JP2010003718A - Heat-dissipating substrate and its manufacturing method, and module using heat-dissipating substrate - Google Patents
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Abstract
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放熱基板とその製造方法及びこれを用いたモジュールに関するものである。 The present invention relates to a heat dissipation substrate used in a power supply circuit, a drive circuit, and the like using a power semiconductor of an electronic device, a manufacturing method thereof, and a module using the same.
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。しかしパワー系発熱部品（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。こうしたパワー系発熱部品に比べ、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。 In recent years, with the demand for higher performance and miniaturization of electronic devices, further miniaturization is required for power supply circuits and drive circuits (for example, sustain circuits for plasma televisions) using a power semiconductor or the like. However, power-based heat-generating components (for example, power semiconductor elements) are accompanied by a large current and a high heat generation, and thus must be mounted on a heat conductive substrate corresponding to a large current and a high heat dissipation. Compared with such power-based heat-generating components, signal-based electronic components (for example, signal-based semiconductor elements and various chip components) do not generate much heat and can be mounted with high density.
そのため、パワー系発熱部品を熱伝導基板に実装し、信号系電子部品を一般的なプリント配線板に実装し、こうして作成した複数の基板間を電気的に接続して、一つのモジュール（回路モジュール等と呼ばれることもある）とすることが、特許文献１等で提案されている。 For this reason, power-based heat-generating components are mounted on a heat conductive substrate, signal-based electronic components are mounted on a general printed wiring board, and a plurality of substrates thus created are electrically connected to form a single module (circuit module). Patent Document 1 and the like have proposed this method.
次に図１５（Ａ）（Ｂ）を用いて、従来のモジュールの一例について説明する。 Next, an example of a conventional module will be described with reference to FIGS.
図１５（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ従来のモジュールの断面図と斜視図である。 15A and 15B are a cross-sectional view and a perspective view of a conventional module, respectively.
図１５（Ａ）（Ｂ）において、金属板１は、伝熱材２に固定されている。そして金属板１の一部は折り曲げられ、接続端子３ａ、３ｂを構成する。そして接続端子３ａ、３ｂは回路基板５に接続される。そして発熱が少ない電子部品６は、回路基板５側に、発熱が大きな発熱部品７は金属板１側に実装される。こうして金属板１が伝熱層２に固定されてなる放熱基板８と、回路基板５と、からなるモジュール９を構成する。
しかし図１５に示した構成では、放熱基板８に実装する発熱部品７の個数を増加した場合、放熱基板８の面積（例えば投影面積、床面積、スペース）が増加してしまい、このモジュール９を搭載する機器が大型化してしまうという課題があった。
However, in the configuration shown in FIG. 15, when the number of
そこで本発明は、放熱基板を構成する金属板を複数に分割し、この複数の金属板間をリードフレームの一部によって折り曲げ可能な状態で連結した放熱基板とすることで、放熱基板の面積が増加しても、放熱基板本体を所定形状に折り曲げることができ、その投影面積（あるいは床面積）の増加を抑えることを目的とする。 Therefore, the present invention divides the metal plate constituting the heat dissipation board into a plurality of parts, and makes the heat dissipation board connectable in a state where the metal plates can be bent by a part of the lead frame. Even if it increases, the heat dissipation substrate body can be bent into a predetermined shape, and the object is to suppress an increase in the projected area (or floor area).
そしてこの本発明は、上記目的を達成するために、複数の金属板と、この金属板上に個別に設けたシート状の伝熱層と、この伝熱層に埋め込んだリードフレームと、からなる放熱基板であって、複数の前記金属板は、前記リードフレームの一部によって屈曲可能な状態で連結されている放熱基板とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention comprises a plurality of metal plates, a sheet-like heat transfer layer individually provided on the metal plate, and a lead frame embedded in the heat transfer layer. A heat dissipation board, wherein the plurality of metal plates are connected to each other in a bendable state by a part of the lead frame.
以上のように本発明によれば、放熱基板を構成する金属板を複数に分割し、この複数の金属板間をリードフレームの一部によって連結することで、折り曲げ可能な放熱基板とすることで、放熱基板の面積が増加しても、その投影面積（あるいは床面積）の増加を抑えられる。 As described above, according to the present invention, the metal plate constituting the heat dissipation board is divided into a plurality of parts, and the plurality of metal plates are connected to each other by a part of the lead frame, thereby forming a bendable heat dissipation board. Even if the area of the heat dissipation substrate is increased, the increase in the projected area (or floor area) can be suppressed.
また複数の金属板間を、屈曲可能な状態としたリードフレームで連結することで、あたかも複数枚の放熱基板間を、共通のリードフレームで接続してなる放熱基板として機能させることができ、複数の放熱基板間の接続箇所（例えば溶接部、半田付け部、圧着接続部等）を減らすことができ、配線抵抗が低く、放熱基板やモジュールの高信頼性化、高強度化を実現する。 Also, by connecting a plurality of metal plates with a bendable lead frame, it is possible to function as a heat radiating board formed by connecting a plurality of heat radiating boards with a common lead frame. The number of connecting portions (for example, welded portions, soldered portions, crimped connecting portions, etc.) between the heat dissipation boards can be reduced, the wiring resistance is low, and the heat dissipation boards and modules are highly reliable and strong.
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。 Note that some of the manufacturing steps shown in the embodiments 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における放熱基板の一例について、図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, an example of the heat dissipation substrate according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施の形態１における放熱基板の斜視図である。図１において、１１は放熱基板、１２ａ、１２ｂは金属板、１３は伝熱層、１４はリードフレーム、１５は孔、１６ａ〜１６ｆは端子部である。 FIG. 1 is a perspective view of a heat dissipation board according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, 11 is a heat dissipation board, 12a and 12b are metal plates, 13 is a heat transfer layer, 14 is a lead frame, 15 is a hole, and 16a to 16f are terminal portions.
図１において、複数の金属板１２ａ、１２ｂの上には、シート状の伝熱層１３が個別に（あるいは金属板１２ａ、１２ｂの形状に応じて複数に分割した状態で）形成している。そしてこの金属板上に個別に設けたシート状の伝熱層１３には、リードフレーム１４を埋め込み、固定している。
In FIG. 1, a sheet-like
なお図１において、リードフレーム１４の周縁部は、額縁状とし、この額縁部分の中に、所定の配線パターンを形成するようにしている。
In FIG. 1, the peripheral portion of the
そして複数の金属板１２ａ、１２ｂは、リードフレーム１４の一部（例えば、図１における端子部１６ｂ、端子部１６ｄ）によって連結されている。
The plurality of
また複数の金属板１２ａ、１２ｂは、リードフレーム１４の一部（例えば、図１における端子部１６ａ、１６ｃ、１６ｅ、１６ｆ）によって、リードフレーム１４の周縁部（あるいは額縁部分）に連結している。こうすることで、工程途中（あるいは部品実装時）におけるリードフレーム１４の変形を防止し、更に複数の金属板１２ａ、１２ｂの位置ズレを防止する。またリードフレーム１４の周縁部（あるいは額縁部分）に設けた孔１５を用いることで、各種位置決め精度を高める。
Further, the plurality of
以上のようにして、複数の金属板１２ａ、１２ｂと、この金属板１２ａ、１２ｂ上に個別に設けたシート状の伝熱層１３と、この伝熱層１３に埋め込んだリードフレーム１４と、からなる放熱基板１１であって、複数の前記金属板１２ａ、１２ｂは、前記リードフレーム１４の一部（例えば、図１の端子部１６ｂ、１６ｄ）によって屈曲可能な状態で連結されている放熱基板１１とすることで、折り曲げ可能な放熱基板１１を実現でき、放熱基板１１の面積が増加しても、その投影面積（あるいは床面積）が増加しない。また途中に折曲可能な部分を設けることで、放熱基板自体の熱膨張等による伸縮（あるいは伸縮による応力発生）を吸収する。
As described above, the plurality of
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２として、実施の形態１で説明した放熱基板の製造方法の一例について説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, as a second embodiment of the present invention, an example of a method for manufacturing the heat dissipation substrate described in the first embodiment will be described.
図２（Ａ）（Ｂ）は、実施の形態２における放熱基板の製造方法の一例を説明する断面図である。 2A and 2B are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a heat dissipation board in the second embodiment.
図２（Ａ）（Ｂ）において、１７ａ、１７ｂは矢印、１８は伝熱材、１９は発熱部品である。 2A and 2B, 17a and 17b are arrows, 18 is a heat transfer material, and 19 is a heat generating component.
図２（Ａ）は、複数枚の金属板１２ａ、１２ｂの上に、伝熱材１８によってリードフレーム１４を固定する様子を説明する断面図である。図２（Ａ）において、リードフレーム１４は、例えば銅板やアルミニウム板を、金型やエッチング等によって所定形状に加工したものである。
FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating a state in which the
図２（Ａ）に示すように、複数枚の金属板１２ａ、１２ｂの上に、伝熱材１８を介して、リードフレーム１４をセットする。そして金型等（図示していない）を、矢印１７ａに示すように動かし、これら部材を一体化する。なお加圧の際に伝熱材１８を加熱することで、伝熱材１８が軟化し、リードフレーム１４の隙間まで、ボイド（あるは空気残り、あるいは泡）を発生させることなく回り込ませられる。また伝熱材１８の硬化時間の短縮も可能となる。
As shown in FIG. 2A, the
なおリードフレーム１４は、複数枚の金属板１２ａ、１２ｂの間を、橋渡しする形状（あるいは列車の車両間を連結するような形状、あるいは端子状の形状）とすることが望ましい。こうすることで複数の金属板１２ａ、１２ｂとリードフレーム１４の一部（特に橋渡し部分）を、基板間接続用の端子部１６とすることができる。
The
図２（Ｂ）は、複数枚の金属板１２ａ、１２ｂの上に、伝熱層１３によってリードフレーム１４を固定してなる放熱基板を説明する断面図である。図２（Ｂ）において、伝熱層１３とは、図２（Ａ）に示した伝熱材１８が、硬化してなるものである。
FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating a heat dissipation board in which a
図２（Ｂ）に示すように、リードフレーム１４の一部以上を伝熱層１３に埋め込むことで、リードフレーム１４の厚みが、放熱基板１１の表面に凹凸として発生しないため、発熱部品１９等のリードフレーム１４への実装性を高める。またリードフレーム１４の表面等へのソルダーレジスト（図示していない）の形成作業性も高められる。こうして配線が、リードフレーム１４である、放熱基板１１を作成する。
As shown in FIG. 2B, by embedding part or more of the
図２（Ｂ）における矢印１７ｂは、トランスやパワー半導体等の発熱部品１９を、放熱基板１１に実装する様子を示す。なお発熱部品１９の実装は、半田やボンディングワイヤー（共に図示していない）を用いることができる。そして発熱部品１９や回路基板（回路基板は、後述する図３（Ｂ）において回路基板２４として図示する）等の実装が終わった後で、端子部１６を用いて放熱基板１１をＬ字型や、コの字型（共に図示していない）等に折り曲げることができる。
An
このように、複数の金属板１２ａ、１２ｂの上に、伝熱層１３を用いてリードフレーム１４を固定する工程と、前記リードフレーム１４の一部を例えば、端子部１６等として屈曲可能な状態で、複数の前記金属板１２ａ、１２ｂを連結する工程と、を有する放熱基板１１の製造方法によって、折り畳みや折り曲げの可能な放熱基板１１を製造できる。
In this way, the step of fixing the
なお複数の金属板１２ａ、１２ｂは、各々が平面状のものであって、互いに略直交するように、リードフレーム１４の一部（例えば、端子部１６）を屈曲させる（例えば、略垂直になるように屈曲させる）ことで、Ｌ字型（アルファベットのＬの文字状）とすることができ、プラズマテレビ等の機器への取り付け性を高め、機器の薄型化、壁掛け化を実現する。
Each of the plurality of
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３として、実施の形態１で説明した放熱基板１１を用いたモジュールについて説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, as a third embodiment of the present invention, a module using the
図３（Ａ）（Ｂ）は、共に実施の形態１で説明した放熱基板を用いたモジュールの一例を説明する断面図である。 3A and 3B are cross-sectional views illustrating an example of a module using the heat dissipation substrate described in Embodiment 1.
図３（Ａ）（Ｂ）において、２０は外部接続用端子、２１は基板間接続端子、２２はスペーサ、２３はモジュール、２４は回路基板、２５は電子部品、２６は剥離部、２７は剥離リードフレームである。 3A and 3B, 20 is an external connection terminal, 21 is an inter-substrate connection terminal, 22 is a spacer, 23 is a module, 24 is a circuit board, 25 is an electronic component, 26 is a peeling portion, and 27 is a peeling portion. Lead frame.
図３（Ａ）は、図２（Ｂ）で説明した放熱基板の上に、発熱部品１９を実装し、所定形状に折り曲げて作成したモジュール２３の一例である。図３（Ａ）において、基板間接続端子２１は、例えば、図２（Ｂ）における端子部１６を折り曲げた部分に相当する。
FIG. 3A shows an example of a
図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、複数の金属板１２ａ、１２ｂ間をリードフレーム１４の一部である基板間接続端子２１で接続することで、複数の放熱基板間の接続箇所（例えば溶接部、半田付け部、圧着接続部等）を減らすことができ、配線抵抗が低く、放熱基板１１やこの放熱基板１１に発熱部品１９等を実装してなるモジュール２３の高信頼性化、高強度化を実現する。
As shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B), a plurality of
図３（Ａ）（Ｂ）におけるスペーサ２２は、複数の金属板１２ａ、１２ｂを略平行に固定するためのものであり、金属製、あるいは樹脂等を用いる。図３（Ａ）（Ｂ）において、スペーサ２２は、伝熱層１３の上に固定しているように図示しているが、スペーサ２２は、金属板１２ａ、１２ｂの上に直接、ネジやボルト等を用いて固定しても良い。またスペーサ２２は、複数個とすることで、モジュール２３の機械的強度を高めることができる。またスペーサ２２を金属製とし、金属板１２ａ、１２ｂの上に直接固定することで、金属板１２ａ、１２ｂ間の伝熱部材（あるいはヒートスプレッダー）として機能させることができ、モジュール２３の放熱効果を高められる。
The
図３（Ａ）（Ｂ）における外部接続用端子２０は、モジュール２３を他の回路基板等に実装するための端子である。矢印１７に示すように、モジュール２３を他の回路基板等に実装する。
The
また図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、発熱部品１９を、モジュール２３の内側に実装することで、発熱部品１９の信頼性を高める。
Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, the reliability of the
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）で説明したモジュール２３の内部に、回路基板２４を内蔵した場合について説明する断面図である。図３（Ｂ）において、回路基板２４の上には、パワー半導体やトランス等の発熱部品１９を制御する制御用半導体等からなる電子部品２５を実装している。なお回路基板２４としては、市販の多層基板（例えば、ガラス繊維をエポキシ樹脂で固定してなる基板）等を用いることができる。
FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating the case where the
図３（Ｂ）に示すように、パワー半導体やインダクタのような放熱が必要な発熱部品１９はモジュール２３の放熱基板１１に、制御用半導体やチップ部品等の電子部品２５は高密度実装が可能な回路基板２４に、夫々実装することで互いの熱的影響を防止できる。
As shown in FIG. 3B, a
図３（Ｂ）において、剥離リードフレーム２７とは、リードフレーム１４の一部を、伝熱層１３から剥離した（例えば図３（Ｂ）において略垂直に剥離した）ものである。このようにして、リードフレーム１４の一部を、略垂直に剥離し、回路基板２４への接続端子とすることで、半田付け部を減らすことができ、電気的接続部の信頼性を高める。また複数の剥離リードフレーム２７を用いることで、回路基板２４を、放熱基板１１と略並行に固定することができる。更に放熱基板１１の任意の部分のリードフレーム１４を、局所的に剥離することができるため、回路基板２４と放熱基板１１との配線距離を最短にでき、ノイズ（静電容量によるストレイキャパシタに起因するノイズではなく、例えばリンギング等のインピーダンスに起因するノイズ）の発生を抑制する。
In FIG. 3B, the peeled
図３（Ｂ）における剥離部２６とは、剥離リードフレーム２７が伝熱層１３から剥離されてなる凹部状の窪みである。このような窪みを積極的に形成することで、この剥離部２６を金属板１２ａ、１２ｂと剥離リードフレーム２７との間の沿面距離とすることができる。なお沿面距離とする場合、６ｍｍ以上とすることが望ましい。こうすることで、一次側回路の安全性を高めることができる。
The peeling
なお図３（Ａ）（Ｂ）に示したように、リードフレーム１４の伝熱層１３に埋め込まれていない部分の一部（例えば、外部接続用端子２０）が、他の回路基板等への接続用の端子となる放熱基板１１とすることで、接続用の端子を別途半田付けする必要が無く、信頼性を高め、低コスト化を実現する。
As shown in FIGS. 3A and 3B, a part of the
また複数の金属板１２ａ、１２ｂは、シート状の伝熱層１３に埋め込まれたリードフレーム１４を内側にするように略並行に対向している放熱基板１１とすることで、放熱基板の小型化と共に内蔵した発熱部品１９の保護が可能となる。
Further, the plurality of
次に、図４〜図５を用いて、モジュール２３について説明する。
Next, the
図４は、モジュール２３の一例を上から見た様子を説明する斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view illustrating an example of the
図４に示すように、複数枚の金属板１２ａ、１２ｂと、この金属板１２ａ、１２ｂ上に伝熱層１３によって固定したリードフレーム１４と、このリードフレーム１４の一部を折り曲げてなる基板間接続端子２１や、前記リードフレーム１４からなる外部接続用端子２０ａ〜２０ｃや、剥離リードフレーム２７等と、からなる放熱基板１１と、前記基板間接続端子２１に、接続した回路基板２４と、からなるモジュール２３であって、前記回路基板２４は、前記外部接続用端子２０ａ〜２０ｃ等に必要に応じて接続され、前記基板間接続端子２１で放熱基板１１を折り曲げ、前記回路基板２４をサンドイッチしたモジュール２３とすることで、モジュール２３の小型化や底面積化を実現する。
As shown in FIG. 4, a plurality of
図４において、発熱部品１９とは、例えばパワー半導体（ダイオード、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、半導体レーザー、ＬＥＤ等も含む）や発熱を伴う発熱部品（例えば、トランスやチョーク等）である。回路基板２４としては、ガラスエポキシ樹脂等を用いた一般的な回路基板を用いることができる。また回路基板２４としては、片面基板を用いても良いが、両面（あるいは多層）基板とすることで、回路基板２４の小型化、高性能化が可能となる。なお図４において、回路基板２４に実装した電子部品等（例えば、制御用半導体やチップ部品等）は図示していない。
In FIG. 4, the heat-generating
そしてモジュール２３の中に組み込んだ回路基板２４と、モジュール２３自体を実装するメイン基板（メイン基板は、後述する図１０等で図示しているが、図４においては図示していない）等への電気的接続に、外部接続用端子２０ａ〜２０ｃを用いる。
Then, the
金属板１２ａ、１２ｂやリードフレーム１４には、アルミニウムや銅のような熱伝導性の高い部材を用いる。これは発熱部品１９に発生した熱を、リードフレーム１４を介して逃がし（あるいはリードフレーム１４を、一種のヒートスプレッダーとし）、更に伝熱層１３を用いて放熱用の金属板１２ａ、１２ｂに伝えるためである。なお金属板１２ａ、１２ｂに、放熱用のフィン（図示していない）を取り付けても良い。また金属板１２ａ、１２ｂを、機器の筐体やシャーシ（共に図示していない）にネジ等で取り付けることで、筐体やシャーシそのものを放熱用部材とすることができ、モジュール２３の放熱効果を高める。
For the
図４におけるスペーサ２２は、例えばパイプ状（あるいは円柱状）の治具であり、金属板１２ａ、１２ｂに形成した孔１５にネジ止め等の物理的手段で固定することで、金属板１２ａ、１２ｂを略平行に保つものである。そしてこのスペーサ２２を、モジュール２３の複数個所に設けることで、モジュール２３自体の機械的強度を高める。またスペーサ２２を介した金属板１２ａと金属板１２ｂとの間の熱伝導性を高めることで、小型化したモジュール２３の放熱効果を高める。なお外部接続用端子２０ａ〜２０ｃ等も、スペーサ２２と同様に、モジュール２３の機械的強度を高め、その放熱性（あるいはヒートスプレッド性）を高める効果を有する。そのため外部接続用端子２０ａ〜２０ｃの幅は、そこを流れる電流容量のみならず、機械的強度を加味しながら決定する。
The
なおスペーサ２２として、金属製のもの（例えば、アルミ製、銅製等）を用いることで、金属板１２ａと金属板１２ｂを同電位とすることができ、ノイズ特性（例えば、外来ノイズに対する防御効果、あるいはモジュール２３の内部に発生するノイズの外部への影響の低減）、あるいはシールド効果を高める。またスペーサ２２にバネワッシャ（図示していない）等を併用して用いることで、加工寸法のバラツキ等を吸収でき、外部接続用端子２０ａ〜２０ｃ等への応力発生の低減効果が得られる。
In addition, by using a metal (for example, aluminum, copper, etc.) as the
図５は、図４に示したモジュール２３の一例を下から見た様子を説明する斜視図である。図５に示すように、外部接続用端子２０ａ〜２０ｃを、リードフレーム１４やリードフレーム１４からなる端子部１６や基板間接続端子２１の一部から構成することでコストダウンが可能となる。
FIG. 5 is a perspective view illustrating a state in which an example of the
このように、複数の金属板１２ａ、１２ｂが、この金属板１２ａ、１２ｂ上に個別に（あるいは複数の分割した状態で）設けたシート状の伝熱層１３に埋め込んだリードフレーム１４の一部で連結されてなる放熱基板１１と、前記金属板１２ａ、１２ｂの一部以上と略並行になるように設けた回路基板２４と、からなる回路モジュール２３であって、前記回路基板は、前記リードフレーム１４の一部を略垂直に折り曲げてなる端子部１６（図４では、外部接続用端子２０や基板間接続端子２１として図示している）と電気的に接続されているモジュール２３とすることで、電源回路等の小型化、高密度化を実現する。
In this way, a part of the
次に図６〜図９を用いて、モジュール２３の製造方法の一例を説明する。なお製造方法は、これに限定する必要は無い。
Next, an example of a method for manufacturing the
図６は、モジュール２３の製造方法の一例を説明する斜視図である。図６において、２８はピンであり、例えばトランス等の発熱部品１９を回路基板２４（図６において図示していない）へ接続する場合に用いる端子に相当する。複数枚の金属板１２ａ、１２ｂは、伝熱層１３を用いてリードフレーム１４に固定している。なおリードフレーム１４の外形は略四辺形とし、その角部分には、位置決め用（ガイド用とも呼ばれる）の孔１５を設けている。この位置決め用の孔１５の位置や、リードフレーム１４の外形寸法を規格化しておくことで、異なるパターン形状の放熱基板１１に対して、印刷機や部品実装機等を共通化できるためその生産性を高める。
FIG. 6 is a perspective view for explaining an example of a method for manufacturing the
なおリードフレーム１４は、外形を略四角形状の枠状（あるいは額縁状）とし、その中に接続端子１６ａ〜１６ｆ（なお図６における接続端子１６ａは図４や図５等における外部接続用端子２０ａに、接続端子１６ｂは図５における基板間接続端子２１に、接続端子１６ｃは図５等における外部接続用端子２０ｃと、接続端子１６ｄや接続端子１６ｅは、図９における剥離リードフレーム２７に、接続端子１６ｆは図５等における外部接続用端子２０ｂに、それぞれ対応する）によって、複雑な回路パターンを一体化した状態で保持している。
The
なお図８において、金属板１２ａ、１２ｂに設けた孔１５は、スペーサ２２（図６において図示していない）等の固定用に設けたものである。
In FIG. 8, the
図６に示すように、放熱基板１１に、発熱部品１９等を実装する。なお実装する部品は、必ずしも発熱部品１９に限定する必要は無い。例えば発熱量が少ない異形で固定が難しい電子部品（例えば、大容量で大型の電気二重層キャパシタや電解コンデンサやバッテリー等）を、発熱部品１９のようにして放熱基板１１に固定することで、機械的固定強度を高められる。
As shown in FIG. 6, the
図７は、放熱基板１１から、リードフレーム１４の額縁部分を除去した様子を示す斜視図である。なお額縁部分の除去は、放熱基板１１に発熱部品１９等を実装した後が望ましい。これは発熱部品１９等をフロー半田等によって実装した場合での放熱基板１１の変形を防止するためである。
FIG. 7 is a perspective view showing a state where the frame portion of the
こうして複数の金属板１２ａ、１２ｂが、リードフレーム１４の一部で連結されてなる放熱基板１１を用いたモジュール２３を作成する。
In this way, a
次に図７の矢印１７に示すように、端子部１６ａ〜１６ｆをそれぞれ所定の方向に折り曲げ、図８の状態とする。
Next, as indicated by an
図８は、端子部１６ａ〜１６ｆをそれぞれ所定の方向に折り曲げてなるモジュール２３の斜視図である。図８に、予め電子部品２５等を実装した回路基板２４を固定し、図９の状態とする。
FIG. 8 is a perspective view of the
図９は、放熱基板１１の上に、回路基板２４を実装した後の様子を説明する斜視図である。図９において、回路基板２４の上には、予め制御用半導体素子等の発熱部品１９が実装されている。
FIG. 9 is a perspective view illustrating a state after the
その後、図９の矢印１７に示すように、モジュール２３を折り曲げ、図４や図５に示したモジュール２３となる。
Thereafter, as indicated by an
ここでモジュール２３を折り曲げる際に、基板間接続端子２１となる端子部１６ｂを折り曲げることで、回路基板２４の上に実装した電子部品２５や、放熱基板１１の上に実装した発熱部品１９等への応力発生を防止する。
Here, when the
なお図９における剥離リードフレーム２７とは、図８における端子部１６ｄ、１６ｅに相当するが、必ずしも剥離リードフレーム２７の形態とする必要はない。
The peeling
次に図１０〜図１４を用いて、モジュール２３の他の回路基板等への固定方法の一例について説明する。
Next, an example of a method for fixing the
図１０は、モジュール２３の他の回路基板等への固定方法の一例を説明する斜視図である。図１０において、２９はメイン基板であり、例えばプラズマテレビ、液晶テレビ等の主基板（あるいは主回路基板）に相当するものであり、モジュール２３の内部にサンドイッチした（あるいは内部に挿入した小型の）回路基板２４とは異なる。
FIG. 10 is a perspective view illustrating an example of a method for fixing the
図１０において、メイン基板２９の一部に孔１５を形成しているが、これはその上に実装したモジュール２３を分かりやすくするためのものである。このためモジュール２３を実装するメイン基板２９側に、孔１５を必ずしも設ける必要はない。
In FIG. 10, a
図１０に示すように、モジュール２３の一部に端子状に突き出した、端子部１６ａ、１６ｂ、１６ｆ等を用いて、モジュール２３とメイン基板２９との接続を行う。
As shown in FIG. 10, the
図１１は、メイン基板２９に取り付けたモジュール２３の両側にヒートシンクを取り付けた様子を説明する斜視図である。図１１において、３０はヒートシンクである。図１１に示すように、モジュール２３の両側（例えば、モジュール２３の両側に設けた金属板１２ａ、１２ｂ）にヒートシンク３０等を取り付けることで、モジュール２３の冷却効率を高められる。なおモジュール２３を取り付けたメイン基板２９に、例えば図１０に示したような孔１５を設けることで、メイン基板２９を跨るようにヒートシンク３０を取り付けることができ、モジュール２３の放熱効率を高める。なおヒートシンク３０の代わりに放熱用のフィン、あるいは機器の筐体やシャーシを取り付けても良い。
FIG. 11 is a perspective view for explaining a state in which heat sinks are attached to both sides of the
次にモジュール２３をケースに入れた場合（図示していない）について説明する。モジュール２３を、樹脂や金属製（例えばアルミダイキャスト等）のケースに入れ、更にポッティング樹脂（図示していない）等を注入することで、その信頼性を高められ、車載用等の用途にも対応できる。なおポッティング樹脂としては、フィラー入りのエポキシ樹脂等、熱伝導性の高い材料を用いることが望ましい。これは放熱性を高めるためである。なおポッティング樹脂として、安価な（その分熱伝導が低い）材料を用いた場合であっても、複数の金属板１２ａ、１２ｂの間を接続するスペーサ２２や、リードフレーム１４からなる基板間接続の端子部１６による優れた放熱効果が得られることは言うまでもない。
Next, a case where the
なおケース２３は金属製に限定する必要は無い。金属製のケース２３とすることで、シールド効果や放熱効果を高められるが、用途によっては樹脂製としても良い。またポッティング樹脂自体をケースとしても良い。この場合、ポッティング樹脂は、流し込み等の手法のみならず、射出成形等で形成できる。こうしてモジュール２３の信頼性や放熱性を高める。また樹脂性のケースの場合、更にメッキ等によってシールドを行っても良い。
The
図１２は、モジュール２３を樹脂モールドした場合について説明する斜視図である。図１２において、３１はモールド部である。図１２に示すようにモジュール２３を樹脂モールドすることで、発熱部品１９の放熱性や信頼性を高められる。なおモールド部３１の表面に、金属板１２ａ、１２ｂを露出させることで、更に放熱性を高められる。なおモールド用の樹脂としては、シリコン樹脂等を用いた熱伝導性や流動性の高い部材を選ぶことが望ましい。
FIG. 12 is a perspective view illustrating a case where the
図１３は、樹脂モールドしたモジュール２３を、メイン基板２９に固定した様子を示す斜視図である。
FIG. 13 is a perspective view showing a state where the resin-molded
図１４は、図１３の樹脂モールドしたモジュール２３に、ヒートシンク３０を取り付けた状態でメイン基板２９に固定した様子を示す斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view showing a state where the resin-molded
以上のように、複数の金属板１２ａ、１２ｂが、この金属板１２ａ、１２ｂ上に個別に設けたシート状の伝熱層１３に埋め込んだリードフレーム１４の一部（例えば、端子部１６や基板間接続端子２１等）で折り曲げ（あるいは屈曲）可能な状態で連結されてなる放熱基板１１と、前記金属板１２ａ、１２ｂの一部以上と略並行になるように設けた回路基板２４と、からなる回路モジュール２３であって、前記回路基板２４は、前記リードフレーム１４の一部を略垂直に折り曲げてなる端子部（例えば、図３（Ｂ）における剥離リードフレーム２７等）によって電気的に接続されているモジュール２３とすることで、モジュール２３の小型化、高密度化、高放熱化を実現する。
As described above, a part of the lead frame 14 (for example, the
次に実施の形態４として、モジュール２３に用いる部材について説明する。
Next, as Embodiment 4, members used for the
（実施の形態４）
実施の形態４では、モジュール２３に用いる部材について説明する。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, members used for the
シート状の伝熱層１３（あるいは伝熱材１８）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１３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１３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１３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。
As the sheet-like heat transfer layer 13 (or the heat transfer material 18), a heat transfer composite material composed of a thermosetting resin and a filler can be used. For example, the member is desirable from 70% to 95% by weight of the inorganic filler and 5% to 30% by weight of the thermosetting resin. Here, the inorganic filler 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, and if it exceeds 100 μm, the thickness of the
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１３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。
When an inorganic filler is used, the heat dissipation can be improved, but in particular when magnesium oxide is used, the linear thermal expansion coefficient can be increased. Further, when silicon oxide is used, the dielectric constant can be reduced, and when boron nitride is used, the linear thermal expansion coefficient can be reduced. Thus, the
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１３の厚みは、薄くすれば、リードフレーム１４の熱を金属板１２ａ、１２ｂに伝えやすいが、逆に絶縁耐圧が問題となる。また伝熱層１３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。
The thermosetting resin contains at least one kind of resin among epoxy resin, phenol resin and cyanate resin. These resins are excellent in heat resistance and electrical insulation. If the thickness of the
なお伝熱層１３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。
In addition, as the
また金属板１２ａ、１２ｂ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１２ａ、１２ｂ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１２ａ、１２ｂ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１２ａ、１２ｂの厚みが５０ｍｍを超えると、重量面で不利になる）。金属板１２ａ、１２ｂ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１３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。
The
リードフレーム１４の厚みは、０．１ｍｍ以上５．０ｍｍ以下が望ましい。０．１ｍｍ未満の場合、所定の強度が得られない場合がある。また５．０ｍｍを超える場合、曲げ等の加工性に影響を与える場合がある。なお作業性からは０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下程度が望ましい。
The thickness of the
なおリードフレーム１４の実装面側に、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１４の伝熱層１３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１３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１４と、伝熱層１３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。
It is also useful to previously form a solder layer or a tin layer on the mounting surface side of the
なおリードフレーム１４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１４を構成する金属材について説明する。ここでリードフレーム１４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１４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１４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。これはこれら銅材が特に熱伝導性と導電率に共に優れているためである。
The
以上のように、本発明にかかる放熱基板とその製造方法及びこれを用いたモジュールによって、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、省スペース化、高性能化が可能となる。 As described above, with the heat dissipation substrate according to the present invention, the manufacturing method thereof, and the module using the same, the plasma television, the liquid crystal television, or various in-vehicle electrical components, or the miniaturization of equipment that requires industrial heat dissipation, Space saving and high performance are possible.
１１ 放熱基板
１２ａ、１２ｂ 金属板
１３ 伝熱層
１４ リードフレーム
１５ 孔
１６ａ〜１６ｆ 端子部
１７ 矢印
１８ 伝熱材
１９ 発熱部品
２０ａ〜２０ｃ 外部接続用端子
２１ 基板間接続端子
２２ スペーサ
２３ モジュール
２４ 回路基板
２５ 電子部品
２６ 剥離部
２７ 剥離リードフレーム
２８ ピン
２９ メイン基板
３０ ヒートシンク
３１ モールド部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
複数の前記金属板は、前記リードフレームの一部によって屈曲可能な状態で連結されている放熱基板。 A heat dissipation substrate comprising a plurality of metal plates, a sheet-like heat transfer layer provided individually on the metal plate, and a lead frame embedded in the heat transfer layer,
The plurality of metal plates are connected to each other in a state where they can be bent by a part of the lead frame.
前記リードフレームの一部を屈曲可能な状態で、複数の前記金属板を連結する工程と、
を有する放熱基板の製造方法。 Fixing a lead frame on a plurality of metal plates using a heat transfer layer;
Connecting a plurality of the metal plates in a state where a part of the lead frame can be bent;
A method for manufacturing a heat dissipation board.
前記金属板の一部以上と略並行になるように設けた回路基板と、
からなる回路モジュールであって、
前記回路基板は、前記リードフレームの一部を略垂直に折り曲げてなる端子部と電気的に接続されているモジュール。 A plurality of metal plates connected by a part of a lead frame embedded in a sheet-like heat transfer layer individually provided on the metal plate; and
A circuit board provided so as to be substantially parallel to a part or more of the metal plate;
A circuit module comprising:
The circuit board is a module electrically connected to a terminal portion formed by bending a part of the lead frame substantially vertically.
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