電子部品モジュール及び電子部品モジュールの製造方法
【課題】電子部品での発熱をプリント基板の裏面に伝えやすく、更にこのプリント基板の裏面での放熱効果を高めることができる電子部品モジュール及び電子部品モジュールの製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の電子部品モジュールは、絶縁基板１１の表面に導電性薄膜１２が形成されてプリント基板１０を構成し、表面に電子部品４０を実装し、導電性薄膜１２によって電子部品４０を電気的に接続するものであって、プリント基板１０を、プリント基板１０単体では自立性を有さない厚さで形成し、絶縁基板１１の裏面に放熱部材２０を実装し、放熱部材２０によってプリント基板１０にたわみを生じさせないことを特徴とする。
【解決手段】本発明の電子部品モジュールは、絶縁基板１１の表面に導電性薄膜１２が形成されてプリント基板１０を構成し、表面に電子部品４０を実装し、導電性薄膜１２によって電子部品４０を電気的に接続するものであって、プリント基板１０を、プリント基板１０単体では自立性を有さない厚さで形成し、絶縁基板１１の裏面に放熱部材２０を実装し、放熱部材２０によってプリント基板１０にたわみを生じさせないことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱する電子部品の実装に適した電子部品モジュール及び電子部品モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギーが叫ばれる現代社会において、電子部品モジュールの小型化は、解決すべき重要な問題である。技術革新が非常に早くなった昨今では、消費エネルギーが低減化される以上に急速に電子部品モジュールが小型化されるため、空間におけるエネルギー密度の増加を意味している。これは、電子部品の小型化に伴う、中央演算処理用電子部品（ＣＰＵ）がその半導体チップ自身の発熱により、何倍もの体積の放熱器や、水冷装置などの大きな冷却装置無しには動作できなくなるという例が挙げられるが、電力を扱う分野においても小型化の要求から高効率の放熱方法を開発することは重要であると言える。
【０００３】
比較的、大電力を必要とする商品群、例えば、エアコンなどの大容量のモーター（コンプレッサー）を使用する分野でも、その制御系の電力変換装置の小型化は、重要な開発項目であり、モーターの駆動回路に使用される半導体（ＩＧＢＴやＦＥＴなど）の放熱方法の検討は技術者の頭を悩ませる大きな壁となり、多大な開発時間を必要とする項目である。
【０００４】
現在の電力変換装置に使用される代表的な素子としては、多くの場合、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ)が使用される。この半導体素子の冷却方法では、アルミなどの金属放熱体に熱を効率よく放出する必要があるが、この半導体素子に高圧の電界（高電圧）が印加されている場合が多い。この方法は、金属体の放熱物質を使用するため、絶縁を確保する必要が発生し、ＦＥＴと金属放熱器との間に、絶縁物質を挟みこむことが非常に多い。このため、放熱器までの経路において熱抵抗が大きな材料を使用せざるをえず、放熱の観点から最良な方法とは言い難い。
【０００５】
最近では、ＦＥＴを表面実装部品として、装置を組み立てることが多くなっている。その場合には、基板にＦＥＴ等の部品を半田付けをする方法で電子回路を作成するが、この場合、一般的なガラス樹脂や、紙エポキシ樹脂を使用したプリント基板では、樹脂の熱伝導が低いために放熱の観点では不利になることが多い。この問題を解決する方法として、高熱伝導性ガラスコンボジット基板（ＣＥＭ３）として新たに販売されるなどの対策が成されている。これらの商品は、熱伝導率は１ｗ／ｍＫ程度と従来品の０．４ｗ／ｍＫに比べて熱抵抗が低くなり、熱拡散効果の改善が見られるものの、アルミに代表されるメタル基板２〜３ｗ／ｍＫに比べると満足し難い性能である。
【０００６】
表面実装の場合で、高い放熱性能を必要とする場合には、アルミ基板に代表される、金属ベース基板や、セラミクス基板などを用いる場合が多々見られる。しかしながら、基本的には、配線領域が片面に限られ、配線の制約が非常に大きい。
また、金属ベースであったり、セラミクスベースであったりするため、配線に使用される銅箔と熱膨張率が違うという問題があり、熱サイクルを経験すると不具合を起こす可能性が指摘されることが多く、使用温度範囲に注意が必要という問題もある。
以上のように、様々な方法が検討されてきているが、コストなどを含めて最良と言える方法は確立されていない状況にある。
なお、配線パターンの面積を大きくすることで放熱効果を高めた半導体モジュール（特許文献１）、チップＬＥＤに放熱用の熱伝導性部材を密着させるＬＥＤ表示ユニット（特許文献２）、基板の一方の面にハニカム状通風路を形成するフィンを設けたヒートシンク（特許文献３）などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１２９１８８号公報
【特許文献２】特開２００２−２７８４８１号公報
【特許文献３】特開平９−５５４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
現在、ＦＥＴなどのパワー素子やＬＥＤなどのデバイスを組み立てる場合には、第１の方法として、従来から利用されている樹脂系の基板を使用する方法、第２の方法として、アルミなどの金属に絶縁層を介して銅箔が形成された、片面基板を使用する方法、第３の方法として、銅などの金属フレームに樹脂内部に配置（インサートベース）した樹脂基盤に部品を実装する方法が一般に行われている。
【０００９】
第１の方法は、放熱しようとする面に対して熱抵抗の値が他に比べ大きいという問題がある。この問題に対しては、薄い基板を使用して、サーマルＶＩＡと呼ばれる両面に対する貫通穴を介して熱を裏面に逃がす方法を用いる場合がある。
しかし、基板を薄くすると、剛性が低くなり基板の組み付け作業時に部品の半田に亀裂が発生し歩留まりを低下させるなどの心配もあり、必要以上に薄い基板を使用することができない。
また、基板内装に非常に厚い銅（おおむね１００μｍ以上）を用いることもあるが、重量が増すという点がある。
また、その部位を暖めるために必要な熱量も大きくなるため、半田付けの管理が、銅箔厚の増大と共に難しくなる。この方法は、内装に効率よく排熱できる反面、内装に溜まった熱を外気に放出するという観点から、最善の手法とは言い難い。
【００１０】
第２の方法は、金属基板といえども、基板と銅箔の間に絶縁層が介在し、この絶縁層が薄いと絶縁不良を起こし、厚い場合には放熱が悪くなるという問題がある。このため、絶縁層の管理が良くない基板は、従来型樹脂基板と大差ない放熱特性になってしまうという問題も発生する。上質な絶縁層として、ＤＬＣ（ダイヤモンド ライク カーボン）で絶縁層を形成するなどの技術が存在するが、この解決方法は、製造が難しくなり高価になってしまうという問題がある。また、ＤＬＣを利用したとしても、銅とアルミの熱膨張率が異なるという問題から、銅箔剥がれ関しては、樹脂基板に歩がある。
また別の問題として、熱伝導の良い部材を使用しているために、熱容量（部材を暖める熱量）が大きくなり、半田の熱が逃げやすいという問題がある。
これは、部品の半田付けの仕上がりに影響を及ぼし、半田クラックが発生しやすいことを意味する。
特に、手半田などの作業では半田不良を起こしやすいという問題があるので、基板に外部との接続用電線を手半田する時には、高度な半田つけテクニックと工程管理が必要になる。そのほかにも、根本的に片面配線で、スルーホールが使用できないといった不自由さも存在する。
【００１１】
第３の方法は、大電流を流す機器の場合に用いられることがあるが、配線の銅を抜き型で作成し、樹脂の成型に関しても金型を利用する必要があるなど、初期費用が大きくなるという経済的な問題がある。また、銅の配線プレートに電気的に接続しつつ、効率よく放熱できる設計を行う必要があるといった、ノウハウや技術が必要になる。
【００１２】
そこで本発明は、電子部品での発熱をプリント基板の裏面に伝えやすく、更にこのプリント基板の裏面での放熱効果を高めることができる電子部品モジュール及び電子部品モジュール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】
【００１３】
請求項１記載の本発明の電子部品モジュールは、絶縁基板の表面に導電性薄膜が形成されてプリント基板を構成し、前記表面に電子部品を実装し、前記導電性薄膜によって前記電子部品を電気的に接続する電子部品モジュールであって、前記プリント基板を、前記プリント基板単体では自立性を有さない厚さで形成し、前記絶縁基板の裏面に放熱部材を実装し、前記放熱部材によって前記プリント基板にたわみを生じさせないことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の電子部品モジュールにおいて、前記放熱部材が、複数の筒状空洞を形成することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の電子部品モジュールにおいて、前記裏面に前記導電性薄膜が形成され、前記導電性薄膜を介して前記放熱部材を前記絶縁基板に実装することを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項２又は請求項３に記載の電子部品モジュールにおいて、筒体によって前記筒状空洞を形成し、複数の前記筒体の互いの側面を接触させることで前記放熱部材を構成することを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電子部品モジュールにおいて、前記プリント基板に複数のスルーホールを形成し、前記スルーホール内周面に導電性メッキを施すことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の電子部品モジュールにおいて、前記裏面に、前記導電性薄膜による配線を形成し、又は前記電子部品を実装することを特徴とする。
請求項７記載の本発明の電子部品モジュールの製造方法は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の電子部品モジュールの製造方法であって、前記絶縁基板の少なくとも前記表面に前記導電性薄膜が形成される第１の工程と、前記プリント基板の前記裏面に、リフロー半田法によって前記放熱部材を実装する第２の工程と、前記放熱部材を実装した前記プリント基板の前記表面に、リフロー半田法によって前記電子部品を実装する第３の工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、プリント基板を、自立性を有さない厚さとすることで、プリント基板の熱伝導性を高めることができ、電子部品での発熱をプリント基板の裏面に伝えやすく、更にこのプリント基板の裏面に実装する放熱部材で放熱するために電子部品での発熱を効率よく放出することができる。
また本発明によれば、放熱部材によってプリント基板の剛性を確保してたわみを生じさせないことで、プリント基板の歪による半田不良を無くし、電子部品の実装を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例による電子部品モジュールを示す構成図
【図２】同電子部品モジュールの製造方法を示す工程図
【図３】本発明の他の実施例による電子部品モジュールを示す構成図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の第１の実施の形態による電子部品モジュールは、プリント基板を、プリント基板単体では自立性を有さない厚さで形成し、絶縁基板の裏面に放熱部材を実装し、放熱部材によってプリント基板にたわみを生じさせないものである。本実施の形態によれば、プリント基板を、自立性を有さない厚さとすることで、プリント基板の熱伝導性を高めることができ、電子部品での発熱をプリント基板の裏面に伝えやすく、更にこのプリント基板の裏面に実装する放熱部材で放熱するために電子部品での発熱を効率よく放出することができる。また本実施の形態によれば、放熱部材によってプリント基板の剛性を確保してたわみを生じさせないことで、プリント基板の歪による半田不良を無くし、電子部品の実装を確実に行うことができる。
【００１７】
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態における電子部品モジュールにおいて、放熱部材が、複数の筒状空洞を形成するものである。本実施の形態によれば、複数の筒状空洞によって放熱部材の表面積が大きくなり、空気などの雰囲気に効率よく排熱でき、電子部品の熱を効率よく排出できる。また本実施の形態によれば、放熱部材の熱容量が減少するために、半田付けに必要な熱量を少なく押さえ、半田付け温度の管理が容易になり、生産性が向上する。また、プリント基板の熱容量が抑えられることで、暖め易くさめ易いので電子部品を高温に曝す時間を短くでき、電子部品に与える影響を少なくできる。
【００１８】
本発明の第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態における電子部品モジュールにおいて、裏面に導電性薄膜が形成され、導電性薄膜を介して放熱部材を絶縁基板に実装するものである。本実施の形態によれば、導電性薄膜を介することで、放熱部材への伝熱効果を高めることができる。
【００１９】
本発明の第４の実施の形態は、第２又は第３の実施の形態における電子部品モジュールにおいて、筒体によって筒状空洞を形成し、複数の筒体の互いの側面を接触させることで放熱部材を構成するものである。本実施の形態によれば、放熱部材の製作を容易に行え、高い伝熱性能の放熱部材を得ることができる。
【００２０】
本発明の第５の実施の形態は、第１から第４の実施の形態における電子部品モジュールにおいて、プリント基板に複数のスルーホールを形成し、スルーホール内周面に導電性メッキを施すものである。本実施の形態によれば、スルーホールでの伝熱効果により、仮に絶縁基板での伝熱効果が低い場合でも放熱部材による排熱を効果的に行える。また、プリント基板を極めて薄くしていることで多数のスルーホールの形成が容易である。
【００２１】
本発明の第６の実施の形態は、第１から第５の実施の形態における電子部品モジュールにおいて、裏面に、導電性薄膜による配線を形成し、又は電子部品を実装するものである。本実施の形態によれば、プリント基板の裏面を、配線や電子部品の実装に利用することで、プリント基板を小さく構成することができる。
【００２２】
本発明の第７の実施の形態による電子部品モジュールの製造方法は、第１から第６の実施の形態における電子部品モジュールにおいて、絶縁基板の少なくとも表面に導電性薄膜が形成される第１の工程と、プリント基板の裏面に、リフロー半田法によって放熱部材を実装する第２の工程と、放熱部材を実装したプリント基板の表面に、リフロー半田法によって電子部品を実装する第３の工程とを有するものである。本実施の形態によれば、放熱部材を実装した後に電子部品を実装するために、電子部品の実装を確実に行うことができる。
【実施例】
【００２３】
本発明の一実施例による電子部品モジュールを説明する。
図１は本実施例による電子部品モジュールを示す構成図、図２は同電子部品モジュールの製造方法を示す工程図である。
まず、図１を用いて同電子部品モジュールの構成について説明する。
図１（ａ）は同電子部品モジュールの平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図１（ｃ）は同電子部品モジュールの裏面図である。
【００２４】
本実施例による電子部品モジュールは、導電性薄膜材料の間に絶縁基板材料を挟み込み、導電性薄膜材料の不要な部分を除去することで、絶縁基板１１の表面に導電性薄膜１２や導電性薄膜１３のパターンが形成されている。
プリント基板１０は、絶縁基板１１と、パターンが形成された導電性薄膜１２や導電性薄膜１３とによって構成される。
導電性薄膜１２が形成された表面には、電子部品４０を実装し、導電性薄膜１２によって電子部品４０を電気的に接続している。
絶縁基板１１は、ガラス繊維又は紙に、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの樹脂をしみ込ませたものを用いる。なお、絶縁基板１１は、樹脂だけで作成したものであってもよい。導電性薄膜１２は、銅箔等の電気を通す物質である。
プリント基板１０は、プリント基板１０単体では自立性を有さない厚さで形成している。プリント基板１０がそれ自体でたわみを生じるか否かは、プリント基板１０の大きさによるが、本発明における自立性を有さない厚さは、例えば０．１ｍｍから０．８ｍｍの厚さであり、熱伝導性を考慮すると０．１ｍｍから０．３ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２５】
絶縁基板１１の裏面には放熱部材２０を実装している。
この放熱部材２０によって、薄いプリント基板１０の剛性を高め、歪を押さえることでプリント基板１０にはたわみを生じない。放熱部材２０は、導電性薄膜１３を介して絶縁基板１１に実装することが好ましい。また、放熱部材２０は、半田付け、ロウ付け、又は高熱伝導性接着剤によってプリント基板１０に熱抵抗なく接着（接続）され、ヒートシンクとして機能する。
放熱部材２０は、複数の筒状空洞を形成している。放熱部材２０は、複数の筒体によって筒状空洞を形成し、これらの複数の筒体の互いの側面を接触させることで構成することができる。もちろんこれらは、金型加工を用いて複数個の筒体を一括形成した放熱部材２０でもよい。
放熱部材２０は、複数の筒状空洞を形成することで、放熱部材２０全体の容量（質量）をブロック体に比べて小さくし、電子部品４０の半田付け時に問題となる、容量の大きな部材による吸熱のために発生する作業不良を改善する。
プリント基板１０には、複数のスルーホール３０が形成され、このスルーホール３０の内周面には導電性メッキを施している。スルーホール３０の内周面には導電性メッキを施すことでサーマルビアを構成することができる。
【００２６】
電子部品４０が例えばサーマルパッド４０ａを有するＬＥＤ素子の場合には、サーマルパッド４０ａを導電性薄膜１２に半田などの熱伝導の優れた方法で接続する。また、電子部品４０は、電極５０によって導電性薄膜１２に接続される。
電子部品４０からの熱は、サーマルパッド４０ａや電極５０から、導電性薄膜１２に伝えられる。導電性薄膜１２に伝わった熱は、導電性薄膜１２から空気中に放出されるとともに絶縁基板１１に伝わる。絶縁基板１１に伝わった熱は、絶縁基板１１から導電性薄膜１３に伝わるとともに、スルーホール３０を介して導電性薄膜１３に伝わる。このとき、絶縁基板１１が十分に薄ければ、絶縁基板１１から導電性薄膜１３に伝わる熱が多く、絶縁基板１１が厚くなれば、スルーホール３０を介して導電性薄膜１３に伝わる熱が多くなる。
伝熱性の点では、絶縁基板１１はガラス繊維に樹脂を含浸させ、さらにアルミナ、チッカアルミなどの熱伝導性の高い材料を混合したものが適している。
【００２７】
また、スルーホール３０に関しても孔の長さが短いものが好ましいことにより、薄いプリント基板１０が有利である。一般的にスルーホール３０は、熱伝導に関してはボトルネックとなり、裏面への熱伝導に関して大きな影響度を有する。これは、導電性薄膜１２からスルーホール３０を経て導電性薄膜１３への伝導経路が２次元から１次元、２次元の熱拡散になることにより容易に推測できる。このボトルネック的な影響度を下げるという意味において、薄いプリント基板が使用できることは大きな意味を持つ。また、別の観点では、このスルーホール３０はプリント基板１０にドリルで穴を開けた後に内周面に銅メッキを施して作成する。このため、孔あけ作業に関しても薄い板圧が作業時間の観点からも有利であり、孔の内周面へのメッキ形成も容易に生成でき、性能面からも好ましい。
スルーホール３０をサーマルビアとした場合の熱伝導は、金属（銅）を媒体とした絶縁体に比べて２桁も高い熱伝導率を有する。そのため、サーマルビアを数多く形成することで、プリント基板１０の裏面への排熱は、サーマルビアからの伝達が主体となり、アルミ基板を凌ぐ放熱となる。
このように、プリント基板１０として、薄手のガラス繊維を用いた基板を使用することは、放熱に有利であるが、基板の剛性を失ってしまうという問題がある。これは、プリント基板１０の反りなどにより、基板上に搭載した電子部品４０の半田付け部位に機械的ストレスが加わり半田付け不良を引き起こすことを意味する。
【００２８】
本発明では、この問題点を解決するために、半田付けし易く、剛性を保つ放熱部材２０を実装するものである。
放熱部材２０は、熱伝導性の良い金属、例えば銅の化合物やアルミ合金、マグネシウム合金、若しくはグラファイトのように高熱伝導性を有する有機物によって作成する。金属には、半田により接続可能な金属が望ましく、アルミ合金など半田による接続が難しい材質に関してはメッキ処理を行なうことでプリント基板１０との熱抵抗を低くする。
放熱部材２０は、銅や、銅合金を用いると、熱伝導率は非常に高いが、銅は比重が８．９６であるため、薄い銅箔でハニカム構造として剛性を確保することが好ましい。
一方、放熱部材２０として、アルミの合金を用いると、比重が２．７２であり、非常に軽量であり、熱伝導率も高いが、錫との塗れ性に難点があるため、半田付けに難点がある。そこで、アルミ合金にメッキ、蒸着によって皮膜を作成し、半田付け性を向上させることが好ましい。また、マグネシウム合金は、アルミより軽量で剛性を確保し易く、軽量で高い剛性を確保できるため、放熱部材２０として適している。
放熱部材２０として、銅板を用いた場合では、若干厚めの金属板に金型を用いて穴を開ける。重量当りの強度を高くするためには、六角形の穴を、強度を保持できる程度の間隔と大きさで開ける。これは、パンチングメタルと呼ばれる丸孔の開いた板において、この丸孔を六角形としたものである。なお、六角形の孔は、３角形でトラス構造になるように作成してもよく、丸孔でもよい。
【００２９】
放熱部材２０として用いる板の外形は、プリント基板１０と同程度の大きさとする。ただし、面積の広いプリント基板１０の場合には、膨張率により熱ストレスの歪が発生し、作成も難しいため、放熱部材２０は、筒状部材をはめ込み連結してもよい。
また、放熱部材２０は、鋳造や絞り加工、穴あきエンボス加工、バーリング加工等を施して作成してもよく、プレス型、穴あけ、押出成型により、部材の容積を減らしつつ表面積を増加させた構造物とする。
プリント基板１０と放熱部材２０とは、高い熱伝導性を保ちながら接続し、プリント基板１０が、曲がりなどの歪を半田部位に生じさせないことが重要である。従って、放熱部材２０は、ハニカム構造体やトラス構造体の様に、肉抜きをした軽量の構造体で構成することが好ましい。
【００３０】
以上のように本実施例によれば、プリント基板１０を、自立性を有さない厚さとすることで、プリント基板１０の熱伝導性を高めることができ、電子部品４０での発熱をプリント基板１０の裏面に伝えやすく、更にこのプリント基板１０の裏面に実装する放熱部材２０で放熱するために電子部品４０での発熱を効率よく放出することができる。例えば、厚さ０．３mmのプリント基板で張れば、１mm厚さのプリント基板に比して３倍（〜２７倍）の低熱抵抗が期待できる。また本実施例によれば、放熱部材２０によってプリント基板１０の剛性を確保してたわみを生じさせないことで、プリント基板１０の歪による半田不良を無くし、電子部品４０の実装を確実に行うことができる。
また、本実施例によれば、放熱部材２０が、複数の筒状空洞を形成することで、複数の筒状空洞によって放熱部材２０の表面積が大きくなり、空気などの雰囲気に効率よく排熱でき、電子部品４０の熱を効率よく排出できる。また本実施例によれば、放熱部材２０の熱容量が減少するために、半田付けに必要な熱量を少なく押さえ、半田付け温度の管理が容易になり、生産性が向上する。また、プリント基板１０の熱容量が抑えられることで、暖め易くさめ易いので電子部品を高温に曝す時間を短くでき、電子部品４０に与える影響を少なくできる。
【００３１】
また本実施例によれば、裏面に導電性薄膜１３が形成され、導電性薄膜１３を介して放熱部材２０を絶縁基板１１に実装することで、放熱部材２０への伝熱効果を高めることができる。
また本実施例によれば、筒体によって筒状空洞を形成し、複数の筒体の互いの側面を接触させることで放熱部材２０を構成することで、放熱部材２０の製作を容易に行え、高い伝熱性能の放熱部材を得ることができる。
また本実施例によれば、プリント基板１０に複数のスルーホール３０を形成し、スルーホール３０内周面に導電性メッキを施すことで、スルーホール３０での伝熱効果により、仮に絶縁基板１１での伝熱効果が低い場合でも放熱部材２０による排熱を効果的に行える。例えば、導電性メッキとして銅を用いると、銅の熱伝導率（３９８ｗ／ｍＫ）が極めて高いことから裏面への伝熱効果が高まる。また、プリント基板１０を極めて薄くしていることで多数のスルーホール３０の形成が容易である。
【００３２】
次に、図２を用いて同電子部品モジュールの製造方法について説明する。
図２（ａ）は、導電性薄膜材料の間に絶縁基板材料を挟み込み、導電性薄膜材料の不要な部分を除去することで、絶縁基板１１の表面に導電性薄膜１２や導電性薄膜１３のパターンが形成されているプリント基板１０を示している。
第１の工程では、絶縁基板１１の少なくとも一方の表面に導電性薄膜１２のパターンが形成されてプリント基板１０が製作される。
そして、図２（ｂ）に示すように、導電性薄膜１２及び導電性薄膜１３が形成された絶縁基板１１に、スルーホール３０を形成する。スルーホール３０の内周面には導電性メッキを施す。
図２（ｃ）は、プリント基板１０の裏面に、リフロー半田法によって放熱部材２０を実装する第２の工程を示している。
図２（ｂ）に示すプリント基板１０の裏面を上面とし、半田ペーストをスクリーン印刷した後に放熱部材２０を搭載し、加熱によって放熱部材２０を実装する。
図２（ｄ）は、放熱部材２０を実装したプリント基板１０の表面に、リフロー半田法によって電子部品４０を実装する第３の工程を示している。
第３の工程で放熱部材２０を実装したプリント基板１０を、再び表面を上面とし、半田ペーストをスクリーン印刷した後に電子部品４０を搭載し、加熱によって電子部品４０を実装する。
【００３３】
本実施例による電子部品モジュールの製造方法によれば、放熱部材２０を実装した後に電子部品４０をプリント基板１０に実装するために、電子部品４０の実装を確実に行うことができる。また、放熱部材２０を半田で取り付けることで、かなり低い熱抵抗（鉛半田で５４ｗ／ｍＫ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕで約６０ｗ／ｍＫ）で接続でき、放熱部材２０に効率よく排熱できる。
【００３４】
次に、図３を用いて他の実施例による電子部品モジュールの構成について説明する。
図３は他の実施例による電子部品モジュールを示す構成図である。なお、上記実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
図３では、絶縁基板１１の表面には導電性薄膜１２を介して電子部品４０を実装し、絶縁基板１１の裏面には導電性薄膜１３を介して電子部品４１を実装している。また、電子部品４０と電子部品４１とは、電極５０により電気的に接続されている。このとき、スルーホール３０の一部を半田で埋め込むことで電極５０を構成している。
本実施例に示すように、放熱部材２０を実装する絶縁基板１１の裏面にも電子部品４１を実装することができる。また、放熱部材２０を実装する絶縁基板１１の裏面に、配線領域を設け、又は基板間接続用電線設置領域（コネクタを含む）を形成することもできる。
従来の場合には、モータードライバーの制御部、センサー部はより複雑になり、多層基板で作成し、電力変換部のＦＥＴのみを金属基板などの高放熱基板で作成することがあったが、金属基板では両面実装が難しく、しかもスルーホール３０を利用できないという制限があり、制御基板と、パワー部の基板の接続が容易でなかったが、本実施例ではパワー部を絶縁基板１１の裏面に配置し、信号線の結線領域に大きな空間を形成した放熱部材２０を配置することで、スルーホール３０を用いて安定的な接続が可能となり、信頼性の向上が望める。
【００３５】
本実施例による電子部品モジュールは、ＬＥＤ照明用モジュールに適している。
発光ダイオードを用いた照明では、プリント基板１０の表面に発光ダイオード以外の電子部品を実装すると、電子部品の影が発生するなどの影響があることから、比較的大きな電子部品を、発光ダイオードとともに同一面に実装できない。そのため、従来では、ＬＥＤをアルミ基板に実装した場合には制御基板を別に設けており、その接続もモータードライバーの場合と同様に信頼性の高い方法が取り辛い。
しかし、本実施例によれば、放熱部材２０の空間を用い、またスルーホール３０を用いて接続が可能であるため、プリント基板１０の裏面に電子部品４１を実装できる。
また、ＬＥＤ照明は、天井などの頭上に設置されるため、落下時に発生する事故などを想定すると、できるだけ軽量なＬＥＤ照明用モジュールが求められるが、本実施例による電子部品モジュールは、放熱部材２０によってプリント基板１０の剛性を維持し、軽量であるためにＬＥＤ照明用モジュールに適している。
【００３６】
なお、本実施例では、リフロー半田法によって放熱部材２０を実装する場合を説明したが、接着剤で接着してもよく、接着剤を用いる場合には、プリント基板１０との接触面の導電性薄膜１３は、むき出しでもよい。
以上のように本実施例によれば、プリント基板１０の裏面に、導電性薄膜１３による配線を形成し、又は電子部品４１を実装することで、ＬＥＤ照明用モジュールにも適している。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明による電子部品モジュールは、放熱の問題を抱えるあらゆる電子回路モジュールで使用できる。例えば、モータードライバーに適用する場合、放熱部材により、半導体で発生した熱を速い熱移動速度を用いて拡散するヒートスプレッダの役割を担うことができる。また、電子部品モジュールの軽量化によって、輸送コストの低減につながり、現在、いろいろな分野で要求される省エネ製品に適用することができ、利用価値が高い。
【符号の説明】
【００３８】
１０ プリント基板
１１ 絶縁基板
１２ 導電性薄膜
１３ 導電性薄膜
２０ 放熱部材
３０ スルーホール
４０ 電子部品
４１ 電子部品
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱する電子部品の実装に適した電子部品モジュール及び電子部品モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギーが叫ばれる現代社会において、電子部品モジュールの小型化は、解決すべき重要な問題である。技術革新が非常に早くなった昨今では、消費エネルギーが低減化される以上に急速に電子部品モジュールが小型化されるため、空間におけるエネルギー密度の増加を意味している。これは、電子部品の小型化に伴う、中央演算処理用電子部品（ＣＰＵ）がその半導体チップ自身の発熱により、何倍もの体積の放熱器や、水冷装置などの大きな冷却装置無しには動作できなくなるという例が挙げられるが、電力を扱う分野においても小型化の要求から高効率の放熱方法を開発することは重要であると言える。
【０００３】
比較的、大電力を必要とする商品群、例えば、エアコンなどの大容量のモーター（コンプレッサー）を使用する分野でも、その制御系の電力変換装置の小型化は、重要な開発項目であり、モーターの駆動回路に使用される半導体（ＩＧＢＴやＦＥＴなど）の放熱方法の検討は技術者の頭を悩ませる大きな壁となり、多大な開発時間を必要とする項目である。
【０００４】
現在の電力変換装置に使用される代表的な素子としては、多くの場合、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ)が使用される。この半導体素子の冷却方法では、アルミなどの金属放熱体に熱を効率よく放出する必要があるが、この半導体素子に高圧の電界（高電圧）が印加されている場合が多い。この方法は、金属体の放熱物質を使用するため、絶縁を確保する必要が発生し、ＦＥＴと金属放熱器との間に、絶縁物質を挟みこむことが非常に多い。このため、放熱器までの経路において熱抵抗が大きな材料を使用せざるをえず、放熱の観点から最良な方法とは言い難い。
【０００５】
最近では、ＦＥＴを表面実装部品として、装置を組み立てることが多くなっている。その場合には、基板にＦＥＴ等の部品を半田付けをする方法で電子回路を作成するが、この場合、一般的なガラス樹脂や、紙エポキシ樹脂を使用したプリント基板では、樹脂の熱伝導が低いために放熱の観点では不利になることが多い。この問題を解決する方法として、高熱伝導性ガラスコンボジット基板（ＣＥＭ３）として新たに販売されるなどの対策が成されている。これらの商品は、熱伝導率は１ｗ／ｍＫ程度と従来品の０．４ｗ／ｍＫに比べて熱抵抗が低くなり、熱拡散効果の改善が見られるものの、アルミに代表されるメタル基板２〜３ｗ／ｍＫに比べると満足し難い性能である。
【０００６】
表面実装の場合で、高い放熱性能を必要とする場合には、アルミ基板に代表される、金属ベース基板や、セラミクス基板などを用いる場合が多々見られる。しかしながら、基本的には、配線領域が片面に限られ、配線の制約が非常に大きい。
また、金属ベースであったり、セラミクスベースであったりするため、配線に使用される銅箔と熱膨張率が違うという問題があり、熱サイクルを経験すると不具合を起こす可能性が指摘されることが多く、使用温度範囲に注意が必要という問題もある。
以上のように、様々な方法が検討されてきているが、コストなどを含めて最良と言える方法は確立されていない状況にある。
なお、配線パターンの面積を大きくすることで放熱効果を高めた半導体モジュール（特許文献１）、チップＬＥＤに放熱用の熱伝導性部材を密着させるＬＥＤ表示ユニット（特許文献２）、基板の一方の面にハニカム状通風路を形成するフィンを設けたヒートシンク（特許文献３）などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１２９１８８号公報
【特許文献２】特開２００２−２７８４８１号公報
【特許文献３】特開平９−５５４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
現在、ＦＥＴなどのパワー素子やＬＥＤなどのデバイスを組み立てる場合には、第１の方法として、従来から利用されている樹脂系の基板を使用する方法、第２の方法として、アルミなどの金属に絶縁層を介して銅箔が形成された、片面基板を使用する方法、第３の方法として、銅などの金属フレームに樹脂内部に配置（インサートベース）した樹脂基盤に部品を実装する方法が一般に行われている。
【０００９】
第１の方法は、放熱しようとする面に対して熱抵抗の値が他に比べ大きいという問題がある。この問題に対しては、薄い基板を使用して、サーマルＶＩＡと呼ばれる両面に対する貫通穴を介して熱を裏面に逃がす方法を用いる場合がある。
しかし、基板を薄くすると、剛性が低くなり基板の組み付け作業時に部品の半田に亀裂が発生し歩留まりを低下させるなどの心配もあり、必要以上に薄い基板を使用することができない。
また、基板内装に非常に厚い銅（おおむね１００μｍ以上）を用いることもあるが、重量が増すという点がある。
また、その部位を暖めるために必要な熱量も大きくなるため、半田付けの管理が、銅箔厚の増大と共に難しくなる。この方法は、内装に効率よく排熱できる反面、内装に溜まった熱を外気に放出するという観点から、最善の手法とは言い難い。
【００１０】
第２の方法は、金属基板といえども、基板と銅箔の間に絶縁層が介在し、この絶縁層が薄いと絶縁不良を起こし、厚い場合には放熱が悪くなるという問題がある。このため、絶縁層の管理が良くない基板は、従来型樹脂基板と大差ない放熱特性になってしまうという問題も発生する。上質な絶縁層として、ＤＬＣ（ダイヤモンド ライク カーボン）で絶縁層を形成するなどの技術が存在するが、この解決方法は、製造が難しくなり高価になってしまうという問題がある。また、ＤＬＣを利用したとしても、銅とアルミの熱膨張率が異なるという問題から、銅箔剥がれ関しては、樹脂基板に歩がある。
また別の問題として、熱伝導の良い部材を使用しているために、熱容量（部材を暖める熱量）が大きくなり、半田の熱が逃げやすいという問題がある。
これは、部品の半田付けの仕上がりに影響を及ぼし、半田クラックが発生しやすいことを意味する。
特に、手半田などの作業では半田不良を起こしやすいという問題があるので、基板に外部との接続用電線を手半田する時には、高度な半田つけテクニックと工程管理が必要になる。そのほかにも、根本的に片面配線で、スルーホールが使用できないといった不自由さも存在する。
【００１１】
第３の方法は、大電流を流す機器の場合に用いられることがあるが、配線の銅を抜き型で作成し、樹脂の成型に関しても金型を利用する必要があるなど、初期費用が大きくなるという経済的な問題がある。また、銅の配線プレートに電気的に接続しつつ、効率よく放熱できる設計を行う必要があるといった、ノウハウや技術が必要になる。
【００１２】
そこで本発明は、電子部品での発熱をプリント基板の裏面に伝えやすく、更にこのプリント基板の裏面での放熱効果を高めることができる電子部品モジュール及び電子部品モジュール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】
【００１３】
請求項１記載の本発明の電子部品モジュールは、絶縁基板の表面に導電性薄膜が形成されてプリント基板を構成し、前記表面に電子部品を実装し、前記導電性薄膜によって前記電子部品を電気的に接続する電子部品モジュールであって、前記プリント基板を、前記プリント基板単体では自立性を有さない厚さで形成し、前記絶縁基板の裏面に放熱部材を実装し、前記放熱部材によって前記プリント基板にたわみを生じさせないことを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の電子部品モジュールにおいて、前記放熱部材が、複数の筒状空洞を形成することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の電子部品モジュールにおいて、前記裏面に前記導電性薄膜が形成され、前記導電性薄膜を介して前記放熱部材を前記絶縁基板に実装することを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項２又は請求項３に記載の電子部品モジュールにおいて、筒体によって前記筒状空洞を形成し、複数の前記筒体の互いの側面を接触させることで前記放熱部材を構成することを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電子部品モジュールにおいて、前記プリント基板に複数のスルーホールを形成し、前記スルーホール内周面に導電性メッキを施すことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の電子部品モジュールにおいて、前記裏面に、前記導電性薄膜による配線を形成し、又は前記電子部品を実装することを特徴とする。
請求項７記載の本発明の電子部品モジュールの製造方法は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の電子部品モジュールの製造方法であって、前記絶縁基板の少なくとも前記表面に前記導電性薄膜が形成される第１の工程と、前記プリント基板の前記裏面に、リフロー半田法によって前記放熱部材を実装する第２の工程と、前記放熱部材を実装した前記プリント基板の前記表面に、リフロー半田法によって前記電子部品を実装する第３の工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、プリント基板を、自立性を有さない厚さとすることで、プリント基板の熱伝導性を高めることができ、電子部品での発熱をプリント基板の裏面に伝えやすく、更にこのプリント基板の裏面に実装する放熱部材で放熱するために電子部品での発熱を効率よく放出することができる。
また本発明によれば、放熱部材によってプリント基板の剛性を確保してたわみを生じさせないことで、プリント基板の歪による半田不良を無くし、電子部品の実装を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例による電子部品モジュールを示す構成図
【図２】同電子部品モジュールの製造方法を示す工程図
【図３】本発明の他の実施例による電子部品モジュールを示す構成図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の第１の実施の形態による電子部品モジュールは、プリント基板を、プリント基板単体では自立性を有さない厚さで形成し、絶縁基板の裏面に放熱部材を実装し、放熱部材によってプリント基板にたわみを生じさせないものである。本実施の形態によれば、プリント基板を、自立性を有さない厚さとすることで、プリント基板の熱伝導性を高めることができ、電子部品での発熱をプリント基板の裏面に伝えやすく、更にこのプリント基板の裏面に実装する放熱部材で放熱するために電子部品での発熱を効率よく放出することができる。また本実施の形態によれば、放熱部材によってプリント基板の剛性を確保してたわみを生じさせないことで、プリント基板の歪による半田不良を無くし、電子部品の実装を確実に行うことができる。
【００１７】
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態における電子部品モジュールにおいて、放熱部材が、複数の筒状空洞を形成するものである。本実施の形態によれば、複数の筒状空洞によって放熱部材の表面積が大きくなり、空気などの雰囲気に効率よく排熱でき、電子部品の熱を効率よく排出できる。また本実施の形態によれば、放熱部材の熱容量が減少するために、半田付けに必要な熱量を少なく押さえ、半田付け温度の管理が容易になり、生産性が向上する。また、プリント基板の熱容量が抑えられることで、暖め易くさめ易いので電子部品を高温に曝す時間を短くでき、電子部品に与える影響を少なくできる。
【００１８】
本発明の第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態における電子部品モジュールにおいて、裏面に導電性薄膜が形成され、導電性薄膜を介して放熱部材を絶縁基板に実装するものである。本実施の形態によれば、導電性薄膜を介することで、放熱部材への伝熱効果を高めることができる。
【００１９】
本発明の第４の実施の形態は、第２又は第３の実施の形態における電子部品モジュールにおいて、筒体によって筒状空洞を形成し、複数の筒体の互いの側面を接触させることで放熱部材を構成するものである。本実施の形態によれば、放熱部材の製作を容易に行え、高い伝熱性能の放熱部材を得ることができる。
【００２０】
本発明の第５の実施の形態は、第１から第４の実施の形態における電子部品モジュールにおいて、プリント基板に複数のスルーホールを形成し、スルーホール内周面に導電性メッキを施すものである。本実施の形態によれば、スルーホールでの伝熱効果により、仮に絶縁基板での伝熱効果が低い場合でも放熱部材による排熱を効果的に行える。また、プリント基板を極めて薄くしていることで多数のスルーホールの形成が容易である。
【００２１】
本発明の第６の実施の形態は、第１から第５の実施の形態における電子部品モジュールにおいて、裏面に、導電性薄膜による配線を形成し、又は電子部品を実装するものである。本実施の形態によれば、プリント基板の裏面を、配線や電子部品の実装に利用することで、プリント基板を小さく構成することができる。
【００２２】
本発明の第７の実施の形態による電子部品モジュールの製造方法は、第１から第６の実施の形態における電子部品モジュールにおいて、絶縁基板の少なくとも表面に導電性薄膜が形成される第１の工程と、プリント基板の裏面に、リフロー半田法によって放熱部材を実装する第２の工程と、放熱部材を実装したプリント基板の表面に、リフロー半田法によって電子部品を実装する第３の工程とを有するものである。本実施の形態によれば、放熱部材を実装した後に電子部品を実装するために、電子部品の実装を確実に行うことができる。
【実施例】
【００２３】
本発明の一実施例による電子部品モジュールを説明する。
図１は本実施例による電子部品モジュールを示す構成図、図２は同電子部品モジュールの製造方法を示す工程図である。
まず、図１を用いて同電子部品モジュールの構成について説明する。
図１（ａ）は同電子部品モジュールの平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図１（ｃ）は同電子部品モジュールの裏面図である。
【００２４】
本実施例による電子部品モジュールは、導電性薄膜材料の間に絶縁基板材料を挟み込み、導電性薄膜材料の不要な部分を除去することで、絶縁基板１１の表面に導電性薄膜１２や導電性薄膜１３のパターンが形成されている。
プリント基板１０は、絶縁基板１１と、パターンが形成された導電性薄膜１２や導電性薄膜１３とによって構成される。
導電性薄膜１２が形成された表面には、電子部品４０を実装し、導電性薄膜１２によって電子部品４０を電気的に接続している。
絶縁基板１１は、ガラス繊維又は紙に、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの樹脂をしみ込ませたものを用いる。なお、絶縁基板１１は、樹脂だけで作成したものであってもよい。導電性薄膜１２は、銅箔等の電気を通す物質である。
プリント基板１０は、プリント基板１０単体では自立性を有さない厚さで形成している。プリント基板１０がそれ自体でたわみを生じるか否かは、プリント基板１０の大きさによるが、本発明における自立性を有さない厚さは、例えば０．１ｍｍから０．８ｍｍの厚さであり、熱伝導性を考慮すると０．１ｍｍから０．３ｍｍ程度であることが好ましい。
【００２５】
絶縁基板１１の裏面には放熱部材２０を実装している。
この放熱部材２０によって、薄いプリント基板１０の剛性を高め、歪を押さえることでプリント基板１０にはたわみを生じない。放熱部材２０は、導電性薄膜１３を介して絶縁基板１１に実装することが好ましい。また、放熱部材２０は、半田付け、ロウ付け、又は高熱伝導性接着剤によってプリント基板１０に熱抵抗なく接着（接続）され、ヒートシンクとして機能する。
放熱部材２０は、複数の筒状空洞を形成している。放熱部材２０は、複数の筒体によって筒状空洞を形成し、これらの複数の筒体の互いの側面を接触させることで構成することができる。もちろんこれらは、金型加工を用いて複数個の筒体を一括形成した放熱部材２０でもよい。
放熱部材２０は、複数の筒状空洞を形成することで、放熱部材２０全体の容量（質量）をブロック体に比べて小さくし、電子部品４０の半田付け時に問題となる、容量の大きな部材による吸熱のために発生する作業不良を改善する。
プリント基板１０には、複数のスルーホール３０が形成され、このスルーホール３０の内周面には導電性メッキを施している。スルーホール３０の内周面には導電性メッキを施すことでサーマルビアを構成することができる。
【００２６】
電子部品４０が例えばサーマルパッド４０ａを有するＬＥＤ素子の場合には、サーマルパッド４０ａを導電性薄膜１２に半田などの熱伝導の優れた方法で接続する。また、電子部品４０は、電極５０によって導電性薄膜１２に接続される。
電子部品４０からの熱は、サーマルパッド４０ａや電極５０から、導電性薄膜１２に伝えられる。導電性薄膜１２に伝わった熱は、導電性薄膜１２から空気中に放出されるとともに絶縁基板１１に伝わる。絶縁基板１１に伝わった熱は、絶縁基板１１から導電性薄膜１３に伝わるとともに、スルーホール３０を介して導電性薄膜１３に伝わる。このとき、絶縁基板１１が十分に薄ければ、絶縁基板１１から導電性薄膜１３に伝わる熱が多く、絶縁基板１１が厚くなれば、スルーホール３０を介して導電性薄膜１３に伝わる熱が多くなる。
伝熱性の点では、絶縁基板１１はガラス繊維に樹脂を含浸させ、さらにアルミナ、チッカアルミなどの熱伝導性の高い材料を混合したものが適している。
【００２７】
また、スルーホール３０に関しても孔の長さが短いものが好ましいことにより、薄いプリント基板１０が有利である。一般的にスルーホール３０は、熱伝導に関してはボトルネックとなり、裏面への熱伝導に関して大きな影響度を有する。これは、導電性薄膜１２からスルーホール３０を経て導電性薄膜１３への伝導経路が２次元から１次元、２次元の熱拡散になることにより容易に推測できる。このボトルネック的な影響度を下げるという意味において、薄いプリント基板が使用できることは大きな意味を持つ。また、別の観点では、このスルーホール３０はプリント基板１０にドリルで穴を開けた後に内周面に銅メッキを施して作成する。このため、孔あけ作業に関しても薄い板圧が作業時間の観点からも有利であり、孔の内周面へのメッキ形成も容易に生成でき、性能面からも好ましい。
スルーホール３０をサーマルビアとした場合の熱伝導は、金属（銅）を媒体とした絶縁体に比べて２桁も高い熱伝導率を有する。そのため、サーマルビアを数多く形成することで、プリント基板１０の裏面への排熱は、サーマルビアからの伝達が主体となり、アルミ基板を凌ぐ放熱となる。
このように、プリント基板１０として、薄手のガラス繊維を用いた基板を使用することは、放熱に有利であるが、基板の剛性を失ってしまうという問題がある。これは、プリント基板１０の反りなどにより、基板上に搭載した電子部品４０の半田付け部位に機械的ストレスが加わり半田付け不良を引き起こすことを意味する。
【００２８】
本発明では、この問題点を解決するために、半田付けし易く、剛性を保つ放熱部材２０を実装するものである。
放熱部材２０は、熱伝導性の良い金属、例えば銅の化合物やアルミ合金、マグネシウム合金、若しくはグラファイトのように高熱伝導性を有する有機物によって作成する。金属には、半田により接続可能な金属が望ましく、アルミ合金など半田による接続が難しい材質に関してはメッキ処理を行なうことでプリント基板１０との熱抵抗を低くする。
放熱部材２０は、銅や、銅合金を用いると、熱伝導率は非常に高いが、銅は比重が８．９６であるため、薄い銅箔でハニカム構造として剛性を確保することが好ましい。
一方、放熱部材２０として、アルミの合金を用いると、比重が２．７２であり、非常に軽量であり、熱伝導率も高いが、錫との塗れ性に難点があるため、半田付けに難点がある。そこで、アルミ合金にメッキ、蒸着によって皮膜を作成し、半田付け性を向上させることが好ましい。また、マグネシウム合金は、アルミより軽量で剛性を確保し易く、軽量で高い剛性を確保できるため、放熱部材２０として適している。
放熱部材２０として、銅板を用いた場合では、若干厚めの金属板に金型を用いて穴を開ける。重量当りの強度を高くするためには、六角形の穴を、強度を保持できる程度の間隔と大きさで開ける。これは、パンチングメタルと呼ばれる丸孔の開いた板において、この丸孔を六角形としたものである。なお、六角形の孔は、３角形でトラス構造になるように作成してもよく、丸孔でもよい。
【００２９】
放熱部材２０として用いる板の外形は、プリント基板１０と同程度の大きさとする。ただし、面積の広いプリント基板１０の場合には、膨張率により熱ストレスの歪が発生し、作成も難しいため、放熱部材２０は、筒状部材をはめ込み連結してもよい。
また、放熱部材２０は、鋳造や絞り加工、穴あきエンボス加工、バーリング加工等を施して作成してもよく、プレス型、穴あけ、押出成型により、部材の容積を減らしつつ表面積を増加させた構造物とする。
プリント基板１０と放熱部材２０とは、高い熱伝導性を保ちながら接続し、プリント基板１０が、曲がりなどの歪を半田部位に生じさせないことが重要である。従って、放熱部材２０は、ハニカム構造体やトラス構造体の様に、肉抜きをした軽量の構造体で構成することが好ましい。
【００３０】
以上のように本実施例によれば、プリント基板１０を、自立性を有さない厚さとすることで、プリント基板１０の熱伝導性を高めることができ、電子部品４０での発熱をプリント基板１０の裏面に伝えやすく、更にこのプリント基板１０の裏面に実装する放熱部材２０で放熱するために電子部品４０での発熱を効率よく放出することができる。例えば、厚さ０．３mmのプリント基板で張れば、１mm厚さのプリント基板に比して３倍（〜２７倍）の低熱抵抗が期待できる。また本実施例によれば、放熱部材２０によってプリント基板１０の剛性を確保してたわみを生じさせないことで、プリント基板１０の歪による半田不良を無くし、電子部品４０の実装を確実に行うことができる。
また、本実施例によれば、放熱部材２０が、複数の筒状空洞を形成することで、複数の筒状空洞によって放熱部材２０の表面積が大きくなり、空気などの雰囲気に効率よく排熱でき、電子部品４０の熱を効率よく排出できる。また本実施例によれば、放熱部材２０の熱容量が減少するために、半田付けに必要な熱量を少なく押さえ、半田付け温度の管理が容易になり、生産性が向上する。また、プリント基板１０の熱容量が抑えられることで、暖め易くさめ易いので電子部品を高温に曝す時間を短くでき、電子部品４０に与える影響を少なくできる。
【００３１】
また本実施例によれば、裏面に導電性薄膜１３が形成され、導電性薄膜１３を介して放熱部材２０を絶縁基板１１に実装することで、放熱部材２０への伝熱効果を高めることができる。
また本実施例によれば、筒体によって筒状空洞を形成し、複数の筒体の互いの側面を接触させることで放熱部材２０を構成することで、放熱部材２０の製作を容易に行え、高い伝熱性能の放熱部材を得ることができる。
また本実施例によれば、プリント基板１０に複数のスルーホール３０を形成し、スルーホール３０内周面に導電性メッキを施すことで、スルーホール３０での伝熱効果により、仮に絶縁基板１１での伝熱効果が低い場合でも放熱部材２０による排熱を効果的に行える。例えば、導電性メッキとして銅を用いると、銅の熱伝導率（３９８ｗ／ｍＫ）が極めて高いことから裏面への伝熱効果が高まる。また、プリント基板１０を極めて薄くしていることで多数のスルーホール３０の形成が容易である。
【００３２】
次に、図２を用いて同電子部品モジュールの製造方法について説明する。
図２（ａ）は、導電性薄膜材料の間に絶縁基板材料を挟み込み、導電性薄膜材料の不要な部分を除去することで、絶縁基板１１の表面に導電性薄膜１２や導電性薄膜１３のパターンが形成されているプリント基板１０を示している。
第１の工程では、絶縁基板１１の少なくとも一方の表面に導電性薄膜１２のパターンが形成されてプリント基板１０が製作される。
そして、図２（ｂ）に示すように、導電性薄膜１２及び導電性薄膜１３が形成された絶縁基板１１に、スルーホール３０を形成する。スルーホール３０の内周面には導電性メッキを施す。
図２（ｃ）は、プリント基板１０の裏面に、リフロー半田法によって放熱部材２０を実装する第２の工程を示している。
図２（ｂ）に示すプリント基板１０の裏面を上面とし、半田ペーストをスクリーン印刷した後に放熱部材２０を搭載し、加熱によって放熱部材２０を実装する。
図２（ｄ）は、放熱部材２０を実装したプリント基板１０の表面に、リフロー半田法によって電子部品４０を実装する第３の工程を示している。
第３の工程で放熱部材２０を実装したプリント基板１０を、再び表面を上面とし、半田ペーストをスクリーン印刷した後に電子部品４０を搭載し、加熱によって電子部品４０を実装する。
【００３３】
本実施例による電子部品モジュールの製造方法によれば、放熱部材２０を実装した後に電子部品４０をプリント基板１０に実装するために、電子部品４０の実装を確実に行うことができる。また、放熱部材２０を半田で取り付けることで、かなり低い熱抵抗（鉛半田で５４ｗ／ｍＫ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕで約６０ｗ／ｍＫ）で接続でき、放熱部材２０に効率よく排熱できる。
【００３４】
次に、図３を用いて他の実施例による電子部品モジュールの構成について説明する。
図３は他の実施例による電子部品モジュールを示す構成図である。なお、上記実施例と同一機能部材には同一符号を付して説明を省略する。
図３では、絶縁基板１１の表面には導電性薄膜１２を介して電子部品４０を実装し、絶縁基板１１の裏面には導電性薄膜１３を介して電子部品４１を実装している。また、電子部品４０と電子部品４１とは、電極５０により電気的に接続されている。このとき、スルーホール３０の一部を半田で埋め込むことで電極５０を構成している。
本実施例に示すように、放熱部材２０を実装する絶縁基板１１の裏面にも電子部品４１を実装することができる。また、放熱部材２０を実装する絶縁基板１１の裏面に、配線領域を設け、又は基板間接続用電線設置領域（コネクタを含む）を形成することもできる。
従来の場合には、モータードライバーの制御部、センサー部はより複雑になり、多層基板で作成し、電力変換部のＦＥＴのみを金属基板などの高放熱基板で作成することがあったが、金属基板では両面実装が難しく、しかもスルーホール３０を利用できないという制限があり、制御基板と、パワー部の基板の接続が容易でなかったが、本実施例ではパワー部を絶縁基板１１の裏面に配置し、信号線の結線領域に大きな空間を形成した放熱部材２０を配置することで、スルーホール３０を用いて安定的な接続が可能となり、信頼性の向上が望める。
【００３５】
本実施例による電子部品モジュールは、ＬＥＤ照明用モジュールに適している。
発光ダイオードを用いた照明では、プリント基板１０の表面に発光ダイオード以外の電子部品を実装すると、電子部品の影が発生するなどの影響があることから、比較的大きな電子部品を、発光ダイオードとともに同一面に実装できない。そのため、従来では、ＬＥＤをアルミ基板に実装した場合には制御基板を別に設けており、その接続もモータードライバーの場合と同様に信頼性の高い方法が取り辛い。
しかし、本実施例によれば、放熱部材２０の空間を用い、またスルーホール３０を用いて接続が可能であるため、プリント基板１０の裏面に電子部品４１を実装できる。
また、ＬＥＤ照明は、天井などの頭上に設置されるため、落下時に発生する事故などを想定すると、できるだけ軽量なＬＥＤ照明用モジュールが求められるが、本実施例による電子部品モジュールは、放熱部材２０によってプリント基板１０の剛性を維持し、軽量であるためにＬＥＤ照明用モジュールに適している。
【００３６】
なお、本実施例では、リフロー半田法によって放熱部材２０を実装する場合を説明したが、接着剤で接着してもよく、接着剤を用いる場合には、プリント基板１０との接触面の導電性薄膜１３は、むき出しでもよい。
以上のように本実施例によれば、プリント基板１０の裏面に、導電性薄膜１３による配線を形成し、又は電子部品４１を実装することで、ＬＥＤ照明用モジュールにも適している。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明による電子部品モジュールは、放熱の問題を抱えるあらゆる電子回路モジュールで使用できる。例えば、モータードライバーに適用する場合、放熱部材により、半導体で発生した熱を速い熱移動速度を用いて拡散するヒートスプレッダの役割を担うことができる。また、電子部品モジュールの軽量化によって、輸送コストの低減につながり、現在、いろいろな分野で要求される省エネ製品に適用することができ、利用価値が高い。
【符号の説明】
【００３８】
１０ プリント基板
１１ 絶縁基板
１２ 導電性薄膜
１３ 導電性薄膜
２０ 放熱部材
３０ スルーホール
４０ 電子部品
４１ 電子部品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の表面に導電性薄膜が形成されてプリント基板を構成し、前記表面に電子部品を実装し、前記導電性薄膜によって前記電子部品を電気的に接続する電子部品モジュールであって、
前記プリント基板を、前記プリント基板単体では自立性を有さない厚さで形成し、
前記絶縁基板の裏面に放熱部材を実装し、
前記放熱部材によって前記プリント基板にたわみを生じさせないことを特徴とする電子部品モジュール。
【請求項２】
前記放熱部材が、複数の筒状空洞を形成することを特徴とする請求項１に記載の電子部品モジュール。
【請求項３】
前記裏面に前記導電性薄膜が形成され、前記導電性薄膜を介して前記放熱部材を前記絶縁基板に実装することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子部品モジュール。
【請求項４】
筒体によって前記筒状空洞を形成し、複数の前記筒体の互いの側面を接触させることで前記放熱部材を構成することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電子部品モジュール。
【請求項５】
前記プリント基板に複数のスルーホールを形成し、前記スルーホール内周面に導電性メッキを施すことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電子部品モジュール。
【請求項６】
前記裏面に、前記導電性薄膜による配線を形成し、又は前記電子部品を実装することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の電子部品モジュール。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の電子部品モジュールの製造方法であって、
前記絶縁基板の少なくとも前記表面に前記導電性薄膜が形成される第１の工程と、
前記プリント基板の前記裏面に、リフロー半田法によって前記放熱部材を実装する第２の工程と、
前記放熱部材を実装した前記プリント基板の前記表面に、リフロー半田法によって前記電子部品を実装する第３の工程と
を有することを特徴とする電子部品モジュールの製造方法。
【請求項１】
絶縁基板の表面に導電性薄膜が形成されてプリント基板を構成し、前記表面に電子部品を実装し、前記導電性薄膜によって前記電子部品を電気的に接続する電子部品モジュールであって、
前記プリント基板を、前記プリント基板単体では自立性を有さない厚さで形成し、
前記絶縁基板の裏面に放熱部材を実装し、
前記放熱部材によって前記プリント基板にたわみを生じさせないことを特徴とする電子部品モジュール。
【請求項２】
前記放熱部材が、複数の筒状空洞を形成することを特徴とする請求項１に記載の電子部品モジュール。
【請求項３】
前記裏面に前記導電性薄膜が形成され、前記導電性薄膜を介して前記放熱部材を前記絶縁基板に実装することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子部品モジュール。
【請求項４】
筒体によって前記筒状空洞を形成し、複数の前記筒体の互いの側面を接触させることで前記放熱部材を構成することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電子部品モジュール。
【請求項５】
前記プリント基板に複数のスルーホールを形成し、前記スルーホール内周面に導電性メッキを施すことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の電子部品モジュール。
【請求項６】
前記裏面に、前記導電性薄膜による配線を形成し、又は前記電子部品を実装することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の電子部品モジュール。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の電子部品モジュールの製造方法であって、
前記絶縁基板の少なくとも前記表面に前記導電性薄膜が形成される第１の工程と、
前記プリント基板の前記裏面に、リフロー半田法によって前記放熱部材を実装する第２の工程と、
前記放熱部材を実装した前記プリント基板の前記表面に、リフロー半田法によって前記電子部品を実装する第３の工程と
を有することを特徴とする電子部品モジュールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２３１０６１（Ｐ２０１２−２３１０６１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９９３５２（Ｐ２０１１−９９３５２）
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（３９７０５８７４７）グローバルマイクロニクス株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２７日（２０１１．４．２７）
【出願人】（３９７０５８７４７）グローバルマイクロニクス株式会社 (9)
【Ｆターム（参考）】
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