JP2018148180A - 電気部品、電気部品の実装構造、及び電気部品の固定部材 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、高い絶縁耐力と振動耐性を共に実現し得る電気部品を提供すること。【解決手段】回路基板２の表面上に実装される電気部品１であって、本体部１１と、前記本体部１１から所定の方向に延出する形状を呈し、前記回路基板２に形成された第１及び第２の貫通口２１、２２それぞれに挿入されて、互いに異なる電圧が印加されるように前記回路基板２に接続される第１及び第２の端子１２、１３と、前記第１及び第２の端子１２、１３の端子間に介在し、前記第１及び第２の端子１２、１３よりも突出するように前記本体部１１から前記所定の方向に延出する形状を呈し、前記回路基板２に形成された第３の貫通口２３に挿入される絶縁性の突起部１４と、前記突起部１４の側面から外側に延出するように配設され、前記回路基板２と係合する係合部１５と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、電気部品、電気部品の実装構造、及び電気部品の固定部材に関する。

近年の電力モジュール（例えば、充電器やインバータ装置）においては、高電圧が使用される傾向にある。そして、電力モジュールにおける使用電圧の高電圧化に伴って、電気部品においても、絶縁耐力を向上させることが求められ、特に、電気部品を回路基板に実装した際の端子間の絶縁耐力を向上させる要請がある。

電気部品の端子間の絶縁耐力を向上させるためには、端子間の実距離を延長する構成が考えられるが、かかる構成は、部品サイズの大型化、ひいては、電力モジュールの大型化につながる。

特許文献１には、電気部品の樹脂パッケージに、端子間において突出する凸形状を持たせることで、部品サイズを変えることなく、端子間の絶縁距離を延長する構造が記載されている。

実開昭５７−０００９７２号公報

ところで、車載用等の移動体に適用される電気部品の実装構造としては、絶縁耐力のみならず、走行時の振動に対する振動耐性が求められる。

この点、従来技術においては、絶縁耐力と振動耐性を共に充足させるための構成までは考慮されていなかった。例えば、特許文献１に係る実装構造は、電気部品の端子と回路基板を半田部のみで接続する構成となっているため、振動に弱く、当該半田部にクラックが生じたり、電気部品の端子が折れ曲がったりするおそれがある。その結果、電気部品の端子と回路基板の間の接続部分において、接続不良が発生し、ひいては過熱状態が発生するおそれもある。

このようなことから、従来技術に係る電気部品の実装構造においては、振動耐性を向上させるため、振動止めのための固定部品等を後付けする必要があり、部品サイズの大型化や製造プロセスの煩雑化につながっていた。

本開示は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、高い絶縁耐力と振動耐性を共に実現し得る電気部品、電気部品の実装構造、及び電気部品の固定部材を提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本開示は、
回路基板の表面上に実装される電気部品であって、
本体部と、
前記本体部から所定の方向に延出する形状を呈し、前記回路基板に形成された第１及び第２の貫通口それぞれに挿入されて、互いに異なる電圧が印加されるように前記回路基板に接続される第１及び第２の端子と、
前記第１及び第２の端子の端子間に介在し、前記第１及び第２の端子よりも突出するように前記本体部から前記所定の方向に延出する形状を呈し、前記回路基板に形成された第３の貫通口に挿入される絶縁性の突起部と、
前記突起部の側面から外側に延出するように配設され、前記回路基板と係合する係合部と、
を備える、電気部品である。

又、他の局面では、
回路基板の表面上に実装した電気部品の実装構造であって、
前記回路基板は、
第１、第２及び第３の貫通口を有し、
前記電気部品は、
本体部と、
前記本体部から所定の方向に延出する形状を呈し、前記第１及び第２の貫通口それぞれに挿入されて、互いに異なる電圧が印加されるように前記回路基板に接続される第１及び第２の端子と、
前記第１及び第２の端子の端子間に介在し、前記第１及び第２の端子よりも突出するように前記本体部から前記所定の方向に延出する形状を呈し、前記第３の貫通口に挿入される絶縁性の突起部と、
前記突起部の側面から外側に延出するように配設され、前記回路基板と係合する係合部と、を有する、
電気部品の実装構造である。

又、他の局面では、
回路基板の表面上に電気部品を実装するための固定部材であって、
前記電気部品の本体部から所定の方向に延出する第１及び第２の端子が、前記回路基板に形成された第１及び第２の貫通口それぞれに挿入されるように、前記本体部を保持する保持部と、
前記第１及び第２の端子の端子間に介在し、前記第１及び第２の端子よりも突出するように前記本体部から前記所定の方向に延出する形状を呈し、第３の貫通口に挿入される絶縁性の突起部と、
前記突起部の側面から外側に延出するように配設され、前記回路基板と係合する係合部と、
を備える、電気部品の固定部材である。

本開示に係る電気部品によれば、簡易な構成で、高い絶縁耐力と振動耐性を共に実現することができる。

第１の実施形態に係る電気部品及び回路基板の構成を示す分解斜視図 第１の実施形態に係る電気部品を回路基板に実装した状態を示す斜視図 第１の実施形態に係る電気部品を回路基板に実装した状態を示す側面図 第２の実施形態に係る電気部品及び回路基板の構成を示す分解斜視図 第３の実施形態に係る電気部品及び回路基板の構成を示す分解斜視図 第３の実施形態に係る電気部品の固定部材を示す斜視図 第４の実施形態に係る電気部品を回路基板に実装した状態を示す側面図 第４の実施形態に係る電気部品を回路基板に実装した状態を示す側面図 第４の実施形態に係る電気部品を回路基板に実装した状態を示す斜視図

（第１の実施形態）
［電気部品の実装構造］
以下、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る電気部品の構成、及び電気部品の実装構造の一例について説明する。

本実施形態に係る電気部品の実装構造は、例えば、充電器やインバータ装置等の車載電力モジュールに好適に適用することができる。

図１は、本実施形態に係る電気部品１及び回路基板２の構成を示す分解斜視図である。図２及び図３は、それぞれ、電気部品１を回路基板２に実装した状態を示す斜視図及び側面図である。

尚、以下では、説明の便宜として、図中の上下方向、左右方向を基準に各部の位置関係を説明する。

回路基板２は、表面上に電気部品１を実装する基板である。回路基板２には、電力を通流させるための配線（例えば、パターニング配線、バスバー等）（図示せず）が形成されており、当該配線を介して、電気部品１と他の電気部品（図示せず）を電気的に接続する。尚、回路基板２としては、プリント基板が好適に用いられるが、プリント基板に限らず、任意の絶縁性の回路基板が用いられてもよい。

回路基板２は、第１及び第２の端子用貫通口２１、２２、並びに突起部用貫通口２３を備えている。

第１及び第２の端子用貫通口２１、２２、並びに突起部用貫通口２３は、それぞれ、回路基板２を表面側から裏面側まで貫通するように形成された開口である。第１及び第２の端子用貫通口２１、２２、並びに突起部用貫通口２３は、それぞれ、平面視で、第１及び第２の端子１２、１３、並びに突起部１４と略同一の形状を呈している。

電気部品１は、例えば、コンデンサ、電力用半導体、トランス、又はフォトカプラ等の電気回路を構成する部品である。但し、電気部品１は、単体の電気部品に限らず、複数の電気部品の集合体であってもよい。

電気部品１は、本体部１１、第１及び第２の端子１２、１３、突起部１４、及び係合爪１５を備えている。

本体部１１は、コンデンサ、電力用半導体、トランス、又はフォトカプラ等が収納された本体部分であって、絶縁材料（例えば、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂等）に封入されてパッケージングされた状態となっている。

第１及び第２の端子１２、１３は、共に、本体部１１から下方向に向かって延出するピン形状を呈している。第１及び第２の端子１２、１３は、それぞれ、回路基板２に形成された第１及び第２の端子用貫通口２１、２２に表面側から裏面側まで挿入されている。そして、第１及び第２の端子１２、１３は、それぞれ、半田付け等によって、回路基板２の配線と電気的に接続されている。

第１及び第２の端子１２、１３は、回路基板２と接続されて、個別に電圧が印加される異なる端子である。例えば、電気部品１としてコンデンサが用いられる場合、第１及び第２の端子１２、１３には、それぞれ、一方の電極と他方の電極が接続される。

突起部１４は、第１及び第２の端子１２、１３の端子間において、本体部１１の下面から下方に向かって突出する部位である。突起部１４は、回路基板２の表面側から突起部用貫通口２３に挿入され、回路基板２の裏面側から突出する構成となっている。突起部１４は、第１及び第２の端子１２、１３よりも下方に突出する形状を呈すると共に、平面視で、少なくとも第１の端子１２と第２の端子１３が対向する領域を仕切る形状を呈する。これによって、突起部１４は、実装状態において、第１及び第２の端子１２、１３の端子間に介在する構造となる。

突起部１４は、絶縁性の素材で構成されており、第１及び第２の端子１２、１３の端子間に介在することで、端子間の沿面絶縁距離（図３中のＬ１）及び空間絶縁距離（図３中のＬ２）を延長する。

係合爪１５（本発明の「係合部」に相当する）は、突起部１４の側面から外側に延出するように配設され、回路基板２と係合する。

本実施形態に係る係合爪１５は、より好適な形状として、突起部１４の側面から両側に、突起部１４が延出する方向に対して逆向き（図中では上方）に延出する返し形状を呈する。換言すると、本実施形態に係る係合爪１５は、一端が突起部１４の先端の左右両側に接続され、係合爪１５の他端（以下、「押さえ部１５ａ」と称する）は、突起部１４から離間するように、突起部１４の先端の付け根の接続位置から基端側に向かって延出する。そして、係合爪１５の端部の押さえ部１５ａが、回路基板２の突起部用貫通口２３の縁部２３ａにおいて、回路基板２の裏面と係合する構成となっている。但し、係合爪１５は、突起部１４の側面から放射状に延出する形状であってもよい。

係合爪１５は、突起部１４の先端の付け根の接続位置において、弾性変形が可能に構成されている。そして、係合爪１５は、回路基板２の突起部用貫通口２３に挿入される際には、突起部１４側に折り畳まれるように弾性変形し、当該突起部用貫通口２３を通過した後に、再び、付け根の接続位置を基点として左右に広がるように弾性変形して、回路基板２の裏面に係合する状態となる。

又、係合爪１５の押さえ部１５ａと本体部１１の下面とが対向する空間領域の間隔ｄ１は、回路基板２の基板厚ｄ２と略同一となっている。つまり、電気部品１が回路基板２に実装されたとき、係合爪１５の押さえ部１５ａと本体部１１の下面との間で、回路基板２を挟持するような状態となる。このとき、係合爪１５は、突起部１４の先端の付け根の位置における弾性によって、回路基板２を裏面側から付勢した状態となる。

本実施形態に係る突起部１４及び係合爪１５は、本体部１１を構成するパッケージの一体的に絶縁材料で形成されており、例えば、ナイロン樹脂やエポキシ樹脂によって形成されている。但し、突起部１４及び係合爪１５は、絶縁性及び弾性特性の観点から、ナイロン樹脂を用いるのが望ましい。

［電気部品の実装方法］
次に、図１を参照して、電気部品１の実装方法について説明する。尚、この実装工程は、例えば、自動組立装置（図示せず）によって実行される。

自動組立装置は、まず、電気部品１の第１及び第２の端子１２、１３、並びに突起部１４を、それぞれ、回路基板２の第１及び第２の端子用貫通口２１、２２、並びに突起部用貫通口２３と位置合わせする。

次に、自動組立装置は、電気部品１を下方に移動させて、電気部品１の第１及び第２の端子１２、１３、並びに突起部１４を、それぞれ、回路基板２の第１及び第２の端子用貫通口２１、２２、並びに突起部用貫通口２３に挿入する。このとき、電気部品１の係合爪１５は、挿入時の押圧力によって、突起部１４側に折り畳まれるように弾性変形し、突起部１４と共に突起部用貫通口２３に挿入される。そして、自動組立装置は、電気部品１の本体部１１の下面が、回路基板２の裏面と当接するまで、上記挿入動作を行う。

このようにして、挿入が完了した後には、電気部品１の第１及び第２の端子１２、１３、並びに突起部１４は、回路基板２の裏面側から露出した状態となる。そして、電気部品１の係合爪１５は、再び、左右に広がるように弾性変形して、押さえ部１５ａが回路基板２の裏面の突起部用貫通口２３の縁部２３ａと当接する。そして、電気部品１は、係合爪１５の押さえ部１５ａと本体部１１の下面との間で、回路基板２を表裏面から挟持して、当該回路基板２と固定された状態となる。

その後、自動組立装置は、第１及び第２の端子１２、１３に対して半田付けを行うことによって、第１及び第２の端子１２、１３それぞれを回路基板２に形成された配線と電気的に接続する。

このような製造プロセスによって、電気部品１が、回路基板２に対して実装されることになる。

以上のように、本実施形態に係る電気部品１によれば、第１及び第２の端子１２、１３の端子間に突起部１４を配設することによって、端子間の実距離を変化させることなく、端子間の沿面絶縁距離Ｌ１及び端子間の空間絶縁距離Ｌ２を延長することができる。その際、本実施形態に係る電気部品１は、係合爪１５が回路基板２の裏面に係合することになるため、回路基板２に対して安定的に固定されることになる。

従って、本実施形態に係る電気部品１によれば、製造プロセスを増加させることなく、小型化、絶縁耐力の向上、及び振動耐性の向上を実現することができる。又、電気部品１と回路基板２が当接することによって、電気部品１からの放熱特性も向上させることができる。

（第２の実施形態）
次に、図４を参照して、第２の実施形態に係る電気部品１及び電気部品１の実装構造について説明する。尚、第１の実施形態と共通する構成については、説明を省略する（以下、他の実施形態についても同様）。

図４は、第２の実施形態に係る電気部品１及び回路基板２の構成を示す分解斜視図である。

本実施形態に係る電気部品１は、突起部１４及び係合爪１５が、本体部１１のパッケージ材料とは別体の部材によって形成されている点で、第１の実施形態と相違する。

本実施形態に係る突起部１４及び係合爪１５は、形状自体は、第１の実施形態で説明したものと同様である。しかしながら、本実施形態に係る突起部１４及び係合爪１５は、本体部１１とは別体として形成され、本体部１１のパッケージが完了したものに対して、後付けで取り付けられる。

図４中では、突起部１４が、接着材１６によって、本体部１１の下面に固定された構成を示している。

このように、本実施形態によれば、突起部１４及び係合爪１５を有しない既存の電気部品等に対しても、接着材１６を用いて、第１の実施形態と同様の実装構造とすることが可能である。又、本実施形態によれば、突起部１４及び係合爪１５を形成する材料を、本体部１１のパッケージ材料よりも絶縁耐力が高いものを用いたりすることも可能である。

（第３の実施形態）
次に、図５、図６を参照して、第３の実施形態に係る電気部品１及び電気部品１の実装構造について説明する。

図５は、第３の実施形態に係る電気部品１及び回路基板２の構成を示す分解斜視図である。図６は、第３の実施形態に係る電気部品１の本体部１１を固定する固定部材１７を示す斜視図である。

本実施形態に係る電気部品１は、第２の実施形態と同様に、突起部１４及び係合爪１５が、本体部１１のパッケージ材料とは別体の部材によって形成されている。但し、本実施形態に係る突起部１４及び係合爪１５は、本体部１１を保持する固定部材１７と一体的に形成されている。

固定部材１７は、例えば、ナイロン樹脂製の部品ホルダであり、本体部１１を両側から把持する保持部１７ａを有している。そして、本体部１１は、固定部材１７の保持部１７ａに両側から把持されるようにして、回路基板２と固定されることになる。

このように、本実施形態によれば、突起部１４及び係合爪１５を有しない既存の電気部品等に対しても、固定部材１７を用いて、第１の実施形態と同様の実装構造とすることが可能である。又、本実施形態によれば、突起部１４及び係合爪１５を形成する材料を、本体部１１のパッケージ材料よりも絶縁耐力が高いものを用いたりすることも可能である。

（第４の実施形態）
次に、図７〜図９を参照して、第４の実施形態に係る電気部品１及び電気部品１の実装構造について説明する。

図７は、第４の実施形態に係る電気部品１を回路基板２に実装した状態を示す側面図である。図８は、第４の実施形態に係る電気部品１の突起部１４及び係合爪１５の拡大図である。図９は、第４の実施形態に係る電気部品１を回路基板２に実装した状態を示す斜視図である。

本実施形態に係る電気部品１は、係合爪１５が、回路基板２の裏面側に加えて、回路基板２の突起部用貫通口２３の側面とも係合する構成となっている点で、第１の実施形態と相違する。

本実施形態に係る係合爪１５は、端部側に、第１の押さえ部１５ａと第２の押さえ部１５ｂとを備えている。第１の押さえ部１５ａは、第１の実施形態と同様に、回路基板２の裏面と当接して、上下方向において回路基板２に対して係合する。又、第２の押さえ部１５ｂは、第１の押さえ部１５ａから、更に先端側に延出した部位であり、突起部用貫通口２３の内部の内部で回路基板２に対して係合する。

本実施形態においては、係合爪１５は、先端側の第２の押さえ部１５ｂを突起部用貫通口２３の内部に配設した状態で保持される。この状態で、係合爪１５は、突起部１４との接続部分を基点として、左右方向に広がるように、弾性変形する。これによって、係合爪１５は、第２の押さえ部１５ｂが突起部用貫通口２３の側面を付勢する状態となる。これにより、電気部品１は、左右方向に対しても回路基板２に対して固定されることになる。

このように、本実施形態に係る電気部品１によっても、端子間の沿面絶縁距離Ｌ１及び端子間の空間絶縁距離Ｌ２を延長すると共に、回路基板２に対して安定的に固定することが可能である。特に、本実施形態に係る電気部品１は、第１の押さえ部１５ａと第２の押さえ部１５ｂによって、上下方向において回路基板２に対して係合すると共に、左右方向においても突起部用貫通口２３内で回路基板２に対して係合する。従って、本実施形態に係る電気部品１は、より安定した状態で、回路基板２に対して実装することが可能である。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。

上記実施形態では、電気部品１の構成の一例を種々に示した。但し、各実施形態で示した態様を種々に組み合わせたものを用いてもよいのは勿論である。

又、上記実施形態では、係合爪１５の一例として、返し形状を呈する態様を示したが、他の形状を呈していてもよい。例えば、係合爪１５は、突起部１４の側面から左右方向に直線的に延出する形状であってもよい。

又、上記実施形態では、電気部品１の一例として、２つの端子１２及び１３のみを備える態様を示したが、更に複数の端子を有していてもよい。但し、その場合、高電圧が印加される端子間には、上記した突起部１４を介在させる構成とする。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本開示に係る電気部品によれば、簡易な構成で、高い絶縁耐力と振動耐性を共に実現することができる。

１ 電気部品
２ 回路基板
１１ 本体部
１２ 第１の端子
１３ 第２の端子
１４ 突起部
１５ 係合爪
１６ 接着材
１７ 固定部材
２１ 第１の端子用貫通口
２２ 第２の端子用貫通口
２３ 突起部用貫通口

Claims (11)

1. 回路基板の表面上に実装される電気部品であって、
   本体部と、
   前記本体部から所定の方向に延出する形状を呈し、前記回路基板に形成された第１及び第２の貫通口それぞれに挿入されて、互いに異なる電圧が印加されるように前記回路基板に接続される第１及び第２の端子と、
   前記第１及び第２の端子の端子間に介在し、前記第１及び第２の端子よりも突出するように前記本体部から前記所定の方向に延出する形状を呈し、前記回路基板に形成された第３の貫通口に挿入される絶縁性の突起部と、
   前記突起部の側面から外側に延出するように配設され、前記回路基板と係合する係合部と、
   を備える、電気部品。
2. 前記係合部は、前記突起部の側面から両側又は放射状に、前記突起部が延出する方向に対して逆向きに延出する返し形状を呈する、
   請求項１に記載の電気部品。
3. 前記係合部は、前記回路基板の裏面と係合する、
   請求項１又は２に記載の電気部品。
4. 前記係合部が前記回路基板の裏面と当接すると共に、前記本体部が前記回路基板の表面と当接することによって、前記回路基板を表裏面から挟持する、
   請求項３に記載の電気部品。
5. 前記係合部は、弾性変形により、前記回路基板を裏面側から付勢する、
   請求項４に記載の電気部品。
6. 前記突起部及び前記係合部は、前記本体部を構成するパッケージング素材によって、前記本体部と一体的に形成された、
   請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電気部品。
7. 前記突起部は、接着材によって、前記本体部の表面上に固定された、
   請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電気部品。
8. 前記突起部及び前記係合部は、前記本体部を把持する固定部材と一体的に形成された、
   請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電気部品。
9. 前記係合部は、前記回路基板に形成された前記第３の貫通口の側面と係合する、
   請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の電気部品。
10. 回路基板の表面上に実装した電気部品の実装構造であって、
    前記回路基板は、
    第１、第２及び第３の貫通口を、有し、
    前記電気部品は、
    本体部と、
    前記本体部から所定の方向に延出する形状を呈し、前記第１及び第２の貫通口それぞれに挿入されて、互いに異なる電圧が印加されるように前記回路基板に接続される第１及び第２の端子と、
    前記第１及び第２の端子の端子間に介在し、前記第１及び第２の端子よりも突出するように前記本体部から前記所定の方向に延出する形状を呈し、前記第３の貫通口に挿入される絶縁性の突起部と、
    前記突起部の側面から外側に延出するように配設され、前記回路基板と係合する係合部と、を有する、
    電気部品の実装構造。
11. 回路基板の表面上に電気部品を実装するための固定部材であって、
    前記電気部品の本体部から所定の方向に延出する第１及び第２の端子が、前記回路基板に形成された第１及び第２の貫通口それぞれに挿入されるように、前記本体部を保持する保持部と、
    前記第１及び第２の端子の端子間に介在し、前記第１及び第２の端子よりも突出するように前記本体部から前記所定の方向に延出する形状を呈し、第３の貫通口に挿入される絶縁性の突起部と、
    前記突起部の側面から外側に延出するように配設され、前記回路基板と係合する係合部と、
    を備える、電気部品の固定部材。

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