JP2009224445A - Circuit module and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイルドハイブリッドカーを始めとするハイブリッドカーや産業用の機器に使われる回路モジュールとその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a circuit module used in a hybrid car including a mild hybrid car and an industrial device, and a manufacturing method thereof.
近年、ブレーキ時の回生電力等を電気二重層キャパシタ等に蓄積することで、低消費電力化を実現するハイブリッドカーや各種産業用の機器が注目されている。 In recent years, hybrid cars and various industrial devices that achieve low power consumption by accumulating regenerative power during braking in an electric double layer capacitor or the like have attracted attention.
こうした機器においては、100Aを超える大電流を高精度に制御するDCDCコンバータ(ここでDCDCとは、DC入力をDC出力にするコンバータの意味である)等の大電流を取り扱う回路モジュールが必要であり、これらに使われるパワー半導体等は、放熱や大電流に対応する放熱基板に実装され、回路モジュールを構成する。ここで回路モジュールとは、電源モジュールやDCDCコンバータ等を含む、50A以上の大電流の電圧変換装置である。 Such a device requires a circuit module that handles a large current, such as a DCDC converter that controls a large current exceeding 100 A with high accuracy (herein, DCDC means a converter that converts a DC input into a DC output). The power semiconductor and the like used for these are mounted on a heat dissipation board corresponding to heat dissipation and a large current to constitute a circuit module. Here, the circuit module is a voltage converter with a large current of 50 A or more, including a power supply module, a DCDC converter, and the like.
そしてパワー半導体や異形部品を制御する半導体チップ等の各種電子部品を高密度実装した回路基板を、パワー半導体等を実装した回路モジュールに、できるだけ隣接して設置する必要がある。これは回路モジュールの小型化と同時に、回路のノイズ対策のためである。 Then, it is necessary to install a circuit board on which various electronic components such as a semiconductor chip for controlling the power semiconductor and the odd-shaped parts are mounted at high density as close as possible to the circuit module on which the power semiconductor is mounted. This is to reduce the size of the circuit module and to prevent circuit noise.
また回路モジュールの小型化、軽量化のため、樹脂モールドされた半導体の代わりに、半導体チップ本体(例えば、ベアチップ)を、ボンディングワイヤー等の実装方法を用いて実装することが求められている。 Further, in order to reduce the size and weight of a circuit module, it is required to mount a semiconductor chip body (for example, a bare chip) using a mounting method such as a bonding wire instead of a resin-molded semiconductor.
こうした課題に対して、特許文献1では半導体をベアチップ実装することが提案されている。
In order to deal with such a problem,
図9(A)(B)は、共に従来の放熱基板の一例である半導体モジュールの断面図である。図9(A)は筐体16に取り付ける前の半導体モジュール15の断面図、図9(B)は筐体16にネジ等で取り付けた後の半導体モジュール15の断面図に相当する。
9A and 9B are cross-sectional views of a semiconductor module which is an example of a conventional heat dissipation board. 9A corresponds to a cross-sectional view of the
図9(A)(B)において、アルミベース板1の上には、絶縁層2を介して金属箔3が所定パターン状に形成されている。そして金属箔3の上には、ハンダ4等を介して、電力用半導体素子5が固定され、ボンディグワイヤー6によって配線されている。
9A and 9B, a
アルミベース板1は、接着剤7等で端子10を埋め込んだ枠体14に開口部12等で固定しているが、このアルミベース板1を矢印18cに示すように一定量突き出すようにしている。これは筐体16とアルミベース板1との接触を確実にするためである。
The
また枠体14に設けた突出部13は、アルミベース板1の突き出し量を確保するためである。そして制御回路基板8の上には電子部品9等が実装され、これら全体を封止樹脂11で保護し、半導体モジュール15を構成している。
Further, the protruding
そして半導体モジュール15は、矢印18aや矢印18bに示すように、ネジ17等で筐体16に取り付け、更に振動試験等を行った場合、点線19に示すような部分で、矢印18e、18dに示すような剥離等の課題が発生する可能性がある。
When the
こうした課題は、アルミベース板1が、矢印18cのように一定量突き出しているためであり、ネジ17による取付によるものである。なおネジ17を枠体14、あるいはアルミベース板1のどちらか一方だけとした場合、ネジ17による取付での応力は発生しにくいが、車載用製品に要求されるような振動試験(例えば、XYZ方向に5〜30G。Gは振動の単位)を行った場合、図9(B)に示すような課題が発生する可能性がある。
Such a problem is because the
一方、特許文献2では、ベアチップ実装したパワー半導体上に、制御用回路基板を略平行に設置する、別の構造が提案されている。
On the other hand,
図10(A)(B)は、ベアチップ実装したパワー半導体上に、制御用回路基板を略平行に設置した半導体モジュールの断面図である。図10(A)(B)において、パワー半導体20は、アルミベース板1の上に絶縁接着シート23で固定されたリードフレーム21の上に実装されている。またリードフレーム21の一部は、主端子22となり、配線基板24に接続している。
FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views of a semiconductor module in which a control circuit board is installed substantially in parallel on a power semiconductor mounted on a bare chip. 10A and 10B, the
また配線基板24には、制御回路用部品25が実装され、主端子22やボンディングワイヤー6を介して、パワー半導体20を制御する。また回路基板24は、外装樹脂モールド26で保持し、この外装樹脂モールド26で固定された中に、封止樹脂11が注入され、電力変換装置27を構成する。
A
その後、図10(B)に示すようにネジ17等で、電力変換装置27を筐体14に固定する。
Thereafter, as shown in FIG. 10B, the
図10(B)は、電力変換装置27の課題について説明する断面図であり、ネジ17等で固定した場合でも、矢印18に示すように各部位が、振動試験等で剥がれる(あるいは脱離する)可能性があることが判る。
しかし図9(A)(B)や図10(A)(B)で示した従来の放熱基板の場合、ネジ17等での固定の力が、枠体14や外装樹脂モールド26と、アルミベース板1とで、別々に加わっていたため、これらの界面(あるいは接続面、接着面等)でこれら部材が剥離する可能性があった。
However, in the case of the conventional heat dissipation substrate shown in FIGS. 9A and 9B and FIGS. 10A and 10B, the fixing force with the
そこで本発明は、上記課題を解決するために、金属板と、この上に設けたシート状の熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層と、この伝熱層に埋め込んだリードフレームと、このリードフレームの一部を前記伝熱層から引き剥がして略垂直に折り曲げてなる端子と、を有する放熱基板と、前記放熱基板の上に設けた樹脂構造体と、前記樹脂構造体を固定する固定具と、からなる回路モジュールであって、前記固定具によって前記樹脂構造体を前記放熱基板に固定することによって、前記リードフレームもしくは前記端子の一部以上を補強する構造部を有している回路モジュールとする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a metal plate, a heat transfer layer including a sheet-like thermosetting resin and an inorganic filler provided thereon, and a lead frame embedded in the heat transfer layer. A heat dissipating substrate having a terminal formed by peeling a part of the lead frame from the heat transfer layer and bending it substantially vertically; a resin structure provided on the heat dissipating substrate; and fixing the resin structure A circuit module comprising: a fixing module that includes a structure that reinforces a part of the lead frame or the terminal by fixing the resin structure to the heat dissipation board by the fixing tool. Circuit module.
以上のように、本発明によれば、樹脂構造体を、ネジ等の固定具によって放熱基板に固定することによって、放熱基板を構成するリードフレームや、リードフレームの一部からなる端子を更に多重に(あるいは二重に)取り付けることになる。 As described above, according to the present invention, the resin structure is fixed to the heat radiating board with a fixing tool such as a screw, thereby further multiplexing the lead frame constituting the heat radiating board and the terminals composed of a part of the lead frame. (Or double).
この結果、樹脂構造体が、回路モジュールにおける端子の根本部分(つまりリードフレームから折り曲げた部分、あるいは伝熱層から引き剥がした部分)の一部以上を、樹脂構造体によって強固に固定する。この結果、放熱基板の根本部(特には端子の根本部となるリードフレーム)とこれを固定する伝熱層との間は、伝熱層とリードフレームとの接着力(物理的、化学的等)と、樹脂構造体による物理的な固定力との、ダブル効果(あるいは相乗効果)によって、その機械的強度を高める。 As a result, the resin structure firmly fixes a part or more of the base portion of the terminal in the circuit module (that is, the portion bent from the lead frame or the portion peeled off from the heat transfer layer) by the resin structure. As a result, the adhesive force between the heat transfer layer and the lead frame (physical, chemical, etc.) is between the base part of the heat dissipation board (especially the lead frame that becomes the base part of the terminal) and the heat transfer layer that fixes it. ) And the physical fixing force by the resin structure, the mechanical strength is increased by a double effect (or synergistic effect).
なお本発明の実施の形態に示された一部の製造工程は、成型金型等を用いて行われる。但し説明するために必要な場合以外は、成形金型は図示していない。また図面は模式図であり、各位置関係を寸法的に正しく示したものではない。 Note that some of the manufacturing steps shown in the embodiment of the present invention are performed using a molding die or the like. However, the molding die is not shown unless it is necessary for explanation. Further, the drawings are schematic views and do not show the positional relations in terms of dimensions.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1として放熱基板の高強度化に用いる樹脂構造体の構造について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, as a first embodiment of the present invention, the structure of a resin structure used for increasing the strength of a heat dissipation substrate will be described with reference to the drawings.
図1は、樹脂構造体で補強した回路モジュールの断面図である。図1において、101は金属板、102は伝熱層、103はリードフレーム、104は接続端子、105は固定部、106はベアチップ、107はボンディングワイヤー、108は封止材、109は発熱部品、110は回路基板、111は電子部品、112は孔、113は樹脂構造体、114はネジ、115は矢印、116は回路モジュール、117は点線、118は筐体である。ここで筐体118は、シャーシ等も含む。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a circuit module reinforced with a resin structure. In FIG. 1, 101 is a metal plate, 102 is a heat transfer layer, 103 is a lead frame, 104 is a connection terminal, 105 is a fixing part, 106 is a bare chip, 107 is a bonding wire, 108 is a sealing material, 109 is a heat generating component, 110 is a circuit board, 111 is an electronic component, 112 is a hole, 113 is a resin structure, 114 is a screw, 115 is an arrow, 116 is a circuit module, 117 is a dotted line, and 118 is a housing. Here, the
図1において、ベアチップ106は発熱を伴う半導体等であり、例えばトランジスタやFET、LED(発光ダイオード)や、半導体レーザー等である。これらの発熱を伴う半導体部品は、ベアチップ106として、リードフレーム103の上にハンダやダイボンド用伝熱性接着剤で固定する。また発熱部品109としては、発熱を伴う電子部品であり、例えば樹脂モールドしたトランジスタやFET、LED(発光ダイオード)や、半導体レーザー等である。また発熱部品109としては、パワー系の半導体以外に、トランスやチョークコイル等の大型(あるいは複雑な形状を有する、あるいは異形を有する)としても良い。
In FIG. 1, a
なお封止材108には、シリコン系やエポキシ系、ポリウレタン系等の市販品を使うことができる。リードフレーム103にパワー半導体等をベアチップ106等の状態で実装した後、封止材108で覆うことで、信頼性を高める。
As the sealing
また回路基板110は、例えばガラス繊維をエポキシ樹脂で含浸してなるガラスエポキシ基板であり、その表層や内層には銅箔パターンが形成したものを用いる(銅箔パターンや層間接続部分は図示していない)。また回路基板110の上に実装する電子部品111としては、例えば、チップ部品や制御用の半導体素子(例えば信号処理用、あるいはロジック用)等であり、発熱しにくいあるいは熱の影響を受けやすい部品である。これは電子部品111を、放熱基板120側ではなくて、回路基板110側に実装することで、ベアチップ106や発熱部品109から一定距離だけ離すことができ、熱の影響を防止する。
The
なおベアチップ106は、ハンダやダイボンド接着剤を固定部105とすることで、リードフレーム103の上に固定している。
The
図1に示すように、樹脂構造体113は、ネジ114によって金属板101に固定している。なおネジ114によって樹脂構造体113を、筐体118に固定することで、リードフレーム103や接続端子104を補強している。
As shown in FIG. 1, the
なおリードフレーム103は、シート状の伝熱層102によって金属板101の上に固定している。またシート状の伝熱層102に固定したリードフレーム103の一部を、伝熱層102から引き剥がして、略垂直に折り曲げることで接続端子104とする。
The
なおネジ114は、ボルト、ナット、ピン、金具等の固定手段(あるいは固定具)も含むものであって、ネジ114はこれら固定具の総称である。
The
図1における点線117で示した部分が、ネジ114等による固定具によって樹脂構造体113を放熱基板に固定することによって、リードフレーム103もしくは(更には)接続端子104の一部以上を補強する構造部であり、この構造部については図2(A)(B)を用いて更に詳しく説明する。
A portion indicated by a dotted
図2(A)(B)は、樹脂構造体113が、リードフレーム103や接続端子104の一部以上を補強する構造部の一例を示す断面図である。
2A and 2B are cross-sectional views showing an example of a structure part in which the
図2(A)は、樹脂構造体113が、リードフレーム103や、リードフレーム103の一部を折り曲げてなる接続端子104の根本を補強する様子を説明する断面図である。
FIG. 2A is a cross-sectional view for explaining how the
図2(A)に示すように、樹脂構造体113を、ネジ114等で金属板101、更には筐体118に固定することで、矢印115aに示すような固定力が、リードフレーム103に発生する。この結果、引っ張り力(矢印115b)が発生した場合でも、矢印115aに示す固定力が、この引っ張り力(矢印115b)を打ち消す。
As shown in FIG. 2A, the
図2(B)は、ネジ114部分での断面図である。図2(B)に示すように、ネジ114と、リードフレーム103を絶縁することで、ネジ114によるノイズ等の影響を防止する。なお図2(B)における点線117は、伝熱層102の影に隠れたリードフレーム103の位置を示す。
FIG. 2B is a cross-sectional view of the
図2(B)に示すように、樹脂構造体113を、ネジ114等で金属板101、更には筐体118に固定することで、矢印115aに示すような固定力が、リードフレーム103に発生する。この結果、引っ張り力(矢印115b)が発生した場合でも、矢印115aに示す固定力が、この引っ張り力(矢印115b)を打ち消す。
As shown in FIG. 2 (B), the
以上のように、金属板101と、この上に設けたシート状の熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層102と、この伝熱層102に埋め込んだリードフレーム103と、このリードフレーム103の一部を前記伝熱層102から引き剥がして略垂直に折り曲げてなる接続端子104と、を有する放熱基板と、前記放熱基板の上に設けた樹脂構造体113と、前記樹脂構造体113を固定するネジ114等の固定具と、からなる回路モジュール116であって、前記ネジ114等の固定具によって前記樹脂構造体113を前記放熱基板に固定することによって、前記リードフレーム103もしくは前記接続端子104の一部以上を補強する構造部を有している回路モジュール116とすることで、回路モジュール116の高強度化を実現する。
As described above, the
(実施の形態2)
実施の形態2で説明する回路モジュール116は、放熱基板の上に、樹脂構造体113を介して回路基板110を固定したものである。なお放熱基板自体も、回路モジュール116の一種である。これはベアチップ106や発熱部品109を実装することで回路モジュールとして機能するためである。
(Embodiment 2)
In the
次に図3から図5を用いて、回路モジュール116の製造方法の一例について説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the
図3(A)(B)は共にリードフレーム103と伝熱層102と金属板101とからなる放熱板の製造方法の一例を示す断面図である。
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a heat sink composed of the
図3(A)において、119は伝熱材であり、伝熱材119は熱硬化性樹脂と無機フィラーとからなる。120は放熱基板であり、放熱基板120は、少なくとも金属板101と、この上に設けたシート状の熱可塑性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層102と、この伝熱層102に埋め込んだリードフレーム103と、このリードフレーム103の一部を伝熱層102から引き剥がして略垂直に折り曲げてなる接続端子104と、から構成している。
In FIG. 3A, 119 is a heat transfer material, and the
まず図3(A)に示すように、金属板101の上に、伝熱材119を介して、所定形状に加工したリードフレーム103をセットする。その後、矢印115に示すようにプレスや金型(共に図示していない)によって、伝熱材119をシート状に成形すると共に、リードフレーム103の一部以上を埋め込むようにする。その後、図3(B)に示すように伝熱材119を硬化し、伝熱層102とする。
First, as shown in FIG. 3A, a
次に図3(B)の矢印115に示すように、リードフレーム103の一部を折り曲げる。この際、リードフレーム103の一部を、伝熱層102から引き剥がすようにすることで、金属板101との間での沿面距離を確保し、放熱基板120とする。
Next, as indicated by an
図4は、放熱基板120に、樹脂構造体113を取り付ける様子を説明する断面図である。図4において、放熱基板120を構成するリードフレーム103の一部は、伝熱層102から引き剥がし、開口部121を設ける。この開口部121によって、金属板101とリードフレーム103(あるいはリードフレーム103の一部である接続端子104)との間の沿面距離を確保の効果を得る。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining how the
図4において、樹脂構造体113には、接続端子104を挿入するための孔112aと、ネジ114を挿入するための孔112bを設けている。なお孔112a、112bは必ずしも隣接して設ける必要は無く、最適な位置に設ければよい。また孔112a、112bは、必ずしもネジ114や接続端子104を挿入する必要はない。このように孔112a、112bの数や位置に余裕を持たせるように設計しておく。こうして1つの樹脂構造体113でも、複数種類の回路モジュール116に対応させることで、樹脂構造体113のコストダウンを行う。
In FIG. 4, the
なお図4の矢印115aは、リードフレーム103の一部を略垂直に折り曲げて、接続端子104とする様子を示す。矢印115bは、樹脂構造体113への、ネジ114の挿入方向や、接続端子104の挿入方向を示す。
Note that an
図4の矢印115cは、樹脂構造体113の一部に、積極的に設けた段差を示す。図4の矢印115cに示すような段差を局所的に設けることで、ネジ114の締め付け力が樹脂構造体113に均等にかけられる。なお締め付け力を効果的に活かす為には、段差等の位置や形状(なお段差は、孔112a、112b等の壁の肉厚の薄い/厚いとしても良い。これは応力設計上、同様な効果が得られるためである)。こうした段差等(段差は、樹脂構造体113の肉厚や梁の構造も含む。これは応力設計上、同様な効果が得られるためである)の設計には、コンピュータ(例えば有限要素法等のシミュレーション)を使って最適化設計する。
An
図5は、放熱基板120に樹脂構造体113を組み合わせ、回路モジュール116とすることで、リードフレーム103や接続端子104等の強度を高める様子を説明する断面図である。図5に示すように、ネジ114等の固定具の締め付けによって、樹脂構造体113に矢印115aに示す力が発生し、矢印115bに示す接続端子104等の引っ張り力等を打ち消す。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining how the strength of the
なお実施の形態1や実施の形態2において、リードフレーム103はベアチップ106が実装され、前記ベアチップ106は、放熱基板120と、この放熱基板120の上に設けた樹脂構造体113とで囲まれた中で、封止材108によって樹脂封止されている回路モジュール116とすることで、その信頼性を高める。
In the first embodiment and the second embodiment, the
なお樹脂構造体113を固定するネジ114等の固定具によって、回路モジュール116を筐体118(なお筐体118はシャーシ等も含む)に固定する構造部を有するものとすることで、回路モジュール116と筐体118との取付強度を高めると共に、回路モジュール116自体の高強度化を実現する。
Note that the
以上のように、金属板101の上に、リードフレーム103の一部を露出するようにシート状の熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層102で固定する工程と、前記リードフレーム103の一部を前記伝熱層102から引き剥がして略垂直に折り曲げて接続端子104とする工程と、前記接続端子104の一部(特に根本付近を保護する。なお根本付近とは略垂直に折り曲げた部分から半径10mm以下とする)を保護するように樹脂構造体113を取り付ける工程と、を有する回路モジュール116の製造方法によって、耐久性や強度に優れた回路モジュール116を安定して製造できる。
As described above, the step of fixing the
(実施の形態3)
実施の形態3では、図6〜8を用いて、回路基板110と組み合わせてなる回路モジュール116について説明する。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, a
実施の形態3では、金属板101と、この金属板101の上に設けたシート状の熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層102と、この伝熱層102に埋め込んだリードフレーム103と、このリードフレーム103の一部を前記伝熱層102から引き剥がして略垂直に折り曲げてなる接続端子104と、を有する放熱基板と、前記放熱基板の上に設けた樹脂構造体113と、前記樹脂構造体113を固定するネジ114等の固定具と、前記放熱基板に略平行に設置した回路基板110と、からなる回路モジュール116であって、ネジ114等の固定具によって前記樹脂構造体113を前記放熱基板に固定することによって、前記リードフレーム103もしくは(あるいは、更には)前記接続端子104の一部以上を補強する構造部を有している回路モジュール116について説明する。
In the third embodiment, a
図6は、放熱基板120と、樹脂構造体113と、回路基板110とをネジ114等の固定具によって一体化し、回路モジュール116とする様子を説明する断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a state in which the
図6において、放熱基板120の上には、ベアチップ106や発熱部品109が実装されている。またベアチップ106は、ボンディングワイヤー107等で互いに接続され、封止材108で覆われている。図6における放熱基板120に、ベアチップ106や発熱部品109を実装しているのは、放熱基板120の上に、樹脂構造体113を介して回路基板110を取り付けた後では、これらの実装に対応できないためである。
In FIG. 6, a
図6における矢印115は、ネジ114や接続端子104が、樹脂構造体113に形成した孔112に挿入される様子を示す。なおネジ114は、放熱基板120を介して、筐体118に取り付けても良い。こうすることで、放熱基板120と樹脂構造体113と回路基板110との固定のみならず、回路モジュール116全体と筐体118との固定を行うことができ、コストダウンや強度アップが可能となる。
An
なお図6に示すように、ベアチップ106や回路モジュール116を実装した後、封止材108でこれらを保護することが望ましい。図6に示すように、樹脂構造体113は、ネジ114等を用いて、放熱基板120にしっかりと固定されているため、樹脂構造体113を例えば、額縁状とすることで、この樹脂構造体113で囲った部分に封止材108を注入しても、その隙間から封止材108が流れ出ることが無い。その結果、粘度の低く流動性の高い封止材108を選ぶことができ、ベアチップ106等を封止する場合にも、封止材108の中に泡(例えば、空気の気泡)が残りにくいため、その封止性を高める。
In addition, as shown in FIG. 6, after mounting the
図7は、放熱基板120と、樹脂構造体113と、回路基板110とをネジ114等の固定具によって一体化し、回路モジュール116とする様子を説明する断面図である。図6との違いは、封止樹脂108は部分的に形成していることである。このように粘度の比較的高い封止樹脂108を用いることで、ベアチップ106付近(ボンディングワイヤー107も含む)を封止樹脂108で保護する。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a state in which the
その後、図7の矢印115a、115bに示すように、ネジ114や接続端子104を樹脂構造体113に挿入し、固定する。この結果、図1に示すような回路モジュール116とする。
Thereafter, as shown by
図8は、放熱基板120と、樹脂構造体113と、回路基板110とをネジ114等の固定具によって一体化し、回路モジュール116とした後、これを筐体118に取り付ける様子を説明する断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining how the
図8に示すように、予めネジ114や接着剤等(図示していない)を用いて、放熱基板120と、樹脂構造体113と、回路基板110とを一体化し、回路モジュール116を作成しておく。その後、この回路モジュール116を、ネジ114等を用いて、図1に示すような回路モジュール116とする。
As shown in FIG. 8, the
また樹脂構造体113に設けた孔112に、接続端子104を挿入することで、接続端子104の一部に曲がりや歪み等が残っていても、接続端子104の曲がりや歪みを矯正する(あるいは調芯する)効果を得る。その結果、回路基板110に形成した孔112への挿入性を高める。
Further, by inserting the
更にこの樹脂構造体113を用いて回路モジュール116本体の強度アップできる分、金属板101の薄層化や軽量化が可能となる。なお樹脂構造体113は、耐熱性の高い樹脂で作成することで、その熱に対する信頼性を高める。なお樹脂を用いるのは、所定の形状への成形性(射出成形等を含む)や、軽量化のためであり、セラミック等に比べて、樹脂が加工性や材料費の面からも安価である。
Furthermore, the
なお樹脂構造体113は、樹脂単体で作成する必要はなく、金属部品等と組み合わせたものとすることでその強度アップが可能となる。また樹脂構造体113を複数の部品に分けても良い。こうして複数個の部品からなる樹脂構造体113を用意し、これを組み合わせて、一つの樹脂構造体113としても良い。こうすることで樹脂構造体113の汎用化が可能である。
The
更に樹脂構造体113の取り付け方を工夫することで、放熱基板120におけるリードフレーム103の引張り強度以外に、押し付け強度や捻り強度、あるいは耐振動性等における高強度化(あるいは補強)が可能となる。またこの補強効果の分だけ、伝熱層102における無機フィラー等の充填率を高め、放熱基板16の放熱性を改善する。
Furthermore, by devising how to attach the
なお樹脂構造体113による押付け部分の構造や取り付け方等は、その用途に応じて最適な形状に設計する。
In addition, the structure of the pressing part by the
なお回路基板110は多層回路基板としても良く、また回路基板110に形成する孔112はスルーホール(スルーホールメッキも含む)としても良い。
The
なお回路基板110に設けた孔112と、その下に挿入した樹脂構造体113の間に僅かな隙間(望ましくは0.3mm以上。0.3mm未満の場合、樹脂構造体113の寸法バラツキや、回路基板110の歪みの影響を受ける可能性がある)を設けることが望ましい。
A slight gap between the
これは回路基板110と接続端子104とを、半田(図示していない)によって接続した場合、余分な半田が下部に垂れたり、流れたりする場合があるためであり、こうした場合であっても、回路基板110と、樹脂構造体113との間に隙間を形成することで、半田の流れを制御し、目視検査できる。
This is because when the
(実施の形態4)
次に実施の形態4として、放熱基板120等に用いる部材について説明する。
(Embodiment 4)
Next, as
リードフレーム103としては、銅やアルミニウムのような熱伝導性の高い部材を用いることが望ましい。またリードフレーム103の厚みは0.2mm以上(望ましくは0.3mm以上)が望ましい。リードフレーム103の厚みが0.2mm未満の場合、接続端子104の強度が低下し、作業中に曲がったり変形したりする可能性がある。
As the
またリードフレーム103の厚みは、10.0mm以下(望ましくは5.0mm以下)が望ましい。リードフレーム103の厚みが10.0mmを超えた場合、接続端子104のファインパターン化に影響を与える可能性がある。
The thickness of the
なおリードフレーム103の一部以上を、伝熱層102に埋め込むことで、肉厚の(例えば、0.2mm以上、望ましくは0.3mm以上)リードフレーム103を用いた場合でも、その厚みが放熱基板120の表面に段差として表れないため、リードフレーム103の上へのソルダーレジスト(図示していない)の印刷性を高める。
In addition, even if a thick lead frame 103 (for example, 0.2 mm or more, desirably 0.3 mm or more) is used by embedding a part or more of the
次に伝熱層102について説明する。伝熱層102は、例えば、樹脂とフィラーとからなるものとすることで、その熱伝導性を高めることができる。そして樹脂として熱硬化性の樹脂を用いることで、その信頼性を高める。
Next, the
ここで無機フィラーとしては、例えば略球形状で、その直径は0.1μm以上100μm以下が適当である(0.1μm未満の場合、樹脂への分散が難しくなる。また100μmを超えると伝熱層102の厚みが厚くなり熱拡散性に影響を与える)。本実施の形態では、無機フィラーは、平均粒径3μmと平均粒径12μmの2種類のアルミナを混合したものを用いている。この大小2種類の粒径のアルミナを用いることによって、大きな粒径のアルミナの隙間に小さな粒径のアルミナを充填できるので、アルミナを90重量%近くまで高濃度に充填できるものである。この結果、これら伝熱層102の熱伝導率は5W/(m・K)程度となる。 Here, as the inorganic filler, for example, it has a substantially spherical shape, and its diameter is suitably 0.1 μm or more and 100 μm or less (if it is less than 0.1 μm, it becomes difficult to disperse in the resin. The thickness of 102 increases and affects the thermal diffusivity). In this embodiment, the inorganic filler is a mixture of two types of alumina having an average particle diameter of 3 μm and an average particle diameter of 12 μm. By using alumina having two kinds of large and small particle diameters, it is possible to fill the gaps between the large particle diameters of alumina with small particle diameters, so that alumina can be filled at a high concentration to nearly 90% by weight. As a result, the thermal conductivity of these heat transfer layers 102 is about 5 W / (m · K).
なお無機フィラーとしてはアルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及び窒化アルミニウム、酸化亜鉛、シリカ、酸化チタン、酸化錫、ジルコン珪酸塩からなる群から選択される少なくとも一種以上を含んでいるものとすることが、熱伝導性やコスト面から望ましい。 The inorganic filler is at least one selected from the group consisting of alumina, magnesium oxide, boron nitride, silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride, and aluminum nitride, zinc oxide, silica, titanium oxide, tin oxide, and zircon silicate. It is desirable from the viewpoint of thermal conductivity and cost.
なお熱硬化性樹脂を使う場合は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂、アラミド樹脂、PEEK樹脂の群から選ばれた少なくとも1種類の熱硬化性樹脂を含んでいるものが望ましい。これはこれらの樹脂が耐熱性や電気絶縁性に優れている。 In addition, when using a thermosetting resin, what contains at least 1 type of thermosetting resin chosen from the group of an epoxy resin, a phenol resin, cyanate resin, a polyimide resin, an aramid resin, and PEEK resin is desirable. This is because these resins are excellent in heat resistance and electrical insulation.
一方、伝熱層102の放熱性を更に高めるには、無機フィラーの含有率を増加させることが必要となるが、この結果、伝熱層102における熱硬化性樹脂の含有率を減らす可能性がある。そして伝熱層102における熱硬化性樹脂の含有率を減らした場合、伝熱層102と、リードフレーム103との間の接着力が低下する可能性がある。その結果、放熱基板120における伝熱層102とリードフレーム103の界面が剥離してしまう可能性が考えられる。
On the other hand, in order to further improve the heat dissipation of the
こうした場合は、図1〜図8に示すように、リードフレーム103(特に、接続端子104の根本付近のリードフレーム103と伝熱層102の界面部分)を、ネジ114等で強固に樹脂構造体113によって伝熱層102側に物理的に押し付けるような構造とすることで、その部分の物理的強度を高められ、放熱基板120における伝熱層102とリードフレーム103との界面での剥離を防止する。あるいはその分、伝熱層102の熱伝導率を高める。
In such a case, as shown in FIGS. 1 to 8, the lead frame 103 (particularly, the interface between the
なお樹脂構造体113を用いることで(更に樹脂構造体113をネジ114等で固定することで)放熱基板120や回路モジュール116全体を、構造的に一種のラーメン構造(ラーメンは、ドイツ語で枠の意味)とすることになり、その高強度化(耐振動性の向上も含む)が可能となる。また樹脂構造体113は、容易に取替え可能なため、リペーアーやメンテナンス、交換等が容易になるため、実用性を高める。
In addition, by using the resin structure 113 (further fixing the
なお接続端子104の根本の一部以上を、樹脂構造体113によって伝熱層102に固定する。ここで接続端子104の根本とは、リードフレーム103から略垂直に折り曲げた部分から、半径10mm以内とする。これは半径10mmを超えると、根本から離れるため、接続端子104による押付け効果や固定強度が低下する場合がある。また接続端子104の先端部を、尖らせる(あるいはコーナーやテーパーを形成する)ことで、樹脂構造体113に形成した孔112等への挿入性を高める。
Note that a part or more of the base of the
またベアチップ106や発熱部品109と、これらを制御する電子部品111や回路基板110とを一定距離離すことによって、互いの熱的、あるいは電磁的影響(例えばノイズ)を抑えられ、設計の自由度を高める。
Further, by separating the
以上のように、本発明にかかる放熱基板とこれを用いた垂直多連基板及びこれらの製造方法によって、放熱基板の高強度化が可能になるため、各種機器の小型化、高信頼性、車載化が可能となる。 As described above, the heat dissipation substrate according to the present invention, the vertical multiple substrate using the same, and the manufacturing method thereof can increase the strength of the heat dissipation substrate. Can be realized.
101 金属板
102 伝熱層
103 リードフレーム
104 接続端子
105 固定部
106 ベアチップ
107 ボンディングワイヤー
108 封止材
109 発熱部品
110 回路基板
111 電子部品
112 孔
113 樹脂構造体
114 ネジ
115 矢印
116 回路モジュール
117 点線
118 筐体
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記放熱基板の上に設けた樹脂構造体と、
前記樹脂構造体を固定する固定具と、
からなる回路モジュールであって、
前記固定具によって前記樹脂構造体を前記放熱基板に固定することによって、前記リードフレームもしくは前記接続端子の一部以上を補強する構造部を有している回路モジュール。 A metal plate, a heat transfer layer including a sheet-like thermosetting resin and an inorganic filler provided thereon, a lead frame embedded in the heat transfer layer, and a part of the lead frame from the heat transfer layer A heat dissipation board having a connection terminal that is peeled off and bent substantially vertically;
A resin structure provided on the heat dissipation substrate;
A fixture for fixing the resin structure;
A circuit module comprising:
A circuit module having a structure part that reinforces a part of the lead frame or the connection terminal by fixing the resin structure to the heat dissipation board by the fixing tool.
前記放熱基板の上に設けた樹脂構造体と、
前記樹脂構造体を固定する固定具と、
前記放熱基板に略平行に設置した回路基板と、
からなる回路モジュールであって、
前記固定具によって前記樹脂構造体を前記放熱基板に固定することによって、前記リードフレームもしくは前記接続端子の一部以上を補強する構造部を有している回路モジュール。 A metal plate, a heat transfer layer including a sheet-like thermosetting resin and an inorganic filler provided thereon, a lead frame embedded in the heat transfer layer, and a part of the lead frame from the heat transfer layer A heat dissipation board having a connection terminal that is peeled off and bent substantially vertically;
A resin structure provided on the heat dissipation substrate;
A fixture for fixing the resin structure;
A circuit board installed substantially parallel to the heat dissipation board;
A circuit module comprising:
A circuit module having a structure part that reinforces a part of the lead frame or the connection terminal by fixing the resin structure to the heat dissipation board by the fixing tool.
前記ベアチップは、放熱基板と、この放熱基板の上に設けた樹脂構造体とで囲まれた中で樹脂封止されている請求項1もしくは2のいずれか1つに記載の回路モジュール。 The lead frame is mounted with a bare chip,
The circuit module according to claim 1, wherein the bare chip is resin-sealed while surrounded by a heat dissipation substrate and a resin structure provided on the heat dissipation substrate.
前記リードフレームの一部を前記伝熱層から引き剥がして略垂直に折り曲げて接続端子とする工程と、
前記接続端子の一部を保護するように樹脂構造体を取り付ける工程と、
を有する回路モジュールの製造方法。 Fixing on a metal plate with a heat transfer layer containing a sheet-like thermosetting resin and an inorganic filler so as to expose a part of the lead frame;
A step of peeling a part of the lead frame from the heat transfer layer and bending it substantially vertically to form a connection terminal;
Attaching a resin structure so as to protect a part of the connection terminal;
A method for manufacturing a circuit module.
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US11273818B2 (en) | 2016-05-24 | 2022-03-15 | Rohm Co., Ltd. | Intelligent power module, electric vehicle or hybrid vehicle, and method of assembling intelligent power module |
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