电路基板、半导体装置、电力转换装置及移动体

文档序号:55117 发布日期:2021-09-28 浏览:20次 >En<

阅读说明:本技术 电路基板、半导体装置、电力转换装置及移动体 (Circuit board, semiconductor device, power conversion device, and moving object ) 是由 福岛裕太 于 2019-02-25 设计创作,主要内容包括:与第2电子部件是否发热无关地,独立地通过目视来容易地确认第1电子部件是否发热。或者,通过目视来容易地确认电路基板是否被暴露于热。第1电子部件以及第2电子部件安装于印刷基板之上。示温性树脂与第1电子部件接触,但不与第2电子部件接触。在温度上升的情况下,示温性树脂产生视觉性的变化。或者,电子部件安装于印刷基板之上。示温性树脂与印刷基板接触,但不与电子部件接触。在温度上升的情况下,示温性树脂产生视觉性的变化。(Whether or not the 1 st electronic component generates heat can be easily confirmed by visual observation independently of whether or not the 2 nd electronic component generates heat. Alternatively, whether or not the circuit board is exposed to heat can be easily confirmed by visual inspection. The 1 st electronic component and the 2 nd electronic component are mounted on the printed board. The temperature indicating resin is in contact with the 1 st electronic component but not in contact with the 2 nd electronic component. When the temperature rises, the temperature indicating resin changes visually. Alternatively, the electronic component is mounted on the printed board. The temperature indicating resin is in contact with the printed circuit board but not in contact with the electronic component. When the temperature rises, the temperature indicating resin changes visually.)

电路基板、半导体装置、电力转换装置及移动体

技术领域

本发明涉及电路基板。另外,本发明涉及具有电路基板的半导体装置、电力转换装置及移动体。

背景技术

电路基板在多数情况下具有印刷基板以及多个电子部件。多个电子部件安装于印刷基板之上。

另外,为了通过目视而确认物体的温度,提出有将在温度上升的情况下产生视觉性的变化的材料涂敷于物体的方法。

例如,在专利文献1所记载的技术中,为了对表面是否超过了阈值温度进行指示,组成物被配置于表面附近(第194页右下栏第12行-第14行)。如果表面超过阈值温度,则组成物变得透明,如果表面小于或等于阈值温度,则组成物变得不透明(第194页右下栏第14行-第16行)。组成物是包含透明挠性基体材料以及分散于基体材料内的指示材料而构成的(第195页右上栏第1行-第3行)。指示材料呈粒状(第196页左上栏第7行-第8行)。指示材料可以是蜡(第196页右上栏第5行-第6行)。

另外,为了提高电路基板的绝缘性、防湿性等,提出有将电路基板包覆的方法。

例如,在专利文献2所记载的技术中,由基板构成的电子电路中的欠缺绝缘性、防湿性的部分被热塑性树脂包覆(第186页右上栏第18行-第186页左下栏第7行)。

专利文献1:日本特开平1-112123号公报

专利文献2:日本特开昭59-126643号公报

发明内容

有时要求通过目视而确认在印刷基板之上安装的多个电子部件所包含的特定的电子部件是否发热。例如,有时为了判定在正常动作时不发热的电子部件是正常件以及异常件中的哪一者,要求通过目视而确认在正常动作时不发热的电子部件是否发热。在这种情况下,通过预先使在温度上升的情况下产生视觉性的变化的材料与特定的电子部件接触,从而能够通过目视而确认特定的电子部件是否发热。但是,有时特定的电子部件以外的电子部件的发热传导至该材料,无法适当地确认特定的部件是否发热。例如,有时在正常动作时发热的电子部件的发热传导至该材料,无法适当地确认在正常动作时不发热的电子部件是否发热。

上述问题在电路基板是对功率半导体元件进行控制的控制基板的情况下显著地显现出来。在电路基板是对功率半导体元件进行控制的控制基板的情况下上述问题显著地显现出来是因为,对功率半导体元件进行控制的控制基板多数情况是多品种少量生产的产品,因此,在电路基板是对功率半导体元件进行控制的控制基板的情况下,电子部件的安装位置大多根据电路基板的品种而不同,对电路基板的有无故障进行判断所需的时间往往会变长。

另外,有时要求通过目视而确认电路基板是否被暴露于热。例如,有时为了识别是否对电路基板进行了热应力试验,要求通过目视而确认电路基板是否被暴露于热。在这种情况下,通过预先使在温度上升的情况下产生视觉性的变化的材料与电路基板接触,从而能够通过目视而确认电路基板是否被暴露于热。但是,有时多个电子部件所包含的任意的电子部件的发热传导至该材料,无法适当地确认电路基板是否被暴露于热。例如,有时在正常动作时发热的电子部件的发热传导至该材料,无法适当地确认电路基板是否被暴露于热。

本发明就是鉴于这些问题而提出的。本发明希望解决的课题是提供能够与第2电子部件是否发热无关地,独立地通过目视来容易地确认第1电子部件是否发热的电路基板。另外,本发明希望解决的另一个课题是提供能够与电子部件是否发热无关地,独立地通过目视来容易地确认电路基板是否被暴露于热的电路基板。

本发明面向电路基板。

在本发明的第1方式中,电路基板具有印刷基板、第1电子部件、第2电子部件以及示温性树脂。第1电子部件以及第2电子部件安装于印刷基板之上。示温性树脂与第1电子部件接触,但不与第2电子部件接触。在温度上升的情况下,示温性树脂产生视觉性的变化。

在本发明的第2方式中,电路基板具有印刷基板、电子部件以及示温性树脂。电子部件安装于印刷基板之上。示温性树脂与印刷基板接触,但不与电子部件接触。在温度上升的情况下,示温性树脂产生视觉性的变化。

本发明还面向半导体装置、电力转换装置及移动体。

发明的效果

根据本发明的第1方式,在第2电子部件发热的情况下,示温性树脂不产生视觉性的变化,但在第1电子部件发热的情况下,示温性树脂产生视觉性的变化。因此,能够与第2电子部件是否发热无关地,独立地通过目视来确认第1电子部件是否发热。

根据本发明的第2方式,在电子部件发热的情况下,示温性树脂不产生视觉性的变化,但在电路基板被暴露于热的情况下,示温性树脂产生视觉性的变化。因此,能够与电子部件是否发热无关地,独立地通过目视来确认电路基板是否被暴露于热。

本发明的目的、特征、方案以及优点通过以下的详细说明和附图变得更清楚。

附图说明

图1是示意性地对实施方式1的电路基板进行图示的剖视图。

图2是示意性地对实施方式1的电路基板的一部分进行图示的放大剖视图。

图3是示意性地对实施方式1的电路基板的一部分进行图示的放大剖视图。

图4是示意性地对实施方式1的电路基板的一部分进行图示的放大剖视图。

图5是示意性地对实施方式2的电路基板进行图示的俯视图。

图6是示意性地对实施方式3的半导体装置进行图示的图。

图7是表示实施方式4的电力转换系统的结构的框图。

图8是示意性地对实施方式5的移动体进行图示的侧视图。

图9是示意性地对参考例的电路基板进行图示的剖视图。

具体实施方式

1实施方式1

图1是示意性地对实施方式1的电路基板进行图示的剖视图。

图1所图示的实施方式1的电路基板1具有印刷基板10以及多个电子部件11。

多个电子部件11安装于印刷基板10之上。所安装的多个电子部件11与在印刷基板10设置的配线图案电连接。由此,构成由多个电子部件11以及在印刷基板10设置的配线图案构成的电子电路。

多个电子部件11分别是有源部件或者无源部件。多个电子部件11分别是晶体管、二极管、集成电路(IC)、电容器、线圈、电阻、电感、变压器等。

多个电子部件11包含第1电子部件101以及第2电子部件102。第1电子部件101以及第2电子部件102具有彼此不同的发热特性。

电路基板1具有示温性树脂12。

示温性树脂12在温度上升的情况下,产生视觉性的变化。示温性树脂12被涂敷于第1电子部件101之上,但不涂敷于第2电子部件102之上。因此,示温性树脂12与第1电子部件101接触,但不与第2电子部件102接触。由此,即使第2电子部件102发热,示温性树脂12也不会产生视觉性的变化,但在第1电子部件101发热的情况下,示温性树脂产生视觉性的变化。因此,能够与第2电子部件102是否发热无关地,独立地通过目视来确认第1电子部件101是否发热。

第1电子部件101优选是在正常动作时不发热的电子部件。第2电子部件102优选是在正常动作时发热的电子部件。

当在正常动作时不发热的第1电子部件101为正常件的情况下,第1电子部件101不发热,与第1电子部件101接触的示温性树脂12不产生视觉性的变化。另一方面,当在正常动作时不发热的第1电子部件101为异常件的情况下,有时第1电子部件101发热,与第1电子部件101接触的示温性树脂12有时产生视觉性的变化。但是,示温性树脂12的状态不受在正常动作时发热的第2电子部件102的发热的影响。由此,能够通过目视而确认在正常动作时不发热的第1电子部件101是否为异常件。另外,在正常动作时不发热的第1电子部件101是否为异常件的确认不受在正常动作时发热的第2电子部件102的发热的影响。

当能够通过目视而确认在正常动作时不发热的第1电子部件101是否为异常件的情况下,能够在制造电路基板1的中途尽早发现不合格品。由此,能够提高电路基板1的品质,能够削减电路基板1的损耗成本。另外,能够缩短调查电路基板1的故障原因所需的时间,能够简化调查电路基板1的故障原因的作业。这些有助于提高电路基板1的生产率。

上述效果在电路基板1是对功率半导体元件进行控制的控制基板的情况下显著地显现出来。在电路基板1是对功率半导体元件进行控制的控制基板的情况下上述效果显著地显现出来是因为,对功率半导体元件进行控制的控制基板多数情况是多品种少量生产的产品,因此,在电路基板1是对功率半导体元件进行控制的控制基板的情况下,电子部件的安装位置大多根据品种而不同,对电路基板1的故障有无进行判断所需的时间往往会变长。

第1电子部件101优选是无源部件。在第1电子部件101是无源部件的情况下,只要将示温性树脂12仅涂敷于无源部件即可,因而能够缩短涂敷示温性树脂12的作业所需的时间,能够削减示温性树脂12的使用量。这有助于削减电路基板1的成本。

图2、图3及图4是示意性地对实施方式1的电路基板的一部分进行图示的放大剖视图。图2、图3及图4分别对示温性树脂的第1例、第2例以及第3例进行图示。

示温性树脂12如图2、图3及图4所图示的那样,具有树脂110以及示温材料111。示温材料也称为指示材料等。

示温材料111被树脂110掩埋。示温材料111在大于或等于比常温高的特定温度的温度下出现反应。例如,示温材料111在大于或等于该特定温度的温度下熔化。在第1电子部件101发热的情况下,第1电子部件101的发热传导至示温材料111,示温材料111的温度成为大于或等于该特定温度的温度,示温材料111熔化。由此,在示温材料111的温度恢复至小于该特定温度的温度,示温材料111凝固时,示温性树脂12产生视觉性的变化。

树脂110是聚烯烃类树脂等。

示温材料111是蜡等。

在图2所图示的第1例中,示温材料111是粒状的蜡。在示温材料111是粒状的蜡的情况下,向固化前的树脂搅入示温材料111而调制固化前的树脂与示温材料111的混合物,涂敷所调制出的混合物,使涂敷的混合物固化。

在图3所图示的第2例中,示温材料111是板状的蜡。在这种情况下,不需要向固化前的树脂搅入示温材料111,因此能够简化涂敷示温性树脂12的作业。这有助于提高电路基板1的生产率。

在图4所图示的第3例中,示温材料111是薄片状的蜡。在示温材料111是薄片状的蜡的情况下,示温性树脂12的针对温度变化的灵敏度提高。

2实施方式1与参考例之间的对比

图9是示意性地对参考例的电路基板进行图示的剖视图。图9(a)图示了第1电子部件以及第2电子部件都没有发热的状态。图9(b)图示了第1电子部件没有发热但第2电子部件发热的状态。

就图1所图示的实施方式1的电路基板1而言,示温性树脂12被涂敷于第1电子部件101之上,但没有涂敷于第2电子部件102之上。因此,示温性树脂12与第1电子部件101接触但不与第2电子部件102接触。由此,在第2电子部件102发热的情况下,示温性树脂12不产生视觉性的变化,但在第1电子部件101发热的情况下,示温性树脂产生视觉性的变化。因此,能够与第2电子部件102是否发热无关地,独立地通过目视来确认第1电子部件101是否发热。

与此相对,就图9所图示的参考例的电路基板9而言,示温性树脂12被涂敷于第1电子部件101之上以及第2电子部件102之上。因此,示温性树脂12与第1电子部件101以及第2电子部件102接触。由此,在第2电子部件102发热的情况下,无论第1电子部件101是否发热,都如图9(b)所图示的那样,示温性树脂12产生视觉性的变化。因此,无法与第2电子部件102是否发热无关地,独立地通过目视来适当地确认第1电子部件101是否发热。

3实施方式2

图5是示意性地对实施方式2的电路基板进行图示的俯视图。图5(a)图示了对电路基板进行热应力试验前的状态。图5(b)图示了对电路基板进行了热应力试验后的状态。

图5所图示的实施方式2的电路基板2主要在下述的不同点上与图1所图示的实施方式1的电路基板1不同。关于未说明的点,在实施方式2的电路基板2中也采用与在实施方式1的电路基板1中采用的结构相同的结构。

就实施方式1的电路基板1而言,示温性树脂12被涂敷于多个电子部件11所包含的第1电子部件101之上,但没有涂敷于多个电子部件11所包含的第2电子部件102之上。因此,示温性树脂12与第1电子部件101接触,但不与第2电子部件102接触。

与此相对,就实施方式2的电路基板2而言,示温性树脂12被涂敷于印刷基板10之上,但没有涂敷于多个电子部件11之上。因此,示温性树脂12与印刷基板10接触,但不与多个电子部件11接触。

由此,在多个电子部件11的任意者发热的情况下,示温性树脂12不产生视觉性的变化,但在电路基板1被暴露于热的情况下,如图5(b)所图示的那样,示温性树脂12产生视觉性的变化。因此,能够与多个电子部件11的任意者是否发热无关地,独立地通过目视来确认电路基板1是否被暴露于热。

示温性树脂12与印刷基板10接触,但不与多个电子部件11接触。因此,示温性树脂12与在对电路基板1进行了热应力试验的情况下温度上升的部分接触,但不与除了进行热应力试验的情况以外温度也可能上升的部分接触。因此,在对电路基板1进行了热应力试验的情况下,由于热应力试验而赋予给电路基板1的热传导至示温材料111,示温材料111的温度成为比常温高的温度,示温材料111熔化。由此,在示温材料111的温度恢复至常温,示温材料111凝固时,示温性树脂12产生视觉性的变化。因此,通过目视而确认电路基板1是否被暴露于热,由此能够识别是否对电路基板1进行了热应力试验。这有助于防止在制造电路基板1时漏掉进行热应力试验的工序。

4实施方式3

图6是示意性地对实施方式3的半导体装置进行图示的图。

图6所图示的实施方式3的半导体装置3是功率半导体,如图6(a)所图示的那样,是具有半导体元件30的半导体模块、半导体分立部件等。半导体元件30是开关元件、二极管等。

半导体装置3具有实施方式2的电路基板2。半导体装置3也可以具有实施方式1的电路基板1而取代实施方式2的电路基板2。电路基板2被内置于半导体装置3。

半导体装置3具有外壳31。外壳31优选具有与示温性树脂12相对的开口部300。开口部300是用于对示温性树脂12的状态进行确认的开口部。因此,能够经由开口部300而从外壳31的外部对示温性树脂12进行目视确认。由此,能够在组装了半导体装置3、电路基板2被内置于半导体装置3之后,确认示温性树脂12的状态,通过目视而确认电路基板1是否被暴露于热,由此能够识别是否对电路基板1进行了热应力试验。所以,示温性树脂12的状态能够被用作向半导体装置3的出货对象提示的、表示对电路基板1进行了热应力试验的证据。

半导体元件30优选是具有宽带隙半导体的半导体元件。宽带隙半导体是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、金刚石(C)等。碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、金刚石(C)等宽带隙半导体具有比硅(Si)等半导体的带隙宽的带隙。另外,具有宽带隙半导体的半导体元件即使当在高温环境下使用的情况下也能够稳定地确保电极超声波接合寿命。另外,能够减小半导体元件30所占据的空间,能够使半导体装置3小型化以及轻量化。

5实施方式4

本实施方式将上述的实施方式1的电路基板1、实施方式2的电路基板2或者实施方式3的半导体装置3应用于电力转换装置。实施方式1的电路基板1、实施方式2的电路基板2或者实施方式3的半导体装置3的应用不限定于特定的电力转换装置,但以下,作为实施方式4,对向三相逆变器应用了实施方式1的电路基板1、实施方式2的电路基板2或者实施方式3的半导体装置3的情况进行说明。

图7是表示实施方式4的电力转换系统的结构的框图。

图7所示的电力转换系统由电源40、电力转换装置41、负载42构成。电源40是直流电源,向电力转换装置41供给直流电力。电源40能够由各种电源构成,例如能够由直流系统、太阳能电池、蓄电池构成,也可以由与交流系统连接的整流电路、AC/DC转换器构成。另外,也可以使电源40由将从直流系统输出的直流电力转换为规定的电力的DC/DC转换器构成。

电力转换装置41是在电源40与负载42之间连接的三相逆变器,将从电源40供给的直流电力转换为交流电力,向负载42供给交流电力。电力转换装置41如图7所示具有:主转换电路400,其将直流电力转换为交流电力而输出;驱动电路401,其将对主转换电路400的各开关元件进行驱动的驱动信号输出;以及控制电路402,其将对驱动电路401进行控制的控制信号输出至驱动电路401。也可以是主转换电路400、驱动电路401以及控制电路402的至少一者具有上述的实施方式1的电路基板1或者实施方式2的电路基板2。

负载42是由从电力转换装置41供给的交流电力驱动的三相电动机。此外,负载42不限定于特定的用途,是搭载于各种电气设备的电动机,例如用作面向混合动力汽车、电动汽车、铁道车辆、电梯或者空调设备的电动机。

以下,对电力转换装置41的详情进行说明。主转换电路400具有开关元件和续流二极管(未图示),通过开关元件的通断而将从电源40供给的直流电力转换为交流电力,供给至负载42。主转换电路400的具体的电路结构存在各种结构,但本实施方式涉及的主转换电路400是2电平的三相全桥电路,能够由6个开关元件和与各开关元件反向并联的6个续流二极管构成。主转换电路400的各开关元件也可以具有实施方式1的电路基板1或者实施方式2的电路基板2。也可以向主转换电路400的各开关元件应用上述的实施方式3的半导体装置3。6个开关元件2个2个地串联连接而构成上下桥臂,各上下桥臂构成全桥电路的各相(U相、V相、W相)。并且,各上下桥臂的输出端子即主转换电路400的3个输出端子与负载42连接。

驱动电路401生成对主转换电路400的开关元件进行驱动的驱动信号,供给至主转换电路400的开关元件的控制电极。具体地说,按照来自后述的控制电路402的控制信号,将使开关元件成为接通状态的驱动信号和使开关元件成为断开状态的驱动信号输出至各开关元件的控制电极。在使开关元件维持为接通状态的情况下,驱动信号是大于或等于开关元件的阈值电压的电压信号(接通信号),在使开关元件维持为断开状态的情况下,驱动信号成为小于或等于开关元件的阈值电压的电压信号(断开信号)。

控制电路402对主转换电路400的开关元件进行控制,以向负载42供给期望的电力。具体地说,基于应向负载42供给的电力,对主转换电路400的各开关元件应成为接通状态的时间(接通时间)进行计算。例如,能够通过与应输出的电压相对应地对开关元件的接通时间进行调制的PWM控制而对主转换电路400进行控制。并且,向驱动电路401输出控制指令(控制信号),以在各时间点向应成为接通状态的开关元件输出接通信号,向应成为断开状态的开关元件输出断开信号。驱动电路401按照该控制信号,向各开关元件的控制电极输出接通信号或者断开信号作为驱动信号。

就本实施方式涉及的电力转换装置而言,主转换电路400、驱动电路401以及控制电路402的至少一者具有上述的实施方式1的电路基板1或者实施方式2的电路基板2,因此,能够实现如下效果,即,与第2电子部件102是否发热无关地,独立地通过目视来确认第1电子部件101是否发热,或者与多个电子部件11的任意者是否发热无关地,独立地通过目视来确认电路基板2是否被暴露于热。

在本实施方式中,对向2电平的三相逆变器应用实施方式1的电路基板1、实施方式2的电路基板2或者实施方式3的半导体装置3的例子进行了说明,但实施方式1的电路基板1、实施方式2的电路基板2或者实施方式3的半导体装置3的应用不限于此,能够应用于各种电力转换装置。在本实施方式中,采用了2电平的电力转换装置,但也可以是3电平或者多电平的电力转换装置,在向单相负载供给电力的情况下,也可以向单相的逆变器应用实施方式1的电路基板1、实施方式2的电路基板2或者实施方式3的半导体装置3。另外,在向直流负载等供给电力的情况下,也能够向DC/DC转换器、AC/DC转换器应用实施方式1的电路基板1、实施方式2的电路基板2或者实施方式3的半导体装置3。

另外,应用了实施方式1的电路基板1、实施方式2的电路基板2或者实施方式3的半导体装置3的电力转换装置不限定于上述的负载为电动机的情况,例如,还能够用作放电加工机、激光加工机、感应加热烹调器、或者非接触器供电系统的电源装置,并且也能够用作太阳能发电系统或者蓄电系统等的功率调节器。

在小型化以及轻量化的半导体装置被应用于实施方式4的电力转换装置41的情况下,能够实现主转换电路400的冷却器等的小型化以及轻量化,能够提高电力转换装置41的可靠性,能够削减主转换电路400所耗费的能量。

6实施方式5

图8是示意性地对实施方式5的移动体进行图示的侧视图。

图8所图示的移动体5是列车。移动体5也可以是列车以外的移动体。例如,移动体5也可以是汽车、船舶、飞机、电动助力自行车、电动轮椅等。

移动体5具有实施方式4的电力转换装置41。移动体5通过由电力转换装置41转换后的电力而对电动机等进行驱动。

在小型化以及轻量化的半导体装置被应用于实施方式4的电力转换装置41的情况下,能够实现移动体5的小型化以及轻量化,能够提高移动体5的效率,能够提高移动体5的性能。

此外,本发明能够在本发明的范围内,对各实施方式自由地进行组合,或者对各实施方式适当地进行变形、省略。

对于本发明进行了详细说明,但上述说明在所有方面均为例示,本发明不限定于此。可以理解为在不脱离该发明的范围的情况下能够想到未例示出的无数的变形例。

标号的说明

1电路基板,10印刷基板,11多个电子部件,12示温性树脂,101第1电子部件,102第2电子部件,110树脂,111示温材料,2电路基板,3半导体装置,31外壳,300开口部,41电力转换装置,400主转换电路,401驱动电路,402控制电路,5移动体。

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