JP2007266386A - 電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品を搭載したセラミック基板をヒートシンク上に搭載し、これらをモールド樹脂にて封止してなる電子装置において、モールド樹脂の成型時にて、ヒートシンクの反りの影響を受けることなく、セラミック基板の反りを抑制する。
【解決手段】ヒートシンク１０の一面１１のうちセラミック基板２０が搭載される部位に、当該部位の一部を突出させた凸部１３を設け、セラミック基板２０を凸部１３上に支持し、セラミック基板２０とヒートシンク１０との間のうち凸部１３を除く部位に、モールド樹脂４０を充填した。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を搭載したセラミック基板をヒートシンク上に搭載し、これらをモールド樹脂にて封止してなる電子装置に関する。

この種の電子装置として、本出願人は先に、特願２００４−２９１３９８号にて、ヒートシンクと、ヒートシンクの一面上に搭載されたセラミックよりなるセラミック基板と、セラミック基板の上に搭載された電子部品と、ヒートシンク、セラミック基板および電子部品を封止するモールド樹脂とを備えるものを提案している。

ここで、この種の電子装置においては、セラミック基板はシリコーン接着剤などの柔らかい接着剤を介してヒートシンク上に貼り付けられ、この状態でモールド樹脂による成型を行う。

また、これらのヒートシンクの多くは、プレス加工により形成されたものであるが、ヒートシンクの形状を形成するために多数のプレス工程を経ていくうちに、ヒートシンクに反りが生じてしまうことがある。

この反ったヒートシンクにセラミック基板を貼り付ける際、セラミック基板とヒートシンクとの間の接着剤の層が均一に厚さとならず、成型時のモールド樹脂の圧力（成形圧）は、セラミック基板の上面からのみ加わるため、柔らかい接着剤が変形する。このことにより、セラミック基板が折り曲げられた状態となり、基板の反り、ひいては割れを招く恐れがある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電子部品を搭載したセラミック基板をヒートシンク上に搭載し、これらをモールド樹脂にて封止してなる電子装置において、モールド樹脂の成型時にて、ヒートシンクの反りの影響を受けることなく、セラミック基板の反り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、ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうちセラミック基板（２０）が搭載される部位に、当該部位の一部を突出させた凸部（１３）を設け、セラミック基板（２０）を凸部（１３）上に支持し、セラミック基板（２０）とヒートシンク（１０）との間のうち凸部（１３）を除く部位に、モールド樹脂（４０）を充填したことを特徴とする。

それによれば、ヒートシンク（１０）の一面（１１）に設けた凸部（１３）にてセラミック基板（２０）を浮かせて支持するとともに、凸部（１３）以外の部位にてセラミック基板（２０）とヒートシンク（１０）との間にモールド樹脂（４０）を充填するので、成型時のモールド樹脂（４０）の圧力は、セラミック基板（２０）の上下両面に加わることになり、ヒートシンク（１０）の反りの影響を受けることなく、セラミック基板（２０）の反りを抑制できる。

また、この構成において、セラミック基板（２０）の上に電子部品として発熱する発熱素子（３１）が搭載されている場合、ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうち発熱素子（３１）の直下に位置する部位に、凸部（１３）を設け、この凸部（１３）とセラミック基板（２０）とを熱的に接続してもよい。

それによれば、発熱素子（３１）からの熱を凸部（１３）からヒートシンク（１０）へ放熱しやすくなる。

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、以下の各実施形態相互において、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。

（第１実施形態）
図１において、（ａ）は本発明の第１実施形態に係る電子装置１００のモールド樹脂４０を透過してモールド樹脂４０内部の各部を示す概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ一点鎖線に沿った概略断面図である。なお、図１（ｂ）では、モールド樹脂４０内部の各部について断面であるかないかに関わらずハッチングを施してあり、ボンディングワイヤ５０など一部省略してある。このことは、後述する実施形態における電子装置の断面図についても同様である。

また、図２は、図１中のヒートシンク１０単体の概略構成を示す図であり、（ａ）はヒートシンク１０の一面１１の平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｂ方向から見たヒートシンク１０の側面図である。

図１に示されるように、本実施形態の電子装置１００は、大きくは、ヒートシンク１０と、ヒートシンク１０の一面１１上に搭載されたセラミックよりなるセラミック基板２０と、セラミック基板２０の上に搭載された電子部品３０、３１、３２と、ヒートシンク１０、セラミック基板２０および電子部品３０〜３２を封止するモールド樹脂４０とを備えて構成されている。

電子部品３０〜３２は、セラミック基板２０上に搭載可能な実装部品であれば、特に限定するものではないが、本実施形態では、電子部品は、マイコンなどとして機能するＩＣチップ３０、ＭＯＳトランジスタなどのパワー素子３１、およびコンデンサ３２により構成されている。ここで、パワー素子３１は、駆動時に発熱する発熱素子３１として構成されている。

これら電子部品３０〜３２は、図１に示されるように、セラミック基板２０の一面上にはんだや導電性接着剤などの図示しないマウント材を介して接続され、必要に応じて金やアルミニウムなどからなるボンディングワイヤ５０を介してセラミック基板２０に電気的に接続されている。

ここで、セラミック基板２０としては、たとえばアルミナなどのセラミックよりなる配線基板を採用でき、複数の層が積層されたセラミック積層基板または単層のセラミック基板などを採用することができる。このようなセラミック基板には、厚膜導体などを印刷してなる図示しない配線パターンが形成されている。

また、図１に示されるように、セラミック基板２０の周囲には、リード６０が設けられており、モールド樹脂４０内において、これらリード６０とセラミック基板２０の一面とは、上記ボンディングワイヤ５０を介して電気的に接続されている。

このリード６０は、通常のリードフレーム材料、すなわち銅や４２アロイなどの板材から作られたものである。そして、リード６０は、モールド樹脂４０から突出するアウターリードの部分にて、外部と電気的に接続されるようになっており、このリード６０を介して本電子装置１００と外部との電気的なやりとりが可能となっている。

そして、セラミック基板２０は、ヒートシンク１０における当該セラミック基板２０の搭載面である一面１１上に搭載され、ヒートシンク１０によって支持されている。このヒートシンク１０は、一般的なヒートシンク材料、たとえば鉄系金属やＣｕなどよりなるもので、本例では矩形板状をなしている。

このヒートシンク１０は、駆動時において、その一面１１上に搭載されているセラミック基板２０およびそのセラミック基板２０上の各電子部品３０〜３２から発生する熱を放熱するためのものである。

そして、本実施形態では、ヒートシンク１０、セラミック基板２０、電子部品３０〜３２、ボンディングワイヤ５０およびリード６０のインナーリードは、モールド樹脂４０により封止されている。

ここで、ヒートシンク１０の放熱性を高めるべく、ヒートシンク１０の一面１１とは反対側の他面１２（図１（ｂ）、図２（ｂ）参照）は、モールド樹脂４０から露出させるか、モールド樹脂４０の外面に極力近い構成とする。

モールド樹脂４０は、通常の半導体パッケージに用いられるエポキシ系樹脂などのモールド材料からなり、成形金型を用いたトランスファーモールド法などにより成形されるものである。

かかる本実施形態の電子装置１００においては、図１、図２に示されるように、ヒートシンク１０の一面１１のうちセラミック基板２０が搭載される部位には、当該部位の一部を突出させた凸部１３が設けられている。なお、ヒートシンク１０の一面１１のうちセラミック基板２０が搭載される部位とは、当該一面１１のうちのセラミック基板２０が重ね合わせられる領域である。

本実施形態では、凸部１３は、セラミック基板２０と接する部分が球もしくは円錐などの点接触となるようなものであり、ヒートシンク１０の一面１１に３点以上設けられている。本例では、球面状の凸部１３が３点設けられている。このような凸部１３はプレス加工やエッチング加工などにより形成できる。

なお、図２（ａ）には、ヒートシンク１０の一面１１側の平面構成が示されているが、このヒートシンク１０の周囲には、モールド樹脂４０の外形を示す仮想線を一点鎖線にて示しており、さらに、モールド樹脂４０の成型時における金型のゲートＫの位置も破線にて示してある。

そして、セラミック基板２０は、この凸部１３上に３点支持された状態で搭載されている。ここで、セラミック基板２０と各凸部１３とは、従来のセラミック基板とヒートシンクとを接続するシリコーン接着剤などと同様の接着剤７０により接着され、固定されている。

このように凸部１３にて支持されたセラミック基板２０は、この凸部１３以外の部分では、ヒートシンク１０の一面１１から浮いた状態となっている。そして、図１（ｂ）に示されるように、セラミック基板２０とヒートシンク１０との隙間、すなわち、セラミック基板２０とヒートシンク１０との間のうち凸部１３を除く部位には、モールド樹脂４０が充填されている。

次に、本電子装置１００の製造方法について述べる。まず、セラミック基板２０の一面上に上記の各電子部品３０〜３２を搭載し、これら電子部品３０〜３２のうち必要な部分にワイヤボンディングを行う。

また、ヒートシンク１０の一面１１上にセラミック基板２０を、接着剤７０を介して図２に示されるように搭載し、ヒートシンク１０の凸部１３上にセラミック基板２０を支持固定する。

また、各リード６０とセラミック基板２０との間、および、各リード６０とセラミック基板２０上の電子部品３０〜３２のうちの必要なものとの間を、ワイヤボンディングにて接続する。ここまでの段階で、図１においてモールド樹脂４０の無い状態のワークが形成される。

次に、このワークを、モールド樹脂４０を成型する金型に投入し、モールド樹脂４０による成型を行う。このとき、本実施形態では、セラミック基板２０とヒートシンク１０との間のうち凸部１３を除く部位に、モールド樹脂４０が充填される。そして、樹脂成形の終了後、必要に応じてリードフレームのカットなどを行うことにより、本実施形態の電子装置１００ができあがる。

ところで、本実施形態によれば、成型時には、ヒートシンク１０の一面１１に設けた凸部１３にてセラミック基板２０を浮かせて支持した状態で、凸部１３以外の部位にてセラミック基板２０とヒートシンク１０との間にモールド樹脂４０が充填されるので、モールド樹脂４０の圧力は、セラミック基板２０の上下両面に加わることになる。

図１（ｂ）では、ヒートシンク１０が多少反った状態を示しているが、従来では、セラミック基板２０とヒートシンク１０との間には、柔らかい接着剤が存在しており、このようなヒートシンク１０の反りによって当該接着剤の厚さが不均一になる。そして、従来では、成型時には、セラミック基板２０の上面のみから加わる成形圧によって、接着剤が変形し、セラミック基板２０までも反ってしまう。

その点、本実施形態によれば、セラミック基板２０の上下両面に加わる成形圧によって、ヒートシンク１０の反りの影響を受けることなく、セラミック基板２０の変形を抑制できる。その結果、セラミック基板２０の反りや割れを防止できる。

（第２実施形態）
図３において、（ａ）は本発明の第２実施形態に係る電子装置２００のモールド樹脂４０を透過してモールド樹脂４０内部の各部を示す概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ一点鎖線に沿った概略断面図である。

また、図４は、図３中のヒートシンク１０単体の概略構成を示す図であり、（ａ）はヒートシンク１０の一面１１の平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｄ方向から見たヒートシンク１０の側面図である。

図３、図４に示されるように、本実施形態の電子装置２００も、上記第１実施形態と同様に、凸部１３は、セラミック基板２０と接する部分が球もしくは円錐などの点接触となるようなものが、ヒートシンク１０の一面１１に３点以上設けられ、本例では、球面状の凸部１３が３点設けられている。

ここで、上記第１実施形態と相違するところは、本実施形態では、ヒートシンク１０の一面１１のうち、セラミック基板２０の上に搭載されている発熱素子としてのパワー素子３１に対応する部位に、凸部１３が設けられている点である。

このパワー素子３１に対応する凸部１３は、そのサイズは特に限定しないが、本例では他の凸部１３よりも面積が大きく、ヒートシンク１０の一面１１のうちパワー素子３１の直下に位置する部位に設けられている。そして、このパワー素子３１に対応する凸部１３とセラミック基板２０とが、接着剤７０を介して熱的に接続されている。

本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、発熱素子３１の直下にヒートシンク１０の凸部１３を配置することにより、発熱素子３１の熱をモールド樹脂４０を介さずに、直接ヒートシンク１０へ伝熱させることで効率的な放熱が可能となる。

（第３実施形態）
図５において、（ａ）は本発明の第３実施形態に係る電子装置３００のモールド樹脂４０を透過してモールド樹脂４０内部の各部を示す概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＥ−Ｅ一点鎖線に沿った概略断面図である。

また、図６は、図５中のヒートシンク１０単体の概略構成を示す図であり、（ａ）はヒートシンク１０の一面１１の平面図、（ｂ）は（ａ）中のＦ−Ｆ一点鎖線に沿った概略断面図である。

上記各実施形態では、ヒートシンク１０の一面１１に形成された凸部１３は、セラミック基板２０と接着剤７０を介して点接触する形状のものであったが、面接触するものであってもよい。

本実施形態では、ヒートシンク１０のうちセラミック基板２０が搭載される側の面に、エッチングやプレスなどによって溝を形成し、この溝の底面をヒートシンク１０の一面１１とすることにより、凸部１３を形成している。

ここでは、図５、図６に示されるように、凸部１３は、一方向に沿って延びるストライプ状のものである。この凸部１３および凸部１３間の溝が延びる方向は、モールド樹脂４０の成型時に金型のゲートＫ（図６参照）から樹脂充填の最終部に向かう方向と同一の方向である。

それにより、成型時には、モールド樹脂４０が凸部１３間の溝に沿って流れやすく、凸部１３以外の部位にてセラミック基板２０とヒートシンク１０との間にモールド樹脂４０を、適切に充填できる。

その結果、本実施形態においても、成型時にモールド樹脂４０の圧力を、セラミック基板２０の上下両面に加えることができ、基板の反りの低減および割れへの対策として同様な効果を得ることができる。

（第４実施形態）
図７において、（ａ）は本発明の第４実施形態に係る電子装置４００のモールド樹脂４０を透過してモールド樹脂４０内部の各部を示す概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＧ−Ｇ一点鎖線に沿った概略断面図である。

また、図８は、図７中のヒートシンク１０単体の概略構成を示す図であり、（ａ）はヒートシンク１０の一面１１の平面図、（ｂ）は（ａ）中のＨ−Ｈ一点鎖線に沿った概略断面図である。

本実施形態は、上記第３実施形態の変形例であり、セラミック基板２０と面接触する凸部１３の形状を一部変えたものである。本実施形態の電子装置４００においても、上記第３実施形態と同様、モールド樹脂４０をセラミック基板２０とヒートシンク１０との隙間に適切に導いて、充填を行うことができ、上記第３実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（他の実施形態）
なお、凸部１３としては、ヒートシンク１０の一面１１上にセラミック基板２０を支持して、成型時に、セラミック基板２０とヒートシンク１０との隙間にモールド樹脂４０を充填できるものであればよく、上記各図にしめされるものに限定されない。

また、上記実施形態では、凸部１３とセラミック基板２０とは接着剤７０を介して固定されていたが、可能ならば、凸部１３とセラミック基板２０とは直接接した状態でモールド樹脂４０の封止により固定されていてもよい。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係る電子装置の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ概略断面図である。 図１中のヒートシンク単体の概略構成を示す図であり、（ａ）はヒートシンクの一面の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視側面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る電子装置の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ概略断面図である。 図３中のヒートシンク単体の概略構成を示す図であり、（ａ）はヒートシンクの一面の平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ矢視側面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態に係る電子装置の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＥ−Ｅ概略断面図である。 図５中のヒートシンク単体の概略構成を示す図であり、（ａ）はヒートシンクの一面の平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ矢視側面図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態に係る電子装置の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＧ−Ｇ概略断面図である。 図７中のヒートシンク単体の概略構成を示す図であり、（ａ）はヒートシンクの一面の平面図、（ｂ）は（ａ）のＨ矢視側面図である。

符号の説明

１０…ヒートシンク、１１…ヒートシンクの一面、１３…凸部、
２０…セラミック基板、３０…電子部品としてのＩＣチップ、
３１…電子部品であり発熱素子としてのパワー素子、
３２…電子部品としてのコンデンサ、４０…モールド樹脂。

Claims (2)

1. ヒートシンク（１０）と、前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）上に搭載されたセラミックよりなるセラミック基板（２０）と、前記セラミック基板（２０）の上に搭載された電子部品（３０〜３２）と、前記ヒートシンク（１０）、前記セラミック基板（２０）および前記電子部品（３０〜３２）を封止するモールド樹脂（４０）とを備える電子装置において、
   前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうち前記セラミック基板（２０）が搭載される部位には、当該部位の一部を突出させた凸部（１３）が設けられており、
   前記セラミック基板（２０）は、前記凸部（１３）上に支持されており、
   前記セラミック基板（２０）と前記ヒートシンク（１０）との間のうち前記凸部（１３）を除く部位には、前記モールド樹脂（４０）が充填されていることを特徴とする電子装置。
2. 前記セラミック基板（２０）の上には、前記電子部品として発熱する発熱素子（３１）が搭載されており、
   前記ヒートシンク（１０）の一面（１１）のうち前記発熱素子（３１）の直下に位置する部位に、前記凸部（１３）が設けられ、この凸部（１３）と前記セラミック基板（２０）とが熱的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
   

Images