JP4924045B2

JP4924045B2 - 回路モジュール

Info

Publication number: JP4924045B2
Application number: JP2007005619A
Authority: JP
Inventors: 悦夫辻本; 信之松井; 慎也田中
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-01-15
Filing date: 2007-01-15
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-01-15
Also published as: JP2008172128A

Description

本発明は、電子機器のパワー半導体等を用いた電源回路、駆動回路等に使用され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、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、パワー半導体等を用いた電源回路や駆動回路（例えばプラズマテレビのサステイン回路等）には、更なる小型化が求められている。しかしパワー系電子部品（例えばパワー半導体素子等）は大電流、高発熱を伴うため、大電流、高放熱に対応する熱伝導基板の上に実装する必要がある。こうしたパワー系電子部品に比べ、信号系電子部品（例えば、信号系半導体素子や各種チップ部品等）は、それほど発熱を伴わないため、高密度に実装することができる。そのため従来よりパワー系電子部品を熱伝導基板に実装しこれを熱部品ユニット（例えば後述する図９の熱部品ユニット７）、信号系電子部品は一般的なプリント配線板（例えば後述する図９のプリント配線板８）に実装し、こうして作成した複数の基板間を電気的に接続して、一つの回路モジュールとすることが、特許文献１等で提案されている。次に図９〜図１０を用いて、従来の回路モジュールの一例について説明する。

図９は、従来の回路モジュールを説明する斜視図であり、例えばプラズマディスプレイ装置に使われる回路モジュールの一つである。この回路モジュールは、熱部品ユニットと、その上に複数本のリード線を介して固定されたプリント配線板から構成されている。

図９において、熱部品ユニット７は、金属板４の上に固定した絶縁体５、金属パターン６、リード線１等から形成されている。そして金属パターン６の上には、発熱部品３が端子２を介して半田付けされている。またプリント配線板８の一部には孔９が形成されており、前記リード線１が一括して挿入可能な状態となっている。そしてプリント配線板８の孔９に、熱部品ユニットのリード線１を挿入し一体化して、一つの回路モジュールとなる。

次にこの回路モジュールにおける放熱メカニズムについて、図１０を用いて説明する。

図１０は、従来の回路モジュールの放熱メカニズムを説明する斜視図である。図１０において、回路モジュールは略垂直に立てている。これは、このような回路モジュールが使われる製品（プラズマテレビ又は液晶テレビ等）は、大画面化と薄型化が望まれるため、回路モジュールも床面積を小さくするため、立てて使われるためである。図１０において、矢印１０は、発熱した回路モジュールから熱が空気の流れによって外部へ放出する様子を示す。図１０において、発熱部品３（プリント配線板８の陰になるため見えない）に発生した熱は、矢印１０が示すように、熱部品ユニット７とプリント配線板８で挟まれた空間を、リード線１の隙間を介して外部へランダムな空気の流れとなって放出（あるいは空冷）される。
特開２００６−３０８６２０号公報

しかし図１０に示した構成では、矢印１０が示すように、空冷する空気の流れが一定していないため、空気の流量を増加させることが難しい。その結果、冷却効率が低下する。またファン等を用いて、強制空冷しようとしても、隙間が多い構造のため、空気の流れが前記隙間を介して逃げるため冷却効果が低い。また風量を上げた場合、林立したリード線１が、風切り音等の発生原因となる可能性もある。

そこで本発明は、熱部品ユニットとプリント配線板の隙間を煙突形成体で囲み、一種の煙突構造とするものであり、この煙突構造の内部に実装した発熱部品から発生される熱で、煙突構造の内部の空気を加熱し、比重の小さくなった空気を積極的に上方に移動させ（あるいは上昇気流を発生させ）、そこに発生した吸引力で冷たい空気を引き込み、前記発熱部品を冷却することで、回路モジュールの放熱効果（あるいは冷却効果）を高めることを目的とする。

そしてこの本発明は、上記目的を達成するために、金属板と、この金属板の上に固定されたシート状の伝熱層と、この伝熱層に形成されたリード線とが設けられた熱伝導基板と、前記金属板に平行に配置されるとともに前記リード線に接続されたプリント配線板とを備え、前記熱伝導基板と前記プリント配線板との間で、前記リード線は対向した２つの列状に設けられ、前記列状に設けられた前記リード線の列に並行して２つの煙突形成体が互いに対向して並行配置され、前記熱伝導基板と前記プリント配線板と前記煙突形成体とによって、対向する開口部を有した胴部が設けられた回路モジュールとしたものである。

以上のように本発明によれば、前記熱伝導基板と前記プリント配線板部との間に、対向した２つの列状に設けられたリード線を用いて隙間を形成し、前記リード線は対向した２つの列状に設けられ、前記列状に設けられた前記リード線の列に並行して２つの煙突形成体が互いに対向して並行配置され、前記熱伝導基板と前記プリント配線板と前記煙突形成体とによって、対向する開口部を有した胴部が設けられた回路モジュールとし、前記熱伝導基板と前記プリント配線板との間に挟まれた空間を流れる空気量を、空冷効果によって増加させることができ、さらに胴部の軸方向を選択することで煙突効果により、前記熱伝導基板は前記プリント配線板の表面に実装した電子部品等の冷却効率を高めることができる。その結果、各種回路モジュールや電子機器の小型化、低騒音化を実現する。

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）
以下、本発明の実施の形態における回路モジュールについて、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態における回路モジュールの斜視図である。図１において、１１はリード線、１２は金属板、１３は煙突形成体、１４は伝熱層、１５はプリント配線板、１６は矢印である。図１において、回路モジュールを立てているのは、プラズマテレビ等に組み込まれた回路モジュールにおける煙突効果を説明するためである。

図１において、熱伝導基板（熱伝導基板の詳細は後述する図２〜図８で説明する）と、前記熱伝導基板に固定されたプリント配線板と、リード線とからなる回路モジュールの、前記熱伝導基板側に固定した前記リード線によって、前記プリント配線板と前記熱伝導基板の間の隙間を形成し、前記リード線の内、下方から上方に向けて配置されているリード線に、煙突形成体を設けた回路モジュールを説明するものである。

図１において、金属板１２や伝熱層１４で形成された面と、プリント配線板１５で形成した面と、その隙間を塞ぐ煙突形成体１３によって、一種の煙突構造を形成している。そして本実施の形態における回路モジュールは、その一部分以上を積極的に煙突構造としている。そしてこうして形成した煙突構造によって発熱部品（図示していない）から発生される熱で比重の小さくなった空気を、煙突構造の上方に移動させ（あるいは上昇気流を発生させ）、そこに発生した吸引力で冷たい空気を新しく前記発熱部品に供給し、回路モジュールの放熱効果を高めることとなる。そして伝熱層１４と、プリント配線板１５の間に、煙突形成体１３を形成することで、隙間風を防ぎ、煙突効果を高める。

次に図２から図３を用いて、回路モジュールにおける煙突構造の形成方法の一例について説明する。図２において、１７は熱伝導基板、１８は孔である。

図２は、熱伝導基板１７とプリント配線板１５とを一体化する様子を説明する斜視図である。図２において、熱伝導基板１７は、金属板１２の上に、シート状の伝熱層１４を固定し、前記伝熱層１４には、リードフレームの一部以上を埋め込んだものから構成している（なお図２においてリードフレームは図示していない。図２においては、リードフレームの一部が、伝熱層１４から略垂直に折り曲げられ、リード線１１となった部分だけを図示している。なおリードフレーム等は後述する図４〜図６で説明する）。またプリント配線板１５の所定部分には孔１８が形成されている。そして矢印１６に示すようにして、熱伝導基板１７に形成したリード線１１を、プリント配線板１５に形成した孔１８に差し込む。

図３（Ａ）（Ｂ）は、ともに熱伝導基板１７とプリント配線板１５との間の隙間を塞ぐ様子を説明する斜視図である。図３（Ａ）は、熱伝導基板１７とプリント配線板１５を一体化した様子を示す斜視図であり、例えば図２に示すようにして作成したものである。図３（Ａ）において、熱伝導基板１７とプリント配線板１５は、リード線１１を介して一体化している。次に図３（Ｂ）に示すようにして、熱伝導基板１７とプリント配線板１５の隙間を塞ぐ。図３（Ｂ）は、熱伝導基板１７とプリント配線板１５の隙間を塞ぐ様子を説明する斜視図である。図３（Ｂ）において、煙突形成体１３は、例えば耐熱性のフィルム（例えばポリイミドテープ等）である。こうした煙突形成体１３を、熱伝導基板１７とプリント配線板１５の間に形成することで、煙突構造とする。なお煙突形成体１３は、熱伝導基板１７とプリント配線板１５の左右の隙間を塞ぐように形成する。左右の隙間を塞ぐことで、隙間風を減らせ、煙突効果を高められる。

なお図３（Ｂ）に示すように、煙突形成体１３の形成において、リード線１１を利用（例えばリード線１１に煙突形成体１３を構成する部材を固定する）することで、煙突構造の構造を安定化できる。

次に、図４〜図６を用いて、熱伝導基板の製造方法の一例について説明する。

図４（Ａ）（Ｂ）は、熱伝導基板の製造方法を説明する断面図である。図４（Ａ）（Ｂ）において、１９はプレス、２０はフィルムであり、汚れ防止用のものである。２１はリードフレームであり、銅板等を配線形状にプレス等で加工したものである。まず図４（Ａ）に示すように、プレス１９に、金属板１２や、伝熱層１４、リードフレーム２１や汚れ防止用のフィルム２０をセットする。なお図４（Ａ）（Ｂ）において、プレス１９にセットする金型等は図示していない。

図４（Ａ）に示すように、伝熱層１４や金属板１２を、プレス１９を用いて矢印１６の方向にプレスし積層、一体化する。ここで伝熱層１４とは、後述する伝熱材料を例えばシート状に予備成形したものである。なお図４（Ａ）において、伝熱層１４は、プレス時に空気を抜けやすくするために、中央部を僅かに凸状としても良い。

図４（Ｂ）は、プレスが終了した後の様子を説明する断面図である。図４（Ｂ）に示すように、フィルム２０を用いることで、プレス１９や金型（図示していない）の表面に、伝熱層１４が汚れとして付着しない。またフィルム２０をプレス１９や金型と、リードフレーム２１との間の緩衝材（あるいは、パッキング、あるいはシール材）とすることで、リードフレーム２１の表面への、伝熱層１４の回り込みを防止したり、プレス圧力を高めることができる。その結果、複数本のリードフレーム２１まで伝熱層１４を回り込ませる。こうして伝熱層１４に、リードフレーム２１の一部以上を埋め込む。こうすることで、部品の実装性を高め、ソルダーレジスト等の形成性を高める。なお図４（Ａ）（Ｂ）において、伝熱層１４等をプレス時に加熱することで、伝熱層１４を軟化でき、金属板１２との密着効果を高めている。

そして図４（Ｂ）に示すように、所定形状に成形した後、フィルム２０を、伝熱層１４の表面から引き剥がす。そして金属板１２の上に、リードフレーム２１を埋め込んで一体化した伝熱層１４を、加熱装置の中で加熱し、硬化させ、熱伝導基板１７とする。なおフィルム２０を剥離した状態で、伝熱層１４を熱硬化させることで、フィルム２０の熱収縮（シワ発生）が、伝熱層１４の硬化に影響を与えなくできる。

ここでシート状の伝熱層１４としては、熱硬化性樹脂とフィラーとからなる伝熱性のコンポジット材料を用いることができる。例えば無機フィラー７０重量％以上９５重量％以下と、熱硬化性樹脂５重量％以上３０重量％以下から部材が望ましい。ここで無機フィラーは略球形状で、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り、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％と高濃度に充填している。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できるものである。この結果、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もよい。

なお無機フィラーを用いると、放熱性を高められるが、特に酸化マグネシウムを用いると線熱膨張係数を大きくできる。また酸化ケイ素を用いると誘電率を小さくでき、窒化ホウ素を用いると線熱膨張係数を小さくできる。こうして伝熱層１４としての熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のものを形成することができる。なお熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の場合、熱伝導基板の放熱性に影響を与える。また熱伝導率を２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）より高くしようとした場合、フィラー量を増やす必要があり、プレス時の加工性に影響を与える場合がある。

なお熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂およびシアネート樹脂の内、少なくとも１種類の樹脂を含んでいる。これらの樹脂は耐熱性や電気絶縁性に優れている。伝熱層１４の厚みは、薄くすれば、リードフレーム２１の熱を金属板１２に伝えやすいが、逆に絶縁耐圧が問題となる。また伝熱層１４の厚みが厚すぎると、熱抵抗が大きくなるので、絶縁耐圧と熱抵抗を考慮して最適な厚さである５０μｍ以上１０００μｍ以下に設定すれば良い。

なお伝熱層１４としては、また無機フィラーと樹脂（熱硬化性樹脂、あるいは熱軟化性樹脂）からなる、キャスティング法等で作成した熱伝導性のシート材を用いることもできる。

次に図５を用いて、熱伝導基板１７上への電子部品の実装方法について説明する。図５（Ａ）（Ｂ）は、ともに熱伝導基板１７上への電子部品の実装方法について説明する断面図である。図５（Ａ）（Ｂ）において、２２は電子部品であり、例えば、パワー系の半導体等の発熱部品である。また２３は点線である。図５（Ａ）の矢印１６ａが示すように、電子部品２２をリードフレーム２１の上に実装する。なお図５（Ａ）（Ｂ）において、リードフレーム２１の上に形成したソルダーレジスト等は図示していない。その後、図５（Ｂ）の矢印１６ｂが示すように、リードフレーム２１の一部（例えば点線２３で図示した部分）を、伝熱層１４から剥離し、略垂直に折り曲げ、リード線１１とする。こうして作成した熱伝導基板１７の上に、電子部品２２等を実装する。

このように、リードフレーム２１の一部を、リード線１１とすることで、リード線１１とリードフレーム２１を一体化することができ、リードフレーム２１とリード線１１の接続箇所を減らすことができる。またリード線１１と伝熱樹脂１４との接続強度を高めたり、電子部品２２の実装時にリード線１１が邪魔になりにくいという効果が得られる。

なおリードフレーム２１の電子部品２２等の実装面に、予め半田付け性を改善するように半田層や錫層を形成しておくことも有用である。なおリードフレーム２１の伝熱層１４に接する面には、半田層は形成しないことが望ましい。このように伝熱層１４と接する面に半田層や錫層を形成すると、半田付け時にこの層が柔らかくなり、リードフレーム２１と、伝熱層１４との接着性（もしくは結合強度）に影響を与える場合がある。

また金属板１２は、熱伝導の良いアルミニウム、銅またはそれらを主成分とする合金からできている。特に本実施の形態では、金属板１２の厚みを１ｍｍ（望ましくは０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の厚み）としているが、その厚みは製品仕様に応じて設計できる（なお金属板１２の厚みが０．１ｍｍ以下の場合、放熱性や強度的に不足する可能性がある。また金属板１２の厚みが５０ｍｍを超えると、重量面で不利になる）。金属板１２としては、単なる板状のものだけでなく、より放熱性を高めるため、伝熱層１４を積層した面とは反対側の面に、表面積を広げるためにフィン部（あるいは凹凸部）を形成しても良い。全膨張係数は８〜２０ｐｐｍ／℃としており、本発明の熱伝導基板や、これを用いた電源ユニット全体の反りや歪みを小さくできる。またこれらの部品を表面実装する際、互いに熱膨張係数をマッチングさせることは信頼性的にも重要となる。

次に図６を用いて、熱伝導基板１７と、プリント配線板１５を積層、一体化する様子を説明する。図６（Ａ）（Ｂ）は、熱伝導基板１７と、プリント配線板１５を、リード線１１を介して積層、一体化する様子を説明する断面図である。図６（Ａ）において、熱伝導基板１７は、金属板１２とその上に固定した伝熱層１４や伝熱層１４に一部以上を埋め込んだリードフレーム２１から構成している。またリードフレーム２１の一部を略垂直に折り曲げ、リード線１１としている。またプリント配線板１５の所定位置には、孔１８を形成している。なおプリント配線板１５において、その表面や内部に形成した配線パターンやスルーホール、ソルダーレジスト、実装した各種電子部品等は図示していない。

まず図６（Ａ）の矢印１６ａに示すように、リード線１１に、プリント配線板１５の孔１８を差し込み、半田等で固定、一体化しモジュールを構成する。図６（Ｂ）はこうして作成したモジュールの断面図である。そして図６（Ｂ）に示すように、所定の絶縁部材を用いて作成した煙突形成体１３を矢印１６ｂに示すようにセットし、熱伝導基板１７とプリント配線板１５の隙間を塞ぎ、煙突構造を形成する。そしてこのモジュールを縦向きにセットすることで、図１に示した煙突効果を活用する。

図７は、熱伝導基板１７と、プリント配線板１５を一体化し、回路モジュールを構成する様子を示す斜視図である。図７において、２４は端子であり、電子部品２２の実装用の端子（あるいは外部端子）に相当する。図７に示すように、熱伝導基板１７の表面には、シート状の伝熱層１４を固定し、伝熱層１４には、リードフレーム２１の一部以上を埋め込んでいる。そして熱伝導基板１７側にリード線１１を複数本固定している。なおリード線１１は、図７に示すように、略平行に複数列に形成したものとすることができる。例えば、熱伝導基板１７の左右にリード線１１を形成し、このリード線１１に煙突形成体１３（図示していない）を設けることで、煙突構造とする。なおリードフレーム２１の一部を略垂直に折り曲げ、リード線１１とすることも可能である。また電子部品２２は、端子２４を介して、リードフレーム２１に実装している。なお図７において、ソルダーレジストや半田は図示していない。またプリント配線板１５の配線パターンやソルダーレジスト、その表面に実装した電子部品等も図示していない。また矢印１６は、リード線１１に、プリント配線板１５の孔１８を挿入する様子を示すものである。

次に、煙突形成体１３について、図８を用いて説明する。図８は、煙突形成体１３を介して熱伝導基板１７と、プリント配線板１５を一体化する様子を示す斜視図である。図８において、煙突形成体１３には孔１８を形成している。熱伝導基板１７に形成したリード線１１を、煙突形成体１３に形成した孔１８に挿入することで、リード線１１のバラツキ（例えば、傾き等のバラツキ）を抑えることができ、複数個のリード線１１を一括して、孔１８に挿入しやすくできる。なお図８における矢印１６は、煙突形成体１３や、プリント配線板１５の挿入方向を示すものである。なお煙突形成体１３は、樹脂で形成できる。また煙突形成体１３（あるいは煙突形成体１３の表面等）に弾性体を用いることで、伝熱層１４や、プリント配線板１５との密着性を高めることができ、隙間（あるいは隙間風）を減らす効果が得られる。

なお、煙突形成体１３は、絶縁体で形成する。リード線１１等が互いにショートしないためである。また煙突形成体１３の高さ（熱伝導基板１７とプリント配線板１５との間隔）は、電気回路的にあるいは空気力学的に最適化設計すればよい。なお煙突形成体１３の高さは５ｍｍ以上（望ましくは１０ｍｍ以上）２００ｍｍ以下（望ましくは１５０ｍｍ以下）が望ましい。煙突形成体１３の高さが５ｍｍ未満の場合、熱伝導基板１７とプリント配線板１５の隙間に実装する電子部品２２の厚みが制限を受ける可能性がある。また煙突形成体１３の高さが２００ｍｍを超えると、プラズマテレビ等の奥行きに影響を与える。このため、煙突形成体１３の高さは、その隙間に実装する部品の高さや発熱量を加味して設計することができる。

またリード線１１は、リードフレーム２１の一部を、伝熱層１４から引き剥がしたものとすることが望ましい。こうすることで熱伝導基板１７における配線パターンを形成するリードフレーム２１と、リード線１１を一体化でき、信頼性を高める効果が得られる。また伝熱層１４からリードフレーム２１を引き剥がし、リード線１１とすることで、金属板１２とリード線１１との間の距離を沿面距離とすることができ、電気絶縁性を高められる。

なおリードフレーム２１は、銅や銅合金を主体とした金属板を所定形状に打抜き加工したものを用いることが出来る。なおリードフレーム２１を構成する金属板の材質について説明する。ここでリードフレーム２１の金属材料としては、銅を主体とするもの（例えば銅箔や銅板）が望ましい。これは銅が熱伝導性と導電率が共に優れているためである。リードフレーム２１用の銅板としては、例えば厚み１００、２００、３００、５００μｍ等を利用できる。こうしたリードフレーム２１用の銅板としては、例えばタフピッチ銅（合金記号：Ｃ１１００）や無酸素銅（合金記号：Ｃ１０２０）等を用いることが望ましい。こうした材料は原料の電気銅を溶解して製造したものである。ここでタフピッチ銅は、銅中に酸素を残した精錬銅であり、電気伝導性や加工性に優れている。タフピッチ銅は例えばＣｕ９９．９０ｗｔ％以上、無酸素銅は例えばＣｕ９９．９６ｗｔ％以上が望ましい。銅の純度が、これら数字未満の場合、不純物（例えば酸素の影響によるＣｕ_２Ｏの含有量が大きくなるので）の影響によって、加工性のみならず熱伝導性や電気伝導性に影響を受ける場合がある。こうした部材は安価であり、量産性に優れている。なおリードフレーム２１のパターニング方法としては、エッチングでも良いが、プレス１９（あるいは金型）による打抜きがパターンの同一性、量産性の面から適している。

またリードフレーム２１として、各種銅合金を選ぶこともできる。例えばリードフレーム２１の、加工性や、熱伝導性を高めるためには、銅素材に銅以外の少なくともＳｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｆｅ等の群から選択される少なくとも１種類以上の材料とからなる合金を使うことも可能である。例えばＣｕを主体として、ここにＳｎを加えた、銅材料（以下、Ｃｕ＋Ｓｎとする）を用いることができる。Ｃｕ＋Ｓｎ銅材料（あるいは銅合金）の場合、例えばＳｎを０．１重量％以上０．１５重量％未満添加することで、その軟化温度を４００℃まで高められる。比較のためＳｎ無しの銅（Ｃｕ＞９９．９６重量％）を用いて、リードフレーム２１やその一部を折り曲げリード線１１とする場合、導電率は低いが、出来上がった熱伝導基板において特に形成部等に歪みが発生する場合があった。そこで詳細に調べたところ、その材料の軟化点が２００℃程度と低いため、後の部品実装時（半田付け時）に変形する可能性があることが予想された。一方、Ｃｕ＋Ｓｎ＞９９．９６重量％の銅系の材料を用いた場合、実装された各種部品の発熱の影響は特に受けなかった。また半田付け性やダイボンド性にも影響が無かった。そこでこの材料の軟化点を測定したところ、４００℃であることが判った。このように、銅を主体として、いくつかの元素を添加することが望ましい。銅に添加する元素として、Ｚｒの場合、０．０１５重量％以上０．１５重量％の範囲が望ましい。添加量が０．０１５重量％未満の場合、軟化温度の上昇効果が少ない場合がある。また添加量が０．１５重量％より多いと電気特性に影響を与える場合がある。また、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｐ等を添加することでも軟化温度を高くできる。この場合、Ｎｉは０．１重量％以上５重量％未満、Ｓｉは０．０１重量％以上２重量％以下、Ｚｎは０．１重量％以上５重量％未満、Ｐは０．００５重量％以上０．１重量％未満が望ましい。そしてこれらの元素は、この範囲で単独、もしくは複数を添加することで、銅素材の軟化点を高くできる。なお添加量がここで記載した割合より少ない場合、軟化点上昇効果が低い場合がある。またここで記載した割合より多い場合、導電率への影響の可能性がある。同様に、Ｆｅの場合０．１重量％以上５重量％以下、Ｃｒの場合０．０５重量％以上１重量％以下が望ましい。これらの元素の場合も前述の元素と同様である。

なおリードフレーム２１に使う銅材料の引張り強度は、６００Ｎ／平方ｍｍ以下が望ましい。引張り強度が６００Ｎ／平方ｍｍを超える材料の場合、これらリードフレーム２１の加工性に影響を与える場合がある。一方、引張り強度が６００Ｎ／平方ｍｍ以下（更にこれらリードフレーム２１に微細で複雑な加工が必要な場合、望ましくは４００Ｎ／平方ｍｍ以下）とすることでスプリングバック（必要な角度まで曲げても圧力を除くと反力によってはねかえってしまうこと）の発生を抑えられ、形成精度を高められる。このようにこれらリードフレーム２１の材料としては、Ｃｕを主体とすることで導電率を下げられ、更に柔らかくすることで加工性を高められ、更にこれらリードフレーム２１による放熱効果も高められる。なおこれらリードフレーム２１に使う銅合金の引張り強度は、１０Ｎ／平方ｍｍ以上が望ましい。これは一般的な鉛フリー半田の引張り強度（３０〜７０Ｎ／平方ｍｍ程度）に対して、これらリードフレーム２１に用いる銅合金はそれ以上の強度が必要なためである。これらリードフレーム２１に用いる銅合金の引張り強度が、１０Ｎ／平方ｍｍ未満の場合、これらリードフレーム２１の上に電子部品２２を半田付け実装する場合、半田部分ではなくてこれらリードフレーム２１の部分で凝集破壊する可能性がある。

なおリードフレーム２１を折り曲げ、リード線１１とする場合、その折り曲げ角度は、略垂直（望ましくは垂直±２０度以下、望ましくは±１０度以下、更には±５％以下）が望ましい。垂直±２０度を超えた場合、プリント配線板１５の孔１８への挿入性に影響を与える可能性がある。あるいは孔１８を大きくする必要が発生するため、プリント配線板１５の小型化に影響を与えてしまう。

熱伝導基板１７と、前記熱伝導基板１７に固定されたプリント配線板１５と、リード線１１とからなる回路モジュールであって、前記熱伝導基板１７側に固定した前記リード線１１によって、前記プリント配線板１５と前記熱伝導基板１７の間の隙間を形成し、前記リード線１１の内、下方から上方に向けて配置されているリード線１１に、煙突形成体１３を設けた回路モジュールとすることで、熱伝導基板１７側やプリント配線板１５側に実装した電子部品２２の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。なおリード線１１の内、下方から上方へ向けて配置されているリード線１１に煙突形成体１３を設けるのは、煙突構造の側面（あるいは煙突の壁）を形成するためである。なお左右に配置されているリード線１１に煙突形成体１３を設けようとすると、煙突構造に蓋をする構造となる可能性があるためである。

熱伝導基板１７と、前記熱伝導基板１７に固定されたプリント配線板１５と、リードフレーム２１とからなる回路モジュールであって、前記熱伝導基板１７側から折り曲げたリードフレーム２１によって、前記プリント配線板と前記熱伝導基板１７の間の隙間を形成し、前記折り曲げたリードフレーム２１の内、下方から上方に向けて配置されているリードフレーム２１に、煙突形成体１３を設けた回路モジュールとすることで、熱伝導基板１７側やプリント配線板１５側に実装した電子部品２２の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。

前記熱伝導基板１７は、金属板１２と、前記金属板１２の上に固定したシート状の伝熱層１４と、前記伝熱層１４に一部以上を埋め込んだリードフレーム２１と、からなる回路モジュールとすることで、熱伝導基板１７側やプリント配線板１５側に実装した電子部品２２の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。

熱伝導基板１７と、前記熱伝導基板１７に固定されたプリント配線板１５とは、略平行に固定されている回路モジュールとすることで、回路モジュールに実装した電子部品２２の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。なおここで、固定を略平行とするのは、回路モジュールを組み込んだ機器の小型化、薄型化を実現するためである。略平行に固定することで、回路モジュールを立てた状態で設置した場合の床面積を大きくでき、煙突効率を高めることができる。

熱伝導基板１７は、金属板１２と、前記金属板１２の上に固定したシート状の伝熱層１４と、前記伝熱層１４に一部以上を埋め込んだリードフレーム２１と、から構成され、熱伝導基板１７とプリント配線板部を接続するリード線１１は、伝熱層１４に埋め込まれたリードフレーム２１の一部が略垂直に折り曲げられたものである回路モジュールとすることで、熱伝導基板１７側やプリント配線板１５側に実装した電子部品２２の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。

熱伝導基板１７とプリント配線板部を接続するリード線１１もしくはリードフレーム２１は、略平行する複数列に形成したものである回路モジュールとすることで、回路モジュール側やプリント配線板に実装した電子部品２２の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。

伝熱層１４は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びイソシアネート樹脂からなる群から選択される少なくとも一種類以上の樹脂と、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、窒化珪素及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも一種類以上の無機フィラーと、回路モジュールとすることで、回路モジュール側やプリント配線板１５側に実装した電子部品２２の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。また電子部品２２に発生した熱を、伝熱層１４を介して金属板１２に伝え、更に金属板１２に固定した機器のシャーシ（例えば、プラズマテレビの金属シャーシ等）やフィン等に放熱することができる。こうして、煙突効果と熱伝導による放熱の両方を併用することができる。

リードフレーム２１もしくはリード線１１は、銅箔、タフピッチ銅もしくは無酸素銅である回路モジュールとすることで、プリント配線板１５と熱伝導基板１７とを接続するリード線１１をリードフレーム２１の一部で形成でき、それを煙突形成体１３の構造の一部とする煙突構造を形成することで、回路モジュールに実装した電子部品２２等の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。

リードフレーム２１もしくはリード線１１は、Ｓｎは０．１重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｒは０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｎｉは０．１重量％以上５重量％以下、Ｓｉは０．０１重量％以上２重量％以下、Ｚｎは０．１重量％以上５重量％以下、Ｐは０．００５重量％以上０．１重量％以下、Ｆｅは０．１重量％以上５重量％以下である群から選択される少なくとも一種以上を含む、銅を主体とする金属材料である請求項１〜４のいずれか一つに記載の回路モジュールとすることで、プリント配線板１５と熱伝導基板１７とを接続するリード線をリードフレーム２１の一部で形成でき、それを煙突形成体１３の構造の一部とする煙突構造を形成することで、回路モジュールに実装した電子部品２２等の空冷効果が得られ、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。

少なくとも、金属板１２と、リードフレーム２１と、伝熱層１４を一体化する工程と、前記伝熱層１４を硬化させる工程と、前記リードフレーム２１の上に電子部品２２を実装した後、前記リードフレーム２１の一部を略垂直に折り曲げ、リード線１１とする工程と、前記リード線１１の一部を、プリント配線板に固定する工程と、前記リードフレーム２１もしくはリード線１１の一部に煙突形成体１３を形成する工程と、を含む回路モジュールの製造方法とすることで、回路モジュールに実装した電子部品２２等の空冷効果が得られる煙突構造を有する回路モジュールが作成でき、回路モジュールの小型化、高性能化が可能となる。なお煙突形成体１３の固定に、リード線１１を使うことは有効であるが、リードフレーム２１部分も併用しても良い。

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によって、プラズマテレビ、液晶テレビ、あるいは車載用各種電装品、あるいは産業用の放熱が要求される機器の小型化、高性能化が可能となる。

本発明の実施の形態における回路モジュールの斜視図熱伝導基板とプリント配線板とを一体化する様子を説明する斜視図（Ａ）（Ｂ）は、ともに熱伝導基板とプリント配線板との間の隙間を塞ぐ様子を説明する斜視図（Ａ）（Ｂ）は、ともに熱伝導基板の製造方法を説明する断面図（Ａ）（Ｂ）は、ともに熱伝導基板上への電子部品の実装方法について説明する断面図（Ａ）（Ｂ）は、熱伝導基板とプリント配線板を、リード線を介して積層、一体化する様子を説明する断面図熱伝導基板とプリント配線板を一体化し、回路モジュールを構成する様子を示す斜視図煙突形成体を介して熱伝導基板とプリント配線板を一体化する様子を示す斜視図従来の回路モジュールを説明する斜視図従来の回路モジュールの放熱メカニズムを説明する斜視図

符号の説明

１１リード線
１２金属板
１３煙突形成体
１４伝熱層
１５プリント配線板
１６矢印
１７熱伝導基板
１８孔
１９プレス
２０フィルム
２１リードフレーム
２２電子部品
２３点線
２４端子

Claims

金属板と、この金属板の上に固定されたシート状の伝熱層と、この伝熱層に形成されたリード線とが設けられた熱伝導基板と、前記金属板に平行に配置されるとともに前記リード線に接続されたプリント配線板とを備え、前記熱伝導基板と前記プリント配線板との間で、前記リード線は対向した２つの列状に設けられ、前記列状に設けられた前記リード線の列に並行して２つの煙突形成体が互いに対向して並行配置され、前記熱伝導基板と前記プリント配線板と前記煙突形成体とによって、対向する開口部を有した胴部が設けられた回路モジュール。
胴部の軸方向は重力方向とした請求項１に記載の回路モジュール。
金属板と、この金属板の上に固定されたシート状の伝熱層と、この伝熱層に一部を埋め込まれたリードフレームと、前記金属板に対して垂直方向に折り曲げた前記リードフレームの端部とからなるリード線とが設けられた熱伝導基板と、
前記金属板に平行に配置されるとともに前記リード線に接続されたプリント配線板とを備え、前記熱伝導基板と前記プリント配線板との間で、前記リード線は対向した２つの列状に設けられ、前記列状に設けられた前記リード線の列に並行して２つの煙突形成体が互いに対向して並行配置され、前記熱伝導基板と前記プリント配線板と前記煙突形成体とによって、対向する開口部を有した胴部が設けられた回路モジュール。
胴部の軸方向は重力方向とした請求項３に記載の回路モジュール。
伝熱層は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びイソシアネート樹脂からなる群から選択される少なくとも一種類以上の樹脂と、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、窒化珪素及び窒化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも一種類以上の無機フィラーと、を含む請求項３に記載の回路モジュール。
リードフレームもしくはリード線は、銅箔、タフピッチ銅もしくは無酸素銅である請求項３に記載の回路モジュール。
リードフレームもしくはリード線は、Ｓｎは０．１重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｒは０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｎｉは０．１重量％以上５重量％以下、Ｓｉは０．０１重量％以上２重量％以下、Ｚｎは０．１重量％以上５重量％以下、Ｐは０．００５重量％以上０．１重量％以下、Ｆｅは０．１重量％以上５重量％以下である群から選択される少なくとも一種以上を含む、銅を主体とする金属材料である請求項３に記載の回路モジュール。