JP2010177536A - 電子基板の防湿構造及びその防湿処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体パッケージと配線基板間の間隙空間部に混入した導電性異物による異常発生を防止すると共に、間隙空間部の防錆を行って、マイグレーションやウイスカの発生を抑制する。
【解決手段】インターポーザ１１Ａの外周電極１５ａに接続された半導体素子１２を有する半導体パッケージ１０Ａは、間隙Ｇを介して配線基板２１Ａと対向し、配線基板２１Ａの外周ランド２４ａに半田接合されて電子基板２０Ａが構成されている。半導体パッケージ１０Ａの表面部４１と、周辺部４２と、間隙空間部４３と、配線基板２１Ａの背面部４４には軟質のシリコーン樹脂による防湿コーティング材４０が塗布されており、配線基板２１Ａに設けられた複数の貫通孔２２は間隙空間部４３と連通している。電子基板２０Ａは希釈材を混合した防湿材溶液５１に浸漬され、間隙空間部４３の外周と貫通孔２２から防湿材溶液５１が流入し、加熱乾燥によって塗膜が行われる。
【選択図】図４

Description

この発明は、エンジン制御装置、変速機制御装置、制動制御装置などの車載電子制御装置に適した電子基板の防湿構造及びその防湿処理方法に関するものである。

近年、半導体装置の高集積化、高性能化に伴う端子数の増大に対応するため、端子の高密度実装を実現可能とするＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）パッケージが広く実用化されつつある。ＢＧＡパッケージは、半導体素子を例えば板状のインターポーザに実装し、半田ボールを吸着させてなる電極半田バンプを、プリント配線基板のランドに接合して電子基板を構成するものである。

前記電子基板において、ＢＧＡパッケージのインターポーザとプリント配線基板との間で構成される間隙空間部に位置する電極半田バンプの防湿処理においては、防湿コーティング材としてアンダーフィル（充填）材を用いた場合、防湿コーティング材の熱膨張、収縮によって半田部位に過度なストレスを与える危険がある。

この問題を解決するために、従来、半導体素子をインターポーザに実装したＢＧＡパッケージを基板に対して半田接合し、半導体素子と基板とを電気的に接続する基板構造であって、インターポーザに複数配置されたランドと、基板に複数配置されたランド間を電極半田バンプによって電気的に接続すると共に、電極半田バンプが配置されるエリアの外周に、隔壁形成用半田バンプにより一連の隔壁を形成し、この隔壁によってインターポーザと基板との間の隙間に塞がれた空間を構成するものがある。そして、この構成において、前記隔壁の外周に防湿コーティング材を塗布する基板構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この基板構造によれば、防湿コーティング材の空間内への浸入が阻止され、防湿コーティング材の熱膨張、収縮の影響による電極半田バンプの劣化を防止できると共に、隔壁によってＢＧＡパッケージや基板の熱膨張、収縮による応力を受けることで、電極半田バンプへ加えられる応力を緩和することができる。

また、前記基板には、該基板の表面と裏面とを連通させるスルーホールが設けられていて、ＢＧＡパッケージを基板上にセットした状態でリフロー炉にて加熱すると、半田溶融の際に空間内の圧力が変化した場合でも、基板外部の空気がスルーホールを介して流入、流出するため、空間内の圧力が極度に高圧あるいは低圧となることがなく、電極半田バンプとランド間の接合の破損が防止できる。スルーホールは後工程において防湿コーティング材で封鎖され、インターポーザと基板との間で密閉空間が構成される。

また、インターポーザと基板間の間隙空間部に樹脂材を充填するものとして、ＢＧＡパッケージが配線基板にはんだで実装された電子装置であって、配線基板とＢＧＡパッケージの端子形成面との間に配置される第１の樹脂と、ＢＧＡパッケージの外周または側方に配置される第２の樹脂とを備え、第２の樹脂の弾性率を第１の樹脂の弾性率よりも小さく、室温で０.５ＧＰａ以上２８ＧＰａ以下とした電子装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

このように高弾性率の樹脂をＢＧＡパッケージと配線基板の間に備えると、配線基板の熱変形量が小さくなるので、ＢＧＡパッケージと配線基板の接続部にかかる応力やひずみを小さくすることができる。また、低弾性率の樹脂をＢＧＡパッケージの外周または側方
に備えると、熱ストレスが加わり配線基板が変形しても第２の樹脂で接着しているため、ＢＧＡパッケージの端部にかかる応力を小さくでき、ＢＧＡパッケージの側面と樹脂の剥離を防止することができる。

特開２００６―１６５３２４号公報（要約の欄、図５） 特開２００３―０９２３１２号公報（要約の欄、図１）

しかし、前記特許文献１に開示された基板構造は、インターポーザと基板間で構成される間隙空間部に防湿材が充填されておらず、従って、この間隙空間部に導電性異物が混入していて、初品性能には影響がなかったような場合に、例えば、振動等によって導電性異物が移動して電極半田バンプ間や配線パターン間の短絡事故を発生する危険性がある。また、間隙空間部の気密保持が十分でなく、温度変化に基づく呼吸作用によって湿気が流入し、電極端子部の発錆やマイグレーション（導電性の結晶体）、あるいはウイスカ（導電性のヒゲ）が発生するのを防止できず、良好な初品性能を長期間にわたって維持することが困難となる。

また、前記特許文献２に開示された電子装置の基板構造によれば、インターポーザと配線基板間で構成される間隙空間部には樹脂が密封されているので、電極や配線パターンの防錆、導電性異物の移動防止、マイグレーションやウイスカの発生防止には役立つが、半田部位の熱膨張係数と密封されている樹脂の熱膨張係数が異なると、半田部位に対して過大なストレスを与え、半田外れやランド剥離が発生する危険性がある。

なお、前記特許文献１及び特許文献２においては、配線基板の変形、湾曲が原因となる半田部位の損傷を防止することが発想の原点となっているが、配線基板の外周をベースとカバーで挟持して密閉筐体に収納し、必要に応じて配線基板の中央部をベースに対してねじ止め固定するようにすれば、配線基板自体の変形は十分に抑制されるものである。

前記従来技術の課題を解決するために、この発明の目的は、インターポーザと配線基板間に多数の電極が配置されて半田付けされた電子基板において、インターポーザと配線基板間の間隙空間部に混入した導電性異物による異常発生を防止すると共に、間隙空間部の防錆を行って、マイグレーションやウイスカの発生を抑制する電子基板の防湿構造及びその防湿処理方法を提供することである。

また、この発明の第２の目的は、インターポーザと配線基板間で構成される間隙空間部の防湿材が膨張、収縮し、過大なストレスが半田部位に作用するのを抑制できる電子基板の防湿構造及びその防湿処理方法を提供することである。

この発明に係る電子基板の防湿構造は、半導体素子が搭載されたインターポーザの表面部を保護部材で包囲した半導体パッケージと、前記インターポーザの裏面と間隙を介して対向配置された配線基板とを備え、前記インターポーザの裏面周縁部に複数の外周電極を設けると共に、前記外周電極を、前記配線基板の配線パターンに接続する外周ランドに半田接合して構成される電子基板の防湿構造であって、前記配線基板に、前記外周ランドの生成領域の内部に分散配置された複数の貫通孔を形成すると共に、前記間隙により構成される間隙空間部、及び前記半導体パッケージの表面部と周辺部に、乾燥により気化する希釈材と前記希釈材が気化した後に所望の高温使用環境において液化流出しない軟質ポリマ
樹脂とを混合した防湿材溶液を付着したものであり、前記貫通孔は前記間隙空間と連通して前記防湿材溶液を前記間隙空間部に充填するときの充填通路として付加されているものである。

この発明によれば、インターポーザと配線基板間の間隙空間部に混入した導電性異物による異常発生を防止すると共に、間隙空間部の防錆を行って、マイグレーションやウイスカの発生を抑制することができる。

また、インターポーザと配線基板間で構成される間隙空間部の防湿材が膨張、収縮し、過大なストレスが半田部位に作用するのを抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係る電子基板の防湿構造を説明する図である。 半導体パッケージを配線基板に搭載した状態を示す断面図である。 半導体パッケージを配線基板に半田付けした電子基板の断面図である。 防湿材溶液が付着された直後の電子基板の断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電子基板の防湿処理方法を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る電子基板の防湿処理方法による基板組立加工工程の全体遷移図である。 この発明の実施の形態２に係る電子基板の防湿構造を説明する図である。 半導体パッケージを配線基板に搭載した状態を示す断面図である。 半導体パッケージを配線基板に半田付けした電子基板の断面図である。 防湿材溶液が付着された直後の電子基板の断面図である。 この発明の実施の形態２に係る電子基板の防湿処理方法を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係る電子基板の防湿処理方法を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係る電子基板の防湿処理方法による基板組立加工工程の全体遷移図である。

以下、添付の図面を参照して、この発明に係る電子基板の防湿構造及びその防湿処理方法について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものでない。
実施の形態１．

図１は、この発明の実施の形態１に係る電子基板の防湿構造を説明する図で、ＢＧＡパッケージである半導体パッケージと、その半導体パッケージを搭載する配線基板の構成図である。なお、図１（Ａ）は半導体パッケージの断面図を示し、（Ｂ）は配線基板の断面図を示している。また、（Ｃ）は半導体パッケージの下面図を示している。

図１（Ａ）、（Ｃ）において、半導体パッケージ１０Ａは、プリント配線板であるインターポーザ１１Ａの表面に搭載された複数の半導体素子１２と、これらの半導体素子１２を包囲するモールド樹脂材である保護部材１３と、インターポーザ１１Ａの裏面周縁部に環状配置された複数列の外周ランド１４ａと、インターポーザ１１Ａの裏面中央部に格子状に配置された内部ランド１４ｂとを備えている。外周ランド１４ａと内部ランド１４ｂには外周電極１５ａあるいは内部電極１５ｂとなる半田バンプ（半田のかたまり）が吸着加工されている。また、外周ランド１４ａは、各半導体素子１２を相互に接続する図示しない回路パターンに接続されるスルーホールメッキを介してインターポーザ１１Ａの裏面周縁部に環状配置される。

図１（Ｂ）において、プリント配線板である配線基板２１Ａの上面には図示しない回路パターンによって相互に接続された複数列の外周ランド２４ａと内部ランド２４ｂが設けられており、それぞれのランド２４ａ、２４ｂには外周半田ペースト２５ａと内部半田ペースト２５ｂが接着されている。なお、外周ランド２４ａは外周電極１５ａと対向配置され、内部ランド２４ｂは内部電極１５ｂと対向配置されている。また、環状配置される複数列の外周ランド２４ａが設けられた外周領域と、格子状配置される内部ランド２４ｂが設けられた中心領域との境界領域には、複数の貫通孔２２が分散配置されている。図１（Ｃ）で破線表示された貫通孔２２は、インターポーザ１１Ａの裏面に貫通孔２２の位置を投影表示したものである。

図２は、半導体パッケージ１０Ａをチッププレーサ（図示せず）によって配線基板２１Ａの上面に搭載した状態を示した断面図で、図３は、半導体パッケージ１０Ａとその他の回路部品（図示せず）を配線基板２１Ａの上面に搭載してから加熱溶融によって半田付けし、電子基板２０Ａとして合体されたものの断面図である。

また、図４は後述する防湿処理工程によって、防湿材と希釈材とを混合した防湿材溶液を付着した直後の電子基板２０Ａの断面図で、希釈材が乾燥気化すると付着による皮膜は２０〜５０μｍ程度の厚さまで薄くなり、インターポーザ１１Ａと配線基板２１Ａの間で形成される間隙空間部４３では防湿材と希釈材との体積比に応じた空洞が発生することになる。但し、間隙空間部４３の内面には防湿コーティング材４０が均等に付着されている。防湿コーティング材４０は、所望の高温使用環境において液化流出しないことを限度とする柔軟なシリコーン樹脂を用いた電気的絶縁物が使用され、シリコーン樹脂に一次希釈材を添加した混合液は、例えば２５℃の常温環境における粘度が７〜１４ＰＡとなっている。

また、複数の外周電極１５ａの並びあった電極間の間隔ｇ（半田接合後の平均間隔を意味し、図１（Ｃ）を参照。）と、最外周電極の個数Ｎと、インターポーザ１１Ａと配線基板２１Ａとの間隙Ｇとの積は、液状に希釈された防湿コーティング材４０が間隙空間部４３に流入する外周面積Ｓ＝ｇ×Ｎ×Ｇに相当する。これに対し、複数の貫通孔２２の総面積は、外周面積Ｓの２５〜７５％の値に設定される。例えば、外周面積Ｓ＝０.４ｍｍ（間隔ｇ）×２１（個数）×４（辺）×０.５ｍｍ（間隔Ｇ）＝１６.８ｍｍ^２になっている場合には、貫通孔２２の直径は、１.２ｍｍφ〜２.０ｍｍφで、４個分の総面積はπ×（０.６ｍｍ〜１.０ｍｍ）^２×４＝４.５ｍｍ^２〜１２.５ｍｍ^２となっていて、この場合の面積率は２６％〜７４％となっている。なお、防湿コーティング材４０の溶液を注入するときには、貫通孔２２はできる限り大きな値であることが望ましいが、実態としては配線基板２１Ａの上面及び背面には高密度の配線パターンが張り巡らされていて、貫通孔２２の面積を広げると、配線パターンを通すことが困難となる制約がある。なお、図４において、符号４１は半導体パッケージ１０Ａの表面部、符号４２は半導体パッケージ１０Ａの周辺部、符号４４は配線基板２１Ａの背面部をそれぞれ示している。

実施の形態１に係る電子基板の防湿構造は前記のとおりであり、次に、その防湿処理方法について説明する。
図５は、電子基板の防湿処理方法を説明する図で、図３に示す電子基板２０Ａをどぶ漬け処理する図である。図５において、浸漬槽５０には防湿材溶液５１が蓄えられている。防湿材溶液５１は、前述したシリコーン樹脂と一次希釈材との混合液に対して、全体としての比重が０.７２〜０.７４となるようにノルマルヘキサンを二次希釈材として混合したものである。

半導体パッケージ１０Ａと、その他の回路部品２６、２７と、外部接続用のコネクタ２３とを配線基板２１Ａに搭載して半田付けが行われた電子基板２０Ａを、コネクタ２３を上部にして矢印５２で示す縦方向に浸漬槽５０に挿入する。その結果、コネクタ２３の部位を除く半導体パッケージ１０Ａの表面部４１と周辺部４２、及び配線基板２１Ａの背面部４４、即ち、電子基板２０Ａの周囲に防湿材溶液５１が付着すると共に、防湿材溶液５１は半導体パッケージ１０Ａの輪郭外周部と複数の貫通孔２２を通して間隙空間部４３に流入する。なお、防湿材溶液５１の希釈材が多すぎると、防湿材溶液５１の付着量が過少となり、乾燥後に得られる皮膜が薄くなりすぎる欠点がある。また、防湿材溶液５１の希釈材が過少であると、間隙空間部４３への流入が困難となる問題があるが、複数の貫通孔２２を設けたことによって希釈度合を抑制することができる。

ここで、シリコーン樹脂と一次希釈材との混合液の比重を０.８６、二次希釈材のノル
マルヘキサンの比重を０.６７とした場合、合成混合液の比重が０.７２となる時の体積比は、元の混合液が２６.３％、ノルマルヘキサンが７３.７％となる場合である（０.８６
×０.２６３＋０.６７×０.７３７＝０.７２）。

また、合成混合液の比重が０.７４となる時の体積比は、元の混合液が３６.８％、ノルマルヘキサンが６３.２％となる場合である（０.８６×０.３６８＋０.６７×０.６３２
＝０.７４）。

なお、シリコーン樹脂と一次希釈材との混合液との体積比としては、例えばシリコーン樹脂が３６％、一次希釈材が６４％の比率であり、合成混合液（防湿材溶液５１）の比重が０.７２〜０.７４であるときには、一次希釈材と２次希釈材を合計した希釈材と合成混合液との体積比は下記（１）式、（２）式で算出されるように、８０〜９５％の範囲になっている。
０.７３７（二次希釈材）＋（１−０.７３７）×０.６４（一次希釈材）
＝０.９０５＜０.９５・・・・・・（１）
０.６３２（二次希釈材）＋（１−０.６３２）×０.６４（一次希釈材）
＝０.８６７＞０.８０・・・・・・（２）
従って、後述する乾燥工程によって一次、二次希釈材が気化蒸発すると、体積比で８０〜９５％の希釈材が間隙空間部４３の外周や貫通孔２２を通って外気中に放散され、付着した皮膜は痩せて薄くなり、間隙空間部４３には空洞が発生することになる。これにより、間隙空間部４３の内面や外周電極１５ａと内部電極１５ｂの表面には厚さ２０〜５０μｍの防湿コーティング材４０が生成される。この防湿コーティング材４０の体積は環境温度によって変化するが、変動する体積は前記空洞によって吸収され、インターポーザ１１Ａと配線基板２１Ａとの間隔Ｇを隔開、狭縮する分力が抑制されるようになっている。

次に、図６のフロー図に基づき、基板組立加工工程の全体遷移について説明する。図６において、工程６０は、電子基板２０Ａの組立加工を開始するステップである。

続く工程６１は、配線基板２１Ａに半導体パッケージ１０Ａを初めとするその他の回路部品２６、２７やコネクタ２３を搭載するステップである。

続く工程６２は、加熱溶融による半田付け処理を行うステップであり、このステップを経て図３で示した電子基板２０Ａが構成される。

続く工程６３は、主として回路パターンの断線、短絡、半田ブリッジの有無を点検するための外観、及び性能検査が行われるステップである。

続く工程６４は、図５に示したどぶ漬け処理によって、電子基板２０Ａに対して防湿材溶液５１を付着させるステップである。

続く工程６５は、加熱乾燥炉において電子基板２０Ａを乾燥させるステップであり、防湿材溶液５１が付着された電子基板２０Ａは、加熱温度５０℃×加熱時間３分を基準として、加熱温度と時間の積で１００〜３００（℃分）の加熱乾燥処理が施されるようになっている。なお、付着された防湿材溶液５１は常温自然乾燥によっても希釈材を気化蒸発させることができるが、その場合には数時間の自然放置が必要となり、作業能率が低下する問題点がある。

続く工程６６は、防湿コーティング処理が施された電子基板２０Ａを図示しない密閉筐体に収納組立するステップである。

続く工程６７は、コネクタ２３を介して電源及び入出力配線が行われ、製品としての性能検査や初期調整が行なわれるステップである。

続く工程６８は、電子基板２０Ａの組立加工を完了するステップである。

以上詳説したように、実施の形態１に係る電子基板の防湿構造は、半導体素子１２が搭載されたインターポーザ１１Ａの表面部を保護部材１３で包囲した半導体パッケージ１０Ａと、インターポーザ１１Ａの裏面と間隙Ｇを介して対向配置された配線基板２１Ａを備え、インターポーザ１１Ａの裏面周縁部に複数の外周電極１５ａを設けると共に、その外周電極１５ａが配線基板２１Ａの配線パターンに接続される外周ランド２４ａに半田接合される電子基板２０Ａの防湿構造を改良するものである。

そして、配線基板２１Ａには、外周ランド２４ａの生成領域の内部に分散配置された複数の貫通孔２２が形成され、間隙Ｇを介して対向するインターポーザ１１Ａと配線基板２１Ａとの間で構成された間隙空間部４３と、半導体パッケージ１０Ａの表面部４１と周辺部４２、及び配線基板２１Ａの背面部４４、即ち、電子基板２０Ａの周囲に防湿材と希釈材とを混合した防湿材溶液５１が付着される。前記希釈材は付着された防湿材溶液５１が加熱乾燥または常温自然乾燥することによって気化し、残された防湿材によって防湿コーティング材４０が生成される。なお、防湿コーティング材４０となる防湿材は、希釈材が気化した後で、所望の高温使用環境において液化流出しないことを限度とした軟質ポリマ樹脂であって、皮膜によって被膜部材の防湿を行う電気的絶縁物を使用している。また、貫通孔２２は、間隙空間部４３と連通して防湿材溶液５１を間隙空間部４３に充填するときの充填通路として付加されている。

上記のように、実施の形態１に係る電子基板の防湿構造は、半導体パッケージ１０Ａの表面部４１と周辺部４２、及び配線基板２１Ａの背面部４４、即ち、電子基板２０Ａの周囲に付着する防湿材溶液５１が、半導体パッケージ１０Ａのインターポーザ１１Ａと配線基板２１Ａとの間で構成され、配線基板２１Ａに設けられた貫通孔２２と連通する間隙空間部４３にも充填される。従って、間隙空間部４３の表面に均質なコーティングが行なわれることによって防湿が行われ、マイグレーションやウイスカの発生が防止されて、良好な初品性能を長期間にわたって維持することができる。

また、間隙空間部４３に導電性異物が混入していて、初品性能には影響がなかったような場合に、振動によって導電性異物が移動して電極間や配線パターン間の短絡事故が発生するのを防止して、安全性を向上することができる。

更に、防湿コーティング材４０は軟質ポリマ樹脂が使用されると共に、使用温度変化に伴う防湿コーティング材４０の膨張収縮によって作用するストレスは、希釈材が気化蒸発したことに伴う間隙空間部４３内の空洞部分で吸収されるので、間隙空間部４３の間隙を隔開、狭縮する方向に作用するストレスが抑制され、半田部位に過大なストレスが発生す
るのを防止することができる。

また、実施の形態１に係る電子基板の防湿構造は、複数の外周電極１５ａの並びあった電極間の間隔ｇと最外周電極の個数Ｎと、インターポーザ１１Ａと配線基板２１Ａとの間隙Ｇとの積は、防湿材溶液５１が間隙空間部４３に流入する外周面積Ｓに等しく、即ち、Ｓ＝ｇ×Ｎ×Ｇであり、複数の貫通孔２２の総面積は、外周面積Ｓの２５〜７５％の値となる面積率である。即ち、配線基板２１Ａに設けられた貫通孔２２の総面積が、防湿材溶液５１が間隙空間部４３に流入する外周面積Ｓに対して適性比率に規制されている。従って、間隙空間部４３に連通する貫通孔２２によって、防湿材溶液５１を確実に間隙空間部４３に充填させると共に、希釈材の蒸発口ともなって、使用温度変化に伴う防湿コーティング材４０の膨張収縮によって作用する半田部位のストレスが抑制され、しかも配線基板２１Ａの回路パターンの引き回しに過度な制約が発生しない。

また、実施の形態１に係る電子基板の防湿構造は、インターポーザ１１Ａの中心部に内部電極１５ｂが付加されると共に、配線基板２１Ａに内部電極１５ｂに対応する内部ランド２４ｂが付加されており、貫通孔２２は外周ランド２４ａが設けられた外周領域と、内部ランド２４ｂが設けられた中心領域との境界領域に分散配置されている。従って、外周電極１５ａの総数を削減して、防湿コーティング材４０となる防湿材溶液が外周電極１５ａの隙間から流入しやすくすると共に、複数の貫通孔２２から内部電極１５ｂ部分へ防湿材溶液を流入させ、全体として均質に防湿コーティングを行うことができる。

また、実施の形態１に係る電子基板の防湿処理方法は、半導体素子１２が搭載されたインターポーザ１１Ａの表面部を保護部材１３で包囲した半導体パッケージ１０Ａと、インターポーザ１１Ａの裏面と間隙Ｇを介して対向配置された配線基板２１Ａを備え、インターポーザ１１Ａの裏面周縁部に複数の外周電極１５ａを設けると共に、その外周電極１５ａが配線基板２１Ａの配線パターンに接続される外周ランド２４ａに半田接合される電子基板２０Ａの防湿処理方法を改良するものである。なお、配線基板２１Ａには外周ランド２４ａの生成領域の内部に分散配置された複数の貫通孔２２が形成されており、その貫通孔２２は、間隙Ｇを介して対向配置されたインターポーザ１１Ａと配線基板２１Ａとの間で構成された間隙空間部４３と連通するものである。

そして、半導体パッケージ１０、回路部品２６、２７、及び外部接続用のコネクタ２３を搭載して半田付けが行われた電子基板２０Ａを、防湿材と希釈材とを混合した防湿材溶液５１を収納した浸漬槽５０に対して直角方向に挿入し、どぶ漬け処理することによって、電子基板２０Ａの周囲に防湿材溶液５１が付着すると共に、配線基板２１Ａの貫通孔２２から間隙空間部４３に防湿材溶液５１が流入する。

その後、浸漬槽５０から取り出された電子基板２０Ａを加熱乾燥または常温自然乾燥することによって、電子基板２０Ａの周囲と間隙空間部４３の表面に防湿コーティング材４０がコーティングされる。なお、防湿コーティング材４０となる防湿材は、前記希釈材が気化した後で、所望の高温使用環境において液化流出しないことを限度とする軟質ポリマ樹脂であって、皮膜によって被膜部材の防湿を行う電気的絶縁物が使用される。

上記のように、実施の形態１に係る電子基板の防湿処理方法は、どぶ漬け処理によって半導体パッケージ１０Ａの表面部４１と周辺部４２、及び配線基板２１Ａの背面部４４、即ち、電子基板２０Ａの周囲に付着する防湿材溶液５１が、半導体パッケージ１０Ａのインターポーザ１１Ａと配線基板２１Ａとの間で構成され、配線基板２１Ａに設けられた貫通孔２２と連通する間隙空間部４３にも充填される。従って、防湿材溶液５１が加熱乾燥または常温自然乾燥することにより、間隙空間部４３に均質な防湿コーティングを施すことができる。特に、インターポーザ１１Ａの中心部に内部電極１５ｂを備え、外周電極１５ａの数量を削減したものにおいては、外周電極１５ａに対してはインターポーザ１１Ａの外周部分からの防湿材溶液５１の流入が容易となり、内部電極１５ｂに対しては貫通孔２２から防湿材溶液５１が流入することになって、電極全体に対して均質な防湿コーティングを施すことができる。

また、実施の形態１に係る電子基板の防湿処理方法においては、防湿コーティング材４０となる防湿材は、シリコーン樹脂と石油系溶剤を一次希釈材として混合し、常温環境２５℃において７〜１４ＰＡの粘度を有する混合液が原料として使用される。従って、高温使用環境において防湿コーティング材４０が液化流出することがなく、また寒冷使用環境において防湿コーティング材４０が収縮しても、電子基板２１Ａの半田部位に対して過大なストレスが発生しない。

また、実施の形態１に係る電子基板の防湿処理方法においては、防湿材溶液５１は前記混合液に対して更に二次希釈材が付加され、希釈材合計の体積比＝（一次、２次希釈材の体積合計）／（シリコーン樹脂の体積＋一次、二次希釈材の体積合計）が０.８〜０.９５となるように、定期的に二次希釈材を補充しながら溶液の比重によって管理されている。従って、自然気化する希釈材を定期的に補充しながら適正な体積比を維持することができると共に、希釈材が乾燥気化した後の防湿材溶液５１の収縮率を所定値に管理して、空隙空間部における空洞容積を所定値に維持することができる。

また、実施の形態１に係る電子基板の防湿処理方法においては、防湿材溶液５１は前記混合液に対して二次希釈材としてノルマルヘキサンを混合し、溶液としての比重が０.７２〜０.７４に管理されている。従って、自然気化する希釈材を定期的に補充しながら適正な体積比を維持することができると共に、どぶ漬け処理、あるいは実施の形態２において説明する滴下吸引処理において間隙空間部４３に防湿材溶液５１を注入するのが容易となる。

また、実施の形態１に係る電子基板の防湿処理方法においては、防湿材溶液５１が付着された電子基板２０Ａは、半導体パッケージ１０Ａを上面として、加熱温度５０〜１００℃×加熱時間３分以上の加熱乾燥処理が施される。従って、常温自然乾燥を行うのに比べて工程間の待ち時間が短縮されて能率が向上し、電子基板２０Ａを密閉筐体に収納して使用する場合に、希釈材が製品の品質を阻害することがない。また、加熱温度と加熱時間の積を適正に管理することによって、加熱炉の節電と作業能率とのバランスを考慮した防湿処理が行える。
実施の形態２．

次に、この発明の実施の形態２に係る電子基板の防湿処理方法について説明する。図７は、実施の形態２に係る電子基板の防湿構造を説明する図で、半導体パッケージと配線基板の構成図である。なお、図７（Ａ）は半導体パッケージの断面図を示し、（Ｂ）は配線基板の断面図を示している。また、（Ｃ）は半導体パッケージの下面図を示している。

図７（Ａ）、（Ｃ）において、半導体パッケージ１０Ｂは、プリント配線板であるインターポーザ１１Ｂの表面に搭載された複数の半導体素子１２と、これらの半導体素子１２を包囲するモールド樹脂材である保護部材１３と、インターポーザ１１Ｂの裏面周縁部に環状配置された複数列の外周ランド１４ａとを備えている。外周ランド１４ａには外周電極１５ａとなる半田バンプが吸着加工されている。また、外周ランド１４ａは、各半導体素子１２を相互に接続する図示しない回路パターンに接続されたスルーホールメッキを介してインターポーザ１１Ｂの裏面周縁部に環状配置される。なお、この実施形態においては、インターポーザ１１Ｂの裏面中央部に内部ランドを備えておらず、外周ランド１４ａのランド数が多くなっている。

図７（Ｂ）において、プリント配線板である配線基板２１Ｂの上面には図示しない回路パターンによって相互に接続された複数列の外周ランド２４ａが設けられており、それぞれのランド２４ａには外周半田ペースト２５ａが接着されている。なお、外周ランド２４ａは外周電極１５ａと対向配置されている。また、複数列で環状配置される外周ランド２４ａが設けられた外周領域で包囲された内部領域には、複数の貫通孔２２が分散配置されている。図７（Ｃ）で破線表示された貫通孔２２はインターポーザ１１Ｂの裏面に貫通孔２２の位置を投影表示したものである。

図８は、半導体パッケージ１０Ｂをチッププレーサ（図示せず）によって配線基板２１Ｂの上面に搭載した状態を示した断面図で、図９は、半導体パッケージ１０Ｂとその他の回路部品（図示せず）を配線基板２１Ｂの上面に搭載してから加熱溶融によって半田付けされ、電子基板２０Ｂとして合体されたものの断面図である。

また、図１０は後述する防湿処理工程によって、防湿材と希釈材とを混合した防湿材溶液が付着された直後の電子基板２０Ｂの断面図で、希釈材が乾燥気化すると塗装皮膜は２０〜５０μｍ程度の厚さまで薄くなり、インターポーザ１１Ｂと配線基板２１Ｂの間で形成される間隙空間部４３では防湿材と希釈材との体積比に応じた空洞が発生することになる。但し、間隙空間部４３の内面には防湿コーティング材４０が均等に塗装されている。防湿コーティング材４０は、所望の高温使用環境において液化流出しない柔軟なシリコーン樹脂を用いた電気的絶縁物が使用され、シリコーン樹脂に一次希釈材を添加した混合液は、例えば２５℃の常温環境における粘度が７〜１４ＰＡとなっている。

また、複数の外周電極１５ａの並びあった電極間の間隔ｇ（半田接合後の平均間隔を意味し、図７（Ｃ）参照）と、最外周電極の個数Ｎと、インターポーザ１１Ｂと配線基板２１Ｂとの間隙Ｇとの積は、液状に希釈された防湿コーティング材４０が間隙空間部４３に流入する外周面積Ｓ＝ｇ×Ｎ×Ｇに相当する。これに対し、複数の貫通孔２２の総面積は外周面積Ｓの２５〜７５％の値に設定されている。例えば、外周面積Ｓ＝０.４ｍｍ（間隔ｇ）×２１（個数）×４（辺）×０.５ｍｍ（間隔Ｇ）＝１６.８ｍｍ^２になっている場合には、貫通孔２２の直径は、１.２ｍｍφ〜２.０ｍｍφで、４個分の総面積はπ×（０.６ｍｍ〜１.０ｍｍ）^２×４＝４.５ｍｍ^２〜１２.５ｍｍ^２となっていて、この場合の面積率は２６％〜７４％となっている。なお、防湿コーティング材４０の溶液を注入するときには、貫通孔２２はできる限り大きな値であることが望ましいが、実態としては配線基板２１Ｂの上面及び背面には高密度の配線パターンが張り巡らされていて、貫通孔２２の面積を広げると、配線パターンを通すことが困難となる制約がある。なお、図１０において、符号４１は半導体パッケージ１０Ｂの表面部、符号４２は半導体パッケージ１０Ｂの周辺部、符号４４は配線基板２１Ｂの背面部をそれぞれ示している。

実施の形態２に係る防湿処理方法が適用される電子基板の防湿構造は前記のとおりであり、次に、その防湿処理方法について説明する。
図１１は、電子基板の防湿処理方法を説明する図で、滴下吸引処理工程における電子基板２０Ｂの断面図である。図１１において、配線基板２１Ｂに半導体パッケージ１０Ｂと、その他の回路部品２６、２７と、外部接続用のコネクタ２３とを搭載して半田付けが行われた電子基板２０Ｂは、減圧容器７０の上面に搬送載置され、減圧容器７０の内部は配管７２を介して減圧ポンプ７１によって吸気減圧されている。

ディスペンサー７３は防湿材溶液７４を電子基板２０Ｂの上面に均等に滴下噴出するように、図において上下、左右、前後に可動できるように配置されている。防湿材溶液７４は、前述したシリコーン樹脂と一次希釈材との混合液に対して、全体としての比重が０.
７２〜０.７４となるようにノルマルヘキサンを二次希釈材として混合したもので、滴下
された希釈溶液はコネクタ２３部位を除く電子基板２０Ｂの表面部に付着すると共に、半
導体パッケージ１０Ｂの輪郭外周部から間隙空間部４３に流入し、一部の防湿材溶液７４は複数の貫通孔２２を通して配線基板２１Ｂの背面へ流出するように構成されている。

次に、防湿コーティング処理工程の一つである背面処理工程について説明する。図１２は、防湿コーティング処理工程の一つである背面処理工程を示す図で、この図１２において、図１１による防湿材溶液７４の減圧吸引処理が行われた電子基板２０Ｂは、移送レール８５にハンガー８６で保持されて矢印８７の方向に移動し、電子基板２０Ｂの背面側に配置されたスプレーノズル８３から防湿材溶液８４が電子基板２０Ｂの背面部に吹き付け噴霧されるようになっている。なお、電子基板２０Ｂの背面部に半田部位が無いものにあっては、貫通孔２２の周辺を除いた背面全体を半田レジスト膜でコーティングしておくことによって、図１２で示す背面の防湿処理工程を廃止することも可能である。但し、コネクタ２３が配線基板２１Ｂを貫通する接続端子を有するものにおいて、コネクタ２３を配線基板２１Ｂの背面から噴流局部半田を行うようにしたものである場合には、コネクタ２３の半田部位に対して防湿材溶液８４を刷毛塗りしたり、防湿材溶液８４の噴流に接触することによって、図１２で示す背面の防湿処理工程を廃止することが可能となる。

次に、図１３のフロー図に基づいて、基板組立加工工程の全体遷移について説明する。なお、図１３において、実施の形態１で説明した図６の工程と同じ工程については同一符号を付すことにより、その説明を省略する。

図１３において、工程６４ａは、図１１で示した減圧吸引処理によって、電子基板２０Ｂの表面部と間隙空間部４３に防湿材溶液７４を付着させるステップである。

続く工程６４ｂは、図１２で示した噴霧処理によって電子基板２０Ｂの背面部に防湿材溶液８４を付着させるステップである。但し、この工程６４ｂは、前述のように電子基板２０Ｂの半田の有無によって省略したり、刷毛塗り処理に変更することも可能である。

以上詳説したように、実施の形態２に係る電子基板の防湿処理方法は、半導体素子１２が搭載されたインターポーザ１１Ｂの表面部を保護部材１３で包囲した半導体パッケージ１０Ｂと、インターポーザ１１Ｂの裏面と間隙Ｇを介して対向配置された配線基板２１Ｂを備え、インターポーザ１１Ｂの裏面周縁部に複数の外周電極１５ａを設けると共に、その外周電極１５ａが配線基板２１Ｂの配線パターンに接続される外周ランド２４ａに半田接合されて構成される電子基板２０Ｂの防湿処理方法を改良するものである。なお、配線基板２１Ｂには外周ランド２４ａの生成領域の内部に分散配置された複数の貫通孔２２が形成されており、その貫通孔２２は、間隙Ｇを介して対向配置されたインターポーザ１１Ｂと配線基板２１Ｂとの間で構成された間隙空間部４３と連通するものである。

そして、半導体パッケージ１０Ｂ、回路部品２６、２７、及び外部接続用のコネクタ２３を搭載して半田付けが行われた電子基板２０Ｂを、減圧容器７０の上に載置し、半導体パッケージ１０Ｂの表面部４１から防湿材と希釈材とを混合した防湿材溶液７４を噴出滴下することによって、間隙空間部４３には半導体パッケージ１０Ｂの周辺部４２から防湿材溶液７４が流入しながら、貫通孔２２から吸引流出する。

その後、減圧容器７０から取り出された電子基板２０Ｂを加熱乾燥または常温自然乾燥することによって、半導体パッケージ１０Ｂの表面部４１、周辺部４２、及び間隙空間部４３には防湿コーティング材４０が付着される。なお、防湿コーティング材４０となる防湿材は、前記希釈材が気化した後で、所望の高温使用環境において液化流出しないことを限度とする軟質ポリマ樹脂であって、皮膜によって被膜部材の防湿を行う電気的絶縁物が使用される。

上記のように、実施の形態２に係る電子基板の防湿処理方法は、滴下吸引処理によって半導体パッケージ１０Ｂの表面部４１と周辺部４２に付着される防湿材溶液７４が、半導体パッケージ１０Ｂのインターポーザ１１Ｂと配線基板２１Ｂとの間で構成される間隙空間部４３にも充填される。この間隙空間部４３は配線基板２１Ｂに設けられた貫通孔２２と連通するようになっている。従って、間隙空間部４３に対しては貫通孔２２を介して防湿材溶液７４が流出するので、加熱乾燥または常温自然乾燥によって間隙空間部４３に均質な防湿コーティングを施すことができる。特に、インターポーザ１１Ｂの中心部に内部電極を持たず、全ての電極がインターポーザ１１Ｂの周縁部に集中していることによって、多数の外周電極１５ａが複数列で集中しているような場合であっても、貫通孔２２からの吸引作用によって、密集電極間に均等に防湿材を付着させることができる。

また、実施の形態２に係る電子基板の防湿処理方法においては、電子基板２０Ｂは半導体パッケージ１０Ｂが実装されていない背面部４４から、防湿材溶液７４と同質の溶液８４を用いて防湿コーティング材４０の付着が施されるが、前記加熱乾燥を行う場合は当該背面部４４の付着が行われた後に実施されるようになっている。即ち、電子基板２０Ｂの背面部４４に対しては別行程で防湿材溶液８４の付着を施すようになっている。従って、簡易な設備の組み合わせによって電子基板２０Ｂの両面の防湿処理を行うことができる。

１０Ａ、１０Ｂ 半導体パッケージ
１１Ａ、１１Ｂ インターポーザ
１２ 半導体素子
１３ 保護部材
１５ａ 外周電極
１５ｂ 内部電極
２０Ａ、２０Ｂ 電子基板
２１Ａ、２１Ｂ 配線基板
２２ 貫通孔
２４ａ 外周ランド
２４ｂ 内部ランド
４０ 防湿コーティング材（防湿材）
４１ 表面部
４２ 周辺部
４３ 間隙空間部
４４ 背面部
５０ 浸漬槽
５１ 防湿材溶液
７０ 減圧容器
７４、８４ 防湿材溶液
ｇ 電極間隔（半田後）
Ｇ 間隙

Claims (10)

1. 半導体素子が搭載されたインターポーザの表面部を保護部材で包囲した半導体パッケージと、前記インターポーザの裏面と間隙を介して対向配置された配線基板とを備え、
   前記インターポーザの裏面周縁部に複数の外周電極を設けると共に、前記外周電極を、前記配線基板の配線パターンに接続する外周ランドに半田接合して構成される電子基板の防湿構造であって、
   前記配線基板に、前記外周ランドの生成領域の内部に分散配置された複数の貫通孔を形成すると共に、前記間隙により構成される間隙空間部、及び前記半導体パッケージの表面部と周辺部に、乾燥により気化する希釈材と前記希釈材が気化した後に所望の高温使用環境において液化流出しない軟質ポリマ樹脂とを混合した防湿材溶液を付着し、
   前記貫通孔は前記間隙空間と連通して前記防湿材溶液を前記間隙空間部に充填するときの充填通路として付加されていることを特徴とする電子基板の防湿構造。
2. 前記複数の貫通孔の総面積は、前記複数の外周電極の並びあった電極間の間隔と、最外周電極の個数と、前記インターポーザと前記配線基板の間隙との積の２５〜７５％の値となる面積率であることを特徴とする請求項１に記載の電子基板の防湿構造。
3. 前記インターポーザの中心部に内部電極を設けると共に、前記配線基板に前記内部電極に対応する内部ランドを設け、前記外周ランドが設けられた外周領域と、前記内部ランドが設けられた中心領域との境界領域に前記貫通孔を分散配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子基板の防湿構造。
4. 半導体素子が搭載されたインターポーザの表面部を保護部材で包囲した半導体パッケージと、前記インターポーザの裏面と間隙を介して対向配置された配線基板とを備え、
   前記インターポーザの裏面周縁部に複数の外周電極を設けると共に、前記外周電極を前記配線基板の配線パターンと接続する外周ランドに半田接合して構成される電子基板の防湿処理を行う電子基板の防湿処理方法であって、
   前記配線基板に、前記外周ランドの生成領域の内部に分散配置された複数の貫通孔を形成する工程と、
   前記半導体パッケージを含む回路部品を前記配線基板に半田付け実装して電子基板を得る工程と、
   前記電子基板に、乾燥により気化する希釈材と前記希釈材が気化した後に所望の高温使用環境において液化流出しない軟質ポリマ樹脂とを混合した防湿材溶液を付着する工程と、
   前記電子基板に付着した防湿材溶液を乾燥させる工程とを含み、
   前記貫通孔は前記間隙により構成される間隙空間部に連通するものであって、前記防湿材溶液を付着させる工程は、前記防湿材溶液を収納する浸漬槽で浸漬する工程であり、前記防湿材溶液は前記半導体パッケージの外周及び前記貫通孔から前記間隙空間部に流入するものであることを特徴とする電子基板の防湿処理方法。
5. 半導体素子が搭載されたインターポーザの表面部を保護部材で包囲した半導体パッケージと、前記インターポーザの裏面と間隙を介して対向配置された配線基板とを備え、
   前記インターポーザの裏面周縁部に複数の外周電極を設けると共に、前記外周電極を前記配線基板の配線パターンと接続する外周ランドに半田接合して構成される電子基板の防湿処理を行う電子基板の防湿処理方法であって、
   前記配線基板に、前記外周ランドの生成領域の内部に分散配置された複数の貫通孔を形成する工程と、
   前記半導体パッケージを含む回路部品を前記配線基板に半田付け実装して電子基板を得る工程と、
   前記電子基板に、乾燥により気化する希釈材と前記希釈材が気化した後に所望の高温使用環境において液化流出しない軟質ポリマ樹脂とを混合した防湿材溶液を付着する工程と、
   前記電子基板に付着した防湿材溶液を乾燥させる工程とを含み、
   前記貫通孔は前記間隙により構成される間隙空間部に連通するものであって、前記電子基板に前記防湿材溶液を付着させる工程は、前記電子基板を前記配線基板に形成された前記貫通孔と連通する減圧容器の上に載置し、前記減圧容器の内部を減圧すると共に、前記配線基板に半田付け実装された半導体パッケージの表面部から前記防湿材溶液を滴下する工程であり、
   前記防湿材溶液は前記半導体パッケージの外周から前記間隙空間部に流入し、前記貫通孔から流出するものであることを特徴とする電子基板の防湿処理方法。
6. 前記電子基板に前記防湿材溶液を滴下して付着させた後、前記半導体パッケージが半田付け実装されていない前記配線基板の背面部に前記防湿材溶液と同質の溶液を付着させ、その後に前記防湿材溶液の乾燥工程を実施することを特徴とする請求項５に記載の電子基板の防湿処理方法。
7. 前記防湿材は、シリコーン樹脂と石油系溶剤を一次希釈材として混合し、常温環境２５℃において７〜１４Ｐａの粘度を有する混合液が原料であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の電子基板の防湿処理方法。
8. 前記防湿材溶液は、二次希釈材を付加することにより、次の数式で示される希釈材合計の体積比が、０.８〜０.９５となるものであることを特徴とする請求項７に記載の電子基板の防湿処理方法。
   希釈材合計の体積比＝（一次、二次希釈材の体積合計）／（シリコーン樹脂の体積＋
   一次、二次希釈材の体積合計）
9. 前記防湿材溶液は、二次希釈材としてノルマルヘキサンを混合し、比重が０．７２〜０．７４となるものであることを特徴とする請求項８に記載の電子基板の防湿処理方法。
10. 前記電子基板に付着した防湿材溶液を乾燥させる工程は、前記半導体パッケージを上面として、加熱温度５０〜１００℃×加熱時間３分以上の加熱乾燥処理を施す工程であることを特徴とする請求項４〜請求項９の何れか一項に記載の電子基板の防湿処理方法。

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