JP2008160033A - 樹脂封止型電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の熱をヒートシンクによって放熱する構造において、電子部品の破壊や接続部分の剥がれを防止した樹脂封止型電子機器を提供すること。
【解決手段】樹脂封止型電子機器は、回路基板１に固定されたヒートシンク３と、ヒートシンク３に取り付けられた状態で回路基板１に実装された電子部品２と、ヒートシンク３及び電子部品２の配置領域を封止する絶縁性のモールド樹脂４とを備える。回路基板１、ヒートシンク３及びモールド樹脂４の膨張収縮に起因した応力を吸収又は軽減する弾性材料からなる緩衝部材５が、少なくともヒートシンク３と回路基板１との間に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂封止型電子機器に関する。特に、本発明は、放熱を行うヒートシンクを備えた樹脂封止型電子機器に関する。

回路基板に実装されたＩＣチップやトランジスタ等の電子部品からの熱を外部に逃がす必要がある樹脂封止型電子機器では、回路基板にヒートシンクが固定される。ヒートシンクには電子部品が接触するように取り付けられて電子部品から熱が伝達される。このことにより、電子部品から発生する熱をヒートシンクから外部に逃がすことができ、発熱の大きな電子部品や熱に弱い電子部品に対する保護が可能となる（例えば、特許文献１参照）。

図５は、従来からの樹脂封止型電子機器を示す。回路基板１１０が図示を省略したケース内に配置される。回路基板１１０には、トランジスタ等の電子部品１２０が実装される一方、ヒートシンク１３０が取り付けられる。電子部品１２０はその端子１２１が回路基板１１０を貫通しており、貫通端１２１ａが半田付けされて回路基板１１０の回路パターンに電気的に接続される。

ヒートシンク１３０は、脚部１３１が回路基板１１０を貫通しており、貫通端が半田付けされることにより回路基板１１０に固定される。図示例のヒートシンク１３０では、回路基板１１０から立ち上がる縦長形状となっている。又、複数のフィン１３３が間隔を有して横方向に延びており、放熱効率を向上させている。

電子部品１２０は、ヒートシンク１３０に接触した状態で接着、ねじ止め等の手段によりヒートシンク１３０に取り付けられる。樹脂封止型電子機器では、ケース内に絶縁性のモールド樹脂が充填され、充填されたモールド樹脂によりヒートシンク１３０及び電子部品１２０が封止される。図示例において、モールド樹脂１４０はヒートシンク１３０の上部が露出する樹脂厚となるように回路基板１１０上にポッティングされて硬化される。モールド樹脂１４０によって封止することにより、電子部品１２０の防水や防湿ができると共に、半田部分の酸化を防止できる。
特開２００５−８６１４９号公報

特許文献１や図５に示す構造では、ヒートシンクへの熱伝導によって放熱できるため、電子部品を熱から保護できる。しかしながら、モールド樹脂によって封止されている電子部品に割れ等の破壊が生じたり、電子部品の回路基板への接続部分（半田付け部分）が剥がれる等の不都合が生じている。これらの不都合は、車両用や屋外に用いる電子機器に特に多く発生している。従って、電子部品の破壊や接続部分の剥がれが生じない電子機器が望まれている。

本発明は、電子部品の熱をヒートシンクによって放熱する構造において、電子部品の破壊や接続部分の剥がれを防止できる樹脂封止型電子機器を提供することを目的とする。

本発明者らは、電子部品の破壊や接続部分の剥がれが回路基板、ヒートシンク、モールド樹脂の熱膨張係数の相違に起因した応力によることを見出し、以下の発明を完成するに至った。

（１） 回路基板に固定されたヒートシンクと、ヒートシンクに取り付けられた状態で前記回路基板に実装された電子部品と、前記ヒートシンク及び電子部品の配置領域を封止する絶縁性のモールド樹脂とを備えた樹脂封止型電子機器であって、前記回路基板、ヒートシンク及びモールド樹脂の膨張収縮に起因した応力を吸収又は軽減する弾性材料からなる緩衝部材が、少なくともヒートシンクと回路基板との間に配置されていることを特徴とする樹脂封止型電子機器。

（１）の発明によれば、緩衝部材がヒートシンクと回路基板との間に配置される。緩衝部材は弾性材料からなり、回路基板、ヒートシンク、モールド樹脂の膨張収縮に起因した応力を吸収又は軽減する。

このため、回路基板、ヒートシンク、モールド樹脂の熱膨張係数が相違し、その膨張量や収縮量が異なることにより発生した応力は、回路基板からヒートシンクに伝達される際に吸収又は軽減される。結果として、ヒートシンク及びヒートシンクに取り付けられた電子部品に大きな応力が作用することがなく、電子部品の破壊や接続部分の剥がれを防止できる。

（２） 前記緩衝部材は、粘着性を有していることを特徴とする（１）に記載の樹脂封止型電子機器。

（２）の発明によれば、緩衝部材が粘着性を有しているため、接着剤を用いることなく、ヒートシンクと回路基板との間に緩衝部材を配置できる。

（３） 前記緩衝部材は、モールド樹脂又は回路基板よりも熱伝導率が大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂封止型電子機器。

（３）の発明によれば、緩衝部材の熱伝導率が大きいため、緩衝部材自体も放熱機能を有し、ヒートシンクと緩衝部材とを合わせた全体の放熱効率が増大する。

（４） 前記緩衝部材は、低硬度シリコン樹脂であることを特徴とする請求項（１）〜（３）のいずれかに記載の樹脂封止型電子機器。

（３）の発明によれば、緩衝部材が低硬度シリコン樹脂のため、緩衝部材を容易に入手できる。又、シリコン樹脂は温度変化に対して安定であり、化学的安定性も高いため、長期間安定した特性を発揮できる。

本発明による樹脂封止型電子機器は、ヒートシンクと回路基板との間に配置された緩衝部材が回路基板、ヒートシンク、モールド樹脂の膨張収縮に起因した応力を吸収又は軽減する。従って、ヒートシンク及びヒートシンクに取り付けられた電子部品に大きな応力が作用することがなく、電子部品の破壊や接続部分の剥がれを防止できる。

以下、本発明を図示する実施形態により具体的に説明する。図１は本発明の第１実施形態を示す断面図である。

図１に示すように、回路パターンが形成された回路基板１に電子部品２が実装されている。又、回路基板１にはヒートシンク３が固定される。回路基板１の全体は図示を省略したケース内に配置される。

ヒートシンク３は、アルミナやアルミニウム等の金属押出材によって形成されている。ヒートシンク３は脚部３ａを有しており、脚部３ａが回路基板１を貫通し、貫通端を半田付けすることにより回路基板１に固定される。ヒートシンク３は回路基板１から立ち上がる縦長形状となっており、縦板部３ｂと、縦板部３ｂから横方向に延びる複数のフィン３ｃとを有している。複数のフィン３ｃは、縦板部３ｂに対し所定の間隔を有して設けられている。フィン３ｃを設けることによりヒートシンク３の放熱効率が向上する。

電子部品２は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のトランジスタやダイオード等が用いられる。電子部品２はヒートシンク３に接触し、この接触状態で接着、半田付け、ねじ止め等によりヒートシンク３に取り付けられる。従って、電子部品２からの熱をヒートシンク３が放熱できる。電子部品２は回路基板１側に延びる端子２ａを有している。端子２ａは回路基板１を貫通しており、端子２ａの貫通端２ｂを半田付けして回路基板１の回路パターンと接続することにより電子部品２が実装される。

回路基板１上には、モールド樹脂がポッティングされ、硬化されることにより、ヒートシンク３及び電子部品２がモールド樹脂４により封止される。モールド樹脂４はヒートシンク３の上部が露出する厚さとなるようにポッティングされる。モールド樹脂４としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂が使用される。これらのモールド樹脂４はヒートシンク３及び回路基板１とは熱膨張係数が異なっている。例えば、ヒートシンク３としてアルミ押出材を用いた場合、熱膨張係数は２３．４×１０^-６（ｃｍ／ｃｍ／℃）、モールド樹脂４としてウレタン樹脂を用いた場合、熱膨張係数は１４×１０^-５（ｃｍ／ｃｍ／℃）であり、熱膨張係数が異なっている。さらに、回路基板１としてガラス基板を用いた場合の熱膨張係数は、これらと異なる値となっている。

回路基板１とヒートシンク３との間には、緩衝部材５が配置される。緩衝部材５は板状となっており、最も回路基板１に接近している最下部のフィン３ｃと回路基板１との間で挟まれている。緩衝部材５は回路基板１とヒートシンク３との間の空間を満たす厚さとなっており、その上下面がフィン３ｃ及び回路基板１と接触して、これらと接着されている。

緩衝部材５は弾性材料、より好ましくは絶縁性の弾性材料によって形成される。弾性を有することにより、回路基板１、ヒートシンク３、モールド樹脂４の熱膨張係数の相違に基づいて膨張量や収縮量が異なり、これにより応力が発生した場合であっても、この応力を吸収又は軽減するように作用する。すなわち、応力が回路基板１からヒートシンク３に伝達される際に応力が吸収又は軽減される。このため、ヒートシンク３及びヒートシンク３に取り付けられた電子部品２に大きな応力が作用することがなく、電子部品２が破壊されたり、回路基板１との半田付け部分が剥がれることがなくなる。

緩衝部材５としては、弾性を有するのに加えて粘着性を有する材料が好ましい。粘着性を有することにより、回路基板１及びヒートシンク３のフィン３ｃと密に接合できる。従って、緩衝部材５の固定のための接着剤が不要となり、接着剤の熱膨張係数や硬度を考慮する必要がなく、設計の自由度が増大する。又、接着剤が不要となることにより、緩衝部材５がさらに良好に応力を吸収又は軽減するように作用する。

緩衝部材５としては、モールド樹脂４又は回路基板１よりも熱伝導率が大きい材料であることが好ましい。熱伝導率が大きい緩衝部材５は、それ自体で放熱機能を有しており、ヒートシンク３の放熱性に緩衝部材５の放熱性が加わるため、放熱効率が増大する。従って、温度変化に基づくモールド樹脂４や回路基板１の膨張量や収縮量が少なくなり、その分、発生する応力が小さくなって電子部品２に対する悪影響を少なくできる。

以上の緩衝部材５としては、低硬度シリコン樹脂を用いることができる。シリコン樹脂は、硬度が安定していて良好に機能し、化学的、物理的に性状が安定している。低硬度シリコン樹脂は、このような特性を有しながら小さな硬度を有した樹脂である。低硬度シリコン樹脂としては、硬度２２程度のものがよい。この硬度２２を有した低硬度シリコン樹脂は、熱伝導率が１．３４（ｗ／ｍ・ｋ）であり、大きな熱伝導率を有している。又、この低硬度シリコン樹脂は、粘着性を有している。従って、低硬度シリコン樹脂を緩衝部材５として用いることにより、接着剤なしでの配置ができ、放熱性も良好となるメリットがある。

このような構造とすることにより、図１に示す樹脂封止型電子機器は、電子部品２に大きな応力が作用することがなく、電子部品２の破壊や半田付け等の接続部分の剥がれを防止できる。発明者らが図１の樹脂封止型電子機器を−４０℃雰囲気中に３０分放置した後、１００℃雰囲気内中に３０分放置することを繰り返すヒートショック試験を行ったところ、６００サイクルでも、電子部品２が割れや壊れ等の破壊を起こしたり、電子部品２の半田付け部分が剥がれたりすることはないものであった。

図２は、本発明の第２実施形態における樹脂封止型電子機器の断面図を示す。この実施形態においては、回路基板１とヒートシンク３のフィン３ｃとの間に、板状の緩衝部材５が設けられるのに加えて、ヒートシンク３の周囲に第２の緩衝部材７が配置されている。

第２の緩衝部材７は緩衝部材５と同様な材料（例えば、低硬度シリコン樹脂）が使用されている。従って、接着剤を用いることなく配置することができる。緩衝部材７はヒートシンク３を囲む筒状となっており、ヒートシンク３におけるモールド樹脂４の封止部分を囲むように配置される。この場合、第２の緩衝部材７はヒートシンク３の外面に密着した状態でモールド樹脂４とヒートシンク３との間に配置される。

図２の構造では、回路基板１とヒートシンク３との間に設けた緩衝部材５による応力の吸収又は軽減と、モールド樹脂４とヒートシンク３との間に設けた第２の緩衝部材７による応力の吸収又は軽減とが作用する。これにより、電子部品２の破壊や接続部分の剥がれをさらに確実に防止できる。

図３は、本発明の第３実施形態における樹脂封止型電子機器の断面図を示す。この実施形態では、板状の２つの緩衝部材５、８が用いられる。緩衝部材５及び８は、例えば低硬度シリコン樹脂によって形成されている。

緩衝部材５は、回路基板１とヒートシンク３の最下部のフィン３ｃとの間に挟まれた状態で配置され、緩衝部材８は、最下部のフィン３ｃと一段上のフィン３ｃとの間に挟まれた状態で配置されている。このように２つの緩衝部材５、８をヒートシンク３のフィン３ｃに配置することにより、２つの緩衝部材５、８によって応力が吸収又は軽減される。これによりヒートシンク３の変形や変動を抑制でき、ヒートシンク３に取り付けられている電子部品２の破壊を防止できると共に、電子部品２の接続部分の剥がれを防止できる。

図４は、本発明の第４実施形態における樹脂封止型電子機器の断面図を示す。この実施形態において、緩衝材９が回路基板１とヒートシンク３との間に設けられる。緩衝部材９は、ヒートシンク３の最下部のフィン３ｃと回路基板１との間に挟まれる板状部９ａと、板状部９ａの周囲から立ち上がる周壁部９ｂとによって形成されており、周壁部９ｂがヒートシンク３の下部を包み込んだ状態で板状部９ａの上にヒートシンク３が載置される構造となっている。緩衝部材９は全体が低硬度シリコン樹脂によって形成されており、接着剤を用いることなく配置することができる。

図４に示す緩衝部材９では、図１〜図３に用いる緩衝部材と同様な作用を行うため、電子部品２の破壊や電子部品２の接続部分の剥がれを防止できる。又、ヒートシンク３に取り付けた状態でヒートシンク３と一体となって回路基板１上に固定することができる。従って、緩衝部材９を簡単に配置できる。

本発明は以上の実施形態に限定されることなく、種々変形が可能である。例えば、緩衝部材は、回路基板１とヒートシンク３との間に少なくとも設けられればよく、他の配置部位は限定されない。又、ヒートシンク３の形状は特に限定されるものではなく、単なるブロック状やフィンが縦方向に配置された構造であってもよい。

本発明の第１実施形態の樹脂封止型電子機器を示す断面図である。 本発明の第２実施形態の樹脂封止型電子機器を示す断面図である。 本発明の第３実施形態の樹脂封止型電子機器を示す断面図である。 本発明の第４実施形態の樹脂封止型電子機器を示す断面図である。 従来の樹脂封止型電子機器を示す断面図である。

符号の説明

１ 回路基板
２ 電子部品
２ａ 端子
３ ヒートシンク
３ｃ フィン
５、８、９ 緩衝部材
７ 第２の緩衝部材

Claims (4)

1. 回路基板に固定されたヒートシンクと、ヒートシンクに取り付けられた状態で前記回路基板に実装された電子部品と、前記ヒートシンク及び電子部品の配置領域を封止する絶縁性のモールド樹脂とを備えた樹脂封止型電子機器であって、
   前記回路基板、ヒートシンク及びモールド樹脂の膨張収縮に起因した応力を吸収又は軽減する弾性材料からなる緩衝部材が、少なくともヒートシンクと回路基板との間に配置されていることを特徴とする樹脂封止型電子機器。
2. 前記緩衝部材は、粘着性を有していることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型電子機器。
3. 前記緩衝部材は、モールド樹脂又は回路基板よりも熱伝導率が大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂封止型電子機器。
4. 前記緩衝部材は、低硬度シリコン樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂封止型電子機器。

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