JP2017203709A - モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基体に作用する応力を緩和して電子回路の不具合を抑制するモジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】モジュール１は、電子回路４が形成された基体としての基板２と、電子回路４と電気的に接続されたリードフレーム６と、リードフレーム６の一部、及び基板２を封止する封止体９と、基板２とリードフレーム６の間に介在し、基板２に作用する応力を緩和する応力緩和部８と、を備えて概略構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モジュール及びその製造方法に関する。

従来の技術として、測温抵抗体及び半導体基板に設けた空洞上に形成した発熱抵抗体を含む測定部位を有する半導体センサ素子と、測温抵抗体の温度に対して所定の温度だけ高くするよう発熱抵抗体に加熱電流を流す制御を実行し空気流量を表わす空気流量信号を得る制御回路と、空気流量信号を外部に出力するターミナル素材と、を備えた熱式空気流量センサが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

熱式空気流量センサの制御回路は、絶縁基板と絶縁基板上に配置された半導体チップ、チップコンデンサなどの電気部品を備えて構成されている。上述のターミナル素材は、端部が絶縁基板に一体化されている。また制御回路は、ワイヤを介してターミナル素材と電気的に接続されている。そして熱式空気流量センサは、半導体センサ素子の一部、制御回路、ワイヤ及びターミナル素材の一部がモールド材で一体被覆されている。

特開平１１−６７５２号公報

この従来の熱式空気流量センサは、モールド材と絶縁基板の線膨張係数の差に基づいた応力が絶縁基板に作用する。そして従来の熱式空気流量センサは、この応力によって絶縁基板上のレジストの剥離が生じたり、絶縁基板にクラックが生じたりしてワイヤの断線などの不具合が発生する可能性がある。

従って本発明の目的は、基体に作用する応力を緩和して電子回路の不具合を抑制するモジュール及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一態様は、電子回路が形成された基体と、電子回路と電気的に接続されたリードフレームと、リードフレームの一部、及び基体を封止する封止体と、基体とリードフレームの間に介在し、基体に作用する応力を緩和する応力緩和部と、を備えたモジュールを提供する。

本発明によれば、基体に作用する応力を緩和して電子回路の不具合を抑制することができる。

図１（ａ）は、実施の形態に係るモジュールの一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、モジュールの一例を側面から見た模式図である。 図２（ａ）〜図２（ｅ）は、実施の形態に係るモジュールの製造方法の一例を示す概略図である。

（実施の形態の要約）
実施の形態に係るモジュールは、電子回路が形成された基体と、電子回路と電気的に接続されたリードフレームと、リードフレームの一部、及び基体を封止する封止体と、基体とリードフレームの間に介在し、基体に作用する応力を緩和する応力緩和部と、を備えて概略構成されている。

このモジュールは、基体に作用する応力を応力緩和部によって緩和するので、この構成を採用しない場合と比べて、基体にクラックが生じることなどに起因する電子回路の不具合を抑制することができる。

[実施の形態]
（モジュール１の概要）
図１（ａ）は、実施の形態に係るモジュールの一例を示す概略図であり、図１（ｂ）は、モジュールの一例を側面から見た模式図である。図１（ａ）に示すＸＹＺ座標系は、Ｘ軸が左から右に向かう座標軸であり、Ｙ軸が下から上に向かう座標軸であり、Ｚ軸が紙面の奥から手前側に向かう座標軸である。また図１（ｂ）に示すＸＹＺ座標系は、Ｘ軸が左から右に向かう座標軸であり、Ｙ軸が紙面の手前から奥に向かう座標軸であり、Ｚ軸が下から上に向かう座標軸である。なお、以下に記載する実施の形態に係る各図において、図形間の比率は、実際の比率とは異なる場合がある。また数値範囲を示す「Ａ〜Ｂ」は、Ａ以上Ｂ以下の意味で用いるものとする。

モジュール１は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、電子回路４が形成された基体としての基板２と、電子回路４と電気的に接続されたリードフレーム６と、リードフレーム６の一部、及び基板２を封止する封止体９と、基板２とリードフレーム６の間に介在し、基板２に作用する応力を緩和する応力緩和部８と、を備えて概略構成されている。またモジュール１は、電子回路４とは絶縁されているリードフレーム５を有している。

本実施の形態の基板２は、図１（ｂ）に示すように、表面２０及び裏面２１にレジスト３が形成されている。従って応力緩和部８は、レジスト３とリードフレーム５の間に介在している。また応力緩和部８は、レジスト３とリードフレーム６の間に介在している。

なお変形例として基板２は、電子回路４が形成されていない裏面２１にレジスト３が形成されない構成とされても良い。

ここでモジュール１は、基板２などを封止樹脂で封止するトランスファモールド成形により形成される。具体的には、リードフレーム６及び基板２などが一体となったものをおよそ１８０℃に加熱された金型のキャビティにセットする。次に、封止樹脂として用いる熱硬化性樹脂のタブレットをキャビティに隣接するポットに投入する。タブレットは、ポット内で溶融し始め、ポットに圧力がかけられることにより、ポットとキャビティを繋ぐゲートを介してキャビティ内に送られる。液状となったタブレットは、キャビティに充填され、硬化して封止体９を形成する。

このようにして形成されたモジュール１は、金型から取り出されて冷却するにつれて内部に応力が発生し、基板２などに作用する。この応力は、一例として、封止樹脂、基板２などの線膨張係数の差に起因する。また応力は、封止樹脂などのヤング率にも関係している。

具体的には、封止樹脂は、キャビティに充填された後、硬化することで収縮が始まる。そして封止体９は、金型から取り出されて室温になるまでの間、つまり充填温度から室温になるまで、ガラス転移温度（Ｔｇ）を境に異なる線膨張係数（α_１、α_２）によって収縮する。

一方基板２などは、充填温度から室温までの間にそれぞれの線膨張係数によって収縮する。この封止体９、リードフレーム６及び基板２などが互いに異なる線膨張係数で収縮するので、例えば、基板２が反るような応力が生じる。

この基板２の反りが発生すると、例えば、レジスト３が基板２から剥離したり、基板２にクラックが生じたりして、ワイヤ４５が断線するなどの電子回路４の不具合が発生する。この応力の制御は、封止体９、リードフレーム６及び基板２の形状や厚さ、そしてそれぞれの線膨張係数などを組み合わせて行われるが、組み合わせのパターンが多くて困難である。

そこで本実施の形態のモジュール１は、この組み合わせを考慮すると共に、この基板２に作用する応力の一部を、応力緩和部８の破壊に消費させ、基板２に作用する応力を緩和するように構成されている。

本実施の形態の応力緩和部８は、一例として、絶縁性接着剤である。なお応力緩和部８の破壊とは、例えば、接着剤の剥離や接着剤のせん断を含むものとする。また剥離やせん断は、少なくとも一部の剥離や少なくとも一部のせん断を含むものとする。図１（ｂ）及び図２（ｅ）では、応力緩和部８の破壊を波線で示している。

なお以下に記載する線膨張係数は、主にＸ軸、Ｙ軸方向の線膨張係数であるものとする。また以下に記載する線膨張係数は、一例として、室温（２０℃）における値であるものとする。

（基板２の構成）
基板２は、板形状を有している。この基板２は、例えば、プリント配線基板である。また基板２は、図１（ｂ）に示すように、レジスト３が表面２０及び裏面２１に形成されている。本実施の形態の基板２は、一例として、ガラスエポキシ基板である。この基板２の線膨張係数は、一例として、およそ１０〜２０ｐｐｍ／℃である。

この基板２の表面２０には、電子回路４が形成されている。そして基板２には、複数のパッド４２と、複数のパッド４３と、が形成されている。パッド４２及びパッド４３は、一例として、銅メッキによって形成されている。

パッド４２は、ワイヤ４５を介してセンサ素子４０と電気的に接続されている。そしてパッド４３は、ワイヤ４５を介してリードフレーム６と電気的に接続されている。

レジスト３は、特定の領域を保護するための被覆材である。このレジスト３は、例えば、印刷法によって形成されても良いし、フォトリソグラフィ法によって形成されても良い。

（電子回路４の構成）
電子回路４は、一例として、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、センサ素子４０と、複数の電子部品４１と、を備えている。

センサ素子４０は、一例として、検出した物理量を電気的な量に変換するセンサ、センサの出力を増幅するアンプなどを備えた半導体素子である。センサ素子４０は、一例として、検出対象の接近に伴う磁場の変化を電気的な量に変換する磁気センサを備えている。センサ素子４０は、例えば、ワイヤ４５及びパッド４２を介して電子部品４１と電気的に接続されている。電子部品４１は、一例として、抵抗やコンデンサなどである。

（リードフレーム５及びリードフレーム６の構成）
リードフレーム５及びリードフレーム６は、例えば、打ち抜きやエッチングなどにより、細長い板形状に形成されている。またリードフレーム５及びリードフレーム６は、例えば、アルミニウム、銅などの導電性を有する金属材料、又は真鍮などの合金材料を用いて形成される。このリードフレーム５及びリードフレーム６が一例として銅である場合、その線膨張係数は、およそ１７ｐｐｍ／℃である。

なおリードフレーム５及びリードフレーム６は、例えば、錫、ニッケル、金、銀などの金属材料を用いたメッキ処理が表面に施されていても良い。

リードフレーム５及びリードフレーム６は、基板２の裏面２１側に接合されている。言い換えるなら基板２は、リードフレーム５及びリードフレーム６の上に配置されている。リードフレーム５は、一例として、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、細長い板形状を有している。そして基板２には、複数のリードフレーム６が接合されている。本実施の形態のリードフレーム６は、３つである。

リードフレーム６は、図１（ａ）に示すように、基部６０と、接合部６１と、を備えて概略構成されている。この基部６０は、細長い形状を有し、一部が封止体９の一方の面から突出している。この突出した基部６０は、モジュール１が接続されるコネクタのメス端子に挿入されるコネクタ端子７となる。そして基部６０の先端は、先細り形状を有している。そして基部６０の表面には、ワイヤ４５が接合され、リードフレーム６と電子回路４とが電気的に接続される。

接合部６１は、例えば、基部６０の幅よりも広い幅を有して矩形状を備えている。応力緩和部８は、この接合部６１に配置されている。

（応力緩和部８の構成）
応力緩和部８は、絶縁性を有する材料から構成される接着剤である。この応力緩和部８は、封止樹脂が充填温度から室温に至る過程で破壊されるように構成される。なお応力緩和部８は、リードフレーム５、リードフレーム６及び基板２を一体として金型にセットできる程度の接合力があれば良い。

上述のように、一例として、基板２の線膨張係数がおよそ１０〜２０ｐｐｍ／℃であり、リードフレーム６の線膨張係数がおよそ１７ｐｐｍ／℃であり、後述する封止体９の線膨張係数がおよそ４〜７ｐｐｍ／℃であることから接着剤の線膨張係数は、１０ｐｐｍ／℃より小さい、又は２０ｐｐｍ／℃より大きい方が好ましい。これは、接着剤が基板２やリードフレーム６と同じように追従して収縮しない、つまり線膨張係数の差が大きい方が破壊され易いからである。

そこで応力緩和部８は、一例として、上述の線膨張係数が得られるように、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムなどを含む絶縁性接着剤として構成される。

（封止体９の構成）
封止体９は、上述のように、トランスファモールド成形によって基板２、電子回路４、リードフレーム５、及びリードフレーム６の一方の端部、を覆って一体とするものである。この封止体９は、例えば、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）樹脂やエポキシ樹脂を主成分に、シリカ（二酸化ケイ素）充填材などを加えた熱硬化性成形材料が硬化したものである。

本実施の形態では、熱硬化性成形材料としてエポキシ樹脂が使用される。このエポキシ樹脂の線膨張係数は、およそ４〜７ｐｐｍ／℃である。封止体９は、例えば、主にセンサ素子４０などを光、熱及び湿度などの環境から保護している。

以下にモジュール１の製造方法について説明する。

（モジュール１の製造方法）
図２（ａ）〜図２（ｅ）は、実施の形態に係るモジュールの製造方法の一例を示す概略図である。この図２（ａ）〜図２（ｅ）は、モジュール１の一例の断面を模式的に示したものである。

モジュール１の製造方法は、主に、電子回路が形成された基体を準備し、基体とリードフレームとを応力緩和部により接合し、電子回路とリードフレームとを電気的に接続し、リードフレームの一部、応力緩和部及び基体を封止樹脂によってモールド成形して封止体を形成し、封止体形成後、応力緩和部の少なくとも一部の剥離、及び／又は少なくとも一部のせん断を生じさせて基体に作用する応力を緩和させるものである。

具体的には、図２（ａ）に示すように、電子回路４が形成された基板２を準備する。

次に図２（ｂ）に示すように、基板２とリードフレーム５及びリードフレーム６とを応力緩和部８により接合する。

次に図２（ｃ）に示すように、電子回路４とリードフレーム６とを電気的に接続する。この接続は、ワイヤボンディング法に基づいて電子回路４のパッド４３とリードフレーム６とをワイヤ４５で接続することにより行われる。そして充填温度に過熱した金型に基板２をセットする。この充填温度は、一例として、およそ１８０℃である。

次に図２（ｄ）に示すように、リードフレーム６の一部、電子回路４、リードフレーム５、応力緩和部８及び基板２を封止樹脂によってトランスファモールド成形を行って封止体９を形成する。

次に図２（ｅ）に示すように、封止体９を形成した後、充填温度から室温に冷える過程において、応力緩和部８の少なくとも一部の剥離、及び／又は少なくとも一部のせん断を生じさせて、つまり応力緩和部８が破壊されて基板２に作用する応力を緩和させ、モジュール１を得る。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係るモジュール１は、基板２に作用する応力を緩和して電子回路４の不具合を抑制する。具体的には、モジュール１は、応力緩和部８が応力によって破壊され、基板２に作用する応力を緩和するので、この構成を採用しない場合と比べて、基板２のクラックの発生やワイヤ４５の断線などに起因する電子回路４の不具合を抑制することができる。

モジュール１は、応力緩和部８を意図的に破壊させることで応力を緩和するので、封止体９、リードフレーム６及び基板２の形状や厚さ、そしてそれぞれの線膨張係数などを組み合わせて応力を緩和する方法と比べて、容易に応力を緩和することができる。またモジュール１は、応力緩和部８を意図的に破壊させることで応力を緩和するので、組み合わせのシミュレーション回数や設計に要する時間などを抑制し、製造コストを抑制することができる。

基板にクラックなどが生じない場合、応力が電子回路に作用し、センサ素子や電子部品の電気的な特性が変わる可能性がある。しかしモジュール１は、応力緩和部８によって応力を緩和するので、センサ素子４０や電子部品４１などの電気的な特性の変化を抑制することができる。

以上、本発明のいくつかの実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。また、これら実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態及び変形例は、発明の範囲及び要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…モジュール、２…基板、３…レジスト、４…電子回路、５，６…リードフレーム、７…コネクタ端子、８…応力緩和部、９…封止体、２０…表面、２１…裏面、４０…センサ素子、４１…電子部品、４２，４３…パッド、４５…ワイヤ、６０…基部、６１…接合部

Claims (4)

1. 電子回路が形成された基体と、
   前記電子回路と電気的に接続されたリードフレームと、
   前記リードフレームの一部、及び前記基体を封止する封止体と、
   前記基体と前記リードフレームの間に介在し、前記基体に作用する応力を緩和する応力緩和部と、
   を備えたモジュール。
2. 前記応力緩和部は、前記応力の作用による前記基体からの少なくとも一部の剥離、及び／又は少なくとも一部のせん断によって前記応力を緩和する、
   請求項１に記載のモジュール。
3. 前記基体は、レジストが形成され、
   前記応力緩和部は、前記レジストと前記リードフレームの間に介在する、
   請求項１又は２に記載のモジュール。
4. 電子回路が形成された基体を準備し、
   前記基体とリードフレームとを応力緩和部により接合し、
   前記電子回路と前記リードフレームとを電気的に接続し、
   前記リードフレームの一部、前記応力緩和部及び前記基体を封止樹脂によってモールド成形して封止体を形成し、
   前記封止体形成後、前記応力緩和部の少なくとも一部の剥離、及び／又は少なくとも一部のせん断を生じさせて前記基体に作用する応力を緩和させる、
   モジュールの製造方法。

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