JP7557549B2

JP7557549B2 - 電子制御装置

Info

Publication number: JP7557549B2
Application number: JP2022572912A
Authority: JP
Inventors: 壮志五十嵐; 克也小山
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2021-09-24
Publication date: 2024-09-27
Anticipated expiration: 2041-09-24
Also published as: WO2022145094A1; JPWO2022145094A1; CN116569324A; US12453011B2; US20230380068A1

Description

本発明は、電子制御装置に関し、特に電子部品とプリント基板を接続するはんだの接続寿命および信頼性を向上する方法に関するものである。

近年、電子機器の高機能低コスト化に対応するために、電子機器に搭載される半導体装置を基板に高密度に実装することが要求され、それに伴って高機能かつ小型の民生適用パッケージを車載部品への採用拡大が進んでいる。前記要求を満たすべく提案されている半導体パッケージの一つが、QFNパッケージ（Quad Flat No leaded package）である。前記QFNパッケージを車載用途に使用する際の問題点としては、パッケージ自体の小型化に合わせて電極端子も小型化しているため、はんだ接続部のヒートサイクル寿命が短い傾向にあることである。この対策として、ヒートサイクル時の変形によるはんだへの負荷が大きいパッケージの角部に電気的には使用しない端子を設けたパッケージが増加している。

特許第６４８３４９８号

一方で上記のヒートサイクル対策が施されたパッケージに対する基板側の対応はまだ途上である。そこで本発明は、高機能小型部品に多いQFNパッケージ（Quad Flat No leaded package）を車載用に使用するために、部品実装部のはんだ厚さを確保できるように基板側の対策を講じ、はんだの接続寿命および信頼性を向上することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、プリント基板と、前記プリント基板に実装された半導体パッケージとを備え、前記半導体パッケージは、半導体チップと、前記半導体チップを内包するモールド樹脂と、前記半導体チップと熱的に接続され、前記モールド樹脂の下面から露出した第１の金属端子と、前記半導体チップと電気的に接続されておらず、前記モールド樹脂の下面の四隅から露出した第２の金属端子とを有し、前記プリント基板は、前記第１の金属端子とはんだを介して接続された第１のランドと、前記第２の金属端子とはんだを介して接続された第２のランドとを有する電子制御装置において、前記プリント基板は、前記第１のランドよりも前記半導体パッケージの外周側に配置された第３のランドと、前記第３のランド上に前記モールド樹脂の下面と接触するように形成されたレジストとを有するものとする。

以上のように構成した本発明によれば、第３のランド上に形成されたレジストで半導体パッケージをプリント基板に対して支持することにより、半導体パッケージをプリント基板にはんだ付けする際に半導体パッケージが傾くことを防止できる。これにより、第２の金属端子と第２のランドとを接続するはんだの厚さが一定以上に確保されるため、はんだの接続寿命および信頼性が向上する。さらに、半導体パッケージの四隅に配置されたはんだの信頼性が向上することにより、半導体パッケージ四隅以外に配置されたその他の金属端子とランドとを接続するはんだへの負荷を軽減することができる。

本発明に係る電子制御装置によれば、プリント基板とQFNタイプの半導体パッケージとを接続するはんだの接続寿命および信頼性を向上することが可能となる。

本発明の第１の実施例に係る電子制御装置の全体図である。本発明の第１の実施例に係る電子制御装置の半導体パッケージ付近の断面図である。本発明の第２の実施例に係る電子制御装置の半導体パッケージ付近の断面図である。本発明の第３の実施例に係る電子制御装置の半導体パッケージ付近の断面図である。本発明の第４の実施例に係る電子制御装置の半導体パッケージ付近の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、車載用の電子制御装置を例に挙げ、図面を用いて説明する。なお、各図中、同等の要素には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

本発明の第１の実施例に係る電子制御装置の全体図である。図１において、電子制御装置１００は、コネクタ１と、プリント基板１０６とを備えている。プリント基板１０６上には、種々の電子部品２，３，４およびQFNタイプの半導体パッケージで構成された電子部品１０１が実装されている。プリント基板１０６は、コネクタ１を介して車両のワイヤーハーネス（図示せず）と電気的に接続される。

図２は、電子制御装置１００の半導体パッケージ１０１付近の断面図（Ａ－Ａ矢視断面図）であり、半導体パッケージ１０１のプリント基板１０６とのはんだ接続構造を示す。

半導体パッケージ１０１は、半導体チップ１０２と、半導体チップ１０２を収容するモールド樹脂１０３と、半導体チップ１０２に生じる熱をプリント基板１０６に逃がすための第１の金属端子１０４と、モールド樹脂１０３の四隅に配置された第２の金属端子１０５とを有する。第２の金属端子１０５はダミー端子であり、半導体チップ１０２と電気的に独立している。

第１の金属端子１０４は、はんだ１０７を介してプリント基板１０６の第１のランド１０９に接続されている。第２の金属端子１０５は、はんだ１０８を介してプリント基板１０６の第２のランド１１０に接続されている。プリント基板１０６の表面は、コーティング樹脂１１１で被覆されている。第１のランド１０９と第２のランド１１０との間には、第１のランド１０９および第２のランド１１０と電気的に独立した第３のランド１１２が配置されている。第３のランド１１２上には、モールド樹脂１０３に向かって突出するようにレジスト１１３が形成されている。レジスト１１３は、例えばコーティング樹脂１１１と同じ部材で構成され、プリント基板１０６を被覆する際に形成される。レジスト１１３の高さは、第２の金属端子１０５と第２のランド１１０とを接続するはんだ１０８の厚さに応じて決定される。このようなレジスト１１３を設けたことにより、半導体チップ１０２をプリント基板１０６にはんだ付けする際に、モールド樹脂１０３の半導体チップ１０２の外周側をプリント基板１０６に対して支持することができるため、はんだ１０８の厚さを確保することが可能となる。なお、図２において、第３のランド１１２は半導体パッケージ１０１の対角線上に位置しているが、半導体パッケージ１０１の第１のランド１０９の外周側でかつ第２のランド１１０の内周側であれば、半導体パッケージ１０１の対角線上以外に位置しても良い。

（まとめ）
本実施例では、プリント基板１０６と、プリント基板１０６に実装された半導体パッケージ１０１とを備え、半導体パッケージ１０１は、半導体チップ１０２と、半導体チップ１０２を内包するモールド樹脂１０３と、半導体チップ１０２と熱的に接続され、モールド樹脂１０３の下面から露出した第１の金属端子１０４と、半導体チップ１０２から電気的に独立しており、モールド樹脂１０３の下面の四隅から露出した第２の金属端子１０５とを有し、プリント基板１０６は、第１の金属端子１０４とはんだ１０７を介して接続された第１のランド１０９と、第２の金属端子１０５とはんだ１０８を介して接続された第２のランド１１０とを有する電子制御装置１００において、プリント基板１０６は、第１のランド１０９よりも半導体パッケージ１０１の外周側に配置された第３のランド１１２と、第３のランド１１２上にモールド樹脂１０３の下面と接触するように形成されたレジスト１１３とを有する。

以上のように構成した本実施例によれば、第３のランド１１２上に形成されたレジスト１１３で半導体パッケージ１０１をプリント基板１０６に対して支持することにより、半導体パッケージ１０１をプリント１０６基板にはんだ付けする際に半導体パッケージ１０１が傾くことを防止できる。これにより、第２の金属端子１０５と第２のランド１１０とを接続するはんだ１０８の厚さが一定以上に確保されるため、はんだ１０８の接続寿命および信頼性が向上する。さらに、半導体パッケージ１０１の四隅に配置されたはんだ１０８の信頼性が向上することにより、半導体パッケージ１０１の四隅以外に配置されたその他の金属端子とランドとを接続するはんだへの負荷を軽減することができる。

本発明の第２の実施例に係る電子制御装置について、第１の実施例との相違点を中心に説明する。

図３は、本実施例における電子制御装置１００が備えるプリント基板６の半導体パッケージ１０１付近の断面図である。図３において、第１の実施例（図２に示す）との相違点は、第１のランド１０９と第２のランド１１０と第３のランド１１２とが電気的に接続されている点である。なお、図３において、第３のランド１１２は半導体パッケージ１０１の対角線上に配置されているが、半導体パッケージ１０１の第１のランド１０９の外周側でかつ第２のランド１１０の内周側であれば、半導体パッケージ１０１の対角線上以外に配置しても良い。

以上のように構成した本実施例においても、第１の実施例と同様の効果を達成することができる。また、第３のランド１１２を第１のランド１０９と第２のランド１１０とに電気的に接続したことにより、レジスト１１３の土台となる第３のランド１１２の面積が拡大するため、レジスト１１３の形成が容易となる。

本発明の第３の実施例に係る電子制御装置について、第１の実施例との相違点を中心に説明する。

図４は、本実施例に係る電子制御装置１００が備えるプリント基板１０６の半導体パッケージ１０１付近の断面図である。図４において、第３のランド１１２は、第２のランド１１０よりも半導体パッケージ１０１の外周側に配置されている。これにより、第３のランド１１２上に形成されるレジスト１１３は、第２の金属端子１０５と第２のランド１１０とを接続するはんだ１０８よりも半導体パッケージ１０１の外周側に配置される。なお、図４において、第３のランド１１２は半導体パッケージ１０１の対角線上に配置されているが、半導体パッケージ１０１の第２のランド１１０の外周側であれば、半導体パッケージ１０１の対角線上以外に配置しても良い。

以上のように構成した本実施例においても、半導体パッケージ１０１をプリント基板１０６にはんだ付けする際に半導体パッケージ１０１が傾くことを防止できるため、第１の実施例と同様の効果を達成することができる。また、レジスト１１３をはんだ１０８よりも半導体パッケージ１０１の外周側に配置することにより、半導体パッケージ１０１の傾きをより効果的に抑制することが可能となる。

本発明の第４の実施例に係る電子制御装置１００について、第３の実施例との相違点を中心に説明する。

図５は、本実施例に係る電子制御装置１００が備えるプリント基板１０６の半導体パッケージ１０１付近の断面図である。図５において、第３の実施例（図４に示す）との相違点は、第２のランド１１０と第３のランド１１２とが電気的に接続されている点である。なお、図５において、第３のランド１１２は半導体パッケージ１０１の対角線上に配置されているが、半導体パッケージ１０１の第２のランド１１０の外周側であれば、半導体パッケージ１０１の対角線上以外に配置しても良い。

以上のように構成した本実施例においても、第３の実施例と同様の効果を達成することができる。また、第２のランド１１０と第３のランド１１２とを電気的に接続したことにより、レジスト１１３の土台となる第３のランド１１２の面積が拡大するため、レジスト１１３の形成が容易となる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。

１００…電子制御装置、１０１…半導体パッケージ、１０２…半導体チップ、１０３…モールド樹脂、１０４…第１の金属端子、１０５…第２の金属端子、１０６…プリント基板、１０７，１０８…はんだ、１０９…第１のランド、１１０…第２のランド、１１１…コーティング樹脂、１１２…第３のランド、１１３…レジスト。

Claims

プリント基板と、
前記プリント基板に実装された半導体パッケージとを備え、
前記半導体パッケージは、
半導体チップと、
前記半導体チップを内包するモールド樹脂と、
前記半導体チップと熱的に接続され、前記モールド樹脂の下面から露出した第１の金属端子と、
前記半導体チップから電気的に独立しており、前記モールド樹脂の下面の四隅から露出した第２の金属端子とを有し、
前記プリント基板は、
前記第１の金属端子とはんだを介して接続された第１のランドと、
前記第２の金属端子とはんだを介して接続された第２のランドとを有する電子制御装置において、
前記プリント基板は、
前記第１のランドよりも前記半導体パッケージの外周側に配置された第３のランドと、
前記第３のランド上に前記モールド樹脂の下面と接触するように形成されたレジストとを有し、
前記レジストは、前記プリント基板の表面を被覆するコーティング樹脂で形成されている
ことを特徴とする電子制御装置。
請求項１に記載の電子制御装置において、
前記第３のランドは、前記第１のランドと前記第２のランドとに電気的に接続されている
ことを特徴とする電子制御装置。
請求項１に記載の電子制御装置において、
前記第３のランドは、前記第２のランドよりも前記半導体パッケージの外周側に配置されている
ことを特徴とする電子制御装置。
請求項３に記載の電子制御装置において、
前記第３のランドは、前記第２のランドに電気的に接続されている
ことを特徴とする電子制御装置。