(57)【要約】【課題】  金属基板を用いた混成集積回路装置は、一般に金属基板の裏面が露出され、その露出面に放熱フィンが設けられていた。しかしこのフィンも設けられた混成集積回路装置は、サイズが大きく、問題がある。【解決手段】  金属基板１３の表には、第１の回路素子群、金属基板の裏側には、第２の回路素子群が設けられ、主裏により、所望の回路が実現される。そしてトランスファーモールドにより、表と裏の被覆樹脂、側面の被覆樹脂も含めて一体に形成する。そして裏面の第３の配置領域Ｂは、基板裏面が露出され、そこに放熱フィン２１が設けられる。【選択図】      図１
2009010213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面、裏面および側面を有する金属基板と、前記表面を被覆する第１の絶縁樹脂層と、前記裏面の一領域を被覆する第２の絶縁樹脂層と、前記第１の絶縁樹脂層に設けられた第１の導電パターンと、前記第２の絶縁樹脂層に設けられた第２の導電パターンと、前記第１の導電パターンと電気的に接続され、固着された複数の第１の回路素子と、前記第２の導電パターンと電気的に接続され、固着された複数の第２の回路素子と、前記第１の導電パターンと前記第２の導電パターンを電気的に接続するリードと、前記第１の回路素子を被覆する第１の被覆樹脂と、前記第２の回路素子を被覆する第２の被覆樹脂とから成る事を特徴とした混成集積回路装置。
【請求項２】
前記被覆樹脂は、トランスファーモールドにより被覆される請求項１に記載の混成集積回路装置。
【請求項３】
前記第１の被覆樹脂と前記第２の被覆樹脂は、前記側面を介して一体で成る請求項１または請求項２に記載の混成集積回路装置。
【請求項４】
前記裏面の他方の領域には、放熱フィンが取り付けられる請求項１に記載の混成集積回路装置。
【請求項５】
前記金属基板が垂直配置され、この垂直配置の金属基板の下方に前記第２の被覆樹脂が位置し、上方に前記放熱フィンが位置する事を特徴とした請求項４に記載の混成集積回路装置。
【請求項６】
前記金属基板は、Ａｌを主材料とする金属から成り、表面には酸化膜が形成される請求項１に記載の混成集積回路装置。
【請求項７】
表面、裏面および側面を有する金属基板と、前記表面を被覆する第１の絶縁樹脂層と、前記裏面の一領域を被覆する第２の絶縁樹脂層と、前記第１の絶縁樹脂層に設けられた第１の導電パターンと、前記第２の絶縁樹脂層に設けられた第２の導電パターンと、前記第１の導電パターンと電気的に接続され、固着された複数の第１の回路素子と、前記第２の導電パターンと電気的に接続され、固着された複数の第２の回路素子と、前記第１の導電パターンと前記第２の導電パターンを電気的に接続するリードと、前記第１の回路素子と前記第２の回路素子を被覆し一体で成る被覆樹脂とから成り、
前記金属基板は、垂直に配置され、この垂直配置の上方に位置する前記第１の回路素子は、ＢＩＰまたはＭＯＳ型のパワートランジスタ、ＩＧＢＴまたはＧＴＢＴから成り、この第１の回路素子の配置領域の前記裏面には、放熱フィンが設けられる事を特徴とした混成集積回路装置。
【請求項８】
前記金属基板の両面には、酸化膜が形成され、前記放熱フィンは、前記酸化膜の上に設けられた熱伝導性材料を介して熱的に結合される請求項７に記載の混成集積回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混成集積回路装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣｕやＡｌを主材料として形成された金属基板は、放熱性に優れるため混成集積回路装置として採用されている。例えば、パワー系のデバイスは、デバイス自体が温度上昇し、駆動能力が低下するが、金属基板を採用することにより温度上昇を抑止でき、結局は、その分、エネルギー損失を抑えながら、駆動能力を向上できるため、電力の削減、環境負荷の低減が可能となる。
【０００３】
図６に、その一例を示す。例えばＡｌ基板１があり、その両面にはアルマイト処理されてなる酸化膜２が形成されている。そして基板１の表面には、絶縁樹脂層３が更に被覆され、その上に配線パターン４が設けられている。この配線パターン４は、アイランド、配線、電極パッド、リードパッド等からなる。そして前記アイランドの上には、半導体素子５が固着され、半導体素子５の電極と前記電極パッドとは、金属細線を介して電気的に接続されている。更には、受動素子としてチップコンデンサやチップ抵抗が電極パッドと半田付けされている。
【０００４】
よって半導体素子、受動素子および配線パターン４により混成集積回路が実現される。また必要によりリードパッドにリードが接続され、全体が絶縁樹脂６で封止されて完成される。
【０００５】
関連した技術文献としては、例えば以下の特許文献が挙げられる。
【特許文献１】特開２００３−３１８３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら放熱性を向上しようとすれば、放熱フィン７が金属基板１の裏面に実装されている。
【０００７】
これは、金属基板１の裏面は、アルマイト面またはアルマイトが取り除かれたＡｌ面が露出しているため、放熱フィン７を取り付ければ、金属基板１の上に載置された半導体素子５の温度上昇を抑止できる。
【０００８】
しかしながら、図５に示すように、放熱フィン７が金属基板１（図面では点線で示す）裏面全体を覆うように大きいため、混成集積回路装置自体のサイズが大きくなり、この混成集積回路装置が実装されるセット８自体の小型化ができない問題を有している。
【０００９】
更には、金属基板１の裏面が露出するタイプは、金属基板１と絶縁樹脂６の熱膨張係数αの違いにより、裏面において金属基板と絶縁樹脂６との界面が剥離し、湿気等の浸入から信頼性が低下する問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記に鑑み、本発明の混成集積回路装置は、
第１に、表面、裏面および側面を有する金属基板と、
前記表面を被覆する第１の絶縁樹脂層と、前記裏面の一領域を被覆する第２の絶縁樹脂層と、
前記第１の絶縁樹脂層に設けられた第１の導電パターンと、前記第２の絶縁樹脂層に設けられた第２の導電パターンと、
前記第１の導電パターンと電気的に接続され、固着された複数の第１の回路素子と、
前記第２の導電パターンと電気的に接続され、固着された複数の第２の回路素子と、
前記第１の導電パターンと前記第２の導電パターンを電気的に接続し、前記金属基板の側面をまたいで設けられるリードと、
前記第１の回路素子を被覆する第１の被覆樹脂と、前記第２の回路素子を被覆する第２の被覆樹脂とから成る事で解決するものである。
裏面は、放熱フィンと第２の回路素子が実装されるため、実装効率が向上する。
【００１１】
第２に、前記被覆樹脂は、トランスファーモールドにより被覆される事で解決するものである。
第３に、前記第１の被覆樹脂と前記第２の被覆樹脂は、前記側面を介して一体で成る事で、金属基板を表と裏で挟むことに成り、反りの抑制が可能である。
【００１２】
第４に、前記裏面の他方の領域には、放熱フィンが取り付けられることで解決するものである。
第５に、前記金属基板が垂直配置され、この垂直配置の金属基板の下方に前記第２の被覆樹脂が位置し、上方に前記放熱フィンが位置する事で解決するものである。
【００１３】
フィンから放出される熱は、上昇するため、この上昇するパスに回路素子が配置されないため、温度の影響を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
金属基板の表裏面に回路素子と放熱フィンが取り付けられるため、実装密度の高い混成集積回路装置を実現できる。
【００１５】
また混成集積回路装置を立てて実装すると、裏面には、下方に回路素子、上には放熱フィンが配置され、放熱フィンから出てきる熱は、回路素子を通過せずに上昇するため、温度の影響を抑制することができる。
【００１６】
またトランスファーモールドで表と裏を一体で封止するので、実質同じ熱膨張係数でサンドウィッチした形と成り、反りの抑止が働く。よって金属基板裏面において、絶縁樹脂と金属基板の界面が有っても、剥離を抑止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の最良の形態を説明する。
【００１８】
図１（Ａ）は、混成集積回路装置１０がプリント基板等の実装基板１１に装着されたもので、一般にはモジュール１２と呼ばれている。
【００１９】
まずは、混成集積回路装置１０について説明する。まず基板１３は、Ｃｕ、ＡｌまたはＦｅを主材料とした金属基板である。必要によっては、ステンレス等の合金でも良い。
【００２０】
例えばＡｌ基板を金属基板１３として採用した場合、一般には、絶縁耐量、耐摩耗性が考慮されて、表面にはアルマイト処理または酸化処理が施される。しかもこの酸化膜は、更に積層される絶縁樹脂層１４との密着性も良好である。ただし、酸化膜の無いＡｌ面に直接絶縁樹脂層１３を積層しても良い。
【００２１】
この酸化膜の形成された金属基板１３は、大板からプレスにより固片化されるため、平面で見ると矩形で、表と裏の周囲から延在される４つの側面は、Ａｌ金属が露出される。
【００２２】
一方、Ｃｕの場合、酸化膜は、Ａｌの酸化膜と比較して、自分自身の金属との密着性が悪いため、実質形成されない。
【００２３】
この金属基板１３の表面には、導電パターンの絶縁性が考慮されて、前述した絶縁樹脂層１４が被覆される。この絶縁樹脂層１４は、耐圧、熱膨張係数α等が考慮されて一般には、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３等のフィラーが選択されて混ぜられたり、ガラス繊維等が織り込まれている。
【００２４】
ここで金属基板１３の表面に被覆された絶縁樹脂層を第１の絶縁樹脂層１４Ｆ、裏面に被覆された絶縁樹脂層を第２の絶縁樹脂層１４Ｂとする。
【００２５】
前記第１の絶縁樹脂層１４Ｆには、第１の導電パターン１５Ｆが設けられている。この導電パターン１５Ｆは、一般にはＣｕから成り、接着剤の設けられた全面Ｃｕ箔が熱圧着により貼り合わされた後に、エッチングにより所望のパターンに形成される。ただし、導電ペーストをスクリーン印刷で印刷し、導電パターンを形成しても良い。
【００２６】
一方、前記第２の絶縁樹脂層１４Ｂも、第１の絶縁樹脂層１４Ｆと同様な材料を用いて貼り合わされ、同じ方法にて導電パターン１５Ｂが形成される。
【００２７】
これら第１および第２の導電パターン１４は、アイランド１６、電極パッド１７、前記アイランドまたは電極パッドと一体またはアイランド状の配線、受動素子を実装するための電極１８、リード用パッド１９等が設けられる。
【００２８】
更に、アイランド１６には、半導体素子２０が固着され、半導体素子の表面に設けられたパッド電極と電極パッド１７とは、金属細線を介して電気的に接続されている。ここで半導体素子としては、ディスクリート型半導体素子、ＬＳＩ等が考えられる。ここで金属基板１３の表側に配置されるこれらの素子を第１の回路素子群と呼び、表側の実質全面を第１の配置領域とする。さらに基板１３の裏面に配置される能動素子、受動素子を第２の回路素子群と呼び、これら第２の回路素子群が配置される領域を第２の配置領域と呼ぶ。更に、放熱フィン２１の配置領域を第３の配置領域とする。
【００２９】
後述する放熱フィン２１の設置部分に対応する金属基板１３の表面には、パワー系の半導体素子２２が実装される。これは、放熱フィン２１を介して、パワー系の半導体素子２２の熱を外部に放出し、半導体素子２２自体の発熱を抑止している。これにより駆動能力が高められ、無駄な電力を省くことができる。一例としては、パワー系のディスクリート素子、パワーＭＯＳ、パワーＴＲ、ＩＧＢＴ、ＧＴＢＴ、パワー系のＬＳＩ等が考えられる。
【００３０】
別の表現をすれば、第１の回路素子群は、放熱器を必要とする回路素子、例えば前述したパワー系の半導体素子、そして放熱器を必要としない回路素子、例えば制御回路、保護回路、受動素子等に区分けできる。
【００３１】
一方、本混成集積回路装置１０は、図１の如く、実装基板１１に対して縦差しで実装されるため、この熱的な事を考慮して配置させる必要がある。
【００３２】
つまり放熱フィン２１の温められた気体のルートにより好ましい配置が決定される。ここで放熱フィン２１は、図１（Ａ）では、溝２３が紙面に対して表から裏に走っているように図示されているが、これは、図１（Ａ）に於いて放熱フィンである事を示したいために書いたものである。実際は、図４の様に配置される。これは、例えば、プラズマＴＶ、液晶ＴＶの背面を開け、そこに見える金属のシャーシーＳＨの上に配置される。つまりシャーシーＳＨは、矢印の基点が下、矢印の先が上方を向き、床に対して垂直に配置されたもの手である。図からも明らかなように、溝２３が紙面に対して下から上に走っている。この方が、空気が、矢印の様に、下から上に流れ方熱効率が高いからである。
【００３３】
この構造であれば、当然下の空気が放熱フィン２１で暖められ、その暖められた空気は、そのまま上昇する。よって空気が暖められて上昇する側に回路素子が配置されれば、回路素子の温度上昇を招くが、本発明は、逆である。
【００３４】
また混成集積回路装置１０が実装基板１１に対して、縦ざし（垂直配置）された場合、放熱フィン２１は、金属基板裏面の上側に配置される。金属基板の周囲には、マージンが設けられたりするため。金属基板の裏面は、第２の配置領域と放熱フィン２１の第３の配置領域で１００％占める訳ではないが、第２の回路素子配置領域と放熱フィン２１の配置領域でほぼ２分できる。
よって、図１（Ｂ）左の如く、第２の配置領域をＡ、放熱フィン２１の第３の配置領域をＢとし、放熱フィン２１が金属基板１３の幅より大きいとすれば、縦ざし基板裏面に於いて、第２の配置領域Ａを下方に、第３の配置領域Ｂを上方に配置することが重要と成る。また放熱フィン２１が金属基板１３の幅より小さいとすれば、図１（Ｂ）右と成る。この場合、放熱フィン２１の左右に第２の配置領域として若干のスペースができ、ここにも第２の回路素子群の一部が配置されても良い。
【００３５】
続いて、図１に於いて、基板の表と裏の下端には、リード用パッド１９があり、ここには、リード２４が設けられる。このリード２４は、基板の表の回路と裏の回路を電気的に接続し、更に実装基板との電気的接続を担う。またこのリードにより、実装基板１１に対して、縦挿しが可能となる。図面では、クリップ端子を採用した。このクリップ端子は、金属基板１３の表裏からそれぞれ導電部材が延在され、金属基板下端の外側で一体となり、１本のリードとなっている。しかし縦挿しを可能とするならば、金属基板１３の表裏からそれぞれ導電部材が延在され、そのまま金属基板下端の外側に延在されても良い。この場合、表と裏の電気的接続は、実装基板１１側で接続される。当然であるが、これらリードは、表裏に複数本設けられる。
【００３６】
更に、金属基板１３の第１の配置領域、第２の配置領域には、前述したように第１の回路素子群、第２の回路素子群が配置されるため、耐環境性のために絶縁性の被覆樹脂２５が被覆される。方法としては、ポッティング、ディッピング、上下金型を用いたトランスファーモールド、インジェクションモールド等があるが、ここでは信頼性も考えトランスファーモールドで実現される。上下金型でモールドする場合、第１、第２の配置領域の部分が金型のキャビィティとなり、第３の配置領域Ｂは、上または下の金型と当接させることになる。
【００３７】
よって第３の配置領域Ｂは、Ａｌ基板のＡｌ、その表面の酸化膜、または絶縁樹脂層１４が露出することになる。当然放熱フィン２１と熱的に結合させる場合、露出される面がＡｌ、酸化膜、絶縁樹脂層１４の順で熱抵抗が増大していく。よって回路の熱の大きさ、放熱フィンの絶縁性が考慮されて選択されるが、一般的には、Ａｌまたは酸化膜が露出する。
【００３８】
この露出させる点は、本発明の特徴である。図１で説明すれば、混成集積回路装置１０を実装基板１１に立てて実装すると、金属基板裏面には、下方に回路素子、上には放熱フィン２１が配置され、放熱フィン２１から出てきる熱は、回路素子を通過せずに上昇するため、温度の影響を抑制することができる。よって金属基板の表側の第１の回路素子群の、特に自ら発熱し、他の素子よりもその発熱量が多い半導体素子を、放熱フィンの裏側に配置すれば、この半導体素子の駆動能力を向上できる。しかも放熱フィン２１から発生する熱は、他の素子に影響を与えない。
【００３９】
図２、図７は、第３の配置領域Ｂを除いて、金属基板の表面、裏面、そして側面が全て封止される例を説明したものである。図２Ａは、断面図であり、図２Ｂは、斜視図である。Ａｌの金属基板のαが２５×１０−６／度Ｃ、チップコンンデンサ、チップ抵抗が７〜１０×１０−６／度Ｃ、半導体チップが３．５×１０−６、被覆樹脂である通常のエポキシ樹脂が５０×１０−６／度Ｃである。特に金属基板と被覆樹脂は、αが大きく異なり、半導体チップや受動素子の電気的接続部分が破断したり、クラックが入ったりする。そのため、無機フィラーの量を調整し、封止用エポキシ樹脂は、１５〜２０×１０−６程度に調整される。これは、金属基板のαと載せられる素子のαを考慮すると、エポキシ樹脂のαを１５〜２０×１０−６程度が良い。よってαの違いによる応力は、かなり無くすことができる。
【００４０】
次に、樹脂と基板の密着性を考えると、Ａｌ、酸化膜、絶縁樹脂層１４の順で密着性は向上する。また酸化膜であるアルマイト膜は、陽極酸化により実現されるため、Ａｌの表面に生成されるため、密着性に優れる。しかしＡｌから比べると熱抵抗が大きいこと、更には、Ａｌや樹脂層１４と比べ硬度が高く、プレス機、ドリル等の加工でプレスの刃、ドリルの磨耗が激しい。しかも金属基板の裏と表は、同時にアルマイト処理が成されるため、基本的には、裏面にも同時に生成される。よって金属基板１３の裏面の第３の配置領域Ｂは、アルマイト膜をそのまま残し、トランスファーモールド後は、このアルマイト膜が露出される。
【００４１】
またＡｌを第３の配置領域として残す場合、金属基板１３の裏面を酸化保護膜でカバーし、金属基板１３の表面のみを陽極酸化すれば、金属基板の裏面は、Ａｌとなり、その内、第２の配置領域Ａに絶縁樹脂層１４を形成し、トランスファーモールドすることにより、第３の配置領域Ｂは、Ａｌが露出することになる。
この場合、Ａｌと絶縁樹脂層との密着性が悪く、対策が必要となる。
【００４２】
よって、図２でも説明するように、本発明は、第３の配置領域Ｂを露出させ、他全体を封止している。
【００４３】
図７は、この製造方法を説明するものである。金属基板上には、第１の回路素子群、第２の回路素子群が既に配置され、更にリード２４も設けられている。この金属基板をトランスファーモールド（またはインジェクション）用の金型に配置して樹脂封止される。ここでは、上金型３０Ａと下金型３０Ｂがあり、両者が嵌合されて、キャビティ３１が形成される。またここではクリップ端子２４を採用している。このクリップ端子は、金属基板１３の表裏からそれぞれ導電部材３２、３３が延在され、金属基板下端の外側で連結部材３４と一体となり、１本のリードとなっている。
【００４４】
本発明は、この連結部材３４も含めて樹脂封止されている。更に第３の配置領域Ｂを除き、金属基板１３の表面、裏面および側面も含めて封止される。第１の回路素子群を封止する第１の被覆樹脂、第２の回路素子群を封止する第２の被覆樹脂は、４つの側面に封止された樹脂で一体となる。よってクリップリードの接続信頼性が向上し、更には４つの側面も含め、被覆樹脂が一体となっているので、基板から被覆樹脂が剥がれることも無い。また基板の側面は、基板を分離する際、上と下に分離溝を形成し、この溝を介して分離している。よって断面で見ると、右側側面はＶ字が９０度時計回りと逆に、左側はＶ字が９０度時計回りの形状となっている。つまり全ての側面は、基板の表面および裏面から鈍角をなして外側に向かい凸形状となっている。よって図２に於いて符号４０は、その側面の断面形状であり、そこに被覆樹脂が設けられているので、ここでもアンカーが働く構造になっている。
【００４５】
更に、金属基板を中心にして表、裏にαの同じ被覆樹脂が設けられてあるので、モジュール全体の反りは、かなり軽減される。
図３は、第２の実施の形態であり、図１と異なる部分は、封止手段とリードの形状であり、他は図１の説明と同じある。よってここでは、異なる点のみを説明する。本発明は、封止手段としてケーシングを用いた。これは、中空構造であるため、金属基板αとの違いによる反りを軽減できる。
【００４６】
またこのケーシングの代わりに、被覆樹脂で形成しても良い、しかしこの場合、金属基板の表裏に、樹脂の塊が貼りあわされている格好になるため、第１の実施例と比較すると、その界面で剥がれが発生する可能性が高い。
放熱フィン２１は、Ａｌ、陽極酸化膜と直接接触されても良いが、絶縁性を有し、熱伝導性の優れた材料が、両者の間に設けられても良い。また放熱フィンは、図１では、ベースとなる金属に金属からなるフィンが縦に付いたものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の混成集積回路装置を説明する図である。
【図２】本発明の混成集積回路装置を説明する図である。
【図３】本発明の混成集積回路装置を説明する図である。
【図４】本発明の混成集積回路装置をパネルに取り付けたときの図である。
【図５】従来の混成集積回路装置をパネルに取り付けたときの図である。
【図６】従来技術に係る混成集積回路装置を説明する図である。
【図７】本発明に係わり、上下金型を用いてトランスファーモールドする際の図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０：混成集積回路装置
１１：実装基板
１２：実装基板に混成集積回路装置が縦挿しされたモジュール
１３：金属基板
１４：絶縁樹脂層
２１：放熱フィン
【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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