JP2011165829A

JP2011165829A - 電子部品

Info

Publication number: JP2011165829A
Application number: JP2010025886A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Yashima; 克憲八島; Susumu Inomata; 奨猪又
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-08
Also published as: JP5410320B2

Abstract

【課題】放熱性のさらなる向上がなされた電子部品である。
【解決手段】電子部品は、金属板１と、金属板１の一方の面に積層された絶縁層２と、絶縁層２の上に積層された回路用の導体層３とを有する回路基板４と、金属板１の他方の面に積層されたスペーサ１０と、スペーサ１０の露出面から回路基板４の表面まで貫通した貫通孔６と、貫通孔６に挿入された導電性を有する棒状体７とを有する。棒状体７の一方端が導体層３と電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子回路を有する電子部品に係り、特に、小型化を図った電子部品に関する。

電子機器は、近年の小型化により発熱密度の上昇が著しく、放熱対策が急務である。放熱対策の一つとして金属ベースを用いた回路基板と放熱フィンや冷却ユニットを用いる方法がある（特許文献１及び２）。
しかし、回路基板に電気を供給するためには、電気を供給する回路としてのコネクタ回路が必要であり、小型化の障害となっていた。

特開２００９−７３３１４公報特開２００８−６０２０４公報

本発明の目的は、コネクタ回路を無くして、回路基板の小面積化、すなわち電子部品の小型化がなされた電子部品を提供することにある。

本発明は、金属板と、金属板の一方の面に積層された絶縁層と、絶縁層の上に積層された回路用の導体層とを有する回路基板と、金属板の他方の面に積層されたスペーサと、スペーサの露出面から回路基板の表面まで貫通した貫通孔と、貫通孔に挿入された導電性を有する棒状体とを有し、棒状体の一方端が導体層と電気的に接続され、棒状体の周囲に絶縁材が配置されている電子部品である。

本発明にあっては、金属板とスペーサの間に、放熱部材を積層するのが好ましい。

本発明の電子部品は、コネクタ用の回路がないため回路基板を小型化でき、高出力の電子部品に使用すると、この電子部品も小型化でき、さらに、金属板を用いた回路基板とスペーサを用いることで放熱性に優れた電子部品を提供できる。

本発明に係る電子部品の実施例の断面を示した模式図

１金属板
２絶縁層
３導体層
４回路基板
５絶縁シート
６貫通孔
７棒状体
８ナット
９絶縁材
１０スペーサ

＜金属板＞
本発明に係る金属板の材質としては、鉄、銅、アルミニウム、これらの合金、アルミニウム−炭素合金、アルミニウム−炭化珪素−黒鉛複合体などがある。絶縁層との接着面側にサンドブラスト、エッチング、メッキ処理、カップリング剤処理等の表面処理を行って、絶縁層との密着性を高めたものが好ましい。

金属板の厚みは、０．００５ｍｍ以上６．０ｍｍ以下が好ましい。あまりに薄いと取扱が難しくなる傾向にあり、あまりに厚いと重量とコストの問題から用途範囲が限定される傾向にある。

＜絶縁層＞
本発明に係る絶縁層の材料としては、フェノール樹脂、イミド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等があり、放熱性の改善と耐電圧特性のため、無機フィラーとエポキシ樹脂とエポキシ樹脂の硬化剤を含有するものが好ましい。

エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂がある。より具体的には、ナフタレン型、フェニルメタン型、テトラキスフェノールメタン型、ビフェニル型、及び、ビスフェノールＡアルキレンオキサイド付加物型のエポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型の水素添加エポキシ樹脂、ポリプロピレングリコール型エポキシ樹脂、ポリテトラメチレングリコール型エポキシ樹脂、ポリサルファイド変性エポキシ樹脂等があり、これらを複数組み合わせてもよい。エポキシ樹脂には後述する硬化剤、触媒などを添加するのが好ましいが、不純物の含有量は少ない方がよい。特に不純物としての塩素は、高温高湿下でプリント配線板に電気を印加した際にマイグレーションを起こすため、加水分解性塩素濃度が１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。

絶縁層の厚みは、５０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。あまりに薄いと電気絶縁性が確保できなくなる傾向にあり、あまりに厚いと熱放散性が十分に達成できるが、小型化や薄型化に寄与できなくなる傾向にある。

エポキシ樹脂を絶縁層として硬化させるには、硬化剤や触媒を用いる。硬化剤としては、芳香族アミン系樹脂、酸無水物系樹脂、フェノール系樹脂及びジシアンアミドの単体又は混合体がある。

硬化剤に硬化触媒を併用する場合、硬化触媒としては、イミダゾール化合物、有機リン酸化合物、第三級アミン、第四級アンモニウム等が使用され、いずれか１種類以上を選択することができる。硬化触媒の添加量は、エポキシ樹脂１００質量部に対して０．０１質量部以上５質量部以下が好ましい。

エポキシ樹脂には、熱伝導性を高めるために、無機フィラーを配合するのが好ましい。無機フィラーとしては、電気絶縁性で熱伝導性に優れるものであればよく、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化硼素、酸化マグネシウム、窒化珪素等の単体又は混合体がある。無機フィラーの添加量は、無機フィラー、エポキシ樹脂及び硬化剤の合計に対して６０質量部以上９３質量部以下が好ましい。

本発明の絶縁層には、電子部品自体の反射率を高めるために、白色顔料を配合するのが好ましい。白色顔料としては、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、二酸化チタン、硫酸バリウム、酸化ジルコニウム、水酸化アル、スメクタイトの単体又は混合体がある。絶縁層の反射率を向上させると、発光ダイオード素子などの発光素子を実装する場合、光を効率よく前面に照射させることができる。白色顔料の添加量は、絶縁層全体に対し５体積％以上５０体積％以下が好ましく、更に好ましくは５体積％以上３０体積％以下である。添加量が少ないと反射率向上の効果が発揮し得ない傾向にあり、添加料が多いと白色顔料の十分な分散を得られずに凝集塊を形成するという新たな課題が生じる傾向にある。

絶縁層の反射率及び絶縁信頼性を調整する場合、絶縁層を二層構造とするとよい。二層構造の絶縁層は、内層となる一層目を絶縁性の高い絶縁層、外層となる二層目を反射率の高い絶縁層にするのが好ましい。

本発明の絶縁層には、カップリング剤、分散剤等の各種添加剤、溶剤等の粘度調整助剤などの各種助剤を添加することが好ましい。

＜導体層＞
絶縁層の上に積層された回路用の導体層としては、アルミニウム、鉄、銅、又はこれら金属の合金があり、電気特性から、銅又は銅の合金が好ましい。導体層の表面や背面にサンドブラスト、エッチング、メッキ処理、カップリング剤処理等の表面処理をするのが好ましい。表面処理を行うことによって、表面にあっては酸化防止、絶縁層との接着面側にあっては絶縁層との接着性向上が達成される。

導体層の厚み０．００５ｍｍ以上０．７００ｍｍ以下が好ましく、さらに好ましくは０．０１８ｍｍ以上０．２１０ｍｍ以下である。あまりに薄くなるとＬＥＤモジュール基板として十分な導通回路を確保できなくなる傾向にあり、あまりに厚くなると回路形成の製造プロセス上問題が生じる傾向にある。

＜スペーサ＞
金属板の他方の面に積層されたスペーサは、本発明に係る電子部品を他の部材に固定するための金属板で形成された筐体、金属製の放熱フィン、その内部に冷却液を有する水冷フィンをいう。スペーサの表面には、塗装、サンドブラスト、エッチング、メッキ処理などの表面処理を施すのが好ましい。

スペーサの材質には、熱伝導率に優れるものが好ましく、金属、特に、アルミニウム、真鍮、ステンレスが好ましい。スペーサと棒状体の間は、絶縁材を配置するのが好ましい。

＜貫通孔＞
スペーサの露出面から回路基板の表面まで貫通した貫通孔は、この貫通孔に導電性を有する棒状体を挿入させて、導体層に電気的に接続されることにより、コネクタ回路を不要にするものである。貫通孔は、導体層の形状に併せて複数設けることができる。スペーサ及び金属板等の貫通孔側の面には、絶縁材を配置する必要がある。絶縁材としては、絶縁塗料、絶縁性のある接着剤、絶縁スリーブなどがある。

貫通孔の大きさは、絶縁物が配置でき導電性の棒が挿入できるものであればよく、１ｍｍ以上５ｍｍ以下の穴径が好ましい。あまりに小さいと絶縁物の設置が難しくなる傾向にあり、あまりに大きいといたずらに空間ができ電子部品全体の大きさが必要以上に大きくなる傾向にある。

＜棒状体＞
貫通孔に挿入された導電性を有する棒状体は、一方端が導体層と電気的に接続されているものであればよく、その材質は、金属が好ましく、特にステンレス、チタン、アルミニウム、真鍮、銅が好ましい。棒状体はみだりに電気的に接続していると漏電するので、その周囲に絶縁材が配置されているのが好ましい。

＜放熱部材＞
金属板とスペーサの間に積層した放熱部材は、放熱フィラーを添加した合成樹脂が好ましい。放熱フィラーとしては、電気絶縁性で熱伝導性に優れるものであればよく、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化硼素、酸化マグネシウム、窒化珪素等の単体又は混合体がある。

次に、本発明に係る実施例について、詳細に説明する。

＜実施例１＞
本発明は、図１に示すように、金属板１と、金属板１の一方の面に積層された絶縁層２と、絶縁層２の上に積層された回路用の導体層３とを有する回路基板４と、金属板１の他方の面に積層されたスペーサ１０としての放熱フィンと、スペーサ１０の露出面から回路基板４の表面まで貫通した貫通孔６と、貫通孔６に挿入された導電性を有する棒状体７とを有し、棒状体７の一方端が導体層３と電気的に接続されている電子部品である。

金属板１は、１．０ｍｍのアルミニウムである。
絶縁層２は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製ＥＰ−８２８）に、硬化剤としてのフェノールノボラック（大日本インキ化学工業社製ＴＤ−２１３１）を加え、破砕状粗粒子の酸化アルミニウム（住友化学社製ＡＫＰ３０）と破砕状粗粒子の酸化アルミニウム（昭和電工社製ＡＳ５０）を合わせて絶縁層中５３体積％（球状粗粒子と球状微粒子は質量比が８：２）となるように配合し、絶縁層の厚みが１００μｍになるように積層したものである。

導電層３は、厚さ３５μｍの銅であり、絶縁層２の上に化学エッチング法により回路を形成し、直径３ｍｍの貫通孔６をドリル加工によって形成したものである。
導体層３には、図示外のトランジスタＴＯ２２０をクリーム半田により実装した。
スペーサ１０としてアルミ製の放熱フィンを用いた。

あらかじめスペーサ１０には貫通孔６を設けた。
貫通孔６には、絶縁部材９としてのスリーブを挿入し、棒状体７としてのステンレス製の半ねじの六角ボルトを、貫通孔６に挿入し、ステンレス製のナット８と棒状体７によって回路基板４とスペーサ１０を挟んで固定した。

評価としてトランジスタＴＯ２２０に電圧を印可し、ＴＯ―２２０上面の温度をサーモグラフィーにより測定したところ、測定前の温度に対し電圧印可後の上昇温度は１５℃であった。

＜実施例２＞
実施例１のトランジスタＴＯ２２０を０．２４Ｗ発光ダイオードを直列に１２個乗せた以外は、実施例１と同様にした。実施例１同様に発光ダイオード素子の１個の温度を測定したところ測定前の温度に対し電圧印可後の上昇温度は２０℃であった。

＜実施例３＞
図示は省略するが、実施例３は、実施例１の金属板１とスペーサ１０の間に放熱部材を積層した電子部材である。金属板とスペーサの間に積層した放熱部材は、エポキシ樹脂に放熱フィラーとしての酸化ケイ素、酸化アルミニウムの混合体を配合した。
本実施例の評価を実施例１と同様に行った結果、電圧印可後の上昇温度は１０℃であった。

＜比較例１＞
比較例１の電子部品は、実施例１の電子部品に対して、貫通孔を設けず、導電層３をアルミニウム合金−黒鉛−炭化珪素質複合体にし、電極回路を絶縁層２の上に設け、実施例１のトランジスタＴＯ２２０を０．２４Ｗ発光ダイオードを直列に１２個乗せた以外は実施例１と同様である。電極回路を基板上に設置したため、実施例１と比較し、基板面積が２ｃｍ^２ほど大きくなった。また、発光ダイオード素子の温度は９０℃であり、実施例１より高温になった。

＜比較例２＞
比較例２の電子部品は、スペーサを構成しない以外は、実施例１と同様のものである。スペーサがなかったので、トランジスタＴＯ−２２０の温度が１５０℃以上になった。

Claims

金属板と、金属板の一方の面に積層された絶縁層と、絶縁層の上に積層された回路用の導体層とを有する回路基板と、金属板の他方の面に積層されたスペーサと、スペーサの露出面から回路基板の表面まで貫通した貫通孔と、貫通孔に挿入された導電性を有する棒状体とを有し、棒状体の一方端が導体層と電気的に接続され、棒状体の周囲に絶縁材が配置されている電子部品。
金属板とスペーサの間に、放熱部材を積層した請求項１記載の電子部品。
スペーサと棒状体の間に絶縁材を配置した請求項１又は請求項２記載の電子部品。