JP2019041097A - 電子部品装置を製造する方法、熱プレス用シート及び熱プレス用熱硬化性樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。本明細書中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書において組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有量を意味する。
本明細書において組成物中の各成分の粒径は、組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本明細書において「層」との語には、当該層が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本明細書において「平均厚み」、「平均距離」、及び「平均幅」とは、任意に選択した3点での測定値の算術平均値を意味する。
本明細書において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
以下、図1、図2及び図3を参照しながら本実施形態の製造方法の一例について説明する。図1〜図3に示される実施形態に係る方法においては、電子部品の配線基板と対向する面にアンダーフィル材を予め付与した後、電子部品の電極と配線基板の配線層とがバンプを介して電気的に接続される。
まず、図1に示すように、本体部21、本体部21の一方の主面上に設けられた複数の電極23、及びそれぞれの電極23上に設けられたバンプ25を有する電子部品20の電極23及びバンプ25側の面に、アンダーフィル材30を付与する(付与工程)。
次いで、図2に示すように、アンダーフィル材30の付与された電子部品20を仮圧着ヘッド42上に配置し、電子部品20と、ステージ41上に配置された、絶縁基板11及び絶縁基板11上に設けられた配線層13を有する配線基板10とを対向させる。そして、ステージ41及び仮圧着ヘッド42により、電子部品20と配線基板10とを加熱及び加圧し、それにより、電子部品20と絶縁基板11との間で電極23、バンプ25及び配線層13の間の間隙にアンダーフィル材30を充填するとともに、バンプ25と配線層13とを接触させる(接触工程)。
次いで、図3に示すように、電子部品20、配線基板10及びそれらの間のアンダーフィル材30から構成される3個の積層体5を、積層体5と圧着ヘッド43との間に熱プレス用シート3を介在させながらステージ41及び圧着ヘッド43により加熱及び加圧する。この加熱及び加圧(熱プレス)により、電子部品20の電極23と配線基板10の配線層13とをバンプ25を介して電気的に接続し、且つ、アンダーフィル材30を硬化させる(接続工程)。通常、この接続工程において、熱プレス用シートの樹脂層も硬化する。
図4に示す電子部品装置1は、絶縁基板11及び該絶縁基板11上に設けられた配線層13を有する配線基板10と、複数の電極23を有する電子部品20と、複数のバンプ25と、硬化したアンダーフィル材30とを有する。電子部品20は電極23と配線層13とが対向するように配置され、対向する電極23と配線層13との間にバンプ25が介在している。電極23と配線層13とがバンプ25により電気的に接続されている。アンダーフィル材30が、電子部品20と配線基板10との間で、電極23、バンプ25及び配線層13の間に形成された間隙を充填している。本実施形態の電子部品装置1は、電子部品と配線基板との接続性が良好であり、信頼性に優れる。
本実施形態に係る方法において用いられる熱プレス用シートは、熱硬化性樹脂及び充填材を含む樹脂層を有するものであれば特に制限されない。
樹脂層及びこれを形成するための熱硬化性樹脂組成物に含まれる充填材は、無機充填材、有機充填材、又はこれらの組合せであることができる。
ここで、熱硬化性樹脂組成物の固形分とは、水分及び後述する溶剤等の揮発分以外の成分を指す。固形分は、25℃付近の室温で液状、又はワックス状のものも含み、必ずしも固体ではない。本明細書において、揮発分(すなわち水分及び溶剤)とは、沸点が大気圧下200℃以下である物質を意味する。本明細書において、熱硬化性樹脂組成物における各成分における含有量は、特に別に断らない限り、熱硬化性樹脂組成物の固形分に対する割合を意味する。
樹脂層、又は熱硬化性樹脂組成物の固形分の体積を基準にした充填材の含有量は、45〜70体積%であることが好ましく、50〜60体積%であることがより好ましい。
Vc=Wc/dc
Vf=Wf/df
Vr=Vf/Vc
Wc:熱硬化性樹脂組成物の質量(g)
dc:熱硬化性樹脂組成物の密度(g/cm3)
Vf:無機充填材の体積(cm3)
Wf:無機充填材の質量(g)
df:無機充填材の密度(g/cm3)
Vr:無機充填材の体積比率
熱硬化性樹脂は、架橋構造体を形成して樹脂層を硬化させる反応性の官能基を有する化合物である。熱硬化性樹脂としては、アクリレート化合物、エポキシ化合物、ビスマレイミド化合物、シアネート化合物、フェノール化合物等を挙げることができる。中でも、樹脂層の粘度及び熱硬化性組成物の硬化物の熱膨張率の観点から、アクリレート化合物、エポキシ化合物、ビスマレイミド化合物、及びフェノール化合物からなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、アクリレート化合物、エポキシ化合物、及びビスマレイミド化合物からなる群より選択される少なくとも1種がより好ましく、硬化速度の観点から、アクリレート化合物及びエポキシ化合物からなる群より選択される少なくとも1種が更に好ましい。これらの熱硬化性樹脂は、1種を単独で用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。
樹脂層及びこれを形成するための熱硬化性樹脂組成物が、熱硬化性樹脂として(メタ)アクリレート化合物を含有する場合、(メタ)アクリレート化合物の重合反応を促進するため、樹脂層及び熱硬化性樹脂組成物が重合開始剤を含有してもよい。重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤及び光重合開始剤が挙げられる。
分子内にアルキルフェノン構造を有する化合物の市販品としては、例えば、IRGACURE 651、IRGACURE 184、IRGACURE 1173、IRGACURE 2959、IRGACURE 127、IRGACURE 907、IRGACURE 369E、及びIRGACURE 379EG(いずれもBASF社製、「IRGACURE」は登録商標)が挙げられる。
分子内にオキシムエステル構造を有する化合物の市販品としては、例えば、IRGACURE OXE01、IRGACURE OXE02(いずれもBASF社製)、及びN−1919((株)ADEKA製)が挙げられる。
分子内にリン元素を含有する化合物の市販品としては、例えば、IRGACURE 819、IRGACURE TPO及びLUCIRIN TPO(いずれもBASF社製、「LUCIRIN」は登録商標)が挙げられる。
樹脂層及びこれを形成するための熱硬化性樹脂組成物が、熱硬化性樹脂としてエポキシ化合物を含有する場合、樹脂層及び熱硬化性樹脂組成物が、エポキシ化合物を硬化させる硬化剤を含んでいてもよい。硬化剤としては特に制限されず、通常用いられる硬化剤から選択することができる。硬化剤は固体であっても液体であってもよく、固体の硬化剤と液体の硬化剤とを併用してもよい。短時間での硬化の観点からは、酸無水物の少なくとも1種を硬化剤として用いることが好ましい。
(硬化促進剤)
樹脂層及びこれを形成するための熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂としてエポキシ化合物を含む場合、樹脂層及び熱硬化性樹脂組成物が、エポキシ化合物の硬化反応を促進する硬化促進剤を含んでいてもよい。硬化促進剤としては、例えば、リン系硬化促進剤、アミン系硬化促進剤、イミダゾール系硬化促進剤、及びグアニジン系硬化促進剤が挙げられ、リン系硬化促進剤、アミン系硬化促進剤、及びイミダゾール系硬化促進剤が好ましい。これらの硬化促進剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂層及びこれを形成するための熱硬化性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂の少なくとも1種を含有していてもよい。熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ブタジエン樹脂、イミド樹脂、及びアミド樹脂が挙げられる。これらの熱可塑性樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ポンプ:L−6000型((株)日立製作所製、商品名)
カラム:Gelpack GL−R420+Gelpack GL−R430+Gelpack GL−R440(計3本)(日立化成(株)製、商品名)
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
測定温度:40℃
流速:2.05mL/分
検出器:L−3300型RI((株)日立製作所製、商品名)
熱硬化性樹脂組成物は、溶剤の少なくとも1種を含有していてもよい。溶剤としては、例えば、メチルエチルケトン、キシレン、トルエン、アセトン、エチレングリコールモノエチルエーテル、シクロヘキサノン、エチルエトキシプロピオネート、N,N−ジメチルホルムアミド、及びN,N−ジメチルアセトアミドが挙げられる。これらの溶剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂層及びこれを形成するための熱硬化性樹脂組成物は、必要に応じてその他の成分を含有していてもよい。その他の成分としては、例えば、重合禁止剤、カップリング剤、着色剤、界面活性剤、及びイオントラップ剤が挙げられる。
樹脂層31は、離型シート33a及び離型シート33bの間に設けられた層であり、例えば、熱硬化性樹脂を含有する前述の熱硬化性樹脂組成物を離型シート33a及び離型シート33bの少なくとも一方に塗布し、シート状に成形することによって形成される。
離型シート33a,33bは、積層体の加熱及び加圧の後、圧着ヘッド及び積層体に貼りつかない程度の離型性を有するシートである。容易な離型のためには離型シート33a,33bが設けられることが好ましいが、例えば樹脂層31自体が硬化後に離型性を有する場合、離型シート33a,33bが設けられていなくてもよく、これらのうち一方だけ設けられてもよい。離型シートは、例えば、ポリエチレンフィルム、ポリ塩化ビニル等のポリオレフィンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリイミドフィルムなどの有機樹脂フィルム;離型紙;及び銅箔、アルミニウム箔等の金属箔を有していてもよい。支持体としては、耐熱性の観点から、ポリイミドフィルム、及び銅箔、アルミニウム箔等の金属箔が好ましい。
実施例1
撹拌機を備えたフラスコに、熱可塑性樹脂としてアクリル系ブロック共重合体((株)クラレ製、商品名「LA4285」)を196.6g、熱硬化性樹脂としてトリメチロールプロパントリアクリレート(日立化成(株)製、商品名「FA137M」)を98.32g入れ、更に熱ラジカル重合開始剤として1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン(日油(株)製、商品名「パーヘキサC」)1.5g、充填材としてシリカ粒子((株)アドマテックス製、商品名「SE2050」、体積平均粒径:0.5μm)を843.6g、溶剤としてメチルエチルケトン288.5gを加え、これらを撹拌して混合し、熱硬化性樹脂組成物のワニスを得た。このワニスにおいて、充填材の含有量は、固形分の質量に対して73質量%であった。
充填材をシリカ粒子(デンカ(株)製、商品名「FB−5SDCH」、体積平均粒径:5.0μm)に代えたこと以外は実施例1と同様にして、熱硬化性樹脂組成物のワニスを調製し、熱プレス用シートを作製した。熱硬化性樹脂組成物の固形分及び熱プレス用シートの樹脂層における充填材の含有量は、73質量%であった。
充填材をアルミナ粒子(住友化学(株)製、商品名「AA04」、体積平均粒径:0.5μm)に代えたこと以外は合成例1と同様にして、熱硬化性樹脂組成物を調製し、熱プレス用シートを作製した。熱硬化性樹脂組成物の固形分及び熱プレス用シートの樹脂層における充填材の含有量は、73質量%であった。
熱可塑性樹脂をアクリル系ブロック共重合体((株)クラレ製、商品名「LA2140」)に代え、充填材を配合しなかったこと以外は実施例1と同様にして、熱硬化性樹脂組成物を調製し、熱プレス用シートを作製した。熱硬化性樹脂組成物の固形分及び熱プレス用シートの樹脂層における充填材の含有量は、0質量%であった。
シリカ粒子の配合量を137.0gとしたこと以外は実施例1と同様にして、熱硬化性樹脂組成物を調製し、熱プレス用シートを作製した。熱硬化性樹脂組成物の固形分及び熱プレス用シートの樹脂層における充填材の含有量は、31質量%であった。
シリカ粒子の配合量を365.3gとしたこと以外は実施例1と同様にして、熱硬化性樹脂組成物を調製し、熱プレス用シートを作製した。熱硬化性樹脂組成物の固形分及び熱プレス用シートの樹脂層における充填材の含有量は、55質量%であった。
熱プレス用シートとしてアルミ箔を準備した。
電子部品として、アルミニウム配線及びアルミニウム配線上に設けられたバンプを有する7.3mm×7.3mm×0.1mmのシリコンチップ((株)ウォルツ製、商品名「WALTS−TEG CC80−0101JY−MODEL 1」、バンプ:Sn−Ag−Cu系、バンプ間隔:80μm)を準備した。配線基板として、配線層及びソルダーレジストを有する18mm×18mm×0.4mmの基板((株)ウォルツ製、商品名「WALTS−KIT CC80−0102JY−MODEL 1」、ソルダーレジスト:PSR4000−AUS703、基材:E679FGS)を準備した。
電子部品装置の内部を超音波観察装置(インサイト(株)製、商品名「INSIGHT−300」)を用いて観察することで電子部品の剥離の有無を確認した。電子部品の剥離状態を下記の評価基準に従って評価した。
−評価基準−
A:5個の電子部品装置のうち、全ての電子部品装置において電子部品の剥離が観察されなかった。
B:5個の電子部品装置のうち、一部の電子部品装置において電子部品の剥離が観察された。
電子部品装置の導通をテスター(カイセ(株)製、商品名「SK−6500」)で確認し、下記の評価基準に従って接続性を評価した。
−評価基準−
A:5個の電子部品装置のうち、全ての電子部品装置において電子部品の導通が取れている。
B:5個の電子部品装置のうち、一部の電子部品装置において電子部品の導通が取れない。
電子部品装置について、シリコンチップのバンプと配線基板の配線層との面方向での位置ずれをX線観察装置(ノードソン・アドバンスト・テクノロジー(株)製、商品名「XD−7600NT100−CT)を用いて確認した。下記の評価基準に従って位置ずれを評価した。位置ずれは、電子部品装置1個につき5箇所、5個の電子部品装置で合計25箇所を測定し、その算術平均値を求めた。
−評価基準−
A:位置ずれの算術平均値が7μm未満である。
B:位置ずれの算術平均値が7μm以上、10μm未満である。
C:位置ずれの算術平均値が10μm以上である。
積層体を加熱及び加圧した後の熱プレス用シート内の空隙の有無を目視により確認した。
―評価基準―
A:熱プレス用シート内に空隙が確認されない。
B:熱プレス用シート内に空隙が確認される。
Claims (13)
- 配線基板及び該配線基板に搭載された電子部品を備える電子部品装置を製造する方法であって、
絶縁基板及び該絶縁基板上に設けられた配線層を有する配線基板と複数の電極を有する電子部品とバンプとを有する積層体であって、前記電子部品が前記配線層と前記電極とが対向するように配置され、対向する前記配線層と前記電極との間に前記バンプが介在している、積層体を、ステージ及び圧着ヘッドで挟むことによって加熱及び加圧し、それにより、前記バンプを介して前記配線層と前記電極とを電気的に接続する工程を備え、
当該工程において、
前記積層体と前記圧着ヘッドとの間に、熱硬化性樹脂及び充填材を含む樹脂層を有する熱プレス用シートを介在させた状態で、前記積層体が加熱及び加圧され、
前記充填材の含有量が前記樹脂層の質量に対して60〜85質量%である、
方法。 - 前記積層体が、前記電子部品と前記配線基板との間で前記電極、前記バンプ及び前記配線層の間の間隙を充填している熱硬化性のアンダーフィル材を更に有する、請求項1に記載の方法。
- 前記配線層と前記電極とを電気的に接続する前記工程において、
それぞれ1つの前記電子部品を有する複数の前記積層体が、又は、1つの前記配線基板上に配置された複数の前記電子部品を有する1つ又は複数の前記積層体が、1組の前記ステージ及び前記圧着ヘッドで挟むことによって加熱及び加圧される、請求項1又は2に記載の方法。 - 前記配線層と前記電極とを電気的に接続する前記工程において、
前記配線基板の温度が25℃〜200℃、前記電子部品の温度が230℃〜300℃となるように、前記積層体が加熱及び加圧される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。 - 熱硬化性樹脂と、充填材と、を含む樹脂層を有する熱プレス用シートであって、
絶縁基板及び該絶縁基板上に設けられた配線層を有する配線基板と電極を有する電子部品とバンプとを有する積層体であって、前記電子部品が前記配線層と前記電極とが対向するように配置され、対向する前記配線層と前記電極との間にバンプが介在している、積層体を、ステージ及び圧着ヘッドで挟むことによって加熱及び加圧し、それにより、前記配線層と前記電極とを前記バンプを介して電気的に接続する工程において、前記積層体と前記圧着ヘッドとの間に介在させるために用いられ、
前記充填材の含有量が前記樹脂層の質量に対して60〜85質量%である、熱プレス用シート。 - 前記樹脂層の平均厚みが、10μm以上である請求項5に記載の熱プレス用シート。
- 前記樹脂層の片面上又は両面上に設けられた離型シートを更に有する、請求項5又は6に記載の熱プレス用シート。
- 前記熱硬化性樹脂がアクリレート化合物を含み、前記樹脂層が重合開始剤を更に含む、請求項5〜7のいずれか一項に記載の熱プレス用シート。
- 前記熱硬化性樹脂がエポキシ化合物を含み、前記樹脂層が前記エポキシ化合物の硬化剤を更に含む、請求項5〜8のいずれか一項に記載の熱プレス用シート。
- 熱硬化性樹脂と、充填材とを含む、熱硬化性樹脂組成物であって、
前記充填材の含有量が、当該熱硬化性樹脂組成物の固形分の質量に対して60〜85質量%であり、
請求項5〜7のいずれか一項に記載の熱プレス用シートの樹脂層を形成するために用いられる、熱プレス用熱硬化性樹脂組成物。 - 前記熱硬化性樹脂が(メタ)アクリレート化合物を含み、当該熱硬化性樹脂組成物が重合開始剤を更に含む、請求項10に記載の熱プレス用熱硬化性樹脂組成物。
- 前記熱硬化性樹脂がエポキシ化合物を含み、当該熱硬化性樹脂組成物が前記エポキシ化合物の硬化剤を更に含む、請求項10又は11に記載の熱プレス用熱硬化性樹脂組成物。
- 溶剤を更に含む、請求項10〜12のいずれか一項に記載の熱プレス用熱硬化性樹脂組成物。
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