JP2015223035A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁基板が反りにくい電源装置を提供する。【解決手段】絶縁樹脂からなる絶縁基板２と、導体パターン部３と、複数の電子部品４とを備える。導体パターン部３は、絶縁基板２の主面２１に形成されている。導体パターン部３の一部は配線３０をなしている。個々の上記電子部品４は、配線３０にはんだ付けされている。複数の電子部品４と配線３０とにより、電力変換を行う主回路１０を構成してある。導体パターン部３の一部によって、絶縁基板２の反りを防止する反り防止リブ３１が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁基板と、該絶縁基板に実装された複数の電子部品とを備える電源装置に関する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電源装置として、いわゆる厚銅基板を用いて形成したものが知られている（下記特許文献１参照）。厚銅基板は、樹脂製の絶縁基板に厚い金属板を貼り合わせ、この金属板にフォトリソ工程やエッチング工程等を行うことにより、所定のパターンを有する配線を形成したものである。上記電源装置では、この配線に、ＭＯＳモジュールやトランス等の電子部品をはんだ付けしてある。これにより、ＤＣ−ＤＣ変換回路等の回路を構成してある。

このように、上記電源装置では、厚い金属板を用いて上記配線を形成しているため、この配線に大きな電流を流すことができる。そのため、大電流が流れる、ＤＣ−ＤＣ変換回路等の回路を、上記配線によって形成することができる。

上記厚銅基板に用いられる絶縁基板は、射出成型によって製造されることが多い。そのため、絶縁基板には、射出成型に適した樹脂である、ＰＰＳ（ポリフェニンスルフィド）等が用いられる。

特開２０１１−１５１３６８号公報

しかしながら、厚銅基板に用いられる、上記ＰＰＳ等の樹脂は、比較的熱膨張率が高いという問題がある。そのため、上記絶縁基板の温度が高くなったときに、該絶縁基板が膨張し、反ってしまうことがある。例えば、電源装置の周囲に配された電気部品から熱が発生し、この熱によって絶縁基板の温度が高くなり、膨張して反ることがある。また、絶縁基板に実装された電子部品から発生した熱によって、絶縁基板が膨張し、反ることもある。絶縁基板が反ると、電子部品と配線とを接続する上記はんだに、応力が加わるおそれが考えられる。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、絶縁基板が反りにくい電源装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、絶縁樹脂からなる絶縁基板と、
該絶縁基板の主面に形成された導体パターン部と、
上記絶縁基板に実装された複数の電子部品とを備え、
上記導体パターン部の少なくとも一部は配線をなしており、個々の上記電子部品は上記配線にはんだ付けされ、上記複数の電子部品と上記配線とにより、電力変換を行う主回路が構成され、
上記導体パターン部の一部によって、上記絶縁基板の反りを防止する反り防止リブが形成されていることを特徴とする電源装置にある。

上記電源装置においては、上記導体パターン部の一部によって、上記反り防止リブを形成してある。そのため、絶縁基板の反りを抑制できる。したがって、電子部品と導体パターン部とを接続する上記はんだに、応力がより加わりにくくなる。

また、上記電源装置では、上記導体パターン部によって、上記主回路の配線を構成している。主回路には大きな電流が流れるため、導体パターン部は、大電流を流せるように、厚い金属板によって形成する必要がある。したがって、この導体パターン部の一部である反り防止リブも、厚い金属板によって形成される。このように、上記反り防止リブは、厚く、剛性が高い金属板からなるため、この反り防止リブによって、絶縁基板の反りを効果的に防止することができる。

以上のごとく、本発明によれば、絶縁基板が反りにくい電源装置を提供することができる。

実施例１における、電源装置の平面図であって、図２のI矢視図。 図１のII-II断面図。 図１の要部拡大図。 図３のIV-IV断面図。 図３のV-V断面図。 実施例１における、電源装置の回路図。 実施例２における、電源装置の平面図。 実施例３における、電源装置の要部拡大平面図。 実施例４における、電源装置の要部拡大平面図。 実施例５における、電源装置の要部拡大平面図。 実施例６における、電源装置の要部拡大平面図。 実施例７における、電源装置の要部拡大断面図。 実施例８における、電源装置の要部拡大断面図。 図１３のXIV矢視図。 実施例９における、電源装置の要部拡大平面図。 実施例１０における、電源装置の要部拡大平面図。 図１６のXVII-XVII断面図。 比較例１における、電源装置の要部拡大断面図。 比較例２における、電源装置の要部拡大断面図。

上記電源装置は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための車載用電源装置とすることができる。

（実施例１）
上記電源装置に係る実施例について、図１〜図６を用いて説明する。図１に示すごとく、本例の電源装置１は、絶縁樹脂からなる絶縁基板２と、導体パターン部３と、複数の電子部品４とを備える。導体パターン部３は、絶縁基板２の主面２１に形成されている。導体パターン部３は、例えば、金属板をエッチングすることにより形成される。

導体パターン部３の一部は配線３０をなしている。個々の上記電子部品４は、配線３０にはんだ付けされている（図５参照）。複数の電子部品４と配線３０とにより、電力変換を行う主回路１０を構成してある。
また、導体パターン部３の一部によって、絶縁基板２の反りを防止する反り防止リブ３１が形成されている。

本例の電源装置１は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車載用電源装置である。本例の電源装置１は、高圧直流電源８０（図６参照）の電圧を降圧して、低圧直流電源８１を充電するために用いられる。

図６に示すごとく、本例の電源装置１は、電子部品４として、ＭＯＳモジュール４ａと、トランス４ｂと、ダイオードモジュール４ｃと、チョークコイル４ｄと、平滑コンデンサ４ｅとを備える。ＭＯＳモジュール４ａには、複数のＭＯＳＦＥＴ４４が内蔵されている。この複数のＭＯＳＦＥＴ４４によってＨブリッジ回路を構成してある。そして、個々のＭＯＳＦＥＴ４４をスイッチング動作させることにより、高圧直流電源８０の直流電圧を交流電圧に変換し、この交流電圧をトランス４ｂの一次コイル４５に加えている。

また、本例では、トランス４ｂの二次コイル４６から出力される二次電流を、ダイオードモジュール４ｃによって整流している。そして、整流後の二次電流を、チョークコイル４ｄを用いて平滑化している。また、整流後の二次電圧を、平滑コンデンサ４ｅを用いて平滑化している。

一方、図１に示すごとく、本例の電源装置１には、全体反り防止リブ３１ａと、局所反り防止リブ３１ｂとの、２種類の反り防止リブ３１が形成されている。全体反り防止リブ３１ａは、絶縁基板２全体の反りを防止している。局所反り防止リブ３１ｂは、絶縁基板２の局所的な反りを防止している。本例の反り防止リブ３１ａ，３１ｂには、主回路１０の電流は流れない。すなわち、本例の反り防止リブ３１ａ，３１ｂは、配線３０とは別に形成されている。

図１、図２に示すごとく、絶縁基板２は、長方形板状を呈する。全体反り防止リブ３１ａは、この絶縁基板２の２つの長辺２１１，２１２にそれぞれ隣り合う位置に、絶縁基板２の長手方向に延びるように形成されている。

また、局所反り防止リブ３１ｂは、個々の電子部品４に隣り合う位置に形成されている。本例では、１個の電子部品４に対して２本の局所反り防止リブ３１ｂを形成してある。２本の局所反り防止リブ３１ｂは互いに平行に形成されており、この２本の局所反り防止リブ３１ｂの間に、個々の電子部品４が介在している。
なお、上記「平行」は、完全に平行な場合だけでなく、僅かに傾斜している場合も含まれる。

図３〜図５に示すごとく、電子部品４は、部品本体部４２と、該部品本体部４２の部品長手方向（ｘ方向）における両端にそれぞれ形成された電極４３とを備える。この電極４３が、配線３０にはんだ付けされている。そして、絶縁基板２の厚さ方向（ｚ方向）とｘ方向との双方に直交する部品短手方向（ｙ方向）において、部品本体部４２に隣り合う位置に、局所反り防止リブ３１ｂが、ｘ方向に延びるように形成されている。

また、図１、図３に示すごとく、２本の局所反り防止リブ３１ｂの間に、電子部品４の全ての部位が介在している。すなわち、２本の局所反り防止リブ３１ｂの間に、電子部品４の本体部３２と、複数の電極４３とが介在している。

また、図２に示すごとく、本例の電源装置１は、絶縁基板２を支持する基板支持部材５を備える。基板支持部材５は、底壁５０と、該底壁５０から立設する側壁５１とを有する。この側壁５１に絶縁基板２を載置し、ボルト１２を用いて固定してある。本例の基板支持部材５は金属製である。基板支持部材５は、グランドに電気接続されている。

図１に示すごとく、基板支持部材５は、４個のボルト１２によって、基板支持部材５に固定されている。この４個のボルト１２のうち１個のボルト１２（１２ａ）は、配線３０に接続している。このボルト１２ａと配線３０とによって、平滑コンデンサ４ｅを基板支持部材５、すなわちグランドに電気接続してある。

次に、本例の作用効果について説明する。図１、図２に示すごとく、本例においては、導体パターン部３の一部によって、反り防止リブ３１を形成してある。そのため、絶縁基板２の反りを抑制できる。したがって、電子部品４と導体パターン部３とを接続するはんだ１９（図５参照）に、応力が加わりにくくなる。

また、本例では、導体パターン部３によって、上記主回路１０の配線３０を構成している。主回路１０には大きな電流が流れるため、導体パターン部３は、大電流を流せるように、厚い金属板によって形成する必要がある。したがって、この導体パターン部３の一部である反り防止リブ３１も、厚い金属板によって形成される。このように、本例の反り防止リブ３１は、厚く、剛性が高い金属板からなるため、この反り防止リブ３１によって、絶縁基板２の反りを効果的に防止することができる。

また、図１に示すごとく、絶縁基板２は長方形板状に形成されている。そして、この絶縁基板２の主面２１の２つの長辺２１１，２１２にそれぞれ隣り合う位置に、絶縁基板２全体の反りを防止する反り防止リブ３１である全体反り防止リブ３１ａが形成されている。全体反り防止リブ３１ａは、絶縁基板２の長手方向に延びるように形成されている。
そのため、この全体反り防止リブ３１ａによって、絶縁基板２全体の反りを効果的に防止することができる。すなわち、仮に、全体反り防止リブ３１ａを形成しなかったとすると、図１８に示すごとく、絶縁基板２の長手方向と、絶縁基板２の厚さ方向（ｚ方向）との双方に直交する方向に平行な軸Ａ１を中心として、絶縁基板２が全体的に反りやすくなる。しかしながら、図１に示すごとく、本例のように、絶縁基板２の長辺２１１，２１２に隣り合う位置に、全体反り防止リブ３１ａを、絶縁基板２の長手方向に延びるように形成すれば、軸Ａ１を中心として絶縁基板２全体が反る不具合を効果的に抑制できる。

また、本例では図１、図３に示すごとく、複数の電子部品４のうち少なくとも一個の電子部品４（４ａ〜４ｃ，４ｅ）に隣り合う位置に、絶縁基板２の局所的な反りを防止する反り防止リブ３１である局所反り防止リブ３１ｂが形成されている。
そのため、絶縁基板２の局所的な反りを効果的に抑制できる。すなわち、仮に、局所反り防止リブ３１ｂを形成しなかったとすると、図１９に示すごとく、電源装置９１の稼働時に電子部品９４から発生する熱によって、絶縁基板９２が膨張し、局所的に反る場合がある。この場合、はんだ９１９に応力が加わるおそれが考えられる。しかしながら、図１に示すごとく、本例のように、電子部品４に隣り合う位置に局所反り防止リブ３１ｂを形成すれば、絶縁基板２のうち電子部品４を配置した部分が、局所的に反る不具合を効果的に抑制できる。

また、図１、図３に示すごとく、本例では、２本の局所反り防止リブ３１ｂを互いに平行に設けてある。そして、この２本の局所反り防止リブ３１ｂの間に、電子部品４の少なくとも一部を介在させてある。
そのため、絶縁基板２のうち電子部品４を配した部分を、２本の局所反り防止リブ３１ｂによって効果的に補強できる。そのため、この部分が局所的に反る不具合を効果的に抑制できる。

また、図１、図３に示すごとく、本例では、２本の局所反り防止リブ３１ｂの間に、電子部品４の電極４３が介在している。そのため、絶縁基板２のうち電極４３を配した部分が反りにくくなり、はんだ１９に、より応力が加わりにくくなる。

また、図１、図３、図４に示すごとく、本例では、局所反り防止リブ３１ｂを、部品本体部４２に対して部品短手方向（ｙ方向）に隣り合う位置に、部品長手方向（ｘ方向）に延びるように形成してある。
そのため、はんだ１９に応力が加わることをより効果的に防止できる。すなわち、仮に、上述のように局所反り防止リブ３１ｂを形成しなかったとすると、図１９に示すごとく、絶縁基板９２が軸Ａ２を中心にして反るおそれが考えられる。軸Ａ２は、部品本体部９４２に対して、部品長手方向（ｘ方向）における中央に存在しており、部品短手方向（ｙ方向）に平行である。この軸Ａ２を中心にして絶縁基板９２が反ると、軸Ａ２から電極９４３までの距離が長いため、電極９４３に対して、配線９３０が大きく変位しやすくなる。そのため、はんだ９１９に応力が加わるおそれが考えられる。しかし、図３〜図５に示すごとく、本例のように、局所反り防止リブ３１ｂを、部品本体部４２に対してｙ方向に隣り合う位置に、ｘ方向に延びるように形成すれば、軸Ａ２を中心として絶縁基板２が反る不具合を効果的に抑制することが可能となる。

また、図１に示すごとく、本例では、全体反り防止リブ３１ａと、個々の局所反り防止リブ３１ｂとが直交している。そのため、２つの軸Ａ１，Ａ２を直交させることができる。また、それぞれの軸Ａ１，Ａ２を中心とする絶縁基板２の反りは、各反り防止リブ３１ａ，３１ｂによって抑制できる。そのため、互いに直交する２つの軸Ａ１，Ａ２の、どちらを中心とする反りも抑制でき、絶縁基板２の反りを効果的に抑制することが可能となる。

以上説明したように、本例によれば、絶縁基板が反りにくい電源装置を提供することができる。

なお、本例では図１に示すごとく、全ての電子部品４（４ａ〜４ｅ）に局所反り防止リブ３１ｂを形成してあるが、一部の電子部品４にのみ局所反り防止リブ３１ｂを形成してもよい。

また、本例では図６に示すごとく、複数のＭＯＳＦＥＴ４４を内蔵するＭＯＳモジュール４ａを用いているが、必ずしもモジュール化した部品を使用する必要はなく、個々のＭＯＳＦＥＴ４４を個別に内蔵した、いわゆるディスクリート部品を用いてもよい。

（実施例２）
以下の実施例においては、図面に用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例は、２種類の反り防止リブ３１（全体反り防止リブ３１ａ及び局所反り防止リブ３１ｂ）のうち、一方の反り防止リブ３１のみを形成した例である。図７に示すごとく、本例では、個々の電子部品４に隣り合う位置に、局所反り防止リブ３１ｂを形成してあるが、全体反り防止リブ３１ａ（図１参照）は形成していない。

このようにすると、全体反り防止リブ３１ａが形成されていないため、絶縁基板２の面積を小さくすることができる。また、導体パターン部３を形成するための金属材料を少量にすることができるため、電源装置１の製造コストを低減することができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。

なお、図示しないが、絶縁基板２の局所的な反りが生じにくい場合は、局所反り防止リブ３１ｂを形成せず、全体反り防止リブ３１ａのみを形成してもよい。この場合も、絶縁基板２の面積を小さくすることができ、また、電源装置１の製造コストを低減することが可能となる。

（実施例３）
本例は、局所反り防止リブ３１ｂを、複数の電子部品４で共有させた例である。図８に示すごとく、本例では、２個の電子部品４を隣接配置してある。そして、この２個の電子部品４の間に、１本の局所反り防止リブ３１ｂ（３１１）を形成してある。この１本の局所反り防止リブ３１ｂ（３１１）を用いて、絶縁基板２のうち一方の電子部品４（４１１）を配した部位の反りを抑制すると共に、他方の電子部品４（４１２）を配した部位の反りをも抑制している。

このようにすると、２個の電子部品４１１，４１２の間に２本の局所反り防止リブ３１ｂを形成した場合と比べて、局所反り防止リブ３１ｂの本数を低減でき、絶縁基板２の面積を小さくすることができる。また、局所反り防止リブ３１ｂを形成するための金属材料を少量にすることができるため、電源装置１の製造コストを低減することが可能となる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施例４）
本例は、局所反り防止リブ３１ｂの本数および形状を変更した例である。図９に示すごとく、本例では、１個の電子部品４に対して１本の局所反り防止リブ３１ｂのみを形成してある。本例の局所反り防止リブ３１ｂは、実施例１と比較して太く形成されている。本例における局所反り防止リブ３１ｂの幅ｗ１は、電子部品４の本体部４２の幅ｗ２と略等しい。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施例５）
本例は、局所反り防止リブ３１ｂの配置位置を変更した例である。図１０に示すごとく、本例では、１個の電子部品４に対して２本の局所反り防止リブ３１ｂを形成してある。電子部品４は、この２本の局所反り防止リブ３１ｂの間に介在しないように、配されている。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施例６）
本例は、局所反り防止リブ３１ｂの本数を変更した例である。図１１に示すごとく、本例では、１個の電子部品４に対して１本の局所反り防止リブ３１ｂのみを形成してある。本例の局所反り防止リブ３１ｂは、実施例１と同様に、部品本体部４２対して部品短手方向（ｙ方向）に隣り合う位置に、部品本体部４２の部品長手方向（ｘ方向）に延びるように形成されている。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施例７）
本例は、図１２に示すごとく、絶縁基板２の２つの主面２１，２２のうち、導体パターン部３を形成した主面２１とは反対側の主面２２に、絶縁基板２の反りを抑制する補助反り防止部３９を形成した例である。補助反り防止部３９は、局所反り防止リブ３１ｂと略同一の厚さを有する。また、補助反り防止部３９は、ｚ方向から見たときに、局所反り防止リブ３１ｂと重なり合う位置に形成されている。

このようにすると、補助反り防止部３９を形成してあるため、絶縁基板２の局所的な反りをより効果的に抑制することができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施例８）
本例は、補助反り防止部３９の形状を変更した例である。図１３、図１４に示すごとく、本例では補助反り防止部３９の面積を大きくし、ｚ方向から見たときに、補助反り防止部３９が、電子部品４と、２本の局所反り防止リブ３１ｂとに重なるようにしてある。

このようにすると、補助反り防止部３９の面積を大きくしてあるため、絶縁基板２の局所的な反りを、より効果的に抑制することができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

なお、図示しないが、絶縁基板２の主面２２を全て覆うように、補助反り防止部３９を形成してもよい。この場合、補助反り防止部３９によって、絶縁基板２の全体的な反りを、効果的に抑制することができる。

（実施例９）
本例は、局所反り防止リブ３１ｂの形状を変更した例である。図１５に示すごとく、本例では、一部の局所反り防止リブ３１ｂが、主回路１０の配線３０を兼ねている。本例では、２本の局所反り防止リブ３１ｂが互いに平行に配されており、この２本の局所反り防止リブ３１ｂの間に、電子部品４が介在している。この２本の局所防止リブ３１ｂのうち、一方の局所反り防止リブ３１ｂが、主回路１０の配線３０を兼ねている。

このようにすると、局所反り防止リブ３１ｂと配線３０とを別々に形成する必要がなくなるため、これらを構成する金属材料の量を少なくすることができる。そのため、電源装置１の製造コストを低減できる。また、高集積化できるため、絶縁基板２の面積を小さくすることができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。

（実施例１０）
本例は、図１６、図１７に示すごとく、電子部品４から発生する熱Ｈを、局所反り防止リブ３１ｂを介して、金属製の基板指示部材５へ伝導させるよう構成した例である。本例では、電子部品４に隣り合う位置に配された２本の局所反り防止リブ３１ｂのうち、一方の局所反り防止リブ３１ｂを、ボルト１２に接続してある。ボルト１２は、基板支持部材５の側壁５１に形成された雌螺子部５１０に螺合している。本例では、電子部品４から発生した熱Ｈを、局所反り防止リブ３１ｂ及びボルト１２を介して、基板支持部材５の側壁５１へ伝導させている。そのため、電子部品４を効果的に冷却することができる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。

１ 電源装置
１０ 主回路
２ 絶縁基板
２１ 主面
３ 導体パターン部
３０ 配線
３１ 反り防止リブ
４ 電子部品

Claims (8)

1. 絶縁樹脂からなる絶縁基板（２）と、
   該絶縁基板（２）の主面（２１）に形成された導体パターン部（３）と、
   上記絶縁基板（２）に実装された複数の電子部品（４）とを備え、
   上記導体パターン部（３）の少なくとも一部は配線（３０）をなしており、個々の上記電子部品（４）は上記配線（３０）にはんだ付けされ、上記複数の電子部品（４）と上記配線（３０）とにより、電力変換を行う主回路（１０）が構成され、
   上記導体パターン部（３）の一部によって、上記絶縁基板（２）の反りを防止する反り防止リブ（３１）が形成されていることを特徴とする電源装置（１）。
2. 上記絶縁基板（２）は長方形板状に形成され、上記絶縁基板（２）の上記主面（２１）の２つの長辺（２１１，２１２）にそれぞれ隣り合う位置に、上記絶縁基板（２）全体の反りを防止する上記反り防止リブ（３１）である全体反り防止リブ（３１ａ）が、上記絶縁基板（２）の長手方向に延びるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置（１）。
3. 上記複数の電子部品（４）のうち少なくとも一個の電子部品（４）に隣り合う位置に、上記絶縁基板（２）の局所的な反りを防止する上記反り防止リブ（３１）である局所反り防止リブ（３１ｂ）が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電源装置（１）。
4. １個の上記電子部品（４）に対して、互いに平行な２本の上記局所反り防止リブ（３１ｂ）が形成され、上記２本の局所反り防止リブ（３１ｂ）の間に、上記電子部品（４）の少なくとも一部が介在していることを特徴とする請求項３に記載の電源装置（１）。
5. 上記電子部品（４）は、上記配線（３０）にはんだ付けされた複数の電極（４３）を備え、上記２本の局所反り防止リブ（３１ｂ）の間に、上記複数の電極（４３）が介在していることを特徴とする請求項４に記載の電源装置（１）。
6. 少なくとも２個の上記電子部品（４）が互いに隣り合うように配されており、上記２個の電子部品（４）の間に１本の上記局所反り防止リブ（３１ｂ）が形成されていることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の電源装置（１）。
7. 上記電子部品（４）は、部品本体部（４２）と、該部品本体部（４２）の部品長手方向における両端にそれぞれ形成された電極（４３）とを備え、該電極（４３）が上記配線（３０）にはんだ付けされており、上記絶縁基板（２）の厚さ方向と上記部品長手方向との双方に直交する部品短手方向において、上記部品本体部（４２）に隣り合う位置に、上記局所反り防止リブ（３１ｂ）が、上記部品長手方向に延びるように形成されていることを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれか１項に記載の電源装置。
8. 上記反り防止リブ（３１）の少なくとも一部が上記主回路（１０）の上記配線（３０）を兼ねていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電源装置（１）。

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