专利名称：组件装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有对在基板上安装的电子部件进行树脂密封后结构的组件装置及其制造方法，尤其涉及适用于汽车用的各种控制单元或传感器组件的组件装置及其制造方法。
背景技术：
以往，汽车的各种控制单元(例如发动机控制单元、电动机控制单元、自动变速机控制单元等)，被配置在车室内或发动机室内。作为这些控制单元的结构，一般来说为在印刷基板上安装电子部件，将该印刷基板固定在金属基底上，再用罩盒(cover case)覆盖的结构。
近年来，研究将控制单元直接安装在进气歧管(intake manifold)等上的形式，即置于发动机上(onengine)形式的控制单元。采用印刷基板的控制单元，由于耐热性为120℃左右，因此不能适用于置于发动机上形式。由于采用陶瓷基板的控制单元耐热性高，因此可采用置于发动机上形式，但价钱稍高。此外，作为置于发动机上形式，不仅需要高耐热性，而且在车室内或发动机内形式的装置以外还要求耐振动性或完全气密防水性。还有，这些要求，不仅对置于发动机上形式的控制单元，而且对传感器组件(例如压力传感组件或空气流量计组件等)也要求。
为了满足这些要求，作为采用印刷基板、可适用置于发动机上形式的组件装置的结构，公知例如特开2001-288333号公报中所述那样，通过递压模具安装将外部导线端子与基板一体成形的结构。此外，公知例如特开平7-22722号中所述那样，通过将膏状树脂加热固化的低压(减压)成形法，将连接器与基板一体成形的结构。
另一方面，由于汽车用的各种控制单元或者传感器组件因为要求高功能高性能，因此需要高速多位处理系统的CPU微型计算机。伴随该动向，微型计算机作为封装形式，也越来越应用由多针小型薄型的球栅阵列(BGA)和芯片级封装(CSP)构成的装置。对微型计算机以外的半导体芯片，也正在从高密度安装这点扩大到适用BGA或CSP。尤其，由于能够用晶片级(wafer lever)封装的CSP，也可期待成本降低效果，因此今后可广泛被适用。
作为包括这种BGA或CSP的各种电子部件的安装方法，公知例如如特开2002-368183号公报所述那样，在真空状态中所保持的模具内，通过递压模具将与连接器的导线电连接的基板进行树脂密封的方法。
但是，如特开2001-288333号公报中所述的结构，由于外部导线端子处于与电子部件的树脂密封面相同的位置，因此需要不干涉外部导线端子的递压模具用的模具结构、在成型时从导线端子与模具间隙容易产生树脂毛刺，从而产生处理性困难、生产性低下的问题。
此外，特开平7-22722号公报中所述的结构，由于需要用于保持真空状态的特别模具结构或装置，采用膏状树脂作为保护树脂，因此存在下述问题固化时间为数十分钟以上，从成型到取出制品为止的时间长。还有，由于热膨胀系数与电子电路基板和电子部件一致的保护树脂，固化前的膏状树脂粘度非常高，因此对树脂注入需要高真空，存在生产性劣化的问题。
还有，在特开2002-368183号公报中所述的方法，由于与外部的连接端子采用外部导线，因此在端子数目多的情况下，存在组件为大型的问题。尤其，汽车或船舶用组件装置中，从与连接用接收连接器连接的点开始，导线具有宽度宽且变厚的倾向，由于现有的递压模具法中难以并联连接外部端子导线，因此存在大型化的倾向。
此外，上述的3个现有技术中，由于密封树脂层到基板的高度一定，因此在采用铝电解电容器等较高的部件时，实际的密封树脂层也为10mm以上，非常厚。这也成为电子机器或组件产生较大的弯曲或产生对电子部件的应力的要因。尤其，产生下述问题发生安装时的电子机器或组件的龟裂破断或剥离，温度循环试验或热冲击试验等中的可靠性低。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可提高生产性、进行小型化，并提供可靠性的组件装置及其制造方法。
为了达到上述目的，本发明在具有连接器，其具有连接用金属端子；和电路基板，其安装了电子部件，通过金属导线连接所述连接器和所述基板的组件装置中，按照下述方式形成(A)通过同一热固化性树脂对与所述连接器的基板连接的面侧、所述金属导线和所述电子部件进行密封；(B)所述热固化性树脂，固化前的形态在40℃以下的温度为固态；(C)密封所述电子部件的热固化性树脂的厚度，根据所述电子部件的高度的变化而形成。根据上述结构，可提高生产性，可小型化同时提高可靠性。
此外，为了达到上述目的，本发明在具有连接器，其具有连接用金属端子；和电路基板，其安装了电子部件，通过金属导线连接所述连接器和所述基板的组件装置中，(A)通过同一热固化性树脂对与所述连接器的基板连接的面侧、所述金属导线和所述电子部件进行密封，(B)所述热固化性树脂，固化前的形态在40℃以下的温度为固态，(C)密封所述电子部件的热固化性树脂的厚度，形成为根据所述电子部件的高度而变化，(D)所述连接器，配设在相对密封所述电子部件的所述热固化性树脂面垂直或者相面对的面上。根据上述结构，可提高生产性，可小型化同时提高可靠性。
此外，为了达到上述目的，本发明在通过树脂铸模对具有连接用金属端子的连接器、安装了包括BGA或CSP的电子部件的电路基板、和连接所述连接器和所述基板的金属导线进行密封的组件装置的制造方法中，在成形压力5～70kg/cm2，成形温度150～180℃的范围中，通过低压递压模具成形机或者压缩成形机，或者在成形压力20～100kg/cm2，成形温度150～180℃的范围中，通过射出成形机，采用固化前的形态在40℃以下的温度中为固态的所述热固化性树脂，通过同一热固化性树脂对与所述连接器的基板连接的面侧、所述金属导线和所述电子部件进行密封，此时，按照对所述电子部件进行密封的热固化性树脂的厚度，根据所述电子部件的高度而变化的方式进行密封。根据上述方法，可提高生产性，可小型化同时提高可靠性。
图1A～图1E是表示有关本发明的第1实施方式的组件装置的制造方法的工序图。
图2A～图2G是表示有关本发明的第2实施方式的组件装置的制造方法的工序图。
图3A～图3F是表示有关本发明的第3实施方式的组件装置的制造方法的工序图。
图4A～图4F是表示有关本发明的第4实施方式的组件装置的制造方法的工序图。
图5A～图5F是表示有关本发明的第5实施方式的组件装置的制造方法的工序图。
图6A～图6F是表示有关本发明的第6实施方式的组件装置的制造方法的工序图。
图7A～图7F是表示有关本发明的第7实施方式的组件装置的制造方法的工序图。
图8A～图8F是表示有关本发明的第8实施方式的组件装置的制造方法的工序图。
具体实施例方式
首先，采用图1A～1E，对本发明的第1实施方式的组件装置的构成及其制造方法进行说明。本实施方式的组件装置，是用作汽车、船舶、电动机用控制单元的装置，采用两层的树脂印刷基板作为电路基板。
图1A～1E，是表示本发明的第1实施方式的组件装置的制造方法的工序图。
如图1A所示，在两层树脂印刷基板1的一面上，印刷Sn/Pb共晶焊锡膏状材料2。树脂印刷基板1，是具有玻化温度130℃、线膨胀系数15ppm/℃的物性的100×70mm大小的基板。
接下来，如图1B所示，在基板1上，通过自动搭载机搭载芯片电阻体、陶瓷电容器等的高度低的芯片部件3A、铝电容器等的高度高的芯片部件3B和半导体封装4后，将基板1通过最高温度210～240℃的回流炉内后，进行软钎焊。
而且，为了除去助焊剂，用碳化氢系溶剂洗净基板1，以规定温度、规定时间进行干燥。这里，在使用无需洗净用的焊锡助焊剂的情况下，能够省略电子部件搭载后的洗净工序。
接下来，如图1C所示，将管脚插入型电子部件5和树脂连接器6的端子导线7插入树脂基板1的通孔后，用回流焊锡完成树脂基板1与基板1的背面的接合。树脂连接器6，具有连接用的金属端子，其金属端子的另一方的端部，成为金属导线7。
接下来，如图1D所示，将由图1C的工序制造的组件插入配置在递压模具机中的165℃的模具8内后，在具有线膨胀系数15ppm/℃、弹性模量13GPa、玻化温度155℃的固化物物性的室温下采用固态环氧树脂成形材料9，在成形压力30Kg/cm2中以3分钟期间进行递压模具成形。
此时，模具8的内部的高度，根据搭载在基板1上的部件的高度而改变。即安装连接器6的部分，与连接器6的高度相同。芯片电阻体，搭载陶瓷电容器等的高度低的芯片部件3A、半导体封装4、管脚插入型电子部件5的位置中的模具内部的高度，比连接器6的部分的高度低。但是，搭载作为高度高的部件的铝电容器那样的芯片部件3B的位置，比半导体封装4和管脚插入型电子部件5的位置，提高模具的内部的高度。即在搭载铝电容器那样的高度高的芯片部件3B的位置上，在上侧的模具内部形成凹坑。
最后，如图1E所示，使由树脂9密封的组件可从模具8拆装。并且，经过程序写入及电气通道检查，得到本实施方式的控制单元。
根据以上那样的构成，本实施方式的控制单元，能够通过一个种类的环氧树脂成形材料同时进行电子部件和电路基板的密封、与连接器的粘接以及控制单元整体的结构体的成形，不需要以往采用的金属或者树脂壳体、盖子、电子部件防湿用覆盖膜等，能够削减部件个数，而且也能减少工时。
还有，能够省略树脂壳体和盖子，而且，由于能够将密封面积最少化，因此能够将控制单元小型化，并且能够薄型化。
此外，由于环氧树脂成形材料在室温下为固态，因此容易处理，而且能够通过递压模具成形法、压缩成形法或者射出成形法由加热加压短时间成形，能够活用已有的廉价的生产设备，并且可大幅缩短工作时间。
本实施方式中采用的环氧树脂形成材料具有与以往的半导体密封材料相同的特性，因此具有低热膨胀性、低吸湿性及高粘接性，能够实现成形后的电气·电子组件的高可靠性。
此外，由于为采用模具的加压成形法，因此可使制品外形形状自由化，而且通过使树脂密封层的厚度根据电子部件的高度而变化，能够减小弯曲和应力，可提高可靠性。
通过按照如上那样构成，本实施方式的控制单元，比以往能够变地小型且薄型。此外，关于可靠性，即使-40℃～130℃的热冲击试验中2000周期以上、85℃85％的高温高湿试验中2000小时以上，也能具有正常动作这样的优良特性。
包括以上说明的本实施方式的组件装置的本发明的特征的点，如下所述。
在本发明中，在安装电子部件的基板(树脂印刷基板或柔性基板)上，以连接连接器的金属导线的状态，进行树脂密封并构成组件装置。这里，具有下述特征1)密封树脂为热固化性树脂，采用该密封树脂，按照覆盖安装在电路基板上的电子部件和与连接器连接的金属导线的方式进行密封；2)密封树脂，固化前的形态为40℃以下的温度中为固态(即不采用常温为液体状态或膏状的密封树脂)；3)形成为密封上述电子部件的热固化性树脂的厚度，根据电子部件的高度而变化。
更具体地进行说明。在本发明中，作为用于按照覆盖安装在电路基板上的电子部件以及配置在与连接器的基板连接面侧的金属导线(或者布线)的方式进行密封的密封树脂，是指包括无机质填充物的、40℃以下固态的环氧树脂成形材料。该环氧树脂，可以使用与通常的树脂密封型半导体装置用密封材料相同材料。
该固态环氧树脂成形材料，是最适于在加热加压下进行一体成形的密封树脂，能够同时确保成形性和控制单元的可靠性。此外，不仅加热加压下。如果同时采用减压的方法，则对减小密封树脂中的空隙有较大效果，能够实现大幅提高可靠性。
而且，该环氧树脂成形材料，对于由聚对苯二甲酸丁二醇酯、尼龙或者聚苯硫醚等构成的树脂连接器之间的粘接性也较优良。此外，由于没有发现连接器的金属导线(或者布线)和柔性基板的断线或剥离，因此提高了可靠性。作为提高粘接性的理由之一，可例举出由于成形温度在150℃以上，产生连接器树脂的界面与环氧树脂之间的分子的缠绕，形成强固的粘接界面。如果成形温度低于150℃，则树脂的粘度高、成形性降低。成形温度的上限，根据将电子部件等固定在电路基板上的焊锡材料而不同。采用PbSn共晶焊锡的情况下，成形温度的上限优选为比PbSn共晶焊锡的熔点(183℃)更低温的180℃以下。在采用Pb回流焊锡的情况下，优选成形温度的上限为220℃以下。
作为在环氧树脂成形材料中所包含的无机质填充物，可以利用熔融二氧化硅、结晶性二氧化硅、氧化铝，氧化镁、一氮化硼、氮化硅、碳化硅等的破碎状或者球状的至少一种以上。
作为环氧树脂成形材料，具有由环氧树脂和酚醛树脂固化剂构成的组成，能够从下述材料的组合中得到在40℃以下为固态的邻甲酚型环氧树脂、具有联苯骨架的环氧树脂、具有二环戊二烯骨架的环氧树脂、具有萘骨架的环氧树脂或者双酚A型环氧树脂等；和苯酚酚醛清漆型树脂、邻甲酚酚醛清漆树脂、具有二环戊二烯骨架的酚醛树脂或者具有萘骨架的酚醛树脂等的组合。此外，由于环氧树脂成形材料中实现低弹性模量化的低应力化，因此可包含硅橡胶或硅油或丁二烯系橡胶等的低应力化材料。
还有，在本发明中，作为安装在电路基板上的电子部件已经配置在与连接器的基板连接面侧的金属导线(或者布线)或者柔性基板的密封树脂，其固化后的树脂物性的特征在于线膨胀系数8～25ppm/℃，弹性模量8～30GPa，玻化温度80～200℃。
这些树脂物性，是为了降低由电子部件、电路基板、放热金属板的线膨胀系数的差产生的应力、或者向电子部件的电路基板的软钎焊等的接合部分的应力而被决定的，由于线膨胀系数需要尽可能地与这些部件的线膨胀系数接近，因此本发明中处于8～25ppm/℃的范围。此外，由于本发明的电气·电子组件中，使用线膨胀系数不同的电子部件和各种部件，因此为了低应力化，除了对线膨胀系数的规定外，还优选低弹性模量化，但为了确保成形时的模具离型性，弹性模量处于8～30Gpa的范围中。从低应力化的角度来看，玻化温度优选低的方，但从成形时的模具离型性或组件的耐热性的角度来看，优选80～200℃。
在本发明的控制器单元中，具有根据电子部件的高度改变对搭载在树脂印刷基板或者印刷基板上的各种电子部件，进行密封的热固化性树脂层的厚度的特征。这是因为，对通过密封后的过热冷却产生的单元的弯曲和热膨胀系数不同所引起的应力的减小具有大的效果。如上所述，通过使热固化性树脂的线膨胀系数接近树脂印刷基板或柔性基板的线膨胀系数，而能够实现减小应力，但由于难以与搭载在基板上的连接器部件和各种电子部件(封装、铝电解电容器、电阻、电容器)所具有的所有线膨胀系数一致，因此通过根据电子部件的高度改变树脂密封层的厚度来减小弯曲和应力。作为该密封树脂层的厚度，优选从各电子部件的顶点开始为0.5mm～6.0mm之间。如果不到0.5mm，则热固化性树脂的成形时的流动性显著降低，此外如果超过6.0mm，则几乎看不到弯曲和应力减小的效果。
作为本发明中采用的电路基板，能够采用在环氧树脂、聚酰亚胺树脂或双马来酸酐缩亚胺三嗪树脂中配入玻璃纤维或无机填充物的树脂印刷基板或者聚酰亚胺、液晶聚合物构成的柔性基板的任一个。尤其在本发明中，以在发动机内或对置于发动机上也能适用的控制单元为目的，因此期望电路基板的玻化温度为150℃以上。现有的称作FR-4的玻化温度为120～130℃的基板中，如果控制单元的耐久环境为130℃以上，则基板的厚度方向(Z方向)的热膨胀系数急剧变高，容易产生基板内的通孔断线。与此相对，通过使玻化温度为150℃以上，即使在置于发动机上等的高温使用环境下，也能抑制基板的线膨胀系数的变化，因此能够大幅提高可靠性。
本发明中，在电路基板上也用热固化性树脂密封，因此即使在150℃以上的高温中也不受氧化的影响，从而也具有能够大幅抑制基板或材料的热劣化或变质而引起的变色或特性劣化的特征。因此，可适用于高耐热用控制单元领域。
本发明的特征在于，在加热加压下使连接器与各种电子部件一体组件化的结构，但具有连接用金属端子的连接器的配置，具有对密封各种电子部件的热固化性树脂面配设为直角的特征。此外，如下文所述的实施方式所说明那样，连接器的配置，也具有配设在与密封各种电子部件的热固化性树脂面相对的面上的特征。该结构，由于能够采用现有的结构作为热固化性树脂的成形用模具结构，因此容易进行设计与生产。
此外，本发明，是以电连接电路基板和连接器的金属端子，插入到电路基板的通孔后，用焊锡或者导电性粘接剂进行固定为特征的结构。在该结构中，从下述点来看可极大地提高通用性能够使用标准化的市面出售的价廉、具有多管脚、或者并列排列管脚结构的各种连接器；金属端子与基板之间的连接采用焊锡或者导电性粘接剂并能够在短时间进行。
本发明中的连接器与电子部件的一体组件结构的成形，在成形压力为5～70kg/cm2、成形温度为150～180℃的范围中，采用低压递压模具成形机或压缩成形机而进行。它们的成形条件，根据以下的理由与树脂密封形半导体装置的成形条件(170～180℃、70～100kg/cm2)相比，具有低压且低温的特点。即为了在成形时防止连接器的变形，需要70kg/cm2以下的低压成形，或者电子部件与电路基板之间的接合通过Sn/Pb共晶焊锡进行的情况下，Sn/Pb共晶的熔点为183℃，因此需要在比该温度低的170℃以下进行成形。还有，在采用Pb回流焊锡的情况下，优选成形温度的上限为220℃以下。但是，反过来，成形压力小于到5kg/cm2时，在树脂中产生空隙或树脂充填不足，还有成形温度未达到150℃，通过树脂固化不足成形时间变为5分以上、生产性极度恶化等的角度来看，作为成形条件优选上述的范围。此外，本发明中，在减压模具全体的状态下，在上述条件下能够采用低压递压模具成形机或压缩成形机进行一体成形。
作为本发明中的连接器与电子部件的一体铸模(mold)成形法，可采用热固化性树脂的射出成形机所执行的射出成形法。作为该情况的成形条件，成形压力处于20～100kg/cm2、成形温度处于150～180℃的范围中。尤其成形压力需要比作为现有的射出成形压力的数百～数千kg/cm2更小。射出成形法，是适于成形大型的控制单元的成形法。
如上所述，本发明中，将电子部件与连接器进行一体铸模的环氧树脂成形材料，具有与作为用于树脂密封型半导体装置使用的密封材料相同的固化物物性，具有低热膨胀性、低吸湿性及高粘接性，且由于油性杂质低，因此能够提高控制单元的可靠性。尤其，能够自由选择与电子部件和电路基板的线膨胀系数相近的材料，还有由于通过根据电子部件的高度改变树脂密封层的厚度而减小弯曲或压力，因此能够提高可靠性。此外，由于环氧树脂成形材料与树脂连接器之间的粘接性也优良，因此对提高作为单元的框体结构的可靠性也有大效果。还有，由于电子部件及用于连接、接合的金属导线和焊锡或导电粘接剂接合部通过环氧树脂成形材料的密封而被固化，具有优良的耐振动性和温度循环或者热冲击试验时的耐接合疲劳性。
在本发明中，由于采用模具进行环氧成形材料的递压模具法或压缩法的加热加压成形，因此与采用液状的树脂的情况相比，提高了生产性。此外，由于能够由模具形状决定单元外形，因此与采用壳体材料的情况相比，能够容易实现组件的小型化和薄型化。
下面，采用图2A～2G，对本发明的第2实施方式的组件装置的构成及其制造方法进行说明。本实施方式的组件装置，作为汽车、船舶、电动机用控制单元被使用，作为电路基板使用4层树脂印刷基板。
图2A～2G，是表示本发明的第2实施方式的组件装置的制造方法的工序图。还有，与图1相同的符号，表示相同部分。
如图2A所示，在具有玻化温度170℃、线膨胀系数15ppm/℃的物性的90×70mm的4层树脂基板1A的单面上印刷Sn/Pb共晶焊锡膏状材料2。
接下来，如图2B所示，在电路基板1A上，通过自动搭载机搭载芯片电阻体、陶瓷电容器等的芯片部件3C后，将基板通过最高温度210～240℃的回流炉内后，进行软钎焊。
还有，如图2C所示，使电路基板1A的上下反转，在电路基板1A的另一方面上涂布Sn/Pb共晶焊锡膏。
接下来，如图2D所示，通过自动搭载机搭载芯片电阻体、陶瓷电容器等的芯片部件3C、铝电容器等的芯片部件3B和半导体封装4后，进行执行再回流的软钎焊。
接下来，如图2E所示，将管脚插入型电子部件5和树脂连接器6的端子导线7插入树脂基板1A的通孔后，用回流焊锡完成树脂基板1与基板1的背面的接合。
接下来，如图2F所示，将由图2E的工序制造的单元插入配置在递压模具机中的165℃的模具8内后，在具有线膨胀系数12ppm/℃、弹性模量20GPa、玻化温度125℃的固化物物性的室温下采用固态环氧树脂成形材料9，在成形压力30Kg/cm2中以3分钟期间进行成形。
并且，如图2G所示，使单元可从模具8脱离后，经过程序写入及电气通道检查，得到本实施方式的控制单元。
根据以上那样的构成，本实施方式的控制单元，能够比以往小型且薄型。此外，所得到的控制单元的可靠性即使在-55℃～150℃的热冲击试验中1200周期以上、85℃85％的高温高湿试验中2000小时以上，也能具有正常动作这样的优良特性。由于该控制单元采用玻化温度170℃的树脂印刷基板，因此在-55℃～150℃的热冲击试验那样的可靠性严格的试验中也具有优良的特性。
接着，采用图3，对本发明的第3实施方式的组件装置的构成及其制造方法进行说明。本实施方式的组件装置，作为汽车、船舶、电动机用控制单元被使用，作为电路基板使用4层的树脂印刷基板。
图3A～3F是表示本发明的第3实施方式的组件装置的制造方法的工序图。还有，与图1、图2相同的符号，表示相同的部分。
如图3A所示，在具有玻化温度170℃、线膨胀系数15ppm/℃的物性的100×70mm的4层树脂基板1A的单面上印刷Sn/Ag/Cu系焊锡膏状材料2A。
接下来，如图3B所示，在电路基板1A上，通过自动搭载机搭载芯片电阻体、陶瓷电容器等的芯片部件3A、铝电容器等的芯片部件3B和计算机BGA封装11后，通过最高温度240～250℃的回流炉内后，进行软钎焊。
还有，如图3C所示，将管脚插入型电子部件5插入树脂基板1A的通孔后，采用回流焊锡进行与树脂基板的接合。之后，将连接器6A的端子导线7A插入树脂基板1A的通孔。
接下来，如图3D所示，通过回流焊锡完成连接器6A的端子导线7A和基板1A的背面与树脂基板的接合。
接下来，如图3E所示，将由图3D的工序制造的组件插入配置在递压模具机中的175℃的模具8A内后，在具有线膨胀系数15ppm/℃、弹性模量13GPa、玻化温度155℃的固化物物性的室温下采用固态环氧树脂成形材料9，在成形压力30Kg/cm2中以90秒期间进行成形。
接着，如图3F所示，使组件可从模具拆装后，经过程序写入及电气通道检查，得到本实施方式的汽车控制单元。
还有，在本实施方式中，也可采用在BGA搭载后使用底层填料(underfill)材料预先填充BGA的焊锡球间隙的方法。作为底层填料剂，使用包括无机充填剂的、室温下液状的丙稀树脂或环氧树脂或不包括无机填充剂的上述树脂，可采用80～150℃的条件作为固化温度。在采用底层填料材料的情况下，能够几乎完全抑制对BGA下的焊锡球间隙产生空隙。
根据上述那样的结构，本实施方式的控制单元，能够比以往小型且薄型。此外，所得到的控制单元的可靠性即使在-55℃～150℃的热冲击试验中1200周期以上、85℃85％的高温高湿试验中2000小时以上，也能具有正常动作这样的优良特性。
接下来，采用图4A～4F，对本发明的第4实施方式的组件装置的构成及其构成方法进行说明。本实施方式的组件装置，作为汽车、船舶、电动机用控制单元被使用，作为电路基板使用柔性基板。
图4A～4F是表示本发明的第4实施方式的组件装置的制造方法的工序图。还有，与图1、图2相同的符号，表示相同的部分。
如图4A所示，在具有玻化温度230℃、线膨胀系数12ppm/℃的物性的100×70mm的聚酰亚胺厚度75μm和两面Cu布线层35μm厚度的两层柔性基板树脂基板1B的单面上印刷Sn/Pb共晶焊锡膏状材料2。
接下来，如图4B所示，在基板1B上，通过自动搭载机搭载芯片电阻体、陶瓷电容器等的芯片部件3A、铝电容器等的芯片部件3B、微计算机BGA封装10和CSP13后，将基板通过最高温度210～240℃的回流炉内后，进行软钎焊。
接下来，如图4C所示，采用低弹性的粘着片将安装了电子部件的柔性基板1B与除去安装连接器部分的厚度3mm的铝基底14进行粘合。
之后，如图4D所示，将连接器6A的端子导线7A插入柔性基板1B的通孔部分后，采用环氧树脂和硅树脂系粘接剂以室温或者150℃以下的温度进行反粘接后，通过回流焊锡完成与树脂基板的焊丝接合。这里，连接器6A中，在基底14的接触面侧具有贯通部15A。
接下来，如图4E所示，将由图4D的工序制造的组件插入配置在递压模具机中的165℃的模具8内后，在具有线膨胀系数12ppm/℃、弹性模量20GPa、玻化温度125℃的固化物物性的室温下采用固态环氧树脂成形材料9，在成形压力30Kg/cm2中以3分钟期间进行成形。在这种情况下，在成形中按照环氧树脂成形材料也向连接器部分流动的方式，柔性基板1B具有贯通孔15B，经该贯通孔15B，树脂成形材料也流动到连接器6A的贯通部15A。
接下来，如图4F所示，使单元组件从模具装卸后，经过程序写入以及电导通检查，得到本实施方式的汽车控制单元。
通过按照如上那样构成，本实施方式的控制单元，比以往能够变地小型且薄型。此外，所得到的控制单元，具有将连接器配设在与由柔性基板构成的各种电子部件的树脂密封面相反侧的结构，其可靠性具有下述优良特性即使-55℃～150℃的热冲击试验中1200周期以上、85℃85％的高温高湿试验中2000小时以上，也能具有正常动作这样的优良特性。
接下来，采用图5A～5F，对本发明的第5实施方式的组件装置的构成以及其制造方法进行说明。本实施方式的组件装置，是用作汽车、船舶、电动机用控制单元的装置，采用四层的树脂印刷基板作为电路基板。
图5A～5F，是表示本发明的第5实施方式的组件装置的制造方法的工序图。还有，与图1、图2相同的符号，表示相同部分。
如图5A所示，在具有玻化温度170℃、线膨胀系数15ppm/℃的物性的100×70mm的4层树脂基板1A的单面上印刷Sn/Ag/Cu系焊锡膏状材料2A。
接下来，如图5B所示，在树脂基板1A上，通过自动搭载机搭载芯片电阻体、陶瓷电容器等的芯片部件3A、铝电容器等的芯片部件3B、微计算机BGA封装11和功率半导体封装16后，将基板通过最高温度240～250℃的回流炉内后，进行软钎焊。
接下来，如图5C所示，将连接器6的端子导线7插入树脂基板1A的通孔，在基板1A的背面通过回流焊锡完成与树脂基板的接合。
接下来，如图5D所示，采用粘着剂将厚度2mm的放热板Cu板17粘贴在搭载了功率半导体封装16后的部分的基盘1A的正下方。在此，作为放热板的金属，采用铝或表面Ni电镀的铁系金属，或者也可以采用配合热传导性的陶瓷填充物和金属纤维(或者填充物)的塑料复合体。
接下来，如图5E所示，将由图5D的工序制造的单元插入配置在递压模具机中的175℃的模具8内后，在具有线膨胀系数15ppm/℃、弹性模量13GPa、玻化温度155℃的固化物物性的室温下采用固态环氧树脂成形材料9，在成形压力30Kg/cm2中以90秒期间进行成形。在此，模具8的形状，配置BGA封装11和功率半导体封装16的位置中的高度，与配置芯片部件3A的位置的高度相同，但如图3所示，也可使配置BGA封装11和功率半导体封装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。
接下来，如图5F所示，使单元从模具8脱离后，经过程序写入以及电导通检查，得到本实施方式的汽车控制单元。
本实施方式的控制单元，为了确保放热性，在搭载发热功率半导体芯片的印刷基板的正下方，设置放热用的金属基底或者塑料复合体。作为放热用金属，能够使用铝、铁系、铜系材料的板、薄膜、箔。塑料复合体，可以采用配合碳纤维或碳粉、或氧化铝、四氮化三硅、一氮化硼、碳化硅等的热传导性陶瓷填充物的热可塑性树脂或热固化性树脂。此外，也能够采用将金属箔和薄膜贴里的塑料板或薄膜。作为在这些印刷基板的正下方，设置放热用的金属基底或塑料复合体的方法，能够采用下述的任一个方法采用粘着剂或着粘接剂，在室温或者通过加热向印刷基板压着并进行粘贴的方法；或只在印刷基板的正下方配置金属基底或塑料复合体，在铸模成形时将两者一体化的方法。
通过按照如上那样构成，本实施方式的控制单元，比以往能够变地小型且薄型。此外，所得到的控制单元，具有在基板正下方配设放热金属板的结构，其可靠性具有下述优良特性即使-55℃～150℃的热冲击试验中1200周期以上、85℃85％的高温高湿试验中2000小时以上，也能具有正常动作这样的优良特性。
接下来，采用图6A～6H，对本发明的第6实施方式的组件装置的构成以及其制造方法进行说明。本实施方式的组件装置，是用作汽车、船舶、电动机用控制单元的装置，采用四层的树脂印刷基板作为电路基板。
图6A～6H，是表示本发明的第6实施方式的组件装置的制造方法的工序图。还有，与图1、图2相同的符号，表示相同部分。
如图5A所示，在具有玻化温度170℃、线膨胀系数15ppm/℃的物性的100×70mm的4层树脂基板1A的单面上印刷Sn/Ag/Cu系焊锡膏状材料2A。并且，如图5B所示，在树脂基板1A上，通过自动搭载机搭载芯片电阻体、陶瓷电容器等的芯片部件3A、铝电容器等的芯片部件3B、微计算机BGA封装11和功率半导体封装16后，将基板通过最高温度240～250℃的回流炉内后，进行软钎焊。
还有，如图6A所示，将连接器6的端子导线7插入树脂基板1A的通孔，在基板1A的背面通过回流焊锡完成与树脂基板1A的接合。
接下来，如图6B、C所示，采用环氧树脂、丙烯酸树脂、硅树脂系的粘接剂或粘着剂，将厚度约1mm的表面Sn电镀的Cu系导线框18粘贴在树脂基板1A的正下方。在此，图6B为剖面图，图6C为图6B的俯视图。由于该Cu系导线框18不仅作为安装金属零件，而且作为放热用板使用，因此如图6C所示，具有贯通框内部的结构。导线框18，作为用于在汽车发动机室内或发动机上装着的安装夹具使用。
接下来，如图6D所示，将由图6C的工序制造的单元插入配置在递压模具机中的175℃的模具8内后，在具有线膨胀系数15ppm/℃、弹性模量13GPa、玻化温度155℃的固化物物性的室温下采用固态环氧树脂成形材料9，在成形压力30Kg/cm2中以90秒期间进行成形。
接下来，如图6E所示，使单元从模具8脱离后，如图6F所示，切断导线框18的剩余的部分(图6E中所示的左端部分或右端部分)。
并且，如图6G、H所示，通过剪裁进行导线框18的折弯加工。图6G为剖视图，图6H为图6G的左侧面图。折弯加工的导线框18，用作用于装着在汽车发动机室内或发动机上的安装夹具。最终，经过程序写入以及电导通检查，得到本实施方式的汽车控制单元。
还有，在本实施方式中，可采用预先将基板粘贴在金属导线框上后，进行各种电子部件和连接器的安装，通过铸模进行一体成形的方法。此外，也可采用下述方法采用预先将安装部分剪裁后的金属零件，在树脂铸模时将该金属零件安装在模具内后，与配设图5所示那样的放热板的单元同时成形的方法。
通过按照如上那样构成，本实施方式的控制单元，比以往能够变地小型且薄型。此外，所得到的控制单元，具有放热板和安装金属零件的结构，其可靠性具有下述优良特性即使-55℃～150℃的热冲击试验中1200周期以上、85℃85％的高温高湿试验中2000小时以上，也能具有正常动作这样的优良特性。
接下来，采用图7A～7F，对本发明的第7实施方式的组件装置的构成以及其制造方法进行说明。本实施方式的组件装置，是用作汽车、船舶、电动机用控制单元的装置，采用四层的树脂印刷基板作为电路基板。
图7A～7F，是表示本发明的第7实施方式的组件装置的制造方法的工序图。还有，与图1、图2相同的符号，表示相同部分。
如图3A所示，在具有玻化温度170℃、线膨胀系数15ppm/℃的物性的100×70mm的4层树脂基板1A的单面上印刷Sn/Ag/Cu系焊锡膏状材料2A。并且，如图3B所示，在电路基板1A上，通过自动搭载机搭载芯片电阻体、陶瓷电容器等的芯片部件3A、铝电容器等的芯片部件3B和计算机BGA封装11后，通过最高温度240～250℃的回流炉内后，进行软钎焊。
接下来，如图7A所示，将连接器6的端子导线7插入树脂基板1A的通孔，在基板1A的背面通过回流焊锡完成与树脂基板1A的接合。还有，本实施方式中，如图7B和图7D放大所示，在如图7A所示的搭载BGA11或者CSP13的场所的正下的印刷基板1A的部分，形成直径300μm的Cu电镀的通孔19。
接下来，如图7D所示，将由图7A的工序制造的单元插入配置在递压模具机中的175℃的模具8内后，在具有线膨胀系数15ppm/℃、弹性模量13GPa、玻化温度155℃的固化物物性的室温下采用固态环氧树脂成形材料9，在成形压力30Kg/cm2中以90秒期间进行成形。此时，由于成形时的热固化性树脂9具有液状的抵粘度树脂，因此如图7E及图7F所示，树脂的流动从BGA11或CSP13的焊锡孔搭载中央部分通过基板的通孔19。因此，抑制对搭载BGA11或CSP13后的焊锡球间隙产生空隙。
并且，使单元从模具8脱离后，最终，经过程序写入以及电导通检查，得到本实施方式的汽车控制单元。
在本实施方式中，作为抑制对搭载BGA或CSP后的焊锡球间隙产生空隙的方法，通过使环氧树脂成形材料中所包括的无机充填剂的最大粒径比现有的约80～100μm更小的50μm以下，能够容易地对焊锡球间隙填充树脂。尤其，在BGA或CSP的焊锡球间距变窄，或在焊锡球直径变小时有效。此外，在成形方法中，在使模具全体处于减压的状态下，在上述的条件下，通过采用低压递压模具成形机、压缩成形机或射出成形机进行一体成形，达到无空隙的状态。
如上所述，在本实施方式中，在将BGA或CSP作为半导体封装搭载在基板上的控制单元中，在相当于BGA或CSP的搭载部分的基板的至少一部分上设置用于流动热固化性树脂的具有直径0.1mm～10mm的通孔。由于通过焊锡球将BGA或CSP连接在基板上，因此在汽车、船舶、电动机等的高温高振动的使用环境下，存在焊锡球连接寿命降低的可能性。一般来说，为了确保焊锡球连接寿命，通常采用将称作底层填料材料的树脂填充在焊锡球间的间隙中，并缓和应力的结构。但是，在本实施方式中，为了缩短工序或降低成本，在加热加压下对连接器和各种电子部件进行一体铸模的工序中，采用同时也用树脂对BGA或CSP的焊锡球间的间隙进行填充的方法。此时，由于在BGA或CSP的中央部附近在铸模时不能充分除去气体，因此容易产生空隙。在此，以在相当于BGA或CSP的搭载部分的基板的至少一部分上，设置铸模时的树脂流动通路为目的，设置具有直径0.1mm～10mm的通孔。
根据如上所述的构成，本实施方式的控制单元，比以往能够变地小型且薄型。此外，在将BGA或CSP作为半导体封装搭载在基板上的控制单元中，在加热加压下将连接器与各种电子部件一体铸模的工序中，通过同时也用树脂填充BGA或CSP的焊锡球间的间隙，能够确保焊锡球连接寿命。此外，所得到的控制单元，具有放热板和安装金属零件两者的结构，其可靠性具有下述优良特性即使-55℃～150℃的热冲击试验中1200周期以上、85℃85％的高温高湿试验中2000小时以上，也可以具有进行正常的动作这样的优良特性。
接下来，采用图8，对本发明的第8实施方式的组件装置的构成以及其制造方法进行说明。本实施方式的组件装置，是用作汽车、船舶、电动机用控制单元的装置，采用四层的树脂印刷基板作为电路基板。
图8A～8F，是表示本发明的第8实施方式的组件装置的制造方法的工序图。还有，与图1、图2相同的符号，表示相同部分。
如图8A所示，在具有玻化温度170℃、线膨胀系数15ppm/℃的物性的100×70mm的4层树脂基板1A的单面上印刷Sn/Ag/Cu系焊锡膏状材料2A。
接下来，如图8B所示，在树脂基板1A上，通过自动搭载机搭载芯片电阻体、陶瓷电容器等的芯片部件3A、铝电容器等的芯片部件3B、微计算机BGA封装11和功率半导体封装16后，将基板通过最高温度240～250℃的回流炉内后，进行软钎焊。
接下来，如图8C所示，将连接器6的端子导线7插入树脂基板1A的通孔，在基板的背面通过回流焊锡完成与树脂基板1A的接合。
接下来，如图8D所示，采用粘着剂，将厚度2mm的放热板Cu板17粘贴在搭载功率半导体封装的基板1A的正下方。
接下来，如图8E所示，将由图8D的工序制造的单元插入配置在递压模具机中的175℃的模具8内。在模具8的内部上面，通过真空吸着保持铝薄膜(厚度100μm)20。之后，在具有线膨胀系数12ppm/℃、弹性模量20GPa、玻化温度125℃的固化物物性的室温下采用固态环氧树脂成形材料9，在成形压力30Kg/cm2中以90秒期间进行成形。
接下来，如图8F所示，使单元从模具装卸后，经过程序写入以及电导通检查，得到本实施方式的汽车控制单元。
如以上说明，在本实施方式的控制单元中，为了确保放热性，在至少搭载发热功率半导体芯片的印刷基板的正下方，设置放热用的金属基底后塑料复合体。此外，由于不仅放热性，而且也赋予电磁遮蔽性，因此搭载电子部件的印刷基板或柔性基板的相对的面上，经电子部件及用于密封电子部件的热固化性树脂配设金属或者塑料复合体。通过这样，能够得到与现有的金属基底和金属盖构成的结构相同或者之上的放热性和电磁遮蔽性。
作为用于放热以及电磁遮蔽的金属，能够采用铝、铁系、铜系材料的板、薄膜、箔。作为塑料复合体，能够采用配合碳纤维或粉、或者铝、四氮化三硅、四氮化三硼、碳化硅等的热传导性陶瓷填充物的热可塑性树脂或者热固化性树脂。此外，也能够使用将金属箔和薄膜贴里的塑料板或薄膜。作为在这些印刷基板的正下方，设置放热用的金属基底或塑料复合体的方法，能够采用下述的任一个方法采用粘着剂或着粘接剂，在室温或者通过加热向印刷基板压着并进行粘贴的方法；或只在印刷基板的正下方配置金属基底或塑料复合体，在铸模成形时将两者一体化的方法。
通过按照如上那样构成，本实施方式的控制单元，比以往能够变地小型且薄型。此外，由于能够在印刷基板或者柔性基板的正下方，和搭载电子部件的树脂印刷基板(或者柔性基板)的相对面上，经电子部件和用于密封电子部件的热固化性树脂，配设金属或塑料复合体，因此能够得到放热性和电磁遮蔽性，从而能够大幅提高对现有的塑料组件结构成为问题的放热性和电磁遮蔽性两方的特性。此外，所得到的控制单元，具有放热板和安装金属零件的结构，其可靠性具有下述优良特性即使-55℃～150℃的热冲击试验中1200周期以上、85℃85％的高温高湿试验中2000小时以上，也能具有正常动作这样的优良特性。
工业上的可利用性根据本发明，提高组件装置的生产性，可小型化并同时提高可靠性。
权利要求
1.一种组件装置，在具有连接器(6)，其具有连接用金属端子；和电路基板(1)，其安装了电子部件(3A、3B、4)，通过金属导线(7)连接所述连接器和所述基板的组件装置中，其特征在于，(A)通过同一热固化性树脂(9)对与所述连接器(6)的基板连接的面侧、所述金属导线(7)和所述电子部件(3A、3B、4)进行密封，(B)所述热固化性树脂(9)，固化前的形态在40℃以下的温度为固态，(C)密封所述电子部件的热固化性树脂(9)的厚度，形成为根据所述电子部件(3A、3B、4)的高度而变化。
2.根据权利要求1所述的组件装置，其特征在于，所述热固化性树脂，为包含无机质填充物、在40℃以下为固态的环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的组件装置，其特征在于，所述热固化性树脂的固化后的树脂物性为，线膨胀系数8～25ppm/℃，弹性模量8～30GPa，玻化温度80～200℃。
4.根据权利要求1所述的组件装置，其特征在于，所述电路基板的玻化温度在150℃以上。
5.根据权利要求1所述的组件装置，其特征在于，所述金属导线的端部，被插入到所述基板的通孔部分之后，用焊锡或导电性粘接剂被固定。
6.根据权利要求1所述的组件装置，其特征在于，所述电子部件，是包括球栅阵列(BGA)(11)或芯片级封装(CSP)(13)的电子部件，搭载所述BGA或CSP后的电路基板(1A)，设有用于流动热固化性树脂的、具有直径0.1mm～10mm的通孔(19)。
7.根据权利要求1所述的组件装置，其特征在于，所述电路基板，为印刷基板，在搭载发热功率半导体芯片的印刷基板的正下方，设有放热用的金属基底或塑料复合体(14、17、18)。
8.根据权利要求7所述的组件装置，其特征在于，所述放热用金属基底或塑料复合体的面积，比所述印刷基板的面积小。
9.根据权利要求1所述的组件装置，其特征在于，在所述电路基板的背面，设有安装夹具，其由用于安装在发动机室内或发动机上的金属或者塑料构成。
10.根据权利要求1所述的组件装置，其特征在于，用所述热固化性树脂只对所述电路基板的电子部件搭载面进行密封，其相反面通过粘接或者机械的方法固定/设置在具有连接器的金属或者塑料框体上。
11.根据权利要求1所述的组件装置，其特征在于，在与所述电路基板相对的面上，介于电子部件及用于密封电子部件的热固化性树脂配设金属或塑料复合体(20)。
12.一种组件装置，在具有连接器(6)，其具有连接用金属端子；和电路基板(1)，其安装了电子部件，通过金属导线(7)连接所述连接器和所述基板的组件装置中，其特征在于，(A)通过同一热固化性树脂对与所述连接器的基板连接的面侧、所述金属导线(7)和所述电子部件进行密封，(B)所述热固化性树脂，固化前的形态在40℃以下的温度为固态，(C)密封所述电子部件的热固化性树脂的厚度，形成为根据所述电子部件的高度而变化，(D)所述连接器(6)，配设在相对密封所述电子部件的所述热固化性树脂面垂直或者相面对的面上。
13.一种组件装置的制造方法，在通过树脂铸模对具有连接用金属端子的连接器(6)、安装了包括BGA或CSP的电子部件的电路基板(1)、和连接所述连接器和所述基板的金属导线(7)进行密封的组件装置的制造方法中，其特征在于，在成形压力5～70kg/cm2，成形温度150～180℃的范围中，通过低压递压模具成形机或者压缩成形机，或者在成形压力20～100kg/cm2，成形温度150～180℃的范围中，通过射出成形机，采用固化前的形态在40℃以下的温度中为固态的所述热固化性树脂，通过同一热固化性树脂对与所述连接器的基板连接的面侧、所述金属导线和所述电子部件进行密封，此时，按照对所述电子部件进行密封的热固化性树脂的厚度，根据所述电子部件的高度而变化的方式进行密封。
14.根据权利要求13所述的组件装置的制造方法，其特征在于，通过粘着或者粘接将所述电路基板固定/设置在预先将连接器暂时固定后的金属或塑料框体中之后，采用热固化性树脂将所述电子部件和连接器部分一体地成形。
全文摘要
本发明的目的在于，提供一种提高成产性，可小型化同时可提高可靠性的组件装置及其制造方法。具有连接器(6)，其具有连接用金属端子；和电路基板(1)，其安装了电子部件，通过金属导线(7)连接连接器(6)和基板(1)。通过同一热固化性树脂(9)对与所述连接器(6)的基板连接的面侧、所述金属导线(7)和电子部件进行密封，热固化性树脂(9)，固化前的形态在40℃以下的温度为固态，密封电子部件的热固化性树脂(9)的厚度，形成为根据电子部件的高度而变化。
文档编号H05K3/28GK1802883SQ0382674
公开日2006年7月12日 申请日期2003年7月3日 优先权日2003年7月3日
发明者江口州志, 浅野雅彦, 佐佐木正浩, 内山薰 申请人:株式会社日立制作所, 日立汽车技术有限公司