JP3550100B2

JP3550100B2 - Automotive electronic circuit device and package manufacturing method thereof

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Publication number: JP3550100B2
Application number: JP2001061708A
Authority: JP
Inventors: 和彦河上; 光泰増田; 準一佐伯
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: JP2002261198A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用の電子回路装置のパッケージ構造及びその製造方法に係る。例えば自動車のエンジンルーム、トランスミッション等に装着され、エンジン、自動変速機等の制御を行う電子回路装置などに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車の自動変速機の制御を電子回路で行う方式は広く採用されている。その電子回路の実装構造は各種ある。トランスミッション直付けの電子回路装置では、水、油等の浸入で電子回路がダメージを受けないように、装着場所の選定し、また、それらが浸入しないような構造がとられている。
【０００３】
その構造の一例として、金属のベースに電子回路基板を装着し、このベースとカバーを抵抗溶接、レーザ溶接する等して電子回路装置内部を気密的に封止するとともに、窒素等の不活性ガスを封入する、いわゆるハーメチックシール構造が知られている。
【０００４】
この構造では、電子回路の入出力端子をベースに設けたスルーホールを通して外部に引き出し、スルーホールは、絶縁抵抗の高いガラスで封止される。したがって、ベース、ガラス、端子の線膨張係数を最適に選定する必要がある。すなわち数１００℃〜１０００℃の高温でガラスを融解し、常温に戻したときに前記三者の部品間で、お互いに残留圧縮応力が作用するようにする必要があるためである。
【０００５】
これらの材質は限定され、例えば封止材料にソーダ・バリウムガラスを用いたとき、ベース材質としては鋼板、端子は鉄ニッケル合金（鉄５０％−ニッケル５０％）の組み合わせとなる。
【０００６】
このため▲１▼高温での酸化防止が必要で、ベースは溶融温度の高いニッケルメッキ等が必要となる。▲２▼また前記溶接ではカバーの組み合わせ材質が限定され、ベースと同じ鋼板が使用される。電子回路に発熱素子が多い場合には、放熱し易くするためベース材質としてはアルミ、銅等が好適であるが、上記したように鋼板を使用せざるを得ず、鋼板では放熱性が悪い。
【０００７】
▲３▼さらには抵抗溶接ではベースとカバーとの電気的接触抵抗が均一となるよう、両者の平面度精度を高くする必要がある等、コストアップ要因がある。
【０００８】
▲４▼レーザ溶接では、前記ベースに施したニッケルメッキの厚さのばらつきが溶接に影響し、溶接部分のビードが露出する。それによる錆発生を防止するための保護コーティングが必要である。▲５▼外観では確実に溶接の良否判定を行うことが難しく、気密性を確認するためにはヘリウムガスを用いたチェック法、不活性液体中に入れて気泡の発生有無をチェックするバブルリークチェック法等が必要であった。
【０００９】
上記した諸々の点を改善するために、電子回路素子を搭載した回路基板を熱伝導のよい材質で製作したベースに接着し、このベースの片面を露出しつつ、回路基板及びベースをエポキシ樹脂（モールド樹脂）で封止するパッケージ技術が提案されている。
【００１０】
しかしながら、この場合、例えば電子回路素子としてシリコンチップを使用し、回路基板として前記シリコンチップに近似した線膨張係数を有するガラス・セラミック基板を用い、これらの部材をエポキシ樹脂で封止する構造においては、次のような課題があった。
【００１１】
すなわち、前記回路基板やベースを埋設するエポキシ樹脂のモールド工程（トランスファモールド工程）時に、そのモールド樹脂（エポキシ樹脂）を硬化工程を経て型から取出した後の冷却中に、エポキシ樹脂の硬化収縮と前記基板やベースに対する線膨張係数差とによって、エポキシ樹脂と基板やベースとの境界面で剥離、または樹脂クラックが生じる。
【００１２】
これは、モールド成形時におけるエポキシ樹脂等価線膨張係数（エポキシ樹脂等価線膨張係数は、そのモールド樹脂が型から取り出されて室温に冷却されるまでの成形温度時の樹脂の化学的収縮と、成形温度〜ガラス転移温度Ｔｇまでの線膨張係数α１と、ガラス転移温度Ｔｇ〜室温までの線膨張係数α２とを合成したものであり、常温の線膨張係数に比べて約４倍の値である）がベースのそれより大きく、かつ基板の線膨張係数もベースよりさらに小さいため、基板に密着したエポキシ樹脂の収縮応力によって基板とベースとが反り、密着されていないエポキシ樹脂の部分、または密着力の弱い部分に引張り応力が働き、境界面で剥離が発生するものである。
【００１３】
この剥離をなくすために、例えばベースの端面部分に密着性のよい皮膜処理を形成すると、境界面付近のエポキシ樹脂にクラックが発生してしまう問題があった。
【００１４】
その対策として、硬化収縮が少なく、かつ線膨張係数の小さいエポキシ樹脂を使用する、あるいは前記ベースの端面に線膨張係数差を吸収する柔軟な樹脂コーティング処理を施す、等が考えられる。しかしながらいずれもコストアップが避けられず、安価な構造が望まれていた。
【００１５】
なお、従来の公知技術には、例えば特開平７−２４０４９３号公報のように半導体素子をリードフレームに搭載してこれらの部品をモールド樹脂中に埋設してパッケージ化したものや、特開平１−２０５５５６号公報のようにＩＣチップとそのマウント部材および放熱板をパッケージ化したものがある。これらの従来技術は、電子回路基板やそのベースまでをもモールド樹脂でパッケージしようとするものではない。ＩＣパッケージや半導体素子よりもはるかに面積の大きい電子回路基板やベースまでも一つのモールド樹脂で実装してしまうという技術は、新たな試みである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
そして、その新たな実装技術を実現するにあたって、上記したように回路基板やベースの面積の大きさ故にそれを包むエポキシ樹脂（モールド樹脂）の収縮応力が大きくなり、それにより回路基板やエポキシ樹脂間の境界面で剥離が発生するといった課題が新たに生じた。
【００１７】
本発明の目的は、上記したような新たな実装技術、すなわち電子回路基板やそのリードフレーム（ベース）までをもモールド樹脂によりパッケージ化する場合に、上記課題を低コストでしようとするものである。そして、放熱性、防水性に優れ、しかも熱応力によるモールド樹脂と回路基板，ベースとの剥離やクラックのない、安価な自動車用電子回路装置を提供しようとするものである。
【００１８】
さらに、前記自動車用電子回路装置のパッケージを歩留まり良く製造できるパッケージ構造及び製造方法を提供しようとするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、基本的には次のように構成する。
【００２０】
すなわち、本発明のパッケージ構造は、電子回路素子を載置した回路基板からなる電子回路と、前記電子回路を搭載するリードフレームと、前記リードフレームの一部に設けられたフランジ部と、リードとを備え、
前記電子回路とリードとが電気的に接続され、このリード及び前記フランジの一部を除いて前記回路基板，リードフレーム，リード，フランジが一括してモールド樹脂に埋設され、かつ前記リードフレームには、中央付近の上面に前記回路基板より小面積で該回路基板の中央部を支持する突起が形成されており、この突起の周辺に複数の樹脂流通孔が設けられ、前記突起に前記回路基板の中央部裏面が接着されていることを特徴とする。
【００２１】
また、その製造方法として、前記回路基板が前記リードフレームに突起を介して支持された状態で、これらの部品がモールド成形に供せられ、
モールド成形の型は、樹脂を注入するためのランナゲート部とは反対側に、モールド成形時に余分の樹脂を受け入れるようにしたオーバーフローキャビティを設置し、前記型内およびオーバーフローキャビティに樹脂を流しつつモールド成形を行うことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１〜図１７に示す。
図１は本実施例に係る自動車用電子回路装置（コントロールユニット）１の平面図、図２及び図３はその見る方向を変えた一部断面側面図である。
【００２３】
フランジ部２ｃを有するリードフレーム２に、回路素子５および回路基板６からなる電子回路４が搭載されている。この搭載は、回路基板６をリードフレーム２上に接着することで行われる。その接着態様については後述する。
【００２４】
２ａはリードフレーム２の一部を切り離して形成されたリード（端子）である。リード２ａと外部の接続対象物（図示せず）を電気的に接続する場合には、リード２ａが外部対象物のハーネス・コネクタ、またはハーネス端子に溶接等で接続される。
【００２５】
電子回路４とリード２ａとは、熱圧着，超音波等のワイヤボンディング法でアルミ細線８を介して電気的に接続されている。
【００２６】
電子回路４をリードフレーム２上に搭載し、電子回路４とリード２ａとを接続した後、これらの部品（回路素子５，回路基板６，リードフレーム２，リード２ａ）を一括してモールド樹脂（以下、封止樹脂と称する）３中にリード２ａの一部やフランジ２ｃの一部を除いて埋設する。
【００２７】
封止樹脂３は、トランスファモールド成形によって製作する。トランスファモールド成形は、一般に封止樹脂としてエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を使用する方法で、粉末を圧縮成形したタブレット状のエポキシ樹脂を、型内で所定の温度、圧力を印加することにより融解および固化させるものである。ＬＳＩ（大規模集積回路）等のチップのパッケージとして広く採用されている。
【００２８】
封止樹脂３は、とくに低線膨張係数の樹脂とし、内部部品を全体的に包む。また、樹脂３は、内部部品との密着力を常に保持するため、また、はんだ付け部や半導体チップと基板との細線ワイヤボンディング接続部等に熱応力によっての剥れ及び断線が生じないようにするため、最適な物性値が選定される。
【００２９】
自動車用の電子回路装置は、使用時の熱応力繰返しにより、樹脂３とリード２ａ，リードフレーム２とのそれぞれの密着界面からの水，油等の浸入が懸念される。その点については、リード２ａおよびリードフレーム２と封止樹脂３との線膨張係数差を極力小さくし、それら部材間での熱応力を低減したり、リード２ａおよびリードフレーム２に特殊な表面処理（例えばアルミキレート処理）を施し、樹脂と部材との境界部分で共有結合させる手法により解決可能である。
【００３０】
リード２ａおよびリードフレーム２は熱伝導の良い銅、または銅系の合金材が選定される。回路基板６はセラミック、ガラス・セラミック、エポキシ・ガラス板等、適宜の材質が選定され、所定の回路パターンが形成されている。
【００３１】
図４は本実施例に係る電子回路装置の要部断面図であり、図３に対応するものである。
【００３２】
図４に示すように、リードフレーム２の中央付近の上面には、回路基板６より小面積で該回路基板６の中央部のみを支持する突起７が形成され、突起７に回路基板６の中央部裏面が接着される基板支持構造をなしている。
【００３３】
回路基板６には、図示されない配線パターンが形成され、また、基板上に回路素子５とボンディングパッド９がはんだ接続されている。
【００３４】
リードフレーム２には、中央付近に回路基板６の中央を接着剤１０を介して支持する突起７を設けるほかに、基板６の四隅を支持する突起１１が配設されている。これらの突起７及び１１は、リードフレーム２をプレス加工することで形成される。
【００３５】
実施例では、突起１１を４個設けているが、回路基板６の大きさ、形状、回路パターンのレイアウト等により、任意の個数を選定できる。この突起１１を設けないと、中央付近のみの接着領域では、基板６の平面度誤差やリードフレーム２と平面と突起７の上面との平行度誤差等により、基板６が傾いて接着されてしまうことになる。
【００３６】
ボンディングパッド９とリード２ａには、熱圧着，超音波等のワイヤボンディング法によりアルミの細線８が接続されている。
【００３７】
リードフレーム２の具体的仕様を例示すれば、それは熱伝導率の高いリン青銅の板を選定して、プレス加工し、図４を参照すれば、厚さ（ｔ）は０．６４ｍｍ、突起７の外径（ｄ）は５ｍｍ、高さ（ｈ）１．４４ｍｍである。線膨張係数は、１７．５ｐｐｍである。また、突起７の存在により形成された回路基板６・リードフレーム２間の間隙（ｇ）は、０．８ｍｍである。ちなみに、封止樹脂３に混入される充填剤の平均粒径は、３０μｍ（０．０３ｍｍ）である。したがって、この隙間には充填剤を含む封止樹脂３が充分に流入可能な空間を確保している。
【００３８】
図５は、従来一般的とされた方式により回路基板６をリードフレーム２に接着した構造の、有限要素法による解析用２次元数値モデルである。Ｏは、基板６およびリードフレーム２の中心位置である。
【００３９】
従来は一般的に回路基板６の裏面全体をリードフレーム２に接着剤１０を用いて接着する構造がとられていた。この接着構造で回路基板６全体を封止樹脂３中に埋設してしまうと、接着剤１０の硬化時に微小な気泡が多数接着剤中に残り、トランスファモールド工程の熱により気泡が膨張しそれが潰れ、リードフレーム２や回路基板６の接着部と封止樹脂３との密着界面付近で界面剥離する問題が発生しやすかった。
【００４０】
特に封止樹脂３の硬化後、パッケージ（モールド樹脂）３を型から取出して常温まで冷却する過程において、エポキシ樹脂等価線膨張係数がリードフレーム２のそれより大きく、かつ回路基板６の線膨張係数もリードフレームよりさらに小さいため、基板に密着したエポキシ樹脂の収縮応力が基板６やリードフレーム２に作用し、これが上記気泡の膨張と相俟って、エポキシ樹脂と基板，リードフレームの密着力の弱い部分に引張り応力が働き、境界面で剥離が発生する。
【００４１】
特に基板６と封止樹脂３との線膨張係数差による熱応力（剥離せん断応力）集中が、形状の急変する基板６の四隅付近に生じ、この部分で剥離が発生するものである。この部分で剥離が起きると、使用時の温度変化により更に剥離が進展する。剥離が遂には封止樹脂３のクラック、そして回路素子５の電気的接続部であるはんだ付け部、ワイヤボンディング部の断線に至る。
【００４２】
ここで、基板と樹脂との界面剥離メカニズムについてより詳細に説明する。
【００４３】
トランスファモールド成形された封止樹脂３とリードフレーム２とは一体化されているが、電子部品５、基板６、リード２ａ等との材料物性値の組み合わせ、とくに線膨張係数の差により、封止樹脂３には反りが生じる。
【００４４】
この反りは、図４の例では、封止樹脂３を型から取出して冷却したとき、下側が凸方向に発生する。その理由は、一般にエポキシ樹脂の融解温度は１５０〜２００℃、ガラス転移温度Ｔｇは１５０℃前後であり、型内で硬化する際の収縮があることと、融解温度〜Ｔｇ間の線膨張係数がＴｇ以下に比べて大きく（約４倍）、エポキシ樹脂等価線膨張係数が基板６の線膨張係数より大きいためである。
【００４５】
例えば基板６がガラス・セラミックで、その線膨張係数を５．２ｐｐｍ、リードフレーム２の線膨張係数を１７．５ｐｐｍ、封止樹脂３のみかけの線膨張係数（すなわち、前記収縮率と、溶解温度〜ガラス転移温度Ｔｇ間の線膨張係数と、ガラス転移温度Ｔｇ〜室温までの線膨張係数とを合成したエポキシ樹脂等価線膨張係数）を３０ｐｐｍとすると、それぞれの線膨張係数差により、封止樹脂３に大きな収縮応力が生じる。また、基板６の上面には回路素子５を搭載するスペースが必要なため、基板６の位置は封止樹脂３の高さ方向において中央或いはそれより下側に配置される。このため樹脂３の厚さは、基板上部の方が下部より厚く、その結果、樹脂３の収縮による引張り力も基板６の上部の方が大きくなり、下側が凸となる。それによって基板６とリードフレーム２は、密着したまま下側に凸となるものである。
【００４６】
このような反りにより、基板６と封止樹脂３との線膨張係数差による熱応力（剥離せん断応力）集中が基板６の四隅付近に生じるものである。
【００４７】
なお、封止樹脂３の厚さの上下比率、寸法形状等が異なるときには、反りは下側に凹となる場合もある。
【００４８】
したがって、本構造においては接着界面の剥離が発生、進展しない構造とすることが非常に重要な課題である。
【００４９】
基板６の材質は、回路素子５の大部分を占めるシリコンチップに近い線膨張係数を有したもので、かつ封止樹脂３との線膨張係数差が少ないものが好ましく、回路規模が大きくなると、小型化するには多層の回路基板が好ましく、例えば積層ガラス・セラミック基板、もしくはセラミック基板が好適である。しかしながら前記接着構造では、既述したように基板の部分的な剥離を防止することが困難であった。
【００５０】
本実施例では、上記問題について次のようにして対処し得る。以下、本発明による界面剥離防止メカニズムを図６を参照して説明する。
【００５１】
図６は本発明の接着構造の、有限要素法による解析用２次元数値モデルを示す。
図５と同じくＯは、基板６およびリードフレーム２の中心位置である。
【００５２】
本発明では、回路基板６及びリードフレーム２全体を封止樹脂３で包み込むが、リードフレーム２は、回路基板６のうち熱応力が非常に小さい中央付近の一部のみを突起７を介して接着する。したがって、接着剤１０の硬化時に微小な気泡が多数接着剤中に残り、トランスファモールド工程の熱により気泡が膨張しても、それは熱応力の小さい個所で生じているもので問題がなく、また、封止樹脂３は、リードフレーム２・基板６間にも介在することで基板下側と基板上側の肉厚のバランスがとれ、それにより基板６の四隅付近の樹脂による熱応力集中を緩和し、これらが相俟って、封止樹脂３と基板６の四隅との剥離ひいては封止樹脂３のクラック発生をなくすことができる。
【００５３】
図７は、図５の従来構造と図６の本実施例に係る構造において、基板６の接着部の剥離せん断応力を、有限要素法を用いてシミュレーション解析した結果の比較図であり、基板６と接着剤１０との夫々の界面Ａ−Ａ’，Ｂ−Ｂ’のせん断応力分布を比較したものである。
【００５４】
図７における横軸の原点（ｙ＝０）は、点Ａ、Ｂに対応している。これらの応力は原点に近づくに従い増加する分布を示しているため、点Ａ，Ｂを起点として界面の剥離を引き起こそうとする作用を持つが、本実施例の構造では、常に従来構造の応力より著しく小さいことが分かる。
【００５５】
本実施例では、上記のような効果を奏するほかに、次のような効果も奏し得る。
【００５６】
すなわち、回路機能によっては高発熱素子が使用されるが、回路素子５のうち高発熱素子については、図４に示すように基板中央すなわち突起７がある位置に相当する箇所に配置すれば、突起７を介しての放熱効果も高めることができる。
【００５７】
なお、電子回路４で発生する熱の一部は、基板６に実装された回路素子５の表面から封止樹脂３の熱伝導で上部に放熱され、他の一部は、基板６の下側封止樹脂３を介し、リードフレーム２の平面方向にフランジ部２ｃを経由して、フランジと結合される外部の相手部材（電子回路装置の取付け位置）に逃げる。
【００５８】
さらに、図１５に示すように、突起７の上部に、基板６を介して回路素子５の高発熱素子を配置するほかに、基板６のうち突起７上の箇所を熱伝導の良い部材、いわゆるサーマルビア３０を貫通して設け、このサーマルビアを介して高発熱素子５と突起７とを接触させ、リードフレーム２に熱が伝導するようにすれば、回路素子５の温度上昇を低減することができる。
【００５９】
図８は、リード２を切り離す前のリードフレーム２の詳細を示すものである。
【００６０】
回路搭載部２′、リード２ａ、ボンディング部２ｂ、フランジ部２ｃ、孔部２ｄ、つなぎ部２ｅ、フレーム部２ｆ、切り欠き２ｇ、樹脂流通溝２ｈ、突起１１をプレス成形する。突起１１は複数であり、突起１１の周辺に設けられている。
【００６１】
アルミの細線８をワイヤボンディング接続するための表面部分（ボンディングパッド）２ｂには、表面が酸化されないようにニッケルメッキ、銀メッキ等が部分的に施される。フランジ部２ｃは相手部材に固定するためのもの、孔２ｄは組立時の治具を位置決めするために設けたものである。
【００６２】
切り欠き２ｇは方向性を決めるもので、製作誤差で生じるトランスファモールド成形時の型合わせ誤差を少なくする目的で設けている。また、この型に図１１で示すサブアッセンブリをセットする際、逆方向にならないようにする目的も兼ねている。この切り欠き２ｇは、リードフレーム２が対称形状の場合、表裏が識別できる任意の形状、位置を選定すればよい。
【００６３】
なお、つなぎ部２ｅとフレーム部２ｆとフランジ部２ｃとで閉ループ構成となっている理由は、この部分をトランスファモールド成形型で上下間を締め付けることにより、型内でエポキシ樹脂が融解して液状になった際でも、この閉ループ部により液状樹脂が外側に洩れないようにするためである。
【００６４】
嵌合するリード２ａの幅とモールド型との間には、製作誤差による隙間ができるため、この部分で液状のエポキシ樹脂が外部に洩れるが、閉ループ構成となっていることにより、そのループ内で硬化後に薄いバリとして残り、そしてこのバリは後工程で除去される。
【００６５】
図９は、電子回路４を構成した基板６をリードフレーム２に載置し、この電子回路４を基板６介して突起７に接着したサブアッセンブリ状態を示すものである。
【００６６】
接着剤１０は、熱伝導の良いエポキシ樹脂、アクリル樹脂等の材質で、突起７の上部に塗布した後、基板６を載置する。基板６は、接着剤１０の硬化の加熱工程で液状化した際、自重で突起７の端面に接する。接着剤１０は、基板６とボス７とが隙間なく結合できるよう、最適な粘度を有したものが選定される。
【００６７】
図１０は前記サブアッセンブリの平面図、図１１はその断面図で、ワイヤボンディング作業する治具の状態を示す図である。
【００６８】
前記接着作業が終了した後、リードフレーム２のリード２ａの上下部を上治具１２、下治具１３で挟み込むとともに、基板６の下部を吸着治具１４で真空吸着し、サブアッセンブリが動かないように保持する。そしてアルミ細線８を熱圧着、超音波等のワイヤボンディング法により電子回路４とリード２ａとを電気的に接続する。
【００６９】
ワイヤボンディング作業が終了した後、図１０の点線で示す部分の封止樹脂３でトランスファモールド成形する。この成形後、リードフレーム２のつなぎ部２ｅ、フレーム部２ｆを切断し、複数の独立したリード２ａを形成するとともに、フランジ部２ｃを所定の形状に窓抜き加工、および折り曲げ加工することにより、コントロールユニット１が完成する。
【００７０】
図１２は、本実施例に係る電子回路装置を外部の相手部材に装着する構造を示す部分平面図、図１３はその断面図、図１４はその部分断面図である。
【００７１】
本実施例では、一例として電子回路装置を自動車のトランスミッションに取り付けるものを例示しており、電子回路装置１を取り付ける場合には、以下に述べるようにブラケットでフランジ部２ｃを押えて固定する。
【００７２】
１５は第一のブラケット、１６は第二のブラケット、１７は座金、１８はボルトである。第一のブラケット１５には、図示していないセンサ、コネクタ、ワイヤハーネス等の部品が搭載される。第一のブラケット１５の一部に舌片１５ａを複数設け、第二のブラケット１６の小孔１６ａに挿入して先端部を折り曲げ、両者を一体化している。
【００７３】
フランジ部２ｃは、第一，第二のブラケット１５，１６間に挟まれる。ボルト１８はフランジ部２ｃを回避して、ブラケット１５，１６を通して締め付けられる。これによって、フランジ部２ｃはブラケット１５，１６により挟持され、座金１７、第二のブラケット１６、第一のブラケット１５とともに相手部材、例えばトランミッションのボディに共締めされる形となる。
【００７４】
このような取り付け構造によれば、次のような点を改善できる。
【００７５】
すなわち、フランジ部２ｃにボルト固定用の孔を設ける構造では、フランジ部２ｃの面積をその分大きくしなければならず、それによってリードフレーム２の外側を大きくする必要があり、トランスファモールド成形で製品を一度に多数個取りする場合に、その取り数が少なくなる欠点がある。最小限のフランジ大きさとし、後述するように、これをブラケットで固定する方式により、この欠点をなくすことができる。
【００７６】
さらに、既述したように封止樹脂３は、モールド成形時に熱収縮応力により下側などの凸状態になることもある。相手部材が平面状態のとき、例えば下側に凸状態で封止樹脂３の下面が直接この面に接したまま、リードフレーム２のフランジ部２ｃを固定すると、封止樹脂３の中央部が相手部材に拘束される。それにより、封止樹脂３の反りを矯正するような形となるため、封止樹脂３とリードフレーム２との接着界面に過大な応力が働き、両者間が剥離する恐れがある。
【００７７】
前記した構造によれば、ブラケット１５がスペーサとしての機能もなすことで、相手部材と封止樹脂３下面との間に隙間を設け、リードフレーム２の最外形付近に設けたフランジ部２ｃのみを押えるようにできる。したがって、上記したような過大な応力は回避でき剥離の不具合は生じない。また、第一のブラケット１５と第二のブラケット１６により、リードフレーム２のフランジ部２ｃを挟み、舌片１５ａを折り曲げて一体化したため、相手部材に装着する際、取扱いが容易となる利点も有する。
【００７８】
次に本実施例に係る自動車用電子回路装置のパッケージ製造方法について説明する。
【００７９】
図１６は封止樹脂３をトランスファモールド成形する際の説明用の平面図、図１７はその断面図である。
【００８０】
図１７において、２０は成形用下型、３０はその上型である。封止樹脂３を成形するための下側キャビティ２１と、上側キャビティ３１を夫々下型２０、上型３０に形成している。
【００８１】
３ａはエポキシ樹脂を注入するためのランナゲート部、３ｂはこのランナゲート部３ａとは反対側に設けたオーバーフローキャビティで、夫々上型３０に彫り込んで形成し、型分割面は、リードフレーム２の上面としている。オーバーフローキャビティ３ｂは、封止樹脂３のモールド成形時に余分の樹脂を受け入れるようにしたものである。
【００８２】
成形方法について以下説明する。図１０、１１で示したワイヤボンディング作業が終了した後、このアッセンブリ部品を所定の温度に設定された下型２０に挿入する。次いで所定の温度に設定された上型３０を載せ、型締め保持する。
【００８３】
ランナゲート部３ａには、融解された液状のエポキシ樹脂が流入し、上下キャビティ２１、２２に充満した後、オーバーフローキャビティ３ｂに流入し、この部分に充満する。充満したエポキシ樹脂は徐々に粘度が上がり、所定の時間が経過した後、固化して封止樹脂３が形成される。
【００８４】
一般にこの種の樹脂成形では、樹脂内部に空洞いわゆるボイドが生じやすい。とくに本発明の構造、すなわちリードフレーム２の中央付近に突起７を設け、その上部に基板６の中央付近を接着固定したことを特徴とする構造においては、基板６の下側とリードフレーム２の上側との間に介在する樹脂３Ｂが、下側キャビティ２１の樹脂３Ａと上側キャビティ３１の樹脂３Ｃに比べて流動性が悪く、ボイドが発生しやすい。この理由を以下説明する。
【００８５】
図１７において、ランナゲート部３ｂから流入する樹脂は、樹脂３Ａ、樹脂３Ｂ、樹脂３Ｃに分れてオーバーフローキャビティ３ｂ側に向かって流動する。３者の樹脂が同一の流動抵抗を持っていれば、ボイドは発生しにくい。ボイドが発生するのは、３者の樹脂の流動抵抗が異なるからである。樹脂３Ａはリードフレーム２の下側で、流動を阻害する部品がないが、樹脂３Ｂは基板６とリードフレーム２との間の狭い部分のため、樹脂３Ａに比較して流動抵抗が大きい。樹脂３Ｃは基板６の回路素子５が搭載される部分であり、流動性が悪くなる要因はあるが、回路素子５は基板６の上面全体に搭載されている訳ではなく、高さもまちまちであり、樹脂３Ｂに比べると流動抵抗は小さい。実施例では、樹脂３Ａと３Ｃとは、ほぼ同じ流動抵抗であった。
【００８６】
ここで例えば樹脂３Ａ、３Ｃの流動抵抗はバランスしているが、樹脂３Ｂの流動抵抗が大きく、オーバーフローキャビティ３ｂがないと仮定した場合には、樹脂３Ｂが遅れて流入するため、樹脂３Ａ、３Ｃが樹脂３Ｂの周囲を取り囲むことになり、内部の空気の逃げ場がなく、ボイドとして封止樹脂３の内部に残ることとなる。
【００８７】
この残存ボイドが大きいと、エポキシ樹脂充填完了時点の加圧力により、基板６が樹脂３Ｃで押され、クラックや変形が生じたりする。また、クラックが生じない程度のボイドであっても、発生部位によっては使用時の温度変化で封止樹脂３に微小クラックが生じ、最悪の場合には回路素子、素子結合部のはんだ、ワイヤボンディング接続部等の断線に進展する場合があり、ボイド発生を防止することは、非常に重要な課題である。
【００８８】
前記樹脂の流動バランスをよくするには、樹脂３Ｂの厚さを厚くすればよいが、全体の封止樹脂３が厚くなり、このため基板６の下側の樹脂３Ｂとリードフレーム２の上側との間の熱抵抗が増加し、電子回路４の放熱効果が悪くなる問題が生じる。したがって樹脂３Ｂは極力薄い方が、放熱性の点からは好ましい。
【００８９】
この問題をなくするため、本発明では図４、図８、図９、図１５で示したように、リードフレーム２に複数の窓２ｈを設けている。ランナゲート３ａからエポキシ樹脂が流入すると、樹脂３Ａが形成される際、同時に窓２ｈに向かって流れる分が樹脂３Ｂに加わり、実質的に樹脂３Ｂの流動抵抗が小さくなるように作用する。したがって樹脂３Ａ、３Ｂ、３Ｃの流動バランスがよくなり、ボイド発生が防止できるものである。
【００９０】
しかしながら流動抵抗を３者完全に一致させることは実用上困難であり、オーバーフローキャビティ３ｂでその補正を行う。すなわち、エポキシ樹脂がまだ固まらない液の状態で、残留空気とエポキシ樹脂とをオーバーフローキャビティ３ｂに流入させ、充満した後にエポキシ樹脂が固化するようにしたものである。
【００９１】
放熱性の点では、窓２ｈの面積は狭い方がよいが、ボイド発生防止の点からその形状、大きさ、個数、オーバフローキャビティ３ｂの大きさ、深さ等は流動解析や実験により最適な仕様を決定する。また、説明ではランナゲート部３ａとオーバーフローキャビティ３ｂを上型３０に設けたが、下型２０に設けてもよく、さらには両者を夫々互い違いに上下型２０、３０に設けてもよい。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、電子回路装置において、リードフレームの中央付近に突起を設け、この突起に電子回路基板を接着する構造としたため、基板と封止樹脂との界面剥離やクラック発生を防止できる。そのため、電子回路基板やそのリードフレームまでをもモールド樹脂によりパッケージ化することを低コストで実現できた。さらに、放熱性、防水性に優れに優れた自動車用電子回路装置を提供することができる。
【００９３】
さらには、上記構造のパッケージ製造において、ボイド発生のないパッケージを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る自動車用電子回路装置の一部を断面して示す平面図。
【図２】その縦断面図。
【図３】その横断面図。
【図４】本実施例の要部断面図。
【図５】基板をリードフレームに接着する構造の２次元数値モデル。
【図６】本発明の基板、リードフレーム接着構造の２次元数値モデル。
【図７】従来構造と本発明構造において、基板接着部の剥離せん断応力を、有限要素法を用いてシミュレーション解析した結果を示す説明図。
【図８】リードフレームの詳細を示す平面図。
【図９】電子回路を構成した基板をリードフレームに接着したサブアッセンブリ状態を示す断面図。
【図１０】上記サブアッセンブリの平面図。
【図１１】上記サブアッセンブリをワイヤボンディング作業する状態を示す図。
【図１２】上記電子回路装置を外部の相手部材に装着する構造を示す部分平面図。
【図１３】その側面断面図。
【図１４】その部分断面図。
【図１５】本発明の他の実施例を示す要部断面図。
【図１６】本発明品をトランスファモールド成形する際の説明用平面図。
【図１７】図１６の断面図。
【符号の説明】
１…コントロールユニット（電子回路装置）、２…リードフレーム、２ａ…リード、２ｃ…フランジ部、３…封止樹脂、４…電子回路、６…基板、７…突起。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a package structure of an electronic circuit device for a vehicle and a method of manufacturing the same. For example, the present invention is suitable for an electronic circuit device mounted on an engine room, a transmission, or the like of an automobile and controlling an engine, an automatic transmission, and the like.
[0002]
[Prior art]
For example, a method of controlling an automatic transmission of an automobile by an electronic circuit has been widely adopted. There are various mounting structures of the electronic circuit. In an electronic circuit device directly mounted on the transmission, a mounting place is selected so that the electronic circuit is not damaged by intrusion of water, oil, or the like, and a structure is adopted so that they do not enter.
[0003]
As an example of the structure, an electronic circuit board is mounted on a metal base, the base and the cover are hermetically sealed by resistance welding, laser welding, etc., and an inert gas such as nitrogen is sealed. A so-called hermetic seal structure is known.
[0004]
In this structure, the input / output terminals of the electronic circuit are drawn out through through holes provided in the base, and the through holes are sealed with glass having a high insulation resistance. Therefore, it is necessary to optimally select the linear expansion coefficients of the base, the glass, and the terminal. That is, it is necessary to melt the glass at a high temperature of several 100 ° C. to 1000 ° C. and to cause the residual compressive stress to act between the three components when the temperature is returned to the normal temperature.
[0005]
These materials are limited. For example, when soda-barium glass is used as a sealing material, the base material is a steel plate, and the terminals are a combination of an iron-nickel alloy (iron 50% -nickel 50%).
[0006]
Therefore, (1) it is necessary to prevent oxidation at a high temperature, and the base needs nickel plating or the like having a high melting temperature. {Circle around (2)} In the above welding, the combination material of the cover is limited, and the same steel plate as the base is used. When there are many heat generating elements in the electronic circuit, aluminum, copper, or the like is preferable as the base material to facilitate heat dissipation. However, as described above, a steel sheet has to be used, and the heat dissipation property of the steel sheet is poor.
[0007]
{Circle around (3)} Further, in resistance welding, there is a cost increase factor such as the need to increase the flatness accuracy of the base and the cover so that the electrical contact resistance between the base and the cover becomes uniform.
[0008]
{Circle around (4)} In laser welding, variations in the thickness of the nickel plating applied to the base affect the welding, and the beads at the welded portions are exposed. A protective coating is required to prevent rust from occurring. (5) It is difficult to reliably determine the quality of welding on the external appearance. To check airtightness, check method using helium gas. Bubble leak check to check presence of air bubbles in inert liquid. A law was required.
[0009]
In order to improve the above points, a circuit board on which electronic circuit elements are mounted is adhered to a base made of a material having good heat conductivity, and one side of the base is exposed, and the circuit board and the base are epoxy resin ( Packaging technology for sealing with a mold resin) has been proposed.
[0010]
However, in this case, for example, in a structure in which a silicon chip is used as an electronic circuit element, a glass / ceramic substrate having a linear expansion coefficient similar to that of the silicon chip is used as a circuit board, and these members are sealed with epoxy resin. However, there were the following problems.
[0011]
In other words, during the molding step (transfer molding step) of the epoxy resin for embedding the circuit board and the base, during the cooling after removing the molding resin (epoxy resin) from the mold through the curing step, the curing shrinkage of the epoxy resin causes Separation or resin cracking occurs at the boundary between the epoxy resin and the substrate or base due to the difference in linear expansion coefficient between the substrate and the base.
[0012]
This is because the epoxy resin equivalent linear expansion coefficient at the time of molding (the epoxy resin equivalent linear expansion coefficient is the chemical shrinkage of the resin at the molding temperature until the molding resin is removed from the mold and cooled to room temperature. (The linear expansion coefficient α1 from the temperature to the glass transition temperature Tg and the linear expansion coefficient α2 from the glass transition temperature Tg to room temperature are synthesized, which is about four times the linear expansion coefficient at room temperature.) Is larger than that of the base, and the coefficient of linear expansion of the substrate is even smaller than that of the base. Tensile stress acts on the weak part, and peeling occurs at the boundary surface.
[0013]
For example, if a film treatment with good adhesion is formed on the end face of the base to eliminate the peeling, there is a problem that the epoxy resin near the boundary surface cracks.
[0014]
As a countermeasure, it is conceivable to use an epoxy resin having a small curing shrinkage and a small linear expansion coefficient, or to apply a flexible resin coating treatment for absorbing the difference in the linear expansion coefficient to the end face of the base. However, cost increases are unavoidable in any case, and an inexpensive structure has been desired.
[0015]
Conventionally known techniques include, for example, a method in which a semiconductor element is mounted on a lead frame and these components are buried in a mold resin and packaged, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-240493, As disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 205556, there is a package in which an IC chip, its mounting member, and a heat sink are packaged. These prior arts do not attempt to package an electronic circuit board or its base with a mold resin. A technique of mounting even an electronic circuit board or a base having a much larger area than an IC package or a semiconductor element with one mold resin is a new attempt.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
In realizing the new mounting technology, the shrinkage stress of the epoxy resin (mold resin) surrounding the circuit board and the base increases due to the large area of the circuit board and the base as described above. A new problem arises in that peeling occurs at the boundary surface.
[0017]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems at a low cost when a new mounting technology as described above, that is, when an electronic circuit board and its lead frame (base) are also packaged with a mold resin. . An object of the present invention is to provide an inexpensive electronic circuit device for a vehicle which has excellent heat dissipation and waterproofness, and is free from peeling or cracking of a mold resin and a circuit board or a base due to thermal stress.
[0018]
It is another object of the present invention to provide a package structure and a manufacturing method capable of manufacturing a package of the electronic circuit device for a vehicle with high yield.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is basically configured as follows to achieve the above object.
[0020]
That is, the package structure of the present invention includes an electronic circuit including a circuit board on which an electronic circuit element is mounted, a lead frame on which the electronic circuit is mounted, a flange provided on a part of the lead frame, and a lead. With
The electronic circuit and the lead are electrically connected, and the circuit board, the lead frame, the lead, and the flange are collectively embedded in a mold resin except for a part of the lead and the flange. A protrusion is formed on the upper surface near the center and has a smaller area than the circuit board and supports the center of the circuit board. A plurality of resin flow holes are provided around the protrusion, and the protrusion has The back surface of the central portion is bonded.
[0021]
Further, as a manufacturing method thereof, in a state where the circuit board is supported via the protrusions on the lead frame, these components are subjected to molding,
The mold for molding is provided with an overflow cavity on the opposite side of the runner gate portion for injecting the resin so as to receive excess resin at the time of molding, and molding the resin while flowing the resin into the mold and the overflow cavity. It is characterized by performing molding.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention is shown in FIGS.
FIG. 1 is a plan view of an electronic circuit device (control unit) 1 for a vehicle according to the present embodiment, and FIGS. 2 and 3 are partially sectional side views in different directions.
[0023]
An electronic circuit 4 including a circuit element 5 and a circuit board 6 is mounted on a lead frame 2 having a flange 2c. This mounting is performed by bonding the circuit board 6 on the lead frame 2. The bonding mode will be described later.
[0024]
2a is a lead (terminal) formed by cutting off a part of the lead frame 2. When electrically connecting the lead 2a and an external connection object (not shown), the lead 2a is connected to a harness connector or a harness terminal of the external object by welding or the like.
[0025]
The electronic circuit 4 and the lead 2a are electrically connected via the aluminum wire 8 by a wire bonding method such as thermocompression bonding or ultrasonic wave.
[0026]
After mounting the electronic circuit 4 on the lead frame 2 and connecting the electronic circuit 4 and the lead 2a, these components (circuit element 5, circuit board 6, lead frame 2, and lead 2a) are collectively molded resin ( It is buried in the sealing resin 3 except for a part of the lead 2a and a part of the flange 2c.
[0027]
The sealing resin 3 is manufactured by transfer molding. Transfer molding is a method in which a thermosetting resin such as an epoxy resin is generally used as a sealing resin.A tablet-like epoxy resin obtained by compressing and molding a powder is melted by applying a predetermined temperature and pressure in a mold. And to solidify. It is widely used as a package for a chip such as an LSI (Large Scale Integrated Circuit).
[0028]
The sealing resin 3 is a resin having a particularly low coefficient of linear expansion, and wraps the internal components as a whole. In addition, the resin 3 always keeps the adhesive force with the internal components, and prevents peeling and disconnection due to thermal stress in the soldering portion or the thin wire bonding connection portion between the semiconductor chip and the substrate. Therefore, the optimum physical property value is selected.
[0029]
In an electronic circuit device for an automobile, there is a concern that water, oil, or the like may enter from the respective contact interfaces between the resin 3 and the leads 2a and the lead frame 2 due to repetition of thermal stress during use. Regarding this point, the difference in the coefficient of linear expansion between the lead 2a and the lead frame 2 and the sealing resin 3 is reduced as much as possible to reduce the thermal stress between those members, and the special surface treatment for the lead 2a and the lead frame 2. (For example, an aluminum chelate treatment) and a covalent bond at the boundary between the resin and the member can be solved.
[0030]
For the lead 2a and the lead frame 2, copper or a copper-based alloy material having good heat conductivity is selected. The circuit board 6 is made of an appropriate material such as ceramic, glass-ceramic, epoxy-glass plate, etc., and has a predetermined circuit pattern.
[0031]
FIG. 4 is a sectional view of a main part of the electronic circuit device according to the present embodiment, and corresponds to FIG.
[0032]
As shown in FIG. 4, a protrusion 7 having a smaller area than the circuit board 6 and supporting only the central portion of the circuit board 6 is formed on the upper surface near the center of the lead frame 2. It has a substrate support structure to which the back surface is bonded.
[0033]
A circuit pattern (not shown) is formed on the circuit board 6, and the circuit elements 5 and the bonding pads 9 are soldered on the board.
[0034]
The lead frame 2 is provided with a protrusion 7 near the center for supporting the center of the circuit board 6 via an adhesive 10, and a protrusion 11 for supporting the four corners of the board 6. These projections 7 and 11 are formed by pressing the lead frame 2.
[0035]
In the embodiment, four projections 11 are provided, but an arbitrary number can be selected according to the size and shape of the circuit board 6, the layout of the circuit pattern, and the like. If the protrusions 11 are not provided, the substrate 6 is inclined and adhered in the adhesion region near the center only due to the flatness error of the substrate 6 or the parallelism error between the lead frame 2 and the flat surface and the upper surface of the protrusion 7. Will be.
[0036]
The thin aluminum wire 8 is connected to the bonding pad 9 and the lead 2a by a wire bonding method such as thermocompression bonding or ultrasonic waves.
[0037]
As an example of the specific specifications of the lead frame 2, a phosphor bronze plate having a high thermal conductivity is selected and pressed, and as shown in FIG. Has an outer diameter (d) of 5 mm and a height (h) of 1.44 mm. The coefficient of linear expansion is 17.5 ppm. The gap (g) between the circuit board 6 and the lead frame 2 formed by the presence of the protrusion 7 is 0.8 mm. Incidentally, the average particle size of the filler mixed in the sealing resin 3 is 30 μm (0.03 mm). Therefore, a space in which the sealing resin 3 containing the filler can sufficiently flow is secured in this gap.
[0038]
FIG. 5 is a two-dimensional numerical model for analysis by a finite element method, which has a structure in which a circuit board 6 is bonded to a lead frame 2 by a conventionally general method. O is the center position of the substrate 6 and the lead frame 2.
[0039]
Conventionally, generally, the entire back surface of the circuit board 6 is bonded to the lead frame 2 by using an adhesive 10. If the entire circuit board 6 is buried in the sealing resin 3 with this bonding structure, many fine air bubbles remain in the adhesive when the adhesive 10 is cured, and the air bubbles expand due to the heat of the transfer molding process. The problem of crushing and separation of the interface near the adhesive interface between the bonding portion of the lead frame 2 or the circuit board 6 and the sealing resin 3 was likely to occur.
[0040]
In particular, in the process of removing the package (mold resin) 3 from the mold after cooling the sealing resin 3 and cooling it to room temperature, the epoxy resin equivalent linear expansion coefficient is larger than that of the lead frame 2 and the linear expansion coefficient of the circuit board 6. Is smaller than the lead frame, the contraction stress of the epoxy resin adhered to the substrate acts on the substrate 6 and the lead frame 2, and this, together with the expansion of the air bubbles, reduces the adhesion between the epoxy resin and the substrate and the lead frame. Tensile stress acts on the weak part, and peeling occurs at the interface.
[0041]
In particular, thermal stress (peeling shear stress) concentration due to a difference in linear expansion coefficient between the substrate 6 and the sealing resin 3 occurs near the four corners of the substrate 6 where the shape changes rapidly, and peeling occurs at these portions. When peeling occurs in this portion, the peeling further progresses due to a temperature change during use. The peeling eventually leads to cracks in the sealing resin 3 and breaks in the soldering portions and wire bonding portions, which are the electrical connection portions of the circuit element 5.
[0042]
Here, the interface peeling mechanism between the substrate and the resin will be described in more detail.
[0043]
Although the encapsulation resin 3 and the lead frame 2 formed by transfer molding are integrated, the encapsulation is caused by a combination of physical property values of the electronic component 5, the substrate 6, the lead 2a, and the like, particularly, a difference in linear expansion coefficient. The resin 3 is warped.
[0044]
In the example shown in FIG. 4, when the sealing resin 3 is removed from the mold and cooled, the lower side is generated in a convex direction. The reason is that the melting temperature of an epoxy resin is generally 150 to 200 ° C., the glass transition temperature Tg is around 150 ° C., and there is shrinkage during curing in a mold, and the linear expansion coefficient between the melting temperature and Tg is low. This is because the epoxy resin equivalent linear expansion coefficient is larger than the Tg or less (about 4 times) and is larger than the linear expansion coefficient of the substrate 6.
[0045]
For example, the substrate 6 is a glass ceramic, the linear expansion coefficient of which is 5.2 ppm, the linear expansion coefficient of the lead frame 2 is 17.5 ppm, and the apparent linear expansion coefficient of the sealing resin 3 (that is, the shrinkage ratio and the melting temperature). When the linear expansion coefficient between the glass transition temperature Tg and the linear expansion coefficient between the glass transition temperature Tg and the room temperature is equal to 30 ppm, the difference between the linear expansion coefficients is 30 ppm. 3 has a large contraction stress. In addition, since a space for mounting the circuit element 5 is required on the upper surface of the substrate 6, the position of the substrate 6 is located at the center or lower side in the height direction of the sealing resin 3. For this reason, the thickness of the resin 3 is thicker in the upper portion of the substrate than in the lower portion. As a result, the tensile force due to the shrinkage of the resin 3 is larger in the upper portion of the substrate 6 and the lower portion is convex. As a result, the substrate 6 and the lead frame 2 are projected downward while being in close contact with each other.
[0046]
Due to such a warp, thermal stress (peeling shear stress) concentration due to a difference in linear expansion coefficient between the substrate 6 and the sealing resin 3 occurs near the four corners of the substrate 6.
[0047]
In addition, when the thickness ratio of the sealing resin 3 is different from the top / bottom ratio, the dimensional shape, and the like, the warp may be concave on the lower side.
[0048]
Therefore, in the present structure, it is a very important issue to make the structure in which the peeling of the bonding interface does not occur or progress.
[0049]
The material of the substrate 6 is preferably a material having a linear expansion coefficient close to that of a silicon chip occupying most of the circuit element 5 and having a small linear expansion coefficient difference from the sealing resin 3. For miniaturization, a multilayer circuit board is preferable, and for example, a laminated glass / ceramic substrate or a ceramic substrate is preferable. However, in the bonding structure, as described above, it was difficult to prevent partial peeling of the substrate.
[0050]
In this embodiment, the above problem can be dealt with as follows. Hereinafter, the mechanism for preventing interfacial peeling according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0051]
FIG. 6 shows a two-dimensional numerical model for analysis of the adhesive structure of the present invention by the finite element method.
O is the center position of the substrate 6 and the lead frame 2 as in FIG.
[0052]
In the present invention, the entire circuit board 6 and the lead frame 2 are wrapped with the sealing resin 3, but the lead frame 2 is bonded via the protrusion 7 to only a part of the circuit board 6 near the center where the thermal stress is very small. I do. Therefore, many microscopic bubbles remain in the adhesive when the adhesive 10 is cured, and even if the bubbles expand due to the heat of the transfer molding process, they are generated at a place where the thermal stress is small, and there is no problem. The sealing resin 3 is also interposed between the lead frame 2 and the substrate 6 so as to balance the thicknesses of the lower side of the substrate and the upper side of the substrate, thereby reducing the concentration of thermal stress due to the resin near the four corners of the substrate 6, Together, it is possible to eliminate the peeling of the sealing resin 3 from the four corners of the substrate 6 and the occurrence of cracks in the sealing resin 3.
[0053]
FIG. 7 is a comparison diagram of the results of a simulation analysis of the peeling shear stress at the bonding portion of the substrate 6 using the finite element method in the conventional structure of FIG. 5 and the structure according to the present embodiment of FIG. The comparison of the shear stress distributions at the respective interfaces AA ′ and BB ′ between the adhesive and the adhesive 10.
[0054]
The origin (y = 0) on the horizontal axis in FIG. 7 corresponds to points A and B. Since these stresses show a distribution that increases as approaching the origin, they have an effect of causing separation of the interface starting from points A and B. However, the structure of this embodiment always has the stress of the conventional structure. It can be seen that it is significantly smaller.
[0055]
In the present embodiment, in addition to the above effects, the following effects can also be obtained.
[0056]
That is, although a high heat generating element is used depending on the circuit function, the high heat generating element among the circuit elements 5 may be arranged at a position corresponding to the center of the substrate, that is, a position corresponding to the position where the protrusion 7 is located as shown in FIG. The heat radiation effect via the radiator 7 can also be enhanced.
[0057]
Part of the heat generated in the electronic circuit 4 is radiated upward from the surface of the circuit element 5 mounted on the substrate 6 by heat conduction of the sealing resin 3, and another part is disposed on the lower side of the substrate 6. Through the sealing resin 3, in the plane direction of the lead frame 2, via the flange 2 c, the lead escapes to an external counterpart member (the mounting position of the electronic circuit device) connected to the flange.
[0058]
Further, as shown in FIG. 15, in addition to disposing the high heat-generating element of the circuit element 5 above the protrusion 7 via the substrate 6, a portion of the substrate 6 on the protrusion 7 having good heat conduction, a so-called If the heat generating element 5 and the protrusion 7 are brought into contact with each other through the thermal via 30 and the heat is conducted to the lead frame 2 through this thermal via, the temperature rise of the circuit element 5 can be reduced. Can be.
[0059]
FIG. 8 shows details of the lead frame 2 before the leads 2 are separated.
[0060]
The circuit mounting portion 2 ', the lead 2a, the bonding portion 2b, the flange portion 2c, the hole portion 2d, the connecting portion 2e, the frame portion 2f, the notch 2g, the resin flow groove 2h, and the projection 11 are press-formed. The plurality of protrusions 11 are provided around the protrusions 11.
[0061]
The surface portion (bonding pad) 2b for connecting the aluminum thin wire 8 by wire bonding is partially plated with nickel plating, silver plating or the like so that the surface is not oxidized. The flange portion 2c is provided for fixing to a mating member, and the hole 2d is provided for positioning a jig during assembly.
[0062]
The notch 2g determines the directionality and is provided for the purpose of reducing a mold alignment error at the time of transfer molding, which is caused by a manufacturing error. Further, when the sub-assembly shown in FIG. 11 is set in this mold, it also has the purpose of preventing the sub-assembly from being reversed. When the lead frame 2 has a symmetrical shape, an arbitrary shape and position where the front and back can be identified may be selected as the notch 2g.
[0063]
The reason why the connecting portion 2e, the frame portion 2f, and the flange portion 2c form a closed loop is that the epoxy resin is melted in the mold and becomes liquid by tightening the upper and lower portions of the portion with a transfer mold. This is to prevent the liquid resin from leaking to the outside due to the closed loop portion even in the case of becoming.
[0064]
Since there is a gap between the width of the lead 2a to be fitted and the mold due to a manufacturing error, the liquid epoxy resin leaks to the outside at this portion. It remains as a thin burr after curing, and this burr is removed in a later step.
[0065]
FIG. 9 shows a sub-assembly state in which the substrate 6 constituting the electronic circuit 4 is mounted on the lead frame 2 and the electronic circuit 4 is adhered to the projection 7 via the substrate 6.
[0066]
The adhesive 10 is made of a material such as an epoxy resin or an acrylic resin having good heat conductivity, and is applied to the upper portion of the projection 7 and then the substrate 6 is placed. When the substrate 6 is liquefied in the heating step of curing the adhesive 10, the substrate 6 comes into contact with the end surface of the projection 7 by its own weight. The adhesive 10 having an optimum viscosity is selected so that the substrate 6 and the boss 7 can be bonded together without any gap.
[0067]
FIG. 10 is a plan view of the sub-assembly, and FIG. 11 is a sectional view of the sub-assembly, showing a state of a jig for performing a wire bonding operation.
[0068]
After the bonding operation is completed, the upper and lower portions of the leads 2a of the lead frame 2 are sandwiched between the upper jig 12 and the lower jig 13, and the lower portion of the substrate 6 is vacuum-sucked by the suction jig 14, so that the sub-assembly does not move. So to hold. Then, the electronic circuit 4 and the lead 2a are electrically connected to each other by a wire bonding method such as thermocompression bonding and ultrasonic waves.
[0069]
After the wire bonding operation is completed, transfer molding is performed using the sealing resin 3 in the portion indicated by the dotted line in FIG. After this molding, the connecting portion 2e and the frame portion 2f of the lead frame 2 are cut to form a plurality of independent leads 2a, and the flange portion 2c is windowed and bent into a predetermined shape to control. Unit 1 is completed.
[0070]
12 is a partial plan view showing a structure in which the electronic circuit device according to the present embodiment is mounted on an external counterpart member, FIG. 13 is a sectional view thereof, and FIG. 14 is a partial sectional view thereof.
[0071]
In the present embodiment, an example in which the electronic circuit device is mounted on a transmission of an automobile is illustrated as an example. When the electronic circuit device 1 is mounted, the flange portion 2c is pressed and fixed by a bracket as described below.
[0072]
15 is a first bracket, 16 is a second bracket, 17 is a washer, and 18 is a bolt. Components such as a sensor, a connector, and a wire harness (not shown) are mounted on the first bracket 15. A plurality of tongue pieces 15 a are provided in a part of the first bracket 15, inserted into the small holes 16 a of the second bracket 16, and the distal ends are bent to integrate them.
[0073]
The flange portion 2c is sandwiched between the first and second brackets 15, 16. The bolt 18 is fastened through the brackets 15 and 16 while avoiding the flange 2c. As a result, the flange portion 2c is sandwiched between the brackets 15, 16, and is fastened together with the washer 17, the second bracket 16, and the first bracket 15 to a mating member, for example, a transmission body.
[0074]
According to such a mounting structure, the following points can be improved.
[0075]
That is, in the structure in which the holes for fixing the bolts are provided in the flange portion 2c, the area of the flange portion 2c must be increased accordingly, and the outside of the lead frame 2 needs to be enlarged. There is a disadvantage in that when a large number of pieces are taken at one time, the number of pieces to be taken is reduced. This disadvantage can be eliminated by using a minimum flange size and fixing it with a bracket as described later.
[0076]
Further, as described above, the sealing resin 3 may be in a convex state such as a lower side due to heat shrinkage stress during molding. When the mating member is in a flat state, for example, when the flange portion 2c of the lead frame 2 is fixed while the lower surface of the sealing resin 3 is directly in contact with this surface in a downwardly convex state, the center portion of the sealing resin 3 is mated. Be restrained by the member. As a result, the warp of the sealing resin 3 is corrected, so that an excessive stress acts on the bonding interface between the sealing resin 3 and the lead frame 2, and there is a possibility that the two are separated.
[0077]
According to the above-described structure, the bracket 15 also functions as a spacer, so that a gap is provided between the mating member and the lower surface of the sealing resin 3, and only the flange portion 2 c provided near the outermost shape of the lead frame 2 is provided. Can be pressed. Therefore, the excessive stress as described above can be avoided and the problem of peeling does not occur. In addition, since the flange portion 2c of the lead frame 2 is sandwiched between the first bracket 15 and the second bracket 16 and the tongue piece 15a is bent and integrated, there is also an advantage that handling is easy when mounting to a mating member. .
[0078]
Next, a method of manufacturing a package of an electronic circuit device for a vehicle according to the present embodiment will be described.
[0079]
FIG. 16 is a plan view for explanation when transfer molding is performed on the sealing resin 3, and FIG. 17 is a sectional view thereof.
[0080]
In FIG. 17, reference numeral 20 denotes a lower mold for molding, and reference numeral 30 denotes an upper mold. A lower cavity 21 for molding the sealing resin 3 and an upper cavity 31 are formed in the lower mold 20 and the upper mold 30, respectively.
[0081]
Reference numeral 3a denotes a runner gate for injecting an epoxy resin, and 3b denotes overflow cavities provided on the opposite side of the runner gate 3a. It is the upper surface. The overflow cavity 3b is adapted to receive an extra resin when molding the sealing resin 3.
[0082]
The molding method will be described below. After the wire bonding operation shown in FIGS. 10 and 11 is completed, the assembly component is inserted into the lower mold 20 set at a predetermined temperature. Next, the upper mold 30 set at a predetermined temperature is placed, and the mold is clamped and held.
[0083]
The melted liquid epoxy resin flows into the runner gate portion 3a, fills the upper and lower cavities 21 and 22, and then flows into the overflow cavity 3b to fill this portion. The viscosity of the filled epoxy resin gradually increases, and after a predetermined time has elapsed, the epoxy resin is solidified to form the sealing resin 3.
[0084]
Generally, in this type of resin molding, voids, so-called voids, are easily generated inside the resin. In particular, in the structure of the present invention, that is, the structure in which the protrusion 7 is provided near the center of the lead frame 2 and the vicinity of the center of the substrate 6 is bonded and fixed thereon, the lower side of the substrate 6 and the The resin 3B interposed between the upper side and the lower side has lower fluidity than the resin 3A of the lower cavity 21 and the resin 3C of the upper side cavity 31, and voids are easily generated. The reason will be described below.
[0085]
In FIG. 17, the resin flowing from the runner gate 3b is divided into a resin 3A, a resin 3B, and a resin 3C and flows toward the overflow cavity 3b. If the three resins have the same flow resistance, voids are unlikely to occur. The voids are generated because the flow resistances of the three resins are different. Although the resin 3A has no parts obstructing the flow below the lead frame 2, the resin 3B has a larger flow resistance than the resin 3A because of the narrow portion between the substrate 6 and the lead frame 2. The resin 3C is a portion on which the circuit element 5 of the substrate 6 is mounted, and there is a factor that the fluidity is deteriorated. However, the circuit element 5 is not mounted on the entire upper surface of the substrate 6 but has a different height. The flow resistance is smaller than that of the resin 3B. In the example, the resins 3A and 3C had substantially the same flow resistance.
[0086]
Here, for example, the flow resistances of the resins 3A and 3C are balanced, but if it is assumed that the flow resistance of the resin 3B is large and there is no overflow cavity 3b, the resins 3A and 3C Surrounds the periphery of the resin 3B, there is no escape space for the air inside, and the resin 3B remains inside the sealing resin 3 as a void.
[0087]
If the residual voids are large, the substrate 6 is pushed by the resin 3C due to the pressing force at the time of completion of the filling with the epoxy resin, and cracks or deformation may occur. In addition, even if the voids are small enough to cause no cracks, minute cracks may occur in the sealing resin 3 due to a temperature change during use depending on the location where the voids are generated. In some cases, breakage of a connection portion or the like may occur, and prevention of void generation is a very important issue.
[0088]
In order to improve the flow balance of the resin, the thickness of the resin 3B may be increased, but the entire sealing resin 3 becomes thicker. The thermal resistance increases during this period, and the heat radiation effect of the electronic circuit 4 deteriorates. Therefore, it is preferable that the resin 3B is as thin as possible from the viewpoint of heat dissipation.
[0089]
In order to eliminate this problem, the present invention provides a plurality of windows 2h in the lead frame 2 as shown in FIGS. When the epoxy resin flows from the runner gate 3a, when the resin 3A is formed, a portion flowing toward the window 2h at the same time is added to the resin 3B, which acts to substantially reduce the flow resistance of the resin 3B. Therefore, the flow balance of the resins 3A, 3B, and 3C is improved, and the generation of voids can be prevented.
[0090]
However, it is practically difficult to completely match the three flow resistances, and the flow resistance is corrected by the overflow cavity 3b. That is, in a liquid state in which the epoxy resin is not yet solidified, the residual air and the epoxy resin are caused to flow into the overflow cavity 3b so that the epoxy resin is solidified after being filled.
[0091]
In terms of heat dissipation, it is better that the area of the window 2h is small, but the shape, size, number, size, depth, etc. of the overflow cavity 3b are optimal according to flow analysis and experiments in order to prevent void generation. To determine. In the description, the runner gate portion 3a and the overflow cavity 3b are provided in the upper die 30. However, they may be provided in the lower die 20, and they may be alternately provided in the upper and lower dies 20, 30, respectively.
[0092]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the electronic circuit device, the projection is provided near the center of the lead frame, and the electronic circuit board is bonded to the projection. Therefore, the separation of the interface between the substrate and the sealing resin and the occurrence of cracks can be prevented. Therefore, the electronic circuit board and its lead frame can be packaged with the mold resin at low cost. Further, it is possible to provide an electronic circuit device for an automobile which is excellent in heat dissipation and waterproofness.
[0093]
Furthermore, in the manufacture of a package having the above structure, a package free of voids can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a cross section of a part of an electronic circuit device for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view thereof.
FIG. 3 is a cross-sectional view thereof.
FIG. 4 is a sectional view of a main part of the embodiment.
FIG. 5 is a two-dimensional numerical model of a structure in which a substrate is bonded to a lead frame.
FIG. 6 is a two-dimensional numerical model of the substrate / lead frame bonding structure of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the results of a simulation analysis of the peeling shear stress of the substrate bonding portion using the finite element method in the conventional structure and the structure of the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing details of a lead frame.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a sub-assembly state in which a substrate constituting an electronic circuit is bonded to a lead frame.
FIG. 10 is a plan view of the sub-assembly.
FIG. 11 is a view showing a state in which the sub-assembly is subjected to a wire bonding operation.
FIG. 12 is a partial plan view showing a structure for mounting the electronic circuit device on an external partner member.
FIG. 13 is a side sectional view thereof.
FIG. 14 is a partial sectional view thereof.
FIG. 15 is a sectional view of a main part showing another embodiment of the present invention.
FIG. 16 is an explanatory plan view when transfer molding is performed on the product of the present invention.
FIG. 17 is a sectional view of FIG. 16;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Control unit (electronic circuit device), 2 ... Lead frame, 2a ... Lead, 2c ... Flange part, 3 ... Sealing resin, 4 ... Electronic circuit, 6 ... Substrate, 7 ... Projection.

Claims

An electronic circuit including a circuit board on which an electronic circuit element is mounted, a lead frame on which the electronic circuit is mounted, a flange provided on a part of the lead frame, and a lead.
The electronic circuit and the lead are electrically connected, and the circuit board, the lead frame, the lead, and the flange are collectively embedded in a mold resin except for a part of the lead and the flange. A protrusion is formed on the upper surface near the center and has a smaller area than the circuit board and supports the center of the circuit board. A plurality of resin flow holes are provided around the protrusion, and the protrusion has An electronic circuit device for a vehicle, wherein a back surface of a central portion is bonded.

The electronic circuit device for a vehicle according to claim 1, wherein the lead frame has projections for supporting corners of the circuit board in addition to the projections at the center, and the projections and the resin flow holes are press-molded.

At least a circuit board on which an electronic circuit element is mounted, a lead frame supporting the circuit board, and a package, wherein the leads are collectively buried in a mold resin while leaving a part of the leads. ,
In the lead frame, a projection is formed on the upper surface near the center to support the central portion of the circuit board with a smaller area than the circuit board, and the central portion back surface of the circuit board is bonded to the projection. Parts are subjected to molding,
The mold of the mold is provided with an overflow cavity on the side opposite to the runner gate portion for injecting the resin so as to receive excess resin during molding, and while flowing the resin into the mold and the overflow cavity. A method for manufacturing a package of an electronic circuit device for a vehicle, comprising performing molding.

4. The method of manufacturing a package of an electronic circuit device for an automobile according to claim 3, wherein a resin flow hole is provided around the protrusion of the lead frame, and the molding is performed.