JP2000357866A - 表面実装可能な電源及びその製造方法 - Google Patents

表面実装可能な電源及びその製造方法

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ディー トロング サング
Jr William L Woods
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 表面実装可能な電源を提供する。 【解決手段】 表面実装可能な電源は、(1)対向する上
部及び下部導電層を有する基板と、(2)下部導電層上の
第１のパッドに装着され、電源がリフローハンダ付け処
理を受けるときに基板から下部電子部品を外すことがで
きる力を受ける第１のリード線を有する下部電気部品
と、(3)上部導電層上の第２のパッドに装着された第２
のリード線を有する上部電気部品と、(4)液体状態のハ
ンダの表面張力が、電源がリフローハンダ付け処理を受
ける際に下部電気部品を下部導電層と接触したままの状
態に維持すのに十分であるような十分に軽量な下部電気
部品の第１のリード線の間近に配置されたハンダと、
(5)基板上に装着された平面状の磁気デバイスと、(6)下
部導電層に結合され、ハンダリフロー温度よりも高い融
点を有する材料から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力変換に関する。
更に詳細には、本発明は表面実装可能な電源モジュール
及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子集成装置用の電源システム設計の傾
向は、分散型電源アーキテクチャに向かいつつある。分
散型電源アーキテクチャによる電源システムは、少数の
大型で一層集中的な電源モジュールの代わりに、多数の
小型基板に実装された電源モジュールを使用する。電源
システムは、多種多様な電子集成装置類（例えば、コン
ピュータワークステーション、ファイルサーバ又は電気
通信交換システムなど）を駆動させるために使用され
る。電源モジュールが実装された各基板は、駆動される
電子回路の近くに都合良く配置される。大抵の場合、１
個以上の電源モジュール実装基板が電子集成装置内の回
路基板上に配置される。回路基板上のスペースには限り
があるので、電源モジュールのサイズを最小化すること
が常に求められている。電源モジュールの設置面積を低
減することにより、大型の電源モジュールにより従来必
要とされていた回路基板のスペースを例えば、コンピュ
ータカードの処理スループットを高めるために、又は、
電気通信カードの交換容量を高めるために、別の追加回
路用に使用することができる。更に、多くの電子集成装
置類の回路基板間の隙間は１インチ未満である。回路基
板間の隙間を最小化することにより、更に一層高密度な
組立が可能になる。これにより、多数の回路基板を有す
る電子集成装置のスループット又は容量を大幅に増大さ
せることができる。また、低い高さプロファイル属性を
有する電源モジュールも望ましい。
【０００３】従って、電源モジュールの設計傾向は、低
い高さプロファイルと小さな設置面積により出力密度を
増大させると共に、高い出力を発揮する方向に向かって
いる。しかし、出力レベル、出力密度又はプロファイル
は、電源全体及びその構成部品の熱特性及び電気特性を
犠牲にしなければならない。
【０００４】常用の電源モジュールは、１本以上のリー
ド線列を有する一体的な包封パッケージの形で構成さ
れ、この電源モジュールを金属ケース内に収納してい
た。リード線により、電源モジュールを回路基板に接続
することができ、金属ケースは外部のヒートシンクとの
接合マウントを有する。大抵の場合、電源モジュール
は、特に制御及びモニタリング機能を付与するために、
金属ケースとの熱伝達における１個以上の電源デバイス
（例えば、トランジスタ又はダイオード）、電気的絶縁
及びエネルギー貯蔵のための１個以上の磁気デバイス
（例えば、変圧器又は誘導子）及び受動的電子素子を有
する１個以上の回路基板を内包する。
【０００５】その高電力消費に起因する熱管理が必要な
電源デバイス及び磁気デバイスは、絶縁金属基板技術を
使用する金属回路基板（例えば、米国ミネソタ州のミネ
アポリスに所在するBergquist Corporationにより製造
販売されているTHERMAL CLAD基板）上に実装できる。熱
管理の不必要な受動素子のような電子デバイスは、金属
基板又は常用のＦＲ４回路基板の何れにも実装できる。
ＦＲ４回路基板はその後、電源モジュールの様々な部品
類間の電気的伝達及び電力流れを促進するために、金属
回路基板に機械的又は電気的に結合させることができ
る。
【０００６】電源モジュールのリード線はＦＲ４回路基
板又は金属回路基板の何れにも、機械的又は電気的に結
合させることができる。電源モジュールは一般的に、プ
ラスチック又は金属ケース内に包封される。このプラス
チック又は金属ケース内には、電源モジュールの内部部
品を汚染物から保護し、更に、内部部品とケースとの間
の熱流れを改善するために、包封剤が充填されている。
【０００７】しかし、前記の包封パッケージ設計は様々
な欠点を有する。電源モジュールの構成部品類を収容す
るために、少なくとも２個の回路基板（すなわち、金属
回路基板とＦＲ４回路基板）が必要である。複数の回路
基板を使用すると、電源モジュールの複雑性とコストの
両方とも増大する。更に、包封パッケージ設計は例え
ば、常用の組立装置では大量生産が困難である。
【０００８】包封パッケージ設計を使用する電源モジュ
ールは大抵の場合、電源デバイス及び磁気デバイスによ
り発生された熱を放散させるためのヒートシンクに結合
されている。しかし、低電力消費タイプの電源モジュー
ルについては、ヒートシンクが不要な場合もある。常用
の包封パッケージ電源モジュールの高さプロファイルよ
りも低い高さプロファイルを有する電源モジュールが必
要な用途も存在する。一般的に、オープンフレーム設計
はこのような用途で使用される。オープンフレーム電源
モジュールは例えば、米国テキサス州のメスキートに所
在するLucent Technologies社から製造販売されているH
W100シリーズである。オープンフレーム電源モジュール
は一般的に、単一のＦＲ４回路基板上に実装された多数
の電子デバイス類を有する。電源モジュールをエンドユ
ーザの回路基板に実装可能にするために、電源モジュー
ルのリード線はＦＲ４回路基板に機械的又は電気的に結
合される。
【０００９】常用の包封型電源モジュール及びオープン
フレーム型電源モジュールは大抵の場合、スルーホール
ピンを介してエンドユーザの回路基板に実装される。電
源モジュールのリード線は一般的に、回路基板に手作業
でハンダ付けされる。Lucent社のJW150シリーズ又はHW1
00シリーズの基板実装電源(BMP)は、スルーホール実装
電源モジュールの一例である。エンドユーザの回路基板
は一般的に、非常に多数の表面実装部品類を含有する。
実際、電源モジュールは大抵の場合、回路基板上のスル
ーホール実装部品だけである。従って、電源モジュール
を回路基板に実装するために、別の又は追加の製造工程
が必要であり、その結果、回路基板を組み込んだ電子集
成装置の複雑性及び全体的コストが増大される。従っ
て、その他の部品類を実装するために使用される同じリ
フローハンダ付け方法を使用して回路基板に表面実装で
きる電源モジュールの開発が望まれている。
【００１０】この表面実装方法に伴う困難性は、電源モ
ジュールがエンドユーザの回路基板に実装されるので、
電源モジュールをリフローハンダ付け処理に付さなけれ
ばならないことである。リフローハンダ付け処理は電源
モジュールに過度なストレスを与える。このストレスに
より、電源モジュールの内部ハンダ接合の全てが溶融す
ることがあり、また、電源モジュールの構成部品類（例
えば、タンタルコンデンサの等価直列抵抗(ESR)）の機
能性を劣化させることがある。電源モジュールの電子デ
バイス類は、リフローハンダ付け処理中にＦＲ４回路基
板から移動したり、又は脱離したりすることがあり、こ
れにより、電源モジュールの機能性が破壊されてしまう
ことがある。
【００１１】リフローハンダ付け処理により生起される
ストレスを軽減する努力は大抵の場合、電源モジュール
の内部ハンダ結合用に高温ハンダを使用することに集中
されている。エンドユーザのリフロー温度プロファイル
は、電源モジュールと回路基板との間のハンダを溶融す
るには十分であるが、高温内部ハンダ結合を溶融するに
は低すぎる温度に設定される。これには特別な処理技術
と、高信頼性を確保するために鉛不含有ハンダ及び鉛不
含有部品メッキなどを使用するような特別な材料が必要
である。米国特許出願第０９／１８４７５３号明細書に
は、リフローハンダ付け処理を受けるハンダ結合の信頼
性を高める鉛不含有ハンダ方法が記載されている。ま
た、リフローハンダ付け処理中に部品類が所定の位置に
確実に留まるようにするため、接着剤又はその他の機械
的締結具を用いて重量部品類を固定することも必要であ
る。接着剤又は追加的な機械的締結具の使用は明らか
に、電子集成装置全体のコストと複雑性を増大させる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、従来技術に伴う欠点を解消する、表面実装可能な電
源を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記の従来技術に伴う欠
点及び前記課題は、本発明の表面実装可能な電源及び該
電源の製造方法により解決される。本発明の或る実施態
様では、本発明の電源は、(1)対向する上部及び下部導
電層を有する基板と、(2)下部導電層上の第１のパッド
に装着され、電源がリフローハンダ付け処理を受けると
きに基板から下部電気部品を外すことができる力を受け
る第１のリード線を有する下部電気部品と、(3)上部導
電層上の第２のパッドに装着された第２のリード線を有
する上部電気部品と、(4)液体状態のハンダの表面張力
が、電源がリフローハンダ付け処理を受ける際に、下部
電気部品を下部導電層と接触したままの状態に維持する
のに十分であるような十分に軽量な下部電気部品の第１
のリード線の間近に配置されたハンダと、(5)基板上に
装着された平面状の磁気デバイスと、ここで、該平面状
磁気デバイスは、上部及び下部導電層上の導電性トレー
スの一部から形成された巻線と、基板の開口を通して、
そして巻線の間近に配置されたコアとを有する、及び
(6)下部導電層に結合され、ハンダリフロー温度よりも
高い融点を有する材料から構成され、そして、電源を隣
接基板に実装でき、そして、これらの間で導電路を形成
することができる、基板間導電性マウントとを有し、前
記導電性マウントは、基板と隣接基板との界面に、第１
及び第２のコンプライアントハンダ結合をそれぞれ有す
る。
【００１４】本発明は広義には、オープンフレームタイ
プの表面実装可能な電源を提供するものである。このよ
うなオープンフレームタイプの表面実装可能な電源にお
いて、電源の基板の下部導電層は、電源がリフローハン
ダ付け処理を受ける際に、液体状のハンダの表面張力
が、部品を下部導電層と接触状態に維持するのに十分で
あるような十分に軽量な表面実装電気部品を含有する。
ハンダだけの表面張力により所定の位置に維持するには
大きすぎる電源又は磁気デバイスのような大きな部品類
は主に、上部導電層に配置される。従って、大きな部品
類は、電源がリフローハンダ付け処理を受ける際に、電
源の基板から離脱することが防止される。従って、電源
モジュールは標準的な錫／鉛（６０／４０又は６３／３
７Ｓｎ／Ｐｂ）ハンダ組成物を用いて都合良く製造する
ことができる。これにより、高温ハンダ組成物の必要性
または大きな若しくは重い部品類を所定の位置に保持す
るための接着剤あるいはその他の機械的締結具の使用は
除去される。また、電源は、２つのコンプライアントハ
ンダ結合を有する基板間導電性マウントによっても製造
することができる。コンプライアントハンダ結合は導電
性マウントと協働して、リフローハンダ付け処理中の電
源の共面性を改善する。
【００１５】本発明の或る実施態様では、基板はエポキ
シ−ガラス基板、紙フェノール基板及び絶縁金属基板か
らなる群から選択される。好ましい実施態様では、基板
はＦＲ４基板である。本発明で使用することができる様
々な基板材料は当業者に周知である。
【００１６】本発明の或る実施態様では、ハンダは錫／
鉛ハンダ組成物である。従って、ハンダは、電源がリフ
ローハンダ付け処理を受ける際、液状に変化する。関連
する実施態様では、錫／鉛ハンダ組成物は、６０／４０
Ｓｎ／Ｐｂハンダ組成物及び６３／３７Ｓｎ／Ｐｂハン
ダ組成物からなる群から選択される。本発明によれば、
高温の鉛不含有ハンダの使用を避けることが出来るが、
特別な用途の場合、必要に応じて、このようなハンダを
容易に使用することもできる。
【００１７】本発明の或る実施態様では、基板間導電性
マウントは、中空状の錫／鉛メッキされた銅ボール、高
温ハンダからなる中実状のボール及び中実状の金属ボー
ルからなる群から選択される。言うまでもなく、導電性
マウントは、略球形、円筒形又はドーナツ形などのよう
な任意の外形をとることもできる。別法として、導電性
マウントは略立方形又は矩形形状を有することもでき
る。関連する実施態様では、導電性マウントは、電源が
リフローハンダ付け処理を受ける際に、液体状態のハン
ダの表面張力が、導電性マウントと下部導電層とを接触
状態に維持するのに十分であるような十分に軽量なもの
である。
【００１８】本発明の或る実施態様では、電源は、電源
の基板に表面実装された補助基板を更に有する。補助基
板は、電源の構成部品類のための追加的スペースを提供
することができる。これにより、電源の出力密度を高め
ることができる。関連する実施態様では、補助基板の材
料は電源の主基板の材料と概ね類似している。主基板及
び補助基板について類似又は同一の材料を使用すること
により、基板の熱膨張率を最小にすることができる。
【００１９】本発明の或る実施態様では、電源は、上部
導電層に対して表面実装されたヒートシンクを更に有す
る。ヒートシンクは電源により放散された熱を取り除く
のに有用である。
【００２０】本発明の或る実施態様では、基板間導電性
マウントは、隣接基板上のスルーホール実装用ホールと
互換性を有する。従って、基板間導電性マウントは、電
源を、スルーホール実装用ホールを介して隣接基板に実
装することもできる。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は、従来技術の電源１００の
分解組立斜視図である。電源１００は、複数個の締結具
（そのうちの１つは符号１１５で示される）を有する金
属ケースを含む。電源１００は複数個の半導体電源デバ
イス（そのうちの１つは符号１２０で示される）も有す
る。半導体電源デバイス１２０は、複数のナット及びワ
ッシャ（そのうちの一組は符号１４０及び１４５で示さ
れる）により、複数の絶縁物（そのうちの１つは符号１
３０で示される）を用いて、締結具１１５を介して、金
属ケース１１０に結合されている。絶縁物１３０は、電
源デバイス１２０と金属ケース１１０との間の電気的絶
縁性及び熱伝導性の両方を付与する。金属ケース１１０
は導体を含まないので、金属ケース１１０は電源デバイ
ス１２０と電気的に相互接続されないが、金属ケース１
１０は電源デバイス１２０の熱管理を助力する。
【００２２】電源１００は、常用のＦＲ４回路基板１５
０を更に有する。ＦＲ４回路基板１５０は、その基板上
に実装された複数の磁気デバイス及びその他の電子デバ
イスを有する。電源１００は、エンドユーザの回路基板
に接続するための複数のリード線（そのうちの１つは符
号１７０で示される）も有する。電源１００のリード線
１７０は、エンドユーザの回路基板へのスルーホール実
装用に設計されている。スルーホール実装は幾つかの用
途には適合するが、多くのユーザは表面実装可能な電源
を好む。表面実装可能な電源は、回路基板上に配置し、
回路基板上の他の構成部品と共にリフローすることがで
きる。
【００２３】図示された実施態様では、電源デバイス１
２０はナット及びワッシャ１４０，１４５により締結具
１１５に装着される。従って、電源１００がリフローハ
ンダ付け処理を受けたとしても、電源デバイス１２０は
位置ずれを起こさない。しかし、ナット及びワッシャ１
４０，１４５と対応する締結具１１５は電源１００の製
造に複雑性を付加する。
【００２４】図２は、別の従来技術の電源２００の分解
組立斜視図である。電源２００は、電源２００のサイズ
を小さくするために、平面状の磁気デバイス類（そのう
ちの１つは符号２２０で示される）を使用する。電源２
００は、常用のＦＲ４回路基板２１０を有する。この回
路基板２１０は、基板上に装着された電子デバイスを相
互接続するための導電性トレースを有する。平面状磁気
デバイス２３０は、導電性トレースの一部から形成され
た巻線２２０を有する。平面状磁気デバイス２３０のコ
ア（第１及び第２のコア半体２３３，２３６を含む）は
回路基板２１０の開口を通して、かつ、巻線２２０の間
近に配置される。
【００２５】電源２００は金属ケース２４０を更に有す
る。このケースは１つの底面と４つの側壁を有する。従
って、１つの底面と４つの側壁は、このケース内に回路
基板２１０を収容するための５つの壁面を有する貯蔵器
を形成する。別法として、金属ケース２４０は、電源２
００内を空気が流通できるようにするため、１個以上の
側壁を有しない形で形成することもできる。空気の流通
は、電源２００の構成部品類からの熱の放散を助長す
る。図示された実施態様では、金属ケース２４０はTHER
MAL CLAD基板のような絶縁された金属基板である。THER
MAL CLAD基板は、金属層の他に、電気的絶縁層２４５と
電気的導電層２５０を有する。電気的導電層２５０の幾
つかの部分は除去することもできる。これにより、残っ
た部分は、電子デバイスと相互接続するための導電性ト
レースを形成することができる。金属ケース２４０は更
に、外部のヒートシンクと結合するためのアタッチメン
トポイントも有する。図示された実施態様では、アタッ
チメントポイントは、金属ケース２４０から隆起する、
内部がねじ切りされたポスト類（そのうちの１つは符号
２８５で示される）である。
【００２６】電源２００は更に、複数個の半導体電源デ
バイス（例えば、スイッチングデバイス、そのうちの１
つは符号２６０で示される）も有する。半導体電源デバ
イスは、金属ケースと熱交流するように結合された本体
と、回路基板２１０の導電性トレースと結合可能な端子
類（そのうちの１つは符号２６５で示される）を有す
る。電源デバイス２６０は導電性パッド２５５を介して
金属ケース２４０にハンダ付けすることができる。この
ハンダ結合により、電源デバイス２６０と金属ケース２
４０との間の熱結合が形成される。金属ケース２４０へ
の電源デバイス２６０のハンダ付けは、（例えば、反復
性目的のための）電源２００の自動組立を促進する。
【００２７】電源２００は更に、貯蔵器内に配置された
包封剤２７０も有する。包封剤は電源２００の電気部品
類により発生された熱を金属ケースに向わせる熱伝導路
を形成する。包封剤２７０は、貯蔵器の一部分だけに配
置することもできるし、あるいは、貯蔵器を概ね満たす
ように配置することもできる。どちらの場合も、包封剤
２７０は、部品類を電源２００内に固定し、それによ
り、電源２００がリフローハンダ付け処理を受けたとし
ても、部品類が位置ずれし難くすることができる。
【００２８】図３は、エンドユーザの回路基板に実装さ
れた図２の従来技術の電源２００の断面図である。電源
２００は、常用のハンダ付け技術を用いて、エンドユー
ザの回路基板３１０にスルーホール実装するように設計
されている。エンドユーザは、回路基板３１０に電源２
００を実装した後、回路基板３１０をリフローハンダ付
け処理するので、電源２００は、このリフローハンダ付
け処理に耐え抜くことができることが好ましい。従っ
て、電源２００は、高温の鉛不含有ハンダを使用する。
米国特許出願第０９／１８４７５３号明細書には、リフ
ローハンダ付け処理を受けるハンダ結合の信頼性を高め
る鉛不含有ハンダ付け処理法が記載されている。エンド
ユーザのリフロー温度プロファイルは、電源２００と回
路基板３１０との間のハンダを溶融させるには十分であ
るが、電源２００内の高温ハンダ結合を溶融させるには
不十分な温度に設定される。更に、電源２００内の包封
剤２７０は、リフローハンダ付け処理中の部品類を所定
の位置に保持することができる。
【００２９】高温鉛不含有ハンダを使用することによ
り、電源２００はリフローハンダ付け処理に耐えること
ができるが、電源２００の構成部品類は、これら部品類
が回路基板２１０にハンダ付けされる際、電源２００の
組立中に高温度を受けなければならない。極端な場合に
は、高温度は部品類の機能性を劣化させるか、又は、幾
つかの部品類の機能不全を起こす。従って、例えば、標
準的な錫／鉛（例えば、６０／４０又は６３／３７Ｓｎ
／Ｐｂ）ハンダ組成物を使用して製造され、その結果、
高温鉛不含有ハンダの使用に伴う不都合を避けることが
できる電源モジュールの開発が絶対に必要である。
【００３０】図４は、本発明により構成された電源４０
０の一例の斜視図である。電源４００はオープンフレー
ム設計を使用しており、対向する上部及び下部導電層を
有する基板４１０を有する。図示された実施態様では、
基板４１０はＦＲ４のような常用のエポキシ−ガラス材
料である。エポキシ−ガラス（例えば、ＦＲ４）基板、
紙フェノール樹脂基板及び１個以上の金属層を組込んだ
基板などのような、様々な材料を基板４１０として使用
することができることは当業者に周知である。電源４０
０は更に、下部導電層に結合された多数の基板間導電性
マウント（そのうちの１つは符号４４０で示される）も
有する。マウント４４０は、電源４００をエンドユーザ
の回路基板（又は隣接の基板）に装着し、そして、電源
４００と回路基板との間に導電路を形成することができ
る。
【００３１】電源４００は更に、基板４１０上に実装さ
れた平面状磁気デバイス４２０も有する。図示された実
施態様では、平面状磁気デバイス４２０は基板４１０の
上部及び下部層上の導電性トレースの一部から形成され
た巻線を有する変圧器である。変圧器のコア（第１及び
第１のコア半体を含む）は基板４１０の開口を通して、
かつ、巻線の間近に配置されている。第１及び第２のコ
ア半体は、所望の磁気特性を付与するために、一緒に機
械的に結合されている。第１及び第２のコア半体を機械
的に結合するための利用可能な様々なデバイスが存在す
る。例えば、米国特許第５７５０９３５号明細書に記載
されたクリップ、及び米国特許出願第０８／７７７３４
２号明細書及び同第０８／９０８８８７号明細書に記載
された自動接着剤方法などを好適に使用できる。
【００３２】図示された実施態様における平面状磁気デ
バイス４２０は電源４００の基板４１０から形成された
巻線を有するが、その他の平面状磁気デバイスは、独立
した小型基板内に配設された巻線を有することもでき
る。次いで、この小型基板を電源４００の基板に表面実
装することができる。米国特許出願第０８／９４０５５
７号明細書及び同第０９／０４５２１７号明細書には、
独立した小型基板を使用する多数の平面状磁気デバイス
が記載されている。非常に広範な種類の磁気デバイスを
本発明で使用できるが、平面状磁気デバイス４２０は非
常に高い設計自由度を与える。これにより、電源４００
は非常に低い全体的高さプロファイルと非常に高い変換
効率を達成することができる。
【００３３】電源４００は更に、上部導電層に装着され
た多数の電気部品類（図示されていない）も有する。電
源４００は更に、下部導電層に装着された多数の電気部
品類（そのうちの１つは符号４３０で示される）も有す
る。図示された実施態様では、電気部品類は、標準的な
錫／鉛（例えば、６０／４０又は６３／３７Ｓｎ／Ｐ
ｂ）ハンダ組成物を用いて、基板４１０の上部導電層及
び下部導電層に装着される。標準的な錫／鉛ハンダは、
電源４００がリフロー温度にまで上昇される際に液状に
変化し、電気部品類４３０は、基板４１０から電気部品
類４３０を脱離させ得るほどの力を受ける。
【００３４】従って、本発明の電源４００は、下部導電
層に小型の部品類（例えば、０８０５抵抗器パッケージ
又はＳ０８パッケージ）を都合良く配置している。本発
明では、小型部品類は、ハンダがリフローハンダ付け処
理中に液状に変化させるのに十分な温度（例えば、２２
０℃）にまで上昇される際に、ハンダの表面張力が、部
品類を下部導電層と接触状態に維持するのに十分である
ような、十分に軽量な部品類と定義される。ハンダだけ
の表面張力では所定の位置に保持することができないほ
ど大型の、電源デバイス又は磁気デバイスのような大型
部品類（例えば、Ｄ2パック電源ＭＯＳＦＥＴ）は基本
的に、上部導電層に配置される。従って、電源４００は
エンドユーザの回路基板上の他の部品類と共に直接にリ
フローハンダ付けすることができる。電源４００がエン
ドユーザのリフローハンダ付け処理を受ける場合、電源
４００のハンダ結合の全部ではないが、その多くのもの
もリフローされる。しかし、好都合なことに、下部導電
層上に小型部品類が配置され、上部導電層上に大型部品
が配置されているので、電気部品類は所定の位置に保持
される。従って、本発明によれば、リフローハンダ付け
処理中の部品類を所定の位置に確実に保持するための接
着剤又はその他の機械的締結具の使用を避けることがで
きる。更に、本発明によれば、高温鉛不含有ハンダの使
用及びこれに伴う様々な不都合を避けることができる。
【００３５】図５は、エンドユーザの回路基板５１０に
実装された、図４の電源４００の断面図である。電源４
００は、リフローハンダ付け処理により、エンドユーザ
の回路基板５１０に表面実装されるように設計されてい
るので、小型部品類４３０は基板４１０の下部導電層上
に装着され、一方、大型部品類４７０，４８０は都合良
く、上部導電層上に装着される。従って、小型部品４３
０は、電源４００がリフローハンダ付け処理される際
に、ハンダの表面張力により、下部導電層と接触したま
まの状態に保持することができる。
【００３６】図示された実施態様では、電源４００の基
板間導電性マウント４４０はピンである。このピンは、
基板４１０内のホール（穴）内に挿入され、締りばめ又
はハンダ結合によりホールに固着される。導電性マウン
ト４４０は一般的に、基板４１０に装着される。次い
で、導電性マウント４４０の底部を切断し、共面性実装
面を形成する。切断されると、導電性マウント４４０は
概ね平坦な末端を有する。この概ね平坦な末端は、導電
性マウント４４０とエンドユーザの回路基板５１０との
間で突合せ継ぎを形成する。従って、電源４００をリフ
ローハンダ付け処理によりエンドユーザの回路基板５１
０に表面実装することができる。導電性マウント４４０
は個々のピンであるか、又は別法として、ヘッダアセン
ブリの一部であることもできる。一般的に、多数の導電
性マウント４４０は、電源４００の電源機能と制御機能
をエンドユーザの回路基板５１０に結合させなければな
らない。従って、導電性マウント４４０は、電源４００
とエンドユーザの回路基板５１０に対する導電性マウン
ト４４０の共面性を都合良く維持することができる単一
のデバイスとして、ヘッダアセンブリ内に形成すること
もできる。
【００３７】図６Ａ、６Ｂ及び６Ｃは、本発明により構
成された電源の様々な基板間導電性マウントの断面図で
ある。図６Ａにおいて、第１の導電性マウント６００は
ピンである。このピンは、基板６１０のホール内に挿入
され、そして、締りばめ、ハンダ結合又はこれらの組合
せにより、ホールに固着される。次いで、ピン６０の底
部部分を折り曲げ、共面性装着面を形成する。これによ
り、電源をリフローハンダ付け処理によりエンドユーザ
の回路基板６２０に表面実装することができる。
【００３８】図６Ｂ及び６Ｃにおいて、第２及び第３の
導電性マウント６３０，６６０は、基板６４０，６７０
にそれぞれ装着されたエッジである。図示された実施態
様では、第２及び第３の導電性マウント６３０，６６０
は好ましくは、基板６４０，６７０のエッジ周囲に締結
するような形状に成形されている。第２及び第３の導電
性マウント６３０，６６０は、必要に応じてハンダによ
り基板６４０，６７０に固定することもできる。次い
で、第２及び第３の導電性マウント６３０，６６０の底
部部分を折り曲げ、電源用の共面性装着面を形成する。
更に詳細には、第２の導電性マウント６３０の底部部分
は内側に折り曲げてＪ字形のリード部を形成し、一方、
第３の導電性マウント６６０は外側に折り曲げてガルウ
イング形のリード部を形成する。
【００３９】図７は、本発明により構成された電源７０
０の別の実施態様の斜視図である。電源７００はオープ
ンフレーム設計を採用しており、対向する上部導電層及
び下部導電層を有する基板（例えば、ＦＲ４）７１０を
含有する。更に、基板７１０は、上部導電層と下部導電
層との間の相互接続を形成する、基板全体に配置された
多数のバイアスを有する。
【００４０】更に、電源７００は基板７１０上に装着さ
れた磁気デバイス（例えば、平面状磁気デバイス）７２
０を有する。平面状磁気デバイス７２０は、基板７１０
の上部導電層及び下部導電層上に導電性トレースの一部
から形成された巻線と、基板７１０の開口を通して、か
つ、巻線の間近に配置されたコアを有する、変圧器、誘
導子又はこれらの組合わせなどである。平面状磁気デバ
イスは、米国特許出願第０８／９４０５５７号明細書及
び同第０９／１２６１８３号明細書及び米国特許第５５
４１８２８号公報に開示されている。更に、電源７００
は、上部導電層上に形成されたパッド上に装着されたリ
ード線を有する多数の電気部品類（図示されていない）
を含有する。更に、電源７００は、下部導電層上に形成
されたパッド（そのうちの１つは符号７５０で示され
る）に装着されたリード線を有する多数の電気部品類
（そのうちの１つは符号７３０で示される）を含有す
る。電気部品類７３０は、電気部品のリード線の間近に
配置された、標準的な錫／鉛ハンダ組成物を用いて、基
板７１０上に装着される。電源７００がリフロー温度に
まで上昇される際、ハンダは液状に変化し、これによ
り、電気部品類７３０は、基板７１０から電気部品７３
０を脱離させ得るほどの力を受ける。
【００４１】図４の電源４００と同様に、電源７００は
下部導電層上に小型の部品類を都合良く配置させること
ができる。小型部品類は、ハンダがリフローハンダ付け
処理中に液状に変化させるのに十分な温度（例えば、２
２０℃）にまで上昇される際に、ハンダの表面張力が、
部品類を下部導電層と接触状態に維持するのに十分であ
るように、十分に軽量である。本発明では、ハンダの表
面張力では所定の位置に保持することができないほど大
型の部品類は基本的に上部導電層に配置される。従っ
て、電源７００はエンドユーザの回路基板上の他の表面
実装部品類と共に直接にリフローハンダ付けすることが
できる。従って、本発明によれば、リフローハンダ付け
処理中の部品類を所定の位置に確実に保持するための接
着剤又はその他の機械的締結具の使用を避けることがで
きる。更に、本発明によれば、高温鉛不含有ハンダの使
用及びこれに伴う様々な不都合を避けることができる。
【００４２】更に、電源７００は、下部導電層に結合さ
れた多数の基板間導電性マウント（そのうちの１つは符
号７４０で示される）も含有する。導電性マウント７４
０は電源７００をエンドユーザの回路基板（又は隣接の
基板）に装着させることができ、これらの間で導電路を
形成する。導電性マウント７４０は、ハンダリフロー温
度よりも高い融点を有する材料から構成されている。図
示された実施態様では、導電性マウント７４０は錫／鉛
でメッキされ、直径が概ね１２５ｍｉｌの、中空状の銅
製ボールである。図示された銅製ボールは、米国ニュー
ヨーク州のマウントバーノンに所在のBall Manufacturi
ng Co.社及び米国コネチカット州のブリッジポートに所
在のBead Industries社により製造販売されている。図
示された実施態様では銅製ボールを使用しているが、ハ
ンダリフロー温度よりも高い融点を有する材料からなる
その他の導電性マウントも当然本発明で使用することが
できる。米国特許第５５８８８４８号公報には、本発明
で都合良く使用できる、すりわりされた中空状の矩形平
行六面体マウントが開示されている。別法として、導電
性マウントは高温鉛不含有ハンダから形成された中実状
のボールであることもできる。
【００４３】図８は、図７の電源７００の断面図であ
る。電源７００は、導電性マウント７４０として銅製ボ
ールを使用してエンドユーザの回路基板８１０に実装さ
れている。電源７００は、リフローハンダ付け処理によ
り、エンドユーザの回路基板８１０に表面実装するよう
に設計されているので、小型の部品類は基板７１０の下
部導電層上に装着され、一方、大型の部品類は上部導電
層上に都合良く装着される。従って、小型部品類７３０
は、電源７００がリフローハンダ付け処理を受ける際
に、ハンダの表面張力により下部導電層と接触状態を維
持することができる。
【００４４】図示された実施態様では、基板７１０は、
上部導電層と下部導電層との間の相互接続を形成する、
基板全体に配置された多数のバイア(via)８２０を有す
る。言うまでもなく、バイア８２０は円形である必要は
ない。導電性マウント７４０は、バイア８２０のところ
で基板７１０に表面実装できることが好ましい。銅製ボ
ールの形状的な単純性により、導電性マウント７４０は
都合良く、如何なる方向にもバイア８２０上に配置させ
ることができる。バイア８２０は、導電性マウント７４
０の心合わせ及び配置を助ける。導電性マウント７４０
はリフローハンダ付け処理により電源７００の基板に装
着されるので、ハンダはバイア８２０を実質的に満た
し、各バイア８２０により低インピーダンスのパスをも
たらす。導電性マウント７４０は大電流量を搬送するの
で、バイア８２０内で、導電性マウント７４０の間近
に、ハンダにより形成された低インピーダンスパスは電
源７００における抵抗損失を低下させる。図示された実
施態様は電源７００の効率を高めるために、バイア８２
０を都合良く使用するが、本発明では、バイア８２０を
使用しないその他の実施態様も当然可能である。
【００４５】何れの表面実装用途においても、表面実装
部品を選択し、配置するために、自動化装置を使用する
ことが望ましい。このことは、図７のオープンフレーム
タイプの電源７００のような大型の副集成部品について
特に当てはまる。部品又は副集成部品をピックアンドプ
レース装置で使用可能にするために、ピックアンドプレ
ース装置の真空ピックアップヘッドと適合しうる概ね平
坦な表面を有しなければならない。更に詳細には、概ね
平坦な表面は、選択・配置処理中に副集成部品が適正に
バランスされるように、副集成部品の本体の中央部に配
置されることが好ましい。概ね平坦な表面を形成する一
つの方法は、副集成部品の本体の中央部で基板７１０上
に開放スポットを残置することである。開放スポットは
真空ピックアップヘッドを収容するための十分な隙間を
有しなければならない。しかし、開放スポットの残置は
出力密度を高める助けにはならない。電源７００の出力
密度を高めながら、概ね平坦な表面をもたらす別の方法
は、電源７００の本体の中央部に相当大型の部品（例え
ば、電源トランジスタ７７０）を配置させることであ
る。大型の部品はピックアンドプレース装置を用いて基
板７１０上に配置されるので、大型部品７７０の上面は
真空ピックアップヘッドと適合する。その結果、概ね平
坦な表面をもたらすために使用でき、これにより、副集
成部品をピックアンドプレース装置と適合させることが
できる。別法として、概ね平坦な表面を提供することが
基本的目的である特別な部品を副集成部品内に組込むこ
ともできる。言うまでもなく、ピックアンドプレース装
置と確実に適合させるその他の方法も本発明で使用でき
る。
【００４６】図９Ａ及び９Ｂは、本発明により構成され
た導電性マウント９００の別の実施態様の拡大図であ
る。図９Ａ及び９Ｂはエンドユーザの回路基板９１０に
表面実装された導電性マウント９００を細部まで詳細に
図示する。図９Ａに示されるように、基板９２０はバイ
ア９３０を有する。従って、導電性マウント９００は、
第１のハンダすみ肉９４０によりバイア９３０のところ
で基板９２０に表面実装される。導電性マウント９００
は更に、第２のハンダすみ肉９６０によりエンドユーザ
の回路基板９１０上のパッド９５０に表面実装される。
【００４７】図９Ｂに示されるように、基板９２０は、
図９Ａのバイア９３０の代わりに、ハンダパッド９７０
を有する。従って、導電性マウント９００は、第１のハ
ンダすみ肉９４０によりパッド９７０に表面実装され
る。図示された実施態様では、エンドユーザの回路基板
９１０は、基板中にバイア又はスルーホール実装のため
のホールを有する。従って、導電性マウント９００は第
２のハンダすみ肉９６０によりバイア９８０に表面実装
される。
【００４８】図９Ａ及び９Ｂに示されるように、基板９
２０のバイア９３０及びエンドユーザの回路基板９１０
のバイア９８０は、導電性マウント９００の心合わせ及
び配置を助ける。言うまでもなく、本発明により必要と
されるものは何も無い。
【００４９】図示された実施態様では、導電性マウント
９００は基板９２０及びエンドユーザの回路基板９１０
の両方に表面実装された銅製ボールである。従って、導
電性マウント９００は、基板９２０とエンドユーザの回
路基板９１０の各界面において、第１及び第２のコンプ
ライアントハンダ結合（第１及び第２のハンダすみ肉９
４０，９６０により形成される）をもたらす。第１及び
第２のコンプライアントハンダ結合は協働して、リフロ
ーハンダ付け処理中の基板９２０の共面性を改善する。
【００５０】基板９２０が回路基板９１０にリフローハ
ンダ付けされる際に、基板９２０と回路基板９１０との
間の共面性が失われることがある。基板９２０及び回路
基板９１０は一般的に、リフロー温度でかなり柔軟にな
る、多層構造のＦＲ４又はその他のエポキシガラス材料
などである。従って、これらは３次元的にねじ曲がるこ
とがある。この現象は、“ポテトチップ化現象”と呼ば
れることもある。このねじ曲がりは複雑であり、大抵、
予測不能である。更に、基板９２０と回路基板９１０は
異なる方向にねじ曲がり、導電性マウント９００を基板
９２０又は回路基板９１０から引き抜いてしまう。しか
し、第１及び第２のハンダすみ肉９４０，９６０はリフ
ローハンダ付け処理中は液状である。従って、ハンダの
表面張力及び毛細管作用は、このねじ曲がりにより生じ
る導電性マウント９００と基板９２０又は回路基板９１
０との間の微小なギャップを満たすので、基板９２０と
回路基板９１０との間の電気的な導電路は維持される。
第１及び第２のコンプライアントハンダ結合により、導
電性マウント９００は、リフローハンダ付け処理中の基
板９２０と回路基板９１０との間の相対的位置ずれに対
して一層良好に適合することができる。
【００５１】図９Ａに示されるように、基板９２０は基
板中にバイア９３０を有する。バイア９３０は本発明の
必須構成要件ではないが、バイア９３０は様々な利点を
有する。選択・配置処理中、バイア９３０は、この中に
導電性マウント９００の一部を収容するためのキャビテ
ィを提供する。バイア９３０により生成されたキャビテ
ィは、基板９２０に対する導電性マウント９００の位置
を明確に確認し、その結果、ピックアンドプレース装置
の正確性が向上される。従って、導電性マウント９００
の位置ずれは殆ど起こらない。更に、製造過程で、基板
がリフローハンダ付けされる際、バイア９３０は一部又
はほぼ全部がハンダにより満たされる。ハンダは、基板
９２０の上部導電層と下部導電層との間の低抵抗接続を
形成するので好ましい。更に、バイア９３０はハンダの
ための貯蔵器としても機能する。従って、基板９２０が
エンドユーザの回路基板９１０にリフローハンダ付けさ
れる際のリフローハンダ付け処理中のねじ曲がりにより
生じる、導電性マウント９００と基板９２０又は回路基
板９１０との間の微小なギャップを満たすハンダが、こ
のバイア貯蔵器から供給される。図９Ｂに示されるよう
な別の実施態様では、エンドユーザの回路基板９１０
が、表面実装パッド９５０の代わりにバイア９８０を有
し、このバイア９８０も、バイア９３０について説明し
たような効果と同様な効果をもたらす。
【００５２】図示された実施態様における導電性マウン
ト９００は銅製のボールであり、バイア９３０は基板９
２０を貫通する円形のホールであるが、導電性マウント
９００及びバイア９３０は任意の形状をとることができ
る。例えば、導電性マウントは中空状又は中実状のシリ
ンダーであり、基板９２０内の矩形形状のバイアに対し
て水平なその縦軸に沿って装着される。言うまでもな
く、本発明では、概ね球形、円筒形又はドーナツ形の導
電性マウントも使用できる。別法として、導電性マウン
トは、立方体形又は矩形形状を有することもできる。好
ましい実施態様では、基板９２０へのハンダ付けを容易
にするため、導電性マウント内に溝孔を配設することも
できる。
【００５３】図１０は、本発明による電源の製造方法の
一例の流れ図である。本発明の製造方法はＰＷＢロード
ステップ１０１０で開始され、このステップで、電源の
基板又はプリント基板(PWB)を製造装置にロードされ
る。次いで、第１面ステンシル印刷ステップ１０１２に
おいて、基板の第１の面をハンダでステンシル印刷す
る。その後、第１面ピックアンドプレースステップ１０
１４において、小型部品類をピックアンドプレース装置
により摘み上げ、そして、基板内の適当な箇所に配置さ
せる。次いで、必要に応じて、第１面配置位置の検査／
位置合せステップ１０１６において、部品類の配置位置
を検査し、そして、再位置合せする。その後、第１面の
リフローハンダ付けステップ１０１８において、基板の
第１の面に部品類をリフローハンダ付けする。リフロー
ハンダ付け処理の後、第１の面のハンダ結合検査／修理
ステップ１０２０において、ハンダ結合を検査する。検
査不合格のハンダ結合は、このステップ中に修理され
る。この時点で、“Ｉ／Ｏピン挿入”ステップ１０２２
における基板間導電性マウントを基板に装着させること
もできる。別法として、基板間導電性マウントは、第１
面ピックアンドプレースステップ１０１４中に基板上に
配置させ、そして、第１面のリフローハンダ付けステッ
プ１０１８において、基板の第１の面にリフローハンダ
付けすることもできる。
【００５４】その後、第２のＰＷＢロードステップ１０
３において、基板をひっくり返して、製造装置にロード
する。その後、第２面ステンシル印刷ステップ１０３２
において、基板の第２の面をハンダでステンシル印刷す
る。次いで、第２面ピックアンドプレースステップ１０
３４において、大型部品類をピックアンドプレース装置
により摘み上げ、そして、基板内の適当な箇所に配置さ
せる。次いで、必要に応じて、第２面配置位置の検査／
位置合せステップ１０３８において、部品類の配置位置
を検査し、そして、再位置合せする。その後、第２面の
リフローハンダ付けステップ１０４０において、基板の
第２の面に部品類をリフローハンダ付けする。リフロー
ハンダ付け処理の後、第２の面のハンダ結合検査／修理
ステップ１０４２において、ハンダ結合を検査する。検
査不合格のハンダ結合は、このステップ中に修理され
る。縦長パネル分離ステップ１０４４において、母体基
板を個々の回路に分離させる。
【００５５】次いで、機能試験ステップ１０５０におい
て、電源を試験する。機能試験に合格しなかった電源
は、原因分析／修理ステップ１０６０において、修理さ
れ、再試験のために、機能試験ステップ１０５０に返送
される。原因分析／修理ステップを再度繰り返しても、
試験に合格しない特定の電源は、サンプルＦＭＡスクラ
ップステップ１０６５に送られ、スクラップ処理され
る。
【００５６】電源が機能試験に合格したら、突合せ切断
ピンを使用する電源は、リード線トリミングステップ１
０７０に付される。このステップにおいて、基板間導電
性マウントを形成するピンは切断され、エンドユーザの
回路基板上に表面実装するのに好適な共面性表面を形成
する。言うまでもなく、（例えば、図７に示される電源
におけるような）基板間導電性マウント用の銅製ボール
を使用する電源は、リード線トリミングステップ１０７
０に付す必要はない。その後、モジュール包封ステップ
１０７５において、電源を包封する。製品品質保証チェ
ックステップ１０８０において、最終の品質保証検査を
行い、その後、顧客出荷ステップ１０８５において、電
源を顧客に出荷し、本発明の製造方法を終了する。
【００５７】図１１は、本発明の電源を製造し、この電
源をエンドユーザの回路基板に実装する方法の一例の流
れ図である。電源の製造方法は図１０について例示し、
説明した方法と概ね同一である。この方法はステップ１
１１０で開始される。下部層スクリーン印刷ステップ１
１２０において、基板の下部導電層をハンダでスクリー
ン印刷する。次いで、小型部品配置ステップ１１２５に
おいて、小型部品類を基板の下部導電層上に配置する。
好ましい実施態様では、小型部品配置ステップ１１２５
は、基板の下部導電層上への基板間導電性マウントの配
置も包含する。小型部品配置ステップ１１２５において
導電性マウントを基板上に配置することは、スムーズな
自動化製造処理を容易にするが、導電性マウントを後の
ステップで基板上に結合させることも可能なことは当業
者に自明である。次いで、第１のリフローステップ１１
３０において、電源をリフローハンダ付け処理に付す。
【００５８】次いで、電源をひっくり返し、上部導電層
スクリーン印刷ステップ１１４０において、基板の上部
導電層をハンダでスクリーン印刷する。次いで、部品配
置ステップ１１４５において、電源の残りの部品類を、
大きさに拘わらず、基板の上部導電層上に配置する。そ
の後、第２のリフローステップ１１５０において、電源
を第２のリフローハンダ付け処理に付す。これで電源が
仕上がり、エンドユーザの回路基板への実装準備が整
う。
【００５９】回路基板のスクリーン印刷ステップ１１６
０において、エンドユーザの回路基板をスクリーン印刷
する。次いで、部品類及び電源配置ステップ１１６５に
おいて、他の部品類と共に、電源を回路基板上に配置す
る。その後、回路基板リフローステップ１１７０におい
て、エンドユーザの回路基板をリフローハンダ付け処理
に付す。基板及びエンドユーザの回路基板は、回路基板
のリフローステップ１１７０の処理中に異なる方向に包
封することもできるが、基板間導電性マウントのコンプ
ライアント結合は協働して、エンドユーザの回路基板に
対する電源の共面性を改善する。その後、本発明の方法
は終了ステップ１１８０で終了する。
【００６０】図１２は、本発明により構成された電源１
２００の別の実施態様の断面図である。電源１２００
は、図７の電源７００と大体同じものであるが、主基板
１２２０に第２の基板１２１０が追加されている点で異
なる。基板間導電性マウント１２４０を使用することに
より、電源１２００はエンドユーザの回路基板１２３０
に表面実装することができる。図示された実施態様で
は、導電性マウント１２４０は銅製のボールである。言
うまでもなく、導電性マウント１２４０は任意の形状の
ものを使用できる。
【００６１】若干の複雑な電源回路は、単一の基板（例
えば、図７の電源７００について説明した基板７１０）
において利用可能な実装スペースよりも、一層広い実装
スペースを必要とすることがあるので、電源１２００は
補助基板１２１０を有することが好ましい。補助基板１
２１０は、本発明の基板間導電性マウント１２５０を使
用することにより、主基板１２２０に表面実装される。
図示された実施態様では、導電性マウント１２５０は突
合せ切断ピンである。言うまでもなく、エンドユーザの
回路基板１２３０に主基板１２２０を装着するために使
用された導電性マウント１２４０と類似の銅製ボールで
あることもできる。
【００６２】補助基板１２１０は電源１２００の構成部
品類のための追加的実装スペースを供給するので、電源
１２００の出力密度を高めることができる。好ましい実
施態様では、補助基板１２１０の材料は主基板１２２０
の材料と同類のものであり、基板材料間の熱膨張率差を
最小にする。
【００６３】スルーホール接続を使用する電源モジュー
ルは全産業分野で広範に使用される。大抵の場合、前記
のように、電源モジュールはエンドユーザの回路基板上
のスルーホール部品だけであるから、別個のスルーホー
ル又は超音波ハンダ付け処理が必要である。電源モジュ
ールが表面実装可能であれば、別個のスルーホール又は
超音波ハンダ付け処理は当然必要である。しかし、回路
基板の製造寿命の途中で特に必要となる出費のために、
エンドユーザは、表面実装電源モジュールを収容するた
めに回路基板を変更したがらない。従って、表面実装電
源モジュールにとって、電源を現存のスルーホールパッ
ドにリフローハンダ付けすることができるようなエンド
ユーザの現存の回路基板と互換性のある設置面積を有す
ることが望ましい。
【００６４】図１３は、本発明により構成された電源１
３００のピンアウト(pin-out)配置の実施態様の平面図
である。ピンアウト配置は、ＯＮ／ＯＦＦピン１３１
０、負入力ピンＶ1（−）１３２０と正入力ピンＶ
1（＋）１３２５を有する。これらのピンは電源１３０
０の左側に直線状に配列されている。この配置は、電源
１３００の右側に直線状に配列されている、ＴＲＩＭピ
ン１３３０、ＳＥＮＳＥ（＋）及びＳＥＮＳＥ（−）ピ
ン１３３５，１３４０、第１及び第２の負出力ピンＶo1
（−），Ｖo2（−）１３４５，１３５０及び対応する第
１及び第２の正出力ピンＶo1（＋），Ｖo2（＋）１３５
５，１３６０を更に有する。図示された実施態様では、
電源１３００の左側及び右側の両方のピンの中央間の第
１の線間距離Ａは約０．２インチである。ピン中心と電
源１３００の外側端との間の第２の線間距離Ｂは約０．
１インチである。
【００６５】図示された電源１３００の基板の幅Ｃは約
２．３５インチであり、長さＤは約３．３インチであ
る。図示された実施態様では、電源１３００の左側のピ
ンの列は、第３の線間距離Ｅで分離されている。線間距
離Ｅは、電源１３００の外側端から約０．９７５インチ
である。電源１３００の右側のピンの列は、左側のピン
の列に合わせて並べられており、従って、第２の負出力
ピンＶo1（−）は正入力ピンＶ1（＋）と直接対向して
いる。言うまでもなく、その他のピンアウト配置も本発
明で使用可能である。
【００６６】図１４は、本発明により構成された電源１
４００のピンアウト配置の別の実施態様の平面図であ
る。ピンアウト配置は、電源１４００の左側に配列され
た、負入力ピンＶ1（−）１４１０、ＯＮ／ＯＦＦピン
１４１５及び正入力ピンＶ1（＋）１４２０を有する。
この配置は、電源１４００の右側に配列された、負出力
ピンＶo（−）１４２５、負センスピン−ＳＥＮ１４３
０、ＴＲＩＭピン１４３５、正センスピン＋ＳＥＮ１４
４０及び正出力ピンＶo（＋）１４４５を更に有する。
【００６７】図示された実施態様では、負入力ピンＶ1
（−）１４１０とＯＮ／ＯＦＦピン１４１５の中心間の
第１の線間距離Ａは約１インチである。負入力ピンＶ1
（−）１４１０と正入力ピンＶ1（＋）１４２０の中心
間の第２の線間距離Ｂは約１．４インチである。電源１
４００の右側における、負出力ピンＶo（−）１４２
５、負センスピン−ＳＥＮ１４３０、ＴＲＩＭピン１４
３５、正センスピン＋ＳＥＮ１４４０及び正出力ピンＶ
o（＋）１４４５の間の第３、第４、第５及び第６の線
間距離Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆはそれぞれ、約０．４インチ、
０．７インチ、１インチ及び１．４インチである。左側
ピンと右側ピンとの間の線間距離Ｇは約１．９インチで
ある。言うまでもなく、その他のピンアウト配置も本発
明で使用できる。
【００６８】図１３及び図１４のピンアウト配置は、現
存のスルーホール実装電源のピンアウト配置とかなり類
似している。（例えば、図７の電源７００について例示
し、説明した銅製ボールの基板間導電性マウントのよう
な）適当な形状及び寸法の基板間導電性マウントを使用
することにより、本発明の電源はエンドユーザの現存の
回路基板上の実装用ホールに直接装着することができ
る。従って、回路基板は、本発明のスルーホール電源及
び表面実装電源の両方について使用できる。
【００６９】本発明の表面実装可能な電源は、熱放散を
低減させるために、高効率の電力変換トポロジーを都合
良く使用する。電源の高効率動作は熱除去の負担を軽減
する。これにより、本発明の電源を、低効率設計が望ま
しくない用途で使用することができる。このような高効
率トポロジーの一例は、米国特許第５５２８４８２号公
報に記載されている。しかし、電源により放散された熱
が、電源を動作させるために設計された環境条件に対し
て大きすぎて、熱除去のための補助手段が必要とされる
用途も幾つか存在する。
【００７０】図１５は、本発明により構成された電源１
５００の更に別の実施態様の断面図である。電源１５０
０は図７の電源７００とかなり似ているが、ヒートシン
ク１５１０を有する点で異なる。電源１５００は、基板
間導電性マウント１５４０を使用することにより、エン
ドユーザの回路基板１５３０に表面実装可能である。
【００７１】図示された実施態様では、電源１５００は
螺着装着機構のヒートシンクを有しない。従って、ヒー
トシンク１５１０は、基板１５２０に直接表面実装され
る。図示されたヒートシンクは、米国ニューハンプシャ
ー州のコンコルドに所在のAavid Thermal Products, In
c.社により、部品番号５７３３００及び５７３１００で
製造販売されている。言うまでもなく、その他の表面実
装可能なヒートシンクも本発明で使用することができ
る。基板１５２０の上部導電層は一般的に、使用できる
空気流れの大部分を受けるので、ヒートシンク１５１０
は上部導電層に実装することが好ましい。上部導電層に
ヒートシンクを実装することはリフロー処理の点からも
好ましい。なぜなら、ヒートシンクは大抵の場合重すぎ
るので、ハンダだけの表面張力では適所に保持すること
ができないからである。
【００７２】前記の表面実装可能な電源の実施態様及び
これらに関連した方法は本発明を説明する目的のために
だけ示されたものであり、リフローハンダ付け処理に耐
えることができるその他の実施態様も本発明で当然実施
可能である。更に、本発明の例示的な実施態様は特定の
電子部品類について説明されているが、所望の状態を生
成するために、または所望の結果を得るために、これら
の部品類は（同じタイプの部品類である必要はないが）
他の部品類に置き換えることもできる。例えば、複数の
部品類を単一の部品に置き換えることができ、この逆も
可能である。別々の及び一体的な磁気技術を使用する様
々な電力変換トポロジーを更に一層深く理解するため
に、Rudolph P. Severns and Gordon Bloomの“Modern
DC-to-DC Swithmode Power Converter Circuit”, Van
Nostrand Reinhold Company, New York,New York (198
5)及びJohn G. Kassakian, Martin F. Schlect and Geo
rge C. Vergheseの“ Principles of Power Electronic
s”, Addison-Wesley Publishing Company, Reading, M
assachusetts (1991)などの文献類を参照されたい。
【００７３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
リフローハンダ付け処理に耐えることができる表面実装
可能な電源モジュールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による電源の分解組立斜視図である。
【図２】従来技術による別の電源の分解組立斜視図であ
る。
【図３】エンドユーザの回路基板に実装された図２に示
された従来技術の電源の断面図である。
【図４】本発明により構成された電源の一例の斜視図で
ある。
【図５】エンドユーザの回路基板に実装された図４に示
された本発明の電源の断面図である。
【図６】本発明により構成された電源の様々な基板間導
電性マウントの断面図であり、６Ａにおいて、第１の導
電性マウント６００はピンであり、６Ｂ及び６Ｃにおい
て、第２及び第３の導電性マウント６３０，６６０は、
基板６４０，６７０にそれぞれ装着されたエッジであ
る。
【図７】本発明により構成された電源の別の例の斜視図
である。
【図８】図７に示された電源の断面図である。
【図９】本発明により構成された導電性マウントの別の
例の拡大図であり、９Ａは本発明の電源の基板にバイア
が配設された例を示し、９Ｂはエンドユーザの回路基板
にバイアが配設された例を示す。
【図１０】本発明による電源の製造方法の一例の流れ図
である。
【図１１】本発明の電源を製造し、この電源をエンドユ
ーザの回路基板に実装する方法の一例の流れ図である。
【図１２】本発明により構成された電源の別の例の断面
図である。
【図１３】本発明により構成された電源の一例のピンア
ウト配置を示す平面図である。
【図１４】本発明により構成された電源の別の例のピン
アウト配置を示す平面図である。
【図１５】本発明により構成された電源の更に別の例の
断面図である。
【符号の説明】
１００ 従来技術の電源 １１０ 金属ケース １１５ 締結具 １２０ 半導体電源デバイス １３０ 絶縁物 １４０ ナット １４５ ワッシャ １５０ ＦＲ４回路基板 １７０ リード線 ２００ 従来技術の電源 ２１０ ＦＲ４回路基板 ２２０ 巻線 ２４０ 金属ケース ２３０ 平面状磁気デバイス ２４５ 電気的絶縁層 ２５０ 電気的導電層 ２６０ 半導体電源デバイス ２７０ 包封剤 ３１０ エンドユーザの回路基板 ４００ 電源 ４１０ 基板 ４２０ 平面状磁気デバイス ４３０ 電気部品 ４４０ 導電性マウント ４７０，４８０ 大型電気部品 ５１０ エンドユーザの回路基板 ６００ 第１の導電性マウント ６１０ 基板 ６２０ エンドユーザの回路基板 ６３０ 第２の導電性マウント ６４０ 基板 ６５０ エンドユーザの回路基板 ６６０ 第３の導電性マウント ６７０ 基板 ６８０ エンドユーザの回路基板 ７００ 電源 ７１０ 基板 ７２０ 平面状磁気デバイス ７３０ 電気部品 ７４０ 基板間導電性マウント ７５０ パッド ７７０ 電源トランジスタ ８１０ エンドユーザの回路基板 ８２０ バイア ９００ 導電性マウント ９１０ エンドユーザの回路基板 ９２０ 基板 ９３０ バイア ９４０ 第１のハンダすみ肉 ９５０ ハンダパッド ９６０ 第２のハンダすみ肉９６０ ９７０ ハンダパッド ９８０ バイア １２００ 電源 １２１０ 補助基板 １２２０ 主基板 １２３０ エンドユーザの回路基板 １２４０ 導電性マウント １２５０ 基板間導電性マウント １３００，１４００ 電源 １５００ 電源 １５１０ ヒートシンク １５２０ 基板 １５３０ エンドユーザの回路基板 １５４０ 基板間導電性マウント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 1/18 Ｈ０５Ｋ 1/18 Ｔ 3/36 3/36 Ｚ // Ｇ０６Ｆ 1/26 Ｇ０６Ｆ 1/00 ３３０Ａ (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 アレン フランク ローマン アメリカ合衆国、75082 テキサス、リチ ャードソン、ウィンドハム レイン 2901 (72)発明者 サング ディー トロング アメリカ合衆国、75052 テキサス、グラ ンド プレイリー、クレイトン ストリー ト 554 (72)発明者 ウィリアム ロンゾ ウッズ ジュニア アメリカ合衆国、75142 テキサス、カウ フマン、カウンティー ロード 133 9453

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 (1)対向する上部及び下部導電層を有す
    る基板と、 (2)下部導電層上の第１のパッドに装着され、電源がリ
    フローハンダ付け処理を受けるときに基板から下部電気
    部品を外すことができる力を受ける第１のリード線を有
    する下部電気部品と、 (3)上部導電層上の第２のパッドに装着された第２のリ
    ード線を有する上部電気部品と、 (4)液体状態のハンダの表面張力が、電源がリフローハ
    ンダ付け処理を受ける際に、下部電気部品を下部導電層
    と接触したままの状態に維持するのに十分であるような
    十分に軽量な下部電気部品の第１のリード線の間近に配
    置されたハンダと、 (5)前記基板上に装着された平面状の磁気デバイスと、 ここで、該平面状磁気デバイスは、上部及び下部導電層
    上の導電性トレースの一部から形成された巻線と、基板
    の開口を通して、そして巻線の間近に配置されたコアと
    を有する、及び (6)下部導電層に結合され、ハンダリフロー温度よりも
    高い融点を有する材料から構成され、そして、電源を隣
    接基板に実装でき、そして、これらの間で導電路を形成
    することができる、基板間導電性マウントとからなり、 ここで、前記導電性マウントは、基板と隣接基板との界
    面に、第１及び第２のコンプライアントハンダ結合をそ
    れぞれ有する、ことを特徴とする表面実装可能な電源。
  2. 【請求項２】 前記基板は、 エポキシ−ガラス基板、 紙フェノール樹脂基板、及び絶縁金属基板からなる群か
    ら選択される、ことを特徴とする請求項１に記載の電
    源。
  3. 【請求項３】 前記ハンダは錫／鉛ハンダ組成物であ
    り、前記ハンダは、前記電源が前記リフローハンダ付け
    処理を受ける際に、液状に変化する、ことを特徴とする
    請求項１に記載の電源。
  4. 【請求項４】 前記錫／鉛ハンダ組成物は、 ６０／４０Ｓｎ／Ｐｂ組成物、及び６３／３７Ｓｎ／Ｐ
    ｂ組成物からなる群から選択される、ことを特徴とする
    請求項３に記載の電源。
  5. 【請求項５】 前記導電性マウントは、 中空状の錫／鉛メッキ銅製ボール、 高温ハンダから形成された中実状のボール、及び中実状
    の金属製ボールからなる群から選択される、ことを特徴
    とする請求項１に記載の電源。
  6. 【請求項６】 前記導電性マウントは、前記電源がリフ
    ローハンダ付け処理を受ける際に、前記液体状態のハン
    ダの表面張力が、前記導電性マウントを前記下部導電層
    と接触したままの状態に維持するのに十分であるような
    十分に軽量なものである、ことを特徴とする請求項１に
    記載の電源。
  7. 【請求項７】 前記基板に表面実装された補助基板を更
    に有する、ことを特徴とする請求項１に記載の電源。
  8. 【請求項８】 前記補助基板の材料は前記基板の材料と
    概ね類似している、ことを特徴とする請求項７に記載の
    電源。
  9. 【請求項９】 前記上部導電層に表面実装されたヒート
    シンクを更に有する、ことを特徴とする請求項１に記載
    の電源。
  10. 【請求項１０】 前記基板間導電性マウントは前記隣接
    基板上のスルーホール装着用ホールと互換性を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の電源。
  11. 【請求項１１】 複数の基板間導電性マウントを更に有
    する、ことを特徴とする請求項１に記載の電源。
  12. 【請求項１２】 (a)対向する上部及び下部導電層を有
    する基板を供給するステップと、 ここで、前記上部及び下部導電層上の導電性トレースの
    一部分は平面状磁気デバイスの巻線を形成する、 (b)下部電機部品の第１のリード線を前記下部導電層上
    の第１のパッドに装着させるステップと、 ここで、前記下部導電層は、前記電源がリフローハンダ
    付け処理を受けるときに前記基板から前記下部電気部品
    を外すことができる力を受ける、 (c)基板間導電性マウントを前記下部導電層に結合させ
    るステップと、 ここで、前記導電性マウントは、ハンダリフロー温度よ
    りも高い融点を有する材料から構成され、前記電源を隣
    接基板に装着して、これらの間で導電路を形成すること
    ができ、そして、前記基板と前記隣接基板との界面に、
    第１及び第２のコンプライアントハンダ結合をそれぞれ
    有する、 (d)前記下部電気部品及び前記導電性マウントを前記下
    部導電層にハンダでリフローハンダ付けするステップ
    と、 (e)上部電気部品の第２のリード線を前記上部導電層上
    の第２のパッド上に配置するステップと、 (f)前記上部電気部品を前記上部導電層に更にリフロー
    ハンダ付けするステップと、 ここで、前記下部電気部品は、前記ハンダの液体状態の
    表面張力が、前記下部電機部品を前記下部導電層と接触
    したままの状態に維持するように、十分に軽量なもので
    ある、 (g)前記巻線の間近の前記基板の開口を通してコアを配
    列することにより平面状磁気デバイスを形成するステッ
    プと、からなることを表面実装可能な電源の製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記基板は、 エポキシ−ガラス基板、 紙フェノール樹脂基板、及び絶縁金属基板からなる群か
    ら選択される、ことを特徴とする請求項１２に記載の方
    法。
  14. 【請求項１４】 前記ハンダは錫／鉛ハンダ組成物であ
    り、前記ハンダは、前記電源が前記リフローハンダ付け
    処理を受ける際に、液状に変化する、ことを特徴とする
    請求項１２に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記錫／鉛ハンダ組成物は、 ６０／４０Ｓｎ／Ｐｂ組成物、及び６３／３７Ｓｎ／Ｐ
    ｂ組成物からなる群から選択される、ことを特徴とする
    請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記導電性マウントは、 中空状の錫／鉛メッキ銅製ボール、 高温ハンダから形成された中実状のボール、及び中実状
    の金属製ボールからなる群から選択される、ことを特徴
    とする請求項１２に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記導電性マウントは、前記電源がリ
    フローハンダ付け処理を受ける際に、前記液体状態のハ
    ンダの表面張力が、前記導電性マウントを前記下部導電
    層と接触したままの状態に維持するのに十分であるよう
    な、十分に軽量なものである、ことを特徴とする請求項
    １２に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記基板に表面実装された補助基板を
    更に有する、ことを特徴とする請求項１２に記載の方
    法。
  19. 【請求項１９】 前記補助基板の材料は前記基板の材料
    と概ね類似している、ことを特徴とする請求項１８に記
    載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記上部導電層に表面実装されたヒー
    トシンクを更に有する、ことを特徴とする請求項１２に
    記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記基板間導電性マウントは前記隣接
    基板上のスルーホール装着用ホールと互換性を有する、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記結合は、複数の基板間導電性マウ
    ントを前記下部導電層に更に結合させることからなる、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
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