JP6155763B2 - 中空封止構造および中空封止方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に設けられた素子部を中空封止する中空封止構造および中空封止方法に関する。

例えばＢＳ（Broadcast Satellite）・ＣＳ（Communications Satellite）放送、マイクロ波通信機、レーダー装置など、高周波帯域で使用される通信機器においては、高い周波数帯域の電磁波は、比誘電率の高い物質中を伝播するときに、エネルギーの減衰が大きくなり、通信性能が劣化する問題が生じる。そのため、通信機器の電子部品において高周波特性を十分に引き出すために、電子部品の素子部の周囲に、比誘電率の低い空気層を形成して中空封止した気密封止構造が採用されている。

素子部を中空封止する中空封止構造として、例えば、特許文献１に、基板と、基板上に設けられた素子部と、素子部を覆い中空封止するキャップと、キャップを基板上に接着する接着部と、を備えた中空封止構造が開示されている。

このような中空封止構造においては、キャップの材質が樹脂である場合や、基板の実装面積が広く、それによってキャップ中空部の面積を広くする必要がある場合等には、キャップを覆う樹脂の加圧によりキャップ中央にたわみや割れが生じることがあった。

このような問題に対し、特許文献２には、キャップの変形を抑えるため、キャップの上面に金属板を貼付固定した構成が開示されている。

また、特許文献３には、内部に圧電素子を収容するキャップではあるが、やはりキャップの変形防止のため、キャップに棒状の補強部材を貼付固定した構成が開示されている。

特開２００９−２８３５５３号公報 特開２００７−３０５９１５号公報 特開２００７−２５８３４３号公報（図３）

しかしながら、特許文献２，３に記載したような構成において、キャップを変形させるような力が作用した場合に、金属板や補強部材がキャップと剥離してしまう可能性がある。すると、その補強効果が損なわれてしまう。
また、補強効果をさらに高めるには、金属板の厚さや補強部材の大きさが増大し、電子部品全体の小型化の妨げになるという問題もある。

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、電子部品の小型化を妨げずに補強効果を確実に維持することのできる中空封止構造および中空封止方法を提供する。

本発明の中空封止構造は、基板と、前記基板の一面に設けられた素子部と、前記素子部を覆うキャップと、前記キャップにおいて前記基板と対向部の外面または内面に沿って設けられた補強板と、前記キャップを覆う樹脂層と、を備え、前記キャップと前記補強板の少なくとも一部とが互いに係合する係合部を有し、前記係合部は、前記補強板が前記キャップにインサート成形されることで構成されている。

本発明の中空封止方法は、基板の一面に設けられた素子部を覆うキャップを設けるとともに、前記基板と対向する前記キャップの対向部の外面または内面に沿って、補強板を、該補強板の少なくとも一部を前記キャップに係合させるように前記補強板を前記キャップにインサート成形して設ける工程と、前記キャップを覆う樹脂層を設ける工程と、を備える。

本発明の中空封止構造および中空封止方法では、キャップと前記補強板の少なくとも一部とが互いに係合することで、電子部品の小型化を妨げずに補強効果を確実に維持することができる。

本発明の中空封止構造および中空封止方法の最小構成を示す図である。 第３の実施形態による中空封止構造を示す図であり、（ａ）は基板表面に直交する断面図、（ｂ）は平面図である。 本実施形態の中空封止構造を実現するときの流れを示す図であり、補強板をキャップに装着する状態を示す立断面図である。 樹脂層を形成している状態を示す立断面図である。 第４の実施形態による中空封止構造を示す断面図である。 第４の実施形態による中空封止構造変形例を示す断面図である。 第５の実施形態による中空封止構造を示す断面図である。 第５の実施形態による中空封止構造変形例を示す断面図である。

本発明の複数の実施形態に関して図面を参照して以下に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本実施形態による中空封止構造の最小構成を示す図である。
この図１に示すように、本発明の実施形態の中空封止構造１００Ａは、基板１１０の一面に設けられた素子部１２０を覆うキャップ１３０と、基板１１０と対向するキャップ１３０の対向部の外面１３０ａに沿って設けられた補強板１５０と、キャップ１３０を覆う樹脂層１４０と、を備え、キャップ１３０と補強板１５０の少なくとも一部とが互いに係合する係合部１６０を有している構成、を少なくとも備えていればよい。

この中空封止構造１００Ａは、キャップ１３０と補強板１５０の少なくとも一部とが互いに係合することで、外力が作用した場合にもキャップ１３０と補強板１５０とが剥離するのを防ぎ、補強板１５０による補強効果を確実に維持することができる。また、補強板１５０を厚くする必要がないので、この、中空封止構造１００Ａを備えた電子部品の小型化を妨げることもない。

［第２の実施形態］
図１は、本実施形態による中空封止方法を説明するための図である。
この図１に示すように、本実施形態の中空封止方法は、基板１１０の一面に設けられた素子部１２０を覆うキャップ１３０を設けるとともに、基板１１０と対向するキャップ１３０の対向部の外面１３０ａに沿って、補強板１５０を、補強板１５０の少なくとも一部をキャップ１３０に係合させて設ける工程と、キャップ１３０を覆う樹脂層１４０を設ける工程と、を少なくとも備えていれば良い。

この中空封止方法によれば、キャップ１３０と補強板１５０の少なくとも一部とが互いに係合することで、外力が作用した場合にもキャップ１３０と補強板１５０とが剥離するのを防ぎ、補強板１５０による補強効果を確実に維持することができる。また、補強板１５０を厚くする必要がないので、この、中空封止構造１００Ａを備えた電子部品の小型化を妨げることもない。

［第３の実施形態］
図２は、本実施形態による中空封止構造１００Ｂを示す図であり、（ａ）は基板表面に直交する断面図、（ｂ）は平面図である。図３、図４は、本実施形態の中空封止構造１００Ｂを実現するときの流れを示す図であり、図３は、補強板をキャップに装着する状態を示す立断面図、図４は、樹脂層を形成している状態を示す立断面図である。
図２に示すように、本発明の実施形態の中空封止構造１００Ｂは、基板１１０と、基板１１０の一面に設けられた素子部１２０と、素子部１２０を覆うキャップ１３０と、キャップ１３０において基板１１０と対向する対向部の外面１３０ａに沿って設けられた補強板１５０と、キャップ１３０を覆う樹脂層１４０と、を備え、キャップ１３０と補強板１５０とが互いに係合する係合部１６０を有している構成、を備えている。

基板１１０は、基板１１０の表面に素子部１２０や電子部品が固定され、それらの間が基板１１０上の配線で接続されて電子回路を形成する板形状の部品である。基板１１０としては、例えば、ガラスエポキシのような樹脂材料や柔軟性に優れるフレキシブル基板などを使用すればよい。

素子部１２０は、基板１１０の表面上に設けられている。素子部１２０は、例えば、はんだや導電性接着剤などで固定され、基板１１０上に形成された配線１１０ｒと電気的に接続される。
本実施形態では、ボンディングワイヤーで基板１１０と電気的に接続されている。

キャップ１３０は、基板１１０に対向する側に向けて開口した箱型の形状をしており、素子部１２０を覆うように配置されている。キャップ１３０は、素子部１２０およびボンディングワイヤーと物理的に接触しないように、十分に大きな空間をもつ箱型の形状をしている。キャップ１３０の端面（基板１１０とキャップ１３０が接する面）１３１は、平面とされ、この端面１３１が基板１１０に接着剤１７０によって接着されている。
また、キャップ１３０は、例えば、樹脂材料、金属材料、セラミック材料などで構成されている。特に、キャップ１３０を樹脂層１４０と同一の材料で構成した場合には、キャップ１３０と樹脂層１４０の熱膨張係数の差がなくなるため、キャップ１３０と樹脂層１４０の熱膨張係数の差により生じる界面の剥離が抑制される。

樹脂層１４０は、キャップ１３０を覆うように配置されている。樹脂層１４０は、例えば、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などで構成されている。樹脂層１４０は、基板１１０と密着し、素子部１２０を中空封止するためのものであり、キャップ１３０と樹脂層１４０により素子部１２０を中空封止した中空封止構造１００Ｂの内部に外気が流入しないようになっている。外気が中空封止構造１００Ｂの内部に流入した場合、外気の湿気などにより素子部１２０や配線の劣化が生じ、電子部品の性能の低下を引き起こし、本来の性能が得られなくなる。

補強板１５０は、例えば金属製のプレート材である。補強板１５０は、これ以外にも、キャップ１３０よりも高強度の材料であれば、例えば樹脂系材料等から形成することもできる。この補強板１５０は、平面視したときの外形寸法や厚さ、材質を、キャップ１３０の形状や材質、キャップ１３０内の中空部面積等に基づくキャップ１３０の負荷に応じて決定する。

本実施形態において、係合部１６０は、キャップ１３０の外表面に凹部１６１が形成され、この凹部１６１に補強板１５０が嵌め込まれた構成をなしている。凹部１６１は、補強板１５０を平面視したときの外形寸法とほぼ等しい開口寸法を有し、かつ補強板１５０の厚さとほぼ等しい深さで形成されている。
凹部１６１の内周面と補強板１５０とは、不図示の接着剤により接着されている。また、接着剤に代えて、凹部１６１に補強板１５０を嵌め込むようにしてもよい。
このようにして、キャップ１３０と補強板１５０とが互いに係合されている。そして、上記樹脂層１４０は、キャップ１３０とともに、凹部１６１内に収められた補強板１５０を覆うよう形成されている。

このように構成された本実施形態の中空封止構造１００Ｂの作製方法について、以下に説明する。
まず、図３で示すように、基板１１０上に、基板１１０の所定の配線１１０ｒと素子部１２０をはんだでワイヤーボンディングし、素子部１２０を電気的に接続するとともに、固定する。そして、凹部１６１を有した所定形状に予め成形したキャップ１３０を基板１１０上に接着剤１７０により接着・固定する。

次いで、補強板１５０を、吸着パッド１８０によって吸着させた状態で、キャップ１３０の凹部１６１に向けて搬送し、凹部１６１に収める。

この後、キャップ１３０および補強板１５０を覆うように樹脂層１４０を形成する。本実施形態では、樹脂層１４０は、トランスファーモールド法（射出成型）により形成される。トランスファーモールド法とは、軟化する温度に加熱した樹脂に圧力を加えて金型に押し込み、型に充填して成形する樹脂の加工方法である。

トランスファーモールド法によって樹脂層１４０を形成するために、キャップ１３０を覆うように金型２００が配置され、金型２００の樹脂注入口２０１からキャップ１３０と金型の空間領域（隙間）に溶融樹脂が射出される。

樹脂が冷却固化し、金型２００から脱型した後は、樹脂注入口２０１の部分に形成されるランナ１４１を除去することにより、図２に示した、樹脂層１４０がキャップ１３０を覆うように形成されて、素子部１２０を中空封止された中空封止構造１００Ｂが実現される。

本実施形態の中空封止構造１００Ｂによれば、キャップ１３０と補強板１５０とが互いに係合することで、外力が作用した場合にもキャップ１３０と補強板１５０とが剥離するのを防ぎ、樹脂層１４０からの加圧に十分耐えうるよう、補強板１５０による補強効果を確実に維持することができる。また、補強板１５０を厚くする必要がなく、またキャップ１３０に形成した凹部１６１に補強板１５０を収めることによって、キャップ１３０を厚くする必要もないので、この、中空封止構造１００Ｂを備えた電子部品の小型化を妨げることもない。

また、基板１１０上に保持されたキャップ１３０を樹脂層１４０が覆う構成としているので、樹脂が中空封止された基板１１０上に侵入することが抑制され、中空封止されたキャップ１３０の内部空間における素子部１２０や配線１１０ｒの基板１１０上の実装面積を十分に確保することができる。

［第４の実施形態］
図５は、本実施形態による中空封止構造１００Ｃを示す断面図である。
なお、以下の説明において、中空封止構造１００Ｃの全体的な構成は上記第３の実施形態で示したものと同様であるため、上記第３の実施形態で示した構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
この図５に示すように、本実施形態における中空封止構造１００Ｃは、基板１１０と、基板１１０の一面に設けられた素子部１２０と、素子部１２０を覆うキャップ１３０と、キャップ１３０において基板１１０と対向する対向部の外面１３０ａに沿って設けられた補強板１５０と、キャップ１３０を覆う樹脂層１４０と、を備え、キャップ１３０と補強板１５０とが互いに係合する係合部１６０を有している構成、を備えている。

本実施形態において、係合部１６０は、キャップ１３０の外表面に凸部１６２が複数形成され、補強板１５０にそれぞれの凸部１６２と対向する位置に凹部１６３が形成され、これら凸部１６２と凹部１６３とが互いに係合する構成とされている。
ここで、凸部１６２は、例えば断面円形や矩形のピン状の突起としてもよいが、キャップ１３０の外表面に沿って連続するリブ状とするのが好ましい。
凹部１６３は、凸部１６２と嵌め合う形状・寸法で形成されている。

本実施形態の中空封止構造１００Ｃによっても、上記第３の実施形態と同様、キャップ１３０と補強板１５０とが互いに係合することで、電子部品の小型化を妨げることなく、補強板１５０による補強効果を確実に維持することができる。

また、係合部１６０として、キャップ１３０にリブ状の凸部１６２を形成することで、キャップ１３０自体の強度を高めることができ、樹脂層１４０からの加圧に対する強度を向上させることができる。

（第４の実施形態の変形例）
図６は、本実施形態による中空封止構造１００Ｃの変形例を示す断面図である。
図６に示すように、本実施形態の中空封止構造１００Ｃにおいて、係合部１６０は、キャップ１３０の外表面に凹部１６４が形成され、補強板１５０に凸部１６５が形成され、これら凹部１６４と凸部１６５とが互いに係合する構成とされている。

このような構成によっても、電子部品の小型化を妨げることなく、補強板１５０による補強効果を確実に維持することができる。

また、係合部１６０として、補強板１５０に凸部１６５が形成され、この凸部１６５を補強板１５０の表面に沿って連続するリブ状とすることで、補強板１５０の強度を高めることができる。これによって、補強板１５０による補強効果をさらに高めることができる。

［第５の実施形態］
図７は、本実施形態による中空封止構造１００Ｄを示す断面図である。
なお、以下の説明において、中空封止構造１００Ｄの全体的な構成は上記第３の実施形態で示したものと同様であるため、上記第３、第４の実施形態で示した構成については図中に同符号を付してその説明を省略する。
この図５に示すように、本実施形態における中空封止構造１００Ｄは、基板１１０と、基板１１０の一面に設けられた素子部１２０と、素子部１２０を覆うキャップ１３０と、キャップ１３０において基板１１０と対向部の内面１３０ｂに沿って設けられた補強板１５０と、キャップ１３０を覆う樹脂層１４０と、を備え、キャップ１３０と補強板１５０とが互いに係合する係合部１６０を有している構成、を備えている。

本実施形態において、係合部１６０は、補強板１５０がキャップ１３０にインサート成形されることで構成されている。具体的には、補強板１５０がキャップ１３０にインサート成形されることで、補強板１５０の外周部１６７が、キャップ１３０の内周面側に形成された凹部１６８に嵌め込まれたような構成をなしている。
ここで、補強板１５０には、基板１１０に対向する側に複数の凹部１５２を形成してもよい。

本実施形態の中空封止構造１００Ｄによっても、上記第３の実施形態と同様、キャップ１３０と補強板１５０とが互いに係合することで、電子部品の小型化を妨げることなく、補強板１５０による補強効果を確実に維持することができる。

また、補強板１５０がキャップ１３０にインサート成形されることで、補強板１５０とキャップ１３０の結合強度が高く、補強板１５０による補強効果をより確実に維持できる。

さらに、補強板１５０は、基板１１０に対向する側に複数の凹部１５２を備えるようにしたので、補強板１５０をキャップ１３０にインサート成型する際に、この凹部１５２を用いて補強板１５０を金型に固定できる。

（第５の実施形態の変形例）
図８は、本実施形態による中空封止構造１００Ｄの変形例を示す断面図である。
図８に示すように、補強板１５０には、基板１１０に対向する側に、補強板１５０の表面に沿って１つ以上の凸部またはリブ１５３を形成してもよい。
これにより、補強板１５０をキャップ１３０にインサート成型する際に、この凸部またはリブ１５３を用いて補強板１５０を金型に固定できる。
また、補強板１５０の表面に沿って直線状または曲線状に連続するリブ１５３を形成すれば、補強板１５０の強度を高め、補強板１５０による補強効果をさらに高めることができる。

（その他の変形例）
上記各実施の形態では、基板１１０の上面に素子部１２０が設けられる構成としたが、基板１１０の下面に素子部１２０が設けられる構成としてもよい。
また、素子部１２０については、その具体的な素子の種類を何ら限定するものではなく、いかなる素子であってよい。
また、上記各実施形態で示した構成を組み合わせることも可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ 中空封止構造
１１０ 基板
１２０ 素子部
１３０ キャップ
１３０ａ 対向部の外面
１４０ 樹脂層
１５０ 補強板
１６０ 係合部
１６１ 凹部
１６２ 凸部
１６３ 凹部
１６４ 凹部
１６５ 凸部

Claims (5)

1. 基板の一面に設けられた素子部を覆うキャップと、
   前記基板と対向する前記キャップの対向部の外面または内面に沿って設けられた補強板と、
   前記キャップを覆う樹脂層と、を備え、
   前記キャップと前記補強板の少なくとも一部とが互いに係合する係合部を有し、
   前記係合部は、前記補強板が前記キャップにインサート成形されることで構成されている中空封止構造。
2. 前記係合部は、前記キャップの前記対向部の外面に凹部を備え、
   前記凹部内に前記補強板が嵌め込まれて前記キャップと前記補強板とが互いに係合される請求項１に記載の中空封止構造。
3. 前記係合部は、前記キャップに形成された凹部または凸部と、前記補強板に形成された凸部または凹部とが互いに係合する構成とされている請求項１又は２に記載の中空封止構造。
4. 前記キャップまたは前記補強板に形成された凸部が、１つ以上のリブであることを特徴とする請求項３に記載の中空封止構造。
5. 基板の一面に設けられた素子部を覆うキャップを設けるとともに、前記基板と対向する前記キャップの対向部の外面または内面に沿って、補強板を、該補強板の少なくとも一部を前記キャップに係合させるように前記補強板を前記キャップにインサート成形して設ける工程と、
   前記キャップを覆う樹脂層を設ける工程と、
   を備えることを特徴とする中空封止方法。

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