專利名稱：電路模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理大電力的電路模塊。
背景技術(shù)：
近年來，報章雜志上報導(dǎo)了環(huán)境破壞、地球暖化的預(yù)兆、以及該 暖化的原因。其原因雖有各種，但電力消費(fèi)增加亦為其中之一。由于 前述電力大部分皆仰賴逐漸枯竭的石油，燃燒前述石油而導(dǎo)致二氧化 碳?xì)怏w釋放出至大氣層即為一問題。此外，汽車幾乎皆為汽油引擎車 亦為原因之一。當(dāng)然，前述電力為驅(qū)動全世界的電子機(jī)器所需者。其系成為洗衣 機(jī)、空調(diào)機(jī)、行動裝置等的電源，為地球上的人類維持文明生活上所 需者，故為非常難以解決的課題。另一方面，汽車成為高功能者，當(dāng)可在車內(nèi)進(jìn)行視訊會議、可通過汽車導(dǎo)航系統(tǒng)(Car navigation)引導(dǎo)至目的地、或可用車內(nèi)冷氣機(jī)而變 得涼爽、可通過車頭燈而更鮮明地進(jìn)行照明時，則其功能會越來越高 功能化，而使世界上的消費(fèi)者們競相購買汽車。亦即，因與以往不同 而于車內(nèi)使用種種功能而進(jìn)行駕駛，結(jié)果使能源的消費(fèi)擴(kuò)大。 電腦和行動電話也是如此。為了實(shí)現(xiàn)上述功能而采用半導(dǎo)體裝置(所謂功率元件、被稱為IC、 LSI的半導(dǎo)體裝置)，將所述例如安裝于印刷基板等安裝基板上，且安 裝于電子機(jī)器組中。若考量此事，則對半導(dǎo)體裝置而言，消耗電力的 削減也成為了非常重要的課題。前述電子機(jī)器、尤其是半導(dǎo)體裝置會因運(yùn)作而發(fā)熱，而使活性區(qū) 域的溫度上升，結(jié)果造成驅(qū)動能力的降低。而若欲提升其驅(qū)動能力則 會更加消耗能源。亦即，有需要以某種形式使半導(dǎo)體裝置的熱釋出至外部，且削減 半導(dǎo)體裝置本身所消耗的電力。
前述趨勢較強(qiáng)者，例如在可進(jìn)行功率驅(qū)動的功率MOS裝置，需要 散熱的設(shè)計(jì)。因此，最近用于洗衣機(jī)、電冰箱等變流器(inverter)模塊、用于等離 子體顯示器的驅(qū)動模塊等裝置系積極地安裝于金屬基板上，以使其散 扭。該金屬基板在表面被覆絕緣樹脂等，且于其上形成導(dǎo)電圖案，并 將例如在變流器電路中所必需的元件予以電性連接且安裝于前述導(dǎo)電 圖案。例如，圖7為將金屬基板1與印刷基板2固定于殼(case)材3者。 于金屬基板1側(cè)，于島狀部3安裝有功率元件4，功率元件4上的電極 與焊墊5系通過金屬細(xì)線6而電性連接。前述印刷基板2也與金屬基板1同樣地，安裝有半導(dǎo)體元件、被 動元件，且將金屬基板l的電路與前述印刷基板的電路予以電性連接。發(fā)明內(nèi)容(發(fā)明所欲解決的課題)前述金屬基板1與印刷基板2在削減成本上具有重要意義。但是 因?yàn)榻饘倩?與印刷基板2的熱膨脹系數(shù)的差異、金屬基板1與Si 的熱膨脹系數(shù)的差異、以及印刷基板與Si的熱膨脹系數(shù)的差異，而存 有產(chǎn)生焊料龜裂、導(dǎo)電圖案斷線等問題。另外，金屬基板l若考慮散熱性，則導(dǎo)電圖案較宜為主要為單層。 若使其為多層，則于上下導(dǎo)電圖案間必須隔介有層間絕緣膜，而使安 裝于其上的半導(dǎo)體元件與作為底材的金屬基板間的熱阻增大。因此，依據(jù)電路規(guī)模，設(shè)有單層導(dǎo)電圖案的金屬基板存在有安裝 面積擴(kuò)大的問題，而無論如何都需要使用印刷基板等而構(gòu)成虛擬多層 構(gòu)造。且因印刷基板的熱膨脹，也會有對于所安裝的電路元件的電性 連接造成種種影響而引起動作不良的問題。(解決課題的手段)本發(fā)明有鑒于前述課題而研發(fā)，其用以解決課題的第l實(shí)施形態(tài)，具有第1模塊基板，具有至少表面被絕緣處理過的金屬性的第1基
板；由設(shè)于前述第1基板表面的導(dǎo)電材料所構(gòu)成的多個第1導(dǎo)電圖案;以及與前述第1導(dǎo)電圖案電性連接而被安裝于前述第1基板的功率半導(dǎo)體元件；第2模塊基板，具有樹脂基板；由設(shè)于前述樹脂基板表面的導(dǎo) 電材料所構(gòu)成的多個第2導(dǎo)電圖案；以及與前述第2導(dǎo)電圖案電性連 接而控制前述功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動元件；以及樹脂性的殼材，固持前述第1模塊基板的相對向側(cè)面，且將以隔有間隔的方式位于前述第1模塊基板的上方的第2模塊基板的相對向 側(cè)面予以固持；且將前述驅(qū)動元件偏離前述樹脂基板的中央而予以配置。其用以解決課題的第2實(shí)施形態(tài)，具有第1模塊基板，具有至少表面被絕緣處理過的金屬性的基底基 板；絕緣固定于前述基底基板之上，且至少表面被絕緣處理過的第1 基板；由設(shè)于前述第1基板表面的導(dǎo)電材料所構(gòu)成的多個第1導(dǎo)電圖 案；以及與前述第1導(dǎo)電圖案電性連接而被安裝于前述第1基板的功 率半導(dǎo)體元件；第2模塊基板，具有樹脂性的第2基板；由設(shè)于前述第2基板 表面的導(dǎo)電材料構(gòu)成的多個第2導(dǎo)電圖案；以及與前述第2導(dǎo)電圖案 電性連接而控制前述功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動元件；以及樹脂性的殼材，固持前述第1模塊基板的相對向側(cè)面，且將以隔 有間隔的方式位于前述第1模塊基板的上方的第2模塊基板的相對向 側(cè)面予以固持；且將前述驅(qū)動元件偏離前述第2基板的中央而予以配置。用以解決課題的第3實(shí)施形態(tài)，具有第1模塊基板，具有至少表面被絕緣處理過的矩形Al基底基板；以絕緣性接著劑固定在前述Al基底基板上，且至少表面被絕緣處理，且為縮入前述基底基板的周邊內(nèi)側(cè)的矩形的Al第1基板；由設(shè)于前述 第1基板表面的導(dǎo)電材料所構(gòu)成的多個第1導(dǎo)電圖案；以及與前述第1導(dǎo)電圖案電性連接而被安裝于前述第1基板的變流器用切換半導(dǎo)體元件；第2模塊基板，具有樹脂性的第2基板；由設(shè)于前述第2基板
表面的導(dǎo)電材料所構(gòu)成的多個第2導(dǎo)電圖案；以及與前述第2導(dǎo)電圖 案電性連接而控制前述切換半導(dǎo)體元件的微電腦；樹脂性的殼材，為如同從四角柱的上表面至下表面將內(nèi)部挖穿的 形狀，并使前述下表面的開口部與前述基底基板的4個側(cè)面抵接，且具有將第2基板的背面予以固持的固持部，其中，該第2基板從前述 上表面的開口部被插入而以隔有間隔的方式位于前述第1基板的上方;且前述微電腦偏離第2基板的中央而配置。(發(fā)明效果)如圖3所示，通過使用殼材，能以保有間隔的方式將印刷基板配 置于金屬基板上。但仍因金屬基板的熱膨脹所致的殼材的變形、或因 于功率半導(dǎo)體元件所致的印刷基板過熱等原因而無法完全消除印刷基 板的變形。因此，通過將電路元件偏離圖l(B)所示的中心線的交點(diǎn)， 即可避免于最彎曲的部分的電性連接。尤其是用以驅(qū)動功率半導(dǎo)體元 件的IC、 LSI是變流器等中最重要的部分，而可提升可靠性。


圖l(A)及(B)為表示本發(fā)明的電路模塊的圖。圖2為表示圖1的電路模塊的立體圖。圖3為于本發(fā)明的電路模塊中說明因膨脹所致的變形的圖。圖4為說明室外機(jī)內(nèi)部的圖。圖5為說明設(shè)于本發(fā)明的電路模塊的切口部的圖。圖6為說明設(shè)于本發(fā)明的電路模塊的切口部的圖。圖7為說明本發(fā)明的電路模塊的圖。主要元件符號說明1金屬基板1A第l基板1B基底基板2第2基板3殼材3A至3D側(cè)壁4功率半導(dǎo)體元件5焊墊6金屬細(xì)線7第1導(dǎo)電圖案20、21開口部22凸部23抵接部24螺絲孔25抵接部26相離部分27絕緣性接著劑28絕緣被膜29外部引腳30第2導(dǎo)電圖31驅(qū)動元件32通孔40第1模塊基板41第2基板50室外機(jī)51風(fēng)扇52框架52A隔層板53壓縮機(jī)54電路模塊55散熱鍺片60氣流路徑70、71、 72、 73切口部74印刷基板具體實(shí)施方式
以下，在說明本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)前， 一邊參閱圖l、圖7—邊說明 本發(fā)明的概要。圖1與圖7的大差異為相對于圖7通過金屬基板1與樹脂基板2 來實(shí)現(xiàn)，圖1采用兩片金屬基板。下方的金屬基板1B為基底基板，形 成為比上方的第1基板1A的全周大了 L2。該距離L2被稱為延面距離， 在構(gòu)成實(shí)際電路模塊時可使第1基板1A與基底基板1B背面的耐電壓 特性提升。接著進(jìn)入圖1的說明，其中僅有第1基板1A于圖7中為金屬基板 1之處不同，其余的構(gòu)成皆相同(可參閱現(xiàn)有技術(shù)的段落的說明文)。首先對殼材3進(jìn)行說明。該殼材3為如將四角柱的內(nèi)部挖空后的 形狀。亦即，4片側(cè)壁為由相對于紙面為近側(cè)的3A、與遠(yuǎn)側(cè)的3B、左 右的3C、 3D的4片側(cè)壁一體成形者。因此于下方和上方具有開口部 20、 21。另外，于殼材3的內(nèi)側(cè)具有朝向內(nèi)側(cè)的凸部22。因此，在從 上方開口部往下若干距離的位置形成有支持第2基板2的周圍的背面 的抵接部23。從圖l(B)來看，抵接部23位于殼材側(cè)壁3C、 3D的內(nèi)壁， 而抵接于第2基板2的左右側(cè)邊附近的背面。另一方面，為了在殼材 的側(cè)壁3A、 3B確保螺絲孔24、 24，內(nèi)壁具有與第2基板2抵接的部 分25、和與其相離的部分26。該相離的部分系形成為可使產(chǎn)生于第2 基板2與第1基板1A間的空間的熱經(jīng)由該相離部分26而釋放出至外 部。接著，說明基底基板IB與第1基板1A。前述2個基板為以導(dǎo)電 材料(例如Cu、 Al、或Fe)為主要材料者，或由合金所構(gòu)成。此外，由 熱傳導(dǎo)性佳的材料構(gòu)成，則氮化鋁、氮化硼等絕緣材料亦可。通常就 成本的觀點(diǎn)來看多采用Cu、 Al，在此以采用Al者進(jìn)行說明。由于兩者皆具有導(dǎo)電性，故需要絕緣處理。為了防止損傷，基底 基板1B、第1基板1A的兩面系施有陽極氧化膜。但，由于基板經(jīng)過 切割，故于其側(cè)面的中央會露出Al。在該基底基板1B之上通過絕緣 性接著劑27而固定有遍及全周地小了距離L2的尺寸較小的第1基板 1A。另外，于該第1基板1A，于形成于上表面的陽極氧化膜上被覆有 絕緣被膜28，且更于其上貼合有以Cu構(gòu)成的第l導(dǎo)電圖案7。該導(dǎo)電 圖案是由島狀部、線路、電極焊墊、被動元件用電極等所構(gòu)成。例如， 功率半導(dǎo)體元件4是由BIP型功率Tr、 MOS型功率Tr、 IGBT等所構(gòu) 成，其系電性連接于島狀部且被固定于島狀部。該元件的表面電極與 電極焊墊系例如通過金屬細(xì)線而連接。其他尚安裝有二極體、晶片電 阻、晶片電容器等。另外，于第1基板1A的側(cè)邊系設(shè)有固定引腳用的 焊墊，且外部引腳29系通過焊材而被固定于該固定引腳用的焊墊。該 外部引腳29系以從殼材3的頭部突出的長度，而如圖4所示地插入另 外準(zhǔn)備的安裝基板的通孔并與其電性連接。貼合有該基底基板1B與第1基板1A的第1模塊基板嵌合于殼材 3的下側(cè)開口部20。殼材3雖如說明地具有凸部22，但以另一種表現(xiàn) 方式而言，下方的開口部20系于全部側(cè)壁的內(nèi)側(cè)設(shè)有L字型的高低差， 且與基底基板1B的側(cè)面、和與該側(cè)面形成角部的上表面抵接而固定。 由此，通過與殼材3嵌合的第1模塊基板，除了開口部21以外完全地 被密封。接著說明第2基板2。該第2基板2是由樹脂性的基板所構(gòu)成，例 如較宜為被稱為印刷基板的玻璃環(huán)氧基板。該基板2系至少于表面形 成有一層以上的導(dǎo)電圖案。 一般而言，系于表面一層、兩面2層、4 層…之中進(jìn)行選擇。具體而言是視所安裝的元件的密度而決定第2導(dǎo) 電圖案30為幾層。該第2導(dǎo)電圖案30系與圖1案7相同地，由島狀
部、線路、電極焊墊、被動元件用的電極等所構(gòu)成。而安裝于其上的 元件為主動元件、被動元件、及屬于本發(fā)明的特征的元件31。前述元件31為驅(qū)動控制功率半導(dǎo)體元件4的IC，例如由微電腦所構(gòu)成。其他則由Tr、 二極體、晶片電阻、晶片電容所構(gòu)成。此外，于第2基板2左右側(cè)邊附近具有插入外部引腳29的通孔32。 通過該通孔32，構(gòu)成于第1基板的電路與構(gòu)成于第2基板2的電路電 性連接。該第2模塊基板經(jīng)由殼材3上的開口部21而設(shè)于內(nèi)部。如前所述， 抵接部23、 25設(shè)于殼材3的內(nèi)壁，且于其上配置第2基板2。在設(shè)置第2基板2前，為了防止焊材的龜裂、和外部空氣經(jīng)由相 離部分26進(jìn)入內(nèi)部，而如圖l(A)所示，通過灌注(potting)等設(shè)置將第 1基板的元件完全密封的樹脂。從第1基板1A表面至第2基板2的背 面為止的距離設(shè)定為L1，且將被覆樹脂的厚度設(shè)定為S1，而設(shè)有空間 部S2。該空間部S2的部分的空氣是由第1模塊基板加熱，而經(jīng)由相離 部分26釋放出至外部。因此就引起循環(huán)作用的意義而言，相離部分至 少需形成2個。實(shí)際上，本實(shí)施例中形成了4個。此外，視需要，也可于第2基板2上設(shè)置將元件完全密封的樹脂。 在此，驅(qū)動元件31雖有于圖l(A)中為裸裝、于圖l(B)中則形成為經(jīng)樹 脂封裝后的半導(dǎo)體元件的不一致，但實(shí)際上為任一者皆可。圖2為本電路模塊的立體圖，為了使殼材3與第2基板2的關(guān)系 更明了而另外圖示者。圖3對樹脂性的殼材3、第1模塊基板40、第2模塊基板41、以 及外部引腳29的熱關(guān)系進(jìn)行說明。本電路模塊以實(shí)現(xiàn)空調(diào)機(jī)的變流器 電路做為一個實(shí)例，并例如安裝于圖4所示的室外機(jī)50。圖4為將室 外機(jī)50開封的圖示，51為空氣循環(huán)用的風(fēng)扇，于該風(fēng)扇的背面有熱交 換器。于風(fēng)扇51的右方附近設(shè)有Al或Fe的框體52，在隔層板52A 的下方設(shè)置有壓縮機(jī)(compressor)53，于隔層板52A的上方設(shè)置有安裝 了電路零件的印刷基板等。由于實(shí)際上有相當(dāng)復(fù)雜的電路零件故在圖 式中將其省略。另外，在隔層板52A的左方附近安裝有與隔層板52A 正交且垂直延伸的印刷基板，于此即安裝有本發(fā)明的電路模塊54。且 于為該電路模塊的背面的基底基板1B的背面設(shè)置有散熱儲片(fin)55。
該室外機(jī)中，壓縮機(jī)53、風(fēng)扇馬達(dá)、以及電路零件系成為熱源54，且 本體自身即設(shè)置于屋外。故室外機(jī)的內(nèi)部成為高溫。因此本電路模塊54本身亦暴露在高溫下。在此，Al的a(膨脹率)為23X10，C(Cu的a為20X10'6廠C)，樹 脂基板舉例而言于x-y方向的a 1為11至12X 10—6/°C，于z方向?yàn)?5 至30X10，C，而Si的a為2.0至4.0X10-VC，而有極大差異。換言 之，當(dāng)室外機(jī)成為高溫時，如圖3所示，殼材3的下方因2片Al的ci 而大幅膨脹，相反地印刷基板側(cè)則不會膨脹太多。如此一來，殼材3 本身若夸大表示則會變形為如梯形的形狀。因此印刷基板41以朝下凸 出的形狀彎曲。該彎曲意味著圖l(B)的中心線交點(diǎn)將最為彎曲。因此，第2基板2有需要將電路元件的配置偏離圖3中的第2模 塊基板41的中央部分。換句話說，通過偏離該中央部分而進(jìn)行配置， 可使焊材或金屬細(xì)線等的電性連接的可靠性提升。尤其是屬于驅(qū)動元件的微電腦31，因?yàn)樵O(shè)有比其他半導(dǎo)體元件更 多的端子數(shù)量，故可將該驅(qū)動元件31偏離中央部分而使可靠性提升。接著，利用圖2、圖4至圖6進(jìn)一步對熱的散出路線進(jìn)行說明。在 圖4中的符號60為表示因空氣通過風(fēng)扇51或熱加熱而上升所產(chǎn)生的 氣流路徑A至B者。當(dāng)然，散熱鮚片55的溝設(shè)于垂直方向。因此于 電路模塊54中，若也沿著該氣流路徑A至B而設(shè)有切口部，則可更 提升散熱性。該切口部于圖2為70至73，該部分于第5、 6圖也有表示。于圖 5的相對于紙面為近側(cè)者，于圖4中與印刷基板74相向，而從上方觀 看圖4的電路模塊54的概略圖即為圖6。于切口部70、 71或溝中所圖 示的于O內(nèi)加入一黑點(diǎn)的符號，是表示從紙面的背面朝向表面(亦即圖 4的氣流路徑A至B)的方向者。綜上所述，于位于圖1的第2基板下方的空間蓄積基底基板的熱， 并經(jīng)由圖1的相離部分26而使其流入由殼材3、第2基板的密封樹脂 所圍起的空間。之后即產(chǎn)生圖4的氣流路徑A至B的流動、亦即從下 往上流經(jīng)該空間的氣流路徑。因此可實(shí)現(xiàn)高效率的散熱。ii
權(quán)利要求
1、一種電路模塊，具有第1模塊基板，具有至少表面被絕緣處理過的金屬性的第1基板；由設(shè)于前述第1基板表面的導(dǎo)電材料所構(gòu)成的多個第1導(dǎo)電圖案；以及與前述第1導(dǎo)電圖案電性連接而被安裝于前述第1基板的功率半導(dǎo)體元件；第2模塊基板，具有樹脂基板；由設(shè)于前述樹脂基板表面的導(dǎo)電材料所構(gòu)成的多個第2導(dǎo)電圖案；以及與前述第2導(dǎo)電圖案電性連接而控制前述功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動元件；以及樹脂性的殼材，固持前述第1模塊基板的相對向側(cè)面，且將以隔有間隔的方式位于前述第1模塊基板的上方的第2模塊基板的相對向側(cè)面予以固持；且將前述驅(qū)動元件偏離前述樹脂基板的中央而予以配置。
2、 一種電路模塊，具有-第1模塊基板，具有至少表面被絕緣處理過的金屬性的基底基 板；絕緣固定于前述基底基板之上，且至少表面被絕緣處理過的第1 基板；由設(shè)于前述第1基板表面的導(dǎo)電材料所構(gòu)成的多個第1導(dǎo)電圖 案；以及與前述第1導(dǎo)電圖案電性連接而被安裝于前述第1基板的功 率半導(dǎo)體元件；第2模塊基板，具有樹脂性的第2基板；由設(shè)于前述第2基板 表面的導(dǎo)電材料所構(gòu)成的多個第2導(dǎo)電圖案；以及與前述第2導(dǎo)電圖 案電性連接而控制前述功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動元件；以及樹脂性的殼材，固持前述第1模塊基板的相對向側(cè)面，且將以隔 有間隔的方式位于前述第1模塊基板的上方的第2模塊基板的相對向 側(cè)面予以固持；且將前述驅(qū)動元件偏離前述第2基板的中央而予以配置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電路模塊，其中，前述第1基板為以 Al或Cu為主材料的金屬基板，前述第2基板為玻璃環(huán)氧基板。
4、 一種電路模塊，具有第1模塊基板，具有至少表面被絕緣處理過的矩形Al基底基板; 以絕緣性接著劑固定在前述Al基底基板上，且至少表面被絕緣處理， 且為相比于前述基底基板的周邊而言，縮入內(nèi)側(cè)的矩形的Al第1基板; 由設(shè)于前述第1基板表面的導(dǎo)電材料所構(gòu)成的多個第1導(dǎo)電圖案；以 及與前述第1導(dǎo)電圖案電性連接而被安裝于前述第1基板的變流器用 切換半導(dǎo)體元件；第2模塊基板，具有樹脂性的第2基板；由設(shè)于前述第2基板 表面的導(dǎo)電材料所構(gòu)成的多個第2導(dǎo)電圖案；以及與前述第2導(dǎo)電圖 案電性連接而控制前述切換半導(dǎo)體元件的微電腦；以及樹脂性的殼材，為如同從四角柱的上表面至下表面將內(nèi)部挖穿的 形狀，并使前述下表面的開口部與前述基底基板的4個側(cè)面抵接，且 具有將第2基板的背面予以固持的固持部，其中，該第2基板從前述上表面的開口部被插入而以隔有間隔的方式位于與前述第1基板的上 方；且前述微電腦偏離第2基板的中央而配置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路模塊，其中，對應(yīng)于前述殼材上表面的 開口部的前述殼材的內(nèi)壁，具有與前述第2基板背面或側(cè)壁抵接的 第1側(cè)壁、及與前述第2基板側(cè)壁相離的第2側(cè)壁；且前述相離部分 系構(gòu)成空氣的通氣孔。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路模塊，其中，驅(qū)動前述切換半導(dǎo)體元件 所產(chǎn)生的熱從前述通氣孔釋放出至外部。
全文摘要
本發(fā)明的目的為提升散熱性，且在盡量減少對所安裝的元件的熱影響下，提升電路模塊的可靠性。在殼材3的下部嵌合有安裝了第1基板1A的基底基板1B，在殼材的上部以設(shè)有相離部26的方式設(shè)置第2基板2。而設(shè)置于第2基板2的驅(qū)動元件31以偏離第2基板2中央的方式設(shè)置。
文檔編號H01L25/00GK101399260SQ20081021146
公開日2009年4月1日 申請日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月27日
發(fā)明者坂本英行, 小池保広, 月澤正雄, 西塔秀史 申請人:三洋電機(jī)株式會社;三洋半導(dǎo)體株式會社