JP2020004853A - 封止用シートおよび電子素子装置の製造方法 - Google Patents

封止用シートおよび電子素子装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】外側へのはみ出しを抑制しながら、電子素子を確実に封止して、信頼性に優れる電子素子装置を製造することのできる封止用シートを提供する。【解決手段】電子素子封止用シート1は、基板2の厚み方向一方面3に実装される電子素子4を封止する封止層5を形成するように使用される。電子素子封止用シート1の90℃の粘度が、5kPa以上である。下記の封止試験で測定される最大長さLが、150μm以下である。封止試験において、ガラス製の試験基板の厚み方向一方面に、矩形状の試験素子を配置し、25℃、1330Paの条件で、矩形状の封止用試験シートを、試験素子と厚み方向において重複するように、2MPaで60秒間、試験素子に対して加圧して密着させ、封止用試験シートを150℃で1時間加熱して、封止層5を形成する。封止用試験シートには、第2試験隙間が形成されており、隙間の最大長さを測定する。【選択図】図1

Description

本発明は、封止用シートおよび電子素子装置の製造方法に関し、詳しくは、封止用シート、および、それを用いる電子素子装置の製造方法に関する。
従来、基板と、それに実装される電子素子とに対して、封止用シートを圧着して、電子素子を埋設して封止する封止層を形成することにより、電子素子装置を製造することが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2016−089091号公報
しかるに、基板に実装された電子素子から上側に突出しており、電子素子の周側面と、その電子素子が実装されている基板の表面とは、直交している。
このため、封止用シートで電子素子を埋設するときに、電子素子の周側面と、基板における電子素子の周辺の表面との間を、封止用シートで封止し切れずに、封止用シートが浮き上がってしまい、電子素子の周側面と、基板の表面と、浮き上がった封止用シートの裏面とによって区画される大きな隙間を生じ易い。従って、大きな隙間を有する電子素子装置の信頼性が低下するという不具合がある。
他方、封止用シートは、電子素子を封止するときに軟化するが、封止用シートをより軟化させれば、隙間をより小さくできるが、過度に流動する場合には、封止用シートの材料が基板の外側にはみ出し、ひいては、その周囲を汚染するなどの不具合がある。
本発明は、外側へのはみ出しを抑制しながら、電子素子を確実に封止して、信頼性に優れる電子素子装置を製造することのできる封止用シートおよび電子素子装置の製造方法を提供する。
本発明(1)は、基板の厚み方向一方面に実装される電子素子を封止する封止層を形成するように使用される封止用シートであり、90℃の粘度が、5kPa以上であり、下記の封止試験で測定される最大長さLが、150μm以下である、封止用シートを含む。
<封止試験>
ガラス製の試験基板の厚み方向一方面に、前記厚み方向に直交する第1方向と、前記厚み方向および前記第1方向に直交する第2方向とのそれぞれにおける長さが10mm、厚みが400μmである矩形状の試験素子を配置し、25℃、1330Paの条件で、前記第1方向および前記第2方向のそれぞれの長さが20μm、厚みが260μmである矩形状の前記封止用シートを、前記試験素子と前記厚み方向において重複するように、2MPaで60秒間、前記試験素子に対して加圧して密着させ、その後、前記封止用シートを、150℃で、1時間加熱して、前記封止層を形成する。前記電子素子の前記第1方向および前記第2方向の少なくともいずれかの一方の方向における少なくとも1つの端面と、前記試験基板の前記厚み方向一方面と、前記端面および前記厚み方向一方面に面する前記封止層の厚み方向他方面とによって区画される試験隙間が形成されており、前記試験隙間における前記一方の方向の最大長さLを測定する。
この封止用シートは、90℃の粘度が、5kPa以上であるので、封止用シートを加熱して電子素子を封止するときに、封止用シートは、軟化しつつ、過度の流動を抑制して、封止用シートの材料のはみ出しを抑制しながら、電子素子を確実に埋設することができる。そのため、この封止用シートは、電子素子に対する封止性に優れながら、周囲への汚染を抑制することができる。
一方、この封止用シートでは、封止試験で測定される最大長さLが150μm以下と短いので、微細な凹凸構造に対しても隙間なく追従でき、耐水性や耐候性に優れ、そのため、信頼性に優れる電子素子装置を製造することができる。
従って、この封止用シートによれば、封止用シートの材料のはみ出しを抑制しながら、電子素子を確実に封止でき、信頼性に優れる電子素子装置を製造することができる。
本発明(2)は、90℃の粘度が、200kPa以下である、(1)に記載の封止用シートを含む。
本発明(3)は、前記封止層の線膨張係数が、20ppm以下である、(1)または(2)に記載の封止用シートを含む。
本発明(4)は、無機フィラーを80質量%以上含有する、(1)〜(3)のいずれか一項に記載の封止用シートを含む。
本発明(5)は、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、および、ビスフェノールF型エポキシ樹脂からなる群から選択される少なくともいずれか1つの2官能エポキシ樹脂を2質量%以上含有する、(1)〜(4)のいずれか一項に記載の封止用シートを含む。
本発明(6)は、(1)〜(5)のいずれか一項に記載の封止用シートを前記電子素子に押し付け、加熱することにより、前記電子素子を封止する前記封止層を形成する工程を備える、電子素子装置の製造方法を含む。
この電子素子装置の製造方法では、封止用シートの90℃の粘度が、5kPa以上であるので、封止用シートを加熱して電子素子を封止するときに、封止用シートは、軟化しつつ、過度の流動を抑制して、封止用シートの材料のはみ出しを抑制しながら、電子素子を確実に埋設することができる。そのため、この封止用シートは、電子素子に対する封止性に優れながら、周囲への汚染を抑制することができる。
一方、封止用シートは、封止試験で測定される最大長さLが150μm以下と短いので、微細な凹凸構造に対しても隙間なく追従でき、耐水性や耐候性に優れ、そのため、信頼性に優れる電子素子装置を製造することができる。
従って、この電子素子装置の製造方法によれば、封止用シートの材料のはみ出しを抑制しながら、電子素子を確実に封止でき、信頼性に優れる電子素子装置を製造することができる。
本発明の封止用シートおよび電子素子装置の製造方法によれば、封止用シートの材料のはみ出しを抑制しながら、電子素子を確実に封止でき、信頼性に優れる電子素子装置を製造することができる。
図1A〜図1Cは、本発明の封止用シートの一実施形態である電子素子封止用シートを用いて電子素子装置を製造する工程図であり、図1Aが、電子素子封止用シートおよび電子素子実装基板を準備する工程、図1Bが、電子素子封止用シートを電子素子に対して密着させるプレス工程、図1Cが、電子素子封止用シートを加熱する加熱工程を示す。 図2Aおよび図2Bは、封止試験において電子素子封止用シートおよび電子素子実装基板を準備する工程を説明する図であり、図2Aが、平面図、図2Bが、断面図を示す。 図3Aおよび図3Bは、図2Aおよび図2Bに引き続き、封止試験におけるプレス試験工程を説明する図であり、図3Aが、平面図、図3Bが、断面図を示す。 図4Aおよび図4Bは、図3Aおよび図3Bに引き続き、封止試験における加熱試験工程を説明する図であり、図4Aが、平面図、図4Bが、断面図を示す。 図5は、図4Aに示す加熱試験工程の変形例の平面図を示す。
本発明の封止用シートの一実施形態である電子素子封止用シートを、図1A〜図4Bを参照して説明する。
なお、図3A、および、図4Aにおいて、後述する電子素子4は、平面視において、視認されないものであるが、その形状および配置を明確に示すため、電子素子封止用シート1および封止層5を透過するように、電子素子4における基板2への接触面をハッチングにて描画している。
図1A〜図1Cに示すように、この電子素子封止用シート1は、電子素子装置(電子素子パッケージ)8の製造に使用される。図1Cに示すように、電子素子装置8は、後で説明するが、基板2と、電子素子4および封止層5を備える。
また、図1Aに示す電子素子封止用シート1は、電子素子4を封止した後の封止層5(図1C参照)ではなく、つまり、電子素子4を封止する前であり、封止層5を形成するための前駆体シートである。
図1Aに示すように、電子素子封止用シート1は、厚み方向に直交する方向(面方向)に延びる略板形状(フィルム形状)を有する。電子素子封止用シート1は、厚み方向他方面である第1面6と、厚み方向一方面である第2面7とを有する。第1面6および第2面7は、互いに平行する平面(平坦面)である。
第2面7は、後述するが、電子素子封止用シート1が電子素子4を封止するするときに、電子素子4における少なくとも厚み方向一方面9(後述)に接触する素子接触面である。また、第2面7は、電子素子封止用シート1が電子素子4を封止するときに、基板2において電子素子4と対向しない厚み方向一方面3に接触する基板接触面でもある。
第1面6は、電子素子封止用シート1が電子素子4(図1B参照)を封止するするときに、例えば、その平坦(平面)形状を維持して、第2面7との厚み方向における間隔を確保して、所定の厚みを与える。
電子素子封止用シート1の材料は、後述する粘度、および、後述する封止試験で測定される最大長さLが、それぞれ、後述する範囲になるような材料であれば、特に限定されない。電子素子封止用シート1の材料としては、例えば、封止組成物が挙げられる。
封止組成物は、例えば、熱硬化性成分を含有する。
熱硬化性成分は、電子素子4を封止するときの加熱により一旦軟化し、さらには、溶融して流動し、さらなる加熱によって、硬化する成分である。
また、熱硬化性成分は、電子素子封止用シート1においてBステージであって、Cステージではない(つまり、完全硬化前の状態である)。なお、Bステージは、熱硬化性成分が、液状であるAステージと、完全硬化したCステージとの間の状態であって、硬化がわずかに進行し、圧縮弾性率がCステージの圧縮弾性率よりも小さい状態である。
熱硬化性成分は、例えば、主剤、硬化剤および硬化促進剤を含む。
主剤としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ビニルエステル樹脂、シアノエステル樹脂、マレイミド樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。主剤としては、耐熱性などの観点から、好ましくは、エポキシ樹脂が挙げられる。主剤がエポキシ樹脂であれば、熱硬化性成分は、後述する硬化剤(エポキシ系硬化剤)および硬化促進剤(エポキシ系硬化促進剤)とともに、エポキシ系熱硬化性成分を構成する。
エポキシ樹脂としては、例えば、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、変性ビスフェノールA型エポキシ樹脂、変性ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂などの2官能エポキシ樹脂、例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリスヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂などの3官能以上の多官能エポキシ樹脂などが挙げられる。これらエポキシ樹脂は、単独で使用または2種以上を併用することができる。
好ましくは、2官能エポキシ樹脂の単独使用が挙げられ、より好ましくは、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂が挙げられる。
エポキシ樹脂のエポキシ当量は、例えば、10g/eq.以上、好ましくは、100g/eq.以上であり、また、例えば、300g/eq.以下、好ましくは、250g/eq.以下である。
主剤(好ましくは、エポキシ樹脂)の軟化点は、例えば、50℃以上、好ましくは、70℃以上であり、また、例えば、110℃以下、好ましくは、90℃以下である。
主剤(好ましくは、エポキシ樹脂)の割合は、封止組成物において、例えば、1質量%以上、好ましくは、2質量%以上であり、また、例えば、30質量%以下、好ましくは、10質量%以下である。また、主剤(好ましくは、エポキシ樹脂)の割合は、熱硬化性成分において、例えば、50質量%以上、好ましくは、60質量%以上であり、また、例えば、90質量%以下、好ましくは、10質量%以下である。
2官能エポキシ樹脂(具体的には、からなる群から選択される少なくともいずれか1つの2官能エポキシ樹脂)の割合は、封止組成物において、例えば、1質量%以上、好ましくは、2質量%以上、より好ましくは、3質量%以上であり、また、例えば、5質量%以下である。上記した2官能エポキシ樹脂の割合が上記した下限以上であれば、封止組成物の流動性を向上させ、電子素子4を確実に埋没させることができる。
硬化剤は、加熱によって、上記した主剤を硬化させる成分(好ましくは、エポキシ樹脂硬化剤)である。硬化剤としては、例えば、フェノールノボラック樹脂などのフェノール樹脂が挙げられる。
硬化剤の割合は、主剤がエポキシ樹脂であり、硬化剤がフェノール樹脂であれば、エポキシ樹脂中のエポキシ基1当量に対して、フェノール樹脂中の水酸基の合計が、例えば、0.7当量以上、好ましくは、0.9当量以上、例えば、1.5当量以下、好ましくは、1.2当量以下となるように、調整される。具体的には、硬化剤の配合部数は、主剤100質量部に対して、例えば、30質量部以上、好ましくは、50質量部以上であり、また、例えば、75質量部以下、好ましくは、60質量部以下である。
硬化促進剤は、加熱によって、主剤の硬化を促進する触媒(熱硬化触媒)(好ましくは、エポキシ樹脂硬化促進剤)であって、例えば、有機リン系化合物、例えば、2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール(2PHZ−PW)などのイミダゾール化合物などが挙げられる。好ましくは、イミダゾール化合物が挙げられる。硬化促進剤の配合部数は、主剤100質量部に対して、例えば、0.05質量部以上であり、また、例えば、5質量部以下である。
なお、封止組成物は、上記した熱硬化性成分に加え、無機フィラー、熱可塑性成分、顔料、シランカップリング剤などの添加剤を含有することができる。
無機フィラーは、封止層5(後述)の強度を向上させて、封止層5に優れた靱性を付与する無機粒子である。無機フィラーの材料としては、例えば、石英ガラス、タルク、シリカ、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素などの無機化合物が挙げられる。これらは、単独使用または2種以上併用することができる。好ましくは、シリカが挙げられる。
無機フィラーの形状は、特に限定されず、例えば、略球形状、略板形状、略針形状、不定形状などが挙げられる。好ましくは、略球形状が挙げられる。
無機フィラーの最大長さの平均値(略球形状であれば、平均粒子径)Mは、例えば、50μm以下、好ましくは、20μm以下、より好ましくは、10μm以下であり、また、例えば、0.1μm以上、好ましくは、0.5μm以上である。なお、平均粒子径Mは、例えば、レーザー散乱法における粒度分布測定法によって求められた粒度分布に基づいて、D50値(累積50%メジアン径)として求められる。
また、無機フィラーは、第1フィラーと、第1フィラーの最大長さの平均値M1より小さい最大長さの平均値M2を有する第2フィラーとを含むことができる。
第1フィラーの最大長さの平均値(略球形状であれば、平均粒子径)M1は、例えば、1μm以上、好ましくは、3μm以上であり、また、例えば、50μm以下、好ましくは、30μm以下である。
第2フィラーの最大長さの平均値(略球形状であれば、平均粒子径)M2は、例えば、1μm未満、好ましくは、0.8μm以下であり、また、例えば、0.01μm以上、好ましくは、0.1μm以上である。
第1フィラーの最大長さの平均値の、第2フィラーの最大長さの平均値に対する比(M1/M2)は、例えば、2以上、好ましくは、5以上であり、また、例えば、50以下、好ましくは、20以下である。
第1フィラーおよび第2フィラーの材料は、ともに同一あるいは相異っていてもよい。
さらに、無機フィラーは、その表面が、部分的あるいは全体的に、シランカップリング剤などで表面処理されていてもよい。
無機フィラーが上記した第1フィラーと第2フィラーとを含む場合には、第1フィラーの割合は、封止組成物中、例えば、40質量%以上、好ましくは、50質量%超過であり、また、例えば、80質量%以下、好ましくは、70質量%以下である。第2フィラーの配合部数は、第1フィラー100質量部に対して、例えば、40質量部以上、好ましくは、50質量部以上であり、また、例えば、70質量部以下、好ましくは、60質量部以下である。
無機フィラーの割合は、封止組成物中、例えば、50質量%以上、好ましくは、65質量%以上、より好ましくは、80質量%以上であり、また、例えば、95質量%以下、好ましくは、90質量%以下である。無機フィラーの含有割合が上記した下限以上であれば、得られる封止層5の信頼性を向上させることができる。
熱可塑性成分は、電子素子4を封止するときの電子素子封止用シート1における柔軟性を向上させる成分である。熱可塑性成分は、例えば、熱可塑性樹脂である。
熱可塑性樹脂としては、例えば、天然ゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリブタジエン樹脂、ポリカーボネート樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂(6−ナイロンや6,6−ナイロンなど)、フェノキシ樹脂、アクリル樹脂、飽和ポリエステル樹脂(PETなど)、ポリアミドイミド樹脂、フッ素樹脂、スチレン−イソブチレン−スチレンブロック共重合体などが挙げられる。これら熱可塑性樹脂は、単独使用または2種以上併用することができる。
熱可塑性樹脂として、好ましくは、主剤(好ましくは、エポキシ樹脂)との分散性を向上させる観点から、アクリル樹脂が挙げられる。
アクリル樹脂としては、例えば、直鎖または分岐のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステルと、その他のモノマー(共重合性モノマー)とを含むモノマー成分を重合してなる、カルボキシル基含有(メタ)アクリル酸エステルコポリマー(好ましくは、カルボキシル基含有アクリル酸エステルコポリマー)などが挙げられる。
アルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、t−ブチル、イソブチル、ペンチル、ヘキシルなどの炭素数1〜6のアルキル基などが挙げられる。
その他のモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、カルボキシエチルアクリレート、カルボキシペンチルアクリレート、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸、クロトン酸などのカルボキシル基含有モノマーなどが挙げられる。
熱可塑性成分の重量平均分子量は、例えば、10万以上、好ましくは、30万以上であり、また、例えば、100万以下、好ましくは、90万以下である。なお、重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトフラフィー(GPC)により、標準ポリスチレン換算値に基づいて測定される。
熱可塑性成分の割合(固形分割合)は、封止組成物の熱硬化を阻害しないように調整されており、具体的には、封止組成物に対して、例えば、1質量%以上、好ましくは、2質量%以上であり、また、例えば、10質量%以下、好ましくは、5質量%以下である。なお、熱可塑性成分は、適宜の溶媒で希釈されて調製されていてもよい。
また、熱可塑性成分の質量の、無機フィラーの質量に対する割合(熱可塑性成分の質量/無機フィラーの質量)は、例えば、0.175以上、好ましくは、0.18以上であり、また、例えば、0.33以下、好ましくは、0.30以下、より好ましくは、0.25以下である。上記した割合が上記した下限以上であれば、電子素子封止用シート1の後述する粘度を所望の範囲に設定することができる。上記した割合が上記した上限以下であれば、電子素子封止用シート1の後述する長さLを所望の範囲に設定することができる。
顔料としては、例えば、カーボンブラックなどの黒色顔料が挙げられる。顔料の平均粒子径は、例えば、0.001μm以上、例えば、1μm以下である。顔料の割合は、封止組成物に対して、例えば、0.1質量%以上、また、例えば、2質量%以下である。
シランカップリング剤としては、例えば、エポキシ基を含有するシランカップリング剤が挙げられる。エポキシ基を含有するシランカップリング剤としては、例えば、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシランなどの3−グリシドキシジアルキルジアルコキシシラン、例えば、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどの3−グリシドキシアルキルトリアルコキシシランが挙げられる。好ましくは、3−グリシドキシアルキルトリアルコキシシランが挙げられる。シランカップリング剤の配合割合は、無機フィラー100質量部に対して、例えば、0.1質量部以上、好ましくは、1質量部以上であり、また、例えば、10質量部以下、好ましくは、5質量部以下である。
電子素子封止用シート1の厚みは、特に限定されず、例えば、50μm以上であり、また、例えば、2000μm以下である。
電子素子封止用シート1の直交方向(面方向)における形状は、特に限定されず、その大きさは、複数の電子素子4を埋設(封止)するとともに、複数の電子素子4から露出する基板2の厚み方向一方面3に接触できるように、設定されている。具体的には、電子素子封止用シート1の面方向における最大長さは、例えば、1mm以上であり、また、例えば、100mm以下である。
この電子素子封止用シート1の90℃の粘度は、5kPa以上であり、好ましくは、10kPa以上、より好ましくは、15kPa以上、さらに好ましくは、25kPa以上、とりわけ好ましくは、40kPa以上、さらには、50kPa以上、さらには、75kPa以上、さらには、100kPa以上である。電子素子封止用シート1の90℃の粘度が上記した下限に満たなければ、電子素子封止用シート1を加熱して電子素子4を封止するときに、電子素子封止用シート1の材料が、過度に軟化し、つまり、過度の流動を抑制できず、電子素子封止用シート1の材料が外側にはみ出す。そうすると、電子素子封止用シート1の周囲が汚染される。
一方、電子素子封止用シート1の90℃の粘度は、例えば、500kPa以下、好ましくは、200kPa以下、より好ましくは、100kPa以下である。電子素子封止用シート1の粘度が上記した上限以下であれば、後述する封止試験で測定される最大長さLを後述する範囲に確実に設定することができる。
なお、電子素子封止用シート1の粘度を決定する温度90℃は、加熱時おける最低溶融粘度を示す温度であって、種々の電子素子封止用シート1のそれぞれについて繰り返し測定を実施したときに、粘度のばらつきが小さくなる温度である。
電子素子封止用シート1の粘度の測定方法は、後の実施例で詳述する。
電子素子封止用シート1は、下記の封止試験で測定される第2試験隙間72の最大長さLが、150μm以下である。最大長さLは、好ましくは、125μm以下、より好ましくは、100μm以下、さらに好ましくは、85μm未満、とりわけ好ましくは、80μm以下、さらには、70μm以下、60μm以下、50μm以下、25μm以下が好適であり、また、例えば、1μm以上である。
<封止試験>
封止試験では、次のプレス試験工程(図2A〜図3B参照)と加熱試験工程(図4Aおよび図4B参照)とを順に実施する。
プレス試験工程では、まず、図2Aおよび図2Bに示すように、ガラス製の試験基板52の厚み方向一方面53に、厚み方向に直交する第1方向(図2Aおよび図2Bにおける左右方向)と、厚み方向および第1方向に直交する第2方向(図2Aにおける上下方向であって、図2Bの奥行き方向)とのそれぞれにおける長さL1が10mm、厚みT1が400μmである矩形状の試験素子54を1つ配置する。
次に、第1方向および第2方向のそれぞれの長さL2が20mm、厚みT2が260μmである矩形状の封止用試験シート51を、試験素子54と厚み方向において重複するように配置した後、25℃、1330Paの条件で、10秒間放置し、続いて、同条件(1330Paの減圧条件)下にて、図3Bに示すように、平板プレス55によって、2MPaで60秒間、封止用試験シート51を試験素子54に対して加圧して密着させる。
このプレス試験工程において、封止用試験シート51は、電子素子封止用シート1(図1Aおよび図1B参照)を上記した大きさ(第1方向および第2方向のそれぞれの長さL2が20mm)となるように切断加工した試験用シートである。また、封止用試験シート51は、厚みT2が260μmとなるように、厚みが予め調整された電子素子封止用シート1である。
プレス試験工程は、減圧装置(真空装置)60内で実施される。減圧装置(真空装置)60の条件は、上記したように、25℃、1330Paである。
図3Aおよび図3Bに示すように、このプレス試験工程では、試験素子54の第1方向および第2方向の両方の方向における端面61(周側面62)と、試験基板52の厚み方向一方面53と、端面61および厚み方向一方面53に面する封止層5の厚み方向他方面63とによって区画される第1試験隙間71が形成される。この第1試験隙間71は、例えば、試験素子54の周側面62である4面(4つの端面61)いずれにも面する。
但し、4つの第1試験隙間71は、4つの端面61に対応する4つの角部65には、面していない。4つの第1試験隙間71は、4つの角部65によって、仕切られている(互いに連通していない)。
加熱試験工程では、図4Aおよび図4Bに示すように、まず、電子素子実装基板12および封止用試験シート51を、減圧装置60から取り出す。すると、第1試験隙間71(図3Aおよび図3B参照)は、減圧(真空)状態である一方、封止用試験シート51の外側は、大気圧になるため、第1試験隙間71が大気圧に近づくように、封止用試験シート51が、大気圧によって押圧される。つまり、第1試験隙間71の容積が減ずる(第1試験隙間71が縮小する)ように、封止用シートにおいて第1試験隙間71に面する部分が、押圧される。続いて、150℃で、1時間加熱して、封止層5を形成する。具体的には、封止用試験シート51が熱硬化性成分を含有するBステージであれば、封止用試験シート51を加熱して、封止用試験シート51を熱硬化(完全硬化、Cステージ化)させる。すると、封止用試験シート51が一旦軟化して、流動性を有する。すると、上記した押圧によって、第1試験隙間71よりも容積が小さい容積を有する第2試験隙間72が形成される。
第2試験隙間72も、試験素子54の周側面61(4つの端面62)と、試験基板52の厚み方向一方面53と、封止層5の厚み方向他方面63とによって区画されている。また、第2試験隙間72も、第1試験隙間71と同様に、4つの角部65によって仕切られている(互いに連通していない)。
そして、第2試験隙間72において試験素子54から最も離れた位置までの長さ(最大長さ)を幅Lとして得る。なお、複数の第2試験隙間72の大きさがそれぞれ異なる場合には、最も大きい第2試験隙間72の幅Lを取得する。
第2試験隙間72は、4つの端面61に対応して4つ形成されている。4つの端面61は、第1方向に互いに対向する第1方向一端面81(例えば、図4Aにおける左面)および第1方向他端面82(例えば、図4Aにおける右面)と、第2方向に互いに対向する第2方向一端面83(例えば、図4Aにおける上面)および第2方向他端面84(例えば、図4Aにおける下面)とである。
第1方向一端面81に面し、それからの第1方向における最大長さは、幅L3であり、第1方向他端面82に面し、それからの第1方向における最大長さが、幅L4である。第2方向一端面83に面し、それからの第2方向における最大長さは、幅L5であり、第2方向他端面84に面し、それからの第2方向における最大長さは、幅L6である。
なお、第1方向一端面81および/または第1方向他端面82に対応する第2試験隙間72は、第1方向一端面81および/または第1方向他端面82における第2方向端部から第2方向中央部に向かうに従って、幅が広くなっており、第2方向中央部において、幅L3および/幅L4を有する。第2方向一端面83および/または第2方向他端面84に対応する第2試験隙間72は、第2方向一端面83および/または第2方向他端面84における第1方向端部から第1方向中央部に向かうに従って、幅が広くなっており、第1方向中央部において、幅L5および/幅L6を有する。
そして、幅L3〜L6のうち、最大値をLとして取得する。具体的には、幅L3および幅L4を比較し、幅L3が幅L4と同じまたは長い場合には、幅L3を、第2試験隙間の最大長さとしての幅Lとして取得する。また、幅L3および幅L5を比較し、幅L3が幅L5と同じまたは長い場合には、幅L3を、第2試験隙間の最大長さとしての幅Lとして取得する。なお、幅L3および幅L6、幅L4および幅L5、幅L4および幅L6の比較については、上記と同様であり、詳細を省略する。
第2試験隙間72の最大長さ(幅)Lが上記した上限を超えると、後述する第2隙間17の大きさが大きくなり、そのため、微細な凹凸を追従して均一(均質)(きれい)に埋没させることができず、得られる電子素子装置8の信頼性が低下する。
電子素子封止用シート1を製造するには、まず、封止組成物を調製する。具体的には、上記した成分を配合して、それらを混合して、封止組成物を調製する。好ましくは、上記した各成分(および必要により溶媒)を配合および混合して、ワニスを調製する。その後、ワニスを、図示しない剥離シートに塗布し、乾燥させて、電子素子封止用シート1を得る。この場合には、電子素子封止用シート1剥離シート(図示せず)に支持された状態で、得られる。
一方、ワニスを調製せず、混練押出によって、封止組成物から電子素子封止用シート1を形成することもできる。
電子素子封止用シート1において、電子素子封止用シート1は、熱硬化性成分を含有する場合には、例えば、Bステージである。
(電子素子装置の製造方法)
次に、電子素子封止用シート1を用いて、電子素子装置8を製造する方法を、図1A〜図1Cを参照して説明する。
この方法は、電子素子封止用シート1および電子素子4を準備する準備工程(図1A参照)、および、電子素子封止用シート1を使用して電子素子4を封止して、封止層5を形成する封止工程(図1Bおよび図1C参照)を備える。
(準備工程)
図1Aに示すように、準備工程では、上記した電子素子封止用シート1(好ましくは、Bステージの電子素子封止用シート1)を準備する。別途、準備工程では、基板2に実装された電子素子4を準備する。
電子素子4は、基板2の一方面において、互いに間隔を隔てて複数配置されている。複数の電子素子4のそれぞれは、面方向に延びる略平板形状を有する。具体的には、電子素子4は、厚み方向一方面9、厚み方向他方面10、および、直交方向端面である周側面11を連続して備える。
厚み方向一方面9および厚み方向他方面10は、互いに平行する平面である。周側面11は、厚み方向一方面9および厚み方向他方面10の周端縁を厚み方向に連結する。
電子素子4としては、特に限定されず、種々の電子素子が挙げられ、例えば、中空型電子素子、半導体素子などが挙げられる。電子素子4は、基板2の厚み方向一方面3に対向するように複数実装されている。複数の電子素子4は、例えば、基板2に対してフリップチップ実装されている。複数の電子素子4は、互いに間隔を隔てて、基板2の厚み方向一方面3に配置されている。
電子素子4の厚みは、例えば、50μm以上であり、また、例えば、500μm以下である。なお、複数の電子素子4の厚みは、互いに同一あるいは異なっていてもよい。
複数の電子素子4の厚みが互いに異なる場合には、電子素子4の第1面9の厚み方向位置がずれている。この場合には、複数の厚み方向一方面9において、最も厚み方向他方側に位置する厚み方向一方面9と、最も厚み方向一方側に位置する厚み方向一方面9との厚み方向における距離D1は、例えば、20μm以上、さらには、50μm以上であり、また、例えば、5000μm以下、さらには、1000μm以下である。
電子素子4の面方向における最大長さは、例えば、1000μm以上であり、また、例えば、3000μm以下である。互いに隣り合う電子素子4間の距離(周側面11の隣接距離)D2は、例えば、5000μm以下、好ましくは、2000μm以下であり、また、例えば、100μm以上、好ましくは、500μm以上である。
基板2は、電子素子4とともに、電子素子実装基板12に備えられる。つまり、電子素子実装基板12は、電子素子4と、電子素子4を実装する基板2とを備える。
基板2は、面方向に延びる略平板形状を有する。基板2は、平面視において、複数の電子素子4を囲む大きさを有する。基板2は、厚み方向一方面3および厚み方向他方面13を備える。
厚み方向一方面3は、厚み方向一方側に露出する平面である。厚み方向他方面13は、厚み方向一方面3に平行する平面である。基板2の材料としては、特に限定されず、例えば、樹脂、セラミック、金属などが挙げられる。基板2の厚みは、特に限定されず、例えば、10μm以上、好ましくは、1000μm以下である。
(封止工程)
封止工程では、図1Bおよび図1Cに示すように、次いで、電子素子封止用シート1を使用して電子素子4を封止する。具体的には、封止工程は、プレス工程(図1B参照)および加熱工程(図1C参照)を備える。プレス工程および加熱工程は、順に実施される。
プレス工程および加熱工程のそれぞれの条件は、上記した封止試験におけるプレス試験工程および加熱試験工程のそれぞれにおける条件(温度、時間、圧力など)を含むことができる。以下、プレス工程および加熱工程を、順に説明する。
(プレス工程)
図1Aの矢印および図1Bに示すように、プレス工程では、まず、電子素子封止用シート1の第2面7が複数の電子素子4の厚み方向一方面9に接触するように、電子素子封止用シート1を厚み方向他方側に向けて、例えば、減圧装置内(具体的には、真空装置60内)において、プレス(図示せず)を用いて加圧する。必要により、同時に、電子素子封止用シート1を加熱する。このとき、電子素子封止用シート1は、電子素子4の外形に対応して塑性変形する。真空度、圧力、温度などは、特に限定されない。
これによって、電子素子封止用シート1は、複数の電子素子4を被覆する。換言すれば、複数の電子素子4が1つの電子素子封止用シート1に部分的に埋め込まれる。同時に、電子素子封止用シート1の第2面7は、電子素子4の周囲の基板2の厚み方向一方面3に接触する。
そして、図3Aおよび図3Bに示すような、封止試験における第1試験隙間71と同一の(または類似する)形状および配置を有する第1隙間14が形成される。第1隙間14は、電子素子4の周側面11と、基板2の厚み方向一方面3と、周側面11および厚み方向一方面3に面する電子素子封止用シート1の第2面7とによって区画されている。
また、第1隙間14は、その外部(つまり、真空装置60内の雰囲気)と、電子素子封止用シート1によって、遮断されており、つまり、連通していない。
なお、電子素子封止用シート1は、熱硬化性成分を含有する場合には、例えば、依然として、Bステージである。
(加熱工程)
その後、図1Cに示すように、電子素子実装基板12および電子素子封止用シート1を真空装置60から取り出して、これらを大気圧下に置くとともに、これらを加熱する。具体的には、電子素子封止用シート1が熱硬化性成分を含有するBステージである場合には、上記した加熱により、熱硬化(Cステージ化、完全硬化)させる。これにより、封止層5を形成する。つまり、封止層5は、電子素子封止用シート1から調製される。
なお、封止層5は、厚み方向一方面15および厚み方向他方面16を有する。厚み方向一方面15は、電子素子封止用シート1の第1面6(図1A参照)から形成される。厚み方向他方面16は、電子素子封止用シート1の第2面7(図1A参照)から形成される。
そして、この加熱工程では、第1隙間14が小さくなった第2隙間17が形成される。
具体的には、上記した加熱によって、電子素子封止用シート1の流動性が増大するとともに、第1隙間14内の気圧が、その外部の気圧に比べて低い(つまり、負圧である)ことから、第1隙間14が小さくなった第2隙間17が形成される。
この第2隙間17は、電子素子4の周側面11と、基板2の厚み方向一方面3と、周側面11および厚み方向一方面3に面する封止層5の厚み方向他方面13とによって区画されている。
なお、封止層5の材料は、例えば、電子素子封止用シート1の材料の硬化物(Cステージ状物)である。
封止層5の線膨張係数αは、例えば、100ppm以下、好ましくは、20ppm以下、より好ましくは、15ppm以下であり、また、例えば、1ppm以上である。封止層5の線膨張係数αが上記した上限以下であれば、電子素子4の線膨張係数αとの差が小さくなり、熱履歴に対する封止層5と電子素子4との体積変化の差が小さくなるため、信頼性に優れる電子素子装置8を得ることができる。
これにより、電子素子実装基板12および硬化層5を備える電子素子装置8が得られる。また、電子素子装置8は、上記した第2隙間17を有する。
第2隙間17の、電子素子4の周側面11からの離間距離L6の最大値は、例えば、150μm以下、好ましくは、100μm以下、より好ましくは、50μm以下、さらに好ましくは、1μm以下である。なお、第2隙間17の離間距離L6の最大値の求め方は、上記した第2試験隙間72の最大長さLの求め方と同様である。
そして、この電子素子封止用シート1は、90℃の粘度が、5kPa以上であるので、電子素子封止用シート1を加熱して電子素子4を封止するときに、電子素子封止用シート1は、軟化しつつ、過度の流動を抑制して、電子素子封止用シート1の材料のはみ出しを抑制しながら、電子素子4を確実に埋設することができる。そのため、この電子素子封止用シート1は、電子素子4に対する封止性に優れながら、周囲への汚染を抑制することができる。
一方、この電子素子封止用シート1では、封止試験で測定される最大長さLが150μm以下と短いので、微細な凹凸構造に対しても隙間なく追従でき、耐水性や耐候性に優れ、そのため、信頼性に優れる電子素子装置8を製造することができる。することができる。
従って、この電子素子封止用シート1によれば、電子素子封止用シート1の材料のはみ出しを抑制しながら、電子素子4を確実に封止でき、信頼性に優れる電子素子装置8を製造することができる。
この電子素子装置8の製造方法では、電子素子封止用シート1の90℃の粘度が、5kPa以上であるので、電子素子封止用シート1を加熱して電子素子4を封止するときに、電子素子封止用シート1は、軟化しつつ、過度の流動を抑制して、電子素子封止用シート1の材料のはみ出しを抑制しながら、電子素子4を確実に埋設することができる。そのため、この電子素子封止用シート1は、電子素子4に対する封止性に優れながら、周囲への汚染を抑制することができる。
一方、電子素子封止用シート1は、封止試験で測定される最大長さLである幅Lが150μm以下と短いので、微細な凹凸構造に対しても隙間なく追従でき、耐水性や耐候性に優れ、そのため、信頼性に優れる電子素子装置8を製造することができる。
従って、この電子素子装置8の製造方法によれば、電子素子封止用シート1の材料のはみ出しを抑制しながら、電子素子4を確実に封止でき、信頼性に優れる電子素子装置8を製造することができる。
なお、電子素子装置8の製造方法は、上記した封止試験で測定される最大長さLが150μm以下という基準を満足する電子素子封止用シート1を良品して選別する選別工程をさらに備えることもできる。
変形例
以下の各変形例において、上記した一実施形態と同様の部材および工程については、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、各変形例は、特記する以外、一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。さらに、一実施形態およびその変形例を適宜組み合わせることができる。
上記した説明では、プレス工程を、真空(減圧)下で実施しているが、これに限定されず、例えば、大気圧下で実施することもできる。好ましくは、プレス工程を真空下で実施する。プレス工程を真空下で実施すれば、プレス工程後の加熱工程において、電子素子封止用シート1を大気圧下に置く(電子素子封止用シート1の雰囲気を大気圧に戻す)ときに、上記した負圧に基づいて、第2隙間17における離間距離L6、ひいては、第2隙間17の容積を小さくすることができる。また、封止試験が、真空でプレスするプレス試験工程を備えるので、かかる封止試験の結果に基づいて(参照して)、良品である電子素子装置8を確実に得る(選別する)ことができる。
図1Cの仮想線で示すように、この方法は、電子素子装置8における電子素子4の周囲の基板2および封止層5をダイシングする工程を備えることもできる。例えば、基板2の厚み方向他方面13に仮想線で示すダイシングテープ70を配置しながら、ダイシングソー(図示せず)によって、基板2および封止層5を、第1方向および第2方向に沿って切断する。これにより、電子素子装置8を個片化する。
また、封止試験では、第1試験隙間71および第2試験隙間72のそれぞれが、4つの端面62のそれぞれに対して形成されていたが、例えば、図示しないが、1つ、2つ、3つのいずれであってもよい。
さらには、図5に示すように、4つの第1試験隙間71が連通して、4つの角部65を含むような1つの大きな平面視略円環形状を有していてもよい。また、4つの第2試験隙間72が連通して、4つの角部65を含むように、1つの大きな、しかし、第1試験隙間71よりも小さい平面視略円環形状を有していてもよい。
一実施形態では、加熱工程において、電子素子封止用シート1および電子素子実装基板12を、真空装置60から取り出しているが、例えば、真空装置60から取り出すことなく、真空装置60に空気を注入する(引き入れる)こともできる。
一実施形態では、プレス工程および加熱工程を順に実施しているが、例えば、同時に実施することもできる。
電子素子封止用シート1および封止層5は、いずれも、単層で形成しているが、例えば、図示しないが、いずれも、複層で形成することもできる。
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、何ら実施例および比較例に限定されない。また、以下の記載において用いられる配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなど該当記載の上限(「以下」、「未満」として定義されている数値)または下限(「以上」、「超過」として定義されている数値)に代替することができる。
実施例および比較例で使用した各成分を以下に示す。
エポキシ樹脂A:新日鐵化学社製のYSLV−80XY(ビスフェノールF型エポキシ樹脂、エポキシ当量200g/eq.軟化点80℃)
エポキシ樹脂B:日本化薬社製のEPPN501−HY(エポキシ当量169g/eq.軟化点60℃)
硬化剤:群栄化学社製のLVR−8210DL(ノボラック型フェノール樹脂、エポキシ樹脂硬化剤、水酸基当量:104g/eq.、軟化点:60℃)
アクリル樹脂:根上工業社製のHME−2006M、カルボキシル基含有のアクリル酸エステルコポリマー(アクリル系ポリマー)、重量平均分子量:60万、ガラス転移温度(Tg):−35℃、固形分濃度20質量%のメチルエチルケトン溶液
硬化促進剤:四国化成工業社製の2PHZ−PW(2−フェニル−4,5−ジヒドロキシメチルイミダゾール)、エポキシ樹脂硬化促進剤
シランカップリング剤:信越化学社製のKBM−403(3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)
カーボンブラック:三菱化学社製の#20
第1フィラー:FB−5SDC(球状溶融シリカ粉末(無機フィラー)、平均粒子径5μm)
第2フィラー:アドマテックス社製のSC220G−SMJ(平均粒径0.5μm)を3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学社製の製品名:KBM−503)で表面処理した無機フィラー。無機フィラーの100質量部に対して1質量部のシランカップリング剤で表面処理したもの。
実施例1〜5および比較例1〜3
表1に記載の配合処方に従って、封止組成物を調製し、この封止組成物から厚み260μmの電子素子封止用シート1を製造した。なお、電子素子封止用シート1は、図示しない剥離シートに支持される状態で得た。
(評価)
下記の項目を評価した。それらの結果を表1に記載する。
(封止試験)
封止試験では、図2A〜図4Bに示すように、上記したプレス試験工程と、上記した加熱試験工程とを順に実施した。
図2Aおよび図2Bに示すように、プレス試験工程では、まず、減圧装置60内において、第1方向長さが76mm、第2方向長さが26mmであるスライドガラスからなる試験基板52の厚み方向一方面53に、長さL1が10mm、厚みT1が400μmである正方形状の試験素子54を1つ配置した。次いで、厚みT2が260μmの電子素子封止用シート1から、長さL2が20mmの正方形状の封止用試験シート51を作製した。なお、剥離シート(図示せず)も、封止用試験シート51とともに正方形状に形成した。次いで、封止用試験シート51を、試験素子54と厚み方向において重複するように配置した後、25℃、1330Paの条件で、10秒間放置し、続いて、同条件(1330Paの減圧条件)下にて、図3Bに示すように、平板プレス55によって、2MPaで60秒間、封止用試験シート51を試験素子54に対して加圧して密着させた。
図4Aおよび図4Bに示すように、プレス試験工程後の加熱試験工程では、電子素子実装基板12および封止用試験シート51を減圧装置60から取り出し、その後、剥離シートを剥離(除去)し、その後に、150℃で、1時間加熱して、封止用試験シート51を完全硬化させて、封止層5を形成した。
その後、第2試験隙間72における幅(最大長さ)Lを、KEYENCE社製の商品名「デジタルマイクロスコープ」により、測定した。
(粘度)
電子素子封止用シート1の90℃での粘度を、レオメーター(HAAKE社製、MARS III)を用いて、パラレルプレート法により測定した。詳しくは、ギャップ0.8mm、パラレルプレート直径8mm、周波数1Hz、歪み0.05%、90℃等温の条件にて粘度を3回測定し、その平均を90℃での粘度とした。
(線膨張率α)
電子素子封止用シート1を、150℃で1時間、加熱して、硬化物シート(封止層5に相当する硬化シート)を得た。その後、硬化物シートから、長さ15mm×幅4.5mm×厚さ300μmの測定サンプルを切り出した。続いて、測定サンプルを熱機械測定装置(Rigaku社製:形式TMA8310)の引張治具にセットした後、25〜260℃の温度域で、引張荷重2g、昇温速度5℃/minの条件下におき、30℃〜50℃での膨張率から線膨張係数αを算出した。
(はみ出し)
以下の基準で、はみ出しを評価した。
○:上記の封止試験において、剥離シートの周端縁からの封止組成物のはみ出し長さ(量)が、300μm以下であった。
×:上記の封止試験において、剥離シートの周端縁からの封止組成物のはみ出し長さ(量)が、300μm超過であった。
Figure 2020004853
1 電子素子封止用シート
2 基板
3 厚み方向一方面(基板)
5 封止層
51 封止用試験シート
52 試験基板
53 厚み方向一方面(試験基板)
54 試験素子
72 第2試験隙間
L 最大長さ(第2試験隙間)

Claims (6)

  1. 基板の厚み方向一方面に実装される電子素子を封止する封止層を形成するように使用される封止用シートであり、
    90℃の粘度が、5kPa以上であり、
    下記の封止試験で測定される最大長さLが、150μm以下であることを特徴とする、封止用シート。
    <封止試験>
    ガラス製の試験基板の厚み方向一方面に、前記厚み方向に直交する第1方向と、前記厚み方向および前記第1方向に直交する第2方向とのそれぞれにおける長さが10mm、厚みが400μmである矩形状の試験素子を配置し、25℃、1330Paの条件で、前記第1方向および前記第2方向のそれぞれの長さが20μm、厚みが260μmである矩形状の前記封止用シートを、前記試験素子と前記厚み方向において重複するように、2MPaで60秒間、前記試験素子に対して加圧して密着させ、その後、前記封止用シートを、150℃で、1時間加熱して、前記封止層を形成する。前記電子素子の前記第1方向および前記第2方向の少なくともいずれかの一方の方向における少なくとも1つの端面と、前記試験基板の前記厚み方向一方面と、前記端面および前記厚み方向一方面に面する前記封止層の厚み方向他方面とによって区画される試験隙間が形成されており、前記試験隙間における前記一方の方向の最大長さLを測定する。
  2. 90℃の粘度が、200kPa以下であることを特徴とする、請求項1に記載の封止用シート。
  3. 前記封止層の線膨張係数が、20ppm以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の封止用シート。
  4. 無機フィラーを80質量%以上含有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の封止用シート。
  5. ビスフェノールA型エポキシ樹脂、および、ビスフェノールF型エポキシ樹脂からなる群から選択される少なくともいずれか1つの2官能エポキシ樹脂を2質量%以上含有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の封止用シート。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の封止用シートを前記電子素子に押し付け、加熱することにより、前記電子素子を封止する前記封止層を形成する工程
    を備えることを特徴とする、電子素子装置の製造方法。
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