JP2007157958A - 電子装置 - Google Patents

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JP2007157958A
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Japan
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wire
circuit board
bonding
electronic device
pad
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Tetsuo Nakano
撤男 中野
Yukihiro Maeda
幸宏 前田
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Denso Corp
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Denso Corp
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Abstract

【課題】２つの部材を複数本のボンディングワイヤにより接続するとともに、これら複数本のボンディングワイヤをゲル部材により封止してなる電子装置において、ダミーのボンディングワイヤを用いることなく、ゲル部材によるボンディングワイヤのダメージを抑制する。
【解決手段】パワーＩＣチップ７０と回路基板２０とを接続する第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とにおいて、第１のワイヤ５１におけるゲート用のパッド７０ａとの接続部および第１の回路基板２０のパッド２１との接続部を結ぶ線Ｌ１と、第２のワイヤ５２におけるソース用のパッド７０ｂとの接続部および第１の回路基板２０のパッド２１との接続部を結ぶ線Ｌ２とが交差した位置関係にある。
【選択図】図２

Description

本発明は、２つの部材を複数本のボンディングワイヤにより接続するとともに、これら複数本のボンディングワイヤをゲル部材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の部材と第２の部材とを複数本のボンディングワイヤにより接続するとともに、これら複数本のボンディングワイヤをゲル部材により封止してなるものが提案されている（特許文献１参照）。
このような電子装置においては、自動車などの実機に搭載されたときに発生する振動により、電子装置内に設けられたゲル部材が振動し、この振動の波によってゲル部材が変位する。すると、ゲル部材内に封止されているボンディングワイヤに対して、応力が加わり、ワイヤの剥離や倒れが生じる可能性がある。
このような問題に対して、上記特許文献１では、ダミーのボンディングワイヤを設けることにより、対策を講じている。
特開２０００−２５２４０６号公報
しかしながら、近年、電子装置の小型化・高密度化が進められ、ボンディングエリアが縮小されている状況のなかで、ダミーのボンディングワイヤを設けることは、余分なエリアを必要とし、好ましくない。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、２つの部材を複数本のボンディングワイヤにより接続するとともに、これら複数本のボンディングワイヤをゲル部材により封止してなる電子装置において、ダミーのボンディングワイヤを用いることなく、ゲル部材によるボンディングワイヤのダメージを抑制することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、複数本のボンディングワイヤ（５０）を、第１のワイヤ（５１）と第２のワイヤ（５２）とを有するものとし、これら第１のワイヤ（５１）と第２のワイヤ（５２）とを、第１のワイヤ（５１）における第１の部材（７０）への接続部および第２の部材（２０）への接続部を結ぶ線（Ｌ１）と第２のワイヤ（５２）における第１の部材（７０）への接続部および第２の部材（２０）への接続部を結ぶ線（Ｌ２）とが交差した位置関係にあるようにしたことを特徴とする。
それによれば、第１のワイヤ（５１）と第２のワイヤ（５２）とが交差した位置関係にあることで、これらのうちどちらか一方のワイヤがゲル部材（６０）からの波の衝撃を緩和する衝立の役目をするため、ダミー用ボンディングワイヤを用いることなく、ゲル部材（６０）によるボンディングワイヤ（５０）のダメージを抑制することができる。
また、ボンディングワイヤはアーチ状をなすが、その頂点部が高くなるほど、根元部分のダメージが大きくなる。
その点を考慮して、第１のワイヤ（５１）と第２のワイヤ（５２）とが太さの異なるものである場合、太い方のワイヤの頂点部の方が細い方のワイヤの頂点部よりも高い位置にあるものとすれば、強度的に有利な構成となる。
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、以下の各図相互において、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。
図１は、本発明の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。限定するものではないが、この電子装置１００は、たとえば、車両のＥＣＵなどに用いられるものである。
図１に示されるように、この電子装置１００は、大きくは、ケース１０の底面１１に、各種の部品が搭載された回路基板２０、３０、およびコネクタ４０を搭載し、これら各部をボンディングワイヤ５０により接続するとともに、当該各部およびボンディングワイヤ５０をゲル部材６０により封止したものである。
ケース１０は、たとえばアルミニウムや鉄系金属からなるものである。回路基板２０、３０は、ケース１０の底面１１に搭載され、図示しない接着剤などを介してケース１０に固定されている。ここで、図１中には２つの回路基板２０、３０が示されているが、図１中の左側のものを第１の回路基板２０、右側のものを第２の回路基板３０とする。
これら両回路基板２０、３０は、セラミック基板やプリント基板などからなる。本例では、これら両回路基板２０、３０はセラミック基板からなり、第１の回路基板２０はパワー系の基板であり、第２の回路基板３０は制御系の基板である。
本例では、第１の回路基板２０の上にはパワーＩＣチップ７０が、また、第２の回路基板３０の上にはＩＣチップ７１や抵抗７２が、それぞれ、はんだや導電性接着剤などの導電性接合部材８０により実装されている。
また、コネクタ４０は、樹脂などからなるものであって、銅などよりなるターミナル４１が、たとえばインサート成形などにより一体化されてなるものである。このコネクタ４０は、ケース１０に設けられた穴に挿入されて嵌合または接着剤などを介入することにより、ケース１０に固定されている。
そして、コネクタ４０は、ケース１０の内部にてケース１０の底面１１の上に突出しており、この突出部には、ターミナル４１の一端部が露出している。また、ターミナル４１の他端部は、外部と接続可能となっており、本電子装置１００は、このターミナル４１を介して外部との信号のやり取りが可能となっている。
そして、図１に示されるように、各回路基板２０、３０にはパッド２１、３１が設けられており、第１の回路基板２０においては、パワーＩＣチップ７０と第１の回路基板２０のパッド２１とがボンディングワイヤ５０を介して結線されている。
また、第１の回路基板２０のパッド２１と第２の回路基板３０のパッド３１との間、ＩＣチップ７１と第２の回路基板３０のパッド３１との間、さらに、第２の回路基板３０のパッド３１とターミナル４１との間が、ボンディングワイヤ５０により接続されている。ここで、パワーＩＣチップ７０と第１の回路基板２０のパッド２１とを結線するボンディングワイヤ５０はアルミニウムよりなり、それ以外の結線部位はアルミニウム、または、金よりなる。
さらに、ゲル部材６０は、ケース１０内に充填され、各回路基板２０、３０およびその上の各部品７０〜７２および各ボンディングワイヤ５０を封止している。このゲル部材６０は、シリコーンゲルやフッ素ゲルなどからなるもので、たとえば塗布して熱硬化することで配設可能なものである。
ここで、この電子装置１００が自動車などに搭載されたとき、その際の振動によってゲル部材６０が振動し、ゲル部材６０には波が生じる。本電子装置１００では、このゲル部材６０の波による応力によってボンディングワイヤ５０がダメージを受けないように、パワーＩＣチップ７０と第１の回路基板２０のパッド２１とを接続するボンディングワイヤ５０に対して、独自の工夫を施している。
図２は、図１中のパワーＩＣチップ７０の上視平面図である。ここで、本実施形態では、このパワーＩＣチップ７０が第１の部材、第１の回路基板２０が第２の部材として構成されている。
パワーＩＣチップ７０は、たとえばＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴなどのパワー系素子であり、図２に示されるように、パワーＩＣチップ７０と第１の回路基板２０とは、複数のボンディングワイヤ５１、５２により接続されている。
本例では、このパワーＩＣチップ７０の上面には、ゲート用のパッド７０ａとソース用のパッド７０ｂとが形成されており、これら２つのパッド７０ａ、７０ｂに対応して、第１の回路基板２０には２つのパッド２１が設けられている。そして、パワーＩＣチップ７０と第１の回路基板２０とは、２本のボンディングワイヤ５１、５２により接続されている。
ここで、２本のボンディングワイヤ５１、５２のうちゲート用のパッド７０ａに接続されているボンディングワイヤ５１の方が細く、これを第１のワイヤ５１とし、一方、ソース用のパッド７０ｂに接続されているボンディングワイヤ５２の方が太くなっているが、これを第２のワイヤ５２とする。
たとえば、ゲート用ワイヤである細い方の第１のワイヤ５１は、φ１００μｍ〜１５０μｍ程度のＡｌワイヤであり、ソース用ワイヤである太い方の第２のワイヤ５２は、φ２００μｍ〜５００μｍ程度のＡｌワイヤである。
また、図１および図２に示されるように、これらボンディングワイヤ５１、５２は、通常の一般的なボンディングワイヤと同様に、両端の各接続部を基点としてアーチ状をなしている。
ここで、第１のワイヤ５１における第１の部材としてのパワーＩＣチップ７０への接続部は、ゲート用のパッド７０ａとの接続部であり、第２の部材としての第１の回路基板２０への接続部は、パッド２１との接続部である。同様に、第２のワイヤにおけるパワーＩＣチップ７０への接続部は、ソース用のパッド７０ｂとの接続部であり、第１の回路基板２０への接続部は、パッド２１との接続部である。
そして、本実施形態では、図２に示されるように、第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とは、第１のワイヤ５１におけるゲート用のパッド７０ａとの接続部および第１の回路基板２０のパッド２１との接続部を結ぶ線Ｌ１と、第２のワイヤ５２におけるソース用のパッド７０ｂとの接続部および第１の回路基板２０のパッド２１との接続部を結ぶ線Ｌ２とが交差した位置関係にある。
換言すれば、第１のワイヤ５１および第２のワイヤ５２を、その接続面すなわち各パッド７０ａ、７０ｂ、２１の上方から見たとき、第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とは交差しており、たすきがけの位置関係にある。
また、図１、図２に示されるように、本実施形態では、太さの異なる第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とでは、太い方の第２のワイヤ５２の頂点部の方が細い方の第１のワイヤ５１の頂点部よりも高い位置にある。
このような第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とよりなる接続形態は、まず下側に位置する第１のワイヤ５１をボンディングした後、この第１のワイヤ５１をまたぐように第２のワイヤ５２をボンディングすることにより、実現できる。
このように第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とを交差関係とした構成について、図３を参照して、その作用を説明する。図３は、本実施形態の作用を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）を矢印Ａ方向からみた側面図である。
上述したように、ボンディングワイヤ５１、５２は、両端の接続部を基点としたアーチ形状をなす。そのため、ワイヤ５１、５２における両接続部と頂点部との３点を含む平面に対して直交する方向から、ゲル部材６０の波が来た場合に、ワイヤ５１、５２はもっとも倒れやすくなる。以下、この方向をワイヤ直交方向という。
たとえば、図３においては、白抜き矢印Ｂに示されるように、細い方の第１のワイヤ５１に対するワイヤ直交方向から、ゲル部材６０の波が加わって来ている。ちなみに、図３（ｂ）において、紙面垂直方向の面が、第１のワイヤ５１における両接続部と頂点部との３点を含む平面である。
ここで、もし、この第１のワイヤ５１単独の構成であった場合、第１のワイヤ５１に対するゲル部材６０の波の印加状態がこのような状態であると、図３（ｂ）にて破線で示されるように、ゲル部材６０からの応力によって、第１のワイヤ５１は傾き、ダメージを受けやすい。
しかし、本実施形態では、図３（ａ）に示されるように、このゲル部材６０の波は、太い方の第２のワイヤ５２に対しては、ワイヤ直交方向から角度αずれた方向から加わることになる。
つまり、第１および第２のワイヤ５１、５２に対して、図３中の白抜き矢印Ｂ方向からゲル部材６０の波が加わっているが、互いに交差した位置関係にある第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とでは、この波が来る方向に対する配置状態も異なり、当該波から受ける応力に強弱が発生する。
図３では、ゲル部材６０の波は、太い方の第２のワイヤ５２に対してワイヤ直交方向から角度αずれているため、第２のワイヤ５２に加わる応力は、もしワイヤ直交方向から加わった場合の応力Ｆよりも緩和され、Ｆｃｏｓαとなる。
そのため、この第２のワイヤ５２は、ゲル部材６０の波を、その衝撃が緩和された形で受けることになり、当該衝撃に耐えやすくなるとともに、当該波に対する衝立の役割を発揮する。そして、この第２のワイヤ５２によって、ゲル部材６０の変位（振れ）が抑制されるため、細い方の第１のワイヤ５１に加わる応力も緩和される。
なお、上記図３とは反対に、太い方の第２のワイヤ５２に対してワイヤ直交方向から、ゲル部材６０の波が加わってくる場合では、今度は、細い方の第１のワイヤ５１が、上記したような衝立の役目を発揮することは明らかである。
このように、本実施形態によれば、第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とが交差した位置関係にあることで、これらのうちどちらか一方のワイヤがゲル部材６０からの波の衝撃を緩和する衝立の役目をするため、ダミー用ボンディングワイヤを用いることなく、ゲル部材６０によるボンディングワイヤ５０のダメージを抑制することができる。
また、本実施形態では、太さの異なる第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とで、太い方の第２のワイヤ５２の頂点部の方が細い方の第１のワイヤ５１の頂点部よりも高い位置にある。
アーチ状のボンディングワイヤにおいては、頂点部を高くするほど、根元部すなわちネック部が急峻となり、上記したようなゲル部材６０の波による応力が加わったとき、ワイヤの破断や剥離などが生じやすい。
その点、機械的強度の大きな太い方の第２のワイヤ５２の頂点部を高い方におき、機械的強度の小さな細い方の第１のワイヤ５１の頂点部を低い方におくことで、機械的強度に優れたワイヤ構成を実現できる。
また、このワイヤの太さによる頂点部の高低関係は、必要に応じて採用すればよく、場合によっては、太い方の第２のワイヤ５２の頂点部を低くし、細い方の第１のワイヤ５１の頂点部を高くしてもよい。
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、パワーＩＣチップ７０が第１の部材、第１の回路基板２０が第２の部材として構成されており、これら両部材２０、７０を接続するボンディングワイヤ５１、５２に対して、上記の交差した配置構成を採用したが、当構成の採用はこれに限定されるものではない。
たとえば、図４は、上記電子装置１００において、第１の回路基板２０を第１の部材とし、第２の回路基板３０を第２の部材とした場合の例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
図４に示されるように、第１の回路基板２０、第２の回路基板３０には、複数本のボンディングワイヤ５１、５２に対応したパッド２１、３１がそれぞれ１列に設けられている。そして、細いボンディングワイヤである第１のワイヤ５１と太いボンディングワイヤである第２のワイヤ５２とが、上記の交差した配置構成となっている。ここで２種類のワイヤ径を使っているのは、ボンディングエリアを狭くする効果を得るためである。
また、図５は、上記電子装置１００において、第１の回路基板２０を第１の部材とし、第２の回路基板３０を第２の部材とした場合のもう一つ例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
上記図４では、第１の回路基板２０、第２の回路基板３０には、パッド２１、３１がそれぞれ１列に設けられていたが、この図５に示されるように、各回路基板２０、３０においてパッド２１、３１が２列に設けられていてもよい。
この場合、図５に示されるように、たとえば第１のワイヤ５１を、互いに近くに位置する列のパッド２１、３１同士にて接続し、第２のワイヤ５２を遠くに位置する列のパッド２１、３１同士にて接続することで、上記の交差した配置構成を実現できる。
また、ボンディングワイヤ５０の形状は、上記各図に示されるような単純なアーチ形状に限定されるものではない。図６は、ボンディングワイヤ形状の他の例を示す側面図であり、図７はもう一つの他の例を示す平面図である。
図６に示されるように、たとえば、第２のワイヤ５２を、その頂点部付近がＵ字形状に曲がっているものとし、そのＵ字の間隙を第１のワイヤ５１が通過している形状としてもよい。
さらに、上記電子装置１００において、たとえば、第２の回路基板３０とコネクタ４０のターミナル４１とを接続するボンディングワイヤ５０についても、上記の交差した配置構成を採用してもよい。
また、図７に示されるように、たとえば、第２のワイヤ５２をくねらせてはい回した形状としてもよい。要は、第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とが、上記した交差の配置関係にあればよい。
また、ボンディングワイヤ５０としては、通常の丸い線材に限ることなく、たとえば第１のワイヤ５１および第２のワイヤ５２の両方、もしくはどちらか一方が、リボン形状の線材であってもよい。
また、第１のワイヤ５１と第２のワイヤ５２とは、太さの異なるものに限定されるものではなく、同じ太さ、つまり同じ線径であってもよい。また、ボンディングワイヤ５０の材質も、アルミニウム以外にも、金など、それ以外のボンディングワイヤ材料のものであってもよい。
また、上記した電子装置以外にも、第１の部材と第２の部材とを複数本のボンディングワイヤにより接続するとともに、これら複数本のボンディングワイヤをゲル部材により封止してなる電子装置であればよい。
本発明の実施形態に係る電子装置の概略断面図である。 図１中のパワーＩＣチップの上視平面図である。 実施形態の作用を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）を矢印Ａ方向からみた側面図である。 図１に示される電子装置において第１の回路基板を第１の部材とし、第２の回路基板を第２の部材とした場合の例を示す図である。 図１に示される電子装置において第１の回路基板を第１の部材とし、第２の回路基板を第２の部材とした場合のもう一つの例を示す図である。 ボンディングワイヤ形状の他の例を示す側面図である。 ボンディングワイヤ形状のもう一つの他の例を示す上面図である。
符号の説明
２０…第２の部材としての第１の回路基板、５０…ボンディングワイヤ、
５１…第１のワイヤ、５２…第２のワイヤ、６０…ゲル部材、
７０…第１の部材としてのパワーＩＣチップ。

Claims (2)

  1. 第１の部材（７０）と第２の部材（２０）とを複数本のボンディングワイヤ（５０）により接続するとともに、これら複数本のボンディングワイヤ（５０）をゲル部材（６０）により封止してなる電子装置において、
    前記複数本のボンディングワイヤ（５０）は、第１のワイヤ（５１）と第２のワイヤ（５２）とを有するものであり、
    前記第１のワイヤ（５１）と前記第２のワイヤ（５２）とは、前記第１のワイヤ（５１）における前記第１の部材（７０）への接続部および前記第２の部材（２０）への接続部を結ぶ線（Ｌ１）と前記第２のワイヤ（５２）における前記第１の部材（７０）への接続部および前記第２の部材（２０）への接続部を結ぶ線（Ｌ２）とが交差した位置関係にあることを特徴とする電子装置。
  2. 前記第１のワイヤ（５１）と前記第２のワイヤ（５２）とは、太さの異なるものであり、太い方のワイヤの頂点部の方が細い方のワイヤの頂点部よりも高い位置にあることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
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