JP2004006805A - 電子部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は素子を実装した基板の表面を樹脂被膜で被覆した電子部品の製造方法に関するものであり、生産性の高い電子部品の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも表面に上面電極１３を有する基板１１の上にハンダ１８を用いて素子１６ａ〜１６ｃを実装し、この素子１６ａ〜１６ｃを実装した基板１１を超音波を用いて洗浄し乾燥した後に、前記素子１６ａ〜１６ｃを覆うように前記基板１１の表面を樹脂被膜２７にて被覆する電子部品の製造方法において、前記素子１６ａ〜１６ｃを実装した基板１１を超音波を用いて洗浄し乾燥した後に、プラズマ中に放置する工程を有することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】少なくとも表面に上面電極１３を有する基板１１の上にハンダ１８を用いて素子１６ａ〜１６ｃを実装し、この素子１６ａ〜１６ｃを実装した基板１１を超音波を用いて洗浄し乾燥した後に、前記素子１６ａ〜１６ｃを覆うように前記基板１１の表面を樹脂被膜２７にて被覆する電子部品の製造方法において、前記素子１６ａ〜１６ｃを実装した基板１１を超音波を用いて洗浄し乾燥した後に、プラズマ中に放置する工程を有することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、素子を実装した基板の表面を樹脂で被覆した電子部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子部品は、図６に示すように、所望の回路パターンを内蔵した基板１の上面に設けられた上面電極２に、素子３ａ〜３ｃをハンダ４で接合し、ハンダ付けに用いたフラックスを超音波洗浄により除去した後に、基板１の上面と素子３ａ〜３ｃとを樹脂被膜５で被覆していた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１７６１８４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法で作製した電子部品は、基板１にハンダ付けする際に用いたフラックスを超音波により洗浄しているが、この超音波洗浄は同じ溶剤中で何度も洗浄を繰り返すため、基板１の表面に微量の洗浄残渣が残ってしまう。これにより、樹脂被膜５と基板１との間に洗浄残渣が介在することでこれらの密着性が悪くなり界面に剥離が生じ易くなり、生産歩留まりを下げるという問題を有していた。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、生産性の高い電子部品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、特に素子を基板にハンダで実装した後に超音波を用いて洗浄し、さらにプラズマ中に放置することにより、超音波洗浄の後で基板表面に残っている微小な有機成分を分子レベルで分解除去することができ、樹脂被膜と基板の密着性を向上させることができ電子部品の生産性を高めることができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、特に素子として表面弾性波素子を実装した場合、超音波を用いて洗浄する工程における超音波の周波数を４５ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲とするものであり、超音波の振動で表面弾性波素子表面の櫛形電極の破壊を防止しつつ洗浄できる。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、特にプラズマは酸素を用いて発生させるものであり、素子と基板の表面に残っている微小な有機成分を酸素プラズマで酸化して水と炭酸ガスに分解することにより効果的に除去できる。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、特に基板への樹脂の供給は液状樹脂を用い、液状樹脂を４０〜８０℃の範囲に加温しながら行うものであり、温度に伴い液状樹脂の粘度が低くなり、基板との密着性を向上させることができる。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、特に基板表面に液状樹脂を供給した後に基板を低圧状態におくものであり、液状樹脂に混入した気泡を容易に除去することができる。
【００１２】
また、請求項６に記載の発明は、特に基板表面に液状樹脂を供給した後に基板を５Ｔｏｒｒ以下の低圧状態におくものであり、これにより基板と実装した素子とを被覆する液状樹脂中に巻き込んだ気泡を除去することができる。
【００１３】
また、請求項７に記載の発明は、特に基板を加熱しながら低圧状態におくものであり、液状樹脂の粘度を低下させることにより液状樹脂中の気泡を容易に除去できる。
【００１４】
また、請求項８に記載の発明は、特に基板表面へ液状樹脂を供給する工程と、基板を低圧状態におく工程とを繰り返し行うものであり、低圧状態での液状樹脂からの気泡除去による体積の減少分を補い、樹脂被膜の外形寸法を保つことができる。
【００１５】
また、請求項９に記載の発明は、特に加圧しながら液状樹脂を硬化させるものであり、低圧状態で除去しきれない微細な気泡を圧縮し液状樹脂中に再溶解させた状態で硬化させることにより、液状樹脂と基板との界面の密着力を向上することができる。
【００１６】
また、請求項１０に記載の発明は、特に基板を樹脂で被覆する際に、基板を加熱した金型内に配置し、この金型内に樹脂を加圧注入することにより行うものであり、所望の形状に対して寸法精度の高い形状を得ることができる。
【００１７】
また、請求項１１に記載の発明は、特に基板とこの基板に実装した素子との隙間に液状樹脂を充填し硬化した後に、実装した素子との隙間に液状樹脂を充填した基板を加熱した金型内に配置し、この金型内に樹脂を加圧注入することにより樹脂被覆を行うものであり、液状樹脂を用いることで素子と基板の隙間に樹脂を均一に充填することができ、基板全体の樹脂の被覆を金型内で行うことで所望の形状に対して寸法精度の高い形状を得ることができるという作用を有する。
【００１８】
また、請求項１２に記載の発明は、特に基板を被覆する樹脂の平均フィラー径を２μｍ〜３０μｍの範囲としたものであり、基板とハンダで実装した素子との隙間への充填を促進することができるという作用を有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における電子部品の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
まず、図１（ａ）に示すように、基板１１を準備する。この基板１１は、例えば複数枚のセラミックグリーンシートを積層し、焼成した積層セラミック基板であり、基板１１の内部には回路パターンを構成する内部電極１２を有し、基板１１の上面と下面とには、それぞれ内部電極１２に接続した上面電極１３と下面電極１４を有する。
【００２１】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板１１の上面電極１３の上にクリームハンダ１５を、メタルマスクを用いて印刷する。
【００２２】
次に、図１（ｃ）に示すように、上面電極１３のクリームハンダ１５の上に素子１６ａ〜１６ｃを搭載する。素子１６ａ〜１６ｃとしては、例えば表面弾性波素子、チップコンデンサ、チップ抵抗などがある。
【００２３】
次に、図１（ｄ）に示すように、素子１６ａ〜１６ｃを実装した基板１１をリフローし、素子１６ａ〜１６ｃの端子電極１７ａ〜１７ｃと基板１１の上面電極１３とをハンダ１８で接合する。
【００２４】
次に、図２（ｅ）に示すように、素子１６ａ〜１６ｃを実装した基板１１（以下、実装基板と称する）を超音波洗浄機１９の中で洗浄液２０に浸漬して、周波数４５ｋＨｚの超音波で約１０分間洗浄する。その後、水中に所定時間浸漬し、実装基板２１表面に残存する洗浄液２０を流水で洗い流し乾燥する。
【００２５】
次に、図２（ｆ）に示すように、実装基板２１をプラズマ処理装置２２の中に置き、プラズマで処理する。このプラズマは酸素を用いて１００Ｗの電力で放電して発生させ、約５分間処理する。このプラズマ中での放置により、超音波洗浄では取りきれない微小な有機物残渣（洗浄後に残留する微量のフラックスや洗浄剤中の有機物）を分子レベルで分解除去することができるので、後述する実装基板２１の上に設けられる樹脂被膜２７との密着性を高められ、実装基板２１に対する樹脂被膜２７の剥離を抑制できるので電子部品の生産性が高められる。
【００２６】
また、プラズマの種類は、アルゴンなどの酸素以外のプラズマを用いても物理的スパッタリング効果があるため表面洗浄は可能であるが、有機物残渣を除去する場合には、原子レベルでの衝突のみにより洗浄を促進するアルゴンなどの酸素以外のプラズマを用いるよりも、原子レベルの衝突のみならず化学反応を誘発する酸素を発生源とするプラズマを用いることによって有機物を酸化して水と炭酸ガスに分解でき効果的に除去できる。
【００２７】
次に、図２（ｇ）に示すように、実装基板２１を型枠２３に入れ、実装基板２１の上面にこれを被覆するための液状樹脂２４を流し込む。液状樹脂２４は、常温で液状である未硬化の被覆用樹脂材料であり、この液状樹脂２４を硬化すると固形の成形物ができる。液状樹脂２４は、熱硬化性エポキシ系のもので、その組成は、シリカのフィラーの含有率が８０％、エポキシ系レジンの含有率が２０％、平均フィラー径が１５％のものを用いた。実装基板２１の上面に液状樹脂２４を供給する際には、この実装基板２１と液状樹脂２４を加温しながら行うことにより、液状樹脂２４の粘度が低くなり、気泡の巻き込みが少なく細部まで液状樹脂２４が行き渡る。
【００２８】
次に、図３（ｈ）に示すように、上面に液状樹脂２４を供給した実装基板２１を型枠２３ごと減圧装置２５の中に置き、低圧状態の中で実装基板２１の上面に供給した液状樹脂２４に含まれた気泡を除去する（以下、低圧脱泡と称する）ことで、気泡除去をより高い精度で行える。
【００２９】
実装基板２１の上面に液状樹脂２４を供給するステップは、液状樹脂２４を一度に目標となる量を供給するのではなく、液状樹脂２４を供給するステップと低圧脱泡するステップとを交互に繰り返し行うことにより、低圧状態での液状樹脂２４からの気泡除去による体積の減少分を補い、樹脂被膜２７の外形寸法を保つことができるのである。
【００３０】
次に、図３（ｉ）に示すように、加圧装置２６の中に実装基板２１を置き、表面に約１ＭＰａの圧力をかけた状態で加熱して液状樹脂２４の硬化を行い、図３（ｊ）に示すような固形の樹脂被膜２７となす。液状樹脂２４の硬化は、約１００℃で約１時間加熱し半硬化するステップと、約１５０℃で約１時間加熱し本硬化するステップとからなる。
【００３１】
これは、加圧した状態で硬化することにより、液状樹脂２４の中に残る微細な気泡を圧縮し再溶解させた状態で固形化するので、樹脂被膜２７の中に残留し実装基板２１との密着性を低下させる気泡をさらに低減できて、樹脂被膜２７と実装基板２１との剥離を防止できるのである。
【００３２】
以上のような電子部品の製造方法について、以下に製造条件の検討結果を説明する。
【００３３】
まず、素子１６ｂとして表面弾性波素子を用いた場合に、実装基板２１を超音波洗浄する工程における、超音波洗浄条件による表面弾性波素子の破壊性評価について記す。
【００３４】
評価サンプルは、表面弾性波素子を含む素子１６ａ〜１６ｃを実装した実装基板２１を６０℃に加温した洗浄液の中で１９．５ｋＨｚ〜１ＭＨｚの９種類の周波数で超音波洗浄をそれぞれ１０分間行ったものである。評価方法は、洗浄後の表面弾性波素子の櫛形電極を走査電子顕微鏡にて観察し、櫛形電極が破壊したものを不良としてその数を集計した。各条件での基板のサンプル数は５０個である。その結果を（表１）に示す。
【００３５】
【表１】
【００３６】
（表１）において、超音波の周波数を４５ｋＨｚ未満の周波数では櫛形電極が破壊していたが、４５ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲では櫛形電極は破壊しなかった。これにより、素子１６ｂとして表面弾性波素子を用いる場合は、超音波洗浄における周波数は４５ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲が良いことが判る。
【００３７】
次に、実装基板２１を液状樹脂２４で被覆する工程において、供給する液状樹脂２４と実装基板２１とを加熱する加熱温度による樹脂被膜２７の充填性評価について記す。
【００３８】
評価サンプルは、超音波洗浄（６０℃、１００ｋＨｚ、１０分間）およびプラズマ処理（酸素プラズマ、１００Ｗ、５分間）を行った実装基板２１を用いて、２０〜１００℃の範囲内で９種類の条件で実装基板２１と液状樹脂２４とを加熱した状態で、実装基板２１に液状樹脂２４（平均フィラー径１５μｍ、フィラー含有率８０％）を供給し、低圧脱泡（５Ｔｏｒｒ、３０分間）、半硬化（加圧力１ＭＰａ、１００℃、１時間）および本硬化（加圧力１ＭＰａ、１５０℃、１時間）を行って樹脂被膜２７を形成したものである。この樹脂被膜２７の水平断面をスライスして、樹脂被膜２７の充填性を拡大鏡で評価し、例えば基板１１と素子１６ａ〜１６ｃとの隙間等に気泡や充填不足があるものを充填不良として個数を確認した。各条件でのサンプル数は５０個である。その結果を（表２）に示す。
【００３９】
【表２】
【００４０】
（表２）において、実装基板２１および液状樹脂２４を４０〜８０℃の範囲に加熱したときに充填不良は発生しなかったが、加熱温度が３０℃以下および９０℃以上では充填不良が発生した。３０℃以下では低温のため液状樹脂２４の粘度が高く流動性が良くないため充填不良となり易い。また、温度が８０℃より高いと液状樹脂２４の硬化が始まり低圧脱泡が困難になる。これにより、実装基板２１および液状樹脂２４を４０〜８０℃の範囲に加熱すると良いことが判る。
【００４１】
次に、実装基板２１を液状樹脂２４で被覆する工程における低圧脱泡の真空圧による脱泡性の評価について記す。
【００４２】
評価サンプルは、超音波洗浄（６０℃、１００ｋＨｚ、１０分間）およびプラズマ処理（酸素プラズマ、１００Ｗ、５分間）を行った実装基板２１を用いて、実装基板２１と液状樹脂２４とを６０℃に加熱した状態で、実装基板２１に液状樹脂２４（平均フィラー径１５μｍ、フィラー含有率８０％）を供給し、０．１〜３０Ｔｏｒｒの低圧で３０分間脱泡を行い、半硬化（加圧力１ＭＰａ、１００℃、１時間）および本硬化（加圧力１ＭＰａ、１５０℃、１時間）を行って樹脂被膜２７を形成したものである。この樹脂被膜２７の水平断面をスライスして拡大鏡で観察し、樹脂被膜２７の中に気泡があるものを脱泡不良として個数を確認した。各条件でのサンプル数は５０個である。その結果を（表３）に示す。
【００４３】
【表３】
【００４４】
（表３）において、圧力が５Ｔｏｒｒ以下のときに充填不良は発生しなかった。これにより実装基板２１を液状樹脂２４で被覆後、圧力を５Ｔｏｒｒ以下に保持すると効果があることが判る。なお、ここでは、０．１Ｔｏｒｒ未満の低圧では確認はしていないが、真空度が高いほど脱泡効果が高いことは明らかである。
【００４５】
次に、実装基板２１を液状樹脂２４で被覆する工程における液状樹脂２４の平均フィラー径による液状樹脂２４の充填性を評価した結果について説明する。
【００４６】
評価サンプルは、超音波洗浄（６０℃、１００ｋＨｚ、１０分間）およびプラズマ処理（酸素プラズマ、１００Ｗ、５分間）を行った実装基板２１を用いて、実装基板２１と液状樹脂２４とを６０℃に加熱した状態で、実装基板２１に平均フィラー径をそれぞれ２〜５０μｍの間で変化させた液状樹脂２４（フィラー含有率８０％）を供給し、低圧脱泡（５Ｔｏｒｒ、３０分間）を行い、半硬化（加圧力１ＭＰａ、１００℃、１時間）および本硬化（加圧力１ＭＰａ、１５０℃、１時間）を行って樹脂被膜２７を形成したものである。この樹脂被膜２７の水平断面をスライスして拡大鏡で観察し、樹脂被膜２７の中に気泡があるものを充填不良として個数を確認した。各条件でのサンプル数は５０個である。その結果を（表４）に示す。
【００４７】
【表４】
【００４８】
（表４）において、平均フィラー粒径が２μｍ〜３０μｍの範囲のときに基板１１と素子１６ａ〜１６ｃの隙間にまで液状樹脂２４を入り込ませることができ、充填不良は発生しなかった。
【００４９】
（実施の形態２）
この実施の形態２は、前述した実施の形態１における製造方法において、実装基板２１に樹脂被膜２７を形成する工程を、液状樹脂２４を用いずに固形樹脂を用いて形成するものであり、他の部分においては前述した実施の形態１と同様のものである。
【００５０】
固形樹脂は常温で固形の未硬化の樹脂材料であり、これを加熱した金型内に加圧加熱注入することにより樹脂成形を行う。ここで用いた固形樹脂は、シリカなどのフィラーを７０〜９０％程度含有し、エポキシ系レジンを１０〜３０％程度含有し、平均フィラー粒径は約３０μｍのものである。
【００５１】
まず図４（ａ）に示すように、実装基板２１を下金型２８にセットし、上金型２９を合わせ、型締めする。上金型２９と下金型２８とを１５０〜２００℃に保持し、注入ゲートから固形樹脂を６〜２５ＭＰａの圧力で加圧注入する。金型内のエアは、注入ゲートと反対側のエア抜き穴から注入圧力により押し出す。
【００５２】
固形樹脂は、常温では固体であるが、金型を加熱した温度では液状になり、注入を始めて５〜１２秒で約１０Ｐａ・ｓの溶融粘度に達し最も流動性が高まる。この時間を超えると熱硬化が始まり急激に固化する。さらに固形樹脂を注入後１２０秒は圧力を加えたままにする。固形樹脂の表面を加圧しながら硬化させることにより、固形樹脂を素子１６ａ〜１６ｃの外周部およびこれら素子１６ａ〜１６ｃと基板１１の隙間にまで流し込むと共に気泡が混入した場合、圧力により気泡を圧縮できる。その後、図４（ｂ）のように金型から取り出し、乾燥炉等で１７０〜１８０℃、４〜６時間の熱処理を行い、固形樹脂の硬化を完成させる。
【００５３】
以上のように固形樹脂と金型とを用いて樹脂被膜３０を形成する場合には、外形寸法精度の優れた電子部品を得ることができる。この寸法精度は、電子部品を使用して電子機器を製造する際に機械による取り扱いをする上で必要である。
【００５４】
なお、このように固形樹脂を用いて樹脂被膜３０を形成しようとすれば、基板１１と素子１６ａ〜１６ｃとの間にまで固形樹脂を回り込ませることが困難なものとなるのであるが、この部分に図５に示されるように予め液状樹脂を充填しておき、その後固形樹脂で樹脂被膜３１を形成することでこの問題は解決される。
【００５５】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１において図１（ａ）〜（ｄ）、図２（ｅ）、（ｆ）で説明した工程（プラズマにより処理する工程までの工程）を経た実装基板２１を用いて、図５に示すように、実装基板２１の基板１１と素子１６ａ〜１６ｃとの隙間に液状樹脂２４を充填・硬化して樹脂被膜３１を形成した後、実装基板２１を加熱した金型内に配置し、この金型内に未硬化の固形樹脂を加熱加圧注入することにより樹脂被膜３２（図示せず）を形成したものである。
【００５６】
この方法により、より小さな隙間まで充填できると同時に、外形寸法精度の良好な電子部品が得られる。
【００５７】
【発明の効果】
以上、本発明によると、特に素子を基板にハンダで実装した後に超音波を用いて洗浄し、さらにプラズマ中に放置することにより、超音波洗浄の後で基板表面に残っている微小な有機成分を分子レベルで分解除去することができ、樹脂被膜と基板の密着性を向上させることができ電子部品の生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における電子部品の製造方法を模式的に示す工程図
【図２】本発明の実施の形態１における電子部品の製造方法を模式的に示す工程図
【図３】本発明の実施の形態１における電子部品の製造方法を模式的に示す工程図
【図４】本発明の実施の形態２における電子部品の製造方法を模式的に示す工程図
【図５】同電子部品の他の製造方法を模式的に示す断面図
【図６】
従来の電子部品の断面図
【符号の説明】
１１ 基板
１３ 上面電極
１６ａ〜１６ｃ 素子
１８ ハンダ
２０ 洗浄液
２４ 液状樹脂
２７，３０，３１，３２ 樹脂被膜
２８ 下金型
２９ 上金型
【発明の属する技術分野】
本発明は、素子を実装した基板の表面を樹脂で被覆した電子部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子部品は、図６に示すように、所望の回路パターンを内蔵した基板１の上面に設けられた上面電極２に、素子３ａ〜３ｃをハンダ４で接合し、ハンダ付けに用いたフラックスを超音波洗浄により除去した後に、基板１の上面と素子３ａ〜３ｃとを樹脂被膜５で被覆していた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１７６１８４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法で作製した電子部品は、基板１にハンダ付けする際に用いたフラックスを超音波により洗浄しているが、この超音波洗浄は同じ溶剤中で何度も洗浄を繰り返すため、基板１の表面に微量の洗浄残渣が残ってしまう。これにより、樹脂被膜５と基板１との間に洗浄残渣が介在することでこれらの密着性が悪くなり界面に剥離が生じ易くなり、生産歩留まりを下げるという問題を有していた。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、生産性の高い電子部品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、特に素子を基板にハンダで実装した後に超音波を用いて洗浄し、さらにプラズマ中に放置することにより、超音波洗浄の後で基板表面に残っている微小な有機成分を分子レベルで分解除去することができ、樹脂被膜と基板の密着性を向上させることができ電子部品の生産性を高めることができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、特に素子として表面弾性波素子を実装した場合、超音波を用いて洗浄する工程における超音波の周波数を４５ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲とするものであり、超音波の振動で表面弾性波素子表面の櫛形電極の破壊を防止しつつ洗浄できる。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、特にプラズマは酸素を用いて発生させるものであり、素子と基板の表面に残っている微小な有機成分を酸素プラズマで酸化して水と炭酸ガスに分解することにより効果的に除去できる。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、特に基板への樹脂の供給は液状樹脂を用い、液状樹脂を４０〜８０℃の範囲に加温しながら行うものであり、温度に伴い液状樹脂の粘度が低くなり、基板との密着性を向上させることができる。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、特に基板表面に液状樹脂を供給した後に基板を低圧状態におくものであり、液状樹脂に混入した気泡を容易に除去することができる。
【００１２】
また、請求項６に記載の発明は、特に基板表面に液状樹脂を供給した後に基板を５Ｔｏｒｒ以下の低圧状態におくものであり、これにより基板と実装した素子とを被覆する液状樹脂中に巻き込んだ気泡を除去することができる。
【００１３】
また、請求項７に記載の発明は、特に基板を加熱しながら低圧状態におくものであり、液状樹脂の粘度を低下させることにより液状樹脂中の気泡を容易に除去できる。
【００１４】
また、請求項８に記載の発明は、特に基板表面へ液状樹脂を供給する工程と、基板を低圧状態におく工程とを繰り返し行うものであり、低圧状態での液状樹脂からの気泡除去による体積の減少分を補い、樹脂被膜の外形寸法を保つことができる。
【００１５】
また、請求項９に記載の発明は、特に加圧しながら液状樹脂を硬化させるものであり、低圧状態で除去しきれない微細な気泡を圧縮し液状樹脂中に再溶解させた状態で硬化させることにより、液状樹脂と基板との界面の密着力を向上することができる。
【００１６】
また、請求項１０に記載の発明は、特に基板を樹脂で被覆する際に、基板を加熱した金型内に配置し、この金型内に樹脂を加圧注入することにより行うものであり、所望の形状に対して寸法精度の高い形状を得ることができる。
【００１７】
また、請求項１１に記載の発明は、特に基板とこの基板に実装した素子との隙間に液状樹脂を充填し硬化した後に、実装した素子との隙間に液状樹脂を充填した基板を加熱した金型内に配置し、この金型内に樹脂を加圧注入することにより樹脂被覆を行うものであり、液状樹脂を用いることで素子と基板の隙間に樹脂を均一に充填することができ、基板全体の樹脂の被覆を金型内で行うことで所望の形状に対して寸法精度の高い形状を得ることができるという作用を有する。
【００１８】
また、請求項１２に記載の発明は、特に基板を被覆する樹脂の平均フィラー径を２μｍ〜３０μｍの範囲としたものであり、基板とハンダで実装した素子との隙間への充填を促進することができるという作用を有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における電子部品の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
まず、図１（ａ）に示すように、基板１１を準備する。この基板１１は、例えば複数枚のセラミックグリーンシートを積層し、焼成した積層セラミック基板であり、基板１１の内部には回路パターンを構成する内部電極１２を有し、基板１１の上面と下面とには、それぞれ内部電極１２に接続した上面電極１３と下面電極１４を有する。
【００２１】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板１１の上面電極１３の上にクリームハンダ１５を、メタルマスクを用いて印刷する。
【００２２】
次に、図１（ｃ）に示すように、上面電極１３のクリームハンダ１５の上に素子１６ａ〜１６ｃを搭載する。素子１６ａ〜１６ｃとしては、例えば表面弾性波素子、チップコンデンサ、チップ抵抗などがある。
【００２３】
次に、図１（ｄ）に示すように、素子１６ａ〜１６ｃを実装した基板１１をリフローし、素子１６ａ〜１６ｃの端子電極１７ａ〜１７ｃと基板１１の上面電極１３とをハンダ１８で接合する。
【００２４】
次に、図２（ｅ）に示すように、素子１６ａ〜１６ｃを実装した基板１１（以下、実装基板と称する）を超音波洗浄機１９の中で洗浄液２０に浸漬して、周波数４５ｋＨｚの超音波で約１０分間洗浄する。その後、水中に所定時間浸漬し、実装基板２１表面に残存する洗浄液２０を流水で洗い流し乾燥する。
【００２５】
次に、図２（ｆ）に示すように、実装基板２１をプラズマ処理装置２２の中に置き、プラズマで処理する。このプラズマは酸素を用いて１００Ｗの電力で放電して発生させ、約５分間処理する。このプラズマ中での放置により、超音波洗浄では取りきれない微小な有機物残渣（洗浄後に残留する微量のフラックスや洗浄剤中の有機物）を分子レベルで分解除去することができるので、後述する実装基板２１の上に設けられる樹脂被膜２７との密着性を高められ、実装基板２１に対する樹脂被膜２７の剥離を抑制できるので電子部品の生産性が高められる。
【００２６】
また、プラズマの種類は、アルゴンなどの酸素以外のプラズマを用いても物理的スパッタリング効果があるため表面洗浄は可能であるが、有機物残渣を除去する場合には、原子レベルでの衝突のみにより洗浄を促進するアルゴンなどの酸素以外のプラズマを用いるよりも、原子レベルの衝突のみならず化学反応を誘発する酸素を発生源とするプラズマを用いることによって有機物を酸化して水と炭酸ガスに分解でき効果的に除去できる。
【００２７】
次に、図２（ｇ）に示すように、実装基板２１を型枠２３に入れ、実装基板２１の上面にこれを被覆するための液状樹脂２４を流し込む。液状樹脂２４は、常温で液状である未硬化の被覆用樹脂材料であり、この液状樹脂２４を硬化すると固形の成形物ができる。液状樹脂２４は、熱硬化性エポキシ系のもので、その組成は、シリカのフィラーの含有率が８０％、エポキシ系レジンの含有率が２０％、平均フィラー径が１５％のものを用いた。実装基板２１の上面に液状樹脂２４を供給する際には、この実装基板２１と液状樹脂２４を加温しながら行うことにより、液状樹脂２４の粘度が低くなり、気泡の巻き込みが少なく細部まで液状樹脂２４が行き渡る。
【００２８】
次に、図３（ｈ）に示すように、上面に液状樹脂２４を供給した実装基板２１を型枠２３ごと減圧装置２５の中に置き、低圧状態の中で実装基板２１の上面に供給した液状樹脂２４に含まれた気泡を除去する（以下、低圧脱泡と称する）ことで、気泡除去をより高い精度で行える。
【００２９】
実装基板２１の上面に液状樹脂２４を供給するステップは、液状樹脂２４を一度に目標となる量を供給するのではなく、液状樹脂２４を供給するステップと低圧脱泡するステップとを交互に繰り返し行うことにより、低圧状態での液状樹脂２４からの気泡除去による体積の減少分を補い、樹脂被膜２７の外形寸法を保つことができるのである。
【００３０】
次に、図３（ｉ）に示すように、加圧装置２６の中に実装基板２１を置き、表面に約１ＭＰａの圧力をかけた状態で加熱して液状樹脂２４の硬化を行い、図３（ｊ）に示すような固形の樹脂被膜２７となす。液状樹脂２４の硬化は、約１００℃で約１時間加熱し半硬化するステップと、約１５０℃で約１時間加熱し本硬化するステップとからなる。
【００３１】
これは、加圧した状態で硬化することにより、液状樹脂２４の中に残る微細な気泡を圧縮し再溶解させた状態で固形化するので、樹脂被膜２７の中に残留し実装基板２１との密着性を低下させる気泡をさらに低減できて、樹脂被膜２７と実装基板２１との剥離を防止できるのである。
【００３２】
以上のような電子部品の製造方法について、以下に製造条件の検討結果を説明する。
【００３３】
まず、素子１６ｂとして表面弾性波素子を用いた場合に、実装基板２１を超音波洗浄する工程における、超音波洗浄条件による表面弾性波素子の破壊性評価について記す。
【００３４】
評価サンプルは、表面弾性波素子を含む素子１６ａ〜１６ｃを実装した実装基板２１を６０℃に加温した洗浄液の中で１９．５ｋＨｚ〜１ＭＨｚの９種類の周波数で超音波洗浄をそれぞれ１０分間行ったものである。評価方法は、洗浄後の表面弾性波素子の櫛形電極を走査電子顕微鏡にて観察し、櫛形電極が破壊したものを不良としてその数を集計した。各条件での基板のサンプル数は５０個である。その結果を（表１）に示す。
【００３５】
【表１】
（表１）において、超音波の周波数を４５ｋＨｚ未満の周波数では櫛形電極が破壊していたが、４５ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲では櫛形電極は破壊しなかった。これにより、素子１６ｂとして表面弾性波素子を用いる場合は、超音波洗浄における周波数は４５ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲が良いことが判る。
【００３７】
次に、実装基板２１を液状樹脂２４で被覆する工程において、供給する液状樹脂２４と実装基板２１とを加熱する加熱温度による樹脂被膜２７の充填性評価について記す。
【００３８】
評価サンプルは、超音波洗浄（６０℃、１００ｋＨｚ、１０分間）およびプラズマ処理（酸素プラズマ、１００Ｗ、５分間）を行った実装基板２１を用いて、２０〜１００℃の範囲内で９種類の条件で実装基板２１と液状樹脂２４とを加熱した状態で、実装基板２１に液状樹脂２４（平均フィラー径１５μｍ、フィラー含有率８０％）を供給し、低圧脱泡（５Ｔｏｒｒ、３０分間）、半硬化（加圧力１ＭＰａ、１００℃、１時間）および本硬化（加圧力１ＭＰａ、１５０℃、１時間）を行って樹脂被膜２７を形成したものである。この樹脂被膜２７の水平断面をスライスして、樹脂被膜２７の充填性を拡大鏡で評価し、例えば基板１１と素子１６ａ〜１６ｃとの隙間等に気泡や充填不足があるものを充填不良として個数を確認した。各条件でのサンプル数は５０個である。その結果を（表２）に示す。
【００３９】
【表２】
（表２）において、実装基板２１および液状樹脂２４を４０〜８０℃の範囲に加熱したときに充填不良は発生しなかったが、加熱温度が３０℃以下および９０℃以上では充填不良が発生した。３０℃以下では低温のため液状樹脂２４の粘度が高く流動性が良くないため充填不良となり易い。また、温度が８０℃より高いと液状樹脂２４の硬化が始まり低圧脱泡が困難になる。これにより、実装基板２１および液状樹脂２４を４０〜８０℃の範囲に加熱すると良いことが判る。
【００４１】
次に、実装基板２１を液状樹脂２４で被覆する工程における低圧脱泡の真空圧による脱泡性の評価について記す。
【００４２】
評価サンプルは、超音波洗浄（６０℃、１００ｋＨｚ、１０分間）およびプラズマ処理（酸素プラズマ、１００Ｗ、５分間）を行った実装基板２１を用いて、実装基板２１と液状樹脂２４とを６０℃に加熱した状態で、実装基板２１に液状樹脂２４（平均フィラー径１５μｍ、フィラー含有率８０％）を供給し、０．１〜３０Ｔｏｒｒの低圧で３０分間脱泡を行い、半硬化（加圧力１ＭＰａ、１００℃、１時間）および本硬化（加圧力１ＭＰａ、１５０℃、１時間）を行って樹脂被膜２７を形成したものである。この樹脂被膜２７の水平断面をスライスして拡大鏡で観察し、樹脂被膜２７の中に気泡があるものを脱泡不良として個数を確認した。各条件でのサンプル数は５０個である。その結果を（表３）に示す。
【００４３】
【表３】
（表３）において、圧力が５Ｔｏｒｒ以下のときに充填不良は発生しなかった。これにより実装基板２１を液状樹脂２４で被覆後、圧力を５Ｔｏｒｒ以下に保持すると効果があることが判る。なお、ここでは、０．１Ｔｏｒｒ未満の低圧では確認はしていないが、真空度が高いほど脱泡効果が高いことは明らかである。
【００４５】
次に、実装基板２１を液状樹脂２４で被覆する工程における液状樹脂２４の平均フィラー径による液状樹脂２４の充填性を評価した結果について説明する。
【００４６】
評価サンプルは、超音波洗浄（６０℃、１００ｋＨｚ、１０分間）およびプラズマ処理（酸素プラズマ、１００Ｗ、５分間）を行った実装基板２１を用いて、実装基板２１と液状樹脂２４とを６０℃に加熱した状態で、実装基板２１に平均フィラー径をそれぞれ２〜５０μｍの間で変化させた液状樹脂２４（フィラー含有率８０％）を供給し、低圧脱泡（５Ｔｏｒｒ、３０分間）を行い、半硬化（加圧力１ＭＰａ、１００℃、１時間）および本硬化（加圧力１ＭＰａ、１５０℃、１時間）を行って樹脂被膜２７を形成したものである。この樹脂被膜２７の水平断面をスライスして拡大鏡で観察し、樹脂被膜２７の中に気泡があるものを充填不良として個数を確認した。各条件でのサンプル数は５０個である。その結果を（表４）に示す。
【００４７】
【表４】
（表４）において、平均フィラー粒径が２μｍ〜３０μｍの範囲のときに基板１１と素子１６ａ〜１６ｃの隙間にまで液状樹脂２４を入り込ませることができ、充填不良は発生しなかった。
【００４９】
（実施の形態２）
この実施の形態２は、前述した実施の形態１における製造方法において、実装基板２１に樹脂被膜２７を形成する工程を、液状樹脂２４を用いずに固形樹脂を用いて形成するものであり、他の部分においては前述した実施の形態１と同様のものである。
【００５０】
固形樹脂は常温で固形の未硬化の樹脂材料であり、これを加熱した金型内に加圧加熱注入することにより樹脂成形を行う。ここで用いた固形樹脂は、シリカなどのフィラーを７０〜９０％程度含有し、エポキシ系レジンを１０〜３０％程度含有し、平均フィラー粒径は約３０μｍのものである。
【００５１】
まず図４（ａ）に示すように、実装基板２１を下金型２８にセットし、上金型２９を合わせ、型締めする。上金型２９と下金型２８とを１５０〜２００℃に保持し、注入ゲートから固形樹脂を６〜２５ＭＰａの圧力で加圧注入する。金型内のエアは、注入ゲートと反対側のエア抜き穴から注入圧力により押し出す。
【００５２】
固形樹脂は、常温では固体であるが、金型を加熱した温度では液状になり、注入を始めて５〜１２秒で約１０Ｐａ・ｓの溶融粘度に達し最も流動性が高まる。この時間を超えると熱硬化が始まり急激に固化する。さらに固形樹脂を注入後１２０秒は圧力を加えたままにする。固形樹脂の表面を加圧しながら硬化させることにより、固形樹脂を素子１６ａ〜１６ｃの外周部およびこれら素子１６ａ〜１６ｃと基板１１の隙間にまで流し込むと共に気泡が混入した場合、圧力により気泡を圧縮できる。その後、図４（ｂ）のように金型から取り出し、乾燥炉等で１７０〜１８０℃、４〜６時間の熱処理を行い、固形樹脂の硬化を完成させる。
【００５３】
以上のように固形樹脂と金型とを用いて樹脂被膜３０を形成する場合には、外形寸法精度の優れた電子部品を得ることができる。この寸法精度は、電子部品を使用して電子機器を製造する際に機械による取り扱いをする上で必要である。
【００５４】
なお、このように固形樹脂を用いて樹脂被膜３０を形成しようとすれば、基板１１と素子１６ａ〜１６ｃとの間にまで固形樹脂を回り込ませることが困難なものとなるのであるが、この部分に図５に示されるように予め液状樹脂を充填しておき、その後固形樹脂で樹脂被膜３１を形成することでこの問題は解決される。
【００５５】
（実施の形態３）
実施の形態３は、実施の形態１において図１（ａ）〜（ｄ）、図２（ｅ）、（ｆ）で説明した工程（プラズマにより処理する工程までの工程）を経た実装基板２１を用いて、図５に示すように、実装基板２１の基板１１と素子１６ａ〜１６ｃとの隙間に液状樹脂２４を充填・硬化して樹脂被膜３１を形成した後、実装基板２１を加熱した金型内に配置し、この金型内に未硬化の固形樹脂を加熱加圧注入することにより樹脂被膜３２（図示せず）を形成したものである。
【００５６】
この方法により、より小さな隙間まで充填できると同時に、外形寸法精度の良好な電子部品が得られる。
【００５７】
【発明の効果】
以上、本発明によると、特に素子を基板にハンダで実装した後に超音波を用いて洗浄し、さらにプラズマ中に放置することにより、超音波洗浄の後で基板表面に残っている微小な有機成分を分子レベルで分解除去することができ、樹脂被膜と基板の密着性を向上させることができ電子部品の生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における電子部品の製造方法を模式的に示す工程図
【図２】本発明の実施の形態１における電子部品の製造方法を模式的に示す工程図
【図３】本発明の実施の形態１における電子部品の製造方法を模式的に示す工程図
【図４】本発明の実施の形態２における電子部品の製造方法を模式的に示す工程図
【図５】同電子部品の他の製造方法を模式的に示す断面図
【図６】
従来の電子部品の断面図
【符号の説明】
１１ 基板
１３ 上面電極
１６ａ〜１６ｃ 素子
１８ ハンダ
２０ 洗浄液
２４ 液状樹脂
２７，３０，３１，３２ 樹脂被膜
２８ 下金型
２９ 上金型
Claims (12)
- 少なくとも表面に上面電極を有する基板の上にハンダを用いて素子を実装し、この素子を実装した基板を超音波を用いて洗浄し乾燥した後に、前記素子を覆うように前記基板の表面を樹脂にて被覆する電子部品の製造方法において、前記素子を実装した基板を超音波を用いて洗浄し乾燥した後に、プラズマ中に放置する工程を有することを特徴とする電子部品の製造方法。
- 素子を表面弾性波素子として基板を超音波を用いて洗浄する工程は、前記超音波の周波数が４５ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲で行うことを特徴とした請求項１に記載の電子部品の製造方法。
- 基板をプラズマ中に放置する工程は、プラズマを酸素により発生させることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。
- 基板の表面を樹脂にて被覆する工程は、被覆するための樹脂として液状樹脂を用い、この液状樹脂を４０〜８０℃の範囲に加温しながら行うことを特徴とした請求項１に記載の電子部品の製造方法。
- 基板の表面を樹脂にて被覆する工程は、被覆するための樹脂として液状樹脂を用い、この液状樹脂を基板表面に供給した後に基板を低圧状態におくことを特徴とした請求項１に記載の電子部品の製造方法。
- 低圧状態は、真空度が５Ｔｏｒｒ以下であることを特徴とした請求項５に記載の電子部品の製造方法。
- 基板を加熱しながら低圧状態におくことを特徴とした請求項５に記載の電子部品の製造方法。
- 基板表面へ液状樹脂を供給する工程と、その後に前記基板を低圧状態におく工程とを繰り返し行うことを特徴とした請求項５に記載の電子部品の製造方法。
- 基板の表面を樹脂にて被覆する工程は、被覆するための樹脂として液状樹脂を用い、前記基板の表面へ前記液状樹脂を供給した後に加圧しながら前記液状樹脂を硬化させることを特徴とした請求項１に記載の電子部品の製造方法。
- 基板の表面を樹脂にて被覆する工程は、前記基板を加熱した金型内に配置し、この金型内に固形樹脂を加圧注入することにより行うことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。
- 基板の表面を樹脂にて被覆する工程は、前記基板と素子との隙間に液状樹脂を充填し硬化した後、この基板を加熱した金型内に配置し、この金型内に固形樹脂を加圧注入することにより行うことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。
- 基板の表面を樹脂にて被覆する工程は、平均フィラー径が２μｍ〜３０μｍの範囲にある樹脂を用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2013074110A (ja) * | 2011-09-28 | 2013-04-22 | Shin Etsu Polymer Co Ltd | 半導体パッケージの製造方法 |
| JP2015037195A (ja) * | 2013-08-16 | 2015-02-23 | 印▲鉱▼科技有限公司 | 電子デバイスの製造方法及び製造装置 |
| JP2015138968A (ja) * | 2014-01-24 | 2015-07-30 | 環旭電子股▲分▼有限公司 | 選択的電子部品実装モジュールの製造方法 |
-
2003
- 2003-04-14 JP JP2003108830A patent/JP2004006805A/ja active Pending
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