 前記グリシジル基含有アクリル樹脂の重量平均分子量は、10万以上200万以下であることを特徴とする請求項1に記載の樹脂シート。
- 熱硬化後の25℃での引張貯蔵弾性率が、20GPa以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の樹脂シート。
- 無機充填剤を含み、
前記無機充填剤の含有量は、樹脂シート全体に対して80〜92重量%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1に記載の樹脂シート。
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