厚導体基板及びその製造方法
【課題】射出成形で形成され、かつ熱膨張による損傷を防止するように構成された大電流を流すことができる厚導体基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】厚導体基板１００では、少なくとも電子部品１４０の半田接合部１４１間を通る断面において、線膨張係数が所定の基準線膨張係数以下となるように導体の断面積の比率を大きくしている。すなわち、少なくとも半田接合部１４１を通る断面において、線膨張係数が約１７［ｐｐｍ／℃］の銅の面積を増やすことで、平均線膨張係数が基準線膨張係数以下に低減されるようにしている。基準線膨張係数は、例えば従来のガラスエポキシを用いた電子基板と同程度の２４［ｐｐｍ／℃］とすることができる。
【解決手段】厚導体基板１００では、少なくとも電子部品１４０の半田接合部１４１間を通る断面において、線膨張係数が所定の基準線膨張係数以下となるように導体の断面積の比率を大きくしている。すなわち、少なくとも半田接合部１４１を通る断面において、線膨張係数が約１７［ｐｐｍ／℃］の銅の面積を増やすことで、平均線膨張係数が基準線膨張係数以下に低減されるようにしている。基準線膨張係数は、例えば従来のガラスエポキシを用いた電子基板と同程度の２４［ｐｐｍ／℃］とすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱量が大きい厚導体基板及びその製造方法の技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ＤＣーＤＣコンバータは、スイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴ、電圧変換用トランス、整流用ダイオード、平滑化用チョークコイルの４つの部品で構成される方式のものが一般的である。ハイブリッド自動車用のＤＣーＤＣコンバータでは、高電圧・大電流によってそれぞれの部品からの発熱が大きくなるため、それぞれがウォータージャケット等の冷却部品で個別に冷却されるように構成されている。すなわち、それぞれが別個に冷却部品に搭載され、各部品間をバスバー等によって電気的に接続する構造となっている（例えば特許文献１）。
【０００３】
しかし、上記のような構成では、接続箇所におけるネジ締結作業や溶接作業等が多くなり、組立工数が増大するのみならず、接続箇所における接触抵抗のばらつきに起因した電気的問題を回避するために、回路上にも専用の部品を付加する必要が生じる。
【０００４】
このような問題への対策として、電圧変換用トランス及び平滑化用チョークコイルを構成するコイル部品を、スイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴ及び整流用ダイオードを搭載する基板の回路パターンで形成することで、これらの部品を一体化することができ、これにより接続箇所を削減することができる。また、部品を一体化したことで発熱部品が集中することになるが、発熱部品の直下に放熱用スリーブを挿入することで、基板上面の熱を下面に逃がし、さらに基板下面から外部に放熱するように構成することができる。
【０００５】
ところで、同一基板上にスイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴ、整流用ダイオード、電圧変換用トランス及び平滑化用チョークコイルを形成して一体化した場合には、導体層通電量が増大するため、導体層の厚さを略０．４ｍｍ以上とする必要がある。従来は、このような厚さの導体層をガラスエポキシの絶縁体と積層することで基板を製造していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１４３２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の導体層とガラスエポキシとを積層して基板を製造する方法では、同一の層に別々に形成されている導体間に樹脂が十分に行き渡ることができず、その間に空隙ができてしまうおそれがある。このような空隙ができてしまうと、メッキやエッチングの工程で使用されるメッキ液やエッチング液が空隙に残留し、製造工程の過程で残留液が他の液体と混合するなどして成分が変化したり、基板の絶縁性能が低下したりする原因となる。
【０００８】
さらに、導体層と絶縁層との間の接合面に隙間が生じると、その部分にもエッチング液等が浸み込むおそれがあった。これを防止するためには、導体層にネオブラウン処理等を施して粗化する工程や、導体の密着性を高めるための工程等が必要となり、コストアップをまねく要因となっていた。
【０００９】
そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、内部に空隙を有さないように厚導体の導体層と絶縁層とで形成された厚導体基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の厚導体基板の第１の態様は、電子部品を表面実装可能な厚導体基板であって、金属板を加工して回路パターンが形成された２以上の導体層を層間接続し、前記２以上の導体層間に樹脂を射出成形して絶縁層を形成したことを特徴とする。
【００１１】
この発明の厚導体基板の他の態様は、少なくとも電子部品を表面実装する領域で前記絶縁層の断面積と前記導体層の断面積とで加重平均した断面平均線膨張係数を全体の平均線膨張係数より小さくすることで、熱膨張による変形を低減させるように前記絶縁層あるいは前記導体層の厚さが決定されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記絶縁層の断面積及び線膨張係数をそれぞれＳｉ、αｉとし、前記導体層の断面積及び線膨張係数をそれぞれＳｃ、αｃとしたとき、前記絶縁層の断面積Ｓｉと前記導体層の断面積Ｓｃとの割合が、所定の基準熱膨張係数αｍに対して次式
を満たすように決定されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明の厚導体基板の他の態様は、電子部品が表面実装される領域を除いて前記導体層が前記絶縁層で覆われていることを特徴とする。
【００１４】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記導体層の外周が前記絶縁層と同じ樹脂で覆われていることを特徴とする。
【００１５】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記導体層と前記絶縁層との接触面が、前記絶縁層と同じ樹脂で形成されたアンカーで固定されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記アンカーは、前記導体層の最上層面と最下層面との間を固定していることを特徴とする。
【００１７】
この発明の厚導体基板の他の態様は、最外層の前記導体層に溝部が形成されており、前記樹脂を前記溝部に射出成形して形成された絶縁層と前記導体層間に形成された絶縁層との間を接続するように前記アンカーが形成されていることを特徴とする。
【００１８】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記導体層の前記絶縁層と接する面が粗化構造を有していることを特徴とする。
【００１９】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記導体層は、同一平面上で２以上の導体片に分割されており、隣接する２つの前記導体片間で一方が他方を係止する形状にそれぞれの導体片の端辺が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記導体層は、該導体層の表面に対し垂直方向に変形可能な弾性構造の弾性部と、先端側が別の導体層に接合される接合部と、を有して前記別の導体層と電気的に接続するための接続部を備えていることを特徴とする。
【００２１】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記弾性部は、前記接続部の前記導体層側に設けられていることを特徴とする。
【００２２】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記接合部側に前記弾性部を備えた前記接続部を有する２つの前記導体層が、それぞれの前記弾性部を前記接合部で接続することで前記導体層の表面に対し垂直方向に変形可能となっていることを特徴とする。
【００２３】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記導体層に、断面がコの字形状のコイルが形成されていることを特徴とする。
【００２４】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記絶縁層は、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を射出成形して形成されていることを特徴とする。
【００２５】
この発明の厚導体基板の製造方法の第１の態様は、予め金属板を加工して回路パターンが形成された２以上の導体層を電気的に接続する導体層接続工程と、前記２以上の導体層を、前記回路パターンに対応して熱膨張による変形を低減するように絶縁層を形成するための金型に収納して固定する金型収納工程と、前記金型に所定の射出成形用樹脂を注入する射出成形工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の電子基板によれば、絶縁層を射出成形して形成することにより、内部に空隙を有さないように厚導体の導体層と絶縁層とで形成された厚導体基板及びその製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る厚導体基板の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る厚導体基板の概略構成を示す斜視図及び断面図である。
【図３】直線上に１つの電子部品の半田接合部が配置されるようにしたときの複数の電子部品の配置を示す平面図である。
【図４】第２実施形態の厚導体基板の断面積及び線膨張係数を説明するための断面図である。
【図５】導体層間の距離のばらつきを説明するための説明図である。
【図６】接続部の構造を示す斜視図である。
【図７】第２実施形態の厚導体基板の製造方法を説明する説明図である。
【図８】窪み部を設けた金型を説明する説明図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る厚導体基板の概略構成を示す斜視図及び断面図である。
【図１０】別の接続部の構造を示す斜視図である。
【図１１】外周絶縁層を設けた厚導体基板を示す断面図である。
【図１２】アンカーを設けた厚導体基板を示す断面図である。
【図１３】別のアンカーを設けた厚導体基板を示す断面図及び底面図である。
【図１４】導体層の絶縁層と接する面を粗化構造とした厚導体基板の断面図である。
【図１５】導体層の対向する端辺を相互に引き合う形状とした厚導体基板の平面図である。
【図１６】コの字形状に形成したコイルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における厚導体基板及びその製造方法について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。以下では、導体層が２層の場合を例に説明するが、これに限らず導体層が３層以上であっても適宜適用可能である。
【００２９】
本発明の第１の実施の形態に係る厚導体基板を、図１を用いて説明する。図１に示す本実施形態の厚導体基板５０は、打ち抜きや曲げなどの加工により形成された２層の導体層５１、５２と、その間に樹脂を射出成形して形成された絶縁層５３とで構成されている。この製造方法では、導体層５１、５２間を接続する層間接続部５４を予め溶接あるいはロー付けによって接続しておき、その後導体層間に射出成形用樹脂を射出して絶縁層５３を形成している。
【００３０】
上記のように、射出成形で絶縁層５３を形成することにより、内部に空隙を有さない厚導体基板５０を低コストで提供することができる。本実施形態の厚導体基板５０では、導体層５１、５２のそれぞれに２以上の導体が配置されている場合には、導体間に樹脂が隙間なく注入される。また、導体層との接触面にも隙間なく樹脂が注入される。これにより、低コストで内部に空隙を有さず従来の基板と同程度の高い信頼性を有し、大電流を流すことのできる厚導体基板を提供することが可能となる。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る厚導体基板について説明する。従来のガラスエポキシを用いた電子基板では、基板の導体層の厚さが１層あたり３５μｍ〜７０μｍであるのに対し、絶縁層の厚さは１層あたり２００μｍ〜１６００μｍであり、導体層の３倍以上の厚さに形成されていた。この場合、基板内で絶縁層が占める体積比率が大きくなり、導体層を含めた基板全体の線膨張係数は絶縁層の線膨張係数が支配的となる。
【００３２】
そのため、基板に搭載された電子部品の特に導体層に半田付けされた接合部の信頼性を確保したり、導体層と絶縁層とのはがれを防止したりするには、絶縁層の線膨張係数を小さくするのが好ましい。ガラスエポキシを用いた絶縁層の面方向線膨張係数は、一般的には１４〜２４［ｐｐｍ／℃］程度と、非常に小さい値となっており、これに対して、導体層の面方向線膨張係数は、例えば銅を用いた場合には約１７［ｐｐｍ／℃］であった。
【００３３】
これに対し、本発明の厚導体基板及びその製造方法では、８〜３０［ｐｐｍ／℃］の線膨張係数を有する射出成形用の樹脂を用いて絶縁層を形成している。そのため、射出成形時の樹脂の流れ方向には線膨張係数が８ｐｐｍ／℃程度に小さくなる場合でも、流れ方向に対し垂直な方向には線膨張係数が大きくなり、３０ｐｐｍ／℃程度になることがある。このように、射出成形して基板を形成した場合には、絶縁層の線膨張係数がガラスエポキシに比べて予測しにくいものとなっている。
【００３４】
そのため、設計段階で例えば寿命予測等を行う場合には、最も保守的な数値である３０ｐｐｍ／℃の値を線膨張係数に用いる必要がある。このように、絶縁層の線膨張係数に大きな値を用いると、導体層に半田付けされた電子部品の接合部や導体層と絶縁層との接合面に、主に絶縁層の熱膨張／熱収縮によるストレスが集中するという結果が得られる。これにより、電子部品の半田接合部の予測寿命が短くなってしまうが、この結果を設計に用いる必要があった。
【００３５】
そこで、本発明の第２の実施の形態に係る厚導体基板では、平均線膨張係数がガラスエポキシを用いた従来の電子基板の線膨張係数以下となるように構成している。第２の実施の形態の厚導体基板を、図２を用いて以下に説明する。図２は、本実施形態の厚導体基板１００の概略構成を示す図であり、同図（ａ）は厚導体基板１００の斜視図、同図（ｂ）は厚導体基板１００を切断面Ａで切断したときの断面図である。厚導体基板１００は、銅で形成された導体層１１１、１１２と、導体層１１１、１１２の間に配置された絶縁層１３０を備えている。絶縁層１３０は、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）のような射出成形用樹脂で形成される。また、導体層１１１の上面には、複数の電子部品１４０が表面実装されている。
【００３６】
本実施形態の厚導体基板１００では、少なくとも図２（ｂ）に示す電子部品１４０の半田接合部１４１を通る断面において、平均線膨張係数が所定の基準線膨張係数以下となるように導体の断面積の比率を大きくしている。すなわち、少なくとも半田接合部１４１間を通る断面において、線膨張係数が約１７［ｐｐｍ／℃］の銅の面積を増やすことで、平均線膨張係数が基準線膨張係数以下に低減されるようにしている。基準線膨張係数は、例えば従来のガラスエポキシを用いた電子基板と同程度の２４［ｐｐｍ／℃］とすることができる。
【００３７】
図２では、２つの電子部品１４０の半田接合部１４１が直線上に配置されているが、これに限らず、例えば図３に示すように、直線上に１つの電子部品１４０の半田接合部１４１だけが配置される場合でも、上記と同様に、少なくとも半田接合部１４１を通る断面における導体の断面積比率を大きくすることで、平均線膨張係数を基準線膨張係数以下に低減するのがよい。
【００３８】
上記のように、半田接合部１４１を通る断面における平均線膨張係数を基準線膨張係数以下に低減するために、本実施形態では当該断面積における導体層１１１、１１２と絶縁層１３０の面積比を以下のようにして決定している。導体層１１１、１１２及び絶縁層１３０の断面積及び線膨張係数を図４に示すパラメータで表したとき、半田接合部１４１を通る断面における平均線膨張係数αａｖが次式を満たすように、導体層１１１、１１２の合計断面積Ｓｃと絶縁層１３０の断面積Ｓｉを決定する。
ここで、αｃ、αｉはそれぞれ導体層１１１、１１２の線膨張係数、絶縁層１３０の線膨張係数であり、αｍは基準線膨張係数を表す。αｍ＝２４［ｐｐｍ／℃］とするのがよい。
【００３９】
上記式（１）を満たすように導体層１１１、１１２の合計断面積Ｓｃ及び絶縁層１３０の断面積Ｓｉを決定することにより、射出成形により形成された本実施形態の厚導体基板１００においても、従来のガラスエポキシを用いた電子基板と同程度以上の信頼性を確保することができる。
【００４０】
一例として、導体層１１１，１１２の合計断面積Ｓｃ＝３９．２ｍｍ2、絶縁層１３０の断面積Ｓｉ＝２０．８ｍｍ2とし、導体層１１１、１１２の線膨張係数αｃ＝１６．８［ｐｐｍ／℃］、絶縁層１３０の線膨張係数αｉ＝３０［ｐｐｍ／℃］としたとき、式（１）左辺の平均線膨張係数は２１．４［ｐｐｍ／℃］となる。これは、従来のガラスエポキシを用いた電子基板の平均線膨張係数２４［ｐｐｍ／℃］より小さく、電子部品１４０の半田接合部１４１に対し従来以上の信頼性を確保している。
【００４１】
射出成形して本実施形態の厚導体基板１００を製造する方法では、複数の導体層１１１、１１２間を電気的に接続する工程を、射出成型を行う工程より前に実施しておく必要がある。これは、導体層１１１、１１２間を接続する接続部に、射出された樹脂が入り込むのを防止するためである。しかしながら、導体層間の距離にばらつきがあると、射出成型の際に図５に示すような問題が生じるおそれがある。
【００４２】
図５は、導体層間の距離のばらつきを説明するための説明図であり、（ａ）は導体層１１、１２間の距離が設計通りの距離Ｌ０に一致している場合を示し、（ｂ）は導体層１１、１２間の距離が設計距離Ｌ０より長い距離Ｌ１となっている場合を示し、（ｃ）は導体層１１、１２間の距離が設計距離Ｌ０より短い距離Ｌ２となっている場合を示している。
【００４３】
図５（ｂ）に示すように、導体層１１、１２間の距離が設計距離Ｌ０より長い距離Ｌ１となっている場合には、導体層１１、１２を接続部１３で接続して金型２０の内部に収納したとき、上型２１と下型２２とを密閉させることができないといった問題が生じる。また、図５（ｃ）のように、導体層１１、１２間の距離が設計距離Ｌ０より短い距離Ｌ２となっている場合には、導体層１１、１２と金型２０との間に隙間ができ、その隙間に射出された樹脂が入り込んで電子部品の実装に支障をきたすといった問題が生じる。
【００４４】
そこで、本実施形態の厚導体基板１００では、導体層１１１と１１２とを電気的に接続する接続部１１３を、図６に示すように、弾性部１１３ａを有する構造としている。すなわち、接続部１１３は、導体層１１２の面に垂直な方向に撓むことができる弾性部１１３ａを介して導体層１１２に固定されている。また、接続部１１３の弾性部１１３ａとは反対側の端部に、接合点１１３ｂが設けられて導体層１１１に接続されている。図６（ｂ）に示すように、弾性部１１３ａは、導体層１１２の面より導体層１１１側に曲げられた形状とするのがよい。そして、導体層１１２から接合点１１３ｂまでの接続部１１３の距離を設計距離Ｌ０より若干長くするのが好ましい。
【００４５】
上記のような構造の接続部１１３を用いて導体層１１１と１１２とを接続することで、射出成型の工程における上記の問題を解決することができる。すなわち、接続部１１３の接合点１１３ｂを導体層１１１に溶接またはロー付けして導体層１１１と１１２とを電気的に接続し、これを金型２０に収納する。このとき、接続部１１３が設計距離Ｌ０より若干長く形成されている分、導体層１１１が上型２１に密着して下型２２側に押圧されることで、弾性部１１３ａが下型２２底部側に撓む。これにより、導体層１１１、１１２と金型２０との間に隙間が形成されるおそれはなくなる。
【００４６】
本実施形態の厚導体基板１００の製造方法を、図７を用いて説明する。まず、図７（ａ）において、接続部１１３の接合点１１３ｂを導体層１１１に溶接またはロー付けすることで、導体層１１１と１１２とを電気的に接続する。次の図７（ｂ）では、接続された導体層１１１、１１２を金型２０の下型２２に収納し、固定ピン２３で固定する。図７（ｃ）では、上型２１を下型２２に隙間なく密閉させる。このとき、接続部１１３の弾性部１１３ａが下型２２の底部側に撓むことで、導体層１１１、１１２が上型２１及び下型２２の底部に密着される。さらに、図７（ｄ）で金型２０の内部に所定の樹脂が射出されて絶縁層１３０が形成される。
【００４７】
上記の工程において、接続部１１３が長すぎるために、上型２１と下型２２とを密閉させたとき、弾性部１１３ａが下型２２の底部に当接して押圧されるおそれがある場合には、下型２２の底部に図８に示すような窪み部２２ａを形成しておくのがよい。これにより、万が一弾性部１１３ａが下型２２側に撓むことがあっても、弾性部１１３ａが窪み部２２ａに侵入することで、接続部１１３が下型２２底部から押圧されるおそれはない。
【００４８】
図６に示した接続部１１３は、弾性部１１３ａを介して導体層１１２側に接続されているが、これに限定されず、導体層１１１側に設けるようにしてもよく、さらに導体層１１１と１１２の両方に接続部を設け、それぞれの接続部の端部を接続するようにしてもよい。
【００４９】
本実施形態の厚導体基板１００では、導体層１１１、１１２の合計断面積を大きくして平均線膨張係数をガラスエポキシを用いた従来の電子基板の線膨張係数以下とすることにより、表面実装された電子部品１４０の半田接合部１４１に対し、従来の電子基板と同程度以上の信頼性を確保することができる。
【００５０】
本発明の第３の実施の形態に係る厚導体基板を、図９を用いて以下に説明する。図９は、第３の実施形態の厚導体基板２００の概略構成を示す図であり、（ａ）は厚導体基板２００の斜視図、（ｂ）は厚導体基板２００を切断面Ｂで切断したときの断面図である。本実施形態では、導体層２１１、２１２を純アルミニウムを用いて形成している。純アルミニウムの線膨張係数は２４［ｐｐｍ／℃］程度であり、基準線膨張係数２４［ｐｐｍ／℃］と略等しい。そのため、図９（ｂ）に示す断面積において、導体層２１１、２１２の断面積を大きくしても厚導体基板２００の平均線膨張係数を基準線膨張係数より小さくすることはできない。
【００５１】
そこで、熱膨張による基板の損傷を防止するために、本実施形態の厚導体基板２００では、電子部品１４０等を搭載する表面実装部２３３を除いて、導体層２１１の上面及び導体層２１２の下面をそれぞれ上層絶縁層２３１及び下層絶縁層２３２で覆う構成としている。このように、導体層２１１、２１２と絶縁層２３０の３層構造を、上層絶縁層２３１と下層絶縁層２３２で覆うことにより、各層間の密着性を維持してはがれが生じるのを防止している。電子部品１４０は、表面実装部２３３に実装され、電子部品１４０の半田接合部１４１が、上層絶縁層２３１の接合孔２３４から露出した導体層２１１に半田接続される。
【００５２】
本実施形態では、導体層２１１と２１２とを電気的に接続する接続部として、図１０に示す接続部２１３，２１４を用いている。接続部２１３、２１４は、それぞれ導体層２１１、２１２に立設されており、接続部２１３、２１４のそれぞれの端部に弾性部２１３ａ、２１４ａが形成されている。さらに、弾性部２１３ａ、２１４ａのそれぞれに接合点２１３ｂ、２１４ｂが設けられており、接合点２１３ｂ、２１４ｂを溶接またはロー付けすることで、導体層２１１と２１２とを電気的に接続している。なお、本実施形態でも図６に示した接続部１１３を用いてもよく、あるいは図１０に示した接続部２１３、２１４を第１の実施形態の厚導体基板１００に用いることも可能である。
【００５３】
上記の第３の実施形態では、表面実装部２３３を除く導体層２１１、２１２の上下面を上層絶縁層２３１及び下層絶縁層２３２で覆う構造としたが、これに限らず、例えば図１１に示すように、導体層２１１、２１２の外周に外周絶縁層２５１を形成し、これで導体層２１１、２１２と絶縁層２３０との間のはがれ等を防止するようにしてもよい。あるいは、図１２に示すような形状の射出成形用樹脂で形成したアンカー２５２を設けることでも、上記実施形態と同様に、導体層２１１、２１２と絶縁層２３０との間のはがれ等を防止することができる。
【００５４】
さらに、図１２に示すようなアンカー２５２に代えて、図１３に示すような別のアンカー２５３を設けてもよい。図１２に示したアンカー２５２は、導体層２１１、２１２の表面から突き出して配置されているため、基板の表面に凹凸ができて電子部品の搭載に支障が出ることがある。そこで、図１３（ａ）の断面図に示すように、導体層２１１、２１２のそれぞれに溝部を設け、それぞれの溝部に射出成形用樹脂を射出して絶縁層２５４を形成している。そして、図１３（ｂ）の底面図に示すように、基板の端部で絶縁層２５４を導体層２１１、２１２間に形成されている絶縁層２５５と接続するアンカー２５３を設けている。これにより、導体層２１１、２１２と絶縁層２５５との間のはがれ等を防止することができる。
【００５５】
導体層２１１、２１２と絶縁層２３０との間のはがれを防止するために、導体層２１１、２１２のそれぞれの絶縁層２３０と接する面を、図１４に示すような粗化構造２２１としてもよい。粗化構造２２１を形成することで、導体層２１１、２１２と絶縁層２３０のそれぞれの接触面でずれが生じるのを防止することができ、これにより導体層２１１、２１２と絶縁層２３０との間にはがれが生じる可能性をさらに低減させることができる。
【００５６】
上記第２及び第３の実施形態において、導体層１１１，１１２または２１１、２１２は、それぞれ一体の導体層に形成されているものに限定されず、複数の導体片に分割されていてもよい。その場合、例えば図１５に示すように、電子部品１４０が搭載されている導体片２１１ａと電子部品１４０の半田接合部１４１が接続されている導体片２１１ｂとが熱膨張等により相対的に移動すると、半田接合部１４１が電子部品１４０に引っ張られて損傷するおそれがある。
【００５７】
そこで、導体片２１１ａと導体片２１１ｂとが相対的に移動するのを防止するために、導体片２１１ａ、２１１ｂのそれぞれの端辺を、図１５に示すように一方（２１１ａ）が他方（２１１ｂ）を係止する形状にするのがよい。導体片２１１ａ、２１１ｂのそれぞれの端辺の間には、射出成形用樹脂２４０が注入されており、これが導体片２１１ａと２１１ｂとの間を絶縁するとともに、導体片２１１ａと導体片２１１ｂとが相対的に移動するのを防止している。
【００５８】
上記説明のいずれの実施形態においても、厚導体基板に電圧変換用トランスや平滑化用チョークコイルを一体的に形成することができる。このようなトランスやチョークコイルのコイル部分には、数十ｋＨｚから数百ｋＨｚの高周波電流が流されるため、表皮効果によって高周波電流がコイルの辺縁部に集中して流れる。そのため、コイル辺縁部では、直流電流を流す場合よりも大きな発熱が発生するといった問題がある。そこで、本発明のいずれの実施形態においても、コイルを形成する場合には、その断面形状がコの字形状となるように、コイルの辺縁部を直角に折り曲げて立設させるのがよい。
【００５９】
図９に示す第３実施形態の厚導体基板２００では、コイル２６０が設けられており、その断面が図１６に示すようなコの字形状となっている。辺縁部をこのようなコの字形状とすることで、コイルの辺縁部の面積を増大させることができる。その結果、辺縁部からの放熱を効率的に行うことが可能となる。
【００６０】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る厚導体基板及びその製造方法の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における厚導体基板等の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６１】
５０、１００、２００ 厚導体基板
１１、１２、５１、５２、１１１、１１２、２１１、２１２ 導体層
１３、５４、１１３、２１３，２１４ 接続部
２０ 金型
２１ 上型
２２ 下型
２２ａ 窪み部
２３ 固定ピン
１１３ａ、２１３ａ、２１４ａ 弾性部
１１３ｂ、２１３ｂ、２１４ｂ 接合点
５３、１３０、２３０、２５４、２５５ 絶縁層
１４０ 電子部品
１４１ 半田接合部
２１１ａ、２１１ｂ 導体片
２２１ 粗化構造
２３１ 上層絶縁層
２３２ 下層絶縁層
２３３ 表面実装部
２３４ 接合孔
２４０ 射出成形用樹脂
２５１ 外周絶縁層
２５２、２５３ アンカー
２６０ コイル
２６１ 辺縁部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱量が大きい厚導体基板及びその製造方法の技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ＤＣーＤＣコンバータは、スイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴ、電圧変換用トランス、整流用ダイオード、平滑化用チョークコイルの４つの部品で構成される方式のものが一般的である。ハイブリッド自動車用のＤＣーＤＣコンバータでは、高電圧・大電流によってそれぞれの部品からの発熱が大きくなるため、それぞれがウォータージャケット等の冷却部品で個別に冷却されるように構成されている。すなわち、それぞれが別個に冷却部品に搭載され、各部品間をバスバー等によって電気的に接続する構造となっている（例えば特許文献１）。
【０００３】
しかし、上記のような構成では、接続箇所におけるネジ締結作業や溶接作業等が多くなり、組立工数が増大するのみならず、接続箇所における接触抵抗のばらつきに起因した電気的問題を回避するために、回路上にも専用の部品を付加する必要が生じる。
【０００４】
このような問題への対策として、電圧変換用トランス及び平滑化用チョークコイルを構成するコイル部品を、スイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴ及び整流用ダイオードを搭載する基板の回路パターンで形成することで、これらの部品を一体化することができ、これにより接続箇所を削減することができる。また、部品を一体化したことで発熱部品が集中することになるが、発熱部品の直下に放熱用スリーブを挿入することで、基板上面の熱を下面に逃がし、さらに基板下面から外部に放熱するように構成することができる。
【０００５】
ところで、同一基板上にスイッチング用ＭＯＳ−ＦＥＴ、整流用ダイオード、電圧変換用トランス及び平滑化用チョークコイルを形成して一体化した場合には、導体層通電量が増大するため、導体層の厚さを略０．４ｍｍ以上とする必要がある。従来は、このような厚さの導体層をガラスエポキシの絶縁体と積層することで基板を製造していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１４３２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の導体層とガラスエポキシとを積層して基板を製造する方法では、同一の層に別々に形成されている導体間に樹脂が十分に行き渡ることができず、その間に空隙ができてしまうおそれがある。このような空隙ができてしまうと、メッキやエッチングの工程で使用されるメッキ液やエッチング液が空隙に残留し、製造工程の過程で残留液が他の液体と混合するなどして成分が変化したり、基板の絶縁性能が低下したりする原因となる。
【０００８】
さらに、導体層と絶縁層との間の接合面に隙間が生じると、その部分にもエッチング液等が浸み込むおそれがあった。これを防止するためには、導体層にネオブラウン処理等を施して粗化する工程や、導体の密着性を高めるための工程等が必要となり、コストアップをまねく要因となっていた。
【０００９】
そこで、本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、内部に空隙を有さないように厚導体の導体層と絶縁層とで形成された厚導体基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の厚導体基板の第１の態様は、電子部品を表面実装可能な厚導体基板であって、金属板を加工して回路パターンが形成された２以上の導体層を層間接続し、前記２以上の導体層間に樹脂を射出成形して絶縁層を形成したことを特徴とする。
【００１１】
この発明の厚導体基板の他の態様は、少なくとも電子部品を表面実装する領域で前記絶縁層の断面積と前記導体層の断面積とで加重平均した断面平均線膨張係数を全体の平均線膨張係数より小さくすることで、熱膨張による変形を低減させるように前記絶縁層あるいは前記導体層の厚さが決定されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記絶縁層の断面積及び線膨張係数をそれぞれＳｉ、αｉとし、前記導体層の断面積及び線膨張係数をそれぞれＳｃ、αｃとしたとき、前記絶縁層の断面積Ｓｉと前記導体層の断面積Ｓｃとの割合が、所定の基準熱膨張係数αｍに対して次式
を満たすように決定されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明の厚導体基板の他の態様は、電子部品が表面実装される領域を除いて前記導体層が前記絶縁層で覆われていることを特徴とする。
【００１４】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記導体層の外周が前記絶縁層と同じ樹脂で覆われていることを特徴とする。
【００１５】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記導体層と前記絶縁層との接触面が、前記絶縁層と同じ樹脂で形成されたアンカーで固定されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記アンカーは、前記導体層の最上層面と最下層面との間を固定していることを特徴とする。
【００１７】
この発明の厚導体基板の他の態様は、最外層の前記導体層に溝部が形成されており、前記樹脂を前記溝部に射出成形して形成された絶縁層と前記導体層間に形成された絶縁層との間を接続するように前記アンカーが形成されていることを特徴とする。
【００１８】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記導体層の前記絶縁層と接する面が粗化構造を有していることを特徴とする。
【００１９】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記導体層は、同一平面上で２以上の導体片に分割されており、隣接する２つの前記導体片間で一方が他方を係止する形状にそれぞれの導体片の端辺が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記導体層は、該導体層の表面に対し垂直方向に変形可能な弾性構造の弾性部と、先端側が別の導体層に接合される接合部と、を有して前記別の導体層と電気的に接続するための接続部を備えていることを特徴とする。
【００２１】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記弾性部は、前記接続部の前記導体層側に設けられていることを特徴とする。
【００２２】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記接合部側に前記弾性部を備えた前記接続部を有する２つの前記導体層が、それぞれの前記弾性部を前記接合部で接続することで前記導体層の表面に対し垂直方向に変形可能となっていることを特徴とする。
【００２３】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記導体層に、断面がコの字形状のコイルが形成されていることを特徴とする。
【００２４】
この発明の厚導体基板の他の態様は、前記絶縁層は、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を射出成形して形成されていることを特徴とする。
【００２５】
この発明の厚導体基板の製造方法の第１の態様は、予め金属板を加工して回路パターンが形成された２以上の導体層を電気的に接続する導体層接続工程と、前記２以上の導体層を、前記回路パターンに対応して熱膨張による変形を低減するように絶縁層を形成するための金型に収納して固定する金型収納工程と、前記金型に所定の射出成形用樹脂を注入する射出成形工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の電子基板によれば、絶縁層を射出成形して形成することにより、内部に空隙を有さないように厚導体の導体層と絶縁層とで形成された厚導体基板及びその製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る厚導体基板の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る厚導体基板の概略構成を示す斜視図及び断面図である。
【図３】直線上に１つの電子部品の半田接合部が配置されるようにしたときの複数の電子部品の配置を示す平面図である。
【図４】第２実施形態の厚導体基板の断面積及び線膨張係数を説明するための断面図である。
【図５】導体層間の距離のばらつきを説明するための説明図である。
【図６】接続部の構造を示す斜視図である。
【図７】第２実施形態の厚導体基板の製造方法を説明する説明図である。
【図８】窪み部を設けた金型を説明する説明図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る厚導体基板の概略構成を示す斜視図及び断面図である。
【図１０】別の接続部の構造を示す斜視図である。
【図１１】外周絶縁層を設けた厚導体基板を示す断面図である。
【図１２】アンカーを設けた厚導体基板を示す断面図である。
【図１３】別のアンカーを設けた厚導体基板を示す断面図及び底面図である。
【図１４】導体層の絶縁層と接する面を粗化構造とした厚導体基板の断面図である。
【図１５】導体層の対向する端辺を相互に引き合う形状とした厚導体基板の平面図である。
【図１６】コの字形状に形成したコイルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図面を参照して本発明の好ましい実施の形態における厚導体基板及びその製造方法について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。以下では、導体層が２層の場合を例に説明するが、これに限らず導体層が３層以上であっても適宜適用可能である。
【００２９】
本発明の第１の実施の形態に係る厚導体基板を、図１を用いて説明する。図１に示す本実施形態の厚導体基板５０は、打ち抜きや曲げなどの加工により形成された２層の導体層５１、５２と、その間に樹脂を射出成形して形成された絶縁層５３とで構成されている。この製造方法では、導体層５１、５２間を接続する層間接続部５４を予め溶接あるいはロー付けによって接続しておき、その後導体層間に射出成形用樹脂を射出して絶縁層５３を形成している。
【００３０】
上記のように、射出成形で絶縁層５３を形成することにより、内部に空隙を有さない厚導体基板５０を低コストで提供することができる。本実施形態の厚導体基板５０では、導体層５１、５２のそれぞれに２以上の導体が配置されている場合には、導体間に樹脂が隙間なく注入される。また、導体層との接触面にも隙間なく樹脂が注入される。これにより、低コストで内部に空隙を有さず従来の基板と同程度の高い信頼性を有し、大電流を流すことのできる厚導体基板を提供することが可能となる。
【００３１】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る厚導体基板について説明する。従来のガラスエポキシを用いた電子基板では、基板の導体層の厚さが１層あたり３５μｍ〜７０μｍであるのに対し、絶縁層の厚さは１層あたり２００μｍ〜１６００μｍであり、導体層の３倍以上の厚さに形成されていた。この場合、基板内で絶縁層が占める体積比率が大きくなり、導体層を含めた基板全体の線膨張係数は絶縁層の線膨張係数が支配的となる。
【００３２】
そのため、基板に搭載された電子部品の特に導体層に半田付けされた接合部の信頼性を確保したり、導体層と絶縁層とのはがれを防止したりするには、絶縁層の線膨張係数を小さくするのが好ましい。ガラスエポキシを用いた絶縁層の面方向線膨張係数は、一般的には１４〜２４［ｐｐｍ／℃］程度と、非常に小さい値となっており、これに対して、導体層の面方向線膨張係数は、例えば銅を用いた場合には約１７［ｐｐｍ／℃］であった。
【００３３】
これに対し、本発明の厚導体基板及びその製造方法では、８〜３０［ｐｐｍ／℃］の線膨張係数を有する射出成形用の樹脂を用いて絶縁層を形成している。そのため、射出成形時の樹脂の流れ方向には線膨張係数が８ｐｐｍ／℃程度に小さくなる場合でも、流れ方向に対し垂直な方向には線膨張係数が大きくなり、３０ｐｐｍ／℃程度になることがある。このように、射出成形して基板を形成した場合には、絶縁層の線膨張係数がガラスエポキシに比べて予測しにくいものとなっている。
【００３４】
そのため、設計段階で例えば寿命予測等を行う場合には、最も保守的な数値である３０ｐｐｍ／℃の値を線膨張係数に用いる必要がある。このように、絶縁層の線膨張係数に大きな値を用いると、導体層に半田付けされた電子部品の接合部や導体層と絶縁層との接合面に、主に絶縁層の熱膨張／熱収縮によるストレスが集中するという結果が得られる。これにより、電子部品の半田接合部の予測寿命が短くなってしまうが、この結果を設計に用いる必要があった。
【００３５】
そこで、本発明の第２の実施の形態に係る厚導体基板では、平均線膨張係数がガラスエポキシを用いた従来の電子基板の線膨張係数以下となるように構成している。第２の実施の形態の厚導体基板を、図２を用いて以下に説明する。図２は、本実施形態の厚導体基板１００の概略構成を示す図であり、同図（ａ）は厚導体基板１００の斜視図、同図（ｂ）は厚導体基板１００を切断面Ａで切断したときの断面図である。厚導体基板１００は、銅で形成された導体層１１１、１１２と、導体層１１１、１１２の間に配置された絶縁層１３０を備えている。絶縁層１３０は、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）のような射出成形用樹脂で形成される。また、導体層１１１の上面には、複数の電子部品１４０が表面実装されている。
【００３６】
本実施形態の厚導体基板１００では、少なくとも図２（ｂ）に示す電子部品１４０の半田接合部１４１を通る断面において、平均線膨張係数が所定の基準線膨張係数以下となるように導体の断面積の比率を大きくしている。すなわち、少なくとも半田接合部１４１間を通る断面において、線膨張係数が約１７［ｐｐｍ／℃］の銅の面積を増やすことで、平均線膨張係数が基準線膨張係数以下に低減されるようにしている。基準線膨張係数は、例えば従来のガラスエポキシを用いた電子基板と同程度の２４［ｐｐｍ／℃］とすることができる。
【００３７】
図２では、２つの電子部品１４０の半田接合部１４１が直線上に配置されているが、これに限らず、例えば図３に示すように、直線上に１つの電子部品１４０の半田接合部１４１だけが配置される場合でも、上記と同様に、少なくとも半田接合部１４１を通る断面における導体の断面積比率を大きくすることで、平均線膨張係数を基準線膨張係数以下に低減するのがよい。
【００３８】
上記のように、半田接合部１４１を通る断面における平均線膨張係数を基準線膨張係数以下に低減するために、本実施形態では当該断面積における導体層１１１、１１２と絶縁層１３０の面積比を以下のようにして決定している。導体層１１１、１１２及び絶縁層１３０の断面積及び線膨張係数を図４に示すパラメータで表したとき、半田接合部１４１を通る断面における平均線膨張係数αａｖが次式を満たすように、導体層１１１、１１２の合計断面積Ｓｃと絶縁層１３０の断面積Ｓｉを決定する。
ここで、αｃ、αｉはそれぞれ導体層１１１、１１２の線膨張係数、絶縁層１３０の線膨張係数であり、αｍは基準線膨張係数を表す。αｍ＝２４［ｐｐｍ／℃］とするのがよい。
【００３９】
上記式（１）を満たすように導体層１１１、１１２の合計断面積Ｓｃ及び絶縁層１３０の断面積Ｓｉを決定することにより、射出成形により形成された本実施形態の厚導体基板１００においても、従来のガラスエポキシを用いた電子基板と同程度以上の信頼性を確保することができる。
【００４０】
一例として、導体層１１１，１１２の合計断面積Ｓｃ＝３９．２ｍｍ2、絶縁層１３０の断面積Ｓｉ＝２０．８ｍｍ2とし、導体層１１１、１１２の線膨張係数αｃ＝１６．８［ｐｐｍ／℃］、絶縁層１３０の線膨張係数αｉ＝３０［ｐｐｍ／℃］としたとき、式（１）左辺の平均線膨張係数は２１．４［ｐｐｍ／℃］となる。これは、従来のガラスエポキシを用いた電子基板の平均線膨張係数２４［ｐｐｍ／℃］より小さく、電子部品１４０の半田接合部１４１に対し従来以上の信頼性を確保している。
【００４１】
射出成形して本実施形態の厚導体基板１００を製造する方法では、複数の導体層１１１、１１２間を電気的に接続する工程を、射出成型を行う工程より前に実施しておく必要がある。これは、導体層１１１、１１２間を接続する接続部に、射出された樹脂が入り込むのを防止するためである。しかしながら、導体層間の距離にばらつきがあると、射出成型の際に図５に示すような問題が生じるおそれがある。
【００４２】
図５は、導体層間の距離のばらつきを説明するための説明図であり、（ａ）は導体層１１、１２間の距離が設計通りの距離Ｌ０に一致している場合を示し、（ｂ）は導体層１１、１２間の距離が設計距離Ｌ０より長い距離Ｌ１となっている場合を示し、（ｃ）は導体層１１、１２間の距離が設計距離Ｌ０より短い距離Ｌ２となっている場合を示している。
【００４３】
図５（ｂ）に示すように、導体層１１、１２間の距離が設計距離Ｌ０より長い距離Ｌ１となっている場合には、導体層１１、１２を接続部１３で接続して金型２０の内部に収納したとき、上型２１と下型２２とを密閉させることができないといった問題が生じる。また、図５（ｃ）のように、導体層１１、１２間の距離が設計距離Ｌ０より短い距離Ｌ２となっている場合には、導体層１１、１２と金型２０との間に隙間ができ、その隙間に射出された樹脂が入り込んで電子部品の実装に支障をきたすといった問題が生じる。
【００４４】
そこで、本実施形態の厚導体基板１００では、導体層１１１と１１２とを電気的に接続する接続部１１３を、図６に示すように、弾性部１１３ａを有する構造としている。すなわち、接続部１１３は、導体層１１２の面に垂直な方向に撓むことができる弾性部１１３ａを介して導体層１１２に固定されている。また、接続部１１３の弾性部１１３ａとは反対側の端部に、接合点１１３ｂが設けられて導体層１１１に接続されている。図６（ｂ）に示すように、弾性部１１３ａは、導体層１１２の面より導体層１１１側に曲げられた形状とするのがよい。そして、導体層１１２から接合点１１３ｂまでの接続部１１３の距離を設計距離Ｌ０より若干長くするのが好ましい。
【００４５】
上記のような構造の接続部１１３を用いて導体層１１１と１１２とを接続することで、射出成型の工程における上記の問題を解決することができる。すなわち、接続部１１３の接合点１１３ｂを導体層１１１に溶接またはロー付けして導体層１１１と１１２とを電気的に接続し、これを金型２０に収納する。このとき、接続部１１３が設計距離Ｌ０より若干長く形成されている分、導体層１１１が上型２１に密着して下型２２側に押圧されることで、弾性部１１３ａが下型２２底部側に撓む。これにより、導体層１１１、１１２と金型２０との間に隙間が形成されるおそれはなくなる。
【００４６】
本実施形態の厚導体基板１００の製造方法を、図７を用いて説明する。まず、図７（ａ）において、接続部１１３の接合点１１３ｂを導体層１１１に溶接またはロー付けすることで、導体層１１１と１１２とを電気的に接続する。次の図７（ｂ）では、接続された導体層１１１、１１２を金型２０の下型２２に収納し、固定ピン２３で固定する。図７（ｃ）では、上型２１を下型２２に隙間なく密閉させる。このとき、接続部１１３の弾性部１１３ａが下型２２の底部側に撓むことで、導体層１１１、１１２が上型２１及び下型２２の底部に密着される。さらに、図７（ｄ）で金型２０の内部に所定の樹脂が射出されて絶縁層１３０が形成される。
【００４７】
上記の工程において、接続部１１３が長すぎるために、上型２１と下型２２とを密閉させたとき、弾性部１１３ａが下型２２の底部に当接して押圧されるおそれがある場合には、下型２２の底部に図８に示すような窪み部２２ａを形成しておくのがよい。これにより、万が一弾性部１１３ａが下型２２側に撓むことがあっても、弾性部１１３ａが窪み部２２ａに侵入することで、接続部１１３が下型２２底部から押圧されるおそれはない。
【００４８】
図６に示した接続部１１３は、弾性部１１３ａを介して導体層１１２側に接続されているが、これに限定されず、導体層１１１側に設けるようにしてもよく、さらに導体層１１１と１１２の両方に接続部を設け、それぞれの接続部の端部を接続するようにしてもよい。
【００４９】
本実施形態の厚導体基板１００では、導体層１１１、１１２の合計断面積を大きくして平均線膨張係数をガラスエポキシを用いた従来の電子基板の線膨張係数以下とすることにより、表面実装された電子部品１４０の半田接合部１４１に対し、従来の電子基板と同程度以上の信頼性を確保することができる。
【００５０】
本発明の第３の実施の形態に係る厚導体基板を、図９を用いて以下に説明する。図９は、第３の実施形態の厚導体基板２００の概略構成を示す図であり、（ａ）は厚導体基板２００の斜視図、（ｂ）は厚導体基板２００を切断面Ｂで切断したときの断面図である。本実施形態では、導体層２１１、２１２を純アルミニウムを用いて形成している。純アルミニウムの線膨張係数は２４［ｐｐｍ／℃］程度であり、基準線膨張係数２４［ｐｐｍ／℃］と略等しい。そのため、図９（ｂ）に示す断面積において、導体層２１１、２１２の断面積を大きくしても厚導体基板２００の平均線膨張係数を基準線膨張係数より小さくすることはできない。
【００５１】
そこで、熱膨張による基板の損傷を防止するために、本実施形態の厚導体基板２００では、電子部品１４０等を搭載する表面実装部２３３を除いて、導体層２１１の上面及び導体層２１２の下面をそれぞれ上層絶縁層２３１及び下層絶縁層２３２で覆う構成としている。このように、導体層２１１、２１２と絶縁層２３０の３層構造を、上層絶縁層２３１と下層絶縁層２３２で覆うことにより、各層間の密着性を維持してはがれが生じるのを防止している。電子部品１４０は、表面実装部２３３に実装され、電子部品１４０の半田接合部１４１が、上層絶縁層２３１の接合孔２３４から露出した導体層２１１に半田接続される。
【００５２】
本実施形態では、導体層２１１と２１２とを電気的に接続する接続部として、図１０に示す接続部２１３，２１４を用いている。接続部２１３、２１４は、それぞれ導体層２１１、２１２に立設されており、接続部２１３、２１４のそれぞれの端部に弾性部２１３ａ、２１４ａが形成されている。さらに、弾性部２１３ａ、２１４ａのそれぞれに接合点２１３ｂ、２１４ｂが設けられており、接合点２１３ｂ、２１４ｂを溶接またはロー付けすることで、導体層２１１と２１２とを電気的に接続している。なお、本実施形態でも図６に示した接続部１１３を用いてもよく、あるいは図１０に示した接続部２１３、２１４を第１の実施形態の厚導体基板１００に用いることも可能である。
【００５３】
上記の第３の実施形態では、表面実装部２３３を除く導体層２１１、２１２の上下面を上層絶縁層２３１及び下層絶縁層２３２で覆う構造としたが、これに限らず、例えば図１１に示すように、導体層２１１、２１２の外周に外周絶縁層２５１を形成し、これで導体層２１１、２１２と絶縁層２３０との間のはがれ等を防止するようにしてもよい。あるいは、図１２に示すような形状の射出成形用樹脂で形成したアンカー２５２を設けることでも、上記実施形態と同様に、導体層２１１、２１２と絶縁層２３０との間のはがれ等を防止することができる。
【００５４】
さらに、図１２に示すようなアンカー２５２に代えて、図１３に示すような別のアンカー２５３を設けてもよい。図１２に示したアンカー２５２は、導体層２１１、２１２の表面から突き出して配置されているため、基板の表面に凹凸ができて電子部品の搭載に支障が出ることがある。そこで、図１３（ａ）の断面図に示すように、導体層２１１、２１２のそれぞれに溝部を設け、それぞれの溝部に射出成形用樹脂を射出して絶縁層２５４を形成している。そして、図１３（ｂ）の底面図に示すように、基板の端部で絶縁層２５４を導体層２１１、２１２間に形成されている絶縁層２５５と接続するアンカー２５３を設けている。これにより、導体層２１１、２１２と絶縁層２５５との間のはがれ等を防止することができる。
【００５５】
導体層２１１、２１２と絶縁層２３０との間のはがれを防止するために、導体層２１１、２１２のそれぞれの絶縁層２３０と接する面を、図１４に示すような粗化構造２２１としてもよい。粗化構造２２１を形成することで、導体層２１１、２１２と絶縁層２３０のそれぞれの接触面でずれが生じるのを防止することができ、これにより導体層２１１、２１２と絶縁層２３０との間にはがれが生じる可能性をさらに低減させることができる。
【００５６】
上記第２及び第３の実施形態において、導体層１１１，１１２または２１１、２１２は、それぞれ一体の導体層に形成されているものに限定されず、複数の導体片に分割されていてもよい。その場合、例えば図１５に示すように、電子部品１４０が搭載されている導体片２１１ａと電子部品１４０の半田接合部１４１が接続されている導体片２１１ｂとが熱膨張等により相対的に移動すると、半田接合部１４１が電子部品１４０に引っ張られて損傷するおそれがある。
【００５７】
そこで、導体片２１１ａと導体片２１１ｂとが相対的に移動するのを防止するために、導体片２１１ａ、２１１ｂのそれぞれの端辺を、図１５に示すように一方（２１１ａ）が他方（２１１ｂ）を係止する形状にするのがよい。導体片２１１ａ、２１１ｂのそれぞれの端辺の間には、射出成形用樹脂２４０が注入されており、これが導体片２１１ａと２１１ｂとの間を絶縁するとともに、導体片２１１ａと導体片２１１ｂとが相対的に移動するのを防止している。
【００５８】
上記説明のいずれの実施形態においても、厚導体基板に電圧変換用トランスや平滑化用チョークコイルを一体的に形成することができる。このようなトランスやチョークコイルのコイル部分には、数十ｋＨｚから数百ｋＨｚの高周波電流が流されるため、表皮効果によって高周波電流がコイルの辺縁部に集中して流れる。そのため、コイル辺縁部では、直流電流を流す場合よりも大きな発熱が発生するといった問題がある。そこで、本発明のいずれの実施形態においても、コイルを形成する場合には、その断面形状がコの字形状となるように、コイルの辺縁部を直角に折り曲げて立設させるのがよい。
【００５９】
図９に示す第３実施形態の厚導体基板２００では、コイル２６０が設けられており、その断面が図１６に示すようなコの字形状となっている。辺縁部をこのようなコの字形状とすることで、コイルの辺縁部の面積を増大させることができる。その結果、辺縁部からの放熱を効率的に行うことが可能となる。
【００６０】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る厚導体基板及びその製造方法の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における厚導体基板等の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６１】
５０、１００、２００ 厚導体基板
１１、１２、５１、５２、１１１、１１２、２１１、２１２ 導体層
１３、５４、１１３、２１３，２１４ 接続部
２０ 金型
２１ 上型
２２ 下型
２２ａ 窪み部
２３ 固定ピン
１１３ａ、２１３ａ、２１４ａ 弾性部
１１３ｂ、２１３ｂ、２１４ｂ 接合点
５３、１３０、２３０、２５４、２５５ 絶縁層
１４０ 電子部品
１４１ 半田接合部
２１１ａ、２１１ｂ 導体片
２２１ 粗化構造
２３１ 上層絶縁層
２３２ 下層絶縁層
２３３ 表面実装部
２３４ 接合孔
２４０ 射出成形用樹脂
２５１ 外周絶縁層
２５２、２５３ アンカー
２６０ コイル
２６１ 辺縁部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を表面実装可能な厚導体基板であって、
金属板を加工して回路パターンが形成された２以上の導体層を層間接続し、前記２以上の導体層間に樹脂を射出成形して絶縁層を形成した
ことを特徴とする厚導体基板。
【請求項２】
少なくとも電子部品を表面実装する領域で前記絶縁層の断面積と前記導体層の断面積とで加重平均した断面平均線膨張係数を全体の平均線膨張係数より小さくすることで、熱膨張による変形を低減させるように前記絶縁層あるいは前記導体層の厚さが決定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の厚導体基板。
【請求項３】
前記絶縁層の断面積及び線膨張係数をそれぞれＳｉ、αｉとし、前記導体層の断面積及び線膨張係数をそれぞれＳｃ、αｃとしたとき、前記絶縁層の断面積Ｓｉと前記導体層の断面積Ｓｃとの割合が、所定の基準熱膨張係数αｍに対して次式
を満たすように決定されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の厚導体基板。
【請求項４】
電子部品が表面実装される領域を除いて前記導体層が前記絶縁層で覆われている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項５】
前記導体層の外周が前記絶縁層と同じ樹脂で覆われている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項６】
前記導体層と前記絶縁層との接触面が、前記絶縁層と同じ樹脂で形成されたアンカーで固定されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項７】
前記アンカーは、前記導体層の最上層面と最下層面との間を固定している
ことを特徴とする請求項６に記載の厚導体基板。
【請求項８】
最外層の前記導体層に溝部が形成されており、前記樹脂を前記溝部に射出成形して形成された絶縁層と前記導体層間に形成された絶縁層との間を接続するように前記アンカーが形成されている
ことを特徴とする請求項６に記載の厚導体基板。
【請求項９】
前記導体層の前記絶縁層と接する面が粗化構造を有している
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項１０】
前記導体層は、同一平面上で２以上の導体片に分割されており、隣接する２つの前記導体片間で一方が他方を係止する形状にそれぞれの導体片の端辺が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項１１】
前記導体層は、該導体層の表面に対し垂直方向に変形可能な弾性構造の弾性部と、先端側が別の導体層に接合される接合部と、を有して前記別の導体層と電気的に接続するための接続部を備えている
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項１２】
前記弾性部は、前記接続部の前記導体層側に設けられている
ことを特徴とする請求項１１に記載の厚導体基板。
【請求項１３】
前記接合部側に前記弾性部を備えた前記接続部を有する２つの前記導体層が、それぞれの前記弾性部を前記接合部で接続することで前記導体層の表面に対し垂直方向に変形可能となっている
ことを特徴とする請求項１１に記載の厚導体基板。
【請求項１４】
前記導体層に、断面がコの字形状のコイルが形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項１５】
前記絶縁層は、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を射出成形して形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項１６】
予め金属板を加工して回路パターンが形成された２以上の導体層を電気的に接続する導体層接続工程と、
前記２以上の導体層を、前記回路パターンに対応して熱膨張による変形を低減するように絶縁層を形成するための金型に収納して固定する金型収納工程と、
前記金型に所定の射出成形用樹脂を注入する射出成形工程と、を有する
ことを特徴とする厚導体基板の製造方法。
【請求項１】
電子部品を表面実装可能な厚導体基板であって、
金属板を加工して回路パターンが形成された２以上の導体層を層間接続し、前記２以上の導体層間に樹脂を射出成形して絶縁層を形成した
ことを特徴とする厚導体基板。
【請求項２】
少なくとも電子部品を表面実装する領域で前記絶縁層の断面積と前記導体層の断面積とで加重平均した断面平均線膨張係数を全体の平均線膨張係数より小さくすることで、熱膨張による変形を低減させるように前記絶縁層あるいは前記導体層の厚さが決定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の厚導体基板。
【請求項３】
前記絶縁層の断面積及び線膨張係数をそれぞれＳｉ、αｉとし、前記導体層の断面積及び線膨張係数をそれぞれＳｃ、αｃとしたとき、前記絶縁層の断面積Ｓｉと前記導体層の断面積Ｓｃとの割合が、所定の基準熱膨張係数αｍに対して次式
を満たすように決定されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の厚導体基板。
【請求項４】
電子部品が表面実装される領域を除いて前記導体層が前記絶縁層で覆われている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項５】
前記導体層の外周が前記絶縁層と同じ樹脂で覆われている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項６】
前記導体層と前記絶縁層との接触面が、前記絶縁層と同じ樹脂で形成されたアンカーで固定されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項７】
前記アンカーは、前記導体層の最上層面と最下層面との間を固定している
ことを特徴とする請求項６に記載の厚導体基板。
【請求項８】
最外層の前記導体層に溝部が形成されており、前記樹脂を前記溝部に射出成形して形成された絶縁層と前記導体層間に形成された絶縁層との間を接続するように前記アンカーが形成されている
ことを特徴とする請求項６に記載の厚導体基板。
【請求項９】
前記導体層の前記絶縁層と接する面が粗化構造を有している
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項１０】
前記導体層は、同一平面上で２以上の導体片に分割されており、隣接する２つの前記導体片間で一方が他方を係止する形状にそれぞれの導体片の端辺が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項１１】
前記導体層は、該導体層の表面に対し垂直方向に変形可能な弾性構造の弾性部と、先端側が別の導体層に接合される接合部と、を有して前記別の導体層と電気的に接続するための接続部を備えている
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項１２】
前記弾性部は、前記接続部の前記導体層側に設けられている
ことを特徴とする請求項１１に記載の厚導体基板。
【請求項１３】
前記接合部側に前記弾性部を備えた前記接続部を有する２つの前記導体層が、それぞれの前記弾性部を前記接合部で接続することで前記導体層の表面に対し垂直方向に変形可能となっている
ことを特徴とする請求項１１に記載の厚導体基板。
【請求項１４】
前記導体層に、断面がコの字形状のコイルが形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項１５】
前記絶縁層は、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を射出成形して形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の厚導体基板。
【請求項１６】
予め金属板を加工して回路パターンが形成された２以上の導体層を電気的に接続する導体層接続工程と、
前記２以上の導体層を、前記回路パターンに対応して熱膨張による変形を低減するように絶縁層を形成するための金型に収納して固定する金型収納工程と、
前記金型に所定の射出成形用樹脂を注入する射出成形工程と、を有する
ことを特徴とする厚導体基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−２９３１３（Ｐ２０１１−２９３１３Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７２０００（Ｐ２００９−１７２０００）
【出願日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（３９１０４５８９７）古河ＡＳ株式会社 (571)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（３９１０４５８９７）古河ＡＳ株式会社 (571)
【Ｆターム（参考）】
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