JP2009123736A

JP2009123736A - デバイスの実装構造及びデバイスの実装方法

Info

Publication number: JP2009123736A
Application number: JP2007293062A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tamura; 政裕田村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2009-06-04
Also published as: CN101437364A; US7929312B2; CN101437364B; EP2063455A2; EP2063455A3; US20090122495A1; TW200922418A; TWI377886B

Abstract

【課題】リフロー処理時のデバイスリード部とデバイスグランド部との間のショートを防止したデバイスの実装構造及びデバイスの実装方法を提供する。
【解決手段】デバイスグランド部上にデバイス本体を固定したデバイスを開口部に収容し、デバイス本体の両側から延出したデバイスリード部を配線部に接続した配線基板を、放熱プレートに固定したデバイスの実装構造であって、開口部は、デバイスリード部の真下の内壁がデバイスグランド部から離れるような凹部を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、デバイスの実装構造及びデバイスの実装方法に関する。

RF(Radio Frequency：高周波)用パワーデバイス（以下、デバイスと称す。）の実装方法は高出力化に伴ってデバイス本体の放熱面の放熱プレートへの接着方法が重要となっている。デバイスの安定した接着面積を確保するため、現在はデバイスを放熱プレートに半田付けする方法が行われている。この方法でデバイスをRF基板と放熱プレートに同時に実装するためにはRF基板と放熱プレートを固定する必要がある。

固定方法としては半田付け、もしくは樹脂による方法があるがコストが高い。またデバイスを半田付けする際に実装する位置を固定するのが難しく、デバイスのリードと配線パターンの高さが異なる場合が多い。そのためこのようなデバイスを実装するためには手動での生産工程が増加し、放熱プレートの加工費も増えるため放熱プレートとPWBの加工方法が検討されてきた。
関連する技術としては、特許文献１〜６が挙げられる。
特許文献１に記載の発明は、半導体レーザが搭載されたプリント基板を備える半導体レーザ駆動装置であって、半導体レーザは、プリント基板上に搭載されたノイズ発生に係わる回路を覆うのに十分な面積を持つ放熱板を一体的に取り付けられ、さらに半導体レーザは、放熱板がプリント基板上のノイズ発生に係わる回路を覆うようにプリント基板に取り付けられたものである。

この半導体レーザ駆動装置によれば、半導体レーザに、プリント基板上に搭載されたノイズ発生源の回路を覆うのに十分な面積を持つ放熱板を一体的に取り付ける。そして、放熱板を付けた半導体レーザを、放熱板がプリント基板上のノイズ発生源の回路を覆うようにプリント基板に取り付ける。このように構成することで、放熱板を放熱部材としてのみでなく、放射ノイズのシールドとして機能させることができるとしている。

特許文献２に記載の発明は、基板の裏面にシートシンクを設けた実装構造において、基板の表面に配される回路部品の底面をシートシンクに接触させるべく、当該回路部品の底部を基板とで収容する板材又は当該板材と少なくとも一つの金属製の板材とを基板とシートシンクとの間に設けたものである。

この実装構造によれば、基板の表面に配される回路部品の底面をシートシンクに接触させるべく、当該回路部品の底部を基板とで収容する板材又は当該板材と少なくとも一つの金属板とを基板とシートシンクとの間に設けて、板材又は板材と金属板とにより回路部品の底部を収容し、回路部品の底面を直接又は間接的にヒートシンクにつなぐようにしたので、回路部品の発熱を底部よりシートシンクに伝えて放熱することができ、回路部品の底部の大きさにかかわらず、シートシンクを表面が平坦な単一種のものとすることができるとしている。

特許文献３に記載の発明は、高周波トランジスタ等の半導体素子の周辺の回路をセラミック基板上に形成し、セラミック基板を放熱板にはんだ付けしてなる構造の半導体モジュールにおいて、セラミック基板は、発熱量の大きな高周波トランジスタ等の半導体素子を実装すべき部分に貫通穴を有し、放熱板は、放熱板の半導体素子を実装すべき部分に対応する位置に、突起部を有し、高周波トランジスタ等の半導体素子は、放熱板の突起部に、セラミック基板の貫通穴を通して直接ボンディングされてなるものである。

この半導体モジュールによれば、放熱板に凸部を設け、これにセラミック基板の貫通穴を通して直接トランジスタを取り付けるようにしたので、トランジスタの放熱効果が良くなり、品質を向上することができるとしている。

特許文献４に記載の発明は、以下の工程（ａ）〜（ｄ）から構成される放熱板付きプリント配線板の作製方法である。（ａ）絶縁板の一方の面に配線パターンを備えるプリント配線板の前記絶縁板の他の面に、接着剤を塗布した剥離紙を該接着剤を介して接着する工程、（ｂ）前記剥離紙を接着したプリント配線板のハイパワー部品装着位置に貫通孔を形成する工程、（ｃ）前記剥離紙を剥ぎ取る工程、（ｄ）放熱板を前記接着剤にて前記絶縁板に貼り付ける工程。

この作製方法によれば、従来のようにプリント配線板に形成した貫通穴の位置に合わせて金属放熱板に凸部を形成するという工程を必要とせず、簡易な作製方法及び実装方法を実現できる。また、ハイパワー部品パッケージを装着するために設けた、貫通孔の位置に、何ら位置合わせを必要とすることなく、プリント配線板に金属放熱板を前記両面接着手段にて設けることができるとしている。

特許文献５に記載の発明は、半導体集積装置で生じた熱を放熱させるためのヒートシンクの固定方法であって、基板上に半田付けして配置した半導体集積装置の上に、所定箇所のねじ穴を形成したヒートシンクを配置し、基板の背後から、所定のばね力を有する圧縮コイルばねと基板に設けた貫通穴とを通して、ねじ部材をヒートシンクのねじ穴に螺入し、ねじ部材を基板から抜ける方向に付勢する圧縮コイルばねのばね力によって、ヒートシンクを半導体集積装置の上面に密着固定するようにしたものであって以下のように動作する。

このヒートシンクの固定方法によれば、ヒートシンクを圧縮コイルばねのばね力によって半導体集積装置の上面に柔軟に密着固定させるようにしたので、半導体集積装置にストレスが加わるという事態が回避され、リードピンの半田クラックやリードピン折れ等の不都合を防止することができる。また、従来の接着による方法と異なり、生産性にも優れているととしている。

特許文献６に記載の発明は、回路基板を、クリーム半田が塗布されたモジュール放熱板に載せ、回路基板に設けられた落とし込み穴にベアチップ状の放熱板付きパワートランジスタを落とし込んでリフロー半田付けすることにより高周波電力増幅モジュールを製作するときのパワートランジスタの実装方法において、モジュール放熱板にクリーム半田を塗布するとき、回路基板の落とし込み穴に対応する部分の一部に非塗布部分を設けたものである。

このパワートランジスタの実装方法によれば、落とし込み穴内でパワートランジスタのゲートＧ−ドレインＤ方向が一定の位置に安定することにより、アンプ特性が安定し、回路定数の調整工数を大幅に低減できるとしている。
特開２００３−１８８４６１号公報特開２００３−２８９１１８号公報特開平７−１４９４９号公報特開平８−２６４９１０号公報特開平９−１３９４５０号公報特開平９−２３２７１５号公報

しかしながら、上述した特許文献１〜６に記載の技術では配線基板にリフロー処理を施すときにデバイスのデバイスリード部とデバイスグランド部との間がショートするおそれがある。
そこで、本発明の目的は、リフロー処理時のデバイスリード部とデバイスグランド部との間のショートを防止したデバイスの実装構造及びデバイスの実装方法を提供することにある。

本発明の実装構造は、デバイスグランド部上にデバイス本体を固定したデバイスを開口部に収容し、デバイス本体の両側から延出したデバイスリード部を配線部に接続した配線基板を、放熱プレートに固定したデバイスの実装構造であって、開口部は、デバイスリード部の真下の内壁が前記デバイスグランド部から離れるような凹部を有することを特徴とする。

本発明の実装方法は、デバイスグランド部上にデバイス本体を固定したデバイスを開口部に収容し、デバイス本体の両側から延出したデバイスリード部を配線部に接続した配線基板を、放熱プレートに固定するデバイスの実装方法であって、デバイスリード部の真下の内壁がデバイスグランド部から離れるような凹部を有する開口部が形成された配線基板を用いて放熱プレートに固定することを特徴とする。

本発明によれば、
デバイスグランド部上にデバイス本体を固定したデバイスを開口部に収容し、デバイス本体の両側から延出したデバイスリード部を配線部に接続した配線基板を、放熱プレートに固定したデバイスの実装構造であって、開口部は、デバイスリード部の真下の内壁がデバイスグランド部から離れるような凹部を有することにより、リフロー処理時のデバイスリード部とデバイスグランド部との間のショートを防止することができる。

次に本発明の実施の形態について説明する。
＜実施形態１＞
図１は、本発明に係るデバイスの実装構造の一実施の形態を示す構造図である。
同図において、開口部２ａにデバイス本体１ａを収容しデバイス本体１ａの両側から延出したデバイスリード部１ｃを配線部２ｃに接続した配線基板（PWB(Pint Wire Board)とも言う。）２を、放熱プレート３−１にビス４で固定した実装構造が示されている。放熱プレート３−１にはネジ４の胴部４ｂが螺合されるネジ穴３ａがタップ加工により形成されている。

デバイス１は、放熱を行うと共にグランド電位をとるためのデバイスグランド部１ｂと、デバイスグランド部１ｂの上部に固定されたデバイス本体１ａと、デバイス本体１ａの両側から延出したデバイスリード部１ｃとで構成されている。デバイス１としては、例えば、パワーFETと呼ばれる放熱板を必要とする高出力の電界効果トランジスタ（フリースケール・セミコンダクター社製ＭＲＦ６Ｓ２１１００ＨＳＲ３）が用いられるが、フラットパッケージ型の集積回路であってもよい。

配線基板２は、例えば、ガラスエポキシプリント配線基板が挙げられるが限定されるものではなく、ガラスコンポジット配線基板や他のプリント配線基板を用いてもよい。配線基板２にはデバイス１が収容できる程度の開口部２ａと、ビス４の胴部４ｂが貫通できる程度の貫通穴２ｂが形成されている。
配線基板２は、開口部２ａの形状を、デバイス１のデバイスグランド部１ｂの各側面の一部と接触するように形成されている。デバイスリード部１ｃの真下の内壁２ａａがデバイスグランド部１ｂからＰだけ離れるような凹部２ａａを有している。凹部２ａａは、配線基板２の配線部２ｃが、ハンダリフロー時にデバイス１のデバイスグランド部１ｂとショートしないような大きさになっている。
配線基板２の開口部２ａは、デバイスグランド部１ｂ側の角部が例えば半円状に面取りされている。これにより、デバイスグランド部１ｂの角部にストレスが加わるのが防止される。

ビス４は、頭部４ａが鍋型のビスが示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、トラス型、皿型、丸皿型、バインド型、チーズ型のいずれであってもよい。また、ビス４の穴の部分はマイナススリ割り型、十文字型、プラマイ型、六角型のいずれであってもよい。ビス４の数は図では２本であるが限定されるものではない。

放熱プレート３−１には、配線基板２の貫通穴２ｂに対応する位置にタップ加工が施され、ネジ穴３ａが形成されている。放熱プレート３−１の材質としては、例えば、例えば金メッキ銅板、錫メッキ銅板が挙げられる。

本実施形態の実装構造によれば、配線基板２と放熱プレート３−１とを固定する際に、開口部２ａがデバイスリード部１ｃの真下の内壁２ａａがデバイスグランド部１ｂから離れるような凹部を有するので、リフロー処理時のデバイスリード部とデバイスグランド部との間のショートを防止することができる。また、放熱プレート３−１にタップ加工を行うことにより、ビス４を締結するためのナットが不要となる。

＜実施形態２＞
図２は、本発明に係るデバイスの実装構造の他の実施の形態を示す構造図である。
図２に示した実施の形態と図１に示した実施の形態との相違点は、図２に示す放熱プレート３−２が図１に示した放熱プレート３−１より薄い点、及びバーリング加工を施した点である。
すなわち、図２に示すデバイスの実装構造は、開口部２ａにデバイス本体１ａを収容しデバイス本体１ａの両側から延出したデバイスリード部１ｃを配線部２ｃに接続した配線基板２を、放熱プレート３−２にビス４で固定したものである。放熱プレート３−２にはネジ４の胴部４ｂが螺合されるネジ穴３ａがバーリング加工により形成されている。

本実施形態の実装構造によれば、配線基板２と放熱プレート３−２とを固定する際に、開口部２ａがデバイスリード部１ｃの真下の内壁２ａａがデバイスグランド部１ｂから離れるような凹部を有するので、リフロー処理時のデバイスリード部とデバイスグランド部との間のショートを防止することができる。放熱プレート３−２にバーリング加工を行うことにより、ビス４を放熱プレート３−２に締結するためのナットが不要となる。

＜実施の形態３＞
図３は、本発明に係るデバイスの実装構造の他の実施の形態を示す構造図である。
図３に示す実施の形態と図２に示した実施の形態との相違点は、デバイスリード部からデバイス本体の放熱面までの厚さが配線基板より薄いデバイスを実装する点である。
すなわち、図３に示す実装構造は、開口部２ａにデバイス本体１ａを収容しデバイス本体１ａの両側から延出したデバイスリード部１ｃを配線部２ｃに接続した配線基板２を、放熱プレート３−３にビス４で固定したものであって、デバイス１の搭載位置にデバイス側に向かう方向に放熱プレート３−３を押し出す押し出し加工を施して凸部を形成したものである。

本実施形態の実装構造によれば、配線基板２と放熱プレート３−３とを固定する際に、開口部２ａがデバイスリード部１ｃの真下の内壁２ａａがデバイスグランド部１ｂから離れるような凹部を有するので、リフロー処理時のデバイスリード部とデバイスグランド部との間のショートを防止することができる。

また、放熱プレート３−２にバーリング加工を行うと共に、デバイス１の搭載位置にデバイス側に向かう方向に放熱プレート３−３を押し出す押し出し加工を施すことにより、ビス４を放熱プレート３−３に締結するためのナットが不要となる。さらに、同図に示す実装構造では、配線基板２の厚みよりもデバイス１のデバイスリード部１cが低い位置にある場合放熱プレート３−３側に押出し加工を加える事で調整が可能となる。

＜実施の形態４＞
図４は、本発明に係るデバイスの実装構造の他の実施の形態を示す構造図である。
図４に示す実施の形態と図３に示した実施の形態との相違点は、デバイスリード部からデバイス本体の放熱面１ｄまでの厚さが配線基板より厚いデバイスを実装する点である。
すなわち、図４に示す実装構造は、開口部２ａにデバイス本体１ａを収容しデバイス本体１ａの両側から延出したデバイスリード部１ｃを配線部２ｃに接続した配線基板２を、放熱プレート３−４にビス４で固定したものであって、デバイス１の搭載位置にデバイス１側から離れる方向に放熱プレート３−４を押し出す押し出し加工を施して凹部を形成したものである。

本実施形態の実装構造によれば、配線基板２と放熱プレート３−４とを固定する際に、開口部２ａがデバイスリード部１ｃの真下の内壁２ａａがデバイスグランド部１ｂから離れるような凹部を有するので、リフロー処理時のデバイスリード部とデバイスグランド部との間のショートを防止することができる。

また、放熱プレート３−２にバーリング加工を行うと共に、デバイス１の搭載位置にデバイス１側から離れる方向に放熱プレート３−４を押し出す押し出し加工を施すことにより、ビス４を放熱プレート３−４に締結するためのナットが不要となる。さらに、同図に示す実装構造では、配線基板２の厚みよりもデバイス１のデバイスリード部１cが高い位置にある場合放熱プレート３−４側に押出し加工を加える事で調整が可能となる。

ここで、図３に示した実施の形態と図４に示した実施の形態とを組み合わせる事でパッケージ形状が異なるデバイスを同一の配線基板及び放熱プレート上に実装することが可能となる。

＜実施の形態５＞
図５は、本発明に係るデバイスの実装構造の他の実施の形態を示す平面図である。図６は、本発明に関連するデバイスの実装構造の平面図である。
図５に示すデバイス構造はデバイスの位置決めを行うために配線基板に加工を加えたものである。図６に示す実装構造では開口部２ｄの平面形状を楕円に加工をしていたが、デバイス１がずれてデバイスリード部２cが隣の配線にショートすることがあった。配線基板２の加工上、コーナRは発生してしまうため図５に示すのようにR逃げ２eを加える事でデバイス１の配線基板２における前後左右方向のずれをなくして固定する事が可能となる。

また配線基板２によりデバイス１の位置固定をするためデバイス１のデバイスグランド部１ｂと配線部２cとが接近してショートするおそれがある。そのため配線部２cの周りに前述の加工（開口部２ａがデバイスリード部１ｃの真下の内壁２ａａがデバイスグランド部１ｂから離れるような凹部を有するような加工）を加えてショートを防止している。

〔効果の説明〕
デバイスリード部の真下の内壁がデバイスグランド部から離れるような凹部を有する開口部が形成された配線基板を用いて放熱プレートに固定することにより、リフロー処理時のデバイスリード部とデバイスグランド部との間のショートを防止することができる。

放熱プレートにタップ加工を加える事によりナットレスで配線基板と固定が可能となる。また放熱プレート側に凹凸加工を加える事により異なるパッケージのデバイスを実装することが可能となる。さらに配線基板による位置固定によりリフローを用いてデバイスとプレートを半田付けする事が可能となる。
以上のことにより各種パッケージのデバイスを同一配線基板とプレートに実装が可能となり、リフローで半田付けすることで実装工数が削減される。

RFパワーデバイスを放熱プレートに半田付けする装置全般に利用が可能である。

本発明に係るデバイスの実装構造の一実施の形態を示す構造図である。本発明に係るデバイスの実装構造の他の実施の形態を示す構造図である。本発明に係るデバイスの実装構造の他の実施の形態を示す構造図である。本発明に係るデバイスの実装構造の他の実施の形態を示す構造図である。本発明に係るデバイスの実装構造の他の実施の形態を示す平面図である。本発明に関連するデバイスの実装構造の平面図である。

符号の説明

１デバイス
１ａデバイス本体
１ｂデバイスグランド部
１ｃデバイスリード部
１ｄ放熱面
２配線基板
２ａ、２ｄ開口部
２ａａ凹部
２ｂ貫通穴
２ｃ配線部
２ｅ R逃げ
３−１、３−２、３−３放熱プレート
４ビス
４ａ頭部
４ｂ胴部

Claims

デバイスグランド部上にデバイス本体を固定したデバイスを開口部に収容し、前記デバイス本体の両側から延出したデバイスリード部を配線部に接続した配線基板を、放熱プレートに固定したデバイスの実装構造であって、
前記開口部は、前記デバイスリード部の真下の内壁が前記デバイスグランド部から離れるような凹部を有することを特徴とするデバイスの実装構造。
前記開口部の内壁は、前記デバイスグランド部の各側面の一部と接触するように形成したことを特徴とする請求項１記載のデバイスの実装構造。
前記配線基板の開口部は、前記デバイス側の角部と接触しないように面取りしたことを特徴とする請求項１または２項記載のデバイスの実装構造。
タップ加工によりネジ穴を形成した放熱プレートにビスを用いて前記配線基板を前記放熱プレートに固定したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のデバイスの実装構造。
バーリング加工によりネジ穴を形成した放熱プレートにビスを用いて前記配線基板を前記放熱プレートに固定したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のデバイスの実装構造。
前記デバイスリード部から前記デバイス本体の放熱面までの厚さが前記配線基板より薄いデバイスを実装する際に、前記デバイスの搭載位置に前記デバイス側に向かう方向に押し出し加工により押し出した放熱プレートを用いたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のデバイスの実装構造。
前記デバイスリード部から前記デバイス本体の放熱面までの厚さが前記配線基板より厚いデバイスを実装する際に、前記デバイスの搭載位置に前記デバイスから離れる方向に押し出し加工により押し出した放熱プレートを用いたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のデバイスの実装構造。
デバイスグランド部上にデバイス本体を固定したデバイスを開口部に収容し、前記デバイス本体の両側から延出したデバイスリード部を配線部に接続した配線基板を、放熱プレートに固定するデバイスの実装方法であって、
前記デバイスリード部の真下の内壁が前記デバイスグランド部から離れるような凹部を有する開口部が形成された配線基板を用いて前記放熱プレートに固定することを特徴とするデバイスの実装方法。
前記開口部で前記デバイスグランドの各側面の一部と接触するように形成した配線基板を前記放熱プレートに固定することを特徴とする請求項８記載のデバイスの実装方法。
前記開口部で前記デバイスグランド部の角部と接触しないように面取りした配線基板を前記放熱プレートに固定することを特徴とする請求項８または９項記載のデバイスの実装方法。
タップ加工によりネジ穴を形成した放熱プレートを用いてビスで固定することを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項記載のデバイスの実装方法。
バーリング加工によりネジ穴を形成した放熱プレートを用いてビスで固定することを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項記載のデバイスの実装方法。
前記デバイスリード部から前記デバイス本体の放熱面までの厚さが前記配線基板より薄いデバイスを実装する際に、前記デバイスの搭載位置に前記デバイス側に向かう方向に押し出し加工により押し出した放熱プレートを用いたことを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項記載のデバイスの実装方法。
前記デバイスリード部から前記デバイス本体の放熱面までの厚さが前記配線基板より厚いデバイスを実装する際に、前記デバイスの搭載位置に前記デバイスから離れる方向に押し出し加工により押し出した放熱プレートを用いたことを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項記載のデバイスの実装方法。