JP4029349B2 - バスバーを具備する回路装置 - Google Patents

Description

本発明は、バスバーを具備する回路装置に関する。

たとえばハイブリッド車などの電気自動車分野では、大電流が流れる多数のパワー半導体素子や種々の回路部品（以下、これらを大電流回路部品とも呼ぶものとする）と、たとえばこれらパワー半導体素子制御のための小電流が流れる種々の制御用回路部品とが混在する大電流制御用回路装置が用いられる。このような大電流制御用回路装置の例としてはモータ制御回路装置やＤＣ−ＤＣコンバータ装置（特許文献１）などが挙げられる。

車両用途では、回路装置の小型化が特に重要であるので、大電流回路部品間の大電流配線としてのバスバーと制御回路部品間の小電流配線を担当するプリント基板とは小さい実装スペースに高密度に配置されるが、その結果、大電流回路部品やバスバーの発熱によるこの実装スペースの温度上昇低減が主要な課題となっていた。

このため、たとえば水冷乃至空冷される金属製の放熱用プレートを設け、バスバーを良好な電気絶縁性及び熱伝達性を有する熱伝導シートを介してこの放熱用プレートに密着させて、バスバーやこのバスバーに締結されている大電流回路部品の放熱を図ることが行われている。
特開２００３ー０２３７７２

しかしながら、バスバーを熱伝導シートを介して放熱用プレートに密着させる方式においては、熱伝導シートの設置と固定とがコストアップ要因となる他、通常ではバスバーと放熱用プレートとの間にプリント基板が介在するためにプリント基板の開口も必要となるうえ、バスバーをプリント基板の開口を越えて放熱用プレートまで大きく折り曲げねばならず、バスバーが長くなってその電気抵抗が増大するという問題もあった。バスバーをプリント基板を越えて大きく折り曲げる代わりに、放熱用プレートからプリント基板の開口を越えてバスバー側にボス部を突出させ、このボス部の頂面に熱伝導シートを介してバスバーを密着させれば、バスバーの配線距離増加を防止することができるが、放熱用プレートの形状が複雑となり、その重量増加も問題となる。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、冷却性能の悪化を抑止しつつ構造の簡素化、部品点数の削減及び作業能率向上を実現可能なバスバーを具備する回路装置を提供することをその目的としている。

この発明は、回路部品が実装されるプリント基板と、前記プリント基板が載置されて締結される基板支持用ボス部を有するとともに前記プリント基板の裏面側にて前記プリント基板から所定間隔を隔てて延設される金属製の放熱用プレートと、
前記放熱用プレート又は前記プリント基板に固定される複数の大電流回路部品の端子領域に締結されて前記プリント基板の表面側に延設されるバスバーと、
を備えるバスバーを具備する回路装置において、
前記放熱用プレートに固定される複数のパワー半導体素子の端子領域間を接続するべく締結されて前記プリント基板の表面側に延設されるバスバーと、
を備えるバスバーを具備する回路装置において、
前記バスバーの長手方向中央部が、前記回路部品が前記プリント基板の表面及び裏面に実装されていない前記プリント基板の非実装領域の表面に向けてコ字状に屈曲されて前記非実装領域の表面に密着する接触放熱部を有し、前記放熱用プレートは、前記プリント基板の非実装領域の裏面に密着して前記接触放熱部に対向するバスバー冷却用ボス部を有することを特徴としている。

すなわち、この発明のバスバーを具備する回路装置は、プリント基板の回路部品非実装領域にバスバーの長手方向中央部に設けられたコ字状の接触放熱部を密着させ、更にプリント基板の回路部品非実装領域を挟んでバスバーの接触放熱部と間接的に接触するバスバー冷却用ボス部を放熱用プレートに設けた点をその特徴としている。このようにすれば、従来の放熱用プレートとの接触によるバスバー冷却方式のように、熱伝導シートを敷く必要がなく、熱伝導シートを準備してそれを放熱用プレートの所定部位に脱落不能に支持する作業も省略することができるため、構造の簡素化、部品点数の削減及び作業能率向上を実現することができる。また、プリント基板の厚さ方向の熱抵抗は通常、熱伝導シートには劣るもののかなりの伝熱冷却効果を得ることができる。更に、従来方式のようにプリント基板開口作業や、バスバー又はボス部の延長も不要であるため、バスバーの電気抵抗の低減や回路装置の重量軽減も可能となる。

好適な態様において、前記プリント基板が前記非実装領域の表面及び／又は裏面に導電層を有している。導電層は通常軟質の導電部材であり、その接触性が改善される。このため、バスバーの接触放熱部とプリント基板との密着性やプリント基板とバスバー冷却用ボス部との密着性が改善され、更には、これら両面の導電層間の伝熱放熱も期待でき、伝熱放熱能力を向上することができる。

好適な態様において、前記バスバーは、前記接触放熱部の両端から延設されて前記大電流回路部品の端子領域に達するＬ字状端末部を有する。なお、Ｌ字状端末部の屈曲角は９０度である必要はない。このようにすれば、バスバーの接触放熱部をプリント基板の表面に密着させつつ、バスバーを任意の高さをもつ複数の大電流回路部品の頂面に締結することができる。なお、バスバーは複数の接触放熱部をもつことができ、これら複数の接触放熱部の間にコ字状曲がり部をもつことができ、このコ字状曲がり部にて大電流回路部品に接続することもできる。

（変形態様）
その他、プリント基板は導電層を多数層有することもでき、この場合には、プリント基板の伝熱抵抗を一層改善することができる。また、バスバーの接触放熱部に接触するプリント基板の導電層に、プリント基板に実装された所定の回路素子の端子を接続することも可能である。このようにすれば、バスバー又はバスバーに接続される大電流回路部品の端子と、プリント基板に実装されたこの所定の回路素子の端子との電気的な接続も同時に可能となる。

本発明のバスバーを具備する回路装置の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。ただし、本発明の技術思想を他の公知技術又はそれと同等の技術の組み合わせで実現してもよいことはもちろんである。

実施例１のバスバーを具備する回路装置を図１、図２を参照して説明する。１はプリント基板、２はアルミダイキャストで製造された放熱用プレート、３はバスバー、４、５は大電流回路部品、６はプリント基板１に実装される小電力回路部品である。小電力回路部品６としては、ＩＣやチップコンデンサや抵抗器やチップインダクタなど公知のものが用いられる。大電流回路部品としては、パワー半導体素子、トランス、チョークコイル、平滑コンデンサなど大電流仕様の種々のものが用いられる。この種の装置としては車両用ＤＣ−ＤＣコンバータなどが採用される。プリント基板１としては、両面に所定形状の銅箔層が形成される樹脂プリント基板を採用したが、その他、公知の種々のものを採用することができる。

放熱用プレート２は、プリント基板１が締結される基板支持用のボス部（図示せず）を有しており、プリント基板１は、この基板支持用のボス部に載置してねじにより締結することにより、プリント基板１は放熱用プレート２に対して所定間隔を隔てて放熱用プレート２の主面と平行にその上方に配置されている。

プリント基板１は、回路部品が実装されない非実装領域１１を有している。放熱用プレート２は、この非実装領域１１の裏面に向けて突設されたバスバー冷却用ボス部２１を有しており、バスバー冷却用ボス部２１の頂面はプリント基板１の非実装領域１１の裏面に密着している。大電流回路部品４，５は、放熱用プレートの表側の主面に載置、固定されており、大電流回路部品４，５の頂面には、図示しない端子が設けられている。

バスバー３は、プリント基板１の表側に延設されており、バスバー３の両端が大電流回路部品４，５の上記図示しない端子に締結されることによりバスバー３が回路装置に固定されている。なお、バスバー３を放熱用プレート２などに電気絶縁可能に固定する特別のバスバー固定機構を付加することも当然可能である。

バスバー３の長尺方向中央部にはプリント基板１の非実装領域１１に向けてコ字状に屈曲されて形成された接触放熱部３１を有している。接触放熱部３１は放熱性の向上のためにプリント基板１の非実装領域１１を選んでできるだけ大面積となるように複雑な形状を有している。

バスバー３の接触放熱部３１は、プリント基板１の非実装領域１１の表面に密着している。すなわち、バスバー３を大電流回路部品４，５に締結固定する時に接触放熱部３１が非実装領域１１に所定圧力で密着するようにバスバー３の形状が設定されている。

これにより、バスバー３の接触放熱部３１は、プリント基板１の非実装領域１１を介して放熱用プレート２のバスバー冷却用ボス部２１に密着することになる。非実装領域１１の表面及び裏面には非実装領域１１の平面形状に等しい形状の銅箔層がパターニングされている。

このようにすれば、バスバー３の接触放熱部３１からプリント基板１の非実装領域１１を通じて放熱用プレート２のバスバー冷却用ボス部２１に伝熱放熱によりバスバーの熱を放散することができる。なお、この時、バスバー３の接触放熱部３１は、両端支持されたバスバー３の中間部に設けられているため、バスバー３の上下方向（厚さ方向）の弾性を利用して公差を吸収することができ、多少の寸法ばらつきを問題なく吸収することができる。更に、バスバー３の接触放熱部３１がプリント基板１に弾性付勢されるために、バスバー３の機械的支持を強化することができ、高振動環境でもバスバー３が振動したりしてそれを締結するねじなどが緩むのを抑止することができる。特に、この実施例では、バスバー３の両端末部がＬ字状に形成されているため、この部分の上下方向への弾性変形性を改善することができる。

（変形態様）
変形態様を図３を参照して説明する。この変形態様では、バスバー３は下側に屈曲された固定用の脚部３２を有し、脚部３２はプリント基板１に開口された端子孔１２に挿入されて裏側からはんだ付けされている。このようにすれば、バスバー３とプリント基板１との結合をより強固とすることができる。７ははんだである。

（変形態様）
変形態様を図３を参照して説明する。この変形態様では、プリント基板の非実装領域１１の両面に非実装領域１１とほぼ同形の銅箔パターン１３、１４が形成されている。このようにすれば、バスバー３の接触放熱部３１とプリント基板１の非実装領域１１との接触性や、プリント基板１の非実装領域１１と放熱用プレート２のバスバー冷却用ボス部２１との接触性を改善することができる。

（変形態様）
変形態様を図３を参照して説明する。この変形態様では、端子孔１２を囲んで銅箔パターンを形成し、この銅箔パターンにプリント基板１上に実装するべき回路部品の端子をはんだ付けしたものである。このようにすれば、プリント基板上の回路部品と大電流回路部品４，５との電気的接続をこれら銅箔パターン及びバスバー３により簡単に実現することができる。その他、バスバー３の接触放熱部３１に接触する銅箔パターン１３をこの端子孔１２まで延長することにより、銅箔パターン１３とバスバー３との強固な電気的接続を完成できるため、この銅箔パターン１３を同様に延長して、プリント基板上の回路部品の端子をこの銅箔パターン１３に半田付けすることができる。

実施例のバスバーを具備する回路装置の要部縦断面図である。 図１の平面図である。 変形態様を示す要部縦断面図である。

符号の説明

１ プリント基板
２ 放熱用プレート
３ バスバー
４ 大電流回路部品
５ 大電流回路部品
６ 小電力回路部品
１１ 非実装領域
１２ プリント基板の端子孔
１３ 銅箔パターン
１４ 銅箔パターン
２１ バスバー冷却用ボス部
３１ 接触放熱部
３２ 脚部

Claims (3)

1. 回路部品が実装されるプリント基板と、
   前記プリント基板が載置されて締結される基板支持用ボス部を有するとともに前記プリント基板の裏面側にて前記プリント基板から所定間隔を隔てて延設される金属製の放熱用プレートと、
   前記放熱用プレートに固定される複数のパワー半導体素子の端子領域間を接続するべく締結されて前記プリント基板の表面側に延設されるバスバーと、
   を備えるバスバーを具備する回路装置において、
   前記バスバーの長手方向中央部は、前記回路部品が前記プリント基板の表面及び裏面に実装されていない前記プリント基板の非実装領域の表面に向けてコ字状に屈曲されて前記非実装領域の表面に密着する接触放熱部を有し、
   前記放熱用プレートは、前記プリント基板の非実装領域の裏面に密着して前記接触放熱部に対向するバスバー冷却用ボス部を有することを特徴とするバスバーを具備する回路装置。
2. 請求項１記載のバスバーを具備する回路装置において、
   前記プリント基板は、
   前記非実装領域の表面及び／又は裏面に導電層を有することを特徴とするバスバーを具備する回路装置。
3. 請求項１又は２記載のバスバーを具備する回路装置において、
   前記バスバーは、
   前記接触放熱部の両端から延設されて前記パワー半導体素子の端子領域に達するＬ字状端末部を有することを特徴とするバスバーを具備する回路装置。

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