JP6920585B2

JP6920585B2 - 電子機器モジュール

Info

Publication number: JP6920585B2
Application number: JP2017134298A
Authority: JP
Inventors: 正幸長松; 潤一木村; 則充穂積; 幸太郎出口
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: JP2019016724A

Description

本発明は、各種電子機器に使用される電子機器モジュールに関する。

以下、従来の電子機器モジュールについて図面を用いて説明する。図４は従来の電子機器モジュールの構成を示した断面模式図であり、電子機器モジュール１は基台部２と、基台部２へ半田３によって実装された半導体素子４と、基台部２および半導体素子４を覆う外装体５とによって構成されていた。また、基台部２における半導体素子４を実装する実装面２Ａには凸部６と凹部７とが設けられていた。

凸部６は、半田３と基台部２との固着強度を向上させるとともに、外装体５と基台部２との固着強度を向上させていた。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。

特開平１０−１６３４０１号公報

しかしながら、従来の電子機器モジュール１では半導体素子４が動作したときに大量の熱を放出することによって、特に半導体素子４へ近接する領域においては外装体５と基台部２との間には線膨張係数の差に起因する歪が大きくなり、外装体５と基台部２との固着強度が劣化するおそれを有していた。

この結果、上記の熱ストレスが繰り返し生じることによって外装体５と基台部２との固着強度の劣化が、外装体５と基台部２との対向面の広い領域に拡張し、電子機器モジュール１の信頼性が劣化してしまうおそれがある、という課題を有するものであった。

そこで本発明は電子機器モジュールの信頼性を維持、向上させることを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、第１面と前記第１面と反対面の第２面とを有する放熱基台と、前記第１面の少なくとも一部を覆い表面に無数の突起部を有する金属被覆部と、前記金属被覆部に実装された発熱部品と、前記放熱基台の一部と前記金属被覆部と前記発熱部品とを封止する封止樹脂と、を備え、前記突起部の単位面積あたりの配置数は、前記放熱基台の外縁から内側へと向かうに従って多くなり、前記放熱基台の外縁において前記第１面は、前記第１面の一部が前記金属被覆部から露出する露出部を有し、前記第１面の単位面積あたりの前記露出部の面積は、前記放熱基台の外縁から内側へと向かうに従って小さくなる、ことを特徴としたものである。

本発明によれば、特に熱に起因する歪が生じ易くなる放熱基台と封止樹脂とが対面する発熱部品に近接した位置では、放熱基台の外周縁に比較して突起部の配置密度を大きくする。これにより、発熱部品に近接した領域においては放熱基台と外装樹脂との固着力は大きくなる。よって、熱ストレスが繰り返し生じることによっても、発熱部品に近接した領
域において放熱基台と封止樹脂との固着強度の劣化は生じにくく、当然ながら、放熱基台と封止樹脂との固着強度の劣化が、放熱基台と封止樹脂との対向面の広い領域に拡張することも生じにくくなる。

この結果として、固着力の劣化に伴う電子機器モジュールの内部への異物の侵入などが抑制され、長期間に渡って電子機器モジュールの信頼性は高く維持、向上される。

本発明の実施の形態における電子機器モジュールの構成を示す第１の断面模式図本発明の実施の形態における電子機器モジュールの構成を示す第２の断面模式図本発明の実施の形態における電子機器モジュールの構成を示す上面視模式図従来の電子機器モジュールの断面模式図

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における電子機器モジュールの構成を示す第１の断面模式図である。電子機器モジュール８は、放熱基台９と金属被覆部１０と発熱部品１１と封止樹脂１２とを含む。

放熱基台９は第１面９Ａと、第１面９Ａと反対面の第２面９Ｂとを有する。金属被覆部１０は第１面９Ａの少なくとも一部を覆っている。金属被覆部１０は表面に無数の突起部１３を有する。そして発熱部品１１は金属被覆部１０に実装されている。さらに、封止樹脂１２は放熱基台９の一部と、金属被覆部１０と、発熱部品１１とを覆い、封止している。ここで、突起部１３の単位面積あたりの配置数は、放熱基台９の外縁９Ｅから内側へと向かうに従って多くなる。

以上の構成により、特に熱に起因する歪が生じ易くなる放熱基台９と封止樹脂１２とが対面する発熱部品１１に近接した位置では、放熱基台９の外縁９Ｅに比較して突起部１３の配置密度を大きくする。このため、発熱部品１１に近接した領域においては放熱基台９と封止樹脂１２との固着力は放熱基台９の外縁９Ｅに比較して大きくなる。よって、熱ストレスが繰り返し生じることによっても、発熱部品１１に近接した領域において放熱基台９と封止樹脂１２との固着強度の劣化は生じにくくなる。当然ながら、放熱基台９と封止樹脂１２との固着強度の劣化が、放熱基台９と封止樹脂１２との対向面における広い領域に拡張することも生じにくくなる。

この結果として、固着力の劣化に伴う電子機器モジュール８の内部への異物の侵入などが抑制され、長期間に渡って電子機器モジュール８の信頼性は高く維持、向上される。

以下で、電子機器モジュール８について図を用いて詳しく説明する。図２は本発明の実施の形態における電子機器モジュールの構成を示す第２の断面模式図であり、図３は本発明の実施の形態における電子機器モジュールの構成を示す上面視模式図である。

放熱基台９は第１面９Ａと、第１面９Ａと反対面の第２面９Ｂとを有する。ここで放熱基台９は、板状の放熱板であっても、あるいは、第１面９Ａが実装平面とされて第２面９Ｂは放熱のためにフィン（図示せず）などが形成されていてもよい。またあるいは、放熱基台９には塊状の金属が用いられ、放熱基台９は放熱基台９の内部に冷却用の液体を流す
流路（図示せず）が設けられた液冷器であってもよい。また、放熱基台９の材質としては放熱特性の良好なアルミニウムやアルミニウム合金が望ましい。

特に図２では発熱部品１１が配置される放熱基台９の第１面９Ａを金属被覆部１０は覆っているが、図１に示すように、金属被覆部１０が放熱基台９の第１面９Ａを不完全に覆った状態であってもよい。いいかえると、放熱基台９の第１面９Ａの一部が露出した状態であってもよい。特に、放熱基台９の第１面９Ａの一部が露出した領域では、突起部１３そのものが不連続に形成され配置された金属被覆部１０に相当してもよい。そして、放熱基台９の第１面９Ａが露出せずに金属被覆部１０で覆われた領域では、金属被覆部１０の上に突起部１３が配置されている。

あるいは、図２に示すように、金属被覆部１０が放熱基台９の第１面９Ａを完全に覆った状態であってもよい。ここで、突起部１３および金属被覆部１０は銅や銅合金などの半田濡れ性が良好な金属であることが望ましい。

ここでは、金属被覆部１０、特に突起部１３は発熱部品１１に近接した領域において封止樹脂１２を金属被覆部１０に、あるいは放熱基台９に機械的に固着すことが重要な機能である。したがって、放熱基台９の外縁９Ｅでは放熱基台９の第１面９Ａが露出し、かつ、突起部１３の単位面積あたりの配置数が、放熱基台９の外縁９Ｅに向かうにつれて少なくなってよい。この場合、当然ながら、第１面９Ａにおける金属被覆部１０あるいは突起部１３が存在しない露出部１４の、第１面９Ａの単位面積あたりに占める比率、あるいは、第１面９Ａの単位面積あたりの露出部１４の面積は、放熱基台９の外縁９Ｅから内側へと向かうに従って小さくなる。

これにより、発熱部品１１に近接した領域において封止樹脂１２は強固に金属被覆部１０へ、あるいは放熱基台９へ固着され、電子機器モジュール８の信頼性は高く維持、向上される。ここで、露出部１４は連続した広い面として存在する必要は無く、分散して存在して構わない。

また、図２に示すように金属被覆部１０の被覆厚は、放熱基台９の外縁９Ｅから内側へと向かうに従って厚くしてもよい。より厳密には、放熱基台９の外縁９Ｅから内側へと向かう方向の単位長さあたりにおける金属被覆部１０の平均被覆厚は、放熱基台９の外縁９Ｅから内側へと向かうに従って厚くしてもよい。

金属被覆部１０は先にも述べたとおり、特に突起部１３は封止樹脂１２を金属被覆部１０に、あるいは放熱基台９に機械的に固着すことが重要な機能である。これと同時に、金属被覆部１０は発熱部品１１が半田などの溶接材１５による実装が容易となることを目的として設けられている。したがって、金属被覆部１０が溶接される領域では、放熱基台９の第１面９Ａが露出しないように、金属被覆部１０は放熱基台９の外縁９Ｅに比較して十分な厚さを有しているとよい。

図１および図２では突起部１３は、放熱基台９の第１面９Ａから図中の上方へ向かうにしたがって尖る尖塔状の形状で一例として示されている。しかしながら、突起部１３は必ず尖塔状とする必要はなく、図示はしていないが、球状で第１面９Ａに設けられた突起部１３や、第１面９Ａ側に括れが形成された瘤状の突起部１３や、茸形状の突起部１３であってもよい。また、突起部１３の形状は一様でなく、上記のような様々な形状の突起部１３が混在して配置されていてもよい。特に、突起部１３が球状などに形成され、封止樹脂１２が突起部１３に対して鉤状に係合することで、放熱基台９と封止樹脂１２との固着強度は一層向上する。

ここで、先にも述べたように突起部１３および金属被覆部１０は銅や銅合金などの同一の材質で構成されている。そして、金属被覆部１０は小さな領域においても完全に均一な被覆厚で設けられているのではなく、小さな凹凸を有している。言い換えると、金属被覆部１０は突起部１３が隙間無く密集して配置されたうえで形成されていてもよい。このとき、金属被覆部１０の表面の凹凸は、隙間無く密集して配置された突起部１３の頭頂部によって形成されていることになる。ここで、上記の凹凸は突起部１３の突出高さよりも大幅に小さい。そしてさらに図中における最も上方に位置して側面および頭頂部が露出した状態の突起部１３が、金属被覆部１０の上に設けられていてもよい。

さらに、突起部１３の高さもまた、放熱基台９の外縁９Ｅから内側へと向かうに従って高くなるように突起部１３が設けられてもよい。当然ながら、突起部１３の高さが高いほど、溶接材１５と突起部１３との固着状態および封止樹脂１２と突起部１３との固着状態は安定するので、結果として電子機器モジュール８の信頼性は高く維持、向上される。

ここで、突起部１３の高さを示す指標としては、金属被覆部１０の表面や、あるいは露出部１４と突起部１３とによって構成される面における、単位長さあたりの算術平均粗さや、単位面積あたりの算術平均粗さが用いられてもよい。

当然ながら、発熱部品１１が放熱基台９の中央や中央付近に配置される場合には、発熱部品１１の直下あるいは近傍における金属被覆部１０上の突起部１３の配置密度や突起部１３の高さを極大とすることが容易となる。突起部１３の配置密度や突起部１３の高さが極大となる領域では、溶接材１５と突起部１３との固着状態および封止樹脂１２と突起部１３との固着状態もまた最も安定する領域となる。この結果として、電子機器モジュール８の信頼性は高く維持、向上される。

また、図３に示すように発熱部品１１は単独で金属被覆部１０の上に配置するだけでなく、金属被覆部１０の上に複数の発熱部品１１が列状に配置されてもよい。このときもまた、放熱基台９の外縁９Ｅから内側へと向かうに従って、突起部１３の単位面積あたりの配置数が多くなればよい。図３の模式図では個々の突起部１３を同じ大きさの点として示しているが、実際の突起部１３における個々の上面視での大きさはランダムであってよい。図３は上面視模式図であるため、実際には封止樹脂１２が存在するが、ここでは説明の便宜上、封止樹脂１２を図示せずに説明している。

ここで図示のうえでは、突起部１３は列状に配置されているものの、実際の突起部１３は列状に配置される必要はない。望ましい突起部１３の配置形態としては、突起部１３の単位面積あたりの配置数つまり、突起部１３の配置密度が放熱基台９の外縁９Ｅから内側へと向かうに従って連続的に上昇する状態である。突起部１３の配置密度が連続的に変化することによって、封止樹脂１２と突起部１３との固着状態もまた連続的に変化する。

いいかえると、封止樹脂１２と突起部１３との固着状態の不連続点や不連続線は生じない。これにより、封止樹脂１２や突起部１３に生じる応力が上記の不連続点や不連続線に集中することが回避される。この結果として、電子機器モジュール８の信頼性は高く維持、向上される。

また、発熱部品１１と発熱部品１１との間に位置する領域は最も発熱部品１１による熱ストレスを受けることになる。よって、発熱部品１１と発熱部品１１との間に位置する領域では、金属被覆部１０上における突起部１３の位面積あたりの配置数を最も多くするとよい。言い換えると、発熱部品１１と発熱部品１１との間に位置する領域では、突起部１３の配置密度を最も大きくするとよい。

これにより、熱ストレスが繰り返し生じることによっても、発熱部品１１に近接した領域において放熱基台９と封止樹脂１２との固着強度の劣化は生じにくくなる。

本発明の電子機器モジュールは、高い信頼性を維持することができるという効果を有し、各種電子機器において有用である。

８電子機器モジュール
９放熱基台
９Ａ第１面
９Ｂ第２面
９Ｅ外縁
１０金属被覆部
１１発熱部品
１２封止樹脂
１３突起部
１４露出部
１５溶接材

Claims

第１面と前記第１面と反対面の第２面とを有する放熱基台と、
前記第１面の少なくとも一部を覆い表面に無数の突起部を有する金属被覆部と、
前記金属被覆部に実装された発熱部品と、
前記放熱基台の一部と前記金属被覆部と前記発熱部品とを封止する封止樹脂と、
を備え、
前記突起部の単位面積あたりの配置数は、前記放熱基台の外縁から内側へと向かうに従って多くなり、
前記放熱基台の外縁において前記第１面は、前記第１面の一部が前記金属被覆部から露出する露出部を有し、
前記第１面の単位面積あたりの前記露出部の面積は、前記放熱基台の外縁から内側へと向かうに従って小さくなる、
電子機器モジュール。
前記金属被覆部の被覆厚は、前記放熱基台の外縁から内側へと向かうに従って厚くなる、
請求項１に記載の電子機器モジュール。
前記金属被覆部は銅合金によって構成され、前記放熱基台はアルミニウム合金によって構成される、
請求項１に記載の電子機器モジュール。