JP3789688B2 - 混成集積回路装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混成集積回路装置であり、特に耐電圧特性が優れ、且つ放熱性の優れた混成集積回路装置を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
まず一般に図４の様な混成集積回路装置があり、これは例えば特公昭６１−５５２４７号が詳しい。
【０００３】
つまり混成集積回路装置は、金属基板１と、この表面に被覆された絶縁性樹脂膜２と、この上に接着されたＣｕよりなる導電パターン３、４と、この導電パターン３、４と電気的に接続された半導体素子等の回路素子５と、この導電パターンの一部であるパッド３と半田を介して固着された外部リード６と、この外部リード６と前記回路素子５とを電気的に接続する金属細線７およびこれらをモールドする樹脂８とを有している。
【０００４】
ここで樹脂８は、トランスファーモ−ルド等で封止する材料でも良い。また樹脂８の代わりにケース材９を使用しても良い。このケース材９を採用した場合、ケース材９と金属基板１とで成る空間は、中空構造でも良いし、中に前記樹脂８が充填されても良い。
【０００５】
図４は、放熱性が考慮されて基板１の裏面が露出されているものである。
【０００６】
製造方法としては色々あるが、金属基板の大板を用意し、この金属基板と接着性を有する接着剤が形成された銅箔を熱圧着により貼り合わせる。
【０００７】
そしてボンディング位置にＮｉメッキを施し、所定のパターンに銅箔をパターニングし、配線、チップや外部リードを固着するランド等を形成し、その後、所定の形状に金属基板をプレスカットする。
【０００８】
そして分離された金属基板１に回路素子５を実装し、ケース材９を固着し、ケース材９と金属基板１で成る空間に必要により樹脂８を充填して完成する。
【０００９】
ただし、銅箔のパターニングは、プレスカットしてからでも良い。
【００１０】
また金属基板１としてＡｌ金属を採用する場合、耐電圧特性を向上させるため、また金属基板１の搬送性を向上させるために両面に陽極酸化膜１０を生成させていた。
【００１１】
陽極酸化膜１０は、Al2O3から成り絶縁性に優れ、且つ硬質であるため、金属基板１裏面に傷が付きにくい特徴を有している。
【００１２】
特に前述した大板から完成までの間に、金属基板は搬送装置の搬送手段、例えば搬送ローラの上に載せ、目的の場所まで搬送していた。特にＣｕ、Ａｌ等は、金属の中でも入手し易い材料ではあるが、傷が付きやすい軟らかい材料である。また金属基板は、放熱性に優れるため大電力用に多用されている。そして、放熱性がより考慮され金属基板裏面をパッケージから露出させる製品もある。しかし前述したように軟らかい材料であるため、完成までの工程で傷が付き製品として見栄えが悪い等の理由から、金属基板の裏面には陽極酸化膜が採用されていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近は、より放熱性が優れ、より高電圧が維持でき、更にはより高周波特性に優れた混成集積回路基板が求められる様になってきた。
【００１４】
つまり配線と金属基板との間の絶縁材料は、絶縁特性に優れていないと、耐電圧特性も高周波特性も向上しない。また前述したように製造工程ラインでの搬送性、プレス／カット性、更には装置としての放熱性等を考慮して前記問題を解決しなければならない。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題に鑑みて成され、第１に、第２の絶縁性樹脂膜に混入されたフィラーは、前記第２の絶縁性樹脂膜の表面よりも突出し、扁平可能な材料よりなる第１のフィラーを有する事で解決するものである。
【００１６】
フィラーを第２の絶縁性樹脂膜より突出させることで、搬送工程での裏面の傷付きを抑制し、しかもこの金属基板裏面を実装基板に当接した際、実質点接触から扁平する事による面接触を可能とし、放熱性の向上を実現できる。
【００１７】
同様に、放熱手段と扁平して当接される事で、混成集積回路装置の発熱を抑制することができる。
【００１８】
更には、第２の絶縁性樹脂膜の表面よりも突出し、扁平可能な材料よりなる第１のフィラーを有し、金属基板裏面と実質同一面を成す前記封止部材の面よりも前記第１のフィラーの方を突出させることで、前記第１のフィラーをより扁平させることができる。
【００１９】
第４に、第２の絶縁性樹脂膜に混入されたフィラーは、前記第２の絶縁性樹脂膜の表面よりも突出し、扁平可能な材料よりなる第１のフィラーと、前記第２の絶縁性樹脂膜の表面よりも突出し、金属を主材料とする第２のフィラーを有する事で解決するものである。
【００２０】
扁平可能な材料は、特に高分子材料を主材料とするものが多く、金属材料よりも熱伝導性に劣る。逆に熱伝導性の優れる材料は、硬質性であり、フィラーを球体と仮定すれば、実装基板には実質点接触でしか当接できない。
【００２１】
従って第１のフィラーを扁平させることで、第１のフィラーの当接面を拡大し、しかも扁平させることで第２のフィラーを当接させることができる。
【００２２】
また同様に第２のフィラーを扁平させて放熱手段に当接させる事で、第１のフィラーも前記放熱手段に当接させることができる。
【００２３】
更には、金属基板裏面と実質同一面を成す封止部材の面よりも前記第１のフィラーおよび第２のフィラーが突出している事で混成集積回路基板裏面のフィラーが実装基板や放熱手段に良好に実装できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図１および図２を参照しながら説明する。
【００２５】
まず例えばプレスにより打ち抜かれた金属性の混成集積回路基板１１がある。この混成集積回路基板１１は、Ａｌ、ＣｕやＦｅ等が考えられる。
【００２６】
この混成集積回路基板１１は、予め大板で用意されている。この大板は、金属の表面が元々光沢性、平坦性を有するため、粗面１２，１３が形成される。この粗面は、細かな凹凸により接着性を向上させるものであり、ここでは、機械的ブラッシング、化学的処理により膜の凹凸を生成させている。また、混成集積回路基板の材料によりその処理方法が異なるが、Ａｌの場合はクロメート処理等が考えられる。またこの粗面は、混成集積回路基板の材料そのものが凹凸化されても良いし、化学的処理による反応物で凹凸が生成されても良い。
【００２７】
またこの粗面は、凹凸を有し、金属であるため反応も起こる。この反応物は、混成集積回路基板１１上で剥離しやすく、且つ機械的強度があまりない。そのため、この反応を防止するために、且つ第１の絶縁性樹脂膜１４との接着強度を増強させるために第１の保護膜１５が極薄く形成されている。この保護膜１５は、第１の絶縁性樹脂膜１４と接着させるために、同類の材料により成る、または同類の材料が混入されているものを採用すると良い。
【００２８】
また粗面の生成と第１の絶縁性樹脂膜１４の形成までに前記反応物が生成されない条件であれば、前記第１の保護膜１５は、不要となる。反応物が生成されない条件とは、製造工程の雰囲気を非反応ガス雰囲気、例えば窒素雰囲気、不活性ガス雰囲気にすればよい。しかしこの工程であるとコストが上昇する問題がある。
【００２９】
ここで混成集積回路基板１１の両面に粗面化膜が生成された後、第１の絶縁性樹脂膜１４、第２の絶縁性樹脂膜１６を両面に被覆する。
【００３０】
前記第１の絶縁性樹脂膜１４は、銅箔の下に予め接着のりとして被覆され、これを熱圧着により貼り合わせても良い。また第２の絶縁性樹脂膜１６は、フィルム状のものを用意し、貼り合わせても良いし、別途塗布装置で被覆しても良い。
【００３１】
また第１の絶縁性樹脂膜、第２の絶縁性樹脂膜１６には、熱伝導性が考慮されてフィラー１７，１８、１９が混入されている。このフィラー１７、１８は、酸化アルミニウム、酸化Ｓｉ等の金属酸化物から選択されたもの、または混合のもであり、絶縁耐料の維持と熱伝導率の向上を実現している。更にフィラー１８、１９は、第２の絶縁性樹脂膜１６から一部が露出し、混成集積回路基板１１の摩擦抵抗を減少させている。また第２の絶縁性樹脂膜１６の硬度と相まって、裏面の傷つきの度合いを抑制している。
【００３２】
また後述するプレスの前または後で、銅箔がパターニングされる。更に金属細線の接合部には、接合性が考慮されてＮｉメッキが施される場合は、この処理の後にパターニングされる。
【００３３】
この混成集積回路基板１１は、紙面に対して下側からプレス（またはカッター）で矢印の方向に打ち抜かれており、混成集積回路基板１１底面の周辺にある角部２０は、アールを有している。また混成集積回路基板１１上面の周辺にある角部２１は、実質全周辺に渡り突起部が設けられ、混成集積回路基板１１の側面には、下側にせん断面、上側には破断面が全周に渡り設けられている。
【００３４】
つまり図でも示してあるが、第２の絶縁性樹脂膜１６の方が薄く形成され、しかも後述する扁平可能なフィラー１９が混入されている分、その中に混入されているフィラー１８の量も少なくなっている。
【００３５】
ここでフィラー１９は、扁平可能なフィラーであり、例えば高分子材料より成る。
【００３６】
従ってプレスまたはカッターのブレードは、フィラーの少ない裏面から食い込んでいくため、ブレードの機械的破壊（歯の摩耗）が抑制できる。しかも第１の絶縁性樹脂膜１４側は、破断されるため、ブレードは、フィラー１７と接触がより抑制される。
【００３７】
また導電パターンは、例えばＣｕより成るもので、配線２２、ランド２３、ボンデイング用のパッド２４、外部リード用の固着パッド２５等として設けられ、導電ランドにはベアの半導体ＩＣやトランジスタ等のチップ２６（半導体素子）が設けられる。また配線間はチップコンデンサ、チップ抵抗および印刷抵抗等の回路素子２７が半田等のロウ材や銀ペースト等を介して電気的に固着され、あるいは印刷抵抗がスクリーン印刷等で形成されている。更には前記チップと配線を電気的に接続するため、チップ上の電極とボンディング用のパッドとの間には金属細線２８が電気的に接続され、外部リード用の固着パッド２５には半田を介して外部リード２９が電気的に接続されている。
【００３８】
またこれらＣｕのパターンは、絶縁性のフレキシブルシートに貼り合わされ、このフレキシブルシートが混成集積回路基板に貼り合わされても良い。この場合、第１の保護膜１５は、このシートと同類か、この材料が混入されているものが好ましい。
【００３９】
そして、混成集積回路基板１１およびこの上に実装された実装部品を封止するために、封止用の樹脂２０が設けられている。
【００４０】
この封止方法は、従来技術で述べたケース材３１を採用しても良いし、混成集積回路基板１１の裏面が露出するようにトランスファーモールド、インジェクションモールドで実現されても良い。
【００４１】
またケース材３１を用いる場合は、混成集積回路基板とケース材３１で成る空間は、中空でも良いし、またこの空間に絶縁性樹脂材料３０が注入されても良い。
【００４２】
また以下の様にペレットを用いて封止しても良い。この製造方法を簡単に説明する。まずここまでの説明からも明らかなように、混成集積回路基板１１を用意する。
【００４３】
次に、ペレットを混成集積回路基板１１の上に配置する。ここでペレットは、補強用シートに熱硬化前の粉末状の樹脂が一体化されたものである。
【００４４】
補強用シートは、樹脂が熱硬化後もフラット性を保持する材質が好ましく、エポキシ含浸のガラス繊維等が好ましい。また薄いガラス基板等でも良い。
【００４５】
この状態で、例えばヒーターの上に載置し、１５０度程度にして樹脂を溶融し、その後熱硬化される。
【００４６】
前述した溶融樹脂は、自分自身の自重や補強シートの自重により沈み込み、同時に補強シートの端部から混成集積回路基板１１の突起部２１まで流れ出て、ダレ部を形成する。
【００４７】
ダレ部は、突起部２１が有ることでここまで流れ、そのダムとしての働きと表面張力により止まる。
【００４８】
補強シートがフラット性を有するため、印刷性が向上し、機種名等を載せることができる。しかもフラット性を有することから、補強シートに自動機の吸引部を当てて、吸引が可能となり、例えばプリント基板等に自動実装が可能となる。
【００４９】
本発明の第１の特徴は、第２の絶縁性樹脂膜１６に扁平可能なフィラーを混入することにある。有機溶剤で溶融している絶縁性樹脂にフィラーを混入し、成膜すると、膜は有機溶媒が揮発し膜厚自身が薄くなって硬化するため、フィラーが突出する。この突出は、混成集積回路基板１１裏面の傷付きを防止することができる。また堅いフィラーを採用するとフィラーは実質粒径であるので、混成集積回路基板が実装基板や放熱基板等の放熱手段に当接した時、フィラーは点接触となる。従って混成集積回路基板１１を伝わり外部へ逃げる熱の抵抗は大きくなる。本発明は、このフィラーを扁平可能な材料とすることで、前記点接触を面接触にし、この熱抵抗を低下させるものである。
【００５０】
図１では、斜線でハッチングしたものが第２のフィラー１７、１８であり、若干大きめに示したハッチング無しのものが第２のフィラー１９である。特に第２のフィラー１９は、扁平を図示するため、若干カットして示してある。
【００５１】
つまり高分子材料や柔軟な材料から成るフィラーが混入されている場合、本混成集積回路装置を実装させた時は、このフィラーが扁平するように実装されることで、混成集積回路基板から外へ逃げる熱の抵抗が改善される。
【００５２】
第２の特徴は、より放熱性を改善するために、前記第２の絶縁樹脂膜１６に第２のフィラー１８を混入させることである。ここでも第１のフィラー１９も第２のフィラー１８も放熱手段３２に当接させる必要がある。
【００５３】
つまり第１のフィラー１９を扁平させ、その結果第２のフィラー１８を当接させることにより、熱抵抗を低下させる点に特徴を有する。
【００５４】
この特徴を持たせるためには、若干第１のフィラー１９の径を大きくすることで実現できる。実際は、第１のフィラー１９を５０μｍ近傍に、第２のフィラー１８を１０μｍ〜５μｍ程度にしている。
【００５５】
以上、金属基板の裏面の傷を防止するため、その裏面に第２の絶縁樹脂膜１６を形成し、更にこの第２の絶縁樹脂膜１６の傷防止にフィラーを混入させている。そしてこのフィラーを介した放熱特性を改善させるために、１つは扁平フィラーを採用し、１つはフィラーを扁平させることでシリカ等のフィラーを放熱手段に当接させている。
【００５６】
従って、金属基板の裏面に傷が付くことなく、更には傷が付かないことで、各工程の薬液やガス等である腐食剤に対して耐食性があり、本混成集積回路装置の裏面の美観を維持しつつ、放熱性の改善が可能となった。
【００５７】
一方、図３は、本混成集積回路装置の裏面側から見た斜視図である。点線で示したものが図１で示す混成集積回路基板１１である。また実線で示すものがケース材３１および外部リード４０である。また符号４１は、ねじ止め孔である。
【００５８】
混成集積回路基板の裏面が符号４２で示され、これと平行に延在されたケース材裏面４３の位置関係を図示している。
【００５９】
ケース材裏面４３と混成集積回路基板裏面４２が同一面を成すか、混成集積回路基板裏面４２の方が突出していないと、第１のフィラー１９が扁平されないためである。
【００６０】
また突出幅は、矢印４４で示したが、実際は０〜数十ミクロン程度でよい。従って完成品を巨視的に見たら、混成集積回路基板裏面４２とケース材裏面４３は、実質同一面を成すような配置になっている。
【００６１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、フィラーを混入させることで大幅に熱伝導率を向上させる事ができる。また第１の絶縁性樹脂膜は、耐電圧特性を向上させ、裏面は、表面よりもより熱伝導率を向上させるために、第２の絶縁性樹脂膜を薄く形成している。従って裏面からプレスする事でブレードの摩耗を抑制することができる。
【００６２】
またフィラーを第２の絶縁性樹脂膜より突出させることで、搬送工程での裏面の傷付きを抑制し、しかもこの金属基板裏面を実装基板に当接した際、実質点接触から扁平する事による面接触を可能とし、放熱性の向上を実現できる。
【００６３】
同様に、フィラーが放熱手段と扁平して当接される事で、混成集積回路装置の温度上昇を抑制することができる。
【００６４】
更には、第２の絶縁性樹脂膜の表面よりも突出し、扁平可能な材料よりなる第１のフィラーを有し、金属基板裏面と実質同一面を成す前記封止部材の面よりも前記第１のフィラーの方を突出させることで、前記第１のフィラーをより扁平させることができる。
【００６５】
また、扁平可能な材料は、特に高分子材料を主材料とするものが多く、金属材料よりも熱伝導性に劣る。逆に熱伝導性の優れる材料は、硬質性であり、フィラーを球体と仮定すれば、実装基板には実質点接触でしか当接できない。
【００６６】
従って第１のフィラーを扁平させることで、第１のフィラーの当接面を拡大し、しかも扁平させることで第２のフィラーを当接させることができる。
【００６７】
また同様に第２のフィラーを扁平させて放熱手段に当接させる事で、第１のフィラーも前記放熱手段に当接させることができ、放熱特性を改善させることができる。
【００６８】
更には、金属基板裏面と実質同一面を成す封止部材の面よりも前記第１のフィラーおよび第２のフィラーが突出している事で混成集積回路基板裏面のフィラーが実装基板や放熱手段に良好に実装できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である混成集積回路装置の断面図である。
【図２】図１に採用する混成集積回路基板の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態である混成集積回路装置の斜視図である。
【図４】従来の混成集積回路装置を説明する断面図である。
【符号の説明】
１１ 混成集積回路基板
１２、１３ 粗面
１４ 第１の絶縁性樹脂膜
１６ 第２の絶縁性樹脂膜
１７、１８ 第２のフィラー
１９ 第１のフィラー
３１ ケース材

Claims (1)

1. 金属基板と、前記金属基板の表面上に形成され、熱伝導性を向上するフィラーが混入された第１の絶縁性樹脂膜と、前記第１の絶縁性樹脂膜上に形成された配線と、前記配線と接続された回路素子と、前記金属基板の裏面上に形成され、フィラーが混入された第２の絶縁性樹脂膜とを有する混成集積回路装置であり、
   前記第２の絶縁性樹脂膜に混入されたフィラーは、前記第２の絶縁性樹脂膜の裏面よりも突出し、高分子材料を主材料とする第１のフィラーと、前記第２の絶縁性樹脂膜の裏面よりも突出し、金属を主材料とする第２のフィラーを有することを特徴とする混成集積回路装置。

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