JP2008021817A - Heat conducting base board, manufacturing method thereof, power supply unit, and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器の電源回路等の大電力回路等に使用される熱伝導基板とその製造方法及び電源ユニット及び電子機器に関するものである。 The present invention relates to a heat conductive substrate used in a high power circuit such as a power circuit of an electronic device, a manufacturing method thereof, a power supply unit, and an electronic device.
近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、半導体等の電子部品の高密度化、高機能化が要求されている。この要求に対応するために、各種電子部品を実装する回路基板もまた小型・高密度化が求められている。その結果、スイッチング素子等の相対的に発熱量の多い(例えば数十A以上の大電流を制御する)パワー半導体等と、相対的に発熱量の少ない(例えば数十mAの信号電流を制御する)制御用半導体等の一般電子部品を、それぞれの用途に適した回路基板に別々に実装、これらを互いに接続することが求められる場合がある。そうしたニーズに対応するため、特許文献1では、大電流のスイッチング等の大電流回路部と、制御用の信号回路部と、を別々に作成し、互いを配線で接続することが開示されている。次に図面を用いて、従来の熱伝導基板について、大電流部と、制御用の信号回路部を分けた場合について説明する。 In recent years, along with the demand for higher performance and smaller size of electronic devices, higher density and higher functionality of electronic components such as semiconductors have been demanded. In order to meet this demand, circuit boards on which various electronic components are mounted are also required to be small and high in density. As a result, a power semiconductor or the like having a relatively large heat generation amount (for example, controlling a large current of several tens of A or more) such as a switching element and a signal current having a relatively small amount of heat generation (for example, several tens mA) are controlled. ) In some cases, it is required to mount general electronic components such as control semiconductors separately on a circuit board suitable for each application and connect them to each other. In order to meet such needs, Patent Document 1 discloses that a large current circuit unit such as large current switching and a control signal circuit unit are separately created and connected to each other by wiring. . Next, a case where a large current portion and a control signal circuit portion are separated from each other will be described with reference to the drawings.
図9(A)、(B)は、従来の熱伝導基板を示す上面図である。図9(A)は、パワー半導体を実装する大電流回路部の上面図である。図9(A)において、大電流回路3は、絶縁材2とその上に形成したリードフレーム1a〜1cとから構成されている。なおリードフレーム1a〜1cを用いる理由は、大電流や高放熱に対応させるためである。
9A and 9B are top views showing a conventional heat conductive substrate. FIG. 9A is a top view of a large current circuit portion on which a power semiconductor is mounted. In FIG. 9A, the large current circuit 3 includes an
図9(B)は、パワー素子や、制御素子を実装した後の上面図である。図9(B)において、パワー半導体7を制御する制御回路を構成する半導体素子やチップ部品等からなる制御素子4は、プリント配線板5の上に実装している。これは、リードフレーム1a〜1cを用いるより、プリント配線板5を用いる方が安価で、高密度実装に対応できるからである。こうして作成した制御回路と大電流回路3とを、リード線6によって接続する。なお図9(B)において、パワー半導体7の外部電極や、外部電極とリードフレーム1a〜1cを接続する半田付け部分等は図示していない。
このように従来の構造では、パワー半導体7と制御素子4とをつなぐリード線6が長くなるため、リード線6にパワー素子3に起因するノイズ(高周波でパワー半導体がスイッチングすることによって発生する高周波ノイズ)が乗りやすくなる。その結果パワー素子3を制御する制御素子4が誤動作しやすくなり、パワー素子3からの出力が不安定となる。 As described above, in the conventional structure, the lead wire 6 connecting the power semiconductor 7 and the control element 4 becomes long. Therefore, noise caused by the power element 3 on the lead wire 6 (high frequency generated by switching the power semiconductor at high frequency). Noise) is easier to ride. As a result, the control element 4 that controls the power element 3 is likely to malfunction, and the output from the power element 3 becomes unstable.
本発明は、こうしたノイズの影響を受けにくい熱伝導基板とその製造方法及び電源ユニット及び電子機器を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a heat conductive substrate that is not easily affected by such noise, a manufacturing method thereof, a power supply unit, and an electronic device.
前記従来の課題を解決するために、本発明は、一個以上の孔を有する金属板と、前記金属板の上に固定されたシート状の伝熱樹脂層と、前記伝熱樹脂層に埋め込まれたリードフレームと、前記金属板の孔の中に設置したプリント配線板と、からなる熱伝導基板であって、前記リードフレームの一部が、前記孔の方に折り曲げられており、この折り曲げ部が前記伝熱樹脂層を貫通し、前記プリント配線板にて電気的に接続している熱伝導基板である。 In order to solve the conventional problems, the present invention provides a metal plate having one or more holes, a sheet-like heat transfer resin layer fixed on the metal plate, and embedded in the heat transfer resin layer. A lead frame and a printed circuit board installed in the hole of the metal plate, wherein a part of the lead frame is bent toward the hole, and the bent portion Is a heat conductive substrate that penetrates the heat transfer resin layer and is electrically connected by the printed wiring board.
このような構成によって、ノイズの影響を受けにくい熱伝導基板とその製造方法及び電源ユニット及び電子機器を提供できる。 With such a configuration, it is possible to provide a heat conductive substrate that is less susceptible to noise, a manufacturing method thereof, a power supply unit, and an electronic device.
更に熱伝導基板自体がノイズの影響を受けにくくなるため、電源の変換(スイッチングあるいはインバーター)効率を高めることができ、機器の低消費電力化が可能となる。また制御回路に使われていたノイズ対策部品を取り除くことで、電源ユニット及び電子機器のコストダウンを実現する。 Furthermore, since the heat conductive substrate itself is less susceptible to noise, the power conversion (switching or inverter) efficiency can be increased, and the power consumption of the device can be reduced. In addition, by removing the noise countermeasure parts used in the control circuit, the cost of the power supply unit and the electronic device can be reduced.
以上のように本発明によれば、ノイズの影響を受けにくい熱伝導基板を作成することで、機器の低消費電力化のみならずコストダウンを実現する。 As described above, according to the present invention, by producing a heat conductive substrate that is not easily affected by noise, not only low power consumption of equipment but also cost reduction is realized.
なお本発明の実施の形態に示された一連の製造工程は、成形金型を用いて行われる。但し説明するために必要な場合以外は、成形金型は図示していない。また図面は模式図であり、各位置関係を寸法的に正しく示したものではない。 The series of manufacturing steps shown in the embodiment of the present invention is performed using a molding die. However, the molding die is not shown unless it is necessary for explanation. Further, the drawings are schematic views and do not show the positional relations in terms of dimensions.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1における熱伝導基板について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the heat conductive substrate according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(A)、(B)は、本実施の形態1における熱伝導基板の断面図である。図1(A)は、パワー素子を実装する前の熱伝導基板の断面図である。 1A and 1B are cross-sectional views of the heat conductive substrate according to the first embodiment. FIG. 1A is a cross-sectional view of the heat conductive substrate before mounting the power element.
図1(A)において、10はリードフレーム、11は伝熱樹脂層、12は浮島、13は折り曲げ部である。折り曲げ部13は、リードフレーム10や浮島12の一部を折り曲げ加工したものである。そしてリードフレーム10や浮島12は、伝熱樹脂層11に埋め込まれている。14はパワー素子、15は端子であり、パワー素子14の外部電極が端子15に相当する。16は制御素子であり、パワー素子14を制御する制御回路を構成する、半導体素子やチップ部品に相当する。17は金属板、18は半田、19aは矢印、20はプリント配線板である。
In FIG. 1A, 10 is a lead frame, 11 is a heat transfer resin layer, 12 is a floating island, and 13 is a bent portion. The
図1(A)において、リードフレーム10と浮島12とは、シート状の伝熱樹脂層11に埋め込んでいる。そして伝熱樹脂層11はリードフレーム10や浮島12を埋め込んだ状態で、金属板17の上に固定している。また金属板17には、1個以上の孔を形成しており、この孔の中に、プリント配線板20を埋め込んでいる。そしてプリント配線板20には、リードフレーム10や浮島12の少なくともどちらか一方以上を、折り曲げ部13を介して接続している。なお折り曲げ部13は、後述する図6(A)等で説明するが、リードフレーム10や浮島12の一部を折り曲げ加工したものである。そしてこの折り曲げ部13を介して、リードフレーム10や浮島12と、プリント配線板20を接続する。そしてこのリードフレーム10や浮島12の上に、半田18を形成しておき、この上に矢印19aに示すようにして、パワー素子14を実装する。なおリードフレーム10や浮島12とプリント配線板20の電気的接続は複数個所(特に異なる2箇所以上)で行うことが望ましい。互いに絶縁された2箇所以上で接続することで、パワー素子14へ制御信号を伝えやすくなる。なおリードフレーム10や浮島12の全てに折り曲げ部13を形成する必要は無い。
In FIG. 1A, the
以上のようにして、伝熱樹脂層11に埋め込まれたリードフレーム10や浮島12の一部に形成した折り曲げ部13が、前記伝熱樹脂層11を貫通し、プリント配線板20に電気的に接続することになる。
As described above, the
図1(B)は、パワー素子を実装した後の熱伝導基板の断面図である。図1(B)において、19bは矢印である。21はモールド樹脂であり、制御素子16が実装されたプリント配線板20を保護する。なおモールド樹脂21は、金属板17からはみ出ない厚み以下にすることが望ましい。これはモールド樹脂21が厚くなって、金属板17から、はみ出した場合、金属板17を他の放熱板(例えば放熱フィン。なお放熱フィンは図示していない)に実装する時に、金属板17と他の放熱板との密着性を阻害する可能性があるためである。なお図1(B)に示すようにして、パワー素子14の端子15は、半田18を介して、リードフレーム10や浮島12に接続する。またパワー素子14に、リードフレーム10を介して、数十Aの大電流を供給することが可能になる。そしてパワー素子14に発生した熱は、矢印19bに示すように、リードフレーム10から、伝熱樹脂層11を介して、金属板17へ放熱させる。またパワー素子14を制御する制御信号は、制御素子16が実装されたプリント配線板20から、折り曲げ部13を介して、リードフレーム10や浮島12に伝わった後、端子15を介してパワー素子14を制御する。
FIG. 1B is a cross-sectional view of the heat conductive substrate after the power element is mounted. In FIG. 1 (B), 19b is an arrow. 21 is a mold resin, which protects the printed
このように、本発明の実施の形態1で提案する構造によって、パワー素子14と、パワー素子14の制御回路を、最短距離で接続することができ、パワー素子14に起因するノイズが制御回路に影響を与えにくくなる。次に図2を用いて、更に詳しく説明する。
Thus, the structure proposed in the first embodiment of the present invention allows the
図2(A)、(B)は、実施の形態1で提案する熱伝導基板を、底部側から(ひっくり返して)見た斜視図である。図2において、22は孔であり、孔22の内部に、モールド樹脂21で保護された制御回路が埋め込まれている。このようにモールド樹脂21の高さを、金属板17の表面より低く設定することで、金属板17を他の部材に貼り付ける(あるいは固定する)時に、前記モールド樹脂21が突き出さないために邪魔にならない。
2A and 2B are perspective views of the heat conductive substrate proposed in the first embodiment as viewed from the bottom side (turned over). In FIG. 2,
図2(B)は、図2(A)のモールド樹脂21を除去した後の斜視図に相当する。図2(B)より、金属板17に形成した1個以上の孔22の中には、制御素子16を実装したプリント配線板20が埋め込まれていることが判る。図2(A)、(B)において、金属板17の裏面には、伝熱樹脂層11に埋め込まれたリードフレーム10が、棒状に複数本突き出しているが、このリードフレーム10が、例えば電源回路の入力(プラス、マイナス)や出力となる。次に図3を用いて、本発明の実施の形態1における熱伝導基板について説明する。
FIG. 2B corresponds to a perspective view after removing the
図3(A)〜(D)は、本発明の実施の形態1における熱伝導基板の上面図と、熱伝導基板に実装するパワー素子の上面図及び斜視図である。まず図3(A)、(B)を用いて説明する。図3(A)は、本発明の実施の形態1における熱伝導基板にパワー素子を実装した後の上面図である。図3(A)において、パワー素子14は、端子15を介して、リードフレーム10a〜10cに接続している。
FIGS. 3A to 3D are a top view of the heat conductive substrate according to Embodiment 1 of the present invention, and a top view and a perspective view of a power element mounted on the heat conductive substrate. First, description will be made with reference to FIGS. FIG. 3A is a top view after the power element is mounted on the heat conductive substrate according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 3A, the
ここで実施の形態1における熱伝導基板を電源回路に応用した場合、図3(A)におけるリードフレーム10bは、電源回路のプラス入力に相当する。同様にリードフレーム10cは電源回路のマイナス入力、リードフレーム10aは、電源回路の出力に相当する。またリードフレーム10a〜10cの伝熱樹脂層11から突き出した部分は、櫛歯状に加工しているが、これはリードフレーム10a〜10cの端部を他の基板に接続しやすくするためである。図3(A)において、リードフレーム10a〜10cよりも伝熱樹脂層11をはみ出しさせている部分は、沿面距離を増加させるためである。なお図3(A)において、パワー素子14の端子15と、リードフレーム10a〜10cや浮島12(端子15の影になるので図示していない)を接続する半田18やソルダーレジスト等は図示していない。
Here, when the heat conductive substrate in Embodiment 1 is applied to a power supply circuit, the
図3(B)は、図3(A)からパワー素子を外した状態を示す上面図である。図3(B)において、リードフレーム10a〜10cの隙間に、浮島12を形成していることが判る。ここで浮島12とは、リードフレーム10a〜10cから独立した(あるいは絶縁された)パターン部分を示す。またリードフレーム10a〜10cとは、伝熱樹脂層11から、前記櫛歯状の加工部を介して外の回路に接続可能なパターン部分を示す。
FIG. 3B is a top view showing a state where the power element is removed from FIG. In FIG. 3B, it can be seen that floating
図3(C)は、パワー素子の上面図であり、パワー素子14は樹脂モールドされた部分と、その両端に形成した端子15から形成されている。ここでパワー素子14は、例えばコンバーターやインバーター等のスイッチング素子(例えばパワートランジスタ)である。なお端子15の一部は、放熱を高めるためのダミー素子としても良い。
FIG. 3C is a top view of the power element. The
図3(D)は、パワー素子の斜視図である。図3(D)において、パワー素子14はベアチップ(樹脂モールドされていない状態の半導体素子)である。図3(D)において、23はワイヤーであり、金やアルミニウムのワイヤーであり、ワイヤーボンダーで取り付けたものである。図3(D)に示すように、パワー素子14をベアチップとし、アルミニウム等のワイヤー23を用いることで、数十Aと言った大電流にも対応しながら高密度実装できる。なおワイヤー23の太さや本数を増加することで、更なる大電流に対応することができることは言うまでもない。そしてワイヤー23の一端をパワー素子14に、もう一端をリードフレーム10や浮島12に接続する。そしてリードフレーム10や浮島12に形成した折り曲げ部13を介して、パワー素子14と、制御回路を最短距離で接続する。次に図4を用いて、熱伝導基板の裏面について説明する。
FIG. 3D is a perspective view of the power element. In FIG. 3D, the
図4(A)、(B)は、本発明の実施の形態1における熱伝導基板の裏面図である。図4(A)において、金属板17には、一個以上の孔22を形成している。そしてその孔22の中に、制御素子16を実装したプリント配線板20を固定している(なお制御素子16やプリント配線板20を保護しているモールド樹脂21は図示していない)。また金属板17から突き出した、櫛歯状のリードフレーム10a〜10cは、熱伝導基板を他の基板に接続するためのリード配線となる部分である。図4(B)は、図4(A)から、制御素子16を外した状態を示す裏面図である(なおプリント配線板20の表層に形成した銅箔からなる所定の配線パターンやソルダーレジスト等は図示していない)。プリント配線板20としては、市販のガラスエポキシ基板を使うことで、コストダウンや高信頼性が得られる。またプリント配線板20として、両面(あるいは多層)基板を使うことで、制御回路の小型化、高密度化が可能となる。なおプリント配線板20の厚みは、2.0mm以下が望ましい。厚みが2.0mmを超えると、金属板17の厚みをより厚くする必要があり、コストアップする可能性がある。そのためプリント配線板20の厚みは1.6mm以下(更に1.2mm以下、更に望ましくは0.6mm以下、更には0.3mm以下)が望ましい。なおプリント配線板20の厚みは0.05mm以上が望ましい。これはプリント配線板の厚みが0.05mm未満となると特殊で高価なものとなるためである。
4 (A) and 4 (B) are back views of the heat conductive substrate according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 4A, the
以上のように、一個以上の孔を有する金属板17と、前記金属板17の上に固定したシート状の伝熱樹脂層11と、前記伝熱樹脂層11に埋め込んだリードフレーム10と、前記金属板17の孔の中に設置したプリント配線板20と、からなる熱伝導基板であって、前記リードフレーム10の一部が、前記孔22の方に折り曲げられており、この折り曲げ部13が前記伝熱樹脂層11を貫通し、前記プリント配線板20に電気的に接続している熱伝導基板とすることで、放熱基板におけるノイズの影響を抑えることができ、機器の小型化、低コスト化を実現する。
As described above, the
次に、実施の形態2として、実施の形態1で説明した放熱基板の製造方法について図面を用いて説明する。 Next, as a second embodiment, a method for manufacturing the heat dissipation substrate described in the first embodiment will be described with reference to the drawings.
(実施の形態2)
次に実施の形態2として、実施の形態1で説明した放熱基板の製造方法について図面を用いて説明する。図5〜図8は放熱基板の製造方法の一例を説明するものである。
(Embodiment 2)
Next, as a second embodiment, a method for manufacturing the heat dissipation substrate described in the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIGS. 5-8 demonstrates an example of the manufacturing method of a thermal radiation board | substrate.
図5(A)〜(D)は、放熱基板の製造方法を説明する上面図及び断面図である。図5(A)〜(D)において、24はフィルムである。まず、図5(A)に示すように、市販の銅板等を所定の配線パターンに打抜き、リードフレーム10a〜10cとする。このとき同時にその一部を加工し、折り曲げ部13とすることができる。図5(B)は、図5(A)の矢印19における断面図である。次に図5(C)に示すように、リードフレーム10a〜10cをフィルム24の表面に仮固定する。ここでフィルム24として、片面に接着層を有する樹脂フィルムを用いることができる。図5(D)は、図5(C)の矢印19における断面図である。次に図6を用いて、浮島12の形成について説明する。
5A to 5D are a top view and a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a heat dissipation substrate. 5A to 5D,
図6(A)〜(D)は、浮島を形成する様子を示す斜視図、側面図、断面図、上面図である。図6(A)は、浮島を示す斜視図である。図6(A)に示すように、浮島12の一部に、折り曲げ部13bを形成する。図6(B)は、浮島の側面図であり、浮島12の一部を加工し、折り曲げ部13bを形成したことが判る。次にこの浮島12を、図6(C)に示すように、リードフレーム10aの間に露出したフィルム24の上に固定(あるいは仮止め)する。こうして図6(D)の状態とする。
6A to 6D are a perspective view, a side view, a cross-sectional view, and a top view showing how floating islands are formed. FIG. 6A is a perspective view showing a floating island. As shown in FIG. 6A, a
図7(A)、(B)は、リードフレームや浮島を、伝熱樹脂を介して一体化する様子を示す断面図である。まず図7(A)に示すように、フィルム24の上に仮固定したリードフレーム10aや浮島12の上に、樹脂とフィラーとからなる伝熱樹脂材料をシート状にしてセットする。ここで伝熱樹脂材料をシート状とし、更にその中央部を若干膨らませて(厚くして)おくことで、伝熱樹脂層11とリードフレーム10aや浮島12との界面に空気が残りにくくなる。図7(A)において、矢印19に示すように、シート状の伝熱樹脂層11を、リードフレーム10aの一部である折り曲げ部13aや、浮島12の一部である折り曲げ部13bに突き刺すことで、伝熱樹脂層11を突き破っても良い。なお予めシート状の伝熱樹脂層11にドリルやレーザー等を用いて孔を形成しておいても良い。またこれらを一体化する際、金型(図示していない)を加熱することが望ましい。金型を加熱することで伝熱樹脂材料の流動性を高められる。
7A and 7B are cross-sectional views showing a state in which the lead frame and the floating island are integrated through the heat transfer resin. First, as shown in FIG. 7A, a heat transfer resin material composed of a resin and a filler is set in a sheet form on the
そして図7(A)、(B)において、プリント配線板20は市販品(ソルダーレジスト等を形成し、配線の導通チェック等も完了した状態)を用いることができる。また所定の制御素子16を半田18等で実装したものを使っても良い。更にこれら制御素子16を実装した後、更にその上をモールド樹脂21で保護したものを使っても良い。このようにモールド樹脂21で保護することで、パワー素子14を半田付けするときに、制御素子16を固定する半田18が再溶解しても剥がれることはない。
7A and 7B, the printed
次に図7(B)に示すように、一個以上の孔22を有する金属板17や、プリント配線板20をセットし、矢印19で示すようにプレスし一体化する。なお図7(A)、(B)において、金型は図示していない。図8はこうして一体化した後の様子を示す図である。
Next, as shown in FIG. 7B, a
図8(A)〜(D)は、一体化後の様子を示す裏面図及び断面図である。図8(A)は一体化後の裏面図である。図8(A)において、フィルム24を一種の仮止め材として、この上にリードフレーム10a〜10cや浮島12が、伝熱樹脂層11に埋め込まれた状態で、一部に孔22を有する金属板17と共に一体化されていることが判る。そして金属板17に形成した孔22の内部には、プリント配線板20が埋め込まれている。
8A to 8D are a rear view and a cross-sectional view showing a state after integration. FIG. 8A is a rear view after integration. In FIG. 8A, a
図8(A)の矢印19における断面図が図8(B)に相当する。こうしてフィルム24を使うことで、リードフレーム10aや浮島12が伝熱樹脂層11に埋め込まれた状態で、金属板17に固定する。また金属板17に形成した孔22の中では、リードフレーム10aや浮島12と一体化した折り曲げ部13a、13bと、プリント配線板20とを接続する。図8(C)はフィルムを剥がした後の裏面図である。図8(D)は、図8(C)の矢印19における断面図である。このようにして、放熱基板を製造する。なお図8においてプリント配線板20の表面の、配線パターンやソルダーレジスト等は図示していない。そしてこの後リードフレーム10a〜10cの表面に、ソルダーレジスト等を形成し(ソルダーレジストを形成することで、リードフレーム10a〜10c表面での半田18の濡れ広がりをコントロールできる)、所定の特性検査を行った後、放熱基板として完成する。
A cross-sectional view taken along
更に詳しく説明する。伝熱樹脂層11と、リードフレーム10a〜10cの表面は、更に同一面(望ましくは互いの段差50μm以下、更に望ましくは20μm以下、更には10μm未満)とすることで、ソルダーレジストの形成が容易となる。また伝熱樹脂層11とリードフレーム10a〜10cとの間の厚み段差が小さい分、ソルダーレジストの厚みバラツキを抑えられ、電子部品の実装性を高められる。
This will be described in more detail. The heat
また伝熱樹脂層11としては、無機フィラー70重量%以上95重量%以下と、熱硬化性樹脂5重量%以上30重量%以下からなることが望ましい。ここで無機フィラーは略球形状で、その直径は0.1μm以上100μm以下が適当である(0.1μm未満の場合、樹脂への分散が難しくなる場合、また100μmを超えると伝熱樹脂層11の厚みが厚くなり熱拡散性に影響を与える)。そのため伝熱樹脂層11における無機フィラーの充填量は、熱伝導率を上げるために70から95重量%と高濃度に充填している。特に、本実施の形態では、無機フィラーは、平均粒径3μmと平均粒径12μmの2種類のアルミナを混合したものを用いている。この大小2種類の粒径のアルミナを用いることによって、大きな粒径のアルミナの隙間に小さな粒径のアルミナを充填できるので、アルミナを90重量%近くまで高濃度に充填できるものである。この結果、伝熱樹脂層11の熱伝導率は5W/(m・K)程度となる。なお無機フィラーとしてはアルミナの代わりに、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも一種以上を含んでもよい。
The heat
なお無機フィラーを用いると、放熱性を高められるが、特に酸化マグネシウムを用いると線熱膨張係数を大きくできる。また酸化ケイ素を用いると誘電率を小さくでき、窒化ホウ素を用いると線熱膨張係数を小さくできる。こうして伝熱樹脂層11としての熱伝導率が1W/(m・K)以上20W/(m・K)以下のものを形成することができる。なお熱伝導率が1W/(m・K)未満の場合、熱伝導基板の放熱性に影響を与える。また熱伝導率を20W/(m・K)より高くしようとした場合、フィラー量を増やす必要があり、プレス時の加工性に影響を与える場合がある。
When an inorganic filler is used, the heat dissipation can be improved, but in particular when magnesium oxide is used, the linear thermal expansion coefficient can be increased. Further, when silicon oxide is used, the dielectric constant can be reduced, and when boron nitride is used, the linear thermal expansion coefficient can be reduced. Thus, the heat
なお熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシアネート樹脂の内、少なくとも1種類の樹脂を含んでいる。これらの樹脂は耐熱性や電気絶縁性に優れている。伝熱樹脂層11の厚みは、薄くすれば、リードフレーム10に装着した電子部品に生じた熱を金属板17に伝えやすいが、逆に絶縁耐圧が問題となり、厚すぎると、熱抵抗が大きくなるので、絶縁耐圧と熱抵抗を考慮して最適な厚さである50μm以上1000μm以下に設定すれば良い。
The thermosetting resin contains at least one kind of resin among epoxy resin, phenol resin and cyanate resin. These resins are excellent in heat resistance and electrical insulation. If the thickness of the heat
次にリードフレーム10の材質について説明する。リードフレーム10の材質としては、銅を主体とするもの(例えば銅板)が望ましい。これは銅が熱伝導性と導電率が共に優れているためである。またリードフレーム10としての加工性や、熱伝導性を高めるためには、リードフレーム10となる銅素材に銅以外の少なくともSn、Zr、Ni、Si、Zn、P、Fe等の群から選択される少なくとも1種類以上の材料とからなる合金を使うことも可能である。例えばCuを主体として、ここにSnを加えた、銅材料(以下、Cu+Snとする)を用いることができる。Cu+Sn銅材料(あるいは銅合金)の場合、例えばSnを0.1重量%以上0.15重量%未満添加することで、その軟化温度を400℃まで高められる。比較のためSn無しの銅(Cu>99.96重量%)を用いて、リードフレーム10を作成したところ、導電率は低いが、出来上がった熱伝導基板において特に形成部等に歪みが発生する場合があった。そこで詳細に調べたところ、その材料の軟化点が200℃程度と低いため、後の部品実装時(半田付け時)に変形する可能性があることが予想された。一方、Cu+Sn>99.96重量%の銅系の材料を用いた場合、実装された各種部品の発熱の影響は特に受けなかった。また半田付け性やダイボンド性にも影響が無かった。そこでこの材料の軟化点を測定したところ、400℃であることが判った。このように、銅を主体として、いくつかの元素を添加することが望ましい。銅に添加する元素として、Zrの場合、0.015重量%以上0.15重量%以下の範囲が望ましい。添加量が0.015重量%未満の場合、軟化温度の上昇効果が少ない場合がある。また添加量が0.15重量%より多いと電気特性に影響を与える場合がある。また、Ni、Si、Zn、P等を添加することでも軟化温度を高くできる。この場合、Niは0.1重量%以上5重量%未満、Siは0.01重量%以上2重量%以下、Znは0.1重量%以上5重量%未満、Pは0.005重量%以上0.1重量%未満が望ましい。そしてこれらの元素は、この範囲で単独、もしくは複数を添加することで、銅素材の軟化点を高くできる。なお添加量がここで記載した割合より少ない場合、軟化点上昇効果が低い場合がある。またここで記載した割合より多い場合、導電率への影響の可能性がある。同様に、Feの場合0.1重量%以上5重量%以下、Crの場合0.05重量%以上1重量%以下が望ましい。これらの元素の場合も前述の元素と同様である。
Next, the material of the
なおリードフレーム10に使う銅材料の引張り強度は、600N/平方mm以下が望ましい。引張り強度が600N/平方mmを超える材料の場合、リードフレーム10の加工性に影響を与える場合がある。一方、引張り強度が600N/平方mm以下(更にリードフレーム10に微細で複雑な加工が必要な場合、望ましくは400N/平方mm以下)とすることでスプリングバック(必要な角度まで曲げても圧力を除くと反力によってはねかえってしまうこと)の発生を抑えられ、形成精度を高められる。このようにリードフレーム材料としては、Cuを主体とすることで導電率を下げられ、更に柔らかくすることで加工性を高められ、更にリードフレーム10による放熱効果も高められる。なおリードフレーム10に使う銅合金の引張り強度は、10N/平方mm以上が望ましい。これは一般的な鉛フリー半田の引張り強度(30〜70N/平方mm程度)に対して、リードフレーム10に用いる銅合金はそれ以上の強度が必要なためである。リードフレーム10に用いる銅合金の引張り強度が、10N/平方mm未満の場合、リードフレーム10上に電子部品等を半田付け実装する場合、半田部分ではなくてリードフレーム10部分で凝集破壊する可能性がある。
The tensile strength of the copper material used for the
なおリードフレーム10の、伝熱樹脂層11から露出している面(電子部品等の実装面)に、予め半田付け性を改善するように半田層や錫層を形成しておくことも有用である。なおリードフレーム10の伝熱樹脂層11に接する面(もしくは埋め込まれた面)には、半田層は形成しないことが望ましい。このように伝熱樹脂層11と接する面に半田層や錫層を形成すると、半田付け時にこの層が柔らかくなり、リードフレーム10と伝熱樹脂層11の接着性(もしくは結合強度)に影響を与える場合がある。金属板17としては、熱伝導の良いアルミニウム、銅またはそれらを主成分とする合金からできている。特に、本実施の形態では、金属板17の厚みを1mmとしているが、その厚みは製品仕様に応じて設計できる(なお金属板17の厚みが0.1mm以下の場合、放熱性や強度的に不足する可能性がある。また金属板17の厚みが50mmを超えると、重量面で不利になる)。金属板17としては、単なる板状のものだけでなく、より放熱性を高めるため、伝熱樹脂層11を積層した面とは反対側の面に、表面積を広げるためにフィン部(あるいは凹凸部)を形成しても良い。全膨張係数は8〜20ppm/℃としており、本発明の熱伝導基板や、これを用いた電源ユニット全体の反りや歪みを小さくできる。またこれらの部品を表面実装する際、互いに熱膨張係数をマッチングさせることは信頼性的にも重要となる。
It is also useful to previously form a solder layer or a tin layer on the surface of the
このようにして、一個以上の孔22を有する金属板17と、前記金属板17の上に固定したシート状の伝熱樹脂層11と、前記伝熱樹脂層11に埋め込んだリードフレーム10と、前記金属板17の孔22の中に設置したプリント配線板20と、からなる熱伝導基板であって、前記リードフレーム10の一部が、前記孔22の方に折り曲げられており、この折り曲げ部13が前記伝熱樹脂層11を貫通し、前記プリント配線板20に電気的に接続している熱伝導基板を提供することで、前記パワー素子14のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、電源回路の誤動作を防止できると共に、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。
Thus, the
また少なくとも一個以上の孔22を有する金属板17と、前記金属板17の上に固定したシート状の伝熱樹脂層11と、前記伝熱樹脂層11に埋め込んだリードフレーム10と、前記伝熱樹脂層11に埋め込んだ浮島12と、前記金属板17の孔22の中に設置したプリント配線板20と、からなる熱伝導基板であって、前記リードフレーム10の一部が、前記孔22の方に折り曲げられており、この折り曲げ部13が前記伝熱樹脂層11を貫通し、前記プリント配線板20に電気的に接続している熱伝導基板を提供することで、前記パワー素子14のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、電源回路の誤動作を防止できると共に、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。
Further, the
また、少なくとも、一個以上の孔22を有する金属板17と、前記金属板17の上に固定したシート状の伝熱樹脂層11と、前記伝熱樹脂層11に埋め込んだリードフレーム10と、前記伝熱樹脂層11に埋め込んだ浮島12と、からなる熱伝導基板であって、前記浮島12の一部が、前記孔22の方に折り曲げられており、この折り曲げ部13が前記伝熱樹脂層11を貫通し、前記プリント配線板20に電気的に接続している熱伝導基板を提供することで、前記パワー素子14のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、電源回路の誤動作を防止できると共に、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。
Further, at least the
同様に少なくとも、一個以上の孔22を有する金属板17と、前記金属板17の上に固定された伝熱樹脂層11と、前記伝熱樹脂層11に埋め込んだリードフレーム10と、前記伝熱樹脂層11に埋め込んだ浮島12と、前記金属板17の孔22の中に固定されたプリント配線板20と、からなる熱伝導基板であって、前記浮島12とリードフレーム10の一部が、前記孔22の方に折り曲げられており、この折り曲げ部13が前記伝熱樹脂層11を貫通し、前記プリント配線板20に電気的に接続している熱伝導基板を提供することで、前記パワー素子14のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、電源回路の誤動作を防止できると共に、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。
Similarly, at least a
同様に少なくとも、リードフレーム10もしくは浮島12の一部を折り曲げて、折り曲げ部13を形成する工程と、伝熱樹脂材料を前記折り曲げ部13が貫通する工程と、前記リードフレーム10もしくは浮島12と、一個以上の孔22を有する金属板17とを、前記伝熱樹脂材料で積層、一体化する工程と、前記リードフレーム10もしくは浮島12の折り曲げ部13とプリント配線板20とを電気的に接続する工程と、を有する熱伝導基板の製造方法を提供することで、前記パワー素子14のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、電源回路の誤動作を防止すると共に、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。
Similarly, at least a part of the
更に少なくとも、一個以上の孔22を有する金属板17と、前記金属板17の上に固定したシート状の伝熱樹脂層11と、前記伝熱樹脂層11に埋め込んだリードフレーム10と、前記金属板17の孔22の中に固定したプリント配線板20と、からなる熱伝導基板であって、前記リードフレーム10の一部が、前記孔22の方に折り曲げられており、この折り曲げ部13が前記伝熱樹脂層11を貫通し、前記プリント配線板20に電気的に接続している熱伝導基板を用いた電源ユニットを提供することで、前記パワー素子14のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、電源回路の誤動作を防止すると共に、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。
Furthermore, at least a
更に少なくとも、一個以上の孔22を有する金属板17と、前記金属板17の上に固定したシート状の伝熱樹脂層11と、前記伝熱樹脂層11に埋め込んだリードフレーム10と、前記金属板17の孔22の中に固定したプリント配線板20と、浮島12からなる熱伝導基板であって、前記リードフレーム10と前記浮島12の一部が、前記孔22の方に折り曲げられており、この折り曲げ部13が前記伝熱樹脂層11を貫通し、前記プリント配線板20に電気的に接続している熱伝導基板を用いた電源ユニットを提供することで、前記パワー素子14のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、電源回路の誤動作を防止すると共に、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。
Furthermore, at least a
また少なくとも、一個以上の孔22を有する金属板17と、前記金属板17の上に固定したシート状の伝熱樹脂層11と、前記伝熱樹脂層11に埋め込んだリードフレーム10と、前記金属板17の孔22の中に固定したプリント配線板20と、からなる熱伝導基板であって、前記リードフレーム10の一部が、前記孔22の方に折り曲げられており、この折り曲げ部22が前記伝熱樹脂層11を貫通し、前記プリント配線板20に電気的に接続している熱伝導基板を用いた電子機器を提供することで、前記パワー素子14のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。
Further, at least the
少なくとも、一個以上の孔22を有する金属板17と、前記金属板17の上に固定したシート状の伝熱樹脂層11と、前記伝熱樹脂層11に埋め込んだリードフレーム10と、前記金属板17の孔22の中に固定したプリント配線板20と、浮島12と、からなる熱伝導基板であって、前記リードフレーム10と前記浮島12の一部が、あるいは前記リードフレーム10もしくは前記浮島12の一部が、前記孔22の方に折り曲げられており、この折り曲げ部13が前記伝熱樹脂層11を貫通し、前記プリント配線板に電気的に接続している熱伝導基板を用いた電子機器を提供することで、前記パワー素子14のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。
The
以上のように、本発明にかかる熱伝導基板とその製造方法及び電源ユニット及び電子機器を、各種PDP(プラズマディスプレイパネル)や電装用、産業用の大電力回路等に適用することによって、機器の小型化、高性能化が可能となる。 As described above, by applying the heat conductive substrate, the manufacturing method thereof, the power supply unit, and the electronic device according to the present invention to various PDPs (plasma display panels), electrical equipment, industrial high power circuits, etc. Miniaturization and high performance are possible.
10 リードフレーム
11 伝熱樹脂層
12 浮島
13 折り曲げ部
14 パワー素子
15 端子
16 制御素子
17 金属板
18 半田
19 矢印
20 プリント配線板
21 モールド樹脂
22 孔
23 ワイヤー
24 フィルム
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記金属板の上に固定したシート状の伝熱樹脂層と、
前記伝熱樹脂層に埋め込んだリードフレームと、
前記金属板の孔の中に設置したプリント配線板と、
からなる熱伝導基板であって、
前記リードフレームの一部が、前記孔の方に折り曲げられており、この折り曲げ部が前記伝熱樹脂層を貫通し、前記プリント配線板に電気的に接続している熱伝導基板。 A metal plate having one or more holes;
A sheet-like heat transfer resin layer fixed on the metal plate;
A lead frame embedded in the heat transfer resin layer;
A printed wiring board installed in the hole of the metal plate;
A heat conductive substrate comprising:
A portion of the lead frame is bent toward the hole, and the bent portion penetrates the heat transfer resin layer and is electrically connected to the printed wiring board.
前記電子部品及びプリント配線板の一部分以上を、モールド樹脂で保護した請求項1記載の熱伝導基板。 A plurality of electronic components are mounted on the surface of the printed wiring board,
The heat conductive substrate according to claim 1, wherein a part or more of the electronic component and the printed wiring board is protected with a mold resin.
前記電子部品及びプリント配線板の一部分以上を、モールド樹脂が前記金属板から突き出ない厚み範囲内で覆った請求項1記載の熱伝導基板。 A plurality of electronic components are mounted on the surface of the printed wiring board,
The heat conductive substrate according to claim 1, wherein at least a part of the electronic component and the printed wiring board is covered within a thickness range in which mold resin does not protrude from the metal plate.
一個以上の孔を有する金属板と、
前記金属板の上に固定したシート状の伝熱樹脂層と、
前記伝熱樹脂層に埋め込んだリードフレームと、
前記伝熱樹脂層に埋め込んだ浮島と、
前記金属板の孔の中に設置したプリント配線板と、
からなる熱伝導基板であって、
前記リードフレームの一部が、前記孔の方に折り曲げられており、この折り曲げ部が前記伝熱樹脂層を貫通し、前記プリント配線板に電気的に接続している熱伝導基板。 at least,
A metal plate having one or more holes;
A sheet-like heat transfer resin layer fixed on the metal plate;
A lead frame embedded in the heat transfer resin layer;
Floating islands embedded in the heat transfer resin layer,
A printed wiring board installed in the hole of the metal plate;
A heat conductive substrate comprising:
A portion of the lead frame is bent toward the hole, and the bent portion penetrates the heat transfer resin layer and is electrically connected to the printed wiring board.
一個以上の孔を有する金属板と、
前記金属板の上に固定したシート状の伝熱樹脂層と、
前記伝熱樹脂層に埋め込んだリードフレームと、
前記伝熱樹脂層に埋め込んだ浮島と、
からなる熱伝導基板であって、
前記浮島の一部が、前記孔の方に折り曲げられており、この折り曲げ部が前記伝熱樹脂層を貫通し、前記プリント配線板に電気的に接続している熱伝導基板。 at least,
A metal plate having one or more holes;
A sheet-like heat transfer resin layer fixed on the metal plate;
A lead frame embedded in the heat transfer resin layer;
Floating islands embedded in the heat transfer resin layer,
A heat conductive substrate comprising:
A portion of the floating island is bent toward the hole, and the bent portion penetrates the heat transfer resin layer and is electrically connected to the printed wiring board.
一個以上の孔を有する金属板と、
前記金属板の上に固定された伝熱樹脂層と、
前記伝熱樹脂層に埋め込んだリードフレームと、
前記伝熱樹脂層に埋め込んだ浮島と、
前記金属板の孔の中に固定されたプリント配線板と、
からなる熱伝導基板であって、
前記浮島とリードフレームの一部が、前記孔の方に折り曲げられており、この折り曲げ部が前記伝熱樹脂層を貫通し、前記プリント配線板に電気的に接続している熱伝導基板。 at least,
A metal plate having one or more holes;
A heat transfer resin layer fixed on the metal plate;
A lead frame embedded in the heat transfer resin layer;
Floating islands embedded in the heat transfer resin layer,
A printed wiring board fixed in the hole of the metal plate;
A heat conductive substrate comprising:
A portion of the floating island and the lead frame is bent toward the hole, and the bent portion penetrates the heat transfer resin layer and is electrically connected to the printed wiring board.
リードフレームもしくは浮島の一部を折り曲げて、折り曲げ部を形成する工程と、
伝熱樹脂材料を前記折り曲げ部が貫通する工程と、
前記リードフレームもしくは浮島と、一個以上の孔を有する金属板とを、前記伝熱樹脂材料で積層、一体化する工程と、
前記リードフレームもしくは浮島の折り曲げ部とプリント配線板とを電気的に接続する工程と、
を有する熱伝導基板の製造方法。 at least,
Bending a portion of the lead frame or floating island to form a bent portion;
A step in which the bent portion penetrates the heat transfer resin material;
Laminating and integrating the lead frame or floating island and a metal plate having one or more holes with the heat transfer resin material;
Electrically connecting the bent portion of the lead frame or floating island and the printed wiring board;
The manufacturing method of the heat conductive board | substrate which has this.
一個以上の孔を有する金属板と、
前記金属板の上に固定したシート状の伝熱樹脂層と、
前記伝熱樹脂層に埋め込んだリードフレームと、
前記金属板の孔の中に固定したプリント配線板と、
からなる熱伝導基板であって、
前記リードフレームの一部が、前記孔の方に折り曲げられており、この折り曲げ部が前記伝熱樹脂層を貫通し、前記プリント配線板に電気的に接続している熱伝導基板を用いた電源ユニット。 at least,
A metal plate having one or more holes;
A sheet-like heat transfer resin layer fixed on the metal plate;
A lead frame embedded in the heat transfer resin layer;
A printed wiring board fixed in the hole of the metal plate;
A heat conductive substrate comprising:
A power supply using a heat conductive substrate in which a part of the lead frame is bent toward the hole, and the bent portion penetrates the heat transfer resin layer and is electrically connected to the printed wiring board. unit.
一個以上の孔を有する金属板と、
前記金属板の上に固定したシート状の伝熱樹脂層と、
前記伝熱樹脂層に埋め込んだリードフレームと、
前記金属板の孔の中に固定したプリント配線板と、
浮島と、からなる熱伝導基板であって、
前記リードフレームと前記浮島の一部が、あるいは前記リードフレームもしくは前記浮島の一部が、前記孔の方に折り曲げられており、この折り曲げ部が前記伝熱樹脂層を貫通し、前記プリント配線板に電気的に接続している熱伝導基板を用いた電源ユニット。 at least,
A metal plate having one or more holes;
A sheet-like heat transfer resin layer fixed on the metal plate;
A lead frame embedded in the heat transfer resin layer;
A printed wiring board fixed in the hole of the metal plate;
A thermal conductive substrate made of floating islands,
A part of the lead frame and the floating island, or a part of the lead frame or the floating island is bent toward the hole, and the bent portion penetrates the heat transfer resin layer, and the printed wiring board. A power supply unit using a heat conductive board that is electrically connected to
一個以上の孔を有する金属板と、
前記金属板の上に固定したシート状の伝熱樹脂層と、
前記伝熱樹脂層に埋め込んだリードフレームと、
前記金属板の孔の中に固定したプリント配線板と、
からなる熱伝導基板であって、
前記リードフレームの一部が、前記孔の方に折り曲げられており、この折り曲げ部が前記伝熱樹脂層を貫通し、前記プリント配線板に電気的に接続している熱伝導基板を用いた電子機器。 at least,
A metal plate having one or more holes;
A sheet-like heat transfer resin layer fixed on the metal plate;
A lead frame embedded in the heat transfer resin layer;
A printed wiring board fixed in the hole of the metal plate;
A heat conductive substrate comprising:
A part of the lead frame is bent toward the hole, and the bent portion penetrates the heat transfer resin layer and is electrically connected to the printed wiring board. machine.
一個以上の孔を有する金属板と、
前記金属板の上に固定したシート状の伝熱樹脂層と、
前記伝熱樹脂層に埋め込んだリードフレームと、
前記金属板の孔の中に固定したプリント配線板と、
浮島と、からなる熱伝導基板であって、
前記リードフレームと前記浮島の一部が、あるいは前記リードフレームもしくは前記浮島の一部が、前記孔の方に折り曲げられており、この折り曲げ部が前記伝熱樹脂層を貫通し、前記プリント配線板に電気的に接続している熱伝導基板を用いた電子機器。 at least,
A metal plate having one or more holes;
A sheet-like heat transfer resin layer fixed on the metal plate;
A lead frame embedded in the heat transfer resin layer;
A printed wiring board fixed in the hole of the metal plate;
A thermal conductive substrate made of floating islands,
A part of the lead frame and the floating island, or a part of the lead frame or the floating island is bent toward the hole, and the bent part penetrates the heat transfer resin layer, and the printed wiring board. Electronic equipment using a heat conductive substrate that is electrically connected to
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JP2006192317A JP2008021817A (en) | 2006-07-13 | 2006-07-13 | Heat conducting base board, manufacturing method thereof, power supply unit, and electronic equipment |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009289934A (en) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Apic Yamada Corp | Semiconductor mounting substrate, and method of manufacturing the same |
CN109788631A (en) * | 2019-02-25 | 2019-05-21 | 皆利士多层线路版(中山)有限公司 | Circuit board and preparation method thereof |
-
2006
- 2006-07-13 JP JP2006192317A patent/JP2008021817A/en active Pending
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