CN103958280B - 电子组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够提高散热性并且能够实现小型化的电子组件。金属基板(3)具有在由金属形成的基底(31)的上表面隔着由树脂形成的绝缘层(32)形成的导体配线(33)。模制壳(4)收纳金属基板(3)和电子部件，且嵌入成形有用于与外部进行电连接的汇流条和终端端子。金属基板(3)的结构为，由导电性部件构成的由金属形成的基底与位于车辆的周围的接地的导电性部件不接触，通过由绝缘部件构成的粘接部件被粘接固定在由绝缘部件构成的上述模制壳，上述金属基板的基底不被电接地。金属基板(3)与模制壳(4)的端面粘接固定，金属基板的基底的面露出在模制壳外侧的大气中。

Description

电子组件
技术领域
本发明涉及电子组件，特别涉及适合作为车载用电子组件的电子组件。
背景技术
近年来，在汽车中，为了环境支持和小型轻量化，不断推进大多车载用部件的电子电动化。其中，用于控制车载部件的电子组件的需求也在增加。
在电子组件中，例如在用于控制电动机的电动机控制装置中，一般利用来自车载控制单元等的指令对MOSFET、IGBT、晶体管等开关元件进行开关控制，驱动电动机。此时，担心的是，由于通电产生的电流引起的发热，耐温性差的半导体元件和基板超过耐热温度。
特别是在发动机室内使用的电动机控制装置中，伴随发动机室内的狭小化和高密度化，周围环境温度也上升。此外，作为促动器驱动的电动机的负载也增加，流通的电流也变大。
在这样的制品中，为了对大电流进行散热，使用在铜的引线框架直接安装有芯片的基板、陶瓷基板、金属基板等高散热基板。其中，近年来，尤其是非常廉价的金属基板受到关注，使用得多(例如，参照专利文献1、专利文献2)。
金属基板为在由金属形成的基底上隔着树脂的绝缘层叠层有导体配线的结构，该基板因为是简单的结构，所以能够廉价地制造，但是另一方面，由于外在的负载因素和温度上升的影响等，对绝缘层造成损害，因此存在导体配线短路的忧虑。
关于这些，要求提高制品的可靠性，并且需要制定失效保护(failsafe)的应对措施，以期即使在基板内发生短路，也不会使电流流过。
此外，车辆的发动机室内不断推进高密度化，由于制品的搭载空间的限制，要求制品的进一步的小型化。
作为电动机控制装置，现状是，开关元件等发热部件的温度对安装在基板内的周围的部件施加的影响大，仅通过高密度地安装基板，难以实现小型化。
因此，需要不改变基板尺寸地使电动机控制装置外形的制品尺寸变小的结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-267233号公报
专利文献2：日本特开2010-18145号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
作为电子组件的一个例子，能够列举怠速熄火起动机用的电动机控制装置。
在起动机中，为了进行发动机的起动，数百安培的大电流被通电至起动电动机。在用于使起动机驱动的电动机控制装置中，由于利用安装在内部的MOSFET对起动电动机的通电进行开关控制，因此MOSFET的芯片成为发热源，有可能芯片的结温超过保证温度150～175℃，产生不良。
为了抑制MOSFET的温度，使用散热性优异的金属基板，但在使用金属基板的情况下，如上述专利文献中记载的那样，为了金属基板的保护和散热，一般将基板收纳在金属制的外壳中，使金属基板的基底面与金属的筐体接触而使用。使用这样的方法时，担心以下问题：由于金属基板的基底面被电接地，一旦金属基板的绝缘层中产生缺陷、劣化、外在的损伤等损伤(damage)，具有电位的配线层与金属基板的基底面就会导通，有短路电流流过。
对这样的担心，能够通过进行将金属基板的绝缘层设定得厚等应对措施来提高安全性，但是如果加厚绝缘层，基板的热阻就会增加，因此存在散热性变差的问题。
此外，近年来关于搭载在发动机室内的部件，伴随发动机室内的高密度化和狭小化，要求进一步的小型化。
用于收纳金属基板的外壳一般如专利文献1、2中记载的那样，是将整个金属基板收纳在外壳中的结构，在这样的结构的情况下，由于需要使外壳的内径尺寸比基板外径尺寸大，因此制品尺寸变大。
另外，作为金属基板的搭载方法，利用散热润滑脂(grease)将金属基板粘贴到外壳，但是存在金属基板与外壳间的接触热阻大，散热性也变差的问题。
本发明的目的在于，提供能够提高散热性并且能够实现小型化的电子组件。
用于解决问题的技术方案
(1)为了达到上述目的，本发明是一种电子组件，其包括：金属基板，其具有在由金属形成的基底(base)的上表面隔着由树脂形成的绝缘层形成的导体配线；多个电子部件，其经由导电性连接部件连接到上述金属基板上，形成电路；和模制壳(moldcase)，其收纳上述金属基板和上述电子部件，且嵌入成形(insertmold)有用于与外部进行电连接的汇流条和终端端子，上述金属基板的结构为，由导电性部件构成的由金属形成的基底与位于车辆的周围的接地的导电性部件不接触，并通过由绝缘部件构成的粘接部件被粘接固定在由绝缘部件构成的上述模制壳，上述金属基板的基底不被电接地，上述模制壳呈上下开放的框状的形状，上述金属基板与上述模制壳端面粘接固定，上述金属基板的基底的面露出在上述模制壳外侧的大气中。
根据该结构，能够提高散热性，并且能够实现小型化。
(2)在上述(1)中，优选上述电子组件用于怠速熄火起动机的控制，上述怠速熄火起动机包括起动电动机、和用于将与该起动电动机的输出轴连接的小齿轮推出的电磁开关，上述电子组件对上述起动电动机和上述电磁开关进行控制，上述金属基板的基底具有能够蓄积在对上述起动电动机通电一次时产生的热的热容。
(3)在上述(2)中，优选上述金属基板以位于与起动电动机、电磁开关、发动机相反侧的位置的方式安装在上述齿轮箱。
(4)在上述(1)中，优选上述模制壳包括：设置在上述模制壳与上述金属基板的粘接部的用于填充粘接剂的槽，该槽的模制壳的内侧的壁比其外侧的壁低。
(5)在上述(4)中，优选上述外侧的壁的端部与上述金属基板的外周的配线禁止带的部位抵接。
(6)在上述(4)中，优选包括设置在上述外侧的壁的最外周的部位的突起部，利用该突起部保持上述金属基板的端面。
(7)在上述(4)中，优选上述内周的壁的端部与上述金属基板的外周的配线禁止带的部位抵接，上述金属基板的侧端面与上述外侧的壁用上述粘接剂粘接。
(8)在上述(1)中，优选上述模制壳包括：设置在上述模制壳与上述金属基板的接触部的用于插入衬垫(gasket)的槽，该槽的模制壳的内侧的壁比其外侧的壁低，上述电子组件还包括：设置在上述模制壳的外周端部，用于保持上述金属基板的扣合部(snapfit)。
发明效果
根据本发明，能够提高电子组件的散热性，并且能够实现小型化。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的电子组件的结构的截面图。
图2是表示本发明的一实施方式的电子组件的结构的分解立体图。
图3是表示本发明的一实施方式的电子组件的结构的平面图。
图4是表示本发明的一实施方式的电子组件的金属基板与模制壳的粘接部的结构的主要部分放大截面图。
图5是本发明的一实施方式的电子组件中使用的金属基板的平面图。
图6是表示本发明的一实施方式的电子组件中的金属基板与模制壳的粘接部的结构的第一变形例的主要部分放大截面图。
图7是表示本发明的一实施方式的电子组件中的金属基板与模制壳的粘接部的结构的第二变形例的主要部分放大截面图。
图8是表示本发明的一实施方式的电子组件中的金属基板与模制壳的粘接部的结构的第三变形例的主要部分放大截面图。
图9是表示安装有本发明的一实施方式的电子组件的起动机的主要部分截面结构的正面图。
图10是表示安装有本发明的一实施方式的电子组件的起动机的主要部分截面结构的平面图。
具体实施方式
以下，利用图1～图10，对本发明的一实施方式的电子组件的结构进行说明。
首先，利用图1～图3，说明本实施方式的电子组件的整体结构。
图1是表示本发明的一实施方式的电子组件的结构的截面图。图2是表示本发明的一实施方式的电子组件的结构的分解立体图。图3是表示本发明的一实施方式的电子组件的结构的平面图。
此处，以下对特别将本发明应用于驱动怠速熄火起动机的电子组件的情况进行说明。
如图2所示，本实施方式的电子组件2包括金属基板3、被固定在金属基板3上的电子部件6、模制壳4、和盖5。金属基板3包括金属制的基底31，在基底上形成有绝缘层，在其上形成有配线层。电子部件6被固定在配线层。
如图1所示，金属基板3包括基底31、绝缘层32、导体配线33和抗蚀剂34。基底31由铝、铜、铁或包含上述材料的合金构成。绝缘层32由环氧(epoxy)类、弹性体(elastomer)类聚合物(polymer)等具有绝缘功能的树脂构成，叠层于基底31。导体配线33由铜构成，叠层在绝缘层32上。此外，在导体配线33上，包覆有用于规定导体配线的绝缘、保护和焊料涂敷部分的区域的抗蚀剂34。
此外，在金属基板3上，通过焊料(solder)和银浆(Agpaste)等导电性连接部件14搭载有多个电子部件6。此处，电子部件6是MOSFET、驱动IC、电阻、电容器、二极管、热敏电阻等。
模制壳4为构成外壳的壁面的框形的形状。模制壳4是上下的面开放的棱柱状的框形。在模制壳4，作为输出端子嵌入成形有由铜形成的电极44，作为紧固部嵌入成型有由金属形成的卡圈(collar)43(图3)。电极44与起动机等连接。此外，模制壳4包括用于与外部的车载控制单元(未图示)进行通信的连接器(connector)41。
模制壳4由PPS(聚苯硫醚)、PBT(聚丁烯对苯二酸盐)等具有绝缘性的树脂构成。
金属基板3在模制壳4的外侧端面利用硅粘接剂13与金属基板3的部件搭载面侧的基板面粘接固定。此时，金属基板3的基底31以露出在外部方向的大气中的方式安装。电子部件6等收纳在模制壳4的框的内部。
金属基板3和模制壳4通过利用铝线16将搭载在金属基板上的键合垫(bondingpad)20与嵌入(insert)于模制壳4的电极44键合(bonding)而电连接。
此外，在模制壳4的内部，将铝线键合区域与电子部件安装区域分隔的分隔板45与模制壳4通过一体成型形成。通过采用这样的结构，规定用于填充第一铸型树脂15和第二铸型树脂21的区域。
关于安装有电子部件的部分，担心的是，金属基板与电子部件的电阻或电容器的陶瓷的线热膨胀系数不匹配，搭载有电子部件的焊料的热疲劳寿命降低。于是，为了改善热疲劳寿命，利用作为使线膨胀系数与金属基板匹配的环氧树脂的第一铸型树脂15进行密封，由此缓和在焊料中产生的应力。
在铝线键合区域，利用约束力弱的硅凝胶(siliconegel)等第二铸型树脂21仅进行绝缘，以免对铝线16产生由铸型树脂的线膨胀系数差导致的影响。
此外，为了防止异物进入模制壳4的内部、进行电子部件的保护，模制壳4的上部的开口被由PBT或PPS构成的树脂盖5覆盖。树脂盖5通过硅粘接剂、环氧树脂等被粘接固定。
在本实施方式中，金属基板3以位于模制壳4的外侧端面的方式被粘接固定。即，金属基板3的基底31成为筐体(外壳)的一部分。因此，能够使现有技术中必须设定得比基板大的外壳内侧的空间比基板尺寸外形小，因此能够使制品外形也变小。
此外，构成与模制壳4粘接固定的金属基板3的基底31安装成：仅与模制壳4接触，不与构成制品的螺钉、周围的车辆的发动机、车身、电动机、壳体(housing)等具有导电性并与车体的GND接地的部件接触(关于这一点，利用图9和图10在后面描述)。此外，在与这些导电性部件之间设定固定量以上的绝缘距离，使得即使水滴等进入也不会短路。
因此，由于金属基板的基底面不被电接地，所以在过大的负载施加于金属基板时绝缘层受到损伤的情况下，也能够防止短路电流流向导体配线33与基底31之间。
此外，在现有技术中作为防止外在的损伤、绝缘层的缺陷等的应对措施，将绝缘层的厚度设定得厚的结构中，应用本实施方式，由此能够抑制短路电流的产生，因此能够使绝缘层的厚度变薄。通过使绝缘层变薄，能够使现有技术中金属基板的构成部件中热导率最差、决定大部分散热性能的绝缘层部的热阻大幅降低。
此外，通过采用本实施方式的结构，能够防止由于金属基板3的基底31与异质金属接触而产生的电腐蚀。
在本实施方式的结构中，采用金属基板的背面和侧面露出在大气中的结构。因此，不仅从基板背面散热，而且能够确保将基板与侧面相加得到的量的散热面积，因此能够提高散热性能。金属基板的厚度为1mm～5mm，是非常厚的基板，因此侧面的散热面积也大，散热效果大。
接着，利用图4和图5，对本实施方式的电子组件中的金属基板3与模制壳4的粘接部的结构进行说明。
图4是表示本发明的一实施方式的电子组件的金属基板与模制壳的粘接部的结构的主要部分放大截面图。图5是本发明的一实施方式的电子组件中使用的金属基板的平面图。
如图4所示，在模制壳4的与金属基板3的粘接面，形成有粘接剂容纳槽42，在该槽中填充硅粘接剂13而粘接。
金属基板上的粘接面侧布设有导体配线，因此在基板的上表面，存在配线的凹凸。但是，金属基板3通常利用压力机(press)用一个大的基材同时制造多个，因此为了避免冲压时对配线层的损害，如图5所示，相对于中央的配线区域WA，在其外周设置从基板外形至导体配线的距离为2mm以上的配线禁止带N-WA。
该配线禁止带N-WA没有导体配线，呈平坦部，因此最适合作为与模制壳4的粘接面。因此，虽然为了确保粘接面而考虑加宽配线禁止带，但是因为配线禁止带在金属基板的配线设计上是无用的空间，制品尺寸也变大，所以希望将该空间限制在必要最小限度。
但是，在采用将基板与模制壳粘接的结构的情况下，模制壳与基板的粘接面为了确保粘接力也需要为3mm以上，因此有可能模制壳粘接部覆盖配线层的凹凸部，在粘接面产生间隙，由此导致粘接剂漏出到外部。
为了避免这些，采用图4所示那样的结构。即，在模制壳4的底面，即在与金属基板3相对的面的中央，形成粘接剂容纳槽42。粘接剂容纳槽42的宽度设为3mm左右，以确保粘接剂13进入该槽的情况下的粘接面积，确保粘接力。此外，令粘接剂容纳槽42的外壳内侧的壁比外侧的壁低。因此，粘接剂容纳槽42的外侧的壁与金属基板3的平坦的外周部(图5的配线禁止带N-WA处)接触。粘接剂容纳槽42的粘接剂13与图5的配线禁止带N-WA的部位及其内侧的具有若干凹凸的配线区域WA接触，但是其接触面的凹凸不成问题，能够粘接金属基板3与模制壳4。从粘接剂容纳槽42溢出的粘接剂13从粘接剂容纳槽42的内周侧的壁的前端与金属基板3之间的间隙，向图5的配线区域WA侧漏出，因此能够使得硅粘接剂不向外部漏出。此外，用模制壳4的外侧的壁与金属基板3抵接，由此成为还能够确保高度方向的尺寸精度的结构。
接着，利用图6对本实施方式的电子组件中的金属基板与模制壳的粘接部的结构的第一变形例进行说明。
图6是表示本发明的一实施方式的电子组件中的金属基板与模制壳的粘接部的结构的第一变形例的主要部分放大截面图。
在图6所示的结构中，采用的结构是：在模制壳的树脂容纳槽42的最外周设置有基板保持用的最外壁17。另外，最外壁17是壁，是从纸面的跟前到内侧(深处)连续的结构，但是代替壁结构，也能够采用设置多个突起部的结构。
通过采用这样的结构，在与模制壳4平行方向的力施加于金属基板3的情况下，也能够利用最外壁17保持金属基板侧面，因此能够增加基板的保持力，提高制品的可靠性。
接着，利用图7对本实施方式的电子组件中的金属基板与模制壳的粘接部的结构的第二变形例进行说明。
图7是表示本发明的一实施方式的电子组件中的金属基板与模制壳的粘接部的结构的第二变形例的主要部分放大截面图。
在图7所示的结构中，采用的结构是：将模制壳4的粘接剂容纳槽42的外壳内侧的壁与金属基板3抵接而定位，并使外侧的壁延伸至金属基板3的基底31的侧面中途。硅粘接剂13粘接到金属基板3的角部，以保护侧面的露出的叠层部件的粘接界面。
通过采用这样的结构，防止来自金属基板3的叠层结构的界面的水的浸入等，而且因为粘接剂13不仅与金属基板3的表面的抗蚀剂膜34粘接，还与金属基板3的侧面粘接，因此能够增加粘接面积，也能够提高基板保持力。
接着，利用图8对本实施方式的电子组件中的金属基板与模制壳的粘接部的结构的第三变形例进行说明。
图8是表示本发明的一实施方式的电子组件中的金属基板与模制壳的粘接部的结构的第三变形例的主要部分放大截面图。
在图8所示的结构中，采用的结构是：在模制壳4的固定中不使用粘接剂，将橡胶制的衬垫(gasket)19夹入模制壳4的槽中，利用扣合部18固定模制壳4与金属基板3。这样，模制壳4与金属基板3的固定方法也可以不是利用粘接剂进行的粘接固定。
接着，利用图9和图10对本实施方式的电子组件安装于怠速熄火用的起动机时的结构进行说明。
图9是表示安装有本发明的一实施方式的电子组件的起动机的主要部分截面结构的正面图。图10是表示安装有本发明的一实施方式的电子组件的起动机的主要部分截面结构的平面图。
如图9和图10所示，怠速熄火起动机1包括电子组件2、汇流条7、电磁开关8、齿轮箱(gearbox)9、起动电动机10、旋转传感器11和小齿轮12。
电子组件2根据来自ECU(EngineControlUnit：发动机控制单元)的怠速熄火指令信号，对搭载的电子部件的MOSFET进行开关控制，由此对流向电磁开关8和起动电动机10的电流进行控制驱动。
电磁开关8将怠速熄火起动机1的小齿轮12推出，与发动机的环形齿轮(未图示)啮合。起动电动机10通过使小齿轮12旋转而起动发动机，或者进行用于使发动机的环形齿轮与小齿轮的转速同步的预旋转。
旋转传感器11为了使环形齿轮与小齿轮12的转速同步而对小齿轮12的转速进行监控。
电磁开关8和起动电动机10被齿轮箱9夹持外周部而被固定。电子组件2被螺纹固定在齿轮箱9的同时，还进行了构成电子组件2的电路的GND配线。此外，电子组件2通过连接汇流条7分别与电磁开关8的电池端子81、电动机端子82和开关端子83连接，由此进行电流的授受。
电池端子81与车辆的电池(未图示)连接，电动机端子82与起动电动机10连接，开关端子83与电磁开关8连接，进行电流的授受。
怠速熄火起动机1通过齿轮箱9安装到发动机(未图示)。
电子组件2利用电磁开关8和起动电动机10的侧面的空间被安装。
在通常的起动机中，由于没有电子组件2，所以搭载空间有限，新追加的电子组件2要求小型化。
因此，在作为本实施方式的结构的、呈框状形状的模制壳4的端面，配置金属基板，由此能够实现制品的小型化，能够以搭载空间内的制品尺寸进行布局。
此外，金属基板3的基底31安装成，不与构成怠速熄火起动机1的电磁开关8、齿轮箱9、起动电动机10、发动机(未图示)、安装螺钉(未图示)等导电性部件接触，由此，成为即使在绝缘层32受到损伤的情况下，也能够防止短路电流继续流动的失效保护的应对措施。
此外，电动机控制装置2的金属基板3使基底31向与作为发热体的电磁开关8、起动电动机10、发动机(未图示)相反侧的外部方向露出地安装。通过这样安装，难以受到来自发热体的热辐射的影响，对安装在金属基板3的电子部件6进行保护。
此外，通过朝向外侧地安装基底，能够直接用基板接受由散热器风扇(未图示)等产生的冷却风和行风，因此能够获得散热效果。
接着，对作为怠速熄火起动机1的电子组件使用的情况下的固有的结构进行说明。
怠速熄火起动机1在发动机停止后的再起动时被起动。此时，在起动机1流过200A左右的大电流。另一方面，该大电流流过的时间例如为0.5秒左右的短时间。因此，对起动机1通电时大电流流过而产生的热(热量)虽大，但它是短时性的。因此，金属基板3的基底31设为能够临时蓄存该热的热容。另一方面，如图9和图10所示，蓄存在基底31的热从基底31被散发至大气中。
因此，例如在使用铝作为基底31的情况下，如果令基底的尺寸为50mm×60mm、厚度2mm，则例如在使200A的电流流过0.5秒的情况下，也能够将其热蓄积在基底31，能够消除对电子组件的电路部的影响。
此处，发动机再次停止，直至使用起动机1再次起动发动机为止的时间作为设计值预先决定，诸如设定为5秒以上。从而，只要蓄积的热在该时间内散发，那么，即使有再次起动发动机的需要，也不会产生问题。
如以上说明的那样，在本实施方式中，金属基板的基底不被电接地，因此能够防止在绝缘层中产生缺陷的情况下的短路电流，并且能够使绝缘层变薄，提高散热性。此外，通过将金属基板安装在模制壳的外侧端面，能够实现制品尺寸的小型化。
附图标记的说明
1······怠速熄火起动机
2······电子组件
3······金属基板
31······基底
32······绝缘层
33······导体配线
34······抗蚀剂
4······模制壳
41······连接器
42······粘接剂容纳槽
43······卡圈
44······电极
45······分隔板
5······树脂盖
6······电子部件
7······连接汇流条
8······电磁开关
81······电池端子
82······电动机端子
83······开关端子
9······齿轮箱
10······起动电动机
11······旋转传感器
12······小齿轮
13······粘接剂
14······导电性连接部件
15······第一铸型树脂
16······铝线
17······最外壁
18······扣合部
19······衬垫
20······键合垫
21······第二铸型树脂

Claims (4)

1.一种电子组件，包括：
金属基板，其具有在由金属形成的基底的上表面隔着由树脂形成的绝缘层形成的导体配线；
多个电子部件，其经由导电性连接部件连接到所述金属基板上，形成电路；和
模制壳，其收纳所述金属基板和所述电子部件，且嵌入成形有用于与外部进行电连接的汇流条和终端端子，所述电子组件的特征在于：
所述金属基板的结构为，由导电性部件构成的由金属形成的基底与位于车辆的周围的接地的导电性部件不接触，并通过由绝缘部件构成的粘接部件被粘接固定在由绝缘部件构成的所述模制壳，所述金属基板的基底不被电接地，
所述模制壳呈上下开放的框状的形状，
所述金属基板与所述模制壳端面粘接固定，
所述金属基板的基底的面露出在所述模制壳外侧的大气中，
所述模制壳包括：设置在所述模制壳与所述金属基板的粘接部的用于填充粘接剂的槽，
该槽的模制壳的内侧的壁比其外侧的壁低，
所述外侧的壁的端部与所述金属基板的外周的配线禁止带的部位抵接。
2.如权利要求1所述的电子组件，其特征在于：
所述电子组件用于怠速熄火起动机的控制，
所述怠速熄火起动机包括起动电动机、和用于将与该起动电动机的输出轴连接的小齿轮推出的电磁开关，
所述电子组件对所述起动电动机和所述电磁开关进行控制，
所述金属基板的基底具有能够蓄积在对所述起动电动机通电一次时产生的热的热容。
3.如权利要求2所述的电子组件，其特征在于：
所述金属基板以位于与起动电动机、电磁开关、发动机相反侧的位置的方式安装在所述齿轮箱。
4.如权利要求1所述的电子组件，其特征在于：
包括设置在所述外侧的壁的最外周的部位的突起部，
利用该突起部保持所述金属基板的端面。
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