(57)【要約】【課題】半硬化のシート状の熱硬化型樹脂中に埋設する回路部品の破損、および回路部品間の電気的な接続不良などの不具合発生をなくすことを目的とする。【解決手段】熱プレスの際に、プレス板１０ａの移動速度や加速度、あるいは対象物の温度等を測定することにより、熱硬化型樹脂の粘度状態を検知し、その粘度状態からプレス圧の昇圧タイミングを検出することにより、熱プレス中の熱硬化型樹脂中に埋設する回路部品の破損、および回路部品間の電気的な接続不良などの不具合発生をなくすことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回路部品間に半硬化のシート状の熱硬化型樹脂を設けた状態で加熱加圧して前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂を硬化させて電子装置構造の形成を行い、
前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂が設けられた前記複数の回路部品を加熱加圧する一対の熱プレス板を備える熱プレス機構と、
前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂の粘度状態を検知する検知機構と、
前記検知した粘度状態から前記熱プレス機構の制御信号を生成する制御機構と
を有し、前記制御信号により前記熱プレス機構の制御を行うことを特徴とする熱プレス装置。
【請求項２】
前記熱プレス機構の制御が前記熱プレス機構の加圧力を上昇させることであることを特徴とする請求項１記載の熱プレス装置。
【請求項３】
前記粘度状態として、前記熱プレス板の移動速度を検知することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の熱プレス装置。
【請求項４】
前記粘度状態として、前記熱プレス板の移動加速度を検知することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の熱プレス装置。
【請求項５】
前記粘度状態として、前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂の温度を検知することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の熱プレス装置。
【請求項６】
複数の第１の回路部品間に半硬化のシート状の熱硬化型樹脂を設けた状態で加熱加圧して前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂を硬化させて前記第１の回路部品間が電気的に接続された電子装置を製造し、
前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂が設けられた前記複数の第１の回路部品を加熱加圧する工程と、
前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂の粘度状態を検知する工程と、
前記粘度状態から求めたタイミングで前記加熱加圧の加圧力を上昇させる工程と
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の回路部品のいずれかに第２の回路部品が実装され、前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂により前記第２の回路部品が埋設されることを特徴とする請求項６記載の電子装置の製造方法。
【請求項８】
前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂を前記複数の第１の回路部品間の任意の位置に設けることを特徴とする請求項６または請求項７のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１の回路部品のうち少なくとも１つが、ベア形態のＩＣチップであることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の回路部品のうち少なくとも１つが、セラミック材料またはガラス材料からなることを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回路部品内蔵基板、フリップチップ実装体などの電子装置の生産に用いる熱プレス装置およびそれを用いた電子装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のエレクトロニクス機器の小型化・薄型化、高機能化に伴って、プリント基板に実装される回路部品の高密度実装化、および回路部品が実装された回路基板の高機能化への要求が益々強くなっている。このような要求から、回路部品を基板中に埋め込んだ回路部品内蔵基板やベアＩＣを回路基板上に直接実装するフリップチップ実装の技術開発が盛んに行われている。これらの中には、加熱及び加圧処理により低粘度化させた半硬化のシート状の熱硬化型樹脂中に回路部品を埋設した後に樹脂を硬化させて、電気的な接続を行いながら電子装置構造の形成を行う工程を含む技術がある。
【０００３】
先ず、図５を用いて、上記した工程を含む電子装置である回路部品内蔵基板およびその製造方法についての一例を示す。
図５は回路部品内蔵基板の製造方法を示す工程断面図である。
【０００４】
図５において、１００は回路部品内蔵基板である。１０１は熱硬化型樹脂（エポキシ樹脂）と無機フィラー（シリカフィラー）を混合した組成物で、半硬化のシート状の硬化型樹脂であるコンポジットシートである。１０２は熱硬化型樹脂に金属の導電粒子を混合した組成物である導電性ビアペースト、１０３ａ、１０３ｂはプリント配線板である。また、１０４はプリント配線板１０３ａに実装されたチップ部品であり、プリント配線板１０３ａ、１０３ｂの間にコンポジットシートにより埋設される。このように構成される回路部品内蔵基板１００の製造方法について以下に簡単に説明する。
【０００５】
《製造プロセス》
（工程ａ）  コンポジットシート１０１の所定の位置に貫通孔を形成する。
（工程ｂ）  上記した貫通孔に導電性樹脂からなるビアペースト１０２を充填する。
（工程ｃ）  予めプリント配線板１０３ａにチップ部品１０４を実装しておく。プリント配線板１０３ａ、コンポジットシート１０１、プリント配線板１０３ｂの順に、導電性ビアペースト１０２が上下に位置するプリント配線板１０３ａ、１０３ｂの所定の配線パターンに接続する位置にアライメントして積層する。その際、プリント配線板１０３ａに実装したチップ部品１０４が内側となるように配置する。
（工程ｄ）  熱プレス装置により加熱・加圧処理を施し、チップ部品１０４をコンポジットシート１０１に埋設すると共に、導電性ビアペースト１０２を所定の配線電極に十分に押し当てた上でコンポジットシート１０１の硬化を行い、電気的な接続を行いながら回路部品内蔵基板構造の形成を行い、回路部品内蔵基板１００を作製する（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
次に、上記した工程を含むフリップチップ実装体およびその製造方法についての一例を示す。
図６はフリップチップ実装体の製造を示す工程図である。
【０００７】
図６において、２００はフリップチップ実装体、２０１はベアＩＣチップで２０２はスタッドバンプである。また、２０３はプリント配線板、２０４は半硬化のシート状の熱硬化型樹脂である封止接着フィルムである。このように構成されるフリップチップ実装体２００の製造方法について以下に簡単に説明する。
【０００８】
《製造プロセス》
（工程ａ）  ベアＩＣチップ２０１上の所定のパッドにＡｕワイヤーを用いてスタッドバンプ２０２を形成する。
（工程ｂ）  プリント配線板基板２０３のベアＩＣチップ２０１搭載面に封止接着フィルム２０４を貼り付ける。
（工程ｃ）  ベアＩＣチップ２０１を反転して、上記したスタッドバンプ２０２がプリント配線板２０３上の所定の配線電極に当接する位置にアライメントしてマウントする。
（工程ｄ）  熱プレス装置により加熱・加圧処理を施し、ベアＩＣチップ２０１を封止接着フィルム２０４に埋設すると共に、ベアＩＣチップ２０１に形成したスタッドバンプ２０２をプリント配線板２０３の所定の配線電極に十分に押し当てた上で封止接着フィルム２０４の硬化を行い、電気的な接続を行いながらフリップチップ実装体構造の形成を行い、フリップチップ実装体２００を作製する（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２２０２６２号公報
【特許文献２】特開２００２−２６１４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記した回路部品内蔵基板１００及びフリップチップ実装体２００においては、熱プレス装置を用いての加熱及び加圧処理により、チップ部品１０４あるいはベアＩＣチップ２０１などの回路部品を低粘度化させたコンポジットシート１０１あるいは封止接着フィルム２０４などの半硬化のシート状の熱硬化型樹脂中に埋設した後に、電気的な接続を行いながら電子装置構造の形成を行う。この際使用される熱プレス装置は、温度や圧力、あるいは押し込み量（＝熱プレスされる構造物の押し潰される量）が所定の値となるように制御する機構を備えている。さらには、加熱量と加圧量が指定された時間経過に従って、所定の値となるように設定することが可能な装置もある。
【００１０】
これらに用いられる半硬化のシート状の熱硬化型樹脂の溶融粘度特性を示す図を図７に示す。
図７において、横軸はある一定の温度環境のもとでの経過時間を、縦軸は溶融粘度を示す。半硬化のシート状の熱硬化型樹脂は加熱されることで、一旦、低粘度化した後、さらに加熱を続けることで硬化反応が始まり硬度が増してくる特性を有している。
【００１１】
そこで、これまでの熱プレス装置を使用していた際は、半硬化のシート状熱硬化型樹脂中に回路部品が埋設される工程において、回路部品が破損しないように十分にシート状熱硬化型樹脂の粘度が下がったことを見計らい、ある一定の時間が経過した後に大きなプレス圧力を加えるように移行する制御を行っていた。しかしながら、構造物の形状バラツキ（大きさや厚み）や樹脂特性のバラツキなどに伴う特性変動、周囲温度の変化や風流などにより、十分に粘度が下がっていない、あるいは硬化が進み粘度が上がった段階で圧力を加えることがあり、埋設する回路部品を破損するという問題が発生していた。
【００１２】
さらには、熱硬化型樹脂の硬化が進み過ぎた段階で大きな圧力に移行した場合では、導電性ビアペースト１０２やスタッドバンプ２０２を接続する所定の配線電極に十分に押し当てることが出来なくなるので、電気的な接続の不良が発生する場合が生じていた。
【００１３】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は回路部品内蔵基板やフリップチップ実装体の製造方法に関して、半硬化のシート状の熱硬化型樹脂中に埋設する回路部品の破損、および回路部品間の電気的な接続不良などの不具合発生をなくすことを実現する熱プレス装置及びそれを用いた電子装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の熱プレス装置は、複数の回路部品間に半硬化のシート状の熱硬化型樹脂を設けた状態で加熱加圧して前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂を硬化させて電子装置構造の形成を行い、前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂が設けられた前記複数の回路部品を加熱加圧する一対の熱プレス板を備える熱プレス機構と、前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂の粘度状態を検知する検知機構と、前記検知した粘度状態から前記熱プレス機構の制御信号を生成する制御機構とを有し、前記制御信号により前記熱プレス機構の制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
また、前記熱プレス機構の制御が前記熱プレス機構の加圧力を上昇させることであることを特徴とする。
また、前記粘度状態として、前記熱プレス板の移動速度を検知することを特徴とする。
【００１６】
また、前記粘度状態として、前記熱プレス板の移動加速度を検知することを特徴とする。
また、前記粘度状態として、前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂の温度を検知することを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の電子装置の製造方法は、複数の第１の回路部品間に半硬化のシート状の熱硬化型樹脂を設けた状態で加熱加圧して前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂を硬化させて前記第１の回路部品間が電気的に接続された電子装置を製造し、前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂が設けられた前記複数の第１の回路部品を加熱加圧する工程と、前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂の粘度状態を検知する工程と、前記粘度状態から求めたタイミングで前記加熱加圧の加圧力を上昇させる工程とを有することを特徴とする。
【００１８】
また、前記第１の回路部品のいずれかに第２の回路部品が実装され、前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂により前記第２の回路部品が埋設されることを特徴とする。
また、前記半硬化のシート状の熱硬化型樹脂を前記複数の第１の回路部品間の任意の位置に設けることを特徴とする。
【００１９】
また、前記第１の回路部品のうち少なくとも１つが、ベア形態のＩＣチップであることを特徴とする。
また、前記第１の回路部品のうち少なくとも１つが、セラミック材料またはガラス材料からなることを特徴とする。
【００２０】
以上により、半硬化のシート状熱硬化型樹脂中に埋設する回路部品の破損、および回路部品間の電気的な接続不良などの不具合発生をなくすことができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、熱プレスの際に、プレス板の移動速度や加速度、あるいは対象物の温度等を測定することにより、熱硬化型樹脂の粘度状態を検知し、その粘度状態からプレス圧の昇圧タイミングを検出することにより、熱プレス中の熱硬化型樹脂中に埋設する回路部品の破損、および回路部品間の電気的な接続不良などの不具合発生をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施形態）
図１は本発明の熱プレス装置の構成を示す図である。
【００２３】
図１において、１は熱プレス機構である。熱プレス機構１は熱プレス板（上）１０ａと熱プレス板（下）１０ｂにより構成されている。また、１１は半硬化性のシート状の熱硬化型樹脂であり、１２ａ、１２ｂはそれぞれ回路部品である。
【００２４】
通常部品内蔵基板に使用するシート状の熱硬化型樹脂１１としては、無機フィラー７０重量％〜９５重量％と熱硬化性樹脂とを含む混合物を用いている。無機フィラーとしては、たとえば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮまたはＳｉＯ２などを用いることができる。また、無機フィラーの平均粒子径は、０．１μｍ〜１００μｍ以下であるものが用いられている。熱硬化性樹脂には、たとえば、耐熱性が高いエポキシ樹脂、フェノール樹脂またはシアネート樹脂が用いられているが、特にエポキシ樹脂は、耐熱性が特に高いため特に好ましい。なお、混合物は、さらに分散剤、着色剤、カップリング剤または離型剤を含んでいることもある。また、最低溶融粘度が、１，０００−１０，０００Ｐａ・ｓの範囲のものであることが多い。
【００２５】
２０はシート状の熱硬化型樹脂１１の粘度状態を調べるための検知機構、３０はデータ処理機構で４０は制御機構である。また、２１は検知機構２０からの出力信号である検知信号を示し、３１はデータ処理機構３０からの出力信号であるデータ信号を示しており、４１は熱プレス機構１を制御するための制御信号を示している。
【００２６】
上記した構成において、先ず、熱プレス機構１にて熱プレスされているシート状の熱硬化型樹脂１１の粘度状態を測定するのに必要な各種変位量を検知機構２０にて検知する。検知する変位量としては、例えば、シート状の熱硬化型樹脂１１を含む熱プレスされている構造物の厚みやシート状の熱硬化型樹脂１１の周囲へのはみ出し量、またはシート状の熱硬化型樹脂１１の温度があるが、それ以外にもシート状の熱硬化型樹脂１１の粘度状態を測定することが出来る方法であれば構わない。また、検知機構２０としてはシート状の熱硬化型樹脂１１に接触する機構は好ましくない。これは、シート状の熱硬化型樹脂１１は最終的には完全に硬化してしまうので取れ外せなくなるからである。
【００２７】
検知機構２０から出力される検知信号２１は、データ処理機構３０に入力されて適当なデータ加工処理が施される。例えば、シート状の熱硬化型樹脂１１が押し潰される変位量のデータを速度や加速度データに加工を行う。加工されたデータはデータ信号３１として制御機構４０に入力する。制御機構４０では予め入力された条件に従い、データ信号３１に応じて熱プレス機構１の加熱または加圧の少なくとも一方を制御する制御信号４１を発生させて熱プレス機構１の加熱量あるいは加圧量を制御する。
【００２８】
本実施形態において、検知機構２０としてシート状の熱硬化型樹脂１１が押し潰される変位量を検知する場合には、具体的には、上下の熱プレス板１０ａ、１０ｂの移動量を測定する方法がある。
【００２９】
図２に具体的なシステム構成の一例を示す。
図２は本発明の熱プレス板移動量によりプレス機構を制御する熱プレス機構の構成を例示する図である。
【００３０】
図２において、５０はリニアスケールで５１はデータ化装置、５２はサンプリング装置を示し、５３は制御機構用パソコンである。なお、図２の熱プレス機構１において、下側の熱プレス板１０ｂは固定されており、上側のプレス板１０ａのみが可動する構造である。また、図１で説明した構成物に関しては同じ符号を付して説明を省略する。
【００３１】
このように構成されたシステムにおいて、シート状の熱硬化型樹脂１１の粘度状態に応じて移動変位する上側プレス板１０（ａ）の変位量として、例えば、上側プレス板１０ａに設けた目印の移動量をリニアスケール５０にてアナログ電気信号に変換する。変換されたアナログ電気信号は、データ化装置５１によりデジタル電気信号に変換された後、サンプリング装置５２にて所定のサンプリングレートにて抽出して、制御機構を司る制御機構用パソコン５３に入力され、所定のデータ処理を行い熱プレス機構１に向けて制御信号４１を発信する。実際の部品内蔵基板工程ではシート状熱硬化樹脂１１は２００℃、３Ｍｐａの条件下での熱プレスにより、０．６ｍｍの厚みが０．５ｍｍの厚みとなり０．１ｍｍほどプレスにより薄くなるので、上側の熱プレス板１０ａは熱プレス前後で０．１ｍｍほど移動することになる。ここでは、上側プレス板１０ａの移動量を変位量として用いたが、単位時間当たりの移動量から加速度を求め、この加速度を移動量として用いることもできる。
【００３２】
また、シート状の熱硬化型樹脂１１の温度を検知する場合には赤外線放射温度計で測定する方法がある。
図３にその具体的なシステム構成の一例を示す。
【００３３】
図３は本発明におけるシート状の熱硬化型樹脂の温度によりプレス機構を制御する熱プレス機構の構成を例示する図である。
図３において、６０は赤外線放射温度計で６１は設定表示器、６２は制御機構用パソコンである。ここで、図１，図２で説明した構成物に関しては同じ符号を付して説明を省略する。
【００３４】
このように構成されたシステムにおいて、シート状の熱硬化型樹脂１１における周囲表面の実際の温度を非接触方式にて赤外線放射温度計にて測定する。その温度は設定表示機６１に表示されると共に所定のサンプリングレートで制御機構を司る制御機構用パソコン６２に入力され、所定のデータ処理を行い熱プレス機構１に向けて制御信号４１を発信する。
【００３５】
また、本実施形態において、回路部品１２ａ、回路部品１２ｂとしては、通常のプリント配線板やセラミック配線板などの配線板、チップ部品などの受動部品やパッケージ形態の半導体部品以外に、配線板上に電子部品が実装された配線板やベアＩＣチップなど、電子機器を構成するあらゆる回路部品が含まれる。
【００３６】
特に、実装された配線板の場合には回路部品内蔵基板を形成し、ベアＩＣチップの場合にはフリップチップ実装体を形成することになる。
次に、本発明の実施形態に係わる電子部品装置の製造方法における熱プレス工程での熱プレス装置の制御方法の一例を、回路部品内蔵基板の製造方法を例に図４を用いて説明する。
【００３７】
図４は本発明の電子部品装置の製造方法における熱プレス装置の制御方法を説明する図であり、図４（ａ）は回路部品内蔵基板で使用されるシート状の熱硬化型樹脂の溶融粘度特性を示し、図４（ｂ）には、このシート状の熱硬化型樹脂中に回路部品を埋設して、その後電気的な接続を行いながら電子装置構造の形成を行う工程におけるプレス板の移動速度およびプレス圧力のプレス時間との関係を示す。
【００３８】
先ず図４（ａ）について説明する。図４（ａ）において横軸はある一定の温度環境のもとでの経過時間を、縦軸は溶融粘度を示す。図７を用いて説明したのと同様に、半硬化のシート状の熱硬化型樹脂は熱プレスを始めてから、ある一定の加熱を受けると粘度が下がり始める。さらに加熱を続けると、今度は樹脂の硬化が始まり粘度が上昇し始めて飽和状態に達する特性を有する。
【００３９】
そこで、本発明の熱プレス装置を用いて図４（ｂ）に示すように、熱プレス板の移動速度の検知によりシート状の熱硬化型樹脂がある粘度以下になり熱プレス板の移動速度が上昇して、予め入力された変位速度変化点Ｖ１を超えた時点でＰ１からＰ２にプレス圧力を高くするという制御を行う。
【００４０】
ここで、粘度は、液体など流体に力をかけた場合の流体の示す抵抗であり、この場合の熱プレス板の移動速度の勾配に比例する。この結果、上記のように、熱プレス板の移動速度の変化点により、粘度が変わるので、プレス荷重を高くする。
【００４１】
このように、熱プレスの際に、プレス板の移動速度や加速度、あるいは対象物の温度等を測定することにより、熱硬化型樹脂の粘度状態を検知し、実際に熱プレスを行っているシート状の熱硬化型樹脂が正確にある所定の粘度以下となった段階でプレス圧力を移行する等の熱プレス装置の制御を行うことが出来るので、シート状の熱硬化型樹脂中に埋設する回路部品の破損や回路部品間の電気的な導通不良などの不具合の発生を防止できる。
【００４２】
また、回路部品がベアＩＣチップの場合、近年、ベアＩＣチップに対しては性能要求からくる脆弱な絶縁層材料の使用や、電子機器の小型・薄型要求からくる薄厚化により機械的強度の弱い構造へとなってきているが、熱圧着工程で破損することがなく、良好にフリップチップ実装体を作製できる。
【００４３】
また、セラミック製配線板またはガラス製配線板といった、樹脂製のプリント配線板に比べ割れやすい配線板を使用した構成においても、熱プレス工程で割れることがなくなるので、特にセラミック材のＬＴＣＣが用いられることが多い携帯電話などに搭載されるＲＦモジュールやガラス材の配線板が多く用いられるディスプレイモジュールなどを良好に作製できる。
【００４４】
ここで、熱硬化型樹脂は回路部品間の全面に設ける必要はなく、必要な任意の箇所に設ければ十分である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、半硬化のシート状の熱硬化型樹脂中に埋設する回路部品の破損、および回路部品間の電気的な接続不良などの不具合発生をなくすことができ、回路部品内蔵基板、フリップチップ実装体などの電子装置の生産に用いる熱プレス装置およびそれを用いた電子装置の製造方法等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の熱プレス装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の熱プレス板移動量によりプレス機構を制御する熱プレス機構の構成を例示する図
【図３】本発明におけるシート状の熱硬化型樹脂の温度によりプレス機構を制御する熱プレス機構の構成を例示する図
【図４】本発明の電子部品装置の製造方法における熱プレス装置の制御方法を説明する図
【図５】回路部品内蔵基板の製造方法を示す工程断面図
【図６】フリップチップ実装体の製造を示す工程図
【図７】半硬化のシート状の熱硬化型樹脂の溶融粘度特性を示す図
【符号の説明】
【００４７】
１    熱プレス機構
１０ａ    熱プレス板
１０ｂ    熱プレス板
１１    シート状の熱硬化型樹脂
１２ａ    回路部品
１２ｂ    回路部品
２０    検知機構
２１    検知信号
３０    データ処理機構
３１    データ信号
４０    制御機構
４１    制御信号
５０    リニアスケール
５１    データ化装置
５２    サンプリング装置
５３    制御機構用パソコン
６０    赤外線放射温度計
６１    設定表示器
６２    制御機構用パソコン
１００    回路部品内蔵基板
１０１    コンポジットシート
１０２    ビアペースト
１０３ａ    プリント配線板
１０３ｂ    プリント配線板
１０４    チップ部品
２００    フリップチップ実装体
２０１    ベアＩＣチップ
２０２    スタッドバンプ
２０３    プリント配線板
２０４    封止接着フィルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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