JP2006187123A - 回路構成体 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱性の向上が可能な回路構成体を提供する。
【解決手段】 分岐路部１２と電源分配部１３との端縁同士を突き合わせて全体が略Ｌ字状に組合わされてなる回路体１１を、ケーシング１５で包囲してなる電気接続箱１０において、電源分配部１３には、その表面に第２バスバー３５が配索されている。さらに、この第２バスバーには電源分配部１３の表面に対して垂直となる衝立部３５Ｃを備え、この衝立部３５Ｃをスイッチングデバイス３４のドレイン端子側であって本実施形態のスイッチングデバイス３４の最も発熱する大発熱領域に対向するようにして配置されている。これにより、スイッチングデバイス３４で発生した熱を効率よく吸収して、電源分配部１３の放熱性の向上が可能となる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、電力供給を行う回路構成体に関する。

従来の回路構成体として例えば特許文献１に示すものがある。このものは、例えば、自動車に搭載されるものであって、車載バッテリー等の電源と各電子装置との間に介されて各電子装置への電源供給の制御を行なう電力分配器として用いられるものである。

この種の回路構成体は、平面状に配索された複数本のバスバーと、絶縁層を介してこれらバスバーへ積層した制御用回路基板と、この制御用回路基板に実装される半導体スイッチングデバイスとから構成されており、当該半導体スイッチングデバイスを動作させることによって各バスバーに通電させて各電子装置への電力供給の制御を行なうようになっている。
特開２００３−１６４０３９公報

ところで、自動車に要求される快適性・安全性等は高まる一方であり、これらを高水準で満たすために自動車に搭載される電子装置の数は増加する傾向にある。そうすると、制御用回路基板上に実装されるスイッチングデバイスの数が増加し、これに伴ってスイッチングデバイスから発生する熱量も大きくなってしまう。さらに、回路構成体はできるだけ小型化することが望まれるのでスイッチングデバイスの配置密度が相対的に高くなり、回路構成体全体の発熱密度もそれに伴ない大きくなってきてしまうという問題があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、放熱性の向上が可能な回路構成体を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、制御用回路基板と、この制御用回路基板上に実装されるスイッチングデバイスと、絶縁層を介して前記制御用回路基板にそれぞれ積層される複数本の第１バスバーとから構成されており、前記スイッチングデバイスを動作させることにより前記複数本の第１バスバーにそれぞれ通電させるようにした回路構成体であって、前記制御用回路基板上には前記スイッチングデバイスに対向する第２バスバーが配設されているところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記第２バスバーが厚みよりも幅広な表面を有する平板帯状の金属片からなると共にその幅広な表面を前記スイッチングデバイスに対向させるように配設されているところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記第２バスバーが前記制御用回路基板に対して垂直となるように配設されているところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のものにおいて、前記第２バスバーが、黒色又は濃色となるように表面処理がされているところに特徴を有する。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のものにおいて、前記第２バスバーが前記スイッチングデバイスの大発熱領域に対向配置されているところに特徴を有する。
ここで、大発熱領域とはスイッチングデバイスが電流のオン／オフ制御を行う場合に、デバイス中で最も高熱になる箇所をいう。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のものにおいて、前記スイッチングデバイスが半導体スイッチングデバイスであって、電力を供給する電力供給路側に前記第２バスバーを対向配置させているところに特徴を有する。
ここで、半導体スイッチングデバイスの電力供給路側とは、例えば、トランジスタにおけるエミッタとコレクタの各端子側、ＦＥＴにおけるドレインとソースの各端子側をいう。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のものにおいて、前記スイッチングデバイスが機械式スイッチングデバイスであって、電力を供給する電力供給路に接続されて接点の入り切りを行う継電部の配設領域に前記第２バスバーを対向配置させているところに特徴を有する。

請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のものにおいて、前記スイッチングデバイスと第２バスバーとの間に絶縁性を備えた伝熱部材が配設されたところに特徴を有する。

請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のものにおいて、前記伝熱部材がゲル状のポッティング剤であるところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
制御用回路基板上に実装されたスイッチングデバイスに対向する第２バスバーが、スイッチングデバイスで発生する熱を吸収することができるので、放熱性の向上が可能となる。

＜請求項２の発明＞
第２バスバーが平板帯状に形成した幅広な表面をスイッチングデバイスに対向させるので、スイッチングデバイスで発生する熱を吸収し易くなり、より放熱性が向上する。

＜請求項３の発明＞
制御用回路基板にはスイッチングデバイスが配設される関係でその実装面側にはある程度の空間を必要とするが、第２バスバーを制御用回路基板に対して垂直に配設することにより、より多数の第２バスバーを配設することができるので、制御用回路基板の実装面側の空間を有効に利用して、回路構成体の高密度化が可能となる。

＜請求項４の発明＞
表面処理黒色又は濃色となるように表面処理がされているので、輻射熱の吸収性がよくなり、放熱性が一層向上する。

＜請求項５の発明＞
第２バスバーが、スイッチングデバイスの大発熱領域に対向配置されるので、スイッチングデバイスで発生した熱をより効果的に吸収することが可能となる。

＜請求項６の発明＞
第２バスバーが、半導体スイッチングデバイスの発熱量の大きい電力供給路側に対向配置されるので、半導体スイッチングデバイスで発生した熱をより効果的に吸収することが可能となる。

＜請求項７の発明＞
第２バスバーが、機械式スイッチングデバイスの発熱量の大きい継電部側に対向配置されるので、機械式スイッチングデバイスで発生した熱をより効果的に吸収することが可能となる。

＜請求項８の発明＞
伝熱部材を介することで、スイッチングデバイスの発熱を第２バスバーへ伝え易くなり、放熱性が向上する。

＜請求項９の発明＞
ゲル状のポッティング剤が、スイッチングデバイスと第２バスバーとのそれぞれに密着して確実に熱を伝えることができる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１について図１ないし図７を参照して説明する。本実施形態の電気接続箱１０は、例えば、車載バッテリー等の電源と各電子装置等の負荷との間に介されて各電子装置への電源供給の制御を行なう電力分配器として用いられるものである。
電気接続箱１０は、図１に示すように、いずれも略平板状に形成された分岐路部１２と電源分配部１３との端縁同士を突き合わせて全体が略Ｌ字状に組合わされてなる回路体１１を、ケーシング１５で包囲してなるものであり、電気接続箱１０の上面には外装品取付部１４が形成されている。

ケーシング１５は、メインケース１６にサイドケース１７及び上側ケース１８を組付ける構成となっている（図１参照）。
メインケース１６には、図１に示すように、上方に開口する上側収容部１６Ｈと一側方（図１の左奥方）に開口する側方収容部１６Ｖとが形成されている。上側収容部１６Ｈは、分岐路部１２を収容してから上側ケース１８が組み付けられることで、その開口部を塞ぐようになっている。また、上側収容部１６Ｈは（図示はしないが）、その底面外側に外部機器との接続を行うコネクタハウジングが形成されている。
一方、側方収容部１６Ｖは電源分配部１３を組付けたサイドケース１７が組み付けられることでその開口部を塞ぐようになっている。また、側方収容部１６Ｖの開口部と対向する側の壁面には電源分配部１３に形成された制御用コネクタ３７を外部に露出させるための挿通孔１６Ａが穿設されている。
また、上側ケース１８の上面には、外装品挿入孔１８Ａが穿設されており、この外装品挿入孔１８Ａ内には分岐路部１２或いは電源分配部１３から延出された二又端子が挿入されることで外装品取付部１４が構成される。この外装品取付部１４の外装品挿入孔１８Ａに外装品（本実施形態ではヒューズＨ又はヒュージブルリンクＦ）が組み付けられると、外装品の端子が二又端子に挟持されることで導通接続が図られるようになっている。

分岐路部１２は、図３に示すように、金属平板を打ち抜いて所定回路形状に形成された複数本のバスバー２１からなるバスバー回路２２を絶縁板２５を介して上下に積層してなるものである。
バスバー２１の端部は、他の回路や電子部品等に接続する接続部２３が形成されているが、バスバー回路２２の回路構成に応じて垂直に曲げ起こした垂直接続部２３Ｖと水平に延出させた水平接続部２３Ｈとが選択的に形成されている。
絶縁板２５は上下のバスバー回路２２の絶縁を行うと共に、所定箇所に貫通孔２６が形成されており、この貫通孔２６を介して垂直接続部２３Ｖが分岐路部１２の表面或いは裏面に突出するようになっている。尚、図３には、４枚の絶縁板２５が上下に並べて記載されているが、一番上側に記載された絶縁板２５以外は貫通孔２６が省略して記載されている。
また、本実施形態では、分岐路部１２の上面側に突出する垂直接続部２３Ｖの先端は二又状に形成されて、ヒューズＨ又はヒュージブルリンクＦの端子を挟持可能となっている。また分岐路部１２の下面側に突出する垂直接続部２３Ｖの先端部はタブ状になっていて、メインケース１６の上側収容部１６Ｈに形成されたコネクタハウジング（図示なし）内部に延出することでオス端子を構成するようになっている。
水平接続部２３Ｈは分岐路部１２と電源分配部１３との突き合せ部分の一所（図３の左奥方）に並列するように配設されており、この水平接続部２３Ｈが電源分配部１３との接続を行うようになっている。

電源分配部１３は、図４，５に示すように、金属平板を打ち抜いて複数本の第１バスバー３１からなる所定回路形状に形成されたバスバー回路３２と、所定の印刷回路が形成された回路基板３３とを接着したものの回路基板３３上面側に、リレー又は半導体スイッチ等のスイッチングデバイス３４及びこれらの制御用の電子部品等（図示なし）を実装してなるものである。また、電源分配部１３の角部には主に回路基板３３と外部機器との接続を行う制御用コネクタ３７が配設されている（図６参照）。この制御用コネクタ３７は略角筒形状のハウジング内にタブ状のオス端子を配するもので、オス端子は回路基板３３に形成されたスルーホール３３Ｈにはんだ付けされることで回路基板３３との導通接続が行われるものである。
また、電源分配部１３のバスバー回路３２側には金属平板状の放熱板１９が接着剤（例えばエポキシ系接着剤）によって接着されている。この放熱板１９はサイドケース１７の外方（図３の左手前方）の壁面（全面）を構成し、放熱板１９自身が外部に露出する構成となっている。電源分配部１３はこのように構成されることで、電源分配部１３のスイッチングデバイス３４からの発熱をバスバー回路３２を介して放熱板１９に伝熱し、放熱板１９から外部へ放熱するようになっている。

さらに、電源分配部１３には、図５に示すように、その表面に第２バスバー３５が配索されている。
第２バスバー３５は、金属平板からなる厚みよりも幅広な表面を有する帯状の導電路で、電源分配部１３においてスイッチングデバイス３４が実装されている側の面（実装面）に配設されている。第２バスバー３５は、電源分配部１３において各スイッチングデバイス３４等回路基板３３側における所定の接続箇所から、図５の右奥方に向かって適宜周回させて形成されている。また、第２バスバー３５は接着剤（例えばシリコーン系接着剤）又は接着シート（例えば絶縁シートの両面に接着剤を塗布して接着性をもたせたもの）により回路基板３３上に固定されているが、この接着剤又は接着シートが第２バスバー３５と回路基板３３との間の絶縁層となり、回路基板３３との短絡を防止する構成となっている。
第２バスバー３５の回路基板３３側に接続される先端部分は、図４、５に示すように、実装面上を周回する箇所よりも回路基板３３側に向けて段差が生じるように屈曲されて段差接続部３５Ｄが形成されている。この段差接続部３５Ｄは回路基板３３に貫通形成された収容孔３３Ａを介してバスバー回路３２に（はんだ付け等によって）接続可能となっている。

一方、第２バスバーの段差接続部３５Ｄと反対側の（図５の右奥方に配された）端部は電源分配部１３の回路面に対し、垂直上方に曲げ起こされた垂直外部端子３５Ｖが形成されて。そして、この垂直外部端子３５Ｖはサイドケース１７に一体形成されたハウジング３６内に突出して相手側との接続用のオス端子となっている。
ハウジング３６は全体略角筒形状をなすと共に、各垂直外部端子３５Ｖに対応してキャビティ３６Ｃが設けられている。
さらに、このハウジング３６には第１バスバーの端部を電源分配部１３の回路面に対して垂直上方に曲げ起こした接続端子３１Ｖが垂直外部端子３５Ｖと並設されており、同一のハウジング３６内に第１バスバーの接続端子３１Ｖと第２バスバーの垂直外部端子３５Ｖとの双方が設けられている。
また、ハウジング３６は内部に中継端子４０を収容し、電源分配部１３の垂直外部端子３５Ｖ又は接続端子３１Ｖと、分岐路部１２の水平接続部２３Ｈとを導通接続するようになっている。

さて、第２バスバー３５には、回路基板３３上を周回する箇所の一部について、その幅広な表面を電源分配部１３の表面に対して垂直となるように衝立部３５Ｃが形成されている。そして、この衝立部３５Ｃは、スイッチングデバイス３４に対向するように配置されており、これにより、スイッチングデバイス３４で発生する熱を衝立部３５Ｃで吸収するようになっている。特に、本実施形態では、衝立部３５Ｃが、スイッチングデバイス３４のドレイン端子側であって本実施形態のスイッチングデバイス３４の最も発熱する大発熱領域に対向するようにして配置されている。
さらに、本実施形態では、詳細には図示していないが、スイッチングデバイス３４の輻射熱の吸収性が向上するように、衝立部３５Ｃは表面が黒色アルマイト処理が施してある。

尚、本実施形態では、詳細には図示しないが、電源分配部１３において段差接続部３５Ｄをスイッチングデバイス３４の端子に直接接続させる場合には、この段差接続部３５Ｄに対応する個所において、回路基板３３とバスバー回路３２との双方に亘って貫通する収容孔３３Ａを穿設し、この収容孔３３Ａに段差接続部３５Ｄを収容させる。それと共に、段差接続部３５Ｄの上面が、第１バスバーの上面と略同一高さとなるように形成する。これにより、スイッチングデバイス３４の端子のうち、一方を回路基板３３の導電路の接続部分へはんだ付けし、他方を第２バスバー３５の段差接続部３５Ｄへはんだ付けするようにすることができる。ここで、段差接続部３５Ｄに対してはんだ付けするスイッチングデバイス３４の端子の先端部分は、回路基板３３の導電路に対してはんだ付けする先端部分よりも下側(バスバー回路３２側)へ延びており、接続部分に段差が生じていても確実にはんだ付けが可能となっている。
また、本実施形態では回路基板３３側の収容孔３３Ａに隣接してスイッチングデバイス３４の載置孔３３Ｂが形成されている。この載置孔３３Ｂはスイッチングデバイス３４の本体底面部に形成された電極（ゲート電極）を直接バスバー回路３２に接続させるためものであり、回路基板３３においては収容孔３３Ａと連通するように形成されているものもある（図４，５参照）。

このように本実施形態によれば、電源分配部１３上に第２バスバー３５を配索する構成としたので、バスバー回路３２で不足する導電路を補うことができ、電力供給路の設計における自由度が増して高密度化することができる。
これに加えて、本実施形態では回路基板３３上に実装されたスイッチングデバイス３４に対向する第２バスバー３５が、スイッチングデバイス３４で発生する熱を吸収することができるので、放熱性の向上が可能となる。
さらに、第２バスバー３５は、吸収した熱を、第２バスバー３５自身に拡散したり、ハウジング３６を介して外部へ伝えたり、さらには第１バスバーを介して放熱板１９に伝える等して放出することができる。即ち、第２バスバー３５が外部への熱伝導路としての役割を担うことで、放熱性の一層の向上が可能となる。

また、第２バスバー３５が平板帯状に形成した幅広な表面を、スイッチングデバイス３４のうち発熱量の大きいドレイン端子側に対向させるので、スイッチングデバイス３４で発生する熱を効率よく吸収することができるので、より放熱性が向上する。
さらに、衝立部３５Ｃの表面が黒色アルマイト処理がされているので、輻射熱の吸収性がよくなり、放熱性が一層向上する。
また、第２バスバー３５の衝立部３５Ｃは、その表裏面を空気に接触させることが可能となるので、第２バスバー３５そのものに高い放熱性が具備している。

さらに、電源分配部１３上にはスイッチングデバイス３４を配設するためのある程度の高さを有する空間が存在しているが、本実施形態のように衝立部３５Ｃを有する第２バスバー３５を用いることによりその空間を効率よく利用して第２バスバー３５を配策することができ、電源分配部１３及び電気接続箱１０の高密度化が可能となる。

＜実施形態２＞
次に、本発明を具体化した実施形態２を図８及び９を参照して説明する。
本実施形態２は、上記実施形態１と比べて、電源分配部１３にポッティング剤を封入した点が相違する。その他の構成については上記実施形態１と同じであるため、同じ構成については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態の電気接続箱１０は、図８に示すように、電源分配部１３にポッティング剤（シリコンゲル等）Ｐを封入した構成であり、このポッティング剤Ｐを介してスイッチングデバイス３４の発熱を第２バスバー３５に伝熱させるようになっている。
ところで、本実施形態ではスイッチングデバイス３４に第２バスバー３５の衝立部３５Ｃを対向させているが、スイッチングデバイス３４と衝立部３５Ｃとの間の距離は近付ければ近付けるほど伝熱の効率がよくなる一方、近付けすぎると短絡の恐れがある。このため、スイッチングデバイス３４と第２バスバー間の距離はポッティング剤Ｐの絶縁耐圧に応じて設定している。
このように、本実施形態によれば、スイッチングデバイス３４の発熱をポッティング剤Ｐを介して衝立部３５Ｃ（第２バスバー３５）に伝えることができるので、放熱性の一層の向上が可能となる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態において、１つの衝立部３５Ｃを複数のスイッチングデバイス３４に対向させてそれら複数のスイッチングデバイス３４の発熱を吸収するような構成のものでもよい。
（２）上記実施形態では、電源分配部１３の回路面に対して垂直にした衝立部をスイッチングデバイスに対向させて吸熱を行ったが、これに限らず、回路面に対して平行に配置したバスバーでも、回路面に対して斜めに配置したバスバーであってもよい。
（３）上記実施形態では、第２バスバー３５の衝立部３５Ｃが黒色アルマイト処理が施してあったが、接続部分を除く第２バスバー全体に黒色アルマイト処理が施してあるものであっもよい、この場合、衝立部３５に限らず、第２バスバー全体が輻射熱を吸収し易くなるので、電源分配部１３全体の放熱性の向上が可能となる。
（４）また、上記実施形態では第２バスバー３５に黒色アルマイト処理を施したが、これに限らず、輻射熱の吸収性を向上させる処理であればよく、例えば、第２バスバー３５に黒色又は濃色に塗装を行うものであってもよい。
（５）上記実施形態では、スイッチングデバイス３４は半導体スイッチングデバイスであったが、機械式スイッチングデバイスであっても良い。この場合、第２バスバーが、機械式スイッチングデバイスの電力を供給する電力供給路に接続されて接点の入り切りを行う継電部の配設領域に対向させる構成としても良い。この場合第２バスバーが、機械式スイッチングデバイスの発熱量の大きい継電部側に対向配置されるので、機械式スイッチングデバイスで発生した熱をより効果的に吸収することが可能となる。
（６）上記実施形態２では、ポッティング剤Ｐは電源分配部１３全体に封入するものであったが、これに限らず、図１０に示すように、ポッティング剤Ｐがスイッチングデバイス３４と第２バスバー３５間に部分的に配設されるものであってもよい。
（７）また、上記実施形態２において、ポッティング剤にフィラー等を添加することにより、ポッティング剤の熱伝導性を向上させ、放熱性を向上させることが可能となる。

実施形態１に係る電気接続箱の分解斜視図 電気接続箱の斜視図 分岐路部の構成部品を分解した状態の電気接続箱の分解斜視図 電源分配部の分解斜視図 電源分配部の斜視図 電源分配部にサイドカバーを組付けた状態の斜視図 スイッチングデバイスと第２バスバーの衝立部との拡大斜視図 実施形態２に係る電源分配部の斜視図 電源分配部の部分拡大断面図 他の実施形態に係る電源分配部の部分断面図

符号の説明

１３…電源分配部（回路構成体）
３１…第１バスバー
３３…回路基板（制御用回路基板）
３４…スイッチングデバイス
３５…第２バスバー

Claims (9)

1. 制御用回路基板と、この制御用回路基板上に実装されるスイッチングデバイスと、絶縁層を介して前記制御用回路基板にそれぞれ積層される複数本の第１バスバーとから構成されており、前記スイッチングデバイスを動作させることにより前記複数本の第１バスバーにそれぞれ通電させるようにした回路構成体であって、
   前記制御用回路基板上には前記スイッチングデバイスに対向する第２バスバーが配設されていることを特徴とする回路構成体。
2. 前記第２バスバーが厚みよりも幅広な表面を有する平板帯状の金属片からなると共にその幅広な表面を前記スイッチングデバイスに対向させるように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の回路構成体。
3. 前記第２バスバーが前記制御用回路基板に対して垂直となるように配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回路構成体。
4. 前記第２バスバーが、黒色又は濃色となるように表面処理がされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の回路構成体。
5. 前記第２バスバーが前記スイッチングデバイスの大発熱領域に対向配置されている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回路構成体。
6. 前記スイッチングデバイスが半導体スイッチングデバイスであって、電力を供給する電力供給路側に前記第２バスバーを対向配置させてい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回路構成体。
7. 前記スイッチングデバイスが機械式スイッチングデバイスであって、電力を供給する電力供給路に接続されて接点の入り切りを行う継電部の配設領域に前記第２バスバーを対向配置させてい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回路構成体。
8. 前記スイッチングデバイスと前記第２バスバーとの間に絶縁性を備えた伝熱部材が配設されたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の回路構成体。
9. 前記伝熱部材がゲル状のポッティング剤であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の回路構成体。

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