JP2003347705A - 回路部品モジュールおよびその製造方法 - Google Patents
回路部品モジュールおよびその製造方法Info
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Abstract
信頼性の高い回路部品モジュールを提供することを目的
とする。 【解決手段】 無機フィラーと熱硬化性樹脂を含む板状
体2aの少なくとも一つの面に配線パターン3を設け、
板状体2bに放熱用金属板5および配線パターン4を設
け、板状体2aの孔6にデバイス7を挿入する。
Description
高電力回路などに使用される回路部品モジュールおよび
その製造方法に関するものである。
求に従い、回路部品モジュールの高密度化や高機能化が
より一層必要となっている。そのため、回路部品モジュ
ール自体あるいは、それを構成する本体基板の放熱を考
慮した設計がより重要となってきている。
ガラス−エポキシ樹脂材でなるプリント基板に対して、
鉄やアルミニウム材などの金属を使用する金属基板の片
面もしくは両面に、絶縁層を介して回路パターンを形成
する金属ベース基板が知られている。また、より高熱伝
導性を要求される場合には、アルミナや窒化アルミニウ
ムなどのセラミック基板に銅板をダイレクトに接合した
基板が利用されている。
来の回路部品モジュールにおいては、搭載あるいは内蔵
するデバイスの実装密度が高密度になればなるほど、デ
バイスから発生する熱を確実に放熱させる必要があり、
従来の前記基板などでは十分に放熱を行うことができな
いという課題を有していた。
するものであり、高密度で、高電力デバイスの搭載や内
蔵すなわち実装が可能な回路部品モジュールおよびその
製造方法を提供することを目的とする。
するために本発明の請求項1の発明は、少なくとも70
〜95質量%の無機フィラーと熱硬化性樹脂を含む第
1、第2の板状体のそれぞれの、少なくとも一つの面
に、単数あるいは複数の第1、第2の配線パターンを設
けて形成した第1、第2の積層体および放熱用金属板を
積層、接合して形成した本体基板と、第1の積層体の第
1の板状体の孔に挿入されたデバイスとを備えたもので
あり、放熱特性が向上し、機械的および電気的特性を最
適に設定でき、損失やノイズの影響を低減することがで
きる。
放熱特性が向上し、より小型な高電力回路が可能になる
という作用を有する。
回路が構成できるという作用を有する。
電気絶縁性が向上するという作用を有する。
および電気絶縁特性が向上するという作用を有する。
樹脂との混合における充填率が向上し、熱伝導率が向上
するという作用を有する。
の向上、大電流回路の形成が可能になるという作用を有
する。
高電力回路が形成できるという作用を有する。
つ化学的に安定で、電気抵抗を低減できるという作用を
有する。
の機械的、化学的および電気的特性が向上するという作
用を有する。
性および完成製品の機械的強度が向上するという作用を
有する。
スの機械的補強と熱伝導率の向上が図れるという作用を
有する。
化後の反りを小さくすることが出来るという作用を有す
る。
性が向上し、絶縁層を厚くでき、多層構造の配線パター
ンを容易に形成できて高密度実装が可能になるという作
用を有する。
よび一体化が確実に出来るという作用を有する。
程におけるデバイスに対するストレスを低減できるとい
う作用を有する。
品の機械的強度が向上するという作用を有する。
置における操作性および完成製品の機械的強度が向上す
るという作用を有する。
置での操作性および完成製品の機械的強度が向上すると
いう作用を有する。
の向上、工程時間の短縮および硬化における密着力の向
上が図れるという作用を有する。
の向上、工程時間の短縮および硬化における密着力の向
上が図れるという作用を有する。
板状体が放熱用金属板と一体化することで取扱いおよび
供給が容易になるという作用を有する。
金属板と第2の板状体との間におけるボイド発生を防止
できるという作用を有する。
スの機械的および電気的接続が確実になるという作用を
有する。
や電気的特性が優れ、取扱いが容易になるという作用を
有する。
性や電気的特性が向上するという作用を有する。
樹脂との混合における充填率が向上するという作用を有
する。
的、化学的および電気的特性に優れ、取扱いや作業性に
優れるという作用を有する。
の搬送やハンドリングなどの取扱いが容易になるという
作用を有する。
的、化学的に安定で、電気的特性が優れかつ作業性が向
上するという作用を有する。
の機械的、化学的、電気的特性および作業性が向上する
という作用を有する。
半硬化状態にすることができ、形成装置から短時間で取
出せて生産性が向上するという作用を有する。
で形成されるレジストや板状体との密着力が向上すると
いう作用を有する。
程および完成品における配線パターンの反りを防止でき
るという作用を有する。
スとの接合および接続が確実で、配線パターンにおける
錆発生を防止できるという作用を有する。
が容易で、放熱特性および完成製品の機械的強度が向上
するという作用を有する。
容易で精度も良く、割れやクラックなどの発生を防止で
きるという作用を有する。
置から短時間で取出せ、また、恒温炉で一度に多数個を
硬化させることができ生産性が向上するという作用を有
する。
スの機械的補強と熱伝導率の向上が図れるという作用を
有する。
いて図面を用いて説明する。図1に示す回路部品モジュ
ール1は、本体基板2とデバイス7からなる。本体基板
2は、図2に示す上面(あるいは上面および内部)に導
電性金属材でなる配線パターン3が形成され、電気絶縁
性基板としての無機フィラーと熱硬化性樹脂を含む板状
体2aと、上面(あるいは上面および内部)に導電性金
属材でなる配線パターン4が形成され、熱伝導性材でな
る放熱用金属板5を下面に密着し接合した電気絶縁性基
板としての無機フィラーと熱硬化性樹脂を含む板状体2
bとを密着、接合して形成している。また、電気絶縁性
基板としての板状体2aに設けられた孔6内には前記デ
バイス7が挿入されている。このデバイス7は配線パタ
ーン3あるいは配線パターン4に接続されており、例え
ばパワー半導体の能動部品や高電力の受動部品などで構
成されている。
る部材に関して詳細に説明する。板状体2a,2bは、
上述のごとく少なくとも70〜95質量%の無機フィラ
ーと熱硬化性樹脂を含む構成であり、また必要に応じて
分散剤、着色剤、カップリング剤および離型剤のいずれ
か少なくとも一つの添加剤を含有する混合物を板状とし
たものである。
機フィラーを均一に分散させることができ、また着色剤
により電気絶縁性基板としての板状体2a,2bを着色
(例えば放熱用に黒系)することができて、この両方の
作用で回路部品モジュール1の放熱特性を向上させるこ
とができる。
脂と無機フィラーとの接着強度を向上させることがで
き、電気絶縁性基板としての板状体2a,2bの電気絶
縁性が向上する。さらに、離型剤により形成装置として
の金型などと板状体2a,2bとの離型性を向上させる
ことができる。
ド法、コーター法、押し出し成形法あるいは圧延法によ
りシート形状化した板状体2a,2bを形成する。
組成物と熱可塑性樹脂パウダーを含み、前記熱可塑性樹
脂パウダーが液状硬化性組成物の液状成分を吸収して膨
潤し、混合物全体としては固形状を示す固形状硬化組成
物により形成してもよい。
する理由は、一般的なエポキシ樹脂などは、温度を硬化
温度より高くしないと金型などから取出せる十分な硬さ
にならないのに対し、液状の硬化性組成物に熱可塑性樹
脂パウダーを混合した場合、その熱可塑性樹脂パウダー
は液状の硬化性組成物の液状成分を吸収して膨潤し、組
成物全体としては固形状を示す固形状硬化組成物とな
り、金型全体を硬化温度以下の状態で、金型から取出す
に十分な硬度にすることができ、短時間で金型を開くこ
とができて生産性が上がるからである。
ところのAl2O3,MgO,BN,AlNあるいはSi
O2のいずれか少なくとも一つを使用する無機フィラー
を、また、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、あるいはシ
アネート樹脂のいずれか少なくとも一つを有する熱硬化
性樹脂を使用する。
線膨張係数が8〜20×10-6/℃となる板状体2a,
2bとすれば、硬化後の反りなど発生を防止できる。
いると電気絶縁性基板としての板状体2a,2bの線膨
張係数を大きくすることができ、無機フィラーとしてS
iO 2を用いた場合には電気絶縁性基板としての板状体
2a,2bの誘電率を小さくすることができ、また無機
フィラーとしてBNを用いると電気絶縁性基板としての
板状体2a,2bの線膨張係数を小さくすることができ
るのである。
る導電性金属材で100〜1000μmの厚みの箔ある
いは圧延板で構成しており、具体的に例えば前記導電性
金属板を打抜き、エッチングあるいはレーザー加工し、
回路形成部や接続用端子部を有するリードフレームを使
用している。
線パターン3,4の少なくとも板状体2a,2bとの当
接面は、サンドペーパーの粗化材を当接し、摺動させて
粗面化し、その後ニッケル下地半田などのめっき処理を
している。
する。さらに、放熱用金属板5としてはアルミニウムあ
るいは銅材、さらにはそれらの合金材を使用する。
ー半導体以外に例えばダイオード、トランジスタ、I
C、LSIなどの半導体素子およびその複合品等の能動
部品、あるいは、チップ状の抵抗器、チップ状のコンデ
ンサ、チップ状のインダクタおよびそれらの複合品等の
受動部品が用いられる。
ス7から発生した熱は、例えば信号回路、入力あるいは
正極側の配線パターン3、およびグランド、出力あるい
は負極側の配線パターン4を介して本体基板2に伝達さ
れ、さらに放熱用金属板5を経由して回路部品モジュー
ル1が取付けられている電子機器へ伝達され放熱され
る。
の例を示しており、離型性のフィルム8の片面上に載置
され、保管、移送あるいは所定箇所に供給されるのであ
る。
板材を、板状体2aの一部が挿入される孔9を含めて所
望の形状に金型で打抜いたり、エッチングやレーザ加工
などにより形成されている。つまり、図4(a)に示す
板状体2aと孔9を有する配線パターン3とを、図4
(b)に示すように積層する。
ーン3とシート形状の板状体2aとを、板状体2aを形
成する熱硬化性樹脂の硬化温度より高い温度で加熱、加
圧して、孔9に板状体2aの一部を溶融し侵入させ、そ
の後板状体2aを熱硬化させて両者を一体化する。
バイス7を挿入するための孔6を所定箇所に設けて完成
させる。
示している。図5(a)に示すフィルム8の片面上に載
置された板状体2bと放熱用金属板5とを、図5(b)
に示すように放熱用金属板5の上面に、フィルム8を上
にして板状体2bを配設する。
端部から回転移動させることにより、放熱用金属板5と
板状体2bを気泡を排除しながら積層し、貼付し、その
後のフィルム8を剥離する。
ン4の上面に板状体2bを放熱用金属板5が上側となる
ようにして積層する。
化性樹脂の硬化温度より高い温度で加熱、加圧すること
により、図5(d)に示すように孔11に板状体2bの
一部を溶融し侵入させた後熱硬化させ、放熱用金属板
5、板状体2bおよび配線パターン4を一体化する。
じて電子機器との接続あるいは取付用などの接続用端子
部12を配線パターン4から曲げ加工を行って完成させ
る。
硬化性樹脂の硬化温度よりも低い温度で半硬化させて配
線パターン3、または4と一体化し、その後、前記熱硬
化性樹脂の硬化温度よりも高い温度で硬化完了させても
よく、前記半硬化の板状体2a,2bを熱硬化性樹脂の
硬化温度以上の温度で硬化完了させることで、より強い
密着力を得ることができるのである。
時に前記熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高い温度で硬化
完了させる工程としてもよい。
構成する本体基板2の製作工程を示し、図4、図5で製
造したものを、高耐熱性で化学的、物理的および電気的
特性の優れた接着剤により密着接合して前記回路部品モ
ジュール1を形成する。
0℃で加熱し、かつ29〜490×104Paで加圧し
て熱硬化させるのである。その後必要なデバイス7を所
定箇所に実装し、デバイス7の端子やリード線を配線パ
ターン3、あるいは配線パターン4に半田付けにより接
続する。
あるいはポリアミドの高熱伝導性樹脂を孔6に注入し硬
化させてデバイス7を補強し、完成させるのである。
ラーと熱硬化性樹脂を含む板状体を用い、多層構造とす
ることにより、高密度な半導体素子などによる高電力デ
バイス等の実装が可能となり、かつ放熱性も向上し信頼
性が高くなるという効果を有する。
り、熱伝導率、線膨張係数、誘電率など物理的、機械的
および電気的特性を制御することが可能で、本体基板の
線膨張率を例えば半導体素子とほぼ同じにすることがで
き、ストレスによる支障が無い半導体素子内蔵の回路部
品モジュールが提供できる。
誘電率を低くすることができ、ノイズや損失が低減で
き、高耐圧、高電力で高周波回路用の回路部品モジュー
ルが提供できる。
路部品モジュールの断面図と平面図
断面図
要製造工程図
要製造工程図
Claims (39)
- 【請求項1】 少なくとも70〜95質量%の無機フィ
ラーと熱硬化性樹脂を含む第1、第2の板状体のそれぞ
れの、少なくとも一つの面に、単数あるいは複数の第
1、第2の配線パターンを設けて形成した第1、第2の
積層体および放熱用金属板を積層、接合して形成した本
体基板と、この本体基板の前記第1、または第2の積層
体の孔に挿入されたデバイスとを備えた回路部品モジュ
ール。 - 【請求項2】 上方から下方に順に第1、第2の積層
体、放熱用金属板を接合するとともに、第1の積層体の
第1の板状体に孔を設け、この孔に対応する第2の積層
体の第2の板状体上にデバイスを実装した請求項1に記
載の回路部品モジュール。 - 【請求項3】 少なくとも能動部品を含むデバイスを使
用する請求項1あるいは2に記載の回路部品モジュー
ル。 - 【請求項4】 エポキシ樹脂、フェノール樹脂、あるい
はシアネート樹脂のいずれか少なくとも一つを有する熱
硬化性樹脂を使用する請求項1あるいは2に記載の回路
部品モジュール。 - 【請求項5】 Al2O3,MgO,BN,AlNあるい
はSiO2のいずれか少なくとも一つを有する無機フィ
ラーを使用する請求項1あるいは2に記載の回路部品モ
ジュール。 - 【請求項6】 粒径が0.1〜100μmの無機フィラ
ーを使用する請求項1〜5のいずれか一つに記載の回路
部品モジュール。 - 【請求項7】 厚みが100〜1000μmの銅を主成
分とする箔あるいは圧延板でなる配線パターンを使用す
る請求項1あるいは2に記載の回路部品モジュール。 - 【請求項8】 能動部品としてパワー半導体を使用する
請求項3に記載の回路部品モジュール。 - 【請求項9】 第1、または第2の配線パターンが金属
板の打抜き、エッチングあるいはレーザ加工により形成
したリードフレームでなる請求項1あるいは2に記載の
回路部品モジュール。 - 【請求項10】 第1、または第2の積層体の板状体
は、分散剤、着色剤、カップリング剤および離型剤のい
ずれか少なくとも一つの添加剤を含有する請求項1ある
いは2に記載の回路部品モジュール。 - 【請求項11】 アルミニウムあるいは銅材でなる放熱
用金属板を使用する請求項1あるいは2に記載の回路部
品モジュール。 - 【請求項12】 配線パターンと接続するデバイスが挿
入される第1の積層体の板状体の孔に、エポキシ、シリ
コンあるいはポリアミドの高熱伝導性樹脂を注入し硬化
させてなる請求項2に記載の回路部品モジュール。 - 【請求項13】 本体基板の線膨張係数を8〜20×1
0-6/℃とした請求項1あるいは2に記載の回路部品モ
ジュール。 - 【請求項14】 少なくとも70〜95質量%の無機フ
ィラーと熱硬化性樹脂を含み、かつ孔を有する第1の板
状体の少なくとも一つの面に、単数あるいは複数の第1
の配線パターンを形成して第1の積層体を形成する工程
と、前記第1の板状体と同じ組成の第2の板状体に放熱
用金属板および単数あるいは複数の第2の配線パターン
を一体化して第2の積層体を形成する工程と、第1の積
層体と第2の積層体を積層、接合する工程と、第1の積
層体の孔を介して第2の積層体における第2の配線パタ
ーン上にデバイスを搭載し接続する工程と、前記デバイ
スを第1の積層体の第1の配線パターンに接続する工程
を備えた回路部品モジュールの製造方法。 - 【請求項15】 接着剤により第1の積層体と第2の積
層体を重ねて接合する請求項14に記載の回路部品モジ
ュールの製造方法。 - 【請求項16】 第1の積層体と第2の積層体を積層し
て150〜200℃で加熱し、熱硬化によって接合させ
る請求項14に記載の回路部品モジュールの製造方法。 - 【請求項17】 第1の積層体と第2の積層体を積層し
て29〜490×10 4Paで加圧しながら加熱し、熱
硬化によって接合させる請求項14に記載の回路部品モ
ジュールの製造方法。 - 【請求項18】 第1の積層体の第1の配線パターンと
第1の板状体を、第1の板状体の熱硬化性樹脂の硬化温
度よりも高い温度で硬化させて一体化する請求項14に
記載の回路部品モジュールの製造方法。 - 【請求項19】 放熱用金属板と第2の積層体の第2の
配線パターンおよび第2の板状体を、第2の板状体の熱
硬化性樹脂の硬化温度よりも高い温度で硬化させて一体
化する請求項14に記載の回路部品モジュールの製造方
法。 - 【請求項20】 第1の積層体の第1の配線パターンと
第1の板状体を、第1の板状体の熱硬化性樹脂の硬化温
度より低い温度で半硬化させて一体化するとともに、デ
バイス内蔵用の孔を設けた後、前記熱硬化性樹脂の硬化
温度よりも高い温度で硬化させる請求項14に記載の回
路部品モジュールの製造方法。 - 【請求項21】 放熱用金属板と第2の配線パターンお
よび第2の板状体を、第2の板状体における熱硬化性樹
脂の硬化温度よりも低い温度で半硬化させて一体化し、
その後、前記熱硬化性樹脂の硬化温度よりも高い温度で
硬化完了させてなる請求項14に記載の回路部品モジュ
ールの製造方法。 - 【請求項22】 第2の板状体と放熱用金属板を積層し
貼付した後、第2の配線パターンと積層して加熱加圧す
ることにより一体化してなる請求項19あるいは21に
記載の回路部品モジュールの製造方法。 - 【請求項23】 第2の板状体の放熱用金属板への貼付
面とは反対面における一端から、回転体あるいはブロッ
クにより第2の板状体を押圧移動しながら放熱用金属板
に貼付した後、第2の配線パターンと重ね合わせて加熱
加圧することにより一体化してなる請求項19あるいは
21に記載の回路部品モジュールの製造方法。 - 【請求項24】 デバイスと第2の配線パターンを半田
によって電気的および機械的に接続する請求項14に記
載の回路部品モジュールの製造方法。 - 【請求項25】 エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ある
いはシアネート樹脂のいずれか少なくとも一つを有する
熱硬化性樹脂を使用する請求項14に記載の回路部品モ
ジュールの製造方法。 - 【請求項26】 Al2O3,MgO,BN,AlNある
いはSiO2のいずれか少なくとも一つを有する無機フ
ィラーを使用する請求項14に記載の回路部品モジュー
ル。 - 【請求項27】 粒径が0.1〜100μmの無機フィ
ラーを使用する請求項14に記載の回路部品モジュール
の製造方法。 - 【請求項28】 厚みが100〜1000μmの銅を主
成分とする箔あるいは圧延板でなる第1、または第2の
配線パターンを使用する請求項14に記載の回路部品モ
ジュールの製造方法。 - 【請求項29】 少なくとも70〜95質量%の無機フ
ィラーと熱硬化性樹脂とでなる第1、または第2の板状
体はドクターブレード法、コーター法、押し出し成形法
あるいは圧延法のいずれか少なくとも一つの方法でシー
ト形状化されたものを使用する請求項14に記載の回路
部品モジュールの製造方法。 - 【請求項30】 第1、または第2の配線パターンとし
て金属板の打抜き、エッチングあるいはレーザ加工によ
り形成したリードフレームを使用する請求項14に記載
の回路部品モジュールの製造方法。 - 【請求項31】 分散剤、着色剤、カップリング剤およ
び離型剤のいずれか少なくとも一つの添加剤を含有する
第1、または第2の板状体を使用する請求項14に記載
の回路部品モジュールの製造方法。 - 【請求項32】 第1、または第2の板状体は液状の硬
化性組成物と熱可塑性樹脂パウダーでなり、前記熱可塑
性樹脂パウダーは液状硬化性組成物の液状成分を吸収し
て膨潤し、混合物全体としては固形状を示すところの固
形状硬化組成物をシート形状組成物としてなる請求項1
4に記載の回路部品モジュールの製造方法。 - 【請求項33】 少なくとも片面が粗面化されてなる第
1、または第2の配線パターンを使用する請求項14に
記載の回路部品モジュールの製造方法。 - 【請求項34】 第1、または第2の配線パターンの粗
面化は、粗面化する面側にサンドペーパーの粗化材を当
接し、前記配線パターンにおける面の平行方向に摺動し
て形成してなる請求項33に記載の回路部品モジュール
の製造方法。 - 【請求項35】 少なくとも片面がめっき処理されてな
る第1、または第2の配線パターンを使用する請求項1
4に記載の回路部品モジュールの製造方法。 - 【請求項36】 アルミニウムあるいは銅材でなる放熱
用金属板を使用する請求項14に記載の回路部品モジュ
ールの製造方法。 - 【請求項37】 第1の積層体の孔を、打抜きあるいは
切削加工により形成してなる請求項14に記載の回路部
品モジュールの製造方法。 - 【請求項38】 第1、または第2の板状体と第1、ま
たは第2の配線パターンを、前記第1、または第2の板
状体の熱硬化性樹脂の硬化温度よりも低い温度で半硬化
させて一体化した後、硬化温度以上の恒温炉内にて硬化
完了させてなる請求項14に記載の回路部品モジュール
の製造方法。 - 【請求項39】 第1の積層体の孔に、エポキシ、シリ
コンあるいはポリアミドの高熱伝導性樹脂を注入し硬化
させてなる請求項14に記載の回路部品モジュールの製
造方法。
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