JP2009158799A - プリント基板、半導体装置、及び半導体素子等の電子部品とプリント基板との固定状態検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品とプリント基板との固定状態が容易に確認でき、電子部品の発熱を伝熱パターンに効率良く伝熱して放熱するプリント基板を提供する。
【解決手段】プリント基板１は、半導体素子等の電子部品としてＩＣチップ１０の放熱板１３を固定する伝熱面のパターン４を有し、伝熱面のパターン４は、複数の領域１４ａ〜１４ｈに分割されると共に、これらの分割された領域から引き出されたチェック用のパターンＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４を有する。プリント基板１にＩＣチップ１０をはんだ１５により固定し、チェック用のパターンの導通状態を検出し、伝熱面のパターン４と放熱板１３との接続固定状態を検出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体素子等の電子部品を固定するプリント基板と、電子部品をプリント基板に固定した半導体装置、及び半導体素子等の電子部品とプリント基板との固定状態検出方法に係り、特に、自己発熱の多い電子部品を固定するプリント基板と、それを備える半導体装置と、その固定状態を検出する方法に関する。

近年、車載用電子制御ユニット（ＥＣＵ）等に使用される、下面に放熱板を持つ構造の半導体素子（ＩＣ）は、その機能向上、機能統合等により、発熱量が大きくなっている。例えば、電源回路（５Ｖまたは３．３Ｖ出力）、通信回路（ＣＡＮ，Ｋ−Ｌｉｎｅその他）、センサ制御回路（１または複数）、センサ電源回路（５Ｖまたは他の電圧出力）、ウォッチドックタイマ機能などを統合したＩＣがある。

これら機能統合され、自己発熱が大きくなったＩＣに対して、放熱のためＩＣ下面に放熱板を持つ構造としたＩＣが利用されるようになってきた。ＩＣ下面の放熱板は、はんだ付けによりプリント基板上の伝熱パターンに接続されることにより、放熱経路を形成する。このため、ＩＣ下面の放熱板とプリント基板上の伝熱パターンの接続状態を確認する必要がある。ＩＣ下面の放熱板とプリント基板のはんだ付け状況は、直接見ることができないため、Ｘ線透過装置等で確認する必要がある。

また、この種のプリント配線基板としては、電子部品が実装されるプリント配線基板において、電子部品の熱を伝導する伝熱面と、伝熱面を独立した複数の領域に区分し、複数の領域にそれぞれはんだが付着させられた、はんだ領域とを含むものがある。このプリント配線基板は、伝熱面上のはんだ領域の周囲に、溶融させられた、はんだが流出し得ない幅で、はんだレジストが形成されている。

特開２００２−２６４６８号公報

前記の自己発熱の大きいＩＣ下面の放熱板とプリント基板のはんだ付け状況を、Ｘ線透過装置で検証する場合、ＩＣ内部の放熱板とシリコンチップ間の接続状態が安定していない場合、はんだ付け欠損部がＩＣ内部かＩＣとプリント基板間にあるか判別することが困難であった。

また、前記特許文献１に示されたように、伝熱パターンの分割のみによりＩＣ下面の放熱板との接合を保証する方法では、製造時の不具合（半田未濡れ、はんだペーストのかすれ等）の摘出ができない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、放熱板を有するＩＣ等の電子部品とプリント基板との固定状態が容易に確認でき、安定した固定状態により、電子部品の発熱を伝熱パターンに効率良く伝熱して放熱することで、電子部品の機能を安定させることができるプリント基板を提供することにある。また、半導体素子等の電子部品と、これを固定するプリント基板とから構成される半導体装置と、プリント基板と半導体素子等の電子部品との固定状態を容易に検出できる固定状態検出方法を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係るプリント基板は、半導体素子等の電子部品の放熱板を固定する伝熱面のパターンを有し、この伝熱面のパターンは、複数の領域に分割されると共に、該分割された領域から引き出されたチェック用のパターンを有することを特徴としている。

前記のごとく構成された本発明のプリント基板は、プリント基板と対向する面に放熱用の放熱板を有する半導体素子等の電子部品を固定する伝熱面のパターンを有し、この伝熱面のパターンが複数の領域に分割されている。そして、このプリント基板に半導体素子等の電子部品をはんだ等の導電性固着材で固定すると、はんだにより複数の領域は導通状態となる。このため、複数の領域から引き出したチェック用のパターンの導通状態を確認することで、放熱板と伝熱面とのはんだの接合状態をチェックでき、良好に接合されているか否かを確認することができる。

本発明に係る半導体装置は、プリント基板に半導体素子等の電子部品がはんだ等の導電性固着材で固定され、前記プリント基板は、前記電子部品の放熱板を固定する伝熱面のパターンを有しており、前記伝熱面のパターンは、複数の領域に分割されると共に、該分割された領域から引き出されたチェック用のパターンを有しており、前記伝熱面のパターンに半導体素子の放熱板が固定されたことを特徴としている。

このように構成された半導体装置では、複数の領域に分割された伝熱面のパターンに、電子部品の放熱板がはんだ等で固定される。そして、はんだの未濡れや、かすれ等が発生し、固定状態が不完全であるとチェック用のパターン同士の導通が得られず、不具合をチェックすることができる。この結果、伝熱面のパターンと放熱板とが確実に固定されるため、半導体装置の機能を安定させることができる。

また、本発明に係る半導体素子等の電子部品とプリント基板との固定状態検出方法は、放熱板を有する半導体素子等の電子部品と、該放熱板をはんだ等の導電性固着材で固定する伝熱面のパターンを有するプリント基板との固定状態検出方法であって、前記伝熱面のパターンは、複数の領域に分割されると共に、該分割された領域からチェック用のパターンを引き出したものであり、前記チェック用のパターン同士の導通状態を検出して前記伝熱面のパターンと前記放熱板との固定状態を検出することを特徴としている。

このように構成された本発明の電子部品とプリント基板との固定状態検出方法は、プリント基板の伝熱面のパターンに半導体素子の放熱板をはんだ等の導電性固着材で固定したあと、チェック用のパターン同士の導通状態を検出して放熱板と伝熱面のパターンとの固定状態を容易に確認でき、はんだ等による固定の不具合を容易に検出することができる。この結果、プリント基板と半導体素子等の電子部品との固定状態が安定している半導体装置を得ることができ、半導体装置の機能を安定させることができる。

本発明のプリント基板、及び半導体装置は、プリント基板に固定される半導体素子等の電子部品の放熱板をはんだ等の導電性の固着材により確実に固定したことを検出できるため、電子部品の放熱特性を向上させることができ、機能を安定させることができる。また、本発明の電子部品とプリント基板との固定状態検出方法は、電子部品の放熱板と、プリント基板の伝熱面のパターンとの接続固定状態を容易にチェックすることができ、半導体装置の機能を安定させることができる。

以下、本発明に係るプリント基板の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るプリント基板の平面図、図２は、図１のプリント基板に固定されるＩＣチップを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は右側面図、図３（ａ）は図１のプリント基板に図２のＩＣチップを固定した状態の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。

図１〜３において、プリント基板１は半導体素子であるＩＣチップ１０を固定する基板である。ＩＣチップ１０はチップ本体１１から両側に複数の端子１２，１２…が引き出されている。ＩＣチップ１０は、プリント基板１のベースとなる基板２の表面に形成された接続端子用の複数のランド３，３…に、はんだ等の導電性固着材により固定されるものである。このＩＣチップ１０は高機能化され、自己発熱の多いＩＣチップであり、固定されるプリント基板１と対向する側に放熱板１３を備えている。放熱板１３は熱伝導率の高い金属板材等が用いられており、その外側の面は複数の端子１２，１２…の面と同一面となっている。

プリント基板１は、固定されるＩＣチップ１０の放熱板１３と対向する面に伝熱面のパターン４が形成されている。本実施形態では、放熱板１３の矩形状に合わせて伝熱面のパターン４も矩形状となっている。そして、伝熱面のパターン４は８つの領域４ａ〜４ｈに分割されている。具体的には、左上の領域４ａ、４ｂと、左下の領域４ｃ、４ｄと、右上の領域４ｅ、４ｆと、右下の領域４ｇ、４ｈとから４つのブロックで構成されている。さらに、４つの各ブロックでは、四隅の小矩形の小領域４ａ，４ｃ，４ｅ，４ｈが分割され、これらの小領域からそれぞれチェック用のパターンＣＰ１，ＣＰ２、ＣＰ３，ＣＰ４が引き出されている。

したがって、左上のブロックは、チェック用のパターンＣＰ１と、小領域４ａと、大領域４ｂで構成され、左下のブロックは、チェック用のパターンＣＰ２と、小領域４ｃと、大領域４ｄで構成され、右上のブロックは、チェック用のパターンＣＰ３と、小領域４ｅと、大領域４ｆで構成され、右下のブロックは、チェック用のパターンＣＰ４と、小領域４ｇと、大領域４ｈで構成され、これらの４つのパターンと８つの領域により伝熱面のパターン４が形成される。

プリント基板１上の各パターン、すなわち、ＩＣチップ１０の接続用の端子１２，１２…を固定するランド３，３…のパターン、伝熱面のパターン４ａ〜４ｈ、及びチェック用のパターンＣＰ１，ＣＰ２、ＣＰ３，ＣＰ４は、導電性の材質で形成される。プリント基板１がセラミック製のとき、各パターンは導電性ペーストを焼成して形成すると好ましく、プリント基板１が樹脂製のときは、表面の銅箔をエッチングして形成することができる。このように、絶縁性の基板２上に、導電性の各パターンが形成されていれば、材質については問われない。

プリント基板１は基板２の表面に接続端子用の複数のランド３，３…、伝熱面のパターン４、チェック用のパターンＣＰ１，ＣＰ２，ＣＰ３，ＣＰ４の他に、図示していないが配線用のパターンが形成される。なお、プリント基板は、基板の表面に前記各種のパターンが形成される他に、表裏面に各種のパターンが形成されるものでもよく、さらに多層に各種のパターンが形成された多層基板でもよい。

前記の如く構成された本実施形態のプリント基板１に、半導体素子であるＩＣチップ１０を固定する動作について、図３を参照して以下に説明する。プリント基板１にＩＣチップ１０を固定して実装するときは、ＩＣチップ１０の複数の端子１２，１２…と複数のランド３，３…、及び放熱板１３と伝熱面のパターン４を、はんだ１５等の導電性の固着材により固定する。

はんだ１５によるＩＣチップの固定は、例えばプリント基板１の複数のランド３，３…と、伝熱面のパターン４にはんだペーストを塗布し、はんだペースト上にＩＣチップ１０を、複数のランド３，３…と端子１２，１２…とが一致するように、また放熱板１３と伝熱面のパターン４とが一致するように載置し、電気炉内等で焼成する。この焼成により、はんだペーストは溶融し、複数のランド３，３…と端子１２，１２…とが導通状態に接続固定され、また放熱板１３と伝熱面のパターン４とが導通状態に接続固定され、半導体装置Ｄが構成される。

本発明では、このように構成された半導体装置ＤのＩＣチップ１０とプリント基板１との固定状態の良否を検出することができる。すなわち、ＩＣチップ１０の放熱板１３とプリント基板１の伝熱面にパターン４とが、はんだ１５により確実に接続固定されていることを検出し、固定状態を確認することができる。固定状態を検出するときは、例えばテスター等の導通状態をチェックすることができる測定器を用いて、チェック用のパターン同士の導通状態を調べる。

例えば、小領域４ａ、大領域４ｂ、大領域４ｃ、小領域４ｄの固定状態は、チェック用パターンＣＰ１とＣＰ２とをテスターに接続して導通状態を調べることで確認することができる。導通が確認できれば接続固定状態が安定しており、導通していないときははんだ１５による接続固定状態が安定しておらず、ＩＣチップ１０を固定する実装段階での不具合、例えばはんだの未濡れや、はんだペーストのかすれ等が考えられる。同様に、小領域４ｅ、大領域４ｆ、大領域４ｇ、小領域４ｈの固定状態は、チェック用パターンＣＰ３とＣＰ４とをテスターに接続して導通状態を調べることで確認することができる。

このように、チェック用パターンＣＰ１とＣＰ２とを用いて伝熱用のパターンの左半分の領域のはんだ１５による接続固定状態を検出することができ、チェック用パターンＣＰ３とＣＰ４とを用いて右半分の領域のはんだ１５による接続固定状態を検出することができる。また、チェック用パターンＣＰ１とＣＰ３とを用いて、伝熱用のパターンの上半分の領域のはんだ１５による接続固定状態を検出することができ、チェック用パターンＣＰ２とＣＰ４とを用いて、下半分の領域のはんだ１５による接続固定状態を検出することができる。

さらに、チェック用パターンＣＰ１とＣＰ４とを用いて、伝熱用のパターンの左上の領域（４ａ、４ｂ）と右下の領域（４ｇ、４ｈ）とのはんだ１５による接続固定状態を検出することができ、チェック用パターンＣＰ２とＣＰ３とを用いて、左下の領域（４ｃ、４ｄ）と右上の領域（４ｅ、４ｆ）とのはんだ１５による接続固定状態を検出することができる。すなわち、４つのチェック用パターンＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４のそれぞれの導通状態を調べることで、はんだ１５によるＩＣチップ１０の放熱板１３と、プリント基板１の伝熱用のパターン４との接続固定状態を確実に検出することができる。

このように構成された本実施形態の半導体装置Ｄでは、ＩＣチップ１０の動作中に多量の発熱が発生するが、発生した熱は放熱板１３からはんだ１５を通してプリント基板１の伝熱面のパターン１４に伝導し、基板２を介して効率良く放散される。この結果、ＩＣチップ１０等の電子部品は放熱が効率よく行われ、電子部品の機能を安定させることができる。

ＩＣチップ１０がプリント基板１に、はんだ１５により良好に接合されていないときは、ＩＣチップ１０から伝熱される熱の伝導が悪くなるため、ＩＣチップ１０が加熱されて、その動作特性が悪くなることが考えられる。このように、チェック用パターンにより導通状態が良好でないとチェックされた場合は、プリント基板１にＩＣチップ１０が固定された半導体装置Ｄを不良として廃棄するか、あるいはＩＣチップ１０を外して再接合する必要がある。

本発明の他の実施形態を図４に基づき詳細に説明する。図４は本発明に係るプリント基板の他の実施形態の平面図である。なお、この実施形態は前記した実施形態に対し、複数の領域に分割される伝熱面のパターンの形状が異なることを特徴とする。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図４に示される実施形態のプリント基板１Ｂでは、伝熱面のパターン１４は、左上、左下、右上、右下の４つのブロックに分割され、左上のブロックでは小領域１４ａと大領域１４ｂに分割され、左下のブロックでは小領域１４ｃと大領域１４ｄに分割され、右上のブロックでは小領域１４ｅと大領域１４ｆに分割され、右下のブロックでは小領域１４ｇと大領域１４ｈに分割されている。そして、小領域１４ａからチェック用のパターンＣＰ１が引き出され、小領域１４ｃからチェック用のパターンＣＰ２が引き出され、小領域１４ｅからチェック用のパターンＣＰ３が引き出され、小領域１４ｇからチェック用のパターンＣＰ４が引き出されている。なお、チェック用パターンは、大領域から引き出すように構成してもよい。

この実施形態においても、伝熱面のパターン１４を有するプリント基板１ＢにＩＣチップ１０を、はんだにより固定して実装したとき、４つのチェック用のパターンＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４のそれぞれの導通状態を確認することで、前記の実施形態と同様に、伝熱用のパターン１４の複数の領域１４ａ〜１４ｈと、放熱板１３との接続固定状態を確認することができる。この結果、プリント基板１ＢとＩＣチップ１０との接続固定状態が完全で、導通が確実に取れていれば、ＩＣチップ１０が固定され、ＩＣチップが発熱してもその熱は放熱板から伝熱パターン１４に確実に伝導され、ＩＣチップの温度上昇を抑えることができ、機能を安定させることができる。

本発明のさらに他の実施形態を図５に基づき詳細に説明する。図５は本発明に係るプリント基板のさらに他の実施形態の平面図である。なお、この実施形態は前記した実施形態に対し、複数の領域に分割される伝熱面のパターンの形状が異なると共に、分割された複数の領域のすべてからチェック用のパターンが引き出されていることを特徴とする。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図５に示される実施形態のプリント基板１Ｃでは、伝熱面のパターン２４は、４つの領域２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄに分割され、これら４つの領域は面積の等しい４つ縦長の矩形で形成されている。そして、４つの領域２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄのそれぞれの領域からチェック用のパターンＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４が引き出されている。

この実施形態では、伝熱面のパターン２４を有するプリント基板１ＢにＩＣチップ１０を、はんだにより固定して実装すると、４つの領域２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄから構成される伝熱面のパターン２４と放熱板１３とがはんだ１５により固定されると共に、複数のランド３，３…と複数の端子１２，１２…とがはんだ１５により接続固定される。そして、領域２４ａと領域２４ｂとの接続状態はチェック用のパターンＣＰ１とＣＰ２との導通状態を検出することで確認でき、領域２４ｃと領域２４ｄとの接続状態はＣＰ３とＣＰ４との導通状態を検出することで確認できる。なお。この実施形態では、ＣＰ１とＣＰ４との導通状態を確認すれば、４つの領域が接続されていることを確認でき、ここで導通が確認できないときは、他のチェック用のパターンの導通状態をチェックすることで、どの領域同士が接続されていないかを詳細に検出することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、伝熱面のパターンは８つと、４つに分割する例を示したが、これに限られるものでなく、２つ以上であればよい。また、チェック用のパターンは４つの例を示したが、２つ以上であればよい。

さらに、プリント基板はセラミック製の基板に導体ペーストで配線パターンや電子部品固定用のランド、伝熱面のパターン等を形成したものの他に、樹脂製のプリント基板上にエッチング処理で配線パターンや電子部品固定用のランド、伝熱面のパターン等を形成した等、適宜のものを用いることができる。また、プリント基板の伝熱面のパターンに電子部品を固定する導電性固着材としてはんだの例を示したが、導電ペースト等の導電性を有する他の接着剤を用いることもできる。プリント基板の伝熱面のパターンに固定される電子部品の例としてＩＣチップの例を示したが、ＬＳＩチップや、自己発熱する他の素子でもよいことは勿論である。

本発明の活用例として、このプリント基板を用いて車載用電子制御ユニット以外の、例えば電気製品の制御を行う半導体装置に用いるができ、また、パーソナルコンピュータ等のＣＰＵを固定するプリント基板等の用途にも適用できる。

本発明に係るプリント基板の一実施形態の要部平面図。 図１のプリント基板に固定されるＩＣチップを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は右側面図。 （ａ）は図１のプリント基板に図２のＩＣチップを固定した状態の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図。 本発明に係るプリント基板の他の実施形態の要部平面図。 本発明に係るプリント基板のさらに他の実施形態の要部平面図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ：プリント基板、２：基板、３：ランド、４：伝熱面のパターン、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ：伝熱面の複数の領域、１０：ＩＣチップ（半導体素子等の電子部品）１１：チップ本体、１２：端子、１３：放熱板、１５：はんだ（導電性固着材）、１４：伝熱面のパターン、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈ：伝熱面の複数の領域、２４：伝熱面のパターン、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、：伝熱面の複数の領域、ＣＰ１、ＣＰ２、ＣＰ３、ＣＰ４：チェック用のパターン、Ｄ：半導体装置

Claims (3)

1. 半導体素子等の電子部品の放熱板を固定する伝熱面のパターンを有するプリント基板であって、
   前記伝熱面のパターンは、複数の領域に分割されると共に、該分割された領域から引き出されたチェック用のパターンを有することを特徴とするプリント基板。
2. プリント基板に半導体素子等の電子部品がはんだ等の導電性固着材で固定された半導体装置であって、
   前記プリント基板は、前記電子部品の放熱板を固定する伝熱面のパターンを有しており、前記伝熱面のパターンは、複数の領域に分割されると共に、該分割された領域から引き出されたチェック用のパターンを有しており、前記伝熱面のパターンに前記電子部品の放熱板が固定されたことを特徴とする半導体装置。
3. 放熱板を有する半導体素子等の電子部品と、該放熱板をはんだ等の導電性固着材で固定する伝熱面のパターンを有するプリント基板との固定状態検出方法であって、
   前記伝熱面のパターンは、複数の領域に分割されると共に、該分割された領域からチェック用のパターンを引き出したものであり、前記チェック用のパターン同士の導通状態を検出して前記伝熱面のパターンと前記放熱板との固定状態を検出することを特徴とする電子部品とプリント基板との固定状態検出方法。

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