JP2011171436A - 電子部品内蔵モジュール及び電子部品内蔵モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品内蔵モジュールを実装する際の加熱により、電子部品内蔵モジュール内のはんだが溶融することに起因して発生するはんだの移動や飛散を抑制すること。
【解決手段】電子部品内蔵モジュール１は、電子部品２と、電子部品２が実装された基板３と、電子部品２及び基板３を覆う第１樹脂１０と、第１樹脂１０の表面を覆う第２樹脂４とを含む。第１樹脂１０は、空隙を有する樹脂で構成される。そして、第１樹脂１０は、基板３の表面の電子部品２が実装されている部分の厚さよりも電子部品２が実装されていない部分の厚さの方が大きくなるように構成される。第２樹脂４は、第１樹脂１０よりも空隙率が低い。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を絶縁樹脂で覆った電子部品内蔵モジュール及びその製造方法に関する。

電子部品内蔵モジュールは、複数の電子部品、例えば、受動素子や能動素子等をはんだによって基板に実装して、ひとまとまりの機能を持った電子部品としたものである。このような電子部品内蔵モジュールを電子機器の実装基板に実装する場合、電子部品内蔵モジュールの端子電極と基板の端子電極とをはんだで接合する。このとき、電子部品内蔵モジュール内の電子部品を基板に接合しているはんだが溶融し、はんだの移動や飛散等が発生することがある。特許文献１には、電子部品内蔵モジュールの封止樹脂の線膨張係数を所定範囲に規定することが開示されている。

特開２００７−２３４９３０号公報（０００２〜０００６）

特許文献１に開示された技術は、封止樹脂の線膨張係数を所定範囲に規定することにより、封止樹脂の熱膨張による応力を減少させる。しかし、電子部品内蔵モジュールを実装基板へ実装する際のリフロー時に、電子部品内蔵モジュール内のはんだが飛び散ったり移動したりすることを抑制することについては改善の余地がある。本発明は、電子部品内蔵モジュールを実装する際の加熱により、電子部品内蔵モジュール内のはんだが溶融することに起因して発生するはんだの移動や飛散を抑制することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電子部品内蔵モジュールは、電子部品と、当該電子部品が実装された基板と、空隙を有する樹脂で構成されて、前記電子部品及び前記基板を覆うとともに、前記電子部品の、前記基板の表面と対向する側とは反対側における厚さよりも、前記基板表面の前記電子部品が実装されていない部分における厚さの方が大きい第１樹脂と、当該第１樹脂の表面を覆う、当該第１樹脂よりも空隙率の低い第２樹脂と、を含むことを特徴とする。

本発明は、電子部品及び基板を、空隙を有する第１樹脂で被覆し、さらに、第１樹脂を第２樹脂で覆うことにより、第１樹脂を介して電子部品を封止する。これによって、電子部品内蔵モジュールを電子機器の基板等へ実装する際の加熱によってはんだが溶融しても、はんだの移動や飛散の原因となる体積膨張は第１樹脂が有する空隙によって吸収される。その結果、電子部品内蔵モジュールを実装する際の加熱により、電子部品内蔵モジュール内のはんだが溶融することに起因して発生するはんだの移動や飛散を抑制できる。また、本発明は、はんだの移動や飛散に起因する電子部品の接触不良や短絡等の発生を極めて低く抑えることができるので、本発明に係る電子部品内蔵モジュールを用いて電子機器等を製造する場合、歩留の低下が抑制される。

本発明の望ましい態様としては、前記電子部品は、はんだによって前記基板に実装されることが好ましい。これによって、電子部品内蔵モジュールを構成する電子部品を基板に接合するはんだの移動や飛散が抑制される。

本発明の望ましい態様としては、前記第１樹脂は、前記電子部品が実装されていない部分で前記電子部品を前記基板に実装するはんだのフィレットを覆うことが好ましい。これによって、はんだのフィレットは、体積が大きくなる傾向にあるので、電子部品内蔵モジュールを実装する際の加熱によって多くのガスが前記フィレットから発生し、その結果、はんだの移動や飛散が発生しやすくなる。この構成によれば、第１樹脂がはんだのフィレットを覆うので、多量のガスが前記フィレットから発生しても、はんだの移動や飛散を抑制できる。

本発明の望ましい態様としては、前記電子部品の前記基板に取り付けられる側とは反対側における前記第１樹脂の厚さは０であることが好ましい。これによって、電子部品からの熱を電子部品内蔵モジュールの外部へ逃がしやすくなる。また、電子部品内蔵モジュールの高さを抑制できる。

本発明の望ましい態様としては、前記電子部品が実装されていない部分の前記第１樹脂は、前記基板に向かって前記電子部品の側面からの厚さが増加することが好ましい。通常、電子部品は、基板と対向する部分に設けられた端子電極、又は電子部品の側面に設けられた端子電極によって、基板の端子電極とはんだで接合される。このような構成によれば、電子部品の側面に必ず第１樹脂が設けられ、かつ第１樹脂は基板まで設けられることになるので、はんだを確実に覆うことができる。その結果、はんだの移動や飛散をより確実に抑制できる。

本発明の望ましい態様としては、前記第１樹脂が有する前記空隙の大きさは、平均直径（Ｄ５０）が０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。これによって、はんだの移動を確実に抑制できる。

本発明の望ましい態様としては、前記第１樹脂の空隙率は、０．１％以上３０％以下であることが好ましい。これによって、はんだの移動を十分に抑制できるとともに、第１樹脂の強度も確保できる。

本発明の望ましい態様としては、前記第１樹脂は、平均直径（Ｄ５０）が１μｍ以上１０μｍ以下のフィラーを含むことが好ましい。これによって、はんだの移動を十分に抑制できるとともに、第１樹脂の強度も確保できる。

本発明の望ましい態様としては、前記第２樹脂は、金属層で覆われることが好ましい。電子部品内蔵モジュールは、シールド層として金属層を表面（第２樹脂の表面）に有することが多い。この場合、電子部品内蔵モジュール内で発生した水蒸気やガスの逃げ場がなくなり、はんだの移動や飛散が発生しやすい環境となるが、空隙を有する第１樹脂によって、はんだの移動や飛散が抑制される。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法は、基板上に電子部品をはんだによって実装する実装工程と、フィラーが混入された第１樹脂の溶液を、前記基板に実装された電子部品及び前記基板に塗布する塗布工程と、少なくとも、前記電子部品の前記基板に取り付けられる側とは反対側に塗布された前記第１樹脂の溶液の厚さを減少させる膜厚減少工程と、前記第１樹脂を硬化させる第１硬化工程と、硬化後の前記第１樹脂を第２樹脂で覆う被覆工程と、前記第２樹脂を硬化させる第２硬化工程と、を含むことを特徴とする。これによって、はんだが溶融することに起因して発生するはんだの移動や飛散を抑制できる電子部品内蔵モジュールを製造できる。

本発明は、電子部品内蔵モジュールを実装する際の加熱により、電子部品内蔵モジュール内のはんだが溶融することに起因して発生するはんだの移動や飛散を抑制できる。

図１は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの断面図である。 図２は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールを基板に取り付けた状態を示す側面図である。 図３は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールを構成する第１樹脂の構造を示す模式図である。 図４は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールにおいて、電子部品を第１樹脂が覆う構造を示す拡大図である。 図５は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールにおいて、電子部品を第１樹脂が覆う構造を示す拡大図である。 図６は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法を示すフローチャートである。 図７−１は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法の説明図である。 図７−２は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法の説明図である。 図７−３は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法の説明図である。 図７−４は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法の説明図である。 図７−５は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法の説明図である。 図７−６は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法の説明図である。 図８−１は、第１樹脂を形成する方法の一例を示す図である。 図８−２は、第１樹脂を形成する方法の一例を示す図である。 図９−１は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法において、電子部品の表面に第１樹脂を形成しない場合の製造方法を示す説明図である。 図９−２は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法において、電子部品の表面に第１樹脂を形成しない場合の製造方法を示す説明図である。 図９−３は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法において、電子部品の表面に第１樹脂を形成しない場合の製造方法を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態は、本発明を限定するものではない。また、下記の実施形態で開示された構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの断面図である。図２は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールを基板に取り付けた状態を示す側面図である。図３は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールを構成する第１樹脂の構造を示す模式図である。図１に示すように、電子部品内蔵モジュール１は、複数の電子部品２を基板（モジュール基板）３に実装して、一まとまりの機能を持つ電子部品としたものである。

電子部品内蔵モジュール１を構成する電子部品２としては、例えば、コイルやコンデンサ、あるいは抵抗等の受動素子があるが、ダイオードやトランジスタ等の能動素子やＩＣ（Integral Circuit）等も、電子部品２としてモジュール基板３の表面やモジュール基板３内に実装されてもよい。電子部品２は、これらに限定されるものではない。本実施形態では、コンデンサ２Ｃ、ＩＣ２Ｐ、抵抗２Ｒがモジュール基板３に実装されるが、以下においては、必要に応じて、適宜コンデンサ２Ｃ、ＩＣ２Ｐ、抵抗２Ｒを電子部品２という。

図１に示すように、電子部品内蔵モジュール１は、電子部品２が実装されるモジュール基板３と、電子部品２及びモジュール基板３を覆う第１樹脂１０と、第１樹脂１０の表面を覆う第２樹脂４と、第２樹脂４を被覆するシールド層５と、を含んで構成される。電子部品２の端子電極とモジュール基板３の端子電極とは、はんだ６によって接合される。これによって、電子部品２がモジュール基板３に実装される。少なくとも第１樹脂１０には、電気絶縁性を有するもの（絶縁樹脂）が用いられる。第２樹脂４も、電気絶縁性を有するものが好ましい。本実施形態では、いずれも電気絶縁性を有する絶縁樹脂を用いる。

図１に示すように、電子部品内蔵モジュール１は、モジュール基板３に実装された電子部品２及び電子部品２が実装される側のモジュール基板３の表面（部品実装面という）が第１樹脂１０で覆われる。そして、第１樹脂１０は、第２樹脂４で覆われる。このように、電子部品内蔵モジュール１は、第２樹脂４によって第１樹脂１０を介して複数の電子部品２及び部品実装面を覆うことで、モジュール基板３及び複数の電子部品２を一体化するとともに、強度が確保される。また、電子部品内蔵モジュール１は、第１樹脂１０で複数の電子部品２及び部品実装面を覆うことで、電子部品内蔵モジュール１を実装する際のリフローにおいて、はんだの移動や飛散を抑制する。

複数の電子部品２を覆った第２樹脂４の表面には、シールド層５が形成される。本実施形態において、シールド層５は導電材料（導電性を有する材料であり、本実施形態では金属）で構成されている。本実施形態では、シールド層５は単数の導電材料で構成されてもよいし、複数の導電材料の層で構成されてもよい。シールド層５は、第２樹脂４の表面を被覆することにより、第２樹脂４の内部に封入された電子部品２を電子部品内蔵モジュール１の外部からの高周波ノイズや電磁波等から遮蔽したり、電子部品２から放射される高周波ノイズ等を遮蔽したりする。このように、シールド層５は、電磁気シールドとして機能する。本実施形態において、シールド層５は、第２樹脂４の表面全体を被覆している。しかし、シールド層５は、電磁気シールドとして必要な機能を発揮できるように第２樹脂４を被覆すればよく、必ずしも第２樹脂４の表面全体を被覆する必要はない。したがって、シールド層５は、第２樹脂４の表面の少なくとも一部を被覆していればよい。また、シールド層５を設ける必要がない場合は、これを設けなくてもよい。

モジュール基板３は、部品実装面の反対側に、端子電極（モジュール端子電極）７を有する。モジュール端子電極７は、電子部品内蔵モジュール１が備える電子部品２と電気的に接続されるとともに、図２に示す、電子部品内蔵モジュール１が取り付けられる基板（電子機器が備える基板であり、以下、実装基板という）８の端子電極（実装基板端子電極）９とはんだ６によって接合される。これによって、電子部品内蔵モジュール１は、実装基板８に取り付けられるとともに、電子部品２と実装基板８との間で電気信号や電力をやり取りする。

図２に示す実装基板８は、電子部品内蔵モジュール１が実装される基板であり、例えば、電子機器（車載電子機器、携帯電子機器等）に搭載される。実装基板８に電子部品内蔵モジュール１を実装する場合、例えば、実装基板端子電極９にはんだ６を含むはんだペーストを印刷し、実装装置（マウンタ）を用いて電子部品内蔵モジュール１を実装基板８に搭載する。そして、電子部品内蔵モジュール１が搭載された実装基板８をリフロー炉に入れて前記はんだペーストを加熱することにより、前記はんだペースト中のはんだ６を溶融させる。はんだ６が溶解し、その後硬化することによりモジュール端子電極７と実装基板端子電極９とが接合される。その後、電子部品内蔵モジュール１や実装基板８の表面に付着したフラックスが洗浄されて、電子部品内蔵モジュール１が実装基板８に実装される。

電子部品内蔵モジュール１は、電子部品２を第２樹脂４で被覆されて封止されるので、電子部品２をモジュール基板３へ接合するはんだ６も第２樹脂４で被覆され、封止される。その結果、第２樹脂４で封止されているはんだ６は、二次実装時のリフロー（電子部品内蔵モジュール１を実装基板８に実装する際のリフロー）によって再び溶融してしまう。このとき、第２樹脂４中の水分に起因して発生する水蒸気や、再溶融したはんだ６あるいはフラックスの残渣から発生するガスに起因した力により、第２樹脂４で封止されているはんだ６がモジュール基板３の部品実装面と第２樹脂４との隙間を移動したり、飛散したりしてしまう。また、二次実装時のリフローによってはんだ６が溶融する際に膨張して、はんだ６が急激に動くことがある。

本実施形態において、電子部品内蔵モジュール１は、第２樹脂４と電子部品２及びモジュール基板３との間に、図３に示すように空隙１１を有する第１樹脂１０が配置されており、第１樹脂１０も電子部品２及びこれを接合するはんだ６を被覆する。電子部品内蔵モジュール１は、空隙１１を有する第１樹脂１０で電子部品２及びこれを接合するはんだ６を被覆しているので、二次実装時のリフローでは、空隙１１が二次実装時におけるリフローの熱によって膨張する。膨張した空隙１１は、第２樹脂４中の水分に起因する水蒸気、及びはんだ６から発生するガスを吸収できるので、はんだ６の移動や飛散を抑制する作用が得られる。

特に、電子部品内蔵モジュール１がシールド層５によって密封される場合、水蒸気や蒸発したフラックスの残渣、あるいははんだ６から発生するガスは電子部品内蔵モジュール１内に閉じ込められ、はんだ６の移動や飛散が発生しやすい環境になる。しかし、電子部品内蔵モジュール１を構成する第１樹脂１０の空隙１１は、電子部品内蔵モジュール１内で発生した水蒸気やガスを効果的に吸収するので、はんだ６の移動や飛散を効果的に抑制できる。このように、本実施形態は、電子部品内蔵モジュール１がシールド層５を有する場合において、特に好ましい。

第１樹脂１０を覆う第２樹脂４は、第１樹脂１０よりも空隙率が低い。空隙率は、単位体積あたりに存在する空隙１１の体積の割合（ｖｏｌ％）である。第２樹脂４の空隙率を第１樹脂１０よりも低くすることにより、第２樹脂４は第１樹脂１０よりも強固になる。このような第２樹脂４によって、電子部品２を第１樹脂１０とともにモジュール基板３へ封止して、電子部品内蔵モジュール１の十分な強度を確保する。第２樹脂４の空隙率は０％であってもよい。

第１樹脂１０を構成する空隙１１は、例えば、第１樹脂１０の基材となる樹脂にフィラーを添加して硬化させることにより、フィラー同士の隙間に樹脂が配合されて形成される。空隙率が０.１ｖｏｌ％以下になると気体の急激な膨張や溶解したはんだ６の急激な動きに起因する熱衝撃の緩和効果が得られず、二次実装時におけるリフローの際にはんだ６が移動してしまい、短絡や電子部品２の接触不良等を引き起こすおそれがある。

空隙率が３０ｖｏｌ％以上になると、第１樹脂１０の強度が低下し、クラック等を生じやすくなるおそれがあるとともに、空隙１１がつながりやすくなる結果、空隙１１が管状に形成される。このため、二次実装時におけるリフローの際に、溶融したはんだ６が管状の空隙１１に沿って生じるおそれがある。一方、空隙率を１０ｖｏｌ％以内にすると、空隙１１同士のつながりが低減され、溶融したはんだ６の移動がより抑制されるので好ましい。このように、はんだ６の移動や飛散を効果的に抑制するためには、第１樹脂１０の空隙率は０．１ｖｏｌ％以上３０ｖｏｌ％以下が好ましく、０.１ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％以下がより好ましい。

図３に示す空隙１１の平均直径（Ｄ５０）で０.１μｍよりも小さくなると、溶融したはんだ６の移動を抑制するための十分な効果が得られず、短絡や電子部品２の接触不良を引き起こすおそれがある。空隙１１の平均直径（Ｄ５０）で３μｍ以上になると、空隙１１の中でも大きいものに溶融したはんだ６が移動することがあるが、１０μｍ以下であれば電子部品内蔵モジュール１を構成する電子部品２の短絡や電気的特性に対しては特段の問題ない。空隙１１の平均直径（Ｄ５０）で０.１μｍ以上１０μｍ以下の範囲であれば、溶融したはんだ６の移動を十分に抑制できる。このため、はんだ６の移動や飛散を効果的に抑制する観点から、空隙１１の平均直径（Ｄ５０）で０.１μｍ以上１０μｍ以下が好ましく、０.１μｍ以上３μｍ以下がより好ましい。また、空隙１１の分布は、Ｄ５０／（Ｄ９０−Ｄ１０）を０．１以上０．８以下とすることが好ましい。これによって、第１樹脂１０内でのフィラーの分散や空隙１１の分散が改善される。なお、平均直径（Ｄ５０）は複数の空隙１１の直径を測定した場合において、積算値５０％の直径であり（メジアン径）、Ｄ９０は積算値９０％の直径でありＤ１０は積算値１０％の直径である。

空隙１１の平均直径は、完成した電子部品内蔵モジュール１を適切な位置で切断し、切断面をイオンミリングすることで樹脂ダレのない面を作製し、その切断面の任意の３箇所を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で写真撮影して得られた画像から求めた。本実施形態において倍率は３０００倍とした。空隙１１の分布は、前記画像から求めたＤ５０と累積度数直径の１０%に該当するＤ１０と９０%に該当するＤ９０とから規定した。空隙率は、完成した電子部品内蔵モジュール１を適切な位置で切断し、切断面をイオンミリングすることで樹脂ダレのない面を作製し、その切断面をＳＥＭ（倍率は３０００倍）で写真撮影して得られた画像から求めた。得られた画像は、空隙のみが黒くなるように二値価処理され、空隙の体積比として空隙率を算出した。本実施形態においては、得られた画像の全面積に占める空隙の面積の割合を空隙の体積比とみなす。

図４、図５は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールにおいて、電子部品を第１樹脂が覆う構造を示す拡大図である。電子部品内蔵モジュール１は、第１樹脂１０で電子部品２及びモジュール基板３を覆う。図４に示すように、第１樹脂１０は、電子部品反基板側ＲＤでの厚さ（ｔａ）よりも、非実装部分ＮＤの厚さ（ｔｓ１、ｔｓ２、ｔｓ３、ｔｔ１、ｔｔ２、ｔｔ３）の方が大きい構造である。電子部品反基板側ＲＤは、電子部品２の、モジュール基板３（より具体的にはモジュール基板３の表面（基板表面）３Ｐ）と対向する側とは反対側である。非実装部分ＮＤは、電子部品２が実装されていない部分である。なお、基板表面３Ｐと電子部品２との間に第１樹脂１０は存在しなくてもよい。

電子部品反基板側ＲＤにおける第１樹脂１０は、電子部品２の基板表面３Ｐと対向する側（電子部品２がモジュール基板３に取り付けられる側であり、底面）２Ｂとは反対側（上面）２Ｔの表面に存在する。電子部品反基板側ＲＤにおける第１樹脂１０の厚さを非実装部分ＮＤにおける第１樹脂１０の厚さよりも小さくすることで、電子部品２からの熱を放出させやすくなる。特に、電子部品２が能動素子（例えば、ＩＣ２Ｐ）である場合、放熱量が大きくなるために有利である。

図５に示すように、電子部品反基板側ＲＤにおける第１樹脂１０の厚さｔａは０であってもよい。これによって、電子部品２からの放熱をより促進させることができる。また、電子部品反基板側ＲＤにおける第１樹脂１０の厚さを非実装部分ＮＤにおける第１樹脂１０の厚さよりも小さくすることにより、電子部品内蔵モジュール１の高さを小さくできるので、部品の低背化に好適である。

非実装部分ＮＤにおける第１樹脂１０の厚さ（ｔｓ１、ｔｓ２、ｔｓ３、ｔｔ１、ｔｔ２、ｔｔ３）を電子部品反基板側ＲＤよりも大きくすることで、電子部品２をモジュール基板３の端子電極（基板端子電極）３Ｔに接合するはんだ６を、第１樹脂１０で確実に覆うことができる。これによって二次実装時のリフローによってはんだ６が加熱された際に、非実装部分ＮＤの第１樹脂１０の空隙１１（図３参照）がはんだ６から発生するガスを効果的に吸収するとともに、はんだ６の溶融・膨張による熱衝撃を吸収できるので、はんだ６の移動や飛散をより確実に抑制できる。

例えば、ＩＣ２Ｐは、底面２Ｂに端子電極（部品端子電極）２ＴＢを有しており、部品端子電極２ＴＢと基板端子電極３Ｔとがはんだ６によって接合される。第１樹脂１０を上記構造とすることにより、このはんだ６が非実装部分ＮＤに存在する第１樹脂１０で確実に覆われる。これによって、非実装部分ＮＤの第１樹脂１０は、二次実装時のリフローにおいてはんだ６から発生するガスやはんだ６による熱衝撃を効果的に吸収して、はんだ６の移動や飛散をより確実に抑制できる。

図４、図５に示すコンデンサ２Ｃは、両端部に設けられた部品端子電極２ＴＳの端面２ＳＴと基板端子電極３Ｔとがはんだ６によって接合される。このような接合形態では、はんだ６はフィレット６ｆを形成する。第１樹脂１０を上記構造とすることにより、非実装部分ＮＤに存在する第１樹脂１０はフィレット６ｆ全体を覆う。これによって、第１樹脂１０は、二次実装時のリフローにおいてはんだ６から発生するガスやはんだ６による熱衝撃を効果的に吸収して、はんだ６の移動や飛散をより確実に抑制できる。

図４、図５に示すように、非実装部分ＮＤは、電子部品２が存在しない部分である。非実装部分ＮＤにおける第１樹脂１０の厚さを電子部品反基板側ＲＤよりも大きくすると、非実装部分ＮＤにおける第１樹脂１０を覆う第２樹脂４の厚さを電子部品反基板側ＲＤよりも大きくすることができる。これによって、非実装部分ＮＤにおいては、第１樹脂１０を、より強度の高い第２樹脂４で支持する構造になるので、二次実装時のリフローにおいてはんだ６からの熱衝撃を第１樹脂１０が受けた場合でも、その移動を第２樹脂４が確実に規制できる。その結果、はんだ６の移動や飛散をより確実に抑制できる。

本実施形態において、電子部品反基板側ＲＤにおける第１樹脂１０の厚さ（ｔａ）、及び非実装部分ＮＤにおける第１樹脂１０の厚さ（ｔｓ１、ｔｓ２、ｔｓ３、ｔｔ１、ｔｔ２、ｔｔ３）は、原則として、いずれも電子部品２の表面（上面２Ｔ、側面２Ｓ、部品端子電極２ＴＳの端面２ＳＴ等）に直交する方向における寸法とする。この場合、非実装部分ＮＤにおける第１樹脂１０の厚さは、電子部品２の側面２Ｓから、第１樹脂１０の谷底部１０Ｂ（非実装部分ＮＤにおける第１樹脂１０の表面と基板表面３Ｐとの距離が最も小さくなる部分）の位置までの距離が最大値となる。

本実施形態において、非実装部分ＮＤにおける第１樹脂１０は、モジュール基板３に向かって電子部品２の側面２Ｓ（電子部品２が部品端子電極２ＴＳを有する場合は、その端面２ＳＴが電子部品２の側面に相当する）からの厚さが増加する。例えば、図４、図５に示す例において、電子部品２がＩＣ２Ｐである場合、側面２Ｓからの厚さ、すなわち、側面２Ｓに直交する方向の寸法が、ｔｓ１＜ｔｓ２＜ｔｓ３となる。このように構成することで、非実装部分ＮＤにおける第１樹脂１０の厚さを電子部品反基板側ＲＤよりも大きくする構造を確実に実現できる。また、非実装部分ＮＤにおいては、第１樹脂１０の厚さが電子部品２の上面２Ｔからモジュール基板３に向かって厚くなるので、電子部品２は第１樹脂１０によって安定してモジュール基板３へ支持される。

なお、非実装部分ＮＤにおける第１樹脂１０の厚さは、モジュール基板３の基板表面３Ｐに直交する方向における寸法（ｔｔ１、ｔｔ２、ｔｔ３）としてもよい。この場合、非実装部分ＮＤにおける第１樹脂１０の厚さは、電子部品２から離れるにしたがって減少する。すなわち、図４に示す例では、ｔｔ１＞ｔｔ２＞ｔｔ３となる。この場合、非実装部分ＮＤにおける第１樹脂１０の厚さは、第１樹脂１０の谷底部１０Ｂにおける厚さが最小値となる。次に、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法を説明する。次の説明は一例であって、他の方法によって電子部品内蔵モジュール１を製造してもよい。

図６は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法を示すフローチャートである。図７−１〜図７−６は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法の説明図である。図８−１、図８−２は、第１樹脂を形成する方法の一例を示す図である。電子部品内蔵モジュール１を製造するにあたり、ステップＳ１において、図７−１に示すモジュール基板３に電子部品２を実装する（実装工程）。この状態を、モジュール素体３Ａという。

モジュール素体３Ａは、例えば、次のような手順で作製される。
（１）モジュール基板３の端子電極にはんだ６を含むはんだペーストを印刷する。
（２）実装装置（マウンタ）を用いて電子部品２をモジュール基板３に搭載する。
（３）電子部品２が搭載されたモジュール基板３をリフロー炉に入れて前記はんだペーストを加熱することにより、前記はんだペーストのはんだ６が溶融し、その後硬化することにより電子部品２の端子電極とモジュール基板３の端子電極とを接合する。
（４）電子部品２やモジュール基板３の表面に付着したフラックスを洗浄する。

次に、モジュール素体３Ａが完成したら、ステップＳ２へ進み、図７−２に示すように、モジュール素体３Ａの電子部品２及びモジュール基板３を第１樹脂１０で被覆する。電子部品２及びモジュール基板３を被覆する第１樹脂１０は、熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂であるが、これに限定されない）にフィラー（例えば、シリカやアルミナ）を添加して硬化させる。これによって、第１樹脂１０には、フィラー同士の隙間に樹脂が配合されて空隙１１が形成される。第１樹脂１０は、熱硬化性樹脂の溶液にフィラーを添加して作製した第１樹脂溶液を、ディップ法やスピンコート法等によってモジュール素体３Ａの表面に塗布し（塗布工程）、熱硬化させることで電子部品２及びモジュール基板３を被覆する。

第１樹脂１０を形成する熱硬化性樹脂の硬化前における分子量は１００〜１０００が好ましい。熱硬化性樹脂の硬化前における分子量が高すぎると、硬化前における熱硬化性樹脂の粘性が高くなりすぎる結果、第１樹脂１０の膜厚を均一に形成することが難しくなる。また、前記分子量が低すぎると、硬化前における熱硬化性樹脂の粘性が低下し、電子部品２の近傍に熱硬化性樹脂が留まらず流れてしまう。したがって、第１樹脂１０を形成する熱硬化性樹脂の硬化前における分子量は前記範囲が好ましい。

第１樹脂１０に含まれるフィラーは、球形状に近いものが好ましい。このようなフィラーを用いれば、第１樹脂１０に含まれる空隙１１の寸法、形状、分布を制御しやすいからである。しかし、フィラーの形状は、このようなものに限定されるものではない。第１樹脂１０に含まれるフィラーは、平均直径（Ｄ５０）を１μｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましく、２μｍ以上７μｍ以下とすることがより好ましい。また、フィラーの粒度分布は、Ｄ５０／（Ｄ９０-Ｄ１０）を０．１〜０．８の範囲とすることが好ましい。このようにすれば、第１樹脂１０内におけるフィラーや空隙１１が均等に分散しやすくなる。なお、平均直径（Ｄ５０）は複数のフィラーの直径を測定した場合において、積算値５０％の直径であり（メジアン径）、Ｄ９０は積算値９０％の直径でありＤ１０は積算値１０％の直径である。フィラーの粒度分布は、粒度分布計で測定した数平均値（メジアン径）Ｄ５０と累積度数粒径の１０%に該当するＤ１０と９０%に該当するＤ９０とから規定した。

フィラーの種類は、電子部品内蔵モジュール１を構成する電子部品２や回路の電気的特性に影響を及ばさないものであれば特に限定されるものではないが、第１樹脂１０を構成する熱硬化性樹脂に対して分散性がよいものであることが好ましい。例えば、平均直径が１μｍより小さいフィラーを使用すると比表面積が大きくなることから必要とする熱硬化性樹脂の量が増加し、空隙率が小さくなる結果、はんだ６の移動や飛散を抑制する作用が低減する。また平均直径が１０μｍより大きいフィラーを使用すると、モジュール素体３Ａの表面に塗布する際の膜厚を厚くしなくてはならない。さらに、形成された第１樹脂１０の強度が低下し、クラックが発生しやすくなるおそれや、空隙１１が大きくなりはんだの移動や飛散を抑制する作用が低減するおそれがある。

フィラーは、大きい平均直径（Ｄ５０）のフィラーを加えてもよい。また、フィラーの平均直径（Ｄ５０）は、１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。大きい平均直径（Ｄ５０）のフィラーの添加量は、フィラーの全添加量に対して５体積％以上３０体積％以下であることが好ましい。このように、平均直径の異なるフィラーを混合することによって、フィラー同士のパッキング状態の調整が可能になる。そして、適切な樹脂配合により、所望の空隙直径、空隙分布を実現しやすくなる。平均直径の異なるフィラーを用いる場合、すべて同じ種類のフィラーを用いてもよく、異なる種類（組成）のフィラーを用いてもよく、特に限定されるものではない。

図８−１は、ディップ法によってモジュール素体３Ａの表面に第１樹脂溶液１０Ｌを塗布する例を示している。この方法は、溶液槽に満たされた第１樹脂溶液１０Ｌへモジュール素体３Ａを浸漬する塗布工程と、モジュール素体３Ａを引き上げた後、余分の第１樹脂溶液１０Ｌを除去することによって、電子部品２の上面２Ｔに塗布された第１樹脂溶液１０Ｌの厚さを少なくとも減少させる膜厚減少工程とを含む。余分の第１樹脂溶液１０Ｌを除去する場合、超音波等によってモジュール素体３Ａに振動を与えてもよい。これによって、効率よく余分の第１樹脂溶液１０Ｌを除去し、第１樹脂溶液１０Ｌの膜厚を減少させることができる。

図８−２は、スピンコート法によってモジュール素体３Ａの表面に第１樹脂溶液１０Ｌを塗布する例を示している。この方法は、テーブルコーターやカーテンコーター等を用いて第１樹脂溶液１０Ｌをモジュール素体３Ａに塗布する塗布工程と、モジュール素体３Ａをスピンコーター２０の回転テーブル２１に載置して、これを回転させることにより、電子部品２の上面２Ｔに塗布された第１樹脂溶液１０Ｌの厚さを少なくとも減少させる膜厚減少工程とを含む。膜厚減少工程においては、比較的低い回転速度で回転テーブル２１を回転させることにより、モジュール素体３Ａの表面に塗布された第１樹脂溶液１０Ｌの膜厚が均一になるようにする。

スピンコート法は、余分な第１樹脂溶液１０Ｌを確実に除去しやすい方法なので、図４、図５に示す、第１樹脂１０の電子部品反基板側ＲＤにおける厚さよりも非実装部分ＮＤの厚さの方を大きくした構造を構成しやすい。また、スピンコート法は、電子部品２によりモジュール素体３Ａの表面が凹凸形状である場合でも、第１樹脂１０の前記構造を構成しやすい手法である。すなわち、スピンコート法によれば、余分な第１樹脂溶液１０Ｌを確実に除去して、電子部品２の上面２Ｔや隣接する電子部品２の間に、適切な量の第１樹脂溶液１０Ｌを残すことができる。なお、モジュール素体３Ａの表面に第１樹脂溶液１０Ｌを塗布する方法はこれらに限定されるものではない。

モジュール素体３Ａの表面に第１樹脂溶液１０Ｌが塗布されたら、所定の時間加熱して熱硬化性樹脂を硬化させる（第１硬化工程）。これによって、モジュール素体３Ａの表面に第１樹脂１０が形成される。次に、ステップＳ３に進み、図７−３に示すように、第１樹脂１０を第２樹脂４で被覆する。第２樹脂４は、例えば、エポキシ樹脂で構成される。本実施形態では、エポキシ樹脂のシート状材料を第１樹脂１０の表面に載置して（被覆工程）、これを真空槽内で熱プレスすることにより、第２樹脂４を硬化させる（第２硬化工程）。これによって、第２樹脂４で第１樹脂１０の表面を被覆する。その結果、電子部品２は、第１樹脂１０を介して第２樹脂４によって封止される。この状態を、封止体３Ｂという。

次に、ステップＳ４に進み、図７−４に示すように、封止体３Ｂのモジュール基板３を、電子部品内蔵モジュール１の単位（図７−４のＣ１で区画される単位）で途中まで切断する（ハーフダイス）。この場合、第２樹脂４及び第１樹脂１０も電子部品内蔵モジュール１の単位で同時に切断される。その後、ステップＳ５に進み、図７−５に示すように、ハーフダイス後の封止体３Ｂの表面にシールド層５を形成する。この状態を、モジュール集合体３Ｃという。シールド層５は、例えば、無電解めっきで銅の第１層を形成した後、電解めっきで銅の第２層を形成し、さらに防錆層としてＮｉの層を電解めっきで形成することにより得られる。なお、シールド層５は必要に応じて形成される。

シールド層５が形成されたら、ステップＳ６へ進み、モジュール集合体３Ｃのモジュール基板３を、電子部品内蔵モジュール１の単位（図７−５のＣ１で区画される単位）で完全に切断する。これによって、図７−６に示す電子部品内蔵モジュール１となる。電子部品内蔵モジュール１は、ステップＳ７で検査されて、検査に合格したものが製品となる。上述した手順が、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法の手順であり、これら手順によって第１樹脂１０を有する電子部品内蔵モジュール１を製造できる。

このようにして製造された電子部品内蔵モジュール１は、第１樹脂１０がシールド層５の外部に露出していない。空隙１１を有する第１樹脂１０が電子部品内蔵モジュール１の外部に露出していると、第１樹脂１０が外部からの水分の導入口になるおそれがある。しかし、本実施形態のように、第２樹脂４の表面にシールド層５を形成することにより、第１樹脂１０がシールド層５で覆われるので、水分の導入口は存在しなくなる。その結果、電子部品内蔵モジュール１の内部への水分の浸入は極めて低く抑えられるので、第１樹脂１０や第２樹脂４にクラック等が発生するおそれは極めて低くなる。これによって、電子部品内蔵モジュール１の耐久性が向上する。

また、ステップＳ４のハーフダイスによって第１樹脂１０の一部が第２樹脂４の表面に現れるが、第１樹脂１０の空隙１１によって表面積が増加するためにシールド層５と第１樹脂１０との密着性が向上する。その結果、シールド層５を形成する場合には、シールド層５の保形効果が高くなるという利点もある。シールド層５を設ける場合、第１樹脂１０がシールド層５と接触しないようにしてもよいが、一枚の基板から多数の電子部品内蔵モジュール１を製造する場合には、このような構成は困難である。

本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法は、ハーフダイスによって第１樹脂１０の一部が第２樹脂４の表面に現れるが、シールド層５を設けることにより、第２樹脂４の表面に現れた第１樹脂１０を覆うことができる。その結果、完成した電子部品内蔵モジュール１は、内部への水分の導入口がなくなるので、上述したように、電子部品内蔵モジュール１の耐久性が向上する。

図９−１〜図９−３は、本実施形態に係る電子部品内蔵モジュールの製造方法において、電子部品の表面に第１樹脂を形成しない場合の製造方法を示す説明図である。図５に示したように、電子部品２の上面２Ｔに第１樹脂１０を設けない場合には、ステップＳ２における膜厚減少工程で、電子部品２の上面２Ｔから第１樹脂溶液１０Ｌを除去する（膜厚を０にする）必要がある。例えば、図９−１に示すように、第１樹脂溶液１０Ｌが塗布された電子部品２の上面２Ｔ上で、吸収ローラー２３を転動させることによって、第１樹脂溶液１０Ｌを吸収ローラー２３で除去する。吸収ローラー２３は、例えば、多孔質材料（ウレタン樹脂等）を外周部に有するものである。

これによって、図９−２に示すように、電子部品２の上面２Ｔ上から第１樹脂溶液１０Ｌが除去されて、電子部品反基板側ＲＤ（電子部品２の上面２Ｔ側に相当）には第１樹脂溶液１０Ｌが存在せず、非実装部分ＮＤには第１樹脂溶液１０Ｌが存在する状態となる。この後、第１樹脂溶液１０Ｌを熱硬化させ、上述したステップＳ３からステップＳ６を実行することにより、図９−３に示すような、電子部品２の上面２Ｔに第１樹脂１０を設けない電子部品内蔵モジュール１ａを製造できる。

以上、本実施形態では、電子部品内蔵モジュールにおいて、電子部品及び基板を、空隙を有する第１樹脂で被覆し、さらに、第１樹脂を第２樹脂で覆うことにより、第１樹脂を介して電子部品を封止する。電子部品内蔵モジュールが、二次実装される際のリフローによって加熱されると、内部のはんだが溶融することにより、はんだの溶融・膨張によりはんだが移動や飛散したり、フラックス残渣や吸湿水分の蒸発による体積膨張によって溶融した半田が移動や飛散したりするといった現象が発生することがある。

本実施形態では、電子部品を被覆する第１樹脂に、電子部品内蔵モジュール内の体積変化を吸収したり、内部で発生したガスを吸収したりする空隙を設ける。これによって、二次実装される際のリフローによってはんだが溶融しても、はんだの移動や飛散の原因となる体積膨張は第１樹脂が有する空隙によって吸収される。その結果、電子部品内蔵モジュールを実装する際の加熱により、電子部品内蔵モジュール内のはんだが溶融することに起因して発生するはんだの移動や飛散を抑制できる。

（評価）
上述した第１樹脂１０を有する電子部品内蔵モジュール１（図１参照）を作製し、はんだの移動、及び第１樹脂１０の強度を評価した。第１樹脂１０を形成するために、エポキシ樹脂の溶液に各種の球状フィラーを配合し、溶剤で希釈した樹脂溶液を用意した。電子部品２を実装したモジュール基板３に前記樹脂溶液をディップ法で塗布し、室温で２時間乾燥、１５０℃で１時間熱硬化させて第１樹脂１０で電子部品２及びモジュール基板３を被覆した。これに、第２樹脂４を構成する樹脂シートを真空熱プレスで圧着し、１５０℃で１時間熱硬化させることにより、第１樹脂１０を介して電子部品２及びモジュール基板３を第２樹脂４で被覆した。このようにして、評価用の電子部品内蔵モジュール（以下、評価体という）を作製した。

はんだ移動の評価方法を説明する。評価体をリフロー炉で加熱し、透過Ｘ線を用いてリフロー後における評価体内のはんだの移動を観察した。はんだの移動が確認されたものは移動あり、移動していないものは移動なしとして判断した。一つの空隙率や空隙の平均直径等といった条件に対して電子部品内蔵モジュール１を複数個作成し、すべての評価体に対するはんだの移動が確認されたものの割合を（％）で評価した。リフローの条件は次の通りである。

乾燥のための前処理として、評価体を１２５℃の環境に２４時間放置した。次に、吸湿のための前処理として、乾燥後における評価体を６０℃、相対湿度６０％の環境に１２０時間放置した。その後、次の条件でリフローした。乾燥及び吸湿後における評価体をリフロー炉内に入れた後、炉内温度を１５０℃まで上昇させ、その後、１２０秒かけて１８０℃まで上昇させる。炉内温度を２３０℃まで上昇させてリフローを開始し、リフロー中は、炉内温度が２３０度以上かつ最高温度が２６０±３℃となるように３０秒間保持する。その後、評価体をリフロー炉内から取り出して、リフローが完了する。

（第１評価例）
平均直径が３μｍの球状フィラーを用いて、空隙率の異なる第１樹脂１０を有する評価体をそれぞれ作製した。評価結果を表１に示す。空隙率は、表１に示すように変化させた。なお、空隙の平均直径は０．７μｍである。空隙の平均直径はＤ５０の値である。第１評価例では、はんだの移動、第１樹脂１０の強度を評価した。第１樹脂１０の強度は、クラックの有無で評価した。第１樹脂１０のクラックは、透過Ｘ線により観察した。表１から分かるように、空隙率が０．１％よりも小さくなると、はんだ６の移動を十分に抑制できない。また、空隙率が４０％になると、第１樹脂１０の強度が不足する。このことから、空隙率は、０．１％以上３０％以下が好ましい。

（第２評価例）
平均直径が１μｍ、３μｍ、５μｍ、７μｍ、３０μｍのフィラーから一つ、又は少なくとも二つの配合比率を変更することにより、空隙の平均直径が異なる第１樹脂１０を有する評価体をそれぞれ作製した。空隙の平均直径は、表２に示すように変化させた。空隙の平均直径はＤ５０の値である。評価結果を表２に示す。表２から分かるように、空隙の平均直径が０．１μｍよりも小さくなると、はんだ６の移動を抑制できない。また、空隙の平均直径が２０μｍになると、はんだ６の移動を十分に抑制できない。このことから、空隙の平均直径は、０．１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。

（第３評価例）
平均直径が１μｍ、３μｍ、５μｍ、７μｍ、３０μｍのフィラーから一つ、又は少なくとも二つの配合比率を変更することにより、フィラーの平均直径が異なる第１樹脂１０を有する評価体をそれぞれ作製した。フィラーの平均直径は、表３に示すように変化させた。フィラーの平均直径はＤ５０の値である。評価結果を表３示す。表３から分かるように、フィラーの平均直径（Ｄ５０）が１μｍよりも小さくなると、はんだ６の移動を十分に抑制できない。また、フィラーの平均直径（Ｄ５０）が１５μｍになると、第１樹脂１０の強度が不足する。このことから、フィラーの平均直径（Ｄ５０）は、１μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。

以上のように、本発明に係る電子部品内蔵モジュール及び電子部品内蔵モジュールの製造方法は、電子部品内蔵モジュール内の電子部品を接合するはんだの移動や飛散を抑制することに有用である。

１、１ａ 電子部品内蔵モジュール
２ 電子部品
２Ｂ 底面
２Ｃ コンデンサ
２Ｒ 抵抗
２Ｓ 側面
２ＳＴ 端面
２Ｔ 上面
２ＴＢ、２ＴＳ 部品端子電極
３ モジュール基板（基板）
３Ａ モジュール素体
３Ｂ 封止体
３Ｃ モジュール集合体
３Ｐ 基板表面
３Ｔ 基板端子電極
４ 第２樹脂
５ シールド層
６ はんだ
６ｆ フィレット
７ モジュール端子電極
８ 実装基板
９ 実装基板端子電極
１０ 第１樹脂
１０Ｂ 谷底部
１０Ｌ 第１樹脂溶液
１１ 空隙

Claims (10)

1. 電子部品と、
   当該電子部品が実装された基板と、
   空隙を有する樹脂で構成されて、前記電子部品及び前記基板を覆うとともに、前記電子部品の、前記基板と対向する側とは反対側における厚さよりも、前記基板表面の前記電子部品が実装されていない部分における厚さの方が大きい第１樹脂と、
   当該第１樹脂の表面を覆う、当該第１樹脂よりも空隙率の低い第２樹脂と、
   を含む電子部品内蔵モジュール。
2. 前記電子部品は、はんだによって前記基板に実装される請求項１に記載の電子部品内蔵モジュール。
3. 前記第１樹脂は、前記電子部品が実装されていない部分で前記電子部品を前記基板に実装するはんだのフィレットを覆う請求項２に記載の電子部品内蔵モジュール。
4. 前記電子部品の前記基板に取り付けられる側とは反対側における前記第１樹脂の厚さは０である請求項１から３のいずれか１項に記載の電子部品内蔵モジュール。
5. 前記電子部品が実装されていない部分の前記第１樹脂は、前記基板に向かって前記電子部品の側面からの厚さが増加する請求項１から４のいずれか１項に記載の電子部品内蔵モジュール。
6. 前記第１樹脂が有する前記空隙の大きさは、平均直径（Ｄ５０）が０．１μｍ以上１０μｍ以下である請求項１から５のいずれか１項に記載の電子部品内蔵モジュール。
7. 前記空隙の大きさの分布は、前記第１樹脂の空隙率は、０．１％以上３０％以下である請求項１から６のいずれか１項に記載の電子部品内蔵モジュール。
8. 前記第１樹脂は、平均直径（Ｄ５０）が１μｍ以上１０μｍ以下のフィラーを含む請求項１から７のいずれか１項に記載の電子部品内蔵モジュール。
9. 前記第２樹脂は、金属層で覆われる請求項１から８のいずれか１項に記載の電子部品内蔵モジュール。
10. 基板上に電子部品をはんだによって実装する実装工程と、
    フィラーが混入された第１樹脂の溶液を、前記基板に実装された電子部品及び前記基板に塗布する塗布工程と、
    少なくとも、前記電子部品の前記基板に取り付けられる側とは反対側に塗布された前記第１樹脂の溶液の厚さを減少させる膜厚減少工程と、
    前記第１樹脂を硬化させる第１硬化工程と、
    硬化後の前記第１樹脂を第２樹脂で覆う被覆工程と、
    前記第２樹脂を硬化させる第２硬化工程と、
    を含む電子部品内蔵モジュールの製造方法。

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