JP2008021819A - 熱伝導基板とその製造方法及び電源ユニット及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの影響を受けにくくした熱伝導基板とその製造方法及び電源ユニット及び電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】一個以上の孔２２を有する金属板１７と、前記金属板１７の上に固定したシート状の伝熱樹脂層１１と、前記伝熱樹脂層１１に埋め込まれたリードフレーム１０や浮島１２からなる放熱基板の前記リードフレーム１０や浮島１２を形成した表面側とし、前記制御部を、前記金属板１７の孔の中に設置したプリント配線板とし、前記パワー回路部と前記制御部を、前記リードフレーム１０や前記浮島１２に形成した折り曲げ部１３によって電気的に接続させることで、前記リードフレーム１０の上に実装したパワー素子１４と、前記パワー素子１４を制御する制御素子１６との間の配線長を短くすることで、パワー素子１４に起因するノイズの影響を抑制でき、電源ユニットや各種電子機器の高性能化、低コスト化を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器の電源回路等の大電力回路等に使用される熱伝導基板とその製造方法及び電源ユニット及び電子機器に関するものである。

近年、電子機器の高性能化、小型化の要求に伴い、半導体等の電子部品の高密度化、高機能化が要求されている。この要求に対応するために、各種電子部品を実装する回路基板もまた小型・高密度化が求められている。その結果、スイッチング素子等の相対的に発熱量の多い（例えば数十Ａ以上の大電流を制御する）パワー半導体等と、相対的に発熱量の少ない（例えば数十ｍＡの信号電流を制御する）制御用半導体等の一般電子部品を、それぞれの用途に適した回路基板に別々に実装、これらを互いに接続することが求められる場合がある。そうしたニーズに対応するため、特許文献１では、大電流のスイッチング等の大電流回路部と、制御用の信号回路部と、を別々に作製し、互いを配線で接続することが開示されている。次に図面を用いて、従来の熱伝導基板について、大電流部と、制御用の信号回路部を分けた場合について説明する。

図９（Ａ）、（Ｂ）は、従来の熱伝導基板を示す上面図である。図９（Ａ）は、パワー半導体を実装する大電流回路部の上面図である。図９（Ａ）において、大電流回路３は、絶縁材２とその上に形成したリードフレーム１ａ〜１ｃとから構成されている。なおリードフレーム１ａ〜１ｃを用いる理由は、大電流や高放熱に対応させるためである。

図９（Ｂ）は、パワー素子や、制御素子を実装した後の上面図である。図９（Ｂ）において、パワー半導体７を制御する制御回路を構成する半導体素子やチップ部品等からなる制御素子４は、プリント配線板５の上に実装している。これは、リードフレーム１ａ〜１ｃを用いるより、プリント配線板５を用いるほうが安価で、高密度実装に対応できるからである。こうして作製した制御回路と大電流回路３とを、リード線６によって接続する。なお図９（Ｂ）において、パワー半導体７の外部電極や、外部電極とリードフレーム１ａ〜１ｃを接続する半田付け部分等は図示していない。

こうした従来の構造では、パワー半導体７と、制御素子４をつなぐ配線（図９（Ｂ）におけるリード線６）が長くなってしまうため、リード線６がパワー素子３に起因するノイズ（例えば、高周波でパワー半導体がスイッチングすることによって発生する高周波ノイズ）の影響を受けやすくなる場合がある。そうした場合、ノイズ対策部品を追加するとコストアップの原因になる可能性がある。
特開２００４−３４２３２５号公報

従来の電子機器の電力回路部において、電流部と信号部を分けた場合、電流部に発生したノイズが、互いを接続する長い配線部分を介して、信号部に影響を受けやすくなるという課題が発生する可能性がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、大電流部と信号部を分けながらも、互いの回路部を接続する配線長を短くすることで、ノイズの影響を受けにくくした熱伝導基板とその製造方法及び電源ユニット及び電子機器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明は、一個以上の孔を有する金属板と、前記金属板の上に固定されたシート状の伝熱樹脂層と、前記伝熱樹脂層に埋め込まれた配線パターン状のリードフレームと、からなる熱伝導基板であって、前記金属板に形成された前記孔の中に、前記リードフレームの一部と電気的に接続されたプリント配線板を埋め込んだ熱伝導基板である。

このような構成によって、信号回路部を構成するプリント配線板を、表層に形成したリードフレームの直下に埋め込むことができ、大電流部と信号部を分けながらも、互いの回路を接続する配線長を短くできる。

その結果、信号回路部が、大電流部に実装したパワー半導体等に発生するノイズの影響を受けにくくなり、耐ノイズ性の高い高価な部品や、ノイズ部品を使う必要が無くなり、熱伝導基板のみならずこれを用いた電源ユニット及び電子機器のコストダウンを実現する。

以上のように本発明によれば、大電流部を放熱基板の表層に、信号部を放熱基板の裏面として、互いの接続を伝熱樹脂層を貫くリードフレームの突起部で行うことで、これらの接続距離を最短で行うことができるため、ノイズの影響を受けにくい熱伝導基板を作製できる。

なお本発明の実施の形態に示された一連の製造工程は、成型金型を用いて行われる。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。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における熱伝導基板について、図面を参照しながら説明する。

図１（Ａ）、（Ｂ）は、本実施の形態１における熱伝導基板の断面図である。図１（Ａ）は、パワー素子を実装する前の熱伝導基板の断面図である。

図１（Ａ）において、１０はリードフレーム、１１は伝熱樹脂層、１２は浮島、１３は突起部である。突起部１３は、リードフレーム１０や浮島１２の一部が突起状（あるいは瘤状、あるいはバンプ状）になるように変形、あるいは機械加工（もしくはプレス加工）したものである。そしてリードフレーム１０や浮島１２は、伝熱樹脂層１１に埋め込まれている。１４はパワー素子、１５は端子であり、パワー素子１４の外部電極が端子１５に相当する。１６は制御素子であり、パワー素子１４を制御する制御回路を構成する、半導体素子やチップ部品に相当する。１７は金属板、１８は半田、１９ａは矢印、２０はプリント配線板である。

図１（Ａ）において、リードフレーム１０と浮島１２とは、シート状の伝熱樹脂層１１に埋め込んでいる。そして伝熱樹脂層１１はリードフレーム１０や浮島１２を埋め込んだ状態で、金属板１７の上に固定している。また金属板１７には、１個以上の孔を形成しており、この孔の中に、プリント配線板２０を埋め込んでいる。そしてプリント配線板２０には、リードフレーム１０や浮島１２の少なくともどちらか一方以上を、突起部１３を介して接続している。なお突起部１３は、後述する図６（Ａ）等で説明するが、リードフレーム１０や浮島１２の一部を折り曲げ加工したものである。そしてこの突起部１３を介して、リードフレーム１０や浮島１２と、プリント配線板２０を接続する。そしてこのリードフレーム１０や浮島１２の上に、半田１８を形成しておき、この上に矢印１９ａに示すようにして、パワー素子１４を実装する。なおリードフレーム１０や浮島１２とプリント配線板２０の電気的接続は複数個所（特に異なる２箇所以上）で行うことが望ましい。互いに絶縁された２箇所以上で接続することで、パワー素子１４へ制御信号を伝えやすくなる。なおリードフレーム１０や浮島１２の全てに突起部１３を形成する必要は無い。

以上のようにして、伝熱樹脂層１１に埋め込まれたリードフレーム１０や浮島１２の一部に形成した突起部１３が、前記伝熱樹脂層１１を貫通し、プリント配線板２０に電気的に接続することになる。

図１（Ｂ）は、パワー素子を実装した後の熱伝導基板の断面図である。図１（Ｂ）において、１９ｂは矢印である。２１はモールド樹脂であり、制御素子１６が実装されたプリント配線板２０を保護する。なおモールド樹脂２１は、金属板１７からはみ出ない厚み以下にすることが望ましい。これはモールド樹脂２１が厚くなって、金属板１７から、はみ出した場合、金属板１７を他の放熱板（例えば放熱フィン。なお放熱フィンは図示していない）に実装する時に、金属板１７と他の放熱板との密着性を阻害する可能性があるためである。なお図１（Ｂ）に示すようにして、パワー素子１４の端子１５は、半田１８を介して、リードフレーム１０や浮島１２に接続する。またパワー素子１４に、リードフレーム１０を介して、数十Ａの大電流を供給することが可能になる。そしてパワー素子１４に発生した熱は、矢印１９ｂに示すように、リードフレーム１０から、伝熱樹脂層１１を介して、金属板１７へ放熱させる。またパワー素子１４を制御する制御信号は、制御素子１６が実装されたプリント配線板２０から、突起部１３を介して、リードフレーム１０や浮島１２に伝わった後、端子１５を介してパワー素子１４を制御する。

このように、本発明の実施の形態１で提案する構造によって、パワー素子１４と、パワー素子１４の制御回路を、最短距離で接続することができ、パワー素子１４に起因するノイズが制御回路に影響を与えにくくなる。次に図２を用いて、更に詳しく説明する。

図２（Ａ）、（Ｂ）は、実施の形態１で提案する熱伝導基板を、底部側から（ひっくり返して）見た斜視図である。図２において、２２は孔であり、孔２２の内部に、モールド樹脂２１で保護された制御回路が埋め込まれている。このようにモールド樹脂２１の高さを、金属板１７の表面より低く設定することで、金属板１７を他の部材に貼り付ける（あるいは固定する）時に、前記モールド樹脂２１が突き出さないために邪魔にならない。

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のモールド樹脂２１を除去した後の斜視図に相当する。図２（Ｂ）より、金属板１７に形成した１個以上の孔２２の中には、制御素子１６を実装したプリント配線板２０が埋め込まれていることが判る。図２（Ａ）、（Ｂ）において、金属板１７の裏面には、伝熱樹脂層１１に埋め込まれたリードフレーム１０が、棒状に複数本突き出しているが、このリードフレーム１０が、例えば電源回路の入力（プラス、マイナス）や出力となる。次に図３を用いて、本発明の実施の形態１における熱伝導基板について説明する。

図３（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の実施の形態１における熱伝導基板の上面図と、熱伝導基板に実装するパワー素子の上面図及び斜視図である。まず図３（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。図３（Ａ）は、本発明の実施の形態１における熱伝導基板にパワー素子を実装した後の上面図である。図３（Ａ）において、パワー素子１４は、端子１５を介して、リードフレーム１０ａ〜１０ｃに接続している。

ここで実施の形態１における熱伝導基板を電源回路に応用した場合、図３（Ａ）におけるリードフレーム１０ｂは、電源回路のプラス入力に相当する。同様にリードフレーム１０ｃは電源回路のマイナス入力、リードフレーム１０ａは、電源回路の出力に相当する。またリードフレーム１０ａ〜１０ｃの伝熱樹脂層１１から突き出した部分は、櫛歯状に加工しているが、これはリードフレーム１０ａ〜１０ｃの端部を他の基板に接続しやすくするためである。図３（Ａ）において、リードフレーム１０ａ〜１０ｃよりも伝熱樹脂層１１をはみ出しさせている部分は、沿面距離を増加させるためである。なお図３（Ａ）において、パワー素子１４の端子１５と、リードフレーム１０ａ〜１０ｃや浮島１２（端子１５の影になるので図示していない）を接続する半田１８やソルダーレジスト等は図示していない。

図３（Ｂ）は、図３（Ａ）からパワー素子を外した状態を示す上面図である。図３（Ｂ）において、リードフレーム１０ａ〜１０ｃの隙間に、浮島１２を形成していることが判る。ここで浮島１２とは、リードフレーム１０ａ〜１０ｃから独立した（あるいは絶縁された）パターン部分を示す。またリードフレーム１０ａ〜１０ｃとは、伝熱樹脂層１１から、前記櫛歯状の加工部を介して外の回路に接続可能なパターン部分を示す。

図３（Ｃ）は、パワー素子の上面図であり、パワー素子１４は樹脂モールドされた部分と、その両端に形成した端子１５から形成されている。ここでパワー素子１４は、例えばコンバーターやインバーター等のスイッチング素子（例えばパワートランジスタ）である。なお端子１５の一部は、放熱を高めるためのダミー素子としても良い。

図３（Ｄ）は、パワー素子の斜視図である。図３（Ｄ）において、パワー素子１４はベアチップ（樹脂モールドされていない状態の半導体素子）である。図３（Ｄ）において、２３はワイヤーであり、金やアルミニウムのワイヤーであり、ワイヤーボンダーで取り付けたものである。図３（Ｄ）に示すように、パワー素子１４をベアチップとし、アルミニウム等のワイヤー２３を用いることで、数十Ａと言った大電流にも対応しながら高密度実装できる。なおワイヤー２３の太さや本数を増加することで、更なる大電流に対応することができることは言うまでもない。そしてワイヤー２３の一端をパワー素子１４に、もう一端をリードフレーム１０や浮島１２に接続する。そしてリードフレーム１０や浮島１２に形成した突起部１３を介して、パワー素子１４と、制御回路を最短距離で接続する。次に図４を用いて、熱伝導基板の裏面について説明する。

図４（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施の形態１における熱伝導基板の裏面図である。図４（Ａ）において、金属板１７には、一個以上の孔２２を形成している。そしてその孔２２の中に、制御素子１６を実装したプリント配線板２０を固定している（なお制御素子１６やプリント配線板２０を保護しているモールド樹脂２１は図示していない）。また金属板１７から突き出した、櫛歯状のリードフレーム１０ａ〜１０ｃは、熱伝導基板を他の基板に接続するためのリード配線となる部分である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）から、制御素子１６を外した状態を示す上面図である（なおプリント配線板２０の表層に形成した銅箔からなる所定の配線パターンやソルダーレジスト等は図示していない）。プリント配線板２０としては、市販のガラスエポキシ基板を使うことで、コストダウンや高信頼性が得られる。またプリント配線板２０として、両面（あるいは多層）基板を使うことで、制御回路の小型化、高密度化が可能となる。なおプリント配線板２０の厚みは、２．０ｍｍ以下が望ましい。厚みが２．０ｍｍを超えると、金属板１７の厚みをより厚くする必要があり、コストアップする可能性がある。そのためプリント配線板２０の厚みは１．６ｍｍ以下（更に１．２ｍｍ以下、更に望ましくは０．６ｍｍ以下、更には０．３ｍｍ以下）が望ましい。なおプリント配線板２０の厚みは０．０５ｍｍ以上が望ましい。これはプリント配線板の厚みが０．０５ｍｍ未満となると特殊で高価なものとなるためである。

以上のように、一個以上の孔２２を有する金属板１７と、前記金属板１７の上に固定したシート状の伝熱樹脂層１１と、前記伝熱樹脂層１１に埋め込んだ配線パターン状の、一部に突起部１３を有するリードフレーム１０と、前記金属板１７の孔２２の中に設置したプリント配線板２０と、からなる熱伝導基板であって、前記プリント配線板２０と、前記リードフレーム１０が、前記突起部１３によって電気的に接続している熱伝導基板を用いることで、制御回路におけるノイズの影響を抑えることでができ、機器の小型化、低コスト化を実現する。

次に、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について図面を用いて説明する。

（実施の形態２）
次に実施の形態２として、実施の形態１で説明した放熱基板の製造方法について図面を用いて説明する。図５〜図８は放熱基板の製造方法の一例を説明するものである。

図５（Ａ）〜（Ｄ）は、放熱基板の製造方法を説明する上面図及び断面図である。図５（Ａ）〜（Ｄ）において、２４はフィルムである。まず、図５（Ａ）に示すように、市販の銅板等を所定の配線パターンに打抜き、リードフレーム１０ａ〜１０ｃとする。このとき同時にその一部を加工し、突起部１３とすることができる。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の矢印１９における断面図である。次に図５（Ｃ）に示すように、リードフレーム１０ａ〜１０ｃをフィルム２４の表面に仮固定する。ここでフィルム２４として、片面に接着層を有する樹脂フィルムを用いることができる。図５（Ｄ）は、図５（Ｃ）の矢印１９における断面図である。次に図６を用いて、浮島１２の形成について説明する。

図６（Ａ）〜（Ｃ）は、浮島を形成する様子を示す断面図、上面図である。図６（Ａ）は、浮島を示す断面図である。図６（Ａ）に示すように、浮島１２の一部に、突起部１３を形成する。図６（Ｂ）は、浮島の断面図であり、浮島１２の一部を加工し、突起部１３を形成したことが判る。次にこの浮島１２を、図１６（Ｂ）に示すように、リードフレーム１０の間に露出したフィルム２４の上に固定（あるいは仮止め）する。こうして図６（Ｃ）の状態とする。

図７（Ａ）、（Ｂ）は、リードフレームや浮島を、伝熱樹脂層を介して一体化する様子を示す断面図である。まず図７（Ａ）に示すように、フィルム２４の上に仮固定したリードフレーム１０や浮島１２の上に、伝熱樹脂層１１をセットする。ここで伝熱樹脂層１１をシート状とし、更にその中央部を若干膨らませて（厚くして）おくことで、伝熱樹脂層１１とリードフレーム１０や浮島１２との界面に空気が残りにくくなる。図７（Ａ）において、矢印１９に示すように、シート状の伝熱樹脂層１１を、リードフレーム１０の一部である突起部１３ａや、浮島１２の一部である突起部１３ｂに突き刺すことで、伝熱樹脂層１１を突き破っても良い。なお予めシート状の伝熱樹脂層１１にドリルやレーザー等を用いて孔を形成しておいても良い。またこれらを一体化する際、金型（図示していない）を加熱することが望ましい。金型を加熱することで伝熱樹脂層１１の流動性を高められる。

そして図７（Ａ）、（Ｂ）において、プリント配線板２０は市販品（ソルダーレジスト等を形成し、配線の導通チェック等も完了した状態）を用いることができる。また所定の制御素子１６を半田１８等で実装したものを使っても良い。更にこれら制御素子１６を実装した後、更にその上をモールド樹脂２１で保護したものを使っても良い。このようにモールド樹脂２１で保護することで、パワー素子１４を半田付けするときに、制御素子１６を固定する半田１８が再溶解しても剥がれることはない。

次に図７（Ｂ）に示すように、一個以上の孔２２を有する金属板１７や、プリント配線板２０をセットし、矢印１９で示すようにプレスし一体化する。なお図７（Ａ）、（Ｂ）において、金型は図示していない。図８はこうして一体化した後の様子を示す図である。

図８（Ａ）〜（Ｄ）は、一体化後の様子を示す裏面図及び断面図である。図８（Ａ）は一体化後の裏面図である。図８（Ａ）において、フィルム２４を一種の仮止め材として、この上にリードフレーム１０ａ〜１０ｃや浮島１２が、伝熱樹脂層１１に埋め込まれた状態で、一部に孔２２を有する金属板１７と共に一体化されていることが判る。そして金属板１７に形成した孔２２の内部には、プリント配線板２０が埋め込まれている。

図８（Ａ）の矢印１９における断面図が図８（Ｂ）に相当する。こうしてフィルム２４を使うことで、リードフレーム１０や浮島１２が伝熱樹脂層１１に埋め込まれた状態で、金属板１７に固定する。また金属板１７に形成した孔２２の中では、リードフレーム１０や浮島１２と一体化した突起部１３ａ、１３ｂと、プリント配線板２０とを接続する。図８（Ｃ）はフィルムを剥がした後の裏面図である。図８（Ｄ）は、図８（Ｃ）の矢印１９における断面図である。このようにして、放熱基板を製造する。なお図８においてプリント配線板２０の表面の、配線パターンやソルダーレジスト等は図示していない。そしてこの後リードフレーム１０ａ〜１０ｃの表面に、ソルダーレジスト等を形成し（ソルダーレジストを形成することで、リードフレーム１０ａ〜１０ｃ表面での半田１８の濡れ広がりをコントロールできる）、所定の特性検査を行った後、放熱基板として完成する。

更に詳しく説明する。伝熱樹脂層１１と、リードフレーム１０ａ〜１０ｃの表面は、更に同一面（望ましくは互いの段差５０μｍ以下、更に望ましくは２０μｍ以下、更には１０μｍ未満）とすることで、ソルダーレジストの形成が容易となる。また伝熱樹脂層１１とリードフレーム１０ａ〜１０ｃとの間の厚み段差が小さい分、ソルダーレジストの厚みバラツキを抑えられ、電子部品の実装性を高められる。

また伝熱樹脂層１１を形成する伝熱樹脂材料は、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％以下からなることが望ましい。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る場合、また１００μｍを超えると伝熱樹脂層１１の厚みが厚くなり熱拡散性に影響を与える）。そのため伝熱樹脂層１１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、伝熱樹脂層１１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の代わりに、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。

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。こうして伝熱樹脂層１１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。

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。伝熱樹脂層１１の厚みは、薄くすれば、リードフレーム１０に装着した電子部品に生じた熱を金属板１７に伝えやすいが、逆に絶縁耐圧が問題となり、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。

次にリードフレーム１０の材質について説明する。リードフレーム１０の材質としては、銅を主体とするもの（例えば銅板）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。またリードフレーム１０としての加工性や、熱伝導性を高めるためには、リードフレーム１０となる銅素材に銅以外の少なくともＳｎ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｐ、Ｆｅ等の群から選択される少なくとも１種類以上の材料とからなる合金を使うことも可能である。例えばＣｕを主体として、ここにＳｎを加えた、銅材料（以下、Ｃｕ＋Ｓｎとする）を用いることができる。Ｃｕ＋Ｓｎ銅材料（あるいは銅合金）の場合、例えばＳｎを０．１重量％以上０．１５重量％未満添加することで、その軟化温度を４００℃まで高められる。比較のためＳｎ無しの銅（Ｃｕ＞９９．９６重量％）を用いて、リードフレーム１０を作製したところ、導電率は低いが、出来上がった熱伝導基板において特に形成部等に歪が発生する場合があった。そこで詳細に調べたところ、その材料の軟化点が２００℃程度と低いため、後の部品実装時（半田付け時）に変形する可能性可能性があることが予想された。一方、Ｃｕ＋Ｓｎ＞９９．９６重量％の銅系の材料を用いた場合、実装された各種部品の発熱の影響は特に受けなかった。また半田付け性やダイボンド性にも影響が無かった。そこでこの材料の軟化点を測定したところ、４００℃であることが判った。このように、銅を主体として、いくつかの元素を添加することが望ましい。銅に添加する元素として、Ｚｒの場合、０．０１５重量％以上０．１５重量％の範囲が望ましい。添加量が０．０１５重量％未満の場合、軟化温度の上昇効果が少ない場合がある。また添加量が０．１５重量％より多いと電気特性に影響を与える場合がある。また、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｐ等を添加することでも軟化温度を高くできる。この場合、Ｎｉは０．１重量％以上５重量％未満、Ｓｉは０．０１重量％以上２重量％以下、Ｚｎは０．１重量％以上５重量％未満、Ｐは０．００５重量％以上０．１重量％未満が望ましい。そしてこれらの元素は、この範囲で単独、もしくは複数を添加することで、銅素材の軟化点を高くできる。なお添加量がここで記載した割合より少ない場合、軟化点上昇効果が低い場合がある。またここで記載した割合より多い場合、導電率への影響の可能性がある。同様に、Ｆｅの場合０．１重量％以上５重量％以下、Ｃｒの場合０．０５重量％以上１重量％以下が望ましい。これらの元素の場合も前述の元素と同様である。

なおリードフレーム１０に使う銅材料の引張り強度は、６００Ｎ／平方ｍｍ以下が望ましい。引張り強度が６００Ｎ／平方ｍｍを超える材料の場合、リードフレーム１０の加工性に影響を与える場合がある。一方、引張り強度が６００Ｎ／平方ｍｍ以下（更にリードフレーム１０に微細で複雑な加工が必要な場合、望ましくは４００Ｎ／平方ｍｍ以下）とすることでスプリングバック（必要な角度まで曲げても圧力を除くと反力によってはねかえってしまうこと）の発生を抑えられ、形成精度を高められる。このようにリードフレーム材料としては、Ｃｕを主体とすることで導電率を下げられ、更に柔らかくすることで加工性を高められ、更にリードフレーム１０による放熱効果も高められる。なおリードフレーム１０に使う銅合金の引張り強度は、１０Ｎ／平方ｍｍ以上が望ましい。これは一般的な鉛フリー半田の引張り強度（３０〜７０Ｎ／平方ｍｍ程度）に対して、リードフレーム１０に用いる銅合金はそれ以上の強度が必要なためである。リードフレーム１０に用いる銅合金の引張り強度が、１０Ｎ／平方ｍｍ未満の場合、リードフレーム１０上に電子部品等を半田付け実装する場合、半田部分ではなくてリードフレーム１０部分で凝集破壊する可能性がある。

なおリードフレーム１０の、伝熱樹脂層１１から露出している面（電子部品等の実装面）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１０の伝熱樹脂層１１に接する面（もしくは埋め込まれた面）には、半田層は形成しないことが望ましい。このように伝熱樹脂層１１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１０と伝熱樹脂層１１の接着性（もしくは結合強度）に影響を与える場合がある。金属板１７としては、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１７の厚みを１ｍｍ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１７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１７の厚みが５０ｍｍを超えると、重量面で不利になる）。金属板１７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、伝熱樹脂層１１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。

このようにして、一個以上の孔２２を有する金属板１７と、前記金属板１７の上に固定したシート状の伝熱樹脂層１１と、前記伝熱樹脂層１１に埋め込んだ配線パターン状の、一部に突起部１３を有するリードフレーム１０と、前記金属板１７の孔２２の中に設置したプリント配線板２０と、からなる熱伝導基板であって、前記プリント配線板２０と、前記リードフレーム１０とが、前記突起部１３によって電気的に接続している熱伝導基板を提供することで、前記リードフレーム１０の上に実装したパワー素子１４と、プリント配線板２０の上に実装した制御素子１６の接続配線の長さを短くできるため、前記パワー素子１４のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。

また少なくとも一個以上の孔２２を有する金属板１７と、前記金属板１７の上に固定したシート状の伝熱樹脂層１１と、前記伝熱樹脂層１１に埋め込んだ配線パターン状の、一部に突起部１３を有するリードフレーム１０と、前記伝熱樹脂層１１に埋め込んだ浮島１２と、前記金属板１７の孔２２の中に設置したプリント配線板２０と、からなる熱伝導基板であって、前記リードフレーム１０の突起部１３が、前記伝熱樹脂層１１を貫通して前記プリント配線板２０に電気的に接続している熱伝導基板を提供することで、前記リードフレーム１０の上に実装したパワー素子１４と、プリント配線板２０の上に実装した制御素子１６の接続配線の長さを短くできるため、前記パワー素子１４のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。

また、少なくとも、一個以上の孔２２を有する金属板１７と、前記金属板１７の上に固定したシート状の伝熱樹脂層１１と、前記伝熱樹脂層１１に埋め込んだ配線パターン状のリードフレーム１０と、前記伝熱樹脂層１１に埋め込んだ、一部に突起部１３を有する浮島１２と、からなる熱伝導基板であって、前記浮島１２の突起部１３が、前記伝熱樹脂層１１を貫通して前記プリント配線板２０に電気的に接続している熱伝導基板を提供することで、前記リードフレーム１０の上に実装したパワー素子１４と、プリント配線板２０の上に実装した制御素子１６の接続配線の長さを短くできるため、前記パワー素子１４のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。

同様に少なくとも、一個以上の孔２２を有する金属板１７と、前記金属板１７の上に固定された樹脂とフィラーとからなるシート状の伝熱樹脂層１１と、前記伝熱樹脂層１１に埋め込んだ配線パターン状の、一部に突起部１３を有するリードフレーム１０と、前記伝熱樹脂層１１に埋め込んだ、一部に突起部１３を有する浮島１２と、前記金属板１７の孔２２の中に固定されたプリント配線板２０と、からなる熱伝導基板であって、前記浮島１２とリードフレーム１０の突起部１３が、共に前記伝熱樹脂層１１を貫通して前記プリント配線板２０に電気的に接続している熱伝導基板を提供することで、前記リードフレーム１０の上に実装したパワー素子１４と、プリント配線板２０の上に実装した制御素子１６の接続配線の長さを短くできるため、前記パワー素子１４のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。

同様に少なくとも、一部に突起部１３を有するリードフレーム１０もしくは浮島１２を、フィルム２４に貼り付ける工程と、シート状の伝熱樹脂層１１と、一個以上の孔２２を有する金属板１７とを、前記フィルム２４のリードフレーム１０もしくは浮島１２の貼り付けた面の上に、セットする工程と、前記伝熱樹脂層１１の一部を、前記リードフレーム１０もしくは浮島１２の突起部１３で突き破る工程と、金型を用いて、加熱・加圧して積層体を形成する工程と、前記リードフレーム１０もしくは浮島１２の突起部１３と、プリント配線板２０とを、電気的に接続する工程と、を有する熱伝導基板の製造方法を提供することで、前記リードフレーム１０の上に実装したパワー素子１４と、プリント配線板２０の上に実装した制御素子１６の接続配線の長さを短くできるため、前記パワー素子１４のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。

少なくとも、一個以上の孔２２を有する金属板１７と、前記金属板１７の上に固定したシート状の伝熱樹脂層１１と、前記伝熱樹脂層１１に埋め込んだ配線パターン状のリードフレーム１０と、前記金属板１７の孔２２の中に固定したプリント配線板２０と、からなる熱伝導基板であって、前記リードフレーム１０に形成した突起部１３が、前記伝熱樹脂層１１を貫通して前記プリント配線板２０に電気的に接続した熱伝導基板を用いた電源ユニットを提供することで、前記リードフレーム１０の上に実装したパワー素子１４と、プリント配線板２０の上に実装した制御素子１６の接続配線の長さを短くできるため、前記パワー素子１４のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。

少なくとも、一個以上の孔２２を有する金属板１７と、前記金属板１７の上に固定したシート状の伝熱樹脂層１１と、前記伝熱樹脂層１１に埋め込んだ配線パターン状のリードフレーム１０と、前記金属板１７の孔２２の中に固定したプリント配線板２０と、浮島１２と、からなる熱伝導基板であって、前記リードフレーム１０と前記浮島１２の両方に、あるいは前記リードフレーム１０もしくは前記浮島１２のいずれかに、形成した突起部１３が、前記伝熱樹脂層１１を貫通して前記プリント配線板２０に電気的に接続した熱伝導基板を用いた電源ユニットを提供することで、前記リードフレーム１０の上に実装したパワー素子１４と、プリント配線板２０の上に実装した制御素子１６の接続配線の長さを短くできるため、前記パワー素子１４のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。

少なくとも、一個以上の孔２２を有する金属板１７と、前記金属板１７の上に固定したシート状の伝熱樹脂層１１と、前記伝熱樹脂層１１に埋め込んだ配線パターン状のリードフレーム１０と、前記金属板１７の孔２２の中に固定したプリント配線板２０と、からなる熱伝導基板であって、前記リードフレーム１０上に形成した突起部１３が、前記伝熱樹脂層１１を貫通して前記プリント配線板２０に電気的に接続した熱伝導基板を用いた電子機器を提供することで、前記リードフレーム１０の上に実装したパワー素子１４と、プリント配線板２０の上に実装した制御素子１６の接続配線の長さを短くできるため、前記パワー素子１４のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。

少なくとも、一個以上の孔２２を有する金属板１７と、前記金属板１７の上に固定したシート状の伝熱樹脂層１１と、前記伝熱樹脂層１１に埋め込んだ配線パターン状のリードフレーム１０と、前記金属板１７の孔２２の中に固定したプリント配線板２０と、浮島１２と、からなる熱伝導基板であって、前記リードフレーム１０と浮島１２の両方に、あるいは前記リードフレーム１０もしくは前記浮島１２のいずれかに、形成した突起部１３が、前記伝熱樹脂層１１を貫通して前記プリント配線板２０に電気的に接続した熱伝導基板を用いた電子機器を提供することで、前記リードフレーム１０の上に実装したパワー素子１４と、プリント配線板２０の上に実装した制御素子１６の接続配線の長さを短くできるため、前記パワー素子１４のスイッチングによって発生するノイズの影響を受けにくくでき、基板の投影床面積を小さくでき、機器の小型化、低コスト化に貢献できる。

以上のように、本発明にかかる熱伝導基板とその製造方法及び電源ユニット及び電子機器を、各種ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）や電装用、産業用の大電力回路等に適用することによって、機器の小型化、高性能化が可能となる。

（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施の形態１における熱伝導基板の断面図 （Ａ）、（Ｂ）は、実施の形態１で説明する熱伝導基板を、底部側から（ひっくり返して）見た斜視図 （Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の実施の形態１における熱伝導基板の上面図と、熱伝導基板に実装するパワー素子の上面図及び斜視図 （Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施の形態１における熱伝導基板の裏面図 （Ａ）〜（Ｄ）は、放熱基板の製造方法を説明する上面図及び断面図 （Ａ）〜（Ｃ）は、浮島を形成する様子を示す断面図、上面図 （Ａ）、（Ｂ）は、リードフレームや浮島を、伝熱樹脂層を介して一体化する様子を示す断面図 （Ａ）〜（Ｄ）は、一体化後の様子を示す裏面図及び断面図 （Ａ）、（Ｂ）は、従来の熱伝導基板を示す上面図

符号の説明

１０ リードフレーム
１１ 伝熱樹脂層
１２ 浮島
１３ 突起部
１４ パワー素子
１５ 端子
１６ 制御素子
１７ 金属板
１８ 半田
１９ 矢印
２０ プリント配線板
２１ モールド樹脂
２２ 孔
２３ ワイヤー
２４ フィルム

Claims (14)

1. 一個以上の孔を有する金属板と、
   前記金属板の上に固定したシート状の伝熱樹脂層と、
   前記伝熱樹脂層に埋め込んだ配線パターン状の、一部に突起部を有するリードフレームと、
   前記金属板の孔の中に設置したプリント配線板と、
   からなる熱伝導基板であって、
   前記プリント配線板と、前記リードフレームとが、前記突起部によって電気的に接続している熱伝導基板。
2. 前記プリント配線板の表面に、複数個の電子部品を実装し、
   前記電子部品及びプリント配線板の一部分以上を、モールド樹脂で保護した請求項１記載の熱伝導基板。
3. 前記プリント配線板の表面に、複数個の電子部品を実装し、
   前記電子部品及びプリント配線板の一部分以上を、モールド樹脂が前記前記金属板から突き出ない厚み範囲内で覆った請求項１記載の熱伝導基板。
4. 伝熱樹脂層は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及びイソシアネート樹脂からなる群から選択される少なくとも一種類以上の樹脂を含む請求項１記載の熱伝導基板。
5. 無機フィラーは、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、窒化珪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を含む請求項１記載の熱伝導基板。
6. リードフレームは、Ｓｎは０．１重量％以上０．１５重量％以下、Ｚｒは０．０１５重量％以上０．１５重量％以下、Ｎｉは０．１重量％以上５重量％以下、Ｓｉは０．０１重量％以上２重量％以下、Ｚｎは０．１重量％以上５重量％以下、Ｐは０．００５重量％以上０．１重量％以下、Ｆｅは０．１重量％以上５重量％以下である群から選択される少なくとも一種以上を含む、銅を主体とする金属材料である請求項１記載の熱伝導基板。
7. 少なくとも、
   一個以上の孔を有する金属板と、
   前記金属板の上に固定したシート状の伝熱樹脂層と、
   前記伝熱樹脂層に埋め込んだ配線パターン状の、一部に突起部を有するリードフレームと、
   前記伝熱樹脂層に埋め込んだ浮島と、
   前記金属板の孔の中に設置したプリント配線板と、
   からなる熱伝導基板であって、
   前記リードフレームの突起部が、前記伝熱樹脂層を貫通して前記プリント配線板に電気的に接続している熱伝導基板。
8. 少なくとも、
   個以上の孔を有する金属板と、
   前記金属板の上に固定したシート状の伝熱樹脂層と、
   前記伝熱樹脂層に埋め込んだ配線パターン状のリードフレームと、
   前記伝熱樹脂層に埋め込んだ、一部に突起部を有する浮島と、
   からなる熱伝導基板であって、
   前記浮島の突起部が、前記伝熱樹脂層を貫通して前記プリント配線板に電気的に接続している熱伝導基板。
9. 少なくとも、
   一個以上の孔を有する金属板と、
   前記金属板の上に固定された樹脂とフィラーとからなるシート状の伝熱樹脂層と、
   前記伝熱樹脂層に埋め込んだ配線パターン状の、一部に突起部を有するリードフレームと、
   前記伝熱樹脂層に埋め込んだ、一部に突起部を有する浮島と、
   前記金属板の孔の中に固定されたプリント配線板と、
   からなる熱伝導基板であって、
   前記浮島とリードフレームの突起部が、共に前記伝熱樹脂層を貫通して前記プリント配線板に電気的に接続している熱伝導基板。
10. 少なくとも、一部に突起部を有するリードフレームもしくは浮島を、フィルムに貼り付ける工程と、
    シート状の伝熱樹脂層と、一個以上の孔を有する金属板とを、前記フィルムのリードフレームもしくは浮島の貼り付けた面の上に、セットする工程と、
    前記伝熱樹脂層の一部を、前記リードフレームもしくは浮島の突起部で突き破る工程と、
    金型を用いて、加熱・加圧して積層体を形成する工程と、
    前記リードフレームもしくは浮島の突起部と、プリント配線板とを、電気的に接続する工程と、
    を有する熱伝導基板の製造方法。
11. 少なくとも、
    一個以上の孔を有する金属板と、
    前記金属板の上に固定したシート状の伝熱樹脂層と、
    前記伝熱樹脂層に埋め込んだ配線パターン状のリードフレームと、
    前記金属板の孔の中に固定したプリント配線板と、
    からなる熱伝導基板であって、
    前記リードフレームに形成した突起部が、前記伝熱樹脂層を貫通して前記プリント配線板に電気的に接続した熱伝導基板を用いた電源ユニット。
12. 少なくとも、
    一個以上の孔を有する金属板と、
    前記金属板の上に固定したシート状の伝熱樹脂層と、
    前記伝熱樹脂層に埋め込んだ配線パターン状のリードフレームと、
    前記金属板の孔の中に固定したプリント配線板と、
    浮島と、からなる熱伝導基板であって、
    前記リードフレームと前記浮島の両方に、あるいは前記リードフレームもしくは前記浮島のいずれかに、形成した突起部が、前記伝熱樹脂層を貫通して前記プリント配線板に電気的に接続した熱伝導基板を用いた電源ユニット。
13. 少なくとも、
    一個以上の孔を有する金属板と、
    前記金属板の上に固定したシート状の伝熱樹脂層と、
    前記伝熱樹脂層に埋め込んだ配線パターン状のリードフレームと、
    前記金属板の孔の中に固定したプリント配線板と、
    からなる熱伝導基板であって、
    前記リードフレーム上に形成した突起部が、前記伝熱樹脂層を貫通して前記プリント配線板に電気的に接続した熱伝導基板を用いた電子機器。
14. 少なくとも、
    一個以上の孔を有する金属板と、
    前記金属板の上に固定したシート状の伝熱樹脂層と、
    前記伝熱樹脂層に埋め込んだ配線パターン状のリードフレームと、
    前記金属板の孔の中に固定したプリント配線板と、
    浮島と、からなる熱伝導基板であって、
    前記リードフレームと浮島の両方に、あるいは前記リードフレームもしくは前記浮島のいずれかに、形成した突起部が、前記伝熱樹脂層を貫通して前記プリント配線板に電気的に接続した熱伝導基板を用いた電子機器。

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