(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が絶縁性を有する金属性基板と、前記金属性基板に被着された第１の導電路と、前記金属性基板に実装され、前記第１の導電路と電気的に接続された第１の回路素子と、前記金属性基板に配置されたフレキシブルシートと、前記フレキシブルシートに被着された第２の導電路と、前記フレキシブルシートに実装され、前記第２の導電路と電気的に接続されたパワー素子とを有する混成集積回路装置において、
前記フレキシブルシートの一部に設けられた固定穴と前記金属性基板に設けられた第１の突出部とで前記フレキシブルシートを固定し、前記金属基板に設けられた第２の突出部に前記パワー素子の実装部分に対応するフレキシブルシートを当接したことを特徴とする混成集積回路装置。
【請求項２】
前記第１の突出部は、ステップ状のピンが前記金属基板に打ち込まれて成る請求項１記載の混成集積回路装置。
【請求項３】
前記第２の突出部には、熱伝導性接着樹脂が塗布され、これにより前記第２の突出部と前記実装部分に対応するフレキシブルシートが固着される請求項１または請求項２記載の混成集積回路装置。
【請求項４】
前記実装部分に対応するフレキシブルシートの一部で、前記パワー素子と電気的に接続された金属細線がワイヤーボンドされる請求項１、請求項２または請求項３記載の混成集積回路装置。
【請求項５】
前記突出部は、プレスにより形成され、前記金属基板裏面に形成された凹み部には、熱伝導性材料が埋め込まれる請求項１または請求項３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に関し、特にフレキシブルシートを採用した多層基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に多層基板を採用している混成集積回路装置は、約１ｍｍ程度の厚さのガラスエポキシ基板等が貼り付けられたものがあり、例えば特願平２−２０１２１９号にその構造が説明されており、図４がその一例である。
まずガラスエポキシ基板４０には、ゲートアレイ、マイコンおよびメモリチップ等の半導体素子が露出するように開口部４２が形成され、この開口部の周辺およびガラスエポキシ基板４０の周辺には、導電パッド４８，５０が設けられている。
【０００３】
図面では省略したが、このガラスエポキシ基板４０を貼り付ける基板があり、このエポキシ基板が貼り付けられる基板に設けられた導電ランドに前記半導体素子が固着されており、この半導体素子がこの開口部４２から露出している。従って、半導体素子の電極パッドと開口部４２周辺の導電パッド５０が金属細線にて電気的に接続されている。
【０００４】
また前記ガラスエポキシ基板を貼り付ける基板は、そのサイズがガラスエポキシ基板よりも大きく形成され、ガラスエポキシ基板の上に形成されたＩＣ回路の一部から延在された導電パッドや半導体素子の電極パッドが、ガラスエポキシ基板４０周辺に設けられた導電パッド４８と金属細線を介して電気的に接続され、結局２枚の基板により所定の回路が達成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、金属基板やセラミツク基板に前記ガラスエポキシ基板を貼り合わせた場合、実装される雰囲気温度や基板に実装される半導体素子の発熱により、２枚の基板に反りが発生する問題があった。そのため、上層に形成されるガラスエポキシ基板を、歪みが吸収できるフレキシブルシートで代用する構成が考えられている。しかしフレキシブルシートも基板に接着剤を使って貼り合わせるため、高温雰囲気内で使用すると、フレキシブルシート自身にヒビが入り、フレキシブルシート上の配線が断線する問題があった。
【０００６】
これは基板の上に何層もシートを貼り付けようとすれば、接着材を使うため更に前記問題が顕著化する。
またフレキシブルシート自身熱伝導性に劣るため、フレキシブルシートの上にパワー素子を配置することができない問題があった。そのため図４のように開口部を設け、露出した金属基板にパワー素子を実装し、開口部の周辺にあるパッドとパワー素子をワイヤーボンドしていた。
【０００７】
【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、フレキシブルシートの一部に設けられた固定穴と金属性基板に設けられた第１の突出部とで前記フレキシブルシートを固定し、前記金属基板に設けられた第２の突出部に前記パワー素子の実装部分に対応するフレキシブルシートを当接して解決するものである。
【０００８】
つまりフレキシブルシート全面に接着剤を塗らず、この突出体と固定穴を使って固定しているので、この部分以外は殆どフリーになっている。従って高温雰囲気に晒されて膨張しても、お互いの熱膨張の差を直接受けないため、フレキシブルシートが破れたりする不具合は生じない。
また金属基板の中でもＡｌ、Ｃｕは、非常に柔らかいためプレスにより簡単に突出部を形成できる。従って、突出部にフレキシブルシートの固定穴を配置に、フレキシブルシートから飛び出した突出部頭部をつぶせば、簡単に金属性基板とフレキシブルシートを固定できる。
【０００９】
また前述したように、突出体と固定穴だけで固定されるため、フレキシブルシートの上に更にフレキシブルシートを配置しても、夫々がフリーであるため、熱膨張の影響は殆ど受けない。
しかも第２の突出部がフレキシブルシートを介してパワー素子と当接しているので、パワー素子から発生した熱を、金属基板へ放熱させることができる。
【００１０】
第２に、ステップ状のピンを採用し、金属基板に打ち込めば、そのステップ数によりフレキシブル基板を何枚も実装できる。
第３に、第２の突出部に、熱伝導性接着樹脂を塗布し、これにより前記第２の突出部と実装部分に対応するフレキシブルシートを固着すれば、パワー素子から発生した熱を更に良好に放熱する事ができる。
【００１１】
第４に、実装部分に対応するフレキシブルシートの一部で、パワー素子と電気的に接続された金属細線をワイヤーボンドすれば、ワイヤーボンド部分には第２の突出部が設けられているので良好なボンデイングが実現できる。
第５に、突出部をプレスにより形成した際、金属基板裏面に凹み部が形成されるが、ここに熱伝導性材料を埋め込めば、この凹み部には熱がこもらず、金属基板の温度上昇、パワー素子の温度上昇を抑制することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。図２は、下層の金属性基板１０と上層のフレキシブルシート１１を取り付けた時の平面図であり、図１は図２の断面図である。また図３は、フレキシブルシートが２枚以上取り付けられる場合の概略図である。
【００１３】
下層の金属性基板１０は、例えばプレスが可能な金属で成り、その表面には、一点鎖線で示す導電路１２が設けられ、また不図示の導電ランド、基板の周囲には不図示の外部リード用パッド等が、例えばＣｕ等の金属材料により形成されている。ここで導電ランドは、トランジスタ、パワーモストランジスタやダイオード等の半導体素子が半田を介して固着される部分であり、ヒートシンクを介しても良い。しかしフレキシブルシートと基板の間隔により高さのある素子を省略しても良い。また外部リード用パッドは、基板１０の少なくとも一側辺に複数個設けられ、例えば半田を介して外部リードが固着されている。
【００１４】
ここで金属性基板１０は、具体的にはＡｌより成っている。またＣｕでも可能である。また一般にＡｌ基板は、絶縁性や基板の美観（堅くすることで傷が付きにくくなる）から両面に陽極酸化が施され、酸化アルミニウムが形成されている。またこの表面には接着性を示す絶縁樹脂１３を介して、ホットプレスにより前述したＣｕの導電路１２等が被着されている。またＣｕ基板を採用すれば、フレキシブルシート上のＣｕ配線と半田付けが可能であり、フレキシブルシートの配線をワイヤを介さず基板にアースできる。
【００１５】
また両面に陽極酸化を施すと、Ａｌ基板の硬度が増すためにプレスがしにくくなるため、本来は省略すべきである。しかし基板の裏面は必ず露出されるためできる限り陽極酸化するべきである。
続いてフレキシブルシート１１について説明する。このフレキシブルシートは、絶縁性を有する材料で成り、その表面には、実線で示す導電路１４、導電パッド１５、導電ランド１６が設けられ、導電ランド１６には、発熱量が多いパワー素子１７がヒートシンク１８を介して実装されている。また別の導電ランドには発熱量の少ない小信号系の半導体素子が半田や銀ペースト等を介して接続されている。
【００１６】
本混成集積回路装置は、金属性基板の回路とフレキシブルシートの回路を接続することで目的とする回路が構成されている
本発明の特徴は、このフレキシブルシートを金属性基板に設ける際、従来用いられたような全面接着を用いないところにある。発明が解決しようとする課題の欄でも述べたように、金属性基板とフレキシブルシートが全面で接着されていると、両者の熱膨張係数の違いにより導電路の断線、ボンデイング部の剥がれ等色々な問題が発生する。
【００１７】
そのため図１に示したように、基板１０の裏面からプレスを行い、基板の実装面に突出部２０，２１を設けている。図からも判るように、フレキシブルシート１１は、固定穴２２が設けられており、この固定穴２２に挿入できるように突出部２０が設けられている。また突出部２１は、前記パワー素子１７の配置される領域に設けられている。
【００１８】
この固定穴２２に突出部２０が挿入され、フレキシブルシートを固定するために、ここでは突出部の頭部をポンチを使ってつぶしている。しかし突出部をつぶす代わりに接着剤や半田を塗布して固定しても良いし、方法はいろいろと考えられる。
つまり本発明の特徴は、フレキシブルシート１１は、突出部で固定され、それ以外は、金属基板とフリーになっている点である。ここではフレキシブルシート固定用の突出部は１個しか図示していないが、形状により複数設けても良い。例えば、図３に示すフレキシブルシートには、４角に１個ずつ、中央に１個設けられている。
【００１９】
ここで金属基板の熱膨張係数の方がフレキシブルシートよりも大きい場合、フレキシブルシートに張力が働くが、その場合は、フレキシブルシートを若干たまわせておけばよい。
またフレキシブルシートの方が基板よりも熱膨張係数が大きい場合、フレキシブルシートが伸びてたわむだけであるのでこれも問題ない。
【００２０】
また第２の特徴は、第２の突出部２１にある。つまりフレキシブルシート１１は、金属基板１０に実装される素子により、ある程度の間隔を持つことになる。第１の突出部がステップのないストレートであれば、フレキシブルシートは金属基板の素子に当接し、ある程度離間する。またステップ状の第１の突出部を使ってフレキシブルシートを固定すれば、そのステップの高さによりフレキシブルシートはある程度間隔を持つ。従って、第２の突出部２１によりフレキシブルシート１１を介してヒートシンク１８を当接させることができる。またヒートシンク１８を採用しない場合は、パワー素子１７を当接させることができる。
【００２１】
しかも熱伝導率の高い接着樹脂、例えばフィラー入りのシリコーン樹脂等でパワー素子の搭載部部であるフレキシブルシートを接着すれば、パワー素子から発生する熱は、良好に基板に放熱され、フレキシブルシートの劣化、パワー素子の温度上昇を抑制することができる。
ところで第２の突出部を広く形成し、図２のように、ボンデイングパッド３０を設ければ、フレキシブルシート上の配線とパワー素子をボンディングワイヤーで電気的に接続できる。特にボンディング部は第２の突出部２１で支持されているので良好なボンディングが可能である。
【００２２】
更には、２枚目のフレキシブルシートＳが配置された場合でも、突出部３１が設けられているために、ボンディングが良好に行われる。
一方、金属基板は、一般に放熱板、シャーシー等に直接固着されるが、突出部を形成する時に生ずる凹み部が熱の溜まり部となる問題を有する。しかしこの凹み部に熱伝導材料、例えばフィラー入りのシリコーン樹脂を埋め込むことで、ここの熱のたまりを無くせ、基板の温度上昇を抑制することができる。
【００２３】
続いて、図３を説明する。前述したように突出部は、基板の裏面からプレスにより形成したが、ここではステップ状のピンを基板に打ち込んで形成している。プレスでは、突出部の径に限界があるが、ピンで有ればある程度まで細く形成できる。しかも凹み部が形成されないために、ここに熱伝導材料を埋め込む必要もない。ここでは、ステップを２段形成し、フレキシブルシートが２枚実装できるようになっている。
【００２４】
以上、金属基板上に部分的に設けられた突出部形成領域以外は、配線パターンが被着でき、回路を構成することができ、しかもフレキシブルシートも熱による破壊もなく回路を構成できる。従って信頼性のある混成集積回路装置が高密度で実装できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、金属性基板に突出部を設け、この突出部に固定穴のあるフレキシブルシートを設けると、高温雰囲気に晒されて膨張しても、お互いの熱膨張の差を直接受けないため、フレキシブルシートが破れたりする不具合を生じない。しかも別に設けた突出部は、フレキシブルシートを介してパワー素子と当接する事ができ、フレキシブルシート上にパワー素子を実装することも可能となる。
【００２６】
また前述したように、突出体と固定穴だけで固定されるため、フレキシブルシートの上に更にフレキシブルシートを配置しても、夫々がフリーであるため、熱膨張の影響を殆ど受けない。従って複数枚のシートを固定でき、高密度の回路を実現できる。
第２に、ステップ状のピンを採用し、金属基板に打ち込めば、そのステップ数によりフレキシブル基板を何枚も実装でき、高密度実装が可能となる。
【００２７】
第３に、第２の突出部に、熱伝導性接着樹脂を塗布し、これにより前記第２の突出部と実装部分に対応するフレキシブルシートを固着すれば、パワー素子から発生した熱を更に良好に放熱させる事ができる。
第４に、実装部分に対応するフレキシブルシートの一部で、パワー素子と電気的に接続された金属細線がワイヤーボンドされれば、ワイヤーボンド部分には第２の突出部が設けられているので良好なボンデイングが実現できる。
【００２８】
第５に、突出部をプレスにより形成した際、金属基板裏面に凹み部が形成されるが、ここに熱伝導性材料を埋め込めば、この凹み部には熱がこもらず、金属基板の温度上昇、パワー素子の温度上昇を抑制することができる。
以上、フレキシブルシートの採用により高密度が実現でき、しかも接着剤で基板と固着しないため熱歪みによりシートが破れることもない。またフレキシブルシート上には、パワー素子が実装可能であり、その放熱性も良好であることから、特に温度上昇が激しい環境、例えば車等の装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明する混成集積回路装置の断面図である。
【図２】図１のフレキシブルシートを配置した際の平面図である。
【図３】他の実施の形態を説明する斜視図である。
【図４】従来の混成集積回路装置を説明する平面図である。
【符号の説明】
１０          金属性基板
１１          フレキシブルシート
２０          第１の突出部
２１          第２の突出部
２２          固定穴
【図１】
0003819493.tif 000002
【図２】
0003819493.tif 000003
【図３】
0003819493.tif 000004
【図４】
0003819493.tif 000005