JP2011100870A - 回路構成体および電気接続箱 - Google Patents

Abstract

【課題】回路構成体を小型化する。
【解決手段】本発明の回路構成体３０は、コネクタハウジング５１を有し、回路基板４０の実装面４１に実装された基板用コネクタ５０と、電源に直結された電源端子８３を有し、この電源端子８３を通じて各種電装品に電力を供給するパワー通電部（バスバー基板８０等）と、各種電装品に対する通電状態と非通電状態の切替を行う半導体スイッチング素子８２と、半導体スイッチング素子８２の切替の制御を行う制御部（制御基板９０、制御部品９２等）とを備え、パワー通電部および制御部は、コネクタハウジング５１の外面に実装されている構成としたところに特徴を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路構成体および電気接続箱に関する。

従来、共通の電源から各種電装品に電力を分配する機能を有するモジュールとして電気接続箱が用いられており、例えば下記特許文献１に記載の電気接続箱が知られている。この電気接続箱は、回路基板の両側に複数のコネクタが並んで配置された構成とされている。この回路基板は、電源に接続されたパワー通電部、このパワー通電部に実装されたスイッチング素子、このスイッチング素子を制御する制御部などを備えて構成されている。この制御部は、各種電装品に通電可能な所定の電流値を超えた場合に、スイッチング素子に制御信号を送信して電装品への通電を遮断するように制御している。

特開２００３−１６４０３９号公報

ところで、パワー通電部は電源に直結された電源端子を備えており、この電源端子を通じて比較的大きな電流が流れるため、電流が流れるバスバーの断面積をできるだけ大きくし、発熱を抑えるための工夫が施されている。ここで、断面積を稼ぐ方法としては、バスバーの板厚を厚くする方法と、バスバーの回路幅を広くする方法とが考えられる。しかしながら、バスバーの回路幅を広くすると、回路基板の面積が大きくなるため、回路構成体が大型化してしまう。また、上記の電気接続箱では、バスバーの一部を折り曲げることによりコネクタ端子を形成しており、コネクタ端子の板厚を自由に変更することはできないため、バスバーの板厚を厚くする方法は採り得ず、結局のところ回路構成体が大型化してしまう。

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、回路構成体を小型化することを目的とする。

本発明の回路構成体は、コネクタハウジングを有し、回路基板の実装面に実装されたコネクタと、電源に直結された電源端子を有し、この電源端子を通じて各種電装品に電力を供給するパワー通電部と、各種電装品に対する通電状態と非通電状態の切替を行うスイッチング素子と、スイッチング素子の切替の制御を行う制御部とを備え、パワー通電部および制御部は、コネクタハウジングの外面に実装されている構成としたところに特徴を有する。
このような構成によると、パワー通電部および制御部を回路基板に設けなくてよく、回路基板を小さくできるため、回路構成体を小型化できる。

本発明の実施の態様として、以下の構成が好ましい。
コネクタハウジングの外面は、回路基板の実装面とほぼ平行に配置された平行面を含んで構成され、この平行面に、パワー通電部および制御部が実装されている構成としてもよい。
このような構成によると、パワー通電部および制御部を回路基板に投影させた投影面が、コネクタを回路基板に投影させた投影面と重複するため、回路基板の実装面に沿う平面方向において回路構成体をさらに小型化できる。

平行面は、回路基板に近い側の平行面と、回路基板から離れた側の平行面とを含み、この回路基板から離れた側の平行面に、パワー通電部および制御部が実装されている構成としてもよい。
このような構成によると、コネクタを回路基板の実装面に近づけて配置できるため、コネクタと回路基板の実装面とを接続する端子の長さを短くできる。

制御部は、制御基板と、この制御基板の実装面に実装された制御部品とを備えて構成され、制御部品が実装された状態の制御基板をコネクタハウジングの外面に実装する構成としてもよい。
このような構成によると、予め制御基板の実装面に制御部品を実装しておき、実装済の制御基板をコネクタハウジングの外面に実装することができる。

パワー通電部は、電源端子を有するバスバー基板を備えて構成され、スイッチング素子が実装された状態のバスバー基板をコネクタハウジングの外面に実装する構成としてもよい。
このような構成によると、予めバスバー基板の実装面にスイッチング素子を実装しておき、実装済のバスバー基板をコネクタハウジングの外面に実装することができる。

コネクタは、各種電装品に電力を供給するソース端子を有しており、このソース端子とベアチップ状態のスイッチング素子とは第１ワイヤで接続されている構成としてもよい。
このような構成によると、ベアチップ状態のスイッチング素子を用いることにより、回路構成体を小型化できる。

制御部は、接続ランドを有し、この接続ランドとベアチップ状態のスイッチング素子とは第２ワイヤで接続されている構成としてもよい。
このような構成によると、ベアチップ状態のスイッチング素子を用いることにより、回路構成体を小型化できる。

コネクタは、制御部と回路基板とを接続する制御端子を有している構成としてもよい。
このような構成によると、コネクタを回路基板の実装面に実装することによって制御端子を回路基板に接続することができる。

また、本発明は、上記の回路構成体と、この回路構成体を収容するケースとを備え、回路基板は、各種電装品の制御を行うＥＣＵ機能を有する電気接続箱に適用してもよい。
このようにすると、回路構成体にＥＣＵ機能を取り込むことができるため、回路構成体とは別にＥＣＵ基板を設ける必要がなく、電気接続箱を小型化できる。

本発明によれば、回路構成体を小型化できる。

実施形態における電気接続箱を示した断面図 コネクタハウジングを成形する前の状態を示した断面図 コネクタハウジングの上面に制御基板とバスバー基板を実装する前の状態を示した断面図 制御基板とバスバー基板をコネクタハウジングの上面に実装し、ベアチップ状態のスイッチング素子にワイヤボンディングを施した状態を示した断面図 ワイヤボンディングされたスイッチング素子を封止材料で埋設した状態を示した断面図 実施形態における回路構成体を示した断面図 回路構成体の平面図 回路構成体の背面図

＜実施形態＞
本発明の実施形態を図１ないし図５の図面を参照しながら説明する。本実施形態における電気接続箱１０は、図１に示すように、箱形のケース２０、このケース２０の内部に収容された回路構成体３０などを備えて構成されている。ケース２０は、図１の二点鎖線で示すように、回路構成体３０を覆いつつ、相手側コネクタとの嵌合部と対応する位置に開口が設けられた構成である。ケース２０の具体的構成については開示しないものの、例えば上面開口を有するロアケースと、上面開口を閉止するケースカバーとからなるケース２０としてもよい。

回路構成体３０は、回路基板４０の実装面（上面）４１に基板用コネクタ５０が実装された構成とされている。回路基板４０は、ガラスエポキシなどの絶縁材の表面に銅箔を貼り付けた構成とされ、この銅箔をエッチングするなどして回路パターンを形成したものである。回路基板４０には、複数のスルーホール４２が貫通形成されており、これらのスルーホール４２に、後述する第２ソース端子７０Ｂ、スプライス端子７２、信号端子７１、制御端子７３等が接続されている。

基板用コネクタ５０は、合成樹脂製のコネクタハウジング５１を有しており、コネクタハウジング５１の上下両面は、回路基板４０の実装面４１と平行に配置されている。また、コネクタハウジング５１の下面は、回路基板４０の実装面４１と対向する配置（回路基板４０に近い側）とされ、コネクタハウジング５１の上面は、回路基板４０の実装面４１と対面しない配置（回路基板４０から離れた側）とされている。基板用コネクタ５０を回路基板４０に固定する手段としては、例えばコネクタハウジング５１の側面に金属板（図示せず）を装着し、この金属板の下端部を側方に曲げることで形成された下面を回路基板４０の実装面４１に対して半田付けしてもよいし、あるいは、取付ボス６０を介して回路基板４０に対してボルト止めしてもよい。

コネクタハウジング５１には、前方に開口する嵌合凹部５２が設けられており、この嵌合凹部５２の内部に相手側コネクタ（図示せず）が嵌合可能とされている。嵌合凹部５２の奥壁５３には、複数の端子が前方に突出している。複数の端子は、上から順にソース端子７０、スプライス端子７２、信号端子７１を含んで構成されている。また、コネクタハウジング５１には、クランク状をなす制御端子７３が上下方向に貫通して設けられている。これらの端子７０、７１、７２、７３は全て、コネクタハウジング５１と一体に成形されている。

ソース端子７０は、図８に示すように、各種電装品に電力を供給する第１ソース端子７０Ａと、回路基板４０に電力を供給する第２ソース端子７０Ｂとから構成されている。図１に示すように、第１ソース端子７０Ａは略門形をなし、その一端が嵌合凹部５２の内部に配置されているとともに、その他端がコネクタハウジング５１の上面に沿って配置されている。また、第１ソース端子７０Ａの背面側は、コネクタハウジング５１の背面に沿って上下方向に延出されている。このため、ソース端子７０の一端は、その背面側から奥壁５３を貫通して前方に突出している。第２ソース端子７０Ｂは略Ｌ字状をなし、その下端がスルーホール４２に接続されている。

信号端子７１は略Ｌ字状をなし、信号端子７１の一端が嵌合凹部５２の内部に突出して配置されているとともに、信号端子７１の他端が奥壁５３の下方に突出して回路基板４０のスルーホール４２に接続されている。この信号端子７１は、後述する半導体スイッチング素子８２を動作させるための信号端子である。

スプライス端子７２は、信号端子７１と同じ略Ｌ字状をなしており、信号端子７１よりも一回り大きめに形成されている。スプライス端子７２の一端は、嵌合凹部５２の内部に突出して配置されているとともに、スプライス端子７２の他端は、奥壁５３の下方に突出して回路基板４０のスルーホール４２に接続されている。なお、図示はしないものの、隣り合う基板用コネクタ５０のスプライス端子７２同士は、回路基板４０に形成された回路パターンによって接続されている。

制御端子７３は略クランク状をなし、その一端が嵌合凹部５２の上方に突出して後述する制御基板９０に接続されているとともに、その他端が奥壁５３の下方に突出して回路基板４０のスルーホール４２に接続されている。

さて、コネクタハウジング５１の上面には、図７に示すように、パワー通電部としてのバスバー基板８０と、制御部としての制御基板９０とが実装されている。バスバー基板８０および制御基板９０は、いずれもコネクタハウジング５１の上面に設けた複数の係止爪５４によって固定されている。具体的には、バスバー基板８０の長手方向両端にそれぞれ２つの係止爪５４が設定され、バスバー基板８０の長手方向両端にそれぞれ１つの係止爪５４が設定されている。なお、バスバー基板８０の下面とコネクタハウジング５１の上面との間には、放熱シート（図示せず）が介在されており、バスバー基板８０で発生した熱をコネクタハウジング５１に効率良く放熱できるようになっている。

バスバー基板８０は、金属板材からなるバスバーによって構成されている。バスバー基板８０の実装面（上面）８１には、ベアチップ状態の半導体スイッチング素子８２が実装されている。また、バスバー基板８０の長手方向一端には、電源（図示せず）に直結された電源端子８３が一体に形成されている。バスバー基板８０は、電源端子８３の周辺部を除くほぼ全体がコネクタハウジング５１の上面に載置されている。このため、バスバー基板８０を回路基板４０の実装面４１に投影させた投影面の大部分は、コネクタハウジング５１を回路基板４０の実装面４１に投影させた投影面と重複することになる。これにより、回路基板４０の実装面４１に沿う平面方向において回路構成体３０を小型化できる。

一方、制御基板９０の実装面（上面）９１には、ＡＳＩＣなどの制御部品９２が実装されている。また、制御基板９０の実装面９１におけるバスバー基板８０側の端部には、複数の接続ランド９３が並んで形成されている。複数の接続ランド９３は、回路パターンを通じて制御部品９２に接続されている。制御基板９０は、コネクタハウジング５１の上面の範囲内に載置されている。このため、制御基板９０を回路基板４０の実装面４１に投影させた投影面の全ては、コネクタハウジング５１を回路基板４０の実装面４１に投影させた投影面と重複することになる。これにより、回路基板４０の実装面４１に沿う平面方向において回路構成体３０を小型化できる。

半導体スイッチング素子８２の上面には、ソースパッド（図示せず）と、ゲートパッド（図示せず）とが形成されており、半導体スイッチング素子８２の下面には、ドレインパッド（図示せず）が形成されている。半導体スイッチング素子８２は、ドレインパッドがバスバー基板８０の実装面８１に直接接合された状態で実装されている。また、ソースパッドと第２ソース端子７０Ｂは、第１ワイヤＷ１で接続されており、ゲートパッドと接続ランド９３は、第２ワイヤＷ２で接続されている。

第１ワイヤＷ１は通電用のボンディングワイヤであって、アルミニウムなどの金属線で構成されている。一方、第２ワイヤＷ２は信号用のボンディングワイヤであって、アルミニウムなどの金属線で構成されている。第１ワイヤＷ１の線径は、例えば約４００μｍとされており、第２ワイヤＷ２の線径は、例えば約１２５μｍとされている。第２ワイヤＷ２よりも太い第１ワイヤＷ１を使用することで、通電用に対応可能となっている。また、一本の第１ワイヤＷ１で足りない場合には、複数本の第１ワイヤＷ１を接合することで大電流用途に対応可能である。

半導体スイッチング素子８２と第１ワイヤＷ１との接合部、半導体スイッチング素子８２と第２ワイヤＷ２との接合部、および第２ワイヤＷ２と接続ランド９３との接合部は、それぞれ封止材料１００によって埋設されている。本来、封止材料１００は、ベアチップ状態の半導体スイッチング素子８２の表面を保護する保護材料であるものの、本実施形態では各ワイヤＷ１，Ｗ２の接合部を補強するワイヤ保持材として利用している。このように封止材料１００をワイヤ保持材に兼用することにより、封止材料１００の使用量を減らすとともに、封止作業を一度に行うことができる。

次に、回路構成体３０の電気的構成について簡単に説明する。電源端子８３を通じてバスバー基板８０に電力が供給され、半導体スイッチング素子８２のドレインパッドに電気が流れる。このとき、制御部品９２によって各種電装品に通電可能な所定の電流値を超えたと判断されたときには、半導体スイッチング素子８２のゲートパッドに制御部品９２から接続ランド９３、第２ワイヤＷ２を通って送られていた制御信号が遮断され、半導体スイッチング素子８２が各種電装品に対する電力の供給を遮断し、非通電状態となる。一方、通電可能な所定の電流値以下であると判断されたときには、同様に制御部品９２から半導体スイッチング素子８２に制御信号が送られ、この制御信号に基づいて半導体スイッチング素子８２のソースパッドから第１ワイヤＷ１を通ってソース端子７０に対して電力の供給が行われ、通電状態となる。

本実施形態は以上のような構成であって、続いて電気接続箱１０の製造方法の一例を説明する。まず、図２に示すように、ソース端子７０、信号端子７１、スプライス端子７２、および制御端子７３を成形型にセットし、樹脂成形を行うことにより、図３に示す基板用コネクタ５０が得られる。

次に、バスバー基板８０および制御基板９０をコネクタハウジング５１の上面に実装するに先立って、バスバー基板８０の実装面８１に半導体スイッチング素子８２を実装し、制御基板９０の実装面９１に制御部品９２を実装しておく。実装済のバスバー基板８０の下面に放熱シートを貼り付けた状態とし、コネクタハウジング５１の上面に装着すると、複数の係止爪５４によってバスバー基板８０がコネクタハウジング５１の上面に固定される。また、実装済の制御基板９０をコネクタハウジング５１の上面に装着すると、複数の係止爪５４によって制御基板９０がコネクタハウジング５１の上面に固定される。

引き続き、第１ワイヤＷ１および第２ワイヤＷ２を用いてワイヤボンディングを行う。図４に示すように、半導体スイッチング素子８２のソースパッドとソース端子７０とを第１ワイヤＷ１で接続し、半導体スイッチング素子８２のゲートパッドと接続ランド９３とを第２ワイヤＷ２で接続する。そして、図５に示すように、第１ワイヤＷ１、第２ワイヤＷ２、および半導体スイッチング素子８２の全体を封止材料１００で埋設する。

次に、基板用コネクタ５０を回路基板４０の実装面４１に実装する。コネクタハウジング５１の下面を回路基板４０の実装面４１に対向状態で配置し、第２ソース端子７０Ｂ、信号端子７１、およびスプライス端子７２、および制御端子７３を回路基板４０のスルーホール４２に差し込んで、取付ボス６０を介してコネクタハウジング５１を回路基板４０にボルト止めし、半田付けすることにより接続する。こうして、回路構成体３０が完成する。この後、回路構成体３０をケース２０の内部に収容することで、図１に示す電気接続箱１０が完成する。

以上のように本実施形態では、コネクタハウジング５１の上面にバスバー基板８０および制御基板９０を実装したから、回路基板４０にバスバー基板８０と制御基板９０を設ける必要がなく、その分だけ回路基板４０の面積が小さくなり、回路構成体３０を小型化できる。また、回路基板４０がＥＣＵ機能を備える構成としたから、回路基板４０とは別にＥＣＵ基板を設けなくてもよく、電気接続箱１０を小型化できる。

また、バスバー基板８０および制御基板９０をコネクタハウジング５１の上面に実装したことにより、両基板８０，９０を回路基板４０の実装面４１に投影させた投影面の大部分と、コネクタハウジング５１を回路基板４０の実装面４１に投影させた投影面とが重複し、回路基板４０の実装面４１に沿う平面方向において回路構成体３０を小型化できる。また、コネクタハウジング５１を回路基板４０の実装面４１に近づけて配置できるため、第２ソース端子７０Ｂ、信号端子７１、スプライス端子７２、および制御端子７３の上下寸法を短くできる。

また、制御部品９２を制御基板９０の実装面９１に実装した状態とし、この実装済の制御基板９０を複数の係止爪５４によりコネクタハウジング５１の上面に固定できるため、制御基板９０をコネクタハウジング５１の上面に実装しやすい。また、半導体スイッチング素子８２をバスバー基板８０の実装面８１に実装した状態とし、この実装済のバスバー基板８０を複数の係止爪５４によりコネクタハウジング５１の上面に固定できるため、バスバー基板８０をコネクタハウジング５１の上面に実装しやすい。

また、ベアチップ状態の半導体スイッチング素子８２をワイヤボンディングによってソース端子７０と接続ランド９３に接続しているから、ディスクリート型の半導体スイッチング素子を用いるよりも回路構成体３０を小型化できる。

また、信号端子７１、スプライス端子７２、および制御端子７３をコネクタハウジング５１と一体に成形したから、基板用コネクタ５０を回路基板４０の実装面４１に実装する際に、これらの端子７１、７２、７３を回路基板４０に対して一度に実装することができる。また、隣り合う基板用コネクタ５０のスプライス端子７２同士を回路基板４０の回路パターンによって接続したから、別途バスバーなどを用いて接続する必要がなく、回路構成体３０を小型化できる。

＜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る。
（１）上記実施形態ではベアチップ状態の半導体スイッチング素子８２を用いているものの、本発明によると、ディスクリート型の半導体スイッチング素子を用いてもよい。また、スイッチング素子としてリレーを用いてもよい。
（２）上記実施形態ではバスバー基板８０および制御基板９０をコネクタハウジング５１の上面に実装しているものの、本発明によると、バスバー基板８０および制御基板９０をコネクタハウジング５１の下面あるいは側面に実装してもよい。また、バスバー基板８０をコネクタハウジング５１の上面に実装し、制御基板９０をコネクタハウジング５１の側面に実装し、これらの間を第２ワイヤＷ２で接続してもよい。

（３）上記実施形態ではバスバー基板８０および制御基板９０をコネクタハウジング５１の上面に実装しているものの、本発明によると、例えばアディティブ法によりコネクタハウジング５１の上面に回路パターンを直接形成し、コネクタハウジング５１の上面に半導体スイッチング素子８２と制御部品９２を直接実装してもよい。
（４）上記実施形態では信号端子７１やスプライス端子７２をコネクタハウジング５１と一体に成形しているものの、本発明によると、これらの端子７１、７２を圧入によりコネクタハウジング５１の奥壁５３に装着してもよい。

（５）上記実施形態では制御端子７３がコネクタハウジング５１の内部を通って配設されているものの、本発明によると、制御端子７３をコネクタハウジング５１の外面に沿って配設してもよい。
（６）上記実施形態では回路基板４０にＥＣＵ機能を持たせているものの、本発明によると、従来通り回路基板４０とは別にＥＣＵ基板を設けてもよい。

１０…電気接続箱
２０…ケース
３０…回路構成体
４０…回路基板
４１…実装面
５０…基板用コネクタ（コネクタ）
５１…コネクタハウジング
７０…ソース端子
７０Ａ…第１ソース端子
７０Ｂ…第２ソース端子
７１…信号端子
７３…制御端子
８０…バスバー基板（パワー通電部）
８１…実装面
８２…半導体スイッチング素子（スイッチング素子）
８３…電源端子
９０…制御基板（制御部）
９１…実装面
９２…制御部品（制御部）
９３…接続ランド
Ｗ１…第１ワイヤ
Ｗ２…第２ワイヤ

Claims (9)

1. コネクタハウジングを有し、回路基板の実装面に実装されたコネクタと、
   電源に直結された電源端子を有し、この電源端子を通じて各種電装品に電力を供給するパワー通電部と、
   各種電装品に対する通電状態と非通電状態の切替を行うスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子の切替の制御を行う制御部とを備え、
   前記パワー通電部および前記制御部は、前記コネクタハウジングの外面に実装されていることを特徴とする回路構成体。
2. 前記コネクタハウジングの外面は、前記回路基板の実装面とほぼ平行に配置された平行面を含んで構成され、この平行面に、前記パワー通電部および前記制御部が実装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. 前記平行面は、前記回路基板に近い側の平行面と、前記回路基板から離れた側の平行面とを含み、この回路基板から離れた側の平行面に、前記パワー通電部および前記制御部が実装されていることを特徴とする請求項２に記載の回路構成体。
4. 前記制御部は、制御基板と、この制御基板の実装面に実装された制御部品とを備えて構成され、前記制御部品が実装された状態の前記制御基板を前記コネクタハウジングの外面に実装することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の回路構成体。
5. 前記パワー通電部は、前記電源端子を有するバスバー基板を備えて構成され、前記スイッチング素子が実装された状態の前記バスバー基板を前記コネクタハウジングの外面に実装することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の回路構成体。
6. 前記コネクタは、各種電装品に電力を供給するソース端子を有しており、このソース端子とベアチップ状態の前記スイッチング素子とは第１ワイヤで接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の回路構成体。
7. 前記制御部は、接続ランドを有し、この接続ランドとベアチップ状態の前記スイッチング素子とは第２ワイヤで接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の回路構成体。
8. 前記コネクタは、前記制御部と前記回路基板とを接続する制御端子を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の回路構成体。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の回路構成体と、
   この回路構成体を収容するケースとを備え、
   前記回路基板は、各種電装品の制御を行うＥＣＵ機能を有することを特徴とする電気接続箱。

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