JP2005057005A

JP2005057005A - 混成集積回路装置の製造方法

Info

Publication number: JP2005057005A
Application number: JP2003285161A
Authority: JP
Inventors: Junichi Iimura; 純一飯村; Katsumi Okawa; 克実大川; Yasuhiro Koike; 保広小池; Soichi Izumitani; 壮一泉谷
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-08-01
Filing date: 2003-08-01
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】内蔵される電気回路や出力端子数に変更が生じた場合でも、柔軟に対応可能な混成集積回路装置の製造方法を提供する。
【解決手段】混成集積回路装置の製造方法は、回路基板１６の表面に電気回路を構成する工程と、金属板を加工することにより、リード１１と支持部２０Ｂから成るユニット２０Ａを有するリードフレーム２０を構成する工程と、電気回路とリード１１とを電気的に接続し、回路基板１６と支持部２０とを機械的に接続する工程と、各回路基板を封止する工程とを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、リードフレームを用いることにより生産性を向上させた混成集積回路装置の製造方法に関するものである。

図８を参照して、従来の混成集積回路装置の構成を説明する（例えば、特許文献１を参照）。図８（Ａ）は混成集積回路装置１００の平面図であり、図８（Ｂ）は拡大平面図である。

図８（Ａ）を参照して、従来の混成集積回路装置１００の構成を説明する。アルミニウム等の金属から成る回路基板１０１の表面には、絶縁層を介して導電パターン１０２が形成されており、導電パターン１０２の所定の箇所に回路素子１０５が実装されることにより所望の混成集積回路が実現されている。ここで、回路素子１０５としては、ＩＣ、チップ抵抗、チップコンデンサ、パワートランジスタ等が採用され、フェイスアップで実装されるトランジスタは金属細線１０３を介して導電パターン１０２と電気的に接続されている。導電パターン１０２から成るパッド１０２Ａは、回路基板１０１の１側辺に複数個が形成され、この箇所には、半田等のロウ材を介してリード１０４が固着される。

図８（Ｂ）を参照して、導電パターン１０２とリード１０４との接続部に付いて説明する。この接合部では、固着強度を向上させるために、両者共に幅広に形成されている。具体的には、リード１０４が固着される箇所の導電パターンの幅ａ１×長さｂ１は、それぞれ２ｍｍ×２ｍｍまたはそれ以上に形成されていた。更に導電パターン１０２に固着される箇所のリード１０４に付いても、固着強度を向上させるために、１．１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度に形成されていた。このことから、リード１０４のピッチは２ｍｍ若しくは２．５ｍｍ程度に形成されていた。更にリード１０４が固着される箇所から回路基板１０１の端部までの距離Ａ１は２ｍｍ以上に形成されていた。

図９を参照して、従来の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９は金型を用いて樹脂封止を行う状態を示す断面図である。

回路基板１０１の表面には、所望の電気回路が表面に形成されている。この回路基板１０１は上金型１１０Ｂおよび下金型１１０Ａにより固定される。上金型１１０Ｂと下金型１１０Ｂとを噛み合わせることにより、樹脂が封入される空間であるキャビティ１１２が形成される。ゲートから封止樹脂を注入することにより、回路基板１０１は封止される。また、キャビティに封入される封止樹脂の圧力により、回路基板とリード１０４とが剥離してしまうのを防止するために、両者の接続構造は強固になっていた。更に、封止時に於いて、回路基板１０１の水平方向の位置を固定するために、リード１０４は当接部１１１に当接されて位置決めされていた。また、回路基板１０１の垂直方向の位置を固定するために、回路基板１０１の表面は、当接部１１３に当接されていた。

図１０を参照して、他の形態の半導体装置１２０に関して説明を行う。ここでは、中央のリード１１２の先端に設けたアイランド１２３に半導体素子１２１が実装されている。そして、両端のリード１２２と半導体素子１２１とは、金属細線により電気的に接続されている。また、封止樹脂１２４により、全体が封止されている。
特開平６−１７７２９５号公報（第４頁、第１図）

しかしながら、上述したような混成集積回路装置および半導体装置は以下に示すような問題を有していた。

第１に、図８に示すように、リード１０４と導電パターン１０２との接続領域が大きく形成されていたので、一側辺に接続することが可能なリード１０４の数に制約があった。更に、回路基板１０１が大型化してしまう問題もあった。

第２に、図９に示すように、封止時に於ける回路基板１０１の固定の為に、金型モールドに当接部１１１、および、１１３を設けていた。従って、製造工程が複雑になる問題があった。

第３に、図１０に示すような半導体装置１２０では、内蔵される半導体素子１２１の数等に応じて、リード１２２の形状や本数を変化する。この様な場合は、リード１２２の打ち抜きを行う金型等を新規に用意する必要があり、このことがコスト高を招いていた。

本発明は、上記した問題点を鑑みて成されたものである。本発明の主な目的は、内蔵される電気回路や出力端子数に変更が生じた場合でも、柔軟に対応可能な混成集積回路装置の製造方法を提供することにある。

本発明の混成集積回路装置は、回路基板の表面に電気回路を構成する工程と、金属板を加工することにより、リードと支持部から成るユニットを有するリードフレームを構成する工程と、前記電気回路と前記リードとを電気的に接続し、前記回路基板と前記支持部とを機械的に接続する工程と、前記各回路基板を封止する工程とを有することを特徴とする。

本発明では、支持部２０Ｂおよびリード１１から成るユニットをリードフレーム２０に形成し、支持部２０Ｂにより回路基板１６を固定した後に、樹脂封止を行っている。従って、モールド金型に固定手段を設けること無く、封止時に於ける回路基板の固定を行うことができる。

更に、内蔵される電気回路に変更が生じた場合でも、回路基板１６の導電パターン１８および回路素子１４の変更のみで対応することができる。従って、低コストで柔軟な設計変更を行うことができる。

更に、支持部２０Ｂにより回路基板１６を固定することができるので、リード１１と導電パターン１８との固着部分を小さくすることができる。従って、装置全体を小型化することができる。

（混成集積回路装置の構成を説明する第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。図１（Ａ）は混成集積回路装置１０の斜視図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ−Ｘ’断面での断面図である。

本発明の混成集積回路装置１０は、主に、導電パターン１８と回路素子１４とから成る電気回路が表面に形成された回路基板１６と、前記電気回路を封止して、少なくとも回路基板１６の表面を被覆する封止樹脂１２と、前記電気回路と電気的に接続されて封止樹脂１２から外部に導出するリード１１とから構成されている。このような各構成要素を以下にて説明する。

回路基板１６は、アルミや銅等の金属から成る基板である。１例として回路基板１６としてアルミより成る基板を採用した場合、回路基板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陽極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。

回路素子１４は導電パターン１８上に固着され、回路素子１４と導電パターン１８とで所定の電気回路が構成されている。回路素子１４としては、ＩＣ、トランジスタやダイオード等の能動素子や、コンデンサや抵抗等の受動素子が採用される。また、パワー系の半導体素子等の発熱量が大きいものは、金属より成るヒートシンクを介して回路基板１６に固着されても良い。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１８と電気的に接続される。

導電パターン１８は銅等の金属から成り、回路基板１６と絶縁して形成される。また、リード１１が導出する辺に、導電パターン１８からなるパッドが形成される。ここでは、回路基板１６の一辺付近に、整列したパッドが複数個設けられる。

リード１１は、回路基板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、一辺に多数個のリード１１が設けられている。リード１１は回路基板１６の４辺から導出させることも可能であり、対向する２辺から導出させることも可能である。

封止樹脂１２は、熱硬化性樹脂を用いるトランスファーモールド、または、熱可塑性樹脂を用いるインジェクションモールドにより形成される。ここでは、回路基板１６およびその表面に形成された電気回路を封止するように封止樹脂１２が形成され、回路基板１６の裏面も封止樹脂１２により被覆されている。また、装置の放熱性を向上させるために、回路基板１６の裏面を封止樹脂１２から露出させても良い。

溝１３は、封止樹脂１２の上面に設けられる。具体的には、溝１３は、封止樹脂１２の周辺部付近に於いて、回路基板１６の長手方向に沿って２つが設けられている。更に、封止樹脂１２の一側辺から、対向する他の側辺まで連続して形成されている。また、溝１３が形成される箇所の下方に対応する回路基板１６の領域には、回路素子１４が実装されていない。更に、リードパッドも含む回路素子未実装領域の上方に溝１３を形成することにより、その部分を有効に用いることができる。このようにすることで、封止樹脂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。

溝１３をこのように形成することにより回路基板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、回路基板１６の反り上がりに対して回路基板１６の上面部では薄く形成された部分が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、回路基板１６上の封止樹脂１２の上面には、回路基板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回路基板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、回路基板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、端部から対向する端部まで延在しており、このように極力長く構成された溝１３により、上記した効果を最大にすることができる。また、溝１３は封止樹脂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、封止樹脂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。

図２を参照して、ここでは、金属細線１５を介して、回路基板１６の表面に設けた導電パターン１８とリード１１とを接続することで、両者の電気的接続が行われている。この構成により、リード１１を固着する為の領域を小さくすることができるので、一側辺に形成されるリード１１の本数を増やすことができる。

図３を参照して、回路基板１６に形成されるパターン等の詳細を説明する。図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して、本発明では、金属から成る回路基板１６の表面に、回路基板１６と絶縁された導電パターン１８が形成されている。そして、導電パターン１８の所望の箇所に回路素子１４が実装されることで、電気回路が構成されている。また、外部との入力端子および出力端子となるリード１１は、回路基板１６の周辺部に形成された導電パターン１８に固着されている。

図３（Ｃ）は、導電パターン１８とリード１１との接続箇所の拡大図である。本発明では、製造工程で、リード１１と導電パターン１８との固着強度がそれほど要求されないことから、両者の接続箇所を小さくすることができる。

具体的には、リード１１が接続される箇所の導電パターンの幅ａを小さくできることから、リード１１間のピッチＰも小さくすることができる。従って、リード１１を多ピン化することができる。また、リード１１の端部から導電パターン１８の端部までの距離ｂを小さくできることから、両者の接続領域の幅Ａを小さくすることが可能となる。従って、リード１１と導電パターン１８との接続を行うための領域を小さくすることが可能となり、回路基板１６の縮小化を行うことができる。

（混成集積回路装置の製造方法を説明する第２の実施の形態）
混成集積回路装置１０の製造方法を説明する。本発明の混成集積回路装置１０の製造方法は、回路基板１６の表面に電気回路を構成する工程と、金属板を加工することにより、リード１１と支持部２０Ｂから成るユニット２０Ａを有するリードフレーム２０を構成する工程と、電気回路とリード１１とを電気的に接続し、回路基板１６と支持部２０とを機械的に接続する工程と、各回路基板を封止する工程とを有する。この製造方法を以下にて説明する。

先ず、図４（Ａ）を参照して、回路基板１６の表面に電気回路を構成する。表面に電気回路が構成された回路基板１６の構成は上述した通りである。

次に、図４（Ｂ）を参照して、リード１１と支持部２０Ｂから成るユニット２０Ａを有するリードフレーム２０を構成する。これは、プレス機を用いた打ち抜き、または、エッチングにより行うことができる。同図を参照してリードフレーム２０の詳細を説明する。リードフレーム２０には、等間隔にユニット２０Ａが形成され、各ユニット２０Ａは、内側に延在するリード１１と支持部２０Ｂとから構成されている。リード１１は、上述したように、混成集積回路装置の入力端子・出力端子となる働きを有する。そして、支持部２０Ｂは、回路基板１６に機械的に接続し、リードフレーム２０と回路基板１６とを機械的に接続する働きを有する。リードフレーム２０の材料としては、厚さ０．５ｍｍ程度の銅板等の金属材を使用することができる。

ここでは、所定の間隔を開けて、５個程度のユニット２０Ａがリードフレーム２０に形成されている。そして、各ユニット２０Ａの間には、スリット２０Ｅが設けられ、リードフレーム２０に発生する熱応力を吸収する働きを有する。また、ユニット２０Ａ内のリード１１は、連結部２０Ｄにより連結されている。また、リードフレーム２０の周辺部には、ガイド孔２０Ｃが複数個形成され、各工程での位置決めに用いられる。

次に、図５を参照して、電気回路とリード１１とを電気的に接続し、回路基板１６と支持部２０とを機械的に接続する。図５（Ａ）は本工程を示す平面図であり、図５（Ｂ）は１つのユニット２０Ａでの拡大平面図であり、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）のＸ’−Ｘ線での断面図である。

図５（Ａ）を参照して、各ユニット２０Ａのリード１１と回路基板１６との固着を行う。各ユニット２０Ａには、１つの回路基板１６が固着される。

図５（Ｂ）を参照して、回路基板１６とリードフレーム２０との接続構造を説明する。回路基板１６の１辺には導電パターンから成るパッド部が形成されており、半田等のロウ材を介して、このパッド部とリード１１とが固着されている。支持部２０Ｂは、ユニット２０Ａ内に複数個が設けられ、回路基板１６と機械的に接続される。従って、導電パターン１８から成るダミーパッドと支持部２０Ｂとが、半田等のロウ材を介して、接続されても良い。また、導電パターン１８と支持部２０Ｂとは、スポット溶接により接続されても良い。更に、支持部２０Ｂを「かしめる」方法で両者が接続されても良い。ここでは、２つの支持部２０Ｂが、回路基板１６に機械的に接続している。支持部２０Ｂの個数は、任意に変更可能である。

図５（Ｃ）を参照して、リード１１は、下方に曲折された状態で、回路基板１６に固着されている。このことにより、回路基板１６の端部とリード１１とがショートしてしまうのを防止することができる。

図６を参照して、ここでは、金属細線１５により、回路基板１６の表面の導電パターン１８とリード１１との電気的接続が行われている。図６（Ａ）は本工程を示す平面図であり、図６（Ｂ）は１つのユニット２０Ａの拡大平面図であり、図６（Ｃ）は図６（Ｂ）のＸ’−Ｘ線での断面図である。

図６（Ｂ）を参照して、ここでは、４つの支持部２０Ｂにより、回路基板１６が機械的に支持されている。リード１１と回路基板１６とは、金属細線１５を介して接続されていることから、ここでは、支持部２０Ｂにより回路基板１６が機械的に支持されている。従って、３つ以上の支持部２０Ｂにより、回路基板１６を固定することが好適である。

次に、図７を参照して、リードフレーム２０に固定された各回路基板１６を封止する。図７（Ａ）（Ｂ）は本工程を示す断面図であり、図７（Ｂ）は本工程が終了した後の平面図である。

図７（Ａ）を参照して、各ユニット２０Ａの回路基板１６を、上金型２５Ａおよび下金型２５Ｂから成るキャビティに収納する。そして、キャビティに封止樹脂を封入することにより、樹脂封止を行う。この工程でも、支持部２０Ｂにより回路基板１６の位置は固定されているので、封止の工程に於ける回路基板１６の移動を防止できる。

また、図７（Ｂ）を参照して、回路基板１６の裏面を、下金型２５Ｂから離間させて封止を行うことにより、回路基板１６の裏面も被覆して樹脂封止を行うことができる。

図７（Ｃ）に、樹脂封止が行われた後の、リードフレーム２０の状態を示す。各回路基板１６は封止樹脂１２により封止され、封止樹脂１２からはリード１１が導出している。このように、リードフレーム２０を用いて樹脂封止を行うことにより、一括した製造方法を実現することができる。更に、樹脂の残余部がリードフレーム２０に付着するので、金型に付着した樹脂の残余部を製造する手間を省くことができる。

上記の工程を経た混成集積回路装置１０は、熱硬化性樹脂である封止樹脂を硬化させるアフターキュアの工程や、リード１１の不要部分を除去する工程や、内部に構成された電気回路の特性等をテストする工程等を経て、例えば図１に示すような完成品が提供される。

本発明の混成集積回路装置を説明するの斜視図（Ａ）、断面図（Ｂ）である。本発明の混成集積回路装置を説明するの断面図である。本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する平面図（Ａ）、断面図（Ｂ）、拡大平面図（Ｃ）である。本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する平面図（Ａ）、平面図（Ｂ）である。本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する平面図（Ａ）、拡大平面図（Ｂ）、断面図（Ｃ）である。本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する平面図（Ａ）、拡大平面図（Ｂ）、断面図（Ｃ）である。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）、断面図（Ｂ）、平面図（Ｃ）である。従来の混成集積回路装置のを説明する平面図（Ａ）、拡大辺面図（Ｂ）である。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。従来の半導体装置を説明する斜視図である。

符号の説明

１０混成集積回路装置
１１リード
１２封止樹脂
１３溝
１４回路素子
１５金属細線
１６回路基板
１７絶縁層
１８導電パターン
２０リードフレーム
２０Ａユニット
２０Ｂ支持部
２０Ｃガイド孔
２０Ｄ連結部
２０Ｅスリット

Claims

回路基板の表面に電気回路を構成する工程と、
金属板を加工することにより、リードと支持部から成るユニットを有するリードフレームを構成する工程と、
前記電気回路と前記リードとを電気的に接続し、前記回路基板と前記支持部とを機械的に接続する工程と、
前記各回路基板を封止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。
複数個の前記支持部により、前記回路基板を固定することを特徴とする請求項１記載の混成集積回路装置の製造方法。
複数個の前記ユニットが前記リードフレーム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の製造方法。
前記ユニット間には、スリットが設けられることを特徴とする請求項３記載の混成集積回路装置の製造方法。
前記回路基板の表面に設けた導電パターンに、ロウ材を介して前記リードを固着することで、前記電気回路と前記リードとの電気的接続を行うことを特徴とする請求項１記載の混成集積回路装置の製造方法。
金属細線を介して、前記回路基板の表面に設けた導電パターンと前記リードとを接続することで、前記電気回路と前記リードとの電気的接続を行うことを特徴とする請求項１記載の混成集積回路装置の製造方法。
前記支持部は、前記回路基板の表面に設けたダミーパッドに固着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の製造方法。