JP2004228162A - 電子制御装置 - Google Patents
電子制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004228162A JP2004228162A JP2003011564A JP2003011564A JP2004228162A JP 2004228162 A JP2004228162 A JP 2004228162A JP 2003011564 A JP2003011564 A JP 2003011564A JP 2003011564 A JP2003011564 A JP 2003011564A JP 2004228162 A JP2004228162 A JP 2004228162A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit board
- electronic control
- chip
- semiconductor chip
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
- H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/191—Disposition
- H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
- H01L2924/19105—Disposition of discrete passive components in a side-by-side arrangement on a common die mounting substrate
Landscapes
- Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
【課題】放熱性を確保しつつ小型化を図ることができる電子制御装置を提供する。
【解決手段】回路基板10の下面12に厚膜抵抗30が形成されている。厚膜抵抗30を被覆する絶縁膜31を介して金属ケース1の内面と接着されている。回路基板10における厚膜抵抗30を形成した面12に凹部40が形成されるとともに、その凹部40の底面に、回路を構成する一部または全部の半導体チップ41がフリップチップ実装されている。回路基板10の上面11に、回路構成用の残りの部品(20,21,23)が表面実装されている。
【選択図】 図1
【解決手段】回路基板10の下面12に厚膜抵抗30が形成されている。厚膜抵抗30を被覆する絶縁膜31を介して金属ケース1の内面と接着されている。回路基板10における厚膜抵抗30を形成した面12に凹部40が形成されるとともに、その凹部40の底面に、回路を構成する一部または全部の半導体チップ41がフリップチップ実装されている。回路基板10の上面11に、回路構成用の残りの部品(20,21,23)が表面実装されている。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
車載用電子制御装置(ECU)として、図6に示すように、回路基板100における厚膜抵抗105を印刷した面を筐体である金属ケース110に接着する構造が知られている。詳しくは、図6において、回路基板100の上面には電子部品101が半田等の導電性ペーストで電気的機械的に接合されている。また、回路基板100の上面において、半導体チップ102がフェースアップで能動面上の電極102aと回路基板100とをボンディングワイヤー103で電気的に接続した状態で搭載されている。また、回路基板100の上面において、半導体チップ104がフェースダウンで金属電極突起(バンプ)104aを介して接合(フリップチップ実装)されている。一方、回路基板100の下面には、厚膜抵抗105が印刷され、絶縁膜106にて被覆されている。回路基板100は、フラットな下面全面が金属ケース(筐体)110に熱伝導の良い接着剤111で固着され、回路基板100の固定と効率の良い放熱が行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記構造は、厚膜抵抗105の面積に比べ、表面実装型電子部品101の面積の方が大きく、基板サイズは、表面実装型電子部品配置面(基板上面)に制約されており、厚膜抵抗形成面には無駄なスペースが発生し、基板100の小型化の障害になっている。また、表面実装型電子部品配置面(基板上面)に実装された放熱を必要とする半導体チップ102,104の放熱は、回路基板100への放熱に因るしかなく、半導体チップ102,104の背面(上面)への放熱は期待できない。
【0004】
そこで、この発明の目的は、放熱性を確保しつつ小型化を図ることができる電子制御装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、回路基板に表面実装型電子部品と半導体チップとが搭載されるとともに、回路基板の一方の面が筐体の内面に接着された電子制御装置であって、回路基板における筐体の内面に接着される側の面に凹部を形成するとともに、その凹部の底面に半導体チップをフリップチップ実装したことを特徴としている。
【0006】
これにより、回路基板の一方の面に半導体チップを実装しても凹部により同面をフラットにすることができる。よって、同面を筐体に接着して回路基板を筐体の内面に固定することができるとともに、回路基板からの放熱を行うことができる。さらに、半導体チップを回路基板の接着面に実装でき、回路基板を小型化することができるとともに、半導体チップの背面からダイレクトに筐体に放熱することができる。このようにして、放熱性を確保しつつ小型化を図ることができることとなる。
【0007】
請求項2に記載の発明は、抵抗成分を含む回路を構成するための回路基板の一方の面において表面実装型電子部品が搭載され、また、回路基板の他方の面において厚膜抵抗が形成されるとともに厚膜抵抗を被覆する絶縁膜を介して筐体の内面と接着された電子制御装置であって、回路基板における厚膜抵抗を形成した面に凹部を形成するとともに、その凹部の底面に、回路を構成する一部または全部の半導体チップをフリップチップ実装し、また、回路基板のもう一方の面に、回路を構成する残りの部品を表面実装したことを特徴としている。
【0008】
これにより、厚膜抵抗形成面に半導体チップを実装しても凹部により同面をフラットにすることができる。よって、同面を筐体に接着して回路基板を筐体の内面に固定することができるとともに、回路基板からの放熱を行うことができる。さらに、半導体チップを回路基板の厚膜抵抗形成面に実装でき、回路基板を小型化することができるとともに、半導体チップの背面からダイレクトに筐体に放熱することができる。このようにして、放熱性を確保しつつ小型化を図ることができることとなる。
【0009】
請求項3に記載の発明は、抵抗成分を含む回路を構成するための回路基板における筐体の内面に接着される側の面に凹部を形成するとともに、その凹部の底面に、回路を構成する一部または全部の半導体チップをフリップチップ実装し、また、回路基板のもう一方の面に、回路を構成する抵抗成分を含めた残りの部品を表面実装したことを特徴としている。
【0010】
これにより、回路基板において筐体への放熱のためにフラットな面を確保する目的で、厚膜抵抗を片面に印刷することをしなくても十分な小型化を実現できる。よって、厚膜抵抗を印刷した回路基板に比べ安価な回路基板で、片面をフラットにして、筐体に接着することができ、良好な放熱効率が得られる。このようにして、放熱性を確保しつつ小型化を図ることができることとなる。
【0011】
請求項4に記載のように、凹部内に実装した半導体チップの背面の凹部底面からの高さと、回路基板における筐体との接着面の凹部底面からの高さとの差を0.2mm以下にすると、実用上好ましい。
【0012】
請求項5に記載のように、凹部の底面への半導体チップの実装を、超音波フリップチップ接合により行うようにすると、凹部のサイズを半導体チップのサイズに近づけることができ、凹部の回路基板上の占有面積を小さくすることができ、かつ、接合信頼性の良い金属間結合を得ることができる。
【0013】
請求項6に記載のように、回路基板として多層基板を用いたり、請求項7に記載のように、回路基板としてセラミック基板を用いたり、請求項8に記載のように、回路基板としてセラミック多層基板を用いたり、請求項9に記載のように、凹部は、多層基板の所定領域において最表層の第1層から第n層(nは自然数)まで除去することにより形成するとよい。
【0014】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、この発明を具体化した第1の実施の形態を図面に従って説明する。
【0015】
図1には、本実施形態における車載用電子制御装置(ECU)の縦断面図を示す。図2は、その一部を拡大したものである。
図1に示すように、ECUは金属ケース1を筐体として用いており、その筐体の内面、即ち、図1の金属ケース1の上面には回路基板10が固着されている。回路基板10としてセラミック多層基板(広義にはセラミック基板)を用いている。つまり、回路基板10には、その材質が熱伝導性に優れたセラミックを使用している。回路基板10の上面(一方の面)11には、表面実装型電子部品20が半田等の導電性ペーストで電気的かつ機械的に接合されている。また、回路基板10の上面11において、半導体チップ21がフェースアップで能動面上の電極21aと回路基板10とをボンディングワイヤー22で電気的に接続した状態で搭載されている。また、回路基板10の上面11において、半導体チップ23がフェースダウンで金属電極突起(バンプ)23aを介して接合(フリップチップ実装)されている。
【0016】
一方、回路基板10の下面(他方の面)12には、厚膜抵抗30が印刷にてパターニングされている。回路基板10の下面12において厚膜抵抗30は絶縁膜31にて被覆されている。
【0017】
さらに、回路基板10の下面12には、半導体チップを納めることができる凹部(キャビティー)40が設けられている。詳しくは、図2に示すように、セラミック多層基板(回路基板10)の下面における所定領域での最表層(第1層目)10aと第2層目10bが除去され、凹部40が形成されている。広義には、凹部40は、多層基板の所定領域において最表層の第1層から第n層(nは自然数)まで除去することにより形成したものである。
【0018】
その凹部40の底面に、半導体チップ(ベアチップ)41がフリップチップ実装されている。また、凹部40内には補強用の封止材(アンダーフィルム材)42が注入されている。ここで、図2に示すように、凹部40内に実装した半導体チップ41の背面の凹部底面からの高さH2と、回路基板10における金属ケース1との接着面の凹部底面からの高さH1との差ΔHを0.2mm以下にしている。詳しくは、凹部40内に実装した半導体チップ41の背面の凹部底面からの高さH2を、回路基板10における金属ケース1との接着面の凹部底面からの高さH1に対し−0.2mmよりもゼロに近い値にする。あるいは、図3に示すように、凹部40内に実装した半導体チップ41の背面の凹部底面からの高さH2を、回路基板10における金属ケース1との接着面の凹部底面からの高さH1に対し+0.2mmよりもゼロに近い値にする。
【0019】
つまり、凹部40の深さに応じた高さH1は、フリップチップ実装後の半導体チップ背面の高さH2と絶縁膜31の表面の高さの差ΔHが、±0.2mm以内になるように半導体チップ41の厚みを考慮して設計している。具体的数値を挙げるならば、例えば、H1=0.4mm、H2=0.35mmである。
【0020】
このようにして、回路基板10の上面11には半導体チップ21,23をワイヤーボンディングやフリップチップにより実装しているとともに、回路基板10の下面12には半導体チップ41をフリップチップ実装している。このように、厚膜抵抗形成面である下面12への半導体チップ41のフリップチップ実装は、回路を構成する半導体チップのうちの一部であり、残りの半導体チップ21,23は表面実装型電子部品配置面(基板上面)に実装している。ここで、回路基板10の下面12に、全ての半導体チップをフリップチップ実装してもよい。
【0021】
電子制御装置の筐体である金属ケース1への固定は、下面(厚膜抵抗形成面)12を金属製のケース1に熱伝導性の良い接着剤32によって固着させることにより行っている。熱伝導性の良い接着剤32として銀ペーストを挙げることができる。
【0022】
このように、フリップチップ実装後の半導体チップ41の背面の高さH2を、基板の下面12での接着面の高さH1とほぼ同一にし、金属ケース(筐体)1に基板下面を接着する構造としている。
【0023】
以下、図6に示した構造と比較しつつ説明を加える。
高放熱の電子制御装置を供給するには、従来構造例として図6に示した構造があるが、片面は放熱のため、金属ケース110に貼り付ける構造であり、片面表面実装になってしまい小型化の制約があった。両面実装を行うと小型化はできるが、フラットな面が得られず、金属ケース110への固着が困難になる。
【0024】
そこで、本実施形態の構造のように、回路基板10の下面12に凹部(キャビティー)40を設け、凹部40の内部に半導体チップ41をフリップチップで実装する。これによって、両面実装(小型化)とフラットな面の確保を両立できる。さらには、下面に実装した半導体チップ41は、従来と同様の回路基板への放熱経路に加え、チップ背面から金属ケース1へ高熱伝導性の接着剤32を介して放熱することができ、放熱効率も向上する。
【0025】
また、凹部40のサイズは半導体チップ41のサイズよりも大きく設計しなければならないが、小型化のためには、できるだけ小さくしたい。フリップチップの工法によって、そのサイズ(開口部の外形寸法(幅))は異なる。ACF(異方性導電フィルム)を用いたフリップチップ工法の場合、半導体チップよりも大きなサイズのACFを貼り付けなければならず、図2で説明するならば、チップ外周に距離ΔL=0.5mmだけ大きな空き領域が必要となる。その工程のため、凹部40の外形寸法(幅)L1は、半導体チップの外形寸法(幅)L2プラス1mm程度になる。具体的には、例えば、半導体チップの外形寸法(幅)L2が3mmであったならば、凹部40の開口部での外形寸法(幅)L1は4mmにする必要がある。
【0026】
また、半田等の導電ペーストを用いた工法の場合、凹部40の底面への導電ペーストの印刷が非常に困難である。
ここで、超音波フリップチップ接合を用いるとよい。この場合には、回路基板10の導体パターン13上(または半導体チップ41の電極パッド上)に金属突起電極(バンプ)41aを設け、基板の導体パターン13上で半導体チップ41を位置合わせし、温度(120℃〜170℃)と荷重と超音波によって、金属結合を行う。この工法においては、凹部40の外形寸法(幅)L1は、搭載精度+半導体チップサイズ公差程度の余裕があればよく、半導体チップ41の外形寸法(幅)L2プラス0.4mm程度で設計できる。また、他の工法に比べ、強固な金属間結合が得られるため、高い接続信頼性が得られる。
【0027】
以上のように、本電子制御装置は、抵抗成分を含む回路を構成するための回路基板10の一方の面(上面)11において表面実装型電子部品20を搭載している。また、回路基板10の他方の面(下面)12において厚膜抵抗30を形成するとともに厚膜抵抗30を被覆する絶縁膜31を介して金属ケース(筐体)1の内面と接着している。さらに、回路基板10における厚膜抵抗30を形成した面12に凹部40を形成するとともに、その凹部40の底面に、回路を構成する一部または全部の半導体チップ41をフリップチップ実装している。また、回路基板10のもう一方の面11に、回路を構成する残りの部品(20,21,23)を表面実装している。これにより、厚膜抵抗形成面に半導体チップ41を実装しても凹部40により同面をフラットにすることができる。よって、同面を金属ケース(筐体)1に接着して、従来と同様に、回路基板10を金属ケース1の内面に固定することができるとともに、回路基板10からの放熱を行うことができる。さらに、半導体チップ41を回路基板10の表面実装型電子部品配置面でなく厚膜抵抗形成面に実装でき、回路基板10を小型化することができるとともに、半導体チップ41の背面からダイレクトに金属ケース(筐体)1に放熱することができる。このようにして、放熱性を確保しつつ小型化を図ることができることとなる。
【0028】
広義には、本電子制御装置は、回路基板10に表面実装型電子部品20と半導体チップ21,23,41とを搭載するとともに、回路基板10の一方の面12を金属ケース(筐体)1の内面に接着する構成である。そして、回路基板10における金属ケース1の内面に接着される側の面12に凹部40を形成するとともに、その凹部40の底面に半導体チップ41をフリップチップ実装している。これにより、回路基板10の一方の面に半導体チップ41を実装しても凹部40により同面をフラットにすることができる。よって、同面を金属ケース1に接着して回路基板10を金属ケース(筐体)1の内面に固定することができるとともに、回路基板10からの放熱を行うことができる。さらに、半導体チップ41を回路基板10の接着面に実装でき、回路基板10を小型化することができるとともに、半導体チップ41の背面からダイレクトに金属ケース(筐体)1に放熱することができる。このようにして、放熱性を確保しつつ小型化を図ることができることとなる。
【0029】
また、凹部40の底面への半導体チップ41の実装を、超音波フリップチップ接合により行うことにより(半導体チップ41のフリップチップ工法として超音波フリップチップ接合を使えば)、凹部(キャビティー)40のサイズを半導体チップ41のサイズに近づけることができる。その結果、凹部40(半導体チップ41)の回路基板10上の占有面積を小さくすることができ、かつ、接合信頼性の良い金属間結合を得ることができる。
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【0030】
図4には、本実施形態における車載用電子制御装置(ECU)の縦断面図を示す。図5は、その一部を拡大したものである。
図4に示すように、本実施形態においては、基板下面の厚膜抵抗印刷を廃止してチップ抵抗に置き換えている。つまり、厚膜抵抗を印刷するのではなくチップ抵抗20a、即ち、表面実装型電子部品にし、このチップ抵抗20aを回路基板10の上面11に表面実装している。また、回路基板10の上下両面における実装部品面積のバランスをとるために、全ての半導体チップ51は、回路基板10の下面12の凹部(キャビティー)50の底部にフリップチップ実装している。広義には、凹部50に、回路を構成する一部または全部の半導体チップ51を実装し、基板上面に、チップ抵抗20aを含めた残りの部品20を実装する。
【0031】
これによって、厚膜抵抗を廃止することができ、厚膜抵抗を印刷した回路基板に比べ安価な基板で構成することができる。
また、一つの凹部(キャビティー)50には半導体チップ51を一個のみ配置しても、図5に示すごとく半導体チップ51を複数個を配置してもよい。
【0032】
さらに、回路基板10の下面12において半導体チップ51をフリップチップ実装する凹部(キャビティー)50と上面11の表面実装型電子部品の面積がほぼ同一の場合、次のようになる。この構造でも、第1の実施の形態と同様に、基板放熱をすることができるとともに一部または全部の半導体チップ51を表面実装型電子部品配置面でなく、下面(図6での厚膜抵抗形成面)12に実装でき、回路基板10を小型化できる。また、半導体チップ51の背面からダイレクトに金属ケース1に放熱することができる。
【0033】
以上のように、抵抗成分を含む回路を構成するための回路基板10における金属ケース(筐体)1の内面に接着される側の面12に凹部50を形成する。そして、その凹部50の底面に、回路を構成する一部または全部の半導体チップ51をフリップチップ実装する。さらに、回路基板10のもう一方の面11に、回路を構成する抵抗成分(チップ抵抗20a)を含めた残りの部品20を表面実装する。これにより、従来のように回路基板10において金属ケース(筐体)1への放熱のためにフラットな面を確保する目的で、厚膜抵抗を片面に印刷することをしなくても十分な小型化を実現できる。よって、厚膜抵抗を印刷した回路基板に比べ安価な回路基板で、片面をフラットにして、金属ケース(筐体)1に接着することができ、良好な放熱効率が得られる。このようにして、放熱性を確保しつつ小型化を図ることができることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態における車載用電子制御装置(ECU)の縦断面図。
【図2】車載用電子制御装置(ECU)の一部拡大図。
【図3】車載用電子制御装置(ECU)の一部拡大図。
【図4】第2の実施の形態における車載用電子制御装置(ECU)の縦断面図。
【図5】車載用電子制御装置(ECU)の一部拡大図。
【図6】従来技術を説明するための車載用電子制御装置(ECU)の縦断面図。
【符号の説明】
1…金属ケース、10…回路基板、20…表面実装型電子部品、21…半導体チップ、23…半導体チップ、30…厚膜抵抗、31…絶縁膜、40…凹部、41…半導体チップ、50…凹部、51…半導体チップ。
【発明の属する技術分野】
本発明は電子制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
車載用電子制御装置(ECU)として、図6に示すように、回路基板100における厚膜抵抗105を印刷した面を筐体である金属ケース110に接着する構造が知られている。詳しくは、図6において、回路基板100の上面には電子部品101が半田等の導電性ペーストで電気的機械的に接合されている。また、回路基板100の上面において、半導体チップ102がフェースアップで能動面上の電極102aと回路基板100とをボンディングワイヤー103で電気的に接続した状態で搭載されている。また、回路基板100の上面において、半導体チップ104がフェースダウンで金属電極突起(バンプ)104aを介して接合(フリップチップ実装)されている。一方、回路基板100の下面には、厚膜抵抗105が印刷され、絶縁膜106にて被覆されている。回路基板100は、フラットな下面全面が金属ケース(筐体)110に熱伝導の良い接着剤111で固着され、回路基板100の固定と効率の良い放熱が行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記構造は、厚膜抵抗105の面積に比べ、表面実装型電子部品101の面積の方が大きく、基板サイズは、表面実装型電子部品配置面(基板上面)に制約されており、厚膜抵抗形成面には無駄なスペースが発生し、基板100の小型化の障害になっている。また、表面実装型電子部品配置面(基板上面)に実装された放熱を必要とする半導体チップ102,104の放熱は、回路基板100への放熱に因るしかなく、半導体チップ102,104の背面(上面)への放熱は期待できない。
【0004】
そこで、この発明の目的は、放熱性を確保しつつ小型化を図ることができる電子制御装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、回路基板に表面実装型電子部品と半導体チップとが搭載されるとともに、回路基板の一方の面が筐体の内面に接着された電子制御装置であって、回路基板における筐体の内面に接着される側の面に凹部を形成するとともに、その凹部の底面に半導体チップをフリップチップ実装したことを特徴としている。
【0006】
これにより、回路基板の一方の面に半導体チップを実装しても凹部により同面をフラットにすることができる。よって、同面を筐体に接着して回路基板を筐体の内面に固定することができるとともに、回路基板からの放熱を行うことができる。さらに、半導体チップを回路基板の接着面に実装でき、回路基板を小型化することができるとともに、半導体チップの背面からダイレクトに筐体に放熱することができる。このようにして、放熱性を確保しつつ小型化を図ることができることとなる。
【0007】
請求項2に記載の発明は、抵抗成分を含む回路を構成するための回路基板の一方の面において表面実装型電子部品が搭載され、また、回路基板の他方の面において厚膜抵抗が形成されるとともに厚膜抵抗を被覆する絶縁膜を介して筐体の内面と接着された電子制御装置であって、回路基板における厚膜抵抗を形成した面に凹部を形成するとともに、その凹部の底面に、回路を構成する一部または全部の半導体チップをフリップチップ実装し、また、回路基板のもう一方の面に、回路を構成する残りの部品を表面実装したことを特徴としている。
【0008】
これにより、厚膜抵抗形成面に半導体チップを実装しても凹部により同面をフラットにすることができる。よって、同面を筐体に接着して回路基板を筐体の内面に固定することができるとともに、回路基板からの放熱を行うことができる。さらに、半導体チップを回路基板の厚膜抵抗形成面に実装でき、回路基板を小型化することができるとともに、半導体チップの背面からダイレクトに筐体に放熱することができる。このようにして、放熱性を確保しつつ小型化を図ることができることとなる。
【0009】
請求項3に記載の発明は、抵抗成分を含む回路を構成するための回路基板における筐体の内面に接着される側の面に凹部を形成するとともに、その凹部の底面に、回路を構成する一部または全部の半導体チップをフリップチップ実装し、また、回路基板のもう一方の面に、回路を構成する抵抗成分を含めた残りの部品を表面実装したことを特徴としている。
【0010】
これにより、回路基板において筐体への放熱のためにフラットな面を確保する目的で、厚膜抵抗を片面に印刷することをしなくても十分な小型化を実現できる。よって、厚膜抵抗を印刷した回路基板に比べ安価な回路基板で、片面をフラットにして、筐体に接着することができ、良好な放熱効率が得られる。このようにして、放熱性を確保しつつ小型化を図ることができることとなる。
【0011】
請求項4に記載のように、凹部内に実装した半導体チップの背面の凹部底面からの高さと、回路基板における筐体との接着面の凹部底面からの高さとの差を0.2mm以下にすると、実用上好ましい。
【0012】
請求項5に記載のように、凹部の底面への半導体チップの実装を、超音波フリップチップ接合により行うようにすると、凹部のサイズを半導体チップのサイズに近づけることができ、凹部の回路基板上の占有面積を小さくすることができ、かつ、接合信頼性の良い金属間結合を得ることができる。
【0013】
請求項6に記載のように、回路基板として多層基板を用いたり、請求項7に記載のように、回路基板としてセラミック基板を用いたり、請求項8に記載のように、回路基板としてセラミック多層基板を用いたり、請求項9に記載のように、凹部は、多層基板の所定領域において最表層の第1層から第n層(nは自然数)まで除去することにより形成するとよい。
【0014】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、この発明を具体化した第1の実施の形態を図面に従って説明する。
【0015】
図1には、本実施形態における車載用電子制御装置(ECU)の縦断面図を示す。図2は、その一部を拡大したものである。
図1に示すように、ECUは金属ケース1を筐体として用いており、その筐体の内面、即ち、図1の金属ケース1の上面には回路基板10が固着されている。回路基板10としてセラミック多層基板(広義にはセラミック基板)を用いている。つまり、回路基板10には、その材質が熱伝導性に優れたセラミックを使用している。回路基板10の上面(一方の面)11には、表面実装型電子部品20が半田等の導電性ペーストで電気的かつ機械的に接合されている。また、回路基板10の上面11において、半導体チップ21がフェースアップで能動面上の電極21aと回路基板10とをボンディングワイヤー22で電気的に接続した状態で搭載されている。また、回路基板10の上面11において、半導体チップ23がフェースダウンで金属電極突起(バンプ)23aを介して接合(フリップチップ実装)されている。
【0016】
一方、回路基板10の下面(他方の面)12には、厚膜抵抗30が印刷にてパターニングされている。回路基板10の下面12において厚膜抵抗30は絶縁膜31にて被覆されている。
【0017】
さらに、回路基板10の下面12には、半導体チップを納めることができる凹部(キャビティー)40が設けられている。詳しくは、図2に示すように、セラミック多層基板(回路基板10)の下面における所定領域での最表層(第1層目)10aと第2層目10bが除去され、凹部40が形成されている。広義には、凹部40は、多層基板の所定領域において最表層の第1層から第n層(nは自然数)まで除去することにより形成したものである。
【0018】
その凹部40の底面に、半導体チップ(ベアチップ)41がフリップチップ実装されている。また、凹部40内には補強用の封止材(アンダーフィルム材)42が注入されている。ここで、図2に示すように、凹部40内に実装した半導体チップ41の背面の凹部底面からの高さH2と、回路基板10における金属ケース1との接着面の凹部底面からの高さH1との差ΔHを0.2mm以下にしている。詳しくは、凹部40内に実装した半導体チップ41の背面の凹部底面からの高さH2を、回路基板10における金属ケース1との接着面の凹部底面からの高さH1に対し−0.2mmよりもゼロに近い値にする。あるいは、図3に示すように、凹部40内に実装した半導体チップ41の背面の凹部底面からの高さH2を、回路基板10における金属ケース1との接着面の凹部底面からの高さH1に対し+0.2mmよりもゼロに近い値にする。
【0019】
つまり、凹部40の深さに応じた高さH1は、フリップチップ実装後の半導体チップ背面の高さH2と絶縁膜31の表面の高さの差ΔHが、±0.2mm以内になるように半導体チップ41の厚みを考慮して設計している。具体的数値を挙げるならば、例えば、H1=0.4mm、H2=0.35mmである。
【0020】
このようにして、回路基板10の上面11には半導体チップ21,23をワイヤーボンディングやフリップチップにより実装しているとともに、回路基板10の下面12には半導体チップ41をフリップチップ実装している。このように、厚膜抵抗形成面である下面12への半導体チップ41のフリップチップ実装は、回路を構成する半導体チップのうちの一部であり、残りの半導体チップ21,23は表面実装型電子部品配置面(基板上面)に実装している。ここで、回路基板10の下面12に、全ての半導体チップをフリップチップ実装してもよい。
【0021】
電子制御装置の筐体である金属ケース1への固定は、下面(厚膜抵抗形成面)12を金属製のケース1に熱伝導性の良い接着剤32によって固着させることにより行っている。熱伝導性の良い接着剤32として銀ペーストを挙げることができる。
【0022】
このように、フリップチップ実装後の半導体チップ41の背面の高さH2を、基板の下面12での接着面の高さH1とほぼ同一にし、金属ケース(筐体)1に基板下面を接着する構造としている。
【0023】
以下、図6に示した構造と比較しつつ説明を加える。
高放熱の電子制御装置を供給するには、従来構造例として図6に示した構造があるが、片面は放熱のため、金属ケース110に貼り付ける構造であり、片面表面実装になってしまい小型化の制約があった。両面実装を行うと小型化はできるが、フラットな面が得られず、金属ケース110への固着が困難になる。
【0024】
そこで、本実施形態の構造のように、回路基板10の下面12に凹部(キャビティー)40を設け、凹部40の内部に半導体チップ41をフリップチップで実装する。これによって、両面実装(小型化)とフラットな面の確保を両立できる。さらには、下面に実装した半導体チップ41は、従来と同様の回路基板への放熱経路に加え、チップ背面から金属ケース1へ高熱伝導性の接着剤32を介して放熱することができ、放熱効率も向上する。
【0025】
また、凹部40のサイズは半導体チップ41のサイズよりも大きく設計しなければならないが、小型化のためには、できるだけ小さくしたい。フリップチップの工法によって、そのサイズ(開口部の外形寸法(幅))は異なる。ACF(異方性導電フィルム)を用いたフリップチップ工法の場合、半導体チップよりも大きなサイズのACFを貼り付けなければならず、図2で説明するならば、チップ外周に距離ΔL=0.5mmだけ大きな空き領域が必要となる。その工程のため、凹部40の外形寸法(幅)L1は、半導体チップの外形寸法(幅)L2プラス1mm程度になる。具体的には、例えば、半導体チップの外形寸法(幅)L2が3mmであったならば、凹部40の開口部での外形寸法(幅)L1は4mmにする必要がある。
【0026】
また、半田等の導電ペーストを用いた工法の場合、凹部40の底面への導電ペーストの印刷が非常に困難である。
ここで、超音波フリップチップ接合を用いるとよい。この場合には、回路基板10の導体パターン13上(または半導体チップ41の電極パッド上)に金属突起電極(バンプ)41aを設け、基板の導体パターン13上で半導体チップ41を位置合わせし、温度(120℃〜170℃)と荷重と超音波によって、金属結合を行う。この工法においては、凹部40の外形寸法(幅)L1は、搭載精度+半導体チップサイズ公差程度の余裕があればよく、半導体チップ41の外形寸法(幅)L2プラス0.4mm程度で設計できる。また、他の工法に比べ、強固な金属間結合が得られるため、高い接続信頼性が得られる。
【0027】
以上のように、本電子制御装置は、抵抗成分を含む回路を構成するための回路基板10の一方の面(上面)11において表面実装型電子部品20を搭載している。また、回路基板10の他方の面(下面)12において厚膜抵抗30を形成するとともに厚膜抵抗30を被覆する絶縁膜31を介して金属ケース(筐体)1の内面と接着している。さらに、回路基板10における厚膜抵抗30を形成した面12に凹部40を形成するとともに、その凹部40の底面に、回路を構成する一部または全部の半導体チップ41をフリップチップ実装している。また、回路基板10のもう一方の面11に、回路を構成する残りの部品(20,21,23)を表面実装している。これにより、厚膜抵抗形成面に半導体チップ41を実装しても凹部40により同面をフラットにすることができる。よって、同面を金属ケース(筐体)1に接着して、従来と同様に、回路基板10を金属ケース1の内面に固定することができるとともに、回路基板10からの放熱を行うことができる。さらに、半導体チップ41を回路基板10の表面実装型電子部品配置面でなく厚膜抵抗形成面に実装でき、回路基板10を小型化することができるとともに、半導体チップ41の背面からダイレクトに金属ケース(筐体)1に放熱することができる。このようにして、放熱性を確保しつつ小型化を図ることができることとなる。
【0028】
広義には、本電子制御装置は、回路基板10に表面実装型電子部品20と半導体チップ21,23,41とを搭載するとともに、回路基板10の一方の面12を金属ケース(筐体)1の内面に接着する構成である。そして、回路基板10における金属ケース1の内面に接着される側の面12に凹部40を形成するとともに、その凹部40の底面に半導体チップ41をフリップチップ実装している。これにより、回路基板10の一方の面に半導体チップ41を実装しても凹部40により同面をフラットにすることができる。よって、同面を金属ケース1に接着して回路基板10を金属ケース(筐体)1の内面に固定することができるとともに、回路基板10からの放熱を行うことができる。さらに、半導体チップ41を回路基板10の接着面に実装でき、回路基板10を小型化することができるとともに、半導体チップ41の背面からダイレクトに金属ケース(筐体)1に放熱することができる。このようにして、放熱性を確保しつつ小型化を図ることができることとなる。
【0029】
また、凹部40の底面への半導体チップ41の実装を、超音波フリップチップ接合により行うことにより(半導体チップ41のフリップチップ工法として超音波フリップチップ接合を使えば)、凹部(キャビティー)40のサイズを半導体チップ41のサイズに近づけることができる。その結果、凹部40(半導体チップ41)の回路基板10上の占有面積を小さくすることができ、かつ、接合信頼性の良い金属間結合を得ることができる。
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【0030】
図4には、本実施形態における車載用電子制御装置(ECU)の縦断面図を示す。図5は、その一部を拡大したものである。
図4に示すように、本実施形態においては、基板下面の厚膜抵抗印刷を廃止してチップ抵抗に置き換えている。つまり、厚膜抵抗を印刷するのではなくチップ抵抗20a、即ち、表面実装型電子部品にし、このチップ抵抗20aを回路基板10の上面11に表面実装している。また、回路基板10の上下両面における実装部品面積のバランスをとるために、全ての半導体チップ51は、回路基板10の下面12の凹部(キャビティー)50の底部にフリップチップ実装している。広義には、凹部50に、回路を構成する一部または全部の半導体チップ51を実装し、基板上面に、チップ抵抗20aを含めた残りの部品20を実装する。
【0031】
これによって、厚膜抵抗を廃止することができ、厚膜抵抗を印刷した回路基板に比べ安価な基板で構成することができる。
また、一つの凹部(キャビティー)50には半導体チップ51を一個のみ配置しても、図5に示すごとく半導体チップ51を複数個を配置してもよい。
【0032】
さらに、回路基板10の下面12において半導体チップ51をフリップチップ実装する凹部(キャビティー)50と上面11の表面実装型電子部品の面積がほぼ同一の場合、次のようになる。この構造でも、第1の実施の形態と同様に、基板放熱をすることができるとともに一部または全部の半導体チップ51を表面実装型電子部品配置面でなく、下面(図6での厚膜抵抗形成面)12に実装でき、回路基板10を小型化できる。また、半導体チップ51の背面からダイレクトに金属ケース1に放熱することができる。
【0033】
以上のように、抵抗成分を含む回路を構成するための回路基板10における金属ケース(筐体)1の内面に接着される側の面12に凹部50を形成する。そして、その凹部50の底面に、回路を構成する一部または全部の半導体チップ51をフリップチップ実装する。さらに、回路基板10のもう一方の面11に、回路を構成する抵抗成分(チップ抵抗20a)を含めた残りの部品20を表面実装する。これにより、従来のように回路基板10において金属ケース(筐体)1への放熱のためにフラットな面を確保する目的で、厚膜抵抗を片面に印刷することをしなくても十分な小型化を実現できる。よって、厚膜抵抗を印刷した回路基板に比べ安価な回路基板で、片面をフラットにして、金属ケース(筐体)1に接着することができ、良好な放熱効率が得られる。このようにして、放熱性を確保しつつ小型化を図ることができることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態における車載用電子制御装置(ECU)の縦断面図。
【図2】車載用電子制御装置(ECU)の一部拡大図。
【図3】車載用電子制御装置(ECU)の一部拡大図。
【図4】第2の実施の形態における車載用電子制御装置(ECU)の縦断面図。
【図5】車載用電子制御装置(ECU)の一部拡大図。
【図6】従来技術を説明するための車載用電子制御装置(ECU)の縦断面図。
【符号の説明】
1…金属ケース、10…回路基板、20…表面実装型電子部品、21…半導体チップ、23…半導体チップ、30…厚膜抵抗、31…絶縁膜、40…凹部、41…半導体チップ、50…凹部、51…半導体チップ。
Claims (9)
- 回路基板(10)に表面実装型電子部品(20)と半導体チップ(21,23,41,51)とが搭載されるとともに、前記回路基板(10)の一方の面(12)が筐体(1)の内面に接着された電子制御装置であって、前記回路基板(10)における前記筐体(1)の内面に接着される側の面(12)に凹部(40,50)を形成するとともに、その凹部(40,50)の底面に半導体チップ(41,51)をフリップチップ実装したことを特徴とする電子制御装置。
- 抵抗成分を含む回路を構成するための回路基板(10)の一方の面(11)において表面実装型電子部品(20)が搭載され、また、前記回路基板(10)の他方の面(12)において厚膜抵抗(30)が形成されるとともに前記厚膜抵抗(30)を被覆する絶縁膜(31)を介して筐体(1)の内面と接着された電子制御装置であって、
前記回路基板(10)における前記厚膜抵抗(30)を形成した面(12)に凹部(40)を形成するとともに、その凹部(40)の底面に、回路を構成する一部または全部の半導体チップ(41)をフリップチップ実装し、また、前記回路基板(10)のもう一方の面(11)に、回路を構成する残りの部品(20,21,23)を表面実装したことを特徴とする電子制御装置。 - 抵抗成分を含む回路を構成するための回路基板(10)における筐体(1)の内面に接着される側の面(12)に凹部(50)を形成するとともに、その凹部(50)の底面に、回路を構成する一部または全部の半導体チップ(51)をフリップチップ実装し、また、前記回路基板(10)のもう一方の面(11)に、回路を構成する抵抗成分を含めた残りの部品(20)を表面実装したことを特徴とする電子制御装置。
- 前記凹部(40,50)内に実装した半導体チップ(41,51)の背面の凹部底面からの高さ(H2)と、前記回路基板(10)における前記筐体(1)との接着面の凹部底面からの高さ(H1)との差(ΔH)を0.2mm以下にしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電子制御装置。
- 前記凹部(40,50)の底面への半導体チップ(41,51)の実装を、超音波フリップチップ接合により行うようにしたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電子制御装置。
- 前記回路基板(10)として多層基板を用いたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電子制御装置。
- 前記回路基板(10)としてセラミック基板を用いたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電子制御装置。
- 前記回路基板(10)としてセラミック多層基板を用いたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電子制御装置。
- 前記凹部(40,50)は、多層基板の所定領域において最表層の第1層から第n層(nは自然数)まで除去することにより形成したものであることを特徴とする請求項6または8に記載の電子制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003011564A JP2004228162A (ja) | 2003-01-20 | 2003-01-20 | 電子制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003011564A JP2004228162A (ja) | 2003-01-20 | 2003-01-20 | 電子制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004228162A true JP2004228162A (ja) | 2004-08-12 |
Family
ID=32900435
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003011564A Pending JP2004228162A (ja) | 2003-01-20 | 2003-01-20 | 電子制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004228162A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006109383A1 (ja) * | 2005-04-05 | 2006-10-19 | Nec Corporation | 配線基板を有する電子デバイス、その製造方法、および前記電子デバイスに用いられる配線基板 |
JP2009088339A (ja) * | 2007-10-01 | 2009-04-23 | Denso Corp | 電子装置 |
US10510639B2 (en) | 2015-09-24 | 2019-12-17 | Aisin Aw Co., Ltd. | Vehicle control device |
US11075138B2 (en) | 2018-05-11 | 2021-07-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor package system |
-
2003
- 2003-01-20 JP JP2003011564A patent/JP2004228162A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006109383A1 (ja) * | 2005-04-05 | 2006-10-19 | Nec Corporation | 配線基板を有する電子デバイス、その製造方法、および前記電子デバイスに用いられる配線基板 |
JPWO2006109383A1 (ja) * | 2005-04-05 | 2008-10-09 | 日本電気株式会社 | 配線基板を有する電子デバイス、その製造方法、および前記電子デバイスに用いられる配線基板 |
CN101567357B (zh) * | 2005-04-05 | 2011-05-11 | 日本电气株式会社 | 具有配线基板的电子设备及用于这种电子设备的配线基板 |
JP2009088339A (ja) * | 2007-10-01 | 2009-04-23 | Denso Corp | 電子装置 |
US10510639B2 (en) | 2015-09-24 | 2019-12-17 | Aisin Aw Co., Ltd. | Vehicle control device |
US11075138B2 (en) | 2018-05-11 | 2021-07-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor package system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3633559B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器 | |
JP2950290B2 (ja) | 高周波集積回路装置およびその製造方法 | |
JPH07226457A (ja) | 電子パッケージ及びその製造方法 | |
JP2000331835A (ja) | 積層電子部品及び回路モジュール | |
JP2010129877A (ja) | 電子部品モジュール | |
JP5169800B2 (ja) | 電子装置 | |
JP2008187146A (ja) | 回路装置 | |
JP2000138317A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2006120996A (ja) | 回路モジュール | |
JP2004228162A (ja) | 電子制御装置 | |
JP3549316B2 (ja) | 配線基板 | |
JP2002057238A (ja) | 集積回路パッケージ | |
JP2001068606A (ja) | 自動車用制御コントロールユニットおよびその製造方法並びにicチップパッケージ | |
JP2008187145A (ja) | 回路装置 | |
JPH05327249A (ja) | 電子回路モジュール及びその製造方法 | |
WO2022004178A1 (ja) | インターポーザ、回路装置、インターポーザの製造方法、および回路装置の製造方法 | |
JP2006013439A (ja) | 半導体素子実装構造体 | |
JP3965867B2 (ja) | 半導体パッケージ | |
JP2532400Y2 (ja) | ハイブリットic | |
JP2004072003A (ja) | 金属ベース多層回路基板とそれを用いた混成集積回路 | |
JP2005333079A (ja) | 半導体素子実装構造体 | |
JP4166097B2 (ja) | 混成集積回路装置 | |
JP2744108B2 (ja) | 混成集積回路素子 | |
JP2001053412A (ja) | チップ実装モジュール | |
JP3314139B2 (ja) | 半導体装置 |