JP3819493B2 - Hybrid integrated circuit device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は混成集積回路装置に関し、特にフレキシブルシートを採用した多層基板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に多層基板を採用している混成集積回路装置は、約1mm程度の厚さのガラスエポキシ基板等が貼り付けられたものがあり、例えば特願平2−201219号にその構造が説明されており、図4がその一例である。
まずガラスエポキシ基板40には、ゲートアレイ、マイコンおよびメモリチップ等の半導体素子が露出するように開口部42が形成され、この開口部の周辺およびガラスエポキシ基板40の周辺には、導電パッド48,50が設けられている。
【0003】
図面では省略したが、このガラスエポキシ基板40を貼り付ける基板があり、このエポキシ基板が貼り付けられる基板に設けられた導電ランドに前記半導体素子が固着されており、この半導体素子がこの開口部42から露出している。従って、半導体素子の電極パッドと開口部42周辺の導電パッド50が金属細線にて電気的に接続されている。
【0004】
また前記ガラスエポキシ基板を貼り付ける基板は、そのサイズがガラスエポキシ基板よりも大きく形成され、ガラスエポキシ基板の上に形成されたIC回路の一部から延在された導電パッドや半導体素子の電極パッドが、ガラスエポキシ基板40周辺に設けられた導電パッド48と金属細線を介して電気的に接続され、結局2枚の基板により所定の回路が達成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、金属基板やセラミツク基板に前記ガラスエポキシ基板を貼り合わせた場合、実装される雰囲気温度や基板に実装される半導体素子の発熱により、2枚の基板に反りが発生する問題があった。そのため、上層に形成されるガラスエポキシ基板を、歪みが吸収できるフレキシブルシートで代用する構成が考えられている。しかしフレキシブルシートも基板に接着剤を使って貼り合わせるため、高温雰囲気内で使用すると、フレキシブルシート自身にヒビが入り、フレキシブルシート上の配線が断線する問題があった。
【0006】
これは基板の上に何層もシートを貼り付けようとすれば、接着材を使うため更に前記問題が顕著化する。
またフレキシブルシート自身熱伝導性に劣るため、フレキシブルシートの上にパワー素子を配置することができない問題があった。そのため図4のように開口部を設け、露出した金属基板にパワー素子を実装し、開口部の周辺にあるパッドとパワー素子をワイヤーボンドしていた。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題に鑑みて成され、第1に、フレキシブルシートの一部に設けられた固定穴と金属性基板に設けられた第1の突出部とで前記フレキシブルシートを固定し、前記金属基板に設けられた第2の突出部に前記パワー素子の実装部分に対応するフレキシブルシートを当接して解決するものである。
【0008】
つまりフレキシブルシート全面に接着剤を塗らず、この突出体と固定穴を使って固定しているので、この部分以外は殆どフリーになっている。従って高温雰囲気に晒されて膨張しても、お互いの熱膨張の差を直接受けないため、フレキシブルシートが破れたりする不具合は生じない。
また金属基板の中でもAl、Cuは、非常に柔らかいためプレスにより簡単に突出部を形成できる。従って、突出部にフレキシブルシートの固定穴を配置に、フレキシブルシートから飛び出した突出部頭部をつぶせば、簡単に金属性基板とフレキシブルシートを固定できる。
【0009】
また前述したように、突出体と固定穴だけで固定されるため、フレキシブルシートの上に更にフレキシブルシートを配置しても、夫々がフリーであるため、熱膨張の影響は殆ど受けない。
しかも第2の突出部がフレキシブルシートを介してパワー素子と当接しているので、パワー素子から発生した熱を、金属基板へ放熱させることができる。
【0010】
第2に、ステップ状のピンを採用し、金属基板に打ち込めば、そのステップ数によりフレキシブル基板を何枚も実装できる。
第3に、第2の突出部に、熱伝導性接着樹脂を塗布し、これにより前記第2の突出部と実装部分に対応するフレキシブルシートを固着すれば、パワー素子から発生した熱を更に良好に放熱する事ができる。
【0011】
第4に、実装部分に対応するフレキシブルシートの一部で、パワー素子と電気的に接続された金属細線をワイヤーボンドすれば、ワイヤーボンド部分には第2の突出部が設けられているので良好なボンデイングが実現できる。
第5に、突出部をプレスにより形成した際、金属基板裏面に凹み部が形成されるが、ここに熱伝導性材料を埋め込めば、この凹み部には熱がこもらず、金属基板の温度上昇、パワー素子の温度上昇を抑制することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。図2は、下層の金属性基板10と上層のフレキシブルシート11を取り付けた時の平面図であり、図1は図2の断面図である。また図3は、フレキシブルシートが2枚以上取り付けられる場合の概略図である。
【0013】
下層の金属性基板10は、例えばプレスが可能な金属で成り、その表面には、一点鎖線で示す導電路12が設けられ、また不図示の導電ランド、基板の周囲には不図示の外部リード用パッド等が、例えばCu等の金属材料により形成されている。ここで導電ランドは、トランジスタ、パワーモストランジスタやダイオード等の半導体素子が半田を介して固着される部分であり、ヒートシンクを介しても良い。しかしフレキシブルシートと基板の間隔により高さのある素子を省略しても良い。また外部リード用パッドは、基板10の少なくとも一側辺に複数個設けられ、例えば半田を介して外部リードが固着されている。
【0014】
ここで金属性基板10は、具体的にはAlより成っている。またCuでも可能である。また一般にAl基板は、絶縁性や基板の美観(堅くすることで傷が付きにくくなる)から両面に陽極酸化が施され、酸化アルミニウムが形成されている。またこの表面には接着性を示す絶縁樹脂13を介して、ホットプレスにより前述したCuの導電路12等が被着されている。またCu基板を採用すれば、フレキシブルシート上のCu配線と半田付けが可能であり、フレキシブルシートの配線をワイヤを介さず基板にアースできる。
【0015】
また両面に陽極酸化を施すと、Al基板の硬度が増すためにプレスがしにくくなるため、本来は省略すべきである。しかし基板の裏面は必ず露出されるためできる限り陽極酸化するべきである。
続いてフレキシブルシート11について説明する。このフレキシブルシートは、絶縁性を有する材料で成り、その表面には、実線で示す導電路14、導電パッド15、導電ランド16が設けられ、導電ランド16には、発熱量が多いパワー素子17がヒートシンク18を介して実装されている。また別の導電ランドには発熱量の少ない小信号系の半導体素子が半田や銀ペースト等を介して接続されている。
【0016】
本混成集積回路装置は、金属性基板の回路とフレキシブルシートの回路を接続することで目的とする回路が構成されている
本発明の特徴は、このフレキシブルシートを金属性基板に設ける際、従来用いられたような全面接着を用いないところにある。発明が解決しようとする課題の欄でも述べたように、金属性基板とフレキシブルシートが全面で接着されていると、両者の熱膨張係数の違いにより導電路の断線、ボンデイング部の剥がれ等色々な問題が発生する。
【0017】
そのため図1に示したように、基板10の裏面からプレスを行い、基板の実装面に突出部20,21を設けている。図からも判るように、フレキシブルシート11は、固定穴22が設けられており、この固定穴22に挿入できるように突出部20が設けられている。また突出部21は、前記パワー素子17の配置される領域に設けられている。
【0018】
この固定穴22に突出部20が挿入され、フレキシブルシートを固定するために、ここでは突出部の頭部をポンチを使ってつぶしている。しかし突出部をつぶす代わりに接着剤や半田を塗布して固定しても良いし、方法はいろいろと考えられる。
つまり本発明の特徴は、フレキシブルシート11は、突出部で固定され、それ以外は、金属基板とフリーになっている点である。ここではフレキシブルシート固定用の突出部は1個しか図示していないが、形状により複数設けても良い。例えば、図3に示すフレキシブルシートには、4角に1個ずつ、中央に1個設けられている。
【0019】
ここで金属基板の熱膨張係数の方がフレキシブルシートよりも大きい場合、フレキシブルシートに張力が働くが、その場合は、フレキシブルシートを若干たまわせておけばよい。
またフレキシブルシートの方が基板よりも熱膨張係数が大きい場合、フレキシブルシートが伸びてたわむだけであるのでこれも問題ない。
【0020】
また第2の特徴は、第2の突出部21にある。つまりフレキシブルシート11は、金属基板10に実装される素子により、ある程度の間隔を持つことになる。第1の突出部がステップのないストレートであれば、フレキシブルシートは金属基板の素子に当接し、ある程度離間する。またステップ状の第1の突出部を使ってフレキシブルシートを固定すれば、そのステップの高さによりフレキシブルシートはある程度間隔を持つ。従って、第2の突出部21によりフレキシブルシート11を介してヒートシンク18を当接させることができる。またヒートシンク18を採用しない場合は、パワー素子17を当接させることができる。
【0021】
しかも熱伝導率の高い接着樹脂、例えばフィラー入りのシリコーン樹脂等でパワー素子の搭載部部であるフレキシブルシートを接着すれば、パワー素子から発生する熱は、良好に基板に放熱され、フレキシブルシートの劣化、パワー素子の温度上昇を抑制することができる。
ところで第2の突出部を広く形成し、図2のように、ボンデイングパッド30を設ければ、フレキシブルシート上の配線とパワー素子をボンディングワイヤーで電気的に接続できる。特にボンディング部は第2の突出部21で支持されているので良好なボンディングが可能である。
【0022】
更には、2枚目のフレキシブルシートSが配置された場合でも、突出部31が設けられているために、ボンディングが良好に行われる。
一方、金属基板は、一般に放熱板、シャーシー等に直接固着されるが、突出部を形成する時に生ずる凹み部が熱の溜まり部となる問題を有する。しかしこの凹み部に熱伝導材料、例えばフィラー入りのシリコーン樹脂を埋め込むことで、ここの熱のたまりを無くせ、基板の温度上昇を抑制することができる。
【0023】
続いて、図3を説明する。前述したように突出部は、基板の裏面からプレスにより形成したが、ここではステップ状のピンを基板に打ち込んで形成している。プレスでは、突出部の径に限界があるが、ピンで有ればある程度まで細く形成できる。しかも凹み部が形成されないために、ここに熱伝導材料を埋め込む必要もない。ここでは、ステップを2段形成し、フレキシブルシートが2枚実装できるようになっている。
【0024】
以上、金属基板上に部分的に設けられた突出部形成領域以外は、配線パターンが被着でき、回路を構成することができ、しかもフレキシブルシートも熱による破壊もなく回路を構成できる。従って信頼性のある混成集積回路装置が高密度で実装できる。
【0025】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、金属性基板に突出部を設け、この突出部に固定穴のあるフレキシブルシートを設けると、高温雰囲気に晒されて膨張しても、お互いの熱膨張の差を直接受けないため、フレキシブルシートが破れたりする不具合を生じない。しかも別に設けた突出部は、フレキシブルシートを介してパワー素子と当接する事ができ、フレキシブルシート上にパワー素子を実装することも可能となる。
【0026】
また前述したように、突出体と固定穴だけで固定されるため、フレキシブルシートの上に更にフレキシブルシートを配置しても、夫々がフリーであるため、熱膨張の影響を殆ど受けない。従って複数枚のシートを固定でき、高密度の回路を実現できる。
第2に、ステップ状のピンを採用し、金属基板に打ち込めば、そのステップ数によりフレキシブル基板を何枚も実装でき、高密度実装が可能となる。
【0027】
第3に、第2の突出部に、熱伝導性接着樹脂を塗布し、これにより前記第2の突出部と実装部分に対応するフレキシブルシートを固着すれば、パワー素子から発生した熱を更に良好に放熱させる事ができる。
第4に、実装部分に対応するフレキシブルシートの一部で、パワー素子と電気的に接続された金属細線がワイヤーボンドされれば、ワイヤーボンド部分には第2の突出部が設けられているので良好なボンデイングが実現できる。
【0028】
第5に、突出部をプレスにより形成した際、金属基板裏面に凹み部が形成されるが、ここに熱伝導性材料を埋め込めば、この凹み部には熱がこもらず、金属基板の温度上昇、パワー素子の温度上昇を抑制することができる。
以上、フレキシブルシートの採用により高密度が実現でき、しかも接着剤で基板と固着しないため熱歪みによりシートが破れることもない。またフレキシブルシート上には、パワー素子が実装可能であり、その放熱性も良好であることから、特に温度上昇が激しい環境、例えば車等の装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を説明する混成集積回路装置の断面図である。
【図2】図1のフレキシブルシートを配置した際の平面図である。
【図3】他の実施の形態を説明する斜視図である。
【図4】従来の混成集積回路装置を説明する平面図である。
【符号の説明】
10 金属性基板
11 フレキシブルシート
20 第1の突出部
21 第2の突出部
22 固定穴[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hybrid integrated circuit device, and more particularly to a multilayer substrate employing a flexible sheet.
[0002]
[Prior art]
In general, a hybrid integrated circuit device employing a multilayer substrate has a glass epoxy substrate having a thickness of about 1 mm attached thereto. For example, the structure is described in Japanese Patent Application No. 2-201219. FIG. 4 shows an example.
First, an
[0003]
Although not shown in the drawing, there is a substrate to which the
[0004]
In addition, the substrate to which the glass epoxy substrate is attached has a size larger than that of the glass epoxy substrate, and extends from a part of an IC circuit formed on the glass epoxy substrate, or an electrode pad of a semiconductor element. However, they are electrically connected to the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
For example, when the glass epoxy substrate is bonded to a metal substrate or a ceramic substrate, there is a problem that the two substrates are warped due to the temperature of the atmosphere in which the glass epoxy substrate is mounted or the heat generated by the semiconductor elements mounted on the substrate. Therefore, the structure which substitutes the glass epoxy board | substrate formed in an upper layer with the flexible sheet which can absorb distortion is considered. However, since the flexible sheet is also bonded to the substrate using an adhesive, there is a problem that when used in a high temperature atmosphere, the flexible sheet itself is cracked and the wiring on the flexible sheet is disconnected.
[0006]
This is because the problem becomes more prominent because an adhesive is used if a number of layers of sheets are stuck on the substrate.
Further, since the flexible sheet itself is inferior in thermal conductivity, there is a problem that the power element cannot be arranged on the flexible sheet. Therefore, an opening is provided as shown in FIG. 4, the power element is mounted on the exposed metal substrate, and the pad and the power element around the opening are wire-bonded.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems. First, the flexible sheet is fixed by a fixing hole provided in a part of the flexible sheet and a first protrusion provided in a metallic substrate, The problem is solved by contacting a flexible sheet corresponding to the mounting portion of the power element with a second protrusion provided on the metal substrate.
[0008]
In other words, the adhesive is not applied to the entire surface of the flexible sheet, and is fixed using the projecting body and the fixing hole. Therefore, even if it is exposed to a high temperature atmosphere and expands, the difference in thermal expansion between each other is not directly received, so that there is no problem that the flexible sheet is torn.
Moreover, since Al and Cu are very soft among metal substrates, the protrusions can be easily formed by pressing. Therefore, the metallic substrate and the flexible sheet can be easily fixed by disposing the fixing hole of the flexible sheet in the protruding portion and crushing the protruding portion head protruding from the flexible sheet.
[0009]
Further, as described above, since it is fixed only by the projecting body and the fixing hole, even if a flexible sheet is further arranged on the flexible sheet, each is free, so that it is hardly affected by thermal expansion.
And since the 2nd protrusion part is contact | abutting with the power element via the flexible sheet, the heat which generate | occur | produced from the power element can be radiated to a metal substrate.
[0010]
Second, if stepped pins are employed and driven into a metal substrate, a number of flexible substrates can be mounted depending on the number of steps.
Third, if heat conductive adhesive resin is applied to the second projecting portion, thereby fixing the flexible sheet corresponding to the second projecting portion and the mounting portion, the heat generated from the power element is further improved. It is possible to dissipate heat.
[0011]
Fourthly, if a metal thin wire electrically connected to the power element is wire-bonded in a part of the flexible sheet corresponding to the mounting portion, the wire-bonding portion is provided with the second protrusion, which is good. Bonding can be realized.
Fifth, when the protrusion is formed by pressing, a recess is formed on the back surface of the metal substrate, but if a thermally conductive material is embedded here, this recess does not retain heat and the temperature of the metal substrate rises. The temperature rise of the power element can be suppressed.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 2 is a plan view when the lower-layer
[0013]
The lower
[0014]
Here, the
[0015]
Further, if both surfaces are anodized, the hardness of the Al substrate is increased, so that pressing becomes difficult. However, the back side of the substrate is always exposed and should be anodized as much as possible.
Next, the
[0016]
This hybrid integrated circuit device is characterized in that the target circuit is configured by connecting the circuit of the metallic substrate and the circuit of the flexible sheet. The feature of the present invention is the conventional use when the flexible sheet is provided on the metallic substrate. It is in the place which does not use the whole surface adhesion like that. As described in the section of the problem to be solved by the invention, when the metallic substrate and the flexible sheet are bonded on the entire surface, various factors such as disconnection of the conductive path and peeling of the bonding part due to the difference in thermal expansion coefficient between them. A problem occurs.
[0017]
Therefore, as shown in FIG. 1, pressing is performed from the back surface of the
[0018]
The
That is, the feature of the present invention is that the
[0019]
Here, when the coefficient of thermal expansion of the metal substrate is larger than that of the flexible sheet, tension is applied to the flexible sheet. In this case, the flexible sheet may be slightly accumulated.
Also, when the flexible sheet has a larger coefficient of thermal expansion than the substrate, there is no problem because the flexible sheet only stretches and bends.
[0020]
The second feature is in the
[0021]
Moreover, if the flexible sheet, which is the mounting part of the power element, is bonded with an adhesive resin having high thermal conductivity, such as a silicone resin containing a filler, the heat generated from the power element is well dissipated to the substrate, and the flexible sheet Deterioration and temperature rise of the power element can be suppressed.
By the way, if the 2nd protrusion part is formed widely and the
[0022]
Furthermore, even when the second flexible sheet S is disposed, the bonding is performed satisfactorily because the protruding
On the other hand, the metal substrate is generally fixed directly to a heat radiating plate, a chassis or the like, but there is a problem that a concave portion generated when the protruding portion is formed becomes a heat accumulation portion. However, by embedding a heat conductive material, for example, a silicone resin containing a filler, in this recess, it is possible to eliminate the heat accumulation here and to suppress the temperature rise of the substrate.
[0023]
Next, FIG. 3 will be described. As described above, the protruding portion is formed by pressing from the back surface of the substrate, but here, stepped pins are formed by driving the substrate into the substrate. In the press, the diameter of the protruding portion is limited, but if it is a pin, it can be formed to a certain extent. In addition, since no recess is formed, it is not necessary to embed a heat conductive material therein. Here, two steps are formed, and two flexible sheets can be mounted.
[0024]
As described above, the wiring pattern can be deposited except for the projecting portion forming region partially provided on the metal substrate, and a circuit can be configured. Moreover, the flexible sheet can also be configured without being destroyed by heat. Therefore, a reliable hybrid integrated circuit device can be mounted with high density.
[0025]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, when a protrusion is provided on a metallic substrate and a flexible sheet having a fixing hole is provided on this protrusion, even if the protrusion is expanded by exposure to a high temperature atmosphere, the difference in thermal expansion between each other can be obtained. Since it is not received directly, there is no problem that the flexible sheet is torn. In addition, the protrusion provided separately can contact the power element via the flexible sheet, and the power element can be mounted on the flexible sheet.
[0026]
Further, as described above, since it is fixed only by the projecting body and the fixing hole, even if a flexible sheet is further arranged on the flexible sheet, each is free, so that it is hardly affected by thermal expansion. Therefore, a plurality of sheets can be fixed, and a high-density circuit can be realized.
Second, if stepped pins are employed and driven into a metal substrate, a number of flexible substrates can be mounted depending on the number of steps, and high-density mounting is possible.
[0027]
Third, if heat conductive adhesive resin is applied to the second projecting portion, thereby fixing the flexible sheet corresponding to the second projecting portion and the mounting portion, the heat generated from the power element is further improved. Can dissipate heat.
Fourth, if a thin metal wire electrically connected to the power element is wire-bonded in a part of the flexible sheet corresponding to the mounting portion, the second protrusion is provided in the wire-bonding portion. Good bonding can be realized.
[0028]
Fifth, when the protrusion is formed by pressing, a recess is formed on the back surface of the metal substrate, but if a thermally conductive material is embedded here, this recess does not retain heat and the temperature of the metal substrate rises. The temperature rise of the power element can be suppressed.
As described above, a high density can be realized by adopting the flexible sheet, and the sheet is not torn by heat distortion because it is not fixed to the substrate with an adhesive. Further, the power element can be mounted on the flexible sheet, and its heat dissipation is good, so that it is particularly suitable for an environment where the temperature rises rapidly, such as a device such as a car.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a hybrid integrated circuit device illustrating an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view when the flexible sheet of FIG. 1 is arranged.
FIG. 3 is a perspective view illustrating another embodiment.
FIG. 4 is a plan view illustrating a conventional hybrid integrated circuit device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記フレキシブルシートの一部に設けられた固定穴と前記金属性基板に設けられた第1の突出部とで前記フレキシブルシートを固定し、前記金属基板に設けられた第2の突出部に前記パワー素子の実装部分に対応するフレキシブルシートを当接したことを特徴とする混成集積回路装置。A metallic substrate having an insulating surface, a first conductive path deposited on the metallic substrate, and a first electrically mounted on the metallic substrate and electrically connected to the first conductive path Circuit element, a flexible sheet disposed on the metallic substrate, a second conductive path attached to the flexible sheet, and mounted on the flexible sheet and electrically connected to the second conductive path In a hybrid integrated circuit device having a power element formed,
The flexible sheet is fixed by a fixing hole provided in a part of the flexible sheet and a first protrusion provided in the metallic substrate, and the power is applied to a second protrusion provided in the metal substrate. A hybrid integrated circuit device, wherein a flexible sheet corresponding to a mounting portion of an element is in contact.
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