JP2009252933A - 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、その上に複数の回路基板を半田付けで固定する際に、上層の回路基板の半田付け時に下層の回路基板の半田付け部が、点線で示すように再熔解して半田浮きや半田割れが発生する可能性があった。
【解決手段】金属板１０９と、シート状の伝熱層１１０と、リードフレーム１１９と、接続端子１１１ａ、１１１ｂと、を有する放熱基板１１７と、前記放熱基板１１７に、略平行に設置した第１の回路基板１１２と、前記放熱基板１１７と、前記第１の回路基板１１２との間に設置した第２の回路基板１１３と、からなる回路モジュール１０８であって、前記第２の回路基板１１３と、前記第１の回路基板１１２との間は、治具取付部１０６を有する基板間接続端子１０１で接続している回路モジュール１０８とすることで、回路モジュール１０８の小型化、高信頼性化を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機やスキャナーのようなＯＡ機器等の電源回路に用いる、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、オフィスの効率化の要求に伴い、複写機やスキャナー等のＯＡ機器は、更なる小型化、高速化が求められている。そしてこの高速化のニーズに対応するため、電源回路自体には更なる大電力化が求められる。

その結果、電源回路に用いる回路モジュールの小型化、高放熱化が求められる。

図１４（Ａ）（Ｂ）は、共に従来の回路モジュールの一例について説明する断面図である。

図１４（Ａ）（Ｂ）において、アルミベース板１の上には、絶縁接着剤２を介してリードフレーム３が固定され、一種の放熱構造を構成している。そしてリードフレーム３の上にはパワー半導体４が実装されている。一方、パワー半導体４を制御する一般電子部品６等は、複数の回路基板５ａ、５ｂに実装された状態で、外装部７に支えられ、半田８によってリードフレーム３の一部に接続されている。

図１４（Ａ）は、予めリードフレーム３に鉛フリー半田８で固定した第１の回路基板５ａの上に、更に第２の回路基板５ｂをセットする様子を示す。図１４（Ｂ）は、第２の回路基板５ｂとリードフレーム３との間を鉛フリー半田８により接続する様子を示す。図１４（Ｂ）に示すように、第２の回路基板５ｂと、リードフレーム３とを鉛フリー半田８によって接続しようとした場合、この半田付け熱が、リードフレーム３を伝って、第１の回路基板５ａとリードフレーム３との半田付け部分（例えば、点線９で示した部分）の鉛フリー半田８を再熔解（再溶解として書かれる場合もある）させてしまい、半田浮き（あるいは半田割れ）等の課題を生じさせてしまう。そしてこの半田浮きは、肉眼で見える場所に設置した回路基板５ｂではなくて、回路基板５ｂの下に影になって隠れて見えない方の回路基板５ａにおいて発生するため、半田浮きの発生の有無の確認は、極めて困難となる。

一方、市場からは回路モジュールの更なる薄型化が求められており、複数の回路基板５ａ、５ｂの隙間は更に狭くする必要があり、その結果、上層の回路基板（例えば回路基板５ｂ）の半田付け時に、下層（あるいは内層、例えば回路基板５ａ）に半田浮きが発生しやすくなる。

こうした半田浮きは、鉛フリー半田を、手半田（機械やロボットを使った半田付けも手半田の一種である）で特に発生しやすい。

次に、図１５（Ａ）〜（Ｃ）を用いて、鉛フリー半田を用いた場合に特有的に発生する課題について説明する。図１５（Ａ）〜（Ｃ）は、共に鉛フリー半田に特有的に発生する課題について模式的に説明する断面図である。

図１５（Ａ）は、回路基板５ａのランド（図示していない）との界面に発生した課題を説明する断面図である。図１５（Ａ）において、課題部分１０ａは、半田浮き（あるいは、フィレット剥離、リフトオフ）と呼ばれることもある。

図１５（Ｂ）は、リードフレーム３との界面に発生した課題部分１０ｂを説明する断面図である。図１５（Ｂ）において、課題部分１０ｂは、半田浮き以外に亀裂や割れと呼ばれることもある。

図１５（Ｃ）は、半田付け部の中央付近に発生した課題部分１０ｃを説明する断面図である。図１５（Ｃ）において、課題部分１０ｃは、「引け巣」と呼ばれるものであり、例えばＳｎ−Ａｇ系鉛フリー半田で発生しやすいものであり、鉛フリー半田の凝固過程でＳｎの針状結晶がフィレット表面に露出したり、その界面に隙間が生じる現象である。

図１５（Ａ）〜（Ｃ）に示す回路基板５ａに発生した課題部分１０ａ、１０ｂのような半田浮きや、課題部分１０ｃの引け巣は、上層に設置した回路基板（図示していない）の半田付け時に発生しやすい。

例えば課題部分１０ａ、１０ｂで説明した半田浮きとは、半田フィレットと回路基板のランドとの界面の剥離現象であり、リフトオフまたフィレット剥離とも呼ばれるものであり、鉛フリー半田特有の課題として指摘されている。

そして課題部分１０ａ、１０ｂで説明した半田浮きは、一度半田付けされた部分が、再加熱され、鉛フリー半田が再溶融した場合に発生しやすく、機器の信頼性等に影響を与える課題の１つである。

更に図１５（Ａ）〜（Ｃ）で説明したような、課題部分１０ａ〜１０ｂが発生しやすい第１の回路基板５ａは、第２の基板５ｂに隠れてしまうため、半田浮きや引け巣等の課題部分１０ａ〜１０ｃの発生の有無を光学的（あるいは目視等による検査において）発見することは極めて困難となる。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、非特許文献１が知られている。
特許第３５４７３３３号公報 松下電工技報（Ｆｅｂ．２００３）の第２３頁〜第２９頁

しかし図１５（Ａ）〜（Ｃ）で示したように、放熱基板の上に、複数の回路基板を積層し、互いに電気接続する場合、上層の回路基板５ｂの半田付け時に、半田付け済みの下層の回路基板５ａにおいて、半田８の再熔解（あるいは凝固等）による半田浮き等の課題が発生する可能性があった。

そこで本発明は、上記課題を解決するために、金属板と、この上に設けたシート状の熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層と、この伝熱層に固着したリードフレームと、このリードフレームの一部を前記伝熱層から略垂直に折り曲げてなる複数本の接続端子と、を有する放熱基板と、前記放熱基板に、略平行に設置し、前記接続端子の一本以上で接続した第１の回路基板と、前記放熱基板と、前記第１の回路基板との間に設置し、前記接続端子の残りの１本以上で接続した第２の回路基板と、からなる回路モジュールであって、前記第２の回路基板と、前記第１の回路基板との間を、治具取付部を有する基板間接続端子を鉛フリー半田で実装することで接続し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、複数の回路基板間の接続を、治具取付部を有する基板間接続端子で接続することで、上層部の回路基板の半田付け時に、半田付け済みの下層部の回路基板の半田付け部分の鉛フリー半田が再熔解することがなく、下層部の回路基板等に半田浮き等の課題が発生しない。

このように半田浮き等の課題が発生する可能性のある工程において、基板間接続端子の治具取付部に放熱用の治具を取り付け、この状態で上層部の回路基板の半田付けを行うことで、下層部の回路基板部分等での半田浮きの発生を防止する。

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として、半田浮きの発生を抑制した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は、治具取付部を有する基板間接続端子に、治具を取り付けることで放熱する様子を説明する斜視図である。

図１において、１０１は基板間接続端子、１０２は矢印、１０３は治具、１０４は点線である。点線１０４は、例えば影の部分を示す。

図１において、基板間接続端子１０１は、複数個を並べているが、これは治具１０３を用いることで複数個の基板間接続端子１０１に対しても、１つの治具１０３で対応できることを示す。

図１において、基板間接続端子１０１の中央部付近には、治具１０３を取り付ける（あるいは、はめ込む、あるいは密着させる）治具取付部（なお後述する図２では、治具取付部１０６として説明する）を設けている。

図１に示すように、基板間接続端子１０１の治具取付部に、治具１０３（治具は、金属等の熱伝導性の高い材料で作成する。これは基板間接続端子１０１に伝わった熱を放熱するためである）をセット（あるいは密着）する。

図１における矢印１０２は、基板間接続端子１０１に伝わった熱（例えば、上側の回路基板の半田付け時の熱。なお上側の回路基板等は図示していない）を示している。熱は、基板間接続端子１０１を矢印１０２に示すように広がった後、治具１０３に伝わり、矢印１０２に示すように治具１０３の中を拡散する。この結果、基板間接続端子１０１全体が加熱されることを防止する。

図２は、治具取付部を有する基板間接続端子１０１を、回路基板に挿入する様子を示す斜視図である。

図２において、１０５は孔であり、下側の回路基板（図示していない）に、基板間接続端子１０１の挿入用に形成したものである。１０６は治具取付部である。

図２の矢印１０２に示すように、基板間接続端子１０１を、孔１０５に挿入する際にも、治具取付部１０６に治具１０３（治具１０３は、図２において図示していない）をセット（あるいは仮固定、あるいは一時的に固定しても良い）することで、その挿入性を高められる。このように、治具取付部１０６を有する基板間接続端子１０１に、必要に応じて（例えば、孔１０５等への挿入性を高めるため、あるいは半田浮き等の課題発生を防止するため等の、色々な用途に応じて、それぞれ専用のあるいは兼用の）治具１０３を使うことができる。

図３は、シャーシに取り付けた回路モジュールについて説明する断面図である。図３において、１０７はシャーシであり、シャーシ１０７は筐体等も含む。１０８は回路モジュールであり、回路モジュール１０８をネジ等（図示していない）でシャーシ１０７に固定することで、回路モジュール１０８に発生した熱をシャーシ１０７等に放熱する。

１０９は金属板、１１０は伝熱層、１１１ａ、１１１ｂは接続端子であり、シート状の伝熱層１１０に埋め込んだリードフレーム（図示していない）の一部を、伝熱層１１０から略垂直に折り曲げたものである。

１１２は第１の回路基板、１１３は第２の回路基板である。なお第１、第２の回路基板１１２、１１３としては、市販のガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸してなるプリント配線板を用いることができる。１１４は鉛フリー半田、１１５は異形部品、１１６は開口部である。

図３において、基板間接続端子１０１の一部以上には治具取付部１０６を設けることで、例えば図１の基板間接続端子１０１のＵ字部分、あるいは後述する図８に示すＵ字部分）を設けることで、予め第２の回路基板１１３に基板間接続端子１０１の一端を鉛フリー半田１１４によって固定した後であっても、この基板間接続端子１０１の残りの一端を第１の回路基板１１２に半田付けすることができる。これは基板間接続端子１０１に設けた治具取付部１０６によって、放熱用の治具１０３（図示していない）を一時的に取り付けることができ、半田浮きを発生させるだけの熱量が伝わらないためである。

また接続端子１１１ａは第１の回路基板１１２に接続され、接続端子１１１ｂは第２の回路基板１１３にと、別々に接続されている。そして同じ１本の接続端子１１１ａ、１１１ｂによって、上下に隣接した第１の回路基板１１２と第２の回路基板１１３との間を電気的に接続することは無い。これは半田浮き（例えば図１５（Ａ）〜（Ｃ））を防ぐためである。なお上下に隣接していない（例えば基板の右端と左端のように離れた部分であれば）第１、第２の回路基板１１２、１１３同士を接続しても、半田浮き等の課題は発生しない。これは途中に形成した伝熱層１１０等によって半田付け時の熱を放熱できるからである。

なお異形部品１１５は、例えばトランスやチョークコイル等である。例えば第１の回路基板１１２に点線１０４で示すような開口部１１６を設けることで、異形部品１１５の低背化実装を実現する。

また図１に示す回路モジュール１０８では、一枚の大きな回路基板の代わりに、第１、第２の回路基板１１２、１１３等のように複数枚の回路基板を厚み方向に基板間接続端子１０１を用いて、積層、接続している。これは図１に示すように、複数枚の回路基板を厚み方向に、基板間接続端子１０１を用いて積層、接続することで回路モジュール１０８の小型化やノイズ対策を行うためである。

そして図１に示すように第１や第２の回路基板１１２、１１３に実装した各種電子部品（例えば、信号処理用の半導体素子やチップ部品等。共に図１において図示していない）の実装位置を最適化する。例えばＥＳＬ（等価直列インダクタンス）が課題となる電子部品の場合、第２の回路基板１１３側に実装することで、第１の回路基板１１２に実装した場合に比べ、低インダクタンスが得られるため、動作の安定化（例えば、電気信号の綺麗さ）が可能となる。

また温度上昇が課題となる電子部品等は、第１の回路基板１１２側に実装することで、伝熱層１１０上のリードフレームに直接固定した発熱部品（図示していない）からの熱的影響を抑えられる。また第２の回路基板１１３を、一種のノイズ遮断壁として用いることで、第１の回路基板１１２に対するノイズの影響を抑える。

以上のように、金属板１０９と、この金属板１０９上に設けたシート状の熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層１１０と、この伝熱層１１０に固着したリードフレーム（図示していない）と、このリードフレームの一部を前記伝熱層１１０から略垂直に折り曲げてなる複数本の接続端子１１１ａ、１１１ｂと、を有する放熱基板（例えば後述する図８における放熱基板１１７）と、前記放熱基板に、略平行に設置し、前記接続端子１１１ａの一部（例えば１本以上）で接続した第１の回路基板１１２と、前記放熱基板と、前記第１の回路基板１１２との間に設置し、接続端子１１１ｂ（例えば、第１の回路基板１１２には接続していない接続端子１１１ｂ）で接続した第２の回路基板１１３と、からなる回路モジュール１０８であって、前記第２の回路基板１１３と、前記第１の回路基板１１２との間は、治具取付部１０６を有する基板間接続端子１０１を鉛フリー半田１１４で実装することで接続している回路モジュール１０８とすることで、半田浮き等の発生を抑制できる信頼性の高い回路モジュール１０８を提供する。

このように図１では、第１の回路基板１１２（例えば、表層側となって外部に露出する回路基板）と、第２の回路基板１１３（例えば、内層側となって影に隠れる回路基板）との間を、その一部に放熱構造を有する基板間接続端子１０１を用いることによって、第１の回路基板１１２の半田付けの熱は、基板間接続端子１０１に設けた治具取付部１０６（更には治具取付部１０６に、一時的に取り付けた治具１０３）によって放熱（あるいは温度低下）することができ、第２の回路基板１１３における鉛フリー半田１１４を再熔解することがなく、半田浮きの発生を防止する。この結果、第１の回路基板１１２と第２の回路基板１１３との間の距離を更に狭めることができ、回路モジュール１０８の小型化、薄型化、低背化を実現する。

（実施の形態２）
実施の形態２では、図４〜図９を用いて、実施の形態１で説明した回路モジュール１０８の組立方法の一例を説明すると共に、基板間接続端子１０１を用いることで、半田の再熔解による半田浮き（あるいは半田割れ）の防止メカニズムについて説明する。

図４は、放熱基板をネジ等によって、シャーシ１０７に取り付ける様子を説明する断面図である。図４において、１１７は放熱基板、１１８はネジである。

図４において、放熱基板１１７は、金属板１０９と、この金属板１０９上に設けたシート状の熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層１１０と、この伝熱層１１０に埋め込んだリードフレーム（図示していない）と、このリードフレームの一部を前記伝熱層１１０から略垂直に折り曲げてなる接続端子１１１ａ、１１１ｂとから構成している。

そしてこの放熱基板１１７の表面に、異形部品１１５やパワー半導体等の発熱部品（図示していない）を実装する。その後、図４の矢印１０２に示すように、ネジ１１８等を用いてシャーシ１０７等に固定する。なお図２において、金属板１０９やシャーシ１０７に、ネジ１１８の挿入用の孔等は図示していない。

なお図４において、ネジ１１８は、放熱基板１１７側から挿入するように図示しているが、挿入方向はこれに限定する必要は無く、図４の矢印１０２の逆方向（シャーシ１０７側から）、ネジ１１８を挿入しても良い。

図５は、シャーシ１０７の上に取り付けた放熱基板１１７について説明する断面図である。図５において、取付用のネジ１１８等は図示していない。

図５に示すように、接続端子１１１ａ、１１１ｂに第２の回路基板１１３をセットする（なお第２の回路基板１１３における孔１０５は、接続端子１１１ａ、１１１ｂ等を挿入する貫通孔である）。図５の点線１０４は第２の回路基板１１３のセット位置を示すものであり、第２の回路基板１１３を、矢印１０２に示すように挿入した後、これらを鉛フリー半田１１４によって半田付けする。

なお図５において接続端子１１１ａの上に、基板間接続端子１０１を実装していない第２の回路基板１１３をセットした後、基板間接続端子１０１を第２の回路基板１１３に挿入し、鉛フリー半田１１４で実装しても良い。この場合、鉛フリー半田１１４による半田付け面が表面に露出するため、第２の回路基板１１３と接続端子１１１ｂとの鉛フリー半田１１４での半田付け工程で同時に行うことができる。またこの逆でも良い。

図６は、放熱基板１１７の上に第２の回路基板１１３を鉛フリー半田１１４で固定した後の様子を説明する断面図である。図６において、第２の回路基板１１３と、接続端子１１１ｂとは鉛フリー半田１１４によって接続している。その後、第１の回路基板１１２を、矢印１０２に示すように、放熱基板１１７にセットし、半田付けする。

図７は、放熱基板１１７の上に、第２の回路基板１１３を鉛フリー半田１１４で実装した上に、第１の回路基板１１２をセットした様子を説明する断面図である。図７において、接続端子１１１ａや基板間接続端子１０１は、第２の回路基板１１３に設けた貫通孔（図示していない）に挿入している。その後、これらを互いに鉛フリー半田１１４で接続することで、図３の状態となる。なお基板間接続端子１０１には、治具取付部１０６（後述する図１１等で、治具取付部１０６について詳しく説明する）を設けているため、基板間接続端子１０１と第２の回路基板１１３とを半田付けする場合であっても、この半田付けの加熱温度によって、第２の回路基板１１３と基板間接続端子１０１との間を接続する鉛フリー半田１１４は再熔解しないため、半田浮き等は発生しない。

次に図８（Ａ）（Ｂ）、図９（Ａ）（Ｂ）を用いて、放熱基板１１７の製造方法の一例について説明する。

図８（Ａ）（Ｂ）は、共に放熱基板１１７の製造方法の一例について説明する断面図である。

図８（Ａ）（Ｂ）において、１１９はリードフレーム、１２０は伝熱材である。

リードフレーム１１９としては、銅やアルミニウムのような熱伝導性の高い導電性部材（例えば金属板等）を用いることが望ましい。またリードフレーム１１９の厚みは０．２ｍｍ以上（望ましくは０．３ｍｍ以上）が望ましい。リードフレーム１１９の厚みが０．２ｍｍ未満の場合、接続端子１１１ａ、１１１ｂ等の強度が低下し、作業中に曲がったり変形したりする可能性がある。

またリードフレーム１１９の厚みは、５．０ｍｍ以下（望ましくは３．０ｍｍ以下）が望ましい。リードフレーム１１９の厚みが５．０ｍｍを超えた場合、リードフレーム１１９のファインパターン化に影響を与える可能性がある。

なおリードフレーム１１９の一部以上を、伝熱層１１０に埋め込むことで、肉厚の（例えば、０．２ｍｍ以上、望ましくは０．３ｍｍ以上）リードフレーム１１９を用いた場合でも、その厚みが放熱基板１１７の表面に段差として表れない。

このように表面の段差発生を防止することによって、表面実装部品の半田付け性を高められる。また段差によって起因する半田内部等の応力発生を抑えることも期待できる。

また表面の段差発生を防止することによって、リードフレーム１１９の上へのソルダーレジスト（図示していない）の印刷性を高める（なおソルダーレジストの形成の有無は用途に応じて選択することができる。そのため用途に応じてはソルダーレジストの形成を不要としても良い）。

次に伝熱材１２０について説明する。伝熱材１２０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１１０の厚みが厚くなり熱拡散性に影響を与える）。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、これら伝熱層１１０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んでいるものが望ましい。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。

なおアルミナ粉等の無機フィラーの粒径や、熱硬化性樹脂はこれらに限定する必要は無く、熱伝導性の高いものを選べば良い。

まず図８（Ａ）に示すように、金属板１０９の上に、伝熱材１２０と、リードフレーム１１９をセットし、プレスや金型（共に図示していない）を用いて、矢印１０２に示すように、これらを加圧加熱し、一体化する。こうして伝熱材１２０を、シート状の伝熱層１１０とする。

こうして図８（Ｂ）に示すように、金属板１０９と、この金属板１０９の上に設けたシート状の熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層１１０と、この伝熱層１１０に固定したリードフレーム１１９と、からなる放熱基板１１７を用意する。

図９（Ａ）（Ｂ）は、共にリードフレーム１１９の一部を、伝熱層１１０から折り曲げて、接続端子１１１とする様子を説明する断面図である。

図９（Ａ）に示すように、リードフレーム１１９の一部を、伝熱層１１０から略垂直になるように折り曲げ、接続端子１１１とする。この場合、必要に応じて一部のリードフレーム１１９を伝熱層１１０から引き剥がして接続端子１１１とすることで、金属板１０９と接続端子１１１との間の沿面距離（図９（Ａ）では、開口部１１６として図示）を確保する。特に一次側回路にはこうした沿面距離の確保が効果的となる。

こうして図９（Ｂ）に示すような、放熱基板１１７を作成する。なお図９（Ｂ）における点線１０４は、各々の接続端子１１１ａ、１１１ｂ（図示していない）の挿入／固定用に設けた段差の位置を示すものであり、この段差によって、この上に固定する第１、第２の回路基板１１２、１１３（図示していない）を区別する。なお同じ１つの接続端子１１１ａを共通的に用いて、上下に隣接した状態の第１の回路基板１１２と第２の回路基板１１３とを接続することは望ましくない。これは図１４（Ａ）（Ｂ）の点線９や図１４（Ａ）（Ｂ）で示したような半田浮き等の課題（例えば、図１５（Ａ）〜（Ｃ）で説明した課題箇所１０ａ〜１０ｃ等）が発生する可能性が考えられるためである。

こうした場合、図１や図３等に示すように、第１の回路基板１１２と第２の回路基板１１３との間は、治具取付部１０６を有する基板間接続端子１０１で接続することが望ましい。これは基板間接続端子１０１に設けた治具取付部１０６に、放熱用の治具１０３等を一時的に取り付けることで、先に半田付けした部分が、後の半田付け工程で再熔解しないためである。

（実施の形態３）
実施の形態３では、基板間接続端子１０１の一例について説明する。図１０（Ａ）（Ｂ）は、共に基板間接続端子１０１の断面図の一例を示す。図１０（Ａ）（Ｂ）において、１２１ａ、１２１ｂは共に挿入部であり、回路基板１１２、１１３へ鉛フリー半田１１４によって半田付けする部分（あるいは実装部）に相当する。このように回路基板１１２、１１３に、基板間接続端子１０１の一部を挿入することで、回路基板１１２、１１３への外力の影響（例えば、表面の銅箔の剥がれ防止）等を抑える。治具取付部１０６は、治具１０３等を一時的に取り付けるようにした構造部である。

図１０（Ａ）は、基板間接続端子１０１を構成する金属片の一部をＵ字型（あるいはＵ字が横に寝た形）としたもの、図１０（Ｂ）は、基板間接続端子１０１を構成する金属片の一部にスリットを入れて、そのスリットの両側を開いたもの（例えば、漢字の「人の字」としたもの）である。

図１０（Ａ）（Ｂ）において、矢印１０２ａは、基板間接続端子１０１（例えば、治具取付部１０６）が弾性変形可能なことを、矢印１０２ｂは基板間接続端子１０１（例えば、治具取付部１０６や、治具取付部１０６に取り付けた治具１０３）が放熱（空冷、熱輻射等も含む）する様子を示す。

なお図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、基板間接続端子１０１の一部以上に弾性構造を有していることが望ましい。例えば図１０（Ａ）（Ｂ）において、治具取付部１０６は、Ｕ字型（あるいは人の字型）とすることで、弾性構造を有している。こうして、複数の回路基板１１２、１１３の間の応力（例えば、回路基板１１２、１１３同士の歪みや平行度のバラツキによる応力発生）を吸収する。また治具１０３の取り付け性（寸法バラツキ等の吸収も含む）を改善する。

なお図１０（Ａ）（Ｂ）において、挿入部１２１ａ、１２１ｂは、下層側の回路基板（例えば、図１の第２の回路基板１１３）や、上層側の回路基板（例えば、図１の第１の回路基板１１２）に形成した孔への挿入部分としても良い。こうすることで、基板間接続端子１０１の位置決め精度を高める。

なお基板間接続端子１０１に、リン青銅等の弾性を有する金属バネ材（あるいは接点材料、あるいは金属薄板等）を用いることが望ましい。これは複数の基板間に発生した応力を、基板間接続端子１０１で吸収することができ、基板間接続端子１０１と第１、第２の回路基板１１２、１１３との間の鉛フリー半田１１４部分に発生する応力を低減するためである。

なお基板間接続端子１０１の弾性が低すぎると、回路基板１１２、１１３への挿入性等に影響を与えることがある。またこの弾性が高すぎると、回路基板１１２、１１３への応力発生の原因になる可能性がある。発明者らの実験では、回路基板１１２、１１３の間隔が３ｍｍの場合、間隔を０．３ｍｍ縮める（つまり間隔の１０％の変形）時における力は、１ｇｆ（１グラムフォース。フォースはｆｏｒｃｅ）以上、２５０ｇｆ以下（望ましくは１００ｇｆ以下）であった。それよりバネが強い場合、回路基板に影響を与える可能性がある。なおバネの強さが１ｇｆ未満の場合、基板間接続端子１０１が変形しやすい場合がある。ここで１ｇｆとは、１ｇの質量の重さを基本とする重量系の力の単位である。

なおこれらバネの強さは、本数や位置等で最適化することができることは言うまでもない。

なお治具１０３は、図１０（Ａ）に示すように治具取付部１０６の内部やその下部に必要に応じて取り付ければ良い。また治具１０３は、図１０（Ｂ）に示すように、治具取付部１０６を挟むように取り付けても良い。

なお治具１０３は、基板間接続端子１０１の、上側の回路基板側（例えば図１０（Ａ）（Ｂ）の挿入部１２１ｂ）から一定距離、遠ざけることが望ましい。これは挿入部１２１ｂの鉛フリー半田１１４での半田付け性に影響を与えないためである。

図１１（Ａ）〜（Ｅ）は、共に基板間接続端子１０１の形状を工夫した様子を示す斜視図である。図１１（Ａ）に示すように、治具取付部１０６を三次元的とし、その上下両端に、幅の異なる挿入部１２１ａ、１２１ｂとしても良い。こうすることで、回路基板１１２、１１３への挿入性を高める。

なお基板間接続端子１０１の上層側の回路基板への挿入部１２１の幅を狭くする、あるいは先端を尖らせる（あるいは丸める）等の加工を行っておくことで、挿入性を高めると共に、挿入部１２１ａと挿入部１２１ｂとの間での熱伝導を抑制する。これは基板間接続端子１０１の一部を、細くすることで熱伝導を妨げられるためである。

図１１（Ｂ）〜（Ｅ）は、共に基板間接続端子１０１が外力（例えば、複数の回路基板１１２、１１３間の捩れ、傾きや角度バラツキ等）を吸収するように変形する様子を説明する斜視図である。図１１（Ｂ）〜（Ｅ）に示す矢印１０２は、回路基板１１２、１１３のズレ等によって発生する外力である。こうした矢印１０２で示す外力に対して、基板間接続端子１０１は、それ自体を変形させることで、吸収することができる。

図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、共に複数の回路基板１１２、１１３のズレ等を示す斜視図である。図１２（Ａ）〜（Ｃ）において、矢印１０２ａは、複数の回路基板１１２、１１３間の捩れ（例えば角度の捩れ）、矢印１０２ｂは、間隔のバラツキ等を示す。こうした寸法バラツキは、点線１０４の場所等に挿入した（一箇所に限定する必要はなく、複数個所に基板間接続端子１０１を実装しても良いことは言うまでもない）基板間接続端子１０１によって、吸収される様子を示す。

次に図１３を用いて、基板間接続端子１０１の治具取付部１０６による半田浮きの低減について説明する。

図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、共に治具取付部１０６を有する基板間接続端子１０１によって、半田浮きの発生を抑制する効果を説明する断面図である。図１３（Ａ）〜（Ｃ）において、矢印１０２ａは、第１、第２の回路基板１１２、１１３のズレ等を弾性的に吸収する様子を示す。特に図１３（Ｂ）に示すように、治具１０３の内部に矢印１０２ａに示すように基板間接続端子１０１の一部が挿入可能とすることで、基板間接続端子１０１による応力吸収の範囲を広げられる。

また図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示す矢印１０２ｂは、半田付けの熱が治具取付部１０６（更には治具取付部１０６に一時的に取り付けた治具１０３）によって放熱（あるいは放冷、冷却も含む）される様子を示す。

また図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示す矢印１０２ｃは、半田付け終了後に治具１０３を取り外す（更には第２の回路基板１１３から取り外す）方向を示す。

図１３（Ａ）（Ｂ）に示すように、治具１０３は複数部分を組み合わせるような構造としても良い。また図１３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、治具１０３の一部で、第２の回路基板１１３を挟む（あるいは第２の回路基板１１３に固定する）ようにしても良い。こうすることで、治具１０３による放熱効果を更に高められ、鉛フリー半田１１４において、半田浮き等の課題発生を抑制する。なお治具１０３による基板間接続端子１０１の位置決め（あるいは整合）効果も得られる。

なお図１３（Ｃ）に示すように、基板間接続端子１０１の挿入部の一端を、折り曲げるようにして、孔１０５の中に挿入し、その一部（発熱部から遠い位置になる部分、あるいは治具取付部１０６から離れた部分）に鉛フリー半田１１４で固定しても良い。こうすることで、発熱部からの距離（更には治具取付部１０６からの距離）を、冷却ゾーンとすることができる。また折り曲げて、孔１０５に挿入することで、基板間接続端子１０１に圧縮応力（第１、第２の回路基板１１２、１１３による押し付け力等）が発生した場合でも、この応力が半田付け部分に伝わりにくくなり、半田付け部分の信頼性を高める。これは押し付け力が、治具取付部１０６によって、直接、第２の回路基板１１３に伝わるためである。

なお図１３（Ａ）〜（Ｃ）において、治具１０３における隙間等は、基板間接続端子１０１のバネ性の許容量に合わせて設計する。また半田付けが終了した後に、治具１０３を基板間接続端子１０１や、回路基板１１２、１１３等から外せば良い。

なお治具取付部１０６の形状は、図１や図１０等に図示したような凸部や凹部、あるいはこれらの組み合わせとする。これはこれら形状の加工性が高いからである。

また治具取付部１０６に取り付ける治具１０３は、金属板（例えば、リン青銅やバネ材としても良い）、あるいは金属棒等としても良い。また治具１０３を放熱性に優れた金属板とし、弾力性（たとえば、バネ性）を持たせることで、基板間接続端子１０１の寸法ズレを吸収できる。

以上のように、基板間接続端子１０１は、その一部以上に治具取付部１０６（あるいは弾性構造とした治具取付部１０６）を有する回路モジュール１０８とすることで、機器の加熱（例えば電源ＯＮ）／冷却時（例えば電源ＯＦＦ）、更には環境温度等に発生する応力歪等を吸収でき、機器の信頼性を高められる。

また基板間接続端子１０１に、板状の金属バネ材、あるいはリン青銅等の材料を、１つ以上用いることで、基板間接続端子１０１の高精度化、高信頼性化が可能となり、回路モジュール１０８の信頼性を高められる。

またリードフレーム１１９は、その一部が外部に露出するように伝熱層１１０に埋め込んでいる回路モジュール１０８とすることで、肉厚のリードフレーム１１９を用いることができる。

またこうした回路モジュール１０８は、例えば金属板１０９と、この上に設けたシート状の熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層１１０と、この伝熱層１１０に固定したリードフレーム１１９と、からなる放熱基板１１７を用意する工程と、前記放熱基板１１７に、略平行に複数の回路基板１１２、１１３を設置する工程と、前記複数の回路基板１１２、１１３の間を１以上の治具取付部１０６を設けた基板間接続端子１０１によって、鉛フリー半田１１４を用いて電気的に接続する（あるいは実装する）工程と、を有する製造方法によって製造することができる。

なお、鉛フリー半田１１４としては、例えばＳｎ−Ａｇ系鉛フリー半田、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系鉛フリー半田、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ系鉛フリー半田等の中から選ぶことができる。また他の鉛フリー半田を用いても良い。これは本願発明によって、半田浮きや引け巣の半田に起因する課題発生を防止できるからである。

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とこれに用いる基板間接続端子によって、放熱基板の高強度化が可能になるため、放熱基板の上に、複数の回路基板を略平行になるように互いに一定距離離しながら積層した場合での、半田浮き等の発生を防止でき、各種機器の小型化、高信頼性化が可能となる。

治具取付部を有する基板間接続端子に、治具を取り付けることで放熱する様子を説明する斜視図 治具取付部を有する基板間接続端子を、回路基板に挿入する様子を示す斜視図 シャーシに取り付けた回路モジュールについて説明する断面図 放熱基板をネジ等によって、シャーシに取り付ける様子を説明する断面図 シャーシの上に取り付けた放熱基板について説明する断面図 放熱基板の上に第２の回路基板を鉛フリー半田で固定した後の様子を説明する断面図 放熱基板の上に、第２の回路基板を鉛フリー半田で実装した上に、第１の回路基板をセットした様子を説明する断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共に放熱基板の製造方法の一例について説明する断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共にリードフレームの一部を、伝熱層から折り曲げて、接続端子とする様子を説明する断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共に基板間接続端子の断面図 （Ａ）〜（Ｅ）は、共に基板間接続端子の形状を工夫した様子を示す斜視図 （Ａ）（Ｂ）は、共に複数の回路基板のズレ等を示す斜視図、（Ｃ）は上面図 （Ａ）〜（Ｃ）は、共に治具取付部を有する基板間接続端子によって、半田浮きの発生を抑制する効果を説明する断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共に従来の回路モジュールの一例について説明する断面図 （Ａ）〜（Ｃ）は、共に鉛フリー半田に特有的に発生する課題について模式的に説明する断面図

符号の説明

１０１ 基板間接続端子
１０２ 矢印
１０３ 治具
１０４ 点線
１０５ 孔
１０６ 治具取付部
１０７ シャーシ
１０８ 回路モジュール
１０９ 金属板
１１０ 伝熱層
１１１ａ、１１１ｂ 接続端子
１１２ 第１の回路基板
１１３ 第２の回路基板
１１４ 鉛フリー半田
１１５ 異形部品
１１６ 開口部
１１７ 放熱基板
１１８ ネジ
１１９ リードフレーム
１２０ 伝熱材
１２１ 挿入部

Claims (5)

1. 金属板と、この上に設けたシート状の熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層と、この伝熱層に固着したリードフレームと、このリードフレームの一部を前記伝熱層から略垂直に折り曲げてなる複数本の接続端子と、を有する放熱基板と、
   前記放熱基板に、略平行に設置し、前記接続端子の一本以上で接続した第１の回路基板と、
   前記放熱基板と、前記第１の回路基板との間に設置し、前記接続端子の残りの１本以上で接続した第２の回路基板と、からなる回路モジュールであって、
   前記第２の回路基板と、前記第１の回路基板との間を、治具取付部を有する基板間接続端子を鉛フリー半田で実装することで接続している回路モジュール。
2. 治具取付部は、弾性構造を有している請求項１記載の回路モジュール。
3. 基板間接続端子に、板状の金属バネ材あるいはリン青銅のいずれか１つ以上を用いている請求項１記載の回路モジュール。
4. リードフレームは、その一部が外部に露出するように伝熱層に埋め込んでいる請求項１記載の回路モジュール。
5. 金属板と、この上に設けたシート状の熱硬化性樹脂と無機フィラーとを含む伝熱層と、この伝熱層に固定したリードフレームと、からなる放熱基板を用意する工程と、
   前記放熱基板に、略平行に複数の回路基板を設置する工程と、
   前記複数の回路基板間を、治具取付部を有する基板間接続端子によって電気的に接続する工程と、
   を有する回路モジュールの製造方法。

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