JP2015047031A - 回路構成体 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で放熱性を向上させる。【解決手段】回路構成体１０は、金属製のインレイ部品１６Ａ，１６Ｂと、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂが圧入される圧入孔１４Ａ，１４Ｂを有し、板状の金属からなるバスバー１３Ａ〜１３Ｃと、絶縁板に導電路が形成され、導電路がインレイ部品１６Ａ，１６Ｂに接続される回路基板１１と、を備えており、回路基板１１とは別に設けられたバスバー１３Ａ〜１３Ｃの圧入孔１４Ａ，１４Ｂにインレイ部品１６Ａ，１６Ｂが圧入される。【選択図】図１

Description

本発明は、回路構成体に関する。

従来、プリント基板の貫通孔にインレイを圧入した技術が知られている。下記特許文献１には、三層の樹脂層と、二層の厚銅が交互に積層されて貫通孔を有する基板と、この基板の貫通孔に圧入された伝熱部材としての銅インレイとを備えたプリント基板が記載されている。

特開２０１１−１５９７２７号公報

ところで、特許文献１では、厚銅を基板の内部に積層することで導電路を形成しているため基板の内部に熱が籠りやすく、放熱性が悪いという問題がある。また、厚銅を基板の外面のパターンに接続しようとする場合、多数のスルーホールを設ける必要があると考えられ、構成が複雑になりやすい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、簡素な構成で放熱性を向上させることが可能な回路構成体を提供することを目的とするものである。

本発明の回路構成体は、金属製のインレイ部品と、前記インレイ部品が圧入される圧入孔を有し、板状の金属からなるバスバーと、絶縁板に導電路が形成され、前記導電路が前記インレイ部品に接続される回路基板と、を備える。

本構成によれば、回路基板とは別に設けられたバスバーの圧入孔にインレイ部品が圧入されるため、インレイ部品及びバスバーを介して回路構成体の熱を放熱させることができる。また、インレイ部品を用いて回路基板の導電路とバスバーとの間の接続を行うことができるため、別にスルーホールを設けて導電路のパターン間を接続する場合と比較して回路構成体の構成を簡素化することができる。よって、簡素な構成で放熱性を向上させることが可能となる。

上記構成に加えて以下の構成を有すれば好ましい。
・前記回路基板は、前記インレイ部品のうち前記圧入孔内に圧入されない部分が挿通される挿通孔を有し、前記挿通孔に挿通された前記インレイ部品が前記導電路と接続される。
このようにすれば、回路基板の導電路とバスバーとの接続構造を簡素化することができる。

・前記バスバーには、前記圧入孔の孔径を部分的に拡径することで前記インレイ部品の圧入による応力を緩和する応力緩和部が設けられている。
このようにすれば、インレイ部品の圧入によりバスバーに生じる応力を緩和することができる。

・前記バスバーには、前記インレイ部品の前記圧入の際における当該バスバーの弾性変形を許容するスリットが前記圧入孔の周りに形成されている。
このようにすれば、バスバーに生じる弾性反発力によりインレイ部品とバスバーとの間の電気的接続を良好に行うことができる。

・前記インレイ部品に電子部品が接続されている。
このようにすれば、電子部品の熱をインレイ部品を用いて放熱させることができる。

・前記回路基板は両面に導電路を有し、前記回路基板と前記バスバーとが間隔を空けて対向配置されており、前記回路基板の両面に電子部品が実装されている。

本発明によれば、簡素な構成で放熱性を向上させることが可能となる。

実施形態１の回路構成体を示す断面図 回路基板を示す平面図 バスバーを示す平面図 インレイ部品をバスバーの圧入孔へ圧入する工程を説明する図 インレイ部品とバスバーとの半田付けを説明する図 回路基板をインレイ部品が圧入されたバスバーに重ねる工程を説明する図 回路基板とバスバーが重ねられた状態を示す断面図 実施形態２の回路構成体を示す断面図 インレイ部品を示す底面図 インレイ部品をバスバーの圧入孔へ圧入する工程を説明する図 回路基板をインレイ部品が圧入されたバスバーに重ねる工程を説明する図 回路基板とバスバーがインレイ部品を介して対向配置された状態を示す断面図 実施形態３のバスバーの一部を拡大して圧入孔を示す図 実施形態４のバスバーの一部を拡大して圧入孔及びスリットを示す図 他の実施形態の回路基板とバスバーが重ねられた状態を示す断面図

＜実施形態１＞
実施形態１の回路構成体１０を、図１ないし図７を参照しつつ説明する。以下では、上下方向については、図１の方向を基準として説明する。

（回路構成体１０）
回路構成体１０は、図１に示すように、回路基板１１と、回路基板１１に重ねられた複数（本実施形態では３枚）のバスバー１３Ａ〜１３Ｃと、複数（本実施形態では４個）のインレイ部品１６Ａ，１６Ｂと、回路基板１１の上面１１Ａに実装される複数の電子部品１７Ａ，１７Ｂとを備えている。

（回路基板１１）
回路基板１１は、図２に示すように、左右方向に長い略長方形状をなすプリント回路基板であって、絶縁性材料からなる絶縁板の上面１１Ａに銅箔等の導電性材料からなる導電路（図示しない）がプリント配線されている。回路基板１１には、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂが挿通される円形状の複数（本実施形態では４個）の挿通孔１２Ａ，１２Ｂが左右に並んで配されている。挿通孔１２Ａと挿通孔１２Ｂの径は、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂの大きさに応じて異なる径となっている。

（バスバー１３Ａ〜１３Ｃ）
複数のバスバー１３Ａ〜１３Ｃは、図３に示すように、共に銅又は銅合金等の金属板材をプレス機により所定の形状に打ち抜いて形成されており、それぞれ異なる領域に互いに隙間を空けて回路基板１１に重ねられる。隣り合うバスバー１３Ａ〜１３Ｃ間には隙間が形成されている。バスバー１３Ａ〜１３Ｃには、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂが圧入される複数（本実施形態では４個）の円形状の圧入孔１４Ａ，１４Ｂが貫通形成されている。圧入孔１４Ａと圧入孔１４Ｂの径は、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂの大きさに応じて異なる径となっている。

各圧入孔１４Ａ，１４Ｂの位置は、回路基板１１の対応する挿通孔１２Ａ，１２Ｂに連なる位置に形成されている。なお、圧入孔１４Ａ，１４Ｂは、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂが圧入されるため、対応する挿通孔１２Ａ，１２Ｂの径よりもやや小さくなっている。バスバー１３Ａ〜１３Ｃの上面は、図示しない接着剤で回路基板１１に接着される。
なお、バスバー１３Ａ〜１３Ｃには、例えば、外部の車載電装品や車両のモータ等の負荷を駆動させるための比較的大きな電流が通電し、回路基板１１には制御回路を動かすための比較的小さな制御電流が通電する。

（インレイ部品１６Ａ，１６Ｂ）
図１に示すように、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂは、全体が銅等の金属からなり、上下方向（軸方向）の厚みが薄い円柱状（コイン状）をなしている。インレイ部品１６Ａ，１６Ｂの径は、圧入孔１４Ａ，１４Ｂに圧入可能な径であり、圧入孔１４Ａ，１４Ｂの径とほぼ同じか、わずかに大きい径とされている。

インレイ部品１６Ａ，１６Ｂは、バスバー１３Ａ〜１３Ｃの圧入孔１４Ａ，１４Ｂに圧入することで、バスバー１３Ａ〜１３Ｃに固定されるものである。本実施形態では、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂの圧入後に圧入孔１４Ａ，１４Ｂの周縁に半田Ｓを付着してハンダ付けしているが、半田付けせずに、圧入のみでインレイ部品１６Ａ，１６Ｂをバスバー１３Ａ〜１３Ｃに固定するようにしてもよい。

インレイ部品１６Ａ，１６Ｂは、回路基板１１の導電路と接続されている。この接続は、例えば、挿通孔１２Ａ，１２Ｂに挿通したインレイ部品１６Ａ，１６Ｂを回路基板１１の導電路に半田付けしたり、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂの端面と回路基板１１の表面の導電路とをリード線で接続することができる。また、例えば、挿通孔１２Ａ，１２Ｂを圧入孔１４Ａ，１４Ｂと同じ大きさとするとともに、導電路を挿通孔１２Ａ，１２Ｂ内に導出（露出）させ、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂを挿通孔１２Ａ，１２Ｂに圧入することでインレイ部品１６Ａ，１６Ｂと回路基板１１の導電路とを接続するようにしてもよい。

インレイ部品１６Ａ，１６Ｂの上面１５Ａは、回路基板１１の上面１１Ａとほぼ面一となり、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂの下面１５Ｂは、バスバー１３Ａ〜１３Ｃの下面１３Ｄと面一になる。

（電子部品１７Ａ，１７Ｂ）
電子部品１７Ａ，１７Ｂは、例えばＦＥＴ等の半導体スイッチング素子からなり、通電電流に応じて発熱する発熱部品である。電子部品１７Ａ，１７Ｂは、箱型のパッケージを有する本体１８と複数の端子１９とを備えている。

電子部品１７Ｂについては、本体１８の底面にインレイ部品１６Ａと接続される台座状の端子１９Ａとバスバー１３Ｃに圧入されたインレイ部品１６Ｂに接続される端子１９とを備える。
各端子１９は、半田付け等の公知の手法により、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂの上面１５Ａや、図示はしないが回路基板１１のプリント配線された導電路に接続される。

（製造工程）
回路構成体１０の製造工程の一例について説明する。
金属板材をプレス加工等して所定形状の複数のバスバー１３Ａ〜１３Ｃを形成する（図３）。

次に、バスバー１３Ａ〜１３Ｃの各圧入孔１４Ａ，１４Ｂ内にインレイ部品１６Ａ，１６Ｂの下端部を圧入する（図４）。また、例えば、予めバスバー１３Ａ〜１３Ｃを切り欠いて圧入孔１４Ａ，１４Ｂに連なる切欠部２１を形成するとともに、例えばバスバー１３Ａ〜１３Ｃの露出面にマスクＭを形成してフロー半田付けすることで、切欠部２１に半田Ｓが入り込み、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂとバスバー１３Ａ〜１３Ｃとが固着する。

このとき、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂの下面１５Ｂとバスバー１３Ａ〜１３Ｃの下面１３Ｄとは面一とされ、バスバー１３Ａ〜１３Ｃの上面側においては、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂの突出部がバスバー１３Ａ〜１３Ｃの上面から所定寸法だけ突出した形態とされている（図６）。

そして、回路基板１１又はバスバー１３Ａ〜１３Ｃに接着剤を塗布し、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂの突出部を挿通孔１２Ａ，１２Ｂに挿通して回路基板１１とバスバー１３Ａ〜１３Ｃを重ね合わせて接着する（図７）。このとき、図示しないが複数のバスバー１３Ａ〜１３Ｃを一体化している連結枠を切断する。
次に、回路基板１１の上面１１Ａに電子部品１７Ａ，１７Ｂ等を搭載して例えばリフロー半田付けによって電子部品１７Ａ，１７Ｂを導電路上に実装することで、回路構成体１０が形成される（図１）。

上記実施形態によれば以下の作用、効果を奏する。
本実施形態によれば、回路基板１１とは別に設けられたバスバー１３Ａ〜１３Ｃの圧入孔１４Ａ，１４Ｂにインレイ部品１６Ａ，１６Ｂが圧入されるため、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂ及びバスバー１３Ａ〜１３Ｃを介して回路構成体１０の熱を放熱させることができる。また、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂを用いて回路基板１１の導電路とバスバー１３Ａ〜１３Ｃとの間の接続を行うことができるため、別にスルーホールを設けて導電路のパターン間を接続する場合と比較して回路構成体１０の構成を簡素化することができる。よって、簡素な構成で放熱性を向上させることが可能となる。

また、回路基板１１は、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂのうち圧入孔１４Ａ，１４Ｂ内に圧入されない部分が挿通される挿通孔１２Ａ，１２Ｂを有し、挿通孔１２Ａ，１２Ｂに挿通されたインレイ部品１６Ａ，１６Ｂが導電路と接続される。
このようにすれば、回路基板１１の導電路とバスバー１３Ａ〜１３Ｃとの接続構造をインレイ部品１６Ａ，１６Ｂを用いて簡素化することができる。

さらに、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂに電子部品１７Ａ，１７Ｂが接続されている。
このようにすれば、電子部品１７Ａ，１７Ｂの熱をインレイ部品１６Ａ，１６Ｂを用いて放熱させることができる。

＜実施形態２＞
実施形態２を、図８ないし図１２を参照して説明する。実施形態２は、図８に示すように、回路構成体２０は、回路基板２２とバスバー１３Ａ〜１３Ｃとが間隔を空けて対向配置されており、回路基板２２の両面に電子部品１７Ａ，１７Ｂ，２５が実装されているものである。以下では、上下方向については、図８の方向を基準とし、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

回路基板２２は、その上下の両面２２Ａ，２２Ｂに導電路がプリント配線されている。挿通孔１２Ａ，１２Ｂは、実施形態１と同一であり、バスバー１３Ａ〜１３Ｃ及び電子部品１７Ａ，１７Ｂは、実施形態１と同一である。

インレイ部品２３Ａ，２３Ｂは、略円柱状であって、図８，図９に示すように、その軸方向における上端部側及び下端部側の径が段差状に縮径された縮径部２４Ａと回路基板２２とバスバー１３Ａ〜１３Ｃの間に配され、段差状に拡径された拡径部２４Ｂとを有する。

回路構成体１０の製造工程の一例について説明する。
金属板材をプレス加工等して所定形状の複数のバスバー１３Ａ〜１３Ｃを形成し、各圧入孔１４Ａ，１４Ｂ内にインレイ部品２３Ａ，２３Ｂの下端部の縮径部２４Ａを圧入する（図１０）。
回路基板２２の下面２２Ｂに電子部品２５を実装する。回路基板２２とバスバー１３Ａ〜１３Ｃを対向させ、インレイ部品２３Ａ，２３Ｂの上端部の縮径部２４Ａを挿通孔１２Ａ，１２Ｂに挿通し、インレイ部品２３Ａ，２３Ｂを回路基板２２の導電路に電気的に接続する（図１１，図１２）。なお、縮径部２４Ａを挿通孔１２Ａ，１２Ｂに圧入してもよく、この場合、縮径部２４Ａを挿通孔１２Ａ，１２Ｂに圧入できるように、縮径部２４Ａ及び挿通孔１２Ａ，１２Ｂの寸法を設定すればよい。

そして、回路基板２２の上面２２Ａに所要の電子部品１７Ａ，１７Ｂを搭載して例えばリフロー半田付けによって各電子部品１７Ａ，１７Ｂを実装すると、回路構成体２０が完成する（図８）。

＜実施形態３＞
実施形態３を、図１３を参照して説明する。実施形態３は、上記実施形態のバスバー１３Ａ〜１３Ｃの圧入孔１４Ａ，１４Ｂの形状を変えてインレイ部品１６Ａ，１６Ｂの圧入時に生じる応力を緩和するようにしたものである。他の構成は上記実施形態と同一であるため説明は省略する。

図１３に示すように、圧入孔２７は、インレイ部品１６Ａ（１６Ｂ）が圧入される円形状の圧入部２８と、周方向における所定長さ（所定角度）ごとに、圧入孔２７の径を大きくした応力緩和部２９とを有する。圧入部２８の径は、実施形態１の圧入孔１４Ａ（１４Ｂ）の径と同じである。

実施形態３によれば、バスバー１３Ａ〜１３Ｃには、圧入孔２７の孔径を部分的に拡径することでインレイ部品１６Ａ，１６Ｂの圧入による応力を緩和する応力緩和部２９が設けられているため、インレイ部品１６Ａ，１６Ｂの圧入によりバスバー１３Ａ〜１３Ｃに生じる応力を応力緩和部２９の部分で緩和することができる。よって、応力によりバスバー１３Ａ〜１３Ｃに塑性変形等の不具合が生じることを防止することが可能になる。

＜実施形態４＞
実施形態４を、図１４を参照して説明する。実施形態４は、圧入孔１４Ａの周りにスリット３０を形成したものである。
圧入孔１４Ａの外側には、バスバー１３Ｂを貫通する複数のスリット３０が形成されている。複数のスリット３０は、圧入孔１４Ａの周方向における所定間隔（所定角度）ごとに設けられている。

スリット３０は、圧入孔１４Ａの端縁から所定距離離れた位置に形成されており、直線状に延びているために、両端側が圧入孔１４Ａから徐々に離間している。

スリット３０と圧入孔１４Ａとの距離は、インレイ部品１６Ａを圧入孔１４Ａに圧入したときに、圧入孔１４Ａとスリット３０との間がスリット３０が潰れる方向に撓んでバスバー１３Ｂからインレイ部品１６Ａ側に弾性反発力を与えることができる距離とされている。

上記したように、実施形態４では、バスバー１３Ｂには、インレイ部品１６Ａの圧入の際におけるバスバー１３Ｂの弾性変形を許容するスリット３０が圧入孔１４Ａの周りに形成されている。
このようにすれば、インレイ部品１６Ａとバスバー１３Ｂとの間に弾性力を生じさせることができるため、バスバー１３Ｂに生じる弾性反発力によりインレイ部品１６Ａとバスバー１３Ｂとの間の電気的接続を良好に行うことができる。

＜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）インレイ部品の形状や数は、上記実施形態の形状や数に限られない。また、圧入孔や挿通孔の形状や数もインレイ部品の形状に応じて適宜変更することができる。例えば、図１５に示すように、挿通孔３２Ａ，３２Ｂの径を圧入孔１４Ａ，１４Ｂよりも大きく形成し、インレイ部品３１Ａ，３１Ｂのうち、回路基板３３の挿通孔３２Ａ，３２Ｂに挿通される部分の径を圧入孔１４Ａ，１４Ｂに圧入される部分の径よりも大きくしてもよい。

（２）回路基板１１とバスバー１３Ａ〜１３Ｃは接着剤で接続されていたが、インレイ部品の固着力で回路基板１１とバスバー１３Ａ〜１３Ｃとを接続できるのであれば、回路基板１１とバスバー１３Ａ〜１３Ｃとを接着剤で接続しないようにしてもよい。

（３）応力緩和部２９やスリット３０は、全ての圧入孔に設けても、１又は複数の任意の圧入孔に設けてもよい。

（４）回路基板には、内部に１又は複数の導電路が積層された多層基板を用いてもよい。
（５）バスバーの形状や枚数は、上記実施形態の構成に限られず、導電路の形状に応じて種々の形状や枚数とすることができる。

１０，２６： 回路構成体
１１，２２，３３： 回路基板
１２Ａ，１２Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ： 挿通孔
１３Ａ〜１３Ｃ： バスバー
１４Ａ，１４Ｂ，２７： 圧入孔
１６Ａ，１６Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ： インレイ部品
１７Ａ，１７Ｂ，２５： 電子部品
２９： 応力緩和部
３０： スリット

Claims (6)

1. 金属製のインレイ部品と、
   前記インレイ部品が圧入される圧入孔を有し、板状の金属からなるバスバーと、
   絶縁板に導電路が形成され、前記導電路が前記インレイ部品に接続される回路基板と、を備える回路構成体。
2. 前記回路基板は、前記インレイ部品のうち前記圧入孔内に圧入されない部分が挿通される挿通孔を有し、前記挿通孔に挿通された前記インレイ部品が前記導電路と接続される請求項１に記載の回路構成体。
3. 前記バスバーには、前記圧入孔の孔径を部分的に拡径することで前記インレイ部品の圧入による応力を緩和する応力緩和部が設けられている請求項１又は請求項２に記載の回路構成体。
4. 前記バスバーには、前記インレイ部品の前記圧入の際における当該バスバーの弾性変形を許容するスリットが前記圧入孔の周りに形成されている請求項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. 前記インレイ部品に電子部品が接続されている請求項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. 前記回路基板は両面に導電路を有し、
   前記回路基板と前記バスバーとが間隔を空けて対向配置されており、
   前記回路基板の両面に電子部品が実装されている請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の回路構成体。

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