(57)【要約】【課題】従来の絶縁基板では、高さの異なる異形部品等は、ヒートシンクの上に実装した状態で、平坦な厚肉回路導体や段差付き厚肉回路導体に個別に実装していたため、小型化や高放熱化が難しかった。【解決手段】パワー半導体やトランス等の表面実装の難しい異形部品１８の実装に対応するように、その一部にリードフレーム１４を折り曲げて強度を高めた異形部品実装部１７を有する放熱基板１１を提供することで、異形部品実装部１７の実装性を高めると共に、異形部品１８に発生した熱を、リードフレーム１４や伝熱層１５、金属板１６等に放熱することができ、大電流と高放熱化に対応できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板と、その上にシート状の伝熱層を介して固定したリードフレームと、からなる放熱基板であって、前記リードフレームの一部を、折り曲げて異形部品実装部を構成している放熱基板。
【請求項２】
金属板と、その上にシート状の伝熱層を介して、その一部以上を埋め込んだリードフレームと、からなる放熱基板であって、前記リードフレームの一部を、折り曲げて異形部品実装部を構成している放熱基板。
【請求項３】
リードフレームからなる異形部品実装部には、孔を有している請求項１もしくは２のいずれか一つに記載の放熱基板。
【請求項４】
金属板の上に、リードフレームをシート状の伝熱層を介して固定する工程と、
前記リードフレームの一部を、折り曲げる工程と、
を含む放熱基板の製造方法。
【請求項５】
金属板と、その上にシート状の伝熱層を介して固定したリードフレームと、からなる放熱基板と、この放熱基板に実装した、端子部を有する異形部品と、からなる回路モジュールであって、
前記異形部品の少なくとも一つ以上の端子部は、リードフレームの一部を、折り曲げて構成した異形部品実装部に接続している回路モジュール。
【請求項６】
異形部品の端子部と、リードフレームの異形部品実装部とは、ネジあるいは物理的手段で固定している請求項５に記載の回路モジュール。
【請求項７】
異形部品の端子部と、リードフレームの異形部品実装部とは、半田あるいは溶接で固定している請求項６に記載の回路モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイルドハイブリッドカーを始めとするハイブリッドカーや産業用の機器に使われる、大電流を取り扱うＤＣＤＣコンバータ等の製造に用いられる異形部品実装部を有する放熱基板とその製造方法及び回路モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ブレーキ時の回生電力等を電気二重層キャパシタ等に蓄積することで、低消費電力化を実現するハイブリッドカーや各種産業用の機器が注目されている。
【０００３】
こうした機器においては、１００Ａを超える大電流を高精度に制御するＤＣＤＣコンバータ（ここでＤＣＤＣとは、ＤＣ入力をＤＣ出力にするコンバータの意味である）が使われている。
【０００４】
こうしたＤＣＤＣコンバータは、大電流を取り扱うパワー半導体や、これらを高精度に制御する一般半導体等を組み合わせて構成されている。そのため表面実装（ＳＭＤ実装とも呼ばれる）に対応した一般電子部品だけではなくて、表面実装に対応できない大型の電子部品（リード線や放熱板付きのパワー半導体、大電流に対応するための高肉厚のコイル配線を有するコイル部品や大型の電気二重層キャパシタ等であって、配線やリード線等が肉厚で所定形状に曲げにくいもの等も含む、以下、異形部品と呼ぶ）も実装する必要がある。
【０００５】
特許文献１では、このような異形部品の実装に対応するために、その一部に孔を形成した大電流回路基板が提案されている。次に図９を用いて説明する。
【０００６】
図９は、異形部品の実装に対応する従来の大電流回路基板を説明する断面図である。図９において、絶縁基板１の表面には、平坦な厚肉回路導体２、段差付き厚肉回路導体３を形成している。そして高さの異なる異形部品４ａ、４ｂに応じて、孔５等を介してヒートシンク６に固定した異形部品４ａ、４ｂの高さ等に応じて、平坦な厚肉回路導体２や段差付き厚肉回路導体３にネジ７等を用いて接続する。
【０００７】
図９において、矢印８は、異形部品４ａ、４ｂに発生した熱の拡散方向を示している。図９に示すように、発熱を伴う異形部品４ａ、４ｂを、ヒートシンク６に固定することで、異形部品４ａ、４ｂに発生した熱を、ヒートシンク６に伝える。
【特許文献１】特許第２７８６３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし図９で示した従来の異型部品の実装に対応する大電流基板では、放熱方向が一つに限られていたため、その発熱量の大きな異形部品には対応できなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで本発明は、上記課題を解決するために、金属板と、その上にシート状の伝熱層を介して固定したリードフレームと、からなる放熱基板であって、前記リードフレームの一部を、折り曲げて異形部品実装部を構成している放熱基板とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明によれば、異形部品（例えば、ＳＭＤ実装が難しい、リード付き部品や電気二重層キャパシタ、チョークコイル等）を、その異形部品実装部に実装できるため、異形部品の実装性に優れた放熱基板を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１として放熱基板の構造について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、放熱基板の一部に形成した異形部品実装部を説明する斜視図である。図１〜図３において、１１は放熱基板、１２は点線、１３は切り欠き部、１４はリードフレーム、１５は伝熱層、１６は金属板、１７は異形部品実装部、１８は異形部品、１９は端子部、２０は孔、２１はネジ、２２は矢印である。
【００１４】
図１において、放熱基板１１は、金属板１６（金属板１６には、熱伝導性の優れた銅やアルミニウムを用いることが望ましい）と、その上にシート状の伝熱層１５を介して固定したリードフレーム１４から構成している。なお図１において、リードフレーム１４は、その一部以上をシート状の伝熱層１５に埋め込んでいるが、これはリードフレーム１４と伝熱層１５の接着力を高める（更には、リードフレーム１４から伝熱層１５への熱伝導性も高める）ためである。
【００１５】
図１において、リードフレーム１４の一部は、伝熱層１５や金属板１６から剥がすように（あるいは略垂直に立ち上がるように）折り曲げ、異形部品実装部１７を構成する。なお折り曲げるとは、例えば一方向に延びた直線状のリードフレーム１４の端部において、例えば略垂直になるように１回折り曲げた後、更に１回折り曲げるものであり、例えば図１〜図５に示すものである。
【００１６】
点線１２は、放熱基板１１の一部を省略している旨を示すものであり、放熱基板１１に実装した表面実装部品（ＳＭＤ部品）や、リードフレーム１４からなる配線等は図示していない。
【００１７】
また異形部品実装部１７は、リードフレーム１４の一部を、略垂直に折り曲げて構成したものである。そして図１に示すように異形部品実装部１７の側面や天井面は、一つのリードフレーム１４を折り曲げることで構成することで、リードフレーム１４同士の接続部分を減らせるため、信頼性を高める効果が得られる。
【００１８】
また図２において、異形部品実装部１７の天井面には、孔２０を形成しているが、これは異形部品１８（図示していない）をネジ２１等や孔２０等を用いた固定手段で固定しやすくするためである。
【００１９】
次に図２を用いて、異形部品実装部１７について更に詳しく説明する。図２は、異形部品実装部１７の形状を説明する斜視図である。図２に示すように、異形部品実装部１７は、少なくともその一部を、伝熱層１５や金属板１６から略垂直に折り曲げている。こうすることで、異形部品実装部１７を、放熱基板１１の表面より上方に持上げることができ、表面実装が難しい異形部品１８（例えば、コイルやインダクタ、トランス、電気二重層キャパシタや電解コンデンサ、あるいはリード付の電子部品等。なお大型部品や重量の大きな部品も含む）の実装が容易となる。
【００２０】
図３は、異形部品実装部１７に異形部品１８をネジ２１等を用いて固定する様子を説明する斜視図である。
【００２１】
図３に示すように、異形部品１８の端子部１９等に形成した孔２０を用いて、ネジ２１等で、矢印２２に示すように異形部品１８を固定する。
【００２２】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２として、放熱基板１１の製造方法の一例について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図４、図５は、放熱基板１１の製造方法の一例について説明する断面図である。
【００２４】
図４（Ａ）（Ｂ）は、共に放熱基板１１の製造方法の一例を説明する断面図である。図４（Ａ）において、２３は伝熱樹脂である。まず図４（Ａ）に示すように、金属板１６の一面に、伝熱樹脂２３をセットし、更にその上に所定パターン形状に加工したリードフレーム１４をセットする。そして矢印２２に示すように、これらを金型やプレス（共に図示していない）を用いて、加熱加圧することで一体化する。そして伝熱樹脂２３を硬化し、伝熱層１５とする。こうして図４（Ｂ）の形状とする。
【００２５】
図４（Ｂ）は、伝熱樹脂２３を硬化し、伝熱層１５とした後の状態を示す断面図である。図４（Ｂ）に示すように、放熱基板１１を構成するリードフレーム１４は、その一部以上が伝熱層１５に固定している（あるいは埋め込んでいる）。こうすることで、リードフレーム１４と伝熱層１５との接触面積を増加させ、リードフレーム１４の表面に実装したパワー半導体（図示していない）の熱を、リードフレーム１４から伝熱層１５を介して金属板１６へ放熱しやすくできる。またリードフレーム１４と伝熱層１５との接合強度（あるいは剥離強度）を高める効果も得られる。
【００２６】
図５（Ａ）（Ｂ）は、リードフレーム１４の一部を折り曲げて、異形部品実装部１７を構成する様子を説明する断面図である。
【００２７】
図５（Ａ）に示すように、リードフレーム１４の一部を、伝熱層１５もしくは金属板１６から折り曲げる。
【００２８】
図５（Ａ）において、リードフレーム１４の一部を伝熱層１５から引き剥がしながら折り曲げても良い。このように伝熱層１５に密着していたリードフレーム１４の一部を引き剥がし、折り曲げて異形部品実装部１７とすることで、伝熱層１５のリードフレーム１４の引き剥がされた部分（あるいは引き剥がされた長さ）が、絶縁確保のための沿面距離（図示していない）となる。その結果、金属板１６やシャーシ、筐体（共に図示していない）と、リードフレーム１４との間の絶縁特性を高める効果が得られる。
【００２９】
図６は、端子部１９の高さの異なる異形部品１８に対応する放熱基板１１の一部を示す斜視図である。図６において、複数個の異形部品実装部１７の高さや大きさ、形状等は互いに異なっている。
【００３０】
次に複数の端子部１９の高さが異なる異形部品１８について、チョークコイルを例として、図７、図８を用いて説明する。
【００３１】
図７（Ａ）（Ｂ）は、共にチョークコイルを放熱基板１１に実装する様子を説明する断面図である。図７（Ａ）（Ｂ）において、２４はコア部、２５はコイル部であり、異形部品１８は、例えばコイル部２５、コア部２４から構成されている。そして銅板等でなるコイル部２５は、コア部２４の周囲を巻きつけられ、その両端が端子部１９として外部に露出している。なお必要に応じて、端子部１９に孔２０を形成することで、ネジ止めすることができる。
【００３２】
図７（Ａ）において、放熱基板１１に形成した異形部品実装部１７の高さは互いに異なっている。これは図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、コイル部２５を構成する銅板等によって構成した高肉厚（例えば、厚み０．５ｍｍ以上、更にはエッジワイズ巻き。なおエッジワイズとは平角銅線を平たい状態でコイル状に巻いた状態を言う）のコイル部２５の折り曲げ加工が難しいためである。こうした場合、図７（Ａ）に示すように、異形部品実装部１７の高さを、異形部品１８の端子部１９の高さにそれぞれ合わせることが望ましい。
【００３３】
なお異形部品１８は、複数部分を個別に組み合わせたものとしても良い。例えば、図７（Ａ）に示すようにコア部２４、コイル部２５として別々に固定することで、個別に放熱し、耐振性も高める。
【００３４】
次に図７（Ｂ）、図８（Ａ）（Ｂ）を用いて、異形部品１８を構成する部材を個別に実装する場合での効果について説明する。
【００３５】
図７（Ｂ）に示すように、コイル部２５をネジ２１等で異形部品実装部１７に矢印２２のように取付けることで、コイル部２５と異形部品実装部１７との接続強度を高め、更に接続抵抗を下げる効果が得られる。
【００３６】
次に図８（Ａ）（Ｂ）を用いて、その放熱性を説明する。
【００３７】
図８（Ａ）はコイル部２５の放熱効果を説明する断面図である。図８（Ａ）に示すように、コイル部２５に大電流（たとえば、数十から数百アンペア）を流した場合に発生する熱（ジュール熱を含む）は、矢印２２に示したように、異形部品実装部１７の複数側面を介して、リードフレーム１４全体に、更には伝熱層１５を介して金属板１６や金属板１６を固定するシャーシや筐体（なおシャーシや筐体は図示していない）に広がり、その放熱効果を高める。
【００３８】
図８（Ｂ）は、コア部２４の放熱効果を説明する断面図である。図８（Ｂ）に示すように、コア部２４を、直接、放熱基板１１に固定することで、矢印２２に示すように、コア部２４に発生した熱（コイル部２５からコア部２４に伝わった熱も含む）を、矢印２２に示すように効果的に放熱できる。なおコア部２４は、放熱基板１１の表面に形成したリードフレーム１４に直接、伝熱性接着剤等を用いて（接着剤等は図示していない）固定することで、更に放熱効果を高められる。これはリードフレーム１４のヒートスプレッド効果を活用できるためである。
【００３９】
このように異形部品１８を、コア部２４とコイル部２５を個別に支えることで固定性や放熱性を高める。また耐振性も高める。これは固有振動数を分割できるためである。
【００４０】
（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態１〜２に用いた部材について説明する。
【００４１】
伝熱樹脂２３は、例えば、樹脂とフィラーとからなるものとすることで、その熱伝導性を高めることができる。そして樹脂として熱硬化性の樹脂を用いることで、その信頼性を高められる。
【００４２】
ここで無機フィラーとしては、例えば略球形状で、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。また１００μｍを超えると伝熱層１５の厚みが厚くなり熱拡散性に影響を与える）。そのためこれら伝熱層１５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、これら伝熱層１５の熱伝導率は５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度となる。
【００４３】
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、酸化亜鉛、シリカ、酸化チタン、酸化錫、ジルコン珪酸塩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いるものとすることが、熱伝導性やコスト面から望ましい。
【００４４】
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１５としての熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上３０Ｗ／（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、その放熱性に影響を与える。また熱伝導率を３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）より高くしようとした場合、無機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。
【００４５】
なお熱硬化性樹脂を使う場合は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂、アラミド樹脂、ＰＥＥＫ樹脂の群から選ばれた少なくとも１種類の熱硬化性樹脂を含んでいるものが望ましい。これはこれらの樹脂が耐熱性や電気絶縁性に優れているからである。
【００４６】
なおこれら熱硬化性樹脂に対して、少量の熱可塑性樹脂を添加（例えば熱硬化性樹脂に対して熱可塑性樹脂の添加量は０．１重量％以上２．０重量％以下が望ましい。０．１重量％未満の場合は形状保持性が低下する場合がある。２．０重量％を超えると信頼性に影響がある場合がある。）することで、成形性（例えば、金型等を用いて所定形状に仮成形した後、熱硬化炉で一括して本硬化させる等）を高められる。
【００４７】
同様に、伝熱層１５において、無機フィラーに対する濡れ改善剤（例えば、分散剤、表面処理剤、各種カップリング剤等）を添加しておくことで、伝熱層１５の成形性を高められる。
【００４８】
なおリードフレーム１４としては、銅やアルミニウムのような熱伝導性の高い部材を用いることが望ましい。またリードフレーム１４の厚みは０．２ｍｍ以上（望ましくは０．３ｍｍ以上）が望ましい。リードフレーム１４の厚みが０．２ｍｍ未満の場合、異形部品実装部１７を構成するリードフレーム１４の強度が低下し、作業中に曲がったり変形したりする可能性がある。
【００４９】
またリードフレーム１４の厚みは、１０．０ｍｍ以下（望ましくは５．０ｍｍ以下）が望ましい。リードフレーム１４の厚みが１０．０ｍｍを超えた場合、異形部品実装部１７の加工性やファイン化に影響を与える可能性がある。
【００５０】
なおリードフレーム１４の一部以上を、伝熱層１５に埋め込むことで、肉厚の（例えば、０．２ｍｍ以上、望ましくは０．３ｍｍ以上）リードフレーム１４を用いた場合でも、その厚みが放熱基板１１の表面に段差として表れないため、リードフレーム１４の上へのソルダーレジスト（図示していない）の印刷性を高める効果が得られる。
【００５１】
このように異形部品１８を、例えばコイル部２５と、コア部２４のように複数部分に分けることで、固定時の不要な応力発生を防止できる。また取付け強度（引張り強度も含む）を向上することができる。その結果、振動試験等における信頼性を高める効果も得られる。また振動試験等における異形部品１８の共振点を複数に分割することができ、耐振動性を高め、その信頼性を高められる。なお実用に応じてコイル部２５とコア部２４を樹脂等で一体化しても良い。この場合、例えば柔らかい樹脂を選ぶことで（例えば、Ｔｇ＜１００℃）とすることで、コイル部２５とコア部２４との取り付け位置のズレ（あるいは高さのズレ等）による応力発生を防止できる。
【００５２】
また異形部品実装部１７の高さや形状を工夫することで、異形部品１８と、金属板１６（あるいは金属板１６を固定する筐体やシャーシ）との間の沿面距離（一種の絶縁距離）を確保することができる。
【００５３】
なお固定方法は、ネジ２１やナット、あるいは物理的手段を選ぶことができる。あるいは半田（図示していない）や溶接等（なお溶接としては、スポット溶接、プロジェクション溶接、レーザー溶接等を用いることができる（図示していない）。）の手法を用いて固定しても良い。
【００５４】
以上のようにして、金属板１６と、その上にシート状の伝熱層１５を介して固定したリードフレーム１４と、からなる放熱基板１１であって、前記リードフレーム１４の一部を、折り曲げて異形部品実装部１７を構成する放熱基板１１とすることで、異形部品実装部１７の強度や放熱性を高めることができ、色々な形状の異形部品の実装に対応できる。また配線抵抗を低く抑える効果も期待できる。
【００５５】
金属板１６と、その上にシート状の伝熱層１５を介して、その一部以上を埋め込んだリードフレーム１４と、からなる放熱基板１１であって、前記リードフレーム１４の一部を、前記伝熱層１５もしくは金属板１６から折り曲げてなる異形部品実装部１７としている放熱基板１１とすることで、異形部品実装部１７の強度や放熱性を高めることができ、色々な形状の異形部品の実装に対応できる。
【００５６】
異形部品実装部１７の側面は、リードフレーム１４で構成することで、異形部品実装部１７の接続箇所を減らすことができ、異形部品実装部１７の強度や放熱性を高められる。
【００５７】
またリードフレーム１４からなる異形部品実装部１７には、孔２０を有することで、異形部品実装部１７への異形部品の実装性や接続信頼性を高めることができる。
【００５８】
また少なくとも、金属板１６の上に、リードフレーム１４をシート状の伝熱層１５を介して固定する工程と、前記リードフレーム１４の一部を、前記伝熱層１５もしくは金属板１６から折り曲げる工程と、を含む放熱基板１１の製造方法によって、異形部品実装部１７の強度や放熱性を高めた放熱基板１１を安定して製造できる。
【００５９】
金属板１６と、その上にシート状の伝熱層１５を介して固定したリードフレーム１４と、からなる放熱基板１１と、この放熱基板１１に実装した、端子部１９を有する異形部品１８と、からなる回路モジュールであって、前記異形部品１８の少なくとも一つ以上の端子部１９は、リードフレーム１４の一部を、前記伝熱層１５もしくは金属板１６から折り曲げてなる異形部品実装部１７に接続している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異形部品の実装性や接続信頼性を高めることができる。
【００６０】
異形部品１８の端子部１９と、リードフレーム１４の異形部品実装部１７とは、ネジ２１を含む物理的手段で固定することで、回路モジュールを構成する異形部品１８の実装性や接続信頼性を高めることができる。
【００６１】
異形部品１８の端子部１９と、リードフレーム１４の異形部品実装部１７とは、半田（図示していない）もしくは溶接を含む接続方法で固定することで、回路モジュールを構成する異形部品１８の実装性や接続信頼性を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明にかかる異形部品実装部を有する放熱基板とその製造方法及びこれを用いた回路モジュールを用いることで、大電流や高放熱が要求される異形部品（例えば、表面実装に対応できない大型部品等）を、安定して放熱基板上に実装できるため、小型化で信頼性の高い各種機器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】放熱基板の一部に形成した異形部品実装部を説明する斜視図
【図２】異形部品実装部の形状を説明する斜視図
【図３】異形部品実装部に異形部品を固定する様子を説明する斜視図
【図４】（Ａ）放熱基板の製造方法を説明する分解断面図、（Ｂ）放熱基板の製造方法を説明する断面図
【図５】（Ａ）（Ｂ）は、共にリードフレームを折り曲げて、異形部品実装部を構成する様子を説明する断面図
【図６】端子部の高さの異なる異形部品に対応させた異形部品実装部の高さを変化させた放熱基板を示す斜視図
【図７】（Ａ）（Ｂ）チョークコイルを放熱基板に実装する様子を説明する断面図
【図８】（Ａ）コイル部の放熱効果を説明する断面図、（Ｂ）コア部の放熱効果を説明する断面図
【図９】従来の大電流回路基板を説明する断面図
【符号の説明】
【００６４】
１１  放熱基板
１２  点線
１３  切り欠き部
１４  リードフレーム
１５  伝熱層
１６  金属板
１７  異形部品実装部
１８  異形部品
１９  端子部
２０  孔
２１  ネジ
２２  矢印
２３  伝熱樹脂
２４  コア部
２５  コイル部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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