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JP-2026077280-A - 電子装置、及び電子装置の組立方法

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Abstract

【課題】半導体から発生した熱を効率的に放散させることができ、且つ、小型・軽量化された電子装置を提供する。 【解決手段】電子装置は、筐体２０と、基板３１と、半導体３３と、放熱フィン５０と、第１の凸部５１と、第２の凹部２３３と、を備える。第１の凸部５１は、放熱フィンに設けられている。第２の凹部は、第１の凸部に対応する筐体の位置に設置されており、第２の凹部の表面が第１の凸部の表面から離間して第１の凸部に嵌合する。 【選択図】図１

Inventors

  • 三宅 敏広

Assignees

  • 株式会社デンソー

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20241025

Claims (13)

  1. 開口部（２５）が形成されている筐体（２０）と、 前記筐体内に配置されている基板（３１）と、 前記基板に実装され、前記筐体内に配置されている半導体（３３）と、 前記筐体内において前記半導体の上側に配置され、一部が前記開口部から露出している放熱フィン（５０）と、 前記放熱フィンに設けられている第１の凸部（５１）又は第１の凹部（５１）と、 前記第１の凸部に対応する前記筐体の位置に設置されている第２の凹部であって、前記第２の凹部の表面が前記第１の凸部の表面から離間して前記第１の凸部に嵌合するように構成された第２の凹部（２３３）、又は、前記第１の凹部に対応する前記筐体の位置に設けられている第２の凸部であって、前記第２の凸部の表面が前記第１の凹部の表面から離間して前記第１の凹部に嵌合するように構成された第２の凸部（２３３）と、を備える、 電子装置。
  2. 前記放熱フィン（５０）は、前記筐体内に位置するベース（５３）と、前記ベースに接続されて前記開口部（２５）から露出する複数のフィン（５２）と、を有し、 前記ベースは、前記開口部よりも大きい、 請求項１に記載の電子装置。
  3. 前記筐体（２０）と前記放熱フィン（５０）は、同じ金属材料で形成されている、 請求項１又は２に記載の電子装置。
  4. （ｉ）前記第１の凸部（５１）又は前記第１の凹部（５１）は、前記放熱フィン（５０）と一体に形成されており、且つ／又は、（ｉｉ）前記第２の凹部（２３３）又は前記第２の凸部（２３３）は、前記筐体（２０）と一体に形成されている、 請求項１又は２に記載の電子装置。
  5. 前記半導体（３３）と前記放熱フィン（５０）との間に配置された接着層（６０）を更に備える、 請求項１又は２に記載の電子装置。
  6. 前記第１の凸部（５１）と前記第２の凹部（２３３）との間、又は、前記第１の凹部（５１）と前記第２の凸部（２３３）との間に配置されたシール材（７０）を更に備える、 請求項５に記載の電子装置。
  7. 前記接着層（６０）は、シリコン樹脂又はエポキシ樹脂である、 請求項５に記載の電子装置。
  8. 前記シール材（７０）は、シリコン樹脂又はエポキシ樹脂である、 請求項６に記載の電子装置。
  9. 前記シール材（７０）は、金属である、 請求項６に記載の電子装置。
  10. 前記接着層（６０）の厚さは、前記シール材（７０）の厚さよりも小さく、 前記接着層の弾性率は、前記シール材の弾性率よりも大きい、 請求項６に記載の電子装置。
  11. 前記開口部（２５）は、前記筐体（２０）の上面（２３）に形成されており、 前記上面は、前記筐体の内側に向いた内表面（２３１）と、前記内表面の反対側の外表面（２３２）とを有し、 前記ベース（５３）は、前記半導体（３３）に向いた第１の面（５３１）と、前記第１の面と反対側の第２の面（５３２）とを有し、 前記第１の凸部（５１）又は前記第１の凹部（５１）は、前記内表面上に設けられており、 前記第２の凹部（２３３）又は前記第２の凸部（２３３）は、前記第２の面上に設けられている、 請求項２に記載の電子装置。
  12. 放熱フィン（５０）を半導体（３３）に取り付け、 前記放熱フィンが取り付けられた前記半導体を基板（３１）に実装し、 前記半導体が実装された前記基板を、筐体（２０）へ挿入して前記筐体の内部に配置し、 前記筐体の開口部（２５）から前記放熱フィンの一部を露出させるとともに、（ｉ）前記放熱フィンの第１の凸部（５１）を、前記第１の凸部の表面が前記筐体の第２の凹部（２３３）の表面から離間するように前記第２の凹部に嵌合させる、又は、（ｉｉ）前記放熱フィンの第１の凹部を、前記第１の凹部の表面が前記筐体の第２の凸部（２３３）の表面から離間するように前記第２の凸部に嵌合させる、 電子装置の組立方法。
  13. 半導体（３３）を基板（３１）に実装し、 前記基板に実装された前記半導体に放熱フィン（５０）を取り付け、 前記半導体が実装された前記基板を、筐体（２０）へ挿入して前記筐体の内部に配置し、 前記筐体の開口部（２５）から前記放熱フィンの一部を露出させるとともに、（ｉ）前記放熱フィンの第１の凸部（５１）を、前記第１の凸部の表面が前記筐体の第２の凹部（２３３）の表面から離間するように前記第２の凹部に嵌合させる、又は、（ｉｉ）前記放熱フィンの第１の凹部（５１）を、前記第１の凹部の表面が前記筐体の第２の凸部の表面から離間するように前記第２の凸部（２３３）に嵌合させる、 電子装置の組立方法。

Description

本開示は、電子装置及びその組立方法に関する。 特許文献１に記載の電子部品ユニットは、基板と、基板の表面に実装される半導体パッケージと、半導体パッケージ上に設置される押さえ板を有するヒートシンクと、基板の裏面に配置される補強板と、を備える。上記電子部品ユニットでは、補強板の隅部と押さえ板の隅部とを締結具で締め付けることにより、半導体パッケージをヒートシンクに押し付けて固定している。 特開２０１４－１６５２３１号公報 第１及び第２実施形態に係る電子装置の垂直断面を模式的に示す図である。図２Ａは、第１及び第２実施形態に係る電子装置の放熱フィンを模式的に示す図である。図２Ｂは、第１及び第２実施形態に係る筐体を模式的に示す図である。図３Ａ～３Ｄは、第１及び第２実施形態に係る筐体の凹部と放熱フィンの凸部の嵌合を模式的に示す図である。別の実施形態に係る筐体の凸部と放熱フィンの凹部の嵌合を模式的に示す図である。第１実施形態に係る電子装置の組立方法を模式的に示す図である。第２実施形態に係る電子装置の組立方法を模式的に示す図である。 （第１実施形態） ＜１－１．電子装置の構成＞ 図１及び２を参照して、本実施形態に係る電子装置１０の構成について説明する。電子装置１０は、筐体２０と、基板３１と、半導体３３と、放熱フィン５０と、蓋２００と、第１嵌合部５１と、第２嵌合部２３３と、接着層６０と、シール材７０と、を備える。 筐体２０は、アルミ、アルミ合金、銅、銅合金等の金属材料で形成されている。筐体２０は、底部が開口した直方形状を有する。筐体２０は、４つの側面２１と、上面２３と、中間面２２と、を備える。上面２３は、筐体２０の内側を向いた内表面２３１と、筐体２０の外側を向いた外表面２３２とを有する。上面２３には、方形状の開口部２５が形成されている。中間面２２は、筐体２０の高さ方向の中間付近に配置されている。中間面２２は、上面２３に平行に、４つの側面２１に接続している。中間面２２には、方形状の開口部２６が形成されている。開口部２６は、開口部２５よりも大きい。 蓋２００は、筐体２０と同じ金属材料で形成された板状の部材である。蓋２００は、４つの側面２１の下端２１１に取り付けられる。 基板３１は、筐体２０の内部に収容される。基板３１は、開口部２６よりも大きく、中間面２２に取り付けされる。本実施形態では、基板３１は、中間面２２に螺子止めされる。 半導体３３は、インターポーザ３３３と、複数のチップ３３１，３３２とを備える。複数のチップ３３１，３３２は、インターポーザ３３３に実装されている。インターポーザ３３３は、複数のチップ３３１，３３２の間を電気的に接続する配線、複数のチップ３３１，３３２の各々と基板３１との間を電気的に接続する配線等を含む。インターポーザ３３３と基板３１の間には、複数のはんだボール３２が配置されている。複数のはんだボール３２は、グリッド状に配列されている。インターポーザ３３３は、複数のはんだボール３２を介して、基板３１に電気的に接続されている。 接着層６０は、半導体３３の上面、すなわち、複数のチップ３３１,３３２の上面に薄く均一に形成されている。接着層６０は、例えば、シリコン樹脂やエポキシ樹脂である。接着層６０には、後述する放熱フィン５０が接着される。接着層６０は、厚さＸ１、弾性率Ｙ１を有する。 接着層６０がシリコン樹脂である場合、半導体３３から放熱フィン５０へ至る放熱経路の耐熱性を高めることができる。接着層６０が高熱伝導率のフィラーを混合したシリコン樹脂またはエポキシ樹脂である場合、放熱経路の放熱性をより高めることができる。 放熱フィン５０は、アルミ、アルミ合金、銅、銅合金等の金属材料で形成されている。本実施形態では、放熱フィン５０は、筐体２０と同じ金属材料で形成されている。これにより、熱サイクルの環境下で、筐体２０と放熱フィン５０の熱膨張係数の違いから発生する熱応力が低減される。ここでの熱サイクルは、後述する半導体３３から発生する熱により、筐体２０、放熱フィン５０、半導体３３及び基板３１が、加熱して膨張し、放熱して元に戻る変化のことである。 放熱フィン５０は、板状のベース５３と、複数のフィン５２と、を有する。ベース５３は、開口部２６よりも大きい。すなわち、ベース５３の平面面積は、開口部２６の開口面積よりも大きい。ベース５３は、第１の面５３１と、第１の面５３１の反対側の第２の面５３２と、を有する。筐体２０に放熱フィン５０が取り付けられた場合に、第１の面５３１は半導体３３の方へ向き、第２の面５３２は筐体２０の外側へ向く。複数のフィン５２は、ベース５３に垂直に、第２の面５３２に接続している。例えば、複数のフィン５２は、等間隔で配置されていてもよい。 放熱フィン５０、半導体３３の上側（すなわち、複数のチップ３１１，３１２の上側）に配置される。詳しくは、放熱フィン５０は、第１の面５３１が半導体３３の上面に配置された接着層６０に接触するように配置される。これにより、第１の面５３１は、接着層６０を介して半導体３３の上面に接合される。 なお、別の実施形態では、筐体２０は、放熱フィン５０と異なる金属材料で形成されていてもよい。また、別の実施形態では、電子装置１０は、半導体３３と放熱フィン５０との間に配置された接着層６０を備えていなくてもよい。この場合、放熱フィン５０は、第１の面５３１が半導体３３の上面に接するように載置されてもよい。 第１嵌合部５１は、放熱フィン５０に設けられている。詳しくは、図２Ａに示すように、第１嵌合部５１は、ベース５３の第２の面５３２において、複数のフィン５２を囲むように、複数のフィン５２の外側に設けられている。なお、図２Ａは、複数のフィン５２の形状を簡略化して、１つの直方体として示している。また、図２Ｂにおいては、筐体２０は、開口部２５の近傍のみを切り出して示しており、その外側の領域を省略している。 本実施形態において、第１嵌合部５１は、第２の面５３２から突出した凸部として形成されている。第１嵌合部５１は、複数のフィン５２と同じ方向に突出しているが、複数のフィン５２よりも突出量は小さい。本実施形態では、第１嵌合部５１は、本開示の第１の凸部に相当する。 また、本実施形態では、第１嵌合部５１は、放熱フィン５０と一体に形成されている。例えば、一つの金型で、放熱フィン５０と第１嵌合部５１が一体に形成されている。これにより、電子装置１０の部品数が低減される。 なお、別の実施形態では、図４に示すように、第１嵌合部５１は、第２の面５３２から第１の面５３１へ向かって凹んだ凹部として形成されていてもよい。さらに、別の実施形態では、第１嵌合部５１は、放熱フィン５０とは別体で形成し、放熱フィン５０の第２の面５３２に接着、ろう付、溶接等により取り付けてもよい。 第２嵌合部２３３は、半導体３３に放熱フィン５０を接合又は載置した状態において、第１嵌合部５１と対応する筐体２０の位置に設けられている。詳しくは、図２Ｂに示すように、第２嵌合部２３３は、上面２３の内表面２３１において、開口部２５を囲むように、開口部２５の外側に設けられている。 本実施形態において、第２嵌合部２３３は、第１嵌合部５１に対応する凹部として形成されている。第１嵌合部５１の凸部の長さは、第２嵌合部２３３の凹部の深さよりも大きい。本実施形態では、第２嵌合部２３３は、本開示の第２の凹部に対応する。 また、本実施形態では、第２嵌合部２３３は、筐体２０と一体に形成されている。例えば、一つの金型で、筐体２０と第２嵌合部２３３が一体に形成されている。これにより、電子装置１０の部品点数が低減される。 なお、別の実施形態では、図４に示すように、第１嵌合部５１が凹部として形成されている場合、第２嵌合部２３３は、内表面２３１から筐体２０の内側へ突出した凸部として形成されていてもよい。さらに、別の実施形態では、第２嵌合部２３３は、筐体２０とは別体で形成し、筐体２０の内表面２３１に接着、ろう付、溶接等により取り付けてもよい。 半導体３３に放熱フィン５０を接合又は載置した状態で、第１嵌合部５１は、第２嵌合部２３３に嵌合する。すなわち、第１嵌合部５１の凸部が、第２嵌合部２３３の凹部に嵌合する。第１嵌合部５１は、第１嵌合部５１の表面が第２嵌合部２３３の表面から離間した状態で、第２嵌合部２３３に嵌合する。すなわち、凸部の表面が凹部の表面から離間し、凸部の表面と凹部の表面との間に隙間が存在する状態で、第１嵌合部５１は第２嵌合部２３３に嵌合する。また、第２の面５３２が内表面２３１から離間した状態で、第１嵌合部５１は第２嵌合部２３３に嵌合する。すなわち、放熱フィン５０は、筐体２０に接触しない状態で、筐体２０に組付けられる。 なお、別の実施形態において、第１嵌合部５１が凹部として形成され、第２嵌合部２３３が凸部として形成されている場合でも、凹部の表面が凸部の表面から離間した状態で、第１嵌合部５１は第２嵌合部２３３に嵌合する。 放熱フィン５０が筐体２０に組付けられた状態において、ベース５３は筐体２０内に位置し、複数のフィン５２は開口部２５から外側へ露出する。半導体３３から生じた熱は、接着層６０を介して、放熱フィン５０から外部へ放出される、又は、接着層６０及び放熱フィン５０を介して、筐体２０から外部へ放出される。 シール材７０は、第１嵌合部５１と第２嵌合部２３３の間に配置される。すなわち、シール材７０は、凸部と凹部の間に配置される。シール材７０は、筐体２０と放熱フィン５０との隙間を埋め、筐体２０を密閉する。シール材７０は、例えば、シリコン樹脂やエポキシ樹脂、金属である。シール材７０が、シリコン樹脂又はエポキシ樹脂である場合、筐体２０の気密性が向上するとともに、放熱フィン５０から筐体２０への放熱経路の耐熱性が向上する。また、シール材７０がはんだやろう材などの金属である場合、半導体３３から放熱フィン５０を介して筐体２０へ至る放熱経路の熱抵抗が低減される。すなわち、半導体３３から放熱フィン５０を介して筐体２０へ至る放熱経路の放熱性が向上する。 シール材７０は、厚さＸ２、弾性率Ｙ２を有する。厚さＸ１は、厚さＸ２よりも小さく、弾性率Ｙ１は、弾性率Ｙ２よりも大きい。したがって、シール材７０は、接着層６０よりも変形しやすい。よって、熱サイクル環境下で、放熱フィン５０、半導体３３及び基板３１の熱膨張係数と筐体２０の熱膨張係数の差によって応力が発生した場合に、シール材７０が接着層６０よりも大きく変形して、熱応力を吸収する。これにより、接着層６０に作用する熱応力が低減される。 ＜１－２．第１及び第２嵌合部の機能＞ 第１嵌合部５１の表面と第２嵌合部２３３の表面との間に隙間（以下、第１の隙間）が存在することにより、放熱フィン５０、半導体３３及び基板３１と筐体２０との組付け公差を隙間に吸収しつつ、放熱フィン５０と筐体２０との嵌合が保持される。ひいては、半導体３３と放熱フィン５０との間隔が均一に保持されつつ、放熱フィン５０と筐体２０との嵌合が保持される。図３Ａは、組付け公差が略なく、放熱フィン５０、半導体３３及び基板３１が基準位置で筐体２０に組付けられている状態を示す。図３Ｂは、放熱フィン５０、半導体３３及び基板３１のうちの少なくとも一つが、基準位置に対して水平方向にずれた位置で筐体２０に組付けられている状態を示す。このような場合でも、第１の隙間により、水平方向の位置のずれが吸収されている。 さらに、第１の隙間に加えて、第２の面５３２と内表面２３１との隙間（以下、第２の隙間）により、より多くの組付け公差が吸収される。図３Ｃは、放熱フィン５０，半導体３３及び基板３１のうちの少なくとも一つが、基準位置に対して鉛直方向に傾いた位置で筐体２０に組付けられている状態を示す。このような場合でも、第１及び第２の隙間により、鉛直方向及び水平方向の位置ずれが