KR20150060845A

KR20150060845A - 모듈

Info

Publication number: KR20150060845A
Application number: KR1020157010418A
Authority: KR
Inventors: 키미노리 오자키; 야스히로 고이케; 히로아키 아사노; 히토시 시마두; 시게키 가와구치; 토모아키 아사이
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2015-06-03
Also published as: EP2916626A1; WO2014069143A1; JP2014093358A; JP5708613B2; US20150289375A1; CN104756612A

Abstract

모듈은, 서로 반대측에 위치하는 제1면 및 제2면을 갖는 절연 기판과, 절연 기판의 제1면에 형성되고 금속판으로 이루어지는 제1 금속층과, 절연 기판의 제2면에 형성된 제2 금속층과, 절연 기판, 제1 금속층 및, 제2 금속층으로 이루어지는 제1 기판과, 제1 금속층에 접합되는 전자 부품과, 제1 금속층과 전자 부품과의 접합면에 형성되고, 요철의 관계로 제1 금속층과 전자 부품이 서로 걸어맞춤하는 위치 결정부를 구비한다. 제1 금속층에 있어서의 위치 결정부가 형성된 부위와, 제2 금속층과의 사이에는 절연 기판이 개재되어 있다.

Description

모듈 {MODULE}

본 발명은, 절연 기판, 당해 절연 기판의 제1면에 형성된 제1 금속층 및, 당해 절연 기판의 제2면에 형성된 제2 금속층으로 이루어지는 기판과, 제1 금속층에 접합되는 전자 부품을 구비하는 모듈에 관한 것이다.

기판에 대하여 커넥터 등의 전자 부품을 접합할 때에는, 부착 정밀도를 높이기 위해 부재 간의 위치 결정을 적확(的確)하게 행할 필요가 있다. 기판과 전자 부품과의 위치 결정을 행하는 기술로서는, 전자 부품에 볼록부를 형성함과 함께 기판에 관통구멍을 형성하고, 볼록부와 관통구멍을 걸어맞춤시켜 위치 결정을 행하는 기술이 특허문헌 1에 기재되어 있다.

일본공개특허공보 평9-55245호

그런데, 전자 부품이 접합되는 기판의 일종으로서, 절연 기판의 양면(兩面)에 금속층이 형성된 양면 기판이 있다. 양면 기판에 대하여 특허문헌 1에 기재된 기술과 같이 위치 결정용의 관통구멍을 형성한 경우, 관통구멍 부분에 있어서 금속층 간에 절연 기판이 존재하지 않게 되기 때문에, 금속층 간의 전기적인 거리가 줄어들게 된다. 그 결과, 양면 기판의 금속층 간을 충분히 절연하는 것이 곤란해진다는 문제가 발생한다.

본 발명의 목적은, 금속층 간의 절연성을 확보하면서, 기판에 대한 전자 부품의 위치 결정을 용이하게 행할 수 있는 모듈을 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 형태는, 서로 반대측에 위치하는 제1면 및 제2면을 갖는 절연 기판과, 상기 절연 기판의 상기 제1면에 형성되고 금속판으로 이루어지는 제1 금속층과, 상기 절연 기판의 상기 제2면에 형성된 제2 금속층과, 상기 절연 기판, 상기 제1 금속층 및, 상기 제2 금속층으로 이루어지는 제1 기판과, 상기 제1 금속층에 접합되는 전자 부품과, 상기 제1 금속층과 상기 전자 부품과의 접합면에 형성되고, 요철의 관계로 상기 제1 금속층과 상기 전자 부품이 서로 걸어맞춤하는 위치 결정부를 구비하고, 상기 제1 금속층에 있어서의 상기 위치 결정부가 형성된 부위와, 상기 제2 금속층과의 사이에는 상기 절연 기판이 개재되어(interposed) 있는 모듈을 제공한다.

도 1(a)는 일 실시 형태의 모듈의 단면도, 도 1(b)는 도 1(a)의 위치 결정부의 확대도이다.
도 2는 실시 형태의 제1 기판의 상면도이다.
도 3은 다른 예의 모듈의 제1 기판의 상면도이다.
도 4는 도 3의 4-4선을 따른 단면도이다.
도 5(a)는 또 다른 모듈을 나타내는 단면도이며, 도 5(b)는 도 5(a)의 위치 결정부의 확대도이다.
도 6(a)는 또 다른 모듈을 나타내는 단면도이며, 도 6(b)는 도 6(a)의 위치 결정부의 확대도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 일 실시 형태를 도면에 따라 설명한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 모듈(10)은, 서로 전기적으로 접속되는 제1 기판(20) 및 제2 기판(40)을 구비하고 있다. 예를 들면, 제1 기판(20)은 파워 기판이며, 제2 기판(40)은 제어 기판이다.

제1 기판(20)은, 서로 반대측에 위치하는 상면(제1면) 및 하면(제2면)을 갖는 절연 기판(21), 당해 절연 기판(21)의 상면에 접착된 제1 금속층(22) 및, 당해 절연 기판(21)의 하면에 접착된 제2 금속층(23)으로 이루어지는 양면 기판이다. 제1 금속층(22) 및 제2 금속층(23)은, 각각 소정의 형상으로 패터닝된 금속판으로구성되어 있다.

제1 금속층(22) 및 제2 금속층(23)을 구성하는 금속판으로서는, 구리 또는 납땜 부분에 도금 처리한 알루미늄 등의 도전성 금속 재료로 이루어지는 금속판을 이용할 수 있다. 금속판의 두께는, 바람직하게는 0.4∼2.0㎜이며, 보다 바람직하게는 0.5∼1.0㎜이다. 제1 금속층(22) 및 제2 금속층(23)은, 금속판으로부터 소정의 패턴 형상을 프레스로 펀칭하는 것, 즉 프레스 가공에 의해 성형되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 금속층(22)에는 좌표 확인용의 좌표구멍(25)이 제1 금속층(22)을 관통하도록 형성되어 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 기판(20)의 제1 금속층(22)의 상면에는, 땜납 등의 접착재를 통하여 전자 부품으로서의 수커넥터(30)가 접합되어 있다. 수커넥터(30)는, 수지제의 케이스에 피복되는 본체부(31)와, 본체부(31)로부터 상방으로 돌출하는 한 쌍의 단자부(32)를 구비한다. 본체부(31)의 하면이 제1 금속층(22)의 상면에 접합되어 있다. 따라서, 제1 기판(20)의 제1 금속층(22)의 상면 및, 수커넥터(30)의 본체부(31)의 하면이 접합면에 대응한다.

또한, 제2 기판(40)은, 절연 기판(41)과 당해 절연 기판(41)의 하면에 대하여 접착되고 소망하는 형상으로 패터닝된 제3 금속층(42)으로 이루어지는 단층 기판이다. 제2 기판(40)의 제3 금속층(42)의 하면에는 수커넥터(30)에 대응하는 암커넥터(43)가 접합되어 있다. 그리고, 수커넥터(30)와 암커넥터(43)가 접속됨으로써, 제1 기판(20) 및 제2 기판(40)은 서로 전기적으로 접속되어 있다.

여기에서, 제1 기판(20)과 수커넥터(30)와의 사이의 접합 부분의 구성에 대해서 구체적으로 설명한다. 도 1(b) 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 제1 기판(20)의 제1 금속층(22)의 상면에는, 수커넥터(30)를 향하여 개구하는 단면 원형 형상의 한 쌍의 오목부(24)가 형성되어 있다. 오목부(24)는 제1 금속층(22)에 단면 원형 형상의 관통구멍을 형성함으로써 형성되는 것이며, 그 관통구멍의 내주면을 내벽으로 함과 함께 절연 기판(21)의 상면을 저벽(底壁)으로 하는 통 형상(홈 형상)을 이루고 있다. 따라서, 오목부(24)의 깊이는, 제1 금속층(22)의 두께와 동일하다.

수커넥터(30)의 본체부(31)의 하면에 있어서, 한 쌍의 오목부(24)에 대향하는 위치에는, 한 쌍의 볼록부(33)가 각각 형성되어 있다. 볼록부(33)는, 오목부(24)의 직경보다도 근소하게 작은 직경을 갖는 원기둥 형상으로 형성되어 있다. 볼록부(33)의 높이는, 오목부(24)의 깊이보다도 작은 값으로 설정되어 있다. 그리고, 볼록부(33)는 오목부(24) 내에 삽입되어, 요철의 관계에 의해 오목부(24)와 걸어맞춤하고 있다.

또한, 수커넥터(30)의 하면에는 볼록부(33)와는 별도로 단자로서의 리드(도시 생략)가 형성되어 있다. 그리고, 그 리드와 제1 금속층(22)이 서로 접속됨으로써, 제1 기판(20)과 수커넥터(30)와의 전기적인 접속이 도모되어 있다.

다음으로, 제1 기판(20)에 수커넥터(30)를 접합하는 방법을 설명함과 함께, 본 실시 형태의 모듈(10)의 작용을 설명한다.

제1 기판(20)의 제1 금속층(22)의 상면에 대하여 수커넥터(30)를 접합할 때에는, 우선, 제1 기판(20)의 제1 금속층(22)의 상면에 있어서의 수커넥터(30)의 접합 위치에 땜납 등의 접착재가 도포된다. 그리고, 제1 금속층(22)에 형성된 좌표구멍(25)을 기준으로 하여, 표면 실장기에 의해, 제1 금속층(22) 상에 있어서의 수커넥터(30)를 배치해야 할 목표 좌표 상으로 수커넥터(30)가 이송되고, 접착재를 개재하여 제1 금속층(22) 상에 수커넥터(30)가 올려놓여진다.

이때, 제1 기판(20)에 형성된 오목부(24) 내에 수커넥터(30)의 본체부(31)에 형성된 볼록부(33)가 삽입되어, 오목부(24)와 볼록부(33)가 요철의 관계에 의해 걸어맞춤한다. 이에 따라, 제1 기판(20)에 대하여 수커넥터(30)가 위치 결정된다. 그 후, 접착재가 고화(固化)됨으로써, 제1 기판(20)에 대하여 수커넥터(30)가 접합된다.

또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 모듈(10)의 제1 기판(20)에서는, 위치 결정부로서의 오목부(24)가 형성된 부위에 있어서도, 제1 금속층(22)과 제2 금속층(23)과의 사이에 절연 기판(21)이 개재되어 있다. 그 때문에, 위치 결정부를 형성한 경우라도, 제1 금속층(22)과 제2 금속층(23)과의 전기적인 거리가 줄어드는 일 없이, 제1 금속층(22)과 제2 금속층(23)과의 사이의 절연성을 확보할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 제1 금속층(22)을 금속판에 의해 구성함으로써, 제1 금속층(22)에 소정의 두께를 부여하고 있다. 이에 따라, 종래 기술과 같이 절연 기판(21)도 관통하는 구멍을 형성하는 일 없이, 볼록부(33)에 걸어맞춤하는 오목부(24)를 제1 기판(20)에 형성하는 것을 가능하게 하고 있다.

본 실시 형태에 의하면, 이하에 기재하는 효과를 얻을 수 있다.

(1) 모듈(10)은, 절연 기판(21), 당해 절연 기판(21)의 상면에 형성된 금속판으로 이루어지는 제1 금속층(22) 및, 당해 절연 기판(21)의 하면에 형성된 제2 금속층(23)으로 이루어지는 제1 기판(20)과, 제1 금속층(22)에 전기적으로 접합되는 수커넥터(30)를 구비하고 있다. 제1 금속층(22)과 수커넥터(30)와의 접합면에는, 요철의 관계로 서로 걸어맞춤하는 오목부(24) 및 볼록부(33)가 각각 형성되어 있다. 제1 금속층에 있어서의 오목부(24)가 형성된 부위와, 제2 금속층(23)과의 사이에는 절연 기판(21)이 개재되어 있다.

상기 구성에 의하면, 제1 기판(20)의 오목부(24)와 수커넥터(30)의 볼록부(33)를 걸어맞춤시킴으로써, 제1 기판(20)에 대하여 수커넥터(30)를 용이하게 위치 결정할 수 있다. 이에 따라, 제1 기판(20)에 대한 수커넥터(30)의 부착 공차를 작게 할 수 있다.

또한, 제1 기판(20)에 있어서, 제1 금속층(22)의 오목부(24)가 형성된 부위와, 제2 금속층(23)과의 사이에는 절연 기판(21)이 개재되어 있기 때문에, 제1 금속층(22)과 제2 금속층(23)과의 전기적인 거리가 줄어드는 일은 없다. 그 때문에, 제1 기판(20)에 있어서의 제1 금속층(22)과 제2 금속층(23)과의 사이의 절연성을 확보할 수 있다.

(2) 오목부(24)는, 제1 금속층(22)을 관통함과 함께, 절연 기판(21)의 상면(표면)을 저면으로 하는 통 형상(홈 형상)으로 형성되어 있다. 즉, 제1 금속층(22)에 관통구멍을 형성함으로써, 제1 기판(20)에 오목부(24)가 형성되어 있다. 상기 구성에 의하면, 제1 금속층(22)을 프레스 가공에 의해 성형할 때에, 오목부(24)를 구성하는 관통구멍을 동시에 형성하는 것이 가능하기 때문에, 오목부(24)를 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 절연 기판(21)의 상면에 제1 금속층(22)을 접착할 때에, 상기 관통구멍은 절연 기판(21)과 제1 금속층(22)과의 사이에 개재하는 가스를 빼내기 위한 가스 배출구멍으로서도 기능한다.

(3) 볼록부(33)의 높이는, 오목부(24)의 깊이보다도 작은 값으로 설정되어 있다. 상기 구성에 의하면, 오목부(24)와 볼록부(33)를 걸어맞춤시켜 위치 결정을 행할 때에, 오목부(24)의 저면에 볼록부(33)의 선단이 접촉하여, 제1 기판(20)에 대하여 수커넥터(30)가 기울어 버리는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제1 기판(20)에 대하여 수커넥터(30)가 필요 이상으로 들떠버리는 것을 억제할 수 있다.

(4) 제1 기판(20) 및 제2 기판(40)을 접속하기 위한 수커넥터(30)와 제1 기판(20)과의 접속면에 위치 결정부(오목부(24) 및 볼록부(33))가 형성되어 있다. 일반적으로, 기판에 접합되는 전자 부품 중에서도 커넥터는, 복수의 기판에 대하여 접합되는 점에서, 기판에 대하여 높은 부착 정밀도가 요구되는 부품이다. 그 때문에, 커넥터와 기판과의 접속면에 위치 결정부를 형성하는 것은, 정밀도 좋게 조립된 신뢰성이 높은 모듈을 얻는 데에 있어서 특히 유효하다.

(5) 위치 결정부로서의 오목부(24) 및 볼록부(33)를 2조(組) 형성하여, 접속면에 있어서의 2점에서 위치 결정을 행하고 있다. 상기 구성에 의하면, 제1 기판(20)에 대하여 수커넥터(30)가 회전하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태는 이하와 같이 변경해도 좋다.

○ 상기 실시 형태의 모듈(10)의 구체적 구성은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 모듈은, DC-DC 컨버터의 트랜스 부분으로서 구체화하는 것도 가능하다. 도 3 및 도 4에 나타내는 모듈(11)은, 서로 전기적으로 접속되는 제1 기판(20) 및 제2 기판(40)을 구비하고 있다. 도 3에서는, 편의상, 제2 기판(40)의 도시를 생략하고 있다.

제1 기판(20)은, 절연 기판(21)과, 당해 절연 기판(21)의 상면에 접착된 제1 금속층으로서의 제1 코일부(22a) 및 배선부(22b)와, 당해 절연 기판(21)의 하면에 접착된 제2 금속층으로서의 제2 코일부(23a)로 이루어지는 양면 기판이다. 제1 코일부(22a) 및 제2 코일부(23a)는, 소정의 권수(卷數)의 코일 형상으로 패터닝된 금속판으로 각각 형성되어 있다. 배선부(22b)는 소정의 형상으로 패터닝된 금속판으로 형성되어 있다. 또한, 제1 기판(20)에는, 폐자로(閉磁路)를 형성하는 자성 코어(50)가 제1 코일부(22a) 및 제2 코일부(23a)의 중심부와 주위에 위치하도록 부착되어 있다.

제1 금속층을 형성하는 제1 코일부(22a) 및 배선부(22b)의 상면에는, 제1 코일부(22a) 및 배선부(22b)에 걸치도록 하여 입력용의 수커넥터(30)가 땜납 등의 접착재를 개재하여 접합되어 있다. 여기에서, 제1 기판(20)의 제1 코일부(22a) 및 배선부(22b)의 상면에는, 수커넥터(30)를 향하여 개구하는 오목부(24)가 각각 형성되어 있다. 그리고, 그 오목부(24)에 대하여 수커넥터(30)에 형성된 볼록부(33)가 삽입되어, 볼록부(33)와 오목부(24)가 요철의 관계에 의해 걸어맞춤하고 있다.

제2 기판(40)은, 제1 기판(20)을 제어하기 위한 제어 기판으로서, 제2 기판(40)의 구성은 상기 실시 형태와 동일하다. 그리고, 제1 기판(20)의 수커넥터(30)와 제2 기판(40)의 암커넥터(43)가 서로 접속됨으로써, 제1 기판(20) 및 제2 기판(40)은 서로 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 기판(20) 및 제2 기판(40)은 각각 방열 부재(51)에 고정되어 있다. 방열 부재(51)는, 제1 기판(20) 및 제2 기판(40)에 실장된 반도체 소자 등의 발열 부재로부터 발생한 열을 방열하여 모듈(11)을 냉각한다.

○ 위치 결정부로서의 오목부(24) 및 볼록부(33)의 수는 특별히 한정되는 것이 아니고, 1조의 오목부(24) 및 볼록부(33)만을 형성해도 좋고, 3조 이상의 오목부(24) 및 볼록부(33)를 형성해도 좋다.

○ 위치 결정부로서의 오목부(24) 및 볼록부(33)의 각 단면 형상은 특별히 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 타원 형상이나 다각형 형상이라도 좋다. 상기 단면 형상을 원형 형상 이외의 형상으로 한 경우에는, 위치 결정부로서의 오목부(24) 및 볼록부(33)를 1조만 형성한 경우라도, 제1 기판(20)에 대한 수커넥터(30)의 회전을 억제할 수 있다.

○ 제1 금속층(22)에 관통구멍을 형성하는 것이 아니라, 제1 금속층(22)에 오목부를 형성함으로써 오목부(24)를 형성해도 좋다. 이 경우, 오목부(24)는 제1 금속층(22)으로 이루어지는 내벽 및 제1 금속층(22)으로 이루어지는 저벽을 갖는 통 형상(홈 형상)이 된다.

○ 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 금속층(22)에 형성되는 관통구멍(24a)과, 절연 기판(21)의 상면에 형성되고, 관통구멍(24a)을 향하여 개구하는 오목부(24b)로 오목부(24)를 형성해도 좋다. 이 경우에는, 오목부(24)의 깊이가 깊어지기 때문에, 볼록부(33)의 높이를 오목부(24)의 깊이보다도 작은 값으로 설정하는 것이 용이하다.

○ 볼록부(33)의 높이를, 오목부(24)의 깊이와 동일한 값 또는 그 이상의 값으로 설정해도 좋다.

○ 도 6에 나타내는 바와 같이, 위치 결정부의 요철의 관계를 반대로 해도 좋다. 즉, 제1 금속층(22)에 대하여 볼록부(22c)를 형성함과 함께, 수커넥터(30)의 본체부(31)에 오목부(31a)를 형성해도 좋다.

○ 수커넥터(30)를, 기판에 고정되는 공지의 전자 부품(예를 들면, 반도체 소자)으로 변경해도 좋다.

○ 제1 금속층(22)에 수커넥터(30)를 접합할 때에, 좌표구멍(25)을 대신하여, 또는 좌표구멍(25)에 더하여 오목부(24)를, 수커넥터(30)를 목표 좌표 상으로 이송하기 위한 좌표구멍으로서 이용해도 좋다.

○ 볼록부(33)는 본체부(31)의 중심에 관하여 대칭인 위치가 아니라, 본체부(31)의 중심에 관하여 비대칭인 위치에 형성해도 좋다. 이 경우, 커넥터가 역극성(逆極性)으로 접합되는 것을 방지할 수 있다.

Claims

서로 반대측에 위치하는 제1면 및 제2면을 갖는 절연 기판과,
상기 절연 기판의 상기 제1면에 형성되고 금속판으로 이루어지는 제1 금속층과,
상기 절연 기판의 상기 제2면에 형성된 제2 금속층과,
상기 절연 기판, 상기 제1 금속층 및, 상기 제2 금속층으로 이루어지는 제1 기판과,
상기 제1 금속층에 접합되는 전자 부품과,
상기 제1 금속층과 상기 전자 부품과의 접합면에 형성되고, 요철의 관계로 상기 제1 금속층과 상기 전자 부품이 서로 걸어맞춤하는 위치 결정부를 구비하고,
상기 제1 금속층에 있어서의 상기 위치 결정부가 형성된 부위와, 상기 제2 금속층과의 사이에는 상기 절연 기판이 개재되어 있는 모듈.
제1항에 있어서,
상기 위치 결정부는, 상기 전자 부품에 형성되는 볼록부와, 상기 제1 기판에 형성되어, 상기 볼록부가 삽입되는 오목부를 구비하고,
상기 오목부에 상기 볼록부가 삽입된 상태에서, 상기 제1 금속층과 상기 전자 부품이 서로 접합되어 있는 모듈.
제2항에 있어서,
상기 오목부는, 상기 제1 금속층을 관통함과 함께, 상기 절연 기판의 표면을 저면(底面)으로 하는 통 형상인 모듈.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 볼록부의 높이는, 상기 오목부의 깊이보다도 작은 모듈.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모듈은 제2 기판을 추가로 구비하고,
상기 전자 부품은 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 서로 전기적으로 접속하기 위한 커넥터인 모듈.
제5항에 있어서,
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은 각각 방열 부재에 고정되어 있는 모듈.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 제1 기판은 파워 기판이며, 상기 제2 기판은 제어 기판인 모듈.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 금속층은 트랜스의 1차측 코일을 구성하고, 상기 제2 금속층은 트랜스의 2차측 코일을 구성하는 모듈.