JP3632663B2

JP3632663B2 - Electronic circuit device for automobile and lead frame assembly

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Publication number: JP3632663B2
Application number: JP2002014961A
Authority: JP
Inventors: 和彦河上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2022-01-24
Also published as: JP2003218314A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用電子回路装置及びリードフレーム組立体に関する。特に、自動車用の電子回路装置のパッケージ構造に係わり、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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平６−６１３７２号，特開平９−３０７０２６号に、基板に半導体素子を搭載して樹脂封止するものがある。また、特開平６−１３２４６０号公報，特開平７−５８２７４号公報，特開平７−２４９７２７号公報及び特開平１０−
２８４６６８号公報に電子回路装置に関する記載がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
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封止実装してしまうという技術は、非常に大きな課題がある。そして、その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、もしくは樹脂クラックが発生するといった課題が新たに生じた。また、使用環境条件とくに温度変化の繰り返しによる熱応力でも、前記同様の剥離と樹脂クラックが発生する問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、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し、熱応力によるモールド樹脂と回路基板及びベースとの剥離や樹脂クラックのより少ない自動車用電子回路装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、電子回路素子を載置した回路基板からなる電子回路と、この電子回路を接着するベースと、このベースの一部に設けられたフランジ部と、前記ベースとは異なる材質のリードとを備え、前記電子回路と前記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，前記リード，前記フランジが一括してモールド樹脂に埋設された構造において、前記ベースはインバーの両面に銅を積層した材質であり、かつ前記リードは銅または銅合金の材質で構成され、前記ベースと前記リードとは、前記モールド樹脂に埋設される前に塑性結合で一体化され、埋設後に両者が分離されている。
【０００６】
さらに好ましくは、前記回路基板はガラスセラミックまたはセラミックを主体とした材質の多層回路基板で構成されていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
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おり、その電子回路の実装構造は種々ある。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、装着場所を選定し、また、それらが浸入しないような構造がとられている。
【０００８】
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とを抵抗溶接，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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
▲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。
【００１３】
▲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。
【００１４】
▲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、また、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。
【００１５】
▲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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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り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、エポキシ樹脂と回路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。
【００１９】
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、かつ回路基板の線膨張係数もベースよりさらに小さいため、回路基板に密着したエポキシ樹脂の収縮応力によって回路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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
以下、以上を踏まえた上で、第一の実施例を図１〜図２２に示す。
【００２４】
図１は本実施例に係わ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。
【００２５】
フランジ部２ｄを有するベース２に、回路素子６および回路基板７からなる電子回路５が搭載されている。この搭載は、回路基板７をベース２上に接着することで行われる。回路基板７は、ベース２の中央部を部分的に盛り上げた領域に、その部分のみを接着する構造である。この構造については後述する。
【００２６】
３ａはリード（端子）であり、外部の接続対象物（図示せず）とを電気的に接続する場合には、リード３ａが外部対象物のハーネス・コネクタに嵌合、またはハーネス端子に溶接等で接続される。
【００２７】
電子回路５とリード３ａ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９を介して電気的に接続されている。
【００２８】
電子回路５をベース２上に接着し、電子回路５とリード３ａとをアルミ細線９で接続した後、これらの部品（回路素子６，回路基板７，ベース２，リード３ａ）を一括してモールド樹脂（以下、封止樹脂と称する）４中にリード３ａの一部やフランジ２ｄの一部を除いて埋設する。
【００２９】
封止樹脂４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、所定の温度，圧力を印加することにより融解させ、これを型内に流動および固化させるものである。この製法は、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。
【００３０】
封止樹脂４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。封止樹脂４は、内部部品との密着力を常に所定値に保持するため、また、はんだ付け部や半導体チップと回路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。
【００３１】
自動車用の電子回路装置は、使用時の熱応力繰り返しにより、封止樹脂４とリード３ａ，ベース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３ａおよびベース２と封止樹脂４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３ａおよびベース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。
【００３２】
リード３ａ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７はセラミック，ガラス・セラミック等の比較的線膨張係数の小さい材質が選定され、所定の回路パターンが形成されている。回路基板７が接着されるベース２は、線膨張係数が回路基板７及び封止樹脂４に近いものを選定する。例えば、インバー（鉄６４％−ニッケル３６％の合金）の両面に銅を積層した材料、いわゆるクラッド材を選定したもので、両金属の厚さ比率を変え、所望の合成された線膨張係数を得る。ちなみに材料単独での線膨張係数は、インバーは約１ｐｐｍ／℃、銅は１６．５ｐｐｍ／℃である。
【００３３】
線膨張係数を小さくする場合には、銅の厚さを薄くインバーの厚さを厚くすることになる。このため本願第一の実施例では、例えば回路基板７の線膨張係数を７ｐｐｍ／℃、封止樹脂４の線膨張係数を８ｐｐｍ／℃とすると、クラッド材の線膨張係数を１０．６ｐｐｍ／℃程度としている。この線膨張係数を得るクラッド材の一例として、ベース２の厚さが０．６ｍｍの場合には、インバーと銅の厚さは各々０．２ｍｍである。
【００３４】
回路基板７および封止樹脂４の線膨張係数に近い値のクラッド材の線膨張係数を８ｐｐｍ／℃程度に選定すると、お互いの線膨張係数差が小さくなり、使用環境条件とくに温度変化の繰り返しによる熱応力が低減し、封止樹脂４のクラックや部材との密着界面剥離に対する抗力が増大する。
【００３５】
この場合には、銅の厚さを薄くする必要があり、例えば全体の厚さが０．６ｍｍの場合には、インバーの厚さが０．３ｍｍ、銅の厚さが０．１５ｍｍとなる。銅の量が少ないと熱伝導率が小さくなり、回路素子６が高発熱素子のときには温度上昇値が高くなるため、本実施例の場合には、前記クラッド材のインバー，銅各々の厚さを０．２ｍｍに選定した。
【００３６】
しかしながら温度上昇が問題とならない場合には、熱応力に起因する封止樹脂４のクラックや部材との密着界面剥離防止に対し、線膨張係数を８ｐｐｍ／℃程度に選定するのが好ましい。
【００３７】
したがって、回路素子６の温度上昇に応じて、クラッド材のインバー，銅各々の厚さを最適値に選定すればよい。
【００３８】
クラッド材は柔らかい銅と硬いインバーとを積層しているため、材料相互の硬さの差が大きく、プレスの打ち抜き加工性が悪い問題がある。一般にプレスの打ち抜き加工においては、その加工面は、だれ面，せん断面，破断面が形成されて所定の形状ができる。ところがクラッド材を打ち抜くときは、硬度差の大きい薄板を重ねて同時に打ち抜く状態と等価で、前記だれ面，せん断面，破断面が曖昧となり、抜き端面で板間の結合部が剥離しやすい問題が生じる。
【００３９】
例えばインバーの硬さとしてはＨｖ（ヴィッカース硬さ）２００、銅はＨｖ５０程度であるが、前記リード３ａは細幅部分が多数並ぶ形状であり、高精度で打ち抜き加工することが困難となる。この対策として、本願では単純な形状で高精度を要しないベース２の部分をクラッド材とし、高精度を要するリード３ａを銅または銅合金材とした。
【００４０】
ベース部分２とリード部分３ａを、同一の銅合金材で一体にプレス加工するのが、一般的なリードフレームの構造であるが、その線膨張係数は１７ｐｐｍ／℃前後で、回路基板７及び封止樹脂４に比して大きく、使用時の熱応力繰り返しによる樹脂クラック、樹脂との密着界面剥離が発生しやすい。とくにベース部分２は広い面積で、封止樹脂４との密着界面に働く熱応力が大きい。リード部分３ａは小面積であり、本願第一の実施例構造では問題とならないレベルである。
【００４１】
図４は本実施例に係わ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。
【００４２】
ベース部分２の上面には、回路基板７が接着剤８で接着される。回路基板７は、ベース２の中央部を部分的に盛り上げた領域に、その部分のみを接着する構造である。一般には基板をベースに接着する場合、全面接着する構造であるが、本願第一の実施例では部分的に接着する。
【００４３】
全面を接着する構造では、接着剤と部材との界面を隙間なく接着することが困難で、接着剤の硬化時に界面に空気層が形成されたり、微小な気泡が多数接着剤中に残ったりする。このため、トランスファモールド工程の熱により気泡が膨張して潰れ、接着部と封止樹脂４との密着界面付近で界面剥離する問題が発生しやすい。
【００４４】
ベース２には多数の小孔２ｇが設けてあり、その部分に封止樹脂４が充填されるようにしている。この小孔２ｇの存在により、回路基板７の面積相当部分のベース２が低い剛性で構成されることとなる。剛性が低いことは、封止樹脂４との線膨張係数差による熱応力を吸収しやすく、かつ多数個分散して小孔２ｇが設けられているため、部材との密着界面での剥離防止効果が非常に大きくなる利点がある。なお、小孔２ｇの一部は、後述するように回路基板７の接着工程，アルミ材細線９のワイヤボンディング工程での治具が挿入される孔を兼ねている。
【００４５】
回路基板７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６とボンディングパッド１０がはんだ接続されている。ボンディングパッド１０とリード３ａ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材の細線９が各々接続されている。
【００４６】
回路基板７の材質は、回路素子６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４との線膨張係数差が小さいものがよい。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、セラミックやガラス・セラミック基板が好適である。放熱性を重視する場合には、熱伝導率の大きいセラミック基板がよい。
【００４７】
図５はベース２とリードフレーム３とを結合し、一体化した形状を示すものである。
【００４８】
ベース２は、基板搭載部２′，フランジ部２ｄ，位置決め孔部２ｆ，係合部
２ｅ，多数の小孔２ｇ，基板接着部２ｈを有した形状である。小孔２ｇは、回路基板７の面積相当に分散して設け、前記した界面剥離防止効果を目的としている。リードフレーム３は、リード３ａ，ボンディングパッド部３ｂ，つなぎ部３ｃ，フレーム部３ｄ，係合部３ｆ，切り欠き３ｅからなり、これらを各々プレス加工で製作する。そして両係合部２ｅ，３ｆで結合し、一体化する。
【００４９】
アルミ材の細線９をワイヤボンディング接続するためのボンディングパッド部３ｂには、その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２ｄは相手部材に固定するため、孔２ｆ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。
【００５０】
切り欠き３ｅ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、回路基板７を接着し、ワイヤボンディング作業が終了した状態の組立体を、この型にセットする際、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３ｅは、リードフレーム３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。
【００５１】
なお、つなぎ部３ｃとフレーム部３ｄとフランジ部２ｄとで閉ループ構成になっている理由は、この部分をトランスファモールド成形型で上下から締め付けることにより、封止樹脂４でトランスファモールド成形した際、型内でエポキシ樹脂が融解して液状になったとき、この閉ループ部の外側に洩れないようにするためである。
【００５２】
嵌合するリード３ａの細幅部分とモールド型との間には、嵌合隙間ができるため、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る。そしてこの成形後、リードフレーム３のつなぎ部３ｃ，フレーム部３ｄを切断し、複数の独立したリード３ａを形成するとともに、ベース２のフランジ部２ｄ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。
【００５３】
図６はベース２とリードフレーム３とを結合した部分の詳細図、図７は図６のＡ−Ａ断面図を示すものである。
【００５４】
ベース２に設けた係合部２ｅは凸状で、リードフレーム３の係合部３ｆ（凹状）に嵌合されている。これら凸状，凹状の一部には平面方向に係止できるよう、各々傾斜部を設けている。そしてプレス荷重の印加により、係合部２ｅの銅２ｂ，２ｃを厚さ方向に潰し、凹所１３を形成して結合する。各係合部の凹凸形状をお互い逆に設置しても同じ結合効果は得られる。
【００５５】
なお、潰す部分は凸形状の一部であり、その材料硬度が凹形状の材料硬度より低いものでないと、プレス荷重を印加したときに、凹部が外側に開いてしまい、十分な結合ができない問題がある。本願はこれを考慮し、リードフレーム３は、クラッド材の銅部分２ｂ，２ｃより硬度の高い材料を選定している。一例として、Ｈｖ（ヴィッカース硬さ）１５０の銅合金である。
【００５６】
ベース２のクラッド材はインバー２ａ，銅２ｂ，２ｃからなり、周知のように所定の温度と圧力を印加して積層形成したもので、金属材料間の拡散で強固に結合されている。銅２ｂ，２ｃを潰して凹所１３を上下に形成することにより、材料は塑性流動を起し、平面方向の嵌合隙間が埋められ、ベース２とリードフレーム３とが結合される。
【００５７】
凹所１３を形成する方法の一例を図８に示す。
【００５８】
１１は下型、１２は上型であり、段付き形状を有している。上下方向から荷重を印加すると、銅部分２ｂ，２ｃが潰され、凹所１３が形成される。所定の荷重が印加されたとき、型１１，１２の段付き部分がリードフレーム３の上下面、及びベース２の上下面に当接するプレス条件に設定しておく。当接しないと、銅部分２ｂ，２ｃが嵌合部近傍で局部的に厚さ方向に盛り上り、厚さ方向のゆがみが生じる恐れがある。
【００５９】
図面では材料の厚さを同一として表しているが、ベース２とリードフレーム３のいずれかを厚くしてもよい。放熱性を高める必要がある場合には、ベース２を厚くするのが効果的である。また、リード３ａをコネクタ接続する場合には、相手側雌端子の適合厚さに合わせることができる。
【００６０】
図９はリードフレーム３の製作形状、図１０はベース２の製作形状であり、各々プレスの打ち抜き加工で製作する。
【００６１】
リードフレーム３は、リード部３ａ，ボンディングパッド部３ｂ，つなぎ部
３ｃ，フレーム部３ｄ，切り欠き３ｅ，係合部３ｆを有している。点線で結んだ部分は、連続してプレス加工するための空き部分である。ボンディングパッド部３ｂには、酸化防止のためニッケルメッキ，銀メッキ等が必要であるが、プレス加工前の材料状態で、帯状に部分的に施しておいてもよいし、プレス加工後に部分メッキしてもよい。
【００６２】
ベース２は、回路搭載部２′，係合部２ｅ，フランジ２ｄ，位置決め孔２ｆ，多数の小孔２ｇ，基板接着部２ｈを有している。リードフレーム３と同様に、連続してプレス加工するための空き部分を設ける形状にしてもよい。
【００６３】
このように、ベースとリードとを異種材料で製作した後、両者を塑性結合で一体化したため、回路基板や封止樹脂の物性値，放熱性の要求レベルや相手側コネクタ端子に応じて、ベースとリードの材料を最適な線膨張係数，熱伝導率および厚さで選定できることになる。同一の銅合金材でリードフレームを構成する従来のものでは達し得なかった、大きな効果である。
【００６４】
図１１はベース２の接着部２ｈの詳細を示す平面図で、図１２はそのＢ−Ｂ断面図である。
【００６５】
蝶形の窓２ｉ，細幅小窓２ｊ，傾斜部２ｋ，水平方向に伸びる接着領域２ｌが形成されている。傾斜部２ｋは、蝶形の窓２ｉと細幅小窓２ｊとの間を狭く形成しているため、剛性が低く一種の板ばねのように作用する。これは接着剤８と回路基板７とが接着され、封止樹脂４でモールドされた後の使用状態において、お互いの部材の線膨張係数差に起因する熱応力による接着剥れを防止する効果を目的としたものである。
【００６６】
図１３は回路基板７を接着する治具の一例を示す平面図、図１４はそのＣ−Ｃ断面図である。
【００６７】
まずベース２とリードフレーム３とを結合した図５の状態を、接着治具１５の上に位置させ、これを離すとベース２の位置決め孔２ｆにピン１５ａが貫通する。次いでベース２に多数設けられた小孔２ｇの一部に、ピン１５ｂが貫通し、そして接着治具１５の上面に、ベース２の下面とリードフレーム３の下面とが接する。
【００６８】
ここで、ピン１５ａは２本設置しているが、位置決め孔２ｆ４箇所全部に貫通するよう、４本設置してもよい。
【００６９】
その後接着剤８をベース２の接着領域２ｌに塗布する。そして回路基板７を載せると、ピン１５ｂの頭部に接して止まる。このピン１５ｂは、回路基板７の四隅部分に位置するよう、実施例では４本設置している。接着剤８を塗布するのは、前記結合状態の組立体を接着治具１５に搭載する前に実施しておいてもよい。回路基板７の上面の一部に荷重を印加し、接着剤８を回路基板７及び接着領域
２ｌとなじませるのが効果的である。なお、回路基板７の平面方向位置決めは図示していないが、小孔２ｇに貫通する任意形状のピンを設けることにより容易に構成できる。
【００７０】
接着治具１５には、ピン１５ａ，１５ｂを多数設置し、同時に多数の回路基板７を接着できるように準備する。所定の温度と時間を加えることにより、接着剤８の硬化が完了する。
【００７１】
図１５はワイヤボンディング作業の治具を示す平面図、図１６はそのＤ−Ｄ断面図である。
【００７２】
接着硬化工程が終了した組立体を、ボンディング治具１６の下治具１６ａに載せる。まずベース２の位置決め孔２ｆにピン１６ｃが貫通すると、ベース２及びリードフレーム３の下面が下治具１６ａの上面に当接する。次いで上治具１６ｂでベース２とリードフレーム３を押さえ、図示しないクランプ治具を用いて両者が上下方向と平面方向に動かないように固定する。
【００７３】
その後、回路基板７の下面にピン１６ｄの頭部が接するように、ピン１６ｄを押し上げる。ロック機構を組み合わせることにより、その位置でピン１６ｄを静止させることは容易である（図示せず）。ピン１６ｄは、回路基板７の四隅４箇所と、中央部のボンディングパッド１０付近の下面２箇所、合計６本設置している。
【００７４】
ワイヤボンディング作業では、細線９が貫通したボンディング用のキャピラリにより、数百グラムの荷重で回路基板７が押圧されるが、ピン１６ｄで支持しているため押圧荷重で回路基板７が変形するのを防止できる。ワイヤボンデング作業は熱圧着，超音波等、任意の方式を採用し、アルミ材の細線９を回路基板７のボンディングパッド１０とリード３ａとの間を電気的に接続する。
【００７５】
第一の実施例の具体的寸法を図１７〜図２２に示す。単位はｍｍである。
【００７６】
図１７はコントロールユニット１の平面図、図１８はその一部断面側面図、図１９はベース２とリードフレーム３とを結合した状態を示す図、図２０はベース２の小孔２ｇの詳細図、図２１は接着部２ｈの平面図、図２２はそのＥ−Ｅ断面図である。
【００７７】
図２３〜図２９は、第二の実施例を示すものである。
【００７８】
第一の実施例との違いは、回路基板７をベース２に接着する構造である。第一の実施例では、回路基板７をベース２の中央部のみに接着する構造であったが、第二の実施例では全面に接着する構造である。全面を接着する構造では、接着剤と部材との界面を隙間なく接着することが困難で、接着剤の硬化時に界面に空気層が形成されたり、微小な気泡が多数接着剤中に残ったりする。このため、トランスファモールド工程の熱により気泡が膨張して潰れ、接着部と封止樹脂４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。
【００７９】
しかしながら接着作業工程で、接着剤８を例えば数十μｍ厚さのエポキシ接着剤シートとし、回路基板７の上面から押圧荷重を加え、所定の温度と時間を印加することにより、前記の問題点は解決できる。その場合には、電子回路５を構成する際の作業順序が第一の実施例とは異なる。
【００８０】
第一の実施例では、回路基板７に回路素子６の搭載を行った組立体を、ベース２に接着する構成であった。第二の実施例では、回路基板７をベース２に接着した後、回路素子６を搭載する構成である。回路素子６の搭載は、回路基板７のパターンとの電気的接続を行うため、はんだ，銀ペースト等が選定されるが、第二の実施例でもこの工法は可能である。
【００８１】
図２３はベース２とリードフレーム３とを結合した状態の平面図である。
【００８２】
ベース２は、基板搭載面２′には小孔のない形状である。位置決め用孔１６は、第一の実施例と同じように設置している。また、係合部２ｅ，３ｆは、図５とは逆に設置している。
【００８３】
ベース２の線膨張係数を、回路基板７及び封止樹脂４と、ほぼ同じに選定した場合には、例えば回路基板７が７ｐｐｍ／℃、封止樹脂４が８ｐｐｍ／℃のとき、ベース２は８ｐｐｍ／℃が好適である。
【００８４】
この場合には全体の厚さが０．６ｍｍのとき、インバーの厚さは０．３ｍｍ、銅の厚さは０．１５ｍｍとなる。銅の量が少ないと熱伝導率が小さくなり、回路素子６が高発熱素子のときには温度上昇値が高くなるが、第一の実施例のように一部のみ回路基板７を接着するものではなく、ベース２の広い面積部分に接着しているため、放熱性はよくなる。
【００８５】
図２４に、回路基板７をベース２に接着する方法の一例を示す。
【００８６】
まず接着治具２０の上面に、ベース２とリードフレーム３とを結合した組立体を載置する。接着シート８′をベース２に置き、その上に回路基板７を載せる。そして治具２１で回路基板７の上面に荷重を印加する。この状態で所定の温度と時間をかけ、接着シート８′を融解，硬化して接着工程が終了する。
【００８７】
回路基板７の材質は、ガラスセラミック，セラミックのため、ヤング率が高く荷重を印加した際、割れ易いので、接着シート８′はこの点を考慮して、低い荷重で融解，硬化できる物性値のものを選定する。また、回路基板７に形成されている導体パターンに傷がついたり、保護用のガラス膜が割れたりしないよう、例えば治具２１の表面に、弾力性の高い耐熱性の樹脂をコーティングしておく必要がある。
【００８８】
ここで接着シート８′の選定例について説明する。
【００８９】
エポキシ系の接着剤を主体とし、厚さが５０〜２００μｍのもので、回路基板７とほぼ同じ面積寸法とする。一般にこの種の接着シートは、数十μｍ厚のポリエステル樹脂フィルムで接着剤の両面を挟む構造である。このフィルムの片面を剥し、この面をベース２に載せ、反対面のフィルムを介して上面からローラで押圧するか、プレス機で押圧して仮接着する。この際、完全硬化条件として、例えば１５０℃で１時間のものであれば、５０℃の雰囲気で数秒押圧することにより、仮接着できる。また、前記したような工程により、この仮接着工程を経ないで行うこともできる。
【００９０】
液状の接着剤では既に述べたように、硬化時に界面に空気層が形成されたり、微小な気泡が多数接着剤中に残ったりするが、圧力を印加しながら高温度でシート状の接着剤を硬化させると、この問題は解決できる。
【００９１】
この接着工程を終了した後、回路基板７の所定配線パターンにペーストはんだを印刷し、回路素子６，ボンディングパッド１０等の部品を搭載し、リフロー炉ではんだを溶融させ、室温で固化させて電気的接合を行う。図２５に、その完成状態を示す。
【００９２】
図２６は、アルミ細線９のワイヤボンディング作業する状況を示し、図２５のＥ−Ｅ断面で、第一の実施例の図１６に相当する。ワイヤボンディング作業の要領は、図１６の説明と同様である。
【００９３】
図２７は、ベース２とリードフレーム３とを一体結合する第二の実施例である。
【００９４】
第一の実施例図６では、係合部分を、ベース２に凸部、リードフレーム３に凹部を形成したが、本図は各々逆に形成している。この理由を次に述べる。
【００９５】
ベース２の線膨張係数を８ｐｐｍ／℃に選定した場合には、全体厚さを第一の実施例と同一例えば０．６ｍｍのときには、銅２ｂの厚さが０．１５ｍｍ、インバー２ａの厚さが０．３ｍｍとなり、銅部分が第一の実施例のときより薄い。このため、銅２ｂの凸部を潰して凹所１３を形成した際、リードフレーム３との結合力が弱くなる。
【００９６】
インバー２ａの硬さはリードフレーム３より硬いので、リードフレーム３に形成した凸部を潰しても問題ない。とくにリードフレーム３の材質を銅とした場合には、銅合金より柔らかいので、図６のように凹部をリードフレーム３に形成すると、係合部３ｆが外側に開いてしまう問題が生じる。
【００９７】
したがって、銅とインバーのクラッド材の厚さ比率、リードフレーム３の材質硬度に応じ、凹部１３をリードフレーム３かベース２の何れかに形成することである。
【００９８】
図２８は図２７のＦ−Ｆ断面、図２９は凹部１３を形成する方法で、第一の実施例と同様である。
【００９９】
【発明の効果】
本発明によれば、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し、熱応力によるモールド樹脂と回路基板及びベースとの剥離や樹脂クラックのより少ない自動車用電子回路装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車用電子回路装置の一部を断面して示す、第一実施例の平面図。
【図２】図１の一部縦断面側面図。
【図３】図１の一部横断面側面図。
【図４】第一実施例の要部断面図。
【図５】リードフレームとベースとを一体化した形状を示す第一実施例の平面図。
【図６】図５の結合部を示す詳細図。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図。
【図８】結合のための凹所を形成する方法を示す第一実施例の断面図。
【図９】リードフレームの形状を示す第一実施例の平面図。
【図１０】ベースの形状を示す第一実施例の平面図。
【図１１】ベースの接着部詳細を示す第一実施例の平面図。
【図１２】図１１のＢ−Ｂ断面図。
【図１３】回路基板を接着する治具と、接着作業の第一実施例を示す平面図。
【図１４】図１３のＣ−Ｃ断面図。
【図１５】ワイヤボンディング作業の治具と、作業状態を示す第一実施例の平面図。
【図１６】図１５のＤ−Ｄ断面図。
【図１７】コントロールユニットの具体的寸法を示す第一実施例の平面図。
【図１８】図１７の一部断面側面図。
【図１９】ベースとリードフレームとの結合状態の具体的寸法を示す第一実施例の図。
【図２０】ベース小孔の具体的寸法を示す第一実施例の詳細図。
【図２１】ベース接着部の具体的寸法を示す第一実施例の平面図。
【図２２】図２１のＥ−Ｅ断面図。
【図２３】ベースとリードフレームとの結合形状を示す第二実施例の平面図。
【図２４】基板を接着する状況を示す第二実施例の断面図。
【図２５】基板に電子回路素子を搭載した状態を示す第二実施例の平面図。
【図２６】ワイヤボンディング作業の治具と、作業状態を示す第二実施例の断面図。
【図２７】図２３の結合部詳細を示す平面図。
【図２８】図２７のＦ−Ｆ断面図。
【図２９】結合のための凹所を形成する方法を示す第二実施例の断面図。
【符号の説明】
１…コントロールユニット（電子回路装置）、２…ベース、２ｄ…フランジ部、２ｅ…ベースの係合部、３…リードフレーム、３ａ…リード、３ｆ…リードフレームの係合部、４…封止樹脂、５…電子回路、６…回路素子、７…回路基板、９…アルミ細線。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automotive electronic circuit device and a lead frame assembly. In particular, the present invention relates to a package structure of an electronic circuit device for an automobile, and relates to an electronic circuit device that is mounted in an engine room, a transmission, etc. of an automobile and controls an engine, an automatic transmission, and the like.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Laid-Open Nos. 6-61372 and 9-307026 include a semiconductor element mounted on a substrate and sealed with resin. JP-A-6-132460, JP-A-7-58274, JP-A-7-249727, and JP-A-10-
No. 284668 discloses an electronic circuit device.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The technique of sealing and mounting even an electronic circuit board and base having a much larger area with one mold resin has a very big problem. When realizing the mounting technology, as described above, the shrinkage stress of the epoxy resin (mold resin) that encloses the circuit board and the base increases because of the large area of the circuit board and the base. New problems such as peeling on the surface or occurrence of resin cracks have occurred. In addition, there is a problem that peeling and resin cracks similar to those described above occur even under the use environment conditions, particularly thermal stress due to repeated temperature changes.
[0004]
An object of the present invention is to package an electronic circuit board and its lead frame (base) with a mold resin, and to provide an automotive electronic circuit device with less peeling and resin cracking between the mold resin and the circuit board and the base due to thermal stress. Is to provide.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an electronic circuit comprising a circuit board on which an electronic circuit element is mounted, a base to which the electronic circuit is bonded, a flange portion provided on a part of the base, A lead made of a material different from the base, and the electronic circuit and the lead are electrically connected, and the circuit board, the lead, and the flange are collectively molded except for the lead and a part of the flange. In the structure embedded in the resin, the base is made of a material in which copper is laminated on both sides of the invar, and the lead is made of a material of copper or a copper alloy. The base and the lead are integrated by plastic bonding before being embedded in the mold resin, and the two are separated after being embedded. ing.
[0006]
More preferably, the circuit board is formed of a multilayer circuit board made mainly of glass ceramic or ceramic. ing It is characterized by that.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A method of controlling an automatic transmission of an automobile with an electronic circuit is widely adopted, and there are various mounting structures of the electronic circuit. In the electronic circuit device directly attached to the transmission, the mounting location is selected so that the electronic circuit is not damaged by the intrusion of water, oil or the like, and the structure is such that they do not enter.
[0008]
As an example of the structure, an electronic circuit board is mounted on a metal base, the inside of the electronic circuit device is hermetically sealed by resistance welding or laser welding of the base and the cover, and inert such as nitrogen. A so-called hermetic seal structure that encloses gas is known.
[0009]
In this structure, the input / output terminals of the electronic circuit are drawn out through a through hole provided in the base, and the through hole is sealed with glass having high insulation resistance. Therefore, it is necessary to optimally select the linear expansion coefficient of the base, glass, and terminals. That is, when the glass is melted at a high temperature of several 100 ° C. to 1000 ° C. and returned to room temperature, the residual compression stress needs to act between the three components.
[0010]
These materials are limited. For example, when soda / barium glass is used as the sealing material, the base material is a steel plate, and the terminal is an iron-nickel alloy (iron 50% -nickel).
50%).
[0011]
For this reason,
(1) It is necessary to prevent oxidation at a high temperature, and the base must be nickel-plated with a high melting temperature.
[0012]
(2) In the welding, the combination material of the cover is limited, and the same steel plate as the base is used. If the electronic circuit has a large number of heat generating elements, aluminum, copper, or the like is preferable as the base material for facilitating heat dissipation. However, as described above, a steel plate must be used, and the heat dissipation performance is poor with a steel plate.
[0013]
{Circle around (3)} Furthermore, resistance welding has a cost-increasing factor such as the need to increase the flatness accuracy of the base and cover so that the electric contact resistance between the base and the cover becomes uniform.
[0014]
(4) In laser welding, variations in the thickness of the nickel plating applied to the base affect the welding, and the bead of the welded portion is exposed. A protective coating is required to prevent the occurrence of rust.
[0015]
(5) It is difficult to judge the quality of welding reliably on the appearance. Check method using helium gas to check the airtightness, bubble leak check to check the presence of bubbles in an inert liquid Laws were necessary.
[0016]
In order to improve the various points described above, a circuit board on which an electronic circuit element is mounted is bonded to a base made of a material having good heat conduction, and one side of the base is exposed, and the circuit board and the base are bonded with an epoxy resin ( A packaging technique for sealing with a mold resin) has been proposed.
[0017]
However, in this case, for example, a silicon chip is used as an electronic circuit element, a glass / ceramic substrate having a linear expansion coefficient approximate to the silicon chip is used as a circuit board, and these members are sealed with an epoxy resin. There were the following problems.
[0018]
That is, during the epoxy resin molding process (transfer molding process) for embedding the circuit board and base, the epoxy resin cures and shrinks during cooling after the mold resin (epoxy resin) is removed from the mold through the curing process. And a difference in linear expansion coefficient with respect to the substrate or the base causes separation or a resin crack at the interface between the epoxy resin and the circuit board or the base.
[0019]
This is because the epoxy resin equivalent linear expansion coefficient during molding (the epoxy resin equivalent linear expansion coefficient is the chemical shrinkage of the resin at the molding temperature until the mold resin is removed from the mold and cooled to room temperature, This is a composite of linear expansion coefficient α1 from temperature to glass transition temperature Tg and linear expansion coefficient α2 from glass transition temperature Tg to room temperature, which is about four times the linear expansion coefficient at room temperature) Is larger than that of the base, and the linear expansion coefficient of the circuit board is also smaller than that of the base, so that the circuit board and the base warp due to the shrinkage stress of the epoxy resin adhered to the circuit board, or the portion of the epoxy resin that is not adhered, or Tensile stress acts on the part with weak adhesion, and peeling occurs at the interface.
[0020]
In order to eliminate this peeling, for example, when a coating treatment with good adhesion is formed on the end surface portion of the base, there is a problem that an epoxy resin near the boundary surface is cracked.
[0021]
As countermeasures, it is conceivable to use an epoxy resin with little curing shrinkage and a small linear expansion coefficient, or to apply a flexible resin coating treatment to absorb the difference in linear expansion coefficient on the end face of the base. However, in any case, an increase in cost cannot be avoided, and an inexpensive structure has been desired.
[0022]
Conventionally known techniques include, for example, a semiconductor element mounted on a lead frame and packaged by embedding these components in a mold resin as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-240493. There is a package of an IC chip, its mounting member, and a heat sink as disclosed in JP-A-205556. These prior arts do not attempt to package the electronic circuit board and its base with the mold resin.
[0023]
In the following, based on the above, the first embodiment is shown in FIGS.
[0024]
FIG. 1 is a plan view of an automotive electronic circuit device (control unit) 1 according to the present embodiment, and FIGS. 2 and 3 are partially sectional side views with different viewing directions.
[0025]
An electronic circuit 5 including a circuit element 6 and a circuit board 7 is mounted on the base 2 having the flange portion 2d. This mounting is performed by bonding the circuit board 7 onto the base 2. The circuit board 7 has a structure in which only the central portion of the base 2 is bonded to an area where the central portion is raised. This structure will be described later.
[0026]
Reference numeral 3a denotes a lead (terminal). When an external connection object (not shown) is electrically connected, the lead 3a is fitted to the harness / connector of the external object or welded to the harness terminal. Connected with.
[0027]
The electronic circuit 5 and the lead 3a are electrically connected through the aluminum thin wire 9 by wire bonding methods such as thermocompression bonding and ultrasonic waves.
[0028]
After the electronic circuit 5 is bonded onto the base 2 and the electronic circuit 5 and the lead 3a are connected by the aluminum thin wire 9, these components (circuit element 6, circuit board 7, base 2, lead 3a) are molded together. The resin (hereinafter referred to as sealing resin) 4 is embedded except for a part of the lead 3a and a part of the flange 2d.
[0029]
The sealing resin 4 is manufactured by transfer molding. Transfer molding is generally a method that uses a thermosetting resin such as an epoxy resin as a sealing resin, and melts a tablet-like epoxy resin that is compression-molded by applying a predetermined temperature and pressure. Is allowed to flow and solidify in the mold. This manufacturing method is widely adopted as a package for chips such as LSI (Large Scale Integrated Circuit).
[0030]
The sealing resin 4 is particularly a resin having a low linear expansion coefficient, and encloses the internal parts as a whole. The sealing resin 4 always keeps the adhesive force with the internal components at a predetermined value, and also peels off and breaks due to thermal stress at the soldered portion and the thin wire bonding connection portion between the semiconductor chip and the circuit board. In order to prevent the occurrence of the problem, the optimum physical property value is selected.
[0031]
In an electronic circuit device for an automobile, there is a concern that water, oil, and the like enter from the close contact interfaces between the sealing resin 4 and the leads 3a and the base 2 due to repeated thermal stresses during use. In this regard, the difference in coefficient of linear expansion between the lead 3a and the base 2 and the sealing resin 4 is made as small as possible to reduce the thermal stress between these members, or a special surface treatment (for example, the lead 3a and the base 2). This can be solved by a technique in which an aluminum chelate treatment is applied and covalently bonded at the boundary between the resin and the member.
[0032]
For the lead 3a, copper having a good thermal conductivity or a copper-based alloy material is selected. The circuit board 7 is made of a material having a relatively small linear expansion coefficient, such as ceramic, glass or ceramic, and has a predetermined circuit pattern. The base 2 to which the circuit board 7 is bonded is selected so that the linear expansion coefficient is close to that of the circuit board 7 and the sealing resin 4. For example, a material in which copper is laminated on both sides of Invar (alloy 64% -nickel 36% alloy), that is, a so-called clad material, is selected, the thickness ratio of both metals is changed, and a desired combined linear expansion coefficient is obtained. obtain. Incidentally, the linear expansion coefficient of the material alone is about 1 ppm / ° C. for Invar and 16.5 ppm / ° C. for copper.
[0033]
In the case of reducing the linear expansion coefficient, the thickness of copper is reduced and the thickness of invar is increased. For this reason, in the first embodiment of the present application, for example, when the linear expansion coefficient of the circuit board 7 is 7 ppm / ° C. and the linear expansion coefficient of the sealing resin 4 is 8 ppm / ° C., the linear expansion coefficient of the clad material is 10.6 ppm / ° C. It is about. As an example of the clad material for obtaining this linear expansion coefficient, when the thickness of the base 2 is 0.6 mm, the thicknesses of invar and copper are each 0.2 mm.
[0034]
When the linear expansion coefficient of the clad material having a value close to the linear expansion coefficient of the circuit board 7 and the sealing resin 4 is selected to be about 8 ppm / ° C., the difference between the linear expansion coefficients of each of the clad materials becomes small, and the use environment condition, particularly due to repeated temperature changes. The thermal stress is reduced, and the resistance against cracking of the sealing resin 4 and adhesion interface peeling with the member is increased.
[0035]
In this case, it is necessary to reduce the thickness of copper. For example, when the total thickness is 0.6 mm, the thickness of invar is 0.3 mm and the thickness of copper is 0.15 mm. When the amount of copper is small, the thermal conductivity is small, and when the circuit element 6 is a high heating element, the temperature rise value becomes high. In this embodiment, the thickness of each of the invar and copper of the clad material is set as follows. 0.2 mm was selected.
[0036]
However, when the temperature rise does not become a problem, it is preferable to select a linear expansion coefficient of about 8 ppm / ° C. for preventing cracking of the sealing resin 4 due to thermal stress and peeling of the adhesion interface with the member.
[0037]
Therefore, the thicknesses of the invar and copper of the clad material may be selected to the optimum values according to the temperature rise of the circuit element 6.
[0038]
Since the clad material is formed by laminating soft copper and hard invar, there is a problem that the difference in hardness between the materials is large and the punching workability of the press is poor. In general, in a punching process of a press, the processed surface is formed with a dowel surface, a shear surface, and a fracture surface, and can have a predetermined shape. However, when punching a clad material, it is equivalent to the state of simultaneously punching a thin plate with a large difference in hardness, and the above described bevel surface, shear surface, and fracture surface are ambiguous, and the joint between the plates tends to peel off at the punched end surface. Arise.
[0039]
For example, the hardness of the invar is about Hv (Vickers hardness) 200, and copper is about Hv50, but the lead 3a has a shape in which a large number of narrow portions are arranged, and it is difficult to perform punching with high accuracy. As a countermeasure, in this application, the portion of the base 2 that has a simple shape and does not require high accuracy is made of a clad material, and the lead 3a that requires high accuracy is made of copper or a copper alloy material.
[0040]
The base portion 2 and the lead portion 3a are integrally pressed with the same copper alloy material in a general lead frame structure, but the linear expansion coefficient is around 17 ppm / ° C. Larger than the stop resin 4, resin cracks due to repeated thermal stress during use, and adhesion interface peeling with the resin are likely to occur. In particular, the base portion 2 has a large area, and the thermal stress acting on the adhesion interface with the sealing resin 4 is large. The lead portion 3a has a small area and is at a level that does not cause a problem in the structure of the first embodiment of the present application.
[0041]
FIG. 4 is a cross-sectional view of an essential part of the electronic circuit device according to the present embodiment, and corresponds to FIG.
[0042]
A circuit board 7 is bonded to the upper surface of the base portion 2 with an adhesive 8. The circuit board 7 has a structure in which only the central portion of the base 2 is bonded to an area where the central portion is raised. In general, when the substrate is bonded to the base, the entire surface is bonded. However, in the first embodiment of the present invention, the substrate is partially bonded.
[0043]
In the structure where the entire surface is bonded, it is difficult to bond the interface between the adhesive and the member without any gaps, and when the adhesive is cured, an air layer is formed at the interface, or many micro bubbles remain in the adhesive. . For this reason, the bubble expands and is crushed by the heat of the transfer molding process, and the problem of interface separation near the adhesion interface between the adhesive portion and the sealing resin 4 is likely to occur.
[0044]
The base 2 is provided with a large number of small holes 2g, which are filled with the sealing resin 4. Due to the presence of the small holes 2g, the base 2 corresponding to the area of the circuit board 7 is configured with low rigidity. The low rigidity makes it easy to absorb thermal stress due to the difference in coefficient of linear expansion from the sealing resin 4, and a large number of dispersed small holes 2g are provided, thus preventing peeling at the adhesion interface with the member. Has the advantage of becoming very large. A part of the small hole 2g also serves as a hole into which a jig is inserted in the bonding process of the circuit board 7 and the wire bonding process of the aluminum thin wire 9 as described later.
[0045]
A wiring pattern (not shown) is formed on the circuit board 7, and the circuit element 6 and the bonding pad 10 are soldered on the board. Aluminum wires 9 are connected to the bonding pads 10 and the leads 3a by wire bonding methods such as thermocompression bonding and ultrasonic waves.
[0046]
The material of the circuit board 7 preferably has a linear expansion coefficient close to that of a silicon chip that occupies most of the circuit elements 6 and has a small difference in linear expansion coefficient from the sealing resin 4. As the circuit scale increases, a multilayer circuit board is preferable for downsizing, and a ceramic or glass / ceramic substrate is preferable. A ceramic substrate having a high thermal conductivity is preferable when the heat dissipation is important.
[0047]
FIG. 5 shows a shape in which the base 2 and the lead frame 3 are combined and integrated.
[0048]
The base 2 includes a substrate mounting portion 2 ′, a flange portion 2d, a positioning hole portion 2f, and an engaging portion.
2e, a plurality of small holes 2g, and a substrate bonding portion 2h. The small holes 2g are provided in a distributed manner corresponding to the area of the circuit board 7 for the purpose of preventing the interface peeling described above. The lead frame 3 includes a lead 3a, a bonding pad portion 3b, a connecting portion 3c, a frame portion 3d, an engaging portion 3f, and a notch 3e, which are each manufactured by press working. The two engaging portions 2e and 3f are combined and integrated.
[0049]
The bonding pad portion 3b for wire bonding connection of the aluminum thin wire 9 is partially subjected to nickel plating, silver plating or the like so that the surface thereof is not oxidized. The flange 2d is fixed to the mating member, and the hole 2f is provided for positioning a jig at the time of assembly.
[0050]
The notch 3e determines the directionality, and is provided for the purpose of reducing the mold alignment error at the time of transfer mold forming caused by a manufacturing error. In addition, the circuit board 7 is bonded, and the assembly in which the wire bonding operation is completed is also set to prevent the assembly from being reversed in the setting. For the cutout 3e, when the lead frame 3 has a symmetrical shape, any shape and position where the front and back sides can be identified may be selected.
[0051]
The reason why the connecting portion 3c, the frame portion 3d, and the flange portion 2d are in a closed loop configuration is that when this portion is transferred mold-molded with the sealing resin 4 by tightening the portion from above and below with a transfer mold die. This is to prevent the epoxy resin from leaking outside the closed loop when the epoxy resin melts and becomes liquid.
[0052]
Since there is a fitting gap between the narrow portion of the lead 3a to be fitted and the mold, the liquid epoxy resin leaks to the outside at this portion. It remains as a thin burr after curing. After this molding, the connecting portion 3c and the frame portion 3d of the lead frame 3 are cut to form a plurality of independent leads 3a, and the flange portion 2d of the base 2 is windowed and bent into a predetermined shape. As a result, the control unit 1 is completed.
[0053]
6 is a detailed view of a portion where the base 2 and the lead frame 3 are coupled, and FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
[0054]
The engaging portion 2 e provided on the base 2 is convex and is fitted into the engaging portion 3 f (concave) of the lead frame 3. Each of these convex and concave portions is provided with an inclined portion so that it can be locked in the planar direction. Then, by applying a press load, the copper 2b, 2c of the engaging portion 2e is crushed in the thickness direction, and a recess 13 is formed and joined. The same coupling effect can be obtained even if the concave and convex shapes of the respective engaging portions are installed opposite to each other.
[0055]
In addition, the portion to be crushed is a part of the convex shape, and if the material hardness is not lower than the concave material hardness, the concave portion will open to the outside when a press load is applied, and sufficient bonding cannot be achieved There is. In the present application, in consideration of this, the lead frame 3 is selected from a material having higher hardness than the copper portions 2b and 2c of the clad material. As an example, it is a copper alloy of Hv (Vickers hardness) 150.
[0056]
The clad material of the base 2 is made of invar 2a, copper 2b, 2c, and is formed by applying a predetermined temperature and pressure as is well known, and is firmly bonded by diffusion between metal materials. By crushing the copper 2b and 2c and forming the recess 13 up and down, the material causes plastic flow, the fitting gap in the planar direction is filled, and the base 2 and the lead frame 3 are coupled.
[0057]
An example of a method for forming the recess 13 is shown in FIG.
[0058]
11 is a lower mold and 12 is an upper mold, which has a stepped shape. When a load is applied from above and below, the copper portions 2b and 2c are crushed, and the recess 13 is formed. When a predetermined load is applied, press conditions are set such that the stepped portions of the dies 11 and 12 abut against the upper and lower surfaces of the lead frame 3 and the upper and lower surfaces of the base 2. Otherwise, the copper portions 2b and 2c are locally raised in the thickness direction in the vicinity of the fitting portion, and the thickness direction may be distorted.
[0059]
In the drawings, the thicknesses of the materials are the same, but either the base 2 or the lead frame 3 may be thickened. When it is necessary to improve heat dissipation, it is effective to make the base 2 thick. Further, when the lead 3a is connected to the connector, the thickness can be adjusted to the matching thickness of the mating female terminal.
[0060]
FIG. 9 shows the manufacturing shape of the lead frame 3, and FIG. 10 shows the manufacturing shape of the base 2. Each of them is manufactured by punching a press.
[0061]
The lead frame 3 includes a lead portion 3a, a bonding pad portion 3b, and a connecting portion.
3c, a frame portion 3d, a notch 3e, and an engaging portion 3f. The part connected by the dotted line is an empty part for continuous press working. The bonding pad portion 3b needs to be nickel-plated or silver-plated to prevent oxidation. However, the bonding pad portion 3b may be partially applied in a strip shape in the material state before pressing, or may be partially plated after pressing. May be.
[0062]
The base 2 has a circuit mounting portion 2 ', an engaging portion 2e, a flange 2d, a positioning hole 2f, a large number of small holes 2g, and a substrate bonding portion 2h. Similarly to the lead frame 3, it may have a shape in which a vacant part for continuous press working is provided.
[0063]
In this way, after the base and the lead are made of different materials, both are integrated by plastic bonding. Therefore, the base and lead are selected according to the physical properties of the circuit board and sealing resin, the required level of heat dissipation, and the mating connector terminal. The lead material can be selected with the optimum coefficient of linear expansion, thermal conductivity, and thickness. This is a great effect that cannot be achieved by the conventional structure in which the lead frame is made of the same copper alloy material.
[0064]
FIG. 11 is a plan view showing details of the bonding portion 2h of the base 2, and FIG. 12 is a sectional view taken along the line BB.
[0065]
A butterfly-shaped window 2i, a narrow window 2j, an inclined portion 2k, and an adhesive region 2l extending in the horizontal direction are formed. Since the inclined portion 2k is formed narrowly between the butterfly-shaped window 2i and the narrow window 2j, it acts like a kind of leaf spring with low rigidity. This has the effect of preventing adhesion peeling due to thermal stress due to the difference in linear expansion coefficient between the members in the use state after the adhesive 8 and the circuit board 7 are bonded and molded with the sealing resin 4. It is intended.
[0066]
FIG. 13 is a plan view showing an example of a jig for adhering the circuit board 7, and FIG.
[0067]
First, the state shown in FIG. 5 in which the base 2 and the lead frame 3 are coupled to each other is positioned on the bonding jig 15, and when released, the pin 15 a penetrates the positioning hole 2 f of the base 2. Next, the pin 15 b passes through a part of the small holes 2 g provided in the base 2, and the lower surface of the base 2 and the lower surface of the lead frame 3 are in contact with the upper surface of the bonding jig 15.
[0068]
Here, although the two pins 15a are installed, four pins 15a may be installed so as to penetrate all the positioning holes 2f4.
[0069]
Thereafter, the adhesive 8 is applied to the adhesive region 2 l of the base 2. Then, when the circuit board 7 is placed, it comes into contact with the head of the pin 15b and stops. In the embodiment, four pins 15b are provided so as to be positioned at the four corners of the circuit board 7. The application of the adhesive 8 may be performed before the assembly in the combined state is mounted on the bonding jig 15. A load is applied to a part of the upper surface of the circuit board 7, and the adhesive 8 is applied to the circuit board 7 and the bonding area.
It is effective to blend with 2l. Although the planar positioning of the circuit board 7 is not shown, it can be easily configured by providing a pin having an arbitrary shape penetrating the small hole 2g.
[0070]
A large number of pins 15 a and 15 b are installed in the bonding jig 15 and prepared so that a large number of circuit boards 7 can be bonded simultaneously. By adding a predetermined temperature and time, curing of the adhesive 8 is completed.
[0071]
FIG. 15 is a plan view showing a jig for wire bonding work, and FIG. 16 is a DD cross-sectional view thereof.
[0072]
The assembly after the adhesive curing step is placed on the lower jig 16 a of the bonding jig 16. First, when the pin 16c passes through the positioning hole 2f of the base 2, the lower surface of the base 2 and the lead frame 3 comes into contact with the upper surface of the lower jig 16a. Next, the base 2 and the lead frame 3 are pressed by the upper jig 16b, and are fixed using a clamping jig (not shown) so that they do not move in the vertical direction and the plane direction.
[0073]
Thereafter, the pin 16d is pushed up so that the head of the pin 16d contacts the lower surface of the circuit board 7. By combining the lock mechanism, it is easy to make the pin 16d stationary at that position (not shown). There are a total of six pins 16d, four at the four corners of the circuit board 7 and two at the bottom surface near the bonding pad 10 in the center.
[0074]
In the wire bonding operation, the circuit board 7 is pressed with a load of several hundred grams by the bonding capillary through which the thin wire 9 penetrates, but the circuit board 7 is deformed by the pressing load because it is supported by the pin 16d. Can be prevented. The wire bonding operation employs an arbitrary method such as thermocompression bonding, ultrasonic waves, etc., and the thin wire 9 made of aluminum is electrically connected between the bonding pad 10 of the circuit board 7 and the lead 3a.
[0075]
Specific dimensions of the first embodiment are shown in FIGS. The unit is mm.
[0076]
17 is a plan view of the control unit 1, FIG. 18 is a partially sectional side view thereof, FIG. 19 is a view showing a state where the base 2 and the lead frame 3 are coupled, and FIG. 20 is a detailed view of the small hole 2g of the base 2. 21 is a plan view of the bonding portion 2h, and FIG. 22 is a sectional view taken along line EE.
[0077]
23 to 29 show a second embodiment.
[0078]
The difference from the first embodiment is a structure in which the circuit board 7 is bonded to the base 2. In the first embodiment, the circuit board 7 is bonded to only the central portion of the base 2, but in the second embodiment, the circuit board 7 is bonded to the entire surface. In the structure where the entire surface is bonded, it is difficult to bond the interface between the adhesive and the member without any gaps, and when the adhesive is cured, an air layer is formed at the interface, or many micro bubbles remain in the adhesive. . For this reason, the bubble expand | swells and is crushed with the heat | fever of a transfer mold process, and the problem of interface peeling near the contact | adherence interface of an adhesion part and sealing resin 4 was easy to generate | occur | produce.
[0079]
However, in the bonding process, the adhesive 8 is an epoxy adhesive sheet having a thickness of, for example, several tens of μm, a pressing load is applied from the upper surface of the circuit board 7, and a predetermined temperature and time are applied. Solvable. In that case, the work sequence for configuring the electronic circuit 5 is different from that of the first embodiment.
[0080]
In the first embodiment, the assembly in which the circuit element 6 is mounted on the circuit board 7 is bonded to the base 2. In the second embodiment, the circuit element 6 is mounted after the circuit board 7 is bonded to the base 2. For mounting the circuit element 6, solder, silver paste, or the like is selected for electrical connection with the pattern of the circuit board 7, but this method is also possible in the second embodiment.
[0081]
FIG. 23 is a plan view showing a state in which the base 2 and the lead frame 3 are coupled.
[0082]
The base 2 has a shape with no small holes on the substrate mounting surface 2 '. The positioning hole 16 is installed in the same manner as in the first embodiment. Further, the engaging portions 2e and 3f are installed in the opposite manner to FIG.
[0083]
When the linear expansion coefficient of the base 2 is selected to be almost the same as that of the circuit board 7 and the sealing resin 4, for example, when the circuit board 7 is 7 ppm / ° C. and the sealing resin 4 is 8 ppm / ° C., the base 2 is 8 ppm / ° C. is preferred.
[0084]
In this case, when the total thickness is 0.6 mm, the thickness of Invar is 0.3 mm and the thickness of copper is 0.15 mm. If the amount of copper is small, the thermal conductivity is small, and the temperature rise value is high when the circuit element 6 is a high heating element, but the circuit board 7 is not only partially bonded as in the first embodiment. Since it adheres to a wide area portion of the base 2, heat dissipation is improved.
[0085]
FIG. 24 shows an example of a method for bonding the circuit board 7 to the base 2.
[0086]
First, an assembly in which the base 2 and the lead frame 3 are coupled is placed on the upper surface of the bonding jig 20. The adhesive sheet 8 'is placed on the base 2, and the circuit board 7 is placed thereon. Then, a load is applied to the upper surface of the circuit board 7 by the jig 21. In this state, a predetermined temperature and time are applied, the adhesive sheet 8 'is melted and cured, and the bonding process is completed.
[0087]
Since the material of the circuit board 7 is glass ceramic or ceramic, it has a high Young's modulus and is easily broken when a load is applied. Therefore, the adhesive sheet 8 'takes into account this point and has a physical property value that can be melted and cured with a low load. Select one. Further, for example, the surface of the jig 21 is coated with a highly elastic and heat-resistant resin so that the conductor pattern formed on the circuit board 7 is not damaged or the protective glass film is not broken. There is a need.
[0088]
Here, an example of selecting the adhesive sheet 8 'will be described.
[0089]
It is mainly composed of an epoxy-based adhesive, has a thickness of 50 to 200 μm, and has almost the same area as the circuit board 7. In general, this type of adhesive sheet has a structure in which both sides of an adhesive are sandwiched between polyester resin films having a thickness of several tens of μm. One surface of this film is peeled off, this surface is placed on the base 2, and is pressed with a roller from the upper surface through a film on the opposite surface, or is temporarily bonded by pressing with a press. At this time, as a complete curing condition, for example, if it is one hour at 150 ° C., it can be temporarily bonded by pressing for several seconds in an atmosphere at 50 ° C. Moreover, it can also carry out through this process, without passing through this temporary bonding process.
[0090]
As already mentioned, in the case of liquid adhesives, an air layer is formed at the interface at the time of curing, or many fine bubbles remain in the adhesive, but the sheet-like adhesive is applied at a high temperature while applying pressure. Curing can solve this problem.
[0091]
After this bonding process is completed, paste solder is printed on a predetermined wiring pattern of the circuit board 7, components such as the circuit element 6 and the bonding pad 10 are mounted, the solder is melted in a reflow furnace, and solidified at room temperature to be electrically Joint. FIG. 25 shows the completed state.
[0092]
FIG. 26 shows a situation where the wire bonding work of the aluminum thin wire 9 is performed, and corresponds to FIG. 16 of the first embodiment in the EE cross section of FIG. The procedure for wire bonding is the same as that described in FIG.
[0093]
FIG. 27 shows a second embodiment in which the base 2 and the lead frame 3 are integrally coupled.
[0094]
First Embodiment In FIG. 6, the engaging portion is formed with a convex portion on the base 2 and a concave portion on the lead frame 3. The reason for this will be described next.
[0095]
When the linear expansion coefficient of the base 2 is selected to be 8 ppm / ° C., when the total thickness is the same as that of the first embodiment, for example, 0.6 mm, the thickness of the copper 2b is 0.15 mm and the thickness of the invar 2a Is 0.3 mm and the copper portion is thinner than in the first embodiment. For this reason, when crushing the convex part of copper 2b and forming the recess 13, the coupling | bonding force with the lead frame 3 becomes weak.
[0096]
Since the invar 2a is harder than the lead frame 3, there is no problem even if the convex portions formed on the lead frame 3 are crushed. In particular, when the lead frame 3 is made of copper, the lead frame 3 is softer than a copper alloy. Therefore, when the recess is formed in the lead frame 3 as shown in FIG. 6, there is a problem that the engaging portion 3f opens outward.
[0097]
Therefore, the recess 13 is formed in either the lead frame 3 or the base 2 in accordance with the thickness ratio of the clad material of copper and invar and the material hardness of the lead frame 3.
[0098]
FIG. 28 is a cross-sectional view taken along the line FF in FIG. 27, and FIG. 29 is a method for forming the concave portion 13, which is the same as in the first embodiment.
[0099]
【The invention's effect】
According to the present invention, an electronic circuit board and its lead frame (base) are also packaged with a mold resin, and an automotive electronic circuit device with less peeling and resin cracks between the mold resin and the circuit board and the base due to thermal stress. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a first embodiment showing a cross section of a part of an electronic circuit device for an automobile.
FIG. 2 is a partial longitudinal sectional side view of FIG.
FIG. 3 is a partial cross-sectional side view of FIG. 1;
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the first embodiment.
FIG. 5 is a plan view of the first embodiment showing a shape in which a lead frame and a base are integrated.
FIG. 6 is a detailed view showing the coupling portion of FIG. 5;
7 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view of the first embodiment showing a method of forming a recess for bonding.
FIG. 9 is a plan view of the first embodiment showing the shape of the lead frame.
FIG. 10 is a plan view of the first embodiment showing the shape of the base.
FIG. 11 is a plan view of the first embodiment showing details of a bonding portion of the base.
12 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 13 is a plan view showing a jig for bonding a circuit board and a first embodiment of bonding work.
14 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
FIG. 15 is a plan view of the first embodiment showing a wire bonding work jig and the working state;
16 is a sectional view taken along the line DD of FIG.
FIG. 17 is a plan view of the first embodiment showing specific dimensions of the control unit.
18 is a partial cross-sectional side view of FIG. 17;
FIG. 19 is a diagram of the first embodiment showing specific dimensions of the coupling state between the base and the lead frame.
FIG. 20 is a detailed view of the first embodiment showing specific dimensions of the base small holes.
FIG. 21 is a plan view of the first embodiment showing specific dimensions of the base bonding portion.
22 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is a plan view of a second embodiment showing a coupling shape of the base and the lead frame.
FIG. 24 is a cross-sectional view of a second embodiment showing a situation where substrates are bonded.
FIG. 25 is a plan view of the second embodiment showing a state where electronic circuit elements are mounted on a substrate.
FIG. 26 is a cross-sectional view of a second embodiment showing a jig for wire bonding work and the working state.
FIG. 27 is a plan view showing details of a connecting portion in FIG. 23;
28 is a sectional view taken along line FF in FIG. 27. FIG.
FIG. 29 is a cross-sectional view of a second embodiment showing a method for forming a recess for bonding.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Control unit (electronic circuit apparatus), 2 ... Base, 2d ... Flange part, 2e ... Base engaging part, 3 ... Lead frame, 3a ... Lead, 3f ... Lead frame engaging part, 4 ... Sealing resin 5 ... Electronic circuit, 6 ... Circuit element, 7 ... Circuit board, 9 ... Aluminum fine wire.

Claims

An electronic circuit comprising a circuit board on which an electronic circuit element is mounted; a base to which the electronic circuit is bonded; a flange portion provided on a part of the base; and a lead made of a material different from the base. In the structure in which the electronic circuit and the lead are electrically connected, and the circuit board, the lead, and the flange are collectively embedded in the mold resin except for a part of the lead and the flange, the base is an invar The lead is made of copper or a copper alloy material, and the base and the lead are integrated by plastic bonding before being embedded in the mold resin and embedded. An automotive electronic circuit device, characterized in that both are separated later .

The circuit board, automotive electronic circuit device according to claim 1, wherein a material mainly composed of glass-ceramic or ceramic.

The circuit board, automotive electronic circuit device according to claim 1 or 2, wherein a circuit board having a multilayer.

An electronic circuit comprising a circuit board on which an electronic circuit element is mounted; a base to which the electronic circuit is bonded; a flange portion provided on a part of the base; and a lead made of a material different from the base, In an electronic circuit device for an automobile in which an electronic circuit and the lead are electrically connected, and the circuit board, the lead, and the flange are collectively embedded in a mold resin except for a part of the lead and the flange. The base is made of a material in which copper is laminated on both sides of the invar, and the lead is made of a material of copper or a copper alloy. Before being embedded in the mold resin, the base and the lead are plastically bonded. A lead frame assembly characterized by being integrated.