JP5854125B2 - 封止用樹脂シートの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、基板上に搭載された複数の電子部品を絶縁封止するために用いられる封止用樹脂シートの製造方法に関する。
基板上に複数の電子部品の搭載された電子部品モジュールは、湿気、外部接触等から電子部品を保護するために、基板および電子部品を覆うように封止樹脂層が形成される。この封止樹脂層は、電子部品の搭載された基板上に半硬化状態(Bステージ)の封止用樹脂シートを載置し、載置した封止用樹脂シートを加熱および押圧することにより形成される。
図10(A)から図10(C)は、封止用樹脂シート205を用いて電子部品モジュール200を製造する一般例を示した図である。図10(A)に示すように、回路基板201には回路パターン202が形成されており、回路パターン202の上には導電性接着剤203を介して電子部品204が搭載されている。
図10(B)に示すように、電子部品204の搭載された回路基板201の上方に封止用樹脂シート205が配置される。その後、回路基板201および封止用樹脂シート205を2つの平板206で挟み込み、封止用樹脂シート205を加熱し押圧する。これにより、電子部品204は封止用樹脂シート205に埋設され、かつ封止用樹脂シート205は加熱により硬化され、封止樹脂層209となる。
図10(C)に示すものは、上記の過程により作製された電子部品モジュール200であり、電子部品204および回路基板201が、硬化された封止樹脂層209にて覆われ封止されている。
ここまでは、電子部品モジュール200の製造過程の説明である。次に、電子部品モジュール200の製造過程で用いられる封止用樹脂シート205の製造方法について説明する。
上述した封止用樹脂シート205の製造方法が、たとえば特許文献1(特開2009−29930号公報)に記載されている。特許文献1によれば、図11に示す塗布装置101によって液状の樹脂組成物102を支持フィルム103の上面に塗布し、離型フィルムローラ104から繰り出された離型フィルム105を樹脂組成物102の上面に重ね、押圧ローラ106で樹脂組成物102を押圧することにより封止用樹脂シート205を製造している。
しかしながら、特許文献1に記載されている封止用樹脂シート205の製造方法では、塗布装置101、離型フィルムローラ104、押圧ローラ106等の高価な設備が必要となるため封止用樹脂シート205の製造コストが高くなるという問題がある。
また、特許文献1に記載のように支持フィルム103の上面に液状の樹脂組成物102を塗布する方法では、液状の樹脂組成物102が濡れ広がるため、厚みの大きい封止用樹脂シート205を製造することが困難である。
更に、特許文献1に記載のように支持フィルム103の上面に液状の樹脂組成物102を塗布して離型フィルム105を重ねる製造方法では、塗布時に樹脂組成物102の内部に気泡を巻き込み、その気泡を支持フィルム103と離型フィルム105の間に閉じ込めてしまうことがある。耐湿性、外部遮断性という観点から、電子部品モジュール200の封止樹脂層209には気泡は混入していない方が望ましい。そのためには、電子部品モジュール200の製造過程で用いられる封止用樹脂シート205にも気泡の混入は少ない方が望ましいが、特許文献1に記載の製造方法では、樹脂組成物102の内部に気泡が残留してしまうことがある。
本発明が解決しようとする課題は、上述した封止用樹脂シートの製造方法に関する問題を低減することである。
本発明は、基板上に搭載された複数の電子部品を絶縁封止するための封止用樹脂シートの製造方法であって、封止用樹脂シートの材料となる半硬化状態の樹脂体が、対向する1対の押圧板と押圧板の外周側に設けられた側板とにより囲まれた空間内に配置される樹脂体配置工程と、囲まれた空間内が真空引きされるとともに、樹脂体が樹脂体の硬化温度より低い温度で加熱され、かつ、樹脂体が押圧板により0.004mm/秒以上0.06mm/秒以下の押圧速度で押圧されて延ばされる延ばし工程と、を有する。
樹脂体配置工程では、樹脂体と押圧板の間に離型処理の施された保護フィルムが挿入され、延ばし工程では、樹脂体が押圧されて保護フィルム上に延ばされるのが好ましい。
あるいは、押圧板には、離型処理が施されており、延ばし工程では、樹脂体が押圧されて押圧板の面方向に延ばされるのが好ましい。
本発明によれば、高価な設備を必要とせず、膜厚の大きい封止用樹脂シートを安価に製造できる。また、封止用樹脂シートの内部の気泡の残留を抑制できる。
[第1実施形態]
基板上に複数の電子部品が搭載された電子部品モジュールには、電子部品を絶縁封止するために封止用樹脂シートが用いられる。図1に示すように、封止用樹脂シート11は平板形状をしており、厚みは0.1mm〜3.5mmである。封止用樹脂シート11の材料は絶縁樹脂(たとえばエポキシ樹脂)であり、機械的強度を高めるために、絶縁樹脂には、フィラーとしてたとえばシリカ又はアルミナが含有される。
基板上に複数の電子部品が搭載された電子部品モジュールには、電子部品を絶縁封止するために封止用樹脂シートが用いられる。図1に示すように、封止用樹脂シート11は平板形状をしており、厚みは0.1mm〜3.5mmである。封止用樹脂シート11の材料は絶縁樹脂(たとえばエポキシ樹脂)であり、機械的強度を高めるために、絶縁樹脂には、フィラーとしてたとえばシリカ又はアルミナが含有される。
封止用樹脂シート11の両主面には、封止用樹脂シート11の表面を保護するために保護フィルム12が取り付けられる。保護フィルム12の材料は、たとえばPET(ポリエチレンテレフタラート)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等である。保護フィルム12の表面には、シリコーン樹脂等による離型処理が施されており、封止用樹脂シート11を電子部品モジュールの製造過程で用いる場合は、保護フィルム12を剥離して用いる。
図2(A)から図2(E)および図3を参照して、封止用樹脂シート11の製造方法について説明する。
図2(A)に示すように、底を有する円筒形の金型20を準備し、液状樹脂21を金型20に入れ、熱処理で半硬化状態にして樹脂体22を作製する。
樹脂体22は、フィラーを含有した絶縁樹脂であり、封止用樹脂シート11の材料となるものである。半硬化状態とは、硬化反応の中間段階の状態を指し、Bステージとも呼ばれる。液状樹脂21を半硬化状態にするためには、エポキシ樹脂の場合は、40℃〜160℃の温度により5分〜120分間、オーブンで加熱処理する。
樹脂体22は、温度60℃で120Pa・s〜1800Pa・sの粘度のものを使うことができる。このときの粘度はTA Instruments社製、AR550を用いて、ツールサイズφ8mm、測定厚み550μm、周波数1Hz、歪み0.1%の条件で測定した値である。
図2(B)に示すように、封止用樹脂シート11を成形するための下側の押圧板23を準備し、押圧板23の主面の外周側に側板24を配置する。側板24は枠体であってもよいし、複数の板材をループを描くように配置してもよい。同時に、押圧板23の主面であって、側板24で囲まれた領域内に保護フィルム12を配置し、更に図2(A)の工程で作製された樹脂体22を保護フィルム12上の中央に配置する。
押圧板23、側板24は、押圧しても形状を維持することのできる材質であればよく、たとえばステンレス鋼やアルミニウムが用いられる。側板24は、成形される封止用樹脂シート11の厚みを決めるための部材であり、保護フィルム12の厚みも考慮して設定される。保護フィルム12の厚みが0.05mmの場合、側板24の厚みは、0.2mm〜3.6mmの範囲のものが採用される。
図2(C)に示すように、樹脂体22の上方に、図2(B)の工程で配置された保護フィルム12および押圧板23と対向するように、別の保護フィルム12および上側の押圧板25を順に配置する。これにより、対向する1対の押圧板23、25と側方に設けられた側板24とにより囲まれた空間26に、樹脂体22が配置された状態となる。
ここで、封止用樹脂シート11の製造工程で用いる押圧装置について説明する。図3は、図2(C)で示した工程における押圧装置30の概略図である。図3に示すとおり、樹脂体22および保護フィルム12が、1対の押圧板23、25と側方に設けられた側板24とにより囲まれた空間26内に配置される。この状態で、押圧装置30により空間26内が減圧され、樹脂体22が加熱、押圧される。
押圧板25の上側には加圧板32が設置され、押圧板23の下側には受圧板31が設置される。加圧板32および受圧板31のそれぞれにはヒータ33が内蔵される。このヒータ33により、押圧板23、25を介して樹脂体22が加熱される。
また、加圧板32および受圧板31を取り囲むように真空機構38が設けられる。真空機構38は、図示しない真空源により真空引きされる。側板24には水平方向に図示しない貫通穴があいており、この貫通穴を通じて空間26内も真空引きされ減圧状態となる。
加圧板32の上側には、加圧サーボ機構34の駆動軸が接続される。加圧サーボ機構34の駆動軸が下降することにより、加圧板32および押圧板25が押され、結果的に樹脂体22が押圧される。なお、加圧サーボ機構34は天板36の中央に設置され、天板36は下方のベース35に立てられた支柱37に固定されている。
ここで再び図2を参照して、封止用樹脂シート11の製造方法について説明する。上述した押圧装置30を用いて、図2(D)に示すように、1対の押圧板23、25を互いに近づける方向に移動させる。これにより、押圧板23、25の間にある樹脂体22が保護フィルム12の面方向に沿って延ばされ、封止用樹脂シート11が成形される。
樹脂体22が延ばされる際の加熱温度は、樹脂体22の硬化温度より低い温度(たとえば40℃〜160℃)である。1対の押圧板23、25と側板24とにより囲まれた空間26内の減圧による圧力は、5000Pa以下である。押圧板23、25による押圧速度は、0.004mm/秒以上0.06mm/秒以下である。押圧速度をこの範囲に設定した理由については、後述する。
図2(D)で示した工程にて樹脂体22が延ばされることにより、底面積706.5mm2〜1962.5mm2、高さ5mm〜30mmであった樹脂体22が、面積16900mm2、厚み0.1mm〜3.5mmの封止用樹脂シート11に成形される。第1実施形態は、好ましくはこの範囲において適用される。
図2(D)で示した工程の後、押圧板23、25による押圧力が解除されるとともに押圧板23、25および側板24で囲まれた空間26が大気開放される。これにより、図2(E)に示すような、両面に保護フィルム12のついた封止用樹脂シート11が作製される。
図2(D)の工程において、樹脂体22は加熱されながら延ばされるが、その加熱温度は樹脂体22の硬化温度より低い温度であり、成形された封止用樹脂シート11も半硬化状態のままである。したがって、封止用樹脂シート11を使用する電子部品モジュール200の製造過程(図10参照)において、電子部品を封止用樹脂シート11に埋設させながら封止することができる。
樹脂体22は多少なりとも気泡を巻き込みながら延ばされるが、その際に空間26内は真空引きされているので、巻き込まれた気泡に対し外向きに飛び出す力を作用させ、効果的に気泡を除去することができる。
樹脂体22が延ばされる際の押圧板23、25による押圧速度は、0.004mm/秒以上0.06mm/秒以下である。この押圧速度は、加圧サーボ機構34により正確に設定される。押圧速度をこの範囲に設定することにより、封止用樹脂シート11に残留する気泡を低減することができる。
図4は、樹脂体22に対する押圧板23、25の相対的な押圧速度と封止用樹脂シート11で確認される気泡数の関係を示した図である。封止用樹脂シート11は概ね上述した製造方法により作製される。気泡は、作製後の封止用樹脂シート11を加熱減圧環境下(たとえば温度100℃、圧力200Pa)におき、気泡を顕在化することにより測定した。気泡数は、封止用樹脂シート11の100mm2中に存在する直径0.1mm以上の大きさの気泡数である。サンプル数はn=10である。図4に示すように、押圧速度が0.09mm/秒以上の場合は気泡数が平均して4個以上あるのに対し、押圧速度が0.06mm/秒以下の場合は気泡数が安定して少なくなる。
図5(A)から図5(E)は、押圧速度を変えた場合の封止用樹脂シート11の表面を示した写真である。それぞれの写真の面積は10000mm2である。写真は、作製後の封止用樹脂シート11を加熱減圧環境下(たとえば温度100℃、圧力200Pa)におき、気泡を顕在化させた図である。押圧速度が0.45mm/秒、0.225mm/秒の場合は、表面に多くの気泡を視認できるが、押圧速度が0.06mm/秒、0.009mm/秒、0.0004mm/秒の場合は、気泡数が低減している。
これらより、押圧板23、25による押圧速度を0.004mm/秒以上0.06mm/秒以下の範囲内に設定すれば、封止用樹脂シート11に残留する気泡数を低減できることがわかる。なお、押圧速度の下限値である0.004mm/秒は、加圧サーボ機構34が安定して押圧力を出力することのできる押圧速度として設定している。
図6を参照して、樹脂体22が延ばされる際の樹脂体22の外周付近の様子を説明する。図6(A)は押圧速度が0.45mm/秒の場合を示した図であり、図6(B)は押圧速度が0.06mm/秒の場合を示した図である。
図6(A)および図6(B)に示すように、樹脂体22が矢印e方向に延ばされる際に、保護フィルム12の界面付近にある樹脂体22の内部に渦wが発生する。図6(A)は、押圧速度が大きいため、樹脂体22の外周ではなく少し内寄りにて渦wが発生する。そのため、樹脂体22の外周付近における気体が渦wに巻き込まれて気泡bとなり、気泡bが樹脂体22の内部に残留する。それに対し、図6(B)では、押圧速度が小さいため、樹脂体22の外周にて渦wが発生する。そのため、樹脂体22の外周付近にて巻き込まれた気泡bは、樹脂体22の矢印e方向への広がりとそれに伴う渦wの移動により、樹脂体22の外周先端へ誘導される。外周先端へ誘導された気泡bは、真空機構38(図3参照)の真空引きにより外部へ排出される力が働き、樹脂体22の内部での気泡bの残留が抑制される。
また、第1実施形態で用いられる保護フィルム12の表面には離型処理が施されている。離型処理を施すことにより保護フィルム12の表面の摩擦力を低減する効果があるので、樹脂体22が延ばされる際の滑りが良くなり、気泡bの巻き込みを低減することができる。さらに、保護フィルム12は封止用樹脂シート11の製造毎に交換され得るので、離型処理の劣化を考慮する必要がなく、樹脂体22が延ばされる際の滑り状態は良好に再現される。
また、第1実施形態によれば、押圧装置30および所定の金型20を準備すればよいので、高価な設備を使用せずに封止用樹脂シート11を製造することができる。また、押圧装置30を使えば側板24の設定により比較的膜厚の大きい封止用樹脂シート11を製造することができる。
製造された封止用樹脂シート11の樹脂粘度は、温度60℃で120Pa・s〜1800Pa・sであることが好ましい。このときの粘度は、TA Instruments社製AR550を用いてツールサイズφ8mm、測定厚み550μm、周波数1Hz、歪み0.1%の条件で測定した値である。封止用樹脂シート11の厚みは、封止用樹脂シート11の両主面に保護フィルム12をつけた状態で、その上から反射型のレーザ変位計で測定した値である。図7は封止用樹脂シート11の樹脂粘度と厚みばらつきの関係を示した図であるが、封止用樹脂シート11の樹脂粘度が120Pa・s〜1800Pa・sのときは封止用樹脂シート11の厚みばらつきが10μm以下であるのに対し、100Pa・sのときは厚みばらつきが15μm以上あり、6000Pa・sのときの厚みばらつきは20μm以上もある。なお、封止用樹脂シート11の厚みばらつきは3σの数値であり、サンプル数は、n=20である。
また、図8は封止用樹脂シート11の温度と粘度の関係の一例を示した図である。図8に示すように、温度が高くなると粘度は下がる傾向にあり、温度60℃のときに粘度1800Pa・sであったものが、温度120℃のときには粘度20Pa・sとなる。したがって、温度を上げて樹脂の粘度をたとえば20Pa・sまで下げ、封止用樹脂シート11が硬化する前に流動化させることにより、図10(C)に示すように、電子部品と基板の間まで樹脂材料を充填することができる。
[第2実施形態]
図9(A)から図9(E)を参照して、第2実施形態にかかる封止用樹脂シート11の製造方法について説明する。第2実施形態は、保護フィルム12(図2参照)を用いずに押圧板23、25の間に直接、封止用樹脂シート11を製造する方法である。なお、第1実施形態と共通する構成、製造条件については詳しい説明を省略する。また、押圧過程で用いる押圧装置30は、第1実施形態と同じであり説明を省略する。
図9(A)から図9(E)を参照して、第2実施形態にかかる封止用樹脂シート11の製造方法について説明する。第2実施形態は、保護フィルム12(図2参照)を用いずに押圧板23、25の間に直接、封止用樹脂シート11を製造する方法である。なお、第1実施形態と共通する構成、製造条件については詳しい説明を省略する。また、押圧過程で用いる押圧装置30は、第1実施形態と同じであり説明を省略する。
図9(A)に示すように、底を有する円筒形の金型20を準備し、液状樹脂21を金型20に入れ、熱処理で半硬化状態にして樹脂体22を作製する。
図9(B)に示すように、封止用樹脂シート11を成形するための下側の押圧板23を準備し、押圧板23の主面の外周側に側板24を配置する。同時に、押圧板23の主面であって、側板24で囲まれた領域内の中央に、図9(A)の工程で作製された樹脂体22を配置する。側板24は、成形される封止用樹脂シート11の厚みを決めるための部材である。ただし第2実施形態においては、保護フィルム12を使用しないので、保護フィルム12の厚みを考慮する必要はない。また、樹脂体22と当接する押圧板23の面にはシリコーン樹脂等による離型処理が施されている。
図9(C)に示すように、樹脂体22の上方に、図9(B)で配置された押圧板23と対向するように、上側の押圧板25を配置する。これにより、対向する1対の押圧板23、25と側方に設けられた側板24とにより囲まれた空間26に、樹脂体22が配置された状態となる。なお、樹脂体22と当接する押圧板25の面にもシリコーン樹脂等による離型処理が施されている。
図9(D)に示すように、1対の押圧板23、25を互いに近づける方向に移動させることにより、押圧板23、25の間にある樹脂体22が押圧板23、25の面方向に沿って延ばされ、封止用樹脂シート11が成形される。樹脂体22が延ばされる際、樹脂体22は硬化温度より低い温度に加熱される。対向する1対の押圧板23、25と側方に設けられた側板24とにより囲まれた空間26は、真空引きされる。押圧板23、25による押圧速度は、0.004mm/秒以上0.06mm/秒以下である。
図9(D)で示した工程の後、押圧板23、25による押圧力が解除されるとともに押圧板23、25および側板24で囲まれた空間26が大気開放される。これにより、図9(E)に示すような、封止用樹脂シート11が作製される。
第2実施形態で用いられる押圧板23,25の表面には離型処理が施されている。離型処理を施すことにより押圧板23,25の表面の摩擦力を低減する効果があるので、樹脂体22が延ばされる際の滑りが良くなり、気泡の巻き込みを低減することができる。
第2実施形態によれば、保護フィルム12を用いずに封止用樹脂シート11を製造することができる。そのため封止用樹脂シート11をより安価に製造することができる。
11:封止用樹脂シート
12:保護フィルム
20:金型
21:液状樹脂
22:樹脂体
23、25:押圧板
24:側板
31:受圧板
32:加圧板
33:ヒータ
34:加圧サーボ機構
35:ベース板
36:天板
37:支柱
38:真空機構
12:保護フィルム
20:金型
21:液状樹脂
22:樹脂体
23、25:押圧板
24:側板
31:受圧板
32:加圧板
33:ヒータ
34:加圧サーボ機構
35:ベース板
36:天板
37:支柱
38:真空機構
Claims (3)
- 基板上に搭載された複数の電子部品を絶縁封止するための封止用樹脂シートの製造方法であって、
封止用樹脂シートの材料となる半硬化状態の樹脂体が、対向する1対の押圧板と前記押圧板の外周側に設けられた側板とにより囲まれた空間内に配置される樹脂体配置工程と、
前記囲まれた空間内が真空引きされるとともに、前記樹脂体が前記樹脂体の硬化温度より低い温度で加熱され、かつ、前記樹脂体が前記押圧板により0.004mm/秒以上0.06mm/秒以下の押圧速度で押圧されて延ばされる延ばし工程と、
を有することを特徴とする封止用樹脂シートの製造方法。 - 前記樹脂体配置工程では、前記樹脂体と前記押圧板の間に離型処理の施された保護フィルムが挿入され、
前記延ばし工程では、前記樹脂体が押圧されて前記保護フィルムの面方向に延ばされることを特徴とする請求項1に記載された封止用樹脂シートの製造方法。 - 前記押圧板には、離型処理が施されており、
前記延ばし工程では、前記樹脂体が押圧されて前記押圧板の面方向に延ばされることを特徴とする請求項1に記載された封止用樹脂シートの製造方法。
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