JP5239736B2 - 電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１の基板上に搭載されたパワー素子と、その上に配置された第２の基板とを電気的に接続したものを、モールド樹脂により封止してなる電子装置に関する。

従来より、この種の電子装置としては、第１の基板としてリードフレームの一面上に搭載されたパワー素子と、パワー素子の上に配置された第２の基板としての回路基板とを備えたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

ここで、特許文献１では、第２の基板としての回路基板におけるパワー素子とは反対側の面には、電子部品が搭載されている。そして、リードフレームを上部に立ち上げ折り曲げてモールド樹脂で封止し、その後、回路基板をリードフレームと接続して、さらに樹脂で封止し、電子装置を形成する。
特開２００１−８５６１３号公報

しかしながら、上記従来のものでは、リードフレームを上方に折り曲げ、リードフレームを介してパワー素子と第２の基板としての回路基板とを接続するため、装置の厚さが大きくなり、大幅な小型化は望めない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、第１の基板上に搭載されたパワー素子と、その上に配置された第２の基板とを電気的に接続したものを、モールド樹脂により封止してなる電子装置において、電子装置の厚さを小型化するのに適した構成を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１の基板（１０）と、第１の基板（１０）の一面に搭載されたパワー素子（３０）と、一面を第１の基板（１０）の一面およびパワー素子（３０）に対向させて配置された第２の基板（２０）とを備え、第２の基板（２０）の一面とパワー素子（３０）とは、導電性を有する導電性接着部材（６０）を介して直接接着されて電気的に接続されており、第１の基板（１０）、パワー素子（３０）、および第２の基板（２０）は、モールド樹脂（５０）により封止されており、
第２の基板（２０）の一面とは反対側の他面には、電子部品（４０）および電子部品（４０）よりも駆動時の発熱が大きい発熱素子（４１）が、モールド樹脂（５０）で封止された状態で搭載されており、第２の基板（２０）の一面のうち発熱素子（４１）と同じ位置には、放熱部材（９０）が熱的に接続されており、発熱素子（４１）からの熱を放熱部材（９０）により放熱するようになっていることを特徴とする。

それによれば、パワー素子（３０）とその上の第２の基板（２０）とを、導電性接着部材（６０）を介して直接接着しているから、電子装置の厚さ（つまり、両基板（１０、２０）の積層方向の寸法）を小型化するのに適した構成を実現することができる。また、第２の基板（２０）の一面のうち発熱素子（４１）と同じ位置には、放熱部材（９０）が熱的に接続されており、発熱素子（４１）からの熱を放熱部材（９０）により放熱するようになっているから、第２の基板（２０）に発熱の大きな発熱素子（４１）が設けられていても、放熱部材（９０）を介して適切な放熱が可能となる。

ここで、請求項２に記載の発明のように、導電性接着部材（６０）としては、はんだもしくは導電性接着剤を採用することができる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または２において、第２の基板（２０）の一面とは反対側の他面側にも、パワー素子（３０）が導電性接着部材（６０）を介して直接接着されて電気的に接続されるとともに、モールド樹脂（５０）によって封止されており、第２の基板（２０）の一面側のパワー素子（３０）と他面側のパワー素子（３０）とは、同じ位置に設けられていることを特徴とする。

それによれば、第２の基板（２０）の一面側のパワー素子（３０）と他面側のパワー素子（３０）とが、同じ位置にあるので、第２の基板（２０）の反りやうねりの影響を少なくすることが可能となる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る電子装置１００の概略断面構成を示す図である。この電子装置１００は、たとえば自動車に搭載され、車両制御用のＥＣＵなどの電子装置として用いられる。

本実施形態の電子装置１００は、大きくは、第１の基板１０と、第１の基板１０の一面（図１中の上面）に搭載されたパワー素子３０と、一面（図１中の下面）を第１の基板１０の一面およびパワー素子３０に対向させて配置された第２の基板２０と、第２の基板２０の一面とは反対側の他面（図１中の上面）に搭載された電子部品４０とを備え、これら第１の基板１０、パワー素子３０、第２の基板２０、および電子部品４０が、モールド樹脂５０により封止された構成を備えている。

第１の基板１０は、銅または銅系合金などから成るリードフレームや、セラミック基板、金属基板などの回路基板である。パワー素子３０は、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ダイオード、複合ＩＣなどであり、第１の基板１０の一面にダイボンド材１１を介して接続されている。そして、パワー素子３０と第１の基板１０とは電気的・機械的に接続されている。

第２の基板２０は、セラミック基板、樹脂基板などの回路基板である。第２の基板２０の一面は、パワー素子３０を覆うように第１の基板１０の一面に対向しており、第２の基板の一面とパワー素子３０とは、導電性を有する導電性接着部材６０を介して直接接着されている。それによって、これら第２の基板２０とパワー素子３０とは電気的に接続されている。

導電性接着部材６０は、はんだや導電性接着剤などよりなる。はんだとしては、一般的な共晶はんだ、鉛フリーはんだなどが採用され、導電性接着剤としては、一般的な金属フィラーを樹脂に含有させたものや、はんだフィラーとゴムマトリックスからなるものが採用される。

はんだフィラーとゴムマトリックスからなる導電性接着剤によれば、第２の基板２０の反りやうねりによって、パワー素子３０と第２の基板２０の一面との接触性がばらつくのを抑制しやすい。これは、ゴム弾性により、第２の基板２０の反りやうねりを吸収するためである。

また、第２の基板２０の他面には、電子部品４０が搭載されている。この電子部品４０としては、一般的な回路基板に表面実装されるものであれば特に限定しないが、たとえば、ＩＣチップやトランジスタ素子、マイコン、抵抗、コンデンサなどが挙げられ、ダイボンド実装やワイヤボンド実装などにより、部品実装が行われている。

そして、第２の基板２０の一面と他面とは、第２の基板２０の内部に設けられた図示しない内層配線などにより電気的に接続されており、当該内層配線、導電性接着部材６０を介して、電子部品４０とパワー素子３０とは電気的に接続されている。そして、たとえば、パワー素子３０から電子部品４０に電流が供給されるようになっている。

また、図１に示されるように、第２の基板２０の端部の外側には、金属などよりなるリード７０が設けられている。そして、このリード７０と第２の基板２０とは、アルミや金などのボンディングワイヤ７１により結線され、電気的に接続されている。

さらに、本実施形態では、第１の基板１０の一面とは反対側の他面（図１中の下面）には、銅などよりなるヒートシンク８０が設けられ、第１の基板１０とヒートシンク８０とが接着などにより接合されている。

そして、モールド樹脂５０は、上述した各部材１０〜４０、６０〜８０を包み込むように封止している。このモールド樹脂５０は、エポキシ樹脂などの一般的なモールド材料よりなり、金型を用いたトランスファーモールド法などにより成形されるものである。

ここで、ヒートシンク８０における第１の基板１０とは反対側の面は、モールド樹脂５０から露出しており、パワー素子３０や両基板１０、２０に発生した熱は、ヒートシンク８０から外部に放熱されるようになっている。また、上記リード７０の一部もモールド樹脂５０から露出しており、このリード７０の露出部分にて外部との電気的な接続がなされるようになっている。

次に、本実施形態の電子装置１００の製造方法について、図２を参照して述べる。図２は、本実施形態の製造方法を示す工程図であり、各工程におけるワークの断面構成を示している。

まず、図２（ａ）に示されるように、第２の基板２０の一面に導電性接着部材６０を介してパワー素子３０を接着するとともに、第２の基板２０の他面に電子部品４０を搭載する。

具体的には、パワー素子３０については、導電性接着部材６０がはんだである場合には、印刷による配置、リフローなどを行い、導電性接着剤である場合には、塗布・硬化などを行う。また、電子部品４０については、一般のダイボンド実装やワイヤボンディングなどを行う。なお、基板２０にパワー素子３０を接続する際に、はんだで接続する場合には、アンダーフィルを付与することにより接続性を確保するようにしてもよい。

その後、図２（ｂ）に示されるように、第２の基板２０の他面と第１の基板１０の一面とを対向配置させる。このとき、第１の基板１０はヒートシンク８０に取り付けられている。そして、はんだや導電性ペーストなどよりなるダイボンド材１１を介して、パワー素子３０を第１の基板１０の一面に接続する。

続いて、図２（ｃ）に示されるように、リード７０を第２の基板２０の外側に配置し、これらの間でワイヤボンディングを行い、ボンディングワイヤ７１を形成する。そして、このものを図示しない金型に設置し、モールド樹脂５０の注入・充填を行い、モールド樹脂５０による封止を行う。こうして、本実施形態の電子装置１００ができあがる。

ところで、本実施形態によれば、パワー素子３０とその上の第２の基板２０とを、導電性接着部材６０を介して直接接着しているから、電子装置１００の厚さ（つまり、両基板１０、２０の積層方向の寸法）が小型化する。従来では、上述のように、リードフレームを立ち上げていたので、その分、厚くなっていたが、本実施形態ではそれに比べて、大幅な厚さの低減が図れる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る電子装置１００の製造方法を示す工程図であり、各工程におけるワークの断面構成を示している。ここでは、上記第１実施形態の製造方法との相違点を中心に述べることとする。

まず、図３（ａ）に示されるように、本製造方法では、第２の基板２０の他面に電子部品４０を搭載する。また、図３（ｂ）に示されるように、第１の基板１０にヒートシンク８０を取り付けるとともに、第１の基板１０の一面にパワー素子３０を搭載する。

その後、図３（ｃ）に示されるように、第２の基板２０の他面と第１の基板１０の一面とを対向配置させて、導電性接着部材６０を介してパワー素子３０を第２の基板２０の一面に接着する。

続いて、図３（ｄ）に示されるように、リード７０と第２の基板２０とのワイヤボンディングを行い、次に、モールド樹脂５０による封止を行う。こうして、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の電子装置１００ができあがる。

なお、上記図１に示される電子装置１００を製造するとき、各基板１０、２０、パワー素子３０、電子部品４０の組み付け順序は、上記第１及び第２実施形態に述べた順序に限定されるものではなく、それ以外の方法も適宜採用が可能である。

（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係る電子装置の概略断面構成を示す図である。本実施形態では、上記第１実施形態との相違点を中心に述べることとする。

図４に示されるように、本実施形態では、第２の基板２０の他面側にも、パワー素子３０が導電性接着部材６０を介して直接接着されて電気的に接続されるとともに、当該他面側のパワー素子３０はモールド樹脂６０によって封止されている。そして、第２の基板２０の一面側のパワー素子３０と他面側のパワー素子３０とは、第２の基板２０を挟んで同じ位置に設けられている。

つまり、第２の基板２０の一面に直交な方向から眺めたとき、第２の基板２０の一面側のパワー素子３０と他面側のパワー素子３０とは重なる位置に設けられている。ここで、第２の基板２０の他面側のパワー素子３０についても、当該一面側のパワー素子３０と同様、第１の基板１０およびヒートシンク８０に搭載されている。

つまり、本実施形態の電子装置においては、装置の厚さ方向にて第２の基板２０を中心として両側（図４中の上下両側）で実質的に対称となるように、第２の基板２０側から、導電性接着部材６０、パワー素子３０、第１の基板１０、ヒートシンク８０が積層された構成とされている。

そして、本実施形態によれば、第２の基板２０の一面側のパワー素子３０と他面側のパワー素子３０とが、平面的に同じ位置にあるので、これら両パワー素子３０が受ける第２の基板２０の反りやうねりの影響を、少なくすることが可能となる。

つまり、複数のパワー素子３０を備える電子装置の場合、第２の基板２０に反りやうねりなどがあると、それぞれのパワー素子３０毎に、第２の基板２０との接触性がばらつく恐れがあるが、本実施形態では、そのような問題が回避される。

（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係る電子装置の概略断面構成を示す図である。本実施形態では、上記第１実施形態との相違点を中心に述べることとする。

図５に示されるように、本実施形態では、第２の基板の他面には、電子部品４０よりも駆動時の発熱が大きい発熱素子４１が、電子部品４０とともに、モールド樹脂５０で封止された状態で搭載されている。この発熱素子４１としては、たとえば複合ＩＣなどが挙げられる。

そして、第１の基板１０の一面には、銅やアルミなどよりなる金属ブロックなど、放熱性に優れた材料よりなる放熱部材９０が設けられている。この放熱部材９０は第２の基板２０における一面のうち発熱素子４１と同じ位置に設けられている。

そして、放熱部材９０は、第２の基板２０および第１の基板１０とはんだ９１などの熱的接続部材を介して接続され、これら両基板１０、２０と熱的に接続されている。それにより、発熱素子４１からの熱が放熱部材９０により放熱されるようになっている。本実施形態によれば、第２の基板２０に発熱の大きな発熱素子４１が設けられていても、放熱部材９０を介して適切に放熱される。

（他の実施形態）
なお、電子装置としては、第１の基板と、第１の基板の一面に搭載されたパワー素子と、一面を第１の基板の一面およびパワー素子に対向させて配置された第２の基板とを備え、第２の基板の一面とパワー素子とを、導電性接着部材を介して直接接着して電気的に接続し、第１の基板、パワー素子、および第２の基板を、モールド樹脂により封止したものであればよく、第２の基板の他面には上記電子部品は無いものであってもよい。

また、第１の基板にはヒートシンクが取り付けられていなくてもよく、その場合、モールド樹脂から、第１の基板が直接露出しているものであってもよい。

本発明の第１実施形態に係る電子装置の概略断面図である。 第１実施形態の電子装置の製造方法を示す工程図である。 本発明の第２実施形態に係る電子装置の製造方法を示す工程図である。 本発明の第３実施形態に係る電子装置の概略断面図である。 本発明の第４実施形態に係る電子装置の概略断面図である。

符号の説明

１０ 第１の基板
２０ 第２の基板
３０ パワー素子
４０ 電子部品
４１ 発熱素子
５０ モールド樹脂
６０ 導電性接着部材
９０ 放熱部材

Claims (3)

1. 第１の基板（１０）と、
   前記第１の基板（１０）の一面に搭載されたパワー素子（３０）と、
   一面を前記第１の基板（１０）の前記一面および前記パワー素子（３０）に対向させて配置された第２の基板（２０）とを備え、
   前記第２の基板（２０）の前記一面と前記パワー素子（３０）とは、導電性を有する導電性接着部材（６０）を介して直接接着されて電気的に接続されており、
   前記第１の基板（１０）、前記パワー素子（３０）、および前記第２の基板（２０）は、モールド樹脂（５０）により封止されており、
   前記第２の基板（２０）の前記一面とは反対側の他面には、電子部品（４０）および前記電子部品（４０）よりも駆動時の発熱が大きい発熱素子（４１）が、前記モールド樹脂（５０）で封止された状態で搭載されており、
   前記第２の基板（２０）の前記一面のうち前記発熱素子（４１）と同じ位置には、放熱部材（９０）が熱的に接続されており、前記発熱素子（４１）からの熱を前記放熱部材（９０）により放熱するようになっていることを特徴とする電子装置。
2. 前記導電性接着部材（６０）は、はんだもしくは導電性接着剤であることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
3. 前記第２の基板（２０）の前記一面とは反対側の他面側にも、前記パワー素子（３０）が前記導電性接着部材（６０）を介して直接接着されて電気的に接続されるとともに、前記モールド樹脂（５０）によって封止されており、
   前記第２の基板（２０）の前記一面側の前記パワー素子（３０）と前記他面側の前記パワー素子（３０）とは、同じ位置に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。

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