JP2015175687A - 電子装置及び電子装置の製造方法 - Google Patents

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卓也 篠田
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Abstract

【課題】基板に実装される電子部品の内部から温度測定位置までの熱抵抗をより低減することができ、電子部品の内部温度をより正確に反映した値を計測可能な電子装置を提供する。
【解決手段】電子装置１を構成する基板５には、電子部品３が実装されており、基板５において、電子部品３の素子部３ａに覆われる領域には、表側の第１板面５ａと裏側の第２板面５ｂとの間を貫通した構成で孔部７が形成されている。そして、孔部７内において第１板面５ａ側から第２板面５ｂ側へと続く構成で金属材料からなる基板内伝熱部９が配置されており、更に、第２板面５ｂ側には、基板内伝熱部９に接続された構成で金属材料からなる第２板面側伝熱部１１が配置されている。そして、第２板面側伝熱部１１に隣接した位置には、第２板面側伝熱部１１の温度を検出する温度検出部１３が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子装置及び電子装置の製造方法に関するものである。
電子装置に搭載される半導体部品は、一般的に、部品を正常に動作させ得る温度許容範囲が定められており、その許容範囲内で動作させることが必須となる。このため、このような半導体部品を搭載した電子装置を設計する際には、少なくとも通常動作時に半導体部品内の温度が許容範囲を超えないように設計する必要がある。また、電子装置の製造時には、実際に製造される製品が、このような温度許容条件を確実に満たしているかを検査しておくことが望ましいといえる。なお、電子装置の検査技術としては、例えば特許文献１のような例が存在する。
特開２００１−１８５８２９号公報
ところで、半導体部品内で考慮すべき温度としては、ジャンクション温度がある。このジャンクション温度は、デバイスの寿命や故障率に関連する要因であり、半導体部品を適正に動作させる上では、このジャンクション温度が、予め想定された保証範囲を超えないように動作させることが必須となる。このため、本来的には、製品検査工程や製品出荷後などにおいてジャンクション温度を測定し、保証範囲内に収まっているかを確認することが望ましいといえる。しかしながら、図１２の位置Ｐ１で例示されるように、ジャンクション温度は素子内部の温度であるため、実際の製品では、直接的にジャンクション温度を測定することができず、ジャンクション温度そのものを評価に用いることはできない。このため、ジャンクション温度を評価する場合、半導体部品の外部の周囲温度を測定し、その測定温度を評価値として代用せざるを得ない。
半導体部品を実装した後に、ジャンクション温度の算定に必要な周囲温度を求める方法の一例としては、図１２のような方法がある。この方法では、電子装置１００の検査工程として、例えば、半導体部品１０３が実装された基板１０５の基板表面１０５ａ上を温度計測位置Ｐ２としている。この位置Ｐ２で得られる実測値Ｔｂと、位置Ｐ１から位置Ｐ２までの単位発熱量あたりの温度差である熱パラメータと発熱量が把握できれば、位置Ｐ１のジャンクション温度Ｔｊを推測することが可能となる。
このように、位置Ｐ２での実測値Ｔｂは、事前に、発熱量と、位置Ｐ１と位置Ｐ２間の熱パラメータが把握できていれば、例えば、位置Ｐ２の実測値Ｔｂが所定の許容範囲に収まっているか否かを検査することで、ジャンクション温度Ｔｊが保証範囲内に収まっているか否かを判定することが可能となる。しかしながら、ジャンクション位置Ｐ１と温度測定位置Ｐ２の間には様々な変動要因が存在するため、このような方法で判定する場合、変動要因を考慮し、ある程度のマージンをもたせて許容範囲（温度Ｔｂを判断するための許容範囲）を設定しなければならない。このため、許容範囲がより狭められてしまうことになり、その結果、設計上の制約や使用上の制約が大きくなってしまう。
例えば、図１２のような構成のものにおいて、位置Ｐ２での実測値Ｔｂからジャンクション温度を推測する場合、少なくとも、ジャンクション位置Ｐ１と温度測定位置Ｐ２の間の熱パラメータは、半導体部品下面１２１ｂとの間の熱抵抗θ１と、その下面１２１ｂと基板上面１０５ａとの間の熱抵抗θ２と、基板上面１０５ａにおける温度測定位置Ｐ２までの熱抵抗θ３とに依存するため、全て考慮しなければならない。従って、実測値Ｔｂを判断する上での許容範囲を設定する場合、これら熱抵抗θ１、θ２、θ３の変動要因を全て含ませた形で許容範囲を設定しなければならず、許容範囲が非常に厳しくならざるを得ない。特に、基板上面１０５ａでは熱抵抗θ３の影響が非常に大きく、この経路で加味すべき変動範囲も大きいため、この点が、許容範囲の縮小の大きな要因となる。このように、素子部内部から実測位置（実際の温度測定位置）までの熱抵抗が大きいと、実測位置の温度は、素子部内部の温度を高精度に反映したものとはならなくなり、この点が、設計上の制約や使用上の制約などを招くことになる。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、基板に実装される電子部品の内部から温度測定位置までの熱抵抗をより低減することができ、電子部品の内部温度をより正確に反映した値を計測可能な電子装置を提供することを目的とする。また、基板に実装される電子部品の内部から温度測定位置までの熱抵抗をより低減し、電子部品の内部温度をより正確に反映した値を用いて検査を行うことが可能な製造方法を提供することを目的とする。
請求項１の発明は、第１板面（５ａ）と、前記第１板面（５ａ）の裏面側の第２板面（５ｂ）とがそれぞれ配置されてなる基板（５）と、
半導体チップ（２３）を有する素子部（３ａ）と、前記素子部（３ａ）と前記基板（５）とを接続する接続部（２７）とを備え、前記基板（５）の前記第１板面（５ａ）側に実装される電子部品（３）と、
前記基板（５）における前記素子部（３ａ）に覆われる領域に、前記第１板面（５ａ）と前記第２板面（５ｂ）との間を貫通した構成で形成される孔部（７）と、
前記孔部（７）内において前記第１板面側から前記第２板面側へと続く構成で配置された金属材料からなる基板内伝熱部（９）と、
前記基板内伝熱部（９）に接続された金属材料からなり、前記第２板面（５ｂ）側に配置される第２板面側伝熱部（１１）と、
前記第２板面側伝熱部（１１）に隣接した位置に配置された温度検出部（１３）と、
を有することを特徴とする。
請求項１の発明では、基板において素子部に覆われる領域に素子部側の面（第１板面）から裏面（第２板面）へと続く孔部が形成され、その孔部内には、素子部側の面（第１板面）から裏面（第２板面）へと続く金属材料からなる基板内伝熱部が配置されている。そして、裏面側（第２板面側）には、この基板内伝熱部に接続された形で、金属材料からなる第２板面側伝熱部が配置され、この第２板面側伝熱部に隣接した位置の温度を温度検出部によって検出可能とされている。
この構成によれば、基板上面の素子部直下位置から温度測定位置（温度検出部が配置された位置）付近に続くように、熱抵抗の低い金属材料からなる伝熱経路が設けられるため、基板上面の素子部直下位置から温度測定位置までの熱抵抗が抑えられる。ゆえに、温度測定位置（温度検出部が配置された位置）の温度は、素子部内部の温度が高精度に反映されやすくなる。よって、「素子部内部の温度をより高精度に且つ安定的に反映した温度」を温度検出部で実測可能となり、電子装置の製造時や使用時等において有効に利用できるようになる。
図１は、第１実施形態に係る電子装置の一部を概略的に示す概略断面図である。 図２は、第１実施形態に係る電子装置の外観を概略的に示す斜視図である。 図３は、図２の電子装置から一方側のケースを取り外した外観を概略的に示す斜視図である。 図４は、第１実施形態に係る電子装置の基板に実装される電子部品の一例を概略的に説明する説明図である。 図５は、第１実施形態に係る電子装置の電気的構成を例示するブロック図である。 図６（Ａ）は、第１実施形態に係る電子装置の製造時に行われる検査工程の一例を説明する説明図であり、図６（Ｂ）は、温度検出部１３を用いた検出回路を例示する回路図である。 図７は、図６で説明される検査工程の流れを例示するフローチャートである。 図８は、図６で説明される検査工程での、電源投入タイミング、素子作動タイミング、温度検査タイミングなどを例示するタイミングチャートである。 図９は、第２実施形態に係る電子装置の一部の回路構成を簡略的に示す回路図である。 図１０は、第３実施形態に係る電子装置の一部の回路構成を簡略的に示す回路図である。 図１１は、第４実施形態に係る製造方法を概略的に説明する説明図である。 図１２は、素子部内部の温度を把握する方法に関しての比較例を説明する説明図である。
[第１実施形態]
以下、本発明を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、図１は、基板５及び基板５に実装される電子部品３を、図３のＡ−Ａ位置で切断した切断面を概略的に示すものである。また、図１では、素子部の断面構造を簡略的に示している。
（１．電子装置の概要）
まず、電子装置１の概要を説明する。
図１〜図３に示す電子装置１は、例えばエンジンＥＣＵ（Electric Control Unit）などの車両用電子制御装置として構成されており、例えば、図２のような外形をなしている。この図２の構成では、電子装置１は、箱状のケース１８の内部に略四角形状の基板５が収容された構造となっており、この基板５にマイコン、抵抗、トランジスタ、その他のＩＣ等の各種電子部品が実装され、電子回路が構成されている。
具体的には、図３のように、ケース１８の内部に、基板５に対して各種電子部品（電子部品３，１６，１７等）を実装した構成で実装基板１５が収容されており、この基板５の周縁部の所定位置には、コネクタ１９が接続されている。そして、図２、図３のように、このコネクタ１９の少なくとも一部が、ケース１８の周壁部に形成された開口を介して当該電子装置１の外部に露出している。電子装置１の外殻をなすケース１８は、例えば、アルミダイカストなどの公知の金属材料からなる第１ケース体１８ａ及び第２ケース体１８ｂによって構成されている。このケース１８は、図３のように第２ケース体１８ｂ内に実装基板１５が支持されつつ収容され、このように収容された実装基板１５の上方を、図２のように第１ケース体１８ａが覆う構造となっている。
（２．電子装置の電気的構成）
次に、電子装置１全体の電気的構成を概説する。
図５のように、エンジンＥＣＵとして構成される電子装置１には、電源回路８１、波形成形回路８２、Ａ／Ｄ変換回路８３、デジタル入力回路８４、マイコン８５、車載通信インタフェース８６、出力処理回路８７、パワーデバイス８８などが設けられている。
電源回路８１は、図示しないバッテリからの電力供給を受け、マイコン８５が動作するための一定の電源電圧（例えば５Ｖ）を生成する機能を有する。波形成形回路８２は、電子装置１の外部から入力されるエンジン回転信号に対して所定の波形成形処理を行い、マイコン８５に対して波形成形結果を出力する機能を有する。Ａ／Ｄ変換回路８３は、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、マイコン８５に出力するものである。本構成では、電子装置１の外部に、例えば、図示しないノックセンサ、酸素センサ、吸気圧センサ、水温センサ、バッテリセンサなどが設けられ、これらのセンサからのアナログ値が電子装置１に入力されるようになっている。Ａ／Ｄ変換回路８３は、これらのセンサからのアナログ値をデジタル信号に変換し、マイコン８５に入力させるように機能する。また、後述する温度検出部１３で生成されたアナログ信号もＡ／Ｄ変換回路８３に入力されるようになっており、Ａ／Ｄ変換回路８３は、温度検出部１３での検出値をデジタル値に変換してマイコン８５に入力させる機能をも有する。
デジタル入力回路８４は、電子装置１の外部からの各種デジタル信号をマイコン８５に入力させる入力回路である。このデジタル入力回路８４は、例えば、イグニッションスイッチのオン／オフ状態を表すＩＧスイッチ信号や、エンジンを始動させるためのスタータスイッチのオン／オフ状態を表すスタータスイッチ信号などをマイコン８５に入力させる機能を有する。なお、図５の例では、デジタル入力回路８４を１つにまとめて記載しているが、デジタル入力回路８４は、実際には、マイコン８５に入力させる入力信号毎に存在しており、その各入力信号の種類に応じた信号処理を行うようになっている。
車載通信インタフェース８６は、マイコン８５が外部装置と通信を行う際のインタフェースとして機能し、本構成では、マイコン８５及び車載通信インタフェース８６により、車両内に配設された通信線（図示略）を介して他の車載ＥＣＵとＣＡＮ（Controller Area Network）通信を行い得る構成となっている。なお、車両内の通信線には、電子装置１以外のＥＣＵとして、ボディ制御ＥＣＵ、ブレーキ制御ＥＣＵ，エアバッグ制御ＥＣＵなどが接続されており、電子装置１のマイコン８５は、車載通信インタフェース８６を介してこれらのＥＣＵと情報をやり取りする。
また、電子装置１には、外部のアクチュエータを動作させるための出力処理回路８７や、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの半導体部品からなるパワーデバイス８８が設けられている。これら出力処理回路８７及びパワーデバイス８８は、電子装置１の外部に設けられたアクチュエータ（インジェクタ、イグナイタ、ＩＳＣＶ等）を駆動する駆動回路を構成している。なお、図５の例では、出力処理回路８７やパワーデバイス８８を一つにまとめて示しているが、出力処理回路８７やパワーデバイス８８によって構成される駆動回路は、実際には、駆動するアクチュエータ毎に存在し、各アクチュエータを別個に駆動可能となっている。
（３．温度検出構造）
次に、温度検出構造等について説明する。
図１に示すように、電子装置１を構成する実装基板１５（図３）は、基板５の一方側の表面（第１板面５ａ）に、半導体チップ２３を備えた電子部品３が、例えば表面実装によって実装されている。図１の例で実装される電子部品３は、例えば上述のマイコン８５（図５）として構成されており、例えば、図４のような、ＱＦＰ（Quad Flat Package）構造となっている。具体的には、半導体素子に相当する半導体チップ２３(ダイ)がダイボンド材２４ａによってダイパッド２４ｂに固定されており、これらがエポキシ樹脂などの封止樹脂２１によって被覆されることで、封止樹脂２１内に半導体チップ２３等が埋め込まれている。また、封止樹脂２１によって構成されるモールド部は、平面視した形状が略四角形状となるように構成されており、封止樹脂２１の側部には、封止樹脂２１の内外に跨る構成で多数のリードフレーム２７が配置されている（図４も参照）。また、封止樹脂２１の内部には、半導体チップ２３とリードフレーム２７のインナーリード（封止樹脂２１内の部分）とを連結し、互いに電気的に接続する構成で、複数のボンディングワイヤ２５が設けられている。本構成では、電子部品３からリードフレーム２７を除いた部分が素子部３ａの一例に相当する。即ち、封止樹脂２１の外面よりも内側の領域が素子部３ａの領域となっている。また、リードフレーム２７は、素子部３ａと基板５とを接続する接続部の一例に相当する。
図１等に示す基板５は、図２、図５等で例示される電子装置１をＥＣＵとして機能させるための回路基板であり、一般的な積層基板の形成方法によって製造された多層基板として構成されている。この基板５は、厚さ方向（板厚方向）一方側の第１板面５ａと、第１板面５ａの裏面側（厚さ方向他方側）の第２板面５ｂとを有しており、第１板面５ａ上に電子部品３が実装されている。実装された電子部品３は、素子部３ａの下面（即ち、封止樹脂２１の下面２１ａ）と第１板面５ａとが離れており、下面２１ａと第１板面５ａの間には、空気層からなる空間が構成されている。
また、基板５は、導体層と絶縁層とが交互に積層された多層構造となっている。本構成では、基板５を構成する複数の導体層として、例えば銅層として構成される６層の金属層５ｆが採用されており、これら金属層５ｆの厚さは、それぞれが例えば３５μｍに設定されている。また、これらの金属層５ｆの熱伝導率は、例えば室温付近で３９８Ｗ／ｍＫとなっている。なお、図１の例では、６層に構成される各金属層５ｆの積層構造を概略的に示しており、各金属層５ｆのパターンは様々に構成することができる。また、本構成では、多層基板を構成する複数の絶縁層として５層の樹脂層５ｃが採用されている。これら５層の樹脂層５ｃは、例えば、ガラス織布とエポキシ樹脂からなるＦＲ−４が採用されており、各樹脂層５ｃの熱伝導率は、例えば常温で０．３８Ｗ／ｍＫであり、各樹脂層５ｃの厚さは２００μｍとなっている。そして、基板５の全体の厚さは、１．２ｍｍ程度となっている。
そして、このように多層基板として構成される基板５において、素子部３ａに覆われる領域には、第１板面５ａと第２板面５ｂとの間を貫通した構成で続くサーマルビアが構成されている。具体的には、第１板面５ａと第２板面５ｂとの間を貫通した構成で孔部７が形成されており、この孔部７の内において第１板面５ａ側から第２板面側へと続く構成で金属材料からなる基板内伝熱部９が形成されている。この基板内伝熱部９は、例えば銅メッキなどの銅材料によって構成され、孔部７の内周壁に沿って円筒状に形成されている。また、基板５の第２板面５ｂ側の表層部には、金属材料によって構成され第２板面側伝熱部１１がランドとして設けられている。この第２板面側伝熱部１１は、例えば銅によって構成され、基板内伝熱部９に連結した形態でこの基板内伝熱部９と一体的に構成されている。この構成では、基板内伝熱部９及び第２板面側伝熱部１１の熱伝導率が、基板５の過半領域を占める樹脂層５ｃの熱伝導率よりも大幅に大きくなっており、基板内伝熱部９及び第２板面側伝熱部１１の熱抵抗は、樹脂層５ｃと金属層５ｆとが積層した積層領域の熱抵抗よりも大幅に小さくなっている。
なお、図１の概略図では、各金属層５ｆが基板内伝熱部９や第２板面側伝熱部１１に連結した構造となっているが、図１はあくまで概略図であり、全ての金属層５ｆが基板内伝熱部９や第２板面側伝熱部１１から離間して配置し、これらと絶縁状態であってもよく、いずれかの金属層５ｆが基板内伝熱部９や第２板面側伝熱部１１に接続されていてもよい。また、第２板面側伝熱部１１は、下方側（電子部品３とは反対側）から見た外形が例えば四角形状、或いは円形状に構成されており、厚さは、例えば、金属層５ｆと同程度、或いは金属層５ｆよりも厚く構成されている。
そして、基板５の第２板面５ｂ上において、第２板面側伝熱部１１に隣接した位置には温度検出部１３が配置されている。この温度検出部１３は、例えばサーミスタやダイオードなどの公知の温度検出素子によって構成されており、自身の配置位置（即ち、第２板面側伝熱部１１に隣接した位置）の温度を検出するように機能する。本構成では、基板５に実装される電子部品３の素子部３ａの直下領域（図１において、符号ＡＲ１で図示される領域であり、基板５を電子部品３側から平面視した場合に素子部３ａに隠れる領域）に温度検出部１３が設けられる。具体的には、半導体チップ２３の直下領域（図１において、符号ＡＲ２で図示される領域であり、基板５を電子部品３側から平面視した場合に半導体チップ２３に隠れる領域）において、第２板面側伝熱部１１に接触した構成、又は第２板面側伝熱部１１から少し離れた構成で温度検出部１３が配置されている。
（４．温度検出部の具体例）
温度検出部１３としてサーミスタを用いる場合、温度検出回路は、例えば図６（Ｂ）のように、サーミスタを用いた公知の温度検出回路とすればよい。この構成では、所定電圧の電源Ｖ１とグランドとの間に、抵抗Ｒ１と温度検出部１３（サーミスタ）とが直列に接続され、電源Ｖ１による電源電圧の印加により、抵抗Ｒ１と温度検出部１３（サーミスタ）とに電流が流れ、温度検出部１３での温度に応じて位置Ａ１での分圧電圧が変動するようになっている。そして、この位置Ａ１での分圧電圧が温度検出部１３での検出値としてＡ／Ｄ変換回路８３に入力されるようになっている。なお、ここでは図示はしていないが、抵抗Ｒ１及び温度検出部１３に直列にスイッチを設け、このスイッチのオンオフの切り替えにより、温度検出部１３に対する電流供給をオンオフできるようにしておくことが望ましい。この構成では、電子装置１の動作時に、図６（Ｂ）のような温度検出回路によって生成される検出値（位置Ａ１での電圧値）を、Ａ／Ｄ変換回路８３によってデジタル信号に変換し、マイコン８５（図１の電子部品３）に入力することができる。このため、マイコン８５は、電子装置１が動作している時に温度検出部１３で検出された温度を把握することができる。また、図６（Ｂ）のようにサーミスタの一端がグランドに接続される構成の場合、基板内伝熱部９や第２板面側伝熱部１１をグランドとして構成し、サーミスタとして構成される温度検出部１３をこの第２板面側伝熱部１１に接触させ且つ導通させて配置してもよい。このように接触させて配置すれば、第２板面側伝熱部１１の温度をより正確に検出し易くなる。
また、温度検出部１３としてサーミスタを用いる場合、検出素子となる抵抗体が絶縁部材（樹脂等）でコーティングされた構成のものであれば、外周部をなす絶縁部材を第２板面側伝熱部１１に接触させて配置しつつ、検出素子となる抵抗体と第２板面側伝熱部１１とを絶縁させて配置してもよい。このように配置すれば、温度検出部１３と第２板面側伝熱部１１との絶縁性を確保しつつ、温度検出部１３によって第２板面側伝熱部１１の温度をより正確に検出し易くなる。
また、温度検出部１３としてどのようなサーミスタを用いる場合でも、温度検出部１３を第２板面側伝熱部１１から少し離して配置してもよく、この場合、温度検出部１３と第２板面側伝熱部１１との絶縁性が確保される程度に隣接（近接）させて配置すればよい。なお、温度検出部１３を第２板面側伝熱部１１からある程度離して配置する場合でも、温度検出部１３の少なくとも一部（望ましくは全部）が素子部３ａの直下領域（望ましくは、半導体チップ２３の直下領域）に配置されていることが望ましい。
（５．製造方法）
次に、このような電子装置１の製造方法について説明する。
図１〜図５等で例示した電子装置１を製造する場合、その製造工程は、上述した実装基板１５（図１、図３等参照）を形成する工程と、その実装基板１５を検査する工程と、検査後に最終製品を形成する工程とに分けられる。以下、これらの各工程を説明する。
まず、実装基板１５（図１、図３等参照）を形成する工程では、上述の実装基板１５を、公知の多層基板製造方法、及び公知の実装方法を用いて形成する。この工程は、図２に示す最終製品の前段階（ケースに収容する前まで）の構造体を形成する工程であり、基板５を形成する工程と、各種電子部品を実装する工程と、コネクタ１９等を組み付ける工程とを含む。基板５を形成する工程では、導体層（金属層５ｆ）と絶縁層（樹脂層５ｃ）を交互に積層する積層構造を、公知の方法で形成する。そして、このような積層構造体において、素子部３ａに覆われるべき領域に、第１板面５ａと第２板面５ｂとの間を貫通した構成で孔部７を形成する。そして、この孔部７内において第１板面５ａ側から第２板面５ｂ側へと続く構成で、金属材料からなる基板内伝熱部９を配置する。そして、第２板面５ｂ側において基板内伝熱部９に接続される位置に、金属材料からなる第２板面側伝熱部１１を配置する。なお、これらの孔部７、基板内伝熱部９、第２板面側伝熱部１１は、サーマルビアを形成する周知方法によって形成すればよい。そして、このように基板５を形成した後、電子部品３や温度検出部１３などの様々な電子部品を公知の実装方法で実装し、更に、コネクタ１９を組み付けることで、図１、図３等に示す実装基板１５が得られる。なお、この実装基板１５は、図５に示す電源回路８１、波形成形回路８２、温度検出部１３、Ａ／Ｄ変換回路８３、デジタル入力回路８４、マイコン８５、車載通信インタフェース８６、出力処理回路８７、パワーデバイス８８などを含んでおり、実装基板１５を形成することで、これらの要素が形成されることになる。このように実装基板１５を形成する工程は、第２板面５ｂ側において第２板面側伝熱部１１に隣接した位置に温度検出部１３を形成する工程に相当し、更に、基板５の外部と通信を行う通信部（車載通信インタフェース８６）を形成する工程にも相当する。
そして、このように形成された実装基板１５に対し、図６（Ａ）のように検査工程を行う。この検査工程は、例えば図６のような検査装置９０を用い、図７のような流れで行うことができる。この検査工程では、まず、図６（Ａ）のように、コネクタ１９と検査装置９０とを接続する（Ｓ１）。図６（Ａ）で用いられる実装基板１５は、ケース１８が存在しない以外は実際の製品（電子装置１）と同一であり、実際の製品（電子装置１）と同様、外部からの電力供給を受けて動作し、車載通信インタフェース８６を介したＣＡＮ通信によって外部装置と通信を行うことができるようになっている。
図６（Ａ）の検査工程では、このような実装基板１５のコネクタ１９を検査装置９０に設けられた図示しないコネクタに接続し、例えば、検査装置９０から電源回路８１に対してバッテリ電圧と同等の電圧を与えて電源投入する（Ｓ２）。そして、実装基板１５に対する各種検査を開始する（Ｓ３）。このＳ３では、検査装置９０からの指令に応じてマイコン８５が動作し（即ち、素子部３ａに形成された半導体チップ２３の動作が開始し）、予め定められたプログラムに従い、各検査が順次実行される。Ｓ３の後に実行される各検査は、図５に示す各要素の検査である。検査例としては、例えば、図５と同等の構成をなす実装基板１５の電源回路８１に対してバッテリ電圧と同等の電圧を与えたときに電源回路８１で生成される電源電圧が所定電圧範囲に収まっているか否かの検査などが挙げられる。また、別の検査としては、マイコン８５によって各アクチュエータに対応する出力処理回路８７及びパワーデバイス８８を動作させたときに、正常なオンオフ信号が発生しているか否かの検査などもある。或いは、波形成形回路８２に所定波形を与えたときに正常な成形波形が生成されるか否かの検査や、デジタル入力回路８４に対して所定のデジタル信号を入力させたときに、デジタル入力回路８４が正常に動作しているか否かの検査なども挙げられる。このような各検査は、図８のように、電源回路８１で電源電圧が発生した時間Ｔ１（即ち、電源投入時点）から順次行われ、図８の例では、検査１、検査２、検査３、検査４が順番に行われている。
そして、Ｓ３での検査開始後、このように順次行われる検査と並行して、温度検出部１３での温度（第２板面側伝熱部１１に隣接した位置の温度）を検出し、この温度を評価する温度検査を行う（Ｓ４）。温度検出部１３での温度を確認するタイミングは、例えば、電源投入時点Ｔ１から一定時間経過した時点Ｔ４と定められており、マイコン８５は、この時間Ｔ４になった時点で、温度検出部１３で検出された温度計測値（例えば、図６（Ｂ）に示す位置Ａ１の電圧）を読み込む。マイコン８５に入力される値は、温度検出部１３で検出された電圧値（アナログ値）がＡ／Ｄ変換回路８３によってデジタル値に変換されたものであり、マイコン８５はこのように入力された計測値を、車載通信インタフェース８６及び通信線を介して検査装置９０に出力する。このように、本構成では、温度検査時に得られた温度検出部１３での温度計測値（温度検出結果）を、マイコン８５及び車載通信インタフェース８６によってＣＡＮ通信を利用して外部に送信する。そして、検査装置９０は、このようにマイコン８５及び車載通信インタフェース８６によって送信された計測値（温度検出部１３で計測された温度値）をＣＡＮ通信によって受信し、この計測値が予め設定された許容範囲内に収まっているか否かを判定する（Ｓ５）。そして、受信した計測値が予め設定された許容範囲内に収まっていれば、ＯＫと判定し、収まっていなければＮＧと判定する。なお、ＮＧと判定された実装基板１５は、例えば不良品として除外してもよく、図７に示す検査工程を再度実施する再検査を行うようにしてもよい。
以上のように、この例では、図７に示す検査工程において、各装置に対して実施される各検査と並行して温度検査（温度検出部１３での実測値を評価する検査）を行うことができるため、温度検査のための追加のタクトタイムが不要になり、検査の迅速化を図ることができる。
このような検査工程を行った後には、図７のＳ５でＯＫの判定がなされ且つその他の各検査でもＯＫと判定された実装基板１５のみを正常品として次工程に進め、このような実装基板１５をケース１８内に収容して最終製品（電子装置１）とする。
（６．本構成の主な効果）
本構成では、基板５において素子部３ａに覆われる領域に素子部３ａ側の面（第１板面５ａ）から裏面（第２板面５ｂ）へと続く孔部７が形成され、その孔部７内には、素子部３ａ側の面（第１板面５ａ）から裏面（第２板面５ｂ）へと続く金属材料からなる基板内伝熱部９が配置されている。そして、裏面側（第２板面５ｂ側）には、この基板内伝熱部９に接続された形で、金属材料からなる第２板面側伝熱部１１が配置され、この第２板面側伝熱部１１の温度を温度検出部１３によって検出可能とされている。
この構成によれば、基板上面の素子部直下位置から温度測定位置（温度検出部１３が配置された位置）付近に続くように、熱抵抗の低い金属材料からなる伝熱経路が設けられるため、基板上面の素子部直下位置から温度測定位置までの熱抵抗が抑えられる。ゆえに、温度測定位置（温度検出部１３が配置された位置）の温度は、素子部内部の温度が高精度に反映されやすくなる。よって、「素子部内部の温度をより高精度に且つ安定的に反映した温度」を温度検出部１３で実測可能となり、電子装置１の製造時や使用時等において有効に利用できるようになる。
温度検出部１３は、第２板面側伝熱部１１に接触した構成でも、若干離れた構成でも良いが、第２板面側伝熱部１１に接触した構成で配置されていれば、第２板面側伝熱部１１の温度をより正確に検出することができ、素子部内部の温度をより一層高精度に反映した温度を把握することが可能となる。
また、本構成では、温度検出部１３が素子部３ａの直下領域（より具体的には半導体チップ２３の直下領域）に配置されているため、温度検出部１３で検出される実測値は、素子部内部の温度をより正確に反映した温度となる。
ここで、比較例を説明する。本構成の方法以外でジャンクション温度を推測する方法としては、上述した位置Ｐ２（図１２）の温度Ｔｂを検出する方法以外に、図１２のように、素子部１２１の上面１２１ａの所定位置Ｐ３の温度Ｔｔを検出する方法や、半導体部品１０３に近い所定位置Ｐ４での雰囲気温度Ｔａを検出する方法などがある。しかしながら、製品出荷後には位置Ｐ３や位置Ｐ４の温度を検出することが難しく、製品出荷後にはこれらの方法は採用しにくい。また、製品出荷前の検査工程で位置Ｐ３の温度Ｔｔを検出する場合、温度検出素子を安定的に位置Ｐ３に固定することが難しく、測定精度にばらつきができてしまう虞がある。また、部品の高密度化や各素子の自己発熱などにより周囲空間に温度分布ができやすいため、位置Ｐ４の雰囲気温度Ｔａを検出する方法では、素子部内部の温度を正確に検出することが難しい。
このように、比較例として、位置Ｐ２、Ｐ３，Ｐ４などの温度を検出する方法が考えられるが、いずれの方法も、素子部内部の温度が正確に反映されにくく、誤差が大きくなりやすいという問題がある。従って、これらの方法で得られる温度が適正であるか否かの評価を行う場合、誤差要因が大きくなることを考慮し、マージンを大きく加味して許容範囲を設定しなければならない。つまり、これらの方法で評価を行う場合、マージンを過大に見積もる分だけ、許容範囲がより狭められてしまうことになり、その結果、設計上の制約や使用上の制約が非常に大きくなる。特に、実装基板の小型化や高機能化が進むと、熱の集中や発熱の増大がより顕著になるため、マージンを過大に設定したままでは製品の温度保証ができなくなってしまう。
これに対し、本構成によれば、素子部内部の温度をより正確に反映した値を検出することが可能になるため、誤差を過大に見積もって許容範囲を設定せずに済む。そして、このようにマージンを抑えた分だけ、製品の一層の小型化や一層の高機能化を図りやすくなる。
［第２実施形態］
次に、図９等を参照して第２実施形態について説明する。
この第２実施形態は、温度検出部１３の具体例が第１実施形態と異なるだけであり、それ以外は第１実施形態の構成を全て含んでいる。特に、上述した（１．電子装置の概要）（２．電子装置の電気的構成）（３．温度検出構造）（５．製造方法）で説明した内容については第１実施形態と同一である。また、図１〜図８の内容も第１実施形態と同一である。
第２実施形態に係る電子装置１でも、第１実施形態と同様、図１のように、基板５における素子部３ａに覆われる領域（図１において符号ＡＲ１で示される範囲）に、第１板面５ａと第２板面５ｂとの間を貫通した構成で孔部７が形成されている。そして、孔部７内において第１板面５ａ側から第２板面５ｂ側へと続く構成で、金属材料からなる基板内伝熱部９が配置されている。更に、第２板面５ｂ側には、基板内伝熱部９に接続された構成で、金属材料からなる第２板面側伝熱部１１が設けられている。そして、素子部３ａの直下領域において第２板面側伝熱部１１に隣接した位置には温度検出部１３が配置されている。なお、この第２実施形態の例では、温度検出部１３は、例えば第２板面側伝熱部１１に接触し且つ第２板面側伝熱部１１と導通した構成で配置されている。
図９のように、温度検出部１３は、基板５に構成された所定回路（図９の例では、負荷駆動回路）の一部をなすダイオードとして構成されている。この図９の例では、図５に示す出力処理回路８７として、駆動回路２０１及びドライバ２０３が設けられており、パワーデバイス８８として、ＭＯＳＦＥＴ２０５が設けられている。そして、駆動回路２０１及びドライバ２０３によってＭＯＳＦＥＴ２０５に与える信号（例えばＰＷＭ信号）を生成し、出力するようになっている。この例では、ＭＯＳＦＥＴ２０５のドレイン側にモータ、ソレノイド等の誘導性負荷２１０が設けられており、ＭＯＳＦＥＴ２０５がオン状態のときに誘導性負荷２１０に駆動電流が流れるようになっている。更に、ＭＯＳＦＥＴ２０５に逆並列にダイオード（温度検出部１３）が接続されており、例えば、ＭＯＳＦＥＴ２０５がオフした直後にダイオード（温度検出部１３）に電流が流れるようになっている。この構成では、例えば、ダイオード（温度検出部１３）に電流が流れているときにダイオード（温度検出部１３）の順方向電圧Ｖｆの値を図示しない電圧検出部によって検出するようになっており、このときに得られるダイオード（温度検出部１３）の順方向電圧Ｖｆを、「第２板面側伝熱部１１の隣接位置の温度を示す値」としてＡ／Ｄ変換回路８３に出力するようになっている。なお、順方向電圧Ｖｆを反映した値として、位置Ａ２の電圧値を検出するようにしてもよい。いずれにしても、検出される電圧値は、「第２板面側伝熱部１１の隣接位置の温度を示す値」として第１実施形態と同様に用いればよい。
本構成でも、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、他回路で用いられるダイオードを、第２板面側伝熱部１１に隣接した位置の温度（素子部内部の温度が反映された温度）の検出に用いることができるため、部品点数の削減、装置構成の簡素化を図りやすくなる。更に、第２板面側伝熱部１１がグランドとして構成されており、温度検出部１３として構成されるダイオードは、第２板面側伝熱部１１に接触し、且つアノード側が第２板面側伝熱部１１に電気的に接続されている。このように、温度検出部１３が第２板面側伝熱部１１に接触しているため、温度検出部１３によって第２板面側伝熱部１１の温度をより正確に検出することが可能となる。なお、ここでは、第２板面側伝熱部１１に接触して配置される温度検出部１３として図９に示すダイオードを用いた例を示しているが、ダイオードを用いた他の公知回路のダイオードを温度検出部１３として用いてもよく、この場合でも、ダイオードに電流が流れているときの当該ダイオードの順方向電圧Ｖｆを「第２板面側伝熱部１１の隣接位置の温度を示す値」として検出すればよい。
［第３実施形態］
次に、図１０等を参照して第３実施形態について説明する。
この第３実施形態は、温度検出部１３の具体例が第１実施形態と異なるだけであり、それ以外は第１実施形態の構成を全て含んでいる。特に、上述した（１．電子装置の概要）（２．電子装置の電気的構成）（３．温度検出構造）（５．製造方法）で説明した内容については第１実施形態と同一である。また、図１〜図８の内容も第１実施形態と同一である。
第３実施形態に係る電子装置１でも、第１実施形態と同様、図１のように、基板５における素子部３ａに覆われる領域（図１において符号ＡＲ１で示される範囲）に、第１板面５ａと第２板面５ｂとの間を貫通した構成で孔部７が形成されている。そして、孔部７内において第１板面５ａ側から第２板面５ｂ側へと続く構成で、金属材料からなる基板内伝熱部９が配置されている。更に、第２板面５ｂ側には、基板内伝熱部９に接続された構成で、金属材料からなる第２板面側伝熱部１１が設けられている。そして、素子部３ａの直下領域において第２板面側伝熱部１１に隣接した位置には温度検出部１３が配置されている。なお、この第３実施形態の例では、温度検出部１３は、例えば第２板面側伝熱部１１から少し離れた近接位置に配置されている。
図１０のように、温度検出部１３は、基板５に構成された所定回路（図１０の例では負荷駆動回路）の一部をなすダイオードとして構成されている。この図１０の例では、図５に示す出力処理回路８７として、駆動回路２０１及びドライバ２０３が設けられており、パワーデバイス８８として、ＭＯＳＦＥＴ２０５が設けられている。そして、駆動回路２０１及びドライバ２０３によってＭＯＳＦＥＴ２０５に与える信号（例えばＰＷＭ信号）を生成し、出力するようになっている。この例では、ＭＯＳＦＥＴ２０５のソース側にモータ、ソレノイド等の誘導性負荷２１０が設けられており、ＭＯＳＦＥＴ２０５がオン状態のときに誘導性負荷２１０に駆動電流が流れるようになっている。更に、ＭＯＳＦＥＴ２０５に逆並列にダイオード（温度検出部１３）が接続されており、例えば、ＭＯＳＦＥＴ２０５がオフした直後にダイオード（温度検出部１３）に電流が流れるようになっている。。この構成では、例えば、ダイオード（温度検出部１３）に電流が流れているときにダイオード（温度検出部１３）の順方向電圧Ｖｆの値を図示しない電圧検出部によって検出するようになっており、このときに得られるダイオード（温度検出部１３）の順方向電圧Ｖｆを、「第２板面側伝熱部１１の隣接位置の温度を示す値」としてＡ／Ｄ変換回路８３に出力するようになっている。なお、順方向電圧Ｖｆを反映した値として、位置Ａ３の電圧値を検出するようにしてもよい。いずれにしても、検出される電圧値は、「第２板面側伝熱部１１の隣接位置の温度を示す値」として第１実施形態と同様に用いればよい。
本構成でも、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、他回路で用いられるダイオードを、第２板面側伝熱部１１に隣接した位置の温度（素子部内部の温度が反映された温度）の検出に用いることができるため、部品点数の削減、装置構成の簡素化を図りやすくなる。なお、ここでは、第２板面側伝熱部１１から少し離れた近接位置に配置される温度検出部１３として図１０に示すダイオードを用いた例を示しているが、ダイオードを用いた他の公知回路のダイオードを温度検出部１３として用いてもよく、この場合でも、ダイオードに電流が流れているときの当該ダイオードの順方向電圧Ｖｆを「第２板面側伝熱部１１の隣接位置の温度を示す値」として検出すればよい。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。
第４実施形態の製造方法で製造される電子装置は、第１実施形態の電子装置１から温度検出部１３を省略した点のみが第１実施形態の電子装置１と異なり、それ以外はこの電子装置１と同一である。また、第４実施形態の製造方法は、検査工程の一部（Ｓ４の温度検査工程）のみが第１実施形態の製造方法と異なり、それ以外は第１実施形態の製造方法と同一である。なお、検査工程の大きな流れは、図７と同様である。
第４実施形態の製造方法でも、図６（Ａ）と同様、実装基板１５（具体的には、図３、図６（Ａ）の実装基板１５から温度検出部１３を省略したもの）のコネクタ１９を検査装置９０に設けられた図示しないコネクタに接続し、例えば、検査装置９０から電源回路８１に対してバッテリ電圧と同等の電圧を与えて電源投入する（Ｓ２）。そして、実装基板１５に対する各種検査を開始する（Ｓ３）。このＳ３で開始する各検査は第１実施形態と同様である。そして、Ｓ３での検査開始後、順次行われる各検査と並行して、第２板面側伝熱部１１に隣接した位置の温度を検出し、この温度を評価する温度検査を行う（Ｓ４）。この例では、図１１のように、基板５の外部に設けられた検査装置９０（外部装置）の検査端子４０１（フィクスチャ）を第２板面側伝熱部１１に接触させた状態で検査装置９０によって検査端子４０１の温度（即ち、第２板面側伝熱部１１に接触した位置の温度）を検出する。なお、検査装置９０が温度を確認するタイミングは第１実施形態と同様、例えば、電源投入時点Ｔ１から一定時間経過した時点Ｔ４と定められている。検査装置９０は、Ｓ２での電源投入後、マイコン８５を動作させることで素子部３ａに形成された半導体チップ２３の動作を開始させた後に、時間Ｔ４になった時点で、検査端子４０１の温度を検出する。
その後、検査装置９０は、検査端子４０１で計測された温度計測値が予め設定された許容範囲内に収まっているか否かを判定する（Ｓ５）。検査端子４０１で計測された温度計測値が予め設定された許容範囲内に収まっていれば、ＯＫと判定し、収まっていなければＮＧと判定する。なお、この例でも、ＮＧと判定された実装基板１５は、例えば不良品として除外してもよく、図７に示す検査工程を再度実施する再検査を行うようにしてもよい。
［他の実施形態]
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
上記実施形態では、電子装置１がエンジンＥＣＵとして構成される例を示したが、ボディ制御ＥＣＵや、ブレーキ制御ＥＣＵ，エアバック制御ＥＣＵなど、他の車載用電子装置として構成されていてもよい。
上記実施形態では、電子部品３がＱＦＰ（Quad Flat Package）構造の半導体パッケージとして構成される例を示したが、ＢＧＡ(Ball grid array)、ＰＬＣＣ(Plastic leaded chip carrier)、ＳＯＰ(Small Outline Package)、ＳＯＪ(Small Outline J-leaded)などの、他の表面実装構造の半導体部品であってもよい。
上記実施形態では、電子部品３として、マイコンを例示したが、半導体チップを備えた半導体部品であればよく、マイコン以外の他のＩＣ（例えば、図３に示すドライバＩＣ１６等）などであってもよく、ＦＥＴやＩＧＢＴなどの半導体素子（例えば、図３に示すＦＥＴ１７等）などであってもよい。
上記実施形態では、素子部３ａの直下領域に孔部７が１つのみ形成され、基板内伝熱部９も１つのみ設けられた構成を例示したが、素子部３ａの直下領域に孔部が２以上形成されていてもよい。この場合、各孔部内に基板内伝熱部を配置すればよい。また、この場合、それらすべての基板内伝熱部に連結するように第２板面側伝熱部を設けてもよく、各基板内伝熱部に別々に第２板面側伝熱部を連結させてもよい。
上記実施形態では、基板５を構成する樹脂層５ｃの材質を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、セラミック、ガラス（例えばガラス布）と樹脂との複合体等の様々な公知材料を採用することができる。
上記実施形態では、基板５の導電層の材質として銅を例示したが、導電層は、例えば、銀、金などの他の金属材料によって構成してもよい。
上記実施形態では、基板内伝熱部９や第２板面側伝熱部１１の材質として銅を例示したが、これらの材質は銅に限られず、銀、金などの他の金属材料によって構成してもよい。
１…電子装置
３…電子部品
３ａ…素子部
５…基板
７…孔部
９…基板内伝熱部
１１…第２板面側伝熱部
１３…温度検出部
２３…半導体チップ
２７…リードフレーム（接続部）

Claims (8)

  1. 第１板面（５ａ）と、前記第１板面（５ａ）の裏面側の第２板面（５ｂ）とがそれぞれ配置されてなる基板（５）と、
    半導体チップ（２３）を有する素子部（３ａ）と、前記素子部（３ａ）と前記基板（５）とを接続する接続部（２７）とを備え、前記基板（５）の前記第１板面（５ａ）側に実装される電子部品（３）と、
    前記基板（５）における前記素子部（３ａ）に覆われる領域に、前記第１板面（５ａ）と前記第２板面（５ｂ）との間を貫通した構成で形成される孔部（７）と、
    前記孔部（７）内において前記第１板面（５ａ）側から前記第２板面（５ｂ）側へと続く構成で配置された金属材料からなる基板内伝熱部（９）と、
    前記基板内伝熱部（９）に接続された金属材料からなり、前記第２板面（５ｂ）側に配置される第２板面側伝熱部（１１）と、
    前記第２板面側伝熱部（１１）に隣接した位置に配置された温度検出部（１３）と、
    を有することを特徴とする電子装置（１）。
  2. 前記温度検出部（１３）は、前記第２板面側伝熱部（１１）に接触した構成で配置されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置（１）。
  3. 前記温度検出部（１３）は、前記素子部（３ａ）の直下領域に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子装置（１）。
  4. 前記温度検出部（１３）は、前記基板（５）に構成された所定回路の一部をなすダイオードによって構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電子装置（１）。
  5. 前記第２板面側伝熱部（１１）は、グランドとして構成されており、前記温度検出部（１３）は前記第２板面側伝熱部（１１）に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電子装置（１）。
  6. 第１板面（５ａ）と、前記第１板面（５ａ）の裏面側の第２板面（５ｂ）とがそれぞれ配置されてなる基板（５）と、半導体チップ（２３）を有する素子部（３ａ）及び前記素子部（３ａ）と前記基板（５）とを接続する接続部（２７）を備えると共に前記基板（５）の前記第１板面（５ａ）側に実装される電子部品（３）と、を有する電子装置（１）を製造する製造方法であって、
    前記基板（５）における前記素子部（３ａ）に覆われる領域に、前記第１板面（５ａ）と前記第２板面（５ｂ）との間を貫通した構成で孔部（７）を形成し、前記孔部（７）内において前記第１板面側から前記第２板面側へと続く構成で、金属材料からなる基板内伝熱部（９）を配置し、前記第２板面（５ｂ）側において前記基板内伝熱部（９）に接続される位置に、金属材料からなる第２板面側伝熱部（１１）を配置する工程と、
    前記素子部（３ａ）に形成された前記半導体チップ（２３）の動作を開始させた後に、前記第２板面側伝熱部（１１）に隣接した位置の温度を検出する工程と、
    を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
  7. 更に、前記基板（５）の前記第２板面（５ｂ）側において前記第２板面側伝熱部（１１）に隣接した位置に温度検出部（１３）を形成し、且つ前記基板（５）の外部と通信を行う通信部（８６）を形成する工程を含み、
    前記第２板面側伝熱部（１１）に隣接した位置の温度を検出する工程では、前記素子部（３ａ）に形成された前記半導体チップ（２３）の動作を開始させた後に、前記温度検出部（１３）によって前記第２板面側伝熱部（１１）に隣接した位置の温度を検出し、且つ温度検出結果を、前記通信部（８６）によって外部に出力することを特徴とする請求項６に記載の電子装置の製造方法。
  8. 前記第２板面側伝熱部（１１）に隣接した位置の温度を検出する工程では、前記素子部（３ａ）に形成された前記半導体チップ（２３）の動作を開始させた後に、前記基板（５）の外部に設けられた外部装置（９０）の検査端子（４０１）を前記第２板面側伝熱部（１１）に接触させた状態で前記外部装置（９０）によって前記検査端子（４０１）の温度を検出することを特徴とする請求項６に記載の電子装置の製造方法。
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