JP2015027754A - 電子装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】壁部材の凹部内に注型成形により樹脂成形体を充填してなる電子装置において、樹脂成形体における凹部の底部側のフィラー含有量を、凹部の開口部側よりも精度良く大きいものとする。【解決手段】一端側が開口部22とされた凹部21を有する被着体としての壁部材20と、凹部21を型として注型成形により凹部21内に充填されて被着体20に接着された樹脂成形体50と、を備える。樹脂成形体50は、凹部21の底部23側から開口部22側に向かって複数個の樹脂層51、52が積層されてなるものであり、複数個の樹脂層51、52のそれぞれは、同一の熱硬化性樹脂50aと熱硬化性樹脂50aに含有された無機材料よりなるフィラー50bとよりなる。複数個の樹脂層51、52においては、底部23側の層51の方が開口部22側の層52よりも、熱硬化性樹脂50a中のフィラー50bの含有量が多くなっている。【選択図】図2

Description

本発明は、熱硬化性樹脂よりなる樹脂成形体を、注型成形により被着体の凹部に充填してなる電子装置、および、そのような電子装置の製造方法に関する。
従来より、この種の電子装置としては、一端側が開口部とされた凹部を有する被着体と、凹部を型として注型成形により凹部内に充填されて被着体に接着された樹脂成形体と、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)。
ここで、注型成形とは、流し込み成形やキャスティングともいうもので、流動性の中間体樹脂を型に流し込み、加熱して硬化を行う方法である。つまり、このような電子装置の製造にあたっては、被着体の凹部に対して、凹部の開口部側から樹脂成形体となる熱硬化性樹脂を充填し、その後、この熱硬化性樹脂を高温槽等で加熱して硬化する。これにより、樹脂成形体は、凹部の内壁すなわち被着体に接着された状態で成形される。
特開2005−252219号公報
ところで、上記硬化工程において、高温槽等からの熱は、被着体からは樹脂成形体に伝わりにくいため、樹脂成形体は、その表面側すなわち凹部の開口部側から優先的に熱せられ、凹部の底部への熱伝達が最も遅くなる。
つまり、樹脂成形体の硬化反応は、凹部の開口部側から発生し、凹部の底部側へと広がる。そして、この過程で樹脂成形体の硬化収縮が起こるため、樹脂成形体の内部では、凹部の開口部側へ向かう引っ張り応力が発生する。
この樹脂成形体の硬化収縮量は、樹脂成形体内部にて凹部の底部側に行くほど大きくなるため、上記引っ張り応力も同様に大きくなり、凹部の底部側では、樹脂成形体と被着体との界面で剥離が発生するおそれがある。
この対策として、樹脂成形体を構成する熱硬化性樹脂の種類を変更して、線膨張係数の小さい材料を選択することも考えられる。しかし、この場合、樹脂成形体と被着体との線膨張係数差が大きくなり、樹脂成形体と被着体との接着性が不十分となって剥離が発生する可能性がある。
一般に、耐久試験等によれば、上記の線膨張係数差が大きい場合、凹部の底部よりも開口部側にて、樹脂成形体と被着体との剥離が発生する。樹脂成形体の表面側で被着体との剥離が発生することは、樹脂成形体による封止機能が損なわれるため、好ましくない。つまり、樹脂成形体を構成する熱硬化性樹脂の種類そのものを変更することは、制約が大きい。
ここで、上記特許文献1では、樹脂成形体を構成する熱硬化性樹脂を、当該熱硬化性樹脂にセラミックよりなるフィラーが含有されたものとし、このフィラーの含有量を凹部の底部側に行くほど大きいものとしている。フィラー含有量を多くすれば、熱硬化性樹脂とフィラーとの混合物としての線膨張係数、すなわち樹脂成形体の見かけ上の線膨張係数が小さくなる。
そのため、上記特許文献1の場合、凹部の底部側のフィラー含有量を多くしてやることで、熱硬化性樹脂の種類を変えることなく、当該底部側にて、樹脂成形体の見かけ上の線膨張係数を小さくできると考えられる。そして、凹部の底部側における樹脂成形体の硬化収縮量を小さくでき、当該底部側における樹脂成形体と被着体との剥離を抑制できると考えられる。
しかしながら、上記特許文献1では、注型成形において、熱硬化性樹脂中のフィラーの沈降を利用することで、上記したようなフィラー含有量の分布を実現するようにしている。そのため、この場合、熱硬化性樹脂の粘度等の条件によっては、フィラー含有量の分布を精度よく制御することが困難になる。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、被着体の凹部内に注型成形により樹脂成形体を充填してなる電子装置において、樹脂成形体における凹部の底部側のフィラー含有量を、凹部の開口部側よりも精度良く大きいものと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、一端側が開口部(22)とされた凹部(21)を有する被着体(20)と、凹部を型として注型成形により凹部内に充填されて被着体に接着された樹脂成形体(50)と、を備え、樹脂成形体は、凹部の底部(23)側から開口部側に向かって複数個の樹脂層(51、52、53)が積層されてなるものであり、複数個の樹脂層のそれぞれは、同一の熱硬化性樹脂(50a)と熱硬化性樹脂に含有された無機材料よりなるフィラー(50b)とよりなるものであり、複数個の樹脂層においては、底部側の層の方が開口部側の層よりも、熱硬化性樹脂中のフィラーの含有量が多くなっていることを特徴とする。
それによれば、熱硬化性樹脂の種類の変更という制約を受けることなく、樹脂成形体における凹部の底部側では、フィラーの含有量を多くすることで、見かけ上の線膨張係数を小さくし、硬化収縮量も小さくできる。
そして、樹脂成形体を、フィラー含有量の異なる複数個の樹脂層が積層されたものとしているため、凹部の底部から開口部に向かう方向すなわち深さ方向におけるフィラー含有量の分布を制御しやすい。そのため、本発明によれば、樹脂成形体における凹部の底部側のフィラー含有量を、凹部の開口部側よりも精度良く大きいものとすることができる。
請求項4に記載の発明は、一端側が開口部(22)とされた凹部(21)を有する被着体(20)と、凹部を型として注型成形により凹部内に充填されて被着体に接着された樹脂成形体(50)と、を備える電子装置の製造方法であって、さらに、以下の工程を有するものである。
すなわち、請求項4の製造方法では、凹部を有する被着体を用意する用意工程と、凹部の底部(23)側に、無機材料よりなるフィラー(50b)を含有する熱硬化性樹脂(50a)よりなる第1の樹脂層(51)を充填する第1の充填工程と、凹部内にて第1の樹脂層の上に、第1の樹脂層を構成する熱硬化性樹脂よりなるものであってフィラーの含有量が第1の樹脂層よりも少ない第2の樹脂層(52)を積層する第2の充填工程と、しかる後、第1の樹脂層および第2の樹脂層を一括して熱硬化させることにより、硬化された第1の樹脂層および第2の樹脂層により、樹脂成形体を形成する硬化工程と、を備えることを特徴とする。
それによれば、請求項1に記載の電子装置を適切に製造することができる。そのため、本発明によっても、樹脂成形体における凹部の底部側のフィラー含有量を、凹部の開口部側よりも精度良く大きいものとすることができる。
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中の被着体としての壁部材およびその近傍部の拡大図である。 本発明の第1実施形態にかかる電子装置の製造方法の要部を示す工程図である。 図3に続く電子装置の製造方法の要部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要部を示す概略断面図である。 本発明の第3実施形態にかかる電子装置の要部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、車両用の各種装置を駆動または制御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、基材10と、基材10の一面11上に搭載された被着体としての壁部材20と、基材10の一面11上に搭載された電子部品30と、を備えて構成されている。ここでは、基材10は、プリント基板としているが、その他、セラミック基板、リードフレーム、あるいは、筐体等が挙げられる。
壁部材20は、基材10の一面11に対して接着等により固定されたもので、一端側が開口部22とされた凹部21を有する。具体的には、壁部材20は、基材10側に底部23を有し、基材10とは反対側に開口部22を有する筒状をなすものであり、たとえば円筒状、角筒状をなす。そして、この筒状の壁部材20の中空部が凹部21として構成されている。
このような壁部材20は、典型的にはPPS(ポリフェニレンサルファイド)等の樹脂よりなるが、その他、金属やセラミックでもよい。本実施形態では、壁部材20は、単一の材料よりなる。また、壁部材20の底部23には、Cu等よりなるターミナル24がインサート成形等により設けられている。このターミナル24は、凹部21に露出しており、また、基材10とは図示しない適所にて電気的に接続されている。
電子部品30は、たとえばICチップやトランジスタ素子等であり、基材10の一面11上に接着等により固定されている。ここでは、電子部品30は、ワイヤボンディング可能なものであり、壁部材20におけるターミナル24と電子部品30とは、ボンディングワイヤ40により結線され、電気的に接続されている。
このボンディングワイヤ40は、AuやAl等よりなるもので、電子部品30側から凹部21の開口部22を介して、凹部21に露出するターミナル24まで延びる形状を有している。これにより、電子部品30、ボンディングワイヤ40、ターミナル24、および、基材10は、たとえば本電子装置における回路を構成している。
また、本実施形態の電子装置においては、凹部21を埋めるように凹部21内に樹脂成形体50が充填されている。この樹脂成形体50は、凹部21を型として注型成形により凹部21内に充填されたものであり、壁部材20における凹部21の内壁に接着されている。
また、この樹脂成形体50は、凹部21の底部23側から開口部22側に向かって複数個の樹脂層51、52が積層されてなるものである。ここでは、底部23側に位置する第1の樹脂層51と、開口部22側に位置する第2の樹脂層52との2層が積層されることで、樹脂成形体50が形成されている。
ここで、図2に示されるように、複数個の樹脂層51、52のそれぞれは、同一の熱硬化性樹脂50aと、熱硬化性樹脂50aに含有された無機材料よりなるフィラー50bとよりなる。フィラー50bは、図2中、多数の白丸にて示されている。
そして、これら複数個の樹脂層51、52においては、底部23側の第1の樹脂層51の方が開口部22側の第2の樹脂層52よりも、熱硬化性樹脂50a中のフィラー50bの含有量が多くなっている。ここでは、各樹脂層51、52は、同一の熱硬化性樹脂50aと同一のフィラー50bとを用い、フィラー50bの含有量のみを相違させたものである。
このような樹脂成形体50は、凹部21内にて被着体20に接着することで被着体20と樹脂成形体50との固定を実現するとともに、凹部21内の構成要素を封止して保護する機能を有する。具体的には、樹脂成形体50によって、ボンディングワイヤ40とターミナル24との接続部分が保護されている。
また、熱硬化性樹脂50aは、典型的にはエポキシ樹脂であるが、その他にも、フッ素系の樹脂、シリコーン樹脂等であってもよい。また、フィラー50bは、典型的にはアルミナやシリカ等のセラミックよりなるもので、球状フィラー、破砕フィラー、ファイバーフィラー等、形状は特に限定するものではない。また、フィラー50bの粒径も限定するものではないが、たとえば100μm〜300μm程度のものが採用される。
また、複数個の樹脂層51、52においては、各樹脂層51、52の厚さは、特に限定するものではない。たとえば、各樹脂層51、52の厚さが同程度であってもよいし、互いに相違するものであってもよい。
また、底部23側の第1の樹脂層51の方が開口部22側の第2の樹脂層52よりもフィラー50bの含有量が多くなっていることについては、フィラー50bの重量%が多くなっていることを意味する。
具体的には、フィラー50bの含有量とは、各樹脂層51、52において、熱硬化性樹脂50aとフィラー50bとの総重量を100%としたときのフィラー50bの重量%である。限定するものではないが、たとえば底部23側の第1の樹脂層51は、フィラー50bの含有量が80重量%程度、開口部22側の第2の樹脂層52はフィラー50bの含有量が50重量%程度のものにできる。
熱硬化性樹脂50aに含まれるフィラー50bの含有量が多い方が、当該樹脂の見かけ上の線膨張係数が小さくなる。そのため、本実施形態においては、第1の樹脂層51と第2の樹脂層52とで、熱硬化性樹脂50aの種類は同一としつつ、フィラー50bの含有量を変えることにより、第1の樹脂層51の方が第2の樹脂層52よりも見かけ上の線膨張係数が小さい構成としている。このことは、後述する硬化工程における硬化収縮の際、第1の樹脂層51の方が第2の樹脂層52よりも硬化収縮率が小さいものであることを意味する。
次に、本実施形態の電子装置の製造方法について、図3、図4を参照して述べる。まず、用意工程では、壁部材20および電子部品30を用意する。ここで、壁部材20は、ターミナル24がインサート成形されたもので樹脂成形により作製される。
そして、これら壁部材20および電子部品30を、基材10の一面11上に搭載し、接着等により固定する。次に、ターミナル24と電子部品30との間でワイヤボンディングを行い、これらをボンディングワイヤ40により結線する。
次に、壁部材20の凹部21内に樹脂成形体50を充填する充填工程を行うが、本実施形態では、第1の樹脂層51、第2の樹脂層52に対応して、図3に示される第1の充填工程、図4に示される第2の充填工程を順次行う。
まず、第1の充填工程では、凹部21の底部23側に、フィラー50bを含有する熱硬化性樹脂50aよりなる第1の樹脂層51を充填する。次に、第2の充填工程では、凹部21内にて第1の樹脂層51の上に、第2の樹脂層52を充填して積層する。ここで、第2の樹脂層52は、上述の通り、第1の樹脂層51と同一の熱硬化性樹脂50aよりなり、且つ、フィラー50bの含有量が第1の樹脂層51よりも少ないものである。
これら第1の充填工程および第2の充填工程は、たとえばフィラー50bが含有されたペースト状の熱硬化性樹脂50aを用いて、ディスペンス法により行う。ここで、フィラー50bの含有量については計量によって制御することで、フィラー50bの含有量が相違する熱硬化性樹脂50aを作製できる。
フィラー50bの含有量が相違することで、第1の樹脂層51の粘度が第2の樹脂層52の粘度よりも大きくなるので、第2の充填工程の際に、第1の樹脂層51と第2の樹脂層52とは混ざり合わない。その結果、後述する硬化工程後において、第1の樹脂層51と第2の樹脂層52とは界面を持って区画されたものとなる。
こうして、第2の充填工程を行った後、硬化工程を行う。この硬化工程では、高温槽などを用いて、積層状態にある第1の樹脂層51および第2の樹脂層52を一括して熱硬化させる。これにより、硬化された第1の樹脂層51および第2の樹脂層52が樹脂成形体50として形成される。こうして、硬化工程が完了し、本実施形態の電子装置ができあがる。
ところで、本実施形態では、第1の樹脂層51のフィラー50bの含有量を、第2の樹脂層52より多くすることで、第1の樹脂層51は、第2の樹脂層52よりも見かけ上の線膨張係数および硬化収縮率を小さくしている。そのため、硬化工程では、凹部21の底部23側における樹脂成形体50の硬化収縮量を小さくでき、樹脂成形体50と壁部材20との剥離が抑制される。
つまり、本実施形態によれば、樹脂成形体50を構成する熱硬化性樹脂50aの種類を変更することなく、複数個の樹脂層51、52間でフィラー50bの含有量を変えてやるだけで、凹部21の底部23側における樹脂成形体50と壁部材20との剥離を抑制できる。
そして、本実施形態では、樹脂成形体50を、フィラー50bの含有量の異なる複数個の樹脂層51、52が積層されたものとしているため、フィラー50bの沈降を利用する場合に比べて、フィラー50bの含有量の分布を制御しやすい。よって、本実施形態によれば、樹脂成形体50における凹部21の底部23側のフィラー50bの含有量を、凹部21の開口部22側よりも精度良く大きいものにできる。
(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5を参照して、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。なお、ボンディングワイヤ40およびターミナル24は上記第1実施形態と同様に設けられているが、図5では省略してある。
上記第1実施形態では、樹脂成形体50は、凹部21の底部23側から開口部22側に向かって2個の樹脂層51、52が積層されてなるものであったが、本実施形態では、3個の樹脂層51、52、53が積層されてなる。具体的には、底部23側から開口部22側に向かって第1の樹脂層51、第2の樹脂層52、第3の樹脂層53が順次積層されることで、樹脂成形体50が形成されている。
この場合も、複数個の樹脂層51〜53のそれぞれは、同一の熱硬化性樹脂50aと、熱硬化性樹脂50aに含有されたフィラー50bとよりなる。そして、これら複数個の樹脂層51〜53においては、底部23側の層から開口部22側の層に行くにつれてフィラー50bの含有量が多くなっている。
これにより、本実施形態によっても、複数個の樹脂層51〜53において凹部21の底部23側の層の方を開口部22側の層よりも硬化収縮率を小さいものにできる。そのため、上記第1実施形態と同様、凹部21の底部23側において、樹脂成形体50の硬化収縮による樹脂成形体50と壁部材20との剥離を抑制できる。
なお、本実施形態では、樹脂成形体50は、3個の樹脂層51〜53が積層されたものであったが、4個以上の樹脂層が積層されたものであってもよい。この場合も、底部23側の層から開口部22側の層に行くにつれてフィラー50bの含有量が多くなっている構成であればよい。
また、このような3個以上の樹脂層の形成については、上記第1実施形態に示した第1の充填工程、第2の充填工程を繰り返し実行することにより、各樹脂層を凹部21の底部23側から順次積層していけばよいことは、明らかである。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態にかかる電子装置について、図6を参照して、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。なお、ボンディングワイヤ40およびターミナル24は上記第1実施形態と同様に設けられているが、図6では省略してある。
上記第1実施形態では、壁部材20は、単一の材料、たとえば、PPSよりなるものであったが、本実施形態では、壁部材20は、線膨張係数の異なる複数個の部品20a、20bが連結されることにより凹部21を構成したものとされている。
たとえば、壁部材20における第1の部品20aはPPSよりなり、第2の部品20bはPBT(ポリブチレンテレフタレート)よりなる。これら第1の部品20aと第2の部品20bとは、樹脂成形体50の接着力により固定されている。この場合、たとえば両部品20a、20bを締結等により仮組みしておき、そこに樹脂成形体50を充填、硬化すればよい。
これにより、凹部21の内壁は、線膨張係数が相違する第1の部品20aと第2の部品20bとにより構成され、樹脂成形体50は、これら第1の部品20aおよび第2の部品20bの両方に接着した形とされている。
そのため、この場合、凹部21の内壁と樹脂成形体50との界面剥離を防止するには、樹脂成形体50の線膨張係数を、複数個の部品20a、20bの両方に極力合わせることが必要となる。それゆえ、この場合、樹脂成形体50を構成する熱硬化性樹脂50aの選択にあたって、熱硬化性樹脂50aの線膨張係数に関する制約が特に大きい。
しかし、このような制約が大きいものであっても、本実施形態ならば、上記したように熱硬化性樹脂50aの種類を変更することなく、凹部21の底部23側における界面剥離を抑制できるため、問題は無い。
また、本実施形態は、壁部材20を線膨張係数が相違する複数個の部品20a、20bより構成したことを特徴とするものであるから、上記第2実施形態とも組み合わせ可能であることはもちろんである。
(他の実施形態)
なお、熱硬化性樹脂50aやフィラー50bについては、この種の注型成形による樹脂成形体50に用いられる範囲において、上記した材料以外の材料を適宜選択して用いることが可能である。ただし、当該材料の選択は、上記したフィラー50bの含有量の相違による硬化収縮率の低減効果が発揮される範囲内で行う必要がある。
さらに、複数個の樹脂層51〜53において、熱硬化性樹脂50aが同一材料であることが必要である。なお、フィラー50bについては、上記したフィラー50bの含有量の相違による硬化収縮率の低減効果が発揮される範囲内ならば、各樹脂層で互いに異なる無機材料を用いてもよい。ただし、製造方法の簡素化や線膨張係数の制御しやすさ等を考慮するならば、複数個の樹脂層51〜53において、フィラー50bも同一材料であることが好ましい。
また、電子装置としては、一端側が開口部とされた凹部を有する被着体と、凹部を型として注型成形により成形された樹脂成形体と、を備えたものであればよく、上記以外にも、被着体や凹部の形状、あるいは凹部内の構成等は、任意に変更可能である。
たとえば電子装置としては、被着体を樹脂ケースとし、その凹部内には、圧力センサ等のセンサチップが収納され、これを樹脂成形体で封止するようなものであってもよい。また、被着体としては、各種のセンサ装置等に用いられるようなコネクタ部材であってもよい。このようなコネクタ部材としては、たとえば、凹部を有し当該凹部にターミナルが露出するように当該ターミナルがインサート成形されたものが挙げられる。
また、本発明は上記した各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。
20 被着体としての壁部材
21 壁部材の凹部
22 凹部の開口部
23 凹部の底部
50 樹脂成形体
50a 熱硬化性樹脂
50b フィラー
51 第1の樹脂層
52 第2の樹脂層
53 第3の樹脂層

Claims (4)

  1. 一端側が開口部(22)とされた凹部(21)を有する被着体(20)と、
    前記凹部を型として注型成形により前記凹部内に充填されて前記被着体に接着された樹脂成形体(50)と、を備え、
    前記樹脂成形体は、前記凹部の底部(23)側から前記開口部側に向かって複数個の樹脂層(51、52、53)が積層されてなるものであり、
    前記複数個の樹脂層のそれぞれは、同一の熱硬化性樹脂(50a)と前記熱硬化性樹脂に含有された無機材料よりなるフィラー(50b)とよりなるものであり、
    前記複数個の樹脂層においては、前記底部側の層の方が前記開口部側の層よりも、前記熱硬化性樹脂中の前記フィラーの含有量が多くなっていることを特徴とする電子装置。
  2. 前記被着体は、線膨張係数の異なる複数個の部品(20a、20b)が連結されることにより前記凹部を構成しているものであることを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
  3. 前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂であり、前記フィラーは、セラミック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。
  4. 一端側が開口部(22)とされた凹部(21)を有する被着体(20)と、
    前記凹部を型として注型成形により前記凹部内に充填されて前記被着体に接着された樹脂成形体(50)と、を備える電子装置の製造方法であって、
    前記凹部を有する前記被着体を用意する用意工程と、
    前記凹部の底部(23)側に、無機材料よりなるフィラー(50b)を含有する熱硬化性樹脂(50a)よりなる第1の樹脂層(51)を充填する第1の充填工程と、
    前記凹部内にて前記第1の樹脂層の上に、前記第1の樹脂層を構成する前記熱硬化性樹脂よりなるものであって前記フィラーの含有量が前記第1の樹脂層よりも少ない第2の樹脂層(52)を積層する第2の充填工程と、
    しかる後、前記第1の樹脂層および前記第2の樹脂層を一括して熱硬化させることにより、硬化された前記第1の樹脂層および前記第2の樹脂層により、前記樹脂成形体を形成する硬化工程と、を備えることを特徴とする電子装置の製造方法。
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