JP3884354B2 - コネクタと電子部品の一体モールド構造を有する電気・電子モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも接続用金属端子を有するコネクタ、セラミックや有機樹脂または樹脂プリントの電子回路基板上に実装された電子部品、該電子部品を封止する樹脂、及び該電子回路基板とコネクタとを電気的に接続する金属リードまたはワイヤ若しくは可撓性の導体等の接続線からなる電気・電子モジュールを、低熱膨張性及び低吸湿性の樹脂成形材料を用いて一体成形し、少なくとも該コネクタの基板との接続面側と電子部品との封止を同時に行うことによって達成できる低コストで、しかも高信頼性の電気・電子モジュールとその成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の各種コントロールユニット及びセンサーモジュールは、電子回路を搭載したセラミック乃至樹脂の電子回路基板、入出力コネクタ部を有する金属またはプラスチックケース、及び／またはキャップからなる構造を有する。これらの構造の中には、半導体チップの放熱性を向上させるために、放熱用金属ベース上に前記のセラミック乃至樹脂の電子回路基板を搭載する構造も含まれる。
【０００３】
コントロールユニットの従来技術例として、図５にセラミックの電子回路基板を用いたエンジンコントロールユニットの構造を示す。セラミックの電子回路基板１上にコンデンサ、及び抵抗体などの各種チップ部品３と半導体ベアチップ４を搭載した後、ワイヤボンデイング５や半田などによってセラミックの電子回路基板の表層導体と接合する。このセラミックの電子回路基板１を筐体であるプラスチック製または金属製コネクタ７と一体になっている金属放熱板６上に搭載、接着する。セラミックの電子回路基板１の接続用パッドとコネクタの端子リードはワイヤボンデイング９、半田、ＴＡＢ（テープオートメイテイドボンデイング）などの方法によって接合を行い、電気的な導通を取っている。その後、シリコーンゲル２０を塗布、加熱することによって上記の各種電子部品を、外気雰囲気からの湿度または異物付着の影響から保護している。最終的にキャップ２３が接着剤またはＯリング状のゴムを用いて、上記の筐体に固着または加締めにより取り付けられる。
【０００４】
図６と図７には、従来の樹脂成形タイプ電子回路装置を示す。図６は、特開平９−４５８５１号公報や特開平２００１−３２６３０３号公報に記載されているように、半導体パワーモジュールなどで採用されている構造であり、放熱金属板６、導体パターン、複数の電子部品（パワー半導体素子２４と制御用集積回路素子２５）、放熱板取り付け用プラスチックケースまたはコネクタ７、及びエポキシ樹脂などの保護樹脂２６から構成されている。
【０００５】
一方、図７は自動車または民生用で採用されている電子回路装置の構造であり、上面と前面が開口され、かつ左右に取り付け部を有するプラスチックケース１８、電子部品を搭載した樹脂回路基板１３、外部接続端子となるコネクタ７からなり、コネクタはケースの前面に取り付けられる。図７に示す保護樹脂２６は電子部品及び電子回路基板を外部の湿気から保護、及び振動に対する固定のための保護層である。電子部品を搭載した電子回路基板をコネクタの外部端子部とはんだ付けなどにより接続し、樹脂の電子回路基板をケースに位置決めとともに取り付けを行った後、液状樹脂を注入、加熱硬化して保護樹脂を形成する。
【０００６】
また、図８に、特許第３１４９６７８号公報に記載の圧力センサーモジュールの構造を示す。ガラス台１５の上にダイヤフラム部１７を下向きにしてセンサーチップ１６を搭載し、真空雰囲気中で両者間を陽極接合または半田付けにより気密接合する。これを外部端子を有する樹脂ケース内１８の底面に接着剤で接着し、センサーチップと外部端子とを金属ワイヤ線９でボンデイングした後、シリコーンゲル２０を注入塗布してセンサーチップ及び金属ワイヤの表面を封止する。その後、導圧孔２２、及び外部接続用コネクタ端子を備えた樹脂ケース内に収納し、かつセンサーチップを組み込んだ樹脂ケースより引き出した外部リード１９を外ケースのコネクタ端子８によって溶接接続した後、測定圧の導圧空間を除いて外ケースの開放面と前記樹脂ケースとの空間を封止樹脂２６で充填することによって組立て構成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構造は上記に示すように、電子部品が搭載された電子回路基板、この電子回路基板と電気的に接続した接続用金属端子を有するコネクタ、電子回路基板を収納するケース、シリコーンゲルやエポキシ樹脂などの保護樹脂及び／またはキャップを有することが、次のような問題がある。
【０００８】
自動車は居住性向上の観点から、エンジンルームは狭くして車室空間を広くする傾向にある。そのため、コントロールユニットに対しても小型化、薄型化が求められるようになったが、従来の構造はケースに電子回路基板を収納する構造であるために、モジュールが大きく、かつ厚くなる傾向にあり、この要求を満足できなくなっている。
【０００９】
この問題を改善するために、図９の（ａ）に示すような電子回路基板とコネクタとを一体的に結合する樹脂形成タイプの電子回路装置が特開平７−２２７２２号公報に記載されている。この公報では、図９の（ｂ）に示すように、保護樹脂の形成方法として、真空状態に保った型内にペースト状樹脂を流し込んだ後、加熱硬化する低圧成形法が提案されている。
【００１０】
しかし、この方法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。
【００１１】
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。
【００１２】
また、放熱用の金属板上に電子回路基板や電子回路を搭載する電子回路装置では、コネクタや放熱用金属板の位置決めが難しいため、実質上、真空低圧成形法が困難になる。さらに、圧力測定用の導圧孔を有する圧力センサーにおいても、センサー形状の点から真空状態を保つため、型構造が複雑となったり、センサーの外部ケースの位置決めが困難になる。
【００１３】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、電子回路基板や電子部品を被覆する保護層（樹脂層）としての樹脂の熱硬化時間が早くて量産性に優れ、かつ高真空に保たなくとも樹脂注入ができる電子部品の一体モールド構造を有する電気・電子モジュールを提供せんとするものである。
【００１４】
また、本発明は、電子回路装置の信頼性向上、小型軽量化、並びに低コスト化のための部材及び工数低減を図るために、低熱膨張性低吸湿性、及び高接着性の樹脂成形材料を用いて加熱加圧下による一体成形を行い、電子部品を搭載した回路基板と、少なくとも該コネクタの基板との接続面側との封止を同時に行う電気・電子モジュールとその成形方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コネクタ、電子部品、および電子回路基板を被覆する熱硬化性の樹脂層とを含む電子部品の一体モールド構造を有する電気・電子モジュールにあって、前記樹脂層の樹脂は熱硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形であることを特徴とするものである。
【００１６】
更に具体的に述べる。
【００１７】
本発明においては、電子回路基板上に実装した電子部品及び、少なくともコネクタを電子回路基板に取り付けるところの取り付け部側（接続面側）に配置した金属リード、ワイヤ、フレキシブルな接続用導体等の接続線を完全に覆い隠すように封止するために用いる樹脂が、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であることを特徴としており、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、成形性と電気・電子モジュールの信頼性を同時に確保することができる。
【００１８】
さらに、このエポキシ樹脂成形材料（熱硬化樹脂）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熱可塑性樹脂で作られているコネクタとの接着性にも優れ、耐久試験において懸念される金属リード、ワイヤ、フレキシブルな接続用導体等の接続線の断線や剥離（電子回路基板、電子部品、接続線、コネクタ等と樹脂の剥離）は見られないため、信頼性向上には大きな効果がある。前記接着性が向上した理由のひとつとしては、成形温度が１５０〜１８０℃であるため、コネクタの樹脂とエポキシ樹脂との境界面に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。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。
【００１９】
本発明では、電子回路基板上に実装した電子部品及び、少なくともコネクタを電子回路基板に取り付けるところの取り付け部側（接続面側）に配置した金属リード、ワイヤ、フレキシブルな接続用導体等の接続線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；（８〜２５）×１０― 6／℃、
弾性率；（８〜２５）ＧＰａ、
ガラス転移温度；（８０〜１６０）℃、
であることを特徴とする。
【００２０】
これらの樹脂物性は、電子部品、電子回路基板、放熱金属板（放熱用金属ベース）の線膨張係数による差から発生する応力、または電子部品の電子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（８〜２５）×１０― 6／℃の範囲にある。
【００２１】
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（８〜２５）ＧＰａ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（８０〜１６０）℃が好適である。
【００２２】
本発明においては、自動車エンジン内またはエンジン上の実装ができる自動車用エンジンコントロールユニットまたは自動車センサー用電気・電子モジュールとして、少なくとも接続用金属端子を有するコネクタ、セラミックの電子回路基板、該電子回路基板上に実装された電子部品、及び該電子回路基板とコネクタとを電気的に接続する金属リード、ワイヤ、フレキシブルな接続用導体等の接続線を、硬化後の樹脂物性が、
線膨張係数；（８〜２５）×１０― 6／℃、
弾性率；（８〜２５）ＧＰａ、
ガラス転移温度；（８０〜１６０）℃、
の範囲にある樹脂を用いてコネクタと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。
【００２３】
また、このモジュールにおいては、放熱性を向上させるためにアルミニウムや銅、鉄（表面をメッキしたものも含む）などの放熱用金属ベースを有する構造も含むことができる。この放熱用金属ベース上に、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、またはアクリル樹脂などの接着剤を用いて電子部品を搭載した電子回路基板が接着される。
【００２４】
さらに、電子回路基板としてセラミック材を用いて、半導体ベアチップを金線ワイヤボンデイングまたは半田バンプによる電気的接合を行う本発明のモジュールにおいては、セラミックの電子回路基板上に搭載した半導体チップ部分のみを封止する硬質の第１絶縁層と、その上に第２の樹脂絶縁層として、電子回路基板に取り付けるところの取り付け部側（接続面側）と電子部品とを同時に封止するエポキシ樹脂絶縁層を形成することを特徴とする。
【００２５】
硬質の第１絶縁層は、封止樹脂とセラミックの電子回路基板との膨張係数の若干の違いによって発生する応力を直接に半導体ベアチップ（半導体チップ）へ伝えないために設けるものである。第１絶縁層を形成する樹脂としては、セラミックの電子回路基板と半導体チップの線膨張係数に近い（８〜２０）ｐｐｍ／℃の範囲の線膨張係数を有し、かつ弾性率が（１〜２０）ＧＰａの範囲にあるエポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂、またはエポキシ樹脂を有するポリアミドイミド樹脂などが好適である。
【００２６】
なお、低弾性のシリコーンゴムやシリコーンゲルによる第１絶縁層形成は低応力には効果があるが、次の理由により本発明では用いない方が望ましい。即ち、加熱加圧成形法による第２樹脂絶縁層の形成において、圧力による絶縁層の変形のために金線ワイヤボンデイング部または半田バンプ接合部の変形や断線並びに剥離が発生する。
【００２７】
本発明においては、少なくとも接続用金属端子を有するコネクタ、樹脂の電子回路基板、該電子回路基板上に実装された電子部品、及び該電子回路基板とコネクタとを電気的に接続する金属リード、ワイヤ、フレキシブルな接続用導体等の接続線を有する自動車コントロールユニットを、硬化後の樹脂物性が、
線膨張係数；（８〜２５）×１０― 6／℃、
弾性率；（８〜２５）ＧＰａ、
ガラス転移温度；（８０〜１６０）℃、
の範囲にある樹脂を用いてコネクタと電子部品を加熱加圧下で一体モールド化することができる。樹脂の線膨張係数、弾性率、並びにガラス転移温度としては、前記に範囲にあることが好ましいが、これらの中で特に、線膨張係数は、樹脂の電子回路基板の線膨張係数（１５〜１７ｐｐｍ／℃）に近づけることによって一層の低応力化を図ることができるため、（１０〜２０）ｐｐｍ／℃が好適である。
【００２８】
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（５〜７０）ｋｇ／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。
【００２９】
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。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。
【００３０】
上記の構造において、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の物性を有しており、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、電気・電子モジュールの信頼性を向上することができる。特に、電子部品や電子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ため、信頼性を向上させるには有効である。また、前記のエポキシ樹脂成形材料は樹脂のコネクタとの接着性にも優れるため、モジュール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、接合のための金属ワイヤや半田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。
【００３１】
本発明においては、エポキシ樹脂成形材料を金型を用いて、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って加熱加圧成形するため、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、モジュール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。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００３３】
まず、第１の実施例について図１に沿って述べる。
【００３４】
図１の（ａ）〜（ｉ）は製造の工程を示している。
【００３５】
図１は、自動車用エンジンコントロールユニットの構造と実装・成形方法を示す。多層セラミックの電子回路基板１は、長方形（６０ｍｍ×６５ｍｍ）で表面にＳｎ／Ａｇ系はんだペースト材２を印刷する（ａ）。この電子回路基板１にチップ抵抗体、セラミックコンデンサ、アルミコンデンサなどのチップ部品３（電子部品）を自動搭載機にて搭載後、その電子回路基板１を最高温度２３０〜２５０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う（ｂ）。
【００３６】
この後、フラックスを除去するために、炭化水素系溶剤にて電子回路基板１を洗浄して所定温度のもとで、所定時間の乾燥を行なう。その後、デイスペンサを用いてＡｇペースト接着剤を所定の箇所に塗布し、電子部品としての半導体ベアチップ４（半導体チップ）を搭載する。１５０℃の温度で１時間かけ、Ａｇペースト接着剤を硬化して半導体チップの電子回路基板への接合を完了する（ｃ）。
【００３７】
電子回路基板と半導体チップとの電気的接続を３０μｍ径の金（Ａｕ）ワイヤ５を用いて超音波併用熱圧着方式で行う（ｄ）。さらに、据え付け用の取り付け部分を有するアルミニウムなどの金属放熱板６（放熱用金属ベース）上に、上記の方法で部品搭載が済まされた電子回路基板を圧着した後、加熱硬化により接着（接着剤を介しての接着）を行なう（ｅ）。次に熱可塑性樹脂のコネクタ７と金属放熱板６とをシリコーン系接着剤を用いて１４０℃／３０分で同時接着させ一体化する（ｆ）。ここで用いる接着剤としては、シリコーン接着剤の他に、ゴム微粒子配合の低弾性のエポキシ樹脂接着剤も用いることができる。コネクタ７の外部端子８（接続用金属端子）と電子回路基板との接続は線径３００μｍのアルミワイヤ９（接続線）を用いて室温で超音波方式による接合によって行う（ｇ）。
【００３８】
こうして作ら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℃に加熱された金型１０内に挿入後、エポキシ樹脂成形材料１１を金型１０内に圧入する。エポキシ樹脂成形材料１１として、線膨張係数１４ｐｐｍ／℃、弾性率１５Ｇｐａ、ガラス転移温度１３５℃の硬化後の物性を有し、かつ熱硬化する前の形態が室温（４０℃以下）で固形の材料を用いる。成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２で３分間の成形により熱硬化が行なわれる（ｈ）。モジュールを金型から脱着させ（ｉ）、１５０℃３時間の後硬化を行うが、必要に応じては、後硬化を省くこともできる。
【００３９】
このようなモールド成形により、電子回路基板、電子部品、コネクタ７、ワイヤ５、アルミワイヤ９、金属放熱板６がエポキシ樹脂成形材料１１による樹脂層で被覆された一体モールド構造のモジュールに出来上がるのである。
【００４０】
上述したように熱硬化による樹脂層の成形は、短時間（３分間）で行なわれ、かつ成形用の金型内への樹脂成形材料の注入が圧力を加える押込みで行なわれる。このように樹脂層の成形時間が短かく、しかも樹脂成形材料の注入が簡単な押込みで出来るのは、熱硬化する前の形態が室温（４０℃以下）で固形の材料を用いたことによるものである。ペースト状樹脂を用いた従来のものは、熱硬化に費やす成形時間が数十分であるので、本発明は成形時間が格段に短く、量産性に優れているのである。また従来のものは、成形用の金型内を高い真空状態にしないと、ペースト状樹脂が金型内に入らないので、特殊なコンプレッサーを必要とする。本発明は、そのような特殊なコンプレッサーが不要なので成形装置が複雑にならないのである。
【００４１】
成形後のモジュールは、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本発明の自動車エンジンコントロールユニットが得られる。なお、プログラム書き込みは、トランスファモールド成形前に行うこともできる。
【００４２】
なお、本発明では、チップ部品（電子部品）の接合を、はんだの代わりにＡｇペースト接着剤を用いて行うことができる。この方法によれば、チップ部品と半導体ベアチップの電子回路基板上への搭載が一つの工程でできるため、工程数削減が可能となる。
【００４３】
このコントロールユニットは、従来構造である図５のものとは違って樹脂ケースを必要としないため、小型で、かつ薄型となっていることが分かる。信頼性においても、従来構造と同等、またはそれ以上の特性を有することが確認されている。
【００４４】
またコネクタ７の樹脂は、樹脂層の熱硬化温度よりも高い融点の熱可塑性樹脂を用いているので、樹脂層の熱硬化に際し、コネクタ７が融解して変形するようなことが生じない。変形がないので、コネクタ７へのコンセントの着脱に支障を来たさない。
【００４５】
さらにコネクタ７の樹脂は熱可塑性樹脂を用いているので、熱硬化性樹脂とは違い外部端子８（接続用金属端子）との境界部分に成形バリが出来なく、コンセントの着脱に支障を来たさない。
【００４６】
次に図２に示す第２の実施例について説明する。
【００４７】
図２は、第２の実施例と同様な自動車用エンジンコントロールユニットの構造と実装・成形方法を示す。
【００４８】
図２の（ａ）は電子部品と半導体チップを搭載した電子回路基板を示している。搭載の組み立て手順は、第１実施例の図１の（ａ）〜（ｅ）と同じである。
【００４９】
第１実施例との主なる違いは、半導体チップを予め、液状エポキシ樹脂で被覆して置くところである。
【００５０】
さて、電子回路基板（セラミック）１上に搭載した半導体ベアチップ４のみを、線膨張係数１３ｐｐｍ／℃、弾性率１３ＧＰａ、ガラス転位温度１５０℃の液状エポキシ樹脂１２（熱硬化の樹脂）で封止後、１００℃１時間＋１５０℃１時間の条件で加熱硬化を行う（ｂ）。この熱硬化の樹脂層は、後述する樹脂層の下になる下樹脂層で第一絶縁層と言う。
【００５１】
その後、アルミニウムなどの金属放熱板６（放熱用金属ベース）上に、上記の方法で電子部品を搭載した電子回路基板を圧着した後、加熱硬化により接着（接着剤を介しての接着）する（ｃ）。
【００５２】
次に樹脂のコネクタ７と金属放熱板６とを低弾性のエポキシ系接着剤を用いて１５０℃６０分で同時接着させ一体化する（ｄ）。次に、樹脂のコネクタの外部端子８（接続用金属端子）と電子回路基板との接続は線径３００μｍのアルミワイヤ９（接続線）を用いて室温で超音波方式による接合によって行う（ｅ）。最終的に、このモジュールを実施例１と同じエポキシ樹脂成形材料１１と成形条件を用いてトランスファモールドを行うことによって、本発明の自動車エンジンコントロールユニットを得る（ｆ）。エポキシ樹脂成形材料１による樹脂層で被覆された一体モールド構造のモジュールに出来上がるのである。
【００５３】
こうして得られたコントロールユニットは、第1の実施例と同様に小型、薄型となっている。信頼性も実施例１で得られたユニットよりも優れていることを確認している。
【００５４】
なお、エポキシ樹脂成形材料１による熱硬化の樹脂層を第二絶縁層と言う。この第二絶縁層と第一絶縁層による二重の絶縁層で半導体チップのところが被覆されている。半導体チップのワイヤボンデング部分が液状の第一絶縁層で先に封止され、第二絶縁層（エポキシ樹脂層）からの応力が緩和される。これにより、ワイヤボンデングの断線や変形が抑制され、信頼性も実施例１で得られたユニットよりも優れていることを確認している。
【００５５】
次に図３に示す第３の実施例について説明する。
【００５６】
図３は、電子回路基板として樹脂プリントの電子回路基板を用いたセンサーコントロールユニットの構造と実装並びに成形方法を示す。
【００５７】
図３において、ガラス転位温度１３０℃、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する（８０×３５）ｍｍの２層樹プリントの電子回路基板１３の片面上にＳｎ／Ｐｂ共晶はんだペースト材２を印刷する（ａ）。この電子回路基板に、チップ抵抗体、セラミックコンデンサ、アルミコンデンサなどのチップ部品３（電子部品）と半導体パッケージ１４を自動搭載機にて搭載後、電子回路基板を最高温度（２１０〜２４０）℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う（ｂ）。フラックスを除去するために、炭化水素系溶剤にて電子回路基板を洗浄して所定温度、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。その後、ピン挿入型電子部品と樹脂のコネクタ７の端子リードを電子回路基板のスルーホールに挿入後、電子回路基板の裏面をフロー半田にて電子回路基板との接合を完了する（ｃ）。この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１０内に挿入後、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃、弾性率１３Ｇｐａ、ガラス転移温度１５５℃の硬化後の物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料１１を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において３分間で成形を行う（ｄ）。モジュールを金型から脱着させた後（ｅ）、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本発明の自動車センサーコントロールユニットを得る。
【００５８】
こうして得られたセンサーコントロールユニットは、従来構造である図７と比べて、樹脂ケースが省略できるため、小型で、かつ薄型となっていることが分かる。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、正常な動作を示すという優れた特性を有する。
【００５９】
次に図４に示す第４の実施例について説明する。
【００６０】
図４は、本発明による自動車用圧力センサーの構造と実装、成形方法を示す。
【００６１】
図４において、ガラス台１５の上にセンサーチップ１６をダイヤフラム１７が下向きになるようにして配置し、両者を真空中で接合温度４５０℃、印加電圧４００Ｖ，電圧印加時間３００秒の条件の元に陽極接合によって気密接合する（ａ）。この組み品を外部リード１９と開口部を有する樹脂ケース材上１８にシリコーン系接着剤を用いて接着させる（ｂ）。接着材の硬化条件は１４０℃、３０分である。次に、センサーチップ１６と外部リード１９をワイヤ９を用いて超音波併用熱圧着方式により、ボンデイング接合する（ｃ）。その後、シリコーンゲル２０を用いてガラス台１５、センサーチップ１６及びアルミなどの金属ワイヤ９を覆うようにして塗布し（ｄ）、１４０℃３０分の条件で硬化を行って、半導体圧力センサーユニット２１を得る。次に、測定圧力の導圧孔２２、コネクタ取り付け部、及び前記コネクタ受け部の中に突出した端子８を有するエンジン取り付け用樹脂ケースの中に、前記半導体圧力センサーユニットを、図４（ｅ）に示したように圧力センサーユニットの加圧面が導圧孔２２と向かい合うように配置し、この位置で樹脂ケース板４０から引き出した外部リード１９とコネクタ端子８との間を金属ワイヤ９を用いてボンデイング接合して樹脂の電子回路基板を有するセンサー組立体を得る。さらに、このセンサー組立体を、トランスファモールド機内の金型１０内に装着した後、導圧孔に通じる樹脂ケースの開放面を除いて、樹脂ケースの外周と外ケースとの間の隙間をエポキシ樹脂成形材料１１で充填、封止する｛（ｆ）、（ｇ）｝。この時に使用するエポキシ樹脂成形材料の硬化後の物性は線膨張係数が１２ｐｐｍ／℃、弾性率が２０ＧＰａ、ガラス転位温度が１２０℃である。成形条件としては、成形圧力が２０ｋｇ／ｃｍ２、成形温度１７５℃、成形時間が９０秒である。得られた圧力センサーは、キャップ無しでも気密性の高い製品となるばかりではなく、短時間に成形できるため生産性にも優れる。
【００６２】
上記実施例で述べた発明の良さをまとめて説明する。
【００６３】
電子部品と電子回路基板の封止、コネクタとの接着、及び電気・電子モジュール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樹脂ケース、キャップ、シリコーンゲルなどが不要となり、部品点数の削減と工数低減に効果がある。樹脂ケースやキャップの省略、及び封止面積の最少化は、モジュールの小型、薄型化を図る上で効果が大きい。また、エポキシ樹脂成形材料（熱硬化樹脂）は室温で固形であるため、取り扱いが容易である。しかも、室温で固形である熱硬化樹脂は、室温でペースト状の熱硬化樹脂とは違い、トランスファモールド成形法やコンプレッション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。それに加え、成形用の金型内を高い真空状態にしなくとも樹脂の注入が出来るので、特殊なコンプレッサーを必要とせず、生産設備が安価になる。本発明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樹脂物性を有するため、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、しかも優れた外観を得ることができるという効果がある。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、樹脂の熱硬化時間が早くて量産性に優れ、かつ高真空に保たなくとも樹脂注入ができる電子部品の一体モールド構造を有する電気・電子モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わるもので、自動車用エンジンコントロールユニットの構造と実装・成形方法を示す断面図。
【図２】本発明の別の実施例に係わるもので、自動車用エンジンコントロールユニットの構造と実装・成形方法を示す断面図。
【図３】本発明の別の実施例に係わるもので、回路基板として樹脂プリント基板を用いたセンサーコントロールユニットの構造と実装並びに成形方法を示す断面図。
【図４】本発明の別の実施例に係わるもので、自動車用圧力センサーの構造と実装、成形方法を示す断面図。
【図５】従来の自動車用エンジンコントロールユニットの構造を示す断面図。
【図６】従来のパワー半導体モジュールの構造を示す断面図。
【図７】従来の自動車または民生用で採用されている電子回路装置の構造を示す断面図。
【図８】従来の圧力センサーモジュールの構造を示す断面図。
【図９】従来の電子回路基板とコネクタとを一体的に結合する樹脂形成タイプの電子回路装置の構造と成形方法を示す断面図。
【符号の説明】
１…セラミックの電子回路基板、２…はんだペースト材、３…チップ部品、４…半導体ベアチップ、５…Ａｕワイヤ、６…金属放熱板、７…樹脂のコネクタ、８…コネクタ端子リード、９…アルミワイヤ、１０…金型、１１…室温で固形のエポキシ成形材料、１２…液状エポキシ樹脂、１３…樹脂の電子回路基板、１４…半導体パッケージ、１５…ガラス台、１６…センサーチップ、１７…ダイヤフラム、４０…樹脂ケース板、１９…外部リード、２０…シリコーンゲル、２１…半導体圧力センサーユニット、２２…導圧孔、２３…キャップ、２４…パワー半導体素子、２５…制御用集積回路素子、２６…封止または保護樹脂、２７…空気排出路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも接続用金属端子を有するコネクタ、セラミックや有機樹脂または樹脂プリントの電子回路基板上に実装された電子部品、該電子部品を封止する樹脂、及び該電子回路基板とコネクタとを電気的に接続する金属リードまたはワイヤ若しくは可撓性の導体等の接続線からなる電気・電子モジュールを、低熱膨張性及び低吸湿性の樹脂成形材料を用いて一体成形し、少なくとも該コネクタの基板との接続面側と電子部品との封止を同時に行うことによって達成できる低コストで、しかも高信頼性の電気・電子モジュールとその成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の各種コントロールユニット及びセンサーモジュールは、電子回路を搭載したセラミック乃至樹脂の電子回路基板、入出力コネクタ部を有する金属またはプラスチックケース、及び／またはキャップからなる構造を有する。これらの構造の中には、半導体チップの放熱性を向上させるために、放熱用金属ベース上に前記のセラミック乃至樹脂の電子回路基板を搭載する構造も含まれる。
【０００３】
コントロールユニットの従来技術例として、図５にセラミックの電子回路基板を用いたエンジンコントロールユニットの構造を示す。セラミックの電子回路基板１上にコンデンサ、及び抵抗体などの各種チップ部品３と半導体ベアチップ４を搭載した後、ワイヤボンデイング５や半田などによってセラミックの電子回路基板の表層導体と接合する。このセラミックの電子回路基板１を筐体であるプラスチック製または金属製コネクタ７と一体になっている金属放熱板６上に搭載、接着する。セラミックの電子回路基板１の接続用パッドとコネクタの端子リードはワイヤボンデイング９、半田、ＴＡＢ（テープオートメイテイドボンデイング）などの方法によって接合を行い、電気的な導通を取っている。その後、シリコーンゲル２０を塗布、加熱することによって上記の各種電子部品を、外気雰囲気からの湿度または異物付着の影響から保護している。最終的にキャップ２３が接着剤またはＯリング状のゴムを用いて、上記の筐体に固着または加締めにより取り付けられる。
【０００４】
図６と図７には、従来の樹脂成形タイプ電子回路装置を示す。図６は、特開平９−４５８５１号公報や特開平２００１−３２６３０３号公報に記載されているように、半導体パワーモジュールなどで採用されている構造であり、放熱金属板６、導体パターン、複数の電子部品（パワー半導体素子２４と制御用集積回路素子２５）、放熱板取り付け用プラスチックケースまたはコネクタ７、及びエポキシ樹脂などの保護樹脂２６から構成されている。
【０００５】
一方、図７は自動車または民生用で採用されている電子回路装置の構造であり、上面と前面が開口され、かつ左右に取り付け部を有するプラスチックケース１８、電子部品を搭載した樹脂回路基板１３、外部接続端子となるコネクタ７からなり、コネクタはケースの前面に取り付けられる。図７に示す保護樹脂２６は電子部品及び電子回路基板を外部の湿気から保護、及び振動に対する固定のための保護層である。電子部品を搭載した電子回路基板をコネクタの外部端子部とはんだ付けなどにより接続し、樹脂の電子回路基板をケースに位置決めとともに取り付けを行った後、液状樹脂を注入、加熱硬化して保護樹脂を形成する。
【０００６】
また、図８に、特許第３１４９６７８号公報に記載の圧力センサーモジュールの構造を示す。ガラス台１５の上にダイヤフラム部１７を下向きにしてセンサーチップ１６を搭載し、真空雰囲気中で両者間を陽極接合または半田付けにより気密接合する。これを外部端子を有する樹脂ケース内１８の底面に接着剤で接着し、センサーチップと外部端子とを金属ワイヤ線９でボンデイングした後、シリコーンゲル２０を注入塗布してセンサーチップ及び金属ワイヤの表面を封止する。その後、導圧孔２２、及び外部接続用コネクタ端子を備えた樹脂ケース内に収納し、かつセンサーチップを組み込んだ樹脂ケースより引き出した外部リード１９を外ケースのコネクタ端子８によって溶接接続した後、測定圧の導圧空間を除いて外ケースの開放面と前記樹脂ケースとの空間を封止樹脂２６で充填することによって組立て構成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構造は上記に示すように、電子部品が搭載された電子回路基板、この電子回路基板と電気的に接続した接続用金属端子を有するコネクタ、電子回路基板を収納するケース、シリコーンゲルやエポキシ樹脂などの保護樹脂及び／またはキャップを有することが、次のような問題がある。
【０００８】
自動車は居住性向上の観点から、エンジンルームは狭くして車室空間を広くする傾向にある。そのため、コントロールユニットに対しても小型化、薄型化が求められるようになったが、従来の構造はケースに電子回路基板を収納する構造であるために、モジュールが大きく、かつ厚くなる傾向にあり、この要求を満足できなくなっている。
【０００９】
この問題を改善するために、図９の（ａ）に示すような電子回路基板とコネクタとを一体的に結合する樹脂形成タイプの電子回路装置が特開平７−２２７２２号公報に記載されている。この公報では、図９の（ｂ）に示すように、保護樹脂の形成方法として、真空状態に保った型内にペースト状樹脂を流し込んだ後、加熱硬化する低圧成形法が提案されている。
【００１０】
しかし、この方法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。
【００１１】
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。
【００１２】
また、放熱用の金属板上に電子回路基板や電子回路を搭載する電子回路装置では、コネクタや放熱用金属板の位置決めが難しいため、実質上、真空低圧成形法が困難になる。さらに、圧力測定用の導圧孔を有する圧力センサーにおいても、センサー形状の点から真空状態を保つため、型構造が複雑となったり、センサーの外部ケースの位置決めが困難になる。
【００１３】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、電子回路基板や電子部品を被覆する保護層（樹脂層）としての樹脂の熱硬化時間が早くて量産性に優れ、かつ高真空に保たなくとも樹脂注入ができる電子部品の一体モールド構造を有する電気・電子モジュールを提供せんとするものである。
【００１４】
また、本発明は、電子回路装置の信頼性向上、小型軽量化、並びに低コスト化のための部材及び工数低減を図るために、低熱膨張性低吸湿性、及び高接着性の樹脂成形材料を用いて加熱加圧下による一体成形を行い、電子部品を搭載した回路基板と、少なくとも該コネクタの基板との接続面側との封止を同時に行う電気・電子モジュールとその成形方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コネクタ、電子部品、および電子回路基板を被覆する熱硬化性の樹脂層とを含む電子部品の一体モールド構造を有する電気・電子モジュールにあって、前記樹脂層の樹脂は熱硬化前の形態が４０℃以下の温度において固形であることを特徴とするものである。
【００１６】
更に具体的に述べる。
【００１７】
本発明においては、電子回路基板上に実装した電子部品及び、少なくともコネクタを電子回路基板に取り付けるところの取り付け部側（接続面側）に配置した金属リード、ワイヤ、フレキシブルな接続用導体等の接続線を完全に覆い隠すように封止するために用いる樹脂が、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であることを特徴としており、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、成形性と電気・電子モジュールの信頼性を同時に確保することができる。
【００１８】
さらに、このエポキシ樹脂成形材料（熱硬化樹脂）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熱可塑性樹脂で作られているコネクタとの接着性にも優れ、耐久試験において懸念される金属リード、ワイヤ、フレキシブルな接続用導体等の接続線の断線や剥離（電子回路基板、電子部品、接続線、コネクタ等と樹脂の剥離）は見られないため、信頼性向上には大きな効果がある。前記接着性が向上した理由のひとつとしては、成形温度が１５０〜１８０℃であるため、コネクタの樹脂とエポキシ樹脂との境界面に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。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。
【００１９】
本発明では、電子回路基板上に実装した電子部品及び、少なくともコネクタを電子回路基板に取り付けるところの取り付け部側（接続面側）に配置した金属リード、ワイヤ、フレキシブルな接続用導体等の接続線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；（８〜２５）×１０― 6／℃、
弾性率；（８〜２５）ＧＰａ、
ガラス転移温度；（８０〜１６０）℃、
であることを特徴とする。
【００２０】
これらの樹脂物性は、電子部品、電子回路基板、放熱金属板（放熱用金属ベース）の線膨張係数による差から発生する応力、または電子部品の電子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（８〜２５）×１０― 6／℃の範囲にある。
【００２１】
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（８〜２５）ＧＰａ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（８０〜１６０）℃が好適である。
【００２２】
本発明においては、自動車エンジン内またはエンジン上の実装ができる自動車用エンジンコントロールユニットまたは自動車センサー用電気・電子モジュールとして、少なくとも接続用金属端子を有するコネクタ、セラミックの電子回路基板、該電子回路基板上に実装された電子部品、及び該電子回路基板とコネクタとを電気的に接続する金属リード、ワイヤ、フレキシブルな接続用導体等の接続線を、硬化後の樹脂物性が、
線膨張係数；（８〜２５）×１０― 6／℃、
弾性率；（８〜２５）ＧＰａ、
ガラス転移温度；（８０〜１６０）℃、
の範囲にある樹脂を用いてコネクタと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。
【００２３】
また、このモジュールにおいては、放熱性を向上させるためにアルミニウムや銅、鉄（表面をメッキしたものも含む）などの放熱用金属ベースを有する構造も含むことができる。この放熱用金属ベース上に、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、またはアクリル樹脂などの接着剤を用いて電子部品を搭載した電子回路基板が接着される。
【００２４】
さらに、電子回路基板としてセラミック材を用いて、半導体ベアチップを金線ワイヤボンデイングまたは半田バンプによる電気的接合を行う本発明のモジュールにおいては、セラミックの電子回路基板上に搭載した半導体チップ部分のみを封止する硬質の第１絶縁層と、その上に第２の樹脂絶縁層として、電子回路基板に取り付けるところの取り付け部側（接続面側）と電子部品とを同時に封止するエポキシ樹脂絶縁層を形成することを特徴とする。
【００２５】
硬質の第１絶縁層は、封止樹脂とセラミックの電子回路基板との膨張係数の若干の違いによって発生する応力を直接に半導体ベアチップ（半導体チップ）へ伝えないために設けるものである。第１絶縁層を形成する樹脂としては、セラミックの電子回路基板と半導体チップの線膨張係数に近い（８〜２０）ｐｐｍ／℃の範囲の線膨張係数を有し、かつ弾性率が（１〜２０）ＧＰａの範囲にあるエポキシ樹脂、ポリアミドイミド樹脂、またはエポキシ樹脂を有するポリアミドイミド樹脂などが好適である。
【００２６】
なお、低弾性のシリコーンゴムやシリコーンゲルによる第１絶縁層形成は低応力には効果があるが、次の理由により本発明では用いない方が望ましい。即ち、加熱加圧成形法による第２樹脂絶縁層の形成において、圧力による絶縁層の変形のために金線ワイヤボンデイング部または半田バンプ接合部の変形や断線並びに剥離が発生する。
【００２７】
本発明においては、少なくとも接続用金属端子を有するコネクタ、樹脂の電子回路基板、該電子回路基板上に実装された電子部品、及び該電子回路基板とコネクタとを電気的に接続する金属リード、ワイヤ、フレキシブルな接続用導体等の接続線を有する自動車コントロールユニットを、硬化後の樹脂物性が、
線膨張係数；（８〜２５）×１０― 6／℃、
弾性率；（８〜２５）ＧＰａ、
ガラス転移温度；（８０〜１６０）℃、
の範囲にある樹脂を用いてコネクタと電子部品を加熱加圧下で一体モールド化することができる。樹脂の線膨張係数、弾性率、並びにガラス転移温度としては、前記に範囲にあることが好ましいが、これらの中で特に、線膨張係数は、樹脂の電子回路基板の線膨張係数（１５〜１７ｐｐｍ／℃）に近づけることによって一層の低応力化を図ることができるため、（１０〜２０）ｐｐｍ／℃が好適である。
【００２８】
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（５〜７０）ｋｇ／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。
【００２９】
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。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。
【００３０】
上記の構造において、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の物性を有しており、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、電気・電子モジュールの信頼性を向上することができる。特に、電子部品や電子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ため、信頼性を向上させるには有効である。また、前記のエポキシ樹脂成形材料は樹脂のコネクタとの接着性にも優れるため、モジュール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、接合のための金属ワイヤや半田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。
【００３１】
本発明においては、エポキシ樹脂成形材料を金型を用いて、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って加熱加圧成形するため、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、モジュール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。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００３３】
まず、第１の実施例について図１に沿って述べる。
【００３４】
図１の（ａ）〜（ｉ）は製造の工程を示している。
【００３５】
図１は、自動車用エンジンコントロールユニットの構造と実装・成形方法を示す。多層セラミックの電子回路基板１は、長方形（６０ｍｍ×６５ｍｍ）で表面にＳｎ／Ａｇ系はんだペースト材２を印刷する（ａ）。この電子回路基板１にチップ抵抗体、セラミックコンデンサ、アルミコンデンサなどのチップ部品３（電子部品）を自動搭載機にて搭載後、その電子回路基板１を最高温度２３０〜２５０℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う（ｂ）。
【００３６】
この後、フラックスを除去するために、炭化水素系溶剤にて電子回路基板１を洗浄して所定温度のもとで、所定時間の乾燥を行なう。その後、デイスペンサを用いてＡｇペースト接着剤を所定の箇所に塗布し、電子部品としての半導体ベアチップ４（半導体チップ）を搭載する。１５０℃の温度で１時間かけ、Ａｇペースト接着剤を硬化して半導体チップの電子回路基板への接合を完了する（ｃ）。
【００３７】
電子回路基板と半導体チップとの電気的接続を３０μｍ径の金（Ａｕ）ワイヤ５を用いて超音波併用熱圧着方式で行う（ｄ）。さらに、据え付け用の取り付け部分を有するアルミニウムなどの金属放熱板６（放熱用金属ベース）上に、上記の方法で部品搭載が済まされた電子回路基板を圧着した後、加熱硬化により接着（接着剤を介しての接着）を行なう（ｅ）。次に熱可塑性樹脂のコネクタ７と金属放熱板６とをシリコーン系接着剤を用いて１４０℃／３０分で同時接着させ一体化する（ｆ）。ここで用いる接着剤としては、シリコーン接着剤の他に、ゴム微粒子配合の低弾性のエポキシ樹脂接着剤も用いることができる。コネクタ７の外部端子８（接続用金属端子）と電子回路基板との接続は線径３００μｍのアルミワイヤ９（接続線）を用いて室温で超音波方式による接合によって行う（ｇ）。
【００３８】
こうして作ら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℃に加熱された金型１０内に挿入後、エポキシ樹脂成形材料１１を金型１０内に圧入する。エポキシ樹脂成形材料１１として、線膨張係数１４ｐｐｍ／℃、弾性率１５Ｇｐａ、ガラス転移温度１３５℃の硬化後の物性を有し、かつ熱硬化する前の形態が室温（４０℃以下）で固形の材料を用いる。成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２で３分間の成形により熱硬化が行なわれる（ｈ）。モジュールを金型から脱着させ（ｉ）、１５０℃３時間の後硬化を行うが、必要に応じては、後硬化を省くこともできる。
【００３９】
このようなモールド成形により、電子回路基板、電子部品、コネクタ７、ワイヤ５、アルミワイヤ９、金属放熱板６がエポキシ樹脂成形材料１１による樹脂層で被覆された一体モールド構造のモジュールに出来上がるのである。
【００４０】
上述したように熱硬化による樹脂層の成形は、短時間（３分間）で行なわれ、かつ成形用の金型内への樹脂成形材料の注入が圧力を加える押込みで行なわれる。このように樹脂層の成形時間が短かく、しかも樹脂成形材料の注入が簡単な押込みで出来るのは、熱硬化する前の形態が室温（４０℃以下）で固形の材料を用いたことによるものである。ペースト状樹脂を用いた従来のものは、熱硬化に費やす成形時間が数十分であるので、本発明は成形時間が格段に短く、量産性に優れているのである。また従来のものは、成形用の金型内を高い真空状態にしないと、ペースト状樹脂が金型内に入らないので、特殊なコンプレッサーを必要とする。本発明は、そのような特殊なコンプレッサーが不要なので成形装置が複雑にならないのである。
【００４１】
成形後のモジュールは、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本発明の自動車エンジンコントロールユニットが得られる。なお、プログラム書き込みは、トランスファモールド成形前に行うこともできる。
【００４２】
なお、本発明では、チップ部品（電子部品）の接合を、はんだの代わりにＡｇペースト接着剤を用いて行うことができる。この方法によれば、チップ部品と半導体ベアチップの電子回路基板上への搭載が一つの工程でできるため、工程数削減が可能となる。
【００４３】
このコントロールユニットは、従来構造である図５のものとは違って樹脂ケースを必要としないため、小型で、かつ薄型となっていることが分かる。信頼性においても、従来構造と同等、またはそれ以上の特性を有することが確認されている。
【００４４】
またコネクタ７の樹脂は、樹脂層の熱硬化温度よりも高い融点の熱可塑性樹脂を用いているので、樹脂層の熱硬化に際し、コネクタ７が融解して変形するようなことが生じない。変形がないので、コネクタ７へのコンセントの着脱に支障を来たさない。
【００４５】
さらにコネクタ７の樹脂は熱可塑性樹脂を用いているので、熱硬化性樹脂とは違い外部端子８（接続用金属端子）との境界部分に成形バリが出来なく、コンセントの着脱に支障を来たさない。
【００４６】
次に図２に示す第２の実施例について説明する。
【００４７】
図２は、第２の実施例と同様な自動車用エンジンコントロールユニットの構造と実装・成形方法を示す。
【００４８】
図２の（ａ）は電子部品と半導体チップを搭載した電子回路基板を示している。搭載の組み立て手順は、第１実施例の図１の（ａ）〜（ｅ）と同じである。
【００４９】
第１実施例との主なる違いは、半導体チップを予め、液状エポキシ樹脂で被覆して置くところである。
【００５０】
さて、電子回路基板（セラミック）１上に搭載した半導体ベアチップ４のみを、線膨張係数１３ｐｐｍ／℃、弾性率１３ＧＰａ、ガラス転位温度１５０℃の液状エポキシ樹脂１２（熱硬化の樹脂）で封止後、１００℃１時間＋１５０℃１時間の条件で加熱硬化を行う（ｂ）。この熱硬化の樹脂層は、後述する樹脂層の下になる下樹脂層で第一絶縁層と言う。
【００５１】
その後、アルミニウムなどの金属放熱板６（放熱用金属ベース）上に、上記の方法で電子部品を搭載した電子回路基板を圧着した後、加熱硬化により接着（接着剤を介しての接着）する（ｃ）。
【００５２】
次に樹脂のコネクタ７と金属放熱板６とを低弾性のエポキシ系接着剤を用いて１５０℃６０分で同時接着させ一体化する（ｄ）。次に、樹脂のコネクタの外部端子８（接続用金属端子）と電子回路基板との接続は線径３００μｍのアルミワイヤ９（接続線）を用いて室温で超音波方式による接合によって行う（ｅ）。最終的に、このモジュールを実施例１と同じエポキシ樹脂成形材料１１と成形条件を用いてトランスファモールドを行うことによって、本発明の自動車エンジンコントロールユニットを得る（ｆ）。エポキシ樹脂成形材料１による樹脂層で被覆された一体モールド構造のモジュールに出来上がるのである。
【００５３】
こうして得られたコントロールユニットは、第1の実施例と同様に小型、薄型となっている。信頼性も実施例１で得られたユニットよりも優れていることを確認している。
【００５４】
なお、エポキシ樹脂成形材料１による熱硬化の樹脂層を第二絶縁層と言う。この第二絶縁層と第一絶縁層による二重の絶縁層で半導体チップのところが被覆されている。半導体チップのワイヤボンデング部分が液状の第一絶縁層で先に封止され、第二絶縁層（エポキシ樹脂層）からの応力が緩和される。これにより、ワイヤボンデングの断線や変形が抑制され、信頼性も実施例１で得られたユニットよりも優れていることを確認している。
【００５５】
次に図３に示す第３の実施例について説明する。
【００５６】
図３は、電子回路基板として樹脂プリントの電子回路基板を用いたセンサーコントロールユニットの構造と実装並びに成形方法を示す。
【００５７】
図３において、ガラス転位温度１３０℃、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃の物性を有する（８０×３５）ｍｍの２層樹プリントの電子回路基板１３の片面上にＳｎ／Ｐｂ共晶はんだペースト材２を印刷する（ａ）。この電子回路基板に、チップ抵抗体、セラミックコンデンサ、アルミコンデンサなどのチップ部品３（電子部品）と半導体パッケージ１４を自動搭載機にて搭載後、電子回路基板を最高温度（２１０〜２４０）℃のリフロー炉内に通過してはんだ接合を行う（ｂ）。フラックスを除去するために、炭化水素系溶剤にて電子回路基板を洗浄して所定温度、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。その後、ピン挿入型電子部品と樹脂のコネクタ７の端子リードを電子回路基板のスルーホールに挿入後、電子回路基板の裏面をフロー半田にて電子回路基板との接合を完了する（ｃ）。この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１０内に挿入後、線膨張係数１５ｐｐｍ／℃、弾性率１３Ｇｐａ、ガラス転移温度１５５℃の硬化後の物性を有する室温で固形のエポキシ樹脂成形材料１１を用いて、成形圧力３０ｋｇ／ｃｍ２において３分間で成形を行う（ｄ）。モジュールを金型から脱着させた後（ｅ）、プログラム書き込み及び電気導通検査を経て、本発明の自動車センサーコントロールユニットを得る。
【００５８】
こうして得られたセンサーコントロールユニットは、従来構造である図７と比べて、樹脂ケースが省略できるため、小型で、かつ薄型となっていることが分かる。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、正常な動作を示すという優れた特性を有する。
【００５９】
次に図４に示す第４の実施例について説明する。
【００６０】
図４は、本発明による自動車用圧力センサーの構造と実装、成形方法を示す。
【００６１】
図４において、ガラス台１５の上にセンサーチップ１６をダイヤフラム１７が下向きになるようにして配置し、両者を真空中で接合温度４５０℃、印加電圧４００Ｖ，電圧印加時間３００秒の条件の元に陽極接合によって気密接合する（ａ）。この組み品を外部リード１９と開口部を有する樹脂ケース材上１８にシリコーン系接着剤を用いて接着させる（ｂ）。接着材の硬化条件は１４０℃、３０分である。次に、センサーチップ１６と外部リード１９をワイヤ９を用いて超音波併用熱圧着方式により、ボンデイング接合する（ｃ）。その後、シリコーンゲル２０を用いてガラス台１５、センサーチップ１６及びアルミなどの金属ワイヤ９を覆うようにして塗布し（ｄ）、１４０℃３０分の条件で硬化を行って、半導体圧力センサーユニット２１を得る。次に、測定圧力の導圧孔２２、コネクタ取り付け部、及び前記コネクタ受け部の中に突出した端子８を有するエンジン取り付け用樹脂ケースの中に、前記半導体圧力センサーユニットを、図４（ｅ）に示したように圧力センサーユニットの加圧面が導圧孔２２と向かい合うように配置し、この位置で樹脂ケース板４０から引き出した外部リード１９とコネクタ端子８との間を金属ワイヤ９を用いてボンデイング接合して樹脂の電子回路基板を有するセンサー組立体を得る。さらに、このセンサー組立体を、トランスファモールド機内の金型１０内に装着した後、導圧孔に通じる樹脂ケースの開放面を除いて、樹脂ケースの外周と外ケースとの間の隙間をエポキシ樹脂成形材料１１で充填、封止する｛（ｆ）、（ｇ）｝。この時に使用するエポキシ樹脂成形材料の硬化後の物性は線膨張係数が１２ｐｐｍ／℃、弾性率が２０ＧＰａ、ガラス転位温度が１２０℃である。成形条件としては、成形圧力が２０ｋｇ／ｃｍ２、成形温度１７５℃、成形時間が９０秒である。得られた圧力センサーは、キャップ無しでも気密性の高い製品となるばかりではなく、短時間に成形できるため生産性にも優れる。
【００６２】
上記実施例で述べた発明の良さをまとめて説明する。
【００６３】
電子部品と電子回路基板の封止、コネクタとの接着、及び電気・電子モジュール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樹脂ケース、キャップ、シリコーンゲルなどが不要となり、部品点数の削減と工数低減に効果がある。樹脂ケースやキャップの省略、及び封止面積の最少化は、モジュールの小型、薄型化を図る上で効果が大きい。また、エポキシ樹脂成形材料（熱硬化樹脂）は室温で固形であるため、取り扱いが容易である。しかも、室温で固形である熱硬化樹脂は、室温でペースト状の熱硬化樹脂とは違い、トランスファモールド成形法やコンプレッション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。それに加え、成形用の金型内を高い真空状態にしなくとも樹脂の注入が出来るので、特殊なコンプレッサーを必要とせず、生産設備が安価になる。本発明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樹脂物性を有するため、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、しかも優れた外観を得ることができるという効果がある。
【００６４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、樹脂の熱硬化時間が早くて量産性に優れ、かつ高真空に保たなくとも樹脂注入ができる電子部品の一体モールド構造を有する電気・電子モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係わるもので、自動車用エンジンコントロールユニットの構造と実装・成形方法を示す断面図。
【図２】本発明の別の実施例に係わるもので、自動車用エンジンコントロールユニットの構造と実装・成形方法を示す断面図。
【図３】本発明の別の実施例に係わるもので、回路基板として樹脂プリント基板を用いたセンサーコントロールユニットの構造と実装並びに成形方法を示す断面図。
【図４】本発明の別の実施例に係わるもので、自動車用圧力センサーの構造と実装、成形方法を示す断面図。
【図５】従来の自動車用エンジンコントロールユニットの構造を示す断面図。
【図６】従来のパワー半導体モジュールの構造を示す断面図。
【図７】従来の自動車または民生用で採用されている電子回路装置の構造を示す断面図。
【図８】従来の圧力センサーモジュールの構造を示す断面図。
【図９】従来の電子回路基板とコネクタとを一体的に結合する樹脂形成タイプの電子回路装置の構造と成形方法を示す断面図。
【符号の説明】
１…セラミックの電子回路基板、２…はんだペースト材、３…チップ部品、４…半導体ベアチップ、５…Ａｕワイヤ、６…金属放熱板、７…樹脂のコネクタ、８…コネクタ端子リード、９…アルミワイヤ、１０…金型、１１…室温で固形のエポキシ成形材料、１２…液状エポキシ樹脂、１３…樹脂の電子回路基板、１４…半導体パッケージ、１５…ガラス台、１６…センサーチップ、１７…ダイヤフラム、４０…樹脂ケース板、１９…外部リード、２０…シリコーンゲル、２１…半導体圧力センサーユニット、２２…導圧孔、２３…キャップ、２４…パワー半導体素子、２５…制御用集積回路素子、２６…封止または保護樹脂、２７…空気排出路。
Claims (3)
- 自動車を制御するための電子部品と、
前記電子部品を搭載した樹脂プリント電子回路基板と、
前記樹脂プリント電子回路基板の電子回路に接続され、該電子回路と外部回路との間を電気的接続するための端子を有する熱可塑性樹脂で形成されたコネクタと、
前記電子部品、前記樹脂プリント電子回路基板、及び、前記コネクタの一部を被覆するエポキシ樹脂とを有する電気・電子モジュールであって、
さらに前記樹脂プリント電子回路基板に前記電子部品を搭載した主面に対向する主面において、前記樹脂プリント電子回路基板に搭載される放熱用金属ベースを有し、
前記放熱用金属ベースは、据え付け用の取り付け部分を有し、該取り付け部分の凸部において、前記樹脂プリント電子回路基板と接触しており、
前記エポキシ樹脂は、無機質フィラを含み、トランスファモールド成形により一体的に形成されるものであり、
前記放熱用金属ベースのうち、前記樹脂プリント電子回路基板が搭載された主面は、前記エポキシ樹脂で被覆されており、
前記樹脂プリント電子回路基板が搭載された前記主面と対向する前記主面は、前記エポキシ樹脂の非被覆領域になっていることを特徴とする電気・電子モジュール。 - 請求項１記載の電気・電子モジュールにおいて、
前記放熱用金属ベースは、前記取り付け部分の前記凸部において、接着材を介して前記樹脂プリント電子回路基板に搭載されていることを特徴とする電気・電子モジュール。 - 請求項１または２記載の電気・電子モジュールにおいて、
前記コネクタは樹脂で形成されており、
前記コネクタの樹脂は、前記エポキシ樹脂の熱硬硬化温度よりも高い融点を有することを特徴とする電気・電子モジュール。
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