JP4461476B2

JP4461476B2 - 混成集積回路の製造方法

Info

Publication number: JP4461476B2
Application number: JP2003300339A
Authority: JP
Inventors: 英雄中村; 康夫長澤; 周一杉元
Original assignee: Ｔｄｋラムダ株式会社; オムロン武雄株式会社
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2023-08-25
Also published as: JP2005072266A

Description

本発明は、リードフレームにより部品搭載部となる回路パターンを形成すると共に、この部品搭載部の外方に外部との接続を可能にする端子部を形成した混成集積回路およびその製造方法に関する。

従来、トランジスタ、ダイオード、ＩＣ、抵抗、コンデンサ、インダクタなどの電子部品を、金属製のリードフレーム上に配置してなる混成集積回路として、例えば特許文献１には、パッケージの内外に亘って延在したリードを、リードフレームのリード部分で形成すると共に、同じくリードフレームから形成される支持板の上面に、電子部品である半導体チップを実装した回路基板を固定し、この電子部品を含む回路基板全体を樹脂封止体である前記パッケージによりモールドするものが開示されている。そしてこの特許文献１では、パッケージにより密封された電子部品からの放熱性を向上させるために、リードフレーム材料を銅系のものに変更したり、高熱伝導性樹脂によるパッケージを使用したり、配線基板の一側に熱伝導性の良好な金属からなる放熱板を接着固定して、この放熱板の一面
をパッケージから露出させたものが提案されている。
特開平８−１３９２１８号公報

上述したような混成集積回路において、とりわけＤＣ／ＤＣコンバータのようなスイッチング電源装置の電子部品は、取り扱う電流が次第に大きくなってきており、回路基板上に形成した配線パターンの厚みはせいぜい７０ミクロン程度であるので、配線パターンの幅を大きくしても回路基板に十分な電流が流せない。そのため、回路基板を介してではなく、電子部品をリードフレームに直接接続することが考えられるが、その場合はリードフレーム上に電子部品を実装した部品搭載部全体が、封止体でパッケージングされるので、電子部品そのもののトラブルや、電子部品を実装する際のトラブルが発生しても、その原因解析に多大な時間を必要とした。

また、完成した混成集積回路としての製品を、プリント基板などの被取付け部に半田付け接続する際に、リードフレームを伝った熱が電子部品とリードフレームとの間に付着している半田を溶かし、この溶融した半田がパッケージ内部の僅かな隙間を伝って、電子部品の電極間をショートする懸念が指摘されていた。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、より大きな電流を取り扱うことができると共に、トラブルの解析が容易になり、しかも電子部品の電極間のショートを確実に防ぐことができる混成集積回路の製造方法を提供することをその目的とする。

本発明における請求項１の混成集積回路の製造方法は、回路パターンとこの回路パターンに連結する外部接続用の端子部が周囲部に繋がるようにリードフレームを加工形成する工程の後に、前記主回路部分の外側にあって、該主回路部分が外気に触れるように露出し、且つ目視できるように、前記リードフレームの回路パターンと当該回路パターンに連なる前記端子部を支持する枠体を形成する工程を行ない、その後で前記リードフレームの回路パターンに電子部品を半田付け接続して主回路部分を形成する工程を行ない、その後で前記回路パターンと前記端子部を残して前記リードフレームの周囲部を除去する工程を行なっている。

この場合、電流が流れる箇所であるリードフレームの回路パターンや端子部は、回路基板上に形成した配線パターンのような制約を受けず、配線パターンの数倍の厚さに形成することができるので、より大きな電流を流すことができる。また、リードフレームを支持する枠体の内側では、混成集積回路の主回路部分である回路パターンや電子部品がいずれも外気に触れるように露出しているので、主回路部分からの放熱性がよく、またリードフレームに熱が加わって電子部品とリードとの間の半田が溶融しても、別の部位に流れることがない。さらに、電子部品そのもののトラブルや、電子部品の実装に関するトラブルを直接目視で確認でき、製品としての評価や故障解析が容易にできる。

本発明の請求項１における混成集積回路の製造方法では、より大きな電流を取り扱うことができると共に、トラブルの解析が容易になり、しかも電子部品の電極間のショートを確実に防ぐことができる。

以下、本発明における回路基板および混成集積回路と、それらの製造方法の好ましい実施例について、添付図面である図１および図２を参照して詳細に説明する。

図１は本発明に係わる混成集積回路の斜視図である。同図において、１はリードフレームで、これは0.1mmから1.0mm程度の厚みの金属板２を加工したもので、必要な電流容量と機械的強度とから設計される。リードフレーム１の母材となる良導電性の金属板２は、リードフレーム１単体で後述する微細な回路パターン３を高密度で配線できるように、例えば0.25ｍｍの厚みを有する一様な圧延板からなる。また金属板２は、熱伝導性を考慮して、例えば銅，鉄，アルミニウム，ニッケルから選ばれた少なくとも１種を主成分とする金属から構成するのが好ましい。金属板２には、その両面に施された周知のエッチング処理またはプレス加工により、複数の分離溝４が形成される。各分離溝４は、いずれも金属板２の上面から下面を貫通して開口形成されており、この分離溝４によって複数の回路パターン３と、これに連なる外部接続用の端子片５が金属板２の平面方向に分離される。

前記回路パターン３には、例えばＩＣ、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、トランスなどの電子部品６を接続する接続片７が形成される。本実施例では、表面実装タイプの電子部品６が半田付け接続できるように、電子部品６の端子電極８に対応して孔のない接続片７が設けられているが、リードスルー実装タイプの電子部品６であれば、電子部品５のリードが挿通する孔を備えた接続片７とするのが好ましい。これらの複数の回路パターン３と、この回路パターン３に接続する電子部品６とにより、混成集積回路の主回路部分となる部品搭載部11が形成される。

部品搭載部11の外側には、この部品搭載部11を囲むように矩形枠状の枠体20が設けられる。この枠体20は、島状に独立した各回路パターン３と、これに連なる各端子片５をそれぞれ支持するもので、隣り合う回路パターン３や端子片５との電気的な短絡を避けるために、樹脂やセラミックスなどの絶縁性材料で形成される。また、枠体20の内側において、回路パターン３と電子部品６からなる部品搭載部11は、例えば樹脂モールドなどで密封されておらず、外気に触れて露出した状態となっている。すなわち本実施例では、リードフレーム１による回路パターン３と端子片５を支持する部材として枠体20だけが設けられ、枠体20の内部に形成された空間部に部品搭載部11が配置される構成になっている。

なお、枠体20の内側に異物が侵入するのを防止するために、枠体20の開口部上面に着脱自在な蓋を設けてもよい。但し、その場合も蓋は枠体20と同様に絶縁性材料で構成し、かつ部品搭載部11とは非接触に配置するのが好ましい。

枠体20の外側に突出する端子片５は、必要に応じてその先端が下方に折り曲げられる。この端子片５の先端面は、枠体20の下面よりも下方に位置しており、完成した混成集積回路を例えばプリント基板（図示せず）などの被取付部に載置した時に、端子片５の先端部が、プリント基板に設けたスルーホールに挿入するようになっている。これにより、枠体20の下面全体がプリント基板の表面に当接する安定した状態で、端子片５とプリント基板のスルーホールとを半田付け接続することが可能になる。

次に、本発明による混成集積回路の製造方法を、図２に基づき各工程にしたがって説明する。先ず図２（ａ）に示すように、平板状の金属板２から所望の形状のリードフレーム１を得るリードフレーム製造工程が行なわれる。ここでのリードフレーム１は、銅箔やリン青銅のような熱伝導性と電気伝導性が良好な材料からなる金属板２から、エッチングやプレスなどの加工により分離溝４を形成することで得られ、最終的な混成集積回路の電流が流れる部分と外部へのリード取り出し部分に対応したパターン形状を有している。この実施例では、外部へのリード取り出し部分がリードフレーム１の一側（上側）および他側（下側）に沿って端子片５として設けられており、各端子片５の一端はリードフレーム１の周囲に形成された枠状部12に繋がれていると共に、端子片５の他端は対応する回路パターン３に繋がれている。これにより回路パターン３と端子片５は、リードフレーム１の初期状態において全て枠状部12に支持される。

こうして、所望の形状のリードフレーム１が得られると、次に電子部品６をリードフレーム１に例えば半田付けなどで接続する電子部品６の実装工程に移行する。半田付けの方法としては、例えば半田ペーストを回路パターン３の各接続片７に印刷して、この接続片７に電子部品２の端子電極８を貼り付け、高温の温度槽（炉）を通すことにより半田ペーストを融解して一括して接続するのが一般的である。また、リードスルー実装タイプの電子部品６であれば、電子部品６のリードを接続片７の孔に挿通し、この電子部品６のリードと接続片７との間に半田を融解付着させればよい。なお、電子部品６はリードフレーム１の片面のみならず両面に装着してもよい。

全ての電子部品６を実装した後は、図２（ｂ）に示すような枠体20の成形工程に移行する。これは例えば部品搭載部11を囲むようにして、リードフレーム１に枠体20の形状に対応した型を装着し、この型内に樹脂を流し込んで枠体20を形成した後、リードフレーム１から型を取り外すことで行なわれる。こうして枠体20の内部には、外部接続用の端子片５を除く実質的な混成集積回路の主要部分が形成される。

リードフレーム１の回路パターン３や端子片５を枠体20で保持すると、次のリードフレーム１の切断行程では、図２（ｃ）に示すように、リードフレーム１の不要な部分である周囲部である枠状部12が切断除去され、枠体20の外側に外部接続用の端子片５だけが残る。回路パターン３や端子片５は、リードフレーム１の周辺部を切り落とすことによって独立した島状のパターンとなるが、前の枠体20の成形工程で各回路パターン３や端子片５が枠体20に保持されているので、脱落する虞れはない。好ましくは、端子片５間のピッチは一般的な混成集積回路で使用されている2.54mm（1/10インチ）の整数倍となっている。最後に、各端子片５を所望の形状に折り曲げることで、図１に示す混成集積回路が完成する。

なお、上記一連の製造工程では、半田付け作業時における枠体20への熱影響を避けるために、電子部品６をリードフレーム１に搭載して半田付けを行ない、次に樹脂の枠体20を形成し、続いてリードフレーム１の不必要な部分を切除するようにしたが、その工程を変えてもよい。例えば、最初に電子部品６を半田付け接続していない単体のリードフレーム１に樹脂の枠体20を形成し、次に電子部品６をリードフレーム１に半田付け接続してから、リードフレーム１の不必要な部分を切除してもよい。さらに、単体のリードフレーム１に樹脂の枠体20を形成し、リードフレーム１の不必要な部分を切除してから、電子部品６をリードフレーム１に搭載して半田付け接続する工程を行なってもよい。

このようにして組立てられた混成集積回路は、電流が流れる箇所である回路パターン３や端子片５が、いずれも金属板２を加工成形して得たリードフレーム１で構成されるので、混成集積回路としてより多くの電流を流すことが可能になる。それにも拘らず、本実施例では枠体20の内側にある部品搭載部11が外気に触れる状態で露出しているので、回路パターン３や電子部品６からの放熱性がよく、大電流を取り扱えるものでありながら、部品実装部11における温度上昇を抑制できる。

また、リードフレーム１に電子部品６が直接半田付け接続されていると、外部接続用の端子片５を被取付部である例えばプリント基板に半田付け接続する際に、リードフレーム１に加わった熱が速やかに伝導して、電子部品６と回路パターン３との間に付着する半田が溶融する虞れがある。しかし本実施例では、部品搭載部11が樹脂などの封止部でパッケージングされておらず、部品搭載部11の外側にある枠体20以外は、リードフレーム１を支持する部材が存在しないので、溶解した半田はそこに止まって別の部位に流れることはなく、流れ出した半田により電子部品６の端子電極８間がショートする不具合を確実に回避できる。

しかも、枠体20の内側にある部品搭載部11は、枠体20の開口部から直接目視できる。そのため、電子部品６そのもののトラブルや、電子部品６の実装に関するトラブルを直ぐに確認できるという利点もある。

以上のように、本実施例における混成集積回路の製造方法は、回路パターン３とこの回路パターン３に連結する外部接続用の端子片５が周囲部である枠状部12に繋がるようにリードフレーム１を加工形成する工程の後に、混成集積回路の主回路部品としての部品搭載部11の外側にあって、この部品搭載部11が外気に触れるように露出し、且つ目視できるように、リードフレーム１の回路パターン３と当該回路パターン３に連なる端子片５を支持する枠体20を形成する工程を行ない、その後で前記リードフレーム１の回路パターン３に電子部品６を半田付け接続して、部品搭載部11を形成する工程を行ない、その後で回路パターン３と端子片５を残して前記リードフレーム１の周囲部である枠状部12を除去する工程を行なっている。

こうした混成集積回路の構成および製造方法によれば、リードフレーム１は回路基板上に形成した配線パターンのような制約を受けず、配線パターンの数倍の厚さに形成することができるので、より大きな電流を流すことができる。また、リードフレーム１を支持する枠体20の内側では、部品搭載部11である回路パターン３や電子部品６がいずれも外気に触れるように露出しているので、部品搭載部11からの放熱性がよく、またリードフレーム１に熱が加わって電子部品６と回路パターン３との間の半田が溶融しても、別の部位に流れることがない。さらに、電子部品６そのもののトラブルや、電子部品６の実装に関するトラブルを直接目視で確認でき、製品としての評価や故障解析が容易にできる。

なお、本実施例は上記各実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。

本発明における混成集積基板は、例えばパワー系と制御系が混在する電源装置やノイズフィルタに限らず、同様のあらゆる電子機器への適用が可能である。

本発明の好ましい実施例を示す混成集積回路の全体斜視図である。同上、本発明による混成集積回路の製造工程の一例を示す概略説明図である。

１リードフレーム
３回路パターン
５端子片（端子部）
６電子部品
11 部品搭載部（主回路部分）
12 枠状部（周囲部）
20 枠体

Claims

回路パターンとこの回路パターンに連結する外部接続用の端子部が周囲部に繋がるようにリードフレームを加工形成する工程の後に、前記主回路部分の外側にあって、該主回路部分が外気に触れるように露出し、且つ目視できるように、前記リードフレームの回路パターンと当該回路パターンに連なる前記端子部を支持する枠体を形成する工程を行ない、その後で前記リードフレームの回路パターンに電子部品を半田付け接続して主回路部分を形成する工程を行ない、その後で前記回路パターンと前記端子部を残して前記リードフレームの周囲部を除去する工程を行なうことを特徴とする混成集積回路の製造方法。