JP2016134956A - 回路構成体、電気接続箱及び回路構成体の製造方法 - Google Patents

回路構成体、電気接続箱及び回路構成体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】回路基板の取り扱いを容易にしつつ、放熱性の低下を抑制する。【解決手段】回路構成体20は、絶縁板に導電路が形成された絶縁基板25と当該絶縁基板25における一方の面に貼り付けられた複数のバスバー27A〜27Dとを有する回路基板24と、隣り合う複数のバスバー27A〜27Dを連結するように複数のバスバー27A〜27Dに印刷された絶縁層31と、絶縁層31に重ねられて絶縁層31から伝わる熱を放熱する放熱部材34と、複数のバスバー27A〜27Dと放熱部材34との間に絶縁層31を挟んだ状態で回路基板24と放熱部材34とを固定する固定部材40と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、回路構成体に関する。
従来、絶縁板に導電路が形成された基板とバスバーとを接着して放熱部材に重ねた回路構成体が知られている。特許文献1の回路構成体は、複数本のバスバーと制御回路基板とを接着し、電子部品を実装して形成された回路体を放熱部材の上に接着している。
特開2005−151617号公報
ところで、特許文献1のような制御回路基板は、一般に、厚みが薄く形成されている。そのため、この制御回路基板にバスバーを貼り付けた状態の回路体は剛性が低くて変形しやすく、取り扱いが容易ではないとともに、回路体の変形によって放熱部材との間に隙間が発生し、放熱性が低下するという問題がある。また、特許文献1では、回路体を放熱部材に固定する際に回路体を放熱部材側に押し付けているが、この押し付けの際に、回路体を介して接着剤に生じる圧力が不均一になると、接着剤の接着が不十分な箇所が生じ、放熱性が低下するという問題がある。
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、回路基板の取り扱いを容易にしつつ、放熱性の低下を抑制す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。
本発明の回路構成体は、絶縁板に導電路が形成された絶縁基板と当該絶縁基板における一方の面に貼り付けられた複数のバスバーとを有する回路基板と、隣り合う前記複数のバスバーを連結するように前記複数のバスバーに印刷された絶縁層と、前記絶縁層に重ねられて前記絶縁層から伝わる熱を放熱する放熱部材と、前記複数のバスバーと前記放熱部材との間に前記絶縁層を挟んだ状態で前記回路基板と前記放熱部材とを固定する固定部材と、を備える。
本発明の回路構成体の製造方法は、絶縁板に導電路が形成された絶縁基板とバスバー基板とを貼り付けて回路基板を形成する工程と、隣り合う前記複数のバスバーを連結するように前記複数のバスバーに絶縁層を印刷する工程と、前記絶縁層に放熱部材を重ねる工程と、前記複数のバスバーと前記放熱部材との間に前記絶縁層を挟んだ状態で前記回路基板と前記放熱部材とを固定部材で固定する工程と、を備える。
本構成によれば、回路基板における隣り合う複数のバスバーを連結するように複数のバスバーに絶縁層が印刷されているため、回路基板の剛性が高められて取り扱いを容易にすることができるとともに、回路基板の変形によって放熱部材との間に隙間が発生しにくいため、放熱性の低下を抑制することができる。また、絶縁層によって回路基板の剛性が高められることで、回路基板が変形しにくくなって放熱部材に密着しやすくなる。したがって、接着剤を用いなくても回路基板と放熱部材とを固定部材で固定することができるため、接着剤で接着する場合のような接着が不十分な箇所が生じることによる放熱性の低下を抑制することができる。よって、回路基板の取り扱いを容易にしつつ、放熱性の低下を抑制することが可能となる。
本発明の実施態様としては以下の態様が好ましい。
・前記絶縁層は、前記複数のバスバー間の隙間に充填された充填部を有する。
このようにすれば、充填部が複数のバスバー間に充填されることで、より一層、回路基板の剛性を高めることができる。
・前記回路基板には、電子部品が実装され、前記充填部は、前記電子部品の近傍に配されている。
このようにすれば、充填部により、バスバーから絶縁層への熱伝導性を高めることができる。
・前記回路基板には、複数の低発熱部品と前記複数の低発熱部品よりも発熱する複数の高発熱部品とからなる電子部品が実装され、前記回路基板には、前記複数の低発熱部品と前記複数の高発熱部品との間に、前記回路基板及び前記絶縁層を貫通する断熱溝が形成されている。
このようにすれば、断熱溝により、高発熱部品の熱が回路基板や絶縁層を介して低発熱部品側に伝達することを抑制することができる。
・前記放熱部材には、前記断熱溝に連なる断熱凹部が形成されている。
このようにすれば、断熱凹部により、高発熱部品の熱が放熱部材を介して低発熱部品側に伝達されることを抑制することができる。
・前記絶縁層と前記放熱部材との間における前記複数の高発熱部品の少なくとも1つが重なる領域には放熱グリスが配されている。
このようにすれば、放熱グリスにより、絶縁層と放熱部材との間の熱伝導性を高めることができるため、高発熱部品の熱を効率的に放熱部材に伝えることができる。
・前記固定部材は、ネジである。
回路基板に絶縁層を設けることで、回路基板に反りやうねり等の変形が生じにくくなって放熱部材に密着しやすくなるため、ネジで締め付けるだけで放熱性を高めつつ回路基板と放熱部材とを固定することができる。
・前記回路構成体と、回路構成体を収容するケースとを備えた電気接続箱とする。
本発明によれば、回路基板の取り扱いを容易にしつつ、放熱性の低下を抑制することが可能となる。
実施形態の電気接続箱を示す縦断面図 回路基板を示す縦断面図 治具に載置された回路基板に絶縁層が印刷された状態を示す縦断面図 絶縁層が形成された回路基板を示す縦断面図 電子部品が実装された回路ユニットを示す縦断面図 回路ユニットが放熱グリスが塗布された放熱部材に載置された状態を示す縦断面図 回路構成体を示す縦断面図 他の実施形態の電気接続箱を示す縦断面図
本実施形態を図1ないし図7を参照しつつ説明する。
電気接続箱10は、例えば車両のバッテリ等の電源と、ランプ、ワイパー等の車載電装品やモータ等からなる負荷との間の電力供給経路に配され、例えばDC−DCコンバータやインバータ等に用いることができる。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。
(電気接続箱10)
電気接続箱10は、図1に示すように、回路構成体20と、回路構成体20を覆うシールドケース11(「ケース」の一例)とを備えている。シールドケース11は、箱形であって、アルミニウム等からなる板状の金属に打ち抜き加工及び曲げ加工若しくは鋳造加工を施して形成されている。
(回路構成体20)
回路構成体20は、複数の電子部品21A,21Bが実装される回路基板24と、回路基板24の下面(一方の面)に印刷された絶縁層31と、絶縁層31が載置される放熱部材34と、回路基板24と放熱部材34とを固定するネジからなる固定部材40とを備える。
複数の電子部品21A,21Bは、高発熱部品21Aと、高発熱部品21Aに比較して発熱が少ない低発熱部品21Bとを有する。高発熱部品21Aは、例えば、スイッチング素子(FET(Field Effect Transistor)等)、抵抗、コイル等からなる。低発熱部品21Bは、例えば、コンデンサ(アルミ電解コンデンサ等)からなる。各電子部品21A,21Bは、本体22と、本体22から導出された複数のリード端子23とを有する。
(回路基板24)
回路基板24は、例えば長方形状であって、絶縁基板25とバスバー基板27とを接着部材等(例えば、粘着テープ、接着シート、接着剤等)を用いて貼り合わせて構成されている。絶縁基板25は、絶縁材料からなる厚みの薄い絶縁板に銅箔からなる導電路(図示しない)がプリント配線技術により形成されている。絶縁基板25の厚みを薄くすることで、絶縁基板25の上面とバスバー27A〜27Dの上面との間の段差が小さくなるため、電子部品の端子を絶縁基板25の導電路とバスバー27A〜27Dのそれぞれに半田付けする際の接続が容易になるという利点があるが、その反面、絶縁基板25が薄くて変形しやすいために、回路基板24の剛性が低くなる。
絶縁基板25には、電子部品21A,21Bやバスバー基板27の端子27Fが挿通される挿通孔25Aと、固定部材40の軸部が挿通される円形状の複数の通し孔26とが貫通形成されている。複数の通し孔26は、例えば、回路基板24の周縁部寄り(電子部品21A,21Bの外側)の位置(四隅の位置等)に形成されるが、これに限られず、他の位置に通し孔26を形成して固定部材40で固定してもよい。
バスバー基板27は、同一平面上に互いに隙間を空けて配置された複数の板状のバスバー27A〜27Dからなる。複数のバスバー27A〜27Dは、銅や銅合金等の金属板材を導電路に応じた形状に打ち抜いて形成されている。バスバー27A,27Dには、固定部材40の軸部が挿通される円形状の通し孔30が絶縁基板25の通し孔26に連なる位置に複数貫通形成されている。バスバー27Dの端部は、上方に直角に屈曲されて外部と接続可能な端子27Fとされている。端子27Fが合成樹脂製のコネクタハウジング45に保持されることで図示しない相手側コネクタと嵌合可能なコネクタが形成される。コネクタハウジング45は、角筒状に開口するフード部46とフード部46の奥側を閉鎖する奥壁47とを有する。奥壁47には、端子27Fが挿通される端子挿通孔47Aが貫通形成されている。フード部46の先端側は、シールドケース11に貫通形成された開口部11Aから外部に導出される。
複数のバスバー27A〜27D間の隙間のうち、高発熱部品21Aの領域であるリード端子23の下(近傍)は、絶縁層31の樹脂が充填される充填溝28とされている。なお、充填溝28は、リード端子23の下に限られず、例えば、本体22の下や、本体22及びリード端子23の下以外の高発熱部品21Aの熱が伝わりやすい位置に形成してもよい。
絶縁基板25及びバスバー基板27における高発熱部品21Aと低発熱部品21Bとの間には、断熱溝29A,29Bがそれぞれ貫通形成されている。断熱溝29A,29Bは、低発熱部品21Bと高発熱部品21Aとを結ぶ方向と直交する方向に一定の長さで延びている。断熱溝29A,29Bの長さ及び幅は、高発熱部品21Aから低発熱部品21Bへの熱の伝達を抑制できる寸法が設定される。本実施形態では、断熱溝29A,29Bの長さは、例えば、断熱溝29A,29Bに沿う方向の本体22の側面の長さよりも大きくすることで、本体22の側面の全面からの熱の伝達を抑制することができる。電子部品21Aは、リード端子23が絶縁基板25の導電路に半田付けされるとともに、同じ電子部品21Aの本体22の底面の端子(図示しない)がバスバー27Cの上面に半田付けされている。
(絶縁層31)
絶縁層31は、バスバー27A〜27Dの裏面に、回路基板24の反りやうねり等の変形が抑制できる程度の強度を有する材料及び厚みで形成されている。本実施形態では、絶縁層31は、必要な部位に印刷可能な粘土状(ペースト状)の熱硬化性樹脂が硬化することで形成され、バスバー27A〜27Dの裏面の全体に亘って一定の厚みとなるように印刷されている。絶縁層31は、複数のバスバー27A〜27Dの裏面に密着するとともに、複数のバスバー27A〜27Dの裏面側において隣り合うバスバー27A〜27Dを連結する。また、バスバー27Cと27Dとの間の隙間である充填溝28内に充填される。充填溝28内に配された絶縁層31は、充填部32とされ、高発熱部品21Aの近傍に配置される。
絶縁層31における高発熱部品21Aと低発熱部品21Bとの間には、断熱溝31Aが貫通形成されている。断熱溝31Aは、断熱溝29A,29Bの下に連なる位置に形成されている。本実施形態では、断熱溝29A,29B,31Aにおける低発熱部品21Bと高発熱部品21Aとを結ぶ方向と直交する方向の長さは、同じ長さとされているが、異なる長さとしてもよい。絶縁層31には、固定部材40の軸部が挿通される複数の通し孔33が通し孔26,30の下に連なる位置に形成されている。
絶縁層31は、熱伝導性が高く、絶縁性を有する接着剤が用いられ、本実施形態では、熱硬化性樹脂が用いられている。例えばエポキシ系の接着剤を用いることができる。なお、絶縁層は、熱硬化性樹脂に限られず、種々の樹脂を用いることができる。例えば、常温で硬化する樹脂や、熱可塑性樹脂を用いてもよい。
(放熱部材34)
放熱部材34はアルミニウム、アルミニウム合金等の熱伝導性が高い金属類製であって、アルミダイカスト等で成形され、平坦な上面を有し、下面側に櫛刃状に並んで配された複数の放熱フィン35を有している。放熱部材34の上面には、断熱凹部37が窪み形成されている。断熱凹部37は、断熱溝29A,29B,31Aの下に連なる位置に形成されており、断熱溝29A,29B,31Aと断熱凹部37とで形成された断熱空間の内部の空気によって断熱される。放熱部材34には、回路基板24をネジ留めするための複数のネジ孔38が形成されている。ネジ孔38は、固定部材40の軸部の外周に螺合してネジ留め可能であり、通し孔26,30,33に連なる位置に形成されている。
回路構成体20の製造方法について説明する。
(基板形成工程)
金属板材を打ち抜いてバスバー27A〜27Dを形成し、バスバー27Dの端子27Fを屈曲させるとともに、絶縁基板25と複数のバスバー27A〜27Dとを接着部材で貼り合わせて回路基板24を形成する(図2)。
(絶縁層形成工程)
次に、図3に示すように、治具50の所定の位置に回路基板24を裏返して載置し、バスバー27A〜27Dの裏面(図3の上面)における断熱溝29A,29B以外の領域にペースト状の熱硬化性樹脂を印刷し、プレス機等により、加熱及び加圧して絶縁層31を硬化させる。なお、治具50の上面には、樹脂の塗布時の漏れを防ぐように回路基板24の凹凸に嵌合する凹凸形状が形成されている。治具50は、充填溝28及び断熱溝31A以外のバスバー27A,27B間の隙間Gに進入する凸部51を有する。
熱硬化性樹脂が硬化して絶縁層31が形成されると、治具を取り外すことで回路基板24と絶縁層31が一体となった回路体が形成される(図4)。この状態では、バスバー27A〜27Dの裏面側の絶縁層31により、隣り合うバスバー27A〜27D間が連結された状態となっており、絶縁層31によって回路基板24の剛性が高められている。
(部品実装工程)
次に、回路基板24の導電路と電子部品21A,21Bのリード端子23との間等に半田ペーストを付着し、リフロー炉に通すリフロー半田付けする。これにより、電子部品21A,21Bが回路基板24に実装された回路ユニット42が形成される(図5)。
(放熱部材取付工程)
次に、放熱部材34の上面における高発熱部品21Aの領域を含む位置に放熱グリス39を塗布し、回路ユニット42を放熱部材34の上面に載置する(図6)。そして、固定部材40を回路基板24及び絶縁層31の通し孔26,30,33に通して放熱部材34のネジ孔38にネジ留めすることで、バスバー27A〜27Dと放熱部材34との間に絶縁層31が挟まれた状態となり、回路構成体20が形成される(図7)。
回路構成体20の上面側にシールドケース11を被せてシールドケース11を図示しないネジで放熱部材34にネジ留めすることで電気接続箱10が形成される(図1)。電気接続箱10は、車両の電源から負荷に至る経路に配される。
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、隣り合う複数のバスバー27A〜27Dを連結するように複数のバスバー27A〜27Dに絶縁層31が印刷されているため、回路基板24の剛性が高められて回路基板24の取り扱いを容易にすることができるとともに、回路基板24の反りやうねり等の変形が生じにくくなり、放熱部材34との間に隙間が発生しにくいため、放熱性の低下を抑制することができる。また、絶縁層31によって回路基板24の剛性が高められることで、回路基板24に反りやうねり等の変形が生じにくくなって放熱部材34に密着しやすくなる。したがって、本実施形態のように回路基板24と放熱部材34との間が接着剤で接着されていなくても、回路基板24と放熱部材34とを固定部材40で固定することができるため、接着剤の接着が不十分な箇所が生じることによる放熱性の低下を抑制することができる。よって、回路基板24の取り扱いを容易にしつつ、放熱性の低下を抑制することが可能となる。
また、絶縁層31は、複数のバスバー27C,27D間の充填溝28(隙間)に充填された充填部32を有する。
このようにすれば、充填部32がバスバー27A〜27D間の充填溝28に充填されることで、より一層、回路基板24の剛性を高めることができる。
また、回路基板24には、電子部品21A,21Bが実装され、充填部32は、電子部品21A,21Bの近傍に配されている。
このようにすれば、電子部品21A,21Bの近傍の充填部32により電子部品21A,21Bから絶縁層31への熱伝導性を高めることができる。
また、回路基板24には、複数の低発熱部品21Bと複数の低発熱部品21Bよりも発熱する複数の高発熱部品21Aとからなる電子部品21A,21Bが実装され、回路基板24には、複数の低発熱部品21Bと複数の高発熱部品21Aとの間に、回路基板24及び絶縁層を貫通する断熱溝29A,29B,31Aが形成されている。
このようにすれば、断熱溝29A,29B,31Aにより、高発熱部品21Aの熱が回路基板24や絶縁層31を介して低発熱部品21B側に伝達することを抑制することができる。したがって、アルミ電解コンデンサ等の熱に弱い低発熱部品21Bの劣化を抑制することができる。
また、放熱部材34には、断熱溝29A,29B,31Aに連なる断熱凹部37が形成されている。
このようにすれば、断熱凹部37により、高発熱部品21Aの熱が放熱部材34を介して低発熱部品21B側に伝達されることを抑制することができる。
また、絶縁層31と放熱部材34との間における複数の高発熱部品21Aの少なくとも1つが重なる領域には放熱グリス39が配されている。
このようにすれば、放熱グリス39により、絶縁層31と放熱部材34との間の熱伝導性を高めることができるため、高発熱部品21Aの熱を効率的に放熱部材34に伝えることができる。
また、固定部材40は、ネジである。
回路基板24に絶縁層31を設けることで、回路基板24に反りやうねり等の変形が生じにくくなって回路基板24が放熱部材34に密着しやすくなるため、固定部材40で締め付けるだけで放熱性を高めて回路基板24と放熱部材34とを固定することができる。また、固定部材40によるネジ留めの際に生じる力を絶縁層31で受けることができる。
<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)電子部品21A,21Bは、本体22からリード端子23が導出されるものに限られず、リード端子23を有さないリードレス端子であってもよい。例えば、電子部品21A,21B(FET(Field Effect Transistor)等)の全ての端子が本体22の面上に形成されていてもよい。
(2)固定部材40は、ネジとしたが、これに限られない。例えば、リベットで回路基板24と放熱部材34とを両側から挟んで固定したり、クリップで回路基板24と放熱部材34とを両側から挟んで固定するようにしてもよい。
(3)電子部品21Aの領域の全体が放熱グリス39の上に配される構成としたが、これに限られず、電子部品21Aの少なくとも一部が放熱グリス39の上に配されるようにしてもよい。
(4)絶縁層31の熱硬化と、電子部品21A,21Bのリフロー半田付けは、別工程で行ったが、絶縁層31の熱硬化と電子部品21A,21Bのリフロー半田付けを同一工程で行ってもよい。
(5)上記実施形態では、バスバー27Dの端部は、屈曲された端子27Fとしたが、これに限られない。例えば、図8に示すように、バスバー27Dの端部は、バスバー27Dから(当該バスバー27Dと同一平面である水平方向に)ストレートに延びた端子56としてもよい。この場合、端子56が合成樹脂製のコネクタハウジング53に保持されて相手側コネクタと嵌合可能なコネクタが形成される。コネクタハウジング53は、角筒状に開口するフード部54とフード部54を閉鎖する奥壁55とを有し、奥壁55には、端子56が挿通される端子挿通孔55Aが貫通形成されている。コネクタハウジング53の下側の放熱部材60には、コネクタハウジング53の下部が載置される凹部60Aが形成されている。フード部54の先端側は、シールドケース58に貫通形成された開口部58Aから外部に導出される。
10: 電気接続箱
11,58: シールドケース(ケース)
20: 回路構成体
21A: 高発熱部品(電子部品)
21B: 低発熱部品(電子部品)
24: 回路基板
25: 絶縁基板
27: バスバー基板
27A〜27D: 複数のバスバー
28: 充填溝
29A,29B,31A: 断熱溝
31: 絶縁層
32: 充填部
34,60: 放熱部材
37: 断熱凹部
39: 放熱グリス
40: ネジ(固定部材)
42: 回路ユニット
50: 治具

Claims (8)

  1. 絶縁板に導電路が形成された絶縁基板と当該絶縁基板における一方の面に貼り付けられた複数のバスバーとを有する回路基板と、
    隣り合う前記複数のバスバーを連結するように前記複数のバスバーに印刷された絶縁層と、
    前記絶縁層に重ねられて前記絶縁層から伝わる熱を放熱する放熱部材と、
    前記複数のバスバーと前記放熱部材との間に前記絶縁層を挟んだ状態で前記回路基板と前記放熱部材とを固定する固定部材と、を備える回路構成体。
  2. 前記絶縁層は、前記複数のバスバー間の隙間に充填された充填部を有する請求項1に記載の回路構成体。
  3. 前記回路基板には、電子部品が実装され、
    前記充填部は、前記電子部品の近傍に配されている請求項2に記載の回路構成体。
  4. 前記回路基板には、複数の低発熱部品と前記複数の低発熱部品よりも発熱する複数の高発熱部品とからなる電子部品が実装され、
    前記回路基板には、前記複数の低発熱部品と前記複数の高発熱部品との間に、前記回路基板及び前記絶縁層を貫通する断熱溝が形成されている請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の回路構成体。
  5. 前記放熱部材には、前記断熱溝に連なる断熱凹部が形成されている請求項4に記載の回路構成体。
  6. 前記絶縁層と前記放熱部材との間における前記複数の高発熱部品の少なくとも1つが重なる領域には放熱グリスが配されている請求項4又は請求項5に記載の回路構成体。
  7. 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の回路構成体と、回路構成体を収容するケースとを備えた電気接続箱。
  8. 絶縁板に導電路が形成された絶縁基板とバスバー基板とを貼り付けて回路基板を形成する工程と、
    隣り合う前記複数のバスバーを連結するように前記複数のバスバーに絶縁層を印刷する工程と、
    前記絶縁層に放熱部材を重ねる工程と、
    前記複数のバスバーと前記放熱部材との間に前記絶縁層を挟んだ状態で前記回路基板と前記放熱部材とを固定部材で固定する工程と、を備える回路構成体の製造方法。
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