JP4010860B2

JP4010860B2 - Hybrid integrated circuit device and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4010860B2
Application number: JP2002121747A
Authority: JP
Inventors: 秀史西塔; 昌巳茂木; 勝義三野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2022-04-24
Also published as: JP2003318333A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は混成集積回路装置に関し、特に、混成集積回路装置が湾曲するのを防止できる混成集積回路装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５を参照して、従来の混成集積回路装置の構成を説明する。図５（Ａ）は混成集積回路装置３０の斜視図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＸ−Ｘ‘線に於ける断面図である。
【０００３】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）を参照して、従来の混成集積回路装置３０は次のような構成を有する。矩形の基板３６と、基板３６の表面に設けられた絶縁層３７上に形成された導電パターン３８と、導電パターン３８上に固着された回路素子３４と、回路素子３５と導電パターン３８とを電気的に接続する金属細線３５と、導電パターンと電気的に接続されたリード３１とで、混成集積回路装置３０は構成されている。
【０００４】
以上のように、混成集積回路装置３０は基板３６の裏面を除いて、全体が絶縁性樹脂３２で封止されている。絶縁性樹脂１１で封止する方法としては、熱可塑性樹脂を用いたインジェクションモールドと、熱硬化性樹脂を用いたトランスファーモールドとがある。
【０００５】
図６を参照して、トランスファーモールドにより樹脂封止を行う工程を説明する。図６は金型４０を用いて樹脂封止を行う状態を示す断面図である。ここでは、基板３６は、リード３１が導出する辺を紙面方向にして載置されている。そしてリード３１が上下金型により狭持されることにより、基板３６の位置は固定されている。
【０００６】
基板３６の表面には、回路素子３４等から成る電気回路が表面に形成されている。この基板３６は下金型４０Ｂに載置される。上金型４０Ａを下金型４０Ｂに接合させることにより、樹脂が封入される空間であるキャビティが形成される。
ゲート４１から熱硬化性樹脂である絶縁性樹脂３２を注入することにより、金属板２０は、裏面を除いて封止される。ここでは、ゲート４１に対向する部分には、エアベント４２が設けられており、この箇所以外の部分にもエアベント４２が設けられる場合もある。そして、エアベント４２からキャビティ内部の空気を外部に放出させることにより、樹脂の注入は確実に行われる。
【０００７】
以上の工程で封止された混成集積回路装置３０は、熱硬化性樹脂を硬化させるアフターキュアの工程等を経て、製品として完成する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような混成集積回路装置は以下に示すような問題を有していた。
【０００９】
第１に、熱硬化性樹脂から成る絶縁性樹脂を硬化させるアフターキュアの工程や、使用状況下に於いて、混成集積回路装置に反りが発生してしまい、内部の電気回路が破損してしまう問題があった。以上のことは、特に、大型の金属基板を用いる混成集積回路装置に於いて顕著であった。
【００１０】
第２に、基板３６の裏面は絶縁性樹脂３２から露出している。従って、基板３６と絶縁性樹脂３２との接着力が弱い問題があった。
【００１１】
本発明は、上記した問題を鑑みて成されたものである。従って、本発明の主な目的は、混成集積回路装置の反り上がりを防止することができる混成集積回路装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の混成集積回路装置は、金属基板の上面に設けられた導電パターンと、前記導電パターンに固着された回路素子と、一端が前記導電パターンと接続され、他端が外部に延在されるリードと、前記金属基板の上面および側面、前記回路素子を被覆する絶縁性樹脂と、前記金属基板の上方に於ける前記絶縁性樹脂の上面に設けた溝とを有し、前記溝を設けることにより薄くなる部分の前記絶縁性樹脂が早期に充填されて硬化されることを特徴とする。
更に、本発明は、上面に電気回路が構成された金属基板の上面および側面を、絶縁性樹脂で封止する工程を有する混成集積回路装置の製造方法に於いて、前記金属基板の上方に於ける前記絶縁性樹脂の上面に溝を設け、前記溝を設けることにより薄くなる部分の前記絶縁性樹脂を早期に充填させて硬化することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（混成集積回路装置１０を説明する第１の実施の形態）
図１を参照して、本発明に斯かる混成集積回路装置１０の構成を説明する。混成集積回路装置１０は次のような構成を有している。即ち、矩形の金属基板１６と、金属基板１６の表面に設けられた絶縁層１７上に形成された導電パターン１８と、導電パターン１８上に固着された回路素子１４と、回路素子１４と導電パターン１８とを電気的に接続する金属細線１５と、導電パターン１８と電気的に接続されたリード１１とで、混成集積回路装置１０は構成されている。このような各構成要素を以下にて説明する。
【００１９】
金属基板１６は、アルミや同等の金属から成る基板である。１例として金属基板１６としてアルミより成る基板を採用した場合、金属基板１６とその表面に形成される導電パターン１８とを絶縁させる方法は２つの方法がある。１つは、アルミ基板の表面を酸化させてアルマイト処理する方法である。もう１つの方法は、アルミ基板の表面に絶縁層１７を形成して、絶縁層１７の表面に導電パターン１８を形成する方法である。また、金属基板は、プレス機による「打ち抜き」により形成される。このことから、金属基板の片面の周辺部には「バリ」が形成される。本発明では、金属基板に於いて、「バリ」が周端部に形成される面を「バリ面」と呼び、「バリ」が形成されない面を「ダレ面」と呼ぶ。更に、金属基板１６の側面とダレ面１６Ｂとが連続する部分の断面は、直角には形成されない。具体的には、金属基板１６の側面とダレ面１６Ｂとが連続する部分の断面は、丸みを帯びた断面である。従って、ダレ面１６Ｂの周端部にはバリは全く形成されない。
【００２０】
導電パターン１２は銅等の金属から成り、絶縁層１１上に形成される。また、リード１１が導出する辺に、導電パターン１２からなるパッドが形成される。
【００２１】
回路素子１４は、半田等のロウ材を介して導電パターン１２上の所定の位置に実装される。回路素子１４としては、受動素子や能動素子を全般的に採用することができる。更に、樹脂封止型の回路装置等も回路素子１４として使用することも可能である。ここで、フェイスアップで実装される能動素子等は、金属細線１５を介して、導電パターン１２と電気的に接続される。
【００２２】
リード１１は、金属基板１６の周辺部に設けられたパッドに固着され、外部との入力・出力を行う働きを有する。ここでは、対向する２辺に多数個のリード１１３が設けられている。リード１１は金属基板１６の４辺から導出させることも可能であり、１辺のみから導出させることも可能である。
【００２３】
絶縁性樹脂１２は、熱硬化性樹脂を用いるトランスファーモールドにより形成される。そして、絶縁性樹脂１２は、金属基板１６のダレ面１６Ｂを下部に露出させて装置全体を封止している。上述したように、金属基板１６の側面とダレ面１６Ｂとが連続する部分の断面は、丸みを帯びた断面である。従って、トランスファーモールドを行うことにより、金属基板１６の側面とダレ面１６Ｂとが連続する部分に、熱硬化性樹脂が回り込む構造となる。具体的には、金属基板１６のダレ面１６Ｂが有する４辺の周端部に、熱硬化性樹脂が回り込む構造となる。
【００２４】
溝１３は、絶縁性樹脂１２の上面に設けられる。具体的には、溝１３は、絶縁性樹脂１２の周辺部付近に於いて、金属基板１６の長手方向に設けられている。溝１３をこのように形成することにより金属基板１６の反り上がりを防止することが可能になる。具体的にいうと、第１に、金属基板１６の反り上がりに対して金属基板１６の上面部では薄く形成された部分が早期に充填され早く硬化し基板と一体になることで対抗することができる。第２に、溝１３を設けることにより、金属基板１６上の絶縁性樹脂１２の上面には、金属基板１６の実装面に対して様々な角度を有する面を有している。そのため、それらの面の組み合わせることにより金属基板１６の反り上がらせる応力に対して、その応力を低減させる辺が形成され、金属基板１６の反り上がらせる応力に対抗することができる。従って、装置全体の長手方向の剛性が向上し、応力が作用しても変形しにくい構造となる。また、溝１３は絶縁性樹脂１２の上面に於いて、周辺部以外の箇所に形成することも可能である。更に、絶縁性樹脂１２の上面に於いて、四方の周辺部に溝１３を設けることも可能である。
【００２５】
ここでは、金属基板１６の長手方向の対向する周辺部に於いて、リード１１が導電パターン１２に固着されている。そして、溝１３は、リード１１が導電パターン１２に接続する箇所の上方に対応する絶縁性樹脂１２の上面に設けられている。リード１１は水平に延在しているので、リード１１の高さは、回路素子１４と比較すると低くなっている。このことから、リード１１が導電パターン１２に接続する箇所の上方は、絶縁性樹脂１２より成るマージンと成っている。従って、このマージンの箇所に溝１３を設けることによって、絶縁性樹脂１２の厚みを増すことなく、溝１３を形成させることができる。
【００２６】
図２を参照して、絶縁性樹脂１２の熱膨張係数と、アフターキュア時に於ける基板の反りとの関係を説明する。本発明では、絶縁性樹脂１２として熱硬化性樹脂を採用することができる。そして熱硬化性樹脂を採用する場合は、モールドの工程の後に、炉を用いて装置全体を熱硬化性樹脂のガラス転移温度付近まで加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させている。このように、加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させる工程をアフターキュアの工程と言う。従来に於いては、アフターキュアの工程に於いて、混成集積回路装置全体に反りが発生していた。このため、重ね合わされた複数個の混成集積回路装置に圧力を加える圧着の工程により、アフターキュアの工程において混成集積回路装置に反りが発生するのを防止していた。
【００２７】
このことから、熱硬化性樹脂の熱膨張係数と、アフターキュアの工程における混成集積回路装置の反りとの関係を明らかにするために実験を行った。具体的には、金属基板１６としてアルミ基板を採用した。そして、熱膨張係数の異なる熱硬化性樹脂にて封止した複数の混成集積回路装置を用意し、それぞれに付いて発生する反りの量を計測した。具体的には、使用する熱硬化性樹脂の熱膨張係数を１０×１０^-6／℃から１７×１０^-6／℃の間で異ならせた８個の混成集積回路装置を用いて実験を行った。なお、金属基板１６の材料であるアルミの熱膨張係数は、２３×１０^-6／℃である。
【００２８】
ここで、上述したように、金属基板１６の材料であるアルミの熱膨張係数は２３×１０^-6／℃である。従って、単純な考え方を行うと、金属基板１６を封止する樹脂として、アルミと同等の熱膨張係数（２３×１０^-6／℃）を有する熱硬化性樹脂を用いると、アフターキュアの工程に於いて基板の反りが発生しないように思える。しかしながら、混成集積回路装置１０の構成要素としては、金属基板１６と絶縁性樹脂１２以外にも、金属基板１６の表面には回路素子や絶縁層１７等が設けられている。従って、金属基板と同等の熱膨張係数（２３×１０^-6／℃）を有する熱硬化性樹脂を使用しても、回路素子や絶縁層等が相互に影響を及ぼすので、結果的に装置全体に反りが生じてしまう事が判明した。
【００２９】
図２のグラフは、上記の条件で実験を行った結果を示している。同グラフに於いて、横軸は熱硬化性樹脂の熱膨張係数を示しており、縦軸はアフターキュアの工程において混成集積回路装置に発生する反りの量を示している。このグラフから明らかなように、熱膨張係数が１３×１０^-6／℃の熱硬化性樹脂を用いた混成集積回路装置の反りの量が、最も小さく成っている。このことから、熱膨張係数が１３×１０^-6／℃の熱硬化性樹脂を用いてトランスファーモールドを行うと、アフターキュアの工程に於いて、金属基板１６に反りが発生するのを防止することができる。従って、基板を形成する材料の半分程度の熱膨張係数を有する熱硬化性樹脂を使用すると、アフターキュアの工程に於ける装置全体の反りを極力防止できる。
【００３０】
上記したような混成集積回路装置１０の構成により、以下に示すような効果を奏することができる。
【００３１】
第１に、混成集積回路装置の裏面に、金属基板１６のダレ面１６Ｂを絶縁性樹脂から露出させている。バリが全く形成されないダレ面１６Ｂを裏面に露出させることで、混成集積回路装置１０の裏面の平坦性を確保することができる。
【００３２】
第２に、金属基板１６のダレ面１６Ｂを下にして絶縁性樹脂１２でモールドすることにより、金属基板１６のダレ面１６Ｂの周辺部に絶縁性樹脂１２を回り込ませることができる。従って、金属基板１６と絶縁性樹脂１２の接着が強固になり、金属基板１６が絶縁性樹脂１２から離脱してしまうのを防止することができる。
【００３３】
第３に、絶縁性樹脂１２の上面に溝１３を設けることによって、熱硬化性樹脂を硬化させるアフターキュアの工程に於いて、金属基板１６に反りが発生してしまうのを防止することができる。
【００３４】
第４に、溝１３は、絶縁性樹脂１２の上面に於いて、金属基板１６の長手方向に形成されている。アフターキュアの工程において、最も大きい曲げ応力が発生するのは金属基板１６の長手方向である。従って、溝１３を金属基板１６の長手方向に設けることで、金属基板１６に反りが発生するのを防止することができる。
【００３５】
第５に、溝１３は、絶縁性樹脂１２の上面に於いて、リード１１が導電パターン１２に固着される箇所の上方に設けられている。従って、絶縁性樹脂１２の厚さを増加させずに、溝１３を形成することができる。
【００３６】
第６に、金属基板１６の材料の約半分の熱膨張係数である熱硬化性樹脂を使用することにより、アフターキュアの工程に於ける混成集積回路装置全体の反りを防止できる。
【００３７】
第７に、金属基板１６の材料としてアルミニウムを使用した場合は、熱硬化性樹脂の熱膨張係数を１３×１０^-6／℃程度にすることにより、アフターキュアの工程に於ける混成集積回路装置全体の反りを防止できる。
【００３８】
（混成集積回路装置１０の製造方法を説明する第２の実施の形態）
図３および図４を参照して、混成集積回路装置１０の製造方法を説明する。本実施混成集積回路装置１０は、金属基板１６上に導電パターン１８及び回路素子１４等から成る混成集積回路を組み込む工程と、金属基板１６の裏面を露出させて金属基板１６を封止するモールドの工程とを有している。更に、モールドの工程は、金属基板１６の裏面に対応する部分に空洞部２１が設けられた金型２０を用いて、金属基板１６の裏面の周辺部を下金型２０Ｂに当接させ、金属基板１６の少なくとも表面を前記絶縁性樹脂で封止する工程である。このモールドの工程を以下にて説明する。
【００３９】
図３を参照して、表面に混成集積回路が形成された金属基板１６をモールドする方法を説明する。図３（Ａ）は上金型２０Ａおよび下金型２０Ｂから成る金型を用いて、金属基板１６をモールドする状態を示す断面図である。図３（Ｂ）は図３（Ａ）にて点線で示したサークルの部分の拡大図である。ここでは、金属基板１６は、リード１１が導出する辺を紙面方向にして載置されている。そしてリード３１が上下金型により狭持されることにより、金属基板１６の位置は固定されている。
【００４０】
図３（Ａ）を参照して、モールドに使用する金型の形状を説明する。モールドに使用する金型は、上金型２０Ａおよび下金型２０Ｂから成り、この２つを噛み合わせることにより、内部に熱硬化性樹脂が充填されるキャビティが形成される。熱硬化性樹脂は、ゲート２３よりキャビティ内部に注入される。また、キャビティ内部の空気を外部に放出させるために、エアベント２４が設けられている。そして、ゲート２３より注入される熱硬化性樹脂の量に応じた量の空気が、エアベント２４から外部に放出される。
【００４１】
空洞部２１は、下金型２０Ｂに於いて、金属基板１６が載置される領域に設けられている。空洞部２１の平面的な大きさは、金属基板１６の平面的な大きさよりも小さく形成されている。従って、モールドの工程に於いては、空洞部２１を覆うようにして、金属基板１６は載置される。
【００４２】
凸部２２は、空洞部２１内部に設けられている。そして、凸部２２の頂部の高さは、下金型２０Ｂと金属基板１６が接する面と同一の高さである。
【００４３】
以下にて、金属基板１６を絶縁性樹脂１２でモールドする工程を詳細に説明する。先ず、下金型２０Ｂに金属基板１６を載置する。具体的には、空洞部２１を覆い被すように金属基板１６を載置する。上述したように、空洞部２１の平面的な大きさは、金属基板１６よりも小さく形成されているので、空洞部２１は完全に金属基板１６により覆われる。その後に、上金型２０Ａと下金型２０Ｂとを噛み合わせることにより、絶縁性樹脂１２が注入される領域であるキャビティを形成する。
【００４４】
次に、ゲート２３より絶縁性樹脂１２を注入する。本実施例では、絶縁性樹脂１２として熱硬化性樹脂を採用している。熱硬化性樹脂を用いるトランスファーモールドでは、絶縁性樹脂１２を注入する際の圧力が非常に大きい。このことから、従来例では、金属基板１６の裏面と下金型２０Ｂとのわずかな隙間に、絶縁性樹脂１２が侵入してしまう問題があった。本発明では、上述したように下金型２０Ｂに空洞部２１が設けられている。従って、金属基板１６の裏面と下金型２０Ｂとのわずかな隙間に、絶縁性樹脂１２が侵入しても、絶縁性樹脂１２は空洞部２１に貯留される。即ち、金属基板１６の裏面に侵入した絶縁性樹脂１２が、金属基板１６の裏面に付着しない。
【００４５】
また、上述したように、金属基板１６は空洞部２１を覆うように下金型２０Ｂに載置されている。従って、金属基板１６の周辺部のみが下金型２０Ｂに当接しているので、金属基板１６の裏面が下金型２０Ｂに接する面積が小さい。このことから、ゲート２３より絶縁性樹脂１２を高圧力で注入すると、金属基板１６が下金型２０Ｂに当接する圧力が非常に大きくなる。また、金属基板１６と下金型２０Ｂが当接する面積が小さいので、金型に熱が伝導することにより、絶縁性樹脂１２温度が低下することを防止できる。
【００４６】
金属基板１６が比較的大型のものである場合、絶縁性樹脂１２をキャビティ内に高圧で注入すると、注入圧力による大きな曲げ応力が金属基板１６に作用する。従って、本発明では、空洞部２１の内部に凸部２２を設けている。上述したように凸部２２の高さは、下金型２０Ｂと金属基板１６の裏面が当接する面と同じ高さをである。従って、下金型２０Ｂに金属基板１６を載置すると、凸部２２の上面も金属基板１６の裏面に接触する。このことから、注入圧力により作用する金属基板１６の曲げ応力は半分以下になる。
【００４７】
モールド工程を経た混成集積回路装置１０は、炉を用いて加熱するアフターキュアの工程により、熱硬化性樹脂が硬化される。上述したように、熱硬化性樹脂の熱膨張係数は、金属基板１６の半分程度の値であるので、アフターキュアの工程に於いて、混成集積回路装置の反りは防止できる。
【００４８】
図４に、上記したような工程を経てモールドされた混成集積回路装置１０を示す。この混成集積回路装置は、リードカットの工程等を経て、製品として完成する。
【００４９】
上記したような混成集積回路装置１０の製造方法により、以下に示すような効果を奏することができる。
【００５０】
第１に、下金型２０Ｂに空洞部２１を設けることにより、金属基板１６の裏面と、下金型２０Ｂとが当接する領域を小さくすることができる。従って、絶縁性樹脂１２が高圧でキャビティに注入されると、強力な圧力で金属基板１６が下金型２０Ｂに当接する。このことから、絶縁性樹脂１２が、金属基板１６の裏面と下金型２０Ｂとの当接部に侵入してしまうのを防止することができる。
【００５１】
第２に、金属基板１６の裏面と下金型２０Ｂとの当接部に絶縁性樹脂１２が侵入した場合でも、侵入した絶縁性樹脂１２は空洞部２１に貯留される。従って、侵入した絶縁性樹脂１２が金属基板１６の裏面に付着するのを防止することができる。
【００５２】
第３に、下金型２０Ｂに空洞部２１を設けたことにより、金属基板１６の裏面と、下金型２０Ｂとが当接する領域が小さい。従って、高温の熱硬化性樹脂をキャビティ内に注入した際に、下金型２０Ｂを介して熱硬化性樹脂の熱エネルギーが外部に放出されるのを防止することができる。このことから、熱硬化性樹脂がモールドの途中段階で硬化してしまい、モールド不良となってしまうのを防止することができる。
【００５３】
第４に、モールド時に於いて、空洞部２１は金属基板１６に覆われており、密閉された状態に成っている。従って、モールド時に加熱された場合、空洞部２１内部は高圧の状態に成っている。それに対して、キャビティの内部は、エアベント２４が設けられているので、大気圧の状態である。従って、空洞部２１の内部は、キャビティよりも圧力が高く成っている。このことから、絶縁性樹脂１２が金属基板１６の裏面に回り込むのを防止することができる。
【００５４】
第５に、熱硬化性樹脂の熱膨張係数が、金属基板１６の熱硬化性樹脂の半分程度の値であるので、アフターキュアの工程に於いて、混成集積回路装置に反りが発生するのを防止することができる。このことから、従来では必要であった混成集積回路装置を圧着させる工程を排除させて、生産効率を向上させることができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明では、以下に示すような効果を奏することができる。
【００５６】
第１に、絶縁性樹脂１２で封止された混成集積回路装置１０に於いて、絶縁性樹脂１２の上面に溝１３を形成することにより、混成集積回路装置１０全体の反りを防止することができる。
【００５７】
第２に、溝１２を金属基板１６の長手方向に設けることにより、金属基板１６の長手方向に反りが発生するのを防止することができる。
【００５８】
第３に、金属基板１６のダレ面を下にして絶縁性樹脂１２でモールドすることにより、金属基板１６のダレ面の周辺部に絶縁性樹脂１２を回り込ませることができる。従って、金属基板１６と絶縁性樹脂１２の接着が強固になり、金属基板１６が絶縁性樹脂１２から離脱してしまうのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の混成集積回路装置の斜視図（Ａ）、断面図（Ｂ）である。
【図２】樹脂の熱膨張係数と基板の反りとの関係を示すグラフである。
【図３】本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する断面図（Ａ）、拡大図（Ｂ）である。
【図４】本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する斜視図である。
【図５】従来の混成集積回路装置の斜視図である。
【図６】従来の混成集積回路装置の製造方法を説明する断面図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hybrid integrated circuit device, and more particularly to a hybrid integrated circuit device capable of preventing the hybrid integrated circuit device from being bent.
[0002]
[Prior art]
The configuration of a conventional hybrid integrated circuit device will be described with reference to FIG. 5A is a perspective view of the hybrid integrated circuit device 30, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line XX ′ of FIG. 5A.
[0003]
Referring to FIGS. 5A and 5B, the conventional hybrid integrated circuit device 30 has the following configuration. The rectangular substrate 36, the conductive pattern 38 formed on the insulating layer 37 provided on the surface of the substrate 36, the circuit element 34 fixed on the conductive pattern 38, the circuit element 35 and the conductive pattern 38 are electrically connected. The hybrid integrated circuit device 30 is composed of the fine metal wires 35 that are electrically connected and the leads 31 that are electrically connected to the conductive pattern.
[0004]
As described above, the hybrid integrated circuit device 30 is entirely sealed with the insulating resin 32 except for the back surface of the substrate 36. As a method of sealing with the insulating resin 11, there are an injection mold using a thermoplastic resin and a transfer mold using a thermosetting resin.
[0005]
With reference to FIG. 6, the process of resin-sealing by transfer molding will be described. FIG. 6 is a sectional view showing a state in which resin sealing is performed using the mold 40. Here, the substrate 36 is placed with the side from which the lead 31 is led out in the paper surface direction. The position of the substrate 36 is fixed by holding the leads 31 by the upper and lower molds.
[0006]
On the surface of the substrate 36, an electric circuit composed of the circuit elements 34 and the like is formed on the surface. The substrate 36 is placed on the lower mold 40B. By joining the upper mold 40A to the lower mold 40B, a cavity which is a space in which resin is enclosed is formed.
By injecting an insulating resin 32 which is a thermosetting resin from the gate 41, the metal plate 20 is sealed except for the back surface. Here, an air vent 42 is provided in a portion facing the gate 41, and the air vent 42 may be provided in a portion other than this portion. And by inject | pouring the air inside a cavity from the air vent 42 to the exterior, injection | pouring of resin is performed reliably.
[0007]
The hybrid integrated circuit device 30 sealed in the above process is completed as a product through an after-curing process for curing the thermosetting resin.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the hybrid integrated circuit device as described above has the following problems.
[0009]
First, in an after-curing process for curing an insulating resin made of a thermosetting resin or in a usage situation, the hybrid integrated circuit device is warped and the internal electric circuit is damaged. There was a problem. The above is particularly remarkable in a hybrid integrated circuit device using a large metal substrate.
[0010]
Second, the back surface of the substrate 36 is exposed from the insulating resin 32. Therefore, there is a problem that the adhesive force between the substrate 36 and the insulating resin 32 is weak.
[0011]
The present invention has been made in view of the above problems. Therefore, a main object of the present invention is to provide a hybrid integrated circuit device that can prevent the hybrid integrated circuit device from warping.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The hybrid integrated circuit device according to the present invention includes a conductive pattern provided on an upper surface of a metal substrate, a circuit element fixed to the conductive pattern, one end connected to the conductive pattern, and the other end extending to the outside. A lead, an upper surface and a side surface of the metal substrate, an insulating resin that covers the circuit element, and a groove provided on the upper surface of the insulating resin above the metal substrate, the groove being provided The insulating resin in the thinner portion is filled and cured at an early stage.
Furthermore, the present invention relates to a method for manufacturing a hybrid integrated circuit device comprising a step of sealing an upper surface and side surfaces of a metal substrate having an electric circuit formed on the upper surface with an insulating resin, above the metal substrate. A groove is provided on the upper surface of the insulating resin, and the insulating resin in a portion that becomes thinner by providing the groove is quickly filled and cured.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First Embodiment for explaining hybrid integrated circuit device 10)
With reference to FIG. 1, the configuration of a hybrid integrated circuit device 10 according to the present invention will be described. The hybrid integrated circuit device 10 has the following configuration. That is, the rectangular metal substrate 16, the conductive pattern 18 formed on the insulating layer 17 provided on the surface of the metal substrate 16, the circuit element 14 fixed on the conductive pattern 18, the circuit element 14 and the conductive pattern The hybrid integrated circuit device 10 is composed of the fine metal wires 15 that are electrically connected to the leads 18 and the leads 11 that are electrically connected to the conductive patterns 18. Each of these components will be described below.
[0019]
The metal substrate 16 is a substrate made of aluminum or an equivalent metal. As an example, when a substrate made of aluminum is adopted as the metal substrate 16, there are two methods for insulating the metal substrate 16 and the conductive pattern 18 formed on the surface thereof. One is a method in which the surface of the aluminum substrate is oxidized and anodized. Another method is a method in which the insulating layer 17 is formed on the surface of the aluminum substrate, and the conductive pattern 18 is formed on the surface of the insulating layer 17. The metal substrate is formed by “punching” with a press. For this reason, “burrs” are formed on the periphery of one side of the metal substrate. In the present invention, in a metal substrate, a surface where “burrs” are formed at the peripheral edge is called a “burr surface”, and a surface where no “burrs” are formed is called a “sag surface”. Furthermore, the cross section of the portion where the side surface of the metal substrate 16 and the sag surface 16B are continuous is not formed at a right angle. Specifically, the cross section of the portion where the side surface of the metal substrate 16 and the sag surface 16B are continuous is a rounded cross section. Accordingly, no burr is formed at the peripheral end of the sag surface 16B.
[0020]
The conductive pattern 12 is made of a metal such as copper and is formed on the insulating layer 11. A pad made of the conductive pattern 12 is formed on the side from which the lead 11 is led out.
[0021]
The circuit element 14 is mounted at a predetermined position on the conductive pattern 12 via a brazing material such as solder. As the circuit element 14, a passive element or an active element can be generally employed. Furthermore, a resin-sealed circuit device or the like can also be used as the circuit element 14. Here, an active element or the like mounted face up is electrically connected to the conductive pattern 12 through the fine metal wire 15.
[0022]
The lead 11 is fixed to a pad provided in the peripheral portion of the metal substrate 16 and has a function of performing input / output with the outside. Here, a large number of leads 113 are provided on two opposing sides. The lead 11 can be derived from four sides of the metal substrate 16 or can be derived from only one side.
[0023]
The insulating resin 12 is formed by transfer molding using a thermosetting resin. The insulating resin 12 seals the entire apparatus by exposing the sag surface 16B of the metal substrate 16 to the lower part. As described above, the cross section of the portion where the side surface of the metal substrate 16 and the sag surface 16B are continuous is a rounded cross section. Therefore, by performing transfer molding, a structure in which the thermosetting resin wraps around a portion where the side surface of the metal substrate 16 and the sag surface 16B are continuous is formed. Specifically, the thermosetting resin is configured to wrap around the peripheral edges of the four sides of the sag surface 16B of the metal substrate 16.
[0024]
The groove 13 is provided on the upper surface of the insulating resin 12. Specifically, the groove 13 is provided in the longitudinal direction of the metal substrate 16 in the vicinity of the peripheral portion of the insulating resin 12. By forming the groove 13 in this way, it is possible to prevent the metal substrate 16 from warping. Specifically, firstly, it is possible to counter the warpage of the metal substrate 16 by filling the thinly formed portion in the upper surface portion of the metal substrate 16 early, curing it quickly, and integrating with the substrate. it can. Second, by providing the groove 13, the upper surface of the insulating resin 12 on the metal substrate 16 has surfaces having various angles with respect to the mounting surface of the metal substrate 16. Therefore, by combining these surfaces, a side that reduces the stress is formed with respect to the stress that causes the metal substrate 16 to warp, and the stress that causes the metal substrate 16 to warp can be countered. Accordingly, the rigidity of the entire apparatus in the longitudinal direction is improved, and the structure is difficult to be deformed even when stress is applied. Further, the groove 13 can be formed on the upper surface of the insulating resin 12 at a location other than the peripheral portion. Furthermore, it is possible to provide grooves 13 on the periphery of the four sides on the upper surface of the insulating resin 12.
[0025]
Here, the lead 11 is fixed to the conductive pattern 12 in the peripheral portion of the metal substrate 16 facing in the longitudinal direction. The groove 13 is provided on the upper surface of the insulating resin 12 corresponding to the upper part of the portion where the lead 11 is connected to the conductive pattern 12. Since the lead 11 extends horizontally, the height of the lead 11 is lower than that of the circuit element 14. For this reason, the portion above the portion where the lead 11 is connected to the conductive pattern 12 is a margin made of the insulating resin 12. Therefore, by providing the groove 13 at the margin, the groove 13 can be formed without increasing the thickness of the insulating resin 12.
[0026]
With reference to FIG. 2, the relationship between the thermal expansion coefficient of the insulating resin 12 and the warpage of the substrate during after-curing will be described. In the present invention, a thermosetting resin can be employed as the insulating resin 12. And when employ | adopting a thermosetting resin, the thermosetting resin is hardened by heating the whole apparatus to the glass transition temperature vicinity of a thermosetting resin using a furnace after the process of a mold. Thus, the process of hardening a thermosetting resin by heating is called an after-cure process. Conventionally, in the after-curing process, the entire hybrid integrated circuit device is warped. For this reason, warping of the hybrid integrated circuit device is prevented from occurring in the after-curing process by the pressure-bonding step of applying pressure to the plurality of stacked hybrid integrated circuit devices.
[0027]
From this, an experiment was conducted to clarify the relationship between the thermal expansion coefficient of the thermosetting resin and the warpage of the hybrid integrated circuit device in the after-curing process. Specifically, an aluminum substrate was adopted as the metal substrate 16. Then, a plurality of hybrid integrated circuit devices sealed with thermosetting resins having different coefficients of thermal expansion were prepared, and the amount of warpage generated with each was measured. Specifically, an experiment was conducted using eight hybrid integrated circuit devices in which the thermal expansion coefficient of the thermosetting resin used was varied between 10 × 10 ⁻⁶ / ° C. and 17 × 10 ⁻⁶ / ° C. It was. Note that the thermal expansion coefficient of aluminum, which is the material of the metal substrate 16, is 23 × 10 ⁻⁶ / ° C.
[0028]
Here, as described above, the thermal expansion coefficient of aluminum, which is the material of the metal substrate 16, is 23 × 10 ⁻⁶ / ° C. Therefore, if a simple idea is used, if a thermosetting resin having a thermal expansion coefficient (23 × 10 ⁻⁶ / ° C.) equivalent to that of aluminum is used as the resin for sealing the metal substrate 16, the after-cure process is performed. However, it seems that the substrate does not warp. However, as components of the hybrid integrated circuit device 10, in addition to the metal substrate 16 and the insulating resin 12, a circuit element, an insulating layer 17, and the like are provided on the surface of the metal substrate 16. Therefore, even if a thermosetting resin having a thermal expansion coefficient (23 × 10 ⁻⁶ / ° C.) equivalent to that of the metal substrate is used, circuit elements and insulating layers influence each other, resulting in the entire apparatus as a result. It has been found that warping occurs.
[0029]
The graph of FIG. 2 shows the results of experiments conducted under the above conditions. In the graph, the horizontal axis indicates the thermal expansion coefficient of the thermosetting resin, and the vertical axis indicates the amount of warpage generated in the hybrid integrated circuit device in the after-curing process. As is apparent from this graph, the amount of warpage of the hybrid integrated circuit device using the thermosetting resin having a thermal expansion coefficient of 13 × 10 ⁻⁶ / ° C. is the smallest. Therefore, when transfer molding is performed using a thermosetting resin having a thermal expansion coefficient of 13 × 10 ⁻⁶ / ° C., it is possible to prevent the metal substrate 16 from warping in the after-curing process. Can do. Therefore, if a thermosetting resin having a thermal expansion coefficient that is about half that of the material forming the substrate is used, warping of the entire apparatus in the after-curing process can be prevented as much as possible.
[0030]
With the configuration of the hybrid integrated circuit device 10 as described above, the following effects can be achieved.
[0031]
First, the sagging surface 16B of the metal substrate 16 is exposed from the insulating resin on the back surface of the hybrid integrated circuit device. By exposing the sag surface 16B on which no burrs are formed on the back surface, the flatness of the back surface of the hybrid integrated circuit device 10 can be ensured.
[0032]
Second, by molding the insulating substrate 12 with the sag surface 16B of the metal substrate 16 facing down, the insulating resin 12 can be wound around the periphery of the sag surface 16B of the metal substrate 16. Therefore, the adhesion between the metal substrate 16 and the insulating resin 12 becomes strong, and the metal substrate 16 can be prevented from being detached from the insulating resin 12.
[0033]
Third, by providing the groove 13 on the upper surface of the insulating resin 12, it is possible to prevent the metal substrate 16 from warping in the after-curing step of curing the thermosetting resin. .
[0034]
Fourth, the groove 13 is formed in the longitudinal direction of the metal substrate 16 on the upper surface of the insulating resin 12. In the after-curing process, the greatest bending stress is generated in the longitudinal direction of the metal substrate 16. Therefore, providing the groove 13 in the longitudinal direction of the metal substrate 16 can prevent the metal substrate 16 from warping.
[0035]
Fifth, the groove 13 is provided on the upper surface of the insulating resin 12 above the portion where the lead 11 is fixed to the conductive pattern 12. Therefore, the groove 13 can be formed without increasing the thickness of the insulating resin 12.
[0036]
Sixth, by using a thermosetting resin having a thermal expansion coefficient that is about half that of the material of the metal substrate 16, it is possible to prevent warpage of the entire hybrid integrated circuit device in the after-curing process.
[0037]
Seventh, when aluminum is used as the material of the metal substrate 16, a hybrid integrated circuit device in the after-curing process is obtained by setting the thermal expansion coefficient of the thermosetting resin to about 13 × 10 ⁻⁶ / ° C. Overall warpage can be prevented.
[0038]
(Second Embodiment Explaining Method of Manufacturing Hybrid Integrated Circuit Device 10)
A method for manufacturing the hybrid integrated circuit device 10 will be described with reference to FIGS. The hybrid integrated circuit device 10 according to the present embodiment includes a step of incorporating a hybrid integrated circuit including the conductive pattern 18 and the circuit element 14 on the metal substrate 16, and a mold for sealing the metal substrate 16 by exposing the back surface of the metal substrate 16. Process. Further, in the molding process, the periphery of the back surface of the metal substrate 16 is brought into contact with the lower mold 20B by using the mold 20 in which the cavity portion 21 is provided in the portion corresponding to the back surface of the metal substrate 16, so that the metal This is a step of sealing at least the surface of the substrate 16 with the insulating resin. The molding process will be described below.
[0039]
With reference to FIG. 3, a method of molding the metal substrate 16 having a hybrid integrated circuit formed on the surface will be described. FIG. 3A is a cross-sectional view illustrating a state in which the metal substrate 16 is molded using a mold including an upper mold 20A and a lower mold 20B. FIG. 3B is an enlarged view of a circle portion indicated by a dotted line in FIG. Here, the metal substrate 16 is placed with the side from which the lead 11 is led out in the paper surface direction. The position of the metal substrate 16 is fixed by holding the leads 31 by the upper and lower molds.
[0040]
With reference to FIG. 3 (A), the shape of the metal mold | die used for a mold is demonstrated. The mold used for the mold is composed of an upper mold 20A and a lower mold 20B, and by engaging these two, a cavity filled with a thermosetting resin is formed. The thermosetting resin is injected into the cavity from the gate 23. In addition, an air vent 24 is provided to release the air inside the cavity to the outside. Then, an amount of air corresponding to the amount of thermosetting resin injected from the gate 23 is discharged from the air vent 24 to the outside.
[0041]
The cavity 21 is provided in a region where the metal substrate 16 is placed in the lower mold 20B. The planar size of the cavity 21 is formed smaller than the planar size of the metal substrate 16. Therefore, in the molding process, the metal substrate 16 is placed so as to cover the cavity 21.
[0042]
The convex portion 22 is provided inside the hollow portion 21. And the height of the top part of the convex part 22 is the same height as the surface which the lower metal mold | die 20B and the metal substrate 16 contact | connect.
[0043]
Hereinafter, the process of molding the metal substrate 16 with the insulating resin 12 will be described in detail. First, the metal substrate 16 is placed on the lower mold 20B. Specifically, the metal substrate 16 is placed so as to cover the cavity 21. As described above, since the planar size of the cavity 21 is smaller than that of the metal substrate 16, the cavity 21 is completely covered by the metal substrate 16. Thereafter, the upper mold 20A and the lower mold 20B are engaged with each other to form a cavity that is a region into which the insulating resin 12 is injected.
[0044]
Next, the insulating resin 12 is injected from the gate 23. In this embodiment, a thermosetting resin is employed as the insulating resin 12. In the transfer mold using a thermosetting resin, the pressure when injecting the insulating resin 12 is very large. Therefore, in the conventional example, there is a problem that the insulating resin 12 penetrates into a slight gap between the back surface of the metal substrate 16 and the lower mold 20B. In the present invention, as described above, the cavity 21 is provided in the lower mold 20B. Therefore, even if the insulating resin 12 enters the slight gap between the back surface of the metal substrate 16 and the lower mold 20 </ b> B, the insulating resin 12 is stored in the cavity 21. That is, the insulating resin 12 that has entered the back surface of the metal substrate 16 does not adhere to the back surface of the metal substrate 16.
[0045]
Further, as described above, the metal substrate 16 is placed on the lower mold 20 </ b> B so as to cover the cavity 21. Accordingly, since only the peripheral portion of the metal substrate 16 is in contact with the lower mold 20B, the area where the back surface of the metal substrate 16 is in contact with the lower mold 20B is small. Therefore, when the insulating resin 12 is injected at a high pressure from the gate 23, the pressure at which the metal substrate 16 abuts on the lower mold 20B becomes very large. Further, since the area where the metal substrate 16 and the lower mold 20B are in contact with each other is small, it is possible to prevent the temperature of the insulating resin 12 from being lowered by conduction of heat to the mold.
[0046]
When the metal substrate 16 is relatively large, when the insulating resin 12 is injected into the cavity at a high pressure, a large bending stress due to the injection pressure acts on the metal substrate 16. Therefore, in the present invention, the convex portion 22 is provided inside the hollow portion 21. As described above, the height of the convex portion 22 is the same height as the surface on which the lower mold 20B and the back surface of the metal substrate 16 abut. Therefore, when the metal substrate 16 is placed on the lower mold 20 </ b> B, the upper surface of the convex portion 22 is also in contact with the back surface of the metal substrate 16. For this reason, the bending stress of the metal substrate 16 which acts by the injection pressure is less than half.
[0047]
In the hybrid integrated circuit device 10 that has undergone the molding process, the thermosetting resin is cured by an after-curing process in which heating is performed using a furnace. As described above, since the thermal expansion coefficient of the thermosetting resin is about half of that of the metal substrate 16, warping of the hybrid integrated circuit device can be prevented in the after-curing process.
[0048]
FIG. 4 shows the hybrid integrated circuit device 10 molded through the processes described above. This hybrid integrated circuit device is completed as a product through a lead cutting process and the like.
[0049]
The following effects can be obtained by the method for manufacturing the hybrid integrated circuit device 10 as described above.
[0050]
First, by providing the cavity 21 in the lower mold 20B, the area where the back surface of the metal substrate 16 and the lower mold 20B abut can be reduced. Therefore, when the insulating resin 12 is injected into the cavity at a high pressure, the metal substrate 16 contacts the lower mold 20B with a strong pressure. Therefore, it is possible to prevent the insulating resin 12 from entering the contact portion between the back surface of the metal substrate 16 and the lower mold 20B.
[0051]
Second, even when the insulating resin 12 enters the contact portion between the back surface of the metal substrate 16 and the lower mold 20 </ b> B, the entering insulating resin 12 is stored in the cavity portion 21. Accordingly, it is possible to prevent the insulative insulating resin 12 from adhering to the back surface of the metal substrate 16.
[0052]
Third, by providing the cavity 21 in the lower mold 20B, the area where the back surface of the metal substrate 16 and the lower mold 20B abut is small. Therefore, when a high-temperature thermosetting resin is injected into the cavity, it is possible to prevent the thermal energy of the thermosetting resin from being released to the outside through the lower mold 20B. Thus, it is possible to prevent the thermosetting resin from being cured in the middle of the mold and causing a mold failure.
[0053]
Fourth, at the time of molding, the cavity 21 is covered with the metal substrate 16 and is in a sealed state. Therefore, when heated during molding, the inside of the cavity 21 is in a high pressure state. On the other hand, since the air vent 24 is provided inside the cavity, it is in an atmospheric pressure state. Therefore, the pressure inside the cavity 21 is higher than that of the cavity. From this, it is possible to prevent the insulating resin 12 from entering the back surface of the metal substrate 16.
[0054]
Fifth, since the thermal expansion coefficient of the thermosetting resin is about half that of the thermosetting resin of the metal substrate 16, warpage is generated in the hybrid integrated circuit device in the after-curing process. Can be prevented. From this, it is possible to improve the production efficiency by eliminating the step of crimping the hybrid integrated circuit device, which has been conventionally required.
[0055]
【The invention's effect】
In the present invention, the following effects can be obtained.
[0056]
First, in the hybrid integrated circuit device 10 sealed with the insulating resin 12, it is possible to prevent warpage of the entire hybrid integrated circuit device 10 by forming the groove 13 on the upper surface of the insulating resin 12. it can.
[0057]
Second, by providing the groove 12 in the longitudinal direction of the metal substrate 16, it is possible to prevent the warp from occurring in the longitudinal direction of the metal substrate 16.
[0058]
Thirdly, by molding the metal substrate 16 with the insulating resin 12 facing down, the insulating resin 12 can be wound around the peripheral portion of the metal substrate 16. Therefore, the adhesion between the metal substrate 16 and the insulating resin 12 becomes strong, and the metal substrate 16 can be prevented from being detached from the insulating resin 12.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view (A) and a sectional view (B) of a hybrid integrated circuit device of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the thermal expansion coefficient of a resin and the warpage of a substrate.
3A and 3B are a cross-sectional view (A) and an enlarged view (B) illustrating a method for manufacturing a hybrid integrated circuit device of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view for explaining the method for manufacturing a hybrid integrated circuit device of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a conventional hybrid integrated circuit device.
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a conventional method of manufacturing a hybrid integrated circuit device.

Claims

A conductive pattern provided on the upper surface of the insulating layer of the metal substrate;
A circuit element composed of a passive element and an active element electrically connected and fixed to the conductive pattern;
A lead having one end connected to the conductive pattern and the other end extending to the outside;
An upper surface and side surfaces of the metal substrate, an insulating resin covering the circuit element;
The upper surface of the metal substrate, the insulating resin corresponding to a margin portion between the circuit element placement region and the periphery of the metal substrate, and a groove provided along the longitudinal direction of the metal substrate ;
A hybrid integrated circuit device, wherein the insulating resin in a portion that becomes thinner by providing the groove is filled and cured at an early stage.

The hybrid integrated circuit device according to claim 1, wherein the groove is provided above a portion where the lead is connected to the conductive pattern.

The metal substrate is a substrate made of aluminum, the insulating resin is made of a resin containing a thermosetting resin, and the thermal expansion coefficient of the insulating resin is smaller than that of the metal substrate. Hybrid integrated circuit device.

A plurality of connecting portions between the leads and the conductive pattern are provided along the peripheral portions facing each other in the longitudinal direction of the metal substrate,
The hybrid integrated circuit device according to claim 1, wherein the two grooves are provided above the connection portion.

The upper surface of the metal substrate is a burr surface, and the lower surface of the metal substrate is a sagging surface,
2. The hybrid according to claim 1, wherein the insulating resin prevents the metal substrate from detaching from the insulating resin when the insulating resin wraps around a peripheral portion of the lower surface of the metal substrate which is the sagging surface. Integrated circuit device.

The hybrid integrated circuit device according to claim 1, wherein a lower surface of the metal substrate is exposed from the insulating resin.

In a method for manufacturing a hybrid integrated circuit device, the method includes a step of sealing an upper surface and side surfaces of a metal substrate having an electric circuit formed on an upper surface with an insulating resin.
A groove is provided in the insulating resin corresponding to a margin portion between the arrangement area of the circuit element and the periphery of the metal substrate, the upper surface of the metal substrate .
A method of manufacturing a hybrid integrated circuit device, wherein the insulating resin in a portion that becomes thinner by providing the groove is filled early and cured.