JP2008172128A - Circuit module and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子機器のパワー半導体等を用いた電源回路、駆動回路等に使用される回路モジュールとその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a circuit module used for a power supply circuit, a drive circuit, and the like using a power semiconductor of an electronic device and a manufacturing method thereof.
近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、パワー半導体等を用いた電源回路や駆動回路(例えばプラズマテレビのサステイン回路等)には、更なる小型化が求められている。しかしパワー系電子部品(例えばパワー半導体素子等)は大電流、高発熱を伴うため、大電流、高放熱に対応する熱伝導基板の上に実装する必要がある。こうしたパワー系電子部品に比べ、信号系電子部品(例えば、信号系半導体素子や各種チップ部品等)は、それほど発熱を伴わないため、高密度に実装することができる。そのため従来よりパワー系電子部品を熱伝導基板に実装しこれを熱部品ユニット(例えば後述する図9の熱部品ユニット7)、信号系電子部品は一般的なプリント配線板(例えば後述する図9のプリント配線板8)に実装し、こうして作成した複数の基板間を電気的に接続して、一つの回路モジュールとすることが、特許文献1等で提案されている。次に図9〜図10を用いて、従来の回路モジュールの一例について説明する。
In recent years, with the demand for higher performance and miniaturization of electronic devices, further miniaturization is required for power supply circuits and drive circuits (for example, sustain circuits for plasma televisions) using a power semiconductor or the like. However, since power system electronic components (for example, power semiconductor elements) generate large current and high heat generation, it is necessary to mount them on a heat conductive substrate corresponding to large current and high heat dissipation. Compared with such power electronic components, signal electronic components (for example, signal semiconductor elements and various chip components) do not generate much heat and can be mounted with high density. For this reason, a power system electronic component is conventionally mounted on a heat conductive substrate and is mounted on a heat component unit (for example, a
図9は、従来の回路モジュールを説明する斜視図であり、例えばプラズマディスプレイ装置に使われる回路モジュールの一つである。この回路モジュールは、熱部品ユニットと、その上に複数本のリード線を介して固定されたプリント配線板から構成されている。 FIG. 9 is a perspective view for explaining a conventional circuit module, which is one of the circuit modules used in a plasma display device, for example. This circuit module includes a thermal component unit and a printed wiring board fixed on the thermal component unit via a plurality of lead wires.
図9において、熱部品ユニット7は、金属板4の上に固定した絶縁体5、金属パターン6、リード線1等から形成されている。そして金属パターン6の上には、発熱部品3が端子2を介して半田付けされている。またプリント配線板8の一部には孔9が形成されており、前記リード線1が一括して挿入可能な状態となっている。そしてプリント配線板8の孔9に、熱部品ユニットのリード線1を挿入し一体化して、一つの回路モジュールとなる。
In FIG. 9, the
次にこの回路モジュールにおける放熱メカニズムについて、図10を用いて説明する。 Next, the heat dissipation mechanism in this circuit module will be described with reference to FIG.
図10は、従来の回路モジュールの放熱メカニズムを説明する斜視図である。図10において、回路モジュールは略垂直に立てている。これは、このような回路モジュールが使われる製品(プラズマテレビ又は液晶テレビ等)は、大画面化と薄型化が望まれるため、回路モジュールも床面積を小さくするため、立てて使われるためである。図10において、矢印10は、発熱した回路モジュールから熱が空気の流れによって外部へ放出する様子を示す。図10において、発熱部品3(プリント配線板8の陰になるため見えない)に発生した熱は、矢印10が示すように、熱部品ユニット7とプリント配線板8で挟まれた空間を、リード線1の隙間を介して外部へランダムな空気の流れとなって放出(あるいは空冷)される。
しかし図10に示した構成では、矢印10が示すように、空冷する空気の流れが一定していないため、空気の流量を増加させることが難しい。その結果、冷却効率が低下する。またファン等を用いて、強制空冷しようとしても、隙間が多い構造のため、空気の流れが前記隙間を介して逃げるため冷却効果が低い。また風量を上げた場合、林立したリード線1が、風切り音等の発生原因となる可能性もある。
However, in the configuration shown in FIG. 10, it is difficult to increase the air flow rate because the air-cooled air flow is not constant as indicated by the
そこで本発明は、熱部品ユニットとプリント配線板の隙間を煙突形成体で囲み、一種の煙突構造とするものであり、この煙突構造の内部に実装した発熱部品から発生される熱で、煙突構造の内部の空気を加熱し、比重の小さくなった空気を積極的に上方に移動させ(あるいは上昇気流を発生させ)、そこに発生した吸引力で冷たい空気を引き込み、前記発熱部品を冷却することで、回路モジュールの放熱効果(あるいは冷却効果)を高めることを目的とする。 Accordingly, the present invention surrounds the gap between the thermal component unit and the printed wiring board with a chimney forming body to form a kind of chimney structure, and the chimney structure is generated by heat generated from a heat generating component mounted inside the chimney structure. To heat the air inside the air, actively move the air with a lower specific gravity upward (or generate an updraft), draw in the cold air with the suction force generated there, and cool the heat generating parts Thus, the object is to increase the heat dissipation effect (or cooling effect) of the circuit module.
そしてこの本発明は、上記目的を達成するために、熱伝導基板と、前記熱伝導基板に固定されたプリント配線板と、リード線とからなる回路モジュールであって、前記熱伝導基板側に固定した前記リード線によって、前記プリント配線板と前記熱伝導基板の間の隙間を形成し、前記リード線の内、下方から上方に向けて配置されているリード線に、煙突形成体を設けた回路モジュールとしたものである。 In order to achieve the above object, the present invention is a circuit module comprising a heat conductive substrate, a printed wiring board fixed to the heat conductive substrate, and a lead wire, and is fixed to the heat conductive substrate side. A circuit in which a gap between the printed wiring board and the heat conductive substrate is formed by the lead wire, and a chimney forming body is provided on the lead wire arranged from the lower side to the upper side of the lead wire. It is a module.
以上のように本発明によれば、前記熱伝導基板と前記プリント配線板部との間に、リード線を用いて隙間を形成し、前記隙間を形成するリード線の一部に、煙突形成体を設けることで、前記熱伝導基板と前記プリント配線板との間に挟まれた空間を流れる空気量を、煙突効果によって増加させることができ、前記熱伝導基板は前記プリント配線板の表面に実装した電子部品等の冷却効率を高めることができる。その結果、各種回路モジュールや電子機器の小型化、低騒音化を実現する。 As described above, according to the present invention, a gap is formed using a lead wire between the heat conductive substrate and the printed wiring board portion, and a chimney forming body is formed on a part of the lead wire forming the gap. The amount of air flowing through the space sandwiched between the heat conductive substrate and the printed wiring board can be increased by a chimney effect, and the heat conductive substrate is mounted on the surface of the printed wiring board. It is possible to increase the cooling efficiency of the electronic components and the like. As a result, various circuit modules and electronic devices can be reduced in size and noise.
なお本発明の実施の形態に示された一部の製造工程は、成形金型等を用いて行われる。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。 Note that some of the manufacturing steps shown in the embodiments of the present invention are performed using a molding die or the like. 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)
以下、本発明の実施の形態における回路モジュールについて、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, a circuit module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態における回路モジュールの斜視図である。図1において、11はリード線、12は金属板、13は煙突形成体、14は伝熱層、15はプリント配線板、16は矢印である。図1において、回路モジュールを立てているのは、プラズマテレビ等に組み込まれた回路モジュールにおける煙突効果を説明するためである。 FIG. 1 is a perspective view of a circuit module according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 11 is a lead wire, 12 is a metal plate, 13 is a chimney forming body, 14 is a heat transfer layer, 15 is a printed wiring board, and 16 is an arrow. In FIG. 1, the circuit module is erected in order to explain the chimney effect in a circuit module incorporated in a plasma television or the like.
図1において、熱伝導基板(熱伝導基板の詳細は後述する図2〜図8で説明する)と、前記熱伝導基板に固定されたプリント配線板と、リード線とからなる回路モジュールの、前記熱伝導基板側に固定した前記リード線によって、前記プリント配線板と前記熱伝導基板の間の隙間を形成し、前記リード線の内、下方から上方に向けて配置されているリード線に、煙突形成体を設けた回路モジュールを説明するものである。 In FIG. 1, a circuit module comprising a heat conductive substrate (details of the heat conductive substrate will be described later with reference to FIGS. 2 to 8), a printed wiring board fixed to the heat conductive substrate, and a lead wire, A gap between the printed wiring board and the heat conductive substrate is formed by the lead wire fixed to the heat conductive substrate side, and a chimney is formed on the lead wire arranged from below to above the lead wire. A circuit module provided with a formed body will be described.
図1において、金属板12や伝熱層14で形成された面と、プリント配線板15で形成した面と、その隙間を塞ぐ煙突形成体13によって、一種の煙突構造を形成している。そして本実施の形態における回路モジュールは、その一部分以上を積極的に煙突構造としている。そしてこうして形成した煙突構造によって発熱部品(図示していない)から発生される熱で比重の小さくなった空気を、煙突構造の上方に移動させ(あるいは上昇気流を発生させ)、そこに発生した吸引力で冷たい空気を新しく前記発熱部品に供給し、回路モジュールの放熱効果を高めることとなる。そして伝熱層14と、プリント配線板15の間に、煙突形成体13を形成することで、隙間風を防ぎ、煙突効果を高める。
In FIG. 1, a kind of chimney structure is formed by a surface formed by the
次に図2から図3を用いて、回路モジュールにおける煙突構造の形成方法の一例について説明する。図2において、17は熱伝導基板、18は孔である。 Next, an example of a method for forming a chimney structure in a circuit module will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, 17 is a heat conductive substrate, and 18 is a hole.
図2は、熱伝導基板17とプリント配線板15とを一体化する様子を説明する斜視図である。図2において、熱伝導基板17は、金属板12の上に、シート状の伝熱層14を固定し、前記伝熱層14には、リードフレームの一部以上を埋め込んだものから構成している(なお図2においてリードフレームは図示していない。図2においては、リードフレームの一部が、伝熱層14から略垂直に折り曲げられ、リード線11となった部分だけを図示している。なおリードフレーム等は後述する図4〜図6で説明する)。またプリント配線板15の所定部分には孔18が形成されている。そして矢印16に示すようにして、熱伝導基板17に形成したリード線11を、プリント配線板15に形成した孔18に差し込む。
FIG. 2 is a perspective view for explaining how the heat
図3(A)(B)は、ともに熱伝導基板17とプリント配線板15との間の隙間を塞ぐ様子を説明する斜視図である。図3(A)は、熱伝導基板17とプリント配線板15を一体化した様子を示す斜視図であり、例えば図2に示すようにして作成したものである。図3(A)において、熱伝導基板17とプリント配線板15は、リード線11を介して一体化している。次に図3(B)に示すようにして、熱伝導基板17とプリント配線板15の隙間を塞ぐ。図3(B)は、熱伝導基板17とプリント配線板15の隙間を塞ぐ様子を説明する斜視図である。図3(B)において、煙突形成体13は、例えば耐熱性のフィルム(例えばポリイミドテープ等)である。こうした煙突形成体13を、熱伝導基板17とプリント配線板15の間に形成することで、煙突構造とする。なお煙突形成体13は、熱伝導基板17とプリント配線板15の左右の隙間を塞ぐように形成する。左右の隙間を塞ぐことで、隙間風を減らせ、煙突効果を高められる。
FIGS. 3A and 3B are perspective views for explaining how the gap between the heat
なお図3(B)に示すように、煙突形成体13の形成において、リード線11を利用(例えばリード線11に煙突形成体13を構成する部材を固定する)することで、煙突構造の構造を安定化できる。
As shown in FIG. 3B, the
次に、図4〜図6を用いて、熱伝導基板の製造方法の一例について説明する。 Next, an example of the manufacturing method of a heat conductive board | substrate is demonstrated using FIGS.
図4(A)(B)は、熱伝導基板の製造方法を説明する断面図である。図4(A)(B)において、19はプレス、20はフィルムであり、汚れ防止用のものである。21はリードフレームであり、銅板等を配線形状にプレス等で加工したものである。まず図4(A)に示すように、プレス19に、金属板12や、伝熱層14、リードフレーム21や汚れ防止用のフィルム20をセットする。なお図4(A)(B)において、プレス19にセットする金型等は図示していない。
4A and 4B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a heat conductive substrate. 4 (A) and 4 (B), 19 is a press and 20 is a film for preventing dirt.
図4(A)に示すように、伝熱層14や金属板12を、プレス19を用いて矢印16の方向にプレスし積層、一体化する。ここで伝熱層14とは、後述する伝熱材料を例えばシート状に予備成形したものである。なお図4(A)において、伝熱層14は、プレス時に空気を抜けやすくするために、中央部を僅かに凸状としても良い。
As shown in FIG. 4A, the
図4(B)は、プレスが終了した後の様子を説明する断面図である。図4(B)に示すように、フィルム20を用いることで、プレス19や金型(図示していない)の表面に、伝熱層14が汚れとして付着しない。またフィルム20をプレス19や金型と、リードフレーム21との間の緩衝材(あるいは、パッキング、あるいはシール材)とすることで、リードフレーム21の表面への、伝熱層14の回り込みを防止したり、プレス圧力を高めることができる。その結果、複数本のリードフレーム21まで伝熱層14を回り込ませる。こうして伝熱層14に、リードフレーム21の一部以上を埋め込む。こうすることで、部品の実装性を高め、ソルダーレジスト等の形成性を高める。なお図4(A)(B)において、伝熱層14等をプレス時に加熱することで、伝熱層14を軟化でき、金属板12との密着効果を高めている。
FIG. 4B is a cross-sectional view illustrating a state after the press is completed. As shown in FIG. 4B, by using the
そして図4(B)に示すように、所定形状に成形した後、フィルム20を、伝熱層14の表面から引き剥がす。そして金属板12の上に、リードフレーム21を埋め込んで一体化した伝熱層14を、加熱装置の中で加熱し、硬化させ、熱伝導基板17とする。なおフィルム20を剥離した状態で、伝熱層14を熱硬化させることで、フィルム20の熱収縮(シワ発生)が、伝熱層14の硬化に影響を与えなくできる。
Then, as shown in FIG. 4B, after forming into a predetermined shape, the
ここでシート状の伝熱層14としては、熱硬化性樹脂とフィラーとからなる伝熱性のコンポジット材料を用いることができる。例えば無機フィラー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%以下から部材が望ましい。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り、また100μmを超えると伝熱層14の厚みが厚くなり熱拡散性に影響を与える)。そのため伝熱層14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、伝熱層14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、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。
Here, as the sheet-like
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。こうして伝熱層14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
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。伝熱層14の厚みは、薄くすれば、リードフレーム21の熱を金属板12に伝えやすいが、逆に絶縁耐圧が問題となる。また伝熱層14の厚みが厚すぎると、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
なお伝熱層14としては、また無機フィラーと樹脂(熱硬化性樹脂、あるいは熱軟化性樹脂)からなる、キャスティング法等で作成した熱伝導性のシート材を用いることもできる。
In addition, as the
次に図5を用いて、熱伝導基板17上への電子部品の実装方法について説明する。図5(A)(B)は、ともに熱伝導基板17上への電子部品の実装方法について説明する断面図である。図5(A)(B)において、22は電子部品であり、例えば、パワー系の半導体等の発熱部品である。また23は点線である。図5(A)の矢印16aが示すように、電子部品22をリードフレーム21の上に実装する。なお図5(A)(B)において、リードフレーム21の上に形成したソルダーレジスト等は図示していない。その後、図5(B)の矢印16bが示すように、リードフレーム21の一部(例えば点線23で図示した部分)を、伝熱層14から剥離し、略垂直に折り曲げ、リード線11とする。こうして作成した熱伝導基板17の上に、電子部品22等を実装する。
Next, a method for mounting the electronic component on the heat
このように、リードフレーム21の一部を、リード線11とすることで、リード線11とリードフレーム21を一体化することができ、リードフレーム21とリード線11の接続箇所を減らすことができる。またリード線11と伝熱樹脂14との接続強度を高めたり、電子部品22の実装時にリード線11が邪魔になりにくいという効果が得られる。
In this way, by forming a part of the
なおリードフレーム21の電子部品22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21の伝熱層14に接する面には、半田層は形成しないことが望ましい。このように伝熱層14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21と、伝熱層14との接着性(もしくは結合強度)に影響を与える場合がある。
It is also useful to previously form a solder layer or a tin layer on the mounting surface of the
また金属板12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12の厚みを1mm(望ましくは0.1mm以上50mm以下の厚み)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12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12の厚みが50mmを超えると、重量面で不利になる)。金属板12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、伝熱層14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。
The
次に図6を用いて、熱伝導基板17と、プリント配線板15を積層、一体化する様子を説明する。図6(A)(B)は、熱伝導基板17と、プリント配線板15を、リード線11を介して積層、一体化する様子を説明する断面図である。図6(A)において、熱伝導基板17は、金属板12とその上に固定した伝熱層14や伝熱層14に一部以上を埋め込んだリードフレーム21から構成している。またリードフレーム21の一部を略垂直に折り曲げ、リード線11としている。またプリント配線板15の所定位置には、孔18を形成している。なおプリント配線板15において、その表面や内部に形成した配線パターンやスルーホール、ソルダーレジスト、実装した各種電子部品等は図示していない。
Next, a state in which the heat
まず図6(A)の矢印16aに示すように、リード線11に、プリント配線板15の孔18を差し込み、半田等で固定、一体化しモジュールを構成する。図6(B)はこうして作成したモジュールの断面図である。そして図6(B)に示すように、所定の絶縁部材を用いて作成した煙突形成体13を矢印16bに示すようにセットし、熱伝導基板17とプリント配線板15の隙間を塞ぎ、煙突構造を形成する。そしてこのモジュールを縦向きにセットすることで、図1に示した煙突効果を活用する。
First, as shown by an
図7は、熱伝導基板17と、プリント配線板15を一体化し、回路モジュールを構成する様子を示す斜視図である。図7において、24は端子であり、電子部品22の実装用の端子(あるいは外部端子)に相当する。図7に示すように、熱伝導基板17の表面には、シート状の伝熱層14を固定し、伝熱層14には、リードフレーム21の一部以上を埋め込んでいる。そして熱伝導基板17側にリード線11を複数本固定している。なおリード線11は、図7に示すように、略平行に複数列に形成したものとすることができる。例えば、熱伝導基板17の左右にリード線11を形成し、このリード線11に煙突形成体13(図示していない)を設けることで、煙突構造とする。なおリードフレーム21の一部を略垂直に折り曲げ、リード線11とすることも可能である。また電子部品22は、端子24を介して、リードフレーム21に実装している。なお図7において、ソルダーレジストや半田は図示していない。またプリント配線板15の配線パターンやソルダーレジスト、その表面に実装した電子部品等も図示していない。また矢印16は、リード線11に、プリント配線板15の孔18を挿入する様子を示すものである。
FIG. 7 is a perspective view showing a state in which the heat
次に、煙突形成体13について、図8を用いて説明する。図8は、煙突形成体13を介して熱伝導基板17と、プリント配線板15を一体化する様子を示す斜視図である。図8において、煙突形成体13には孔18を形成している。熱伝導基板17に形成したリード線11を、煙突形成体13に形成した孔18に挿入することで、リード線11のバラツキ(例えば、傾き等のバラツキ)を抑えることができ、複数個のリード線11を一括して、孔18に挿入しやすくできる。なお図8における矢印16は、煙突形成体13や、プリント配線板15の挿入方向を示すものである。なお煙突形成体13は、樹脂で形成できる。また煙突形成体13(あるいは煙突形成体13の表面等)に弾性体を用いることで、伝熱層14や、プリント配線板15との密着性を高めることができ、隙間(あるいは隙間風)を減らす効果が得られる。
Next, the
なお、煙突形成体13は、絶縁体で形成する。リード線11等が互いにショートしないためである。また煙突形成体13の高さ(熱伝導基板17とプリント配線板15との間隔)は、電気回路的にあるいは空気力学的に最適化設計すればよい。なお煙突形成体13の高さは5mm以上(望ましくは10mm以上)200mm以下(望ましくは150mm以下)が望ましい。煙突形成体13の高さが5mm未満の場合、熱伝導基板17とプリント配線板15の隙間に実装する電子部品22の厚みが制限を受ける可能性がある。また煙突形成体13の高さが200mmを超えると、プラズマテレビ等の奥行きに影響を与える。このため、煙突形成体13の高さは、その隙間に実装する部品の高さや発熱量を加味して設計することができる。
In addition, the
またリード線11は、リードフレーム21の一部を、伝熱層14から引き剥がしたものとすることが望ましい。こうすることで熱伝導基板17における配線パターンを形成するリードフレーム21と、リード線11を一体化でき、信頼性を高める効果が得られる。また伝熱層14からリードフレーム21を引き剥がし、リード線11とすることで、金属板12とリード線11との間の距離を沿面距離とすることができ、電気絶縁性を高められる。
In addition, it is desirable that the
なおリードフレーム21は、銅や銅合金を主体とした金属板を所定形状に打抜き加工したものを用いることが出来る。なおリードフレーム21を構成する金属板の材質について説明する。ここでリードフレーム21の金属材料としては、銅を主体とするもの(例えば銅箔や銅板)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。リードフレーム21用の銅板としては、例えば厚み100、200、300、500μm等を利用できる。こうしたリードフレーム21用の銅板としては、例えばタフピッチ銅(合金記号:C1100)や無酸素銅(合金記号:C1020)等を用いることが望ましい。こうした材料は原料の電気銅を溶解して製造したものである。ここでタフピッチ銅は、銅中に酸素を残した精錬銅であり、電気伝導性や加工性に優れている。タフピッチ銅は例えばCu99.90wt%以上、無酸素銅は例えばCu99.96wt%以上が望ましい。銅の純度が、これら数字未満の場合、不純物(例えば酸素の影響によるCu2Oの含有量が大きくなるので)の影響によって、加工性のみならず熱伝導性や電気伝導性に影響を受ける場合がある。こうした部材は安価であり、量産性に優れている。なおリードフレーム21のパターニング方法としては、エッチングでも良いが、プレス19(あるいは金型)による打抜きがパターンの同一性、量産性の面から適している。
The
またリードフレーム21として、各種銅合金を選ぶこともできる。例えばリードフレーム21の、加工性や、熱伝導性を高めるためには、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21やその一部を折り曲げリード線11とする場合、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%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。
Various copper alloys can be selected as the
なおリードフレーム21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、これらリードフレーム21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(更にこれらリードフレーム21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。このようにこれらリードフレーム21の材料としては、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、更にこれらリードフレーム21による放熱効果も高められる。なおこれらリードフレーム21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、これらリードフレーム21に用いる銅合金はそれ以上の強度が必要なためである。これらリードフレーム21に用いる銅合金の引張り強度が、10N/平方mm未満の場合、これらリードフレーム21の上に電子部品22を半田付け実装する場合、半田部分ではなくてこれらリードフレーム21の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21の電子部品22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21の伝熱層14に接する面には、半田層は形成しないことが望ましい。このように伝熱層14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21と、伝熱層14との接着性(もしくは結合強度)に影響を与える場合がある。
It is also useful to previously form a solder layer or a tin layer on the mounting surface of the
また金属板12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12の厚みを1mm(望ましくは0.1mm以上50mm以下の厚み)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12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12の厚みが50mmを超えると、重量面で不利になる)。金属板12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、伝熱層14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。
The
なおリードフレーム21を折り曲げ、リード線11とする場合、その折り曲げ角度は、略垂直(望ましくは垂直±20度以下、望ましくは±10度以下、更には±5%以下)が望ましい。垂直±20度を超えた場合、プリント配線板15の孔18への挿入性に影響を与える可能性がある。あるいは孔18を大きくする必要が発生するため、プリント配線板15の小型化に影響を与えてしまう。
When the
熱伝導基板17と、前記熱伝導基板17に固定されたプリント配線板15と、リード線11とからなる回路モジュールであって、前記熱伝導基板17側に固定した前記リード線11によって、前記プリント配線板15と前記熱伝導基板17の間の隙間を形成し、前記リード線11の内、下方から上方に向けて配置されているリード線11に、煙突形成体13を設けた回路モジュールとすることで、熱伝導基板17側やプリント配線板15側に実装した電子部品22の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。なおリード線11の内、下方から上方へ向けて配置されているリード線11に煙突形成体13を設けるのは、煙突構造の側面(あるいは煙突の壁)を形成するためである。なお左右に配置されているリード線11に煙突形成体13を設けようとすると、煙突構造に蓋をする構造となる可能性があるためである。
A circuit module comprising a heat
熱伝導基板17と、前記熱伝導基板17に固定されたプリント配線板15と、リードフレーム21とからなる回路モジュールであって、前記熱伝導基板17側から折り曲げたリードフレーム21によって、前記プリント配線板と前記熱伝導基板17の間の隙間を形成し、前記折り曲げたリードフレーム21の内、下方から上方に向けて配置されているリードフレーム21に、煙突形成体13を設けた回路モジュールとすることで、熱伝導基板17側やプリント配線板15側に実装した電子部品22の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。
A circuit module including a heat
前記熱伝導基板17は、金属板12と、前記金属板12の上に固定したシート状の伝熱層14と、前記伝熱層14に一部以上を埋め込んだリードフレーム21と、からなる回路モジュールとすることで、熱伝導基板17側やプリント配線板15側に実装した電子部品22の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。
The heat
熱伝導基板17と、前記熱伝導基板17に固定されたプリント配線板15とは、略平行に固定されている回路モジュールとすることで、回路モジュールに実装した電子部品22の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。なおここで、固定を略平行とするのは、回路モジュールを組み込んだ機器の小型化、薄型化を実現するためである。略平行に固定することで、回路モジュールを立てた状態で設置した場合の床面積を大きくでき、煙突効率を高めることができる。
By making the heat
熱伝導基板17は、金属板12と、前記金属板12の上に固定したシート状の伝熱層14と、前記伝熱層14に一部以上を埋め込んだリードフレーム21と、から構成され、熱伝導基板17とプリント配線板部を接続するリード線11は、伝熱層14に埋め込まれたリードフレーム21の一部が略垂直に折り曲げられたものである回路モジュールとすることで、熱伝導基板17側やプリント配線板15側に実装した電子部品22の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。
The heat
熱伝導基板17とプリント配線板部を接続するリード線11もしくはリードフレーム21は、略平行する複数列に形成したものである回路モジュールとすることで、回路モジュール側やプリント配線板に実装した電子部品22の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。
The
伝熱層14は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びイソシアネート樹脂からなる群から選択される少なくとも一種類以上の樹脂と、アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化珪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類以上の無機フィラーと、回路モジュールとすることで、回路モジュール側やプリント配線板15側に実装した電子部品22の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。また電子部品22に発生した熱を、伝熱層14を介して金属板12に伝え、更に金属板12に固定した機器のシャーシ(例えば、プラズマテレビの金属シャーシ等)やフィン等に放熱することができる。こうして、煙突効果と熱伝導による放熱の両方を併用することができる。
The
リードフレーム21もしくはリード線11は、銅箔、タフピッチ銅もしくは無酸素銅である回路モジュールとすることで、プリント配線板15と熱伝導基板17とを接続するリード線11をリードフレーム21の一部で形成でき、それを煙突形成体13の構造の一部とする煙突構造を形成することで、回路モジュールに実装した電子部品22等の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。
The
リードフレーム21もしくはリード線11は、Snは0.1重量%以上0.15重量%以下、Zrは0.015重量%以上0.15重量%以下、Niは0.1重量%以上5重量%以下、Siは0.01重量%以上2重量%以下、Znは0.1重量%以上5重量%以下、Pは0.005重量%以上0.1重量%以下、Feは0.1重量%以上5重量%以下である群から選択される少なくとも一種以上を含む、銅を主体とする金属材料である請求項1〜4のいずれか一つに記載の回路モジュールとすることで、プリント配線板15と熱伝導基板17とを接続するリード線をリードフレーム21の一部で形成でき、それを煙突形成体13の構造の一部とする煙突構造を形成することで、回路モジュールに実装した電子部品22等の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。
In the
少なくとも、金属板12と、リードフレーム21と、伝熱層14を一体化する工程と、前記伝熱層14を硬化させる工程と、前記リードフレーム21の上に電子部品22を実装した後、前記リードフレーム21の一部を略垂直に折り曲げ、リード線11とする工程と、前記リード線11の一部を、プリント配線板に固定する工程と、前記リードフレーム21もしくはリード線11の一部に煙突形成体13を形成する工程と、を含む回路モジュールの製造方法とすることで、回路モジュールに実装した電子部品22等の空冷効果が得られる煙突構造を有する回路モジュールが作成でき、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。なお煙突形成体13の固定に、リード線11を使うことは有効であるが、リードフレーム21部分も併用しても良い。
At least the step of integrating the
以上のように、本発明にかかる回路モジュールとその製造方法によって、プラズマテレビ、液晶テレビ、あるいは車載用各種電装品、あるいは産業用の放熱が要求される機器の小型化、高性能化が可能となる。 As described above, the circuit module and the manufacturing method thereof according to the present invention enable downsizing and high performance of plasma televisions, liquid crystal televisions, various in-vehicle electrical components, or industrial devices that require heat dissipation. Become.
11 リード線
12 金属板
13 煙突形成体
14 伝熱層
15 プリント配線板
16 矢印
17 熱伝導基板
18 孔
19 プレス
20 フィルム
21 リードフレーム
22 電子部品
23 点線
24 端子
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記熱伝導基板側に固定した前記リード線によって、前記プリント配線板と前記熱伝導基板の間の隙間を形成し、
前記リード線の内、下方から上方に向けて配置されているリード線に、煙突形成体を設けた回路モジュール。 A circuit module comprising a heat conductive substrate, a printed wiring board fixed to the heat conductive substrate, and a lead wire,
By the lead wire fixed on the heat conductive substrate side, a gap between the printed wiring board and the heat conductive substrate is formed,
The circuit module which provided the chimney formation body in the lead wire arrange | positioned toward the upper direction from the downward direction among the said lead wires.
前記熱伝導基板側から折り曲げたリードフレームによって、前記プリント配線板と前記熱伝導基板の間の隙間を形成し、
前記折り曲げたリードフレームの内、下方から上方に向けて配置されているリードフレームに、煙突形成体を設けた回路モジュール。 A circuit module comprising a heat conductive substrate, a printed wiring board fixed to the heat conductive substrate, and a lead frame,
By the lead frame bent from the heat conductive substrate side, a gap between the printed wiring board and the heat conductive substrate is formed,
The circuit module which provided the chimney formation body in the lead frame arrange | positioned toward the upper direction from the downward direction among the bent lead frames.
熱伝導基板とプリント配線板部を接続するリード線は、伝熱層に埋め込まれたリードフレームの一部が略垂直に折り曲げられたものである請求項1記載の回路モジュール。 The heat conductive substrate is composed of a metal plate, a sheet-like heat transfer layer fixed on the metal plate, and a lead frame embedded in part or more in the heat transfer layer,
2. The circuit module according to claim 1, wherein the lead wire connecting the heat conductive substrate and the printed wiring board portion is formed by bending a part of the lead frame embedded in the heat transfer layer substantially vertically.
アルミナ、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、窒化珪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類以上の無機フィラーと、
を含む請求項1〜2のいずれか一つに記載の回路モジュール。 The heat transfer layer includes at least one resin selected from the group consisting of an epoxy resin, a phenol resin, and an isocyanate resin;
At least one inorganic filler selected from the group consisting of alumina, magnesium oxide, boron nitride, silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride, and aluminum nitride;
The circuit module according to claim 1, comprising:
金属板と、リードフレームと、伝熱層を一体化する工程と、
前記伝熱層を硬化させる工程と、
前記リードフレームの上に電子部品を実装した後、前記リードフレームの一部を略垂直に折り曲げ、リード線を形成する工程と、
前記リード線を、プリント配線板に固定する工程と、
リードフレームもしくはリード線の一部に煙突形成体を設ける工程と、
を含む回路モジュールの製造方法。 at least,
A step of integrating the metal plate, the lead frame, and the heat transfer layer;
Curing the heat transfer layer;
After mounting an electronic component on the lead frame, bending a part of the lead frame substantially vertically to form a lead wire;
Fixing the lead wire to a printed wiring board;
Providing a chimney forming body on a part of the lead frame or lead wire;
Of manufacturing a circuit module.
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