JP6321891B1

JP6321891B1 - 電子装置及び電子装置の製造方法

Info

Publication number: JP6321891B1
Application number: JP2017549824A
Authority: JP
Inventors: 英紀鎌田
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: WO2018122897A1; EP3564990A1; US10347555B2; EP3564990A4; US20180342436A1; JPWO2018122897A1; CN108604577B; CN108604577A

Abstract

電子装置は、基板１０と、前記基板１０に設けられた電子素子８０と、前記電子素子８０を封入する樹脂材料からなる封止部２０と、を有している。前記封止部２０は締結部材９０を挿入するための挿入部２２を有している。前記挿入部２２は周縁領域よりも凹んだ封止凹部２５に設けられている。前記封止部２０の少なくとも側面及び封止凹部２５が外部に露出している。

Description

本発明は、電子装置及び電子装置の製造方法に関する。

従来の樹脂ポッティング製品等の半導体装置等の電子装置は、基板とケースを接着剤等により接合したものに樹脂を流し込んで加熱硬化させている。このような樹脂ポッティング製品は、基板と、基板に設けられた電子素子と、電子素子を封入する樹脂からなる封止部と、電子素子に接続されて封止部から突出した端子と、封止部の側面を覆うケースと、を有している（例えば、特開２０１５−２２０２９５号公報参照）。このような電子装置は、ネジ等の締結部材によって基板や筐体等に固定されることがあるが、ケースと封止部との間の界面の経時劣化によって剥離等による品質上の問題を引き起こす可能性がある。このため、ケースを用いない電子装置を利用することも考えられるが、このようなケースを用いない電子装置に関しても設計の自由度を高めることが要求されている。

このような点に鑑み、本発明は、少なくとも封止部の側面が外部に露出しており、封止部の側面とケースとの間の界面における剥離等の問題を未然に防止するとともに、設計の自由度を高めることができる電子装置及び電子装置の製造方法を提供する。

本発明の一態様による電子装置は、
基板と、
前記基板に設けられた電子素子と、
前記電子素子を封入する樹脂材料からなる封止部と、を備え、
前記封止部が締結部材を挿入するための挿入部を有し、
前記挿入部が周縁領域よりも凹んだ封止凹部に設けられ、
前記封止部の少なくとも側面及び封止凹部が外部に露出してもよい。

本発明の一態様による電子装置において、
前記挿入部の深さは前記締結部材の長さに対応した長さになっていてもよい。

本発明の一態様による電子装置において、
前記封止凹部は前記側面と前記封止凹部のおもて面によって形成されるエッジ部を有し、
前記エッジ部は面取りされていなくてもよい。

本発明の一態様による電子装置において、
前記封止部の下方周縁部は面取りされていてもよい。

本発明の一態様による電子装置において、
前記封止部の側面全体及びおもて面全体が外部に露出していてもよい。

本発明の一態様による電子装置は、
前記電子素子に接続され、前記封止部のおもて面から外部に突出している端子をさらに備えてもよい。

本発明の一態様による電子装置の製造方法は、
電子素子が配置された基板を金型に載置する工程と、
前記基板に締結部材を挿入するための挿入部を載置する工程と、
金型の凸部によって前記挿入部を押圧することで、前記基板の一部を前記挿入部で押圧しながら封止部の材料となる樹脂を流し込む工程と、
を備え、
前記金型の前記凸部に対応した封止凹部を有し、前記封止部の少なくとも側面及び前記封止凹部が外部に露出している電子装置を製造してもよい。

本発明では、封止部の側面が外部に露出している電子装置を提供することから、封止部の側面とケースとの間の界面が存在せず、剥離等による品質上の問題を引き起こす可能性を未然に防止できる。また、凹部を適宜設けることで、設計の自由度を高めることができる。

図１は、本発明の実施の形態による電子装置の平面図である。図２は、図１のII−II直線で切断した、本発明の実施の形態による電子装置の側方断面図である。図３は、本発明の実施の形態による電子装置が製造される際の態様を示した側方断面図である。図４は、本発明の実施の形態による電子装置と締結部材を拡大して示した側方断面図である。図５は、本発明の実施の形態で用いられる凹部のエッジ部近辺を拡大した側方断面図である。図６は、本発明の実施の形態で用いられる凹部の一例を示した平面図である。

実施の形態
《構成》
図２に示すように、本実施の形態の電子装置は、基板１０と、基板１０に後述する導体層１３を介して配置された半導体素子等の電子素子８０と、電子素子８０を封入する樹脂材料からなる封止部２０と、を有してもよい。図１に示すように、封止部２０はネジ等の締結部材９０を挿入するための挿入部２２を有してもよい。挿入部２２は周縁領域よりも凹んだ封止凹部２５に設けられてもよい。挿入部２２は、金属製の材料からなり、その中心に締結部材９０が挿入される挿入穴２２ａが設けられていてもよい。この挿入部２２には、締結部材９０と嵌合するネジが切られていてもよい。

本実施の形態では、電子装置の一例としては半導体装置を挙げることができ、電子素子８０の一例として半導体素子を挙げることができる。しかしながら、これに限られるものではなく、必ずしも「半導体」を用いる必要はない。

図２に示すように、基板１０は、金属板１１と、金属板１１に設けられた絶縁層１２と、絶縁層１２に設けられた導体層１３とを有してもよい。また、導体層１３が絶縁層１２上でパターニングされることで回路が形成されてもよい。金属板１１は放熱板として機能してもよい。金属板１１及び導体層１３は例えば銅からなっていてもよい。

図４に示すように、挿入部２２の深さＤは締結部材９０の長さＨに対応した長さになっていてもよい。締結部材９０の長さＨに対応するとは、挿入部２２の深さＤは締結部材９０の長さＨよりも所定の長さだけ短くなっており（例えば、０．７×Ｈ≦Ｄ≦０．９Ｈとなっており）、締結部材９０を挿入部２２に挿入して電子装置を所定位置に固定する際に、何ら支障のない長さになっていることを意味している。

図２に示すように、封止凹部２５は側面と封止凹部２５のおもて面によって形成されるエッジ部２６を有してもよい。そして、このエッジ部２６は面取りされていなくてもよい。ここで、面取りされていないとは、エッジ部２６の断面におけるＲが０．５ｍｍ未満となることを意味している。エッジ部２６と挿入部２２との間には例えば０．５ｃｍ以上といように一定以上の距離Ｌが設けられていてもよい（図４参照）。このような一定以上の距離Ｌを設けることで、後述する毛細管現象を引き起こしやすくすることを期待できる。

封止部２０の少なくとも側面及び封止凹部２５が外部に露出していてもよい。また、封止部２０の側面全体及びおもて面全体が外部に露出していてもよい。外部に露出するというのは、電子装置を取り囲む枠体がないことを意味しており、いわゆるケースレスであることを意味している。本実施の形態の図面に示す態様では、ケースレスの態様となっている。

図２に示すように、電子素子８０に接続され、封止部２０のおもて面から外部に突出している端子７０が設けられてもよい。また、この端子７０は曲げられることなく直線状になってもよい。このような端子７０が設けられる場合には、圧力がかかり難いポッティングによって封止をすることが一般的である。

図５（ａ）に示す態様では、封止凹部２５のエッジ部２６と封止部２０の下方周縁部２９の両方に面取りされていない態様を示している。エッジ部２６は面取りされていてもよく、図５（ｂ）に示すように、封止凹部２５のエッジ部２６は、封止部２０の下方周縁部２９とともに面取りされていてもよい。また、封止凹部２５のエッジ部２６と封止部２０の下方周縁部２９の面取りの有無は整合している必要はなく、図５（ｃ）に示すように、封止凹部２５のエッジ部２６は面取りされていないが封止部２０の下方周縁部２９は面取りされていてもよい。逆に、図５（ｄ）に示すように、封止凹部２５のエッジ部２６は面取りされているが封止部２０の下方周縁部２９は面取りされていなくてもよい。

封止凹部２５は封止部２０の一側面全体にわたって設けられてもよいが（図１の右側面参照）、一側面の一部のみに設けられてもよい（図１の上側面、下側面及び左側面参照）。一側面の一部のみに封止凹部２５が設けられる場合には、当該側面の中心（図１のような平面図における「辺」に沿った方向の中心）を含むようにして設けられてもよい。

封止部２０が平面で見たときに略矩形となる場合には、各辺に対応して封止凹部２５が設けられてもよいし（図１参照）、対向する一対の辺に封止凹部２５が設けられてもよい。封止部２０が平面で見たときに略長方形となる場合には、一対の短辺に封止凹部２５が設けられてもよいし、一対の長辺に封止凹部２５が設けられてもよい。なお、「平面で見たときに略矩形」とは、平面で見たときに対向する辺が平行になっている態様を意味し、平面図において角部が丸まっている態様も含まれている。「平面で見たときに略長方形」とは、平面で見たときに対向する辺が平行になり、かつ短辺と長辺が存在している態様を意味し、平面図において角部が丸まっている態様も含まれている。

図３に示すように、金型１００は、裏面側金型１１０と、この裏面側金型１１０のおもて面に載置されるおもて面側金型１２０とを有してもよい。裏面側金型１１０とおもて面側金型１２０とは、締結部材１６０によって連結されてもよい。おもて面側金型１２０は電子装置の封止凹部２５に対応する凸部１２５を有してもよい。凸部１２５の底面とおもて面側金型１２０の内側面との間によって、封止凹部２５のエッジ部２６に対応する金型側エッジ部１２６が形成されることになる。この金型側エッジ部１２６におけるＲを０．５ｍｍ未満、より好ましくは０ｍｍとすることで、封止凹部２５のエッジ部２６の面取りをなくすことができる。

おもて面側金型１２０は、挿入部２２の頂部と当接する位置に設けられたパッキン等の弾性体１４０を有してもよい。おもて面側金型１２０を裏面側金型１１０に対して締結部材１６０で締め付ける際に、弾性体１４０が挿入部２２の頂部に対して押し付けられ、その結果、金属板１１が裏面側金型１１０に対して押し付けられることになる。

おもて面側金型１２０には、樹脂をポッティングするための開口部１５０が設けられてもよい。金型１００内に基板１０、電子素子８０、挿入部２２、端子７０等が載置された後で、おもて面側金型１２０の開口部１５０から樹脂がポッティングされることで、樹脂封止が行われてもよい。

《作用・効果》
次に、上述した構成からなる本実施の形態による作用・効果について説明する。「作用・効果」で記載するあらゆる構成も採用することができる。

本実施の形態において、封止部２０の側面が外部に露出している態様を採用した場合には、封止部２０の側面とケースとの間の界面が存在せず、剥離等による品質上の問題を引き起こす可能性を未然に防止できる。

また、封止凹部２５を適宜設ける態様を採用した場合には、設計の自由度を高めることができる。一例として、封止凹部２５に挿入部２２を設ける態様を採用し、挿入部２２の深さＤを締結部材９０の長さＨに対応した長さにした場合には（図４参照）、封止凹部２５の厚みを、締結部材９０の長さ及び挿入部２２の長さに対応した厚みに容易に調整できる。このため、種類や形態の異なる電子装置であっても、封止凹部２５の厚みを略同じ値、例えば平均値Ｄ０の±５％以内の値：Ｄ０×（１±０．０５）とすることで、同じ締結部材９０を利用することができるようになる。この結果、部品の統一化を図ることができ、また製造コストを下げたり部品混入のリスクを未然に防止したりすることもできるようになる。

また、エッジ部２６が面取りされていない態様を採用した場合には、前述したように、金型１００との間で生じる毛細管現象を利用して、樹脂がエッジ部２６に行きわたることを促進することができる。この点について、より詳細に説明する。取り扱いの容易さ等の観点から一般的にはエッジ部２６は面取りされることが多い。しかしながら、ポッティングによって封止するポッティング封止部を採用する場合には、樹脂封止をする際に圧力がかからない又はかかり難いことから、エッジ部２６にまで樹脂が回りにくい。とりわけ、封止凹部２５のエッジ部２６に関しては、奥まった部分の外周端部となるので、より樹脂が回りにくい。このため、エッジ部２６が面取りされていると樹脂が回りきらずに、大きな欠損（ボイド）となることがある。これに対して、エッジ部２６の面取りをあえてしないことによって、金型１００との間で生じる毛細管現象を利用することができる。このため、封止凹部２５のエッジ部２６のように奥まった部分の外周端部であっても、樹脂を回り込ませることができ、大きな欠損が生じることを防止できる。

凹んだ封止凹部２５のエッジ部２６で大きな欠損（ボイド）となりやすいのは、金型１００の奥まった位置に位置することから、金型１００内に存在する空気が抜けにくいことも原因になっていると考えられる。つまり、ポッティングのように圧力があまり加わることなく樹脂が流し込まれた場合には、空気等の気体が抜け出ないことが生じることがあり、このような気体が抜けなければ大きな欠損（ボイド）が発生することになる。これに対して、あえてエッジ部２６を設けないようにすることで、毛細管現象を利用して樹脂を強制的に金型側エッジ部１２６に流し込むことができ、空気等の気体を強制的に排除することができる。

エッジ部２６だけが面取りされず、その他の箇所は面取りされてもよい。一般的に、面取りをすることで製品として取り扱い易くすることができる。このため、大きな欠損（ボイド）が生成され易いエッジ部２６だけが面取りされず、その他の箇所を面取りする態様を採用することで、取り扱いの易さを最大限に維持しつつ、大きな欠損（ボイド）の生じる可能性を低減することができる。

封止凹部２５の形状が矩形状となっている場合（図１の左側面及び右側面に設けられた封止凹部２５を参照）と比較して、封止凹部２５が、平面図において円弧形状又は半円形状の部分を有することで（図１の上側面及び下側面に設けられた封止凹部２５を参照）、当該部分において内側から端部に向かって樹脂を流しやすくすることができ、その結果、エッジ部２６に樹脂を回り込みやすくすることができる。この点からすると、封止凹部２５の全てが平面図において円弧形状又は半円形状の部分を有するようにしてもよい。また、図６に示すように、平面図において、封止凹部２５は、円弧形状又は半円形状の円弧凹部２５ａと、矩形状の矩形凹部２５ｂを有してもよい。

金型側エッジ部１２６の全体にわたりＲを小さくする必要はなく、例えば、大きな欠損（ボイド）が生じやすい箇所でのみ、金型側エッジ部１２６のＲを小さくするようにしてもよい。発明者が検討したところによると、封止凹部２５のエッジ部２６の中心を含む箇所で大きな欠損が生じやすい。このため、エッジ部２６が一側面の一部に設けられている態様では、エッジ部２６の中心を含む箇所（例えばエッジ部２６を３等分したときの中心部分）では金型側エッジ部１２６のＲを０．５ｍｍ未満とし、金型側エッジ部１２６の端部（例えばエッジ部２６を３等分したときの中心部分以外）では金型側エッジ部１２６のＲを０．５ｍｍ以上としてもよい。この結果、封止凹部２５のエッジ部２６の中心を含む箇所では面取りが行われず、それ以外の箇所で面取りが行われることになる。このように封止凹部２５のエッジ部２６の中心で大きな欠損が生じやすいのは、抜けきらなかった空気等の気体が最終的には封止凹部２５のエッジ部２６の中心に位置づけられるためだと考えられる。

また、平面で見たときに角部にまで封止凹部２５が存在している場合には（図１の右側面参照）、当該角部でも気体が抜け難い状態が生じやすい。したがって、角部を含む箇所（例えばエッジ部２６を５等分したときの両端部分）と封止凹部２５のエッジ部２６の中心を含む箇所（例えばエッジ部２６を５等分したときの中心部分）では金型側エッジ部１２６のＲを０．５ｍｍ未満とし、角部を含む箇所と封止凹部２５のエッジ部２６の中心を含む箇所との間では金型側エッジ部１２６のＲを０．５ｍｍ以上としてもよい。この結果、封止凹部２５のエッジ部２６の角部及び中心を含む箇所では面取りが行われず、それ以外の箇所で面取りが行われることになる。

特に封止部２０が外部に露出するケースレスの態様では、封止部２０に欠損が生じてしまうと外観不良となってしまい、製品としての価値がなくなってしまう。また、このように封止部２０に欠損が生じてしまうと製品の特性（耐圧不良等）にも影響を与える可能性もある。これらのことから、ケースレスの態様では、エッジ部２６の面取りを行わないことによって得られる効果は非常に大きなものとなる。

また、図５（ｃ）で示すように、封止凹部２５のエッジ部２６は面取りされていないが、封止部２０の下方周縁部２９は面取りされている態様を採用した場合には、下方周縁部２９を面取りすることで取り扱い易くしつつ、封止凹部２５のエッジ部２６については面取りしないようにすることで、大きな欠損（ボイド）が発生する可能性を低減できる。

なお、封止部２０の側面全体及びおもて面全体が外部に露出しているようなケースレスの態様を採用する場合には、ケースをなくす点で製造コストを下げることができる点で有益である。

図２に示すように、端子７０が封止部２０のおもて面から外部に突出している態様を採用した場合には、ポッティングを利用して封止されている可能性が非常に高い。このようなポッティングを利用する場合には、樹脂を封入する際に圧力が加わらない又は加わり難いことになる。このため、前述したように、あえて封止凹部２５のエッジ部２６の面取りを行わないことによって、金型１００との間で生じる毛細管現象を利用することは非常に有益なものになる。

《製造方法》
次に、上述した構成からなる本実施の形態による電子装置を製造する工程（電子装置の製造方法）について、主に図３を用いて説明する。重複する記載となるので明記はしないが、「構成」及び「作用・効果」で記載したあらゆる態様を適用することができる。

電子素子８０及び端子７０が配置された基板１０を、裏面側金型１１０に載置する（基板載置工程）。

次に、締結部材９０を挿入するための挿入部２２を載置する（挿入部載置工程）。なお、挿入部２２を載置する工程を、電子素子８０及び／又は端子７０を導体層１３に載置する工程と同時又はそれよりも前に行ってもよい。

次に、裏面側金型１１０におもて面側金型１２０を載置し、締結部材１６０によって裏面側金型１１０におもて面側金型１２０を固定する。このように締結部材１６０によって裏面側金型１１０におもて面側金型１２０を固定することで、おもて面側金型１２０の凸部１２５の底面で挿入部２２の頂部が押圧され、基板１０の周縁側の一部が挿入部２２の底面で押圧され、その結果、基板１０が裏面側金型１１０に押圧されることになる。

次に、おもて面金型１００と裏面側金型１１０との間に、例えばポッティングによって樹脂を流し込む（樹脂流入工程）。なお、ポッティングによって樹脂を流し込むのに先立ち、予熱部（予熱プレート）によって８５℃程度に金型１００が暖められ、樹脂を流し込む間は７５℃程度に設定された予熱部（予熱プレート）によって金型１００が暖められた状態になってもよい。このような予熱を行うことで、樹脂が封止凹部２５のエッジ部２６に回り込むことを促進することができる点で有益である。

次に、所定の温度で樹脂を硬化させて封止部２０を形成する（硬化工程）。

次に、金型１００を取り外すことで、封止部２０の側面全体及びおもて面全体が外部に露出したケースレスの電子装置が製造されることになる。

上述した実施の形態の記載及び図面の開示は、請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態の記載又は図面の開示によって請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。また、出願当初の請求項の記載はあくまでも一例であり、明細書、図面等の記載に基づき、請求項の記載を適宜変更することもできる。

１０基板
２０封止部
２２挿入部
２５封止凹部
２６エッジ部
７０端子
８０電子素子
９０締結部材
１２５凸部
Ｄ挿入部の深さ
Ｈ締結部材の長さ

Claims

基板と、
前記基板に設けられた電子素子と、
前記電子素子を封入する樹脂材料からなる封止部と、を備え、
前記封止部は締結部材を挿入するための挿入部を有し、
前記挿入部は周縁領域よりも凹んだ封止凹部に設けられ、
前記封止部の少なくとも側面及び封止凹部が外部に露出し、
前記封止凹部は前記側面と前記封止凹部のおもて面によって形成されるエッジ部を有し、
前記エッジ部は面取りされておらず、前記封止部の上方側におけるその他の箇所は面取りされていることを特徴とする電子装置。
前記挿入部の深さは前記締結部材の長さに対応した長さになっていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
前記封止部の下方周縁部は面取りされていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の電子装置。
前記封止部の側面全体及びおもて面全体が外部に露出していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子装置。
前記電子素子に接続され、前記封止部のおもて面から外部に突出している端子をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子装置。
電子素子が配置された基板を金型に載置する工程と、
前記基板に締結部材を挿入するための挿入部を載置する工程と、
金型の凸部によって前記挿入部を押圧することで、前記基板の一部を前記挿入部で押圧しながら封止部の材料となる樹脂を流し込む工程と、
を備え、
前記金型の前記凸部に対応した封止凹部を有し、前記封止部の少なくとも側面及び前記封止凹部が外部に露出している電子装置の製造方法であって、
前記金型は、裏面側金型と、この裏面側金型のおもて面に載置されるおもて面側金型とを有し、
前記おもて面側金型は前記凸部を有し、
前記凸部の底面とおもて面側金型の内側面との間によって、金型側エッジ部が形成され、
前記金型側エッジ部におけるＲは０．５ｍｍ未満になり、
前記封止凹部のエッジ部は面取りされず、前記封止部の上方側におけるその他の箇所は面取りされることを特徴とする電子装置の製造方法。