JP4942776B2 - 電子デバイスパッケージ構造及びそれが用いられた電子回路モジュール - Google Patents

電子デバイスパッケージ構造及びそれが用いられた電子回路モジュール Download PDF

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Description

本発明は、ベースとなる基板の面上に半導体素子等からなる電子部品が実装される電子デバイスパッケージ構造びそれが用いられた電子回路モジュールに係り、特に、自動車等の高いノイズ環境で使用するのに好適な電子回路モジュールに関する。
電子回路（電子部品）を実装する回路モジュールにおいて、従来技術では、半導体素子やノイズを防止（低減）するためのコンデンサ、抵抗などの電子部品は回路基板に直接実装している。あるいは、半導体素子やノイズ除去コンデンサ、抵抗などの電子部品をインターポーザ基板に実装した後に樹脂等による封止によってパッケージングし、そのパッケージを回路基板に実装している（下記特許文献１、２等を参照）。
特開２００１−１６８２６６号公報 特開２００２−１８４８９４号公報
しかし、従来技術では、電子回路（電子部品）の電磁波等による電気的ノイズの影響を防止するコンデンサは個別に設置しているため、回路モジュール自体の小型化に難があり、特にモータやインジェクタ（燃料噴射弁）等のアクチュエータへの電子回路の内蔵を困難としていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小型化を図ることができて、特に、大きな電気的ノイズを発生しやすいモータやインジェクタ等のアクチュエータへの内蔵を可能とする電子デバイスパッケージ構造及びそれが用いられた電子回路モジュールを提供することにある。
上記目的を達成すべく、本発明に係る電子デバイスパッケージ構造の一つは、基本的には、半導体素子等からなる電子部品が実装される電子回路部を有するベース基板が誘電体で形成され、前記電子回路部から外部へ及び／又は外部から前記電子回路部へ侵入するノイズを除去ないし遮断すべく、前記ベース基板の外周部に、シート状の誘電体と導体とが積層されてなる誘電体積層部が前記電子回路部を包囲するように枡形状に設けられていることを特徴としている。
本発明に係る電子デバイスパッケージ構造の他の一つは、半導体素子等からなる電子部品が実装される電子回路部を有するベース基板が誘電体で形成され、前記ベース基板における前記電子回路部の周囲に、シート状の誘電体と導体とが積層されてなる誘電体積層部が複数個所定の態様で設けられるとともに、前記複数個の誘電体積層部のうちの少なくとも一つの誘電体積層部に隣接して、該誘電体積層部を構成する誘電体とは異なる特性の誘電体で構成される誘電体積層部が配在されていることを特徴としている。
この場合、前記特性が異なる複数の誘電体は、好ましくは、その容量又は誘電率が異なるようにされる。
前記特性が異なる複数の誘電体は、好ましくは、同一材質の紛粒体を焼成したものであり、その粒径の違いにより前記特性が異なるようにされる。
さらに好ましい態様では、前記特性が異なる複数の誘電体は、材質は同一であるが粒径の異なる紛粒体をグリーンシート状に形成し、それらを所定寸法形状に打ち抜いて同じ特性のもの同士が隣り合わないように互い違いに配列するとともに、同じ特性のもの同士を積層した後、一体的に焼結したものとされる。
前記誘電体の材料は、好ましくは、チタン酸バリウムとされる。
他の好ましい態様では、前記誘電体積層部は、同じ特性の誘電体と導体とが交互に積層され、ｎを整数として、前記導体のｎ層とｎ＋２層とが、それらの間に配在されている前記誘電体に設けられたビアホールに充填された導体で接続される。
一方、本発明に係る電子回路モジュールは、上記した電子デバイスパッケージ構造が採用されたもので、前記ベース基板の電子回路部に半導体素子等からなる電子部品が実装されるとともに、前記誘電体積層部における最外層が導体で形成され、該最外層の導体は、前記電子回路部に接続されるとともに、外部に接続するために設けられた電極端子部に接続されていることを特徴としている。
電子回路モジュールの好ましい態様では、一部ないし全部が導体で形成されたキャップにより封止される。
前記電子部品は、好ましくは、導電性接着材により前記ベース基板に接着される。
前記電子部品は、好ましくは、金属バンプにより前記基板の面上に形成された導体に接続される。
電子回路モジュールの他の好ましい態様では、モータを制御する駆動回路として構成されて、該モータに内蔵可能とされる。
電子回路モジュールの別の好ましい態様では、車載用エンジンのインジェクタを制御する駆動回路として構成されて、該インジェクタに内蔵可能とされる。
本発明に係る電子デバイスパッケージ構造が採用された電子回路モジュールでは、電子回路部を有するベース基板が誘電体で形成され、このベース基板の外周部に、シート状の誘電体と導体とが積層されてなる誘電体積層部が前記電子回路部を包囲するように枡形状に設けられている（好ましくは特性の異なる複数種の誘電体積層部が例えば互い違いに配設される）ことから、電子回路部の入り口で誘電体積層部により電気的ノイズが吸収除去ないし遮断され、そのため、電子回路部分を安定して動作させることができる。
特に、自動車におけるモータやインジェクタ（燃料噴射弁）などのアクチュエータでは、アクチュエータの動作時の電磁波がノイズとなって電子回路（電子部品）を誤動作させるが、本発明によれば、ノイズは電子回路部の入り口の誘電体積層部により吸収されるため、アクチュエータへの内蔵搭載も容易となる。同時に、モジュール内の電子回路部から外部に放出されるノイズも除去できる。
また、電子回路を構成する各電子部品に個別にコンデンサを設置する必要がなく、さらに複数種の半導体部品を実装することにより回路基板が不要な回路モジュールができ、大幅な小型化が可能となる。
さらに本発明によれば、誘電体で形成したモジュール（パッケージ）の中に電子回路部（電子部品）を実装するため、従来のように実装する電子部品ごとに個別にコンデンサを設置する等、コンデンサの配置を考える必要がなく設計の自由度が高くなる。
本発明に係る電子デバイスパッケージ構造の一実施例の概略構成を示す側面図（図２のＸ−Ｘ’矢視断面図）。 図１に示されるノイズ除去用コンデンサの概略構成を示す平面図 図１のＹ−Ｙ’矢視断面図。 本発明に係る電子回路モジュールの一例を示す断面図。 モータの駆動回路図。 本発明に係る電子回路モジュールの一例を内蔵したモータの断面図。 図６に示されるモータの要部詳細図。 従来のインジェクタ駆動回路図。 ドライバ内蔵インジェクタの駆動回路図。 本発明の電子回路モジュールの他の例を内蔵したインジェクタの断面図。 図１０に示されるインジェクタに内蔵する駆動回路モジュールの外観概念図。 図１０に示されるインジェクタの要部詳細図。
以下、本発明の電子デバイスパッケージ構造の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１、図２、図３は、本発明に係る電子デバイスパッケージ構造の一実施例の概略構成を示し、図１はその側面図（図２のＸ−Ｘ’矢視断面図）、図２はその平面図、図３は図１のＹ−Ｙ’矢視断面図である。
図１〜図３において、ベース基板１は、誘電体材料からなっている。基板１には回路の基準電位となる導体６が電子回路配線（図示されていない）と共に同一面に形成されている。
誘電体２、３は、それぞれの誘電率（ε１、ε２）は異なり、導体層４及び５と重ね合わせて積層されている（誘電体積層部２、３、あるいは誘電体積層部１６と称することがある）。
更に、導体層４と５、及び６とは、図３に示すように誘電体層２の内部に設けられ、導体を充填したビアホール７によって隔層毎に互い違いに接続されている。更に、導体層４は、図３に示すように、外部と接続するためにパッケージ（モジュール）の側面に配設された導体８に接続されている。
次に、前記誘電体積層部２、３を含むパッケージ構造を製造する工程を説明する。
まず、誘電体である基板１をグリーンシート状で導体６を印刷にて形成した状態としておく。基板１の材料としてはコンデンサに多用される酸化チタン、あるいはチタン酸バリウムを所要の誘電率に合わせて選択する。誘電体層３は誘電体層２に相当する部分を打ち抜いた誘電率ε１の材料で基板１と同様にグリーンシート状態で形成しておく。誘電体層２（ε２）は誘電体層３と反対に図２の斜線部分を残した形に打ち抜き、基板１、誘電体層３と同様、グリーンシート状態で導体５、あるいは導体４を印刷するとともにビアホールにより接続が必要な誘電体２の層には導体を充填したビアホール７を設けておく。
次にこれらの各層を積層する。即ち、基板１を最下層に誘電体３、誘電体２の層を積層し、表面に導体４が形成された層を最後（最上段）に積層し、加圧プレスの後、１３００℃以上の高温で焼成する。その後、側面に導体４と電気的に接続するように導体８を塗布し再度導体８を９００℃程度の温度で焼成する。
その結果、半導体素子等からなる電子部品１０、１１が実装される電子回路部を有する基板１を備え、この基板１の外周に、誘電体積層部１６が設けられた枡状の電子デバイスパッケージ構造（電子回路モジュール）を得ることができる。
ここで、誘電体層３と誘電体層２とに望まれる誘電率は異なる。即ち、コンデンサを形成する誘電体層２には高誘電率（ε２）の性能（特性）が、また、誘電体層３には回路のクロストーク低減のため低誘電率（ε１）の性能（特性）が望まれる。しかし、前述したように製法はグリーンシートの焼成のため、焼成中の焼成温度過程における挙動、代表的には収縮特性が揃わないと焼成後に割れてしまう問題がある。本発明では、これを解決するため、誘電体層３と誘電体層２とは同じ材料（材質）、例えばチタン酸バリウムで形成し、グリーンシートを形成するときの粉黛状態での粒径を変えた。チタン酸バリウムには粒径により誘電率が大きく（１〜１０倍）変化する特徴がある。このようにすることにより焼成中の焼結特性を揃えて、誘電率の異なる層を形成することを実現した。
本実施例によれば、基板１の外周部に誘電体積層部からなるコンデンサを有し、内部に電子回路を形成できる極めて小型の電子デバイスパッケージ（モジュール）を提供することができる。
図４は、上記した如くの電子デバイスパッケージ構造が採用された電子回路モジュール（モータ駆動回路モジュール）２１を示す。本例の電子回路モジュール２１は、基本的には、半導体素子等からなる電子部品１０、１１が実装される電子回路部２１Aを有するベース基板１が誘電体で形成され、該基板１の面上における前記電子回路部２１Aの周囲に、誘電体２、３及び導体４が所定の態様で配列された誘電体積層部が設けられている。
このモジュール２１には、図５に示されるモータを制御する駆動回路（モータドライバー）が実装されている。
図４に示される電子部品１１は、図５に示されるトランジスタＴ１〜Ｔ４（１７〜２０）で、電子部品１０は図５に示されるドライバーＩＣである。誘電体層２（ε２）と導体層５等で形成された誘電体積層部１６はコンデンサを示す。
電子部品１１（トランジスタＴ１〜Ｔ４）は、基板１の基準電圧導体６に導電性接着材１２で固定されている。その表面電極（図示していない）からはワイヤ１４がワイヤボンディングにより導体層４に接続され外部へ接続する電極８へ電気的に継いでいる。
電子部品１０（ドライバーＩＣ）は、金属バンプ（例えばはんだ）１３により基板１の電子回路形成導体に接続されている。さらに、外部から進入する塵埃、水分を防止するため、プラスチック成形品であるキャップ９が備えられている。該キャップ９の内側にはめっきにより金属層１５が形成されており、その金属層１５は電気的に基準電位（図４右側の導体層８を介して）に接続されている。
図５に示される回路の動作を説明する。
マイコンを中心とした制御回路は様々な指令とセンサの情報信号に従いモータ２２の回転動作に対する信号をドライバーＩＣ１０に出力する。ドライバーＩＣはその指示にしたがいモータを動作させるための信号をトランジスタＴ１〜Ｔ４に出力する。その結果、例えば、トランジスタＴ１とＴ４をＯＮ操作することによりモータ２２は右へ回転、Ｔ２、Ｔ３をＯＮさせると左方向へと回転を制御する。
この構成によればモータ駆動回路（モータドライバー）に進入する電気ノイズをコンデンサ１６（誘電体層２、導体層５）で除去できるので動作の安定したモータ駆動回路（回路モジュール）を提供することが出来る。
図６、図７は、図５に示される如くのモータ駆動回路（回路モジュール）２１をモータ２２に内蔵した状態を示す。このモータ２２は、自動車のパワーウインドウや、座席シートを操作するパワーシート、シートベルトを巻き取るパワーシートベルトの類のものである。これらのモータは動作機能上、自動車の車室内に装着する必用があり、モータから発生する電気ノイズ、特にモータ〜制御回路間の配線から放出されるノイズは音響機器や最近普及拡大中のナビゲーションに代表される情報機器の誤動作を招くので低減が望まれている。
図６において、モータ２２は、ロータ２６、マグネット（永久磁石）ＭＧ、コンミテータ２５、ブラシ２４、回路基板２３等を備えている。回路基板２３は、図７に示される如くに、図４、５に示されるモータ駆動回路（回路モジュール）２１が搭載されている。回路基板２３上には配線層が形成されており、図６のコネクタＣ部を介して外部、マイコン、電源ＶＢに接続されている。また、内部はコンミテータ２５のＭ＋Ｍ−端子に接続されている。
この実施例によれば、モータと制御回路である駆動回路（回路モジュール）２１との間の電気ノイズ（放射ノイズ）はモータ本体の金属でシールドされ、モータと制御回路２１との間の配線も無くなるため、電気ノイズの放射・放出のないモータ内蔵回路モジュールを提供することができる。
次に、上記した電子デバイスパッケージ構造を自動車の燃料噴射弁であるインジェクタのドライバーに適用した例について説明する。
インジェクタ７０は、図１０に示すように、燃料ポンプ（図示していない）により加圧された燃料をインジェクタ入り口３３へ送り、外部から通電されたコイル３２の電磁力で弁体３４を開き噴射ホール３５から燃料をエンジンの吸気ポート又は燃焼室内に噴射するものである。
このインジェクタ７０の一般的な制御における電気的接続は、図８に示すように、多くの指令情報とセンサ情報を入力とするＥＣＵ（エレクトリック コントロール ユニット）に内蔵されたトランジスタＴに接続されている。この接続ではＥＣＵとインジェクタ間の接続が長い配線となるため、その配線から電気ノイズが外部に放射され、モータと同じ不具合の発生要因となっていた。
本例では、図９に示すように、ＥＣＵの一部、即ちインジェクタを駆動する回路２７を前記した如くのパッケージ内に収納し、図１０に示されるインジェクタ内のコネクタ部に内蔵した。
図１１、図１２を用いてその内容を説明する。
電子回路モジュール２７は、図９に示した回路を内部に実装しており、符号２８、２９、Ａ、Ｂ、Ｃは、特性の異なる誘電体の側面に設けた電極である。
図１２において、回路モジュール２７の電極２８、２９はインジェクタ７０のコイル端子３１、３０にそれぞれ接触端子によって接続されている。また、３つの電極Ａ，Ｂ、Ｃは同様に接触端子Ａ，Ｂ、Ｃ（４１、４２、４３）によって外部端子に接続されている。
このような構成にすることにより、駆動回路（回路モジュール）２７に配設されたコンデンサ１６により電気ノイズが除去されるため回路動作の安定した、かつ電気ノイズの放出のない電子回路モジュールを提供できる。
１ 基板（誘電体）
２ 誘電率ε１の誘電体
３ 誘電率ε２の誘電体
４ 導体層
５ 導体層
６ 導体層
７ 導体を充填したビアホール
８ 導体
９ キャップ
１０ 半導体素子
１１ 半導体素子
１２ 導電性接着剤
１３ 金属バンプ
１４ 金属ワイヤ
１５ めっきによる金属膜
１６ ノイズ除去用コンデンサ
２１ モータ駆動回路（電子回路モジュール）
２１A 電子回路部（モータに内蔵されるモータ駆動回路）
２２ モータ
２３ 回路基板
２４ ブラシ
２５ コンミテータ
２６ ロータ
２７ インジェクタ駆動回路（電子回路モジュール）
２８ 電極
２９ 電極
３０ コイル端子
３１ コイル端子
３２ コイル
３３ インジェクタ入り口
３４ 噴射弁
３５ 噴射ホール
３６ インジェクタと駆動回路のコネクタ部（外部ソケット）
３７ インジェクタと駆動回路のコネクタ部（インジェクタ側ソケット）
７０ インジェクタ

Claims (13)

  1. 半導体素子等からなる電子部品が実装される電子回路部を有するベース基板が誘電体で形成され、前記電子回路部から外部へ及び／又は外部から前記電子回路部へ侵入するノイズを除去ないし遮断すべく、前記ベース基板の外周部に、シート状の誘電体と導体とが積層されてなる誘電体積層部が前記電子回路部を包囲するように枡形状に設けられており、
    前記導体が複数設けられ、
    前記導体のうち少なくとも１つが基準電位に接続され、
    前記誘電体積層部は前記誘電体と前記複数の導体によってコンデンサを形成している
    ことを特徴とする電子デバイスパッケージ構造。
  2. 半導体素子等からなる電子部品が実装される電子回路部を有するベース基板が誘電体で形成され、前記ベース基板における前記電子回路部の周囲に、シート状の誘電体と導体とが積層されてなる誘電体積層部が前記電子回路部を包囲するように枡形状に設けられるとともに、前記複数個の誘電体積層部のうちの少なくとも一つの誘電体積層部に隣接して、該誘電体積層部を構成する誘電体とは異なる特性の誘電体で構成される誘電体積層部が配在されており、
    前記導体が複数設けられ、
    前記導体のうち少なくとも１つが基準電位に接続され、
    前記誘電体積層部は前記誘電体と前記複数の導体によってコンデンサを形成している
    ことを特徴とする電子デバイスパッケージ構造。
  3. 前記特性が異なる複数の誘電体は、その容量又は誘電率が異なっていることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイスパッケージ構造。
  4. 前記特性が異なる複数の誘電体は、同一材質の紛粒体を焼成したものであり、その粒径の違いにより前記特性が異なるようにされていることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイスパッケージ構造。
  5. 前記特性が異なる複数の誘電体は、材質は同一であるが粒径の異なる紛粒体をグリーンシート状に形成し、それらを所定寸法形状に打ち抜いて同じ特性のもの同士が隣り合わないように互い違いに配列するとともに、同じ特性のもの同士を積層した後、一体的に焼結したものであることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイスパッケージ構造。
  6. 前記誘電体の材料は、チタン酸バリウムであることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイスパッケージ構造。
  7. 前記誘電体積層部は、同じ特性の誘電体と導体とが交互に積層され、ｎを整数として、前記導体のｎ層とｎ＋２層とが、それらの間に配在されている前記誘電体に設けられたビアホールに充填された導体で接続されていることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイスパッケージ構造。
  8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の電子デバイスパッケージ構造が採用された電子回路モジュールであって、前記ベース基板の電子回路部に半導体素子等からなる電子部品が実装されるとともに、前記誘電体積層部における最外層が導体で形成され、該最外層の導体は、前記電子回路部に接続されるとともに、外部に接続するために設けられた電極端子部に接続されていることを特徴とする電子回路モジュール。
  9. 一部ないし全部が導体で形成されたキャップにより封止されていることを特徴とする請求項８に記載の電子回路モジュール。
  10. 前記電子部品は、導電性接着材により前記ベース基板に接着されていることを特徴とする請求項８に記載の電子回路モジュール。
  11. 前記電子部品は、金属バンプにより前記基板の面上に形成された導体に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の電子回路モジュール。
  12. モータを制御する駆動回路として構成されて、該モータに内蔵可能とされていることを特徴とする請求項８に記載の電子回路モジュール。
  13. 車載用エンジンのインジェクタを制御する駆動回路として構成されて、該インジェクタに内蔵可能とされていることを特徴とする請求項８に記載の電子回路モジュール。
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