JP2023163504A - 電子モジュール及び組合体 - Google Patents

Abstract

【課題】一定の放熱効果を実現しつつ、バリ等の発生を防止し、かつ、信頼性を向上させることができる電子モジュール及び当該電子モジュールを用いた組合体を提供する。【解決手段】電子モジュールは、電子素子１０と、電子素子１０を封止する封止部と、電子素子１０がおもて面に配置されるとともに裏面が封止部から露出した裏面露出部４０と、裏面露出部４０に屈曲部４５を介して一体に設けられた裏面非露出部４９と、を有する導体部３０と、を有する。裏面非露出部４９は、封止部の側面から外方に突出した端子部（出力端子１１０）を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、裏面露出部を有する電子モジュール及び組合体に関する。

従来から、自動車等の乗り物に用いられるインバータ回路やリレー回路に使用される半導体装置が知られている。特許文献１では、電源端子、出力端子及びグランド端子を有する半導体モジュールが開示されている。このような半導体モジュールでは電子素子からの放熱効率を高めることが望ましい。このため、端子部を有する導体の裏面をモールド樹脂等の封止部から露出させることも考えられる。

しかしながら、このように導体の裏面を露出させようとしても、樹脂封止する際に導体の裏面側に樹脂が回り込んでしまう可能性がある。とりわけ、導体が複数の部材に分かれている場合には、このような樹脂の回り込みが顕著なものになることもある。

このような問題を解決するために特許文献２等が提案されているが、裏面での露出が多く放熱効果を実現できるものの、バリ等の発生や樹脂内部剥離を防止するといった信頼性の向上が望まれている。

特許第５０６７６７９号 特許第６５６０８１９号

本発明は、一定の放熱効果を実現しつつ、バリ等の発生を防止し、かつ信頼性を向上させることができる電子モジュールと、当該電子モジュールを用いた組合体を提供する。

［概念１］
本発明による電子モジュールは、
電子素子と、
前記電子素子を封止する封止部と、
前記電子素子がおもて面に配置されるとともに裏面が前記封止部から露出した裏面露出部と、前記裏面露出部に屈曲部を介して一体に設けられた裏面非露出部と、を有する導体部と、
を備え、
前記裏面非露出部は、前記電子素子とは異なる電子素子に接続部材を介して連結されるとともに、前記封止部の側面から外方に突出した端子部と一体になってもよい。

［概念２］
概念１による電子モジュールにおいて、
前記裏面露出部の周縁には、前記封止部で裏面が覆われた周縁領域が設けられてもよい。

［概念３］
概念１又は２による電子モジュールにおいて、
前記周縁領域と前記裏面非露出部との高さ位置は対応してもよい。

［概念４］
概念１乃至３のいずれか１つによる電子モジュールにおいて、
前記裏面露出部は、前記裏面非露出部と一体になった第一裏面露出部と、前記裏面非露出部とは一体になっていない第二裏面露出部とを有し、
前記電子素子が設けられた前記第一裏面露出部及び前記第二裏面露出部だけが前記封止部の裏面から露出してもよい。

［概念５］
概念４による電子モジュールにおいて、
２個以上の電子素子が設けられ、
電子素子の各々は前記第一裏面露出部及び前記第二裏面露出部のいずれかのおもて面側に配置されてもよい。

［概念６］
概念４又は５による電子モジュールにおいて、
前記裏面非露出部は、前記第二裏面露出部の前記封止部の短手方向に沿った側方に位置付けられてもよい。

［概念７］
概念１乃至６のいずれか１つによる電子モジュールにおいて、
前記端子部は出力端子として機能し、
前記封止部の一方側から電源端子及びグランド端子が外部に突出し、
前記封止部の他方側から出力端子、第一ゲート端子及び第二ゲート端子が外部に突出し、
前記第一ゲート端子と前記第二ゲート端子との間で前記出力端子が前記封止部から外部に突出してもよい。

［概念８］
本発明による組合体は、
概念１乃至７のいずれか１つに記載の電子モジュールと、
前記封止部のおもて面に設けられた基板と、
前記裏面露出部の裏面に設けられたヒートシンクと、
を備え、
前記端子部は前記基板に設けられた導体層に接続されてもよい。

裏面露出部と裏面非露出部とを屈曲部を介して一体とする態様を採用することで、裏面に露出する領域を抑えてバリ等が発生することを防止しつつ、裏面露出部を介して裏面からの放熱効果を実現できる。また、当該態様を採用することで樹脂内部剥離も起きにくくなるため、信頼性を向上させることができる。

図１は、本発明の実施の形態で用いられうる電子モジュールの斜視図であって、封止部の内部を示した図である。 図２は、本発明の実施の形態で用いられうる電子モジュールを第三方向に沿って見た正面図であって、封止部の内部を示した図である。 図３は、本発明の実施の形態で用いられうる第一電子素子及び第二電子素子等を拡大して示した平面図である。 図４は本発明の実施の形態の周縁領域を示した概略側方断面図である。 図５Ａは、本発明の実施の形態で用いられうる封止部及び凹部を示した平面図である。 図５Ｂは、図５Ａの直線Ｂ－Ｂで切断した断面の概略図である。 図５Ｃは、図５Ａの直線Ｃ－Ｃで切断した断面の概略図である。 図６は、本発明の実施の形態で用いられうる電子モジュールを第一方向に沿って見た平面図であって、封止部の内部を示した図である。 図７は、本発明の実施の形態で用いられうる電子モジュールを第一方向に沿って見た底面図であって、封止部の内部を示した図である。 図８は本発明の実施の形態で用いられうる第二接続子を示した側方図である。 図９Ａは本発明の実施の形態で用いられうる第一接続子を示した平面図である。 図９Ｂは本発明の実施の形態で用いられうる第一接続子を示した側方図である。 図１０は、本発明の実施の形態で用いられうる電子素子が導電性接着剤を介して裏面露出部及び接続子に接続されている態様を示した概略側方断面図である。 図１１は本発明の実施の形態の電子モジュールの回路図である。 図１２は、本発明の実施の形態で用いられうる電子モジュールを第二方向に沿って見た（図６の右側から見た）側方図であって、封止部の内部を示した図である。 図１３は、本発明の実施の形態で用いられうる電子モジュールを第二方向に沿って見た（図６の左側から見た）側方図であって、封止部の内部を示した図である。 図１４は、本発明の実施の形態の電子モジュールを用いた組合体を示した概略側方図である。 図１５は、本発明の実施の形態の変形例を示した平面図である。

実施の形態
《構成》
本実施の形態において、「一方側」は図２の上方側を意味し、「他方側」は図２の下方側を意味する。図２の上下方向を「第一方向」と呼び、左右方向を「第二方向」と呼び、紙面の表裏方向を「第三方向」と呼ぶ。第二方向及び第三方向を含む面内方向を「面内方向」という。なお、図面内で括弧を用いて示している符号は、当該符号の部材にも合致していることを意味している。例えば「１１（１０）」であれば、当該部材は「第一電子素子１１」であるとともに「電子素子１０」にも該当することを示している。

図１に示すように、本実施の形態の電子モジュールは、電子素子１０と、電子素子１０を封止する封止部９０と、電子素子１０がおもて面に配置される導体部３０と、を有している。導体部３０は例えば銅からなっている。

導体部３０は裏面露出部４０を有している。裏面露出部４０のおもて面には、はんだ等の導電性接着剤１９０（図１０参照）を介し電子素子１０が設けられ、電子素子１０と接続子２００又はワイヤ等からなる接続部材を介して接続されてもよい。電子素子１０と接続部材との間、及び端子部１００と接続部材との間にも導電性接着剤１９０が設けられてもよい。以下では、接続部材として接続子２００が用いられる態様を用いて説明するが、これに限られることはなく、接続子２００の代わりにワイヤが用いられてもよい。なお、接続子２００としては例えば銅クリップを用いることができ、ワイヤとしては例えばアルミワイヤを用いることができる。なお、幅の太い接続子２００を用いることで流れる電流量を上げることができる。

図３等に示すように、裏面露出部４０は、裏面非露出部４９と一体になった第一裏面露出部５１と、裏面非露出部４９とは一体になっていない第二裏面露出部５２とを有してもよい。第一裏面露出部５１と裏面非露出部４９との間には封止部９０の内方に屈曲した（上方側に屈曲した）屈曲部４５が設けられてもよい。この場合、第一裏面露出部５１、屈曲部４５及び裏面非露出部４９は一体となり、一体部材を構成してもよい。この裏面非露出部４９に封止部９０の側面から外方に突出した出力端子１１０が一体になって設けられてもよく、この場合には、第一裏面露出部５１、屈曲部４５、裏面非露出部４９及び出力端子１１０が一体に構成されることになる。第一裏面露出部５１には後述する第一電子素子１１が載置され、第二裏面露出部５２には後述する第二電子素子１２が載置されることになるが、出力端子１１０は第二電子素子１２と第一接続子２１０を介して連結されている。このように、本実施の形態では、裏面非露出部４９は、第一裏面露出部５１のおもて面に設けられた第一電子素子１１とは異なる第二電子素子１２に第一接続子２１０を介して連結されている。そして、裏面非露出部４９には封止部９０の側面から外方に突出する出力端子１１０が一体になって形成されている。また、裏面非露出部４９が第二裏面露出部５２の封止部９０の短手方向（第二方向）に沿った側方（図６で言えば左側）に位置付けられる態様を採用する場合には、封止部９０の長手方向（第三方向）での大きさを小さくすることができる点でも有益である。この場合には、屈曲部４９は、第一方向に沿って見た平面視において第三方向に沿って延在することになる。

図１、図６及び図７に示すように、端子部１００は、出力端子１１０の他、電源端子１２０、グランド端子１３０、第一ゲート端子１４０及び第二ゲート端子１５０を有してもよい。一例として、封止部９０の一側方から電源端子１２０及びグランド端子１３０が外部に突出し（図１２参照）、封止部９０の他側方から出力端子１１０、第一ゲート端子１４０及び第二ゲート端子１５０が外部に突出してもよい（図１３参照）。第一ゲート端子１４０と第二ゲート端子１５０との間で出力端子１１０が封止部９０から外部に突出してもよい。

電子素子１０は例えばＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子であり、電子モジュールは例えば半導体モジュールであってもよい。図１０に示すように、電子素子１０は、ソース電極１０ｓ、ゲート電極１０ｇ及びドレイン電極１０ｄを有してもよい。ソース電極１０ｓ及びゲート電極１０ｇは電子素子１０のおもて面に設けられ、ドレイン電極１０ｄは電子素子１０の裏面に設けられてもよい。ドレイン電極１０ｄは導電性接着剤１９０を介して裏面露出部４０に設けられてもよい。

図３に示すように、本実施の形態の第一接続子２１０は出力端子１１０、電源端子１２０又はグランド端子１３０と電子素子１０とを電気的に接続し、第二接続子２２０は第一ゲート端子１４０又は第二ゲート端子１５０と電子素子１０とを電気的に接続してもよい。

電子素子１０は、第一裏面露出部５１のおもて面に設けられた第一電子素子１１と、第二裏面露出部５２のおもて面に設けられた第二電子素子１２を有してもよい。一例として、図３に示すように、第一接続子２１０は第一電子素子１１のおもて面に設けられたソース電極１１ｓとグランド端子１３０とを導電性接着剤１９０（図１０参照）を介して接続してもよい。また、第一接続子２１０は第二電子素子１２のおもて面に設けられたソース電極１２ｓ等と出力端子１１０とを導電性接着剤１９０を介して接続してもよい。また第二接続子２２０は、第一電子素子１１のおもて面に設けられたゲート電極１１ｇと第二ゲート端子１５０とを導電性接着剤１９０を介して接続してもよい。また第二接続子２２０は第二電子素子１２のおもて面に設けられたゲート電極１２ｇと第一ゲート端子１４０とを導電性接着剤１９０を介して接続してもよい。

２個以上の電子素子１０が設けられてもよい。電子素子１０の各々は第一裏面露出部５１及び第二裏面露出部５２のいずれかのおもて面側に配置されてもよい。より具体的には、１個以上の第一電子素子１１の各々は第一裏面露出部５１のおもて面に導電性接着剤１９０を介して設けられ、１個以上の第二電子素子１２の各々は第二裏面露出部５２のおもて面に導電性接着剤１９０を介して設けられてもよい。

図４に示すように、裏面露出部４０の本体部５１ａ，５２ａは、封止部９０で裏面が覆われた周縁領域５１ｃ，５２ｃを有してもよい（図７も参照）。周縁領域５１ｃ，５２ｃと裏面非露出部４９との高さ位置は対応してもよい。本実施の形態において高さ位置が「対応する」とは、電子モジュールの第一方向における厚みの５％以内の範囲で中心位置の高さ位置が合致することを意味している。このため、周縁領域５１ｃ，５２ｃと裏面非露出部４９との高さ位置が対応するとは、周縁領域５１ｃ，５２ｃの厚み方向（第一方向）における中心位置と裏面非露出部４９厚み方向（第一方向）における中心位置とが合致するか又は電子モジュール厚みの５％以内の範囲に収まっていることを意味している。

図５Ａ乃至図５Ｃに示すように、封止部９０のおもて面には、側面から内部に向かって延在する凹部８０が設けられており、図５Ａで示す態様で言えば左右方向に延在する６個の凹部８０が封止部に設けられてもよい。図５Ｂ及び図５Ｃで示すように凹部８０は裏面露出部４０のおもて面側に位置付けられてもよい。

図３に示すように、裏面露出部４０のおもて面には導電性接着剤１９０が外方に漏れ出すことを防止するためのストッパとして機能する堰き止め部４３が設けられてもよい。第一ゲート端子１４０及び第二ゲート端子１５０の各々にもストッパとして機能する堰き止め部（図示せず）が設けられてもよい。電源端子１２０及びグランド端子１３０の各々にもストッパとして機能する堰き止め部（図示せず）が設けられてもよい。

第一接続子２１０の厚みは第二接続子２２０の厚みよりも厚くなってもよい。一例として、第一接続子２１０の厚みは第二接続子２２０の厚みの１．２倍以上１．５倍以下となってもよい。

図９Ａ及び図９Ｂに示すように、第一接続子２００は他方側に凹んだ第一凹部２１１と、当該第一凹部２１１に設けられ、他方側に突出した第一接続突出部２１２を有してもよい。この第一接続突出部２１２は第一凹部２１１の角部に設けられてもよく、本実施の形態では４つの第一接続突出部２１２が設けられている。図８に示すように、第二接続子２２０は他方側に凹んだ第二凹部２２１を有し、この第二凹部２２１に対応して他方側に突出した第二接続突出部２２２を有してもよい。

図３に示すように、裏面露出部４０は、本体部５１ａ，５２ａと、本体部５１ａ，５２ａから側方に突出する突出部５１ｂ，５２ｂを有してもよい。凹部８０は突出部５１ｂ，５２ｂのおもて面側に設けられてもよい（図５Ａ乃至図５Ｃ参照）。より具体的には、第一裏面露出部５１は、第一本体部５１ａと、第一本体部５１ａから側方に突出する第一突出部５１ｂを有してもよい。第二裏面露出部５２は、第二本体部５２ａと、第二本体部５２ａから側方に突出する第二突出部５２ｂを有してもよい。

電子素子１０は複数設けられてもよい。複数の裏面露出部４０が設けられる場合には、裏面露出部４０の各々が突出部５１ｂ，５２ｂを有してもよい。そして、各突出部５１ｂ，５２ｂに対応して凹部８０が設けられてもよい。一例としては、６個の電子素子１０が設けられ、電子素子１０の各々は裏面露出部４０のおもて面側に配置され、６個の突出部５１ｂ，５２ｂが設けられてもよい。そして、各突出部５１ｂ，５２ｂに対応して凹部８０が設けられてもよい。

図１４に示すように、封止部９０のおもて面（図１４では下側の面）に基板３１０が設けられてもよい。出力端子１１０、電源端子１２０、グランド端子１３０、第一ゲート端子１４０、第二ゲート端子１５０等の端子部１００は基板３１０に設けられた導体層３２０に接続されてもよい。裏面露出部４０の裏面（図１４では上側の面）にヒートシンク３００が設けられてもよい。本実施の形態では、本実施の形態による電子モジュールと、基板３１０と、ヒートシンク３００によって、組合体が構成される。

本実施の形態の態様では裏面露出部４０だけが封止部９０の裏面から露出し、裏面非露出部４９、出力端子１１０、電源端子１２０、グランド端子１３０、第一ゲート端子１４０及び第二ゲート端子１５０は封止部９０の裏面から露出していない。なお、出力端子１１０、電源端子１２０、グランド端子１３０、第一ゲート端子１４０及び第二ゲート端子１５０は封止部９０の側方から外部に突出していることは、前述したとおりである。

電子モジュールとしては、例えばパワー電子モジュールを用いてもよい。第一電子素子１１及び第二電子素子１２としては、前述したとおり例えばＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。本実施の形態による電子モジュールの回路図は例えば図１１に示すようになっている。図３に示す態様では第一電子素子１１及び第二電子素子１２がＭＯＳＦＥＴであり、図３において、第一電子素子１１であるＭＯＳＦＥＴのドレイン電極１１ｄ（図１０参照）が第一裏面露出部５１側に位置し、ソース電極１１ｓが第一裏面露出部５１と反対側（おもて面側）に位置している。また、第二電子素子１２であるＭＯＳＦＥＴのドレイン電極１２ｄ（図１０参照）が第二裏面露出部５２側に位置し、ソース電極１２ｓが第二裏面露出部５２と反対側（おもて面側）に位置する。

本実施の形態の電子モジュールは３相ブリッジ回路となっていてもよい。３つある出力端子１１０のうちのいずれかがＵ相コイルに接続され、別の１つがＶ相コイルに接続され、残りの１つがＷ相コイルに接続されてもよい（図１１参照）。第一電子素子１１と第二電子素子１２との接続点は、モータのＵ相コイル、Ｖ相コイル又はＷ相コイルに接続されてもよい。

《効果》
次に、上述した構成からなる本実施の形態による効果の一例について説明する。なお、「効果」で説明するあらゆる態様を、上記構成で採用することができる。

裏面露出部４０と裏面非露出部４９とを屈曲部４５を介して一体とする態様を採用することで、裏面に露出する領域を抑えてバリ等が発生することを防止しつつ、裏面露出部４０を介して裏面からの放熱効果を実現できる。また、当該態様を採用することで樹脂内部剥離も起きにくくなるため、信頼性を向上させることができる。

裏面露出部４０の周縁に、封止部４９で裏面が覆われた周縁領域５１ｃ，５２ｃが設けられる態様を採用した場合には、裏面露出部４０における樹脂内部剥離を防止することができ、信頼性をさらに向上させることができる。

第一電子素子１１及び第二電子素子１２が設けられた第一裏面露出部５１及び第二裏面露出部５２だけを封止部の裏面から露出させることで、発熱する第一電子素子１１及び第二電子素子１２が設けられた第一裏面露出部５１及び第二裏面露出部５２だけを裏面から露出させることができ、バリの発生や樹脂内部剥離を極力抑えつつ、効果的な放熱効果を実現できる。

封止部９０の一側方から電源端子１２０及びグランド端子１３０が外部に突出し、封止部９０の他側方から出力端子１１０、第一ゲート端子１４０及び第二ゲート端子１５０が外部に突出し、第一ゲート端子１４０と第二ゲート端子１５０との間で出力端子１１０が封止部９０から外部に突出する態様を採用することで、長手方向における電子モジュールの大きさを小さくすることができ、また配線経路を短縮することもできる。

図１４に示されるように封止部９０のおもて面に設けられた基板３１０が設けられ、端子部１００が基板３１０に設けられた導体層３２０に接続されつつ、他方で裏面露出部４０の裏面にヒートシンク３００が設けられる態様を採用することで、端子部１００を介して熱を導体層３２０に逃がすとともに、裏面露出部４０を介して熱をヒートシンク３００に逃がすことができ、高い放熱効果を期待できる。

本体部５１ａ，５２ａから側方に突出する突出部５１ｂ，５２ｂが設けられる態様を採用することで、当該突出部５１ｂ，５２ｂを押圧部（図示せず）によって押圧することができ、樹脂が裏面に回り込んでしまってバリ等が発生することをより確実に防止できる。

裏面露出部４０の各々が突出部５１ｂ，５２ｂを有し、各突出部５１ｂ，５２ｂに対応して凹部８０が設けられる態様を採用することで、裏面露出部４０の各々を押圧部４５０によって押圧することができ、樹脂が裏面に回り込んでしまってバリ等が発生することをより確実に防止できる。

（変形例）
上記の実施の形態では、第一電子素子１１及び第二電子素子１２が３つずつ設けられる態様を示したがこのような態様に限られることはなく、第一電子素子１１及び第二電子素子１２が１つずつ又は２つずつ設けられてもよいし、第一電子素子１１及び第二電子素子１２が４つずつ以上設けられてもよい。

また第一電子素子１１及び第二電子素子１２の各々が設けられる必要もなく電子素子１０が一つだけ設けられてもよい。一例として、図１５に示すように、電子モジュールは、一つの電子素子１０と、電子素子１０を封止する封止部９０と、電子素子１０がおもて面に配置されるとともに裏面が封止部９０から露出した裏面露出部４０と、裏面露出部４０に屈曲部４５を介して一体に設けられた裏面非露出部４９と、を有してもよい。

なお、図１５で付している符号は実施の形態と同じ意味であり、実施の形態と同じ符号は同じ部材を示している。なお、変形例では、実施の形態で採用されていた突出部及び凹部は設けられていない。

上述した実施の形態の記載、変形例の記載及び図面の開示は、請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態の記載又は図面の開示によって請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。また、出願当初の請求項の記載はあくまでも一例であり、明細書、図面等の記載に基づき、請求項の記載を適宜変更することもできる。

１０ 電子素子
３０ 導体部
４０ 裏面露出部
４５ 屈曲部
４９ 裏面非露出部
５１ 第一裏面露出部
５１ａ 第一本体部
５１ｂ 第一突出部
５２ 第二裏面露出部
５２ａ 第二本体部
５２ｂ 第二突出部
９０ 封止部
１１０ 出力端子
１２０ 電源端子
１３０ グランド端子
１４０ 第一ゲート端子
１５０ 第二ゲート端子
３００ ヒートシンク
３１０ 基板
３２０ 導体層

Claims (8)

1. 電子素子と、
   前記電子素子を封止する封止部と、
   前記電子素子がおもて面に配置されるとともに裏面が前記封止部から露出した裏面露出部と、前記裏面露出部に屈曲部を介して一体に設けられた裏面非露出部と、を有する導体部と、
   を備え、
   前記裏面非露出部は、前記電子素子とは異なる電子素子に接続部材を介して連結されるとともに、前記封止部の側面から外方に突出した端子部と一体になっている電子モジュール。
2. 前記裏面露出部の周縁には、前記封止部で裏面が覆われた周縁領域が設けられる、請求項１に記載の電子モジュール。
3. 前記周縁領域と前記裏面非露出部との高さ位置は対応する、請求項１又は２に記載の電子モジュール。
4. 前記裏面露出部は、前記裏面非露出部と一体になった第一裏面露出部と、前記裏面非露出部とは一体になっていない第二裏面露出部とを有し、
   前記電子素子が設けられた前記第一裏面露出部及び前記第二裏面露出部だけが前記封止部の裏面から露出する、請求項１又は２に記載の電子モジュール。
5. ２個以上の電子素子が設けられ、
   電子素子の各々は前記第一裏面露出部及び前記第二裏面露出部のいずれかのおもて面側に配置される、請求項４に記載の電子モジュール。
6. 前記裏面非露出部は、前記第二裏面露出部の前記封止部の短手方向に沿った側方に位置付けられる、請求項４に記載の電子モジュール。
7. 前記端子部は出力端子として機能し、
   前記封止部の一方側から電源端子及びグランド端子が外部に突出し、
   前記封止部の他方側から出力端子、第一ゲート端子及び第二ゲート端子が外部に突出し、
   前記第一ゲート端子と前記第二ゲート端子との間で前記出力端子が前記封止部から外部に突出する、請求項１又は２に記載の電子モジュール。
8. 請求項１又は２に記載の電子モジュールと、
   前記封止部のおもて面に設けられた基板と、
   前記裏面露出部の裏面に設けられたヒートシンクと、
   を備え、
   前記端子部は前記基板に設けられた導体層に接続される組合体。