JP2008192787A - 熱伝導基板とこれを用いた回路モジュールとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号系の電子部品が実装されたプリント配線板と接続される発熱部品が実装された熱部品ユニットの放熱効果を高めた熱伝導基板とこれを用いた回路モジュールとその製造方法を提供する。
【解決手段】金属板１５、シート状の伝熱層１４、そこに一部以上を埋め込んだリードフレーム１３からなる熱伝導基板と、プリント配線板１７をリード線１２と接続してなるモジュールにおいて、前記リードフレーム１３の一部を、伝熱層１４から引き剥がし、リードフィン１６とすることで、熱伝導基板の放熱性を高めることができると共に、他のプリント配線板１７と組み合わせた場合での煙突効果も併用しながら回路モジュールの冷却効果を向上させる。
【選択図】図１

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熱伝導基板とこれを用いた回路モジュールとその製造方法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、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。しかしパワー系電子部品（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。こうしたパワー系電子部品に比べ、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。そのため従来よりパワー系電子部品を熱伝導基板に実装しこれを熱部品ユニット（例えば後述する図１０の熱部品ユニット１）、信号系電子部品は一般的なプリント配線板（例えば後述する図１０のプリント配線板８）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、一つの回路モジュールとすることが、特許文献１等で提案されている。次に図１０〜図１１を用いて、従来の回路モジュールの一例について説明する。

図１０は、従来の回路モジュールを説明する斜視図であり、例えばプラズマディスプレイ装置に使われる回路モジュールの一つである。この回路モジュールは、熱伝導基板１と、その上に複数本のリード線５を介して固定されたプリント配線板８から構成されている。

図１０において、熱伝導基板１は、金属板２の上に固定した絶縁体３、金属パターン４、リード線５等から形成されている。そして金属パターン４の上には、発熱部品６が端子７を介して半田付けされている。またプリント配線板８の一部には孔９が形成されており、前記リード線５が一括して挿入可能な状態となっている。そしてプリント配線板８の孔９に、熱伝導基板１のリード線５を挿入し一体化して、一つの回路モジュールとなる。

次にこの回路モジュールにおける放熱メカニズムについて、図１１を用いて説明する。

図１１（Ａ）（Ｂ）は、共に従来の回路モジュールの放熱メカニズムを説明する断面図である。図１１（Ａ）は熱伝導基板１とプリント配線板８を一体化し、回路モジュールとする様子を説明する断面図である。図１１（Ａ）において、金属板２の上には、金属パターン４を埋め込んだ状態で、絶縁体３が形成されている。そして金属パターン４の一部を、略９０度折り曲げ、リード線５としている。またプリント配線板８には、孔９が形成されており、この孔９にリード線５を矢印１０ａに示すようにして挿入、固定することで回路モジュールとする。

図１１（Ｂ）は回路モジュールの空冷時の課題を説明する断面図である。図１１（Ｂ）において、矢印１０ｂは、発熱部品６に発生した熱が、大気（あるいは空気）へ伝わり、対流する様子を示す。図１０（Ｂ）に示すように、発熱部品６に発生した熱は、矢印１０ｂに示すように、プリント配線基板８と熱伝導基板１との隙間にこもりながらも、リード線５の隙間を通って、回路モジュールの外部へ排出される。
特開２００６−３０８６２０号公報

しかし図１１に示した構成では、矢印１０ｂが示すように、発熱部品６に発生した熱が、発熱部品６の表面や、金属パターン４の表面、リード線５の表面等から、バラバラに空気へ伝わるため、熱伝導基板１とプリント配線板８との間で囲まれた狭い空間の中では、乱流が発生しやすく空冷効果を得られにくい。また図１１に示す回路モジュールを垂直に立て、煙突効果を発生させた場合でも、発熱源が発熱部品６や、金属パターン４等のバラバラになるため、空気の流れを最適値になるように制御しにくいため、空冷効果が低下する。

そこで本発明は、熱伝導基板とプリント配線板の隙間に、リードフィンを形成することで、発熱部品に発生した熱を空気へ伝わりやすくすると共に、空冷効果を高める（例えば、空気の流れを増加させる、局所的に乱流対流場を形成する）ことで、回路モジュールの空冷効果を高めることを目的とする。

そしてこの本発明は、上記目的を達成するために、金属板と、その上に固定したシート状の伝熱層と、前記伝熱層に一部以上を埋め込んだリードフレームと、からなる熱伝導基板であって、前記伝熱層から引き剥がしたリードフレームの一部以上で、リードフィンを形成した熱伝導基板としたものである。

以上のように本発明によれば、前記熱伝導基板の表面に、熱伝導基板の一部であるリードフレームからなるリードフィンを形成することで熱伝導基板やこれを用いた回路モジュールにおける空冷効果を高め、回路モジュールや電子機器の小型化を実現する。

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。

（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における回路モジュールについて、図面を参照しながら説明する。

図１（Ａ）（Ｂ）は、共に本発明の実施の形態における回路モジュールの断面図である。図１（Ａ）（Ｂ）において、１１は発熱部品であり、例えばパワートランジスタやパワーＦＥＴ等の大電流対応の半導体素子等である。１２はリード線、１３はリードフレーム、１４は伝熱層、１５は金属板、１６はリードフィン、１７はプリント配線板、１８は矢印、１９はフィンである。

図１（Ａ）において、リード線１２とリードフィン１６を有する熱伝導基板は、伝熱層１４に埋め込んだリードフレーム１３の一部を他のプリント配線板１７への接続用のリード線１２や、リードフィン１６としている。

更に詳しく説明する。図１（Ａ）において、金属板１５の上には、シート状の伝熱層１４を形成し、前記伝熱層１４には、リードフレーム１３を埋め込んでいる。そしてリードフレーム１３の一部を、前記伝熱層１４から引き剥がし、略９０度折り立てることで、リード線１２やリードフィン１６を形成する。ここでリード線１２は、熱伝導基板とプリント配線板１７を接続する配線部分である。またリードフィン１６は、発熱部品１１に発生した熱を、大気に逃がすための放熱用フィンとして機能し、必要に応じてプリント配線板１７と電気的に絶縁することもできる。なおリードフィン１６は、発熱部品１１（例えばパワーＦＥＴ等）を実施したリードフレーム１３の一部を、略９０度折り立てたものとすることが望ましい。こうすることで発熱部品１１に発生した熱を、直接、リードフィン１６に伝えることとなり、放熱効果を高める効果がある。なおリードフィン１６をプリント配線板１７の下部（例えば図１（Ａ））に形成する場合、少なくともプリント配線板１７と、リードフィン１６の間は、１ｍｍ以上離すことが望ましい。これはリードフィン１６と、プリント配線板１７（あるいはプリント配線板１７の上に実装した各種電子部品）とを絶縁するためである。

図１（Ｂ）は、リードフィン１６の一部が、プリント配線板１７を貫通する場合を説明する断面図である。図１（Ｂ）に示すように、放熱用のリードフィン１６の一部を、プリント配線板１７を貫通させることで、プリント配線板１７の上で放熱効果を得ることができる。また貫通したリードフィン１６の一部に、フィン１９（例えば、市販のアルミニウム製の空冷用フィン等）を後付けできる。こうすることで、リードフィン１６の放熱性を更に高めることができる。なお図１（Ａ）、あるいは後述する図７や図８（Ａ）（Ｂ）、図９（Ａ）（Ｂ）等で説明するリードフィン１６においても、フィン１９を取り付けることで、リードフィン１６の放熱効果を高めることができる（後述する図において、フィン１９の取り付けは図示していない）。なおリードフィン１６にフィン１９を取り付ける場合、嵌め込み（あるいは嵌合）、ネジ止め、半田付け、接着剤固定等を選ぶことができる。またフィン１９の必要面を絶縁構造とすることで、リードフィン１６とフィン１９の間を絶縁することができる。またフィン１９とプリント配線板１７との絶縁安定性を保つこともできる。

こうして発熱部品１１に発生した熱は、矢印１８ａに示すように、リードフレーム１３や伝熱層１４を介して、リードフィン１６に伝わり、矢印１８ｂに示すようにしてリードフィン１６から大気へ放出される。

なお図１（Ａ）（Ｂ）において、回路モジュールは横倒し状態であるが、これを立てることで、その床面積を小さくでき、液晶ＴＶやプラズマＴＶ等の機器の奥行きを低減できる。また図１（Ａ）（Ｂ）に示す回路モジュールを縦置きにする（図示していない）ことで、熱伝導基板（あるいは伝熱層１４）とプリント配線板１７の間に挟まれた空気層を、発熱部品１１やリードフィン１６で暖め、積極的に上昇気流を発生させる効果（以下、煙突効果と呼ぶ）を発生させやすい。この煙突効果とは、発熱部品１１やリードフィン１６によって暖められることで比重の小さくなった空気を、伝熱層１４やプリント配線板１７で囲まれた空間（煙突構造）の上方に移動させ（あるいは上昇気流を発生させ）、そこに発生した吸引力で冷たい空気を新しく前記発熱部品１１やリードフィン１６、あるいはリードフィン１６の放熱効果を高めるために取り付けたフィン１９に供給し、回路モジュールの放熱効果を高めるものである。そして本実施の形態においては、図１に示すようにリードフィン１６をその煙突構造の内部に形成することで、煙突の中の空気を効率よく暖めることができ、その煙突効果を高める効果が得られる。また後述する図８、図９で説明するように、局所的に乱流対流場を形成することで、熱伝導基板から大気への熱伝導効率を高める。

次に図２から図３を用いて、回路モジュールに用いる熱伝導基板の製造方法の一例について説明する。図２（Ａ）（Ｂ）は、共に熱伝導基板の製造方法を説明する断面図である。図２（Ａ）（Ｂ）において、２０はプレス、２１はフィルムであり、汚れ防止用のものである。リードフレーム１３は、銅板等を配線形状にプレス等で加工したものである。そして図２（Ａ）に示すように、プレス２０に、金属板１５や、伝熱層１４、リードフレーム１３や汚れ防止用のフィルム２１をセットする。なお図２（Ａ）（Ｂ）において、プレス２０にセットする金型等は図示していない。

そして図２（Ａ）に示すように、伝熱層１４や金属板１５を、プレス２０を用いて矢印１８の方向にプレスし積層、一体化する。ここで伝熱層１４とは、後述する伝熱材料を例えばシート状に予備成形したものである。なお図２（Ａ）において、伝熱層１４は、プレス時に空気を抜けやすくするために、中央部を僅かに凸状としても良い。

図２（Ｂ）は、プレスが終了した後の様子を説明する断面図である。図２（Ｂ）に示すように、フィルム２１を用いることで、プレス２０や金型（図示していない）の表面に、伝熱層１４が汚れとして付着しない。またフィルム２１をプレス２０や金型と、リードフレーム１３との間の緩衝材（あるいは、パッキング、あるいはシール材）とすることで、リードフレーム１３の表面への、伝熱層１４の回り込みを防止したり、プレス圧力を高めることができる。その結果、複数本のリードフレーム１３まで伝熱層１４を回り込ませる。こうして伝熱層１４に、リードフレーム１３の一部以上を埋め込む。こうすることで部品の実装性を高め、ソルダーレジスト等の形成性（あるいは薄層化、ファインパターン化）を高める。なお図２（Ａ）（Ｂ）において、伝熱層１４等をプレス時に加熱することで、伝熱層１４を軟化でき、金属板１５との密着効果を高めている。

そして図２（Ｂ）に示すように、所定形状に成形した後、フィルム２１を、伝熱層１４の表面から引き剥がす。そして金属板１５の上に、リードフレーム１３を埋め込んで一体化した伝熱層１４を、加熱装置の中で加熱し、硬化させ、熱伝導基板とする。なおフィルム２１を剥離した状態で、伝熱層１４を熱硬化させることで、フィルム２１の熱収縮（シワ発生）が、伝熱層１４の硬化に影響を与えなくできる。こうして、熱伝導基板を作成する。

ここでシート状の伝熱層１４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％以下からなる部材が望ましい。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１４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１４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１４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。

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１４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。伝熱層１４の厚みは、薄くすれば、リードフレーム１３の熱を金属板１５に伝えやすいが、逆に絶縁耐圧が問題となる。また伝熱層１４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。

なお伝熱層１４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。こうして熱伝導基板を作成する。

次に図３（Ａ）〜（Ｃ）を用いて、熱伝導基板の上に発熱部品１１を実装する様子を説明する。図３（Ａ）〜（Ｃ）は、共に熱伝導基板の表面に発熱部品１１を実装する様子を説明する断面図である。図３（Ａ）の矢印１８ａに示すように、発熱部品１１（例えば、パワー系の半導体等）を、リードフレーム１３の上に半田付け等で実装する（なお発熱部品１１の端子電極や半田付け部分は図示していない）。また図３（Ａ）〜（Ｃ）において、リードフレーム１３の上に形成したソルダーレジスト等も図示していない。図３（Ｂ）は、実装後の断面図である。この状態で製品とすることも可能である。

そして図４に示すように、熱伝導基板と、その上に隙間を空けて固定したプリント配線板１７とからなる回路モジュールを作成する。熱伝導基板と、その上に隙間を空けて固定したプリント配線板１７とからなる回路モジュールとすることで、熱伝導基板上に実装した発熱部品１１と、プリント配線板１７の上に実装した制御用電子部品（例えば後述する図４（Ｃ）の電子部品２２）等とを、最短で電気接続できるため、その配線長を短くできる。また配線長を短くした分、配線部分がアンテナとなりにくく、回路モジュールの耐ノイズ特性を高めることができ、回路の誤動作を防止でき、その消費電力を抑えられる。また発熱部品１１等を実装した後で、リードフレーム１３を曲げ、リード線１２やリードフィン１６を形成することで、リード線１２やリードフィン１６が部品実装時に邪魔にならないため、高密度実装が可能となる。

次に回路モジュールの製造方法について、説明する。回路モジュールとは、放熱部品１１等の放熱が必要な電子部品を選択的に熱伝導基板部分に実装し、他の一般電子部品を高密度に実装したプリント配線板１７と一体化してなるものである。熱伝導基板とプリント配線板１７とを組み合わせることで、回路の小型化のみならず耐ノイズ特性の改善も可能となる。こうした回路モジュールは、図３（Ｃ）や図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すようにして作成することができる。

まず図３（Ｃ）の矢印１８ｂが示すように、リードフレーム１３の一部を、伝熱層１４から剥離し、略垂直に折り曲げ、図４（Ａ）に示すようにする。

次に図４（Ａ）〜（Ｃ）を用いて、熱伝導基板とプリント配線基板を一体化する様子を示す。

図４（Ａ）〜（Ｃ）は、共に熱伝導基板とプリント配線板１７とを一体化する様子を説明する断面図である。図４（Ａ）〜（Ｃ）において、２２は電子部品（例えば、パワートランジスタ等である発熱部品１１を制御する、制御用半導体やチップ部品等）、２３は孔である。図４（Ａ）は、熱伝導基板を構成するリードフレーム１３ａの一部を折り曲げ、リード線１２を形成する様子を説明する断面図である。

図４（Ａ）において、熱伝導基板は、金属板１５とその上に固定した伝熱層１４や伝熱層１４に一部以上を埋め込んだリードフレーム１３ａから構成している。またリードフレーム１３ａの一部を略垂直に折り曲げ、リード線１２としている。

図４（Ｂ）は、リードフレーム１３ｂの一部を折り曲げ、リードフィン１６を形成する様子を説明する断面図である。図４（Ｂ）に示すように、リードフレーム１３ｂ（一部は、伝熱層１４に隠れている）を複数位置で折り曲げ、略垂直に立上げることで、複数のリードフィン１６を形成する。なおリードフィン１６は、熱伝導基板の周縁部のみならず、その中央部（例えば、発熱部品１１の近接部分）にも形成することが望ましい。

図４（Ｃ）は、熱伝導基板とプリント配線板１７を一体化する様子を説明する断面図である。図４（Ｃ）において、プリント配線板１７に形成した孔２３に、リード線１２を矢印１８ｃに示すように差込み、固定することで図１等に図示した回路モジュールとする。ここで、電子部品２２とは、例えば、発熱部品１１（例えば、パワートランジスタ等）を駆動する制御用半導体やチップ抵抗器、コンデンサ等に相当する。またプリント配線板１７とは、ガラスエポキシや紙フェノール等よりなるプリント配線板１７（片面、両面、多層プリント基板等）である。こうして作成した回路モジュールを垂直に立てる（例えば、プラズマＴＶにおけるプラズマパネルの裏面に取り付ける）ことで、自然対流による煙突効果を高めることができる。なお、図４（Ｃ）において、一部のリードフィン１６が、プリント配線板１７を貫通しても良い（図示していない）。またリードフィン１６の一部に、フィン１９を取り付けても良い（図示していない）。

なおリードフレーム１３の電子部品２２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１３の伝熱層１４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１４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１３と、伝熱層１４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。

また金属板１５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１５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１５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１５の厚みが５０ｍｍを超えると、重量面で不利になる）。金属板１５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１４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。

なおリード線１２やリードフィン１６は、リードフレーム１３の一部を、伝熱層１４から引き剥がし、必要に応じて略９０度折り曲げた（あるいは折り立てた）ものとすることが望ましい。こうすることで熱伝導基板における配線となるリードフレーム１３と、リード線１２を一体化でき、信頼性を高める効果が得られる。また発熱部品１１に発生した熱をリードレーム１３から直接、リードフィン１６を介して、空気中へ放熱することができる。また放熱用のリードフィン１６は、熱伝導基板の周辺部のみならず、中央部（特に発熱部品１１の近傍）に形成することで、放熱効果を高められる。これはリードフィン１６として、熱伝導性の優れた銅等よりなるリードフレーム１３から形成するためである。また発熱部品１１が半田付けされたリードフレーム１３のパターンの一部を、伝熱層１４より引き剥がし、略９０度折り立てて、リードフィン１６とすることで、更に放熱効果（あるいは空冷効果）を高められる。なおこの時のリードフィン１６の高さは、図１等に示すように、リード線１２より低くすることが望ましい。リード線１２より低くすることで、リードフィン１６とプリント配線板１７との間の距離を、１ｍｍ以上（望ましくは２ｍｍ以上、更には３ｍｍ以上）とすることで、絶縁距離を確保できる。なお、絶縁距離を確保することで、リードフィン１６の高さが低くなる場合もあるが、後述する図８（リードフィン１６を平行に並べることで、空気の流れを阻害しないようにしながらも、空冷効果を得る）や図９（リードフィン１６を櫛刃状、あるいは互い違いになった櫛刃状とすることで積極的に乱流を発生させる、あるいは空気との接触面積を増加させる）とすることで、優れた空冷効果を得ることができる。

なお図３（Ｃ）や図４（Ａ）に示すようにリード線１２やリードフィン１６を、伝熱層１４から引き剥がしたリードフレーム１３とすることで、その引き剥がした分を、金属板１５とリード線１２、あるいはリードフィン１６との間の沿面距離とすることができ、電気絶縁性を高められる。

なおリードフィン１６やリード線１２、あるいは発熱部品１１の配線となるリードフレーム１３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１３を構成する金属板の材質について説明する。ここでリードフレーム１３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１３用の銅板としては、例えば厚み１００、２００、３００、５００μｍ、１０００μｍ（１ｍｍ）等を利用できる。ここでリードフレーム１３（あるいはリードフィン１６を構成するリードフレーム１３）の厚みが１００μｍ未満の場合、リードフィン１６としての強度が不足（例えば、折り立てた後、外力で曲がりやすくなるため）する場合がある。また１ｍｍを超える場合、リードフレーム１３とした部分での、発熱部品１１の半田付け性が低下する場合がある。これはリードフレーム１３の熱伝導によって、半田付け時の熱が逃げやすくなるためである。なおリードフィン１６部分での厚みが１ｍｍを超えても良い。これは発熱部品１１に発生した熱が、リードフィン１６を介して図１（Ｂ）に示したようにフィン１９に伝えやすくなるためである。

こうしたリードフレーム１３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。こうした材料は原料の電気銅を溶解して製造したものある。ここでタフピッチ銅は、銅中に酸素を残した精錬銅であり、電気伝導性や加工性に優れている。タフピッチ銅は例えばＣｕ９９．９０ｗｔ％以上、無酸素銅は例えばＣｕ９９．９６ｗｔ％以上が望ましい。銅の純度が、これら数字未満の場合、不純物（例えば酸素の影響によるＣｕ２Ｏの含有量が大きくなるので）の影響によって、加工性のみならず熱伝導性や電気伝導性に影響を受ける場合がある。こうした部材は安価であり、量産性に優れている。なおリードフレーム１３のパターニング方法としては、エッチングでも良いが、プレス２０（あるいは金型）による打ち抜きがパターンの同一性、量産性の面から適している。

またリードフレーム１３として、各種銅合金を選ぶこともできる。例えばリードフレーム１３の、加工性や、熱伝導性を高めるためには、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１３やその一部を折り曲げリード線１２とする場合、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１３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、これらリードフレーム１３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（更にこれらリードフレーム１３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。このようにこれらリードフレーム１３の材料としては、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、更にこれらリードフレーム１３による放熱効果も高められる。なおこれらリードフレーム１３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、これらリードフレーム１３に用いる銅合金はそれ以上の強度が必要なためである。これらリードフレーム１３に用いる銅合金の引張り強度が、１０Ｎ／平方ｍｍ未満の場合、これらリードフレーム１３の上に電子部品２２を半田付け実装する場合、半田部分ではなくてこれらリードフレーム１３の部分で凝集破壊する可能性がある。

なおリードフレーム１３の発熱部品１１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１３の伝熱層１４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１４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１３と、伝熱層１４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。

また金属板１５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１５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１５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１５の厚みが５０ｍｍを超えると、重量面で不利になる）。金属板１５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１４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。

なおリードフレーム１３を折り曲げ、リード線１２とする場合、その折り曲げ角度は、略垂直（望ましくは垂直±２０度以下、望ましくは±１０度以下、更には±５％以下）が望ましい。垂直±２０度を超えた場合、プリント配線板１７の孔２３への挿入性に影響を与える可能性がある。あるいは孔２３を大きくする必要が発生するため、プリント配線板１７の小型化に影響を与えてしまう。なおリードフィン１６の折り曲げ角度も、リード線１２と同程度とできるが、空気力学的に設計することも可能である。

次に図５〜図７を用いて、リードフレーム１３を折り曲げ、リード線１２やリードフィン１６を形成する様子を説明する。図５〜図７はリードフレーム１３を折り曲げ、リード線１２はリードフィン１６を形成する様子を説明する斜視図である。図５〜図７は、例えば図４（Ｂ）における矢印１８ｂにおける斜視図に相当するものとして説明するが、その形成位置は、必ずしも熱伝導基板の周縁部に限定するものではない。

図５はリードフレーム１３が伝熱層１４に埋め込まれた様子を説明する斜視図である。図５において、矢印１８は、例えば図４（Ｂ）の矢印１８ｂに相当する。図５において、金属板１５の上には、シート状の伝熱層１４が形成されており、伝熱層１４には、リードフレーム１３が埋め込まれている。

次に、図６に示すように、リードフレーム１３の一部を、矢印１８に示すように折立、これをリードフィン１６とする。

図７はリードフレーム１３の一部を折り曲げ、リード線１２とする様子を示す斜視図である。図７において、リードフレーム１３の先端部には、段を形成しているが、これはリード線１２とした際、プリント配線板１７（図示していない）に形成した孔２３に差し込みやすくするためである。またこの段部分で、プリント配線板１７を支えることで、リードフィン１６と、プリント配線板１７の接触を防止する。なお図６〜図７に示す、リードフレーム１３の折り曲げは一工程で行っても良い。こうすることで、リード線１２とリードフィン１６の形成コストを低減する。また図５〜図７において、リードフィン１６を形成するリードフレーム１３は浮島状（他のリードフレーム１３から絶縁された状態）で図示している。こうすることで、リードフィン１６を回路的に絶縁状態として浮かすことができる。またリードフィン１６を配線パターンを形成するリードフレーム１３の一部としても良い。こうすることで配線パターンに実装された発熱部品１１の熱を直接、空冷することができ、冷却効果を高められる。

次に図８を用いて、リードフィン１６の形状の一例を説明する。図８（Ａ）（Ｂ）は、共にリードフィン１６の形状を説明する斜視図である。図８（Ａ）は、リードフィン１６ａの高さを揃え、互いに略平行としたものである。図８（Ａ）のようにすることで、リードフィン１６ａの隙間を流れる空気（矢印１８で図示）の流れを阻害しないため、空冷効果を高められる。またこうして作成した回路モジュール（例えば図１相当）を、略垂直に立てる（例えば、プラズマテレビにおいて、プラズマパネルの裏側に平行になるようにセットする）ことで、煙突効果の発生を促す効果が得られる。図８（Ｂ）は、リードフィン１６ｂの高さを変化させながら、互いに略平行としたものである。例えば、図８（Ｂ）において、リードフレーム１３の折り曲げ位置を変化することで、図８（Ｂ）の形状とすることができる。

なお図８（Ａ）（Ｂ）で示したリードフィン１６は、熱伝導基板の放熱が必要な部分（あるいは、配線パターンに余裕がある部分）等に必要に応じて形成できる。こうすることで、回路モジュールを電気的にも、伝熱工学的にも最適化設計できる。

次に図９を用いて、リードフィン１６の形状の一例を説明する。図９（Ａ）（Ｂ）は、共にリードフィン１６を櫛刃状とした様子について説明する斜視図である。なお図９（Ａ）（Ｂ）において、リードフィン１６と一体化しているリードフレーム１３や、リードフレーム１３を埋め込んだ伝熱層１４等は図示していない。図９（Ａ）は一列となった櫛刃状のリードフィン１６を、図９（Ｂ）は、複数列となった（更には互いに一定角度で折り曲げた）櫛刃状のリードフィン１６を示す斜視図に相当する。例えば図９（Ａ）に示す櫛刃状のリードフィン１６ａを、矢印１８ａのように互い違いにずらし、図９（Ｂ）とすることで空冷効果を高められる。なお図９（Ｂ）において、矢印１８ｂは、櫛刃状のリードフィン１６ｂの隙間を流れる空気の流れを示す。図９（Ａ）（Ｂ）に示すようにして、局所的に乱流を発生させたり、あるいは空気の流れを制御したりすることができる。なお一つのリードフレーム１３を櫛刃状に加工しても良い。

以上のようにして、金属板１５と、その上に固定したシート状の伝熱層１４と、前記伝熱層１４に一部以上を埋め込んだリードフレーム１３と、からなる熱伝導基板であって、前記伝熱層から引き剥がしたリードフレーム１３の一部以上で、リードフィン１６を形成した熱伝導基板とすることで、熱伝導以外にも熱伝導基板の冷却効果が得られるため、熱伝導基板の設置場所の自由度を高めることができ、また熱伝導基板自体を他の発熱体（例えばプラズマＴＶにおけるプラズマパネルやトランス部分等）の放熱部分（あるいはリードフィン１６）として活用することが可能となる。

また伝熱層１４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と、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類以上の無機フィラーと、を含む熱伝導基板とすることで、発熱部品１１に発生した熱を、伝熱層１４を介して他のリードフレーム１３や金属板１５へ放熱することができる。また金属板１５を他の発熱体に固定した場合、他の発熱体に発生した熱を、伝熱層１４を介して、リードフィン１６へ伝えやすくできる。

また前記伝熱層１４から引き剥がしたリードフレーム１３を、前記伝熱層１４から略９０度折り曲げ、略平行に複数本並べ、リードフィン１６とすることでリードフィン１６をリードフレーム１３と一体化することができ、リードフィン１６の熱伝導効率を高めることができ、回路モジュールの空冷特性を高める。

またリードフィン１６は、伝熱層１４から引き剥がしたリードフレーム１３の一部に、フィン１９を取り付け（あるいは後付け）ることで、リードフィン１６の空冷効果を高められる。

熱伝導基板と、その上に隙間を空けて固定したプリント配線板１７とからなる回路モジュールであって、熱伝導基板は、金属板１５と、その上に固定したシート状の伝熱層１４と、前記伝熱層１４に一部以上を埋め込んだリードフレーム１３とから構成し、前記プリント配線板１７は、前記リードフレーム１３の一部が略垂直に折り曲げてなるリード線１２によって、前記熱伝導基板に略平行に固定し、前記伝熱層１４から引き剥がしたリードフレーム１３の一部以上で、前記隙間にリードフィン１６を形成した回路モジュールとすることで、プリント配線板１７と熱伝導基板との間の限られた隙間における放熱効果（あるいは空冷効果）を高めることができ、各種電子機器の小型化を実現する。

前記伝熱層１４から引き剥がしたリードフレーム１３を、前記伝熱層１４から略９０度折り曲げ、リードフィン１６とすることで、熱伝導性の優れたリードフレーム１３に伝わった熱を、直接大気の中に放出できるため、回路モジュールの小型化、高放熱化が可能となる。

前記伝熱層１４から引き剥がしたリードフレーム１３を、略平行に複数本並べ、リードフィン１６とした回路モジュールとすることで、熱伝導性の優れたリードフレーム１３に伝わった熱を、直接大気の中に放出できるため、回路モジュールの小型化、高放熱化が可能となる。

また少なくとも１本以上のリードフィン１６は、プリント配線板１７を貫通させることで、プリント配線板１７を介しての放熱効果（あるいは空冷効果）を得ることができる。また必要に応じて図１（Ｂ）に示すように、フィン１９を後付けすることもできる。なお図１（Ｂ）の場合、リードフィン１６へのフィン１９の取り付けは、プリント配線板１７を取り付けた後の後付けとすることが望ましい。これはフィン１９を取り付けた状態で、プリント配線板１７を取り付けにくいためである。

リードフィン１６は、リード線１２より１ｍｍ以上低くした回路モジュールとすることで、回路モジュールを形成するプリント配線板１７との絶縁距離を確保でき、熱伝導性の優れたリードフレーム１３に伝わった熱をプリント配線板１７ではなくて、直接大気の中に放出できるため、回路モジュールの小型化、高放熱化が可能となる。

リード線１２と、リードフィン１６は略平行にした回路モジュールとすることで、熱伝導性の優れたリードフレーム１３に伝わった熱を、直接大気の中に放出する際、リード線１２とリードフィン１６による空気の流れ（あるいは煙突効果）を阻害しないようにできるため、回路モジュールの小型化、高放熱化が可能となる。

伝熱層１４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と、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類以上の無機フィラーと、を含む記載の回路モジュールとすることで、回路モジュールを構成する熱伝導基板における熱伝導や放熱効果を高めることができ、回路モジュールの小型化、高放熱化と共に積極的な煙突効果の活用が可能になる。

リードフレーム１３もしくはリード線１２は、銅箔、タフピッチ銅もしくは無酸素銅である回路モジュールとすることで、熱伝導性の優れたリードフレーム１３に伝わった熱を、直接大気の中に放出できるため、回路モジュールの小型化、高放熱化が可能となる。

リードフレーム１３もしくはリード線１２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回路モジュールとすることで、熱伝導性の優れたリードフレーム１３に伝わった熱を、直接大気の中に放出できるため、回路モジュールの小型化、高放熱化が可能となる。

少なくとも、金属板１５と、リードフレーム１３と、伝熱層１４を一体化する工程と、前記伝熱層１４を硬化させる工程と、前記リードフレーム１３の上に発熱部品１１等の電子部品を実装した後、前記リードフレーム１３の一部を略垂直に折り曲げリード線１２とする工程と、前記リード線１２を用いてプリント配線板１７に固定する工程と、前記リードフレーム１３の残りの一部を略９０度に折り立ててリードフィン１６とする工程と、を含む回路モジュールの製造方法であり、熱伝導性の優れたリードフレーム１３に伝わった熱を、直接大気の中に放出できるため、回路モジュールの製造を可能とする。なお用途に応じて、これらの工程順を前後しても良い。

少なくとも、金属板１５と、リードフレーム１３と、伝熱層１４を一体化する工程と、前記伝熱層１４を硬化させる工程と、前記リードフレーム１３の上に発熱部品１１等の電子部品とを実装した後、前記リードフレーム１３の一部を略垂直に折り曲げリード線１２とする工程と、前記リード線１２を用いてプリント配線板１７に固定する工程と、前記リードフレーム１３の残りの一部を略９０度に折り立ててリードフィン１６とする工程と、前記リードフィン１６の一部以上に、フィン１９を取り付ける工程を含む回路モジュールの製造方法とすることで、回路モジュールの放熱効果を高める効果が得られる。なお用途に応じてこれらの工程順を前後しても良い。

以上のように、本発明にかかる熱伝導基板とこれを用いた回路モジュールとその製造方法によって、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、高性能化が可能となる。

（Ａ）（Ｂ）は、共に本発明の実施の形態における回路モジュールの断面図 （Ａ）（Ｂ）は、共に熱伝導基板の製造方法を説明する断面図 （Ａ）〜（Ｃ）は、共に熱伝導基板の表面に発熱部品を実装する様子を説明する断面図 （Ａ）〜（Ｃ）は、共に熱伝導基板とプリント配線板とを一体化する様子を説明する断面図 リードフレームが伝熱層に埋め込まれた様子を説明する斜視図 リードフレームの一部を折り曲げ、リード線とする様子を説明する斜視図 リードフレームの一部を折り曲げ、リード線とする様子を示す斜視図 （Ａ）（Ｂ）は、共にリードフィンの形状を説明する斜視図 （Ａ）（Ｂ）は、共にリードフィンを櫛刃状とした様子について説明する斜視図 従来の回路モジュールを説明する斜視図 （Ａ）（Ｂ）は、共に従来の回路モジュールの放熱メカニズムを説明する断面図

符号の説明

１１ 発熱部品
１２ リード線
１３ リードフレーム
１４ 伝熱層
１５ 金属板
１６ リードフィン
１７ プリント配線板
１８ 矢印
１９ フィン
２０ プレス
２１ フィルム
２２ 電子部品
２３ 孔

Claims (16)

1. 金属板と、その上に固定したシート状の伝熱層と、前記伝熱層に一部以上を埋め込んだリードフレームと、からなる熱伝導基板であって、
   前記伝熱層から引き剥がしたリードフレームの一部以上で、リードフィンを形成した熱伝導基板。
2. 伝熱層は、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と、
   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類以上の無機フィラーと、
   を含む請求項１に記載の熱伝導基板。
3. 伝熱層から引き剥がしたリードフレームを、前記伝熱層から略９０度折り曲げ、略平行に複数本並べ、リードフィンとした請求項１記載の熱伝導基板。
4. リードフィンは、伝熱層から引き剥がしたリードフレームの一部に、フィンを取り付けたものである請求項１記載の熱伝導基板。
5. 熱伝導基板と、その上に隙間を空けて固定したプリント配線板とからなる回路モジュールであって、
   熱伝導基板は、金属板と、その上に固定したシート状の伝熱層と、前記伝熱層に一部以上を埋め込んだリードフレームとから構成し、
   前記プリント配線板は、前記リードフレームの一部が略垂直に折り曲げてなるリード線によって、前記熱伝導基板に略平行に固定し、
   前記伝熱層から引き剥がしたリードフレームの一部以上で、前記隙間にリードフィンを形成した回路モジュール。
6. 前記伝熱層から引き剥がしたリードフレームを、前記伝熱層から略９０度折り曲げ、リードフィンとした請求項５記載の回路モジュール。
7. 前記伝熱層から引き剥がしたリードフレームを、略平行に複数本並べ、リードフィンとした請求項５記載の回路モジュール。
8. リードフィンは、伝熱層から引き剥がしたリードフレームの一部に、フィンを取り付けたものである請求項５記載の回路モジュール。
9. 少なくとも１本以上のリードフィンは、プリント配線板を貫通している請求項５記載の回路モジュール。
10. リードフィンは、リード線より１ｍｍ以上低くした請求項５記載の回路モジュール。
11. リード線と、リードフィンは略平行にした請求項５記載の回路モジュール。
12. 伝熱層は、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と、
    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類以上の無機フィラーと、
    を含む請求項５に記載の回路モジュール。
13. リードフレームもしくはリード線は、銅箔、タフピッチ銅もしくは無酸素銅である請求項５に記載の回路モジュール。
14. リードフレームもしくはリード線は、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５に記載の回路モジュール。
15. 少なくとも、
    金属板と、リードフレームと、伝熱層を一体化する工程と、
    前記伝熱層を硬化させる工程と、
    前記リードフレームの上に電子部品を実装した後、前記リードフレームの一部を略垂直に折り曲げリード線とする工程と、
    前記リード線を用いてプリント配線板に固定する工程と、
    前記リードフレームの残りの一部を略９０度に折り立ててリードフィンとする工程と、
    を含む回路モジュールの製造方法。
16. 少なくとも、
    金属板と、リードフレームと、伝熱層を一体化する工程と、
    前記伝熱層を硬化させる工程と、
    前記リードフレームの上に電子部品を実装した後、前記リードフレームの一部を略垂直に折り曲げリード線とする工程と、
    前記リード線を用いてプリント配線板に固定する工程と、
    前記リードフレームの残りの一部を略９０度に折り立ててリードフィンとする工程と、
    前記リードフィンの一部以上に、フィンを取り付ける工程と、
    を含む回路モジュールの製造方法。

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