JP5457762B2

JP5457762B2 - 回路装置及びその製造方法

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Publication number: JP5457762B2
Application number: JP2009199925A
Authority: JP
Inventors: 英行坂本
Original assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Current assignee: Semiconductor Components Industries LLC
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2029-08-31
Also published as: JP2011054623A

Description

本発明は、全面モールド型のパッケージの未充填領域を低減する回路装置及びその製造方法に関する。

従来の回路装置及びその製造方法の一実施例を下記に説明する。図７（Ａ）は、従来のパッケージの斜視図を示す。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示すパッケージのＤ−Ｄ線方向の断面図を示す。図８は、従来の樹脂モールド工程の断面図を示す。

図７（Ａ）に示す如く、混成集積回路装置５１の樹脂パッケージ５２は、回路基板５９（図７（Ｂ）参照）全面を被覆するフルパッケージ型として形成される。樹脂パッケージ５２の長手方向の側面５３、５４からは複数のリード５５が導出する。そして、樹脂パッケージ５２の短手方向の側面５６、５７には、ネジ留め用のＵ字孔５８が配置される。

図７（Ｂ）に示す如く、回路基板５９上面は絶縁層６０により被覆され、絶縁層６０上面には導電パターン６１が配置される。導電パターン６１上には半導体素子６２等の回路素子が固着され、導電パターン６１とリード５５とは金属細線６３により電気的に接続される。そして、回路基板５９、半導体素子６２や金属細線６３等は、樹脂パッケージ５２内に完全に封止される。

図８に示す如く、樹脂封止金型の上金型６４と下金型６５によりリード５５を挟持することで、回路基板５９は、樹脂封止金型のキャビティ６６内に収納される。このとき、回路基板５９の裏面側においても下金型６５との間に樹脂が充填される隙間が形成される。そして、図７（Ａ）に示すように、樹脂パッケージ５２の長手方向の側面５３、５４には複数のリード５５が配置されるため、例えば、樹脂パッケージ５２の短手方向の側面５６、５７側から、キャビティ６６内へと樹脂が注入される（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２７３６９８号公報（第７−９頁、第１、５図）

従来の樹脂パッケージ５２の長手方向の側面５３、５４には、複数のリード５５が一定間隔で配置され、樹脂封止金型のゲート部（図示せず）が配置される領域が存在しない。そのため、樹脂パッケージ５２の短手方向の側面５６、５７に樹脂封止金型のゲート部が配置されることとなる。その結果、キャビティ６６内に注入される樹脂は、ゲート部から回路基板５９の長手方向に沿ってキャビティ６６内に充填されることとなり、注入された樹脂の流れ方向を制御し難くなる。具体的には、樹脂が、ゲート部からその対抗面側に向かい、キャビティ６６の中央領域から充填されることで、キャビティ６６内の空気がキャビティ６６端部の一定領域（エアベント形成領域）へと追い込まれることとなる。しかしながら、樹脂が、回路基板５９の長手方向に沿って充填されることで、キャビティ６６の奥行きが広くなり、樹脂の流れ方向が制御し難くなる。そして、キャビティ６６内の空気が、キャビティ６６端部の一定領域（エアベント形成領域）へと追い込まれ難くなる。その結果、キャビティ６６内の空気が、キャビティ６６内に残存し、樹脂パッケージ５２に未充填領域（ボイド）が発生するという問題がある。

特に、回路基板５９の裏面側では、半導体素子６２等から発生し、回路基板５９に熱伝導した熱を樹脂パッケージ５２外部へと効率的に放出するため、その樹脂厚みを薄くする必要がある。一方、回路基板５９の表面側は、半導体素子６２や金属細線６３等を完全に被覆するため、その樹脂厚みは厚くなり、樹脂の流路幅も広くなる。この構造により、キャビティ６６内に充填された樹脂は、回路基板５９の表面側の方が流れ易く、回路基板５９の裏面側には、その表面側からも樹脂が回り込む。その結果、前述したように、回路基板５９の裏面側では、色々な方向から樹脂が流れ込み、キャビティ６６内の空気が残存し、樹脂パッケージ５２に未充填領域が発生し易くなる。そして、樹脂パッケージ５２の裏面側に未充填領域が発生することで、混成集積回路装置５１の耐圧特性が悪化する等の問題が発生する。

本発明の回路装置は、導電パターン及び前記導電パターンに固着された回路素子を有する混成集積回路が上面に組み込まれた矩形形状の回路基板と、前記導電パターン上に固着され、一対の前記回路基板の長手方向に沿ってそれぞれ配置された複数のリードと、前記回路基板を被覆する樹脂パッケージとを有し、少なくとも前記リードが導出する前記樹脂パッケージの一方の側面には、前記リード間に樹脂注入ゲート部が配置される隙間を有し、前記隙間は前記一方の側面の中央領域に配置され、前記樹脂パッケージは、前記回路基板を完全に被覆するパッケージであり、前記樹脂パッケージの表面側には、前記樹脂注入ゲート部側に前記一方の側面に沿って溝が形成されることを特徴とする。

本発明の回路装置の製造方法は、導電パターン及び前記導電パターンに固着された回路素子を有する混成集積回路が上面に組み込まれた矩形形状の回路基板を樹脂封止金型のキャビティ内に収納し、前記回路基板を樹脂モールドすることで樹脂パッケージを形成する回路装置の製造方法において、一対の前記回路基板の長手方向に沿ってそれぞれ前記導電パターン上にリードを固着し、前記リードを挟持し、前記樹脂封止金型のキャビティ内に前記回路基板を収納した後、前記回路基板の長手方向の側面側の中央領域であり、且つ前記リード間の隙間に配置された前記樹脂封止金型のゲート部から、前記回路基板の短手方向に沿って前記キャビティ内に樹脂を注入し、前記ゲート部の前記キャビティへの入り口は、前記回路基板の裏面と前記樹脂封止金型との隙間と同じ高さに配置されることを特徴とする。

本発明では、樹脂パッケージの長手方向側面の中央領域に樹脂注入用のゲート部を有することで、樹脂の流れ方向の奥行きが狭まり、樹脂パッケージの未充填領域の発生を抑止できる。

また、本発明では、樹脂パッケージの表面側にその長手方向に沿って溝が配置されることで、回路基板の表面側の樹脂の流れ等が制御し易くなる。

また、本発明では、回路素子が回路基板上の一定領域に配置されることで、金属細線倒れが防止される。

また、本発明では、回路基板と下金型との隙間に合わせて樹脂注入用のゲート部を配置することで、回路基板の裏面側の樹脂の充填を優先的に行い、未充填領域の発生を抑止できる。

また、本発明では、上金型の突出部により回路基板の表面側の樹脂の流速を調整することで、樹脂の注入速度を速くし、回路基板の裏面側の樹脂の充填をスムーズに行える。

本発明の実施の形態における回路装置を説明するための斜視図である。本発明の実施の形態における回路装置を説明するための平面図である。本発明の実施の形態における回路装置を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図である。本発明の実施の形態における回路装置の製造方法を説明するための（Ａ）平面図、（Ｂ）断面図である。本発明の実施の形態における回路装置の製造方法を説明するための図である。本発明の実施の形態における回路装置の製造方法を説明するための（Ａ）断面図、（Ｂ）断面図、（Ｃ）断面図である。従来の実施の形態における回路装置を説明するための（Ａ）斜視図、（Ｂ）断面図である。従来の実施の形態における回路装置の製造方法を説明するための断面図である。

以下に、図１〜図３を参照し、本発明の一実施例である回路装置について説明する。図１は、回路装置を説明する斜視図である。図２は、回路装置を説明する平面図である。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、回路装置を説明する断面図である。

先ず、図１に示す如く、混成集積回路装置１の樹脂パッケージ２は、回路基板１５（図２参照）全面を被覆するフルモールド型のパッケージである。樹脂パッケージ２の長手方向の側面３、４からは複数のリード５が導出する。一方、樹脂パッケージ２の短手方向の側面６、７には、ネジ留め用のＵ字孔８が配置される。そして、樹脂パッケージ２の側面４側では、リード５が側面４の両側に離間して配置され、その中央領域には樹脂注入用のゲート部が配置される。

樹脂パッケージ２の表面９には、その長手方向に沿って溝１０が配置される。詳細は後述するが、溝１０は、樹脂モールド工程時に樹脂の流れや速度を制御するために設けられ、溝１０よりも側面４側は幅Ｗ１有し、幅Ｗ１を調整することで、樹脂の流れや速度が調整される。一方、溝１０よりも側面３側は幅Ｗ２有し、その樹脂パッケージ２の表面９には、位置認識用マーク１１〜１４が配置される。例えば、位置認識マーク１１は鏡面となり、位置認識マーク１２〜１４は梨地面となる。

次に、図２に示す如く、矩形の回路基板１５上にリード５が実装される状態を示す。図示していないが、回路基板１５上は導電パターン１６が配置され、導電パターン１６上には半導体素子やコンデンサ等の回路素子が実装され、混成集積回路が形成される。前述したように、回路基板１５の一点鎖線１７上に溝１０（図１参照）が配置され、幅Ｗ１の領域に位置する回路基板１５には、導電パターン１６のみが配置される。一方、幅Ｗ２の領域に位置する回路基板１５には、導電パターン１６上に回路素子が実装される。つまり、幅Ｗ１の領域では、樹脂モールド時の樹脂流入速度が速く、金属細線倒れ等を防止するため、回路素子が配置されない領域として用いられる。

次に、図３（Ａ）は、図１のＡ−Ａ線方向の断面図を示す。図示したように、回路基板１５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から成り、例えば、１．５ｍｍ程度の厚みを有する。例えば、回路基板１５としてＡｌ基板を用いる場合には、その表裏面には酸化膜が形成され、アルマイト処理される。

絶縁層１８は、回路基板１５の上面全域を被覆し、その膜厚は５０μｍ程度と成る。絶縁層１８は、Ａｌ_２Ｏ_３等のフィラーが、例えば、６０〜８０重量％程度高充填されたエポキシ樹脂から成る。そして、絶縁層１８は、フィラーが混入されることで熱抵抗が低減され、回路素子から発生する熱の回路基板１５への放熱性が向上される。

導電パターン１６は、Ｃｕ等の金属から成り、絶縁層１８上面にパターン配置される。導電パターン１６の膜厚及びその幅は、例えば、５０〜１００μｍ程度である。そして、導電パターン１６上には、半導体素子１９やチップコンデンサー２０等の回路素子が実装される。尚、その他の回路素子としては、例えば、チップ抵抗、インダクタンス、発振器等の受動素子や能動素子が採用される。

樹脂パッケージ２は、回路基板１５全面を被覆するように形成される。そして、樹脂パッケージ２が、トランスファーモールドにより形成される場合には、熱硬化性樹脂が用いされ、インジェクションモールドにより形成される場合には、熱可塑性樹脂が用いられる。そして、樹脂パッケージ２を構成する樹脂内には、熱伝導率の向上させるための酸化シリコン等のフィラーが混入される。

回路基板１５の裏面側の樹脂パッケージ２の厚みＴ１は、例えば、０．５ｍｍ程度であり、この厚みＴ１を薄くすることで、回路基板１５から樹脂パッケージ２外部への放熱性が向上される。前述したように、回路基板１５表面側の樹脂パッケージ２には溝１０が配置され、溝１０の配置領域での樹脂パッケージ２の厚みＴ２は、例えば、０．５〜１．０ｍｍ程度であり、その他の領域での樹脂パッケージ２の厚みＴ３は、例えば、３．５ｍｍ程度である。また、この断面では、樹脂パッケージ２の側面４には、丸印２１にて示すように、樹脂注入用のゲート部が配置される。一方、樹脂パッケージ２の側面３からはリード５が導出する。

次に、図３（Ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線方向の断面図を示す。尚、図３（Ａ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符番を付し、その説明を参酌する。図示する断面では、樹脂パッケージ２の側面４からもリード５が導出し、図２（Ａ）の丸印２１にて示す樹脂注入用のゲート部が配置されていない。

次に、図３（Ｃ）は、図１のＣ−Ｃ線方向の断面図を示す。尚、図３（Ａ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符番を付し、その説明を参酌する。図示する断面では、回路基板１５上に導電パターン１６等が配置されない領域であり、その上面の樹脂パッケージ２の厚みはＴ２と成る。前述したように、樹脂パッケージ２の側面６、７側にはネジ留め用のＵ字孔８が配置される。そして、回路基板１の端部近傍には、樹脂モールドの際に回路基板１５の固定するガイドピンによる孔２２が形成される。

図示したように、樹脂パッケージ２の両側面６、７側には、回路基板１５の表面側に厚みはＴ２の領域が、回路基板１５の短手方向に沿って配置される。詳細は樹脂モールド工程にて説明するが、樹脂パッケージ２の厚みＴ２の領域では、樹脂モールド時の樹脂の速度を遅くできるので、回路基板１５の表面側から裏面側への樹脂の回り込みを遅らせることができる。その結果、回路基板１５裏面側の樹脂パッケージ２に未充填領域（ボイド）が発生することを防止でき、混成集積回路装置１の耐圧特性の劣化やパッケージ不良等を防止できる。つまり、樹脂パッケージ２の両側面６、７側に、回路基板１５上の厚みＴ３よりも薄い領域を配置することで、前述した効果を得ることができる。尚、Ｕ字孔８の配置領域では、機械的強度が優先され、樹脂パッケージ２の厚みも厚くなる。

次に、図４〜図６を参照し、本発明の一実施例である回路装置の製造方法について説明する。図４（Ａ）は、リードフレームを説明する平面図である。図４（Ｂ）は、実装工程を説明する断面図である。図５は、樹脂モールド工程を説明する図である。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、樹脂モールド工程を説明する断面図である。尚、尚、本実施の形態では、図１〜図３に示す構造の製造方法を説明するため、同一の構成部材には同一の符番を付し、また、適宜、図１〜図３を参照する。

先ず、図４（Ａ）に示す如く、例えば、銅を主材料とするリードフレーム３１を準備する。リードフレーム３１は、紙面Ｘ軸方向に延在し、リードフレーム３１には点線で示す複数のユニット３２が配置される。個々のユニット３２では、紙面Ｙ軸方向にそれぞれ離間して複数のリード５が配置され、その中央領域に回路基板１５の配置領域がある。そして、複数のリード５は、紙面Ｘ軸方向に延在するタイバー３３により互いに連結され、リードフレーム３１に固定される。また、リードフレーム３１の紙面Ｘ軸方向には、その上下端部領域にインデックス孔３４が設けられ、各工程での位置決めに用いられる。

次に、図４（Ｂ）に示す如く、回路基板１５を準備し、回路基板１５上に絶縁層１８、導電パターン１６を形成する。尚、予め、絶縁層１８、導電パターン１６が形成された回路基板１５を準備する場合でも良い。次に、ダイボンド工程にて、導電パターン１６上に半導体素子１９等の回路素子を導電性接着材により固着する。次に、ワイヤーボンディング工程にて、半導体素子１９と導電パターン１６とを金属細線３５により接続する。その後、リード５を導電パターン１６上に導電性接着材により固着し、ユニット３２毎に回路基板１５をリードフレーム３１に固着する。

次に、図５及び図６を用いて、樹脂モールド工程を説明する。

先ず、図５では、点線で示すように、樹脂封止金型３６内に回路基板１５を配置した状態を示す。樹脂封止金型３６では、リードフレーム３１の各ユニット３２毎にリード５を挟持することで、回路基板１５をキャビティ内に設置する。そして、紙面下側のゲート部３７からキャビティ内へ樹脂を注入し、キャビティ内を樹脂にて充填し、樹脂パッケージ２を形成する。

このとき、先ず、ゲート部３７は、回路基板１５の長手方向の側面中央領域に配置されることで、キャビティ内への樹脂の注入を制御し易くなる。具体的には、樹脂は回路基板１５の短手方向に沿って注入されることで、樹脂の注入方向の奥行きが狭くなる。そして、一点鎖線で示すように、樹脂は、回路基板１５の表裏面において、キャビティ内の中央領域から外周領域へと充填される。その結果、キャビティ内の空気は、エアベント部３８が設けられたキャビティ端部へと追いやられる。

次に、樹脂封止金型３６には、紙面上側の両側にはエアベント部３８が配置され、キャビティ内の空気や樹脂をキャビティ外部へと排出する。前述したように、ゲート部３７の位置により、キャビティ内の空気は確実にキャビティ端部へと追いやられる。そして、エアベント部３８は、キャビティ内にて最後に樹脂が充填される領域に配置されることで、効率的にキャビティ内の空気が排出され、樹脂パッケージ２の未充填領域の発生を防止できる。

次に、詳細は図６（Ａ）を用いて後述するが、樹脂封止金型３６の上金型には、回路基板１５の長手方向に沿って突出部３９が配置される。突出部３９は、ゲート部３７近傍に配置され、回路基板１５の表面側の樹脂の流れや速度を制御し、回路基板１５の表面側から裏面側への樹脂の回り込みや金属細線倒れ等を防止する。

図６（Ａ）では、図１のＡ−Ａ線方向の断面に対応し、樹脂封止金型３６のゲート部３７が配置される断面を示す。リード５が、上金型４０と下金型４１との当接面にて挟持され、回路基板１５は樹脂封止金型３６のキャビティ４２内に収納される。丸印４３で示すように、キャビティ４２に連続するゲート部３７の入り口は、下金型４１表面から、例えば、０．５５ｍｍ程度開口し、回路基板１５と下金型４１との隙間とほぼ同じ高さに配置される。そして、その隙間は、例えば、０．５ｍｍ程度と狭い領域であるが、ゲート部３７から注入された樹脂は、回路基板１５に阻まれることなく、スムーズに回路基板１５の裏面側へと流れ込む。

一方、ゲート部３７から注入された樹脂は、回路基板１５の側面と上金型４０との隙間を流れ、回路基板１５の表面側にも流れ込む。回路基板１５の表面側の隙間は、例えば、３．５ｍｍ程度あり、回路基板１５の裏面側と比較しても広く、樹脂が流れ易い領域となる。前述したように、上金型４０に突出部３９を配置することで、回路基板１５の表面側の樹脂の流れを制御する。例えば、回路基板１５の表面と突出部３９先端との隙間を０．５〜１．０ｍｍ程度とすることで、突出部３９より先へ流れる樹脂の速度を遅らせることができる。

つまり、回路基板１５の裏面側では、ほぼ全領域が０．５ｍｍ程度の狭い隙間のため、樹脂の充填速度が遅くなるが、ゲート部３７の位置や突出部３９により回路基板１５の表面側の樹脂の充填速度を遅らせることで、優先的に回路基板１５の裏面側から樹脂が充填され易くなる。特に、ゲート部３７から離れた領域において、回路基板１５の表面側から裏面側への樹脂の回り込みを無くすことで、回路基板１５裏面側での樹脂パッケージ２への未充填領域の発生を抑止できる。

更に、回路基板１５の表面側では、突出部３９よりゲート部３７側の領域４４には回路素子が配置されず、金属細線も配置されない。そのため、ゲート部３７からの樹脂の注入速度を速くした場合でも金属細線倒れが問題とならない。前述したように、突出部３９より先の領域４５への樹脂の速度が抑制されるため、領域４５にて金属細線倒れが発生しない範囲で、樹脂の注入速度を速くすることができる。その結果、回路基板１５の裏面側では、樹脂の注入速度が速く、更に、回路基板１５の表面側よりも樹脂が優先的に充填され易くなる。

次に、図６（Ｂ）では、図１のＢ−Ｂ線方向の断面に対応し、樹脂封止金型３６のゲート部３７が配置されない断面を示す。この断面においても、前述したように、上金型４０の突出部３９により回路基板１５の表面側の樹脂の流れや速度を制御することで、優先的に回路基板１５の裏面側が樹脂で充填され易くなる。

次に、図６（Ｃ）では、エアベント部３８が配置される断面を示す。この断面では、回路基板１５は、上金型４０に設けられた位置ピン４６によりキャビティ４２内にて適正な位置を維持している。前述したように、樹脂は回路基板１５の裏面側から優先的に充填され、回路基板１５は上金型４０側へと傾き易いが、位置ピン４６によりその傾きが防止される。また、回路基板１５の短手方向に沿って、回路基板１５と上金型４０との隙間を小さくすることで、前述したように、回路基板１５の表面側から裏面側への樹脂の回り込みを防止できる。

また、キャビティ４２端部へと追い込まれた空気は、樹脂とともにエアベント部３８へと流れ込むことで、樹脂パッケージ２への未充填領域の発生が抑止される。丸印４７にて示すように、キャビティ４２とエアベント部３８間の通路を広くし、樹脂も積極的にエアベント部３８へと流すことで、樹脂パッケージ２端部での未充填領域の発生も抑止できる。尚、上金型４０にはエアベント部３８から空気のみを逃がす通路４８を設ける場合でも良い。

最後に、樹脂封止型３６から離型したリードフレーム３１からユニット３２毎に樹脂パッケージ２を分離し、図１（Ａ）に示す混成集積回路装置１が完成する。

１混成集積回路装置
２樹脂パッケージ
１０溝
１５回路基板
３１リードフレーム
３７ゲート部
３８エアベント部
３９突出部

Claims

導電パターン及び前記導電パターンに固着された回路素子を有する混成集積回路が上面に組み込まれた矩形形状の回路基板と、
前記導電パターン上に固着され、一対の前記回路基板の長手方向に沿ってそれぞれ配置された複数のリードと、
前記回路基板を被覆する樹脂パッケージとを有し、
少なくとも前記リードが導出する前記樹脂パッケージの一方の側面には、前記リード間に樹脂注入ゲート部が配置される隙間を有し、前記隙間は前記一方の側面の中央領域に配置され、
前記樹脂パッケージは、前記回路基板を完全に被覆するパッケージであり、前記樹脂パッケージの表面側には、前記樹脂注入ゲート部側に前記一方の側面に沿って溝が形成されることを特徴とする回路装置。
前記回路素子は、前記溝から前記リードが導出する他方の側面の間の前記回路基板上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
導電パターン及び前記導電パターンに固着された回路素子を有する混成集積回路が上面に組み込まれた矩形形状の回路基板を樹脂封止金型のキャビティ内に収納し、前記回路基板を樹脂モールドすることで樹脂パッケージを形成する回路装置の製造方法において、
一対の前記回路基板の長手方向に沿ってそれぞれ前記導電パターン上にリードを固着し、前記リードを挟持し、前記樹脂封止金型のキャビティ内に前記回路基板を収納した後、前記回路基板の長手方向の側面側の中央領域であり、且つ前記リード間の隙間に配置された前記樹脂封止金型のゲート部から、前記回路基板の短手方向に沿って前記キャビティ内に樹脂を注入し、
前記ゲート部の前記キャビティへの入り口は、前記回路基板の裏面と前記樹脂封止金型との隙間と同じ高さに配置されることを特徴とする回路装置の製造方法。
前記回路基板の表面側の前記樹脂封止金型には、前記回路基板の長手方向に沿って突出部が配置され、前記回路基板表面側へと流れた樹脂は、前記突出部によりその流速が遅くなることを特徴とする請求項３に記載の回路装置の製造方法。