JP2016184992A - 回路構成体 - Google Patents

Abstract

【課題】高い剛性を有し、電子部品の冷却性能が高く、電子部品とバスバーとの間の電気抵抗を小さくすることができる回路構成体を提供する。
【解決手段】回路構成体１は、回路基板２、複数のバスバー３、接着材４、金属チップ５及び電子部品６を有している。回路基板２は厚み方向に貫通した開口部２１を有している。複数のバスバー３は導体より構成されており、回路基板２に重ね合わされている。接着材４は回路基板２と複数のバスバー３との間に介在しており、接着材４により両者が接着されている。金属チップ５は開口部２１内に配置されると共にバスバー３上に載置されている。電子部品６は回路基板２及び金属チップ５の両者にはんだ付けされている。金属チップ５は、開口部２１の開口端面２１１と略同一の平面上に存在している頂面５１と、略全面がバスバー３に接合された底面５２とを有している。電子部品６は金属チップ５の頂面５１にはんだ付けされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、回路構成体に関する。

インバータやコンバータ等の電力回路を構成する回路構成体は、例えば、車載電源から各種電装品へ電力を分配するための電気接続箱等に組み込まれている。回路構成体は、回路基板と、回路基板に接着された複数のバスバーとを有している。また、回路構成体には電力回路を構成する電子部品が実装されている。

例えば、特許文献１に記載された回路構成体は、開口部が形成された回路基板と、開口部内に突出する接続突部が形成されたバスバーとを有しており、接続突部と電子部品の端子とがはんだ付けされている。この回路構成体は、バスバーに接続突部を有しない場合に比べてはんだ付けの状態を目視により容易に確認することができる。それ故、電子部品の接続信頼性を改善することができる。

また、バスバーに接続突部を設けることにより、電子部品の接続信頼性を損なうことなく、回路基板の厚みを容易に厚くすることができる。その結果、回路構成体の剛性を従来よりも大きくすることができ、ひいては回路構成体の反りや歪みを低減する効果も期待することができる。

特開２００６−５０９６号公報

しかし、従来の回路構成体は、以下の点について未だ改善の余地がある。例えば特許文献１に記載されているように、プレス加工や切り起こし等の方法により接続突部を設ける場合には、接続突部の高さを過度に高くしようとするとバスバーに割れが生じるおそれがある。それ故、この場合には、接続突部を高くすることには限界がある。そして、バスバーの割れを抑制する観点から接続突部の高さが制限される結果、回路基板の厚みが制限される。従って、プレス加工等の方法により接続突部を設ける場合には、回路基板を厚くすることにより回路構成体の剛性を向上させることが難しい。

また、バスバーに導体を打ち込むことにより接続突部を設ける場合には、導体とバスバーとの接合面積が比較的小さくなり易い。そのため、導体とバスバーとの間の電気抵抗及び熱抵抗が大きくなり易い。従って、バスバーに導体を打ち込むことにより接続突部を設ける場合には、電子部品の冷却が不十分となる、あるいは電子部品とバスバーとの間の電気抵抗が大きくなるなどの問題が生じるおそれがある。

以上のように、従来の回路剛性体は、剛性をより向上させた上で、電子部品の冷却性能の向上及び電子部品とバスバーとの間の電気抵抗の低減を図るためには未だ改善の余地がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、高い剛性を有し、電子部品の冷却性能が高く、電子部品とバスバーとの間の電気抵抗を小さくすることができる回路構成体を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、厚み方向に貫通した開口部を有する回路基板と、
導体よりなり、上記回路基板に重ね合わされた複数のバスバーと、
上記回路基板と上記複数のバスバーとの間に介在して両者を接着する接着材と、
上記開口部内に配置されると共に上記バスバー上に載置された金属チップとを有し、
該金属チップは、上記開口部の開口端面と略同一の平面上に存在している頂面と、略全面が上記バスバーに接合された底面とを有しており、
上記電子部品は上記金属チップの上記頂面にはんだ付けされていることを特徴とする回路構成体にある。

上記回路構成体は、上記開口部内に配置されると共に上記バスバー上に載置された金属チップを有している。また、該金属チップは、上記開口部の開口端面と略同一の平面上に存在している頂面と、略全面が上記バスバーに接合された底面とを有している。このように、上記回路構成体は、別々に準備された上記バスバーと上記金属チップとを接合して構成されている。そのため、上記回路基板の厚みに対応した上記金属チップを用いることにより、上記頂面の位置を上記開口部の開口端面に容易に揃えることができる。それ故、上記回路構成体は、上記回路基板の厚みを容易に厚くすることができ、ひいては剛性を向上させることができる。

また、上記回路構成体は、上記金属チップの上記底面における略全面が上記バスバーに接合されているため、上記金属チップと上記バスバーとの接合面積を容易に広くすることができる。その結果、上記回路構成体は、上記電子部品を効率よく冷却することができると共に、上記電子部品と上記バスバーとの間の電気抵抗を小さくすることができる。

以上のように、上記回路構成体は、高い剛性を有し、電子部品の冷却性能が高く、電子部品とバスバーとの間の電気抵抗を小さくすることができる。

実施例１における、回路構成体の要部を示す斜視図。 実施例１における、回路構成体の要部を示す一部断面図。 実施例２における、金属チップとバスバーとがはんだ付けされた回路構成体の要部を示す一部断面図。

上記回路構成体において、上記金属チップの材質としては、電気伝導性及び熱伝導性に優れた金属を採用することができる。具体的には、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、亜鉛、タングステン、金、銀、スズ、ニッケル等を金属チップの材質として採用することができる。

上記金属チップは、線膨張係数が１５〜４５ｐｐｍ／℃である金属より構成されていることが好ましい。回路構成体に用いられる回路基板としては、ＦＲ−４（Flame Retardant type 4）等を基材とするガラスエポキシ基板が多用されている。これらの回路基板は、回路構成体の使用温度範囲において、２０〜５０ｐｐｍ／℃程度の厚み方向の線膨張係数を有している。

それ故、上記特定の範囲の線膨張係数を有する金属チップを用いることにより、回路基板の厚み方向における線膨張係数の値を金属チップの線膨張係数に近づけることができる。その結果、電子部品と金属チップとを接合するはんだ及び電子部品と回路基板とを接合するはんだに加わる熱応力を低減することができ、ひいては電子部品の接続信頼性をより向上させることができる。

金属チップの線膨張係数が上記特定の範囲から外れる場合には、上記のはんだに加わる熱応力が大きくなり易い。そして、はんだに加わる熱応力が大きくなることにより、はんだにクラック等が発生しやすくなり、ひいては電子部品の接続不良を招くおそれがある。かかる問題の発生を抑制するため、上記特定の範囲の線膨張係数を有する金属チップを用いることが好ましい。同じ観点から、金属チップの線膨張係数は、１５〜２５ｐｐｍ／℃の範囲であることがより好ましい。

（実施例１）
上記回路構成体の実施例について、図を用いて説明する。図１及び図２に示すように、回路構成体１は、回路基板２と、複数のバスバー３と、接着材４と、金属チップ５と、電子部品６とを有している。図２に示すように、回路基板２は厚み方向に貫通した開口部２１を有している。複数のバスバー３は導体より構成されており、回路基板２に重ね合わされている。接着材４は回路基板２と複数のバスバー３との間に介在しており、接着材４により両者が接着されている。金属チップ５は開口部２１内に配置されると共にバスバー３上に載置されている。電子部品６は回路基板２及び金属チップ５の両者にはんだ付け（図示略）されている。

図２に示すように、金属チップ５は、開口部２１の開口端面２１１と略同一の平面上に存在している頂面５１と、略全面がバスバー３に接合された底面５２とを有している。そして、電子部品６は金属チップ５の頂面５１にはんだ付け（図示略）されている。以下、本例の回路構成体１について詳説する。

バスバー３は、銅または銅合金より構成されている。本例のバスバー３は、例えば、銅板又は銅合金板に打ち抜き加工や曲げ加工等を適宜行うことにより作製することができる。

回路基板２は、厚み方向に貫通した開口部２１を複数有している。開口部２１は、図２に示すようにバスバー３上に配置されており、開口部２１内に金属チップ５を載置できるように構成されている。なお、本例の回路基板２は、ＦＲ−４材からなるガラスエポキシ基板である。室温付近におけるＦＲ−４材の厚み方向の線膨張係数は、典型的には３０ｐｐｍ／℃程度である。

バスバー３と回路基板２とを接着する接着材４には、熱硬化性エポキシ樹脂等の従来公知の接着材４を用いることができる。

回路基板２の開口部２１内に配置された金属チップ５は、回路基板２と略同一の厚みを有している。また、金属チップ５は、開口部２１内に配置された状態において、回路基板２の側周面と隙間を介して対面している。なお、本例の金属チップ５は、黄銅から構成されている。黄銅の線膨張係数は、典型的には２１ｐｐｍ／℃程度である。

本例において、金属チップ５は超音波溶接によりバスバー３と直接接合されている。即ち、本例の金属チップ５は、バスバー３上に載置された後、超音波を印加しつつ頂面５１を押圧することによりバスバー３に接合されている。

回路基板２及び金属チップ５にはんだ付けされる電子部品６としては、例えば、機械式リレースイッチ６１や半導体スイッチング素子６２等のスイッチング素子が挙げられる。機械式リレースイッチ６１は、接点の切替を制御する切替信号を入力する制御端子６１１と、接点の切替状態に対応してバスバー３に電流を流す主端子６１２とを有している。図１及び図２に示すように、機械式リレースイッチ６１の本体部６１０は回路基板２上に載置されている。制御端子６１１は回路基板２のランド２２にはんだ付けされている。また、主端子６１２は金属チップ５の頂面５１にはんだ付けされており、金属チップ５を介してバスバー３に電気的に接続されている。

半導体スイッチング素子６２としては、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等を用いることができる。図２に示すように、半導体スイッチング素子６２の本体部６２０は金属チップ５上に載置されている。半導体スイッチング素子６２のゲート端子６２１は回路基板２のランド２２にはんだ付けされている。また、半導体スイッチング素子６２のソース端子６２２及びドレイン端子（図示略）は金属チップ５の頂面５１にはんだ付けされている。

なお、図には示さないが、本例の回路基板２上には、上述したスイッチング素子の他にも電子部品が実装されている。回路基板２上に実装される電子部品としては、例えば、抵抗、インダクタ、キャパシタ及びダイオード等が挙げられる。回路基板２上には、これらの電子部品により電力回路の一部である制御回路が構成されている。機械式リレースイッチ６１及び半導体スイッチング素子６２の駆動は、制御回路から出力された切替信号等により制御される。

本例の回路構成体１においては、金属チップ５とバスバー３とがはんだ等の接続材を介さずに直接接合されている。そのため、金属チップ５とバスバー３とを強固に接合することができる。その結果、金属チップ５とバスバー３とが接合された状態を長期間に亘って維持することができ、接続信頼性を向上させることができる。

また、本例の回路構成体１においては、金属チップ５とバスバー３との間に金属結合が形成されているため、両者の間の熱抵抗及び電気抵抗をより低減することができる。それ故、回路構成体１は、電子部品６の冷却性能が高く、かつ、電子部品６とバスバー３との間の電気抵抗を低減することができる。

（実施例２）
本例は、導電性を有する接合材を用いて金属チップ５とバスバー３とを接合した回路構成体１ｂの例である。図３に示すように、本例の回路構成体１ｂは、金属チップ５とバスバー３との間に接合材７が介在しており、金属チップ５が接合材７を介してバスバー３に接合されている。

接合材７としては、例えば、はんだや金属ナノペースト等の導電性を有する材料を用いることができる。また、接合材７としてはんだを用いる場合には、リフローはんだ付け法、熱プレス法及び超音波はんだ付け法等の種々の方法により金属チップ５とバスバー３とを接合することができる。その他は実施例１と同様である。なお、図３において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に説明の無い限り実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例のように、金属チップ５とバスバー３との接合に接合材７を用いる場合には、両者の接合を容易に行うことができる。その結果、回路構成体１ｂの生産性を容易に向上させることができる。

１、１ｂ 回路構成体
２ 回路基板
２１ 開口部
２１１ 開口端面
３ バスバー
４ 接着材
５ 金属チップ
５１ 頂面
５２ 底面
６ 電子部品

Claims (5)

1. 厚み方向に貫通した開口部を有する回路基板と、
   導体よりなり、上記回路基板に重ね合わされた複数のバスバーと、
   上記回路基板と上記複数のバスバーとの間に介在して両者を接着する接着材と、
   上記開口部内に配置されると共に上記バスバー上に載置された金属チップと、
   上記回路基板及び上記金属チップの両者にはんだ付けされた電子部品とを有し、
   該金属チップは、上記開口部の開口端面と略同一の平面上に存在している頂面と、略全面が上記バスバーに接合された底面とを有しており、
   上記電子部品は上記金属チップの上記頂面にはんだ付けされていることを特徴とする回路構成体。
2. 上記金属チップは、線膨張係数が１５〜４５ｐｐｍ／℃である金属より構成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. 上記金属チップは、上記バスバーに直接接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回路構成体。
4. 上記回路構成体は、上記金属チップと上記バスバーとを接合する接合材を有しており、該接合材は導電性を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の回路構成体。
5. 上記回路基板の厚みが１．２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回路構成体。

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