(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主原料がエポキシ樹脂である熱硬化性樹脂の熱硬化における体積を測定する体積測定装置であって、
前記熱硬化性樹脂の加熱を行う加熱用台座部と、
前記加熱用台座部の上面にくぼみ状に形成され、少なくともくぼみ状の内表面は界面張力エネルギーが１５ｍＮ／ｍより大きく３０ｍＮ／ｍより小さい素材で形成された、前記熱硬化性樹脂が載置される載置部と、
前記加熱用台座部を加熱する加熱部と、
前記加熱用台座部の温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部によって測定された温度に基づいて前記加熱部を温度制御する温調部と、
各温度における、前記載置部に載置された前記熱硬化性樹脂を含む前記載置部の各位置の高さを非接触式３次元形状測定部で測定し前記熱硬化性樹脂の体積を演算する体積測定部とを備えた、体積測定装置。
【請求項２】
主原料がエポキシ樹脂である熱硬化性樹脂の熱硬化における体積を測定する体積測定装置であって、
前記熱硬化性樹脂の加熱を行う加熱用台座部と、
前記加熱用台座部の上面にくぼみ状に形成され、少なくともくぼみ状の内表面はフッ化炭素樹脂によって形成された、前記熱硬化性樹脂が載置される載置部と、
前記加熱用台座部を加熱する加熱部と、
前記加熱用台座部の温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部によって測定された温度に基づいて前記加熱部を温度制御する温調部と、
各温度における、前記載置部に載置された前記熱硬化性樹脂を含む前記載置部の各位置の高さを非接触式３次元形状測定部で測定し前記熱硬化性樹脂の体積を演算する体積測定部とを備えた、体積測定装置。
【請求項３】
前記体積測定部は、前記測定された体積に基づいて体積変化を演算する、請求項１又は２記載の体積測定装置。
【請求項４】
前記体積測定部は、前記非接触式３次元形状測定部を利用して測定した前記載置部のくぼみ部分の体積を用いて、前記熱硬化性樹脂の体積を測定する、請求項１又は２記載の体積測定装置。
【請求項５】
前記加熱用台座部を密閉するチャンバーを備えた、請求項１〜４のいずれかに記載の体積測定装置。
【請求項６】
前記チャンバーは、
前記非接触式３次元形状測定部から前記載置部に向かって照射される光が透過するガラス窓を有している、請求項５記載の体積測定装置。
【請求項７】
前記チャンバーは、排気口を有し、
前記排気口に、その減圧口が接続された減圧ポンプを更に備え、
前記減圧ポンプの動作により、前記チャンバー内が減圧される、請求項５又は６に記載の体積測定装置。
【請求項８】
前記載置部の形状は、
平面視において、その縁の形状が線対称または点対称であり、
前記加熱用台座部の上面と平行な断面形状は、前記載置部の縁の形状と相似であり、
前記断面形状の対称線又は対称点の位置が、前記縁の形状の対称線又は対称点の位置と一致している、請求項１〜７のいずれかに記載の体積測定装置。
【請求項９】
前記載置部の内表面の構成分子が、微細な凹凸を有するフラクタル構造を形成しており、
前記凹凸の幅及び高さは、１０ｎｍより大きく、８００μｍより小さい、請求項１〜８のいずれかに記載の体積測定装置。
【請求項１０】
前記フラクタル構造は、ポリフッ化アルキル化合物の膜によって形成されている、請求項９記載の体積測定装置。
【請求項１１】
前記加熱用台座部は、
加熱ステージと、
前記加熱ステージの上面に配置されたフッ化炭素樹脂板とを有し、
前記フッ化炭素樹脂板に前記載置部が形成されている、請求項１〜１０のいずれかに記載の体積測定装置。
【請求項１２】
前記加熱用台座部は、フッ化炭素樹脂によって形成されている、請求項１〜１０のいずれかに記載の体積測定装置。
【請求項１３】
主原料がエポキシ樹脂である熱硬化性樹脂の加熱を行う加熱用台座部と、前記加熱用台座部の上面にくぼみ状に形成され、少なくともくぼみ状の内表面は界面張力エネルギーが１５ｍＮ／ｍより大きく３０ｍＮ／ｍより小さい素材で形成された、前記熱硬化性樹脂が載置される載置部と、各温度における、前記載置部に載置された前記熱硬化性樹脂を含む前記載置部の各位置の高さを非接触式３次元形状測定部で測定し前記熱硬化性樹脂の体積を演算する体積測定部とを有する体積測定装置を用いて、前記熱硬化性樹脂の熱硬化における体積変化を測定する体積変化測定方法であって、
前記熱硬化性樹脂を硬化させるような温度制御を行い、前記載置部のくぼみ部分の体積変化を測定演算する載置部体積変化測定演算工程と、
前記載置部に前記熱硬化性樹脂を載置する載置工程と、
前記載置部体積変化測定演算工程で得られた体積変化データを用いて、前記熱硬化性樹脂を硬化させるような温度制御を行い、前記熱硬化性樹脂の体積変化を測定演算する熱硬化性樹脂体積変化測定演算工程とを備えた、体積変化測定方法。
【請求項１４】
主原料がエポキシ樹脂である熱硬化性樹脂の加熱を行う加熱用台座部と、前記加熱用台座部の上面にくぼみ状に形成され、少なくともくぼみ状の内表面はフッ化炭素樹脂によって形成された、前記熱硬化性樹脂が載置される載置部と、各温度における、前記載置部に載置された前記熱硬化性樹脂を含む前記載置部の各位置の高さを非接触式３次元形状測定部で測定し前記熱硬化性樹脂の体積を演算する体積測定部とを有する体積測定装置を用いて、前記熱硬化性樹脂の熱硬化における体積変化を測定する体積変化測定方法であって、
前記熱硬化性樹脂を硬化させるような温度制御を行い、前記載置部のくぼみ部分の体積変化を測定演算する載置部体積変化測定演算工程と、
前記載置部に前記熱硬化性樹脂を載置する載置工程と、
前記載置部体積変化測定演算工程で得られた体積変化データを用いて、前記熱硬化性樹脂を硬化させるような温度制御を行い、前記熱硬化性樹脂の体積変化を測定演算する熱硬化性樹脂体積変化測定演算工程とを備えた、体積変化測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂の物性を評価する技術に関するものであり、例えば、熱硬化性樹脂の加熱による膨張とそれに続く硬化による収縮、および硬化終了後の冷却に伴う収縮を測定する体積測定装置及び体積変化測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に半導体素子がフリップチップ接続された半導体装置における保護材料としては、基板と半導体素子の間隙を充填し、熱硬化させるアンダーフィル材料が用いられている。
【０００３】
このアンダーフィル材料としては、半導体装置の使用上発生する熱応力を緩和するために、より低い弾性率のものが要求され、熱硬化の際にその化学反応による体積収縮が小さいものがさらに好ましく使用される。なぜなら、熱硬化による化学反応収縮が大きいと、半導体素子表面や、回路基板表面あるいは、それらの接続部として使用されているバンプ接続部あるいは金属ワイヤなどと密着しながら収縮することとなり、それ自体が半導体装置内での応力発生要因となるからである。
【０００４】
一般的にはアンダーフィル材料を始めとした樹脂材料中に無機充填フィラーなどを含有し、硬化や冷却による収縮量を小さくすることが行われるが、収縮を完全になくすことはできない。
【０００５】
そこで、樹脂硬化物を含むこれら基材の線膨張係数や弾性率、ガラス転移温度を別途公知の方法で測定し、それらの値から半導体装置内の各所におけるひずみ量を計算し、発生する場所と応力の大きさが求めることが可能である。
【０００６】
しかしながら、熱硬化性樹脂の加熱時の化学反応による重合にともなう硬化収縮量を測定し、その値を考慮に入れないと、ひずみ量を完全に計算することができない。
【０００７】
そこで、熱硬化性樹脂の硬化に伴う収縮量を測定する硬化収縮測定装置として、例えば、特許文献１に示された装置の中の、硬化進行度を測定する部位を使用することが可能であると思われる。図１１は、この硬化進行度を測定する部位を用いた収縮量を測定する装置の構成図である。図１１に示す装置では、加熱可能な測定ステージ１０１上に塗料１０２を塗膜として塗布し、加熱による硬化に伴う塗料の塗膜の厚みの変化がレーザー変位計１０３で、測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−０３８５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のような硬化収縮測定装置では、アンダーフィルなどの高温で低粘度となる材料の測定では、次に挙げるような問題が生じる。
【００１０】
第一に、アンダーフィル材料は高温で低粘度となるために、測定ステージ上において、加熱時に液体が大きく広がってしまい、広がることによる塗膜の厚み変化と、膨張や収縮による塗膜の厚み変化を区別することができないので、正確に膨張量や収縮量を測定できない。
【００１１】
第二に、アンダーフィル材料は密着性が大きい材料であるので、硬化の過程で測定ステージとアンダーフィルが密着してしまい、アンダーフィルの中でも密着による拘束を受ける部分と、空気に接触し密着による拘束を受けない部分が生じ、正確な体積変化の測定が難しい。
【００１２】
本発明は、従来の硬化収縮測定装置の課題を考慮し、より正確に体積変化を測定することが可能な体積測定装置及び体積変化測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、第１の本発明は、
主原料がエポキシ樹脂である熱硬化性樹脂の熱硬化における体積を測定する体積測定装置であって、
前記熱硬化性樹脂の加熱を行う加熱用台座部と、
前記加熱用台座部の上面にくぼみ状に形成され、少なくともくぼみ状の内表面は界面張力エネルギーが１５ｍＮ／ｍより大きく３０ｍＮ／ｍより小さい素材で形成された、前記熱硬化性樹脂が載置される載置部と、
前記加熱用台座部を加熱する加熱部と、
前記加熱用台座部の温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部によって測定された温度に基づいて前記加熱部を温度制御する温調部と、
各温度における、前記載置部に載置された前記熱硬化性樹脂を含む前記載置部の各位置の高さを非接触式３次元形状測定部で測定し前記熱硬化性樹脂の体積を演算する体積測定部とを備えた、体積測定装置である。
【００１４】
第２の本発明は、
主原料がエポキシ樹脂である熱硬化性樹脂の熱硬化における体積を測定する体積測定装置であって、
前記熱硬化性樹脂の加熱を行う加熱用台座部と、
前記加熱用台座部の上面にくぼみ状に形成され、少なくともくぼみ状の内表面はフッ化炭素樹脂によって形成された、前記熱硬化性樹脂が載置される載置部と、
前記加熱用台座部を加熱する加熱部と、
前記加熱用台座部の温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部によって測定された温度に基づいて前記加熱部を温度制御する温調部と、
各温度における、前記載置部に載置された前記熱硬化性樹脂を含む前記載置部の各位置の高さを非接触式３次元形状測定部で測定し前記熱硬化性樹脂の体積を演算する体積測定部とを備えた、体積測定装置である。
【００１５】
第３の本発明は、
前記体積測定部は、前記測定された体積に基づいて体積変化を演算する、第１又は２の本発明の体積測定装置である。
【００１６】
第４の本発明は、
前記体積測定部は、前記非接触式３次元形状測定部を利用して測定した前記載置部のくぼみ部分の体積を用いて、前記熱硬化性樹脂の体積を測定する、第１又は２の本発明の体積測定装置である。
【００１７】
第５の本発明は、
前記加熱用台座部を密閉するチャンバーを備えた、第１〜４のいずれかの本発明の体積測定装置である。
【００１８】
第６の本発明は、
前記チャンバーは、
前記非接触式３次元形状測定部から前記載置部に向かって照射される光が透過するガラス窓を有している、第５の本発明の体積測定装置である。
【００１９】
第７の本発明は、
前記チャンバーは、排気口を有し、
前記排気口に、その減圧口が接続された減圧ポンプを更に備え、
前記減圧ポンプの動作により、前記チャンバー内が減圧される、第５又は６の本発明の体積測定装置である。
【００２０】
第８の本発明は、
前記載置部の形状は、
平面視において、その縁の形状が線対称または点対称であり、
前記加熱用台座部の上面と平行な断面形状は、前記載置部の縁の形状と相似であり、
前記断面形状の対称線又は対称点の位置が、前記縁の形状の対称線又は対称点の位置と一致している、第１〜７のいずれかの本発明の体積測定装置である。
【００２１】
第９の本発明は、
前記載置部の内表面の構成分子が、微細な凹凸を有するフラクタル構造を形成しており、
前記凹凸の幅及び高さは、１０ｎｍより大きく、８００μｍより小さい、第１〜８のいずれかの本発明の体積測定装置である。
【００２２】
第１０の本発明は、
前記フラクタル構造は、ポリフッ化アルキル化合物の膜によって形成されている、第９の本発明の体積測定装置である。
【００２３】
第１１の本発明は、
前記加熱用台座部は、
加熱ステージと、
前記加熱ステージの上面に配置されたフッ化炭素樹脂板とを有し、
前記フッ化炭素樹脂板に前記載置部が形成されている、第１〜１０のいずれかの本発明の体積測定装置である。
【００２４】
第１２の本発明は、
前記加熱用台座部は、フッ化炭素樹脂によって形成されている、第１〜１０のいずれかの本発明の体積測定装置である。
【００２５】
第１３の本発明は、
主原料がエポキシ樹脂である熱硬化性樹脂の加熱を行う加熱用台座部と、前記加熱用台座部の上面にくぼみ状に形成され、少なくともくぼみ状の内表面は界面張力エネルギーが１５ｍＮ／ｍより大きく３０ｍＮ／ｍより小さい素材で形成された、前記熱硬化性樹脂が載置される載置部と、各温度における、前記載置部に載置された前記熱硬化性樹脂を含む前記載置部の各位置の高さを非接触式３次元形状測定部で測定し前記熱硬化性樹脂の体積を演算する体積測定部とを有する体積測定装置を用いて、前記熱硬化性樹脂の熱硬化における体積変化を測定する体積変化測定方法であって、
前記熱硬化性樹脂を硬化させるような温度制御を行い、前記載置部のくぼみ部分の体積変化を測定演算する載置部体積変化測定演算工程と、
前記載置部に前記熱硬化性樹脂を載置する載置工程と、
前記載置部体積変化測定演算工程で得られた体積変化データを用いて、前記熱硬化性樹脂を硬化させるような温度制御を行い、前記熱硬化性樹脂の体積変化を測定演算する熱硬化性樹脂体積変化測定演算工程とを備えた、体積変化測定方法である。
【００２６】
第１４の本発明は、
主原料がエポキシ樹脂である熱硬化性樹脂の加熱を行う加熱用台座部と、前記加熱用台座部の上面にくぼみ状に形成され、少なくともくぼみ状の内表面はフッ化炭素樹脂によって形成された、前記熱硬化性樹脂が載置される載置部と、各温度における、前記載置部に載置された前記熱硬化性樹脂を含む前記載置部の各位置の高さを非接触式３次元形状測定部で測定し前記熱硬化性樹脂の体積を演算する体積測定部とを有する体積測定装置を用いて、前記熱硬化性樹脂の熱硬化における体積変化を測定する体積変化測定方法であって、
前記熱硬化性樹脂を硬化させるような温度制御を行い、前記載置部のくぼみ部分の体積変化を測定演算する載置部体積変化測定演算工程と、
前記載置部に前記熱硬化性樹脂を載置する載置工程と、
前記載置部体積変化測定演算工程で得られた体積変化データを用いて、前記熱硬化性樹脂を硬化させるような温度制御を行い、前記熱硬化性樹脂の体積変化を測定演算する熱硬化性樹脂体積変化測定演算工程とを備えた、体積変化測定方法である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、より正確な体積変化を測定することが可能な体積測定装置及び体積変化測定方法を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明にかかる実施の形態１における体積測定装置の構成図
【図２】（ａ）本発明にかかる実施の形態１における体積測定装置のフッ化樹脂板の正断面構成図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態１における体積測定装置のフッ化樹脂板の平面構成図
【図３】本発明にかかる実施の形態１における体積変化測定方法の工程を示す図
【図４】本発明にかかる実施の形態１における体積変化測定方法の際の熱硬化性樹脂の状態を説明するための載置部近傍の断面構成図
【図５】本発明にかかる実施の形態２における体積測定装置の構成図
【図６】本発明にかかる実施の形態１、２の変形例の体積測定装置の部分構成図
【図７】（ａ）本発明にかかる実施の形態１、２の変形例の載置部の平面構成図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態１、２の変形例の載置部の断面構成図
【図８】（ａ）本発明にかかる実施の形態１、２の変形例の載置部の平面構成図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態１、２の変形例の載置部の断面構成図
【図９】（ａ）本発明にかかる実施の形態１、２の変形例の載置部の平面構成図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態１、２の変形例の載置部の断面構成図
【図１０】本発明にかかる実施の形態３における体積測定装置においてポリフッ化アルキル化合物膜上に形成された微細な凹凸の凸の部分と熱硬化性樹脂が接触していることを示した部分拡大構成図
【図１１】従来の体積測定装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明にかかる実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明にかかる実施の形態１における体積測定装置の構成図であり、チャンバー内は断面図として示されている。尚、図１において、紙面に向かって、鉛直下向きの矢印Ａ方向が、重力がかかる方向を表示している。
【００３１】
本実施の形態１の体積測定装置では、加熱ステージ１０と、加熱ステージ１０に装着されたフッ化炭素樹脂板１１と、フッ化炭素樹脂板１１が装着された加熱ステージ１０を密閉するチャンバー１２とを備えている。この際、フッ化炭素樹脂板１１と加熱ステージ１０の間には、加熱ステージ１０から伝わる熱の熱抵抗低減を目的として、公知の熱伝導性シリコーングリースが塗布されていても良い。尚、図１にはシリコーングリースは図示されていない。
【００３２】
図２（ａ）は、フッ化炭素樹脂板１１の断面構成図であり、図２（ｂ）は、フッ化炭素樹脂板１１の平面構成図である。詳しくは後述するが、フッ化炭素樹脂板１１には、その上面１１ａに、本発明の熱硬化性樹脂の一例に対応するアンダーフィル材料１８が載置されるくぼみ状の載置部１３が形成されている。この載置部１３に載置されたアンダーフィル材料１８の体積を測定するレーザー変位計２０が、図１に示すように、載置部１３の上方であって、チャンバー１２の外側に設けられている。このレーザー変位計２０は、非接触式の三次元表面形状計測が可能な公知のものであり、レーザーヘッド及びＣＣＤカメラなどを有している。そして、レーザー変位計２０のレーザーヘッドから載置部１３へ向けて照射される光を透過させるガラス窓１５が、載置部１３と対向したチャンバー１２の上面の一部に形成されている。このガラス窓１５は、フッ化炭素樹脂板１１の上面１１ａに対して垂直な方向から載置部１３を見ることができるように取り付けられている。
【００３３】
チャンバー１２の開閉箇所としては特に限定するものではないが、後述するアンダーフィル材料の液滴の配置の際の作業性の良さから、ガラス窓１５を含む壁が上蓋として機能する方が好ましい。さらに、例えばその上蓋の４隅が、チャンバーの上蓋以外のチャンバーの特定の箇所に固定された形状となっており、その固定された箇所を軸として回動自在に構成されておれば、操作し易いため、より好ましい。
【００３４】
加熱ステージ１０には、ヒーター１６及び熱電対１７が挿入されており、これらの導通線は、チャンバー１２の少なくとも１箇所以上に形成された適当な孔２２を通って配置されており、チャンバー１２の外部に設けられている温調器１９に繋がっている。この孔２２の内側は、ヒーター１６および熱電対１７に接続されている導通線と密着している。
【００３５】
またチャンバー１２には、排気口２１が設けられており、その排気口２１に減圧ポンプ１４の吸気口１４ａが直接接続されており、チャンバー１２内に密閉された気体を減圧吸引することができる。また、レーザー変位計２０によって計測された体積データと、熱電対１７による温度データに基づいて、各温度におけるアンダーフィル材料の体積データを取得する制御部２６が設けられている。
【００３６】
尚、本発明の加熱用台座部の一例は、本実施の形態の加熱ステージ１０及びフッ化炭素樹脂板１１に対応し、本発明の加熱部の一例は、本実施の形態のヒーター１６に対応する。又、本発明の温度測定部の一例は、本実施の形態の熱電対１７に対応し、本発明の温調部の一例は、本実施の形態の温調器１９に対応する。又、本発明の非接触式３次元形状測定部の一例は、本実施の形態のレーザー変位計２０に対応し、本発明の体積測定部の一例は、本実施の形態のレーザー変位計２０及び制御部２６に対応する。尚、ヒーター１６、熱電対１７、温調器１９、及び減圧ポンプ１４は公知のものを使用することが出来る。
【００３７】
本構成における加熱ステージ１０に装着されたフッ化炭素樹脂板１１、およびその表面に形成されたくぼみ形状の載置部１３は本発明の重要な部位であり、その詳細を以下に述べる。
【００３８】
まずフッ化炭素樹脂板１１としては、特に限定するものではないが、例えばポリテトラフルオロエチレンが挙げられ、デュポン社製のテフロン（登録商標）が好適に使用される。ポリテトラフルオロエチレンの界面張力エネルギーは１８．５ｍＮ／ｍであるのに対し、アンダーフィルの主原料であるエポキシ樹脂の一般的な界面張力エネルギーは４６〜４７ｍＮ／ｍであり、この界面張力エネルギー差、およびフッ化炭素樹脂の化学的な安定性に起因し、アンダーフィルのフッ化炭素樹脂に対する密着は低減される。このような観点から界面張力エネルギーが２０ｍＮ／ｍのシリコーン樹脂もまた加熱ステージ１０に装着される樹脂板として好適に使用できる。尚、前記くぼみ状の内表面は界面張力エネルギーが１５ｍＮ／ｍより大きく３０ｍＮ／ｍより小さい素材で構成されることが好ましい。界面張力エネルギーが１５ｍＮ／ｍより小さいと熱硬化性樹脂の下に空隙を巻き込むことが多くなり、正確な体積変化の測定がやや困難となる。また３０ｍＮ／ｍより大きいと、熱硬化性樹脂との密着力が強くなり、正確な体積変化の測定がやや困難となる。
【００３９】
このようなフッ化炭素樹脂板１１の厚みとしては、特に限定するものではないが、１ｍｍより厚く、５ｍｍより薄いことが望ましい。１ｍｍより薄いと、強度が小さくなり、フッ化炭素樹脂板自体の加熱時における熱変形が大きくなり、測定の不正確さの原因となる。また５ｍｍより厚いと、加熱ステージからの熱が十分にアンダーフィル材料１８に伝わらず、均一な温度上昇が難しくなるという点で好ましくない。
【００４０】
フッ化炭素樹脂板１１に形成された載置部１３は、そこに配置されたアンダーフィル材料１８の液滴が測定中に三次元表面形状計測が可能な公知のレーザー変位計２０の移動によって発生するわずかな振動あるいは、チャンバー１２が可動ステージなどに設置されている場合に、それらの可動に伴って発生するわずかな振動などで、その位置を変えないために設けられている。
【００４１】
載置部１３のくぼみの形状としては、特に限定するものではないが、アンダーフィル材料１８を配置した際に、くぼみの最下部とアンダーフィル材料１８の間に空隙が発生しないようにする必要がある。くぼみの最下部とアンダーフィル材料１８の間に空隙が存在すると、加熱による温度上昇で空隙内の空気が膨張し、アンダーフィル材料の体積変化を正確に測定することができなくなるからである。
【００４２】
また載置部１３のくぼみの縁２５（図２（ａ）、（ｂ）参照）の形状としては、特に限定するものではないが、アンダーフィル材料の液滴の対称性が維持され、より正確な測定を行い易いという観点から、線対称又は点対称である形状が望ましく、円または楕円形がさらに望ましい。尚、図２（ｂ）では、縁２５は円形状に形成されている。また同様の観点から、平面視において、くぼみを任意の深さで、フッ化炭素樹脂板１１の上面１１ａに平行な面で切断した形状は、くぼみの縁２５の形状と相似形であり、その対称線および対称中心点の位置が、フッ化炭素樹脂板１１の表面を垂直に見下ろした際に、くぼみの縁形状の対称線および対称中心と一致していることが望ましい。本実施の形態１では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、くぼみの断面を紡錘形としている。
【００４３】
本実施の形態１の体積測定装置は、以上のような構成となっている。
【００４４】
次に、本実施の形態１の体積変化測定方法について説明する。
【００４５】
はじめに、アンダーフィル材料の体積変化測定方法の概略について説明する。一定の昇温条件で加熱していくと、アンダーフィル材料は加熱による液体の膨張を経て、一定温度を超えると硬化反応の開始とともに収縮し始める。そして、硬化反応開始温度を超える一定温度で一定時間放置することで収縮が終了する。更に、加熱を停止し、自然放置の状態で冷却すると、今度は温度の低下に伴う収縮をすることになる。
【００４６】
この加熱冷却過程において、公知のレーザー変位計２０におけるレーザーヘッドおよびＣＣＤカメラで、ガラス窓１５を通してアンダーフィル材料１８の形状変化を一定温度上昇間隔、例えば５℃上昇ごとに測定することで、アンダーフィルの体積の温度依存性が測定結果として得られることとなる。
【００４７】
ここで、加熱冷却過程としては、２５℃から１分間に５℃の昇温速さで１７５℃まで加熱し、熱硬化反応による収縮が終了するまで１７５℃を維持し、その後、加熱および温度維持機能を停止し、自然に冷却する過程とすることが出来る。
【００４８】
次に、図を用いてより詳しく説明する。加熱冷却過程におけるアンダーフィル材料の体積変化の測定方法としては、例えば次のような測定方法が可能である。
【００４９】
図３は、本発明にかかる実施の形態１における体積変化測定方法の工程を示す図である。
【００５０】
まず、図３のステップＳ１に示すように、２５℃から１分間に５℃の昇温速さで１７５℃まで加熱し、フッ化炭素樹脂板１１の表面に形成されたくぼみ形状の載置部１３の体積データが、レーザー変位計２０によって、ガラス窓１５を通して測定される。この測定は、５℃毎に行われる。各温度において、載置部１３の各位置の高さデータが制御部２６へと送られ、制御部２６が体積データに演算する。レーザー変位計２０は、対象物までの距離を測定することが出来るため、これによって上面１１ａから下側のくぼみ部分の空間の体積を測定演算される。
【００５１】
次に、ステップＳ２において、１７５℃で一定時間維持され、所定時間毎に載置部１３のくぼみ形状の体積データが取得される。ここで、制御部２６はタイマー（図示せず）を有しており、温度が１７５℃に達した時点からタイマーを動作させ、所定時間毎に、載置部１３の各位置の高さデータが測定され、体積データが演算される。又、一定時間とは、アンダーフィル材料１８が熱硬化するために十分な時間のことであり、例えば、１２０分である。また、測定時間の間隔は、５分とすることが出来る。
【００５２】
続いて、一定時間が経過すると、ステップＳ３において、ヒーター１６が停止され、１７５℃から２５℃まで自然冷却され、制御部２６は、５℃毎に載置部１３の各位置の高さデータを取得し、体積データを演算する。
【００５３】
これらの工程により、上記加熱冷却過程での、載置部１３のくぼみ部分の体積変化を測定することが出来る。尚、本発明の載置部体積変化測定工程の一例は、本実施の形態のステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３に対応する。
【００５４】
その後、ステップＳ４に示すように、再び温度を２５℃に設定し、チャンバー１２の蓋部分を取り外し、アンダーフィル材料１８の液滴が、フッ化炭素樹脂板１１の表面の加熱冷却過程における形状変化を測定した載置部１３の範囲内におさまるように滴下される。このステップＳ４が、本発明の載置工程の一例に対応する。
【００５５】
このとき、アンダーフィル材料１８の液滴の径は、その界面張力を利用し、可能な限り対称性が高くなるように滴下することが望ましい。この観点から、特に限定するものではないが、ガラス窓１５を通して見た場合の最長径が、２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが望ましい。最長径が２ｍｍより小さいと、体積変化量も小さくなり、測定のばらつきが大きくなる。また５ｍｍ以上であると、液滴の自重により、液滴の変形や広がりが大きくなり、正確な体積を測定することが困難となるためである。
【００５６】
このようにフッ化炭素樹脂板１１の載置部１３にアンダーフィル材料１８の液滴を滴下した状態で、チャンバー１２の蓋を閉めて密閉し、減圧ポンプ１４を作動させ、チャンバー内を大気圧より低い気圧とする。
【００５７】
このとき、チャンバー１２内の気圧は、特に限定するものではないが、アンダーフィル材料１８からの揮発分を効率よく吸引するという観点から、５．６ｋＰａとすることができる。この状態で、公知の温調器１９とヒーター１６、熱電対１７で、上記加熱冷却過程を再現し、例えば、５℃上昇ごとにアンダーフィル材料１８のフッ化炭素樹脂板１１と接触していない表面の形状を、非接触式の例えば三次元表面形状計測が可能な公知のレーザー変位計２０で、ガラス窓１５を通して測定する。
【００５８】
より詳しく説明すると、ステップＳ５において、減圧された状態でステップＳ１と同様に、２５℃から１分間に５℃の昇温速さで１７５℃まで加熱し、その際の載置部１３に載置されているアンダーフィル材料１８の表面の各位置における高さデータが、レーザー変位計２０によって、ガラス窓１５を通して５℃毎に測定される。そして、各アンダーフィル材料１８の表面の水平方向における各位置での高さデータが制御部２６へと送られ、制御部２６において体積データに演算される。
【００５９】
そして、ステップＳ６において、減圧された状態でステップＳ２と同様に、温度が１７５℃に達した時点から、制御部２６はタイマーを動作させ、所定時間毎に、アンダーフィル材料１８の表面の各位置における高さデータを取得し、体積データを演算する。
【００６０】
続いて、ステップＳ７において、減圧された状態でステップＳ３と同様に、ヒーター１６が停止され、１７５℃から２５℃まで自然冷却され、制御部２６によって、５℃毎にアンダーフィル材料１８の表面の各位置における高さデータが取得され、その位置データから体積データが演算される。
【００６１】
これらステップＳ５、Ｓ６、Ｓ７における測定では、レーザー変位計２０は、対象物体までの距離を測定することが出来るため、載置部１３の、フッ化炭素樹脂板１１の上面１１ａの縁２５よりも上側のアンダーフィル材料１８の体積が測定演算されることになる。尚、本発明の熱硬化性樹脂体積変化測定演算工程は、本実施の形態のステップＳ５、Ｓ６、Ｓ７に対応する。
【００６２】
図４は、アンダーフィル材料１８が載置部１３に載置された状態を示す断面構成図である。図４に示すように、アンダーフィル材料１８とフッ化炭素樹脂と空気が同時に接触する縁２５よりも上側のアンダーフィル材料１８の部分を上部２３とし、縁２５よりも下側のアンダーフィル材料１８の部分を下部２４とする。この下部２４は、上部２３とその縁を共有し、空気と接触していない。なお、図４における破線は、アンダーフィル材料の上部と下部を区別するための図内における便宜上の線である。
【００６３】
すなわち、上記測定では、上記加熱冷却過程での各測定温度における上部２３の体積が測定されたことになる。
【００６４】
そして、ステップＳ８において、制御部２６が、先にステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３で測定した上記加熱冷却過程での各測定温度における載置部１３のくぼみ部分の体積を、アンダーフィル材料１８の下部２４の体積と同一として、各温度における上部２３の体積と載置部１３のくぼみ部分の体積を足し合わせて、各温度におけるアンダーフィル材料１８の体積とすることが出来る。尚、ステップＳ３、Ｓ６における体積については、測定タイミングごとに上部２３の体積と載置部１３のくぼみ部分の体積が足し合わされる。
【００６５】
以上のように、上の操作により、アンダーフィル材料の加熱による膨張量、熱硬化による収縮量、及び熱硬化終了後の冷却による収縮量を測定することが出来、それぞれの体積変化を得ることができる。
【００６６】
又、硬化性樹脂として、硬化前のアンダーフィル材料１８を用意し、アンダーフィル材料１８をくぼみ状の載置部１３上に配置する。アンダーフィル材料１８がアンダーフィルとぬれ性の悪いフッ化炭素樹脂板上でかつ、くぼみ部に配置されることにより、アンダーフィル材料１８はフッ化炭素樹脂板１１と硬化時に密着せず、粘度が低くても広がらずかつその位置を変えることがない。
【００６７】
上記構成のもとで、アンダーフィル材料１８が配置されているので、アンダーフィル材料１８は加熱冷却工程の過程でフッ化炭素樹脂板上に密着することもなく、その位置を変えることもない。
【００６８】
このように、本実施の形態１の体積測定装置では、特許文献１に示す装置と比較して、熱硬化性樹脂と測定ステージとの密着や、昇温時の低粘度化による液体の広がりによる体積変化測定の不確定さを軽減することができる。
【００６９】
又、従来の特許文献１に記載の体積測定装置では、密閉されておらず、大気と接触した状態において行われるため、アンダーフィル材料の表面からの放熱によって、アンダーフィル材料内において、空気に近い部分とそうでない部分の温度の不均一性を制御することができなかった。そのため、アンダーフィル材料の相内において均一な加熱がなされず、硬化も不均一となってしまうので、正確な体積変化の測定が難しいという問題があった。しかしながら、本実施の形態１では、チャンバー１２内に密閉されていることにより、アンダーフィル材料１８はその液滴内において均一な温度上昇、温度下降をたどることとなる。そのため、特許文献１に示す装置と比較して、より正確に熱硬化性樹脂の体積変化を測定することが可能である。
【００７０】
又、上記加熱冷却過程において、終始減圧ポンプ１４を作動させ、排気口２１から減圧排気することにより、アンダーフィル材料からの低分子量揮発分は、チャンバー内に一定濃度を超えてとどまることなく、従ってガラス窓は曇ることがないため測定値に誤差が生じにくい。
【００７１】
尚、本実施の形態では、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３の工程において、チャンバー１２内を減圧していないが、ステップＳ５、Ｓ６、Ｓ７の時と同様に減圧を行っても良い。
【００７２】
又、ステップＳ３においても、ステップＳ６と同じ時間測定を行っているが、載置部１３の形状が変化しない場合、ステップＳ６よりも短時間で終了させてよい。
【００７３】
又、本実施の形態の体積測定装置では、制御部２６において、各温度におけるアンダーフィル材料１８の体積が求められているが、制御部２６において、更に得られた体積から体積変化率を演算してもよい。例えば、加熱による膨張過程、硬化による収縮過程、及び冷却による収縮過程のぞれぞれの過程における体積変化率を演算することが出来る。
【００７４】
（実施の形態２）
次に、本発明にかかる実施の形態２における体積測定装置について説明する。本実施の形態２の体積測定装置は、実施の形態１と基本的な構成は同じであるが、加熱ステージの構成が異なっている。そのため、本相違点を中心に説明する。
【００７５】
図５は、本発明にかかる実施の形態２に係る体積測定装置の構造を示す断面図であり、チャンバー内は断面図として示されている。尚、図５において、紙面に向かって、鉛直下向きの矢印Ａが重力方向を表示しているものとする。
【００７６】
本実施の形態２の体積測定装置では、フッ化炭素樹脂製の加熱ステージ１１０を備え、加熱ステージ１１０はチャンバー１２内に密閉されている。
【００７７】
フッ化炭素樹脂で形成された加熱ステージ１１０上には、前述したくぼみ状の載置部１３が形成され、載置部１３は、本発明の実施の形態１の場合と同様の役割を果たす。
【００７８】
チャンバー１２内の減圧ポンプ１４による排気口２１を通しての減圧や、レーザー変位計２０、温調器１９、載置部１３のくぼみ形状および測定方法などについては、本発明の実施の形態１と同様とすることができる。
【００７９】
この本実施の形態２の場合、本発明の実施の形態１と異なり、加熱部分はフッ化炭素樹脂の一相であるので、装置を簡素化でき、上記実施の形態１の様に金属製のステージにフッ化炭素樹脂板を固定した場合の、フッ化炭素樹脂板の熱変形による不正確さをさらに軽減することができる。
【００８０】
尚、本発明の加熱用台座部の一例は、上記実施の形態１では、加熱ステージ１０及びフッ化炭素樹脂板１１に対応し、本実施の形態２では加熱ステージ１１０に対応する。そして、上記実施の形態１では、加熱ステージ１０の上にフッ化炭素樹脂板１１が配置され、そのフッ化炭素樹脂板１１に載置部１３が形成されており、本実施の形態２では、フッ化炭素樹脂によって形成された加熱ステージ１１０に載置部１３が形成されているが、少なくとも載置部１３の内側の面がフッ化炭素樹脂によって形成されておりさえすればよい。図６は、このような構成の加熱ステージ１１１の部分断面構成図である。図６に示すように、本発明の加熱用台座部の一例に対応する加熱ステージ１１１には、実施の形態１、２と同様の載置部１３が形成されており、その載置部１３の内表面がフッ化炭素樹脂２７によって形成されている。
【００８１】
又、上記実施の形態１、２では、くぼみ形状の載置部１３が１つしか形成されていないが、複数個形成されていても良い。
【００８２】
又、上記実施の形態１、２における載置部１３の形状は、平面視において、円形状であり、断面は紡錘形となっているが、これに限らず種々の形状が可能であるが、上述したように、平面視において、載置部を任意の深さで、フッ化炭素樹脂板１１の上面１１ａに平行な面で切断した形状は、載置部の縁２５の形状と相似形であり、その対称線および対称中心点の位置が、フッ化炭素樹脂板１１の上面１１ａを垂直に見下ろした際に、載置部の縁形状の対称線および対称中心と一致していることが望ましい。
【００８３】
図７（ａ）は、平面視楕円形状の縁２５１の載置部１３１の平面構成図であり、図７（ｂ）は、載置部１３１の断面構成図である。図７（ａ）、（ｂ）に示すように、載置部１３１の縁２５１の形状は、点１３１ａを対称点とする点対称であり、載置部１３１を任意の深さで上面１１ａに平行な面で切断した形状は、縁２５１の形状と相似形であり、その対称点の位置が、点１３１ａと一致する。
【００８４】
又、図８（ａ）は、平面視菱形形状の縁２５２の載置部１３２の平面構成図であり、図８（ｂ）は、載置部１３２の断面構成図である。この載置部１３２の縁２５２の菱形形状は、点１３２ａを対称点とする点対称である。そして、載置部１３２を任意の深さで上面１１ａに平行な面で切断した形状は、縁２５２の形状と相似形であり、その対称点の位置が、点１３２ａと一致する。
【００８５】
又、図９（ａ）は、平面視三角形状の縁２５３の載置部１３３の平面構成図であり、図９（ｂ）は、載置部１３３の断面構成図である。この載置部１３３の縁２５３の三角形状は、線１３３Ｓを対称線とする線対称である。そして、載置部１３３を任意の深さで上面１１ａに平行な面で切断した形状は、縁２５３の形状と相似形であり、その対称線は、線１３３Ｓと一致する。
【００８６】
（実施の形態３）
次に、本発明にかかる実施の形態３における体積測定装置について説明する。本実施の形態３の体積測定装置では、載置部１３の内表面が、ポリフッ化アルキル化合物で構成されたフラクタル構造となっている。
【００８７】
ポリフッ化アルキル化合物としては、フッ素含有疎水基を有するポリマーであれば、特に限定するものではないが、例えば、特開２００８−１８９７０５号公報に示されたように、アルキル基またはアルケニル基において、水素原子の少なくとも一部をフッ素原子に置換した、フッ素含有成分を用いることができる。
【００８８】
ポリフッ化アルキル化合物は、アンダーフィル材料とぬれ性が悪いため、図１０に示したように、これらポリフッ化アルキル化合物の表面がフラクタル構造となっていることで、アンダーフィル材料１８との接触面積を通常のフッ化炭素樹脂よりもさらに小さくすることができる。
【００８９】
従って、アンダーフィル材料１８との密着性が小さくなり、密着による拘束に起因した測定の不正確さをさらに小さくすることができる。
【００９０】
フラクタル構造の、幅および高さの範囲は、特に限定するものではないが、１０ｎｍより大きく、８００μｍより小さい微細な凹凸となっていることが望ましい。１０ｎｍより小さいと、その表面が平面に近くなり、凹凸形状でなくなり、８００μｍより大きいと、凹の部分にアンダーフィルがその自重により入りこみ、接触面積を十分小さくすることができなくなるためである。
【００９１】
尚、フラクタル構造を形成する一つ一つの凹凸の形状は限定するものではなく、鱗片状、角柱状、円柱状、角錐状、円錐状、針状といった形状のいずれであってもよく、またこれらが混在していてもよい。ポリフッ化アルキル化合物による表面のフラクタル構造の形成としては、上記文献（特開２００８−１８９７０５号公報）に記載されたように、ポリフッ化アルキルピロール膜により形成することができる。チャンバー１２内の減圧ポンプ１４による排気口２１を通しての減圧や、レーザー変位計２０、温調器１９、載置部１３のくぼみの形状および測定方法などについては、本実施の形態１と同様とすることができる。
【００９２】
以上のように、上記実施の形態１〜３の体積測定装置では、アンダーフィルのように低粘度かつ金属などの基材に対して密着力の強い熱硬化性樹脂に対して、密着による測定の不正確さを発生させずに加熱による体積膨張、硬化による体積収縮、硬化後の冷却による体積収縮の過程において、各温度での体積の変化量を精度よく測定することができる。
【００９３】
そのため、上記実施の形態１〜３の体積測定装置で測定した値を元に、例えば半導体パッケージへの樹脂充填硬化過程において、半導体装置内に発生する応力を正確に予測可能に計算することが可能となり、それに基づき設計された半導体装置を、発生する内部応力を少なくした信頼性の高いものとすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明の体積測定装置及び体積変化測定方法によれば、より正確に体積変化を測定することが可能となり、熱硬化性樹脂の体積変化を測定する体積測定装置及び体積変化測定方法等として有用である。
【符号の説明】
【００９５】
１０、１１０、１１１  加熱ステージ
１１  フッ化炭素樹脂板
１２  チャンバー
１３、１３１、１３２、１３３  載置部
１４  減圧ポンプ
１５  ガラス窓
１６  ヒーター
１７  熱電対
１８  アンダーフィル材料
１９  温調器
２０  レーザー変位計
２１  排気口
２２  孔
２３  ポリフッ化アルキル化合物膜
２４  凹凸
２５、２５１、２５２、２５３  縁
２６  制御部
２７  フッ化炭素樹脂
１０１  測定ステージ
１０２  塗料
１０３  レーザー変位計
【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】
0005689752.tif 000009
【図９】
0005689752.tif 000010
【図１０】
0005689752.tif 000011
【図１１】
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