JPH09326467A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は多数の電子部品が高密度実装された
パワー電子回路を用いた電子機器に関するものであり、
発熱部品の放熱を効果的に行うモジュール化された電子
機器を提供することを目的とする。 【解決手段】 金属板１を所定の配線パターン状に打ち
抜き、この金属板１を高熱伝導性の複合絶縁材料２によ
り少なくとも電子部品３の搭載部分を露出した状態で一
体成形した基板上の部品側を複合絶縁材料のケース９で
覆って一体化したことにより、放熱を効果的に行うもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインバータ回路や電
源回路のように大電力を扱うパワー半導体及び各種電子
部品等を搭載した電子機器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、インバータ回路や電源回路のよう
に大電力を扱う電子回路は機器の小型化にともないモジ
ュール化が進んでいる。このパワー電子回路のモジュー
ル化を達成するためには、高密度実装されたパワー半導
体等の損失による発熱をいかに放熱するかが重要な課題
である。

【０００３】従来この種の電子回路モジュールには、金
属支持板上の表面に薄い絶縁体層を介して導体箔を張り
合わせ、この導体箔をエッチングすることにより配線パ
ターンを形成する基板（以下金属ベース基板と称す）が
用いられ、これにパワー半導体及び各種電子部品を搭載
し、回路を形成していた。

【０００４】図５、図６により、この従来の電子回路モ
ジュールについて説明する。図５及び図６によると、９
１は金属支持板、９２は絶縁体層、９３は導体箔、９４
はパワー半導体を含む電子部品である。

【０００５】導体箔９３は金属支持板９１に絶縁体層９
２を介して張り合わされている。この導体箔９３はエッ
チングにより配線パターン状に形成され、これに電子部
品９４を搭載し回路を構成する。９５は外部接続端子で
あり、電子部品９４と同様に搭載される。電子部品９４
での発熱は絶縁体層９２を介して金属支持板９１に伝え
られる。９６は放熱器であり金属支持板９１のみの放熱
では不十分な場合に放熱を補うために用いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、配線パターン形成をエッチングにより行う
ため導体箔９３には３５μｍや７０μｍといった薄いも
のが用いられており大電流が流れるようなパワー回路を
構成する際にその配線抵抗が問題となる。

【０００７】また、この金属ベース基板の放熱特性は金
属支持板９１と導体箔９３の間に形成された絶縁体層９
２により決定される。一般的にこの種の絶縁層はエポキ
シ樹脂を塗布により形成しているため厚く形成すること
が困難であり、放熱特性は比較的良好であるがその反面
絶縁特性が悪いことや、導体箔９３と金属支持板９１と
の間に発生する分布容量が大きくなるために、回路の高
周波化を阻害したり金属支持板９１を介してノイズが伝
搬し易いといった問題がある。

【０００８】さらにモジュールを構成する場合の外部接
続端子９５は別パーツで基板に実装する必要があり位置
合わせ等が困難であるといった課題を有するものであっ
た。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、放熱基板の重要な特性である放熱特性と絶縁特性の
両方を改善すると同時に大電力の電子回路を構成する上
で重要となる配線抵抗の低減やノイズの原因となる配線
パターンの分布容量の低減を達成し、その効果を最大に
発揮し、しかも容易に構成することのできる電子機器を
提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、所定の配線パターン状に打ち抜かれた金属
板と、この金属板を金型内に保持しこの金型に溶融した
高熱伝導性の複合絶縁材料を流し込み、前記金属板を少
なくとも部品搭載部分を露出させた状態で前記高熱伝導
性の複合絶縁材料で形成された基板と、前記金属板の露
出部に電気的に接続された電子部品と、前記金属板の一
部を加工して端子を形成するとともに部品非搭載部側を
外側底部とし、ケースまたは樹脂により前記電子部品を
覆って構成して電子機器とするものである。

【００１１】この構成により、配線パターンは金属板で
あるために当然のことながら配線抵抗は低く大電流回路
に適している。またこの基板に実装された部品の発熱は
一旦金属板により熱拡散された後、高熱伝導性の複合絶
縁材料により放熱されるため放熱性が良好であり、この
基板に外付けの放熱器を取り付ける場合においても前記
発熱部品と放熱器の間の熱抵抗は低い。この放熱性の改
善により前記高熱伝導性の複合絶縁材料で構成される絶
縁層は厚くできるので絶縁性が向上し、パターン間の分
布容量も低減が可能となるものである。

【００１２】加えて、放熱性の複合絶縁材料の母材とし
て用いられる高分子材料の特性を生かして生産性に優れ
た工法で搭載部品を覆うケースとの一体化が可能となる
ものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
所定の配線パターン状に打ち抜かれた金属板と、この金
属板を金型内に保持しこの金型に溶融した高熱伝導性の
複合絶縁材料を流し込み、前記金属板を少なくとも部品
搭載部分を露出させた状態で前記高熱伝導性の複合絶縁
材料で形成された基板と、前記金属板の露出部に電気的
に接続された電子部品と、前記金属板の一部を加工して
端子を形成するとともに、部品非搭載部側を外側底部と
し、ケースまたは樹脂により前記電子部品を覆って成る
ものであり、配線パターンを金属板としたため、大電流
回路に適するとともに、電子部品（以下部品と称す）の
発熱は高熱伝導性の複合絶縁材料により放熱されるた
め、放熱性が良好な電子機器が提供できるものである。

【００１４】本発明の請求項２記載の発明は、請求項１
記載の構成に加えて金属板をインサート成形した複合絶
縁材料基板と同一の複合絶縁材料で成形されたケースで
覆ったものであるため、部品が密封状態であってもより
放熱効果を向上させるものである。

【００１５】本発明の請求項３記載の発明は、請求項１
記載のケースを金属網をインサート成形した複合絶縁材
料で形成したものであり、ケースの強度向上を図ったも
のである。

【００１６】本発明の請求項４記載の発明は、請求項１
記載の金属板の端面とケース端部周辺面に突起部と穴部
を設け、はめ合い嵌合するものでありケースの装着を容
易に行うものである。

【００１７】本発明の請求項５記載の発明は、請求項１
の金属板をインサート成形した複合絶縁材料基板の周辺
面とケース端部周辺面を超音波融着して組立てるもので
あり、ケースの装着を極めて容易に行えるものである。

【００１８】以下、本発明の実施の形態について、図１
〜図４により説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の一実施の形態の電子機
器に用いられる電子部品を搭載した放熱基板を示す斜視
図、図２と図３は電子部品を搭載した放熱基板とケース
で一体に構成された電子機器の断面図である。

【００１９】図１において、１は配線パターン状に打ち
抜いた金属板で、金属板１としては銅板が望ましく、配
線パターン状に打ち抜き加工する手段としてはプレス機
を用いる。

【００２０】２は高熱伝導性の複合絶縁材料で、これは
射出成形やトランスファ成形により金属板１のインサー
ト成形ができる材料であり、ベースの樹脂材料として電
子部品の半田付けが可能なよう高耐熱性を有する熱硬化
性のエポキシ樹脂あるいは、熱可塑性のポリフェニレン
サルファイド、液晶ポリマー、ポリスチレン、ナイロン
のいずれかあるいはこれらの混合物を用い、このベース
樹脂材料に絶縁性と高熱伝導率を有する酸化アルミ、窒
化アルミ、酸化マグネシウム、窒化ボロン、酸化亜鉛、
シリカ、チタニア、スピネル等のいずれかあるいはこれ
らの中より選択された混合物をチタニウム、シランなど
のカップリング剤で表面処理した粉体フィラーとガラス
やウィスカーなどの繊維状のフィラーとを主体とする充
填剤を混練して熱伝導性と強度を高めた複合絶縁材料で
ある。

【００２１】３は放熱基板に搭載された電子部品、４は
電子部品３を電気的に接続するための金属板１の露出
部、５は電子部品３を搭載するためのキャビティ、６は
金属板１を用いた端子部である。

【００２２】図２において、７は放熱基板８のみでは放
熱が十分でない時に用いる外付けの放熱器である。この
ような高熱伝導性の複合絶縁材料２により配線パターン
状に打ち抜いた金属板１を電子部品３の搭載部分を露出
させた状態で一体化成形している。９は放熱基板８の複
合絶縁材料２の部分と一体化されたケースである。

【００２３】以上のように構成された放熱基板８は配線
パターン１が打ち抜き加工された金属板であるため配線
抵抗が低く、実装された部品の発熱は配線パターン状に
打ち抜いた金属板１により熱拡散された後、高熱伝導性
の複合絶縁材料２によって放熱されるため放熱特性に優
れている。

【００２４】また、外付けの放熱器７を用いる場合にお
いても絶縁層が厚いため絶縁特性は良好であり、パター
ン間の分布容量も低減が可能となる。さらに金属板１の
部品実装部分を露出させ、高熱伝導性の複合絶縁材料２
により搭載用のキャビティ５を構成することにより部品
の位置決めが可能で、レジストが不要となり、半田ブリ
ッジの防止が可能となる。金属板１は高熱伝導性の複合
絶縁材料２によりモールドされるため密着度が向上し、
金属板１の両側に高熱伝導性の複合絶縁材料２が配置さ
れるので、成形後の樹脂の収縮に伴う基板のソリも低減
されるものである。

【００２５】さらに従来の基板表面に形成された配線パ
ターンはパターン間の絶縁確保のため、所定の沿面距離
を確保する必要があったが、本構成によれば配線パター
ンは高熱伝導性の複合絶縁材料に埋め込まれるのでパタ
ーン間隔を狭める事が可能となる。

【００２６】なお、金属板１としての銅板の厚みは熱拡
散効果と端子を構成したときの強度を考慮すると０．５
ｍｍ以上が望ましく、プレス機を用いて金型によりパタ
ーン形成する場合の加工性を考慮すると１．０ｍｍ以下
が望ましい。また銅板の部品実装面は鍍金する事により
半田付け性を良好とすることができ、底面を黒化処理や
ブラスト処理により表面を荒らすことで高熱伝導性の複
合絶縁材料２との密着性をさらに良くすることができ
る。

【００２７】金属板１をモールドした複合絶縁材料放熱
基板８と一体に組み立てられたケース９はアクリロニト
リル・ブタジエン・スチレン共重合体やポリフェニレン
エーテル、ポリフェニレンオキサイドなどの熱可塑性樹
脂を成形して用いるが、高熱伝導性である複合絶縁材料
２を成形して用いた方が放熱効率が高く、より本発明の
目的において望ましい。

【００２８】更に、図３に示すように高熱伝導性である
複合絶縁材料２を用いて金属網１０をインサート成形し
たケース９と、金属板１をモールドした複合絶縁材料放
熱基板８を一体に組み立てる方がケース９の補強が行わ
れ、より本発明の目的において望ましい。

【００２９】（実施の形態２）以下本発明の第２の実施
の形態について、特に図示しないが、放熱基板８と一体
に組み立てられたケース９の一体化方法について説明す
る。放熱基板８の端面に形成された複数個の突起部とケ
ース９の端部周辺面に形成された複数個の穴部をはめ合
い嵌合に適した寸法に形成し、電子部品３を搭載した後
放熱基板８とケース９は特殊な設備・治具及びビス等を
使用することなく、簡単な手作業で組み立てられる。突
起部がケース９に、穴部が放熱基板８にというようにそ
れぞれ逆に形成されていても同等である。

【００３０】又、他の実施の形態として放熱基板８の端
面とケース９の端部周辺面を超音波融着して接着し一体
化することも有効である。超音波融着で単に平面と端面
を合わせて一体化することが簡単な作業により可能であ
るが、はめ合い嵌合部を設けた上で超音波融着しても良
い。

【００３１】以上のように構成された一体化組立方法
は、放熱基板８とケース９がいずれも成形性と加工性に
優れた樹脂材料を使用することで実現できる。

【００３２】（実施の形態３）以下本発明の第３の実施
の形態について、図４により説明する。図４は本発明の
第３の実施の形態を示し、放熱基板上に搭載された電子
部品を樹脂材料により覆った電子機器を示す斜視図であ
る。

【００３３】金属板１は打ち抜き加工により所定の配線
パターンを形成する。ここで金属板１は半田付けが可能
で熱伝導率の良好な材料として０．５ｍｍ厚の銅板を用
いている。

【００３４】次に、金属板１を高熱伝導性の複合絶縁材
料２により一体化成形して放熱基板８にする。一体化成
形の方法としては金属板１を基板形状のキャビティを有
する金型内に固定し、その状態で金型内に溶融した高熱
伝導性の複合絶縁材料２を流し込む射出成形あるいはト
ランスファー成形によるインサート成形法とした。部品
搭載部分は金型に突起部を設け、この突起部により金属
板１を固定することにより金属板１の露出部４と電子部
品３を搭載するためのキャビティ５を形成している。４
は露出部である。また、端子部６は成形時にその上面及
び側面を金型に接するように固定することにより高熱伝
導性の複合絶縁材料２との接する面積を低減している。

【００３５】次に電子部品３を放熱基板８に形成したキ
ャビティ５に配置し、露出部４に電気的に接続を行う。
電子部品３の電気的接続方法としては半田付けにより行
っている。

【００３６】次に放熱基板８の電子部品搭載側周辺部を
囲む枠を用いて、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等の反応
型樹脂材料を流し込んで電子部品３の封止固化部１１を
形成する。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明の電子機器は金属板
を所定の配線パターン状に打ち抜き、この金属板を高熱
伝導性の複合絶縁材料により少なくとも部品搭載部分を
露出させた状態で一体化成形して構成しているために、
配線パターンは金属板であるために当然のことながら配
線抵抗は低く大電流回路に適している。またこの基板に
実装された部品の発熱は一旦金属板により熱拡散された
後、高熱伝導性の複合絶縁材料により放熱されるため放
熱性が良好であり、この基板に外付けの放熱器を取り付
ける場合においても前記発熱部品と放熱器の間の熱抵抗
は低い。

【００３８】この放熱性の改善により前記高熱伝導性の
複合絶縁材料で構成される絶縁層は厚くできるので絶縁
性が向上し、パターン間の分布容量も低減が可能とな
る。又、金属板は打ち抜き加工を用いこれに高熱伝導性
の複合絶縁材料を一体化成形するので容易に実施可能で
ある。

【００３９】さらに、放熱基板の母材成分である樹脂材
料の成形性と加工性を活用して、搭載部品を覆うケース
部材との一体化組立が非常に容易となり、生産性に優れ
た電子機器が実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の電子機器の要部である
電子部品搭載用放熱基板の斜視図

【図２】同電子機器の側断面図

【図３】同他の実施の形態の電子機器の側断面図

【図４】同他の実施の形態の電子機器の側断面図

【図５】従来の電子機器の要部である電子部品搭載用放
熱基板の斜視図

【図６】同側断面図

【符号の説明】

１ 金属板 ２ 複合絶縁材料 ３ 電子部品 ４ 露出部 ５ キャビティ ６ 端子部 ７ 放熱器 ８ 放熱基板 ９ ケース １０ 金属網 １１ 封止固化部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の配線パターン状に打ち抜かれた金
   属板と、この金属板を金型内に保持しこの金型に溶融し
   た高熱伝導性の複合絶縁材料を流し込み、前記金属板を
   少なくとも部品搭載部分を露出させた状態で前記高熱伝
   導性の複合絶縁材料で形成された基板と、前記金属板の
   露出部に電気的に接続された電子部品と、前記金属板の
   一部を加工して端子を形成するとともに、部品非搭載部
   側を外側底部とし、ケースまたは樹脂により前記電子部
   品を覆って成る電子機器。
2. 【請求項２】 金属板をインサート成形した複合絶縁材
   料基板と同一の複合絶縁材料で成形されたケースで覆っ
   た請求項１記載の電子機器。
3. 【請求項３】 金属板をインサート成形した複合絶縁材
   料基板と、金属網をインサート成形した複合絶縁材料で
   成形されたケースで覆った請求項１記載の電子機器。
4. 【請求項４】 金属板をインサート成形した複合絶縁材
   料基板の端面とケース端部周辺面に形成された突起部と
   穴部をはめ合い嵌合してなる請求項１記載の電子機器。
5. 【請求項５】 金属板をインサート成形した複合絶縁材
   料基板の周辺面とケースの端部周辺面を超音波融着した
   請求項１記載の電子機器。