JP2019096769A - 回路構成体 - Google Patents

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Abstract

【課題】回路構成体を提供する。【解決手段】電力回路を構成する第１バスバー及び第２バスバーと、電力回路の通電を制御する制御回路が実装された制御基板とを備える回路構成体であって、第１バスバー及び第２バスバーに夫々接続されるドレイン端子及びソース端子、並びに前記電力回路の通電を制御する制御回路からの制御信号が入力されるゲート端子を備える半導体スイッチング素子と、ゲート端子及び制御基板を電気的に接続する第３バスバーとを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、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一般的に知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００３−１６４０３９号公報
従来の回路構成体における半導体素子の実装においては、ＦＥＴ（Field-Effect Transistor）のドレイン端子及びソース端子をバスバーに半田接続すると共に、ゲート端子についてはバスバーの上面側に設けられた基板に接続するために、端子の足曲げ加工を必要としていた。従来の回路構成体では、バスバーと基板の貼り付け、及び端子の足曲げ加工を行うため、製造コストが上昇するという問題点を有していた。
また、従来の回路構成体では、基板制御部の耐熱対策として、耐熱温度が比較的低い電子部品が実装される制御基板と、耐熱温度が比較的高い電子部品が実装される制御基板とを別個に用意し、これらを基板間コネクタで接続していた。基板間コネクタを用いた接続についても、製造コストを上昇させる要因となっていた。
本発明の目的は、製造コストを抑えることができる回路構成体を提供することにある。
本発明の一態様に係る回路構成体は、電力回路を構成する第１バスバー及び第２バスバーと、前記電力回路の通電を制御する制御回路が実装された制御基板とを備える回路構成体であって、前記第１バスバー及び第２バスバーに夫々接続されるドレイン端子及びソース端子、並びに前記電力回路の通電を制御する前記制御回路からの制御信号が入力されるゲート端子を備える半導体スイッチング素子と、前記ゲート端子及び前記制御基板を電気的に接続する第３バスバーとを備える。
上記によれば、製造コストを抑えることができる。
実施の形態１に係る回路構成体の斜視図である。 実施の形態１に係る回路構成体の平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 ＦＥＴの実装状態を説明する部分拡大図である。 ＦＥＴの実装状態を説明する縦断面図である。 実施の形態２に係る回路構成体の組み立て図である。 実施の形態２に係る回路構成体の斜視図である。
本発明の実施態様を列記して説明する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせても良い。
本発明の一態様に係る回路構成体は、電力回路を構成する第１バスバー及び第２バスバーと、前記電力回路の通電を制御する制御回路が実装された制御基板とを備える回路構成体であって、前記第１バスバー及び第２バスバーに夫々接続されるドレイン端子及びソース端子、並びに前記電力回路の通電を制御する前記制御回路からの制御信号が入力されるゲート端子を備える半導体スイッチング素子と、前記ゲート端子及び前記制御基板を電気的に接続する第３バスバーとを備える。
本態様にあっては、ゲート端子に接続される第３バスバーを利用して、半導体スイッチング素子を制御基板に接続することができるので、基板間コネクタ等の部品を廃止することができ、製造コストの上昇を抑えることが可能となる。
本発明の一態様に係る回路構成体は、前記第１バスバー、前記第２バスバー及び前記第３バスバーは板部材であり、前記第１バスバー及び前記第２バスバーの板厚を前記第３バスバーの板厚より厚くしてある。
本態様にあっては、第１バスバー及び第２バスバーの板厚を、第３バスバーの板厚よりも厚くすることにより、車両が備えるバッテリなどの電源と、ランプ、ワイパ等の車載電装品又はモータなどからなる負荷との間に流れる大電流に対応することが可能となる。
本発明の一態様に係る回路構成体は、前記第１バスバー、前記第２バスバー及び前記第３バスバーは、絶縁性を有する樹脂成形体によって一体化された複合成形体を構成し、該複合成形体は、前記第１バスバー、前記第２バスバー、前記第３バスバー及び前記樹脂成形体の一部を露出させた露出面を有し、該露出面にて、前記第１バスバー、前記第２バスバー、前記第３バスバー及び前記樹脂成形体を面一にしてある。
本態様にあっては、複合成形体の露出面を面一に形成しており、露出面には不要な突起物が存在しないため、例えばリフロー処理における半田ペーストの印刷の際、半田ペーストを均一に塗布することが可能となり、半導体スイッチング素子の各端子を各バスバーに良好に接合することが可能となる。
また、端子接続部の上面は、第１バスバー及び第２バスバーの上面と同一面内に存在するので、ゲート端子を第３バスバーに接続する際に、足曲げ加工が不要となり、加工費の上昇を抑えることが可能となる。
本発明の一態様に係る回路構成体は、前記第３バスバーは、前記露出面の一部を構成し、前記ゲート端子に接続される端子接続部と、該端子接続部の一端から屈曲して前記制御基板に接続される基板接続部とを備える。
本態様にあっては、ゲート端子用の端子接続部の一端から屈曲して設けられる基板接続部を利用して、半導体スイッチング素子を制御基板に接続することができるので、基板間コネクタ等の部品を廃止することができ、製造コストの上昇を抑えることが可能となる。
本発明の一態様に係る回路構成体は、前記半導体スイッチング素子を前記露出面に実装してある。
本態様にあっては、半導体スイッチング素子は、面一に形成された露出面に実装されるので、ゲート端子を第３バスバーに接続する際に、足曲げ加工が不要となり、加工費の上昇を抑えることが可能となる。
本発明の一態様に係る回路構成体は、前記露出面と対向して設けられる放熱部を備える。
本態様にあっては、半導体スイッチング素子等にて発生した熱を放熱部を通じて外部へ逃がすことができる。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１に係る回路構成体１の斜視図、図２はその平面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。回路構成体１は、車両が備えるバッテリなどの電源と、ランプ、ワイパ等の車載電装品又はモータなどからなる負荷との間の電力供給経路に配される電気接続箱を構成する。回路構成体１は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータやインバータなどの電気部品として用いられる。
実施の形態１では、図１〜図３に示す前後、左右、上下の各方向により、回路構成体１の「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」を定義する。以下では、図１〜図３により定義される前後、左右、上下の各方向を用いて、回路構成体１の構成について説明する。なお、図１〜図３の前後、左右、上下の各方向は、便宜的に示した方向であり、回路構成体１を車両などの被取付部位に取り付けた状態での前後、左右、上下を示すものではない。
回路構成体１は、回路部１０と、回路部１０を収容する収容部２０とにより構成されている。回路部１０は、電力回路を構成するバスバーと、電力回路の通電を制御する制御回路が実装された制御基板１２と、バスバーにより構成される電力回路の通電を制御する制御基板１２からの制御信号が入力され、入力された制御信号に基づき通電／非通電を切り替える半導体スイッチング素子１３とを備える。半導体スイッチング素子１３は、例えばＦＥＴ（より具体的には面実装タイプのパワーＭＯＳＦＥＴ）であり、バスバー上に実装される。バスバー上には半導体スイッチング素子１３の他に、ツェナーダイオード等の電子部品が実装されてもよい。
なお、図１〜図３の例では、簡略化のために、半導体スイッチング素子１３を１つだけ実装した構成について示したが、複数の半導体スイッチング素子１３が実装されてもよいことは勿論のことである。
半導体スイッチング素子１３（以下、ＦＥＴ１３と称する）は、素子本体の右側面にドレイン端子１３１を備え、素子本体の左側面にソース端子１３２及びゲート端子１３３を備える。ＦＥＴ１３のドレイン端子１３１は、回路部１０上面の露出した領域のうち、右側の大部分を占める領域に配置されたバスバー１１１（以下、ドレインバスバー１１１と称する）に半田接続されている。また、ＦＥＴ１３のソース端子１３２は、回路部１０上面の露出した領域のうち、左側及び後側の大部分を占める領域に配置されたバスバー１１２（以下、ソースバスバー１１２と称する）に半田接続されている。これらのドレインバスバー１１１及びソースバスバー１１２は、銅又は銅合金等の金属材料により形成された導電性板部材であり、例えば１．５〜２．０ｍｍ程度の厚みを有する。
一方、ＦＥＴ１３のゲート端子１３３は、例えば、ドレインバスバー１１１及びソースバスバー１１２の間にて間隔を隔てて配置されたバスバー１１３（以下、ゲートバスバー１１３と称する）に半田接続されている。図示した例では、ゲートバスバー１１３は、ドレインバスバー１１１の左辺に沿って３つ設けられ、上辺に沿って２つ設けられている。ゲートバスバー１１３は、銅又は銅合金等の金属材料により形成された導電性板部材であり、例えば、０．６４ｍｍ程度の厚みを有する。
ゲートバスバー１１３は、ドレインバスバー１１１及びソースバスバー１１２とは異なり、回路部１０の上面に露出し、ゲート端子１３３に接続される端子接続部１１３ａと、端子接続部１１３ａの一端から下方へ屈曲して制御基板１２に接続される基板接続部１１３ｂとを備えた立体構造を有する。基板接続部１１３ｂは、側面視において下端側が上端側より細い先細りの形状をなしている。本実際の形態では、基板接続部１１３ｂの下端を制御基板１２に設けられたスルーホール１２１に挿通させ、スルーホール１２１に導電性材料を充填することによって、ゲートバスバー１１３を制御基板１２に電気的に接続している。なお、基板接続部１１３ｂの上下方向の長さ寸法は、回路構成体１の仕様や要求される耐熱性能等に応じて適宜設計され得る。
これらのドレインバスバー１１１、ソースバスバー１１２及びゲートバスバー１１３は、絶縁性樹脂材と共に一体化された複合成形体１１を構成する。このような複合成形体１１は、例えばフェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂材料を用いたインサート成形により製造される。絶縁性樹脂材料により成形される樹脂成形体１１４は、各バスバーと接合されることによって、これらを一体化すると共に、各バスバー間に配されることによって、各バスバー間を絶縁する。また、本実施の形態では、ドレインバスバー１１１、ソースバスバー１１２、ゲートバスバー１１３の端子接続部１１３ａ、及び樹脂成形体１１４の露出面（図示の例では上面）が面一となるように、インサート成形により複合成形体１１を成形する。
制御基板１２は、例えば矩形状の絶縁基板を有する。この絶縁基板の下面には、ＦＥＴなどのスイッチング素子、抵抗、コイル、コンデンサ、ダイオード等の電子部品を備えた制御回路（不図示）が実装されると共に、これらの電子部品を電気的に接続する配線パターン（不図示）が形成されている。また、制御基板１２には、ゲートバスバー１１３が備える基板接続部１１３ｂの下端を挿通させるスルーホール１２１が設けられている。ゲートバスバー１１３の下端を制御基板１２のスルーホール１２１に挿通させ、スルーホール１２１に導電性材料を充填して前記配線パターンと接続することにより、回路構成体１の上面に実装されたＦＥＴ１３と、制御基板１２の下面に実装された制御回路との間の導通が確保される。
収容部２０は、上端面及び下端面が開口した樹脂製のケースである。収容部２０は、内部に収容される複合成形体１１及び制御基板１２の左右方向及び前後方向の周縁を囲む周壁部２０１を備える。この周壁部２０１の上端には、複合成形体１１の左右方向及び前後方向の周縁よりも少しだけ大きくなるように形成された開口部が設けられている。また、周壁部２０１における上端付近の内周面には、内側に向かって突出形成されたリブ２０３が設けられている。収容部２０は、周壁の内周面に形成されたリブ２０３によって複合成形体１１の周縁部を下面側から支持することにより、複合成形体１１及び制御基板１２を一体化した回路部１０を内部に収容することができる。
なお、収容部２０と複合成形体１１とは、ネジ止め、接着等の公知の手段を用いて固定されることが好ましい。また、収容部２０の上端面は、複合成形体１１の露出面と面一であるか、若しくは、複合成形体１１の露出面よりも低く形成されていることが好ましい。
図４はＦＥＴ１３の実装状態を説明する部分拡大図であり、図５はその縦断面図である。ＦＥＴ１３は、例えばリフロー方式により複合成形体１１の露出面に実装される。リフロー方式では、基板上の接合箇所に対応した部分に開口を設けたマスクを用いて、基板上の接合箇所に半田ペーストを印刷し、電子部品を載せた後に熱を加えて半田を溶かすことにより、基板上の接合箇所に電子部品を接合する。本実施の形態では、複合成形体１１の露出面を面一に形成しており、露出面には不要な突起物が存在しないため、半田ペーストの印刷の際、半田ペーストを均一に塗布することが可能となり、ＦＥＴ１３の各端子を各バスバーに良好に接合することが可能となる。
本実施の形態では、ＦＥＴ１３をドレインバスバー１１１上に載置し、ドレイン端子１３１をドレインバスバー１１１に接合し、樹脂成形体１１４を跨いでゲート端子１３３及びソース端子１３２をそれぞれゲートバスバー１１３及びソースバスバー１１２に接合する。ゲートバスバー１１３の端子接続部１１３ａの上面は、ドレインバスバー１１１及びソースバスバー１１２の上面と同一面内に存在するので、ゲート端子１３３をゲートバスバー１１３に接続する際に、足曲げ加工が不要となり、加工費の上昇を抑えることが可能となる。
また、本実施の形態では、図５に示すように、ゲート端子１３３の端子接続部１１３ａの一端から屈曲して設けられる基板接続部１１３ｂを利用して、ＦＥＴ１３を制御基板１２に接続することができるので、基板間コネクタ等の部品を廃止することができ、製造コストの上昇を抑えることが可能となる。
また、本実施の形態では、ソースバスバー１１２及びドレインバスバー１１１の板厚（例えば１．５〜２．０ｍｍ）を、ゲートバスバー１１３の板厚（例えば、０．６４ｍｍ）よりも厚くすることにより、車両が備えるバッテリなどの電源と、ランプ、ワイパ等の車載電装品又はモータなどからなる負荷との間に流れる大電流に対応することが可能となる。
（実施の形態２）
実施の形態２では、放熱部を含む構成について説明する。
図６は実施の形態２に係る回路構成体１の組み立て図、図７はその斜視図である。実施の形態２では、収容部２０の上面に支持部材３０が取り付けられる。支持部材３０は、基部３１と、基部３１の上面に設けられた放熱部３２と、放熱部３２を挟んで基部３１の左右両端に設けられた脚部３３とを備える。支持部材３０が備える基部３１、放熱部３２、及び脚部３３は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料を用いたダイキャストにより一体的に成形される。支持部材３０の基部３１は、接着、ネジ止め、ハンダ付け等の公知の方法にて、回路構成体１の収容部２０に固定される。
放熱部３２は、基部３１の上面から上方に向けて突出した複数の放熱フィン３２１を備え、回路構成体１から発せられる熱を外部へ放熱する。放熱フィン３２１は、左右方向に延びると共に、前後方向に間隔を隔てて複数並設されている。放熱フィン３２１の厚み方向の断面形状は、例えば、上端部が先細り形状に形成された上下方向に細長い山形をなす。
脚部３３は、基部３１の左右両端に設けられている。本実施の形態では、基部３１の左側に２つの脚部３３を備え、右側に１つの脚部３３を備える。脚部３３は、略水平に配され、車両などの被取付部位に取り付けられる取付板３３１と、取付板３３１と基部３１の上面とを連結する前後一対の側板３３２とを備える。また、脚部３３には、側板３３２と交差するように配され、取付板３３１及び側板３３２の双方に連なる補強板３３３を備える。なお、各脚部３３は、放熱部３２の突出高さよりも延伸して形成されていることが好ましい。
支持部材３０が取り付けられた回路構成体１は、放熱フィン３２１の延びる方向が概ね鉛直方向となるように被取付部位に取り付けられる。このように回路構成体１を取り付けた場合、回路部１０から発せられた熱は放熱フィン３２１によって放熱され、放熱フィン３２１からの放熱によって暖められた空気は、放熱フィン３２１の間の空間を通って鉛直上方へ流れ、回路構成体１の外部へ導かれる。よって、本実施の形態に係る回路構成体１では、回路部１０にて発生した熱を放熱フィン３２１の間の空間を通じて外部へ逃がすことができる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、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及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。
１ 回路構成体
１０ 回路部
１１ 複合成形体
１２ 制御基板
１３ 半導体スイッチング素子（ＦＥＴ）
２０ 収容部
３０ 支持部材
３１ 基部
３２ 放熱部
３３ 脚部
１１１ ドレインバスバー
１１２ ソースバスバー
１１３ ゲートバスバー
１１３ａ 端子接続部
１１３ｂ 基板接続部
１１４ 樹脂成形体
１２１ スルーホール
１３１ ドレイン端子
１３２ ソース端子
１３３ ゲート端子
２０１ 周壁部
２０２ 開口部
２０３ リブ

Claims (6)

  1. 電力回路を構成する第１バスバー及び第２バスバーと、前記電力回路の通電を制御する制御回路が実装された制御基板とを備える回路構成体であって、
    前記第１バスバー及び第２バスバーに夫々接続されるドレイン端子及びソース端子、並びに前記電力回路の通電を制御する前記制御回路からの制御信号が入力されるゲート端子を備える半導体スイッチング素子と、
    前記ゲート端子及び前記制御基板を電気的に接続する第３バスバーと
    を備える回路構成体。
  2. 前記第１バスバー、前記第２バスバー及び前記第３バスバーは板部材であり、
    前記第１バスバー及び前記第２バスバーの板厚を前記第３バスバーの板厚より厚くしてある
    請求項１に記載の回路構成体。
  3. 前記第１バスバー、前記第２バスバー及び前記第３バスバーは、絶縁性を有する樹脂成形体によって一体化された複合成形体を構成し、
    該複合成形体は、前記第１バスバー、前記第２バスバー、前記第３バスバー及び前記樹脂成形体の一部を露出させた露出面を有し、
    該露出面にて、前記第１バスバー、前記第２バスバー、前記第３バスバー及び前記樹脂成形体を面一にしてある
    請求項１又は請求項２に記載の回路構成体。
  4. 前記第３バスバーは、
    前記露出面の一部を構成し、前記ゲート端子に接続される端子接続部と、
    該端子接続部の一端から屈曲して前記制御基板に接続される基板接続部と
    を備える請求項３に記載の回路構成体。
  5. 前記半導体スイッチング素子を前記露出面に実装してある
    請求項３又は請求項４に記載の回路構成体。
  6. 前記露出面と対向して設けられる放熱部
    を備える請求項３から請求項５の何れか１つに記載の回路構成体。
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