JP3693245B2 - 車両用電力用回路装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電力用回路装置およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の電子回路装置において、各電子回路部品(電子回路素子と呼ばれる単一回路機能の電子回路部品も含む)間の小電流用の集合配線体として、フレキシブルケーブルやプリント基板などが採用されている。
【0003】
これらの小電流用の集合配線体はいずれも、各配線の主要部を絶縁物により一体化することにより各配線間の相対空間配置を確保し、かつ、各配線を絶縁保護する。露出するフレキシブルケーブルの外部接続用端部は、プリント基板に半田付けされたり、コネクタ結合により相手配線部材に接続される。
【0004】
電子回路部品のうち、電力消費が大きい電子回路部品(大電力電子回路部品)は、放熱のために金属冷却部材(ヒートシンク、ベースプレート、冷却ブロックなどとも呼ばれる)の表面に絶縁確保されつつ密着されるのが通常である。また、大電力電子回路部品の配線は、大電流を流す必要からブスバーを採用するのが通常である。大電力電子回路部品は、半田付け、溶接、ねじ締結によりブスバーに固定されるのが通常であり、電流容量の点でフレキシブルケーブルやプリント基板が用いるのは困難である。
【0005】
モータ制御装置のような電力用回路装置では、電力用トランジスタなどの大電力電子回路部品の主電極端子は上述のようにブスバーに接続されるが、その信号電極端子はプリント基板側に接続されてこのプリント基板上の制御回路と信号を授受する必要がある。従って、電力用回路装置では、大電力電子回路部品の端子をブスバーおよびプリント基板の両方に接続しなければならず、その上、大電力電子回路部品の底面を金属冷却部材にきっちりと密着させねばならない。
【0006】
このような大電力電子回路部品をもつ電力用回路装置を製造するため、従来では、たとえば、図3に示すように大電力電子回路部品1を金属冷却部材2にねじなどで固定し、大電力電子回路部品1が貫通する窓3をもつプリント基板4を金属冷却部材1の上方に固定し、その上方において大電力電子回路部品1の主電極端子5をブスバー6にねじや半田付けで接続し、大電力電子回路部品1の信号電極端子7をプリント基板4に半田付け又はねじで締結していた。なお、図3は大電力電子回路部品1の信号電極端子7をプリント基板4の導電パターン8に半田付けする場合を示している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した電力用回路装置を車両用に用いる場合、振動によるゆるみの可能性を排除する必要があるので大電力電子回路部品1の信号電極端子7をプリント基板4にねじを用いて締結するのは好ましくなく、半田付け又は溶接などの接合技術を採用する必要があった。しかし、大電力電子回路部品1の信号電極端子7をプリント基板上の導電パターンに半田付けする場合には、この半田付け工程が新たに必要があるため、作業工数が増大するという問題があった。
【0008】
更に説明すると、上記した大電力電子回路部品の信号電極端子をプリント基板に直接、半田付けする作業は、他の小電流回路部品をプリント基板の裏側で噴流半田付け法で一斉に半田付けする工程とは別の工程で行う必要がある。しかし、この信号電極端子半田付け作業を上記プリント基板の裏面噴流半田付け法で行うと、その後で大電力電子回路部品に金属冷却部材を固定することになる。ところが、この大電力電子回路部品に金属冷却部材を密着、固定すると、プリント基板は最終的に金属冷却部材に固定されるため(両者間の相対空間配置は変更不能であるため)、各部寸法の誤差の存在により、ブスバーや端子が弾性応力を発生し、この応力が大電力電子回路部品の信号電極端子とプリント基板との半田付け部分にかかって、その耐久性に問題が生じる。このため、大電力電子回路部品を金属冷却部材に固定し、プリント基板を金属冷却部材に固定した後で、大電力電子回路部品のすべての端子をプリント基板に固定することが必須となり、結局、大電力電子回路部品の信号電極端子は、プリント基板に最後に特別に半田付けしなければならないわけである。
【0009】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、優れた接続信頼性を確保しつつ部品点数および作業工数の低減が可能な車両用電力用回路装置およびその製造方法を提供することを、その目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の車両用電力用回路装置は、金属冷却部材と、側面に小電流用の端子および大電流用の端子を有し、底面が前記金属冷却部材の上面に密着される大電力電子回路部品と、配線層および小電力用回路部品を有して前記金属冷却部材の上方にて前記金属冷却部材の上面と平行に配置されるプリント基板と、端部が側面から突出する小電流用のブスバーおよび大電流用のブスバーを絶縁材により互いに絶縁しつつ一体化するとともに、前記プリント基板の上方にて前記プリント基板と平行に延設されて前記プリント基板に固定されるブスバー集成体を備え、
少なくとも前記大電流用のブスバーの端部は、前記大電力電子回路部品の前記大電流用の端子に接合され、前記小電流用のブスバーは、前記大電力電子回路部品の小電流用の端子に接続されるとともに、前記プリント基板の貫通孔を挿通して前記プリント基板の裏面にて前記プリント基板の配線層に半田付けされていることを特徴としている。
【0011】
すなわち、この発明は、金属冷却部材に密着固定された大電力電子回路部品の大電流用の端子および小電流用の端子のすべてを、プリント基板上方のブスバー集成体の各ブスバーに接続し、大電力電子回路部品の小電流用の端子をこのブスバーを通じてプリント基板に接続しているので、言い換えれば大電力電子回路部品の小電流用の端子(プリント基板接続用端子)を、あらかじめプリント基板の裏面で半田付けされたブスバー集成体の小電流用のブスバーに、接合するので、次の効果を奏することができる。
【0012】
まず、ブスバー集成体の小電流用のブスバーの端子をプリント基板の裏側でプリント基板上の他の回路部品と同じ半田付け工程で半田付けして、プリント基板とブスバー集成体とを一体化し、また、大電力電子回路部品と金属冷却部材とを一体化し、その後、プリント基板およびブスバー集成体を金属冷却部材に固定し、その後、大電力電子回路部品のすべての端子をブスバー集成体のブスバーに半田付け又は溶接により接合する事ができるので、大電力電子回路部品の小電流用の端子とプリント基板との電気的接続を、上述した特別の半田付け作業を必要とすることなしに実現することができ、作業工数を簡素化することができる。
【0013】
つまり、ブスバー集成体の小電流用のブスバーの端子とプリント基板との接合を、大電力電子回路部品とブスバー集成体の各ブスバーとの接合前に、プリント基板への他の小電流用の回路部品の半田付けと同一工程(通常は噴流半田付け)で実施することができ、特別の半田付け作業を必要としない。
【0014】
また、大電力電子回路部品のすべての端子とブスバー集成体のブスバーとの接合を大電力電子回路部品に金属冷却部材を取り付けた後で実施することができるので、上記した各部寸法誤差が大きくても、半田付け箇所特にプリント基板と大電力電子回路部品の小電流用の端子との間の電気経路中の半田付け箇所に上記各部寸法誤差に起因するストレスがかかることがなく、半田付け部分の接続信頼性が損なわれることがない。
【0015】
さらに、大電力電子回路部品のすべての端子は、各ブスバーを一体化して一部品化されたブスバー集成体にだけ接合されるので、部品点数低減効果を奏することができる。
【0016】
好適な態様において、前記大電流用のブスバーの端部は、前記大電力電子回路部品の側上方に開口された前記ブスバー集成体の窓の下方に達して、前記大電力電子回路部品の前記大電流用の端子に密接される。
【0017】
このようにすれば、ブスバー集成体の上方から上記窓を通じて簡単に大電力電子回路部品のすべての端子と、ブスバー集成体から突出する大電流用のあるいは小電流用のブスバーの端部とを目視しつつ容易に半田付け又は溶接することができ、接合作業後の確認作業も容易となる。
【0018】
好適な態様において、前記ブスバー集成体は、前記金属冷却部材とともに回路ケースを構成するので、部品点数を増加することなく、接続信頼性を向上することができる。
【0019】
好適な態様において、前記小電力用回路部品および前記ブスバー集成体の所定の小電流用のブスバーとを前記プリント基板の裏面で噴流はんだ法で半田付けし、大電力電子回路部品が固定された前記金属冷却部材を前記ブスバー集成体およびプリント基板に対して平行にセットし、前記大電力電子回路部品の前記大電流用の端子と前記ブスバー集成体の前記大電流用のブスバーの端部との接合と、前記大電力電子回路部品の前記小電流用の端子と前記ブスバー集成体の前記所定の小電流用のブスバーとの接合を行うので、作業工数の低減を実施することができる。
【0020】
好適な態様において、前記ブスバー集成体は、ICリードフレーム法により形成される。このようにすれば、製造、組み付け工程を簡素化することができる。
【0021】
【発明を実施するための態様】
本発明の車両用電力用回路装置およびその製造方法を以下の実施例により具体的に説明する。
【0022】
【実施例1】
この実施例の車両用電力用回路装置の断面図を図1に示す。
(構造説明)
この車両用電力用回路装置において、電気自動車用走行モータ制御装置の一部であって、この装置を構成する種々の大電流用の回路部品(たとえばパワーMOSトランジスタ1)は冷却のためにアルミベースプレート2上に固定されてブスバーに接続されており、その他の回路部品はプリント基板4に実装されている。
【0023】
1は三相インバータ回路を構成する6個のパワーMOSトランジスタ(本発明でいう大電力電子回路部品)の一つ、2はアルミベースプレート(本発明でいう金属冷却部材)、3は窓、4はプリント基板、5はパワーMOSトランジスタ1のソース電極端子、6はブスバー集成体、7はパワーMOSトランジスタ1のゲート電極端子、8はプリント基板4上のチップコンデンサ、9はブスバー集成体6の大電流用のブスバー、10はブスバー集成体6の小電流用のブスバーである。
【0024】
ソース電極端子5、ゲート電極端子7および図示しないパワーMOSトランジスタ1の他の端子は、パワーMOSトランジスタ1の樹脂モールドされた本体部の側面から水平に突出している。パワーMOSトランジスタ1の底面は、アルミベースプレート2の部品当接面である上面20に密接されて、パワーMOSトランジスタ1はアルミベースプレート2に図示しないねじにより固定されている。
プリント基板4は、パワーMOSトランジスタ1が貫通する窓3をもち、アルミベースプレート2の上方に所定間隔を隔てて平行となるようにアルミベースプレート2に固定されている。ブスバー集成体6は、プリント基板4の上方に所定間隔を隔てて平行となるようにアルミベースプレート2に固定されている。チップコンデンサ8の一対の端子は、プリント基板4の図示しない貫通孔を通じてプリント基板4の裏面に突出し、プリント基板4の裏面の図示しない銅配線パターンに半田付けされている。
【0025】
ブスバー集成体6は、後述するICリードフレームと同じ手法で形成された多数のブスバー配線を樹脂板12で一体化して構成されている。ブスバー集成体6は、窓13、14、15を有している。大電流用のブスバー9は、窓13に面する樹脂板12の側面から水平に突出した後、折り曲げられて降下し、パワーMOSトランジスタ1のソース電極端子5の横にてさらに折り曲げられてソース電極端子5に接しつつ延設されている。小電流用のブスバー10の一端部は、窓14に面する樹脂板12の側面から水平に突出した後、折り曲げられて降下し、パワーMOSトランジスタ1のゲート電極端子7の横にてさらに折り曲げられてゲート電極端子7に接しつつ延設されている。小電流用のブスバー10の他端部は、窓15に面する樹脂板12の側面から水平に突出した後、折り曲げられて降下し、プリント基板4の図示しない貫通孔を通じてプリント基板4の裏面に突出し、プリント基板4の裏面の図示しない銅配線パターンに半田付けされている。
【0026】
なお、大電流用のブスバー9の他端部は、好適には、樹脂板12の上面に露出し、他のブスバーの端部がこの大電流用のブスバー9の他端部に締結される。
(製造方法説明)
まず、ブスバー集成体6の製造方法を以下に説明する。
【0027】
最初に、金属薄板を打ち抜いて多数のブスバーが一平面で連なったブスバーフレームを形成し、このブスバーフレームの所定部分を被覆する樹脂板12をインサート樹脂成形法又は樹脂モールド成形法により樹脂形成する。なお、このブスバーフレームは、多数回路分のブスバーフレームを一列に連ねてなるいわゆるICリードフレームと同じ形態を有している。
【0028】
樹脂板12は開口13〜15をもち、開口13に面する樹脂板12の側面からは大電流用のブスバー9の一端部が突出し、開口14に面する樹脂板12の側面からは小電流用のブスバー10の一端部が突出し、開口15に面する樹脂板12の側面からは小電流用のブスバー10の他端部が突出している。
【0029】
次に、ブスバー9の一端部、ブスバー10の両端部を下方に折り曲げ、各ブスバーを連ねている図示しないタイバーを切り離して、1回路分のブスバーをもつブスバー集成体6を完成する。この製造方法は、本質的にICリードフレーム製造方法と同じである。もちろん、その他、金型に各ブスバーをセットして通常のインサート成形法によりブスバー集成体6を作成してもよい。
【0030】
次に、パワーMOSトランジスタ1を含むすべての大電力電子回路部品をアルミベースプレート2上に固定し、ねじで締結する。
【0031】
次に、プリント基板4にすべての小電力用回路部品を仮付けし、ブスバー集成体6の小電流用のブスバー1の他端部の先端部をプリント基板4の貫通孔に挿入した状態でプリント基板4の裏面に噴流半田付け法により半田付けを行う。この時、プリント基板4の窓3は遮蔽板で覆っておくことが好適である。これにより、プリント基板4とブスバー集成体6とが一体化される。
【0032】
次に、アルミベースプレート2に一体化されたパワーMOSトランジスタ1をプリント基板4の窓3に挿入し、ブスバー集成体6およびプリント基板4をアルミベースプレート2に締結固定する。
【0033】
次に、パワーMOSトランジスタ1のソース電極端子5の先端部と大電流用のブスバー9の先端部とをブスバー集成体6の窓13から半田付けする。同様に、パワーMOSトランジスタ1のゲート電極端子7の先端部と小電流用のブスバー10の一端部とをブスバー集成体6の窓14から半田付けする。これにより、プリント基板4とパワーMOSトランジスタ1とがブスバー集成体6を通じて配線されることになる。その他の大電力電子回路部品の配線もパワーMOSトランジスタ1と同じように配線される。窓13、14は半田付け作業、その後の目視検査作業時の確認にももちいられる。
【0034】
以上のようにして、この車両用電力用回路装置が完成される。
(実施例効果)
上記したこの実施例の車両用電力用回路装置およびその製造方法では、次の効果を奏することができる。
【0035】
まず、ブスバー集成体6の小電流用のブスバー10とプリント基板4とをプリント基板4の裏面で他の半田付け箇所と同時に噴流半田付け法で一斉に半田付けし、パワーMOSトランジスタ1にアルミベースプレート2を固定した後、アルミベースプレート2にブスバー集成体6およびプリント基板4を固定し、その後、パワーMOSトランジスタ1の各端子5、7をブスバー集成体6の各ブスバー9、10に半田付けするので、各部材の寸法誤差により半田付け部分にストレスが発生することがない。これにより接続信頼性を確保することができる。
【0036】
さらに、パワーMOSトランジスタ1のすべての端子は、各ブスバーを一体化して一部品化されたブスバー集成体6にだけ半田付けされるので、部品点数低減効果を奏することができる。
【0037】
【実施例2】
この実施例の車両用電力用回路装置の模式断面図を図2に示す。
【0038】
この実施例では、図1で説明したブスバー集成体6を一端開口の角箱状に形成してアルミベースプレート2に固定したものである。すなわち、この実施例では、ブスバー集成体6は、アルミベースプレート2とともにこの車両用電力用回路装置の密閉ケースを構成している。このようにすれば、別にケースを追加することなく、回路部品の保護効果を挙げることができる。なお、図2では、このケース内の回路部品の図示は省略されている。ただし、この実施例では、ブスバー集成体6が窓13などの開口をもつので、この開口を閉鎖する遮蔽板60をブスバー集成体6に固定することにより、一層の密閉効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1の車両用電力用回路装置の要部断面図である。
【図2】 実施例2の車両用電力用回路装置の模式断面図である。
【図3】 従来の車両用電力用回路装置の要部断面図である。
【符号の説明】
1 パワーMOSトランジスタ(大電力電子回路部品)
2 アルミベースプレート(本発明でいう金属冷却部材)、
3 窓、
4 プリント基板
5 ソース電極端子(大電流用の端子)
6 ブスバー集成体
7 ゲート電極端子(小電流用の端子)
8 チップコンデンサ(小電力用回路部品)
9 大電流用のブスバー、
10 小電流用のブスバー
Claims (4)
- 金属冷却部材と、
側面に小電流用の端子および大電流用の端子を有し、底面が前記金属冷却部材の上面に密着される大電力電子回路部品と、
配線層および小電力用回路部品を有して前記金属冷却部材の上方にて前記金属冷却部材の上面と平行に配置されるプリント基板と、
端部が側面から突出する小電流用のブスバーおよび大電流用のブスバーを絶縁材により互いに絶縁しつつ一体化するとともに、前記プリント基板の上方にて前記プリント基板と平行に延設されて前記プリント基板に固定されるブスバー集成体と、
を備え、
少なくとも前記大電流用のブスバーの端部は、前記大電力電子回路部品の前記大電流用の端子に接合され、
前記小電流用のブスバーは、前記大電力電子回路部品の小電流用の端子に接続されるとともに、前記プリント基板の貫通孔を挿通して前記プリント基板の裏面にて前記プリント基板の配線層に半田付けされていることを特徴とする車両用電力用回路装置。 - 請求項1記載の車両用電力用回路装置において、
前記大電流用のブスバーの端部は、前記大電力電子回路部品の側上方に開口された前記ブスバー集成体の窓の下方に達して、前記大電力電子回路部品の前記大電流用の端子に密接することを特徴とする車両用電力用回路装置。 - 請求項1又は2記載の車両用電力用回路装置において、
前記ブスバー集成体は、前記金属冷却部材とともに回路ケースを構成することを特徴とする車両用電力用回路装置。 - 請求項1記載の車両用電力用回路装置の製造方法において、
前記小電力用回路部品および前記ブスバー集成体の所定の小電流用のブスバーとを前記プリント基板の裏面で噴流はんだ法で半田付けし、
大電力電子回路部品が固定された前記金属冷却部材を前記ブスバー集成体およびプリント基板に対して平行にセットし、
前記大電力電子回路部品の前記大電流用の端子と前記ブスバー集成体の前記大電流用のブスバーの端部との接合と、前記大電力電子回路部品の前記小電流用の端子と前記ブスバー集成体の前記所定の小電流用のブスバーとの接合を行うことを特徴とする車両用電力用回路装置の製造方法。
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