專利名稱：組件裝置及其制造方法
技術領域：
本發明涉及具有對在基板上安裝的電子部件進行樹脂密封后結構的組件裝置及其制造方法，尤其涉及適用于汽車用的各種控制單元或傳感器組件的組件裝置及其制造方法。
背景技術：
以往，汽車的各種控制單元(例如發動機控制單元、電動機控制單元、自動變速機控制單元等)，被配置在車室內或發動機室內。作為這些控制單元的結構，一般來說為在印刷基板上安裝電子部件，將該印刷基板固定在金屬基底上，再用罩盒(cover case)覆蓋的結構。
近年來，研究將控制單元直接安裝在進氣歧管(intake manifold)等上的形式，即置于發動機上(onengine)形式的控制單元。采用印刷基板的控制單元，由于耐熱性為120℃左右，因此不能適用于置于發動機上形式。由于采用陶瓷基板的控制單元耐熱性高，因此可采用置于發動機上形式，但價錢稍高。此外，作為置于發動機上形式，不僅需要高耐熱性，而且在車室內或發動機內形式的裝置以外還要求耐振動性或完全氣密防水性。還有，這些要求，不僅對置于發動機上形式的控制單元，而且對傳感器組件(例如壓力傳感組件或空氣流量計組件等)也要求。
為了滿足這些要求，作為采用印刷基板、可適用置于發動機上形式的組件裝置的結構，公知例如特開號公報中所述那樣，通過遞壓模具安裝將外部導線端子與基板一體成形的結構。此外，公知例如特開平7-22722號中所述那樣，通過將膏狀樹脂加熱固化的低壓(減壓)成形法，將連接器與基板一體成形的結構。
另一方面，由于汽車用的各種控制單元或者傳感器組件因為要求高功能高性能，因此需要高速多位處理系統的CPU微型計算機。伴隨該動向，微型計算機作為封裝形式，也越來越應用由多針小型薄型的球柵陣列(BGA)和芯片級封裝(CSP)構成的裝置。對微型計算機以外的半導體芯片，也正在從高密度安裝這點擴大到適用BGA或CSP。尤其，由于能夠用晶片級(wafer lever)封裝的CSP，也可期待成本降低效果，因此今后可廣泛被適用。
作為包括這種BGA或CSP的各種電子部件的安裝方法，公知例如如特開號公報所述那樣，在真空狀態中所保持的模具內，通過遞壓模具將與連接器的導線電連接的基板進行樹脂密封的方法。
但是，如特開號公報中所述的結構，由于外部導線端子處于與電子部件的樹脂密封面相同的位置，因此需要不干涉外部導線端子的遞壓模具用的模具結構、在成型時從導線端子與模具間隙容易產生樹脂毛刺，從而產生處理性困難、生產性低下的問題。
此外，特開平7-22722號公報中所述的結構，由于需要用于保持真空狀態的特別模具結構或裝置，采用膏狀樹脂作為保護樹脂，因此存在下述問題固化時間為數十分鐘以上，從成型到取出制品為止的時間長。還有，由于熱膨脹系數與電子電路基板和電子部件一致的保護樹脂，固化前的膏狀樹脂粘度非常高，因此對樹脂注入需要高真空，存在生產性劣化的問題。
還有，在特開號公報中所述的方法，由于與外部的連接端子采用外部導線，因此在端子數目多的情況下，存在組件為大型的問題。尤其，汽車或船舶用組件裝置中，從與連接用接收連接器連接的點開始，導線具有寬度寬且變厚的傾向，由于現有的遞壓模具法中難以并聯連接外部端子導線，因此存在大型化的傾向。
此外，上述的3個現有技術中，由于密封樹脂層到基板的高度一定，因此在采用鋁電解電容器等較高的部件時，實際的密封樹脂層也為10mm以上，非常厚。這也成為電子機器或組件產生較大的彎曲或產生對電子部件的應力的要因。尤其，產生下述問題發生安裝時的電子機器或組件的龜裂破斷或剝離，溫度循環試驗或熱沖擊試驗等中的可靠性低。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種可提高生產性、進行小型化，并提供可靠性的組件裝置及其制造方法。
為了達到上述目的，本發明在具有連接器，其具有連接用金屬端子；和電路基板，其安裝了電子部件，通過金屬導線連接所述連接器和所述基板的組件裝置中，按照下述方式形成(A)通過同一熱固化性樹脂對與所述連接器的基板連接的面側、所述金屬導線和所述電子部件進行密封；(B)所述熱固化性樹脂，固化前的形態在40℃以下的溫度為固態；(C)密封所述電子部件的熱固化性樹脂的厚度，根據所述電子部件的高度的變化而形成。根據上述結構，可提高生產性，可小型化同時提高可靠性。
此外，為了達到上述目的，本發明在具有連接器，其具有連接用金屬端子；和電路基板，其安裝了電子部件，通過金屬導線連接所述連接器和所述基板的組件裝置中，(A)通過同一熱固化性樹脂對與所述連接器的基板連接的面側、所述金屬導線和所述電子部件進行密封，(B)所述熱固化性樹脂，固化前的形態在40℃以下的溫度為固態，(C)密封所述電子部件的熱固化性樹脂的厚度，形成為根據所述電子部件的高度而變化，(D)所述連接器，配設在相對密封所述電子部件的所述熱固化性樹脂面垂直或者相面對的面上。根據上述結構，可提高生產性，可小型化同時提高可靠性。
此外，為了達到上述目的，本發明在通過樹脂鑄模對具有連接用金屬端子的連接器、安裝了包括BGA或CSP的電子部件的電路基板、和連接所述連接器和所述基板的金屬導線進行密封的組件裝置的制造方法中，在成形壓力5～70kg/cm2，成形溫度150～180℃的范圍中，通過低壓遞壓模具成形機或者壓縮成形機，或者在成形壓力20～100kg/cm2，成形溫度150～180℃的范圍中，通過射出成形機，采用固化前的形態在40℃以下的溫度中為固態的所述熱固化性樹脂，通過同一熱固化性樹脂對與所述連接器的基板連接的面側、所述金屬導線和所述電子部件進行密封，此時，按照對所述電子部件進行密封的熱固化性樹脂的厚度，根據所述電子部件的高度而變化的方式進行密封。根據上述方法，可提高生產性，可小型化同時提高可靠性。


圖1A～圖1E是表示有關本發明的第1實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。
圖2A～圖2G是表示有關本發明的第2實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。
圖3A～圖3F是表示有關本發明的第3實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。
圖4A～圖4F是表示有關本發明的第4實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。
圖5A～圖5F是表示有關本發明的第5實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。
圖6A～圖6F是表示有關本發明的第6實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。
圖7A～圖7F是表示有關本發明的第7實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。
圖8A～圖8F是表示有關本發明的第8實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。
具體實施例方式
首先，采用圖1A～1E，對本發明的第1實施方式的組件裝置的構成及其制造方法進行說明。本實施方式的組件裝置，是用作汽車、船舶、電動機用控制單元的裝置，采用兩層的樹脂印刷基板作為電路基板。
圖1A～1E，是表示本發明的第1實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。
如圖1A所示，在兩層樹脂印刷基板1的一面上，印刷Sn/Pb共晶焊錫膏狀材料2。樹脂印刷基板1，是具有玻化溫度130℃、線膨脹系數15ppm/℃的物性的100×70mm大小的基板。
接下來，如圖1B所示，在基板1上，通過自動搭載機搭載芯片電阻體、陶瓷電容器等的高度低的芯片部件3A、鋁電容器等的高度高的芯片部件3B和半導體封裝4后，將基板1通過最高溫度210～240℃的回流爐內后，進行軟釬焊。
而且，為了除去助焊劑，用碳化氫系溶劑洗凈基板1，以規定溫度、規定時間進行干燥。這里，在使用無需洗凈用的焊錫助焊劑的情況下，能夠省略電子部件搭載后的洗凈工序。
接下來，如圖1C所示，將管腳插入型電子部件5和樹脂連接器6的端子導線7插入樹脂基板1的通孔后，用回流焊錫完成樹脂基板1與基板1的背面的接合。樹脂連接器6，具有連接用的金屬端子，其金屬端子的另一方的端部，成為金屬導線7。
接下來，如圖1D所示，將由圖1C的工序制造的組件插入配置在遞壓模具機中的165℃的模具8內后，在具有線膨脹系數15ppm/℃、彈性模量13GPa、玻化溫度155℃的固化物物性的室溫下采用固態環氧樹脂成形材料9，在成形壓力30Kg/cm2中以3分鐘期間進行遞壓模具成形。
此時，模具8的內部的高度，根據搭載在基板1上的部件的高度而改變。即安裝連接器6的部分，與連接器6的高度相同。芯片電阻體，搭載陶瓷電容器等的高度低的芯片部件3A、半導體封裝4、管腳插入型電子部件5的位置中的模具內部的高度，比連接器6的部分的高度低。但是，搭載作為高度高的部件的鋁電容器那樣的芯片部件3B的位置，比半導體封裝4和管腳插入型電子部件5的位置，提高模具的內部的高度。即在搭載鋁電容器那樣的高度高的芯片部件3B的位置上，在上側的模具內部形成凹坑。
最后，如圖1E所示，使由樹脂9密封的組件可從模具8拆裝。并且，經過程序寫入及電氣通道檢查，得到本實施方式的控制單元。
根據以上那樣的構成，本實施方式的控制單元，能夠通過一個種類的環氧樹脂成形材料同時進行電子部件和電路基板的密封、與連接器的粘接以及控制單元整體的結構體的成形，不需要以往采用的金屬或者樹脂殼體、蓋子、電子部件防濕用覆蓋膜等，能夠削減部件個數，而且也能減少工時。
還有，能夠省略樹脂殼體和蓋子，而且，由于能夠將密封面積最少化，因此能夠將控制單元小型化，并且能夠薄型化。
此外，由于環氧樹脂成形材料在室溫下為固態，因此容易處理，而且能夠通過遞壓模具成形法、壓縮成形法或者射出成形法由加熱加壓短時間成形，能夠活用已有的廉價的生產設備，并且可大幅縮短工作時間。
本實施方式中采用的環氧樹脂形成材料具有與以往的半導體密封材料相同的特性，因此具有低熱膨脹性、低吸濕性及高粘接性，能夠實現成形后的電氣·電子組件的高可靠性。
此外，由于為采用模具的加壓成形法，因此可使制品外形形狀自由化，而且通過使樹脂密封層的厚度根據電子部件的高度而變化，能夠減小彎曲和應力，可提高可靠性。
通過按照如上那樣構成，本實施方式的控制單元，比以往能夠變地小型且薄型。此外，關于可靠性，即使-40℃～130℃的熱沖擊試驗中2000周期以上、85℃85％的高溫高濕試驗中2000小時以上，也能具有正常動作這樣的優良特性。
包括以上說明的本實施方式的組件裝置的本發明的特征的點，如下所述。
在本發明中，在安裝電子部件的基板(樹脂印刷基板或柔性基板)上，以連接連接器的金屬導線的狀態，進行樹脂密封并構成組件裝置。這里，具有下述特征1)密封樹脂為熱固化性樹脂，采用該密封樹脂，按照覆蓋安裝在電路基板上的電子部件和與連接器連接的金屬導線的方式進行密封；2)密封樹脂，固化前的形態為40℃以下的溫度中為固態(即不采用常溫為液體狀態或膏狀的密封樹脂)；3)形成為密封上述電子部件的熱固化性樹脂的厚度，根據電子部件的高度而變化。
更具體地進行說明。在本發明中，作為用于按照覆蓋安裝在電路基板上的電子部件以及配置在與連接器的基板連接面側的金屬導線(或者布線)的方式進行密封的密封樹脂，是指包括無機質填充物的、40℃以下固態的環氧樹脂成形材料。該環氧樹脂，可以使用與通常的樹脂密封型半導體裝置用密封材料相同材料。
該固態環氧樹脂成形材料，是最適于在加熱加壓下進行一體成形的密封樹脂，能夠同時確保成形性和控制單元的可靠性。此外，不僅加熱加壓下。如果同時采用減壓的方法，則對減小密封樹脂中的空隙有較大效果，能夠實現大幅提高可靠性。
而且，該環氧樹脂成形材料，對于由聚對苯二甲酸丁二醇酯、尼龍或者聚苯硫醚等構成的樹脂連接器之間的粘接性也較優良。此外，由于沒有發現連接器的金屬導線(或者布線)和柔性基板的斷線或剝離，因此提高了可靠性。作為提高粘接性的理由之一，可例舉出由于成形溫度在150℃以上，產生連接器樹脂的界面與環氧樹脂之間的分子的纏繞，形成強固的粘接界面。如果成形溫度低于150℃，則樹脂的粘度高、成形性降低。成形溫度的上限，根據將電子部件等固定在電路基板上的焊錫材料而不同。采用PbSn共晶焊錫的情況下，成形溫度的上限優選為比PbSn共晶焊錫的熔點(183℃)更低溫的180℃以下。在采用Pb回流焊錫的情況下，優選成形溫度的上限為220℃以下。
作為在環氧樹脂成形材料中所包含的無機質填充物，可以利用熔融二氧化硅、結晶性二氧化硅、氧化鋁，氧化鎂、一氮化硼、氮化硅、碳化硅等的破碎狀或者球狀的至少一種以上。
作為環氧樹脂成形材料，具有由環氧樹脂和酚醛樹脂固化劑構成的組成，能夠從下述材料的組合中得到在40℃以下為固態的鄰甲酚型環氧樹脂、具有聯苯骨架的環氧樹脂、具有二環戊二烯骨架的環氧樹脂、具有萘骨架的環氧樹脂或者雙酚A型環氧樹脂等；和苯酚酚醛清漆型樹脂、鄰甲酚酚醛清漆樹脂、具有二環戊二烯骨架的酚醛樹脂或者具有萘骨架的酚醛樹脂等的組合。此外，由于環氧樹脂成形材料中實現低彈性模量化的低應力化，因此可包含硅橡膠或硅油或丁二烯系橡膠等的低應力化材料。
還有，在本發明中，作為安裝在電路基板上的電子部件已經配置在與連接器的基板連接面側的金屬導線(或者布線)或者柔性基板的密封樹脂，其固化后的樹脂物性的特征在于線膨脹系數8～25ppm/℃，彈性模量8～30GPa，玻化溫度80～200℃。
這些樹脂物性，是為了降低由電子部件、電路基板、放熱金屬板的線膨脹系數的差產生的應力、或者向電子部件的電路基板的軟釬焊等的接合部分的應力而被決定的，由于線膨脹系數需要盡可能地與這些部件的線膨脹系數接近，因此本發明中處于8～25ppm/℃的范圍。此外，由于本發明的電氣·電子組件中，使用線膨脹系數不同的電子部件和各種部件，因此為了低應力化，除了對線膨脹系數的規定外，還優選低彈性模量化，但為了確保成形時的模具離型性，彈性模量處于8～30Gpa的范圍中。從低應力化的角度來看，玻化溫度優選低的方，但從成形時的模具離型性或組件的耐熱性的角度來看，優選80～200℃。
在本發明的控制器單元中，具有根據電子部件的高度改變對搭載在樹脂印刷基板或者印刷基板上的各種電子部件，進行密封的熱固化性樹脂層的厚度的特征。這是因為，對通過密封后的過熱冷卻產生的單元的彎曲和熱膨脹系數不同所引起的應力的減小具有大的效果。如上所述，通過使熱固化性樹脂的線膨脹系數接近樹脂印刷基板或柔性基板的線膨脹系數，而能夠實現減小應力，但由于難以與搭載在基板上的連接器部件和各種電子部件(封裝、鋁電解電容器、電阻、電容器)所具有的所有線膨脹系數一致，因此通過根據電子部件的高度改變樹脂密封層的厚度來減小彎曲和應力。作為該密封樹脂層的厚度，優選從各電子部件的頂點開始為0.5mm～6.0mm之間。如果不到0.5mm，則熱固化性樹脂的成形時的流動性顯著降低，此外如果超過6.0mm，則幾乎看不到彎曲和應力減小的效果。
作為本發明中采用的電路基板，能夠采用在環氧樹脂、聚酰亞胺樹脂或雙馬來酸酐縮亞胺三嗪樹脂中配入玻璃纖維或無機填充物的樹脂印刷基板或者聚酰亞胺、液晶聚合物構成的柔性基板的任一個。尤其在本發明中，以在發動機內或對置于發動機上也能適用的控制單元為目的，因此期望電路基板的玻化溫度為150℃以上。現有的稱作FR-4的玻化溫度為120～130℃的基板中，如果控制單元的耐久環境為130℃以上，則基板的厚度方向(Z方向)的熱膨脹系數急劇變高，容易產生基板內的通孔斷線。與此相對，通過使玻化溫度為150℃以上，即使在置于發動機上等的高溫使用環境下，也能抑制基板的線膨脹系數的變化，因此能夠大幅提高可靠性。
本發明中，在電路基板上也用熱固化性樹脂密封，因此即使在150℃以上的高溫中也不受氧化的影響，從而也具有能夠大幅抑制基板或材料的熱劣化或變質而引起的變色或特性劣化的特征。因此，可適用于高耐熱用控制單元領域。
本發明的特征在于，在加熱加壓下使連接器與各種電子部件一體組件化的結構，但具有連接用金屬端子的連接器的配置，具有對密封各種電子部件的熱固化性樹脂面配設為直角的特征。此外，如下文所述的實施方式所說明那樣，連接器的配置，也具有配設在與密封各種電子部件的熱固化性樹脂面相對的面上的特征。該結構，由于能夠采用現有的結構作為熱固化性樹脂的成形用模具結構，因此容易進行設計與生產。
此外，本發明，是以電連接電路基板和連接器的金屬端子，插入到電路基板的通孔后，用焊錫或者導電性粘接劑進行固定為特征的結構。在該結構中，從下述點來看可極大地提高通用性能夠使用標準化的市面出售的價廉、具有多管腳、或者并列排列管腳結構的各種連接器；金屬端子與基板之間的連接采用焊錫或者導電性粘接劑并能夠在短時間進行。
本發明中的連接器與電子部件的一體組件結構的成形，在成形壓力為5～70kg/cm2、成形溫度為150～180℃的范圍中，采用低壓遞壓模具成形機或壓縮成形機而進行。它們的成形條件，根據以下的理由與樹脂密封形半導體裝置的成形條件(170～180℃、70～100kg/cm2)相比，具有低壓且低溫的特點。即為了在成形時防止連接器的變形，需要70kg/cm2以下的低壓成形，或者電子部件與電路基板之間的接合通過Sn/Pb共晶焊錫進行的情況下，Sn/Pb共晶的熔點為183℃，因此需要在比該溫度低的170℃以下進行成形。還有，在采用Pb回流焊錫的情況下，優選成形溫度的上限為220℃以下。但是，反過來，成形壓力小于到5kg/cm2時，在樹脂中產生空隙或樹脂充填不足，還有成形溫度未達到150℃，通過樹脂固化不足成形時間變為5分以上、生產性極度惡化等的角度來看，作為成形條件優選上述的范圍。此外，本發明中，在減壓模具全體的狀態下，在上述條件下能夠采用低壓遞壓模具成形機或壓縮成形機進行一體成形。
作為本發明中的連接器與電子部件的一體鑄模(mold)成形法，可采用熱固化性樹脂的射出成形機所執行的射出成形法。作為該情況的成形條件，成形壓力處于20～100kg/cm2、成形溫度處于150～180℃的范圍中。尤其成形壓力需要比作為現有的射出成形壓力的數百～數千kg/cm2更小。射出成形法，是適于成形大型的控制單元的成形法。
如上所述，本發明中，將電子部件與連接器進行一體鑄模的環氧樹脂成形材料，具有與作為用于樹脂密封型半導體裝置使用的密封材料相同的固化物物性，具有低熱膨脹性、低吸濕性及高粘接性，且由于油性雜質低，因此能夠提高控制單元的可靠性。尤其，能夠自由選擇與電子部件和電路基板的線膨脹系數相近的材料，還有由于通過根據電子部件的高度改變樹脂密封層的厚度而減小彎曲或壓力，因此能夠提高可靠性。此外，由于環氧樹脂成形材料與樹脂連接器之間的粘接性也優良，因此對提高作為單元的框體結構的可靠性也有大效果。還有，由于電子部件及用于連接、接合的金屬導線和焊錫或導電粘接劑接合部通過環氧樹脂成形材料的密封而被固化，具有優良的耐振動性和溫度循環或者熱沖擊試驗時的耐接合疲勞性。
在本發明中，由于采用模具進行環氧成形材料的遞壓模具法或壓縮法的加熱加壓成形，因此與采用液狀的樹脂的情況相比，提高了生產性。此外，由于能夠由模具形狀決定單元外形，因此與采用殼體材料的情況相比，能夠容易實現組件的小型化和薄型化。
下面，采用圖2A～2G，對本發明的第2實施方式的組件裝置的構成及其制造方法進行說明。本實施方式的組件裝置，作為汽車、船舶、電動機用控制單元被使用，作為電路基板使用4層樹脂印刷基板。
圖2A～2G，是表示本發明的第2實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。還有，與圖1相同的符號，表示相同部分。
如圖2A所示，在具有玻化溫度170℃、線膨脹系數15ppm/℃的物性的90×70mm的4層樹脂基板1A的單面上印刷Sn/Pb共晶焊錫膏狀材料2。
接下來，如圖2B所示，在電路基板1A上，通過自動搭載機搭載芯片電阻體、陶瓷電容器等的芯片部件3C后，將基板通過最高溫度210～240℃的回流爐內后，進行軟釬焊。
還有，如圖2C所示，使電路基板1A的上下反轉，在電路基板1A的另一方面上涂布Sn/Pb共晶焊錫膏。
接下來，如圖2D所示，通過自動搭載機搭載芯片電阻體、陶瓷電容器等的芯片部件3C、鋁電容器等的芯片部件3B和半導體封裝4后，進行執行再回流的軟釬焊。
接下來，如圖2E所示，將管腳插入型電子部件5和樹脂連接器6的端子導線7插入樹脂基板1A的通孔后，用回流焊錫完成樹脂基板1與基板1的背面的接合。
接下來，如圖2F所示，將由圖2E的工序制造的單元插入配置在遞壓模具機中的165℃的模具8內后，在具有線膨脹系數12ppm/℃、彈性模量20GPa、玻化溫度125℃的固化物物性的室溫下采用固態環氧樹脂成形材料9，在成形壓力30Kg/cm2中以3分鐘期間進行成形。
并且，如圖2G所示，使單元可從模具8脫離后，經過程序寫入及電氣通道檢查，得到本實施方式的控制單元。
根據以上那樣的構成，本實施方式的控制單元，能夠比以往小型且薄型。此外，所得到的控制單元的可靠性即使在-55℃～150℃的熱沖擊試驗中1200周期以上、85℃85％的高溫高濕試驗中2000小時以上，也能具有正常動作這樣的優良特性。由于該控制單元采用玻化溫度170℃的樹脂印刷基板，因此在-55℃～150℃的熱沖擊試驗那樣的可靠性嚴格的試驗中也具有優良的特性。
接著，采用圖3，對本發明的第3實施方式的組件裝置的構成及其制造方法進行說明。本實施方式的組件裝置，作為汽車、船舶、電動機用控制單元被使用，作為電路基板使用4層的樹脂印刷基板。
圖3A～3F是表示本發明的第3實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。還有，與圖1、圖2相同的符號，表示相同的部分。
如圖3A所示，在具有玻化溫度170℃、線膨脹系數15ppm/℃的物性的100×70mm的4層樹脂基板1A的單面上印刷Sn/Ag/Cu系焊錫膏狀材料2A。
接下來，如圖3B所示，在電路基板1A上，通過自動搭載機搭載芯片電阻體、陶瓷電容器等的芯片部件3A、鋁電容器等的芯片部件3B和計算機BGA封裝11后，通過最高溫度240～250℃的回流爐內后，進行軟釬焊。
還有，如圖3C所示，將管腳插入型電子部件5插入樹脂基板1A的通孔后，采用回流焊錫進行與樹脂基板的接合。之后，將連接器6A的端子導線7A插入樹脂基板1A的通孔。
接下來，如圖3D所示，通過回流焊錫完成連接器6A的端子導線7A和基板1A的背面與樹脂基板的接合。
接下來，如圖3E所示，將由圖3D的工序制造的組件插入配置在遞壓模具機中的175℃的模具8A內后，在具有線膨脹系數15ppm/℃、彈性模量13GPa、玻化溫度155℃的固化物物性的室溫下采用固態環氧樹脂成形材料9，在成形壓力30Kg/cm2中以90秒期間進行成形。
接著，如圖3F所示，使組件可從模具拆裝后，經過程序寫入及電氣通道檢查，得到本實施方式的汽車控制單元。
還有，在本實施方式中，也可采用在BGA搭載后使用底層填料(underfill)材料預先填充BGA的焊錫球間隙的方法。作為底層填料劑，使用包括無機充填劑的、室溫下液狀的丙稀樹脂或環氧樹脂或不包括無機填充劑的上述樹脂，可采用80～150℃的條件作為固化溫度。在采用底層填料材料的情況下，能夠幾乎完全抑制對BGA下的焊錫球間隙產生空隙。
根據上述那樣的結構，本實施方式的控制單元，能夠比以往小型且薄型。此外，所得到的控制單元的可靠性即使在-55℃～150℃的熱沖擊試驗中1200周期以上、85℃85％的高溫高濕試驗中2000小時以上，也能具有正常動作這樣的優良特性。
接下來，采用圖4A～4F，對本發明的第4實施方式的組件裝置的構成及其構成方法進行說明。本實施方式的組件裝置，作為汽車、船舶、電動機用控制單元被使用，作為電路基板使用柔性基板。
圖4A～4F是表示本發明的第4實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。還有，與圖1、圖2相同的符號，表示相同的部分。
如圖4A所示，在具有玻化溫度230℃、線膨脹系數12ppm/℃的物性的100×70mm的聚酰亞胺厚度75μm和兩面Cu布線層35μm厚度的兩層柔性基板樹脂基板1B的單面上印刷Sn/Pb共晶焊錫膏狀材料2。
接下來，如圖4B所示，在基板1B上，通過自動搭載機搭載芯片電阻體、陶瓷電容器等的芯片部件3A、鋁電容器等的芯片部件3B、微計算機BGA封裝10和CSP13后，將基板通過最高溫度210～240℃的回流爐內后，進行軟釬焊。
接下來，如圖4C所示，采用低彈性的粘著片將安裝了電子部件的柔性基板1B與除去安裝連接器部分的厚度3mm的鋁基底14進行粘合。
之后，如圖4D所示，將連接器6A的端子導線7A插入柔性基板1B的通孔部分后，采用環氧樹脂和硅樹脂系粘接劑以室溫或者150℃以下的溫度進行反粘接后，通過回流焊錫完成與樹脂基板的焊絲接合。這里，連接器6A中，在基底14的接觸面側具有貫通部15A。
接下來，如圖4E所示，將由圖4D的工序制造的組件插入配置在遞壓模具機中的165℃的模具8內后，在具有線膨脹系數12ppm/℃、彈性模量20GPa、玻化溫度125℃的固化物物性的室溫下采用固態環氧樹脂成形材料9，在成形壓力30Kg/cm2中以3分鐘期間進行成形。在這種情況下，在成形中按照環氧樹脂成形材料也向連接器部分流動的方式，柔性基板1B具有貫通孔15B，經該貫通孔15B，樹脂成形材料也流動到連接器6A的貫通部15A。
接下來，如圖4F所示，使單元組件從模具裝卸后，經過程序寫入以及電導通檢查，得到本實施方式的汽車控制單元。
通過按照如上那樣構成，本實施方式的控制單元，比以往能夠變地小型且薄型。此外，所得到的控制單元，具有將連接器配設在與由柔性基板構成的各種電子部件的樹脂密封面相反側的結構，其可靠性具有下述優良特性即使-55℃～150℃的熱沖擊試驗中1200周期以上、85℃85％的高溫高濕試驗中2000小時以上，也能具有正常動作這樣的優良特性。
接下來，采用圖5A～5F，對本發明的第5實施方式的組件裝置的構成以及其制造方法進行說明。本實施方式的組件裝置，是用作汽車、船舶、電動機用控制單元的裝置，采用四層的樹脂印刷基板作為電路基板。
圖5A～5F，是表示本發明的第5實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。還有，與圖1、圖2相同的符號，表示相同部分。
如圖5A所示，在具有玻化溫度170℃、線膨脹系數15ppm/℃的物性的100×70mm的4層樹脂基板1A的單面上印刷Sn/Ag/Cu系焊錫膏狀材料2A。
接下來，如圖5B所示，在樹脂基板1A上，通過自動搭載機搭載芯片電阻體、陶瓷電容器等的芯片部件3A、鋁電容器等的芯片部件3B、微計算機BGA封裝11和功率半導體封裝16后，將基板通過最高溫度240～250℃的回流爐內后，進行軟釬焊。
接下來，如圖5C所示，將連接器6的端子導線7插入樹脂基板1A的通孔，在基板1A的背面通過回流焊錫完成與樹脂基板的接合。
接下來，如圖5D所示，采用粘著劑將厚度2mm的放熱板Cu板17粘貼在搭載了功率半導體封裝16后的部分的基盤1A的正下方。在此，作為放熱板的金屬，采用鋁或表面Ni電鍍的鐵系金屬，或者也可以采用配合熱傳導性的陶瓷填充物和金屬纖維(或者填充物)的塑料復合體。
接下來，如圖5E所示，將由圖5D的工序制造的單元插入配置在遞壓模具機中的175℃的模具8內后，在具有線膨脹系數15ppm/℃、彈性模量13GPa、玻化溫度155℃的固化物物性的室溫下采用固態環氧樹脂成形材料9，在成形壓力30Kg/cm2中以90秒期間進行成形。在此，模具8的形狀，配置BGA封裝11和功率半導體封裝16的位置中的高度，與配置芯片部件3A的位置的高度相同，但如圖3所示，也可使配置BGA封裝11和功率半導體封裝16的位置中的高度比配置芯片部件3A的位置的高度稍微高一些。
接下來，如圖5F所示，使單元從模具8脫離后，經過程序寫入以及電導通檢查，得到本實施方式的汽車控制單元。
本實施方式的控制單元，為了確保放熱性，在搭載發熱功率半導體芯片的印刷基板的正下方，設置放熱用的金屬基底或者塑料復合體。作為放熱用金屬，能夠使用鋁、鐵系、銅系材料的板、薄膜、箔。塑料復合體，可以采用配合碳纖維或碳粉、或氧化鋁、四氮化三硅、一氮化硼、碳化硅等的熱傳導性陶瓷填充物的熱可塑性樹脂或熱固化性樹脂。此外，也能夠采用將金屬箔和薄膜貼里的塑料板或薄膜。作為在這些印刷基板的正下方，設置放熱用的金屬基底或塑料復合體的方法，能夠采用下述的任一個方法采用粘著劑或著粘接劑，在室溫或者通過加熱向印刷基板壓著并進行粘貼的方法；或只在印刷基板的正下方配置金屬基底或塑料復合體，在鑄模成形時將兩者一體化的方法。
通過按照如上那樣構成，本實施方式的控制單元，比以往能夠變地小型且薄型。此外，所得到的控制單元，具有在基板正下方配設放熱金屬板的結構，其可靠性具有下述優良特性即使-55℃～150℃的熱沖擊試驗中1200周期以上、85℃85％的高溫高濕試驗中2000小時以上，也能具有正常動作這樣的優良特性。
接下來，采用圖6A～6H，對本發明的第6實施方式的組件裝置的構成以及其制造方法進行說明。本實施方式的組件裝置，是用作汽車、船舶、電動機用控制單元的裝置，采用四層的樹脂印刷基板作為電路基板。
圖6A～6H，是表示本發明的第6實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。還有，與圖1、圖2相同的符號，表示相同部分。
如圖5A所示，在具有玻化溫度170℃、線膨脹系數15ppm/℃的物性的100×70mm的4層樹脂基板1A的單面上印刷Sn/Ag/Cu系焊錫膏狀材料2A。并且，如圖5B所示，在樹脂基板1A上，通過自動搭載機搭載芯片電阻體、陶瓷電容器等的芯片部件3A、鋁電容器等的芯片部件3B、微計算機BGA封裝11和功率半導體封裝16后，將基板通過最高溫度240～250℃的回流爐內后，進行軟釬焊。
還有，如圖6A所示，將連接器6的端子導線7插入樹脂基板1A的通孔，在基板1A的背面通過回流焊錫完成與樹脂基板1A的接合。
接下來，如圖6B、C所示，采用環氧樹脂、丙烯酸樹脂、硅樹脂系的粘接劑或粘著劑，將厚度約1mm的表面Sn電鍍的Cu系導線框18粘貼在樹脂基板1A的正下方。在此，圖6B為剖面圖，圖6C為圖6B的俯視圖。由于該Cu系導線框18不僅作為安裝金屬零件，而且作為放熱用板使用，因此如圖6C所示，具有貫通框內部的結構。導線框18，作為用于在汽車發動機室內或發動機上裝著的安裝夾具使用。
接下來，如圖6D所示，將由圖6C的工序制造的單元插入配置在遞壓模具機中的175℃的模具8內后，在具有線膨脹系數15ppm/℃、彈性模量13GPa、玻化溫度155℃的固化物物性的室溫下采用固態環氧樹脂成形材料9，在成形壓力30Kg/cm2中以90秒期間進行成形。
接下來，如圖6E所示，使單元從模具8脫離后，如圖6F所示，切斷導線框18的剩余的部分(圖6E中所示的左端部分或右端部分)。
并且，如圖6G、H所示，通過剪裁進行導線框18的折彎加工。圖6G為剖視圖，圖6H為圖6G的左側面圖。折彎加工的導線框18，用作用于裝著在汽車發動機室內或發動機上的安裝夾具。最終，經過程序寫入以及電導通檢查，得到本實施方式的汽車控制單元。
還有，在本實施方式中，可采用預先將基板粘貼在金屬導線框上后，進行各種電子部件和連接器的安裝，通過鑄模進行一體成形的方法。此外，也可采用下述方法采用預先將安裝部分剪裁后的金屬零件，在樹脂鑄模時將該金屬零件安裝在模具內后，與配設圖5所示那樣的放熱板的單元同時成形的方法。
通過按照如上那樣構成，本實施方式的控制單元，比以往能夠變地小型且薄型。此外，所得到的控制單元，具有放熱板和安裝金屬零件的結構，其可靠性具有下述優良特性即使-55℃～150℃的熱沖擊試驗中1200周期以上、85℃85％的高溫高濕試驗中2000小時以上，也能具有正常動作這樣的優良特性。
接下來，采用圖7A～7F，對本發明的第7實施方式的組件裝置的構成以及其制造方法進行說明。本實施方式的組件裝置，是用作汽車、船舶、電動機用控制單元的裝置，采用四層的樹脂印刷基板作為電路基板。
圖7A～7F，是表示本發明的第7實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。還有，與圖1、圖2相同的符號，表示相同部分。
如圖3A所示，在具有玻化溫度170℃、線膨脹系數15ppm/℃的物性的100×70mm的4層樹脂基板1A的單面上印刷Sn/Ag/Cu系焊錫膏狀材料2A。并且，如圖3B所示，在電路基板1A上，通過自動搭載機搭載芯片電阻體、陶瓷電容器等的芯片部件3A、鋁電容器等的芯片部件3B和計算機BGA封裝11后，通過最高溫度240～250℃的回流爐內后，進行軟釬焊。
接下來，如圖7A所示，將連接器6的端子導線7插入樹脂基板1A的通孔，在基板1A的背面通過回流焊錫完成與樹脂基板1A的接合。還有，本實施方式中，如圖7B和圖7D放大所示，在如圖7A所示的搭載BGA11或者CSP13的場所的正下的印刷基板1A的部分，形成直徑300μm的Cu電鍍的通孔19。
接下來，如圖7D所示，將由圖7A的工序制造的單元插入配置在遞壓模具機中的175℃的模具8內后，在具有線膨脹系數15ppm/℃、彈性模量13GPa、玻化溫度155℃的固化物物性的室溫下采用固態環氧樹脂成形材料9，在成形壓力30Kg/cm2中以90秒期間進行成形。此時，由于成形時的熱固化性樹脂9具有液狀的抵粘度樹脂，因此如圖7E及圖7F所示，樹脂的流動從BGA11或CSP13的焊錫孔搭載中央部分通過基板的通孔19。因此，抑制對搭載BGA11或CSP13后的焊錫球間隙產生空隙。
并且，使單元從模具8脫離后，最終，經過程序寫入以及電導通檢查，得到本實施方式的汽車控制單元。
在本實施方式中，作為抑制對搭載BGA或CSP后的焊錫球間隙產生空隙的方法，通過使環氧樹脂成形材料中所包括的無機充填劑的最大粒徑比現有的約80～100μm更小的50μm以下，能夠容易地對焊錫球間隙填充樹脂。尤其，在BGA或CSP的焊錫球間距變窄，或在焊錫球直徑變小時有效。此外，在成形方法中，在使模具全體處于減壓的狀態下，在上述的條件下，通過采用低壓遞壓模具成形機、壓縮成形機或射出成形機進行一體成形，達到無空隙的狀態。
如上所述，在本實施方式中，在將BGA或CSP作為半導體封裝搭載在基板上的控制單元中，在相當于BGA或CSP的搭載部分的基板的至少一部分上設置用于流動熱固化性樹脂的具有直徑0.1mm～10mm的通孔。由于通過焊錫球將BGA或CSP連接在基板上，因此在汽車、船舶、電動機等的高溫高振動的使用環境下，存在焊錫球連接壽命降低的可能性。一般來說，為了確保焊錫球連接壽命，通常采用將稱作底層填料材料的樹脂填充在焊錫球間的間隙中，并緩和應力的結構。但是，在本實施方式中，為了縮短工序或降低成本，在加熱加壓下對連接器和各種電子部件進行一體鑄模的工序中，采用同時也用樹脂對BGA或CSP的焊錫球間的間隙進行填充的方法。此時，由于在BGA或CSP的中央部附近在鑄模時不能充分除去氣體，因此容易產生空隙。在此，以在相當于BGA或CSP的搭載部分的基板的至少一部分上，設置鑄模時的樹脂流動通路為目的，設置具有直徑0.1mm～10mm的通孔。
根據如上所述的構成，本實施方式的控制單元，比以往能夠變地小型且薄型。此外，在將BGA或CSP作為半導體封裝搭載在基板上的控制單元中，在加熱加壓下將連接器與各種電子部件一體鑄模的工序中，通過同時也用樹脂填充BGA或CSP的焊錫球間的間隙，能夠確保焊錫球連接壽命。此外，所得到的控制單元，具有放熱板和安裝金屬零件兩者的結構，其可靠性具有下述優良特性即使-55℃～150℃的熱沖擊試驗中1200周期以上、85℃85％的高溫高濕試驗中2000小時以上，也可以具有進行正常的動作這樣的優良特性。
接下來，采用圖8，對本發明的第8實施方式的組件裝置的構成以及其制造方法進行說明。本實施方式的組件裝置，是用作汽車、船舶、電動機用控制單元的裝置，采用四層的樹脂印刷基板作為電路基板。
圖8A～8F，是表示本發明的第8實施方式的組件裝置的制造方法的工序圖。還有，與圖1、圖2相同的符號，表示相同部分。
如圖8A所示，在具有玻化溫度170℃、線膨脹系數15ppm/℃的物性的100×70mm的4層樹脂基板1A的單面上印刷Sn/Ag/Cu系焊錫膏狀材料2A。
接下來，如圖8B所示，在樹脂基板1A上，通過自動搭載機搭載芯片電阻體、陶瓷電容器等的芯片部件3A、鋁電容器等的芯片部件3B、微計算機BGA封裝11和功率半導體封裝16后，將基板通過最高溫度240～250℃的回流爐內后，進行軟釬焊。
接下來，如圖8C所示，將連接器6的端子導線7插入樹脂基板1A的通孔，在基板的背面通過回流焊錫完成與樹脂基板1A的接合。
接下來，如圖8D所示，采用粘著劑，將厚度2mm的放熱板Cu板17粘貼在搭載功率半導體封裝的基板1A的正下方。
接下來，如圖8E所示，將由圖8D的工序制造的單元插入配置在遞壓模具機中的175℃的模具8內。在模具8的內部上面，通過真空吸著保持鋁薄膜(厚度100μm)20。之后，在具有線膨脹系數12ppm/℃、彈性模量20GPa、玻化溫度125℃的固化物物性的室溫下采用固態環氧樹脂成形材料9，在成形壓力30Kg/cm2中以90秒期間進行成形。
接下來，如圖8F所示，使單元從模具裝卸后，經過程序寫入以及電導通檢查，得到本實施方式的汽車控制單元。
如以上說明，在本實施方式的控制單元中，為了確保放熱性，在至少搭載發熱功率半導體芯片的印刷基板的正下方，設置放熱用的金屬基底后塑料復合體。此外，由于不僅放熱性，而且也賦予電磁遮蔽性，因此搭載電子部件的印刷基板或柔性基板的相對的面上，經電子部件及用于密封電子部件的熱固化性樹脂配設金屬或者塑料復合體。通過這樣，能夠得到與現有的金屬基底和金屬蓋構成的結構相同或者之上的放熱性和電磁遮蔽性。
作為用于放熱以及電磁遮蔽的金屬，能夠采用鋁、鐵系、銅系材料的板、薄膜、箔。作為塑料復合體，能夠采用配合碳纖維或粉、或者鋁、四氮化三硅、四氮化三硼、碳化硅等的熱傳導性陶瓷填充物的熱可塑性樹脂或者熱固化性樹脂。此外，也能夠使用將金屬箔和薄膜貼里的塑料板或薄膜。作為在這些印刷基板的正下方，設置放熱用的金屬基底或塑料復合體的方法，能夠采用下述的任一個方法采用粘著劑或著粘接劑，在室溫或者通過加熱向印刷基板壓著并進行粘貼的方法；或只在印刷基板的正下方配置金屬基底或塑料復合體，在鑄模成形時將兩者一體化的方法。
通過按照如上那樣構成，本實施方式的控制單元，比以往能夠變地小型且薄型。此外，由于能夠在印刷基板或者柔性基板的正下方，和搭載電子部件的樹脂印刷基板(或者柔性基板)的相對面上，經電子部件和用于密封電子部件的熱固化性樹脂，配設金屬或塑料復合體，因此能夠得到放熱性和電磁遮蔽性，從而能夠大幅提高對現有的塑料組件結構成為問題的放熱性和電磁遮蔽性兩方的特性。此外，所得到的控制單元，具有放熱板和安裝金屬零件的結構，其可靠性具有下述優良特性即使-55℃～150℃的熱沖擊試驗中1200周期以上、85℃85％的高溫高濕試驗中2000小時以上，也能具有正常動作這樣的優良特性。
工業上的可利用性根據本發明，提高組件裝置的生產性，可小型化并同時提高可靠性。
權利要求
1.一種組件裝置，在具有連接器(6)，其具有連接用金屬端子；和電路基板(1)，其安裝了電子部件(3A、3B、4)，通過金屬導線(7)連接所述連接器和所述基板的組件裝置中，其特征在于，(A)通過同一熱固化性樹脂(9)對與所述連接器(6)的基板連接的面側、所述金屬導線(7)和所述電子部件(3A、3B、4)進行密封，(B)所述熱固化性樹脂(9)，固化前的形態在40℃以下的溫度為固態，(C)密封所述電子部件的熱固化性樹脂(9)的厚度，形成為根據所述電子部件(3A、3B、4)的高度而變化。
2.根據權利要求1所述的組件裝置，其特征在于，所述熱固化性樹脂，為包含無機質填充物、在40℃以下為固態的環氧樹脂。
3.根據權利要求1所述的組件裝置，其特征在于，所述熱固化性樹脂的固化后的樹脂物性為，線膨脹系數8～25ppm/℃，彈性模量8～30GPa，玻化溫度80～200℃。
4.根據權利要求1所述的組件裝置，其特征在于，所述電路基板的玻化溫度在150℃以上。
5.根據權利要求1所述的組件裝置，其特征在于，所述金屬導線的端部，被插入到所述基板的通孔部分之后，用焊錫或導電性粘接劑被固定。
6.根據權利要求1所述的組件裝置，其特征在于，所述電子部件，是包括球柵陣列(BGA)(11)或芯片級封裝(CSP)(13)的電子部件，搭載所述BGA或CSP后的電路基板(1A)，設有用于流動熱固化性樹脂的、具有直徑0.1mm～10mm的通孔(19)。
7.根據權利要求1所述的組件裝置，其特征在于，所述電路基板，為印刷基板，在搭載發熱功率半導體芯片的印刷基板的正下方，設有放熱用的金屬基底或塑料復合體(14、17、18)。
8.根據權利要求7所述的組件裝置，其特征在于，所述放熱用金屬基底或塑料復合體的面積，比所述印刷基板的面積小。
9.根據權利要求1所述的組件裝置，其特征在于，在所述電路基板的背面，設有安裝夾具，其由用于安裝在發動機室內或發動機上的金屬或者塑料構成。
10.根據權利要求1所述的組件裝置，其特征在于，用所述熱固化性樹脂只對所述電路基板的電子部件搭載面進行密封，其相反面通過粘接或者機械的方法固定/設置在具有連接器的金屬或者塑料框體上。
11.根據權利要求1所述的組件裝置，其特征在于，在與所述電路基板相對的面上，介于電子部件及用于密封電子部件的熱固化性樹脂配設金屬或塑料復合體(20)。
12.一種組件裝置，在具有連接器(6)，其具有連接用金屬端子；和電路基板(1)，其安裝了電子部件，通過金屬導線(7)連接所述連接器和所述基板的組件裝置中，其特征在于，(A)通過同一熱固化性樹脂對與所述連接器的基板連接的面側、所述金屬導線(7)和所述電子部件進行密封，(B)所述熱固化性樹脂，固化前的形態在40℃以下的溫度為固態，(C)密封所述電子部件的熱固化性樹脂的厚度，形成為根據所述電子部件的高度而變化，(D)所述連接器(6)，配設在相對密封所述電子部件的所述熱固化性樹脂面垂直或者相面對的面上。
13.一種組件裝置的制造方法，在通過樹脂鑄模對具有連接用金屬端子的連接器(6)、安裝了包括BGA或CSP的電子部件的電路基板(1)、和連接所述連接器和所述基板的金屬導線(7)進行密封的組件裝置的制造方法中，其特征在于，在成形壓力5～70kg/cm2，成形溫度150～180℃的范圍中，通過低壓遞壓模具成形機或者壓縮成形機，或者在成形壓力20～100kg/cm2，成形溫度150～180℃的范圍中，通過射出成形機，采用固化前的形態在40℃以下的溫度中為固態的所述熱固化性樹脂，通過同一熱固化性樹脂對與所述連接器的基板連接的面側、所述金屬導線和所述電子部件進行密封，此時，按照對所述電子部件進行密封的熱固化性樹脂的厚度，根據所述電子部件的高度而變化的方式進行密封。
14.根據權利要求13所述的組件裝置的制造方法，其特征在于，通過粘著或者粘接將所述電路基板固定/設置在預先將連接器暫時固定后的金屬或塑料框體中之后，采用熱固化性樹脂將所述電子部件和連接器部分一體地成形。
全文摘要
本發明的目的在于，提供一種提高成產性，可小型化同時可提高可靠性的組件裝置及其制造方法。具有連接器(6)，其具有連接用金屬端子；和電路基板(1)，其安裝了電子部件，通過金屬導線(7)連接連接器(6)和基板(1)。通過同一熱固化性樹脂(9)對與所述連接器(6)的基板連接的面側、所述金屬導線(7)和電子部件進行密封，熱固化性樹脂(9)，固化前的形態在40℃以下的溫度為固態，密封電子部件的熱固化性樹脂(9)的厚度，形成為根據電子部件的高度而變化。
文檔編號H05K3/28GK1802883SQ0382674
公開日2006年7月12日 申請日期2003年7月3日 優先權日2003年7月3日
發明者江口州志, 淺野雅彥, 佐佐木正浩, 內山薰 申請人:株式會社日立制作所, 日立汽車技術有限公司