JP7591090B2 - 回路基板及び電子機 - Google Patents

Description

本発明は、基板構造体及び電子機器に関し、特に、回路基板及び回路基板を用いた電子機器に関する。

一般的なパワーモジュールの回路設計では、電極の外形はほぼ長方形であり、これは、電極の対向する２つの側が直線状のエッジであり、隣接する２つの電極の側が平行に配置されていることを意味する。並列に配置されたチップに電流が流れるとき、電流が流れる最初のチップの回路抵抗と、電流が流れる最後のチップの回路抵抗との差は、少なくとも１１％である。チップ間の回路抵抗に大きな差があるため、均一な電流密度を得ることができず、チップ間の温度差を縮めることができず、パワーモジュールの寿命は、長期間の使用で急速に低下する可能性がある。

本発明は、回路基板上に構成された後続の並列電子部品間の回路抵抗を効果的に低減することができる回路基板を提供する。

本発明は、前記回路基板を備えた電子機器であって、均一な電流密度を有し、電子部品間の温度差を縮めて、寿命を延ばすことができる電子機器を提供する。

本発明の回路基板は、基材と、第１の電極と、第２の電極と、を含む。基材は、長手方向に互いに対向する上側及び下側を有する。第１の電極は、長手方向に沿って基材上に延在して構成される。第２の電極は、第１の電極の横に構成され、互いに接続された第１の部分及び第２の部分を含む。第１の部分は、長手方向に沿って基材上に構成される。第２の部分は、幅方向に沿って基材上に構成され、上側と第１の電極との間に位置する。第１の部分の断面幅は、下側から上側に向かって大きくなっている。

本発明の電子機器は、少なくとも１つの回路基板及び複数の電子部品を含む。回路基板は、基材と、第１の電極と、第２の電極と、を含む。基材は、長手方向に互いに対向する上側及び下側を有する。第１の電極は、長手方向に沿って基材上に延在して構成される。第２の電極は、第１の電極の横に構成され、互いに接続された第１の部分及び第２の部分を含む。第１の部分は、長手方向に沿って基材上に構成される。第２の部分は、幅方向に沿って基材上に構成され、上側と第１の電極との間に位置する。第１の部分の断面幅は、下側から上側に向かって大きくなっている。電子部品は回路基板上に構成され、電子部品は第１の電極上に配置され、並列に接続される。基材の下側から電子部品を介して第２の電極に電流が流れる。

本発明の一実施形態において、前記第２の電極の第１の部分は、幅方向に沿って互いに対向する第１の側及び第２の側を有する。第１の側は、第１の電極と第２の側との間に位置する。第１の側は直線エッジであり、第１の電極に平行である。

本発明の一実施形態において、前記第２の側は円弧エッジである。

本発明の一実施形態において、前記第２の側はギザギザのエッジである。

本発明の一実施形態において、前記第２の側は、複数の直線形状と複数の円弧形状とが交互に配置されたエッジである。

以上に基づき、本発明の回路基板の設計では、基材の下側から基材の上側に向かって、第２の電極の第１の部分の断面幅が大きくなる。続いて、第１の電極上に構成され、並列に接続された電子部品がワイヤボンディングによって第２の電極に電気的に接続されるとき、第１の部分の設計は、電子部品間の回路抵抗を効果的に短くすることができる。電子部品間の回路抵抗を低減することにより、均一な電流密度を得ることができ、電子部品間の温度差を縮めることができるため、本発明の回路基板を使用した電子機器の寿命を改善することができる。

以上の本発明の特徴及び利点をより明確にし、理解しやすくするために、以下の実施形態が与えられ、以下のように添付の図面とともに詳細に説明される。

本発明の一実施形態による回路基板の概略図である。 本発明の別の実施形態による回路基板の概略図である。 本発明の別の実施形態による回路基板の概略図である。 本発明の一実施形態による電子機器の概略図である。 本発明の別の実施形態による電子機器の概略図である。

図１は、本発明の一実施形態による回路基板の概略図である。図１を参照すると、本実施形態において、回路基板１００ａは、基材１１０と、第１の電極１２０と、第２の電極１３０ａと、を含む。基材１１０は、長手方向Ｌに互いに対向する上側１１１及び下側１１３を有する。第１の電極１２０は、長手方向Ｌに沿って基材１１０上に延在して構成される。第２の電極１３０ａは、第１の電極１２０の横に構成され、互いに接続された第１の部分１３２ａ及び第２部分１３４を含む。第１の部分１３２ａは、長手方向Ｌに沿って基材１１０上に構成される。第２の部分１３４は、幅方向Ｗに沿って基材１１０上に構成され、上側１１１と第１の電極１２０との間に位置する。第１の部分１３２ａの断面幅ＳＷ１及びＳＷ１’は、下側１１３から上側１１１に向かって大きくなる。

詳細には、本実施形態では、基材１１０の下側１１３を電流入力端子として使用し、基材１１０の上側１１１を電流出力端子として使用することができる。上から見ると、第１の電極１２０の外形は長方形として具現化される。第１の電極１２０は、後続電子部品のための構成領域として使用することができる。第２の電極１３０ａの第１の部分１３２ａと第２の電極１３０ａの第２部分１３４ａとは、シームレスに接続されて、Ｌ字形状を形成している。なお、第２の電極１３０ａは、後続チップが配置される方向により、ドレイン電極またはソース電極であって良く、ここでは限定されないことに留意されたい。第２の電極１３０ａの第１の部分１３２ａは、幅方向Ｗに沿って互いに対向する第１の側１３３及び第２の側１３５ａを有する。第１の側１３３は、第１の電極１２０と第２の側１３５ａとの間に位置する。第１の側１３３は、第１の電極１２０に平行な直線エッジとして具現化され、第２の側１３５ａは円弧エッジとして具現化される。図１に示すように、第１の側１３３と第２の側１３５ａとの間の水平方向（すなわち、幅方向Ｗ）の距離は、断面幅ＳＷ１及びＳＷ１’である。断面幅ＳＷ１は、断面幅ＳＷ１’よりも小さい。つまり、下側１１３に近い第１の部分１３２ａの断面幅ＳＷ１は、上側１１１に近い第１の部分１３２ａの断面幅ＳＷ１’よりも小さい。第２の電極１３０ａの第１の部分１３２ａの断面幅 ＳＷ１’は、上側１１１に向かって大きくなる。

再度、図１を参照されたい。本実施形態の回路基板１００ａは、長手方向Ｌに沿って基材１１０上に延在して構成される電極１４０及び電極１５０をさらに含む。電極１５０は、電極１４０と第１の電極１２０との間に位置する。上側図視で、電極１４０の外形及び電極１５０の外形は、両方とも長方形として具現化されるが、これに限定されない。なお、電極１４０は後続チップの配置方向によってドレイン電極またはソース電極であって良く、電極１５０は、例えばゲート電極となるが、これに限定されない。

ここで、以下の実施形態では、構成要素の符号及び前述の実施形態の内容の一部を引き続き使用し、同じ符号は、同じまたは類似の構成要素を示すために使用され、同じ技術的内容は省略されることに留意されたい。省略された部分の説明については、前述の実施形態を参照することができ、詳細はここでは繰り返さない。

図２は、本発明の別の実施形態による回路基板の概略図である。図１及び図２を同時に参照されたい。本実施形態の回路基板１００ｂは、図１の回路基板１００ａと同様である。両者の違いは、本実施形態では、第２の電極１３０ｂの第１の部分１３２ｂの構造設計が、第２の電極１３０ａの前記第１の部分１３２ａの構造設計と異なることである。

詳細には、第１の部分１３２ｂの第２の側１３５ｂは、複数の直線形状１３６と、複数の円弧形状１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄ、１３８ｅ、１３８ｆ、及び１３８ｇが交互に配置されたエッジとして具体化される。円弧形状１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄ、１３８ｅ、１３８ｆ、１３８ｇの長さは、基材１１０の上側１１１から下側１１３に向かって徐々に増加し、円弧形状１３８ａの長さが最も短く、円弧形状１３８ｇの長さが最も長く、したがって、第１の部分１３２ａの断面幅ＳＷ２及びＳＷ２’は、下側１１３から上側１１１に向かって大きくなることを意味する。ここで、断面幅ＳＷ２及びＳＷ２’は、第１の側１３３から第２の側１３５ｂまでの円弧形状１３８ａ、１３８ｂ、１３８ｃ、１３８ｄ、１３８ｅ、１３８ｆ、１３８ｇ間の水平距離によって例示される。つまり、下側１１３に近い第１の部分１３２ｂの断面幅ＳＷ２は、上側１１１に近い第１の部分１３２ｂの断面幅ＳＷ２’よりも小さい。第２の電極１３０ｂの第１の部分１３２ｂの断面幅ＳＷ２’は、上側１１１に向かって大きくなる。

図３は、本発明の別の実施形態による回路基板の概略図である。図１及び図３を同時に参照されたい。本実施形態の回路基板１００ｃは、図１の回路基板１００ａと同様である。両者の違いは、本実施形態では、第２の電極１３０ｃの第１の部分１３２ｃの構造設計が、第２の電極１３０ａの前記第１の部分１３２ａの構造設計と異なることである。

詳細には、第１の部分１３２ｃの第２の側１３５ｃは、ギザギザのエッジとして具現化される。第１の側１３３と第２の側１３５ｃとの間の水平方向（すなわち、幅方向Ｗ）の距離は、断面幅ＳＷ３及びＳＷ３’である。断面幅ＳＷ３は、断面幅ＳＷ３’よりも小さい。つまり、下側１１３に近い第１の部分１３２ｃの断面幅ＳＷ３は、上側１１１に近い第１の部分１３２ｃの断面幅ＳＷ３’よりも小さい。第２の電極１３０ｃの第１の部分１３２ｃの断面幅ＳＷ３’は、上側１１１に向かって大きくなる。

なお、上述した第１の部分１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃの第２の側１３５ａ、１３５ｂ、１３５ｃは、それぞれ円弧形状のエッジ、直線形状と円弧形状とが交互に配置されたエッジ、ギザギザのエッジとして具現化されるが、これに限定されない。第２の電極１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの第１の部分１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃの断面幅が、基材１１０の下側１１３から上側１１１に向かって大きくなる構造設計である限り、それは本発明の保護範囲内にあると見なす。

図４は、本発明の一実施形態による電子機器の概略図である。図４を参照されたい。本実施形態において、電子機器１０は、例えば、図１の２つの回路基板１００ａ、複数の電子部品３０及び５０、複数のボンディングワイヤ４０を含む。電子部品３０、５０は、回路基板１００ａ上に構成される。電子部品３０は、第１の電極１２０上に配置され、並列に接続される。ボンディングワイヤ４０は、電子部品３０及び第２の電極１３０ａに電気的に接続される。電流Ｅは、基材１１０の下側１１３から電子部品３０及びボンディングワイヤ４０を介して第２の電極１３０ａに流れる。ここで、電子機器１０は、例えば、パワーモジュールである。電子部品３０は、例えば、ダイオードであり、電子部品５０は、例えば、トランジスタであるが、これに限定されない。

詳細には、電流Ｅは、導電性端子２０ａから右側の回路基板１００ａに入り、電子部品５０を通って流れ、下側１１３から左側の回路基板１００ａに入ることができる。このとき、電流Ｅは、並列に接続された電子部品３０を流れ、ボンディングワイヤ４０を介して第２の電極１３０ａに入る。第２の電極１３０ａの断面幅ＳＷ１及びＳＷ１’が下側１１３から上側１１１に向かって大きくなるため、電子部品３０間の回路抵抗を効果的に低減することができる。このシミュレーション結果によれば、電子部品３０ａの抵抗値は、例えば、０．８４ｍΩ±６％、電子部品３０ｂの抵抗値は、例えば、０．８１ｍΩ±２％、及び、電子部品３０ｃの抵抗値は、例えば、０．７９ｍΩであり、これは、並列に接続された電子部品３０間の回路抵抗の差が６％以内であり得ることを意味する。そして、電流Ｅは、電子部品５０を流れて再び右側の回路基板１００ａに下側１１３から流れ込むか、左側の回路基板１００ａの上側１１１から２つの導電端子２０ｂに流れてもよい。基材１１０の下側１１３から右側の回路基板１００ａに入る電流Ｅは、並列に接続された電子部品３０を流れ、ボンディングワイヤ４０を介して第２の電極１３０ａに入る。第２の電極１３０ａのＳＷ１及びＳＷ１’が下側１１３から上側１１１に向かって大きくなることにより、電子部品３０間の回路抵抗を効果的に低減することができる。電子部品３０間の回路抵抗を低減できることにより、均一な電流密度を得ることができ、電子部品３０間の温度差を縮めることができるので、本実施形態の電子装置１０の寿命を改善することができる。最後に、電流Ｅは、基材１１０の上側１１１を通って導電性端子２０ｃに流れてもよい。

別の実施形態において、図５を参照されたい。本実施形態の電子装置１０’において、電子装置１０’は、導電性フレーム６０を使用することによって、前述の実施形態のボンディングワイヤ４０を置き換えることもできる。つまり、導電性フレーム６０は、電子部品３０と第２の電極１３０ａとを電気的に接続することができる。電流Ｅは、基材１１０の下側１１３から電子部品３０及び導電性フレーム６０を通って第２の電極１３０ａに流れ、これは本発明の保護範囲内であると見なす。

まとめると、本発明の回路基板の設計において、第２の電極の第１の部分の断面幅は、基材の下側から上側に向かって大きくなる。続いて、第１の電極上に構成され、並列に接続された電子部品がワイヤボンディングによって第２の電極に電気的に接続されるとき、第１の部分の設計は、電子部品間の回路抵抗を効果的に短くすることができる。電子部品間の回路抵抗を低減することにより、均一な電流密度を得ることができ、電子部品間の温度差を縮めることができるため、本発明の回路基板を使用した電子機器の寿命を改善することができる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明したが、実施の形態は本発明を限定するものではない。当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、いくつかの変更及び修正を行うことができる。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

本発明の回路基板及び電子装置は、均一な電流密度を有し、電子部品間の温度差を縮めて、寿命を延ばすことができ、パワーモジュールの分野に適用することができる。

１００ａ： 回路基板
１１０： 基材
１１１： 上側
１１３： 下側
１２０： 第１の電極
１３０ａ： 第２の電極
１３２ａ： 第１の部分
１３３： 第１の側
１３４： 第２の部分
１３５ａ： 第２の側
１４０， １５０： 電極
Ｌ： 長手方向
ＳＷ１， ＳＷ１’： 断面幅
Ｗ： 幅方向

Claims (9)

1. 長手方向に互いに対向する上側及び下側を有する基材と、
   前記長手方向に沿って前記基材上に延在して構成される第１の電極と、
   前記第１の電極の横に構成され、互いに接続された第１の部分及び第２の部分を含む第２の電極であって、前記第１の部分は、前記長手方向に沿って前記基材上に構成され、前記第２の部分は、幅方向に沿って前記基材上に構成され、前記上側と前記第１の電極との間に位置し、前記第１の部分の断面幅は、前記下側から前記上側に向かって大きくなっている第２の電極と、
   を備え、
   前記第２の電極の前記第１の部分は、前記幅方向に沿って互いに対向する第１の側及び第２の側を有し、前記第１の側は、前記第１の電極と前記第２の側との間に位置し、前記第１の側は直線状のエッジであり、前記第１の電極と平行である回路基板。
2. 前記第２の側は、円弧エッジである、請求項１に記載の回路基板。
3. 前記第２の側は、ギザギザのエッジである、請求項１に記載の回路基板。
4. 前記第２の側は、複数の直線形状と複数の円弧形状とが交互に配置されたエッジである、請求項１に記載の回路基板。
5. 長手方向に互いに対向する上側及び下側を有する基材と、
   前記長手方向に沿って前記基材上に延在して構成される第１の電極と、
   前記第１の電極の横に構成され、互いに接続された第１の部分及び第２の部分を含む第２の電極であって、前記第１の部分は、前記長手方向に沿って前記基材上に構成され、前記第２の部分は、幅方向に沿って前記基材上に構成され、前記上側と前記第１の電極との間に位置し、前記第１の部分の断面幅は、前記下側から前記上側に向かって大きくなっている第２の電極と、
   を備える少なくとも１つの回路基板と、
   前記回路基板上に構成される複数の電子部品であって、前記第１の電極上に配置され、並列に接続され、前記基材の前記下側から前記電子部品を介して前記第２の電極に電流が流れる複数の電子部品と、
   を備える電子機器。
6. 前記第２の電極の前記第１の部分は、前記幅方向に沿って互いに対向する第１の側及び第２の側を有し、前記第１の側は、前記第１の電極と前記第２の側との間に位置し、前記第１の側は直線状のエッジであり、前記第１の電極と平行である、請求項５に記載の電子機器。
7. 前記第２の側は円弧エッジである、請求項６に記載の電子機器。
8. 前記第２の側はギザギザのエッジである、請求項６に記載の電子機器。
9. 前記第２の側は、複数の直線形状と複数の円弧形状とが交互に配置されたエッジである、請求項６に記載の電子機器。