(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向する長辺を持った混成集積回路基板と、
前記混成集積回路基板の表面に設けられた導電路と、
前記導電路に実装された半導体素子または受動素子と、
前記導電路と前記半導体素子または受動素子とを電気的に接続する金属細線と、
前記導電路と接続されて出力または入力となり外部に延在され、前記長辺を導出側辺として延在された外部リードと、
前記混成集積回路基板の少なくとも表面をトランスファーモールドにより被覆する熱硬化性樹脂から成る樹脂封止体から成り、
前記樹脂封止体には、前記混成集積回路基板の長手方向を挟み、前記樹脂封止体の上面と同じ高さで、Ｕ字型の肉厚部が設けられる事を特徴とした混成集積回路装置。
【請求項２】
前記外部リードの前記導出側辺と対向する側辺に相当する前記樹脂封止体には、前記長辺とほぼ同じ長さの肉薄部が設けられる請求項1に記載の混成集積回路装置。
【請求項３】
前記熱硬化性樹脂は形状が球状であるフィラーを含有し、前記熱硬化性樹脂は低粘性で流動性を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の混成集積回路装置。
【請求項４】
前記金属細線は、アルミニウムからなり、その径は、３０μｍ〜８０μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の混成集積回路装置。
【請求項５】
前記基板と前記リードとの接続手段は半田であり、前記熱硬化性樹脂の硬化温度は前記半田の融点より低いことを特徴とする請求項１または請求項２記載の混成集積回路装置。
【請求項６】
前記基板は、プリント基板、セラミック基板または金属基板からなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の混成集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混成集積回路装置およびその製造方法に関し、混成集積回路基板にトランスファーモールドにより樹脂封止する混成集積回路装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、混成集積回路装置に採用される封止方法は、主に２種類の方法がある。
【０００３】
第１の方法は、半導体素子等の回路素子が実装された混成集積回路基板の上に蓋をかぶせるような形状の手段、一般にはケース材と呼ばれているものを採用して封止しているものがある。この構造は、中空構造やこの中に別途樹脂が注入されているものがある。
【０００４】
第２の方法は、半導体ＩＣのモールド方法としてインジェクションモールドである。例えば、特開平１１−３３０３１７号公報に示してある。このインジェクションモールドは、一般的に熱可塑性樹脂を採用し、例えば、３００℃に熱した樹脂を高射出圧力で注入し一度に金型内に樹脂を充填することで樹脂を封止するものである。また、トランスファーモールドと比較すると、金型内に樹脂を充填した後の樹脂の重合時間を必要としないため作業時間が短縮できるメリットがある。
【０００５】
以下に、インジェクションモールドを用いた従来の混成集積回路装置およびその製造方法について、図１１から図１４を参照して説明する。
【０００６】
先ず、図１１に示すように、金属基板としては、ここではアルミニウム（以下、Ａｌという）基板１を採用して説明してゆく。
【０００７】
このＡｌ基板１は、表面が陽極酸化され、その上に更に絶縁性の優れた樹脂２が全面に形成されている。但し、耐圧を考慮しなければ、この酸化物は省略しても良い。
【０００８】
そして、この樹脂２の上に、例えば、Ｃｕより成る導電路３ａが形成され、トランジスタやＩＣ等の能動素子５、チップ抵抗、チップコンデンサ等の受動素子６が半田１２を介して実装され、所定の回路が実現されている。ここで一部半田を採用せず、銀ペースト等で電気的に接続されても良い。また、前記半導体素子５がフェイスアップで実装される場合は、ボンディングにより金属細線７を介して接続されている。更には、外部リード８が半田を介して外部電極端子１１と接続されており封止樹脂体１０から外部に露出されている。
【０００９】
ここで、熱可塑性樹脂として採用したものは、ＰＰＳ（ポリフェニルサルファイド）と呼ばれるものである。
【００１０】
そして、熱可塑性樹脂の注入温度が約３００℃と非常に高く、高温の樹脂により半田１２が溶けて半田不良が発生する問題がある。そのため、予め半田の接合部、金属細線７、能動素子５および受動素子６を覆う様に熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）でポッティングし、オーバーコート９を形成している。このことで、熱可塑性樹脂の成型時、注入樹脂圧により、特に細線（約３０〜８０μｍ）が倒れるのを防止したり、断線を防止している。
【００１１】
そして、樹脂封止体１０は、支持部材１０ａと熱可塑性樹脂により形成されている。つまり、支持部材１０ａに載置された基板１をインジェクションモールドにより熱可塑性樹脂で被覆している。そして、支持部材１０ａと熱可塑性樹脂との当接部は、注入された高熱の熱可塑性樹脂により支持部材１０ａの当接部が溶けフルモールド構造を実現している。
【００１２】
次に、インジェクションモールドを用いた従来の混成集積回路装置の製造方法について、図１２から図１４を参照して説明する。
【００１３】
図１２は工程フロー図であり、金属基板を準備する工程、絶縁層形成工程、Ｃｕ箔圧着工程、部分Ｎｉメッキ工程、Ｃｕ箔エッチング工程、ダイボンディング工程、ワイヤーボンディング工程、ポッティング工程、リード接続工程、支持部材取り付け工程、インジェクションモールド工程、リードカット工程の各工程から構成されている。
【００１４】
図１３および図１４に、各工程の断面図を示す。なお、図示しなくても明確な工程は図面を省略している。
【００１５】
先ず、図１３（Ａ）および（Ｂ）では、金属基板を準備する工程、絶縁層形成工程、Ｃｕ箔圧着工程、部分Ｎｉメッキ工程、Ｃｕ箔エッチング工程について示す。
【００１６】
金属基板を準備する工程では、基板の役割として熱放散性、基板強度性、基板シールド性等考慮して準備する。そして、本実施例では、熱放散性に優れた、例えば、厚さ１．５ｍｍ程度のＡｌ基板１を用いる。
【００１７】
次に、アルミ基板１上に更に絶縁性の優れた樹脂２を全面に形成する。そして、絶縁性樹脂２上には、混成集積回路を構成するＣｕの導電箔３を圧着する。Ｃｕ箔３上には、例えば、取り出し電極となるＣｕ箔３と能動素子５とを電気的に接続する金属細線７との接着性を考慮し、Ｎｉメッキ４を全面に施す。
【００１８】
その後、公知のスクリーン印刷等を用いＮｉメッキ４ａおよび導電路３ａを形成する。
【００１９】
次に、図１３（Ｃ）では、ダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程について示す。
【００２０】
前工程において形成された導電路３ａ上には、半田ペースト１２等の導電性ペーストを介して能動素子５、受動素子６を実装し、所定の回路を実現する。
【００２１】
次に、図１４（Ａ）、（Ｂ）では、ポッティング工程、リード接続工程および支持部材取り付け工程について示す。
【００２２】
図１４（Ａ）に示すように、ポッティング工程では、後のインジェクションモールド工程の前に、予め、半田の接合部、金属細線７、能動素子５および受動素子６を熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）でポッティングし、オーバーコート９を形成する。
【００２３】
次に、上記した混成集積回路からの信号を出力及び入力するための外部リード８を準備する。その後、外部リード８を基板１の外周部に形成された外部接続端子１１と半田１２を介して接続する。
【００２４】
次に、図１４（Ｂ）に示すように、外部リード８等を接続した混成集積回路基板１に支持部材１０ａを載置する。基板１を支持部材１０ａ上に載置することで、次工程で説明するインジェクションモールドの際における基板１裏面の樹脂封止体１０の厚みを確保することができる。
【００２５】
次に、図１４（Ｃ）では、インジェクションモールド工程およびリードカット工程について示す。
【００２６】
図示したように、基板１上を熱硬化性樹脂でポッティングし、オーバーコート９を形成した後インジェクションモールドにより樹脂封止体１０を形成する。このとき、支持部材１０ａと熱可塑性樹脂との当接部は、注入された高熱の熱可塑性樹脂により支持部材１０ａの当接部が溶けフルモールド構造の樹脂封止体１０となる。
【００２７】
最後に、外部リード８を使用目的に応じてカットし、外部リード８の長さの調整する。
【００２８】
上記した工程により、図１１に示した混成集積回路装置が完成する。
【００２９】
一方、半導体チップは、トランスファーモールド法が一般に行われている。このトランスファーモールドによる混成集積回路装置では、例えば、Ｃｕから成るリードフレーム上に半導体素子が固着される。そして、半導体素子とリードとは金（以下、Ａｕという）線を介して電気的に接続されている。これは、Ａｌ細線が折れ曲がり易い点、ボンディング時間が超音波を必要とするため時間を要する点で採用できないためである。そのため、従来において、一枚の金属板から成り、金属板上に回路が形成され、更に、Ａｌ細線によりワイヤーボンディングされた基板を直接トランスファーモールドする混成集積回路装置は存在しなかった。その他、プリント基板、セラミック基板の場合も同様に、Ａｌ細線によりワイヤーボンディングされ、直接トランスファーモールドする混成集積回路装置は存在しなかった。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
インジェクションモールド型の混成集積回路装置では、モールド時の注入圧力により、金属細線７が折れ曲がったり、断線するのを防ぎ、また、インジェクションモールド時の温度により半田１２が流れるのを防ぐ必要があった。そのため、図１１に示した従来構造においては、ポッティングによるオーバーコート９を採用して上記した問題に対処していた。
【００３１】
しかし、熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）でポッティングしオーバーコート９を形成した後インジェクションモールドを行っていたため、熱硬化性樹脂分の材料コストおよび作業コストが掛かるという問題があった。
【００３２】
また、従来のトランスファーモールドによる混成集積回路装置では、アイランド上に半導体素子等固着していたため、半導体素子等から発生した熱は固着領域から発散するが、熱発散領域に限りがあり熱放散性が悪いという問題があった。
【００３３】
更に、上記したように、Ａｌ細線は超音波ボンディングで行われネックの部分が弱いこと、更には、弾性率が低く樹脂の注入圧力に耐えられない等のことが原因ですぐに曲がってしまう。そのため、金属細線として樹脂封止体のワイヤーボンディングには樹脂注入圧に強いＡｕ線が用いられるため、Ａｌ細線を採用したトランスファーモールドは現在でも行われていない。そして、本発明では、このＡｌ細線を積極的に採用し、折れ曲がりのないトランスファーモールドを実現する構造および製造方法を提供することが課題である。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した従来の課題に鑑みてなされたもので、本発明である混成集積回路装置では、少なくとも混成集積回路基板の表面に設けられた導電パターンと、前記導電パターンに実装された半導体素子または受動素子と、前記導線パターンと前記半導体素子または受動素子とを電気的に接続するアルミニウム細線と、前記導電パターンと接続され、出力または入力となり外部に延在されるリードと、前記基板の少なくとも表面をトランスファーモールドにより被覆する熱硬化性樹脂とから成り、前記熱硬化性樹脂は溶融形状が球状であるフィラーを含有し、前記熱硬化性樹脂は低粘性で流動性を有することを特徴とする。
【００３５】
本発明の混成集積回路装置は、好適には、前記アルミニウム細線の径は、３０μｍ〜８０μｍであることを特徴とする。
【００３６】
更に、本発明の混成集積回路装置は、好適には、前記基板と前記リードとの接続手段は半田であり、前記熱硬化性樹脂の硬化温度は前記半田の融点より低いことを特徴とするそのことにより、前記トランスファーモールド時および前記熱硬化性樹脂の硬化時に前記半田が流れることがない構造とすることができる。
【００３７】
更に、本発明の混成集積回路装置は、好適には、前記熱硬化性樹脂は、前記半導体素子、受動素子または前記アルミニウム細線を直接被覆していることを特徴とする。そのことにより、前記オーバーコート樹脂分の材料コスト、作業コスト等を省略する構造を実現できる。
【００３８】
更に、本発明の混成集積回路装置は、好適には、前記基板は、プリント基板、セラミック基板または金属基板からなることを特徴とする。
【００３９】
更に、本発明の混成集積回路装置は、好適には、前記熱硬化性樹脂は、イオントラップ材を含有することで、溶媒として前記熱硬化性樹脂を中和することを特徴とする。
【００４０】
上記した課題を解決するために、本発明の混成集積回路装置の製造方法では、少なくとも絶縁処理された表面にある導電パターンには、半導体素子または受動素子が設けられ、前記導電パターンとアルミニウム細線が電気的に接続された混成集積回路基板を用意し、リードを実装した前記基板の少なくとも表面にトランスファーモールドにより、溶融形状が球状であるフィラを含有し低粘性で流動性を有する熱硬化性樹脂をモールドする工程とを有することを特徴とする。
【００４１】
本発明の混成集積回路装置の製造方法は、好適には、溶融形状が球状であるフィラーを含有する前記熱硬化性樹脂を使用し、前記半導体素子または受動素子を直接被覆していることを特徴とする。そのことにより、前記基板上の前記半導体素子、前記受動素子または半田接続部等を、例えば、エポキシ樹脂によりポッティングする工程を省略することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施形態に係る混成集積回路装置を図１（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図および図２を参照しながら説明する。
【００４３】
先ず、図１（Ａ）に示したように、混成集積回路基板３１は、基板３１上に実装される半導体素子等から発生する熱が考慮され、放熱性の優れた基板が採用される。本実施例では、アルミニウム（以下、Ａｌという）基板３１を用いた場合について説明する。尚、本実施例では、基板３１としてＡｌ基板を用いたが、特に限定する必要はない。
【００４４】
例えば、基板３１としては、プリント基板、セラミック基板、金属基板等を用いても本実施例を実現することができる。そして、金属基板としては、Ｃｕ基板、Ｆｅ基板、Ｆｅ−Ｎｉ基板等の合金またはＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板等を用いても良い。
【００４５】
基板３１は、表面が陽極酸化され、その上に更に絶縁性の優れた、例えば、エポキシ樹脂からなる絶縁樹脂３２が全面に形成されている。但し、耐圧を考慮しなければ、この金属酸化物は省略しても問題はない。
【００４６】
そして、この樹脂３２上には、Ｃｕ箔３３（図５参照）より成る導電路３３ａが形成され、導電路３３ａを保護するように基板３１上には、例えば、スクリーン印刷によりエポキシ系樹脂がオーバーコートされている。そして、導電路３３ａ上にはパワートランジスタ、小信号トランジスタやＩＣ等の能動素子３５、チップ抵抗、チップコンデンサ等の受動素子３６が半田４０を介して実装され、所定の回路が実現されている。ここで一部半田を採用せず、Ａｇペースト等で電気的に接続されても良い。また、半導体素子等の能動素子８がフェイスアップで実装される場合は、金属細線３７を介して接続されている。金属細線３７としては、パワー系の半導体素子の場合は、例えば、約１５０〜５００μｍφのＡｌ線が用いられる。一般にはこれを太線と呼んでいる。また、セミパワー系や小信号系の半導体素子の場合は、例えば、約３０〜８０μｍφのＡｌ線が用いられている。一般にこれを細線と呼んでいる。そして、基板３１の外周部に設けられている外部接続用端子３８には、ＣｕやＦｅ−Ｎｉ等の導電性部材からなる外部リード３９が半田４０を介して接続されている。
【００４７】
そして、本発明の特徴は、混成集積回路基板３１上の能動素子３５、受動素子３６、Ａｌ細線３７等には、樹脂封止体が直接形成されていることである。
【００４８】
図４（Ａ）、（Ｂ）に示したように、本発明の特徴としては、樹脂封止体４１を形成する熱硬化性樹脂として、粘性が低く、かつ、流動性のある樹脂を用いることにある。そのため、熱硬化性樹脂として採用したものはエポキシ樹脂混合物と呼ばれるものであり、次の点に着目して熱硬化性樹脂を開発した。
【００４９】
第１に、金属細線３７、特に、約４０μｍ程度の径のＡｌワイヤーに直接熱硬化性樹脂をモールドするので、金属細線３７が倒されたり、金属細線３７の断線等の影響に着目する。
【００５０】
第２に、基板３１上に形成されているパワートランジスタ等を含む混成集積回路から発生する熱を基板３１および樹脂封止体４１を介して混成集積回路装置外部への放散性を考慮して、基板３１下部に形成される樹脂封止体４１の厚みに着目する。
【００５１】
第３に、トランスファーモールドによる樹脂封止体４１の成形時の作業時間、つまり、樹脂注入時間および樹脂特性を安定させるための成形後の放置時間を短縮することに着目する。
【００５２】
第４に、高耐圧系、例えば、５００〜６００Ｖで用いられる混成集積回路装置で使用した時の耐圧性および製品としての信頼性に着目する。
【００５３】
以上の点に着目して本発明における熱硬化性樹脂を説明するが、先ず、図３（Ａ）に示したように、熱硬化性樹脂の構成材料および特性に着目する。本発明では、熱硬化性樹脂を低粘性にするために、従来における熱硬化性樹脂と比較して、シリカ量がおよそ２０〜４０％程度低減している。具体的には、従来では、熱硬化性樹脂内に約２．０〜２．５ｇ／ｃｍ3含まれていたが、本発明では、熱硬化性樹脂内に約１．０〜１．５ｇ／ｃｍ3含まれている。そのことにより、トランスファーモールド時におけるスパイラルフロー長さは、従来の４０〜６０ｃｍから本発明では８０〜１２０ｃｍと大幅に改善することができる。更に、トランスファーモールド時における溶融粘度においても、従来の４０〜６０Ｐａ・Ｓから本発明では４〜１０Ｐａ・Ｓと大幅に改善することができる。そして、上記したように、シリカ量を低減したため熱伝導率は、従来の１．５〜２．５Ｗ／ｍ・℃から本発明では１．０〜２．０Ｗ／ｍ・℃と多少低くはなる。しかし、スパイラルフローおよび溶融粘度の大幅な改善により、基板３１下部の樹脂封止体４１の厚みを従来の０．８ｍｍから本発明では０．５ｍｍと改善できることで、結局、樹脂熱抵抗を約０．２〜０．５℃／Ｗ改善することができる。
【００５４】
そして、上記したシリカ形状を従来の破砕状から球状に変更したことからも大きな効果が得られる。従来における熱硬化性樹脂では、トランスファーモールド時におけるスパイラルフロー長さも４０〜６０ｃｍと粘性に問題があったと同時に溶融シリカ形状が破砕状をしていた。そのため、熱硬化性樹脂の破砕状であるシリカが、特に、破砕状のシリカの端部がトランスファーモールド時の注入圧により金属細線３７に接触することで、金属細線３７を倒したり、断線したりしていた。
【００５５】
しかし、本発明では、溶融シリカ形状を球状に変更したことで溶融シリカ自体の大きさも減少し、また、従来の破砕状であるシリカでの端部の鋭角部等も除去することができる。具体的には、従来のシリカ形状の一番長い径は、破砕状であったため一概には言えないが約４０〜６０μｍ程度であったが、本発明の溶融シリカ形状の一番長い径は、球状であり約３０μｍ程度である。そのことにより、トランスファーモールド時における金属細線３７の倒れ、断線等の影響を大幅に低減することができる。更に、溶融シリカ自体の大きさの減少等により、基板３１下部の樹脂封止体４１のように肉薄部分にも容易に流れ込むことができるので、上記したように、基板３１下部の樹脂封止体４１の厚みを従来の０．８ｍｍから本発明では０．５ｍｍと改善することができる。
【００５６】
更に、本発明の熱硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂内にイオントラップ剤を添加して用いることにある。上記したように、トランスファーモールド工程ではインジェクションモールド工程と比較して低温度でモールド工程を行うため、熱硬化性樹脂触媒中のイオンが抜けきらない場合がある。しかし、イオントラップ剤を熱硬化性樹脂内に添加しておくことでイオンを確実に除去し、高耐圧時のリークを防止することができる。
【００５７】
更に、本発明における熱硬化性樹脂のガラス転移温度は１４０〜１６０℃程度である。そのことにより、トランスファーモールド後の樹脂封止体４１の樹脂特性を安定させる放置作業において、基板３１上に搭載されている能動素子３５等の保存許容温度が、例えば、１６０℃であるが、その条件も満足した作業を行うことができる。その結果、本発明における熱硬化性樹脂の樹脂特性も安定し、基板３１上に搭載されている能動素子３５等の製品品質も満足する混成集積回路装置を実現できる。
【００５８】
次に、図４（Ｂ）では、本発明および従来における熱硬化性樹脂のトランスファーモールド時おける硬化性を示している。上記した第３の着目点にも示したように、トランスファーモールドによる樹脂封止体４１の成形時の作業時間、つまり、樹脂注入時間および樹脂特性を安定させるための成形後の放置時間の短縮を目標にしている。そして、図示したように、本発明における熱硬化性樹脂では、上記した改良を加えることにより、短時間で確実に硬度が得られ、また、樹脂特性も安定した樹脂封止体４１を実現できる。
【００５９】
上記したように、本発明の混成集積回路装置では、樹脂封止体４１において、トランスファーモールドに用いられる熱硬化性樹脂は、粘性が低く、かつ、硬化温度が上記した接続手段に用いられたロウ材４０（半田等）の融点、例えば、１８３℃よりも低いことに特徴がある。そのことにより、図１１に示したように、従来の混成集積回路装置における熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂）のポッティングによるオーバーコート９を除去することができる。
【００６０】
その結果、特に、小信号系のＩＣ等を導電路３３ａと電気的に接続する、例えば、約４０μｍ程度の径のＡｌ細線がトランスファーモールド時の熱硬化性樹脂で直接充填されても倒れたり、断線したり、折れ曲がったりすることは無くなる。
【００６１】
次に、図１（Ｂ）に示すように、樹脂封止体４１の外部には、外部リード３９が導出されており、外部リード３９は、使用目的に応じて長さが調整されている。そして、樹脂封止体４１には、外部リード３９が導出している側辺と対向する側に２箇所に押さえピンの痕としてホール４２が形成されている。ホール４２は、上記したトランスファーモールド時に押さえピン４７（図８参照）が基板３１を固定しているため発生するものであり、樹脂封止体４１形成後も存在する。
【００６２】
また、図２（Ａ）に示したように、基板３１の外周部４３、つまり、基板３１上の回路等が形成されていない部分にホール４２は形成されている。そして、ホール４２は基板３１の外周部４３で、かつ、絶縁樹脂３２上に形成されているので、品質性、耐湿性の面でも問題のない構造となっている。ここで、外周部４３は基板３１を個々にプレスする際、回路領域との距離の確保をする為に設けられているものである。結局、この外周部４３はデッドスペースであり、ここをピンの当接領域として有効活用しているので、その分実装領域を有効活用できるメリットがある。
【００６３】
次に、図２（Ａ）、（Ｂ）に示したように、基板３１上には導電路３３ａが入り組んで形成されており、その導電路３３ａ上にはパワートランジスタ、小信号トランジスタやＩＣ等の能動素子３５、チップ抵抗、チップコンデンサ等の受動素子３６が半田４０を介して実装されており、また、外部接続用端子３８を介して外部リードが接続されており所定の回路が実現されている。
【００６４】
図示したように、基板３１上には小さいスペースに複雑な回路が形成されている。そして、本発明の混成集積回路装置の特徴としては、基板３１全面に絶縁樹脂３２を形成した後樹脂３２上に複雑な回路を形成し、その後、基板３１に外部リード３９を接着しトランスファーモールドにより直接樹脂封止体４１を一体に形成していることである。
【００６５】
従来において、トランスファーモールドにより形成する場合は、例えば、表から裏まで完全に打ち抜かれたリードフレームを使用する。エッチングによるリードフレームも同様である。そして、完全に表から裏まで加工されたリードフレームでは単純構造のＴＲリードフレーム、ＩＣのリードフレームは可能であるが、混成集積回路の導電パターンの如き複雑な回路を形成できなかった。また、トランスファーモールドによるリードフレームでは、図２（Ａ）のような配線を形成する場合、リードの反りを防止するためにいろいろな場所に吊りリードによる固定が必要となる。このように、一般のリードフレームを使った混成集積回路では、せいぜい能動部品が数個実装されるのみであり、図２（Ａ）のような導電パターンを持つ混成集積回路を形成するには限界があることとなる。
【００６６】
つまり、本発明の混成集積回路装置の構造（金属基板で導電パターンを支持する構造）をとることで、複雑な回路を有した基板３１をトランスファーモールドにより形成することができる。更に、本発明では、基板３１として熱伝導率の良い基板を使用しているので基板３１全体をヒートシンクと活用でき、実装される素子の熱上昇を防止できる。しかも、基板３１を介して発生する熱を外部に放熱することができる。よって、トランスファーモールドされた従来のリードフレームによる半導体装置に比べ、金属基板３１が直接モールドされているため、放熱性が優れ、回路特性の改善、小型化を実現することができる。
【００６７】
次に、図３に示したように、本発明の混成集積回路装置では、基板３１の反りを防止するために、基板３１を被覆した樹脂封止体４１に特徴を持たせている。
【００６８】
本発明では、樹脂封止体４１の外部リード３９導出側辺と対向する側辺に基板３１の長辺とほぼ同じ長さである肉薄部４１ａを形成していることである。また、この肉薄部４１ａ側に樹脂の注入口が設けられている。樹脂封止体４１は、図１（Ａ）にも示したように、肉薄部４１ａに対応する基板３１下面、上面、継側面は薄く形成されており、また、基板３１上部ではこの肉薄部４１ａが若干設けられ素子の実装領域は実質厚く形成されている。一般に、熱硬化性樹脂が硬化する時に収縮することによる基板３１の反り上がりが問題となるが、本発明では樹脂封止体４１の上部にも肉薄部４１ａを有して解決している。
【００６９】
具体的にいうと、第１に、基板３１の反り上がりに対して基板３１下部およびその周辺部では薄く形成された部分が早期に充填され早く硬化し基板と一体になることで対抗することができる。第２に、基板３１上部に、基板３１の反り上がり方向に対して垂直方向に肉薄部４１ａを有し、肉薄部４１ａが早期に硬化することで対抗することができる。第３に、図３に示したように、基板３１上の樹脂封止体４１の表面には、基板３１の実装面に対して様々な角度を有する面を有している。そのため、それらの面の組み合わせることにより基板３１の反り上がらせる応力に対して、その応力を低減させる辺が形成され、基板３１の反り上がらせる応力に対抗することができる。
【００７０】
つまり、上記した３つの構造的特徴により、基板３１上部の熱硬化性樹脂が硬化する際、その熱硬化性樹脂の収縮に対して突っ張り効果等を有する。この構造により、本発明の混成集積回路装置の基板３１は反り上がることが無くなり、実装性を向上させることができる。
【００７１】
また、この肉薄部４１ａは、後述するトランスファーモールド工程でも利用されるが、詳細はそのときに記載する。
【００７２】
更に、本発明では、樹脂封止体４１には基板３１を長手方向に挟むように、例えば、Ｕ字型の肉厚部４１ｂを形成していることである。このＵ字型の肉厚部４１ｂの上面は、基板３１上の樹脂封止体４１の上面と同じ高さになっている。つまり、両者は同等な厚みを有している。しかし、Ｕ字型の肉厚部４１ｂは幅が狭いため、上記した肉薄部４１ａと同様に硬化時間が短いという特徴がある。そのため、肉薄部４１ａと同様に、基板３１上部の肉厚部が硬化する際の基板３１の反り上がりを防止することができる。
【００７３】
また、樹脂封止体４１はトランスファーモールド後に金型から取り出し再度アニールを加える際、反り上がり抑制のため樹脂封止体４１の表面と裏面を金属プレートに挟み込み同時に加圧する。このときにＵ字型の肉厚部４１ｂが表面と面一になっていることで、確実に当接できるため基板３１の反り上がりを防止する構造を実現することができる。
【００７４】
上記したように、本発明の特徴は、トランスファーモールドにより一体の樹脂封止体４１により被覆されていることにある。そのことにより、従来の混成集積回路装置の樹脂封止体１０では、支持部材１０ａと注入された熱可塑性樹脂との当接部が形成されるが、本発明では、この当接部が形成されず耐湿性の向上、また、支持部材１０ａを不要とするため、材料コストや作業コストも大幅に低減した混成集積回路装置を実現することができる。
【００７５】
更に、本発明の混成集積回路装置としては、トランスファーモールドで用いる樹脂は粘性が低く、かつ、硬化温度が上記した接続手段に用いられた半田の融点、例えば、１８３℃よりも低いことに特徴がある。そのことにより、本発明の混成集積回路装置では、従来の混成集積回路装置における能動素子５、受動素子６、金属細線７、半田接合部１２等を被覆するオーバーコート９を除去し、基板３１上には直接樹脂封止体４１を形成できる。その結果、材料コストおよび作業コストを大幅に低減した混成集積回路装置を実現することができる。
【００７６】
更に、本発明の混成集積回路装置としては、導電性金属である基板３１上に約４０μｍ程度の絶縁樹脂３２を全面に形成させ、絶縁樹脂３２上にはＣｕ箔３３により導電路３３ａが形成されている。また、基板３１はグランドになっていることで、本発明の混成集積回路装置は磁気シールド構造を形成することができる。そのことにより、本発明の混成集積回路装置はシャーシ等に設置されて使用されるが、混成集積回路装置の外部で発生する電波は基板３１上の回路に侵入する前に基板３１で防止される。その結果、混成集積回路装置の外部で発生する外来ノイズは回路に侵入することはなく、回路での誤作動を大幅に低減する混成集積回路装置を実現することができる。
【００７７】
次に、本発明の混成集積回路装置の製造方法を図５から図１０を参照して説明する。
【００７８】
図５は工程フロー図であり、金属基板を準備する工程、絶縁層形成工程、Ｃｕ箔圧着工程、部分Ｎｉメッキ工程、Ｃｕ箔エッチング工程、ダイボンディング工程、ワイヤーボンディング工程、リード接続工程、トランスファーモールド工程、リードカット工程の各工程から構成されている。このフローから明確なように、従来は、インジェクションモールドにより樹脂封止体を形成していたが、トランスファーモールドによる樹脂封止体を形成する工程を実現している。
【００７９】
図６から図１０に、各工程の断面図を示す。なお、図示しなくても明確な工程は図面を省略している。
【００８０】
先ず、図６（Ａ）では、金属基板を準備する工程、絶縁層形成工程、Ｃｕ箔圧着工程について示す。
【００８１】
金属基板を準備する工程では、基板の役割として熱放散性、基板強度性、基板シールド性等考慮して準備する。例えば、パワートランジスタ、大規模化されるＬＳＩ、デジタル信号処理回路等を１つの小型ハイブリットＩＣに集積すると、熱放散性が重要視される。本実施例では、この点を考慮して熱放散性に優れた、例えば、厚さ１．５ｍｍ程度の基板３１を用いる。また、本実施例では、基板３１としてＡｌ基板を用いたが、特に限定する必要はない。
【００８２】
例えば、基板３１としては、プリント基板、セラミック基板、金属基板等を用いても本実施例を実現することができる。そして、金属基板としては、Ｃｕ基板、Ｆｅ基板、Ｆｅ−Ｎｉ基板等の合金またはＡｌＮ基板等が考えられる。
【００８３】
次に、アルミ基板３１は、表面が陽極酸化され、その上に更に絶縁性の優れた、例えば、エポキシ樹脂からなる樹脂３２を全面に形成する。但し、耐圧を考慮しなければ、この金属酸化物は省略しても問題はない。そして、絶縁性樹脂３２上には、混成集積回路を構成するＣｕの導電箔３３を圧着する。Ｃｕ箔３３上には、例えば、取り出し電極となるＣｕ箔３３と能動素子３５とを電気的に接続する金属細線３７との接着性を考慮し、Ｎｉメッキ３４を全面に施す。
【００８４】
次に、図６（Ｂ）では、引き続き部分Ｎｉメッキ形成工程、Ｃｕ箔エッチング工程について示す。
【００８５】
Ｎｉメッキ３４上には、公知のスクリーン印刷等によりＮｉメッキ３４を必要とする部分にのみレジストを残存させ、耐エッチングマスクを形成する。そして、エッチングによりＣｕ箔３３上には、例えば、取り出し電極となる箇所にＮｉメッキ３４ａを選択的に形成する。その後、レジストを除去し、再度、公知のスクリーン印刷等によりＣｕ箔３３による導電路３３ａとして必要とする部分にのみレジストを残存させ、耐エッチングマスクを形成する。そして、エッチングにより、絶縁性樹脂３２上にはＣｕ箔３３による導電路３３ａを形成する。その後、導電路上には、例えば、スクリーン印刷によりエポキシ樹脂かな成る樹脂コーティングをする。これは保護膜であり、電気的接続箇所は除去される。
【００８６】
次に、図６（Ｃ）では、ダイボンディング工程、ワイヤボンディング工程につて示す。
【００８７】
前工程において形成された導電路３３ａ上には、半田ペースト４０等の導電性ペーストを介してパワートランジスタ、小信号トランジスタやＩＣ等の能動素子３５、チップ抵抗、チップコンデンサ等の受動素子３６を実装し、所定の回路を実現する。ここで一部半田を採用せず、Ａｇペースト等で電気的に接続しても良い。また、パワートランジスタ、セミパワートランジスタ等の能動素子３５を実装する際は、能動素子３５と導電路３３ａとの間には熱放散性を考慮してヒートシンクを設置する。
【００８８】
次に、半導体素子等の能動素子３５フェイスアップで実装する場合は、ボンディングにより金属細線３７を介して電気的に接続する。そして、上記したように、能動素子３５と導電路３３ａとを電気的に接着する金属細線３７は、Ｃｕ箔３３からなる導電路３３ａとの接着性を考慮して、導電路３３ａ上のＮｉメッキ３４ａを介してワイヤボンディングされる。
【００８９】
ここで、金属細線３７としては、特に、Ａｌ細線３７が使用されるが、Ａｌ細線３７は空気中で真球状にボールアップすることが困難でステッチボンディング法が使用される。しかし、ステッチボンディング法では、ステッチ部が樹脂の応力により破壊されやすく、また、Ａｕ細線と比較すると弾性係数が小さく樹脂圧により押し倒されやすいという特徴がある。そこで、Ａｌ細線３７を使用する際は、特に、樹脂封止体４１形成時に注意を要する。本発明においても、特に、トランスファーモールド時に注意を要する。
【００９０】
次に、図７（Ａ）、（Ｂ）では、リード接続工程について示す。
【００９１】
図７（Ａ）に示すように、上記した混成集積回路からの信号を出力および入力するための外部リード３９を準備する。外部リード３９としては、出力および入力端子として用いるために導電性であるＣｕ、Ｆｅ−Ｎｉ等の材質からなり、更に、電流容量等考慮して外部リード３９の幅や厚さを決定する。そして、本発明の実施例では、次工程であるトランスファーモールド工程において詳細は説明するが、外部リード３９の強度、バネ性が必要とされるので、例えば、０．４〜０．５ｍｍ程度の厚さの外部リード３９を準備する。その後、外部リード３９を基板３１の外周部に形成された外部接続用端子３８と半田４０を介して接続する。このとき、接続手段としては半田に限定する必要はなく、スポット溶接等によっても接続することができる。
【００９２】
ここで、図７（Ｂ）に示すように、本発明の特徴としては外部リード３９を基板３１の実装面に対してやや角度、例えば、約１０度をもって接続することにある。また、外部リード３９と外部接続用の電極３８とを接続する半田４０の融点より、次工程であるトランスファーモールド工程で用いる熱硬化性樹脂の硬化温度が低いことにもある。
【００９３】
次に、図８および図９では、トランスファーモールド工程について示す。
【００９４】
図８（Ａ）に示すように、先ず、下金型４４について説明するが、下金型４４には外部リード３９の位置を固定するガイドピン４６が形成してあり、その結果、基板３１の位置が固定される。
【００９５】
そして、図８（Ｂ）に示したように、前工程において形成した外部リード３９を接続した基板３１を下金型４４に設置し、上金型４５が下金型４４と当接することで外部リード３９のみを挟持して基板３１を固定する。このとき、上記したように、外部リード３９を基板３１に対して平行よりもやや角度をもって接続してあるので、基板３１の先端部は上金型４５の方へ上がる。しかし、基板３１の先端部は上金型４５に設けられた押さえピン４７で固定されるため、基板３１は下金型４４に対して裏面に空間をもって水平の位置を保つことができる。このとき、図２に示したように、押さえピン４７は点でハッチングした基板３１の外周部４３上を固定する。上記したように、外周部４３は基板３１上には絶縁性樹脂３２または場合によってはオーバーコートによるレジストが覆われているので、樹脂封止体４１から基板３１表面が直接露出することを防ぐことができる。
【００９６】
次に、図９（Ａ）に示すように、金型４４、４５に形成されたゲート４８から樹脂を注入し基板３１にトランスファーモールドにより樹脂封止体４１を形成する。本発明の特徴としては、従来におけるインジェクションモールド工程の場合と比較して、注入圧力は従来の７００〜８００ｋｇ／ｃｍ2から本発明の８０〜１００ｇ／ｃｍ2と抑え、例えば、樹脂注入温度および金型温度を１６０〜１８０℃に保ち、能動素子３５、受動素子３６およびＡｌ細線３７上には従来におけるオーバーコート９（図１１参照）を行わずに、直接熱硬化性樹脂をモールドする事にある。このとき、ゲート４８の位置を基板３１の長側辺を有する端面、ここでは、外部リード３９設置側面と対抗する側の中央部に形成する。このことにより、矢印４９で示したように注入する熱硬化性樹脂が、ゲート４８からキャビティー５４（図９（Ｂ）参照）内に入る際に四方八方に分散する。その結果、熱硬化性樹脂の注入速度も低減され、Ａｌ細線３７を倒したり、断線させたり等の影響を抑止することができる。
【００９７】
例えば、ゲート４８を基板３１の端部に対応する位置５２に形成した場合、ゲート４８からキャビティー５４内に注入する熱硬化性樹脂は、基板３１の上部、下部へとは分散する。しかし、上記の場合と異なり、分散領域が狭いため、その結果、熱硬化性樹脂の注入速度の低減が十分でないので、Ａｌ細線３７を倒したり、断線させたり等の現象がゲート位置４８の場合より発生しやすくなる。
【００９８】
次に、図９（Ｂ）に示したように、本発明の混成集積回路装置の製造方法では、ゲート４８からキャビティー５４内に注入する熱硬化性樹脂を、最初に基板３１の側面にあたるように注入する。そして、矢印４９に示すように注入される熱硬化性樹脂は、基板３１により矢印４９ａに示すように基板３１の上部方向および下部方向に分岐して流れる。このとき、基板３１の上部への流入幅５６と基板３１の下部への流入幅５５とがほぼ同等の幅で形成されているので、基板３１下部への熱硬化性樹脂の流入も円滑に行うことができる。更に、熱硬化性樹脂の注入速度および注入圧力も１度基板３１側面にあてることで低減され、上記したように、Ａｌ細線３７の折れ曲がり、断線等の影響を抑止することができる。
【００９９】
そして、矢印４９ａに示すように基板３１上に流入した熱硬化性樹脂が、更に、注入速度および注入圧力が低減するように、上金型４５は基板３１上部でキャビティー５４領域が拡大されている。その結果、基板３１上部での熱硬化性樹脂の流入幅５７は、ゲート４８付近の流入幅５６より広くなり、熱硬化性樹脂は矢印４９ｂのように更に分散するため、基板３１上部での熱硬化性樹脂の注入速度および注入圧力を低減することができる。
【０１００】
更に、図９（Ｂ）に示したように、本発明の混成集積回路装置の製造方法では、ゲート４８からキャビティー５４内に注入する部分において、ランナー上部に傾斜５８を形成し、ランナー５３幅とゲート４８幅ではゲート４８幅の方が狭くなっている。そのことにより、注入された熱硬化性樹脂は基板３１の実装面に対して傾斜をもって注入されるので、熱硬化性樹脂は基板３１上部への流入をやわらげ、下部へとより流入するようになる。その結果、基板３１下部およびその周辺の肉薄部を早い時期に形成することができ、Ａｌ細線３７への影響も抑制することができる。これは、硬化時に肉薄部の方が早く硬化し、これが支持材となり基板３１の反りを防止する。
【０１０１】
更に、本発明の混成集積回路装置の製造方法の特徴としては、従来におけるインジェクションモールドの場合と比較して、注入圧力は抑え、樹脂としては熱硬化性樹脂を使用し、例えば、樹脂注入温度および金型温度を１６０〜１８０℃に保ち、熱硬化性樹脂を再溶融しながら行うことである。そのことにより、注入圧力が低減し、熱硬化性樹脂内の溶融シリカ形状を球状にするので細線および太線を含めたＡｌ細線３７の断線等を抑制するポッティング樹脂を行わずに、直接Ａｌ細線３７上に熱硬化性樹脂をモールドすることができる。
【０１０２】
更に、パワートランジスタ、小信号トランジスタやＩＣ等の能動素子３５、チップ抵抗、チップコンデンサ等の受動素子３６および外部リード３９を接続する半田４０の融点より、熱硬化性樹脂の硬化温度が低いため、従来の混成集積回路装置によるオーバーコート９（図１１参照）により保護しなくてもトランスファーモールド時の熱により再溶融され実装位置がずれることはない。
【０１０３】
図１０では、リードカット工程について示す。
【０１０４】
図１０に示すように、前工程であるトランスファーモールド工程で金型４４、４５から外部リードの厚み分だけ流出した樹脂は外部リード３９に形成されたタイバー３９ｃで堰き止められ、そのまま硬化する。つまり、外部リード３９のタイバー３９ｃより樹脂封止体４１側のリード間は流出樹脂５０で充填されるが、外部リード３９のタイバーより先端にあるリード間には樹脂が流出されない構造になっている。
【０１０５】
そして、タイバー３９ｃを打ち抜くと同時に流出樹脂５０も除去し、また使用目的に応じて外部リード３９の長さを調整、例えば、点線５１の位置で外部リード３９をカットすることで、個々のリードに独立させ、入出力端子として機能可能となる。
【０１０６】
上記した工程により、図１に示した混成集積回路装置が完成する。
【０１０７】
本発明の混成集積回路装置およびその製造方法は、フルモールド型の混成集積回路装置について説明してきたが上記の実施の形態には限定されない。例えば、混成集積回路基板の裏面が全面露出した形態の混成集積回路装置も形成することができる。この場合は、上記した効果の他に、更に、熱放散性の効果を得ることができる。
【０１０８】
更に、本実施例では、外部リードが基板の１側面から導出される片側リード場合について説明したがこの構造に限定されることはなく、両側リードや４方向リードにおいても上記の効果の他に、更に、基板を安定させた状態でトランスファーモールド工程を実現できる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【０１０９】
【発明の効果】
本発明の混成集積回路装置によれば、少なくとも混成集積回路基板の表面に設けられた導電パターンと、前記導電パターンに実装された半導体素子または受動素子と、前記導線パターンと前記半導体素子または受動素子とを電気的に接続するアルミニウム細線と、前記導電パターンと接続され、出力または入力となり外部に延在されるリードと、前記基板の少なくとも表面をトランスファーモールドにより直接被覆する熱硬化性樹脂とから成り、前記熱硬化性樹脂は溶融形状が球状であるフィラーを含有し、前記熱硬化性樹脂は低粘性で流動性を有することを特徴とする。そして、複雑な回路が形成された前記混成集積回路基板が前記トランスファーモールドにより一体の樹脂封止体により直接被覆されている。そのことにより、本発明の混成集積回路装置では、従来の混成集積回路装置と比較して、耐湿性、耐圧性の優れ、また、材料コストも大幅に低減した混成集積回路装置を実現することができる。
【０１１０】
更に、本発明の混成集積回路装置によれば、前記樹脂封止体を形成する前記熱硬化性樹脂として、粘性が低く、かつ、流動性のある樹脂を用いる。そして、前記熱硬化性樹脂を低粘性にするために、従来における熱硬化性樹脂と比較して、シリカ量がおよそ２０〜４０％程度低減している。そのことにより、トランスファーモールド時におけるスパイラルフロー長さは、従来の４０〜６０ｃｍから本発明では８０〜１２０ｃｍと大幅に改善することができる。そして、トランスファーモールド時における溶融粘度においても、従来の４０〜６０Ｐａ・Ｓから本発明では４〜１０Ｐａ・Ｓと大幅に改善することができる。
【０１１１】
更に、本発明の混成集積回路装置によれば、前記溶融シリカ形状を従来の破砕状から球状に変更したことにも特徴がある。そのことにより、前記溶融シリカ自体の大きさの減少により、前記基板下部の前記樹脂封止体を肉薄に形成することができる。その結果、高耐圧で熱放散性に優れ、また、製品品質も良好な混成集積回路装置を実現できる。
【０１１２】
更に、本発明の混成集積回路装置によれば、前記熱硬化性樹脂を用いることで、前記基板下部の前記樹脂封止体の厚みを従来の０．８ｍｍから本発明では０．５ｍｍと改善することができる。そのことにより、前記シリカ量を低減したため熱伝導率は多少低くはなるが前記基板下部の前記樹脂封止体厚を薄くできるので、結局、樹脂熱抵抗を０．２〜０．５℃／Ｗ程度改善することができる。
【０１１３】
更に、本発明の混成集積回路装置では、前記熱硬化性樹脂内にイオントラップ剤を添加して用いる。そのことにより、前記トランスファーモールド工程は従来のインジェクションモールド工程と比較して低温度でモールド工程を行うため、前記熱硬化性樹脂触媒中のイオンが抜けきらない場合、イオントラップ剤をに含まれる熱硬化性樹脂内に添加しておくことでイオンを確実に除去し、高耐圧時のリークを防止することができる。
【０１１４】
更に、本発明の混成集積回路装置では、前記樹脂封止体において、前記トランスファーモールドに用いられる樹脂として前記熱硬化性樹脂を用いる。そのことにより、従来の混成集積回路装置における能動素子、受動素子、アルミニウム細線、半田接合部等を被覆するポッティングを除去し、前記基板上には直接、前記樹脂封止体が形成されている。その結果、前記ポッティングによる材料コストおよび作業コストを大幅に低減した混成集積回路装置を実現することができる。
【０１１５】
また、本発明の混成集積回路装置の製造方法によれば、前記熱硬化性樹脂を用いて前記トランスファーモールドを行うことにある。そのことにより、前記基板下部への前記熱硬化性樹脂の流れを容易にし、前記基板下部の前記樹脂封止体の厚みを必要最低限厚に、そして、均一に形成することができる。その結果、高耐圧で熱放散性に優れ、また、製品品質も良好な混成集積回路装置の製造方法を実現できる。
【０１１６】
更に、本発明の混成集積回路装置の製造方法の特徴としては、従来におけるインジェクションモールドの場合と比較して、注入圧力は抑え、樹脂としては前記熱硬化性樹脂を使用し、例えば、樹脂注入温度および金型温度を１６０〜１８０℃に保ち、前記熱硬化性樹脂を再溶融しながら行うことである。そのことにより、注入圧力が低減し、前記熱硬化性樹脂内の溶融シリカ形状を球状にするので前記金属細線の倒れ、断線等を抑制するポッティング樹脂を行わずに、前記金属細線上に前記熱硬化性樹脂をモールドすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の混成集積回路装置の（Ａ）断面図、（Ｂ）平面図を説明する図である。
【図２】本発明の混成集積回路装置の（Ａ）平面図、（Ｂ）断面図を説明する図である。
【図３】本発明の混成集積回路装置に用いる熱硬化性樹脂の（Ａ）特性表（Ｂ）特性図を説明する。
【図４】本発明の混成集積回路装置の製造方法のフロー図である。
【図５】本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図６】本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図７】本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図８】本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図９】本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１０】本発明の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１１】従来の混成集積回路装置の断面図を説明する図である。
【図１２】従来の混成集積回路装置の製造方法のフロー図である。
【図１３】従来の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１４】従来の混成集積回路装置の製造方法を説明する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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