JP7255403B2 - 金属部材付基板 - Google Patents

Description

本開示は、金属部材付基板に関する。

特許文献１は、貫通孔を有するプリント基板と、貫通孔内に挿通される軸部を有する金属部材と、軸部と貫通孔の内壁とを接合する導電性の接合材と、を備える金属部材付基板を開示している。

特開２０１８－１８２１４７号公報

接合材には気泡が混じる可能性がある。気泡の存在は、金属部材からプリント基板への熱伝導性に影響を与える。このため、気泡の位置をある程度コントロールできるようにすることが望まれている。

そこで、本開示は、基板に金属部材を接合する接合部材における空隙の位置をなるべくコントロールできるようにすることを目的とする。

本開示の金属部材付基板は、貫通孔が形成された基板と、前記貫通孔の内周面に対して間隔をあけた状態で前記貫通孔に配設される金属部材と、前記基板と前記金属部材とを接合する接合部材と、を備え、前記金属部材の外周に沿った方向において、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が変化しており、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が最も広い部分に空隙が存在している、金属部材付基板である。

本開示によれば、基板に金属部材を接合する接合材における空隙の位置がなるべくコントロールされる。

図１は実施形態１に係る金属部材付基板を示す概略平面図である。 図２は図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。 図３は金属部材付基板の製造工程を示す説明図である。 図４は金属部材付基板の製造工程を示す説明図である。 図５は比較例に係る金属部材付基板を示す概略平面図である。 図６は図５のＶＩ－ＶＩ線断面図である。 図７は実施形態２に係る金属部材付基板を示す概略平面図である。 図８は図７のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線断面図である。 図９は金属部材付基板の製造工程を示す説明図である。 図１０は基板における金属部材の配置例を示す説明図である。 図１１は第１変形例に係る金属部材付基板を示す説明図である。 図１２は第２変形例に係る金属部材付基板を示す説明図である。 図１３は第３変形例に係る金属部材付基板を示す説明図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

本開示の金属部材付基板は、次の通りである。

（１）貫通孔が形成された基板と、前記貫通孔の内周面に対して間隔をあけた状態で前記貫通孔に配設される金属部材と、前記基板と前記金属部材とを接合する接合部材と、を備え、前記金属部材の外周に沿った方向において、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が変化しており、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が最も広い部分に空隙が存在している、金属部材付基板である。前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が比較的狭い部分については、接合部材を構成する材料が当該表面に馴染むことによって当該空隙に入り込んでいく。このため、空隙が形成され難い。一方、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が比較的広い部分については、気泡が残り易く、この気泡跡が空隙として残る。これにより、空隙の位置がなるべくコントロールされる。

（２）前記金属部材の外周に沿った方向において、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が一定である部分が連続する均等間隔領域と、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が前記均等間隔領域における間隔よりも大きい幅広領域とが混在するように設定されていてもよい。均等間隔領域において空隙がなるべく少なくなり、幅広領域において空隙が生じ易い。これにより、空隙が少ない領域と空隙が多い領域とがなるべく分かれる。

（３）前記金属部材の外周に沿った方向において、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が広い部分が均等に分散するように設けられていてもよい。金属部材の外周に沿った全体領域において、空隙が前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が広い部分に移動して形成され易い。

（４）前記金属部材の外周に沿った方向において、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が広い部分が偏って設けられていてもよい。

（５）前記貫通孔を形成する内周面の少なくとも一部は、前記基板を貫通する円孔の部分的な内周面であってもよい。基板を貫通する円孔によって貫通孔の少なくとも一部が容易に形成され得る。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の金属部材付基板の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

[実施形態１]
以下、実施形態１に係る金属部材付基板について説明する。図１は金属部材付基板１０を示す概略平面図である。図２は図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。図１及び図２において、金属部材付基板１０に実装される素子５０が２点鎖線で示されている。図２において放熱部材７２及び熱伝導部材７０が２点鎖線で示されている。

金属部材付基板１０は、例えば、電気接続箱に組込まれる基板である。電気接続箱は、例えば、自動車において、電源と各種電装品との間の電力供給経路に設けられる。

金属部材付基板１０は、基板２０と、金属部材３０と、接合部材４０とを備える。

基板２０は、板状に形成されている。基板２０には、両面側に開口する貫通孔２１ｈが形成されている。より具体的には、基板２０は、絶縁材料によって形成された絶縁板２２を含む。絶縁板２２に貫通孔２１ｈが形成されている。絶縁板２２の一方主面（図２では上面）に銅箔等の金属によって形成された導電層２４が形成されている。導電層２４は、絶縁板２２の一方主面において、所定の回路をなすパターンに沿って形成されていてもよい。ここでは、導電層２４は、絶縁板２２の一方主面であって貫通孔２１ｈを囲む領域及び当該領域から外方の一方向に向けて延びるように形成されている。絶縁板２２の一方主面における他の領域にも、導電層が形成されていてもよい。

貫通孔２１ｈの内周面にも導電層２５が形成されている。貫通孔２１ｈの一方側開口周縁部において、導電層２５は導電層２４に繋がっている。

絶縁板２２の他方主面（図２では下面）にも導電層が形成されてもよい。絶縁板２２の厚み方向の中間層にも導電層が形成されてもよい。

本実施形態では、貫通孔２１ｈは、円孔形状の外周に部分的に凹形状部分を形成した形状に形成されている。かかる貫通孔２１ｈのより具体的な説明については、金属部材３０との関係で後に説明する。

本実施形態では、金属部材付基板１０の一方主面に素子５０が実装される。素子５０は、発熱する部品であり、例えば、電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」とも称す：field effect transistor）で例示される半導体スイッチング(switching)素子である。素子は、抵抗であってもよいし、コイルであってもよいし、コンデンサであってもよい。

素子５０は、素子本体と、端子とを備える。端子は、素子本体のうち基板２０に実装される面側に設けられている。上記導電層２４のうち貫通孔２１ｈの周りに形成された部分は、端子に応じた形状に形成される。例えば、端子は、方形状に広がる領域に設けられており、導電層２４のうち貫通孔２１ｈの周りに形成された部分も、当該端子と同じように方形状に広がる領域に形成される。端子の全体が導電層２４に半田付された状態で、素子５０が金属部材付基板１０に実装される。

素子５０は、素子本体から突出する他の端子を有している。当該他の端子も、基板２０の一方主面に形成された他の導電層に対して半田付けされるとよい。

金属部材３０は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス鋼等の金属によって形成されている。金属部材３０は、貫通孔２１ｈの内周面に対して間隔をあけた状態で当該貫通孔２１ｈに配設される。なお、貫通孔２１ｈにおいて露出する絶縁板２２の表面に層が形成されている場合、貫通孔２１ｈの内周面とは、当該層の表面をいうこととする。ここでは、貫通孔２１ｈにおいて露出する絶縁板２２の表面に導電層２５が形成されているため、貫通孔２１ｈの内周面とは、導電層２５の表面である。

ここでは、金属部材３０は、本体部３２と、頭部３４とを備える。

本体部３２は、円柱状に形成されている。本体部３２の高さ寸法は、例えば、貫通孔２１ｈの軸方向寸法と同じであるか、当該軸方向寸法よりも小さい。また、本体部３２は、貫通孔２１ｈよりも細い。本体部３２の軸方向が貫通孔２１ｈの軸方向に一致した状態で、本体部３２が貫通孔２１ｈ内に挿入される。

頭部３４は、本体部３２の基端（図２において下側）に連なっている。頭部３４は、本体部３２の外周から張出す板状、ここでは、円板状に形成されている。本体部３２が貫通孔２１ｈに挿入された状態で、頭部３４が貫通孔２１ｈの周りで基板２０の他方主面に当接することができる。これにより、基板２０の厚み方向において、金属部材３０の位置決めがなされる。頭部３４は楕円板状、多角形板状であってもよい。頭部３４は省略されてもよい。

接合部材４０は、基板２０と金属部材３０とを接合する部材である。接合部材４０としては、例えば、半田が例示される。接合部材４０は、ロウ材又は導電性接着剤であってもよい。ここでは、接合部材４０は、金属部材３０と貫通孔２１ｈとの間に介在して、基板２０と金属部材３０とを接合する。また、ここでは、接合部材４０は、金属部材３０の先端部及び導電層２４と、素子５０の端子との間に介在して、素子５０の端子を、金属部材３０及び導電層２４に接合する。

金属部材３０の外周に沿った方向において、金属部材３０の外周面と貫通孔２１ｈの内周面との間隔が変化している。

ここでは、上記したように、金属部材３０における本体部３２の外周面は、円柱周面をなしている。つまり、金属部材３０の軸方向に沿って見ると、本体部３２は円形状をなしている。

これに対して、貫通孔２１ｈの内周面は、第１円孔周面部分２１ｈ１と、第２円孔周面部分２１ｈ２とを含む。

第１円孔周面部分２１ｈ１は、金属部材３０の中心軸Ｘを曲率中心とする部分的な円孔周面をなしている。つまり、第１円孔周面部分２１ｈ１は基板２０を貫通する円孔の部分的な内周面によって構成されている。第１円孔周面部分２１ｈ１と中心軸Ｘとの距離は、本体部３２の半径よりも大きい。このため、本体部３２の外周に沿った方向において、本体部３２の外周面と第１円孔周面部分２１ｈ１との間に、等幅の円弧状の隙間が形成される。本体部３２の外周に沿った方向において、第１円孔周面部分２１ｈ１が形成された領域Ｒ１が、金属部材３０の外周面と貫通孔２１ｈの内周面との間隔が一定である部分が連続する均等間隔領域Ｒ１である。

第２円孔周面部分２１ｈ２は、本体部３２の外周に沿った方向において部分的に形成されている。第２円孔周面部分２１ｈ２は、第１円孔周面部分２１ｈ１よりも中心軸Ｘから離れた位置に設けられた周面部分である。ここでは、第２円孔周面部分２１ｈ２は、基板２０を貫通する円孔の部分的な内周面によって構成されている。よって、貫通孔２１ｈは、複数の円孔状の貫通孔が互いの内周面を連続させるように連なって形成された部分であるともいえる。かかる貫通孔２１ｈは、例えば、円孔を形成するための切削工具によって、第１円孔周面部分２１ｈ１に対応する位置及び第２円孔周面部分２１ｈ２に対応する位置に貫通孔を形成することによって形成され得る。

金属部材３０の本体部３２の外周面と第２円孔周面部分２１ｈ２との距離は、本体部３２の外周面と第１円孔周面部分２１ｈ１との距離よりも大きい。このため、本体部３２の外周に沿った方向において、第２円孔周面部分２１ｈ２が形成された領域Ｒ２が、金属部材３０の外周面と貫通孔２１ｈの内周面との間隔が均等間隔領域Ｒ１における間隔よりも大きい幅広領域Ｒ２である。

金属部材３０の外周に沿った方向において、上記均等間隔領域Ｒ１と、幅広領域Ｒ２とが混在している。ここでは、複数の第２円孔周面部分２１ｈ２が設けられるため、複数の幅広領域Ｒ２が金属部材３０の外周に沿った方向において間隔をあけて複数設けられている。ここでは、複数（図１では４つ）の第２円孔周面部分２１ｈ２（幅広領域Ｒ２）は、金属部材３０の外周に沿って均等間隔で設けられている。本実施形態は、金属部材３０の外周に沿った方向において、金属部材３０の外周面と貫通孔２１ｈの内周面との間隔が広い部分が均等に分散するように設けられる一例である。

本体部３２の外周面と貫通孔２１ｈの内周面との間で、接合部材４０は例えば次のような態様で介在している。

接合部材４０は、本体部３２の外周面と第１円孔周面部分２１ｈ１との間を埋めている。この部分では、空隙は少ない。本体部３２の外周面と第２円孔周面部分２１ｈ２との間においても、接合部材４０が存在するかも知れないが、この間では空隙Ｓが存在している。つまり、金属部材３０の外周面と貫通孔２１ｈの内周面との間隔が最も広い部分に空隙Ｓがより多く存在している。本体部３２の外周面と第１円孔周面部分２１ｈ１との間に空隙が存在する可能性もあるが、本体部３２の外周面と第２円孔周面部分２１ｈ２との間の空隙よりも体積としては少ないことが好ましい。つまり、接合部材４０は、本体部３２の外周面と貫通孔２１ｈの内周面との間に空隙Ｓを伴った状態で介在し、かつ、空隙Ｓは、均等間隔領域Ｒ１よりも幅広領域Ｒ２に偏って存在している。空隙Ｓが均等間隔領域Ｒ１よりも幅広領域Ｒ２に偏って存在しているとは、例えば、均等間隔領域Ｒ１における空隙の体積よりも、幅広領域Ｒ２における空隙の体積が大きいこととして把握されてもよい。

接合部材４０は、上記したように、金属部材３０の先端部及び導電層２４と、素子５０の端子との間にも介在している。この部分における空隙も比較的少ない。つまり、空隙Ｓは、金属部材３０の先端部及び導電層２４と、端子との間の領域よりも、幅広領域Ｒ２に偏って存在している。ここでの偏りについても、均等間隔領域Ｒ１と幅広領域Ｒ２との間での空隙Ｓの偏りと同様に把握されてもよい。

なお、基板２０の他方主面（図２において下側の面）には、熱伝導部材７０を介して放熱部材７２が配設されてもよい。熱伝導部材７０は、例えば、炭素フィラー、金属フィラー等を混ぜた導電性ペースト等である。

本金属部材付基板１０の製造方法例について説明する。

まず、図３に示すように、貫通孔２１ｈが形成された基板２０が準備される。次に、半田ペースト６０が基板２０に設けられる。半田ペースト６０は、導電層２４の表面、金属部材３０の先端表面、貫通孔２１ｈの内周面と金属部材３０の外周面との間等に塗布或は充填される。

そして、基板２０上に素子５０が載置された状態で、リフロー工程において、半田ペースト６０が加熱されて溶かされる。半田ペースト６０は、フラックスを含んでおり、半田ペースト６０が溶かされる際、フラックスが気化する。図４に示すように、このフラックスによって気泡Ｂが発生する。なお、図４では素子５０は省略されている。

気泡Ｂは、溶けた半田ペースト６０中の各部で発生する。一般的に、液状となった半田ペースト６０は、導電層２４、２５、金属部材３０、素子５０の端子の表面に対して濡れ性が良好である。このため、液状となった半田ペースト６０は、毛細管現象によって、導電層２４、２５、金属部材３０の表面に馴染んでいく。

均等間隔領域Ｒ１で、液状となった半田ペースト６０が導電層２５（貫通孔２１ｈの表面）、金属部材３０の表面に馴染んでいくと、気泡Ｂは均等間隔領域Ｒ１から幅広領域Ｒ２に追出される。

金属部材３０若しくは導電層２４と、素子５０の端子との隙間も比較的狭い。このため、液状となった半田ペースト６０が導電層２４、金属部材３０、素子５０の端子の表面に馴染んでいくと、気泡Ｂは、金属部材３０若しくは導電層２４と、端子との間から比較的広い幅広領域Ｒ２に追出される。

このように、リフロー工程において、気泡Ｂは、幅広領域Ｒ２に追出された状態となる。この後、溶けた半田が固化して接合部材４０となった状態で、気泡Ｂの後が空隙Ｓとして残る。結果、均等間隔領域Ｒ１では空隙が比較的空隙が少ない状態となる。また、金属部材３０又は導電層２４と、素子５０の端子との間でも空隙Ｓが比較的少ない状態となる。これに対し、幅広領域Ｒ２では空隙Ｓが比較的多い状態となる。

図５は比較例に係る金属部材付基板５１０を示す概略平面図である。図６は図５のＶＩ－ＶＩ線断面図である。本比較例では、貫通孔２１ｈに対応する貫通孔５２１ｈは、金属部材３０の外周面よりも大径である内周面を有する円孔状に形成されている。このため、金属部材３０の外周面と貫通孔５２１ｈの内周面との間には、金属部材３０の周方向に沿って均等間隔な隙間が形成されている。

この場合、溶けた半田ペースト６０において、気泡Ｂは不定な位置に生じ得る。例えば、気泡Ｂが金属部材３０と貫通孔５２１ｈとの間に生じた場合、気泡Ｂは他の位置に移動することなく残存する。気泡Ｂが生じる位置は不定であることから、気泡Ｂの跡として空隙Ｓが生じる位置も不定である。金属部材３０若しくは導電層２４と、素子５０の端子との間でも、気泡Ｂが生じ得る。この気泡Ｂもそのままの位置で移動することなく残存する。このため、金属部材３０若しくは導電層２４と、端子との間にも、空隙Ｓが生じ得る。

空隙Ｓは、充填すべき空間に対して、半田ペースト６０が不足している場合にも生じ得るが、その理由による空隙Ｓも、上記と同様に、主として幅広領域Ｒ２に形成される。

このように構成された金属部材付基板１０によると、金属部材３０の外周面と貫通孔２１ｈの内周面との間隔が比較的狭い部分では、接合部材４０を構成する材料である溶けた半田ペースト６０が上記外周面と内周面との間に入り込んでいき、気泡Ｂが追出される。一方、金属部材３０の外周面と貫通孔２１ｈの内周面との間隔が比較的広い部分では、気泡Ｂが残り易い。この気泡Ｂの跡が空隙Ｓとして残る。特に、金属部材３０の外周面と貫通孔２１ｈの内周面との間隔が最も広い部分に空隙Ｓが存在する。このため、接合部材４０において空隙Ｓの位置がなるべくコントロールされる。空隙Ｓの位置がある程度コントロールされるため、金属部材３０と基板２０との間での熱の伝わり方がある程度コントロールされる。結果、金属部材付基板１０の熱設計等が容易となる。

また、ここでは、金属部材３０又は導電層２４と素子５０の端子との間の気泡Ｂも、幅広領域Ｒ２に追出されるため、当該間において空隙が形成され難い。これにより、素子５０で生じた熱が金属部材３０に円滑に伝わる。金属部材３０に伝わった熱は、熱伝導部材７０、放熱部材７２等を介して良好に放熱される。

また、金属部材３０から導電層２４、２５への導電性も、コントロールされた空隙Ｓの位置の下、設計通り良好なものとなる。

また、金属部材３０の外周に沿った方向において、均等間隔領域Ｒ１と幅広領域Ｒ２とが混在している。均等間隔領域Ｒ１では、金属部材３０の外周面と貫通孔２１ｈの内周面との間隔が一定である部分が連続している。このため、均等間隔領域Ｒ１の全体において、可及的に均一な態様で気泡Ｂが円滑に追出され得る。また、追出された気泡Ｂは、幅広領域Ｒ２に集約して残り易い。結果、空隙がなるべく少ない領域と、空隙Ｓが多い領域とがなるべく分かれる。

また、金属部材３０の外周に沿った方向において、金属部材３０の外周面と貫通孔２１ｈの内周面との間隔が広い部分が均等に分散するように設けられている。ここでは、複数（４つ）幅広領域Ｒ２が金属部材３０の周りに均等間隔で設けられる。このため、例えば、金属部材の周囲において生じた気泡が、幅広領域に対して金属部材を挟んで反対側にあるというように、遠くに位置する関係となり難い。結果、金属部材３０の周囲又は先端側の全体において生じた気泡Ｂがいずれかの幅広領域Ｒ２に追出され易い。このため、空隙Ｓがいずれかの幅広領域Ｒ２にまとめられ易くなる。

また、均等間隔領域Ｒ１における内周面、及び、幅広領域Ｒ２における内周面は、基板２０を貫通する円孔の部分的な内周面として形成されている。かかる幅広領域Ｒ２の内周面は、貫通する円孔を形成するための切削工具（ドリル刃等）等によって容易に形成され得る。

[実施形態２]
実施形態２に係る金属部材付基板について説明する。図７は金属部材付基板１１０を示す概略平面図である。図８は図７のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線断面図である。図７及び図８において、金属部材付基板１１０に実装される素子５０が２点鎖線で示されている。図８において放熱部材７２及び熱伝導部材７０が２点鎖線で示されている。なお、本実施形態２の説明において、実施形態１で説明したものと同様構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。以下では、実施形態２に係る金属部材付基板１１０が、実施形態１に係る金属部材付基板１０に対してと異なる部分を中心に説明する。

実施形態２に係る貫通孔１２１ｈは、貫通孔２１ｈに対応する。貫通孔１２１ｈの内周面形状は、貫通孔２１ｈの内周面形状とは異なっている。

貫通孔１２１ｈの内周面は、第１円孔周面部分１２１ｈ１と、第２周面部分１２１ｈ２とを含む。

第１円孔周面部分１２１ｈ１は、金属部材３０の中心軸Ｘを曲率中心とする部分的な円孔周面をなしている。第１円孔周面部分１２１ｈ１と中心軸Ｘとの距離は、本体部３２の半径よりも大きい。このため、本体部３２の外周に沿った方向において、本体部３２の外周面と第１円孔周面部分１２１ｈ１との距離は一定である。本体部３２の外周に沿った方向において、第１円孔周面部分１２１ｈ１が形成された領域Ｒ１０１が、金属部材３０の外周面と貫通孔１２１ｈの内周面との間隔が一定である部分が連続する均等間隔領域Ｒ１０１である。

第２周面部分１２１ｈ２は、本体部３２の外周に沿った方向において部分的に形成されている。第２周面部分１２１ｈ２は、第１円孔周面部分１２１ｈ１よりも中心軸Ｘから離れた位置に設けられた周面部分である。ここでは、第２周面部分１２１ｈ２は、基板１２０を貫通する楕円孔の部分的な内周面によって構成されている。よって、貫通孔１２１ｈは、円孔状の貫通孔と楕円状の貫通孔とが互いの内周面を連続させるように連なって形成された部分であるともいえる。第２周面部分１２１ｈ２が、円の移動軌跡によって形成される形状であれば、第２周面部分１２１ｈ２は、円孔を形成するための切削工具によって容易に形成され得る。

金属部材３０の本体部３２の外周面と第２周面部分１２１ｈ２との距離は、本体部３２の外周面と第１円孔周面部分１２１ｈ１との距離よりも大きい。このため、本体部３２の外周に沿った方向において、第２周面部分１２１ｈ２が形成された領域Ｒ１０２が、金属部材３０の外周面と貫通孔１２１ｈの内周面との間隔が均等間隔領域Ｒ１０１における間隔よりも大きい幅広領域Ｒ１０２である。

金属部材３０の外周に沿った方向において、上記均等間隔領域Ｒ１０１と、幅広領域Ｒ１０２とが混在している。ここでは、第２周面部分１２１ｈ２が１つのみ設けられるため、幅広領域Ｒ１０２が１つのみ設けられている。本実施形態は、金属部材３０の外周に沿った方向において、金属部材３０の外周面と貫通孔１２１ｈの内周面との間隔が広い部分が偏って設けられる一例である。

第２円孔周面部分及び幅広領域が複数設けられる場合において、金属部材の外周面と貫通孔の内周面との間隔が広い部分が偏って設けられる場合もあり得る。例えば、複数の第２円孔周面部分（或は複数の幅広領域）が金属部材の外周において不均一な間隔で設けられ、金属部材の外周の一部に集中している場合である。この場合、複数の第２円孔周面部分（或は複数の幅広領域）は、金属部材の外周において、金属部材の中心軸Ｘに対して中心角１８０度以内の範囲に設けられていてもよく、また、中心軸Ｘに対して中心角９０度以内の範囲に設けられていてもよい。

本体部３２の外周面と貫通孔１２１ｈの内周面との間で、接合部材４０は例えば次のような態様で介在している。

接合部材４０は、本体部３２の外周面と第１円孔周面部分１２１ｈ１との間を埋めている。この部分では、空隙は少ない。本体部３２の外周面と第２周面部分１２１ｈ２との間においても、接合部材４０が存在するかも知れないが、この間では空隙Ｓが存在している。本体部３２の外周面と第１円孔周面部分１２１ｈ１との間に空隙が存在する可能性もある。例えば、空隙Ｓが大きい場合には、空隙Ｓは、幅広領域Ｒ１０２から均等間隔領域Ｒ１０１の端部に亘って形成される場合もあり得る。この場合でも、均等間隔領域Ｒ１０１に存在する空隙Ｓは、本体部３２の外周面と第２周面部分１２１ｈ２との間の空隙Ｓよりも体積としては少ないことが好ましい。つまり、接合部材４０は、本体部３２の外周面と貫通孔１２１ｈの内周面との間に空隙Ｓを伴った状態で介在し、かつ、空隙Ｓは、均等間隔領域Ｒ１０１よりも幅広領域Ｒ１０２に偏って存在している。上記実施形態１と同様に、空隙Ｓが均等間隔領域Ｒ１０１よりも幅広領域Ｒ１０２に偏って存在しているとは、例えば、均等間隔領域Ｒ１０１における空隙の体積よりも、幅広領域Ｒ１０２における空隙Ｓの体積が大きいこととして把握されてもよい。

接合部材４０は、上記したように、金属部材３０の先端部及び導電層２４と、素子５０の端子との間にも介在している。この部分における空隙も比較的少ない。つまり、空隙Ｓは、金属部材３０の先端部及び導電層２４と、端子との間の領域よりも、幅広領域Ｒ１０２に偏って存在している。ここでの偏りについても、均等間隔領域Ｒ１０１と幅広領域Ｒ１０２との間での空隙Ｓの偏りと同様に把握されてもよい。

本金属部材付基板１１０の製造中における空隙Ｓの形成例について説明する。

上記実施形態１における図３と同様に、基板１２０が準備される。そして、半田ペースト６０が基板１２０に設けられる。半田ペースト６０は、導電層２４の表面、金属部材３０の先端表面、貫通孔１２１ｈの内周面と金属部材３０の外周面との間等に塗布ないし充填される。

そして、基板１２０上に素子５０が載置された状態で、リフロー工程において、半田ペースト６０が溶かされる。この際、図９に示すように、フラックスによって気泡Ｂが発生する。なお、図９では素子５０は省略されている。

気泡Ｂは、溶けた半田ペースト６０中の各部で発生する。上記実施形態１と同様に、液状となった半田ペースト６０は、導電層２４、２５、金属部材３０の表面に馴染んでいく。

均等間隔領域Ｒ１０１で、液状となった半田ペースト６０が導電層２５（貫通孔１２１ｈの内周面）、金属部材３０の表面に馴染んでいくと、気泡Ｂは均等間隔領域Ｒ１０１から幅広領域Ｒ１０２に追出される。

金属部材３０若しくは導電層２４と、素子５０の端子との隙間も比較的狭い。このため、液状となった半田ペースト６０が導電層２４、金属部材３０、端子の表面に馴染んでいくと、気泡Ｂは、金属部材３０若しくは導電層２４と、端子との間から比較的広い幅広領域Ｒ１０２に追出される。

このようにして、リフロー工程において、気泡Ｂは、幅広領域Ｒ１０２側に追出された状態となる。この後、溶けた半田が固化して接合部材４０となった状態で、気泡Ｂの後が空隙Ｓとして残る。結果、均等間隔領域Ｒ１０１では空隙が比較的空隙が少ない状態となる。また、金属部材３０又は導電層２４と、素子５０の端子との間で空隙Ｓが比較的少ない状態となる。これに対し、幅広領域Ｒ１０２では空隙Ｓが比較的多い状態となる。

このように構成された金属部材付基板１１０によると、上記実施形態１と同様に、均等間隔領域Ｒ１０１において空隙Ｓがなるべく少なくなり、幅広領域Ｒ１０２において空隙Ｓがなるべく多くなるように、空隙Ｓの位置がある程度コントロールされる。このため、金属部材３０と基板１２０との間での熱の伝わり方がある程度コントロールされる。結果、金属部材付基板１１０の熱設計等が容易となる。

また、実施形態１と同様に、金属部材３０又は導電層２４と素子５０の端子との間の気泡Ｂも、幅広領域Ｒ１０２に追出されるため、当該間において空隙が形成され難い。これにより、素子５０で生じた熱が金属部材３０に円滑に伝わる。金属部材３０に伝わった熱は、熱伝導部材７０、放熱部材７２等を介して良好に放熱される。

また、金属部材３０の外周に沿った方向において、均等間隔領域Ｒ１０１と幅広領域Ｒ１０２とが混在している。実施形態１と同様に、空隙がなるべく少ない領域と、空隙Ｓが多い領域とがなるべく分かれる。

また、金属部材３０の外周に沿った方向において、金属部材３０の外周面と貫通孔１２１ｈの内周面との間隔が広い部分、すなわち、幅広領域Ｒ１０２が偏って設けられる。このため、金属部材３０の外周に沿った方向において、空隙Ｓが偏った箇所に形成され易い。このため、金属部材３０の外周において、熱抵抗の大小がコントロールされ易い。例えば、図１０に示すように、基板２０に対応する基板１２０の全体における金属部材３０の配置位置が、基板１２０の中央ではなく、いずれかに偏っているとする。この場合、放熱性を高めるためには、金属部材３０に対して基板１２０が大きく広がっている側（図１０において右側）に熱が伝達されるとよい。そのためには、金属部材３０に対する幅広領域Ｒ１０２の位置は、基板１２０が大きく広がる側とは逆に設定されるとよい。この場合、空隙Ｓは、主として幅広領域Ｒ１０２側に形成される。金属部材３０に対して基板１２０が大きく広がる側では、空隙Ｓが少ない状態で、金属部材３０は基板１２０に接合部材４０を介して接合されている。このため、金属部材３０における熱は、接合部材４０を介して、基板１２０のうち大きく広がる側に伝わり易い。もって、効率よく放熱がなされる。より具体的には、素子５０で生じた熱が金属部材３０から接合部材４０を介して基板１２０のうち大きく広がる側に伝わって、放熱され易い。

また、素子５０及び金属部材３０が基板１２０における導電層に接続され、当該導電層が素子５０及び金属部材３０から一方向に引出される場合を想定する。この場合、幅広領域Ｒ１０２は、導電層が引出される側とは反対側に設けられていることが好ましい。これにより、素子５０及び金属部材３０と、導電層とが、導電層が引出される側で隙間が少なく電気抵抗が低い状態で接続される。

[変形例]
貫通孔２１ｈ、１２１ｈの形状は上記例に限られない。

例えば、図１１に示す第１変形例のように、貫通孔２２１ｈが楕円孔状に形成され、円柱状の本体部３２を有する金属部材３０が当該貫通孔２２１ｈの長軸方向中央に挿入されていてもよい。この場合、貫通孔２２１ｈの長軸方向両端側に最も隙間が広くなる幅広領域Ｒ２０２が設けられる。短軸方向の両端では、本体部３２の外周面と貫通孔２２１ｈの内周面との間隔は最も狭くなる。図１１に示すように、本体部３２の外周面と貫通孔２２１ｈの内周面との間隔が最も狭くなる部分において、本体部３２の外周面と貫通孔２２１ｈの内周面とが接触していてもよい。

この場合、空隙Ｓは、貫通孔２２１ｈの長軸方向両端側に偏って形成される。このため、空隙Ｓの位置がコントロールされる。本第１変形例は、金属部材３０の外周に沿った方向において、金属部材３０の外周面と貫通孔２２１ｈの内周面との間隔が広い部分が均等に分散するように設けられた例の１つである。

例えば、図１２に示す第２変形例のように、貫通孔３２１ｈに対して円柱状の本体部３２を有する金属部材３０が偏心して挿入されていてもよい。ここでは、貫通孔３２１ｈは楕円孔状に形成されている。本体部３２は、貫通孔３２１ｈの長軸方向に沿って一端側に偏った位置に配置される。

この場合、貫通孔３２１ｈの長軸方向一端側に最も間隔が広い幅広領域Ｒ３０２が設けられる。

この場合、空隙Ｓは、貫通孔３２１ｈの長軸方向一端側に偏って形成される。このため、空隙Ｓの位置がコントロールされる。本第２変形例は、金属部材３０の外周に沿った方向において、金属部材３０の外周面と貫通孔３２１ｈの内周面との間隔が広い部分が偏って設けられた例の１つである。

例えば、図１３に示す第３変形例のように、円孔ではない貫通孔４２１ｈに対して円柱状の本体部３２を有する金属部材３０が挿入されていてもよい。ここでは、貫通孔４２１ｈは四角形（ここでは正方形）孔状に形成されている。本体部３２の中心軸と貫通孔４２１ｈの中心軸とは一致している。

この場合、貫通孔４２１ｈの各角部分に最も間隔が広い幅広領域Ｒ４０２が設けられる。

この場合、空隙Ｓは、貫通孔４２１ｈの各角部分側に形成される。このため、空隙Ｓの位置がコントロールされる。本第３変形例は、金属部材３０の外周に沿った方向において、金属部材３０の外周面と貫通孔４２１ｈの内周面との間隔が広い部分が均等に分散するように設けられた例の１つである。

上記各実施形態及び各変形例では、金属部材３０の本体部３２が円柱形状である例で説明した。本体部３２が円柱形状である必要は無い。例えば、円孔状の貫通孔に本体部が挿入される構成において、円柱形状の外周部を部分的に凹ませた形状の本体部を挿入するようにしてもよい。この場合、当該凹み部分が形成された領域で、金属部材の外周面と貫通孔の内周面との間隔が大きくなり、この部分に隙間が形成され易くなる。

また、円孔又は楕円孔状の貫通孔に多角形状の金属部材が挿入されて、金属部材の外周に沿った方向において、金属部材の外周面と貫通孔の内周面との間隔が変化する構成とされてもよい。

なお、接合部材がロウ材又は導電性接着剤によって形成される場合であっても、気泡による隙間形成の問題は生じ得る。このため、接合部材がロウ材又は導電性接着剤によって形成される場合であっても、上記各構成は有効である。

なお、上記各実施形態及び各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組合わせることができる。

１０ 金属部材付基板
２０ 基板
２１ｈ 貫通孔
２１ｈ１ 第１円孔周面部分
２１ｈ２ 第２円孔周面部分
２２ 絶縁板
２４、２５ 導電層
３０ 金属部材
３２ 本体部
３４ 頭部
４０ 接合部材
５０ 素子
６０ 半田ペースト
７０ 熱伝導部材
７２ 放熱部材
１１０ 金属部材付基板
１２０ 基板
１２１ｈ 貫通孔
１２１ｈ１ 第１円孔周面部分
１２１ｈ２ 第２周面部分
２２１ｈ、３２１ｈ、４２１ｈ 貫通孔
５１０ 金属部材付基板
５２１ｈ 貫通孔
Ｂ 気泡
Ｒ１、Ｒ１０１ 均等間隔領域
Ｒ２、Ｒ１０２、Ｒ２０２、Ｒ３０２、Ｒ４０２ 幅広領域
Ｓ 空隙
Ｘ 中心軸

Claims (5)

1. 貫通孔が形成された基板と、
   前記貫通孔の内周面に対して間隔をあけた状態で前記貫通孔に配設される金属部材と、
   前記基板と前記金属部材とを接合する接合部材と、
   を備え、
   前記基板の一方主面側に素子が実装され、前記素子の端子が前記接合部材を介して前記金属部材の端部に接合されており、
   前記接合部材は半田であり、
   前記金属部材の外周に沿った方向において、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が変化しており、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が最も広い部分に空隙が存在している、金属部材付基板。
2. 請求項１に記載の金属部材付基板であって、
   前記金属部材の外周に沿った方向において、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が一定である部分が連続する均等間隔領域と、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が前記均等間隔領域における間隔よりも大きい幅広領域とが混在するように設定されている、金属部材付基板。
3. 請求項１又は請求項２に記載の金属部材付基板であって、
   前記金属部材の外周に沿った方向において、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が広い部分が均等に分散するように設けられている、金属部材付基板。
4. 貫通孔が形成された基板と、
   前記貫通孔の内周面に対して間隔をあけた状態で前記貫通孔に配設される金属部材と、
   前記基板と前記金属部材とを接合する接合部材と、
   を備え、
   前記金属部材の外周に沿った方向において、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が変化しており、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が最も広い部分に空隙が存在しており、
   前記金属部材の外周に沿った方向において、前記金属部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間隔が広い部分が偏って設けられている、金属部材付基板。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の金属部材付基板であって、
   前記貫通孔を形成する内周面の少なくとも一部は、前記基板を貫通する円孔の部分的な内周面である、金属部材付基板。

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