JP6098467B2 - 電子装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板の一面および当該一面と反対側の他面に電子部品が搭載され、各面に搭載された電子部品が樹脂で封止された電子装置の製造方法に関するものである。

従来より、この種の電子装置として、例えば、特許文献１には、次のようなものが提案されている。

すなわち、この電子装置では、基板には、一面に電子部品としてのメモリ素子が搭載されていると共に、一面と反対側の他面に電子部品としてのＣＰＵ素子等が搭載されている。そして、メモリ素子は、モールド成形によって形成されたモールド樹脂によって封止されていると共に、ＣＰＵ素子はポッティングによって形成されたポッティング樹脂によって封止されている。

このような電子装置は、例えば、次のように製造される。すなわち、まず、基板の一面および他面に電子部品を搭載する。次に、基板の他面に搭載された電子部品が封止されるように、ポッティング樹脂を形成する。その後、基板の一面に搭載された電子部品が封止されるように、金型を用いてモールド樹脂を形成する。

特開平１１−７４４２１号公報

しかしながら、このような電子装置は、上型、下型、クランプ型を有する金型を用いて図８に示されるようにモールド樹脂を形成すると、ポッティング樹脂Ｊ４０が破壊されて電子部品Ｊ２０、３０が露出する可能性がある。

すなわち、図８（ａ）に示されるように、上型Ｊ１１０は平坦な一面Ｊ１１０ａを有していると共に、真空吸着用の孔Ｊ１１１が形成され、当該孔Ｊ１１１からの吸着力によって基板Ｊ１０（ポッティング樹脂Ｊ４０）を固定するようになっている。また、下型Ｊ１２０およびクランプ型Ｊ１３０は、上型Ｊ１１０に対して上下方向に可動可能とされている。

そして、上型Ｊ１１０の一面Ｊ１１０ａに、ポッティング樹脂Ｊ４０のうち基板Ｊ１０側と反対側の部分を当接させつつ、基板Ｊ１０を固定する。また、基板Ｊ１０の一面Ｊ１１のうち電子部品Ｊ２０、Ｊ３０が搭載される領域よりも外縁部であって、ポッティング樹脂Ｊ４０と対向する部分よりも外縁部にクランプ型Ｊ１３０を当接する。そして、下型Ｊ１２０とクランプ型Ｊ１３０とで囲まれる空間に、モールド樹脂を構成する樹脂材料Ｊ５０ａを配置する。

次に、図８（ｂ）に示されるように、下型Ｊ１２０を上型Ｊ１１０に向かって可動し、樹脂材料Ｊ５０ａに成形圧力を印加する。そして、樹脂材料Ｊ５０ａに成形圧力を印加したまま硬化することにより、モールド樹脂Ｊ５０を形成する。

この場合、通常、ポッティング樹脂Ｊ４０の表面は平坦とならずに凹凸が形成されている。このため、このようなポッティング樹脂Ｊ４０を上型Ｊ１１０の一面Ｊ１１０ａに当接させた状態でモールド成形を行うと、モールド成形時にポッティング樹脂Ｊ４０に印加される応力がばらつく。したがって、応力が集中する部分ではポッティング樹脂Ｊ４０が破壊され、電子部品Ｊ２０、Ｊ３０が露出してしまう可能性がある。

本発明は上記点に鑑みて、基板の一面および他面に電子部品が搭載され、各電子部品が樹脂で封止された電子装置の製造方法において、電子部品が露出することを抑制できる電子装置の製造方法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、一面と他面との間を貫通する貫通孔（１３）が形成された基板を用意する工程と、基板の一面および他面に電子部品を搭載する工程と、基板の他面に、他面に搭載された電子部品を囲む枠部（６０）を形成する工程と、基板の一面および他面に搭載された電子部品を封止する樹脂を形成する工程と、を行い、以下の点を特徴としている。

すなわち、樹脂を形成する工程では、平坦な一面（１１０ａ）を有する上型（１１０）と、端部を有する筒状とされ、端部が基板に当接するクランプ型（１３０）と、クランプ型内に配置され、上型に対して上下方向に可動可能とされた下型（１２０）とを有する金型（１００）を用意する工程と、上型の一面に枠部を当接させつつ基板を固定する工程と、基板の一面のうち電子部品が搭載される領域よりも外縁部であって、枠部と対向する部分にクランプ型の端部を当接させる工程と、下型およびクランプ型で囲まれる空間に樹脂を構成する樹脂材料（４０ａ）を配置する工程と、下型を上型に向かって可動させることにより、樹脂材料を上型の一面と基板との間の空間にも貫通孔を介して周り込ませる工程と、樹脂材料に成形圧力を印加しつつ硬化することで樹脂を形成する工程と、を行うことを特徴としている。

これによれば、基板の一面のうち、電子部品が搭載される領域よりも外縁部であって、枠部と対向する部分にクランプ型を当接させている。このため、樹脂を形成する際、クランプ型から基板に印加される押圧力によって基板が曲がることを抑制できる。

また、基板の一面および他面に配置される樹脂を同時に形成することができるため、製造工程の簡略化を図ることもできる。そして、基板の一面および他面に配置される樹脂は同時に形成されるため、金型と接触する部分の一部に応力が集中することを抑制できる。したがって、電子部品が露出することを抑制できる。

なお、この欄および特許請求の範囲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ものである。

本発明の第１実施形態における電子装置の断面図である。 図１に示す電子装置の製造工程を示す断面図である。 図２（ｃ）の工程を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における電子装置の断面図である。 図４に示す樹脂を形成する際の断面図である。 本発明の第３実施形態における電子装置の断面図である。 図６に示す樹脂を形成する際の断面図である。 樹脂を形成する際の課題を説明するための断面図である。

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、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の電子装置は、例えば、自動車等の車両に搭載され、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と好適である
図１に示されるように、電子装置は、基板１０、電子部品２０、３０、第１、第２樹脂４０、５０等を有する構成とされている。

基板１０は、エポキシモールド樹脂等のモールド樹脂をベースとした貫通基板やビルドアップ基板等の配線基板によって構成され、一面１１と、この一面１１の反対面となる他面１２とを有する板状部材とされている。本実施形態では平面形状が紙面左右方向に長手方向を有する矩形状とされている。

そして、基板１０には、内層配線もしくは表層配線等によって構成される図示しない配線パターンおよびランドが形成されている。なお、ランドは、配線パターンと接続されているか、もしくは配線パターンの一部によって構成されている。

また、基板１０のうちの長手方向（図１中左右方向）の両側には、配線パターンに繋がる金属メッキ等を有するスルーホール電極（図示せず）が形成されている。つまり、このスルーホール電極を介して、配線パターンと基板外部との電気的な接続が行えるようになっている。

電子部品２０、３０は、基板１０に実装されることで配線パターンに電気的に接続されるものであり、表面実装部品やスルーホール実装部品等が用いられる。本実施形態では、電子部品２０、３０として、半導体素子２０および受動素子３０を例に挙げてある。

半導体素子２０としては、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）等のパワー素子等が挙げられる。そして、この半導体素子２０は、はんだ等のダイボンド材２１や図示しないボンディングワイヤにより、基板１０の一面１１および他面１２に形成されたランドに接続されている。

また、受動素子３０としては、チップ抵抗、チップコンデンサ、水晶振動子等が挙げられる。そして、この受動素子３０は、はんだ等のダイボンド材３１により、基板１０の一面１１および他面１２に形成されたランドに接続されている。

このようにして、電子部品２０、３０は、それぞれランドを介して基板１０に形成された配線パターンに電気的に接続されている。なお、図１では、基板１０の一面１１および他面１２にそれぞれ電子部品２０、３０が搭載されているが、例えば、基板１０の一面１１に電子部品２０のみが搭載され、基板１０の他面１２に電子部品３０のみが搭載されていてもよい。

第１樹脂４０は、基板１０の一面１１および当該一面１１に搭載された電子部品２０、３０を封止するものである。このような第１樹脂４０は、金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、エポキシ樹脂等の熱硬化性モールド樹脂等より構成されている。

第２樹脂５０は、基板１０の他面１２および当該他面１２に搭載された電子部品２０、３０を封止するものである。この第２樹脂５０は、例えば、エポキシ樹脂等をポッティングすることにより形成されるものであるが、基板１０側と反対側の部分が平坦化されている。

また、第１、第２樹脂４０、５０は、第１、第２樹脂４０、５０を基板１０の一面１１に投影したとき、第１樹脂４０の投影領域が第２樹脂５０の投影領域の内側に位置するように形成されている。言い換えると、第２樹脂５０は、基板１０の平面方向の大きさが第１樹脂４０より大きくされ、基板１０の一面１１に対する法線方向から基板１０を視たとき、外縁部が第１樹脂４０から突出するように形成されている。

なお、本実施形態では、第２樹脂５０のうち第１樹脂４０と対向する部分よりも外縁部に位置する部分が本発明の補強部材に相当する。また、第１、第２樹脂４０、５０は、基板１０に形成されたスルーホール電極がこれら第１、第２樹脂４０、５０から露出するように形成されている。

以上が本実施形態における電子装置の構成である。次に、このような電子装置の製造方法について図２および図３を参照しつつ説明する。

まず、図２（ａ）に示されるように、基板１０の一面１１および他面１２にダイボンド材２１、３１やボンディングワイヤ等を介して電子部品２０、３０を搭載する。

次に、図２（ｂ）に示されるように、基板１０の他面１２に、当該他面１２に搭載された電子部品２０、３０が封止され、かつ基板１０側と反対側の部分が平坦となる第２樹脂５０を形成する。本実施形態では、まず、基板１０の他面１２に搭載された電子部品２０、３０が封止されるようにポッティングを行って第２樹脂５０を形成する。そして、第２樹脂５０のうち基板１０側と反対側の部分を研磨等して平坦化する。

続いて、図２（ｃ）に示されるように、基板１０の一面１１に、当該一面１１に搭載された電子部品２０、３０が封止される第１樹脂４０を形成する。この工程について、図３を参照しつつ、具体的に説明する。

まず、図３（ａ）に示されるように、第２樹脂５０が形成された基板１０を固定支持する上型１１０と、上型１１０に対して上下方向に可動可能とされた下型１２０およびクランプ型１３０とを備える金型１００を用意する。

上型１１０は、平坦な一面１１０ａを有すると共に、真空吸着用の孔１１１が形成されている。そして、当該孔１１１からの吸着力によって一面１１０ａに基板１０（第２樹脂５０）を固定するようになっている。なお、基板１０（第２樹脂５０）の固定は、孔１１１の代わりに機械的な機構で行ってもよい。

クランプ型１３０は、端部を有する筒状とされ、下型１２０は、クランプ型１３０内に配置されている、そして、下型１２０およびクランプ型１３０は、アクチュエータ等により駆動されることで上型１１０に対して上下方向に可動可能とされている。

なお、ここでは、下型１２０とクランプ型１３０とが別体であるものを例示しているが、下型１２０とクランプ型１３０とは一体化され、上型１１０に対して上下方向に一体的に可動可能とされていてもよい。以上が本実施形態における金型１００の構成である。

そして、第２樹脂５０の平坦化された部分を上型１１０の一面１１０ａに当接させつつ、基板１０を固定する。また、基板１０の一面１１のうち、各電子部品２０、３０が搭載されている領域よりも外縁部であって、第２樹脂５０と対向する部分に、クランプ型１３０の端部を当接させる。このとき、第２樹脂５０は上型１１０の一面１１０ａと当接しているため、クランプ型１３０の押圧力によって基板１０が曲がることを抑制できる。そして、下型１２０とクランプ型１３０とで囲まれる空間に、第１樹脂４０を構成する樹脂材料４０ａを配置する。

続いて、図３（ｂ）に示されるように、下型１２０を上型１１０に向かって可動し、樹脂材料４０ａに成形圧力を印加する。そして、樹脂材料４０ａに成形圧力を印加したまま硬化することにより、第１樹脂４０を形成する。以上のようにして、図１に示す電子装置が製造される。

なお、ここでは、図３（ａ）の工程においてクランプ型１３０を基板１０に当接させる例について説明したが、図３（ｂ）の工程において、クランプ型１３０を下型１２０と同時に可動して基板１０に当接させるようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態では、第２樹脂５０のうち基板１０側と反対側の部分を平坦化し、この部分を上型１１０の一面１１０ａに当接させて固定させている。このため、第１樹脂４０を形成する際、第２樹脂５０に印加される応力がばらつくことを抑制でき、第２樹脂５０が破壊されることを抑制できる。したがって、基板１０の他面１２に搭載された電子部品２０、３０が露出することを抑制できる。

さらに、本実施形態では、第１樹脂（モールド樹脂）４０を形成する際、基板が曲がることを抑制できる。すなわち、図８に示されるようにモールド樹脂Ｊ５０を形成する場合には、基板Ｊ１０の外縁部にクランプ型Ｊ１３０から押圧力が印加され、当該押圧力によって基板Ｊ１０が曲がり易い。これに対し、本実施形態では、基板１０の一面１１のうち、電子部品２０、３０が搭載される領域よりも外縁部であって、第２樹脂５０と対向する部分にクランプ型１３０を当接させている。また、第２樹脂５０は、上型１１０の一面１１０ａに当接している。このため、第１樹脂（モールド樹脂）４０を形成する際、クランプ型１３０から基板１０に印加される押圧力によって基板１０が曲がることを抑制できる。

（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実施形態に対して基板１０の他面１２に搭載された電子部品２０、３０も第１樹脂４０で封止したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図４に示されるように、本実施形態の電子装置は、基板１０には、基板１０の一面１１と他面１２との間の貫通する貫通孔１３が形成されている。そして、基板１０の一面１１および他面１２に搭載された各電子部品２０、３０は、それぞれ第１樹脂４０にて封止されている。なお、貫通孔１３にも第１樹脂４０が配置されている。

また、一面１１に配置された第１樹脂４０および他面１２に配置された第１樹脂４０は、基板１０の一面１１に投影したとき、他面１２に配置された第１樹脂４０の投影領域が一面１１に配置された第１樹脂４０の投影領域の内側に位置するように形成されている。

そして、基板１０の他面１２には、基板１０の他面１２に配置された第１樹脂４０を囲む枠部６０が形成されている。具体的には、枠部６０は、基板１０の一面１１に配置された第１樹脂４０を基板１０の他面１２に投影したとき、この投影領域を囲むように形成されている。言い換えると、枠部６０は、枠部６０および基板１０の一面１１に配置された第１樹脂４０を基板１０の他面１２に投影したとき、一面１１に配置された第１樹脂４０の投影領域が枠部６０の投影領域の内側に位置するように形成されている。

なお、本実施形態では、枠部６０が本発明の補強部材に相当している。また、枠部６０は、銅等の金属で構成され、基板１０側と反対側の部分が平坦化されている。

以上が本実施形態における電子装置の構成である。次に、このような電子装置の製造方法について説明する。

このような電子装置は、まず、貫通孔１３が形成された基板１０を用意する。そして、基板１０の一面１１および他面１２に電子部品２０、３０を搭載すると共に、基板１０の他面１２に枠部６０を形成する。

次に、上記金型１００を用いて第１樹脂４０を形成する。具体的には、図５（ａ）に示されるように、枠部６０を一面１１０ａに当接させつつ、上型１１０の一面１１０ａに基板１０を固定する。そして、基板１０の一面１１のうち、電子部品２０、３０が搭載されている部分よりも外縁部であって、枠部６０と対向する部分にクランプ型１３０を当接させる。また、下型１２０とクランプ型１３０とで囲まれる空間に、第１樹脂４０を構成する樹脂材料４０ａを配置する。

続いて、図５（ｂ）に示されるように、下型１２０を上型１１０に向かって可動する。このとき、樹脂材料４０ａは、貫通孔１３を介して上型１１０と基板１０との間の空間にも周り込む。そして、樹脂材料４０ａに成形圧力を印加したまま硬化することにより、第１樹脂４０を形成する。以上のようにして、図４に示す電子装置が製造される。

このように、枠部６０を形成し、基板１０の一面１１のうち枠部６０と対向する部分にクランプ型１３０を当接させるようにしても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、基板１０に貫通孔１３を形成し、基板１０の一面１１および他面１２に搭載された電子部品２０、３０を同時に封止している。このため、製造工程の簡略化を図ることもできる。

さらに、枠部６０を金属で構成しているため、枠部６０をヒートシンクとして機能させることもできる。このため、電子部品２０として発熱素子を有する半導体素子を用いる場合には、枠部６０を介して電子部品２０で発生した熱を放出でき、当該熱によって電子部品２０が誤作動することを抑制できる。なお、このように枠部６０をヒートシンクして機能させる場合には、電子部品２０を枠部６０の近傍に配置することが好ましい。

（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実施形態に対して枠部６０を備えないものであり、その他に関しては第２実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図７に示されるように、本実施形態の電子装置では、基板１０の他面１２には、枠部６０が形成されていない。次に、このような電子装置の製造方法について説明する。

このような電子装置は、上記第２実施形態と同様に、貫通孔１３が形成された基板１０を用意した後、基板１０の一面１１および他面１２に電子部品２０、３０を搭載する。

次に、金型１００を用いて第１樹脂４０を形成する。具体的には、図７（ａ）に示されるように、上型１１０には、基板１０の他面１２に搭載された電子部品２０、３０を収容する凹部１１０ｂが形成されている。そして、基板１０の他面１２に搭載された電子部品２０、３０が凹部１１０ｂに収容されるように、基板１０の他面１２のうち電子部品２０、３０が搭載される領域よりも外縁部を上型１１０の一面１１０ａに当接させつつ、基板１０を一面１１０ａに固定する。また、下型１２０とクランプ型１３０とで囲まれる空間に、第１樹脂４０を構成する樹脂材料４０ａを配置する。

その後は、図７（ｂ）に示されるように、上記図５と同様に、下型１２０を上型１１０に向かって可動して第１樹脂４０を形成することにより、図６に示す電子装置が製造される。

このように、上型１１０に凹部１１０ｂを形成し、基板１０の一面１１のうち上型１１０の一面１１０ａと対向する部分にクランプ型１３０を当接させるようにしても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（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、上記第１実施形態において、第２樹脂５０を樹脂シートで構成してもよい。この場合は、平坦な一面を有する治具の当該一面上に樹脂シートを配置し、治具を適宜移動させて樹脂シートを基板１０の他面１２に圧着することにより、基板１０と反対側の部分が平坦化された第２樹脂５０を形成することができる。

また、上記第１実施形態において、第１、第２樹脂４０、５０は、第１、第２樹脂４０、５０を基板１０の一面１１に投影したとき、第２樹脂５０の投影領域が第１樹脂４０の投影領域の内側に位置するように形成されていてもよい。このような電子装置としても、第２樹脂５０のうち基板１０側と反対側の部分が平坦化されていることにより、第１樹脂（モールド樹脂）４０を形成する際に第２樹脂５０が破壊されることを抑制できる。

さらに、上記各実施形態を組み合わせることもできる。例えば、上記第１、第２実施形態を組み合わせ、基板１０の他面１２に搭載された電子部品２０、３０が第２樹脂５０で封止され、基板１０に貫通孔１３が形成されていなくてもよい。このような構成としても、基板１０の一面１１のうち枠部６０と対向する部分にクランプ型１３０を当接させることにより、基板１０が曲がることを抑制できる。

１０ 基板
１１ 一面
１２ 他面
２０、３０ 電子部品
４０、５０ 樹脂（第１、第２樹脂）

Claims (1)

1. 一面（１１）および前記一面と反対側の他面（１２）を有する基板（１０）と、
   前記基板の一面に搭載された電子部品（２０、３０）と、
   前記基板の他面に搭載された電子部品（２０、３０）と、
   前記基板の一面に搭載された前記電子部品を封止する樹脂（４０）と、
   前記基板の他面に搭載された前記電子部品を封止する樹脂（４０）と、を備える電子装置の製造方法において、
   前記一面と前記他面との間を貫通する貫通孔（１３）が形成された前記基板を用意する工程と、
   前記基板の一面および他面に前記電子部品を搭載する工程と、
   前記基板の他面に、前記他面に搭載された電子部品を囲む枠部（６０）を形成する工程と、
   前記基板の一面および他面に搭載された電子部品を封止する前記樹脂を形成する工程と、を行い、
   前記樹脂を形成する工程では、平坦な一面（１１０ａ）を有する上型（１１０）と、端部を有する筒状とされ、前記端部が前記基板に当接するクランプ型（１３０）と、前記クランプ型内に配置され、前記上型に対して上下方向に可動可能とされた下型（１２０）とを有する金型（１００）を用意する工程と、前記上型の一面に前記枠部を当接させつつ前記基板を固定する工程と、前記基板の一面のうち前記電子部品が搭載される領域よりも外縁部であって、前記枠部と対向する部分に前記クランプ型の端部を当接させる工程と、前記下型および前記クランプ型で囲まれる空間に前記樹脂を構成する樹脂材料（４０ａ）を配置する工程と、前記下型を前記上型に向かって可動させることにより、前記樹脂材料を前記上型の一面と前記基板との間の空間にも前記貫通孔を介して周り込ませる工程と、前記樹脂材料に成形圧力を印加しつつ硬化することで前記樹脂を形成する工程と、を行うことを特徴とする電子装置の製造方法。

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