JP2019096746A - Electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば自動車等に搭載される電子装置に関する。 The present invention relates to an electronic device mounted on, for example, an automobile or the like.
従来、半導体素子などの発熱体を備える電子装置では、発熱体から生じる熱を効率的に放熱させるための構造が提案されている。例えば、発熱体と、一面側に該発熱体が搭載された回路基板と、該回路基板の他面側に配置されたヒートシンクと、これらを収容する筐体部品とを備え、該回路基板に形成された貫通ビアを介して発熱体の熱をヒートシンクへ放熱する構造の電子装置が挙げられる。ただ、この種の電子装置は、ヒートシンクを備える分だけ部品点数が増加し、回路基板を収容する筐体部品が大型化する構造であるため、近年における電子装置の小型化の要請の観点から好ましくない。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an electronic device provided with a heating element such as a semiconductor element, a structure for efficiently radiating heat generated from the heating element has been proposed. For example, a heating element, a circuit board on which the heating element is mounted on one side, a heat sink disposed on the other side of the circuit board, and a housing component for housing these are formed on the circuit board The electronic device of the structure which thermally radiates the heat of a heat generating body to a heat sink via the through-hole vias is mentioned. However, since this type of electronic device has a structure in which the number of parts increases by the amount of heat sinks and the size of the housing parts for accommodating the circuit board is increased, it is preferable from the viewpoint of the demand for smaller electronic devices in recent years. Absent.
そこで、ヒートシンクを備えず、放熱性が高い電子装置が提案されており、このような電子装置としては、例えば特許文献1に記載のものが挙げられる。特許文献1に記載の電子装置は、放熱用電極を有する発熱体と、該発熱体が搭載され、内部に内層伝熱体を有する回路基板と、これらを収容すると共に該内層伝熱体と熱的および電気的に接続された筐体部品とを備える。この電子装置は、回路基板の厚み方向において、放熱用電極と内層伝熱体とが回路基板を構成する絶縁層を隔てて重なる配置とされている。これにより、発熱体から生じる熱が内層伝熱体に伝わった後、これに接続された筐体部品に放熱されることで、ヒートシンクを備えずとも放熱性が高い構造の電子装置となる。
Then, the electronic device which is not equipped with a heat sink and has high heat dissipation is proposed, for example, the thing of
ここで、特許文献1に記載の電子装置は、発熱体の放熱用電極がプラス電位とされ、筐体部品および回路基板のうちこれに接続された内層伝熱体がグラウンド電位とされる。そして、内層伝熱体は、他の部品と接続される筐体部品がプラス電位となることを防ぐため、回路基板を構成する絶縁層を介することで、放熱用電極および発熱体と電気的に絶縁されている。このような絶縁層は、例えば、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁性が高く、熱伝導率が小さい樹脂材料により構成される。そのため、発熱体から生じる熱を筐体部品に放熱する際、熱伝導率が小さい樹脂材料を介して内層伝熱体に伝わることとなり、これが回路基板における放熱の律速となってしまう。
Here, in the electronic device described in
つまり、グラウンド電位となる部材と電気的に絶縁された発熱体、例えば整流ダイオードなどの半導体素子を備える電子装置は、発熱体と回路基板のうち筐体部品と電気的に接続された部分とが熱伝導率が小さい絶縁層により隔てられた構造とされる。そのため、回路基板における放熱性が低下してしまう。 That is, in an electronic device provided with a semiconductor element such as a rectifying diode and a heating element electrically insulated from a member having the ground potential, the heating element and a portion of the circuit board electrically connected to the housing component are It is set as the structure separated by the insulating layer with small heat conductivity. Therefore, the heat dissipation in the circuit board is reduced.
回路基板における放熱性を高める方法としては、回路基板のうち発熱体と接続される通電部分の面積を広くし、通電部分と内層伝熱体との熱伝導の効率を上げることや回路基板のうち絶縁層を熱伝導率が大きい材料で構成することなどが挙げられる。 As a method of enhancing the heat dissipation in the circuit board, the area of the conducting part connected to the heat generating member in the circuit board is enlarged to increase the efficiency of heat conduction between the conducting part and the inner layer heat transfer body. The insulating layer may be made of a material having a high thermal conductivity.
しかしながら、前者の方法では、通電部材のパターンが広くなることによって放射ノイズが増加したり、これに伴って回路基板の実装に制約が生じ、実装性が悪化したりすることが懸念される。一方、後者の方法では、絶縁層の材料が限定されてしまい、コストアップの原因となってしまう。 However, in the former method, there is a concern that radiation noise may increase due to the wide pattern of the current-carrying member, and the mounting of the circuit board may be restricted, which may deteriorate the mounting performance. On the other hand, in the latter method, the material of the insulating layer is limited, which causes an increase in cost.
また、回路基板の放熱性を高めない場合、発熱体をより発熱しにくくする、もしくは耐熱性を高めることが考えられるが、この方法では、発熱体の大型化やコストアップが問題となる。 In addition, when the heat dissipation property of the circuit board is not enhanced, it is conceivable to make the heat generating body more difficult to generate heat or to improve heat resistance, but with this method, the size increase and cost increase of the heat generating body become problems.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、グラウンド電位となる部材と電気的に絶縁された発熱体を備えつつも、発熱体から生じる熱が効率良く筐体部品に放熱され、従来よりも放熱性の高い電子装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned point, and the heat generated from the heat generating body is efficiently dissipated to the casing component while being provided with the heat generating body electrically insulated from the member to be the ground potential. An object of the present invention is to provide an electronic device having higher heat dissipation than in the past.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の電子装置は、半導体モジュール(1)と半導体モジュールが搭載される一面を有する多層基板(2)と、多層基板を収容する筐体部品(3)と、を備える。このような構成において、半導体モジュールは、アイランド(101)と、アイランド上に絶縁伝熱層(12)を介して搭載された半導体素子(11)と、を有してなり、多層基板は、絶縁層(20)と、半導体素子と電気的に接続された通電用配線(21)と、絶縁層上のうち一面側に配置された表面伝熱体(22)と、絶縁層内に配置された内層伝熱体(23)と、表面伝熱体と内層伝熱体とを接続するビア(24)と、を有してなり、表面伝熱体は、通電用配線と電気的に絶縁されており、アイランドおよび筐体部品と熱的および電気的に接続されると共に、グラウンド電位とされている。
In order to achieve the above object, an electronic device according to
これにより、発熱体である半導体モジュールから生じる熱が絶縁伝熱層を介してアイランドに伝わり、その後、表面伝熱体もしくは内層伝熱体から筐体部品へと放熱される構造の電子装置となる。また、半導体モジュールは、グラウンド電位となるアイランドと熱的に接続されつつも、グラウンド電位となることが防止されている。そのため、半導体素子がグラウンド電位とされることなく、従来よりも放熱性の高い電子装置となる。 As a result, the heat generated from the semiconductor module which is a heat generating member is transferred to the island through the insulating heat transfer layer, and thereafter, it becomes an electronic device having a structure in which the heat is dissipated from the surface heat transfer body or the inner layer heat transfer body . In addition, the semiconductor module is prevented from being at the ground potential while being thermally connected to the island at the ground potential. Therefore, the semiconductor device does not have the ground potential, and the electronic device has higher heat dissipation than in the related art.
なお、上記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の一例を示すものである。 In addition, the code | symbol in the parenthesis of each said means shows an example of the correspondence 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、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on the drawings. In the following embodiments, parts that are the same as or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
第1実施形態の電子装置について、図1、図2を参照して述べる。図1では、構成を分かり易くするため、後述する絶縁伝熱層12、通電用配線21や表面伝熱体22などの厚みを誇張して示すと共に、図2中の一点鎖線で示すI−I間に相当する断面を示している。図2では、図1と同様の目的で、断面を示すものではないが、後述する絶縁層20にハッチングを施している。
First Embodiment
The electronic device of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In FIG. 1, in order to make the configuration easy to understand, the thicknesses of the insulating
本実施形態の電子装置は、例えば、自動車などの車両に搭載されるエアバックECU(Electronic Control Unitの略)などの電子装置に適用される。 The electronic device of the present embodiment is applied to an electronic device such as an air bag ECU (abbreviation of Electronic Control Unit) mounted on a vehicle such as a car, for example.
本実施形態の電子装置は、図1に示すように、半導体モジュール1と、多層基板2と、これらを収容する筐体部品3とを備える。
As shown in FIG. 1, the electronic device of the present embodiment includes a
半導体モジュール1は、図1に示すように、リードフレーム10と、半導体素子11と、絶縁伝熱層12と、ワイヤ13と、モールド樹脂14とを備えており、多層基板2上に図示しないはんだなどを介して搭載されている。半導体モジュール1は、図1に示すように、リードフレーム10のうち半導体素子11が搭載された面の反対面がモールド樹脂14から露出した、いわゆるハーフモールド構造とされている。半導体モジュール1は、本実施形態では、整流ダイオードであり、絶縁伝熱層12を用いる点を除き、公知の構成とされている。
As shown in FIG. 1, the
なお、整流ダイオードとされた半導体モジュール1は、例えば数A程度の電流が流れる部材であり、高周波回路等に用いられるトランジスタなどの半導体部品に比べてその電流値が大きく、その発熱量が大きい。そのため、半導体モジュール1は、主として後述する絶縁伝熱層12および多層基板2を介して筐体部品3から外部へと放熱される構成となるように多層基板2上に搭載されており、正常に作動できる程度の温度に保たれる。
The
リードフレーム10は、例えば、図1に示すように、半導体素子11が搭載されるアイランド101と、半導体素子11と電気的に接続されるリード102と、を有してなり、FeやCuなどの金属材料もしくはその合金などにより構成されている。
For example, as shown in FIG. 1, the
アイランド101は、その一面上に後述する絶縁伝熱層12を介して半導体素子11が搭載されている。アイランド101は、絶縁伝熱層12により半導体素子11と電気的に絶縁されると共に、半導体素子11から生じる熱が放熱される部位である。アイランド101は、図1に示すように、半導体素子11が搭載された面の反対面がモールド樹脂14から露出しており、この反対面が図示しないはんだなどを介して多層基板2のうち後述する表面伝熱体22に接続されている。
The
リード102は、図1に示すように、ワイヤ13を介して半導体素子11に形成された図示しない電極と電気的に接続されている。リード102は、図1に示すように、一部がモールド樹脂14から露出しており、図示しないはんだを介して多層基板2のうち後述する通電用配線21に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
半導体素子11は、例えば、ダイオードとして機能し、主としてSiなどの半導体材料により構成されている。半導体素子11は、例えば通常の半導体プロセスにより形成される。
The
絶縁伝熱層12は、アイランド101と半導体素子11とを電気的に絶縁すると共に、これらを熱的に接続する部材である。絶縁伝熱層12は、絶縁性および熱伝導性を両立する構成、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの絶縁性の樹脂材料に、絶縁性が高く、かつ熱伝導率の高い窒化アルミニウムや炭化ケイ素などのフィラーを含有させた構成とされている。
The insulating
なお、絶縁伝熱層12は、半導体材料および金属材料との密着しつつ、絶縁性と熱伝導率を両立する構成とされていればよく、上記の例に限られず、任意の材料が用いられてもよい。
The insulating
ワイヤ13は、例えば、図1に示すように、半導体素子11のうちアイランド101の反対側の面に形成された図示しない電極パッドおよびリード102にワイヤボンディングなどにより接続され、Auなどの電気伝導率の高い金属材料などにより構成される。
For example, as shown in FIG. 1, the
モールド樹脂14は、図1に示すように、半導体素子11、リードフレーム10の一部およびワイヤ13を覆っており、例えばエポキシ樹脂などの任意の樹脂材料により構成される。
As shown in FIG. 1, the
多層基板2は、図1に示すように、絶縁層20と、通電用配線21と、表面伝熱体22と、内層伝熱体23と、ビア24と、裏面伝熱体25とを備え、一面上に半導体モジュール1が搭載されている。多層基板2は、図1に示すように、筐体部品3とボルト33で固定するための貫通孔26が形成されている。多層基板2は、通常の貫通多層基板の形成プロセス、例えば、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂のシートと銅箔などの導電性材料のシートとを交互に重ねてプレス加工することなどにより作製される。
The
なお、多層基板2は、半導体モジュール1のほか、半導体モジュール1が搭載された一面側に図示しない他の電子部品やその制御回路などが形成されている。これらの他の電子部品等の種類、数量や配置などは、適宜変更されてもよく、任意であるため、ここでは、その詳細な説明を省略する。
In addition to the
絶縁層20は、通常の貫通多層基板の形成プロセスの結果、例えばガラスエポキシ樹脂などの任意の絶縁性樹脂の積層体により構成される。
The insulating
通電用配線21は、図1に示すように、絶縁層20の一面20a上に配置されており、リード102と図示しないはんだなどを介して電気的に接続されており、半導体素子11を駆動させるために用いられる。通電用配線21は、図1もしくは図2に示すように、半導体素子11の図示しない陽極と電気的に接続される第1配線211と、半導体素子11の図示しない陰極と電気的に接続される第2配線212とを有してなる。
The
第1配線211と第2配線212は、半導体モジュール1と接続された一端側と反対の他端側において、例えば、多層基板2の一面上に搭載された図示しない外部の電源もしくは他の電子部品などと電気的に接続されている。具体的には、配線211、212のうち半導体素子11の陽極と電気的に接続されている配線は、図示しない外部の電源に接続されたリード配線がはんだ付けなどにより接続されている。配線211、212のうち半導体素子11の陰極と電気的に接続されている配線は、多層基板2の一面上に配置された図示しない他の電子部品やその制御回路などと接続されたリード配線がはんだ付けなどにより接続されている。第1配線211および第2配線212は、互いに電気的に独立すると共に、筐体部品3に接続されることでグラウンド電位とされた表面伝熱体22、内層伝熱体23、ビア24および裏面伝熱体25から電気的に独立している。
The
なお、外部の電源に接続される図示しないリード配線は、後述する筐体部品3のうちケース31の内と外とを繋ぐように形成され、ケース31と電気的に絶縁されている。このような接続構造とされることにより、半導体モジュール1は、筐体部品3から電気的に独立しつつ、整流ダイオードとして駆動できる構成とされる。
Note that lead wires (not shown) connected to an external power supply are formed to connect the inside and the outside of the
表面伝熱体22は、図1に示すように、絶縁層20の一面20a上に配置されており、図示しないはんだなどを介してアイランド101に接続されると共に、ビア24を介して内層伝熱体23に接続されている。表面伝熱体22は、本実施形態では、例えば図2に示すように、平面視にて通電用配線21を囲む開口部221、およびボルト穴222が形成された略矩形板状とされている。表面伝熱体22は、図1に示すように、筐体部品3を構成するケース31およびカバー32が多層基板2とボルト33により圧接固定されることで、ケース31と当接している。表面伝熱体22は、通電用配線21と電気的に絶縁されると共に、アイランド101、内層伝熱体23および筐体部品3と熱的に接続されている。
The surface
なお、表面伝熱体22は、通電用配線21およびこれと電気的に接続される他の図示しない他の電子部品等から電気的に絶縁されており、この絶縁のために開口部221以外の別の開口部が別途設けられていてもよい。開口部221は、絶縁層20の一面20aに対する法線方向から見て四角形状とされているが、表面伝熱体22が通電用配線21と電気的に絶縁される形状とされていればよく、円形状、楕円形状や他の形状とされてもよい。これは、表面伝熱体22に他の開口部が形成された場合における当該他の開口部についても同様である。
The surface
内層伝熱体23は、例えば矩形板状とされ、図1に示すように、絶縁層20内に複数形成されている。内層伝熱体23は、本実施形態では、絶縁層20を介して積層され、表面伝熱体22のなす平面に対して平行配置されると共に、ビア24を介して表面伝熱体22および裏面伝熱体25に電気的および熱的に接続されている。内層伝熱体23は、表面伝熱体22に伝わった半導体モジュール1の熱を裏面伝熱体25に伝達すると共に、多層基板2の厚み方向に対して直交する平面方向に拡散し、多層基板2の放熱性を高めるための部材である。内層伝熱体23は、本実施形態では、絶縁層20内に2つ平行配置されているが、その数量が適宜変更されてもよい。
The inner layer
ビア24は、例えば、絶縁層20の一面20aと他面20bとを繋ぐ貫通孔がCuやAgなどの熱および電気の伝導率が高い材料で充填された構成とされる。ビア24は、通常の多層基板などにおいて異なる導体間を熱的および電気的に接続する任意のスルーホールビアの形成手法により形成される。ビア24は、本実施形態では、図1に示すように、少なくとも多層基板2のうちアイランド101の直下に位置する領域(以下「アイランド直下領域」という)に配置される。つまり、ビア24は、少なくともアイランド直下領域において、表面伝熱体22、内層伝熱体23および裏面伝熱体25を熱的および電気的に接続している。
For example, the via 24 has a configuration in which a through hole connecting one
なお、ビア24は、多層基板2の放熱性向上の観点から、図1に示すように、多層基板2のうち筐体部品3との接続領域付近にも設けられ、表面伝熱体22、内層伝熱体23および裏面伝熱体25を熱的および電気的に接続している。ビア24は、少なくともアイランド直下領域および筐体部品3に接続された表面伝熱体22の直下の領域に配置されていればよく、それ以外の領域については任意の配置とされる。ビア24のうち筐体部品3に接続された表面伝熱体22の直下の領域に配置されるものは、多層基板2の放熱性向上の観点から、筐体部品3に出来るだけ近い位置とされることが好ましい。また、ビア24は、本実施形態では、図1に示す断面において、アイランド直下領域に4個、多層基板2のうち筐体部品3との二カ所の接続領域付近に2個ずつの合計8個設けられているが、筐体部品3との伝熱熱量などに応じて適宜変更される。
In addition, as shown in FIG. 1, the
裏面伝熱体25は、例えば矩形板状とされ、図1に示すように、絶縁層20の他面20b上に配置され、表面伝熱体22と同様に、多層基板2と筐体部品3とがボルト33により保持固定されることで筐体部品3を構成するカバー32と当接している。
The back surface
なお、通電用配線21、表面伝熱体22、内層伝熱体23および裏面伝熱体25は、例えば、Cuなどの導電性材料により構成される。
The current-carrying
筐体部品3は、例えば、図1に示すように、多層基板2を収容するものであり、本実施形態では、自動車のボデーなどの外部の部材4と接続されたケース31と、カバー32とを有してなる。
For example, as shown in FIG. 1, the
ケース31は、例えば、Alなどの金属材料やその合金などにより構成されると共に、本実施形態では、図1に示すように、多層基板2のうち半導体モジュール1が搭載された一面側を覆うように配置されている。ケース31は、図1に示すように、ボルト穴311が形成されており、ボルト33により多層基板2に保持固定されることで表面伝熱体22と当接している。ケース31は、多層基板2を介して半導体モジュール1から生じた熱を受け取り、その熱を多層基板2の外部、例えば自動車のボデーなどに放出する冷却部材である。ケース31は、図1に示すように、自動車のボデーなどの外部の部材4と電気的に接続されており、グラウンド電位とされている。ケース31は、多層基板2の一面側を覆うことで、半導体モジュール1への通電で生じる電気的なノイズを遮蔽し、ノイズの外部への放射による悪影響を抑制する役割を果たす。
The
カバー32は、本実施形態では、例えば、Alなどの金属材料もしくはその合金などにより構成されており、図1に示すように、多層基板2を挟んでケース31の反対側に配置され、多層基板2の一面と反対の他面側を覆うように配置されている。カバー32は、図1に示すように、ボルト穴321が形成されており、ボルト33によりケース31と共に多層基板2に固定されることで、裏面伝熱体25と当接している。カバー32は、本実施形態では、多層基板2の他面側を覆うことで、ケース31と同様に、半導体モジュール1の通電に起因するノイズの外部放射による悪影響を抑制する役割を果たす。
In the present embodiment, the
ケース31およびカバー32は、多層基板2のうち半導体モジュール1が搭載された一面に対する法線方向から見て、ボルト穴311、321が同じ位置で重なるように配置され、多層基板2を挟んだ状態でボルト33などにより押圧固定されている。
The
なお、筐体部品3は、多層基板2を収容しつつ、多層基板2と熱的に接続されて、半導体モジュール1から生じる熱を放熱できる構成とされていればよく、上記の例に限られず、その構成や形状等が適宜変更されてもよい。また、筐体部品3と多層基板2との接続構造は、上記の例に限られず、適宜変更されてもよい。
The
以上が、本実施形態の電子装置の構成である。つまり、本実施形態の電子装置は、半導体モジュール1から生じた熱が絶縁伝熱層12を介して表面伝熱体22へ伝わり、その後、ビア24を介して内層伝熱体23から筐体部品3へと伝達され、最終的に外部へと放熱される構成とされている。なお、外部の部材4は、本実施形態の電子部品が電気的および熱的に接続されるものであり、例えば、自動車のボデーなどの金属部品であり、Alなどにより構成される。
The above is the configuration of the electronic device of the present embodiment. That is, in the electronic device of this embodiment, the heat generated from the
次に、本実施形態の電子装置の製造方法の一例について説明するが、半導体モジュール1において絶縁伝熱層12を用いる点を除けば、任意の方法を採用できるため、ここでは、簡単に説明する。また、多層基板2上に配置される半導体モジュール1以外の電子部品や制御回路の配置等については、任意であるため、本明細書ではその説明を省略する。
Next, although an example of the manufacturing method of the electronic device of this embodiment will be described, an arbitrary method can be adopted except that the insulating
まず、整流ダイオードとして機能する半導体素子11と、アイランド101およびリード102を備えるリードフレーム10と、絶縁伝熱層12を構成する絶縁高熱伝導率材料とを用意する。
First, a
続けて、アイランド101上に絶縁伝熱層12の材料を例えばディスペンサーで塗布した後、半導体素子11を載せて硬化させる。そして、半導体素子11上に形成された図示しない電極とリード102とをAuなどで構成されるワイヤ13を用いてワイヤボンディングで電気的に接続する。
Subsequently, the material of the insulating
その後、図示しない金型を用意し、ワイヤボンディング後のワークを当該金型内にセットして、エポキシ樹脂などの樹脂材料を当該金型内に流し込んで硬化させることでモールド樹脂14を形成する。このようにして、半導体素子11が絶縁伝熱層12を介してアイランド101上に搭載されると共に、ハーフモールドタイプとされた半導体モジュール1を製造できる。
Thereafter, a mold (not shown) is prepared, the workpiece after wire bonding is set in the mold, and a resin material such as epoxy resin is poured into the mold and cured to form the
次いで、通電用配線21、表面伝熱体22、内層伝熱体23、ビア24および裏面伝熱体25を備え、後ほどボルト33が締結される貫通孔26が形成された多層基板2を用意する。この多層基板2上に例えばはんだにより半導体モジュール1を搭載し、通電用配線21とリード102とを電気的に接続すると共に、アイランド101と表面伝熱体22とを熱的および電気的に接続する。
Then, the
続けて、半導体モジュール1が搭載された多層基板2を収容すると共に、ボルト33が締結されるボルト穴311もしくは321が形成されたケース31およびカバー32からなる筐体部品3を用意する。この筐体部品3と多層基板2とをボルト33を締結することで保持固定する。
Subsequently, the
本実施形態の電子装置は、例えば上記のような方法で製造され、外部の部材4に接続されて用いられる。
The electronic device of the present embodiment is manufactured, for example, by the method as described above, and is used by being connected to the
次に、本実施形態の電子装置による放熱性の向上について、図1、図2、図4を参照して説明する。 Next, the improvement of the heat dissipation by the electronic device of the present embodiment will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIG.
まず、従来の電子装置について図4を参照して簡単に説明する。なお、図4では、図1と同様に、通電用配線21、表面伝熱体22、内層伝熱体23および裏面伝熱体25の厚みを誇張したものを示すと共に、従来の電子装置のうち本実施形態の電子装置における構成要素に相当するものについては、同じ符号を付している。また、図4では、図1に示す断面に相当する部分を示すと共に、本実施形態の電子装置との相違点を分かり易くするため、本実施形態の電子装置と共通する筐体部品3および外部の部材4については省略している。
First, a conventional electronic device will be briefly described with reference to FIG. 4 shows an exaggeration of the thicknesses of the current-carrying
従来の電子装置は、図4に示すように、半導体モジュール5と、これが搭載された多層基板2とを有してなる。従来の電子装置は、整流ダイオードである半導体モジュール5の熱が多層基板2、筐体部品3、外部の部材4の順に伝わり、外部へと放熱する構成とされている。従来の電子装置は、半導体モジュール5の構造が半導体モジュール1と異なる部分がある点において、本実施形態の電子装置と相違する。以下、その相違点について主に説明する。
The conventional electronic device comprises a
半導体モジュール5は、図4に示すように、アイランド101およびリード102を備えるリードフレーム10と、半導体素子11と、はんだ51と、ワイヤ13と、モールド樹脂14とを有してなる。半導体モジュール5は、半導体素子11がはんだ51を介してアイランド101上に搭載されている点、およびアイランド101のうち半導体素子11が搭載された面の反対面がモールド樹脂14により覆われている点が半導体モジュール1と相違する。
As shown in FIG. 4, the
従来の電子装置は、図4に示すように、整流ダイオードとされた半導体モジュール5が、グラウンド電位とされた表面伝熱体22とモールド樹脂14により隔てられることで、多層基板2のうちグラウンド電位とされた部位と電気的に独立した構成とされている。従来の電子装置は、図4に示すように、半導体モジュール5の熱がアイランド101もしくは通電用配線21から多層基板2の内層伝熱体23に伝わり、その後、筐体部品3から外部の部材4に伝わる構成とされている。
In the conventional electronic device, as shown in FIG. 4, the
しかし、従来の電子装置は、半導体モジュール5の熱が内層伝熱体23に伝わる際、内層伝熱体23よりも熱伝導率の低い樹脂材料により構成されるモールド樹脂14もしくは絶縁層20を必ず介する構造である。言い換えると、従来の電子装置は、これらの熱伝導率が低い部位での伝熱が半導体モジュール1から多層基板2への放熱経路における律速となる構成である。
However, in the conventional electronic device, when the heat of the
なお、モールド樹脂14や絶縁層20を構成する材料、例えば、エポキシ樹脂やガラスエポキシ樹脂は、例えば内層伝熱体23などを構成するCuの熱伝導率(およそ390W/mK)に比べ、その熱伝導率がおよそ0.2〜0.3W/mKと非常に小さい。そのため、熱伝導率が低いこれらの部材での放熱が律速となり、電子装置全体の放熱性低下の原因となる。
The material constituting the
これに対して、本実施形態の電子装置は、図1に示すように、半導体モジュール1の熱が絶縁性および熱伝導性を両立した絶縁伝熱層12を介して表面伝熱体22に伝わる構成、すなわち上記のモールド樹脂14による放熱の律速がない構成である。本実施形態の電子装置は、その分だけ、多層基板2における放熱性が高まるため、従来の電子装置よりも放熱性が高くなる。
On the other hand, in the electronic device of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the heat of the
本実施形態によれば、半導体モジュール1が多層基板2のうち筐体部品3と接続されることでグラウンド電位となる部分と絶縁伝熱層12を介して搭載されることで、多層基板2のグラウンド電位部分と熱的に接続されつつも、電気的に独立した構成とされる。これにより、半導体素子11がグラウンド電位とされることなく、半導体モジュール1の熱が熱伝導率の高い材料を介して内層伝熱体23に伝わることにより、従来の電子装置よりも放熱性が高い電子装置となる。
According to the present embodiment, the
なお、この種の電子装置に搭載される整流ダイオードの電流値は、従来、およそ2A程度であるが、多層基板2上の他の電子部品や制御回路等の集積化などの近年の要請によりこれよりも大きくされること(例えば3A以上)が要求され得る。電流値が高くなるほど整流ダイオードの発熱量も大きくなるため、その分だけ多層基板における放熱性を高める必要がある。本実施形態の電子装置は、このような場合であっても、多層基板2の配線パターンを放熱を考慮した専用のパターン等に変えることなく、半導体モジュール1の熱が多層基板2へ効率的に伝わる構造となる。
The current value of the rectifier diode mounted in this type of electronic device is conventionally about 2 A, but due to the recent demand for integration of other electronic components, control circuits, etc. on the
(第2実施形態)
第2実施形態の電子装置について、図3を参照して述べる。図3では、図1と同様に、通電用配線21、表面伝熱体22、内層伝熱体23および裏面伝熱体25の厚みを誇張したものを示すと共に、上記第1実施形態と共通する筐体部品3および外部の部材4については省略している。また、図3では、図1に示す断面に相当する部分を示している。
Second Embodiment
The electronic device of the second embodiment will be described with reference to FIG. Similar to FIG. 1, FIG. 3 shows the exaggeration of the thicknesses of the current-carrying
本実施形態の電子装置は、図3に示すように、多層基板2の代わりにビア24に相当する部分を有しない構成とされた多層基板6が用いられている点で、上記第1実施形態の電子装置と相違する。本実施形態では、この相違点について主に説明する。なお、本実施形態の電子装置のうち上記第1実施形態の電子装置の構成要素に相当するものについては、同じ符号が付されている。
The electronic device according to the present embodiment is, as shown in FIG. 3, the point that the
本実施形態の電子装置は、図3に示すように、半導体モジュール1が、ビアを有しない多層基板6上に搭載されている。
In the electronic device of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
半導体モジュール1は、図3に示すように、多層基板6を構成する絶縁層20上に形成された通電用配線21および表面伝熱体22と図示しないはんだにより接続されている。本実施形態では、多層基板6にビアが設けられていないため、半導体素子11の熱が主として絶縁伝熱層12、アイランド101、表面伝熱体22、筐体部品3の順に伝わる構成とされている。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態によれば、半導体素子11の熱が、多層基板6においては主として表面伝熱体22を介して筐体部品3に伝わることで、半導体モジュール1がグラウンド電位とされることなく、放熱性の高い電子装置となる。
According to the present embodiment, the heat of the
(他の実施形態)
なお、上記した各実施形態に示した電子装置は、本発明の電子装置の一例を示したものであり、上記の各実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
In addition, the electronic device shown in each above-mentioned embodiment shows an example of the electronic device of this invention, It is not limited to each above-mentioned embodiment, It is in the range described in the claim. It is possible to change as appropriate.
(1)例えば、上記第1実施形態では、表面伝熱体22のうちアイランド101と接続される部分(以下「アイランド接続部」という)が、図2に示すように、表面伝熱体22の他の部分と接続された構成とされた例について説明した。しかし、アイランド接続部は、表面伝熱体22のうち他の部位もしくは内層伝熱体23の少なくとも一方と熱伝導率の高い材料を介して接続されていればよく、当該他の部分と一体化された形状とされていなくてもよい。例えば、アイランド接続部は、絶縁層20の一面20aに対する法線方向から見てアイランド101と同じ平面サイズとされると共に、表面伝熱体22の他の部位から孤立した状態とされていてもよい。この場合、半導体モジュール1の熱がアイランド接続部からビア24を介して内層伝熱体23、筐体部品3へと伝わるため、多層基板2における放熱性を確保することができる。
(1) For example, in the first embodiment, the portion of the surface
(2)上記第1実施形態では、筐体部品3がケース31およびカバー32により構成され、カバー32が金属材料により構成された例について説明した。しかし、筐体部品3は、多層基板2のうちアイランド101と熱的および電気的に接続された部分と接続されると共に、外部の部材4に接続される金属材料により構成される部材を有してなる構成とされていればよい。そのため、ケース31が金属材料で構成され、かつ外部の部材4と接続される場合には、カバー32は、金属材料と異なる材料、例えば樹脂材料などにより構成されていてもよい。上記の場合、筐体部品3は、カバー32を有しない構成とされていてもよい。
(2) In the first embodiment, the case where the
また、上記第1実施形態では、筐体部品3のうちケース31が外部の部材4と接続され、かつカバー32が外部の部材4と接続されていない例について説明したが、この接続関係が逆であってもよい。
In the first embodiment, the
具体的には、筐体部品3は、ケース31と金属材料により構成されたカバー32とを有してなり、図5に示すように、カバー32が外部の部材4に接続されると共に、ケース31が外部の部材4と接続されていない構成とされてもよい。この場合の電子装置は、半導体モジュール1で生じる熱が表面伝熱体22、ビア24、裏面伝熱体25の順にカバー32に伝わり、カバー32を介して外部の部材4に放熱される構成とされる。なお、この場合、ケース31は、金属材料で構成されてもよいし、金属材料と異なる材料で構成されてもよい。
Specifically, the
(3)上記各実施形態では、多層基板2もしくは多層基板6が裏面伝熱体25を備える構成とされた例について説明した。しかし、多層基板2もしくは多層基板6は、少なくとも半導体モジュール1のアイランド101および筐体部品3に接続される表面伝熱体22を備えていればよく、裏面伝熱体25を備えてなくてもよい。
(3) In each of the above embodiments, an example in which the
(4)上記第2実施形態では、ビアが形成されていない多層基板6の例について説明したが、多層基板6のうちアイランド101の直下の領域以外にビアが形成されていてもよい。
(4) Although the example of the
(5)上記各実施形態では、半導体モジュール1が整流ダイオードとされた例について説明したが、グラウンド電位に接続できない半導体部品、例えばリニアレギュレータ用トランジスタなどとされてもよい。
(5) In each of the above embodiments, an example in which the
1 半導体モジュール
101 アイランド
11 半導体素子
12 絶縁伝熱層
2 多層基板
20 絶縁層
21 通電用配線
22 表面伝熱体
23 内層伝熱体
3 筐体部品
Claims (4)
前記半導体モジュールが搭載される一面を有する多層基板(2)と、
前記多層基板を収容する筐体部品(3)と、を備え、
前記半導体モジュールは、アイランド(101)と、前記アイランド上に絶縁伝熱層(12)を介して搭載された半導体素子(11)と、を有してなり、
前記多層基板は、絶縁層(20)と、前記半導体素子と電気的に接続された通電用配線(21)と、前記絶縁層上のうち前記一面側に配置された表面伝熱体(22)と、前記絶縁層内に配置された内層伝熱体(23)と、前記表面伝熱体と前記内層伝熱体とを接続するビア(24)と、を有してなり、
前記表面伝熱体は、前記通電用配線と電気的に絶縁されており、前記アイランドおよび前記筐体部品と熱的および電気的に接続されると共に、グラウンド電位とされている電子装置。 A semiconductor module (1) and a multilayer substrate (2) having one surface on which the semiconductor module is mounted;
And a housing part (3) for housing the multilayer substrate,
The semiconductor module includes an island (101) and a semiconductor element (11) mounted on the island via an insulating heat transfer layer (12).
The multilayer substrate includes an insulating layer (20), a conducting wire (21) electrically connected to the semiconductor element, and a surface heat transfer body (22) disposed on the one surface side of the insulating layer. And an inner layer heat transfer body (23) disposed in the insulating layer, and a via (24) connecting the surface heat transfer body and the inner layer heat transfer body,
The electronic device, wherein the surface heat transfer body is electrically insulated from the current-carrying wiring, is thermally and electrically connected to the island and the housing component, and has a ground potential.
The electronic device according to any one of claims 1 to 3, wherein the semiconductor device is a rectifying diode.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE112022000509T5 (en) | 2021-03-18 | 2023-12-07 | Nec Corporation | Heat dissipation structure for electronic device |
-
2017
- 2017-11-23 JP JP2017225259A patent/JP2019096746A/en active Pending
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