JP6171920B2 - モールドパッケージ - Google Patents

Description

本発明は、基板の一面側をモールド樹脂で封止し他面側を露出させるハーフモールドタイプのモールドパッケージに関する。

従来より、この種のモールドパッケージとしては、基板と、基板の一面に搭載された電子部品と、基板の一面に設けられ、電子部品とともに基板の一面を封止するエポキシ樹脂よりなるモールド樹脂と、を備えたものが提案されている。ここで、基板における一面とは反対側の他面は、前記モールド樹脂より露出した構成を採用したものは、いわゆるハーフモールドタイプと言われる。

ここで、モールド樹脂は、多連状態の基板を一括して封止する等の目的のため、コンプレッション成形により形成するのが通常である。この場合、特許文献１に記載されるように、モールド樹脂となる樹脂材料中に、熱をトリガーとする潜伏性の硬化触媒を含有させることで、樹脂の硬化を促進させるようにしている。

特許第４９７３３２５号公報

ところで、上記した潜伏性の触媒は、一定の温度になってから硬化反応が急激に進む設計になっている。しかし、コンプレッション成形の場合には、上型と下型よりなる金型の下型に樹脂材料を配置し、上型に基板を配置した状態で、これら上下型を合致させて、加熱および加圧することにより、モールド樹脂を成形する。

そのため、この場合、下型からの熱が樹脂材料への主な伝熱経路となり、モールド樹脂の厚み方向において受熱のばらつきが発生する。このことから、従来の潜伏性の触媒では、樹脂全体で硬化速度が不均一となってしまいやすい。

この点について、樹脂材料の全体を溶融させてから樹脂の硬化が進むべく、硬化時間を長くするように樹脂材料を設計することも考えられる。しかし、この場合、成形タクト（たとえば型開きまでの時間）が長くなり、生産効率の悪化などを招いてしまう。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ハーフモールドパッケージにおいて、モールド樹脂をコンプレッション成形する場合に、樹脂の硬化時間の長時間化を抑制しつつ、硬化速度を樹脂全体で均一にするのに適した構成を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、圧力をトリガーとするマイクロカプセル型硬化触媒をコンプレッション成形に用いることに着目し、本発明を創出するに至った。

すなわち、請求項１に記載の発明では、基板（１０）と、基板の一面（１１）に搭載された電子部品（２０）と、基板の一面に設けられ、電子部品とともに基板の一面を封止するエポキシ樹脂よりなるモールド樹脂（３０）と、を備え、基板における一面とは反対側の他面（１２）は、モールド樹脂より露出しており、モールド樹脂は、エポキシ樹脂の硬化を促進させる触媒（５１）を非導電性材料よりなるシェル（５２）で被覆してなるマイクロカプセル型硬化触媒（５０）が含有された樹脂材料が用いられており、モールド樹脂には、シェルの残骸物（５２ａ）が内在されており、シェルの残骸物は、モールド樹脂のうち基板の一面寄りの部分の方が、基板の一面とは反対側寄りの部分よりも多くなるように、偏って内在されていることを特徴とする。

ここで、マイクロカプセル型硬化触媒は、コンプレッション成形用の顆粒状の樹脂材料に混ぜられて、成形圧によりシェルが割れて硬化触媒が染みだし、硬化を促進させるものである。つまり、マイクロカプセル型硬化触媒は圧力をトリガーとする触媒である。そのため、硬化速度は、モールド樹脂の受熱のばらつきの影響をさほど受けることなく、モールド樹脂全体で硬化速度は均一化される。

よって、本発明によれば、モールド樹脂をコンプレッション成形する場合に、樹脂の硬化時間の長時間化を抑制しつつ、硬化速度を樹脂全体で均一にするのに適した構成を実現することができる。

ここで、請求項１のモールドパッケージにおいては、シェルの残骸物は、モールド樹脂のうち基板の一面寄りの部分の方が、基板の一面とは反対側寄りの部分よりも多くなるように、偏って内在されている。

モールド樹脂のうち基板の一面寄りの部分は、基板１０の一面１１とは反対側寄りの部分に比べて、樹脂材料が配置された金型、すなわち下型の内面から遠いので、成形時の受熱も小さい部分である。

その点、本発明は、当該基板寄りの部分に比較的多くのマイクロカプセル型硬化触媒を含有させた状態で、成形を行うことで構成されるものであるため、受熱の小さい部分の硬化速度を速める点で効果的である。そのため、樹脂全体での硬化速度の均一化という点で好ましい。

なお、特許請求の範囲およびこの欄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一例である。

本発明の実施形態にかかるモールドパッケージを示す概略断面図である。 図１に示されるモールドパッケージの製造方法に用いられるマイクロカプセル型硬化触媒を模式的に示す概略断面図である。 図１に示されるモールドパッケージの製造方法における要部工程を示す工程図である。

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、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

本発明の実施形態にかかるモールドパッケージについて、図１を参照して述べる。このモールドパッケージＳ１は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。

本実施形態のモールドパッケージＳ１は、大きくいうと、基板１０と、基板１０の一面１１に搭載された電子部品２０と、基板１０の一面１１に設けられ、電子部品２０および基板１０の一面１１を封止するモールド樹脂３０と、を備えて構成されている。

基板１０は、一方の板面を一面１１、一面１１とは反対側の他方の板面を他面１２とする板状をなすもので、プリント基板、セラミック基板、あるいは、リードフレーム等よりなる。また、この基板１０としては、単層基板であってもよいし、多層基板であってもよい。

この基板１０の一面１１が部品搭載面すなわち実装面として構成されており、電子部品２０は基板１０の一面１１に、図示しないダイボンド材を介して搭載され、固定されている。そして、電子部品２０と基板１０とは、金やアルミニウム等のボンディングワイヤ４０により電気的に接続されている。

電子部品２０としては、ＩＣチップ、トランジスタ素子等の半導体チップ、あるいは、抵抗やコンデンサなどの受動素子等、基板１０に実装可能な部品ならば、特に限定されるものではない。また、電子部品２０と基板１０との電気的接続は、図１に示したワイヤボンディングに限らず、導電性接着剤やはんだでもよいし、フリップチップ等のバンプなどを用いたものであってもよい。

モールド樹脂３０は、基板１０の一面１１側にて当該一面１１および一面１１上の電子部品２０を封止しており、また、基板１０の他面１２側は、モールド樹脂３０より露出している。このように本実施形態のモールドパッケージＳ１は、いわゆるハーフモールド構造をなしている。

このモールド樹脂３０は、エポキシ樹脂よりなり、コンプレッション成形により形成されたものである。そして、モールド樹脂３０は、基板１０の一面１１上にて厚さｔの板状に成形されている。ここで、基板１０の一面１１上におけるモールド樹脂３０の厚さ（モールド樹脂の板厚に相当）ｔは、たとえば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。

さらに言えば、モールド樹脂３０は、図２に示されるマイクロカプセル型硬化触媒５０が含有された樹脂材料（つまりモールド樹脂材料）を用いて、コンプレッション成形を行うことにより形成されたものである。このマイクロカプセル型硬化触媒５０は、モールド樹脂３０を構成するエポキシ樹脂の硬化を促進させる硬化促進剤としての触媒５１を非導電性材料よりなるシェル５２で被覆してなるものである。

このようなマイクロカプセル型硬化触媒５０は公知のものであり、エポキシ樹脂の硬化触媒として用いられるものであるならば、種々のものを適宜選択して使用できる。たとえば、硬化促進剤である触媒５１としては、エポキシ樹脂の硬化剤として典型的なアミン系硬化剤、あるいは、温度上昇により硬化反応を促進させる発熱剤等が用いられる。

また、シェル５２としては、樹脂が典型的であり、このような樹脂としては特に限定しないが、たとえば、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスチレン、ウレタン樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。なかでも、膜の安定性と加熱時の破壊しやすさの観点から、エポキシ樹脂が好ましいが、このシェルのエポキシ樹脂は、モールド樹脂３０のエポキシ樹脂とは相違する材質のものである。

このマイクロカプセル型硬化触媒５０は、コンプレッション成形時にモールド樹脂材料に対して印加される圧力により、シェル５２が割れて内部の触媒５１が出てくるようになっている。そのため、コンプレッション成形時には、マイクロカプセル型硬化触媒５０内部の触媒５１がモールド樹脂材料に混ざり合い、触媒効果や発熱等によりエポキシ樹脂の硬化を促進する。

そのため、できあがったモールド樹脂３０においては、図１に示されるように、割れたシェル５２がシェル残骸物５２ａとして、モールド樹脂３０中に内在する。このシェル残骸物５２ａは、モールド樹脂３０とは異なる樹脂よりなるものであるから、たとえばモールド樹脂３０の断面の電子顕微鏡観察や元素分析等により確認することができる。

また、できあがったモールド樹脂３０において、触媒５１については、エポキシ樹脂の硬化反応後もモールド樹脂３０中に残っていてもよいが、当該硬化反応で消費されて無くなっていてもよい。ただし、モールド樹脂３０中に触媒５１が残っている場合には、元素分析等により、存在の有無を確認することができる。

また、本実施形態では、図１に示されるように、シェル残骸物５２ａは、モールド樹脂３０のうち基板１０の一面１１寄りの部分の方が、基板１０の一面１１とは反対側に寄った部分よりも多くなるように、偏って内在されている。つまり、図１において、モールド樹脂３０のうち基板１０の一面１１との界面寄りの部分の方が、図１中のモールド樹脂３０の上面寄りの部分よりも、多くのシェル残骸物５２ａが内材されている。

本実施形態では、シェル残骸物５２ａは、モールド樹脂３０のうち基板１０の一面１１寄りの部分のみに内在され、モールド樹脂３０の上面寄りの部分には存在しないものとされている。この偏り構成は、後述するように、コンプレッション成形におけるモールド樹脂材料の受熱ばらつきを考慮してマイクロカプセル型硬化触媒５０の配置を行うことにより、実現されるものである。

次に、図３を参照して、本実施形態のモールドパッケージＳ１の製造方法について述べる。まず、基板１０および電子部品２０を用意する（用意工程）。

そして、基板１０の一面１１に電子部品２０を搭載する（搭載工程）。具体的には、図示しないダイボンド材等を介して電子部品２０を基板１０の一面１１に固定し、ワイヤボンディングによりボンディングワイヤ４０を形成する。

次に、コンプレッション成形によりモールド樹脂３０を形成する成形工程を行う。この工程では、図３に示されるように、上型１０１と下型１０２とを取り外し可能に合致させることでコンプレッション成形を行う成型用の金型１００を用いる。

ここで、上型１０１は基板１０を支持するものである。下型１０２は、上型１０１に合致されて基板１０を挟んで支持するクランプ型１０３と、このクランプ型１０３に対して図３中の上下方向に可動する可動型１０４と、を有するものである。これら金型１００の各部は、たとえばアクチュエータ等により駆動される。

そして、成形工程では、合致前の上型１０１および下型１０２において、図３（ａ）に示されるように、基板１０の他面１２側を上型１０１に固定する。一方で、図３（ｂ）に示されるように、モールド樹脂３０となる顆粒状のモールド樹脂材料３０ａを、適量に秤量し、これを下型１０２に投入する。

次に、成形工程では、図３（ｃ）に示されるように、下型１０２に投入されたモールド樹脂材料３０ａの表面側（つまり基板１０の一面１１に接触する面側）に、マイクロカプセル型硬化触媒５０を塗布等により投入する。

その後、成形工程では、図３（ｄ）に示されるように、上型１０１と下型１０２とを合致させ、この合致状態で、モールド樹脂材料３０ａを加圧および加熱して硬化することにより、モールド樹脂３０を形成する。

これについて、具体的には、上型１０１とクランプ型１０３とで基板１０を挟んで支持し、可動型１０４を上型１０１に向かって上方に移動させることにより、モールド樹脂材料３０ａを成形圧にて圧縮する。そして、この圧縮状態でモールド樹脂材料３０ａを硬化させることで、モールド樹脂３０が形成される。

このとき、上述したように、マイクロカプセル型硬化触媒５０においては、成形圧によってシェル５２が割れて内部の触媒５１が出てくるため、エポキシ樹脂の硬化が促進される。また、硬化完了後においては、上記図１に示されるように、割れたシェル５２がシェル残骸物５２ａとして、モールド樹脂３０中に内在する。

こうして、モールド樹脂３０を形成した後、クランプ型１０３および可動型１０４を上型１０１から離すように下方に移動させて、モールド樹脂３０が形成された基板１０を、上型１０１から取り外す。以上が成形工程である。こうして、本実施形態のモールドパッケージＳ１ができあがる。

ところで、上述のように、マイクロカプセル型硬化触媒５０は、コンプレッション成形用の顆粒状のモールド樹脂材料３０ａに混ぜられて、成形圧によりシェル５２が割れて触媒５１が染みだし、硬化を促進させるものである。つまり、マイクロカプセル型硬化触媒５０は圧力をトリガーとする触媒である。

そのため、硬化速度は、成形時におけるモールド樹脂材料３０ａの受熱ばらつきの影響をさほど受けることなく、樹脂全体で硬化速度は均一化される。具体的には、成形工程では、モールド樹脂材料３０ａは、下型１０２には直接接して受熱されるが、上型１０１からは基板１０を通して受熱されるので、モールド樹脂材料３０ａの主な伝熱経路は下型１０２からの受熱とされる。

そのため、モールド樹脂材料３０ａの受熱ばらつきは、基板１０の一面１１側（つまり上型１０１側）で小さく、基板１０の一面１１とは反対側（つまり下型１０２側）で大きくなりやすい。この場合でも、金型１００内では圧力は均一であり、しかも本実施形態のマイクロカプセル型硬化触媒５０は圧力トリガーであるから、当該触媒５０は受熱ばらつきの影響を受けにくいものとされている。

そのため、本実施形態によれば、モールド樹脂３０をコンプレッション成形する場合に、樹脂の硬化時間の長時間化を抑制しつつ、硬化速度を樹脂全体で均一にするのに適した構成を実現することができる。

また、本実施形態では、図１にて上述したように、シェル残骸物５２ａは、モールド樹脂３０のうち基板１０の一面１１寄りの部分の方が、基板１０の一面１１とは反対側寄りの部分よりも多くなるように、偏って内在されている。

上述したように、モールド樹脂３０のうち基板１０の一面１１寄りの部分は、基板１０の一面１１とは反対側寄りの部分に比べて、モールド樹脂材料３０ａが配置された下型１０２の内面から遠いので、成形時の受熱も小さい部分である。そのため、モールド樹脂３０のうち基板１０の一面１１寄りの部分は、基板１０の一面１１とは反対側寄りの部分に比べて、通常、硬化速度が遅くなりがちである。

しかし、本実施形態のパッケージＳ１は、上記図３に示したように、モールド樹脂材料３０ａのうち基板１０の一面１１寄りの部分にマイクロカプセル型硬化触媒５０を偏在させた状態で、成形を行うことで構成されるものであるため、受熱の小さい部分の硬化速度を速めることができる。そのため、モールド樹脂３０全体で硬化速度を均一化するという点で好ましい。

また、本実施形態では、基板１０の一面１１上におけるモールド樹脂３０の厚さｔは、２ｍｍ以上であることが望ましい。本発明者の検討によれば、モールド樹脂３０の厚さｔが２ｍｍ未満の場合、コンプレッション成形におけるモールド樹脂３０の厚さ方向の受熱ばらつきが小さいが、２ｍｍ以上の場合、当該受熱ばらつきが大きくなり、硬化速度の不均一が顕著となってしまう。

そのため、モールド樹脂の厚さｔが２ｍｍ以上の場合において、本実施形態の上記構成を採用することにより、当該受熱ばらつきによる硬化速度の不均一を防止するという効果が、有効に発揮される。なお、モールド樹脂３０の厚さｔの上限については、特に限定しないが、実用上、１０ｍｍ程度が望ましい。

また、本実施形態では、コンプレッション成形において圧力トリガータイプのマイクロカプセル型硬化触媒５０を用いている。これについて、たとえば従来のトランスファー成形の場合、モールド樹脂材料の混練工程やタブレットの打錠工程等において、成形圧以上の圧力がかかるため、マイクロカプセル型硬化触媒５０を適用することはできなかった。また、トランスファー成形の場合、金型へ樹脂を送るポットやランナーにて圧力がかかることから、ゲート側で先に樹脂が硬化し、ゲート側が詰まりやすくなってしまう。

しかし、本実施形態のコンプレッション成形においては、成形圧が発生するのは、モールド樹脂材料３０ａが投入されている金型１００のキャビティ内部であり、しかも樹脂材料３０ａ全体に均一に成形圧が加わる。そして、上述のように当該キャビティに直接マイクロカプセル型硬化触媒５０を投入して成形を行うため、トランスファー成形で発生するような問題は発生しない。

（他の実施形態）
なお、マイクロカプセル型硬化触媒５０としては、モールド樹脂３０を構成するエポキシ樹脂の硬化を促進させる触媒５１を非導電性材料よりなるシェル５２で被覆してなるものであれば、上記実施形態のもの以外でもよい。

また、上記実施形態では、シェル残骸物５２ａは、モールド樹脂３０のうち基板１０の一面１１寄りの部分の方が、基板１０の一面１１とは反対側に寄った部分よりも多くなるように、偏って内在されていた。具体的には、シェル残骸物５２ａは、モールド樹脂３０のうち基板１０の一面１１寄りの部分のみに内在され、モールド樹脂３０の外面寄りの部分には存在しないものとされていた。

しかし、この偏り構成の場合、上記したモールド樹脂３０内におけるシェル残骸物５２ａの偏り配置が実現されていればよく、モールド樹脂３０の外面寄りの部分にも、少数のシェル残骸物５２ａが存在していてもよい。さらには、上記偏り構成以外にも、シェルの残骸物５２ａは、モールド樹脂３０の全体に渡って均一に内在していてもよい。

また、基板１０の一面１１上におけるモールド樹脂３０の厚さｔは、上記した２ｍｍ以上に限定するものではなく、比較的受熱ばらつきの小さい２ｍｍ未満の場合であっても、上記実施形態を適用できることはもちろんである。

また、基板１０の一面１１上に搭載されてモールド樹脂３０で封止される電子部品２０は、１個でなくてもよく、複数個であってもよい。

また、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。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１０ 基板
１１ 基板の一面
１２ 基板の他面
２０ 電子部品
３０ モールド樹脂
５０ マイクロカプセル型硬化触媒
５１ 触媒
５２ シェル
５２ａ シェル残骸物

Claims (2)

1. 基板（１０）と、
   前記基板の一面（１１）に搭載された電子部品（２０）と、
   前記基板の一面に設けられ、前記電子部品とともに前記基板の一面を封止するエポキシ樹脂よりなるモールド樹脂（３０）と、を備え、
   前記基板における前記一面とは反対側の他面（１２）は、前記モールド樹脂より露出しており、
   前記モールド樹脂は、エポキシ樹脂の硬化を促進させる触媒（５１）を非導電性材料よりなるシェル（５２）で被覆してなるマイクロカプセル型硬化触媒（５０）が含有された樹脂材料が用いられており、
   前記モールド樹脂には、前記シェルの残骸物（５２ａ）が内在されており、
   前記シェルの残骸物は、前記モールド樹脂のうち前記基板の一面寄りの部分の方が、前記基板の一面とは反対側寄りの部分よりも多くなるように、偏って内在されていることを特徴とするモールドパッケージ。
2. 前記基板の一面上における前記モールド樹脂の厚さは、２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のモールドパッケージ。

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