(57)【要約】【課題】  電子回路チップの発熱について、主回路基板側へ熱伝導を良好に行えて発熱密度の増大に対応でき、放熱を効率よく確実に行える電子回路装置を提供すること【解決手段】  集積回路などの半導体素子からなる電子回路チップ１をベース基板２に搭載し、ベース基板２にはケース部材３を覆い被せて装着し、所定の機能性素子として働くモジュールに構成する。電子回路チップ１とケース部材３との間に熱伝導部材４を設け、ケース部材３を放熱体にする。ケース部材３は取り合いを調整し、ベース基板２を主回路基板５上に搭載した際に、その周縁端部を主回路基板５表面の導体パターン６と接触させ、主回路基板５側と熱伝導の連係を行う。そして、ケース部材３の周縁端に、はんだフィレット７を設けて熱伝導の連係を行う連係部材とする。電子回路チップ１の表裏両面について熱伝導の経路を形成でき、何れの経路でも発熱を主回路基板５へ伝導できる。【選択図】  図１
2010073942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子等からなる電子回路チップと、
前記電子回路チップを搭載するベース基板と、
熱伝導性があり前記ベース基板に覆い被せて装着するケース部材と、
柔軟性があり前記電子回路チップと前記ケース部材との間に設ける熱伝導部材と、
前記ベース基板を主回路基板上に搭載するに際し、前記ケース部材と前記主回路基板との間で熱伝導の連係を行う熱伝導手段とを備えることを特徴とする電子回路装置。
【請求項２】
前記熱伝導部材は、熱伝導性を有したペースト状材料あるいはゲル状材料からなることを特徴とする請求項１に記載の電子回路装置。
【請求項３】
前記熱伝導部材は、板バネあるいはコイルバネ等の弾性材料からなることを特徴とする請求項１に記載の電子回路装置。
【請求項４】
前記板バネは、前記ケース部材の該当部位に切り込みを設けて折り曲げ加工により形成することを特徴とする請求項３に記載の電子回路装置。
【請求項５】
前記熱伝導手段は、前記ケース部材の該当部位を前記主回路基板と接触させる構成により両者間で熱伝導の連係を行うことを特徴とする請求項１に記載の電子回路装置。
【請求項６】
前記熱伝導手段は、熱伝導性がある連係部材を前記ケース部材と前記主回路基板との間に設ける構成により両者間で熱伝導の連係を行うことを特徴とする請求項１に記載の電子回路装置。
【請求項７】
前記連係部材は、はんだ材料からなることを特徴とする請求項６に記載の電子回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子回路チップのモジュールを主回路基板へ実装するようにした電子回路装置に関するもので、より具体的には、電子回路チップの発熱を外部へ導いて放熱させる放熱性の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られるように、半導体素子等からなる電子回路チップについてモジュール化することが行われている。つまり、いわゆる集積回路などの半導体素子からなる電子回路チップはベース基板に搭載するとともにケース部材によりカバーし、所定の機能性素子として働くモジュールに構成している。そして、そうしたモジュールは、主回路基板に実装して利用することになる。
【０００３】
電子回路チップは発熱があり、近年進められている小型化，高密度化に伴いその発熱密度の増大が問題になっている。そこで電子回路チップの発熱を放熱させる対策には、例えば特許文献１，２などに見られるような技術の提案がある。
【０００４】
特許文献１には、熱伝導部材を設ける構成の提案が開示されている。具体的には、電子回路チップを実装した基板上の導体層と、これらをカバーしているケースとに接する配置に熱伝導部材を設け、電子回路チップの発熱は基板側へ導いて導体層から熱伝導部材へ伝導させ、さらに、その熱伝導部材からケース側へ導いて放熱させるようにしている。
【０００５】
特許文献２には、板バネによる熱伝導部材を設ける構成の提案が開示されている。具体的には、電子回路チップはフリップチップ方式に基板に搭載し、これらをカバーしている蓋材と電子回路チップ背面との間に板バネを配置する構成をとる。これにより、電子回路チップの発熱は、板バネにより蓋材側へ導いて放熱される。そして、蓋材には放熱フィンを設けている。
【特許文献１】特開２００３−１１５５６４号公報
【特許文献２】特開平５−１３６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、そうした従来の放熱の対策では以下に示すような問題がある。特許文献１に開示された発明では、電子回路チップの発熱はまず基板側へ導き、導体層から熱伝導部材へ伝導させてケース側へ導くので、基板側での熱抵抗が大きく、放熱を効率よく行えない問題がある。
【０００７】
特許文献２に開示された発明では、電子回路チップの発熱は板バネにより蓋材側へ導いて放熱させることから、放熱の効率は蓋材側の熱抵抗に依存し、蓋材に設けた放熱フィンにより熱抵抗が低減しているが、近年の小型化，高密度化による発熱密度の増大から見ると不十分である。
【０００８】
この発明は上述した課題を解決するもので、その目的は、電子回路チップの発熱について、主回路基板側へ熱伝導を効率よく良好に行えて発熱密度の増大に対応でき、放熱を効率よく確実に行うことができる電子回路装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するために、本発明に係る電子回路装置は、（１）半導体素子等からなる電子回路チップと、電子回路チップを搭載するベース基板と、熱伝導性がありベース基板に覆い被せて装着するケース部材と、柔軟性があり電子回路チップとケース部材との間に設ける熱伝導部材と、ベース基板を主回路基板上に搭載するに際し、ケース部材と主回路基板との間で熱伝導の連係を行う熱伝導手段とを備える構成にする。
【００１０】
また、（２）熱伝導部材は熱伝導性を有したペースト状材料あるいはゲル状材料から構成でき、（３）板バネあるいはコイルバネ等の弾性材料から構成してもよい。（４）板バネは、ケース部材の該当部位に切り込みを設けて折り曲げ加工により形成できる。
【００１１】
また、（５）熱伝導手段は、ケース部材の該当部位を主回路基板と接触させる構成により両者間で熱伝導の連係を行う。あるいは（６）熱伝導性がある連係部材をケース部材と主回路基板との間に設ける構成により両者間で熱伝導の連係を行うことができ、（７）連係部材は、はんだ材料から構成してもよい。
【００１２】
係る構成にすることにより本発明では、電子回路チップとケース部材との間に熱伝導部材を設けるので、電子回路チップの発熱は熱伝導部材からケース部材へ伝導して当該ケース部材が放熱する。そして、ケース部材と主回路基板との間では熱伝導手段が熱伝導の連係を行うので、熱伝導はケース部材側から主回路基板側へ伝導し、電子回路チップの表面側について熱伝導の経路が形成できる。電子回路チップの取り付け面側については、ベース基板を介した熱伝導の経路があり、発熱はベース基板から主回路基板へ伝導することになる。
【００１３】
したがって、電子回路チップの表裏両面について熱伝導の経路を形成でき、何れの経路でも発熱を主回路基板へ伝導できる。このようにすると、電子回路チップからベース基板を介さずに主回路基板へ伝導させる経路を形成することができる。電子回路チップを放熱させる際にチップからベース基板へ伝導させるための熱抵抗やベース基板内部での熱伝導がネックとなり、全体の放熱性を損なっている場合でも良好な放熱性を実現することができる。そして、主回路基板は表面積が大きく熱容量が大きいので放熱作用が期待できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る電子回路装置では、電子回路チップとケース部材との間に熱伝導部材を設け、ケース部材と主回路基板との間では熱伝導手段が熱伝導の連係を行うので、電子回路チップの表面側について熱伝導の経路が形成できる。電子回路チップの取り付け面側については、ベース基板を介した熱伝導の経路があり、したがって、電子回路チップの表裏両面について熱伝導の経路を形成でき、何れの経路でも発熱を主回路基板へ伝導でき、主回路基板は表面積が大きく熱容量が大きいので放熱作用が期待できる。
【００１５】
このため、電子回路チップの発熱について、主回路基板側へ熱伝導を良好に行うことができ、発熱密度の増大に対応でき、放熱を効率よく確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明の第１の実施形態を示している。本形態において電子回路装置は、電子回路チップ１のモジュールを主回路基板５へ実装するようにしており、電子回路チップ１の発熱を外部へ導き放熱させる構成になっている。
【００１７】
電子回路チップ１は、いわゆる集積回路などの半導体素子からなり、ベース基板２に搭載している。ベース基板２には、電子回路チップ１を覆うようにしてケース部材３を装着し、所定の機能性素子として働くモジュールに構成している。このモジュールでは、電子回路チップ１とケース部材３との間に熱伝導部材４を設け、ベース基板２を主回路基板５上に搭載することにおいて、熱伝導手段によりケース部材３と主回路基板５との間で熱伝導の連係を行う構成になっている。
【００１８】
ベース基板２および主回路基板５には表面に導体パターン６を適宜に形成している。導体パターン６は、所定の回路機能を得るため各素子を相互に接続する配線パターンをなすが、放熱のための熱伝導を行わせるパターン部位も適宜に形成している。
ケース部材３は、例えば銅などの熱伝導率が高い金属材料から形成するが、ステンレスなどの金属材料を使用するようにしてもよい。
【００１９】
熱伝導部材４は、柔軟性を有した材料から形成することが好ましい。これは電子回路チップ１に対して応力の集中を防止するためであり、熱伝導部材４は、例えば熱伝導性を有したペースト状材料あるいはゲル状材料から形成する。応力の集中を無視してよい場合は、熱伝導部材４には例えば銅などの熱伝導率が高い金属材料を使用することもできる。もちろん、熱伝導部材４は熱伝導を良好に得るため、電子回路チップ１とケース部材３とに対して接触面積はできるだけ大きい設定が好ましい。
【００２０】
柔軟性を有した熱伝導部材４には所定の圧力が加わるようにした設定を採り、電子回路チップ１とケース部材３との間でわずかに反発力が作用する状態におく。これにより、電子回路チップ１とケース部材３とに対して接触状態を良好に保つことができる。
【００２１】
ケース部材３の装着は、ベース基板２に対して覆い被せる深さを調整していて、ベース基板２を主回路基板５上に搭載した際に、その周縁端部が主回路基板５表面の導体パターン６と接触する設定になっている。つまり、ベース基板２を主回路基板５上に搭載することにおいて、ケース部材３の周縁端部が主回路基板５表面の導体パターン６と接触し、ケース部材３と主回路基板５との間で熱伝導の連係を行う構成になっている。
【００２２】
ベース基板２を主回路基板５上に搭載することにおいては、ケース部材３の周縁端に、はんだフィレット７を設けている。このはんだフィレット７も熱伝導性があるので、ケース部材３と主回路基板５との間で熱伝導の連係を行う連係部材（熱伝導手段）となり、後述するように熱伝導を良好に行えることになる。
【００２３】
このように、電子回路チップ１とケース部材３との間に熱伝導部材４を設け、ケース部材３は主回路基板５に対して周縁端部が接触し、さらにケース部材３の周縁端に、はんだフィレット７を設けることから、電子回路チップ１の表面側について熱伝導の経路が形成できる。電子回路チップ１の発熱は、熱伝導部材４からケース部材３へ伝導して当該ケース部材３が放熱し、そして熱伝導は主回路基板５側へ伝導することになる。電子回路チップ１の取り付け面側については、ベース基板２を介した熱伝導の経路があり、発熱はベース基板２から主回路基板５へ伝導することになる。
【００２４】
このようにすると、電子回路チップ１からベース基板２を介さずに主回路基板へ伝導させる経路を形成することができる。電子回路チップ１はベース基板２に対して主にはんだを用いて電気的に接続されており、接触面積が限定されている場合が多い。また、ベース基板２は電気特性上の理由若しくは基板面積、コストなどの理由から満足な熱伝導性を保持できていないことがある。このような状況では、チップからベース基板へ伝導させるための熱抵抗やベース基板内部での熱伝導が全体の放熱性を損なっており、主回路基板の放熱性をいくら改善してもチップの放熱性を高めることはできない。したがって、電子回路チップ１の表裏両面について熱伝導の経路を形成でき、何れの経路でも発熱を主回路基板５へ伝導でき、主回路基板５は表面積が大きく熱容量が大きいので放熱作用が期待でき、ケース部材３での放熱と相乗により、電子回路チップ１の発熱について放熱を効率よく確実に行うことができる。その結果、電子回路チップ１の発熱密度の増大に対応できる。
【００２５】
柔軟性を有した熱伝導部材４には所定の圧力が加わる設定を採る。その結果、電子回路チップ１とケース部材３との間でわずかに反発力が作用する状態におくことができ、電子回路チップ１とケース部材３とに対して接触状態を良好に保つことができる。このため、製造上の交差および寸法のばらつきを熱伝導部材４により吸収でき、ある程度の変形誤差を許容することができ、電子回路チップ１とケース部材３とに対して熱伝導部材４が接触状態を良好に保持するので、放熱性能を高い信頼性で得ることができる。
【００２６】
（数値解析による検証）
図１に示す構成をモデル化して数値解析を行い、熱伝導について評価した。その結果、温度３００［Ｋ］の環境において電子回路チップ１が０．６Ｗの発熱であるとき、熱伝導部材４を設けない構成では最大温度が３１３．４１［Ｋ］となる。これに対して熱伝導部材４を設ける構成では差分温度ΔＴ＝０．９３［Ｋ］という温度低下があることを確認した。
【００２７】
電子回路チップ１は半導体素子には限らず、電子回路をなすチップ体であれば何でも良い。例えば図２に示すように、いわゆる表面実装のためのチップ部品８を使用した構成を採ることもできる。チップ部品８には、インダクタ（Ｌ：誘導素子），コンデンサ（Ｃ：容量素子），抵抗素子など、あるいは複数のＬＣを内蔵させて構成したフィルタ素子などの機能素子がある。チップ部品８は一般に両端に電極を設けるので、熱伝導部材４は短絡を防ぐため絶縁体材料から形成することが好ましい。そして、熱伝導部材４の配置は、電極部位を避けた中央部位などへ接触させる配置が好ましい。
【００２８】
ケース部材３については凹凸を設けて表面積を増し、放熱性能を向上させるように構成してもよい。例えば図３に示すように、熱伝導部材４と接触する部位をベース基板２側へ突き出し形状に成形することにより凹部３０とし、熱伝導部材４の厚さを薄くするとともに、ケース部材３の表面積を増す構成を採ることもできる。熱伝導部材４は、もちろん熱伝導率が高い材料を使用するが、部材厚さが薄いため熱抵抗が低減して熱伝導には有利になり、凹部３０による表面積の増加との相乗により放熱性能の向上が期待できる。
【００２９】
図４は本発明の第２の実施形態を示している。本形態において電子回路装置は、基本的には第１の実施形態と同様であり、電子回路チップ１のモジュールを主回路基板５へ実装するようにしていて、電子回路チップ１の発熱を外部へ導き放熱させる構成になっている。第１の実施形態と同様な構成には同一符号を付してあり、その説明を省略する。
【００３０】
本形態では、熱伝導部材は板バネ３１を使用し、ケース部材３は周縁高さを減らしてベース基板２との取り合い関係を変更している。ここでは、ケース部材３は周縁端部がベース基板２表面に到達し、ベース基板２上の導体パターン６と接触する設定になっている。このため、熱伝導の連係を行う手段には、はんだフィレット７を設けていて、ケース部材３の周縁端から主回路基板５上の導体パターン６に渡して大きく成長させていて形成している。
【００３１】
板バネ３１は、ケース部材３の該当部位に切り込みを設けて折り曲げ加工により形成している。この場合、電子回路チップ１とケース部材３との間に熱伝導部材４を設け、ケース部材３は主回路基板５に対して周縁端部が接触しないが、ケース部材３の周縁端に、はんだフィレット７を大きく設けることから、電子回路チップ１の表面側について熱伝導の経路が形成でき、発熱は熱伝導部材４からケース部材３へ伝導し、そして主回路基板５へと伝導することになる。なお、ケース部材３が主回路基板５に直接に接続されず、ベース基板２の周縁部近傍に接続されるような構成でも、電子回路チップ１からベース基板２へ熱が移動するための熱抵抗を回避し、ベース基板２の内部を熱が移動する過程を大部分省略した経路を設定することができるので、充分な放熱性の改善を行うことができる。
【００３２】
したがって、電子回路チップ１の表裏両面について熱伝導の経路を形成でき、電子回路チップ１の表裏何れの経路でも発熱を主回路基板５へ伝導でき、主回路基板５は表面積が大きく熱容量が大きいので放熱作用が期待でき、ケース部材３での放熱と相乗により、電子回路チップ１の発熱について放熱を効率よく確実に行うことができる。その結果、電子回路チップ１の発熱密度の増大に対応できる。
【００３３】
板バネ３１はケース部材３の該当部位からなる一体のものであるが、熱伝導部材はそうした一体の構成には限らない。例えば図５に示すように、電子回路チップ１とケース部材３との間には、別部材からなる独立した板バネ９を設け、熱伝導部材として使用する構成を採ることができる。また図６に示すように、熱伝導部材としてコイルバネ１０を使用する構成もよい。
【００３４】
図７は、本発明の第３の実施形態を示している。本形態において電子回路装置は、基本的には第１，第２の実施形態と同様であり、電子回路チップ１のモジュールを主回路基板５へ実装するようにしていて、電子回路チップ１の発熱を外部へ導き放熱させる構成になっている。第１，第２の実施形態と同様な構成には同一符号を付してあり、その説明を省略する。
【００３５】
本形態では、熱伝導部材４は電子回路チップ１の側面に配置している。そして、主回路基板５には放熱フィン１１を多数設け、放熱のための表面積を増し、熱抵抗を低減させる構成にしている。
【００３６】
この場合、主回路基板５に多数の放熱フィン１１を設けるので、放熱をより高効率に行うことができ、電子回路チップ１の発熱について放熱を高効率に行うことができ、放熱性能をより向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る電子回路装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】電子回路チップの他例を説明する要部の断面図である。
【図３】ケース部材の他例を説明する要部の断面図である。
【図４】本発明に係る電子回路装置の第２の実施形態を示す断面図である。
【図５】熱伝導部材の他例１を説明する要部の断面図である。
【図６】熱伝導部材の他例２を説明する要部の断面図である。
【図７】本発明に係る電子回路装置の第３の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  電子回路チップ
２  ベース基板
３  ケース部材
４  熱伝導部材
５  主回路基板
６  導体パターン
７  はんだフィレット（連係部材）
８  チップ部品
９  板バネ
１０  コイルスプリング
１１  放熱フィン
３０  凹部
３１  板バネ
【図１】
2010073942.tif 000003
【図２】
2010073942.tif 000004
【図３】
2010073942.tif 000005
【図４】
2010073942.tif 000006
【図５】
2010073942.tif 000007
【図６】
2010073942.tif 000008
【図７】
2010073942.tif 000009