CN101577257A - 电子部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子部件，其具备搭载电子元件的绝缘构件和搭载绝缘构件的热扩散构件，绝缘构件的热膨胀系数比热扩散构件的热膨胀系数小，绝缘构件以埋入的方式搭载在设置于热扩散构件的表面的凹部内。

Description

电子部件
技术领域
本发明涉及耐应力的电子部件。
背景技术
一般，电子部件100如图9所示，大多使用将电子元件10隔着绝缘基板12安装于热扩散板14的结构。在这种安装结构的情况下，存在在对电子部件施加了冷热循环时由于热应力、残留应力使绝缘基板12产生裂纹等，最终对电子元件10的特性造成不良影响的情况。
因此，公开有在绝缘基板12与热扩散板14之间设置形成有多个贯通孔的铝的应力缓冲构件16的结构。由此，使绝缘基板12与热扩散板14之间的热传导变得优异，提高来自电子元件10的热的散热性能，通过由贯通孔构成的应力吸收空间的作用能够降低由应力产生的影响。
此外，还公开有以下技术：在包括陶瓷基板和与陶瓷基板的表面直接接合且主要由铝构成的金属板的陶瓷电路基板上，通过在金属板的外周边缘部内侧设置成为金属板的安装面的部分的厚度的1/6以上5/6以下的薄壁部而降低应力的影响。
此外，还公开有以下技术：在经由焊剂将作为基材的铜板和作为电子部件的硅芯片接合时，通过遍及硅芯片的接合面的外周部整个区域设置缺口部而进行接合，由此实现应力的分散和缓和。
这样，在叠层结构的电子部件中需要具有降低对于冷热循环等的应力的影响的结构。
但是，在目前为止的电子部件中，当叠层结构的一部分产生裂纹时裂纹在接合界面伸展直到电子元件的正下部，导致从电子元件到热扩散构件的热阻增加，使不良绝缘等增加而阻碍电子部件的可靠性、寿命的提高。
此外，为了抑制这种裂纹的伸展，需要设置应力缓冲构件等特别的构件，于是衍生出电子部件的制造成本增大等问题。
发明内容
本发明涉及电子部件。本发明的一个方式的电子部件包括：搭载电子元件的第一构件和搭载上述第一构件的第二构件，上述第一构件的热膨胀系数比上述第二构件的热膨胀系数小，上述第一构件以埋入的方式搭载在设置于上述第二构件的表面的凹部内。
附图说明
本发明的优选实施方式将通过以下附图详细描述，其中：
图1是表示本发明的实施方式的电子部件的结构的截面图。
图2是表示本发明的实施方式的电子部件的组装分解图。
图3是表示背景技术中的电子部件的结构的应力模拟结果的图。
图4是表示本发明的实施方式的电子部件的结构的应力模拟结果的图。
图5是表示本发明的实施方式的裂纹的产生状态的示意图。
图6是表示本发明的变形例1的电子部件的结构的截面图。
图7A和图7B是表示本发明的变形例2的电子部件的结构的平面图。
图8A和图8B是表示本发明的变形例3的电子部件的结构的截面图。
图9是表示背景技术中的电子部件的结构的截面图。
符号说明
10、20电子元件
12绝缘基板
14热扩散板
16应力缓冲构件
20a销
22绝缘构件
24热扩散构件
24a散热片
24b凹部
24c台阶
24d角
24e端部
24f底部
24g内侧面
24h表面
26润滑脂
28焊剂材料
30裂纹
100、200、202、206电子部件
具体实施方式
本发明的实施方式的电子部件200，如图1的截面图所示，包括电子元件20、绝缘构件22和热扩散构件24而构成。绝缘构件22搭载在热扩散构件24的表面之上，电子元件20搭载在绝缘构件22的表面之上。
电子元件20包括半导体集成电路(IC)、电阻元件、电容器、电感等而构成。电子元件20能够通过将电子元件芯片收纳在DIP型、SIP型、BGA型等的封装件中而构成。本实施方式的电子部件200因为对于由冷热循环等产生的应力具有强的耐受性，因此在例如包括元件的使用时发热大的IGBT或功率MOSFET等大电力用的电子元件的情况下能够进一步发挥效果。
绝缘构件22是用于防止电子元件20与热扩散构件24之间的电连接的部件。本实施方式的绝缘构件22如图2的组装分解图所示，为具有短边L1、长边L2和厚度T的板状的构件。
绝缘构件22只要满足必须的绝缘特性、热传导率和机械强度则可以由任何材料构成。例如，能够由氧化铝、氮化铝等陶瓷构成。
在绝缘构件22的表面上形成有电路层，通过焊接等将电子元件20的销20a接合而电连接于电路层。电路层由导电性优异的铝、铜、银、金等导电性材料形成。此外，在绝缘构件22与电子元件20之间，为了提高焊剂接合或者热传导，也可以是在绝缘构件22与电子元件之间涂敷并夹入有机硅化合物聚合体等的润滑脂26的结构。
热扩散构件24是以通过散发由电子元件20产生的热而降低电子部件200的温度为目的的构件。也被称为散热器或散热板。优选，热扩散构件24用比绝缘构件22线膨胀系数高且热传导率高的铝、铜等金属作为材料形成。
热扩散构件24的性能由热阻表现。热阻越小则性能越高，能够有效地散发所施加的热。热阻由热扩散构件24的材质、大小、形状等决定。为了提高热扩散构件24的热传导性能，优选以使得表面积加大的方式设置散热片24a等的形状。冷却热扩散构件24的冷媒可以是空气等气体，也可以是水等液体。此外，为了提高冷却能力可以设置风扇、泵等，强制性地由冷媒进行冷却。
在本实施方式中，如图1的截面图和图2的组装分解图所示，在热扩散构件24的表面设置有凹部24b。在热扩散构件24的凹部24b内填充有焊剂材料28，从绝缘构件22的未搭载电子元件20的背面侧，使绝缘构件22以埋入凹部24b内的方式固定于热扩散构件24。这样，通过焊剂材料28将绝缘构件22搭载于热扩散构件24。
焊剂材料28可以使用通常的铅和锡的合金即焊剂，但是考虑到环境优选使用无铅焊剂。优选，焊剂材料28具有比热扩散构件24的线膨胀系数小且比绝缘构件22的线膨胀系数大的线膨胀系数。
此外，优选凹部24b的短边W1和长边W2分别比绝缘构件22的短边L1和长边L2稍大。由此，能够将绝缘构件22配置在凹部24b内。此外，优选凹部24b的深度D为绝缘构件22的厚度T的至少1/4以上。这样，优选，使深度D为绝缘构件22的厚度T的至少1/4以上，使绝缘构件22的厚度的1/4以上埋入凹部24b。
通过这样以埋入热扩散构件24的凹部24b内的方式配置绝缘构件22，能够降低热扩散构件24与绝缘构件22的线膨胀率的不同所带来的影响。
图3表示对现有的具有非埋入型叠层结构的电子部件中的热扩散构件24与绝缘构件22的接合部分的应力强度进行模拟的结果。此外，图4表示对本实施方式的电子部件200中的热扩散构件24与绝缘构件22的接合部分的应力强度进行模拟的结果。设定将电子部件保持在作为焊剂材料28的接合温度的大约230℃的状态下无应力，图3和图4表示对将电子部件保持在0℃的情况下的热应力进行模拟的结果。在模拟中，绝缘构件的线膨胀系数为10ppm/K，热扩散构件的线膨胀系数设定为20ppm/K。
从图3和图4明确可知，与现有的电子部件相比，在本实施方式的电子部件200中，施加在热扩散构件24与绝缘构件22之间的应力被缓和。特别是，在绝缘构件22的角部附近那样一般的应力集中的部分，与现有相比，施加在本实施方式的电子部件200上的应力变小。具体而言，产生于焊剂材料28的应力，在没有埋入的情况下为-1227MPa，与此相对，在埋入的情况下降低至-378MPa。通过绝缘构件22介由焊剂材料28而埋入，使绝缘构件22的热变形举动变得易于跟随热扩散构件24，其结果，主要的热膨胀方向X-Y面的应力减轻，并且应力介由凹陷焊剂材料向侧面扩散。进而，埋入结构中的各构件间的接合开放端的界面方向为凹陷深度方向Z，由于Z方向的接合长度短，所以可认为热膨胀差变小而难以引起在开放端部的应力集中。
此外，在绝缘构件22与热扩散构件24之间埋入的焊剂材料28中产生的裂纹30，如图5的示意图所示，也在相对于作为绝缘构件22、热扩散构件24的主要的热膨胀方向的平面方向X-Y正交的热扩散构件24的凹部24b的深度方向Z上延伸。即，在现有的具有叠层结构的电子部件中，构件之间的接合在平面内进行，导致基于应力的裂纹30的伸展方向与应力引起的构件的伸缩方向一致，但在本实施方式中可推定通过采用埋入结构而使裂纹30的伸展方向为焊剂材料28的深度方向，抑制了向平面方向的伸展。
由此，裂纹30向绝缘构件22中的电子元件20的正下方的区域的延伸得到抑制，能够提高电子部件200的可靠性。特别是在裂纹30向绝缘构件22中的电子元件20的正下方的区域延伸了的情况下，从电子元件20到热扩散构件24的热阻变大，电子元件20的冷却效率显著降低，因此在能够防止这一点上有利。
此外，通过设置有凹部24b，还具有在将绝缘构件22装进热扩散构件24时的定位和保持变得容易的优点。
进而，由于焊剂材料28填充在凹部24b内，因此还能够防止焊剂材料28从热扩散构件24的表面上露出。
<变形例1>
图6表示本发明的实施方式的变形例的电子部件202的截面图。在本变形例中，在热扩散部件24的表面侧设置有用于设置凹部24b的台阶24c。其他结构与上述实施方式相同。在这种结构中也能够获得与上述实施方式相同的作用、效果。
其中，在本变形例中形成台阶24c，其框厚变薄，因此向平面方向的热膨胀量变小，能够使热扩散构件24的热膨胀对绝缘构件22的影响更小。
<变形例2>
图7A和图7B表示本发明的实施方式的变形例的电子部件202的平面图。在本变形例中，将设置于热扩散构件24的凹部24b的角部加工为曲面状或者加工为应力疏散结构(避让结构)。
在图7A中，从热扩散构件24的表面侧来看，使设置于热扩散构件24的凹部24b的侧面彼此所成的角24d加工为圆弧状。此外，在图7B中，以从设置于热扩散构件24的凹部24b的角部突出的方式设置半圆状的凹陷端部24e。
这样，通过将设置于热扩散构件24的凹部24b的角部加工为曲面状或者加工为应力疏散结构，能够使施加在热扩散构件24的凹部24b的角部的应力更加缓和、分散。而且，沿着凹部24b的长边的热膨胀量比沿着短边的热膨胀量大，所以更优选如图7B所示，凹陷端部24e以沿着凹部24b的长边从短边突出的方式设置。
而且，本变形例的结构也能够适用于上述实施方式和变形例1的结构的任意一个，在任一情况下都能够使施加在热扩散构件24的凹部24b的角部的应力更加缓和、分散。
<变形例3>
图8A和图8B表示本发明的实施方式的变形例的电子部件206的局部截面图。图8A和图8B是扩大表示埋入有绝缘构件22的凹部24b的图。
图8A是凹部24b的底部24f与内侧面24g所形成的拐角被加工成曲面状的图。此外，图8B是表示凹部24b的内侧面24g与表面24h所形成的拐角被加工成曲面状的图。
这样，通过将设置于热扩散构件24的凹部24b的角部加工为曲面状，能够使施加在热扩散构件24的凹部24b的角部的应力更加缓和、分散。而且，通过同时适用图8A和图8B的结构，能够获得更好的效果。此外，本变形例也可以与上述实施方式、变形例1和2的任意一个组合。

Claims (12)

1.一种电子部件，包括：
搭载电子元件的第一构件和搭载所述第一构件的第二构件，
所述第一构件的热膨胀系数比所述第二构件的热膨胀系数小，
所述第一构件以埋入的方式搭载在设置于所述第二构件的表面的凹部内。
2.如权利要求1所述的电子部件，其中，
所述凹部设置于从所述第二构件的表面突出的台阶部。
3.如权利要求1所述的电子部件，其中，
所述凹部的深度为所述第一构件的厚度的1/4以上。
4.如权利要求2所述的电子部件，其中，
所述凹部的深度为所述第一构件的厚度的1/4以上。
5.如权利要求1所述的电子部件，其中，
所述凹部的角部被加工成曲面状。
6.如权利要求2所述的电子部件，其中，
所述凹部的角部被加工成曲面状。
7.如权利要求3所述的电子部件，其中，
所述凹部的角部被加工成曲面状。
8.如权利要求1所述的电子部件，其中，
所述凹部的角部被加工成应力疏散结构。
9.如权利要求2所述的电子部件，其中，
所述凹部的角部被加工成应力疏散结构。
10.如权利要求3所述的电子部件，其中，
所述凹部的角部被加工成应力疏散结构。
11.如权利要求1所述的电子部件，其中，
所述第一构件和所述第二构件由填充于所述凹部的焊剂材料粘接固定。
12.如权利要求11所述的电子部件，其中，
所述焊剂材料具有比所述第一构件的线膨胀系数大、比所述第二构件的线膨胀系数小的线膨胀系数。
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