JP5861621B2

JP5861621B2 - 電子装置

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Publication number: JP5861621B2
Application number: JP2012260949A
Authority: JP
Inventors: 峻丞原田; 啓島倉; 久登加藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2032-11-29
Also published as: JP2014107482A

Description

本発明は、導電性の筐体に電子部品が収容されてなる電子装置に関するものである。

従来、筐体内に半導体デバイス等の電子部品が１または２以上収容されて構成される電子装置では、リードフレームや信号ピン等の外部接続端子に印加された静電気放電に起因して生じた電流（以下、ノイズ電流という）から電子部品を保護する必要がある場合に、筐体内にて外部接続端子に電気的に接続される静電気放電保護回路が設けられている。しかしながら、導電性の筐体、例えば、金属製筐体では、ノイズ電流が外部接続端子を介して筐体自体に流れ込むと、筐体を接地している場合でも一部のノイズ電流が筐体内の設置面を介して筐体内の電子部品に到達してしまう場合がある。この場合、ノイズ電流のために電子部品に静電破壊や誤動作等が生じる可能性がある。

このような問題を解決する技術として、下記特許文献１に開示される半導体装置が知られている。この半導体装置は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）を用いた電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）を備えており、このＧａＡｓＦＥＴのゲート電極に接続されるリードフレームの端部にスパイラルコイル形状のスパイラルコイル部が形成されている。このスパイラルコイル部が高周波ノイズに対して高リアクタンスとなるため、イミュニティ・ＥＳＤ耐性を向上させて半導体デバイスへのノイズ伝播を抑制している。

特許３１３０８０９号公報

しかしながら、上述のようにイミュニティ・ＥＳＤ耐性を向上させる構成では、筐体内に収容されるリードフレームにスパイラル部を設ける必要があり、装置自体が大型化してしまう。特に、抑制すべきノイズ電流が大きくなるほどスパイラル部を大きくする必要があり、装置の小型化が困難になるという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、導電性の筐体に電子部品が収容される場合でも大型化を招くことなくイミュニティ・ＥＳＤ耐性を向上させ得る電子装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明は、導電性の筐体（１１）内に電子部品（１２ａ〜１２ｄ）が収容される電子装置（１０，１０ａ，１０ｂ）において、前記電子部品と前記筐体外の電子機器とを電気的に接続するための端子であって前記筐体に形成される挿通部（１１ｂ）を当該筐体に接触することなく挿通するように配置される外部接続端子（１４）と、前記外部接続端子と前記挿通部の内面との間に介在する誘電体（２０）と、前記外部接続端子に印加された静電気放電に起因して生じたノイズ電流から前記電子部品を保護するために前記筐体内に収容されて前記外部接続端子に接続される静電気放電保護回路（１６）と、を備え、前記外部接続端子は、前記誘電体に覆われる被覆部位（１４ａ，１４ｂ）の前記ノイズ電流が流れる経路長さ（Ｌｂ）が当該誘電体の挿通方向の長さ（Ｌａ）よりも長くなるように形成されることを特徴とする。
なお、特許請求の範囲および上記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を示すものである。

請求項１の発明では、外部接続端子と筐体の挿通部の内面との間に誘電体が介在しており、外部接続端子に印加された静電気放電に起因して生じたノイズ電流から筐体内に収容される電子部品を保護するために、外部接続端子に接続される静電気放電保護回路が筐体内に収容される。そして、外部接続端子は、誘電体に覆われる被覆部位のノイズ電流が流れる経路長さが当該誘電体の挿通方向の長さよりも長くなるように形成される。

これにより、筐体と外部接続端子との間の相互インダクタンスが、被覆部位のノイズ電流が流れる経路長さが当該誘電体の挿通方向の長さと同じとなる従来の構成と比較して、大きくなるので、ノイズ電流が外部接続端子および誘電体を介して筐体自体に流れ込みにくくなる。このため、ノイズ電流が筐体の収容空間内の外部接続端子を流れるが、このノイズ電流から静電気放電保護回路により筐体内に収容される電子部品が保護される。このように、ノイズ電流が筐体自体に流れ込みにくくなり、特に筐体内部にスパイラルコイル部等を設ける必要もないので、導電性の筐体に電子部品が収容される場合でも大型化を招くことなく電子装置のイミュニティ・ＥＳＤ耐性を向上させることができる。

第１実施形態に係る電子装置の概略構成を示す断面図である。ＥＳＤダイオードとその保護対象の素子との配置を示す説明図である。筐体内に収容される電子部品に対する外部接続端子を介したノイズ電流の影響を説明するための説明図である。自己インダクタンスごとの相互インダクタンスと印加電圧比率との関係を示すグラフである。誘電体を介して筐体に保持されるリードフレームの被覆部位を拡大して示す断面図である。第１実施形態の変形例に係る電子装置の要部を示す断面図である。第２実施形態に係る電子装置の要部を示す断面図である。第２実施形態の変形例に係る電子装置の要部を示す断面図である。第３実施形態に係る電子装置の要部を示す断面図である。第３実施形態の変形例に係る電子装置の要部を示す断面図である。絶縁性接着剤にＮｉ−Ｚｎ系のフェライト粉を含有させたときの透磁率の周波数依存性を示すグラフである。

［第１実施形態］
以下、本発明に係る電子装置を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る電子装置１０は、金属材料等からなる導電性の筐体１１内に複数の電子部品が収容されて構成されている。本実施形態では、筐体１１内には、例えば、４つの半導体デバイス１２ａ〜１２ｄが接着剤等の絶縁物１３を介して底壁１１ａ上に配置されて収容されている。なお、上記半導体デバイス１２ａ〜１２ｄとしては、例えば、ロジック回路，センサ，パワーデバイス，ＳＲＡＭやフラッシュメモリ等がある。なお、図１では、便宜上、筐体１１内に収容される他の電子部品等の図示を省略している。

各半導体デバイス１２ａ〜１２ｄや他の電子部品の少なくとも一部は、筐体１１外の電子機器と電気的に接続するための外部接続端子として構成される複数のリードフレーム１４のいずれかにそれぞれボンディングワイヤ１５等を介して電気的に接続されている。各半導体デバイス１２ａ〜１２ｄのうち、リードフレーム１４に印加された静電気放電に起因して生じたノイズ電流から保護する必要がある半導体デバイスには、静電気放電保護回路が設けられている。例えば、半導体デバイス１２ａには、図２に示すように、静電気放電保護回路として、ＥＳＤダイオード１６がリードフレーム１４に接続される入力端子１７に接続されるようにチップ上に設けられている。また、入力端子１７には、ＥＳＤダイオード１６の保護対象である素子１８（例えば、ＰｏｌｙＣａｐａ）が所定の抵抗１９を介して接続されている。

各リードフレーム１４は、その一部が筐体１１の側壁等に挿通部として形成される挿通穴１１ｂを挿通して外部にそれぞれ露出している。各挿通穴１１ｂは、例えば、筐体１１が上下ケースの組み付けにより構成される場合に、下ケースの上縁と上ケースの下縁とにそれぞれ形成される凹部同士を組み合わせることで構成される。

リードフレーム１４の中間部位と挿通穴１１ｂの内面（内周面）との間には、リードフレーム１４と筐体１１との導通を抑制するとともにリードフレーム１４を保持するために、絶縁性を有するエポキシ樹脂からなる絶縁性接着剤２０がそれぞれ介在しており、各リードフレーム１４と筐体１１とが直接接触しないように構成されている。絶縁性接着剤２０およびこの絶縁性接着剤２０により覆われるリードフレーム１４の中間部位（以下、被覆部位１４ａという）との詳細構成については後述する。なお、リードフレーム１４は、その一部が円筒面状の内周面を有する挿通穴１１ｂに対して絶縁性接着剤２０を介在させて挿通することに限らず、他の形状の挿通部に対して絶縁性接着剤２０を介在させて挿通してもよい。なお、接着剤２０は、特許請求の範囲に記載の「誘電体」の一例に相当し得る。

次に、筐体１１内に収容される各半導体デバイス１２ａ〜１２ｄに対する外部接続端子１４を介したノイズ電流の影響について、図３および図４を用いて詳細に説明する。図３は、筐体１１内に収容される電子部品１２に対するリードフレーム１４を介したノイズ電流の影響を説明するための説明図である。図４は、自己インダクタンスＬｋごとの相互インダクタンスＭとデバイス印加電圧比率との関係を示すグラフである。

通常、上述のように生じるノイズ電流は、リードフレーム１４と電子部品１２との電流経路を流れる際にＥＳＤダイオード１６により低減される（図３の矢印α参照）。しかしながら、導電性の筐体１１を採用しているため、絶縁性接着剤２０と筐体１１との間の容量カップリングにより、ノイズ電流の一部がリードフレーム１４および絶縁性接着剤２０を介して筐体１１自体に流れ込む場合がある（図３の矢印β参照）。このように筐体１１自体に流れ込んだノイズ電流は、筐体１１が接地されており筐体１１の内面と電子部品１２との間に絶縁物１３を介在させている場合でも、その一部が上記絶縁物１３を介して電子部品１２に到達してしまう場合がある。

そこで、本実施形態では、上述のようなノイズ電流が筐体１１自体に流れ込むことを確実に抑制するため、リードフレーム１４と筐体１１との間の相互インダクタンスＭを増加させるようにリードフレーム１４が形成される。相互インダクタンスＭを増加させることで、ノイズ電流が筐体１１自体に流れ込みにくくなるからである。この相互インダクタンスＭは、μ_１をリードフレーム１４の透磁率、ｌ_１をリードフレーム１４の被覆部位１４ａのノイズ電流が流れる経路長さ、ｄをリードフレーム１４間距離とするとき、以下に示す式（１）の関係が成立する。

また、図４に示すように、筐体１１の自己インダクタンスＬｋにかかわらず、相互インダクタンスＭが大きくなるほど筐体１１内に配置される電子部品に印加される電圧の比率（デバイス印加電圧比率）が低減することがわかる。例えば、図４に示す条件では、デバイス印加電圧比率が０．３で電子部品が破壊すると仮定すると、自己インダクタンスＬｋ＝１．０×１０^−１２（Ｈ）である場合には、相互インダクタンスＭがおよそ６．０（Ｈ）を超えると電子部品の破壊が防止され、自己インダクタンスＬｋ＝１．０×１０^−９（Ｈ）である場合には、相互インダクタンスＭがおよそ１．０（Ｈ）を超えると電子部品の破壊が防止される。なお、自己インダクタンスＬｋ＝１．０×１０^−６（Ｈ）である場合には、相互インダクタンスＭの値にかかわらず電子部品の破壊が防止される。

次に、上述のように相互インダクタンスＭを増加させるための具体的な構成について、図５を用いて説明する。図５は、絶縁性接着剤２０を介して筐体１１に保持されるリードフレーム１４の被覆部位１４ａを拡大して示す断面図である。
図５に示すように、リードフレーム１４の被覆部位１４ａは、そのノイズ電流が流れる経路長さ（図５の一点鎖線参照）Ｌｂが絶縁性接着剤２０の挿通方向の長さＬａよりも長くなるように、折り畳まれるようにして形成されている。

すなわち、本実施形態に係る電子装置１０では、リードフレーム１４と筐体１１の挿通穴１１ｂの内面との間に絶縁性接着剤２０が介在しており、リードフレーム１４に印加された静電気放電に起因して生じたノイズ電流から筐体１１内に収容される電子部品を保護するために、リードフレーム１４に接続されるＥＳＤダイオード１６が筐体１１内に収容される。そして、リードフレーム１４は、絶縁性接着剤２０に覆われる被覆部位１４ａのノイズ電流が流れる経路長さＬｂが当該絶縁性接着剤２０の挿通方向の長さＬａよりも長くなるように形成される。

これにより、筐体１１とリードフレーム１４との間の相互インダクタンスＭが、被覆部位１４ａのノイズ電流が流れる経路長さＬｂが絶縁性接着剤２０の挿通方向の長さＬａと同じとなる従来の構成と比較して、大きくなるので、ノイズ電流がリードフレーム１４および絶縁性接着剤２０を介して筐体１１自体に流れ込みにくくなる。このため、ノイズ電流が筐体１１の収容空間内のリードフレーム１４を流れるが、このノイズ電流からＥＳＤダイオード１６により筐体１１内に収容される電子部品が保護される。このように、ノイズ電流が筐体１１自体に流れ込みにくくなり、特に筐体１１内部にスパイラルコイル部等を設ける必要もないので、導電性の筐体１１に電子部品が収容される場合でも大型化を招くことなく電子装置１０のイミュニティ・ＥＳＤ耐性を向上させることができる。

図６は、第１実施形態の変形例に係る電子装置１０の要部を示す断面図である。
リードフレーム１４の被覆部位として、そのノイズ電流が流れる経路長さＬｂを絶縁性接着剤２０の挿通方向の長さＬａよりも長くするために、折り畳まれるようにして形成される被覆部位１４ａを採用することに限らず、他の形状の被覆部位を採用してもよい。具体的には、例えば、図６に示すように、山型形状の被覆部位１４ｂを採用することで、被覆部位１４ｂの経路長さＬｂを絶縁性接着剤２０の挿通方向の長さＬａよりも長く形成することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る電子装置について図７を参照して説明する。図７は、第２実施形態に係る電子装置１０ａの要部を示す断面図である。
本第２実施形態に係る電子装置１０ａは、さらにイミュニティ・ＥＳＤ耐性を向上させるため、高透磁率部材２１を新たに採用する点が、上記第１実施形態に係る電子装置と異なる。したがって、第１実施形態の電子装置と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、図７に示すように、上述したリードフレーム１４の被覆部位１４ａの周囲に絶縁性接着剤２０よりも透磁率の高い高透磁率部材２１を絶縁性接着剤２０との間に巻き付けて介在させている。ここで、高透磁率部材２１としては、例えば、コバールＴＭ，４２アロイ，インバーコア，４２アロイコア，パーマロイＢ，ＳＵＳ４３０，パーマロイＣ等を採用することができる。

このようにしても、筐体１１とリードフレーム１４との間の相互インダクタンスＭが大きくなるので、ノイズ電流がリードフレーム１４および絶縁性接着剤２０を介して筐体１１自体に流れ込みにくくなり、導電性の筐体１１に電子部品が収容される場合でも大型化を招くことなく電子装置１０のイミュニティ・ＥＳＤ耐性を向上させることができる。

図８は、第２実施形態の変形例に係る電子装置１０ａの要部を示す断面図である。
図８に示すように、ノイズ電流が流れる経路長さＬｂが絶縁性接着剤２０の挿通方向の長さＬａと等しい従来の被覆部位１４ｃに対して、高透磁率部材２１を巻き付けることで、被覆部位１４ｃと絶縁性接着剤２０との間に高透磁率部材２１を介在させてもよい。このようにしても、筐体１１とリードフレーム１４との間の相互インダクタンスＭが大きくなるので、ノイズ電流がリードフレーム１４および絶縁性接着剤２０を介して筐体１１自体に流れ込みにくくなり、導電性の筐体１１に電子部品が収容される場合でも大型化を招くことなく電子装置１０のイミュニティ・ＥＳＤ耐性を向上させることができる。

また、相互インダクタンスＭを増加させるため、高透磁率部材２１を、上述した被覆部位１４ａや被覆部位１４ｃと絶縁性接着剤２０との間に介在させることに限らず、被覆部位１４ｂと絶縁性接着剤２０との間に介在させてもよいし、ノイズ電流が流れる経路長さＬｂを絶縁性接着剤２０の挿通方向の長さＬａよりも長くするように形成されるリードフレーム１４の被覆部位と絶縁性接着剤２０との間に介在させてもよい。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る電子装置について図９を参照して説明する。図９は、第３実施形態に係る電子装置１０ｂの要部を示す断面図である。
本第３実施形態に係る電子装置１０ｂは、さらにイミュニティ・ＥＳＤ耐性を向上させるため、筐体１１がその自己インダクタンスＬｋを増加させるように形成される点が、上記第１実施形態に係る電子装置と異なる。したがって、第１実施形態の電子装置と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態では、ノイズ電流が筐体１１自体に流れ込むことを確実に抑制するため、筐体１１がその自己インダクタンスＬｋを増加させるように形成される。自己インダクタンスＬｋを増加させることで、ノイズ電流が筐体１１自体に流れ込みにくくなるからである。この自己インダクタンスＬｋは、μ_２を筐体１１の透磁率、ｌ_２をノイズ電流伝搬方向の筐体１１の長さ、ａをノイズ電流伝搬方向の筐体１１の厚さとするとき、以下に示す式（２）の関係が成立する。

そこで、本実施形態では、図９に示すように、筐体１１の挿通穴１１ｂの内面には、その表面積を大きくするように凹凸部１１ｃが形成されている。これにより、ノイズ電流伝搬方向の筐体１１の長さｌ_２を大きくすることができ、自己インダクタンスＬｋを増加させることができる。

また、本実施形態では、図９に示すように、各半導体デバイス１２ａ〜１２ｄが配置される底壁１１ａには、その厚さが他の壁部よりも薄くなるように凹部１１ｄが形成されている。これにより、ノイズ電流伝搬方向の筐体１１の厚さａを小さくすることができ、自己インダクタンスＬｋを増加させることができる。

このように、筐体１１の自己インダクタンスＬｋを増加させることで、ノイズ電流がリードフレーム１４および絶縁性接着剤２０を介して筐体１１自体に流れ込みにくくなり、大型化を招くことなく電子装置１０のイミュニティ・ＥＳＤ耐性を向上させることができる。

図１０は、第３実施形態の変形例に係る電子装置１０ｂの要部を示す断面図である。
図１０に示すように、上述した被覆部位１４ｃが採用される場合に、筐体１１の挿通穴１１ｂの内面に凹凸部１１ｃを形成してもよい。このようにしても、筐体１１の自己インダクタンスＬｋが大きくなるので、ノイズ電流がリードフレーム１４および絶縁性接着剤２０を介して筐体１１自体に流れ込みにくくなり、大型化を招くことなく電子装置１０のイミュニティ・ＥＳＤ耐性を向上させることができる。

なお、凹凸部１１ｃおよび凹部１１ｄの少なくともいずれか一方は、イミュニティ・ＥＳＤ耐性を向上させるための構成として、上述した他の実施形態およびその変形例等の筐体１１に採用することができる。

なお、本発明は上記各実施形態や変形例に限定されるものではなく、例えば、以下のように具体化してもよい。
（１）図１１は、絶縁性接着剤２０にＮｉ−Ｚｎ系のフェライト粉を含有させたときの透磁率μｉの周波数依存性を示すグラフである。
上記各実施形態およびその変形例において、相互インダクタンスＭを増加させるため、絶縁性接着剤２０に対して透磁率の比較的高い粉末、例えば、Ｎｉ−Ｚｎ系のフェライト粉を含有させてもよい。例えば、図１１に例示するように、絶縁性接着剤２０に対して、８０ｗｔ％（質量百分率），８５ｗｔ％，８８ｗｔ％にてＮｉ−Ｚｎ系のフェライト粉を含有させると、８８ｗｔ％のものが最も透磁率μｉを高めることができる。

（２）ノイズ電流から電子部品を保護するために筐体１１内に収容されてリードフレーム１４に接続される静電気放電保護回路として、ＥＳＤダイオード１６が採用されることに限らず、他の静電気放電保護回路が採用されてもよい。

（３）リードフレーム１４の中間部位と挿通部（１１ｂ）の内面との間には、絶縁性を有するエポキシ樹脂が絶縁性接着剤２０として介在することに限らず、他の誘電体が介在することで、各リードフレーム１４を筐体１１に対して直接接触させないようにそれぞれ保持してもよい。

１０，１０ａ，１０ｂ…電子装置
１１…筐体１１ａ…底壁１１ｂ…挿通穴（挿通部）１１ｃ…凹凸部
１２ａ〜１２ｄ…半導体デバイス（電子部品）
１４…リードフレーム（外部接続端子）
１４ａ，１４ｂ…被覆部位
１６…ＥＳＤダイオード（静電気放電保護回路）
２０…絶縁性接着剤（誘電体）
２１…高透磁率部材

Claims

導電性の筐体（１１）内に電子部品（１２ａ〜１２ｄ）が収容される電子装置（１０，１０ａ，１０ｂ）において、
前記電子部品と前記筐体外の電子機器とを電気的に接続するための端子であって前記筐体に形成される挿通部（１１ｂ）を当該筐体に接触することなく挿通するように配置される外部接続端子（１４）と、
前記外部接続端子と前記挿通部の内面との間に介在する誘電体（２０）と、
前記外部接続端子に印加された静電気放電に起因して生じたノイズ電流から前記電子部品を保護するために前記筐体内に収容されて前記外部接続端子に接続される静電気放電保護回路（１６）と、を備え、
前記外部接続端子は、前記誘電体に覆われる被覆部位（１４ａ，１４ｂ）の前記ノイズ電流が流れる経路長さ（Ｌｂ）が当該誘電体の挿通方向の長さ（Ｌａ）よりも長くなるように形成されることを特徴とする電子装置。
前記被覆部位の少なくとも一部と前記誘電体との間に前記誘電体よりも透磁率の高い高透磁率部材（２１）を介在させることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
前記誘電体と接触する前記挿通部の内面に凹凸部（１１ｃ）が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
前記筐体を構成する壁部のうち前記電子部品が配置される壁部（１１ａ）は、その厚さが他の壁部よりも薄くなるように形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子装置。