JP2010129582A - 電子機器および電子機器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却効率が高く低コストで実現可能な電子機器を得る。
【解決手段】プリント配線板３に実装された複数の発熱体４に沿うようにプリント配線板３上に形付けられた、熱硬化性でシリカ又はアルミナのフィラーを含む樹脂層２と、樹脂層２と複数の発熱体４を含みプリント配線板３全体を被うケース６を設け、ケース６と樹脂層２との間に冷媒５を流すことが可能な流路を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリント配線板等の配線基板上に実装された半導体チップや電子部品等の発熱体に保護部材を介して冷媒を流すことにより冷却を行う電子機器およびその製造方法に関する。

パソコン、携帯電話、デジタルカメラ等の一般消費財、及びサーボドライブ装置やインバータ装置等の産業用機器においては、近年、小形化が加速している。それに伴い、各装置の中に搭載されている、プリント配線板等の配線基板も小形化が急速に進み、プリント配線板に実装される電子部品の発熱密度が非常に高くなってきている。
そこで、パソコン等では、プリント配線板上にある電子部品等の発熱体に冷媒を使ったヒートパイプなどで発熱体から出た熱を外部に移動させ冷却する方法が提案されている。
また、特許文献１には、可撓性シートを使用してプリント配線板上の発熱体を覆い、その中に冷媒を流す技術が提案されている。
さらに、特許文献２には、半導体チップの背面を冷却用液体に直接接触させる技術が提案されている。
特開２００６−２６１４５７号公報 特開昭６０−３７７５６号公報

上記の提案では、いずれも現在の厳しい小型化の要求を満足できない。さらに、配線基板上に搭載される電子部品が多数存在する場合、個別に密閉構造が必要になるため、製造工程が増大すると共にコストがアップする。電子部品が配線基板上に点在する場合、この課題はさらに顕著になる。
さらに、プリント配線板上に樹脂を塗布する場合、ポッティング方式による塗布方法を用いると、発熱体である電子部品と樹脂との間にボイドが発生し易くなる。また、プリント配線板全体に樹脂をポッティングする場合には、プリント配線板の電子部品が実装されていない部分に厚く樹脂層が形成されることにより、プリント配線板からの冷却を効率的に行うことができない。

本発明の目的は、発熱体を効果的に冷却可能な、小型化された電子機器を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、上記のような電子機器を簡易な工程で実現できる電子機器の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を備える。
請求項１記載の発明は、搭載領域と、前記搭載領域に隣接する表面領域とを有する配線基板と、
複数の素子電極が形成された主表面と、前記主表面と反対側の裏面とを有し、前記搭載領域に前記主表面を対向させて搭載された電子デバイスと、
前記搭載領域上に搭載された電子デバイスの外表面及び前記表面領域に延在して被覆すると共に、前記電子デバイスの外表面に実質的に対応した形状を有する熱硬化性樹脂層と、
前記熱硬化性樹脂層上に形成され、前記熱硬化性樹脂層との間に内部空間を定義するケースと、
前記内部空間に充填された冷媒とを備えた電子機器である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加え、前記電子デバイスは複数の半導体素子及び電子部品から成り、前記半導体素子及び前記電子部品は前記熱硬化性樹脂を介して前記冷媒により冷却される。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明の構成に加え、前記熱硬化性樹脂層はシリカ又はアルミナのフィラーを含有することにより、熱伝導性を有する。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加え、前記熱硬化性樹脂層と前記電子デバイスの外表面及び前記表面領域との間には離型剤が形成されている。
請求項５記載の発明は、搭載領域と、前記搭載領域に隣接する表面領域とを有する配線基板を準備する工程と、
前記搭載領域に電子デバイスを搭載する工程と、
前記電子デバイスが搭載された前記配線基板上に熱硬化性樹脂シートを配置する工程と、
前記熱硬化性樹脂シートを加熱することにより、前記電子デバイスの外表面及び前記表面領域を被覆し、前記電子デバイスの外表面に実質的に対応した形状を有する熱硬化性樹脂層を形成する工程と、
前記熱硬化性樹脂層との間に内部空間を定義するケースを前記熱硬化性樹脂層上に形成する工程と、
前記内部空間に冷媒を導入する工程とを備えた電子機器の製造方法である。
請求項６記載の発明は、請求項５記載の構成に加え、前記配線基板は前記表面領域内に形成された貫通孔を有し、
前記熱硬化性樹脂層を形成する工程において前記加熱と共に前記貫通孔から前記熱硬化性樹脂シートと前記配線基板間の気体を吸引するものである。

請求項１記載の発明によれば、熱硬化性樹脂層は電子デバイスの外表面に実質的に対応した形状を有するので、発熱体である電子デバイスを効果的に冷却可能な、小型化された電子機器を実現できる。さらに、配線基板上に実質的に一様な膜厚の熱可塑性樹脂層を形成することができるので、配線基板からの冷却効果も期待できる。
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明により得られる効果に加え、各電子デバイスについて個別での密閉保護構造を必要とせず、電子デバイスを多数実装した配線基板全体に冷媒の流路を構成することができる。電子デバイスを多数実装した配線基板を効率的に冷却することができる共に、配線基板からの冷却効果も期待できる。
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明により得られる効果に加え、熱硬化性樹脂層の熱伝導性を向上することができるので、電子機器全体の冷却性能を向上することができる。
請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の発明により得られる効果に加え、前記熱硬化性樹脂層と前記電子デバイスの外表面及び前記表面領域との間には離型剤が介在し、熱硬化性樹脂層と電子デバイスとが直接接着されないので、電子デバイスが搭載された配線基板から熱硬化性樹脂層を取外すこともできる。これにより、電子機器の保守性が向上できる。
請求項５記載の発明によれば、上記のような電子機器を簡易な工程で実現することができる。
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の発明により得られる効果に加え、加熱と共に貫通孔から熱硬化性樹脂シートと配線基板間の気体を吸引することにより、熱硬化性樹脂シートと配線基板および電子デバイスとの密着性を向上することができる。これにより、得られた半導体装置の冷却性能を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態で参酌する図面では、発明の理解を容易にするため、各要素が模式的に示されている。本欄においては、前出の要素と同じ要素に同一符号を付すことにより、その説明が省略されることもある。

図1には、本発明の実施形態である電子機器１の断面図が示されている。電子機器１はプリント配線板３を備えている。このプリント配線板３は、基板上またはその内部に所望の配線及び電極パッド等が形成されているものであり、プリント配線板に限られるものではない。単に、配線基板と称する場合もある。このプリント配線板３は搭載領域とそれに隣接する表面領域を有し、搭載領域には発熱体である半導体チップ４−１、４−２、電子部品４−３、４−４等の電子デバイス４が実装されている。電子デバイスは、主表面に複数の素子電極が形成されおり、この素子電極を介してプリント配線板３の搭載領域に公知の手法により実装されている。

プリント配線板３上に実装された電子デバイス４の外表面及びプリント配線板３の表面領域は、プリント配線板３上に延在する熱硬化性の樹脂層２により被覆されている。この樹脂層２は電子デバイス４の外表面に実質的に対応した形状を有する。ここで言う実質的に対応した形状とは、電子デバイス４の外表面に対して概してコンフォーマルな形状、すなわち、現実的に可能な範囲の加工形状を言うものである。この樹脂層２中には、シリカ又はアルミナのフィラーが含まれている。これにより発熱体からの熱を冷媒に移動し易くなる。

樹脂層２上には、樹脂層２との間に内部空間を形成するケース６が形成されている。ケース６と樹脂層２との間は接合され、内部空間は流体を流すことが可能な構造となっている。この内部空間により定義される流路には、冷媒５が流される。この冷媒５により電子デバイス４が効果的に冷却される。

図２には本実施形態における樹脂層２の形成工程が示されている。図２（ａ）には、プリント配線板３上に電子デバイス４が形成された構造体３４ａの上方に熱硬化性の樹脂シート２が配置されている。続いて、加熱により樹脂シート２を軟化させ、減圧することにより、図２（ｂ）に示すように樹脂層２が電子デバイス４の外表面に実質的に対応した形状に形付けられた構造体３４を得る。本実施形態では、加熱による軟化と減圧による工程で構造体３４が実現できる。この後、樹脂層２を硬化させる。

図３には、樹脂層２の他の形成方法が示されている。本形態では、プリント配線板３の電子デバイス４の搭載領域以外の表面領域内に配線板を貫通する貫通孔7が複数設けられている。本形態では、減圧工程において貫通孔７より樹脂シート２とプリント配線板３との間の空気等の気体を吸引する。これにより減圧の効果がより一層向上し、樹脂シート２と、電子デバイス４及びプリント配線板３との間にボイドが発生することを最大限防止できる。

図４（ａ）には、本発明の他の実施形態が示される。本形態では、樹脂層２と構造体３４との間には離型剤８が形成されている。この離型剤８は、樹脂層２と構造体３４とを樹脂層２の硬化後において図４（ｂ）に示すように、はく離可能とする機能を有するものであり、ポリテトラフルオロエチレン又はシリコンにより構成されたシート形状のものである。

以上のように、発熱体である電子デバイスとプリント配線板に沿うように形付けられた熱硬化性樹脂層を実現できるため、ケース６内の冷媒５に発熱体からの熱及びプリント配線板からの熱を効率よく伝えることができる。従って、高い冷却性能を得ることができる。さらに、樹脂層２により一括して密閉保護が可能となるので、工程が簡素化され、コスト的なメリットが高い。

配線基板上に実装された電子デバイスの配置及び形状に関わらず、高い冷却性能を得る電子機器を実現することができるので、さらに、そのような電子機器を簡便な製造方法で形成可能であるため、サーボドライブ装置やインバータ装置などに用いられる電子機器に好適である。また、その他の高冷却性能と高い量産性が必要な、パワーエレクトロニクス分野の冷却装置においても利用可能である。

本発明の実施形態に係る電子機器の断面図 本実施形態に係る製造方法について説明する工程断面図 本実施形態に係る他の製造方法について説明する断面図 他の実施形態に係る電子機器の断面図

符号の説明

１ 電子機器
２ 樹脂層（樹脂シート
３ プリント配線板
４ 発熱体である電子デバイス
５ 冷媒
６ ケース
７ 貫通孔
８ 離型剤
１０ 受熱装置

Claims (6)

1. 搭載領域と、前記搭載領域に隣接する表面領域とを有する配線基板と、
   複数の素子電極が形成された主表面と、前記主表面と反対側の裏面とを有し、前記搭載領域に前記主表面を対向させて搭載された電子デバイスと、
   前記搭載領域上に搭載された電子デバイスの外表面及び前記表面領域に延在して被覆すると共に、前記電子デバイスの外表面に実質的に対応した形状を有する熱硬化性樹脂層と、
   前記熱硬化性樹脂層上に形成され、前記熱硬化性樹脂層との間に内部空間を定義するケースと、
   前記内部空間に充填された冷媒とを備えたことを特徴とする電子機器。
2. 前記電子デバイスは複数の半導体素子及び電子部品から成り、前記半導体素子及び前記電子部品は前記熱硬化性樹脂を介して前記冷媒により冷却されることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
3. 前記熱硬化性樹脂層はシリカ又はアルミナのフィラーを含有することにより、熱伝導性を有することを特徴とする請求項２記載の電子機器。
4. 前記熱硬化性樹脂層と前記電子デバイスの外表面及び前記表面領域との間には離型剤が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電子機器。
5. 搭載領域と、前記搭載領域に隣接する表面領域とを有する配線基板を準備する工程と、
   前記搭載領域に電子デバイスを搭載する工程と、
   前記電子デバイスが搭載された前記配線基板上に熱硬化性樹脂シートを配置する工程と、
   前記熱硬化性樹脂シートを加熱することにより、前記電子デバイスの外表面及び前記表面領域を被覆し、前記電子デバイスの外表面に実質的に対応した形状を有する熱硬化性樹脂層を形成する工程と、
   前記熱硬化性樹脂層との間に内部空間を定義するケースを前記熱硬化性樹脂層上に形成する工程と、
   前記内部空間に冷媒を導入する工程とを備えたことを特徴とする電子機器の製造方法。
6. 前記配線基板は前記表面領域内に形成された貫通孔を有し、
   前記熱硬化性樹脂層を形成する工程において前記加熱と共に前記貫通孔から前記熱硬化性樹脂シートと前記配線基板間の気体を吸引することを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。

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