JP2017157847A

JP2017157847A - 電子回路

Info

Publication number: JP2017157847A
Application number: JP2017084170A
Authority: JP
Inventors: 玲米山; Rei Yoneyama; 西田　信也; Shinya Nishida; 信也西田; 浩之岡部; Hiroyuki Okabe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2017-09-07

Abstract

【課題】本発明は、外部電極端子間の絶縁距離がより小さい電子部品が実装された電子回路の提供を目的とする。【解決手段】本発明に係る電子回路５００は、電位の異なる複数の外部電極端子１１をパッケージ上面に備える電子部品１０と、電子部品１０のパッケージ下面と接着されたプリント基板２と、外部電極端子１１の各々とプリント基板２を電気的に接合するワイヤ８とを備え、電子部品１０、ワイヤ８、電子部品１０とプリント基板２の接着部９およびワイヤ８とプリント基板２との接合部は絶縁性樹脂４で封止されることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、表面実装部品が実装された電子回路に関する。

従来、表面実装部品をプリント基板上に実装する際に、表面実装部品の外部電極端子間に電位差がある場合は、その電位差に応じて、絶縁のために外部電極端子間に適切な絶縁距離が確保される。

また、空気による絶縁では不十分な場合、外部電極端子間に絶縁性の樹脂を注入することにより、絶縁性の向上が行われている（例えば、特許文献１）。

特開２０００−２４４０７７号公報（第５頁、第３図）

上述した様に、表面実装部品において、外部電極端子間の絶縁を空気ではなく樹脂で行うことにより、絶縁距離を小さくすることが可能となるため、表面実装部品の小型化の観点から好ましい。ところが、外部電極端子間の隙間は一般に狭いため、樹脂の注入が困難な場合があった。

本発明は以上の課題を解決するためになされたものであり、外部電極端子間の絶縁距離がより小さい電子部品が実装された電子回路の提供を目的とする。

本発明に係る電子回路は、電位の異なる複数の外部電極端子をパッケージ上面に備える電子部品と、電子部品のパッケージ下面と接着されたプリント基板と、外部電極端子の各々とプリント基板を電気的に接合するワイヤとを備え、電子部品、ワイヤ、電子部品とプリント基板の接着部およびワイヤとプリント基板との接合部は絶縁性樹脂で封止されることを特徴とする。

本発明によれば、電子部品のパッケージ上面に外部電極端子を設けたことにより、電子部品を絶縁性樹脂で封止すると、パッケージ上面に備わる外部電極端子も樹脂封止される。よって、外部電極端子間の絶縁性が向上する。つまり、絶縁距離をより小さくすることが可能である。このため、電子部品の小型化が可能であり、電子部品が実装される電子回路を小型化することが可能である。また、外部電極端子が電子部品のパッケージ上面に設けられるため、接合部分の外観を検査することが可能であり、製造工程において歩留まりが向上する。

実施の形態１に係る電子回路の断面図および平面図である。実施の形態２に係る電子回路の断面図である。実施の形態３に係る電子回路の断面図である。実施の形態４に係る電子部品および電子回路の断面図である。実施の形態５に係る電子回路の断面図である。前提技術に係る電子回路の断面図である。

＜前提技術＞
本発明の実施の形態を説明する前に、本発明の前提となる技術の説明をする。図６（ａ）および図６（ｂ）に、前提技術となる電子回路の断面図を示す。

図６（ａ）は、プリント基板２上に電子部品１を実装した電子回路である。電子部品１は、例えば、ＱＦＮ（ＱｕａｄＦｌａｔＮｏｎ−ｌｅａｄｅｄＰａｃｋａｇｅ）やＳＯＮ（ＳｍａｌｌＯｕｔｌｉｎｅＮｏｎ−ｌｅａｄｅｄＰａｃｋａｇｅ）などのフラットパッケージである。

電子部品１に備わる外部電極端子１１は、はんだ３を介して、プリント基板２に備わるプリント基板側ランド２１にはんだ接合されている。電子部品１とプリント基板２の間には隙間５が設けられている。

一般に、電子部品１をプリント基板２に実装した後、図６（ａ）の様に、電子部品１は絶縁性樹脂４により封止される。この際、電子部品１とプリント基板２の間の隙間５にも絶縁性樹脂４が注入されることが絶縁の観点から望ましい。ところが、絶縁性樹脂４の粘性が高い場合には、電子部品１とプリント基板２の隙間５が狭いため、隙間５に絶縁性樹脂４が充填されないことがあった。

隙間５に絶縁性樹脂４が充填されない場合、電子部品１の外部電極端子１１間の絶縁を考慮して外部電極端子１１間の絶縁距離Ｌを設計する必要がある。つまり、外部電極端子１１間の電位差が大きい場合、絶縁距離Ｌを大きくとって電子部品１を設計する必要がある。絶縁距離Ｌが大きくなることによって、電子部品１が大型化し、電子部品１が実装される電子回路も大型化する問題があった。

また、図６（ｂ）に、電子部品１が、外部に露呈したダイパッド１１Ａを有する場合の例を示す。ダイパッド１１Ａは、外部電極端子１１と同様に、プリント基板側ランド２１にはんだ接合されている。例えば、図６（ｂ）において、左側の外部電極端子１１とダイパッド１１Ａとの間に電位差がある場合を考える。この場合、隙間５に絶縁性樹脂４が充填されない場合、絶縁のために、この間の絶縁距離Ｌを考慮して電子部品１を設計する必要がある。つまり、外部電極端子１１とダイパッド１１Ａとの電位差が大きい場合、絶縁距離Ｌを大きくとって電子部品１を設計する必要がある。絶縁距離Ｌが大きくなることによって、電子部品１が大型化し、電子部品１が実装される電子回路も大型化する問題があった。

＜実施の形態１＞
＜構成＞
図１（ａ）に、本実施の形態における電子回路１００の断面図を示す。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）において絶縁性樹脂６を除いた電子回路１００の断面図である。本実施の形態において、電子部品１は、前提技術（図６（ｂ））と同様に、例えばＱＦＮまたはＳＯＮであり、外部に露呈したダイパッド１１Ａと、外部電極端子１１を有するとする。電子部品１には、ワイドバンドギャップ半導体として、例えばＳｉＣ半導体素子が搭載されている。

プリント基板２はプリント基板側ランド２１を備える。電子部品１の外部電極端子１１およびダイパッド１１Ａと、プリント基板２のプリント基板側ランド２１は、はんだ３を介してはんだ接合されている。

図１（ａ），（ｂ）において、左側の外部電極端子１１とダイパッド１１Ａとの間に電位差がある場合を考える。この場合、図１（ｂ）に示すように、プリント基板２には、平面視で、左側の外部電極端子１１とダイパッド１１Ａの間に、穴７が設けられる。また、電子部品１とプリント基板２の間には隙間５が設けられている。

本実施の形態における電子回路１００の製造方法は、電子部品１をプリント基板２にはんだ接合する工程と、この工程の後に、プリント基板２に設けられた穴７を通して、プリント基板２裏側から、隙間５に絶縁性樹脂６を注入する工程を備える。この結果、隙間５に絶縁性樹脂６が充填されて、図１（ａ）の状態となる。

なお、図１（ａ）に示す様に、絶縁性樹脂６を注入する際に、同時にプリント基板２の裏面を絶縁性樹脂６でコーティングしてもよい。

また、前提技術において電子部品１の表側を絶縁性樹脂４により封止したのと同様に、本実施の形態においても、電子部品１の表側を絶縁性樹脂により封止しても良い。

本実施の形態では、電位差のあるダイパッド１１Ａと外部電極端子１１間の隙間５に絶縁性樹脂６が充填されることにより、ダイパッド１１Ａと外部電極端子１１間がより確実に絶縁される。よって、電子部品１において、ダイパッド１１Ａと外部電極端子１１間の絶縁距離Ｌを前提技術よりも小さく設計することが可能である。

なお、本実施の形態において、絶縁性樹脂６は、図１（ａ）の様に、隙間５を完全に充填している。このように、隙間５が絶縁性樹脂６によって完全に充填されるのが絶縁の観点から最も好ましいが、隙間５の一部を充填した場合であっても、ダイパッド１１Ａと外部電極端子１１間の沿面距離を大きくすることが可能であるため、ダイパッド１１Ａと外部電極端子１１間の絶縁性を高めて、絶縁距離Ｌを小さくすることができる。

また、本実施の形態における電子回路１００の平面図の一例を図１（ｃ）に示す。例えば、左側の列の外部電極端子１１とダイパッド１１Ａとの間に電位差がある場合、穴７をスリット形状とすることによって、左側の列の外部電極端子１１とダイパッド１１Ａとの間に、効率よく絶縁性樹脂６を注入することが可能となる。

なお、本実施の形態において、電子部品１は、ワイドバンドギャップ半導体素子として、ＳｉＣ半導体素子を搭載するとしたが、ＧａＮ半導体素子等でもよい。

＜効果＞
本実施の形態における電子回路１００は、プリント基板２と、プリント基板２上にはんだ接合された電子部品１とを備え、電子部品１は、外部に露呈したダイパッド１１Ａと、外部電極端子１１とを有するフラットパッケージであり、プリント基板２と電子部品１との間には隙間５が設けられ、プリント基板２には、平面視でダイパッド１１Ａと、外部電極端子１１との間に穴７が設けられており、隙間５において、絶縁性樹脂６は、ダイパッド１１Ａと、外部電極端子１１との間の少なくとも一部に充填されており、絶縁性樹脂６は、穴７から注入されたものであることを特徴とする。

従って、プリント基板２に設けられた穴７から絶縁性樹脂６を注入することにより、ダイパッド１１Ａと、外部電極端子１１との間の隙間５の少なくとも一部に絶縁性樹脂６が確実に充填されるため、ダイパッド１１Ａと外部電極端子１１との間の絶縁性が向上する。よって、電子部品１において、ダイパッド１１Ａと外部電極端子１１間の絶縁距離Ｌを前提技術（図６（ｂ））よりも小さく設計することが可能であるため、電子部品１の小型化が可能である。また、電子部品１の小型化により電子部品１が実装される電子回路１００の小型化が可能である。

また、本実施の形態における電子回路１００において、電子部品１は、ワイドバンドギャップ半導体素子を備えることを特徴とする。

従って、一般に、ワイドバンドギャップ半導体素子は一般に高電圧が印加されて使用されるため、ダイパッド１１Ａと外部電極端子１１との間には、大きな電位差が生じる。よって、ダイパッド１１Ａと、ダイパッド１１Ａと大きな電位差の生じる外部電極端子１１間の隙間５を絶縁性樹脂６で充填することにより、絶縁性の向上が顕著に現れるため、特に効果的に絶縁距離Ｌを小さくすることが可能である。

また、本実施の形態における電子回路１００の製造方法は、電子部品１を穴７が設けられたプリント基板２にはんだ接合する工程と、この工程の後に、穴７から絶縁性樹脂６を注入する工程とを備える。

従って、プリント基板２に穴７を設けて、穴７を通して隙間５に絶縁性樹脂６を注入することにより、隙間５に絶縁性樹脂６を容易に充填することが可能となる。

＜実施の形態２＞
図２に、本実施の形態における電子回路２００の断面図を示す。本実施の形態における電子回路２００は、実施の形態１における電子回路１００を、筐体４０内部に収納したものである。

本実施の形態において、実施の形態１と同じく、ダイパッド１１Ａと、図２左側の外部電極端子１１との間に電位差があるものとする。

筐体４０内部および電子回路１００とプリント基板２の隙間５には絶縁性樹脂６が充填されている。本実施の形態における電子回路２００を製造する際、筐体４０に絶縁性樹脂６を注入する工程において、同時に、電子回路１００の隙間５にも穴７を通して絶縁性樹脂６が注入される。

本実施の形態における電子回路２００は、プリント基板２および電子部品１を収納する筐体４０をさらに備え、絶縁性樹脂６は、筐体４０に充填された絶縁性樹脂であることを特徴とする。

従って、筐体４０に絶縁性樹脂６を充填する際に、筐体４０に収納された電子回路１００の隙間５にも穴７を通して、同時に絶縁性樹脂６が充填される。よって、電子回路１００を筐体８に収納する場合、樹脂封止工程を簡素化することが可能である。

＜実施の形態３＞
図３に、本実施の形態における電子回路３００の断面図を示す。本実施の形態における電子回路３００は、実施の形態１の電子回路１００と、この電子回路１００と電気的に接続された半導体モジュールとを備える。半導体モジュールには、パワー半導体素子３０Ｉとして、例えばＳｉＣ半導体素子が備わっている。

まず、半導体モジュールの構成について説明する。半導体モジュールの筐体は、ケース３０Ａとベース板３０Ｂから構成される。ケース３０Ａには、中継端子３０Ｃと電力端子３０Ｄが一体化され、あるいは埋め込まれている。

ベース板３０Ｂ上には、両面に配線パターン３０Ｇが形成された絶縁基板３０Ｊが、はんだ３０Ｆにより接合されている。絶縁基板３０Ｊ上には、はんだ３０Ｆを介して、ＳｉＣ半導体素子３０Ｉが接合されている。

電子回路は、半導体モジュールの筐体に収納されている。電子回路１００のプリント基板２とパワー半導体素子３０Ｉは、中継端子３０Ｃおよびワイヤ３０Ｈを介して接続されている。電子回路１００のプリント基板２にはインターフェース端子３０Ｅが設けられる。

また、パワー半導体素子３０Ｉと電力端子は、配線パターン３０Ｇを介して、ワイヤ３０Ｈにより接続されている。

また、半導体モジュールのケース３０Ａ内部は、例えばシリコンゲル４Ａにより充填されている。

なお、本実施の形態における電子回路３００は、電子回路１００が半導体モジュールのケース３０Ａに収納される構成としたが、電子回路１００が半導体モジュールと電気的に接続される構成であれば、この限りでは無い。

＜効果＞
本実施の形態における電子回路３００は、プリント基板２と電気的に接続された半導体モジュールをさらに備え、半導体モジュールは、パワー半導体素子３０Ｉを含むことを特徴とする。

従って、半導体モジュールに備わるパワー半導体素子３０Ｉの電位差が、電子回路１００に備わる電子部品１のダイパッド１１Ａと、例えば図３左側の外部電極端子１１との間に生じる場合であっても、隙間５に絶縁性樹脂６が充填されているため、隙間５に絶縁性樹脂６が充填されていない場合よりも、絶縁距離Ｌを小さくすることができる。よって、電子部品１の小型化が可能であり、電子部品１を備える電子回路１００の小型化が可能となる。つまり、電子回路１００を備える電子回路３００の小型化が可能である。また、電子回路１００が半導体モジュールのケースに収納される場合、半導体モジュール自体の小型化が可能である。

また、本実施の形態における電子回路３００において、パワー半導体素子３０Ｉは、ＳｉＣ半導体素子を含むことを特徴とする。

従って、一般に、ＳｉＣ半導体素子は高電圧が印加されて使用されることが多いため、電子部品１の絶縁距離Ｌをより小さくすることが可能であり、電子回路１００および電子回路３００をより小型化することが可能となる。

＜実施の形態４＞
図４（ａ）に、本実施の形態における電子部品４００の断面図を示す。また、図４（ｂ）に、本実施の形態における電子部品４００を実装したプリント基板２の断面図を示す。

本実施の形態における電子部品４００は、例えばＱＦＮまたはＳＯＮなどのフラットパッケージであり、電子部品４００のパッケージ表面には外部電極端子１１が備わっている。

図４（ａ）において、左右の外部電極端子１１間に電位差がある場合を考える。左右の外部電極端子１１の間には、電子部品４００のパッケージの表面に沿って、熱硬化性樹脂４Ｂが塗布されている。なお、外部電極端子１１表面にも、はんだ３と接合する一部を残して、熱硬化性樹脂４Ｂが塗布される。

以上の構成を有する電子部品４００を、プリント基板２上に実装する。プリント基板２上には、プリント基板側ランド２１が設けられており、外部電極端子１１とプリント基板側ランド２１は、はんだ３によりはんだ接合される。はんだ接合の際の熱処理により、熱硬化性樹脂４Ｂが硬化して、電子部品４００とプリント基板２の隙間が、熱硬化性樹脂４Ｂにより充填される。

このように、左右の外部電極端子１１間が熱硬化性樹脂４Ｂにより充填されるため、左右の外部電極端子１１間の絶縁性が向上する。つまり、外部電極端子１１間の絶縁距離Ｌを小さくすることが可能であり、電子部品４００の小型化が可能である。

なお、本実施の形態において、実施の形態１の様に、電子部品１が外部に露呈したダイパッドを備えてもよい。外部電極端子１１とダイパッドとの間に電位差がある場合は、外部電極端子１１とダイパッドとの間に、電子部品１のパッケージの表面に沿って熱硬化性樹脂４Ｂを塗布することにより、上述した効果と同様の効果を得ることが可能である。

＜効果＞
本実施の形態における電子部品４００は、電位の異なる複数の外部電極端子１１をパッケージ表面に備え、外部電極端子１１間には、熱硬化性樹脂４Ｂがパッケージの表面に沿って設けられていることを特徴とする。

従って、電子部品４００の電位の異なる外部電極端子１１間に、パッケージ表面に沿って熱硬化性樹脂４Ｂが塗布されているため、電子部品４００をプリント基板２に実装すると、電子部品４００とプリント基板２の隙間において、外部電極端子１１間が熱硬化性樹脂４Ｂにより充填される。よって、電位の異なる外部電極端子１１間の絶縁性が向上するため、電位の異なる外部電極端子１１間の絶縁距離Ｌを小さくすることが可能であり、電子部品４００を小型化することができる。また、電子部品４００の小型化により、電子部品４００を実装したプリント基板２の小型化も可能である。

＜実施の形態５＞
図５に、本実施の形態における電子回路５００の側面図を示す。電子回路５００は、外部電極端子１１をパッケージ上面に備える電子部品１０と、電子部品１０のパッケージ下面と接着されたプリント基板２と、外部電極端子１１とプリント基板２を電気的に接合するワイヤ８とを備える。プリント基板２表面には、ワイヤパッド２２が形成されている。

また、図５における電子部品１０において、左右の外部電極端子１１間の電位が異なるとする。

電子回路５００の製造方法について説明する。まず、電子部品１０の外部電極端子１１が形成されていない側の面、即ちパッケージ下面を、プリント基板２に接着部９を介して接着する。接着には、電子部品１０の動作時の発熱に耐えることが可能な接着剤を用いる。

次に、ワイヤ８の一端を外部電極端子１１とはんだ接合し、ワイヤ８の他端をワイヤパッド２２とはんだ接合することにより、電子部品１０の外部電極端子１１とプリント基板２とを電気的に接合する。ワイヤ８は例えば銅線である。

なお、ワイヤ８をワイヤボンディングにより接合することも可能である。この場合、ワイヤ８は例えばアルミワイヤであり、超音波により接合される。

次に、図５に示す様に、電子回路５００の表側を絶縁性樹脂４により封止する。つまり、電子部品１０、ワイヤ８、電子部品１０とプリント基板２の接着部９およびワイヤ８とプリント基板２との接合部（即ちワイヤパッド２２）が絶縁性樹脂４により封止される。以上の製造工程を経て、本実施の形態における電子回路５００が製造される。

本実施の形態における電子回路５００において、電圧の異なる外部電極端子１１間が絶縁性樹脂４により封止されるため、外部電極端子１１間の絶縁性が向上する。このため、外部電極端子１１間の絶縁距離Ｌを小さくすることが可能である。

＜効果＞
本実施の形態に係る電子回路５００は、電位の異なる複数の外部電極端子１１をパッケージ上面に備える電子部品１０と、電子部品１０のパッケージ下面と接着されたプリント基板２と、外部電極端子１１の各々とプリント基板２を電気的に接合するワイヤ８とを備え、電子部品１０、ワイヤ８、電子部品１０とプリント基板２の接着部９およびワイヤ８とプリント基板２との接合部（即ちワイヤパッド２２）は絶縁性樹脂４で封止されることを特徴とする。

従って、電子部品１０のパッケージ上面に外部電極端子１１を設けたことにより、電子部品１０を絶縁性樹脂４で封止すると、パッケージ上面に備わる外部電極端子１１も樹脂封止される。よって、外部電極端子１１間の絶縁性が向上する。つまり、外部電極端子１１間の隙間が絶縁性樹脂により充填されない前提技術（図６（ａ））と比較して、絶縁距離Ｌを小さくすることが可能である。このため、電子部品１０の小型化が可能であり、電子部品１０が実装される電子回路５００を小型化することが可能である。また、外部電極端子１１が電子部品１０のパッケージ上面に設けられるため、接合部分の外観を検査することが可能であり、製造工程において歩留まりが向上する。

また、本実施の形態における電子回路５００において、ワイヤ８は、銅であり、はんだにより接合されることを特徴とする。従って、はんだにより接合を行うことによって、接合の強度を高めることが可能である。

また、本実施の形態における電子回路５００において、ワイヤ８は、アルミであり、超音波により接合されることを特徴とする。従って、電子部品１０が小型で、外部電極端子１１の接合面が小さい場合でも、ワイヤボンディングによりワイヤ８の接合を行うことが可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１，１０，４００電子部品、２プリント基板、３，３０Ｆはんだ、４，６絶縁性樹脂、４Ａシリコンゲル、４Ｂ熱硬化性樹脂、５隙間、７穴、８，３０Ｈワイヤ、９接着部、１１外部電極端子、１１Ａダイパッド、２１プリント基板側ランド、２２ワイヤパッド、３０Ａケース、３０Ｂベース板、３０Ｃ中継端子、３０Ｄ電力端子、３０Ｅインターフェース端子、３０Ｇ配線パターン、３０Ｉパワー半導体素子、３０Ｊ絶縁基板、４０筐体、１００，２００，３００，５００電子回路。

Claims

電位の異なる複数の外部電極端子をパッケージ上面に備える電子部品と、
前記電子部品のパッケージ下面と接着されたプリント基板と、
前記外部電極端子の各々と前記プリント基板を電気的に接合するワイヤと、
を備え、
前記電子部品、前記ワイヤ、前記電子部品と前記プリント基板との接着部および前記ワイヤと前記プリント基板との接合部は絶縁性樹脂で封止されることを特徴とする、
電子回路。
前記ワイヤは、銅であり、はんだにより接合されることを特徴とする、
請求項１に記載の電子回路。
前記ワイヤは、アルミであり、超音波により接合されることを特徴とする、
請求項１に記載の電子回路。