JP7247730B2 - 電子モジュール - Google Patents

Description

この発明は、電子モジュールに関するものである。

電子モジュールにおいては、水蒸気を透過しない可撓性基板上に電子素子が設けられた電子デバイスと、電子デバイスの可撓性基板の周縁に設けられた周縁シール材と、周縁シール材に囲まれた領域を塞ぐように設けられた水蒸気バリアフィルムとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－０６９４５４号公報

しかしながら、特許文献１に示されるような電子モジュールにおいては、電子素子（半導体素子）が周縁シール材と水蒸気バリアフィルムとにより密閉された領域内に設けられている。このため、電子モジュールの構成部材から放出される水分及び腐食性ガス等により、電子モジュールの樹脂及び素子が変質し、電子モジュールの信頼性が低下するおそれがある。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものである。その目的は、電子モジュールの構成部材から放出される特定成分による樹脂及び素子の変質を抑制し、ひいては電子モジュールの信頼性向上を図ることができる電子モジュールを提供することにある。

この発明に係る電子モジュールは、動作時に発熱する半導体素子と、前記半導体素子を包囲する包囲構造部と、前記包囲構造部に設けられ、前記包囲構造部に包囲された領域の内側と外側とを通気可能とする複数の通気部と、複数の前記通気部のうち、前記領域の内側において前記半導体素子の動作時に生じる空気の流れの少なくとも上流側に位置する前記通気部に設けられ、当該通気部を通過しようとする空気中の特定成分を吸着する吸着材と、を備える。

この発明に係る電子モジュールによれば、電子モジュールの構成部材から放出される特定成分による樹脂及び素子の変質を抑制し、ひいては電子モジュールの信頼性向上を図ることができるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る電子モジュールの全体構成の一例を模式的に示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電子モジュールの全体構成の別例を模式的に示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る電子モジュールの全体構成の一例を模式的に示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る電子モジュールの全体構成の別例を模式的に示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係る電子モジュールの全体構成の一例を模式的に示す断面図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化又は省略する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

実施の形態１．
図１から図３を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。図１は電子モジュールの全体構成の一例を模式的に示す断面図である。そして、図２は電子モジュールの全体構成の別例を模式的に示す断面図である。

この実施の形態に係る電子モジュールの一例として、ここでは、ＬＥＤパッケージ１００について説明する。図１及び図２に示すように、電子モジュールであるＬＥＤパッケージ１００は、モジュール基部１１０、ＬＥＤ素子１２１及びカバー部材１３０を備えている。モジュール基部１１０は、基板部１１１と壁部１１２とを有する。基板部１１１は、板状の部分である。基板部１１１は、例えば、プリント基板、アルミニウム基板等により構成される。

基板部１１１には、ＬＥＤ素子１２１が実装されている。ＬＥＤ素子１２１は、動作すると特定波長の光を照射する。ＬＥＤ素子１２１は、動作時に発熱する半導体素子の一例である。ＬＥＤ素子１２１は、基板部１１１の上面に配置されている。ＬＥＤ素子１２１は、２つの端子を有している。基板部１１１には、２つの電極１２２が設けられている。ＬＥＤ素子１２１の端子の一方は、一方の電極１２２に直接に接続されている。ＬＥＤ素子１２１の端子の他方は、ワイヤ１２３を介して他方の電極１２２に接続されている。

壁部１１２は、基板部１１１にの周縁部から上方に延びて立設されている。以上のように構成されたモジュール基部１１０は、基板部１１１により下側を囲い、壁部１１２により側方を囲って、上面が開放された形状を有している。

そして、モジュール基部１１０の開放された上面には、カバー部材１３０が設けられている。換言すれば、カバー部材１３０は、モジュール基部１１０の壁部１１２の端部に設けられている。カバー部材１３０は、ＬＥＤ素子１２１から照射される波長の光を透過させる性質を有する。

以上のようにして、基板部１１１及び壁部１１２を有するモジュール基部１１０と、カバー部材１３０とにより包囲された領域（以下、「包囲領域」ともいう）が形成される。そして、ＬＥＤ素子１２１は、この包囲領域の内側に配置されている。モジュール基部１１０及びカバー部材１３０は、半導体素子であるＬＥＤ素子１２１を包囲する包囲構造部を構成している。

包囲領域の内側には、透明樹脂１４０が充填されている。透明樹脂１４０には、例えば、気体透過性が高いシリコーン樹脂等が用いられる。透明樹脂１４０が充填された前述の包囲領域の内側において、空気、水蒸気、各種の腐食性ガス等が流動可能である。ここで、腐食性ガスとは、例えば、硫化水素、亜硫酸、亜硝酸、塩素、アンモニア等の物質を腐食させる性質を有する気体である。

前述した包囲構造部には、複数の通気部１０が設けられている。通気部１０には、第１の通気部１１と第２の通気部１２とが含まれている。ここでは、第１の通気部１１及び第２の通気部１２を区別しない場合に、通気部１０と総称する。通気部１０は、前述した包囲構造部に１つ以上の貫通孔が形成された部位である。通気部１０は、貫通孔を通じて前述の包囲領域の内側と外側とを通気可能とする。包囲領域の外側とは、つまり、ＬＥＤパッケージ１００の外側である。

なお、通気部１０に形成される貫通孔の直径は、例えば１ｍｍ程度である。また、通気部１０に形成されるのは、単純な貫通孔であってもよいし、メッシュ状等の孔であってもよい。通気部１０に形成される貫通孔の大きさを調節することで、通気部１０自体をフィルターとして機能させ、通気部１０を通過可能な物質の種類をコントロールすることも可能である。

この実施の形態では、モジュール基部１１０の壁部１１２に第１の通気部１１が配置されている。そして、カバー部材１３０に第２の通気部１２が配置されている。具体的には、図１に示す構成例では、第１の通気部１１は壁部１１２の上端部に配置されている。また、図２に示す構成例では、第１の通気部１１は壁部１１２の下端部に配置されている。

図１及び図２に示す構成例では、いずれもモジュール基部１１０よりもカバー部材１３０が鉛直方向の上側になる姿勢でＬＥＤパッケージ１００が使用される。つまり、ＬＥＤパッケージ１００は、上向きに光を照射する。したがって、ＬＥＤパッケージ１００の使用される姿勢において、第１の通気部１１は、第２の通気部１２よりも相対的に下側に配置されている。

複数の通気部１０のうちの少なくとも第１の通気部１１には、吸着材２０が設けられている。吸着材２０は、当該第１の通気部１１を通過しようとする空気中の特定成分を吸着する。吸着材２０が吸着する特定成分とは、水蒸気及び各種の腐食性ガスの一方又は両方である。

吸着材２０が吸着する特定成分に水蒸気が含まれる場合、吸着材２０は、例えば、シリカゲル、ポリウレタン及び結晶性ゼオライト等から選択される１以上を含んでいる。また、吸着材２０が吸着する特定成分に腐食性ガスが含まれる場合、吸着材２０は、例えば、ＺｎＯ基化合物、ＭｇＯ基化合物、ＣａＯ基化合物、ＢａＯ基化合物、ＳｒＯ基化合物、Ｌａ_２Ｏ_３基化合物及びステアリン酸亜鉛等から選択される１以上を含んでいる。なお、吸着材２０は、第１の通気部１１の貫通孔の内側と外側のどちらに配置されていてもよい。また、複数の吸着材２０を積層したり、混合したりして用いてもよい。

以上のように構成されたＬＥＤパッケージ１００において、ＬＥＤ素子１２１が動作して光を照射するとＬＥＤ素子１２１が発熱する。前述したように、透明樹脂１４０が充填された前述の包囲領域の内側においては、空気が流動可能である。このため、ＬＥＤ素子１２１の動作時の発熱により、前述の包囲領域の内側において空気の熱対流が発生する。この熱対流の一例を、図１及び図２中に矢印Ａで示す。

すなわち、ＬＥＤ素子１２１が動作すると、ＬＥＤ素子１２１の周囲の空気が暖められて軽くなり、包囲領域の内側を上昇する。包囲領域の内側を上昇した空気は、カバー部材１３０に設けられた第２の通気部１２に到達する。一方、ＬＥＤ素子１２１の周囲の空気が上昇することでＬＥＤ素子１２１の周囲の空気が薄くなり気圧が低下する。したがって、モジュール基部１１０の壁部１１２にある第１の通気部１１の近傍から、包囲領域の下部中央に位置するＬＥＤ素子１２１の周囲に向けた空気流が生じる。

このように、ＬＥＤ素子１２１の動作時には、包囲領域の内側において、第１の通気部１１から第２の通気部１２に至る空気の流れが生じる。そして、第１の通気部１１は、包囲領域の内側においてＬＥＤ素子１２１の動作時に生じる空気の流れの少なくとも上流側に位置している。このため、ＬＥＤ素子１２１の動作時において、第１の通気部１１では、もっぱらＬＥＤパッケージ１００の外側から空気が包囲領域の内側に流入する。一方、ＬＥＤ素子１２１の動作時において、第２の通気部１２では、もっぱら包囲領域の内側から空気がＬＥＤパッケージ１００の外側に流出する。

第１の通気部１１には、吸着材２０が設けられている。したがって、ＬＥＤ素子１２１の動作時に第１の通気部１１からＬＥＤパッケージ１００の内部に流入する空気中から、前述の特定成分、すなわち、水蒸気及び腐食性ガスの一方又は両方を除去できる。また、第２の通気部１２からＬＥＤパッケージ１００の内部にある水蒸気及び腐食性ガスを排出できる。このため、ＬＥＤパッケージ１００の構成部材から放出される水分及び腐食性ガスによる樹脂及び素子の変質を抑制し、ひいてはＬＥＤパッケージ１００の信頼性向上を図ることが可能である。

また、ＬＥＤ素子１２１が動作する際に酸素が消費される。ＬＥＤ素子１２１の動作時に第１の通気部１１からＬＥＤパッケージ１００の内部に空気を取り込むことで、ＬＥＤパッケージ１００の内部における酸素不足を解消できる。

なお、第１の通気部１１だけでなく第２の通気部１２にも吸着材２０を設けてもよい。ＬＥＤ素子１２１の非動作時等に第２の通気部１２からＬＥＤパッケージ１００の内部に空気が流入する可能性がある。第２の通気部１２にも吸着材２０を設けることで、第２の通気部１２を通じてＬＥＤパッケージ１００の内部に流入する空気中から前述の特定成分、すなわち、水蒸気及び腐食性ガスの一方又は両方を除去できる。

実施の形態２．
図３及び図４を参照しながら、この発明の実施の形態２について説明する。図３は電子モジュールの全体構成の一例を模式的に示す断面図である。そして、図４は電子モジュールの全体構成の別例を模式的に示す断面図である。

ここで説明する実施の形態２は、前述した実施の形態１の構成において、通気部を、モジュール基部の壁部でなく基板部に配置したものである。以下、この実施の形態２に係る電子モジュールについて、実施の形態１との相違点を中心に説明する。説明を省略した構成については実施の形態１と基本的に同様である。

この実施の形態に係る電子モジュールの一例として、ここでは、ＬＥＤパッケージ１００について説明する。まず、図３を参照しながら、この実施の形態の電子モジュールであるＬＥＤパッケージ１００の構成の一例を説明する。この構成例のＬＥＤパッケージ１００においては、第１の通気部１１は、モジュール基部１１０の壁部１１２でなく基板部１１１に設けられている。したがって、この構成例では、通気部１０は、モジュール基部１１０の基板部１１１とカバー部材１３０とに配置されている。第１の通気部１１は、基板部１１１におけるＬＥＤ素子１２１と壁部１１２との間に配置されている。実施の形態１と同じく、少なくとも第１の通気部１１には吸着材２０が設けられている。

図３に示す構成例では、モジュール基部１１０よりもカバー部材１３０が鉛直方向の上側になる姿勢でＬＥＤパッケージ１００が使用される。つまり、ＬＥＤパッケージ１００は、上向きに光を照射する。したがって、ＬＥＤパッケージ１００の使用される姿勢において、第１の通気部１１は、第２の通気部１２よりも相対的に下側に配置されている。

以上のように構成されたＬＥＤパッケージ１００において、ＬＥＤ素子１２１が動作して光を照射するとＬＥＤ素子１２１が発熱する。ＬＥＤ素子１２１の動作時の発熱により、前述の包囲領域の内側において空気の熱対流が発生する。この熱対流の一例を、図３中に矢印Ａで示す。

すなわち、ＬＥＤ素子１２１が動作すると、ＬＥＤ素子１２１の周囲の空気が暖められて軽くなり、包囲領域の内側を上昇する。包囲領域の内側を上昇した空気は、カバー部材１３０に設けられた第２の通気部１２に到達する。一方、ＬＥＤ素子１２１の周囲の空気が上昇することでＬＥＤ素子１２１の周囲の空気が薄くなり気圧が低下する。したがって、モジュール基部１１０の基板部１１１にある第１の通気部１１の近傍から、包囲領域の下部中央に位置するＬＥＤ素子１２１の周囲に向けた空気流が生じる。

このように、図３の構成例においても、ＬＥＤ素子１２１の動作時には、包囲領域の内側において、第１の通気部１１から第２の通気部１２に至る空気の流れが生じる。そして、第１の通気部１１は、包囲領域の内側においてＬＥＤ素子１２１の動作時に生じる空気の流れの少なくとも上流側に位置している。このため、ＬＥＤ素子１２１の動作時において、第１の通気部１１では、もっぱらＬＥＤパッケージ１００の外側から空気が包囲領域の内側に流入する。一方、ＬＥＤ素子１２１の動作時において、第２の通気部１２では、もっぱら包囲領域の内側から空気がＬＥＤパッケージ１００の外側に流出する。

第１の通気部１１には、吸着材２０が設けられている。したがって、ＬＥＤ素子１２１の動作時に第１の通気部１１からＬＥＤパッケージ１００の内部に流入する空気中から、前述の特定成分、すなわち、水蒸気及び腐食性ガスの一方又は両方を除去できる。また、第２の通気部１２からＬＥＤパッケージ１００の内部にある水蒸気及び腐食性ガスを排出できる。このため、以上のように構成された電子モジュールであるＬＥＤパッケージ１００においても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

次に、図４を参照しながら、この実施の形態の電子モジュールであるＬＥＤパッケージ１００の別例について説明する。この別例は、これまでに説明した構成例とは異なり、下向きに光を照射するＬＥＤパッケージ１００に関するものである。図４の構成例のＬＥＤパッケージ１００においては、カバー部材１３０に第１の通気部１１が設けられている。また、モジュール基部１１０の基板部１１１に第２の通気部１２が設けられている。したがって、この構成例でも図３に示す構成例と同様に、通気部１０は、モジュール基部１１０の基板部１１１とカバー部材１３０とに配置されている。第２の通気部１２は、基板部１１１におけるＬＥＤ素子１２１と壁部１１２との間に配置されている。そして、実施の形態１及び図３の構成例と同じく、少なくとも第１の通気部１１には吸着材２０が設けられている。

図４に示す構成例では、モジュール基部１１０よりもカバー部材１３０が鉛直方向の下側になる姿勢でＬＥＤパッケージ１００が使用される。つまり、ＬＥＤパッケージ１００は、下向きに光を照射する。したがって、ＬＥＤパッケージ１００の使用される姿勢において、第１の通気部１１は、第２の通気部１２よりも相対的に下側に配置されている。

以上のように構成されたＬＥＤパッケージ１００において、ＬＥＤ素子１２１が動作して光を照射するとＬＥＤ素子１２１が発熱する。ＬＥＤ素子１２１の動作時の発熱により、前述の包囲領域の内側において空気の熱対流が発生する。この熱対流の一例を、図４中に矢印Ａで示す。

すなわち、ＬＥＤ素子１２１が動作すると、ＬＥＤ素子１２１の周囲の空気が暖められて軽くなり、包囲領域の内側を上部に留まる。さらにＬＥＤ素子１２１の発熱が継続すると、加熱される空気の範囲が広がっていく。そして、基板部１１１の第２の通気部１２の周囲の空気が暖められて上昇し、第２の通気部１２からＬＥＤパッケージ１００の外部に流出する。第２の通気部１２から空気が流出すると包囲領域の内側における第２の通気部１２の周囲の気圧が低下する。したがって、基板部１１１に近い包囲領域の上部では、ＬＥＤ素子１２１がある中央から壁部１１２に向けて空気が流れる。そして、包囲領域の中央部では上昇流が生じ、カバー部材１３０に近い包囲領域の下部では、上部とは逆にカバー部材１３０にある第１の通気部１１の近傍から、中央に集まる向きに空気が流れる。

このように図４の構成例では、ＬＥＤ素子１２１の動作時に、包囲領域の内側において、第１の通気部１１から第２の通気部１２に至る空気の流れが生じる。そして、第１の通気部１１は、包囲領域の内側においてＬＥＤ素子１２１の動作時に生じる空気の流れの少なくとも上流側に位置している。このため、ＬＥＤ素子１２１の動作時において、第１の通気部１１では、もっぱらＬＥＤパッケージ１００の外側から空気が包囲領域の内側に流入する。一方、ＬＥＤ素子１２１の動作時において、第２の通気部１２では、もっぱら包囲領域の内側から空気がＬＥＤパッケージ１００の外側に流出する。

第１の通気部１１には、吸着材２０が設けられている。したがって、ＬＥＤ素子１２１の動作時に第１の通気部１１からＬＥＤパッケージ１００の内部に流入する空気中から、前述の特定成分、すなわち、水蒸気及び腐食性ガスの一方又は両方を除去できる。また、第２の通気部１２からＬＥＤパッケージ１００の内部にある水蒸気及び腐食性ガスを排出できる。このため、図４に示す構成例のＬＥＤパッケージ１００においても、実施の形態１及び図３の構成例と同様の効果を奏することができる。

実施の形態３．
図５を参照しながら、この発明の実施の形態３について説明する。図５は電子モジュールの全体構成の一例を模式的に示す断面図である。

ここで説明する実施の形態３は、前述した実施の形態１又は実施の形態２の構成において、半導体素子の非動作時に、前述の包囲領域における半導体素子が配置された側を加熱する加熱手段を備えるようにしたものである。以下、この実施の形態３に係る電子モジュールについて、実施の形態１の構成を元にした場合を例に挙げ、実施の形態１との相違点を中心に説明する。説明を省略した構成については実施の形態１又は実施の形態２と基本的に同様である。

この実施の形態においても、電子モジュールの例としてＬＥＤパッケージ１００を挙げて説明する。図５に示すように、この実施の形態の電子モジュールであるＬＥＤパッケージ１００は、ヒータ１５０を備えている。ここで説明する構成例では、ヒータ１５０は、モジュール基部１１０の基板部１１１に取り付けられている。ヒータ１５０は、基板部１１１のＬＥＤ素子１２１が実装された面とは反対側の面に設けられている。

ヒータ１５０は、半導体素子であるＬＥＤ素子１２１が動作していない時に動作する。したがって、ＬＥＤ素子１２１の動作時には、ＬＥＤ素子１２１の発熱により前述した包囲領域の基板部１１１側が加熱される。そして、ＬＥＤ素子１２１の非動作時には、ヒータ１５０が動作して発した熱が基板部１１１及び電極１２２を伝わり、包囲領域の基板部１１１側が加熱される。

以上のように構成されたヒータ１５０は、半導体素子であるＬＥＤ素子１２１の非動作時に、前述した包囲領域におけるＬＥＤ素子１２１が配置された側を加熱する加熱手段である。そして、このような加熱手段を備えることで、ＬＥＤ素子１２１の動作時だけでなくＬＥＤ素子１２１の非動作時にも、包囲領域の内側において図５中に矢印Ａで示すような空気の熱対流を発生させることができる。このため、ＬＥＤ素子１２１の動作状態に関わらず、第１の通気部１１からは、吸着材２０により前述の特定成分、すなわち、水蒸気及び腐食性ガスの一方又は両方が除去された空気をＬＥＤパッケージ１００の内部に取り入れることができる。また同時に、また、第２の通気部１２からは、ＬＥＤパッケージ１００の内部にある水蒸気及び腐食性ガスを排出できる。

１０ 通気部
１１ 第１の通気部
１２ 第２の通気部
２０ 吸着材
１００ ＬＥＤパッケージ
１１０ モジュール基部
１１１ 基板部
１１２ 壁部
１２１ ＬＥＤ素子
１２２ 電極
１２３ ワイヤ
１３０ カバー部材
１４０ 透明樹脂
１５０ ヒータ

Claims (5)

1. 動作時に発熱する半導体素子と、
   前記半導体素子を包囲する包囲構造部と、
   前記包囲構造部に設けられ、前記包囲構造部に包囲された領域の内側と外側とを通気可能とする複数の通気部と、
   複数の前記通気部のうち、前記領域の内側において前記半導体素子の動作時に生じる空気の流れの少なくとも上流側に位置する前記通気部に設けられ、当該通気部を通過しようとする空気中の特定成分を吸着する吸着材と、を備えた電子モジュール。
2. 前記半導体素子の非動作時に、前記領域における前記半導体素子が配置された側を加熱する加熱手段をさらに備えた請求項１に記載の電子モジュール。
3. 前記包囲構造部は、
   前記半導体素子が取り付けられた基板部と前記基板部に立設された壁部とを有するモジュール基部と、
   前記モジュール基部の前記壁部の端部に設けられたカバー部材と、を備えた請求項１又は請求項２に記載の電子モジュール。
4. 前記通気部は、前記モジュール基部の前記壁部と前記カバー部材とに配置された請求項３に記載の電子モジュール。
5. 前記通気部は、前記モジュール基部の前記基板部と前記カバー部材とに配置された請求項３に記載の電子モジュール。

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