JP2013007028A

JP2013007028A - 封止用シートおよび電子部品装置

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Publication number: JP2013007028A
Application number: JP2012094873A
Authority: JP
Inventors: yusaku Shimizu; 祐作清水; Hideshi Toyoda; 英志豊田; Tomoo Yamaguchi; 智雄山口; Yasunobu Ina; 康信伊奈
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2013-01-10
Also published as: US20120296010A1; CN102786773A; TW201247732A

Abstract

【課題】充填剤の配合割合を増加させることができ、かつ、接着性および耐熱性の向上を図ることができる封止用シート、および、その封止用シートにより封止された電子部品装置を提供すること。
【解決手段】
下記一般式（１）で示されるエポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填剤とを混練して得られる混練物を、塑性加工することにより、封止用シートを作製する。
一般式（１）：
【化１】

（式中、Ｒ^１〜Ｒ^４は、同一または相異なって、メチル基または水素原子を示し、Ｘは、−ＣＨ_２−、−Ｏ−、または、−Ｓ−を示す。）
【選択図】図１

Description

本発明は、封止用シートおよび電子部品装置、詳しくは、各種産業製品の封止に用いられる封止用シート、および、その封止用シートにより封止された電子部品を備える電子部品装置に関する。

近年、実装基板上の半導体素子、コンデンサ、抵抗素子などの電子部品の封止に、取扱性に優れた封止用シートが広く用いられている。

このような封止用シートとしては、例えば、エポキシ樹脂、硬化剤、ゲル化剤（可撓性付与剤）、および、充填剤などを配合し調製したワニス（組成物）を、フィルム上に塗布することにより成膜されたゲル状エポキシ樹脂シートが提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。

特開２００６−１９７１４号公報特開２００３−１７９７９号公報

特許文献１および２に記載のゲル状エポキシ樹脂シートは、上記のように、各種成分を配合してワニス（組成物）を調製した後、そのワニスをフィルム上に塗布することにより成膜され、作製される。

しかし、このような作製では、ゲル状エポキシ樹脂シートにおける充填剤の配合割合が、一定値以上であると、ワニスをフィルム上に塗布するときに、成膜することができない場合がある。

そのため、ゲル状エポキシ樹脂シートの性能の向上を十分に図ることができない場合がある。

また、特許文献１および２に記載のゲル状エポキシ樹脂シートのような封止用シートでは、封止用シートとして使用可能な可撓性を得るために、多量の可撓性付与剤（ゲル化剤）が配合される場合がある。一方、多量の可撓性付与剤が封止用シートに配合されると、その封止用シートの接着性および耐熱性が低下するという不具合がある。

そこで、本発明の目的は、充填剤の配合割合を増加させることができ、かつ、接着性および耐熱性の向上を図ることができる封止用シート、および、その封止用シートにより封止された電子部品を備える電子部品装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の封止用シートは、下記一般式（１）で示されるエポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填剤とを混練して得られる混練物を、塑性加工することにより得られることを特徴としている。
一般式（１）：

（式中、Ｒ^１〜Ｒ^４は、同一または相異なって、メチル基または水素原子を示し、Ｘは、−ＣＨ_２−、−Ｏ−、または、−Ｓ−を示す。）
また、本発明では、前記硬化剤が、ビフェニルアラルキル骨格を有するフェノール樹脂であることが好適である。

また、本発明では、前記混練物に、さらに、可撓性付与剤が混練されていることが好適である。

また、本発明では、前記可撓性付与剤が、スチレン骨格を有するエラストマーであることが好適である。

また、本発明の電子部品装置は、上記した封止用シートを、硬化させることにより電子部品を封止して得られることを特徴としている。

本発明の封止用シートは、上記一般式（１）で示されるエポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填剤とを混練して得られる混練物を、塑性加工することにより得られる。

つまり、エポキシ樹脂や無機充填剤を含有するワニスをフィルム上に塗布することなく、封止用シートが形成されるので、無機充填剤の配合割合を増加させることができる。

その結果、封止用シートの性能の向上を十分に図ることができる。

また、本発明の封止用シートは、多量の可撓性付与剤を配合しなくとも、十分な可撓性を有するので、その接着性および耐熱性の向上を図ることができる。

したがって、本発明の封止用シートは、無機充填剤の配合割合を増加させることができ、かつ、その接着性および耐熱性の向上を図ることができる。

本発明の封止用シートの一実施形態により電子部品を封止して電子部品装置を作製する工程を示す工程図であって、（ａ）は、電子部品を実装基板上に設置する工程、（ｂ）は、その電子部品上に封止用シートを配置する工程、（ｃ）は、封止用シートを加熱して硬化させる工程を示す。

本発明の封止用シートは、各種産業製品の封止に用いられ、シート状の混練物から形成されている。

混練物は、下記一般式（１）で示されるエポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填剤とを含有している。
一般式（１）：

（式中、Ｒ^１〜Ｒ^４は、同一または相異なって、メチル基または水素原子を示し、Ｘは、−ＣＨ_２−、−Ｏ−、または、−Ｓ−を示す。）
上記一般式（１）におけるＲ^１〜Ｒ^４は、ベンゼン環に置換されるメチル基または水素原子を示し、好ましくは、Ｒ^１〜Ｒ^４のすべてが、メチル基または水素原子である。

このようなエポキシ樹脂としては、例えば、下記化学式（２）〜（４）で示されるビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、例えば、下記化学式（５）〜（７）で示される４，４’−チオビスフェノール型エポキシ樹脂、例えば、下記化学式（８）〜（１０）で示される４，４’−オキシビスフェノール型エポキシ樹脂などが挙げられる。

このようなエポキシ樹脂のなかでは、柔軟性を考慮すると、好ましくは、下記化学式（２）で示されるビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、下記化学式（５）で示される４，４’−チオビスフェノール型エポキシ樹脂、下記化学式（８）で示される４，４’−オキシビスフェノール型エポキシ樹脂が挙げられ、タックレスの観点を考慮すると、さらに好ましくは、下記化学式（２）で示されるビスフェノールＦ型エポキシ樹脂が挙げられる。
化学式（２）：

化学式（３）：

化学式（４）：

化学式（５）：

化学式（６）：

化学式（７）：

化学式（８）：

化学式（９）：

化学式（１０）：

このようなエポキシ樹脂は、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。

また、このようなエポキシ樹脂のエポキシ当量は、例えば、９０〜８００ｇ／ｅｑ、好ましくは、１００〜５００ｇ／ｅｑである。

また、このようなエポキシ樹脂の軟化点は、例えば、３０〜１００℃、好ましくは、４０〜９０℃である。

このようなエポキシ樹脂の含有割合は、混練物１００質量部に対して、例えば、１〜５０質量部、封止用シートの可撓性を考慮すると、好ましくは、３〜２０質量部、さらに好ましくは、４〜８質量部である。

硬化剤は、上記したエポキシ樹脂の硬化剤であって、特に制限されず、例えば、フェノール樹脂、酸無水物系化合物、アミン系化合物などが挙げられる。

フェノール樹脂としては、例えば、フェノールノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ビフェニルアラルキル樹脂（ビフェニルアラルキル骨格を有するフェノール樹脂）、ジシクロペンタジエン型フェノール樹脂、クレゾールノボラック樹脂、レゾール樹脂などが挙げられる。

酸無水物系化合物としては、例えば、無水フタル酸、無水マレイン酸、テトラヒドロフタル酸無水物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、メチルナジック酸無水物、ピロメリット酸無水物、ドデセニルコハク酸無水物、ジクロロコハク酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、クロレンディック酸無水物などが挙げられる。

アミン系化合物としては、例えば、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、それらのアミンアダクト、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホンなどが挙げられる。

このような硬化剤は、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。

また、このような硬化剤のなかでは、硬化反応性（信頼性）を考慮すると、好ましくは、フェノール樹脂が挙げられ、硬化後の封止用シートの強度と硬化反応性とのバランスを考慮すると、さらに好ましくは、ビフェニルアラルキル樹脂が挙げられる。

また、このような硬化剤の配合割合は、混練物１００質量部に対して、例えば、１〜２０質量部、好ましくは、２〜１０質量部であり、エポキシ樹脂１００質量部に対して、例えば、３０〜１３０質量部、好ましくは、４０〜１２０質量部である。

また、硬化剤としてフェノール樹脂を用いた場合、フェノール樹脂は、上記したエポキシ樹脂のエポキシ基１当量に対して、フェノール樹脂の水酸基の当量数が、例えば、０．５〜２当量、好ましくは、０．８〜１．２当量となるように添加される。

また、必要により、混練物は、硬化剤とともに硬化促進剤を含有する。

硬化促進剤としては、例えば、トリフェニルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレートなどの有機リン系化合物、イミダゾール系化合物などが挙げられる。

このような硬化促進剤は、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。

また、このような硬化促進剤のなかでは、有機リン系化合物が挙げられ、さらに好ましくは、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレートが挙げられる。

硬化促進剤の含有割合は、混練物１００質量部に対して、例えば、０．０１〜５質量部、好ましくは、０．０５〜３質量部である。

また、硬化促進剤の含有割合は、硬化剤１００質量部に対して、例えば、０．５〜１０質量部、好ましくは、１〜５質量部である。

無機充填剤としては、特に制限されず、公知の充填剤などが挙げられる。

具体的には、石英ガラス、タルク、シリカ（例えば、溶融シリカ、結晶性シリカなど）、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭酸カルシウム（例えば、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、白艶華など）、酸化チタンなどの粉末が挙げられる。

このような充填剤は、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。

また、このような充填剤のなかでは、硬化後の封止用シートの線膨張係数の低減を考慮すると、好ましくは、シリカ粉末が挙げられ、さらに好ましくは、溶融シリカ粉末が挙げられる。

また、溶融シリカとしては、例えば、球状溶融シリカ粉末、粉砕溶融シリカ粉末が挙げられ、混練物の流動性を考慮すると、好ましくは、球状溶融シリカ粉末が挙げられる。

このような球状溶融シリカ粉末の平均粒子径は、例えば、０．１〜４０μｍ、好ましくは、０．１〜３０μｍ、さらに好ましくは、０．３〜１５μｍである。

なお、平均粒子径は、例えば、レーザー回折錯乱式粒度分布測定装置により、測定することができる。

充填剤の配合割合は、混練物１００質量部に対して、例えば、６０〜９５質量部、硬化後の封止用シートの線膨張係数の低減を考慮すると、好ましくは、７０〜９３質量部、さらに好ましくは、８５〜９０質量部である。

また、充填剤の配合割合は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、例えば、１０００〜３０００質量部、好ましくは、１３００〜２５００質量部である。

また、混練物には、封止用シートの可撓性の向上を考慮すると、可撓性付与剤を添加することもできる。

可撓性付与剤は、封止用シートに可撓性を付与するものであれば、特に制限されないが、例えば、ポリアクリル酸エステルなどの各種アクリル系共重合体、例えば、ポリスチレン−ポリイソブチレン系共重合体、スチレンアクリレート系共重合体などのスチレン骨格を有するエラストマー、例えば、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレン−酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）、イソプレンゴム、アクリロニトリルゴムなどのゴム質重合体などが挙げられる。

このような可撓性付与剤は、単独で使用してもよく、あるいは、併用することもできる。

また、このような可撓性付与剤のなかでは、混練物の耐熱性および強度を考慮すると、好ましくは、スチレン骨格を有するエラストマーが挙げられ、さらに好ましくは、ポリスチレン−ポリイソブチレン系共重合体が挙げられる。

可撓性付与剤の含有割合は、混練物１００質量部に対して、例えば、３０質量部未満、接着性および耐熱性を考慮すると、好ましくは、１０質量部未満、さらに好ましくは、５質量部未満である。

また、混練物には、上記成分に加えて、上記したエポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂（以下、その他のエポキシ樹脂とする。）、さらに、必要に応じて、難燃剤、カーボンブラックなどの顔料などの公知の添加剤を適宜の割合で添加することもできる。

なお、その他のエポキシ樹脂を添加する場合、その他のエポキシ樹脂の含有割合は、上記のエポキシ樹脂およびその他のエポキシ樹脂の総量１００質量部に対して、例えば、３０質量部未満、封止用シートの可撓性を考慮すると、好ましくは、２０質量部未満である。

このような混練物を調製するには、上記した各成分を、上記した配合割合において配合し、溶融混練する。

溶融混練する方法としては、特に限定されないが、例えば、ミキシングロール、加圧式ニーダー、押出機などの公知の混練機により、溶融混練する方法などが挙げられる。

混練条件としては、温度が、上記した各成分の軟化点以上であれば特に制限されず、例えば、３０〜１５０℃、エポキシ樹脂の熱硬化性を考慮すると、好ましくは、４０〜１４０℃、さらに好ましくは、６０〜１２０℃であり、時間が、例えば、１〜３０分間、好ましくは、５〜１５分間である。

これによって、混練物が調製される。

このような混練物は、塑性加工されることにより封止用シートとして調製される。具体的には、溶融混練後の混練物を冷却することなく高温状態のままで、塑性加工することで、封止用シートが調製される。

このような塑性加工方法としては、特に制限されず、平板プレス法、Ｔダイ押出法、ロール圧延法、ロール混練法、インフレーション押出法、共押出法、カレンダー成形法などが挙げられる。

塑性加工温度としては、上記した各成分の軟化点以上であれば、特に制限されないが、エポキシ樹脂の熱硬化性および加工性を考慮すると、例えば、４０〜１５０℃、好ましくは、５０〜１４０℃、さらに好ましくは、６０〜１２０℃である。

以上によって、封止用シートが調製される。

封止用シートの厚みは、例えば、１００〜１５００μｍ、好ましくは、３００〜１２００μｍである。

本発明の封止用シートは、エポキシ樹脂や無機充填剤を含有するワニスをフィルム上などに塗布することなく、混練物が塑性加工されることにより形成される。

そのため、無機充填剤の配合割合を増加させることができ、封止用シートの性能の向上を十分に図ることができる。

このような封止用シートの用途としては、例えば、実装基板上の電子部品の封止が挙げられる。電子部品としては、特に制限されないが、例えば、半導体素子、コンデンサ、抵抗素子などが挙げられる。

上記の封止用シートによる、実装基板上の電子部品の封止では、封止用シートを硬化させることにより電子部品が封止される。これによって、電子部品が封止された電子部品装置が作製される。

詳しくは、電子部品装置を作製するには、図１（ａ）に示すように、まず、実装基板１上に電子部品２を、実装基板１の接続用電極部（図示せず）と、電子部品２の接続用電極部（図示せず）とが電気的に連結されるように設置する。

実装基板１としては、特に制限されないが、例えば、シリコンウエハ、ガラスなどからなるセラミック基板、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス、鉄合金などからなる金属基板、例えば、ポリイミド、ガラス−エポキシなどからなるプラスチック基板などが挙げられる。

このような実装基板１のなかでは、好ましくは、ガラス−エポキシなどからなるプラスチック基板（ガラスエポキシ基板）が挙げられる。

電子部品２としては、特に制限されないが、例えば、半導体素子、コンデンサ、抵抗素子などが挙げられる。

次いで、図１（ｂ）に示すように、実装基板１に設置された電子部品２上に、封止用シート３を配置する。

そして、電子部品２は、封止用シート３が所定条件でプレスされることにより、封止用シート３により被覆され、封止用シート３は、電子部品２および実装基板１と接着する。

プレス条件としては、温度が、例えば、４０〜１２０℃、好ましくは、５０〜１００℃であり、圧力が、例えば、５０〜２５００ｋＰａ、好ましくは、１００〜２０００ｋＰａであり、時間が、例えば、０．３〜１０分間、好ましくは、０．５〜５分間である。

また、封止用シート３と、電子部品２および実装基板１との密着性および追従性の向上を考慮すると、好ましくは、真空条件下において、プレスする。

次いで、封止用シート３を、図１（ｃ）に示すように、大気圧下、所定条件において硬化させ、封止用シート３を封止樹脂層４として形成する。そして、必要により、封止樹脂層４を被覆するダイシングテープを、封止樹脂層４上に貼着する。

硬化条件としては、温度が、例えば、１２０〜２２０℃、好ましくは、１５０〜２００℃であり、時間が、例えば、１０〜１５０分間、好ましくは、３０〜１２０分間である。

以上によって、封止用シート３を硬化させることにより電子部品２を封止して得られる、電子部品装置５が作製される。

このような電子部品装置５は、上記した封止用シート３により封止されているため、封止用シート３と電子部品２との接着性、および、電子部品装置５の耐熱性の向上を図ることができる。

以下に、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は、何らこれらに限定されるものではない。

実施例１〜６および比較例１、２
表１に示す処方（単位：質量％）において、各成分を配合し、ロール混練機により６０〜１２０℃、１０分間溶融混練し、混練物を調製した。

次いで、得られた混練物を、平板プレス法により、シート状に形成して、厚み５００〜１０００μｍの封止用シートを形成した。

比較例３
表１に示す処方（単位：質量％）において、各成分を配合し、これに各成分の総量と同量のメチルエチルケトンを添加して、シート塗工用ワニスを調製した。

次いで、得られたシート塗工用ワニスを、コンマコ―タ−により、厚み５０μｍのポリエステルフィルムＡ（三菱化学ポリエステル社製、ＭＲＦ−１０）の剥離処理面上に、乾燥後の厚みが５０μｍとなるように塗工し、乾燥した。

次いで、乾燥後のシート塗工用ワニスを挟み込むように、厚み３８μｍのポリエステルフィルムＢ（三菱化学ポリエステル社製、ＭＲＸ−３８）の剥離処理面を、乾燥後のシート塗工用ワニス上に張り合わせて、シート状樹脂組成物を調製した。

その後、ポリエステルフィルムＡおよびポリエステルフィルムＢを適宜剥離しながら、ロールラミネ―タ―により、シート状樹脂組成物を４枚積層することにより、厚み２００μｍの封止用シートを調製した。

比較例４
表１に示す処方（単位：質量％）において、各成分を配合した点以外は、比較例３と同様にして、封止用シートの調製を試みた。

その結果、無機充填剤の偏析が発生し、成膜することができず、封止用シートを調製することができなかった。

（評価）
得られた各実施例および各比較例の封止用シートについて、可撓性および接着性試験を、次のように実施した。
（１）可撓性試験
各実施例および各比較例の封止用シートを、幅６０ｍｍ×長さ６０ｍｍに切り出し、その幅方向両端部を把持し、ゆっくりと９０°折り曲げて、可撓性を下記の基準により評価した。その結果を表１に示す。
○：９０°折り曲げても割れなかった。
△：９０°折り曲げるとヒビが入った。
×：９０°折り曲げると割れた。
（２）接着性試験
ガラスエポキシ基板（幅１０ｍｍ×長さ４０ｍｍ×厚み０．３ｍｍ）に、各実施例および比較例の封止用シート（幅１０ｍｍ×長さ４０ｍｍ×厚み０．２ｍｍ）をラミネートした。

次いで、ガラスエポキシ基板からはみ出た部分の封止用シートを除去した。そして、封止用シートがラミネートされたガラスエポキシ基板を９０℃に加熱し、その封止用シートに、３ｍｍ^２×厚み０．６２５ｍｍのシリコンチップを搭載した。

次いで、封止用シートを１７５℃、１時間の条件下で、硬化させた。

２５℃または２６０℃において、万能型ボンドテスター（デイジ・ジャパン社製）によりシリコンチップの側面から荷重を加えて、シリコンチップがガラスエポキシ基板から脱離する荷重を測定した。

なお、評価基準としては、２５℃において、荷重が６ＭＰａ未満である場合を×、荷重が６〜１０ＭＰａである場合を△、荷重が１０ＭＰａ超過する場合を○とした。

また、２６０℃において、荷重が１ＭＰａ未満である場合を×、荷重が１〜３ＭＰａである場合を△、荷重が３ＭＰａ超過する場合を○とした。
その結果を表１に示す。

なお、表１の略号などを以下に示す。
エポキシ樹脂ａ：上記化学式（２）で示されるビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（エポキシ当量２００ｇ／ｅｑ．軟化点８０℃）
エポキシ樹脂ｂ：上記化学式（５）で示される４，４’−チオビスフェノール型エポキシ樹脂（エポキシ当量１７０ｇ／ｅｑ．軟化点４４℃）
エポキシ樹脂ｃ：上記化学式（８）で示される４，４’−オキシビスフェノール型エポキシ樹脂（エポキシ当量１６４ｇ／ｅｑ．軟化点８３℃）
エポキシ樹脂ｄ：下記化学式（１１）で示されるビフェニル型エポキシ樹脂（エポキシ当量１９３ｇ／ｅｑ．軟化点１０５℃）
化学式（１１）：

エポキシ樹脂ｅ：下記化学式（１２）で示されるエポキシ樹脂（エポキシ当量２４４ｇ／ｅｑ．軟化点１１３℃）
化学式（１２）：

エポキシ樹脂ｆ：変性ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＤＩＣ社製、ＥＰＩＣＬＯＮＥＸＡ−４８５０−１５０，水酸基当量４４７ｇ／ｅｑ．液体）
エポキシ樹脂ｇ：トリフェニルメタン型エポキシ樹脂（日本化薬社製、ＥＰＰＮ−５０１ＨＹ、水酸基当量１６９ｇ／ｅｑ．軟化点６０℃）
フェノール樹脂ａ：ビフェニルアラルキル骨格を有するフェノール樹脂（明和化成社製、ＭＥＨ７８５１ＳＳ、水酸基当量２０３ｇ／ｅｑ．軟化点６７℃）
フェノール樹脂ｂ：フェノールノボラック樹脂（群栄化学工業社製、ＧＳ−２００、水酸基当量１０５ｇ／ｅｑ．軟化点１００℃）
無機充填剤：球状溶融シリカ粉末（電気化学工業社製、ＦＢ−９４５４、平均粒子径２０μｍ）
硬化促進剤：テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート
可撓性付与剤ａ：ポリスチレン−ポリイソブチレン系共重合体
可撓性付与剤ｂ：アクリル系共重合体（組成：ブチルアクリレート：アクリロニトリル：グリシジルメタクリレート＝８５：８：７（重量比））（重量平均分子量８０万）

２電子部品
３封止用シート
５電子部品装置

Claims

下記一般式（１）で示されるエポキシ樹脂と、硬化剤と、無機充填剤とを混練して得られる混練物を、塑性加工することにより得られることを特徴とする、封止用シート。
一般式（１）：

（式中、Ｒ^１〜Ｒ^４は、同一または相異なって、メチル基または水素原子を示し、Ｘは、−ＣＨ_２−、−Ｏ−、または、−Ｓ−を示す。）
前記硬化剤が、ビフェニルアラルキル骨格を有するフェノール樹脂であることを特徴とする、請求項１に記載の封止用シート。
前記混練物に、さらに、可撓性付与剤が混練されていることを特徴とする、請求項１および２に記載の封止用シート。
前記可撓性付与剤が、スチレン骨格を有するエラストマーであることを特徴とする、請求項３に記載の封止用シート。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の封止用シートを、硬化させることにより電子部品を封止して得られることを特徴とする、電子部品装置。