JP2008177381A - 熱伝導基板とその製造方法及びモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、リード線の折り曲げ位置や折り曲げ角度のバラツキを小さくし、プリント配線板に形成した複数の孔への一括挿入性を高めることを目的とする。
【解決手段】金属板１４と、その上に固定したシート状の伝熱層１３と、そこに一部以上を埋め込んだリードフレーム１２と、からなる熱伝導基板の前記リードフレーム１２の一部に厚み方向にＶ溝２１が形成され、発熱部品１７を実装した後に、前記Ｖ溝２１を利用してリードフレーム１２の一部を折り曲げ、リード線１１とすることで、発熱部品１７等を実装した後でリード線１１を折り曲げる際、その折り曲げ位置や折り曲げ角度のバラツキを抑えることができ、多数本のリード線１１であっても、プリント配線板１９に形成した複数個の孔２０に一括して挿入しやすいという熱伝導基板とその製造方法及び回路モジュールを提供する。
【選択図】図１

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等に使用される熱伝導基板とその製造方法及び回路モジュールに関するものである。

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高放熱基板に実装しこれを熱部品ユニット（例えば後述する図１１の熱部品ユニット１）、信号系電子部品は一般的なプリント配線板に実装し、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１１〜図１２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。

図１１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基板から構成されている。

図１１において、熱部品ユニット１は、金属板２の上に固定した絶縁体３、金属パターン４、リード線５等から形成されている。そして金属パターン４の上には、発熱部品６が端子７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５が一括して挿入可能な状態となっている。そして熱部品ユニット１と、プリント配線板８を、リード線５を介して接続することで、一つの回路モジュールを構成する。次に熱部品ユニット１にプリント配線板８を差し込む様子の説明について、図１１の矢印１０から見た断面図で示す。

図１２（Ａ）（Ｂ）は、ともにプリント配線板８と、熱部品ユニット１を接続する様子を説明する断面図である。図１２（Ａ）はプリント配線板８と、熱部品ユニット１を接続する前、図１２（Ｂ）は接続した後の断面を説明する。図１２（Ａ）において、金属パターン４の一部は、絶縁層３に埋め込まれ、その一部が任意の位置で略垂直に折れ曲がり、多数本のリード線５を形成している。そして矢印１０ａに示すようにして、プリント配線板８の孔９に、リード線５を挿入し、図１２（Ｂ）に示す回路モジュールを形成することとなる。そしてリード線５は、複数本（例えば１０本から１００本程度）が、少なくとも２列に形成されている。しかしリード線５は、その折り曲げ位置や、折り曲げ角度がばらつきやすく、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すようなバラツキが発生しやすい。これは、発熱部品６等を実装した後で、リード線５を折り曲げるためである。そしてこの折り曲げ時にバラツキが発生したリード線５によって、例えば図１２（Ａ）の矢印１０ａで説明するように、熱部品ユニット１にプリント配線板８を挿入しようとしても、図１２（Ｂ）に示すように、位置ズレしたリード線５等が障害となって、孔９に挿入することができない。こうした場合、作業者が、歪んだリード線５を、一本一本調整しなおし、プリント配線板８の孔９に挿入することになる。

またプリント配線板８に形成した孔９に、熱部品ユニット１のリード線５を正確に差し込むことも難しいため、この作業工程においても、リード線５が不規則に曲がりやすい。これはプリント配線板８や、熱部品ユニット１は、リード線５よりも広い（あるいは面積が大きい）ために、孔９とリード線５の位置関係が肉眼（あるいは光学的に）認識しにくいためである（具体的には、斜めから透かして見るしかないためである）。また熱部品ユニット１の強化絶縁が必要な場合、矢印１０ｂで示す距離を大きくする必要（あるいは外周部分より矢印１０ｂで示す距離だけ内側に引き込む必要）があるため、更に肉眼での位置合わせが困難となる。またこうした作業の際にも、複数本のリード線５の内、一部のリード線５だけが歪んでしまう可能性がある。これは熱部品ユニット１に実装した発熱部品６等が障害となる場合があるためである。
特開２００６−３０８６２０号公報

このように図１２（Ａ）（Ｂ）の構成では、金属パターン４を折り曲げて、これをリード線５とし、これを一括してプリント配線板８の孔に一括して挿入するため、一列に並べたリード線５同士の間にも、折り曲げ位置がずれたり、折り曲げ角度がばらついたりすると挿入できないという課題がある。そしてこうしたリード線５のバラツキは、リード線５の折り曲げ位置のバラツキ、折り曲げ角度のバラツキ、あるいは折り曲げ時に発生するスプリングバック（折り曲げた後、一部戻る現象）等も、その発生要因となる可能性がある。

そこで本発明は、リード線の折り曲げ位置や折り曲げ角度のバラツキを小さくし、プリント配線板に形成した複数の孔への一括挿入性を高めることを目的とする。

そしてこの本発明は、上記目的を達成するために、金属板と、前記金属板の上に固定したシート状の伝熱層と、前記伝熱層に一部以上を埋め込んだリードフレームと、からなる熱伝導基板であって、少なくとも前記リードフレームの一部に厚み方向にＶ溝が形成され、前記Ｖ溝部分で略垂直に折れ曲がったリードフレームによって、リード線を形成している熱伝導基板としたものである。

以上のように本発明によれば、Ｖ溝を形成することで、金属パターンの折り曲げ開始位置が正確に決めることができ、更にＶ溝によって、折り曲げ時のスプリングバック量も低減するために、折り曲げ角度のバラツキも発生しにくい。その結果、金属パターンを折り曲げて形成した複数本のリード線がバラツキを抑えて一列に整列できるため、プリント配線板に形成した複数個の孔等への挿入性を高められ、各種回路モジュールや電子機器の小型化高性能化を実現する。

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。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態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。

図１（Ａ）（Ｂ）は、ともに本発明の実施の形態における熱伝導基板の斜視図である。図１（Ａ）（Ｂ）において、１１はリード線、１２はリードフレームで、所定の金属パターンに成形したものである。１３は伝熱層、１４は金属板、１５は矢印、１６は凸部、１７は発熱部品、１８は端子である。図１（Ａ）は、熱伝導基板のリード線１１の付け根部分の拡大斜視図である。

図１（Ａ）において、金属板１４の上には、シート状の伝熱層１３がリード線１１の一部を埋め込むようにして固定されている。また伝熱層１３の一部には、凸部１６が形成されており、凸部１６を折り代として、矢印１５に示すように略９０度折り曲げて、リード線１１を構成する。なおここでリードフレーム１２は、銅板等を所定パターンに成形してなるリードフレームから形成されたものであり、リードフレーム１２の一部を、略垂直に折り曲げ、折り曲げられた部分がリード線１１として、図２で説明するようにプリント配線板に挿入することになる。

図１（Ｂ）は、部品実装後の熱伝導基板全体の斜視図であり、図１（Ｂ）におけるリード線１１の付け根部分（伝熱層１３との接触部分）の拡大図が図１（Ａ）に相当する。なお図１（Ｂ）において、金属板１４の表面には、リードフレーム１２の一部以上を埋め込むリードフレーム１２が形成しており、リードフレーム１２の一部を、伝熱層１３に形成した凸部１６を元に（あるいは折り代として）、略垂直に折り曲げ、リード線１１としている。なお図１（Ｂ）において、伝熱層１３に形成した凸部１６等は図示していない。またリードフレーム１２の上には、発熱部品１７の端子１８を半田付け等で実装している。なお図１（Ａ）（Ｂ）において、リードフレーム１２や端子１８付近に形成した半田やソルダーレジスト等は図示していない。次に図２を用いて、熱伝導基板のリード線１１を、プリント配線板に装着する様子を説明する。

図２（Ａ）（Ｂ）は、熱伝導基板とプリント配線板を組み合わせる様子を説明する斜視図である。図２において、１９はプリント配線板、２０は孔である。なお図２において、プリント配線板１９の表面等に形成した配線パターンや、その上に形成したソルダーレジスト、あるいはプリント配線板１９に実装した各種電子部品等は図示していない。そして図２の矢印１５が示すようにして、プリント配線板１９に形成した複数個の孔２０に、熱伝導基板のリード線１１を挿入する様子を示す。

次にリードフレーム１２に形成するＶ溝の効果について、図３〜図５を用いて説明する。図３〜図５は、ともにリード線１１の根本付近の拡大断面図であり、金属板１４等は図示していない。図３（Ａ）（Ｂ）は、ともにＶ溝を形成したリードフレーム１２の一部を略垂直に折り曲げる様子を説明する断面図である。図３（Ａ）（Ｂ）において、２１はＶ溝、２２は点線である。Ｖ溝２１は、リードフレーム１２の裏面側（伝熱層１３に接する側）に金型等を用いて形成する。なお金型で片面にＶ溝２１を形成した場合、残りの面に小さな突起（Ｖ溝２１が押されてできたリードフレーム裏面のコブ）が発生する場合もあるが、こうした突起は後工程で研磨等で簡単に除去できる。またリードフレーム１２を構成する金属板として、銅等の柔らかい金属材料を用いた場合、金型の設計次第でこうした小さな突起発生も防止できる。そしてリードフレーム１２に形成したＶ溝２１の窪みに、伝熱層１３を充填している（詳細は、後述する図７〜図８で説明する）。図３（Ｂ）は、Ｖ溝２１を元に、リードフレーム１２を矢印１５に示すように、略垂直に折り曲げ、リード線１１とした様子を示す。図３（Ｂ）において、点線２２は、リード線１１を折り曲げる前の状態（あるいは図３（Ａ）のリードフレーム１２の位置）を示す。

このように、少なくともリードフレーム１２の一面以上に、厚み方向にＶ溝２１を形成することで、Ｖ溝２１を中心として、正確な位置で折り曲げができる。またＶ溝２１を中心に、リード線１１を構成するリードフレーム１２を鋭角（あるいは局所的に、あるいは小さな半径で）に曲げるため（あるいは局所的に大きな応力が発生するため、あるいは金属の降伏点や弾性限界点を超えやすく塑性変形しやすくなるため）、金属のスプリングバックが発生しにくい。

図４（Ａ）（Ｂ）は、ともにリードフレーム１２の両面（更には両面に対向するように）にＶ溝を形成した場合の断面図である。図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、リードフレーム１２の両面にＶ溝２１ａ、２１ｂを形成しても良い。この場合、リードフレーム１２の露出面に形成したＶ溝２１ｂの深さは、伝熱層１３側に形成したＶ溝２１ａより浅くすることが望ましい。これは露出面側に形成したＶ溝２１ｂは、折り曲げ位置の目視確認用のマーカーとしても機能するためである。また伝熱層１３側に形成したＶ溝２１ａの形状によって、伝熱層１３側に凸部１６が形成される。そして点線２２で示す位置から、矢印１５に示すようにリードフレーム１２を引き剥がし、リード線１１を形成する際、伝熱層１３のリード線１１に密着していた側に前記凸部１６を設けることで、伝熱層１３とリードフレーム１２との剥離をその頂点（あるいは凸部１６の頂点付近）で止める効果が得られる。その結果、複数本のリードフレーム１２を一度に折り曲げ、リード線１１とする場合のその折り曲げ位置を高精度に決められる。一方、凸部１６が形成されていない場合、リードフレーム１２を伝熱層１３から、バリバリと引き剥がす際の引き剥がし角度がほぼ同一となるため、いつまでもズルズルと剥がされてしまい、後述する図５（Ｂ）のように、リードフレーム１２と伝熱層１３の剥離位置が一義的に決まらない（あるいは剥離の終了点が前後にずれる可能性がある）。その結果、リード線１１の位置にバラツキが発生しやすくなり、プリント配線板１９に形成した孔２０への挿入性に影響を与える。一方、伝熱層１３側に凸部１６を形成することで、凸部１６付近において、リードフレーム１２と伝熱層１３の引き剥がし角度が、物理的に変化しているため、界面の剥離現象の終了点が、凸部１６となる。また図４（Ａ）に示すように、Ｖ溝２１ａ、２１ｂによってリードフレーム１２の厚みが局所的に薄くなるため、リードフレーム１２を引き剥がす際の、引き剥がし角度（あるいはリードフレーム１２のしなり）がＶ溝２１ａ、２１ｂ付近で急に大きくなる（あるいはグキッと大きく曲がる）。その結果、リードフレーム１２と伝熱層１３の引き剥がし角度が急激に変化し、その界面剥離の終了点が発生する。

以上のようにして、伝熱層１３側に凸部１６を設けたことと、リードフレーム１２側に局所的に曲がりやすくなる（強度が周辺より弱くなる）部分を設けたこととの、相乗効果によってその曲がり位置を正確に規定できる。その結果、多数本（例えば３０本から１００本以上）、あるいは複数列のリード線１１であっても、プリント配線板１９に形成した孔２０に挿入しやすくなる。

図５（Ａ）（Ｂ）は、ともにＶ溝２１を形成していないリードフレーム１２を略垂直に折り曲げる様子を説明する断面図である。図５（Ａ）において、矢印１５に示すように、リードフレーム１２を略垂直に折り曲げた場合、図５（Ｂ）の点線２２が示すように、その折り曲げ開始位置が多少にずれやすくなる。またリードフレーム１２全体で曲がろう（あるいは弓のように曲がらまいと全体で抵抗するため）、リードフレーム１２やリード線１１全体がバネとなり、スプリングバックが発生しやすくなる。その結果、点線２２に示すように折り曲げ角度自体にもバラツキが発生する。その結果、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、Ｖ溝を形成しない場合は、図１２（Ａ）（Ｂ）に示したように、プリント配線板８に形成した孔９にリード線５を挿入しにくくなる。一方、図３〜図４に示したように、Ｖ溝２１を形成した場合、リード線１１の折り曲げ位置や折り曲げ角度にバラツキが発生しにくいため、図２に示すように、プリント配線板１９の孔２０に、リード線１１を挿入しやすくなる。次に図６〜図９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。

図６（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６（Ａ）（Ｂ）において、２３はフィルムであり、汚れ防止用のフィルムである、２４はプレスである。まず図６（Ａ）に示すように、プレス２４に、金属板１４や、伝熱層１３や汚れ防止用にフィルム２３をセットする。なお図６（Ａ）（Ｂ）において、プレス２４にセットする金型等は図示していない。またリードフレーム１２は、所定の金属板を配線パターン状に打抜き加工したものである。またこの打抜き加工の際に、少なくともリードフレーム１２の一面以上にＶ溝２１を形成することができる。そして図６（Ａ）に示すように、伝熱層１３や金属板１４を、プレス２４を用いて矢印１５の方向にプレスし積層、一体化する。ここで伝熱層１３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３（Ａ）において、伝熱層１３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。

図６（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６（Ｂ）に示すように、フィルム２３を用いることで、プレス２４や金型（図示していない）の表面に、伝熱層１３が汚れとして付着しない。またフィルム２３をプレス２４や金型と、リードフレーム１２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１２の表面への、伝熱層１３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１２間に形成された狭い隙間や、Ｖ溝２１に伝熱層１３を回り込ませることができる。

なお図６（Ａ）（Ｂ）において、伝熱層１３等をプレス時に加熱することで、伝熱層１３を軟化でき、金属板１４との密着効果を高めている。

そして図６（Ｂ）に示すように、所定形状に成形した後、フィルム２３を、伝熱層１３の表面から引き剥がす。そして金属板１４の上に、リードフレーム１２を埋め込んで一体化した伝熱層１３を、加熱装置の中で加熱し、硬化させ、図１（Ａ）（Ｂ）等で示した伝熱層１３とする。なおフィルム２３を剥離した状態で、加熱することで、フィルム２３の熱収縮（シワ発生）が、伝熱層１３の硬化に影響を与えなくできる。

ここでシート状の伝熱層１３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％以下の部材が望ましい。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１３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１３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１３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。

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１３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。

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１３の厚みは、薄くすれば、リードフレーム１２の熱を金属板１４に伝えやすいが、逆に絶縁耐圧が問題となる。また伝熱層１３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。

なお伝熱層１３としては、また無機フィラーと樹脂（熱硬化性、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フィルムを用いることもできる。

次にリードフレーム１２の材質について説明する。ここでリードフレーム１２の材料としては、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１２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Ｃｕ_２Ｏ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１２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２４（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。

更に必要に応じて各種銅合金を選ぶことも出来る。例えば、リードフレーム１２として、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１２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。

なおこれらリードフレーム１２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１２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１２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１２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１２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１２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１２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１２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１２の上に発熱部品１７等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１２の部分で凝集破壊する可能性がある。

なおリードフレーム１２の発熱部品１７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１２の伝熱層１３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１３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１２と、伝熱層１３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。

また金属板１４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１４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１４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１４の厚みが５０ｍｍを超えると、重量面で不利になる）。金属板１４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１３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。

こうして作成した熱伝導基板の上に、図７のようにして発熱部品１７等を実装する。

図７（Ａ）（Ｂ）は、熱伝導基板の上に電子部品等を実装する様子を説明する断面図である。図７（Ａ）は実装前、図７（Ｂ）は実装後に相当する。まず図７（Ａ）の矢印１５に示すようにして、発熱部品１７等を半田付け等で実装し、図７（Ｂ）の状態とする。

次に図８（Ａ）〜（Ｃ）を用いて、熱伝導基板と、プリント配線板１９とを積層し、モジュール化する様子を説明する。図８（Ａ）〜（Ｃ）は、ともに熱伝導基板と、プリント配線板１９とを積層し、モジュール化する様子を説明する断面図である。図８（Ａ）に示すように、リードフレーム１２をＶ溝２１（あるいは凸部１６）を基点として、矢印１５ａで示すように折り曲げる。なお折り曲げ用の治具等は図示していない。ここでリードフレーム１２に形成したＶ溝２１の効果によって、リード線１１を複数本、一括して折り曲げた場合でも、折り曲げ位置、折り曲げ角度のバラツキを小さくできる。次に図８（Ｂ）の矢印１５ｂが示すように、プリント配線板１９に形成した孔２０に、リード線１１を差込み、図８（Ｃ）の状態とする。また必要に応じて、Ｖ溝２１の位置を少しずつずらす（例えば０．５ｍｍずつ、あるいは１．０ｍｍずつ）ことで、リードフレーム１２を一列だけでなく、斜め列に形成することができ、回路設計の自由度を高められる。

なお図８（Ｃ）における矢印１５ｃは、リード線１１と金属板１４（あるいは基板の周縁部）との沿面距離を示すものである。熱伝導基板において、絶縁性を高める（あるいは強化絶縁を行う）ためには、一定以上の沿面距離を確保することが望ましい。この場合、伝熱層１３の一部に凸部１６を形成することで、その沿面距離を増加させる効果もある。また凸部１６によって、リードフレーム１２と伝熱層１３の間にゴミや埃の進入防止効果も得られる。

なお熱伝導基板の上には、発熱部品１７等を実装した後で、リード線１１を略垂直に折り曲げることが望ましい。発熱部品１７等の実装前にリード線１１を略垂直に折り曲げると、部品実装の邪魔になるためである。なお部品実装後に、熱伝導基板のリード線１１を曲げるため、治具等を用いて、複数本のリード線１１を一括して折り曲げる場合も、曲げ位置や曲げ角度がばらつきやすく可能性があるが、Ｖ溝２１によってバラツキの発生の防止が可能となる。

次に図９（Ａ）（Ｂ）を用いて、リードフレーム１２に形成するＶ溝２１付近の形状について説明する。図９（Ａ）（Ｂ）は、Ｖ溝２１付近（Ｖ溝２１は図示していない）のリードフレーム１２と、伝熱層１３の関係を示す斜視図である。図９（Ａ）の矢印１５における断面図が図９（Ｂ）に相当する。図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、リード線１１として略垂直に持ち上げる部分のリードフレーム１２の脇（例えば伝熱層１３の間に）、隙間２５を形成することで、リードフレーム１２を略垂直に折り曲げ（あるいは折上げ）やすくなる。

なお図９（Ａ）における点線２２は、リードフレーム１２の折り曲げ位置に左右からＶ溝２１を形成する（あるいはリードフレーム１２の幅方向にＶ溝２１を形成する）様子を示すものである。図９（Ａ）の点線２２に示す位置において、リードフレーム１２にＶ溝２１（あるいは窪み）を形成することで、作業者における折り曲げの認識も容易となる。またリードフレーム１２の幅方向のＶ溝２１と、厚み方向のＶ溝２１を併用しても良い。次に図１０を用いてリードフレーム１２の折り曲げの様子を説明する。

図１０（Ａ）（Ｂ）は、リードフレーム１２の一部を折り曲げ、リード線１１とする様子を示す斜視図である。なお図１０（Ａ）（Ｂ）において、リードフレーム１２の幅方向のＶ溝等は図示していない。図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、リード線１１として略垂直に持ち上げるリードフレーム１２の脇に、隙間２５を形成することで、折り曲げ性が改善できる。なお隙間２５は、幅０ｍｍ以上２ｍｍ以下（望ましくは１ｍｍ以下）が望ましい。隙間２５が２ｍｍを超えると、リード線１１の形成密度に影響を与える可能性がある。また隙間２５を設ける（あるいは積極的に設けようとすることで）、リード線１１の横側面に異物として付着する伝熱層１３の量を減らすことができる。その結果、リード線１１をプリント配線板１９の孔２０に挿入しやすくなり、孔２０を覆う導体パターン（例えば銅スルーホールめっき部分、図示していない）と、リード線１１の半田付け性（あるいは半田濡れ性）を高めることができる。またこの隙間２５を利用して、伝熱層１３に埋設されたリードフレーム１２を引き上げる（あるいは引っ掛ける）こともできる。

なおリードフレーム１２に形成するＶ溝２１をその厚み方向に形成する際、その深さは、リードフレーム１２の厚みの７０％以下（望ましくは５０％以下）が望ましい。Ｖ溝２１の深さがリードフレーム１２の厚みの７０％を超えると、折り曲げてリード線１１を構成する際に、千切れてしまう可能性がある。またＶ溝２１を幅方向に形成する際、そのＶの深さは、リードフレーム１２のパターン幅の７０％以下が望ましい。パターン幅の７０％以上となると、折り曲げ時に千切れる可能性がある。

なおリードフレーム１２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、あるいはこうして作成したリードフレームを用いることが出来る。なおリードフレーム１２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の材料としては、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１２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Ｃｕ_２Ｏ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１２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２４（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。

またリードフレーム１２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１２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１２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％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。

なおリードフレーム１２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１２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１２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１２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１２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１２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１２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１２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１２の上に発熱部品１７等の電子部品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１２の部分で凝集破壊する可能性がある。

なおリードフレーム１２の発熱部品１７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１２の伝熱層１３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１３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１２と、伝熱層１３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。

また金属板１４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１４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１４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１４の厚みが５０ｍｍを超えると、重量面で不利になる）。金属板１４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１３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。

なお折り曲げ角度は、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１９の孔２０への挿入性に影響を与える可能性がある。あるいは孔２０を大きくする必要が発生するため、プリント配線板１９の小型化に影響を与えてしまう。

以上のようにして、金属板１４と、前記金属板１４の上に固定したシート状の伝熱層１３と、前記伝熱層１３に一部以上を埋め込んだリードフレーム１２と、からなる熱伝導基板であって、少なくとも前記リードフレーム１２の一部に厚み方向にＶ溝２１が形成され、前記Ｖ溝２１部分で略垂直に折れ曲がったリードフレーム１２によって、リード線１１を形成している熱伝導基板とすることで、発熱部品１７等を実装した後でも多数本のリード線１１を精度良く加工できるため、プリント配線板１９に差し込みやすい熱伝導基板を提供することができる。

金属板１４と、前記金属板１４の上に固定したシート状の伝熱層１３と、前記伝熱層１３に一部以上を埋め込んだリードフレーム１２と、からなる熱伝導基板であって、少なくとも前記リードフレーム１２の一部に幅方向にＶ溝２１が形成され、前記Ｖ溝２１部分で略垂直に折れ曲がったリードフレーム１２によって、前記リード線１１を形成している熱伝導基板とすることで、発熱部品１７等を実装した後でも多数本のリード線１１を精度良く加工できるため、プリント配線板１９に差し込みやすい熱伝導基板を提供することができる。

更にリードフレーム１２のＶ溝２１に対応する位置の伝熱層１３側に凸部１６が形成することで、熱伝導基板の沿面距離を大きくできるため、熱伝導基板の信頼性を高めることができる。

伝熱層１３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、を含むものとすることで、発熱部品１７等を実装した後でも多数本のリード線１１を精度良く加工できるため、プリント配線板１９に差し込みやすい熱伝導基板を提供することができる。

リードフレーム１２を、銅箔、タフピッチ銅もしくは無酸素銅とすることで、発熱部品１７等を実装した後でも多数本のリード線１１を精度良く加工できるため、プリント配線板１９に差し込みやすい熱伝導基板を提供することができる。

リードフレーム１２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とすることで、リードフレーム１２のＶ溝２１等の加工性、更には折り曲げ時のスプリングバックの低減等が可能となるため、発熱部品１７等を実装した後でも多数本のリード線１１を精度良く加工できるため、プリント配線板１９に差し込みやすい熱伝導基板を提供することができる。

少なくとも、金属板１４と、一部にＶ溝２１を有するリードフレーム１２と、伝熱層１３を一体化する工程と、前記伝熱層１３を硬化させる工程と、前記リードフレーム１２の上に発熱部品１７等を実装した後、前記リードフレーム１２の一部を略垂直に折り曲げる工程と、を含む熱伝導基板の製造方法とすることで、発熱部品１７等を実装した後でも多数本のリード線１１を精度良く加工できるプリント配線板１９に差し込みやすい熱伝導基板を安定して製造することができる。

少なくとも、金属板１４と、前記金属板１４の上に固定したシート状の伝熱層１３と、前記伝熱層１３に一部分以上を埋め込んだリードフレーム１２と、から構成された熱伝導基板と、前記伝熱層１３上に固定したプリント配線板１９とが、前記リードフレーム１２に形成したＶ溝２１を用いて、略垂直に折り曲げて形成したリード線１１を介して、接続したモジュールとすることで、発熱部品１７等を実装した後でも多数本のリード線１１を精度良く加工できるため、プリント配線板１９に差し込みやすいモジュールを提供することができる。

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回路モジュールによって、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。

（Ａ）（Ｂ）は、ともに本発明の実施の形態における熱伝導基板の斜視図 （Ａ）（Ｂ）は、熱伝導基板とプリント配線板を組み合わせる様子を説明する斜視図 （Ａ）（Ｂ）は、ともにＶ溝を形成したリードフレームの一部を略垂直に折り曲げる様子を説明する断面図 （Ａ）（Ｂ）は、ともにリードフレームの両面にＶ溝を形成した場合の断面図 （Ａ）（Ｂ）は、ともにＶ溝を形成していないリードフレームを略垂直に折り曲げる様子を説明する断面図 （Ａ）（Ｂ）は、ともに熱伝導基板の製造方法を説明する断面図 （Ａ）（Ｂ）は、ともに熱伝導基板の上に電子部品等を実装する様子を説明する断面図 （Ａ）〜（Ｃ）は、ともに熱伝導基板と、プリント配線板とを積層し、モジュール化する様子を説明する断面図 （Ａ）（Ｂ）は、ともにＶ溝付近のリードフレームと、伝熱層の関係を示す斜視図 （Ａ）（Ｂ）は、ともにリードフレームの一部を折り曲げ、リード線とする様子を示す斜視図 従来の回路モジュールを説明する斜視図 （Ａ）（Ｂ）は、ともにプリント配線板と、熱部品ユニットを接続する様子を説明する断面図

符号の説明

１１ リード線
１２ リードフレーム
１３ 伝熱層
１４ 金属板
１５ 矢印
１６ 凸部
１７ 発熱部品
１８ 端子
１９ プリント配線板
２０ 孔
２１ Ｖ溝
２２ 点線
２３ フィルム
２４ プレス
２５ 隙間

Claims (8)

1. 金属板と、
   前記金属板の上に固定したシート状の伝熱層と、
   前記伝熱層に一部以上を埋め込んだリードフレームと、からなる熱伝導基板であって、
   少なくとも前記リードフレームの一部に厚み方向にＶ溝が形成され、
   前記Ｖ溝部分で略垂直に折れ曲がったリードフレームによって、リード線を形成している熱伝導基板。
2. 金属板と、
   前記金属板の上に固定したシート状の伝熱層と、
   前記伝熱層に一部以上を埋め込んだリードフレームと、からなる熱伝導基板であって、
   少なくとも前記リードフレームの一部に幅方向にＶ溝が形成され、
   前記Ｖ溝部分で略垂直に折れ曲がったリードフレームによって、前記リード線を形成している熱伝導基板。
3. リードフレームのＶ溝に対応する位置の伝熱層に凸部が形成されている請求項１〜２記載の熱伝導基板。
4. 伝熱層は、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、
   を含む請求項１〜２のいずれか一つに記載の熱伝導基板。
5. リードフレームは、銅箔、タフピッチ銅もしくは無酸素銅である請求項１〜２のいずれか一つに記載の熱伝導基板。
6. リードフレームは、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１〜２のいずれか一つに記載の熱伝導基板。
7. 少なくとも、
   金属板と、一部にＶ溝を有するリードフレームと、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る工程と、
   を含む熱伝導基板の製造方法。
8. 少なくとも、金属板と、前記金属板の上に固定したシート状の伝熱層と、前記伝熱層に一部分以上を埋め込んだリードフレームと、から構成された熱伝導基板と、
   前記伝熱層上に固定したプリント配線板とを、
   前記リードフレームに形成したＶ溝を用いて、略垂直に折り曲げて形成したリード線を介して、接続したモジュール。

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