JP2015138893A

JP2015138893A - 電子制御装置

Info

Publication number: JP2015138893A
Application number: JP2014009960A
Authority: JP
Inventors: 明川端; Akira Kawabata
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-07-30
Anticipated expiration: 2034-01-23
Also published as: JP6348288B2

Abstract

【課題】プリント基板の各電極ランドと各リード端子との間の位置ずれを抑制し得る電子制御装置を提供する。【解決手段】表面に複数の電極ランド３…が所定の間隔をもって互いに平行に並設されたプリント基板１と、内部に半導体素子を収容保持するパッケージ本体から外側へ突出した先端部が各電極ランドに半田付けされる複数のリード端子を有する半導体パッケージと、を備え、縦電極ランド群４，４と横電極ランド群５，５における隣接する各電極ランドの間隔ピッチＰxを、前記プリント基板とパッケージ本体の熱膨張率の差に応じて異ならせて、パッケージ本体の熱膨張変形量に伴う各リード端子と各電極ランドとの位置ずれを抑制する。【選択図】図１

Description

本発明は、プリント基板上に半導体パッケージを実装してなる電子制御装置に関する。

例えばエンジン制御装置などの電子機器の電子制御装置としては、以下の特許文献１に記載されているものが知られている。

この電子制御装置は、プリント基板の上面に半導体素子パッケージが実装されており、前記プリント基板の上面には、複数の電極ランドがほぼ矩形方向に沿って平行に並設されている。

前記半導体素子パッケージは、箱状のパッケージ本体内に半導体素子が収容保持されていると共に、基端部が半導体素子に接続された複数のリード端子の先端部がパッケージ本体の外周縁から外側に突出されている。

そして、前記各リード端子は、各先端部が前記各電極ランドに半田付けによって接続されている。この接続方法は、いわゆるリフローによって行われ、プリント基板の表面にクリーム半田であるペースト状の半田をパターンに合わせて印刷し、次に、前記各電極ランドに各リード端子の先端部を合わせながら前記半導体パッケージを実装する。その後、前記半導体パッケージの上方からプリント基板に熱を加えて前記半田を溶かして各電極ランドとリード端子を半田付けするようになっている。

特開平６−１６４１１８号公報

しかしながら、前記公報記載の技術にあっては、プリント基板の各電極ランドと半導体パッケージの各リード端子を、リフローにより半田付けする際には、前述のように、半導体パッケージとプリント基板の上方から約１８３℃〜２２０℃の高熱を加えるようになっていることから、前記半導体パッケージのパッケージ本体とプリント基板との熱膨張率の差によって前記各電極ランドと各リード端子とが位置ずれを起こし易い。

すなわち、前記パッケージ本体は、例えばエポキシ樹脂材を主体としている一方、プリント基板も例えばポリエチレン樹脂など用いているが、表面に銅箔などによる配線が施されていることから、熱膨張率がプリント基板よりもパッケージ本体の方が大きくなっている。このため、前記プリント基板の各電極ランドに対してパッケージ本体側の各リード端子が位置ずれを起こし易いのである。

そこで、前記公報記載の従来技術は、各電極ランド群の両端部にリードずれ防止ガードを設けて、前記位置ずれを抑制しようとしているが、前記リードずれ防止ガードは、単に各電極ランド群の両端部のみに設けていることから、前記両者間の位置ずれを効果的に抑制することができない。

本発明は、前記従来の技術的課題に鑑みて案出されたもので、パッケージ本体との熱膨張率の差に応じてプリント基板の各電極ランドの間隔を個々に変化させることによって、各リード端子との間の位置ずれを抑制し得る電子制御装置を提供する。

本願請求項１に係る発明は、表面に複数の電極ランドが所定の間隔をもって互いに平行に並設されたプリント基板と、内部に半導体素子を収容保持するパッケージ本体及び一端部が半導体素子に接続され、前記パッケージ本体から外側へ突出した他端部が前記各電極ランドに半田付けされる複数のリード端子を有する半導体パッケージと、
を備えた電子制御装置であって、
前記平行に並設された各電極ランドの間隔を、前記プリント基板とパッケージ本体の熱膨張率の差に応じて異ならせたことを特徴としている。

本発明によれば、プリント基板とパッケージ本体との熱膨張率の差に応じて各電極ランドの間隔ピッチを変化させることによって、該各電極ランドと各リード端子との間の位置ずれを抑制することができる。

本発明に係る電子制御装置の第１実施形態に供されるプリント基板に半導体パッケージが半田付けされた状態を示す平面図である。本実施形態のプリント基板に半導体パッケージが半田付けされた状態を示す側面図である。本実施形態に供される半導体パッケージを示す斜視図である。本発明に係る電子制御装置の第２実施形態に供されるプリント基板上の各電極ランドを示す平面図である。図４のＡ部拡大図である。

以下、本発明に係る電子制御装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。
〔第１実施形態〕
本実施形態における電子制御装置は、図１〜図３に示すように、電気回路が形成されたプリント基板１と、該プリント基板１の上面所定位置に実装された半導体パッケージ２と、を有している。

前記プリント基板１は、リジッドな構造であって、材質としては、ガラス繊維製の布を重ねたものに基材エポキシ樹脂を含浸した多層基板材料によって形成されている。

また、プリント基板１の表面には、前記電気回路によって電気的に接続された図外の抵抗器やコンデンサなどの複数の電子部品が実装されていると共に、前記半導体パッケージ２に接続される複数の電極ランド３…が設けられている。

前記電極ランド３…は、それぞれが小さな長方形状に形成されて、その幅長さＷが約０．３０ｍｍに形成されていると共に、所定の間隔ピッチをもって平行に並設されており、全体として矩形枠状に配置されて、それぞれ一対の縦電極ランド群４、４と横電極ランド群５，５とによって構成されている。
前記２つの縦電極ランド群４，４間の距離、つまり各電極ランド３の外端縁までの距離Ｌは、約４３．８ｍｍに設定され、各電極ランド３の内端縁までの距離Ｌ１は、約４０．４ｍｍに設定されている。

一方、前記２つの横電極ランド群５，５間の距離、つまり各電極ランド３の外端縁までの距離Ｌ２は、約３１．８ｍｍに設定され、各電極ランド３の内端縁までの距離Ｌ１は、約２８．４ｍｍに設定されている。

具体的に説明すれば、プリント基板１の表面に設けられた複数の電極ランド３…は、それぞれが小さな長方形されて、所定の間隔ピッチをもって平行に並設されており、全体として矩形枠状に配置されて、それぞれ一対の縦電極ランド群４、４と横電極ランド群５，５とによって構成されている。

そして、前記各電極ランド３…は、該各電極ランド３，３に隣接する間隔ピッチが前記縦列である各縦電極ランド群４，４と、横列である横電極ランド群５，５のそれぞれの中央部領域Ｃから両端部領域Ｓ、Ｓに向けて漸次大きくなるように形成されている。

つまり、それぞれの中央部領域Ｃの隣接する２つの電極ランド３ａ、３ｂ間の間隔ピッチＰｘが最小ピッチとなり、これらに外側で隣接する電極ランド３ｃ、３ｄとの間の間隔ピッチＰｘ１がＰｘよりも僅かに大きくなっており、この間隔ピッチＰｘｎ…が両端部領域Ｓ，Ｓ側に行くにしたがって僅かずつ大きくなるように形成されている。

この間隔ピッチＰｘｎ…は、プリント基板１と半導体パッケージ２のパッケージ本体６との熱膨張率の差に応じて任意に設定されている。

一方、前記リード端子８…は、細長い銅含金材によってほぼ階段状に折曲形成されていると共に、縦リード端子群１０、１０と横リード端子群１１、１１の数が対応する前記各電極ランド３…の縦電極ランド群４，４と横電極ランド群５，５のそれぞれの数と同数に設定されている。

また、一つのリード端子８ａの幅方向中心とこれに隣接する他のリード端子８ｂの幅方向中心の間隔ピッチＰｚは、いずれも一定の均一長さに設定されている。

そして、各リード端子８は、図３に示すように、平坦状に折曲された各先端部８ｃ…が前記パッケージ本体６の外周縁から突出して前記各電極ランド３…の上面にそれぞれ半田付けによって接続される。

この半田付け方法は、前述のいわゆるリフローによって行われるようになっている。

すなわち、プリント基板１の表面にクリーム半田であるペースト状の半田をパターンに合わせて印刷し、次に、前記各電極ランド３…に各リード端子８…の先端部８ａ…を合わせながら前記半導体パッケージ２を実装する。その後、前記半導体パッケージ２の上方から該半導体パッケージ２とプリント基板１に約１８０℃あるいは２２０℃の熱を加えて前記半田を溶かして各電極ランド３…と各リード端子８…を半田付けするようになっている。

したがって、この実施形態によれば、前記プリント基板１の各電極ランド３…に対して半導体パッケージ２の各リード端子８…をリフローによって半田付けする際に、前記半導体パッケージ２の上方から半田溶融温度(加熱温度)として最高約１８０℃、あるいは約２２０℃の高熱を加えると、前記プリント基板１とパッケージ本体６のそれぞれの材質の相違による熱膨張率の差によって互いの膨張変形量が異なり、特に、パッケージ本体６の熱膨張変形が大きくなる。

つまり、プリント基板１の熱膨張によって、各電極ランド３…の間隔ピッチＰｘ、Ｐｘ１、Ｐｘｎ…が縦電極ランド群４，４と横電極欄銅群５，５のそれぞれの中央部領域Ｃから両端部領域Ｓ，Ｓに渡って漸次大きくなるが、それよりも、パッケージ本体６の熱膨張率が大きいことから、パッケージ本体６の熱膨張による変形量に伴って、前記各リード端子８…間の間隔ピッチＰｚが、各縦横リード端子群１０，１１のそれぞれの中央部領域Ｃから両端部領域Ｓ，Ｓに渡ってさらに大きくなる。

このため、前述のように各電極ランド３…の間隔ピッチＰｘ、Ｐｘ１、Ｐｘｎ…が中央部領域Ｃから両端部領域Ｓ，Ｓに渡って漸次大きくなるように形成していることから、この間隔ピッチの変化によって前記各リード端子８…間の位置ずれを吸収することができる。これにより、前記各リード端子８…とこれに対応する各電極ランド３…の横、縦列方向(Ｘ、Ｙ方向)の位置ずれを効果的に抑制することができる。この結果、各電極ランド３…と各リード端子８…との半田付け不良を十分に抑制することが可能になる
〔第２実施形態〕
図４及び図５は本発明の第２実施形態を示し、プリント基板１や半導体パッケージ２の基本構造は第１実施形態と同じであるが、異なるところはプリント基板１の各電極ランド３…の配置間隔ピッチを、交互に異ならせたことにある。

つまり前記各電極ランド３…は、隣接する各電極ランド３，３間の間隔ピッチＰ、Ｐ１、つまり一つの電極ランド３ａの中心から隣接する他の電極ランド３ｂの中心までの間隔ピッチＰと、他の電極ランド３ｂの中心から、さらに隣接する電極ランド３ｃの中心までの間隔ピッチＰ１をそれぞれ交互に異ならせている。

具体的に説明すれば、この実施形態では、図４に示すように、図中最も左寄りの第１電極ランド３ａの幅方向中心とその右隣にある第２電極ランド３ｂの幅方向中心との間隔ピッチＰは、約０．５０１ｍｍに設定されているのに対して、前記第２電極ランド３ｂの幅方向中心とその右にある第３電極ランド３ｃの幅方向中心との間隔ピッチＰ１は約０．５０２ｍｍに設定されている。さらに、前記第３電極ランド３ｃの幅方向中心と、この右隣にある第４電極ランド３ｄの幅方向中心との間隔ピッチＰは、約０．５０１ｍｍに設定されて、横方向の間隔ピッチＰ，Ｐ１がそれぞれ交互に異なるように形成されている。

この間隔ピッチＰ，Ｐ１の相違は、前記横方向の電極ランド群５，５と、縦方向の電極ランド群４，４の隣接する電極ランド３の全てについて設定されている。

前記半導体パッケージ２は、図５に示すように、長方形箱状のパッケージ本体６と、該パッケージ本体６の内部に収容保持された半導体素子であるシリコン材の半導体チップ７と、該半導体チップ７に接続された複数のリード端子８…と、を備えている。

前記パッケージ本体６は、その材質がエポキシ樹脂材によって形成されて、その大きさが前記各電極ランド３の…縦電極ランド群４，４と横電極ランド群５，５からなる矩形枠より僅かに小さく形成されて、横辺方向(Ｘ方向)の長さが４０ｍｍ、縦辺方向(Ｙ方向)の長さが２８ｍｍに設定されている。

前記半導体チップ７は、ほぼ矩形板状に形成されて、複数のボンディングワイヤ９…を介して図外のアルミ電極と前記リード端子８…が接続されている。

前記リード端子８…は、細長い銅含金材によってほぼ階段状に折曲形成されていると共に、縦リード端子群１０、１０と横リード端子群１１、１１の数が対応する前記各電極ランド３…の縦電極ランド群４，４と横電極ランド群５，５のそれぞれの数と同数に設定されている。

また、一つのリード端子８ａの幅方向中心とこれに隣接する他のリード端子８ｂの幅方向中心の間隔ピッチＰ３は、いずれも一定の均一長さに設定されており、それぞれ０．５００ｍｍに設定されている。

そして、各リード端子８は、平坦状に折曲された各先端部８ｃ…が前記パッケージ本体６の外周縁から突出して前記各電極ランド３…の上面にそれぞれ半田付けによって接続される。

この半田付け方法も、第１実施形態と同じくいわゆるリフローによって行われるようになっている。

したがって、この実施形態によれば、前記プリント基板１の各電極ランド３…に対して半導体パッケージ２の各リード端子８…をリフローによって半田付けする際に、前記半導体パッケージ２の上方から半田溶融温度(加熱温度)として最大約１８０℃、あるいは約２２０℃の高熱を加えると、前記プリント基板１とパッケージ本体６のそれぞれの材質の相違による熱膨張率の差によって互いの膨張変形量が異なり、特に、パッケージ本体６の熱膨張変形が大きくなる。

つまり、前記各リード端子８…間の間隔ピッチＰ３が大きくなる。

本願発明者のシミュレーションによれば、加熱温度が２５〜約１８０℃の場合には、プリント基板１は、横電極ランド群５、５の変形量（Ｘ変形量)が３６．８μｍとなり、縦電極ランド群４の変形量（Ｙ変形量)が２５．７μｍとなった。これに対して、同じ温度条件下でのパッケージ本体６は、横リード端子群１１、１１の変形量(Ｘ変形量)が５５．７μｍ、縦リード端子群１０，１０の変形量(Ｙ変形量)が３８．２μｍになった。

加熱温度が２５〜約２２０℃の場合には、プリント基板１は、横電極ランド群５、５の変形量（Ｘ変形量)が４０．５μｍとなり、縦電極ランド群４の変形量（Ｙ変形量)が２８．３μｍとなった。これに対して、同じ温度条件下でのパッケージ本体６は、横リード端子群１１、１１の変形量(Ｘ変形量)が７６．８μｍ、縦リード端子群１０，１０の変形量(Ｙ変形量)が５１．４μｍになった。

したがって、加熱温度が１８０℃では、両者１，６のＸ方向のずれが１８．９μｍとなり、Ｙ方向のずれが１２．５μｍとなった。

また、加熱温度が２２０℃では、両者１，６のＸ方向のずれが３６．３μｍとなり、Ｙ方向のずれが２３．１μｍとなった。

したがって、両者１，６の熱膨張変形量の差異によって前記各電極ランド３…に対して各リード端子８が位置ずれを起こすおそれがある。

しかしながら、本実施形態では、前述のように各電極ランド３…の間隔ピッチＰ，Ｐ１が交互に相違していることから、このピッチＰ、Ｐ１の相違によって前記各リード端子８…間の位置ずれを吸収することができる。これにより、前記各リード端子８…とこれに対応する各電極ランド３…の横、縦列方向(Ｘ、Ｙ方向)の位置ずれを効果的に抑制することができる。この結果、各電極ランド３…と各リード端子８…との半田付け不良を十分に抑制することが可能になる。

本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、前記プリント基板１やパッケージ本体６の成形材料や大きさ、肉厚などによってそれぞれの熱膨張率も変化することから、これら両者１，６の熱膨張率の変化に応じて前記隣接する各電極ランド３、３の間隔ピッチや、各リード端子８，８の間隔ピッチを任意に変更することが可能である。

また、電子機器類としては、エンジン制御装置の他に電子機器の電子制御装置に適用することも可能である。

１…プリント基板
２…半導体パッケージ
３…電極ランド
４…縦電極ランド群
５…横電極ランド群
６…パッケージ本体
７…半導体素子
８…リード端子
１０…縦リード端子群
１１…横リード端子群

Claims

表面に複数の電極ランドが所定の間隔をもって互いに平行に並設されたプリント基板と、
内部に半導体素子を収容保持するパッケージ本体及び一端部が半導体素子に接続され、前記パッケージ本体から外側へ突出した他端部が前記各電極ランドに半田付けされる複数のリード端子を有する半導体パッケージと、
を備えた電子制御装置であって、
前記平行に並設された各電極ランドの間隔を、前記プリント基板とパッケージ本体の熱膨張率の差に応じて異ならせたことを特徴する電子制御装置。
各電極ランドの間隔を、列中央部から列両端部に向かって漸次大きく形成したことを特徴とする電子制御装置。
前記各電極ランドの列中央部から列両端部に向かって漸次大きくなる間隔の長さを、前記半導体パッケージの熱膨張係率に応じて変化させたことを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
前記プリント基板とパッケージ本体を、熱膨張率の異なる合成樹脂材によって形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子制御装置。