JP4036218B2 - 電子部品モジュールの樹脂封止装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子回路を形成し各種電子機器に使用される電子部品モジュールの樹脂封止方法およびその装置に関するものである。

近年、電子部品モジュールを樹脂封止する際に、高密度実装技術の向上により電子部品あるいは電子部品モジュールの小型および低背化が要請され、それに伴い樹脂封止における厚みの低背化やそのバラツキを低減する必要が強まってきている。

従来、この種の電子部品モジュールの樹脂封止方法としては、例えば封止用樹脂を電子部品周辺にポッティングして、真空雰囲気にて脱気した後に１度目の加熱硬化を行い、その後、孔版を用いて所望封止樹脂の厚みとなる分だけ封止用樹脂などの印刷を行い、続いて２度目の加熱硬化を行うことにより、封止樹脂の厚みのバラツキ低減を行う方法としていた。

図８は、従来の電子部品モジュールの樹脂封止方法における封止装置の要部構成断面図である。

図８において、１は基材として樹脂、セラミックなどでなり電子機器に使用される多層配線基板構成などでなる回路基板、２は半田および金などのＬＧＡやＢＧＡを有し、回路基板１に搭載され実装された能動部品、３は半田にて回路基板１に搭載され実装された受動部品、そして４は、絶縁材や熱伝導材などからなるフィラーを含有する封止用樹脂である。

５は封止用樹脂４を封入した移動自在なディスペンサ、６は前記の構成機構を内蔵する硬質金属などでなる真空チャンバ、７は真空チャンバ６の内部を真空引きすなわち真空雰囲気とするための真空ポンプ、９は封止用樹脂４などを充填（印刷）するために、中央部分に電子回路を形成する各種電子部品がはまり込む開口部２４（孔）を有する孔版、１３は孔版９の上面部を移動自在な硬質弾性体などでなるスキージ、そして２０は半硬化あるいは本硬化した状態の封止樹脂である。

樹脂封止の動作は、まず能動部品２および受動部品３が所定箇所に実装された回路基板１の上面（周辺）に、能動部品２および受動部品３が必要充分に封止される量だけ封止用樹脂４をディスペンサ５にてポッティングする。

そして、真空ポンプ７を駆動させて真空チャンバ６の内部を真空雰囲気とし、ポッティングされた封止用樹脂４の内部を脱気する。その後、１度目の封止用樹脂４の加熱硬化を行い、その後、半硬化あるいは本硬化された封止樹脂２０を有する回路基板１の上面（電子部品の実装面）に孔版９をセットする。

孔版９は、実装電子部品の所望の樹脂封止厚みを得るのに必要な厚み寸法を有しているのであり、ディスペンサ５を用いて封止用樹脂４を孔版９の上面端に供給し、続いてスキージ１３を駆動し移動させて、半硬化あるいは本硬化された封止樹脂２０の上部に封止用樹脂４などの印刷を行う。

その後、孔版９より樹脂封止された回路基板１を取外した後、２度目の封止用樹脂４の加熱硬化を行い、樹脂封止された電子部品モジュールを得るのである。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開昭５８−１８２８３７号公報

しかしながら、前記従来の孔版を用いて樹脂封止を行う場合には、孔版の開口部の壁面に表面張力が生じるため、特に孔版の厚みが大きいときには封止樹脂の表面の中央がへこむ凹形状となるのであり、さらに封止用樹脂の粘度によっては硬化後における封止樹脂の厚みのバラツキが発生するという課題を有していた。

また、２回の封止用樹脂の加熱硬化工程を有することは、１回目に硬化する封止用樹脂と２回目に硬化する封止用樹脂との界面の密着が不安定になるなど、樹脂封止プロセスが複雑で、作業効率が悪く、さらには作業時間が長くなるという課題を有していた。

本発明は、前記課題を解決しようとするものであり、樹脂封止プロセスが簡単で、封止樹脂表面が平滑化され、封止樹脂の厚みが厚くても硬化後の厚みのバラツキを抑制できる電子部品モジュールの樹脂封止方法およびその装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、特に、供給扉を有し、内部の雰囲気を調整するためのリークバルブと、切替弁を介して真空ポンプとコンプレッサとが接続された真空加圧チャンバと、この真空加圧チャンバの内部に配設され、電子部品が実装された回路基板を搭載し所定位置に固定する基板保持台と、加熱および冷却回路を内蔵し中央部に前記回路基板の電子部品が樹脂封止される開口部を有する孔版と、この孔版の上面を移動自在で前記開口部に封止樹脂を充填あるいは印刷するスキージと、前記樹脂封止の表面を平滑する仕上げスキージとからなり、前記孔版は、開口部の総深さ寸法をスキージが移動して充填する封止用樹脂の厚みの寸法とし、上面に、前記封止用樹脂へ浸漬する仕上げスキージの下先端の突出寸法と同じ深さの溝を設けたことを特徴とする電子部品モジュールの樹脂封止装置であるので、この構成により、孔版を離脱させず封止用樹脂の硬化を行うことができるとともに、孔版を離脱させる際に、また、封止樹脂を充填あるいは印刷する際に、孔版の壁面との表面張力による樹脂封止エッジの発生を抑制することができるので、孔版の壁面で発生する樹脂封止エッジの発生を抑制し、その結果、高精度の樹脂封止ができるという作用効果を有する。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、仕上げスキージは、逆凸状の下先端の突出寸法を封止用樹脂への浸漬寸法とし、その下先端の移動により、所定の樹脂封止の厚み寸法とすることを特徴とした請求項１に記載の電子部品モジュールの樹脂封止装置であるので、この構成により、仕上げスキージ移動の際、そのスキージの端面と孔版壁面との隙間に回り込む封止用樹脂の量を抑制でき、高精度の樹脂封止ができるという作用効果を有する。

本発明の電子部品モジュールの樹脂封止装置は、孔版を用いた樹脂封止において真空と加圧との差圧を用いて高密度に封止用樹脂の充填を行った後、仕上げスキージを移動させることにより封止用樹脂の仕上げ充填および表層の平滑化を行うものであるので、高密度に封止用樹脂が充填され、硬化後の封止樹脂の平面化やその厚みばらつきを小さくでき、１回の加熱硬化のために作業効率が優れ、硬化する封止用樹脂における界面の密着性を考慮する必要が無いという効果を有するものである。

以下、実施の形態を用いて、本発明の特に請求項１〜５に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

なお、背景技術において説明したものと同じ構成部材などについては、同じ符号を付与し詳細な説明は省略する。

図１は本発明の実施の形態における電子部品モジュールの樹脂封止装置の要部構成断面図、図２は同樹脂封止工程における真空吸引工程要部構成断面図、図３は同樹脂封止工程における印刷工程要部構成断面図、図４は同樹脂封止工程における加圧工程要部構成断面図、図５は同樹脂封止工程における封止樹脂表層の平滑化工程要部構成断面図、図６は同樹脂封止工程における硬化工程要部構成断面図、そして図７は同封止樹脂表層の平滑化用機構の要部構成斜視図である。

図１および図７において、１は電子回路を構成するための回路基板、２はトランジスタ、ダイオードあるいは集積回路などの能動部品、３は抵抗、コンデンサ、インダクターなどの受動部品、４は絶縁材、熱伝導材、磁性体材、誘電体材などでなるフィラーを含有する封止用樹脂である。

８は回路基板１を搭載して所定位置に固定し保持するセラミックや金属材などでなる基板保持台、そして１２は摺動用の溝２３を上面に有する孔版であり、回路基板１における電子部品がはまり込み樹脂封止エリアとなる開口部２４（孔）を有し、その開口部２４の側面を含む部分には離型処理が施され、また溝２３部分の厚みが樹脂封止における所望寸法の充填（印刷）厚みとしたステンレスなどの金属材でなっている。

２１はガラスエポキシ樹脂や金属材などの硬質弾性体でなり、樹脂封止を仕上げるために封止用樹脂４を印刷するための移動自在な仕上げスキージである。仕上げスキージ２１は逆凸形状で、下部の突出部２２の幅は樹脂封止の幅寸法である溝２３の幅とほぼ同じで、また突出部２２の突出寸法は溝２３の深さ寸法とほぼ同じであり、仕上げスキージ２１の移動によりその下先端の突出部２２は、溝２３の底および側面を摺動する。

すなわち、孔版１２の溝２３以外の厚み寸法は溝２３の深さ（封止樹脂厚み寸法）より、突出部２２の突出寸法だけ大きいのであり、また、孔版１２の他の上面一端には封止用樹脂４が必要量予め蓄えてある。

１０は孔版１２の内部に配設され水温調節機構（図示せず）などにより温度制御が自在で液体の媒体が充填された加熱回路、１１は同じく加熱回路１０に隣接し孔版１２の内部に配設され水温調節機構（図示せず）により温度制御が自在で液体の媒体が充填された冷却回路である。

なお、必要に応じて同様の加熱回路１０および冷却回路１１を前記の基板保持台８の内部に配設し、より加熱と冷却の効果を促進させるようにしても良い。

１３は孔版１２の上面部を水平移動自在でガラスエポキシ樹脂や金属材あるいはゴム材などの硬質弾性体でなるスキージ、１４は前記構成機構を内蔵する硬質金属などでなる真空加圧チャンバ、１５は真空加圧チャンバ１４の上部に設置され、開閉自在で透明あるいは半透明のアクリル樹脂などでなる供給扉である。

供給扉１５と真空加圧チャンバ１４との接合面には、硬質弾性体で温度や圧力に対して耐性を有する材料でなるパッキン１６が配設されて気密を保持する構造となっている。

７は真空加圧チャンバ１４の内部を真空雰囲気とするために真空引きする真空ポンプ、１７は真空加圧チャンバ１４の内部を窒素あるいはエアーなどの気体媒体を注入し加圧するためのコンプレッサ、そして１８は真空ポンプ７による真空引きとコンプレッサ１７による加圧を切り替えるために各々に接続され、黄銅材などの金属でなる切替弁である。

なお、切替弁１８の他部は結合配管を経由して真空加圧チャンバ１４の一端に結合している。

１９は開閉自在なリークバルブであり、真空加圧チャンバ１４における真空雰囲気あるいは加圧雰囲気の状態を大気雰囲気に開放するための小径で黄銅材などの金属でなり、真空加圧チャンバ１４の一端に結合されている。

２０は孔版９の加熱回路１０により加熱され、回路基板１の上面で電子部品が実装された所定箇所における封止用樹脂４が、半硬化あるいは本硬化した状態の封止樹脂である。

以上のように構成された電子部品モジュールの樹脂封止装置における封止方法について図面を参照しながら説明する。

まず図２に示すように、真空加圧チャンバ１４の供給扉１５を開き、能動部品２や受動部品３を搭載し実装した回路基板１を基板保持台８に載置して固定し、封止用樹脂４をディスペンサ（図示せず）などにより溝２３を有する孔版１２の上面一端に必要量を供給する。そして、供給扉１５を閉じ、パッキン１６の圧縮しろが、気密に対して必要充分残っていることを確認する。

能動部品２あるいは受動部品３自身、そして能動部品２や受動部品３と回路基板１との空隙、さらには封止用樹脂４自体を脱気するために、切替弁１８を真空ポンプ７側に接続開放する。

次に真空ポンプ７を作動させ真空加圧チャンバ１４の内部を、封止用樹脂４の内部に発生し包含したボイドが十分に表面まで吸収され、かつその雰囲気中でボイドが残留しても、真空加圧チャンバ１４が大気圧に開放されたとき、樹脂封止の品質に影響が無い状態にボイドが圧縮される範囲である１０〜５００Ｐａの高真空にする。

この際、孔版１２の内部に配設された加熱回路１０を動作させて、封止用樹脂４の粘度が低下し、かつ硬化が進行しない温度範囲である４５〜８０℃に封止用樹脂４を加熱して、封止用樹脂４を流動性が良くなる低粘度化させてもよい。

次に図３に示すように、スキージ１３の下先端を孔版１２の上面における溝２３以外の面を所定の速度パターンで摺動移動させ、孔版１２の開口部２４へ封止用樹脂４を充填（印刷）する。

封止用樹脂４を充填（印刷）した後、一定時間かつ所定の真空雰囲気で放置し、スキージ１３が移動する時に発生する封止用樹脂４のローリングによって巻き込まれた不要なエアーなどを脱気する。

次に図４に示すように、真空ポンプ７を停止させた後リークバルブ１９を開放して真空加圧チャンバ１４を大気雰囲気となし、その後リークバルブ１９を閉じ、そして切替弁１８をコンプレッサ１７側に切り替え接続してコンプレッサ１７を作動させ、真空加圧チャンバ１４の内部を０．５ＭＰａ以上の加圧状態とする。

すなわち、真空雰囲気を５００Ｐａ以下として仮にボイドが残留していても、そのボイドの内部は同じく５００Ｐａ以下と考えられ、０．５ＭＰａの加圧雰囲気にしたとき、そのボイドは約千分の一の体積となり、品質上問題のない差圧充填を行うのである。

次に図５に示すように、仕上げスキージ２１の逆凸状における突出部２２を孔版１２の溝２３に合致させて封止用樹脂４に浸漬し、突出部２２で無い下部を孔版１２の溝２３以外の上面にほぼ当接させながら５ｍｍ／ｓ以下の低速で移動させ、封止用樹脂４の仕上げ充填（印刷）および樹脂封止の表層の平滑化を行い、溝２３における開口部２４の樹脂封止を所定高さ寸法にする。

さて、仕上げスキージ２１の下先端における突出部２２の突出寸法は、孔版１２における溝２３部分以外の厚みの３０％以下である深さ、すなわち充填（印刷）した封止樹脂の表面にできる凹凸の最大と最小との差における実験などにて設定した値だけ封止用樹脂４に浸漬させ、仕上げスキージ２１の移動速度を５ｍｍ／ｓ以下、すなわち狭い間隔、電子部品と回路基板１との隙間など、封止用樹脂４が充填されにくい場所以外は十分に充填される速度としているのである。また、仕上げスキージ２１の移動は図７に示すように、仕上げスキージ２１における逆凸状の突出部２２の下面が孔版１２の上面に設けた溝２３の底面を、そして突出部２２以外の下面が孔版１２の溝２３以外の上面と当接して摺動移動するのであるが、孔版１２の溝２３における開口部２４の壁面と仕上げスキージ２１の突出部２２の側面とのクリアランスは、封止用樹脂４の特性あるいは実験で得られた０．１ｍｍ以下とし、仕上げスキージ２１の突出部２２を含む両端より封止用樹脂４が裏回りするのを防止している。

次に図６に示すように、真空加圧チャンバ１４の内部が加圧下の状態で、孔版１２が加熱回路１０の動作により、封止用樹脂４における硬化剤が充分に活性化して硬化が開始される温度である１００℃以上の温度に加熱され、かつその状態で所定時間放置されることにより、封止用樹脂４は半硬化あるいは本硬化する。

封止用樹脂４が半硬化あるいは本硬化した後に、リークバルブ１９を微量開放して真空加圧チャンバ１４の内部を大気雰囲気に開放する。半硬化あるいは本硬化した封止樹脂２０を有する回路基板１は基板保持台８より取出され、孔版１２が冷却回路１１の動作により３０〜５０℃の温度、すなわち封止用樹脂４と回路基板１との熱収縮差によるソリなどが発生せず、ほぼ大気雰囲気の温度に近く使用部品材料の熱収縮が無視できる温度に冷却される。

以上のように、本実施の形態における電子部品モジュールの樹脂封止方法およびその装置は、真空加圧チャンバの内部の雰囲気が真空から加圧に移行する際に発生する差圧を用いて高密度に樹脂充填を行った上で、樹脂封止の表面における凹凸をスキージで平滑化かつ所定の高さ寸法とする構成であり、硬化後の表面が平滑（直線あるいは平面）であり、樹脂封止の厚みのバラツキを小さく抑えることができる。

本発明にかかる電子部品モジュールの樹脂封止方法およびその装置は、孔版を用いた樹脂封止において高密度に封止用樹脂を充填し、樹脂封止の優れた平面化やその厚みのバラツキを低減する効果を有し、基板を樹脂で片面封止した後に研削や研磨などにより厚みを均一化している樹脂成形などにも有用である。

本発明の実施の形態における電子部品モジュールの樹脂封止装置の要部構成断面図 同樹脂封止工程における真空吸引工程要部構成断面図 同樹脂封止工程における印刷工程要部構成断面図 同樹脂封止工程における加圧工程要部構成断面図 同樹脂封止工程における封止樹脂表層の平滑化工程要部構成断面図 同樹脂封止工程における硬化工程要部構成断面図 同封止樹脂表層の平滑化用機構の要部構成斜視図 従来の電子部品モジュールの樹脂封止方法における封止装置の要部構成断面図

符号の説明

１ 回路基板
２ 能動部品
３ 受動部品
４ 封止用樹脂
５ ディスペンサ
６ 真空チャンバ
７ 真空ポンプ
８ 基板保持台
９ 孔版
１０ 加熱回路
１１ 冷却回路
１２ 孔版
１３ スキージ
１４ 真空加圧チャンバ
１５ 供給扉
１６ パッキン
１７ コンプレッサ
１８ 切替弁
１９ リークバルブ
２０ 封止樹脂
２１ 仕上げスキージ
２２ 突出部
２３ 溝
２４ 開口部

Claims (2)

1. 供給扉を有し、内部の雰囲気を調整するためのリークバルブと、切替弁を介して真空ポンプとコンプレッサとが接続された真空加圧チャンバと、この真空加圧チャンバの内部に配設され、電子部品が実装された回路基板を搭載し所定位置に固定する基板保持台と、加熱および冷却回路を内蔵し中央部に前記回路基板の電子部品が樹脂封止される開口部を有する孔版と、この孔版の上面を移動自在で前記開口部に封止樹脂を充填あるいは印刷するスキージと、前記樹脂封止の表面を平滑する仕上げスキージとからなり、前記孔版は、開口部の総深さ寸法をスキージが移動して充填する封止用樹脂の厚みの寸法とし、上面に、前記封止用樹脂へ浸漬する仕上げスキージの下先端の突出寸法と同じ深さの溝を設けたことを特徴とする電子部品モジュールの樹脂封止装置。
2. 仕上げスキージは、逆凸状の下先端の突出寸法を封止用樹脂への浸漬寸法とし、その下先端の移動により、所定の樹脂封止の厚み寸法とすることを特徴とした請求項１に記載の電子部品モジュールの樹脂封止装置。

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