JP4946488B2 - Circuit module - Google Patents
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Description
本発明は放熱性に優れた回路モジュールに関するものである。 The present invention relates to a circuit module excellent in heat dissipation.
従来、放熱性に配慮した回路モジュールの一例として、底面側が熱伝導性に優れた放熱部材からなるとともに、表面側に電子部品が実装された第1の基板と、第2の基板と、第2の基板を覆うように設けられたケースと、ケースを第1の基板に装着した際に端子がケースから突出するようにケースの端子と対向する位置に設けられた端子ガイド部と、ケースを第2の基板に装着した際にできる空間に充填される熱拡散性の高い、シリコン、ウレタンのいずれかの充填樹脂を備え、ケースと第1の基板との隙間を接着性を有するシリコン、エポキシ、アクリルのいずれかのケース取り付け用シーリング材で埋めるとともに、端子ガイド部と第2の基板と端子との間を樹脂漏れ防止用シーリング材で埋めることにより、ケースを第2の基板に装着した際にできる空間を密閉することにより、モジュール部品内に充填樹脂を漏れることなく充填することが可能となり、充填樹脂で電子部品の温度を平均化し、電子部品の温度上昇を低く抑えた構成としている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、前記従来の構成では、ケース内において密閉構造となり、全ての回路がほぼ同じ温度となり、より大電流に対応できるためには更に優れた熱伝導性を有する充填樹脂が不可欠であるとともに、生産性、膨張係数の観点からモジュールの形状に制約がある。 However, in the above-mentioned conventional configuration, a sealed structure is formed in the case, all the circuits have substantially the same temperature, and a filling resin having further excellent thermal conductivity is indispensable in order to be able to cope with a larger current, as well as in production. There are restrictions on the shape of the module from the standpoint of performance and expansion coefficient.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、放熱性に優れた回路モジュールを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a circuit module excellent in heat dissipation.
前記従来の課題を解決するために、本発明は、第1の金属板と、この第1の金属板の上面に設けられた熱伝導性樹脂と、この熱伝導性樹脂の上面側に前記第1の金属板とは電気的に絶縁して設けられて端部を上面側に略90°折り曲げられた複数の屈曲部を有するリードフレームとからなる第1の放熱基板と、この第1の放熱基板の上に実装されたパワー半導体素子と、第2の金属板と、この第2の金属板の上面に設けられた回路基板樹脂と、この回路基板樹脂の上面側に前記第2の金属板とは電気的に絶縁して設けられた回路パターンとからなる第2の放熱基板と、この第2の放熱基板の上に実装されて前記パワー半導体に比較して発熱量が小さい制御用ICとを備え、前記第2の金属板の下面は前記パワー半導体の天面側へ面接触させたうえで、前記第1の放熱基板と前記第2の放熱基板とを前記屈曲部を介して前記リードフレームと前記回路パターンとを電気的に接続させたうえで積層配置させ、前記熱伝導性樹脂は無機フィラーを含む複合材料からなり、かつ、前記熱伝導性樹脂の熱伝導率は前記回路基板樹脂の熱伝導率よりも高くしたことを特徴とするものである。 In order to solve the conventional problem, the present invention includes a first metal plate, a heat conductive resin provided on an upper surface of the first metal plate, and the first metal plate on the upper surface side of the heat conductive resin. A first heat radiating substrate which is provided with a plurality of bent portions which are provided with electrical insulation from one metal plate and whose end portions are bent by approximately 90 ° on the upper surface side; A power semiconductor element mounted on a substrate; a second metal plate; a circuit board resin provided on an upper surface of the second metal plate; and the second metal plate on an upper surface side of the circuit board resin. A second heat dissipation board comprising a circuit pattern provided in an electrically insulated manner, and a control IC mounted on the second heat dissipation board and generating a smaller amount of heat than the power semiconductor, The lower surface of the second metal plate is brought into surface contact with the top surface side of the power semiconductor. The first heat radiating board and the second heat radiating board are laminated and arranged by electrically connecting the lead frame and the circuit pattern via the bent portion, and the heat conductive resin. Is made of a composite material containing an inorganic filler, and the thermal conductivity of the thermal conductive resin is higher than the thermal conductivity of the circuit board resin.
本発明は、回路モジュールにおいて発熱部品の放熱性を良好とするとともに、制御部品への熱の影響を抑制することができるものである。 The present invention makes it possible to improve the heat dissipation of the heat generating component in the circuit module and to suppress the influence of heat on the control component.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における回路モジュール及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a circuit module and a manufacturing method thereof according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態1における回路モジュールの断面図であり、図2はその分解斜視図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a circuit module according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view thereof.
図1及び図2において、1は熱伝導性に優れた第一の金属基板であり、例えばアルミニウム板、銅板または鉄板などが入手性と熱伝導特性の観点から好ましい。 1 and 2, reference numeral 1 denotes a first metal substrate excellent in thermal conductivity. For example, an aluminum plate, a copper plate, or an iron plate is preferable from the viewpoints of availability and thermal conductivity characteristics.
このアルミニウム板および銅板は熱伝導性の観点から好ましく、特に鉄板は熱伝導性は若干劣るが、電磁遮蔽効果を有する放熱基板とすることができる。 The aluminum plate and the copper plate are preferable from the viewpoint of thermal conductivity, and the iron plate is particularly inferior in thermal conductivity, but can be a heat dissipation substrate having an electromagnetic shielding effect.
そして、2は銅などの熱伝導性に優れたリードフレームであり、このリードフレーム2は所定の厚みとすることによって大電流に対応できることと、熱伝導性に優れた特性を有し、所定の形状に加工することに容易に対応することができる。
また、3は熱伝導性に優れた絶縁性を有する無機フィラーとエポキシ樹脂などの複合材料からなる熱伝導性樹脂であり、この熱伝導性樹脂3はエポキシ樹脂、フェノール樹脂またはシリコン樹脂から選択される少なくとも一種類以上の樹脂と、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化珪素及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも一種類以上の無機フィラーとから構成することによって熱伝導性と絶縁性に優れた特性を有する熱伝導性樹脂3とすることができる。また、この熱伝導性樹脂3を介して第一の金属基板1とリードフレーム2を一体となるように接合するとともに、リードフレーム2は熱伝導性樹脂3に埋設することによって、より熱伝導性を高めるという効果を発揮することができる。
さらに、このリードフレーム2の表出面と熱伝導性樹脂3の表面とを同一平面とすることによって、表面実装部品などの実装性に優れた放熱基板を実現することができる。
Furthermore, by making the exposed surface of the
そして、本実施の形態1における回路モジュールでは、熱伝導性樹脂3から引き剥がしたリードフレーム2を、前記熱伝導性樹脂3から略90度折り曲げ、略平行に複数本並べ、この略90度折り曲げたリードフレーム2を介して第一の放熱基板と第二の放熱基板とを一体化した構成としている。これによって、容易に一体化できるとともに熱伝導性を高めた回路モジュールを実現することができる。このリードフレーム2によって第一の放熱基板の上に構成した電気回路と第二の放熱基板の上に構成した電気回路とを電気的に接続するとともに、少なくとも一部のリードフレーム2を第二の金属基板5へ接合することによって効率良く放熱させることができる。
In the circuit module according to the first embodiment, the
また、この第一の放熱基板の熱伝導性樹脂3に埋設したリードフレーム2の一部を端子電極とし、この端子電極の上にパワートランジスタやパワーFET等の大電流対応の半導体素子である発熱部品4を実装している。そして、前記リードフレーム2の端部の一部を、前記埋設した熱伝導性樹脂3から引き剥がし、略90度に折り立てている。
Further, a part of the
また、このリードフレーム2を銅を主成分としたリードフレームとすることによって、はんだ付け性と熱伝導性と加工性に優れたリードフレーム2を実現することができる。
Further, by using the
なお、リードフレーム2をアルミニウムとすることも可能であり、この場合には、めっきなどの表面処理によってはんだ付け性を有するようにすることによって前記と同様の効果を発揮することができ、より軽量化された回路モジュールを実現することができる。
The
次に、第二の放熱基板の構成について説明する。第二の放熱基板は第二の金属基板5と銅箔などをエッチングによってパターン化した回路パターン6を樹脂7を介して接合したものである。この樹脂7にはエポキシ樹脂、フェノール樹脂またはシリコン樹脂から選択される少なくとも一種類以上の樹脂を含む絶縁性樹脂を用いることが好ましい。
Next, the configuration of the second heat dissipation board will be described. The second heat radiating substrate is obtained by bonding a
なお、前記回路パターン6の形成は銅箔と第二の金属基板5を樹脂7で接合した後、エッチングをすることによって形成することも可能であり、さらに薄膜プロセス、印刷プロセスを用いて回路パターン6を形成することも可能である。
The
そして、この樹脂7は制御回路8への熱の影響を抑制したい場合には熱伝導率の低い樹脂を用いることが好ましい。一方、反対に制御回路8にも発熱部品4を実装する必要があるときには、樹脂7を熱伝導性に優れた無機フィラーを含むコンポジット樹脂として用いることも可能である。
And when this
そして、この第二の放熱基板の上には発熱部品4であるパワートランジスタまたはパワーFET等の大電流対応の半導体素子を制御するための制御回路8を構成するように実装している。制御回路8は制御用IC9及び抵抗、コンデンサなどの受動部品10などで構成しており、この制御回路8は比較的発熱の少ない回路構成としている。そして、この第二の放熱基板にはリードフレーム2を貫通させるための開口部11を所定の位置に形成している。そして、この開口部11の中へ、折り立てたリードフレーム2を挿入し、このリードフレーム2と第二の放熱基板とを接合することによって固着接合する。
On the second heat dissipation board, a
そして、接地端子となる少なくとも一本のリードフレーム2をグラウンドとして第二の金属基板5に導通させることによって同電位とすることができるとともに、他のリードフレーム2は第二の放熱基板に設けた回路パターン6のそれぞれの接続端子に接続することによって第一の放熱基板と第二の放熱基板の上に実装した表面実装部品を接続することによって回路モジュールとすることができる。
Then, by making at least one
ここで、重要なことは発熱部品4の一面と第二の金属基板5の表面を面接触させるように調整しながら前記リードフレーム2と第二の放熱基板とを接合することである。これによって、発熱部品4から発生した熱はリードフレーム2を介した後、熱伝導性樹脂3へと熱拡散し、その後第一の金属基板1へと放熱される。さらに、発熱部品4と面接触させている第二の金属基板5へも熱伝導させることによって発熱部品4の放熱性を高めることができる。
Here, what is important is to join the
なお、面接触させる方法としてはバネ性を利用して直接発熱部品4の一面と第二の金属基板5の一面を圧接させることが好ましい。そして、面接触が不十分の場合には熱伝導性樹脂3を用いて接合させても良い。
In addition, as a method of making the surface contact, it is preferable to directly contact one surface of the
しかしながら、発熱部品4の高さが同じであれば全ての発熱部品4を第二の金属基板5の一面に面接触させることができるが、高さの異なる発熱部品4を実装しなければならないときには、隙間に第二の金属基板5と同じ材質からなるスペーサを挿入することによって第二の金属基板5へ熱伝導させることができる。
However, if the
さらに、少し熱伝導性は低下するが、発熱部品4と第二の金属基板5の隙間に熱伝導性樹脂3を充填し、この熱伝導性樹脂3を介して第二の金属基板5へ熱伝導させることも可能である。
Furthermore, although the thermal conductivity is slightly reduced, the gap between the
また、第一の金属基板1を銅またはアルミニウムのいずれか一つとし、第二の金属基板5を鉄とした回路モジュールとすることによって、放熱性と電磁遮蔽性に効果を発揮する回路モジュールを実現することができる。
In addition, by making the first metal substrate 1 a copper or aluminum circuit module and the
そして、第一の金属基板1、あるいは第二の金属基板5に放熱性を高めるためのヒートシンクを取り付けても良い。
And you may attach the heat sink for improving heat dissipation to the 1st metal substrate 1 or the
なお、回路と接続していないリードフレーム2を第一の放熱基板に形成しておき、この回路と接続していないリードフレーム2を第二の金属基板5に直接接合することによって発熱部品4から放熱された熱を効率良く第二の金属基板5へ放熱させることができる。そして、このリードフレーム2と第二の金属基板5との接合ははんだ付け、ろう付けあるいは導電性接着材にて接合することができる。
The
また、リードフレーム2aは第二の金属基板5とは電気的に絶縁状態とし、樹脂7と接着材13にて接合することによって独立した電極として利用することができる。このとき、開口部11をリードフレーム2aの外形よりも大きな形状に開口しておき、リードフレーム2aを開口部11へ挿入した後、隙間に絶縁性の接合剤を塗布して固着することで接合することができる。これによって回路モジュールの強度を高めることと放熱性を高めることに効果的である。
In addition, the lead frame 2 a can be used as an independent electrode by being electrically insulated from the
また、この樹脂7の上に形成した回路パタ−ン6とリードフレーム2aをはんだ12あるいは導電性を有する接着材13で接合することによって、第一の放熱基板と第二の放熱基板の上に形成したそれぞれの回路パターンを接続することも可能である。
Further, the
以上説明してきたような回路モジュールの構成とすることによって、制御回路8と発熱部品4とを最短で接続することができるとともに、放熱性に優れた回路モジュールを実現することができる。
With the configuration of the circuit module as described above, the
次に、本実施の形態1における回路モジュールの製造方法について説明する。まず始めに、第一の工程である回路モジュールに用いる第一の放熱基板の製造方法の一例について説明する。リードフレーム2は、銅板等を配線形状にプレス等で加工したものである。
Next, a method for manufacturing the circuit module according to the first embodiment will be described. First, an example of the manufacturing method of the 1st thermal radiation board | substrate used for the circuit module which is a 1st process is demonstrated. The
そして、第一の金属基板1の上にシート状の未硬化の熱伝導性樹脂3を配置し、その熱伝導性樹脂3の上にリードフレーム2をセットする。その後、この積層体を所定の金型の中で成型することによって、熱伝導性樹脂3の中にリードフレーム2の一面を表出させるように埋設して一体化成型することができる。
Then, a sheet-like uncured heat
その後、この状態で加熱炉に入れて熱伝導性樹脂3を熱硬化させることによって第一の放熱基板を作製することができる。
Then, the 1st heat dissipation board | substrate can be produced by putting in a heating furnace in this state, and thermally curing the heat
次に、第二の工程として、前記第一の放熱基板の上にパワー半導体デバイスあるいはFETデバイスである発熱部品4を半田などを用いて表面実装(発熱部品4の端子電極や半田付け部分は図示していない)し、その後リードフレーム2をほぼ直角に折り曲げる。
Next, as a second step, the heat-generating
ここで、熱伝導性樹脂3とは後述する熱伝導性材料をシート状に予備成形したものであり、前記第一の放熱基板を作製するときには離型性を有するフィルムなどを用いることにより、成型機あるいは金型などの表面に熱伝導性樹脂3が汚れとして付着しないようにすることができる。
Here, the heat
また、フィルムをプレスまたは金型と、リードフレーム2との間の緩衝材(あるいは、パッキング、あるいはシール材)とすることで、リードフレーム2の表面への熱伝導性樹脂3の回り込みを防止したり、プレス圧力を高めることができる。その結果、複数本からなるリードフレーム2の隅々まで熱伝導性樹脂3を確実に回り込ませることができる。
In addition, by using a film as a cushioning material (or packing or sealing material) between the press or mold and the
ここで、シート状の熱伝導性樹脂3としては、熱硬化性樹脂とフィラーとからなる伝熱性のコンポジット材料を用いることができる。例えば無機フィラー70重量%以上95重量%以下と、熱硬化性樹脂5重量%以上30重量%以下から部材が望ましい。ここで無機フィラーは略球形状で、その直径は0.1〜100μmが適当である(0.1μm未満の場合、樹脂への分散が難しくなる場合、また100μmを超えると熱伝導性樹脂3の厚みが厚くなり熱拡散性に影響を与える)。そのため熱伝導性樹脂3における無機フィラーの充填量は、熱伝導率を上げるために70〜95重量%と高濃度に充填している。特に、本実施の形態1では、無機フィラーは、平均粒径3μmと平均粒径12μmの2種類のアルミナを混合したものを用いている。この大小2種類の粒径のアルミナを用いることによって、大きな粒径のアルミナの隙間に小さな粒径のアルミナを充填できるので、アルミナを90重量%近くまで高濃度に充填できるものである。この結果、熱伝導性樹脂3の熱伝導率は5W/(m・K)程度となる。なお無機フィラーとしてはアルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも一種以上を含んでもよい。
Here, as the sheet-like heat
なお、無機フィラーを用いると、放熱性を高められるが、特に酸化マグネシウムを用いると線熱膨張係数を大きくできる。また酸化ケイ素を用いると誘電率を小さくでき、窒化ホウ素を用いると線熱膨張係数を小さくできる。こうして熱伝導性樹脂3としての熱伝導率が1〜20W/(m・K)のものを形成することができる。なお熱伝導率が1W/(m・K)未満の場合、熱伝導基板の放熱性に影響を与える。また熱伝導率を20W/(m・K)より高くしようとした場合、フィラー量を増やす必要があり、プレス時の加工性に影響を与える場合がある。
In addition, when an inorganic filler is used, heat dissipation can be improved. However, when magnesium oxide is used in particular, the linear thermal expansion coefficient can be increased. Further, when silicon oxide is used, the dielectric constant can be reduced, and when boron nitride is used, the linear thermal expansion coefficient can be reduced. In this way, the thermal
また、熱伝導性樹脂3の厚みは、薄く設計すれば、リードフレーム2の熱を第一の金属基板1に伝えやすいが、逆に絶縁耐圧が問題となる。また熱伝導性樹脂3の厚みが厚すぎると、熱抵抗がより大きくなるので、絶縁耐圧と熱抵抗を考慮して最適な厚さである50〜1000μmが好ましい。
Further, if the thickness of the heat
次に、第三の工程である第二の放熱基板の作製方法について説明する。この第二の放熱基板の作製方法も前記第一の放熱基板の作製方法とほぼ同様にして作製することができる。すなわち、銅板などの第二の金属基板5を準備し、シート状に加工した未硬化のエポキシ樹脂などを重ねて積層し、その上に銅箔などをエッチングして作製した回路パターン6を積層して金型を用いて成型しながら熱硬化させる。その後、回路パターン6に形成した電極端子部に制御回路8を構成する制御用IC9および受動部品10などを表面実装することによって制御回路8を形成した第二の放熱基板を作製することができる。
Next, the manufacturing method of the 2nd heat sink which is a 3rd process is demonstrated. The manufacturing method of the second heat dissipation substrate can be manufactured in substantially the same manner as the manufacturing method of the first heat dissipation substrate. That is, a
次に、第四の工程について説明する。前記第二の放熱基板の所定の位置にリードフレーム2を貫通させるための開口部11を穴開け加工機によって形成する。その後、この開口部11に対応したリードフレーム2を挿入しながら第一の放熱基板に実装した発熱部品4の一面と第二の金属基板5の一面とが面接触するように第二の放熱基板とリードフレーム2を接合固着することによって回路モジュールを作製することができる。この開口部11を設けることによって、第二の放熱基板の任意の位置にリードフレーム2を固着させることができる。
Next, the fourth step will be described. An opening 11 for penetrating the
なお、この開口部11は第二の放熱基板の任意の位置に配置することができ、機械的強度、回路接続または熱伝導特性の観点から最適な位置に配置して接合することができる。 In addition, this opening part 11 can be arrange | positioned in the arbitrary positions of a 2nd thermal radiation board | substrate, and can be arrange | positioned and joined in the optimal position from a viewpoint of mechanical strength, a circuit connection, or a heat conductive characteristic.
また、第二の放熱基板の周縁部に凹部を形成しておき、この凹部にリードフレーム2を固着することによっても同様の効果を発揮することができる。
Moreover, the same effect can be exhibited by forming a recess in the peripheral edge of the second heat dissipation substrate and fixing the
このような回路モジュールとすることで、放熱性に優れた小型の回路モジュールを容易に作製することができる。さらに、第一の放熱基板の上に実装した発熱部品4と第二の放熱基板の上に実装した制御回路8を最短で電気接続することができることから、回路モジュールの耐ノイズ特性を高めることができ、その消費電力を抑えられる。
By setting it as such a circuit module, the small circuit module excellent in heat dissipation can be produced easily. Furthermore, since the
また、第一の金属基板1は、熱伝導の良いアルミニウム、銅またはそれらを主成分とする合金からできていることが好ましく、本実施の形態1では、第一の金属基板1の厚みを1mm(望ましくは0.1〜50mmの厚み)としているが、その厚みは製品仕様に応じて設計できる(なお第一の金属基板1の厚みが0.1mm以下の場合、放熱性や強度的に不足する可能性がある。また第一の金属基板1の厚みが50mmを超えると、重量面で不利になる)。 Moreover, it is preferable that the first metal substrate 1 is made of aluminum, copper, or an alloy mainly composed of aluminum, which has good thermal conductivity. In the first embodiment, the thickness of the first metal substrate 1 is 1 mm. Although the thickness is preferably 0.1 to 50 mm, the thickness can be designed according to the product specifications. (If the thickness of the first metal substrate 1 is 0.1 mm or less, the heat dissipation and the strength are insufficient. Also, if the thickness of the first metal substrate 1 exceeds 50 mm, it is disadvantageous in terms of weight).
なお、リードフレーム2の一部を熱伝導性樹脂3から引き剥がし、必要に応じて略90度折り曲げた(あるいは折り立てた)ものとすることで第一の放熱基板における配線と、発熱部品4に発生した熱をリードレーム2から直接、空気中へ放熱することができるとともに、このリードレーム2を中央部(特に発熱部品4の近傍)に形成することで、放熱効果をより高められる。
Note that a part of the
また、リードフレーム2は、銅や銅合金を主体とした金属板を所定形状に打抜き加工したものを用いることができる。これは、銅が熱伝導性と導電率が共に優れているためである。これに用いる銅板としては、例えば厚み0.50〜2.0mmのタフピッチ銅や無酸素銅等を用いることが望ましい。タフピッチ銅は、例えばCu99.90wt%以上、無酸素銅は、例えばCu99.96wt%以上が望ましい。銅の純度が、これら数字未満の場合、不純物(例えば酸素の影響によるCu2Oの含有量が大きくなるので)の影響によって、加工性のみならず熱伝導性や電気伝導性に影響を受ける場合がある。こうした部材は安価であり、量産性に優れている。
In addition, the
なお、リードフレーム2のパターニング方法としては、エッチングでも良いが、プレスあるいは金型による打ち抜きによる加工がパターンの同一性、量産性の面から適している。
As a patterning method for the
また、リードフレーム2として、各種銅合金を選ぶこともできる。例えばリードフレーム2の加工性、あるいは熱伝導性を高めるためには、銅素材に銅以外の少なくともSn、Zr、Ni、Si、Zn、P、Fe等の群から選択される少なくとも1種類以上の材料とからなる合金を使うことも可能である。例えばCuを主体として、ここにSnを加えた銅合金材料を用いることができる。銅合金材料の場合、例えばSnを0.1〜0.15重量%を添加することで、その軟化温度を400℃まで高められる。比較のため、銅(Cu>99.96重量%)を用いてリードフレーム2を作製したとき、導電率は低いが、でき上がった第一の放熱基板において、歪が発生する場合があった。そこで詳細に調べたところ、その材料の軟化点が200℃程度と低いため、後の部品実装時(半田付け時)に変形する可能性があることが予想された。
Various copper alloys can be selected as the
一方、銅合金材料を用いた場合、実装された各種部品の発熱の影響は特に受けなかった。また半田付け性やダイボンド性にも影響が無かった。そこでこの材料の軟化点を測定したところ、400℃であることが判った。このように、銅を主体として、いくつかの元素を添加することが望ましい。銅に添加する元素として、Zrの場合;0.015〜0.15重量%の範囲が望ましい。添加量が0.015重量%未満の場合、軟化温度の上昇効果が少ない場合がある。また添加量が0.15重量%より多いと電気特性に影響を与える場合がある。また、Ni、Si、Zn、P等を添加することでも軟化温度を高くできる。この場合、Ni;0.1〜5重量%、Si;0.01〜2重量%、Zn;0.1〜5重量%、P;0.005〜0.1重量%が望ましい。そしてこれらの元素は、この範囲で単独、もしくは複数を添加することで、銅素材の軟化点を高くできる。なお添加量がここで記載した割合より少ない場合、軟化点上昇効果が低い場合がある。またここで記載した割合より多い場合、導電率への影響の可能性がある。同様に、Feの場合;0.1〜5重量%、Crの場合;0.05〜1重量%が望ましい。これらの元素の場合も前述の元素と同様である。 On the other hand, when a copper alloy material was used, it was not particularly affected by the heat generation of various mounted parts. There was no effect on solderability and die bondability. Therefore, when the softening point of this material was measured, it was found to be 400 ° C. Thus, it is desirable to add some elements mainly composed of copper. In the case of Zr as an element to be added to copper, a range of 0.015 to 0.15% by weight is desirable. When the addition amount is less than 0.015% by weight, the effect of increasing the softening temperature may be small. On the other hand, if the amount added is more than 0.15% by weight, the electrical characteristics may be affected. Also, the softening temperature can be increased by adding Ni, Si, Zn, P or the like. In this case, Ni: 0.1 to 5% by weight, Si: 0.01 to 2% by weight, Zn: 0.1 to 5% by weight, P: 0.005 to 0.1% by weight are desirable. And these elements can make the softening point of a copper raw material high by adding single or multiple in this range. In addition, when there are few addition amounts than the ratio described here, the softening point raise effect may be low. Moreover, when there are more than the ratio described here, there exists a possibility of affecting the electrical conductivity. Similarly, in the case of Fe: 0.1 to 5% by weight, in the case of Cr; 0.05 to 1% by weight is desirable. These elements are the same as those described above.
なお、リードフレーム2に使う銅材料の引張り強度は、600N/平方mm以下が望ましい。引張り強度が600N/平方mmを超える材料の場合、これらリードフレーム2の加工性に影響を与える場合がある。一方、引張り強度が600N/平方mm以下(更にこれらリードフレーム2に微細で複雑な加工が必要な場合、望ましくは400N/平方mm以下)とすることでスプリングバック(必要な角度まで曲げても圧力を除くと反力によってはねかえってしまうこと)の発生を抑えられ、形成精度を高められる。このように、これらリードフレーム2の材料としては、Cuを主体とすることで導電率を下げられ、更に柔らかくすることで加工性を高められ、更にこれらリードフレーム2による放熱効果も高められる。
The tensile strength of the copper material used for the
なお、これらリードフレーム2に使う銅合金の引張り強度は、10N/平方mm以上が望ましい。これは一般的な鉛フリー半田の引張り強度(30〜70N/平方mm程度)に対して、これらリードフレーム2に用いる銅合金はそれ以上の強度が必要なためである。これらリードフレーム2に用いる銅合金の引張り強度が、10N/平方mm未満の場合、これらリードフレーム2の上に電子部品22を半田付け実装する場合、半田部分ではなくてこれらリードフレーム2の部分で凝集破壊する可能性がある。
The tensile strength of the copper alloy used for the
また、リードフレーム2の発熱部品11等の実装面に、予め半田付け性を改善するように半田層や錫層を形成しておくことも有用である。
It is also useful to previously form a solder layer or tin layer on the mounting surface of the
また、第一の金属基板1および第二の金属基板5としては、熱伝導の良いアルミニウム、銅またはそれらを主成分とする合金からできている。特に本実施の形態1では、厚みを1mm(望ましくは0.1〜5.0mmの厚み)としているが、その厚みは製品仕様に応じて設計できる(なお第一の金属基板1および第二の金属基板5の厚みが0.1mm以下の場合、放熱性や強度的に不足する可能性がある。また5mmを超えると、重量面で不利になる)。第一の金属基板1としては、単なる板状のものだけでなく、より放熱性を高めるため、熱伝導性樹脂3を積層した面とは反対側の面に、表面積を広げるためにフィン部(あるいは凹凸部)を形成しても良い。
Further, the first metal substrate 1 and the
また、リードフレーム2の折り曲げ角度は、略垂直(望ましくは垂直±20度以下、望ましくは±10度以下、更には±5%以下)が望ましい。垂直±20度を超えた場合、挿入性に悪影響を与える。
The bending angle of the
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2における回路モジュールについて、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a circuit module according to
図3は本発明の実施の形態2における回路モジュールの断面図であり、図4は回路モジュールからのリードフレーム2の先端が回路基板に実装される様子を説明するための断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the circuit module according to
図3において、本実施の形態2における回路モジュールの基本的な構成は実施の形態1における回路モジュールとほぼ同様であり、同様の番号を付与するとともに、その説明は省略する。実施の形態2における回路モジュールが実施の形態1と大きく異なっている点は、第一の放熱基板と第二の放熱基板との間に熱伝導性を有する充填樹脂15を充填していることである。
In FIG. 3, the basic configuration of the circuit module according to the second embodiment is substantially the same as that of the circuit module according to the first embodiment, and the same reference numerals are given and description thereof is omitted. The circuit module in the second embodiment is greatly different from the first embodiment in that a filling
これによって、発熱部品4の発熱によるホットスポットを低減し、充填樹脂15によって熱伝導性をさらに高めた回路モジュールを実現することができる。
Accordingly, it is possible to realize a circuit module in which hot spots due to heat generation of the
このような構成とすることによって、高さの異なる発熱部品4を実装する必要がある場合においても、熱伝導性を高め、均熱性を高めた回路モジュールを実現することができる。
By adopting such a configuration, even when it is necessary to mount the
また、図4に示すように、リードフレーム2の先端部分に切り欠き20を設け、この切り欠き20によって平行部21を設けている。
Further, as shown in FIG. 4, a
このように、リードフレーム2の先端部に切り欠き20を設けることによって、例えばリードフレーム2に対応するように回路基板22に設けられた貫通孔23はリードフレーム2の根元部分の大きさよりも小さい径に設計している。
Thus, by providing the
これにより、回路基板22にリードフレーム2が差し込まれた際には、リードフレーム2の平行部21が回路基板22を支持する状態となる。
Thereby, when the
このような構成とすることによって、効率良く高い寸法精度を維持しながら回路モジュールを回路基板22へ実装することができる。
With this configuration, the circuit module can be mounted on the
そして、熱設計の観点から回路基板22と回路モジュールとの距離を決定し、所定の長さにリードフレーム2の長さを加工することができることから、熱設計の自由度の高い回路モジュールを実現することができる。
Since the distance between the
以上のように、本発明にかかる回路モジュール及びその製造方法は、放熱性に優れた小型の回路モジュール及びその製造方法を実現することができ、電源モジュールなどの発熱を伴う電子回路モジュール用途に有用できる。 As described above, the circuit module and the manufacturing method thereof according to the present invention can realize a small circuit module excellent in heat dissipation and a manufacturing method thereof, and are useful for electronic circuit module applications that generate heat such as power supply modules. it can.
1 第一の金属基板
2,2a リードフレーム
3 熱伝導性樹脂
4 発熱部品(パワー部品)
5 第二の金属基板
6 回路パターン
7 樹脂
8 制御回路
9 制御用IC
10 受動部品
11 開口部
12 はんだ
13 接着材
15 充填樹脂
20 切り欠き
21 平行部
22 回路基板
23 貫通孔
1
5
DESCRIPTION OF
Claims (1)
この熱伝導性樹脂の上面側に前記第1の金属板とは電気的に絶縁して設けられて端部を上面側に略90°折り曲げられた複数の屈曲部を有するリードフレームとからなる第1の放熱基板と、A lead frame having a plurality of bent portions which are provided on the upper surface side of the heat conductive resin so as to be electrically insulated from the first metal plate and whose end portions are bent approximately 90 ° toward the upper surface side. 1 heat dissipation substrate;
この第1の放熱基板の上に実装されたパワー半導体素子と、A power semiconductor element mounted on the first heat dissipation substrate;
第2の金属板と、この第2の金属板の上面に設けられた回路基板樹脂と、A second metal plate, and a circuit board resin provided on the upper surface of the second metal plate;
この回路基板樹脂の上面側に前記第2の金属板とは電気的に絶縁して設けられた回路パターンとからなる第2の放熱基板と、A second heat dissipating board comprising a circuit pattern provided on the upper surface side of the circuit board resin so as to be electrically insulated from the second metal plate;
この第2の放熱基板の上に実装されて前記パワー半導体に比較して発熱量が小さい制御用ICとを備え、A control IC mounted on the second heat dissipation board and generating a smaller amount of heat than the power semiconductor;
前記第2の金属板の下面は前記パワー半導体の天面側へ面接触させたうえで、前記第1の放熱基板と前記第2の放熱基板とを前記屈曲部を介して前記リードフレームと前記回路パターンとを電気的に接続させたうえで積層配置させ、The lower surface of the second metal plate is brought into surface contact with the top surface side of the power semiconductor, and the lead frame and the second heat dissipation substrate are connected to the lead frame via the bent portion. Laminate and arrange the circuit pattern after electrically connecting it,
前記熱伝導性樹脂は無機フィラーを含む複合材料からなり、かつ、前記熱伝導性樹脂の熱伝導率は前記回路基板樹脂の熱伝導率よりも高くした回路モジュール。The circuit module in which the thermal conductive resin is made of a composite material containing an inorganic filler, and the thermal conductivity of the thermal conductive resin is higher than the thermal conductivity of the circuit board resin.
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