(57)【要約】本発明の目的は、生産性が向上し、小型化が可能であるとともに、信頼性の向上したモジュール装置及びその製造方法を提供することにある。接続用金属端子を有するコネクタ（６）と、電子部品が実装された回路基板（１）とを有し、コネクタ（６）と基板（１）とが金属リード（７）により接続されている。コネクタ（６）の基板との接続面側と、金属リード７と、電子部品とを同一の熱硬化性樹脂（９）によって封止し、熱硬化性樹脂（９）は、硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形であり、電子部品を封止する熱硬化性樹脂（９）の厚さが、電子部品の高さに応じて変化するように形成されている。
2005004563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続用金属端子を有するコネクタ（６）と、電子部品（３Ａ，３Ｂ，４）が実装された回路基板（１）とを有し、前記コネクタと前記基板とが金属リード（７）により接続されたモジュール装置において、
（Ａ）前記コネクタ（６）の基板との接続面側と、前記金属リード（７）と、前記電子部品（３Ａ，３Ｂ，４）とを、同一の熱硬化性樹脂（９）によって封止し、
（Ｂ）前記熱硬化性樹脂（９）は、硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形であり、
（Ｃ）前記電子部品を封止する熱硬化性樹脂（９）の厚さが、前記電子部品（３Ａ，３Ｂ，４）の高さに応じて変化するように形成されていることを特徴とするモジュール装置。
【請求項２】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記熱硬化性樹脂は、無機質フィラを含む４０℃以下において固形のエポキシ樹脂であることを特徴とするモジュール装置。
【請求項３】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記熱硬化性樹脂の硬化後の樹脂物性が、
線膨張係数；８〜２５ｐｐｍ／℃、
弾性率；８〜３０ＧＰａ、
ガラス転移温度；８０〜２００℃、
であることを特徴とするモジュール装置。
【請求項４】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記回路基板のガラス転移温度が１５０℃以上であることを特徴とするモジュール装置。
【請求項５】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記金属リードの端部は、前記基板のスルーホール部分へ挿入した後、はんだまたは導電性接着剤で固定されていることを特徴とするモジュール装置。
【請求項６】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記電子部品が、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）（１１）またはチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）（１３）を含む電子部品であり、
前記ＢＧＡまたはＣＳＰを搭載した回路基板（１Ａ）は、熱硬化性樹脂を流動するための直径０．１ｍｍ〜１０ｍｍを有するスルーホール（１９）が設けられていることを特徴とするモジュール装置。
【請求項７】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記回路基板は、プリント基板であり、
発熱パワー半導体チップを搭載するプリント基板の直下に、放熱用の金属ベースまたはプラスチック複合体（１４，１７，１８）を設けたことを特徴とするモジュール装置。
【請求項８】
請求項７記載のモジュール装置において、
前記放熱用の金属ベースまたはプラスチック複合体の面積は、前記プリント基板の面積よりも小さいことを特徴とするモジュール装置。
【請求項９】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記回路基板の裏面には、自動車エンジン室内またはエンジン上に装着するための金属またはプラスチックからなる取り付け冶具が設けられていることを特徴とするモジュール装置。
【請求項１０】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記回路基板の電子部品搭載面のみが前記熱硬化性樹脂で封止され、その反対面はコネクタを有する金属またはプラスチック筐体に粘着，接着または機械的な方法によって固定・設置されることを特徴とするモジュール装置。
【請求項１１】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記回路基板と相対する面に、電子部品及び電子部品を封止するための熱硬化性樹脂を介して金属またはプラスチック複合体（２０）が配設されていることを特徴とするモジュール装置。
【請求項１２】
接続用金属端子を有するコネクタ（６）と、電子部品が実装された回路基板（１）とを有し、前記コネクタと前記基板とが金属リード（７）により接続されたモジュール装置において、
（Ａ）前記コネクタの基板との接続面側と、前記金属リードと、前記電子部品とを、同一の熱硬化性樹脂によって封止し、
（Ｂ）前記熱硬化性樹脂は、硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形であり、
（Ｃ）前記電子部品を封止する熱硬化性樹脂の厚さが、前記電子部品の高さに応じて変化するように形成され、
（Ｄ）前記コネクタ（６）が、前記電子部品を封止する前記熱硬化樹脂面に対して直角または相対する面に配設されていることを特徴とするモジュール装置。
【請求項１３】
接続用金属端子を有するコネクタ（６）と、ＢＧＡまたはＣＳＰを含む電子部品が実装された回路基板（１）と、前記コネクタと前記基板とを接続する金属リード（７）を樹脂モールドにより封止するモジュール装置の製造方法において、
成形圧力が５〜７０ｋｇ／ｃｍ２，成形温度が１５０〜１８０℃の範囲において低圧トランスファモールド成形機またはコンプレッション成形機により、または成形圧力が２０〜１００ｋｇ／ｃｍ２、成形温度が１５０〜１８０℃の範囲にある射出成形機により、
硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形である前記熱硬化性樹脂を用いて、
前記コネクタの基板との接続面側と、前記金属リードと、前記電子部品とを、同一の熱硬化性樹脂によって封止し、
そのとき、前記電子部品を封止する熱硬化性樹脂の厚さが、前記電子部品の高さに応じて変化するように封止することを特徴とするモジュール装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載のモジュール装置の製造方法において、
前記回路基板を、あらかじめコネクタを仮固定した金属またはプラスチック筐体に粘着または接着によって固定・設置した後、前記熱硬化性樹脂を用いて前記電子部品とコネクタ部分を一体で成形することを特徴とするモジュール装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、基板上に実装された電子部品を樹脂封止した構成を有するモジュール装置及びその製造方法に係り、特に、自動車用の各種コントロールユニットやセンサモジュールに用いるに好適なモジュール装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】  従来、自動車の各種コントロールユニット（例えば、エンジンコントロールユニット，モータコントロールユニット，自動変速機コントロールユニットなど）は、車室内やエンジンルーム内に配置されていた。これらのコントロールユニットの構造としては、プリント基板上に電子部品を実装し、このプリント基板を金属ベースに固定し、さらに、カバーケースで覆う構成のものが一般的である。
近年、コントロールユニットをインテークマニホールドなどの上に直接取り付ける形式，すなわち、オンエンジン形式のコントロールユニットが検討されている。プリント基板を用いたコントロールユニットは、耐熱性が１２０℃程度であるため、オンエンジン形式には適用できない。セラミック基板を用いたコントロールユニットは耐熱性が高いため、オンエンジン用として用いることが可能であるが、やや高価である。また、オンエンジン形式のもには、高耐熱性だけではなく、車室内やエンジン内形式のもの以上に、耐振動性や完全気密防水性が求められている。さらに、これらの要求は、オンエンジン形式のコントロールユニットだけではなく、センサーモジュール（例えば、圧力センサモジュールや空気流量計モジュールなど）にも要求されるものである。
これらの要求を満たすため、プリント基板を用いて、オンエンジン形式に適用可能なモジュール装置の構成としては、例えば、特開２００１−２８８３３３号公報に記載されているように、トランスファモールド実装によって外部リード端子と基板を一体成形したものが知られている。また、例えば、特開平７−２２７２２号に記載されているように、ペースト状樹脂を加熱硬化する低圧（減圧）成形法により、コネクタと基板を一体成形したものが知られている。
一方、自動車用の各種コントロールユニットまたはセンサーモジュールは、高機能高性能化のため高速、多ビット処理系のＣＰＵマイクロコンピューターが必要になってきている。その動向に伴い、マイクロコンピューターもパッケージ形態として多ピン小型薄型のボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）やチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）で構成されるものが適用されるようになっている。マイクロコンピューター以外の半導体チップに対しても、高密度実装の点からＢＧＡやＣＳＰの適用が拡大しつつある。特に、ウエハレベルでパッケージ化できるＣＳＰは、コスト低減効果も期待できるため、今後、広く適用され得るものである。
このようなＢＧＡやＣＳＰを含む各種電子部品の実装方法としては、例えば、特開２００２−３６８１８３号公報に記載されているように、真空状態に保った型内に、コネクタのリードと電気的に接続した基板をトランスファモールドにより樹脂封止するものが知られている。
【発明の開示】
しかしながら、特開２００１−２８８３３３号公報に記載されているものは、外部リード端子が電子部品の樹脂封止面と同じに位置にあるため、外部リード端子を干渉しないトランスファモールド用の金型構造が必要となること、成形時にリード端子と金型隙間から樹脂バリが発生しやすいこと、のために取扱性が困難で生産性が低下するという問題があった。
また、特開平７−２２７２２号に記載されているものは、真空状態を保つための特別な型構造や装置が必要であること、保護樹脂としてペースト状樹脂を用いるために、硬化時間が数十分以上となり、製品を型から取り出すまでの時間が長くなること、が問題である。さらに、電子回路基板や電子部品と熱膨張係数を合わせた保護樹脂は、硬化前のペースト状の樹脂粘度が非常に高くなるため、樹脂注入に対して高真空が必要であり、生産性が劣るという問題があった。
さらに、特開２００２−３６８１８３号公報に記載されているものは、外部との接続端子がアウターリードを用いるため、端子数が多くなる場合はモジュールが大型になるという問題がある。特に、自動車や船舶用モジュール装置では、接続用受け入れコネクタとの接続の点から、リードが幅広で、厚くなる傾向にあること、従来のトランスファモールド法では外部端子リードを並列に接続することが困難であることから、大型化する傾向にある。
また、上述の３つの従来技術においては、封止樹脂層の基板からの高さが一定であるため、アルミ電解コンデンサなどの背高の部品を用いる場合、実質の封止樹脂層が１０ｍｍ以上にもなり、非常に厚くなる。これは、電子機器やモジュールの大きな反りの発生や電子部品への応力発生の要因となる。特に、取りつけ時の電子機器やモジュールの亀裂破断と剥離発生や、温度サイクル試験や熱衝撃試験などにおける信頼性の低下という問題が生じる。
本発明の目的は、生産性が向上し、小型化が可能であるとともに、信頼性の向上したモジュール装置及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、接続用金属端子を有するコネクタと、電子部品が実装された回路基板とを有し、前記コネクタと前記基板とが金属リードにより接続されたモジュール装置において、（Ａ）前記コネクタの基板との接続面側と、前記金属リードと、前記電子部品とを、同一の熱硬化性樹脂によって封止し、（Ｂ）前記熱硬化性樹脂は、硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形であり、（Ｃ）前記電子部品を封止する熱硬化性樹脂の厚さが、前記電子部品の高さに応じて変化するように形成されているものである。かかる構成により、生産性が向上し、小型化が可能であるとともに、信頼性が向上し得るものとなる。
また、上記目的を達成するために、本発明は、接続用金属端子を有するコネクタと、電子部品が実装された回路基板とを有し、前記コネクタと前記基板とが金属リードにより接続されたモジュール装置において、（Ａ）前記コネクタの基板との接続面側と、前記金属リードと、前記電子部品とを、同一の熱硬化性樹脂によって封止し、（Ｂ）前記熱硬化性樹脂は、硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形であり、（Ｃ）前記電子部品を封止する熱硬化性樹脂の厚さが、前記電子部品の高さに応じて変化するように形成され、（Ｄ）前記コネクタが、前記電子部品を封止する前記熱硬化樹脂面に対して直角または相対する面に配設されるようにしたものである。かかる構成により、生産性が向上し、小型化が可能であるとともに、信頼性が向上し得るものとなる。
また、上記目的を達成するために、本発明は、接続用金属端子を有するコネクタと、ＢＧＡまたはＣＳＰを含む電子部品が実装された回路基板と、前記コネクタと前記基板とを接続する金属リードを樹脂モールドにより封止するモジュール装置の製造方法において、成形圧力が５〜７０ｋｇ／ｃｍ２，成形温度が１５０〜１８０℃の範囲において低圧トランスファモールド成形機またはコンプレッション成形機により、または成形圧力が２０〜１００ｋｇ／ｃｍ２、成形温度が１５０〜１８０℃の範囲にある射出成形機により、硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形である前記熱硬化性樹脂を用いて、前記コネクタの基板との接続面側と、前記金属リードと、前記電子部品とを、同一の熱硬化性樹脂によって封止し、そのとき、前記電子部品を封止する熱硬化性樹脂の厚さが、前記電子部品の高さに応じて変化するように封止するようにしたものである。かかる方法により、生産性が向上し、小型化が可能であるとともに、信頼性が向上し得るものとなる。
【図面の簡単な説明】  図１Ａ〜図１Ｅは、本発明の第１の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
図２Ａ〜図２Ｇは、本発明の第２の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
図３Ａ〜図３Ｆは、本発明の第３の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
図４Ａ〜図４Ｆは、本発明の第４の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
図５Ａ〜図５Ｆは、本発明の第５の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
図６Ａ〜図６Ｈは、本発明の第６の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
図７Ａ〜図７Ｆは、本発明の第７の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
図８Ａ〜図８Ｆは、本発明の第８の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
【発明を実施するための最良の形態】  最初に、図１Ａ〜１Ｅを用いて、本発明の第１の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、２層の樹脂プリント基板を用いている。
図１Ａ〜１Ｅは、本発明の第１の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
図１Ａに示すように、２層樹脂プリント基板１の片面上に、Ｓｎ／Ｐｂ共晶はんだペースト材２を印刷する。樹脂プリント基板１は、ガラス転位温度１３０℃、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する１００×７０ｍｍの大きさのものである。
次に、図１Ｂに示すように、基板１に、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどの背の低いチップ部品３Ａと、アルミコンデンサなどの背の高いチップ部品３Ｂと、半導体パッケージ４を自動搭載機にて搭載後、基板１を最高温度２１０〜２４０℃のリフロー炉内に通過して、はんだ接合する。
そして、フラックスを除去するために、炭化水素系溶剤にて基板１を洗浄して所定温度，所定時間で乾燥する。ここで、無洗浄用の半田フラックスを用いる場合は、電子部品搭載後の洗浄工程を省くことができる。
次に、図１Ｃに示すように、ピン挿入型電子部品５と樹脂コネクタ６の端子リード７を樹脂基板１のスルーホールに挿入後、基板１の裏面をフロー半田にて樹脂基板１との接合を完了する。樹脂コネクタ６は、接続用の金属端子を有し、その金属端子の他方の端部が、金属リード７となっている。
次に、図１Ｄに示すように、図１Ｃの工程で製造されたモジュールをトランスファモールド機に配置された１６５℃の金型８内に挿入後、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃，弾性率１３ＧＰａ，ガラス転移温度１５５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において３分間でトランスファモールド成形する。
このとき、金型８の内部の高さは、基板１に搭載された部品の高さに応じて変えている。即ち、コネクタ６が取り付けられる部分は、コネクタ６の高さと同じとしている。チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどの背の低いチップ部品３Ａや、半導体パッケージ４や、ピン挿入型電子部品５が搭載される位置における金型内部の高さは、コネクタ６の部分の高さより低くしている。ただし、背の高い部品であるアルミコンデンサのようなチップ部品３Ｂが搭載されている位置では、半導体パッケージ４やピン挿入型電子部品５が搭載される位置よりも、金型の内部の高さを高くしている。即ち、アルミコンデンサのような背の高いチップ部品３Ｂが搭載されている位置では、上側の金型の内部に窪みを形成している。
最後に、図１Ｅに示すように、樹脂９によって封止されたモジュールを金型８から脱着させる。そして、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本実施形態によるコントロールユニットが得られる。
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、電子部品と回路基板の封止，コネクタとの接着及びコントロールユニット全体の構造体の成形が１種類のエポキシ樹脂成形材料で同時にできるため、従来から用いていた金属または樹脂ケース，キャップ，電子部品防湿用コート膜などが不要となり、部品点数を削減でき、また、工数も低減できる。
さらに、樹脂ケースとキャップを省略でき、しかも、封止面積を最少化できるので、コントロールユニットを小型化でき、また、薄型化できる。
また、エポキシ樹脂成形材料は室温で固形であるため、取り扱いが容易であり、しかもトランスファモールド成形法，コンプレッション成形法または射出成形法によって加熱加圧で短時間成形できるため、既存の安価な生産設備を活用できるとともに、作業時間の大幅な短縮が可能である。
本実施形態で用いるエポキシ樹脂成形材料は従来の半導体封止材料と同じ特性を有するため、低熱膨張性，低吸湿性及び高接着性であり、成形後の電気・電子モジュールの高信頼性化を図ることができる。
また、金型を用いた加圧成形法であるため、製品の外形形状の自由化が可能であり、しかも樹脂封止層の厚さを電子部品の高さに応じて変えることによって反りや応力を低減できるため、信頼性を向上することができる。
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、信頼性においても、−４０℃〜１３０℃の熱衝撃試験において２０００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示すものである。
以上説明した本実施形態によるモジュール装置を含む本発明の特徴とする点は、次の通りである。
本発明においては、電子部品の実装された基板（樹脂プリント基板またはフレキシブル基板）に、コネクタの金属リードを接続した状態で、樹脂封止してモジュール装置を構成する。ここで、
１）封止樹脂は熱硬化性樹脂であり、この封止樹脂を用いて、回路基板に実装された電子部品と、コネクタと接続する金属リードを覆い隠すように封止されていること、
２）封止樹脂が、硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形であること（すなわち、常温で液体状態やペースト状態の封止樹脂は用いないこと）、
３）前記電子部品を封止する熱硬化性樹脂の厚さが、電子部品の高さに応じて変化するように形成されていること、
を特徴としている。
さらに、具体的に説明する。本発明においては、回路基板上に実装した電子部品及びコネクタの基板との接続面側に配置した金属リード（またはワイヤ）を覆い隠すように封止するために用いる封止樹脂としては、無機質フィラを含む４０℃以下において固形のエポキシ樹脂成形材料としている。このエポキシ樹脂は、通常の樹脂封止型半導体装置用封止材料と同じものを使用することができる。
この固形のエポキシ樹脂成形材料は、加熱加圧下による一体成形を行うには最も適した封止樹脂であり、成形性とコントロールユニットの信頼性を同時に確保することができる。また、加熱加圧下のみならず。減圧による方法も同時に採用すれば、封止樹脂中のボイド低減に対して大きな効果があり、信頼性の大幅な向上を図ることができる。
さらに、このエポキシ樹脂成形材料は、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、またはポリフェニレンサルファイドからなる樹脂コネクタとの接着性にも優れている。また、コネクタの金属リード（またはワイヤ）やフレキシブル基板の断線や剥離は見られないため、信頼性が向上する。接着性が向上した理由のひとつとしては、成形温度が１５０℃以上であるため、コネクタ樹脂の界面とエポキシ樹脂との分子の絡まり合いが生じて強固な接着界面を形成することが挙げられる。成形温度を１５０℃より小さくすると、樹脂の粘度が高く成形性が低下する。成形温度の上限は、電子部品等を回路基板に固着するハンダ材料によって異なる。ＰｂＳｎ共晶ハンダを用いる場合には、成形温度の上限は、ＰｂＳｎ共晶ハンダの融点（１８３℃以上）よりも低温の１８０℃以下が好ましいものである。Ｐｂフリーハンダを用いる場合には、成形温度の上限は２２０℃以下が好ましいものである。
エポキシ樹脂成形材料に含まれる無機質フィラとしては、溶融シリカ，結晶性シリカ，アルミナ，酸化マグネシウム，ボロンナイトライド，シリコンナイトライド，シリコンカーバイドなどの破砕状または球状の少なくとも１種類以上を用いることができる。
エポキシ樹脂成形材料としては、エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤とからなる組成であり、４０℃以下で固形のオルソクレゾール型エポキシ樹脂，ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂，ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂，ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂，またはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂などと、フェノールノボラック樹脂，オルソクレゾールノボラック樹脂，ジシクロペンタジエン骨格を有するフェノール樹脂，またはナフタレン骨格を有するフェノール樹脂などとの組み合わせから得ることができる。また、エポキシ樹脂成形材料には低弾性率化による低応力化を図るため、シリコーンゴムまたはオイルやブタジエン系ゴムなどの低応力化材を含むことができる。
さらに、本発明では、回路基板上に実装した電子部品及び、コネクタの基板との接続面側に配置した金属リード（またはワイヤ）またはフレキシブル基板の封止樹脂としては、その硬化後の樹脂物性が
線膨張係数；８〜２５ｐｐｍ／℃、
弾性率；８〜３０ＧＰａ、
ガラス転移温度；８０〜２００℃、
であることを特徴とする。
これらの樹脂物性は、電子部品，回路基板，放熱金属板の線膨張係数による差から発生する応力、または電子部品の回路基板へのはんだ付けなどのよる接合部分への応力を低減するために決められるものであり、線膨張係数はこれらの部材へできるだけ近づける必要があるため、本発明では８〜２５ｐｐｍ／℃の範囲にある。また、本発明の電気・電子モジュールでは線膨張係数の異なる電子部品や各種部材を用いるため、低応力化のためには線膨張係数の規定の他に、低弾性率化が好ましいが、成形時の金型離型性を確保するために弾性率は８〜３０ＧＰａの範囲にある。ガラス転移温度も、低応力の観点からは低い方が好ましいが、成形時の金型離型性やモジュールの耐熱性の観点から８０〜２００℃が好適である。
本発明のコントロールユニットにおいては、樹脂プリント基板またはプリント基板上に搭載した各種電子部品を封止する熱硬化性樹脂層の厚さを、電子部品の高さに応じて変えることを特徴とする。これは、封止後の過熱冷却によって発生するユニットの反りや熱膨張係数に違いによる応力の低減に対して大きな効果があるためである。上述したように、熱硬化性樹脂の線膨張係数を樹脂プリント基板やフレキシブル基板のそれに近づけることで応力の低減を図ることができるが、基板上に搭載するコネクタ部品や各種電子部品（パッケージ，アルミ電解コンデンサ，抵抗，コンデンサ）が有する線膨張係数のすべてと合わせることが困難であるため、樹脂封止層の厚さを電子部品の高さに応じて変えることによって反りや応力を低減する。この封止樹脂層の厚さとしては、各電子部品の頂点から０．５ｍｍ〜６．０ｍｍの間が好適である。０．５ｍｍ未満では熱硬化性樹脂の成形時の流動性低下が顕著になり、また６．０ｍｍを超えると反りや応力低減の効果がほとんど見られなくなる。
本発明において用いる回路基板としては、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂，またはビスマレイミドトリアジン樹脂にガラス繊維や無機フィラを配合したした樹脂プリント基板，またはポリイミド，液晶ポリマーからなるフレキシブル基盤のいずれかを用いることができる。特に、本発明ではエンジン内またはオンエンジンへも適用できるコントロールユニットが目的であるため、回路基板のガラス転移温度が１５０℃以上であることが望ましいものである。従来のＦＲ−４と呼ばれているガラス転移温度が１２０〜１３０℃の基板では、コントロールユニットの耐久環境が１３０℃以上になると、基板の厚さ方向（Ｚ方向）の熱膨張係数が急激に高くなるため、基板内のスルーホール断線を発生させやすい。これに対してガラス転移温度を１５０℃以上にすることによって、オンエンジンなどの高温使用環境でも基板の線膨張係数の変化を抑えることができるため、信頼性が大幅に向上する。
本発明では、回路基板上も熱硬化性樹脂で封止されるため、１５０℃以上の高温においても酸化に影響が少なくなるため、基板やソルダーレジスト材料の熱劣化や変質による変色または特性劣化を大幅に抑えることができるという特徴も有する。そのため、高耐熱用コントロールユニット分野への適用が可能となる。
本発明は、コネクタと各種電子部品を加熱加圧下で一体モールド化した構造を有することを特徴とするが、接続用金属端子を有するコネクタの配置は、各種電子部品を封止する熱硬化性樹脂面に対して直角に配設することが特徴である。また、後述する実施形態で説明するように、コネクタの配置は、各種電子部品を封止する熱硬化性樹脂面に相対する面に配設する場合にも特徴がある。この構造は、熱硬化性樹脂の成形用金型構造として従来の構造を採用できるため、設計と生産が容易になる。
また、本発明では、回路基板とコネクタとを電気的に接続する金属端子が、回路基板のスルーホール部分へ挿入した後、はんだまたは導電性接着剤で固定することを特徴とする構造である。この構造においては、標準化した市販の安価、多ピン、または並列配列ピン構造を有する各種のコネクタを用いることができること、金属端子と基板との接続がはんだまたは導電性接着剤を用いて短時間にできること、などの点から汎用性が極めて高くなる。
本発明におけるコネクタと電子部品の一体モールド構造の成形は、成形圧力が５〜７０ｋｇ／ｃｍ２、成形温度が１５０〜１８０℃の範囲において低圧トランスファモールド成形機またはコンプレッション成形機を用いて行う。これらの成形条件は、次の理由により樹脂封止形半導体装置の成形条件（１７０〜１８０℃、７０〜１００ｋｇ／ｃｍ２）と比べて、低圧かつ低温であることが特徴である。すなわち、成形時にコネクタの変形を防止するために７０ｋｇ／ｃｍ２以下の低圧成形が必要であること、または電子部品と回路基板との接合がＳｎ／Ｐｂ共晶はんだで行われる場合には、Ｓｎ／Ｐｂ共晶の融点が１８３℃であるため、この温度よりも低い１７０℃以下で成形する必要がある。なお、Ｐｂフリーハンダを用いる場合には、成形温度の上限は２２０℃以下が好ましいものである。しかし、逆に、成形圧力が５ｋｇ／ｃｍ２未満では樹脂中にボイド発生や樹脂充填不足が発生すること、さらに成形温度が１５０℃未満では樹脂の硬化不足によって成形時間が５分以上となり、生産性が極端に悪くなること、などの観点から、成形条件としては前記の範囲が好適である。また、本発明では、金型全体を減圧にした状態で前記の条件の下で低圧トランスファモールド成形機またはコンプレッション成形機を用いて一体成形を行うことができる。
本発明におけるコネクタと電子部品の一体モールド構造の成形法としては、熱硬化性樹脂を用いた射出成形機による射出成形法を採用することも可能である。この場合の成形条件としては、成形圧力が２０〜１００ｋｇ／ｃｍ２、成形温度が１５０〜１８０℃の範囲にある。特に、成形圧力は従来の射出成形圧力である数百〜数千ｋｇ／ｃｍ２よりも小さくする必要がある。射出成形法は、大型のコントロールユニットを成形するには好適な成形法である。
以上のようにして、本発明では、電子部品とコネクタとを一体モールドするエポキシ樹脂成形材料は、樹脂封止型半導体装置用として使用される封止材料と同じ硬化物物性を有しており、低熱膨張性，低吸湿性及び高接着性であり、かつイオン性不純物が低いため、コントロールユニットの信頼性を向上することができる。特に、電子部品や回路基板の線膨張係数に近い材料を自由に選ぶことができること、さらに樹脂封止層の厚さを電子部品の高さに応じて変えることによって反りや応力を低減できるため、信頼性を向上させることができる。また、エポキシ樹脂成形材料は樹脂コネクタとの接着性にも優れるため、ユニットの筐体構造としての信頼性向上に対しても大きな効果がある。さらに、電子部品及び接続、接合のための金属リードや半田または導電接着剤接合部がエポキシ樹脂成形材料による封止によって固定されるため、優れた耐振動性や温度サイクルまたは熱衝撃試験時における耐接合疲労性を有する。
本発明においては、金型を用いてエポキシ樹脂成形材料のトランスファモールド法またはコンプレッション法による加熱加圧成形を行うため、液状の樹脂を用いる場合と比べて、生産性が高くなる。また、ユニット外形を金型形状で決めることができるため、ケース材を用いた場合と比べて、モジュールの小型化や薄型化を容易に図ることができる。
次に、図２Ａ〜２Ｇを用いて、本発明の第２の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、４層の樹脂プリント基板を用いている。
図２Ａ〜２Ｇは、本発明の第２の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
図２Ａに示すように、ガラス転位温度１７０℃，線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する９０×７０ｍｍの４層樹脂基板１Ａの片面上にＳｎ／Ｐｂ共晶はんだペースト材２を印刷する。
次に、図２Ｂに示すように、回路基板１Ａに、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ｃを自動搭載機にて搭載後、基板を最高温度２１０〜２４０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う。
さらに、図２Ｃに示すように、回路基板１Ａの上下を反転させ、回路基板１Ａの他方の面にＳｎ／Ｐｂ共晶はんだペーストを塗布する。
次に、図２Ｄに示すように、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ｃやアルミコンデンサなどのチップ部品３Ｂと半導体パッケージ４を自動搭載機にて搭載後、再リフローを行いはんだ接合を行う。
次に、図２Ｅに示すように、ピン挿入型電子部品５と樹脂コネクタ６の端子リード７を樹脂基板１Ａのスルーホールに挿入後、基板の裏面をフロー半田にて樹脂基板との接合を完了する。
次に、図２Ｆに示すように、図２Ｅの工程で製造されたユニットをトランスファモールド機に配置された１６５℃の金型８内に挿入後、線膨張係数１２ｐｐｍ／℃、弾性率２０ＧＰａ、ガラス転移温度１２５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において３分間で成形を行う。
そして、図２Ｇに示すように、ユニットを金型８から脱着させた後、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本実施形態によるコントロールユニットを得る。
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、得られたコントロールユニットの信頼性が−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験において１２００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示す。このコントロールユニットはガラス転移温度１７０℃の樹脂プリント基板を用いているために、−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験という厳しい信頼性試験においても優れた特性を有する。
次に、図３を用いて、本発明の第３の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、４層の樹脂プリント基板を用いている。
図３Ａ〜３Ｆは、本発明の第３の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。
図３Ａに示すように、ガラス転位温度１７０℃，線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する１００×７０ｍｍの４層樹脂基板１Ａの片面上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ系はんだペースト材２Ａを印刷する。
次に、図３Ｂに示すように、樹脂基板１Ａに、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ａやアルミコンデンサなどのチップ部品３Ｂと、マイクロコンピュータＢＧＡパッケージ１１を自動搭載機にて搭載後、高温度２４０〜２５０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う。
さらに、図３Ｃに示すように、ピン挿入型電子部品５を樹脂基板１Ａのスルーホールへ挿入後、フロー半田を用いて樹脂基板を接合を行う。その後、コネクタ６Ａの端子リード７Ａを樹脂基板１Ａのスルーホールに挿入する。
次に、図３Ｄに示すように、コネクタ６Ａの端子リード７Ａと、基板１Ａの裏面をフロー半田にて樹脂基板との接合を完了する。
次に、図３Ｅに示すように、図３Ｄの工程で製造されたモジュールをトランスファモールド機に配置された１７５℃の金型８Ａ内に挿入後、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃，弾性率１３ＧＰａ，ガラス転移温度１５５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において９０秒間で成形を行う。
次に、図３Ｆに示すように、モジュールを金型から脱着させた後、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本実施形態による自動車コントロールユニットを得る。
なお、本実施形態においては、ＢＧＡ搭載後にＢＧＡの半田ボール隙間をアンダーフィル材を用いて、あらかじめ充填する方法を採用することもできる。アンダーフィル剤としては、無機充填剤を含む室温で液状のアクリル樹脂またはエポキシ樹脂または無機充填剤を含まない前記の樹脂を用い、硬化温度としては８０〜１５０℃の条件を採用することができる。アンダーフィル剤を用いる場合は、ＢＧＡ下のはんだボール隙間へのボイド発生をほぼ完全に抑えることができる。
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、得られたコントロールユニットの信頼性が−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験において１２００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示す。
次に、図４Ａ〜４Ｆを用いて、本発明の第４の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、フレキシブル基板を用いている。
図４Ａ〜４Ｆは、本発明の第４の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。
図４Ａに示すように、ガラス転位温度２３０℃，線膨張係数１２ｐｐｍ／℃の物性を有する１００×７０ｍｍのポリイミド厚さ７５μｍと両面Ｃｕ配線層３５μｍ厚さの２層フレキシブル基板樹脂基板１Ｂの片面上にＳｎ／Ｐｂ共晶はんだペースト材２を印刷する。
次に、図４Ｂに示すように、基板１Ｂに、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ａやアルミコンデンサなどのチップ部品３Ｂと、マイクロコンピュータＢＧＡパッケージ１０と、ＣＳＰ１３を自動搭載機にて搭載後、基板を最高温度２１０〜２４０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う。
次に、図４Ｃに示すように、電子部品を実装したフレキシブル基板１Ｂを、コネクタ取り付け部分を繰り抜いた厚さ３ｍｍのアルミニウムベース１４と低弾性の粘着シートを用いて貼り合わせる。
その後、図４Ｄに示すように、コネクタ６Ａの端子リード７Ａをフレキシブル基板１Ｂのスルーホール部分に挿入してエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂系接着剤を用いて室温または１５０℃以下の温度で仮接着した後、フロー半田にて樹脂基板とのはんだ接合を完了する。ここで、コネクタ６Ａには、ベース１４の接触面側に、くり貫き部１５Ａを有する。
次に、図４Ｅに示すように、図４Ｄの工程で製造されたモジュールをトランスファモールド機に配置された１６５℃の金型８Ｂ内に挿入後、線膨張係数１２ｐｐｍ／℃，弾性率２０ＧＰａ，ガラス転移温度１２５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において３分間で成形を行う。この場合、成形中においてエポキシ樹脂成形材料がコネクタ部分へも流動するように、フレキシブル基板１Ｂは貫通穴１５Ｂを有しており、この貫通穴１５Ｂを経て、樹脂成形材料が、コネクタ６Ａのくり貫き部１５Ａにも流動する。
次に、図４Ｆに示すように、ユニットモジュールを金型から脱着させた後、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本実施形態の自動車コントロールユニットを得る。
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、得られたコントロールユニットはフレキシブル基板からなる各種電子部品の樹脂封止面と反対側にコネクタを配設した構造であり、その信頼性は−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験において１２００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示すという優れた特性を有する。
次に、図５Ａ〜５Ｆを用いて、本発明の第５の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、４層の樹脂プリント基板を用いている。
図５Ａ〜５Ｆは、本発明の第５の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。
図５Ａに示すように、ガラス転位温度１７０℃，線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する１００×７０ｍｍの４層樹脂基板１Ａの片面上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ系はんだペースト材２Ａを印刷する。
次に、図５Ｂに示すように、樹脂基板１Ａに、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ａやアルミコンデンサなどのチップ部品３Ｂと、マイクロコンピュータＢＧＡパッケージ１１と、パワー半導体パッケージ１６を自動搭載機にて搭載後、高温度２４０〜２５０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う。
次に、図５Ｃに示すように、コネクタ６の端子リード７を樹脂基板１Ａのスルーホールに挿入して、基板１Ａの裏面をフロー半田にて樹脂基板との接合を完了する。
次に、図５Ｄに示すように、厚さ２ｍｍの放熱板Ｃｕ板１７を粘着剤を用いて、パワー半導体パッケージ１６を搭載した部分の基盤１Ａの直下に貼り付ける。ここでは、放熱板の金属としては、アルミニウムや表面Ｎｉめっきした鉄系金属を用いたり、または熱伝導性のセラミックフィラや金属繊維（またはフィラ）を配合したプラスチック複合体を用いることもできる。
次に、図５Ｅに示すように、図５Ｄの工程で製造されたユニットをトランスファモールド機に配置された１７５℃の金型８内に挿入後、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃，弾性率１３ＧＰａ，ガラス転移温度１５５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において９０秒間で成形を行う。ここで、金型８の形状は、ＢＧＡパッケージ１１とパワー半導体パッケージ１６とを配置する位置における高さが、チップ部品３Ａを配置する位置の高さと同じにしているが、図３に示したように、ＢＧＡパッケージ１１やパワー半導体パッケージ１６を配置する位置における高さを、チップ部品３Ａを配置する位置の高さよりもわずかに高くしてもよいものである。
次に、図５Ｆに示すように、ユニットを金型８から脱着させた後、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本実施形態の自動車コントロールユニットを得る。
本実施形態のコントロールユニットでは、放熱性を確保するために、発熱パワー半導体チップを搭載するプリント基板の直下に、放熱用の金属ベースまたはプラスチック複合体を設けるようにしている。放熱用の金属としては、アルミニウム，鉄系，銅系材料の板，薄膜，箔を用いることができる。プラスチック複合体は、カーボン繊維や粉，またはアルミナ，シリコンナイトライド，ボロンナイトライド，シリコンカーバイドなどの熱伝導性セラミックフィラを配合した熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を用いることができる。また、金属箔や薄膜を裏打ちしたプラスチック板や薄膜も用いることができる。これらプリント基板の直下に、放熱用の金属ベースまたはプラスチック複合体を設ける方法としては、粘着剤または接着剤を用いてプリント基板へ室温または加熱下で圧着して貼り付ける方法や、金属ベースやプラスチック複合体をプリント基板の直下に配置したするだけで、モールド成形時に両者を一体化する方法、のいずれかを採用することができる。
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、得られたコントロールユニットは基板直下に放熱金属板を配設した構造であり、その信頼性は−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験において１２００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示すという優れた特性を有する。
次に、図６Ａ〜６Ｈを用いて、本発明の第６の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、４層の樹脂プリント基板を用いている。
図６Ａ〜６Ｈは、本発明の第６の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。
図５Ａに示したように、ガラス転位温度１７０℃，線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する１００×７０ｍｍの４層樹脂基板１Ａの片面上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ系はんだペースト材２Ａを印刷する。そして、図５Ｂに示したように、樹脂基板１Ａに、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ａやアルミコンデンサなどのチップ部品３Ｂと、マイクロコンピュータＢＧＡパッケージ１１と、パワー半導体パッケージ１６を自動搭載機にて搭載後、高温度２４０〜２５０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う。
そして、図６Ａに示すように、コネクタ６の端子リード７を樹脂基板１Ａのスルーホールに挿入して、基板１Ａの裏面をフロー半田にて樹脂基板１Ａとの接合を完了する。
次に、図６Ｂ，Ｃに示すように、厚さ約１ｍｍの表面ＳｎめっきしたＣｕ系リードフレーム１８をエポキシ樹脂，アクリル樹脂，シリコーン樹脂系の接着剤または粘着剤を用いて、樹脂基板１Ａの直下に貼り付ける。ここで、図６Ｂは断面図であり、図６Ｃは図６Ｂの上面図である。このＣｕ系リードフレーム１８は取り付け金具としてだけではなく、放熱用板としても使用するため、図６Ｃに示すように、フレーム内部をくり貫いた構造を有している。リードフレーム１８は、自動車エンジン室内またはエンジン上に装着するための取り付け冶具として用いられる。
次に、図６Ｄに示すように、図６Ｃの工程で製造されたユニットをトランスファモールド機に配置された１７５℃の金型８内に挿入後、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃，弾性率１３ＧＰａ，ガラス転移温度１５５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において９０秒間で成形を行う。
次に、図６Ｅに示すように、成形されたユニットを金型８から脱着させ、図６Ｆに示すように、リードフレーム１８の余分な部分（図６Ｅに示す左端部分や右端部分）を切断する。
そして、図６Ｇ，Ｈに示すように、トリミングによってリードフレーム１８の折り曲げ加工を行う。図６Ｇは断面図であり、図６Ｈは図６Ｇの左側面図である。折り曲げ加工されたリードフレーム１８は、自動車エンジン室内またはエンジン上に装着するための取り付け冶具として用いられる。最終的にプログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本実施形態の自動車コントロールユニットを得る。
なお、本実施形態においては、あらかじめ基板を金属リードフレームに貼り付けた後、各種の電子部品とコネクタの実装を行い、モールドによって一体成形する方法を採用することができる。また、あらかじめ取り付け部分をトリミングした後の金具を用いて、樹脂モールド時にこの金具を金型内に装着後、図５で示したような放熱板を配設したユニットとともに同時に成形する方法を採用することもできる。
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、得られたコントロールユニットは放熱板と取り付け金具の両者を有する構造であり、その信頼性は−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験において１２００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示すという優れた特性を有する。
次に、図７Ａ〜７Ｆを用いて、本発明の第７の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、４層の樹脂プリント基板を用いている。
図７Ａ〜７Ｆは、本発明の第７の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。
図３Ａに示したように、ガラス転位温度１７０℃、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する１００×７０ｍｍの４層樹脂基板１Ａの片面上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ系はんだペースト材２Ａを印刷する。そして、図３Ｂに示したように、基板１Ａに、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ａやアルミコンデンサなどのチップ部品３Ｂと、マイクロコンピュータＢＧＡパッケージ１１と、ＣＳＰ１３を自動搭載機にて搭載後、高温度２４０〜２５０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う。
次に、図７Ａに示すように、コネクタ６の端子リード７を樹脂基板１Ａのスルーホールに挿入して、基板の裏面をフロー半田にて樹脂基板との接合を完了する。なお、本実施形態では、図７Ｂや図７Ｄに拡大して示したように、図７Ａに示したＢＧＡ１１またはＣＳＰ１３を搭載した場所の直下のプリント基板１Ａの部分に、直径３００μｍのＣｕめっきしたスルーホール１９を形成する。
次に、図７Ｄに示すように、図７Ａの工程で製造されたユニットをトランスファモールド機に配置された１７５℃の金型８内に挿入後、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃，弾性率１３ＧＰａ，ガラス転移温度１５５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において９０秒間で成形を行う。このとき、成形時の熱硬化性樹脂９は液状の低粘度樹脂となっているため、図７Ｅや図７Ｆに示すように、樹脂の流動はＢＧＡ１１またはＣＳＰ１３のはんだボール搭載中央部分から基板のスルーホール１９を通過していく。そのため、ＢＧＡ１１またはＣＳＰ１３の搭載後のはんだボール隙間へのボイド発生が抑えられる。
そして、ユニットを金型８から脱着させた後、最終的にプログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本発明の自動車コントロールユニットを得る。
本実施形態においては、ＢＧＡまたはＣＳＰの搭載後のはんだボール隙間へのボイド発生が抑える方法として、エポキシ樹脂成形材料に含まれる無機充填剤の最大粒径を従来の約８０〜１００μｍよりも小さな５０μｍ以下にすることによって、はんだボール隙間への樹脂の充填を容易にすることができる。特に、ＢＧＡやＣＳＰのはんだボールピッチが狭くなったり、はんだボール径が小さくなった時には有効である。また、成形方法においても、金型全体を減圧にした状態で前記の条件の下で低圧トランスファモールド成形機，コンプレッション成形機または射出成形機を用いて一体成形を行うことによって、ボイドレスの状態を達成できる。
以上のように、本実施形態では、半導体パッケージとしてＢＧＡやＣＳＰを基板上に搭載するコントロールユニットにおいては、ＢＧＡまたはＣＳＰの搭載部分に相当する基板の少なくとも一部に、熱硬化性樹脂を流動するための直径０．１ｍｍ〜１０ｍｍを有するスルーホールを設けるようにしている。ＢＧＡまたはＣＳＰの基板上への接続は、はんだボールで行うため、自動車，船舶，電動機などの高温高振動下の使用環境では、はんだボール接続寿命の低下する恐れがある。一般に、はんだボール接続寿命を確保するためには、通常はアンダーフィル材と呼ばれる樹脂をはんだボール間の隙間に充填して、応力を緩和する構造を採用する。しかし、本実施形態では、工程短縮またはコスト低減のために、コネクタと各種電子部品を加熱加圧下で一体モールドする工程において、同時にＢＧＡまたはＣＳＰのはんだボール間の隙間も樹脂で充填する方法を採用する。この場合、ＢＧＡまたはＣＳＰの中央部付近にはモールド時にガス抜けが十分できないために、ボイドが発生しやすい。そこで、ＢＧＡまたはＣＳＰの搭載部分に相当する基板の少なくとも一部に、モールド時の樹脂流動通路を設ける目的で直径０．１ｍｍ〜１０ｍｍを有するスルーホールを設けるようにしている。
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、半導体パッケージとしてＢＧＡやＣＳＰを基板上に搭載するコントロールユニットにおいて、コネクタと各種電子部品を加熱加圧下で一体モールドする工程において、同時にＢＧＡまたはＣＳＰのはんだボール間の隙間も樹脂で充填することにより、はんだボール接続寿命を確保することができる。また、得られたコントロールユニットは放熱板と取り付け金具の両者を有する構造であり、その信頼性は−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験において１２００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示すという優れた特性を有する。
次に、図８を用いて、本発明の第８の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、４層の樹脂プリント基板を用いている。
図８Ａ〜８Ｆは、本発明の第８の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。
図８Ａに示すように、ガラス転位温度１７０℃，線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する１００×７０ｍｍの４層樹脂基板１Ａの片面上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ系はんだペースト材２Ａを印刷する。
次に、図８Ｂに示すように、樹脂基板１Ａに、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ａやアルミコンデンサなどのチップ部品３Ｂと、マイクロコンピュータＢＧＡパッケージ１１と、パワー半導体パッケージ１６を自動搭載機にて搭載後、高温度２４０〜２５０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う。
次に、図８Ｃに示すように、コネクタ６の端子リード７を樹脂基板１Ａのスルーホールに挿入して、基板の裏面をフロー半田にて樹脂基板１Ａとの接合を完了する。
次に、図８Ｄに示すように、厚さ２ｍｍの放熱板Ｃｕ板１７を粘着剤を用いて、パワー半導体パッケージを搭載した基板１Ａの直下に貼り付ける。
次に、図８Ｅに示すように、図８Ｄの工程で製造したユニットをトランスファモールド機内に配置された１７５℃の金型８内に挿入する。金型８の内部上面には、アルミニウム薄膜（厚さ１００μｍ）２０が真空吸着により保持されている。その後、線膨張係数１２ｐｐｍ／℃，弾性率２０ＧＰａ，ガラス転移温度１２５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において９０秒間で成形を行う。
次に、図８Ｆに示すように、ユニットを金型から脱着させた後、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本発明の自動車コントロールユニットを得る。
以上説明したように、本実施形態のコントロールユニットでは、放熱性を確保するために、少なくとも発熱パワー半導体チップを搭載するプリント基板の直下に、放熱用の金属ベースまたはプラスチック複合体を設けている。また、放熱性だけでなく電磁遮蔽性も付与させるため、電子部品を搭載するプリント基板またはフレキシブル基板の相対する面に、電子部品及び電子部品を封止するための熱硬化性樹脂を介して金属またはプラスチック複合体を配設している。これによって、従来の金属ベースと金属カバーからなる構造と同等もしくはそれ以上の放熱性と電磁遮蔽性を得ることができる。
放熱および電磁遮蔽のための金属としては、アルミニウム，鉄系，銅系材料の板，薄膜，箔を用いることができる。プラスチック複合体としては、カーボン繊維や粉，またはアルミナ，シリコンナイトライド，ボロンナイトライド，シリコンカーバイドなどの熱伝導性セラミックフィラを配合した熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を用いることができる。また、金属箔や薄膜を裏打ちしたプラスチック板や薄膜も用いることができる。これらプリント基板の直下に、放熱用の金属ベースまたはプラスチック複合体を設ける方法としては、粘着剤または接着剤を用いてプリント基板へ室温または加熱下で圧着して貼り付ける方法や、金属ベースやプラスチック複合体をプリント基板の直下に配置したするだけで、モールド成形時に両者を一体化する方法のいずれかを採用することができる。
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、プリント基板またはフレキシブル基板の直下と、電子部品を搭載する樹脂プリント基板（またはフレキシブル基板）の相対する面に電子部品及び電子部品を封止するための熱硬化性樹脂を介して金属またはプラスチック複合体を配設することができるため、放熱性と電磁遮蔽性を得ることができるため、従来のプラスチックモールド構造で問題となっていた放熱性と電磁遮蔽性の両方の特性を大幅に向上できる。また、得られたコントロールユニットの信頼性は−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験において１２００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示すという優れた特性を有する。
【産業上の利用の可能性】
本発明によれば、モジュール装置の生産性が向上し、小型化が可能であるとともに、信頼性が向上する。
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【手続補正書】
【提出日】平成17年5月10日(2005.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続用金属端子を有するコネクタと、電子部品が実装された回路基板とを有し、前記コネクタと前記基板とが金属リードにより接続されたモジュール装置において、
（Ａ）前記コネクタの基板との接続面側と、前記金属リードと、前記電子部品とを、同一の熱硬化性樹脂によって封止し、
（Ｂ）前記熱硬化性樹脂は、硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形であり、
（Ｃ）前記電子部品を封止する熱硬化性樹脂の厚さが、前記電子部品の高さに応じて変化するように形成されていることを特徴とするモジュール装置。
【請求項２】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記熱硬化性樹脂は、無機質フィラを含む４０℃以下において固形のエポキシ樹脂であることを特徴とするモジュール装置。
【請求項３】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記熱硬化性樹脂の硬化後の樹脂物性が、
線膨張係数；８〜２５ｐｐｍ／℃、
弾性率；８〜３０ＧＰａ、
ガラス転移温度；８０〜２００℃、
であることを特徴とするモジュール装置。
【請求項４】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記回路基板のガラス転移温度が１５０℃以上であることを特徴とするモジュール装置。
【請求項５】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記金属リードの端部は、前記基板のスルーホール部分へ挿入した後、はんだまたは導電性接着剤で固定されていることを特徴とするモジュール装置。
【請求項６】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記電子部品が、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）またはチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）を含む電子部品であり、
前記ＢＧＡまたはＣＳＰを搭載した回路基板は、熱硬化性樹脂を流動するための直径０．１ｍｍ〜１０ｍｍを有するスルーホールが設けられていることを特徴とするモジュール装置。
【請求項７】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記回路基板は、プリント基板であり、
発熱パワー半導体チップを搭載するプリント基板の直下に、放熱用の金属ベースまたはプラスチック複合体を設けたことを特徴とするモジュール装置。
【請求項８】
請求項７記載のモジュール装置において、
前記放熱用の金属ベースまたはプラスチック複合体の面積は、前記プリント基板の面積よりも小さいことを特徴とするモジュール装置。
【請求項９】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記回路基板の裏面には、自動車エンジン室内またはエンジン上に装着するための金属またはプラスチックからなる取り付け冶具が設けられていることを特徴とするモジュール装置。
【請求項１０】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記回路基板の電子部品搭載面のみが前記熱硬化性樹脂で封止され、その反対面はコネクタを有する金属またはプラスチック筐体に粘着，接着または機械的な方法によって固定・設置されることを特徴とするモジュール装置。
【請求項１１】
請求項１記載のモジュール装置において、
前記回路基板と相対する面に、電子部品及び電子部品を封止するための熱硬化性樹脂を介して金属またはプラスチック複合体が配設されていることを特徴とするモジュール装置。
【請求項１２】
接続用金属端子を有するコネクタと、電子部品が実装された回路基板とを有し、前記コネクタと前記基板とが金属リードにより接続されたモジュール装置において、
（Ａ）前記コネクタの基板との接続面側と、前記金属リードと、前記電子部品とを、同一の熱硬化性樹脂によって封止し、
（Ｂ）前記熱硬化性樹脂は、硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形であり、
（Ｃ）前記電子部品を封止する熱硬化性樹脂の厚さが、前記電子部品の高さに応じて変化するように形成され、
（Ｄ）前記コネクタが、前記電子部品を封止する前記熱硬化樹脂面に対して直角または相対する面に配設されていることを特徴とするモジュール装置。
【請求項１３】
接続用金属端子を有するコネクタと、ＢＧＡまたはＣＳＰを含む電子部品が実装された回路基板と、前記コネクタと前記基板とを接続する金属リードを樹脂モールドにより封止するモジュール装置の製造方法において、
成形圧力が５〜７０ｋｇ／ｃｍ２，成形温度が１５０〜１８０℃の範囲において低圧トランスファモールド成形機またはコンプレッション成形機により、または成形圧力が２０〜１００ｋｇ／ｃｍ２、成形温度が１５０〜１８０℃の範囲にある射出成形機により、
硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形である前記熱硬化性樹脂を用いて、
前記コネクタの基板との接続面側と、前記金属リードと、前記電子部品とを、同一の熱硬化性樹脂によって封止し、
そのとき、前記電子部品を封止する熱硬化性樹脂の厚さが、前記電子部品の高さに応じて変化するように封止することを特徴とするモジュール装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載のモジュール装置の製造方法において、
前記回路基板を、あらかじめコネクタを仮固定した金属またはプラスチック筐体に粘着または接着によって固定・設置した後、前記熱硬化性樹脂を用いて前記電子部品とコネクタ部分を一体で成形することを特徴とするモジュール装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に実装された電子部品を樹脂封止した構成を有するモジュール装置及びその製造方法に係り、特に、自動車用の各種コントロールユニットやセンサモジュールに用いるに好適なモジュール装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の各種コントロールユニット（例えば、エンジンコントロールユニット，モータコントロールユニット，自動変速機コントロールユニットなど）は、車室内やエンジンルーム内に配置されていた。これらのコントロールユニットの構造としては、プリント基板上に電子部品を実装し、このプリント基板を金属ベースに固定し、さらに、カバーケースで覆う構成のものが一般的である。
【０００３】
近年、コントロールユニットをインテークマニホールドなどの上に直接取り付ける形式，すなわち、オンエンジン形式のコントロールユニットが検討されている。プリント基板を用いたコントロールユニットは、耐熱性が１２０℃程度であるため、オンエンジン形式には適用できない。セラミック基板を用いたコントロールユニットは耐熱性が高いため、オンエンジン用として用いることが可能であるが、やや高価である。また、オンエンジン形式のもには、高耐熱性だけではなく、車室内やエンジン内形式のもの以上に、耐振動性や完全気密防水性が求められている。さらに、これらの要求は、オンエンジン形式のコントロールユニットだけではなく、センサーモジュール（例えば、圧力センサモジュールや空気流量計モジュールなど）にも要求されるものである。
【０００４】
これらの要求を満たすため、プリント基板を用いて、オンエンジン形式に適用可能なモジュール装置の構成としては、例えば、特開２００１−２８８３３３号公報に記載されているように、トランスファモールド実装によって外部リード端子と基板を一体成形したものが知られている。また、例えば、特開平７−２２７２２号に記載されているように、ペースト状樹脂を加熱硬化する低圧（減圧）成形法により、コネクタと基板を一体成形したものが知られている。
【０００５】
一方、自動車用の各種コントロールユニットまたはセンサーモジュールは、高機能高性能化のため高速、多ビット処理系のＣＰＵマイクロコンピューターが必要になってきている。その動向に伴い、マイクロコンピューターもパッケージ形態として多ピン小型薄型のボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）やチップスケールパッケージ（ＣＳＰ）で構成されるものが適用されるようになっている。マイクロコンピューター以外の半導体チップに対しても、高密度実装の点からＢＧＡやＣＳＰの適用が拡大しつつある。特に、ウエハレベルでパッケージ化できるＣＳＰは、コスト低減効果も期待できるため、今後、広く適用され得るものである。
【０００６】
このようなＢＧＡやＣＳＰを含む各種電子部品の実装方法としては、例えば、特開２００２−３６８１８３号公報に記載されているように、真空状態に保った型内に、コネクタのリードと電気的に接続した基板をトランスファモールドにより樹脂封止するものが知られている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１-２８８３３３号公報
【特許文献２】特開平７−２２７２２号公報
【特許文献２】特開２００２−３６８１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特開２００１−２８８３３３号公報に記載されているものは、外部リード端子が電子部品の樹脂封止面と同じに位置にあるため、外部リード端子を干渉しないトランスファモールド用の金型構造が必要となること、成形時にリード端子と金型隙間から樹脂バリが発生しやすいこと、のために取扱性が困難で生産性が低下するという問題があった。
【０００９】
また、特開平７−２２７２２号に記載されているものは、真空状態を保つための特別な型構造や装置が必要であること、保護樹脂としてペースト状樹脂を用いるために、硬化時間が数十分以上となり、製品を型から取り出すまでの時間が長くなること、が問題である。さらに、電子回路基板や電子部品と熱膨張係数を合わせた保護樹脂は、硬化前のペースト状の樹脂粘度が非常に高くなるため、樹脂注入に対して高真空が必要であり、生産性が劣るという問題があった。
【００１０】
さらに、特開２００２−３６８１８３号公報に記載されているものは、外部との接続端子がアウターリードを用いるため、端子数が多くなる場合はモジュールが大型になるという問題がある。特に、自動車や船舶用モジュール装置では、接続用受け入れコネクタとの接続の点から、リードが幅広で、厚くなる傾向にあること、従来のトランスファモールド法では外部端子リードを並列に接続することが困難であることから、大型化する傾向にある。
【００１１】
また、上述の３つの従来技術においては、封止樹脂層の基板からの高さが一定であるため、アルミ電解コンデンサなどの背高の部品を用いる場合、実質の封止樹脂層が１０ｍｍ以上にもなり、非常に厚くなる。これは、電子機器やモジュールの大きな反りの発生や電子部品への応力発生の要因となる。特に、取りつけ時の電子機器やモジュールの亀裂破断と剥離発生や、温度サイクル試験や熱衝撃試験などにおける信頼性の低下という問題が生じる。
【００１２】
本発明の目的は、生産性が向上し、小型化が可能であるとともに、信頼性の向上したモジュール装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、接続用金属端子を有するコネクタと、電子部品が実装された回路基板とを有し、前記コネクタと前記基板とが金属リードにより接続されたモジュール装置において、（Ａ）前記コネクタの基板との接続面側と、前記金属リードと、前記電子部品とを、同一の熱硬化性樹脂によって封止し、（Ｂ）前記熱硬化性樹脂は、硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形であり、（Ｃ）前記電子部品を封止する熱硬化性樹脂の厚さが、前記電子部品の高さに応じて変化するように形成されているものである。かかる構成により、生産性が向上し、小型化が可能であるとともに、信頼性が向上し得るものとなる。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明は、接続用金属端子を有するコネクタと、電子部品が実装された回路基板とを有し、前記コネクタと前記基板とが金属リードにより接続されたモジュール装置において、（Ａ）前記コネクタの基板との接続面側と、前記金属リードと、前記電子部品とを、同一の熱硬化性樹脂によって封止し、（Ｂ）前記熱硬化性樹脂は、硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形であり、（Ｃ）前記電子部品を封止する熱硬化性樹脂の厚さが、前記電子部品の高さに応じて変化するように形成され、（Ｄ）前記コネクタが、前記電子部品を封止する前記熱硬化樹脂面に対して直角または相対する面に配設されるようにしたものである。かかる構成により、生産性が向上し、小型化が可能であるとともに、信頼性が向上し得るものとなる。
【００１５】
また、上記目的を達成するために、本発明は、接続用金属端子を有するコネクタと、ＢＧＡまたはＣＳＰを含む電子部品が実装された回路基板と、前記コネクタと前記基板とを接続する金属リードを樹脂モールドにより封止するモジュール装置の製造方法において、成形圧力が５〜７０ｋｇ／ｃｍ２，成形温度が１５０〜１８０℃の範囲において低圧トランスファモールド成形機またはコンプレッション成形機により、または成形圧力が２０〜１００ｋｇ／ｃｍ２、成形温度が１５０〜１８０℃の範囲にある射出成形機により、硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形である前記熱硬化性樹脂を用いて、前記コネクタの基板との接続面側と、前記金属リードと、前記電子部品とを、同一の熱硬化性樹脂によって封止し、そのとき、前記電子部品を封止する熱硬化性樹脂の厚さが、前記電子部品の高さに応じて変化するように封止するようにしたものである。かかる方法により、生産性が向上し、小型化が可能であるとともに、信頼性が向上し得るものとなる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、モジュール装置の生産性が向上し、小型化が可能であるとともに、信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
最初に、図１を用いて、本発明の第１の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、２層の樹脂プリント基板を用いている。  
図１は、本発明の第１の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、２層樹脂プリント基板１の片面上に、Ｓｎ／Ｐｂ共晶はんだペースト材２を印刷する。樹脂プリント基板１は、ガラス転位温度１３０℃、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する１００×７０ｍｍの大きさのものである。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板１に、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどの背の低いチップ部品３Ａと、アルミコンデンサなどの背の高いチップ部品３Ｂと、半導体パッケージ４を自動搭載機にて搭載後、基板１を最高温度２１０〜２４０℃のリフロー炉内に通過して、はんだ接合する。
【００２０】
そして、フラックスを除去するために、炭化水素系溶剤にて基板１を洗浄して所定温度，所定時間で乾燥する。ここで、無洗浄用の半田フラックスを用いる場合は、電子部品搭載後の洗浄工程を省くことができる。
【００２１】
次に、図１（ｃ）に示すように、ピン挿入型電子部品５と樹脂コネクタ６の端子リード７を樹脂基板１のスルーホールに挿入後、基板１の裏面をフロー半田にて樹脂基板１との接合を完了する。樹脂コネクタ６は、接続用の金属端子を有し、その金属端子の他方の端部が、金属リード７となっている。
【００２２】
次に、図１（ｄ）に示すように、図１（ｃ）の工程で製造されたモジュールをトランスファモールド機に配置された１６５℃の金型８内に挿入後、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃，弾性率１３ＧＰａ，ガラス転移温度１５５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において３分間でトランスファモールド成形する。
【００２３】
このとき、金型８の内部の高さは、基板１に搭載された部品の高さに応じて変えている。即ち、コネクタ６が取り付けられる部分は、コネクタ６の高さと同じとしている。チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどの背の低いチップ部品３Ａや、半導体パッケージ４や、ピン挿入型電子部品５が搭載される位置における金型内部の高さは、コネクタ６の部分の高さより低くしている。ただし、背の高い部品であるアルミコンデンサのようなチップ部品３Ｂが搭載されている位置では、半導体パッケージ４やピン挿入型電子部品５が搭載される位置よりも、金型の内部の高さを高くしている。即ち、アルミコンデンサのような背の高いチップ部品３Ｂが搭載されている位置では、上側の金型の内部に窪みを形成している。
【００２４】
最後に、図１（ｅ）に示すように、樹脂９によって封止されたモジュールを金型８から脱着させる。そして、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本実施形態によるコントロールユニットが得られる。
【００２５】
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、電子部品と回路基板の封止，コネクタとの接着及びコントロールユニット全体の構造体の成形が１種類のエポキシ樹脂成形材料で同時にできるため、従来から用いていた金属または樹脂ケース，キャップ，電子部品防湿用コート膜などが不要となり、部品点数を削減でき、また、工数も低減できる。
【００２６】
さらに、樹脂ケースとキャップを省略でき、しかも、封止面積を最少化できるので、コントロールユニットを小型化でき、また、薄型化できる。
【００２７】
また、エポキシ樹脂成形材料は室温で固形であるため、取り扱いが容易であり、しかもトランスファモールド成形法，コンプレッション成形法または射出成形法によって加熱加圧で短時間成形できるため、既存の安価な生産設備を活用できるとともに、作業時間の大幅な短縮が可能である。
【００２８】
本実施形態で用いるエポキシ樹脂成形材料は従来の半導体封止材料と同じ特性を有するため、低熱膨張性，低吸湿性及び高接着性であり、成形後の電気・電子モジュールの高信頼性化を図ることができる。
【００２９】
また、金型を用いた加圧成形法であるため、製品の外形形状の自由化が可能であり、しかも樹脂封止層の厚さを電子部品の高さに応じて変えることによって反りや応力を低減できるため、信頼性を向上することができる。
【００３０】
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、信頼性においても、−４０℃〜１３０℃の熱衝撃試験において２０００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示すものである。
【００３１】
以上説明した本実施形態によるモジュール装置を含む本発明の特徴とする点は、次の通りである。
【００３２】
本発明においては、電子部品の実装された基板（樹脂プリント基板またはフレキシブル基板）に、コネクタの金属リードを接続した状態で、樹脂封止してモジュール装置を構成する。ここで、
１）封止樹脂は熱硬化性樹脂であり、この封止樹脂を用いて、回路基板に実装された電子部品と、コネクタと接続する金属リードを覆い隠すように封止されていること、
２）封止樹脂が、硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形であること（すなわち、常温で液体状態やペースト状態の封止樹脂は用いないこと）、
３）前記電子部品を封止する熱硬化性樹脂の厚さが、電子部品の高さに応じて変化するように形成されていること、
を特徴としている。
【００３３】
さらに、具体的に説明する。本発明においては、回路基板上に実装した電子部品及びコネクタの基板との接続面側に配置した金属リード（またはワイヤ）を覆い隠すように封止するために用いる封止樹脂としては、無機質フィラを含む４０℃以下において固形のエポキシ樹脂成形材料としている。このエポキシ樹脂は、通常の樹脂封止型半導体装置用封止材料と同じものを使用することができる。
【００３４】
この固形のエポキシ樹脂成形材料は、加熱加圧下による一体成形を行うには最も適した封止樹脂であり、成形性とコントロールユニットの信頼性を同時に確保することができる。また、加熱加圧下のみならず。減圧による方法も同時に採用すれば、封止樹脂中のボイド低減に対して大きな効果があり、信頼性の大幅な向上を図ることができる。
【００３５】
さらに、このエポキシ樹脂成形材料は、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、またはポリフェニレンサルファイドからなる樹脂コネクタとの接着性にも優れている。また、コネクタの金属リード（またはワイヤ）やフレキシブル基板の断線や剥離は見られないため、信頼性が向上する。接着性が向上した理由のひとつとしては、成形温度が１５０℃以上であるため、コネクタ樹脂の界面とエポキシ樹脂との分子の絡まり合いが生じて強固な接着界面を形成することが挙げられる。成形温度を１５０℃より小さくすると、樹脂の粘度が高く成形性が低下する。成形温度の上限は、電子部品等を回路基板に固着するハンダ材料によって異なる。ＰｂＳｎ共晶ハンダを用いる場合には、成形温度の上限は、ＰｂＳｎ共晶ハンダの融点（１８３℃以上）よりも低温の１８０℃以下が好ましいものである。Ｐｂフリーハンダを用いる場合には、成形温度の上限は２２０℃以下が好ましいものである。
【００３６】
エポキシ樹脂成形材料に含まれる無機質フィラとしては、溶融シリカ，結晶性シリカ，アルミナ，酸化マグネシウム，ボロンナイトライド，シリコンナイトライド，シリコンカーバイドなどの破砕状または球状の少なくとも１種類以上を用いることができる。
【００３７】
エポキシ樹脂成形材料としては、エポキシ樹脂とフェノール樹脂硬化剤とからなる組成であり、４０℃以下で固形のオルソクレゾール型エポキシ樹脂，ビフェニル骨格を有するエポキシ樹脂，ジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂，ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂，またはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂などと、フェノールノボラック樹脂，オルソクレゾールノボラック樹脂，ジシクロペンタジエン骨格を有するフェノール樹脂，またはナフタレン骨格を有するフェノール樹脂などとの組み合わせから得ることができる。また、エポキシ樹脂成形材料には低弾性率化による低応力化を図るため、シリコーンゴムまたはオイルやブタジエン系ゴムなどの低応力化材を含むことができる。
【００３８】
さらに、本発明では、回路基板上に実装した電子部品及び、コネクタの基板との接続面側に配置した金属リード（またはワイヤ）またはフレキシブル基板の封止樹脂としては、その硬化後の樹脂物性が
線膨張係数；８〜２５ｐｐｍ／℃、
弾性率；８〜３０ＧＰａ、
ガラス転移温度；８０〜２００℃、
であることを特徴とする。
【００３９】
これらの樹脂物性は、電子部品，回路基板，放熱金属板の線膨張係数による差から発生する応力、または電子部品の回路基板へのはんだ付けなどのよる接合部分への応力を低減するために決められるものであり、線膨張係数はこれらの部材へできるだけ近づける必要があるため、本発明では８〜２５ｐｐｍ／℃の範囲にある。また、本発明の電気・電子モジュールでは線膨張係数の異なる電子部品や各種部材を用いるため、低応力化のためには線膨張係数の規定の他に、低弾性率化が好ましいが、成形時の金型離型性を確保するために弾性率は８〜３０ＧＰａの範囲にある。ガラス転移温度も、低応力の観点からは低い方が好ましいが、成形時の金型離型性やモジュールの耐熱性の観点から８０〜２００℃が好適である。
【００４０】
本発明のコントロールユニットにおいては、樹脂プリント基板またはプリント基板上に搭載した各種電子部品を封止する熱硬化性樹脂層の厚さを、電子部品の高さに応じて変えることを特徴とする。これは、封止後の過熱冷却によって発生するユニットの反りや熱膨張係数に違いによる応力の低減に対して大きな効果があるためである。上述したように、熱硬化性樹脂の線膨張係数を樹脂プリント基板やフレキシブル基板のそれに近づけることで応力の低減を図ることができるが、基板上に搭載するコネクタ部品や各種電子部品（パッケージ，アルミ電解コンデンサ，抵抗，コンデンサ）が有する線膨張係数のすべてと合わせることが困難であるため、樹脂封止層の厚さを電子部品の高さに応じて変えることによって反りや応力を低減する。この封止樹脂層の厚さとしては、各電子部品の頂点から０．５ｍｍ〜６．０ｍｍの間が好適である。０．５ｍｍ未満では熱硬化性樹脂の成形時の流動性低下が顕著になり、また６．０ｍｍを超えると反りや応力低減の効果がほとんど見られなくなる。
【００４１】
本発明において用いる回路基板としては、エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂，またはビスマレイミドトリアジン樹脂にガラス繊維や無機フィラを配合したした樹脂プリント基板，またはポリイミド，液晶ポリマーからなるフレキシブル基盤のいずれかを用いることができる。特に、本発明ではエンジン内またはオンエンジンへも適用できるコントロールユニットが目的であるため、回路基板のガラス転移温度が１５０℃以上であることが望ましいものである。従来のＦＲ−４と呼ばれているガラス転移温度が１２０〜１３０℃の基板では、コントロールユニットの耐久環境が１３０℃以上になると、基板の厚さ方向（Ｚ方向）の熱膨張係数が急激に高くなるため、基板内のスルーホール断線を発生させやすい。これに対してガラス転移温度を１５０℃以上にすることによって、オンエンジンなどの高温使用環境でも基板の線膨張係数の変化を抑えることができるため、信頼性が大幅に向上する。
【００４２】
本発明では、回路基板上も熱硬化性樹脂で封止されるため、１５０℃以上の高温においても酸化に影響が少なくなるため、基板やソルダーレジスト材料の熱劣化や変質による変色または特性劣化を大幅に抑えることができるという特徴も有する。そのため、高耐熱用コントロールユニット分野への適用が可能となる。
【００４３】
本発明は、コネクタと各種電子部品を加熱加圧下で一体モールド化した構造を有することを特徴とするが、接続用金属端子を有するコネクタの配置は、各種電子部品を封止する熱硬化性樹脂面に対して直角に配設することが特徴である。また、後述する実施形態で説明するように、コネクタの配置は、各種電子部品を封止する熱硬化性樹脂面に相対する面に配設する場合にも特徴がある。この構造は、熱硬化性樹脂の成形用金型構造として従来の構造を採用できるため、設計と生産が容易になる。
【００４４】
また、本発明では、回路基板とコネクタとを電気的に接続する金属端子が、回路基板のスルーホール部分へ挿入した後、はんだまたは導電性接着剤で固定することを特徴とする構造である。この構造においては、標準化した市販の安価、多ピン、または並列配列ピン構造を有する各種のコネクタを用いることができること、金属端子と基板との接続がはんだまたは導電性接着剤を用いて短時間にできること、などの点から汎用性が極めて高くなる。
【００４５】
本発明におけるコネクタと電子部品の一体モールド構造の成形は、成形圧力が５〜７０ｋｇ／ｃｍ２、成形温度が１５０〜１８０℃の範囲において低圧トランスファモールド成形機またはコンプレッション成形機を用いて行う。これらの成形条件は、次の理由により樹脂封止形半導体装置の成形条件（１７０〜１８０℃、７０〜１００ｋｇ／ｃｍ２）と比べて、低圧かつ低温であることが特徴である。すなわち、成形時にコネクタの変形を防止するために７０ｋｇ／ｃｍ２以下の低圧成形が必要であること、または電子部品と回路基板との接合がＳｎ／Ｐｂ共晶はんだで行われる場合には、Ｓｎ／Ｐｂ共晶の融点が１８３℃であるため、この温度よりも低い１７０℃以下で成形する必要がある。なお、Ｐｂフリーハンダを用いる場合には、成形温度の上限は２２０℃以下が好ましいものである。しかし、逆に、成形圧力が５ｋｇ／ｃｍ２未満では樹脂中にボイド発生や樹脂充填不足が発生すること、さらに成形温度が１５０℃未満では樹脂の硬化不足によって成形時間が５分以上となり、生産性が極端に悪くなること、などの観点から、成形条件としては前記の範囲が好適である。また、本発明では、金型全体を減圧にした状態で前記の条件の下で低圧トランスファモールド成形機またはコンプレッション成形機を用いて一体成形を行うことができる。
【００４６】
本発明におけるコネクタと電子部品の一体モールド構造の成形法としては、熱硬化性樹脂を用いた射出成形機による射出成形法を採用することも可能である。この場合の成形条件としては、成形圧力が２０〜１００ｋｇ／ｃｍ２、成形温度が１５０〜１８０℃の範囲にある。特に、成形圧力は従来の射出成形圧力である数百〜数千ｋｇ／ｃｍ２よりも小さくする必要がある。射出成形法は、大型のコントロールユニットを成形するには好適な成形法である。
【００４７】
以上のようにして、本発明では、電子部品とコネクタとを一体モールドするエポキシ樹脂成形材料は、樹脂封止型半導体装置用として使用される封止材料と同じ硬化物物性を有しており、低熱膨張性，低吸湿性及び高接着性であり、かつイオン性不純物が低いため、コントロールユニットの信頼性を向上することができる。特に、電子部品や回路基板の線膨張係数に近い材料を自由に選ぶことができること、さらに樹脂封止層の厚さを電子部品の高さに応じて変えることによって反りや応力を低減できるため、信頼性を向上させることができる。また、エポキシ樹脂成形材料は樹脂コネクタとの接着性にも優れるため、ユニットの筐体構造としての信頼性向上に対しても大きな効果がある。さらに、電子部品及び接続、接合のための金属リードや半田または導電接着剤接合部がエポキシ樹脂成形材料による封止によって固定されるため、優れた耐振動性や温度サイクルまたは熱衝撃試験時における耐接合疲労性を有する。
【００４８】
本発明においては、金型を用いてエポキシ樹脂成形材料のトランスファモールド法またはコンプレッション法による加熱加圧成形を行うため、液状の樹脂を用いる場合と比べて、生産性が高くなる。また、ユニット外形を金型形状で決めることができるため、ケース材を用いた場合と比べて、モジュールの小型化や薄型化を容易に図ることができる。
【００４９】
次に、図２を用いて、本発明の第２の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、４層の樹脂プリント基板を用いている。  
図２は、本発明の第２の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００５０】
図２（ａ）に示すように、ガラス転位温度１７０℃，線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する９０×７０ｍｍの４層樹脂基板１Ａの片面上にＳｎ／Ｐｂ共晶はんだペースト材２を印刷する。
【００５１】
次に、図２（ｂ）に示すように、回路基板１Ａに、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ｃを自動搭載機にて搭載後、基板を最高温度２１０〜２４０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う。
【００５２】
さらに、図２（ｃ）に示すように、回路基板１Ａの上下を反転させ、回路基板１Ａの他方の面にＳｎ／Ｐｂ共晶はんだペーストを塗布する。
【００５３】
次に、図２（ｄ）に示すように、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ｃやアルミコンデンサなどのチップ部品３Ｂと半導体パッケージ４を自動搭載機にて搭載後、再リフローを行いはんだ接合を行う。
【００５４】
次に、図２（ｅ）に示すように、ピン挿入型電子部品５と樹脂コネクタ６の端子リード７を樹脂基板１Ａのスルーホールに挿入後、基板の裏面をフロー半田にて樹脂基板との接合を完了する。
【００５５】
次に、図２（ｆ）に示すように、図２（ｅ）の工程で製造されたユニットをトランスファモールド機に配置された１６５℃の金型８内に挿入後、線膨張係数１２ｐｐｍ／℃、弾性率２０ＧＰａ、ガラス転移温度１２５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において３分間で成形を行う。
【００５６】
そして、図２（ｇ）に示すように、ユニットを金型８から脱着させた後、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本実施形態によるコントロールユニットを得る。
【００５７】
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、得られたコントロールユニットの信頼性が−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験において１２００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示す。このコントロールユニットはガラス転移温度１７０℃の樹脂プリント基板を用いているために、−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験という厳しい信頼性試験においても優れた特性を有する。
【００５８】
次に、図３を用いて、本発明の第３の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、４層の樹脂プリント基板を用いている。  
図３は、本発明の第３の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００５９】
図３（ａ）に示すように、ガラス転位温度１７０℃，線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する１００×７０ｍｍの４層樹脂基板１Ａの片面上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ系はんだペースト材２Ａを印刷する。
【００６０】
次に、図３（ｂ）に示すように、樹脂基板１Ａに、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ａやアルミコンデンサなどのチップ部品３Ｂと、マイクロコンピュータＢＧＡパッケージ１１を自動搭載機にて搭載後、高温度２４０〜２５０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う。
【００６１】
さらに、図３（ｃ）に示すように、ピン挿入型電子部品５を樹脂基板１Ａのスルーホールへ挿入後、フロー半田を用いて樹脂基板を接合を行う。その後、コネクタ６Ａの端子リード７あを樹脂基板１Ａのスルーホールに挿入する。
【００６２】
次に、図３（ｄ）に示すように、コネクタ６Ａの端子リード７Ａと、基板１Ａの裏面をフロー半田にて樹脂基板との接合を完了する。
【００６３】
次に、図３（ｅ）に示すように、図３（ｄ）の工程で製造されたモジュールをトランスファモールド機に配置された１７５℃の金型８Ａ内に挿入後、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃，弾性率１３ＧＰａ，ガラス転移温度１５５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において９０秒間で成形を行う。
【００６４】
次に、図３（ｆ）に示すように、モジュールを金型から脱着させた後、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本実施形態による自動車コントロールユニットを得る。
【００６５】
なお、本実施形態においては、ＢＧＡ搭載後にＢＧＡの半田ボール隙間をアンダーフィル材を用いて、あらかじめ充填する方法を採用することもできる。アンダーフィル剤としては、無機充填剤を含む室温で液状のアクリル樹脂またはエポキシ樹脂または無機充填剤を含まない前記の樹脂を用い、硬化温度としては８０〜１５０℃の条件を採用することができる。アンダーフィル剤を用いる場合は、ＢＧＡ下のはんだボール隙間へのボイド発生をほぼ完全に抑えることができる。
【００６６】
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、得られたコントロールユニットの信頼性が−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験において１２００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示す。
【００６７】
次に、図４を用いて、本発明の第４の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、フレキシブル基板を用いている。  
図４は、本発明の第４の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００６８】
図４（ａ）に示すように、ガラス転位温度２３０℃，線膨張係数１２ｐｐｍ／℃の物性を有する１００×７０ｍｍのポリイミド厚さ７５μｍと両面Ｃｕ配線層３５μｍ厚さの２層フレキシブル基板樹脂基板１Ｂの片面上にＳｎ／Ｐｂ共晶はんだペースト材２を印刷する。
【００６９】
次に、図４（ｂ）に示すように、基板１Ｂに、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ａやアルミコンデンサなどのチップ部品３Ｂと、マイクロコンピュータＢＧＡパッケージ１０と、ＣＳＰ１３を自動搭載機にて搭載後、基板を最高温度２１０〜２４０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う。
【００７０】
次に、図４（ｃ）に示すように、電子部品を実装したフレキシブル基板１Ｂを、コネクタ取り付け部分を繰り抜いた厚さ３ｍｍのアルミニウムベース１４と低弾性の粘着シートを用いて貼り合わせる。
【００７１】
その後、図４（ｄ）に示すように、コネクタ６Ａの端子リード７Ａをフレキシブル基板１Ｂのスルーホール部分に挿入してエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂系接着剤を用いて室温または１５０℃以下の温度で仮接着した後、フロー半田にて樹脂基板とのはんだ接合を完了する。ここで、コネクタ６Ａには、ベース１４の接触面側に、くり貫き部１５Ａを有する。
【００７２】
次に、図４（ｅ）に示すように、図４（ｄ）の工程で製造されたモジュールをトランスファモールド機に配置された１６５℃の金型８Ｂ内に挿入後、線膨張係数１２ｐｐｍ／℃，弾性率２０ＧＰａ，ガラス転移温度１２５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において３分間で成形を行う。この場合、成形中においてエポキシ樹脂成形材料がコネクタ部分へも流動するように、フレキシブル基板１Ｂは貫通穴１５Ｂを有しており、この貫通穴１５Ｂを経て、樹脂成形材料が、コネクタ６Ａのくり貫き部１５Ａにも流動する。
【００７３】
次に、図４（ｆ）に示すように、ユニットモジュールを金型から脱着させた後、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本実施形態の自動車コントロールユニットを得る。
【００７４】
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、得られたコントロールユニットはフレキシブル基板からなる各種電子部品の樹脂封止面と反対側にコネクタを配設した構造であり、その信頼性は−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験において１２００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示すという優れた特性を有する。
【００７５】
次に、図５を用いて、本発明の第５の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、４層の樹脂プリント基板を用いている。  
図５は、本発明の第５の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１，図２，図３と同一符号は、同一部分を示している。
【００７６】
図５（ａ）に示すように、ガラス転位温度１７０℃，線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する１００×７０ｍｍの４層樹脂基板１Ａの片面上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ系はんだペースト材２Ａを印刷する。
【００７７】
次に、図５（ｂ）に示すように、樹脂基板１Ａに、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ａやアルミコンデンサなどのチップ部品３Ｂと、マイクロコンピュータＢＧＡパッケージ１１と、パワー半導体パッケージ１６を自動搭載機にて搭載後、高温度２４０〜２５０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う。
【００７８】
次に、図５（ｃ）に示すように、コネクタ６の端子リード７を樹脂基板１Ａのスルーホールに挿入して、基板１Ａの裏面をフロー半田にて樹脂基板との接合を完了する。
【００７９】
次に、図５（ｄ）に示すように、厚さ２ｍｍの放熱板Ｃｕ板１７を粘着剤を用いて、パワー半導体パッケージ１６を搭載した部分の基盤１Ａの直下に貼り付ける。ここでは、放熱板の金属としては、アルミニウムや表面Ｎｉめっきした鉄系金属を用いたり、または熱伝導性のセラミックフィラや金属繊維（またはフィラ）を配合したプラスチック複合体を用いることもできる。
【００８０】
次に、図５（ｅ）に示すように、図５（ｄ）の工程で製造されたユニットをトランスファモールド機に配置された１７５℃の金型８内に挿入後、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃，弾性率１３ＧＰａ，ガラス転移温度１５５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において９０秒間で成形を行う。ここで、金型８の形状は、ＢＧＡパッケージ１１とパワー半導体パッケージ１６とを配置する位置における高さが、チップ部品３Ａを配置する位置の高さと同じにしているが、図３に示したように、ＢＧＡパッケージ１１やパワー半導体パッケージ１６を配置する位置における高さを、チップ部品３Ａを配置する位置の高さよりもわずかに高くしてもよいものである。
【００８１】
次に、図５（ｆ）に示すように、ユニットを金型８から脱着させた後、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本実施形態の自動車コントロールユニットを得る。
【００８２】
本実施形態のコントロールユニットでは、放熱性を確保するために、発熱パワー半導体チップを搭載するプリント基板の直下に、放熱用の金属ベースまたはプラスチック複合体を設けるようにしている。放熱用の金属としては、アルミニウム，鉄系，銅系材料の板，薄膜，箔を用いることができる。プラスチック複合体は、カーボン繊維や粉，またはアルミナ，シリコンナイトライド，ボロンナイトライド，シリコンカーバイドなどの熱伝導性セラミックフィラを配合した熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を用いることができる。また、金属箔や薄膜を裏打ちしたプラスチック板や薄膜も用いることができる。これらプリント基板の直下に、放熱用の金属ベースまたはプラスチック複合体を設ける方法としては、粘着剤または接着剤を用いてプリント基板へ室温または加熱下で圧着して貼り付ける方法や、金属ベースやプラスチック複合体をプリント基板の直下に配置したするだけで、モールド成形時に両者を一体化する方法、のいずれかを採用することができる。
【００８３】
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、得られたコントロールユニットは基板直下に放熱金属板を配設した構造であり、その信頼性は−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験において１２００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示すという優れた特性を有する。
【００８４】
次に、図６を用いて、本発明の第６の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、４層の樹脂プリント基板を用いている。  
図６は、本発明の第６の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１，図２，図３，図５と同一符号は、同一部分を示している。
【００８５】
図５（ａ）に示したように、ガラス転位温度１７０℃，線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する１００×７０ｍｍの４層樹脂基板１Ａの片面上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ系はんだペースト材２Ａを印刷する。そして、図５（ｂ）に示したように、樹脂基板１Ａに、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ａやアルミコンデンサなどのチップ部品３Ｂと、マイクロコンピュータＢＧＡパッケージ１１と、パワー半導体パッケージ１６を自動搭載機にて搭載後、高温度２４０〜２５０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う。
【００８６】
そして、図６（ａ）に示すように、コネクタ６の端子リード７を樹脂基板１Ａのスルーホールに挿入して、基板１Ａの裏面をフロー半田にて樹脂基板１Ａとの接合を完了する。
【００８７】
次に、図６（ｂ），（ｃ）に示すように、厚さ約１ｍｍの表面ＳｎめっきしたＣｕ系リードフレーム１８をエポキシ樹脂，アクリル樹脂，シリコーン樹脂系の接着剤または粘着剤を用いて、樹脂基板１Ａの直下に貼り付ける。ここで、図６（ｂ）は断面図であり、図６（ｃ）は図６（ｂ）の上面図である。このＣｕ系リードフレーム１８は取り付け金具としてだけではなく、放熱用板としても使用するため、図６（ｃ）に示すように、フレーム内部をくり貫いた構造を有している。リードフレーム１８は、自動車エンジン室内またはエンジン上に装着するための取り付け冶具として用いられる。
【００８８】
次に、図６（ｄ）に示すように、図６（ｃ）の工程で製造されたユニットをトランスファモールド機に配置された１７５℃の金型８内に挿入後、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃，弾性率１３ＧＰａ，ガラス転移温度１５５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において９０秒間で成形を行う。
【００８９】
次に、図６（ｅ）に示すように、成形されたユニットを金型８から脱着させ、図６（ｆ）に示すように、リードフレーム１８の余分な部分（図６（ｅ）に示す左端部分や右端部分）を切断する。
【００９０】
そして、図６（ｇ），（ｈ）に示すように、トリミングによってリードフレーム１８の折り曲げ加工を行う。図６（ｇ）は断面図であり、図６（ｈ）は図６（ｇ）の左側面図である。折り曲げ加工されたリードフレーム１８は、自動車エンジン室内またはエンジン上に装着するための取り付け冶具として用いられる。最終的にプログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本実施形態の自動車コントロールユニットを得る。
【００９１】
なお、本実施形態においては、あらかじめ基板を金属リードフレームに貼り付けた後、各種の電子部品とコネクタの実装を行い、モールドによって一体成形する方法を採用することができる。また、あらかじめ取り付け部分をトリミングした後の金具を用いて、樹脂モールド時にこの金具を金型内に装着後、図５で示したような放熱板を配設したユニットとともに同時に成形する方法を採用することもできる。
【００９２】
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、得られたコントロールユニットは放熱板と取り付け金具の両者を有する構造であり、その信頼性は−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験において１２００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示すという優れた特性を有する。
【００９３】
次に、図７を用いて、本発明の第７の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、４層の樹脂プリント基板を用いている。  
図７は、本発明の第７の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１，図２，図４と同一符号は、同一部分を示している。
【００９４】
図３（ａ）に示したように、ガラス転位温度１７０℃、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する１００×７０ｍｍの４層樹脂基板１Ａの片面上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ系はんだペースト材２Ａを印刷する。そして、図３（ｂ）に示したように、基板１Ａに、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ａやアルミコンデンサなどのチップ部品３Ｂと、マイクロコンピュータＢＧＡパッケージ１１と、ＣＳＰ１３を自動搭載機にて搭載後、高温度２４０〜２５０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う。
【００９５】
次に、図７（ａ）に示すように、コネクタ６の端子リード７を樹脂基板１Ａのスルーホールに挿入して、基板の裏面をフロー半田にて樹脂基板との接合を完了する。なお、本実施形態では、図７（ｂ）や図７（ｄ）に拡大して示したように、図７（ａ）に示したＢＧＡ１１またはＣＳＰ１３を搭載した場所の直下のプリント基板１Ａの部分に、直径３００μｍのＣｕめっきしたスルーホール１９を形成する。
【００９６】
次に、図７（ｄ）に示すように、図７（ａ）の工程で製造されたユニットをトランスファモールド機に配置された１７５℃の金型８内に挿入後、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃，弾性率１３ＧＰａ，ガラス転移温度１５５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において９０秒間で成形を行う。このとき、成形時の熱硬化性樹脂９は液状の低粘度樹脂となっているため、図７（ｅ）や図７（ｆ）に示すように、樹脂の流動はＢＧＡ１１またはＣＳＰ１３のはんだボール搭載中央部分から基板のスルーホール１９を通過していく。そのため、ＢＧＡ１１またはＣＳＰ１３の搭載後のはんだボール隙間へのボイド発生が抑えられる。
【００９７】
そして、ユニットを金型８から脱着させた後、最終的にプログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本発明の自動車コントロールユニットを得る。
【００９８】
本実施形態においては、ＢＧＡまたはＣＳＰの搭載後のはんだボール隙間へのボイド発生が抑える方法として、エポキシ樹脂成形材料に含まれる無機充填剤の最大粒径を従来の約８０〜１００μｍよりも小さな５０μｍ以下にすることによって、はんだボール隙間への樹脂の充填を容易にすることができる。特に、ＢＧＡやＣＳＰのはんだボールピッチが狭くなったり、はんだボール径が小さくなった時には有効である。また、成形方法においても、金型全体を減圧にした状態で前記の条件の下で低圧トランスファモールド成形機，コンプレッション成形機または射出成形機を用いて一体成形を行うことによって、ボイドレスの状態を達成できる。
【００９９】
以上のように、本実施形態では、半導体パッケージとしてＢＧＡやＣＳＰを基板上に搭載するコントロールユニットにおいては、ＢＧＡまたはＣＳＰの搭載部分に相当する基板の少なくとも一部に、熱硬化性樹脂を流動するための直径０．１ｍｍ〜１０ｍｍを有するスルーホールを設けるようにしている。ＢＧＡまたはＣＳＰの基板上への接続は、はんだボールで行うため、自動車，船舶，電動機などの高温高振動下の使用環境では、はんだボール接続寿命の低下する恐れがある。一般に、はんだボール接続寿命を確保するためには、通常はアンダーフィル材と呼ばれる樹脂をはんだボール間の隙間に充填して、応力を緩和する構造を採用する。しかし、本実施形態では、工程短縮またはコスト低減のために、コネクタと各種電子部品を加熱加圧下で一体モールドする工程において、同時にＢＧＡまたはＣＳＰのはんだボール間の隙間も樹脂で充填する方法を採用する。この場合、ＢＧＡまたはＣＳＰの中央部付近にはモールド時にガス抜けが十分できないために、ボイドが発生しやすい。そこで、ＢＧＡまたはＣＳＰの搭載部分に相当する基板の少なくとも一部に、モールド時の樹脂流動通路を設ける目的で直径０．１ｍｍ〜１０ｍｍを有するスルーホールを設けるようにしている。
【０１００】
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、半導体パッケージとしてＢＧＡやＣＳＰを基板上に搭載するコントロールユニットにおいて、コネクタと各種電子部品を加熱加圧下で一体モールドする工程において、同時にＢＧＡまたはＣＳＰのはんだボール間の隙間も樹脂で充填することにより、はんだボール接続寿命を確保することができる。また、得られたコントロールユニットは放熱板と取り付け金具の両者を有する構造であり、その信頼性は−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験において１２００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示すという優れた特性を有する。
【０１０１】
次に、図８を用いて、本発明の第８の実施形態によるモジュール装置の構成およびその製造方法について説明する。本実施形態によるモジュール装置は、自動車，船舶，電動機用コントロールユニットとして用いられるものであり、回路基板としては、４層の樹脂プリント基板を用いている。  
図８は、本発明の第８の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１，図２，図３と同一符号は、同一部分を示している。
【０１０２】
図８（ａ）に示すように、ガラス転位温度１７０℃，線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する１００×７０ｍｍの４層樹脂基板１Ａの片面上にＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ系はんだペースト材２Ａを印刷する。
【０１０３】
次に、図８（ｂ）に示すように、樹脂基板１Ａに、チップ抵抗体，セラミックコンデンサなどのチップ部品３Ａやアルミコンデンサなどのチップ部品３Ｂと、マイクロコンピュータＢＧＡパッケージ１１と、パワー半導体パッケージ１６を自動搭載機にて搭載後、高温度２４０〜２５０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う。
【０１０４】
次に、図８（ｃ）に示すように、コネクタ６の端子リード７を樹脂基板１Ａのスルーホールに挿入して、基板の裏面をフロー半田にて樹脂基板１Ａとの接合を完了する。
【０１０５】
次に、図８（ｄ）に示すように、厚さ２ｍｍの放熱板Ｃｕ板１７を粘着剤を用いて、パワー半導体パッケージを搭載した基板１Ａの直下に貼り付ける。
【０１０６】
次に、図８（ｅ）に示すように、図８（ｄ）の工程で製造したユニットをトランスファモールド機内に配置された１７５℃の金型８内に挿入する。金型８の内部上面には、アルミニウム薄膜（厚さ１００μｍ）２０が真空吸着により保持されている。その後、線膨張係数１２ｐｐｍ／℃，弾性率２０ＧＰａ，ガラス転移温度１２５℃の硬化物物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料９を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において９０秒間で成形を行う。
【０１０７】
次に、図８（ｆ）に示すように、ユニットを金型から脱着させた後、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本発明の自動車コントロールユニットを得る。
【０１０８】
以上説明したように、本実施形態のコントロールユニットでは、放熱性を確保するために、少なくとも発熱パワー半導体チップを搭載するプリント基板の直下に、放熱用の金属ベースまたはプラスチック複合体を設けている。また、放熱性だけでなく電磁遮蔽性も付与させるため、電子部品を搭載するプリント基板またはフレキシブル基板の相対する面に、電子部品及び電子部品を封止するための熱硬化性樹脂を介して金属またはプラスチック複合体を配設している。これによって、従来の金属ベースと金属カバーからなる構造と同等もしくはそれ以上の放熱性と電磁遮蔽性を得ることができる。
【０１０９】
放熱および電磁遮蔽のための金属としては、アルミニウム，鉄系，銅系材料の板，薄膜，箔を用いることができる。プラスチック複合体としては、カーボン繊維や粉，またはアルミナ，シリコンナイトライド，ボロンナイトライド，シリコンカーバイドなどの熱伝導性セラミックフィラを配合した熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂を用いることができる。また、金属箔や薄膜を裏打ちしたプラスチック板や薄膜も用いることができる。これらプリント基板の直下に、放熱用の金属ベースまたはプラスチック複合体を設ける方法としては、粘着剤または接着剤を用いてプリント基板へ室温または加熱下で圧着して貼り付ける方法や、金属ベースやプラスチック複合体をプリント基板の直下に配置したするだけで、モールド成形時に両者を一体化する方法のいずれかを採用することができる。
【０１１０】
以上のように構成することにより、本実施形態によるコントロールユニットは、従来よりも、小型で、かつ薄型とすることができる。また、プリント基板またはフレキシブル基板の直下と、電子部品を搭載する樹脂プリント基板（またはフレキシブル基板）の相対する面に電子部品及び電子部品を封止するための熱硬化性樹脂を介して金属またはプラスチック複合体を配設することができるため、放熱性と電磁遮蔽性を得ることができるため、従来のプラスチックモールド構造で問題となっていた放熱性と電磁遮蔽性の両方の特性を大幅に向上できる。また、得られたコントロールユニットの信頼性は−５５℃〜１５０℃の熱衝撃試験において１２００サイクル以上、８５℃８５％の高温高湿試験において２０００時間以上でも、正常な動作を示すという優れた特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の第１の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明の第２の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の第３の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明の第４の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の第５の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明の第６の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の第７の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
【図８】本発明の第８の実施形態によるモジュール装置の製造方法を示す工程図である。
【国際調査報告】
2005004563.tif 000014
2005004563.tif 000015
2005004563.tif 000016
2005004563.tif 000017