JP2019096828A - 回路構成体 - Google Patents

Abstract

【課題】導電板の外側縁部と放熱部材との間の絶縁性に優れる回路構成体を提供する。【解決手段】回路基板と、回路基板の下面に配置される導電板と、導電板の上面に配置される電子部品と、導電材料で構成され、導電板の下面に配置されて導電板の熱を放出する放熱部材と、導電板と放熱部材とを接着し絶縁する絶縁層と、導電材料で構成され、放熱部材の上方を覆うカバーと、導電板から絶縁層の表面を通って放熱部材に亘る導電経路を遮断する遮断部材とを備え、絶縁層は、その外周縁に形成されて導電板の外側に張り出す張出部を有し、カバーは、回路基板の上方を覆う天井部と、天井部の外周縁に形成される側壁部と、側壁部から側壁部の外側へ張り出して張出部及び放熱部材に対向するフランジ部とを有し、遮断部材は、張出部とフランジ部との間に介在されて張出部の上面に密着する回路構成体。【選択図】図２

Description

本発明は、回路構成体に関する。

特許文献１に示す回路構成体は、導体パターン（回路パターン）が形成された制御回路基板（回路基板）と、制御回路基板に接着された入力端子用バスバ（導電板）、及び出力端子用バスバ（導電板）と、制御回路基板と両バスバとに実装される電子部品（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と、両バスバを冷却する放熱部材とを備える。両バスバと放熱部材とは、両者の間に介在される絶縁層を介して接着されている。

特開２００３−１６４０４０号公報

導電板の外側縁部と放熱部材との間の絶縁性を向上することが望まれている。高電圧化に伴い、特に導電板の外側縁部と放熱部材との間の絶縁が確保できなくなる虞がある。絶縁層を大きくして導電板から絶縁層の表面を通って放熱部材に亘る沿面距離を長くすれば絶縁性を高め易いが、絶縁層を大きくするほど放熱部材が大きくなり、延いては回路構成体が大型化する。

そこで、導電板の外側縁部と放熱部材との間の絶縁性に優れる回路構成体を提供することを目的の一つとする。

本開示に係る回路構成体は、
回路基板と、
前記回路基板の下面に配置される導電板と、
前記導電板の上面に配置される電子部品と、
導電材料で構成され、前記導電板の下面に配置されて前記導電板の熱を放出する放熱部材と、
前記導電板と前記放熱部材とを接着し絶縁する絶縁層と、
導電材料で構成され、前記放熱部材の上方を覆うカバーと、
前記導電板から前記絶縁層の表面を通って前記放熱部材に亘る導電経路を遮断する遮断部材とを備え、
前記絶縁層は、その外周縁に形成されて前記導電板の外側に張り出す張出部を有し、
前記カバーは、
前記回路基板の上方を覆う天井部と、
前記天井部の外周縁に形成される側壁部と、
前記側壁部から前記側壁部の外側へ張り出して前記張出部及び前記放熱部材に対向するフランジ部とを有し、
前記遮断部材は、前記張出部と前記フランジ部との間に介在されて前記張出部の上面に密着する。

上記回路構成体は、導電板の外側縁部と放熱部材との間の絶縁性に優れる。

実施形態１に係る回路構成体の概略を示す斜視図である。 図１に示す回路構成体の（ＩＩ）−（ＩＩ）切断線で切断した状態を示す断面図である。 実施形態２に係る回路構成体の概略を示す断面図である。

《本発明の実施形態の説明》
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

（１）本発明の一形態に係る回路構成体は、
回路基板と、
前記回路基板の下面に配置される導電板と、
前記導電板の上面に配置される電子部品と、
導電材料で構成され、前記導電板の下面に配置されて前記導電板の熱を放出する放熱部材と、
前記導電板と前記放熱部材とを接着し絶縁する絶縁層と、
導電材料で構成され、前記放熱部材の上方を覆うカバーと、
前記導電板から前記絶縁層の表面を通って前記放熱部材に亘る導電経路を遮断する遮断部材とを備え、
前記絶縁層は、その外周縁に形成されて前記導電板の外側に張り出す張出部を有し、
前記カバーは、
前記回路基板の上方を覆う天井部と、
前記天井部の外周縁に形成される側壁部と、
前記側壁部から前記側壁部の外側へ張り出して前記張出部及び前記放熱部材に対向するフランジ部とを有し、
前記遮断部材は、前記張出部と前記フランジ部との間に介在されて前記張出部の上面に密着する。

上記の構成によれば、導電板の外側縁部と放熱部材との間の絶縁性に優れる。遮断部材が張出部の上面に密着することで遮断部材と張出部の上面との間を封止できるため、導電板から絶縁層の表面を通って放熱部材に亘る導電経路を遮断できるからである。その上、導電板や電子部品とカバーとの間の絶縁性を高められる。遮断部材の高さの分だけ、導電板や電子部品とカバーとの間の沿面距離を長くできるからである。

（２）上記回路構成体の一形態として、
前記遮断部材の高さは、前記導電板から前記絶縁層の表面を通って前記放熱部材に亘る最短長さよりも長いことが挙げられる。

上記の構成によれば、導電板や電子部品とカバーとの間の絶縁性をより高められる。遮断部材の高さが高いため、導電板や電子部品とカバーとの間の沿面距離をより長くできるからである。

（３）上記回路構成体の一形態として、
前記遮断部材は、その内側面に形成されて、前記電子部品側に突出する突出部を有することが挙げられる。

上記の構成によれば、導電板や電子部品とカバーとの間の絶縁性をより一層高められる。突出部の分だけ、導電板や電子部品とカバーとの沿面距離を長くできるからである。

《本発明の実施形態の詳細》
本発明の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。

《実施形態１》
〔回路構成体〕
図１、図２を参照して、実施形態１に係る回路構成体１Ａを説明する。回路構成体１Ａは、回路基板２と、回路基板２の下面に配置される導電板３と、導電板３の上面に配置される電子部品７と、導電板３の下面に配置される放熱部材４と、放熱部材４の上方を覆うカバー８とを備える。回路基板２と導電板３とは、接着層５を介して接着され、導電板３と放熱部材４とは、絶縁層６を介して接着及び絶縁されている。この回路構成体１Ａの特徴の一つは、カバー８のフランジ部８３（図２）と絶縁層６の張出部６２との間に介在されて張出部６２の上面に密着して、導電板３から絶縁層６の表面を通って放熱部材４に亘る導電経路を遮断する遮断部材９を備える点にある。以下、詳細を説明する。

［回路基板］
回路基板２は、信号回路、パワー回路の一部、電流や電圧の検知回路などを構成する板状部材である（図２）。回路基板２は、プリント基板を用いることができる。本例の回路基板２の大きさは、複数の導電板３を包絡する輪郭（以下、外周輪郭ということがある）よりも大きくて絶縁層６よりも小さい。回路基板２は、絶縁基板２０と、回路パターン２１とを備える（図２）。

（回路パターン）
回路パターン２１は、銅箔で形成され、電子部品７の端子（例えば後述するＦＥＴ７ｆのゲート端子Ｇ）や段差吸収部材７ｓなどが電気的に接続される（図２）。回路パターン２１は、本例では絶縁基板２０の上面に形成されている。回路パターン２１は、必要に応じて絶縁基板２０の下面にも形成されていてもよい。

（配置用貫通孔・接続用貫通孔）
更に、本例の回路基板２は、配置用貫通孔２３と接続用貫通孔２４とを備える（図２）。配置用貫通孔２３は、電子部品７を導電板３に配置するための孔であり、隣り合う２つの導電板３に臨むように絶縁基板２０の上下面を貫通する。接続用貫通孔２４は、導電板３と回路基板２の上面の回路パターン２１とを電気的に接続する段差吸収部材７ｓを挿通させる孔であり、一つの導電板３に臨むように絶縁基板２０の上下面を貫通する。

［導電板］
導電板３は、電力回路を構成する（図２）。導電板３は、電源や電気的負荷に接続される。導電板３の材質は、導電性の金属、例えば、銅や銅合金などが挙げられる。導電板３の数は複数であり、複数の導電板３は回路基板２の下面に互いに間隔を開けて配置されている（図２）。複数の導電板３を包絡する輪郭（外周輪郭）で囲まれる領域は、絶縁層６よりも小さい。導電板３は、回路基板２の配置用貫通孔２３や接続用貫通孔２４から露出する箇所を有し、配置用貫通孔２３から露出する箇所に電子部品７が配置され、接続用貫通孔２４から露出する箇所に段差吸収部材７ｓが配置される。導電板３の厚さは、例えば、０．３ｍｍ以上２．０ｍｍ以下とすることができる。導電板３の側面は、絶縁層６で覆われず露出している。

［放熱部材］
放熱部材４は、導電板３の熱を放出する（図１，図２）。放熱部材４の材質は、熱伝導性に優れる導電材料、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属が挙げられる。放熱部材４は、導電板３の下方に配置される（図２）。放熱部材４の大きさは、複数の導電板３の上記外周輪郭よりも大きいが、過度に大き過ぎない範囲で適宜選択できる。放熱部材４の上面は、フラットな平面で構成している。放熱部材４の上面は、絶縁層６が載置されず絶縁層６から露出する外周側領域を有し、この外周側領域には、本例ではネジ孔４１が形成されている。このネジ孔４１には、後述のカバー８を放熱部材４に取り付ける締付部材１０が挿通される。放熱部材４の下面は、フラットな平面で構成していてもよいし、下面から下方に突出する複数の突起で構成されるフィン（図示略）が形成されていてもよい。フィンを備えれば、放熱部材４の表面積を大きくして放熱性を高くし易い。

［接着層］
接着層５は、回路基板２と導電板３とを接着する（図２）。接着層５は、回路基板２と導電板３との間に介在される。接着層５の大きさは、本例では複数の導電板３の上記外周輪郭と同等程度としているが、複数の導電板３の上記外周輪郭よりも大きくてもよい。接着層５は、例えば、高耐熱性アクリル系接着剤、エポキシ樹脂などの絶縁性接着剤や、両面粘着シートなどで構成できる。両面粘着シートは、基材と、基材の両面に粘着性を有する粘着剤層とを備える。基材の材質は、例えば、ポリイミド樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂など絶縁性の樹脂が挙げられる。粘着剤層は、上記絶縁性接着剤が挙げられる。

［絶縁層］
絶縁層６は、導電板３と放熱部材４との間を接着すると共に絶縁する（図１、図２）。絶縁層６は、導電板３と放熱部材４との間に介在される。絶縁層６の大きさは、導電板３及び回路基板２よりも大きい。この絶縁層６は、導電板３と重複する本体部６１と、導電板３とは重複せず、本体部６１と一体に形成されて、導電板３及び回路基板２の外側に張り出す張出部６２を有する。この張出部６２は、絶縁層６の外周縁部で構成され、張出部６２の形状は、複数の導電板３の外周輪郭形状に沿った枠状である。絶縁層６の構造は、単層としてもよいし多層としてもよい。多層構造とする場合、例えば、上下２層構造とすることが挙げられ、下層を上層より絶縁性に優れる樹脂で構成し、上層を下層より放熱性に優れる樹脂で構成することが挙げられる。単層構造とする場合、絶縁層６の構成材料は、絶縁性、熱伝導性に優れる樹脂が好ましい。具体的には、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。多層構造とする場合、例えば、下層は、上記熱硬化性樹脂の他、セラミックスで構成することができる。上層は、上記熱硬化性樹脂で構成することが挙げられる。

［電子部品］
電子部品７は、例えば、半導体素子、コンデンサ（Ｃ）、コイル構造体、変流器（ＣＴ）などが挙げられる。半導体素子は、例えば、リレーやＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ダイオード、トランジスタといったスイッチング素子が挙げられる。コイル構造体は、コイルと磁性コアとを備えるもので、例えば、トランスや、チョークコイル、トランス、ノイズフィルタなどが挙げられる。例えば、ＦＥＴ７ｆは、図２に示すように、回路基板２の上面の回路パターン２１と導電板３との両方に実装され、ゲート端子Ｇと、ソース端子Ｓと、ドレイン端子Ｄとを備える。ゲート端子Ｇは、回路基板２の回路パターン２１に接続され、ソース端子Ｓとドレイン端子Ｄは、互いに独立する導電板３に接続されている（図２）。これらの接続は、接続金属材料、代表的には半田７０を用いることができる。半田７０による接続は、リフロー方式で行える。

［段差吸収部材］
段差吸収部材７ｓは、回路基板２の上面の回路パターン２１と導電板３とを電気的に接続する（図２）。段差吸収部材７ｓは、接続用貫通孔２４に挿通される。段差吸収部材７ｓの材質は、導電板３と同様、導電性の金属（銅や銅合金）が挙げられる。段差吸収部材７ｓの回路パターン２１及び導電板３との電気的接続は、電子部品７の接続と同様、半田７０によるリフロー方式で行える。

［カバー］
カバー８は、放熱部材４の上方を覆う（図１，図２）。それにより、放熱部材４上の構成部材を外部環境から保護できる。カバー８の材質は、例えば、放熱部材４の材質と同様の導電材料（金属）や、ステンレス、鋼などが挙げられる。このカバー８は、天井部８１と側壁部８２とフランジ部８３とを有する（図２）。

（天井部）
天井部８１は、回路基板２の上方を覆う。天井部８１の形状は、放熱部材４の外周形状に沿った形状で、本例の天井部８１の大きさは、回路基板２よりも大きく、絶縁層６よりも小さい。

（側壁部）
側壁部８２は、天井部８１の外周縁に一体に形成される。側壁部８２は、枠状に形成され、回路基板２の外周縁部と絶縁層６の外周縁部との間に配置されている。

（フランジ部）
フランジ部８３は、本例では締付部材１０で放熱部材４に取り付けられる。このフランジ部８３の取り付けにより、カバー８が放熱部材４に固定される。フランジ部８３は、本例では側壁部８２の下端から側壁部８２の外側へ張り出す。このフランジ部８３は、側壁部８２の周方向の全周に亘って、側壁部８２と一体に形成されている。フランジ部８３は、締付部材１０が挿通される貫通孔８３１を有する。貫通孔８３１は、放熱部材４のネジ孔４１に対応する。フランジ部８３の貫通孔８３１よりも内周側領域は、絶縁層６の張出部６２の上面に対向し、外周側領域は、放熱部材４の上記外周側領域（張出部６２よりも外側）に対向している。

［遮断部材］
遮断部材９は、導電板３から絶縁層６の表面を通って放熱部材４に亘る導電経路を遮断する（図１，図２）。遮断部材９は、フランジ部８３の下面と絶縁層６の張出部６２の上面との間に介在され、張出部６２の上面に密着する（図２）。それにより、遮断部材９の下面と張出部６２の上面との間を封止する。張出部６２とフランジ部８３との間に隙間が形成されると上記導電経路が形成されるが、本例のように遮断部材９により張出部６２と遮断部材９との間が封止されることで上記導電経路を遮断できる。その上、導電板３や電子部品７とカバー８との間の絶縁性を高められる。遮断部材９の高さの分だけ、導電板３や電子部品７とカバー８との間の沿面距離（図２では導電板３とカバー８との間の沿面距離を太破線で示す）を長くできるからである。この遮断部材９は、締付部材１０の締付力により、フランジ部８３を介して張出部６２側へ押し付けられている。

遮断部材９の形状は、絶縁層６の外周形状に沿った枠状である。即ち、この遮断部材９は、フランジ部８３の下面と絶縁層６の張出部６２の上面との間の全周に亘って介在されている。遮断部材９の断面形状は、本例では矩形状である。本例の遮断部材９の幅は、フランジ部８３の幅と同等であり、遮断部材９の高さは、その内外に亘って一様である。遮断部材９の高さは、導電板３から絶縁層６の表面を通って放熱部材４に亘る最短長さ（図２太一点鎖線で示す）よりも長いことが好ましい。そうすれば、導電板３や電子部品７とカバー８との間の絶縁性をより高められる。遮断部材９の高さが高いため、導電板３や電子部品７とカバー８との間の沿面距離（図２太破線で示す）を長くできるからである。遮断部材９の高さは高いほど、導電板３や電子部品７とカバー８との間の沿面距離を長くできる。

遮断部材９は、本例では締付部材１０が挿通される貫通孔９１を有する。遮断部材９の貫通孔９１よりも内周側領域の下面は、絶縁層６の張出部６２に密着し、外周側領域の下面は、放熱部材４の上記外周側領域（張出部６２よりも外側）に対向している。遮断部材９の上記外周側領域の下面は、本例では放熱部材４の上記外周側領域と接しておらず、放熱部材４の上記外周側領域との間に隙間が設けられている。この隙間は、そのままでもよいし、別途樹脂を充填して密封してもよい。遮断部材９の上面は、実質的に全面に亘ってフランジ部８３の下面と接触している。遮断部材９の上面は、接着層（図示略）を介してフランジ部８３の下面と密着されていてもよい。

なお、遮断部材９の断面形状がＬ字状であり、遮断部材９の上記外周側領域の高さが上記内周側領域よりも高くてもよい。具体的には、遮断部材９の上記内周側・外周側領域の上面は面一であり、遮断部材９の上記外周側領域の下面が上記内周側領域の下面よりも下方に突出していて放熱部材４の上記外周側領域と接触していてもよい。その場合、遮断部材９の外周側領域の下面と放熱部材４の上記外周側領域との間に隙間が形成されない。そのため、別途樹脂で充填する必要がない。遮断部材９は、締付部材１０よりも内周側にのみ設けてもよく、貫通孔９１が形成されていなくてもよい。また、遮断部材９の下面と絶縁層６とを接着させ、遮断部材９の上面とフランジ部８３の下面とを接着させる場合、締付部材１０はなくてよい。その場合、遮断部材９の貫通孔９１、フランジ部８３の貫通孔８３１、及び放熱部材４のネジ孔４１はいずれもなくてよい。

遮断部材９の材質は、絶縁性樹脂が挙げられる。具体的には、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。遮断部材９は、導電部材と導電部材の表面を覆う絶縁被膜とを備えるものを用いてもよい。

［用途］
回路構成体１Ａは、自動車用電気接続箱に好適に利用可能である。また、回路構成体１Ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＡＣインバータなどの電圧変換装置の大電流パワー回路用基板に好適に利用可能である。

〔作用効果〕
実施形態１の回路構成体１Ａは、導電板３の外側縁部と放熱部材４との間の絶縁性に優れる。遮断部材９の下面が絶縁層６の張出部６２の上面に密着することで、遮断部材９の下面と張出部６２の上面との間を封止できるため、導電板３から絶縁層６の表面を通って放熱部材４に亘る導電経路を遮断できるからである。その上、導電板３や電子部品７とカバー８との間の沿面距離を長くできるため、導電板３や電子部品７とカバー８との間の絶縁性を高められる。

《実施形態２》
〔回路構成体〕
図３を参照して、実施形態２に係る回路構成体１Ｂを説明する。実施形態２に係る回路構成体１Ｂは、遮断部材９の高さが高く（本例では回路基板２の上面よりも十分に高く）、遮断部材９が突出部９２を有する点が、実施形態１に係る回路構成体１Ａと相違する。以下、相違点を中心に説明し、同様の構成、及び同様の効果については説明を省略する。

［遮断部材］
（突出部）
突出部９２は、導電板３や電子部品７とカバー８との沿面距離（図３では導電板３とカバー８との沿面距離を太破線で示す）を長くする。それにより、導電板３や電子部品７とカバー８との間の絶縁性を更に高められる。この突出部９２は、遮断部材９の内周面に一連に形成され、遮断部材９の内周面から電子部品７（図３では、ＦＥＴ７ｆ）側に突出する。

突出部９２のサイズや形状は、突出部９２の表面積が大きくなるように適宜選択すればよい。突出部９２の表面積が大きいほど上記沿面距離を長くできるからである。突出部９２の内周面からの突出長さや厚さは、長いほど、厚いほど上記沿面距離を長くできる。本例では、突出部９２の遮断部材９の内周面からの突出量が周方向に亘って一様な帯板状の突出部９２としている。突出部９２の断面形状は、本例では矩形状としているが、Ｌ字状など適宜選択できる。

遮断部材９の周方向に沿った突出部９２の形成箇所は、電子部品７近傍が好ましい。特に、導電板３とカバー８との沿面距離が十分にあっても、遮断部材９の内周面のうち、カバー８に近くて絶縁処理（表面絶縁処理）が施されていない電子部品７の近傍には、突出部９２を形成することが好ましい。本例では、突出部９２は、遮断部材９の内周面の全周に亘って形成している。例えば、導電板３とカバー８との沿面距離が十分にある場合、遮断部材９の内周面のうち、カバー８に近くて絶縁処理が施されている電子部品７の近傍や、図３の紙面右側のような電子部品７から離れた箇所には突出部９２を形成しなくてもよい。遮断部材９の高さ方向に沿った突出部９２の形成箇所は、回路基板２など遮断部材９の近傍の部材と干渉しない程度で適宜選択でき、例えば、電子部品７に対向する箇所とすることが挙げられる。この突出部９２を備える遮断部材９は、射出成型などで形成できる。

〔作用効果〕
実施形態２に係る回路構成体１Ｂは、導電板３や電子部品７とカバー８との間の絶縁性を更に高められる。

本発明はこれらの例示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。

１Ａ、１Ｂ 回路構成体
２ 回路基板
２０ 絶縁基板
２１ 回路パターン
２３ 配置用貫通孔
２４ 接続用貫通孔
３ 導電板
４ 放熱部材
４１ ネジ孔
５ 接着層
６ 絶縁層
６１ 本体部
６２ 張出部
７ 電子部品
７ｆ ＦＥＴ
Ｇ ゲート端子
Ｓ ソース端子
Ｄ ドレイン端子
７ｓ 段差吸収部材
７０ 半田
８ カバー
８１ 天井部
８２ 側壁部
８３ フランジ部
８３１ 貫通孔
９ 遮断部材
９１ 貫通孔
９２ 突出部
１０ 締付部材

Claims (3)

1. 回路基板と、
   前記回路基板の下面に配置される導電板と、
   前記導電板の上面に配置される電子部品と、
   導電材料で構成され、前記導電板の下面に配置されて前記導電板の熱を放出する放熱部材と、
   前記導電板と前記放熱部材とを接着し絶縁する絶縁層と、
   導電材料で構成され、前記放熱部材の上方を覆うカバーと、
   前記導電板から前記絶縁層の表面を通って前記放熱部材に亘る導電経路を遮断する遮断部材とを備え、
   前記絶縁層は、その外周縁に形成されて前記導電板の外側に張り出す張出部を有し、
   前記カバーは、
   前記回路基板の上方を覆う天井部と、
   前記天井部の外周縁に形成される側壁部と、
   前記側壁部から前記側壁部の外側へ張り出して前記張出部及び前記放熱部材に対向するフランジ部とを有し、
   前記遮断部材は、前記張出部と前記フランジ部との間に介在されて前記張出部の上面に密着する回路構成体。
2. 前記遮断部材の高さは、前記導電板から前記絶縁層の表面を通って前記放熱部材に亘る最短長さよりも長い請求項１に記載の回路構成体。
3. 前記遮断部材は、その内側面に形成されて、前記電子部品側に突出する突出部を有する請求項１又は請求項２に記載の回路構成体。

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