WO2023112709A1 - 実装基板、及び実装基板を搭載した電気機器 - Google Patents

実装基板、及び実装基板を搭載した電気機器 Download PDF

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淳也 三嶋
英一 大村
健太郎 柳井
晋平 浦田
和史 下里
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オムロン株式会社
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    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • the semiconductor device includes an electronic component, a substrate on which the electronic component is mounted, a lower housing on which the substrate is mounted, and a heat spreader to which the electronic component is metal-bonded to the first surface via a bonding material.
  • the lower housing has an opening for engaging the heat spreader, and the heat spreader is bonded to the opening via a bonding material.
  • the heat spreader has a second surface facing the first surface exposed from the lower housing (see Patent Document 1, for example).
  • a non-insulating component is arranged between the semiconductor device and the heat spreader, and an insulating component is arranged between the heat spreader and the heat sink.
  • an insulating component is arranged between the heat spreader and the heat sink.
  • the mounting substrate may be characterized in that the first insulating member has a thickness of 0.2 mm or more and 0.8 mm or less. According to this, similarly to the above, it is possible to prevent the printed circuit board from being distorted when the printed circuit board is attached to the heat dissipation component. From the viewpoint of suppressing distortion, the thickness of the first insulating member is more preferably 0.2 mm or more and 0.3 mm or less.
  • the mounting substrate may be characterized in that the thermal conductivity of the first insulating member is 3 W/mK or more and 20 W/mK or less. According to this, similarly to the above, the efficiency of transferring heat from the heat generated from the electronic component to the heat spreader is improved. From the viewpoint of improving heat dissipation, the thermal conductivity of the first insulating member is desirably 3 W/mK or more and 8 W/mK or less.
  • an electrical device that performs power conversion of power supplied from a power supply device may be an electrical device on which the mounting board described above is mounted. According to this, the heat generated from the cooling structure can be diffused into the air outside the electrical equipment, and the electrical equipment can be cooled by the outside air. Moreover, the circuit pattern of the printed circuit board can be mounted on the electrical equipment.
  • the present invention can be applied to a mounting board 1 as shown in FIG. Moreover, by mounting the mounting board 1 as shown in FIG. 1, the present invention can also be applied to a power conditioner 8 (corresponding to the electrical equipment in the present invention) as shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a mounting board 1 to which the present invention is applied.
  • a mounting substrate 1 in this application example includes an electronic component 2, a printed circuit board 3, a heat spreader 4, a heat sink 5, and the like.
  • the electronic component 2 is, for example, a semiconductor component such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or a power semiconductor such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). It includes a package 21 and a heat radiation pad 22 having heat radiation.
  • the heat dissipation pad 22 is formed integrally with a lead 23 on which a semiconductor chip made of gallium nitride (GaN) is mounted.
  • the electronic component 2 generates heat by applying a current to the electronic element.
  • the mounting board 1 includes electronic components other than the electronic component 2 (for example, a capacitor, etc.), but the electronic component 2 generates a larger amount of heat than the other electronic components.
  • the heat spreader 4 made of metal when the heat spreader 4 made of metal is joined to the heat dissipation pad 22 via a non-insulating heat dissipation member, the heat spreader 4 has the same potential as the heat dissipation pad 22, and the electric potential between the lead 23 and the first insulating member 6 is low. The insulation distance is shortened, and there is a risk of short circuit due to creeping discharge, space discharge, or the like.
  • the mounting substrate 1 under condition #1 is assumed to have a standard configuration.
  • condition #2 the strain is smaller than that of condition #1, but the thermal resistance is higher, and the value is close to the upper limit (10.6 K/W) of the range in which the thermal resistance is considered to be a good value.
  • the mounting substrate 1 under condition #2 can be regarded as having a configuration that has an effect of improving heat dissipation.
  • the heat resistance is a large value, and the heat radiation performance is worse compared to the condition #1.
  • a thermally conductive metal base 82 is installed on one side of the housing 81 of the power conditioner 8 .
  • the heat sink 5 to which the printed circuit board 3 is connected is screwed to the metal base 82 with the second screws 71 . Since a part of the heat sink 5 is exposed to the outside of the housing 81 in this way, the heat generated from the electronic component 2 is easily transferred to the outside air.

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Abstract

電子部品を実装したプリント基板をヒートシンクにネジ締めする際に、接合材と電子部品との間、あるいはプリント基板と電子部品との間で短絡が生じること、及びプリント基板と電子部品が接触することによってプリント基板にひずみが生じ、このひずみに起因して電子部品が破損することを防止できる実装基板、及び当該実装基板を搭載した電気機器を提供する。実装基板は、電子部品と、プリント基板と、ヒートスプレッダと、放熱部品と、を備え、電子部品とヒートスプレッダの間、及びヒートスプレッダと放熱部品の間にはそれぞれ、絶縁体である第1の絶縁部材及び第2の絶縁部材が配置され、第1の絶縁部材及び第2の絶縁部材の硬度は、ヒートスプレッダの硬度と比較して低いことを特徴とする。

Description

実装基板、及び実装基板を搭載した電気機器
 本発明は、実装基板、及び実装基板を搭載した電気機器に関する。
 従来、電子部品の放熱性を大幅に高めることのできる半導体装置が公知である。当該半導体装置は、電子部品と、電子部品を実装する基板と、基板を搭載する下部筐体と、第1の表面に、接合材を介して電子部品が金属接合されるヒートスプレッダと、を有する。下部筐体は、ヒートスプレッダを係合させる開口部を有し、ヒートスプレッダは、開口部に接合材を介して接合される。そして、ヒートスプレッダは、第1の表面に対向する第2の表面が下部筐体から露出している(例えば、特許文献1参照)。
 また、半導体装置に関して、半導体装置で発生した熱が、その放熱面から非絶縁部材を介して導電性高熱伝導部材に伝わって拡散され、さらに第1絶縁部材を介して放熱部品に伝わる放熱構造も公知である。当該半導体装置は、基板と電気的に接続される電気的接合面と、その反対側の放熱面とを有し、当該放熱構造においては、放熱面が非絶縁部材を介して導電性高熱伝導部材に接合または接触するとともに、この導電性高熱伝導部材が第1絶縁部材を介して放熱部品に接合または接触していることを特徴とする(例えば、特許文献2参照)。
特開2014-003258号公報 特開2017-191904号公報
 上記特許文献1において開示されているような半導体装置においては、電流を流した際の発熱量が多い電子部品の放熱性を大幅に高めるために、電子部品が接合材を介して、熱を大気中に拡散する性質を有するヒートスプレッダに接合している。また、電子部品が接合材を介して、より密にヒートスプレッダに接合するように、例えば電子部品を実装した基板をネジ締めによってヒートスプレッダに固定する構成が考えられる。しかしながら、接合材が非絶縁性であるため、放熱パッドとヒートスプレッダが電気的に接続してしまい、電子部品の端子とヒートスプレッダとの絶縁距離を充分に確保できない場合があった。また、上記特許文献2において開示されているような放熱構造においては、半導体デバイスとヒートスプレッダの間に非絶縁部品が配置されており、ヒートスプレッダとヒートシンクの間に絶縁部品が配置されている。しかしながら、非絶縁部品や絶縁部品の硬度が高い場合には、半導体デバイスを実装した基板をネジ締めによってヒートシンクに固定する際に、基板に大きなひずみが生じ、このひずみに起因して例えば基板上に実装されたセラミックコンデンサ等の部品が破損する虞がある。
 本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、電子部品(上記の半導体デバイスに相当)を実装したプリント基板(上記の基板に相当)をヒートシンクにネジ締めする際に、ヒートスプレッダと電子部品の端子との間で短絡が生じることを防止し、または、プリント基板にひずみが生じ、このひずみに起因して電子部品が破損することを防止できる実装基板、及び当該実装基板を搭載した電気機器を提供することを最終的な目的とする。
 上記の課題を解決するための本発明は、
 電子素子、及び当該電子素子を囲うように形成されたパッケージ、及び放熱性を有する放熱パッドを含む電子部品と、
 外部回路と接続される端子を介して、前記電子部品が実装されるプリント基板と、
 金属を主成分とし、前記電子部品から発生した熱が伝達されるヒートスプレッダと、
 金属を主成分とし、前記ヒートスプレッダにおける熱がさらに伝達され空気中に放熱する放熱部品と、を備え、
 前記電子部品と前記ヒートスプレッダの間、及び前記ヒートスプレッダと前記放熱部品の間にはそれぞれ、絶縁体である第1の絶縁部材及び第2の絶縁部材が配置され、
 前記第1の絶縁部材及び前記第2の絶縁部材の硬度は、前記ヒートスプレッダの硬度と比較して低いことを特徴とする、実装基板である。
 本発明によれば、放熱のための第1の絶縁部材が絶縁体であることから、実装基板にかかる力によって端子がヒートスプレッダに近づいたとしても、短絡が生じることを防止できる。また、第1および第2の絶縁部材は硬度が低く変形性に富むことから、実装基板に力がかかった際には、第1および第2の絶縁部材を優先的に変形させることができる。これによって、基板の変形が抑制される。また、電子部品がリードを介して一定の距離を取ってプリント基板に実装されている場合は、電子部品とプリント基板の間の距離の減少が抑制される。また、電子部品の放熱パッドとヒートスプレッダの間に第1の絶縁部材を配置することにより、電子部品の端子とヒートスプレッダの短絡を抑制できる。
 また、本発明においては、前記第1の絶縁部材の硬度は、硬度を表す規格であるAskerCを用いて、AskerC5以上AskerC50以下であることを特徴とする、実装基板としてもよい。これによれば、プリント基板を放熱部品に取り付ける際に、プリント基板にひずみが生じることを抑制できる。なお、ひずみが生じることを抑制する観点において、第1の絶縁部材の硬度は、AskerC5以上AskerC20以下であるとより望ましい。
 また、本発明においては、前記第1の絶縁部材の厚さは、0.2mm以上0.8mm以下であることを特徴とする、実装基板としてもよい。これによれば、上記と同様、プリント基板を放熱部品に取り付ける際に、プリント基板にひずみが生じることを抑制できる。なお、ひずみが生じることを抑制する観点において、第1の絶縁部材の厚さは、0.2mm以上0.3mm以下であるとより望ましい。
 また、本発明においては、前記ヒートスプレッダの面積は、前記放熱パッドの面積の2倍以上7倍以下であることを特徴とする、実装基板としてもよい。これによれば、電子部品が第1の絶縁部材を介してヒートスプレッダに密着しやすくなり、プリント基板を放熱部品に取り付ける際に、プリント基板にひずみが生じることを抑制できる。また、ヒートスプレッダに、電子部品から発生した熱を、放熱パッド及び第1の絶縁部材を経て伝達しやすく、さらに第2の絶縁部材に熱を伝達しやすい。なお、放熱性を向上させる観点においては、ヒートスプレッダの面積は、放熱パッドの面積の2倍以上4倍以下であるとより望ましく、ひずみが生じることを抑制する観点においては、ヒートスプレッダの面積は、放熱パッドの面積の4倍以上6倍以下であるとより望ましい。
 また、本発明においては、前記第1の絶縁部材の熱伝導率は、前記第2の絶縁部材の熱伝導率と比較して高いことを特徴とする、実装基板としてもよい。これによれば、電子部品から発生した熱がヒートスプレッダに伝達する際の伝達効率が向上する。
 また、本発明においては、前記第1の絶縁部材の熱伝導率は、3W/mK以上20W/mK以下であることを特徴とする、実装基板としてもよい。これによれば、上記と同様、電子部品から発生した熱からヒートスプレッダに伝達する熱の伝達効率が向上する。なお、放熱性を向上させる観点において、第1の絶縁部材の熱伝導率は、3W/mK以上8W/mK以下であると望ましい。
 また、本発明においては、前記ヒートスプレッダの厚さは、0.3mm以上1.0mm以下であることを特徴とする、実装基板としてもよい。これによれば、ヒートスプレッダが第2の絶縁部材を介して放熱部品に熱を伝達しやすく、放熱性を向上させる観点において望ましい。
 また、本発明においては、前記第1の絶縁部材は、複数の前記電子部品の各々の前記放熱パッドと接続されていることを特徴とする、実装基板としてもよい。これによれば、簡単な構造で、プリント基板における複数の電子部品の放熱を可能とし、実装基板の小型化、低コスト化を図ることができる。
 また、本発明においては、電力供給装置から供給される電力の電力変換を行う電気機器であって、上記に記載の実装基板を搭載した電気機器としてもよい。これによれば、冷却構造部から発生した熱を電気機器の外部の空気中に拡散することや、電気機器において外気によって冷却することができる。また、プリント基板の回路パターンを電気機器に搭載できる。
 なお、上記の課題を解決するための手段は、可能な限り互いに組み合わせて用いることができる。
 本発明によれば、実装基板において、電子部品を実装したプリント基板の組付け時に、電子部品の放熱パッドと端子との間で短絡が生じること、またはプリント基板にひずみが生じ、このひずみに起因して電子部品が破損することを防止できる。
図1は、本発明の実施例1に係る実装基板の一例を示す断面模式図である。 図2は、本発明の実施例1に係る実装基板において、電子部品を実装したプリント基板をヒートシンクにネジ締めする様子を示す断面模式図である。 図3A及び図3Bは、本発明の実施例1に係る実装基板について、第1の絶縁部材及びヒートスプレッダの特性値の違いによる熱抵抗を評価対象とした比較評価の結果を示す表である。 図4A及び図4Bは、本発明の実施例1に係る実装基板について、第1の絶縁部材及びヒートスプレッダの特性値の違いによるプリント基板のひずみを評価対象とした比較評価の結果を示す表である。 図5は、本発明の実施例1に係る実装基板を搭載したパワーコンディショナの一例を示す断面模式図である。 図6は、本発明の実施例2に係る実装基板において、電子部品を実装したプリント基板をヒートシンクにネジ締めする様子を示す断面模式図である。
〔適用例〕
 以下に本発明の適用例の概要について一部の図面を用いて説明する。本発明は図1に示すような実装基板1に適用することができる。また、図1に示すような実装基板1を搭載することで、本発明は図5に示すようなパワーコンディショナ8(本発明における電気機器に相当する)に適用することもできる。
 図1は、本発明が適用された実装基板1の一例を示す断面模式図である。本適用例における実装基板1は、電子部品2、及びプリント基板3、及びヒートスプレッダ4、及びヒートシンク5等を含んで構成される。電子部品2は、例えばASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の半導体部品やMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等のパワー半導体であり、電子素子(不図示)、及び電子素子を囲うように形成されたパッケージ21、及び放熱性を有する放熱パッド22を含んで構成される。放熱パッド22は、例えば窒化ガリウム(GaN)を用いた半導体チップがマウントされたリード23と一体に形成されている。電子素子に電流を流すことによって、電子部品2は発熱する。実装基板1には電子部品2以外の他の電子部品(例えばコンデンサ等)も含まれるが、電子部品2は他の電子部品と比較して発熱量が大きい。
 端子として外部回路と接続されるリード23は、電子部品2のパッケージ21の内側から外側に延伸し、一部がガルウィング状に形成されている。リード23の一端は、例えばはんだペースト(不図示)を介してプリント基板3(正確にはプリント基板3の表面に形成された電極等)に電気的に接続される。図1に示す場合には、電子部品2は、プリント基板3に接するように実装されている。プリント基板3は、例えば多層構造を有し、熱硬化性エポキシ樹脂を基材とするビルドアッププリント配線板であってもよい。
 ヒートスプレッダ4は、例えばアルミニウム等の金属を主成分とし、熱伝導率は約190W/mKである。ヒートスプレッダ4には、上述の通りに電子部品2から発生した熱が、放熱パッド22及び後述の第1の絶縁部材6を経て伝達される。ヒートスプレッダ4の面積は、放熱パッド22の面積と比較して大きい。ヒートシンク5も、例えばアルミニウム等の金属を主成分とする。ヒートシンク5には、ヒートスプレッダ4が吸収した熱が、後述の第2の絶縁部材61を介してさらに伝達され、伝達された熱を周囲、例えば外気に拡散する。なお、ヒートスプレッダ4の熱伝導率は、第1の絶縁部材6及び第2の絶縁部材61と比較してはるかに大きく、これによって第1の絶縁部材6から第2の絶縁部材61へ熱が伝達しやすい。ここで、ヒートシンク5は、本発明における放熱部品に相当する。
 第1の絶縁部材6及び第2の絶縁部材61は、例えばシート状のシリコーン等から成る絶縁体である。第1の絶縁部材6は、電子部品2とヒートスプレッダ4の間に配置され、第2の絶縁部材61は、ヒートスプレッダ4とヒートシンク5の間に配置される。電子部品2及びヒートスプレッダ4及びヒートシンク5をより密接に接合させるため、第1の絶縁部材6及び第2の絶縁部材61として、粘着性を有する部材を採用してもよい。
 本適用例において、第1の絶縁部材6及び第2の絶縁部材61の特性値は以下の通りである。第1の絶縁部材6については、厚さは0.3mm、熱伝導率は8W/mK、硬度はAskerC20である。なお、AskerCとは、硬度を表す規格の一種である。第2の絶縁部材61については、厚さは1.0mm、熱伝導率は1W/mK、硬度はAskerC20である。第1の絶縁部材6及び第2の絶縁部材61の硬度は、ヒートスプレッダ4の硬度と比較して低い。また、第1の絶縁部材6の熱伝導率は、第2の絶縁部材61の熱伝導率と比較して高い。なお、上記の特性値は一例であり、これらの条件を満たせば当該特性値に限る必要はない。
〔実施例1〕
 以下、本発明の実施例1に係る実装基板1、及び電気機器の例としてのパワーコンディショナ8について、図面を用いてより詳細に説明する。なお、本発明に係る実装基板1、及びパワーコンディショナ8は、以下の構成に限定する趣旨のものではない。
<実装基板の構成>
 図2は、本発明の実施例1に係る実装基板1において、電子部品2を実装したプリント基板3をヒートシンク5にネジ締めする様子を示す断面模式図である。プリント基板3は複数のネジ孔31を有し、ネジ7をネジ孔31に通して締めることで、プリント基板3をヒートシンク5に固定できる。リード23は、図2の向きにおける縦方向の距離D、及び横方向の距離D′(以下、距離Dと距離D′を合わせて「絶縁距離」という。)だけ第1の絶縁部材6から離れた位置に配置される。ここで、絶縁距離によって、リード23と第1の絶縁部材6は一定の距離を取るが、ネジ締めの際に生じる力によってリード23または第1の絶縁部材6が変形し、リード23と第1の絶縁部材6が接触する虞があった。よって、第1の絶縁部材6の代わりに非絶縁性の放熱部材が用いられた場合には、リード23と放熱部材が短絡する場合があった。また、金属製のヒートスプレッダ4を非絶縁性の放熱部材を介して放熱パッド22と接合した場合には、ヒートスプレッダ4が放熱パッド22と同じ電位となり、リード23と第1の絶縁部材6の間の絶縁距離が短くなり、沿面放電や空間放電等による短絡を引き起こす虞があった。
 これに対して、本実施例においては、上述の適用例に記載の通り、第1の絶縁部材6が絶縁体であることから、ネジ締めの際に生じる力によってリード23と第1の絶縁部材6が接触しても、短絡が生じることを防止できる。また、第1の絶縁部材6及び第2の絶縁部材61の硬度は、ヒートスプレッダ4の硬度と比較して低い。よって、第2の絶縁部材61は、変形性に富み、比較的硬度が高いヒートスプレッダ4から生じる力を含め、ネジ締めの際に生じる力(図2に示す矢印は当該力を示す)を吸収しやすい。すなわち、第2の絶縁部材61の変形によって第1の絶縁部材6やプリント基板3の変形が抑制され、絶縁距離が縮まることも抑制される。結果的に、ネジ締めの際にリード23と第1の絶縁部材6が接触することも抑制できる。また、第2の絶縁部材61の厚さが比較的厚いことも、ネジ締めの際に生じる力を吸収することに寄与する。
 また、ヒートシンク5が力による変形性に乏しいのに対して、第2の絶縁部材61は力による変形性に富むことから、ヒートスプレッダ4が直接ヒートシンク5に押し付けられる場合と比較して、ヒートスプレッダ4が第2の絶縁部材61に押し付けられることによって、ヒートスプレッダ4が密着しやすく、ヒートスプレッダ4から熱が伝達されやすい。結果的にヒートシンク5が周囲に拡散する熱の量も多くなる。また、放熱パッド22に接して配置される第1の絶縁部材6の厚さが比較的薄く、第1の絶縁部材6の熱伝導率が比較的高いため、電子部品2から発生した熱はヒートスプレッダ4に伝達しやすい。
<効果検証例>
 図3A及び図3Bは、本発明の実施例1に係る実装基板1について、第1の絶縁部材6及びヒートスプレッダ4の特性値の違いによる熱抵抗を評価対象とした比較評価の結果を示す表である。また、図4A及び図4Bは、本発明の実施例1に係る実装基板1について、第1の絶縁部材6及びヒートスプレッダ4の特性値の違いによるプリント基板3のひずみを評価対象とした比較評価の結果を示す表である。ここで、熱抵抗の評価については、熱抵抗が5.0K/W以上10.6K/W以下であれば良好な値(図3A、図4Aでは「効果あり」と表記)とし、熱抵抗が5.0K/W未満であればより良好な値(図3A、図4Aでは「大きな効果あり」と表記)とし、熱抵抗が10.6K/W超過であれば有意な効果が得られない値(図3A、図4Aでは「効果無し」と表記)としている。また、同様に、プリント基板3のひずみ(以下、単純に「ひずみ」という)の評価については、ひずみが939μST以上1101μST以下であれば良好な値とし、ひずみが939μST未満であればより良好な値とし、ひずみが1101μSTであれば有意な効果が得られない値としている。
 図3Bにおいて、条件#1における実装基板1を標準的な構成とする。条件#2では、条件#1と比較してひずみは小さいが熱抵抗が高く、熱抵抗は良好な値とする範囲の上限値(10.6K/W)に近い値である。ここで、条件#2における実装基板1は、放熱性について改善効果がある構成と捉えることができる。条件#3乃至条件#5では、熱抵抗が大きな値となっており条件#1と比較して放熱性が悪化している。他の各々の条件と比較して、条件#3では、第1の絶縁部材6の熱伝導率が2W/mKと最も低く、条件#4では、放熱パッド22に対するヒートスプレッダ4の面積比が1.8倍と最も小さく、条件#5では、ヒートスプレッダ4の厚さが0.1mmと最も薄い。なお、全ての条件において、ひずみはより良好な値である。
 図4Bにおいて、条件#1における実装基板1を標準的な構成とする。条件#2では、条件#1と比較して熱抵抗は低いがひずみが大きく、ひずみはより良好な値とする範囲の上限値(939μST)に近い値である。ここで、条件#2における実装基板1は、ひずみについて改善効果がある構成と捉えることができる。条件#3乃至条件#5では、条件#2と比較してひずみが大きく、より良好な値から良好な値となる。条件#2と比較して、条件#3では、第1の絶縁部材6の硬度が高く、条件#4では、第1の絶縁部材6の厚さが薄く、条件#5では、放熱パッド22に対するヒートスプレッダ4の面積比が大きい。条件#6では、条件#3と比較してさらに第1の絶縁部材6の硬度が高く、ひずみが大きな値となっている。他の各々の条件と比較して、条件#7では、第1の絶縁部材6の硬度がAskerC60と最も高く、ひずみは有意な効果が得られない値である。
 図3A及び図3Bにおける熱抵抗を評価対象とした比較評価の結果より、本発明の実施例1に係る実装基板1について、第1の絶縁部材6の熱伝導率は3W/mK以上8W/mK以下であることが望ましい。なお、第1の絶縁部材6の熱伝導率は3W/mK以上20W/mK以下であってもよい。ヒートスプレッダ4の厚さは0.3mm以上1.0mm以下であることが望ましい。また、図4A及び図4Bにおけるひずみを評価対象とした比較評価の結果より、本発明の実施例1に係る実装基板1について、第1の絶縁部材6の硬度はAskerC20以上AskerC50以下であることが望ましい。なお、第1の絶縁部材6の硬度はAskerC5以上AskerC20以下であるとより望ましい。第1の絶縁部材6の厚さは0.2mm以上0.3mm以下であることが望ましい。なお、第1の絶縁部材6の厚さは0.2mm以上0.8mm以下であってもよい。また、放熱パッド22に対するヒートスプレッダ4の面積比は、図3A及び図3Bにおける比較評価の結果によれば、2倍以上4倍以下であることが望ましいのに対して、図4A及び図4Bにおける比較評価の結果によれば、4倍以上7倍以下であることが望ましく、より望ましくは4倍以上6倍以下である。
<パワーコンディショナの構成>
 図5は、本発明の実施例1に係る実装基板1を搭載したパワーコンディショナ8の一例を示す断面模式図である。実装基板1は電気機器に搭載されてよく、電気機器は、例えば、パワーコンディショナ8等の電力変換装置、モータ駆動機器、電源機器等でよい。パワーコンディショナ8は、太陽光電池等の電力供給装置(不図示)に接続され、電力供給装置から供給される電力の電圧を昇圧し、交流に変換し、ノイズを除去して波形を整えた後に、負荷(不図示)や連系する電力系統(不図示)に交流電力を供給する。
 パワーコンディショナ8の筐体81の一側面には、熱伝導性を有する金属ベース82が設置されている。プリント基板3を接続したヒートシンク5は、第2のネジ71によって金属ベース82にネジ締めされる。このように、ヒートシンク5の一部が筐体81の外部に露出しているため、電子部品2から発生した熱が、外部の空気中に熱を伝達しやすくなっている。
 プリント基板3は、ネジ7を用いてヒートシンク5にネジ締めされる。また、スペーサ83―85を介してプリント基板3や金属ベース82、ヒートシンク5にネジ締め固定されたベース86には、例えば端子台87等の他の機能部品が固定されて取り付けられる。さらに、プリント基板3には、コネクタ(不図示)を介して、制御基板(不図示)等の別の回路基板が取り付けられるようにしてもよい。
〔実施例2〕
 次に、図6を用いて、本発明の実施例2に係る実装基板10について説明する。実装基板10は、実施例1の実装基板1と多くの構成を共通にしているため、そのような構成については同一の符号を付し、改めての説明は省略する。また、実装基板10に示す構成を実施例1のパワーコンディショナ8に搭載することが可能である。
<実装基板の構成>
 図6は、本発明の実施例2に係る実装基板10において、電子部品2を実装したプリント基板3をヒートシンク50にネジ締めする様子を示す断面模式図である。図2に示すリード23と比較して、リード230は電子部品2の厚み方向に長く、電子部品2は距離D2の間隔を伴ってプリント基板3に実装される。プリント基板3のネジ締めの際に生じる力(図6に示す矢印は当該力を示す)は、図2に示す実装基板1と同様に、第2の絶縁部材61によって優先的に吸収されやすいため、リード230の変形が抑制される。これによって、リード230の変形によって距離D2が縮まることが抑制される。結果的に、プリント基板3と電子部品2が接触することによってプリント基板3やリード230にひずみが生じ、このひずみに起因して電子部品が破損することを防止できる。なお、絶縁距離が縮まることが抑制される点については、図2に示す実装基板1と同様である。
 なお、本発明の実施例2に係る実装基板10についても、第1の絶縁部材6及びヒートスプレッダ4の特性値の違いによる、熱抵抗を評価対象とした比較評価の結果及びプリント基板3のひずみを評価対象とした比較評価の結果については、図3A及び図3B、図4A及び図4Bに示したものと同傾向である。
<付記1>
 電子素子、及び当該電子素子を囲うように形成されたパッケージ(21)、及び放熱性を有する放熱パッド(22)を含む電子部品と、
 外部回路と接続される端子(23、230)を介して、前記電子部品が実装されるプリント基板(3)と、
 金属を主成分とし、前記電子部品から発生した熱が伝達されるヒートスプレッダ(4)と、
 金属を主成分とし、前記ヒートスプレッダにおける熱がさらに伝達され空気中に放熱する放熱部品(5、50)と、を備え、
 前記電子部品と前記ヒートスプレッダの間、及び前記ヒートスプレッダと前記放熱部品の間にはそれぞれ、絶縁体である第1の絶縁部材(6)及び第2の絶縁部材(61)が配置され、
 前記第1の絶縁部材及び前記第2の絶縁部材の硬度は、前記ヒートスプレッダの硬度と比較して低いことを特徴とする、実装基板(1、10)。
1、10     :実装基板
2        :電子部品
21       :パッケージ
22       :放熱パッド
23、230   :リード
3        :プリント基板
31       :ネジ孔
4        :ヒートスプレッダ
5、50     :ヒートシンク
6        :第1の絶縁部材
61       :第2の絶縁部材
7        :ネジ
71       :第2のネジ
8        :パワーコンディショナ
81       :筐体
82       :金属ベース
83―85    :スペーサ
86         :ベース
87         :端子台

Claims (9)

  1.  電子素子、及び当該電子素子を囲うように形成されたパッケージ、及び放熱性を有する放熱パッドを含む電子部品と、
     外部回路と接続される端子を介して、前記電子部品が実装されるプリント基板と、
     金属を主成分とし、前記電子部品から発生した熱が伝達されるヒートスプレッダと、
     金属を主成分とし、前記ヒートスプレッダにおける熱がさらに伝達され空気中に放熱する放熱部品と、を備え、
     前記電子部品と前記ヒートスプレッダの間、及び前記ヒートスプレッダと前記放熱部品の間にはそれぞれ、絶縁体である第1の絶縁部材及び第2の絶縁部材が配置され、
     前記第1の絶縁部材及び前記第2の絶縁部材の硬度は、前記ヒートスプレッダの硬度と比較して低いことを特徴とする、実装基板。
  2.  前記第1の絶縁部材の硬度は、硬度を表す規格であるAskerCを用いて、AskerC5以上AskerC50以下であることを特徴とする、請求項1に記載の実装基板。
  3.  前記第1の絶縁部材の厚さは、0.2mm以上0.8mm以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の実装基板。
  4.  前記ヒートスプレッダの面積は、前記放熱パッドの面積の2倍以上7倍以下であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の実装基板。
  5.  前記第1の絶縁部材の熱伝導率は、前記第2の絶縁部材の熱伝導率と比較して高いことを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の実装基板。
  6.  前記第1の絶縁部材の熱伝導率は、3W/mK以上20W/mK以下であることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の実装基板。
  7.  前記ヒートスプレッダの厚さは、0.3mm以上1.0mm以下であることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の実装基板。
  8.  前記第1の絶縁部材は、複数の前記電子部品の各々の前記放熱パッドと接続されていることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の実装基板。
  9.  電力供給装置から供給される電力の電力変換を行う電気機器であって、
     請求項1から8のいずれか一項に記載の実装基板を搭載した電気機器。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08139235A (ja) * 1994-11-08 1996-05-31 Hitachi Ltd 電子機器およびその製造方法
JP2010212543A (ja) * 2009-03-12 2010-09-24 Panasonic Corp 熱伝導部材および携帯型電子機器
JP2016096249A (ja) * 2014-11-14 2016-05-26 富士通株式会社 シールドカバー及び電子装置
JP2017028131A (ja) * 2015-07-23 2017-02-02 株式会社デンソー パッケージ実装体
JP2018129526A (ja) * 2018-03-30 2018-08-16 住友ベークライト株式会社 熱伝導性シートおよび半導体装置
JP2020009989A (ja) * 2018-07-12 2020-01-16 株式会社ジェイテクト 半導体装置
JP2021005715A (ja) * 2018-05-29 2021-01-14 デンカ株式会社 電子機器及び電磁波シールド性放熱シート
JP2021075630A (ja) * 2019-11-08 2021-05-20 パナソニックIpマネジメント株式会社 熱伝導性シリコーン組成物及び熱伝導性シリコーン材料
JP2021174847A (ja) * 2020-04-23 2021-11-01 株式会社デンソー 電子機器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08139235A (ja) * 1994-11-08 1996-05-31 Hitachi Ltd 電子機器およびその製造方法
JP2010212543A (ja) * 2009-03-12 2010-09-24 Panasonic Corp 熱伝導部材および携帯型電子機器
JP2016096249A (ja) * 2014-11-14 2016-05-26 富士通株式会社 シールドカバー及び電子装置
JP2017028131A (ja) * 2015-07-23 2017-02-02 株式会社デンソー パッケージ実装体
JP2018129526A (ja) * 2018-03-30 2018-08-16 住友ベークライト株式会社 熱伝導性シートおよび半導体装置
JP2021005715A (ja) * 2018-05-29 2021-01-14 デンカ株式会社 電子機器及び電磁波シールド性放熱シート
JP2020009989A (ja) * 2018-07-12 2020-01-16 株式会社ジェイテクト 半導体装置
JP2021075630A (ja) * 2019-11-08 2021-05-20 パナソニックIpマネジメント株式会社 熱伝導性シリコーン組成物及び熱伝導性シリコーン材料
JP2021174847A (ja) * 2020-04-23 2021-11-01 株式会社デンソー 電子機器

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