JP2015106649A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の実装構造や配置にかかわらず、電子部品に対してモールド樹脂から受ける応力を低減できる構造の電子装置を提供する。
【解決手段】電子部品２０におけるモールド樹脂２２と電子部品２０の全体を覆っているモールド樹脂３０との間が剥離した状態となるようにする。これにより、モールド樹脂３０の硬化時における収縮による応力、つまり引張り応力や圧縮応力もしくはせん断応力が電子部品２０に加えられることを抑制できる。したがって、電子部品２０の内部での樹脂剥離、例えばＩＣチップ２１とモールド樹脂２２との間の剥離やリードフレーム２５とモールド樹脂２２との間の剥離を抑制できる。また、応力印加や剥離に起因する素子特性変動や部品クラックを防止することも可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品をモールド樹脂で覆うことで樹脂封止する電子装置に関するものである。

従来、特許文献１において、基板の表面に搭載された電子部品を熱収縮スリーブで覆って保護し、その状態で基板の表面をモールド樹脂で覆うことで電子部品を樹脂封止する電子装置が提案されている。このように、モールド樹脂と電子部品との間に熱収縮スリーブを配置することで、モールド樹脂の硬化時における収縮による応力やモールド樹脂と電子部品との間の線膨張係数差などに起因する応力が電子部品に加わることを抑制している。

また、従来では、電子部品の上方位置においてモールド樹脂の樹脂厚を薄くする構造も提案されている。このように電子部品の上方においてモールド樹脂の樹脂厚を薄くすることで、モールド樹脂の硬化時における収縮による応力などが電子部品に加えられることを抑制している。

特開２００２−１８４９０８号公報

しかしながら、特許文献１に示されたような熱収縮スリーブを用いる構造においては、熱収縮スリーブという電子部品の実装後の構造に対応した形の別部品が必要になることから、部品点数の増加およびそれに伴う製品コストの増大を招くことになる。また、熱収縮スリーブによって、電子部品の全体が覆われるため、モールド樹脂で覆いたい部分まで覆われない構造となる。このため、例えば基板と電子部品との接合部においては、モールド樹脂で覆われないことによって接合信頼性が低下するなどの問題が発生し得る。

また、電子部品の上方位置においてモールド樹脂の樹脂厚を薄くする構造は、電子部品の配置場所や電子部品の種類などを変更する度に、樹脂モールド時に用いる金型の設計変更が必要になり、製造コストの増大を招くことになる。

本発明は上記点に鑑みて、電子部品の実装構造や配置にかかわらず、電子部品に対してモールド樹脂から受ける応力を低減できる構造の電子装置を提供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）およびその反対面となる他面（１２）を有し、配線パターン（１３）が形成された基板（１０）と、電子素子（２１、２９ａ）と、電子素子を覆う外郭部材（２２、２９ｂ、２９ｃ）と、外郭部材から露出させられると共に一面において配線パターンに対して接合される接合部材（２５、２７）と、を有する電子部品（２０）と、一面側において電子部品を覆って樹脂封止する第１モールド樹脂（３０）とを備え、電子部品における外郭部材と第１モールド樹脂とが剥離させられた状態となっていることを特徴としている。

このように、電子部品におけるモールド樹脂と電子部品の全体を覆っているモールド樹脂との間が剥離した状態となっている。このため、モールド樹脂の硬化時における収縮による応力、つまり引張り応力や圧縮応力もしくはせん断応力が電子部品に加えられることを抑制できる。したがって、電子部品の内部での樹脂剥離、例えばＩＣチップとモールド樹脂との間の剥離やリードフレームとモールド樹脂との間の剥離を抑制できる。また、応力印加や剥離に起因する素子特性変動や部品クラックを防止することも可能となる。

なお、上記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の一例を示すものである。

本発明の第１実施形態にかかる電子装置Ｓ１の断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる電子装置Ｓ１の断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる電子装置Ｓ１の断面図である。 本発明の第４実施形態にかかる電子装置Ｓ１の断面図である。 本発明の第５実施形態にかかる電子装置Ｓ１の断面図である。 本発明の第６実施形態にかかる電子装置Ｓ１の断面図である。 本発明の第７実施形態で説明する電子装置Ｓ１の製造工程中の断面図である。 本発明の第７実施形態で説明する電子装置Ｓ１の製造工程中の断面図である。 成型温度から製品使用温度に低下するときのモールド樹脂２２、３０の熱収縮量の関係を示した特性図である。

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、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
図１を参照して、本発明の第１実施形態にかかる電子装置Ｓ１の全体構成について説明する。この電子装置Ｓ１は、例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。

図１に示すように、電子装置Ｓ１は、基板１０、電子部品２０、モールド樹脂３０などを有した構成とされている。

図１に示すように、基板１０は、電子部品２０が実装されると共にモールド樹脂３０にて覆われる一面１１と、その反対面となる他面１２とを有する板状部材である。基板１０は、例えば上面形状が矩形状の板状部材とされており、エポキシ樹脂等の樹脂をベースとした多層の配線基板などとされている。

この基板１０には、内層配線もしくは表層配線などによって構成される配線パターン１３が形成されている。この配線パターン１３が例えば基板１０の裏面まで形成されることで、電子装置Ｓ１の外部との電気的な接続が可能な構造とされている。なお、配線パターン１３を基板１の裏面まで形成し、基板１の裏面において電子装置Ｓ１と外部との電気的な接続を行えるようにする場合、配線パターン１３を貫通電極としても良いし、多層に形成された各配線層を通じて基板１０の一面１１側から他面１２側に電気的に接続された構造であっても良い。また、基板１０の裏面において配線パターン１３と電子装置Ｓ１の外部との電気的な接続が可能となるようにする構造以外の構造であっても良い。例えば、配線パターン１３が基板１の表面側におけるモールド樹脂３０の外側まで延設されるようにし、基板１の表面側の非モールドエリアにおいて配線パターン１３と電子装置Ｓ１の外部との電気的な接続が行えるようにしても良い。

電子部品２０は、ＩＣチップ２１をモールド樹脂２２にて封止したものである。ＩＣチップ２１は、能動素子や受動素子など、どのような素子が形成されているものであっても良い。ＩＣチップ２１として、例えば、マイコンや制御素子もしくはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等の半導体素子を形成したものを用いることができる。ＩＣチップ２１は、ランド部２３の上に搭載された状態で、ボンディングワイヤ２４を介してリードフレーム２５に電気的に接続されている。そして、リードフレーム２５が配線パターンに電気的に接続されることにより、ＩＣチップ２１が基板１０に実装されている。モールド樹脂２２は、ＩＣチップ２１の表裏面と対向する一面２２ａおよびその反対側となる他面２２ｂを有した構成とされている。このモールド樹脂２２は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等より構成されるもので、金型などの成形型を用いたトランスファーモールド法やコンプレッションモールド法により形成されている。

なお、図１では、電子部品２０として、ＩＣチップ２１を有するモールド品であるＱＦＰ（Quad Flat Package）を例に挙げている。しかしながら、電子部品２０としては、他のもの、例えばＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded）パッケージ、ＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージ、セラロック、コンデンサ、チップ抵抗、水晶発振子、インダクタ等を適用することもできる。

モールド樹脂３０は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等より構成されるもので、金型などの成形型を用いたトランスファーモールド法やコンプレッションモールド法により形成されている。本実施形態の場合、基板１０の一面１１側をモールド樹脂３０で封止しつつ、基板１０の他面１２側をモールド樹脂３０で封止せずに露出させた、いわゆるハーフモールド構造とされている。

以上のようにして、本実施形態にかかる電子装置Ｓ１が構成されている。そして、このように構成された電子装置Ｓ１において、電子部品２０におけるモールド樹脂２２と電子部品２０の全体を覆っているモールド樹脂３０との間が密着しておらず、剥離した状態となっている。本実施形態の場合、これらの間に空間４０が構成されているが、これらが接した状態となっていても良い。

このように、本実施形態にかかる電子装置Ｓ１は、電子部品２０におけるモールド樹脂２２と電子部品２０の全体を覆っているモールド樹脂３０との間が剥離した状態となっている。このため、モールド樹脂３０の硬化時における収縮による応力、つまり引張り応力や圧縮応力もしくはせん断応力が電子部品２０に加えられることを抑制できる。したがって、電子部品２０の内部での樹脂剥離、例えばＩＣチップ２１とモールド樹脂２２との間の剥離やリードフレーム２５とモールド樹脂２２との間の剥離を抑制できる。また、応力印加や剥離に起因する素子特性変動や部品クラックを防止することも可能となる。

よって、特許文献１のような熱収縮スリーブを用いなくても済み、電子部品２０の実装構造や配置にかかわらず、電子部品２０に対してモールド樹脂３０から受ける応力を低減できる構造の電子装置Ｓ１とすることが可能となる。そして、本実施形態にかかる電子装置Ｓ１は熱収縮スリーブによって電子部品２０の全体を覆う構造ではないため、例えば、リードフレーム２５との配線パターン１３との接合部をモールド樹脂３０で覆うことができる。したがって、基板１０と電子部品２０との接合部の接合信頼性の低下を防ぐことも可能となる。さらに、熱収縮スリーブを用いていないため、樹脂モールド時に用いる金型の設計変更も必要ない。

このような電子装置Ｓ１は、例えば次のような製造方法により製造される。

まず、ランド部２３の上に搭載したＩＣチップ２１の図示しないパッド部とリードフレーム２５とをボンディングワイヤ２４にて接合したのち、ＩＣチップ２１とランド部２３およびリードフレーム２５の一部をモールド樹脂２２で覆うことで電子部品２０を製造する。そして、電子部品２０におけるモールド樹脂２２の表面に対してフッ素系もしくはシリコーン系のコーティング材料のように、モールド樹脂２２とモールド樹脂３０との密着力よりも、モールド樹脂３０との密着性が低い材料を塗布する。例えば、スプレー塗布などによって、モールド樹脂２２の表面にコーティング材料を塗布することができる。

続いて、配線パターン１３を形成した基板１０を用意する。そして、基板１０の一面１１上に電子部品２０を実装したのち、電子部品２０が実装された基板１０の一面１１側を、トランスファーモールド法やコンプレッションモールド法によってモールド樹脂３０で封止する。これにより、本実施形態に掛かる電子装置Ｓ１が完成する。

このとき、モールド樹脂３０による封止に先立ち、電子部品２０におけるモールド樹脂２２の表面に対してモールド樹脂３０との密着性が低いコーティング材料を塗布するようにしている。このため、モールド樹脂３０による封止を行ったときに、モールド樹脂２２とモールド樹脂３０とが密着して一体化してしまうことなく、これらの間が剥離した状態となる。これにより、上記したように、電子部品２０におけるモールド樹脂２２と電子部品２０の全体を覆っているモールド樹脂３０との間が剥離した状態の電子装置Ｓ１とすることができる。

（第１実施形態の変形例）
第１実施形態では、電子部品２０におけるモールド樹脂２２とモールド樹脂３０との間を積極的に剥離させるためにモールド樹脂２２の表面にコーティング材料を塗布するようにした。これに対して、成形型によってモールド樹脂２２を形成する際に成形型の内壁面に塗布される離型剤の塗布量を離型を行うために必要な量よりも多く塗布しておき、モールド樹脂２２を形成した後にも表面に残るようにすることで、コーティング材料の代わりとしても良い。離型剤としては、例えばポリエチレン系のワックスなどを用いることができる。このようにすれば、コーティング材料を塗布する工程が必要なくなるため、製造工程の簡略化を図ることが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して電子部品２０におけるモールド樹脂２２とそれを封止するモールド樹脂３０との剥離手段を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図２に示すように、本実施形態にかかる電子装置Ｓ１では、電子部品２０におけるモールド樹脂２２の一面２２ａおよびその反対側となる他面２２ｂ、つまり表裏面に密着防止シート２６を配置している。密着防止シート２６は、モールド樹脂３０に対して密着しない材料、例えばシリコーン系材料などのシートにより構成されている。このような密着防止シート２６を配置していることから、モールド樹脂２２は一面２２ａおよび他面２２ｂにおいてモールド樹脂３０から剥離した状態となっている。

このように、モールド樹脂２２の一面２２ａおよび他面２２ｂに対して密着防止シート２６を配置することによっても、こららの部位においてモールド樹脂２２とモールド樹脂３０とが密着することを防止できる。電子部品Ｓ１がＩＣチップ２１を有するモールド品である場合、特にモールド樹脂２２の表裏面からの応力がＩＣチップ２１に加わり易い。このため、モールド樹脂２２の一面２２ａおよび他面２２ｂにおいてモールド樹脂３０との密着が防止されることで、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して密着防止シート２６の配置場所を変更したものであり、その他については第２実施形態と同様であるため、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図３に示すように、本実施形態にかかる電子装置Ｓ１では、電子部品２０におけるモールド樹脂２２の一面２２ａにのみ密着防止シート２６を配置し、他面２２ｂには密着防止シート２６を配置していない。このため、モールド樹脂２２は一面２２ａにおいてモールド樹脂３０から剥離した状態となっている。

電子部品Ｓ１がＩＣチップ２１を有するモールド品である場合、モールド樹脂２２の表裏面からの応力がＩＣチップ２１に加わり易いが、特に表面側からの応力がＩＣチップ２１に影響を与え易い。例えば、ＩＣチップ２１のうちの一面２２ａ側に素子形成が行われている場合には、特にモールド樹脂２２の表面側からの応力の影響が大きい。したがって、本実施形態のように、モールド樹脂２２の一面２２ａに密着防止シート２６を配置するようにしても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、第３実施形態に対して電子部品２０をＱＦＮパッケージに変更したものであり、その他については第３実施形態と同様であるため、第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図４に示すように、本実施形態にかかる電子装置Ｓ１では、電子部品２０として、図１に示したようなリードフレーム２５に代えて、モールド樹脂２２の他面２２ｂから露出させられた電極部２７が備えられたＱＦＮパッケージを適用している。電子部品２０としてＱＦＮパッケージが適用されている場合、ランド部２３の上に搭載されたＩＣチップ２１のパッド部と電極部２７とがボンディングワイヤ２４にて接合された構成とされる。そして、電極部２７を配線パターン１３に接合したのち、モールド樹脂３０で封止することで、本実施形態にかかる電子装置Ｓ１が構成されている。

このような構造の電子装置Ｓ１においても、モールド樹脂２２の一面２２ａに密着防止シート２６を配置することで、モールド樹脂２２の一面２２ａとモールド樹脂３０との間が剥離した状態となるようにできる。これにより、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、第３実施形態に対して電子部品２０をＢＧＡパッケージに変更したものであり、その他については第３実施形態と同様であるため、第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態にかかる電子装置Ｓ１では、電子部品２０として、ＢＧＡパッケージを適用している。図５に示すように、ＢＧＡパッケージにて構成される電子部品２０は、インターポーザ２８ａに形成されたランド部２３の上にＩＣチップ２１を搭載し、ＩＣチップ２１のパッド部と電極部２７とがボンディングワイヤ２４にて接合されることで構成されている。そして、インターポーザ２８ａの裏面において、電極部２７に接合された複数のはんだボール２８ｂを配線パターン１３に接合したのち、モールド樹脂３０で封止することで、本実施形態にかかる電子装置Ｓ１が構成されている。

このような構造の電子装置Ｓ１においても、モールド樹脂２２の一面２２ａに密着防止シート２６を配置することで、モールド樹脂２２の一面２２ａとモールド樹脂３０との間が剥離した状態となるようにできる。これにより、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態は、第３実施形態に対して電子部品２０を水晶発振子に変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図６に示すように、本実施形態にかかる電子装置Ｓ１では、電子部品２０として、水晶発振子２９ａが蓋部２９ｂとケース部２９ｃとによって構成されるセラミックパッケージに配置された発振装置を適用している。蓋部２９ｂとケース部２９ｃとはガラスハーメチックなどの接合材料２９ｄによって接合されることで、セラミックパッケージ内の気密が確保されている。ケース部２９ｃの底部に図示しない配線パターンが備えられ、ケース部２９ｃの裏面側まで配線パターンが延設されている。また、ケース部２９ｃ内において水晶発振子２９ａがケース部２９ｃの配線パターンと接合されている。そして、ケース部２９ｃの配線パターンと基板１０の配線パターンとを接合したのち、モールド樹脂３０で封止することで、本実施形態にかかる電子装置Ｓ１が構成されている。

このような構造の電子装置Ｓ１においても、蓋部２９ｂの表面に密着防止シート２６を配置することで、蓋部２９ｂとモールド樹脂３０との間が剥離した状態となるようにできる。発振装置においては、モールド樹脂３０からの応力によって蓋部２９ｂが歪んだり、接合材料２９ｄにダメージが入ることがあるが、蓋部２９ｂの表面に密着防止シート２６を配置することで、これらの問題を抑制することが可能となる。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第６実施形態に対して電子部品２０とモールド樹脂３０との間に積極的に空間４０を形成する場合について説明する。

上記した第１〜第６実施形態で説明したように、電子部品２０におけるモールド樹脂２２やセラミックケースなどの外郭を構成する外郭部材とモールド樹脂３０との間が剥離した状態となるようにした。具体的には、外郭部材とモールド樹脂３０との間を剥離させつつ、リードフレーム２５のような基板１０の配線パターン１３と接合する接合部材についてはモールド樹脂３０と密着させるようにした。これに対して、本実施形態では、外郭部材とモールド樹脂３０との間に積極的に空間４０が設けられるようにすることで、これらの間が剥離した状態となるようにする。なお、ここでは参考として、第４実施形態のように電子部品２０としてＱＦＮパッケージを適用する場合を例に挙げて説明するが、第１〜３、５、６実施形態の電子装置Ｓ１についても同様である。

図７（ａ）に示すように成形時にはモールド樹脂３０と電子部品２０におけるモールド樹脂２２との間が接した状態となるが、図７（ｂ）に示すように冷却硬化後の製品使用温度においては両モールド樹脂２２、３０の間に空間４０が設けられるようにする。モールド樹脂２２、３０の構成材料によって硬化時の熱収縮の挙動が変わる。このため、例えば図８に示すように、成型温度から製品使用温度に低下するときの熱収縮量について、モールド樹脂２２の熱収縮量Ｌ１の方がモールド樹脂３０の熱収縮量Ｌ２よりも大きくなるように材料選択を行う。このようにすることで、硬化後において、両モールド樹脂２２、３０の間に空間４０が設けることが可能となる。

このように、両モールド樹脂２２、３０の間に積極的に空間４０が設けられるようにすることで、第１実施形態に示した効果をより得ることが可能となる。

（他の実施形態）
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。

例えば、上記したように電子部品２０に備えられる電子素子として、ＩＣチップ２１が備えられたモールド品や水晶発振子２９ａが備えられた発振装置を例に挙げたが、これら以外のもの、例えばセラロック、コンデンサ、チップ抵抗などにも本発明を適用できる。その場合にも、例えばそれらの電子部品２０の外郭を構成する外郭部材の表面にコーティング材料を塗布し、リードフレーム２５や電極部２７と同様の役割を果たす接合部材が覆われないようにしてモールド樹脂３０で封止することで、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。

１０ 基板
１３ 配線パターン
２０ 電子部品
２１ ＩＣチップ
２２ モールド樹脂
２３ ランド部
２５ リードフレーム
２６ 密着防止シート
３０ モールド樹脂
４０ 空間

Claims (6)

1. 一面（１１）およびその反対面となる他面（１２）を有し、配線パターン（１３）が形成された基板（１０）と、
   電子素子（２１、２９ａ）と、前記電子素子を覆う外郭部材（２２、２９ｂ、２９ｃ）と、前記外郭部材から露出させられると共に前記一面において前記配線パターンに対して接合される接合部材（２５、２７）と、を有する電子部品（２０）と、
   前記一面側において前記電子部品を覆って樹脂封止する第１モールド樹脂（３０）とを備え、
   前記電子部品における前記外郭部材と前記第１モールド樹脂とが剥離させられた状態となっていることを特徴とする電子装置。
2. 前記電子素子は、表裏面を有するＩＣチップ（２１）であり、
   前記外郭部材は、前記ＩＣチップの表裏面と対向する一面（２２ａ）およびそれと反対面となる他面（２２ｂ）を有し、前記ＩＣチップを覆う第２モールド樹脂（２２）であり、
   前記第２モールド樹脂は、少なくとも前記一面において、前記第１モールド樹脂から剥離していることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記第２モールド樹脂は、少なくとも前記一面および前記他面において、前記第１モールド樹脂から剥離していることを特徴とする請求項２に記載の電子装置。
4. 前記接合部は、前記第１モールド樹脂と密着させられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電子装置。
5. 前記外郭部材と前記第１モールド樹脂との間に空間（４０）が形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の電子装置。
6. 前記第１モールド樹脂と前記第２モールド樹脂は、前記第１モールド樹脂の硬化時の熱収縮量（Ｌ２）よりも前記第２モールド樹脂の熱収縮量（Ｌ１）の方が大きくなるように材料選択されていることを特徴とする請求項５に記載の電子装置。

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