JP4127645B2

JP4127645B2 - Electronic component mounting equipment

Info

Publication number: JP4127645B2
Application number: JP2002302823A
Authority: JP
Inventors: 進路馬殿; 哲也西川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2022-10-17
Also published as: JP2004140146A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主回路基板と、この主回路基板に設けられモジュール容器内に電子部品が内蔵された電子回路モジュールとを備えた電子部品実装装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子部品の容器が基板に接着材により接着され、また電子部品のフラットリードが基板のパッドに接続されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、タングステン合金パッケージおよびタングステン合金パッケージカバーをはんだで封止した放射線遮蔽器内に半導体および電子部品が収納された耐放射線能力を有する半導体装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２２４５３５号公報
【特許文献２】
特開平８−１４８６１６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の電子部品の実装構造では、容器の電子部品と基板とがフラットリードを介して電気的に接続されているとともに、容器と基板とが物理的にも接続されているので、容器に大きな振動、衝撃等が加わった場合に、接着材とともにフラットリードにも大きな荷重が加わり、フラットリードが切断されてしまうといった問題点があった。
【０００５】
また、上記の半導体装置では、放射線遮蔽器は高エネルギー粒子を遮蔽減衰させる一方、新たに多重散乱による二次電子粒子が生成し、この二次散乱線が内部に浸透して、内部の半導体および電子部品に放射線損傷を与え、内部帯電に起因する絶縁破壊が生じるという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、電子部品の電気的接続の信頼性が向上した電子部品実装装置を得ることを目的とする。
【０００７】
また、この発明は、二次電子粒子の生成が抑制され、内部の電子部品の放射線損傷が低減された電子部品実装装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の電子部品実装装置は、主回路基板と、この主回路基板に設けられモジュール容器内に電子部品が内蔵された電子回路モジュールと、前記主回路基板および前記電子回路モジュールを収納した筐体とを備え、前記モジュール容器は、材料の異なる部材を積層した積層構造であり、その表面側の外面層は、タングステンまたはタングステン合金で構成され、その内面側の内面層は、アルミニウムで構成され、前記外面層と前記内面層との間の中間層は銅で構成され、前記電子回路モジュールには前記筐体と接続された固定部位が形成され、この固定部位で固定手段により電子回路モジュールは筐体に固定されており、また前記電子回路モジュールから導出された端子は、前記主回路基板と電気的に接続されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明するが、各実施の形態において、同一、相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１.
図１はこの発明の実施の形態１の電子部品実装装置の要部斜視図、図２は図１の電子部品実装装置の組立途中の分解斜視図である。
この電子部品実装装置は、主回路基板１と、この主回路基板１上に設けられモジュール容器２内に電子部品（図示せず）が内蔵されたＣＰＵである電子回路モジュール３と、主回路基板１および電子回路モジュール３を収納した筐体４とを備えている。
【００１１】
アルミニウム製の筐体４は、矩形状の枠部８および十字状に枠部８に向かって延びた柱部６を有するベース５と、このベース５を覆ったカバー（図示せず）とを備えている。枠部８および柱部６にはねじ穴１０を有する突起９が複数個間隔をおいて設けられている。
各電子回路モジュール３の四隅には、突起９の先端面と面接触した固定部位１１が形成されている。突起９は主回路基板１の貫通穴１２から主回路基板１上に突出している。電子回路モジュール３は、固定部位１１で固定手段であるねじ１３が突起９のねじ穴１０に螺着して筐体４に物理的に固定されている。
また、電子回路モジュール３からは可撓性の金属細線端子１４が導出しており、この金属細線端子１４の先端は、主回路基板１のパッド部でハンダにより接合されている。
【００１２】
上記構成の電子部品実装装置では、電子回路モジュール３は、ねじ１３が筐体４の突起９のねじ穴１０に螺着することで、筐体４に強固に、かつ簡単に固定されているとともに、金属細線端子１４が主回路基板１に電気的に接続されており、電子回路モジュール３に対する物理的接続と電気的接続とは分離されている。
従って、装置全体の振動、衝撃により、金属細線端子１４に過大な応力が加わるようなことは防止され、振動、衝撃による金属細線端子１４の破損が防止される。また、筐体４に対するねじ１３の弛み等により電子回路モジュール３が変動した場合、電子回路モジュール３は、筐体４に対して変動し、主回路基板１に対しては小さな変動ですみ、それだけ金属細線端子１４に加わる応力は小さく、金属細線端子１４は破損しにくい。
また、電子回路モジュール３からの熱は、主に、熱伝導性のよくないエポキシ樹脂を主要構成材料とする電子回路モジュール３を通るのではなく、固定部位１１、ベース５の突起９、柱部６および枠部８を通じて筐体４の外部に放出されるので、放熱性の点でも優れている。
【００１３】
また、金属細線端子１４は、可撓性を有しており、主回路基板１に対して電子回路モジュール３が相対的に変動した場合には、金属細線端子１４で吸収され、金属細線端子１４の先端のはんだ接合部には応力が集中せず、はんだ接合部での破損は防止される。
また、電子回路モジュール３では、モジュール容器２の内部は完全密閉されているので、樹脂モールドパッケージされた電子部品が地上で使用された場合に吸湿するようなことは防止される。また、電子部品実装装置が宇宙機に搭載され、真空環境下に置かれても、樹脂モールドの脱ガスを防止することができる。
【００１４】
なお、上記実施の形態では、固定手段としてねじ１３を用いたが、勿論このものに限定されるものではなく、固定部位をベースの突起に接着材を用いて固定してもよいし、固定部位を突起の孔に圧入して固定してもよい。
【００１５】
実施の形態２．
図３はこの発明を実施の形態２の電子部品実装装置の電子回路モジュール２０の断面図である。
この電子回路モジュール２０は、断面コの字形状の第１の容器部２４ａおよび平板状の第２の容器部２４ｂからなるモジュール容器２４と、このモジュール容器２４内に設けられたモジュール回路基板２５と、このモジュール回路基板２５に実装された電子部品２２と、この電子部品２２と第２の容器部２４ｂとの間に設けられ、電子部品２２からの熱を第２の容器部２４ｂに導く熱良伝導性で銅製の放熱ブロック２１と、この放熱ブロック２１および電子部品２２の間並びに放熱ブロック２１および第２の容器部２４ｂの間に介在した介在材２６とを備えている。
モジュール容器２４は、実施の形態１のモジュール容器２と同様に、第１の容器部２４aの端面と第２の容器部２４ｂとがはんだによる溶接で完全密閉されている。
介在材２６は、熱良伝導性のシリコン系弾性材で構成されている。
【００１６】
上記構成の電子部品実装装置では、電子部品２２からの熱は、介在材２６、放熱ブロック２１、介在材２６、第２の容器部２４ｂ、固定部位１１、ベース５の突起９、柱部６および枠部８を通じて筐体４の外部に円滑に放出される。
【００１７】
ところで、本願の発明者は、電子回路モジュールがエポキシ系樹脂で構成された主回路基板に接着された従来のものと、この実施の形態の電子部品実装装置とにおいて、電子部品の放熱性について、電子部品の表面温度と電子回路モジュールの隅部との温度差（ΔＴ）を測定して調べた。
その結果、温度差（ΔＴ）は、従来のものが１０〜２０℃であったのに対して、この実施の形態のものは、1〜２℃であり、従来のものと比較してほぼ１／１０であった。
この測定結果から、この実施の形態のものは、従来のものと比較して放熱ブロック２１を備えたことにより、それだけ電子部品と電子回路モジュールの隅部との間の熱経路での熱抵抗が小さくなり、電子部品の放熱性が高いことが実証された。
【００１８】
なお、上記構成の電子部品実装装置では、第１の容器部２４ａと第２の容器部２４ｂとをはんだによる溶接することで、モジュール容器２４を密閉したが、第１の容器部と第２の容器部とを、例えば接着材、電子ビーム溶接、短長波レーザ融着で接合するようにしてもよい。
また、介在材として、例えば銀ペースト、エポキシ系樹脂に銀が混入されたものであってもよく、熱良伝導性のもの、または熱良伝導性および接着性の両方を備えたものであればよい。
【００１９】
実施の形態３．
図４はこの発明を実施の形態３の電子部品実装装置の電子回路モジュール３０の断面図である。
この実施の形態では、モジュール回路基板３２に、電子部品２２からの熱をモジュール容器２４の第２の容器部２４ｂに導く放熱ビュアホール３１が設けられている点が、実施の形態２の電子回路モジュール２０と異なる。
この実施の形態では、モジュール回路基板３２に、内壁面に銅金属が付着した放熱ビュアホール３１が設けられているので、電子部品２２からの熱は、主に、介在材２６、放熱ビュアホール３１、介在材２６、第２の容器部２４ｂ、固定部位１１、ベース５の突起９、柱部６および枠部８を通じて筐体４の外部に円滑に放出される。
【００２０】
実施の形態４．
図５はこの発明を実施の形態４の電子部品実装装置の電子回路モジュール４０の断面図である。
この実施の形態では、電子部品２２と第１の容器部２４ａとの間に、電子部品２２からの熱をモジュール容器２４の第１の容器部２４ａに導くサーマルフィラー４２が設けられている点が、実施の形態２の電子回路モジュール２０と異なる。このサーマルフィラー４２は、介在材２６と同一の熱良伝導性のシリコン系弾性材で構成されている。なお、サーマルフィラーの材料として、例えば銀ペースト、エポキシ系樹脂に銀が混入されたものであってもよく、熱良伝導性を有するもの、または熱良伝導性および接着性の両方を有するものであればよい。
この実施の形態では、サーマルフィラー４２が電子部品２２と第１の容器部２４ａとの間に設けられているので、電子部品２２からの熱は、サーマルフィラー４２、第１の容器部２４ａ、固定部位１１、ベース５の突起９、柱部６および枠部８を通じて筐体４の外部に円滑に放出される。
【００２１】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５の電子部品実装装置の電子回路モジュール５０の断面図である。
この実施の形態では、モジュール容器２４内に、熱良伝導性でゲル状態の放熱ゲル５２が充填されている点が、実施の形態２の電子回路モジュール２０と異なる。
この放熱ゲル５２は、熱良伝導性のシリコン系樹脂で構成されている。
【００２２】
この実施の形態では、電子部品２２は放熱ゲル５２で覆われているので、電子部品２２からの熱は、主に、放熱ゲル５２、容器部２４、固定部位１１、ベース５の突起９、柱部６および枠部８を通じて筐体４の外部に円滑に放出される。
【００２３】
実施の形態６．
図７はこの発明の実施の形態６の電子部品実装装置のモジュール容器６０の断面図である。
この実施の形態では、モジュール容器６０は、材料の異なる、外面層６１、中間層６２および内面層６３から構成された積層構造であり、外面層６１は、質量数（原子番号）の大きい材料で構成され、内面層６３は、質量数（原子番号）の小さい材料で構成されている。
具体的には、外面層６１は、タングステンまたはタングステン合金で構成され、内面層６３はアルミニウムで構成され、外面層６１と内面層６３との間の中間層６２は、銅で構成されている。
他の構成は実施の形態２の電子部品実装装置と同様である。
【００２４】
次に、上記構成のモジュール容器６０の放射線耐久性構造について詳述する。
エネルギー粒子など外部放射線の侵入に対する防護策の一つとして、電子部品２２のみを遮蔽する局所遮蔽が有効である。
この実施の形態のモジュール容器６０は、数百Ｍｅｖの高エネルギー粒子に対する減衰・阻止能力は有していないものの、数Ｍｅｖ程度の低エネルギー粒子に対してモジュール容器６０内部での吸収線量を実用レベルまで減らすことが可能であり、特に局所遮蔽の際に発生する二次散乱線を抑えるための構造的特長を備えている。
【００２５】
このモジュール容器６０は、外面層６１は、質量数（原子番号）の大きい材料で構成され、内面層６３は、質量数（原子番号）の小さい材料で構成されているので、高密度の外面層６１で発生する２次生成粒子（散乱電子・制動Ｘ線）の内、二次散乱電子を低密度の内面層６３で効果的に吸収される。これは、この内面層６３の低エネルギー散乱線発生割合が外面層６１に比べ少ないためである。このため、モジュール容器６０内の電子部品２２が受ける吸収線量や不要な内部帯電が軽減される。
なお、モジュール容器の内部空隙に有機材等の低原子番号からなる元素材料で充填すれば、低エネルギー散乱線に対する抑制効果が更に高い。
【００２６】
このモジュール容器の遮蔽特性は、Ｂｅｔｈｅの理論式（注１）から得られるエネルギー減衰量から導ける。
モジュール容器中のエネルギープロトンの減速特性は、式（１）中の遮蔽材中の各変数に依存する。同式は、モジュール容器材料の主要組成の原子番号（質量数）が高いほど、あるいはプロトンエネルギーが低域になるほど、遮蔽効果が高くなることを示す。
Ｓ（Ｅ）＝Ｆ（１／Ｅ_ｐ，Ｎ，Ｍ_ｅ，Ｍ_ｐ）・・・（式１）
Ｓ（Ｅ）エネルギー遮蔽能［Ｍｅｖ／ｇ／ｃｍ^２］
Ｅ_ｐ陽子エネルギー［Ｍｅｖ］
Ｎ遮蔽材の電子密度
Ｍ_ｅ電子の静止エネルギー［Ｍｅｖ］
Ｍ_p 陽子の静止エネルギー［Ｍｅｖ］
注１：U.Fano著「陽子、アルファー粒子、並びに中間子の侵入について」Nucl−ear Science誌年報、第１３巻第１章Annual Reviews,Inc.社１９６３年発行
また、エネルギープロトン以外のエネルギー粒子の場合も、このエネルギープロトン粒子の遮蔽式から導くことができる。
【００２７】
モジュール容器厚みを決定するために、アルミニウム材中でのエネルギー粒子（プロトン、電子）と飛程Ｒ（Ｅ）との関係式を次に示す(注２)。
エネルギープロトンの飛程式
Ｒ（Ｅ）＝（Ａ_P／２Ｂ_P）×lｎ（１＋２Ｂ_PＥ^γ）・・・（式２）
エネルギー電子の飛程式
Ｒ（Ｅ）＝{（Ｅ／Ａ_ｅ）^２＋Ｂ_ｅ ^２−Ｂ_ｅ}}^０．５・・・・（式３）
ここで
Ｒ（Ｅ）：飛程（ｇ／ｃｍ^２）
Ｅ：エネルギー（Ｍｅｖ）
Ａ_P ：２．７７×１０^−３
Ｂ_P ：２．５×１０^−６
γ ：１．７８
Ａ_ｅ：１．９２
Ｂ_ｅ：０．１１
注2：NASA TN D-6385:Electron and Bremsstrahlung Penetration and Dose Calculation(1971)
NASA SP-71: The Calculation of Proton Penetration and Dose Rates(1964)
【００２８】
図８にアルミニウム製のモジュール容器の場合の関係図を示す。
例えばプロトン粒子エネルギー２０Ｍｅｖの場合、モジュール容器が５ｍｍ厚なら、その侵入を十分に阻止できる。また、このモジュール容器厚さでは、エネルギー電子粒子１．５Ｍｅｖが、ほぼ吸収できる。
実際にモジュール容器が載置される、宇宙等放射線粒子環境下では、エネルギープロトンや、エネルギー電子等の粒子エネルギーは単色ではなく、ブロードなエネルギースペクトルを有する。これら粒子エネルギーフルエンスΦ（Ｅ）は、ＡＥ８およびＡＰ８コードとして知られ、およそ次式で近似できる。
Φ_ｅ（Ｅ）∝ １／Ｅ_ｅ ^３［ｎ／Ｍｅｖ・sec・str・cｍ^２］・・・（式４）
Φ_ｐ（Ｅ）∝ １／Ｅ_P ^３［ｎ／Ｍｅｖ・sec・str・ｃｍ^２］・・・（式５）
ｎ：粒子個数
両式は、エネルギー成分が低くなる程、粒子エネルギーフルエンスΦ_ｅ（Ｅ）、Φ_ｐ（Ｅ）が高くなる傾向がある。
【００２９】
このようなエネルギー粒子環境に置いたモジュール容器内部の各電子部品が受けるエネルギー吸収線量は、上記（式１）と上記（式２）（（ないし式３））とから、
Ｅ_ｓｕｍ＝ Σ_{ｋ＝１〜Ｋｍａｘ} Φ_ｅ（Ｅ_ｋ）×{Ｅ_ｋ−Ｓ(Ｅ_ｋ)}・・（式６）
となる。
シリコンデバイスなど電子部品の放射線損傷の程度は、吸収線量（Ｄｏｓｅ；Ｇｙ）の多寡で評価できる。また、この吸収線量は、エネルギー沈着量との比例関係にあることから、モジュール容器による遮蔽は、吸収線量抑制に有効である。
実際の問題として、モジュール容器を金属材料で構成するが、搭載重量の制限により容器重量には制限がある。このため、広範囲のエネルギー粒子束の内、高エネルギー粒子に対する遮蔽は不十分であるものの、低エネルギー粒子束成分に対して、モジュール容器内部の吸収線量を減らすようにすることができる。
【００３０】
上記式（１）と上記式（５）より実際の代表的なエネルギープロトン粒子環境下のモジュール容器内のエネルギー分布を図９に示す。
同図において符号イのグラフは、モジュール容器外の環境下でのプロトンエネルギーの線量分布を示し、符号ロのグラフは、モジュール容器内部のプロトンエネルギーの線量分布を示しており、低エネルギー域の線量が十分カットされていることが分かる。
【００３１】
以上、モジュール容器設計の一例から分かるように、適用環境の放射線強度や、モジュール容器重量等条件をもとに、線量低減に有効な容器構造を有する電子回路モジュールが提供できる。
回路モジュール内の電子部品が受ける吸収線量には、二次散乱線成分も含まれる。しかも、プロトンを含む重イオンの場合であっても、その減速散乱過程では、低エネルギー成分を含むエネルギー電子粒子が含まれ、この成分の電子部品に対する吸収線量への寄与は大きい。このため、モジュール容器から出る二次散乱電子の発生を抑制させることは有効である。
【００３２】
図１０、図１１に、５Ｍｅｖエネルギー電子のモジュール容器透過後の様子を示す。図１０はモジュール容器の外層面がアルミニウム、内層面が銅で構成された積層構造の場合である。図１１はモジュール容器の外層面がタングステン、中間層が銅、内層面がアルミニウムで構成された積層構造の場合である。
両図とも、モジュール容器の下面から内部に向かって矢印ハの方向に電子が侵入したときの様子を示すもので、電子部品が載置される直線ニの箇所では二次電子散乱粒子、および制動Ｘ線の飛跡が認められ、入射エネルギー粒子の遮蔽減衰に伴って二次電子が生成する様子が分かる。
【００３３】
本願の発明者は、単位面積当たりの重量が等しい条件下で質量数が異なる積層構造のモジュール容器を作製し、それぞれのモジュール容器内の吸収線量分布を実験により調べた。
図１２に各モジュール容器の構成を示す。ここで、ケースIは外面層が厚さ０．１６ｃｍのアルミニウム、内面層が厚さ０．１ｃｍの銅で構成され、電子部品が厚さ０．５ｃｍで樹脂モールドされた例、ケースＩＩは外面層が厚さ０．１５ｃｍの銅で電子部品が厚さ０．５ｃｍで樹脂モールドされた例、ケースＩＩＩは外面層が厚さ０．０３ｍｍのタングステン、中間層が厚さ０．０６ｃｍの銅、内面層が厚さ０．１６ｃｍのアルミニウムで構成されている。
【００３４】
各ケースＩ、ＩＩ、ＩＩＩのモジュール容器内の吸収線量分布の実験結果を図１３に示す。
同図によれば、各ケースＩ、ＩＩ、ＩＩＩとも重量条件（ｇ/cm^２）が同じであっても積層構造により容器内線量値および分布に次のような違いが認められた。
（１）ケースＩとケースＩＩとから、外面層材に低密度金属材（Ａｌ）を配置した場合と、外面層材に低密度金属材（Ａｌ）を配置しない銅単一の場合とを比較した場合に、外面層材に低密度金属材を配置したことによる優位性は認められない。
（２）外面層に高密度金属材、中間層に中密度、および内面層に低密度材を配置したケースＩＩＩでは、ケースＩ、ＩＩと比較して内部吸収線量の低減効果が大きい。
これより、最外層には最も密度の高い重金属材を配置、内側層および容器内空隙部に二次電子生成係数が小さな軽金属材／樹脂材を備えるのが効果的である。
なお、ケースＩＩＩの場合には３層積層構造であるが、外面層がタングステンで構成され、内面層がアルミニウムで構成された２層構造であっても、吸収線量は低減される。
【００３５】
このエネルギー粒子遮蔽に関するモジュール容器の積層効果について次に述べる。
（１）重金属で構成の外面層により入射エネルギーを完全阻止するか、その一部エネルギーが吸収させる。
（２）遮蔽作用に伴って発生する二次電子粒子は軽金属で構成の内面層や樹脂材で吸収阻止される。
（３）外面層と内面層との間に原子番号が両者の中間値である中間層を配置することで、高エネルギー粒子の遮蔽効果を図ることができるとともに、これに付随した二次電子粒子の発生率を更に低減することができる。
（４）容器内面層に軽金属で構成し、容器内部の電子部品が樹脂モールドされているので、この部分での新たな二次電子散乱線の発生を抑制できる。
（５）外面層で発生する制動輻射自身が、各種材料に対して低い線エネルギー付与係数（ＬＥＴ）を有するので、内部にある電子部品の吸収線量の寄与は散乱電子に比べかなり低い。
【００３６】
なお、上記実施の形態１〜６では、モジュール容器内の電子部品は、樹脂モールド成形され、パッケージ化された電子部品であったが、この発明は、電子部品がベアーチップであっても適用できるのは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の電子部品実装装置によれば、主回路基板と、この主回路基板に設けられモジュール容器内に電子部品が内蔵された電子回路モジュールと、前記主回路基板および前記電子回路モジュールを収納した筐体とを備え、前記電子回路モジュールには前記筐体と接続された固定部位が形成され、この固定部位で固定手段により電子回路モジュールは筐体に固定されており、また前記電子回路モジュールから導出された端子は、前記主回路基板と電気的に接続されているので、耐振動性、耐衝撃性が向上し、電子部品の電気的接続の信頼性が向上する。
【００３８】
また、この発明の電子部品実装装置は、主回路基板と、この主回路基板に設けられモジュール容器内に電子部品が内蔵された電子回路モジュールとを備え、前記モジュール容器は、材料の異なる部材を積層した積層構造であり、その表面側の外面層は、質量数（原子番号）の大きい材料で構成され、その内面側の内面層は、質量数（原子番号）の小さい材料で構成されているので、内部の電子部品の放射線損傷が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の電子部品実装装置の要部斜視図である。
【図２】図１の電子部品実装装置の分解斜視図である。
【図３】実施の形態２の電子回路モジュールの断面図である。
【図４】実施の形態３の電子回路モジュールの断面図である。
【図５】実施の形態４の電子回路モジュールの断面図である。
【図６】実施の形態５の電子回路モジュールの断面図である。
【図７】実施の形態６のモジュール容器の側断面図である。
【図８】実施の形態６の電子回路モジュールのエネルギープロトン粒子のアルミニウム中の透過を説明するための図である。
【図９】実施の形態６の電子回路モジュールをエネルギープロトン粒子環境下に置いたときのモジュール容器のエネルギー電子粒子透過後の線量を示す図である。
【図１０】実施の形態６のモジュール容器の一例でのエネルギー電子粒子の散乱の様子を示す図である。
【図１１】実施の形態６のモジュール容器の他の例でのエネルギー電子粒子の散乱の様子を示す図である。
【図１２】モジュール容器の各ケースの例を示す図である。
【図１３】実施の形態６のモジュール容器においてエネルギー電子に対する吸収線量を示す図である。
【符号の説明】
１主回路基板、２，６０モジュール容器、３電子回路モジュール、４筐体、９突起、１０ねじ穴、１１固定部位、１３ねじ（固定手段）、１４金属細線端子、２０，３０，４０，５０電子回路モジュール、２１放熱ブロック、２２電子部品、２４モジュール容器、２４ａ第１の容器部、２４ｂ第２の容器部、２５モジュール回路基板、３１放熱ビュアホール、３２，４１，５１モジュール回路基板、４２サーマルフィラー、５２放熱ゲル、６１外面層、６２中間層、６３内面層。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic component mounting apparatus including a main circuit board and an electronic circuit module provided on the main circuit board and including an electronic component in a module container.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a container in which an electronic component container is bonded to a substrate with an adhesive and a flat lead of the electronic component is connected to a pad of the substrate is known (for example, see Patent Document 1).
A semiconductor device having radiation resistance capability in which a semiconductor and an electronic component are housed in a radiation shield in which a tungsten alloy package and a tungsten alloy package cover are sealed with solder is known (for example, see Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-6-224535 [Patent Document 2]
JP-A-8-148616 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the electronic component mounting structure described above, the container's electronic components and the substrate are electrically connected via the flat leads, and the container and the substrate are also physically connected. When an impact or the like is applied, a large load is applied to the flat lead together with the adhesive, and the flat lead is cut.
[0005]
Further, in the above semiconductor device, the radiation shield shields and attenuates high-energy particles, while secondary electron particles are newly generated by multiple scattering, and the secondary scattered rays penetrate into the interior, and the internal semiconductor and There was a problem in that electronic parts were damaged by radiation and dielectric breakdown was caused by internal charging.
[0006]
An object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an electronic component mounting apparatus with improved reliability of electrical connection of electronic components.
[0007]
Another object of the present invention is to obtain an electronic component mounting apparatus in which the generation of secondary electron particles is suppressed and radiation damage to the internal electronic components is reduced.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An electronic component mounting apparatus according to the present invention includes a main circuit board, an electronic circuit module that is provided on the main circuit board and has an electronic component built in a module container, and a housing that houses the main circuit board and the electronic circuit module. The module container has a laminated structure in which members of different materials are laminated, the outer surface layer on the surface side is made of tungsten or a tungsten alloy, and the inner surface layer on the inner surface side is made of aluminum, The intermediate layer between the outer surface layer and the inner surface layer is made of copper, and the electronic circuit module is formed with a fixing portion connected to the casing, and the electronic circuit module is fixed to the casing by fixing means at the fixing portion. Terminals fixed to the body and derived from the electronic circuit module are electrically connected to the main circuit board .
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In each embodiment, the same, equivalent members, and parts will be described with the same reference numerals.
Embodiment 1.
1 is a perspective view of essential parts of an electronic component mounting apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the electronic component mounting apparatus shown in FIG.
The electronic component mounting apparatus includes a main circuit board 1, an electronic circuit module 3 which is a CPU provided on the main circuit board 1 and in which an electronic component (not shown) is built in a module container 2, and a main circuit board. 1 and a housing 4 housing the electronic circuit module 3.
[0011]
The aluminum case 4 includes a base 5 having a rectangular frame portion 8 and a pillar portion 6 extending in a cross shape toward the frame portion 8, and a cover (not shown) covering the base 5. ing. The frame portion 8 and the column portion 6 are provided with a plurality of projections 9 having screw holes 10 at intervals.
At the four corners of each electronic circuit module 3, fixing portions 11 are formed that are in surface contact with the tip surface of the protrusion 9. The protrusion 9 protrudes from the through hole 12 of the main circuit board 1 onto the main circuit board 1. The electronic circuit module 3 is physically fixed to the housing 4 by screws 13 as fixing means at the fixing portion 11 screwed into the screw holes 10 of the protrusions 9.
A flexible thin metal wire terminal 14 is led out from the electronic circuit module 3, and the tip of the thin metal wire terminal 14 is joined to the pad portion of the main circuit board 1 by soldering.
[0012]
In the electronic component mounting apparatus having the above configuration, the electronic circuit module 3 is firmly and easily fixed to the housing 4 by screwing the screws 13 into the screw holes 10 of the protrusions 9 of the housing 4. The thin metal wire terminal 14 is electrically connected to the main circuit board 1 and the physical connection and the electrical connection to the electronic circuit module 3 are separated.
Therefore, it is possible to prevent an excessive stress from being applied to the fine metal wire terminal 14 due to vibration and impact of the entire apparatus, and damage to the fine metal wire terminal 14 due to vibration and impact can be prevented. In addition, when the electronic circuit module 3 fluctuates due to loosening of the screw 13 with respect to the housing 4, the electronic circuit module 3 fluctuates with respect to the housing 4 and only a small fluctuation with respect to the main circuit board 1, and only The stress applied to the metal thin wire terminal 14 is small, and the metal thin wire terminal 14 is not easily damaged.
Further, the heat from the electronic circuit module 3 does not mainly pass through the electronic circuit module 3 whose main constituent material is an epoxy resin having poor thermal conductivity, but the fixing portion 11, the protrusion 9 of the base 5, and the pillar portion. Since it is discharged to the outside of the housing 4 through the frame 6 and the frame portion 8, it is excellent in terms of heat dissipation.
[0013]
The thin metal wire terminal 14 has flexibility, and when the electronic circuit module 3 fluctuates relative to the main circuit board 1, the thin metal wire terminal 14 is absorbed by the thin metal wire terminal 14. The stress is not concentrated on the solder joint at the tip of the solder, and breakage at the solder joint is prevented.
Moreover, in the electronic circuit module 3, since the inside of the module container 2 is completely sealed, it is possible to prevent moisture absorption when an electronic component packaged in a resin mold is used on the ground. Further, even when the electronic component mounting apparatus is mounted on a spacecraft and placed in a vacuum environment, degassing of the resin mold can be prevented.
[0014]
In the above embodiment, the screw 13 is used as the fixing means. However, the screw 13 is of course not limited to this, and the fixing part may be fixed to the protrusion of the base using an adhesive, or the fixing part may be fixed. May be press-fitted into the hole of the protrusion and fixed.
[0015]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a sectional view of the electronic circuit module 20 of the electronic component mounting apparatus according to the second embodiment of the present invention.
The electronic circuit module 20 includes a module container 24 composed of a first container portion 24a having a U-shaped cross section and a second container portion 24b having a flat plate shape, and a module circuit board 25 provided in the module container 24. The electronic component 22 mounted on the module circuit board 25 is provided between the electronic component 22 and the second container portion 24b, and heat good from the electronic component 22 to the second container portion 24b. A conductive copper heat radiation block 21 and an interposition material 26 interposed between the heat radiation block 21 and the electronic component 22 and between the heat radiation block 21 and the second container portion 24b are provided.
In the module container 24, as in the module container 2 of the first embodiment, the end surface of the first container portion 24a and the second container portion 24b are completely sealed by welding with solder.
The interposition material 26 is made of a heat-conductive silicon-based elastic material.
[0016]
In the electronic component mounting apparatus having the above configuration, the heat from the electronic component 22 is generated by the interposition material 26, the heat dissipation block 21, the interposition material 26, the second container portion 24b, the fixing portion 11, the protrusion 9 of the base 5, the column portion 6 and the like. It is smoothly discharged to the outside of the housing 4 through the frame portion 8.
[0017]
By the way, the inventor of the present application relates to the heat dissipation of electronic components in the conventional one in which the electronic circuit module is bonded to the main circuit board made of epoxy resin and the electronic component mounting apparatus of this embodiment. The temperature difference (ΔT) between the surface temperature of the electronic component and the corner of the electronic circuit module was measured and examined.
As a result, the temperature difference (ΔT) of the conventional one is 10 to 20 ° C., whereas that of this embodiment is 1 to 2 ° C., which is about 1 compared with the conventional one. / 10.
From this measurement result, the heat resistance in the heat path between the electronic component and the corner of the electronic circuit module is increased by the amount of heat dissipation block 21 in this embodiment compared to the conventional one. It was proved that the heat dissipation of electronic parts was high.
[0018]
In the electronic component mounting apparatus configured as described above, the module container 24 is hermetically sealed by welding the first container part 24a and the second container part 24b with solder, but the first container part and the second container part 24b are sealed. The container portion may be joined by, for example, an adhesive, electron beam welding, or short and long wave laser fusion.
Further, as the interposition material, for example, silver paste, epoxy resin in which silver is mixed, heat good conductivity, or one having both heat good conductivity and adhesiveness Good.
[0019]
Embodiment 3 FIG.
4 is a cross-sectional view of an electronic circuit module 30 of the electronic component mounting apparatus according to the third embodiment of the present invention.
In this embodiment, the electronic circuit of the second embodiment is that the module circuit board 32 is provided with a heat radiating viewer hole 31 that guides heat from the electronic component 22 to the second container portion 24b of the module container 24. Different from module 20.
In this embodiment, the module circuit board 32 is provided with a heat radiating viewer hole 31 having copper metal adhered to the inner wall surface, so that the heat from the electronic component 22 mainly includes the interposition material 26 and the heat radiating viewer hole 31. The intermediate material 26, the second container portion 24 b, the fixing portion 11, the protrusion 9 of the base 5, the column portion 6, and the frame portion 8 are smoothly discharged to the outside of the housing 4.
[0020]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an electronic circuit module 40 of the electronic component mounting apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
In this embodiment, a thermal filler 42 that guides the heat from the electronic component 22 to the first container portion 24a of the module container 24 is provided between the electronic component 22 and the first container portion 24a. This is different from the electronic circuit module 20 of the second embodiment. The thermal filler 42 is formed of the same heat-conductive silicon-based elastic material as the interposition material 26. Note that the thermal filler material may be, for example, silver paste, epoxy resin mixed with silver, one having good thermal conductivity, or one having both thermal good conductivity and adhesiveness. I just need it.
In this embodiment, since the thermal filler 42 is provided between the electronic component 22 and the first container portion 24a, the heat from the electronic component 22 is fixed to the thermal filler 42, the first container portion 24a, and the fixed portion. It is smoothly discharged to the outside of the housing 4 through the part 11, the protrusion 9 of the base 5, the column part 6 and the frame part 8.
[0021]
Embodiment 5. FIG.
6 is a cross-sectional view of an electronic circuit module 50 of an electronic component mounting apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
This embodiment is different from the electronic circuit module 20 of the second embodiment in that the module container 24 is filled with a heat-radiating gel 52 having a good thermal conductivity and a gel state.
The heat dissipating gel 52 is made of a heat-conductive silicon resin.
[0022]
In this embodiment, since the electronic component 22 is covered with the heat radiating gel 52, the heat from the electronic component 22 mainly includes the heat radiating gel 52, the container portion 24, the fixed portion 11, the protrusion 9 of the base 5, and the pillar. It is smoothly discharged to the outside of the housing 4 through the part 6 and the frame part 8.
[0023]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view of the module container 60 of the electronic component mounting apparatus according to Embodiment 6 of the present invention.
In this embodiment, the module container 60 has a laminated structure composed of an outer surface layer 61, an intermediate layer 62, and an inner surface layer 63, which are made of different materials. The outer surface layer 61 is made of a material having a large mass number (atomic number). The inner surface layer 63 is made of a material having a small mass number (atomic number).
Specifically, the outer surface layer 61 is made of tungsten or a tungsten alloy, the inner surface layer 63 is made of aluminum, and the intermediate layer 62 between the outer surface layer 61 and the inner surface layer 63 is made of copper.
Other configurations are the same as those of the electronic component mounting apparatus according to the second embodiment.
[0024]
Next, the radiation durability structure of the module container 60 having the above configuration will be described in detail.
As one of the protective measures against intrusion of external radiation such as energetic particles, local shielding that shields only the electronic component 22 is effective.
Although the module container 60 of this embodiment does not have the ability to attenuate / prevent high energy particles of several hundred Mev, the absorbed dose in the module container 60 is practically reduced with respect to low energy particles of several MeV. In particular, it has structural features for suppressing secondary scattered radiation generated during local shielding.
[0025]
In this module container 60, the outer surface layer 61 is made of a material having a large mass number (atomic number), and the inner surface layer 63 is made of a material having a small mass number (atomic number), so that the outer surface layer has a high density. Of the secondary generation particles (scattered electrons / braking X-rays) generated at 61, secondary scattered electrons are effectively absorbed by the inner layer 63 having a low density. This is because the inner layer 63 has a lower generation rate of low energy scattered radiation than the outer layer 61. For this reason, the absorbed dose received by the electronic component 22 in the module container 60 and unnecessary internal charging are reduced.
In addition, if the internal space of the module container is filled with an elemental material having a low atomic number such as an organic material, the effect of suppressing low energy scattered radiation is further increased.
[0026]
The shielding characteristic of this module container can be derived from the energy attenuation obtained from Bethe's theoretical formula (Note 1).
The deceleration characteristics of the energy protons in the module container depend on each variable in the shielding material in Equation (1). This equation indicates that the shielding effect increases as the atomic number (mass number) of the main composition of the module container material increases or the proton energy decreases.
S (E) = F (1 / _Ep , N, _Me , _Mp ) (Formula 1)
S (E) Energy shielding ability [Mev / g / cm ² ]
E _p proton energy [Mev]
Electron density _{M e} electron rest energy of N shielding material [Mev]
M _p proton static energy [Mev]
Note 1: "Invasion of protons, alpha particles, and mesons" by U.Fano, published annually in Nucl-ear Science, Vol. 13, Chapter 1, Annual Reviews, Inc., 1963. Also in this case, it can be derived from the shielding type of this energy proton particle.
[0027]
In order to determine the thickness of the module container, the relational expression between energetic particles (protons and electrons) in the aluminum material and the range R (E) is shown below (Note 2).
Energy proton range equation R (E) = (A _P / 2B _P ) × ln (1 + 2B _P E ^γ ) (Formula 2)
Energy electron range equation R (E) = {(E / A _e ) ² + B _e ² −B _e }} ^0.5 (Equation 3)
Here, R (E): Range (g / cm ² )
E: Energy (Mev)
A _P : 2.77 × 10 ⁻³
B _P : 2.5 × 10 ⁻⁶
γ: 1.78
A _e : 1.92
_Be : 0.11
Note 2: NASA TN D-6385: Electron and Bremsstrahlung Penetration and Dose Calculation (1971)
NASA SP-71: The Calculation of Proton Penetration and Dose Rates (1964)
[0028]
FIG. 8 shows a relationship diagram in the case of an aluminum module container.
For example, in the case of proton particle energy of 20 Mev, if the module container is 5 mm thick, the penetration can be sufficiently prevented. Moreover, with this module container thickness, 1.5Mev of energetic electron particles can be almost absorbed.
In a radiation particle environment such as space where the module container is actually placed, particle energy such as energetic protons and energetic electrons is not monochromatic but has a broad energy spectrum. These particle energy fluences Φ (E) are known as AE8 and AP8 codes and can be approximated by the following equation.
Φ _e (E) ∝ 1 / E _e ³ [n / Mev · sec · str · cm ² ] (Formula 4)
Φ _p (E) ∝ 1 / E _P ³ [n / Mev · sec · str · cm ² ] (Formula 5)
n: In both particle number formulas, as the energy component decreases, the particle energy fluences Φ _e (E) and Φ _p (E) tend to increase.
[0029]
The energy absorbed dose received by each electronic component inside the module container placed in such an energy particle environment is based on (Formula 1) and (Formula 2) ((or Formula 3)),
E _sum = Σ _{k = 1 to Kmax} Φ _e (E _k ) × {E _k −S (E _k )} (Equation 6)
It becomes.
The degree of radiation damage of electronic components such as silicon devices can be evaluated by the amount of absorbed dose (Dose; Gy). Further, since this absorbed dose is proportional to the energy deposition amount, shielding with a module container is effective for suppressing the absorbed dose.
As an actual problem, the module container is made of a metal material, but the container weight is limited due to the limitation of the mounting weight. For this reason, although the shielding with respect to a high energy particle is inadequate among wide energy particle bundles, the absorbed dose inside a module container can be reduced with respect to a low energy particle bundle component.
[0030]
FIG. 9 shows the energy distribution in the module container under the actual representative energy proton particle environment from the above formula (1) and the above formula (5).
In the figure, the graph with the symbol A shows the dose distribution of proton energy in the environment outside the module container, and the graph with the symbol B shows the dose distribution of proton energy inside the module container. It can be seen that is sufficiently cut.
[0031]
As described above, as can be seen from an example of the module container design, an electronic circuit module having a container structure effective for dose reduction can be provided based on conditions such as radiation intensity of the application environment and module container weight.
The absorbed dose received by the electronic components in the circuit module includes secondary scattered radiation components. Moreover, even in the case of heavy ions including protons, the slow scattering process includes energetic electron particles including a low energy component, and the contribution of this component to the absorbed dose to the electronic component is large. For this reason, it is effective to suppress the generation of secondary scattered electrons from the module container.
[0032]
FIG. 10 and FIG. 11 show the state of 5 Mev energy electrons after passing through the module container. FIG. 10 shows the case where the module container has a laminated structure in which the outer layer surface is made of aluminum and the inner layer surface is made of copper. FIG. 11 shows a laminated structure in which the outer surface of the module container is made of tungsten, the intermediate layer is made of copper, and the inner layer surface is made of aluminum.
Both figures show the situation when electrons enter the direction of the arrow C from the bottom surface of the module container to the inside. Secondary electron scattering particles and braking are applied at the straight line where the electronic components are placed. X-ray tracks are observed, and it can be seen that secondary electrons are generated as the incident energy particles are shielded and attenuated.
[0033]
The inventor of the present application produced module containers having a laminated structure with different mass numbers under the condition that the weight per unit area is equal, and examined the absorbed dose distribution in each module container by experiment.
FIG. 12 shows the configuration of each module container. Here, Case I is an example in which the outer layer is made of aluminum with a thickness of 0.16 cm, the inner layer is made of copper with a thickness of 0.1 cm, and the electronic component is resin-molded with a thickness of 0.5 cm. An example in which the layer is 0.15 cm thick and the electronic component is resin molded with a thickness of 0.5 cm, Case III has an outer surface layer of 0.03 mm thick tungsten, an intermediate layer of 0.06 cm thick copper, The inner surface layer is made of aluminum having a thickness of 0.16 cm.
[0034]
FIG. 13 shows the experimental results of the absorbed dose distribution in the module containers of cases I, II, and III.
According to the figure, even in the cases I, II, and III, the following differences were observed in the dose value and distribution in the container due to the laminated structure even when the weight conditions (g / cm ² ) were the same.
(1) From the case I and the case II, the case where the low density metal material (Al) is arranged in the outer surface layer material and the case of the single copper which does not arrange the low density metal material (Al) in the outer surface layer material are compared. In this case, the superiority due to the arrangement of the low density metal material in the outer surface layer material is not recognized.
(2) Case III, in which a high-density metal material is disposed on the outer surface layer, a medium density is disposed on the intermediate layer, and a low-density material is disposed on the inner surface layer, has a greater effect of reducing the internal absorbed dose than Cases I and II.
Thus, it is effective to dispose a heavy metal material having the highest density in the outermost layer and to provide a light metal material / resin material having a small secondary electron generation coefficient in the inner layer and the void in the container.
The case III has a three-layer laminated structure, but the absorbed dose can be reduced even if the outer surface layer is made of tungsten and the inner surface layer is made of aluminum.
[0035]
Next, the effect of stacking the module containers on the energy particle shielding will be described.
(1) The incident energy is completely blocked or partially absorbed by the outer surface layer composed of heavy metal.
(2) Secondary electron particles generated with the shielding action are absorbed and blocked by an inner surface layer or resin material made of light metal.
(3) By arranging an intermediate layer having an atomic number that is an intermediate value between the outer surface layer and the inner surface layer, a shielding effect of high-energy particles can be achieved, and secondary electron particles associated therewith Can be further reduced.
(4) Since the inner surface layer of the container is made of a light metal and the electronic components inside the container are resin-molded, generation of new secondary electron scattered radiation at this portion can be suppressed.
(5) Since the bremsstrahlung itself generated in the outer surface layer has a low linear energy application coefficient (LET) with respect to various materials, the contribution of the absorbed dose of the electronic components inside is considerably lower than the scattered electrons.
[0036]
In the first to sixth embodiments, the electronic component in the module container is a resin-molded and packaged electronic component. However, the present invention can be applied even if the electronic component is a bare chip. Of course.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, according to the electronic component mounting apparatus of the present invention, the main circuit board, the electronic circuit module in which the electronic component is provided in the module container, and the main circuit board and the main circuit board are provided. The electronic circuit module has a fixing portion connected to the casing, and the electronic circuit module is fixed to the casing by fixing means at the fixing portion, Further, since the terminals derived from the electronic circuit module are electrically connected to the main circuit board, vibration resistance and impact resistance are improved, and reliability of electrical connection of electronic components is improved.
[0038]
The electronic component mounting apparatus according to the present invention includes a main circuit board and an electronic circuit module provided on the main circuit board and including the electronic component in the module container. The module container includes members made of different materials. It is a laminated structure in which the outer surface layer on the surface side is made of a material having a large mass number (atomic number), and the inner surface layer on the inner surface side is made of a material having a small mass number (atomic number). Therefore, radiation damage of the internal electronic components is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of essential parts of an electronic component mounting apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the electronic component mounting apparatus of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an electronic circuit module according to a second embodiment.
4 is a cross-sectional view of an electronic circuit module according to Embodiment 3. FIG.
FIG. 5 is a sectional view of an electronic circuit module according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an electronic circuit module according to a fifth embodiment.
FIG. 7 is a side sectional view of a module container according to a sixth embodiment.
FIG. 8 is a diagram for explaining permeation of energy proton particles in aluminum of the electronic circuit module according to the sixth embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a dose after passing through energy electron particles in a module container when the electronic circuit module according to the sixth embodiment is placed in an energy proton particle environment;
10 is a diagram showing a state of scattering of energetic electron particles in an example of a module container of Embodiment 6. FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a state of scattering of energetic electron particles in another example of the module container of the sixth embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing an example of each case of the module container.
FIG. 13 is a diagram showing an absorbed dose with respect to energetic electrons in the module container according to the sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main circuit board, 2,60 Module container, 3 Electronic circuit module, 4 Case, 9 Protrusion, 10 Screw hole, 11 Fixing part, 13 Screw (fixing means), 14 Metal thin wire terminal, 20, 30, 40, 50 Electronic circuit module, 21 Heat radiation block, 22 Electronic component, 24 Module container, 24a First container part, 24b Second container part, 25 Module circuit board, 31 Heat radiation viewer hole, 32, 41, 51 Module circuit board, 42 Thermal filler, 52 heat dissipation gel, 61 outer surface layer, 62 intermediate layer, 63 inner surface layer.

Claims

A main circuit board;
An electronic circuit module provided on the main circuit board and including electronic components in a module container;
A housing containing the main circuit board and the electronic circuit module;
The module container is a laminated structure in which members of different materials are laminated, and the outer surface layer on the surface side is made of tungsten or a tungsten alloy,
The inner surface layer on the inner surface side is made of aluminum,
The intermediate layer between the outer surface layer and the inner surface layer is made of copper ,
The electronic circuit module is formed with a fixing portion connected to the housing, and the electronic circuit module is fixed to the housing by fixing means at the fixing portion,
An electronic component mounting apparatus in which terminals derived from the electronic circuit module are electrically connected to the main circuit board .