JP2017117902A - 回路構成体 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた剛性を有する回路構成体を提供すること。【解決手段】一方の面１０ａに導電パターンが形成された基板１０と、前記基板１０の他方の面１０ｂ側に固定された導電部材２０と、前記導電部材２０に電気的に接続された端子３２、３３、および前記基板１０に形成された導電パターンに電気的に接続された端子３４を有する電子部品３０と、前記導電部材２０における前記基板１０側の反対側の面の少なくとも一部に密着する絶縁性の板状部材４０と、を備える回路構成体１とする。【選択図】図２

Description

本発明は、基板および導電部材を備えた回路構成体に関する。

比較的小さな電流を導通させる回路を構成する導電パターンが形成された基板に対し、比較的大きな電流を導通させるための回路を構成する導電部材（バスバー等とも称される）が固定された回路構成体が公知である（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２０１５−９９８３４号公報

この種の回路構成体において、導電部材は回路毎に分断されているため回路構成体全体の剛性を高める要素として寄与しにくい。したがって、回路構成体の剛性を決定する要素として基板がその大部分を占めることになる。しかし、回路構成体は、複数の端子のうち、一部が基板（導電パターン）に接続され、他の一部が導電部材に接続されるように実装される電子部品を備えるため、基板と導電部材間の段差はできるだけ小さくすること（各端子が接続される箇所間の高さの差をできるだけ小さくすること）が望ましい。つまり、かかる点を考慮すると基板をできるだけ薄くすることが求められ、回路構成体全体の剛性が低下してしまう。

本発明が解決しようとする課題は、優れた剛性を有する回路構成体を提供することである。

上記課題を解決するために本発明にかかる回路構成体は、一方の面に導電パターンが形成された基板と、前記基板の他方の面側に固定された導電部材と、前記導電部材に電気的に接続された端子、および前記基板に形成された導電パターンに電気的に接続された端子を有する子部品と、前記導電部材における前記基板側の反対側の面の少なくとも一部に密着する絶縁性の板状部材と、を備えることを特徴とする。

上記本発明にかかる回路構成体によれば、導電部材に密着する（導電部材との間に接着剤等が介在されていない）板状部材によって剛性が高められる。板状部材は絶縁性であるため、導電部材において短絡が発生することもない。

前記板状部材は、ベース材およびこのベース材内に充填されるベース材よりも熱伝導率が高い充填材を有するとよい。

このようにすることで、板状部材を、剛性を高める要素としてだけでなく、放熱性を高める要素として機能させることができる。

前記導電部材は、複数の導電体に分割されており、前記板状部材は、前記複数の導電体間に入り込む凸部を有するとよい。

このようにすることで、凸部によって導電体間の絶縁性が高められる。つまり、導電体同士の絶縁を担保するために確保していた隙間を従来に比して小さくすることができるため、小型化につながる。また、また、板状部材が導電部材から剥がれにくくなる。

前記板状部材は、前記導電部材の周面の少なくとも一部に密着する周壁部を有するとよい。

このようにすれば、板状部材を導電部材や基板を囲むケースとして機能させることもできる。また、板状部材が導電部材から剥がれにくくなる。

前記板状部材は、前記導電部材側の内側層およびこの内側層よりも外側に形成される外側層を有し、前記内側層の弾性率の方が、前記外側層の弾性率よりも小さいとよい。

このようにすれば、導電部材と板状部材の接続部分に生ずる応力が内側層によって緩和される。例えば、導電部材が膨張・収縮したとしても、板状部材が剥がれにくくなる。

前記板状部材は、前記導電部材側の内側層およびこの内側層よりも外側に形成される外側層を有し、前記内側層の熱伝導率の方が、前記外側層の熱伝導率よりも大きいとよい。

このようにすれば、導電部材から板状部材の内側層への熱伝導を円滑なものとすることができ、放熱効率が高まる。外側層を比較的熱伝導性に劣る材質とすることで、（板状部材の全てを熱伝導性に優れた材質としたものよりも）コストを抑えられる。外側層は、外気に面している部分であるため、比較的熱伝導性に劣る材質としても、（板状部材の全てを熱伝導性に優れた材質としたものよりも）放熱効率が大きく低下することはない。

前記板状部材は、前記導電部材側の内側層およびこの内側層よりも外側に形成される外側層を有し、前記内側層の線膨張率の方が、前記外側層の線膨張率よりも前記導電部材の線膨張率に近いとよい。

このようにすれば、熱によって導電部材が膨張・収縮したとしても、板状部材が剥がれにくくなる。導電性材料で形成された導電部材の線膨張率に近い絶縁性材料は高価であるため、比較的導電性部材の線膨張率に遠い外側層を設けることで、（板状部材の全てを導電部材の線膨張率に近い材質とした場合よりも）コストを抑えられる。

本発明によれば、優れた剛性を有する回路構成体が得られる。

本発明の一実施形態にかかる回路構成体における電子部品が実装された部分を拡大して示した図である。 本発明の一実施形態にかかる回路構成体の断面（電子部品を除く）を模式的に示した図である。 板状部材に放熱効率を高めるための凹凸（フィン）が形成された回路構成体の断面（電子部品を除く）を模式的に示した図である。 内側層と外側層を有する板状部材を備える回路構成体の断面（電子部品を除く）を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、特に明示した場合を除き、以下の説明における平面方向とは、基板１０や導電部材２０の平面方向をいい、高さ方向（上下方向）とは平面方向に直交する方向（基板１０における電子部品３０が実装された面側を上とする）をいうものとする。なお、これらの方向は、回路構成体１の設置方向を限定するものではない。

図１および図２に示す本発明の一実施形態にかかる回路構成体１は基板１０、導電部材２０、電子部品３０、および板状部材４０を備える。基板１０は、一方の面１０ａ（上側の面）に導電パターン１０１が形成されたものである。当該導電パターン１０１が構成する導電路は制御用の導電路（回路の一部）であり、導電部材２０が構成する導電路（回路の一部）よりも流れる電流が相対的に小さい。

導電部材２０は、基板１０の他方の面１０ｂ（下側の面）に固定された平面方向に沿う部分を有する。外部の電気的要素と接続するための端子部（図示せず）が設けられていてもよい。以下では、平面方向に沿う部分を導電部材２０として説明する。導電部材２０は、導電性の板材がプレス加工等によって所定の形状に形成されてなる。導電部材２０は、相対的に大きな（導電パターン１０１によって構成される導電路よりも大きな）電流が流れる部分である電力用の導電路を構成する。なお、導電路の具体的な形状等については、詳細な説明および図示を省略するが、導電部材２０は各導電路を構成する複数の導電体２１に分割されている。各導電体２１は短絡しないように別個独立しており、基板１０に固定されることによって一体となっている。導電体２１は、基板１０に固定される前は余長部分によって繋がっており、基板１０に固定された後当該余長部分が切り取られることによりそれぞれが別個独立した状態（直接接触していない状態）となる。導電部材２０（導電体２１）は、バスバー（バスバープレート）等とも称される。導電部材２０（導電体２１）は、例えば絶縁性の接着剤や接着シートなどを介して、基板１０の他方の面１０ｂに固定される。これにより、基板１０と導電部材２０が一体化され、基板１０・導電部材２０組が得られる。

電子部品３０は、基板１０・導電部材２０組に実装される素子であって、素子本体３１および端子部を有する。基板１０・導電部材２０組には複数の電子部品３０が実装されている。特定の電子部品３０は、複数種の端子を有し、一部が基板１０に形成された導電パターン１０１に、他の一部が導電部材２０（導電体２１）に電気的かつ物理的に接続される。本実施形態では、基板１０に形成された開口１１を通じて電子部品３０（素子本体３１）は導電部材２０上に支持される。そして、素子本体３１の一方側に位置する第一端子３２および他方側に位置する第二端子３３は導電部材２０に接続され、他方側に位置する第三端子３４は基板１０の導電パターン１０１（ランド）に接続される。第一端子３２が接続される導電体２１と第二端子３３が接続される導電体は分離しているため、両端子が短絡することはない。電子部品３０は、第一端子３２〜第三端子３４の少なくともいずれかを複数有するものであってもよい。このような電子部品３０の一例としてはトランジスタ（ＦＥＴ）が挙げられる。上記第一端子３２がドレイン端子に、上記第二端子３３がソース端子に、上記第三端子３４がゲート端子に相当する。

なお、全ての端子が基板１０に形成された導電パターン１０１に直接電気的に接続される、または導電部材２０に電気的に接続される別の電子部品が存在していてもよい。

板状部材４０は、導電部材２０に密着した状態で固定される平面方向に沿う絶縁性の板状の部材である。板状部材４０は、導電部材２０における基板１０の反対側の面（下側の面）の少なくとも一部に密着した状態で固定されている。ここでいう「密着した」とは、導電部材２０と板状部材４０の間に別の部材（接着剤等の接合部材）が存在せず、両者が直接接合された状態をいう。本実施形態では、いわゆるインサート成形によって、導電部材２０に直接板状部材４０が接合されるようにして当該板状部材４０が成形される。本実施形態における板状部材４０は、導電部材２０を構成する複数の導電体２１に跨るようにして各導電体２１に接合されている。

板状部材４０は、樹脂材料（例えば、ＰＢＴ、ＰＰＳ等の熱可塑性樹脂材料）のベース材４０１内に、熱伝導性の高い絶縁材料からなる充填材４０２（例えばセラミック、酸化アルミニウム等）が充填されてなる。充填材４０２は、少なくともベース材４０１を構成する材料よりも熱伝導率の高い材料が選定される。これにより、板状部材４０全体がベース材４０１を構成する材料で成形されたものとした場合よりも、熱伝導性を高めることが可能である。また、充填材４０２の種類や量を変化させることにより、板状部材４０の線膨張率や剛性等を調整することができる。

本実施形態における板状部材４０は、導電部材２０を構成する導電体２１間（隙間）に入り込む凸部４１を有する。具体的には、凸部４１は、板状部材４０の本体部分（平面方向に沿う部分）から上方に向かって突出する部分であり、対向する導電体２１の側面（端面）同士の間に入り込む部分である。各導電体２１は所定の大きさを有する板状の部分であるため、凸部４１は細長い線状となる。凸部４１の高さは、導電体２１の厚みと略同じであることが好ましい。なお、必ずしも全ての導電部材２０間（全ての隙間）に入り込むように凸部４１を形成する必要はない。一部の導電体２１間に入り込む凸部４１が形成された構成としてもよい。

また、本実施形態における板状部材４０は、導電部材２０の周面に密着する周壁部４２を有する。つまり、導電部材２０の周面と周壁部４２との間には、接着剤等の別の部材が介在されていない。周壁部４２は、上記凸部４１と同じ方向に突出する突起とみることもできる。周壁部４２の高さは、導電部材２０の厚みと略同じかそれ以上であることが好ましい。周壁部４２は回路構成体１のケース（基板１０や導電部材２０、電子部品３０を保護する部材）として機能するため、その高さ（ケースとしての高さ）を適宜調整すればよい。周壁部４２の先端の位置を、基板１０の一方の面１０ａと同じまたはそれよりも上方とすることで、導電部材２０だけでなく、基板１０を囲むケースとして機能させることができる。周壁部４２を導電部材２０の周面だけでなく、基板１０の周面に密着させた構造としてもよい。また、周壁部４２の先端の位置を、電子部品３０の素子本体３１の上面と同じまたはそれよりも上方とすることで、基板１０や導電部材２０だけでなく、電子部品３０を囲むケースとして機能させることができる。なお、必ずしも導電部材２０の周面全体（全周）に亘って周壁部４２が形成されていなくてもよい。例えば、導電部材２０の端子部を外側に引き出すための空間が形成された構造としてもよい。

以上説明した本実施形態にかかる回路構成体１によれば、導電部材２０に密着する（導電部材２０との間に接着剤等の接合部材が介在されていない）板状部材４０によって剛性が高められる。板状部材４０は、導電部材２０を構成する複数の導電体２１同士を繋げる部材であるということができ、従来であれば回路構成体１の剛性にほとんど寄与しなかった導電部材２０を剛性に寄与する部材として機能させるものであるともいえる。そして、当該板状部材４０は絶縁性であるため、導電部材２０において短絡が発生することもない。

また、板状部材４０は、ベース材４０１およびこのベース材４０１内に充填されるベース材４０１よりも熱伝導率が高い充填材４０２を有するものであるため、板状部材４０を、剛性を高める要素としてだけでなく、放熱性を高める要素として機能させることができる。図３に示すように、板状部材４０の外側の面（下面や側面）に凹凸４３（フィン）を形成し、放熱面積（外気に触れる面積）を増加させることで、当該放熱効率をさらに向上させることもできる。

また、絶縁性材料からなる板状部材４０は、複数の導電体２１間に入り込む凸部４１を有するため、導電体２１間の絶縁性が高められる。つまり、導電体２１同士の絶縁を担保するために確保していた隙間を従来に比して小さくすることができるため、小型化につながる。また、凸部４１が導電体２１間に入り込んだ状態にあるため、板状部材４０が導電部材２０から剥がれにくくなる。

また、板状部材４０は、導電部材２０の周面の少なくとも一部に密着する周壁部４２を有するため、板状部材４０を導電部材２０や基板１０を囲むケースとして機能させることもできる。また、板状部材４０が導電部材２０の周面にも密着することになるため、板状部材４０が導電部材２０から剥がれにくくなる。

また、板状部材４０はベース材４０１と充填材４０２からなるものであるが、充填材４０２の種類や量を調整することで、板状部材４０の線膨張率を導電部材２０に近づけることができる。これにより、導電部材２０が膨張・収縮したとしても、板状部材４０が剥がれにくくなる（ヒートショック時における導電部材２０と板状部材４０の接合面に生ずる応力を緩和することができる）。

以下、上記実施形態にかかる回路構成体１の変形例について、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。以下で説明する各変形例は、図４に示すように、板状部材４０が導電部材２０側の内側層４０ａと、この内側層４０ａよりも外側に形成される外側層４０ｂを有するものである。内側層４０ａが導電部材２０に密着する部分となり、外側層４０ｂが外気に触れる部分となる。なお、以下で説明する各変形例（条件）の一つのみを適用した回路構成体としてもよいし、複数を適用した回路構成体としてもよい。

・第一変形例
本例は、内側層４０ａの弾性率の方が、外側層４０ｂの弾性率よりも小さく設定されたものである。換言すると、内側層４０ａの方が、外側層４０ｂよりも柔らかく設定されたものである。弾性率の高低は、ベース材４０１の材質、充填材４０２の種類や量を調整することによって調整することができる。

このような構成とすることによる利点は次の通りである。内側層４０ａは、導電部材２０に密着する部分である。当該内側層４０ａが柔らかいものであるため、導電部材２０と板状部材４０の接合部分に応力が生じたとしても、当該応力が内側層４０ａの変形によって吸収されやすい。例えば、電子部品３０から発生した熱等によって導電部材２０が膨張・収縮したとしても、（板状部材４０の全体を外側層４０ｂのような比較的硬質な材料で形成した場合に比して）板状部材４０が剥がれにくくなる。

・第二変形例
本例は、内側層４０ａの熱伝導率の方が、外側層４０ｂの熱伝導率よりも大きく設定されたものである。熱伝導率の高低は、ベース材４０１の材質、充填材４０２の種類や量を調整することによって調整することができる。特に、同じベース材４０１とする場合であっても、高い熱伝導性を有する絶縁性材料を充填材４０２とし、その充填量を増やすことで、（外側層４０ｂよりも）熱伝導性に優れた内側層４０ａを構成することができる。

このような構成とすることによる利点は次の通りである。内側層４０ａは、導電部材２０に密着する部分である。当該内側層４０ａが高い熱伝導性を有するものであるため、導電部材２０から板状部材４０への熱の移動が円滑になる。特に、本実施形態では、板状部材４０（内側層４０ａ）が導電部材２０に密着している（両者の間に接着剤等の接合部材が介在されていない）ため、当該熱の移動を妨げる別の部材が存在しない。一方、外側層４０ｂを比較的熱伝導性に劣る材質とすることで、（板状部材４０の全てを熱伝導性に優れた材質としたものよりも）コストを抑えられる。外側層４０ｂは、外気に面している部分であるため、比較的熱伝導性に劣る材質としても、（板状部材４０の全てを熱伝導性に優れた材質としたものよりも）放熱効率が大きく低下することはない。

・第三変形例
本例は、内側層４０ａの線膨張率の方が、外側層４０ｂの線膨張率よりも導電部材２０の線膨張率に近くなるように設定されたものである。線膨張率の高低は、ベース材４０１の材質、充填材４０２の種類や量を調整することによって調整することができる。特に、線膨張率がベース材４０１に比して導電部材２０に近い充填材４０２を選定し、その充填量を増やすことで、内側層４０ａの線膨張率を導電部材２０に近づけることができる。

このような構成とすることによる利点は次の通りである。内側層４０ａは、導電部材２０に密着する部分である。当該内側層４０ａの線膨張率が導電部材２０に近いものであるため、熱によって導電部材２０が膨張・収縮したとしても、板状部材４０が剥がれにくくなる。導電性材料で形成された導電部材２０の線膨張率に近い絶縁性材料は高価であるため、比較的導電性部材の線膨張率に遠い外側層４０ｂを設けることで、（板状部材４０の全てを導電部材２０の線膨張率に近い材質とした場合よりも）コストを抑えられる。

以上、本発明の実施形態（およびその変形例）について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態（およびその変形例）に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

上記実施形態（およびその変形例）にかかる回路構成体１は、電子部品３０（素子本体３１）が、基板１０に形成された開口１１を通じて導電部材２０上に載置されていることを説明したが、これはあくまで一例である。例えば、電子部品３０（素子本体３１）が基板１０上に載置された回路構成体１であっても同様の技術思想が適用可能である。つまり、基板１０と導電部材２０（導電体２１）が一体化された部分を有する回路構成体に対しては上記実施形態と同様の技術思想が適用可能である。

１ 回路構成体
１０ 基板
１０ａ 一方の面
１０ｂ 他方の面
１０１ 導電パターン
１１ 開口
２０ 導電部材
２１ 導電体
３０ 電子部品
３１ 素子本体
３２ 第一端子
３３ 第二端子
３４ 第三端子
４０ 板状部材
４０１ ベース材
４０２ 充填材
４１ 凸部
４２ 周壁部
４０ａ 内側層
４０ｂ 外側層

Claims (7)

1. 一方の面に導電パターンが形成された基板と、
   前記基板の他方の面側に固定された導電部材と、
   前記導電部材に電気的に接続された端子、および前記基板に形成された導電パターンに電気的に接続された端子を有する電子部品と、
   前記導電部材における前記基板側の反対側の面の少なくとも一部に密着する絶縁性の板状部材と、
   を備えることを特徴とする回路構成体。
2. 前記板状部材は、ベース材およびこのベース材内に充填されるベース材よりも熱伝導率が高い充填材を有することを特徴とする請求項１に記載の回路構成体。
3. 前記導電部材は、複数の導電体に分割されており、
   前記板状部材は、前記複数の導電体間に入り込む凸部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路構成体。
4. 前記板状部材は、前記導電部材の周面の少なくとも一部に密着する周壁部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回路構成体。
5. 前記板状部材は、前記導電部材側の内側層およびこの内側層よりも外側に形成される外側層を有し、
   前記内側層の弾性率の方が、前記外側層の弾性率よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回路構成体。
6. 前記板状部材は、前記導電部材側の内側層およびこの内側層よりも外側に形成される外側層を有し、
   前記内側層の熱伝導率の方が、前記外側層の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の回路構成体。
7. 前記板状部材は、前記導電部材側の内側層およびこの内側層よりも外側に形成される外側層を有し、
   前記内側層の線膨張率の方が、前記外側層の線膨張率よりも前記導電部材の線膨張率に近いことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の回路構成体。

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