(57)【要約】【課題】エンジンルーム搭載の厳しい環境下においても、金属ベースプリント配線基板と回路構成部品のはんだあるいは導電性接着剤接合部に発生する熱ひずみを低減し、導通不良を防止可能な金属ベースプリント配線基板を提供する。【解決手段】金属板２０表面上に絶縁層２１と、さらに銅配線２２と、回路構成部品２３の接合部となるランド２４以外を覆ったレジスト層２７と、を有し、前記銅配線２２の幅Ａはランド２４の最小幅Ｂの１／２倍以下とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板と、
前記金属板に絶縁層を介して設けられた銅配線と、
前記銅配線に接続される回路部品とを備え、
前記銅配線は接続部と導線部とを有し、
前記回路部品は複数の端子を有し、
前記接続部が前記複数の端子とはんだにより各々接続された
回路基板において、
前記導線部の幅が前記接続部の幅の１／２以下であることを特徴とする回路基板
【請求項２】
請求項１において、
前記銅配線の長さは、前記接続部の幅の２倍以上であることを特徴とする回路基板。
【請求項３】
請求項１において、
前記金属板は、アルミニウム材、あるいはアルミニウムからなる合金材であることを特徴とする回路基板。
【請求項４】
請求項１から３いずれか記載の回路基板を、前記回路部品として自動車用発電機の電圧制御用ＩＣレギュレータが設置される制御回路基板として備えたことを特徴とする自動車用発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高信頼性が必要とされる、エンジンルーム内搭載の車載用電子制御モジュール用の回路基板に関する。また、それを用いた自動車用発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車載用電子制御モジュールは、車室内のスペース確保やハーネスの削減などの目的から、その搭載場所が車室内からエンジンルーム内、さらにはエンジン直付けへと変遷している。このため、車載用電子制御モジュールでは、大きい温度変化やエンジンによる振動などの厳しい環境に耐えることができる、高い信頼性が求められている。また、近年、電子制御モジュールは小型化，高機能化，高性能化に伴い、電子部品自体の発熱量が増大している。電子部品の表面温度は増大すると寿命が極端に短くなり、最悪の場合電子機器の動作不良を招く恐れがあるため、車載用電子制御モジュールでは、消費電力の大きい電子部品を実装する場合、配線基板として高い放熱性を有する金属ベースプリント配線基板を使用している。これを用いる車載用電子制御モジュールとして、好適な車載用電子制御モジュールには、自動車用発電機に装着される電圧制御用ＩＣレギュレータがある。
【０００３】
しかし、金属ベースプリント配線基板を構成する金属（例えばアルミニウム）は、温度変化時の熱膨張率が大きく、セラミックから構成されるチップ部品（例えばチップ抵抗）などの熱膨張率が小さい電子部品を実装した場合、基板と電子部品の電気的接続部（例えばはんだ）に熱ひずみが発生し、これが大きいと導通不良となる可能性がある。
【０００４】
従来、銅配線幅を規定する手段としては、それぞれ特許文献１，２記載の「回路基板およびその回路基板を用いた電子機器」、「銅回路配線基板およびその製造方法」がある。
但し、本発明のように、放熱性に優れ、且つ、エンジンルーム内のように温度変化が厳しい環境下においても高信頼性を有する金属ベースプリント配線基板については開示されていない。また、特許文献１，２では、ランドに架橋するように接続される回路構成部品の信頼性を確保することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３０３５４０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７１１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記問題を鑑み、本発明の目的は、温度変化が大きく、かつ消費電力の大きい回路構成部品を実装する車載用電子制御モジュールにおいて、金属ベースプリント基板上のランドを架橋するように接続される回路構成部品と、金属ベースプリント配線基板との熱膨張率差によって、はんだあるいは導電性接着剤に発生する熱ひずみを低減し、はんだあるいは導電性接着剤の完全破断を防止可能な回路基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、金属板と、前記金属板に絶縁層を介して設けられた銅配線と、前記銅配線に接続される回路部品とを備え、前記銅配線は接続部と導線部とを有し、前記回路部品は複数の端子を有し、前記接続部が前記複数の端子とはんだにより各々接続された回路基板において、前記導線部の幅が前記接続部の幅の１／２以下であることを特徴とする回路基板により達成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明実施形態の金属ベースプリント配線基板を示している。
【図２】ランド最小幅に対する銅配線幅と、はんだあるいは導電性接着剤に発生するする熱ひずみとの関係を示すグラフである。
【図３】銅配線幅に対する銅配線の長さと、はんだあるいは導電性接着剤に発生するする熱ひずみとの関係を示すグラフである。
【図４】自動車用発電機の充電系統を示す制御回路図である。
【図５】自動車用発電機の充電系統を示す制御回路図である。
【図６】電圧制御用ＩＣレギュレータの実装構造図である。
【図７】自動車用発電機の縦断面図である。
【図８】電圧制御用ＩＣレギュレータとＩＣケース５２の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明の金属ベースプリント配線基板の実施例を説明する。なお、ここで示す実施形態は一例であって、本発明の金属ベースプリント配線基板はここに示す実施形態に限定される趣旨ではない。
【００１０】
まず、図１は本発明実施形態の金属ベースプリント配線基板を示した図である。図１に示すように、本発明の金属ベースプリント配線基板は、アルミニウム板２０表面上にエポキシ系樹脂から構成される絶縁層２１と、さらにその表面に銅配線２２と、前記銅配線２２の内、回路構成部品２３が装着されるランド２４以外を樹脂コートで覆うことによってなるレジスト層２７が形成されている。
【００１１】
アルミニウム板２０として、本実施形態ではアルミニウム（熱伝導率が約２３７Ｗ／ｍ・Ｋ）を使用しているが、熱伝導率が高いものであれば良く、例えば熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、鉄材（熱伝導率が約８３Ｗ／ｍ・Ｋ），銅材（熱伝導率が約４０１Ｗ／ｍ・Ｋ），金材（熱伝導率が約３１７Ｗ／ｍ・Ｋ），銀材（熱伝導率が約４２９Ｗ／ｍ・Ｋ），ニッケル材（熱伝導率が約９０Ｗ／ｍ・Ｋ），マグネシウム材（熱伝導率が約１５６Ｗ／ｍ・Ｋ）、これらから成る合金材でも適用可能である。
【００１２】
絶縁層２１は、本実施形態ではエポキシ系樹脂を使用しているが、ポリイミド系樹脂，スチレン系樹脂、その他の絶縁材でも良い。
【００１３】
銅配線２２には回路構成部品２３の接合部となるランド２４が形成されており、ランド２４を架橋するように回路構成部品２３が搭載され、はんだあるいは導電性接着剤２６によって接合する。
【００１４】
回路構成部品２３は、例えばセラミックによって構成されるチップ抵抗，チップコンデンサ，チップバリスタ，水晶振動子が用いられているが、この限りではない。
【００１５】
はんだあるいは導電性接着剤２６はＳｎ／Ａｇ系のはんだを用いているが、他の組成のはんだやＡｇペーストなどの導電性接着剤を用いる構成としても構わない。
【００１６】
図２，図３は本発明の効果を説明する図である。
【００１７】
まず、図２はランド最小幅Ｂに対する銅配線幅Ａが異なる金属ベースプリント配線基板のモデルを３つ作成し、ランド最小幅Ｂに対する銅配線幅Ａと、はんだあるいは導電性接着剤２６に発生する熱ひずみとの関係を求めたグラフである。
【００１８】
各モデルについて、銅配線幅Ａをランド最小幅Ｂに対して、モデルＩは１／３、モデルIIは１／２、モデルIIIは１比率で形成したものである。
【００１９】
図２より、ランド最小幅Ｂに対して銅配線幅Ａが１／２倍以下ではんだあるいは導電性接着剤に発生する熱ひずみが急減していることが分かる。従って、銅配線幅Ａはランド最小幅Ｂの１／２倍以下であることが望ましい。
【００２０】
図３は、銅配線幅に対する銅配線の長さが異なる金属ベースプリント配線基板のモデルを３つ作成し、銅配線幅に対する銅配線の長さと、はんだあるいは導電性接着剤に発生する熱ひずみとの関係を求めたグラフである。
【００２１】
各モデルについて、銅配線の長さＣを銅配線幅Ａに対して、モデルIVは１／２、モデルＶは２、モデルVIは５／２の比率で形成したものである。
【００２２】
図３より、銅配線幅Ａに対して銅配線の長さＣが２倍以上ではんだあるいは導電性接着剤に発生する熱ひずみが急減していることが分かる。従って、銅配線の長さＣは銅配線幅の２倍以上であることが望ましい。
【００２３】
これらより、本発明の金属ベースプリント配線基板をエンジンルーム搭載の車載用電子制御モジュールに用いることにより、大きい温度変化の繰り返し熱負荷によって、金属ベースプリント配線基板と回路構成部品の接合部であるはんだあるいは導電性接着剤に発生する熱ひずみを低減し、クラック進展速度を制御することが可能である。
【００２４】
次に、本発明の金属ベースプリント配線基板を車両用交流発電機の制御基板として用いた実施例を説明する。図４，図５は自動車用発電機の充電系統を示す制御回路図である。
図６は電圧制御用ＩＣレギュレータの実装構造図である。図７はこの自動車用発電機の縦断面図であり、図８は電圧制御用ＩＣレギュレータとＩＣケース５２の構成図である。
【００２５】
まず構成部品を説明する。１１は電気子巻線、１２は全波整流用ダイオードであり、１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６のパワーツエナーダイオードで構成される。１３は界磁巻線である。３０は電圧制御用ＩＣレギュレータであり、パワーＭＯＳトランジスタ１４１とフライホイールダイオード１４２と電圧制御部１４５０から構成されている１チップＩＣレギュレータ１４を有する。なお、この１チップＩＣレギュレータ１４は誘電体分離型半導体で構成されているため、パワー素子部と制御部を１つの半導体基板上に実装している。
【００２６】
１９は雑音防止用フィルムコンデンサー、６０は車両側の制御装置であり、１６はバッテリ、１８は車両側の電気負荷であり、１７は電気負荷１８の負荷スイッチである。
【００２７】
以下本構成部品での動作を説明する。
【００２８】
界磁巻線１３は、図７に図示した回転子１３ａに装着され、エンジンの回転と同期して回転し回転磁界を発生する。
【００２９】
界磁巻線１３に並列に接続されたフライホイールダイオード１４２はスイッチングノイズを吸収するために接続されている。前記回転子と空隙を持って対向する図６に図示した固定鉄心１１ａに巻装された電機子巻線１１は、界磁巻線１３のつくる回転磁界の大きさに応じて交流波形をもった電圧を出力する。該交流出力は三相全波整流器１２を構成する整流用パワーツエナーダイオード１２１，１２２，１２３，１２４，１２５，１２６で全波整流される。
【００３０】
界磁巻線１３に流れる電流は電圧制御用ＩＣレギュレータ３０で制御することで、発電機出力電圧を一定電圧に制御する。
【００３１】
電圧制御用ＩＣレギュレータ３０は１チップＩＣレギュレータ１４を有し、１チップＩＣレギュレータ１４の回路構成を図４に示す。１チップＩＣレギュレータ１４は電圧制御部１４５０を有し、電圧制御を行うパワーＭＯＳトランジスタ１４１をコントロールする。
【００３２】
電圧制御用ＩＣレギュレータ３０によって電圧制御された出力は、出力端子“Ｂ”を介してバッテリ１６が充電される。また、同時に、三相全波整流器１２の出力はこの出力端子“Ｂ”から、負荷スイッチ１７を介して、ランプ等の電気負荷１８に供給される。
【００３３】
車両側の制御部であるＥＣＵ部６０は車両の状態を検出し、最適な調整電圧指令値をＣＯＭ端子から１チップＩＣレギュレータ１４に伝え、調整電圧値が変更される。
【００３４】
１チップＩＣレギュレータ１４は、パワーＭＯＳトランジスタ１４１をコントロールして、界磁巻線１３への界磁電流通流率を変更することで、回転磁界の大きさを変更し、その結果、調整電圧値は車両側の制御部であるＥＣＵ部６０が指令した調整電圧値に制御される。
【００３５】
本実施例では、電圧制御用ＩＣレギュレータ３０を図６のような実装構造としている。
金属ベースプリント配線基板４０は、アルミニウム板（なお、本実施例ではアルミニウム材を使用しているが、鉄材，銅材，金材，銀材，ニッケル材，マグネシウム材、これらから成る合金材でも適用可能である。）表面上に、エポキシ系樹脂から構成される絶縁層（実施例ではエポキシ系樹脂を使用したが、ポリイミド系樹脂，スチレン系樹脂、その他絶縁材などでも良い。）と、さらにその表面に回路を形成するための銅配線とランドとを形成し、ランド以外の表面を樹脂コートで覆ったレジスト層とで形成されている。金属ベースプリント配線基板４０上に、チップ抵抗２３やチップコンデンサ２３（実施例ではチップ抵抗，チップコンデンサを用いたが、チップバリスタ，水晶振動子などでも良い。）と、パワー素子部と小信号系である制御部を誘電体分離型半導体で１つの半導体基板上に実装した１チップＩＣレギュレータ１４の樹脂封止パッケージ１４７とをはんだあるいは導電性接着剤で接合する。樹脂封止パッケージ１４７は、１チップＩＣレギュレータ１４を銅板から構成されるダイパッド１４６上にはんだあるいは導電性接着剤によって接続し、リードフレームが樹脂の長辺両側から突出、かつダイパッド１４６の一部が露出するよう線膨張係数約１１ppm／℃前後の樹脂で封止したＨＳＯＰ（Small Outline Package with Heat-sink）を採用している。本実施例ではＨＳＯＰ（Small Outline Package with Heat-sink）を採用したが、ＨＱＦＰ（Quad Flat Package with Heat-sink），ＨＬＱＦＰ（Low-profile Quad Flat Package with Heat-sin）でも良い。金属ベースプリント配線基板４０は放熱プレート５０に熱伝導性接着剤５１を介して接続されている。また、放熱プレートには、放熱性向上のため放熱フィン５３が形成されている。本実装構造を採用することで、１チップＩＣレギュレータ１４の発生する熱を安価なダイパッド１４経由、金属ベースプリント配線基板４０，熱伝導性接着剤５１，放熱プレート５０，放熱フィン５３に伝達されるため、１チップＩＣレギュレータ１４から放熱フィン５３までの熱抵抗を低減することが可能となる。
【００３６】
金属ベースプリント配線基板４０は温度変化に対する信頼性を確保するために、チップ抵抗２３やチップコンデンサ２８が搭載されるランド最小幅Ｂに対して銅配線幅Ａを１／２倍以下とする。あるいは、銅配線Ａに対して銅配線長さＣを２倍以上としている。これにより、金属ベースプリント配線基板４０の金属板であり、線膨張係数約２３ppm／℃のアルミニウム板２０と、線膨張係数約７ppm／℃のチップ抵抗２３や線膨張係数約９ppm／℃のチップコンデンサ２３との熱膨張率差によってはんだあるいは導電性接着剤２６に発生する熱ひずみを低減し、エンジンルーム内のように温度変化の厳しい環境下においても導通不良に至るクラック発生を防止することができる。
【００３７】
これらより、本実施例の実装構造である図６が放熱性に優れ且つ、エンジンルーム内のように温度変化の激しい環境下においても信頼性が高い、最適な実装構造であることが判る。
【符号の説明】
【００３８】
２０  アルミニウム板
２１  絶縁層
２２  銅配線
２４  ランド
２６  はんだあるいは導電性接着剤
２７  レジスト層
Ａ  銅配線幅
Ｂ  ランド最小幅
Ｃ  銅配線長さ
【図１】
2013008886.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013008886.tif 000005
【図４】
2013008886.tif 000006
【図５】
2013008886.tif 000007
【図６】
2013008886.tif 000008
【図７】
2013008886.tif 000009
【図８】
2013008886.tif 000010