JP2014011385A - 電子デバイス、電子機器、および電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通電により発熱する発熱部品が温度検出機能を備えていなくてもその発熱部品の温度を検出することが可能な電子デバイスを提供する。
【解決手段】通電により発熱する発熱部品１と、発熱部品１が搭載され、発熱部品１を包み込むように折り曲げられている可撓性回路基板３と、発熱部品１の近傍で可撓性回路基板３に固定されている熱電対２と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通電によって発熱する発熱部品を可撓性回路基板で包み込んだ構造を有する電子デバイス、その電子デバイスを備えている電子機器、およびその電子デバイスの製造方法に関する。

通電によって発熱する発熱部品の一つに半導体チップがある。近年、半導体チップを可撓性回路基板で包み込んだ構造を有する３次元実装型半導体装置が提案されている（特許文献１参照）。３次元実装型半導体装置では、一般的に、可撓性回路基板が半導体チップの端部に沿って折り曲げられる。これにより、半導体チップが可撓性回路基板に包み込まれる。３次元実装型半導体装置では、可撓性回路基板の平面積（外形サイズ）が半導体チップと同等になる。そのため、装置の小型化を実現できるというメリットがある。

国際公開第２００９／０３１８６９号

通電によって発熱する発熱部品は、発熱温度が許容範囲を超えると誤動作する可能性が高くなる。そのため、発熱部品を有する電子デバイスは、発熱部品の温度を検出する機能を備えることが望ましい。しかし、上述した３次元実装型半導体装置のように可撓性回路基板に発熱部品が包み込まれた電子デバイスには、一般的に、発熱部品の温度を検出する機能は備わっていない。発熱部品が半導体チップの場合には、温度検出用のダイオードを半導体チップに形成する技術で対処できる。しかし、発熱部品が温度検出用のダイオードを形成するスペースを確保できない半導体チップ、または受動部品（例えば、コイル、抵抗）などの場合には、発熱部品の温度を検出することができない。

そこで、本発明は、可撓性回路基板に包み込まれている発熱部品が温度検出機能を備えていなくてもその発熱部品の温度を検出することが可能な電子デバイス、その電子デバイスを備えた電子機器、およびその電子デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電子デバイスは、通電により発熱する発熱部品と、前記発熱部品が搭載され、前記発熱部品を包み込むように折り曲げられている可撓性回路基板と、前記発熱部品の近傍で前記可撓性回路基板に固定されている熱電対と、を有する。

上記目的を達成するため、本発明の電子機器は、上記電子デバイスと、前記熱電対と電気的に接続され、前記熱電対の熱起電力に基づいて温度を計測する温度計測部と、を有する。

上記目的を達成するため、本発明の電子デバイスの製造方法は、通電により発熱する発熱部品を、該発熱部品よりも平面積が広い可撓性回路基板に搭載する工程と、前記発熱部品を包み込むように前記可撓性回路基板を折り曲げる工程と、前記可撓性回路基板を折り曲げたときに前記発熱部品の近傍となる位置で熱電対を前記可撓性回路基板に固定する工程と、を有する。

本発明によれば、可撓性回路基板に包み込まれている発熱部品が温度検出機能を備えていなくてもその発熱部品の温度を検出することが可能となる。

実施形態１の電子機器の断面図である。 実施形態１の電子機器の断面図である。 図１に示す可撓性回路基板の断面図である。 発熱部品が可撓性回路基板に搭載された状態を示す断面図である。 発熱部品が可撓性回路基板に搭載された状態を示す上面図である。 発熱部品の上面に熱電対が載せられた状態を示す断面図である。 発熱部品の上面に熱電対が載せられた状態を示す上面図である。 発熱部品が可撓性回路基板に包み込まれ、かつ熱電対が可撓性回路基板に固定された状態を示す断面図である。 実施形態１の電子デバイスの断面図である。 コネクタを介して熱電対を温度計測部に電気的に接続させる形態を示す断面図である。 実施形態２の電子デバイスの断面図である。 実施形態３の電子デバイスの断面図である。 実施形態３の電子デバイスの上面図である。 実施形態４の電子デバイスの断面図である。 実施形態５の電子デバイスの断面図である。 実施形態６の電子デバイスの断面図である。 実施形態７の電子デバイスの断面図である。 図１７に示す電子デバイスを有する電子機器の断面図である。

（実施形態１）
本発明の実施形態１について説明する。図１は、実施形態１の電子機器の断面図である。図１に示す電子機器１００では、電子デバイス１０１が実装基板５に搭載されている。図２は、実施形態１の電子デバイス１０１の上面図である。電子デバイス１０１では、通電により発熱する平板状の発熱部品１が可撓性回路基板３に包み込まれている。発熱部品１には、例えば、半導体チップ、半導体チップが収容された電子部品、受動部品などが挙げられる。半導体チップが収容された電子部品には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリ、ＩＣ（Integrated Circuit）などが挙げられる。受動部品には、例えば、コンデンサ、抵抗、コイルなどが挙げられる。

可撓性回路基板３には、発熱部品１の温度を検出するための熱電対２が固定されている。熱電対２の先端部では、互いに異なる２種類の金属線が接合されている。本実施形態では、熱電対２の先端部は発熱部品１に接触している。熱電対２の後端部は、パッド１３に電気的に接続されている。パッド１３は、配線６を通じて温度計測部７に電気的に接続されている。パッド１３、配線６、および温度計測部７は、実装基板５に搭載されている。熱電対２には、発熱部品１の温度に対応した熱起電力が生じる。温度計測部７は、熱電対２の熱起電力に基づいて温度を計測する。

図３は、図１に示す可撓性回路基板３の断面図である。図３に示す可撓性回路基板３は、折り曲げられる前の状態（平板状の状態）である。可撓性回路基板３は絶縁層１６を有する。絶縁層１６の片面には、外部電極１０が形成され、絶縁層１５が積層されている。絶縁層１６のもう片面には、外部電極１２が形成され、絶縁層１７が積層されている。本実施形態の可撓性回路基板３は、２つの配線層を有する構造であるが、配線層数は１つまたは３つ以上であってもよい。

外部電極１０は、発熱部品１と電気的に接続される。外部電極１２は、球体の外部端子４（図１参照）に電気的に接続される。本実施形態では、外部端子４にはＳｎＡｇＣｕはんだボールが用いられている。

絶縁層１５の表面９には、接着層１４が形成されている。本実施形態では、接着層１４には、熱可塑性樹脂の接着シートが用いられている。接着層１４には、熱電対２が接着される。

以下、本実施形態の電子機器の製造方法について説明する。

まず、可撓性回路基板３の外部電極１０（図３参照）の上にフラックスまたはクリームはんだが塗布される。その後、フリップチップ実装マウンター、およびチップマウンターを用いて、発熱部品１が外部電極１０の上に搭載される。図４は、発熱部品１が可撓性回路基板３に搭載された状態を示す断面図である。図５は、発熱部品１が可撓性回路基板３に搭載された状態を示す上面図である。

可撓性回路基板３に搭載された発熱部品１の上面には熱電対２が載せられる。図６は、発熱部品１の上面に熱電対２が載せられた状態を示す断面図である。図７は、発熱部品１の上面に熱電対２が載せられた状態を示す上面図である。

次に、可撓性回路基板３は、所定の温度に加熱されたヒーターステージ上に吸着固定される。その後、加圧ツールを用いて可撓性回路基板３を発熱部品１の一対の端面１８で折り曲げる。これにより端面１８に隣接する発熱部品１の両面が可撓性回路基板３に覆われる。このとき、熱電対２が可撓性回路基板３の接着層１４（図３参照）に接着する。図８は、発熱部品１が可撓性回路基板３に包み込まれ、かつ熱電対２が可撓性回路基板３に固定された状態を示す断面図である。

その後、可撓性回路基板３における外部電極１２（図３参照）がおよび裏面１１（絶縁層１７の表面）に外部端子４が形成される。これにより、電子デバイス１０１が完成する。図９は、電子デバイス１０１の断面図である。

最後に、マウンターで電子デバイス１０１が実装基板５に搭載され、リフロー装置で電子デバイス１０１が実装基板５にはんだ接続される。その後、熱電対２の後端部がパッド１３にはんだ接続される。これにより、図１に示す電子機器１００が完成する。

上述した本実施形態の電子デバイス１０１では、熱電対２が発熱部品１の近傍で可撓性回路基板３に固定されている。そのため、発熱部品１が温度検出機能を備えていなくても、熱電対２で発熱部品１の温度を検出することが可能となる。特に、本実施形態の電子デバイス１０１では、熱電対２が発熱部品１に接触しているので、発熱部品１の温度をより正確に検出することが可能となる。

本実施形態の電子デバイス１０１では、熱電対２は、実装基板５に形成されたパッド１３を介して温度計測部７に電気的に接続されている。本発明では、図１０に示すようにコネクタ１９を介して熱電対２を温度計測部７に電気的に接続させる形態であってもよい。

本実施形態の電子デバイス１０１では、熱電対２は発熱部品１の上面に接触している。本発明では、熱電対２が発熱部品１の下面または側面に接触する形態であってもよい。

（実施形態２）
本発明の実施形態２について説明する。以下、上述した実施形態１と異なる点を中心に説明する。図１１は、実施形態２の電子デバイスの断面図である。図１１では、実施形態１で説明した構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付している。

発熱部品１が半導体チップの場合、半導体チップは簡単に折り曲げられる。そのため発熱部品１が破壊しやすいことが懸念される。そこで、本実施形態の電子デバイス１０２では、図１１に示すように補強部材８が発熱部品１の周囲に配置されている。補強部材８は、可撓性回路基板３を折り曲げる前の状態（図６、７参照）で発熱部品１の周囲に配置される。本実施形態では、可撓性回路基板３は補強部材８の端部で折り曲げられる。これにより、補強部材８は、発熱部品１と同様に可撓性回路基板３に包み込まれる。

補強部材８は、発熱部品１よりも曲げ剛性が高い素材で構成されている。そのため、本実施形態の電子デバイス１０２は、実施形態１の電子デバイス１０１に比べて折り曲げにくくなるので発熱部品１が破壊しにくくなる。

補強部材８の素材には、例えば、金属、樹脂、または雲母が挙げられる。金属には、鉄、アルミニウム、アルミニウムを含んだ合金、ニッケルと鉄を含んだ合金、ニッケルとクロムを含んだ合金、クロムを含んだ合金、銅などが挙げられる。樹脂には、ナイロン、ポリプロピレン、エポキシ樹脂、カーボン、アラミド樹脂が挙げられる。

（実施形態３）
本発明の実施形態３について説明する。以下、上述した実施形態１、２と異なる点を中心に説明する。図１２は、実施形態３の電子デバイスの断面図である。図１３は、実施形態３の電子デバイスの上面図である。図１３、図１４では、実施形態１、２で説明した構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付している。

本実施形態の電子デバイス１０３では、２本の熱電対２が、発熱部品１の上面に接触した状態で可撓性回路基板３に固定されている。本実施形態の電子デバイス１０３では、発熱部品１の２箇所の温度を検出することが可能となる。

熱電対２の本数は、２本に限定されず３本以上であってもよい。各熱電対２は、発熱部品１の上面だけでなく、発熱部品１の下面あるいは側面に接触していてもよい。
（実施形態４）
本発明の実施形態４について説明する。以下、上述した実施形態１〜３と異なる点を中心に説明する。図１４は、実施形態４の電子デバイスの断面図である。図１４では、実施形態１〜３で説明した構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付している。

本実施形態の電子デバイス１０４は、一部が可撓性回路基板３と一体化した熱電対２０を有する。熱電対２０では、互いに異なる２種類の金属線が可撓性回路基板３に配線として形成されている。これらの金属線はポリイミドで被覆されている。可撓性回路基板３もポリイミドで構成されている。すなわち、本実施形態の熱電対２０では、金属線の被覆部の素材が可撓性回路基板３の素材と同じになっている。

本実施形態の電子デバイス１０４によれば、熱電対２０が可撓性回路基板３の内部に形成されている。そのため、上述した電子デバイス１０１〜１０３に比べてデバイス全体の厚みが抑えられる。よって、デバイスの薄型化が可能となる。

（実施形態５）
本発明の実施形態５について説明する。以下、上述した実施形態１〜４と異なる点を中心に説明する。図１５は、実施形態５の電子デバイスの断面図である。図１５では、実施形態１〜４で説明した構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付している。

本実施形態の電子デバイス１０５は、実施形態４で説明した２本の熱電対２０を有する。各熱電対２０は、図１５に示すように発熱部品の上方で各先端部が互いに対向するように配置されている。

本実施形態の電子デバイス１０５によれば、熱電対２０が可撓性回路基板３の内部に形成されているので、デバイス全体の厚さが抑えられる。よって、デバイスの薄型化が可能となる。さらに、２本の熱電対２０によって、発熱部品１の２箇所の温度を検出することが可能となる。熱電対２０の本数は、２本に制限されず、３本以上であってもよい。

（実施形態６）
本発明の実施形態６について説明する。以下、上述した実施形態１〜５と異なる点を中心に説明する。図１６は、実施形態６の電子デバイスの断面図である。図１６では、実施形態１〜５で説明した構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付している。

本実施形態の電子デバイス１０６には、実施形態２で説明した補強部材８が発熱部品１の周囲に配置されている。さらに、実施形態３で説明した熱電対２０が可撓性基板３の内部に形成されている。

本実施形態の電子デバイス１０５によれば、発熱部品１よりも曲げ剛性が高い補強部材８が発熱部品１の周囲に配置されている。そのため、電子デバイス１０５は、折り曲げにくくなるので発熱部品１が破壊しにくくなる。さらに、熱電対２０が可撓性回路基板３の内部に形成されているので、デバイス全体の厚さが抑えられる。よって、デバイスの薄型化が可能となる。

（実施形態７）
本発明の実施形態７について説明する。以下、上述した実施形態１〜６と異なる点を中心に説明する。図１７は、実施形態７の電子デバイスの断面図である。図１７では、実施形態１〜６で説明した構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付している。

本実施形態の電子デバイス１０７は、全体が可撓性回路基板３と一体化した熱電対２１を有する。熱電対２１では、互いに異なる２種類の金属線が可撓性回路基板３に配線として形成されている。図１８は、図１７に示す電子デバイスを有する電子機器の断面図である。図１８に示すように、熱電対２１の後端部は外部電極１２に電気的に接続されている。この外部電極１２は、配線６を通じて温度計測部７に接続されている。

本実施形態の電子デバイス１０７によれば、熱電対２１が可撓性回路基板３の内部に形成されている。そのため、デバイス全体の厚さが抑えられる。よって、デバイスの薄型化が可能となる。特に、本実施形態の電子デバイス１０７では、熱電対２１の全体が可撓性回路基板３の内部に形成されている。そのため、熱電対２１が可撓性回路基板３からはみ出ないので、デバイスの小型化が可能となる。

１ 発熱部品
２、２０、２１ 熱電対
３ 可撓性回路基板
４ 外部端子
５ 実装基板
６ 配線
７ 温度計測部
８ 補強部材
９ 表面
１１ 裏面
１０、１２ 外部電極
１３ パッド
１４ 接着層
１５、１６、１７ 絶縁層
１８ 端部
１９ コネクタ
１００ 電子機器
１０１〜１０７ 電子デバイス

Claims (9)

1. 通電により発熱する発熱部品と、
   前記発熱部品が搭載され、前記発熱部品を包み込むように折り曲げられている可撓性回路基板と、
   前記発熱部品の近傍で前記可撓性回路基板に固定されている熱電対と、
   を有する電子デバイス。
2. 前記熱電対が、前記可撓性回路基板に形成された接着層に固定され、かつ前記発熱部品に接触している、請求項１に記載の電子デバイス。
3. 前記熱電対が、前記可撓性回路基板の内部に一体化されている、請求項１に記載の電子デバイス。
4. 前記発熱部品の周囲で前記可撓性回路基板に包み込まれ、前記発熱部品よりも曲げ剛性が高い補強部材をさらに有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電子デバイス。
5. 前記補強部材の素材が、金属、樹脂、または雲母である、請求項４に記載の電子デバイス。
6. 複数の前記熱電対が前記可撓性回路基板に固定されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の電子デバイス。
7. 前記発熱部品が、半導体チップ、前記半導体チップが収容された電子部品、または受動部品である、請求項１から６のいずれか１項に記載の電子デバイス。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載の電子デバイスと、
   前記熱電対と電気的に接続され、前記熱電対の熱起電力に基づいて温度を計測する温度計測部と、
   を有する電子機器。
9. 通電により発熱する発熱部品を、該発熱部品よりも平面積が広い可撓性回路基板に搭載する工程と、
   前記発熱部品を包み込むように前記可撓性回路基板を折り曲げる工程と、
   前記可撓性回路基板を折り曲げたときに前記発熱部品の近傍となる位置で熱電対を前記可撓性回路基板に固定する工程と、
   を有する電子デバイスの製造方法。

Images