JP2019161100A - 電気接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境温度により、電子部品が実装されている２つの導電板及び導電板間の樹脂部が反ることが抑制され、半田接合部分にクラックが生じることが抑制され、スイッチング素子の故障が抑制された電気接続装置を提供する。【解決手段】スイッチング素子１３と、２つの第１導電板１１３，１１３と、第１導電板１１３，１１３間に、第１導電板１１３，１１３を一体化するように配置された樹脂部１１４と、２つの端子１４１，１４１が各第１導電板１１３，１１３に接続され、スイッチング素子１３に係る物理量を検出する電子部品１４と、樹脂部１１４と一体化されており、電子部品１４が第１導電板１１３，１１３に接続されている方向に沿って配置された補強板１１１，１１２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電気接続装置に関する。

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板（バスバーともいう）が固定された電気接続装置が一般的に知られている（例えば特許文献１を参照）。

電気接続装置は、スイッチング素子としての例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ：Field Effect Transistor）と、ＦＥＴを駆動する駆動回路、及び駆動回路にオン／オフ信号を与える制御回路が実装された制御基板とを備える。
電気接続装置として、例えば大電流リレーにおいて、インサートバスバー構造が検討されている。インサートバスバーとは、導電板をインサート成形した構造をいう。
ＦＥＴに電流が流れた場合、発熱するので、ＦＥＴが故障する虞がある。ＦＥＴの周囲温度を検出するために、電気接続装置においては、ＦＥＴの近くにサーミスタが配置されている。サーミスタは温度に応じて抵抗値が変動するので、制御回路はサーミスタの抵抗値を監視し、ＦＥＴの温度が閾値以上であると判定した場合、駆動回路へオフ信号を出力する。

特開２０１１−２９３１３号公報

上述のインサートバスバー構造を適用した場合、２つの導電板間に樹脂部が介在する。サーミスタがチップ型である場合、２つの導電板と、導電板間に介在する樹脂部との上に実装されている。
導電板は銅又は銅合金等の金属材料からなり、環境温度が変化したときに、樹脂部及び導電板の線膨張係数の差異から、樹脂部及び導電板が反る可能性がある。樹脂部及び導電板が反った場合、導電板に実装されるサーミスタの半田接合部分に応力が生じ、クラックが生じる虞がある。クラックが生じた場合、ＦＥＴの温度を監視できなくなる。

本発明の目的は、環境温度により、電子部品が実装されている２つの導電板及び導電板間の樹脂部が反ることが抑制され、半田接合部分にクラックが生じることが抑制され、スイッチング素子の故障が抑制された電気接続装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る電気接続装置は、スイッチング素子と、２つの第１導電板と、該２つの第１導電板間に、該２つの第１導電板を一体化するように配置された樹脂部と、２つの端子が各第１導電板に接続され、前記スイッチング素子に係る物理量を検出する電子部品と、前記樹脂部と一体化され、前記電子部品が前記２つの第１導電板に接続されている方向に沿って配置された補強板とを備える。

本態様によれば、環境温度が変化したときに、線膨張係数の差から、樹脂部及び第１導電板が反り易い方向に沿って補強板が設けられているので、樹脂部及び第１導電板の反りが抑制される。電子部品の半田接合部分に応力が生じてクラックが生じることが抑制されるので、接合信頼性が良好であり、電子部品は前記物理量を良好に検出することができ、スイッチング素子の故障が抑制される。

実施形態に係る電気接続装置の斜視図である。 電気接続装置の平面図である。 図２のIII−III線断面図である。 図２のIV−IV線断面図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列挙して説明する。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よい。

（１）本発明の一態様に係る電気接続装置は、スイッチング素子と、２つの第１導電板と、該２つの第１導電板間に、該２つの第１導電板を一体化するように配置された樹脂部と、２つの端子が各第１導電板に接続され、前記スイッチング素子に係る物理量を検出する電子部品と、前記樹脂部と一体化され、前記電子部品が前記２つの第１導電板に接続されている方向に沿って配置された補強板とを備える。

本態様にあっては、環境温度が変化したときに、線膨張係数の差から、樹脂部及び第１導電板が反り易い方向に沿って補強板が設けられているので、樹脂部及び第１導電板の反りが抑制される。電子部品の半田接合部分に応力が生じてクラックが生じることが抑制されるので、接合信頼性が良好であり、電子部品は前記物理量を良好に検出することができ、スイッチング素子の故障が抑制される。

（２）本発明の一態様に係る電気接続装置は、２つの第２導電板を備え、前記スイッチング素子は、前記２つの第２導電板に接続され、前記２つの第２導電板間の電気的な接続、及び該接続の遮断を行い、前記補強板は、第２導電板である。

本態様にあっては、補強板と、第２導電板とを共通化するので、材料コストを低減でき、補強板と第２導電板とを別体にする場合と比較して電気接続装置の表面積を小さくすることができる。

（３）本発明の一態様に係る電気接続装置は、前記補強板の厚みは、前記第１導電板の厚みより厚い。

本態様にあっては、良好に、樹脂部及び第２導電板の反りが抑制される。

以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
（実施形態）
図１は実施形態に係る電気接続装置１の斜視図、図２はその平面図、図３は図２のIII−III線断面図、図４は図２のIV−IV線断面図である。電気接続装置１は、車両が備えるバッテリ等の電源と、ランプ、ワイパ等の車載電装品又はモータ等からなる負荷との間の電力供給経路に配される。

実施形態では、図１〜図４に示す前後、左右、上下の各方向により、電気接続装置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、電気接続装置１の構成について説明する。なお、図１〜図４の前後、左右、上下の各方向は、便宜的に示した方向であり、電気接続装置１を車両等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。

電気接続装置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、導電板１１１，１１２，１１３と、スイッチング素子としてのＦＥＴ１３と、ＦＥＴ１３を駆動する駆動回路、及び駆動回路にオン／オフ信号を与える制御回路が実装された制御基板１２と、ＦＥＴ１３の温度を検出するサーミスタ１４とを備える。ＦＥＴ１３は、例えば面実装タイプのパワーＭＯＳＦＥＴである。駆動回路及び制御基板は、異なる基板に実装することにしてもよい。

図１及び図２に示すように、導電板１１１は、回路部１０の上面の露出した領域のうち、右寄り、前寄りの部分を占める矩形の領域に配置されている。
導電板１１３は小さい矩形状をなし、導電板１１１の上辺及び左辺に沿って、間隔を隔てて、複数設けられている。
導電板１１２は、回路部１０の上面の露出した領域の左側部分及び後側部分で、導電板１１３が設けられていない部分に設けられている。
なお、図１及び図２においては、簡略化のために、ＦＥＴ１３を１つだけ実装した構成について示しているが、複数のＦＥＴ１３が実装されてもよい。

ＦＥＴ１３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。ドレイン端子１３１は導電板１１１に、ソース端子１３２は導電板１１２に半田接続されている。導電板１１１及び導電板１１２は、銅又は銅合金等の金属材料により形成されており、例えば１．０〜２．０ｍｍ程度の厚みを有する。

ＦＥＴ１３のゲート端子１３３は、導電板１１３に半田接続されている。導電板１１３は、銅又は銅合金等の金属材料により形成されており、例えば、０．６４ｍｍ程度の厚みを有する。
導電板１１１又は導電板１１２の厚みの、導電板１１３の厚みに対する比率は、１．５〜３．２であるのが好ましい。

図３に示すように、導電板１１３は、導電板１１１及び導電板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とを備える。基板接続部１１３ｂは、先細の形状を有する。本実施形態では、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して、導電板１１３を制御基板１２に電気的に接続している。

導電板１１１、導電板１１２及び導電板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。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等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部１１４は、各導電板と接合されることによって、これらを一体化すると共に、各導電板間に介在されることによって、各導電板を絶縁する。本実施形態では、導電板１１１、導電板１１２、導電板１１３の端子接続部１１３ａ、及び樹脂部１１４の露出面（図示の上面）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、前記制御回路（不図示）、及び前記駆動回路（不図示）が実装されている。制御回路がオン／オフ信号を駆動回路へ出力し、駆動回路がゲート端子１３３へ出力する電圧を調整することにより、ドレイン端子１３１及びソース端子１３２間の導通／非導通が制御される。上述したように、基板接続部１１３ｂの下端を制御基板１２のスルーホール１２１に挿通させ、配線パターンと接続することにより、電気接続装置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駆動回路との間が導通される。

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。周壁部２０１は、上端に、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大きくなるように形成された開口部２０２を有する。周壁部２０１における上端側の内周面には、内側に向かって突出形成されたリブ２０３設けられている。収容部２０は、リブ２０３により複合成形体１１の周縁部を下面側から支持することで、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。

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。
導電板１１１，１１２，１１３の接合部分に半田材料を塗布又は印刷により配した後、ＦＥＴ１３を導電板１１１上に載置し、加熱して半田を溶融させた後、凝固させることにより、ドレイン端子１３１を導電板１１１に接合し、樹脂部１１４を跨いでゲート端子１３３及びソース端子１３２を夫々導電板１１３及び導電板１１２に接合する。

上述したように、ＦＥＴ１３は発熱体であるので、故障する虞がある。ＦＥＴ１３の周囲温度を検出するために、サーミスタ１４がＦＥＴ１３の近くに配置されている。
図４に示すように、サーミスタ１４は直方体状をなし、長手方向の両端部に端子１４１，１４１を有する。
端子１４１，１４１は、導電板１１１の上辺の左側の端部に設けられた、２つの導電板１１３，１１３に半田接合されている（図１及び図２参照）。
導電板１１３，１１３の上側に端子１４１，１４１を配置し、端子１４１，１４１と導電板１１３，１１３との間に半田材料を配してリフロー処理を行い、半田材料が溶融した後、凝固させることにより、接合部１４２，１４２が形成されている。なお、図１及び図２において、接合部１４２は省略している。

上記と同様に、導電板１１３の基板接続部１１３ｂの下端を制御基板１２に設けられたスルーホール１２２に挿通させ、スルーホール１２２に導電性材料を充填することによって、導電板１１３が制御基板１２の制御回路に電気的に接続されている。
サーミスタ１４は温度に応じて抵抗値が変動するので、制御回路はサーミスタ１４の抵抗値を監視し、ＦＥＴ１３の温度が閾値以上であると判定した場合、駆動回路へオフ信号を出力する。

環境温度が例えば上昇した場合、導電板１１３，１１３間の樹脂部１１４が膨張し、図４に示す上向きの力が働く。両側の導電板１１３，１１３には応力が生じ、また、導電板１１３，１１３の下側の樹脂部１１４は左右方向に伸びるので、導電板１１３，１１３に斜め下向きに力がかかる。導電板１１３，１１３及び樹脂部１１４は反ることになり、接合部１４２，１４２でクラックが生じる虞がある。

本実施形態においては、図１及び図２に示すように、サーミスタ１４が導電板１１３，１１３に接続されている方向に平行に導電板１１１，１１２が存在し、導電板１１３，１１３の左側及び右側に導電板１１２が存在する。導電板１１１，１１２，１１３は樹脂部１１４と一体化されているので、サーミスタ１４を実装する領域は、剛直な補強板に包囲されている。従って、前記領域の樹脂部１１４及び導電板１１３の反りが抑制され、サーミスタ１４の接合部１４２に応力が生じてクラックが生じることが抑制されている。
環境温度が下降し、樹脂部１１４が収縮する場合においても、同様に、導電板１１３及び樹脂部１１４の反りが抑制される。

本実施形態においては、反りを抑制するための補強板と、電気回路を構成する導電板とを共通化しているので、材料コストを低減でき、補強板と導電板とを別体にする場合と比較して電気接続装置の表面積を小さくすることができる。

また、本実施形態においては、導電板１１２の厚みは、導電板１１３の厚みより厚いので、良好に、樹脂部１１４及び導電板１１３の反りが抑制される。導電板１１２及び導電板１１１の板厚を、導電板１１３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等の電源と、ランプ、ワイパ等の車載電装品又はモータ等からなる負荷との間に流れる大電流に対応することもできる。

本実施形態においては、サーミスタ１４の接続信頼性が良好であるので、ＦＥＴ１３の温度変化を良好に監視することができ、ＦＥＴ１３の故障が良好に抑制される。

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。
例えば、導電板１１２が補強板を兼ねる場合には限定されない。
また、補強板は、サーミスタ１４を包囲するように設けられている場合には限定されない。補強板は、少なくとも、サーミスタ１４が導電板１１３，１１３に接続されている方向に沿って配置されていればよい。
そして、電子部品はサーミスタに限定されず、ＦＥＴ１３の物理量を検出するものであればよい。
さらに、電気接続装置１は、例えば直流電圧変換器、ＡＣ／ＤＣ変換器、ＤＣ／ＡＣインバータ等の大電流パワー制御ユニットに用いることができる。

１ 電気接続装置
１０ 回路部
１１ 複合成形体
１２ 制御基板
１３ ＦＥＴ
１４ サーミスタ
１４１ 端子
１４２ 接合部
２０ 収容部
１１１、１１２、１１３ 導電板
１１３ａ 端子接続部
１１３ｂ 基板接続部
１１４ 樹脂部
１２１、１２２ 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 (3)

1. スイッチング素子と、
   ２つの第１導電板と、
   該２つの第１導電板間に、該２つの第１導電板を一体化するように配置された樹脂部と、
   ２つの端子が各第１導電板に接続され、前記スイッチング素子に係る物理量を検出する電子部品と、
   前記樹脂部と一体化され、前記電子部品が前記２つの第１導電板に接続されている方向に沿って配置された補強板と
   を備える電気接続装置。
2. ２つの第２導電板を備え、
   前記スイッチング素子は、前記２つの第２導電板に接続され、前記２つの第２導電板間の電気的な接続、及び該接続の遮断を行い、
   前記補強板は、第２導電板である
   請求項１に記載の電気接続装置。
3. 前記補強板の厚みは、前記第１導電板の厚みより厚い
   請求項１又は２に記載の電気接続装置。
   

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