JP5271852B2 - 電子部品付きパッケージ - Google Patents

Description

この発明は、電子部品付きパッケージに関する。

従来、例えば、特許文献１に示すように、増幅回路、ノイズフィルタ等の電子部品はリードフレームを備えるプリント基板上に配置されたうえで樹脂材によりパッケージされている。プリント基板は、外気温の変化に伴い生じる熱応力及び熱膨張により、電子部品の不具合に繋がる外力が加わらないように、その材質等の適切な選択により熱膨張率が調整されている。

ところで、近年、各種製品の小型化の要求に伴い、よりコンパクトな電子部品付きパッケージが求められている。そこで、プリント基板を省略した電子部品付きパッケージが検討されている。具体的には、図８に示すように、樹脂からなるボディ１０６の内底面には導電材からなるリードフレーム１０８が嵌め込まれている。ここで、リードフレーム１０８はボディ１０６の内底面と同一面を有している。そして、ボディ１０６の内底面であって、リードフレーム１０８に接する位置に電子部品１１０が設置されている。これにより、電子部品１１０は、リードフレーム１０８により電気的に接続される。本構成によれば、プリント基板が不要となるため、よりコンパクトな電子部品付きパッケージの構築が可能となる。

特開平９−３２１４４５号公報

ところで、上記記載のプリント基板を省略した電子部品付きパッケージでは、ボディ１０６は樹脂で形成されているところ、外気温の上昇に伴う熱膨張の影響は上記熱膨張率が調整されたプリント基板に比べて大きい。ボディ１０６は、主に外部から電子部品１１０を保護するケースとして機能し、熱膨張率等の物性的観点から熟慮されたものでないからである。この熱膨張により直接又はリードフレーム１０８を介して電子部品１１０に外力が加わる。また、外気温の低下に伴う熱収縮時においても、同様に電子部品１１０に外力が加わる。熱膨張及び熱収縮は温度差に伴い生じるため、例えば、周囲温度の変化が大きい環境に設置された場合等には、電子部品１１０に外力が半永久的に繰り返し発生することとなる。これにより、電子部品１１０に不具合が生じることが懸念される。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型化を実現しつつ、電子部品の動作の信頼性を高めた電子部品付きパッケージを提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、電子部品を通電させるリードフレームが内側に固定される樹脂からなるボディに、カバーが取り付けられてパッケージングされる電子部品付きパッケージにおいて、前記リードフレーム及び前記電子部品間には、前記電子部品を前記ボディに対して離間させる一対の緩和部を設け、前記一対の緩和部はそれぞれ導電材により曲げ弾性変形可能に形成されるとともに、前記電子部品に向かって斜めに形成され、前記一対の緩和部における前記ボディの反対側の端部には、それぞれ前記ボディの内底面に平行をなす設置部が形成され、前記一対の緩和部における設置部の間に前記電子部品が設置されることをその要旨としている。

同構成によれば、外気温の変化（正確には、温度上昇）により樹脂であるボディは熱膨張する。ここで、樹脂材の熱膨張率は金属等に比べて高いため、ボディの熱膨張による熱ひずみは大きい。ボディの熱膨張により同ボディに固定されるリードフレームには外力が加わる。この外力に対してリードフレーム及び電子部品間に介在する緩和部が弾性変形することで、同外力が電子部品に伝わることが抑制される。これにより、電子部品の不具合の発生が抑制され、ひいては電子部品の動作の信頼性が高められる。また、上記構成によれば、プリント基板が省略できるため、電子部品付きパッケージの小型化を実現できる。
また、設置部に電子部品が設置されることで、リードフレームから緩和部を介しつつ電子部品をより安定的に保持することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子部品付きパッケージにおいて、前記緩和部は前記リードフレームの一部をボディの内底面と反対側に曲げ加工することで形成されることをその要旨としている。

同構成によれば、リードフレームの一部を曲げ加工することで、緩和部が形成される。よって、緩和部を別部材として新たに形成する必要がなく、電子部品付きパッケージを構成する部品点数を増やすことなく、電子部品の動作の信頼性を高めることができる。

本発明によれば、電子部品付きパッケージにおいて、小型化を実現しつつ、電子部品の動作の信頼性を高めることができる。

本実施形態における電流センサの分解斜視図。 本実施形態におけるボディに内蔵されるリードフレームの斜視図。 本実施形態における図２のＡ−Ａ線断面図。 本実施形態におけるプレス加工前の図２のＡ−Ａ線断面図。 本実施形態における（ａ）は先端が延ばされた通電ラインの斜視図、（ｂ）は先端が曲げられた通電ラインの斜視図。 本実施形態における曲げ加工後、電子部品実装前の図２のＡ−Ａ線断面図。 他の実施形態におけるリードフレームに取り付けられる連結部材の斜視図。 従来の電子部品付きパッケージの断面図。 他の実施形態における電子部品付きパッケージの断面図。

以下、本発明にかかる電子部品付きパッケージを電流センサ１に具体化した一実施形態について図１〜図６を参照して説明する。
図１に示すように、電流センサ１は、導電金属材料からなるリードフレーム８に設けられる各種の電子部品１０ａ〜１０ｃが樹脂製のパッケージ（筐体）に収納されてなる。ここで、パッケージはカバー５及びボディ６からなる。

図２には、各電子部品１０ａ〜１０ｃがリードフレーム８に実装された状態を示している。電子部品１０ａ〜１０ｃは、例えば、それぞれ増幅回路、ホールＩＣ、ノイズフィルタである。電流センサ１は、ホールＩＣである電子部品１０ｂが検出対象である電流経路に流れる電流に応じて生じる磁界の変化を検出することで、検出対象に流れる電流の値を検出する。増幅回路である電子部品１０ａ、ノイズフィルタである電子部品１０ｃはホールＩＣの検出結果を最適化するために設けられている。最適化された検出結果は電流センサ１の外部に突出するリード端子４を介して外部へ出力される。

図２に示すように、ボディ６の内底面にはリードフレーム８が固定されている。リードフレーム８は曲げ加工が容易となるように薄く形成されている。また、リードフレーム８はボディ６の内底面に張り巡らされる所定幅の通電ライン９を備えてなる。通電ライン９の一部分は、ボディ６の外部に突出し、この突出する部分が前述のリード端子４として機能する。通電ライン９は、リードフレーム８の各所に配置される各電子部品１０ａ〜１０ｃを電気的に接続したり、各電子部品１０ａ〜１０ｃからの信号を、リード端子４を介して電流センサ１の外部に出力したりする。

図３に示すように、ボディ６は上方に開口した断面コ字状に形成されている。なお、図３においては、電子部品１０ａについてのみ示している。図３に一点鎖線で示すカバー５は、ボディ６の外面に嵌るように下方に開口した断面コ字状に形成されている。また、ボディ６の内面であって、電子部品１０ａが設けられる位置には上下方向に延びる貫通孔７が形成されている。また、通電ライン９は貫通孔７を挟むように位置している。

図３に示すように、貫通孔７を挟む両通電ライン９には、その貫通孔７側を基端として斜め上方向に屈曲されてなる緩和部１１と、緩和部１１の先端部（上部）が水平方向において、貫通孔７側に延びるように屈曲されてなる設置部１２とが形成されている。両設置部１２の上面には電子部品１０ａが固定されている。なお、電子部品１０ｃも同様である。すなわち、ボディ６の電子部品１０ｃに対応する位置に貫通孔７が形成され、緩和部１１及び設置部１２によりリードフレーム８に固定されている。また、電子部品１０ｂの長手方向の両側面からは、上記緩和部１１及び設置部１２と同様の形状でなる複数のピン１９が突出している。電子部品１０ｂは、ピン１９を介してリードフレーム８に固定されている。

次に、電流センサ１の製造方法について説明する。
まず、カバー５を射出成形により成形する。また、ボディ６を、予め薄板状に成形されるリードフレーム８をインサートした状態で射出成形する。これにより、図４に示すように、ボディ６の内面にリードフレーム８が固定された状態となる。このとき、リードフレーム８はボディ６の内面と同一面を形成し、貫通孔７の中央付近において両通電ライン９の端部が対向している。

次に、貫通孔７内において対向する通電ライン９の両端部を以下のように成形する。まず、図５（ａ）に示すように、通電ライン９の両端部をプレス加工等により圧延して他の部位よりも薄く形成する。これにより、通電ライン９はより変形し易くなる。そして、薄くされた通電ライン９の端部を、貫通孔７を介してプレス加工することで、図５（ｂ）に示すように、通電ライン９の両端部が折り曲げられる。これにより、図６に示すように、リードフレーム８の緩和部１１及び設置部１２が形成される。そして、図３に示されるように、両設置部１２の上面に電子部品１０ａをレーザー溶接で固定する。電子部品１０ｃについても同様に、通電ライン９に緩和部１１及び設置部１２を形成して、設置部１２に固定される。また、電子部品１０ｂについては、各ピン１９が通電ライン９に溶接等で接着される。これにより、電子部品１０ｂはリードフレーム８に固定される。そして、ボディ６にカバー５を嵌め込み固定して電流センサ１が完成する。このように、リードフレーム８を曲げ加工して、緩和部１１及び設置部１２を形成するため、それらを別部材で形成する場合に比べて、部品点数を削減することが可能となる。また、同時に組み立て工数を削減することができる。

次に、外気温の変化に伴い電流センサ１に生じる熱応力の影響について説明する。
熱応力とは剛体の温度変化に伴い、その剛体の内部に生じる応力である。剛体ではなく、変形が可能な材質の場合には、温度上昇に伴い発生する熱応力により物体の長さが伸びる熱膨張という現象がみられる。単位長さあたりの熱膨張による伸び量（熱ひずみ）は材質毎に異なる値をとる熱膨張率により決まる。ここで、樹脂材の熱膨張率は金属等に比べて大きい。このため、ボディ６は、リードフレーム８等に比べて温度の上昇により熱膨張し易い。

ボディ６の熱膨張は、図３に示すように、ボディ６に固定されるリードフレーム８に外力として加わる。しかし、通電ライン９における緩和部１１は変形可能に設けられている。すなわち、緩和部１１はボディ６により拘束されていない。従って、ボディ６の熱膨張に対して図３の左側の円中に一点鎖線で示すように、両緩和部１１が外側からみて凸状に曲げ変形することで、電子部品１０ａに左右方向において引張力が加わることが抑制される。同様にして、温度が低下した際に生じる熱収縮の場合においても、図３の右側の円中に一点鎖線で示すように、両緩和部１１が外側からみて凹状に曲げ変形することで、電子部品１０ａに左右方向における圧縮力が加わることが抑制される。これにより、熱膨張及び熱収縮により加わる外力に伴う電子部品１０ａの不具合の発生が抑制され、ひいては電流センサ１の動作の信頼性を高められる。なお、電子部品１０ｃについても同様に、緩和部１１が弾性変形することで、熱膨張等に伴い電子部品１０ｃに加わる外力を抑制できる。また、電子部品１０ｂについても、ピン１９は緩和部１１及び設置部１２と同様の形状を有しているため、熱膨張に伴う外力の影響を抑制できる。

ここで、ボディ６において、厳密にはその上下方向にも熱膨張及び熱圧縮が生じるものの、ボディ６の上下方向の厚さは同ボディ６の左右方向の長さに比べて十分に小さいため、熱膨張等による電子部品１０ａへの影響は無視できる。また、たとえ、ボディ６が上下方向に熱膨張及び熱圧縮したとしても、電子部品１０ａが上下方向に僅かに変位するのみで、電子部品１０ａに大きな外力は生じない。

以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）外気温の変化（正確には、温度上昇）により樹脂であるボディ６は熱膨張する。ここで、樹脂材の熱膨張率は金属等に比べて高いため、ボディ６の熱膨張による熱ひずみは大きい。ボディ６の熱膨張により同ボディ６に固定されるリードフレーム８には外力が加わる。この外力に対してリードフレーム８の電子部品１０ａ側に形成される緩和部１１が弾性変形することで、同外力が電子部品１０ａに伝わることが抑制される。これにより、電子部品１０ａの不具合の発生が抑制され、ひいては電子部品１０ａの動作の信頼性が高められる。また、上記構成によれば、プリント基板が省略できるため、電流センサ１の小型化を同時に実現できる。

また、電子部品１０ａをレーザー溶接等で実装する時にも緩和部１１が変形することで、電子部品１０ａに過剰な外力が加わることがない。よって、余計な外力を加えることなく、電子部品１０ａを実装することができる。

（２）リードフレーム８の一部を曲げ加工することで、緩和部１１が形成される。よって、緩和部１１を別部材として新たに形成する必要がなく、電流センサ１を構成する部品点数を増やすことなく、電子部品１０ａの動作の信頼性を高めることができる。

（３）一対の設置部１２に電子部品１０ａが設置されることで、リードフレーム８から緩和部１１を介しつつ電子部品１０ａをより安定的に保持することができる。
（４）熱膨張等による伸び量は物体の長さに比例する。よって、ボディ６に貫通孔７が形成されていることにより、ボディ６の左右方向の長さを短縮することができ、ひいては熱膨張及び熱圧縮を抑制できる。これにより、電子部品１０ａに加わる外力をさらに抑制できる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態においては、電子部品１０ａをレーザー溶接で両設置部１２の上面に固定していた。しかし、両設置部１２に固定可能であれば、レーザー溶接に限らず、はんだ付け、接着材等で固定してもよい。

・上記実施形態においては、ボディ６にリードフレーム８をインサート成形していた。しかし、ボディ６にリードフレーム８を後から嵌め込んで固定してもよい。この場合には、ボディ６にはリードフレーム８が嵌る溝を形成する。また、溝を形成することなく、リードフレーム８をボディ６の内面に接着してもよい。

・上記実施形態においては、電子部品付きパッケージとして電流センサ１に具体化したが、電子部品付きパッケージであれば、電流センサに限定されない。また、実装される電子部品も上記実施形態に挙げたホールＩＣ、増幅回路等に限られない。

・上記実施形態においては、電子部品１０ａの両端が両設置部１２に支持された状態で固定されていた。しかし、例えば、単一の設置部１２により支持されてもよい。この場合には、設置部１２は電子部品１０ａの下面の広域を支持するように形成される。

・上記実施形態においては、図５（ａ）に示すように、通電ライン９の対向側端部を薄く形成した後に、緩和部１１及び設置部１２を形成していた。しかし、通電ライン９の対向側端部を薄く延ばすことなく緩和部１１及び設置部１２を形成してもよい。この場合には、リードフレーム８（通電ライン９）は、予め弾性変形可能となる薄板状に形成される。

・上記実施形態においては、リードフレーム８の通電ライン９を曲げ加工することで、緩和部１１及び設置部１２を形成していた。しかし、通電ライン９と緩和部１１及び設置部１２とを別部材で形成してもよい。具体的には、図７に示すように、リードフレーム８とは別に緩和部１１及び設置部１２を有する連結部材２０が設けられる。連結部材２０は導電材（金属）をプレス等による曲げ加工により形成される。連結部材２０は、緩和部１１及び設置部１２に加えて、緩和部１１の設置部１２の反対側の端部に連結されて、設置部１２の反対側に突出する取付部２１を有する。取付部２１には上下方向に延びる取付孔２２が形成されている。一方、両通電ライン９の対向側端部の上面には、取付孔２２に嵌合する円柱状の位置決めピン２５が形成されている。両連結部材２０の設置部１２の上面には電子部品１０ａがレーザー溶接等で固定される。そして、電子部品１０ａと一体となった両連結部材２０の取付部２１の取付孔２２を通電ライン９の位置決めピン２５に嵌め込む。そして、連結部材２０は通電ライン９にレーザー溶接等で固定される。

なお、取付孔２２及び位置決めピン２５の嵌め合いをしまり嵌めとする場合には、レーザー溶接等により連結することなく、位置決めピン２５が取付孔２２に圧入されて、連結部材２０はリードフレーム８に固定される。このように、リードフレーム８と電子部品１０ａとを連結部材２０で連結することで、上記実施形態におけるプレス加工時に利用される貫通孔７を形成する必要がない。また、連結部材２０は予め曲げ加工することが可能であるため、電子部品１０ａが取り付けられた両連結部材２０を通電ライン９に固定するだけで、容易に電子部品１０ａの実装作業が行える。

・上記実施形態においては、一対の設置部１２により電子部品１０ａは支持されていた。しかし、例えば、図９に示すように、例えば導電性ゴムからなる緩和部材５０を通電ライン９間に固定し、さらに、緩和部材５０の上面に電子部品１０ａを固定してもよい。この場合には、緩和部材５０の上面が設置部１２に相当する。本構成において、ボディ６の熱膨張により、通電ライン９に外側への外力が加わったときには、緩和部材５０の下部が変形して、図９の一点鎖線で示すように、緩和部材５０は底辺が長い台形状となる。このように、緩和部材５０が台形状に弾性変形することで、電子部品１０ａに外力が加わることが抑制される。また、本構成においては、貫通孔７の形成及びリードフレーム８の曲げ加工が不要であるため、作業工程を減らすことができる。

次に、前記実施形態から把握できる技術的思想をその効果と共に記載する。
（イ）請求項２に記載の電子部品付きパッケージにおいて、前記リードフレームの前記緩和部は前記リードフレームの他の部位よりも薄く形成された電子部品付きパッケージ。

同構成によれば、リードフレームの緩和部となる部分はリードフレームの他の部位よりも薄く形成されるため、緩和部はいっそう弾性変形し易い。よって、ボディの熱膨張に伴う電子部品へ加わる外力をいっそう抑制できる。

（ロ）請求項１又は２、（イ）のいずれか一項に記載の電子部品付きパッケージにおいて、前記電子部品付きパッケージは電流センサである電子部品付きパッケージ。
同構成において、電子部品付きパッケージは、ホールＩＣ等の磁気センサ、増幅回路及びノイズフィルタ等の電子部品を備える電流センサである。

１…電流センサ、５…カバー、６…ボディ、７…貫通孔、８…リードフレーム、９…通電ライン、１０ａ〜１０ｃ…電子部品、１１…緩和部、１２…設置部、１９…ピン、２０…連結部材、５０…緩和部材。

Claims (2)

1. 電子部品を通電させるリードフレームが内側に固定される樹脂からなるボディに、カバーが取り付けられてパッケージングされる電子部品付きパッケージにおいて、
   前記リードフレーム及び前記電子部品間には、前記電子部品を前記ボディに対して離間させる一対の緩和部を設け、
   前記一対の緩和部はそれぞれ導電材により曲げ弾性変形可能に形成されるとともに、前記電子部品に向かって斜めに形成され、
   前記一対の緩和部における前記ボディの反対側の端部には、それぞれ前記ボディの内底面に平行をなす設置部が形成され、
   前記一対の緩和部における設置部の間に前記電子部品が設置される電子部品付きパッケージ。
2. 請求項１に記載の電子部品付きパッケージにおいて、
   前記緩和部は前記リードフレームの一部をボディの内底面と反対側に曲げ加工することで形成される電子部品付きパッケージ。

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