JP2007180267A - Hybrid integrated circuit device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、混成集積回路装置に関し、特に電力増幅素子を備え、電力増幅素子の放熱および電力増幅素子を流れる電流のモニターが必要な混成集積回路装置に関する。 The present invention relates to a hybrid integrated circuit device, and more particularly to a hybrid integrated circuit device that includes a power amplifying element and requires heat dissipation of the power amplifying element and monitoring of a current flowing through the power amplifying element.
モータを駆動するインバータ、スピーカを駆動するパワーアンプなど、重たい負荷を駆動するモジュールは大きな発熱が伴うために、放熱のための工夫がされている。 Modules that drive heavy loads, such as inverters that drive motors and power amplifiers that drive loudspeakers, generate significant heat, and are devised for heat dissipation.
図5は、一般的なモジュールにおける負荷を駆動するパワードライブ段の回路を示す回路図である。負荷102に対して、電荷を供給したり、引き抜いたりするために、電力増幅素子101と電力増幅素子103の2つの電力増幅素子でドライブされる。また、電力増幅素子103とGNDの間には、電流検出を行うためのシャント抵抗104が挿入されている。即ち、2つの電力増幅素子に流れる電流をシャント抵抗104により電圧に変換し、電流検出ノード105より検出するものである。この電圧がシステムの制御に反映される。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a circuit of a power drive stage for driving a load in a general module. In order to supply charges to the
図6は、図5で示した回路を基板に配置した回路装置の断面図である。この回路装置では、電力増幅素子101,103は大きな熱を発生するため、放熱を考慮した構造となっている。即ち、金属基板107に銅やアルミニウムなど、熱伝導性の高い心材が用いられており、放熱器やケースなどに熱を伝達する構造となっている。電力増幅素子103および電力増幅素子101の直下には、ヒートスプレッダー109と呼ばれる板があり、過渡的に発生する熱を放熱している。そして、シャント抵抗は、チップ抵抗体104などで構成され、電力増幅素子103と並んで配置されている。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a circuit device in which the circuit shown in FIG. 5 is arranged on a substrate. In this circuit device, the
図7は、特許文献1に記載の電子回路装置におけるシャント抵抗配置部の断面図である。この電子回路装置では、セラミック基板211上に、抵抗ペーストによる厚膜印刷抵抗218がシャント抵抗として配置されている。厚膜印刷抵抗218は、互いに対向して配置、形成された配線212、213間を跨ぐように形成されている。また、厚膜印刷抵抗218の上には、銅層219が積層されている。この特許文献1では、チップ抵抗体の代わりに、厚膜印刷抵抗218をシャント抵抗として用いることによって、電子回路装置の小型化と低コスト化を図っている。
しかしながら、シャント抵抗は、オームの法則に基づいて電流から電圧への変換を行うので、高精度の抵抗が必要であり、通常の厚膜印刷抵抗では実現が難しく、またチップ抵抗体を用いる場合にも高精度なものを使う必要があった。 However, the shunt resistor performs a conversion from current to voltage based on Ohm's law, so a high-precision resistor is required, difficult to realize with a normal thick film printing resistor, and when using a chip resistor It was also necessary to use a high-precision one.
また、従来の電子回路装置では、電力増幅素子(または電界効果トランジスタ)とシャント抵抗は基板上に平面的に配置されており、シャント抵抗が存在する分だけ、レイアウト面積が大きくなるという問題があった。さらに、電力増幅素子の発熱に対処するために、ヒートスプレッダーを設ける必要があり、その部分の製造コストが余分にかかっていた。 Further, in the conventional electronic circuit device, the power amplifying element (or field effect transistor) and the shunt resistor are arranged in a plane on the substrate, and there is a problem that the layout area is increased by the presence of the shunt resistor. It was. Furthermore, in order to cope with the heat generation of the power amplifying element, it is necessary to provide a heat spreader, and the manufacturing cost of that portion is excessive.
上記目的を達成するために、本発明に係る回路装置は、金属基板と、金属基板の上に接して設けられた抵抗体と、抵抗体の上に接して設けられた回路素子と、
を備え、回路素子と金属基板とは、抵抗体を介して電気的に接続されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a circuit device according to the present invention includes a metal substrate, a resistor provided in contact with the metal substrate, a circuit element provided in contact with the resistor,
The circuit element and the metal substrate are electrically connected via a resistor.
この態様によれば、抵抗体と回路素子の縦積み配置となるため、回路装置の省面積化を実現することができる。また、抵抗体として熱伝導性の高い材料を用いることで、回路素子で発生する熱を、抵抗体を介して金属基板に放熱することができるため、回路装置の高放熱化を実現することができる。さらに、均質な材料により抵抗体を形成することで、電界集中が緩和され、抵抗体の耐圧を高めることができるので、回路装置の信頼性を向上することができる。 According to this aspect, since the resistor and the circuit element are vertically arranged, the area of the circuit device can be reduced. In addition, by using a material having high thermal conductivity as the resistor, heat generated in the circuit element can be radiated to the metal substrate through the resistor, so that high heat dissipation of the circuit device can be realized. it can. Furthermore, since the resistor is formed of a homogeneous material, electric field concentration is reduced and the withstand voltage of the resistor can be increased, so that the reliability of the circuit device can be improved.
本発明によれば、省面積化および高放熱化を実現することが可能な、シャント抵抗を備える回路装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a circuit apparatus provided with shunt resistance which can implement | achieve area saving and high heat dissipation can be provided.
以下、本発明を具現化した実施形態について図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態のシャント抵抗を備える混成集積回路装置を示す断面図である。図1に基づいて、本発明の混成集積回路装置100について説明する。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a hybrid integrated circuit device having a shunt resistor according to a first embodiment of the present invention. The hybrid
本発明の混成集積回路装置100は、金属基板1と、その金属基板1上に貼着された絶縁樹脂層2と、その絶縁樹脂層2の上に形成された所望形状の配線3a,3bと、その配線3bに接続されたヒートスプレッダー4と、そのヒートスプレッダー4に接続された電力増幅素子5bと、この電力増幅素子5bと配線3aを接続するワイヤ6bと、金属基板1の上に形成された抵抗体7と、抵抗体7に接続された電力増幅素子5aと、この電力増幅素子5aと配線3aとをつなぐ、ワイヤ6aから構成される。ここで抵抗体7は、金属基板1に接して設けられ、さらに電力増幅素子5aとも接して配置されており、電力増幅素子5aと金属基板1とは、抵抗体7を介して電気的に接続されている。なお、抵抗体7は抵抗ペーストによる抵抗体であり、シャント抵抗として機能する。
A hybrid
本発明の混成集積回路装置100では、抵抗体7と電力増幅素子5aが重ねられて配置されており、従来の平面的に配置されていた場合と比較して、抵抗体7(シャント抵抗)分の面積が削減されている。また、抵抗体7は金属基板1と接続しているので、熱伝導率の高い抵抗ペーストを使用することで、電力増幅素子5aと金属基板1との間の熱抵抗を大幅に削減することができるため、ヒートスプレッダー無しで過渡的な熱に対応可能となる。
In the hybrid
本発明の混成集積回路装置100の製造方法について説明する。
A method for manufacturing the hybrid
金属基板1としては、アルミニウム、銅等の基板が用いられるが、ここでは、アルミニウム基板を用いる。この金属基板1の一主面上に対して、エポキシ樹脂あるいはポリイミド樹脂と銅箔とが一体化されたクラッド材をホットプレス等の加圧手段を用いて貼着する。そして、銅箔を所望形状にエッチングし所望形状の配線3a,3bが形成される。次に、レーザー等を用いて、後述する抵抗体7を形成したい部分の絶縁樹脂層2を除去する。しかる後に、後述する抵抗体7の形成法により、抵抗ペーストによる抵抗体7を形成する。なお、抵抗ペーストにサイズが均一な微粒子を混ぜた場合には、抵抗ペーストの膜厚のばらつきを抑えて、精度よく抵抗体7を形成することが可能となる。
As the
引き続き、電力増幅素子5bおよび電力増幅素子5aをそれぞれ配置する。ここで、電力増幅素子5bは、配線3b上に設けられたヒートスプレッダー4を介して設けられ、電力増幅素子5aは、抵抗体7の上に設けられる。なお、ヒートスプレッダー4や抵抗体7の上に各電力増幅素子を搭載する際には、はんだペーストなどで固着してもよい。
Subsequently, the power amplifying
最後に、ワイヤ6a,6bによって、対応する電力増幅素子と配線3aとを接続することによって、第1実施形態における混成集積回路装置100が製造される。
Finally, the hybrid
以下に、抵抗ペーストによる抵抗体7の形成方法について説明する。図2に、抵抗ペーストのスキージング時における回路装置の断面図を示す。
Below, the formation method of the
まず、金属基板1の上に、形成したい抵抗体の形状に合わせてパターニングされた絶縁樹脂層2を形成する。次に、形成したい抵抗体の形状に合わせてメタルマスク10を形成する。そして、カーボンペーストからなる抵抗ペースト7eを所定の領域にコーティングした後、スキージングブレード11により、メタルマスク10および絶縁樹脂層2の形状に合わせて、余分な抵抗ペーストをスキージングしてシート状抵抗体7を形成する。
First, the
その後、カーボンペーストの焼成を行う。130℃の雰囲気下で30分間焼成して溶剤をとばし、シート状抵抗体7を硬化させる。その後、メタルマスク10を除去することにより、所望の形状を有する抵抗体7が金属基板1の上に形成される。
Thereafter, the carbon paste is fired. The
なお、抵抗体7の材料としてカーボンペーストを用いる場合には、その比抵抗は8.0×10−2Ωcmである。したがって、抵抗体7を5mm角で厚さ30μmに成型する場合には、抵抗値は約9.6mΩとなる。シャント抵抗としては一般的に10mΩぐらいであればよく、電力増幅素子の大きさも5mm角ぐらいであるため、9.6mΩという抵抗値はシャント抵抗として相応である。
In addition, when using a carbon paste as a material of the
第1実施形態では、シート状抵抗体7の材料にカーボンを用いたが、カーボンは、絶縁樹脂膜2を構成する樹脂材料よりも熱伝導率がはるかに高い。例えば、エポキシ樹脂の熱伝導率が0.3W/mK程度であり、基板の絶縁膜を構成しているアルミナフィラーを含有するエポキシ樹脂の熱伝導率が3〜6W/mKであるのに対し、グラファイト単体では100W/mK以上である。したがって、本実施形態では、シャント抵抗(抵抗体7)をシート状抵抗体としてパワーデバイス(電力増幅素子)の直下に配置することによって、モジュール(回路装置)の小型化が可能になるとともに、層間絶縁膜の代わりに配置することによって、パワーデバイス(電力増幅素子)から金属基板への熱抵抗を下げて、放熱性を高めるという効果が得られる。
(第2実施形態)
図3は、本発明の第2実施形態のシャント抵抗を備える混成集積回路装置を示す断面図である。ここでは、パワードライブ段の電力増幅素子5a側の構造を中心に説明する。
In the first embodiment, carbon is used as the material for the sheet-
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a sectional view showing a hybrid integrated circuit device having a shunt resistor according to the second embodiment of the present invention. Here, the description will focus on the structure of the power drive stage on the
第2実施形態での混成集積回路装置100aは、金属基板1と、その金属基板1上に貼着された絶縁樹脂層2と、その絶縁樹脂層2上に形成された所望形状の配線3と、その配線3および絶縁樹脂層2の上に形成された絶縁樹脂層22と、その絶縁樹脂層22上に形成された配線33と、配線33と配線3を接続するビア44と、配線3と金属基板1を接続するビア4と、配線33上に形成された抵抗体7と、抵抗体7に接続された電力増幅素子5aから構成される。この構成においては、配線33上に高精度の抵抗体7を形成することができる。したがって、配線33上において抵抗体7と電力増幅素子5aが重ねられており、シャント抵抗(抵抗体7)分の面積を削減可能である。また、抵抗体7は、配線33、ビア44、配線3、及びビア4を介して、金属基板1に接続されている。これらは、いずれも、熱伝導率の高い金属より構成されるため、抵抗体7として熱伝導率の高い抵抗ペーストを使用した場合には、電力増幅素子5a−金属基板1間の熱抵抗を大幅に削減することができ、第2実施形態においても、電力増幅素子5a側でヒートスプレッダー無しで過渡的な熱に対応可能となる。
(第2実施形態の変形例)
図4は、本発明の第2実施形態の変形例におけるシャント抵抗を備える混成集積回路装置を示す断面図である。第2実施形態と異なる点は、抵抗体7の大きさが、その上に設けられる電力増幅素子5aよりも大きいことである。これ以外については、第2実施形態と同様である。
The hybrid
(Modification of the second embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a hybrid integrated circuit device having a shunt resistor in a modification of the second embodiment of the present invention. The difference from the second embodiment is that the size of the
図4から明らかなように、形成する抵抗体7を、電力増幅素子5aよりも大きくすることで、抵抗体7をあたかもヒートスプレッダーとしても機能させることができる。即ち、電力増幅素子5aと熱結合をしている物(ここでは抵抗ペーストによる抵抗体7)の熱容量(体積に比例)を大きくすることで、過渡的な熱が電力増幅素子5aに発生した場合に、その温度上昇を抑えることができる。電力増幅素子5aは、抵抗体7、配線33、ビア44、配線3、及びビア4といった、熱伝導率の高いものを介して金属基板1に接続しているが、電力増幅素子5aに発生する熱量が非常に高い場合は、上記のようなヒートスプレッダーの機能をはたすことになる。
As is apparent from FIG. 4, the
以上、実施の形態により本発明を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されることなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の混成集積回路装置に適用することができる。 Although the present invention has been described in detail with the embodiments, the present invention is not limited thereto, and various modifications such as design changes can be added based on the knowledge of those skilled in the art. The present invention can be applied to various hybrid integrated circuit devices without departing from the spirit of the present invention.
上述の実施形態では、抵抗体の材料としてカーボンペーストを例に挙げたが、銀ペースト等の印刷による形成が可能で、且つ、所望の抵抗値が得られる材料であればよい。また、抵抗ペーストにサイズが均一な微粒子を混ぜてもよい。この場合、微粒子を混合することによって、シート状の抵抗体の実効的な断面積が減少するので、ペーストのみの場合と比較して、シート状抵抗体の抵抗値が上昇する。上述のカーボンペーストを用いる場合には、体積充填率で約4%のプラスチック製微粒子を混合するのが好ましい。プラスチック製微粒子としては、例えば、ジビニルベンゼンを主成分とする架橋共重合樹脂からなる真球状のプラスチック製微粒子が挙げられる。粒径としては、シート状抵抗体の抵抗値が10mΩとなるように、直径30μmの粒子を用いる。 In the above-described embodiment, the carbon paste is taken as an example of the material of the resistor, but any material that can be formed by printing such as a silver paste and can obtain a desired resistance value may be used. Further, fine particles having a uniform size may be mixed in the resistance paste. In this case, since the effective cross-sectional area of the sheet-like resistor is reduced by mixing the fine particles, the resistance value of the sheet-like resistor is increased as compared with the case of using only the paste. When using the above-mentioned carbon paste, it is preferable to mix plastic fine particles having a volume filling rate of about 4%. Examples of the plastic fine particles include true spherical plastic fine particles made of a crosslinked copolymer resin mainly composed of divinylbenzene. As the particle size, particles having a diameter of 30 μm are used so that the resistance value of the sheet-like resistor is 10 mΩ.
さらに、抵抗体の内部に柔軟性を持った微粒子を用いた場合には、パワーデバイスからの発熱によって、シート状の抵抗体の温度が上昇し、熱変形を起こすような場合でも、微粒子が変形することよって、熱応力が低減されるので、はんだや配線層との剥離を防止することができる。 In addition, if flexible particles are used inside the resistor, the heat generated from the power device raises the temperature of the sheet-like resistor, causing deformation of the particles even when thermal deformation occurs. By doing so, the thermal stress is reduced, so that peeling from the solder and the wiring layer can be prevented.
1 金属基板
2 絶縁樹脂層
3a,3b 配線
4 ヒートスプレッダー
5a,5b 電力増幅素子
6a,6b ワイヤ
7 抵抗体
100 回路装置
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記金属基板の上に接して設けられた抵抗体と、
前記抵抗体の上に接して設けられた回路素子と、
を備え、
前記回路素子と金属基板とは、前記抵抗体を介して電気的に接続されていることを特徴とした回路装置。 A metal substrate;
A resistor provided in contact with the metal substrate;
A circuit element provided on and in contact with the resistor;
With
The circuit device, wherein the circuit element and the metal substrate are electrically connected via the resistor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005377025A JP2007180267A (en) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | Hybrid integrated circuit device |
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Cited By (2)
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JP2011249475A (en) * | 2010-05-25 | 2011-12-08 | Denso Corp | Power semiconductor device |
WO2016075985A1 (en) * | 2014-11-13 | 2016-05-19 | 株式会社村田製作所 | Package element for power semiconductor |
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2005
- 2005-12-28 JP JP2005377025A patent/JP2007180267A/en not_active Withdrawn
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