JP2017220646A

JP2017220646A - 回路構成体

Info

Publication number: JP2017220646A
Application number: JP2016116386A
Authority: JP
Inventors: 幸伯山田; Kohaku Yamada; 圭一河野; Keiichi Kono; 宏司小林; Koji Kobayashi; 佐藤　淳; Atsushi Sato; 佐藤　　淳
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2017-12-14

Abstract

【課題】損失やノイズが抑制されるとともに、省スペース化が可能な回路構成体を提供する。【解決手段】板状の第１導体片と、板状の第２導体片と、電子部品と、を備える回路構成体であって、前記電子部品が、前記第１導体片の一方の主面に搭載されており、前記第１導体片に流れる電流の向きと、前記第２導体片に流れる電流の向きとが、互いに逆方向であり、前記第１導体片の前記一方の主面と前記第２導体片の一方の主面とが、対向するように積層されている、回路構成体。【選択図】図１

Description

本発明は、電子部品を搭載した回路構成体に関する。

回路構成体では、通常、複数の導体片に複数の電子部品が搭載される。この複数の導体片は、電流経路を形成する。生産性の観点から、複数の導体片は、通常、１枚の金属板をその配置通りに打ち抜くことにより製造される。そのため、特許文献１のように、複数の導体片は同一平面上に配置される。

特開２００３−１６４０４０号公報

従来の回路構成体２００を、図５に模式的に示す。図５は、回路構成体２００の構成を示す斜視図である。回路構成体２００は、板状の第１導体片２１０Ａ、２１０Ｂおよび２１０Ｃと、板状の第２導体片２２０と、複数の電子部品２３０とを備える。第１導体片２１０Ｃと第２導体片２２０とは、接続導体片２５１および実装部品２５２を介して接続している。電子部品２３０は、第１導体片２１０Ａ〜２１０Ｃにそれぞれ搭載されている。電子部品２３０の出力端子２３１は、自身が搭載されている第１導体片とは別の第１導体片に接続されている。このとき、第１導体片２１０Ａ〜２１０Ｃに流れる第１電流Ｉ_１０の向きは、第２導体片２２０とは逆向きである。第１導体片２１０Ａ〜２１０Ｃと第２導体片２２０とは同一平面上に配置されているため、第１電流Ｉ_１０および第２電流Ｉ_２０が流れる電流経路もまた、平面的に形成される。

近年の電子機器の小型化に伴い、電子機器に搭載される回路構成体２００にも省スペース化が求められている。しかし、第１導体片２１０Ａ〜２１０Ｃと第２導体片２２０とを同一平面上に配置するため、省スペース化には限界がある。

本発明の一局面は、板状の第１導体片と、板状の第２導体片と、電子部品と、を備える回路構成体であって、前記電子部品が、前記第１導体片の一方の主面に搭載されており、前記第１導体片に流れる電流の向きと、前記第２導体片に流れる電流の向きとが、互いに逆方向であり、前記第１導体片の前記一方の主面と前記第２導体片の一方の主面とが、対向するように積層されている、回路構成体に関する。

本発明の回路構成体によれば、損失やノイズが抑制されるとともに省スペース化が可能である。

本発明の一実施形態に係る回路構成体の構成を示す斜視図である。図１のＸ−Ｘ線における回路構成体の断面図である。第１導体片と第２導体片との接続部分を拡大して示す斜視図（ａ）および上面図（ｂ）である。図１の回路構成体のＹ−Ｙ線における断面図である。従来の回路構成体の構成を示す斜視図である。

［発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本発明に係る回路構成体は、（１）板状の第１導体片と、板状の第２導体片と、電子部品と、を備える回路構成体であって、前記電子部品が、前記第１導体片の一方の主面に搭載されており、前記第１導体片に流れる電流の向きと、前記第２導体片に流れる電流の向きとが、互いに逆方向であり、前記第１導体片の前記一方の主面と前記第２導体片の一方の主面とが、対向するように積層されている。第１導体片と第２導体片とが厚み方向に積層されるため、互いに逆向きの電流が近接して流れることができる。よって、各電流が流れることによって生じるインダクタンス成分が打ち消されて、損失やノイズが抑制される。さらに、省スペース化が可能である。

（２）回路構成体は、さらに、前記第１導体片の他方の主面に対向する放熱部材を備えることが好ましい。これにより、電子部品の温度上昇が抑制される。

（３）前記第２導体片はグランド配線であってもよい。この場合、回路構成体を流れる電流の経路は、回路構成体の厚み方向に立体的に形成される。

［発明の実施形態の詳細］
本発明の一実施形態を具体的に以下に説明する。なお、本発明は、以下の内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施形態に係る回路構成体を、図１〜図４を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る回路構成体１００の構成を示す斜視図である。図２は、図１のＸ−Ｘ線における回路構成体１００の断面図である。図３（ａ）は、第１導体片１０と第２導体片２０との接続部分を拡大して示す斜視図であり、図３（ｂ）は、その上面図である。図４は、図１のＹ−Ｙ線における各回路構成体１００の断面図である。図示例において、同じ機能を備える部材には、同じ符号を付している。なお、図１では、複数の第１導体片１０Ａ〜１０Ｃにそれぞれ１つの電子部品３０Ａ〜３０Ｃが搭載されているが、第１導体片１０および電子部品３０の個数、形状および位置は、これに限定されない。第１導体片１０の電子部品３０が搭載された一方の主面（以下、搭載面１０Ｘと称す）には、電子部品３０の他に、所定の回路が形成された回路部材７０（図４参照）が搭載され得る。

回路構成体１００は、板状の第１導体片１０と、板状の第２導体片２０と、電子部品３０と、を備える。電子部品３０は、第１導体片１０の搭載面１０Ｘに搭載されている。電子部品３０Ａ〜３０Ｃの入力端子（図示せず）は、例えば、搭載面１０Ｘとの接触面側に配置されており、第１導体片１０Ａ〜１０Ｃにそれぞれ接続している。このとき、各第１導体片１０Ａ〜１０Ｃには、電子部品３０Ａから電子部品３０Ｃに向かう方向の第１電流Ｉ_１（図２参照）が流れる。一方、第２導体片２０には、第１電流Ｉ_１とは逆向きの第２電流Ｉ_２が流れる。電子部品３０Ａ〜３０Ｃの各出力端子３１は、自身が搭載されている第１導体片１０とは別の第１導体片１０に接続されている。回路構成体１００は、例えば、インバータ回路、コンバータ回路等の電源回路を構成する。

第１導体片１０と第２導体片２０とは、第１導体片１０の搭載面１０Ｘと、第２導体片２０の一方の主面（図２参照。以下、対向面２０Ｘと称す）とが対向するように、厚み方向に積層されている。そのため、第１導体片１０と第２導体片２０とを同一平面上に配置する場合と比較して、省スペース化される。また、第１導体片１０と第２導体片２０との間には、少なくとも後述する第１絶縁層８３（図４参照）が配置されればよい。そのため、第１電流Ｉ_１と第２電流Ｉ_２とは、近接して流れることができる。よって、各電流が流れることによって生じるインダクタンス成分を互いに打ち消し合うことができるため、損失やノイズが抑制される。

搭載面１０Ｘには電子部品３０が搭載されるため、対向面２０Ｘは、電子部品３０を避けるように、第１導体片１０の搭載面１０Ｘに対向している。言い換えれば、回路構成体１００を対向面２０Ｘとは反対側の主面（以下、第２非対向面２０Ｙと称す）側から見たとき、第１導体片１０は、第２導体片２０に対向しない張り出し領域を備える。ここで、部材（あるいは主面）Ａと部材（あるいは主面）Ｂとが対向するとき、部材Ａと部材Ｂとの間に絶縁材料や導体を介在させて、これらを接着あるいは接触することにより、電気的あるいは熱的に接続させてもよい。

図１および図２では、第１導体片１０と第２導体片２０とは、接続導体片５１Ａ、５１Ｂおよび実装部品５２Ａを介して接続しており、第２導体片２０はグランド配線として機能している。この場合、第１電流Ｉ_１および第２電流Ｉ_２が流れる電流経路が、回路構成体１００の厚み方向に立体的に形成される。そのため、回路構成体１００に形成される電流経路の全長が短くなって、インダクタンス成分はさらに減少する。その結果、損失やノイズはより小さくなる。なお、図１では、第２導体片２０の一部を切り欠いて、第２導体片２０の下方に存在する接続導体片５１Ａの一部を図示している。

実装部品５２Ａおよび後述する実装部品５２Ｂは、例えば、電子部品３０と同様の構成を有している。この場合、図１に示すように、実装部品５２Ａの入力端子（図示せず）は、接続導体片５１Ａに当接するように配置されており、出力端子は、接続導体片５１Ｂに接続されている。実装部品５２Ａおよび実装部品５２Ｂは、ジャンパー線等のリード線であってもよい。また、第２導体片２０は、グランド配線でなくてもよく、第１電流Ｉ_１とは逆向きの第２電流Ｉ_２が流れればよい。

搭載面１０Ｘと対向面２０Ｘとは、少なくとも一部が対向していればよい。省スペース化の観点から、対向面２０Ｘの搭載面１０Ｘに対向する面積は、大きいほど好ましい。一方、搭載面１０Ｘに電子部品３０を搭載するため、対向面２０Ｘは、電子部品３０を避けるように、第１導体片１０の搭載面１０Ｘに対向させる必要がある。ここで、第１導体片１０と第２導体片２０とが接続している場合、第２電流Ｉ_２は、第１電流Ｉ_１よりも小さくなり得る。そのため、第２導体片２０の第２電流Ｉ_２が流れる方向に垂直な方向の長さ（幅）を、第１導体片１０よりも小さくすることができる。この場合、電子部品３０の搭載および省スペース化が両立される点で、第２導体片２０の上記幅を第１導体片１０よりも小さくすることが好ましい。

第２導体片２０が第１導体片１０に対向しない部分（以下、搭載部２０Ｃと称す）を備える場合、搭載部２０Ｃには、電子部品３０等が搭載され得る。また、搭載部２０Ｃと第１導体片１０（図示例では、第１導体片１０Ａ）とは、実装部品５２Ｂにより接続され得る。この場合、搭載部２０Ｃは、第１導体片１０と同一平面上になるように曲げ加工（プレス等）される。図３に示すように、曲げ加工により、第２導体片２０には、例えば２箇所の曲げ部（Ｒ_１およびＲ_２）が設けられる。

第２導体片２０は、後述するように、例えば厚み０．２〜２ｍｍの金属板である。そのため、曲げ部Ｒ_１およびＲ_２には、それぞれ曲げ半径（曲げＲ）が生じる。市販の実装部品の出力端子（あるいは、ジャンパー線）は長さに制限がある。よって、第１導体片１０Ａと搭載部２０Ｃとの距離は、第１導体片１０Ａと第２導体片２０との絶縁性が確保できる程度に短いことが望ましい。しかし、曲げＲを考慮して、第２導体片２０の曲げ部Ｒ_１およびＲ_２の位置を決定しても、加工精度の観点から、第１導体片１０Ａと第２導体片２０との絶縁性の確保と、第１導体片１０Ａと搭載部２０Ｃとの距離を短くすることを両立させるのは困難である。

上記の観点から、図３に示すように、第１導体片１０Ａの実装部品５２Ｂが接続される側の端部に延出部１０ｅを設け、ここに実装部品５２Ｂの出力端子を接続させることが好ましい。このとき、延出部１０ｅは、曲げ部Ｒ_１およびＲ_２に接触しないように延出させる。これにより、曲げＲを考慮することなく、第１導体片１０Ａと搭載部２０Ｃとの距離を短くすることができる。例えば、延出部１０ｅと搭載部２０Ｃとの最短距離Ｄ_Ｅは、第１導体片１０Ａの延出部１０ｅ以外の本体部１０ｂと搭載部２０Ｃとの最短距離Ｄ_Ｂよりも短くなる。そのため、延出部１０ｅを実装部品５２Ｂの接続部分として使用することにより、出力端子の長さに制限のある市販の実装部品を使用することができる。なお、実装部品５２Ｂの出力端子が十分な長さを備える場合、実装部品５２Ｂの出力端子は、本体部１０ｂに接続されてもよい。

延出部１０ｅの形状は、搭載部２０Ｃの形状に応じて適宜設定すればよい。例えば、図３に示すように、搭載部２０Ｃの幅Ｗ_２０Ｃが曲げ部Ｒ_２の長さよりも十分に大きい場合、Ｘ−Ｘ線方向における延出部１０ｅの長さは短くてもよい。延出部１０ｅおよび搭載部２０ＣのＹ−Ｙ線方向に沿った端面同士が対向できるためである。一方、搭載部２０Ｃの幅Ｗ_２０Ｃが曲げ部Ｒ_２の長さと同じか、これより小さい場合、Ｘ−Ｘ線方向において延出部１０ｅは長い方が好ましい。延出部１０ｅおよび搭載部２０ＣのＸ−Ｘ線方向に沿った端面同士を対向させるためである。

［導体片］
第１導体片１０、第２導体片２０、接続導体片５１Ａおよび５１Ｂ（以下、まとめて導体片と称す場合がある）は、金属板を所望の形状に裁断することにより得られる。金属板の材質は特に限定されず、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、あるいは、ＣｕまたはＡｌと、錫（Ｓｎ）、リン（Ｐ）、鉄（Ｆｅ）との合金等が挙げられる。各導体片の材質は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。なかでも、コスト、生産性、抵抗等の観点から、各導体片の材質はいずれも同じであることが好ましい。複数の第１導体片１０が配置される場合も同様に、材質はいずれも同じであることが好ましい。導体片の厚みも特に限定されない。導体片の表面積が十分に大きい場合、その厚みは小さくてもよい。導体片の厚みは、例えば、小型化および電気的接続性の観点から、０．２〜２ｍｍであることが好ましい。各導体片の厚みは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。なかでも、コスト、生産性、抵抗等の観点から、厚みはいずれも同じであることが好ましい。複数の第１導体片１０が配置される場合も同様に、厚みはいずれも同じであることが好ましい。

［電子部品］
搭載面１０Ｘに搭載される電子部品３０は、特に限定されない。電子部品３０としては、例えば、パワーデバイス（電力用半導体素子）、コンデンサ、抵抗、コイル等が挙げられる。電子部品３０が、パワーデバイス等の電力の供給により発熱する電子部品を含む場合、第１導体片１０の他方の主面（第１非対向面１０Ｙ）に対向するように、放熱部材６０（いずれも図４参照）を配置することが好ましい。これにより、電子部品３０で発生した熱は、第１導体片１０に伝達されて拡散しながら、放熱部材６０へと伝達される。放熱部材６０に伝達された熱は、やがて回路構成体１００の外部に放出される。

［放熱部材］
放熱部材６０の材質は、高い熱伝導率（例えば、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上。以下同じ。）を有するものであれば特に限定されず、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、ステンレス鋼等の金属や、セラミックス等が挙げられる。２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を有するセラミックスとしては、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等が例示できる。なかでも、成形し易い点で、Ａｌが好ましい。

放熱部材６０の形状も特に限定されず、平板状であってもよいし、回路構成体１００を収容することのできる箱型（筺体）であってもよい。放熱部材６０が平板状である場合、回路構成体１００は、箱型のヒートシンクに収容されて、ヒートシンクと熱的に接続されていてもよいし、回路構成体１００が収容される筺体と熱的に接続されていてもよい。あるいは、放熱部材６０にフィン等を形成し、放熱部材６０自体をヒートシンクとして用いてもよい。放熱部材６０の厚み（肉厚）は特に限定されないが、放熱性の観点から、３〜１０ｍｍであることが好ましい。

以下、図４を参照しながら、放熱部材６０を備える回路構成体１００Ａを例に挙げて、本実施形態に係る回路構成体の構成を詳細に説明する。図示例では、第２導体片２０がグランド配線であって、第１導体片１０が上記張り出し領域を備える場合を示す。

回路構成体１００Ａは、図４に示すように、第１導体片１０と、第２導体片２０と、電子部品３０と、放熱部材６０と、回路部材７０とを備える。電子部品３０は、第１導体片１０の搭載面１０Ｘに搭載されている。回路部材７０は、例えば、第２導体片２０の対向面２０Ｘとは反対側の第２非対向面２０Ｙに搭載される。放熱部材６０は、第１非対向面１０Ｙに対向するように配置されている。第２非対向面２０Ｙには、さらに電子部品３０を搭載してもよい。

このような回路構成体１００Ａは、例えば、以下のようにして得られる。まず、第１導体片１０と第２導体片２０とを、第１絶縁層８３を介して積層して積層導体片を得た後、この積層導体片の第１導体片１０を第２絶縁層８４を介して放熱部材６０に接着する。その後、電子部品３０を、接続層８１を介して第１導体片１０に搭載するとともに、回路部材７０を、接着層８２を介して第２導体片２０に搭載する。なお、回路部材７０と第２導体片２０とは、ねじ止めされていてもよい。

第１絶縁層８３の材質は、絶縁性である限り特に限定されず、例えば、熱硬化性樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエステルなどが挙げられる。放熱性の観点から、第１絶縁層８３は高い熱伝導率を有することが好ましい。絶縁性と高い熱伝導率を備える第１絶縁層８３の材質としては、放熱部材の材質として例示した上記セラミックスやセラミックス粒子を含む熱硬化性樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂は、例えば、シート状に成形された後、第１導体片１０に積層されてもよいし、流動性のある状態で、第１導体片１０に塗布されてもよい。なかでも、生産性の観点から、第１絶縁層８３は、シート状に形成された熱硬化性樹脂を、第１導体片１０に積層することにより形成されることが好ましい。絶縁性の確保および省スペース化の観点から、第１絶縁層８３の厚みは、１０〜５００μｍであることが好ましい。

第２絶縁層８４の材質は絶縁性である限り特に限定されず、第１絶縁層８３と同じものが挙げられる。第２絶縁層８４もまた、放熱性の観点から、高い熱伝導率を有することが好ましい。第２絶縁層８４の厚みは特に限定されず、第１絶縁層８３と同じであってもよい。ボイドが抑制できる点で、第２絶縁層８４は、２層以上の熱硬化性樹脂層の積層体であることが好ましい。この場合、少なくとも１層がセラミックス粒子を含んでいることが好ましい。各層の熱硬化性樹脂の種類は同じであってもよいし、異なっていてもよい。

接続層８１は導電性を有していればよく、その材質は特に限定されない。接続層８１は、例えば、半田、導電性フィラー（例えば、半田粒子、銀粒子等）を含む熱硬化性樹脂等により形成される。なかでも、放熱性および導電性の観点から、接続層８１は半田により形成されることが好ましい。接続層８１の厚みは特に限定されない。なかでも、放熱性の観点から、接続層８１の厚みは、１０〜１００μｍであることが好ましい

接着層８２の材質は特に限定されず、例えば、上記の熱硬化性樹脂等が挙げられる。接着層８２は、導電性フィラーを有していてもよいし、有さなくてもよい。接着層８２の厚みは特に限定されないが、低背化の観点から、１０〜３００μｍであることが好ましい。

［回路部材］
回路部材７０は、所定の回路が形成された基板を具備しており、電子部品３０の図示しない端子と電気的に接続している。回路部材７０には、例えば、電子部品３０の動作を制御するための制御部が搭載される。回路部材７０の基板は特に限定されず、リジッド（rigid）基板であってもよいし、フレキシブル（flexible）基板であってもよい。回路部材７０には、さらに、半田等の接合材料を介して、制御部以外の他の電子部品が搭載され得る。

本発明の回路構成体は、損失やノイズが抑制されるとともに省スペース化が可能であるため、様々な電子機器に適用することができる。

１００、１００Ａ：回路構成体
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：第１導体片
１０Ｘ：搭載面
１０Ｙ：第１非対向面
１０ｂ：本体部
１０ｅ：延出部
２０：第２導体片
２０Ｘ：対向面
２０Ｙ：第２非対向面
２０Ｃ：搭載部
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ：電子部品
３１：出力端子
５１Ａ、５１Ｂ：接続導体片
５２Ａ、５２Ｂ：実装部品
６０：放熱部材
７０：回路部材
８１：接続層
８２：接着層
８３：第１絶縁層
８４：第２絶縁層
２００：回路構成体
２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ：第１導体片
２２０：第２導体片
２３０：電子部品
２３１：出力端子
２５１：接続導体片
２５２：実装部品

Claims

板状の第１導体片と、板状の第２導体片と、電子部品と、を備える回路構成体であって、
前記電子部品が、前記第１導体片の一方の主面に搭載されており、
前記第１導体片に流れる電流の向きと、前記第２導体片に流れる電流の向きとが、互いに逆方向であり、
前記第１導体片の前記一方の主面と前記第２導体片の一方の主面とが、対向するように積層されている、回路構成体。
さらに、前記第１導体片の他方の主面に対向する放熱部材を備える、請求項１に記載の回路構成体。
前記第２導体片がグランド配線である、請求項１または請求項２に記載の回路構成体。