JP2007165585A - 電子回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の低下につながる大型化を招くことなく、モールド樹脂により封止した後においてＩＣチップの特性検査を行うことができる電子回路装置を提供する。
【解決手段】回路基板としてのセラミック多層基板１０にＩＣチップ１１，１２が実装され、ＩＣチップ１１，１２およびセラミック多層基板１０がモールド樹脂４０により封止されている。セラミック多層基板１０にＩＣチップ１１，１２の特性検査用の検査ランド３０が設けられるとともに、モールド樹脂４０にモールド樹脂４０から検査ランド３０が露出するように検査ランド用貫通孔４１が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は電子回路装置に係り、詳しくは、回路基板およびＩＣチップを樹脂封止した樹脂封止型電子回路装置に関するものである。

回路基板にＩＣチップを実装するとともに同基板およびＩＣチップを樹脂封止した電子回路装置において、リードフレームにより外部と接続するようにしている（例えば特許文献１）。この電子回路装置の製造工程は、ウェハに集積回路を形成するまでの前工程と、ウェハをそれぞれの半導体デバイスにダイシングしてからリードフレームを取り付け電子部品化するパッケージングまでの後工程とに大別できる。不良品を可能な限り工程の前段階で発見し、以降の工程に流さないことで費用損失を防止するため、前工程での検査が重要になってきている。

そこで、プローブカードを用いてウェハ状態で検査して不良品を前工程で検出することが行われている（例えば特許文献２）。一方、特許文献３には、信頼性に優れ、高密度実装化に有利な半導体デバイスのパッケージ構造及びその製造方法が示されている。具体的には、ベアチップの素子電極から外部電極までの配線をベアチップのサイズで行い、外部端子を２次元アレイ状に配置した構造が開示されている。また、パッケージされる半導体デバイスにおいて、ウェハ状態やチップ状態で検査を行っている。
特開２００２−２６１１９８号公報 特開２０００−１３８２６８号公報 特開２００１−７２５２号公報

半導体デバイス（ＩＣチップ）および回路基板をモールド樹脂で封止する場合、モールド成形時の樹脂の収縮応力によって半導体デバイスに応力が発生する。この応力が半導体デバイスの特性を変動させ、製品特性が設計仕様と一致しなくなることが懸念される。この問題は、モールド樹脂封止後にアッシィ状態で検査し、特性が設計仕様から外れた物を不良とすることで解決できる。

しかしながら、製品の入出力端子以外に、半導体デバイス（ＩＣチップ）を検査する専用端子をリードフレームで引き出すことが必要となるために、製品が大型化する問題がある。製品が大型化すると、冷熱によって発生する熱応力が大きくなるために、封止樹脂と基板、ヒートシンク等の部材間の剥離や封止樹脂のクラックが発生しやすくなり、信頼性が低下する。

本発明は、上記問題点に着目してなされたものであり、その目的は、信頼性の低下につながる大型化を招くことなく、モールド樹脂により封止した後においてＩＣチップの特性検査を行うことができる電子回路装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、回路基板にＩＣチップの特性検査用の検査ランドを設けるとともに、モールド樹脂に当該モールド樹脂から前記検査ランドが露出するように検査ランド用貫通孔を設けた電子回路装置をその要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、モールド樹脂で封止後にモールド樹脂に設けた検査ランド用貫通孔を用いて検査ランドにプローブを当てることによりＩＣチップの特性検査を行うことができる。このようにリードフレームで検査端子を引き出す必要がなくなるために、モールド樹脂の大型化を回避でき、冷熱によって発生する熱応力が大きくなることがなくクラック等の発生を防止することができる。

このようにして、信頼性の低下につながる大型化を招くことなく、モールド樹脂により封止した後においてＩＣチップの特性検査を行うことができることとなる。
請求項２に記載のように、請求項１に記載の電子回路装置において、前記検査ランド用貫通孔は、前記検査ランドからモールド樹脂の外表面に近づくほど径が大きくなるテーパー状に形成されていると、検査プローブを当てる時に、プローブ先が自動的に検査ランドに導かれる。よって、多少の位置ずれがあっても補正されるので、位置合わせに要する時間を短縮化できる。

請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の電子回路装置において、前記検査ランドおよび検査ランド用貫通孔を千鳥配置すると、多点接続を省スペースで行え、設計自由度が向上する。

請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子回路装置において、前記検査ランド用貫通孔内に検査後の埋め戻し用絶縁性材料を設けると、検査ランド用貫通孔をそのままにした場合に比べて、外部の異物が検査ランドに接するのを防止することができる。

請求項５に記載のように、請求項１に記載の電子回路装置において、前記回路基板に入出力ランドをさらに設けるとともに、前記モールド樹脂に当該モールド樹脂から前記入出力ランドが露出するように入出力ランド用貫通孔をさらに設けると、モールド樹脂で封止後にモールド樹脂に設けた入出力ランド用貫通孔を用いて入出力ランドから引き出すことができ、リードフレームで入出力端子を引き出す必要がなくなるために、装置を小型化できる。また、ワイヤーボンディング工程をなくせるために、加工費を低減することができる。

請求項６に記載のように、請求項５に記載の電子回路装置において、前記入出力ランド用貫通孔は、前記入出力ランドからモールド樹脂の外表面に近づくほど径が大きくなるテーパー状に形成されていると、入出力用の端子を当てる時に、先端部が自動的に入出力ランドに導かれる。よって、多少の位置ずれがあっても補正されるので、位置合わせに要する時間を短縮化できる。

請求項７に記載のように、請求項５または６に記載の電子回路装置において、前記入出力ランドおよび入出力ランド用貫通孔を千鳥配置すると、多点接続を省スペースで行え、設計自由度が向上する。

請求項８に記載のように、請求項５〜７のいずれか１項に記載の電子回路装置において、入出力ランド用貫通孔内に端子引出用導電性材料を設けると、入出力ランド用貫通孔をそのままにした場合に比べ、入出力ランドから引き出す際に端子引出用導電性材料を用いて容易に行うことができる。

請求項９に記載のように、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電子回路装置において、ＩＣチップとして、パッケージ化されていないベアチップを用いると、パッケージ化に要する加工費と封止前部品検査費を省くことができるためコストダウンを図る上で好ましい。

請求項１０に記載のように、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電子回路装置において、ＩＣチップはマイコン用ＩＣチップであってもよい。
請求項１１に記載のように、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電子回路装置において、回路基板として、セラミック基板を用いると、高密度配線が可能で、放熱性、耐熱性に優れ、また、小型化できる。また、樹脂封止構造としてサイズを小さくすることによりモールド樹脂で封止する上で信頼性の向上をより図ることができる。

請求項１２に記載のように、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電子回路装置において、回路基板の少なくとも一方の面にヒートシンクを固着すると、放熱性を確保でき、機能向上に伴う消費電力増加（発熱量増加）に対しても信頼性が向上する。

（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１は本実施形態における電子回路装置１の下面図であり、図２には図１のＡ−Ａ線での縦断面を示す。本電子回路装置１は樹脂封止構造をなしている。電子回路装置１は、例えば、車載用自動変速機を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）において適用できる。具体的には、例えば、自動変速制御用の電子制御装置（ＥＣＵ）は、各種のセンサ（油圧センサ、温度センサ、シフトポジションセンサ等）からの信号とエンジン制御ＥＣＵからの信号を入力して、アクチュエータ（油圧コントロール用アクチュエータ）を駆動して所望の変速動作を行わせる。

図２に示すように、回路基板としてのセラミック多層基板１０上にはマイコン用ＩＣチップ１１、複合ＩＣチップ１２、電子部品１３，１４等が実装されている。マイコン用ＩＣチップ１１は、マイコンを構成するＩＣチップとして用いており、部品のパッケージ形態がＣＳＰであり、かつ、検査済みである。このマイコン用ＩＣチップ１１は、セラミック多層基板１０に半田付けされている。複合ＩＣチップ１２はパワー素子を混載している。この複合ＩＣチップ１２はベアチップであり、セラミック多層基板１０の上面に接着剤１５により固着されるとともに金（Ａｕ）ワイヤー１６にてボンディングされている。電子部品１３，１４はセラミック多層基板１０上に半田付けされている。このようにして、これらの部品（１１，１２，１３，１４等）がセラミック多層基板１０に実装され、回路を構成している。

入出力用リードフレーム２０は、セラミック多層基板１０上の入出力ランドとアルミ（Ａｌ）のボンディングワイヤー２１で接続されている。セラミック多層基板１０および各部品（１１，１２，１３，１４）はモールド樹脂４０により封止されている。入出力用リードフレーム２０については、一端側のワイヤー２１との接続部がモールド樹脂４０にて封止されているが、他端側は露出している。

また、セラミック多層基板１０の裏面（下面）には、モールド封止後のマイコン用ＩＣチップ１１および複合ＩＣチップ１２におけるＩＣ特性を検査するための複数の検査ランド３０が設けられている。モールド樹脂４０における各検査ランド３０に対応する部位には貫通孔４１がそれぞれ設けられ、この各貫通孔４１によりモールド樹脂４０から各検査ランド３０が露出している。つまり、モールド樹脂４０に設けた検査ランド用貫通孔４１によりモールド樹脂４０の成形後に検査ランド３０が外部に露出する。よって、封止後に貫通孔４１を通して検査ランド３０にプローブピンを当てることができ、検査ランド３０にプローブピンを当てた状態でＩＣチップ１１，１２についての電気的検査、即ち、特性検査を行うことができる。

尚、貫通孔４１はセラミック多層基板１０をモールド封止する際に、金型側にピン状の突起を設け貫通孔４１が得られるようにしたり、あるいはモールド樹脂４０の成形後にレーザー等を用いるなどして形成することができる。

樹脂４０の貫通孔４１は、検査ランド３０にプローブピンを当てるときにプローブピンが検査ランド３０に誘導されるように、検査ランド３０からモールド樹脂４０の外表面に近づくほど径が大きくなるテーパー状に形成されている。

検査ランド３０および検査ランド用貫通孔４１に関して、図１に示すように、検査ランド３０および検査ランド用貫通孔４１は千鳥配置、すなわち隣り合う貫通孔４１はマトリクス状ではなく互い違いに配置されることが好ましい。

また、基板１０の裏面側（下面側）において高発熱の複合ＩＣチップ１２の設置箇所に対応する部位にはヒートシンク１７が接着剤１８により固着され、ヒートシンク１７の表面はモールド樹脂４０から露出している。

このような構造にすることで、モールド封止後のＩＣチップ１１，１２を検査するための端子をリードフレーム２０にて引き出す必要がなくなり、そのため、製品の大型化を防ぐことができる。これにより、冷熱によって発生する熱応力が大きくなることがないために、封止樹脂と基板１０、ヒートシンク１７等の部材間の剥離やモールド樹脂（封止樹脂）４０のクラックが発生しにくくなり、信頼性に優れている。また、モールド樹脂４０により封止した後に検査を実施するので封止後の部品特性を確認することができ、その結果、モールド樹脂４０の成形時の樹脂の硬化収縮によってマイコン用ＩＣチップ１１および複合ＩＣチップ１２に発生する応力がマイコン用ＩＣチップ１１および複合ＩＣチップ１２の特性を変動させてしまうことで発生する不良品が市場に流出することを防止でき、品質保証が可能となる。

また、ヒートシンク１７により、複合ＩＣチップ１２の駆動により熱が発生するが、この熱は基板１０を通して基板１０の裏面に伝導し、ここからヒートシンク１７を通して外部に逃がされる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）回路基板としてのセラミック多層基板１０にＩＣチップ１１，１２の特性検査用の検査ランド３０を設けるとともに、モールド樹脂４０にモールド樹脂４０から検査ランド３０が露出するように検査ランド用貫通孔４１を設けたので、モールド樹脂４０で封止後に検査ランド用貫通孔４１を用いて検査ランド３０にプローブを当てることによりＩＣチップ１１，１２の特性検査を行うことができる。このようにリードフレームで検査端子を引き出す必要がなくなるために、モールド樹脂の大型化を回避でき、冷熱によって発生する熱応力が大きくなることがなくクラック等の発生を防止することができる。このようにして、信頼性の低下につながる大型化を招くことなく、モールド樹脂４０により封止した後においてＩＣチップ１１，１２の特性検査を行うことができることとなる。また、モールド樹脂の大型化に伴う信頼性低下を防止するために封止樹脂の選定や樹脂剥離防止材料の追加等の構造変更を行う必要がなく、低コスト化に有利である。

（２）検査ランド用貫通孔４１は、検査ランド３０からモールド樹脂４０の外表面に近づくほど径が大きくなるテーパー状に形成されているので、検査プローブを当てる時に、プローブ先が自動的に検査ランド３０に導かれる。よって、多少の位置ずれがあっても補正されるので、位置合わせに要する時間を短縮化できる。

（３）検査ランド３０および検査ランド用貫通孔４１を千鳥配置したので、多点接続を省スペースで行え、設計自由度が向上する。
（４）回路基板として、セラミック基板１０を用いたので、高密度配線が可能で、放熱性、耐熱性に優れ、また、小型化できる。これにより、樹脂封止構造は、サイズが大きいと信頼性が低下するが、樹脂封止構造としてサイズを小さくすることによりモールド樹脂４０で封止する上で信頼性の向上をより図ることができる。

（５）セラミック多層基板１０の一方の面にヒートシンク１７を固着したので、放熱性を確保でき、機能向上に伴う消費電力増加（発熱量増加）に対しても信頼性が向上する。
なお、検査後に、モールド樹脂４０の貫通孔４１をそのままで残した場合、外部の異物が検査ランド３０に接することで、誤作動、更には故障に至る可能性がある。そこで、図３に示すように、検査後は絶縁性樹脂５０で貫通孔４１を埋めるようにしてもよい。この場合、エポキシ系などの熱硬化性樹脂材を用いると液状の状態で埋め戻しができ、所定の温度となるよう加熱すると硬化するので好ましい。

このようにして、検査ランド用貫通孔４１内に、検査後の埋め戻し用絶縁性材料としての絶縁性樹脂５０を設けると、検査ランド用貫通孔４１をそのままにした場合に比べて、外部の異物が検査ランド３０に接するのを防止することができる。そのため、例えば、装置が誤作動、または、故障に至るのを回避することができる。

また、セラミック多層基板１０の下面にヒートシンク１７を固着したが、セラミック多層基板１０の上面あるいは両面に固着してもよく、要は、セラミック多層基板１０の少なくとも一方の面にヒートシンク１７を固着すればよい。
（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。

図４は本実施形態における電子回路装置の下面図であり、図５には図４のＡ−Ａ線での縦断面を示す。
モールド樹脂４０による封止後のＩＣチップ１１，１２を検査するための検査ランド３０と同様にセラミック多層基板１０の裏面に複数の入出力ランド６０が設けられている。また、モールド樹脂４０における各入出力ランド６０に対応する部位には入出力ランド用貫通孔６１がそれぞれ設けられている。そして、この貫通孔６１によりモールド樹脂４０から入出力ランド６０が露出している。即ち、モールド樹脂４０の成形後に入出力ランド６０は外部に露出している。これにより、外部入出力の接続を行うことができる。具体的には、センサーやアクチュエータと電気的に接続することができる。

よって、モールド樹脂４０による封止後のＩＣチップ１１，１２を検査するための端子だけでなく、入出力用端子をもリードフレーム２０を用いて引き出す必要がなくなるので、製品の大型化をより防止することができる。これにより、冷熱によって発生する熱応力をさらに低減できるために、モールド樹脂（封止樹脂）４０と基板１０、ヒートシンク１７等の部材間の剥離や封止樹脂のクラックが発生しにくくなり、信頼性が向上する。

モールド樹脂４０の貫通孔６１は、第１の実施形態で説明したように検査ランド用の貫通孔４１と同様にテーパー形状を有しており、詳しくは、入出力ランド６０からモールド樹脂４０の外表面に近づくほど径が大きくなるテーパー状に形成されている。

図４において符号３５にて検査ランド３０の配置領域を示すとともに、符号６５にて入出力ランド６０の配置領域を示す。ここで、入出力ランド６０および入出力ランド用貫通孔６１は千鳥配置されている。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）回路基板としてのセラミック多層基板１０に入出力ランド６０をさらに設けるとともに、モールド樹脂４０にモールド樹脂４０から入出力ランド６０が露出するように入出力ランド用貫通孔６１をさらに設けた。よって、モールド樹脂４０で封止後にモールド樹脂４０に設けた入出力ランド用貫通孔６１を用いて入出力ランド６０から引き出すことができ、リードフレーム２０で入出力端子を引き出す必要がなくなるために、装置を小型化できる。また、アルミ（Ａｌ）ワイヤーによるワイヤーボンディング工程をなくせるために、加工費を低減することができる（低コスト化に有利である）。

（２）入出力ランド用貫通孔６１は、入出力ランド６０からモールド樹脂４０の外表面に近づくほど径が大きくなるテーパー状に形成されているので、入出力用の棒状の端子を当てる時に、先端部が自動的に入出力ランド６０に導かれる。よって、多少の位置ずれがあっても補正されるので、位置合わせに要する時間を短縮化できる。

（３）入出力ランド６０および入出力ランド用貫通孔６１を千鳥配置したので、多点接続を省スペースで行え、設計自由度が向上する。
図４，５の場合、検査後に貫通孔４１，６１をそのままで放置していると、外部の異物がランド３０，６０に接することで、誤作動、更には故障に至る可能性があり、また、入出力ランド６０を外部に接続する上で不便である。

そこで、図６に示すように、検査後、絶縁性樹脂５０で検査ランド用貫通孔４１を埋めると共に、入出力ランド用貫通孔６１は半田材等の導電部材７０にて充填する。以上のごとく、入出力ランド用貫通孔６１内に端子引出用導電性材料としての半田７０を設けると、入出力ランド用貫通孔６１をそのままにした場合に比べ、入出力ランド６０から引き出す際に半田７０を用いて容易に行うことができる。

端子引出用導電性材料として、半田７０の代わりに、導電性接着剤を用いてもよく、導電性接着剤は、熱膨張係数がモールド樹脂４０のそれに近いために信頼性も向上する。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を、第２の実施の形態との相違点を中心に説明する。

図７には本実施形態における電子回路装置の縦断面図を示す。
マイコン用ＩＣチップ８０はパッケージ化されていないベアチップを用いている。第１，２の実施形態では、マイコン用ＩＣチップ１１のパッケージ形態はＣＳＰであったが、ベアチップをＣＳＰへパッケージ化するのに要する加工費と品質保証のための検査費が部品価格に含まれる。さらに、モールド樹脂４０による封止後のマイコンの品質保証のためには、別途、確認のための検査費用が発生する。

そこで、その費用を極力減らすために、マイコン用ＩＣチップとしてベアチップ（８０）を基板１０に実装している。詳しくは、セラミック多層基板１０に接着剤８１でダイボンドし、マイコン用ＩＣチップ８０の電極ランドと基板１０上のランドを金（Ａｕ）のボンディングワイヤー８２で接続して回路を構成している。

さらに、検査ランド３０、検査ランド用貫通孔４１、絶縁性樹脂５０、入出力ランド６０、入出力ランド用貫通孔６１、半田７０を具備している。
このような構造にすることで、モールド封止後のマイコン用ＩＣチップ８０を検査するための端子をリードフレームで引き出す必要がなく製品の大型化を回避することができることに加えて、ＣＳＰ等のパッケージ化に要する加工費と封止前に部品状態で行われる検査の費用を省けるために、コストダウンに有利である。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ＩＣチップ８０として、パッケージ化されていないベアチップを用いたので、パッケージ化に要する加工費と封止前部品検査費を省くことができるためコストダウンを図る上で好ましい。

第１の実施形態における電子回路装置の下面図。 図１のＡ−Ａ線での縦断面図。 応用例の電子回路装置の縦断面図。 第２の実施形態における電子回路装置の下面図。 図４のＡ−Ａ線での縦断面図。 応用例の電子回路装置の縦断面図。 第３の実施形態における電子回路装置の縦断面図。

符号の説明

１０…セラミック多層基板、１１…マイコン用ＩＣチップ、１２…複合ＩＣチップ、１７…ヒートシンク、３０…検査ランド、４０…モールド樹脂、４１…検査ランド用貫通孔、５０…絶縁性樹脂、６０…入出力ランド、６１…入出力ランド用貫通孔、７０…半田、８０…ＩＣチップ。

Claims (12)

1. 回路基板（１０）にＩＣチップ（１１，１２）を実装するとともに同回路基板（１０）およびＩＣチップ（１１，１２）をモールド樹脂（４０）により封止した電子回路装置であって、
   前記回路基板（１０）に前記ＩＣチップ（１１，１２）の特性検査用の検査ランド（３０）を設けるとともに、前記モールド樹脂（４０）に当該モールド樹脂（４０）から前記検査ランド（３０）が露出するように検査ランド用貫通孔（４１）を設けたことを特徴とする電子回路装置。
2. 請求項１に記載の電子回路装置において、
   前記検査ランド用貫通孔（４１）は、前記検査ランド（３０）からモールド樹脂（４０）の外表面に近づくほど径が大きくなるテーパー状に形成されていることを特徴とする電子回路装置。
3. 請求項１または２に記載の電子回路装置において、
   前記検査ランド（３０）および検査ランド用貫通孔（４１）を千鳥配置したことを特徴とする電子回路装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子回路装置において、
   前記検査ランド用貫通孔（４１）内に検査後の埋め戻し用絶縁性材料（５０）を設けたことを特徴とする電子回路装置。
5. 請求項１に記載の電子回路装置において、
   前記回路基板（１０）に入出力ランド（６０）をさらに設けるとともに、前記モールド樹脂（４０）に当該モールド樹脂（４０）から前記入出力ランド（６０）が露出するように入出力ランド用貫通孔（６１）をさらに設けたことを特徴とする電子回路装置。
6. 請求項５に記載の電子回路装置において、
   前記入出力ランド用貫通孔（６１）は、前記入出力ランド（６０）からモールド樹脂（４０）の外表面に近づくほど径が大きくなるテーパー状に形成されていることを特徴とする電子回路装置。
7. 請求項５または６に記載の電子回路装置において、
   前記入出力ランド（６０）および入出力ランド用貫通孔（６１）を千鳥配置したことを特徴とする電子回路装置。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の電子回路装置において、
   前記入出力ランド用貫通孔（６１）内に端子引出用導電性材料（７０）を設けたことを特徴とする電子回路装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電子回路装置において、
   ＩＣチップ（８０）として、パッケージ化されていないベアチップを用いたことを特徴とする電子回路装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の電子回路装置において、
    ＩＣチップ（１１）はマイコン用ＩＣチップであることを特徴とする電子回路装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電子回路装置において、
    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電子回路装置。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電子回路装置において、
    前記回路基板（１０）の少なくとも一方の面にヒートシンク（１７）を固着したことを特徴とする電子回路装置。

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