(57)【要約】      （修正有）【課題】電子装置の基板間接続において、リードフレームコネクタの接合部分に外力を受けた場合、その影響を直接受け難い接合構造を提供する。【解決手段】樹脂基板１９の電極とアルミベース２７表面に絶縁層２９を形成してなる金属基板の電極３７をリードフレームコネクタで接続するに当たり、リードフレームコネクタピン３１の金属基板への接合部分を本体部分に対し両側に形成した接合部分で接続し、接合強度を向上させた電子装置。【選択図】図７
2008141058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の部品を搭載した第一の基板と、第二の部品を搭載した第二の基板と、本体部分と前記本体部分との境界位置に前記本体部分に対し互いに反対方向にほぼ直角に突き出した形状に形成された第一の接合部を一端にかつ他端に第二の接合部を有し前記第一の基板と前記第二の基板とを接続するリードフレームコネクタとを備え、前記リードフレームコネクタの前記第一の接合部を前記第一の基板に設けられた電極パッドに接合し前記リードフレームコネクタの前記第二の接合部を前記第二の基板に設けられた電極に接合して前記第一の基板と前記第二の基板とを接続したことを特徴とする電子装置。
【請求項２】
第一の部品を搭載した第一の基板と、第二の部品を搭載した第二の基板と、一端をＴ形状に形成され前記第一の基板と前記第二の基板とを接続するリードフレームコネクタとを備え、前記Ｔ形状に形成された一端を前記第一の基板に設けられた電極パッドに接合し他端を前記第二の基板に設けられた電極に接合して前記リードフレームコネクタにより前記第一の基板と前記第二の基板とを接続したことを特徴とする電子装置。
【請求項３】
前記第一の部品が高発熱な部品であり、前記第二の部品が低発熱な部品であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記第一の基板と前記第二の基板とが、それぞれ部品が搭載された面が向き合うように対向させて配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子装置。
【請求項５】
前記第一の基板が金属ベース基板であり、前記第二の基板が樹脂基板であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子装置。
【請求項６】
前記第一の接合部は複数に分割されて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項７】
前記リードフレームコネクタの接合部と前記電極パッドとの間に、アルミの箔を挟んで超音波接合されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子装置。
【請求項８】
前記リードフレームコネクタと前記電極パッドの素材が銅であることを特徴とする請求項７記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用モータドライバ装置や直噴エンジン制御装置等に代表される電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題への配慮などから、ハイブリッド車に代表される電気モータ駆動を利用した自動車は今後ますます普及していくと思われる。また、従来は油圧で制御されていたパワーステアリングやブレーキなども、電気モータを利用した電気制御ユニット（ＥＣＵ）化の傾向が強い。モータ制御ＥＣＵでは、大電流が流れるＩＧＢＴチップやＦＥＴチップを用いており、数十ワット〜数百ワットの熱を発熱している。これらの熱は、水冷あるいは空冷にて冷却する必要がある。また、直噴エンジン制御ユニットも今後需要が増すと考えられるが、その機能上、比較的大きな電流を扱う必要がある。これらのＥＣＵには、大電流が流れ、発熱が大きいため高い放熱性が必要な部分と、単に制御を行うため小さな電流しか流さない、それほどの放熱性を必要としない部分がある。前者をパワーモジュール、後者を制御モジュールと回路的に分けて製造し、併せて2枚の基板で構成することが、構造的に有利な場合が多くの製品においてある。これらの2枚の基板間接続においては、リードフレームコネクタを用いて、基板の端子パッド間をつなぐ技術があり、この場合には、主にはんだや超音波接合を用いて、リードフレームコネクタとパッドを接続する。
【０００３】
従来のリードフレームコネクタは、図６に示すような形状をしている。ここでは、基板パッドと超音波接合する部分を接合部分、それ以外の部分を本体部分と以降呼ぶことにするが、リードフレームコネクタの本体部分に対して片側に折れて形成した接合部分が、セラミック基板１５上の電極パッド３と波接合されている。このように接合部分は本体部分に対して片側にのみ形成されていた。
【０００４】
特許文献１には、コネクタの小形化を図るため、モジュール底面との導通と外部端子用にそれぞれを用いるためにピンを二股にし、二股のピン接合部を片側にのみ配しているカメラモジュール用のコネクタピンが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１７９３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
リードフレームコネクタとモジュールのはんだ接合には、プロセス上かなり制約が多い。例えば、基板間の接合を前提とした場合、それぞれの基板上への部品の実装は完了しているため、既に多くの部品がはんだで基板上に搭載されている。従って、リードフレームコネクタとの接合の際には、既に搭載されている部品のはんだ接続部が再溶融しないよう、局所加熱などにより、部分的にはんだが溶融するような手段をとるのが一般的である。従って、接合部が片側だけであると、接合力が弱く、既に搭載されている部品のはんだ部が再溶融して、部品の脱落や接続不良などが生じる可能性がある。
また、はんだを用いない接合方法として、リードフレームコネクタとパッドを超音波で接合する方法がある。基板がＬＴＣＣやＳｉＣなどのセラミック系の基板の場合、基板の剛性が十分なため、超音波のパワーが効率良く接合部に伝わり、接合強度は十分高くすることができるがコストが高くなるという課題がある。この課題を解決するため、絶縁層に樹脂を用いた金属ベース基板を用いる場合があるが、超音波のパワーを樹脂絶縁層が吸収してしまい、接合強度が弱くなってしまうために接合部が片側だけであると十分な接合強度が得られなくなる。
【０００７】
このように図６に示すように接合部分が本体部分に対して片側にのみ形成された構成であると、他端の接合部からの外力を受けた場合、その影響を直接受け易い。例えば、引張りの力がかかると、その引張り力だけでなく、接合部には、接合部中心を軸としたモーメント力がかかるため、接合部が剥がれ易い。そして、2枚の基板の相対的な位置が変動するような外力、例えば急激な温度変動や衝撃を受けた場合に、接合部が破壊してしまう場合があり、この破壊は、製品としての実稼動時だけでなく、出荷前の信頼性加速試験、例えば温度サイクル試験や、衝撃試験などにおいても生じる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため本発明の電子装置は、第一の部品を搭載した第一の基板と、第二の部品を搭載した第二の基板と、本体部分と前記本体部分との境界位置に前記本体部分に対し互いに反対方向にほぼ直角に突き出した形状に形成された第一の接合部を一端にかつ他端に第二の接合部を有し前記第一の基板と前記第二の基板とを接続するリードフレームコネクタとを備え、前記リードフレームコネクタの前記第一の接合部を前記第一の基板に設けられた電極パッドに接合し前記リードフレームコネクタの前記第二の接合部を前記第二の基板に設けられた電極に接合して前記第一の基板と前記第二の基板とを接続したことを特徴とする。
【０００９】
また第一の部品を搭載した第一の基板と、第二の部品を搭載した第二の基板と、一端をＴ形状に形成され前記第一の基板と前記第二の基板とを接続するリードフレームコネクタとを備え、前記Ｔ形状に形成された一端を前記第一の基板に設けられた電極パッドに接合し他端を前記第二の基板に設けられた電極に接合して前記リードフレームコネクタにより前記第一の基板と前記第二の基板とを接続したことを特徴とする。
【００１０】
また前記第一の部品が高発熱な部品であり、前記第二の部品が低発熱な部品であることを特徴とする。
【００１１】
また前記第一の基板と前記第二の基板とが、それぞれ部品が搭載された面が向き合うように対向させて配置されていることを特徴とする。
【００１２】
また前記第一の基板が金属ベース基板であり、前記第二の基板が樹脂基板であることを特徴とする。
【００１３】
また前記第一の接合部は複数に分割されて形成されていることを特徴とする。
【００１４】
更に前記リードフレームコネクタの接合部と前記電極パッドとの間に、アルミの箔を挟んで超音波接合されていることを特徴とする。
【００１５】
また前記リードフレームコネクタと前記電極パッドの素材が銅であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、十分なリード接続信頼性を有する電子装置を提供でき、特に金属ベース基板などの樹脂使用基板上にリードフレームコネクタを超音波接合で接合する場合でも樹脂部へのダメージ無く十分な接合強度を有する電子装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、発明を実施するための最良の形態について述べる。
【実施例１】
【００１８】
十分な信頼性を有する自動車用モータドライバや直噴エンジン制御装置として使用されるＥＣＵを実現できる実施例を以下に示す。まず、このＥＣＵの構造概観を図７に示す。ＭＯＳＦＥＴやダイオードなどの高発熱な部品２１が電極パッド３７を介して搭載されたパワーモジュールと、マイコンなどの低発熱な部品３３が電極パッド３７を介して搭載された制御モジュールが、それぞれ部品を搭載した面が向き合うように対向させて配置され、リードフレームコネクタ３１を用いて接続し、それらがアルミ筺体２３に収まる構造である。金属ベース基板はアルミ筺体に接着剤２５などで固定される。高熱伝導の接着剤を用いると、金属ベースから効率良く熱を筺体へ、さらには外部へ逃がすことが出来る。外部とは、制御モジュール部分のスルーホール３９に取り付けられたコネクタ３５を介し、電気的に接続される。このアルミ筺体２３には、さらにアルミ素材の筐体蓋１７がかぶせられて、接着剤にてシールされる。ネジでシールされる場合もあり、この場合には開閉が容易である。パワーモジュールは、アルミなどを用いたアルミべース２７および絶縁樹脂２９から成る金属ベース基板と部品２１から成る。制御モジュールは、樹脂基板（プリント基板）１９と部品３３から成る。リードフレームコネクタ３１は、樹脂基板１９に設けられたスルーホール４１にて電気的な接続を行う。接続は、はんだやプレスフィット接続にて行う。
【００１９】
通常、パワーモジュール部分には、比較的大きな電流が流れる回路や高発熱な部品が搭載される。高い放熱性が必要となるため、通常は熱伝導率の高いセラミック基板が用いられるが、コストの観点から、樹脂の絶縁層を有しなおかつ放熱性を向上できる金属ベース基板を用いる。ベース金属としては、加工性と重量の観点から、アルミを用いる。銅を用いると、さらに放熱性を上げることが出来る。また、銅配線と熱膨張率を等しくすることができるため、基板の反りを低減することができる。基板の配線としては、通常のプリント基板に用いられる銅箔で良い。超音波接合のためには不要であるが、はんだ接続用のパッドにニッケルおよび金めっきが施される場合がある。その場合、超音波接合用のパッドにもニッケルおよび金めっきが形成されるが、それでも接合条件を適切に選べば問題ない。
【００２０】
ここで、本発明の電子装置におけるリードフレームコネクタの斜視図を図１に、その断面図を図２に示す。リードフレームコネクタ材としては、銅もしくは銅を基本とした合金を用いる。アルミを用いると、軽量化できる。ここで、３は基板上の電極パッド、５と７で基板を形成してあり、５はアルミベース、７は絶縁樹脂層である。以下基板の電極と接合する部分を接合部分、それ以外の部分を本体部分と以降呼ぶことにするが、リードフレームコネクタの本体部分を中心として、本体部分と接合部分との境界位置Ａにおいて本体部分に対し互いに反対方向にほぼ直角に突き出した２箇所の接合部分２ａ、２ｂを形成する。即ちリードフレームコネクタの本体部分を中心として、２箇所の接合部分を互いにほぼ直角な方向に対称に形成してＴ形状に形成している。そうすることによって、リードフレームコネクタの本体部分に振動や温度変化に伴う外力が付加された場合、通常形状のリードフレームコネクタを用いた場合に発生するモーメント力を、大幅に低減することができる。
【００２１】
また図８に示すように接合部分２ａ、２ｂを、本体部分に対してそれぞれ２箇所ずつに分割して計４箇所となる形状としてもよい。図示はしないが、さらにそれぞれ３箇所ずつ計６箇所など、ｎ箇所ずつ計２ｎ箇所に分割して形成しても同様の効果が得られることは明らかである。このように分割すると、接合部におけるリードフレームコネクタ本体部分の基板に平行な軸を中心とした回転によるモーメントに対し接合強度が増し、さらに超音波接合する場合、超音波のパワーが効率良く各部に伝わるため、トータルの接合強度を向上する効果を得ることができる。製造は、プレスで型抜きする方法が安価である。基板のパッド上にリードフレームコネクタ接合部が乗るように、位置あわせして、置く。リードフレームコネクタは通常複数あるので、それらを樹脂等で纏めておくと搭載し易い。基板電極３は、図３のように、一体となっていてもかまわない。
【００２２】
基板との接合プロセスは、例えば片側の接合部を超音波ボンダーの振動子の先端を押し当て、接合した後に、もう一方の接合部に、同様に振動子先端を押し当て、接合する。振動子の先端形状を図4のように工夫すると、1本のリードフレームコネクタの２箇所の接合部を同時に接合することが可能である。別々に接合する場合に、先に接合した箇所に、後で接合する際にダメージが生じる可能性があるのに対して、信頼性的に優れている。
【００２３】
樹脂ベース基板では、超音波のパワーを強くしすぎると、最も強度が低い樹脂絶縁層部分にダメージが集中し、樹脂が焦げたり、破壊して配線が樹脂と剥離したりする場合がある。従って、弱いパワーで接合する必要があり、リードフレームコネクタと基板の接合部1箇所あたりの面積を小さくし、しかしながら複数箇所で接合する本発明は、基板へのダメージを回避しながら、接合強度は十分に保つ方法として優れている。
【００２４】
また、本発明は、金属基板ばかりでなく、通常の樹脂基板（プリント基板）に対しても、小さい接合部とすることが出来るため、実装密度を上げるために極めて有効である。パワーモジュールにおいて、樹脂基板を用いることは放熱性的に難しいが、同一筺体内に制御モジュールが配される場合、制御モジュールに樹脂基板が用いられる。また、エポキシ樹脂にアルミナやシリカのフィラーを混合した高熱伝導の絶縁樹脂材料も近年開発されてきているため、そのような材料を用いた樹脂基板を、パワーモジュールに使用してもよい。
【００２５】
以上の効果は、モジュール構造全体の容積を小さくするために、部品の搭載された面を対向させて重ねるように配置されることが多いが、パワーモジュールと制御モジュールとを、横に並ぶような配置に対しても、全く同等であることは明らかである。
【実施例２】
【００２６】
第２の実施例を図５に示す。図５は、超音波接合後の構造断面図を示しており、銅素材のリードフレームコネクタ１と金属ベース７上の樹脂絶縁層５に設けられた銅素材の電極パッド３と接合において、界面に接合部と同程度の面積を有するアルミ箔１３を挟んで、超音波接合している。それ以外は、上記実施例１と同じである。銅と銅の接合よりも、アルミと銅の接合の方が、低いパワーで良好な接合が得られるので、アルミ箔をリードフレームコネクタと基板の間に挟んで、超音波で接合するとより高い接合強度の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明に係わるリードフレームコネクタの接合部近傍の形状例を表す斜視図である。
【図２】図２は、本発明に係わるのリードフレームコネクタの接合部近傍の形状例を表す断面図である。
【図３】図３は、本発明に係わるリードフレームコネクタの接合部近傍の形状例を表す断面図である。
【図４】図４は、本発明に係わるリードフレームコネクタを一括で接続する超音波接合装置の振動子ツールの先端部形状例である。
【図５】図５は、本発明に係わるリードフレームコネクタの接合部近傍の形状例の第２の実施例を表す断面図である。
【図６】図６は、従来のリードフレームコネクタの接合部近傍の形状例を表す断面図である。
【図７】図７は、本発明の電子装置であるECUモジュールの断面図である。
【図８】図８は、本発明に係わるリードフレームコネクタの接合部近傍の他の形状例を表す斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…リードフレームコネクタ、２ａ、２ｂ…接合部分、３…電極パッド、５…樹脂絶縁層、７…金属ベース、９…振動子ツール軸、１１…振動子ツール先端部、１３…アルミ箔、１５…セラミック基板、１７…筺体蓋、１９…樹脂基板（プリント基板）、２１…電子部品（主に高発熱）、２３…アルミ筺体、２５…接着剤、２７…アルミベース、２９…絶縁層、３１…コネクタピン、３３…電子部品（主に低発熱）、３５…コネクタ（外部端子）、３７…電極、３９、４１…基板スルーホール。
【図１】
2008141058.tif 000003
【図２】
2008141058.tif 000004
【図３】
2008141058.tif 000005
【図４】
2008141058.tif 000006
【図５】
2008141058.tif 000007
【図６】
2008141058.tif 000008
【図７】
2008141058.tif 000009
【図８】
2008141058.tif 000010