JPH0728153B2 - 電力モジュール用金属ケース - Google Patents

電力モジュール用金属ケース

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JPH0728153B2
JPH0728153B2 JP3066313A JP6631391A JPH0728153B2 JP H0728153 B2 JPH0728153 B2 JP H0728153B2 JP 3066313 A JP3066313 A JP 3066313A JP 6631391 A JP6631391 A JP 6631391A JP H0728153 B2 JPH0728153 B2 JP H0728153B2
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順道 太田
学 柳原
千夏 東
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電界効果トランジス
タ、特に半絶縁性GaAs基板上に形成されたショット
キー接合を有する電界効果トランジスタ(以下、MES
FETと記す。)又は、Siのバイポーラトランジスタ
等の電力増幅用半導体とチップ部品を用いた高周波多段
電力増幅回路から構成される電力モジュール用金属ケー
スに関するものである。
【0002】
【従来の技術】電力用モジュールは、トランシーバーや
携帯電話等の移動体通信機の送信部に用いられ、その形
状や効率等の性能は通信機の大きさや通話可能時間の長
さを決定する主要部品である。電力モジュールはマイク
ロストリップ線路が形成されたプリント基板上に複数の
電力増幅用半導体と抵抗や容量のチップ部品が実装され
た高周波多段電力増幅回路であり、このプリント板が電
力増幅用半導体の放熱の為に金属の放熱板上に半田付け
されると共に、全体が金属キャップで被われているのが
一般的である。
【0003】電力モジュールの放熱効果は、高周波多段
電力増幅回路の特性をより安定に引き出す上において重
要な要素である。放熱が不十分な場合、電力増幅用半導
体が加熱し電流が流れにくくなるため、出力電力が減少
する。電力モジュールは、その使用される機器が移動体
通信機の様に小さい為に、できるだけ小型である方が有
利である。しかし、小型であればあるほど放熱効率は悪
く、放熱効率を高める工夫が必要となる。
【0004】放熱を必要とする半導体は、プリント基板
に形成された穴を通して金属の放熱板上に半田などで直
接固着される。電力増幅用半導体と放熱板との半田塗れ
が悪いと、半導体から放熱板に熱が伝わりにくく、半導
体が加熱する原因となる。
【0005】図6(a)は従来のMESFETを2ケ用
いた2段構成の電力モジュールの構成図である。プリン
ト基板6には、直流バイアスを供給する為に第1ゲート
端子Vg1、第1ドレイン端子Vd1、第2ゲート端子
Vg2、第2ドレイン端子Vd2、高周波電力の入力端
子Pin、高周波電力の出力端子Poutのリード端子
がそれぞれ取り付けられ、外部の回路と接続される。入
力端子Pinから入力された高周波電力は第1段半導体
9により増幅され、さらに第2段半導体7により増幅さ
れて出力端子Poutから出力される。図6(b)は、
図6(a)のA−A’線での断面図を示している。第1
段半導体9は出力電力が小さくさほど放熱を必要としな
いためプリント基板6上に装着されるが、第2段半導体
7は出力電力が大きく放熱を必要するために放熱板12
に半田などで直接固着される。同図に示すようにプリン
ト基板6は、不要輻射を防ぐ為に金属キャップ8で被わ
れる。図6(a)、(b)においてチップ部品及び第一
段半導体9を実装したプリント基板6は放熱板12に固
着される。放熱を必要とする第二段半導体7はプリント
基板に形成された穴を通して放熱板12に半田などで直
接固着される。半田材料には板半田が用いられることが
多い。従来の放熱板12はメッキ材料にニッケルなどを
用いた例が多く半田の塗りが悪かった。またプリント基
板6と第二段半導体7は熱容量が違い、プリント基板6
直下の板半田が先に融け、第二段半導体7直下の板半田
がプリント基板6と放熱板12との間に吸われるという
現象があるため、ニッケルメッキ放熱板12ではさらに
半田塗が悪くなる。
【0006】また図7(a)、(b)に従来の金属キャ
ップ8と放熱板12の立体構成図を示す。金属キャップ
8と放熱板12の接合には、金属キャップ8の凸部15
と放熱板12の凹部16を噛み合わせ、ピン止めするこ
とによりなされていたが、これらは点接触に過ぎず、放
熱板12から金属キャップ8への熱伝導が悪く、金属キ
ャップ8での放熱効果が十分には得られないとともに、
振動によって放熱板12と金属キャップ8が、カチャカ
チャと音をたてることがあり、携帯電話などでは受信部
にノイズを与える原因となっていた。
【0007】さらに、従来から用いられている金属キャ
ップ8は平板により構成されており、表面積を多くする
ことができず、放熱効果を高めるには不十分な構成であ
った。
【0008】また、放熱板12は0.2mmから0.3
mm厚の薄いものが用いられてきたが、第二段半導体7
直下の放熱板厚も薄く、放熱効果は不十分であった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図6及び図7に示した
従来の電力モジュール用金属ケースにおいて、プリント
基板及び半導体を放熱板に半田などを用いて固着する場
合に、半導体と放熱板との固着状況が悪く、半導体から
放熱板への熱伝導が悪くなるために、半導体が加熱しや
すく、所定の電力が得られないという問題が発生してい
た。さらに、放熱板には、薄い金属平板を加工したもの
が用いられており、放熱を必要とする半導体直下の金属
厚も薄く、放熱効果は十分とはいえなかった。
【0010】また、同図に示した従来の電力モジュール
用金属ケースは、放熱板と金属キャップがピン止めされ
ているだけで、点接触で保持されているに過ぎず、放熱
板から金属キャップへの熱伝導が悪く、金属キャップが
熱放出に寄与できなかった。さらに接合が不十分である
ため振動を加えると、放熱板と金属キャップが、カチャ
カチャと音をたてることがあり、受信部を近くに備えた
携帯電話などに応用する場合に、ノイズ発生の原因とな
っていた。さらに、金属キャップは、平坦な金属で構成
されていたために表面積を多くすることができず、放熱
構造として不向きであった。
【0011】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
で、高周波多段電力増幅回路において、放熱効果に優
れ、耐震性のある電力モジュール用金属ケースを提供す
ることを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
する為、高周波多段電力増幅回路の電力モジュール用金
属ケースとして、プリント基板及び放熱の必要な半導体
を半田により固着する放熱板の表面が半田メッキされて
いる構成とする。
【0013】また、本発明は上記課題を解決する為、高
周波多段電力増幅回路の電力モジュール用金属ケースと
して、プリント基板及び放熱の必要な半導体を半田によ
り固着する放熱板が、放熱を必要とする半導体直下付近
の放熱板の厚さが放熱板のそれ以外よりも厚くなってい
る構成とする。
【0014】また、本発明は上記課題を解決する為、高
周波多段電力増幅回路の電力モジュール用金属ケースと
して、プリント基板を覆う金属キャップと放熱板の表面
が半田メッキされている構成とする。
【0015】また、本発明は上記課題を解決する為、高
周波多段電力増幅回路の電力モジュール用金属ケースと
して、プリント基板を覆う金属キャップに放熱フィンが
付いた構成とする。
【0016】
【作用】本発明は上記したように、高周波多段電力増幅
回路の電力モジュール用金属ケースとして、プリント基
板及び放熱の必要な半導体を半田により固着する放熱板
の表面が半田メッキされている構成とすることにより、
半田の塗れ性が向上し、半導体から放熱板への熱伝導効
率が向上し、半導体の加熱が抑制される。
【0017】また、本発明は上記したように、高周波多
段電力増幅回路の電力モジュール用金属ケースとして、
プリント基板及び放熱の必要な半導体を半田により固着
する放熱板が、放熱を必要とする半導体直下付近の放熱
板の厚さが放熱板のそれ以外よりも厚くなっている構成
とすることにより、放熱板の熱放出効率が向上し、半導
体の加熱抑制に効果がある。
【0018】また、本発明は上記したように、高周波多
段電力増幅回路の電力モジュール用金属ケースとして、
プリント基板を覆う金属キャップと放熱板の表面が半田
メッキされている構成とすることにより、金属キャップ
をプリント基板と半導体を固着した放熱板にかぶせてリ
フロー等を通して加熱するだけで、放熱板と金属キャッ
プを半田で接合することができる。これにより、放熱板
から金属キャップへの熱伝導効率が向上し、金属キャッ
プでの放熱効果が得られる。さらに放熱板と金属キャッ
プが半田接合されることにより、従来のピン止めに比較
して耐震性が増すため、金属ケースの振動によって放熱
板と金属キャップが振動音をたてることがなく、受信部
を近くに備え持つ携帯電話などに使用する場合、ノイズ
による悪影響がなくなる。
【0019】また、本発明は上記したように、高周波多
段電力増幅回路の電力モジュール用金属ケースとして、
プリント基板を覆う金属キャップに放熱フィンが付いた
構成とすることにより、パッケージの表面積を多くする
ことができ放熱効果を高めることが可能である。
【0020】
【実施例】図1は、第1の実施例の高周波多段電力増幅
回路の電力モジュール用金属ケースの放熱板の構造であ
る。以下、本発明の説明においてすでに説明を加えた図
6、図7と等価な部分については同一の参照番号を付し
て示すものとする。図1に示した第1の実施例におい
て、図1(a)は表面が半田メッキされている放熱板の
平面図を示す。図1(b)は、図1(a)のA−A’線
での断面図を示している。放熱板1は、金属部2、メッ
キ部3、半田メッキ部4の三層から構成される。図1
(c)に電力モジュールの断面図を示す。半田チップ部
品及び電力用半導体を実装したプリント基板6は表面が
半田メッキされている放熱板1に半田などにより固着さ
れている。放熱を必要とする第二段半導体7はプリント
基板6に形成された穴を通して表面が半田メッキされて
いる放熱板1に半田などで直接固着されている。従来の
ニッケルメッキ放熱板と比較して、表面が半田メッキさ
れている放熱板1の半田塗れ性がよい為、第二段半導体
半導体7の固着状況が大幅に改善され、熱伝導効率が向
上して半導体7の加熱が抑制され、出力電力の低下が回
避された。なお放熱板1はメッキ部4が表面となる構成
をとるだけで、同様の効果が得られた。
【0021】図2は、第2の実施例の高周波多段電力増
幅回路の電力モジュール用金属ケースの構成である。図
2(a)はモジュールの平面図を示す。図2(b)は、
図2(a)のA−A’線での断面図を示している。図2
(b)に示すように、放熱を必要とする半導体直下付近
の放熱板の厚さがそれ以外よりも厚い放熱板5を用い
た。これにより放熱板5の熱放出効率が向上し、放熱を
必要とする第二段半導体7の加熱抑制により、出力電力
の低下の回避に効果を見いだした。
【0022】図3は、第3の実施例の高周波多段電力増
幅回路の電力モジュール用金属ケースの金属キャップの
構造である。図3(a)は表面が半田メッキされている
金属キャップ10の平面図である。図3(b)は、図3
(a)のA−A’線での断面図を示している。表面が半
田メッキされている金属キャップ10は、金属部2、メ
ッキ部3、半田メッキ部4の三層から構成される。図4
は第3の実施例の電力モジュール用金属ケースの構成で
ある。図4(a)は高周波多段電力増幅回路の電力モジ
ュール用金属ケースの正面図を示す。図4(b)は、図
4(a)のA−A’線での断面図を示している。表面が
半田メッキされている金属キャップ10を表面が半田メ
ッキされている放熱板1にかぶせた後の組立の最終行程
で、リフロー等を通して加熱しただけで、半田メッキが
溶融し両者の隙間が半田11で接合されている。放熱板
1と金属キャップ10が半田接合されることにより、従
来のピン止めのみのものと比較して両者の熱伝導効率が
向上し、金属キャップ10の放熱効果が高まった。さら
に放熱板1と金属キャップ10が半田接合されることに
より、従来のピン止めのみのものと比較して耐震性が増
し、金属ケースの振動によって放熱板1と金属キャップ
10が振動音をたてることがなく、受信部を近くに備え
持つ携帯電話などに使用したとき、ノイズによる悪影響
をなくすことができた。なお金属キャップ10及び放熱
板1はメッキ部4が表面となる構成をとるだけで、同様
の効果が得られた。
【0023】図5は、第4の実施例の高周波多段電力増
幅回路の電力モジュール用金属ケースの構成である。図
4(a)は電力モジュール用金属ケースの正面図を示
す。図4(b)は、図4(a)のA−A’線での断面図
を示している。従来の平板金属により構成された金属キ
ャップと比較して、放熱フィン付金属キャップ13を用
いることにより、放熱板1からの熱を効率よく大気中に
放出でき、18mmX13mm以下の小型電力モジュー
ルで出力1W以上にもかかわらず出力電力の低下を防止
できた。
【0024】
【発明の効果】以上述べてきた様に、本発明により次の
効果がもたらされる。
【0025】1)高周波多段電力増幅回路の電力モジュ
ール用金属ケースとして、プリント基板及び放熱の必要
な半導体を半田により固着する放熱板の表面が半田メッ
キされている構成とすることにより、半田の塗れ性が向
上し、半導体から放熱板への熱伝導効率が向上し、半導
体の加熱が抑制された。
【0026】2)高周波多段電力増幅回路の電力モジュ
ール用金属ケースとして、プリント基板及び放熱の必要
な半導体を半田により固着する放熱板が、放熱を必要と
する半導体直下付近の放熱板の厚さが放熱板のそれ以外
よりも厚くなっている構成とすることにより、放熱板の
熱放出効率が向上し、半導体の加熱抑制に効果があるこ
とをを見いだした。
【0027】3)高周波多段電力増幅回路の電力モジュ
ール用金属ケースとして、プリント基板を覆う金属キャ
ップと放熱板の表面が半田メッキされている構成とする
ことにより、組立の最終行程において金属キャップをプ
リント基板と半導体を固着した放熱板にかぶせてリフロ
ー等を通して加熱するだけで、放熱板と金属キャップを
半田で接合することが可能となった。これにより、従来
のピン止めのみのものと比較して両者の熱伝導効率が向
上し、金属キャップの放熱効果が高まった。さらに、従
来のピン止めのみのものと比較して耐震性が増し、金属
ケースの振動によって放熱板と金属キャップが振動音を
たてることがなく、受信部を近くに備え持つ携帯電話な
どに使用したとき、ノイズによる悪影響をなくすことが
できた。
【0028】4)高周波多段電力増幅回路の電力モジュ
ール用金属ケースとして、プリント基板を覆う金属キャ
ップに放熱フィンが付いた構成とすることにより、電力
モジュールの放熱効率を高めることができ、半導体の加
熱抑制に効果があることを見いだした。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明の電力モジュール用金属ケースの
放熱板の平面図である。 (b)本発明の電力モジュール用金属ケースの放熱板の
断面図である。 (c)本発明の電力モジュール用金属ケースの放熱板の
断面図である。
【図2】(a)本発明の電力モジュール用金属ケースの
平面図である。 (b)本発明の電力モジュール用金属ケースの断面図で
ある。
【図3】(a)本発明の電力モジュール用金属ケースの
金属キャップの平面図である。 (b)本発明の電力モジュール用金属ケースの金属キャ
ップの断面図である。
【図4】(a)本発明の電力モジュール用金属ケースの
平面図である。 (b)本発明の電力モジュール用金属ケースの断面図で
ある。
【図5】(a)本発明の電力モジュール用金属ケースの
平面図である。 (b)本発明の電力モジュール用金属ケースの断面図で
ある。
【図6】(a)従来の電力モジュール用金属ケースの平
面図である。 (b)従来の電力モジュール用金属ケースの断面図であ
る。
【図7】(a)従来の電力モジュール用金属ケースの金
属キャップの斜視図である。 (b)従来の電力モジュール用金属ケースの放熱板の斜
視図である。
【符号の説明】
1 表面が半田メッキされている放熱板 2 金属部 3 メッキ部 4 半田メッキ部 5 半導体直下部の厚い放熱板 6 プリント基板 7 第二段半導体 8 金属キャップ 9 第一段半導体 10 表面が半田メッキされている金属キャップ 11 半田 12 放熱板 13 放熱フィン付金属キャップ 15 凸部 16 凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳原 学 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 東 千夏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西井 勝則 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 実開 昭63−191691(JP,U) 実開 昭63−65294(JP,U) 実開 昭63−75047(JP,U)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放熱板にプリント基板及び電力増幅用半
    導体が半田等を用いて固着されており、前記プリント基
    板を金属キャップで覆った高周波多段電力増幅回路にお
    いて、前記放熱板の表面が半田メッキされていることを
    特徴とする電力モジュール用金属ケース。
  2. 【請求項2】 放熱板が内部より金属部、メッキ部、半
    田メッキ部の三層からなることを特徴とする請求項1記
    載の電力モジュール用金属ケース。
  3. 【請求項3】 放熱板にプリント基板及び電力増幅用半
    導体が半田等を用いて固着されており、前記プリント基
    板を金属キャップで覆った高周波多段電力増幅回路にお
    いて、前記電力増幅用半導体の直下付近の放熱板の厚さ
    がそれ以外の放熱板よりも厚いことを特徴とする電力モ
    ジュール用金属ケース。
  4. 【請求項4】 放熱板にプリント基板及び電力増幅用半
    導体が半田等を用いて固着されており、前記プリント基
    板を金属キャップで覆った高周波多段電力増幅回路にお
    いて、前記金属キャップ及び前記放熱板の表面が半田メ
    ッキされており、前記金属キャップ及び前記放熱板が半
    田メッキの溶融により接着されていることを特徴とする
    電力モジュール用金属ケース。
  5. 【請求項5】 金属キャップ及び放熱板が内部より金属
    部、メッキ部、半田メッキ部の三層からなり、前記金属
    キャップ及び前記放熱板が半田メッキの溶融により接着
    されていることを特徴とする請求項4記載の電力モジュ
    ール用金属ケース。
  6. 【請求項6】 放熱板にプリント基板及び電力増幅用半
    導体が半田等を用いて固着されており、前記プリント基
    板を金属キャップで覆った高周波多段電力増幅回路にお
    いて、前記金属キャップに放熱フィンを設けたことを特
    徴とする電力モジュール用金属ケース。
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