JP7005781B2

JP7005781B2 - 電子装置

Info

Publication number: JP7005781B2
Application number: JP2020545808A
Authority: JP
Inventors: 匠平澤; 聡司柳田
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2022-01-24
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: JPWO2021059525A1; WO2021059525A1

Description

本発明は、電子装置に関する。

配線基板及び半導体チップを備える電子装置の一例として、車両に搭載されて交流発電機の出力を整流するレギュレータ装置がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のレギュレータ装置は、金属板上に絶縁層及び３個の帯状金属層が積層されて構成された放熱基板と、３個の帯状金属層上に配設された３個の帯状金属片と、これらの帯状金属片上にそれぞれ設けられた第１ダイオードチップ、第２ダイオードチップ及びサイリスタチップと、第２ダイオードチップ及びサイリスタチップの上方に所定の間隔をあけて配置された回路基板と、を備えている。

特許文献１に記載のレギュレータ装置では、３個の帯状金属片上に配設された３個の第１ダイオードチップにそれぞれリード線が設けられ、それらのリード線を共通接続する第１接続片が設けられている。この第１接続片と回路基板とが第１接続線により電気的に接続（以降の説明で「電気接続」と適宜称する）されている。また、３個の第２ダイオードチップ及び３個のサイリスタチップにもそれぞれリード線が設けられ、それらのリード線を共通接続する第２接続片が設けられている。この第２接続片と回路基板とが第２接続線により電気接続されている。さらに、３個のサイリスタチップにはそれぞれゲートリード線が設けられ、それらのゲートリード線がそれぞれ回路基板に電気接続されている。

実公平３‐２３８２８号公報

上述のように、特許文献１のレギュレータ装置では、複数の第１及び第２ダイオードチップ並びに複数のサイリスタチップと、回路基板とを電気接続するために、各チップに配設された複数のリード線、第１及び第２接続片、第１及び第２接続線、並びにゲートリード線、と多数の接続部材を有している。このように多数の接続部材を有しており、更にそれらを半田で接合する作業も必要であり、各チップと回路基板との電気接続構成が複雑であった。

そこで、本発明は、半導体チップと配線基板との電気接続構成を簡素化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。

本発明に係る電子装置は、配線が設けられた配線基板と、一方の面に第１電極及び第２電極を有し、他方の面に第３電極を有する少なくとも１つの半導体チップと、導電性を有する板状の接続板と、を備え、前記半導体チップの前記第１電極及び前記第２電極が前記配線基板に接合され、前記第３電極が前記接続板に接合され、前記接続板が前記配線基板に接続され、前記配線基板、前記半導体チップ、前記接続板の順に配置されていることを特徴とする。

上記構成の電子装置において、前記半導体チップの前記第１電極の面積は、前記第２電極の面積よりも小さく、前記接続板の両端部に、前記配線基板に接続される第１接続部及び第２接続部を有し、前記第１電極が前記第１接続部及び前記第２接続部を結ぶ接続直線上に配置されていてもよい。

また、上記構成の電子装置において、前記接続直線は、前記半導体チップが接合される前記接続板の面で前記接続直線と直交する方向における前記第１接続部及び前記第２接続部の中心を通っていてもよい。

また、上記構成の電子装置において、前記接続板の両端部に、前記配線基板に接続される第１接続部及び第２接続部を有し、前記第１接続部及び前記第２接続部が前記配線基板に挿入された状態で接続されていてもよい。

また、上記構成の電子装置において、前記配線基板、前記半導体チップ及び前記接続板はそれぞれ導電性接合材を用いて接合されていてもよい。

また、上記構成の電子装置において、前記半導体チップは四角形状であり、前記半導体チップの一方の面における角部の近傍の位置に前記第１電極が設けられていてもよい。

また、上記構成の電子装置において、前記接続板には、前記半導体チップを所定の位置に位置合わせして接合させるためのチップ載置部が設けられていてもよい。

また、上記構成の電子装置において、前記チップ載置部は、凸形状であってもよい。

また、上記構成の電子装置において、放熱フィンを有し、前記配線基板、前記半導体チップ及び前記接続板を収容するケースを備え、前記接続板側に前記放熱フィンが配置されていてもよい。

本発明に係る電子装置によれば、配線基板、半導体チップ及び導電性を有する接続板が直接接合される構成であるため、半導体チップと配線基板との電気接続構成を簡素化することができる。

本実施形態に係るレギュレータ装置の構成を示す分解斜視図である。上記レギュレータ装置における回路基板を構成する接続板及びサイリスタの斜視図である。上記接続板及びサイリスタが配線基板に取り付けられた状態を示す斜視図である。図１に示すレギュレータ装置を組付けた状態において、IV‐IV線に沿った位置での断面図である。図４において一点鎖線で示す領域Ｖの拡大図である。上記レギュレータ装置の回路構成を示す回路図である。図３における矢印VII‐VIIの位置での断面図である。図７において一点鎖線で示す領域VIIIの拡大図である。上記接続板に対するサイリスタの配置方向を変更した場合の平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態の説明において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」や「直交」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。なお、本実施形態では、説明の便宜上、図１等に示す上下、左右及び前後の矢印に示す方向を、上下方向、左右方向及び前後方向と称して説明する。

本実施形態では、本発明に係る電子装置の一例として、自動車やオートバイ等の車両に搭載されて車両走行時にジェネレータで発電された電力を整流及び電圧制御してバッテリに供給するレギュレータ装置について説明する。

本実施形態に係るレギュレータ装置１は、図１に示すように、複数の電子部品を実装した回路基板５０と、回路基板５０を内部に収容するケース１０と、ケース１０に取り付けられるコネクタ２０とを備える。

［ケース］
ケース１０は、上方に開口した矩形箱状に形成され、上方開口部１１から回路基板５０を挿入して当該回路基板５０を内部に収容可能に構成されている。ケース１０の内部には、回路基板５０を収容するための基板収容部１２（基板収容空間）が設けられている。ケース１０の後壁部には、前後方向に貫通して基板収容部１２と連通するとともに上方にも開口した後方開口部１３が設けられている。ケース１０の左右壁部には、左右壁部の上端からそれぞれ外方に延びる板状のフランジ部１４が設けられている。左右のフランジ部１４にはそれぞれ、上下方向に貫通したネジ挿通孔１５が形成されている。ケース１０は、左右のネジ挿通孔１５に挿通されるネジによって車両に固定される。ケース１０の下面には、左右方向に延びる板状の複数の放熱フィン１６がケース１０と一体成形されて設けられている。複数の放熱フィン１６は、ケース１０の下面において前後方向に所定の間隔をあけて並んで配設されている。

［コネクタ］
コネクタ２０は、後方に開口した矩形箱状のハウジング２１と、ハウジング２１内に設けられる５個の接続端子２５とを備える雄型のコネクタである。コネクタ２０には、車両に搭載されたジェネレータやバッテリ等とつながるケーブルに設けられた雌型コネクタが嵌合される。ハウジング２１は、樹脂等の絶縁材料を用いて形成され、後方に開口した接続開口部２２を有している。ハウジング２１の前面の左右端部及び下端部にはそれぞれ、断面コ字状の取付溝部２３が上下方向もしくは左右方向に延びて形成されている。コネクタ２０は、左右の取付溝部２３にケース１０の後方開口部１３を形成する後方壁部を挿入させるように、コネクタ２０を後方開口部１３に上方から挿着することでケース１０に取り付けられる。

５個の接続端子２５はそれぞれ、金属等の導電性材料を用いて板状に形成され、ハウジング２１の前壁部を貫通して前後方向に延びた状態でハウジング２１に設けられている。各接続端子２５の後端部は、ハウジング２１内において接続開口部２２の近傍まで延びている。各接続端子２５の前端部側は、ハウジング２１の前壁部を貫通した後に上方に屈曲されたＬ字状になっている（図４参照）。各接続端子２５の前端部側は、回路基板５０に形成された５個の端子挿通孔６３にそれぞれ挿通された状態で、はんだ材等の導電性接合材により固定される。このように固定されると、各接続端子２５は、回路基板５０に設けられた端子接続用配線に電気接続される。

［回路基板］
回路基板５０は、複数の配線が設けられた配線基板６０と、配線基板６０に実装される６個のサイリスタ７０と、６個のサイリスタ７０をそれぞれ配線基板６０に電気接続させる４個の接続板８０とを備える。配線基板６０は、矩形状の基板の下面に複数の配線が形成されたプリント基板である。図１には図示していないが、配線基板６０には、６個のサイリスタ７０を制御する制御回路９０（図６を参照）がパッケージ化された電子部品として実装されている。配線基板６０には、各接続板８０を取り付けるための複数の取付孔６５（図３を参照）が上下方向に貫通して形成されている。

図１及び図２に示すように、６個のサイリスタ７０はそれぞれ、四角形状の半導体チップＴの上面にゲート電極Ｇ（ゲート端子）及びカソード電極Ｃ（カソード端子）を有するとともに、下面にアノード電極Ａ（アノード端子）を有し、ゲート電極Ｇからカソード電極Ｃにゲート電流を流すことによりアノード電極Ａとカソード電極Ｃとの間を導通させることができる３端子の半導体素子（ベアチップ）である。各サイリスタ７０は、四角形状の半導体チップの上面において、一つの角部の近傍の位置にゲート電極Ｇが設けられている。各サイリスタ７０では、ゲート電極Ｇの表面積（ゲート電極面積）がカソード電極Ｃの表面積（カソード電極面積）よりも小さくなっている。

４個の接続板８０はそれぞれ、銅等の金属材料（導電性材料）を用いて矩形平板状に形成されている。各接続板８０の長手方向の両端部にはそれぞれ、当該端部側を上方に折り曲げて一体に形成された基板接続部８１が設けられている。４個の接続板８０は、長手方向の長さ（載置可能なサイリスタ７０の数）が異なるだけで、それ以外は同一構成である。そのため、図２に示す接続板８０を参照して上記以外の接続板８０の構成について説明する。

図２に示すように、接続板８０では、左右の基板接続部８１の前後方向の幅Ｗ１がそれぞれ、接続板８０の短手方向（前後方向）の幅Ｗよりも小さくなっている。接続板８０では、左右の基板接続部８１の前後方向の中心位置（前後幅Ｗ１の中心位置）を結ぶ直線Ｌ１と、接続板８０の短手方向の中心軸線（幅Ｗの中心位置を通る直線）とが平面視において重なるように、左右の基板接続部８１が接続板８０の左右両端部に配設されている。すなわち、左右の基板接続部８１は、接続板８０の短手方向（前後方向）の中心位置に設けられている。接続板８０の上面には、サイリスタ７０のチップ形状に対応した四角凸形状３個のチップ載置部８２が、接続板８０の長手方向に並んで設けられている。３個のチップ載置部８２はそれぞれ、各チップ載置部８２の一方の対角線が上記直線Ｌ１と平面視において重なる位置及び角度で接続板８０の上面に設けられている。なお、上記直線Ｌ１は、特許請求の範囲に記載の「接続直線」の一例である。

回路基板５０では、接続板８０の３個のチップ載置部８２の上面にそれぞれ、導電性接合材を介してサイリスタ７０の下面及び当該下面に設けられたアノード電極Ａが接合される。このとき、サイリスタ７０の上面に設けられたゲート電極Ｇが、上記直線Ｌ１（接続板８０における左右の基板接続部８１の前後幅Ｗ１の中心位置を結ぶ直線）上に平面視において重なるように配置される。なお、上記導電性接合材は、加熱により硬化する導電性の接合材であり、例えば、はんだペーストや銀ペースト、導電性のナノ粒子を接着剤中に分散させた導電性接着剤、はんだ材等である。以下に記載する導電性接合材も同様である。

このように３個のサイリスタ７０が接合された接続板８０は、図３に示すように、左右の基板接続部８１が、配線基板６０の下面側から取付孔６５に挿入されて上面側に突出した挿通状態で、導電性接合材により配線基板６０に固定される。このように固定されると、左右の基板接続部８１は、配線基板６０の下面に設けられたアノード接続用配線に電気接続される。そして、３個のサイリスタ７０の下面に設けられたアノード電極Ａがそれぞれ、接続板８０を介して配線基板６０のアノード接続用配線に電気接続される。また、３個のサイリスタ７０の上面に設けられたゲート電極Ｇがそれぞれ、配線基板６０の下面に設けられたゲート接続用配線に導電性接合材を介して接合されて電気接続される。さらに、３個のサイリスタ７０の上面に設けられたカソード電極Ｃがそれぞれ、配線基板６０の下面に設けられたカソード接続用配線に導電性接合材を介して接合されて電気接続される。なお、他の接続板８０についても上記同様に配線基板６０に固定され、当該接続板８０に載置されたサイリスタ７０の各電極も上記同様に配線基板６０の各配線に電気接続される。このように回路基板５０では、各サイリスタ７０を配線基板６０の下面と接続板８０の上面との間に挟んだ積層状態で電気接続される（図４及び図５も参照）。

このように構成される回路基板５０は、図４に示すように、上述のようにコネクタ２０が取り付けられたケース１０に対して、各サイリスタ７０が設けられた回路基板５０の下面側をケース１０に対向させた姿勢で、ケース１０の上方開口部１１から基板収容部１２内に挿入され、回路基板５０が基板収容部１２内に収容される。このように収容されると、コネクタ２０の各接続端子２５の端部が、配線基板６０の下面側から配線基板６０に形成された各端子挿通孔６３に挿入されて上面側に突出した挿通状態となる。そして、各接続端子２５の端部側を導電性接合材により配線基板６０に固定され、各接続端子２５と配線基板６０の下面に設けられた各配線とが電気接続される。このように回路基板５０を収容した基板収容部１２には、硬質エポキシ樹脂等の封止樹脂３０が上方開口部１１から注入され、回路基板５０が基板収容部１２内に封止される。

このようにケース１０内に収容及び封止された回路基板５０では、図４及び図５に示すように、配線基板６０に固定された接続板８０の下面側（サイリスタ７０が載置された面の反対側）が、基板収容部１２を形成するケース１０の下壁部の内面に近接対向して配置される。ケース１０の下壁部の外面には、上述した複数の放熱フィン１６が設けられており、接続板８０と複数の放熱フィン１６とが近い配置構成となっている。

以上のように構成されるレギュレータ装置１では、車両に搭載されたジェネレータＡＣＧ（交流発電機）、バッテリＢ及び負荷ＬＯＡＤ（電装品）とつながるケーブルの雌型コネクタがコネクタ２０に嵌合される。このように嵌合されると、図６に示すように、コネクタ２０における３個の接続端子２５が上記雌型コネクタ及びケーブルを介してジェネレータＡＣＧに電気接続され、残り２個の接続端子２５が上記雌型コネクタ及びケーブルを介してバッテリＢ及び負荷ＬＯＡＤに電気接続される。レギュレータ装置１では、配線基板６０に設けられた制御回路９０から６個のサイリスタ７０のゲート電極Ｇにそれぞれゲート電流を出力して、各サイリスタ７０の動作制御（オンオフ制御）を行うことにより、車両走行時にジェネレータＡＣＧで発電された三相交流を整流及び電圧制御して得られた直流ＶｏｕｔをバッテリＢ及び負荷ＬＯＡＤに供給するように構成されている。

以上のようにレギュレータ装置１では、サイリスタ７０が載置された接続板８０が配線基板６０に固定されることで、当該サイリスタ７０のアノード電極Ａが接続板８０に接合されて当該接続板８０を介して配線基板６０に電気接続され、ゲート電極Ｇ及びカソード電極Ｃが配線基板６０に接合されて電気接続され、配線基板６０と接続板８０の間にサイリスタ７０を挟んだ積層状態に配置されるようになっている。このように配線基板６０、サイリスタ７０及び接続板８０が直接接合されて電気接続される構成であるため、従来の複数のリード線や接続部材を有した構成と比較して、サイリスタ７０と配線基板６０との電気接続構成を簡素化することができる。

レギュレータ装置１では、配線基板６０に接続板８０を固定する際、図５に示すように、配線基板６０の下面と接続板８０の上面とが平行な状態で固定されることが理想的である。しかしながら、組立製造工程での様々な要因によって、図７に示すように、配線基板６０の下面に対して接続板８０の上面が傾斜した状態で、接続板８０が配線基板６０に固定される場合がある。そこで、レギュレータ装置１では、接続板８０に載置されたサイリスタ７０のゲート電極Ｇが、接続板８０における左右の基板接続部８１の前後幅Ｗ１の中心位置を結ぶ直線Ｌ１上に平面視において重なるように配置されるようになっている。従って、上記のように接続板８０が傾斜した状態で配線基板６０に固定された場合であっても、サイリスタ７０のゲート電極Ｇが上記直線Ｌ１上に配置されているため、カソード電極Ｃよりも表面積が小さいゲート電極Ｇが配線基板６０に接合された状態を確保することができる（図７及び図８を参照）。これにより、サイリスタ７０と配線基板６０との接続信頼性を向上させることができる。

レギュレータ装置１では、接続板８０が、左右の基板接続部８１を配線基板６０の下面側から挿入して上面側に突出した挿通状態で、配線基板６０に固定されるようになっている。このように接続板８０が固定されているため、配線基板６０に対する接続板８０の位置合わせ（位置決め）が容易である。また、配線基板６０の上面や内部に配線が形成された場合であっても、当該配線に対しても接続板８０を電気接続させることができる。

レギュレータ装置１では、接続板８０の上面に、サイリスタ７０のチップ形状に対応した凸形状チップ載置部８２が設けられ、そのチップ載置部８２にサイリスタ７０が載置されて接合されるようになっている。このようにチップ載置部８２が設けられているため、接続板８０に対するサイリスタ７０の位置合わせが容易である。なお、チップ載置部８２は、上記のような凸形状はなく、サイリスタ７０のチップ形状に対応した凹状に形成されても良い。

レギュレータ装置１では、回路基板５０がケース１０内に収容されると、複数の放熱フィン１６が設けられたケース１０の下壁部の内面と、配線基板６０に固定された接続板８０の下面側（サイリスタ７０が載置された面の反対側）とが近接対向して配置されるようになっている。このように複数の放熱フィン１６と接続板８０とが近い配置構成となっているため、接続板８０に接合されたサイリスタ７０で発生した熱を効率良く放熱させることができる。

ここまで本発明に係る実施形態について説明したが、上記実施形態は一例であって、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、上記実施形態において、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、上記実施形態では、接続板８０において、サイリスタ７０のゲート電極Ｇが、接続板８０における左右の基板接続部８１の前後幅Ｗ１の中心位置を結ぶ直線Ｌ１上に平面視において重なるように、サイリスタ７０が接続板８０上に載置される構成である。しかしながら、図９に示すように、ゲート電極Ｇが上記直線Ｌ１上に平面視において重ならない位置及び角度で、サイリスタ７０が接続板８０上に載置される構成であっても良い。但し、このような構成の場合には、上述のように配線基板６０に対して接続板８０が傾斜した状態で固定されると、ゲート電極Ｇが配線基板６０に接合されない状態となる場合があるため、上記実施形態におけるサイリスタ７０の配置構成とする方が好ましい。

また、上記実施形態において、接続板８０における左右の基板接続部８１が、短手方向において複数に分割された構成であっても良い。そのような構成の場合には、複数に分割された基板接続部全体の短手方向の中心位置を通る直線上に、サイリスタ７０のゲート電極Ｇが平面視において重なるように、サイリスタ７０を接続板８０上に載置する構成とすれば、上記実施形態と同様に、サイリスタ７０と配線基板６０との接続信頼性を向上させることができる。

上記実施形態においては、サイリスタ７０が接続板８０に載置される構成について説明したが、サイリスタではなく、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等、他の３端子の半導体素子であっても良い。また、上記実施形態では、本発明に係る電子装置の一例としてレギュレータ装置について説明したが、本発明は、少なくとも配線基板及び半導体チップを備えた他の電子装置にも適用可能である。

１レギュレータ装置
１０ケース
１６放熱フィン
５０回路基板
６０配線基板
７０サイリスタ（半導体チップ）
８０接続板
８１基板接続部（第１接続部、第２接続部）
８２チップ載置部

Claims

配線が設けられた配線基板と、
一方の面に第１電極及び第２電極を有し、他方の面に第３電極を有する少なくとも１つの半導体チップと、
導電性を有する板状の接続板と、を備え、
前記接続板は、両端部側をそれぞれ折り曲げて形成された第１接続部及び第２接続部を有し、前記第１及び第２接続部を前記配線基板に挿通させた状態で接続され、
前記半導体チップの前記第１電極の面積は、前記第２電極の面積よりも小さくなっており、
前記半導体チップは、前記第３電極が前記接続板に接合されるとともに、前記第１電極が前記接続板の前記第１及び第２接続部を結ぶ直線上に位置するように前記接続板上に配置され、前記第１及び第２接続部が前記配線基板の配線に接合されることを特徴とする電子装置。
前記半導体チップは四角形状であり、前記半導体チップの一方の面における角部の近傍の位置に前記第１電極が設けられており、
前記半導体チップは、前記第１電極が設けられた角部及びその対角が前記接続板の前記第１及び第２接続部を結ぶ直線上に位置するように前記接続板上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
前記接続板の前記第１及び第２接続部を結ぶ直線は、前記半導体チップが接合される前記接続板の面において前記直線と直交する方向における前記第１及び第２接続部の中心を通ることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置。
前記接続板は、前記半導体チップを所定の位置に位置合わせして接合させるための凸形状のチップ載置部を有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の電子装置。
放熱フィンを有し、前記半導体チップ及び前記接続板が接続された前記配線基板を収容するケースを備え、
前記配線基板は、前記放熱フィン側に前記接続板が配置される状態で前記ケースに収容されることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の電子装置。