【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ用等のパワーモジュールを構成し、発熱素子が実装されたパワー回路用基板を具備する回路基板の構成に関し、特に、パワー回路用基板と他の回路部材との接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ用ＩＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）モジュールなどの制御機能を有するパワーモジュールでは、放熱の問題などから、発熱素子が実装されたパワーモジュール部であるパワー回路用基板と、非発熱素子が実装される制御回路用基板とが分離配置される場合が多い。
パワーモジュールの回路基板を構成するパワー回路用基板と制御回路用基板とを分離配置する場合、省スペース化を図るためなどの理由により、該パワー回路用基板と制御回路用基板とを上下二段に積層配置することがある。（特許文献１参照）
【０００３】
例えば、図５に示すように、パワーモジュールにおける回路基板１０１のパワー回路用基板１１０は、放熱板１１１の上面に絶縁膜１１２を形成し、該絶縁膜１１２の上面に導電性配線１１３を形成するとともに、導電性配線１１３が形成された上面側に発熱素子１１４を実装して構成されている。一方、制御回路用基板２１０は、基板２１１に非発熱素子２１２を実装して構成されている。
そして、パワー回路用基板１１０の導電性配線１１３上に端子台３３０の基端部３３０ａをはんだ付けにて立設し、該端子台３３０の上部３３０ｂに制御回路用基板２１０を接続することで、積層配置されるパワー回路用基板１１０と制御回路用基板２１０とが接続されている。（特許文献２参照）
また、図６に示すように、パワー回路用基板１と制御回路用基板２１０との端子台３３０は、樹脂部材にて構成される筐体４１０を介して、パワー回路用基板１１０の導電性配線１１３上に立設されることもある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２３０５１２号公報
【特許文献２】
特開平１０−２２９２６１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の如く、積層配置されるパワー回路用基板１１０と制御回路用基板２１０とを接続する端子台３３０を、はんだ付けにてパワー回路用基板１１０上に立設するように構成した場合は、平面方向に屈曲された端子台３３０の基端部３３０ａを、パワー回路用基板１１０の導電性配線１１３にはんだ付けするスペースが必要となるため、パワー回路用基板１１０の面積が大きくなり、パワーモジュールが全体として大型化してしまうという問題がある。
また、端子台３３０をはんだ付けにてパワー回路用基板１１０に立設するのでは、高い取付位置精度を得ることができないため位置ずれが生じ易くなる。取付位置がずれた端子台３３０を制御回路用基板２１０と接続すると、該端子台３３０のパワー回路用基板１１０及び制御回路用基板２１０との接続部に応力がかかることとなって、耐久信頼性の低下を招く恐れがある。特に、複数の端子台３３０にてパワー回路用基板１１０と制御回路用基板２１０とを接続する場合には、各端子台３３０間の位置ずれが加わるため、耐久信頼性の低下が顕著となる。
【０００６】
また、端子台３３０を、筐体４１０を介してパワー回路用基板１１０に立設した場合は、はんだ付けにて端子台３３０を立設した場合に比べて耐久信頼性の問題が発生しにくいが、部品点数が増加してコスト高となる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のめっき被覆部材及びその製造方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１においては、発熱素子が実装されたパワー回路用基板を具備する回路基板であって、パワー回路用基板を、一側面に穴が形成された放熱板と、該放熱板の穴に充填されるとともに放熱板の一側面に形成される絶縁膜と、該絶縁膜上にパワー回路を形成する導電性配線と、該導電性配線上に実装される発熱素子とで構成し、絶縁膜が充填された放熱板の穴に、導電性のピン部材を立設して、該ピン部材にて、パワー回路用基板の導電性配線と、他の回路部材とを接続した。この放熱板に形成される穴は、放熱板を貫通しない穴であると、放熱板を貫通する貫通孔であるとを問わない。
これにより、パワー回路用基板と他の回路部材とを容易に積層状態で接続して立体配線構造をとることができ、省スペース化を図ることができる。
また、放熱板の穴部分の絶縁膜に開けられる、配線ピンを挿入するためのピン挿入穴は、ＮＣドリル等により高い位置精度で開けることができるため、配線ピンの立設位置精度を向上することができる。
そして、高い位置精度で立設した配線ピンに他の回路部材を接続することとなるため、配線ピンとパワー回路用基板及び他の回路部材との接続部に応力がかかることがなく、回路基板の耐久信頼性を向上させることができる。
【０００８】
また、請求項２においては、前記他の回路部材は、非発熱素子が実装され、パワー回路用基板と分離配置された制御回路用基板である。
これにより、パワー回路用基板と他の回路部材とを容易に積層状態で接続して立体配線構造をとることができ、省スペース化を図ることができる。
【０００９】
また、請求項３においては、前記放熱板の穴は該放熱板を貫通しており、前記他の回路部材は、パワー回路用基板における発熱素子実装面の反対側面に配置される。
これにより、放熱板の発熱素子実装面の反対側面における、無駄なスペースを有効利用することができて、パワー回路用基板の面積を小さくすることができる。そして、前記回路基板が用いられるパワーモジュール等の半導体装置を全体的に小型化することができ、省スペース化を図ることができる。
【００１０】
また、請求項４においては、前記絶縁膜は、絶縁樹脂部材の成型品を放熱板の穴に埋設するとともに、絶縁樹脂部材を放熱板面上に塗布又は貼付して形成される。
これにより、ペースト状又は液状の絶縁樹脂を、例えば貫通孔に形成された放熱板の穴へ充填する場合でも、絶縁樹脂の溢れや漏れが生じる恐れもなく、樹脂充填作業が行い易くなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。
図１は第一の実施形態における回路基板の全体構成を示す側面図、図２は同じく回路基板のパワー回路用基板を示す平面図、図３は第二の実施形態における回路基板を示す側面図、図４は貫通孔が形成された放熱板に対する絶縁膜の形成手順を示す図であって、（ａ）は貫通孔が形成された放熱板を示す図、（ｂ）は貫通孔に固形の樹脂プラグを埋め込んだ状態を示す図、（ｃ）は樹脂プラグを埋め込んだ後に放熱板の一側面にペースト状又は液状の絶縁樹脂を塗布又は貼り付けした状態を示す図、図５はパワー回路用基板と制御回路用基板とを上下に積層配置して構成した従来の回路基板の一例を示す側面図、図６はパワー回路用基板と制御回路用基板とを上下に積層配置して構成した従来の回路基板の他の例を示す側面図である。
【００１２】
まず、第一の実施形態について説明する。
図１に示す回路基板１は、インバータ用ＩＧＢＴモジュールなどのパワーモジュールに用いられる回路基板であり、発熱素子が実装されるパワー回路用基板１０とともに、非発熱素子が実装される制御回路用基板２０を他の回路部材として備えている。
【００１３】
図１、図２に示すパワー回路用基板１０は、上側面に穴１１ａが形成された放熱板１１と、該放熱板１１の穴１１ａに充填されるとともに、放熱板１１の上側面に形成される絶縁膜１２と、該絶縁膜１２上にパワー回路を形成する導電性配線１３と、該導電性配線１３上に実装されるＩＧＢＴ等のパワー素子１４とで構成されている。
なお、放熱板１１に形成される穴１１ａは、放熱板１１を貫通しない穴であると、放熱板１１を貫通する貫通孔であるとを問わない。また、パワー素子１４は、動作に伴い発熱する素子である。
【００１４】
放熱板１１は、パワー素子１４で発生した熱を効率良く放熱し、上面に形成される絶縁膜１２との密着を保持すること等が必要であるため、熱伝導率、剛性、及び線膨張率を考慮して材質を選定する必要があり、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅−モリブデン（Ｃｕ−Ｍｏ）、銅タングステン（Ｗ）、又はアルシック（ＡｌＳｉＣ）が用いられている。
【００１５】
絶縁膜１２は、放熱板１１に対する密着性や、放熱板１１に用いられる金属の熱膨張に耐え得るだけの延性を有していることが必要であり、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、又はシリコン樹脂が用いられる。
【００１６】
導電性配線１３は、実装されるパワー素子１４や絶縁膜１２との線膨張率を考慮する必要があり、パワー素子１４が実装される実装部１３ａには、素材として例えば銅−モリブデン（Ｃｕ−Ｍｏ）が用いられている。
一方、パワー素子１４が実装されない非実装部１３ｂには、パワー素子１４との線膨張率を考慮する必要がないので、例えば、銅−モリブデン（Ｃｕ−Ｍｏ）よりも安価な銅（Ｃｕ）が、素材として用いられている。
【００１７】
なお、導電性配線１３上に実装されるパワー素子１４はベアチップに構成され、はんだ付けにて実装されている。
また、図１における制御回路用基板２０は、基板２１に非発熱素子である制御用素子２２を実装して構成されている。
【００１８】
絶縁膜１２の穴１１ａへ充填された部分には、ピン挿入穴１２ｈが形成されており、該ピン挿入穴１２ｈには配線ピン３３の下端部３３ａを挿入して、該配線ピン３３をパワー回路用基板１０に対して立設している。
パワー回路用基板１０には複数の配線ピン３３が立設されており、各配線ピン３３の上部３３ｂは、それぞれ前記制御回路用基板２０と接続されている。
【００１９】
また、ピン挿入穴１２ｈに挿入される配線ピン３３の下端部３３ａは、パワー回路用基板１０の導電性配線１３と接続されており、パワー回路用基板１０と制御回路用基板２０とは配線ピン３３を介して電気的に接続されている。
なお、パワー回路用基板１０と制御回路用基板２０とを接続する配線ピン３３の数は、必要に応じて増減することが可能である。
【００２０】
このように構成される回路基板１のパワー回路用基板１０は、例えば次のように製造される。
まず、銅−モリブデン等の素材を鍛造にて板状に成型して、放熱板１１を形成する。この場合、鍛造型における、放熱板１１の穴１１ａが形成される部分に相当する箇所に、穴１１ａの形状に合わせた凸部を設けておき、鍛造型による放熱板１１の形成と同時に穴１１ａも形成するようにしている。
【００２１】
次に、放熱板１１に絶縁膜１２を形成する。絶縁膜の形成は、始めに、穴１１ａに液状又はペースト状の絶縁樹脂を充填し、その後、放熱板１１における穴１１ａが形成された側の全面に、同じく液状又はペースト状の絶縁樹脂を塗布する。絶縁樹脂の放熱板１１面への塗布は、例えばスクリーン印刷により行い、該絶縁樹脂は熱硬化性の樹脂を用いる。
【００２２】
絶縁樹脂の充填及び塗布が終了した放熱板１１の絶縁樹脂塗布面には、導電性配線１３が貼り付けられ、導電性配線１３を貼り付けた放熱板１１を、加熱して絶縁樹脂を硬化させる。
絶縁樹脂を硬化させた後、放熱板１１の穴１１ａの部分における導電性配線１３及び絶縁膜１２に、ピン挿入穴１２ｈを開ける。
【００２３】
そして、必要な寸法に切断した配線ピン３３の下端部３３ａをピン挿入穴１２ｈに挿入して、該配線ピン３３と配線ピン３３挿入部の導電性配線１３とを、はんだ付け接続する。
なお、絶縁膜１２に形成されるピン挿入穴１２ｈは、挿入した配線ピン３３が放熱板１１と接触しない深さに形成されており、該配線ピン３３と放熱板１１とは絶縁されている。
また、放熱板１１に形成される穴１１ａの径は、ピン挿入穴１２ｈの径よりも大きく構成されており、配線ピン３３の挿入位置を穴１１ａの径の範囲内で調節することが可能となっている。
【００２４】
このようにしてパワー回路用基板１０に立設された配線ピン３３の上部３３ｂに制御回路用基板２０を接続することで、該パワー回路用基板１０と制御回路用基板２０とを容易に積層状態で接続して立体配線構造をとることができ、省スペース化を図ることができる。
特に、パワー回路用基板１０と制御回路用基板２０との接続を、パワー回路用基板１０のピン挿入穴１２ｈに挿入して立設される配線ピン３３にて行っているので、平面方向に屈曲された基端部を導電性配線１３にはんだ付けすることで立設される端子台にてパワー回路用基板１０と制御回路用基板２０とを接続した場合に比べて、該パワー回路用基板１０の面積を小さくすることができ、回路基板１が用いられるパワーモジュールを全体的に小型化することができる。
【００２５】
また、前述の端子台をはんだ付けにて立設した場合は、はんだ付け時に位置ずれが生じて高い取付位置精度を得ることができないが、配線ピン３３を挿入するピン挿入穴１２ｈは、ＮＣ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ）ドリル等により高い位置精度で開けることができるため、配線ピン３３の立設位置精度も向上できる。
そして、パワー回路用基板１０へ高い位置精度で取り付けた配線ピン３３に制御回路用基板２０を接続した場合は、配線ピン３３とパワー回路用基板１０及び制御回路用基板２０との接続部に応力がかかることがなく、回路基板１の耐久信頼性を向上させることができる。
【００２６】
次に、第二の実施形態について説明する。
図３に示す回路基板５は、パワー回路用基板５０へ他の回路部材としてのコネクタ７０を接続するとともに、冷却器７２を取り付けて構成されている。
【００２７】
パワー回路用基板５０は、上下に貫通する貫通孔５１ａが形成された放熱板５１と、該放熱板５１の貫通孔５１ａに充填されるとともに、放熱板５１の上側面に形成される絶縁膜５２と、該絶縁膜５２上にパワー回路を形成する導電性配線５３と、放熱板５１の導電性配線５３上に実装される前記パワー素子１４とで構成されている。
【００２８】
放熱板５１、絶縁膜５２及び導電性配線５３は、それぞれ第一の実施形態における放熱板１１、絶縁膜１２及び導電性配線１３と同様の材質にて構成されており、導電性配線５３上には前記パワー素子１４がはんだ付けにて実装されている。
【００２９】
絶縁膜５２の貫通孔５１ａへ充填された部分には、ピン挿入孔５２ｈが形成されており、該ピン挿入孔５２ｈには配線ピン６３が挿入されている。配線ピン６３はピン挿入孔５２ｈを貫通しており、その下部６３ａは水平方向に屈曲されて、コネクタ７０と接続されている。また、配線ピン６３の上部６３ｂは、導電性配線５３とはんだ接続されている。
【００３０】
放熱板５１上に実装されているパワー素子１４は、作動時に発熱した熱を、放熱板５１を通じて放熱しているが、放熱板５１におけるパワー素子１４の実装面とは反対側の面に、放熱板５１からの放熱効率を高めて該放熱板５１を冷却するための冷却器７２が取り付けられている（図５では放熱板５１の上面にパワー素子１４が実装され、下面に冷却器７２が取り付けられている）。
【００３１】
下面に取り付けられる冷却器７２は、パワー素子１４の実装箇所に対応した位置（図３にてパワー素子１４の下方に相当する位置）に配置されており、前記コネクタ７０はパワー素子１４が実装されていない部分に配置されている。
つまり、発熱体であるパワー素子１４が実装されている部分の裏面には放熱を行うための冷却器７２の取り付けが必要であるが、パワー素子１４が実装されておらず導電性配線５３が形成されているだけの部分は、特に放熱を必要とせず冷却器７２も取り付けなくてよい。
【００３２】
従って、放熱板５１の下面側に取り付けられるコネクタ７０を、この冷却器７２を取り付ける必要がない部分に配置して、無駄なスペースを有効活用するようにしている。
これにより、回路基板５を全体的に小さく構成することが可能となり、省スペース化を図ることができる。
【００３３】
このように構成される回路基板５は、以下のように製造することができる。
まず、放熱板５１に貫通孔５１ａを形成し、ペースト状又は液状の絶縁樹脂をその貫通孔５１ａに充填するとともに、放熱板５１の一側面にスクリーン印刷等により塗布する。
貫通孔５１ａは、放熱板５１の形成後に開けても、放熱板５１の形成と同時に開けてもよい。
【００３４】
絶縁樹脂５２の充填及び塗布が終了した放熱板５１の絶縁樹脂塗布面に、導電性配線５３を貼り付け、導電性配線５３が貼り付けられた放熱板５１を、加熱して絶縁樹脂を硬化させる。
絶縁樹脂を硬化させた後、放熱板５１の貫通孔５１ａの部分における導電性配線５３及び絶縁膜５２に、ピン挿入孔５２ｈを開けて貫通させる。
【００３５】
そして、下部６３ａにコネクタ７０が接続された配線ピン６３を、放熱板５１の下面側からピン挿入孔１２ｈに挿入し、該配線ピン６３の上部６３ｂと、配線ピン６３を挿入した部分の導電性配線５３とを、はんだ付け接続する。
【００３６】
なお、ピン挿入孔５２ｈに挿入される配線ピン６３と放熱板５１とは接触しないように構成されており、該配線ピン６３と放熱板５１とは絶縁されている。
また、放熱板５１に形成される貫通孔５１ａの径は、ピン挿入孔５２ｈの径よりも大きく構成されており、配線ピン６３の挿入位置を貫通孔５１ａの径の範囲内で調節することが可能となっている。
【００３７】
このように、放熱板５１の貫通孔５１ａを通じて、上面側の導電性配線５３と下面側に配置されるコネクタ７０とを配線ピン６３にて接続する構造をとることで、放熱板５１をコネクタ７０等の回路部材を取り付けるための構造部材として利用することが可能となっている。
【００３８】
また、絶縁膜５２を形成する絶縁樹脂の貫通孔５１ａへの充填は、次のように行うこともできる。
即ち、図４（ａ）に示すように、放熱板５１に貫通孔５１ａを形成しておき、図４（ｂ）に示すように、その貫通孔５１ａに、予め絶縁樹脂により成型された固形の樹脂プラグ５２ｃを埋め込む。その後、放熱板５１の一側面にペースト状又は液状の絶縁樹脂を塗布又は貼り付けして、絶縁樹脂を加熱硬化させ、図４（ｃ）に示すように絶縁膜５２を形成する。
【００３９】
このように、固形の樹脂プラグ５２ｃ等の絶縁樹脂部材の成型品を貫通孔５１ａへ埋め込んで絶縁膜５２を形成することで、ペースト状又は液状の絶縁樹脂を貫通孔５１ａへ充填する場合のように、絶縁樹脂の溢れや漏れが生じる恐れもなく、樹脂充填作業が行い易くなる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、
パワー回路用基板と他の回路部材とを容易に積層状態で接続して立体配線構造をとることができる。また、放熱板の無駄なスペースを有効利用してパワー回路用基板の面積を小さくしてパワーモジュール等の半導体装置を全体的に小型化することができる。これにより、省スペース化を図ることができる。
さらに、配線ピンの立設位置精度を向上して、回路基板の耐久信頼性を向上させることができる。
また、放熱板の穴へ絶縁膜を充填する場合の、樹脂充填作業を行い易くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施形態における回路基板の全体構成を示す側面図である。
【図２】同じく回路基板のパワー回路用基板を示す平面図である。
【図３】第二の実施形態における回路基板を示す側面図である。
【図４】貫通孔が形成された放熱板に対する絶縁膜の形成手順を示す図であって、（ａ）は貫通孔が形成された放熱板を示す図、（ｂ）は貫通孔に固形の樹脂プラグを埋め込んだ状態を示す図、（ｃ）は樹脂プラグを埋め込んだ後に放熱板の一側面にペースト状又は液状の絶縁樹脂を塗布又は貼り付けした状態を示す図である。
【図５】パワー回路用基板と制御回路用基板とを上下に積層配置して構成した従来の回路基板の一例を示す側面図である。
【図６】パワー回路用基板と制御回路用基板とを上下に積層配置して構成した従来の回路基板の他の例を示す側面図である。
【符号の説明】
１ 回路基板
１０パワー回路用基板
１１ 放熱板
１１ａ 穴
１２ 絶縁膜
２０ 制御回路用基板
３３ 配線ピン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a circuit board including a power circuit board on which a heating element is mounted, which constitutes a power module for an inverter or the like, and particularly relates to a connection structure between a power circuit board and another circuit member.
[0002]
[Prior art]
In a power module having a control function such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) module for an inverter, a power circuit substrate, which is a power module part on which a heat generating element is mounted, and a non-heat generating element are mounted due to a heat radiation problem or the like. In many cases, the control circuit board is separately provided.
When the power circuit board and the control circuit board that constitute the circuit board of the power module are separately arranged, the power circuit board and the control circuit board are vertically arranged in two stages for reasons such as space saving. In some cases. (See Patent Document 1)
[0003]
For example, as shown in FIG. 5, a power circuit board 110 of a circuit board 101 in a power module has an insulating film 112 formed on an upper surface of a heat sink 111 and a conductive wiring 113 formed on an upper surface of the insulating film 112. In addition, a heating element 114 is mounted on the upper surface side on which the conductive wiring 113 is formed. On the other hand, the control circuit board 210 is configured by mounting the non-heating element 212 on the board 211.
Then, the base end 330a of the terminal block 330 is erected by soldering on the conductive wiring 113 of the power circuit board 110, and the control circuit board 210 is connected to the upper part 330b of the terminal block 330, The power circuit board 110 and the control circuit board 210 which are stacked and connected are connected. (See Patent Document 2)
As shown in FIG. 6, a terminal board 330 of the power circuit board 1 and the control circuit board 210 is connected to a conductive wiring of the power circuit board 110 via a housing 410 made of a resin member. It may be erected on 113.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-230512 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-229261
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, when the terminal block 330 that connects the power circuit board 110 and the control circuit board 210 that are stacked is configured to be erected on the power circuit board 110 by soldering. In addition, a space is required for soldering the base end 330a of the terminal block 330 bent in the plane direction to the conductive wiring 113 of the power circuit board 110, so that the area of the power circuit board 110 increases, There is a problem that the module becomes large as a whole.
Further, when the terminal block 330 is erected on the power circuit board 110 by soldering, a high mounting position accuracy cannot be obtained, so that a positional deviation is likely to occur. When the terminal block 330 whose mounting position is displaced is connected to the control circuit board 210, stress is applied to the connection portion of the terminal block 330 with the power circuit board 110 and the control circuit board 210, and the durability is improved. May be reduced. In particular, in the case where the power circuit board 110 and the control circuit board 210 are connected by the plurality of terminal blocks 330, a positional shift between the terminal blocks 330 is added, so that the durability reliability is significantly reduced.
[0006]
Further, when the terminal block 330 is erected on the power circuit board 110 via the housing 410, the problem of durability and reliability is less likely to occur than when the terminal block 330 is erected by soldering. However, the number of parts increases and the cost increases.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The plating coating member of this invention which solves the said subject, and its manufacturing method have the following characteristics.
That is, according to claim 1, a circuit board comprising a power circuit board on which a heating element is mounted, wherein the power circuit board is provided with a heat radiating plate having a hole formed on one side, and a hole of the heat radiating plate. And an insulating film formed on one side of the heat sink, a conductive wiring forming a power circuit on the insulating film, and a heating element mounted on the conductive wiring. A conductive pin member was erected in the hole of the heat sink filled with the film, and the pin member was used to connect the conductive wiring of the power circuit board to another circuit member. The hole formed in the heat sink may be a hole that does not penetrate the heat sink or a through hole that penetrates the heat sink.
This makes it possible to easily connect the power circuit substrate and other circuit members in a laminated state to form a three-dimensional wiring structure, and to save space.
Further, the pin insertion hole for inserting the wiring pin, which is formed in the insulating film in the hole portion of the heat sink, can be formed with high positional accuracy by using an NC drill or the like, so that the standing position accuracy of the wiring pin is improved. be able to.
Further, since other circuit members are connected to the wiring pins that are erected with high positional accuracy, stress is not applied to the connection portions between the wiring pins and the power circuit board and other circuit members, and the Durability reliability can be improved.
[0008]
In another embodiment, the other circuit member is a control circuit board on which a non-heat-generating element is mounted and which is separated from the power circuit board.
This makes it possible to easily connect the power circuit substrate and other circuit members in a laminated state to form a three-dimensional wiring structure, and to save space.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, the hole of the heat radiating plate penetrates the heat radiating plate, and the other circuit member is disposed on a side of the power circuit board opposite to the surface on which the heat generating element is mounted.
This makes it possible to effectively use a wasteful space on the side of the heat sink opposite to the surface on which the heat generating element is mounted, and to reduce the area of the power circuit board. Further, a semiconductor device such as a power module using the circuit board can be reduced in size as a whole, and space can be saved.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, the insulating film is formed by embedding a molded product of an insulating resin member in a hole of a heat radiating plate and applying or affixing the insulating resin member on a surface of the heat radiating plate.
Accordingly, even when the paste or liquid insulating resin is filled into, for example, the holes of the heat sink formed in the through holes, the resin filling operation can be easily performed without the possibility of the insulating resin overflowing or leaking.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1 is a side view showing the entire configuration of a circuit board according to the first embodiment, FIG. 2 is a plan view showing a power circuit board of the circuit board, and FIG. 3 is a side view showing a circuit board according to the second embodiment. 4A and 4B are diagrams showing a procedure of forming an insulating film on a heat sink having a through hole formed therein, wherein FIG. 4A is a diagram showing a heat sink having a through hole formed therein, and FIG. FIG. 5C is a view showing a state in which a resin plug is embedded, FIG. 5C is a view showing a state in which a paste-like or liquid insulating resin is applied or pasted on one side of a heat sink after the resin plug is embedded, and FIG. FIG. 6 is a side view showing an example of a conventional circuit board in which a substrate and a control circuit board are vertically stacked, and FIG. 6 is a conventional circuit board in which a power circuit board and a control circuit board are vertically stacked. FIG. 6 is a side view showing another example of the circuit board of FIG.
[0012]
First, a first embodiment will be described.
The circuit board 1 shown in FIG. 1 is a circuit board used for a power module such as an IGBT module for an inverter, and includes a power circuit board 10 on which a heating element is mounted and a control circuit board 20 on which a non-heating element is mounted. Is provided as another circuit member.
[0013]
The power circuit board 10 shown in FIGS. 1 and 2 has a heat radiating plate 11 having an upper surface formed with a hole 11a, a hole 11a formed in the heat radiating plate 11, and a heat radiating plate 11 formed on the upper surface. An insulating film 12, a conductive wiring 13 forming a power circuit on the insulating film 12, and a power element 14 such as an IGBT mounted on the conductive wiring 13.
The hole 11 a formed in the heat radiating plate 11 may be a hole that does not penetrate the heat radiating plate 11 or a through hole that penetrates the heat radiating plate 11. The power element 14 is an element that generates heat with operation.
[0014]
Since the heat radiating plate 11 needs to efficiently radiate the heat generated by the power element 14 and maintain close contact with the insulating film 12 formed on the upper surface, the thermal conductivity, the rigidity, and the linear expansion coefficient are required. It is necessary to select a material in consideration of, for example, copper (Cu), aluminum (Al), copper-molybdenum (Cu-Mo), copper tungsten (W), or Alsic (AlSiC) is used.
[0015]
The insulating film 12 needs to have adhesiveness to the heat sink 11 and ductility enough to withstand the thermal expansion of the metal used for the heat sink 11, for example, epoxy resin, polyimide resin, or silicon. Resin is used.
[0016]
It is necessary to consider the coefficient of linear expansion between the conductive element 13 and the power element 14 or the insulating film 12 to be mounted. For example, copper-molybdenum (Cu- Mo) is used.
On the other hand, in the non-mounting portion 13b on which the power element 14 is not mounted, it is not necessary to consider the linear expansion coefficient with the power element 14, and therefore, for example, copper (Cu) which is cheaper than copper-molybdenum (Cu-Mo) is used. , Is used as a material.
[0017]
The power element 14 mounted on the conductive wiring 13 is configured as a bare chip and mounted by soldering.
The control circuit board 20 in FIG. 1 is configured by mounting a control element 22 which is a non-heating element on a board 21.
[0018]
A pin insertion hole 12h is formed in a portion of the insulating film 12 filled in the hole 11a, and a lower end 33a of the wiring pin 33 is inserted into the pin insertion hole 12h to connect the wiring pin 33 to a power circuit. It stands on the substrate 10 for use.
A plurality of wiring pins 33 are provided upright on the power circuit board 10, and upper portions 33 b of the wiring pins 33 are connected to the control circuit board 20, respectively.
[0019]
The lower end 33a of the wiring pin 33 inserted into the pin insertion hole 12h is connected to the conductive wiring 13 of the power circuit board 10, and the power circuit board 10 and the control circuit board 20 are connected to each other by the wiring pin. 33, it is electrically connected.
The number of wiring pins 33 connecting the power circuit board 10 and the control circuit board 20 can be increased or decreased as necessary.
[0020]
The power circuit board 10 of the circuit board 1 thus configured is manufactured, for example, as follows.
First, a material such as copper-molybdenum is formed into a plate shape by forging to form a heat sink 11. In this case, a protrusion corresponding to the shape of the hole 11a is provided at a position corresponding to the portion of the heat sink 11 where the hole 11a is formed in the forging die, and the hole 11a is formed simultaneously with the formation of the heat sink 11 by the forging die. Is also formed.
[0021]
Next, the insulating film 12 is formed on the heat sink 11. The insulating film is formed by first filling the hole 11a with a liquid or paste-like insulating resin, and then applying the same liquid or paste-like insulating resin to the entire surface of the heat sink 11 on which the hole 11a is formed. I do. The application of the insulating resin to the surface of the heat radiating plate 11 is performed by, for example, screen printing, and a thermosetting resin is used as the insulating resin.
[0022]
The conductive wiring 13 is attached to the insulating resin applied surface of the heat radiating plate 11 on which the filling and application of the insulating resin is completed, and the heat radiating plate 11 to which the conductive wiring 13 is attached is heated to cure the insulating resin. .
After the insulating resin is cured, a pin insertion hole 12h is formed in the conductive wiring 13 and the insulating film 12 in the hole 11a of the heat sink 11.
[0023]
Then, the lower end 33a of the wiring pin 33 cut to a required size is inserted into the pin insertion hole 12h, and the wiring pin 33 and the conductive wiring 13 of the wiring pin 33 insertion portion are connected by soldering.
The pin insertion hole 12h formed in the insulating film 12 is formed at a depth at which the inserted wiring pin 33 does not contact the heat sink 11, and the wiring pin 33 and the heat sink 11 are insulated.
Further, the diameter of the hole 11a formed in the heat sink 11 is configured to be larger than the diameter of the pin insertion hole 12h, so that the insertion position of the wiring pin 33 can be adjusted within the range of the diameter of the hole 11a. Has become.
[0024]
By connecting the control circuit board 20 to the upper portions 33b of the wiring pins 33 erected on the power circuit board 10 in this manner, the power circuit board 10 and the control circuit board 20 are easily laminated. , A three-dimensional wiring structure can be obtained, and space can be saved.
In particular, since the connection between the power circuit board 10 and the control circuit board 20 is performed by the wiring pins 33 that are inserted into the pin insertion holes 12h of the power circuit board 10 and are provided upright, the connection is bent in the plane direction. The power circuit board 10 and the control circuit board 20 are connected by a terminal block which is erected by soldering the base end thus formed to the conductive wiring 13. Of the power module in which the circuit board 1 is used can be reduced in size as a whole.
[0025]
In addition, when the above-mentioned terminal block is erected by soldering, a positional shift occurs at the time of soldering, and high mounting position accuracy cannot be obtained. However, the pin insertion hole 12h for inserting the wiring pin 33 is provided with an NC ( Since the hole can be opened with high positional accuracy by a numerical control drill or the like, the standing position accuracy of the wiring pin 33 can be improved.
When the control circuit board 20 is connected to the wiring pins 33 attached to the power circuit board 10 with high positional accuracy, a stress is applied to the connection between the wiring pins 33 and the power circuit board 10 and the control circuit board 20. However, the durability reliability of the circuit board 1 can be improved.
[0026]
Next, a second embodiment will be described.
The circuit board 5 shown in FIG. 3 is configured by connecting a connector 70 as another circuit member to the power circuit board 50 and attaching a cooler 72 thereto.
[0027]
The power circuit board 50 includes a radiator plate 51 having a through hole 51a penetrating vertically, and an insulating film 52 formed on the upper surface of the radiator plate 51 while being filled in the through hole 51a of the radiator plate 51. And a conductive wiring 53 for forming a power circuit on the insulating film 52; and the power element 14 mounted on the conductive wiring 53 of the heat sink 51.
[0028]
The heat sink 51, the insulating film 52, and the conductive wiring 53 are made of the same material as the heat sink 11, the insulating film 12, and the conductive wiring 13 in the first embodiment, respectively. The power element 14 is mounted by soldering.
[0029]
A pin insertion hole 52h is formed in a portion of the insulating film 52 filled in the through hole 51a, and a wiring pin 63 is inserted into the pin insertion hole 52h. The wiring pin 63 penetrates the pin insertion hole 52h, and the lower portion 63a is bent in the horizontal direction and is connected to the connector 70. The upper portion 63b of the wiring pin 63 is connected to the conductive wiring 53 by soldering.
[0030]
The power element 14 mounted on the heat radiating plate 51 radiates heat generated during operation through the heat radiating plate 51, and the heat radiating plate 51 has a heat radiating surface opposite to the mounting surface of the power element 14. A cooler 72 is mounted for cooling the heat radiating plate 51 by increasing the heat radiation efficiency from the plate 51 (in FIG. 5, the power element 14 is mounted on the upper surface of the heat radiating plate 51 and the cooler 72 is mounted on the lower surface. Has been).
[0031]
The cooler 72 attached to the lower surface is disposed at a position corresponding to the mounting position of the power element 14 (a position corresponding to a position below the power element 14 in FIG. 3), and the connector 70 is mounted with the power element 14. Not located on the part.
That is, it is necessary to attach the cooler 72 for radiating heat to the back surface of the portion where the power element 14 as the heating element is mounted, but the power element 14 is not mounted and the conductive wiring 53 is formed. Only the parts that are provided do not need to dissipate heat and do not need to attach the cooler 72.
[0032]
Therefore, the connector 70 attached to the lower surface of the heat radiating plate 51 is arranged at a portion where the cooler 72 does not need to be attached, so that a useless space is effectively used.
As a result, the circuit board 5 can be made smaller as a whole, and space can be saved.
[0033]
The circuit board 5 configured as described above can be manufactured as follows.
First, a through hole 51a is formed in the heat radiating plate 51, and a paste or liquid insulating resin is filled in the through hole 51a and applied to one side surface of the heat radiating plate 51 by screen printing or the like.
The through hole 51 a may be opened after the formation of the heat sink 51 or may be opened at the same time as the formation of the heat sink 51.
[0034]
The conductive wiring 53 is attached to the insulating resin applied surface of the heat radiating plate 51 on which the filling and application of the insulating resin 52 is completed, and the heat radiating plate 51 to which the conductive wiring 53 is attached is heated to cure the insulating resin. .
After the insulating resin is cured, a pin insertion hole 52h is made to penetrate through the conductive wiring 53 and the insulating film 52 in the through hole 51a of the heat sink 51.
[0035]
Then, the wiring pin 63 having the connector 70 connected to the lower portion 63a is inserted into the pin insertion hole 12h from the lower surface side of the radiator plate 51, and the upper portion 63b of the wiring pin 63 and the conductive property of the portion where the wiring pin 63 is inserted. The wiring 53 is connected by soldering.
[0036]
The wiring pins 63 inserted into the pin insertion holes 52h are configured so as not to contact the heat sink 51, and the wiring pins 63 and the heat sink 51 are insulated.
Further, the diameter of the through hole 51a formed in the heat sink 51 is configured to be larger than the diameter of the pin insertion hole 52h, and the insertion position of the wiring pin 63 can be adjusted within the range of the diameter of the through hole 51a. It is possible.
[0037]
In this way, by adopting a structure in which the conductive wiring 53 on the upper surface side and the connector 70 disposed on the lower surface side are connected by the wiring pins 63 through the through holes 51 a of the heat sink 51, the heat sink 51 is connected to the connector 70. It can be used as a structural member for attaching circuit members such as.
[0038]
The filling of the insulating resin forming the insulating film 52 into the through-holes 51a can also be performed as follows.
That is, as shown in FIG. 4 (a), a through hole 51a is formed in the heat sink 51, and as shown in FIG. 4 (b), a solid hole molded in advance with an insulating resin is formed in the through hole 51a. The resin plug 52c is embedded. Thereafter, a paste or liquid insulating resin is applied or pasted on one side surface of the heat radiating plate 51, and the insulating resin is heated and cured to form an insulating film 52 as shown in FIG.
[0039]
As described above, by embedding a molded product of an insulating resin member such as a solid resin plug 52c into the through hole 51a to form the insulating film 52, a paste or liquid insulating resin is filled into the through hole 51a. In addition, there is no possibility that the insulating resin overflows or leaks, and the resin filling operation can be easily performed.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention,
The three-dimensional wiring structure can be obtained by easily connecting the power circuit board and other circuit members in a laminated state. In addition, the area of the power circuit board can be reduced by effectively using the wasted space of the heat sink, and the semiconductor device such as the power module can be reduced in size as a whole. Thereby, space saving can be achieved.
Further, the standing position accuracy of the wiring pins can be improved, and the durability reliability of the circuit board can be improved.
In addition, it is possible to easily perform the resin filling operation when filling the hole of the heat sink with the insulating film.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view illustrating an overall configuration of a circuit board according to a first embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing a power circuit board of the circuit board.
FIG. 3 is a side view showing a circuit board according to a second embodiment.
4A and 4B are diagrams showing a procedure of forming an insulating film on a heat sink having a through hole formed therein, wherein FIG. 4A is a diagram showing a heat sink having a through hole formed therein, and FIG. FIG. 3C is a view showing a state in which a resin plug is embedded, and FIG. 2C is a view showing a state in which a paste-like or liquid insulating resin is applied or pasted on one side surface of the heat sink after the resin plug is embedded.
FIG. 5 is a side view showing an example of a conventional circuit board in which a power circuit board and a control circuit board are vertically stacked.
FIG. 6 is a side view showing another example of a conventional circuit board in which a power circuit board and a control circuit board are vertically stacked.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 circuit board 10 power circuit board 11 heat sink 11 a hole 12 insulating film 20 control circuit board 33 wiring pin
