CN101404278B - 电路装置、电路模块及室外机 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种可提高安装密度,并抑制内建的电路元件彼此间的热干涉的电路装置、电路模块及室外机。本发明的解决手段如下,在混合集成电路装置(10),是在外罩材(12)组装有重叠的第1电路基板(18)及第2电路基板(20)。此外,在第1电路基板(18)的上面配置有第1电路元件(22),在第2电路基板(20)的上面配置有第2电路元件。再者,在外罩材(12)的内部,设置有未填入密封树脂的中空部(26)(内部空间),此中空部(26)与外部构成为经由将外罩材(12)形成部分开口所设置的连通口(15A)而连通。
Description
技术领域
本发明涉及电路装置、电路模块及室外机,特别是涉及,通过外罩(case)材将形成于电路基板上面的混合集成电路予以密封的电路装置、电路模块及室外机。
背景技术
近年来,报导许多关于环境破坏、地球暖化的前兆,以及报纸上探讨此暖化的原因的种种信息。该原因虽存在有许多因素,但其中之一为电力消耗的增加。该电力的产生仍依赖着逐渐枯竭的石油,并且存在有因该石油的燃烧所造成的二氧化碳气体被释放至大气层的问题。此外,汽车大部分仍是汽油车,此也为原因之一。
对于使世界中的电子机器产生动作而言,前者所述的电力仍为必要条件。电力为洗衣机、空调、可携式机器等的电源,就地球上的人类维持文明生活而言,仍是不可或缺,此也为非常难以解决的问题。
另一方面,汽车具有高功能性,可在车内进行TV会议,或是通过车内导航机引导至目的地,此外,可通过车用空调达到凉爽的目的,或是以头灯进行明亮的照明,该功能乃越迈向高功能化,因此,世界上的消费者无不竞相购入。亦即,与以往不同,在车内可一边使用各种功能一边驾驶,因而导致能源消耗量的增加。
电脑或行动电话也是相同情形。为了实现这些功能,采用半导体装置,也就是所谓的功率元件、IC、LSI的半导体装置,将半导体装置安装于例如印刷电路基板等的安装基板,并安装于电子机器的装置中。若考虑上述情形,则半导体元件的消耗电力的降低,也逐渐成为非常重要的课题。
此电子机器,特别是半导体装置,会因动作的进行而发热,使活性区域的温度上升,结果导致驱动能力的降低。若欲提升该驱动能力,则必须消耗更多能量。
也就是说,必须以任何形式使半导体装置的热释放至外部,并降低半导体装置本身所消耗的电力。此倾向极为明显,例如有可进行功率驱动的功率MOS装置,此需多加考虑该散热。因此,近年来洗衣机、冰箱等所使用的变流器模块,电浆显示器中所使用的驱动模块等装置,被积极地安装于金属基板以进行放热。
此金属基板是以绝缘树脂等来被覆其表面,在其上形成导电图案,在此导电图案上,电性连接有例如为变流器电路中所需的元件并予以安装。
参考图15,说明采用有外罩材111的混合集成电路装置150的构成。混合集成电路装置150具备:由铝等金属所形成的基板101;以被覆基板101上面的方式所形成的绝缘层102;形成于绝缘层102上面的导电图案103;及电性连接于导电图案103的晶体管等电路元件110。并通过外罩材111及密封树脂108,来密封电路元件110而构成。
具体而言,外罩材111大致呈框缘形状,并抵接于基板101的侧面。此外,为了确保密封于基板101上面的空间,外罩材111的上端部是位于较基板101的上面还上方。再者,在基板101的上方由外罩材111所包围的空间,填入有密封树脂108,并通过此密封树脂108,来被覆半导体元件等电路元件110。通过此构成,即使基板101相对较大,也可通过将密封树脂108填入于由外罩材111等所包围的空间,而以树脂将组装于基板101上面的电路元件予以密封。
[专利文献1]日本特开2007-036014号公报
在上述混合集成电路装置150中,是在基板101上面安装有IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:绝缘栅极双载子晶体管)等功率晶体管,或驱动此功率晶体管的驱动IC。控制此驱动IC的微电脑等控制元件,安装于安装有混合集成电路装置150的安装基板侧。因此,在安装基板侧,乃存在用以控制马达等负载的驱动的电路的安装所需的面积会增加的问题。
为了解决上述问题,乃具有例如于基板101上面,除了上述功率晶体管与驱动IC之外,更固接微电脑的方法。如此,于1个混合集成电路装置中内建功率晶体管及微电脑,可缩小控制电路的安装所需的面积。然而,若将功率晶体管及微电脑固接于同一个基板101上面,则功率晶体管所产生的热,会经由以铝等金属所形成的基板101传达至微电脑。再者,功率晶体管所产生的热,会经由用以密封全体的密封树脂108而传导至微电脑。结果为,由功率晶体管所加热的微电脑,其有可能产生错误动作的问题。
此外,一般是将电路模块安装于空调机的室外机来进行空调机的动作控制,由于室外机设置于屋外,经常暴露于相当高温的环境,而具有于电路模块的电性连接部分产生龟裂等问题,因此必须采取将电路模块所产生的热释放至外部的对策。
发明内容
鉴于上述问题,本发明的主要目的是提供一种可提高安装密度,并抑制内建的电路元件彼此间的热干涉的电路装置、电路模块及室外机。
本发明的特征为具备:于上方与下方具有开口部的外罩材;组装于所述外罩材,且为重叠配置的设置于所述下方的开口部的第1电路基板及设置于所述上方的开口部的第2电路基板;固接于所述第1电路基板的主面的第1电路元件;及固接于所述第2电路基板的主面的第2电路元件;在所述外罩材的内部,于所述第1电路基板与所述第2电路基板之间设有内部空间,并将连通所述内部空间与外部的连通口设置于所述外罩材的相对向侧面。
此外,本发明的特征为具备:将固接于所述第1电路基板的所述第1电路元件密封于所述外罩材的内部的第1密封树脂;及将固接于所述第2电路基板的所述第2电路元件予以密封的第2密封树脂。
本发明是鉴于前述现有问题而作出的发明,首先,是通过下列方式来解决前述问题,亦即为一种电路模块,具有:由相对向的一对的第1侧壁及相对向的一对的第2侧壁所形成,且于上方与下方具有开口部的外罩材;嵌合于所述下方的开口部,并安装有电路元件的第1模块基板;支撑于设在所述外罩材的内壁的阶梯部,并安装有电路元件的第2模块基板;及设置于所述外罩材的相对向的两侧壁的缺口部,所述电路模块,垂直地设置有第1模块基板;所述缺口部,分别在位于下方的侧壁及位于上方的侧壁设置有所述缺口部,且让气流流路从所述下方的缺口部进入,由此,使所述电路模块内的热从位于所述上方的缺口部释放至外部。
此外,是通过下列方式来解决前述问题,亦即为一种室外机,至少具有:机体(chassis);固定于所述机体的风扇;设置于内部的压缩机;设置于所述机体的框体;及设置于所述框体的电路模块,所述电路模块,具有:由相对向的一对的第1侧壁及与所述一对的侧壁成为一体的一对的第2侧壁所形成,且于上方与下方具有开口部的外罩材;嵌合于所述下方的开口部,并安装有电路元件的第1模块基板;支撑于设在所述外罩材的内壁的阶梯部,并安装有电路元件的第2模块基板;及设置于所述外罩材的侧壁的缺口部;所述电路模块,垂直地设置有第1模块基板;所述缺口部,分别在位于下方的侧壁及位于上方的侧壁设置有所述缺口部,且让气流流路从所述下方的缺口部进入,由此,使所述电路模块内的热从位于所述上方的缺口部释放至外部。
在本发明中,是在外罩材的内部设置第1电路基板及第2电路基板,并将连通外罩材的内部空间与外部的连通口设置于外罩材。由此,位于外罩材内部的空气,可经由连通口容易地释放至外部,所以可使固接于第1电路基板的第1电路元件及固接于第2电路基板的第2电路元件形成热绝缘。亦即,即使从例如属于功率晶体管的第1电路元件中产生大量的热,使收纳于外罩材的内部空间的空气被加热,被加热的空气也可从设在外罩材的连通口释放至外部。因此,可防止例如为动作温度较低的微电脑的第2电路元件,因第1电路元件所产生的热的传导而变得过热。
此外,在本发明中,是在电路模块的外罩材,设置有沿着气流流路的缺口部,故即使设置于室外机时,也可积极地将电路模块所产生的热释放至外部。
附图说明
图1是显示本发明电路装置的一实施例的混合集成电路装置的图式,其中,(A)为立体图,(B)为剖面图。
图2是显示本发明电路装置的一实施例的混合集成电路装置的图式,其中,(A)为剖面图,(B)为放大后的剖面图。
图3是显示本发明电路装置的一实施例的混合集成电路装置的图式,其中,(A)及(B)为剖面图。
图4是显示组装于本发明电路装置的一实施例的混合集成电路装置的电路的方块图。
图5(A)是显示组装有本发明电路装置的一实施例的混合集成电路装置的室外机的图式,图5(B)是显示装设有混合集成电路装置之处的剖面图。
图6是显示本发明电路装置的一实施例的混合集成电路装置的图式,其中,(A)为立体图,(B)为剖面图。
图7是显示本发明电路装置的一实施例的混合集成电路装置的剖面图。
图8是显示本发明电路装置的一实施例的电路模块的图式,其中,(A)为剖面图,(B)为俯视图。
图9是显示本发明电路装置的一实施例的电路模块的立体图。
图10是显示本发明电路装置的一实施例的电路模块的剖面图。
图11是显示本发明电路装置的一实施例的室外机的剖面图。
图12是显示本发明电路装置的一实施例的电路模块的俯视图。
图13是显示本发明电路装置的一实施例的电路模块的剖面图。
图14是显示本发明电路装置的一实施例的混合集成电路装置的图式,其中,(A)为剖面图,(B)为俯视图。
图15是显示背景技术的混合集成电路装置的剖面图。
主要元件符号说明:
10、150 混合集成电路装置
12 外罩材 12A 第1侧壁部
12B 第2侧壁部 12C 第3侧壁部
12D 第4侧壁部 13 暴露部
14 第1密封树脂 15、15A、15B、15C、15D、19 连通口
15、19 开口部 16 第2密封树脂
17 倾斜面 18 第1电路基板
20 第2电路基板(功率晶体管)
21、38、103 导电图案 22 第1电路元件
23 支撑部 24 第2电路元件(微电脑)
25、28B、104 引线 26 中空部
28 第1引线 30 第2引线
32、60 安装基板 34 绝缘基板
36、40、102 绝缘层 41 整流电路
42 金属细线 43 平滑电路
44 驱动IC 45 开关电路
46 马达 48 室外机
50、252 框体 52 压缩机
54 冷凝机 56 风扇
58、255 散热片 62 喷嘴
101 基板 108 密封树脂
110 电路元件 111、203 外罩材
201A 第1基板 201B 底层基板
202 第2基板
203A、203B、203C、203D 外罩材侧壁
204 功率半导体元件 207 第1导电图案
220、221 开口部 222 凸部
223 抵接部 224 固定孔
225 抵接部分 226 间隔部分
227 绝缘性接着剂 228 绝缘覆膜
229 外部引线 230 第2导电图案
231 驱动元件 232 通孔
240 第1模块基板 241 第2模块基板
250 室外机 251 风扇
252A 中隔板 253 压缩器
254 电路模块 255 散热片
260 图号(气流路径) 270至273缺口部
274 印刷电路基板
具体实施方式
第1实施例
以下参考图1,说明作为电路装置的一实施例的混合集成电路装置10的构成。图1(A)为混合集成电路装置10的立体图,图1(B)为图1(A)的B-B’线的剖面图。
参考图1(A)及图1(B),在混合集成电路装置10,第1电路基板18及第2电路基板20是重叠而组装于外罩材12。在第1电路基板18的上面配置有第1电路元件22(例如为功率晶体管),在第2电路基板20的上面配置有第2电路元件(例如为微电脑)。再者,在外罩材12的内部,设置有未填入密封树脂的中空部26(内部空间),此中空部26与外部,构成为经由将外罩材12予以部分开口所设置的连通口15A、15B而连通。
外罩材12是通过将环氧树脂等热硬化性树脂或丙烯酸树脂等热可塑性树脂射出成形而形成,大致上是呈框缘状的形状。参考图1(B),外罩材12的上面及下面成为开口部,上面的开口部由第2电路基板20所封塞,下面的开口部由第1电路基板18所封塞。此外,在外罩材12的左右端部,设置有固定螺丝用的孔部。
此外,在本实施例中,于外罩材12的侧壁部,设置有连通外罩材12的内部空间与外部的连通口15A。具体而言,参考图1(A),外罩材12是由第1侧壁部12A、第2侧壁部12B、第3侧壁部12C、及第4侧壁部12D所构成。此外,参考图1(B),使纸面上为右侧的第1侧壁部12A形成部分开口以设置连通口15A,在与第1侧壁部12A相对向的第2侧壁部12B,也同样设置连通口15B。在此,在第1侧壁部12A,例如可设置1个连通口15A,或是以分散方式设置多个连通口。
再者,上述构成的连通口,可仅设置于外罩材12的1个侧壁部,也可设置于3个或4个侧壁部。
第1电路基板18组装于外罩材12下部的开口部,且由铝(Al)或铜(Cu)或以所述金属为主材料的合金所构成。在此,虽采用由铝所形成的2片金属基板作为第1电路基板18,但也可是由1片金属基板来构成第1电路基板18。第1电路基板18的详细内容,将参考图2(B)来说明。
第2电路基板20组装于外罩材12上部的开口部,并采用印刷电路基板(Printed Circuit Board:PCB)。具体而言,可采用酚醛纸基板、玻璃环氧基板等作为第2电路基板20。此外,也可采用由陶瓷所形成的基板作为第2电路基板20。再者,在第2电路基板20,也可仅于上面形成导电图案21,或是在双面设置导电图案21。此外,也可将层积3层以上的导电图案21构成于第2电路基板20。
关于安装于第2电路基板20的第2电路元件24,可安装发热量较安装于第1电路基板18的第1电路元件22还低的微电脑等。因此,第2电路基板20可采用热传导性较差但较为便宜的印刷电路基板。此外,由于印刷电路基板的设计变更或制造的成本较低,即使作为第2电路元件24所采用的微电脑等进行规格变更,也可通过变更第2电路基板20的导电图案的形状而容易地对应。再者,由环氧树脂等绝缘材料所形成的第2电路基板20,其热传导率较由金属所形成的第1电路基板18还低。因此,通过第2电路基板20来抑制热传导,由此可抑制属于功率晶体管的第1电路元件22所产生的热,传导至微电脑的第2电路元件24。
第1电路元件22,为电性连接于形成在第1电路基板18的上面的导电图案38的元件。第1电路元件22,采用例如进行1安培以上的电流开关的功率晶体管。在此,功率晶体管采用双载子晶体管、场效晶体管(FET:Field Effect Transistor)或绝缘栅极双载子晶体管(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)。此外,第1电路元件22也可全面采用晶体管以外的元件,例如为LSI或二极管等主动元件,或芯片电容器或芯片电阻等被动元件。
此外,当第1电路元件22为功率晶体管等半导体元件时,其背面是隔介焊材等导电性接着材所固接。再者,在第1电路元件22与导电图案38之间,可设置由铜等金属所形成的散热片。形成于第1电路元件22上面的电极,是经由金属细线42连接于导电图案38。
第1电路元件22也可采用,构成整流电路的二极管、构成平滑电路的线圈与电容器、将控制信号施加于上述功率晶体管的控制电极的驱动IC、热阻器等。
第2电路元件24,为电性连接于形成在第2电路基板20表面的导电图案21的元件,一般是采用动作温度较上述第1电路元件22还低的电路元件。具体例子例如有微电脑(Microcomputer)或铝质电解电容器等,并作为第2电路元件24安装于第2电路基板20。再者,与第1电路元件22相同,第2电路元件24也可全面采用主动元件及被动元件。此外,第2电路元件24可采用晶体振荡器或半导体记忆体。再者,第2电路元件24可仅固接于第2电路基板20的上面,或仅固接于下面,或是固接于双面。
此外,参考图1(B),作为微电脑的LSI,是在以树脂所密封的状态下,安装于第2电路基板20的上面。然而,微电脑也可以裸芯片的状态,固接于形成在第2电路基板20表面的导电图案21。
第1密封树脂14,是以覆盖第1电路元件22及第1电路基板18的上面全区的方式形成。第1密封树脂14,是由混入有氧化铝(Al2O3)或二氧化硅(SiO2)等填充材的环氧树脂等树脂材料所形成。如此,通过第1密封树脂14来密封第1电路元件22,可提升第1电路元件22的耐湿性。再者,由于第1电路元件22与导电图案38的连接处(由焊材等接合材所形成)由第1密封树脂14所被覆,因此可提升此连接处的耐振动性。此外,由混入有填充材的树脂所形成的第1密封树脂14,具有不让光线透射的遮光性的性质。因此,以遮光性的第1密封树脂14来被覆形成在第1电路基板18上面的导电图案38及第1电路元件22,由此可隐藏导电图案38的形状及第1电路元件22的位置。在此,参考图1(B),是以被覆第1电路元件22及使用于该连接的金属细线42的方式,形成第1密封树脂14。然而,并不需通过第1密封树脂14来完全被覆第1电路元件22。亦即,第1电路元件22与导电图案38的连接部是通过第1密封树脂14所被覆,第1电路元件22的上端部可从第1密封树脂14的上面往上方突出。
再者,第1密封树脂14形成于由外罩材12的侧壁内部、第1电路基板18及第2电路基板20所包围的空间,但并非形成为完全填入于此空间的程度。因此,在外罩材12的内部空间,设置有未填入第1密封树脂14的中空部26。换言之,第1密封树脂14虽接触于第1电路基板18及第1电路元件22,但未接触于第2电路基板20及第2电路元件24。再者,第1电路基板18的上面,其周边部的区域接触于外罩材12,其他区域则由第1密封树脂14所被覆。
第2密封树脂16,是以覆盖第2电路元件24及第2电路基板20上面全区的方式形成。与第1密封树脂14相同,是由混入有填充材的树脂材料所形成。通过第2密封树脂16来密封第2电路元件24及第2电路基板20,可提升第2电路元件24的耐湿性及耐振动性,并且可隐藏设在第2电路基板20的上面的导电图案21的形状及第2电路元件24的配置。在此,第2密封树脂16并不一定须以完全被覆第2电路元件24的方式形成,可形成为被覆第2电路元件24与导电图案21的连接部,且第2电路元件24的上部可从第2密封树脂16的上面往上方突出。
参考图1(A),外罩材12的靠近前方侧的开口部,是全面由第2密封树脂16所覆盖,并从该第2密封树脂16的表面,往外部导出第1引线28及第2引线30。第1引线28及第2引线30的详细内容,将参考图2(A)来说明。第1引线28及第2引线30,具有作为连接设于混合集成电路装置10内部的电路与外部的连接手段的功能。再者,参考图1(B),也具有作为电性连接安装于第1电路基板18的第1电路元件22与安装于第2电路基板20的第2电路元件24的连接手段的功能。
参考图1(B),在本实施例中,是以被覆第1电路元件22的方式设置第1密封树脂14,并且在外罩材12的内部设置中空部26(内部空间),再经由连通口15A使此中空部26与外部连通。
如此,通过设置连通口15A,可防止第1电路元件22所产生的热被传导至第2电路元件24,导致动作温度较低的微电脑的第2电路元件24产生错误动作的情形。
具体而言,在本实施例中,设置2片重叠的电路基板(第1电路基板18及第2电路基板20),并将电路元件分别组装于各电路基板,由此,可使由功率晶体管所形成的功率元件(block)与控制此功率元件的控制元件,内建于属于1个封装的混合集成电路装置10。此外,为了提升所安装的元件的耐湿性或耐振动性,必须以密封树脂来密封安装于各电路基板的电路元件。例如,参考图1(B),是以被覆配置于第1电路基板18的第1电路元件22的方式,在外罩材12的内部形成第1密封树脂14,然后以被覆固接于第2电路基板20上面的第2电路元件24的方式,形成第2密封树脂16。
在此,例如考虑采用功率晶体管作为第1电路元件22,采用微电脑作为第2电路元件24的情况,则功率晶体管所产生的热,可能导致微电脑产生错误动作。具体而言,在混合集成电路装置10的动作时,装置外部的温度Tc,是以成为100℃以下的方式进行补偿,内建于装置的第1电路元件22的温度(Tj),是以成为150℃以下的方式进行补偿。另一方面,为第2电路元件24的微电脑的动作温度,是较IGBT等功率晶体管还低,例如为85℃以下。因此,若以完全填入外罩材12的内部空间的方式形成第1密封树脂14,则第1电路元件22所产生的热,会经由第1密封树脂14传导至属于微电脑的第2电路元件24。结果使属于微电脑的第2电路元件24被加热至85℃以上,而有导致其动作不稳定的问题。
因此,在本实施例中,参考图1(B),并未以密封第1电路元件22的第1密封树脂14,来完全填入外罩材12的内部,而是在外罩材12的内部空间,设置有未填入第1密封树脂14的属于未填入区域的中空部26。此外,是通过将外罩材12予以部分开口而设置的连通口15A、15B来连通此中空部26与外部。因此,即使属于功率晶体管的第1电路元件22进行动作而产生热,使外罩材12内部的空气被加热而成为高温,被加热的空气也可经由连通口15A、15B被释放至外部。结果可抑制第1电路元件22所产生的热往第2电路元件24(微电脑)的传导。因此,可抑制属于微电脑的第2电路元件24的温度被加热至动作温度(例如为85℃)以上,使微电脑在稳定的状态下进行动作。
此外,即使采用容易因加热而劣化的铝质电解电容器作为第2电路元件24,也可通过上述本实施例的构成,抑制铝质电解电容器的温度上升并防止劣化。
再者,在本实施例中,被覆第1电路元件22的第1密封树脂14,并非完全填入于外罩材12的内部空间,而是在外罩材12的内部,设置有未填入树脂的区域的中空部26。由此,存在有空气的中空部26,也具有作为使热绝缘的层的功能,可抑制第1电路元件22所产生的热往第2电路元件24的传导。此外,如上所述,由于第1密封树脂14由混入有填充材的树脂所形成,而具有较低的热阻,因此,第1电路元件22所产生的热,是处于容易经由第1密封树脂14而传导至其他构成要素的状态。然而,在本实施例中,如上所述,是在外罩材12设置中空部26来限制热的移动,因此可避免因第1电路元件22所产生的热导致第2电路元件24产生错误动作的缺陷。
参考图2,更详细说明上述混合集成电路装置10的构成。图2(A)是显示引线的构成的混合集成电路装置10的剖面图,图2(B)为用以说明第1电路基板18的构成的剖面图。
参考图2(A),在混合集成电路装置10设置有第1引线28及第2引线30。
第1引线28其下端是固接于形成在第1电路基板18上面的由导电图案38所构成的焊垫。垫状的导电图案38与第1引线28的下端,是通过焊材等导电性接着材所接着。此外,第1引线28是贯穿第1密封树脂14、第2电路基板20及第2密封树脂16,其上端被导出至外部。在此,第1引线28有下列情况,亦即,第1引线28在贯穿第2电路基板20之处,有连接于形成在第2电路基板20上面的第2电路元件24的情况、以及有未连接的情况。当第1引线28连接于第2电路元件24时,有经由第1引线28来电性连接安装于第2电路基板20的第2电路元件24与安装于第1电路基板18的第1电路元件22的情况。此外,当第1引线28未连接于第2电路元件24时,可考虑为例如从外部所供应的电源电流、或是通过设置于第1电路基板18的变流器电路所转换的电流,通过第1引线28的情况。
第2引线30,其下端连接于设在第2电路基板20上面的导电图案21,上端贯穿第2密封树脂16往上方突出。第2引线30的下端附近,插入于贯穿第2电路基板20所设置的孔部并固定,并具有使输出输入的电性信号通过安装于第2电路基板20的第2电路元件24的作用。在此,形成在第2电路基板20上面的导电图案21与第2引线30,是通过焊材等导电性接着材连接。
参考图2(B),在本实施例中,是使安装基板32及绝缘基板34层积而构成第1电路基板18。
安装基板32,为以厚度约1.0mm至2.0mm的铝(Al)为主材料的金属制的基板,上面及下面是由阳极氧化膜(由Al2O3形成的膜)所被覆。安装基板32的上面,是通过充分填入有填充材的环氧树脂等树脂材料所形成的绝缘层36所被覆。绝缘层36的厚度例如为50μm左右。此外,在绝缘层36的上面,形成有厚度约为50μm的由铜所形成的导电图案38,在此导电图案38安装有第1电路元件22。
此外,部分去除上述绝缘层36而设置暴露部13,使从该暴露部13所暴露出的安装基板32与导电图案38,经由金属细线42而连接。如此,通过经介暴露部13来连接安装基板32与导电图案38,可将安装基板32的电位构成为固定电位(接地电位或电源电位),并通过安装基板32,大幅提高遮蔽来自外部的杂讯的屏障效果。再者,由于导电图案38的一部分与安装基板32的电位为相同,因此也可降低两者间所产生的寄生电容。
上述构成的安装基板32的背面,是通过由硅树脂所形成的接着剂,而贴附于绝缘基板34上面。
绝缘基板34,与安装基板32相同,是由铝等金属所形成,其平面大小形成较安装基板32还大。因此,绝缘基板34的端部与安装基板32的端部形成间隔而配置。此外,是通过以聚亚酰胺树脂等树脂材料所形成的绝缘层40,来被覆绝缘基板的上面。再者,绝缘基板34的下面,是位于与外罩材12的侧壁下端为同一平面上。
如上所述,是使安装基板32及绝缘基板34层积而构成第1电路基板18,由此,可在极高水准下,同时达到第1电路基板18的散热性与耐压性两者。具体而言,如上所述,由于安装基板32与导电图案38连接,例如连接于接地电位,因此若使安装基板32的背面暴露于外部,则可能引起短路。为了防止此短路,设置绝缘基板34。绝缘基板34上面与安装基板32下面,是通过设在绝缘基板34上面的绝缘层40进行绝缘。再者,安装基板32的侧面与绝缘基板34的侧面,为分别使构成各基板的铝等金属材料暴露出的面,通过使绝缘基板34的端部(侧面)与安装基板32的端部(侧面)形成间隔,可防止各基板的侧面产生短路。
此外,由于安装基板32及绝缘基板34两者均由散热性较佳的铝等金属所形成,因此,第1电路元件22所产生的热,可经由安装基板32及绝缘基板34而良好地释放至外部。
参考图3(A),来说明混合集成电路装置10的其他实施例。在此,于第2电路基板20上面及下面两者,均安装有第2电路元件24。并且以被覆这些第2电路元件24及第2电路基板20上面及下面两者的方式,形成第2密封树脂16。
如此,在第2电路基板20的下面也设置第2电路元件24,由此可将更多个电路元件内设于混合集成电路装置10。此外,是以第2密封树脂16来密封设置于第2电路基板20背面的第2电路元件24,由此可提升这些元件的耐湿性及耐振动性。
此外,在上述情形下也于外罩材12的内部设置有未填入树脂的中空部26,并经由连通口15A、15B来连通此中空部26与外部。
接着参考图3(B),说明其他实施例的混合集成电路装置10的构成。在图1所示的混合集成电路装置10中,仅于外罩材12的侧壁部设置有连通口15A,但在此是使外罩材12的底部形成部分开口而设置连通口15C、15D。参考图3(B),由于第1电路基板18的面积较第2电路基板20还小,因此,在组装后的第1电路基板18的周边,形成有余裕区域。在此,是将该外罩材12的余裕区域形成开口而形成连通口15C、15D。由此,可将因第1电路元件22的发热所加热的中空部26的高温空气,更积极的释放至外部,而降低装置全体的温度。
接着参考图4,说明建构于上述混合集成电路装置10的电路的一例。在此,包含由多个功率晶体管所形成的开关电路45的变流器电路,是形成于第1电路基板18,构成有控制此变流器电路的控制电路的第2电路元件24(微电脑),安装于第2电路基板20。更具体而言,在第1电路基板18组装有整流电路41、平滑电路43、开关电路45及驱动IC44。
组装于混合集成电路装置10的各电路的动作,如下列所述。首先,因应旋转速度的频率的基准信号,是输入于安装于第2电路基板20的第2电路元件24(微电脑),而产生分别具有120度的相位差的3个经脉冲宽度调变的正弦波控制信号。在第2电路元件24所产生的控制信号,是经由第1引线28(参考图2(A))被输入至第1电路基板18。
输入至第1电路基板18的控制信号,在驱动IC44升压至预定电压后,施加于构成开关电路45的功率晶体管(例如IGBT)的控制电极。
另一方面,从外部所输入的交流电力,通过整流电路41转换为直流电力后,通过平滑电路43将电压形成为一定,并输入至开关电路45。
从开关电路45中,产生分别具有120度的相位差的3相经脉冲宽度调变的正弦波电压(U、V、W),并供应至马达46。结果可使近似于正弦波的负载电流于马达46中流动,并以预定旋转数使马达46转动。
通过上述开关电路45的动作,是从开关电路45中所包含的功率晶体管,产生多量的热。然而,参考图1(B),从属于功率晶体管的第1电路元件22所产生的热,在传导至中空部26的空气后,经由连通口15A、15B被释放至外部。结果可抑制因第1电路元件22所产生的热所造成的第2电路元件24的错误动作。
接着参考图5,说明组装有上述构成的混合集成电路装置10的空调机(Air Conditioner)的室外机48的构成。图5(A)是显示室外机48的构成的剖面图,图5(B)是显示装设有混合集成电路装置10的状态下的剖面图。
室外机48,主要是在框体50的内部,内建有冷凝机54、风扇56、压缩机52、及混合集成电路装置10而构成。
压缩机52,具有使用马达的驱动力来压缩氨等冷媒的功能。由压缩机52所压缩的冷媒,被送至冷凝机54,风扇56将风吹往冷凝机54,由此将冷凝机54内部的冷媒所包含的热释放至外部。然后,当该冷媒膨胀后,将冷媒送至位于室内的蒸发器,以冷却室内的空气。
本实施例的混合集成电路装置10,具有控制用来驱动压缩机52或风扇56的马达的旋转的作用,并固接于设在室外机48的内部的安装基板60。
图5(B)是显示装设有混合集成电路装置10的构造。在此,第1引线28及第2引线30是插入安装于安装基板60。此外,安装有功率晶体管的第1电路基板18的背面,是抵接于散热片58的平滑面。混合集成电路装置10对散热片58的装设,是通过将混合集成电路装置10的外罩材12螺丝固定于散热片58来进行。在此,散热片58是将铜或铝等金属一体地成形而成,与混合集成电路装置10抵接的面为平滑面,其相反面为凹凸面。通过该构成,从属于功率晶体管的第1电路元件22所产生的热,是经由第1电路基板18及散热片58被传导至室外机48的内部空间,最终经由风扇56的送风作用,被释放至室外机48的外部。
此外,参考图5(B),混合集成电路装置10,较理想为使第1电路基板18与第2电路基板20成为垂直的状态而配置。由此,使连通口15A位于中空部26的下端,使连通口15B位于中空部26的上端。因此,当因第1电路元件22的动作使位于中空部26内部的空气被加热时,则被加热的空气会自然地经由连通口15B往上方释放。此外,与释放的空气量为同等量的外部气体,是从连通口15A被导入至中空部26。结果为,中空部26内部的空气可频繁地进行换气,因而可防止第1电路元件22所产生的热对第2电路元件24(微电脑)进行加热。
第2实施例
以下参考图6及图7来说明第2实施例。本实施例的基本内容与上述第1实施例相同,不同点为连通装置内部与外部的开口部19的构成。
参考图6,说明本实施例的混合集成电路装置10的构成。图6(A)为表示混合集成电路装置10的立体图,图6(B)为图6(A)的B-B’线的剖面图。
参考图6(A),在外罩材12的角落部,设置有4个用以连通外罩材12的中空部26与外部的开口部19。开口部19俯视呈四角形状,并使外罩材12的侧壁往外侧形成部分突出而由此形成。
经由这些开口部19使外罩材12的中空部26的空气进行换气,由此可使内建于混合集成电路装置10的电路元件所产生的热,顺利的往外部释放。因此可抑制这些电路元件的过热。此外,开口部19在形成第1密封树脂14的步骤中,具有用以将第1密封树脂14注入于外罩材12的内部空间的路径功能。
参考图6(B),是使纸面上为左侧的第2侧壁部12B的内壁形成为倾斜面17。此外,也使纸面上为右侧的第1侧壁部12A的内壁形成为倾斜面17。倾斜面17的形状在此为直线形状,但也可为曲面。
以下说明空气经由开口部19在混合集成电路装置10的中空部26移动的情形。在此图中,是以箭头表示空气的移动。从第2侧壁部12B侧的开口部19进入于中空部26的空气,在抵接第2侧壁部12B的倾斜面17后,顺畅地往中空部26移动。之后,进入的空气于中空部26中,是从纸面上的左侧往右侧移动,抵接第1侧壁部12A的倾斜面17后,从开口部19释放至外部。
通过以上的路径,中空部26的空气可顺利地释放至外部,因此,包含第1电路元件22及第2电路元件24所产生的热的中空部26的空气,可经由开口部19顺利地释放至外部。并且对应于所释放的空气量的新鲜空气,可经由开口部19而导入至中空部26。
此外,若使第1电路基板18及第2电路基板20,以对重力所作用的方向平行的方式竖立配置,则更可提升上述换气的效果。具体而言,因发热的第1电路元件22及第2电路元件24所导致过热的中空部26内部的空气,是从位于上方的开口部19自然地释放至外部,对应于所释放的空气量的新鲜空气,是从下方的开口部19导入至中空部26。
参考图7,设置于外罩材12的开口部19,在密封树脂的步骤中,亦具有用以将液状的树脂注入于外罩材的内部的注入口的功能。
具体而言,在本步骤中,是从设置于外罩材12的开口部19,将第1密封树脂14注入于外罩材12的内部空间。本步骤中所使用的第1密封树脂14,为填入有粒状的氧化铝等填充材的热硬化性树脂或热可塑性树脂。从喷嘴62所供应的第1密封树脂14,为液状或半固形状的状态,并于填入后进行加热硬化。
在此,经由设置在纸面上为左侧的第2侧壁部12B的开口部19,从喷嘴62将第1密封树脂14供应至外罩材12的内部空间。此外,于位在纸面上为右侧的第1侧壁部12A亦设置有开口部19,对应从喷嘴62所供应的第1密封树脂14的量的内部空间的空气,是经由设置于第1侧壁部12A的开口部19释放至外部。若持续由喷嘴62供应第1密封树脂14,则可通过第1密封树脂14来密封第1电路基板18上面及第1电路元件22。
再者,在本步骤中,从喷嘴62所供应的液状的第1密封树脂14,首先接触设于第2侧壁部12B的内壁的倾斜面17。之后,流动性较佳的第1密封树脂14,是沿着倾斜面17进入于外罩材12的内部空间。所注入的第1密封树脂14是进行加热硬化。
其他的构成与制造方法,与上述第1实施例相同。
第3实施例
参考图8至图13,说明本实施例的电路模块的构成。
参考图8(A),在本实施例中,是采用2片金属基板。下方的金属基板201B为底层基板,并且形成为从上方的金属基板201A的全周还大L2的程度。将此距离L2称为延伸面距离,在实际构成电路模块时,是用以提升第1基板201A与底层基板201B背面之间的耐电压特性。
首先说明外罩材203。此外罩材203为四角柱去除中心后的形状。亦即为4片的侧壁,相对纸面为前方的203A与后方的203B、及左右方的203C、203D的4片的侧壁形成为一体形成。因此,在下方与上方具有开口部220、221。此外,在外罩材203的内侧,具有朝向内侧的凸部222。因此,在从上方的开口部若干降低的位置,形成有支撑第2基板202周围的背面的抵接部223。以图8(B)来看,在外罩材侧壁203C、203D的内壁具有抵接部223,并与第2基板202左右的侧边附近的背面抵接。另一方面,外罩材的侧壁203A、203B,为了确保螺丝固定孔224、224,内壁具有与第2基板202抵接的部分225以及形成间隔的部分226。此间隔部分,可使第2基板202与第1基板201A之间的空间所产生的热,经由此间隔部分226释放至外部。
接着说明底层基板201B与第1基板201A。此2片基板是由以导电材料,例如铜(Cu)、铝(Al)或铁(Fe)为主材料者,或是合金所构成。此外,也可由热传导性较佳的材料所形成,或是为氮化铝、氮化硼等绝缘材料。一般就成本的观点来看,采用铜、铝,所以在此对采用铝进行说明。
由于两者均具有导电性,所以需进行绝缘处理。底层基板201B、第1基板201A的双面,施加有用以防止损伤的阳极氧化膜。但是由于对基板进行切割,因此于其侧面的中央使Al暴露出。在此底层基板201B上,是通过绝缘性接着剂27,固定有涵盖全周围小距离L2的尺寸程度的第1基板201A。此外,在此第1基板201A,是于上面所形成的阳极氧化膜上,被覆有绝缘覆膜228,在其上贴合有由铜所形成的第1导电图案207。此导电图案是由岛状部、配线、电极垫、及被动元件用的电极等所形成。例如功率半导体元件204是由BIP型的功率Tr、MOS型的功率Tr、IGBT等所形成,并电性连接于岛状部而固接。此元件的表面电极与电极垫,例如以金属细线所连接。其他安装有二极管、芯片电阻、芯片电容器等。再者,在第1基板201A的侧边,设置有引线固接用的焊垫,在该处是以焊材固接外部引线229。此外部引线229是以从外罩材203的头部突出的长度,插入于另外准备的安装基板的通孔,并予以电性连接。
贴合有此底层基板201B及第1基板201A的第1模块基板,是嵌合于外罩材203下侧的开口部220。以上说明外罩材203具有凸部222,若以其他方式说明,则下方的开口部220均于所有侧壁的内侧设置L字型的阶差,使底层基板201B的侧面,与此侧面形成角落部的上面抵接并固接。因此,可通过与外罩材203嵌合的第1模块基板,使除了开口部221以外的部分均可完全封蔽。
接着说明第2基板202。此第2基板202是由树脂性的基板所形成,较理想为例如称为印刷电路基板的玻璃环氧基板。此基板202,至少于表面上形成一层以上的导电图案。一般是在表面一层、双面两层、四层、...当中选择。具体而言,是由所安装的元件的密度,来决定第2导电图案230为几层。此第2导电图案230与第1导电图案207相同,是由岛状部、配线、电极垫、及被动元件用的电极等所形成。此外,安装于其上的元件为主动元件、被动元件,且安装有本发明的特征的元件231。
此元件231为用以驱动并控制功率半导体元件4的集成电路(IC),例如由微电脑所形成。其他由Tr、二极管、芯片电阻、芯片电容器所形成。此外,在第2基板202左右的侧边附近,具有让外部引线229插入的通孔232。通过此通孔232,可使构成在第1基板的电路与构成在第2基板的电路电性连接。
此第2模块基板,是经介外罩材203上的开口部221而设置于内部。如前所述,抵接部223、225设置于外罩材203的内壁,在其上配置有第2基板202。
为防止焊材的龟裂、并防止外部环境气体经由间隔部分226进入内部,在第2基板202的设置前,如图8(A)所示,是以灌注等来设置完全密封第1基板的元件的树脂。从第1基板201A表面至第2基板202背面为止的距离,设定为L1,设被覆树脂的厚度为S1,并设置S2的空间部。此空间部S2部分的空气,是由第1模块基板所加热,并经由间隔部分226释放至外部。因此,就引起循环作用的观点来看,间隔部分226至少形成2个。实际上,在此形成为4个。
此外,可因应必要,在第2基板202上设置完全密封元件的树脂。在此,驱动元件231在图8(A)中是以裸晶安装,在图8(B)中是形成有以树脂密封后的半导体元件,实际上两者均可。
图9是显示本电路模块的立体图,为了使外罩材203与第2基板202之间的关系更为明了,是于另外图式中显示。
图10是显示树脂性的外罩材203、第1模块基板240、第2模块基板241及外部引线229之间的热关系。本电路模块的一实施例,是实现一种空调机的变流器电路,并例如装设于图11所示的室外机250。
图11是显示打开室外机250的附图,251为空气循环用的风扇,在此风扇251内侧,具有热交换器。在风扇251的右邻,设置有铝或铁的框体252,在中隔板252A下方,装设有压缩器253,在中隔板252A上方,装设有安装电路零件的印刷电路基板等。实际上,由于具有极为复杂的电路零件,因此省略该图式。再者,于中隔板252A的左邻,具有与中隔板252A正交且垂直延伸的印刷电路基板,在此印刷电路基板,安装有本发明的电路模块254。于为此电路模块的背面且为底层基板201B的背面,装设有散热片(radiator fin)255。此室外机的压缩器253、风扇马达及电路零件成为热源,且本体本身设置于屋外。因此,室外机的内部成为高温。因此,本电路模块本身暴露于高温。
在此说明构成模块的各材料的线膨胀系数(α)。铝为23×10-6/℃(铜为20×10-6/℃),树脂基板的例子之一,x-y方向的α1为11至12×10-6/℃,z方向为25至30×10-6/℃,此外,硅(Si)的α为2.0至4.0×10-6/℃,乃具有极大不同。
亦即,当室外机成为高温时,如图10所示,外罩材203的下方因2片Al基板的α而产生较大的膨胀,相反的,印刷基板侧并未产生如此膨胀。如此,外罩材203本身若以夸张的方式表现,则变形为如梯形般的形状。因此,印刷电路基板241是往下方弯曲为凸状。此弯曲意味着图8(B)的中心线的交点最为翘曲。
因此,在图10中,第2基板202必须使电路元件的配置,从第2模块基板241的中央部分予以偏移。以其他方式来表现,通过从中央部分偏移而配置,可提升焊材或金属细线等电性连接的可靠度。
尤其作为驱动元件的微电脑231,由于端子数设置为较其他半导体元件还多,因此从中央部分将此微电脑231予以偏移,可提升可靠度。
接着参照图9、图11至图13,更进一步说明热的释放路径。图11的图号260,为表示空气因风扇251或因热而上升所产生的气流路径A至B。当然散热片255的沟,设置于垂直方向。因此,若也在电路模块254沿着此气流路径A至B设置缺口部,则更能够提升散热性。
此缺口部在图9中为270至273,此部分在图12、图13中亦有所显示。图13相对于图5的纸面为前方、在图11中是朝向印刷电路基板274、且为从上方观看图11的电路模块254的概略图。在缺口部270、271或沟中以图式的o中具有黑点的标记,是表示从纸面的背侧朝向表面侧,亦即第11图的气流路径A至B所示的方向。
进一步整理说明,位于图8的第2基板202下方的空间,积存底层基板的热,并经由图8的间隔部分226,流入至由外罩材203、第2基板202的密封树脂所包围的空间。之后并产生图11的气流路径A至B,亦即在此空间从下方往上方产生气流路径。因此可实现效率极高的散热。
第4实施例
在本实施例中,参考图14来说明其他实施例的混合集成电路装置10的构成。图14(A)是显示混合集成电路装置10的剖面图,图14(B)是显示从下方观看混合集成电路装置10的俯视图。本实施例的基本构成是与上述第1实施例相同,不同点为在外罩材12的下面及侧面设置连通口15、19。
参考图14(A),配置有功率晶体管的第1电路基板18,是形成为较配置有微电脑等控制元件的第2电路基板20还小。此外,外罩材12形成为可收纳相对较大的第2电路基板20的尺寸,因此,若将第1电路基板18配置于外罩材12的中央部,则第1电路基板18的周边部会产生空隙的空间。在此,是在第1电路基板18的周边部的外罩材12的底部,设置连通口15。由此,在装置内部的中空部26成为高温的空气,经由连通口15释放至外部。同时,未加热的空气经由连通口15而导入至中空部26。再者,是将外罩材12的侧壁部形成部分开口而设置连通口19,此连通口19与连通口15具有同样的作用。
参考图14(B),在外罩材12设置有框状的支撑部23,第1电路基板18在外罩材12的中央部附近,是以支撑部23所支撑。此外,在外罩材12的背面,是于第1电路基板18的周围设置连通口15。
再者,参考图14(A),来自形成在第1电路元件22上面的开关电路的输出信号,也可经由固接于第1电路基板18上面的引线及固接于第2电路基板20的引线两者,输出至外部。再者,可经由此两者的引线,将电源电力等大电流输入至装置内部。具体而言,在第1电路基板18的上面固接有引线28B,此引线28B是与构成开关电路的第1电路元件22连接。此外,引线28B的上端贯穿第2电路基板20,并与形成在第2电路基板20上面的导电图案连接。此外,引线28B的上端部并未导出至外部。
在第2电路基板20的上面,固接有形成较引线28B还粗的引线25,此引线25是经由形成在第2电路基板20上面的导电图案,与引线28B连接。通过此构成,来自配置在第1电路基板18上面的第1电路元件22的输出,是经由引线28B与引线25,而导出至外部。
此外,控制信号或感测器的输出等的较小信号,可经由安装在第2电路基板20上面的插入式连接器,来进行输出输入。
Claims (8)
1.一种电路装置,其特征在于,具备:
于上方与下方具有开口部的外罩材;
组装于所述外罩材,且为重叠配置的设置于所述下方的开口部的第1电路基板及设置于所述上方的开口部的第2电路基板;
固接于所述第1电路基板的主面的第1电路元件;以及
固接于所述第2电路基板的主面的第2电路元件;
在所述外罩材的内部,于所述第1电路基板与所述第2电路基板之间设有内部空间,并将连通所述内部空间与外部的连通口设置于所述外罩材的相对向侧面。
2.根据权利要求1所述的电路装置,其特征在于,具备:
将固接于所述第1电路基板的所述第1电路元件密封于所述外罩材的内部的第1密封树脂;以及
将固接于所述第2电路基板的所述第2电路元件予以密封的第2密封树脂。
3.根据权利要求1或2所述的电路装置,其特征在于:所述第2电路元件为动作温度较所述第1电路元件还低的元件。
4.根据权利要求3所述的电路装置,其特征在于,
将设置有所述连通口之处的所述外罩材的内壁构成为倾斜面。
5.一种电路模块,其特征在于,具有:
由相对向的一对第1侧壁及相对向的一对第2侧壁所形成,且于上方与下方具有开口部的外罩材;
嵌合于所述下方的开口部,并安装有电路元件的第1模块基板;
支撑于设在所述外罩材的内壁的阶梯部,并安装有电路元件的第2模块基板;以及
设置于所述外罩材的相对向的两侧壁的缺口部;
且所述电路模块垂直地设置有第1模块基板;所述缺口部分别在位于下方的侧壁及位于上方的侧壁设置有所述缺口部,且让气流流路从所述下方的缺口部进入,由此,使所述电路模块内的热从位于所述上方的缺口部释放至外部。
6.根据权利要求5所述的电路模块,其特征在于:所述第1模块基板是由导电材料所形成,所述第2模块基板由树脂性的基板所形成。
7.一种室外机,至少具有:机体;固定于所述机体的风扇;设置于内部的压缩机;设置于所述机体的框体;以及设置于所述框体的电路模块,其特征在于:
所述电路模块,具有:由相对向的一对第1侧壁及与所述一对侧壁成为一体的一对第2侧壁所形成,且在上方与下方具有开口部的外罩材;
嵌合于所述下方的开口部,并安装有电路元件的第1模块基板;
支撑于设在所述外罩材内壁的阶梯部,并安装有电路元件的第2模块基板;以及
设置于所述外罩材的侧壁的缺口部;
且所述电路模块垂直地设置有第1模块基板;所述缺口部分别在位于下方的侧壁及位于上方的侧壁设置有所述缺口部,且让气流流路从所述下方的缺口部进入,由此,使所述电路模块内的热从位于所述上方的缺口部释放至外部。
8.根据权利要求7所述的室外机,其特征在于:所述第1模块基板是由以铝或铜为主材料的金属基板所形成,所述第2模块基板为玻璃环氧基板。
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