JP2008527733A - 電力基板 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 本体の少なくとも１つの表面部が、プラズマ電解酸化（ＰＥＯ）により生じる被覆部を有する金属本体部を含む電力基板。被覆部は、金属本体部の表面部に隣接する高密度で堅固な層と、多孔性の外層部と、を含む。電導素子はこの被覆部に装着される。
【選択図】図２

Description

本発明は電力基板に関し、特に発電機器に使用する基板に関する。

電子機器および電気機器は多くの場合基板に取り付けられる。このような基板の要件として、電気的に絶縁であり、特定の状況では熱的に導体であることを含む。基板は通常、回路板の製造に使用されてきた。回路板は通常、低電力電子機器の一部を形成する。低電力電子機器でさえ大量の熱を発生させるが、熱は熱を発生させる機器から取り除かなければならない。

電気絶縁体および熱導体の特性を設けるものとして特定される基板は、陽極処理を施されたアルミニウムまたは陽極処理を施されたアルミニウム酸化物である。
特許文献１は、電力変圧器などの回路装置が取り付けられ、基板として陽極処理を施されたアルミニウムを用いたプリント基板を説明する。基板はヒートシンクを含み、電力変圧器は直接ヒートシンクに取り付けられる。

特許文献２は、導電性材料の保持部材と、アルミニウムに陽極処理を施すことによって設けられる同様の金属の非絶縁性金属酸化皮膜と、を含む電気回路構造を説明する。
特許文献３は、チップ担体およびその製造工程を説明する。基板は陽極処理を施されたアルミニウムであり、その上部表面は接着剤で被覆され、薄い銅箔がラミネートされている。エッチングまたはメッキを施したのち、銅箔はフォトレジストがなされる。

特許文献４は、アルミニウムなどのメタルベースと、このベースと同様の金属であってもよい陽極処理を施された層と、絶縁性の密封材の薄層と、を含む熱効率のよい回路板を説明する。
回路板構造にしばしば使用される樹脂ベースの基板と比較すると、陽極処理を施された金属基板は、熱伝導および電圧破壊特性が改良されているが、陽極処理を施された金属の特性は使用されうる適用範囲を制限するものである。陽極処理を施されたアルミニウム基板は高電力装置で使用されるための諸条件、すなわち、１２ボルトから３００ボルトの直流電圧範囲および１アンプから１５０アンプのピーク範囲の電流で、作動電圧は通常２０ワットで放散し、回路からの対地電圧での絶縁破壊電圧は安全のため、２．５ｋＶ以上の交流および３．５ｋＶ以上の直流である装置などの諸条件を満たすことができない。陽極処理を施されたアルミニウム基板は、十分高い耐電圧を有しておらず、さらに高電力電子機器により発生する熱を放散できないため、絶縁破壊を招く。

特許文献５に記載される陽極処理を施されたアルミニウム基板は、陽極処理を施されたアルミニウム基板の不十分な電圧破壊性能の問題を示す。この問題は、内部の合金の大きさおよび陽極処理を施すことが可能なメタルコアの表面粗度を制御することによって解決される。また、誘電性のポリマー被覆部を陽極処理を施された表面部に塗布してもよい。

上述されるように、現在用いられる基板はプリント回路の製造に用いられてきたが、このような基板は、特定の電子装置に適用されない諸特性を有する。したがって、より広い範囲の電子装置に適用されうる基板を提供することが望ましい。
特許文献６は軽合金処理のため開発された工程であるプラズマ電解酸化工程として一般に既知の工程を示す。この工程では、パルス電圧は電解質溶液に浴され、基板に塗布される。結果として得られるプラズマ放電は、構成部品の表面上で溶融された硬質のセラミック層を急速に形成する。得られたセラミック被覆部は、極めて硬質で高密度な基板に最も近い溶融結晶層と、より薄い多孔性の外層との２つの異なった層から成る。得られる被覆部は、極めて高い温度およびクラッキングに対する耐性を有する。また被覆部は、陽極処理を施された硬質のアルミニウムの場合よりはるかに大きい熱衝撃に耐えることができる。得られた基板は、耐熱性を有する、あるいは誘電体として機能するなど特定の望ましい技術特性を有するように改変されてもよい。このような改変は、被覆部を形成する間に、超分散不溶性粉末（ナノ粉末）を電解質に加えることにより達成される。この材料は、極端な熱にさらされる領域で硬質の表面が必要とされる多くの適用例で用いられ、電装品の取り付ける際の使用に適すると確認されてきたものであり、電子巻線および回路を保持するために使用される材料をコーティングするものである。

特許文献７はプラズマ電解酸化法に替わる方法を示す。プラズマ電解酸化工程は、電気化学的マイクロアーク酸化工程またはマイクロプラズマ酸化工程と呼ばれるものであってもよい。
英国特許第２１６２６９４号明細書 英国特許第９３９３９４号明細書 米国特許第４０１５９８７号明細書 米国特許第５６８７０６２号明細書 国際公開第９６／３３８６３号パンフレット 国際公開第０３／０８３１８１号パンフレット 米国特許第６１９７１７８号明細書

プラズマ電解酸化法により生成される表面被覆を有する基板はプリント回路基板製造での使用が既知ではない。本発明はプラズマ電解酸化法によって作成された諸特性を利用し、改良されたプリント板を提供する。

本発明はまた、高電力装置の内部接続を提供する。
本発明の１つの側面によると、請求項１に記載される電力基板が提供される。
基板の好ましい側面は、請求項１に従属する請求項にてさらに詳細に説明される。

本発明の他の側面では、請求項２０に記載される製造方法が提供される。
基板の製造方法の好ましい側面は、請求項２０に従属する請求項にてさらに詳細に説明される。
本発明の他の側面によると、請求項３５で示される電力装置が提供される。
この装置の好ましい側面は、請求項３５に従属する請求項にてさらに詳細に説明される。

本発明の電力基板は、陽極処理を施されたアルミニウムをベースとする電力基板と比較すると、特に有利である。陽極処理を施されたアルミニウムの最大耐電圧は直流１ｋＶ未満である。これは、陽極処理を施された層の角柱ダイス構造および微小クラッキングを受けやすい特性による。本発明の電力基板は、厚みがほんの２０ミクロンのセラミック被覆部を有し、耐電圧は３．５ｋＶ以上である。セラミック被覆部の厚さは２００ミクロンまで厚くすることが可能であり、このため、耐電圧を著しく上げることが可能である。陽極処理を施されたアルミニウムを用い、その耐電圧が１ｋＶ以上であることが必要である場合には、非伝導セラミック粉末を充填された厚いエポキシ層を、陽極処理を施されたアルミニウムの表面に施して、必要とされる耐電圧を達成する。これにより基板の耐電圧は上がるが、充填されたエポキシは熱導体としては比較的劣っているため、基板の熱効率は低下する。

さらに、プラズマ電解酸化法により、軽量の構成部品の製造に広く使用され、マグネシウムなどのように陽極処理を施すことができない金属を使用することが可能となる。
本発明は、著しい量の電力を消費する装置を取り付けるのに充分な耐電圧を有する電力基板を提供する。

さらに、基板上に電力消費装置を取り付けるために用いる技術は、熱発生源から基板までの熱伝導に対する耐性をほとんど示さない。実際、共振スクリーン印刷を用いた技法では、ＰＥＯによって生成され、共振ナノスケール粒子を基板の金属部内のナノスケール孔に非常によく透過させる、セラミック被覆部を有する卑金属の特定の特性を利用するため、熱発生源からの熱伝導性が極めて効果的である。

被覆部の多孔性層の孔の充填および高密度な結晶層のナノ孔はまた、基板の誘電特性を高める。
アルミニウム、マグネシウムおよび他の軽金属の鋳造合金を使用することにより、基板自体でヒートシンクまたは装置の構造体の他の部分を形成してもよい。これにより構成部品の設計者はより自由度の高い設計を行なうことができる。

本発明により提供される主要な利点の１つは、ワイヤおよび構成部品取り付けボードを除去することができ、ワイヤをトラックに替え、構成部品をトラックとして同様の基板に連結するプリント回路基板技術に替えることができることである。
本発明により提供される他の利点は、次工程で三次元構造体に容易に形成できるプレーナー構造において多くの構成部品を含むプリアセンブルの製造が可能なことである。図７および図８に示すように、電子車両ヘッドライトを非常に容易に製造することができ、これにより対費用効果をあげることができる。

図面では、同一番号は同一の構成部品を示す。
以下、図１を参照して本発明による第１の電力基板およびその製造方法を説明する。
基板はメタルベース１を含み、このメタルベースは実施例においてはアルミニウム合金であり、圧延、押出し、型打ちまたは鋳込みにより成形されてもよい。セラミック被覆部２は、メタルベース１をプラズマ電解酸化法（ＰＥＯ）にかけることで作成される。得られるセラミック被覆部２は、非常に硬質で高密度な基板に最も近い溶融層と、より薄い多孔性の外層と、の２つの異なる層から成る。プラズマ電解酸化法により他に、緻密層でナノスケール孔が形成される。この効果は本発明の他の側面で利用される。ＰＥＯ工程は本来、本発明の一部を形成するものではなく、国際公報第０３０８３１８１号または米国特許第６１９７１７８号のいずれかに示されるタイプの工程であってもよい。

メタルベースはアルミニウム、マグネシウム、チタニウム、ベリリウム、ニッケル、これらの金属の合金を含んでもよく、これらは、これらの金属の組み合わせから形成される、国際公報第０３０８３１８１号で既知の合金を含んでもよい。
ＰＥＯ法から生じる基板は以降、ＰＥＯ基板と記す。
この方法の次工程では、共振層２０を有するＰＥＯ基板表面のスクリーン印刷を含む。

（共振層）
共振層は種々の形態をとってもよい。１つの形態では、共振部は有機溶剤、樹脂、およびガラス形成添加物と共に貴金属の非微粒子溶液を含んでおり、この形態の共振部は、「有機金属」共振として当業者に既知である。

スクリーン印刷に続いて、共振部は５００〜６００度の温度、好ましくは５７０度の温度で加熱される。温度が約３５０Ｃに達すると、有機溶剤および樹脂は焼き尽くされる。温度が４００Ｃに達すると、ガラス形成添加物はガラスを形成し始め、これにより溶液内の貴金属（例えば金）程度まで混ぜあわされる。しかしながら貴金属は、ガラス上で沈降する傾向があり、これによりセラミック被覆部２に付着する。以上のように、被覆部２は多孔性層、およびナノ孔を含む高密度な結晶層を含んでいる。ガラスは被覆部２においてナノ孔と接触する。このようなガラスは非常に強く付着し、卑金属１および貴金属の両方において優れた熱伝導を確実にもたらすため、共振部における他の構成部品が焼き尽くされたりガラスに変換されたりしたとき、０．１〜０．３ミクロンの高密度な薄層を形成する。薄い金属層は電気および熱の両方を非常に良く通す導体である。

共振部の他の形態もまた「有機金属」であるが、反応結合形成に依存し、ナノサイズの貴金属粒子および懸濁液の貴金属やガラス形成剤ではなく、母材料の被覆部に固着できる他の金属を用いる。共振部は金やアルミニウムなどの貴金属の粒子を含み、有機溶媒および樹脂を有する懸濁液内の各粒子の大きさは最大２００オングストロームである。そのような小型の金属の粒子は非常に高い表面エネルギーを有し、これにより金属層は同様の金属の固体よりより低い温度で作成されうる。例えば、選ばれた貴金属が金である場合には、共振部が金の融点である１０６４度ではなく、５００〜６００度の間で焼成されると、固体層をナノサイズの粒子から作成することができる。共振部にアルミニウムが存在することにより、セラミック被覆部および金に化学的に接着するａｌｕｍａｔｅが形成されることになる。得られる貴金属の層は０．１〜０．３ミクロンであり、前述のａｌｕｍａｔｅによってセラミック被覆部２に物理的に接着される。卑金属はアルミニウム以外の材料で、母材料の被覆部に固着できる適切な金属が選択される。

共振部の他の形態もまた「有機金属」であり、これは溶液内に貴金属を有するが、ガラス形成添加物を含む共振部の代わりに、ナノサイズのガラス微粒子が加熱工程で加えられ、耐熱性の結合形成に依存するものである。ガラスのナノ粒子は溶液内で十分に金と混合され、ガラスと貴金属の両方を含む単層を生じるが、この層は孔およびナノ孔を介しセラミック被覆部に強固に密着する。

反応性および耐火性の結合方法を組み合わせてもよく、耐火性の金／ガラス結合および反応性金／ａｌｕｍａｔｅ結合の組み合わせとなる。
提案された共振部により、アルミニウム基板の融点（６６０度）より極めて低い焼成温度下で、非常に薄い金の連続層がアルミニウム基板上で形成される。連続層は他の貴金属のものであってもよく、基板は他の軽金属または合金でもよい。
（電気メッキ）

かかる工程の次の段階は、たとえば厚みが約１５０ミクロンである金属層２１でＰＥＯ基板を電気メッキすることである。得られる金属層２１は電極として使用され、通常銅で形成される。
電気メッキは、その上で構成部品をはんだ、ワイヤボンディング、導電性エポキシ装着により装着可能な電気回路を形成する伝導性トラックおよびパッドを作成するための厚さおよび領域の両方の点で選択的であってよい。
（エッチング）

フォトレジストを施したり、ＵＶ光に露光したり、エッチングおよび電気メッキを行なうことにより、基板上に構成部品を取り付ける場合または構成部品間で動力を伝達する場合には、金属層２１内でトラックおよびパッドを形成してもよい。前述のトラックおよびパッドを開発するためにはこのシーケンスは何度でも繰り返されてもよい。

さらにエッチングまたは電気メッキを施し、トラックおよびパッドの厚さを増減させてもよい。本発明はまた、必要電力量の異なる構成部品を用いるために、異なるトラックの形成を提供するものである。電動装置が電子的に制御される際にはこのようなトラックが必要とされる場合がある。その制御回路網は、例えば３５ミクロンクラスの比較的薄いメッキを必要とする場合があり、また、電動装置が必要とする電力は、例えば１０５ミクロンクラスのより厚いメッキを必要とする場合もある。複数のトラックを有する基板の製造には、フォトレジストを複数回行なったり、紫外線に再度曝したり、再度現像を行なうことが必要となる。すべてのトラックとパッドは通常、最初の紫外線へのフォトレジストで露光され、次いで、基板にフォトレジストが施され、より厚さが必要とされるトラックおよびパッドが紫外線にさらされて、これらのトラックとパッドを覆うフォトレジストが取り除かれる。トラックまたはパッドの厚さを増加させるために、銅を有する電気メッキには更なる工程が施される。

工程の最終段階は、ＰＥＯ基板の表面からレジストを剥離し、トラックとパッドの間の貴金属層を除去するためにエッチングを施すことである。エッチング工程中に、ポストエッチングを容易に取り除くことができるフォトエッチレジストによりトラックとパッドを保護してもよい。次なる工程でトラックとパッドは、構成部品がはんだまたはワイヤボンディングにより装着できる、例えばニッケルおよび金の電気メッキされた仕上がりを得るためにメッキされる。

高熱はんだを用いて、回線のトラックおよびパッド形成部に構成部品を装着してもよい。このことは構成部品から熱を迅速に逃すという場合には、高熱はんだが鉛を必要とせず、非常に高い温度効率を有するため有利である。図１では電気メッキされた金属層２１が、はんだ付の間、所望の接続だけがなされるように、はんだレジストで覆われる。

図１に示されるように基板は、より低い温度領域へ熱を転送するための経路を設けるために配置されるヒートパイプ２２を含む。
本発明による第２の電力基板およびその製造方法を、図２を参照して以下に説明する。
基板はセラミック被覆部２を有するメタルベース１を含む。トラックまたはパッド３０を、表面に銅またはシルバーを有する厚膜をスクリーン印刷することによりセラミック被覆部２の表面上に設ける。単一スクリーン印刷された層から形成されるトラックまたはパッドは厚みが約１５ミクロンである。電源デバイス３２は、一方が電源デバイス３２の一端に他方がパッド３０’へ装着されたコネクタ３３でパッド３０に装着される。電源デバイス３２のパッド３０およびコネクタ３３’パッド３０’への装着は、特にむき出しのダイ電源装置では、はんだ付け、導電性エポキシまたはワイヤによりなされる。

パッド３０の作成工程では、３０’はセラミック被覆部２に厚膜ペーストをスクリーン印刷し、厚膜を乾燥させ、５００度から６００度の温度で厚膜を焼く。３０〜２００ミクロンの厚みを持っている層を作成するためには、スクリーン印刷、乾燥、および焼成工程を連続して繰り返してもよい。
図３を参照すると、基板はメタルベース１とセラミック被覆部２を含む。セラミック被覆部の上面に設けられるのは、型押された金属箔３であり、この箔は、銅、アルミニウムまたは他の適当な材料でもよい。金属箔３は薄い接着層４によって被覆部２に装着される。接着層の厚さは通常、２５ミクロン未満である。非常に薄い層の癒着性を使用することによって、接着層の熱抵抗は、得られる電動装置の熱性能に関して重大な否定的影響を与えない。パワースイッチングトランジスタ等の電子構成部品５は例えば、はんだ付または導電性エポキシにより、型押された金属箔に装着される。したがって、直流電力変換装置、電子モータードライブ、パワー発光ダイオード、ブレーキ作動装置などに適用できる完全な電子回路が形成される。

接着層４は金属箔３の１つの表面をコーティングする。基板は、ダイ粘着部を被覆部２の孔とナノ孔に作用させる温度および圧力下で金属箔３および接着層４でラミネートされる。
図４を参照すると、金属箔３は接着層７により重合体担体シート６に装着される。金属箔３は重合体担体６へ装着されたのち、しかし被覆部２へ装着される前に、例えばフォトエッチングにより型押しされてもよい。さらに重合体担体部は、構成部品を金属箔３に装着させる開口部を有してもよい。次いで回路を、金属箔が被覆部２に装着される前にテストしてもよい。

接着層４を基板の一方または金属箔３の表面に設ける。基板は接着部を被覆部２の孔とナノ孔に作用させる温度および圧力下で金属箔３および接着層４でラミネートされる。
本発明の他の側面による電力基板およびその製造方法を、図５を参照して以下に説明する。基板は、構成部品５が金属箔３に装着される代わりに、インタコネクタまたはクロスオーバー８が、重合体６の上面６ａにスクリーン印刷されていることを除いて、図４を参照して説明したものに極めて類似する。開口部１０はスクリーン印刷工程の間、スクリーン印刷の材料が前述の開口部に流れ、金属箔３に電気的接続部を形成するように、重合体担体６と接着層７に形成される。インタコネクタ８のスクリーン印刷に続いて、印刷された材料は硬化され、電気伝導性の内部接続部を形成する。

図５に示す例では、スクリーン印刷材料は銅を充填された重合体を含む。
図５に示す電力基板は統合された電力および制御を必要とする装置で使用されてもよい。図５ａにそのようなパワー基板を示す。電力引出装置への電流は、通常銅である金属箔３を通して供給され、制御構成部品の電流はインタコネクタ８を通して供給される。電力構成部品は図４を参照して説明した方法で金属層３に装着されてもよい。このように使用するために、インタコネクタ８はトラック形状である。制御構成部品をインタコネクタ８のトラックに装着するために、誘電性のエポキシなどの絶縁層１１がインタコネクタ８の表面に設けられ、銀のエポキシなどの導電性材料の最上層１３がついで設けられる。次に、制御構成部品ははんだまたは導電性エポキシを用いて最上導電層に装着される。図５ａの配列の利点は、それぞれが異なる性能要件を満たす別々の回路を設けてもよいことである。例えば、金属箔層３は１０５ミクロンの厚みを有する銅を含んでもよい。一方で銀層の厚さは、銅箔層よりはるかに細かい銀層のトラック間の間隙を有する３０ミクロン以上である必要はない。回路の制御側面と電力側面とを分離することによりさらに、それぞれの側面のヒートシンクが個々に行なわれる。このことは、電力消費装置が重大な温度衝撃をもたらす恐れのある大量の熱を発生させ、かつ制御装置は熱に特に敏感であるため、重要である。

貴金属層を被覆部に適用する他の方法は、例の薄膜蒸発または薄膜スパッタリングなどの薄膜技術を使うものである。
メタルベース１は、流れを促進し孔を最小にするシリコンを含むアルミニウムまたはマグネシウムの合金などのような軽量合金を鋳造して作成されもよい。セラミック被覆部は、ＰＥＯ工程によりこの材料の表面に形成されてもよいが、陽極処理を施された表面はこのような材料に形成できない。したがって鋳造により例えばヒートシンク、構成部品マウントなどの複雑な形状の基板が形成できる。このような配列を図６に示す。配列にはそれぞれが鋳造合金から製造される２つの基板５０を含み、基板５０はそれぞれフィン５１を含む。それぞれの基板５０の表面はＰＥＯ工程にかけられる。この工程では、重合体銅箔ラミネート５３の被覆部および銅箔５２を作成し、図４および図５を参照して説明したものと同様の方法で基板５０の被覆部に装着する。重合体銅のラミネート５３の重合体中の開口部５５は発光ダイオード（ＬＥＤ）を銅箔５２に装着する。重合体銅のラミネート５３の重合体中の開口部５６は電源供給部を銅箔５２に装着する。電源は基板５０の片方のみに装着されるため、もう片方の基板に電力を伝えるインタコネクタが必要である。重合体銅のラミネート５３は、銅箔５２にエッチングされる銅のトラックインタコネクタを含み、これにより電力信号および制御信号が発光ダイオード５４ａに送られる。

鋳造合金を使用できるため、図７ないし図９を参照して以下にさらに詳細に記載するように、装置は制御要求および電力要求を受け入れることができる。
最初に図７と図８を参照すると、ヘッドライト６０はベース６１、レンズマウント６２および発光ダイオード取り付けアセンブリを含む。発光ダイオード取り付けアセンブリはそれぞれ鋳造合金から形成され、ＰＥＯ工程にかけられた５つのヒートシンク６７を含む。発光ダイオードアセンブリは、図５および図６に関連して先に説明した方法でヒートシンク６７に装着される十字形の屈曲性重合銅ラミネート６８を含む。十字の重合板の一素子の端部には、使用する際には電力源および／または制御信号に連結されるパッド７１が設けられる。一方、インタコネクタは、発光ダイオード７０へ電力および／または制御信号を送るため重合銅ラミネートの銅にエッチングされる銅のトラックによって設けられる。前述されたプリント重合体インタコネクタをクロスオーバーおよび低電力インタコネクタに使用してもよい。電力および制御信号を送るインタコネクタは、図５ａを参照して説明した方法で作成してもよい。

発光ダイオード取り付けアセンブリは、従来のピックアンドプレース自動アセンブリラインを用いて平面形状に作成される。このことにより発光ダイオードを正確に低コストで配置することができる。以下の図８を参照して、インタコネクタの柔軟性により発光ダイオードアセンブリを容易に三次元構成にすることができる。

図８は組み立てられたヘッドライト６０を示し、発光ダイオード取り付けアセンブリはベース６１の中に取り付けられ、側壁６３および側壁６３に連結される断面部６４を有する。断面部はヒートシンク素子６７を受けるようにそれぞれ配置された複数の開口部６５を含む。断面部の形状は、ヒートシンク素子６７が開口部にあるため発光ダイオード７０が共通する平面に配置されないようになされる。

レンズマウント６２はベース６１に嵌合する。断面部６４の形状、レンズ６６の位置および仕様は、発光ダイオード７０から発する光が、レンズ６６で焦点を合わせ、車両ヘッドライトに適切な小出力を出すようになされる。
図７から理解されるように、ヒートシンク６７は、それぞれのヒートシンク６７の上面が共通する平面に配置される発光ダイオード取り付けアセンブリで結合される。

図８を参照すると、ヘッドライトは、発光ダイオード取り付けアセンブリを断面部６４まで上げ、アセンブリのヒートシンク６７を開口部６５に押しつけて組み立てられる。各ヒートシンク６７は、突出部６７ｂのように、ヒートシンク６７が使用中に断面部６４と作用しないことがないように、保持手段が設けられてもよい。突出部６７ｂはヒートシンク６７のそれぞれの側に設けてもよいが、わかりやすくするために、突出部６７ｂはそれぞれのヒートシンク６７の一方の側のみに示されている。保持手段はハウジング６０で発光ダイオードマウントを保持するための他のいかなる適当な手段も含んでもよい。

開口部６５の位置と断面部６４の形状は、ヒートシンク６７が前述の開口部６５に配置、固定されるとき、発光ダイオード７０がレンズ６６を通して集光された光線を作るように配置される。このことにより、発光ダイオードが直交されたり角度をつけられたりして配置される場合の精度を用意に低コストで達成するとともに、電力を発光ダイオードに確実に相互接続する方法を提供するものである。

図７および図８に示す例は、ヒートシンク６７間の柔軟性を必要とするものであり、したがって重合体インタコネクタが用いられる。装置が個別のヒートシンクを必要とするが、それらのヒートシンク間で柔軟性が全く必要でない場合には、鋳造工程は間にヒートシンクとコネクタとを含んでもよい。全鋳造工程はついでＰＥＯ工程にかけられる。図１または図２を参照して説明される工程は鋳造物のセラミック被覆部に適用されることにより、装置を鋳造部に電気的に取り付けることを可能にする。このような装置は発光ダイオード、または車両のホイールブレーキに関連してステッパモーターと共に使用される電力スイッチング半導体などの他の電力消費装置からなるものであってもよい。

本発明によるアセンブリおよびその製造方法の１つの利点は、熱源、すなわち電力消費装置が直接ヒートシンクに取り付けられ、その結果、少なくとも１つの熱接合面を排除することができる。本発明のアセンブリを用いると、接続部が物理的にヒートシンクに接着されるので発熱体からヒートシンクまでの誤接続を大幅に低く抑えることができる。

本発明のインタコネクタの他の利点は、ワイヤなどの個別のコネクタの数を大幅に減少でき、その結果、信頼性を高め、接触抵抗を大幅に抑えることができるという点である。車両の構成部品が耐えている厳しい操作環境では、構成部品とひいてはこれらの構成部品に関連づけられる任意のコネクタは振動、土、温度衝撃、および温度の極限にさらされる。ワイヤコネクタはこのような環境で故障しやすい。

図９は内燃機関用の電動ウォータポンプ８０を示す。ポンプ８０は回転子と固定子（図示せず）を有する電動機を含む本体部８１を含む。電力は、図４を参照して説明されたタイプの電力基板８３に取り付けられる電源デバイス８４を通して、固定子巻線８２に送られる。基板８３は、型押しされた銅箔８４、８４ａを含む。電源デバイス８５は、導電性エポキシまたははんだ付けの手段により箔８４に装着される。出力部８６は電源装置から延在し、クリンピング、溶接または、はんだ手段により、８４ｃで固定子巻線８２に装着される箔８４ａに装着される。電動機は電力および制御の両方を必要とする。電源装置８５が取り付けられる箔８４への電源は、銅箔８４とその重合体担体の延長部８７を介して、バッテリー８６の形で電源供給部から引き出された状態で連結される。モーター制御は、電源装置８５を制御することによって達成される。モーター制御は、一連の制御装置９０ａから９０ｅを取り付けるボード８９と、主エンジン制御装置（ＥＣＵ）との入力接続部９１と、コントローラ８８の出力を箔８４、ひいては電源装置８５に連結する出力接続部９２と、を含むコントローラ８８によって達成される。出力接続部９２は、前述の銅箔８４の延長部９３で形成され、９０ａから９０ｅの各制御装置にそれぞれ１つずつ連結されるトラックにより、銅箔８４に連結される。

基板８３ａの下側８３ｂは、モーターによってポンプで送られる水（冷却流体）に含浸される。電源装置８５は大量の熱を発生させ、この熱は基板８３ａを介し冷却剤として機能する水に送られる。
図９に示す例では、制御ボードは基板８３ａに直接装着されない。電力基板８３は図５ａに示すタイプのものであってもよく、この場合には、制御板は基板で作成されてもよい。

本発明による基板の好ましい実施形態を示す図面において、
は本発明による基板を電子機器に取り付けた側面図である。 は本発明の他の実施形態の側面図である。 は本発明のさらに他の実施形態の側面図である。 は本発明のさらに他の実施形態の側面図である。 は本発明のさらに他の実施形態の側面図である。 はさらに素子を加えた図５の実施形態を示す。 は本発明による装置を示す三次元の図である。 は車両ヘッドライト構造体のアセンブリ形成部を示す三次元の図である。 は、図７に示すアセンブリを含むヘッドライトの概略図である。 は本発明によるウォータポンプの概略図である。

Claims (51)

1. 金属本体部を含み、前記本体部の少なくとも一表面は、プラズマ電解酸化法（ＰＥＯ）で作成される被覆部を有する電力基板であって、前記被覆部は、前記金属本体表面部および多孔性外層に隣接し、高密度で堅固な層を含み、電導素子は前記被覆部に装着される電力基板。
2. 前記電導素子は前記基板に接着された少なくとも１つの箔を含む請求項１に記載の電力基板。
3. 前記電導素子は厚膜として前記金属本体部の前記被覆部に塗布される金属を含む請求項１に記載の電力基板。
4. 前記電導素子は中間層によって被覆部に装着され、かつ、前記電導素子は前記中間層に電気メッキされる請求項１に記載の電力基板。
5. 前記中間層は前記基板の前記被覆部に、スクリーン印刷、オフセット印刷、スプレー、ドローバー、薄膜蒸発、薄膜スパッタリングのうちの１つによって塗布される請求項４に記載の電力基板。
6. 前記中間層は前記被覆部の表面に共振部を設けることにより形成される請求項４または５に記載の電力基板。
7. 前記共振部はガラスより高い融点を有する金属を含む請求項６に記載の電力基板。
8. 前記金属部は金属有機物溶液で溶解され、前記溶液はガラス形成化合物を含み、前記化合物は第１の閾温度で焼成するとガラスを形成し、そのように形成されたガラスは多孔性外層の孔および被覆部の高密度で堅固な層内のナノ孔に接着され、前記被覆部の表面にガラス層を形成する電力基板であって、前記第１の閾温度より高い第２の閾温度まで焼成すると、前記ガラス層に付着する金属層が形成される請求項７に記載の電力基板。
9. 前記共振部は懸濁液に前記金属粒子を含み、前記粒子はナノ単位の大きさである請求項６または７に記載の電力基板。
10. 前記粒子の大きさは２００オングストローム以下または２００オングストロームと等しい請求項９に記載の電力基板。
11. 得られる金属層は厚みが０．１〜０．３の範囲である請求項１０に記載の電力基板。
12. 前記共振部はさらに第２の金属粒子を含み、第２の金属粒子の大きさはナノスケールであり、前記第２の金属は前記被覆部の表面と前記第１の金属との間に反応性結合を形成でき、前記結合機構は反応型結合である請求項９ないし１１のいずれか一項に記載の電力基板。
13. ナノサイズのガラス粒子を焼成している間、あるいはガラス形成化合物を加えている間、ガラスは第１の閾温度まで焼成すると溶けて、多孔性の外層の孔と被覆部の高密度な堅固な層のナノ孔と第１の金属粒子に接着され、その結合機構は耐火性結合である請求項１０ないし１２のいずれか一項に記載の電力基板。
14. 前記共振部は前記ナノサイズの第２の金属を含み、ナノサイズのガラス粒子の焼成が導入されると、前記結合機構は反応性および耐火性の双方の結合を含む請求項１２ないし１３に記載の電力基板。
15. 前記第２の金属は、アルミニウム、マグネシウム、チタニウム、ベリリウム、ニッケルからなる群およびこれらの素子の合金から選択される請求項１２ないし１４のいずれか一項に記載の電力基板。
16. 前記金属本体部が形成される前記金属は、アルミニウム、マグネシウム、チタニウム、ベリリウム、ニッケルからなる群およびこれらの素子の合金から選択される請求項１ないし１５のいずれか一項に記載の電力基板。
17. 前記電力基板はさらに、電導素子上に位置し電導素子から離間され、金属ベースの被覆部に最近接する少なくとも一対の電導素子を含む請求項１ないし１６のいずれか一項に記載の電力基板。
18. 前記一対の電導素子は制御装置の装着のために設けられ、他の対の電導素子は電源装置の装着のために設けられ、制御および電力用のそれぞれの導体素子の厚さおよび／または材料の厚さが異なる請求項１７に記載の電力基板。
19. 前記一対の電導素子は電導性重合体を含む請求項１８に記載の電力基板。
20. ａ．金属本体部をプラズマ電解酸化工程にかけ、前記本体部の少なくとも一表面上で被覆部を作成し、
    ｂ．電導素子を前記被覆部に装着する請求項１に記載の電力基板の製造方法。
21. 電導素子を前記被覆部に装着する工程は、
    ａ．接着剤を被覆部に塗布し、
    ｂ．前記電導素子を構成する金属箔を前記接着部に塗布するサブ工程を含む請求項２０に記載の方法。
22. 前記金属箔は重合体担体に装着される請求項２１に記載の方法。
23. 前記重合体担体の一部分を取り除き金属箔を剥きだしにするさらなる工程を含む請求項２１に記載の方法。
24. 電導素子を前記被覆部に装着する工程は、
    ａ．溶液内のガラス形成剤および金属を含む共振部を被覆部に塗布し、
    ｂ．ガラス層によって前記被覆部に接着される薄い金属層を作成するために基板を５００度から６００度で焼成するサブ工程を含む請求項２０に記載の方法。
25. 電導素子を前記被覆部に装着する工程は、
    ａ．第１の金属および第２の金属を含む共振部を前記被覆部に塗布する工程であって、前記第２の金属は前記被覆部に接着でき、かつ、前記第１の金属および第２の金属は双方ともナノサイズの微粒子形状であり、
    ｂ．基板を５００度から６００度に焼成して前記第２の金属によって前記被覆部に反応的に接着される前記第１の金属の薄層を作成するサブ工程を含む請求項２０に記載の方法。
26. 電導素子を前記被覆部に装着する工程は、
    ａ．前記ナノサイズの微粒子形状の第１の金属を含む共振部を前記被覆部に塗布し、
    ｂ．前記基板を５００度から６００度で焼成し、
    ｃ．前記粒子は前記第１の薄層を作成するためナノサイズであり、前記被覆部に耐火的に接着される、焼成中に微粒子形状の共振ガラス形成剤を導入するサブ工程を含む請求項２０に記載の方法。
27. 前記得られる第１の金属の薄層は前記被覆部に反応的および耐火的に接着される請求項２５および２６に記載の方法。
28. 前記方法はさらに、
    ａ．前記得られる金属層を電気メッキして前記電導素子を形成し、
    ｂ．前記得られる電導素子が十分な厚さでない場合には所望の厚さが得られるまで前記得られる電導素子を電気メッキする工程を繰り返す工程を含む請求項２４ないし２７に記載の方法。
29. 前記方法はさらに、前記電導素子間の金属の薄層を除去する工程を含む請求項２８に記載の方法。
30. 前記電導素子を前記被覆部へ装着する工程は、
    ａ．厚膜を前記被覆部に塗布し、
    ｂ．前記厚膜を５００度から６００度で焼成し、
    ｃ．電導素子の所望の厚さに達するまで、工程ａとｂを繰り返すサブ工程を含む請求項２０に記載の方法。
31. 前記被覆部に装着された前記一対の電導素子上に位置し、前記一対の電導素子から離間される少なくともさらに一対の電導素子を前記基板に装着する工程を含む請求項２０ないし３０のいずれか一項に記載の方法。
32. ａ．前記被覆部に装着された前記電導素子を絶縁し、
    ｂ．前記さらなる電導素子を塗布する工程をさらに含む請求項３１に記載の方法。
33. 請求項１ないし２０のいずれか一項に記載の電力基板を含む電動装置。
34. 図１ないし図５ａを参照して実質的に示され説明された電力基板。
35. 請求項１ないし１９のいずれか一項に記載の電力基板を含む電動装置。
36. 前記金属本体部はヒートシンクである請求項３５に記載の電動装置。
37. 前記ヒートシンクは複数のフィンまたは流路を含む請求項３６に記載の電動装置。
38. 前記金属本体部は少なくとも１つのヒートパイプを含む請求項３６または３７に記載の電動装置。
39. 前記金属本体部は鋳造合金から形成される請求項３５ないし３７のいずれか一項に記載の電動装置。
40. それぞれがヒートシンクとして機能する複数の金属本体部と、前記各本体部に装着されたインタコネクタと、インタコネクタの一部を形成する電導素子と、を含む請求項３５ないし３９のいずれか一項に記載の電動装置。
41. 前記インタコネクタは、前記複数の金属本体部のそれぞれに装着された可撓性の平面な素子を含む請求項４０に記載の電動装置。
42. 前記インタコネクタは、実質的に堅固である請求項４０に記載の電動装置。
43. 前記インタコネクタおよび複数の金属本体部は一体的に鋳造形成される請求項４２に記載の電動装置。
44. 前記少なくとも１つの金属本体部は前記装置の構造体の一部を形成する請求項３５ないし４３のいずれか一項に記載の電動装置。
45. 電力回路に分配された電力を制御する制御回路と、電力回路と、を含む請求項３５ないし４４のいずれか一項に記載の電動装置。
46. 少なくとも２対の電導素子を含み、前記電導素子のそれぞれの対の厚さおよび／または材料は異なる請求項４５に記載の電動装置。
47. 前記装置は、車両ヘッドライト、内燃機関用ウォータポンプ、ブレーキ作動装置、フロントガラスのワイパーモーター、ステッパモーター、線形アクチュエータ、レーザーダイオード、マイクロプロセッサのうちの１つである請求項３５ないし４６のいずれか一項に記載の電動装置。
48. 前記装置はランプであり、前記各金属本体部に取り付けられる少なくとも１つの発光ダイオードを含み、前記各金属本体部は、ハウジング開口部に位置しており、前記ハウジングはレンズを取り付けており、前記発光ダイオードの出力ビームをレンズに向けるように形成され寸法決めされた請求項４１に記載の電動装置。
49. ａ．インタコネクタによってハウジングと結合される複数の前記金属本体部を作成し、
    ｂ．ハウジング内で前記各金属本体部を開口部に位置合わせし、
    ｃ．前記金属本体部を前記ハウジングに押し込み、
    ｄ．前記レンズマウントを前記ハウジングに装着する工程を含む請求項４７に記載のランプ製造方法。
50. 工程ａで前記インタコネクタは平面であり、工程ｃでインタコネクタの形状は三次元である請求項４９に記載のランプ製造方法。
51. 図６ないし図９を参照して実質的に示され説明された電動装置。

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