JP6384958B2 - 電子モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子モジュール及びその製造方法に関する。

プリント配線板に各種電子部品を実装して形成される電子モジュールの一種としてＤＣ−ＤＣコンバーターが知られている。一般的なＤＣ−ＤＣコンバーターは、プリント配線板上にトランス等の電子部品が実装されている。このようなＤＣ−ＤＣコンバーターに用いられるトランスとしては、上コア及び下コアからなるコア体に、平角導線により形成されたコイルが組み込まれているものが知られている（例えば、特許文献１のトランス参照）。このように平角導線を用いて形成されたコイルを含むトランスでは、平角導線の端部がコア体の側部から突出し、この突出した平角導線の端部に下方に延びる取出端子が取り付けられている。そして、この取出端子がプリント配線板上の所定のランドに半田付けされることにより、トランスはプリント配線板の所定位置に実装される。

上記したようなＤＣ−ＤＣコンバーターでは、トランス等の発熱部品を多数搭載しているので、放熱対策をとる必要がある。このような放熱対策の一つとして、プリント配線板において、電子部品が実装されている面とは反対側の面に熱伝導性に優れる放熱基板が貼り付けられる対策がとられている。つまり、この放熱基板を介して発熱部品からの熱を放散させることが行われている。

ここで、特に発熱しやすい部品であるトランスが位置する部分では、プリント配線板がトランスの下コアよりも少し大きめに切り欠かれて、部分的に放熱基板が露出されている。そして、この放熱基板の露出面の上にトランスが配置されている。詳しくは、トランスは、その下コアの下面が、放熱基板の露出面とオーバーラップするように配置されている。これにより、トランスから発した熱は下コアの下面から放熱基板に伝えられて放散される。

ところで、近年、電子モジュールの高機能化にともない、電子モジュールには大電流が流されるようになり、上記したトランスにおいては発熱量が増えている。このため、下コアの下面から放熱基板に熱を伝えるだけでは、放熱は十分ではない。そこで、トランスの放熱性をより高めるために、以下に示すような、熱伝導性に優れる放熱樹脂を用いた放熱対策も併せてとられている。すなわち、上記した放熱基板の露出面のうち上記した下コアがオーバーラップしている部分を除いた残部露出面の上に放熱樹脂を供給して盛っていき、放熱基板、コア体の側面、コイル等のそれぞれの一部に放熱樹脂を接触させる。これにより、コア体及びコイルから発生する熱も部分的ではあるが放熱樹脂を介して放熱基板に伝えることができ、放熱性が高められる。

このような放熱樹脂は、ノズルを有する供給装置を用いて所望の箇所に供給される。具体的には、電子モジュールの側部からトランスの下コアの周囲にノズルの先をもっていき、このノズルの先から放熱樹脂を吐出させて、所望の箇所を放熱樹脂で覆う。

特開２００４−１８６６２８号公報

ところで、電子モジュールにおいては、近年、小型化や電子部品の搭載箇所の高密度化がますます進んでいる。このため、上記したような、放熱樹脂をノズルを使って供給する場合、非常に細いノズルを使用しなければならない。このように、非常に細いノズルを用いると放熱樹脂の注入に長時間を要する。また、電子モジュールにおいて、トランスの周りに電子部品が配置されている場合、これらの電子部品が邪魔になりノズルによる放熱樹脂の供給がし辛くなることがある。しかも、放熱樹脂が所望の箇所に十分行き渡っているかどうかの確認も困難となる。このように、放熱樹脂の供給には非常に手間がかかり、電子モジュールの全体としての製造効率の低下を招いている。

本発明は、上記の事情に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、放熱効率が高く、しかも、放熱樹脂の供給が容易であり、従来よりも製造効率が高い、電子モジュール及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、プリント配線板の裏面に放熱基板が貼り付けられてなる複合基板と、コア体を有し、前記複合基板の前記プリント配線板側に実装されているトランスと、を備え、前記プリント配線板は、前記トランスが位置付けられる部分に、前記コア体の下面の平面視形状よりも大きくくり抜かれたくり抜き部を有し、前記トランスは、前記コア体の下面が、前記くり抜き部により露出された前記放熱基板の露出面の上にオーバーラップしており、前記放熱基板は、前記露出面のうち、前記コア体の下面がオーバーラップしている部分を除いた残部露出面の範囲内に設けられた貫通孔を有しており、少なくとも前記コア体の側面の一部及び前記残部露出面の一部を覆うとともに、前記貫通孔の内部を充たす放熱樹脂を更に備えている、電子モジュールが提供される。

また、本発明によれば、コア体を有するトランスが実装される予定の実装予定領域に前記コア体の下面の平面視形状よりも大きいくり抜き部を有するプリント配線板と、前記プリント配線板の裏面に貼り付けられた放熱基板とを含む複合基板を準備する複合基板準備工程と、前記くり抜き部により露出された前記放熱基板の露出面のうち、前記コア体の下面とオーバーラップする部分を除いた残部露出面の範囲内に貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記トランスを前記実装予定領域に実装する実装工程と、前記複合基板の前記放熱基板の側から前記貫通孔を通して放熱樹脂を供給し、少なくとも前記コア体の側面の一部及び前記残部露出面の一部を前記放熱樹脂で覆うとともに前記貫通孔の内部を前記放熱樹脂で充たす放熱樹脂供給工程と、を備える、電子モジュールの製造方法が提供される。

本発明に係る電子モジュールは、放熱基板の貫通孔内に放熱樹脂が充填されているので、放熱樹脂と放熱基板との接触面積が増え、放熱効率を高めることができる。

また、本発明に係る電子モジュールの製造方法においては、プリント配線板の裏面に貼り付けられた放熱基板に貫通孔が設けられ、その貫通孔を通して放熱基板側からトランスの周囲へ放熱樹脂が供給される。このため、トランスの周囲の電子部品に規制されることなく放熱樹脂を供給することができる。このため、従来よりも放熱樹脂の供給が容易となり、電子モジュール全体として製造効率の向上が図れる。

本発明の実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバーターを示している斜視図である。 トランスを斜め上方から見た状態を示している斜視図である トランスを斜め下方から見た状態を示している斜視図である。 プリント配線板及び放熱基板を示している斜視図である。 プリント配線板に放熱基板を貼り付けて得られた複合基板（第１回路基板）を示している斜視図である 第１回路基板に貫通孔を設けた状態を示している斜視図である。 第１回路基板に電子機能部品を搭載した状態を示している斜視図である。 第１回路基板にトランスと第２回路基板とを組み合わせる手順を示している斜視図である。 図１におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。 放熱樹脂が供給された状態を示している図９に対応する断面図である。

本発明を適用した電子モジュールとしてのＤＣ−ＤＣコンバーター（以下、単に、コンバーターという）２の形態について、図面を参照しながら以下に説明する。

図１に示すように、コンバーター２は、第１回路基板１０４と、この第１回路基板１０４上に設けられた支柱１６６、１６６に支持され、第１回路基板１０４の上方に位置付けられた第２回路基板１１０とを含んでいる。

第１回路基板１０４には、電子部品６が実装されている。この電子部品６には、トランス６Ａと、コンバーター２を構成するために必要な機能を備えた各種の電子機能部品（ＬＳＩ等）６Ｂとが含まれている。

また、第２回路基板１１０には、他の電子モジュールとの接続に用いられる接続突起１１２が複数本含まれている。

ここで、トランス６Ａとしては、特に限定されるものではなく、一般的なものが用いられる。本実施形態においては、例えば、図２に示すように、トランス６Ａは、複数の巻線を有するコイル部１２０と、このコイル部１２０の巻線と電気的に接続されたピンを保持する、絶縁材料からなるピン保持具９０と、これらコイル部１２０及びピン保持具９０を挟み込んで保持するコア体１２６とを備えている。

コア体１２６は、いわゆるフェライトコアであり、図２における上側に位置する上コア１２８と、図２における下側に位置する下コア１３０とからなる。

上コア１２８は、板状のフェライトからなる。この上コア１２８の平面視形状は、図２から明らかなように、長方形の両長辺の中央部分が互いに近付くようにくびれた形状をなしている。

下コア１３０は、フェライトからなり、底板１３２と、この底板１３２の両端から上方へ突出した一対の側部磁脚１３４、１３４と、底板１３２の中央部から上方へ突出した円柱状の中央磁脚１３６とが一体的に形成されている。ここで、中央磁脚１３６には、上記したコイル部１２０が嵌め込まれている。また、底壁１３２は、図３から明らかなように、上記した上コア１２８の平面視形状と同様な平面視形状をなしている。

この下コア１３０の一対の側部磁脚１３４、１３４及び中央磁脚１３６の上に上コア１２８が載置され、下コア１３０と上コア１２８とが組み合わされることによりコア体１２６が形成される。これら、下コア１３０と上コア１２８とは接着剤により接着される。なお、参照符号１０８は、下コア１３０と上コア１２８とを接着する接着剤が盛られた状態を表している。

次に、コイル部１２０は、環状に加工された平角導線１４１を複数重ねたメインコイル１４０と、断面が円形の銅線に絶縁被膜を三重に被覆した三層絶縁線が環状に捲回されて形成されたサブコイル１４２とを含んでいる。

メインコイル１４０は、環状の平角導線１４１の部分から引き出されてなる引出端部１４を有しており、この引出端部１４は、ピン保持具９０に保持されたＬ形ピン９５に電気的に接続されている。詳しくは、Ｌ形ピン９５は、ピンの下端部がＬ字状に折り曲げられて形成された所定長さの平坦部（実装用端子）９７と、この平坦部９７から上方に向かって延びる本体部９８とを有している。このＬ形ピン９５は、その本体部９８がピン保持具９０を貫くように設置されている。そして、本体部９８は、それぞれ対応するメインコイル１４０の引出端部１４と接続されている。一方、Ｌ形ピン９５の平坦部９７は、図３から明らかなように、トランス６Ａの実装用端子として機能する。

一方、サブコイル１４２は、環状の部分から引き出された引出線部７４を有しており、この引出線部７４は、ピン保持具９０に保持されたストレートピン９６に電気的に接続されている。このストレートピン９６は、Ｌ形ピン９５の本体部９８よりも長い。

なお、平角導線１４１は、その表面が絶縁層で覆われており、また、各平角導線１４１間、及び、平角導線１４１とコア体１２６との間には、所定形状の絶縁シート５０が適宜配置されているので、適切な絶縁状態を維持している。

上記したようなトランス６Ａが実装された第１回路基板１０４に第２回路基板１１０が組み合わされることにより、コンバーター２が製造される。このコンバーター２の製造方法について、以下に詳しく説明する。

まず、複合基板としての第１回路基板１０４を準備する。第１回路基板１０４は、プリント配線板１１４と、このプリント配線板１１４の裏面に貼り付けられた放熱基板１１６とを含む。ここで、プリント配線板１１４は、絶縁基板１６９と、この絶縁基板１６９上に形成された所定形状の第１配線パターン１４４と、第１配線パターン１４４及び絶縁基板１６９の表面を覆う半田レジスト１１８とを有している。

図４に示すように、プリント配線板１１４は、全体としては矩形状をなした板状体である。そして、トランス６Ａが位置付けられる予定箇所に、トランス６Ａよりもわずかに大きく切り欠かれた矩形状の第１切欠部（くり抜き部）１６０が設けられている。なお、図４においては、トランス用ランド２２０のみ図示し、他の電子部品用のランドは図示を省略している。

放熱基板１１６は、熱伝導性に優れる材料からなる矩形状の板材である。熱伝導性に優れる材料としては、アルミニウム、銅、窒化アルミニウム等が挙げられる。本実施形態では、アルミニウム板が用いられる。

放熱基板（アルミニウム板）１１６と、プリント配線板１１４とは、互いに貼り合わされて図５に示すような複合基板（第１回路基板１０４）となる。このようにして、第１回路基板１０４が準備される。ここで、アルミニウム板１１６は、上記したプリント配線板１１４の第１切欠部１６０によって、その一部が露出された露出面１６２を有している。なお、図４に示すアルミニウム板１１６において、露出面１６２となる予定領域１９０を仮想線で示している。

上記した露出面１６２の部分には、後工程でトランス６Ａが配置される。このトランス６Ａが配置される配置予定領域１９２を図５に仮想線で示す。トランス６Ａにおける下コア１３０の下端面は、上記したように、長方形の両長辺の中央部分が互いに近づくようにくびれた形状をなしているので、配置予定領域１９２はこの下コア１３０の下端面と同じ形状となる。ここで、アルミニウム板１１６における矩形の露出面１６２は、トランス６Ａが位置付けられる配置予定領域１９２と、この配置予定領域１９２を除いた残部露出面１９４とに分けることができる。

次に、上記のように第１回路基板１０４には、上記した残部露出面１９４に貫通孔１９６が設けられる。本実施形態では、図６に示すように、残部露出面１９４における配置予定領域１９２のくびれた部分に対応する位置にて２個の貫通孔１９６、１９６が設けられる。ここで、この貫通孔１９６の個数は任意に設定することができる。また、この貫通孔１９６の径も任意に設定することができる。これらの貫通孔１９６、１９６は、一般的に用いられるドリルにより簡便に形成される。この貫通孔１９６は、後工程で放熱樹脂２０６を供給する際に用いられる。つまり、この貫通孔１９６には、放熱樹脂２０６の供給装置のノズル２０２が挿入される。このため、貫通孔１９６の径は、なるべく大きくすることが好ましい。つまり、従来用いられていた非常に細いノズルよりも太いノズル２０２を挿入できる径とすることが好ましい。ここで、貫通孔１９６の径が大きければ、その分だけ、放熱樹脂２０６が所望の箇所に十分行き渡っているかどうかの確認が容易となる。具体的には、この貫通孔１９６の直径は、３ｍｍ以上とすることが好ましい。

このとき、支柱用貫通孔１９８、１９８も併せて形成することが好ましい。つまり、ドリル加工により支柱１６６の配設予定位置に支柱用貫通孔１９８、１９８が形成される。

次に、図７に示すように、貫通孔１９６及び支柱用貫通孔１９８が設けられた第１回路基板１０４におけるプリント配線板１１４の所定箇所にＬＳＩ等の電子機能部品６Ｂを実装する。その後、支柱用貫通孔１９８に支柱１６６を差し込み固定する。ここで、これらの支柱１６６、１６６は、円柱形状をなしており、第２回路基板１１０が配設されるべき高さの位置から上部が縮径されている。つまり、この部分に段差１６８、１６８が設けられている。

その後、図８に示すように、下コア１３０の下部に絶縁テープ２００が貼られたトランス６Ａをアルミニウム板１１６の露出面１６２における配置予定領域１９２に配置するとともに、各Ｌ形ピン９５の平坦部９７（実装用端子）とトランス用ランド２２０とを半田付けする。これによりトランス６Ａを第１回路基板１０４に実装する。

次に、別工程を経て準備された第２回路基板１１０を支柱１６６、１６６を介して第１回路基板１０４の上方に配設する。ここで、第２回路基板１１０は、絶縁基板１７０と、この絶縁基板１７０上に銅箔により形成された所定形状の第２配線パターン１４６と、この第２配線パターン１４６及び絶縁基板１７０の表面を覆う半田レジスト１７２とを有しており、全体としては、ほぼ矩形状をなしている。

上記した半田レジスト１７２は、配線パターン上の所定箇所が剥離されているため、配線パターンが部分的に露出している。この露出した部分はランドとなる。

この第２回路基板１１０においては、トランス６Ａに対応する箇所にトランス６Ａの平面視形状よりも僅かに大きい矩形状の第２切欠部１７４が設けられている。そして、この第２切欠部１７４の周縁部１７６には、トランス６Ａのストレートピン９６に対応する部分にランド（ストレートピン用ランド）１７８が設けられている。このストレートピン用ランド１７８は円形状をなしている。そして、このストレートピン用ランド１７８の中央部分には、絶縁基板１７０及びストレートピン用ランド１７８を貫くストレートピン用貫通孔１８０が設けられている。

また、第２回路基板１１０には、第１回路基板１０４に設けられた支柱１６６、１６６に対応する位置に、これら支柱１６６、１６６を挿通するための支柱用貫通孔１８２、１８２が設けられている。この支柱用貫通孔１８２の内径寸法は、上記した支柱１６６の縮径した部分の外径と同じ寸法に設定されている。更に、図８から明らかなように、第２回路基板１１０には、他のデバイスとの接続に用いられる接続突起１１２が複数本設置される。これら接続突起１１２は、第２配線パターン１４６と所定位置で電気的に接続されている。

第２回路基板１１０につき、第２切欠部１７４が第１回路基板１０４上のトランス６Ａに、ストレートピン用貫通孔１７８がトランス６Ａのストレートピン９６に、支柱用貫通孔１８２が第１回路基板１０４上の支柱１６６に、それぞれ対応するように位置決めし、この状態で、第２回路基板１１０と第１回路基板１０４とを互いに近付ける。これにより、トランス６Ａの頭部が第２回路基板１１０の第２切欠部１７４内に位置付けられ、支柱１６６が支柱用貫通孔１８２に挿通され、各ストレートピン９６が対応するストレートピン用貫通孔１８０にそれぞれ挿通される。この後、各ストレートピン用貫通孔１８０から突出した各ストレートピン９６の頭部と、各ストレートピン用貫通孔１８０の周縁に位置する各ストレートピン用ランド１７８とを半田付けして電気的に接続する。また、支柱１６６と支柱用貫通孔１８２の内面とを接着剤で固定する。これにより、第１回路基板１０４と第２回路基板１１０とは組み合わされる。

次に、トランス６Ａ付近の断面を表した図９に示すように、放熱樹脂供給装置のノズル２０２を貫通孔１９６の内部にセットし、ノズル２０２の先端２０４から放熱樹脂２０６を吐出させる。これにより、放熱樹脂２０６が、トランス６Ａの周囲に供給される。その結果、図１０に示すように、放熱樹脂２０６は、貫通孔１９６内に存在するとともに、コア体１２６（下コア１３０）の側面１５０、メインコイル１４０の下部、Ｌ形ピン９５の平坦部（実装用端子）９７及び残部露出面１９４に接するように存在している。

ここで、上記した放熱樹脂２０６は、熱伝導性に優れるフィラーを含む熱硬化性樹脂であり、熱伝導性に優れている。この放熱樹脂２０６は、硬化前は適度な粘性を有しているので、ノズルを介して所望箇所へ供給が可能であり、供給された後は、加熱されることにより硬化し形状を維持することができる。また、放熱樹脂２０６は、３００℃程度までの耐熱性を有している。

以上のようにして、貫通孔１９６内及びトランス６Ａの周囲に放熱樹脂２０６を供給した後、放熱樹脂２０６を、例えば、１００℃に加熱し３０分間保持して硬化させる。これにより、放熱樹脂２０６を有する本発明に係るコンバーター２が得られる。

ここで、コンバーター２のトランス６Ａは、下コア１３０の下面のみが絶縁テープ２００を介してアルミニウム板（放熱基板）１１６と接触しているが、放熱樹脂２０６が供給されることにより、コア体１２６（下コア１３０）の側面１５０、メインコイル１４０の下部、Ｌ形ピン９５の平坦部（実装用端子）９７等で発生した熱も放熱樹脂２０６を介してアルミニウム板１１６に伝わり放散されるので、放熱性に優れている。

本発明では、第１回路基板１０４に設けた貫通孔１９６を介して放熱樹脂２０６をトランス６Ａの周囲に供給できるので、放熱樹脂２０６の供給を容易に行うことができるため、電子モジュールの製造効率が従来よりも高い。また、貫通孔１９６の径を比較的大きく設定できるので、従来のように、トランス６Ａの側部から極めて細い径のノズルを使用する必要がない。更に、トランス６Ａが位置する部分の裏面側から放熱樹脂２０６を供給できるので、電子モジュールの側部にトランスが位置していなくても、例えば、トランスが電子モジュールの中央部に位置し、周りに他の電子部品が存在するような場合であっても、放熱樹脂２０６を容易にトランス６Ａの周囲に供給できる。

２ コンバーター（ＤＣ−ＤＣコンバーター）
６ 電子部品
６Ａ トランス
６Ｂ 電子機能部品
９５ Ｌ形ピン
９６ ストレートピン
９７ 平坦部（実装用端子）
１０４ 第１回路基板
１１０ 第２回路基板
１１４ プリント配線板
１１６ 放熱基板（アルミニウム板）
１２０ コイル部
１２６ コア体
１２８ 上コア
１３０ 下コア
１４０ メインコイル
１４１ 平角導線
１４２ サブコイル
１９６ 貫通孔
２０６ 放熱樹脂

Claims (2)

1. プリント配線板の裏面に放熱基板が貼り付けられてなる複合基板と、
   コア体を有し、前記複合基板の前記プリント配線板側に実装されているトランスと、
   を備え、
   前記プリント配線板は、前記トランスが位置付けられる部分に、前記コア体の下面の平面視形状よりも大きくくり抜かれたくり抜き部を有し、
   前記トランスは、前記コア体の下面が、前記くり抜き部により露出された前記放熱基板の露出面の上にオーバーラップしており、
   前記放熱基板は、前記露出面のうち、前記コア体の下面がオーバーラップしている部分を除いた残部露出面の範囲内に設けられた貫通孔を有しており、
   少なくとも前記コア体の側面の一部及び前記残部露出面の一部を覆うとともに、前記貫通孔の内部を充たす放熱樹脂を更に備えている、電子モジュール。
2. コア体を有するトランスが実装される予定の実装予定領域に前記コア体の下面の平面視形状よりも大きいくり抜き部を有するプリント配線板と、前記プリント配線板の裏面に貼り付けられた放熱基板とを含む複合基板を準備する複合基板準備工程と、
   前記くり抜き部により露出された前記放熱基板の露出面のうち、前記コア体の下面とオーバーラップする部分を除いた残部露出面の範囲内に貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
   前記トランスを前記実装予定領域に実装する実装工程と、
   前記複合基板の前記放熱基板の側から前記貫通孔を通して放熱樹脂を供給し、少なくとも前記コア体の側面の一部及び前記残部露出面の一部を前記放熱樹脂で覆うとともに前記貫通孔の内部を前記放熱樹脂で充たす放熱樹脂供給工程と、
   を備える、電子モジュールの製造方法。

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