JP3550100B2 - 自動車用電子回路装置及びそのパッケージ製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用の電子回路装置のパッケージ構造及びその製造方法に係る。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である。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、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いる。その電子回路の実装構造は各種ある。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、装着場所の選定し、また、それらが浸入しないような構造がとられている。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。▲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。
【０００７】
▲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。
【０００８】
▲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、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。▲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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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、かつ基板の線膨張係数もベースよりさらに小さいため、基板に密着したエポキシ樹脂の収縮応力によって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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。ＩＣパッケージや半導体素子よりも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実装してしまうという技術は、新たな試みである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
そして、その新たな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が発生するといった課題が新たに生じた。
【００１７】
本発明の目的は、上記したような新たな実装技術、すなわち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する場合に、上記課題を低コストでしようとするものである。そして、放熱性、防水性に優れ、しかも熱応力によるモールド樹脂と回路基板，ベースとの剥離やクラックのない、安価な自動車用電子回路装置を提供しようとするものである。
【００１８】
さらに、前記自動車用電子回路装置のパッケージを歩留まり良く製造できるパッケージ構造及び製造方法を提供しようとするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、基本的には次のように構成する。
【００２０】
すなわち、本発明のパッケージ構造は、電子回路素子を載置した回路基板からなる電子回路と、前記電子回路を搭載するリードフレームと、前記リードフレームの一部に設けられたフランジ部と、リードとを備え、
前記電子回路と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，リードフレーム，リード，フランジが一括してモールド樹脂に埋設され、かつ前記リードフレームには、中央付近の上面に前記回路基板より小面積で該回路基板の中央部を支持する突起が形成されており、この突起の周辺に複数の樹脂流通孔が設けられ、前記突起に前記回路基板の中央部裏面が接着されていることを特徴とする。
【００２１】
また、その製造方法として、前記回路基板が前記リードフレームに突起を介して支持された状態で、これらの部品がモールド成形に供せられ、
モールド成形の型は、樹脂を注入するためのランナゲート部とは反対側に、モールド成形時に余分の樹脂を受け入れるようにしたオーバーフローキャビティを設置し、前記型内およびオーバーフローキャビティに樹脂を流しつつモールド成形を行うことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１〜図１７に示す。
図１は本実施例に係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。
【００２３】
フランジ部２ｃを有するリードフレーム２に、回路素子５および回路基板６からなる電子回路４が搭載されている。この搭載は、回路基板６をリードフレーム２上に接着することで行われる。その接着態様については後述する。
【００２４】
２ａはリードフレーム２の一部を切り離して形成されたリード（端子）である。リード２ａと外部の接続対象物（図示せず）を電気的に接続する場合には、リード２ａが外部対象物のハーネス・コネクタ、またはハーネス端子に溶接等で接続される。
【００２５】
電子回路４とリード２ａ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８を介して電気的に接続されている。
【００２６】
電子回路４をリードフレーム２上に搭載し、電子回路４とリード２ａとを接続した後、これらの部品（回路素子５，回路基板６，リードフレーム２，リード２ａ）を一括してモールド樹脂（以下、封止樹脂と称する）３中にリード２ａの一部やフランジ２ｃの一部を除いて埋設する。
【００２７】
封止樹脂３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、型内で所定の温度、圧力を印加することにより融解および固化させるものである。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。
【００２８】
封止樹脂３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。また、樹脂３は、内部部品との密着力を常に保持するため、また、はんだ付け部や半導体チップと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。
【００２９】
自動車用の電子回路装置は、使用時の熱応力繰返しにより、樹脂３とリード２ａ，リードフレーム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２ａおよびリードフレーム２と封止樹脂３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２ａおよびリードフレーム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。
【００３０】
リード２ａおよびリードフレーム２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６はセラミック、ガラス・セラミック、エポキシ・ガラス板等、適宜の材質が選定され、所定の回路パターンが形成されている。
【００３１】
図４は本実施例に係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。
【００３２】
図４に示すように、リードフレーム２の中央付近の上面には、回路基板６より小面積で該回路基板６の中央部のみを支持する突起７が形成され、突起７に回路基板６の中央部裏面が接着される基板支持構造をなしている。
【００３３】
回路基板６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５とボンディングパッド９がはんだ接続されている。
【００３４】
リードフレーム２には、中央付近に回路基板６の中央を接着剤１０を介して支持する突起７を設けるほかに、基板６の四隅を支持する突起１１が配設されている。これらの突起７及び１１は、リードフレーム２をプレス加工することで形成される。
【００３５】
実施例では、突起１１を４個設けているが、回路基板６の大きさ、形状、回路パターンのレイアウト等により、任意の個数を選定できる。この突起１１を設けないと、中央付近のみの接着領域では、基板６の平面度誤差やリードフレーム２と平面と突起７の上面との平行度誤差等により、基板６が傾いて接着されてしまうことになる。
【００３６】
ボンディングパッド９とリード２ａ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の細線８が接続されている。
【００３７】
リードフレーム２の具体的仕様を例示すれば、それは熱伝導率の高いリン青銅の板を選定して、プレス加工し、図４を参照すれば、厚さ（ｔ）は０．６４ｍｍ、突起７の外径（ｄ）は５ｍｍ、高さ（ｈ）１．４４ｍｍである。線膨張係数は、１７．５ｐｐｍである。また、突起７の存在により形成された回路基板６・リードフレーム２間の間隙（ｇ）は、０．８ｍｍである。ちなみに、封止樹脂３に混入される充填剤の平均粒径は、３０μｍ（０．０３ｍｍ）である。したがって、この隙間には充填剤を含む封止樹脂３が充分に流入可能な空間を確保している。
【００３８】
図５は、従来一般的とされた方式により回路基板６をリードフレーム２に接着した構造の、有限要素法による解析用２次元数値モデルである。Ｏは、基板６およびリードフレーム２の中心位置である。
【００３９】
従来は一般的に回路基板６の裏面全体をリードフレーム２に接着剤１０を用いて接着する構造がとられていた。この接着構造で回路基板６全体を封止樹脂３中に埋設してしまうと、接着剤１０の硬化時に微小な気泡が多数接着剤中に残り、トランスファモールド工程の熱により気泡が膨張しそれが潰れ、リードフレーム２や回路基板６の接着部と封止樹脂３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。
【００４０】
特に封止樹脂３の硬化後、パッケージ（モールド樹脂）３を型から取出して常温まで冷却する過程において、エポキシ樹脂等価線膨張係数がリードフレーム２のそれより大きく、かつ回路基板６の線膨張係数もリードフレームよりさらに小さいため、基板に密着したエポキシ樹脂の収縮応力が基板６やリードフレーム２に作用し、これが上記気泡の膨張と相俟って、エポキシ樹脂と基板，リードフレームの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。
【００４１】
特に基板６と封止樹脂３との線膨張係数差による熱応力（剥離せん断応力）集中が、形状の急変する基板６の四隅付近に生じ、この部分で剥離が発生するものである。この部分で剥離が起きると、使用時の温度変化により更に剥離が進展する。剥離が遂には封止樹脂３のクラック、そして回路素子５の電気的接続部であるはんだ付け部、ワイヤボンディング部の断線に至る。
【００４２】
ここで、基板と樹脂との界面剥離メカニズムについてより詳細に説明する。
【００４３】
トランスファモールド成形された封止樹脂３とリードフレーム２とは一体化されているが、電子部品５、基板６、リード２ａ等との材料物性値の組み合わせ、とくに線膨張係数の差により、封止樹脂３には反りが生じる。
【００４４】
この反りは、図４の例では、封止樹脂３を型から取出して冷却したとき、下側が凸方向に発生する。その理由は、一般にエポキシ樹脂の融解温度は１５０〜２００℃、ガラス転移温度Ｔｇは１５０℃前後であり、型内で硬化する際の収縮があることと、融解温度〜Ｔｇ間の線膨張係数がＴｇ以下に比べて大きく（約４倍）、エポキシ樹脂等価線膨張係数が基板６の線膨張係数より大きいためである。
【００４５】
例えば基板６がガラス・セラミックで、その線膨張係数を５．２ｐｐｍ、リードフレーム２の線膨張係数を１７．５ｐｐｍ、封止樹脂３のみかけの線膨張係数（すなわち、前記収縮率と、溶解温度〜ガラス転移温度Ｔｇ間の線膨張係数と、ガラス転移温度Ｔｇ〜室温までの線膨張係数とを合成したエポキシ樹脂等価線膨張係数）を３０ｐｐｍとすると、それぞれの線膨張係数差により、封止樹脂３に大きな収縮応力が生じる。また、基板６の上面には回路素子５を搭載するスペースが必要なため、基板６の位置は封止樹脂３の高さ方向において中央或いはそれより下側に配置される。このため樹脂３の厚さは、基板上部の方が下部より厚く、その結果、樹脂３の収縮による引張り力も基板６の上部の方が大きくなり、下側が凸となる。それによって基板６とリードフレーム２は、密着したまま下側に凸となるものである。
【００４６】
このような反りにより、基板６と封止樹脂３との線膨張係数差による熱応力（剥離せん断応力）集中が基板６の四隅付近に生じるものである。
【００４７】
なお、封止樹脂３の厚さの上下比率、寸法形状等が異なるときには、反りは下側に凹となる場合もある。
【００４８】
したがって、本構造においては接着界面の剥離が発生、進展しない構造とすることが非常に重要な課題である。
【００４９】
基板６の材質は、回路素子５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３との線膨張係数差が少ないものが好ましく、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、例えば積層ガラス・セラミック基板、もしくはセラミック基板が好適である。しかしながら前記接着構造では、既述したように基板の部分的な剥離を防止することが困難であった。
【００５０】
本実施例では、上記問題について次のようにして対処し得る。以下、本発明による界面剥離防止メカニズムを図６を参照して説明する。
【００５１】
図６は本発明の接着構造の、有限要素法による解析用２次元数値モデルを示す。
図５と同じくＯは、基板６およびリードフレーム２の中心位置である。
【００５２】
本発明では、回路基板６及びリードフレーム２全体を封止樹脂３で包み込むが、リードフレーム２は、回路基板６のうち熱応力が非常に小さい中央付近の一部のみを突起７を介して接着する。したがって、接着剤１０の硬化時に微小な気泡が多数接着剤中に残り、トランスファモールド工程の熱により気泡が膨張しても、それは熱応力の小さい個所で生じているもので問題がなく、また、封止樹脂３は、リードフレーム２・基板６間にも介在することで基板下側と基板上側の肉厚のバランスがとれ、それにより基板６の四隅付近の樹脂による熱応力集中を緩和し、これらが相俟って、封止樹脂３と基板６の四隅との剥離ひいては封止樹脂３のクラック発生をなくすことができる。
【００５３】
図７は、図５の従来構造と図６の本実施例に係る構造において、基板６の接着部の剥離せん断応力を、有限要素法を用いてシミュレーション解析した結果の比較図であり、基板６と接着剤１０との夫々の界面Ａ−Ａ’，Ｂ−Ｂ’のせん断応力分布を比較したものである。
【００５４】
図７における横軸の原点（ｙ＝０）は、点Ａ、Ｂに対応している。これらの応力は原点に近づくに従い増加する分布を示しているため、点Ａ，Ｂを起点として界面の剥離を引き起こそうとする作用を持つが、本実施例の構造では、常に従来構造の応力より著しく小さいことが分かる。
【００５５】
本実施例では、上記のような効果を奏するほかに、次のような効果も奏し得る。
【００５６】
すなわち、回路機能によっては高発熱素子が使用されるが、回路素子５のうち高発熱素子については、図４に示すように基板中央すなわち突起７がある位置に相当する箇所に配置すれば、突起７を介しての放熱効果も高めることができる。
【００５７】
なお、電子回路４で発生する熱の一部は、基板６に実装された回路素子５の表面から封止樹脂３の熱伝導で上部に放熱され、他の一部は、基板６の下側封止樹脂３を介し、リードフレーム２の平面方向にフランジ部２ｃを経由して、フランジと結合される外部の相手部材（電子回路装置の取付け位置）に逃げる。
【００５８】
さらに、図１５に示すように、突起７の上部に、基板６を介して回路素子５の高発熱素子を配置するほかに、基板６のうち突起７上の箇所を熱伝導の良い部材、いわゆるサーマルビア３０を貫通して設け、このサーマルビアを介して高発熱素子５と突起７とを接触させ、リードフレーム２に熱が伝導するようにすれば、回路素子５の温度上昇を低減することができる。
【００５９】
図８は、リード２を切り離す前のリードフレーム２の詳細を示すものである。
【００６０】
回路搭載部２′、リード２ａ、ボンディング部２ｂ、フランジ部２ｃ、孔部２ｄ、つなぎ部２ｅ、フレーム部２ｆ、切り欠き２ｇ、樹脂流通溝２ｈ、突起１１をプレス成形する。突起１１は複数であり、突起１１の周辺に設けられている。
【００６１】
アルミの細線８をワイヤボンディング接続するための表面部分（ボンディングパッド）２ｂには、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２ｃは相手部材に固定するためのもの、孔２ｄ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。
【００６２】
切り欠き２ｇ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、この型に図１１で示すサブアッセンブリをセットする際、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２ｇは、リードフレーム２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。
【００６３】
なお、つなぎ部２ｅとフレーム部２ｆとフランジ部２ｃとで閉ループ構成となっている理由は、この部分をトランスファモールド成形型で上下間を締め付けることにより、型内でエポキシ樹脂が融解して液状になった際でも、この閉ループ部により液状樹脂が外側に洩れないようにするためである。
【００６４】
嵌合するリード２ａの幅とモールド型との間には、製作誤差による隙間ができるため、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り、そしてこのバリは後工程で除去される。
【００６５】
図９は、電子回路４を構成した基板６をリードフレーム２に載置し、この電子回路４を基板６介して突起７に接着したサブアッセンブリ状態を示すものである。
【００６６】
接着剤１０は、熱伝導の良いエポキシ樹脂、アクリル樹脂等の材質で、突起７の上部に塗布した後、基板６を載置する。基板６は、接着剤１０の硬化の加熱工程で液状化した際、自重で突起７の端面に接する。接着剤１０は、基板６とボス７とが隙間なく結合できるよう、最適な粘度を有したものが選定される。
【００６７】
図１０は前記サブアッセンブリの平面図、図１１はその断面図で、ワイヤボンディング作業する治具の状態を示す図である。
【００６８】
前記接着作業が終了した後、リードフレーム２のリード２ａの上下部を上治具１２、下治具１３で挟み込むとともに、基板６の下部を吸着治具１４で真空吸着し、サブアッセンブリが動かないように保持する。そしてアルミ細線８を熱圧着、超音波等のワイヤボンディング法により電子回路４とリード２ａとを電気的に接続する。
【００６９】
ワイヤボンディング作業が終了した後、図１０の点線で示す部分の封止樹脂３でトランスファモールド成形する。この成形後、リードフレーム２のつなぎ部２ｅ、フレーム部２ｆを切断し、複数の独立したリード２ａを形成するとともに、フランジ部２ｃ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。
【００７０】
図１２は、本実施例に係る電子回路装置を外部の相手部材に装着する構造を示す部分平面図、図１３はその断面図、図１４はその部分断面図である。
【００７１】
本実施例では、一例として電子回路装置を自動車のトランスミッションに取り付けるものを例示しており、電子回路装置１を取り付ける場合には、以下に述べるようにブラケットでフランジ部２ｃを押えて固定する。
【００７２】
１５は第一のブラケット、１６は第二のブラケット、１７は座金、１８はボルトである。第一のブラケット１５には、図示していないセンサ、コネクタ、ワイヤハーネス等の部品が搭載される。第一のブラケット１５の一部に舌片１５ａを複数設け、第二のブラケット１６の小孔１６ａに挿入して先端部を折り曲げ、両者を一体化している。
【００７３】
フランジ部２ｃは、第一，第二のブラケット１５，１６間に挟まれる。ボルト１８はフランジ部２ｃを回避して、ブラケット１５，１６を通して締め付けられる。これによって、フランジ部２ｃはブラケット１５，１６により挟持され、座金１７、第二のブラケット１６、第一のブラケット１５とともに相手部材、例えばトランミッションのボディに共締めされる形となる。
【００７４】
このような取り付け構造によれば、次のような点を改善できる。
【００７５】
すなわち、フランジ部２ｃにボルト固定用の孔を設ける構造では、フランジ部２ｃの面積をその分大きくしなければならず、それによってリードフレーム２の外側を大きくする必要があり、トランスファモールド成形で製品を一度に多数個取りする場合に、その取り数が少なくなる欠点がある。最小限のフランジ大きさとし、後述するように、これをブラケットで固定する方式により、この欠点をなくすことができる。
【００７６】
さらに、既述したように封止樹脂３は、モールド成形時に熱収縮応力により下側などの凸状態になることもある。相手部材が平面状態のとき、例えば下側に凸状態で封止樹脂３の下面が直接この面に接したまま、リードフレーム２のフランジ部２ｃを固定すると、封止樹脂３の中央部が相手部材に拘束される。それにより、封止樹脂３の反りを矯正するような形となるため、封止樹脂３とリードフレーム２との接着界面に過大な応力が働き、両者間が剥離する恐れがある。
【００７７】
前記した構造によれば、ブラケット１５がスペーサとしての機能もなすことで、相手部材と封止樹脂３下面との間に隙間を設け、リードフレーム２の最外形付近に設けたフランジ部２ｃのみを押えるようにできる。したがって、上記したような過大な応力は回避でき剥離の不具合は生じない。また、第一のブラケット１５と第二のブラケット１６により、リードフレーム２のフランジ部２ｃを挟み、舌片１５ａを折り曲げて一体化したため、相手部材に装着する際、取扱いが容易となる利点も有する。
【００７８】
次に本実施例に係る自動車用電子回路装置のパッケージ製造方法について説明する。
【００７９】
図１６は封止樹脂３をトランスファモールド成形する際の説明用の平面図、図１７はその断面図である。
【００８０】
図１７において、２０は成形用下型、３０はその上型である。封止樹脂３を成形するための下側キャビティ２１と、上側キャビティ３１を夫々下型２０、上型３０に形成している。
【００８１】
３ａはエポキシ樹脂を注入するためのランナゲート部、３ｂはこのランナゲート部３ａとは反対側に設けたオーバーフローキャビティで、夫々上型３０に彫り込んで形成し、型分割面は、リードフレーム２の上面としている。オーバーフローキャビティ３ｂは、封止樹脂３のモールド成形時に余分の樹脂を受け入れるようにしたものである。
【００８２】
成形方法について以下説明する。図１０、１１で示したワイヤボンディング作業が終了した後、このアッセンブリ部品を所定の温度に設定された下型２０に挿入する。次いで所定の温度に設定された上型３０を載せ、型締め保持する。
【００８３】
ランナゲート部３ａには、融解された液状のエポキシ樹脂が流入し、上下キャビティ２１、２２に充満した後、オーバーフローキャビティ３ｂに流入し、この部分に充満する。充満したエポキシ樹脂は徐々に粘度が上がり、所定の時間が経過した後、固化して封止樹脂３が形成される。
【００８４】
一般にこの種の樹脂成形では、樹脂内部に空洞いわゆるボイドが生じやすい。とくに本発明の構造、すなわちリードフレーム２の中央付近に突起７を設け、その上部に基板６の中央付近を接着固定したことを特徴とする構造においては、基板６の下側とリードフレーム２の上側との間に介在する樹脂３Ｂが、下側キャビティ２１の樹脂３Ａと上側キャビティ３１の樹脂３Ｃに比べて流動性が悪く、ボイドが発生しやすい。この理由を以下説明する。
【００８５】
図１７において、ランナゲート部３ｂから流入する樹脂は、樹脂３Ａ、樹脂３Ｂ、樹脂３Ｃに分れてオーバーフローキャビティ３ｂ側に向かって流動する。３者の樹脂が同一の流動抵抗を持っていれば、ボイドは発生しにくい。ボイドが発生するのは、３者の樹脂の流動抵抗が異なるからである。樹脂３Ａはリードフレーム２の下側で、流動を阻害する部品がないが、樹脂３Ｂは基板６とリードフレーム２との間の狭い部分のため、樹脂３Ａに比較して流動抵抗が大きい。樹脂３Ｃは基板６の回路素子５が搭載される部分であり、流動性が悪くなる要因はあるが、回路素子５は基板６の上面全体に搭載されている訳ではなく、高さもまちまちであり、樹脂３Ｂに比べると流動抵抗は小さい。実施例では、樹脂３Ａと３Ｃとは、ほぼ同じ流動抵抗であった。
【００８６】
ここで例えば樹脂３Ａ、３Ｃの流動抵抗はバランスしているが、樹脂３Ｂの流動抵抗が大きく、オーバーフローキャビティ３ｂがないと仮定した場合には、樹脂３Ｂが遅れて流入するため、樹脂３Ａ、３Ｃが樹脂３Ｂの周囲を取り囲むことになり、内部の空気の逃げ場がなく、ボイドとして封止樹脂３の内部に残ることとなる。
【００８７】
この残存ボイドが大きいと、エポキシ樹脂充填完了時点の加圧力により、基板６が樹脂３Ｃで押され、クラックや変形が生じたりする。また、クラックが生じない程度のボイドであっても、発生部位によっては使用時の温度変化で封止樹脂３に微小クラックが生じ、最悪の場合には回路素子、素子結合部のはんだ、ワイヤボンディング接続部等の断線に進展する場合があり、ボイド発生を防止することは、非常に重要な課題である。
【００８８】
前記樹脂の流動バランスをよくするには、樹脂３Ｂの厚さを厚くすればよいが、全体の封止樹脂３が厚くなり、このため基板６の下側の樹脂３Ｂとリードフレーム２の上側との間の熱抵抗が増加し、電子回路４の放熱効果が悪くなる問題が生じる。したがって樹脂３Ｂは極力薄い方が、放熱性の点からは好ましい。
【００８９】
この問題をなくするため、本発明では図４、図８、図９、図１５で示したように、リードフレーム２に複数の窓２ｈを設けている。ランナゲート３ａからエポキシ樹脂が流入すると、樹脂３Ａが形成される際、同時に窓２ｈに向かって流れる分が樹脂３Ｂに加わり、実質的に樹脂３Ｂの流動抵抗が小さくなるように作用する。したがって樹脂３Ａ、３Ｂ、３Ｃの流動バランスがよくなり、ボイド発生が防止できるものである。
【００９０】
しかしながら流動抵抗を３者完全に一致させることは実用上困難であり、オーバーフローキャビティ３ｂでその補正を行う。すなわち、エポキシ樹脂がまだ固まらない液の状態で、残留空気とエポキシ樹脂とをオーバーフローキャビティ３ｂに流入させ、充満した後にエポキシ樹脂が固化するようにしたものである。
【００９１】
放熱性の点では、窓２ｈの面積は狭い方がよいが、ボイド発生防止の点からその形状、大きさ、個数、オーバフローキャビティ３ｂの大きさ、深さ等は流動解析や実験により最適な仕様を決定する。また、説明ではランナゲート部３ａとオーバーフローキャビティ３ｂを上型３０に設けたが、下型２０に設けてもよく、さらには両者を夫々互い違いに上下型２０、３０に設けてもよい。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、電子回路装置において、リードフレームの中央付近に突起を設け、この突起に電子回路基板を接着する構造としたため、基板と封止樹脂との界面剥離やクラック発生を防止できる。そのため、電子回路基板やそのリードフレームまでをもモールド樹脂によりパッケージ化することを低コストで実現できた。さらに、放熱性、防水性に優れに優れた自動車用電子回路装置を提供することができる。
【００９３】
さらには、上記構造のパッケージ製造において、ボイド発生のないパッケージを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る自動車用電子回路装置の一部を断面して示す平面図。
【図２】その縦断面図。
【図３】その横断面図。
【図４】本実施例の要部断面図。
【図５】基板をリードフレームに接着する構造の２次元数値モデル。
【図６】本発明の基板、リードフレーム接着構造の２次元数値モデル。
【図７】従来構造と本発明構造において、基板接着部の剥離せん断応力を、有限要素法を用いてシミュレーション解析した結果を示す説明図。
【図８】リードフレームの詳細を示す平面図。
【図９】電子回路を構成した基板をリードフレームに接着したサブアッセンブリ状態を示す断面図。
【図１０】上記サブアッセンブリの平面図。
【図１１】上記サブアッセンブリをワイヤボンディング作業する状態を示す図。
【図１２】上記電子回路装置を外部の相手部材に装着する構造を示す部分平面図。
【図１３】その側面断面図。
【図１４】その部分断面図。
【図１５】本発明の他の実施例を示す要部断面図。
【図１６】本発明品をトランスファモールド成形する際の説明用平面図。
【図１７】図１６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…リードフレーム、２ａ…リード、２ｃ…フランジ部、３…封止樹脂、４…電子回路、６…基板、７…突起。

Claims (4)

1. 電子回路素子を載置した回路基板からなる電子回路と、前記電子回路を搭載するリードフレームと、前記リードフレームの一部に設けられたフランジ部と、リードとを備え、
   前記電子回路と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，リードフレーム，リード，フランジが一括してモールド樹脂に埋設され、かつ前記リードフレームには、中央付近の上面に前記回路基板より小面積で該回路基板の中央部を支持する突起が形成されており、この突起の周辺に複数の樹脂流通孔が設けられ、前記突起に前記回路基板の中央部裏面が接着されていることを特徴とする自動車用電子回路装置。
2. 前記リードフレームには、中央部の突起の他に前記回路基板の隅部を支える突起が形成され、これらの突起及び前記樹脂流通孔がプレス成形されている請求項記載の自動車用電子回路装置。
3. 少なくとも、電子回路素子を載置した回路基板と、この回路基板を支持するリードフレームと、リードとを、そのリードの一部を残して一括してモールド樹脂中に埋設するパッケージ製造方法であって、
   前記リードフレームには、中央付近の上面に前記回路基板より小面積で該回路基板の中央部を支持する突起が形成され、前記突起に前記回路基板の中央部裏面が接着された状態で、これらの部品がモールド成形に供せられ、
   前記モールド成形の型は、樹脂を注入するためのランナゲート部とは反対側に、モールド成形時に余分の樹脂を受け入れるようにしたオーバーフローキャビティを設置し、前記型内およびオーバーフローキャビティに樹脂を流しつつモールド成形を行うことを特徴とする自動車用電子回路装置のパッケージ製造方法。
4. 前記リードフレームの前記突起周辺に樹脂流通孔を設けて、前記モールド成形を行うようにした請求項３記載の自動車用電子回路装置のパッケージ製造方法。

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