(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と電子部品との間の導電部を封止する熱硬化性樹脂の硬化条件の決定方法であって、
前記熱硬化性樹脂の加熱時間と前記熱硬化性樹脂の硬化度との関係を加熱温度ごとに表す情報である硬化度カーブを作成し、
前記作成された硬化度カーブに基づいて、前記加熱温度の１つである第１の加熱温度における前記熱硬化性樹脂内のボイドの自然上昇によるボイド抜け時間を計算し、
前記計算されたボイド抜け時間を基準とする時間を、前記第１の加熱温度での加熱時間として決定する
硬化条件の決定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の硬化条件の決定方法であって、
前記計算工程では、
前記作成された硬化度カーブを、前記熱硬化性樹脂の粘度に換算し、
前記換算により得られた粘度をパラメータとした前記ボイドの自然上昇の状態を表す式に基づいて、前記ボイド抜け時間を計算する
硬化条件の決定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の硬化条件の決定方法であって、
前記ボイドの自然上昇の状態を表す式は、前記ボイドの径をさらにパラメータとし、
前記ボイド抜け時間の計算工程では、前記ボイドの径と前記ボイドに加えられる圧力との関係を表す式に基づいて、前記ボイド抜け時間を計算する
硬化条件の決定方法。
【請求項４】
熱硬化性樹脂の加熱時間と前記熱硬化性樹脂の硬化度との関係を加熱温度ごとに表す情報である硬化度カーブに基づいて、前記加熱温度の１つである第１の加熱温度における熱硬化性樹脂内のボイドの自然上昇によるボイド抜け時間を計算し、
基板の電極上に設けられたはんだ部を覆うように、前記基板上に前記熱硬化性樹脂を供給し、
電子部品の電極、またはこの電極上に設けられたはんだ部が、前記熱硬化性樹脂が供給された前記基板の前記はんだ部に対向するように、前記基板上に前記電子部品を載置し、
加熱開始から、前記計算により得られたボイド抜け時間を基準とする時間まで、前記第１の加熱温度で前記熱硬化性樹脂を加熱する
回路デバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の回路デバイスの製造方法であって、
前記熱硬化性樹脂の加熱工程では、前記電子部品及び前記実装基板の両方側から前記熱硬化性樹脂を加熱する
回路デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項４に記載の回路デバイスの製造方法であって、
前記熱硬化性樹脂はエポキシ系樹脂である
回路デバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項４に記載の回路デバイスの製造方法であって、
前記第１の加熱温度は、２００℃以上２５０℃以下である
回路デバイスの製造方法。
【請求項８】
請求項４に記載の回路デバイスの製造方法であって、
前記加熱開始から前記ボイド抜け時間経過後に、前記第１の加熱温度より低い第２の加熱温度で前記熱硬化性樹脂を加熱する
ことをさらに具備する回路デバイスの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の回路デバイスの製造方法であって、
前記第２の加熱温度は、１００℃以上１５０℃以下である
回路デバイスの製造方法。
【請求項１０】
請求項４に記載の回路デバイスの製造方法であって、
前記計算工程では、
前記作成された硬化度カーブを、前記熱硬化性樹脂の粘度に換算し、
前記換算により得られた粘度をパラメータとした前記ボイドの自然上昇の速度または位置に基づいて、前記ボイド抜け時間を計算する
回路デバイスの製造方法。
【請求項１１】
請求項４に記載の回路デバイスの製造方法であって、
前記基板上に前記電子部品を載置する工程では、
前記電子部品の前記電極が配置される電極配置面、または、前記電極上に設けられたはんだ部が配置されるはんだ配置面が、前記基板の前記電極が配置される実装面に対して角度を有する状態で、前記電子部品を、前記基板上の前記熱硬化性樹脂に接触させ、
前記接触後、前記基板の前記実装面と、前記電子部品の前記電極配置面または前記はんだ配置面との角度を小さくしていくように、前記電子部品を前記熱硬化性樹脂に押し付ける
回路デバイスの製造方法。
【請求項１２】
熱硬化性樹脂の加熱時間と前記熱硬化性樹脂の硬化度との関係を加熱温度ごとに表す情報である硬化度カーブに基づいて、前記加熱温度の１つである第１の加熱温度における熱硬化性樹脂内のボイドの自然上昇によるボイド抜け時間を計算し、
基板の電極を覆うように、前記基板上に前記熱硬化性樹脂を供給し、
電子部品の電極上に設けられたはんだ部が、前記熱硬化性樹脂が供給された前記基板の前記電極に対向するように、前記基板上に前記電子部品を載置し、
加熱開始から、前記計算により得られたボイド抜け時間を基準とする時間まで、前記第１の加熱温度で前記熱硬化性樹脂を加熱する
回路デバイスの製造方法。
【請求項１３】
熱硬化性樹脂の加熱時間と前記熱硬化性樹脂の硬化度との関係を加熱温度ごとに表す情報である硬化度カーブに基づいて、前記加熱温度の１つである第１の加熱温度における熱硬化性樹脂内のボイドの自然上昇によるボイド抜け時間を計算し、
基板の電極上に設けられたはんだ部を覆うように、前記基板上に前記熱硬化性樹脂を供給し、
電子部品の電極、またはこの電極上に設けられたはんだ部が、前記熱硬化性樹脂が供給された前記基板の前記はんだ部に対向するように、前記基板上に前記電子部品を載置し、
加熱開始から、前記計算により得られたボイド抜け時間を基準とする時間まで、前記第１の加熱温度で前記熱硬化性樹脂を加熱する
製造方法により得られた回路デバイス。
【請求項１４】
熱硬化性樹脂の加熱時間と前記熱硬化性樹脂の硬化度との関係を加熱温度ごとに表す情報である硬化度カーブに基づいて、前記加熱温度の１つである第１の加熱温度における熱硬化性樹脂内のボイドの自然上昇によるボイド抜け時間を計算し、
基板の電極を覆うように、前記基板上に前記熱硬化性樹脂を供給し、
電子部品の電極上に設けられたはんだ部が、前記熱硬化性樹脂が供給された前記基板の前記電極に対向するように、前記基板上に前記電子部品を載置し、
加熱開始から、前記計算により得られたボイド抜け時間を基準とする時間まで、前記第１の加熱温度で前記熱硬化性樹脂を加熱する
製造方法により得られた回路デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、基板と電子部品との間の導電部を封止する熱硬化性樹脂の硬化条件の決定方法、その電子部品が搭載された回路基板等の回路デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路やフレキシブルプリント基板等の電子部品の、回路基板への実装工程では、一般的に、アンダーフィル材と呼ばれるエポキシ系の熱硬化性樹脂により、電子部品と回路基板との隙間が封止される。【０００３】
特許文献１に記載の技術は、その熱硬化性樹脂の加熱硬化工程における加熱パターンの決定方法に関する。この技術は、熱硬化性樹脂の示差走査熱量測定（ＤＳＣ：Differential scanning calorimetry）を行い、その測定結果に基づいて、熱硬化性樹脂の熱硬化反応の反応速度式を求める。これにより、適正な加熱パターンが決定される（例えば、特許文献１の明細書段落［００１８］、［００１９］参照）。【０００４】
特許文献２に記載の技術は、熱硬化性樹脂の硬化率予測方法に関する。この技術は、熱硬化性樹脂のより現実に近い硬化特性を得るため、ＫＪＭＡ（Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami）モデルを改良している（例えば、特許文献１の明細書段落［０００５］、［００１０］参照）。しかし、ＫＪＭＡモデルは、基本的に化学反応時の体積変化を説明しており、体積の膨張及び収縮の複雑な反応を示すエポキシ樹脂には実際と一致しない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−８８７９５号公報
【特許文献２】特許第５０４８２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、熱硬化性樹脂の加熱時には、熱硬化性樹脂内でボイドが発生し、これが樹脂内に残る。樹脂内に残るボイドが多い場合、樹脂が剥離されやすくなる等、封止材としての樹脂の品質が劣化するという問題がある。【０００７】
本技術の目的は、熱硬化性樹脂内のボイドの残存を抑制することができる硬化条件の決定方法、回路デバイスの製造方法及びその製造方法により製造された回路デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本技術に係る硬化条件の決定方法は、基板と電子部品との間の導電部を封止する熱硬化性樹脂の硬化条件の決定方法である。
前記熱硬化性樹脂の加熱時間と前記熱硬化性樹脂の硬化度との関係を加熱温度ごとに表す情報である硬化度カーブが作成される。
前記作成された硬化度カーブに基づいて、前記加熱温度の１つである第１の加熱温度における前記熱硬化性樹脂内のボイドの自然上昇によるボイド抜け時間が計算される。
前記計算されたボイド抜け時間を基準とする時間が、前記第１の加熱温度での加熱時間として決定される。【０００９】
本技術では、熱硬化性樹脂の加熱温度である第１の加熱温度で、ボイド抜け時間を加熱時間の基準として決定される。これにより、ボイドの残存を抑制することができるので、高品質な封止材を形成することができる。【００１０】
前記計算工程では、前記作成された硬化度カーブを、前記熱硬化性樹脂の粘度に換算し、
前記換算により得られた粘度をパラメータとした前記ボイドの自然上昇の状態を表す式に基づいて、前記ボイド抜け時間を計算してもよい。粘度換算を行うことにより、ボイドの運動状態を知ることができ、これにより、ボイド抜け時間を求めることができる。【００１１】
前記ボイドの自然上昇の状態を表す式は、前記ボイドの径をさらにパラメータとしてもよい。前記ボイド抜け時間の計算工程では、前記ボイドの径と前記ボイドに加えられる圧力との関係を表す式に基づいて、前記ボイド抜け時間を計算してもよい。これにより、より正確なボイド抜け時間を求めることができる。【００１２】
本技術に係る回路デバイス製造方法は、熱硬化性樹脂の加熱時間と前記熱硬化性樹脂の硬化度との関係を加熱温度ごとに表す情報である硬化度カーブに基づいて、前記加熱温度の１つである第１の加熱温度における熱硬化性樹脂内のボイドの自然上昇によるボイド抜け時間を計算することを含む。
基板の電極上に設けられたはんだ部を覆うように、前記基板上に前記熱硬化性樹脂が供給される。
電子部品の電極、またはこの電極上に設けられたはんだ部が、前記熱硬化性樹脂が供給された前記基板の前記はんだ部に対向するように、前記基板上に前記電子部品が載置される。
加熱開始から、前記計算により得られたボイド抜け時間を基準とする時間まで、前記第１の加熱温度で前記熱硬化性樹脂が加熱される。【００１３】
この製造方法は、硬化度カーブに基づいてボイドの自然上昇によるボイド抜け時間を計算し、加熱開始から、その計算により得られたボイド抜け時間を基準とする時間まで熱硬化性樹脂を加熱するので、ボイドの残存をできるだけ抑制することができる。【００１４】
前記熱硬化性樹脂はエポキシ系樹脂であってもよい。【００１５】
前記第１の加熱温度は、２００℃以上２５０℃以下であってもよい。【００１６】
前記回路デバイスの製造方法は、前記加熱開始から前記ボイド抜け時間経過後に、前記第１の加熱温度より低い第２の加熱温度で前記熱硬化性樹脂を加熱することをさらに具備してもよい。第１の加熱温度での加熱によりボイドがほぼ抜けた状態で、ボイド抜け時間経過後に比較的低い第２の加熱温度で熱硬化性樹脂を加熱することにより、熱硬化性樹脂の品質を向上させることができる。【００１７】
前記第２の加熱温度は、１００℃以上１５０℃以下であってもよい。【００１８】
前記計算工程では、前記作成された硬化度カーブを、前記熱硬化性樹脂の粘度に換算し、前記換算により得られた粘度をパラメータとした前記ボイドの自然上昇の速度または位置に基づいて、前記ボイド抜け時間を計算してもよい。粘度換算を行うことにより、ボイドの運動状態を知ることができ、これにより、ボイド抜け時間を求めることができる。【００１９】
前記基板上に前記電子部品を載置する工程では、前記電子部品の前記電極が配置される電極配置面、または、前記電極上に設けられたはんだ部が配置されるはんだ配置面が、前記基板の前記電極が配置される実装面に対して角度を有する状態で、前記電子部品が、前記基板上の前記熱硬化性樹脂に接触させられてもよい。また、前記接触後、前記基板の前記実装面と、前記電子部品の前記電極配置面または前記はんだ配置面との角度を小さくしていくように、前記電子部品が前記熱硬化性樹脂に押し付けられてもよい。これにより、電子部品の載置の動作を利用して、熱硬化性樹脂内のボイドを熱硬化性樹脂の外へ押し出すようにすることができる。【００２０】
前記回路デバイスの製造方法は、前記熱硬化性樹脂を加熱している間、または、その加熱後、前記熱硬化性樹脂に超音波を照射することをさらに具備してもよい。あるいは、前記製造方法は、前記熱硬化性樹脂を加熱している間、または、その加熱後、前記熱硬化性樹脂に交流磁場を照射することをさらに具備してもよい。これにより、加熱硬化性樹脂の表面に浮き上がった場合に、ボイドを空気中へ逃がすことができ、確実にボイドを除去することができる。【００２１】
本技術に係る他の、回路デバイスの製造方法は、熱硬化性樹脂の加熱時間と前記熱硬化性樹脂の硬化度との関係を加熱温度ごとに表す情報である硬化度カーブに基づいて、前記加熱温度の１つである第１の加熱温度における熱硬化性樹脂内のボイドの自然上昇によるボイド抜け時間を計算することを含む。
基板の電極を覆うように、前記基板上に前記熱硬化性樹脂が供給される。
電子部品の電極上に設けられたはんだ部が、前記熱硬化性樹脂が供給された前記基板の前記電極に対向するように、前記基板上に前記電子部品が載置される。
加熱開始から、前記計算により得られたボイド抜け時間を基準とする時間まで、前記第１の加熱温度で前記熱硬化性樹脂が加熱される。【００２２】
本技術に係る回路デバイスは、上記の各製造方法によって得られた回路デバイスである。
【発明の効果】
【００２３】
以上、本技術によれば、熱硬化性樹脂内のボイドの残存を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本技術の一実施形態に係る回路デバイスの製造工程の一部を模式的に示す。
【図２】図２は、図１に示す製造工程のフローチャートを示す。
【図３】図３は、この加熱条件の作成工程の処理を示すフローチャートである。
【図４】図４Ａ〜Ｃは、変形カーマル式の樹脂係数を求めるための数値解析の方法の例を示す。
【図５】図５は、数値解析により得られた変形カーマル式に基づくエポキシ樹脂の硬化度カーブを、樹脂温度ごとに示すグラフである。
【図６】図６は、式３に基づく、硬化度αと粘度μとの関係を示すグラフである。
【図７】図７は、ヤング−ラプラスの式５に基づいてボイドに働く圧力差を説明するための図である。
【図８】図８は、ステップ２０１〜２０３で得られた計算結果に基づく、加熱時間に対する硬化度α及びボイド上昇位置を表すグラフである。
【図９】図９は、図２に示す熱圧着工程の後において、本発明者が、実際に熱硬化した樹脂を破壊し、ボイド残存を確認した時の実験結果を示す。
【図１０】図１０Ａ〜Ｃは、第３の実施形態に係る製造工程を順に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しながら、本技術の実施形態を説明する。
【００２６】
１．第１の実施形態
（１）回路デバイスの製造方法
図１は、本技術の一実施形態に係る回路デバイスの製造工程の一部を模式的に示す。図２は、その製造工程のフローチャートを示す。以下、図１及び２を参照しながら、この製造工程を順に説明する。
【００２７】
図１Ａに示すように、電子部品１１と、この電子部品１１の実装先の基板である実装基板２１とが準備される。実装基板２１には電極２２が設けれられている。電子部品１１は、電極１２と、それら電極１２上に設けられたはんだ部（例えばプリコートのはんだバンプ）１３とを有している。
【００２８】
実装先の基板である実装基板２１は、典型的にはリジッド基板であるが、フレキシブル基板であってもよい。電子部品１１、例えば集積回路（ＩＣ）、またはフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）等である。
【００２９】
図１Ｂに示すように、例えば、実装基板２１の電極２２上にはんだペーストが塗布されることにより、はんだ部（例えばはんだバンプ）２３が形成される（ステップ１０１）。
【００３０】
図１Ｃに示すように、この実装基板２１上のはんだ部２３を覆うように、アンダーフィル材である熱硬化性樹脂Ｒが実装基板２１上に供給される（ステップ１０２）。熱硬化性樹脂Ｒとして、主にエポキシ樹脂が用いられる。
【００３１】
図１Ｄに示すように、電子部品１１のはんだ部１３が、熱硬化性樹脂Ｒが供給された実装基板２１のはんだ部２３に対向するように、すなわちフリップチップ方式により、実装基板２１上の熱硬化性樹脂Ｒ上に電子部品１１が載置される（ステップ１０３）。
【００３２】
図１Ｅに示すように、図１Ｄに示した状態から電子部品１１と実装基板２１とが、後述する所定の加熱条件（所定の加熱温度及び時間）の下で熱圧着される（ステップ１０４）。
【００３３】
例えば、ヒータを有するプレスヘッド１５が電子部品１１をプレスすることにより、電子部品１１における熱伝導の作用によって、熱硬化性樹脂Ｒが後述する所定の温度で加熱され、これにより、はんだ部１３及び２３が溶融する。これにより、電極１２及び２２（図１Ａ参照）が接合され、熱硬化性樹脂Ｒが硬化し、これらの電極１２及び２２が封止される。
【００３４】
電子部品１１側が加熱される構成に代えて、実装基板２１（実装基板２１の下側）が加熱されてもよい。あるいは、電子部品１１及び実装基板２１の両方側から加熱されてもよい。
【００３５】
その後、図１Ｆに示すように、キュア装置２５によりキュア処理が行われる（ステップ１０５）。キュア処理後、図１Ｇに示すように、例えば熱硬化性樹脂Ｒにクラック及びボイドが発生しているかどうかの工程を含む検査が行われる（ステップ１０６）。
【００３６】
（２）熱硬化性樹脂の加熱条件
次に、上記した熱硬化性樹脂Ｒの加熱条件、つまり加熱温度及び加熱時間について説明する。本実施形態では、熱硬化性樹脂Ｒとして、例えばエポキシ樹脂を用いた例について説明する。以下では、熱硬化性樹脂について、単に「樹脂」と記載し、必要に応じて「熱硬化性樹脂」と記載する。
【００３７】
図３は、この加熱条件の作成工程の処理を示すフローチャートである。この処理は、基本的には、樹脂の加熱時間と、樹脂の硬化度との関係を、加熱温度ごとに表す情報である硬化度カーブを計算する。そしてこの処理は、その硬化度カーブに基づいて、所定の加熱温度における樹脂内のボイドの自然上昇によるボイド抜け時間を計算する。このボイドの抜け時間が加熱時間の基準とされる。ボイドは、樹脂等を加熱することによりはんだ部１３の表面で発生する直径５０〜１００μmの水蒸気である。
【００３８】
コンピュータが、所定のプログラムに基づいて、自動的にステップ２０１〜２０４を計算することもできるし、人が、ステップ２０１〜２０４のうちの少なくとも１つを計算してもよい。あるいは、各ステップの計算のうち少なくとも１つをコンピュータに実行させるために、人による作業がこの処理の途中に介在してもよい。
【００３９】
（ａ）硬化度カーブの計算（ステップ２０１）
硬化度カーブを取得するために、以下のカーマル式（変形カーマル式）・・・式１及びアレニウス式・・・式２を用いて、硬化度αの時間変化、つまり硬化速度（あるいは硬化度カーブ）dα/dtが計算される。
【００４０】
【数１】
0005700186.tif 000002
【００４１】
α：硬化度、
m, n, C1, C2, A, E：樹脂係数
【００４２】
【数２】
0005700186.tif 000003
【００４３】
T：樹脂温度、加熱温度（時間の関数であり、T=f2(t)）、
t：加熱時間、
k (k1, k2)：反応速度定数、
A (A1, A2)：頻度因子、
E (E1, E2)：活性化エネルギー
【００４４】
現実には硬化度に応じて硬化速度が変化し、一般的なカーマル式では正確性を欠く。そのため、硬化度αの関数f1(α)を、一般的なカーマル式に乗じ、これを変形カーマル式とする。これら変形カーマル式及びアレニウス式において、m、n、C1、C2、A、及びEは、それぞれ、熱硬化性樹脂の種類ごとに定められる樹脂係数（樹脂定数）である。
【００４５】
これらの樹脂係数を一般解として求めることは困難であるため、数値解析による離散化（例えば差分法）により樹脂係数が求められる。具体的には、公知の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を行い、それにより得られたＤＳＣデータ（ＤＳＣカーブ）を積分することにより、現実の硬化度カーブ（硬化速度を表すカーブ）を得、カーブフィッティングを行うことにより、それらの樹脂係数を求める。
【００４６】
さらに具体的に説明する。図４Ａは、上記ＤＳＣデータの例を示す。ここでは、熱硬化性樹脂の材料の種類ごとにＤＳＣカーブが示されている。横軸が樹脂の加熱時間を示し、縦軸が熱流を示す。例えば線の山及び谷の各ピーク値で相転移が起こっていることを示す。
【００４７】
ＤＳＣデータが得られると、そのデータが積分されることにより、図４Ｂに示すような樹脂の硬化度の時間変化のカーブ（ＤＳＣ積分カーブ）が得られる。つまり、横軸は時間（加熱時間）、縦軸が硬化度である。このようにして得られたＤＳＣ積分カーブが、現実の硬化度の時間変化を表し、基準カーブとなる。
【００４８】
そして、図４Ｃに示すように、上記変形カーマル式により得られた硬化度カーブを、上記基準カーブにフィッティングさせるように、差分法により離散化が行われる。図４Ｃでは、図４Ｂのうち、実線で示す一の樹脂（ここではエポキシ樹脂）の硬化度カーブに着目している。このようなカーブフィッティングによって、上記樹脂係数m、n、C1、C2、A、及びEがそれぞれ決定される。
【００４９】
こうして決定された樹脂係数を含む変形カーマル式（式１参照）による硬化度カーブに基づいて、任意の温度及び時間における硬化度を把握することができる。
【００５０】
図５は、こうして得られた変形カーマル式に基づく一種類の樹脂（例えばエポキシ樹脂）の硬化度カーブを、樹脂温度ごとに示すグラフである。図中左から２００℃、１８０℃、１６０℃の樹脂温度が示されている。硬化度αが１の時に、樹脂は完全硬化状態をとる。
【００５１】
これら硬化度カーブについて、樹脂温度はそれぞれ一定ではなく、時間とともに樹脂温度が上昇する条件が加えられている（T=f2(t)）。
【００５２】
（ｂ）熱硬化性樹脂の粘度の計算（ステップ２０２）
次に、上記変形カーマル式（式１）により得られる硬化度αを粘度μαに換算する。この換算式は以下の式３で表される。この換算式は、一般的なマコスコ（Macosko）式である。
【００５３】
【数３】
0005700186.tif 000004
【００５４】
μ0：樹脂の初期粘度
μα：硬化度α時における樹脂の粘度
αgel：ゲル時における樹脂の硬化度
f、ga：粘度上昇定数
T：樹脂の温度
【００５５】
図６は、上記の式３に基づく、硬化度αと粘度μとの関係を示すグラフである。ここでの樹脂温度は２００℃である。
【００５６】
（ｃ）ボイドの自然上昇状態の計算（ステップ２０３）
次に、以下の運動方程式（式４）から、上記粘度μαをパラメータとして、ボイドの自然上昇状態、つまり、ボイドの上昇速度や上昇位置を求め、これによりボイドの抜け時間を求める。
ここで、ボイドの形状は球体として近似している。ボイドの上昇位置は、つまり、樹脂内において、はんだ部２３の表面からの高さ方向の成分（鉛直方向の成分）での位置である。
【００５７】
【数４】
0005700186.tif 000005
【００５８】
m：ボイドの質量
v：上昇速度
g：重力加速度
r：ボイドの半径
ρ：ボイドの密度
【００５９】
ボイドの自然上昇速度は、樹脂内でのボイドの浮力による自然上昇分、温度上昇でのボイド径の増加による上昇分、及び、抗力増加による低下分により求められる。
【００６０】
ここで、以下のヤング−ラプラスの以下の式（式５）に基づいて、ボイドＶ（図７参照）の半径rを、Pv-PL（＝ΔP）の関数として表すことができる。つまり、樹脂内の温度上昇によるボイド径は、表面張力に比例し、ボイドの内部と外部との圧力差に反比例する。
【００６１】
Pv＝PL+2σ/r（→ r= 2σ/ΔP）
【００６２】
Pv：ボイド内部の蒸気圧
PL：ボイド表面に加えられるボイド周囲の液体圧
σ：樹脂の表面張力
【００６３】
図８は、ステップ２０１〜２０３で得られた計算結果に基づく、加熱時間に対する硬化度α及びボイド上昇位置（μm）を表すグラフである。すなわち、これは計算に基づく理論値を意味する。硬化度αのカーブ、つまり硬化度カーブは、図５において樹脂温度が２００℃のものを示している。
【００６４】
（ｄ）熱硬化性樹脂の加熱条件の決定（ステップ２０４）
図８のグラフから理論的には、硬化度αが例えば０．３〜０．６（ここでは０．４付近）の時にボイドの上昇が停止し、加熱開始からここまでの時間は約１４秒であることがわかる。つまりこれは、加熱開始からこの時間の経過のタイミングで、ボイドが樹脂外へ抜けることを示している。この時間がボイド抜け時間の理論値となる。このボイド抜け時間は、典型的には、硬化度カーブとボイド上昇位置のカーブとの交点における時間と定めてもよい。
【００６５】
要するに、計算されたボイド抜け時間を基準とする時間が、加熱時間として決定されることにより、ボイドが抜けるタイミングで、所定の加熱温度（ここでは例えば樹脂温度２００℃）での加熱を終了するか、または後述する第２の実施形態のように低温度での加熱処理に移行することができる。ボイドが抜けるタイミングで加熱を終了させることができることにより、加熱処理の時間効率を高めることができ、生産性を向上させることができる。
【００６６】
ボイド抜け時間を基準とする時間とは、ボイド抜け時間そのものでもよいし、ボイド抜け時間に対してあるい程度の幅（例えば誤差等）を考慮した時間であってもよい。当該基準からの幅は、例えば±５秒の範囲内で決定され得る。
【００６７】
なお、ボイドの残存（あるいはボイドトラップとも言う）が起こらないエポキシ樹脂の粘度は、約５００μPa・sである。
【００６８】
（３）理論値と実験値との比較
図９は、熱圧着工程（ステップ１０４）の後において、本発明者が、実際に熱硬化した樹脂を破壊し、ボイド残存を確認した時の実験結果を示す。この実験の目的は、ボイドの抜け時間の理論値と実験値とを比べることにある。
【００６９】
図９中、○印がボイド残存が発生しなかったことを示し、×印がボイド残存が発生したことを示す。図９のグラフにおける縦軸は、上述した２００℃、１８０℃、１６０℃の３種類の樹脂温度に対応している。このグラフ中のカーブは、これらの３種類の硬化度カーブ（図５参照）のそれぞれについて、０．１、０．３、０．５及び０．７の各硬化度に達するまでの時間を測定し、等硬化度点を線で結んだ得られたカーブである。
【００７０】
図９からわかるように、樹脂温度が２００℃の時、硬化度が０．５付近にボイド残存発生の有無の境界がある。つまり、このボイド抜け時間の実験値は、図８で得られた理論値とほぼ一致していることがわかる。
【００７１】
エポキシ樹脂の場合、本実施形態における好ましい加熱温度範囲は、２００℃以上２５０℃以下である。この場合、加熱時間範囲としては、１０秒以上２０以下とされる。なお、２００℃以上２５０℃以下で加熱される場合、はんだの溶融温度もこの温度範囲に設定されたはんだ材料が選定される。
【００７２】
（４）まとめ
以上のように、本実施形態によれば、所定の加熱温度（樹脂温度）についての硬化度カーブに基づき得られたボイド抜け時間を計算し、加熱処理の開始からそのボイド抜け時間まで、その硬化度カーブに対応する加熱温度（第１の加熱温度）で樹脂が加熱される。これにより、ボイドの残存を抑制することができるので、高品質な封止材を持つ回路デバイスを製造することができ、製品の信頼性が向上する。
【００７３】
本実施形態では、一般的なカーマル式を用いるのではなく、ＤＳＣデータに基づき得られた樹脂係数をカーマル式に組み込むことにより得られた変形カーマル式が用いられる。したがって、複数の硬化剤や活性剤が含まれるような熱硬化性樹脂が用いられる場合であっても、実際の硬化度カーブに極力近い、当該変形カーマル式に基づく理論的な硬化度カーブを得ることができる。
【００７４】
ところで、特開２０１２−８１７０３では、ボイドの生成、成長、流動挙動等の解析に基づいて、樹脂の加熱硬化プロセス条件を変更する技術が記載されている。しかし、この従来技術は、樹脂成形のために金型内に充填されて「圧縮された樹脂内のボイドの挙動」を解析するものである。これは、電子部品と実装基板との間のベア状態の樹脂内のボイドの自然上昇状態を解析する本技術には全く適用できない。
【００７５】
したがって本技術のようなベア状態の樹脂では、従来技術ではボイド残存を予測するのは困難であり、実験の繰り返しによる破壊検査や、Ｘ線での非破壊検査で、これを把握する必要があった。特に、図１Ｆに示すように、キュア後の樹脂検査時でなければ、ボイド残存の発生の有無を判断できず、この時点で破壊し確認する必要がある。この検査で製品が不良品と判断された場合、樹脂の供給工程（図１Ｃ参照）まで戻ってやり直しになるため、時間、部品及び材料のロスが発生する。また、これらのロスをなくすため、試作段階で繰り返し実験を行う必要があった。
【００７６】
これに対し、本技術によれば、それらの時間、部品及び材料のロスをなくすことができ、また、樹脂の加熱硬化の条件を作成するための実験効率の改善を図ることもできる。
【００７７】
２．第２の実施形態
第２の実施形態に係る回路デバイスの製造方法は、上記第１の実施形態に係る回路デバイスの製造工程を含む。その上で、この製造方法は、使用される硬化度カーブの加熱温度（第１の加熱温度）による加熱処理後、それより低い加熱温度（第２の加熱温度）で、その樹脂をさらに加熱する工程を含む。
【００７８】
具体的には、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂の場合、第２の加熱温度範囲は、１００℃以上１５０℃以下である。この場合、加熱時間範囲は、６００秒以上１０００秒以下である。より好ましくは、７００秒以上９００秒以下である。
【００７９】
このように、第１の加熱温度での加熱処理によりボイドがほぼ抜けた状態で、ボイド抜け時間経過後に第２の加熱温度でゆっくりと時間をかけて樹脂を加熱することにより、熱硬化性樹脂の品質を向上させることができる。
【００８０】
３．第３の実施形態
第３の実施形態に係る回路デバイスの製造方法は、少なくとも上記第１の実施形態に係る製造工程を含む。その上で、この第３の実施形態に係る製造方法では、図１０Ａ〜Ｃに示すような方法で、電子部品３１を基板に接続する。
【００８１】
なお、この図１０Ａ〜Ｃで示す電子部品３１は、フレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）であるが、もちろん、上記第１の実施形態で示したように集積回路であってもよい。
【００８２】
ＦＰＣ３１は、ポリイミド等で構成されるベース層３４と、金属配線３６と、複数の電極３２等を有する。図１０Ａに示すように、実装基板２１の電極２２及びその上のはんだ部２３上には熱硬化性樹脂Ｒが供給されている。ＦＰＣ３１の電極３２が配置される電極配置面３１ａが、実装基板２１の各電極２２が配置される実装面２１ａに対して角度を有する状態で、つまり斜めの状態から、ＦＰＣ３１が実装基板２１上の樹脂Ｒに接触させられる。
【００８３】
そして、図１０Ｂに示すように、プレスヘッド１５に内蔵されたヒータによって樹脂Ｒが加熱されながら、当該電極配置面３１ａと実装面２１ａとの角度を小さくしていくように、ＦＰＣ３１が樹脂Ｒに押し付けられる。これにより、図１０Ｃに示すように、はんだ部２３が溶融し、電極２２及び電極２３が互いに接続される。なお、プレスヘッド１５は、テフロンシート１７を介してＦＰＣ３１を押さえつける。
【００８４】
本実施形態に係る実装方法によれば、ボイドＶが水平方向（実装基板２１の実装面２１ａに沿う方向）の成分を持つように移動し、樹脂Ｒ外へ押し出されるように作用する。これにより、ボイドが除去されやすくなり、ボイド残存を抑制することができる。実装面領域の樹脂中のボイド残存を実装領域外の樹脂中のボイド残存数より低減することができる。
【００８５】
なお、図１０Ｂのように、ＦＰＣ３１が樹脂Ｒに接触するタイミングで、第１の実施形態で説明した第１の加熱温度での第１の加熱温度での加熱処理が開始される。
図に示すように、実装基板２１の下面にヒータ１６が配置され場合もある。
【００８６】
本実施形態では、ＦＰＣ３１の電極３２にははんだ部が設けられていないが、もちろん、はんだ部が設けられていてもよい。
【００８７】
４．その他の実施形態
本技術は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態を実現することができる。
【００８８】
本技術に係る回路デバイスの製造方法は、熱硬化性樹脂を加熱している間（または、その加熱後）、熱硬化性樹脂に超音波を照射する工程をさらに備えていてもよいし、または、熱硬化性樹脂に交流磁場を照射する工程をさらに備えていてもよい。これにより、加熱硬化性樹脂の表面に浮き上がった場合に、ボイドを空気中へ逃がすことができ、確実にボイドを除去することができる。
【００８９】
本技術は、上記の説明では、フリップチップ方式の実装に適用されたが、ワイヤボンディング等、他の公知の実装方式に適用されてもよい。
【００９０】
上記実施形態では、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂について説明した。しかし、ＤＳＣ測定、ＤＳＣ積分、変形カーマル式及びアレニウス式等は、樹脂全般で共通の技術に適用可能である。したがって、フェノール、メラミン等の他の熱硬化性樹脂にも、本技術が適用され得る。
【００９１】
本技術が適用された回路デバイスを備える電子機器として、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、その他公知の様々な電子機器が挙げられる。
【００９２】
以上説明した各形態の特徴部分のうち、少なくとも２つの特徴部分、例えば第２及び第３の実施形態の特徴を組み合わせることも可能である。
【００９３】
本技術は以下のような構成もとることができる。
（１）基板と電子部品との間の導電部を封止する熱硬化性樹脂の硬化条件の決定方法であって、
前記熱硬化性樹脂の加熱時間と前記熱硬化性樹脂の硬化度との関係を加熱温度ごとに表す情報である硬化度カーブを作成し、
前記作成された硬化度カーブに基づいて、前記加熱温度の１つである第１の加熱温度における前記熱硬化性樹脂内のボイドの自然上昇によるボイド抜け時間を計算し、
前記計算されたボイド抜け時間を基準とする時間を、前記第１の加熱温度での加熱時間として決定する
硬化条件の決定方法。
（２）（１）に記載の硬化条件の決定方法であって、
前記計算工程では、
前記作成された硬化度カーブを、前記熱硬化性樹脂の粘度に換算し、
前記換算により得られた粘度をパラメータとした前記ボイドの自然上昇の状態を表す式に基づいて、前記ボイド抜け時間を計算する
硬化条件の決定方法。
（３）（２）に記載の硬化条件の決定方法であって、
前記ボイドの自然上昇の状態を表す式は、前記ボイドの径をさらにパラメータとし、
前記ボイド抜け時間の計算工程では、前記ボイドの径と前記ボイドに加えられる圧力との関係を表す式に基づいて、前記ボイド抜け時間を計算する
硬化条件の決定方法。
（４）熱硬化性樹脂の加熱時間と前記熱硬化性樹脂の硬化度との関係を加熱温度ごとに表す情報である硬化度カーブに基づいて、前記加熱温度の１つである第１の加熱温度における熱硬化性樹脂内のボイドの自然上昇によるボイド抜け時間を計算し、
基板の電極上に設けられたはんだ部を覆うように、前記基板上に前記熱硬化性樹脂を供給し、
電子部品の電極、またはこの電極上に設けられたはんだ部が、前記熱硬化性樹脂が供給された前記基板の前記はんだ部に対向するように、前記基板上に前記電子部品を載置し、
加熱開始から、前記計算により得られたボイド抜け時間まで、前記第１の加熱温度で前記熱硬化性樹脂を加熱する
回路デバイスの製造方法。
（５）（４）に記載の回路デバイスの製造方法であって、
前記熱硬化性樹脂の加熱工程では、前記電子部品及び前記実装基板の両方側から前記熱硬化性樹脂を加熱する
回路デバイスの製造方法。
（６）（４）に記載の回路デバイスの製造方法であって、
前記熱硬化性樹脂はエポキシ系樹脂である
回路デバイスの製造方法。
（７）（４）から（６）のうちいずれか１つに記載の回路デバイスの製造方法であって、
前記第１の加熱温度は、２００℃以上２５０℃以下である
回路デバイスの製造方法。
（８）（４）から（７）のうちいずれか１つに記載の回路デバイスの製造方法であって、
前記加熱開始から前記ボイド抜け時間経過後に、前記第１の加熱温度より低い第２の加熱温度で前記熱硬化性樹脂を加熱することをさらに具備する
回路デバイスの製造方法。
（９）（８）に記載の回路デバイスの製造方法であって、
前記第２の加熱温度は、１００℃以上１５０℃以下である
回路デバイスの製造方法。
（１０）（４）から（９）のうちいずれか１つに記載の回路デバイスの製造方法であって、
前記計算工程では、
前記作成された硬化度カーブを、前記熱硬化性樹脂の粘度に換算し、
前記換算により得られた粘度をパラメータとした前記ボイドの自然上昇の速度または位置に基づいて、前記ボイド抜け時間を計算する
回路デバイスの製造方法。
（１１）（４）から（１０）のうちいずれか１つに記載の回路デバイスの製造方法であって、
前記基板上に前記電子部品を載置する工程では、
前記電子部品の前記電極が配置される電極配置面、または、前記電極上に設けられたはんだ部が配置されるはんだ配置面が、前記基板の前記電極が配置される実装面に対して角度を有する状態で、前記電子部品を、前記基板上の前記熱硬化性樹脂に接触させ、
前記接触後、前記基板の前記実装面と、前記電子部品の前記電極配置面または前記はんだ配置面との角度を小さくしていくように、前記電子部品を前記熱硬化性樹脂に押し付ける
回路デバイスの製造方法。
（１２）熱硬化性樹脂の加熱時間と前記熱硬化性樹脂の硬化度との関係を加熱温度ごとに表す情報である硬化度カーブに基づいて、前記加熱温度の１つである第１の加熱温度における熱硬化性樹脂内のボイドの自然上昇によるボイド抜け時間を計算し、
基板の電極を覆うように、前記基板上に前記熱硬化性樹脂を供給し、
電子部品の電極上に設けられたはんだ部が、前記熱硬化性樹脂が供給された前記基板の前記電極に対向するように、前記基板上に前記電子部品を載置し、
加熱開始から、前記計算により得られたボイド抜け時間まで、前記第１の加熱温度で前記熱硬化性樹脂を加熱する
回路デバイスの製造方法。
（１３）熱硬化性樹脂の加熱時間と前記熱硬化性樹脂の硬化度との関係を加熱温度ごとに表す情報である硬化度カーブに基づいて、前記加熱温度の１つである第１の加熱温度における熱硬化性樹脂内のボイドの自然上昇によるボイド抜け時間を計算し、
基板の電極上に設けられたはんだ部を覆うように、前記基板上に前記熱硬化性樹脂を供給し、
電子部品の電極、またはこの電極上に設けられたはんだ部が、前記熱硬化性樹脂が供給された前記基板の前記はんだ部に対向するように、前記基板上に前記電子部品を載置し、
加熱開始から、前記計算により得られたボイド抜け時間まで、前記第１の加熱温度で前記熱硬化性樹脂を加熱する
製造方法により得られた回路デバイス。
（１４）熱硬化性樹脂の加熱時間と前記熱硬化性樹脂の硬化度との関係を加熱温度ごとに表す情報である硬化度カーブに基づいて、前記加熱温度の１つである第１の加熱温度における熱硬化性樹脂内のボイドの自然上昇によるボイド抜け時間を計算し、
基板の電極を覆うように、前記基板上に前記熱硬化性樹脂を供給し、
電子部品の電極上に設けられたはんだ部が、前記熱硬化性樹脂が供給された前記基板の前記電極に対向するように、前記基板上に前記電子部品を載置し、
加熱開始から、前記計算により得られたボイド抜け時間まで、前記第１の加熱温度で前記熱硬化性樹脂を加熱する
製造方法により得られた回路デバイス。
【符号の説明】
【００９４】
１１、３１…電子部品
１２、２２、３２…電極
１３、２３…はんだ部
２１…実装基板
２１ａ…実装面
３１…ＦＰＣ（電子部品）
３１ａ…電極配置面
【要約】
【解決手段】硬化条件の決定方法は、基板と電子部品との間の導電部を封止する熱硬化性樹脂の硬化条件の決定方法である。前記熱硬化性樹脂の加熱時間と前記熱硬化性樹脂の硬化度との関係を加熱温度ごとに表す情報である硬化度カーブが作成される。前記作成された硬化度カーブに基づいて、前記加熱温度の１つである第１の加熱温度における前記熱硬化性樹脂内のボイドの自然上昇によるボイド抜け時間が計算される。
【選択図】図３【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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