JP2010199505A

JP2010199505A - Electronic circuit device

Info

Publication number: JP2010199505A
Application number: JP2009045855A
Authority: JP
Inventors: Shiro Yamashita; 志郎山下
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-09

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a size, improve heat dissipation, and reduce cost of a module loaded with a high heat-generating component and operated under a high temperature environment. <P>SOLUTION: Lead frames 10 each having an electronic component 5 and the high heat generating component 50 or the like mounted thereon are laminated, and covered with a mold. The respective electrical connection between laminated lead frames 10 are achieved through the connection leads 12. Heat dissipation paths 100 are formed thermally by heat dissipation blocks 15. The heat dissipation blocks 15 and lead frames 10 are joined with high heat conductive resin 13. As the lead frame 10 as a bottom layer and a heat dissipating substrate 14 are joined with the high heat conductive resin 13, heat inside the mold is efficiently dissipated to an external. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車のエンジン部等、過酷な環境で使用されるモジュールに係り、特に、高発熱部品を搭載した、コンパクトで、かつ熱放散効果が優れた電子回路装置に関する。 The present invention relates to a module used in a harsh environment such as an engine part of an automobile, and more particularly to a compact electronic circuit device having a high heat generating component and having an excellent heat dissipation effect.

従来、車載モジュールは比較的信頼性要求レベルの低い車室内に搭載されていた。そして、車載モジュールは、エンジンルーム内などに設置されるユニットに対しワイヤハーネスと呼ばれる配線によって接続され、そのユニットの制御を行っている。ところが近年、軽量化や低コスト化をねらいとしたワイヤハーネスの省略を目的とし、高温環境であるエンジンルーム内などへの車載モジュールの搭載が増加している。 Conventionally, the in-vehicle module has been mounted in a vehicle interior having a relatively low level of reliability requirement. The in-vehicle module is connected to a unit installed in an engine room or the like by wiring called a wire harness and controls the unit. However, in recent years, mounting of in-vehicle modules in an engine room or the like, which is a high-temperature environment, has been increasing for the purpose of omitting a wire harness aimed at reducing weight and cost.

これら車載モジュールをエンジンルーム内に搭載する場合、搭載スペースが限定されることからモジュールの小型化が要求される。また、電力の変換や制御を行うパワーモジュールでは、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）チップやMOS（Metal-Oxide Semiconductor）チップなどの高発熱部品を数多く搭載する。モジュールの搭載環境温度や半導体の動作保証温度を考慮した場合、パワーモジュールに対し高放熱性が要求される。 When these in-vehicle modules are mounted in the engine room, the mounting space is limited, so that downsizing of the modules is required. Power modules that perform power conversion and control are equipped with many high heat-generating components such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) chips and MOS (Metal-Oxide Semiconductor) chips. In consideration of the module mounting environment temperature and the guaranteed operation temperature of the semiconductor, high heat dissipation is required for the power module.

パワーモジュールの実装においては、部品を搭載する基板として熱抵抗の小さいセラミック基板や金属ベース基板等の高放熱基板が多く用いられている。高放熱基板を用いた従来のパワーモジュールの実装構造の例を図４に示す。図４（ａ）はセラミック基板１の両面に導体層２を形成する構造である。絶縁層に熱伝導性の良いセラミック板３を用いることにより放熱性を向上している。 In mounting a power module, a high heat dissipation substrate such as a ceramic substrate having a low thermal resistance or a metal base substrate is often used as a substrate for mounting components. An example of a conventional power module mounting structure using a high heat dissipation substrate is shown in FIG. FIG. 4A shows a structure in which the conductor layer 2 is formed on both surfaces of the ceramic substrate 1. Heat dissipation is improved by using the ceramic plate 3 having good thermal conductivity for the insulating layer.

図４（ａ）において、セラミック板の片側に配線２とバイポーラトランジスタやＭＯＳトランジスタ等を含む発熱部品５０、電子部品５、等が搭載されている。電子部品５、発熱部品５０等は、配線層２とはんだ４等によって接続している。また、配線層２には、外部端子６が接続している。 In FIG. 4A, the heating component 50 including the wiring 2 and the bipolar transistor, MOS transistor, etc., the electronic component 5, etc. are mounted on one side of the ceramic plate. The electronic component 5, the heat generating component 50, and the like are connected to the wiring layer 2 by solder 4 and the like. Further, an external terminal 6 is connected to the wiring layer 2.

図４（ｂ）は放熱板として金属を使用した例である。金属ベース基板７はベースとなる金属板９上に絶縁樹脂層８を介して導体層２を形成する構造である。絶縁樹脂８は熱伝導率が低いが、薄くすることにより熱抵抗を下げ熱伝導率の高いベース金属９への放熱経路を確立している。これらの基板では、導体層２上に絶縁層８を介して新たな導体層を形成させる多層構造も開発されている。 FIG. 4B shows an example in which a metal is used as the heat sink. The metal base substrate 7 has a structure in which the conductor layer 2 is formed on the metal plate 9 serving as a base via an insulating resin layer 8. The insulating resin 8 has a low thermal conductivity, but by reducing the thickness, the thermal resistance is lowered and a heat dissipation path to the base metal 9 having a high thermal conductivity is established. For these substrates, a multilayer structure in which a new conductor layer is formed on the conductor layer 2 via the insulating layer 8 has also been developed.

また、基板の代替であり放熱性に優れる実装構造として、リードフレームやバスバー配線を用いた構造が考えられる。リードフレームやバスバー配線として熱伝導性の良いCuなどの材料を用い、放熱部までの放熱経路を確立することによって前記基板よりも飛躍的に放熱性を向上することができる。例えば、「特許文献１」では、リードフレームをヒートシンクとして用いることにより放熱性を向上した構造を提案している。また、さらなる放熱性向上の構造として、例えば「特許文献２」では、多層化したバスバーにおいて内部を貫く孔部を設けることにより放熱性を向上させる構造を提案している。 Moreover, as a mounting structure that is an alternative to a substrate and has excellent heat dissipation, a structure using a lead frame or bus bar wiring is conceivable. By using a material such as Cu having good thermal conductivity for the lead frame or bus bar wiring and establishing a heat radiation path to the heat radiation portion, the heat radiation performance can be dramatically improved as compared with the substrate. For example, “Patent Document 1” proposes a structure in which heat dissipation is improved by using a lead frame as a heat sink. As a structure for further improving heat dissipation, for example, "Patent Document 2" proposes a structure that improves heat dissipation by providing a hole that penetrates the inside of a multilayered bus bar.

特開平６−２９１３６２号公報JP-A-6-291362 特開２００４−１４７４１４号公報JP 2004-147414 A

前述のように、高発熱部品を搭載する車載モジュールの実装技術として、従来は高放熱基板が用いられてきた。基板を用いる場合には、回路の設計変更や組み立てプロセスが容易である等のメリットがあるためである。 As described above, a high heat dissipation substrate has been conventionally used as a mounting technology for an in-vehicle module on which a high heat generating component is mounted. This is because using a substrate has advantages such as easy circuit design change and assembly process.

一方、高放熱基板は、高コストとなることや、部品を二次元的に搭載するため小型化に限界があること等のデメリットがある。また高放熱基板では、金属ベースを放熱部に接続し放熱経路を確保しなければならないことから、高放熱基板の多層化も困難である。将来的には、製品の高性能化に伴う部品のさらなる高発熱化や、ユニットとモジュールの構造一体化に伴う搭載環境の高温化、モジュールの小型化が進むと考えられる。このとき、高放熱基板による実装では、小型化や低コスト化に限界があり、モジュールサイズ、放熱性、コストそれぞれに対し要求仕様を満たす車載モジュールの実現が困難になると考えられる。 On the other hand, the high heat dissipation substrate has disadvantages such as high cost and the fact that there is a limit to downsizing because components are mounted two-dimensionally. Further, in the case of a high heat dissipation substrate, it is difficult to make the high heat dissipation substrate multilayer because the metal base must be connected to the heat dissipation portion to ensure a heat dissipation path. In the future, it is expected that the heat generation of parts will be further increased due to the higher performance of products, the mounting environment will be increased due to the structural integration of the unit and module, and the size of the module will be reduced. At this time, in mounting with a high heat dissipation substrate, there is a limit to downsizing and cost reduction, and it is considered difficult to realize an in-vehicle module that satisfies the required specifications for each of the module size, heat dissipation, and cost.

この他、リードフレームやバスバー配線に関して、前述のように放熱性を向上させた構造が提案されている。しかし、高放熱基板の場合と同様、これらの構造を用いて全ての要求仕様を満たす車載モジュールの実現は困難と考えられる。 In addition, regarding the lead frame and bus bar wiring, a structure with improved heat dissipation has been proposed as described above. However, as in the case of the high heat dissipation substrate, it is considered difficult to realize an in-vehicle module that satisfies all the required specifications using these structures.

「特許文献１」では放熱性の向上のためにリードフレームをヒートシンクとして用いている。この構造は車載モジュールにおいて想定されるような高発熱部品の採用や高温環境下での実稼動を考慮しているものではなく、放熱性に乏しいと考えられる。また、ヒートシンクとする放熱部の割合がモジュール構造全体に比べて大きく、小型化の観点で不利である。 In “Patent Document 1”, a lead frame is used as a heat sink in order to improve heat dissipation. This structure does not take into account the use of high heat-generating parts as expected in in-vehicle modules or actual operation in a high temperature environment, and is considered to have poor heat dissipation. Moreover, the ratio of the heat radiating portion as a heat sink is larger than that of the entire module structure, which is disadvantageous in terms of miniaturization.

「特許文献２」は多層型バスバー配線に対する放熱性向上構造であるが、発熱部品の直接的な冷却方法ではないため、効果的な熱抵抗の低減化は困難であると考えられる。また、バスバーのみの多層型であるため、基板と同様部品搭載は二次元的であり、小型化に限界がある。 “Patent Document 2” is a heat dissipation improvement structure for multilayer busbar wiring, but it is not a direct cooling method for heat-generating components, so it is considered difficult to effectively reduce thermal resistance. In addition, since it is a multi-layer type with only bus bars, component mounting is two-dimensional like the board, and there is a limit to miniaturization.

本発明の課題は、小型、高放熱の車載モジュールを安価に得ることである。 An object of the present invention is to obtain a small-sized and high heat radiation on-vehicle module at low cost.

本発明は以上のような課題を解決するものであり、具他的な手段は次のとおりである。 The present invention solves the above problems, and specific means are as follows.

（１）電気回路が形成された金属配線板を積層し、積層された前記金属配線板を樹脂モールドで覆い、かつ、外部放熱部を有する電子回路装置であって、前記金属配線板の各々には発熱部品を含む電子部品が搭載され、前記樹脂モールド内において、前記金属配線板の各層間には、電気的な導電経路と、放熱経路が形成されており、前記最下層の金属配線板と前記外部放熱部との間は、前記樹脂モールドを形成する樹脂では覆われておらず、前記最下層の金属配線板と前記外部放熱部との間は、前記樹脂モールドとは別途形成された樹脂によって接着していることを特徴とする電子回路装置。 (1) An electronic circuit device in which a metal wiring board on which an electric circuit is formed is laminated, the laminated metal wiring board is covered with a resin mold, and an external heat radiating portion is provided. Is mounted with electronic components including heat-generating components, and in the resin mold, an electrically conductive path and a heat dissipation path are formed between the layers of the metal wiring board, and the lowermost metal wiring board and The resin that is not covered with the resin that forms the resin mold between the external heat radiating portion and that is formed separately from the resin mold between the lowermost metal wiring board and the external heat radiating portion. An electronic circuit device characterized by being bonded by

（２）前記金属配線板間の導電経路は、前記金属配線板を折り曲げることによって形成されていることを特徴とする（１）に記載の電子回路装置。 (2) The electronic circuit device according to (1), wherein the conductive path between the metal wiring boards is formed by bending the metal wiring boards.

（３）前記金属配線板間の導電経路は、金属ブロックまたは金属リードによって形成されていることを特徴とする（１）に記載の電子回路装置。 (3) The electronic circuit device according to (1), wherein the conductive path between the metal wiring boards is formed by a metal block or a metal lead.

（４）前記金属配線板間の放熱経路は、金属ブロックと、前記金属ブロックと前記金属配線板間を接着する樹脂によって形成されていることを特徴とする（１）に記載の電子回路装置。 (4) The electronic circuit device according to (1), wherein the heat dissipation path between the metal wiring boards is formed of a metal block and a resin that bonds the metal block and the metal wiring board.

（５）前記金属ブロックと前記金属配線板間を接着する前記樹脂は、前記最下層の金属配線板と前記外部放熱部とを接着する樹脂と同じであることを特徴とする（４）に記載の電子回路装置。 (5) The resin for bonding between the metal block and the metal wiring board is the same as the resin for bonding the lowermost metal wiring board and the external heat dissipation part. Electronic circuit device.

（６）電気回路が形成されたリードフレームを積層し、積層された前記リードフレームを樹脂モールドで覆い、かつ、外部放熱部を有する電子回路装置であって、前記リードフレームの各々には発熱部品を含む電子部品が搭載され、前記樹脂モールド内において、前記リードフレームの各層間には、電気的な導電経路と、放熱経路が形成されており、前記放熱経路は金属ブロックを含むものであり、前記金属ブロックと前記リードフレームとは前記樹脂モールドとは別途形成された樹脂によって接着されており、前記最下層のリードフレームと前記外部放熱部との間は、前記樹脂モールドでは覆われておらず、前記最下層のリードフレームと前記外部放熱部との間は、前記金属ブロックと前記リードフレームを接着している樹脂と同じ樹脂で接着されていることを特徴とする電子回路装置。 (6) An electronic circuit device in which a lead frame on which an electric circuit is formed is laminated, the laminated lead frame is covered with a resin mold, and an external heat radiating portion is provided. In the resin mold, an electrically conductive path and a heat dissipation path are formed in each layer of the lead frame, and the heat dissipation path includes a metal block, The metal block and the lead frame are bonded by a resin formed separately from the resin mold, and the space between the lowermost lead frame and the external heat dissipation part is not covered by the resin mold. Between the lowermost lead frame and the external heat radiating portion, the same resin as the resin bonding the metal block and the lead frame is used. Electronic circuit apparatus characterized by being worn.

（７）前記リードフレームは複数の金属を貼り合わせたクラッド材によって形成されていることを特徴とする（６）に記載の電子回路装置。 (7) The electronic circuit device according to (6), wherein the lead frame is formed of a clad material obtained by bonding a plurality of metals.

（８）前記金属ブロックと前記リードフレームを接着している樹脂の熱伝導率は、前記モールド樹脂の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする（６）に記載の電子回路装置。 (8) The electronic circuit device according to (6), wherein a thermal conductivity of a resin bonding the metal block and the lead frame is larger than a thermal conductivity of the mold resin.

（９）電気回路が形成され、電子部品が搭載された金属配線板を積層し、積層された前記金属配線板を樹脂モールドで覆い、かつ、外部接続端子と、外部放熱部を有する電子回路装置の製造方法であって、前記金属配線板に発熱部品を含む電子部品を搭載する工程と、電子部品が搭載されたリードフレームをスペーサを介して積層する工程と、前記積層されたリードフレーム間に電気的導通経路および放熱経路を形成する工程と、
前記積層されたリードフレームの前記外部端子を有する特定の層以外の外周部分を切断して除去する工程と、前記積層されたリードフレーム全体をモールド樹脂によって覆う工程と、前記リードフレームの特定の層の外周部分を切断して除去する工程を含むことを特徴とする電子部品装置の製造方法。 (9) An electronic circuit device in which an electric circuit is formed and a metal wiring board on which electronic components are mounted is laminated, the laminated metal wiring board is covered with a resin mold, and has an external connection terminal and an external heat dissipation part A method of mounting an electronic component including a heat generating component on the metal wiring board, a step of stacking a lead frame on which the electronic component is mounted via a spacer, and a space between the stacked lead frames. Forming an electrical conduction path and a heat dissipation path;
Cutting and removing the outer peripheral portion of the laminated lead frame other than the specific layer having the external terminals, covering the entire laminated lead frame with a mold resin, and the specific layer of the lead frame The manufacturing method of the electronic component apparatus characterized by including the process of cut | disconnecting and removing the outer peripheral part of this.

(１０)前記積層されたリードフレーム間に電気的導通経路および放熱経路を形成する工程は、金属ブロックと前記リードフレームとを樹脂によって接着する工程を含むことを特徴とする（９）に記載の電子部品装置の製造方法。 (10) The step of forming an electrical conduction path and a heat dissipation path between the stacked lead frames includes a step of bonding a metal block and the lead frame with a resin. Manufacturing method of electronic component device.

本発明によれば、部品の三次元的配置によるモジュールの小型化が可能になる。また、本発明によれば、放熱経路を形成による高放熱化が可能であり、また、放熱経路と導通経路とを共用することによって、放熱経路の設計自由度を向上させることが出来る。また本発明では、リードフレームを用いている構造であるため、基板実装と比べて量産時の低コスト化が可能である。 According to the present invention, the module can be reduced in size by three-dimensional arrangement of parts. In addition, according to the present invention, it is possible to increase heat dissipation by forming a heat dissipation path, and by sharing the heat dissipation path and the conduction path, the design freedom of the heat dissipation path can be improved. In the present invention, since the lead frame is used, the cost can be reduced at the time of mass production as compared with the substrate mounting.

本発明の第１の実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st Example of this invention. 本発明を実現するプロセスのフローチャートである。3 is a flowchart of a process for implementing the present invention. 本発明の第２の実施例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd Example of this invention. 従来のパワーモジュール構造の例を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the example of the conventional power module structure.

以下実施例を用いて本発明の内容を詳細に説明する。 Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail with reference to examples.

図１は本発明の第１の実施例の構造を示す断面図である。本発明の構造は、回路を形成したリードフレーム１０に部品を搭載し、それを積層して層間接続を行うことにより、モジュールを構成するものである。層間の接続においては、電気的な導通経路の他、金属ブロック１５と高熱伝導樹脂１３を用いた熱的な放熱経路１００を形成している。また、最下段のリードフレーム１０と放熱基板１４とを高熱伝導樹脂１３により接続しており、これにより各発熱部品５０の熱は各層から放熱基板１４へと伝導する。モジュール全体はモールド封止されるため、フレーム立体構造の補強及び信頼性の確保がされている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the first embodiment of the present invention. The structure of the present invention constitutes a module by mounting components on a lead frame 10 on which a circuit is formed, and stacking the components to perform interlayer connection. In the connection between the layers, in addition to the electrical conduction path, a thermal radiation path 100 using the metal block 15 and the high thermal conductive resin 13 is formed. In addition, the lowermost lead frame 10 and the heat dissipation substrate 14 are connected by the high thermal conductive resin 13, whereby the heat of each heat generating component 50 is conducted from each layer to the heat dissipation substrate 14. Since the entire module is molded and sealed, the frame three-dimensional structure is reinforced and reliability is ensured.

図２において、リードフレーム１０には、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）チップやMOS（Metal-Oxide Semiconductor）チップなどの高発熱部品５０が搭載されている。リードフレーム１０は積層されており、各層は、電気的には、層間接続リード１２によって接続し、熱的には、放熱ブロック１５によって接続している。 In FIG. 2, a high heat-generating component 50 such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) chip or a MOS (Metal-Oxide Semiconductor) chip is mounted on the lead frame 10. The lead frame 10 is laminated, and each layer is electrically connected by an interlayer connection lead 12 and thermally connected by a heat dissipation block 15.

各層における高発熱部品５０で発生した熱は、図１の白矢印の例で示す放熱経路１００のように、放熱ブロック１５を介して金属で形成された放熱基板１４に移動する。放熱ブロック１５とリードフレーム１０との間は高熱伝導樹脂１３によって接着している。また、最下層のリードフレーム１０と放熱基板１４との間も高熱伝導樹脂１３によって接着している。 The heat generated by the high heat-generating component 50 in each layer moves to the heat radiating substrate 14 formed of metal through the heat radiating block 15 as in the heat radiating path 100 shown in the example of the white arrow in FIG. The heat dissipating block 15 and the lead frame 10 are bonded by a high thermal conductive resin 13. The lowermost lead frame 10 and the heat dissipation substrate 14 are also bonded by the high thermal conductive resin 13.

発熱部品を含む電子部品を搭載したリードフレームが積層されたリードフレームモジュールは、モールド樹脂１１によって覆われているが、モジュール内には、放熱経路１００が形成されているので、高発熱部品５０で発生した熱を放熱基板１４を介して効率的に外部に放散することが出来る。最下層のリードフレーム１０は、放熱基板１４と接着しているので、リードフレーム１０も熱放散の機能を有している。 A lead frame module in which a lead frame on which an electronic component including a heat generating component is mounted is covered with the mold resin 11, but since a heat dissipation path 100 is formed in the module, the high heat generating component 50 The generated heat can be efficiently dissipated to the outside through the heat dissipation substrate 14. Since the lowermost lead frame 10 is bonded to the heat dissipation substrate 14, the lead frame 10 also has a heat dissipation function.

この構造では、部品がリードフレーム１０の層間に内蔵されているため、部品配置を三次元的に構成でき、図４に示す従来例に比べてモジュールを小型化することが可能である。また、放熱基板１４までの放熱経路１００が確立されているため、高放熱化が可能である。さらに、この放熱経路１００は電気的な導通経路との共用が可能であることから、放熱経路１００の設計自由度は高いと。コストに関しては、リードフレーム１０を用いているため量産時には基板に比べて安価である。 In this structure, since the components are built in between the layers of the lead frame 10, the components can be arranged three-dimensionally, and the module can be downsized compared to the conventional example shown in FIG. Further, since the heat dissipation path 100 to the heat dissipation substrate 14 is established, high heat dissipation is possible. Furthermore, since this heat dissipation path 100 can be shared with an electrical conduction path, the design flexibility of the heat dissipation path 100 is high. Regarding the cost, since the lead frame 10 is used, it is less expensive than the substrate in mass production.

リードフレーム１０には、プレスまたはエッチングにより回路パターンが形成される。放熱性を考慮し、リードフレーム材にはCuまたはCu系合金を用いている。ただし、これらに限られず、熱伝導性の良いAlやAl系合金であったり、熱伝導率の低い例えばFe系合金と、熱伝導率の高いCu合金やAl合金とのクラッド材等の複合材料であっても構わない。さらに、製造コストとの兼ね合いにより、鋼板のみでリードフレーム１０を形成してもよい。 A circuit pattern is formed on the lead frame 10 by pressing or etching. In consideration of heat dissipation, Cu or Cu alloy is used for the lead frame material. However, it is not limited to these, and Al or Al alloy with good thermal conductivity, or a composite material such as a clad material of Fe alloy with low thermal conductivity and Cu alloy or Al alloy with high thermal conductivity, etc. It does not matter. Furthermore, the lead frame 10 may be formed of only a steel plate in consideration of the manufacturing cost.

放熱経路１００に関しては、層内の熱伝導についてリードフレーム１０の配線幅や配線厚を大きくする、隣接する配線間の距離を短くする等の構造を採用することによって放熱効果を向上させることが出来る。配線の断面積を大きくすることにより、配線自体の熱抵抗を下げることが出来る。また、隣接する配線間の距離を短くすることにより、介在するモールド樹脂１１の量を低減し隣接配線への熱伝導を大きくすることが出来る。 With respect to the heat dissipation path 100, the heat dissipation effect can be improved by adopting a structure such as increasing the wiring width or wiring thickness of the lead frame 10 or shortening the distance between adjacent wirings for heat conduction in the layer. . By increasing the cross-sectional area of the wiring, the thermal resistance of the wiring itself can be reduced. Further, by shortening the distance between adjacent wirings, the amount of the interposing mold resin 11 can be reduced and the heat conduction to the adjacent wirings can be increased.

層間の熱伝導に関しては、放熱ブロック１５及び高熱伝導樹脂１３を用いて放熱経路を構成する。放熱ブロック１５に関しては放熱性や信頼性を考慮し、リードフレーム１０と同等以上の熱伝導率を持ち、かつ同様の線膨張係数をもつ材料を用いる。具体的には、Ｃｕ、Ａｌまたはそれらの合金が用いられる。 For heat conduction between the layers, a heat radiation path is configured using the heat radiation block 15 and the high heat conduction resin 13. In consideration of heat dissipation and reliability, the heat dissipation block 15 is made of a material having a thermal conductivity equal to or higher than that of the lead frame 10 and having the same linear expansion coefficient. Specifically, Cu, Al, or an alloy thereof is used.

高熱伝導樹脂１３に関しては、耐熱性を考慮し、エポキシ系またはシリコーン系の樹脂を用いる。フィラーにはAl₂O₃やSiO₂の他、AlNやBN、MgOを用いたものでも良い。放熱基板１４と、モールド部のリードフレームが露出している部分との間の放熱に関しても、同様の高熱伝導樹脂１３を用いる。これらの樹脂は封止に用いるモールド樹脂１１よりも高い熱伝導率のものである。モールド樹脂１１は放熱性の高いエポキシ系のものを採用することが出来る。 For the high thermal conductive resin 13, an epoxy or silicone resin is used in consideration of heat resistance. In addition to Al ₂ O ₃ and SiO ₂ , the filler may be AlN, BN, or MgO. The same high thermal conductive resin 13 is also used for heat dissipation between the heat dissipation substrate 14 and the portion of the mold part where the lead frame is exposed. These resins have a higher thermal conductivity than the mold resin 11 used for sealing. As the mold resin 11, an epoxy resin having high heat dissipation can be used.

導電経路の層間接続に関しては、ある層の配線の一部分を曲げ加工により隣接する層に接触させ接続する方法を用いることが出来る。また、別途加工した層間接続リード１２を用いて層間接続を行ってもよい。接続は、はんだ接続、超音波接合、レーザ接合等により行う。前記の金属ブロック１５と銀ペースト１６などの導電性接着剤を組み合わせて用いても良い。 With respect to the interlayer connection of the conductive paths, a method in which a part of the wiring of a certain layer is brought into contact with an adjacent layer by bending can be used. Further, the interlayer connection may be performed using the interlayer connection lead 12 processed separately. The connection is made by solder connection, ultrasonic bonding, laser bonding or the like. A combination of the metal block 15 and a conductive adhesive such as the silver paste 16 may be used.

図１におけるモジュールは、高発熱部品５０を搭載したリードフレーム１０が積層されているモールド部とモールド部からの熱を外部に放散するための金属で形成された放熱基板１４によって構成されている。図１におけるモジュール全体の厚さは、３ｃｍ〜４ｃｍ程度であり、このうち、放熱基板１４の厚さは数ｍｍである。 The module shown in FIG. 1 includes a mold part on which a lead frame 10 on which a high heat-generating component 50 is mounted and a heat dissipation board 14 made of metal for radiating heat from the mold part to the outside. The thickness of the entire module in FIG. 1 is about 3 cm to 4 cm, and among these, the thickness of the heat dissipation substrate 14 is several mm.

本発明によるモジュール構造の組み立てプロセスを図２に示す。図２におけるリードフレーム１０の回路パターン形成は、リードフレームメーカーが行い、モジュールメーカーはリードフレーム１０をリードフレームメーカーから購入する。 The assembly process of the module structure according to the present invention is shown in FIG. The circuit pattern formation of the lead frame 10 in FIG. 2 is performed by a lead frame manufacturer, and the module manufacturer purchases the lead frame 10 from the lead frame manufacturer.

モジュールメーカーにおいては、まず、回路パターンが形成されたリードフレーム１０に対し高発熱部品５０を含む電子部品を搭載する。電子部品の搭載接続は、はんだ、または銀ペースト１６を用いる。 In the module manufacturer, first, electronic components including the high heat generating component 50 are mounted on the lead frame 10 on which the circuit pattern is formed. For mounting and connecting electronic components, solder or silver paste 16 is used.

次に、部品の搭載されたリードフレーム１０をスペーサを介して積層し、電気的導通経路及び放熱経路の層間接続を行う。電気的な層間接続は、リードフレーム１０を曲げて行う場合の他、層間リードを用いることが出来る。層間リードは、はんだあるいは銀ペースト１６を用いることが出来る。 Next, the lead frames 10 on which the components are mounted are stacked via spacers, and the interlayer connection of the electrical conduction path and the heat dissipation path is performed. The electrical interlayer connection can be performed by bending the lead frame 10 or by using interlayer leads. For the interlayer leads, solder or silver paste 16 can be used.

熱的な層間接続には、放熱ブロック１５を用いる。放熱ブロック１５とリードフレーム１０とは、高熱伝導樹脂１３を用いて接続する。高熱伝導樹脂１３は接着力が保たれる限り薄く形成する。放熱ブロック１５とリードフレーム１０間の熱伝導を高く保つためである。このようにして、高発熱部品５０を搭載したリードフレーム１０を積層した後、モールド封止を行う。 A heat dissipation block 15 is used for thermal interlayer connection. The heat dissipation block 15 and the lead frame 10 are connected using a high thermal conductive resin 13. The high thermal conductive resin 13 is formed thin as long as the adhesive force is maintained. This is to keep heat conduction between the heat dissipation block 15 and the lead frame 10 high. Thus, after laminating the lead frame 10 on which the high heat-generating component 50 is mounted, mold sealing is performed.

モールド封止は、以下のプロセスに従って行う。まず、リードフレーム１０の層間に存在するスペーサを除去する。その後、各層のリードフレーム１０のうち外部端子の存在する一層のみ外周フレームを残し、その他の層の外周フレームを切断する。 Mold sealing is performed according to the following process. First, the spacer existing between the layers of the lead frame 10 is removed. Thereafter, the outer peripheral frame is left only in one layer of the lead frame 10 in each layer where the external terminals are present, and the outer peripheral frames in other layers are cut.

その後、積層されたリードフレーム１０を金型にセットする。このとき、外周フレームの残ったリードフレーム層を挟み込むように金型にセットする。最後にモールド樹脂１１を注入して封止する。この封止方法の他、リードフレーム１０の層間に存在するスペーサをモールドのはみ出しを防止するためのダムとして用いても良い。 Thereafter, the laminated lead frame 10 is set in a mold. At this time, the lead frame layer with the outer peripheral frame remaining is set on the mold so as to sandwich the lead frame layer. Finally, mold resin 11 is injected and sealed. In addition to this sealing method, a spacer existing between the layers of the lead frame 10 may be used as a dam for preventing the mold from protruding.

このとき、モールド後に放熱基板１４へ接着する部分のリードフレーム１０が露出するよう、この部分に接触するブロックを金型に形成しておく。モールド後に金型からモジュールを取り出し、残っているリードフレーム層の外周フレームを切断する。 At this time, a block that contacts this portion is formed in the mold so that the portion of the lead frame 10 that adheres to the heat dissipation substrate 14 after the molding is exposed. After molding, the module is taken out from the mold, and the remaining outer peripheral frame of the lead frame layer is cut.

その後、高熱伝導樹脂１３を用いてモジュールを放熱基板１４に接着する。すなわち、放熱部１４の所定の位置に高熱伝導樹脂１３を供給し、この部分に対し、モールドから露出している最下層のリードフレーム１０の接着部分を位置合わせし、接着を行う。以上のプロセスにより、小型、高放熱の車載モジュールを安価に得ることができる。 Thereafter, the module is bonded to the heat dissipation substrate 14 using the high thermal conductive resin 13. That is, the high thermal conductive resin 13 is supplied to a predetermined position of the heat radiating portion 14, and the bonding portion of the lowermost lead frame 10 exposed from the mold is aligned with this portion to perform bonding. By the above process, a small-sized and high heat radiation on-vehicle module can be obtained at low cost.

図３は本発明の第２の実施例を示す断面図である。図３は３層のリードフレーム１０が積層されたリードフレームモジュールとなっている。このモジュールでは、第２層のリードフレーム１０が外部端子を擁しており、モールド封止後にもこの外部端子がモールド樹脂１１外に露出している構造となっている。 FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention. FIG. 3 shows a lead frame module in which three layers of lead frames 10 are laminated. In this module, the lead frame 10 of the second layer has an external terminal, and the external terminal is exposed to the outside of the mold resin 11 even after the mold sealing.

また、最下層のリードフレーム１０の裏面も部分的にモールド樹脂１１から露出しており、この部分で高熱伝導樹脂１３を介し、モールドの内部で発生した熱が放熱フィン１７へと放熱される構造となっている。 Further, the back surface of the lowermost lead frame 10 is also partially exposed from the mold resin 11, and the heat generated inside the mold is radiated to the radiation fins 17 through the high thermal conductive resin 13 in this part. It has become.

リードフレーム１０の形成には、厚さ0.5mmのCu板を用い、プレス加工により配線パターンを形成する。このとき、配線幅は6mm、発熱部品５０の搭載部分とこれに隣接する配線との間の距離を3mmとした。 The lead frame 10 is formed by using a 0.5 mm thick Cu plate and forming a wiring pattern by press working. At this time, the wiring width was 6 mm, and the distance between the mounting portion of the heat generating component 50 and the wiring adjacent thereto was 3 mm.

高発熱部品５０等の電子部品の搭載接続は、はんだにより行った。予めリードフレーム１０を加熱しておき、所定の位置にワイヤ状のはんだを溶融転写した。その後フラックスを塗布し、部品を搭載後再加熱することによりリードフレーム１０上に部品を接続した。 The mounting connection of the electronic components such as the high heat generating component 50 was performed by solder. The lead frame 10 was heated in advance, and wire-shaped solder was melted and transferred to a predetermined position. Thereafter, flux was applied, and the component was connected to the lead frame 10 by reheating after mounting the component.

次に、部品の搭載されているリードフレーム１０をスペーサを用いて積層し、導通経路及び放熱経路の層間接続を行った。本実施例では、導通経路にはＣｕブロック１８と銀ペースト１６を用い、放熱経路にはＣｕブロック１８と高熱伝導の絶縁樹脂１３を用いている。 Next, the lead frames 10 on which the components are mounted are stacked using spacers, and interlayer connection between the conduction path and the heat dissipation path is performed. In this embodiment, the Cu block 18 and the silver paste 16 are used for the conduction path, and the Cu block 18 and the high thermal conductivity insulating resin 13 are used for the heat dissipation path.

最下層のリードフレーム１０の所定位置に銀ペースト１６、または、高熱伝導樹脂１３をディスペンサにより供給し、Ｃｕブロック１８及びスペーサを配置した。各Ｃｕブロック１８上に銀ペースト１６あるいは高熱伝導樹脂１３を供給する。 The silver paste 16 or the high thermal conductive resin 13 was supplied to a predetermined position of the lowermost lead frame 10 by a dispenser, and the Cu block 18 and the spacer were arranged. Silver paste 16 or high thermal conductive resin 13 is supplied onto each Cu block 18.

その後、第２層のリードフレーム１０を配置し、第２層のリードフレーム１０の所定位置に銀ペースト１６あるいは高熱伝導樹脂１３を配置する。その後、Ｃｕブロック１８およびスペーサを設置する。そして、銀ペースト１６、または、高熱伝導樹脂１３を、Ｃｕブロック１８上に配置する。 Thereafter, the second-layer lead frame 10 is disposed, and the silver paste 16 or the high thermal conductive resin 13 is disposed at a predetermined position of the second-layer lead frame 10. Thereafter, the Cu block 18 and the spacer are installed. Then, the silver paste 16 or the high thermal conductive resin 13 is disposed on the Cu block 18.

この上に電子部品が搭載された第３層のリードフレーム１０を積層する。そして、第３層のリードフレーム１０と、第２層のリードフレームに搭載されたＣｕブロック１８とが高熱伝導樹脂１３で接着することになる。その後、150℃の高温槽で約1時間硬化させた。これによって、第１層から第３層までのリードフレーム１０が互いに接着して固定され、リードフレームモジュールとなる。 A third layer lead frame 10 on which electronic components are mounted is laminated thereon. Then, the third layer lead frame 10 and the Cu block 18 mounted on the second layer lead frame are bonded together by the high thermal conductive resin 13. Thereafter, it was cured for about 1 hour in a high-temperature bath at 150 ° C. Thereby, the lead frames 10 from the first layer to the third layer are bonded and fixed to each other to form a lead frame module.

その後、最下層及び最上層のリードフレーム１０の外周フレームを切断する。外部との電気的接続をとることになる第２層のリードフレーム１０の外周は後で切断する。その後、組み立てたリードフレームモジュールをモールド封止用の金型にセットする。 Thereafter, the outer peripheral frames of the lowermost and uppermost lead frames 10 are cut. The outer periphery of the second layer lead frame 10 that is to be electrically connected to the outside will be cut later. Thereafter, the assembled lead frame module is set in a mold sealing mold.

金型は上下からモジュールを包み込むように設置されるが、このとき金型の口が第２層の外部端子用の配線部を押さえ込むようにリードフレームモジュールをセットする。モールド樹脂１１を注入、硬化後、金型を外してモジュールを取り出し、残った第２層のリードフレーム１０の外周フレームを切断する。さらに、外部端子部分に曲げ加工を施す。 The mold is installed so as to wrap the module from above and below, but at this time, the lead frame module is set so that the mouth of the mold holds down the wiring portion for the external terminal of the second layer. After injecting and curing the mold resin 11, the mold is removed, the module is taken out, and the remaining outer peripheral frame of the lead frame 10 of the second layer is cut. Further, the external terminal portion is bent.

本実施例においては、各リードフレーム１０の各層間の放熱経路には、Ｃｕブロック１８が形成されている。そして、Ｃｕブロック１８とリードフレーム１０との間は高熱伝導樹脂１３によって接着している。高熱伝導樹脂１３は、モールドを形成している樹脂よりも熱伝導率が高いことが望ましい。 In this embodiment, Cu blocks 18 are formed in the heat dissipation paths between the layers of the lead frames 10. The Cu block 18 and the lead frame 10 are bonded by the high thermal conductive resin 13. The high thermal conductive resin 13 desirably has higher thermal conductivity than the resin forming the mold.

また、本実施例では、各リードフレーム１０の層間の電気的な接続もＣｕブロック１８によって行っている。この場合、Ｃｕブロック１８とリードフレーム１０との接続は銀ペーストが用いられている。銀ペーストは熱伝導率が通常の樹脂よりも大きいので、Ｃｕブロック１８と銀ペーストによって、電気的な接続と同時に、放熱経路も形成することが出来る。 In the present embodiment, electrical connection between the layers of each lead frame 10 is also made by the Cu block 18. In this case, silver paste is used for connection between the Cu block 18 and the lead frame 10. Since the silver paste has a higher thermal conductivity than a normal resin, the Cu block 18 and the silver paste can form a heat dissipation path simultaneously with the electrical connection.

本実施例では、実施例１の放熱基板１４の代わりに放熱フィン１７が形成されている。放熱フィン１７を用いることによって熱放散をより効率的に行うことが出来る。放熱フィン１７のフィンが形成されている面と反対面には突起が形成されている。放熱フィン１７の突起部に対し、高熱伝導の絶縁樹脂１３を配置する。そして、この突起部とリードフレームモジュールの最下層裏面の露出部とを接着し、放熱経路を作成した。 In the present embodiment, radiating fins 17 are formed instead of the radiating board 14 of the first embodiment. By using the radiation fins 17, heat dissipation can be performed more efficiently. Projections are formed on the surface opposite to the surface on which the fins of the heat dissipating fins 17 are formed. An insulating resin 13 having a high thermal conductivity is disposed on the protruding portion of the radiating fin 17. And this protrusion part and the exposed part of the lowermost layer back surface of a lead frame module were adhere | attached, and the thermal radiation path | route was created.

図３において、放熱フィン１７に形成された突起の部分において、モールドと放熱フィン１７が熱的に接続することになるが、放熱フィン１７は突起以外の部分では、モールドと接触しないので、放熱フィン１７とモールドの下部に露出しているリードフレーム１０とは絶縁が保たれることになる。 In FIG. 3, the mold and the heat radiating fin 17 are thermally connected at the protrusions formed on the heat radiating fins 17, but the heat radiating fins 17 are not in contact with the mold at portions other than the protrusions. Insulation between the lead frame 10 and the lead frame 10 exposed at the lower part of the mold is maintained.

ただし、放熱フィン１７の突起以外の部分にも高熱伝導樹脂１３を塗布してモールドと放熱フィン１７を接続してもよい。このようにすれば、放熱フィン１７とモールドの下部のリードフレーム１０との間に導電性の粒子等が入り込んで絶縁性が失われることを防止することが出来る。 However, the mold and the radiation fins 17 may be connected by applying the high thermal conductive resin 13 to portions other than the protrusions of the radiation fins 17. In this way, it can be prevented that conductive particles or the like enter between the heat radiation fins 17 and the lead frame 10 under the mold to lose insulation.

今後の高度情報化社会において電気エネルギの需要は高く、また、環境問題における省エネや、CO₂排出の低減を目的とした化石燃料削減によるオール電化等の要求から、電力を高効率で使用するパワーエレクトロニクスの役割がますます重要になると考えられる。パワーエレクトロニクス分野においてはモジュールの高発熱化の問題は大きく、高放熱化構造の検討が必須である。今回検討したモジュールは車載用途であるが、本発明構造は、この他小型化、高放熱化の要求されるモジュールに対し有効である。 The demand for electric energy will be high in the advanced information society in the future, and power that uses electricity with high efficiency in response to demands such as energy saving in environmental problems and all electrification by reducing fossil fuels for the purpose of reducing CO ₂ emissions. The role of electronics will become increasingly important. In the power electronics field, the problem of high heat generation of modules is significant, and it is essential to study a structure with high heat dissipation. Although the module examined this time is for in-vehicle use, the structure of the present invention is effective for a module that requires a smaller size and higher heat dissipation.

1・・・セラミック基板
2・・・配線層
3・・・セラミック板
4・・・はんだ
5・・・電子部品
6・・・外部端子
7・・・金属ベース基板
8・・・絶縁樹脂
9・・・金属ベース
10・・・リードフレーム
11・・・モールド樹脂
12・・・層間接続リード
13・・・高熱伝導樹脂
14・・・放熱基板
15・・・放熱ブロック
16・・・銀ペースト
17・・・放熱フィン
18・・・Cuブロック
50・・・発熱部品
100・・・放熱経路。 1 ... Ceramic substrate
2 ... Wiring layer
3 Ceramic plate
4 ... Solder
5 ... Electronic components
6 ... External terminal
7 ... Metal base substrate
8 ... Insulating resin
9 ... Metal base
10 ... Lead frame
11 ... Mold resin
12 ... Interlayer connection lead
13 ... High thermal conductive resin
14 ... Heat dissipation board
15 ... Heat dissipation block
16 ... Silver paste
17 ... Heat radiation fin
18 ... Cu block
50 ... Heat generation parts
100: Heat dissipation path.

Claims

An electronic circuit device in which an electric circuit is formed, a metal wiring board is laminated, the laminated metal wiring board is covered with a resin mold, and an external heat dissipation portion is provided.
Each of the metal wiring boards is mounted with an electronic component including a heat generating component, and in the resin mold, an electrically conductive path and a heat dissipation path are formed between the layers of the metal wiring board,
The space between the lowermost metal wiring board and the external heat dissipation part is not covered with the resin forming the resin mold, and the space between the lowermost metal wiring board and the external heat dissipation part is the resin. An electronic circuit device, wherein the electronic circuit device is adhered to a resin separately formed from a mold.

The electronic circuit device according to claim 1, wherein the conductive path between the metal wiring boards is formed by bending the metal wiring board.

2. The electronic circuit device according to claim 1, wherein the conductive path between the metal wiring boards is formed by a metal block or a metal lead.

The electronic circuit device according to claim 1, wherein the heat dissipation path between the metal wiring boards is formed of a metal block and a resin that bonds the metal block and the metal wiring board.

5. The electronic circuit according to claim 4, wherein the resin that bonds the metal block and the metal wiring board is the same as the resin that bonds the lowermost metal wiring board and the external heat dissipation part. apparatus.

An electronic circuit device in which an electric circuit is formed, a lead frame is laminated, the laminated lead frame is covered with a resin mold, and an external heat dissipation part is provided,
Each of the lead frames is mounted with an electronic component including a heat generating component, and in the resin mold, an electrically conductive path and a heat dissipation path are formed between the layers of the lead frame,
The heat dissipation path includes a metal block, and the metal block and the lead frame are bonded by a resin separately formed from the resin mold,
A space between the lowermost lead frame and the external heat radiating portion is not covered with the resin mold, and a space between the lowermost lead frame and the external heat radiating portion includes the metal block and the lead frame. An electronic circuit device, wherein the electronic circuit device is bonded with the same resin as the bonded resin.

The electronic circuit device according to claim 6, wherein the lead frame is formed of a clad material in which a plurality of metals are bonded together.

The electronic circuit device according to claim 6, wherein a thermal conductivity of a resin bonding the metal block and the lead frame is larger than a thermal conductivity of the mold resin.

A method of manufacturing an electronic circuit device in which an electric circuit is formed, a metal wiring board on which electronic components are mounted is laminated, the laminated metal wiring board is covered with a resin mold, and an external connection terminal and an external heat dissipation part are provided Because
Mounting electronic components including heat generating components on the metal wiring board;
Laminating a lead frame on which electronic components are mounted via a spacer;
Forming an electrical conduction path and a heat dissipation path between the laminated lead frames;
Cutting and removing the outer peripheral portion of the laminated lead frame other than the specific layer having the external terminals;
Covering the entire laminated lead frame with a mold resin;
A method of manufacturing an electronic component device, comprising a step of cutting and removing an outer peripheral portion of a specific layer of the lead frame.

The electronic component device according to claim 9, wherein the step of forming an electrical conduction path and a heat dissipation path between the stacked lead frames includes a step of bonding a metal block and the lead frame with a resin. Manufacturing method.