JP5195095B2 - 電子装置 - Google Patents

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Description

本発明は、回路基板と端子とをボンディングワイヤによって接続したものを、モールド樹脂で封止してなる電子装置に関する。
従来より、この種の電子装置としては、一般に、一面上にパッドを有する回路基板と、回路基板の周囲に配置された端子と、回路基板の一面上にてパッドと端子とを接続するボンディングワイヤと、回路基板の一面上にて、当該回路基板の一面、ボンディングワイヤおよび端子を封止するモールド樹脂とを備えたものが提案されている。
このような回路基板を内蔵したモールド樹脂封止構造においては、大型電子部品の内蔵、電子部品数の増加など、多機能化に対応するためにモールドサイズの大型化が必要となってきている。モールドサイズが大きくなると、構造上、密着性の低い回路基板とモールド樹脂との間に熱ストレスにより隙間が発生する。この隙間は、応力集中が生じやすい回路基板の端部を起点に発生する。
そこで、従来では、この対策として、回路基板とモールド樹脂との間にポリアミド樹脂などよりなる密着補助膜を形成するものが提案されている（たとえば、特許文献１、２等参照）。
特開２００６−３５１７３７号公報 特開２００６−２１０７４９号公報
本発明者は、上記した従来技術に基づいて、上記密着補助膜を有する電子装置について試作検討を行った。図１０は、本発明者が試作した試作品としての電子装置のうちボンディングワイヤ４０における回路基板２０側の接続部４１の近傍部を拡大して示す概略断面図である。
ボンディングワイヤ４０は回路基板２０の一面２１に設けられたパッド２３と、図示しない端子とに接続され、これらパッドと端子とを電気的に接続している。そして、ボンディングワイヤ４０は、当該ワイヤ４０におけるパッド２３側の接続部４１と上記端子側の接続部との間の部位が、回路基板２０の一面２１の上方に向かって凸となったループ形状をなすものである。
密着補助膜６０は、回路基板２０の一面２１上に設けられ、回路基板２０とモールド樹脂５０との間に介在して当該両部材２０、５０を密着させるものである。この密着補助膜６０は、回路基板２０以外の不必要な箇所への流出を防止するため粘度の高いものが用いられることが多く、このため、回路基板２０上に塗布された密着補助膜６０は、図１０に示されるように、ワイヤ４０の下にてフィレット形状をなしている。
つまり、密着補助膜６０は、ボンディングワイヤ４０のうち回路基板２０の一面２１上にてパッド側の接続部４１から図示しないワイヤ４０の頂部まで延びる部位と、回路基板２０の一面２１との間において、ボンディングワイヤ４０側から回路基板２０側に向かって拡がるフィレット形状をなしている。
そして、密着補助膜６０は、ボンディングワイヤ４０および回路基板２０の一面２１に接した状態で当該間を埋めた状態で存在しているが、本発明者の検討によれば、このような構造を熱環境下に放置すると、ボンディングワイヤ４０における密着補助膜６０と接する部位が局部的な疲労を生じ、最悪、断線することがわかった。
これは、ワイヤ４０に接する密着補助膜６０とモールド樹脂５０との膨張収縮差により、ワイヤ４０における密着補助膜６０と接する部位に、局部的に応力が集中するためであると考えられる。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、密着補助膜とモールド樹脂との膨張収縮差によりワイヤに発生する応力によって、ワイヤが損傷するのを極力防止することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、ボンディングワイヤ（４０）におけるパッド（２３）側の接続部（４１）と端子（３０）側の接続部との間の部位が、回路基板（２０）の一面（２１）の上方に向かって凸となったループ形状をなしており、回路基板（２０）の一面（２１）上には、回路基板（２０）とモールド樹脂（５０）との間に介在し当該両部材（２０、５０）を密着させるための密着補助膜（６０）が設けられており、ボンディングワイヤ（４０）のうちパッド側の接続部（４１）から頂部（４２）まで延びる部位と、回路基板（２０）の一面（２１）との間には、ボンディングワイヤ（４０）側から回路基板（２０）側に向かって拡がるフィレット形状をなす密着補助膜（６０）が、ボンディングワイヤ（４０）および回路基板（２０）の一面（２１）に接した状態で当該間を埋めるように介在しており、回路基板（２０）の一面（２１）上にてボンディングワイヤ（４０）の下に位置する密着補助膜（６０）は、その厚さが０．２ｍｍ以下であり、且つ、その軟化点が１５０℃以上であることを特徴とする。
本発明は、実験的に見出されたものであり、後述の図２に示されるように、回路基板（２０）の一面（２１）上にてボンディングワイヤ（４０）の下に位置する密着補助膜（６０）の厚さが０．２ｍｍ以下であって、その軟化点が１５０℃以上ならば、密着補助膜（６０）とモールド樹脂（５０）との膨張収縮差によりワイヤ（４０）に発生する応力によって、ワイヤ（４０）が損傷するのを極力防止することができる。特に車載用電子装置に好ましい。
また、請求項２に記載の発明では、ボンディングワイヤ（４０）のうち回路基板（２０）の一面（２１）上にてパッド側の接続部（４１）から頂部（４２）まで延びる部位には、回路基板（２０）の一面（２１）に向かって凸となるようにＵ字形状に折り返された折り返し部（４３）が設けられていることを特徴とする。
それによれば、フィレット形状の密着補助膜（６０）が形成されるワイヤ（４０）の部分にて当該ワイヤ（４０）の高さを低くでき、結果、密着保護膜（６０）の上記厚さも低くしやすい。
また、請求項３に記載の発明のように、回路基板（２０）の一面（２１）のうちパッド（２３）の周囲には、当該一面（２１）より凹んだ凹部（２４）が設けられ、この凹部（２４）に密着保護膜（６０）が入り込んでいるものにすれば、凹部（２４）に入り込んだ分、密着保護膜（６０）の高さを低くでき、好ましい。
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電子装置の概略断面図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は（ａ）中の丸で囲んだＡ部、すなわちワイヤ４０におけるパッド４１側の接続部４１の近傍部の拡大図である。
この電子装置は、大きくは、ヒートシンク１０と、ヒートシンク１０の上面に設置された回路基板２０と、回路基板２０の周囲に配置された端子３０と、ヒートシンク１０の上面側にて回路基板２０と端子３０とを接続するボンディングワイヤ４０と、これらヒートシンク１０、回路基板２０、端子３０およびワイヤ４０を封止するモールド樹脂５０とを備えて構成されている。
ヒートシンク１０は、回路基板２０を搭載するとともに、回路基板２０にて発生する熱を放熱するものであり、鉄、銅、アルミなどの板よりなる。また、ヒートシンク１０と端子３０とは、１枚のリードフレームから分離形成されたものであってもよい。
回路基板２０は、一般的なセラミック基板やプリント基板などよりなり、回路基板２０の下面２２側にて樹脂などよりなる接着剤１１を介してヒートシンク１０の上面に接着され固定されている。
回路基板２０の上面２１には、パッド２３が設けられている。このパッド２３は、アルミや銅、金などの導電性材料をめっき、蒸着、ペースト印刷・焼成などにより形成してなるもので、ボンディングワイヤ４０が接続されるランドとして構成されている。
また、端子３０は、銅や鉄などよりなる一般的な部材である。そして、回路基板２０の上面２１と各端子３０とは、アルミ、金などからなるボンディングワイヤ４０を介して結線されて互いに電気的に接続されている。
ここで、ボンディングワイヤ４０は、当該ワイヤ４０におけるパッド２３側の接続部４１と当該ワイヤ４０における端子３０側の接続部との間の部位が、回路基板２０の上面２１の上方に突出するとともに回路基板２０の上面２１の上方に向かって凸となったループ形状をなしている。なお、それぞれの接続部とは、ワイヤ４０のうちパッド２３、端子３０に直接接している部分である。
そして、モールド樹脂５０は、通常のモールド材料を用いてトランスファーモールド法などにより形成されるものである。具体的にモールド樹脂５０としては、フィラーを含有するエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂などである。このモールド樹脂５０は、ヒートシンク１０の上面側にてヒートシンク１０、回路基板２０、端子３０およびボンディングワイヤ４０を包み込むように封止している。
また、ヒートシンク１０における上面とは反対側の下面、および、端子３０におけるワイヤ４０との接続部とが反対側の部分が、モールド樹脂５０から露出している。端子３０におけるアウターリード部分は外部との電気的な接続を行い、ヒートシンク１０の下面は放熱面として構成される。
また、回路基板２０の一面２１、および、端子３０におけるワイヤ４０が接続される面には、密着補助膜６０が設けられている。この密着補助膜６０は、ポリアミドなどよりなるこの種の一般的なものであり、ディスペンスなどでこれらの面に塗布した後、これを硬化させることで形成される。
この密着補助膜６０を形成した後に、モールド樹脂５０による封止が行われるものであり、密着補助膜６０は、回路基板２０の一面２１とモールド樹脂５０との間に介在し、これら両部材２０、５０との密着性を高めるものである。
ここで、ボンディングワイヤ４０のうちパッド２３側の接続部４１から頂部４２まで延びる部位、言い換えれば、ボンディングワイヤ４０においてパッド側の接続部４１から頂部４２までの間の部位のうち回路基板２０の一面２１上に位置する部位と、回路基板２０の一面２１との間には、密着補助膜６０が介在している。
具体的には、このワイヤ４０と回路基板２０との間に介在する密着補助膜６０は、ボンディングワイヤ４０側から回路基板２０側に向かって拡がるフィレット形状をなしており、ワイヤ４０および回路基板２０の一面２１に接した状態で当該間を埋めるように介在している。
言い換えれば、ボンディングワイヤ４０においてパッド側の接続部４１から頂部４２までの間の部位のうち回路基板２０の一面２１上に位置する部位の下部には、密着補助膜６０が存在し、この密着補助膜６０は当該部位と回路基板２０との間をつなぐフィレット形状をなしている。
そして、本実施形態では、密着補助膜６０のうち、この回路基板２０の一面２１上にてボンディングワイヤ４０の下に位置する部分の厚さｄは、０．２ｍｍ以下であり、その軟化点（つまり軟化する温度）が１５０℃以上である。このような厚さｄと軟化点の根拠については、後述する。
次に、本実施形態の電子装置の製造方法について述べる。まず、ヒートシンク１０の上面に、回路基板２０を、接着剤１１を介して搭載し固定する。さらに、回路基板２０のパッド２３と端子３０との間でワイヤボンディングを行い、当該間をボンディングワイヤ４０により結線する。
こうして、ボンディングワイヤ４０を接続したものに対して密着補助膜６０を形成する。上述したように、密着補助膜６０は、ポリアミドを溶剤に溶かしたものをディスペンスなどによって、回路基板２０の一面２１および端子３０におけるワイヤ４０の接続面に塗布した後、たとえば１００〜２００℃好ましくは１５０℃以下で硬化させることで形成される。
ここで、密着補助膜６０の厚さは、１μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上であり、特に、上記したように、本実施形態では、密着補助膜６０のうち回路基板２０の一面２１上にてボンディングワイヤ４０の下に位置する部分の厚さｄは、０．２ｍｍ以下とする。このことは、密着補助膜６０の塗布における供給量を調整することで可能である。
こうして、密着補助膜６０を形成した後、図示しない金型などを用いて、モールド樹脂５０の成型、すなわち樹脂封止を行う。この樹脂封止は一般的な方法により行える。こうして、本実施形態の電子装置ができあがる。
ところで、本実施形態によれば、回路基板２０の一面２１上にてボンディングワイヤ４０の下に位置する密着補助膜６０の厚さを０．２ｍｍ以下とし、且つ、その軟化点を１５０℃以上としている。そのため、密着補助膜６０とモールド樹脂５０との膨張収縮差によりワイヤ４０に発生する応力によって、ボンディングワイヤ４０が損傷するのを極力防止することができる。
この厚さｄと軟化点については、本発明者が行った実験検討の結果を根拠とする。本発明者は、ワイヤ４０におけるパッド側の接続部４１寄りの部位に接する密着保護膜６０の厚さｄと、ワイヤ４０の接続寿命との関係について調査した。
調査は熱衝撃試験にて行った。試験条件は、高温側が１５０℃を超える雰囲気で且つ低温側との温度差が１９０℃以上となるような熱衝撃をくり返すものとした。また、モールド樹脂５０は一般のエポキシ樹脂、ワイヤ４０は一般のアルミ線、密着補助膜６０は一般に使用されるポリアミドとした。そして、上記密着補助膜６０の厚さｄを変えたものについて、試験を行った結果を図２に示す。
図２は、横軸に、寿命としてワイヤ４０が破断したときの熱衝撃のサイクル数をとり、左の縦軸に上記厚さｄ（単位：μｍ）をとった。また、この試験においては、各厚さｄについて軟化点を測定した。その軟化点の結果は、図２中の右の縦軸側にて各厚さｄに対応する位置に示した。
たとえば厚さｄが６００μｍのときの軟化点は１００℃であり、厚さｄが３００μｍのときの軟化点は１５０℃である。図２に示されるように、厚さｄが小さくなるにつれて、軟化点が高くなり、寿命が延びていく傾向が見られた。
密着補助膜６０の厚さｄが大きくなると、硬化後に密着補助膜６０中に残る溶剤の量が多くなることから、軟化点が下がると考えられる。密着補助膜６０の軟化点が下がると、熱により密着補助膜６０が変形しやすく、その変形によってワイヤ４０の歪みも大きくなると考えられる。
ここで、車載用の電子装置では、一般に１５０℃が高温仕様である。このことから密着補助膜６０の軟化点が１５０℃以上ならば、本実施形態の電子装置を自動車に搭載したときに、密着補助膜６０とモールド樹脂５０との膨張収縮差によりワイヤ４０に発生する応力によって、ワイヤ４０が断線するのを防止できるといえる。
図２からわかるように、上記密着補助膜６０の厚さｄが０．２ｍｍならば、密着補助膜６０の軟化点が１５０℃以上となる。以上が、本実施形態において、上記密着補助膜６０の厚さｄと軟化点を規定した根拠である。
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る電子装置の要部すなわちワイヤ４０におけるパッド４１側の接続部４１の近傍部の概略断面構成を示す図である。本実施形態では、上記第１実施形態との相違点を中心に述べることとする。
図３に示されるように、本実施形態では、ボンディングワイヤ４０のうち回路基板２０の一面２１上にてパッド側の接続部４１から頂部４２まで延びる部位には、回路基板２０の一面２１に向かって凸となるようにＵ字形状に折り返された折り返し部４３が設けられている。
それによれば、フィレット形状の密着補助膜６０が形成されるワイヤ４０の部分にて当該ワイヤ４０の高さを低くできる。つまり、密着補助膜６０の塗布時に密着補助膜６０がその表面張力でワイヤ４０の頂部４２に向かって広がるのを、折り返し部４３で抑制できる。その結果、密着保護膜６０の上記厚さｄも低くしやすい。
そして、本実施形態によっても、回路基板２０の一面２１上にてボンディングワイヤ４０の下に位置する密着補助膜６０の厚さを０．２ｍｍ以下とし、且つ、その軟化点を１５０℃以上としているため、密着補助膜６０とモールド樹脂５０との膨張収縮差によりワイヤ４０に発生する応力によって、ボンディングワイヤ４０が損傷するのを極力防止することができる。
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る電子装置の要部すなわちワイヤ４０におけるパッド２３側の接続部４１の近傍部の概略断面構成を示す図である。上記第１実施形態との相違点を中心に述べることとする。
図４に示されるように、本実施形態では、ボンディングワイヤ４０におけるパッド側の接続部４１を除く当該接続部４１から頂部４２まで延びる部位と、密着補助膜６０とでは、回路基板２０の一面２１上の高さが密着補助膜６０の方が低い。そうすることで、密着補助膜６０とワイヤ４０における接続部４１から頂部４２まで延びる部位とは、離れており非接触の状態にある。
ここでは、図４に示されるように、密着補助膜６０の厚さ方向の断面形状は、回路基板２０の一面２１上にてパッド２３の周囲からパッド２３に向かって低くなるように凹んだ凹形状となっている。
本実施形態によれば、実質的にワイヤ４０と密着補助膜６０とが非接触であるため、ワイヤ４０には、密着補助膜６０とモールド樹脂５０との熱による膨張収縮差による応力が実質的に発生せず、密着補助膜６０によるワイヤ４０の損傷を極力防止できる。
ここで、このような凹形状をなす密着補助膜６０の形成方法について、図５および図６を参照して述べる。
図５に示される方法では、密着補助膜６０を塗布する時に、パッド２３の周辺を囲むように密着補助膜６０を塗布し、硬化前の密着補助膜６０自身の粘性による広がりによって、上記凹形状を得るようにする。図６に示される方法では、パッド２３およびその周辺に密着補助膜６０を塗布し、パッド２３の上方から風圧を加え凹形状を得た後、これを硬化する。
図７、図８は、本第３実施形態の他の例その１、他の例その２を示す概略断面図である。ワイヤ４０と密着補助膜６０とを非接触とするためには、図７に示されるように、パッド２３と密着補助膜６０とが離れた凹形状であってもよいし、図８に示されるように、パッド２３よりもパッド周辺の密着補助膜６０の厚さが薄いものでもよい。
（第４実施形態）
図９は、本発明の第４実施形態に係る電子装置の要部すなわちワイヤ４０におけるパッド２３側の接続部４１の近傍部の概略断面構成を示す図である。
本実施形態では、図９に示されるように、回路基板２０の一面２１のうちパッド２３の周囲に、当該一面２１より凹んだ凹部２４を設け、この凹部２４に密着保護膜６０が入り込んだものとしている。この凹部２４は、パッド２３を取り囲む環状のものでもよいし、不連続のものでもよく、プレス、切削、エッチングなどにより形成される。
本実施形態によれば、密着補助膜６０が凹部２４に入り込んだ分、回路基板２０の一面２１上における密着保護膜６０の高さを低くできる。また、密着補助膜６０の塗布時に、凹部２４によって密着補助膜６０がパッド２３側に流れて、ワイヤ４０に付着するのを防止できる。本実施形態は、回路基板２０に凹部２４を形成するのみであるため、上記した各実施形態と組み合わせることが可能である。
本発明の第１実施形態に係る電子装置の概略断面図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ部拡大図である。 ワイヤ下の密着補助膜の厚さおよび軟化点とワイヤ寿命との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電子装置の要部の概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電子装置の要部の概略断面図である。 第３実施形態における密着補助膜の形成方法を示す概略断面図である。 第３実施形態における密着補助膜の形成方法のもう一つの例を示す概略断面図である。 第３実施形態の他の例その１を示す概略断面図である。 第３実施形態の他の例その２を示す概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る電子装置の要部の概略断面図である。 本発明者が試作した試作品としての電子装置の要部を概略断面図である。
符号の説明
２０ 回路基板
２１ 回路基板の一面
２３ パッド
２４ 凹部
３０ 端子
４０ ボンディングワイヤ
４１ ボンディングワイヤにおけるパッド側の接続部
４２ ボンディングの頂部
４３ 折り返し部
５０ モールド樹脂
６０ 密着補助膜

Claims (3)

  1. 一面（２１）上にパッド（２３）を有する回路基板（２０）と、
    前記回路基板（２０）の周囲に配置された端子（３０）と、
    前記回路基板（２０）の前記一面（２１）上にて前記パッド（２３）と前記端子（３０）とを接続するボンディングワイヤ（４０）と、
    前記回路基板（２０）の前記一面（２１）上にて、当該一面（２１）、前記ボンディングワイヤ（４０）、および、前記端子（３０）を封止するモールド樹脂（５０）とを備える電子装置において、
    前記ボンディングワイヤ（４０）における前記パッド（２３）側の接続部（４１）と前記端子（３０）側の接続部との間の部位が、前記回路基板（２０）の前記一面（２１）の上方に向かって凸となったループ形状をなしており、
    前記回路基板（２０）の前記一面（２１）上には、前記回路基板（２０）と前記モールド樹脂（５０）との間に介在し当該両部材（２０、５０）を密着させるための密着補助膜（６０）が設けられており、
    前記ボンディングワイヤ（４０）のうち前記パッド側の接続部（４１）から頂部（４２）まで延びる部位と、前記回路基板（２０）の前記一面（２１）との間には、前記ボンディングワイヤ（４０）側から前記回路基板（２０）側に向かって拡がるフィレット形状をなす前記密着補助膜（６０）が、前記ボンディングワイヤ（４０）および前記回路基板（２０）の前記一面（２１）に接した状態で当該間を埋めるように介在しており、
    前記回路基板（２０）の前記一面（２１）上にて前記ボンディングワイヤ（４０）の下に位置する前記密着補助膜（６０）は、その厚さが０．２ｍｍ以下であり、且つ、その軟化点が１５０℃以上であることを特徴とする電子装置。
  2. 前記ボンディングワイヤ（４０）のうち前記回路基板（２０）の前記一面（２１）上にて前記パッド側の接続部（４１）から頂部（４２）まで延びる部位には、前記回路基板（２０）の前記一面（２１）に向かって凸となるようにＵ字形状に折り返された折り返し部（４３）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
  3. 前記回路基板（２０）の前記一面（２１）のうち前記パッド（２３）の周囲には、当該一面（２１）より凹んだ凹部（２４）が設けられ、この凹部（２４）に前記密着保護膜（６０）が入り込んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
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