JP2008288433A - 実装基板の樹脂モールド方法とその装置および樹脂モールド実装基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 実装基板の放熱性を向上させ、電気絶縁性を確保するとともにモールド表面のフラット性、寸法精度を向上させ、さらに実使用において十分な強度を確保する。
【解決手段】 本発明の樹脂モールド方法は、電子部品の表面へ樹脂を塗布する塗布工程と、塗布時もしくは塗布後に真空雰囲気で脱気する脱気工程と、金型内に設置して注型用の樹脂をモールドするモールド工程とを有している。また、本発明の樹脂モールド装置は、樹脂槽から金型内に樹脂を充填してモールドする樹脂充填装置と、実装基板１を固定する固定治具６と、固定治具を装着し回転させる回転装置７と、固定された実装基板の電子部品の表面に樹脂を塗布する樹脂塗布装置と、塗布された樹脂を脱気する真空槽３とを有している。

【選択図】 図１

Description

本発明は、電子部品を搭載した実装基板の樹脂モールド方法およびその装置に関するものである。

従来、電気・電子機器分野において、外部環境からの保護や機密保持などを目的に電子部品の実装基板を樹脂モールドすることは広く実用化されており、その方法として、電子部品を実装した基板を金型内に設置し、樹脂材料を金型内に充填して成形する方法などが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
また、近年、電子機器の小形化、高機能化に伴い、電子部品のさらなる高密度実装化が要求されており、これに応えるため、電子部品が実装された基板の樹脂モールドにおいて、電子部品の発熱を速やかに外部へ放熱するための高熱伝導性や絶縁距離短縮のための電気絶縁性の高い樹脂が使用されている（例えば、特許文献２参照）。

電子部品の周辺を樹脂で覆い、放熱特性の向上を図った従来技術として、電磁シールドのための板金製ケースにより形成される密閉空間を樹脂で充填し、ケース内部に実装された電子部品の発熱をケース外表面に逃がすようにしたものがある（特許文献３参照）。

また、樹脂モールドにより電子機器の小形化を図ったその他の技術として、複数の電子部品を熱可塑性樹脂でモールドして一体化することで回路基板を不要とし、さらに、熱可塑性樹脂による一次成形の後、金属粉などを混入した熱伝導性のよい樹脂により放熱層を二次成形したものがある（特許文献４参照）。
特開平９−９２６６８号公報（第３頁、図１） 特開２００２−３４３９３５号公報（第２−３頁、図１） 特開平５−６７８９３号公報（第３頁、図１） 特開平７−２０２４５３号公報（第３頁、図３）

ところが、高熱伝導性の樹脂では、樹脂中のフィラー成分の配合率が高められているため、モールド樹脂の粘度が高くなり、電子部品の端子間などの微小間隔へのモールドが困難となる。これら微小間隔には熱伝導性、電気絶縁性が共に低い空気が残存したボイドが形成され、放熱性や、電気絶縁性など所望の機能を得ることができない。また、ボイドや、局部的陥没などの影響によって、樹脂モールド表面のフラット性や、寸法精度などが十分なものが得られないといった問題があった。そのため、電子部品の実装基板のモールド樹脂として高熱伝導性樹脂を適用することができなかった。
特に、特許文献３の発明の場合、ケース内部といった密閉された空間を樹脂モールドするため、樹脂の充填不良といった問題から樹脂粘度を高くすることができず、高熱伝導性樹脂を適用することができなかった。また、特許文献４の発明の場合、電子部品と放熱層が熱可塑性樹脂により分断されているため、熱可塑性樹脂での熱伝導が律速となり、電子部品の発熱を効率よく外部へ逃がすことができなかった。さらに、フィラー量が多くなるに従い、硬化後において非常に硬く、脆い材料になるため、放熱層の強度が十分に得られない。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、樹脂モールドの前に電子部品に樹脂を塗布し、実装基板の微小間隔に残存するボイドをなくすことにより、放熱性を向上させ、電気絶縁性を確保しさらにモールド表面のフラット性、寸法精度を向上させ、十分な強度を確保することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、電子部品が実装された実装基板を樹脂によりモールドする実装基板の樹脂モールド方法において、前記電子部品の表面へ樹脂を塗布する塗布工程と、塗布時もしくは塗布後に真空雰囲気で脱気する脱気工程と、前記脱気工程の後、金型内に設置して前記樹脂と同種の注型用の樹脂をモールドするモールド工程とを有したものである。
請求項２に記載の発明は、電子部品が実装された実装基板を樹脂によりモールドする実装基板の樹脂モールド方法において、前記電子部品の表面へ高熱伝導性樹脂を塗布する塗布工程と、塗布時もしくは塗布後に真空雰囲気で脱気する脱気工程と、前記脱気の後、金型内に設置して注型用の樹脂をモールドするモールド工程とを有したものである。
請求項３に記載の発明は、前記注型用の樹脂の注型時の粘度を１０Ｐａ・ｓ以下にしたものである。
請求項４に記載の発明は、電子部品を実装した実装基板を設置する金型と、樹脂を貯留する樹脂槽と、前記樹脂槽から金型内に樹脂を充填してモールドする樹脂充填装置とを有する樹脂モールド装置において、前記実装基板を固定する固定治具と、前記固定治具を装着し回転させる回転装置と、前記固定された実装基板の電子部品の表面に樹脂を塗布する樹脂塗布装置と、前記塗布された樹脂を脱気する真空装置とを有するものである。
請求項５に記載の発明は、前記樹脂充填装置は、樹脂塗布装置を兼ねたものである。
請求項６に記載の発明は、前記真空装置の内部に前記金型、前記固定治具、前記回転装置、前記樹脂塗布装置が設置されたものである。
請求項７に記載の発明は、樹脂によりモールドされた電子部品の実装基板において、放熱構造を必要とする前記電子部品の少なくとも表面に、前記樹脂がモールドされる前に予め真空脱気した樹脂が塗布されたものである
請求項８に記載の発明は、前記予め塗布された樹脂を粉末状アルミナが配合された高熱伝導性樹脂としたものである。

請求項１、４〜６に記載の発明によると、電子部品の表面へ前記樹脂を塗布する塗布工程と、塗布時もしくは塗布後に真空雰囲気で脱気する脱気工程との２段階の工程により、電子部品の端子間などの微小間隔へ樹脂を浸透させることができるので、高粘度樹脂によるモールドの課題であった、微小間隔の空気の残存によるボイドなどの欠陥を減少させることが可能となり、実装基板を高熱伝導性樹脂でモールドすることができる。
請求項２、３に記載の発明によると、電子部品の実装基板の樹脂モールドの工程として、高熱伝導性樹脂の基板表面へ塗布時もしくは塗布後に真空雰囲気で脱気する工程と、その後、金型内に設置して注型用の樹脂によりモールドを行なう２段階の工程により、電子部品の端子間などの微小間隔へ高熱伝導性樹脂を浸透させることができ、高熱伝導性樹脂によるモールドの課題であった、微小間隔の空気の残存によるボイドなどの欠陥を減少させることができる。
請求項７、８に記載の発明によると、放熱構造が必要な電子部品のみ高熱伝導性樹脂でモールドすることにより、電子部品から発生する熱を効果的に外部へ放出することができ、かつ、高熱伝導樹脂をモールド後、粘性の低い注型用の樹脂でモールドすることで、樹脂の充填不良なく、良好なモールド品を得ることができ、樹脂の充填不良に起因する強度低下をなくすことができる。

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例１の第１工程である塗布工程と脱気工程を示すモールド装置の側断図である。図２はその装置内部の要部拡大図である。図において、１は実装基板、２は電子部品、３は真空槽、４はディスペンサ、５は樹脂、６は固定冶具、７は回転装置である。なお、２ａははんだ付け部、１０は端子である。
本実施例で用いた樹脂５は、エポキシ樹脂とし高熱伝導性セラミックスの粉末状アルミナがフィラーとして配合されたものである。熱伝導率が１．５から１０Ｗ／ｍ・Ｋのものを選定し、電子部品２で発生した熱を外部へ効果的に放熱することを狙いとしている。樹脂５はこのため、樹脂の粘度は高く、微小間隔に浸透させた樹脂が流れ出ることはない。
本実施例の第１工程について述べる。
（１）先ず、電子部品２が実装された実装基板１を、真空槽３内の固定冶具６に固定する。
（２）図示しない真空ポンプにより真空槽３内を真空雰囲気にする。
（３）図２に示すように、ディスペンサ４により電子部品２の周囲へ樹脂５を吐出させる。
ディスペンサ４は、図示しない駆動装置により二次元の方向に移動し樹脂５を吐出し塗布する。吐出された樹脂５は、真空槽３内が脱気されているため、速やかに電子部品２の端子間の微小間隔に浸透していく。
（４）つぎに、実装基板１が固定冶具６に固定された状態で回転装置７を作動させ回転させる。
（５）上記の（３）と同様にしてディスペンサ４により樹脂５を吐出させ樹脂５を電子部品２の微小間隔に浸透させる。
なお、この際、図示しない加熱装置を用いて樹脂５の粘度を下げれば微小間隔への樹脂５の浸透がさらに速やかになる。
（６）所定時間、実装基板を真空雰囲気に保持する。
（７）真空槽３内を大気圧に戻し実装基板１を取り出して、第１工程を終了する。
つぎに、本実施例の第２工程のモールド工程について図３を用いて説明する。
図３は、本発明のモールド装置の側断面図である。図において、８は注型用の金型、９は樹脂槽である。樹脂槽９には金型８と接続する樹脂供給管の導入口を有している。
（８）先ず、基板1を注型用の金型８に組立後、再び真空槽３内にセットする。その後、真空ポンプにより真空槽３、樹脂槽９内を真空雰囲気にする。そうすると、金型８および樹脂５が脱気される。
（９）脱気後、真空注型により金型内に樹脂を注型する。
（１０）注型後、樹脂の硬化条件に従い、加熱硬化させる。
（１１）第２工程が完了し、図４に示す樹脂モールド品が得られる。
このようにして得られた樹脂モールド品を図示しない超音波探傷装置により観察したところ、電子部品２の端子間の微小間隔にも樹脂５が浸透しており、空気の残存によるボイドなどの欠陥はほとんど見られなかった。さらに、実装した電子部品に通電して発熱させたところ、発明例の第２工程のみで樹脂モールドを行った比較例に比べ、温度上昇が低減されており、樹脂モールド内のボイドを低減することで放熱経路が拡大することを確認した。
なお、本発明例では、樹脂材料にエポキシ樹脂を用いたが、その他に不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、熱硬化ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂やアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂を用いてもよく、フィラーとして粉末状アルミナの他に窒化アルミ、窒化ホウ素などの高熱伝導性セラミックスなどの粉末微粒子または繊維を用いてもよい。望ましくは、熱伝導率が１０００Ｗ／ｍ・Ｋを越えるダイヤモンドの粉末を配合した場合、放熱性が向上するのは言うまでもない。
また、本発明例の第1工程にて樹脂の加熱硬化工程がなかったが、これは本発明を限定するものではない。例えば、第1工程にて電子部品周囲に吐出した樹脂と、第２工程にて全体をモールドする樹脂で異なる機能を有する場合に、第１工程においても樹脂の加熱硬化工程が行われ、２つの樹脂の混在領域を作らない方法がとられる。この方法は、断熱性が求められる部品と放熱性が求められる部品が実装された場合などに適用される。なお、この場合、第１工程において真空雰囲気での樹脂の吐出を施す際、２種類以上の異なる特性の樹脂を吐出することができるディスペンサを導入することが望ましい。
さらに、本発明例の第２工程にて真空注型により樹脂モールドを行ったが、その他にもポッティング法、圧縮成形、射出成形など、種々の樹脂モールド方法においても同等の効果が得られる。

図５は、本発明の実施例２を示すモールド装置の要部拡大図である。
第１工程である塗布工程と脱気工程を示す概略図は、実施例１の図１と同じである。また、第１工程についても実施例１と同じである。異なるところは、樹脂に高熱伝導性樹脂５ａを用いている点である。
高熱伝導性樹脂５ａは，エポキシ樹脂に高熱伝導性セラミックスの粉末状アルミナがフィラーとして配合されている。このときのフィラーの配合比率は体積分率にして６０ｖｏｌ％以上としている。このため、樹脂の粘度は高く、微小間隔に浸透させた樹脂が流れ出ることはない。高熱伝導性樹脂５ａの熱伝導率は１．５から１０Ｗ／ｍ・Ｋとし、発熱素子で発生した熱を外部へ効果的に放熱することを狙いとしている。

図５において、電子部品２を実装した基板１が真空槽３内においてディスペンサ４により高熱伝導性樹脂５ａを発熱素子の上に吐出される様子が示されている。吐出の際、図示しない真空ポンプにより真空槽３内が脱気されており、吐出された高熱伝導性樹脂５ａは速やかに端子間の微小間隔に浸透していく。吐出後、所定の時間基板２を真空雰囲気に放置後、真空槽３から取り出し、第１工程が終了する。
なお、両面実装された基板の両面に吐出する場合には、ディスペンサ４により片側の吐出が終了後、真空槽３内の基板１が固定冶具６に固定された状態で回転し、その後、再び吐出される。
また、ディスペンサ４、および固定冶具６に加熱装置を設けることにより、高熱伝導性樹脂５ａの粘度が下がり、樹脂の微小間隔への浸透がさらに速やかになる。

ここで、真空脱泡時に高熱伝導性樹脂５ａがケースや注型用の金型などで密閉されておらず、外部雰囲気に開放されているので、樹脂内部の空気が移動して外部雰囲気に脱気されるまでの距離はケースや注形金型に組立てられて密閉された時に比べ短くなり、樹脂内部の空気を速やかに外部雰囲気まで逃がすことができる。
また、高熱伝導性フィラーとして絶縁体であるアルミナを使用したので、高熱伝導性樹脂５ａで発熱素子を直接モールドすることができ、効率のよい放熱経路を形成することができる。

工程２では、基板１の注型用の樹脂５によるモールドを行なう。図６は、本発明の樹脂モールドされた電子モジュールの第２工程を示す概略図である。図６において、基板１を金型８に組立後、再び真空槽３にセットされた様子が示されている。その後、真空ポンプにより真空槽３、樹脂槽９内が真空雰囲気になり、金型８および、注型用の樹脂５が脱気される。脱気後、真空注型により金型内に樹脂が注型される。注型後、樹脂の硬化条件に従い、加熱硬化し図７に示す樹脂モールド品が得られた。
図７は、本発明の樹脂モールドされた電子モジュールの構造を説明する概略断面図である。図７において、電子部品２を実装した基板１が注型用の樹脂５、例えばエポキシ樹脂によってモールドされている。また、レギュレータやパワートランジスタなどの発熱素子の周囲については、高熱伝導性樹脂５ａでモールドされており、モールド外表面まで接続されている。

ここで、注型用の樹脂５の粘度は、注型時の樹脂の流動性を考慮して、より低粘度なものが望ましい。好適には、注型時の粘度が１０Ｐａ・ｓ以下になるように材料の選定および樹脂の加熱を行なう。さらに、注型用の樹脂５は、硬化時において適度な可とう性を有するよう、材料選定を行なった。

このようにして得られた樹脂モールド品を図示しない超音波探傷装置により観察したところ、電子部品２の端子間の微小間隔にも高熱伝導性樹脂５ａが浸透しており、空気の残存によるボイドなどの欠陥はほとんど見られなかった。さらに、実装した電子部品に通電して発熱させたところ、発明例の第１工程をせず、第２工程のみで樹脂モールドを行った比較例に比べ、温度上昇が低減されており、樹脂モールド内のボイドを低減することで放熱経路が拡大することを確認した。

また、本発明例により作製された電子モジュールの熱的強度を冷熱衝撃試験により評価した。試験は、モジュールを液相中にて温度−６５℃に５分間と、温度１５０℃に５分間の繰り返し行なった。評価の結果、本発明例の第２工程の注型用の樹脂を第１工程で使用した高熱伝導性樹脂として作製した比較例では、１００サイクル温度急変に晒したものでクラックが確認されたのに対し、本発明例のモジュールでは１００サイクル温度急変に晒したものではクラックはなく、動作時においても所定の電気的特性を満足することを確認した。
また、本発明例の第1工程にて樹脂の加熱硬化工程がなかったが、これは本発明を限定するものではなく、第１工程においても高熱伝導性樹脂の加熱硬化工程が行われてもよい。例えば、基板上に断熱性が求められる領域と放熱性が求められる領域が隣接している場合などに樹脂の混在を抑えるため、この方法が適用される。なお、この場合、第１工程において真空雰囲気での樹脂の吐出を施す際、２種類以上の異なる特性の樹脂を吐出することができるディスペンサを導入することが望ましい。

このように、高粘度の樹脂を空気の残存によるボイドがないよう微小間隔にまで浸透させることができるので、耐ガス性、耐水性、耐熱性に対する信頼性向上を目的とした樹脂モールド製品にも適用することができる。

本発明の樹脂モールド方法の第１工程を説明するモールド装置の側断面図である。 図１における装置内部の要部拡大図 本発明の樹脂モールド方法の第２工程を説明するモールド装置の側断面図である。 本発明により樹脂モールドされた電子部品の実装基板を示す側断面図である。 本発明の第１工程を説明する概略図および要部拡大図 本発明の第２工程を説明する概略図 本発明の樹脂モールドされた電子モジュールの構造を説明する概略断面図

符号の説明

１ 実装基板
２ 電子部品
２ａ はんだ付け部
３ 真空槽
４ ディスペンサ
５ 樹脂
５ａ 高熱伝導性樹脂
６ 固定冶具
７ 回転装置
８ 金型
９ 樹脂槽
１０ 端子

Claims (8)

1. 電子部品が実装された実装基板を樹脂によりモールドする実装基板の樹脂モールド方法において、
   前記電子部品の表面へ樹脂を塗布する塗布工程と、塗布時もしくは塗布後に真空雰囲気で脱気する脱気工程と、前記脱気工程の後、金型内に設置して前記樹脂と同種の注型用の樹脂をモールドするモールド工程とを有したことを特徴とする実装基板の樹脂モールド方法。
2. 電子部品が実装された実装基板を樹脂によりモールドする実装基板の樹脂モールド方法において、
   前記電子部品の表面へ高熱伝導性樹脂を塗布する塗布工程と、塗布時もしくは塗布後に真空雰囲気で脱気する脱気工程と、前記脱気の後、金型内に設置して注型用の樹脂をモールドするモールド工程とを有したことを特徴とする実装基板の樹脂モールド方法。
3. 前記注型用の樹脂は、注型時の粘度が１０Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の実装基板の樹脂モールド方法。
4. 電子部品を実装した実装基板を設置する金型と、樹脂を貯留する樹脂槽と、前記樹脂槽から金型内に樹脂を充填してモールドする樹脂充填装置とを有する樹脂モールド装置において、
   前記実装基板を固定する固定治具と、前記固定治具を装着し回転させる回転装置と、前記固定された実装基板の電子部品の表面に樹脂を塗布する樹脂塗布装置と、前記塗布された樹脂を脱気する真空装置とを有することを特徴とする樹脂モールド装置。
5. 前記樹脂充填装置は、樹脂塗布装置を兼ねていることを特徴とする請求項４記載の樹脂モールド装置。
6. 前記真空装置の内部に前記金型、前記固定治具、前記回転装置、前記樹脂塗布装置が設置されることを特徴とする請求項４記載の樹脂モールド装置。
7. 樹脂によりモールドされた電子部品の実装基板において、
   放熱構造を必要とする前記電子部品の少なくとも表面に、前記樹脂がモールドされる前に予め真空脱気した樹脂が塗布されたものであることを特徴とする樹脂モールド実装基板。
8. 前記予め塗布された樹脂は、粉末状アルミナが配合された高熱伝導性樹脂であることを特徴とする請求項７記載の樹脂モールド実装基板。
   
   

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