JP2018182148A - 金属部材付き基板、回路構成体及び電気接続箱 - Google Patents

Abstract

【課題】金属部材付き基板、回路構成体及び電気接続箱の製造コストを低減する。【解決手段】金属部材付き基板２１は、絶縁板２３に導電路２４が形成されるとともに基板貫通孔２５が形成された絶縁基板２２と、絶縁基板２２に重ねられ、基板貫通孔２５に連なるバスバー貫通孔２９が形成されたバスバー２８と、軸部３１と軸部３１の径よりも大きい径を有する第１の頭部３２とを有する金属部材３０と、基板貫通孔２５に軸部３１及び第１の頭部３２のうちの一方が挿通された状態で前記一方と基板貫通孔２５の内壁とを接合する導電性の接合材３５と、を備え、軸部３１及び第１の頭部３２のうちの他方は、バスバー貫通孔２９に挿通された状態でバスバー２８に固着している。【選択図】図２

Description

本明細書では、金属部材付き基板に関する技術を開示する。

従来、基板とバスバーの貫通孔に金属部材が取付けられる技術が知られている。特許文献１の回路構成体は、矩形状の位置決め用貫通孔が形成されたプリント回路基板と、このプリント回路基板に積層され、矩形状のバスバー貫通孔が形成されたバスバーとを備えており、バスバーに圧入されたインレイは、プリント回路基板の位置決め用貫通孔とバスバーのバスバー貫通孔とに圧入されるようになっている。

特開 ２０１５−４６４７９号公報

ところで、特許文献１のように、インレイをプリント回路基板の位置決め用貫通孔とバスバーのバスバー貫通孔との双方に圧入する構成では、位置決め用貫通孔、バスバー貫通孔及びインレイの寸法に高い精度が必要とされるため、製造コストが高くなりやすいという問題がある。

本明細書に記載された技術は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、金属部材付き基板、回路構成体及び電気接続箱の製造コストを低減することを目的とする。

本明細書に記載された金属部材付き基板は、絶縁板に導電路が形成されるとともに基板貫通孔が形成された絶縁基板と、前記絶縁基板に重ねられ、前記基板貫通孔に連なるバスバー貫通孔が形成されたバスバーと、軸部と前記軸部の径よりも大きい径を有する第１の頭部とを有する金属部材と、前記軸部及び前記第１の頭部のうちの一方が前記基板貫通孔に挿通された状態で前記一方と前記基板貫通孔の内壁とを接合する導電性の接合材と、を備え、前記軸部及び前記第１の頭部のうちの他方は、前記バスバー貫通孔に挿通された状態で前記バスバーに固着している。

上記構成によれば、軸部及び第１の頭部のうちの一方と基板貫通孔の内壁とは導電性の接合材で接合されるため、例えば、圧入のみにより軸部及び第１の頭部の一方と基板貫通孔の内壁とを接続する構成と比較して、必ずしも高い寸法精度が必要ないため、製造コストを低減することができる。また、金属部材は、軸部及び第１の頭部のうちの他方は、バスバー貫通孔に挿通された状態でバスバーに固着していることにより、比較的大きな電流は、絶縁基板の導電路ではなく、バスバーに流すことができるため、絶縁基板の発熱や効率の悪化を抑制することが可能になるとともに、金属部材における絶縁基板の厚み方向の位置精度を向上させることが可能になる。更に、金属部材は、第１の頭部を有するため、軸部の基板貫通孔及びバスバー貫通孔への挿通方向の位置合わせを容易に行うことが可能になるとともに、金属部材に第１の頭部がない場合と比較して金属部材の熱容量を高めることができるため、金属部材を介した放熱性を向上させることが可能になる。

本明細書に記載された技術の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記金属部材における前記絶縁基板側の端面は、前記絶縁基板における電子部品が実装される導電路の面と同じ高さに形成されている。
このようにすれば、絶縁基板の導電路における電子部品が実装される面と金属部材の端面との間の段差が抑制されることにより、絶縁基板上における電子部品の傾き等が生じにくくなり、電子部品の実装不良を低減することができる。

前記金属部材は、前記第１の頭部側とは反対側に前記軸部の径よりも大きい径を有する第２の頭部を備える。
このようにすれば、例えばバスバー貫通孔に金属部材を圧入しなくても、金属部材をバスバーに固着することができる。

前記金属部材付き基板と、前記金属部材に接続される電子部品と、前記金属部材付き基板に重ねられる放熱部材と、を備える回路構成体とする。
このようにすれば、電子部品の熱を放熱部材により放熱させることができる。

前記金属部材と前記放熱部材との間に配される伝熱材と、前記バスバーと前記放熱部材との間の間隔を保持するスペーサ部と、を備える。
このようにすれば、電子部品の熱を金属部材，伝熱材を介して放熱部材に伝え、放熱部材から外部に放熱させることができる。

前記回路構成体と、前記回路構成体を覆うケースとを備える電気接続箱とする。

本明細書に記載された技術によれば、金属部材付き基板、回路構成体及び電気接続箱の製造コストを低減することが可能になる。

実施形態１の電気接続箱を示す断面図 図１の一部を拡大した断面図 金属部材を示す斜視図 金属部材を示す側面図 バスバーにかしめる前の金属部材を示す斜視図 バスバーにかしめる前の金属部材を示す側面図 バスバーにかしめる前の金属部材を示す底面図 金属部材の軸部がバスバー貫通孔に挿通された状態を示す断面図 金属部材をかしめてバスバーに固着させた状態を示す断面図 図９の金属部材が固着したバスバーに絶縁基板を重ねた状態を示す断面図 実施形態２の金属部材の軸部がバスバー貫通孔に圧入された状態を示す断面図

＜実施形態１＞
実施形態１について、図１〜図１０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。この電気接続箱１０は任意の向きで配置することができるが、以下では、説明上、図１のＹ方向を左方、Ｚ方向を上方として説明する。

（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を覆うケース１１とを備えている。ケース１１は、下方側が開口する箱形であって、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属製又は合成樹脂製の本体１２と、合成樹脂製のコネクタハウジング１３とを備えている。コネクタハウジング１３は、フード状に開口するフード部１４Ａとフード部１４Ａを閉鎖する奥壁部１４Ｂとを備え、奥壁部１４Ｂに形成された貫通孔１５にバスバー端子部２８Ｂが挿通されて、フード部１４Ａ内に突出している。

（回路構成体２０）
回路構成体２０は、金属部材付き基板２１と、金属部材付き基板２１の下に配され、金属部材付き基板２１の熱を外部に放熱する放熱部材４０とを備える。

（金属部材付き基板２１）
金属部材付き基板２１は、絶縁基板２２と、絶縁基板２２に重ねられた複数のバスバー２８と、絶縁基板２２及び複数のバスバー２８に取付けられる複数の金属部材３０とを備える。
（絶縁基板２２）
絶縁基板２２は、絶縁材料からなる絶縁板２３にプリント配線技術により銅箔等からなる導電路２４が絶縁板２３の上面に形成されている。なお、絶縁基板２２は、これに限られず、例えば多層基板を用いてもよい。絶縁基板２２には、真円形状の基板貫通孔２５が上下方向（板厚方向）に貫通形成されている。本実施形態では、基板貫通孔２５の孔壁には導電路２４が形成されておらず、後述する導電性の接合材３５により、絶縁基板２２の上面等の導電路２４に電気的に接続されているが、これに限られず、例えば基板貫通孔２５の孔壁の全体に銅箔等により、絶縁基板２２の上面等の導電路２４に接続される導電路を形成してもよい。

（バスバー２８）
複数のバスバー２８は、絶縁基板２２に重なるバスバー本体２８Ａと、バスバー本体２８Ａの縁部から立ち上がるＬ字状のバスバー端子部２８Ｂとを備えている。バスバー本体２８Ａにおける基板貫通孔２５の下方に連なる位置には、真円形状のバスバー貫通孔２９が貫通形成されている。

絶縁基板２２の導電路２４及び金属部材３０には、発熱部品としての電子部品２７が実装されている。電子部品２７は、扁平な直方体状の本体２７Ａと、本体２７Ａの底面に形成された複数の端子２７Ｂとを有する。複数の端子２７Ｂの下面は、互いに同一平面上に形成されており、絶縁基板２２の表面に形成された導電路２４としてのランドに接続される。本実施形態の電子部品２７の複数の端子２７Ｂは、基板２２の上面の導電路２４（ランド）と、金属部材３０の上端面３２Ａとに半田付けされる。電子部品２７は、本実施形態では、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）とされているが、抵抗、コイル、コンデンサ等の発熱部品としてもよい。

（金属部材３０）
金属部材３０は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス鋼等の金属からなり、図３，図４に示すように、円柱状の軸部３１と、軸部３１の上方側（軸方向の一方側）に設けられ、軸部３１の径よりも大きい径を有する円柱状の第１の頭部３２と、軸部３１の下方側（軸方向の他方側）に設けられ、軸部３１の径よりも大きい径を有する円柱状の第２の頭部３３とを有する。本実施形態では、金属部材３０はリベットが用いられている。

軸部３１は、バスバー貫通孔２９の孔径よりも小さい径を有する。第１の頭部３２は、図２に示すように、基板貫通孔２５の孔径Ａ１よりも小さい直径Ｂ１を有しており、基板貫通孔２５に第１の頭部３２が挿通されると、第１の頭部３２の外周面と基板貫通孔２５の孔壁との間には、隙間が形成され、この隙間に接合材３５としての半田が配される。第１の頭部３２の上下方向（軸方向）の長さは、絶縁基板２２の厚みと同一とされているため、第１の頭部３２の上端面３２Ａと、絶縁基板２２の上面の導電路２４とは同一平面上に配されている。

第２の頭部３３は、第１の頭部３２の径よりも小さい径を有する。バスバー２８の上下面におけるバスバー貫通孔２９の孔縁部は、第１の頭部３２の下端縁と第２の頭部３３の上端縁とに挟持されることにより金属部材３０がバスバー２８に固着されている。金属部材３０がバスバー２８に固着される前の金属部材３０Ａは、図５，図６に示すように、第１の頭部３２と軸部３１Ａとを有し、第２の頭部３３は形成されていない。軸部３１Ａの先端側がかしめられて変形することにより、第２の頭部３３が形成される。

第２の頭部３３と放熱部材４０の上面４０Ａとの間には、図２に示すように、伝熱材３６が配されている。伝熱材３６は、例えば、シリコーングリスなどの熱伝導性が高く、絶縁性を有する材料が用いられている。伝熱材３６は、第２の頭部３３と放熱部材４０の上面４０Ａとが重なる領域の全体を含むように配される。金属部材３０の熱は伝熱材３６を介して放熱部材４０に伝わり、放熱部材４０から外部に放熱される。

（放熱部材４０）
放熱部材４０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、図１に示すように、平坦な上面４０Ａ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４１を有している。放熱部材４０の上面４０Ａにおける周縁部寄りには、上方に突出する複数のスペーサ部４２が突設されている。スペーサ部４２の上部には、例えば絶縁性の接着剤からなる絶縁層４４が形成されており、この絶縁層４４が絶縁基板２２とスペーサ部４２との間を絶縁する。バスバー本体２８Ａにおけるバスバー端子部２８Ｂ側の端部がスペーサ部４２に載置されることにより、バスバー２８の下面と放熱部材４０の上面４０Ａとの間の所定の間隔を保持する。

次に、回路構成体２０の製造方法について説明する。
図８に示すように、バスバー貫通孔２９に金属部材３０Ａの軸部３１Ａを挿通し、治具等を用いて軸部３１の先端部をかしめて変形させると、図９に示すように、第２の頭部３３が形成され、金属部材３０がバスバー２８に固着された状態となる。次に、図１０に示すように、バスバー２８の上に絶縁基板２２を重ねて第１の頭部３２を基板貫通孔２５に挿通すると、金属部材３０の上端面３２Ａと絶縁基板２２の上面の導電路２４とは面一になる。

次に、第１の頭部３２と基板貫通孔２５の孔壁との間の隙間に対して、接合材３５を充填して絶縁基板２２と金属部材３０とを接合する。具体的には、例えば、半田ペーストを第１の頭部３２の外周面や基板貫通孔２５の孔壁に塗布しておき、リフロー半田付けをすることにより、絶縁基板２２と金属部材３０とを半田で接合することができる。このとき、金属部材３０の上端面３２Ａと絶縁基板２２の導電路２４についても半田ペーストを塗布しておき、電子部品２７を絶縁基板２２の導電路２４と金属部材３０とに半田付けする。電子部品２７の端子２７Ｂのリフロー半田付けと、金属部材３０の基板貫通孔２５へのリフロー半田付けとは同一工程で行うことができるが、別工程で行ってもよい。なお、接合材３５による接合は、リフロー半田付けに限られず、例えば液状に溶かした半田を基板貫通孔２５の孔壁と金属部材３０との隙間に入れて半田を固化させてもよい。
これにより、電子部品２７が実装された金属部材付き基板２１が形成される。

そして、放熱部材４０の上面４０Ａにおける金属部材３０を配する位置に伝熱材３６を塗布し、バスバー２８を放熱部材４０のスペーサ部４２に配置すると、伝熱材３６の上に金属部材３０の第２の頭部３３が載置される。そして、放熱部材４０と絶縁基板２２とを図示しないネジ等の固定手段により固定すると回路構成体２０が形成され、回路構成体２０にケース１１を被せることにより電気接続箱１０が形成される（図１）。

本実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
金属部材付き基板２１は、絶縁板２３に導電路２４が形成されるとともに基板貫通孔２５が形成された絶縁基板２２と、絶縁基板２２に重ねられ、基板貫通孔２５に連なるバスバー貫通孔２９が形成されたバスバー２８と、軸部３１と軸部３１の径よりも大きい径を有する第１の頭部３２とを有する金属部材３０と、基板貫通孔２５に第１の頭部３２（軸部３１及び第１の頭部３２のうちの一方）が挿通された状態で第１の頭部３２（一方）と基板貫通孔２５の内壁とを接合する導電性の接合材３５と、を備え軸部３１（軸部３１及び第１の頭部３２のうちの他方）は、バスバー貫通孔２９に挿通された状態でバスバー２８に固着している。

本実施形態によれば、第１の頭部３２（軸部３１及び第１の頭部３２のうちの一方）と基板貫通孔２５の内壁とは導電性の接合材３５で接合されるため、例えば、圧入のみにより第１の頭部３２（軸部３１及び第１の頭部３２のうちの一方）と基板貫通孔２５の内壁とを接続する構成と比較して、必ずしも高い寸法精度が必要ないため、製造コストを低減することができる。また、金属部材３０は、軸部３１（軸部３１及び第１の頭部３２のうちの他方）は、バスバー貫通孔２９に挿通された状態でバスバー２８に固着していることにより、比較的大きな電流は、絶縁基板２２の導電路２４ではなく、バスバー２８に流すことができるため、絶縁基板２２の発熱や効率の悪化を抑制することが可能になるとともに、金属部材３０における絶縁基板２２の厚み方向の位置精度を向上させることが可能になる。更に、金属部材３０は、第１の頭部３２を有するため、軸部３１の基板貫通孔２５及びバスバー貫通孔２９への挿通方向の位置合わせを容易に行うことが可能になるとともに、金属部材３０に第１の頭部３２がない場合と比較して金属部材３０の熱容量を高めることができるため、金属部材３０を介した放熱性を向上させることが可能になる。

また、金属部材３０における絶縁基板２２側の端面３２Ａは、絶縁基板２２における電子部品２７が実装される導電路２４の面と同じ高さに形成されている。
このようにすれば、絶縁基板２２の導電路２４における電子部品２７が実装される面と金属部材３０の端面３２Ａとの間の段差が抑制されることにより、絶縁基板２２上における電子部品２７の傾き等が生じにくくなり、電子部品２７の実装不良を低減することができる。

また、金属部材３０は、第１の頭部３２とは反対側に軸部３１の径よりも大きい径を有する第２の頭部３３を備える。
このようにすれば、バスバー貫通孔２９に金属部材３０を圧入しなくても、金属部材３０をバスバー２８に固着することができるため、製造コストを低減することができる。

また、回路構成体２０は、金属部材付き基板２１と、金属部材３０に接続される電子部品２７と、金属部材付き基板２１に重ねられる放熱部材４０とを備える。
このようにすれば、電子部品２７の熱を放熱部材４０により放熱させることができる。

また、金属部材３０と放熱部材４０との間に配される伝熱材３６と、バスバー２８と放熱部材４０との間の間隔を保持するスペーサ部４２とを備える。
このようにすれば、電子部品２７の熱を金属部材３０、伝熱材３６を介して放熱部材４０に伝え、放熱部材４０から外部に放熱させることができる。

＜実施形態２＞
次に、実施形態２について、図１１を参照しつつ説明する。実施形態２の金属部材５０は実施形態１における第２の頭部３３を有しておらず、軸部５１がバスバー貫通孔２９に圧入されるものである。他の構成は、上記実施形態と同一であるため、以下では、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

金属部材５０の軸部５１は、円柱状であって、バスバー貫通孔２９の孔径とほぼ同じ径を有し、バスバー貫通孔２９に圧入される。軸部５１の軸方向の長さは、バスバー２８の厚みとほぼ同じとされ、バスバー２８の上に絶縁基板２２を重ねて第１の頭部３２を基板貫通孔２５に挿通すると、金属部材３０の上端面３２Ａと絶縁基板２２の上面の導電路２４とは面一になる。軸部５１の下端面と放熱部材４０の上面４０Ａ面との間には伝熱材３６が配されており、金属部材５０の熱は、伝熱材３６及び放熱部材４０を介して外部に放熱される。

＜他の実施形態＞
本明細書に記載された技術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明細書に記載された技術の技術的範囲に含まれる。
（１）電子部品２７は、本体２７Ａの底面に端子２７Ｂが配されるものとしたが、これに限られず、例えば、本体２７Ａの側面等から突出する端子を有する電子部品とし、この電子部品の端子が導電路２４や金属部材３０に半田付けされる構成としてもよい。また、シャント抵抗やコイル等の導体の端部を導電路２４や金属部材３０に半田付けしてもよい。

（２）金属部材３０の第１の頭部３２及び第２の頭部３３は、円板状であったが、これに限られない。第１の頭部及び第２の頭部は、例えば、半球状、球状、直方体状等としてもよい。
（３）接合材３５は、半田としたが、これに限られず、例えばロウ材や導電性接着剤（導電性樹脂）を接合材３５としてもよい。

（４）電子部品２７、金属部材３０、バスバー２８等の数は、上記実施形態の数に限られず、適宜変更することができる。
（５）金属部材３０はリベットとしたが、これに限られず、例えば、軸部にネジ部が形成されたネジとしてもよい。

（６）バスバー２８と金属部材３０は、同種の金属としても異種の金属としてもよい。異種の金属とする場合には、例えば、バスバー２８をアルミニウム又はアルミニウム合金とし、金属部材３０を銅、銅合金としてもよい。
（７）上記実施形態では、第１の頭部３２が基板貫通孔２５に挿通され、軸部３１（５１）がバスバー２８に固着される構成としたが、これに限られず、軸部３１（５１）が基板貫通孔２５に挿通され、第１の頭部３２がバスバー２８に固着される構成としてもよい。

１０： 電気接続箱
１１： ケース
２０： 回路構成体
２１： 金属部材付き基板
２２： 絶縁基板
２３： 絶縁板
２４： 導電路
２５： 基板貫通孔
２７： 電子部品
２７Ｂ： 端子
２８： バスバー
２９： バスバー貫通孔
３０（３０Ａ），５０： 金属部材
３１（３１Ａ），５１： 軸部
３２： 第１の頭部
３２Ａ： 上端面
３３： 第２の頭部
３５： 接合材
３６： 伝熱材
４０： 放熱部材
４０Ａ： 上面
４２： スペーサ部

Claims (6)

1. 基板貫通孔が形成された絶縁板と前記絶縁板に形成された導電路とを有する絶縁基板と、
   前記絶縁基板に重ねられ、前記基板貫通孔に連なるバスバー貫通孔が形成されたバスバーと、
   軸部と前記軸部の径よりも大きい径を有する第１の頭部とを有する金属部材と、
   前記軸部及び前記第１の頭部のうちの一方が前記基板貫通孔に挿通された状態で前記一方と前記基板貫通孔の内壁とを接合する導電性の接合材と、を備え、
   前記軸部及び前記第１の頭部のうちの他方は、前記バスバー貫通孔に挿通された状態で前記バスバーに固着している金属部材付き基板。
2. 前記金属部材における前記絶縁基板側の端面は、前記絶縁基板の電子部品が実装される導電路の面と同じ高さに形成されている請求項１に記載の金属部材付き基板。
3. 前記金属部材は、前記第１の頭部側とは反対側に前記軸部の径よりも大きい径を有する第２の頭部を備える請求項１又は請求項２に記載の金属部材付き基板。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の金属部材付き基板と、前記金属部材に接続される電子部品と、前記金属部材付き基板に重ねられる放熱部材と、を備える回路構成体。
5. 前記金属部材と前記放熱部材との間に配される伝熱材と、
   前記バスバーと前記放熱部材との間の間隔を保持するスペーサ部と、を備える請求項４に記載の回路構成体。
6. 請求項４又は請求項５に記載の回路構成体と、
   前記回路構成体を覆うケースとを備える電気接続箱。

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