JP2013247168A

JP2013247168A - Power supply device

Info

Publication number: JP2013247168A
Application number: JP2012118202A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Takagi; 俊和高木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2013-12-09
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: JP5456843B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem of a power supply device mounting through-hole mounting components and surface mounting components mixedly, that high heat dissipation, compaction and low cost are required because a switch element, e.g., a transistor, an IGBT, an MOSFET, or the like, generates heat.SOLUTION: The power supply device includes a sub-printed wiring board having a through-hole mounted power device, and a main printed wiring board mounting a microcomputer performing drive control of a power device. A plurality of patterned electrode terminals are provided on the peripheral portion of the sub-printed wiring board. Some of the plurality of electrode terminals are connected electrically with the lead terminals of the power device, and the sub-printed wiring board is secured to the main printed wiring board by the remaining electrode terminals, in a step for reflow mounting the sub-printed wiring board and the main printed wiring board.

Description

この発明は、例えば、スルーホール実装部品と表面実装部品との混載実装を必要とする電源装置に関するものである。 The present invention relates to a power supply device that requires, for example, a mixed mounting of a through-hole mounting component and a surface mounting component.

この種電源装置は、車載用充電機やインバータ、降圧コンバータなどに適用される電源装置であり、通常この電源装置には、トランジスタやＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴなどのスルーホール実装部品と、抵抗、コンデンサ、マイコンなどの制御ＩＣなどの表面実装部品が同一基板上に混載実装される。 This type of power supply device is a power supply device applied to in-vehicle chargers, inverters, step-down converters, etc. Usually, this power supply device includes transistors, IGBTs, through-hole mounted parts such as MOSFETs, resistors, capacitors, and microcomputers. A surface mount component such as a control IC is mounted on the same substrate.

特開２００８−９１８１７号公報JP 2008-91817 A 特開平４−１３９８６２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 4-139862 特開２０１０−２１２３１号公報JP 2010-21231 A

しかしながら、上述のように混載実装された電源装置の基板構成は、トランジスタやＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチ素子が発熱することから、高放熱性、小型化かつ低コスト構造が求められる。 However, the substrate configuration of the power supply device mounted in a mixed manner as described above requires high heat dissipation, a small size, and a low-cost structure because switch elements such as transistors, IGBTs, and MOSFETs generate heat.

このような課題に対して、部品自体から発せられる熱に対しては、例えば、特許文献１記載のように、放熱材（例えば、シリコン樹脂やアクリル樹脂で直方体として成形されたゴム系の部材）で、発熱部品の電極部（電極がはんだ付けされた部分）と金属ケースを熱的に接続するように基板上に配設する手法が示されている。具体的には、放熱材は、その１つの側面が発熱部品の電極部に接触し、上面が絶縁板に接触するように基板に配置される。そして、発熱部品の電極部から発生する熱を、その電極部との接触面から絶縁板との接触面を介して金属ケースに伝導させられる（特許文献１）。 For such a problem, for heat generated from the component itself, for example, as disclosed in Patent Document 1, a heat radiating material (for example, a rubber-based member formed as a rectangular parallelepiped with silicon resin or acrylic resin). The technique of disposing on the substrate so as to thermally connect the electrode part of the heat generating component (the part to which the electrode is soldered) and the metal case is shown. Specifically, the heat dissipating material is disposed on the substrate such that one side surface thereof is in contact with the electrode portion of the heat generating component and the upper surface thereof is in contact with the insulating plate. And the heat which generate | occur | produces from the electrode part of a heat-emitting component is conducted to a metal case from the contact surface with the electrode part via a contact surface with an insulating board (patent document 1).

また、特許文献２に記載のように、発熱量の大きい半導体チップをガラスエポキシのプリント配線基板に実装してなる混成集積回路装置において、前記プリント配線基板の半導体チップ搭載位置に角穴を設け、この角穴をふさぐようにプリント配線基板の裏面に金属板を貼付け、その金属板上に直接半導体チップを搭載する方法が示されている（特許文献２）。 Further, as described in Patent Document 2, in a hybrid integrated circuit device in which a semiconductor chip having a large calorific value is mounted on a printed circuit board made of glass epoxy, a square hole is provided in the semiconductor chip mounting position of the printed circuit board, A method is shown in which a metal plate is attached to the back surface of a printed wiring board so as to close the square holes, and a semiconductor chip is directly mounted on the metal plate (Patent Document 2).

また、特許文献３に示されるように、リードフレームの一面に第１の電子部品等が搭載され、これらがモールド樹脂で封止されており、第１のリードフレームの他面に、電気絶縁性の絶縁層を介して第２のリードフレームを設け、第２のリードフレームのうちモールド樹脂から露出する部位に、第２の電子部品が搭載され、両リードフレームのいずれか一方のリードフレームの端部が、絶縁層をまたいで他方のリードフレームの端部まで折り曲げられることで、これら両リードフレームの端部同士が接合させる構造とすることで、リードフレーム上に大型部品を実装し、且つ、モールドされている電子部品の放熱を適切に行う手法が提案されている。 Moreover, as shown in Patent Document 3, the first electronic component and the like are mounted on one surface of the lead frame, and these are sealed with a mold resin, and the other surface of the first lead frame has an electrical insulating property. A second lead frame is provided through the insulating layer, and the second electronic component is mounted on a portion of the second lead frame exposed from the mold resin, and the end of one of the two lead frames. The part is folded to the end of the other lead frame across the insulating layer, so that the ends of both the lead frames are joined to each other, so that a large component is mounted on the lead frame, and A technique for appropriately dissipating heat from a molded electronic component has been proposed.

特許文献１によれば、部品単体からの発熱は抑制できるものの、形状にもよるが大電流が流れるパターン発熱をケース等にパスさせるには該当パターン面積分の放熱材を必要と
する。 According to Patent Document 1, although heat generation from a single component can be suppressed, a heat radiation material corresponding to the pattern area is required to pass pattern heat generation through which a large current flows, depending on the shape, to the case or the like.

また、特許文献２に記載されているように、パワー混成集積回路装置用としては、金属コア基板や厚膜印刷セラミック基板等があるが、高集積化に限界がある。また、高集積化に適する基板として、ガラスエポキシ等の有機系配線があるが、パワー用途には適当ではない。従って、発熱量が多く高集積化が要求される場合、混成集積回路装置の実現は困難であるが、上記のような課題に対して、特許文献１、２記載のようにベアチップ等から専用にモジュール化するためには開発工数がかかり、少ロット品には不向きである。 As described in Patent Document 2, there are metal core substrates, thick film printed ceramic substrates, and the like for power hybrid integrated circuit devices, but there is a limit to high integration. Further, as a substrate suitable for high integration, there is an organic wiring such as glass epoxy, but it is not suitable for power use. Therefore, when a large amount of heat is generated and high integration is required, it is difficult to realize a hybrid integrated circuit device. It takes a lot of development man-hours to make it modular, and it is not suitable for small lot products.

従来の方法としては、トランジスタやＩＧＢＴなどのスルーホール実装部品（ラジアル部品、アキシャル部品、ＤＩＰ、ＰＧＡ、ＺＩＰなどのパッケージ）と表層実装部品の混載実装には、半田付けの製造工程にリフロー実装、フロー実装が用いられる。
フロー実装とは、スルーホール実装方式の基板の半田付けに用いるもので、溶融した半田が常に噴出して流れて、循環するようにし、その半田噴出の表面に基板の半田面を触れるようにして半田付けする方法である。
また、リフロー実装とは、赤外線加熱、熱風法、気相半田付け法などにより、基板上に予めＨＡＳＬ（ホットエアーハンダレベラー）、ソルダーペースト印刷などで基板上に半田を施した後、その上に部品をマウントさせてリフロー槽を通過させる。これにより半田を溶融し、半田付けを行う方法である。 Conventional methods include through-hole mounting parts such as transistors and IGBTs (radial parts, axial parts, packages such as DIP, PGA, ZIP, etc.) and surface mounting parts. For reflow mounting in the soldering manufacturing process, Flow implementation is used.
Flow mounting is used for soldering through-hole mounting type boards. Molten solder always blows out and circulates so that the solder surface of the board touches the solder jet surface. It is a method of soldering.
In addition, the reflow mounting means that soldering is performed on the substrate in advance by HASL (hot air solder leveler), solder paste printing or the like by infrared heating, hot air method, vapor phase soldering method, etc. Mount the parts and pass through the reflow bath. In this way, the solder is melted and soldered.

基板にスルーホール実装部品と表層実装部品が混載実装される場合、製造上の工程においてフロー、リフローの２つの工程に分けて実施する必要がある。工程の流れとしては、リフロー実装を実施した後、フロー実装を実施する。
この際、フロー相を通すことで、一度実装された表面実装部品端子が半田溶融することを防ぐ目的で表面実装部を保護する器具を取り付けた状態でフロー実装が行われる。
このような実装方法では、保護具が当該基板と接触する箇所及びその周辺においては、部品との干渉を避けるために部品の搭載ができず、このことが部品搭載位置の制約となる。 When a through-hole mounting component and a surface layer mounting component are mixedly mounted on a substrate, it is necessary to divide the manufacturing process into two steps, flow and reflow. As a process flow, after performing reflow mounting, flow mounting is performed.
At this time, by passing the flow phase, the flow mounting is performed in a state in which a device for protecting the surface mounting portion is attached for the purpose of preventing the surface mounting component terminal once mounted from being melted by solder.
In such a mounting method, it is not possible to mount a component in order to avoid interference with the component at and around the place where the protector comes into contact with the substrate, and this restricts the component mounting position.

従来、基板上で大電流が流れるパターン箇所は、発熱の観点から基板銅箔厚を厚くし、パターン面積を確保することで基板パターン上の発熱を抑える方法が一般的に採られる。このような場合のパターンの銅箔厚は、通常１２μｍ〜３５μｍに対し、銅箔厚６０μｍと倍程度厚くしてパターン配線上の抵抗値を下げる手法が採られる。 Conventionally, a pattern portion where a large current flows on a substrate generally employs a method of suppressing heat generation on the substrate pattern by increasing the thickness of the substrate copper foil from the viewpoint of heat generation and securing the pattern area. The copper foil thickness of the pattern in such a case is usually about twice as large as the copper foil thickness of 60 μm with respect to 12 μm to 35 μm to reduce the resistance value on the pattern wiring.

また、特許文献２に記載されているように金属板を内層に設けた金属コア基板なども熱対策として用いられる。しかし、いずれの手法も、通常の製造工程に比べて基板の製造工程を要したり、基板材料そのものの単価が増えるなど、通常のＦＲ４（エポキシ積層材）などの基板層構成に比べて基板コストが割り高となるという課題がある。
また、同一基板上でパターンの配線を実施しようとした場合には、基板サイズの小型化が困難となり、結果として基板コスト化が割高となるという課題もあった。
さらに、パワー回路特有の発熱や基板パターン上を大電流が流れることによって基板パターンの導体損により発熱するという課題がある。 Further, as described in Patent Document 2, a metal core substrate provided with a metal plate as an inner layer is also used as a heat countermeasure. However, each method requires a board manufacturing process compared to the normal manufacturing process, and the unit cost of the board material itself increases, so that the substrate cost compared to the normal FR4 (epoxy laminated material) board layer configuration. There is a problem that becomes expensive.
Further, when pattern wiring is performed on the same substrate, it is difficult to reduce the size of the substrate, resulting in a problem that the cost of the substrate is increased.
Furthermore, there is a problem that heat is generated due to the conductor loss of the substrate pattern due to heat generation peculiar to the power circuit and a large current flowing on the substrate pattern.

この発明は、スルーホール実装部品と表面実装部品が混載実装される回路において、製造工程を簡単にし、かつ基板サイズ小型化を可能とする、また、パワーエレクトロニクス特有の問題である基板パターン発熱を抑制し低コスト化を可能とする電源装置の提供を目的とする。 This circuit simplifies the manufacturing process and reduces the size of the board in a circuit in which through-hole mounting parts and surface mounting parts are mounted together, and suppresses substrate pattern heat generation, a problem peculiar to power electronics. It is an object of the present invention to provide a power supply device that can reduce costs.

この発明に係わる電源装置は、パワーデバイスをスルーホール実装したサブプリント配線基板（以下「サブ基板」という）、及び上記パワーデバイスを駆動制御するマイコンを
実装したメインプリント配線基板（以下「メイン基板」という）を備え、上記サブ基板の周縁部には、パターン形成された複数の電極端子を設け、これら電極端子の複数個のうち一部は、上記パワーデバイスのリード端子部と電気的に接続されると共に、残余の上記電極端子によって、上記サブ基板を、上記サブ基板と上記メイン基板とをリフロー実装する工程において上記メイン基板に固定したものである。 A power supply apparatus according to the present invention includes a sub printed wiring board (hereinafter referred to as “sub board”) on which a power device is mounted through-hole, and a main printed wiring board (hereinafter referred to as “main board”) on which a microcomputer for driving and controlling the power device is mounted. And a plurality of patterned electrode terminals are provided on the peripheral edge of the sub-substrate, and some of the plurality of electrode terminals are electrically connected to the lead terminal portion of the power device. In addition, the sub-board is fixed to the main board in the step of reflow mounting the sub-board and the main board with the remaining electrode terminals.

スルーホール実装部品と表面実装部品が混載実装される従来の電源装置では、サブ基板において、リフロー実装の前工程としてフロー実装により半田付けする必要が生じるが、この発明の電源装置によれば、サブ基板には、スルーホール実装部品のみ集約搭載するので、スルーホール実装と表面実装部品という製造工程が混載された構造よりも製造工程が簡略化でき、表面実装部品で保護器具が不要となる。或いは、これまで表面実装部品とスルーホール実装部品の領域で、保護器具取り付けのためのクリアランスを必要としていたが、クリアランスが不要となった分、メイン基板サイズの小型化が可能となる。また、パワーエレクトロニクス特有の問題である基板パターン発熱の抑制と低コスト化を可能となるなどの効果がある。 In the conventional power supply device in which the through-hole mounting component and the surface mounting component are mounted in a mixed manner, it is necessary to solder the sub-board by flow mounting as a pre-process for reflow mounting. Since only the through-hole mounting components are collectively mounted on the substrate, the manufacturing process can be simplified as compared with the structure in which the manufacturing processes of the through-hole mounting and the surface mounting component are mixedly mounted, and the surface mounting component does not require a protective device. Or until now, clearance for attaching protective equipment has been required in the area of surface-mounted components and through-hole mounted components, but the main board size can be reduced by the amount of clearance. In addition, there are effects such as suppression of substrate pattern heat generation, which is a problem peculiar to power electronics, and cost reduction.

この発明の実施の形態１に係る電源装置の概略構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the power supply device which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係る電源装置におけるサブ基板上の外層／内層接続構成を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the outer layer / inner layer connection structure on the sub board | substrate in the power supply device which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態２に係る電源装置の概略構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the power supply device which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態３に係る電源装置を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the power supply device which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態３に係る電源装置におけるメイン基板６を筺体１０に接続した状態を簡略化して示した斜視図である。It is the perspective view which simplified and showed the state which connected the main board | substrate 6 in the power supply device which concerns on Embodiment 3 of this invention to the housing 10. FIG. この発明の実施の形態４に係る電源装置に使用されるサブ基板のワークサイズ及び電極形成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the workpiece size and electrode formation of the sub board | substrate used for the power supply device which concerns on Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態４に係る電源装置におけるパターン形成された半円状電極端子の一部を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a part of semicircular electrode terminal by which the pattern formation was performed in the power supply device which concerns on Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態５に係る電源装置を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the power supply device which concerns on Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態５に係る電源装置の変形例を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the modification of the power supply device which concerns on Embodiment 5 of this invention. 図９の要部を部分的に拡大して示した断面図ある。It is sectional drawing which expanded and showed the principal part of FIG.

以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一或いは相当部分を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, the same code | symbol shows the same or an equivalent part between each figure.

実施の形態１
図１は、この発明の実施の形態１に係る電源装置の概略構造を示す斜視図である。
図１において、電源装置は、サブ基板３とメイン基板６とで構成され、サブ基板３は、少なくとも一つ以上のパワーデバイス（例えばトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴなどのラジアル部品、アキシャル部品）１と、このパワーデバイス１を実装するためのスルーホール２、４を備え、サブ基板３の外周端部には、パターン形成された複数の電極端子５、７が設けられ、そのうちのいくつかの電極端子５は、パワーデバイス１などがスルーホール実装されたスルーホール４と電気的に接続され、その他（残余の）の電極端子７は、サブ基板３とメイン基板６とをリフロー実装する工程において半田付けされ、サブ基板３をメイン基板６に固定保持するための固定部として機能する。 Embodiment 1
1 is a perspective view showing a schematic structure of a power supply device according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, the power supply device includes a sub board 3 and a main board 6, and the sub board 3 includes at least one or more power devices (for example, radial parts such as transistors and MOSFETs, axial parts) 1 and the power. Through holes 2 and 4 for mounting the device 1 are provided, and a plurality of patterned electrode terminals 5 and 7 are provided on the outer peripheral end portion of the sub-substrate 3, and some of the electrode terminals 5 are The power device 1 and the like are electrically connected to the through-hole 4 in which the through-hole is mounted, and the other (remaining) electrode terminals 7 are soldered in the process of reflow mounting the sub-board 3 and the main board 6. It functions as a fixing portion for fixing and holding the substrate 3 to the main substrate 6.

また、メイン基板６には、パワーデバイス１など、例えばスイッチ素子を駆動制御させ
るための制御ＩＣ９が実装されており、これらメイン基板６からサブ基板３への制御信号の伝達は電極端子５を介して制御駆動される。
パワーデバイス１などのリード部品は、予めサブ基板３にスルーホール実装されている。
メイン基板６とサブ基板３を接続する箇所で、すなわちサブ基板３と電極端子（電極端子５と、その他（残余）の電極端子７）との箇所において、ソルダーペースト印刷などで基板上に半田を施させることによって、サブ基板３を制御ＩＣ９など他の表面実装部品と同様にリフロー実装にて半田付け可能となる。 The main board 6 is mounted with a control IC 9 for driving and controlling the switch element such as the power device 1, and transmission of control signals from the main board 6 to the sub-board 3 is performed via the electrode terminals 5. Is controlled and driven.
Lead components such as the power device 1 are mounted on the sub-substrate 3 in advance through holes.
Solder is applied to the substrate by solder paste printing or the like at the location where the main substrate 6 and the sub substrate 3 are connected, that is, at the location between the sub substrate 3 and the electrode terminals (electrode terminal 5 and other (remaining) electrode terminals 7). As a result, the sub-board 3 can be soldered by reflow mounting in the same manner as other surface-mounted components such as the control IC 9.

また、サブ基板３には以下に述べるような機構が付加されている。
すなわち、サブ基板３には、吸引箇所となる偏平箇所（平坦面部）８が設けられており、当該平坦面部８を、表面実装部品自動実装機の吸引ノズル（図示せず）で吸着しサブ基板３をメイン基板６の所望の実装箇所に搭載させる。
このように、サブ基板３自体に吸引箇所となる平坦面部８を設けることで、マイコンやコネクタなどの他の表面実装部品と同様に自動実装機による実装が可能となる。 The sub-board 3 has a mechanism as described below.
That is, the sub substrate 3 is provided with a flat portion (flat surface portion) 8 which is a suction portion, and the flat surface portion 8 is adsorbed by a suction nozzle (not shown) of the surface mount component automatic mounting machine. 3 is mounted on a desired mounting location of the main board 6.
As described above, by providing the flat surface portion 8 serving as a suction location on the sub-board 3 itself, mounting by an automatic mounting machine is possible as with other surface mounting components such as a microcomputer and a connector.

また、サブ基板３における基板パターンは、銅箔で形成され、その厚みが６０μｍ以上に設定されている。このように、銅箔厚み６０μｍ以上として基板パターン及びスルーホール２、４の抵抗値を下げて、大電流が流れることによるパターン発熱の抑制を行っている。
本来、大電流が流れる基板パターンには、配線上の抵抗値による発熱を低減させるため、銅箔厚を厚くして基板放熱性を確保するのだが、この構成によれば、基板のパターン銅箔厚を厚くする必要があるパワーデバイス１周辺の基板パターンは、サブ基板上に形成させるので、基板のパターン銅箔厚を厚くする必要な部分にのみ、高放熱性の基材を使用すれば良く、サブ基板３のサイズも小さくできる。 Further, the substrate pattern in the sub-substrate 3 is formed of a copper foil, and the thickness thereof is set to 60 μm or more. As described above, the resistance of the substrate pattern and the through holes 2 and 4 is reduced by setting the copper foil thickness to 60 μm or more, and the pattern heat generation due to the large current flowing is suppressed.
Originally, in order to reduce the heat generation due to the resistance value on the wiring in the board pattern through which a large current flows, the copper foil thickness is increased to ensure the heat dissipation of the board. Since the substrate pattern around the power device 1 that needs to be increased in thickness is formed on the sub-substrate, it is only necessary to use a highly heat-dissipating base material only in the portion where the pattern copper foil thickness of the substrate needs to be increased. The size of the sub-board 3 can also be reduced.

また、サブ基板３は、基板上に少なくとも２つ以上のパワーデバイス１が実装されたものであって、例えば図２のように、複数のパワーデバイス１が、スルーホール４を介してサブ基板上の外層／内層の基板パターン４ａで互いに電気的に接続された構成としても良い。これにより、サブ基板３の厚み方向に銅パターンが積層されるためサブ基板３によって基板板厚方向に基板パターン４ａが積層できるので、等価的に銅箔厚を確保でき、且つ基板パターン４ａの抵抗値を下げることができ、その結果、基板パターン４ａでの発熱を低減できる。さらに必要な部分のみ、すなわちサブ基板上のパワーデバイス１周辺の基板パターン部分を、アルミナやセラミック基板など放熱性に優れた基板材料とすることで、より基板発熱を抑制できる。 Further, the sub-board 3 is obtained by mounting at least two or more power devices 1 on the board. For example, as shown in FIG. 2, the plurality of power devices 1 are placed on the sub-board via the through holes 4. Alternatively, the substrate patterns 4a of the outer layer / inner layer may be electrically connected to each other. Thereby, since the copper pattern is laminated in the thickness direction of the sub-substrate 3, the substrate pattern 4a can be laminated in the substrate plate thickness direction by the sub-substrate 3, so that the equivalent copper foil thickness can be secured and the resistance of the substrate pattern 4a As a result, the heat generation at the substrate pattern 4a can be reduced. Furthermore, by using only a necessary portion, that is, a substrate pattern portion around the power device 1 on the sub-substrate, as a substrate material having excellent heat dissipation such as an alumina or a ceramic substrate, the substrate heat generation can be further suppressed.

サブ基板３においては、リフロー実装の前工程としてフロー実装により半田付けする必要が生じるが、サブ基板３の部品は、上述のようにスルーホール実装部品のみに集約させられるので、スルーホール実装と表面実装部品という製造工程が混載された構造よりも製造工程が簡略化できる。
具体的には、表面実装部品で保護器具が不要となる。或いは、これまで表面実装部品とスルーホール実装部品の領域で、保護器具を取り付けるためのクリアランスを必要としていたが、クリアランスが不要となりその分、基板サイズの小型化が可能となる。 In the sub-board 3, it is necessary to perform soldering by flow mounting as a pre-process of reflow mounting. However, since the components of the sub-board 3 are concentrated only on the through-hole mounting components as described above, The manufacturing process can be simplified as compared with the structure in which the manufacturing process of the mounting component is mixedly mounted.
Specifically, a protective device is not required for the surface mount component. Or until now, a clearance for attaching the protective device has been required in the area of the surface mounting component and the through-hole mounting component, but the clearance becomes unnecessary, and the size of the substrate can be reduced accordingly.

実施の形態２
図３は、実施の形態２に係る電源装置の概略構造を示す斜視図である。
図３において、電源装置は実施の形態１に加えて、サブ基板３の基板材料として、熱伝導性の良い高熱伝導性基板材料（例えば、アルミ、セラミック、金属コア基板）を採用し、メイン基板６及びサブ基板３を格納させる筐体１０（金属ケース或いはヒートシンク）に接続した構成としたものである（図５）。 Embodiment 2
FIG. 3 is a perspective view showing a schematic structure of the power supply device according to the second embodiment.
In FIG. 3, in addition to the first embodiment, the power supply device employs a high thermal conductivity substrate material (for example, aluminum, ceramic, metal core substrate) having a good thermal conductivity as the substrate material of the sub-substrate 3, and the main substrate. 6 and a housing 10 (metal case or heat sink) in which the sub-board 3 is stored (FIG. 5).

このようにすることで、該当パワーデバイス１で生じた熱を筐体１０に逃がす際に、通常のＦＲ４（エポキシ積層材）に比べて熱伝導が向上するのでサブ基板３の熱伝導性が向上し放熱性を改善できるので基板の放熱性能がより向上する。
さらに、この実施の形態２によれば、サブ基板３はパワーデバイス１の実装スペース程度で済むので、この実施の形態２のような特殊な基板材料を採用したとしてもコストアップを最低限に抑制できる。 By doing in this way, when the heat generated in the power device 1 is released to the housing 10, the heat conductivity is improved as compared with the normal FR 4 (epoxy laminate material), so the heat conductivity of the sub-board 3 is improved. Since the heat dissipation can be improved, the heat dissipation performance of the substrate is further improved.
Furthermore, according to the second embodiment, the sub-board 3 needs only about the mounting space of the power device 1, so even if a special board material as in the second embodiment is adopted, the cost increase is minimized. it can.

実施の形態３
図４は、実施の形態３に係る電源装置の概略構造を模式的に示した断面図である。
実施の形態３に係る電源装置は、実施の形態２に加えて、サブ基板３に複数個の放熱用スルーホール１１を設けることによって、パワーデバイス１と筐体１０間に、熱を伝えるパスを形成したものである。
なお、放熱用スルーホール１１を設ける箇所は、パワーデバイス１のパッケージ部や放熱用フィンと接触する箇所であり、メイン基板６及びサブ基板３を格納する筐体１０に接続させる構成にして、放熱用スルーホール１１を介して、パワーデバイス１での発熱を筐体（或いは金属ケース）１０へ逃がす構成にしても良い。
例えば、図５のように、筐体１０内に放熱用フィン１０ａが設けられていて、メイン基板６にもサブ基板３の放熱用スルーホール１１と同様に放熱用スルーホール（図示せず）が設けられており、この放熱用スルーホールを介してサブ基板３が放熱用フィン１０ａと接触するように筐体１０に設けられている。また、メイン基板６の放熱用スルーホールが、しっかりと放熱用フィン１０ａと接触するように、メイン基板６は筐体１０に複数のネジ１６で固定する構造とする。
このように構成することにより、より安価で簡単な構造でパワーデバイス１と筐体１０間に熱を伝えるパスを形成することができる。
なお、図５中ではパワーデバイス１の発熱をメイン基板６を介して筐体１０へ逃がす構成としているが、サブ基板３が筐体１０に部分的に接触するよう、筐体側に突起あるいは段差構造を設けて、メイン基板６は、筐体１０のそれら突起あるいは段差構造を避けるような形状とし、メイン基板６の放熱用スルーホール箇所と筐体１０のそれら突起あるいは段差構造が直接接触する構成としても良い。 Embodiment 3
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a schematic structure of the power supply device according to the third embodiment.
In addition to the second embodiment, the power supply device according to the third embodiment provides a path for transferring heat between the power device 1 and the housing 10 by providing a plurality of heat dissipation through holes 11 in the sub-board 3. Formed.
In addition, the location where the through hole 11 for heat dissipation is provided is a location where the power device 1 is in contact with the package portion or the fin for heat dissipation, and is configured to be connected to the housing 10 that houses the main board 6 and the sub board 3. The heat generated in the power device 1 may be released to the housing (or metal case) 10 through the through-hole 11 for use.
For example, as shown in FIG. 5, a heat dissipation fin 10 a is provided in the housing 10, and a heat dissipation through hole (not shown) is provided in the main substrate 6 as well as the heat dissipation through hole 11 of the sub substrate 3. The sub-board 3 is provided in the housing 10 so as to be in contact with the heat dissipation fin 10a through the heat dissipation through hole. Further, the main board 6 is structured to be fixed to the casing 10 with a plurality of screws 16 so that the heat radiating through holes of the main board 6 are firmly in contact with the heat radiating fins 10a.
With this configuration, it is possible to form a path for transferring heat between the power device 1 and the housing 10 with a cheaper and simple structure.
In FIG. 5, the heat generated by the power device 1 is released to the housing 10 through the main substrate 6, but a protrusion or step structure is formed on the housing side so that the sub substrate 3 partially contacts the housing 10. The main board 6 is shaped so as to avoid the protrusions or step structure of the housing 10, and the heat dissipation through hole portion of the main board 6 and the protrusions or step structure of the housing 10 are in direct contact with each other. Also good.

実施の形態４
図６は、実施の形態４に係る電源装置に使用されるサブ基板のワークサイズ及び電極形成を示す説明図である。
サブ基板３の外周端部に設けられた複数の電極端子５、７は、スルーホールを半分に裁断した形状としても良い。 Embodiment 4
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the work size and electrode formation of the sub-board used in the power supply device according to the fourth embodiment.
The plurality of electrode terminals 5 and 7 provided on the outer peripheral edge of the sub-substrate 3 may have a shape in which the through hole is cut in half.

基板製造上、図６のように所望のワークサイズ１２から、何枚の基板が作成できるかにより基板単価はほぼ決まる。従って、サブ基板３を製造する工程において、所望の基板ワークサイズから複数のサブ基板３を製造するのだが、その際に隣り合う基板同士の端に沿って電極用スルーホール１３を配置し、そのスルーホール中心から裁断することで半円状のスルーホールすなわち電極が形成できるので、サブ基板側の端部に、パターン形成された電極端子で簡単に電極を形成できる。
すなわち、図７に示すようにサブ基板３の端部に形成された半円筒状のサブ基板電極端子５ａまたは７ａは、スルーホール中心から裁断することで形成され、電極端子側面は、サブ基板製造工程上、他の基板パターンと同様に銅メッキされるので導電性が確保されている。 In manufacturing the substrate, the unit price of the substrate is almost determined by how many substrates can be created from the desired work size 12 as shown in FIG. Accordingly, in the process of manufacturing the sub-substrate 3, a plurality of sub-substrates 3 are manufactured from a desired substrate work size. At that time, the electrode through holes 13 are arranged along the ends of the adjacent substrates, By cutting from the center of the through-hole, a semicircular through-hole, that is, an electrode can be formed. Therefore, an electrode can be easily formed with a patterned electrode terminal at the end on the sub-substrate side.
That is, as shown in FIG. 7, the semi-cylindrical sub-substrate electrode terminal 5a or 7a formed at the end of the sub-substrate 3 is formed by cutting from the center of the through hole. In the process, copper plating is performed in the same manner as other substrate patterns, so that conductivity is ensured.

実施の形態５
図８は、実施の形態５に係る電源装置の概略構造を模式的に示した断面図で、図９は、
実施の形態５に係る電源装置の変形例を示した断面図である
図８において、実施の形態５に係る電源装置のメイン基板６には、実施の形態１、２に加えて、実装したパワーデバイス１のリード端子部１ａがサブ基板３の裏面に突き出る箇所に、リード部及び半田フィレット部分を避けるため、リード端子部１ａの導入を許容するスペース（穴もしくはスルーホール）１４が形成されている。 Embodiment 5
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing a schematic structure of the power supply device according to Embodiment 5, and FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modification of the power supply device according to the fifth embodiment. In FIG. 8, in addition to the first and second embodiments, the power mounted on the main board 6 of the power supply device according to the fifth embodiment. In order to avoid the lead portion and the solder fillet portion, a space (hole or through hole) 14 that allows the lead terminal portion 1a to be introduced is formed at a location where the lead terminal portion 1a of the device 1 protrudes from the back surface of the sub-substrate 3. .

このようにすれば、サブ基板３に実装されたパワーデバイス１のリード端子部（サブ基板側の）１ａがメイン基板６上に突出しても、スペース１４によって該当部がメイン基板６に接触／干渉することを防止、回避できるので、接触や干渉によりメイン基板６またはリード半田部（図示せず）にストレスがかかるのを防ぐことができる。 In this way, even if the lead terminal portion (on the sub substrate side) 1a of the power device 1 mounted on the sub substrate 3 protrudes on the main substrate 6, the corresponding portion contacts / interferences with the main substrate 6 due to the space 14. Therefore, it is possible to prevent the main substrate 6 or the lead solder portion (not shown) from being stressed by contact or interference.

図９、図１０は、実施の形態５の変形例を示し、図９、図１０におけるスルーホール状のスペース１５の穴径は、パワーデバイス１のリード部を導入したサブ基板３のスルーホール４の穴径より小径としたものである。
このように、スペース１５を、サブ基板３のスルーホール４より径を狭める構成にすることにより、メイン基板６とサブ基板３との半田接合部の接合強度がより強化でき該当部での半田接続信頼性が向上できる。 9 and 10 show a modification of the fifth embodiment, and the hole diameter of the through-hole-like space 15 in FIGS. 9 and 10 is the through-hole 4 of the sub-board 3 into which the lead portion of the power device 1 is introduced. The diameter is smaller than the hole diameter.
In this way, by configuring the space 15 to have a diameter narrower than the through hole 4 of the sub-board 3, the bonding strength of the solder joint between the main board 6 and the sub-board 3 can be further strengthened, and the solder connection at the corresponding part Reliability can be improved.

サブ基板３にパワーデバイス１を実装すると、パワーデバイス１のリード端子部１ａ先端側のリード端子部１ａとスルーホールランド４ｂに半田フィレットが形成される（図示せず）。さらに、メイン基板６にサブ基板３や他の表面実装部品をリフロー実装する前工程の部品搭載時において、メイン基板６でリード端子部１ａが入る当該スルーホール４では、サブ基板３側のスルーホールランド４ｂと前記半田フィレットが接触した状態となる。
さらに、その状態でリフロー実装すると、パワーデバイス１及びサブ基板３の自重で半田フィレットを押しつぶす形で半田溶融する。溶融した半田は、浸透圧作用によりサブ基板側スルーホールランド４ｂとメイン基板側スルーホール１５ａの界面に広がる。従って、メイン基板６及びサブ基板３は、スルーホールランド４ｂ及び１５ａでも半田接続することで、半田接合面が増えるのでより半田接合強度を強化できる。 When the power device 1 is mounted on the sub-board 3, a solder fillet is formed on the lead terminal portion 1a on the tip end side of the lead terminal portion 1a of the power device 1 and the through-hole land 4b (not shown). Furthermore, in the through-hole 4 in which the lead terminal portion 1a is inserted in the main board 6 when the sub-board 3 and other surface-mounted parts are mounted on the main board 6 in the previous process, the through-hole on the side of the sub-board 3 is inserted. The land 4b comes into contact with the solder fillet.
Further, when reflow mounting is performed in this state, the solder fillet is melted by crushing the solder fillet by the weight of the power device 1 and the sub-board 3. The melted solder spreads at the interface between the sub-substrate side through-hole land 4b and the main substrate-side through-hole 15a due to the osmotic pressure action. Accordingly, the main board 6 and the sub board 3 can be soldered also through the through-hole lands 4b and 15a, so that the solder joint surface is increased and the solder joint strength can be further enhanced.

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 It should be noted that within the scope of the present invention, the embodiments can be combined, or the embodiments can be appropriately modified and omitted.

１パワーデバイス
１ａパワーデバイスのリード端子部
２パワーデバイスを実装するためのスルーホール
３サブ基板（サブプリント配線基板）
４パワーデバイスを実装するためのスルーホール
４ａ基板パターン
４ｂサブ基板側スルーホールランド
５スルーホールと電気的に接続した電極
６メイン基板（メインプリント配線基板）
７サブ基板の保持固定用電極端子
８平坦面部（吸引箇所）
９制御ＩＣ
１０筐体（金属ケース或いはヒートシンク）
１１放熱用スルーホール
１２サブ基板ワークサイズ
１３電極用スルーホール
１４メイン基板のスペース
１５スルーホール状のスペース
１５ａメイン基板側スルーホール。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power device 1a Lead terminal part of power device 2 Through hole for mounting power device 3 Sub board (sub printed wiring board)
4 Through-hole for mounting power device 4a Substrate pattern 4b Sub-substrate side through-hole land 5 Electrode electrically connected to through-hole 6 Main substrate (main printed circuit board)
7 Sub-terminal holding and fixing electrode terminals 8 Flat surface (suction location)
9 Control IC
10 Case (metal case or heat sink)
11 Heat Dissipation Through Hole 12 Sub Board Work Size 13 Electrode Through Hole 14 Main Board Space 15 Through Hole Space 15a Main Board Side Through Hole

この発明に係わる電源装置は、予めパワーデバイスをスルーホール実装したサブプリント配線基板、及び上記パワーデバイスを駆動制御するマイコンを実装したメインプリント配線基板を備え、上記サブプリント配線基板の外周端部には、パターン形成された複数の電極端子を設け、これら電極端子の複数個のうち一部は、上記パワーデバイスのリード端子部と電気的に接続されると共に、残余の上記電極端子は、上記サブプリント配線基板と上記メインプリント配線基板とをリフロー実装する工程において半田付けされ、この半田付けされた上記電極端子によって、上記サブプリント配線基板を上記メインプリント配線基板に固定したものである。
Power apparatus according to the invention, the pre-power device through-hole mounting the sub-printed circuit board, and a main printed circuit board mounted with a microcomputer for driving and controlling the power device, the outer peripheral end portion of the sub-printed circuit board Is provided with a plurality of patterned electrode terminals, and a part of the plurality of electrode terminals is electrically connected to the lead terminal portion of the power device, and the remaining electrode terminals are connected to the sub terminals. The printed wiring board and the main printed wiring board are soldered in a reflow mounting step, and the sub printed wiring board is fixed to the main printed wiring board by the soldered electrode terminals .

Claims

パワーデバイスをスルーホール実装したサブプリント配線基板、及び上記パワーデバイスを駆動制御するマイコンを実装したメインプリント配線基板を備え、
上記サブプリント配線基板の周縁部には、パターン形成された複数の電極端子を設け、
これら電極端子の複数個のうち一部は、上記パワーデバイスのリード端子部と電気的に接続されると共に、残余の上記電極端子によって、上記サブプリント配線基板を、上記サブプリント配線基板と上記メインプリント配線基板とをリフロー実装する工程において上記メインプリント配線基板に固定したことを特徴とする電源装置。 A sub-print wiring board on which a power device is mounted through-hole, and a main printed wiring board on which a microcomputer for driving and controlling the power device is mounted,
Provided with a plurality of patterned electrode terminals on the peripheral edge of the sub-printed wiring board,
Some of the plurality of electrode terminals are electrically connected to the lead terminal portion of the power device, and the sub printed wiring board is connected to the sub printed wiring board and the main by the remaining electrode terminals. A power supply device, wherein the power supply device is fixed to the main printed wiring board in a reflow mounting process with the printed wiring board.

上記サブプリント配線基板には、部品実装機が吸着可能な平坦面部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。 The power supply device according to claim 1, wherein the sub-printed wiring board is provided with a flat surface portion that can be sucked by a component mounting machine.

上記サブプリント配線基板におけるパターンは、パターン銅箔で形成されその厚みが６０μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源装置。 The power supply device according to claim 1 or 2, wherein the pattern in the sub-printed wiring board is formed of a patterned copper foil and has a thickness of 60 µm or more.

上記パワーデバイスは、スルーホール実装された少なくとも２つ以上のデバイスで構成され、それらのパワーデバイスは上記サブプリント配線基板の内外層導体パターンで電気的に接続したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電源装置。 The said power device is comprised by the at least 2 or more device by which the through-hole mounting was carried out, and these power devices were electrically connected by the inner / outer layer conductor pattern of the said sub printed wiring board, The power supply device according to claim 3.

上記サブプリント配線基板は、高熱伝導性基材で構成したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電源装置。 The power supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the sub-printed wiring board is made of a highly thermally conductive base material.

上記サブプリント配線基板は、上記パワーデバイスのパッケージ部或いは上記パワーデバイスの放熱用フィンと接触する箇所に、放熱用スルーホールを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電源装置。 6. The sub printed wiring board according to claim 1, wherein a heat radiating through hole is provided at a position where the sub printed wiring board is in contact with a package portion of the power device or a heat radiating fin of the power device. The power supply device according to item.

上記電極端子は、上記サブプリント配線基板の製造工程時に円形スルーホールを裁断することにより形成された半円状スルーホールで構成したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電源装置。 7. The electrode terminal according to claim 1, wherein the electrode terminal comprises a semicircular through hole formed by cutting a circular through hole during the manufacturing process of the sub-printed wiring board. The power supply device described in 1.

上記メインプリント配線基板には、上記パワーデバイスのリード端子部の導入を許容する穴状又はスルーホール状のスペースが設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電源装置。 8. The main printed wiring board is provided with a hole-like or through-hole-like space that allows introduction of the lead terminal portion of the power device. The power supply described.

上記スルーホール状のスペースの穴径は、上記パワーデバイスのリード端子部を導入した上記サブプリント配線基板のスルーホールの穴径より小径としたことを特徴とする請求項８に記載の電源装置。 9. The power supply device according to claim 8, wherein a hole diameter of the through-hole-like space is smaller than a hole diameter of the through-hole of the sub printed wiring board into which the lead terminal portion of the power device is introduced.