JP2012054487A - Electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回路基板の一面にヒートシンクを取り付け、これをモールド樹脂で封止してなるとともに、ヒートシンクにおける回路基板とは反対側の面をモールド樹脂より露出させた構成、いわゆるハーフモールド構造の電子装置に関し、例えば自動車のエンジンルーム、トランスミッション等に装着され、エンジン、自動変速機の制御を行う電子装置に好適なものである。 In the present invention, a heat sink is attached to one surface of a circuit board, and this is sealed with a mold resin, and the surface of the heat sink opposite to the circuit board is exposed from the mold resin, so-called half mold structure electronic The apparatus is suitable for an electronic apparatus that is mounted in an engine room, a transmission or the like of an automobile and controls an engine and an automatic transmission.
一般に、この種の電子装置としては、板状のヒートシンクと、一方の板面側にてヒートシンクの一方の板面に搭載された板状の回路基板と、を備え、回路基板を含むヒートシンクの一方の板面側を、モールド樹脂により封止するとともに、ヒートシンクの他方の板面をモールド樹脂より露出させたものが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 In general, this type of electronic device includes a plate-like heat sink and a plate-like circuit board mounted on one plate surface of the heat sink on one plate surface side, and one of the heat sinks including the circuit board. Has been proposed in which the other plate surface of the heat sink is exposed from the mold resin (see, for example, Patent Document 1).
このような電子装置は、ハーフモールド構造の電子装置と呼ばれており、モールド樹脂より露出するヒートシンクの他方の板面に、さらに筺体などの放熱部材の一面を接触させて、回路基板の熱を、ヒートシンクを介して放熱部材に放熱するようにしている。 Such an electronic device is called an electronic device having a half mold structure, and the other plate surface of the heat sink exposed from the mold resin is further brought into contact with one surface of a heat radiating member such as a casing to thereby heat the circuit board. The heat is radiated to the heat radiating member via the heat sink.
ここで、この種の電子装置においては、上記放熱構成を有するため、モールド樹脂より露出するヒートシンクの他方の板面と放熱部材の一面との接触が、その放熱性能に大きな影響を与え、これら両面の接触を適切に確保することが必要となる。 Here, since this type of electronic device has the above heat dissipation structure, the contact between the other plate surface of the heat sink exposed from the mold resin and one surface of the heat dissipation member has a great influence on the heat dissipation performance, and both surfaces It is necessary to ensure proper contact.
しかし、本発明者の検討によれば、筺体などの放熱部材において、ヒートシンクとの接触面である一面の反りが±50μm程度の大きさで発生する。そのような放熱部材の一面の反りが発生すると、ヒートシンクの他方の板面が当該放熱部材の一面に接触しない場合が生じる。 However, according to the study of the present inventor, in a heat radiating member such as a housing, warping of one surface, which is a contact surface with the heat sink, occurs with a size of about ± 50 μm. When such warpage of one surface of the heat radiating member occurs, the other plate surface of the heat sink may not come into contact with one surface of the heat radiating member.
図13は、一般的な電子装置において、この放熱部材70の一面71の反りが発生した状態を示す概略断面図である。図13では、回路基板10がその一方の板面11側にてヒートシンク30の一方の板面31に搭載され、これらがモールド樹脂40により封止されている。それとともに、ヒートシンク30の他方の板面32がモールド樹脂40より露出している。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the one
ここで、放熱部材70においては、ヒートシンク30に対向する一面71が、ヒートシンク30から離れるように凹んだ反り形状とされている。このような反りが生じると、図13に示されるように、モールド樹脂40の端部は放熱部材70の一面71と接触するものの、ヒートシンク30の他方の板面32は放熱部材70の一面71から離れた状態となり、当該両面32、71の接触が確保されず、放熱性の悪化を招くことになる。
Here, in the
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、上記ハーフモールド構造を有する電子装置において、ヒートシンクと放熱部材との接触を適切に確保できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to appropriately ensure contact between a heat sink and a heat radiating member in an electronic device having the half mold structure.
上記目的を達成するため、本発明者は、この種の電子装置におけるモールド樹脂の封止工程にてヒートシンクの反りが発生することに着目した。 In order to achieve the above object, the present inventor has paid attention to the fact that the heat sink warps during the molding resin sealing step in this type of electronic device.
つまり、モールド樹脂封止工程では、ヒートシンクに回路基板を搭載したものを、高温のモールド樹脂で封止し、その後、モールド樹脂の温度を下げて硬化させるが、このときモールド樹脂は硬化収縮をする。すると、このモールド樹脂の硬化収縮時には、モールド樹脂と回路基板との線膨張係数差により、ヒートシンクに反りが生じる。 That is, in the mold resin sealing step, a circuit board mounted on a heat sink is sealed with a high-temperature mold resin, and then cured by lowering the temperature of the mold resin. At this time, the mold resin is cured and contracted. . Then, when the mold resin is cured and contracted, the heat sink is warped due to a difference in linear expansion coefficient between the mold resin and the circuit board.
ここで、上記図13に示したように、特に放熱部材70がヒートシンク30側に凹となるように反った場合、ヒートシンク30と放熱部材70との接触は確保しにくくなる。しかし、そのような場合でも、ヒートシンク30の他方の板面32を、放熱部材70の一面71側に凸となるように反らせた構成とすれば、ヒートシンク30の他方の板面32と放熱部材70の一面71とが接触する。
Here, as shown in FIG. 13, particularly when the
ただし、その場合でも、ヒートシンク30の他方の板面32の反りを、放熱部材70の一面71の反りよりも反り度合の大きなものとする必要がある。つまり、ヒートシンク30の他方の板面32と放熱部材70の一面71とが同一方向に沿った場合において、その反りによる面の曲がり度合が、放熱部材70側の方がヒートシンク30側よりも大きいとき、結果的に上記図13と同様に、ヒートシンク30の他方の板面32と放熱部材70の一面71とが接触しない状態となる。
However, even in that case, the warp of the
そこで、本発明者は、モールド樹脂の硬化収縮によって、(a)ヒートシンクの他方の板面が放熱部材の一面側に凸となるように反ること、且つ、(b)その反りが放熱部材の一面の反りよりも大きくなること、具体的には±50μmよりも大きくなること、これら(a)、(b)の両条件を満足する構成について、試作検討を進めた。 Therefore, the present inventors have warped (a) the other plate surface of the heat sink is convex toward one surface side of the heat radiating member, and (b) the warpage of the heat radiating member due to curing shrinkage of the mold resin. Prototype studies were conducted on a structure that satisfies the above conditions (a) and (b), that it is larger than the warp of one surface, specifically, greater than ± 50 μm.
そして、後述する図3に示されるように、これら両条件を満足する構成を見出した。請求項1に記載の発明は、この検討に基づいて実験的に見出されたものである。
And the structure which satisfy | fills these both conditions was discovered as FIG. 3 mentioned later mentions. The invention described in
すなわち、請求項1に記載の発明は、板状のヒートシンク(30)と、一方の板面(11)側にてヒートシンク(30)の一方の板面(31)に搭載された板状の回路基板(10)と、を備え、回路基板(10)を含むヒートシンク(30)の一方の板面(31)側がモールド樹脂(40)により封止されるとともに、ヒートシンク(30)の他方の板面(32)がモールド樹脂(40)より露出しており、この露出するヒートシンク(30)の他方の板面(32)に放熱部材(70)の一面(71)が接触し、回路基板(10)の熱がヒートシンク(30)を介して放熱部材(70)に放熱されるようになっている電子装置において、
モールド樹脂(40)のうち回路基板(10)の他方の板面(12)側に位置するとともに当該他方の板面(12)が投影される部位における回路基板(10)およびヒートシンク(30)の積層方向に沿った厚さT1を、モールド樹脂厚さT1としたとき、モールド樹脂厚さT1とヒートシンク(30)の板厚T2との比T1/T2が、1.8以上であることを特徴としている。
That is, the invention according to
Of the mold resin (40), the circuit board (10) and the heat sink (30) are located on the other plate surface (12) side of the circuit board (10) and projected on the other plate surface (12). When the thickness T1 along the stacking direction is the mold resin thickness T1, the ratio T1 / T2 between the mold resin thickness T1 and the plate thickness T2 of the heat sink (30) is 1.8 or more. It is said.
このように、モールド樹脂厚さT1とヒートシンク(30)の板厚T2との比T1/T2を、1.8以上とすれば、後述する図3に示されるように、モールド樹脂(40)の硬化収縮によって、ヒートシンク(30)の他方の板面(32)が放熱部材(70)の一面(71)側に凸となるように反り、且つ、その反りが50μmよりも大きくなる。よって、本発明によれば、ヒートシンク(30)と放熱部材(70)との接触を適切に確保することができる。 Thus, if the ratio T1 / T2 between the mold resin thickness T1 and the plate thickness T2 of the heat sink (30) is 1.8 or more, as shown in FIG. 3 to be described later, the mold resin (40) Due to the curing shrinkage, the other plate surface (32) of the heat sink (30) is warped so as to protrude toward the one surface (71) of the heat dissipation member (70), and the warpage is larger than 50 μm. Therefore, according to this invention, a contact with a heat sink (30) and a thermal radiation member (70) can be ensured appropriately.
ここで、たとえば車両に搭載される電子装置などでは、たとえば150℃の温度で使用されるが、本発明者の検討によれば、電子装置におけるヒートシンク(30)、回路基板(10)およびモールド樹脂(40)の各部の反りは、常温から高温になるほど小さくなる。そして、150℃程度の高温では、常温に比べて、当該反りの大きさが30〜40%程度小さくなる。 Here, for example, an electronic device mounted on a vehicle is used at a temperature of 150 ° C., for example. According to the study of the present inventor, the heat sink (30), the circuit board (10) and the mold resin in the electronic device are used. The warpage of each part of (40) decreases as the temperature increases from room temperature. And at the high temperature of about 150 degreeC, the magnitude | size of the said curvature becomes small about 30 to 40% compared with normal temperature.
そこで、この150℃程度の高温で電子装置が使用されること、および、その使用環境によって当該反りが常温に比べて30〜40%小さくなることを考慮すると、上記両条件(a)および(b)を満足するには、請求項2に記載の発明のように、モールド樹脂厚さT1とヒートシンク(30)の板厚T2との比T1/T2が、2.5以上であることが好ましい。 Therefore, considering that the electronic device is used at a high temperature of about 150 ° C. and that the warpage is 30 to 40% smaller than the normal temperature depending on the use environment, both conditions (a) and (b ), The ratio T1 / T2 between the mold resin thickness T1 and the plate thickness T2 of the heat sink (30) is preferably 2.5 or more, as in the second aspect of the invention.
後述する図3の結果は、常温における結果であるが、この請求項2の構成であれば、ヒートシンク(30)の他方の板面(32)が放熱部材(70)の一面(71)側に凸となるように反り、且つ、その反りが50μmよりも大きくなりやすくなる。
The result of FIG. 3 to be described later is a result at room temperature. However, with the configuration of
また、請求項3に記載の発明のように、請求項1または2に記載の電子装置においては、ヒートシンク(30)は、アルミとシリコンカーバイドとの混合物の焼成物であるAlSiCよりなり、回路基板(10)は、アルミナよりなり、モールド樹脂(30)は、エポキシ樹脂よりなることが好ましい。
Further, as in the invention described in
さらに、請求項4に記載の発明のように、請求項3に記載の電子装置においては、ヒートシンク(30)の線膨張係数とモールド樹脂(40)との線膨張係数とが同じであり、ヒートシンク(30)およびモールド樹脂(40)の線膨張係数よりも、回路基板(10)の線膨張係数の方が小さいことがより好ましい。
Furthermore, as in the invention according to
また、本発明者は、上記各手段に示した、ヒートシンクの他方の板面を、放熱部材の一面側に凸とするように反らせるという構成に基づいて、さらに検討を進め、もともとヒートシンクの他方の板面を凸形状とすればよいことに着目し、請求項6に記載の発明を創出するに至った。 Further, the inventor has further studied based on the configuration in which the other plate surface of the heat sink shown in each of the above means is bent so as to protrude toward the one surface side of the heat radiating member. Focusing on the fact that the plate surface has a convex shape, the present invention according to claim 6 has been created.
すなわち、請求項6に記載の発明では、板状のヒートシンク(30)と、一方の板面(11)をヒートシンク(30)の一方の板面(31)に対向させた状態で、ヒートシンク(30)の一方の板面(31)に搭載された板状の回路基板(10)と、を備え、回路基板(10)を含むヒートシンク(30)の一方の板面(31)側がモールド樹脂(40)により封止されるとともに、ヒートシンク(30)の他方の板面(32)がモールド樹脂(40)より露出しており、この露出するヒートシンク(30)の他方の板面(32)に放熱部材(70)の一面(71)が接触し、回路基板(10)の熱がヒートシンク(30)を介して放熱部材(70)に放熱されるようになっている電子装置において、
ヒートシンク(30)の他方の板面(32)は、放熱部材(70)の一面(71)に向かう凸部(33)を有する形状に成形されており、この凸部(33)にてヒートシンク(30)は放熱部材(70)の一面(71)に接触していることを特徴とする。
That is, in the invention described in claim 6, the plate-shaped heat sink (30) and the heat sink (30) with one plate surface (11) facing the one plate surface (31) of the heat sink (30). ) Of the heat sink (30) including the circuit board (10) on the side of the plate surface (31) of the mold resin (40). ) And the other plate surface (32) of the heat sink (30) is exposed from the mold resin (40), and the other plate surface (32) of the exposed heat sink (30) is exposed to the heat radiating member. In an electronic device in which one surface (71) of (70) contacts and heat of the circuit board (10) is radiated to the heat radiating member (70) through the heat sink (30),
The other plate surface (32) of the heat sink (30) is formed into a shape having a convex portion (33) toward the one surface (71) of the heat dissipation member (70), and the heat sink ( 30) is in contact with one surface (71) of the heat dissipating member (70).
それによれば、モールド樹脂(40)より露出するヒートシンク(30)の他方の板面(32)が、放熱部材(70)の一面(71)に向かう凸部(33)を有する形状をなしているから、この凸部(33)にてヒートシンク(30)を放熱部材(70)の一面(71)に容易に接触させることができる。 According to this, the other plate surface (32) of the heat sink (30) exposed from the mold resin (40) has a shape having a convex portion (33) toward one surface (71) of the heat dissipation member (70). Therefore, the heat sink (30) can be easily brought into contact with the one surface (71) of the heat radiating member (70) by the convex portion (33).
また、請求項7に記載の発明では、請求項6に記載の電子装置において、ヒートシンク(30)は、その一方の板面(31)が平坦面であって、その他方の板面(32)が凸部(33)を有する形状に成形されたものであることを特徴とする。 In the electronic device according to claim 7, in the electronic device according to claim 6, the heat sink (30) has one plate surface (31) which is a flat surface and the other plate surface (32). Is formed into a shape having a convex portion (33).
それによれば、ヒートシンク(30)において、回路基板(10)が実装される一方の板面(31)が平坦面であるから、回路基板(10)の支持が極力安定となり、モールド樹脂(30)の封止時における成型圧力によって回路基板(10)が割れたりするのを防止するのに適した構成が実現される。 According to this, in the heat sink (30), since one plate surface (31) on which the circuit board (10) is mounted is a flat surface, the support of the circuit board (10) becomes as stable as possible, and the mold resin (30) A configuration suitable for preventing the circuit board (10) from being broken by the molding pressure at the time of sealing is realized.
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る電子装置を示す図であり、(a)は一部を切り欠きした概略平面図、(b)は概略断面図である。なお、図1(b)においては、ボンディングワイヤ60は省略してある。また、図2は、本電子装置のうち放熱部材70を除く部分であるモールドパッケージを示す概略断面図であり、当該パッケージの各部の寸法を示す図である。
(First embodiment)
1A and 1B are diagrams showing an electronic device according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a schematic plan view with a part cut away, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view. In FIG. 1B, the
本実施形態の電子装置は、大きくは、板状の回路基板10と、回路基板10の第2の板面(図1(b)中の上面)12に搭載された電子部品20と、回路基板10の第1の板面(図1(b)中の下面)11に設けられたヒートシンク30と、これらを被覆して封止するモールド樹脂40とを備えて構成されている。この電子装置は、たとえば車両に搭載され、車両のECUなどに組み込まれる電子装置として適用される。
The electronic device of the present embodiment is broadly divided into a plate-
回路基板10は、第2の板面(回路基板10の他方の板面)12と第1の板面(回路基板10の一方の板面)11とが表裏の関係にある板状をなすもので、一般的なアルミナなどよりなるセラミック基板が挙げられる。
The
ここでは、回路基板10はアルミナよりなり典型的な矩形板状をなすものであり、たとえば図2に示される回路基板10の板厚T3は1.2mmである。なお、この回路基板10は単層基板でも多層基板でもよい。
Here, the
電子部品20としては、回路基板10の第2の板面12上に搭載可能なものであれば特に限定されないが、たとえばICチップ、ミニモールド部品、コンデンサ、ダイオード、抵抗素子、さらにはワイヤなどが挙げられる。
The
これら電子部品20は、一般的なダイボンド材やワイヤボンディングなどにより、回路基板10の部品搭載面としての第2の板面12上に搭載され、回路基板10と電気的・機械的に接続されている。
These
ヒートシンク30は、一般的な銅、鉄、アルミニウムなどの板材よりなるものが採用されるが、ここでは、アルミとシリコンカーバイドとの混合物の焼成物であるAlSiCよりなり、回路基板10よりも一回り大きい矩形板状をなしている。また、図2に示されるヒートシンク30の板厚T2は、たとえば1.5mmである。
The
ヒートシンク30は、その一方の板面である第1の面31を回路基板10の第1の板面11に対向させた状態で、回路基板10の第1の板面11に取り付けられている。たとえば、回路基板10の第1の板面11とヒートシンク30とは、一般的なシリコーン樹脂などよりなる接着剤13を介して重ね合わされ、当該接着剤13により接着され固定されている。ここで、図2に示される接着剤13の厚さT4は、たとえば0.2mmである。
The
モールド樹脂40は、一般的なエポキシ樹脂よりなるものであり、トランスファーモールド法などにより形成される。ここで、モールド樹脂40は、回路基板10の第2の板面12にて電子部品20および当該第2の板面12を封止するとともに、回路基板10の側面およびヒートシンク30の側面も封止している。
The
ここで、図2に示されるように、モールド樹脂40のうち回路基板10の第2の板面12側に位置するとともに当該第2の板面12が投影される部位における回路基板10およびヒートシンク30の積層方向に沿った厚さT1を、モールド樹脂厚さT1とする。つまり、このモールド樹脂厚さT1は、モールド樹脂40の当該部位における回路基板10およびヒートシンク30の板厚方向に沿った厚さT1である。
Here, as shown in FIG. 2, the
ここでは、モールド樹脂40は板状、たとえば矩形板状をなしている。この場合、モールド樹脂40のうち回路基板10の第2の板面12側に位置するとともに当該第2の板面12が投影される部位とは、回路基板10と同一形状同一サイズの矩形板をなす部分である。そして、モールド樹脂厚さT1とは、回路基板10の第2の板面12側に位置するモールド樹脂40の板面から回路基板10の第2の板面12までの距離に相当する。
Here, the
そして、本実施形態では、このモールド樹脂厚さT1とヒートシンク30の板厚T2との比T1/T2が、1.8以上、好ましくは2.5以上とされている。ここでは、モールド樹脂厚さT1は、たとえば3.8mmである。
In this embodiment, the ratio T1 / T2 between the mold resin thickness T1 and the plate thickness T2 of the
そして、ヒートシンク30における第1の板面31とは反対側の他方の板面である第2の板面32は、モールド樹脂40より露出している。これにより、ヒートシンク30の第2の板面32に放熱部材70の一面71が接触している。
The
この放熱部材70は、たとえば車両ECUの筺体であり、アルミニウムや鉄、銅などよりなる。この放熱部材70とその上部のパッケージ部分とは、ネジ止めなどにより固定されている。そして、本実施形態では、回路基板10、ヒートシンク30、放熱部材70の間に放熱経路が形成され、回路基板10の熱がヒートシンク30を介して放熱部材70に放熱されるようになっている。
The
このように、本実施形態の電子装置は、板状の回路基板10の第1の板面11をヒートシンク30の第1の板面31に対向させた状態で、これら両面11、31を、接着剤13を介して接着し、回路基板10を含むヒートシンク30の第1の板面31側をモールド樹脂40により封止するとともに、ヒートシンク30の第2の板面32をモールド樹脂40より露出させた、いわゆるハーフモールド構成を有している。
As described above, the electronic device according to the present embodiment bonds these both
また、図1(a)に示されるように、本実施形態では、回路基板10の外側にリード50が配置されている。このリード50は、銅などの導電性金属よりなるもので、ここでは、短冊板状をなしている。そして、リード50における回路基板10側の部位はモールド樹脂40に封止されてインナーリード部とされ、それとは反対側の部位はモールド樹脂40より突出したアウターリード部とされている。
In addition, as shown in FIG. 1A, in this embodiment, the
そして、モールド樹脂40の内部にて、リード50のインナーリード部と回路基板10とは、上記ボンディングワイヤ60により結線され、電気的に接続されている。このボンディングワイヤ60は、金やアルミニウムなどの一般的なワイヤボンディングによって形成されるものである。
In the
このような電子装置においては、リード50のアウターリード部にて外部との電気的接続が行われ、回路基板10は、ボンディングワイヤ60およびリード50を介して外部との電気信号のやり取りを行うようになっている。そして、駆動時などに電子部品20および回路基板10にて発生する熱は、ヒートシンク30の第2の板面32を介して放熱部材70に放熱されるようになっている。
In such an electronic device, the outer lead portion of the
このような本実施形態の電子装置は、回路基板10の第2の板面12に電子部品20を搭載し、それとは反対側の第1の板面11にヒートシンク30の第1の板面31を接着剤13によって取り付け、これらをモールド樹脂40で封止して、ヒートシンク30の第2の板面32をモールド樹脂40より露出させることで製造される。
In the electronic device of this embodiment, the
このような製造工程を経て製造された本実施形態の電子装置は、モールド樹脂40の硬化収縮時には、モールド樹脂40と回路基板10との線膨張係数差により、ヒートシンク30に反りが生じる。
In the electronic device of this embodiment manufactured through such a manufacturing process, the
ここで、本実施形態では、モールド樹脂厚さT1とヒートシンク30の板厚T2との比T1/T2を、1.8以上(好ましくは2.5以上)としていることで、ヒートシンク30の第2の板面32が、放熱部材70の一面71側に凸となるように反った構成とされている。
Here, in this embodiment, the ratio T1 / T2 between the mold resin thickness T1 and the plate thickness T2 of the
しかも、このヒートシンク30の第2の板面32反りは、放熱部材70の一面71の反りよりも反り度合の大きなものとなる。具体的には、ヒートシンク30の第2の板面32の反りは、50μm以上となる。
Moreover, the warp of the
そのため、本実施形態では、図1(b)に示されるように、ヒートシンク30の第2の板面32と放熱部材70の一面71とは、確実に接触するのである。具体的には、当該反りの凸の頂部およびその付近を中心に、ヒートシンク30の中央部にて当該接触が行われる。なお、この反りの大きさとは、平坦面の状態から反った状態となったとき、その反り状態における板厚方向の最低点と最高点との距離である。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 1B, the
このモールド樹脂厚さT1とヒートシンク30の板厚T2との比T1/T2を、1.8以上(好ましくは2.5以上)とした構成は、本発明者が行った実験検討の結果得られたものである。
The configuration in which the ratio T1 / T2 between the mold resin thickness T1 and the plate thickness T2 of the
図3は、モールド樹脂厚さT1とヒートシンク30の板厚T2との比T1/T2と、モールド樹脂40の硬化収縮後におけるヒートシンク30の第2の板面32の反り量(単位:mm)との関係を調査した結果を示すグラフである。
FIG. 3 shows the ratio T1 / T2 between the mold resin thickness T1 and the plate thickness T2 of the
この図3においては、ヒートシンク30は、アルミとシリコンカーバイドとの混合物の焼成物であるAlSiCよりなるものとし、回路基板10は、アルミナよりなるものとし、モールド樹脂40は、エポキシ樹脂よりなるものとした。また、これらの線膨張係数は、ヒートシンク30およびモールド樹脂40が同一で共に9ppm、回路基板10がそれらよりも小さく7ppmとした。
In FIG. 3, the
また、この図3においては、上記図2に示される回路基板10の厚さT3を1.2mm、接着剤13の厚さT4を0.2mm、また、パッケージ全体の厚さT1+T2+T3+T4を6.7mmと一定にしたうえで、ヒートシンク30の厚さT2を変えることで、モールド樹脂厚さT1とヒートシンク30の厚さT2との比T1/T2を変えた。そして、異なる比T1/T2の電子装置について、上記反り量を調査した。
In FIG. 3, the thickness T3 of the
また、モールド樹脂40は、約170℃で封止を行い、その後、常温まで冷却することで成型した。つまり、この図3に示される反り量は、モールド樹脂40を約170℃から常温まで降温して硬化収縮させたときの値であり、常温での値である。
The
図3に示されるように、上記比T1/T2が1.8以上のとき、ヒートシンク30の第2の板面32の反りは、50μm以上となり、放熱部材70の一面71に通常発生する反りよりも反り度合の大きなものとなる。
As shown in FIG. 3, when the ratio T1 / T2 is 1.8 or more, the warp of the
ここで、電子装置におけるヒートシンク30、回路基板10およびモールド樹脂40の各部の反りは、常温から高温になるほど小さくなる。上述したように、たとえば車両に搭載される電子装置では、最大150℃程度の高温で使用されるが、本発明者の検討によれば、150℃程度の高温では、常温に比べて、当該反りの大きさが30〜40%程度小さくなる。
Here, the warp of each part of the
そこで、好ましくは、この150℃程度の高温で電子装置が使用されること、および、その高温での使用によって当該反りが常温に比べて30〜40%小さくなることを考慮することが望ましい。 Therefore, preferably, it is desirable to consider that the electronic device is used at a high temperature of about 150 ° C. and that the warpage is 30 to 40% smaller than the normal temperature due to the use at the high temperature.
図3のものは、常温の反り量であるため、ヒートシンク30の第2の板面32の反りを50μmよりも大きくするには、反り量が100μm前後となる上記比T1/T2の範囲、すなわち上記比T1/T2:2.5以上の範囲が望ましい。なお、図3に示される上記比T1/T2の上限は4.5であるが、この値は、この種の電子装置における実用レベルの上限に近いものである。
3 is a warpage amount at room temperature, and in order to make the warpage of the
このような検討結果に基づいて、本実施形態では、上記比T1/T2を1.8以上としており、それによって、ヒートシンク30と放熱部材70との接触を適切に確保するようにしている。また、上記比T1/T2を2.5以上とすることで、150℃程度の高温まで使用しても、ヒートシンク30と放熱部材70との接触を適切に確保するのに適した電子装置を提供できる。
Based on such examination results, in the present embodiment, the ratio T1 / T2 is set to 1.8 or more, and thereby, the contact between the
たとえば、パッケージ全体の厚さT1+T2+T3+T4を6.7mmとして、上記比T1/T2を2.5とした場合、回路基板10の厚さT3は1.2mm、接着剤13の厚さT4は0.2mmであり、ヒートシンク30の厚さT2は1.5mm、モールド樹脂厚さT1は3.8mmである。
For example, when the thickness T1 + T2 + T3 + T4 of the entire package is 6.7 mm and the ratio T1 / T2 is 2.5, the thickness T3 of the
このように、従来では、好ましくないものとされてきたヒートシンク30の反りを、本実施形態では、積極的に所定方向に所定の大きさで発生させることにより、ヒートシンク30と放熱部材70との接触を確保するものであり、本実施形態は、従来の技術的思想とは全く異なる思想に基づくものである。
As described above, in the present embodiment, the warp of the
また、本実施形態では、ヒートシンク30としてAl粒子とSiC粒子の焼結体であるAlSiCよりなるものを用いているが、このAlSiCを使用することでヒートシンク30は低弾性率になり、反り量の増加、モールド樹脂40との応力低減が期待される。
In this embodiment, the
また、図4は、本実施形態の電子装置の他の例としての種々のバリエーションを示す図であり、(a)は電子装置の概略断面図、(b)、(c)はそれぞれヒートシンク30の概略平面図である。
FIG. 4 is a diagram showing various variations as other examples of the electronic device of the present embodiment. (A) is a schematic cross-sectional view of the electronic device, and (b) and (c) are diagrams of the
上記図1(b)に示されるように、ヒートシンク30が反る場合、ヒートシンク30とモールド樹脂40との密着部のうちヒートシンク30の側面部分にて、ヒートシンク30がモールド樹脂40によって引っ張られることにより、当該反りが大きくなる。そのため、ヒートシンク30の側面とモールド樹脂40との界面応力は、ヒートシンク30が反るほど大きくなる。
As shown in FIG. 1B, when the
図4に示される例は、このことを考慮したものであり、図4の各例では、モールド樹脂40と密着するヒートシンク30の側面を、モールド樹脂40との密着力を向上させる形状としている。
The example shown in FIG. 4 takes this into consideration, and in each example of FIG. 4, the side surface of the
たとえば、図4(a)では、ヒートシンク30の側面を、モールド樹脂40に食い込むような尖った形状としており、図4(b)、(c)ではヒートシンク30の側面に凹凸を設けてモールド樹脂40へ食い込ませるようにしている。これらによれば、いわゆるアンカー効果による密着力の向上が図れる。
For example, in FIG. 4A, the side surface of the
(第2実施形態)
図5は、本発明の第2実施形態に係るヒートシンク30の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第1実施形態に比べて、ヒートシンク30の構成が相違するものであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of the
図5に示されるように、本実施形態では、ヒートシンク30を、線膨張係数の異なる板を貼り合わせてなるものとしている。具体的には、ヒートシンク30の第1の板面31側に位置する第1の板30aと、第2の板面32側に位置し第1の板31よりも線膨張係数が小さい第2の板30bとを貼り合わせてなる。
As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the
たとえば、第1の板30a、第2の板30bともにAlSiCよりなるものとし、第2の板30bは第1の板30aよりもSiCの含有量を少ないものとすることで、第2の板30bは第1の板30aよりも線膨張係数が小さいものとなる。
For example, both the
それによれば、温度降下時には、第1の板30aの方が第2の板30bよりも収縮度合が大きくなるので、ヒートシンク30は、第2の板30b側すなわち第2の板面32が凸となるように反る。
According to this, when the temperature drops, the
そのため、本実施形態のヒートシンク30を上記第1実施形態のヒートシンク30として適用すれば、ヒートシンク30を反らせるためにヒートシンク30がモールド樹脂40に引っ張られる応力を小さくすることができるという利点がある。
Therefore, if the
ここで、図6は、本実施形態のヒートシンク30の製造方法を示す工程図である。まず、AlとSiCの配合比の異なる2種類の粉末を用意する。そして、図6(a)、(b)に示されるように、第2の板30bとなる粉末を金型K1に注入し、これをプレスして板状に成形する。
Here, FIG. 6 is a process diagram showing a method for manufacturing the
次に、金型K1内の成形された第2の板30bの上に、第1の板30aとなる粉末を注入し、図6(c)に示されるように、これをプレスして板状に成形する。これにより、2枚の板30a、30bよりなるヒートシンク30の成形体が出来上がり、次に、この成形体を焼結することにより、本実施形態のヒートシンク30ができあがる。
Next, the powder to be the
なお、上記図6では、第2の板30bを成形し、その後、第1の板30aを成形したが、それとは反対に、第1の板30aを先に成形してもよい。
In FIG. 6, the
(第3実施形態)
図7は、本発明の第3実施形態に係るヒートシンク30の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第1実施形態に比べて、ヒートシンク30の構成が相違するものであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a
上記第1実施形態では、上記比T1/T2の構成を採用することで、モールド樹脂40の硬化収縮後のヒートシンク30の反りを発生させるものであったが、本実施形態は、もともとヒートシンク30の第2の板面32を凸形状に成型しておくことで、ヒートシンク30と放熱部材70との接触を確保するものである。
In the first embodiment, the configuration of the ratio T1 / T2 is adopted to generate the warp of the
つまり、図7に示されるように、本実施形態のヒートシンク30は、パッケージに組み込む前の単品の状態で、その第2の板面32が凸形状とされているものである。ここでは、ヒートシンク30は、第1の板面31の中央部が凹、第2の板面32の中央部が凸部33となるように反ったものとされている。この凸部33は上記放熱部材70の一面71に向かって突出するものである。
That is, as shown in FIG. 7, the
そして、本実施形態は、このヒートシンク30を上記図1に示されるように、パッケージに組み込み、放熱部材70の一面71に接触させることにより電子装置を構成するものである。このとき、ヒートシンク30の凸部33が放熱部材70の一面71に接触するものである。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the
つまり、本電子装置は、一般的な構成のヒートシンク30を反らせたものを、パッケージに組み込んでなるものであり、上記第1実施形態のような比T1/T2の構成を採用しなくてもよいものである。
That is, the electronic device is obtained by incorporating a
具体的に、図7に示されるように、反り状態のヒートシンク30と、このヒートシンク30を反らせずに平板としたものについて、具体的な効果の一例を示す。たとえば、パッケージ組み込み前の単品のヒートシンク30として、反りが0μmである比較例のものと、反りが60μmである本実施形態のものを用意し、それぞれについて、上記図1と同様の構成を有する電子装置を作製した。
Specifically, as shown in FIG. 7, an example of a specific effect is shown for a
そして、これら各電子装置について、モールド樹脂40の硬化収縮後の反りを測定したところ、反りが0μmである比較例では、硬化収縮後の反りは90μmであり、反りが60μmである本実施形態では、硬化収縮後の反りは120μmであった。つまり、本実施形態のものは、上記した放熱部材70の一面71の反りよりも大きく、ヒートシンク30と放熱部材70との接触を適切に確保できるものとなる。
And about each of these electronic devices, when the curvature after hardening shrinkage | contraction of the
このような本実施形態の反り状態のヒートシンク30は、たとえば次のようにして作製される。図8は、本実施形態のヒートシンク30の第1の作製方法を示す工程図である。図8に示されるように、ヒートシンク30の第2の面32を研磨石K2で研磨してやれば、その研磨応力によって、研磨されたヒートシンク30の第2の板面32が凸状に反りかえる。
For example, the
また、図9は、本実施形態のヒートシンク30の第2の作製方法を示す工程図である。この図9の場合、図9(a)に示されるように、上型K3のプレス面が凸状の球面、下型K3のプレス面が凹状の球面とされたプレス型K3を用い、上下型K3、K3間に平板状のヒートシンク30を挟み込む。
FIG. 9 is a process diagram showing a second method for manufacturing the
そして、図9(b)に示されるように、上下型K3、K3を重ね合わせることで、平板状のヒートシンク30をプレスして変形させる。これにより、図9(c)に示されるように、反り状態となった本実施形態のヒートシンク30ができあがる。
Then, as shown in FIG. 9B, the flat
このように、本実施形態によれば、モールド樹脂40より露出するヒートシンク30の第2の板面32が、放熱部材70の一面71に向かう凸部33を有する形状をなしているから、この凸部33にてヒートシンク30を放熱部材70の一面71に容易に接触させることができる。
Thus, according to the present embodiment, the
ここで、図10は、本実施形態の電子装置の製造方法におけるモールド樹脂40による封止工程(モールド工程)の好ましい形態を示す概略断面図である。モールド樹脂40による封止は、一般的なものと同様、上型K41と下型K42とを合致させ、その間にキャビティを形成する成型金型K41、K42を用いる。
Here, FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a preferred form of the sealing step (molding step) with the
ここで、図10に示されるように、下型K42におけるキャビティの内面には、ヒートシンク30の第2の板面32の凸部33に対応した凹形状をなす凹部K43が、形成されている。そのため、樹脂封止時には、ヒートシンク30の第2の板面32は、この凹部K43にて隙間なく密着した状態となり、当該第2の板面32における樹脂バリを防止することができる。
Here, as shown in FIG. 10, a concave portion K43 having a concave shape corresponding to the
(第4実施形態)
図11は、本発明の第4実施形態に係るヒートシンク30の概略断面構成を示す図である。本実施形態は、上記第3実施形態において、ヒートシンク30の第1の板面31の構成が相違するものであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a
図11に示されるように、本実施形態では、ヒートシンク30は、放熱部材70の一面71との接触側である第2の板面32は、上記第3実施形態と同様、凸部33を有する構成であるが、回路基板10の搭載面である第1の板面31は、凹面ではなく平坦面とされたものとしている。
As shown in FIG. 11, in this embodiment, the
このようなヒートシンク30は、成型・焼結や切削、プレスなどにより容易に形成できる。そして、本実施形態によれば、ヒートシンク30において、回路基板10が実装される第1の板面31が平坦面であるから、接着剤13を介して対向する回路基板10の第1の板面11とヒートシンク30の第1の板面31との距離が全体で均一となる。
Such a
たとえば、上記第3実施形態のように、ヒートシンク30の第1の板面31が凹面であると、当該両第1の板面11、31の距離が、回路基板10の中央部にて大きく周辺部にて小さくなるため、モールド樹脂40の封止時に成型圧力が回路基板10に加わったとき、回路基板10がたわんで、割れに至る可能性がある。
For example, if the
それに対して、本実施形態では、ヒートシンク30の第1の板面31における回路基板10の支持が安定となるから、モールド樹脂30の封止時における成型圧力によって回路基板10が割れたりするのを極力防止できる。
On the other hand, in this embodiment, since the support of the
(第5実施形態)
図12は、本発明の第5実施形態に係るヒートシンク30の概略構成を示す図であり、(a)は概略平面図、(b)は(a)中の矢印A方向から視た側面図である。本実施形態は、上記第3実施形態において、ヒートシンク30の第1の板面31の構成が相違するものであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。
(Fifth embodiment)
12A and 12B are diagrams showing a schematic configuration of a
図12に示されるように、ヒートシンク30の第2の板面32に設けられる凸部33は、部分的に設けられた複数個のものであってもよい。図12では、3個の凸部33が設けられている。
As shown in FIG. 12, the
このような複数個の凸部33は、たとえば成型やプレス、切削などにより容易に形成できる。そして、この場合、複数個の凸部33にて、ヒートシンク30と放熱部材70の一面71との接触が実現されるから、放熱性のさらなる向上が期待できる。
Such a plurality of
(他の実施形態)
なお、上記第1実施形態に示した上記比T1/T2の構成において、上記第2実施形態に示した凸形状のヒートシンク30を採用してもよいことはもちろんである。それによれば、上記比T1/T2による反りの効果と、ヒートシンク30の凸部33による効果との両方の効果が発揮され、より確実にヒートシンク30と放熱部材70との接触を確保できることは明らかである。
(Other embodiments)
Of course, in the configuration of the ratio T1 / T2 shown in the first embodiment, the
また、上記各実施形態において、上記各実施形態に示した構成を適切に実現し、その効果を発揮するものであるならば、回路基板10、ヒートシンク30、モールド樹脂40の材質については、適宜設計変更してもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the material of the
また、上記各実施形態において、モールド樹脂厚さT1を、さほど大きくできない制約がある場合には、モールド樹脂40の線膨張係数をヒートシンク30より大きくしてもよい。それによれば、パッケージの反り量が大きくなり、結果的にヒートシンク30の反りも大きくなる。
Further, in each of the above embodiments, when there is a restriction that the mold resin thickness T1 cannot be increased so much, the linear expansion coefficient of the
10 回路基板
11 回路基板の一方の板面としての第1の板面
12 回路基板の他方の板面としての第2の板面
30 ヒートシンク
31 ヒートシンクの一方の板面としての第1の板面
32 ヒートシンクの他方の板面としての第2の板面
33 凸部
40 モールド樹脂
70 放熱部材
71 放熱部材の一面
DESCRIPTION OF
Claims (7)
一方の板面(11)を前記ヒートシンク(30)の一方の板面(31)に対向させた状態で、前記ヒートシンク(30)の一方の板面(31)に搭載された板状の回路基板(10)と、を備え、
前記回路基板(10)を含む前記ヒートシンク(30)の一方の板面(31)側がモールド樹脂(40)により封止されるとともに、前記ヒートシンク(30)の他方の板面(32)がモールド樹脂(40)より露出しており、
この露出する前記ヒートシンク(30)の他方の板面(32)に放熱部材(70)の一面(71)が接触し、前記回路基板(10)の熱が前記ヒートシンク(30)を介して前記放熱部材(70)に放熱されるようになっている電子装置において、
前記モールド樹脂(40)のうち前記回路基板(10)の他方の板面(12)側に位置するとともに当該他方の板面(12)が投影される部位における前記回路基板(10)および前記ヒートシンク(30)の積層方向に沿った厚さT1を、モールド樹脂厚さT1としたとき、
前記モールド樹脂厚さT1と前記ヒートシンク(30)の板厚T2との比T1/T2が、1.8以上であることを特徴とする電子装置。 A plate-shaped heat sink (30);
A plate-like circuit board mounted on one plate surface (31) of the heat sink (30) with one plate surface (11) facing one plate surface (31) of the heat sink (30). (10)
One plate surface (31) side of the heat sink (30) including the circuit board (10) is sealed with a mold resin (40), and the other plate surface (32) of the heat sink (30) is a mold resin. (40) more exposed,
One surface (71) of the heat radiating member (70) contacts the other plate surface (32) of the exposed heat sink (30), and the heat of the circuit board (10) is radiated through the heat sink (30). In an electronic device adapted to dissipate heat to the member (70),
The circuit board (10) and the heat sink at a portion of the mold resin (40) located on the other plate surface (12) side of the circuit substrate (10) and projected on the other plate surface (12). When the thickness T1 along the stacking direction of (30) is the mold resin thickness T1,
A ratio T1 / T2 between the mold resin thickness T1 and the plate thickness T2 of the heat sink (30) is 1.8 or more.
前記回路基板(10)は、アルミナよりなり、
前記モールド樹脂(30)は、エポキシ樹脂よりなることを特徴とする請求項1または2に記載の電子装置。 The heat sink (30) is made of AlSiC which is a fired product of a mixture of aluminum and silicon carbide.
The circuit board (10) is made of alumina,
The electronic device according to claim 1, wherein the mold resin is made of an epoxy resin.
前記ヒートシンク(30)および前記モールド樹脂(40)の線膨張係数よりも、前記回路基板(10)の線膨張係数の方が小さいことを特徴とする請求項3に記載の電子装置。 The linear expansion coefficient of the heat sink (30) and the linear expansion coefficient of the mold resin (40) are the same,
The electronic device according to claim 3, wherein the linear expansion coefficient of the circuit board (10) is smaller than the linear expansion coefficient of the heat sink (30) and the mold resin (40).
この凸部(33)にて前記ヒートシンク(30)は前記放熱部材(70)の一面(71)に接触していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の電子装置。 The other plate surface (32) of the heat sink (30) is molded into a shape having a convex portion (33) toward one surface (71) of the heat dissipation member (70),
The electronic device according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat sink (30) is in contact with one surface (71) of the heat radiating member (70) at the convex portion (33). .
一方の板面(11)を前記ヒートシンク(30)の一方の板面(31)に対向させた状態で、前記ヒートシンク(30)の一方の板面(31)に搭載された板状の回路基板(10)と、を備え、
前記回路基板(10)を含む前記ヒートシンク(30)の一方の板面(31)側がモールド樹脂(40)により封止されるとともに、前記ヒートシンク(30)の他方の板面(32)がモールド樹脂(40)より露出しており、
この露出する前記ヒートシンク(30)の他方の板面(32)に放熱部材(70)の一面(71)が接触し、前記回路基板(10)の熱が前記ヒートシンク(30)を介して前記放熱部材(70)に放熱されるようになっている電子装置において、
前記ヒートシンク(30)の他方の板面(32)は、前記放熱部材(70)の一面(71)に向かう凸部(33)を有する形状に成形されており、
この凸部(33)にて前記ヒートシンク(30)は前記放熱部材(70)の一面(71)に接触していることを特徴とする電子装置。 A plate-shaped heat sink (30);
A plate-like circuit board mounted on one plate surface (31) of the heat sink (30) with one plate surface (11) facing one plate surface (31) of the heat sink (30). (10)
One plate surface (31) side of the heat sink (30) including the circuit board (10) is sealed with a mold resin (40), and the other plate surface (32) of the heat sink (30) is a mold resin. (40) more exposed,
One surface (71) of the heat radiating member (70) contacts the other plate surface (32) of the exposed heat sink (30), and the heat of the circuit board (10) is radiated through the heat sink (30). In an electronic device adapted to dissipate heat to the member (70),
The other plate surface (32) of the heat sink (30) is molded into a shape having a convex portion (33) toward one surface (71) of the heat dissipation member (70),
The electronic device, wherein the heat sink (30) is in contact with one surface (71) of the heat radiating member (70) at the convex portion (33).
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