(57)【要約】【課題】  省面積化および高放熱化を実現することが可能な、シャント抵抗を備える回路装置を提供する。【解決手段】  混成集積回路装置１００は、金属基板１と、その金属基板１上に貼着された絶縁樹脂層２と、その絶縁樹脂層２の上に形成された所望形状の配線３ａ，３ｂと、その配線３ｂに接続されたヒートスプレッダー４と、そのヒートスプレッダー４に接続された電力増幅素子５ｂと、その電力増幅素子５ｂと配線３ａを接続するワイヤ６ｂと、金属基板１の上に形成された抵抗体７と、抵抗体７に接続された電力増幅素子５ａと、電力増幅素子５ａと配線３ａとをつなぐ、ワイヤ６ａから構成される。ここで抵抗体７は、抵抗ペーストによるものであり、金属基板１と電力増幅素子５ａとに接して配置されている。なお、電力増幅素子５ａと金属基板１とは、抵抗体７を介して電気的に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板と、
前記金属基板の上に接して設けられた抵抗体と、
前記抵抗体の上に接して設けられた回路素子と、
を備え、
前記回路素子と金属基板とは、前記抵抗体を介して電気的に接続されていることを特徴とした回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混成集積回路装置に関し、特に電力増幅素子を備え、電力増幅素子の放熱および電力増幅素子を流れる電流のモニターが必要な混成集積回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータを駆動するインバータ、スピーカを駆動するパワーアンプなど、重たい負荷を駆動するモジュールは大きな発熱が伴うために、放熱のための工夫がされている。
【０００３】
図５は、一般的なモジュールにおける負荷を駆動するパワードライブ段の回路を示す回路図である。負荷１０２に対して、電荷を供給したり、引き抜いたりするために、電力増幅素子１０１と電力増幅素子１０３の２つの電力増幅素子でドライブされる。また、電力増幅素子１０３とＧＮＤの間には、電流検出を行うためのシャント抵抗１０４が挿入されている。即ち、２つの電力増幅素子に流れる電流をシャント抵抗１０４により電圧に変換し、電流検出ノード１０５より検出するものである。この電圧がシステムの制御に反映される。
【０００４】
図６は、図５で示した回路を基板に配置した回路装置の断面図である。この回路装置では、電力増幅素子１０１，１０３は大きな熱を発生するため、放熱を考慮した構造となっている。即ち、金属基板１０７に銅やアルミニウムなど、熱伝導性の高い心材が用いられており、放熱器やケースなどに熱を伝達する構造となっている。電力増幅素子１０３および電力増幅素子１０１の直下には、ヒートスプレッダー１０９と呼ばれる板があり、過渡的に発生する熱を放熱している。そして、シャント抵抗は、チップ抵抗体１０４などで構成され、電力増幅素子１０３と並んで配置されている。
【０００５】
図７は、特許文献１に記載の電子回路装置におけるシャント抵抗配置部の断面図である。この電子回路装置では、セラミック基板２１１上に、抵抗ペーストによる厚膜印刷抵抗２１８がシャント抵抗として配置されている。厚膜印刷抵抗２１８は、互いに対向して配置、形成された配線２１２、２１３間を跨ぐように形成されている。また、厚膜印刷抵抗２１８の上には、銅層２１９が積層されている。この特許文献１では、チップ抵抗体の代わりに、厚膜印刷抵抗２１８をシャント抵抗として用いることによって、電子回路装置の小型化と低コスト化を図っている。
【特許文献１】特開２００１−２８４７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、シャント抵抗は、オームの法則に基づいて電流から電圧への変換を行うので、高精度の抵抗が必要であり、通常の厚膜印刷抵抗では実現が難しく、またチップ抵抗体を用いる場合にも高精度なものを使う必要があった。
【０００７】
また、従来の電子回路装置では、電力増幅素子（または電界効果トランジスタ）とシャント抵抗は基板上に平面的に配置されており、シャント抵抗が存在する分だけ、レイアウト面積が大きくなるという問題があった。さらに、電力増幅素子の発熱に対処するために、ヒートスプレッダーを設ける必要があり、その部分の製造コストが余分にかかっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る回路装置は、金属基板と、金属基板の上に接して設けられた抵抗体と、抵抗体の上に接して設けられた回路素子と、
を備え、回路素子と金属基板とは、抵抗体を介して電気的に接続されていることを特徴とする。
【０００９】
この態様によれば、抵抗体と回路素子の縦積み配置となるため、回路装置の省面積化を実現することができる。また、抵抗体として熱伝導性の高い材料を用いることで、回路素子で発生する熱を、抵抗体を介して金属基板に放熱することができるため、回路装置の高放熱化を実現することができる。さらに、均質な材料により抵抗体を形成することで、電界集中が緩和され、抵抗体の耐圧を高めることができるので、回路装置の信頼性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、省面積化および高放熱化を実現することが可能な、シャント抵抗を備える回路装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を具現化した実施形態について図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のシャント抵抗を備える混成集積回路装置を示す断面図である。図１に基づいて、本発明の混成集積回路装置１００について説明する。
【００１２】
本発明の混成集積回路装置１００は、金属基板１と、その金属基板１上に貼着された絶縁樹脂層２と、その絶縁樹脂層２の上に形成された所望形状の配線３ａ，３ｂと、その配線３ｂに接続されたヒートスプレッダー４と、そのヒートスプレッダー４に接続された電力増幅素子５ｂと、この電力増幅素子５ｂと配線３ａを接続するワイヤ６ｂと、金属基板１の上に形成された抵抗体７と、抵抗体７に接続された電力増幅素子５ａと、この電力増幅素子５ａと配線３ａとをつなぐ、ワイヤ６ａから構成される。ここで抵抗体７は、金属基板１に接して設けられ、さらに電力増幅素子５ａとも接して配置されており、電力増幅素子５ａと金属基板１とは、抵抗体７を介して電気的に接続されている。なお、抵抗体７は抵抗ペーストによる抵抗体であり、シャント抵抗として機能する。
【００１３】
本発明の混成集積回路装置１００では、抵抗体７と電力増幅素子５ａが重ねられて配置されており、従来の平面的に配置されていた場合と比較して、抵抗体７（シャント抵抗）分の面積が削減されている。また、抵抗体７は金属基板１と接続しているので、熱伝導率の高い抵抗ペーストを使用することで、電力増幅素子５ａと金属基板１との間の熱抵抗を大幅に削減することができるため、ヒートスプレッダー無しで過渡的な熱に対応可能となる。
【００１４】
本発明の混成集積回路装置１００の製造方法について説明する。
【００１５】
金属基板１としては、アルミニウム、銅等の基板が用いられるが、ここでは、アルミニウム基板を用いる。この金属基板１の一主面上に対して、エポキシ樹脂あるいはポリイミド樹脂と銅箔とが一体化されたクラッド材をホットプレス等の加圧手段を用いて貼着する。そして、銅箔を所望形状にエッチングし所望形状の配線３ａ，３ｂが形成される。次に、レーザー等を用いて、後述する抵抗体７を形成したい部分の絶縁樹脂層２を除去する。しかる後に、後述する抵抗体７の形成法により、抵抗ペーストによる抵抗体７を形成する。なお、抵抗ペーストにサイズが均一な微粒子を混ぜた場合には、抵抗ペーストの膜厚のばらつきを抑えて、精度よく抵抗体７を形成することが可能となる。
【００１６】
引き続き、電力増幅素子５ｂおよび電力増幅素子５ａをそれぞれ配置する。ここで、電力増幅素子５ｂは、配線３ｂ上に設けられたヒートスプレッダー４を介して設けられ、電力増幅素子５ａは、抵抗体７の上に設けられる。なお、ヒートスプレッダー４や抵抗体７の上に各電力増幅素子を搭載する際には、はんだペーストなどで固着してもよい。
【００１７】
最後に、ワイヤ６ａ，６ｂによって、対応する電力増幅素子と配線３ａとを接続することによって、第１実施形態における混成集積回路装置１００が製造される。
【００１８】
以下に、抵抗ペーストによる抵抗体７の形成方法について説明する。図２に、抵抗ペーストのスキージング時における回路装置の断面図を示す。
【００１９】
まず、金属基板１の上に、形成したい抵抗体の形状に合わせてパターニングされた絶縁樹脂層２を形成する。次に、形成したい抵抗体の形状に合わせてメタルマスク１０を形成する。そして、カーボンペーストからなる抵抗ペースト７ｅを所定の領域にコーティングした後、スキージングブレード１１により、メタルマスク１０および絶縁樹脂層２の形状に合わせて、余分な抵抗ペーストをスキージングしてシート状抵抗体７を形成する。
【００２０】
その後、カーボンペーストの焼成を行う。１３０℃の雰囲気下で３０分間焼成して溶剤をとばし、シート状抵抗体７を硬化させる。その後、メタルマスク１０を除去することにより、所望の形状を有する抵抗体７が金属基板１の上に形成される。
【００２１】
なお、抵抗体７の材料としてカーボンペーストを用いる場合には、その比抵抗は８．０×１０−２Ωｃｍである。したがって、抵抗体７を５ｍｍ角で厚さ３０μｍに成型する場合には、抵抗値は約９．６ｍΩとなる。シャント抵抗としては一般的に１０ｍΩぐらいであればよく、電力増幅素子の大きさも５ｍｍ角ぐらいであるため、９．６ｍΩという抵抗値はシャント抵抗として相応である。
【００２２】
第１実施形態では、シート状抵抗体７の材料にカーボンを用いたが、カーボンは、絶縁樹脂膜２を構成する樹脂材料よりも熱伝導率がはるかに高い。例えば、エポキシ樹脂の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍＫ程度であり、基板の絶縁膜を構成しているアルミナフィラーを含有するエポキシ樹脂の熱伝導率が３〜６Ｗ／ｍＫであるのに対し、グラファイト単体では１００Ｗ／ｍＫ以上である。したがって、本実施形態では、シャント抵抗（抵抗体７）をシート状抵抗体としてパワーデバイス（電力増幅素子）の直下に配置することによって、モジュール（回路装置）の小型化が可能になるとともに、層間絶縁膜の代わりに配置することによって、パワーデバイス（電力増幅素子）から金属基板への熱抵抗を下げて、放熱性を高めるという効果が得られる。
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態のシャント抵抗を備える混成集積回路装置を示す断面図である。ここでは、パワードライブ段の電力増幅素子５ａ側の構造を中心に説明する。
【００２３】
第２実施形態での混成集積回路装置１００ａは、金属基板１と、その金属基板１上に貼着された絶縁樹脂層２と、その絶縁樹脂層２上に形成された所望形状の配線３と、その配線３および絶縁樹脂層２の上に形成された絶縁樹脂層２２と、その絶縁樹脂層２２上に形成された配線３３と、配線３３と配線３を接続するビア４４と、配線３と金属基板１を接続するビア４と、配線３３上に形成された抵抗体７と、抵抗体７に接続された電力増幅素子５ａから構成される。この構成においては、配線３３上に高精度の抵抗体７を形成することができる。したがって、配線３３上において抵抗体７と電力増幅素子５ａが重ねられており、シャント抵抗（抵抗体７）分の面積を削減可能である。また、抵抗体７は、配線３３、ビア４４、配線３、及びビア４を介して、金属基板１に接続されている。これらは、いずれも、熱伝導率の高い金属より構成されるため、抵抗体７として熱伝導率の高い抵抗ペーストを使用した場合には、電力増幅素子５ａ−金属基板１間の熱抵抗を大幅に削減することができ、第２実施形態においても、電力増幅素子５ａ側でヒートスプレッダー無しで過渡的な熱に対応可能となる。
（第２実施形態の変形例）
図４は、本発明の第２実施形態の変形例におけるシャント抵抗を備える混成集積回路装置を示す断面図である。第２実施形態と異なる点は、抵抗体７の大きさが、その上に設けられる電力増幅素子５ａよりも大きいことである。これ以外については、第２実施形態と同様である。
【００２４】
図４から明らかなように、形成する抵抗体７を、電力増幅素子５ａよりも大きくすることで、抵抗体７をあたかもヒートスプレッダーとしても機能させることができる。即ち、電力増幅素子５ａと熱結合をしている物（ここでは抵抗ペーストによる抵抗体７）の熱容量（体積に比例）を大きくすることで、過渡的な熱が電力増幅素子５ａに発生した場合に、その温度上昇を抑えることができる。電力増幅素子５ａは、抵抗体７、配線３３、ビア４４、配線３、及びビア４といった、熱伝導率の高いものを介して金属基板１に接続しているが、電力増幅素子５ａに発生する熱量が非常に高い場合は、上記のようなヒートスプレッダーの機能をはたすことになる。
【００２５】
以上、実施の形態により本発明を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されることなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の混成集積回路装置に適用することができる。
【００２６】
上述の実施形態では、抵抗体の材料としてカーボンペーストを例に挙げたが、銀ペースト等の印刷による形成が可能で、且つ、所望の抵抗値が得られる材料であればよい。また、抵抗ペーストにサイズが均一な微粒子を混ぜてもよい。この場合、微粒子を混合することによって、シート状の抵抗体の実効的な断面積が減少するので、ペーストのみの場合と比較して、シート状抵抗体の抵抗値が上昇する。上述のカーボンペーストを用いる場合には、体積充填率で約４％のプラスチック製微粒子を混合するのが好ましい。プラスチック製微粒子としては、例えば、ジビニルベンゼンを主成分とする架橋共重合樹脂からなる真球状のプラスチック製微粒子が挙げられる。粒径としては、シート状抵抗体の抵抗値が１０ｍΩとなるように、直径３０μｍの粒子を用いる。
【００２７】
さらに、抵抗体の内部に柔軟性を持った微粒子を用いた場合には、パワーデバイスからの発熱によって、シート状の抵抗体の温度が上昇し、熱変形を起こすような場合でも、微粒子が変形することよって、熱応力が低減されるので、はんだや配線層との剥離を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態のシャント抵抗を備える混成集積回路装置を示す断面図である。
【図２】抵抗ペーストのスキージング時における回路装置の断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態のシャント抵抗を備える混成集積回路装置を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の変形例におけるシャント抵抗を備える混成集積回路装置を示す断面図である。
【図５】一般的なモジュールにおける負荷を駆動するパワードライブ段の回路を示す回路図である。
【図６】図５で示した回路を基板に配置した回路装置の断面図である。
【図７】従来の電子回路装置におけるシャント抵抗配置部の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  金属基板
２  絶縁樹脂層
３ａ，３ｂ  配線
４  ヒートスプレッダー
５ａ，５ｂ  電力増幅素子
６ａ，６ｂ  ワイヤ
７  抵抗体
１００  回路装置
【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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【図７】
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