(57)【要約】【課題】高温かつ広い温度領域で使用される場合でも電子部品の信頼性の低下を招かず、かつ放熱性の高い回路基板を提供すること。【解決手段】回路基板４上に実装されたＩＣ１０や、コンデンサ１１、チップ部品１２は、回路基板４とのはんだ接合部を２層目の樹脂よりも、ヤング率が低いフィルム状の絶縁性樹脂１３により覆われており、この絶縁性樹脂１３の上から熱硬化性樹脂３によりモールドされた構造である。絶縁性樹脂のヤング率は２．５ＧＰａ、熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋのフィルム状のポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴ）樹脂を用い、熱硬化性樹脂にはヤング率は６．０ＧＰａ、熱伝導率は５．０Ｗ／ｍ・Ｋの不飽和ポリエステル樹脂をベースレジンとし、金属フィラーを有するＢＭＣを用いた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と複数の電子部品とからなる回路モジュールにおいて、前記電子部品と前記回路基板の配線パターンの実装部のはんだ接合部とを覆う複数層の樹脂層を具備し、前記はんだ接合部と接する第一の樹脂層は、その上層の第二の樹脂層よりもヤング率が低く、このヤング率の上限値が３ＧＰａの絶縁性樹脂であり、かつ前記第二の樹脂層の樹脂は前記第一の樹脂層の樹脂よりも熱伝導率が高いことを特徴とする回路モジュール。
【請求項２】
前記第二の樹脂層の樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の回路モジュール。
【請求項３】
前記第一の樹脂層の樹脂がフィルム状であり、かつ前記第二の樹脂層の樹脂の成形温度よりも低いガラス転移温度を有することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の回路モジュール。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の回路モジュールを有するモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ等に内蔵する回路モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車の電動化、高機能化に伴い、スロットルバルブ、吸気バルブ等のバルブ制御等への要望が高まりつつあり、車のエンジンルーム周辺の高温環境（雰囲気温度１５０℃）でも使用可能な実装基板の需要が大きい。
【０００３】
エンジンルーム周辺で使用される部品は、所謂、ヒートショック試験と呼称される疲労加速試験に耐え得る品質性能を要求される。周知のとおり、この種のヒートショック試験は、雰囲気温度を−４０〜１５０℃の範囲にて昇温・降温させる熱衝撃試験を連続して１０００回程度繰返すものであり、この試験後でも、はんだ部にはクラックが生じないことが品質性能として求められる。従来から、電子部品及びはんだの耐熱性向上に関する開発は進められており、車のエンジンルーム周辺でも使用可能な電子部品及びはんだ組成が開発されている。
【０００４】
そして、将来の車載用モータについて考察すると、更なる高出力化・小型化が必要である。回路モジュールにおいては、回路基板上の電子部品の発熱による温度上昇がテーマとなる。この温度上昇を低減するために、回路モジュールの放熱性を更に向上させることが課題解決の一手段として想起される。
【０００５】
従来、家電機器用モータ等に用いられる回路モジュールにおいては、電子部品の小型化、高出力化に伴い、回路モジュールにおける回路基板に実装する部品の数や実装密度が増大する対策として、回路基板の放熱性向上のために、以下のような放熱構造等の提案がなされていた。
【０００６】
例えば、特許文献１には、熱源である電子部品を熱抵抗の低いシリコーン樹脂により封止した放熱回路基板構造についての技術が記されている。
【０００７】
例えば、特許文献２には、高熱伝導率のフィラーを高充填した樹脂を放熱の目的で回路基板に用いる際に、放熱樹脂のクラック耐久性を高めるため、放熱樹脂を小体積に分割した放熱回路基板構造についての技術が記されている。
【０００８】
例えば、特許文献３には、シリコーン系接着剤を回路基板と電子部品の接続部に塗布し、さらにその基板の周囲をエポキシ系の絶縁性樹脂により封止することで、回路基板と電子部品の接続部の信頼性を向上させた基板構造についての技術が記されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１−２２０８８９号公報
【特許文献２】特開２００９−１６４１５６号公報
【特許文献３】特開平１１−２５７１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１等に記されたシリコーン樹脂は、低分子シロキサンを含むことが一般的に知られている。低分子シロキサンは沸点が高い物質であるが、揮発性が高いため室温付近でも蒸気となって気中へ拡散し、接点部等にて再結晶化して、接点不良などの品質問題を引き起こすことが考察される。したがって、車載用の実装基板の放熱用にシリコーン樹脂を採用することには、別途何らかの課題解決を要することが考察される。
【００１１】
また、特許文献２等に記された技術では、高熱伝導率のフィラーを高充填した放熱樹脂を小体積化して用いる提案がなされている。しかし、このような充填剤を高充填したヤング率の高い樹脂で電子部品を封止した場合、特に車載用途のような周囲温度の変化の大きな環境では、熱膨張及び熱収縮によりはんだ接合部へかかる応力が大きくなり、基板の信頼性を大きく低下させることが考察される。したがって、車載用の回路基板にこの発明を適応することには、別途何らかの課題解決を要することが考察される。
【００１２】
さらに、特許文献３等に記された技術では、特許文献１等に記された技術と同様に、シリコーン系材料を使用しているため、低分子シロキサンを発生させる原因となり、上述と同様の品質問題を起こす可能性ことが考察される。また、回路基板と電子部品の接合部全てに接着剤を塗布する必要があるため、工数や材料コストの増大を招くため経営的課題を招くことも考察される。
【００１３】
本発明は、以上のような課題発生を回避する新たな技術を提案するものである。具体的には、回路基板と電子部品を接合するはんだ接合部を２層の樹脂によって覆うことにより、高温かつ広い温度領域で使用される場合であっても電子部品の信頼性の低下を招かず、かつ放熱性の高い回路基板を提供することが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の発明の回路モジュールは、回路基板と複数の電子部品とからなる回路モジュールにおいて、前記電子部品と前記回路基板の配線パターンの実装部のはんだ接合部とを覆う複数層の樹脂層を具備し、前記はんだ接合部と接する第一の樹脂層は、その上層の第二の樹脂層よりもヤング率が低く、このヤング率の上限値が３ＧＰａの絶縁性樹脂であり、かつ前記第二の樹脂層の樹脂は前記第一の樹脂層の樹脂よりも熱伝導率が高いことを特徴とする。
【００１５】
第２の発明の回路モジュールは、第１の発明において、上記第二の樹脂層の樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とする。
【００１６】
第３の発明の回路モジュールは、第１の発明及び第２の発明において、上記第一の樹脂層の樹脂がフィルム状であり、かつ前記第二の樹脂層の樹脂の成形温度よりも低いガラス転移温度を有し、この成形温度以下では溶解しないことを特徴とする。
【００１７】
第４の発明のモータは、第１の発明、第２の発明及び第３の発明の回路モジュールを有する。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明の回路モジュールによれば、電子部品が実装されている回路基板において、回路基板と電子部品のはんだ接合部が２層目の樹脂よりもヤング率が低い絶縁性樹脂により覆われているため、回路基板と電子部品のはんだ接合部へかかるせん断力が緩和され、電子部品の信頼性を確保することができる。
【００１９】
また、その１層目の絶縁性樹脂よりも熱伝導率の高い２層目の樹脂により封止しているため、電子部品から発生する熱が電子部品周辺に熱が閉じ込められることなく、より効率良く電子部品から発生する熱を放熱することができる。
【００２０】
第２の発明の回路モジュールによれば、２層目の樹脂として熱硬化性樹脂を用いることにより、より高い温度領域でも信頼性の高い回路基板を提供することを可能とする。
【００２１】
第３の発明の回路モジュールによれば、１層目の樹脂が絶縁性を有したフィルム状樹脂であり、ガラス転移温度が２層目の樹脂の成形温度よりも低く、かつ２層目の樹脂の成形温度以下では溶解しない。このため、トランスファー成形機もしくはインジェクション成形機等を用いて、２層目の樹脂と回路基板及び１層目の樹脂を一体成形することが可能であり、本発明の構造を容易に、効率良く製造することを可能とする。
【００２２】
第４の発明のモータによれば、高温かつ広い温度領域で使用される場合でも信頼性が高く、かつ放熱性の高いモータを提供することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態１のモールドモータの断面図
【図２】本発明の回路モジュールの断面図
【図３】本発明の１次元定常熱伝導モデルの説明図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明について、図面及び表を参照しながら説明する。なお、以下の実施例によって本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２５】
図１は、ＩＣやコンデンサ、チップ部品といった一般的な電子部品を実装した回路基板を有するモータを、熱硬化性樹脂用いて、回路基板とモータ部を一体モールドした時の断面図である。
【００２６】
固定子は鉄芯コア１に巻枠を介して巻線２を巻き、鉄芯コア１の内周面を除いて熱硬化性樹脂３で包囲するように一体で成形して構成している。また回路基板４は巻線２と軸受５ａの間に配し、固定子と共に熱硬化性樹脂３で包囲するように一体成形され構成している。固定子の鉄芯コア１の内周面よりも内側はロータ６を収納するために空間になっている。
【００２７】
また、固定子の一方の端面にはロータ６を回転自在に支持するための軸受５ｂを収納する軸受ハウジング７が熱硬化性樹脂３により一体成形されている。固定子のもう一方の端面は開口部となっており、ロータ６を挿入した後に軸受５ａを収納した軸受け収納部を有するブラケット９により蓋をされる。ロータ６は外周に永久磁石８を配しており、ロータ６にはシャフト６ａが圧入され、シャフト６ａは軸受け５ａと５ｂを介して固定子に回転自在に支持されている。
【００２８】
図２に図１における本実施例の回路基板付近の詳細断面図である。回路基板４上に実装されたＩＣ１０やコンデンサ１１、チップ部品１２は、回路基板４とのはんだ接合部を第二の樹脂層の樹脂よりもヤング率が低いフィルム状の絶縁性樹脂１３（第一の樹脂層）により覆われており、この絶縁性樹脂１３の上から熱硬化性樹脂３によりモールドされた構造となっている。
【００２９】
なお、本実施例では、第一の樹脂層である絶縁性樹脂１３のヤング率は２．５ＧＰａ、熱伝導率は０．２Ｗ／ｍ・Ｋのフィルム状のポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴ）樹脂を用いる。第二の樹脂層である熱硬化性樹脂にはヤング率は６．０ＧＰａ、熱伝導率は５．０Ｗ／ｍ・Ｋの不飽和ポリエステル樹脂をベースレジンとし、金属フィラーを有するバルク・モールド・コンパウンド（以下、ＢＭＣ）を用いる。熱硬化性樹脂を用いることにより、車載用途のような高温環境下で使用されるような場合も、長期信頼性を確保することができる。
【００３０】
表１は絶縁性樹脂１３の材料物性とヒートショック試験（−４０〜１５０℃、１０００サイクル）結果を記載したものである。ヤング率が３ＧＰａよりも大きな絶縁性樹脂は、３ＧＰａ以下の絶縁材料と比較して耐ヒートショック性が劣り、試験後にはんだ接合部にクラックが確認された。絶縁性樹脂１３のヤング率が３ＧＰａよりも低いと、回路基板と電子部品の接合部へかかるせん断力は、絶縁性樹脂１３により緩和され、使用する温度領域が広い場合でも、実装部品の脚部における損傷を防止することができるようになり、回路基板の耐久性及び信頼性を飛躍的に向上させることができる。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
なお、このときの試験条件は、直径約７０ｍｍの耐熱・耐燃性ガラス基材エポキシ樹脂積層板、所謂、ＦＲ５グレードの回路基板を用い、チップ部品のサイズは、ＪＩＳの表記でいう５７５０以下のものを用いている。また、はんだは高耐熱仕様のＳｎ−３．５Ａｇ−０．５Ｂｉ−０．６Ｉｎを用い、２層目の樹脂にはヤング率が６．０ＧＰａのＢＭＣを用いる。
【００３３】
また、本実施例の製造方法は、モータの巻線２が巻かれた鉄芯コア１に電子部品が実装された回路基板４およびフィルム状ＰＥＴ樹脂が固定された状態で成形金型に設置され、トランスファー成形機によりモータの回路基板４に対して垂直方向の上から、ＢＭＣを金型温度１５０℃で成形するものである。
【００３４】
このフィルム状のＰＥＴ樹脂は、ガラス転移温度が７０℃であり、ＢＭＣの成形温度よりも低い。また、ＰＥＴ樹脂の融点が２５６℃であり、ＢＭＣの成形温度よりも高い。このため、フィルム状のＰＥＴ樹脂が成形時の熱により軟化し、溶解すること無く回路基板４上の電子部品の表面になじみ、電子部品や回路基板と絶縁性樹脂の間の空気層を埋めることで、効率的に熱を伝達することができる。仮に、このＰＥＴ樹脂が成形時の熱により溶融した場合、回路基板４とＢＭＣの間の電気絶縁性を確保することができず、モータとして成立しない。
【００３５】
さらに、本実施例では、ＰＥＴ樹脂の上からＢＭＣを充填することにより、発熱量の多い電子部品から発生する熱が、ＰＥＴ樹脂とＢＭＣを介して効率的にモータ外部へ放熱されるため、部品保証温度の低減や、モータの長期信頼性の向上を見込むことが可能である。
【００３６】
本実施例のモータの温度上昇は、従来の絶縁性を有する１．１Ｗ／ｍ・ＫのＢＭＣを使用する場合と比較して、温度上昇を約１５Ｋ低減している。なお、この方式の従来の絶縁性樹脂はヤング率が３ＧＰａよりも大きくなるため、信頼性が低下することは言うまでもない。
【００３７】
また、熱硬化性樹脂３に不飽和ポリエステル樹脂等を用いてモールド成形したモールドモータは耐加水分解性にも優れた特性を示すため、高温高湿環境下での使用でも信頼性の高いモータを提供することが可能である。
【００３８】
図３には、本実施例における構造の１次元の定常熱伝導モデルを示す。一例として、本実施例を採用した場合と採用しなかった場合について比較する。熱抵抗は材料の厚みに材料の断面積と熱伝導率の逆数を掛けたもので表すことができるので、絶縁性樹脂の熱伝導率をλ１、材料厚みをＬ１、高熱伝導樹脂の熱伝導率λ２、材料厚みをＬ２とし、双方の断面積をＳとしたときのこのモデルにおける熱抵抗を計算する。本実施例における２種類の樹脂を用いたモデルの熱抵抗をＲα、単一の樹脂を用いたモデルをＲβとすると、以下の式（１）及び式（２）ようにと表せる。
【００３９】
Ｒα＝Ｌ１／（Ｓ・λ１）＋Ｌ２／（Ｓ・λ２）・・・・・（１）
【００４０】
Ｒβ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／（Ｓ・λ１）・・・・・・・・・・（２）
【００４１】
本実施例を採用した場合として、絶縁性樹脂の熱伝導率λ１＝０．２Ｗ／ｍ・Ｋ、材料厚みＬ１＝０．２ｍｍ、高熱伝導率樹脂の熱伝導率λ２＝５．０Ｗ／ｍ・Ｋ、材料厚みＬ２＝１．５ｍｍとした場合を考える。
【００４２】
また、本実施例とは異なるケースとして、従来技術を援用したケースを比較例として考察する。具体的には、絶縁性を有するＢＭＣのみの１層でモールドする場合を考える。この構造を採用する場合、ＢＭＣは絶縁性が必要となるため、金属フィラーのような高熱伝導率フィラーを使用することはできず、現在の技術であると熱伝導率は１．５Ｗ／ｍ・Ｋ程度に留まる。
【００４３】
そこで、λ２＝１．５Ｗ／ｍ・Ｋとし、熱抵抗を比較すると、Ｒα／Ｒβ≒０．５となる。本発明の実施例は、上記の比較例と比較して約２分の１の熱抵抗となり、この本発明の構造を採用することにより高い放熱性を有するモータを提供可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、車載用途のような高温かつ広い温度領域で使用される場合でも、電子部品、回路基板の信頼性を確保し、かつ放熱性の高い回路基板を提供可能である。また、車載用モータのみならず、産業用モータや家電用モータに展開可能な技術であり、高い放熱性や信頼性に要求されるモータ分野に特に有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１  鉄芯コア
２  巻線
３  熱硬化性樹脂
４  回路基板
５ａ  軸受
５ｂ  軸受
６  ロータ
６ａ  シャフト
７  軸受ハウジング
８  永久磁石
９  ブラケット
１０  ＩＣ
１１  コンデンサ
１２  チップ部品
１３  絶縁性樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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