(57)【要約】【課題】半導体素子と配線基板との線膨張率の違いによるハンダの歪を軽減する。【解決手段】配線基板１１０と、配線基板１１０に実装される半導体素子１５０と、半導体素子１５０の電極と配線基板１１０の配線部材１１２との間に配置される導電性を備えた複数の中継端子１３０と、複数の中継端子１３０を絶縁状態で保持する保持部材１４０と、配線基板１１０の配線部材１１２と中継端子１３０とを電気的に接続する第一はんだ１２１と、中継端子１３０と半導体素子１５０の電極とを電気的に接続する第二はんだ１２２とを備える回路基板１００。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、
前記配線基板に実装される半導体素子と、
前記半導体素子の電極と前記配線基板の配線部材との間に配置される導電性を備えた複数の中継端子と、
複数の前記中継端子を絶縁状態で保持する保持部材と、
前記配線基板の配線部材と前記中継端子とを電気的に接続する第一はんだと、
前記中継端子と前記半導体素子の電極とを電気的に接続する第二はんだと
を備える回路基板。
【請求項２】
前記保持部材は、前記配線基板に対し前記中継端子を所定間隔で維持する脚部を有する
請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記保持部材は、前記中継端子に対し前記半導体素子を所定間隔で維持する支持部を有する
請求項１または２に記載の回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板上に半導体素子などの電子部品が実装された回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング用のモータを制御する制御装置（ＥＣＵ）には、半導体素子などの電子部品が配線基板に実装された回路基板が搭載されている。昨今では、半導体素子の小型化により電極も小面積となり、また制御装置の省スペース化によりリードフレームが用いられることなく半導体素子に直接設けられた電極がはんだによって配線基板に接続されている。
【０００３】
車両に取り付けられる制御装置は大きな温度変化に曝される場合が多く、半導体素子と配線基板との線膨張係数の違いにより、温度の変化に対し半導体素子よりも配線基板がより大きく変形する。小型の半導体素子が搭載された制御装置の場合、電極面積が小さいことからはんだも細い状態であり、配線基板と半導体素子とを接続するはんだが受けるひずみの影響は大きい。従って、半導体素子と配線基板の膨張係数の相違により、はんだにクラックが発生して抵抗が増大したり、はんだの破壊により絶縁状態になったりする可能性がある。
【０００４】
このような線膨張係数の違いからはんだを保護する技術として、特許文献１には、はんだ内部に球形のコアを配置する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７７３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に記載の技術のように、半導体素子の各電極と配線基板との間にそれぞれ球形のコアを配置することは非常に困難であり、電極が小型化されるとさらに困難さが増加する。
【０００７】
また、はんだの厚さを厚くすることで、線膨張係数の違いによるひずみの影響を緩和できることが予想されるが、電極面積が小さい場合や電極の配置密度が高い場合などにおいてははんだの厚さを厚くするとハンダを溶融させた際に隣接する電極のはんだが接触しショートすることが懸念される。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、配線基板と半導体素子との間に線膨張係数の大きな違いがあった場合でもこれらを接続するはんだに加えられる歪を抑制することができる回路基板の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の１つである回路基板は、配線基板と、前記配線基板に実装される半導体素子と、前記半導体素子の電極と前記配線基板の配線部材との間に配置される導電性を備えた複数の中継端子と、複数の前記中継端子を絶縁状態で保持する保持部材と、前記配線基板の配線部材と前記中継端子とを電気的に接続する第一はんだと、前記中継端子と前記半導体素子の電極とを電気的に接続する第二はんだとを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、配線基板と半導体素子とを接続するはんだの厚さを実質的に厚くすることができ、配線基板と半導体素子との線膨張係数の違いにより発生するはんだの歪を緩和することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】回路基板の一部を示す斜視図である。
【図２】回路基板の半導体素子部分の断面を示す断面斜視図である。
【図３】回路基板の半導体素子部分近傍を分解して示す分解斜視図である。
【図４】半導体素子を電極側の面から示す平面図である。
【図５】回路基板の半導体素子にヒートシンクを取り付けた状態を示す側面図である。
【図６】加温による半導体素子と保持部材と配線基板の伸びの状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明に係る回路基板の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１３】
また、図面は、本発明を示すために適宜強調や省略、比率の調整を行った模式的な図となっており、実際の形状や位置関係、比率とは異なる場合がある。
【００１４】
図１は、回路基板の一部を示す斜視図である。図２は、回路基板の半導体素子部分の断面を示す断面斜視図である。図３は、回路基板の半導体素子部分近傍を分解して示す分解斜視図である。これらの図に示すように、回路基板１００は、例えば、電動パワーステアリングが備えるモータの制御を行う制御装置の構成要素であり、配線基板１１０と、第一はんだ１２１と、第二はんだ１２２と、中継端子１３０と、保持部材１４０と、半導体素子１５０を備えている。
【００１５】
配線基板１１０は、絶縁性の基板１１１の表面に導体からなる配線部材１１２のパターンが形成されたいわゆるプリント基板である。配線基板１１０の半導体素子１５０などの電子部品と接続される箇所は、配線部材１１２が露出しており、それ以外の部分はレジストで覆われている。基板１１１の材質は、絶縁性を備えていれば特に限定されるものではないが、ガラス布にエポキシ樹脂を含浸させたものなどを例示することができる。配線部材１１２の材質は、導電性を備えていれば特に限定されるものではないが、銅などを例示することができる。
【００１６】
半導体素子１５０は、配線基板１１０に実装される電子部品の１つである。半導体素子１５０の種類は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、半導体素子１５０は、ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、特に大電流のスイッチングを行う事ができるいわゆるパワーＭＯＳＦＥＴである。また、半導体素子１５０は、図４に示すように、ゲート電極１５１、ドレイン電極１５２、およびソース電極１５３が一面側にアレイ状に配置される横型半導体素子である。また、半導体素子１５０は、樹脂製の筐体（パッケージ）やリードフレームを備えない、チップ部品である。半導体素子１５０としてチップ部品を採用することで、図５に示すように、半導体素子１５０の電極が配置される面と反対側の面に、放熱シートなどを介してヒートシンク１５９を取り付けることで、半導体素子１５０自身の熱を効率よく放熱することができる。
【００１７】
中継端子１３０は、半導体素子１５０が備えるゲート電極１５１、ドレイン電極１５２、ソース電極１５３などの電極と配線基板１１０の配線部材１１２との間にそれぞれ配置される部材である。中継端子１３０の材質は、導電性を備えていれば特に限定されるものではないが、例えば、配線基板１１０の配線部材１１２と同様銅を例示することができる。中継端子１３０の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、半導体素子１５０が備える電極と対向する中継端子１３０の面の形状は、半導体素子１５０が備える電極の形状とほぼ同じ形状であり、大きさも同程度である。
【００１８】
保持部材１４０は、複数の中継端子１３０を所定の配置状態で保持する部材である。保持部材１４０の材質は、絶縁性を備えていれば特に限定されるものではないが、線膨張係数が半導体素子１５０の線膨張係数と配線基板１１０全体の線膨張係数との間、特に中央の値程度が好ましい。具体的に例えば、保持部材１４０の材質は、エポキシ樹脂をマトリクスとし、上記線膨張係数になるように調整された樹脂などを例示することができる。
【００１９】
保持部材１４０の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、円板状の半導体素子１５０の形状に対応し、円板状で中継端子１３０を保持する保持部１４１と、脚部１４２と、支持部１４３と、位置決部１４４とを一体に備えている。
【００２０】
保持部１４１に中継端子１３０を保持させる方法は特に限定されるものではないが、例えば、保持部材１４０形成時に中継端子１３０を所定の位置に配置するインサート成形や、保持部材１４０の保持部１４１に設けた貫通孔に中継端子１３０を圧入する方法を例示することができる。
【００２１】
保持部１４１は、複数の中継端子１３０を所定の間隔で保持する部分であり、中継端子１３０の配線基板１１０に対向する面、および半導体素子１５０に対向する面が露出するように保持している。保持部１４１の全体形状は、半導体素子１５０の形状に対応して円板状である。
【００２２】
脚部１４２は、配線基板１１０に対し中継端子１３０を所定間隔で維持する部分である。本実施の形態の場合、脚部１４２は、保持部１４１の周縁から配線基板１１０に向かって突出状に配置されている。脚部１４２によって、配線基板１１０と中継端子１３０との間隔が定まるため、第一はんだ１２１を溶融させた際に、第一はんだ１２１への押付荷重を軽減、または無くすことができる。従って、冷却後の第一はんだ１２１の厚さを脚部１４２がない場合より厚くすることが可能となり、第一はんだ１２１を線膨張率の違いによる歪に対し抗することができる大きさにすることができる。
【００２３】
支持部１４３は、中継端子１３０に対し半導体素子１５０を所定間隔で維持する部分である。本実施の形態の場合、支持部１４３は、保持部１４１の周縁から半導体素子１５０に向かって突出状に配置され、半導体素子１５０の電極が設けられている部分に当接する。支持部１４３は、脚部１４２と同じように、中継端子１３０と半導体素子１５０の間隔を維持することができるため、第二はんだ１２２を溶融させた際に、第二はんだ１２２への押付荷重を軽減、または無くすことができる。従って、冷却後の第二はんだ１２２の厚さを支持部１４３がない場合より厚くすることが可能となり、第二はんだ１２２を線膨張率の違いによる歪に対し抗することができる大きさにすることができる。
【００２４】
位置決部１４４は、半導体素子１５０と中継端子１３０との位置関係を決定する部分である。本実施の形態の場合、位置決部１４４は、保持部１４１の周縁から半導体素子１５０向かって突出状に配置され、半導体素子１５０側面に当接する。位置決部１４４は、半導体素子１５０が平面視の形状と一致する貫通孔を備えた筒であり、半導体素子１５０を位置決部１４４の貫通孔に嵌め合わせることで、半導体素子１５０の回転方向を含む位置を決定することができる。
【００２５】
第一はんだ１２１は、配線基板１１０の配線部材１１２と中継端子１３０とを電気的に接続する部材である。第一はんだ１２１の種類は、特に限定されるものではないが、本実施の形態の場合、半導体素子１５０は、配線基板１１０に表面実装されるため、第一はんだ１２１は、はんだの粉末にフラックスを加えてペースト状にしたいわゆるクリームはんだをリフロー炉などにより加熱溶融させ、溶融後に冷却させて固化させたものである。
【００２６】
第二はんだ１２２は、中継端子１３０と半導体素子１５０のゲート電極１５１、ドレイン電極１５２、およびソース電極１５３などの電極とを電気的に接続する部材である。第二はんだ１２２の種類は、特に限定されるものではなく、第一はんだ１２１と同じでなくてもよいが、本実施の形態の場合は第一はんだ１２１と同じ種類が用いられている。
【００２７】
上記実施の形態で説明した回路基板１００によれば、配線基板１１０と半導体素子１５０とを第一はんだ１２１、および第二はんだ１２２を用いて電気的に接続している。つまり保持部材１４０に保持された中継端子１３０を介することで、中継端子１３０を用いない場合に比べて、倍程度のハンダの厚さで配線基板１１０と半導体素子１５０とを接続している。従って、図６の（ａ）の部分に示す回路基板１００の状態から、図６の（ｂ）の部分に示すように、温度の上昇により半導体素子１５０の電極の間隔の広がりよりも配線基板１１０の配線部材１１２の間隔が広くなった場合でも、第一はんだ１２１、および第二はんだ１２２に加えられる応力が抑制され、歪の発生が抑制されるため、クラックによる抵抗の増加、破断による絶縁などを抑制することが可能となる。
【００２８】
さらに、保持部材１４０の線膨張係数を配線基板１１０よりも半導体素子１５０に近くなるように調整することにより、半導体素子１５０の電極に対する負担を軽減することができ、電極の剥がれ等を軽減できる。
【００２９】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本発明に含まれる。
【００３０】
例えば、半導体素子１５０を平面視円板形状として説明したが、半導体素子１５０は、矩形など任意の形状を採用しうる。また、１つの半導体素子１５０に、ゲート電極１５１、ドレイン電極１５２、およびソース電極１５３の３つの電極が存在する場合を説明したが、１つの半導体素子１５０が複数のＭＯＳＦＥＴなどの機能部を備え、４以上の複数の電極を一面に備えていてもかまわない。この場合、中継端子１３０は、保持部材１４０により半導体素子１５０の電極に対応する位置に半導体素子１５０と同じ個数配置されてもかまわない。
【００３１】
また、保持部材１４０が、１つの半導体素子１５０を支持する場合を説明したが、１つの保持部材１４０が複数の半導体素子１５０を支持してもかまわない。この場合、支持する複数の半導体素子１５０がそれぞれ備える電極に対応して保持部材１４０は中継端子１３０を保持する。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、電動パワーステアリング様のモータの制御、車両を駆動するためのモータの制御、車両を操舵するためのモータの制御など用いられる回路基板に利用できる。さらに、モータの制御に限定されず、温度変化の激しい環境で用いられる回路基板１００に利用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１００：回路基板、１１０：配線基板、１１１：基板、１１２：配線部材、１３０：中継端子、１４０：保持部材、１４１：保持部、１４２：脚部、１４３：支持部、１４４：位置決部、１５０：半導体素子、１５１：ゲート電極、１５２：ドレイン電極、１５３：ソース電極、１５９：ヒートシンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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