JP4634230B2 - 回路基板、電子部品及び電気接続箱 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板、電子部品及び電気接続箱に関するものである。

従来より、自動車のバッテリーから各車載負荷へ電力を分配するための配電回路に、ＦＥＴ等のパワー半導体装置を用いたものが知られている（例えば特許文献１参照）。このようなパワー半導体装置は、例えば半導体チップをダイパッド上に半田等のろう材によって接合し、その半導体チップを封止樹脂により封止した構成になっており、外部に露出されたダイパッドやその他の電極板を回路基板上の導電路に半田付けすることにより基板上に実装される。
特開２００３−１６４０３９公報

上記のように、半田等のろう材を用いた接合作業の際には、接合しようとする導電路や電極板等とろう材との間に外気が挟み込まれて気泡ができることがある。また、加熱によりろう材や、あるいは導電路や電極板の表面に設けられたメッキ層からガスが発生して気泡となることもある。このようにして、接合後にろう材中に多くの気泡が残ると、ろう材が剥がれやすくなって電気接続の信頼性が損なわれたり、あるいは熱抵抗が大きくなって放熱性が大きく低下するおそれがある。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、その目的は、半田等のろう材中に残留する気泡を低減することで、放熱性の向上等を図るところにある。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明に係る回路基板は、電子部品がろう材を用いて接合される導電路を備えた回路基板であって、前記導電路は、銅箔からなる基材の表面にメッキ層を設けてなり、前記導電路の表面には、接合時に気体を逃がすための逃がし溝が、前記メッキ層の一部を除去することで形成されているところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記逃がし溝の底部は、周辺部よりも前記ろう材の濡れ性が低くされているところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載のものにおいて、前記逃がし溝は、前記メッキ層が線状に除去されてなるところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１または２に記載のものにおいて、前記逃がし溝は、前記メッキ層が格子状に除去されてなるところに特徴を有する。

請求項５の発明に係る電子部品は、外部の導電路にろう材を用いて接合される電極板を有した電子部品であって、前記電極板の表面には、接合時に気体を逃がすための逃がし溝が形成されているところに特徴を有する。

請求項６の発明は、請求項５に記載のものにおいて、前記逃がし溝の底部は、周辺部よりも前記ろう材の濡れ性が低くされているところに特徴を有する。

請求項７の発明は、請求項５または６に記載のものにおいて、前記逃がし溝は、前記メッキ層が線状に除去されてなるところに特徴を有する。

請求項８の発明は、請求項５または６に記載のものにおいて、前記逃がし溝は、前記メッキ層が格子状に除去されてなるところに特徴を有する。

請求項９の発明に係る回路基板は、請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の電子部品を実装したところに特徴を有する。

請求項１０の発明に係る電気接続箱は、請求項１から請求項４及び請求項９のいずれか一項に記載の回路基板を備えたところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
導電路の表面に逃がし溝が形成されているため、ろう材による接合時に気体が逃がし溝により逃がされる。これにより、ろう材中に残留する気泡を低減することができ、放熱性を向上させることができる。
また、逃がし溝は、メッキ層の一部を除去することで形成されるため、簡易に形成することができる。

＜請求項２及び請求項６の発明＞
逃がし溝の底部が周辺部に比べてろう材の濡れ性が低くなっているため、接合時に逃がし溝がろう材で埋められにくくなる。従って、逃がし溝の通気性を確保することができる。

＜請求項３及び請求項７の発明＞
逃がし溝は、メッキ層を線状に除去することで形成されている。このため、逃がし溝を例えばレーザ等によって簡易に形成することができる。

＜請求項４及び請求項８の発明＞
逃がし溝は、メッキ層を格子状に除去することで形成されている。このため、逃がし溝を例えばレーザ等によって簡易に形成することができる。また、ろう材の流動を抑えることができる。

＜請求項５、請求項９及び請求項１０の発明＞
導電板の表面に逃がし溝が形成されているため、ろう材による接合時に気体が逃がし溝により逃がされる。これにより、ろう材中に残留する気泡を低減することができ、放熱性を向上させることができる。

＜実施形態１＞
以下、本発明の実施形態１を図１ないし図４によって説明する。
本実施形態のパワー半導体装置１（本発明の電子部品に相当）は、自動車のバッテリーから各車載負荷へ電力を分配するために用いられる電気接続箱（図示せず）の一構成部品として用いられる。電気接続箱は、配電回路を構成する回路構成体２（本発明の回路基板に相当）をケース（図示せず）内に収容してなり、図１に示すように、この回路構成体２上にパワー半導体装置１が実装されている。

回路構成体２は、いわゆる両面プリント基板であって、絶縁性のベース基板３の表裏両面に、銅箔からなる導電路４及び絶縁皮膜５（ソルダーレジスト）のパターンを印刷することで形成されている。導電路４の一部は、絶縁皮膜５から露出されており、その露出部分において、図２にも示すように、銅箔４Ａの表面に半田濡れ性に優れたＮｉメッキ層４Ｂが形成されることで、パワー半導体装置１等の電子部品が接続されるランド部６，７が形成されている。

パワー半導体装置１は、図１に示すように、平板状のダイパッド部１０（本発明の電極板に相当）を備えており、その上面にＭＯＳ−ＦＥＴチップ１１が半田１２により接合され、さらにそのＭＯＳ−ＦＥＴチップ１１が封止樹脂１４により封止されている。ダイパッド部１０は、図２にも示すように、銅合金からなる基材１０Ａの表面に半田濡れ性が良好なＮｉ等のメッキ層１０Ｂが設けられている。また、ダイパッド部１０は、底面が封止樹脂１４の外側に露出しており、その底面が半田１５によりランド部７に接合されている。また、封止樹脂１４の一側面からは、複数本のリード部１６が延出されている。各リード部１６は、ＭＯＳ−ＦＥＴチップ９の電極にボンディングワイヤ（図示せず）を介して接続されており、外側に延出した端部が半田１７によりランド部６に接合されている。

ダイパッド部１０の上下面、即ち半田１２，１５による接合がなされる面には、図２及び図３に示すように、格子状の逃がし溝２０が形成されている。この逃がし溝２０は、例えばダイパッド部１０の表面にレーザ光線を照射して、メッキ層１０Ｂの一部を除去することで形成される。このようにしてメッキ層１０Ｂの一部が除去されると、除去された部分から露出した銅合金よりなる基材１０Ａの表面が酸化して酸化皮膜（図示せず）が形成される。このため、逃がし溝２０の底部は、メッキ層１０Ｂの表面に比べて半田濡れ性が低くなっている。

一方、回路構成体２におけるランド部７の表面にも、図２及び図４に示すように、格子状の逃がし溝２１が形成されている。この逃がし溝２１も、ランド部７の表面へのレーザ光線の照射等により、メッキ層４Ｂの一部を除去することで形成される。逃がし溝２１の底部は、銅箔４Ａの表面に形成された酸化皮膜により、メッキ層４Ｂの表面に比べて半田濡れ性が低くなっている。

パワー半導体装置１を回路構成体２上に実装する場合には、まず回路構成体２の各ランド部６，７にスクリーン印刷等によりペースト状の半田１５，１７を印刷する。そして、その半田１５，１７の上に、パワー半導体装置１のリード部１６及びダイパッド部１０を載置し、リフロー炉（図示せず）で半田溶融温度まで加熱、冷却することにより、リード部１６及びダイパッド部１０と、各ランド部６，７とを半田付けする。

上記接合工程において、リフロー炉にて半田１５が溶融すると、その半田１５が濡れ性の良いランド部７及びダイパッド部１０のメッキ層４Ｂ，１０Ｂの表面を伝って濡れ拡がる一方で、濡れ性の低い逃がし溝２０，２１の底部には付着しない。このため、ダイパッド部１０若しくは導電路４と半田１５との間に挟まれた外気や、半田１５やメッキ層４Ｂ，１０Ｂから発生したガスが逃がし溝２０，２１を通じて外部に逃がされる。これにより、冷却後に半田１５中に残留する気泡が低減される。また、同じく上記の接合工程においては、逃がし溝２０，２１が格子状に形成されることで半田濡れ性が良好なメッキ層４Ｂ，１０Ｂがブロック状に分断されているため、半田１５がそのブロックよりも外側に流動しにくくなる。このため、半田溶融時にパワー半導体装置１が半田の流動に伴って移動することが防止され、部品の位置決めの精度を高めることができる。

なお、パワー半導体装置１の製造の際には、ダイパッド部１０の上面にＭＯＳ−ＦＥＴチップ９が半田１２により接合される。この半田付け作業は加熱処理により行われるが、この工程においてもダイパッド部１０と半田１２との間に挟まれた外気や、半田１２やメッキ層１０Ｂから発生したガスが、ダイパッド部１０の上面に設けられた逃がし溝２０により外部に逃がされる。また、逃がし溝２０が格子状に形成されることで半田濡れ性が良好なメッキ層１０Ｂがブロック状に分断されているため、半田１２が流動しにくくなる。このため、半田溶融時にＭＯＳ−ＦＥＴチップ９が半田の流動に伴って移動することが防止され、位置決め精度を高めることができる。

以上のように本実施形態によれば、ランド部７及びダイパッド部１０の表面に逃がし溝２０，２１が形成されているため、半田による接合時に気体が逃がし溝２１により逃がされる。これにより、半田中に残留する気泡を低減することができ、放熱性を向上させることができる。

逃がし溝２０，２１の底部が周辺部（メッキ層４Ｂ，１０Ｂの表面）に比べて半田濡れ性が低くなっているため、接合時に逃がし溝２０，２１が半田で埋められにくくなる。従って、逃がし溝２０，２１の通気性を確保することができる。

逃がし溝２０，２１は、メッキ層４Ｂ，１０Ｂの一部を除去することで形成されるため、簡易に形成することができる。

また、逃がし溝２０，２１は、メッキ層４Ｂ，１０Ｂを線状または格子状に除去することで形成されている。このため、逃がし溝２０，２１を例えばレーザ等によって簡易に形成することができる。また、逃がし溝２０，２１が格子状に形成されているため、半田の流動を抑えることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、ろう材として半田を用いたものを示したが、半田以外のろう材、例えば銀ろう等の硬ろうを用いたものも本発明に含まれる。
（２）上記実施形態では、逃がし溝を格子状に形成したものを示したが、逃がし溝の形状は適宜変更できる。例えば図５に示したものでは、線状の８本の逃がし溝２１Ａがランド部７の中心から放射状に延びて形成されている。また、図６に示したものでは、ランド部７のうち中央を除いた外周部に８本の線状の逃がし溝２１Ｂが放射状に延びて形成されている。
（３）上記実施形態では、逃がし溝をダイパッド部とダイパッド部が接合されるランド部に設けたものを示したが、本発明によれば、電子部品が有するダイパッド部以外の電極板（リード部等）や、その電極板と接合される回路基板の導電路に逃がし溝を設けても良い。
（４）上記実施形態に例示した製造工程はあくまでも一例であって、適宜に変更可能である。
（５）メッキ層は、異なる成分を含む層が複数積層されたものであっても良い。この場合、逃がし溝を形成するために、メッキ層を形成する複数の層の全てを削っても良く、表面側の一部の層のみを削っても良い。
（６）逃がし溝は、導電路、電極板のメッキ層を削って形成しても良い。

本発明の実施形態１に係るパワー半導体装置と回路構成体の断面図 ダイパッド部と導電路との半田接合部分を示す部分拡大断面図 ダイパッド部の平面図 ランド部の平面図 他の実施形態に係る逃がし溝を示す平面図 別の他の実施形態に係る逃がし溝を示す平面図

符号の説明

１…パワー半導体装置
２…回路構成体（回路基板）
４…導電路
７Ａ…銅箔（基材）
７Ｂ…メッキ層
１０…ダイパッド部（電極板）
１０Ａ…基材
１０Ｂ…メッキ層
１２，１５…半田（ろう材）
２０，２１，２１Ａ，２１Ｂ…逃がし溝

Claims (10)

1. 電子部品がろう材を用いて接合される導電路を備えた回路基板であって、
   前記導電路は、銅箔からなる基材の表面にメッキ層を設けてなり、
   前記導電路の表面には、接合時に気体を逃がすための逃がし溝が、前記メッキ層の一部を除去することで形成されていることを特徴とする回路基板。
2. 前記逃がし溝の底部は、周辺部よりも前記ろう材の濡れ性が低くされていることを特徴とする請求項１に記載の回路基板。
3. 前記逃がし溝は、前記メッキ層が線状に除去されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路基板。
4. 前記逃がし溝は、前記メッキ層が格子状に除去されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路基板。
5. 外部の導電路にろう材を用いて接合される電極板を有した電子部品であって、
   前記電極板は、銅合金からなる基材の表面にメッキ層を設けて構成され、
   前記電極板の表面には、接合時に気体を逃がすための逃がし溝が、前記メッキ層の一部を除去することで形成されていることを特徴とする電子部品。
6. 前記逃がし溝の底部は、周辺部よりも前記ろう材の濡れ性が低くされていることを特徴とする請求項５に記載の電子部品。
7. 前記逃がし溝は、前記メッキ層が線状に除去されてなることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電子部品。
8. 前記逃がし溝は、前記メッキ層が格子状に除去されてなることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電子部品。
9. 請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の電子部品を実装した回路基板。
10. 請求項１から請求項４及び請求項９のいずれか一項に記載の回路基板を備えた電気接続箱。

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