JP5076479B2

JP5076479B2 - 混合装置

Info

Publication number: JP5076479B2
Application number: JP2006334467A
Authority: JP
Inventors: 一弘吉原; 寛寺田; 武寿笛田; 敦越沼
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2005-12-19
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2026-12-12
Also published as: JP2007190905A

Description

本発明は、混合装置、混合物および半導体装置に関し、より詳しくは、混合物中への金属異物の発生を抑制することが可能な混合装置、当該装置を用いてなる混合物および当該混合物を用いてなる半導体装置に関する。

近年、通信モバイル機器、薄型テレビ、ワープロ、パソコン、ＩＣカード、電子手帳など電子機器の小型化、薄型化に伴い、ＩＣパッケージをより小型化、薄型化する要求が増加している。この要求を満たすために、ＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋａｇｅ）、ＣＯＢ（ＣｈｉｐＯｎＢｏａｒｄ）、ＣＯＦ（ＣｈｉｐＯｎＦｉｌｍｅ）、ＣＯＧ（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）、ＭＣＭ（ＭｕｌｔｉＣｈｉｐＭｏｄｕｌ）等のベアチップ実装分野においては、樹脂封止材を用いたＩＣチップの封止が行われており、特にＬＣＤパネルの駆動ＩＣにおいては樹脂封止材を用いたＴＣＰが主流となっている。

樹脂封止材は、一般的に、エポキシ樹脂、硬化剤及び無機質充填材とその他の添加剤を混合して製造されており、液体の状態でＩＣチップの封止を行うことができることから、超小型、超薄型パッケージへのフレキシブルな封止方法を提供できるという特徴を有する。さらに近年では、ＮＵＦ（ＮｏｎＦｌｏｗＵｎｄｅｒＦｉｌｌ）、ＣＵＦ（ＣａｐｉｌｌａｒｙＵｎｄｅｒＦｉｌｌ）等のように、ＩＣチップ回路の微細化によりＩＣチップ回路と基盤回路を接続するワイヤ或いはバンプ間の間隔（ピッチ）が４０μｍから２０μｍ或いは１５μｍと、その狭ピッチ化が進行していることに伴い、上記無機質充填材として、上記ピッチ間隔以下の粒度のものが使用されるようになっている。

また、樹脂封止材等の混合物を製造するための混合装置は、通常、らいかい機、三本ロール、ボールミル、プラネタリミキサー、ホモミキサー等の、各種材料を均一に混合、分散できる混合（混練）装置が用いられており（非特許文献１、２、３等参照）、特に、らいかい機或いはプラネタリミキサーと呼ばれる型式の混合装置は、撹拌のための混合ブレード（攪拌翼付きの軸）が遊星運動を行い、被混合物を効率よく混合することができることから多用されている。このような混合装置は、一般的に、原材料を投入、混合するための混合槽、取り外し可能な撹拌翼、撹拌翼の駆動部、さらにこれらを回転、上下動させるための躯体部分などから構成されることが多く、さらに、樹脂封止材中に含まれる微小な気泡を除去するための真空系脱泡処理機構、混合の過程において当該装置を構成する金属材料に由来して発生しうる磁性金属異物を選択的に回収、除去するための金属選別回収装置（例えば、特許文献１参照）、原材料を投入し易くするために混合槽を手動もしくは電動で上下動させる機構などを備えることもある。なお、上記真空系脱泡処理機構が接続される場合には、撹拌翼とその駆動部は、混合槽上部に取り付けられ、密閉系を成す容器内に収容される。また、混合槽の昇降はラックアンドピニオン等の組み合わせにより可能となる。
特開２０００−１３６２８９号公報「愛工ケミカルミキサカタログ」、株式会社愛工舎製作所「擂潰機カタログ」、株式会社石川工場「プラネタリミキサカタログ」、特殊機化工業株式会社

樹脂封止材において、金属異物等の導電性異物の混入は、回路間隔の電気絶縁不良（ショート）に代表される装置不良の大きな要因となることが周知であるが、近年の、回路間隔の狭ピッチ化に対応するためには、従来よりも小さなサイズ（平均粒径）の導電性異物或いは金属異物を樹脂封止材から除去するかまたはその混入を抑制することが要求される。

導電性異物を除去するための手段としては、例えば、被混合物となる原材料を事前にメッシュを用いてろ過したり、磁石を使用して磁着する金属異物等を除去したりする手段などが挙げられ、樹脂封止材の製造（混合）工程における導電性異物の混入を抑制する手段としては、混合槽や撹拌翼として、耐磨耗性に優れた、例えばアルミナやジルコニアなどの無機質材料からなるものを用いて、導電性異物自体の発生を低減する手段などが挙げられる。

しかしながら、これら従来の手段を適用するだけでは、近年の回路間隔の狭ピッチ化に対応可能な封止材、すなわち、平均粒径が１０〜４０μｍ程度の導電性異物の含有率が低い封止材を効率的に得ることは困難である。

そこで、本発明者らは、樹脂封止材の製造工程において、金属異物が混入、増加する要因を詳細に調査した結果、混合装置の撹拌翼の着脱用金具摺動時の摩耗、撹拌翼軸と軸受け部の摺動時の摩耗、ギアボックス駆動軸とケーシングの摺動時のギア摩耗、混合槽昇降時の金属摺動時の摩耗により磨耗粉（金属異物）が発生し、これが樹脂封止材中に混入していることが分かった。特に、原材料を投入すべく撹拌翼軸を着脱する際に、これと軸受け部が直接接触することで、また、撹拌翼軸の着脱を容易にするために取り付け固定時の公差を大きく取った結果、ガタが大きくなり、混合装置稼動中に撹拌翼軸と軸受け部が接触することで、極微小サイズの金属異物が多く発生していることが分かった。また、ギアボックス駆動軸とケーシングには定期給油を必要としないメタルシールが用いられているが、ここからも金属異物が発生していることが分かった。

上記を鑑みて、本発明は、混合装置の構造に起因する異物の発生およびその混入を抑えることが可能な混合装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、１０μｍ以上、特に１０〜４０μｍ程度の極微小サイズの異物の含有率が低減された混合物および当該混合物を用いてなる高信頼性の半導体装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、下記（１）〜（１３）に記載の事項をその特徴とするものである。

（１）被混合物を投入、混合するための混合槽と、前記混合槽内の被混合物を攪拌するための攪拌翼を一端部に有する撹拌翼軸と、前記攪拌翼軸の他端部が挿嵌、固定されている軸受け部を有する軸取り付け部品と、前記軸取り付け部品を回転させるための自転回転シャフトと、前記自転回転シャフトを駆動するための駆動手段と、を少なくとも備える混合装置において、金属部品同士の接触を避けるための非接触手段をさらに備えることを特徴とする混合装置。

（２）前記撹拌翼軸もしくは該攪拌翼軸を固定するための部品と、前記軸取り付け部品の軸受け部とが接触しないように前記非接触手段が配置されていることを特徴とする上記（１）記載の混合装置。

（３）前記非接触手段が緩衝材であることを特徴とする上記（１）または（２）記載の混合装置。

（４）前記緩衝材が樹脂製緩衝材であることを特徴とする上記（３）に記載の混合装置。

（５）前記混合槽が着脱可能であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の混合装置。

（６）前記混合槽と前記撹拌翼が共に無機質材料からなるものであることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の混合装置。

（７）前記自転回転シャフトを公転させるため駆動手段をさらに備えることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の混合装置。

（８）異物捕集手段をさらに備えることを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれかに記載の混合装置。

（９）前記異物捕集手段が、捕集ポケットまたは永久磁石であることを特徴とする上記（８）に記載の混合装置。

（１０）被混合物を、上記（１）〜（９）のいずれかに記載の混合装置を用いて混合してなることを特徴とする混合物。

（１１）前記被混合物が、エポキシ樹脂、硬化剤および無機充填材を含むことを特徴とする上記（１０）に記載の混合物。

（１２）樹脂封止材であることを特徴とする上記（１０）または（１１）に記載の混合物。

（１３）上記（１０）〜（１２）のいずれかに記載の混合物を用いてなることを特徴とする半導体装置。

本発明の混合装置によれば、１０μｍ以上、特に１０〜４０μｍ程度の極微小サイズの異物の含有率が低減された混合物を提供することができるため、例えば、極微小サイズの金属異物の含有量が従来よりも顕著に低減された樹脂封止材や当該樹脂封止材を用いてなる高信頼性の半導体装置を提供することが可能となる。

本発明の混合装置は、被混合物を投入、混合するための混合槽と、混合槽内の被混合物を攪拌するための攪拌翼を一端部に有する撹拌翼軸と、攪拌翼軸の他端部が挿嵌、固定されている軸受け部を有する軸取り付け部品と、軸取り付け部品を回転させるための自転回転シャフトと、自転回転シャフトを駆動するための駆動手段と、を少なくとも備える混合装置において、金属部品同士の接触を避けるための非接触手段をさらに備えることをその特徴とするものである。なお、本発明の混合装置は、必要に応じて公知の混合、混練、粉砕装置が備える他の部品を備えていてもよい。

以下、本発明の混合装置の主要部について図面を用いて説明するが、本発明は、以下の記載や実施形態に限定されるものではない。

図１（ａ）は、本発明の混合装置の、被混合物１を投入した混合槽２を混合槽昇降用テーブルリフタ３上に乗せた状態を示す概略正面図であり、当該混合槽２は被混合物１を投入もしくは混合し易くするために着脱可能である。また、図１（ｂ）は、上記混合槽２を混合位置まで手動もしくは電動で上昇させた状態を示す概略正面図である。もちろん、本発明の混合装置は、テーブルリフタ以外の、公知の混合槽移動手段を適用することが可能である。

図２は、２本の段付丸棒形状の撹拌翼軸４が軸取り付け部品９の軸受け部に挿嵌、固定された状態を示す断面図である。撹拌翼軸４と軸取り付け部品９は、撹拌翼軸４の軸上端部に切られたネジ山５と撹拌翼軸固定ナット６にて固定されており、軸受け部と攪拌翼軸４の間および軸受け部と撹拌翼軸固定ナット６の間には、これらが直接接触しないように、非接触手段として樹脂製緩衝材が配置されている。非接触手段として用いる緩衝材の素材は特に限定されないが、樹脂製のものが好ましい。また、緩衝材の形状も装置構造に合わせて適宜決定すればよく、特に限定されない。例えば、上記固定ナット６と軸受け部の間に配置されている樹脂製緩衝材７はリング状であり、撹拌翼軸４を取り付けた軸受け部下部にも樹脂製リング１０が皿ボルト（図示せず）により取り付けられている。このように本発明では、非接触手段を金属部品が接触しうる箇所に配置しておくことで、混合装置稼動時における振動などに起因して発生する金属異物量を抑制することが可能となる。

また、本発明の混合装置は、構造的に上記のような非接触手段を配置し難い箇所の部品同士が接触することにより発生する異物を捕集し、その混入を防止するための異物捕集手段を備えていてもよい。図２では、異物捕集手段として、自転回転軸１２とその内側に配置された自転回転シャフト１３との摺動により発生する金属異物１４を捕集するための捕集用ポケット１１が、軸取り付け部品９を深く削りこんだザグリ部（凹部）として形成されている。

図３は、自転回転シャフト１３を回転させるためのギア等の駆動手段を備える駆動部の概略断面図である。より具体的に、当該図３では、自転回転シャフトを自転公転させるための遊星運動ギアボックス１６上の平滑天板１７上端部に堰板１８を取り付け、その平滑天板１７と、遊星運動ギアボックス１６とケーシング部２４を接続するための接続用ボルト１９とを利用して異物捕集手段となる永久磁石２０が取り付けてあり、１番ギア２１と２番ギア２２の駆動摩擦により発生し、本体固定カバー１５とケーシング部２４との隙間２５からこぼれ落ちる金属異物２３を、堰板１８で堰き止め、永久磁石２０で捕集する構造を表している。

本発明の混合装置は、上記のとおり、装置構造に起因して発生する異物、特に金属異物などの導電性異物の量を効果的に抑制することができ、さらには、発生した異物の、被混合物中への混入を防止することも可能であるため、特に、導電性異物の混入が望ましくない配線板用もしくは半導体装置用の材料、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤および無機充填材などを含む樹脂封止材や絶縁樹脂層を形成する絶縁樹脂組成物を製造するのに好適である。もちろん、導電性ペーストを製造するために使用してもよく、また、塗料、接着剤、化粧品、食品などの分野において異物混入の少ない混合物を製造することも可能である。また、本発明において、被混合物の材料種や混合条件などは、従来公知の材料、条件を適用することが可能であり、混合物の用途や特性などに応じて適宜決定すればよい。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

（評価用被混合物）
評価用被混合物として、ビスフェノールＡ型液状エポキシ樹脂（三井化学株式会社製、商品名Ｒ１４０Ｐ）を目開き２０μｍナイロンフィルタ及び１０μｍナイロンフィルタを通して異物の除去を行ったものを用いた。なお、各フィルタから回収された異物の個数は、２０μｍ以上のものが１個、１０μｍ〜２０μｍ未満のものが６個であった。

（実施例１）
石川工場社製のらいかい機（型式２４Ｐ型）の、撹拌翼軸と軸受け部との隙間に、図２の８で示すように、樹脂製緩衝材（ナイロン材料（日本ポリペンコ株式会社製、ＭＣナイロン）を、厚さ約２〜３ｍｍの段付き中空スリーブ状に加工したもの（小さい方の外径約２２ｍｍ、大きい方の外径約３９ｍｍ））を取り付け、実施例１の混合装置とした。なお、上記石川工場社製のらいかい機は、被混合物を投入、混合するための混合槽と、混合槽を昇降させるリフターと、混合槽内の被混合物を攪拌するための攪拌翼を一端部に有する攪拌翼軸と、攪拌翼軸の他端部が挿嵌、固定されている軸受け部を有する軸取り付け部品と、軸取り付け部品を回転させるための自転回転シャフトと、自転回転シャフトを自転・公転させるための駆動手段と、を少なくとも備える混合装置であり、図２や図３に示す構造と同様の構造を有する。なお、軸受け部、撹拌翼軸および該攪拌軸を固定するためのナットは金属製である。また、自転回転シャフトは、その外周に配置されている自転回転軸はオイルレスの金属スリーブで摺動するようになっている。

次に、上記混合装置の混合槽に評価用エポキシ樹脂を１ｋｇ投入して、２０回転／分で２０分間の混合を行った後、評価用エポキシ樹脂を回収して混合中に混入した異物の個数を測定した。測定方法は、回収した評価用エポキシ樹脂を目開き２０μｍナイロンフィルタ及び１０μｍナイロンフィルタにより順次ろ過し、各フィルタ上に残留した異物を回収してカウントした。結果を表１に示す。

（実施例２）
石川工場社製のらいかい機（型式２４Ｐ型）の、撹拌翼軸の固定ナットとこれに接触す軸受け部（開口部付近）の間に、図２の７で示すように、樹脂製リング（ナイロン材料（日本ポリペンコ株式会社製、ＭＣナイロン）を、厚さ約２〜３ｍｍ、内径１６．５ｍｍ、外径３２ｍｍのリング状に加工したもの）を取り付け、実施例２の混合装置とした。

次に、上記混合装置の混合槽に評価用エポキシ樹脂を１ｋｇ投入して、２０回転／分で２０分間の混合を行った後、評価用エポキシ樹脂を回収し、混合中に混入した異物の個数を実施例１と同様に測定した。結果を表１に示す。

（実施例３）
石川工場社製のらいかい機（型式２４Ｐ型）に、実施例１および２と同様にして樹脂製緩衝材および樹脂製リングを取り付け、さらに、堰板と永久磁石を図３に示すように取り付け、実施例３の混合装置とした。

（比較例１）
石川工場製らいかい機（型式２４Ｐ型）の混合槽に評価用エポキシ樹脂を１ｋｇ投入して、２０回転／分で２０分間の混合を行った後、評価用エポキシ樹脂を回収し、混合中に混入した異物の個数を実施例１と同様に測定した。結果を表１に示す。

表１から、非接触手段や異物捕集手段が配置された実施例１〜３の混合装置を用いて混合した評価用樹脂は、それら手段を配置していない比較例１の混合装置を用いて混合した評価用樹脂よりも、異物の混入が低減されていることが分かる。

着脱可能な混合槽とこれを昇降する昇降装置の概略正面図である。撹拌翼軸が軸取り付け部品の軸受け部に挿嵌、固定された状態を示す概略断面図である。自転回転シャフトを回転させるためのギア等の駆動手段を備える駆動部の概略断面図である

符号の説明

１：材料
２：混合槽
３：テーブルリフタ
４：撹拌翼軸
５：ネジ山
６：撹拌翼軸固定ナット
７：樹脂製リング
８：樹脂製緩衝材
９：軸取り付け部品
１０：樹脂製リング
１１：捕集用ポケット
１２：自転回転軸
１３：自転回転シャフト
１４：金属異物
１５：本体固定カバー
１６：遊星運動ギアボックス
１７：平滑天板
１８：堰板
１９：接続用ボルト
２０：永久磁石
２１：１番ギア
２２：２番ギア
２３：金属異物
２４：遊星運動ギアボックス上部ケーシング部
２５：隙間

Claims

被混合物を投入、混合するための混合槽と、前記混合槽内の被混合物を攪拌するための攪拌翼を一端部に有する撹拌翼軸と、前記攪拌翼軸の他端部が挿嵌、固定されている軸受け部を有する軸取り付け部品と、前記軸取り付け部品を回転させるための自転回転シャフトと、前記自転回転シャフトを駆動するための駆動手段と、を少なくとも備える混合装置において、金属部品同士の接触を避けるための非接触手段をさらに備え、前記撹拌翼軸もしくは該攪拌翼軸を固定するための部品と、前記軸取り付け部品の軸受け部とが接触しないように前記非接触手段が配置されていることを特徴とする混合装置。
前記非接触手段が緩衝材であることを特徴とする請求項１記載の混合装置。
前記緩衝材が樹脂製緩衝材であることを特徴とする請求項１または２に記載の混合装置。
前記混合槽が着脱可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の混合装置。
前記混合槽と前記撹拌翼が共に無機質材料からなるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の混合装置。
前記自転回転シャフトを公転させるため駆動手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の混合装置。
異物捕集手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の混合装置。
前記異物捕集手段が、捕集ポケットまたは永久磁石であることを特徴とする請求項７に記載の混合装置。