JPH02290046A - ハイブリッド型集積回路装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術（第１２図） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 ・本発明の一実施例装置とリードフレームを示す図（第
１図〜第２図） ・本発明実施例装置の実験データを示す図（第３図〜第
４図） ・本発明の各種支持板構造を示す図（第５図〜第６図） ・本発明の各種支持板構造における実験データを示す図
（第７図〜第９図） ・本発明の他の実施例装置を示す図（第ｌθ図〜第１１
図） 発明の効果 〔擾既要］ 集積回路装置の構造に関し、 集積回路装置内のパッケージや支持板が熱膨張や収縮し
た場合にも、バッケージを良好な状態に保持することを
目的とし、 少なくとも半導体集積回路または受動素子が基板上に設
ｉ３られている回路基板と、該回路基板の底面を支持す
る支持板と、前記回路基板に接続ずるリードの内端部と
を樹脂材からなるパッケージにより被覆して形成した集
積回路装置において、該集積回路装置は前記バッケージ
の樹脂外形面積Ｓ，と前記回路基板の面積（Ｓ０）との
面積比（Ｓ０／Ｓ＋）が６０％以上であり、かつ、前記
支持板に、該支持板を貫通し、かつ、上記回路基板の底
面を少なくとも５０％露呈させる樹脂材挿通部を形成し
たことを特徴として集積回路装置を構成する。

に適用して著しい効果が得られるものである。

〔従来の技術〕 半導体集積回路や混成集積回路のパソケージとして、エ
ボキシ樹脂等の樹脂材を用い、それら回路基板をリード
フレームと共にインサートモールドした、量産に適した
構造が使用されている。

ところで、集積回路をバッケージソグする場合には、例
えば第１２図（ａ）．　　（ｂ）に示したように、リー
ドフレーム６０の中央に配置した方形状支持板６１の上
に回路基板６２を搭載し、この回路基板６２とその周囲
に配置したリード６３とをワイヤボンデイングにより接
続し、その後、支持板６１、回路基板６２、リード６３
内端とを、エボキシ＋Δ｛脂よりなるパッケージ６４に
よって被覆するようにしている。

［産業上の利用分野］ 本発明は、集積回路装置に関し、とくに能動素子と受動
素子が混成実装された混成集積回路装置〔発明が解決し
ようとする課題〕 しかし、この種のパッケージにおいては、樹脂材に対す
る金属製支持板６１の密着性が、回路基板６２を構成す
るアルミナやシリコンに比べて劣っているため、集積回
路装置が加熱されて熱膨張する場合に、パッケージ６４
の底部が支持板６１の面方向にズレ易くなるとともに、
熱膨張により加わる支持板６１の応力はその周縁に集中
する。したがって、集積回路装置の加熱、冷却を繰り返
した場合に、バソケージ６４の底部において、支持板６
１の一辺又は隣接する二辺に沿ったクランク６５が発生
し易くなるといった問題がある。

本発明はこのような問題に鑑のでなされたものであって
、装置を繰り返して加熱、冷却する場合でも、そのパッ
ケージを良好な状態に保持できる集積回路装置を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するだめの手段〕 上記した課題は、少なくとも半導体集積回路６または受
動素子が基板５上に設けられている回路基仮２と、該回
路基板２の底面を支持する支持板８と、前記回路基板２
に接続するリード３の内端部とを樹脂材からなるパッケ
ージ４により被覆して形成した集積回路装置において、 該集積回路装置は前記パッケージ４の樹脂外形面積Ｓ，
と前記回路基板２の面積（ＳＯ）　との面積比（Ｓ０／
Ｓ１）が６０％以上であり、かつ、前記支持板８に、該
支持板を貫通し、かつ、上記回路基板２の底面を少なく
とも５０％露呈させる樹脂材挿通部８０を形成したこと
を特徴とする集積回路装置により達成する。

〔作用１ 木発明において、集積回路装置を加熱すると、樹脂材よ
りなるパッケージ４と、その内部の回路基板２、支持板
８等が膨張するが、支持板８の挿通部８０を通してパソ
ケージ４と基板５とが密着しているため、パッケージ４
の裏側が側方にスレ難くなる一方、支持板８の面積が狭
く、しかも熱膨張によって加わる応力も支持板８の内方
に分散するために、応力が支持板８の外端部に集中する
事態は避けられ、クシックの発生が抑制ざれる。

〔実施例］ （ａ）本発明の一実施例の説明 第１図は、本発明の一実施例を示す装置の断面図であっ
て、図中符号１は、回路基板２とその側方に位置するり
一ド３内端を、エボキシ樹脂よりなるパッケージ４内に
封止した混成型の集積回路装置で、この装置１内の回路
基板２は、アルミナ等のセラミックよりなる基板５上に
、能動素子である半導体集積回路６や受動素子であるヂ
ップ状の容量素子７等を導電性ダイボンディング樹脂に
より接着固定したものである。また、基板５の面上には
チップ状の容量素子７の他に、図示せぬ抵抗やコンデン
サの受動素子がスクリーン印刷等で厚膜形成．あ，るい
は蒸着技術等にて薄膜形成されている。そして、この回
路基板２は後述する支持仮８上面に耐熱性接着剤を用い
て貼着されている。

上記した支持板８は、方形状の板を中抜きしてその中央
に所定の大きさによる樹脂材挿通部８０ａを設けたもの
で、基板５の底縁に当接する大きさに形成されており、
第２図に示すような複数のリード３を支持するリードフ
レーム９の中央に、サポートパー１０により支えられて
いて、リード３と回路基板２とをワイヤボンディングに
より接続する場合に、回路基板２を支持するように構成
されている。

また、支持板８の中央の樹脂材挿通部８０ａは、樹脂材
を用いた低圧ｌ・ランスファモールド成形法によりパッ
ケージ４を形成する際に、樹脂材を下方から挿通させて
回路基板２の底面に密着させるように形成されている。

なお、パッケージ４を構成するエボキシ樹脂に対する回
路基仮２、支持板８等の剪断接着力を測定すると第１表
に示すようになる。

リードフレーム（銅合金）　　　　０．２　　ｋｇ／ｍ
ｍ”基板（アルミナ）　　　　　　　　６．０　　　〃
半導体集積回路（Ｓｔウエハ）　　　５．０　　　〃ガ
ースエボキシ　　　　２．０〃 次に、上記した実施例の作用を説明する。

上記した実施例において、集積回路装置１を加熱すると
、バッケージ４と、その内部の回路基板２、支持板８等
が膨張するが、所定の大きさで開口する樹脂材挿通部８
０ａを通してパッケージ４と回路基板２の基板５とが密
着しているため、パッケージ４の裏側が側方にズレ難く
なる一方、支持板８の面積が狭く、しかも熱膨張によっ
て加わる応力も支持板８の内縁に分散するために、応力
が支持板８の外端部に集中する事態は避けられ、クラッ
クの発生は抑制される。

第３図はパッケージ内における回路基板の占有率および
パッケージサイズとクランク発生率の関係図である。同
図（イ）で縦軸は１０％クラック発生までの熱衝撃サイ
クル数を、横軸はパッケージ内の回路基板占有率（α）
を示し、同図（口）は一部を破断した状態のパッケージ
上面図を示す。

この実験に際し、厚さが０．５ｍｍのアルミナセラミッ
クからなる、パッケージ内占有率の異なる多種類のサイ
ズの回路形成ずみ正方形基板を、回路基板２として多数
用意した。また、第１２図（ｂ）の如き方形状支持板を
有するリードフレームをパッケージサイズに対応した５
種類のものをそれぞれ多数用意した。方形状支持板は回
路基板の最大占有率，すなわち８０％の場合に回路基板
と同一寸法としてある。そして、それぞれのリードフレ
ームの方形状支持板上に、各種パソケージ内占有率の回
路基板２を接着固定し、それをエボ・キシ樹脂を用い低
圧トランスファーモールド成形法でインサートモールド
し、第３図（口）の如き厚さ４ｍｍのはヌ′正方形状の
外装パッケージ４を有する集積回路装置を製造した。ま
た、この際、パッケージ４を形成するモールド型のキャ
ビティの大きさを調整することで、外形寸法の異なる５
種類の正方形状のパッケージ４を作成し、これによって
、５種類のパッケージについて、種々の回路基板占有率
を有する集積回路装置を多数製造した。

こうして製造した集積回路装置を−５５゜Ｃの溶液に５
分間、１２５゜Ｃの溶液に５分間浸漬するというように
、冷却、加熱を交互に繰り返す熱衝撃サイクル試験を行
い、パッケージ内回路基板占打率とクランク発生率（試
験数の内１０％にクラックが発生した際の熱衝撃サイク
ル数で表示）との関係を調査した結果が第３図（イ）で
ある。

図中のパラメータはパッケージ外形サイズでパッケージ
主面の面積ＳＩで表している。また、αはパッケージ主
面の面積ＳＩに対する回路基板の面積Ｓ０の比率である
。図からわかるように、回路基板占有率αが大きいほど
樹脂パソケージにクランクが発生し易くなる。また、こ
の依存性はＳすなわち、パッケージサイズが大きくなる
ほど急峻になることがわかる。とくに、αが６０％以上
では最も小さい１０Ｘ１０ｍｍ２のパンケージにおいて
も基準となる１０００サイクルを保証できないことがわ
かる。このことは、回路基板のサイズが大きく、パッケ
ージ内占有率も高い混成集積回路において、より間穎が
深刻であることを意味している。

たとえば、半導体チップとリードフレームのみをパッケ
ージ内にインサートモールドした半導体集積回路装置は
、通常半導体チップが最大でも１５Ｘ１５ｍｍ２程度で
あり、かつ、半導体チップのパッケージ内占有率も５０
％以下，通常は３０％以下が大部分である。このような
チップ占有率の低いパッケージではチップが充分な樹脂
厚さで覆われるため、クラック発生ばそれほど問題とな
らないが、その占有率が６０％以上になるとパッケージ
の樹脂厚さも薄くなってクラック発生が著しくなり、と
くに、パッケージサイズが２０×２０ｍｍ２以上になる
とさらにクランク発生率が増大し、従来形態の方形状の
支持板では実用できる製品は得られない。

本発明の集積回路装置は回路基板のパソケージ占有率が
６０％以上と高く、かつ、小型で高密度実装が可能であ
り、しかも、クラック発生の問題を生じない集積回路装
置を提供するものである。

これは第１図，第２図に示したごとく、支持板８に所定
の大きさの樹脂材挿通部８０ａを形成することにより実
現しており、以下にこの挿通部形状について説明する。

第４図は樹脂材挿通部８０ａを備えた第１図の■ 集積回路装置１を−５５゜Ｃの溶液に５分間、１２５″
′Ｃの溶液に５分間浸漬するというように、冷却、加熱
を交互に繰り返す熱衝撃サイクル試験を行った実験結果
である。この際使用した集積回路装置はリードフレーム
が銅合金からなり、回路基板が２８Ｘ２８ｍｍ２で、エ
ポキシ樹脂のパッケージ内での回路基板占有率αは６７
％のものを使用した。

支持板の挿通部面積 挿通部面積比Ｘ一 ＸＩＯＯ（″ｌ） 回路チップの底面積 とすると、 挿通部面積比Ｘを大きくするにつれてクランクの発生す
る確率（この場合、５０個の試料を使用した）は小さく
なるという結果が得られ、支持板８に挿通部８０ａを設
けることによりクラックの発生は抑制されることが明ら
かになった。

とくに、挿通部面積比Ｘを５０％以上にすると、数１０
００回以上の熱衝撃サイクルに耐えることができるので
、通常の用途には問題なく使用することができる。さら
に、挿通部面積比Ｘを８０％以上好ましくは９０％以上
とすることにより、クラック発生を殆ど生じない集積回
路装置を得ることができる。

（ｂ）その他の実施例の説明 上記した実施例は、支持板８を方形状の枠型に形成し、
その中央の樹脂材挿通部８０ａに樹脂材を挿通させて回
路基板２とパッケージ４とを密着させるようにしたが、
第５図（その１）（ａ）〜（Ｃ）に示すように、支持板
８１〜８３をコ字形に形成したり、星形の枠状に形成し
たり、十字状に形成することにより、パッケージ４の樹
脂材を回路基板２の裏側に接触させる樹脂材挿通部８０
ｂ〜Ｓｏｄを、支持板の内部や外部に形成するようにす
ることもできる。

一方、第５図（その１）（ｄ）は上記実施例の支持板の
構造とはや＼異なり、ザボートバ−１０の先端部を拡張
した小さい正方形のステージ１００を、同一平面上に載
るように支持板に相当する部分の４隅に設けたものであ
る。

上記のステージ１００は、正方形とは限らず長方形，円
形その他適宜の形状を選ぶことができることは勿論であ
る。また、スデージ１００の数も４つとは限らず回路基
板２の大きさによって増加させてもよい。

同図（ｅ），　　（ｆ）は上に述べた（ｄ）の変形で、
ステージ１００の間を２箇所あるいは４箇所細い連結バ
ー１０１で接続して、ステージ相互の安定化を図ったも
ので、回路基板２が大きい場合にとくに有効である。

また、第５図（その２）の（ｇ），（ｈ）は、上記した
（ｃ＋）タイプのさらに別の変形を示したものである。

（ｄ）タイプの場合はステージ１００はそれぞれ１本の
サポートパー１０で支えられているのに対し、（ｇ）タ
イプではそれぞれ２木のサホ−１−バー１０“．ｌＯ゜
”で支持されており、（ｈ）タイプではそれぞれが３本
のサポートバーｉｏ，ｔｏ’および１０′”で支持され
ている。

サポートバーが１本の場合はステージ１００の機械的強
度が充分でないことがある。たとえば、回路基板２をス
テージ１００にダイボンディングにより搭載する際に、
ステージ１００の変形あるいは変位が起こり位置ずれを
生じやすい。このような変位が生じると、そのあとに続
く工程のワイヤボンディングなどでハラッキや不良の原
因となる。

これに対して、（ｇ）．　　（ｈ）タイプはサポートバ
ーを２本以上に増やすことによって、ステージ１００の
支持強度を上げるようにしたものである。

第２表はサポートバーが１本の（ｄ）タイプとサポート
バ′−が２本の（ｇ）タイプについて、回路基板２のグ
イボンディングに際してのステージ１００の変位量を比
較したもので、ステージ面に平行な水平横方向（Ｘ），
水平縦方向（Ｙ）およびスデージ面に対して垂直方向（
Ｚ）の３方向の変位量データを示した。

なお、支持板エリアの大きさは２４ｍｍ角の正方形の範
囲にあり、ステージ１００は一辺３’ｍｍの正方形．サ
ポートパーは巾０．３　ｍｍ，長さはｌ５ （ｄ）タイプのコーナ部のもので５ｍｍ，（ｇ）タイプ
の辺部のもので２ｍｍである。

搭載した回路チップは、大きさ２３ｍｍＸ２３ｍｍ，厚
さ０．５ｍｍのアルミナ製セラミック板で、グイボンデ
ィングには耐熱性のシリコーン樹脂を使用した。

変位量の測定には工具顕微鏡とタイヤルゲージを使用し
、各５０個の測定データの平均値を示した。

（ｄ）　　　０．５５　ｍｍ　　　０．３５　ｍｍ　　
　０．１ｒｒｔｍＯ．０４〃０．０４〃０．０５〃 上表からわかるように、サポートバーを１本から２木に
することにより、水平方向で約１／１０に、垂直方向で
１／２に変位量を低減することかでぎる。（ｈ）タイプ
のようにサポートバーを３本以上にして強度を上げれば
、より大型の回路チップの搭載に適した支持板構造にな
ることは言うまでもない。

さらに、第５図（その３）（ｉ）．（ｊ）は、上記（ｆ
）タイプの連結バー１０１の形状を変えたもので、同図
（ｉ）場合はステージ面からずらせて平行にたわませて
ある。図では平行の場合を示してあるが波形に変形させ
てもよい。

また、（ｂ）は平面図（ａ）のＡ−Ａ”断面図で、ステ
ージ１００を図示したようにリードフレームの外リード
面よりも下位に位置させているのが一般的であるが、此
の回の例では内リードもステージ１００と反対側に持ち
上げている。このようにすると、回路チップ基板が厚い
場合でも、内リードのボンディング面と基板上のボンデ
ィングパッド面とを同一面上にすることができる。

同図Ｎ）の場合は、ステージ面内で連結バーを波形にた
わませた実施例である。

第６図は本発明の内リードを持ち上げた支持板構造（ｉ
）に搭載した実施例装置の断面図で、そのような例をわ
かりやすく図示したものである。

一方、基板厚さがそれほど厚くない時は、とくに内リー
ドを持ち上げる必要がないことは勿論である。

以上の（　ｄ．　）〜Ｎ）に示した実施例は、回路基板
２に対する応力緩和のために特に有効な構造である。

第７図は回路尽仮のたわみ量と連結ハーの幅の関係を示
す図で、使用した支持板構造は第４図の（その１）に示
した（ｆ）の例である６！は支持構造の一辺の長さで２
４ｍｍ，ｗｏはステージの幅で３ｍｍ，Ｗ，は連結ハー
の幅であるＪｔは樹脂モールト成形時温度に相当する１
７５゜Ｃにおける回路基板のたわみ量である。すなわち
、連結ハーの幅が狭いほど回路基板のたわみ量が少ない
ことがわかる。

第８図は回路基板のたわみ量と連結バー形状の関係を示
す図で、連結ハーが真っ直くの（ｆ）タイプよりも、た
わみを持たせた（＋）タイプの方が高温（１７５゜Ｃ）
での回路基板のたわみ量がかなり小さくなることがわか
る。

第９図は支持板構造の差による熱衝撃サイクル・クラン
ク発生率の特性図で、試験条件は第３図におけるものと
同してある。図中、■は従来の支持板の場合で第３図Ｘ
一〇％のカーブに相当する。

■は支持構造（ｆ）タイプでｗ，／ｗｏ　＝０．２の場
合、■は支持構造（ｅ）タイプの場合、■は支持構造（
ｉ）タイプでＷｌ／Ｗｏ　＝ｏ．２の場合、■は支持構
造（ｄ）タイプの場合，および支持構造（ｅ）タイプで
連結ハーにたわみ変形を持たせた場合のクラック発生率
のデータである。これによって、本発明の支持板構造を
用いると熱衝撃によるクランク発生が大幅に抑制される
ことがわかる。

また、最近は混成集積回路装置の大規模化にともない、
回路基板５の両面に半導体集積回路６や、チップ状ある
いは膜形成された容量素子７や抵抗素子７′を搭載する
両面実装方式が求められるようになってきている。

第１０図は木発明の支持板構造（ｉ）に搭載した他の実
施例装置の断面図で、図中７”は抵抗素子である。た＼
し、内リードは外リード面から持ち上げてない場合を示
した。

この場合、たとえば容量素子７が裏面に実装されている
ので、従来のように、支持板が回路基板２の下面に当接
する構造は使用することはできず、このような場合には
（ｄ）〜Ｎ）に示した実施例の構造が特に優れているこ
とがよくわかる。

なお、上記した実施例では、回路基板２をステージ１０
０」二に接着剤などで固定するようしたが、ステージを
クリップ構造に加工して固定することもできる。

たとえば、第１１１Ｆは本発明のさらに別な実施例装置
に使用する支持構造の断面図で、Ｍ中８５はクリップス
テージである。すなわち、クリソプステージ８５は先端
が上下交互に切り分けられ、そこに回路基板２の縁部を
挟み込んで抱持させるようにしたものである。

なお、上記した実施例は、混成集積型の回路装置につい
て説明したが、半導体集積回路だけで構成した回路基板
を支持板に搭載するような集積回路装置にも本発明を適
用できる。

［発明の効果〕 以上述べたように本発明によれば、回路基板を支持する
支持板の一部に、パッケージを構成する樹脂材を挿通さ
せて回路基板に接触させる挿通部を形成したので、回路
基板の裏面とパッケージを密着させるとともに、支持板
の面積を小さくし、熱膨張による支持板外端にか一る応
力を低滅することができ、パッケージのズレや、応力の
集中によるパッケージのクラックを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す装置の断面図、第２図
は本発明の一実施例装置に使用ずるり一ドフレームを示
す平面図、 第３図はバッケージ内回路基板の占有率およびパッケー
ジサイズとクランク発生率の関係図、第４図は熱衝撃ザ
イクル・クラック発生率の特性図、 第５図（その１）および（その２）の（ａ）〜（ｈ）は
本発明の他の実施例装置における支持板構造の平面図、 第５図（その３）（ｉ）およびＮ）は本発明の他の実施
例装置における支持板構造の平面図（ａ）と側面図（ｂ
）、 第６図は本発明の内リードを持ち上げた支持板構造（ｉ
）に搭載した実施例装置の断面図、第７図は回路基板の
たわみ量と連結バーの幅の関係を示す図、 第８図は回路基板のたわみ量と連結バー形状の関係を示
す図、 第９図は支持仮構造の差による熱衝撃サイクル・クラッ
ク発生率の特性図、 第１０図は本発明の支持板構造（ｉ）に搭載した他の実
施例装置の断面図、 第１１図は本発明のさらに別な実施例装置に使用する支
持板構造の断面図、 第１２図（ａ）．　　（ｂ）は従来装置の断面図と平面
図である。 図において、 は集積回路装置、 は回路基板、 はリード、 はパッケージ、 は支持板・、 はり一ドフレーム、 ０，１０”，１０”はサポートハー、 ０　（８　０　ａ　〜８　０　ｋ）は樹脂材挿通部、０
０はステージ、 ０１は連結バーである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも半導体集積回路（６）または受動素子が基板
   （５）上に設けられている回路基板（２）と、該回路基
   板（２）の底面を支持する支持板（８）と、前記回路基
   板（２）に接続するリード（３）の内端部とを樹脂材か
   らなるパッケージ（４）により被覆して形成した集積回
   路装置において、 該集積回路装置は前記パッケージ（４）の樹脂外形面積
   Ｓ＿１と前記回路基板（２）の面積（Ｓ＿０）との面積
   比（Ｓ＿０／Ｓ＿１）が６０％以上であり、かつ、前記
   支持板（８）に、該支持板を貫通し、かつ、上記回路基
   板（２）の底面を少なくとも５０％露呈させる樹脂材挿
   通部（８０）を形成したことを特徴とする集積回路装置
   。