JP2009141101A - Radiating substrate, perpendicular multiple set substrate using the same, and these manufacturing methods - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイルドハイブリッドカーを始めとするハイブリッドカーや産業用の機器に使われる放熱基板とこれを用いた垂直多連基板及びこれらの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a heat dissipation board used in hybrid cars such as mild hybrid cars and industrial equipment, a vertical multiple board using the same, and a method of manufacturing the same.
近年、ブレーキ時の回生電力等を電気二重層キャパシタ等に蓄積することで、低消費電力化を実現するハイブリッドカーや各種産業用の機器が注目されている。 In recent years, hybrid cars and various industrial devices that achieve low power consumption by accumulating regenerative power during braking in an electric double layer capacitor or the like have attracted attention.
こうした機器においては、100Aを超える大電流を高精度に制御するDCDCコンバータ(ここでDCDCとは、DC入力をDC出力にするコンバータの意味である)等の大電流を取り扱う回路モジュールが必要であり、これらに使われるパワー半導体等は、放熱や大電流に対応する放熱基板に実装する必要がある。 Such a device requires a circuit module that handles a large current, such as a DCDC converter that controls a large current exceeding 100 A with high accuracy (herein, DCDC means a converter that converts a DC input into a DC output). The power semiconductors used for these must be mounted on a heat dissipation board that supports heat dissipation and large current.
こうした放熱基板としては、例えば特許文献1のような、金属板に金属酸化物及び/又は金属窒化物を含有する絶縁接着剤層を介して回路基板を接合した構造を有する金属ベース回路基板が知られている。 As such a heat dissipation substrate, for example, a metal base circuit substrate having a structure in which a circuit substrate is bonded to a metal plate via an insulating adhesive layer containing a metal oxide and / or a metal nitride as in Patent Document 1 is known. It has been.
図11は、従来の放熱基板の一例を示す断面図である。図11において、金属板1の上には、第1の絶縁接着剤層2を介して導体回路3が固定されている。更にその上には第2の絶縁接着剤層5を介して、回路用導体層6が形成され、導体回路3と回路用導体層6との間は、バイアホール7(バイアホールは、ビアホールとも呼ばれる)によって接続されている。しかしこのような従来の放熱基板を用いて回路モジュールを作成しても、回路用導体層6の剥離強度を高めることには限界がある。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of a conventional heat dissipation board. In FIG. 11, the
例えば回路用導体層6の一部を、外部用引出端子部として形成し、さらに矢印9に示すように引っ張ったとき、この「引張り力」に抵抗するのは絶縁接着剤層5の接着力だけである。その結果、車載用に要求されるような耐振性(例えば、XYZ方向に4〜20G程度の加速試験を行う)に対応することが難しい。
図11で示した従来の放熱基板8では、回路用導体層6は、第2の絶縁接着剤層5の表面に接着されているだけなので、ここにプリント基板や電源ケーブルを介して大きな力がかかった場合、その接着面が剥離してしまう可能性があった。
In the conventional
そこで本発明は、上記課題を解決するために、金属板と、この上に形成したシート状の伝熱層と、この伝熱層に固定したリードフレームと、このリードフレームの一部を前記伝熱層から略垂直に折り曲げてなる接続配線と、この接続配線の一部以上を固定する樹脂構造体と、からなる放熱基板であって、前記接続配線及び前記樹脂構造体の一部以上は、前記放熱基板の周縁部に形成しており、前記接続配線の根元部の一部以上が、前記樹脂構造体によって前記伝熱層に押付けられている放熱基板とするものである。 Therefore, in order to solve the above problems, the present invention provides a metal plate, a sheet-like heat transfer layer formed thereon, a lead frame fixed to the heat transfer layer, and a part of the lead frame. A heat dissipation board comprising a connection wiring that is bent substantially vertically from a thermal layer, and a resin structure that fixes a part or more of the connection wiring, wherein the connection wiring and a part or more of the resin structure are: It forms in the peripheral part of the said thermal radiation board | substrate, and makes it the thermal radiation board | substrate by which a part or more of the root part of the said connection wiring is pressed by the said heat transfer layer with the said resin structure.
以上のように、本発明によれば、放熱基板の配線を構成するリードフレームの一部を、伝熱層から略垂直に折曲げ、外部用の引出端子部として機能する接続配線とすることで、配線部と外部端子部との一体化が可能となる。 As described above, according to the present invention, a part of the lead frame constituting the wiring of the heat radiating substrate is bent substantially vertically from the heat transfer layer to form a connection wiring that functions as an external lead terminal portion. The wiring part and the external terminal part can be integrated.
更にこの接続配線の根元部の一部以上を、樹脂構造体を用いて更に強固に固定する。この結果、接続配線の根元部(特には接続配線の根元部となるリードフレーム)とこれを固定する伝熱層との間は、伝熱層とリードフレームとの接着力(物理的、化学的等)と、樹脂構造体による物理的な固定力との、ダブル効果(あるいは相乗効果)によって、その機械的強度を高める。 Further, a part or more of the base portion of the connection wiring is more firmly fixed using a resin structure. As a result, the adhesive force (physical and chemical) between the heat transfer layer and the lead frame between the root part of the connection wiring (especially the lead frame that becomes the base part of the connection wiring) and the heat transfer layer that fixes the connection wire. Etc.) and the physical fixing force by the resin structure, the mechanical strength is increased by a double effect (or synergistic effect).
なお本発明の実施の形態に示された一部の製造工程は、成型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。 Note that some of the manufacturing steps shown in the embodiment of the present invention are performed using a molding die or the like. However, the molding die is not shown unless it is necessary for explanation. Further, the drawings are schematic views and do not show the positional relations in terms of dimensions.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1として放熱基板の高強度化に用いる樹脂構造体の構造について図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, as a first embodiment of the present invention, the structure of a resin structure used for increasing the strength of a heat dissipation substrate will be described with reference to the drawings.
図1は、放熱基板の接続配線部を高強度化するために用いる樹脂構造体の一例を示す斜視図である。図1において、11は樹脂構造体、12は取付け孔、13は配線孔、14は開口部、15a、15bは凹み部、16は放熱基板、17はリードフレーム、18は伝熱層、19は金属板、20は接続配線、21は矢印、22はネジである。 FIG. 1 is a perspective view showing an example of a resin structure used for increasing the strength of a connection wiring portion of a heat dissipation board. In FIG. 1, 11 is a resin structure, 12 is a mounting hole, 13 is a wiring hole, 14 is an opening, 15a and 15b are recessed portions, 16 is a heat dissipation board, 17 is a lead frame, 18 is a heat transfer layer, and 19 is A metal plate, 20 is a connection wiring, 21 is an arrow, and 22 is a screw.
なお樹脂構造体11に設けた配線孔13は、後述する図4等で説明するように、放熱基板16に形成した接続配線20が貫通する部分に相当する。
The
図1において、接続配線20は、金属板19の上に形成したシート状の伝熱層18に固定したリードフレーム17の一部を、略垂直に折り曲げた部分である。そしてこの折り曲げ部分が接続配線20になる。そして接続配線20の根元部(特に接続配線20の根元部分で、伝熱層18に固定したリードフレーム17部分)を、樹脂構造体11で強固にする。
In FIG. 1, the
図1において、放熱基板16は、金属板19と、この上に形成したシート状の伝熱層18と、この伝熱層18に固定したリードフレーム17と、このリードフレーム17の一部を、伝熱層18や金属板19から略垂直に折り曲げてなる接続配線20から構成している。そして、この接続配線20を、他のプリント基板や入出力ケーブル等の接続端子部分とする。
In FIG. 1, the
図1において、樹脂構造体11は、ネジ22等の物理的固定手段を用いて、放熱基板16の金属板19や、放熱基板16本体を固定する機器のシャーシや筐体(共に図示していない)に物理的に固定する。
In FIG. 1, the
図1において、接続配線20の一部以上は、必要に応じて樹脂構造体11に形成した配線孔13等を貫通させる構造としても良い。この構造にすることで、略垂直に折り曲げた接続配線20の補強、曲がり防止、整列等が可能になる。このように樹脂構造体11を用いることで、接続配線20の位置寸法を高精度化する。
In FIG. 1, a part or more of the
また接続配線20を、樹脂構造体11を貫通させることで、互いの接触を防止する。
Further, the
図1の凹み部15aは、樹脂構造体11の一部を凹ませた部分であり、樹脂構造体11の一部を凹ませる等によって、接続配線20の根元部分を選択的に押付ける。なお詳細は、後述する図7(B)等で説明する。
1 is a portion in which a part of the
図1の凹み部15bは、シート状の伝熱層18の一部の凹み部分であり、たとえば伝熱層18に埋め込むように固定したリードフレーム17の一部を剥がし、接続配線20とした痕跡部分である。
The
図1や後述する図3〜図10で、リードフレーム17は、伝熱層18にその一部以上を埋め込むが、これは伝熱層18とリードフレーム17との接触面積を増加することで、互いの放熱性や密着性を高める。また一部以上を埋め込むことで、リードフレーム17により肉厚の部材を用いても、その厚みが表面に凹凸として表れないため、ソルダーレジスト(図示していない)等の形成が容易である。
In FIG. 1 and FIGS. 3 to 10 to be described later, the
リードフレーム17は、必ずしも伝熱層18に埋め込む必要は無い。シート状やフィルム状の伝熱層18の表面にリードフレーム17を接着剤等で固定しても良い。これはリードフレーム17を接着剤だけで固定した場合であっても、実施の形態1で説明するように、樹脂構造体11とでダブルで(あるいは相乗的に)固定する。
The
次に、図2を用いて、樹脂構造体11について説明する。図2は、樹脂構造体11の一例を説明する斜視図である。
Next, the
図2において、樹脂構造体11はロの字(中央部に開口部14を構成した形状)としているが、直線状のもの、L字型、U字型等、必要に応じた形状とする。
In FIG. 2, the
図2において、取付け孔12は、樹脂構造体11の周縁部に形成しているが、これによって放熱基板16から伸びる接続配線20と干渉しない。
In FIG. 2, the
図2において、配線孔13は、放熱基板16から伸びる接続配線20を保護する。
In FIG. 2, the
次に、図3を用いて、放熱基板16について説明する。図3は、放熱基板16の一例を示す斜視図である。図3において、放熱基板16は、金属板19の上に、シート状の伝熱層18を介して、リードフレーム17を固定する。なお図3において、リードフレーム17の一部(例えば放熱基板16の中央部等の、パワー半導体等を実装する回路パターン部分やパワー半導体等)は図示しない。また図3において、リードフレーム17の下部に挿入した伝熱層18(この伝熱層18によって、リードフレーム17をその下の金属板19の間を固定し絶縁している)は図示しない(図面の関係で省略している)。またソルダーレジスト等も図示しない。
Next, the
図3において、リードフレーム17は、その一部(例えば、放熱基板16の周縁部において)は、互いに略平行な状態のまま、金属板19から略垂直になるように折り曲げており、この部分を接続配線20とする。この接続配線20は、後述する図4において、樹脂構造体11によって、放熱基板16側に機械的に固定する。
In FIG. 3, a part of the lead frame 17 (for example, at the peripheral edge of the heat dissipation board 16) is bent so as to be substantially perpendicular to the
なお図3において、接続配線20の先端は、樹脂構造体11等への挿入性を高めるために尖らせておく。またリードフレーム17の一部は、斜線を用いて省略している(後述する図4も同様にリードフレーム17の一部を省略している)。
In FIG. 3, the tip of the
次に図4を用いて、樹脂構造体11を用いて放熱基板16を高強度化する様子を説明する。図4は、放熱基板16の上に樹脂構造体11を、ネジ22を用いて固定する様子を説明する斜視図である。
Next, a state in which the
図4において、放熱基板16の周縁部に形成したリードフレーム17の一部を金属板19から略垂直に折り曲げてなる接続配線20に、ネジ22等を用いて矢印21に示すように樹脂構造体11を固定する。この結果、放熱基板16におけるリードフレーム17(特に接続配線20の根元、あるいは根元付近。なお接続配線20の中央から下半分も根元の一部である)は、ネジ22等によって金属板19(更には金属板19を固定する機器のシャーシや筐体等に直接固定しても良い)に固定した樹脂構造体11によって、保護すると共にその機械的強度を高める。
In FIG. 4, a resin structure as shown by an
以上のように、金属板19と、この上に形成したシート状の伝熱層18と、この伝熱層18に固定したリードフレーム17と、このリードフレーム17の一部を前記伝熱層18から略垂直に折り曲げてなる接続配線20と、この接続配線20の一部以上を固定する樹脂構造体11と、からなる放熱基板16であって、前記接続配線20及び前記樹脂構造体11の一部以上は、前記放熱基板16の周縁部に形成しており、前記接続配線20の根元部の一部以上が、前記樹脂構造体11によって前記伝熱層18に押付けられている放熱基板16とすることで、外力等で引き剥がされる可能性のある接続配線20部分等の保護や強化を行う。
As described above, the
なお図1等に示すように、樹脂構造体11の中央部には開口部14を形成しているが、これは放熱基板16の上に実装した発熱部品(図示していない)の外観検査等に利用する。
As shown in FIG. 1 and the like, an
また樹脂構造体11の周縁部には、適宜、配線孔13や取付け孔12を形成する。また配線孔13の外周部(特に、外から見える部分)には、凹み部15aを形成する。この凹み部15aを形成することで、接続配線20の配線孔13への挿入性を高める。また放熱基板16に樹脂構造体11を固定した後でも、この凹み部15aによって電気的特性チェックを行う。なお凹み部15aは必要に応じて設ける。また凹み部15aを大きくすることで、配線孔13の一側面を開口しても良い(あるいは配線孔13を細長い溝状としても良い)。
In addition, wiring holes 13 and attachment holes 12 are appropriately formed in the peripheral edge portion of the
また配線孔13に、接続配線20を挿入することで、接続配線20の一部に曲がりや歪み等が残っていても、接続配線20の曲がりや歪みを矯正する(あるいは調芯する)効果が得られる。その結果、後述する図9において、プリント基板24に形成した配線孔13への、接続配線20の挿入性を高める。
Further, by inserting the
更にこの樹脂構造体11を用いて強度アップできる分、金属板19の薄層化や軽量化が可能となる。なお樹脂構造体11は、耐熱性の高い樹脂で作成することで、その熱に対する信頼性を高める。なお樹脂を用いるのは、所定の形状への成形性(射出成形等を含む)や、軽量化のためであり、セラミック等に比べて、樹脂が加工性や材料費の面からも安価である。
Furthermore, the
なお樹脂構造体11は、樹脂単体で作成する必要はなく、金属部品等と組み合わせたものとすることでその強度アップが可能となる。また樹脂構造体11を複数の部品に分けても良い。こうして複数個の部品からなる樹脂構造体11を用意し、これを組み合わせて、一つの樹脂構造体11としても良い。こうすることで樹脂構造体11の汎用化が可能である。
The
更に樹脂構造体11の取り付け方を工夫することで、放熱基板16におけるリードフレーム17の引張り強度以外に、押し付け強度や捻り強度、あるいは耐振動性等における高強度化(あるいは補強)が可能となる。またこの補強効果の分だけ、伝熱層18における無機フィラー等の充填率を高め、放熱基板16の放熱性を改善する。
Furthermore, by devising how to attach the
なお樹脂構造体11による押付け部分の構造や取り付け方等は、その用途に応じて最適な形状に設計する。
In addition, the structure of the pressing part by the
(実施の形態2)
次に、図5から図7を用いて、実施の形態1で説明した放熱基板16の製造方法の一例について説明する。
(Embodiment 2)
Next, an example of a method for manufacturing the
図5(A)(B)は、共に放熱基板16の製造方法の一例を説明する断面図である。図5(A)(B)において、23は伝熱樹脂である。
5A and 5B are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing the
まず図5(A)に示すように、金属板19の上に、伝熱樹脂23をセットし、更にその上に所定パターン形状に加工したリードフレーム17をセットする。そして矢印21に示すように、これらを金型やプレス(共に図示していない)を用いて、加熱加圧することで一体化する。そして伝熱樹脂23を硬化し、伝熱層18とする。
First, as shown in FIG. 5A, the
図5(B)は、伝熱樹脂23を硬化し、伝熱層18とした後の状態を示す断面図である。図5(B)に示すように、放熱基板16を構成するリードフレーム17は、その一部以上を伝熱層18に埋め込んでいる。こうすることで、リードフレーム17と伝熱層18との接触面積を増加させ、リードフレーム17に実装したパワー半導体(図示していない)の熱を、リードフレーム17から伝熱層18を介して金属板19へ放熱する。またリードフレーム17と伝熱層18との接合強度(あるいは剥離強度)を高める。
FIG. 5B is a cross-sectional view showing a state after the
次に図5(B)の矢印21で示すように、リードフレーム17の一部を、金属板19等より略垂直に折曲げ、図6(A)の形状とする。
Next, as indicated by an
図6(A)(B)は、共に接続配線20部分を強化した放熱基板16の製造方法の一例を説明する断面図である。
6A and 6B are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing the
図6(A)において、伝熱層18に埋め込んだリードフレーム17の一部を引き起こし(あるいは引き剥がし)、接続配線20としている。ここで伝熱層18から引き剥がした部分を、凹み部15bとすることで、金属板19と接続配線20との間の沿面距離とすることで、絶縁性を高める。
In FIG. 6A, a part of the
次に図6(B)に示すように、放熱基板16の上に、樹脂構造体11をセットし、ネジ22を用いて、矢印21に示すようにこれらを固定する。
Next, as shown in FIG. 6B, the
なお図6(B)に示すように、樹脂構造体11の一部(例えば、外周面の一部、あるいは外周面の放熱基板16に接する部分)に凹み部15aを形成しておくことで、例えばリードフレーム17が、樹脂構造体11に形成した配線孔13に挿入できたかの確認が容易になる。
As shown in FIG. 6B, by forming a
次に図7(A)(B)を用いて、放熱基板16の接続配線20部分を強化する様子を説明する。
Next, how the
図7(A)(B)は、共に放熱基板16の接続配線20の強化を説明する断面図である。なお根元とは、根元付近も含む。根元付近とは接続配線20の折り曲げ部分から10mm以下とする。10mm以上離れた場合効果が得られない場合がある。
7A and 7B are cross-sectional views illustrating the strengthening of the
図7(A)は、放熱基板16に形成した接続配線20を、樹脂構造体11に嵌め込んだ様子を説明する断面図である。その後、矢印21に示すように、ネジ22等を用いて、樹脂構造体11を放熱基板16の金属板19等に機械的に固定する。
FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating a state in which the
図7(B)は、放熱基板16の上に、樹脂構造体11をネジ22等で固定した様子を説明する断面図である。接続配線20の根元付近は、ネジ22や樹脂構造体11によって矢印21で示す「押付け力」が発生している。その結果、接続配線20に矢印21に示すような「引張り力」が発生した場合でも、「押付け力」で打ち消せる。その結果、接続配線20の根元における界面部に力が伝わらないため、剥離(例えば、リードフレーム17と伝熱層18との界面での剥離)の発生を防止する。
FIG. 7B is a cross-sectional view illustrating a state in which the
次に、図8(A)(B)を用いて、接続配線20の根元における界面剥離について説明する。図8(A)(B)は、共に樹脂構造体11が無い場合における放熱基板16の接続配線20の根元における界面剥離について説明する断面図である。
Next, interface peeling at the base of the
図8(A)は、放熱基板16の接続配線20に、矢印21に示す方向に「引張り力」を発生させた場合について説明する断面図である。
FIG. 8A is a cross-sectional view illustrating a case where a “tensile force” is generated in the direction indicated by the
図8(B)は、「引張り力」によって、接続配線20が放熱基板16から引き剥がされた様子を説明する断面図である。振動試験等で非常に大きな「引張り力」が発生した場合、図8(B)に示すようにリードフレーム17と、伝熱層18との界面で剥離する可能性が考えられる。
FIG. 8B is a cross-sectional view illustrating a state where the
しかし本発明の放熱基板16の場合、図7(B)等に示すように、放熱基板16の一部を、予め樹脂構造体11で固定しているため、リードフレーム17と伝熱層18との界面の剥離を防止する。
However, in the case of the
(実施の形態3)
次に実施の形態3として、放熱基板16等に用いる部材について説明する。
(Embodiment 3)
Next, as
リードフレーム17としては、銅やアルミニウムのような熱伝導性の高い部材を用いることが望ましい。またリードフレーム17の厚みは0.2mm以上(望ましくは0.3mm以上)が望ましい。リードフレーム17の厚みが0.2mm未満の場合、接続配線20の強度が低下し、作業中に曲がったり変形したりする可能性がある。
As the
またリードフレーム17の厚みは、10.0mm以下(望ましくは5.0mm以下)が望ましい。リードフレーム17の厚みが10.0mmを超えた場合、接続配線20のファインパターン化に影響を与える可能性がある。
The thickness of the
なおリードフレーム17の一部以上を、伝熱層18に埋め込むことで、肉厚の(例えば、0.2mm以上、望ましくは0.3mm以上)リードフレーム17を用いた場合でも、その厚みが放熱基板16の表面に段差として表れないため、リードフレーム17の上へのソルダーレジスト(図示していない)の印刷性を高める。
In addition, even when a thick lead frame 17 (for example, 0.2 mm or more, desirably 0.3 mm or more) is used by embedding a part or more of the
なお図5(B)に示す矢印21は、リードフレーム17の一部を、金属板19から略垂直になるように、折り曲げる様子を示す。この時、後述する図7(B)で示すようにリードフレーム17の一部を、伝熱層18から引き剥がす。こうすることで、リードフレーム17(あるいはリードフレーム17で構成した接続配線20)と、金属板19(あるいは金属板19を固定する筐体やシャーシ)との間の沿面距離(一種の絶縁距離)を確保する。
An
次に伝熱樹脂23について説明する。伝熱樹脂23は、例えば、樹脂とフィラーとからなるものとすることで、その熱伝導性を高めることができる。そして樹脂として熱硬化性の樹脂を用いることで、その信頼性を高める。
Next, the
ここで無機フィラーとしては、例えば略球形状で、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る。また100μmを超えると伝熱層18の厚みが厚くなり熱拡散性に影響を与える)。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、これら伝熱層18の熱伝導率は5W/(m・K)程度となる。 Here, as the inorganic filler, for example, it has a substantially spherical shape, and its diameter is suitably 0.1 μm or more and 100 μm or less (if it is less than 0.1 μm, it becomes difficult to disperse in the resin. 18 becomes thick and affects the thermal diffusivity). In this embodiment, the inorganic filler is a mixture of two types of alumina having an average particle diameter of 3 μm and an average particle diameter of 12 μm. By using alumina having two kinds of large and small particle diameters, it is possible to fill the gaps between the large particle diameters of alumina with small particle diameters, so that alumina can be filled at a high concentration to nearly 90% by weight. As a result, the heat conductivity of these heat transfer layers 18 is about 5 W / (m · K).
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、酸化亜鉛、シリカ、酸化チタン、酸化錫、ジルコン珪酸塩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いるものとすることが、熱伝導性やコスト面から望ましい。 The inorganic filler is at least one selected from the group consisting of alumina, magnesium oxide, boron nitride, silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride, and aluminum nitride, zinc oxide, silica, titanium oxide, tin oxide, and zircon silicate. It is desirable from the viewpoint of thermal conductivity and cost.
なお熱硬化性樹脂を使う場合は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂、アラミド樹脂、PEEK樹脂の群から選ばれた少なくとも1種類の熱硬化性樹脂を含んでいるものが望ましい。これはこれらの樹脂が耐熱性や電気絶縁性に優れているからである。 In addition, when using a thermosetting resin, what contains at least 1 type of thermosetting resin chosen from the group of an epoxy resin, a phenol resin, cyanate resin, a polyimide resin, an aramid resin, and PEEK resin is desirable. This is because these resins are excellent in heat resistance and electrical insulation.
一方、伝熱層18の放熱性を更に高めるには、無機フィラーの含有率を増加させることが必要となるが、この結果、伝熱層18における熱硬化性樹脂の含有率を減らす可能性がある。そして伝熱層18における熱硬化性樹脂の含有率を減らした場合、伝熱層18と、リードフレーム17との間の接着力が低下する可能性がある。その結果、放熱基板16における伝熱層18とリードフレーム17の界面が剥離してしまう可能性が考えられる。
On the other hand, in order to further improve the heat dissipation of the
こうした場合は、図7(A)(B)に示すように、リードフレーム17(特に、接続配線20の根本付近のリードフレーム17と伝熱層18の接続配線分)を、樹脂構造体11によって伝熱層18側に物理的に押し付けるような構造とすることで、その部分の物理的強度を高められ、放熱基板16における伝熱層18とリードフレーム17との界面での剥離を防止する。
In such a case, as shown in FIGS. 7A and 7B, the lead frame 17 (especially, the connection wiring between the
(実施の形態4)
次に実施の形態4として、実施の形態1で説明した放熱基板に、プリント基板を組合せて、垂直多連基板を作成する様子を説明する。
(Embodiment 4)
Next, as a fourth embodiment, a state in which a vertical multiple substrate is formed by combining a printed circuit board with the heat dissipation substrate described in the first embodiment will be described.
図9は、樹脂構造体11で補強した放熱基板16の上に、プリント基板を固定する様子を説明する斜視図である。図9において、24はプリント基板、25は一般電子部品、26は垂直多連基板である。
FIG. 9 is a perspective view for explaining how the printed circuit board is fixed on the
図9において、放熱基板16に形成した接続配線20は、その根元や周辺を樹脂構造体11で保護する。そして樹脂構造体11は、ネジ22等によって、金属板19やその下の筐体等にしっかり固定する。そして矢印21に示すようにこの接続配線20に、プリント基板24に形成した配線孔13をセットし、垂直多連基板26とする。
In FIG. 9, the
こうして金属板19と、この上に形成したシート状の伝熱層18と、この伝熱層18に固定したリードフレーム17と、このリードフレーム17の一部を前記伝熱層18から略垂直に折り曲げてなる接続配線20と、この接続配線20の一部以上を固定する樹脂構造体11と、からなる放熱基板16部分と、プリント基板24部分と、から構成され、前記接続配線20の根元部の一部以上が、前記樹脂構造体11によって前記伝熱層18に押付けられ、前記接続配線20の先端部(先端部は、接続配線20の中央部から上の部分を言う。接続配線20の中央部から下の部分は、接続配線20の根元を構成する一部分となる)の一部以上が、前記プリント基板24部分に接続している垂直多連基板26を作成する。
Thus, the
そしてパワートランジスタやパワー半導体等の100Aを超える大電流を取り扱うため発熱を伴うパワー素子は、放熱基板16側に固定する。またパワー素子等を制御する、発熱を伴わない一般電子部品25はプリント基板24側に固定する。そして放熱基板16と、プリント基板24とを、上下方向(あるいは垂直方向)に複数枚多連状態に接続する。そしてこの上下方向の接続を、放熱基板16の配線パターンであるリードフレーム17を略垂直に折り曲げてなる接続配線20で行うことで、互いの回路間の引き回し長さ(線路長とも呼ばれる)を短くできるため、出来上がった回路の耐ノイズ特性を高める。これは線路長を短くした分、接続配線20等が外来ノイズを拾うアンテナとなりにくいためである。
In order to handle a large current exceeding 100 A, such as a power transistor and a power semiconductor, a power element that generates heat is fixed to the
次に、図10を用いて、樹脂構造体11を用いて垂直多連基板26を高強度化する様子について説明する。
Next, the manner in which the strength of the vertical
図10は、樹脂構造体11を用いた垂直多連基板26の高強度化メカニズムを説明する断面図である。図10において、27は半田であって、プリント基板24に形成したスルーホール等と、接続配線20と、を接続する。
FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a mechanism for increasing the strength of the vertical
なおプリント基板24は多層プリント基板24としても良く、また配線孔13はスルーホール(スルーホールメッキも含む)としても良い。なお図10において、プリント基板24の表層や内層に形成した銅箔パターンやスルーホール等は図示していない。
The printed
なおプリント基板24の配線孔13と、ここに挿入した接続配線20との半田27による接続の場合、余分な半田27が下部に垂れたり、流れたりする場合がある。こうした場合、後述する図10(B)のように、プリント基板24と、樹脂構造体11との間に隙間を形成することで、半田27の流れを制御し、目視検査できる。
When the
図10(A)は、ネジ22によって、プリント基板24ごと、樹脂構造体11を放熱基板16に固定した様子を説明する。図10(A)に示すように、ネジ22等によって、プリント基板24も、金属板19や金属板19を固定する機器のシャーシに直接、固定する(例えば、金属板19にばか孔等と呼ばれる、大きな孔を形成しておく。なおばか孔は、clearance holeとも呼ばれる機械用語の一つであり、通しボルトは埋め込みボルトなどを挿入する孔も含む)ことで、プリント基板24の取付け強度を高める。またネジ22によって、プリント基板24のみならず、接続配線20の高強度化が可能である。その結果、接続配線20に矢印21に示す「引張り力」が発生しても、接続配線20が矢印21に示す「押付け力」によって、打ち消す。
FIG. 10A illustrates a state in which the
図10(B)は、プリント基板24を、樹脂構造体11から離した場合について説明する断面図である。図10(B)では、樹脂構造体11で部分的に強化した放熱基板16の、接続配線20を用いて、プリント基板24を固定する。こうすることで、プリント基板24側に「引張り力」が発生しても、ネジ22等による「押付け力」が、樹脂構造体11を放熱基板16側に押付けることで、この「引張り力」を打ち消す。
FIG. 10B is a cross-sectional view illustrating a case where the printed
なおパワー半導体等の熱は、リードフレーム17を介して(あるいはリードフレーム17を一種のヒートスプレッダーとして)広がり、熱伝導性に優れた伝熱層18を介して放熱用の金属板19に広がる。その結果、パワー半導体等の発生した熱は、プリント基板24に伝わりにくいため、プリント基板24に実装した一般電子部品25等への熱的影響を抑える。
The heat of the power semiconductor or the like spreads through the lead frame 17 (or the
なお樹脂構造体11を用いて、接続配線20を高精度に位置決めでき、複数の接続配線20のプリント基板24への接続性を高める。
In addition, the
なおネジ22の取付け位置等は、回路モジュールの大きさや形状に応じて最適な位置とすれば良い。またネジ22の取り付け位置や樹脂構造体11の形状を、多連垂直基板に実装する各種部品に応じて最適値に設計することで、強度や耐振動性を高める。
It should be noted that the attachment position of the
また樹脂構造体11の固定方法は、ネジ22に限定するものではなく、樹脂構造体11の一部等に形成した構造体(例えば、爪構造やひっかけ構造、楔構造等)としても良いことは言うまでもない。
The fixing method of the
なお樹脂構造体11の中央部等に開口部14を形成することで、放熱基板16に実装したパワー半導体等を目視検査することができるが、必ずしも樹脂構造体11に開口部14を形成する必要は無い。
In addition, although the power semiconductor etc. which were mounted in the thermal radiation board |
また樹脂構造体11を用いることで(更に樹脂構造体11をネジ22等で固定することで、放熱基板16全体を、構造的に一種のラーメン構造(ラーメンは、ドイツ語で枠の意味)とすることになり、その高強度化(耐振動性の向上も含む)が可能となる。また樹脂構造体11は、容易に取替え可能なため、リペーアーやメンテナンス、交換等が容易になるため、実用性を高める。
In addition, by using the resin structure 11 (further fixing the
以上のようにして、金属板19と、この上に形成したシート状の伝熱層18と、この伝熱層18に固定したリードフレーム17と、このリードフレーム17の一部を前記伝熱層18から略垂直に折り曲げてなる接続配線20と、この接続配線20の一部以上を固定する樹脂構造体11と、からなる放熱基板16であって、前記接続配線20及び前記樹脂構造体11の一部以上は、前記放熱基板16の周縁部に形成しており、前記接続配線20の根元部の一部以上が、前記樹脂構造体11によって前記伝熱層18に押付けられている放熱基板16を提供することで、車載用等の過酷な条件に対応できる放熱基板16を提供できる。
As described above, the
金属板19と、この上にシート状の伝熱層18を用いて固定したリードフレーム17と、このリードフレーム17の一部を前記伝熱層18から略垂直に折り曲げてなる接続配線20と、この接続配線20の一部以上を固定する樹脂構造体11と、からなる放熱基板16であって、前記接続配線20及び前記樹脂構造体11は、前記放熱基板16の2辺以上に形成しており、前記接続配線20の根元部の一部以上が、前記樹脂構造体11によって前記伝熱層18に押付けられている放熱基板16とすることで、樹脂構造体11自体の高強度化を行い、車載用等の過酷な条件に対応する放熱基板16を提供する。
A
金属板19と、この上に形成したシート状の伝熱層18と、この伝熱層18に固定したリードフレーム17と、このリードフレーム17の一部を前記伝熱層18から略垂直に折り曲げてなる接続配線20と、この接続配線20の一部以上を固定する樹脂構造体11と、からなる放熱基板16部分と、プリント基板24部分と、から構成され、前記接続配線20の根元部の一部以上が、前記樹脂構造体11によって前記伝熱層18に押付けられ、前記接続配線20の先端部の一部以上が、前記プリント基板24部に接続している垂直多連基板26とすることで、放熱基板16とプリント基板24を熱的な影響を抑えながら、互いに接近できるため、電源モジュールや回路モジュールの小型化、高強度化が可能となる。
A
金属板19と、この上にシート状の伝熱層18を用いて固定したリードフレーム17と、このリードフレーム17の一部を前記伝熱層18から略垂直に折り曲げてなる接続配線20と、この接続配線20の一部以上を固定する樹脂構造体11と、からなる放熱基板16部分と、前記放熱基板16部分と略平行になるように固定したプリント基板24部分と、から構成され、前記接続配線20の根元部の一部以上が、前記樹脂構造体11によって前記伝熱層18に押付けられ、前記接続配線20の先端部の一部以上は、前記プリント基板24に接続している垂直多連基板26とすることで、電源モジュールや回路モジュール等の小型化、高強度化が可能となる。
A
金属板19上に、シート状の伝熱層18を用いてリードフレーム17を固定する工程と、前記リードフレーム17の一部を、伝熱層18から略垂直に折曲げ接続配線20とする工程と、樹脂構造体11を用いて、前記リードフレーム17の根元部の一部を前記伝熱層18側に押付ける工程と、前記樹脂構造体11を、前記金属板19に固定する工程と、を有する放熱基板16の製造方法によって、機械的強度の高い放熱基板16を安定して製造できる。
A step of fixing the
金属板19上に、シート状の伝熱層18を用いてリードフレーム17を固定する工程と、前記リードフレーム17の一部を、伝熱層18から略垂直に折曲げ接続配線20とする工程と、樹脂構造体11を用いて、前記リードフレーム17の根元部の一部以上を前記伝熱層18側に押付ける工程と、前記樹脂構造体11を、前記金属板19に固定する工程と、前記接続配線20に、プリント基板を接続する工程と、を有する垂直多連基板26の製造方法によって、機械的強度の高い放熱基板16を安定して製造できる。
A step of fixing the
以上のように、本発明にかかる放熱基板とこれを用いた垂直多連基板及びこれらの製造方法によって、放熱基板の高強度化が可能になるため、各種機器の小型化、高信頼性、車載化が可能となる。 As described above, the heat dissipation substrate according to the present invention, the vertical multiple substrate using the same, and the manufacturing method thereof can increase the strength of the heat dissipation substrate. Can be realized.
11 樹脂構造体
12 取付け孔
13 配線孔
14 開口部
15a、15b 凹み部
16 放熱基板
17 リードフレーム
18 伝熱層
19 金属板
20 接続配線
21 矢印
22 ネジ
23 伝熱樹脂
24 プリント基板
25 一般電子部品
26 垂直多連基板
27 半田
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記接続配線及び前記樹脂構造体の一部以上は、前記放熱基板の周縁部に形成しており、
前記接続配線の根元部の一部以上が、前記樹脂構造体によって前記伝熱層に押付けられている放熱基板。 A metal plate, a sheet-like heat transfer layer formed thereon, a lead frame fixed to the heat transfer layer, and a connection wiring formed by bending a part of the lead frame substantially vertically from the heat transfer layer; A resin structure that fixes a part or more of the connection wiring, and a heat dissipation board,
A part or more of the connection wiring and the resin structure are formed on the peripheral edge of the heat dissipation substrate,
A heat dissipation board in which a part or more of a base portion of the connection wiring is pressed against the heat transfer layer by the resin structure.
前記接続配線及び前記樹脂構造体は、前記放熱基板の2辺以上に形成しており、
前記接続配線の根元部の一部以上が、前記樹脂構造体によって前記伝熱層に押付けられている放熱基板。 A metal plate, a lead frame fixed thereon using a sheet-like heat transfer layer, a connection wiring formed by bending a part of the lead frame substantially vertically from the heat transfer layer, and a part of the connection wiring A heat dissipation substrate comprising a resin structure for fixing the above,
The connection wiring and the resin structure are formed on two or more sides of the heat dissipation substrate,
A heat dissipation board in which a part or more of a base portion of the connection wiring is pressed against the heat transfer layer by the resin structure.
プリント基板部と、から構成され、
前記接続配線の根元部の一部以上が、前記樹脂構造体によって前記伝熱層に押付けられ、
前記接続配線の先端部の一部以上が、前記プリント基板部に接続している垂直多連基板。 A metal plate, a sheet-like heat transfer layer formed thereon, a lead frame fixed to the heat transfer layer, and a connection wiring formed by bending a part of the lead frame substantially vertically from the heat transfer layer; A resin structure that fixes a part or more of the connection wiring, and a heat dissipation substrate portion,
A printed circuit board unit, and
Part or more of the base portion of the connection wiring is pressed against the heat transfer layer by the resin structure,
A vertical multiple substrate in which a part or more of the front end portion of the connection wiring is connected to the printed circuit board portion.
前記放熱基板部と略平行になるように固定したプリント基板部と、から構成され、
前記接続配線の根元部の一部以上が、前記樹脂構造体によって前記伝熱層に押付けられ、
前記接続配線の先端部一部以上は、前記プリント基板に接続している垂直多連基板。 A metal plate, a lead frame fixed thereon using a sheet-like heat transfer layer, a connection wiring formed by bending a part of the lead frame substantially vertically from the heat transfer layer, and a part of the connection wiring A resin structure for fixing the above, and a heat dissipation substrate portion,
A printed circuit board part fixed so as to be substantially parallel to the heat dissipation board part, and
Part or more of the base portion of the connection wiring is pressed against the heat transfer layer by the resin structure,
A vertical multiple substrate in which a part or more of the tip of the connection wiring is connected to the printed circuit board.
前記リードフレームの一部を、伝熱層から略垂直に折曲げ接続配線とする工程と、
樹脂構造体を用いて、前記リードフレームの一部を前記伝熱層側に押付ける工程と、
前記樹脂構造体を、前記金属板に固定する工程と、
を有する放熱基板の製造方法。 Fixing a lead frame on a metal plate using a sheet-like heat transfer layer;
A step of bending a part of the lead frame substantially perpendicularly from the heat transfer layer and connecting wiring;
Using a resin structure, a step of pressing a part of the lead frame against the heat transfer layer side;
Fixing the resin structure to the metal plate;
A method for manufacturing a heat dissipation board.
前記リードフレームの一部を、伝熱層から略垂直に折曲げ接続配線とする工程と、
樹脂構造体を用いて、前記リードフレームの一部以上を前記伝熱層側に押付ける工程と、
前記樹脂構造体を、前記金属板に固定する工程と、
前記接続配線の先端部に、プリント基板を接続する工程と、
を有する垂直多連基板の製造方法。 Fixing a lead frame on a metal plate using a sheet-like heat transfer layer;
A step of bending a part of the lead frame substantially perpendicularly from the heat transfer layer and connecting wiring;
Using a resin structure, a step of pressing a part or more of the lead frame against the heat transfer layer side;
Fixing the resin structure to the metal plate;
Connecting a printed circuit board to the tip of the connection wiring; and
A method for manufacturing a vertical multiple substrate having:
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JP2007315613A JP2009141101A (en) | 2007-12-06 | 2007-12-06 | Radiating substrate, perpendicular multiple set substrate using the same, and these manufacturing methods |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20160035646A1 (en) * | 2013-09-30 | 2016-02-04 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device, method for assembling semiconductor device, semiconductor device component, and unit module |
JP2018125494A (en) * | 2017-02-03 | 2018-08-09 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device and power conversion device |
-
2007
- 2007-12-06 JP JP2007315613A patent/JP2009141101A/en active Pending
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US9917031B2 (en) * | 2013-09-30 | 2018-03-13 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device, and method for assembling semiconductor device |
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