JP2002373907A - 混成集積回路装置およびその製造方法 - Google Patents

混成集積回路装置およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の混成集積回路装置では、インジェクシ
ョンモールドの場合は金属細線、半田接合部等をエポキ
シ樹脂等でコーティングするためコストの問題があり、
トランスファーモールドの場合は金属基板を直接モール
ドする技術が存在しなかった。 【解決手段】 本発明の混成集積回路装置では、トラン
スファーモールドにより金属基板31およびAl細線3
7を直接熱硬化性樹脂により一体にフルモールドする。
そのことで、従来におけるリードフレーム型の混成集積
回路装置と比較し、本発明では基板31全体で半導体素
子35等から発生した熱を発散することができる混成集
積回路装置を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、混成集積回路装置
およびその製造方法に関し、混成集積回路基板をトラン
スファーモールドにより樹脂封止する混成集積回路装置
およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、混成集積回路装置に採用される
封止方法は、主に2種類の方法がある。
【0003】第1の方法は、半導体素子等の回路素子が
実装された混成集積回路基板の上に蓋をかぶせるような
形状の手段、一般にはケース材と呼ばれているものを採
用して封止しているものがある。この構造は、中空構造
やこの中に別途樹脂が注入されているものがある。
【0004】第2の方法は、半導体ICのモールド方法
としてインジェクションモールドである。例えば、特開
平11−330317号公報に示してある。このインジ
ェクションモールドは、一般的に熱可塑性樹脂を採用
し、例えば、300℃に熱した樹脂を高射出圧力で注入
し一度に金型内に樹脂を充填することで樹脂を封止する
ものである。また、トランスファーモールドと比較する
と、金型内に樹脂を充填した後の樹脂の重合時間を必要
としないため作業時間が短縮できるメリットがある。
【0005】以下に、インジェクションモールドを用い
た従来の混成集積回路装置およびその製造方法につい
て、図10から図13を参照して説明する。
【0006】先ず、図10に示すように、金属基板とし
ては、ここではアルミニウム(以下、Alという)基板
1を採用して説明してゆく。
【0007】このAl基板1は、表面が陽極酸化され、
その上に更に絶縁性の優れた樹脂2が全面に形成されて
いる。但し、耐圧を考慮しなければ、この酸化物は省略
しても良い。
【0008】そして、この樹脂2の上に、例えば、Cu
より成る導電路3aが形成され、トランジスタやIC等
の能動素子5、チップ抵抗、チップコンデンサ等の受動
素子6が半田12を介して実装され、所定の回路が実現
されている。ここで一部半田を採用せず、銀ペースト等
で電気的に接続されても良い。また、前記半導体素子5
がフェイスアップで実装される場合は、ボンディングに
より金属細線7を介して接続されている。更には、外部
リード8が半田を介して外部電極端子11と接続されて
おり封止樹脂体10から外部に露出されている。
【0009】ここで、熱可塑性樹脂として採用したもの
は、PPS(ポリフェニルサルファイド)と呼ばれるも
のである。
【0010】そして、熱可塑性樹脂の注入温度が約30
0℃と非常に高く、高温の樹脂により半田12が溶けて
半田不良が発生する問題がある。そのため、予め半田の
接合部、金属細線7、能動素子5および受動素子6を覆
う様に熱硬化性樹脂(例えば、エポキシ樹脂)でポッテ
ィングし、オーバーコート9を形成している。このこと
で、熱可塑性樹脂の成型時、注入樹脂圧により、特に細
線(約30〜80μm)が倒れるのを防止したり、断線
を防止している。
【0011】そして、樹脂封止体10は、支持部材10
aと熱可塑性樹脂により形成されている。つまり、支持
部材10aに載置された基板1をインジェクションモー
ルドにより熱可塑性樹脂で被覆している。そして、支持
部材10aと熱可塑性樹脂との当接部は、注入された高
熱の熱可塑性樹脂により支持部材10aの当接部が溶け
フルモールド構造を実現している。
【0012】次に、インジェクションモールドを用いた
従来の混成集積回路装置の製造方法について、図11か
ら図13を参照して説明する。
【0013】図11は工程フロー図であり、金属基板を
準備する工程、絶縁層形成工程、Cu箔圧着工程、部分
Niメッキ工程、Cu箔エッチング工程、ダイボンディ
ング工程、ワイヤーボンディング工程、ポッティング工
程、リード接続工程、支持部材取り付け工程、インジェ
クションモールド工程、リードカット工程の各工程から
構成されている。
【0014】図12および図13に、各工程の断面図を
示す。なお、図示しなくても明確な工程は図面を省略し
ている。
【0015】先ず、図12(A)および(B)では、金
属基板を準備する工程、絶縁層形成工程、Cu箔圧着工
程、部分Niメッキ工程、Cu箔エッチング工程につい
て示す。
【0016】金属基板を準備する工程では、基板の役割
として熱放散性、基板強度性、基板シールド性等考慮し
て準備する。そして、本実施例では、熱放散性に優れ
た、例えば、厚さ1.5mm程度のAl基板1を用い
る。
【0017】次に、アルミ基板1上に更に絶縁性の優れ
た樹脂2を全面に形成する。そして、絶縁性樹脂2上に
は、混成集積回路を構成するCuの導電箔3を圧着す
る。Cu箔3上には、例えば、取り出し電極となるCu
箔3と能動素子5とを電気的に接続する金属細線7との
接着性を考慮し、Niメッキ4を全面に施す。
【0018】その後、公知のスクリーン印刷等を用いN
iメッキ4aおよび導電路3aを形成する。
【0019】次に、図12(C)では、ダイボンディン
グ工程、ワイヤボンディング工程について示す。
【0020】前工程において形成された導電路3a上に
は、半田ペースト12等の導電性ペーストを介して能動
素子5、受動素子6を実装し、所定の回路を実現する。
【0021】次に、図13(A)、(B)では、ポッテ
ィング工程、リード接続工程および支持部材取り付け工
程について示す。
【0022】図13(A)に示すように、ポッティング
工程では、後のインジェクションモールド工程の前に、
予め、半田の接合部、金属細線7、能動素子5および受
動素子6を熱硬化性樹脂(例えば、エポキシ樹脂)でポ
ッティングし、オーバーコート9を形成する。
【0023】次に、上記した混成集積回路からの信号を
出力及び入力するための外部リード8を準備する。その
後、外部リード8を基板1の外周部に形成された外部接
続端子11と半田12を介して接続する。
【0024】次に、図13(B)に示すように、外部リ
ード8等を接続した混成集積回路基板1に支持部材10
aを載置する。基板1を支持部材10a上に載置するこ
とで、次工程で説明するインジェクションモールドの際
における基板1裏面の樹脂封止体10の厚みを確保する
ことができる。
【0025】次に、図13(C)では、インジェクショ
ンモールド工程およびリードカット工程について示す。
【0026】図示したように、基板1上を熱硬化性樹脂
でポッティングし、オーバーコート9を形成した後イン
ジェクションモールドにより樹脂封止体10を形成す
る。このとき、支持部材10aと熱可塑性樹脂との当接
部は、注入された高熱の熱可塑性樹脂により支持部材1
0aの当接部が溶けフルモールド構造の樹脂封止体10
となる。
【0027】最後に、外部リード8を使用目的に応じて
カットし、外部リード8の長さの調整する。
【0028】上記した工程により、図10に示した混成
集積回路装置が完成する。
【0029】一方、半導体産業においては、トランスフ
ァーモールド法が一般に行われている。従来のトランス
ファーモールドによる混成集積回路装置では、例えば、
Cuから成るリードフレーム上に半導体素子が固着され
る。そして、半導体素子とリードとは金(以下、Auと
いう)線を介して電気的に接続されている。これは、A
l細線が弾性で劣り折れ曲がり易い点、ボンディング時
間が超音波を必要とするため時間を要する点で採用でき
ないためである。そのため、従来において、一枚の金属
板から成り、金属板上に回路が形成され、更に、Al細
線によりワイヤーボンディングされた金属板を直接トラ
ンスファーモールドする混成集積回路装置は存在しなか
った。その他、プリント基板、セラミック基板の場合も
同様に、Al細線によりワイヤーボンディングされ、直
接トランスファーモールドする混成集積回路装置は存在
しなかった。
【0030】
【発明が解決しようとする課題】インジェクションモー
ルド型の混成集積回路装置では、モールド時の注入圧力
により、金属細線7が折れ曲がったり、断線するのを防
ぎ、また、インジェクションモールド時の温度により半
田12が流れるのを防ぐ必要があった。そのため、図1
0に示した従来構造においては、ポッティングによるオ
ーバーコート9を採用して上記した問題に対処してい
た。
【0031】しかし、熱硬化性樹脂(例えば、エポキシ
樹脂)でポッティングしオーバーコート9を形成した後
インジェクションモールドを行っていたため、熱硬化性
樹脂分の材料コストおよび作業コストが掛かるという問
題があった。
【0032】また、従来のトランスファーモールドによ
る混成集積回路装置では、アイランド上に半導体素子等
固着していたため、半導体素子等から発生した熱は固着
領域から発散するが、熱発散領域に限りがあり熱放散性
が悪いという問題があった。
【0033】更に、上記したように、Al細線は超音波
ボンディングで行われネックの部分が弱いこと、更に
は、弾性率が低く樹脂の注入圧力に耐えられない等のこ
とが原因ですぐに曲がってしまう。そのため、金属細線
として樹脂封止体のワイヤーボンディングには樹脂注入
圧に強いAu線が用いられるため、Al細線を採用した
トランスファーモールドは現在でも行われていない。そ
して、本発明では、このAl細線を積極的に採用し、折
れ曲がりのないトランスファーモールドを実現する構造
および製造方法を提供することが課題である。
【0034】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記した従来
の課題に鑑みてなされたもので、本発明である混成集積
回路装置では、少なくとも混成集積回路基板の表面に設
けられた導電パターンと、前記導電パターンに固着され
た半導体素子または受動素子と、前記半導体素子または
受動素子と前記導電パターンとを電気的に接続するアル
ミニウム細線と、前記導電パターンと接続され、出力ま
たは入力となり外部に延在されるリードと、前記基板の
少なくとも表面をトランスファーモールドにより被覆す
る熱硬化性樹脂から成る樹脂封止体とを有することを特
徴とする。
【0035】本発明の混成集積回路装置は、好適には、
前記アルミニウム細線の径は、30μm〜80μmであ
ることを特徴とする。
【0036】更に、本発明の混成集積回路装置は、好適
には、前記基板と前記リードとの接続手段は半田であ
り、前記熱硬化性樹脂の硬化温度は前記半田の融点より
低いことを特徴とするそのことにより、前記トランスフ
ァーモールド時および前記熱硬化性樹脂の硬化時に前記
半田が流れることがない構造とすることができる。
【0037】更に、本発明の混成集積回路装置は、好適
には、前記熱硬化性樹脂は、前記半導体素子、受動素子
または前記アルミニウム細線を直接被覆していることを
特徴とする。そのことにより、前記オーバーコート樹脂
分の材料コスト、作業コスト等を省略する構造を実現で
きる。
【0038】更に、本発明の混成集積回路装置は、好適
には、前記樹脂封止体は、前記基板の表裏面において、
前記熱硬化性樹脂の注入口近傍が肉薄に形成されること
を特徴とする。そのことにより、前記肉薄部分は他の前
記樹脂封止体部分よりも早期に硬化するので、前記熱硬
化性樹脂が硬化する時に前記基板を反り上げるのを防止
する構造を実現する。
【0039】更に、本発明の混成集積回路装置は、好適
には、前記基板は、プリント基板、セラミック基板また
は金属基板からなることを特徴とする。
【0040】上記した課題を解決するために、本発明の
半導体集積回路装置の製造方法では、少なくとも絶縁処
理された表面にある導電パターンには、半導体素子また
は受動素子が実装され、前記導電パターンとアルミニウ
ム細線が電気的に接続された金属基板を用意し、前記基
板にリードを固着した前記基板の少なくとも表面をトラ
ンスファーモールドする工程とを有することを特徴とす
る。
【0041】本発明の混成集積回路装置の製造方法は、
好適には、前記熱硬化性樹脂は、前記半導体素子または
受動素子を直接被覆していることを特徴とする。そのこ
とにより、前記基板上の前記半導体素子、前記受動素子
または半田接続部等を、例えば、エポキシ樹脂によりポ
ッティングする工程を省略することができる。
【0042】更に、本発明の混成集積回路装置の製造方
法は、好適には、前記トランスファーモールド工程で
は、前記金型に設けられたゲートから注入された前記熱
硬化性樹脂を前記ゲート近傍に設置された前記基板の側
面に直接当てることを特徴とする。そのことにより、前
記熱硬化性樹脂の注入速度を低減し、前記アルミニウム
細線に対する影響を抑制することができる。
【0043】更に、本発明の混成集積回路装置の製造方
法は、好適には、前記トランスファーモールド工程で
は、前記基板の側面に対して斜めに注入することを特徴
とする。そのことにより、前記金型に注入された前記熱
硬化性樹脂を前記基板下部により流入させることができ
る。
【0044】更に、本発明の混成集積回路装置の製造方
法は、好適には、前記トランスファーモールド工程で
は、前記熱硬化性樹脂の前記基板上下部への第1の流入
幅をほぼ同等することを特徴とする。そのことにより、
前記金型内に注入された前記熱硬化性樹脂を前記基板下
部へと流入させることができる。
【0045】更に、本発明の混成集積回路装置の製造方
法は、好適には、前記トランスファーモールド工程で
は、前記熱硬化性樹脂は第1の流入幅を有する流入部を
通過した後、前記基板上部において、前記第1の流入幅
よりも広い第2の流入幅を通過することを特徴とする。
そのことにより、前記熱硬化性樹脂の注入速度を低減
し、前記アルミニウム細線に対する影響を抑制すること
ができる。
【0046】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の第1の実施形態
に係る混成集積回路装置を図1(A)断面図、(B)平
面図および図2を参照しながら説明する。
【0047】先ず、図1(A)に示したように、混成集
積回路基板31は、基板31上に固着される半導体素子
等から発生する熱が考慮され、放熱性の優れた基板が採
用される。本実施例では、アルミニウム(以下、Alと
いう)基板31を用いた場合について説明する。尚、本
実施例では、基板31としてAl基板を用いたが、特に
限定する必要はない。
【0048】例えば、基板31としては、プリント基
板、セラミック基板、金属基板等を用いても本実施例を
実現することができる。そして、金属基板としては、C
u基板、Fe基板、Fe−Ni基板等の合金またはAl
N(窒化アルミニウム)基板等を用いても良い。
【0049】基板31は、表面が陽極酸化され、その上
に更に絶縁性の優れた、例えば、エポキシ樹脂からなる
絶縁樹脂32が全面に形成されている。但し、耐圧を考
慮しなければ、この金属酸化物は省略しても問題はな
い。
【0050】そして、この樹脂32上には、Cu箔33
(図5参照)より成る導電路33aが形成され、導電路
33aを保護するように基板31上には、例えば、スク
リーン印刷によりエポキシ系樹脂がオーバーコートされ
ている。そして、導電路33a上にはパワートランジス
タ、小信号トランジスタやIC等の能動素子35、チッ
プ抵抗、チップコンデンサ等の受動素子36が半田40
を介して実装され、所定の回路が実現されている。ここ
で一部半田を採用せず、Agペースト等で電気的に接続
されても良い。また、半導体素子等の能動素子8がフェ
イスアップで実装される場合は、金属細線37を介して
接続されている。金属細線37としては、パワー系の半
導体素子の場合は、例えば、約150〜500μmφの
Al線が用いられる。一般にはこれを太線と呼んでい
る。また、セミパワー系や小信号系の半導体素子の場合
は、例えば、約30〜80μmφのAl線が用いられて
いる。一般にこれを細線と呼んでいる。そして、基板3
1の外周部に設けられている外部接続用端子38には、
CuやFe−Ni等の導電性部材からなる外部リード3
9が半田40を介して接続されている。
【0051】本発明の特徴は、混成集積回路基板31上
の能動素子35、受動素子36、Al細線37等には、
樹脂封止体が直接形成されている。
【0052】つまり、樹脂封止体41において、トラン
スファーモールドに用いられる熱硬化性樹脂は、粘性が
低く、かつ、硬化温度が上記した接続手段に用いられた
ロウ材40(半田等)の融点、例えば、183℃よりも
低いことに特徴がある。そのことにより、図10に示し
たように、従来の混成集積回路装置における熱硬化性樹
脂(例えば、エポキシ樹脂)のポッティングによるオー
バーコート9を除去することができる。
【0053】その結果、特に、小信号系のIC等を導電
路33aと電気的に接続する、例えば、約40μm程度
の径のAl細線がトランスファーモールド時の熱硬化性
樹脂で直接充填されても倒れたり、断線したり、折れ曲
がったりすることは無くなる。
【0054】次に、図1(B)に示すように、樹脂封止
体41の外部には、外部リード39が導出されており、
外部リード39は、使用目的に応じて長さが調整されて
いる。そして、樹脂封止体41には、外部リード39が
導出している側辺と対向する側に2箇所に押さえピンの
痕としてホール42が形成されている。ホール42は、
上記したトランスファーモールド時に押さえピン47
(図7参照)が基板31を固定しているため発生するも
のであり、樹脂封止体41形成後も存在する。
【0055】また、図2(A)に示したように、基板3
1の外周部43、つまり、基板31上の回路等が形成さ
れていない部分にホール42は形成されている。そし
て、ホール42は基板31の外周部43で、かつ、絶縁
樹脂32上に形成されているので、品質性、耐湿性の面
でも問題のない構造となっている。しかも、外周部43
は基板31を個々にプレスする際、回路領域との距離の
確保をする為に設けられているものである。結局、この
外周部43はデッドスペースであり、ここをピンの当接
領域として有効活用しているので、その分実装領域を有
効活用できるメリットがある。
【0056】次に、図2(A)、(B)に示したよう
に、基板31上には導電路33aが入り組んで形成され
ており、その導電路33a上にはパワートランジスタ、
小信号トランジスタやIC等の能動素子35、チップ抵
抗、チップコンデンサ等の受動素子36が半田40を介
して実装されており、また、外部接続用端子38を介し
て外部リードが接続されており所定の回路が実現されて
いる。
【0057】図示したように、基板31上には小さいス
ペースに複雑な回路が形成されている。そして、本発明
の混成集積回路装置の特徴としては、基板31全面に絶
縁樹脂32を形成した後樹脂32上に複雑な回路を形成
し、その後、基板31に外部リード39を接着しトラン
スファーモールドにより直接樹脂封止体41を一体に形
成していることである。
【0058】従来において、トランスファーモールドに
より形成する場合は、例えば、表から裏まで完全に打ち
抜かれたリードフレームを使用する。エッチングによる
リードフレームも同様である。そして、完全に表から裏
まで加工されたリードフレームでは単純構造のTRリー
ドフレーム、ICのリードフレームは可能であるが、混
成集積回路の導電パターンの如き複雑な回路を形成でき
なかった。また、トランスファーモールドによるリード
フレームでは、図2(A)のような配線を形成する場
合、リードの反りを防止するためにいろいろな場所に吊
りリードによる固定が必要となる。このように、一般の
リードフレームを使った混成集積回路では、せいぜい能
動部品が数個実装されるのみであり、図2(A)のよう
な導電パターンを持つ混成集積回路を形成するには限界
があることとなる。
【0059】つまり、本発明の混成集積回路装置の構造
(金属基板で導電パターンを支持する構造)をとること
で、複雑な回路を有した基板31をトランスファーモー
ルドにより形成することができる。更に、本発明では、
基板31として熱伝導率の良い基板を使用しているので
基板31全体をヒートシンクと活用でき、実装される素
子の熱上昇を防止できる。しかも、基板31を介して発
生する熱を外部に放熱することができる。よって、トラ
ンスファーモールドされた従来のリードフレームによる
半導体装置に比べ、基板31が直接モールドされている
ため、放熱性が優れ、回路特性の改善、小型化を実現す
ることができる。
【0060】次に、図3に示したように、本発明の混成
集積回路装置では、基板31の反りを防止するために、
基板31を被覆した樹脂封止体41に特徴を持たせてい
る。
【0061】本発明では、樹脂封止体41の外部リード
39導出側辺と対向する側辺に基板31の長辺とほぼ同
じ長さである肉薄部41aを形成していることである。
また、この肉薄部41a側に樹脂の注入口が設けられて
いる。樹脂封止体41は、図1(A)にも示したよう
に、肉薄部41aに対応する基板31下面、上面、継側
面は薄く形成されており、また、基板31上部ではこの
肉薄部41aが若干設けられ素子の実装領域は実質厚く
形成されている。一般に、熱硬化性樹脂が硬化する時に
収縮することによる基板31の反り上がりが問題となる
が、本発明では樹脂封止体41の上部にも肉薄部41a
を有して解決している。
【0062】具体的にいうと、第1に、基板31の反り
上がりに対して基板31下部およびその周辺部では薄く
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、基板31
上部に、基板31の反り上がり方向に対して垂直方向に
肉薄部41aを有し、肉薄部41aが早期に硬化するこ
とで対抗することができる。第3に、図3に示したよう
に、基板31上の樹脂封止体41の表面には、基板31
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基板3
1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、基板31の反り上がらせる応力に対抗
することができる。
【0063】つまり、上記した3つの構造的特徴によ
り、基板31上部の熱硬化性樹脂が硬化する際、その熱
硬化性樹脂の収縮に対して突っ張り効果等を有する。こ
の構造により、本発明の混成集積回路装置の基板31は
反り上がることが無くなり、実装性を向上させることが
できる。
【0064】また、この肉薄部41aは、後述するトラ
ンスファーモールド工程でも利用されるが、詳細はその
ときに記載する。
【0065】更に、本発明では、樹脂封止体41には基
板31を長手方向に挟むように、例えば、U字型の肉厚
部41bを形成していることである。このU字型の肉厚
部41bの上面は、基板31上の樹脂封止体41の上面
と同じ高さになっている。つまり、両者は同等な厚みを
有している。しかし、U字型の肉厚部41bは幅が狭い
ため、上記した肉薄部41aと同様に硬化時間が短いと
いう特徴がある。そのため、肉薄部41aと同様に、基
板31上部の肉厚部が硬化する際の基板31の反り上が
りを防止することができる。
【0066】また、樹脂封止体41はトランスファーモ
ールド後に金型から取り出し再度アニールを加える際、
反り上がり抑制のため樹脂封止体41の表面と裏面を金
属プレートに挟み込み同時に加圧する。このときにU字
型の肉厚部41bが表面と面一になっていることで、確
実に当接できるため基板31の反り上がりを防止する構
造を実現することができる。
【0067】上記したように、本発明の特徴は、トラン
スファーモールドにより一体の樹脂封止体41により被
覆されていることにある。そのことにより、従来の混成
集積回路装置の樹脂封止体10では、支持部材10aと
注入された熱可塑性樹脂との当接部が形成されるが、本
発明では、この当接部が形成されず耐湿性の向上、ま
た、支持部材10aを不要とするため、材料コストや作
業コストも大幅に低減した混成集積回路装置を実現する
ことができる。
【0068】更に、本発明の混成集積回路装置として
は、トランスファーモールドで用いる樹脂は粘性が低
く、かつ、硬化温度が上記した接続手段に用いられた半
田の融点、例えば、183℃よりも低いことに特徴があ
る。そのことにより、本発明の混成集積回路装置では、
従来の混成集積回路装置における能動素子5、受動素子
6、金属細線7、半田接合部12等を被覆するオーバー
コート9を除去し、基板31上には直接樹脂封止体41
を形成できる。その結果、材料コストおよび作業コスト
を大幅に低減した混成集積回路装置を実現することがで
きる。
【0069】更に、本発明の混成集積回路装置として
は、導電性金属である基板31上に約40μm程度の絶
縁樹脂32を全面に形成させ、絶縁樹脂32上にはCu
箔33により導電路33aが形成されている。また、基
板31はグランドになっていることで、本発明の混成集
積回路装置は磁気シールド構造を形成することができ
る。そのことにより、本発明の混成集積回路装置はシャ
ーシ等に設置されて使用されるが、混成集積回路装置の
外部で発生する電波は基板31上の回路に侵入する前に
基板31で防止される。その結果、混成集積回路装置の
外部で発生する外来ノイズは回路に侵入することはな
く、回路での誤作動を大幅に低減する混成集積回路装置
を実現することができる。
【0070】次に、本発明の混成集積回路装置の製造方
法を図4から図9を参照して説明する。
【0071】図4は工程フロー図であり、金属基板を準
備する工程、絶縁層形成工程、Cu箔圧着工程、部分N
iメッキ工程、Cu箔エッチング工程、ダイボンディン
グ工程、ワイヤーボンディング工程、リード接続工程、
トランスファーモールド工程、リードカット工程の各工
程から構成されている。このフローから明確なように、
従来は、インジェクションモールドにより樹脂封止体を
形成していたが、トランスファーモールドによる樹脂封
止体を形成する工程を実現している。
【0072】図5から図9に、各工程の断面図を示す。
なお、図示しなくても明確な工程は図面を省略してい
る。
【0073】先ず、図5(A)では、金属基板を準備す
る工程、絶縁層形成工程、Cu箔圧着工程について示
す。
【0074】金属基板を準備する工程では、基板の役割
として熱放散性、基板強度性、基板シールド性等考慮し
て準備する。例えば、パワートランジスタ、大規模化さ
れるLSI、デジタル信号処理回路等を1つの小型ハイ
ブリットICに集積すると、熱放散性が重要視される。
本実施例では、この点を考慮して熱放散性に優れた、例
えば、厚さ1.5mm程度のAl基板31を用いる。ま
た、本実施例では、基板31としてAl基板を用いた
が、特に限定する必要はない。
【0075】例えば、基板31としては、プリント基
板、セラミック基板、金属基板等を用いても本実施例を
実現することができる。そして、金属基板としては、C
u基板、Fe基板、Fe−Ni基板等の合金またはAl
N基板等が考えられる。
【0076】次に、基板31は、表面が陽極酸化され、
その上に更に絶縁性の優れた、例えば、エポキシ樹脂か
らなる樹脂32を全面に形成する。但し、耐圧を考慮し
なければ、この金属酸化物は省略しても問題はない。そ
して、絶縁性樹脂32上には、混成集積回路を構成する
Cuの導電箔33を圧着する。
【0077】次に、図5(B)では、引き続き部分Ni
メッキ形成工程、Cu箔エッチング工程について示す。
【0078】図5(A)に示したように、Cu箔33上
には、例えば、取り出し電極となるCu箔33と能動素
子35とを電気的に接続する金属細線37との接着性を
考慮し、Niメッキ34を全面に施す。そして、Niメ
ッキ34上には、公知のスクリーン印刷等によりNiメ
ッキ34を必要とする部分にのみレジストを残存させ、
耐エッチングマスクを形成する。そして、エッチングに
よりCu箔33上には、例えば、取り出し電極となる箇
所にNiメッキ34aを選択的に形成する。その後、レ
ジストを除去し、再度、公知のスクリーン印刷等により
Cu箔33による導電路33aとして必要とする部分に
のみレジストを残存させ、耐エッチングマスクを形成す
る。そして、エッチングにより、絶縁性樹脂32上には
Cu箔33による導電路33aを形成する。その後、導
電路上には、例えば、スクリーン印刷によりエポキシ樹
脂から成る樹脂コーティングをする。これは保護膜であ
り、電気的接続箇所は除去される。
【0079】次に、図5(C)では、ダイボンディング
工程、ワイヤボンディング工程につて示す。
【0080】前工程において形成された導電路33a上
には、半田ペースト40等の導電性ペーストを介してパ
ワートランジスタ、小信号トランジスタやIC等の能動
素子35、チップ抵抗、チップコンデンサ等の受動素子
36を実装し、所定の回路を実現する。ここで一部半田
を採用せず、Agペースト等で電気的に接続しても良
い。また、パワートランジスタ、セミパワートランジス
タ等の能動素子35を実装する際は、能動素子35と導
電路33aとの間には熱放散性を考慮してヒートシンク
を設置する。
【0081】次に、半導体素子等の能動素子35フェイ
スアップで実装する場合は、ボンディングにより金属細
線37を介して電気的に接続する。そして、上記したよ
うに、能動素子35と導電路33aとを電気的に接続す
るAl細線37は、Cu箔33からなる導電路33aと
の接着性を考慮して、導電路33a上のNiメッキ34
aを介してワイヤボンディングされる。
【0082】ここで、金属細線37としては、特に、A
l細線37が使用されるが、Al細線37は空気中で真
球状にボールアップすることが困難でステッチボンディ
ング法が使用される。しかし、ステッチボンディング法
では、ステッチ部が樹脂の応力により破壊されやすく、
また、Au細線と比較すると弾性係数が小さく樹脂圧に
より押し倒されやすいという特徴がある。そこで、Al
細線37を使用する際は、特に、トランスファーモール
ド時に注意を要する。
【0083】次に、図6(A)、(B)では、リード接
続工程について示す。
【0084】図6(A)に示すように、上記した混成集
積回路からの信号を出力および入力するための外部リー
ド39を準備する。外部リード39としては、出力およ
び入力端子として用いるために導電性であるCu、Fe
−Ni等の材質からなり、更に、電流容量等考慮して外
部リード39の幅や厚さを決定する。そして、本発明の
実施例では、次工程で詳細に説明するが、外部リード3
9の強度、バネ性が必要とされるので、例えば、0.4
〜0.5mm程度の厚さの外部リード39を準備する。
その後、外部リード39を基板31の外周部に形成され
た外部接続用端子38と半田40を介して接続する。こ
のとき、接続手段としては半田に限定する必要はなく、
スポット溶接等によっても接続することができる。
【0085】ここで、図6(B)に示すように、本発明
の特徴としては外部リード39を基板31の実装面に対
してやや角度、例えば、約10度をもって接続すること
にある。また、外部リード39と外部接続用の電極38
とを接続する半田40の融点より、次工程であるトラン
スファーモールド工程で用いる熱硬化性樹脂の硬化温度
が低いことにある。
【0086】次に、図7および図8では、トランスファ
ーモールド工程について示す。
【0087】図7(A)に示すように、先ず、下金型4
4について説明するが、下金型44には外部リード39
の位置を固定するガイドピン46が形成してあり、その
結果、基板31の位置が固定される様になる。
【0088】そして、図7(B)に示したように、前工
程において形成した外部リード39を接続した基板31
を下金型44に設置し、上金型45が下金型44と当接
することで外部リード39のみを挟持して基板31を固
定する。このとき、上記したように、外部リード39を
基板31に対して平行よりもやや角度をもって接続して
あるので、基板31の先端部は上金型45の方へ上が
る。しかし、基板31の先端部は上金型45に設けられ
た押さえピン47で固定されるため、基板31は下金型
44に対して裏面に空間をもって水平の位置を保つこと
ができる。このとき、図2に示したように、押さえピン
47は点でハッチングした基板31の外周部43上を固
定する。上記したように、外周部43は基板31上には
絶縁性樹脂32または場合によってはオーバーコートに
よるレジストが覆われているので、樹脂封止体41から
基板31表面が直接露出することを防ぐことができる。
【0089】次に、図8(A)に示すように、金型4
4、45に形成されたゲート48から樹脂を注入し基板
31にトランスファーモールドにより樹脂封止体41を
形成する。本発明の特徴としては、例えば、樹脂注入温
度および金型温度を160〜180℃に保ち、能動素子
35、受動素子36およびAl細線37上には従来にお
けるオーバーコート9(図10参照)を行わずに、直接
熱硬化性樹脂をモールドする事にある。このとき、ゲー
ト48の位置を基板31の長側辺を有する端面、ここで
は、外部リード39設置側面と対抗する側の中央部に形
成する。このことにより、矢印49で示したように注入
する熱硬化性樹脂が、ゲート48からキャビティー54
(図8(B)参照)内に入る際に四方八方に分散する。
その結果、熱硬化性樹脂の注入速度も低減され、Al細
線37を倒したり、断線させたり等の影響を抑止するこ
とができる。
【0090】例えば、ゲート48を基板31の端部に対
応する位置52に形成した場合、ゲート48からキャビ
ティー54内に注入する熱硬化性樹脂は、基板31の上
部、下部へと分散する。しかし、上記の場合と異なり、
分散領域が狭いため、その結果、熱硬化性樹脂の注入速
度の低減が十分でないので、Al細線37を倒したり、
断線させたり等の現象がゲート位置48の場合より発生
しやすくなる。
【0091】次に、図8(B)に示したように、本発明
の混成集積回路装置の製造方法では、ゲート48からキ
ャビティー54内に注入する熱硬化性樹脂を、最初に基
板31の側面にあたるように注入する。そして、矢印4
9に示すように注入される熱硬化性樹脂は、基板31に
より矢印49aに示すように基板31の上部方向および
下部方向に分岐して流れる。このとき、基板31の上部
への流入幅56と基板31の下部への流入幅55とがほ
ぼ同等の幅で形成されているので、基板31下部への熱
硬化性樹脂の流入も円滑に行うことができる。更に、熱
硬化性樹脂の注入速度および注入圧力も1度基板31側
面にあてることで低減され、上記したように、Al細線
37の折れ曲がり、断線等の影響を抑止することができ
る。
【0092】そして、矢印49aに示すように基板31
上に流入した熱硬化性樹脂の注入速度および注入圧力を
低減するように、上金型45は基板31上部でキャビテ
ィー54領域が拡大されている。その結果、基板31上
部での熱硬化性樹脂の流入幅57は、ゲート48付近の
流入幅56より広くなり、熱硬化性樹脂は矢印49bの
ように更に分散するため、基板31上部での熱硬化性樹
脂の注入速度および注入圧力を低減することができる。
【0093】更に、図8(B)に示したように、本発明
の混成集積回路装置の製造方法では、ゲート48からキ
ャビティー54内に注入する部分において、ランナー上
部に傾斜58を形成し、ランナー53幅とゲート48幅
ではゲート48幅の方が狭くなっている。そのことによ
り、注入された熱硬化性樹脂は基板31の実装面に対し
て傾斜をもって注入されるので、熱硬化性樹脂は基板3
1上部への流入をやわらげ、下部へとより流入するよう
になる。その結果、基板31下部およびその周辺の肉薄
部を早い時期に形成することができ、Al細線37への
影響も抑制することができる。これは、硬化時に肉薄部
の方が早く硬化し、これが支持材となり基板31の反り
を防止する。
【0094】更に、パワートランジスタ、小信号トラン
ジスタやIC等の能動素子35、チップ抵抗、チップコ
ンデンサ等の受動素子36および外部リード39を接続
する半田40の融点より、熱硬化性樹脂の硬化温度が低
いため、従来の混成集積回路装置によるオーバーコート
9を省略することができる。
【0095】図9では、リードカット工程について示
す。
【0096】図9に示すように、前工程であるトランス
ファーモールド工程で金型44、45から外部リードの
厚み分だけ流出した樹脂は外部リード39に形成された
タイバー39cで堰き止められ、そのまま硬化する。つ
まり、外部リード39のタイバー39cより樹脂封止体
41側のリード間は流出樹脂50で充填されるが、外部
リード39のタイバーより先端にあるリード間には樹脂
が流出されない構造になっている。
【0097】そして、タイバー39cを打ち抜くと同時
に流出樹脂50も除去し、また使用目的に応じて外部リ
ード39の長さを調整、例えば、点線51の位置で外部
リード39をカットすることで、個々のリードに独立さ
せ、入出力端子として機能可能となる。
【0098】上記した工程により、図1に示した混成集
積回路装置が完成する。
【0099】上記したように、本発明の混成集積回路装
置の製造方法は、ゲート位置の配置、基板側面を利用し
た樹脂注入方法、ランナーおよび金型の形状による熱硬
化性樹脂の流動方向を調整することに特徴を持つ。その
ことにより、従来のトランスファーモールドでは行うこ
とができなかったAl細線に直接熱硬化性樹脂を被覆す
ることを可能とする。そして、本発明の混成集積回路装
置では、例えば、基板サイズが100mm×70mmの
ような大きな基板に対してもトランスファーモールドを
可能とする。
【0100】本発明の混成集積回路装置およびその製造
方法は、フルモールド型の混成集積回路装置について説
明してきたが上記の実施の形態には限定されない。例え
ば、混成集積回路基板の裏面が全面露出した形態の混成
集積回路装置も形成することができる。この場合は、上
記した効果の他に、更に、熱放散性の向上効果を得るこ
とができる。
【0101】更に、本実施例では、外部リードが基板の
1側面から導出される片側リード場合について説明した
がこの構造に限定されることはなく、両側リードや4方
向リードにおいても上記の効果の他に、更に、基板を安
定させた状態でトランスファーモールド工程を実現でき
る。その他、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。
【0102】
【発明の効果】本発明の混成集積回路装置によれば、少
なくとも混成集積回路基板の表面に設けられた導電パタ
ーンと、前記導電パターンに実装された半導体素子また
は受動素子と、前記半導体素子または受動素子と前記導
電パターンとを電気的に接続するアルミニウム細線と、
前記導電パターンと接続され、出力または入力となり外
部に延在されるリードと、前記基板の少なくとも表面を
トランスファーモールドにより直接被覆する熱硬化性樹
脂から成る樹脂封止体とを有することを特徴とする。そ
して、従来の混成集積回路装置ではできなかった前記金
属基板および前記アルミニウム細線に直接前記樹脂封止
体を直接被覆する構造を実現することができる。そのこ
とにより、本発明の混成集積回路装置では、リードフレ
ームにおける混成集積回路装置と比較して、前記基板全
体で熱を発散することができるので、大幅に熱放散性を
向上することができる。
【0103】更に、本発明の混成集積回路装置によれ
ば、前記基板全体を一体の樹脂封止体で被覆する構造を
有することで、従来の混成集積回路装置と比較して耐湿
性の向上、また、材料コストや作業コストも大幅に低減
した混成集積回路装置を実現することができる。
【0104】更に、本発明の混成集積回路装置によれ
ば、前記トランスファーモールドで用いる前記熱硬化性
樹脂は粘性が低く、かつ、硬化温度が上記した接続手段
に用いられた半田の融点、例えば、183℃よりも低い
ことに特徴がある。そのことにより、本発明の混成集積
回路装置では、従来の混成集積回路装置における前記能
動素子、前記受動素子、前記Al細線および半田接合部
等を被覆する前記ポッティング樹脂を除去することがで
きる。その結果、前記混成集積回路基板上には直接、前
記熱硬化性樹脂が被覆し、従来の前記ポッティング樹脂
による材料コストおよび作業コストを大幅に低減した混
成集積回路装置を実現することができる。
【0105】更に、本発明の混成集積回路装置によれ
ば、前記樹脂封止体に肉薄部および、例えば、U字型の
肉厚部を有することに特徴がある。そのことにより、そ
の他の基板31上部の前記樹脂封止体の硬化時における
前記基板の反り上がりを防止することができる。更に、
前記樹脂封止体をトランスファーモールド後にアニール
する際に、前記樹脂封止体の表面と裏面とを確実に加圧
プレートでプレスすることができる構造を実現してい
る。その結果、本発明の混成集積回路装置の前記基板は
反り上がることが無くなるので、例えば、放熱器(シャ
ーシ)への取り付け密着度の向上など、製品品質の優れ
た構造を実現することができる。
【0106】更に、本発明の混成集積回路装置によれ
ば、導電性金属である前記基板上に約40μm程度の前
記絶縁樹脂を全面に形成させ、前記樹脂上には前記導電
パターンが形成されている。また、前記基板はグランド
になっていることで、本発明の混成集積回路装置は磁気
シールド構造を形成することができる。そのことによ
り、本発明の混成集積回路装置はシャーシ等に設置され
て使用されるが、混成集積回路装置の外部で発生する外
来ノイズ電波は前記基板上の回路に侵入する前に前記基
板で遮断される。そのことにより、混成集積回路装置の
外部で発生する外来ノイズは回路に侵入しづらく、回路
での誤作動を大幅に低減する混成集積回路装置を実現す
ることができる。
【0107】また、本発明の混成集積回路装置の製造方
法によれば、少なくとも絶縁処理された表面にある導電
パターンには、半導体素子または受動素子が設けられ、
前記導電パターンとアルミニウム細線が電気的に接続さ
れた金属基板を用意し、前記基板にリードを固着した前
記基板の少なくとも表面をトランスファーモールドする
工程とを有することを特徴とする。そして、前記トラン
スファーモールド工程では、前記ゲートを前記基板の長
側辺を含む面の中央部に形成し、前記ゲートから注入さ
れる前記熱硬化性樹脂は前記基板の側面にあたってから
金型内を充填する。そのことにより、前記熱硬化性樹脂
の注入速度および注入圧力は低減され、前記Al細線を
倒したり、折り曲げたりする等の影響を抑止することが
できる。
【0108】更に、本発明の混成集積回路装置の製造方
法によれば、前記トランスファーモールド工程では、前
記ゲート近傍のランナーに傾斜を設け、前記熱硬化性樹
脂が前記基板下部により流入するようにする。また、前
記基板上部に流入する前記熱硬化性樹脂は前記基板上部
で、更に、前記熱硬化性樹脂の注入速度および注入圧力
は低減されるようにする。そのことにより、前基板下部
の前記樹脂封止体の厚みを肉薄であるが均一に確保する
ことができ、熱放散性の優れた混成集積回路装置の製造
方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の混成集積回路装置の(A)断面図、
(B)平面図を説明する図である。
【図2】本発明の混成集積回路装置の(A)平面図、
(B)断面図を説明する図である。
【図3】本発明の混成集積回路装置の製造方法のフロー
図である。
【図4】本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明す
る図である。
【図5】本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明す
る図である。
【図6】本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明す
る図である。
【図7】本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明す
る図である。
【図8】本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明す
る図である。
【図9】本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明す
る図である。
【図10】従来の混成集積回路装置の断面図を説明する
図である。
【図11】従来の混成集積回路装置の製造方法のフロー
図である。
【図12】従来の混成集積回路装置の製造方法を説明す
る図である。
【図13】従来の混成集積回路装置の製造方法を説明す
る図である。
フロントページの続き (72)発明者 小池 保広 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 西塔 秀史 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5F061 AA01 BA03 CA21 DA07 DA12 FA02

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも混成集積回路基板の表面に設
    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半導体素子または受動素
    子と、 前記半導体素子または受動素子と前記導電パターンとを
    電気的に接続するアルミニウム細線と、 前記導電パターンと接続され、出力または入力となり外
    部に延在されるリードと、 前記基板の少なくとも表面をトランスファーモールドに
    より被覆する熱硬化性樹脂から成る樹脂封止体とを有す
    ることを特徴とする混成集積回路装置。
  2. 【請求項2】 前記アルミニウム細線の径は、30μm
    〜80μmであることを特徴とする請求項1記載の混成
    集積回路装置。
  3. 【請求項3】 前記基板と前記リードとの接続手段は半
    田であり、前記熱硬化性樹脂の硬化温度は前記半田の融
    点より低いことを特徴とする請求項1または請求項2記
    載の混成集積回路装置。
  4. 【請求項4】 前記基板は、プリント基板、セラミック
    基板または金属基板からなることを特徴とする請求項1
    から請求項3のいずれかに記載の混成集積回路装置。
  5. 【請求項5】 前記熱硬化性樹脂は、前記半導体素子、
    前記受動素子または前記アルミニウム細線を直接被覆し
    ていることを特徴とする請求項1または請求項3記載の
    混成集積回路装置。
  6. 【請求項6】 前記樹脂封止体は、前記基板の表裏面に
    おいて、前記熱硬化性樹脂の注入口近傍が肉薄に形成さ
    れることを特徴とする請求項1記載の混成集積回路装
    置。
  7. 【請求項7】 少なくとも混成集積回路基板の表面に設
    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半導体素子または受動素
    子と、 前記半導体素子または前記受動素子と前記導電パターン
    とを電気的に接続するアルミニウム細線と、 前記導電パターンと接続され、出力または入力となり外
    部に延在されるリードと、 前記基板全体をトランスファーモールドして成る樹脂封
    止体とを有することを特徴とする混成集積回路装置。
  8. 【請求項8】 前記アルミニウム細線の径は、30μm
    〜80μmであることを特徴とする請求項7記載の混成
    集積回路装置。
  9. 【請求項9】 前記基板と前記リードとの接続手段は半
    田であり、前記熱硬化性樹脂の硬化温度は前記半田の融
    点より低いことを特徴とする請求項7または請求項8記
    載の混成集積回路装置。
  10. 【請求項10】 前記基板は、プリント基板、セラミッ
    ク基板または金属基板からなることを特徴とする請求項
    7から請求項9のいずれかに記載の混成集積回路装置。
  11. 【請求項11】 前記熱硬化性樹脂は、前記半導体素
    子、前記受動素子または前記Al細線を直接被覆してい
    ることを特徴とする請求項7または請求項9記載の混成
    集積回路装置。
  12. 【請求項12】 前記樹脂封止体は、前記基板の表裏面
    において、前記熱硬化性樹脂の注入口近傍が肉薄に形成
    されることを特徴とする請求項7記載の混成集積回路装
    置。
  13. 【請求項13】 少なくとも絶縁処理された表面にある
    導電パターンには、半導体素子または受動素子が設けら
    れ、前記導電パターンとアルミニウム細線が電気的に接
    続された混成集積回路基板を用意し、リードを固着した
    前記基板の少なくとも表面をトランスファーモールドす
    る工程とを有することを特徴とする混成集積回路装置の
    製造方法。
  14. 【請求項14】 前記トランスファーモールド工程で
    は、ゲートから注入された前記熱硬化性樹脂を前記ゲー
    ト近傍に設置された前記基板の側面に直接当てることを
    特徴とする請求項13記載の混成集積回路装置の製造方
    法。
  15. 【請求項15】 前記トランスファーモールド工程で
    は、前記基板の側面に対して斜めに注入することを特徴
    とする請求項14記載の混成集積回路装置の製造方法。
  16. 【請求項16】 前記トランスファーモールド工程で
    は、前記熱硬化性樹脂の前記基板上下部への第1の流入
    幅をほぼ同等することを特徴とする請求項13から請求
    項15のいずれかに記載の混成集積回路装置の製造方
    法。
  17. 【請求項17】 前記トランスファーモールド工程で
    は、前記熱硬化性樹脂は第1の流入幅を有する流入部を
    通過した後、前記基板上部において、前記第1の流入幅
    よりも広い第2の流入幅を通過することを特徴とする請
    求項13から請求項16のいずれかに記載の混成集積回
    路装置の製造方法。
  18. 【請求項18】 前記トランスファーモールド工程で
    は、前記熱硬化性樹脂は、前記半導体素子、前記受動素
    子または前記アルミニウム細線を直接被覆することを特
    徴とする請求項13記載の混成集積回路装置の製造方
    法。
  19. 【請求項19】 前記アルミニウム細線の径は、30μ
    m〜80μmであることを特徴とする請求項13記載の
    混成集積回路装置の製造方法。
  20. 【請求項20】 前記基板と前記リードとの接続手段は
    半田であり、前記熱硬化性樹脂の硬化温度は前記半田の
    融点より低いことを特徴とする請求項13記載の混成集
    積回路装置の製造方法。
  21. 【請求項21】 前記基板は、プリント基板、セラミッ
    ク基板または金属基板からなることを特徴とする請求項
    13記載の混成集積回路装置の製造方法。
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