JP2009212427A - 回路モジュールとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の放熱基板では、発熱部品の放熱性が低かったため、回路モジュールの小型化、低背化、薄型化が難しかった。
【解決手段】金属板１２と、この金属板１２の上に設けた熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層１４と、この伝熱層１４上の導電性ペースト部１５に形成した半田部２０を用いて固定した端子１７付き発熱部品１６と、からなる回路モジュールを提供することによって、発熱部品１６を実装する前に伝熱層の特性を評価でき、発熱部品１６の固定や交換が容易で放熱性に優れ、小型化、低背化、薄型化に対応できる回路モジュール１１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマテレビや液晶テレビ、民生用の電子機器等の電源回路や電力回路等の回路モジュールとその製造方法に関するものである。

近年、プラズマテレビや液晶テレビ等の民生用の電子機器は、小型化、薄型化、低消費電力化が望まれている。

こうした機器の電源回路や電力回路、更にはＤＣＤＣコンバータ（ここでＤＣＤＣとは、ＤＣ入力をＤＣ出力にするコンバータの意味である）等の大電流を取り扱う回路モジュールが必要であり、これらに使われるパワー半導体等は、放熱や大電流に対応する放熱基板に実装され、回路モジュールを構成する。

こうした回路モジュールは、パワー半導体やコイル、トランス等の発熱部品を実装した放熱基板部と、パワー半導体等を制御する一般電子部品を実装した回路基板と、から構成される。

ここでパワー半導体やトランス、コイル等の発熱部品を実装した放熱基板部と、これら発熱部品を制御する半導体チップ等の各種電子部品を高密度実装した回路基板とは、できるだけ隣接して設置する必要がある。これは回路モジュールの小型化や低背化（薄型化も含む）のためである。

図１５は、さまざまな形状を有する発熱部品を実装した従来の回路モジュールの一例を説明する断面図である。図１５において、絶縁基板１の表面には、平坦な厚肉回路導体２や段差付き厚肉回路導体３が形成されている。発熱部品４ａ、４ｂは、それぞれ形状が異なるものである。そのため背の高い発熱部品４ｂは平坦な厚肉回路導体２へ、背の低い発熱部品４ａは、孔５を介して段差付き厚肉回路導体３に、それぞれネジ７を用いて実装している。そして背の高さに関係なく発熱部品４ａ、４ｂに発生した熱は、これらを固定するヒートシンク６へ、矢印８に示すように拡散している。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。

またエポキシ樹脂に無機フィラー等を充填してなる伝熱層によって、発熱部品（例えばパワー半導体等）を固定した場合（例えば特許文献２）では、伝熱層が硬化しなければ伝熱層の絶縁性等を評価することができなかったため、伝熱層自体の特性評価を行おうとした場合、伝熱層に固定した発熱部品自体に影響を与える可能性が考えられる。
特許第２７８６３４３号公報 特開２００４−１０４１１５号公報

しかし図１５で示した従来の回路モジュールでは、少なくとも発熱部品４ａ、４ｂの一面をヒートシンク６等に接着剤等で固定する必要がある。そしてその接着剤には、熱伝導性の低い絶縁性接着剤を使う必要がある。これはヒートシンク６と発熱部品４ａ、４ｂとの間の電気絶縁を確保するためである。

このため、従来の回路モジュールは、小型化、低背化、薄型化（例えば、プラズマテレビの壁掛け化、軽量化）には対応することが難しい。

そこで本発明は、上記課題を解決するために、金属板と、この金属板の上に設けた熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層と、この伝熱層の上に形成した導電性ペースト部と、この導電性ペースト部上に形成した半田部と、この半田部によって固定した端子付き発熱部品と、からなる回路モジュールであって、前記導電性ペーストの比抵抗は、０．１Ωｃｍ以下であり、前記端子は、その上に実装する回路基板に接続するよう、略垂直に折り曲げている回路モジュールとする。

以上のように本発明によれば、金属板の上に、硬化済の伝熱層を形成しておくことで、発熱部品をその表面に固定する前に、伝熱層単体での特性等を評価することができる。そして特性等を評価した後の伝熱層の上に、形成した熱伝導性に優れた導電性ペーストを形成することで、この導電性ペースト部を介して絶縁等の電気検査を行うことができる。更にこの導電性ペースト部の上に形成した半田によって金属モールド付き発熱部品を固定することによって、さまざまな形状の金属モールド付き発熱部品（例えば、発熱部品としてはパワー半導体のみならず、コイル、トランス（チョークトランスを含む）等も含む）に対しても、短時間に固定できる（更に半田部を再加熱することでリペア。つまり発熱部品の位置修正や発熱部品自体の交換も可能となる）。更に導電性ペーストとして比抵抗が０．１Ωｃｍ以下のものを選ぶことで、導電性ペースト層と半田部との接着強度を高め、導電性ペーストに対する半田の濡れ性を高める、更に半田や導電性ペーストによるヒートスプレッド効果等が得られ、回路モジュールの小型化、低背化、薄型化（例えば、プラズマテレビの壁掛け化、軽量化）に対応できる。

そしてこうして作成した回路モジュールを複数個用意し、これを別に用意した筐体やシャーシ（シャーシは、所定形状に凹凸を設けたものであっても良い）の表面の所定位置に、ネジ等によって固定することで、機器の生産性や多様化に対応すると共にコストダウンを可能とする。

なお導電性ペーストの上に半田を介して発熱部品を固定するため、発熱部品は一般的なパワー半導体（例えば、パワートランジスタ、パワーＦＥＴの他に高輝度ＬＥＤ、レーザーダイオード等の発光素子も含む。なお発熱部品には半田による固定を行うための金属部を設けているものが望ましい。なおこの金属部は半田付け用に限定するものではなく、例えばネジ止めによって放熱を行うための金属部であっても良い）等の限定する必要はなく、大型あるいは異形の発熱部品（例えばトランスやチョークコイル等）にも対応することができる。これは発熱部品を導電性ペースト上に形成した半田で固定するため固定の自由度（更には短時間固定も含む）が可能となるためである。

また発熱部品にリードフレーム等からなる端子を有するものを用い、この端子を略垂直に折り曲げる。この結果、放熱基板に実装したパワー半導体等を制御する一般電子部品等を実装した回路基板を、放熱基板と略並行に設置することで互いの接続配線長さを短くできるため、回路モジュール全体の小型化（低背化、薄型化も含む）や、耐ノイズ特性を改善する。

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１）
以下、本発明の実施の形態１の回路モジュールの構造について、図面を参照しながら説明する。

図１（Ａ）（Ｂ）は、共に回路モジュールの構成を説明する断面図である。図１（Ａ）（Ｂ）において、１１は回路モジュール、１２は金属板、１３は取付孔、１４は伝熱層、１５は導電性ペースト部、１６は発熱部品、１７は端子、１８はネジ、１９は矢印、２０は半田部、２１は金属部である。

図１（Ａ）は１の回路モジュール１１に１の発熱部品１６を固定する様子を、図１（Ｂ）は１の回路モジュール１１に複数個の発熱部品１６を固定する様子を示す。なお図１（Ｂ）において、複数個の発熱部品１６を、１の伝熱層１４や１の半田部２０で接続しても良い。また１の半田部２０で接続することで、半田部２０を共通電極やヒートスプレッダーとする。

図１（Ａ）（Ｂ）において回路モジュール１１は、一部に取付孔１３を有する金属板１２と、この金属板１２の上に設けた熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層１４と、この伝熱層１４の上に形成した導電性ペースト部１５と、この導電性ペースト部１５上に形成した半田部２０と、この半田部２０によって固定した端子１７付き発熱部品１６と、からなる。

なお導電性ペースト部１５の比抵抗は、０．１Ωｃｍ以下が望ましい（更には０．０１Ωｃｍ以下）。０．１Ωｃｍ以下とすることで、導電性ペースト部１５の熱伝導率を高め、更に半田濡れ性を高める効果が得られるため、導電性ペースト部１５と半田部２０との接続強度（更には熱伝導特性）を高める。

なお端子１７は、その上に実装する回路基板に接続するよう、略垂直に折り曲げることが望ましい。こうすることで、個々の回路モジュール間を回路基板（図１において図示していない）によって接続できる。

なお発熱部品としては、例えば樹脂モールドしたものを用いることが望ましい。更に樹脂モールドの一部に、電極部２０を形成することが望ましい。これは電極部２０によって、発熱部品１６を半田部２０によって固定（あるいは固定であっても、半田を加熱熔解することで、発熱部品のリペア、あるいは交換が可能となる）できる。なお金属板１２と、半田部２０とは、面接触することが望ましい。これは熱伝導を助け、接着強度（あるいは剥離強度、あるいは引っ張り強度）を高めるためである。

なお金属板１２に、取付孔１３を設けておくことで、個々の回路モジュール１１を、他に用意したシャーシや筐体（共に図示していない）に、ネジ１８等を矢印１９に示すように挿入固定でき、その放熱効果を高める。

ここで伝熱層１４と、発熱部品１６とは、その間に挟んだ導電性ペースト部１５によって固定している。なお導電性ペースト部１５としては、熱硬化性樹脂に導電性粉体（銅粉、銀粉、アルミニウム等の金属粉やカーボンやグラファイト、カーボンナノファイバー等の非金属導電粉）を分散させたものを使うことができる。なお導電性ペースト部１５の比抵抗は、０．１Ωｃｍ以下（望ましくは０．０１Ωｃｍ以下、更には０．０１Ωｃｍ以下）が望ましい。これは比抵抗が低いほど、導電性ペースト部１５の熱伝導性が高いためである。

図１に示すように発熱部品１６は、略同一の形状として図示しているが、略同一形状に限定する必要はない。これは発熱部品１６が、パワー半導体以外にトランスやチョークコイル等の異形部品も含むためである。そしてこうした異形部品（あるいは複雑な外形を有していても）に対しても、導電性ペースト部１５の上に形成した半田部２０によって固定性を高められるためである。

図１に示すように導電性ペースト部１５の上に形成した半田部２０は、少なくとも発熱部品１６の底面（望ましくは金属部２１）で、面接触している回路モジュール１１とすることが望ましい。特に金属部２１において面接触させることで、発熱部品１６と伝熱層１４との間の半田部２０を介した熱伝導性を高められる。

導電性ペースト部１５を、発熱部品１６の面積（例えば、発熱部品１６の投影面積）より広く塗っておくことで、導電性ペースト部１５を一種の熱拡散板（あるいは、ヒートスプレッダー）として使うことができ、放熱効果を高められる。

なお1つの伝熱層１４の上に、複数の導電性ペースト部１５を形成し、それぞれ１個、あるいは複数個の発熱素子１６を装着しても良い。あるいは1つの導電性ペースト部１５の上に、複数個の発熱素子１６を個別に半田部２０によって装着しても良い。この場合は導電性ペースト部１５をヒートスプレッダー（更には共通電極）として使うことになる。

図１に示すように、金属板１２の面積より、伝熱層１４の面積を小さくすることが望ましい。これは伝熱層１４の材料費を抑えるためである。

図１に示すように、伝熱層１４の面積より、導電性ペースト部１５の形成面積を小さくすることが望ましい。これは金属板１２と、導電性ペースト部１５との間の電気絶縁性を高めるためである。また伝熱層１４の上に設けた導電性ペースト部１５の周囲には（あるいは導電性ペースト部１５の周囲を囲うように）、伝熱層１４の露出部分を形成することで、この露出部を一種の沿面距離とすることができる。なお発熱部品１６を一次側回路に用いる場合は、沿面距離は６ｍｍ以上（望ましくは１０ｍｍ以上）とする。

図１に示すように、金属板１２には、機器の筐体もしくはシャーシへの取付孔１３を設けることが望ましい。これは発熱部品１６に発生した熱を、導電性ペースト部１５を一種のヒートスプレッダーとして広げた後、伝熱層１４を介して金属板１２から筐体やシャーシに放熱する。

次に実施の形態２として、回路モジュール１１の製造方法の一例について説明する。

（実施の形態２）
実施の形態２では、図２〜図６を用いて、回路モジュール１１の製造方法の一例について説明する。なお図２〜図６において、金属板１２等は立てた状態で図示しているが、加工は立てた状態で行う必要はない。必要に応じて寝かせた状態で加工しても良い。

図２（Ａ）（Ｂ）は、共に金属板１２の表面に伝熱材を装着する様子を示す断面図である。図２（Ａ）（Ｂ）において、２２は伝熱材であり、熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含むものであって、未硬化状態（半硬化状態も含む。これは未硬化状態の場合、表面がベタベタして取扱いにくい場合があるためである。こうした場合は半硬化状態とすれば良い。ここで半硬化状態とは室温でベタベタしない程度に硬化したものであり、ガラスエポキシ樹脂からなるプリプレグ等でのＢステージ状態に相当する）のものである。

図２（Ａ）に示すように、複数に分割した個片状の伝熱材２２（例えば、ペレット状、シート状等）を用意し、矢印１９に示すようにして、金属板１２の複数位置に装着する。この装着において、プレスや金型、治具等を用いることで作業性を高める。

なお伝熱材２２の金属板１２上の装着時に、プレスや金型（共に図示していない）を用いることで、装着後の伝熱層１４の外形形状（厚みや面積、寸法等）の精度を高めることができ、次の発熱部品１６の装着時の装着精度を高める。また伝熱層１４を複数個の個片状に分割しておくことで、その使用量を減らしコストダウンする。

その後、伝熱材２２を硬化させ、図２（Ｂ）に示すように伝熱層１４とする。ここで伝熱層２２を硬化させることで、伝熱層２２の絶縁性や伝熱性が発現する。そのため図２（Ｂ）の状態で、伝熱層２２の絶縁性や伝熱性を検査、評価することができる。

ここで図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、個片状の伝熱材２２を所定位置に設置し、プレスもしくは金型等（図３には図示していない）を用いることで、各々の個片を金属板１２に密着してなるシート状の個片に成形する。このようにプレスや金型等を用いることで、金属板１２の表面に形成した伝熱層１４をシート状に成形することができ、その厚みや大きさ、位置、寸法等のバラツキを防止し、その生産性を高める。ここで伝熱層２２は、複数個の個片とすることが望ましい。伝熱層２２を事前に複数個の個片に分割しておき、これを一括して金属板１２の所定面にシート状に形成することで、その成形性や成形精度を高める。

図３（Ａ）（Ｂ）は、共に金属板１２に形成した複数の伝熱層１４の上に、導電性ペースト部１５を設置する様子を説明する断面図である。

図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、導電性ペースト部１５を、印刷や塗布（ディスペンサー等も含む）によって、伝熱層１４の上に所定形状に塗布する。なお導電性ペースト部１５としては、市販の導電性ペースト（例えば、Ａｇエポキシ系接着剤やＡｇポリイミド系接着剤等。あるいはバイポーラＩＣ等のダイボンド用に使われている導電タイプのダイボンドペースト等）を用いる。なおダイボンドペーストとしては、アルミナ等のフィラーを充填した絶縁タイプも市販されているが、絶縁タイプは熱伝導率が低い（例えば１Ｗ／ｍ・Ｋ程度）。一方、導電タイプのダイボンドペーストを用いることで、絶縁タイプでは得られなかった高い熱伝導率（例えば１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上）が得られる。これは導電性ペースト部１５に含まれる導電性粉（例えば、銀粉、銅粉、アルミニウム粉、グラファイト粉等）の熱伝導率が高いためである。なおこうした導電粉を含有する導電性ペースト部１５の硬化後の比抵抗は０．１Ωｃｍ以下が望ましい。これはより小さな比抵抗となる導電性ペースト部１５が、内部の導電粉同士の接触抵抗が小さい結果、より大きな熱伝導率が得られるためである。

また比抵抗を０．１Ωｃｍ以下とすることで、導電性ペースト部１５の表面への半田部２０の形成が容易となる。比抵抗を小さくすることで、導電性ペースト部１５における金属粉等の露出比率が増加する結果、半田濡れ性が高まるためである。

その後、図３（Ｂ）に示すように、導電性ペースト部１５の上に、発熱部品１６を矢印１９に示すように装着、固定する。なお図３（Ｂ）に示す発熱部品１６において、端子１７は略垂直に折り曲げているが、発熱部品１６を導電性ペースト部１５によって固定した後で、端子１７を略垂直に折り曲げても良い。

なお図３（Ｂ）に示すように、予め発熱部品１６の端子１７を略垂直に折り曲げておくことで、金属板１２の段差と端子１７との相互干渉を防止する。なおこれら発熱部品１６の装着時に、プレスや金型、治具（共に図示していない）を用いることで、方向間違いや位置ズレを抑える。

その後図３（Ａ）の矢印１９に示すように、プレスや金型等を用いることで、導電性ペースト部１５をシート状に成形することができ、その厚みや大きさ、位置、寸法等のバラツキを防止し、その生産性を高める。ここで導電性ペースト部１５は、複数個の個片とすることが望ましい。複数個の個片に分割しておき、これを一括して伝熱層１４の表面にシート状に形成することで、図３（Ｂ）に示すようにその成形性や成形精度を高める。

図４（Ａ）（Ｂ）は、共に導電性ペースト部１５の上に半田部２０を形成する様子を説明する断面図である。図４（Ａ）に示すように、導電性ペースト部１５の上に半田部２０を形成する。なお半田部２０の形成には、メッキ以外に半田ペーストの印刷、あるいはフローやリフロー法を用いる。

図４（Ｂ）は、半田部２０の上に、発熱部品１６を装着する様子を説明する。図４（Ｂ）に示すように、発熱部品１６の金属部２１を半田部２０側とすることで、半田による固定が可能となる。

図５は、半田部２０によって、発熱部品１６を装着し、回路モジュール１１とした様子を説明する断面図である。図５に示すように、発熱部品１６の金属部２１（特に発熱部品１６の下部に金属部２１を形成することが望ましい）を、半田付けする。なお金属部２１の周囲には、半田によるメニスカス（あるいは半田フィレットと呼ばれることもある、半田の表面張力によるフィレット：富士山の裾野のように、なだらかな半田部）を積極的に形成する。これはフィレット部によって半田付け強度を高め、フィレット部を介した放熱効果を高めるためである。

以上のようにして、金属板１２の上に、熱伝導性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層１４を形成する工程と、前記伝熱層１４の上に、導電性ペースト部１５を形成する工程と、
前記導電性ペースト部１５の上に半田部２０を形成する工程と、前記半田部２０に端子１７付き発熱部品１６を固定する工程と、を有する製造方法によって回路モジュール１１を製造する。なお発熱部品１６の一部には、金属部２１を設けておくことで、発熱部品１６の固定（あるいはリペアも）が可能となる。

次に図６〜図９を用いて、回路モジュール１１を筐体やシャーシに取り付ける様子について説明する。

図６は、回路モジュール１１を、筐体やシャーシに取り付ける様子を説明する断面図である。図６において、２４は筐体であるが、筐体２４はシャーシも含む。図６に示すように、1つの筐体２４やシャーシの上に、複数個の個片状の回路モジュール１１をネジ１８等で固定することで、回路モジュール１１の放熱効果を高める。これは発熱部品１６に発生した熱が、半田部２０から導電性ペースト部１５や伝熱層１４や金属板１２を介して、より質量の大きな（あるいは金属板１２より面積の大きな）筐体２４へ逃がすためである。

図６に示すように、複数個の回路モジュール１１は、金属板１２に設けた取付孔１３ａに、ネジ１８を矢印１９のように挿入し、更に筐体２４に形成した取付孔１３ｂにネジ止めし固定する。こうすることで、個々の発熱部品１６の大きさや発熱量に応じて、金属板１２等の大きさを最適化でき、金属板１２の小型化が可能となり、材料費の削減を行う。

次に実施の形態３として、更に高性能化した回路モジュール１１について説明する。

（実施の形態３）
実施の形態３では、図１で説明した回路モジュール１１に、更に回路基板を組み合わせた場合について、図７〜図９を用いて説明する。

図７は、１つの筐体２４の上に、複数個の回路モジュール１１をネジ１８によって固定し、更にこの上に略平行に回路基板を設置する様子を説明する断面図である。図７において、２５は回路基板、２６は電子部品、２７は貫通孔である。

図７に示すように、個片状とした個々の回路モジュール１１（例えば１ｃｍ角〜１０ｃｍ角）を、筐体２４（例えば、３０ｃｍ角〜５０ｃｍ角）の上に固定できるため、金属板１２等の大きさを最適化でき、金属板１２の小型化が可能となり、材料費の削減を行う。

図７においては、筐体２４の片面のみに複数個の回路モジュール１１をネジ１８で固定しているが、用途に応じては筐体２４の両面にそれぞれ複数個の回路モジュール１１をネジ止めしても良い。こうすることで機器の小型化、薄型化が可能となる。これは機器の筐体２４やシャーシの数を減らせるためである。

図７において、回路基板２５は、例えば市販のガラスエポキシ樹脂からなる多層回路基板であり、その表層や内層には銅箔からなる配線パターン（ソルダーレジスト等と共に図示していない）が形成され、互いにビア（図示していない）等を介して接続されている。電子部品２６は、発熱部品１６を制御するための制御用素子（例えば、制御用半導体素子、チップ部品等）である。また貫通孔２７は、回路基板２５に形成した孔であり、内壁にメッキ等で電極を形成しておくことで、後の半田付け工程（例えば後述する図８）による接続性を高める。

図７に示すように回路モジュール１１に、略並行に回路基板２５をセットし、矢印１９に示すように、端子１７を貫通孔２７に挿入する。

図８は、回路モジュール１１の端子１７に、回路基板２５に形成した貫通孔２７をセットした様子を説明する断面図である。

図９は、回路モジュールと回路基板２５とからなる高性能化した回路モジュール１１を説明する断面図であり、図９に示すように、半田２０ｂ等によって、回路基板２５と端子１７とを電気的に接続し、回路基板２５を組み込んだ回路モジュール１１とすることで、図１等で説明した回路モジュール１１を、更に高性能化できる。これは発熱を伴わない制御用の電子部品２６を、発熱部品１６から離すことができるためであり、制御用の電子部品２６等が、スイッチング等によるノイズの影響を受けにくくなる。また制御用の電子部品２６のパターンに応じた位置に、発熱部品１６を設ける（あるいは端子１７を持ってくる）ことができるため、制御用の電子部品２６と、発熱部品１６とを接続する配線の線路長を短くでき（あるいは引き回しを短くでき）、回路パターンの小型化が可能となる。この結果、配線の線路長を最短にできるため、ノイズの影響を受けにくくできる。

また図９に示すように一つの筐体２４に複数個の回路モジュール１１を取り付けることで、回路モジュール１１の小型化による低コスト化を実現する。

なお回路モジュール１１の筐体２４への固定や、回路モジュール１１への回路基板２５の固定において、固定用のピンやポスト、治具等を併用しても良い。

図９に示すように、回路モジュール１１は、その一部に設けた（あるいは取付孔１３）にネジ１８等を用いて、筐体２４に固定することで、発熱部品１６から金属板１２に伝わった熱を効率的に外部（例えば筐体２４やシャーシ）に放熱する。

（実施の形態４）
なお筐体２４は、単一平面である必要は無い。例えば、図１０〜図１３に示すように、表面に所定の凹凸（あるいは異なる高さを有する複数平面、あるいは段差等で区切られた複数高さを有する段々畑状）であっても良い。

実施の形態４では、図１０〜図１３を用いて、凹凸を有する筐体２４への対応事例について説明する。

本発明は、様々な大きさの発熱部品１６に対応できる。これは筐体２４に凹凸を設けることで発熱部品１６の大きさや厚みや体積等を、筐体２４側で吸収できるためである。そして筐体２４に設けた凹凸の高さ（あるいは深さ）は、発熱部品１６と回路基板２５との接続性に影響を与えない。これは、発熱部品１６に設けた端子１７を、略垂直に折曲げているためである。

そのため実施の形態４で示す発熱部品１６として、パワー半導体（例えば、パワーＦＥＴや高輝度ＬＥＤ、高輝度半導体レーザー等のパッケージ品）のみならず、異形（更には大型の）を有する発熱部品１６（例えば、トランスやチョークコイル等）も、回路モジュール１１の発熱部品１６とすることができ、回路モジュール１１の応用展開分野を拡大する。

図１０は、凹凸を有する１つの筐体２４に、複数個の回路モジュール１１を取り付ける様子を説明する断面図である。図１０において、筐体２４には所定の凹凸を設けている。なお凹凸は、回路モジュール１１を実装するためでなく、筐体２４自身の高強度化のための効果もある。

図１１は、凹凸を有する１つの筐体２４に、複数個の回路モジュール１１を取り付けた様子を説明する断面図である。なお図１１等では、取付用のネジ１８等は図示していない。

図１２は、複数個の回路モジュール１１同士を１つの回路基板２５で接続する様子を説明する断面図である。図１２の矢印１９に示すように、回路基板２５を回路モジュール１１に接続する。

図１３は、凹凸を有する１つの筐体２４と、この上に固定した複数個の回路モジュールと、１つの回路基板２５と、からなる高性能化した回路モジュール１１の断面図である。図１３に示すように、端子１７の所定部分（あるいは所定高さ）で、回路基板２５と個々の回路モジュール１１とを半田２０等で電気的に接続することで、筐体２４の凹凸を吸収できる。この結果、大型の発熱部品１６（例えば、トランスやチョークコイル等）であっても、回路モジュール１１に組み込むことができる。

従来、大型の発熱部品１６（例えば、トランスやチョークコイル等の背の高い発熱部品）を回路モジュール１１に組み込もうとした場合、回路基板２５に、大きな貫通孔を形成し、この孔から大型の発熱部品１６が顔を出す（あるいは突き抜ける）ようにする必要が有った。あるいは回路基板２５の代わりに、筐体２４側に大きな貫通孔を形成する必要が有った。

しかし実施の形態４の場合、回路基板２５側にも、筐体２４側にも大きな挿入孔を設ける必要がない。この結果、回路パターンの設計自由度を高め、筐体２４による放熱効果を高める。また発熱部品１６は、半田２０によって固定しているため、交換（リペアーあるいは修理も含む）も容易となる。

次に図１４を用いて、発熱部品１６を半田２０に面接触させ放熱する様子を説明する。図１４（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ発熱部品１６を半田２０を用いて面接触するように固定する様子と、発熱部品１６に発生した熱が半田２０を介して伝熱層１４から放熱する様子を説明する断面図である。まず図１４（Ａ）の矢印１９ａに示すように、発熱部品１６を導電性ペースト部１５の上に形成した半田２０に装着する。このとき半田２０や発熱部品１６を所定温度（例えば２００℃〜２５０℃）に加熱することで、発熱部品１６の底部等に形成した金属部２１に付着する。なお図１４（Ｂ）に示すように半田フィレットを積極的に形成することが望ましい。図１４（Ｂ）の状態とすることで、伝熱効果を高め、更に付着強度（あるいは剥離強度）を高めるためである。

図１４（Ｂ）における矢印１９ｂは、発熱部品１６に発生した熱が、半田２０（あるいは半田フィレット部分）から伝熱層１４を介して、金属板１２へ放熱する様子を説明する。

以上のようにして、金属板１２と、この金属板１２の上に設けた熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層１４と、この伝熱層１４上に形成した導電性ペースト部１５と、この導電性ペースト部１５上に形成した半田部２０と、この半田部２０によって固定した端子１７付き発熱部品１６と、前記金属板１２と略平行に設置した回路基板２５と、からなる回路モジュール１１を提供する。なお回路モジュール１１において導電性ペースト部１５の比抵抗は、０．１Ωｃｍ以下とすることが半田濡れ性や熱伝導率の面から望ましい。また端子１７は、略垂直に折り曲げたものであり、前記回路基板２５に形成した貫通孔２７に接続することで、回路モジュール１１の高性能化が可能となると共に、発熱部品１６のリペア（交換等も含む）が容易となる。

なお図９や図１３において、回路基板２５に設けた貫通孔２７を突き抜けた端子１７の高さ（あるいは突き抜けた長さ）は、１０ｍｍ以下（望ましくは５ｍｍ以下、更には３ｍｍ以下）が望ましい。１０ｍｍより長い場合、折れ曲がる場合がある。

なお回路基板２５に設けた貫通孔２７を突き抜けた端子１７の長さに大小ができてしまう場合がある。こうした場合、事前に突き抜けた端子１７の高さが１０ｍｍ以下にする、あるいは半田２０で貫通孔２７に実装した後、端子１７の先端の一部を切断し、その突き抜け長さを互いに１０ｍｍ以下とすることが望ましい。こうして端子１７の長さの最適化を行う。

（実施の形態５）
実施の形態５では、回路モジュール１１に使用する伝熱材２２（あるいは伝熱材２２が硬化してなる伝熱層１４）等について説明する。

次に伝熱層１４について説明する。伝熱層１４は、例えば、樹脂とフィラーとからなるものとすることで、その熱伝導性を高めることができる。そして樹脂として熱硬化性の樹脂を用いることで、その信頼性を高める。

ここで無機フィラーとしては、例えば略球形状で、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。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）。そのためこれら伝熱層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％と高濃度に充填する。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する。この結果、これら伝熱層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、酸化亜鉛、シリカ、酸化チタン、酸化錫、ジルコン珪酸塩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いるものとすることが、熱伝導性やコスト面から望ましい。

なお熱硬化性樹脂を使う場合は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂、アラミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂の群から選ばれた少なくとも１種類の熱硬化性樹脂を含む。これはこれらの樹脂が耐熱性や電気絶縁性に優れている。

以上のように、金属板１２と発熱部品１６とを、伝熱層１４で固定することで、金属板１２と発熱部品１６との間の熱伝導性と絶縁性を高めることができる。

なお一次側回路に接続する発熱部品１６に対しては、伝熱層１４の厚みは、０．４ｍｍ以上（望ましくは０．６ｍｍ以上）とすることが望ましい。これは強化絶縁のためである。また沿面距離を６ｍｍ以上（望ましくは１０ｍｍ以上）とすることで、更にその絶縁性を高める。

なお発熱部品１６に強化絶縁が要求されない場合、伝熱層１４の厚みは、０．０１ｍｍ以上とする。０．０１ｍｍ未満の場合、伝熱層１４に用いる無機フィラーとして高価な微粉末を使う必要がある。

なお伝熱材２２を硬化させて、絶縁性や熱伝導性を発現させた後で、導電性ペースト部１５を塗布等でその表面に形成することが望ましい。こうすることで伝熱層１４の特性を確実に調査、確認することができるためである。

このように伝熱層１４自体を、その上に発熱部品１６を実装する前に各種特性評価を行うことができる。また伝熱層１４の表面に発熱部品１６を固定する接着剤に、導電性ペースト部１５を用いているため、発熱部品１６を導電性ペースト部１５によって固定した後でも、導電性ペースト部１５を一種の導電体（あるいは測定用電極）として電気的評価を行うことができ、発熱部品１６に不要な電圧等を印加しない。

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を用いることで、各種機器（例えば電源部や電力回路部、あるいはプラズマテレビのサステイン回路、あるいは液晶テレビのバックライトの制御回路等）の小型化、低背化、あるいは薄型化を実現できる。

（Ａ）（Ｂ）は、共に回路モジュールの構成を説明する断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共に金属板の表面に伝熱材を装着する様子を示す断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共に金属板に形成した複数の伝熱層の上に、導電性ペースト部を設置する様子を説明する断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共に導電性ペースト部の上に半田部を形成する様子を説明する断面図 半田部によって、発熱部品を装着し、回路モジュールとした様子を説明する断面図 回路モジュール１１を、筐体やシャーシに取り付ける様子を説明する断面図 １つの筐体の上に、複数個の回路モジュールをネジによって固定し、更にこの上に略平行に回路基板を設置する様子を説明する断面図 回路モジュールの端子に、回路基板に形成した貫通孔をセットした様子を説明する断面図 回路モジュールと回路基板とからなる高性能化した回路モジュールを説明する断面図 凹凸を有する１つの筐体に、複数個の回路モジュールを取り付ける様子を説明する断面図 凹凸を有する１つの筐体に、複数個の回路モジュールを取り付けた様子を説明する断面図 複数個の回路モジュール同士を１つの回路基板で接続する様子を説明する断面図 凹凸を有する１つの筐体と、この上に固定した複数個の回路モジュールと、１つの回路基板と、からなる高性能化した回路モジュールの断面図 （Ａ）（Ｂ）は、それぞれ発熱部品を伝熱材に導電性ペーストを用いて面接触するように固定する様子と、発熱部品に発生した熱が導電性ペーストを介して伝熱層から放熱する様子を説明する断面図 さまざまな形状を有する発熱部品を実装した従来の回路モジュールの一例を説明する断面図

符号の説明

１１ 回路モジュール
１２ 金属板
１３ 取付孔
１４ 伝熱層
１５ 導電性ペースト部
１６ 発熱部品
１７ 端子
１８ ネジ
１９ 矢印
２０ 半田部
２１ 金属部
２２ 伝熱材
２３ 導電性ペースト
２４ 筐体
２５ 回路基板
２６ 電子部品
２７ 貫通孔

Claims (6)

1. 金属板と、
   この金属板の上に設けた熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層と、
   この伝熱層の上に形成した導電性ペースト部と、
   この導電性ペースト部上に形成した半田部と、
   この半田部によって固定した端子付き発熱部品と、
   からなる回路モジュールであって、
   前記導電性ペーストの比抵抗は、０．１Ωｃｍ以下であり、
   前記端子は、その上に実装する回路基板に接続するよう、略垂直に折り曲げている回路モジュール。
2. 半田部は、発熱部品の一部に形成した金属部に面接触している請求項１記載の回路モジュール。
3. 金属板は、機器の筐体もしくはシャーシへの取付孔を有している請求項１記載の回路モジュール。
4. 金属板と、
   この金属板の上に設けた熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層と、
   この伝熱層上に形成した導電性ペーストと、
   この導電性ペースト部上に形成した半田部と、
   この半田によって固定した端子付き発熱部品と、
   前記金属板と略平行に設置した回路基板と、
   からなる回路モジュールであって、
   前記導電性ペーストの比抵抗は、０．１Ωｃｍ以下であり、
   前記端子は、略垂直に折り曲げたものであり、前記回路基板に形成した貫通孔に接続している回路モジュール。
5. 貫通孔を突き抜けた端子の高さは、１０ｍｍ以下である請求項４に記載の回路モジュール。
6. 金属板の上に、熱伝導性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層を形成する工程と、
   前記伝熱層の上に、導電性ペースト層を形成する工程と、
   前記導電性ペースト層の上に半田部を形成する工程と、
   前記半田部に端子付き金属モールド付き発熱部品を固定する工程と、
   を有する回路モジュールの製造方法。

Images