JPWO2007026944A1 - 回路装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
半導体素子105Aは、例えば1アンペア以上の大電流が通過するパワー系の素子であり、発熱量が非常に大きい。このことから、半導体素子105Aは、導電パターン103に載置されたヒートシンク110の上部に載置されていた。ヒートシンク110は、例えば縦×横×厚み=10mm×10mm×1mm程度の銅等の金属片から成る。ヒートシンク110を採用することにより、半導体素子105Aから発生した熱を外部に積極的に放出することができる。
しかしながら、上述した混成集積回路装置100では、ヒートシンク110を採用するために、全体の構成が複雑になりコストが高くなってしまう問題があった。
更に、大電流が通過する半導体素子105Aを導電パターン103に配置すると、半導体素子105Aに電流を供給するために幅の広い導電パターン103を、回路基板101上に形成する必要がある。具体的には、導電パターン103は例えば50μm程度に薄く形成されているので、導電パターン103の電流容量を大きくするためには、その幅を数mm程度に広くする必要がある。このことが、装置全体の大型化を招く問題があった。
また、製法上に於いても、ヒートシンク110の形成および回路基板101への配置が必要になるので、工数が増加し、製造コストが高くなる問題があった。
本発明の回路装置は、回路基板と、前記回路基板の上面に形成された導電パターンと、前記導電パターンに電気的に接続された回路素子と、前記回路素子と電気的に接続されて外部に導出するリードとを具備し、前記リードの一部から成るランド部の上面に前記回路素子を実装し、前記ランド部の下面を前記回路基板に固着することを特徴とする。
本発明の回路装置の製造方法は、回路基板を被覆するように形成された絶縁層の上面に導電パターンを形成する工程と、前記導電パターンに回路素子を電気的に接続する工程と、前記回路基板の表面にリードを固着する工程とを具備し、前記リードの一部分に設けたランド部に前記回路素子を固着することを特徴とする。
更に、本発明の回路装置の製造方法は、回路基板の上面に、Bステージ状態の絶縁層を介して導電箔を貼着する工程と、前記導電箔をパターニングして導電パターンを形成する工程と、リードの一部から成るランド部に回路素子を固着する工程と、前記リードの前記ランド部の下面を前記絶縁層の表面に貼着する工程とを具備することを特徴とする。
11 回路基板 20 導電箔
12 絶縁層 22A 上金型
13 導電パターン 22B 下金型
13A パッド 23 キャビティ
14 封止樹脂 25 リード
15A 制御素子 25A リード
15B パワー素子 40 リードフレーム
16A,16B 接合材 41 外枠
17 金属細線 46 ユニット
本形態では、第1図から第3図を参照して、回路装置の一例として混成集積回路装置10の構造を説明する。
第1図を参照して、本形態の混成集積回路装置10の構成を説明する。第1図(A)は混成集積回路装置10を斜め上方から見た斜視図である。第1図(B)は全体を封止する封止樹脂14を省いた混成集積回路装置10の斜視図である。
第1図(A)および第1図(B)を参照して、矩形の回路基板11の表面には、絶縁層12が形成されている。そして、絶縁層12の表面に形成された導電パターン13の所定の箇所には、LSIから成る制御素子15Aおよびチップ素子15C等の回路素子が電気的に接続されている。回路基板11の表面に形成された導電パターン13および回路素子は封止樹脂14により被覆されている。また、リード25は封止樹脂14から外部に導出している。
回路基板11は、アルミニウム(Al)や銅(Cu)等の金属を主材料とする金属基板である。回路基板11の具体的な大きさは、例えば、縦×横×厚さ=30mm×15mm×1.5mm程度である。回路基板11としてアルミニウムより成る基板を採用した場合は、回路基板11の両主面はアルマイト処理される。
絶縁層12は、回路基板11の上面全域を覆うように形成されている。絶縁層12は、AL2O3等のフィラーが高充填されたエポキシ樹脂等から成る。このことにより、内蔵される回路素子から発生した熱を、回路基板11を介して積極的に外部に放出することができる。絶縁層12の具体的な厚みは、例えば50μm程度である。また、回路基板11の裏面を絶縁層12により被覆しても良い。このようにすることで、回路基板11の裏面を封止樹脂14から外部に露出させても、回路基板11の裏面を外部と絶縁させることができる。
導電パターン13は銅等の金属から成り、所定の電気回路が形成されるように絶縁層12の表面に形成される。また、リード25が導出する辺に、導電パターン13からなるパッド13Aが形成される。更に、制御素子15Aの周囲にも多数個のパッド13Aが形成され、パッド13Aと制御素子15Aとは金属細線17により接続される。ここでは単層の導電パターン13が図示されているが、絶縁層を介して積層された多層の導電パターン13が回路基板11の上面に形成されても良い。
導電パターン13は、絶縁層12の上面に設けた厚みが50μm〜100μm程度の薄い導電膜をパターニングして形成される。従って、導電パターン13の幅は50μm〜100μm程度に狭く形成することができる。また、導電パターン13同士が離間する距離も50μm〜100μm程度に狭くすることもできる。従って、制御素子15Aが数百個の電極を有する素子であっても、電極の数に応じたパッド13Aを制御素子15Aの周囲に形成することができる。また、微細に形成される導電パターン13により複雑な電気回路を回路基板11の表面に形成することもできる。
導電パターン13に電気的に接続される回路素子としては、能動素子や受動素子を全般的に採用することができる。具体的には、トランジスタ、LSIチップ、ダイオード、チップ抵抗、チップコンデンサ、インダクタンス、サーミスタ、アンテナ、発振器などを回路素子として採用することができる。更にまた、樹脂封止型のパッケージ等も、回路素子として導電パターン13に固着することができる。
第1図(B)を参照すると、回路基板11の上面には、回路素子として制御素子15A、パワー素子15Bおよびチップ素子15Cが配置されている。制御電極15Aは、所定の電気回路が表面に形成されたLSIであり、パワー素子15Bの制御電極に電気信号を供給している。また、パワー素子15Bは、例えば1アンペア以上の電流が主電極を通過する素子であり、制御素子15Aによりその動作が制御される。具体的には、MOSFET(Metal−Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、IC(Integrated Circuit)、バイポーラ型トランジスタ等をパワー素子15Bとして採用可能である。ここでは、パワー素子15Bは、リード25Aの一部分から成るランド部18の上面に載置されている。この事項の詳細は下記する。
封止樹脂14は、熱硬化性樹脂を用いるトランスファーモールドまたは熱可塑性樹脂を用いるインジェクションモールドにより形成される。ここでは、封止樹脂14により、導電パターン13、回路素子、チップ素子15B、金属細線17が封止されている。また、回路基板11の裏面も含む回路基板11全体が封止樹脂14により被覆されても良いし、回路基板11の裏面を封止樹脂14から露出させても良い。
リード25は、一端が回路基板11上のパッド13Aと電気的に接続され、他端が封止樹脂14から外部に導出している。リード25は、銅(Cu)、アルミニウム(Al)またはFe−Niの合金等などを主成分とした金属から成る。ここでは、回路基板11の対向する2つの側辺に沿って設けたパッド13Aにリード25を接続している。しかしながら、回路基板11の1つの側辺または4つの側辺に沿ってパッド13Aを設けて、このパッド13Aにリード25を接続しても良い。
また、金属が露出している回路基板11の側面とリード25とのショートを防止するために、リード25は曲折されたガルウイング形状と成っている。即ち、リード25の途中に於いて、回路基板11の外周端部よりも内側の領域で、上方に向かって傾斜する部分が設けられている。従って、回路基板11の側面とリード25とが離間されるので、両者のショートが防止される。
本形態では、リード25Aの一部分にランド部18を設け、このランド部18の裏面を絶縁層12の上面に貼着している。更に、ランド部18の上面に上記したパワー素子15Bを実装している。このことにより、ランド部18がヒートシンクとして機能するので、パワー素子15Bから発生した熱は、ランド部18、絶縁層12および回路基板11を介して良好に外部に放出される。
ランド部18は、リード25Aの一部分から成り、ランド部18の裏面が回路基板11の表面に貼着されることで、リード25Aは回路基板11に固着されている。ここでは、リード25Aの一部分の幅を広くしてランド部18が形成されている。ランド部18の平面的な大きさは、上面に載置されるパワー素子15Bによりも大きく形成される。
リード25Aは、厚みが0.5mm程度の金属板を、エッチング加工またはプレス加工することにより形成される。従って、回路基板11の上面に形成される導電パターン13と比較するとリード25Aは厚く形成される。このことから、リード25Aの一部から成るランド部18も厚く形成され、ヒートシンクとして機能し、パワー素子15Bから発生する熱の放熱に寄与する。
パワー素子15Bは、半田等の導電性の接合材を介して、リード25Aのランド部18の上面に固着される。従って、パワー素子15Bの裏面電極は、回路基板11上の導電パターン13を介さずに、ダイレクトにリード25Aに接続されている。このことから、大きな電流容量を確保するために、回路基板11の表面に幅が広い導電パターン13を形成する必要がないので、金属基板11を小型にすることができる。また、リード25Aの断面は、例えば縦×横=0.5mm×0.5mm程度と大きく、電流容量を十分に確保することができる。
パワー素子15Bの上面に形成された電極は、金属細線17を介して、回路基板11上のパッド13Aに接続される。電流容量が必要とされる場合は、金属細線17として直径が150μm程度以上の太線を用いる。
第2図を参照して、次に、パワー素子15Bが接続される構造を説明する。第2図(A)および第2図(B)はパワー素子15Bが固着される構造を示す断面図である。
第2図(A)を参照して、ここでは、回路基板11の上面を被覆する絶縁層12に、直にリード25Aのランド部18が固着されている。この場合は、Bステージ状態の絶縁層12の上面にランド部18を貼着した後に、絶縁層12を加熱硬化させることにより、ランド部18の裏面は回路基板11に固着される。このような構造にすることで、ランド部18と回路基板11との間に介在するのは絶縁層12のみになるので、パワー素子15Bから発生する熱を効率良く外部に放出することができる。
第2図(B)では、ランド部18の裏面は、半田等の固着材16Bを介して、絶縁層12の上面に形成されたランド状の導電パターン13に固着されている。
また、この場合に於いて、パワー素子15Bの実装に用いる接合材16Aと、ランド部18の実装に用いる接合材16Bとは、融点が異なるものを採用することが好ましい。
具体的には、パワー素子15Bをランド部18の上面に固着してから、ランド部18の裏面を回路基板11に実装する場合は、接合材16Aが溶融する温度を、接合材16Bよりも高くすることが好ましい。このことにより、接合材16Aを介してパワー素子15Bが固着されたランド部18を、溶融した接合材16Bを用いて回路基板11に実装する工程に於いて、接合材16Aが溶融することを防止することができる。
また、ランド部18を回路基板11に固着してから、パワー素子15Bをランド部18に実装する場合は、接合材16Bの溶融する温度を、接合材16Aよりも高くすることが好ましい。このことにより、接合材16Aを溶融させてパワー素子15Bをランド部18の上面に実装する工程に於いて、ランド部18の固着に用いる固着材18Bが溶融することを防止することができる。
第3図を参照して、リード25Aに関して更に説明する。上述の説明では、リード25Aに設けたランド部18には一つのパワー素子15Bが固着されたが、第3図(A)に示すように、1つのランド部18の上面に複数個(ここでは2個)のパワー素子15Bを実装することができる。また、第3図(B)に示すように、1つのランド部18に対して複数個のリード25Aを設けることもできる。
<第2の実施の形態>
本形態では、第4図を参照して、混成集積回路装置の基本的な製造方法を説明する。
第4図(A)を参照して、先ず、回路基板11の上面全域に、絶縁層12を介して、導電箔20を貼着する。回路基板11は、銅またはアルミニウムを主材料とする金属から成り、例えば両主面が陽極酸化された厚みが1.5mm程度のアルミニウム基板を採用することができる。導電箔20としては、例えば厚みが50μm〜100μm程度の銅を主材料とする導電箔を採用することができる。
絶縁層12は、AL2O3等のフィラーが高充填されたエポキシ樹脂等から成り、回路基板11と導電箔20とを接着させる接着材料として機能する。更に、絶縁層12は、回路基板11と導電箔20とを絶縁させる機能も有する。この工程に於いて、絶縁層12は完全硬化されたCステージ状態でも良いし、半硬化のBステージ状態でも良い。絶縁層12をCステージ状態にする場合は200度程度に加熱され、Bステージ状態にする場合は100度程度に加熱される。Bステージ状態の絶縁層12は、接着力を有する。従って、絶縁層12をBステージ状態にすると、後の工程にて絶縁層12の上面に、リード25Aのランド部18の裏面を貼着することができる。また、後に工程にて、第2図(B)に示すように、リード25Aのランド部18が導電パターン13に固着される場合は、絶縁層12はCステージ状態で良い。
第4図(B)を参照して、次に、導電箔20をパターニングすることにより、導電パターン13を形成する。ここでは、不図示のエッチングレジストを用いたウェットエッチングにより、導電パターン13を形成している。また、本工程に於いては、後の工程にて、リード25Aが固着される領域の絶縁層12が露出されるように、導電箔20がエッチングされる。
第4図(C)を参照して、次に、Bステージ状態の絶縁層12の上面に、リード25Aのランド部18の裏面を貼着する。上記したように、Bステージ状態(半硬化状態)の絶縁層12の表面は粘着力を有する。従って、リード25Aの一部に設けたランド部18を、絶縁層12の上面に貼着することにより、リード25Aを回路基板11に対して固着することができる。リード25Aを固着した後は、絶縁層12を200度程度に加熱することにより、絶縁層12をCステージ状態(完全硬化状態)にする。また、図示のように、予めランド部18の上面に、パワー素子15Bが実装されても良い。
第4図(D)を参照して、次に、回路基板11の導電パターン13に、回路素子を電気的に接続する。ここでは、半導体素子である制御素子15Aおよびチップ素子15Cを、導電パターン13に固着している。更に、ランド状の導電パターン13から成るパッド13Aにも、リード25が固着される。また、制御素子15Aの表面の電極は、金属細線17を介して導電パターン13と接続される。更に、ランド部18の上面に固着されたパワー素子15Bも、金属細線17を介して、回路基板11上の導電パターン13と接続される。
第4図(E)を参照して、次に、回路基板11の少なくとも上面が封止されるように封止樹脂14を形成する。ここでは、熱硬化性樹脂を用いたトランスファーモールドにより、回路基板11の全面を封止している。回路基板11を封止する構造としては、インジェクションモールド、ポッティング、ケース材による封止などでも良い。
<第3の実施の形態>
本形態では、第5図から第7図を参照して、リードフレーム40を用いた混成集積回路装置の製造方法を説明する。
第5図を参照して、先ず、多数個のリード25が設けられたリードフレーム40を用意する。第5図(A)は、リードフレーム40に設けられる1つのユニット46を示す平面図であり、第5図(B)はリードフレーム40の全体を示す平面図であり、第5図(C)はリード25Aに設けたランド部18を示す断面図である。第5図(A)では、後の工程にて回路基板11が載置される領域を点線にて示している。
第5図(A)を参照して、ユニット46は、回路基板11が載置される領域内に一端が位置する多数個のリード25から成る。リード25は、紙面上では、左右両方向から回路基板11が載置される領域に向かって延在している。複数個のリード25は、外枠41から延在するタイバー44により互いに連結されることで、変形が防止されている。更に、リード25Aの先端部は、部分的に幅広にしたランド部18が設けられている。
第5図(B)を参照して、短冊状のリードフレーム40には、上述したような構成のユニット46が、複数個離間して配置される。本形態では、リードフレーム40に複数個のユニット46を設けて混成集積回路装置を製造することにより、ワイヤボンディングおよびモールド工程等を一括して行い、生産性を向上させている。
第5図(C)を参照して、ここでは、リードフレーム40に回路基板11を固定する前に、リード25Aのランド部18にパワー素子15Bを固着している。ここでは、半田や導電性ペーストから成る固着材16Aを介して、パワー素子15Bの裏面がランド部18の上面に固着されている。
第6図を参照して、次に、リードフレーム40に回路基板11を固着する。第6図(A)はリードフレーム40のユニット46を示す平面図であり、第6図(B)および第6図(C)はパワー素子15Bがランド部18に固着された箇所を示す断面図である。
第6図(A)を参照して、回路基板11の周辺部に形成されたパッド13Aに、リード25を固着することで、回路基板11をリードフレーム40に固定する。リード25の先端部は、半田等の固着材を介して回路基板11上のパッド13Aに固着される。また、本工程に於いて、図面では回路基板11の左側上端部分に、リード25Aのランド部18が固着される。ランド部18の裏面は、回路基板11の上面に形成された導電パターン13に固着されても良いし、回路基板11の上面を被覆する絶縁層12に貼着されても良い。
更に、回路基板11上に、半導体素子等の回路素子が実装される。ここで、予め回路素子が実装された回路基板11をリードフレーム40に固定しても良いし、回路基板11をリードフレーム40に固定した後に、回路素子を回路基板11に実装しても良い。更に、実装された回路素子は、金属細線17を介して、導電パターン13と接続される。
第6図(B)を参照して、ここでは、リード25Aの先端部に形成されたランド部18の裏面は、半田等の接合材16Bを介して、ランド形状の導電パターン13に固着されている。更に、ランド部18の上面には、パワーMOS等のパワー素子15Bが、接合材16Aを介して固着される。パワー素子15Bの上面に形成された電極は、金属細線17を介して導電パターン13と接続される。
また、上述したように、パワー素子15Bの実装に用いる接合材16Aと、ランド部18の実装に用いる接合材16Bとは、融点が異なるものを採用することが好ましい。
具体的には、パワー素子15Bをランド部18の上面に固着してから、ランド部18の裏面を回路基板11に実装する場合は、接合材16Aが溶融する温度を、接合材16Bよりも高くすることが好ましい。また、ランド部18を回路基板11に固着してから、パワー素子15Bをランド部18に実装する場合は、接合材16Bの溶融する温度を、接合材16Aよりも高くすることが好ましい。
第6図(C)を参照して、ここでは、Bステージ状態の絶縁層12の上面にランド部18の裏面が貼着される。Bステージ状態の絶縁層12は半固形状態であり粘着性が強いので、絶縁層12を接着材として、ランド部18の裏面を回路基板11に対して固着することができる。この場合は、ランド部18を絶縁層12に貼着した後に、絶縁層12を硬化させるための加熱処理が行われる。
第7図を参照して、次に、回路基板11が被覆されるように封止樹脂を形成する。第7図(A)は金型を用いて回路基板11をモールドする工程を示す断面図であり、第7図(B)はモールドを行った後のリードフレーム40を示す平面図である。
第7図(A)を参照して、先ず、上金型22Aおよび下金型22Bから形成されるキャビティ23に、回路基板11を収納させる。ここでは、上金型22Aおよび下金型22Bをリード25に当接させることにより、キャビティ23内部に於ける回路基板11の位置を固定している。更に、金型に設けたゲート(不図示)からキャビティ23に樹脂を注入して、回路基板11を封止する。本工程では、熱硬化性樹脂を用いたトランスファーモールドまたは、熱可塑性樹脂を用いたインジェクションモールドが行われる。
第7図(B)を参照して、上述したモールド工程が終了した後に、リード25をリードフレーム40から分離する。具体的には、タイバー44が設けられた箇所にてリード25を個別に分離し、第1図に示すような混成集積回路装置をリードフレーム40から分離する。
<第4の実施の形態>
第8図を参照して、リードフレーム40に回路基板11を固定する他の構造を説明する。第8図(A)はリードフレーム40のユニット46の平面図であり、第8図(B)はランド部18が設けられる箇所の断面図である。
第8図(A)および第8図(B)を参照して、回路基板11の4隅に対応して、ランド部18が先端に形成されたリード25Aが配置されている。また、ランド部18の裏面は、Bステージ状態の絶縁層12に貼着されている。従って、ここでは、ランド部18が設けられたリード25Aにより、回路基板11がリードフレーム40に固定されている。ここで、回路基板11を支持するためのリード25Aは必ずしも4本必要ではなく、少なくとも2本のリード25Aを配置したら回路基板11を支持することができる。
上記のように、回路基板11の4隅に配置したリード25Aにより回路基板11を支持することで、他のリード25に対して回路基板11を機械的に支持する機能を持たせる必要がない。従って、回路基板11の周辺部に形成されたパッド13Aとリード25とを、金属細線17を介して接続することができる。このように、金属細線17を用いた接続を行うことで、第1図に示すようにリード25をパッド13Aに固着する場合と比較すると、回路基板11の側辺に沿ってより多数個のパッド13Aを設けることができる。この理由は、個々のパッド13Aの大きさを、ワイヤボンディングが可能な範囲で小型化できるからである。
本発明の回路装置によれば、リードの一部から成るランド部の上面に回路素子を実装し、ランド部の裏面を回路基板に固着したので、このランド部が上述したヒートシンクの如く機能する。従って、ヒートシンクを省いて回路装置を構成することができる。更に、リードの一部であるランドに直に回路素子を固着したので、回路素子からリードに至るまでの導電パターンが部分的に不要となる。これらのことから、回路装置の構成を簡素化して、コストを低減させることができる。
更にまた、回路素子が固着されたランドの裏面を、Bステージ状態の絶縁層の接着力を用いて、回路基板に固着することができる。従って、ランドと回路基板との間には絶縁層のみが介在しているので、ランドの上面に載置された回路素子から発生した熱は、良好に外部に放出される。
本発明の回路装置の製造方法によれば、ヒートシンクを回路基板上に載置する工程が不要になるので、工程数が削減されて、製造コストが低減される。
更に、回路基板の上面に形成されたBステージ状態の絶縁層の表面にリードの一部から成るランドを貼着し、絶縁層を熱硬化させることにより、リードを回路基板に固着している。従って、半田等の固着材を用いずに、リードを回路基板に固着することができる。
更にまた、多数個のリードが連結されたリードフレームを用いて回路装置を製造する場合は、リードの一部から成るランドの裏面を、回路基板の表面を被覆する絶縁層に貼着することにより、リードフレームに対して回路基板を固定することができる。
Claims (11)
- 回路基板と、前記回路基板の上面に形成された導電パターンと、前記導電パターンに電気的に接続された回路素子と、前記回路素子と電気的に接続されて外部に導出するリードとを具備し、
前記リードの一部から成るランド部の上面に前記回路素子を実装し、
前記ランド部の下面を前記回路基板に固着することを特徴とする回路装置。 - 前記ランド部の下面は、前記回路基板の上面を被覆する絶縁層に固着されることを特徴とする請求の範囲第1項記載の回路装置。
- 前記ランド部の下面は、前記回路基板の上面を被覆するBステージ状態の絶縁層に貼着した後に、前記絶縁層を加熱硬化することにより、前記回路基板に固着されることを特徴とする請求の範囲第1項記載の回路装置。
- 前記ランド部は、前記導電パターンに固着されることを特徴とする請求の範囲第1項記載の回路装置。
- 前記ランド部に実装される回路素子は、金属細線を介して前記導電パターンに接続されることを特徴とする請求の範囲第1項記載の回路装置。
- 前記回路素子は、パワー素子と、前記パワー素子を制御する制御素子とを含み、
前記制御素子は、前記導電パターンに接続され、
前記パワー素子は、前記ランド部に固着されることを特徴とする請求の範囲第1項記載の回路装置。 - 回路基板を被覆するように形成された絶縁層の上面に導電パターンを形成する工程と、
前記導電パターンに回路素子を電気的に接続する工程と、
前記回路基板の表面にリードを固着する工程とを具備し、
前記リードの一部分に設けたランド部に前記回路素子を固着することを特徴とする回路装置の製造方法。 - 回路基板の上面に、Bステージ状態の絶縁層を介して導電箔を貼着する工程と、
前記導電箔をパターニングして導電パターンを形成する工程と、
リードの一部から成るランド部に回路素子を固着する工程と、
前記リードの前記ランド部の下面を前記絶縁層の表面に貼着する工程とを具備することを特徴とする回路装置の製造方法。 - 前記リードは、複数個のリードが連結されたリードフレームの状態で供給され、
前記リードに設けたランド部を、Bステージ状態の前記絶縁層に貼着することで、前記回路基板を前記リードフレームに固定することを特徴とする請求の範囲第8項記載の回路装置の製造方法。 - 前記ランド部の上面に回路素子を実装した後に、前記ランドの下面を前記絶縁層に貼着することを特徴とする請求の範囲第7項または第8項記載の回路装置の製造方法。
- Bステージ状態の前記絶縁層は、前記ランドが貼着された後に加熱硬化されることを特徴とする請求の範囲第8項記載の回路装置の製造方法。
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