(57)【要約】【課題】  実際の実装状態における物性値を測定可能な寸法精度を満たした熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含むシート状物質のサンプルを容易に作製する。【解決手段】  物性評価用サンプルは、プレス面が所定の弾性体から構成された弾性体ヘッド１と、この弾性体ヘッド１と対向するように設けられて所定温度に加熱されたステージ２との間に、少なくとも当該ステージ２に接触させないように接着剤１０を配設し、弾性体ヘッド１とステージ２とによって接着剤１０を所定の温度プロファイルで熱プレスすることによって作製される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含むシート状物質の物性を評価するための物性評価サンプルの作製方法であって、
プレス面が所定の弾性体から構成された弾性体ヘッドと、上記弾性体ヘッドと対向するように設けられて所定温度に加熱されたステージとの間に、少なくとも上記ステージに接触させないように上記シート状物質の原材料を配設する工程と、
上記弾性体ヘッドと上記ステージとによって上記シート状物質の原材料を所定の温度プロファイルで熱プレスし、上記物性評価サンプルを作製する工程とを備えること
を特徴とする物性評価サンプルの作製方法。
【請求項２】
上記シート状物質の原材料は、上記弾性体ヘッドのプレス面に貼付された状態で、上記弾性体ヘッドと上記ステージとの間に配設されること
を特徴とする請求項１記載の物性評価サンプルの作製方法。
【請求項３】
上記シート状物質の原材料は、所定の固定装置を用いて、上記弾性体ヘッド及び上記ステージの双方に接触しないように当該弾性体ヘッドと当該ステージとの間の空間に配設されること
を特徴とする請求項１記載の物性評価サンプルの作製方法。
【請求項４】
上記シート状物質の原材料は、所定の離型処理が施されたシート材の間に挟持された状態で、上記弾性体ヘッドと上記ステージとの間に配設されること
を特徴とする請求項１記載の物性評価サンプルの作製方法。
【請求項５】
上記弾性体ヘッド及び上記ステージは、所定の離型処理が施されたものであること
を特徴とする請求項１記載の物性評価サンプルの作製方法。
【請求項６】
上記ステージは、コンスタントヒート方式又はパルスヒート方式のいずれかの方式で加熱されること
を特徴とする請求項１乃至請求項５のうちいずれか１項記載の物性評価サンプルの作製方法。
【請求項７】
熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含むシート状物質の物性を評価するための物性評価サンプルの作製装置であって、
プレス面が所定の弾性体から構成された弾性体ヘッドと、
上記弾性体ヘッドと対向するように設けられたステージと、
上記弾性体ヘッドと所定温度に加熱された上記ステージとの間に、少なくとも上記ステージに接触させないように配設された上記シート状物質の原材料を、当該弾性体ヘッドと当該ステージとによって所定の温度プロファイルで熱プレスし、上記物性評価サンプルを作製するように、上記弾性体ヘッドと上記ステージとを駆動制御する駆動制御手段とを備えること
を特徴とする物性評価サンプルの作製装置。
【請求項８】
熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含むシート状物質の物性を評価するための物性評価サンプルであって、
プレス面が所定の弾性体から構成された弾性体ヘッドと、上記弾性体ヘッドと対向するように設けられて所定温度に加熱されたステージとの間に、少なくとも上記ステージに接触させないように上記シート状物質の原材料を配設し、上記弾性体ヘッドと上記ステージとによって上記シート状物質の原材料を所定の温度プロファイルで熱プレスすることによって作製されたこと
を特徴とする物性評価サンプル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含むシート状物質の物性を評価するための物性評価用サンプル、並びにその作製方法及び作製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プリント配線基板等の基板上にベアチップを直接実装する方法として、異方性導電接着フィルム（Anisotropic Conductive Film；ＡＣＦ）や異方性導電接着ペースト（Anisotropic Conductive Paste；ＡＣＰ）等、樹脂中に微細な導電性粒子を分散させた接着剤を使用する方法が知られている（例えば、特許文献１等参照。）。例えば異方性導電接着フィルムを使用した実装においては、異方性導電接着フィルムを貼付した基板上にチップを搭載した後に、金属やセラミック等からなる平坦な硬質ヘッドを用いてチップを加圧及び加熱することによって当該異方性導電接着フィルムを硬化させる熱圧着実装が行われている。
【０００３】
また、このような接着剤を実機に使用した際の物性を事前に評価するために、物性評価用のサンプルを作製し、接着剤の硬化状態での物性値を測定することが行われている。このようなサンプルは、通常、所定の形状に形成した接着剤を、熱風循環式オーブンを用いて加熱して硬化させることによって作製されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２１１０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、熱風循環式オーブンを用いて作製されたサンプルは、実機への実装とは異なる熱履歴で硬化したものであるため、実機に実装したものとは物性値が異なり、特に、急峻な昇温過程をともなう温度プロファイルを再現することができるものではない。すなわち、急峻な昇温過程をともなう温度プロファイルを再現することができないサンプルでは、かかる温度プロファイルで硬化された接着剤の物性を評価することができない。
【０００６】
そこで、実機の量産時と同じ装置を用いてサンプルを作製することも考えられる。実際に、本願発明者は、硬質ヘッドを備えた熱プレス装置を用いたサンプルの作製を試みた。しかしながら、硬質ヘッドを備える量産用の熱プレス装置を用いて作製されたサンプルでは、温度プロファイルを再現することはできるものの、均一な圧力でプレスすることが困難であるため、接着剤の弾性率を測定するためのシート状のサンプルに要求される寸法精度を満たす形状を得ることができないという問題がある。また、硬質ヘッドを備える量産用の熱プレス装置を用いて作製されたシート状のサンプルは、熱プレスの際に樹脂内に気泡が混入したものとなりやすく、また、面内厚みのバラツキも大きく、正確な物性値を測定することができないという問題もある。このような問題は、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の双方に共通して存在するものである。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、実際の実装状態における物性値を測定可能な寸法精度を満たしたシート状のサンプルを容易に作製することができる物性評価用サンプルの作製方法及び作製装置、並びに、当該作製方法によって作製された物性評価用サンプル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】
【０００８】
本願発明者は、物性評価用サンプルを作製する際に、実機への実装と略同一の熱履歴で加熱するための方法について試行錯誤を繰り返し、硬質ヘッドを用いた場合における問題を解決することができる新たな材料からなるヘッドと加熱方法とを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、上述した目的を達成する本発明にかかる物性評価用サンプルの作製方法は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含むシート状物質の物性を評価するための物性評価サンプルの作製方法であって、プレス面が所定の弾性体から構成された弾性体ヘッドと、上記弾性体ヘッドと対向するように設けられて所定温度に加熱されたステージとの間に、少なくとも上記ステージに接触させないように上記シート状物質の原材料を配設する工程と、上記弾性体ヘッドと上記ステージとによって上記シート状物質の原材料を所定の温度プロファイルで熱プレスし、上記物性評価サンプルを作製する工程とを備えることを特徴としている。
【００１０】
また、上述した目的を達成する本発明にかかる物性評価用サンプルの作製装置は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含むシート状物質の物性を評価するための物性評価サンプルの作製装置であって、プレス面が所定の弾性体から構成された弾性体ヘッドと、上記弾性体ヘッドと対向するように設けられたステージと、上記弾性体ヘッドと所定温度に加熱された上記ステージとの間に、少なくとも上記ステージに接触させないように配設された上記シート状物質の原材料を、当該弾性体ヘッドと当該ステージとによって所定の温度プロファイルで熱プレスし、上記物性評価サンプルを作製するように、上記弾性体ヘッドと上記ステージとを駆動制御する駆動制御手段とを備えることを特徴としている。
【００１１】
このような本発明にかかる物性評価用サンプルの作製方法及び作製装置においては、シート状物質の原材料をプレスするヘッドとして、弾性体ヘッドを用いることにより、シート状物質の原材料を均一な圧力でプレスすることができる。したがって、本発明にかかる物性評価用サンプルの作製方法及び作製装置においては、要求される寸法精度を満たす形状であり、且つ、樹脂内への気泡の混入がない物性評価用サンプルを作製することができる。また、本発明にかかる物性評価用サンプルの作製方法及び作製装置においては、少なくともステージを加熱することにより、急峻な昇温過程をともなう温度プロファイルを再現することができる。さらに、本発明にかかる物性評価用サンプルの作製方法及び作製装置においては、熱プレス前に、少なくとも加熱したステージに接触させないようにシート状物質の原材料を配設することにより、熱プレス前にシート状物質の原材料を加熱してしまうことによる物性評価用サンプルの寸法精度の悪化を確実に防止することができる上、熱プレス前の余計な加熱を防止することができる。
【００１２】
さらに、上述した目的を達成する本発明にかかる物性評価用サンプルは、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を含むシート状物質の物性を評価するための物性評価サンプルであって、プレス面が所定の弾性体から構成された弾性体ヘッドと、上記弾性体ヘッドと対向するように設けられて所定温度に加熱されたステージとの間に、少なくとも上記ステージに接触させないように上記シート状物質の原材料を配設し、上記弾性体ヘッドと上記ステージとによって上記シート状物質の原材料を所定の温度プロファイルで熱プレスすることによって作製されたことを特徴としている。
【００１３】
このような本発明にかかる物性評価用サンプルは、弾性体ヘッドを用いてシート状物質の原材料を均一な圧力でプレスして作製されることから、要求される寸法精度を満たす形状であり、且つ、樹脂内への気泡の混入がない。また、本発明にかかる物性評価用サンプルは、少なくともステージを加熱して作製されることから、急峻な昇温過程をともなう温度プロファイルを再現したものとなる。さらに、本発明にかかる物性評価用サンプルは、熱プレス前に、少なくとも加熱したステージに接触させないようにシート状物質の原材料を配設して作製されることから、熱プレス前にシート状物質の原材料を加熱してしまうことによる寸法精度の悪化がなくなる上、熱プレス前の余計な加熱もないものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、樹脂内に気泡が混入することもなく、面内厚みのバラツキも大幅に少なく、実際の実装状態における物性値を測定することが可能な寸法精度を満たしたシート状の物性評価用サンプルを容易に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
この実施の形態は、プリント配線基板等の基板上にベアチップを直接実装する際に用いられるシート状の接着剤の物性評価用サンプルを作製するサンプル作製装置である。特に、このサンプル作製装置は、接着剤を熱圧着するヘッドとして、弾性体ヘッドを用いるものである。
【００１７】
なお、以下では、説明の便宜上、接着剤として、異方性導電接着フィルム（Anisotropic Conductive Film；ＡＣＦ）を用いるものとする。異方性導電接着フィルムとは、シート状の熱硬化性樹脂中に微細な導電性粒子を分散させた素材からなり、加圧及び加熱することにより、接着機能とともに、導電性粒子を介して厚み方向には電気的接続機能を有し、厚み方向と垂直方向には絶縁機能を有するものである。
【００１８】
サンプル作製装置は、図１に示すように、物性評価用サンプルの原材料である硬化前の接着剤１０を加圧する弾性体ヘッド１と、この弾性体ヘッド１と対向するように設けられたステージ２とを備える。
【００１９】
弾性体ヘッド１は、接着剤１０を熱プレスしてシート状に形成するための平坦なプレス面を有し、少なくともプレス面が所定の弾性体から構成されたものである。弾性体としては、天然ゴムや合成ゴム等を用いることができるが、耐熱性や耐圧性の観点からは、シリコンゴムを用いるのが望ましい。このような弾性体ヘッド１は、図示しない所定の駆動機構によって上下方向に移動可能に構成され、ステージ２と当接するまで下方向に降下することにより、ステージ２との間に配設された接着剤１０を加圧する。
【００２０】
ステージ２は、所定の金属やセラミック等から構成され、弾性体ヘッド１が当接する平坦なプレス面を介して、当接した当該弾性体ヘッド１による加圧を受け止めることにより、接着剤１０を加圧する。
【００２１】
このようなサンプル作製装置は、接着剤１０を弾性体ヘッド１とステージ２との間に配設して挟持することにより、当該接着剤１０を加圧する。このとき、接着剤１０は、弾性体ヘッド１及びステージ２に付着しないように、例えばテフロンシート（テフロンは登録商標。以下同じ。）等、フッ素加工等が施された２枚のシート材４によって挟持されるのが望ましい。そして、サンプル作製装置は、ヒーター３を発熱させることにより、接着剤１０を加熱する。すなわち、サンプル作製装置は、弾性体ヘッド１とステージ２とを用いて接着剤１０を熱プレスすることによって硬化させ、物性評価用サンプルを作製する。
【００２２】
このように、サンプル作製装置は、金属等からなる硬質ヘッドではなく、弾性体ヘッド１を用いて接着剤１０を熱プレスすることにより、当該接着剤１０を均一な圧力でプレスすることができる。したがって、サンプル作製装置は、要求される寸法精度を満たす形状であり、且つ、樹脂内への気泡の混入がない物性評価用サンプルを作製することができる。
【００２３】
なお、ステージ２の加熱方法としては、一般的には、当初からヒーター３を発熱させることによってステージ２の温度を所定温度に維持するコンスタントヒート方式と、初期時には常温又は接着剤１０が硬化しない温度に設定した状態からステージ２の加熱を開始するパルスヒート方式とがあるが、サンプル作製装置は、いずれの方式をも適用することができる。これらコンスタントヒート方式及びパルスヒート方式は、特に加熱初期における温度プロファイルに相違がみられる方式である。具体的には、コンスタントヒート方式は、図２中曲線Ａ及び図３中曲線Ｃに示すように、到達温度にかかわらず、図２中曲線Ｂ及び図３中曲線Ｄに示すパルスヒート方式に比べ、加熱当初に急峻な昇温過程をともなう温度プロファイルを実現する。このことから、コンスタントヒート方式は、加熱当初に急峻な昇温過程をともなう温度プロファイルを再現するのに有効である。サンプル作製装置は、コンスタントヒート方式及びパルスヒート方式の如何にかかわらず、ヒーター３の発熱温度と熱プレス時間とを所定の制御装置によって調整することにより、温度プロファイルを管理しながら接着剤１０を熱プレスし、実機への実装時における温度プロファイルの再現を図ることができる。
【００２４】
ここで、弾性体ヘッド１は、加熱により、主材である弾性体の硬度等の物性が変化してプレス状態に影響するおそれがあるため、硬質ヘッドに比べて、加熱可能温度が低く、耐熱性や熱伝導性の観点で劣る。そのため、サンプル作製装置においては、弾性体ヘッド１を用いることに起因して、昇温能力が低下することが懸念される。
【００２５】
実機の量産時には、熱プレス時間の短縮を図るために急峻な昇温を実現することが求められるが、これを実現するために、予め所定温度に加熱した硬質ヘッドを被着体に押し当てるのが通常である。しかしながら、耐熱性や熱伝導性が劣る弾性体ヘッド１の加熱は、高々１００℃程度が限界である一方で、異方性導電接着フィルムたる接着剤１０を硬化させるのに必要な温度は、通常、１８０℃〜３００℃程度であるため、この温度にまで当該弾性体ヘッド１を十分に加熱することができない。
【００２６】
そこで、サンプル作製装置は、弾性体ヘッド１ではなく、ステージ２の内部にヒーター３を設け、接着剤１０を硬化させるのに必要な所定温度に当該ステージ２を加熱するようにする。これにより、サンプル作製装置は、急峻な昇温過程をともなう温度プロファイルを再現することができる。なお、サンプル作製装置においては、少なくともステージ２を、接着剤１０を硬化させるのに必要な温度以上にまで加熱すればよいのであり、弾性体ヘッド１を加熱することを阻害するものではない。すなわち、サンプル作製装置においては、例えば、接着剤１０を硬化させるのに必要な温度が１８０℃である場合に、ステージ２を１９０℃に加熱するとともに、弾性体ヘッド１を加熱可能温度未満である１００℃程度に加熱することは可能である。
【００２７】
ただし、熱プレス前に、接着剤１０を硬化させるのに必要な温度以上にまで加熱されたステージ２のプレス面に接着剤１０を載置すると、目的の温度プロファイルを実現することができないのみならず、載置した瞬間から当該接着剤１０の形状変化が発生し、折れやシワを有したり、面内厚みのバラツキが大きかったりする物性評価用サンプルが作製されてしまう事態を招来することになる。特に、物性評価用サンプルは、面内厚みのバラツキが大きい場合には、測定した物性値の評価を正確に行うことができないものとなる。
【００２８】
そこで、サンプル作製装置においては、熱プレス前に、少なくとも加熱したステージ２に接触させないように接着剤１０を配設する。
【００２９】
具体的には、サンプル作製装置においては、図１に示したように、弾性体ヘッド１そのものが有する粘着性を利用して当該弾性体ヘッド１のプレス面に接着剤１０を貼付した状態で当該弾性体ヘッド１を降下させることにより、ステージ２に接触させない状態を容易に作り出すことができる。また、サンプル作製装置においては、例えば図４に示すように、所定の固定装置５を用いて、弾性体ヘッド１とステージ２との間の空間に接着剤１０を配設させることにより、これら弾性体ヘッド１及びステージ２の双方に接着剤１０を接触させないようにしてもよい。
【００３０】
このように、サンプル作製装置においては、接着剤１０を加熱したステージ２に接触させないように配設することにより、熱プレス前に接着剤１０を加熱してしまうことによる物性評価用サンプルの寸法精度の悪化を確実に防止することができる上、熱プレス前の余計な加熱を防止することができる。
【００３１】
以上説明したように、サンプル作製装置は、接着剤１０をプレスするヘッドとして、弾性体ヘッド１を用いるとともに、少なくともステージ２を、接着剤１０を硬化させるのに必要な温度以上にまで加熱し、さらに、熱プレス前に、少なくとも加熱したステージ２に接触させないように接着剤１０を配設することにより、樹脂内に気泡が混入することもなく、面内厚みのバラツキも大幅に少なく、実際の実装状態における物性値を測定することが可能な寸法精度を満たしたシート状の物性評価用サンプルを容易に作製することができる。また、このようなサンプル作製装置によって温度プロファイルを再現して作製された物性評価用サンプルを用いることにより、非弾性体ヘッドを備えた実装装置を用いて実装された接着剤の物性値も適切に予測することが可能となる。
【００３２】
［実施例］
以下、本発明を適用して作製した物性評価用サンプルの具体的な実施例について、実験結果に基づいて説明する。
【００３３】
本願発明者は、弾性体ヘッド１と、ヒーター３に相当する加熱システムを有するステージ２とを備えたプレス装置を用いて、所定重量％の導電性粒子をエポキシ系接着剤に配合させたソニーケミカル＆インフォメーションデバイス社製の熱硬化型異方性導電接着フィルムを熱プレスし、シート状の物性評価用サンプルを作製した。
【００３４】
まず、予め温度測調機を用いて、実機の量産時と同一の温度プロファイルに合わせてプレス装置の温度設定を行った。また、接着剤１０については、硬化前の異方性導電接着フィルムを、ベースフィルム及びカバーフィルムとしての剥離用ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムから剥離した状態で、厚みが５０μｍの２枚のテフロンシートの間に挟持させ、これを加熱していない弾性体ヘッド１のプレス面に、当該弾性体ヘッド１そのものが有する粘着性を利用して貼付した。このとき、シワや気泡が混入しないように、ラミネータを用いて、異方性導電接着フィルムを２枚のテフロンシートの間に挟持させた。そして、所定の温度設定で実機の量産時と同様に熱プレスを行い、異方性導電接着フィルムを完全硬化させた。なお、加圧力は、実機の量産時と同様に１〜５ＭＰａとした。また、比較対象の物性評価用サンプルとして、従来の熱風循環式オーブンを用いて異方性導電接着フィルムを完全硬化させたものも作製した。
【００３５】
このようにして作製された物性評価用サンプルについて、ガラス転移温度Ｔｇを測定した。この測定結果を次表１に示す。なお、次表１には、本発明を適用して作製した物性評価用サンプルとして、常温から５０秒後にステージ２の温度が２００℃に到達するような温度プロファイルで硬化させたものの測定結果と、熱風循環式オーブンを用いて作製した物性評価用サンプルとして、２００℃に設定した熱風循環式オーブン内に異方性導電接着フィルムを１０分間静置させて硬化させたものの測定結果とを示している。
【００３６】
【表１】
2008273155.tif 000003
【００３７】
上表１からわかるように、本発明を適用して作製した物性評価用サンプルのガラス転移温度Ｔｇは１１９℃という実際の実装に近い温度となったのに対して、熱風循環式オーブンを用いて作製した物性評価用サンプルのガラス転移温度Ｔｇは１４４℃となり、両者の間で大きな乖離がみられた。このことは、熱風循環式オーブンを用いて作製した物性評価用サンプルが、実機への実装とは異なる熱履歴で硬化したために、実際の実装状態における物性値とは異なる値となることの裏付けである。
【００３８】
このように、本発明を適用して作製された物性評価用サンプルは、特に面内厚みのバラツキが少ないことから、その厚みと幅、すなわち、縦断面積によって測定値が左右されるガラス転移温度Ｔｇ、弾性率、線膨張係数、透湿度、吸水率等の物性値の評価に極めて有効なものである。
【００３９】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施の形態では、接着剤１０をフッ素加工等が施された２枚のシート材４によって挟持するものとして説明したが、本発明は、弾性体ヘッド及びステージに接着剤が付着しないようにすればよく、シリコン処理等、同様の機能を有する他の離型処理が施されたシート材を用いてもよく、また、弾性体ヘッド及びステージ自体に離型処理を施してもよい。
【００４０】
また、上述した実施の形態では、接着剤として、異方性導電接着フィルムを用いて説明したが、本発明は、異方性導電接着ペースト（Anisotropic Conductive Paste；ＡＣＰ）等のペースト状接着剤を用いてもよく、導電性を必要としない場合には、非導電性フィルム（Non-conductive Film；ＮＣＦ）や、所定の樹脂をバインダとする導電性ペーストを用いてもよい。
【００４１】
さらに、上述した実施の形態では、熱硬化性樹脂を含む異方性導電接着フィルムの物性評価用サンプルを作製するものとして説明したが、本発明は、熱硬化性樹脂を含む接着剤以外のシート状物質の物性評価用サンプルを作製する場合にも適用することができる。
【００４２】
さらにまた、本発明は、熱硬化性樹脂を含むシート状物質の物性評価用サンプルを作製する場合のみならず、熱可塑性樹脂を含むシート状物質の物性評価用サンプルを作製する場合にも適用することができる。すなわち、本発明は、熱プレス処理の過程で溶融又は軟化するような物性評価用サンプルであれば、いかなるものであっても適用することができる。
【００４３】
このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態として示すサンプル作製装置の構成を説明する図である。
【図２】コンスタントヒート方式及びパルスヒート方式の温度プロファイルを説明する図である。
【図３】コンスタントヒート方式及びパルスヒート方式の温度プロファイルを説明する図であり、図２に示す温度プロファイルとは異なる条件での温度プロファイルを説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態として示すサンプル作製装置の他の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  弾性体ヘッド
２  ステージ
３  ヒーター
４  シート材
５  固定装置
１０  接着剤
【図１】
2008273155.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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