JP6495368B2 - 電子モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、光デバイス及び電子デバイスのうちの少なくとも一方のデバイスが実装された回路部を絶縁性樹脂により封止した電子モジュールに関する。
上記電子モジュールは、例えば電子デバイスが基板上に形成された配線パターンに実装され、電子デバイスが実装された基板をケース内に位置決めし、その位置決めした状態でケース内に樹脂を充填することによって、電子デバイスが実装された基板を樹脂で封止して構成される（例えば、特許文献１）。
特開平９−１２１０９０号公報
しかしながら、上記特許文献１の構成では、電子デバイスが実装された基板を樹脂で封止する際に、溶融樹脂から大きな圧力を電子デバイス及び基板が受けることになる。そのため、基板に実装されている電子デバイスにダメージを与える、あるいは基板上の配線パターンの断線が発生するというトラブルが発生していた。
そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、電子デバイスにダメージを与えることや配線パターンの断線が発生することを回避することができる電子モジュールを提供することを課題とする。
本発明に係る電子モジュールは、柔軟性を有するとともに絶縁性を有する基材と、該基材の少なくとも一方の面上に形成される配線パターンに光デバイス及び電子デバイスのうちの少なくとも一方のデバイスが実装された回路部と、該回路部を絶縁性樹脂で封止する樹脂体と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、柔軟性を有する基材の少なくとも一方の面上に形成される配線パターンにデバイスが実装されているので、封止する樹脂からの圧力により基材が変形することによって、樹脂から基材が受ける圧力を軽減することができる。よって、基材に実装されているデバイスにダメージを与えることがない、あるいは基材上の配線パターンの断線が発生することを回避することができる。
さらに、本発明に係る電子モジュールは、前記配線パターンが、半田付け可能な金属箔で構成され、該金属箔が、前記絶縁性樹脂で前記回路部を封止する際の成形温度以下の融点又は再結晶温度を有する材料で構成されている。
上記のように、配線パターンを構成する金属箔が、成形温度以下の融点又は再結晶温度を有する材料から構成されていれば、絶縁性樹脂で回路部を封止する際の成形温度により金属箔が熱膨張し、金属箔を構成する金属材料の少なくとも一部が溶融又は軟化する。これにより溶融した樹脂が勢いよく流れ込んだとしても、金属箔が変形に耐え得ることができるので、回路部を封止する成形時の金属箔の熱膨張により基材が受けるストレスを軽減することができる。
また、本発明に係る電子モジュールは、前記金属箔が、半田箔から構成されていてもよい。
上記のように、金属箔が、半田箔から構成されていれば、デバイスの半田箔への半田による実装が確実に行える。
また、本発明に係る電子モジュールは、前記基材の一方の面上に、導電性を有する下地層を備え、前記金属箔は、前記下地層の上に形成されていてもよい。
上記のように、下地層が導電性を有していれば、金属箔に亀裂（クラック）が発生していても、導電性を有する下地層を通して実装されたデバイスと金属箔との通電を維持することができる。
また、本発明に係る電子モジュールは、前記基材が通気性を有する材料から構成されていてもよい。
上記のように、基材が通気性を有する材料から構成されていれば、基材の実装側の面とは反対側面にも溶融樹脂が回り易くなるだけでなく、基材に形成されている隙間に溶融樹脂が入り込むことで基材に実装されたデバイスに溶融樹脂からの圧力を和らげることができるので、不良品の発生が少なく、生産性を高めることができる。
また、本発明に係る電子モジュールは、前記基材が、多数のガラス繊維でなるガラスクロスから構成され、該ガラスクロスの実装側の一方の面とは反対側の他方の面に柔軟性を有する樹脂層を備えていてもよい。
上記のように、基材が、多数のガラス繊維でなるガラスクロスから構成されている場合には、ガラスクロスの解れを樹脂層で確実に阻止することができる。しかも、柔軟性を有する樹脂層が、ガラスクロスの網目に食い込んだ（入り込んだ）状態で一体化しているため、ガラスクロスの柔軟性が阻害されることがない。
また、本発明に係る電子モジュールは、前記樹脂層が、ウレタン層から構成されていてもよい。
上記のように、樹脂層が柔軟性の高いウレタン層から構成されていれば、ガラスクロスの柔軟性がより一層阻害されることがなく、好ましい。
以上の如く、本発明によれば、柔軟性を有するとともに絶縁性を有する基材の少なくとも一方の面上に形成される配線パターンにデバイスを実装する構成にすることによって、電子デバイスにダメージを与えることや配線パターンの断線が発生することを回避することができる電子モジュールを提供することができる。
本発明の電子モジュールの平面図である。 図１における要部の縦断面図である。 スクリーン印刷工程で下地インクを塗布している状態を示す図である。 スクリーン印刷後に下地インクが硬化した状態を示す図である。 下地インクの上に半田層を乗せた状態を示す図である。 射出成形するための上下一対の金型のうちの一方の可動側の金型の平面図である。 射出成型するための上下一対の金型のうちの他方の固定側の金型の底面図である。 上下一対の金型を閉じた状態において一次成形品を成形する部分で切断した縦断面図を示している。 図８の上下一対の金型の縦断面図において、光デバイスが基材の上に実装された回路部が金型内に投入された状態を示している。 上下一対の金型を閉じた状態において二次成形品を成形する部分で切断した縦断面図を示している。 図１０の上下一対の金型の縦断面図において、光デバイスが基材の上に実装された回路部の片面に樹脂封止した一次成形品が金型内に投入された状態を示している。
図１に、本発明の電子モジュール１を示している。この電子モジュール１は、柔軟性（可撓性）を有するとともに絶縁性を有しかつ表面と裏面とを有する基材２と、基材２の一方の面上に形成される配線パターン３に光デバイス４が実装された回路部５と、回路部５を絶縁性樹脂で封止する樹脂体６と、を備えている。ここでは、光デバイス４である発光素子（又は受光素子でもよい）を基材２に実装することによって、光学系の電子モジュール１を構成している。尚、発光素子としては、発光ダイオード、レーザーダイオード等を用いることができる。
このように、柔軟性を有する基材２の一方の面上に形成される配線パターン３に光デバイス４が実装されているので、溶融樹脂からの圧力により基材２が変形することによって、溶融樹脂から基材２が受ける圧力を軽減することができる。よって、基材２に実装されているデバイス（ここでは、光デバイス４）にダメージを与えることがない、あるいは配線パターン３の断線が発生することがない。
基材２は、通気性を有する材料から構成されている。具体的には、多数のガラス繊維でなるガラスクロスから基材２が構成されているが、紙、不織布、多数の合成繊維が編み込まれた合成樹脂クロスからなるシート等、柔軟性を有しかつ絶縁性を有する材料であればどのようなものであってもよい。このように、基材２が通気性を有する材料から構成されていれば、基材２の実装側の面とは反対側面（図２では基材２の下面）にも溶融樹脂が回り易くなるだけでなく、基材２に形成されている隙間（ここでは、ガラスクロスの網目）に溶融樹脂が入り込むことで基材２に実装された光デバイス４に溶融樹脂からの圧力を和らげることができるので、不良品の発生が少なく、生産性を高めることができる。
また、基材２の一方の面上に、配線パターン３を形成する際に溶融した半田の濡れ性がある下地層７を備え、下地層７が導電性を有する樹脂から構成されている。このように、下地層７が導電性を有する樹脂から構成されていれば、配線パターン３に亀裂（クラック）が発生していても、導電性を有する下地層７を通して実装された光デバイス４と配線パターン３との通電を維持することができる。下地層７としては、導電性を有する樹脂から構成する他、ニッケル（Ｎｉ）メッキ層、金（Ａｕ）メッキ層、銅（Ｃｕ）メッキ層等の半田とは異なる金属層から構成することもできる。
また、前記ガラスクロスが多数のガラス繊維を編み込んで構成されている場合には、ガラス繊維が解れ易く、この解れを阻止するために、ガラスクロスで構成される基材２の実装側の一方の面とは反対側の他方の面（図２では下面）に柔軟性を有するウレタン層８を備えている。このウレタン層８は、溶融したウレタン樹脂を基材２の下面に塗布することにより形成されている。この柔軟性を有するウレタン層８が、ガラスクロスの網目に食い込んだ（入り込んだ）状態で一体化しているため、ガラスクロスの柔軟性が阻害されることがない。ここでは、柔軟性の高いウレタン層８を用いているが、柔軟性を有する各種の樹脂層を用いてもよい。
樹脂体６は、ここでは、透明樹脂で構成され、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、アクリル、非晶性ポリオレフィン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、脂肪族環状ポリオレフィン、ノルボルネン系の熱可塑性透明樹脂が好適に用いられるが、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアセタール等の熱硬化性透明樹脂を用いてもよい。尚、ここでは透明樹脂から構成する場合を示しているが、光が通過できる樹脂材料であれば、透明樹脂でなくてもよい。又、透明樹脂に光が通過できる程度の塗料を表面に塗布したものであってもよい。
配線パターン３は、半田付けが可能な金属箔で構成され、この金属箔は、実際には、半田箔からなっており、光デバイス４の半田箔への半田による実装が確実に行える。この半田箔は、溶融される絶縁性樹脂を後述するキャビティ９Ｓ，９Ｓ１内に射出して回路部５を封止する際の成形温度以下の融点を有する材料から構成されている。このように、配線パターン３を構成する金属箔（ここでは半田箔）が、成形温度以下の融点を有する材料から構成されているため、溶融される絶縁性樹脂をキャビティ９Ｓ，９Ｓ１内に射出して回路部５を封止する際の成形温度により金属箔が熱膨張し、金属箔を構成する金属材料の少なくとも一部が溶融する。これにより回路部５を封止する際に溶融した樹脂が勢いよく流れ込んだとしても、金属箔が変形に耐え得ることで、回路部５を封止する成形時の金属箔の熱膨張により基材２が受けるストレスを軽減することができる。尚、金属箔の表面には、既に酸化膜が形成されているため、金属材料の溶融によって金属箔が型崩れすることがない。
また、キャビティ９Ｓ，９Ｓ１内の温度が、前記金属箔を構成する金属材料の融点よりも低い場合であっても、キャビティ９Ｓ内の温度が金属材料の再結晶温度以上であれば、熱間鍛造のように金属材料を加熱することにより柔らかくなって金属箔（ここでは半田箔）が変形し易くなる。これにより、前述同様に、回路部５を封止する成形時の金属箔の熱膨張により基材２が受けるストレスを軽減することができる。
上記構成の電子モジュール１の製造方法について説明する。この電子モジュール１の製造方法は、基材２に光デバイス４を実装する実装工程と、実装工程で光デバイス４が基材２上に実装された回路部５を入れた金型９で形成されるキャビティ９Ｓ，９Ｓ１内に樹脂を注入して回路部５を絶縁性樹脂で封止する封止工程と、を主要工程として備えている。
まず、実装工程の前に、スクリーン印刷工程、配線パターン形成工程を備え、実装工程後に行うウレタン層形成工程を更に備えている。尚、ウレタン層形成工程は、実装工程の前に、基材２に予め形成しておいてもよい。スクリーン印刷工程は、図３に示すように、多数の孔１０Ａが形成されたスクリーン１０とスキ―ジ１１とを用いて基材２の実装側となる一方の面（図３では上面）に下地層７を構成するための下地インク７ａを塗布する工程である。配線パターン形成工程は、スクリーン印刷工程終了後、図４に示すように、下地インク７ａが硬化してから、図５に示すように、配線パターン３を形成するための半田３ａを硬化した下地インク７ａの上に乗せる工程である。配線パターン形成工程が終了すると、前記実装工程を実行する。この実装工程は、図示していないが、発光素子である光デバイス４を配線パターン３上に載置し、実装するための半田１２（図２参照）で光デバイス４の電極を配線パターン３に導通するように溶融接合して光デバイス４の実装工程が終了する。実装工程終了後は、溶融したウレタン樹脂を基材２の裏面（図２では下面）に塗布してウレタン層８（図２参照）を形成して回路部５を得る（ウレタン層形成工程）。
回路部５を得た後は、前記封止工程に移行する。この封止工程は、回路部５の片面ずつに分けて封止することにより回路部５の両面を封止する工程からなる。まず、封止工程に使用する金型９について説明する。図８に示すように、金型９は、上側に位置する固定側の金型部９Ａと、下側に位置する上下方向に移動可能な可動側の金型部９Ｂと、を備えている。そして、可動側の金型部９Ｂの表面に、図６（可動側の金型部９Ｂを上から見た平面図）に示すように、光デバイス４が実装された回路部５を貼り付ける位置を特定するための長方形の目印（破線で示しているが、実線でもよいし、四隅のみが記されたものでもよい）１３と、目印１３の前後方向後方位置に光デバイス４が実装された回路部５の実装側の面が樹脂封止された一次成形品Ｄ１（図１１参照）を収容して二次成形するための二次側の第１凹部１４が形成されている。目印１３は、回路部５の外形と同じ大きさに描かれ、回路部５の外形を破線（実線でもよい）に合わせることになる。二次側の第１凹部１４は、図１０及び図１１に示すように、一次成形品Ｄ１における樹脂封止された部分である本体部Ｄ１ａを収容する本体部側凹部１４Ａと、一次成形品Ｄ１における樹脂封止されていない一端部である端子部Ｄ１ｂを収容する本体部側凹部１４Ａよりも幅が少し狭く深さも基材２が入る程度の浅い深さを有する端子部側凹部１４Ｂと、を備えている。
また、固定側の金型部９Ａに、図７（固定側の金型部９Ａを下から見ている底面図）に示すように、光デバイス４が実装された回路部５の上面側を覆って回路部５の実装側の面に樹脂封止するためのキャビティ９Ｓを形成する一次側の第２凹部１５（図８及び図９参照）と、一次側の第２凹部１５の前後方向後方位置に光デバイス４が実装された回路部５の実装側の面が樹脂封止された一次成形品Ｄ１の実装側とは反対側の面を樹脂封止して二次成形するための二次側の第３凹部１６が形成されている。この二次側の第３凹部１６に溶融樹脂を充填することにより、一次成形品Ｄ１の実装側とは反対側の面を樹脂封止する。一次側の第２凹部１５は、図７〜図９に示すように、樹脂を充填するキャビティ９Ｓを形成する樹脂充填用凹部１５Ａと、光デバイス４が実装された回路部５の樹脂封止しない一端部である端子部５ｂを収容する樹脂充填用凹部１５Ａよりも幅が少し狭く深さが基材２が入る程度の浅い深さを有する端子部側凹部１５Ｂと、を備えている。二次側の第３凹部１６は、図７に示すように、一次側の第２凹部１５の後側に形成され、樹脂を充填するキャビティ９Ｓ１（図１１参照）が形成されている。この第３凹部１６は、一次成形品Ｄ１の本体部Ｄ１ａと同じ大きさに構成されている。
まず、光デバイス４が実装された回路部５の実装側の面を樹脂封止することについて説明する。可動側の金型部９Ｂを下降させることにより、上下一対の金型部９Ａ，９Ｂを開いた状態にする。この状態において、下方側の可動側の金型部９Ｂの目印１３（図９参照）に外形を合わせた状態で回路部５を配置する。この回路部５は、光デバイス４が実装された面が上方を向くように配置している。このとき、下方側の可動側の金型部９Ｂのフラットな表面（上面）９ｂに回路部５を両面テープにより固定して、溶融樹脂の射出時に回路部５が金型内で大きく移動することがないようにしている。回路部５の配置後、下側の可動側の金型部９Ｂを上昇させて一対の金型部９Ａ，９Ｂを閉じた状態にする（図９参照）。この状態から、上側の固定側の金型部９Ａの長手方向略中央部でかつ短手方向一端部に形成の射出口Ｈ１（図７参照）から上側の固定側の金型部９Ａの一次側の第２凹部１５の樹脂充填用凹部１５Ａに溶融樹脂が射出される。この射出される溶融樹脂によって、光デバイス４が溶融樹脂で覆われるとともに基材２の実装側の面（上面）及び基材２の網目を通して実装側とは反対側の面（下面）まで溶融樹脂が到達して基材２の実装側の片面（上面）側を完全に覆った状態にする。射出成形後は、金型部９Ａ，９Ｂを冷却した後、下側の可動側の金型部９Ｂを下降して金型部９Ａ，９Ｂを開き、片面（上面）側が樹脂封止された回路部５を取り出す。ここでは、金型９が、上下方向で開閉する金型部９Ａ，９Ｂを備えているが、水平方向で開閉する金型部を備えていてもよい。
次に、光デバイス４が実装された回路部５の実装側の面が樹脂封止された一次成形品Ｄ１の実装側とは反対側の面を樹脂封止して二次成形することを説明する。成形された一次成形品（実装側の面が樹脂封止された回路部５）Ｄ１の実装側とは反対側の面（下面）が上方を向くように下側の可動側の金型部９Ｂの二次側の第１凹部１４（図６参照）に配置する。一次成形品Ｄ１の配置後、下側の可動側の金型部９Ｂを上昇させて一対の金型部９Ａ，９Ｂを閉じた状態にする（図１１参照）。この状態から、上側の金型部９Ａの長手方向略中央部でかつ短手方向一端部（前記射出口Ｈ１とは反対側の端部）に形成の射出口Ｈ２（図７参照）から上側の金型部９Ａの二次側の第３凹部１６内に溶融樹脂が射出される。この射出される溶融樹脂によって、基材２の実装側の面とは反対側の面に溶融樹脂が積層されて覆われる。これによって、基材２の両面が樹脂で完全に覆われた状態になり、樹脂で覆われた部分は、防水性を有する。尚、図２に示すように、配線パターン３の内側面及び下地層７の内側面にも基材２の網目を通して入り込んだ樹脂で覆われた状態になっている。射出成形後は、金型部９Ａ，９Ｂを冷却した後、下側の可動側の金型部９Ｂを下降させることにより、一対の金型部９Ａ，９Ｂを開き、二次成形品（両面が樹脂封止された回路部５、図１の電子モジュール１参照）を取り出して１つの回路部５の封止工程を終了する。
ここで、金型部９Ａ，９Ｂのキャビティ９Ｓ，９Ｓ１内に充填される樹脂温度は、約２５０℃であり、また、配線パターン３を構成する半田箔の半田の融点及び光デバイス４を実装するための半田の融点が、キャビティ９Ｓ，９Ｓ１内に充填される樹脂温度（この樹脂温度を成形温度とする、ここでは２５０℃としているが、用いる樹脂によって樹脂温度が変わる）よりも低い温度（約２２０℃）になっている。ここでは、配線パターン３を構成する半田と光デバイス４を実装する半田とを同一温度の融点、即ち同一成分のものから構成しているが、異なる温度の融点の半田であってもよい。このように、射出される溶融樹脂によって少なくとも一部の半田が溶けることによって、前述したように、回路部５を封止する成形時の半田箔の熱膨張により基材２が受けるストレスを軽減することができる。また、一般的なガラスクロスの軟化温度は、約７５０℃以上であるため、射出時の溶融樹脂により変形する、あるいは溶け出すことがない。尚、ガラスクロスに代えて、紙、不織布、多数の合成繊維が編み込まれた合成樹脂クロスを用いる場合には、射出される溶融樹脂によって溶けない、あるいは成形温度に耐え得る材料で構成することが好ましい。このように柔軟性を有する基材２の両面が熱可塑性樹脂で封止されて完成した電子モジュール１に、熱可塑性樹脂が変形可能な熱を加えることによって、電子モジュール１を所定の角度に折り曲げてアーチ状やＬ字状あるいはＵ字状等、いろんな形状にすることができる利点がある。
尚、本発明に係る異形容器の成形装置は、実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
前記実施形態では、回路部５の片面ずつ樹脂を覆う２つの工程を行うことによって、回路部５の両面を樹脂で覆うようにしたが、１つの工程で回路部５の両面を樹脂で覆うようにしてもよい。
また、前記実施形態では、光デバイス４を用いて電子モジュールを構成したが、電子デバイスを用いて電子モジュールを構成してもよいし、また光デバイス４と電子デバイスの両方を用いて電子モジュールを構成してもよい。この電子デバイスは、抵抗、コイル、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、各種パワー素子、ＩＣ等の集積回路部等を含む。これらの電子デバイスのみを基材に実装する場合には、樹脂体が必ずしも透明な樹脂材料から構成されなくてもよい。
また、前記実施形態では、柔軟性のある樹脂層の一例であるウレタン層８をガラスクロスの実装側の一方の面とは反対側の他方の面に備えたものを示したが、省略して実施してもよい。
また、前記実施形態では、下地層７をスクリーン印刷により形成したが、オフセット印刷、グラビア印刷、インクジェット印刷等により下地層を形成してもよい。
１…電子モジュール、２…基材、３…配線パターン、３ａ…半田、４…光デバイス、５…回路部、５ｂ…端子部、６…樹脂体、７…下地層、７ａ…下地インク、８…ウレタン層、９…金型、９Ａ…固定側の金型部、９Ｂ…可動側の金型部、９Ｓ，９Ｓ１…キャビティ、９ｂ…可動側金型部の表面、１０…スクリーン、１０Ａ…孔、１１…スキ―ジ、１２…半田、１３…目印、１４…第１凹部、１４Ａ…本体部側凹部、１４Ｂ…端子部側凹部、１５…第２凹部、１５Ａ…樹脂充填用凹部、１５Ｂ…端子部側凹部、１６…第３凹部、Ｄ１…一次成形品、Ｄ１ａ…本体部、Ｄ１ｂ…端子部、Ｈ１，Ｈ２…射出口

Claims (8)

  1. 柔軟性を有するとともに絶縁性を有する基材と、該基材の少なくとも一方の面上に形成される配線パターンに光デバイス及び電子デバイスのうちの少なくとも一方のデバイスが実装された回路部と、該回路部を絶縁性樹脂で封止する樹脂体とを備え、
    前記配線パターンが金属箔で構成され、該金属箔が、前記絶縁性樹脂で前記回路部を封止する際の成形温度以下の融点を有する材料で構成されていることを特徴とする電子モジュール。
  2. 柔軟性を有するとともに絶縁性を有する基材と、該基材の少なくとも一方の面上に形成される配線パターンに光デバイス及び電子デバイスのうちの少なくとも一方のデバイスが実装された回路部と、該回路部を絶縁性樹脂で封止する樹脂体とを備え、
    前記配線パターンが金属箔で構成され、該金属箔が、前記絶縁性樹脂で前記回路部を封止する際の成形温度以下の再結晶温度を有する材料で構成されていることを特徴とする電子モジュール。
  3. 前記金属箔が、半田付け可能な金属箔で構成されている請求項１又は２に記載の電子モジュール。
  4. 前記金属箔が、半田箔で構成されている請求項１，２又は３に記載の電子モジュール。
  5. 前記基材の一方の面上に、導電性を有する下地層を備え、前記金属箔は、前記下地層の上に形成されている請求項１乃至４のいずれかに記載の電子モジュール。
  6. 前記基材が通気性を有する材料で構成されている請求項１乃至５のいずれかに記載の電子モジュール。
  7. 前記基材が、多数のガラス繊維からなるガラスクロスで構成され、該ガラスクロスの実装側の一方の面とは反対側の他方の面に柔軟性を有する樹脂層を備えている請求項１乃至６のいずれかに記載の電子モジュール。
  8. 前記樹脂層が、ウレタン樹脂により構成されている請求項７に記載の電子モジュール。
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