JP2004172191A

JP2004172191A - 基板およびそれを用いた直流電源装置

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Publication number: JP2004172191A
Application number: JP2002333418A
Authority: JP
Inventors: Hidekuni Sugawara; 英州菅原; Naoki Wakao; 直樹若生; Tomoji Arai; 智次荒井; Yoshihiko Saiki; 義彦斎木
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】放熱性のよい基板および放熱特性を向上させた薄型の直流電源装置を提供すること。
【解決手段】電源用半導体４、チップインダクタ５およびチップコンデンサ６を含む電力変換用部品が配設される高熱伝導率の基板１であって、基材となる金属板の少なくとも１つの面に高熱伝導の絶縁層が形成され、厚みが２００μｍ以下である基板１を備えた薄型の直流電源装置１０とする。また、前記高熱伝導の絶縁層は無機セラミックスを含有する樹脂層、もしくは液晶ポリマー層からなる。また、前記高熱伝導の絶縁層は、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である高熱伝導材料からなる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯機器等に使用される小型・軽量化を図った直流電源装置に係り、特に、薄型で熱放散性のよい回路基板を使用した直流電源装置に好適な基板およびそれを用いた直流電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型・薄型・高性能化が急速に進んでいる。特に、半導体メモリーの高速化、大容量処理化の急速な進展に対応してＬＳＩの発熱を押さえるため、これの駆動電圧をいかに低くするかが各メーカのターゲットになっている。
【０００３】
低電圧ＬＳＩを使用するデバイスでは、電池電圧を２Ｖ以下の電圧に降圧する方法としてドロッパー抵抗を入れて電圧を降下する方法やＤＣ−ＤＣコンバータを使用して降圧する方法などが用いられている。
【０００４】
特に、低電圧化、高密度化するＬＳＩの電圧の高精度化要求により、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた電源は必要不可欠となっている。
【０００５】
最近では、小容量品の電力変換素子の多くがＩＣ化されており、わずかな点数の外付け部品でＤＣ−ＤＣコンバータや直流電源が構成できるようになっている。
【０００６】
これらを構成する部品が非常に小型化されたとは言え、多くの電源はパターニングした配線を有するエポキシ樹脂やセラミックスの類の硬質の回路基板上に、各々個別の部品として制御用のパワーＩＣやコンデンサ部品、インダクタ部品といった表面実装部品単体を平面的にもしくは２次元的に実装してモールドしたハイブリッド型の直流電源がよく用いられている。
【０００７】
このとき、配線基板上に電源用半導体やインダクタといった発熱部品を配置するので、これら部品からの発熱が問題となり、ヒートシンク板として優れた性能を有するが、一定以上の厚みを要する金属基板やセラミックス基板を利用する方法や、放熱性が良好である金属製のパッケージを用いる方法で、部品の放熱に関する問題の解決を図ることができる。しかし、それは、電源装置の薄型化を阻む要因となっている。
【０００８】
例えば、放熱性に優れた金属ケーシング構造を有することで小型化、薄型化を図ったＤＣ−ＤＣコンバータとしては、次の特許文献１に開示された例がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３５８３６０号公報
【００１０】
この方法によれば、少なくとも基板の回路に対面する部分に、放熱性の良好な絶縁層である硬質アルマイトの層を設けたアルミニウムからなる金属ケースを用いた構造になっている。確かに、このケーシング方法は、樹脂よりも放熱性のよい金属が使用された点で効果があるし、特長がある。
【００１１】
但し、この例では、基板の材質や厚みおよび部品の形状についての開示が無く、また記載例から分るようにケースの固定のために基板と実装面との間に大きな間隔が必要となるため薄型化の課題が残る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
半導体メモリーの高速化が進められるなか、これに呼応した電源の要求に応えるべく、小型かつ薄型の電源の開発が求められている。こうした状況下で、最近では外付けの部品点数が少なくて済む電源コンバータ用ＩＣやレギュレータの開発が進んでいる。
【００１３】
また、発熱量が大きい電源用半導体やインダクタを用いた小容量電力変換装置の大電流容量化のためには、放熱性能が高く薄型の直流電源装置が要求されている。
【００１４】
そこで、本発明は、放熱性のよい基板を提供すること、および放熱特性を向上させた薄型の直流電源装置を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の構成の基板は、電源用半導体、インダクタおよびコンデンサを含む、直流電源装置のための電力変換用部品が配設される基板であって、厚みが２００μｍ以下の高熱伝導材料からなることを特徴とする。
【００１６】
また、前記高熱伝導材料は、無機セラミックスを含有する樹脂、または液晶ポリマーとすることができる。
【００１７】
そして、前記高熱伝導材料の熱伝導率は、０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることができる。
【００１８】
本発明の第２の構成の基板は、電源用半導体、インダクタおよびコンデンサを含む、直流電源装置のための電力変換用部品が配設される基板であって、基材となる平板の少なくとも１つの面に高熱伝導の絶縁層が形成され、厚みが２００μｍ以下であることを特徴とする。
【００１９】
また、前記高熱伝導の絶縁層は、無機セラミックスを含有する樹脂層、または液晶ポリマー層とすることができる。
【００２０】
また、前記高熱伝導の絶縁層は、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である高熱伝導材料からなることができる。
【００２１】
そして、前記基材となる平板は、金属板とすることができる。
【００２２】
本発明の直流電源装置は、前記第１または第２の構成の基板に回路パターンを形成してなる回路基板と、電源用半導体、インダクタおよびコンデンサを含む電力変換用部品とを備えることを特徴とする。
【００２３】
また、前記基板の面実装端子電極は、前記基板上に設けられた回路パターンにリードピンまたはリードフレームを付設して形成され、前記面実装端子電極の先端は基板の下面より上部に位置することができる。
【００２４】
また、前記基板の面実装端子電極は、前記基板上の回路パターンを構成する金属箔からなることができる。
【００２５】
そして、前記電力変換用部品の高さは０．９５ｍｍ以下であり、全体の高さが１．２ｍｍ以下とすることができる。
【００２６】
以上を簡略にまとめると、
（１）熱伝導率の高い無機セラミックスまたは液晶ポリマーを用いて熱伝導率を向上させたフィルム状の基板を用いること、
（２）基材となる金属板の少なくとも１つの面に、無機セラミックスを含有する樹脂などを用いた絶縁層が形成された基板を用いること、
（３）低背化した電力変換用部品を採用すること、
（４）電源装置の端子電極を簡略化すること、
これらにより、放熱性に優れた基板およびそれを用いた薄型の直流電源装置を得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
本発明の実施の形態においては、熱伝導率の高い無機セラミックスを含有させた樹脂、または液晶ポリマーを用いて、基板の熱伝導率を０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とし、厚みが２００μｍ以下の基板に、圧延法や電解法により、銅等の金属で直接、回路パターンを形成して使用する。
【００２９】
また、基材となる金属板の少なくとも片面に、熱伝導率の高い無機セラミックスを含有する樹脂層、もしくは液晶ポリマーの層が形成され、厚みが２００μｍ以下の基板上に回路パターンを形成して使用すると、この基板を介した効果的な熱放散がなされる。
【００３０】
さらに、熱伝導率が約０．２Ｗ／ｍ・Ｋのポリイミド基板やエポキシ樹脂基板、もしくは熱伝導率が約０．３５Ｗ／ｍ・Ｋのガラスエポキシ基板を使用した場合は、少なくとも回路パターン形成面に熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の前述の高熱伝導率の樹脂層を１０μｍないし１００μｍの厚みで形成した２００μｍ以下の厚みの基板を使用することで、電源用半導体等の電力変換用部品からの発熱を積極的に基板の熱伝導性を利用して放熱するこができる。
【００３１】
ここで、熱伝導性の高い無機セラミックスとしては、セラミックス粉末粒径が１０μｍ以下のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やシリカ（ＳｉＯ_２）等を、また、熱伝導性の高い無機フィラーとしては、窒化アルミニウムフィラー（ＡｌＮ）が選択でき、これら高熱伝導物質をエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等と混合し、０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い樹脂層として利用すると、高さ１．２ｍｍ以下の薄型の直流電源装置の動作時において、基板上面での温度上昇を効果的に抑制することができる。また、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の液晶ポリマーとしては構造制御型エポキシ樹脂等が利用できる。
【００３２】
また、基板の厚みを２００μｍ以下と限定した理由の１つとしては、実装時のはんだペースト厚みに注目した。印刷法により、はんだペーストをメインボードに塗工した後、電源装置を搭載し、リフローにて固着して実装するが、このときの一般的なはんだペースト塗工厚みが約２００μｍなので、はんだ這い上がりが確保できる限界の高さを基板の厚みの上限として設定してよいことが分った。
【００３３】
さらに、他の理由として、基板の厚みが２００μｍ以下であれば、高さが０．９５ｍｍ以下の電力変換用部品の使用と併せて、直流電源装置の高さを１．２ｍｍ以下にすることができる。また、直流電源装置の高さが１．２ｍｍ以下であれば、携帯機器などの分散電源として好適に使用できる。他方、基板の厚みの下限値については、抗折強度や寸法安定性といった物理的性質から２０μｍ以上の厚みで使用することを推奨する。
【００３４】
ところで、直流電源装置を１つ１つ作るのでは生産効率が悪いために、効率の良い多数個取りの大きな基板が一般的に使用される。このような大きな基板を使用する場合には、前もって、個片電源装置の面実装端子電極部分に切り込みを入れておくと、生産効率が向上する。理由は、はんだ付けや導電樹脂による電力変換用部品の固着と、リードフレームの固着とを一括で処理し、その後で、個片電源装置に切断することが可能になるからである。詳細な製法については、実施例の項で説明する。
【００３５】
上述した基板上への回路パターンの形成に関しては、特に限定されるものではないが、５μｍから５０μｍの厚みの銅箔を圧延法、電解法あるいは転写法等で形成することができる。その後、電力変換用部品を固着するランドや端子電極形成部を除いた部分をカバーコートやカバーフィルムで覆うことで回路基板が完成する。
【００３６】
このような構造においては、電力変換用部品が発熱しても、基板そのものが熱伝導率に優れ、かつ薄いために、熱を蓄積せず放熱するので、電源装置自体が高温になる前に一定温度の平衡状態になるという優れた熱特性を示すことが分った。
【００３７】
本発明の直流電源装置の構造を採用すると、直流電源装置自体には、ヒートシンクとして個別に金属板やケース等を設置する必要が無く、薄型かつ安価に製造できるという効果がある。
【００３８】
また、本発明の直流電源装置の面実装端子電極の形成に関しては、２つの方法がある。第１番目の方法は、基板上に設けた回路パターンから銅系等のリードフレームにより端子を引き出して形成するものである。但し、この方法は、面実装端子電極の先端を基板下面より上部に位置させるように、面実装端子電極としてピン端子を配設する方法である。
【００３９】
多数個取りの基板を使用して端子電極を形成する場合は、前もって電源装置の面実装端子電極部分の付近に切り込みを入れておくと、はんだ付けや導電樹脂を用いた電力変換用部品の回路基板への固着と、リードフレームの回路基板への固着を、一括で処理することが可能になり非常に効率的になることが分った。
【００４０】
他には、電源装置の面実装端子電極部分の付近に切り込みを入れずに電力変換用部品の固着とリードフレームの固着を行い、基板の裏面から基板やリードの切断を行うことで、個片の直流電源装置に仕上げる方法がある。但し、この方法は、切断精度が非常に要求されることになり、切断精度の管理等で煩雑になる。
【００４１】
いずれにしても、これらの方法は、個々の電源装置間の基板において不要部分やフレームの廃棄部分が多くなり、投入する材料に対して使用歩留まりが低下する。そこで、歩留まりを重視した場合には、回路基板の分割後にリードフレームを固定し切断することで端子電極の形成を行ってもかまわない。
【００４２】
また、最終的に、ガルウィング形状の面実装端子を形成するためには、回路基板へのはんだ付け後にリードフレームを切断する必要がある。この切断時には、応力が発生し、はんだ面にクラックを生じさせる危険性があるので、リードフレーム個所を押さえながら切断する等の注意が必要となる。
【００４３】
いずれにしろ、第１番目の方法を採用するリードフレームの曲げ加工に関しては、リード端子が基板面より上向きにならない程度にしておけば、はんだ付け性が確保されることが分っており、必ずしもＬ字型の曲げ加工を必要とはしない。
【００４４】
面実装端子電極を形成する第２番目の方法は、前述の方法とは異なり、新たなリードフレーム等による引き出し工事を行わずに、回路パターンをそのまま端子電極として利用する方法である。この方法は、前もって所定の位置に角形の切欠き部や円形等各種形状のスルーホールを設けたフィルム状の基板上に圧延法や電解法で銅等の金属による回路パターンを形成する。
【００４５】
ここで、圧延法による場合、切欠き部やスルーホール部といった空間に配設した銅箔上に電力変換用部品の固着と同時に予備はんだを行うことで、金属箔の一部が下方に撓むために、このまま面実装端子電極として利用することが可能となる。
【００４６】
また、電解法で、銅箔を形成する場合は、切欠き部等に銅箔が回り込み、この銅箔を濡らす形ではんだや導電樹脂が回り込むために、このまま面実装端子電極として利用できる。この端子電極は、実装時のはんだ付け性が良好で、かつ、リード端子の配設が無いために熱抵抗の小さな端子電極を備える直流電源装置を得ることができる。
【００４７】
また、基板が薄いという特性を利用して、前述のスルーホールを基板内に形成し、基板下面に、はんだボールを供給し、バンプ電極を形成した構造の薄型の直流電源装置としても利用できる。この構造は、出力電圧固定用のＤＣ−ＤＣコンバータ用ＩＣを利用することで電力変換用部品の点数が減少した場合に有効である。
【００４８】
次に、低背化した電力変換用部品についてであるが、最近では、低背化したＤＣ−ＤＣコンバータ用ＩＣとコンデンサとインダクタの組み合わせで、最小限の電圧固定型の直流電源が製造可能となっている。そこで、本発明の直流電源装置では、ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣのベアチップとして低背化されたものを使用する。同様に、インダクタも積層チップインダクタ、ヘリカルタイプのインダクタ、ミアンダタイプのインダクタ、スパイラルタイプのインダクタ、フレキシブル配線基板上の導体上を磁性体で覆うタイプのインダクタ等においても低背化されたものを使うことができる。
【００４９】
コンデンサについても同様に、積層セラミックコンデンサ、タンタルコンデンサ、ニオブコンデンサ、機能性高分子アルミ固体電解コンデンサ等の低背化されたものを使うことができる。
【００５０】
抵抗、電源管理用半導体や温度管理用半導体等といった前述以外の電力変換用部品についても同様な低背品を搭載すればよく、電源回路や部品の形状・点数に制限されるものではない。
【００５１】
さらに、部品の信頼性の中でも、特に耐湿性向上を図る場合には、シリコン系等の放熱性が良好で、かつ耐湿性がある樹脂を所定の厚みで電源装置をオーバーコートして使用してもよい。また、ノイズ対策等を目的として、薄い窒化アルミニウムシート、フェライト等のシートで覆ってもよい。
【００５２】
【実施例】
次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００５３】
（実施例１）図１は、本発明の実施例１の直流電源装置の製造工程の概略を示す概念図である。フィルム状の基板には、窒化アルミニウムフィラーを２０ｗｔ％混合した３５μｍ厚みのポリイミド樹脂をアルミニウム板の両面に形成して基板１として使用した。この基板の窒化アルミニウムフィラーを２０ｗｔ％混合した３５μｍ厚みのポリイミド樹脂の熱伝導率は０．９Ｗ／ｍ・Ｋを示した。
【００５４】
また、大きさが電源装置として１２個取りの基板を用いた。このとき、図１（ａ）に示すように、基板１を完成後に切り離すための切断線１１と端子電極部分を回避した切り込み１２を入れた。
【００５５】
これに、図１（ｂ）に示すように、圧延法により３０μｍ厚みの銅箔による所定の回路パターンを形成して、ポリイミド系のカバーコート材料を用いて、電源用半導体、チップインダクタ、チップコンデンサ等の部品を搭載する部分のランド３およびリードフレームを固着する端子電極形成部２３を除いた部分を、１５μｍの厚みになるように均一にカバーコートして、回路基板２が得られる。
【００５６】
この回路基板２に２００μｍの厚みで鉛フリーはんだペーストを印刷塗工した。次に、図１（ｃ）に示すように、電源用半導体４としては出力電圧可変用のＤＣ−ＤＣコンバータ用ＩＣ（４Ｖ入力、１．５Ｖ出力）を用い、他に、入力側に９．４μＦの積層チップコンデンサとなるチップコンデンサ６、また出力側に、９．４μＦおよび１２０ｐＦの積層チップコンデンサとなるチップコンデンサ６、１０μＨの積層チップインダクタであるチップインダクタ５、３０ｋΩの角形チップ固定抵抗器であるチップ抵抗７を３個、それぞれマウントした。また同時に、銅系リードフレームを所定の位置に固定した。
【００５７】
次に、はんだリフロー炉に通して接合した。接合後、シリコーン樹脂を用いて基板の所定部分を１００μｍの厚みで均一にコートした。さらに、直流電源装置の外形を切り離すとともにリードフレームを切り離して個片の直流電源装置１０とした。
【００５８】
ここで、端子電極８の形状を説明する。回路基板の切り離し後の最終的なリード形状を概念的な断面図で、図１（ｄ）および図１（ｅ）に示す。図１（ｄ）のＸ１は、曲げ加工せずに切断したリード端子電極を示し、図１（ｅ）のＸ２は、Ｌ字形曲げ加工を施したリード端子電極を示す。
【００５９】
次に、使用した電力変換用部品の大きさ、および、出来上がった直流電源装置の大きさについて説明する。ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣの大きさは、３．０Ｌ×２．９Ｗ×０．９Ｈ（ｍｍ）のものを用いた。インダクタは、大きさが１．６Ｌ×０．８Ｗ×０．８Ｈ（ｍｍ）の積層チップインダクタで１０μＨの特性を有するチップを使った。また、コンデンサは大きさが２．０Ｌ×１．２５Ｗ×０．８５Ｈ（ｍｍ）の積層チップコンデンサで４．７μＦの特性を有するチップを４個と、大きさが１．０Ｌ×０．５Ｗ×０．５Ｈ（ｍｍ）で１２０ｐＦの特性を有するコンデンサを用いた。さらに、抵抗は１．０Ｌ×０．５Ｗ×０．３５Ｈ（ｍｍ）の角型チップ固定抵抗器を３個用いた。
【００６０】
得られた直流電源装置１０の大きさは、長さ８ｍｍ、幅５ｍｍ、高さ１．１ｍｍであり、低背化が実現でき、高効率の直流電源装置となった。なお、この直流電源装置の放熱特性の評価結果については、他の実施例および比較例とともに、後述する。
【００６１】
（実施例２）図２は、実施例２の直流電源装置の製造工程の概略を示す概念図である。フィルム状の基板には、平均粒径が０．３μｍのアルミナ粒子を１５ｗｔ％混合した１００μｍ厚みのポリイミド樹脂を基板１として使用した。この基板の熱伝導率は０．６Ｗ／ｍ・Ｋを示した。
【００６２】
また、大きさが、電源装置として１２個取りの基板を用いた。図２（ａ）に示すように、基板１を完成後に切り離すための切断線１１と端子電極形成用角形の切欠き部１３を設ける処理を前もって行った。なお、切欠き部の形状は、図２（ｂ）に示した切欠き部１４のような半円形であってもよい。
【００６３】
この基板に圧延法により３０μｍ厚みの銅箔による所定の回路パターンを形成した。さらに、ポリイミド系のカバーコート材料を用いて、図２（ｃ）に示すように、部品を搭載する部分のランド３および端子電極用銅箔３３を除く部分を、１５μｍの厚みになるように均一にカバーした。
【００６４】
この基板に、２００μｍの厚みで鉛フリーはんだペーストを印刷塗工した。また、リフロー時に部品の移動が生じないように、前もって仮固定用の接着材を塗布し、仮キュアしておいた。
【００６５】
次に、図２（ｄ）に示すように、電源用半導体４としては出力電圧可変用のＤＣ−ＤＣコンバータ用ＩＣ（４Ｖ入力、１．５Ｖ出力）を用いた。他に、入力側に機能性高分子アルミ固体電解コンデンサのチップコンデンサ６を、出力側に、機能性高分子アルミ固体電解コンデンサのチップコンデンサ６と、１２０ｐＦの積層チップコンデンサであるチップコンデンサ６を、０．２ｍｍ厚みの薄膜磁性体に絶縁被覆された１３０μｍφの銅細線を巻きつけたヘリカル構造のインダクタであるチップインダクタ５を１個、３０ｋΩの角型チップ固定抵抗器であるチップ抵抗７を３個、それぞれマウントした。
【００６６】
次に、はんだリフロー炉に通して接合した。この後、シリコーン樹脂を用いて基板の所定部分を２００μｍの厚みで均一にコートした。最後に、所定の位置で直流電源の外形を切り離して個片の直流電源装置とした。
【００６７】
本実施例２においては、圧延法により回路パターンとともに端子電極を形成したが、この圧延法により形成された端子電極を図２（ｅ）に示す。また、電解法によって形成された端子電極についても図２（ｆ）に示す。
【００６８】
図２（ｅ）および図２（ｆ）は、圧延法と電解法での、銅箔の形成法の違いによる端子電極の違いを強調するために概念的に描かれた断面図である。図２（ｅ）のＹ１は、圧延法により形成した銅箔を用いた端子電極を示し、図２（ｆ）のＹ２は、電解法により形成した銅箔を用いた端子電極を示す。１５は、はんだ、３３は端子電極用銅箔、１は基板である。
【００６９】
次に、使用した電力変換用部品の大きさ、および、出来上がった直流電源装置の大きさについて説明する。ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣには、大きさはが３．０Ｌ×２．９Ｗ×０．３Ｈ（ｍｍ）のベアチップを用いた。インダクタには、大きさが５．０Ｌ×２．０Ｗ×０．３Ｈ（ｍｍ）で５μＨの特性ヘリカルインダクタを使った。また、コンデンサには大きさが３．２Ｌ×１．６Ｗ×０．３Ｈ（ｍｍ）の機能性高分子アルミ固体電解コンデンサで１０μＦの特性を有するチップと、大きさが１．０Ｌ×０．５Ｗ×０．５Ｈの積層チップコンデンサで１２０ｐＦのチップを用いた。そして抵抗には、大きさが１．０Ｌ×０．５Ｗ×０．３５Ｈ（ｍｍ）の角型チップ固定低抗器を用いた。
【００７０】
得られた直流電源装置２０の大きさは、長さ８．５ｍｍ、幅５．５ｍｍ、高さ０．５ｍｍであり、低背化が実現でき、高効率の直流電源装置となった。なお、この直流電源装置の放熱特性の評価結果については、他の実施例および比較例とともに、後述する。
【００７１】
次に、比較例について説明する。
【００７２】
（比較例）図３に、比較例の直流電源装置の断面図を示す。この直流電源装置は、アルミニウムパッケージを用いた従来型の電源装置である。
【００７３】
回路基板３１としては、０．８ｍｍ厚みのガラスエポキシ基板に、３０μｍ厚みの銅箔による回路パターンを形成して使用した。この基板の熱伝導率は０．４Ｗ／ｍ・Ｋを示した。
【００７４】
また、大きさが、電源装置として１２個取りの基板を用いた。この基板に、リード端子用のスルーホールをあけ、圧延法により３０μｍ厚みの銅箔による所定の回路パターンを形成した。さらに、エポキシ系のカバーコート材料を用いて、部品を搭載する部分のランドおよびリードフレームを固着する部分のランドを除いて１５μｍの厚みになるように均一にカバーした。
【００７５】
この回路基板に、２００μｍの厚みで鉛フリーはんだペーストを印刷塗工した。また、リフロー時に部品の移動が生じないように、前もって部品の仮固定用の接着材を塗布しておいた。次に、電源用半導体である、４Ｖ入力−１．５Ｖ出力−ＤＣ−ＤＣコンバータ用ＩＣ、入力側に９．４μＦの積層チップコンデンサ、出力側に、９．４μＦおよび１２０ｐＦの積層チップコンデンサ、１０μＨの積層チップインダクタ、３０ｋΩのチップ低抗等の部品をそれぞれマウントし、はんだリフロー炉で接合した。
【００７６】
引き続き、この回路基板は厚いので部品の剥離等が生じないように、注意深く所定の形状に切断した。さらに、発熱部品のトップに熱伝導用の高絶縁シリコーン樹脂１６を２００μｍ程度の厚みで塗布し、さらに放熱用の角形アルミニウムのケース９をかぶせた。最後に、耐湿性向上を目的とし２００μｍの厚みの高絶縁シリコーン接着剤を用いて基板の縁部と接合・封止した。
【００７７】
このとき使用した電力変換用部品の大きさ、および、出来上がった直流電源装置の大きさについて説明する。ＤＣ−ＤＣコンバータＩＣの大きさは、３．０Ｌ×２．９Ｗ×０．９Ｈ（ｍｍ）のものを用いた。インダクタは、大きさが１．６Ｌ×０．８Ｗ×０．８Ｈ（ｍｍ）の積層チップインダクタで１０μＨの特性を有するチップを使った。またコンデンサは大きさが２．０Ｌ×１．２５Ｗ×０．８５Ｈ（ｍｍ）の積層チップコンデンサで４．７μＦの特性を有するチップと、大きさが１．０Ｌ×０．５Ｗ×０．５Ｈ（ｍｍ）で１２０ｐＦの特性を有するコンデンサを用いた。抵抗は１．０Ｌ×０．５Ｗ×０．３５Ｈ（ｍｍ）の角型チップ固定抵抗器を用いた。そして、得られた直流電源装置の大きさは、長さ９ｍｍ、幅６ｍｍ、高さ２．９ｍｍであった。
【００７８】
放熱特性の評価として、実施例１（図１）、実施例２（図２）および比較例（図３）に示す直流電源装置について、電力変換用部品搭載側の基板温度測定位置２１ａとマザーボード積載側の基板温度測定位置２１ｂに熱電対を接触させ、基板の表面温度を測定した。
【００７９】
その測定条件として、回路パターンが形成された、厚み１．２ｍｍのガラスエポキシ製のマザーボードに上記直流電源装置を実装し、駆動前と２時間駆動後の表面温度を実測した。そして、その間の上昇温度ΔＴを、上記の直流電源装置間で比較した。
【００８０】
その結果を表１に示す。
【００８１】
【表１】

【００８２】
構造に一部違いが有り単純に比較することはできないが、本発明の実施例では、いずれも電力変換用部品の搭載側（基板上面）の温度上昇が小さく、電力変換用部品の搭載側（基板上面）の温度上昇とマザーボード側（基板下面）の温度上昇の差が小さいという結果になった。この結果からインダクタ等で発生した熱が、フィルム状の基板を通して良好に放熱していることが推定できる。
【００８３】
また、比較例では、基板上下面の温度差が大きく、ヒートシンクであるケースから放熱しているにもかかわらず、基板面からは熱が放散されずに蓄積されていることが推定できる。これは、発熱部品からの熱伝導は、熱伝導率が高いはんだや銅箔に優先的に伝導し基板の温度を上昇させ、蓄熱したと考えられる。
【００８４】
以上から、高熱伝導で、かつ薄い基板が放熱に効果的に影響していることが確認された。
【００８５】
ところで、薄型化に関するデータは、出来上がった直流電源装置の製品形状として、実施例および比較例の末尾に示したが、最後に、それらを比較してまとめると、実施例１、実施例２および比較例（従来型）の製品の高さは、それぞれ、１．１ｍｍ、０．５ｍｍ、２．９ｍｍであり、本発明により、この容量の直流電源装置において５０％以上の低背化が達成できたことが分る。
【００８６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の直流電源装置においては、基板の材質に熱伝導率の高いものを採用し、基板への自由な放熱を生じさせ、ヒートシンク板の設置を必要とせずに低背化できるという効果がある。
【００８７】
さらに、電源の面実装端子電極もできるだけ簡略化した方法を採用しているために、全体的に熱抵抗が小さいものとなり、蓄熱せず放熱することが可能となっている。
【００８８】
また、ヒートシンク板の省略等で工程の簡略化と部品の削減・軽量化が図られるために、安価に製造できる効果もある。
【００８９】
さらに、柔軟性を持つ樹脂層からなるフィルム状の基板を用いた薄型の直流電源装置は、携帯機器などの分散電源として好適である。それは、基板がフィルム状であり、柔軟性を持つゆえに電力変換用部品が搭載されている部分以外は変形に対して自由度を有しているため、多少の段差のある個所にも対応でき、マザーボード上の多様な場所に搭載することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における直流電源装置の製造工程の概念図。図１（ａ）は基板の斜視図、図１（ｂ）はカバーコートを施した回路基板の斜視図、図１（ｃ）は直流電源装置の斜視図、図１（ｄ）は曲げ加工せずに切断したリード端子電極の断面図、図１（ｅ））はＬ字形の曲げ加工を施したリード端子電極の断面図。
【図２】実施例２における直流電源装置の製造工程の概念図。図２（ａ）は基板の斜視図、図２（ｂ）は半円形の切欠き部の斜視図、図２（ｃ）はカバーコートを施した回路基板の斜視図、図２（ｄ）は直流電源装置の斜視図、図２（ｅ）は圧延法による端子電極の断面図、図２（ｆ）は電解法による端子電極の断面図。
【図３】比較例の直流電源装置の断面図。
【符号の説明】
１基板
２，３１回路基板
３ランド
４電源用半導体
５チップインダクタ
６チップコンデンサ
７チップ抵抗
８端子電極
９ケース
１０，２０直流電源装置
１１切断線
１２切り込み
１３，１４切欠き部
１５はんだ
１６高絶縁シリコーン樹脂
２１ａ，２１ｂ基板温度測定位置
２３端子電極形成部
３３端子電極用銅箔
Ｘ１曲げ加工せずに切断したリード端子電極
Ｘ２Ｌ字形曲げ加工を施したリード端子電極
Ｙ１圧延法による端子電極
Ｙ２電解法による端子電極

Claims

電源用半導体、インダクタおよびコンデンサを含む、直流電源装置のための電力変換用部品が配設される基板であって、厚みが２００μｍ以下の高熱伝導材料からなることを特徴とする基板。
前記高熱伝導材料は無機セラミックスを含有する樹脂、または液晶ポリマーからなることを特徴とする請求項１に記載の基板。
前記高熱伝導材料の熱伝導率は０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の基板。
電源用半導体、インダクタおよびコンデンサを含む、直流電源装置のための電力変換用部品が配設される基板であって、基材となる平板の少なくとも１つの面に高熱伝導の絶縁層が形成され、厚みが２００μｍ以下であることを特徴とする基板。
前記高熱伝導の絶縁層は無機セラミックスを含有する樹脂層、または液晶ポリマー層からなることを特徴とする請求項４に記載の基板。
前記高熱伝導の絶縁層は、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上である高熱伝導材料からなることを特徴とする請求項４または５に記載の基板。
前記基材となる平板は金属板であることを特徴とする請求項４、５または６に記載の基板。
請求項１から７のいずれかに記載の基板に回路パターンを形成してなる回路基板と、電源用半導体、インダクタおよびコンデンサを含む電力変換用部品とを備えることを特徴とする直流電源装置。
前記基板上に設けられた回路パターンに、リードピンまたはリードフレームが面実装端子として付設され、前記面実装端子電極の先端が基板の下面より上部に位置することを特徴とする請求項８に記載の直流電源装置。
前記基板の面実装端子電極は、前記基板上の回路パターンを構成する金属箔からなることを特徴とする請求項８に記載の直流電源装置。
前記電力変換用部品の高さは０．９５ｍｍ以下であり、全体の高さが１．２ｍｍ以下であることを特徴する請求項８、９または１０のいずれかに記載の直流電源装置。