JP2015195234A - 電子デバイス及び電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】封止樹脂と電子素子の間の剥離を防止する。
【解決手段】基板１０と、基板１０に固定された電子素子２０と、電子素子２０を封止する封止部材３０と、を備え、封止部材３０における、電子素子２０の上部領域の一部の領域に、電子素子２０を露出させる複数の開口３１が形成されている。電子素子２０として、例えば半導体素子２３と受動素子２１とを有し、受動素子２１の上部の封止部材に受動素子２１を露出させる複数の開口３１が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子素子を内蔵する電子デバイス、及び電子デバイスの製造方法に関する。

近年、電子機器の小型化、軽薄化、高機能化の要求に伴い、半導体素子や受動素子等の電子素子を内蔵する電子デバイスの高密度集積化が進んでいる。

電子デバイスにおいては、例えば、電子素子をリードフレームのステージ上にダイ付けし、電子素子のリードとリードフレーム上のパッドとをワイヤボンディングした後、樹脂モールドを充填することにより電子素子を封止する。この場合、樹脂モールドを充填する過程で混入した水分や空気が、電子素子や樹脂モールドに吸収される。また、製造された電子デバイスを室温に放置していると、電子素子や樹脂モールドが吸湿する。

このように、電子素子やパッケージが水分及び空気を吸収した状態で、電子デバイスの二次実装時にリフロー処理により加熱すると、内部の水分や空気が膨張することにより、電子素子や樹脂モールドに剥離又は亀裂が発生する。特許文献１には、電子デバイスの目立つ位置に亀裂が発生することを防ぐために、電子デバイスの下部に、亀裂を発生させるための薄層を設ける方法が開示されている。

特公平２−３９８６５号公報

しかしながら、従来の方法では、電子デバイスに生じる亀裂の大きさを管理することが困難なので、亀裂の大きさや位置によっては、電子デバイスの特性が劣化するおそれがあった。特に、電子デバイスの小型化が進むと、亀裂の大きさや位置が与える影響が大きい。
また、薄層を形成するには多くの工程を有するので、製造コストが増加するという問題もあった。

上述の問題点に鑑み、本発明においては、電子素子と封止部材との剥離を防止する電子デバイス及び電子デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様においては、基板と、前記基板に固定された電子素子と、前記電子素子を封止する封止部材と、を備え、前記封止部材に、前記電子素子を露出させる複数の開口部が形成されている電子デバイスを提供する。上記の複数の開口部は、例えば、前記電子素子の上部領域の一部の領域に形成されている。

上記の電子デバイスは、前記電子素子として、例えば半導体素子と受動素子とを有し、前記受動素子の上部の前記封止部材に前記受動素子を露出させる前記複数の開口部が形成されている。

前記電子素子は、金属部材を有し、前記複数の開口部は、前記電子素子における前記金属部材が設けられた領域と異なる領域の上部の前記封止部材に形成されていてもよい。
前記複数の開口部は、前記電子素子の中心に対して対称な複数の位置に形成されていてもよい。

本発明の第二の態様においては、基板に搭載された電子素子を有する電子デバイスの製造方法であって、前記電子素子を前記基板に固定する工程と、前記電子素子を封止部材で封止する工程と、前記封止部材を硬化する工程と、前記封止部材を硬化する工程の後に、前記封止部材の一部を除去することにより前記電子素子を露出させる工程と、を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法を提供する。

本発明によれば、封止樹脂と電子素子の間の剥離を防止する効果を奏する。

第１の実施形態に係る電子デバイスの構成を示す図である。 第１の実施形態に係る電子デバイスの製造方法の概要を示す図である。 第２の実施形態に係る電子デバイスの構成を示す図である。 第２の実施形態に係る電子デバイスの製造方法の概要を示す図である。 第３の実施形態に係る電子デバイスの構成を示す図である。 スリット形状の開口を２個形成した電子デバイスのＳＡＴ写真である。 スリット形状の開口を４個形成した電子デバイスのＳＡＴ写真である。 円形状の開口を１個形成した電子デバイスのＳＡＴ写真（その１）である。 円形状の開口を１個形成した電子デバイスのＳＡＴ写真（その２）である。

＜第１の実施形態＞
［電子デバイス１の構成］
図１は、第１の実施形態に係る電子デバイス１の構成を示す図である。図１（ａ）は、電子デバイス１の平面図である。図１（ａ）における破線部は、電子デバイス１の内部を示している。図１（ｂ）は、図１のＡ−Ａ断面図である。

以下、図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照しながら、電子デバイス１の構成について説明する。図１（ｂ）に示すように、電子デバイス１は、基板１０と、電子素子２０と、封止部材３０とを備える。

基板１０は、電子素子を固定するための基板であり、例えばリードフレームである。基板１０は、プリント基板であってもよい。

電子素子２０は、例えば受動素子である。図１（ｂ）に示す電子素子２０は、内部に金属部材２０１を有する。金属部材２０１は、例えば巻線、金属箔等である。電子素子２０は、下面に金属製の電極を有しており、当該電極が、はんだによって基板１０に固定されている。

封止部材３０は、電子素子２０を封止する樹脂である。封止部材３０は、電子素子２０を覆うように、基板１０及び電子素子２０の上部に設けられている。封止部材３０には、電子素子２０の上部領域の一部の領域に、電子素子２０の表面を露出させる複数の開口３１（３１−１、３１−２、３１−３及び３１−４）が形成されている。具体的には、開口３１は、電子素子２０における金属部材２０１が設けられた領域と異なる領域の上部の封止部材に形成されている。

より具体的には、開口３１は、電子素子２０の中心に対して対称な複数の位置に形成されている。封止部材３０が開口３１を有することにより、電子デバイス１の二次実装時の加熱処理において、電子素子２０又は封止部材３０が有する水分が膨張して発生する水蒸気を、電子デバイス１の外部に放出することができる。その結果、水蒸気の圧力により、電子素子２０と封止部材３０とが剥離したり、封止部材３０に亀裂が入ったりすることを防止できる。

開口３１が、電子素子２０の中心に対して対称な複数の位置に形成されていることにより、電子素子２０のいずれの位置から水蒸気が発生した場合においても、水蒸気を放出することが可能になる。また、電子素子２０の中心から所定の範囲に開口３１が形成されていないことにより、吸引装置を用いて電子デバイス１を吸引して移動させる際に、吸引装置と電子デバイス１の表面との密着性が低下することを防止できる。

なお、水分又は気泡は、例えば、絶縁被膜した金属部材２０１を金属粉若しくはセラミックで焼結封止した場合に起きやすい。このようにして発生する水分又は気泡は、金属部材２０１の端部と封止部材との間で発生しやすい。したがって、水蒸気は、電子素子２０における金属部材２０１が設けられている領域の外側から発生することが多い。そこで、開口３１が、金属部材２０１が設けられている領域の外側の領域の上部に形成されていることにより、電子素子２０における金属部材２０１の外側から発生する水蒸気を放出しやすい。

開口３１は、長方形、円形、楕円形等の任意の形状であってよい。図１（ａ）においては、開口３１が、短辺に対する長辺の比が十分に大きい長方形であるスリット形状であり、開口３１の長辺が、電子素子２０の各辺の近傍において、電子素子２０の各辺と平行になる位置に形成されている。開口３１がスリット形状をしている場合の短辺の長さは、例えば５０μｍである。開口３１が、このように、短辺に対する長辺の比が十分に大きいスリット形状をしていることにより、開口３１を介して電子デバイス１の内部に異物が混入することを防ぐとともに、水蒸気を放出するのに十分な面積を確保することができる。

［電子デバイス１の製造方法］
図２は、電子デバイス１の製造方法の概要を示す図である。
電子デバイス１の製造にあたっては、まず、基板１０における電子素子２０の電極をはんだ付けする位置に、クリームはんだを印刷する（Ｓ１）。次に、印刷したクリームはんだと電子素子２０の電極とが接触する位置に、電子素子２０を載置する（Ｓ２）。

続いて、電子素子２０が基板１０に載置された状態で、リフロー処理することにより、電子素子２０を基板１０に固定する（Ｓ３）。続いて、電子素子２０が固定された基板１０を、電子デバイス１の形状に対応する容器に入れた状態で、基板１０及び電子素子２０を覆うように封止部材３０を充填して、電子素子２０を封止する（Ｓ４）。封止部材３０を充填後に乾燥させることにより、封止部材３０を硬化させる（Ｓ５）。

封止部材３０が硬化した後に、封止部材３０の所定の領域にレーザを照射することにより、電子素子２０の上部領域の一部の領域における封止部材３０を除去することにより電子素子２０を露出させる開口３１を形成する（Ｓ６）。レーザとして、例えば、Ｃｏ２レーザ、ＹＡＧレーザ（基本波）、グリーンレーザ（第二高長波）を使用することができる。レーザの種類によって、照射時に電子素子２０に加えられる熱量、及び除去した樹脂屑の付着量等が異なる。そこで、封止部材３０の種類及び電子素子２０の耐熱性等に基づいて、最適なレーザを選択することが好ましい。

なお、上記の説明においては、開口３１が、電子素子２０における金属部材２０１が設けられた領域と異なる領域の上部の封止部材に形成されている例について説明した。しかし、開口３１は、電子素子２０における金属部材２０１が設けられた領域の上部の封止部材に形成されていてもよい。

以上のとおり、第１の実施形態に係る電子デバイス１においては、封止部材３０に開口３１が形成されている。したがって、電子デバイス１の二次実装におけるリフロー処理による加熱により、水蒸気が発生したとしても、水蒸気が開口３１を通して電子デバイス１の外部に放出されるので、電子素子２０と封止部材３０とが剥離したり、封止部材３０に亀裂が入ったりすることを防ぐことができる。

＜第２の実施形態＞
図３は、第２の実施形態に係る電子デバイス２の構成を示す図である。図３（ａ）は、電子デバイス１の平面図である。図３（ｂ）は、電子デバイス１のＡ−Ａ断面図である。本実施形態に係る電子デバイス２は、受動素子２１、受動素子２２及び半導体素子２３を内蔵する点で、第１の実施形態に係る電子デバイス１と異なり、基本構造は電子デバイス１と同等である。

受動素子２１は、それぞれの辺の近傍に、スリット形状の開口３１−６及び開口３１−８、並びに円形状の開口３１−５及び開口３１−７が形成されている。このように、受動素子から水蒸気が発生する可能性が高い位置及び範囲に基づいて、異なる形状の複数の開口３１を形成してもよい。

受動素子２２は、円形状をしており、外周にほぼ平行な曲線から構成される２辺と、当該２辺を結ぶ直線から構成される２辺を有する開口３１−９及び開口３１−１０が形成されている。このように、受動素子の形状、及び開口３１の形状は任意であり、受動素子が六角形、八角形等の多角形であってもよく、楕円形、角丸長方形等であってもよい。

なお、図３に示す半導体素子２３は、受動素子２１及び受動素子２２と同一平面上に実装されているが、受動素子２１、受動素子２２及び半導体素子２３の実装態様は任意である。例えば、受動素子２１及び受動素子２２の電極が厚みを有しており、受動素子２１及び受動素子２２と基板１０との間に生じる空間に半導体素子２３を実装してもよい。

［電子デバイス２の製造方法］
図４は、電子デバイス２の製造方法の概要を示す図である。電子デバイス２の製造にあたっては、まず、基板１０における受動素子２１、２２の電極をはんだ付けする位置に、クリームはんだを印刷する（Ｓ１１）。次に、印刷したクリームはんだと受動素子２１、２２の電極とが接触する位置に、受動素子２１、２２を載置する（Ｓ１２）。

続いて、受動素子２１、２２が基板１０に載置された状態で、リフロー処理することにより、受動素子２１、２２を基板１０に固定する（Ｓ１３）。続いて、Ａｇペーストを接着剤として、半導体素子２３を基板１０に載置する（Ｓ１４）。続いて、オーブンでＡｇペーストを硬化させる。半導体素子２３と基板１０とをワイヤボンディングする（Ｓ１５）。

続いて、受動素子２１、受動素子２２及び半導体素子２３が固定された基板１０を、電子デバイス２の形状に対応する容器に入れた状態で、基板１０及び受動素子２１、受動素子２２及び半導体素子２３を覆うように封止部材３０を充填して、受動素子２１、受動素子２２及び半導体素子２３を封止する（Ｓ１６）。封止部材３０を充填後にオーブンで加熱することにより、封止部材３０を硬化させる（Ｓ１７）。

封止部材３０が硬化した後に、封止部材３０の所定の領域にレーザを照射することにより、受動素子２１、２２の上部領域の一部の領域における封止部材３０を除去することにより受動素子２１、２２を露出させる開口３１を形成する（Ｓ１８）。

＜第３の実施形態＞
図５は、第３の実施形態に係る電子デバイス３の構成を示す図である。図３（ａ）は、電子デバイス３の平面図である。図３（ｂ）は、電子デバイス３のＡ−Ａ断面図である。第１の実施形態に係る電子デバイス１においては、開口３１が、電子デバイス１の上面に形成されていたのに対して、第３の実施形態に係る電子デバイス３においては、開口３１が、電子デバイス３の側面に形成されている点で異なる。

具体的には、図５（ｂ）に示すように、電子デバイス３においては、電子素子２０の側面が露出するように、電子素子２０の側面から電子デバイス３の側面に向けて水平方向に延伸する開口３１−１１及び開口３１−１２が、封止部材３０に形成されている。このように、開口３１は、封止部材３０の任意の位置に形成されていてよい。また、開口３１は、電子素子２０の側面から電子デバイス３の側面に向けて斜め方向に延伸するように形成されていてもよい。

以上のとおり、開口３１を電子デバイス３の側面に形成することにより、不要物が外部から開口３１に入る確率を下げることができる。

＜実施例１＞
電子デバイス１に異なる数の開口３１を形成して、電子素子２０と封止部材３０との剥離の発生度合を比較した。電子デバイス１が二次実装される場合を想定して、電子デバイス１を、温度８５℃、相対湿度６５％の環境において１６８時間加湿し、その後、温度２６５℃で１回リフローした。

図６は、スリット形状の開口３１を２個形成した電子デバイス１のＳＡＴ（Scanning Acoustic Tomograph）写真である。図７は、スリット形状の開口３１を４個形成した電子デバイス１のＳＡＴ写真である。電子デバイス１の内部に設けられた四角形の電子素子２０を視認できる。図６及び図７によれば、剥離等の異常な状態は発生していない。

＜比較例＞
図８は、円形状の開口３１を１個形成した電子デバイス１のＳＡＴ写真である。図９は、図８に示した電子デバイス１よりも大きな円形状の開口３１を１個形成した電子デバイス１のＳＡＴ写真である。図８及び図９に示す通り、電子素子２０の表面積の１０〜２０％程度の領域が白く写っており、剥離が発生していることが認められる。
なお、封止部材３０に開口３１を形成しない場合、電子素子２０の表面積の２０％を超える領域に剥離が発生する場合がある。

以上の比較実験により、電子素子２０の上部の封止部材３０に複数の開口３１を形成することの有効性が示された。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 電子デバイス
２ 電子デバイス
３ 電子デバイス
１０ 基板
２０ 電子素子
２１ 受動素子
２２ 受動素子
２３ 半導体素子
３０ 封止部材
３１ 開口
２０１ 金属部材

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板に固定された電子素子と、
   前記電子素子を封止する封止部材と、
   を備え、
   前記封止部材に、前記電子素子を露出させる複数の開口部が形成されている、
   電子デバイス。
2. 前記複数の開口部が、前記電子素子の上部領域の一部の領域に形成されている、
   請求項１に記載の電子デバイス。
3. 前記電子素子として、半導体素子と受動素子とを有し、前記受動素子の上部の前記封止部材に前記受動素子を露出させる前記複数の開口部が形成されている、
   請求項２に記載の電子デバイス。
4. 前記電子素子は、金属部材を有し、
   前記複数の開口部は、前記電子素子における前記金属部材が設けられた領域と異なる領域の上部の前記封止部材に形成されている、
   請求項２又は３に記載の電子デバイス。
5. 前記複数の開口部は、前記電子素子の中心に対して対称な複数の位置に形成されている、
   請求項１から４の何れか１項に記載の電子デバイス。
6. 基板に搭載された電子素子を有する電子デバイスの製造方法であって、
   前記電子素子を前記基板に固定する工程と、
   前記電子素子を封止部材で封止する工程と、
   前記封止部材を硬化する工程と、
   前記封止部材を硬化する工程の後に、前記封止部材の一部を除去することにより前記電子素子を露出させる工程と、
   を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。