WO2014208044A1 - 電子装置およびその電子装置の製造方法 - Google Patents

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WO2014208044A1
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祐紀 眞田
篤志 柏崎
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株式会社デンソー
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Definitions

  • the present disclosure relates to an electronic device in which an electronic component is mounted on one surface side of a substrate and the one surface side is sealed with a mold resin, and a manufacturing method thereof.
  • a surface pattern that is electrically connected to a land and an external circuit is formed on one surface of a substrate, and a solder resist that covers the surface pattern is formed.
  • the solder resist has an opening for exposing a portion of the surface pattern connected to an external circuit.
  • the electronic component is mounted on a land formed on one surface of the substrate via solder or the like.
  • One surface side of the substrate including the electronic component is sealed with a mold resin so that at least a portion of the surface pattern connected to the external circuit is exposed.
  • Such an electronic device is manufactured as follows. Specifically, first, a land and a surface pattern are formed on one surface of the substrate. And after forming the solder resist which covers a surface pattern, the opening part which exposes a part of surface pattern to a solder resist is formed. Next, an electronic component is mounted on the land via solder or the like. Subsequently, a mold having a recess formed on one surface is prepared, and one surface of the mold is pressed against one surface of the substrate so that the electronic component is disposed in the recess. Thereafter, a space between the substrate and the concave portion of the mold is filled with mold resin, whereby a single-sided mounting (half mold) electronic device in which one surface side of the substrate including the electronic component is sealed is manufactured.
  • Patent Document 1 air vents (air vents) are provided by forming through holes in the substrate so that air can escape through the air vents when filling the mold resin to prevent bubbles from remaining in the mold. ing.
  • Patent Document 1 when a through hole is simply provided in the substrate to form an air vent, the resin cannot be stopped because there is no structure for receiving the resin flow when the mold resin flows out through the through hole. . For this reason, the problem that resin flows out to the place which does not want to arrange
  • the present disclosure suppresses the flow of resin that has passed through the air vent and prevents the substrate and the mold from functioning as an air vent when the air vent is formed on the substrate. It is an object of the present invention to provide an electronic device that can be used and a method for manufacturing the electronic device.
  • an electronic device includes a substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface; an electronic component mounted on the first surface side of the substrate; A through hole provided between the first surface and the second surface of the substrate at a position covered with the mold resin in the substrate. And the second surface of the substrate is covered with a solder resist having an opening at a position corresponding to the air vent, and the periphery of the air vent is surrounded by the solder resist.
  • the air vent is formed on the substrate, the air in the cavity constituted by the molding die can be released through the air vent during resin molding.
  • a solder resist is arranged on the second surface of the substrate, and an opening is formed at a position corresponding to the air vent in the solder resist. For this reason, air can escape from between the molding die and the solder resist based on the unevenness of the surface of the solder resist, and it is configured between the second surface of the substrate and the molding die depending on the thickness of the solder resist.
  • the resin can stay in the space.
  • the air can be vented from the cavity through the air vent, and the solder resist that surrounds the air vent around the resin that has flowed out through the air vent Can be dammed. Therefore, in the case of forming an air vent on the substrate, it is possible to prevent the resin from flowing out through the air vent and to prevent the substrate and the mold from functioning as a result of being in close contact with each other.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an electronic device according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along arrow II-II in FIG. It is an enlarged view of the area
  • FIG. 9 is a layout diagram illustrating a state when a portion of the substrate 10 corresponding to the region R in FIG.
  • FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a portion corresponding to a region R in FIG. 1 for an electronic device according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a layout diagram showing the electronic device shown in FIG. 7 when the portion of the substrate 10 corresponding to the region R in FIG. 1 is viewed from the other surface 12 side.
  • FIG. 10 is a layout diagram illustrating a state of the electronic device according to the fourth embodiment of the present disclosure when a portion of the substrate 10 corresponding to the region R in FIG. 1 is viewed from the other surface 12 side.
  • the electronic device S1 is mounted on a vehicle such as an automobile, and is applied as a device for driving each device for the vehicle.
  • the electronic device S1 includes a substrate 10, electronic components 20, 30, a mold resin 40, a heat sink 50, a case 60, a lid 70, a heat radiating gel 80, and the like.
  • the substrate 10 has one surface (first surface) 11 on which the electronic components 20 and 30 are mounted and covered with the mold resin 40, and the other surface (second surface) 12 that is the opposite surface.
  • the plate-shaped member which has these.
  • the substrate 10 is a plate-like member having a rectangular top surface as shown in FIG.
  • the substrate 10 is a wiring substrate based on a resin such as an epoxy resin, and is configured by, for example, a through substrate or a build-up substrate.
  • a wiring pattern (not shown) constituted by an inner layer wiring or a surface layer wiring is formed on the substrate 10, and the wiring pattern is extended to the outside of the mold resin 40, so that the electronic components 20, 30 and The electrical connection can be achieved.
  • through holes 13 provided with metal plating or the like connected to the wiring pattern are provided. Through this through hole 13, the wiring pattern can be electrically connected to the outside of the substrate.
  • the substrate 10 thus configured is supported by the case 60 at the four corners.
  • fixing holes 14 serving as through holes are formed at the four corners of the substrate 10, and after mechanical connection portions 64 protruding from the bottom surface 61 of the case 60 are fitted therein, the mechanical holes 64 are mechanically inserted.
  • the substrate 10 is supported on the case 60 by heat caulking the tip of the connecting portion 64.
  • an air vent 16 constituted by a through hole is formed at a position of the substrate 10 covered with the mold resin 40.
  • the air vent 16 serves as an air vent when resin sealing with the mold resin 40 is performed.
  • the cross-sectional dimension of the air vent 16 is arbitrary, but it is preferable that the cross-sectional dimension is such that the flow resistance of the resin does not become the flow resistance of the air, for example, is smaller than the through hole 13.
  • the air vent 16 may be formed at any position, but the air vents 16 are likely to be bubbled between the electronic components 20-30, directly below the electronic components 20-30, and near the outer edge of the mold resin 40. It is preferable to form the air vent 16 at the place.
  • the surface of the other surface 12 of the substrate 10 is covered with a solder resist 17.
  • the surface of the solder resist 17 is uneven to such an extent that air escapes and resin is difficult to escape.
  • the solder resist 17 has an opening 17a formed at a position corresponding to the air vent 16, and has a structure in which the air vent 16 is surrounded by one.
  • the opening 17a of the solder resist 17 is provided with an opening end spaced apart from the air vent 16 by a predetermined distance, or a tapered shape in which the opening diameter gradually increases from the other surface 12 side. Therefore, based on the thickness of the solder resist 17, a space 18 is formed around the air vent 16 by the opening 17 a of the solder resist 17.
  • the space 18 functions as a resin reservoir when the resin for forming the mold resin 40 flows out through the air vent 16, thereby suppressing the resin from flowing out.
  • the air vent 16 and the space 18 may or may not enter the resin, but FIG. 3 shows an example of the state where the resin has entered.
  • the electronic components 20 and 30 are electrically connected to the wiring pattern by being mounted on the substrate 10 and may be any surface mounting component or through-hole mounting component.
  • the semiconductor element 20 and the passive element 30 are exemplified as the electronic components 20 and 30.
  • the semiconductor element 20 include a power element that generates a large amount of heat, such as a microcomputer, a control element, or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor).
  • the semiconductor element 20 is connected to a land connected to the wiring pattern of the substrate 10 or a land formed by a part of the wiring pattern by a bonding wire 21 and a die bonding material 22 such as solder.
  • Examples of the passive element 30 include a chip resistor, a chip capacitor, and a crystal resonator.
  • the passive element 30 is connected to a land provided on the substrate 10 by a die bonding material 31 such as solder.
  • the mold resin 40 is composed of a thermosetting resin such as an epoxy resin, and is formed by a transfer molding method using a mold or a compression molding method. In the case of the present embodiment, a so-called half mold structure is formed in which the one surface 11 side of the substrate 10 is sealed with the mold resin 40 and the other surface 12 side of the substrate 10 is exposed without being sealed with the mold resin 40. .
  • the mold resin 40 has a rectangular top surface, and the two opposite sides of the substrate 10, specifically, both sides perpendicular to the longitudinal direction of the substrate 10 are exposed. It is formed only on the inner side than both sides. That is, both longitudinal ends of the substrate 10 protrude from the mold resin 40 and are exposed from the mold resin 40.
  • a through hole 13 is disposed in a portion exposed from the mold resin 40, and an electrical connection between the wiring pattern formed on the substrate 10 and the outside is possible through the through hole 13. Further, both sides of the substrate 10 are exposed from the mold resin 40, so that the four corners of the substrate 10 are exposed. In the portion exposed from the mold resin 40, the substrate 10 is attached to the case 60 as described above. It is supported.
  • the heat sink 50 is made of a metal material having a high heat transfer coefficient, such as aluminum or copper, and is in close contact with the other surface 12 side of the substrate 10 via a bonding member 51.
  • a conductive adhesive containing a metal filler, a conductive material such as a solder material, or an insulating material such as a heat radiating gel or a heat radiating sheet is used.
  • the heat sink 50 plays a role of radiating heat when the heat generated by the electronic components 20 and 30 is transmitted from the other surface 12 side of the substrate 10 and is made of a metal material having high thermal conductivity, such as copper. Has been.
  • the semiconductor element 20 is composed of an IGBT or a MOSFET, since these are heating elements, they generate a lot of heat, but this heat is transmitted to the heat sink 50, so that the semiconductor elements 20 and the passive elements 30 High temperature is suppressed.
  • the heat sink 50 is thermally connected to the lid 70 via the heat radiating gel 80, and heat transferred from the back surface of the substrate 10 is further transmitted to the lid 70 through the heat radiating gel 80. Heat is radiated from 70 to the outside.
  • the case 60 is a rectangular housing that accommodates the electronic components 20 and 30 mounted on the one surface 11 side of the substrate 10 and sealed with the mold resin 40.
  • the case 60 is a member constituting the housing recess 63 in which the periphery of the bottom surface 61 is covered by the side wall surface 62, and the substrate 10 mounted with the electronic components 20 and 30 and sealed with the mold resin 40 is used.
  • the housing recess 63 the one surface 11 side faces the bottom surface 61 side.
  • the mechanical connection portion 64 that supports the substrate 10 is formed on the bottom surface 61 of the case 60.
  • the mechanical connection portion 64 is a stepped rod-like member that protrudes in the vertical direction from the bottom surface 61 and whose sectional dimensions are partially changed. Specifically, in the state before the substrate 10 is fixed, the mechanical connection portion 64 has a cross-sectional dimension on the bottom side larger than that of the fixing hole 14 formed in the substrate 10, and a cross-sectional dimension on the tip side is larger than the fixing hole 14. Is almost the same or slightly smaller. Because of such dimensions, the mechanical connection portion 64 holds the substrate 10 at the stepped portion between the front end side and the bottom surface side while the front end side is inserted into the fixing hole 14.
  • the front end side of the mechanical connection portion 64 is fitted into the fixing hole 14 and then heat caulked, so that a portion protruding from the substrate 10 has a cross-sectional dimension larger than that of the fixing hole 14 and a step difference from that portion.
  • the substrate 10 is sandwiched between and supported.
  • the protruding amount of the mechanical connection portion 64 is set lower than the height of the side wall surface 62 so that the substrate 10 enters the inside of the accommodating recess 63 rather than the tip of the side wall surface 62.
  • connection terminals 65 are erected on the bottom surface 61 of the case 60 in a direction perpendicular to the bottom surface 61.
  • each connection terminal 65 is made of a copper alloy that is tin-plated or nickel-plated.
  • Each of the plurality of connection terminals 65 is inserted through a through hole 13 formed in the substrate 10 and is electrically connected to the through hole 13 via a connection member 15 such as solder.
  • the case 60 is basically made of an insulator based on a resin such as PPS (polyphenylene sulfide) or PBT (polybutylene terephthalate), but includes a wiring pattern extending to the outside of the case 60. Yes.
  • a plurality of connection terminals 65 are connected to the wiring pattern, and the wiring pattern of the substrate 10 on which the electronic components 20 and 30 are mounted is electrically connected to the outside through the connection terminals 65 and the wiring pattern. Yes.
  • the lid 70 seals the inside of the case 60 by being connected to the opening end of the case 60, that is, the tip of the side wall surface 62.
  • the lid 70 is fixed to the case 60 via an adhesive or the like, for example.
  • the lid 70 is made of a metal material having a high heat transfer coefficient, such as aluminum or copper, and is made of a rectangular plate-like member.
  • the heat dissipating gel 80 is disposed between the heat sink 50 and the lid 70, and is disposed so as to be in contact with both, thereby transferring heat from the heat sink 50 to the lid 70.
  • the heat radiating gel 80 is made of a silicone oil compound having a high thermal conductivity.
  • the electronic device S1 As described above, the electronic device S1 according to the present embodiment is configured. Such an electronic device S1 is manufactured by the following manufacturing method.
  • the electronic components 20 and 30 are mounted on the one surface 11 of the substrate 10.
  • the substrate 10 on which the electronic components 20 and 30 are mounted is sealed with a mold resin 40 by a transfer molding method or a compression molding method.
  • the heat sink 50 is bonded to the other surface 12 side of the substrate 10 via the bonding member 51, the substrate 10 is disposed in the housing recess 63 of the case 60 with the one surface 11 side facing the bottom surface 61 side.
  • the plurality of connection terminals 65 are inserted into the through holes 13 so that the tips of the mechanical connection portions 64 are fitted into the fixing holes 14.
  • the tip of the mechanical connection portion 64 is heat caulked, and the through hole 13 and the plurality of connection terminals 65 are connected by the connection member 15 by soldering or the like.
  • the lid 70 is disposed thereon, and the space between the lid 70 and the side wall surface 62 of the case 60 is fixed with an adhesive or the like. The electronic device S1 is completed.
  • bubbles may remain in the mold resin 40 when the electronic components 20 and 30 are mounted on the one surface 11 of the substrate 10 and then sealed with the mold resin 40.
  • the air vent 16 may be formed on the substrate 10.
  • the mold and the other surface 12 of the substrate 10 are in close contact with each other, and the open end of the air vent 16 is formed. In other words, there is no portion to receive the resin.
  • the space 18 can function as a resin reservoir. This will be described with reference to FIG.
  • FIG. 5 shows a state in which the resin sealing with the mold resin 40 is performed, for example, by compression molding.
  • a lower mold (first mold) 91, an upper mold (second mold) 92, and a plunger 93 are used as a mold 90 serving as a mold.
  • the substrate 10 is placed on the lower mold 91. It arrange
  • the solder resist 17 is provided on the surface of the other surface 12 and the opening 17a is formed in the solder resist 17 at a position corresponding to the air vent 16, the other surface 12 of the substrate 10 and the lower mold 91 are formed.
  • a space 18 is formed between the two.
  • the resin powder used for compression molding is filled in the opening 92a of the upper die 92, and then the plunger 93 is slid in the opening 92a and heated and pressurized. Perform molding. Thereby, the mold resin 40 is formed.
  • the air vent 16 is formed, the air in the cavity formed by the mold 90 can be removed through the air vent 16.
  • the surface of the other surface 12 is covered with the solder resist 17, since the surface of the solder resist 17 has irregularities, air also escapes between the lower mold 91 and the solder resist 17 through a gap caused by the irregularities. .
  • the solder resist 17 becomes a dam and the resin is blocked in the space 18, and the solder resist 17 and the lower mold 91 are separated from each other. The flow from the gaps between them can be minimized.
  • the air vent 16 is formed on the substrate 10, the air in the cavity formed by the mold 90 that is a molding die can be released through the air vent 16 during resin molding.
  • a solder resist 17 is disposed on the other surface 12 of the substrate 10, and an opening 17 a is formed in the solder resist 17 at a position corresponding to the air vent 16. For this reason, air can escape from between the lower mold 91 and the solder resist 17 based on the unevenness of the surface of the solder resist 17 and is configured between the other surface 12 of the substrate 10 and the lower mold 91.
  • the resin can remain in the space 18.
  • the solder resist 17 has a function as an insulating material, A function as a dam for blocking the resin and a function as an air vent by preventing the substrate 10 and the mold 90 from being in close contact with each other can be provided.
  • the air vent 16 is soldered to the solder resist 17 by forming a groove portion 17 b connected to the opening portion 17 a instead of surrounding the air vent 16 around the entire circumference by the solder resist 17.
  • the resist 17 has a C-shaped structure.
  • the groove portion 17b is formed in a direction that does not cause a problem even if the resin flows out, and extends to the end portion of the substrate 10, for example. If such a groove part 17b is provided, air can be vented through the groove part 17b. Therefore, the air in the cavity constituted by the mold 90 can be more reliably removed during resin molding, and air bubbles can be suppressed from remaining in the mold resin 40 more reliably.
  • the width of the groove portion 17b is arbitrary, but it is preferable that the groove portion 17b has such a width that the flow resistance of the resin does not become the flow resistance of the air. In this way, even if the resin tries to flow out through the groove portion 17b, the resin flow can be stopped in the groove portion 17b.
  • the conductor pattern 12a constituted by a part of the wiring pattern formed on the other surface 12 is formed so as to surround the air vent 16 by one.
  • the conductor pattern 12a is constituted by a part of a surface layer wiring formed by appropriately laminating a metal foil such as copper or metal plating.
  • a solder resist 17 is formed so as to cover the conductor pattern 12a. With such a configuration, the height from the other surface 12 to the surface of the solder resist 17 is higher in the portion of the solder resist 17 that covers the conductor pattern 12a than in the portion that does not cover the conductor pattern 12a. Become.
  • the height from the other surface 12 to the surface of the solder resist 17 can be earned around the air vent 16, and the capacity of the space 18 can be further increased. Therefore, it is possible to increase the capacity of the resin reservoir in the space 18 and further suppress the flow of the resin from the space 18 to the outside.
  • the conductor pattern 12a formed on the other surface 12 is not surrounded by the entire circumference of the air vent 16, but a part of the conductor pattern 12a is cut out and surrounded.
  • the air vent 16 is surrounded by a conductor pattern 12a in a C shape.
  • the height of the surface of the solder resist 17 is lower in the portion where the conductor pattern 12a is cut out than in the portion where the cut is not made, and the portion between the lower mold 91 and the solder resist 17 is formed during resin molding in that portion.
  • a gap is formed. Therefore, as in the case where the groove 17b is formed in the solder resist 17 as in the second embodiment, air can be vented through the portion where the conductor pattern 12a is cut out. As a result, air in the cavity formed by the mold 90 can be more reliably removed during resin molding, and air bubbles can be suppressed from remaining in the mold resin 40 more reliably.
  • the width of the notched portion of the conductor pattern 12a is arbitrary, but it is preferable that the width be such that the flow resistance of the resin does not become the flow resistance of the air. In this way, even if the resin tries to flow out through the notched portion of the conductor pattern 12a, the resin flow can be stopped at that portion.
  • an example of the electronic device S1 to which the electronic components 20 and 30 are mounted on the one surface 11 of the substrate 10 and then the electronic components 20 and 30 are sealed with the mold resin 40 is applied.
  • the one surface 11 side of the substrate 10, that is, the mold resin 40 side is arranged to face the bottom surface 61 side of the case 60, but the other surface 12 side, that is, the side opposite to the mold resin 40 is directed to the bottom surface 61 side. You may arrange in.
  • connection method of the substrate 10 by the mechanical connection portion 64 is not limited to heat caulking, and may be press fitting, screw tightening, screw tightening fixing, or the like.
  • connection between the connection terminal 65 and the through hole 13 is not limited to soldering, and may be a press fit or the like.

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Abstract

 電子装置の基板(10)にエアベント(16)を形成し、樹脂成形時に、金型(90)のキャビティ内の空気がエアベント(16)を通じて抜けるようにする。そして、基板(10)の第二面(12)にソルダレジスト(17)を配置し、ソルダレジスト(17)のうちエアベント(16)と対応する位置に開口部(17a)を形成する。これにより、ソルダレジスト(17)の表面の凹凸に基づいて下型(91)とソルダレジスト(17)との間からも空気が抜けるようにでき、かつ、基板(10)の第二面(12)と下型(91)との間に構成される空間(18)に樹脂が留まるようにできる。よって、エアベント(16)を通過した樹脂の流れ出しを抑制でき、基板(10)と金型(90)とが密着してエアベント(16)として機能しなくなることを防止できる。

Description

電子装置およびその電子装置の製造方法 関連出願の相互参照
 本開示は、2013年6月28日に出願された日本出願番号2013-136894号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、基板の一面側に電子部品を搭載すると共に、その一面側をモールド樹脂で封止するようにした電子装置およびその製造方法に関するものである。
 従来より、基板の一面側に電子部品が搭載された電子装置がある。この電子装置では、基板の一面に、ランドおよび外部回路と電気的に接続される表面パターンが形成されていると共に表面パターンを覆うソルダレジストが形成されている。ソルダレジストには、表面パターンのうち外部回路と接続される部分を露出させる開口部が形成されている。電子部品は、基板の一面に形成されたランド上に、はんだ等を介して搭載されている。そして、電子部品を含む基板の一面側は、表面パターンのうち少なくとも外部回路と接続される部分が露出されるように、モールド樹脂によって封止されている。
 このような電子装置は、次のように製造される。具体的には、まず、基板の一面にランドおよび表面パターンを形成する。そして、表面パターンを覆うソルダレジストを形成した後、ソルダレジストに表面パターンの一部を露出させる開口部を形成する。次に、ランド上にはんだ等を介して電子部品を搭載する。続いて、一面に凹部が形成された金型を用意し、電子部品が凹部内に配置されるように、金型の一面を基板の一面側に圧接する。その後、基板と金型の凹部との間の空間にモールド樹脂を充填することにより、電子部品を含む基板の一面側が封止された片面実装型(ハーフモールド)の電子装置が製造される。
 ところが、このようにして電子装置を製造する場合、モールド樹脂を充填するときに金型内に気泡が残り、モールド樹脂に気泡が形成されることがある。このため、特許文献1において、基板にスルーホールを形成することでエアベント(空気抜き部)を設け、モールド樹脂の充填時にエアベントを通じて空気が抜けるようにして、金型内に気泡が残ることを防止している。
特開平10-275818号公報
 しかしながら、特許文献1に示されるように、単に基板にスルーホールを設けてエアベントとする場合、スルーホールを通じてモールド樹脂が流れ出たときに、樹脂流れを受け止める構造がないため、樹脂を止めることができない。このため、樹脂を配置したくない場所に樹脂が流れ出してしまうという問題が発生し得る。また、金型のうちキャビティが形成されていない側の型、つまり基板を押さえる側の型が基板と密着してスルーホールの開口端と密着してしまうと、樹脂を受ける部分がなくなってしまい、エアベントとして機能しなくなる可能性がある。
 本開示は上記点に鑑みて、基板にエアベントを形成する場合において、エアベントを通過した樹脂の流れ出しを抑制すると共に、基板と成形型とが密着することでエアベントとして機能しなくなることを防止することができる電子装置およびその電子装置の製造方法を提供することを目的とする。
 本開示の一態様によれば、電子装置は、第一面および第一面の反対面となる第二面とを有する基板と、基板の第一面側に実装された電子部品と、基板の第一面側に設けられ、電子部品を封止するモールド樹脂と、を備え、基板のうちモールド樹脂で覆われる位置に、該基板の第一面と第二面との間を貫通する貫通孔にて構成されたエアベントが形成されていると共に、基板の第二面はエアベントと対応する位置に開口部が形成されたソルダレジストで覆われており、該ソルダレジストによってエアベントの周囲が囲まれている。
 このように、基板にエアベントを形成しているため、樹脂成形時には、成形型によって構成されるキャビティ内の空気がエアベントを通じて抜けるようにできる。そして、基板の第二面にソルダレジストを配置し、ソルダレジストのうちエアベントと対応する位置に開口部を形成するようにしている。このため、ソルダレジストの表面の凹凸に基づいて成形型とソルダレジストとの間からも空気が抜けるようにでき、かつ、ソルダレジストの厚みによって基板の第二面と成形型との間に構成される空間に樹脂が留まるようにできる。
 これにより、基板にエアベントを形成する場合において、エアベントを通過した樹脂の流れ出しを抑制すると共に、基板と成形型とが密着することでエアベントとして機能しなくなることを防止することが可能となる。
 上記構成を有する電子装置の製造方法において、この製造方法の一工程として行われるモールド樹脂を形成する際に、エアベントを通じてキャビティ内の空気抜きが行え、エアベントを通じて流れ出した樹脂をエアベントの周囲を囲むソルダレジストによって堰き止めることができる。したがって、基板にエアベントを形成する場合において、エアベントを通過した樹脂の流れ出しを抑制すると共に、基板と成形型とが密着することでエアベントとして機能しなくなることを防止することが可能となる。
 本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。図面において、
本開示の第1実施形態にかかる電子装置の断面図である。 図1中のII-II矢視断面図である。 図1中の領域Rの拡大図である。 図1中の領域Rの基板10を他面12側から見たときの様子を示したレイアウト図である。 モールド樹脂40を成形する際の様子を示した断面図である。 本開示の第2実施形態にかかる電子装置について、図1中の領域Rと対応する部分の基板10を他面12側から見たときの様子を示したレイアウト図である。 本開示の第3実施形態にかかる電子装置について、図1中の領域Rと対応する部分を拡大した断面図である。 図7に示す電子装置について、図1中の領域Rと対応する部分の基板10を他面12側から見たときの様子を示したレイアウト図である。 本開示の第4実施形態にかかる電子装置について、図1中の領域Rと対応する部分の基板10を他面12側から見たときの様子を示したレイアウト図である。
 以下、本開示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)
 図1~図4を参照して、本開示の第1実施形態にかかる電子装置S1の全体構成について説明する。この電子装置S1は、例えば自動車などの車両に搭載され、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。
 図1および図2に示すように、電子装置S1は、基板10、電子部品20、30、モールド樹脂40、ヒートシンク50、ケース60、蓋70および放熱ゲル80などを有した構成とされている。
 図1に示すように、基板10は、電子部品20、30が実装されると共にモールド樹脂40にて覆われる一面(第一面)11と、その反対面となる他面(第二面)12とを有する板状部材をなすものである。本実施形態では、基板10は、図2に示すように上面形状が矩形状の板状部材とされている。具体的には、基板10は、エポキシ樹脂等の樹脂をベースとした配線基板とされ、例えば、貫通基板やビルドアップ基板などによって構成されている。
 基板10には、内層配線もしくは表層配線などによって構成される図示しない配線パターンが形成されており、配線パターンがモールド樹脂40の外部まで延設されることで、配線パターンを通じて電子部品20、30との電気的な接続が図れるようになっている。また、基板10のうちの長手方向(図1の左右方向)の両側には、配線パターンに繋がる金属メッキなどが施されたスルーホール13が備えられている。このスルーホール13を通じて、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。
 このように構成された基板10が四隅においてケース60に支持されている。本実施形態の場合、基板10の四隅に貫通孔となる固定用孔14を形成しており、この中にケース60の底面61から突出させた機械的接続部64を嵌め込んだ後、機械的接続部64の先端を熱かしめすることで、基板10をケース60に支持している。
 また、図1、図3および図4に示すように、本実施形態では、基板10のうちモールド樹脂40で覆われる位置に、貫通孔にて構成されたエアベント16を形成してある。このエアベント16は、モールド樹脂40による樹脂封止を行う際の空気抜き部となるものである。エアベント16の断面寸法については任意であるが、空気の流動抵抗にならずに樹脂の流動抵抗にはなる程度の断面寸法、例えばスルーホール13よりも小さくされていると好ましい。また、エアベント16の形成位置についても任意であるが、電子部品20~30の間や電子部品20~30の直下、モールド樹脂40の外縁部近傍などが気泡のでき易い場所となるため、これらの場所にエアベント16を形成すると好ましい。
 さらに、図1、図3および図4に示すように、基板10の他面12の表面をソルダレジスト17によって覆っている。ソルダレジスト17の表面は、空気は抜け、樹脂は抜け難い程度に凹凸している。ソルダレジスト17は、エアベント16と対応する位置に開口部17aが形成されており、エアベント16を1周囲んだ構造とされている。図3に示すように、ソルダレジスト17の開口部17aは、開口端がエアベント16から所定距離離間して設けられるか、他面12側から開口径が徐々に広がるテーパ状とされている。このため、ソルダレジスト17の厚みに基づき、エアベント16の周囲においてソルダレジスト17の開口部17aによる空間18が構成されている。この空間18が、モールド樹脂40を形成するための樹脂がエアベント16を通じて流れ出したときの樹脂溜まりとして機能することで、樹脂の流れ出しを抑制する。なお、エアベント16および空間18内には、樹脂が入り込んでいても入り込んでいなくても良いが、図3では入り込んだ状態を例に挙げてある。
 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などどのようなものであってもよい。本実施形態の場合、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)等の発熱が大きいパワー素子等が挙げられる。この半導体素子20は、ボンディングワイヤ21およびはんだ等のダイボンド材22により、基板10の配線パターンに繋がるランドもしくは配線パターンの一部によって構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。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に備えられたランドに接続されている。これらの構成により、電子部品20、30は、基板10に形成された配線パターンに電気的に接続され、配線パターンに接続されたスルーホール13を通じて外部と電気的に接続可能とされている。
 モールド樹脂40は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等より構成されるもので、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ている。本実施形態の場合、基板10の一面11側をモールド樹脂40で封止しつつ、基板10の他面12側をモールド樹脂40で封止せずに露出させた、いわゆるハーフモールド構造とされている。
 また、モールド樹脂40は、図2に示すように上面形状が矩形状とされ、基板10の相対する二辺、具体的には基板10のうち長手方向と垂直な両辺を露出させるように、この両辺よりも内側にのみ形成されている。つまり、基板10の長手方向両端がモールド樹脂40からはみ出してモールド樹脂40から露出させられている。このモールド樹脂40から露出させられている部分にスルーホール13が配置されており、このスルーホール13を通じて、基板10に形成された配線パターンと外部との電気的接続が可能とされている。また、基板10の両辺がモールド樹脂40から露出させられることで、基板10の四隅が露出させられており、このモールド樹脂40から露出させられた部分において、上記したように基板10がケース60に支持されている。
 ヒートシンク50は、熱伝達率の高い金属材料、例えばアルミニウムや銅によって構成されており、基板10の他面12側に、接合部材51を介して密着させられている。接合部材51としては、例えば金属フィラーを含有した導電性接着剤、はんだ材料などの導電材料、放熱ゲルや放熱シートなどの絶縁材料を用いている。ヒートシンク50は、電子部品20、30が発した熱が基板10の他面12側から伝えられると、それを放熱させる役割を果たすものであり、熱伝導率の高い金属材料、例えば銅などにより構成されている。特に、半導体素子20がIGBTやMOSFETによって構成される場合、これらが発熱素子であることから、多くの熱を発するが、この熱がヒートシンク50に伝えられることで、半導体素子20や受動素子30の高温化が抑制されるようになっている。本実施形態の場合、ヒートシンク50は、放熱ゲル80を介して蓋70に対して熱的に接続されており、基板10の裏面から伝えられた熱を更に放熱ゲル80を通じて蓋70に伝え、蓋70から外部に放熱させるようにしている。
 ケース60は、基板10の一面11側に電子部品20、30を実装してモールド樹脂40で封止したものを収容する長方体形状の筐体となるものである。本実施形態の場合、ケース60は、底面61の周囲を側壁面62によって覆った収容凹部63を構成する部材とされ、電子部品20、30を実装してモールド樹脂40で封止した基板10を、一面11側が底面61側を向くようにして収容凹部63内に収容している。
 ケース60の底面61には、上記したように基板10を支持する機械的接続部64が形成されている。機械的接続部64は、底面61から垂直方向に突出し、部分的に断面寸法が変化させられた段付き棒状部材とされている。具体的には、機械的接続部64は、基板10を固定する前の状態では、底面側の断面寸法が基板10に形成した固定用孔14より大きく、先端側の断面寸法が固定用孔14とほぼ同じもしくは若干小さくされている。このような寸法とされているため、機械的接続部64は、先端側が固定用孔14に挿入されつつ、先端側と底面側との段差部にて基板10を保持する。そして、機械的接続部64の先端側が固定用孔14内に嵌め込まれてから熱かしめされることで、基板10から突き出した部分が固定用孔14よりも断面寸法が大きくされ、その部分と段差部との間に基板10が挟み込まれて支持されている。
 なお、機械的接続部64の突き出し量は、側壁面62の高さよりも低くされており、基板10が側壁面62の先端よりも収容凹部63の内側に入り込むようにしてある。
 さらに、ケース60の底面61には、複数本の接続端子65が底面61に対して垂直方向に立設されている。例えば、各接続端子65は、銅合金に錫メッキやニッケルメッキが施されたものにより構成されている。複数本の接続端子65は、それぞれ、基板10に形成されたスルーホール13に挿通させられており、はんだ等の接続部材15を介してスルーホール13に電気的に接続されている。ケース60は、基本的にはPPS(ポリフェニレンサルファイド)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)等の樹脂をベースとした絶縁体によって構成されているが、ケース60の外部まで延設された配線パターンを備えている。この配線パターンに対して複数本の接続端子65が接続され、各接続端子65および配線パターンを通じて、各電子部品20、30が実装された基板10の配線パターンと外部との電気的接続がなされている。
 蓋70は、ケース60の開口端、つまり側壁面62の先端に接続されることで、ケース60内を密閉するものである。蓋70は、例えば接着剤などを介してケース60に固定される。本実施形態の場合、蓋70は、熱伝達率の高い金属材料、例えばアルミニウムや銅によって構成されており、矩形板状部材によって構成されている。
 放熱ゲル80は、ヒートシンク50と蓋70との間に配置されており、これら両方に接するように配置されることで、ヒートシンク50から蓋70への伝熱を行う。例えば、放熱ゲル80は、熱伝導率の高いシリコーンオイルコンパウンドなどによって構成されている。放熱ゲル80をなくしてヒートシンク50と蓋70とが直接接する構造とすることもできるが、ヒートシンク50の高さ合わせなどが難しく、蓋70を固定する際にヒートシンク50を押圧してしまう可能性があることから、変形自在な放熱ゲル80を備えると好ましい。
 以上のようにして、本実施形態にかかる電子装置S1が構成されている。このような電子装置S1は、次のような製造方法により製造される。
 まず、配線パターンおよびスルーホール13などが形成された基板10を用意したのち、基板10の一面11上に電子部品20、30を実装する。次に、電子部品20、30が実装された基板10を、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ってモールド樹脂40で封止する。そして、基板10の他面12側に接合部材51を介してヒートシンク50を接合したのち、基板10をケース60の収容凹部63内に、一面11側が底面61側を向くようにして配置する。このとき、スルーホール13に複数の接続端子65が挿入され、固定用孔14内に機械的接続部64の先端が嵌め込まれるようにする。
 その後、機械的接続部64の先端を熱かしめすると共に、はんだ付けなどによりスルーホール13と複数の接続端子65とを接続部材15にて接続する。最後に、ヒートシンク50の表面に放熱ゲル80を配置したのち、その上に蓋70を配置し、蓋70とケース60の側壁面62との間を接着剤などによって固定することで、本実施形態にかかる電子装置S1が完成する。
 そして、このような製造方法を用いる場合において、基板10の一面11上に電子部品20、30を実装したのち、モールド樹脂40で封止する際に、モールド樹脂40に気泡が残り得る。これを防ぐ為には、基板10に対してエアベント16を形成しておけば良いが、単にエアベント16を形成しただけでは金型と基板10の他面12とが密着してエアベント16の開口端とも密着してしまうため、樹脂を受ける部分がなくなってしまう。これに対して、本実施形態では、他面12をソルダレジスト17で覆いつつ、エアベント16の周囲にはソルダレジスト17をなくしていることから、空間18を樹脂溜まりとして機能させられる。この様子について、図5を参照して説明する。
 図5は、例えばコンプレッション成形によってモールド樹脂40による樹脂封止を行う場合の様子を示している。この図に示すように、成形型となる金型90として、下型(第1型)91と上型(第2型)92およびプランジャ93を用いる。まず、下型91の上に基板10を配置する。下型91側に他面12側が向くようにして配置する。このとき、他面12の表面にソルダレジスト17を備えてあり、かつ、エアベント16と対応する位置においてソルダレジスト17に開口部17aを形成しているため、基板10の他面12と下型91との間に空間18が構成された状態となる。
 続いて、上型92を配置したのち、コンプレッション成形に用いる樹脂粉末を上型92の開口部92a内に充填してから、プランジャ93を開口部92a内において摺動させ、加熱加圧することで樹脂成形を行う。これにより、モールド樹脂40が形成される。このとき、エアベント16が形成されていることから、金型90によって構成されるキャビティ内の空気がエアベント16を通じて抜けるようにできる。他面12の表面をソルダレジスト17で覆っているが、ソルダレジスト17の表面には凹凸があることから、その凹凸に起因した隙間を通じて下型91とソルダレジスト17との間からも空気が抜ける。
 これにより、モールド樹脂40に気泡が残ることを抑制することが可能になる。特に、他面12に配線パターンを形成し、この配線パターン上に当該配線パターンを絶縁保護する絶縁材としてソルダレジスト17を成膜する場合には、配線パターンの凹凸に起因してソルダレジスト17の表面により大きな凹凸が残り易い。このため、他面12に配線パターンを形成するような場合には、下型91とソルダレジスト17との間からより確実に空気抜きが行えるようにできる。
 そして、エアベント16を通じて樹脂が流れ出してきた場合には、空間18が存在しているため、ソルダレジスト17がダムとなって空間18内に樹脂が堰き止められ、ソルダレジスト17と下型91との間の隙間からの流れ出しを最小限に食い止めることができる。
 以上説明したように、本実施形態では、基板10にエアベント16を形成しているため、樹脂成形時には、成形型である金型90によって構成されるキャビティ内の空気がエアベント16を通じて抜けるようにできる。また、基板10の他面12にソルダレジスト17を配置し、ソルダレジスト17のうちエアベント16と対応する位置に開口部17aを形成するようにしている。このため、ソルダレジスト17の表面の凹凸に基づいて下型91とソルダレジスト17との間からも空気が抜けるようにでき、かつ、基板10の他面12と下型91との間に構成される空間18に樹脂が留まるようにできる。
 これにより、基板10にエアベント16を形成する場合において、エアベント16を通過した樹脂の流れ出しを抑制すると共に、基板10と成形型である金型90とが密着することでエアベント16として機能しなくなることを防止することが可能となる。
 特に、他面12に配線パターンを形成し、この配線パターン上に当該配線パターンを絶縁保護する絶縁材としてソルダレジスト17を成膜する場合には、ソルダレジスト17は、絶縁材としての機能と、樹脂を堰き止めるダムとしての機能と、基板10と金型90との密着を防止して空気抜きとしての機能と、を兼ね備えることができる。
 (第2実施形態)
 本開示の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してソルダレジスト17の構造を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
 図6に示すように、本実施形態では、ソルダレジスト17によってエアベント16を1周全周囲むのではなく、ソルダレジスト17に対して開口部17aに繋がる溝部17bを形成することで、エアベント16をソルダレジスト17でC字状に囲んだ構造としている。溝部17bは、樹脂が流れ出しても問題ない方向に向けて形成されており、例えば基板10の端部まで延設されている。このような、溝部17bを備えておけば、この溝部17bを通じて空気抜きが行える。したがって、樹脂成形時に金型90によって構成されるキャビティ内の空気をより確実に抜くことが可能となり、より確実にモールド樹脂40に気泡が残ることが抑制できる。
 なお、溝部17bの幅については任意であるが、空気の流動抵抗にならずに樹脂の流動抵抗にはなる程度の幅となるようにすると好ましい。このようにすれば、仮に溝部17bを通じて樹脂が流れ出そうとしても、溝部17b内に樹脂の流れ出しが止まるようにできる。
 (第3実施形態)
 本開示の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して他面12に形成される配線パターン形状およびソルダレジスト17の構造を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
 図7および図8に示すように、本実施形態では、他面12に形成される配線パターンの一部にて構成される導体パターン12aをエアベント16の周囲を1周囲むように形成している。導体パターン12aは、例えば、銅等の金属箔や金属メッキが適宜積層されて構成された表層配線の一部によって構成されている。そして、この導体パターン12aを覆うようにソルダレジスト17を形成している。このような構成とすることで、ソルダレジスト17のうち導体パターン12aを覆っている部分において、導体パターン12aを覆っていない部分よりも、他面12からソルダレジスト17の表面までの高さが高くなる。このようにすることで、エアベント16の周囲において、他面12からソルダレジスト17の表面までの高さを稼ぐことができ、より空間18の容量を大きくできる。したがって、空間18による樹脂溜まりの容量をより多くすることが可能となり、空間18から外への樹脂の流れ出しを更に抑制することが可能となる。
 (第4実施形態)
 本開示の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第3実施形態に対してエアベント16の周りに配置する導体パターン12aのレイアウトを変更したものであり、その他については第3実施形態と同様であるため、第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
 図9に示すように、本実施形態では、他面12に形成される導体パターン12aにてエアベント16を1周全周囲むのではなく、導体パターン12aを一部分切り欠いて囲むようにしている。具体的には、エアベント16の周囲を導体パターン12aでC字状に囲んだ構造としている。このため、導体パターン12aが切り欠かれた部分において、切り欠かれていない部分よりもソルダレジスト17の表面の高さが低くなり、その部分において樹脂成形時に下型91とソルダレジスト17との間に隙間が形成される。したがって、第2実施形態のようにソルダレジスト17に溝部17bを形成した場合と同様、導体パターン12aが切り欠かれた部分を通じて空気抜きが行える。これにより、樹脂成形時に金型90によって構成されるキャビティ内の空気をより確実に抜くことが可能となり、より確実にモールド樹脂40に気泡が残ることが抑制できる。
 なお、導体パターン12aのうち切り欠いた部分の幅については任意であるが、空気の流動抵抗にならずに樹脂の流動抵抗にはなる程度の幅となるようにすると好ましい。このようにすれば、仮に導体パターン12aのうち切り欠いた部分を通じて樹脂が流れ出そうとしても、その部分で樹脂の流れ出しが止まるようにできる。
 (他の実施形態)
 本開示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、上記各実施形態では、基板10の一面11上に電子部品20、30を実装したのち、電子部品20、30をモールド樹脂40で樹脂封止する形態が適用された電子装置S1の一例を示したが、上記各実施形態で説明した構造でなくても良い。例えば、基板10の一面11側、つまりモールド樹脂40側がケース60の底面61側に向けられるように配置しているが、他面12側、つまりモールド樹脂40と反対側が底面61側に向けられるように配置しても良い。
 また、機械的接続部64による基板10の固定手法も、熱かしめに限らず、圧入やネジ締めやネジ締め固定などであっても良い。また、接続端子65とスルーホール13との接続も、はんだ付けに限らず、プレスフィットなどであっても良い。
 本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (6)

  1.  第一面(11)および前記第一面の反対面となる第二面(12)とを有する基板(10)と、
     前記基板の第一面側に実装された電子部品(20、30)と、
     前記基板の第一面側に設けられ、前記電子部品を封止するモールド樹脂(40)と、を備え、
     前記基板のうち前記モールド樹脂で覆われる位置に、該基板の第一面と第二面との間を貫通する貫通孔にて構成されたエアベント(16)が形成されていると共に、前記基板の第二面は前記エアベントと対応する位置に開口部(17a)が形成されたソルダレジスト(17)で覆われており、該ソルダレジストによって前記エアベントの周囲が囲まれている電子装置。
  2.  前記ソルダレジストによって前記エアベントが1周全周囲まれている請求項1に記載の電子装置。
  3.  前記ソルダレジストには前記開口部に繋がる溝部(17b)が形成されている請求項1に記載の電子装置。
  4.  前記基板の第二面には、前記エアベントの周囲を1周全周を囲んで配置された導体パターン(12a)が形成されており、
     前記ソルダレジストは、前記導体パターンを覆うことで、該導体パターンを覆っている部分が前記導体パターンを覆っていない部分よりも、前記基板の第二面からの高さが高くされている請求項1に記載の電子装置。
  5.  前記基板の第二面には、前記エアベントの周囲を一部切り欠いた状態で囲む導体パターン(12a)が形成されており、
     前記ソルダレジストは、前記導体パターンを覆うことで、該導体パターンを覆っている部分において前記導体パターンが切り欠かれた部分よりも、前記基板の第二面からの高さが高くされている請求項1に記載の電子装置。
  6.  第一面(11)および前記第一面の反対面となる第二面(12)とを有する基板(10)と、
     前記基板の第一面側に実装された電子部品(20、30)と、
     前記基板の第一面側に設けられ、前記電子部品を封止するモールド樹脂(40)と、を備える電子装置の製造方法であって、
     前記基板として、該基板のうち前記モールド樹脂で覆われる位置に、該基板の第一面と第二面との間を貫通する貫通孔にて構成されたエアベント(16)が形成されると共に、前記エアベントと対応する位置に開口部(17a)が形成されたソルダレジスト(17)で該基板の第二面が覆われ、前記ソルダレジストによって前記エアベントの周囲が囲まれたものを用意することと、
     前記基板の第一面に前記電子部品を実装することと、
     前記電子部品が実装された前記基板の第二面側において前記ソルダレジストを第1型(91)に接触させた状態で前記基板の第一面側にキャビティが設けられた第2型(92)を配置し、前記キャビティ内に樹脂材料を充填することで前記モールド樹脂を形成することと、を含み、
     前記モールド樹脂を形成することでは、前記エアベントを通じて前記キャビティ内の空気抜きを行うと共に、前記エアベントを通じて流れ出した樹脂を前記エアベントの周囲を囲む前記ソルダレジストによって堰き止める電子装置の製造方法。
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