JP2014116409A

JP2014116409A - 電子装置

Info

Publication number: JP2014116409A
Application number: JP2012268410A
Authority: JP
Inventors: Tetsuto Yamagishi; 哲人山岸; Yuki Sanada; 祐紀眞田; Kengo Oka; 賢吾岡; Norihisa Imaizumi; 典久今泉
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2014-06-26

Abstract

【課題】基板の一面上に線膨張係数の異なる部品が混載され、これら部品とともに基板の一面をモールド樹脂で封止してなる電子装置において、各部品および基板とモールド樹脂との剥離を極力防止する。
【解決手段】第２の部品３０は第１の部品２０よりも基板１０の線膨張係数に近い。モールド樹脂４０は、線膨張係数が第２の部品３０よりも第１の部品２０に近い第１の樹脂部４１と、線膨張係数が第１の部品２０よりも第２の部品３０に近い第２の樹脂部４２とよりなる。第１の樹脂部４１は、第１の部品２０を封止するように、基板１０の一面１１におけるモールド樹脂４０の封止領域に部分的に設けられており、第２の樹脂部４２は、第１の樹脂部４１、第２の部品３０および基板１０の一面１１を封止するように、基板１０の一面１１におけるモールド樹脂４０の封止領域の全体に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、線膨張係数の異なる複数個の電子部品を混載してなる基板をモールド樹脂で封止してなる電子装置に関する。

従来より、この種の電子装置としては、基板と、基板の一面上に搭載されたＩＣチップや受動素子等の種々の部品と、これら種々の部品とともに基板の一面を封止するモールド樹脂と、を備えたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１４１１５８号公報

上記従来の電子装置において、部品としては、基板とは線膨張係数が大きく異なり基板との線膨張係数差が大きい第１の部品（たとえばＩＣチップ等）と、第１の部品に比べて基板に線膨張係数が近く基板との線膨張係数差が小さい第２の部品（たとえば受動素子等）とが存在する。

ここで、モールド樹脂の線膨張係数は、基板とモールド樹脂との剥離防止、および、基板の反り防止のために、基板の線膨張係数に近くする、つまり、第２の部品の線膨張係数に近くするのが通常である。

しかし、この場合、第２の部品については、モールド樹脂との線膨張係数差が小さいので剥離の問題は無いが、第１の部品については、モールド樹脂との線膨張係数差が大きいものとなるので樹脂剥離が生じやすくなる。

それに対して、モールド樹脂の線膨張係数を第１の部品の方に近づけて合わせようとすると、上記の場合とは逆に、モールド樹脂と基板および第２の部品と線膨張係数差が大きくなり、これらについて樹脂剥離が生じやすくなってしまう。

また、基板の一面側はモールド樹脂で封止するが、他面側は露出するようなハーフモールド構造の場合には、モールド樹脂と基板との線膨張係数差が大きいと、基板の反りが生じやすくなるという問題も懸念される。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、基板の一面上に線膨張係数の異なる部品が混載され、これら部品とともに基板の一面をモールド樹脂で封止してなる電子装置において、各部品および基板とモールド樹脂との剥離を極力防止できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（１１）と他面（１２）とが表裏の関係にある基板（１０）と、基板の一面上に設けられた第１の部品（２０）と、基板の一面上に設けられ、線膨張係数が第１の部品とは異なり且つ第１の部品よりも基板の線膨張係数に近い第２の部品（３０）と、基板の一面上に設けられ第１の部品および第２の部品とともに基板の一面を封止するモールド樹脂（４０）と、を備え、
モールド樹脂は、線膨張係数が第２の部品よりも第１の部品に近い第１の樹脂部（４１）と、線膨張係数が第１の部品よりも第２の部品に近い第２の樹脂部（４２）とよりなり、第１の樹脂部は、第１の部品を封止するように、基板の一面におけるモールド樹脂の封止領域のうち第１の部品の配置部位に部分的に設けられており、第２の樹脂部は、第１の樹脂部、第２の部品および基板の一面を封止するように、基板の一面におけるモールド樹脂の封止領域の全体に設けられていることを特徴とする。

それによれば、基板とは線膨張係数差が大きい第１の部品については、当該第１の部品に線膨張係数が近い第１の樹脂部で封止されるので、樹脂剥離は抑制できる。また、基板とは線膨張係数差が小さい第２の部品、および、基板については、当該第２の部品および基板に線膨張係数が近い第２の樹脂部で封止されるので、樹脂剥離が抑制される。

よって、基板の一面上に線膨張係数の異なる部品が混載され、これら部品とともに基板の一面をモールド樹脂で封止してなる電子装置において、各部品および基板とモールド樹脂との剥離を極力防止することができる。

ここで、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電子装置において、基板の他面側は、モールド樹脂より露出していることを特徴とする。

このようなハーフモールド構造の場合、基板の一面側はモールド樹脂で封止されるが、他面側には実質モールド樹脂が存在しないので、通常、モールド樹脂と基板との線膨張係数差による基板の反りが生じやすい。その点、本発明では、基板の一面側を封止するモールド樹脂の大部分が、基板の線膨張係数に近い第２の樹脂部とされるので、基板の反りを極力防止できるという点で、好ましい。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の電子装置において、第１の樹脂部と第２の樹脂部とは、含有される無機フィラーの含有量が異なる同一の樹脂材料よりなることを特徴とする。

それによれば、無機フィラーの含有量は異なるものの、第１の樹脂部と第２の樹脂部とが同一樹脂材料よりなるから、これら両樹脂部の界面の密着性を確保し、当該界面における剥離防止ができるという点で好ましい。

さらに、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載の電子装置においては、第１の樹脂部と第２の樹脂部とは、樹脂材料としてのエポキシ樹脂よりなり、基板は、エポキシ樹脂をベースとする樹脂基板であることが、好ましい。

また、請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電子装置において、基板の一面において、第２の樹脂部の面積の方が、第１の樹脂部の面積よりも大きいことを特徴とする。それによれば、基板の反り防止の点で、好ましい。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明の第１実施形態にかかる電子装置の概略断面図である。図１中の電子装置の概略上面図である。上記第１実施形態にかかる電子装置の製造方法における多連構造体を示す概略断面図である。図３に示される多連構造体の概略上面図である。上記第１実施形態にかかる電子装置の製造方法における樹脂封止工程を示す工程図である。上記樹脂封止工程に用いられる第１の樹脂部の計量工程を示す工程図である。上記樹脂封止工程に用いられる第２の樹脂部の計量工程を示す工程図である。図５に示される樹脂封止工程の続きを示す工程図である。図８に示される樹脂封止工程の続きを示す工程図である。図９に示される樹脂封止工程の続きを示す工程図である。図１０に示される樹脂封止工程の続きを示す工程図である。図１１に示される樹脂封止工程の続きを示す工程図である。本発明の第２実施形態にかかる電子装置の概略断面図である。本発明の第２実施形態にかかる電子装置の他の例を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる電子装置について、図１、図２を参照して述べる。この電子装置は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用の各装置を駆動するための装置として適用されるものである。

本実施形態の電子装置は、大きくは、一面１１と他面１２とが表裏の関係にある基板１０と、基板１０の一面１１上に設けられた第１の部品２０および第２の部品３０と、基板１０の一面１１上に設けられ第１の部品２０および第２の部品３０とともに基板１０の一面１１を封止するモールド樹脂４０と、を備えて構成されている。

基板１０は、一方の板面を一面１１、他方の板面を他面１２とする板状をなし、図１では矩形板状をなす。この基板１０は、エポキシ樹脂をベースとする樹脂基板であり、具体的には、銅箔等よりなる配線を有するプリント基板よりなる。この基板１０としては、単層基板でもよいし、ビアホールや内層配線を有する多層基板でもよい。

第１の部品２０と第２の部品３０とは、互いに線膨張係数が異なるものであり、第２の部品３０の方が、第１の部品２０よりも基板１０の線膨張係数に近いものとされている。第１の部品２０は、たとえばシリコン半導体よりなるＩＣチップやトランジスタ素子等であり、第２の部品３０は、たとえばコンデンサや抵抗等の受動素子である。

限定するものではないが、線膨張係数の一例について述べると、エポキシ樹脂をベースとする基板１０の線膨張係数は約１４〜１７ｐｐｍ／℃、シリコン半導体よりなる第１の部品２０の線膨張係数は約３〜４ｐｐｍ／℃、受動素子よりなる第２の部品３０の線膨張係数は約１４ｐｐｍ／℃である。

また、これら各部品２０、３０はワイヤボンド実装やダイボンド実装等により、基板１０の一面１１上に実装されて、基板１０と電気的および機械的に接続されている。ここでは、図１、図２に示されるように、第１の部品２０は、ダイボンド材５０およびボンディングワイヤ６０により実装され、第２の部品３０はダイボンド材５０により実装されている。ここで、ダイボンド材５０は、はんだや銀ペースト等よりなるものであり、ボンディングワイヤ６０は、金やアルミニウム等よりなるものである。

モールド樹脂４０は、ここでは基板１０の一面１１の実質全体を封止しており、また、基板１０の他面１２側は、モールド樹脂４０より露出している。このように本電子装置は、いわゆるハーフモールド構造をなしている。

ここで、モールド樹脂４０は、線膨張係数の異なる第１の樹脂部４１と第２の樹脂部４２とより構成されている。第１の樹脂部４１は、線膨張係数が第２の部品３０よりも第１の部品２０に近いものであり、第２の樹脂部４２は、線膨張係数が第１の部品２０よりも第２の部品３０に近いものである。

このような第１の樹脂部４１および第２の樹脂部４２よりなるモールド樹脂４０は、本実施形態では後述するコンプレッション成形により形成されている。そして、第１の樹脂部４１は、第１の部品２０を封止するように、基板１０の一面１１におけるモールド樹脂４０の封止領域のうち第１の部品２０の配置部位に部分的に設けられている。

一方、第２の樹脂部４２は、第１の樹脂部４１、第２の部品３０および基板１０の一面１１を封止するように、基板１０の一面１１におけるモールド樹脂４０の封止領域の全体に設けられている。それにより、基板１０の一面１１において、第２の樹脂部４２の配置面積の方が、第１の樹脂部４１の配置面積よりも大きいものとされている。

ここでは、第１の樹脂部４１と第２の樹脂部４２とは、含有される無機フィラーの含有量が異なる同一の樹脂材料よりなるものとされている。本実施形態では、第１の樹脂部４１と第２の樹脂部４２とは、同一の樹脂材料としてのエポキシ樹脂よりなるものであり、無機フィラーとしてはアルミナやシリカ等が挙げられる。

そして、上記した基板１０、各部品２０、３０の線膨張係数の一例に対応した各樹脂部４１、４２の線膨張係数について述べると、第１の樹脂部４１の線膨張係数は約８ｐｐｍ／℃、第２の樹脂部４２の線膨張係数は約１４ｐｐｍ／℃である。この場合、第１の樹脂部４１のフィラー含有量は９０重量％程度、第２の樹脂部４２のフィラー含有量は８０重量％程度である。

このように、本実施形態の電子装置によれば、基板１０とは線膨張係数差が大きい第１の部品２０については、第１の部品２０に線膨張係数が近い第１の樹脂部４１で封止されるので、第１の部品２０とモールド樹脂としての第１の樹脂部４１との剥離を抑制することができる。

また、基板１０とは線膨張係数差が小さい第２の部品３０、および、基板１０については、第２の部品３０および基板１０に線膨張係数が近い第２の樹脂部４２で封止されるので、第２の部品３０および基板１０とモールド樹脂としての第２の樹脂部４２との剥離を抑制することができる。よって、本実施形態によれば、線膨張係数の異なる各部品２０、３０および基板１０とモールド樹脂４０との剥離を極力防止することができる。

また、本実施形態の電子装置は、基板１０の他面１２側がモールド樹脂４０より露出しているハーフモールド構造を有するものである。この場合、基板１０の他面１２側にはモールド樹脂４０が存在しないので、通常は、モールド樹脂４０と基板１０との線膨張係数差による基板１０の反りが生じやすい。

しかし、本実施形態では、基板１０の一面１１側を封止するモールド樹脂４０の大部分が、基板１０の線膨張係数に近い第２の樹脂部４２により構成されているので、基板１０の反り応力を低減し、当該基板１０の反りを防止するという点で望ましい。

また、本実施形態では、モールド樹脂４０における第１の樹脂部４１と第２の樹脂部４２とを、フィラー含有量が異なる同一の樹脂材料（ここではエポキシ樹脂）よりなるものとしている。そのため、同一樹脂材料よりなるこれら両樹脂部４１、４２の界面の密着性が確保しやすく、当該界面における剥離防止の点で望ましい。

また、本実施形態では、基板１０の一面１１において、第２の樹脂部４２の面積の方が、第１の樹脂部４１の面積よりも大きいので、モールド樹脂４０と基板１０との線膨張係数差による基板１０の反り応力を低減して基板１０の反り防止をするという点で、望ましい構成となる。

また、図１、図２に示されるように、本実施形態では、第２の樹脂部４２は、モールド樹脂４０の封止領域全体に配置されているが、第１の樹脂部４１はモールド樹脂４０の封止領域において基板１０の一面１１の中央部寄りに部分的に配置されている。

それによれば、第１の樹脂部４１が基板１０の端部寄りに位置する場合に比べて、基板１０とモールド樹脂４０との線膨張係数のバランスを取り、基板１０の反りを防止するという点で効果的である。

次に、図３〜図１２を参照して、本電子装置の製造方法について述べる。本製造方法は、典型的なコンプレッション成形法により、第１の樹脂部４１と第２の樹脂部４２とよりなるモールド樹脂４０を成形するものである。

なお、本製造方法では、１個の製品単位の基板１０が複数個一体に連結された多連状態の基板１０を用い、これに各部品２０、３０を実装し、モールド樹脂４０の成形を行った後、モールド樹脂４０とともに基板１０をカットして製品単位に個片化する。

つまり、本製造方法は、いわゆるＭＡＰ（モールド−アレイ−パッケージ）成形と言われるものであるが、本実施形態の電子装置を製造するにあたっては、最初から１個の製品単位の基板１０を用いた場合でも、同様の製造方法が適用できることは言うまでもない。

まず、図３、図４に示されるように、基板用意工程では、上記多連状態の基板１０を用意する。ここで、この基板１０は、最終的には、図３、図４中の一点鎖線に示すダイシングラインＤＬに沿って製品単位に分割されるものである。

また、図４には、後工程で形成されるモールド樹脂４０の外形を破線にて示してあるが、基板１０のうち当該モールド樹脂４０の外側に位置する部位は、耳部１０ａである。この耳部１０ａは、モールド樹脂４０の成形時に金型に支持される等の部位であり、最終的には切断されて除去される部位である。なお、この耳部１０ａは最終的に残すようにしてもよい。

そして、図３、図４に示されるように、用意された基板１０の一面１１に対して、上記した第１の部品２０および第２の部品３０を搭載して固定する（部品搭載工程）。これにより、各部品２０、３０が実装された基板１０としての多連構造体１が形成される。

次に、この多連構造体１に対してモールド樹脂４０を形成する樹脂封止工程を行う。まずは、図５に示されるように、多連構造体１を、コンプレッション成形用の金型１００に設置する。

この金型１００は、典型的なものと同様、多連構造体１を固定支持する上型１１０と、モールド樹脂４０を加圧成形する下型１２０と、多連構造体１における基板１０の耳部１０ａを狭持するクランプ型１３０と、を備えている。

限定するものではないが、上型１１０は、真空吸着用の孔１１１を有し、この孔１１１からの吸着力により多連構造体１を固定する。なお、上型１１０における孔１１１を省略し、この上型１１０への多連構造体１の固定を、機械的なものとしてもよい。

また、下型１２０は、上型１１０に対して上下方向に可動とされた可動型であり、アクチュエータ等により駆動される。また、クランプ型１３０も、下型１２０と同様にアクチュエータ等により上型１１０に対して上下方向に可動とされたものである。

一方で、樹脂封止工程に用いられるモールド樹脂４０としての第１の樹脂部４１、第２の樹脂部４２を、計量して用意しておく。ここでは、これら各樹脂部４１、４２は、図６、図７に示されるように、上記無機フィラー入りの粉末状のものとして用意され、これを計量機２００で計量して必要分を準備しておく。

そして、樹脂封止工程では、金型１００の各型１１０、１２０、１３０を、各樹脂部４１、４２を構成する樹脂材料の硬化温度以上に加熱しておく。そして、この状態で、図８、図９に示されるように、粉末状の各樹脂部４１、４２を、下型１２０に流し込んで所望の位置に配置する。

次に、樹脂封止工程では、図１０に示されるように、下型１２０およびクランプ型１３０を上型１１０に向かって上方に移動させることにより、各樹脂部４１、４２を成形圧力にて圧縮する。その後、図１１に示されるように、各樹脂部４１、４２に成形圧力を印加したまま、これら樹脂部４１、４２を硬化させることで、本実施形態のモールド樹脂４０を成形する。

その後、図１２に示されるように、下型１２０およびクランプ型１３０を上型１１０から離すように下方に移動させて、モールド樹脂４０が成形された多連構造体１を、金型１００から取り出す。以上が樹脂封止工程である。こうして、本実施形態の電子装置ができあがる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態にかかる電子装置について図１３を参照して述べる。ここでは、上記第１実施形態との相違点を中心に述べることとする。

図１３に示されるように、本実施形態では、第２の樹脂部４２の上面、つまり第２の樹脂部４２における基板１０とは反対側の面に、当該面の全体を覆うように、板状の第３の樹脂部４３が設けられている。この第３の樹脂部４３は、上記コンプレッション成形により一括成形できる。

この第３の樹脂部４３は、第１の樹脂部４１および第２の樹脂部４２よりも線膨張係数が小さく硬いものとされている。そのような樹脂材料であれば特に限定するものではないが、たとえば、第３の樹脂部４３としては、上記無機フィラーの含有量が約９２％超程度のエポキシ樹脂よりなるものが挙げられる。

本実施形態の電子装置によれば、この第３の樹脂部４３が、モールド樹脂４０と基板１０との線膨張係数差による基板１０の反りを抑える支持板の役割を奏するため、当該基板１０の反りの発生を防止しやすくなる。

また、本実施形態の電子装置としては、図１４に示されるように、上記第３の樹脂部４３に代えて、金属板４４を設けたものであってもよく、図１３のものと同様の効果が期待される。このような金属板４４としては、たとえばＣｕやアルミニウムや鉄等よりなる板材が挙げられる。この金属板４４は、たとえばモールド樹脂４０と一体成形することでモールド樹脂４０に接合されている。

（他の実施形態）
なお、基板１０としては、上記したようなプリント基板等の樹脂をベースとする樹脂基板以外にも、セラミック基板やリードフレーム等であってもよい。そして、基板１０の材質を変えた場合でも、基板１０の線膨張係数に近い方を第１の部品２０、遠い方を第２の部品３０として構成し、上記第１の樹脂部４１、第２の樹脂部４２を適宜形成するようにすればよい。

また、モールド樹脂４０としての第１の樹脂部４１、第２の樹脂部４２は、上記したような第１の部品２０、第２の部品３０に対する線膨張係数の関係を満足するものであるならば、エポキシ樹脂以外の樹脂材料であってもよい。さらには、第１の樹脂部４１と第２の樹脂部４２とが異なる樹脂材料であってもよい。

また、上記図１、図２では、隣り合って配置された複数個の第１の部品２０を１個の第１の樹脂部４１で封止していたが、これら複数個の第１の部品２０を１個ずつ独立した第１の樹脂部４１で封止してもよい。さらには、基板１０の一面１１上にて、第２の部品３０を介して複数個の第１の部品２０が分散している場合には、これに応じて、第１の樹脂部４１も複数個、分散した状態で配置されていてもよい。

また、上記コンプレッション成形では、各樹脂部４１、４２として粉末材料を用いたが、たとえば各樹脂部４１、４２としてそれぞれ、Ｂステージの成形シートを用意し、これを基板１０の一面１１上に配置して、コンプレッション成形を行うようにしてもよい。さらには、可能ならば、液状材料、ゲル材料、繊維状材料を用いてもよい。

また、上記各樹脂部４１、４２よりなるモールド樹脂４０は、トランスファーモールド法によって成形してもよい。この場合、最初に第１の樹脂部４１の成形を行った後、第２の樹脂部４２の成形を行う、というように２回成形を行うものとなる。

また、上記図１、図２に示した電子装置は、基板１０の他面１２側がモールド樹脂４０より露出しているハーフモールド構造であったが、電子装置としては、いわゆるフルモールド構造の如く基板１０の他面１２側もモールド樹脂４０で封止されているものであってもよい。

また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。

１０基板
１１基板の一面
１２基板の他面
２０第１の部品
３０第２の部品
４０モールド樹脂
４１第１の樹脂部
４２第２の樹脂部

Claims

一面（１１）と他面（１２）とが表裏の関係にある基板（１０）と、
前記基板の一面上に設けられた第１の部品（２０）と、
前記基板の一面上に設けられ、線膨張係数が前記第１の部品とは異なり且つ前記第１の部品よりも前記基板の線膨張係数に近い第２の部品（３０）と、
前記基板の一面上に設けられ前記第１の部品および前記第２の部品とともに前記基板の一面を封止するモールド樹脂（４０）と、を備え、
前記モールド樹脂は、線膨張係数が前記第２の部品よりも前記第１の部品に近い第１の樹脂部（４１）と、線膨張係数が前記第１の部品よりも前記第２の部品に近い第２の樹脂部（４２）とよりなり、
前記第１の樹脂部は、前記第１の部品を封止するように、前記基板の一面における前記モールド樹脂の封止領域のうち前記第１の部品の配置部位に部分的に設けられており、
前記第２の樹脂部は、前記第１の樹脂部、前記第２の部品および前記基板の一面を封止するように、前記基板の一面における前記モールド樹脂の封止領域の全体に設けられていることを特徴とする電子装置。
前記基板の他面側は、前記モールド樹脂より露出していることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
前記第１の樹脂部と前記第２の樹脂部とは、含有される無機フィラーの含有量が異なる同一の樹脂材料よりなることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
前記第１の樹脂部と前記第２の樹脂部とは、樹脂材料としてのエポキシ樹脂よりなり、
前記基板は、エポキシ樹脂をベースとする樹脂基板であることを特徴とする請求項３に記載の電子装置。
前記基板の一面において、前記第２の樹脂部の面積の方が、前記第１の樹脂部の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電子装置。