JP5906910B2

JP5906910B2 - 電子装置

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Publication number: JP5906910B2
Application number: JP2012088274A
Authority: JP
Inventors: 徳之間瀬
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: JP2013219166A

Description

本発明は、外部から熱を受けると特性が変動する第１部品と、第１部品を動作させることで発熱する第２部品と、がモールド樹脂で封止された電子装置に関する。

従来より、リードフレームと、リードフレームに実装された発熱素子及び制御素子と、リードフレームの一部及び各素子を封止したモールド樹脂と、を備えて構成された半導体装置の構造が、例えば特許文献１で提案されている。

特許文献１の半導体装置は、さらに、リードフレームのうち発熱素子とは反対側にヒートシンクを備えている。ヒートシンクはモールド樹脂に封止されている。そして、モールド樹脂に放熱フィンが接触することで、ヒートシンクと放熱フィンとでモールド樹脂が挟まれた構造となる。

このような構造によると、発熱素子から生じた熱がリードフレーム、ヒートシンク、モールド樹脂を介して放熱フィンに放出される。このため、制御素子が発熱素子の熱の影響を受けにくくなっている。

特開２００６−１９０７９８号公報

しかしながら、上記従来の技術では、半導体装置が放熱フィンの上に配置されるため、ヒートシンクを介して放熱フィンに伝達された熱が再びモールド樹脂を介して制御素子に伝達してしまうという問題がある。また、ヒートシンクや放熱フィンを用いたヒートシンクや放熱フィンを用いた伝熱構造を取っているため、構造が複雑になっているという問題がある。

本発明は上記点に鑑み、構造を複雑にすることなく、２つの部品の間の伝熱を抑制することができる電子装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、リードフレーム（１０）と、リードフレーム（１０）に実装されると共に、外部から熱を受けると特性が変動する第１部品（２０）と、リードフレーム（１０）に実装されると共に、第１部品（２０）を動作させることで発熱する第２部品（３０）と、を備えている。

さらに、第１部品（２０）、第２部品（３０）、及びリードフレーム（１０）の一部を封止すると共に、第１部品（２０）と第２部品（３０）との間に位置しリードフレーム（１０）に対する第１部品（２０）及び第２部品（３０）の実装方向に貫通した貫通孔（４１）を有するモールド樹脂（４０）を備えていることを特徴とする。

これによると、貫通孔（４１）によって、熱伝導率が大きいモールド樹脂（４０）の体積が減ると共に、第１部品（２０）と第２部品（３０）の間には熱伝導率が非常に小さい空気が介在する。このため、第２部品（３０）から第１部品（２０）への熱伝導を抑制することができる。また、モールド樹脂（４０）に貫通孔（４１）を設けた構造であるので、電子装置の構造自体が複雑になることはない。したがって、構造を複雑にすることなく、２つの部品（２０、３０）の間の伝熱を抑制することができる。

さらに、請求項１に記載の発明では、リードフレーム（１０）のうち各部品（２０、３０）が実装された実装面（１１）において、貫通孔（４１）を迂回して第１部品（２０）と第２部品（３０）とを電気的に接続する中継部材（５０）を備えていることを特徴とする。これによると、第１部品（２０）と第２部品（３０）とを直接電気的に接続することによる熱の伝達を回避することができる。
また、請求項４に記載の発明では、貫通孔（４１）は、リードフレーム（１０）において各部品（２０、３０）が実装された実装面（１１）に垂直な方向を見たときの形状が多角形状になっており、当該多角形状の角部が面取りされていることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明では、リードフレーム（１０）において各部品（２０、３０）が実装された実装面（１１）に平行な方向のうち各部品（２０、３０）が並べられた方向に垂直な方向を延設方向とすると、モールド樹脂（４０）は、第１部品（２０）と第２部品（３０）との間に位置し、貫通孔（４１）に接続され、延設方向に沿って形成された溝（４２）を備えていることを特徴とする。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各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。

本発明の第１実施形態に係る電子装置の平面模式図である。図１のＡ矢視方向を見た側面模式図である。本発明の第２実施形態に係る電子装置の平面模式図である。本発明の第３実施形態に係る電子装置の平面模式図である。本発明の第４実施形態に係る電子装置の平面模式図である。図５のＢ矢視方向を見た側面模式図である。本発明の第５実施形態に係る電子装置の側面模式図である。他の実施形態に係る電子装置の平面模式図である。図８のＣ矢視方向を見た側面模式図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１に示されるように、電子装置は、リードフレーム１０と、第１部品２０と、第２部品３０と、モールド樹脂４０と、を備えて構成されている。

リードフレーム１０は、第１部品２０及び第２部品３０を外部と電気的に接続するための周知の金属製部品である。リードフレーム１０は複数個に分離・分割されている。すなわち、第１部品２０用のリードフレーム１０の一群と、第２部品３０用のリードフレーム１０の一群とが電子装置に設けられている。

そして、第１部品２０は当該第１部品２０用のリードフレーム１０の一群のうちの一つに実装されている。第２部品３０も同様に第２部品３０用のリードフレーム１０の一群のうちの一つに実装されている。

第１部品２０は、外部から熱を受けると特性が変動する部品である。第１部品２０として例えば湿度センサが採用される。湿度センサは例えば雰囲気の相対湿度を検出する方式である。相対湿度とは大気中に含み得る水分の割合であり、温度と圧力により値が変化する。このため、湿度センサの周囲に温度と圧力を変動させる要因があると、正確な相対湿度を算出することが難しいという特徴がある。

第２部品３０は、第１部品２０を動作させる駆動用の部品である。第２部品３０として例えば制御回路を含んだ半導体チップが採用される。この第２部品３０は第１部品２０を駆動することで自身が発熱する発熱部品である。

第１部品２０及び第２部品３０は、図１のように、アイランド状の中継部材５０とボンディングワイヤ６０を介して互いに電気的に接続されている。中継部材５０はリードフレーム１０と同様に金属製の部品であり、第１部品２０と第２部品３０とを電気的に接続する役割を果たす。

なお、図１では、各部品２０、３０とリードフレーム１０とがボンディングワイヤ６０でそれぞれ接続されていないが、図１ではこのボンディングワイヤ６０を省略しているだけであり、実際にはボンディングワイヤ６０で接続されている。また、第１部品２０用の中継部材５０と第２部品３０用の中継部材５０とは分離していなくても良く、共通の中継部材５０でも良い。熱の伝達を抑制する観点では、中継部材５０は各部品２０、３０用に分離していることが好ましい。

モールド樹脂４０は、電子装置の外観をなすものである。モールド樹脂４０は、各部品２０、３０、中継部材５０、ボンディングワイヤ６０、及びリードフレーム１０の一部を封止している。モールド樹脂４０として、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。

また、モールド樹脂４０は、図１及び図２に示されるように、第１部品２０と第２部品３０との間に位置する貫通孔４１を有している。貫通孔４１は、リードフレーム１０に対する第１部品２０及び第２部品３０の実装方向に貫通している。ここで、「実装方向」とは、言い換えると、リードフレーム１０において各部品２０、３０が実装された実装面１１に垂直な方向である。なお、リードフレーム１０のうち、図１に示された実装面１１に対して反対側の面に第１部品２０や第２部品３０が実装されれば、当該反対側の面も実装面になり得る。

このように、各部品２０、３０の間に貫通孔４１が位置しているので、各部品２０、３０の間に位置する熱伝導率が大きいモールド樹脂４０の体積を減少させることができる。また、第１部品２０と第２部品３０の間には貫通孔４１内の熱伝導率が非常に小さい空気が介在する。エポキシ樹脂であるモールド樹脂４０の熱伝導率と空気の熱伝導率とは１０倍も異なる。このため、第２部品３０から第１部品２０への熱伝達を抑制することができる。

そして、図１によると、第１部品２０と第２部品３０とが貫通孔４１を挟むようにそれぞれリードフレーム１０の長手方向に並んでいる。本実施形態では、貫通孔４１を中心として長手方向の一方向側に第１部品２０とこれに関連するリードフレーム１０や中継部材５０が位置している。また、貫通孔４１を中心として長手方向の他方向側に第２部品３０とこれに関連するリードフレーム１０や中継部材５０が位置している。中継部材５０は、リードフレーム１０の実装面１１において貫通孔４１を迂回して各部品２０、３０を電気的に接続するように機能する。

上記のように各部品２０、３０と貫通孔４１が配置された構成において、各部品２０、３０と貫通孔４１との長さ関係について説明する。まず、リードフレーム１０において各部品２０、３０が実装された実装面１１に平行な方向のうち各部品２０、３０が並べられた方向に垂直な方向を延設方向とする。つまり、実装面１１に平行な方向であって、リードフレーム１０の長手方向に垂直な方向が延設方向である。そして、この延設方向における貫通孔４１の幅は、延設方向における各部品２０、３０の幅のうち小さい幅よりも大きくなっている。

例えば、２つの部品２０、３０の延設方向における幅が同じ場合は、貫通孔４１の延設方向における幅は各部品２０、３０の幅よりも大きい。一方、第１部品２０または第２部品３０のいずれか一方の延設方向における幅が大きい場合は、貫通孔４１の延設方向における幅は各部品２０、３０の一方の幅と他方の幅の間の幅となる。

このように、延設方向における貫通孔４１の幅を規定することにより、第２部品３０から波面状に広がって伝達する熱を貫通孔４１で遮ることができる。すなわち、第２部品３０から放射状に伝達する熱が貫通孔４１を回り込んで第１部品２０に到達することを阻止することができる。このため、第２部品３０から放出された熱が貫通孔４１によって確実に遮断される。

上記のような特徴を有する貫通孔４１は、モールド樹脂４０をモールド成型する際の金型に貫通孔４１となる部分を設けることで形成できる。また、モールド樹脂４０に貫通孔４１を設けた構造であるので、電子装置に複雑な機構を設ける必要がなく、電子装置の構造自体が複雑になることもない。

そして、各部品２０、３０の間に貫通孔４１が位置しているが、上述の中継部材５０とボンディングワイヤ６０が設けられているので、これらを用いて貫通孔４１を迂回して各部品２０、３０を電気的に接続することができる。また、第１部品２０と第２部品３０とをボンディングワイヤ６０で直接電気的に接続することによる熱の伝達を回避することができる。

以上により、電子装置の構造を複雑にすることなく、第１部品２０と第２部品３０との間の伝熱を抑制することができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図３に示されるように、本実施形態では、第１部品２０、貫通孔４１、及び第２部品３０が並べられたリードフレーム１０の長手方向に沿った棒状の中継部材５０がモールド樹脂４０に封止されている。

そして、各部品２０、３０と中継部材５０とがボンディングワイヤ６０で接続されており、貫通孔４１を迂回して各部品２０、３０が電気的に接続されている。すなわち、中継部材５０及びボンディングワイヤ６０を各部品２０、３０の間ではない方、つまり上述の延設方向に逃がしている。

また、モールド樹脂４０には放熱部材７０も封止されている。放熱部材７０は、中継部材５０に接触すると共に中継部材５０の熱を外部に放出する熱伝導率が高いものである。放熱部材７０は単一または複数で構成され、放熱部材７０に対して絶縁的に接触している。本実施形態では、３本の中継部材５０に接触する単一の放熱部材７０が採用されている。

放熱部材７０は一部がモールド樹脂４０から露出しているため、第２部品３０からボンディングワイヤ６０及び中継部材５０を介して受け取った熱を外部に放出しやすくなっている。

以上のように、中継部材５０に放熱部材７０を接触させて中継部材５０に放熱機構を持たせることにより、中継部材５０から第１部品２０への伝熱を回避でき、第２部品３０から中継部材５０に伝達した熱が第１部品２０に伝達することを抑制できる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。上記各実施形態で示された構造では、例えば図１や図３に示されるように、貫通孔４１はリードフレーム１０において各部品２０、３０が実装された実装面１１に垂直な方向を見たときの形状が多角形状、具体的には四角形になっていた。

しかし、本実施形態では、図４に示されるように、貫通孔４１は、当該四角形の角部が面取りされた形状になっている。ここで、「面取り」とは、角に丸み等を付けることをいう。このような形状によると、貫通孔４１の四角形の角部に掛かる応力が面取り形状すなわち丸み形状によって緩和される。このため、当該角部が起点となってモールド樹脂４０にクラックが発生することを防止することができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、第１〜第３実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、モールド樹脂４０に溝も設けたことが特徴となっている。

まず、本実施形態においても、リードフレーム１０の実装面１１に平行な方向のうち各部品２０、３０が並べられた方向に垂直な方向を延設方向とする。そして、図５に示されるように、モールド樹脂４０は、第１部品２０と第２部品３０との間に位置し、貫通孔４１に接続され、さらに延設方向に沿って形成された溝４２を有している。溝４２が「貫通孔４１に接続され」とは、溝４２が貫通孔４１と繋がっていることを意味している。

溝４２は貫通孔４１とモールド樹脂４０の側面との間に設けられている。本実施形態では、溝４２はモールド樹脂４０の側面を貫通し、モールド樹脂４０の側面が溝４２によって開口している。また、溝４２は、図６に示されるように、リードフレーム１０の実装面１１側とこの実装面１１の反対側の面側との両方に設けられている。

以上のように、モールド樹脂４０に溝４２を設けることによって、熱を伝達するモールド樹脂４０の体積をさらに減少させることができる。また、溝４２に位置する空気が熱伝達を妨げるので、第２部品３０から第１部品２０への熱伝達をさらに抑制することができる。

（第５実施形態）
本実施形態では、第４実施形態と異なる部分について説明する。上述の図６に示されるように、溝４２は、前記実装面１１に垂直な方向の断面形状が多角形状、具体的には矩形になっている。

しかし、本実施形態では、図７に示されるように、溝４２は、当該矩形の角部が面取りされた形状になっている。リードフレーム１０の長手方向における溝４２の幅に応じて、矩形が例えば半円状に面取りされていても良い。なお、図７は図５のＢ矢視方向に相当する図である。

以上により、溝４２の断面形状の角部に掛かる応力を緩和することができる。また、当該角部が起点となってモールド樹脂４０にクラックが発生することを防止することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示された電子装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、熱の影響を受けると特性が変化する第１部品２０として上記各実施形態では湿度センサを例に説明したが、湿度センサに限らず他の物理量センサが採用されても良い。

他に、各部品２０、３０が別々のリードフレーム１０に実装されずに共通のリードフレーム１０に実装されていても良い。つまり、各部品２０、３０が実装されるリードフレーム１０は単一となる。この場合、リードフレーム１０には貫通孔４１を通すための貫通孔を設ければ良い。

また、各部品２０、３０は、両方ともリードフレーム１０の同じ実装面１１に実装されている必要はない。すなわち、各部品２０、３０のいずれか一方が実装面１１とは反対側の面に実装されていても良いし、両方が実装面１１とは反対側の面に実装されていても良い。

さらに、上記各実施形態では、２つの部品２０、３０が電子装置に備えられた構成について説明したが、これは最小構成であり、３つ以上の部品が備えられていても良い。この場合でも、発熱部品と熱の影響を受けたくない部品との間のモールド樹脂４０に貫通孔４１を設ければ良い。

第２実施形態では、放熱性を高めるために中継部材５０に放熱部材７０を接触させていたが、貫通孔４１を迂回して各部品２０、３０の電気的接続ができれば良いという観点では放熱部材７０が備えられていなくても良い。

第４実施形態では、溝４２がモールド樹脂４０の側面にまで達するように形成されているが、これは溝４２の構造の一例である。したがって、溝４２は貫通孔４１からモールド樹脂４０の側面までの範囲に形成されていても良い。

また、リードフレーム１０の実装面１１側の溝４２はモールド樹脂４０の側面まで形成されており、リードフレーム１０の実装面１１とは反対側の面側の溝４２は貫通孔４１とモールド樹脂４０の側面との間の範囲に形成されていても良い。この関係は逆でも良い。

さらに、溝４２はリードフレーム１０の実装面１１側とその反対側の面側との両方に設けられている必要はなく、例えばリードフレーム１０の実装面１１側だけに設けられていても良い。

そして、上述ではモールド樹脂４０に貫通孔４１を設けた構造において溝４２をさらに設けた構造になっているが、図８及び図９に示されるように、貫通孔４１が設けられておらず、溝４２のみをモールド樹脂４０に設けても良い。もちろん、延設方向の溝４２の長さは図８のように端から端までの全体でも構わないし、上述のように延設方向の一部でも構わない。

１０リードフレーム
１１リードフレームの実装面
２０第１部品
３０第２部品
４０モールド樹脂
４１貫通孔
４２溝
５０中継部材
７０放熱部材

Claims

リードフレーム（１０）と、
前記リードフレーム（１０）に実装されると共に、外部から熱を受けると特性が変動する第１部品（２０）と、
前記リードフレーム（１０）に実装されると共に、前記第１部品（２０）を動作させることで発熱する第２部品（３０）と、
前記第１部品（２０）、前記第２部品（３０）、及び前記リードフレーム（１０）の一部を封止すると共に、前記第１部品（２０）と前記第２部品（３０）との間に位置し前記リードフレーム（１０）に対する前記第１部品（２０）及び前記第２部品（３０）の実装方向に貫通した貫通孔（４１）を有するモールド樹脂（４０）と、
前記リードフレーム（１０）のうち前記各部品（２０、３０）が実装された実装面（１１）において、前記貫通孔（４１）を迂回して前記第１部品（２０）と前記第２部品（３０）とを電気的に接続する中継部材（５０）と、
を備えていることを特徴とする電子装置。
前記中継部材（５０）に接触すると共に前記中継部材（５０）の熱を外部に放出する放熱部材（７０）を備えていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
前記貫通孔（４１）は、前記リードフレーム（１０）において前記各部品（２０、３０）が実装された実装面（１１）に垂直な方向を見たときの形状が多角形状になっており、当該多角形状の角部が面取りされてい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。
リードフレーム（１０）と、
前記リードフレーム（１０）に実装されると共に、外部から熱を受けると特性が変動する第１部品（２０）と、
前記リードフレーム（１０）に実装されると共に、前記第１部品（２０）を動作させることで発熱する第２部品（３０）と、
前記第１部品（２０）、前記第２部品（３０）、及び前記リードフレーム（１０）の一部を封止すると共に、前記第１部品（２０）と前記第２部品（３０）との間に位置し前記リードフレーム（１０）に対する前記第１部品（２０）及び前記第２部品（３０）の実装方向に貫通した貫通孔（４１）を有するモールド樹脂（４０）と、
を備え、
前記貫通孔（４１）は、前記リードフレーム（１０）において前記各部品（２０、３０）が実装された実装面（１１）に垂直な方向を見たときの形状が多角形状になっており、当該多角形状の角部が面取りされていることを特徴とする電子装置。
前記リードフレーム（１０）において前記各部品（２０、３０）が実装された実装面（１１）に平行な方向のうち前記各部品（２０、３０）が並べられた方向に垂直な方向を延設方向とすると、
前記モールド樹脂（４０）は、前記第１部品（２０）と前記第２部品（３０）との間に位置し、前記貫通孔（４１）に接続され、前記延設方向に沿って形成された溝（４２）を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の電子装置。
リードフレーム（１０）と、
前記リードフレーム（１０）に実装されると共に、外部から熱を受けると特性が変動する第１部品（２０）と、
前記リードフレーム（１０）に実装されると共に、前記第１部品（２０）を動作させることで発熱する第２部品（３０）と、
前記第１部品（２０）、前記第２部品（３０）、及び前記リードフレーム（１０）の一部を封止すると共に、前記第１部品（２０）と前記第２部品（３０）との間に位置し前記リードフレーム（１０）に対する前記第１部品（２０）及び前記第２部品（３０）の実装方向に貫通した貫通孔（４１）を有するモールド樹脂（４０）と、
を備え、
前記リードフレーム（１０）において前記各部品（２０、３０）が実装された実装面（１１）に平行な方向のうち前記各部品（２０、３０）が並べられた方向に垂直な方向を延設方向とすると、
前記モールド樹脂（４０）は、前記第１部品（２０）と前記第２部品（３０）との間に位置し、前記貫通孔（４１）に接続され、前記延設方向に沿って形成された溝（４２）を備えていることを特徴とする電子装置。
前記溝（４２）は、前記実装面（１１）に垂直な方向の断面形状が多角形状になっており、当該多角形状の角部が面取りされていることを特徴とする請求項５または６に記載の電子装置。
前記リードフレーム（１０）において前記各部品（２０、３０）が実装された実装面（１１）に平行な方向のうち前記各部品（２０、３０）が並べられた方向に垂直な方向を延設方向とすると、
前記延設方向における前記貫通孔（４１）の幅は、前記延設方向における前記各部品（２０、３０）の幅のうち小さい幅よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の電子装置。