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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