JP2018147996A - 制御基板及び制御基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の固定の耐久性を向上させることができる制御基板及び制御基板の製造方法を提供する。【解決手段】制御基板１０は、トランジスタ２０等の電子部品が実装される実装面１１ａ，１１ｂを対向する両面に有するとともに、実装面１１ａ，１１ｂを貫通する貫通孔１４が設けられる基板本体１１と、貫通孔１４に挿入される熱伝導部材１６と、基板本体１１の実装面１１ａ，１１ｂを保護する絶縁部１２とを備えている。そして、トランジスタ２０は、貫通孔１４に対向した状態で、実装面１１ａに対して半田２２によって固定されており、絶縁部１２は、貫通孔１４と、熱伝導部材１６との間の部位である境界部１７を、実装面１１ａ，１１ｂの間を通過不能に塞ぐように設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、制御基板及び制御基板の製造方法に関する。

電子部品が実装された制御基板では、ヒートシンクとの間で放熱経路を確保することによって電子部品の放熱を実現している。多くの場合、ヒートシンクは、制御基板において、電子部品が実装された面の裏面側に設置される。そのため、制御基板においては、当該制御基板を貫通する貫通孔を設けることによってヒートシンクとの間での放熱経路を確保する等の工夫がなされている（例えば、特許文献１）。

特許文献１では、電子部品である電界効果トランジスタが実装されたパワー回路基板において、当該電界効果トランジスタに対向するように貫通孔であるスルーホールが設けられている。このスルーホールには、熱伝導部材としての銅コインが圧入されている。これにより、電界効果トランジスタの熱が銅コインを経由してヒートシンクに伝達され、その後にヒートシンクから外気に放出されるようになっている。

特開２０１０−１９５２１９号公報

上記特許文献１に記載のパワー回路基板では、スルーホールと、スルーホールに圧入された銅コインとの間でいくらかの隙間ができてしまう。この隙間には、パワー回路基板に対して電界効果トランジスタを半田によって固定する際に、当該半田が流れ込んでしまう場合がある。この場合、電界効果トランジスタの固定に必要な量の半田の確保ができなくなり、電界効果トランジスタの固定の耐久性が低下する懸念がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電子部品の固定の耐久性を向上させることができる制御基板及び制御基板の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する制御基板は、電子部品が実装される実装面を対向する両面の少なくとも一方に有するとともに、前記両面を貫通する貫通孔が設けられる基板本体と、前記貫通孔に挿入される熱伝導部材と、前記基板本体の前記実装面の少なくとも一部を保護する絶縁部と、を備え、前記電子部品は、前記貫通孔に対向した状態で、前記実装面に対して半田によって固定されており、前記絶縁部は、前記貫通孔と、前記熱伝導部材との間の部位である境界部を、前記両面の間を通過不能に塞ぐように設けられている。

上記構成によれば、境界部において、基板本体の両面の間が絶縁部によって通過不能に塞がれている。このような絶縁部は、通常、貫通孔に熱伝導部材が挿入された後、実装面に対して電子部品が固定される前に形成されるため、実装面に対して電子部品を半田によって固定する際には、境界部に流れ込む半田の量を抑えることができる。この場合、電子部品の固定に作用する半田の量の減少が抑えられており、電子部品の固定に作用する半田の量が好適に確保される。したがって、電子部品の固定の耐久性を向上させることができる。

具体的には、上記制御基板において、前記絶縁部は、前記電子部品が実装される側の前記実装面側から前記境界部を覆うように設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、電子部品を実装する側の実装面側から境界部の入り口が絶縁部によって覆われることで、基板本体の両面の間が通過不能に塞がれる。これにより、実装面に対して電子部品を固定するための半田が境界部に流れ込むこと自体を抑えることができる。この場合、電子部品の固定に作用する半田の量の減少がより好適に抑えられており、電子部品の固定に作用する半田の量として十分な量の確保が可能になる。

上記課題を解決する制御基板の製造方法は、電子部品が実装される実装面を対向する両面の少なくとも一方に有する基板本体に対して、前記両面を貫通するように貫通孔を形成する第１の工程と、前記貫通孔に熱伝導部材を挿入する第２の工程と、前記基板本体の前記実装面の少なくとも一部を保護するように絶縁部を形成する第３の工程と、前記貫通孔に対向させた状態で、前記実装面に対して前記電子部品を半田によって固定する第４の工程と、を含み、前記第３の工程では、前記貫通孔と、前記熱伝導部材との間の部位である境界部を、前記両面の間を通過不能に塞ぐように前記絶縁部を形成するものである。

上記構成によれば、第３の工程を経ることで、境界部において、基板本体の両面の間を通過不能に塞ぐことができる。すなわち、境界部において、基板本体の両面の間を通過不能に塞ぐことは、基板本体の実装面を保護するように絶縁部を形成する際に同時に実施することができる。これにより、第３の工程を経ることで、第４の工程にて実装面に対して電子部品を固定するための半田が境界部に流れ込む量を抑え、当該電子部品の固定に作用する半田の量の減少を抑えることができる。したがって、工程数を増加させることなく、電子部品の固定に作用する半田の量の好適な確保を可能にし、電子部品の固定の耐久性を向上させた制御基板を製造することができる。

具体的には、上記制御基板の製造方法において、前記第３の工程では、前記電子部品を実装する側の前記実装面側から前記境界部を覆うように前記絶縁部を形成することが好ましい。

上記構成によれば、第３の工程では、電子部品を実装する側の実装面側から境界部の入り口を絶縁部によって覆うことで、基板本体の両面の間を通過不能に塞ぐ。これにより、第３の工程を経ることで、第４の工程にて実装面に対して電子部品を固定するための半田が境界部に流れ込むこと自体を抑え、当該電子部品の固定に作用する半田の量の減少をより好適に抑えることができる。この場合、電子部品の固定に作用する半田の量として十分な量の確保を可能にする。

本発明によれば、電子部品の固定の耐久性を向上させることができる。

制御基板についてその概略構成を示す正面図。 図１の範囲Ａを拡大して示す拡大図。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面構造を示す断面図。 同制御基板の製造方法についてその工程を説明する図。 （ａ），（ｂ）は、同製造方法についてその穴あけ工程を説明する図。 同製造方法についてその銅めっき工程を説明する図。 同製造方法についてそのパターン形成工程と、熱伝導部材挿入工程とを説明する図。 （ａ），（ｂ）は、同製造方法についてそのソルダーレジスト工程を説明する図。 （ａ），（ｂ）は、同製造方法についてそのソルダーレジスト工程を説明する図。 同製造方法についてそのリフロー処理工程を説明する図。

以下、制御基板及び制御基板の製造方法の一実施形態を説明する。
本実施形態の制御基板は、例えば、モータユニットに設置されるものであり、当該モータの回転動作を駆動制御するために用いられる両面基板である。

図１に示すように、制御基板１０は、長辺及び短辺を有する矩形状の基板本体１１を備えている。基板本体１１の厚み方向に対向する両面は、それぞれに電子部品が実装される実装面１１ａ，１１ｂである。実装面１１ａ，１１ｂには、銅箔等で加工された配線パターン１３が設けられている。実装面１１ａ，１１ｂは、樹脂等の液状の絶縁物質が固化したものである絶縁部１２によって保護（レジスト）されている。本実施形態において、絶縁部１２は、所謂、ソルダーレジストのことである。

実装面１１ａには、配線パターン１３が絶縁部１２から露出されている。そして、実装面１１ａには、複数の電界効果トランジスタ（以下「トランジスタ」という）２０や、トランジスタ２０の動作を制御する複数のＣＰＵ２１等、複数の電子部品が実装されている。トランジスタ２０や、ＣＰＵ２１は、実装面１１ａの配線パターン１３上や後述の熱伝導部材１６上に半田２２によって固定されている。なお、実装面１１ａと対向した実装面１１ｂには、コンデンサ等、複数の電子部品が実装されている。

本実施形態の制御基板１０は、モータユニットに設置される際、基板本体１１の実装面１１ｂ側（図１中、紙面裏側）が、アルミ等の金属材料からなるヒートシンク２３と対向するように設置される。ヒートシンク２３は、制御基板１０に実装されたトランジスタ２０等の電子部品から発生する熱を放熱する。

基板本体１１には、実装面１１ａ，１１ｂを貫通する複数の貫通孔（所謂、スルーホール）１４が設けられている。貫通孔１４は、円柱状をなし、配線パターン１３上において、実装面１１ａに固定されたトランジスタ２０に対応する位置に１つずつ設けられている。

図１の範囲Ａを拡大した図２に示すように、トランジスタ２０を取り外した状態において、貫通孔１４は、実装面１１ａ，１１ｂ側の配線パターン１３の部位から続く内周面１４ａの部位が銅めっき部１５によって覆われている。貫通孔１４には、円板状（コイン状）の銅等の金属材料からなる熱伝導部材１６が圧入されている。なお、熱伝導部材１６の外周面１６ａには、径方向外側に向かって突出する複数の突部１６ｂが設けられている。各突部１６ｂは、熱伝導部材１６の外周面１６ａの周方向に沿って等間隔を空けて設けられている。熱伝導部材１６は、各突部１６ｂが設けられた部位を通じた圧入によって固定されている。

より詳しくは、図３に示すように、貫通孔１４の内周面１４ａと、熱伝導部材１６の外周面１６ａとの間の隙間には、実装面１１ａ，１１ｂにそれぞれ連通する入り口１７ａ，１７ｂを有する部位である境界部１７が存在する。本実施形態において、境界部１７は、実装面１１ａ，１１ｂの間を通過不能とされるように、トランジスタ２０が実装される側である実装面１１ａ側から絶縁部１２によって覆われている。すなわち、絶縁部１２は、実装面１１ａ側から境界部１７を覆うように設けられていることによって、実装面１１ａ側の境界部１７の入り口１７ａを塞ぐように構成されている。

そして、実装面１１ａ側には、絶縁部１２から露出された銅めっき部１５の露出部位１５ａ（配線パターン１３）及び熱伝導部材１６に対してトランジスタ２０が半田２２によって固定されている。また、実装面１１ｂ側は、ヒートシンク２３との間が放熱グリス２４によって充填されている。放熱グリス２４は、ヒートシンク２３と、熱伝導部材１６との間を絶縁するとともに、これらの間で熱を伝達する。これにより、トランジスタ２０から発生する熱は、熱伝導部材１６から放熱グリス２４を経由する放熱経路を通じてヒートシンク２３へと伝達される。

以下、制御基板１０の製造方法について説明する。
図４に示すように、厚み方向に対向する両面に配線パターン１３の基となる銅箔１３ａが張られた素材を、所定寸法に切断した基板本体１１を用意し、穴あけ工程、銅めっき工程、パターン形成工程、熱伝導部材挿入工程、ソルダーレジスト工程を経ることで、基板本体１１にトランジスタ２０等の電子部品の実装前の制御基板１０´が完成する。続いて、リフロー処理工程を経ることで、基板本体１１にトランジスタ２０等の電子部品が実装された制御基板１０が完成する。

具体的には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、穴あけ工程では、基板本体１１に対して、その厚み方向からドリル等を用いて、実装面１１ａ，１１ｂを貫通する円柱状の貫通孔１４を形成する。本実施形態において、穴あけ工程は第１の工程の一例である。

続いて、図６に示すように、銅めっき工程では、穴あけ工程で形成された貫通孔１４に対して、その実装面１１ａ，１１ｂの間を電気的に接続するために、実装面１１ａ，１１ｂ側の銅箔１３ａの部位から続く内周面１４ａの銅めっきを行う。これにより、貫通孔１４の内周面１４ａに銅めっき部１５が形成される。

続いて、図７に示すように、パターン形成工程では、基板本体１１の実装面１１ａ，１１ｂに対して、配線パターン１３を形成するように、余分な銅箔１３ａの部位を除去する。

続いて、同図に示すように、熱伝導部材挿入工程では、パターン形成工程で配線パターン１３が形成された基板本体１１の貫通孔１４に対して、熱伝導部材１６（突部１６ｂ）を圧入する。これにより、貫通孔１４の内周面１４ａ（銅めっき部１５）と、熱伝導部材１６の外周面１６ａとの間の隙間には、実装面１１ａ，１１ｂにそれぞれ連通する入り口１７ａ，１７ｂを有する部位である境界部１７が形成される。本実施形態において、熱伝導部材挿入工程は第２の工程の一例である。

続いて、図８（ａ）に示すように、ソルダーレジスト工程では、配線パターン１３のうち露出部位１５ａとなる部位をマスク材３０でマスク（図中、ドットで示す）する。この場合、境界部１７において、実装面１１ａ側の入り口１７ａを避けるとともに、実装面１１ｂ側の入り口１７ｂを塞ぐようにマスクする。

すなわち、図９（ａ）に示すように、図８（ａ）を実装面１１ａ側（紙面上側）から見た場合、境界部１７の周辺には、実装面１１ａ側の入り口１７ａの若干内側において、熱伝導部材１６に対応するマスク部３０ａと、当該入り口１７ａの若干外側において、銅めっき部１５の外郭の若干内側の間に対応するマスク部３０ｂとが形成される。なお、マスク部３０ｂは、マスク部３０ａを囲むように周状に形成されるとともに、周状の途中の一部が遮断されるように形成される。

その後、図８（ｂ）に示すように、ソルダーレジスト工程では、基板本体１１の全体に液状の絶縁物質１２ａを塗布する。これにより、基板本体１１の実装面１１ａ，１１ｂにおいて、マスク材３０（マスク部３０ａ，３０ｂ）以外の部位が絶縁物質１２ａによって覆われる。

この場合、図９（ｂ）に示すように、境界部１７の周辺には、マスク部３０ｂの周状の途中の一部が遮断される部位を通じて、マスク部３０ａと、マスク部３０ｂとの間、すなわち実装面１１ａ側の入り口１７ａを塞ぐように絶縁物質１２ａが流れ込む。

そして、ソルダーレジスト工程では、絶縁物質１２ａが固化した後、マスク材３０（マスク部３０ａ，３０ｂ）を除去することにより、実装面１１ａ，１１ｂを保護するとともに、実装面１１ａ側から境界部１７の入り口１７ａを覆うように絶縁部１２を形成する。これにより、基板本体１１にトランジスタ２０等の電子部品の実装前の制御基板１０´が完成する。本実施形態において、ソルダーレジスト工程は第３の工程の一例である。

続いて、図１０に示すように、リフロー処理工程では、貫通孔１４に対向させた状態で、実装面１１ａに対してトランジスタ２０を半田２２とともに配置（マウント）し、半田２２に熱を加え半田付けする。これにより、基板本体１１にトランジスタ２０等の電子部品が実装された制御基板１０が完成する。本実施形態において、リフロー処理工程は第４の工程の一例である。

以下、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）本実施形態の制御基板１０によれば、境界部１７において、絶縁部１２によって実装面１１ａ側の入り口１７ａが覆われることで、基板本体１１の実装面１１ａ，１１ｂの間が通過不能に塞がれている。このような絶縁部１２は、通常、貫通孔１４が熱伝導部材１６が挿入される熱伝導部材挿入工程後、実装面１１ａ，１１ｂに対してトランジスタ２０等の電子部品が固定されるリフロー処理工程前に形成される。

すなわち、図８（ｂ）に示すように、本実施形態の制御基板１０を製造する際、ソルダーレジスト工程では、境界部１７の入り口１７ａを覆う絶縁部１２が壁となり、基板本体１１の実装面１１ａ，１１ｂの間が通過不能に実装面１１ａ側において塞がれている。

そのため、図１０に示すように、リフロー処理工程では、実装面１１ａに対してトランジスタ２０を半田２２によって固定する際に、境界部１７の入り口１７ａを覆う絶縁部１２が壁となり、トランジスタ２０を固定するための半田２２が境界部１７に流れ込むこと自体を抑えることができる。

この場合、トランジスタ２０の固定に作用する半田２２の量の減少が好適に抑えられており、トランジスタ２０の固定に作用する半田２２の量として十分な量の確保が可能になる。したがって、トランジスタ２０の固定の耐久性を向上させることができる。

（２）本実施形態の制御基板の製造方法によれば、ソルダーレジスト工程を経ることで、境界部１７の実装面１１ａ側の入り口１７ａを絶縁部１２によって覆い、基板本体１１の実装面１１ａ，１１ｂの間を通過不能に塞ぐことができる。すなわち、境界部１７において、基板本体１１の実装面１１ａ，１１ｂの間を通過不能に塞ぐことは、基板本体１１の実装面１１ａ，１１ｂを保護するように絶縁部１２を形成する際、すなわちソルダーレジスト工程で同時に実施することができる。これにより、ソルダーレジスト工程を経ることで、リフロー処理工程にて実装面１１ａに対してトランジスタ２０を固定するための半田２２が境界部１７に流れ込むこと自体を抑え、当該トランジスタ２０の固定に作用する半田２２の量の減少を好適に抑えることができる。したがって、工程数を増加させることなく、トランジスタ２０の固定に作用する半田２２の量として十分な量の確保を可能にし、トランジスタ２０の固定の耐久性を向上させた本実施形態の制御基板１０を製造することができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・境界部１７は、実装面１１ａ側の入り口１７ａが塞がれる替わりに、トランジスタ２０が実装される側と反対側である実装面１１ｂ側の入り口１７ｂが塞がれるように、実装面１１ｂ側から絶縁部１２によって覆われるようにしてもよい。本変形例によれば、境界部１７において、実装面１１ａ，１１ｂの間が通過不能に塞がれない場合と比較して、トランジスタ２０を半田２２によって固定する際に境界部１７に流れ込む半田２２の量を抑え、トランジスタ２０の固定に作用する半田２２の量の減少が抑えられる。この場合、ソルダーレジスト工程において、境界部１７の周辺には、実装面１１ｂ側に対して、マスク部３０ａ，３０ｂをそれぞれ形成するように方法を変更すればよい。

・境界部１７は、トランジスタ２０が実装される側と、その反対側の入り口１７ａ，１７ｂが共に塞がれるように、実装面１１ａ，１１ｂの量側から絶縁部１２によって覆われるようにしてもよい。本変形例によれば、仮に実装面側１１ａの入り口１７ａの塞ぎが不十分であったとしても、実装面側１１ｂの入り口１７ｂの塞ぎが十分であれば、トランジスタ２０を半田２２によって固定する際に境界部１７に流れ込む半田２２の量を抑えることができるので効果的である。

・制御基板１０を製造する工程では、穴あけ工程、熱伝導部材挿入工程、ソルダーレジスト工程、リフロー処理工程を少なくとも含み、これらが少なくともこの順に設定されていれば、他の工程の順を変更したり他の工程を削除又は追加したりしてもよい。例えば、パターン形成工程は、銅めっき工程の前に変更してもよい。

・上記実施形態は、両面基板に限らず、片面基板や、多層基板の制御基板に適用することもできる。例えば、片面基板の場合、制御基板を製造する工程では、銅めっき工程を削除してもよい。また、多層基板の場合、制御基板を製造する工程では、穴あけ工程の前に、内層の基板のパターン形成工程や、内層の基板を外層の基板で積層するプレス工程等を追加すればよい。

・上記実施形態は、トランジスタ２０に限らず、ＣＰＵ２１を対象に適用することもできるし、他の放熱の必要な電子部品を対象に適用することもできる。
・ソルダーレジスト工程では、液状の絶縁物質１２ａを噴射により基板本体１１に対して付着する方法を採用してもよい。この場合、マスク部３０ｂとしては、その周状の途中の一部が遮断されていなくてもよい。その他、ソルダーレジスト工程では、液状の絶縁物質１２ａを塗布や噴射により基板本体１１の全体に付着させた後、必要な部分のみ固化させて不要な部分を後から除去する方法を採用してもよい。この場合、マスク材３０（マスク部３０ａ，３０ｂ）を用いる必要がなくなる。

・貫通孔１４の形状は、柱状であればよく、円柱状に限らず四角柱状等に変更してもよい。この場合、熱伝導部材１６の形状は、貫通孔１４の形状に合わせて変更すればよい。
・熱伝導部材１６は、貫通孔１４への圧入によって固定されていればよく、例えば、突部１６ｂの替わりに、基板本体１１の内部に埋め込んだ部材を貫通孔１４の内周面から突出させるようにしたりしてもよい。その他、熱伝導部材１６は、締りばめにより貫通孔１４に圧入されていてもよい。この場合であっても、貫通孔１４の内周面１４ａと、熱伝導部材１６の外周面１６ａとの間においては隙間が存在し得るので、上記実施形態を適用することでトランジスタ２０の固定の耐久性を向上させることができる。

・上記実施形態の制御基板１０は、モータユニットに設置される例について説明したが、これに限らず、センサ等、放熱の必要な電子部品が実装された制御基板として用いられるものにおいて適用可能である。

・上記各変形例は、互いに組み合わせて適用してもよく、例えば、ＣＰＵ２１を対象に具体化することと、その他の変形例の構成とは、互いに組み合わせて適用してもよい。

１０…制御基板、１１…基板本体、１１ａ…実装面、１１ｂ…実装面、１２…絶縁部、１４…貫通孔、１６…熱伝導部材、１７…境界部、２０…トランジスタ、２２…半田。

Claims (4)

1. 電子部品が実装される実装面を対向する両面の少なくとも一方に有するとともに、前記両面を貫通する貫通孔が設けられる基板本体と、
   前記貫通孔に挿入される熱伝導部材と、
   前記基板本体の前記実装面の少なくとも一部を保護する絶縁部と、を備え、
   前記電子部品は、前記貫通孔に対向した状態で、前記実装面に対して半田によって固定されており、
   前記絶縁部は、前記貫通孔と、前記熱伝導部材との間の部位である境界部を、前記両面の間を通過不能に塞ぐように設けられている制御基板。
2. 前記絶縁部は、前記電子部品が実装される側の前記実装面側から前記境界部を覆うように設けられている請求項１に記載の制御基板。
3. 電子部品が実装される実装面を対向する両面の少なくとも一方に有する基板本体に対して、前記両面を貫通するように貫通孔を形成する第１の工程と、
   前記貫通孔に熱伝導部材を挿入する第２の工程と、
   前記基板本体の前記実装面の少なくとも一部を保護するように絶縁部を形成する第３の工程と、
   前記貫通孔に対向させた状態で、前記実装面に対して前記電子部品を半田によって固定する第４の工程と、を含み、
   前記第３の工程では、前記貫通孔と、前記熱伝導部材との間の部位である境界部を、前記両面の間を通過不能に塞ぐように前記絶縁部を形成する制御基板の製造方法。
4. 前記第３の工程では、前記電子部品を実装する側の前記実装面側から前記境界部を覆うように前記絶縁部を形成する請求項３に記載の制御基板の製造方法。

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