JP4387290B2 - 回路構成体 - Google Patents

Description

本発明は、小型化を図ることができる回路構成体に関する。

従来の回路構成体として例えば特許文献１に示すものがある。このものは、例えば、自動車に搭載されるものであって、車載バッテリー等の電源と各電子装置との間に介されて各電子装置への電源供給の制御を行なう電力分配器として用いられるものである。
この種の回路構成体は、平面状に配索された複数本のバスバーと、絶縁層を介してこれらバスバーへ積層した制御用回路基板と、この制御用回路基板に実装される半導体スイッチング素子とから構成されており、当該半導体スイッチング素子を動作させることによって各バスバーに通電させて各電子装置への電力供給の制御を行なうようになっている。
特開２００３−１６４０３９公報

ところで、自動車に要求される快適性・安全性等は高まる一方であり、これらを高水準で満たすために自動車に搭載される電子装置の数は増加する傾向にある。そうすると、バスバーの本数や制御用回路基板上に実装されるスイッチング素子の数が増加し、これに伴って回路構成体が大型化してしまうから、回路構成体を高密度化してできるだけ小型化したいという要望があった。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、小型化を図ることができる回路構成体を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、制御用回路基板と、この制御用回路基板上に実装されるスイッチング素子と、絶縁層を介して前記制御用回路基板のうち前記スイッチング素子が実装される面と反対側の面にそれぞれ積層される複数本の第１バスバーとから構成されており、前記スイッチング素子を動作させることにより前記複数本の第１バスバーにそれぞれ通電させるようにした回路構成体であって、前記制御用回路基板には印刷回路からなる導電路が形成されており、前記制御用回路基板又は前記第１バスバーに絶縁層を介して積層される第２バスバーを備え、前記スイッチング素子の端子脚部のうち、一方の端子脚部が前記制御用回路基板の前記導電路に接続されており、他方の端子脚部が前記第２バスバーに接続されており、前記制御用回路基板は厚さ方向に沿って貫通する開口部を有し、前記第２バスバーのうち、前記スイッチング素子の端子脚部に接続される接続部が前記開口部に収容可能に曲げ変形されていると共に、前記接続部に係る前記スイッチング素子の端子脚部と接続される上面が、前記制御用回路基板の前記導電路の上面と略同一高さとなるように形成されており、前記接続部の前記下面側には、前記第１バスバーの下面側に配される壁面に密着する充填層が設けられているところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記第２バスバーは、絶縁層を介して、前記回路基板における前記スイッチング素子が実装される面及び前記第１バスバーが積層される面の双方に積層された構成であるところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記第２バスバーが厚みよりも幅広な表面を有する平板帯状の金属片からなると共にその表面が前記第１バスバー又は前記制御用回路基板に対して垂直となるように配設されているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
請求項１の発明では、第２バスバーを設けたことにより、電力供給路の設計における自由度が増して高密度化することができ、結果として回路構成体を小型化することができる。
それに加えて、例えば、制御用回路基板上に実装されたスイッチング素子のうちいずれかの接続端子を当該制御用回路基板上に形成された接続箇所（ランド等）に接続するとともに、それ以外接続端子のうち少なくとも１つの接続端子を制御用回路基板上に積層された第２バスバーに接続する、というようなことが考えられる。このような場合には、制御用回路基板の厚さ方向において接続端子の位置が異なるため、曲げ方（曲げ位置・曲げ量）が相違する。そうなると製造上手間がかかり効率的ではない。
これに対して、請求項１の発明では、第２バスバーの接続部の上面が制御用回路基板の導電路の上面と略同一高さとなるように構成しているから、スイッチング素子の端子の曲げ方を同一とすることができ、製造の効率化を図ることができる。

また、第２バスバーの接続部の下面側に壁面と密着する充填層が設けられていて、回路構成体全体と接続部とは共に同一の壁面に固定されて一体となっている。これにより、回路構成体の使用中に振動が作用した場合でも、接続部のみが回路構成体と別個に振動することを規制し、はんだクラック等による接触不良の発生を回避できるので、回路構成体の信頼性の向上が可能となる。

＜請求項２の発明＞
請求項２の発明では、絶縁層を介して第２バスバーを複数積層した構成としている。これにより、一層の高密度化を図ることができる。

＜請求項３の発明＞
請求項３の発明では、第２バスバーを第１バスバー又は制御回路基板に対して垂直に配設するので、回路構成体上に多数の第２バスバーを配設することができ、より一層の高密度化が可能となる。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１について図１ないし図５を参照して説明する。本実施形態の回路構成体は、例えば、車載バッテリー等の電源と各電子装置等の負荷との間に介されて各電子装置への電源供給の制御を行なう電力分配器として用いられるもので、本実施形態では、電気接続箱１０の構成部品として用いられている。
電気接続箱１０は、図１に示すように、いずれも略平板状に形成された分岐路部１１と電源分配部１２との端縁同士を突き合わせて全体が略Ｌ字状に組合わされてなると共に、分岐路部１１と電源分配部１２との突合せ部分にヒューズ取付部１３が形成され、全体をケーシング１５で包囲してなるものである。
ケーシング１５は、図１において電気接続箱１０の手前側を包囲するフロントケース１５Ｆと、奥側を包囲するリアケース１５Ｒと、上側を包囲するアッパーケース１５Ｕとからなる。
また、電気接続箱１０の上側に形成されたヒューズ取付部１３にはヒューズＨが着脱可能になっており、ヒューズＨの端子が分岐路部１１或いは電源分配部１２から延出されたヒューズ端子Ｂに接続可能となっている。さらに、ヒューズ取付部１３には取り付けられたヒューズＨを保護するカバー１５Ｃで被覆可能となっている。尚、ヒューズ取付部１３の各ヒューズ端子Ｂは先端を二股にしてヒューズＨの端子を保持可能となっている。

分岐路部１１は、詳細には図示しないが、金属平板を打ち抜いて複数本のバスバーからなる所定回路形状に構成されるバスバー回路を複数積層すると共に全体を樹脂モールド成形することにより形成される。これにより、分岐路部１１は、上下に積層されたバスバー回路間及び隣接するバスバー間には樹脂層が介在されることで、これらの間の短絡が防止された分岐回路が形成されている。
尚、分岐路部１１は、上記の他、絶縁板上にバスバー回路を敷設したものを複数上下に重ね合わせてなる構成のものであってもよい。また、このものにおいて、同一絶縁板上の隣接するバスバー同士の短絡を防止するために、絶縁板上に形成したバスバー載置用の溝にバスバーを嵌め込む構造のものであってもよい。

電源分配部１２は、金属平板を打ち抜いて複数本の第１バスバーからなる所定回路形状に形成されたバスバー回路２１と、所定の印刷回路が形成された回路基板２２とを接着したものの回路基板２２上に、リレー又は半導体スイッチ等のスイッチングデバイス２３を実装してなる回路構成体２０を備える。
さらに、電源分配部１２は、回路構成体２０のバスバー回路２１側には金属平板状の放熱板２５が接着剤（例えばエポキシ系接着剤）によって接着されている。この放熱板２５はリアケース１５Ｒの図１における奥方の壁面（全面）を構成し、放熱板２５自身が外部に露出する構成となっている。
電源分配部１２はこのように構成されることで、回路構成体２０のスイッチングデバイス２３からの発熱をバスバー回路２１を介して放熱板２５に伝熱し、放熱板２５から外部へ放熱するようになっている。

さて、電源分配部１２の回路構成体２０には、図２に示すように、第２バスバー３０が配索されている。
第２バスバー３０は、金属平板からなる厚みよりも幅広な表面を有する帯状の導電路で、回路構成体２０のスイッチングデバイス２３が実装されている側の面（実装面）に配設されている。第２バスバー３０は、回路構成体２０において図２の右上部に配設された分岐路部１１との接続部２４からスイッチングデバイス２３に向かって適宜周回させて形成されている。また、第２バスバー３０は接着剤（例えばシリコーン系接着剤）により回路基板２２上に固定されているが、この接着剤が第２バスバー３０と回路基板２２との間の絶縁層となり、回路基板２２との短絡を防止する構成となっている。

さらに、第２バスバー３０に係るスイッチングデバイス２３の端子脚部２３Ａと接続される先端部３１は、図３に示すように、実装面上を周回する箇所よりも回路基板２２側に向けて段差が生じるように屈曲されている。また、回路構成体２０においてこの先端部３１に対応する個所には収容孔３２が穿設されている。この収容孔３２は回路基板２２とバスバー回路２１との双方に亘って貫通形成されたものであり（図３参照）、第２バスバー３０の先端部３１はこの収容孔３２に収容される（図４参照）と共に、先端部３１の上面が、回路基板の導電路における接続部の上面と略同一高さとなるように形成されている（図５参照）。これにより、スイッチング素子２３の端子脚部２３Ａのうち、一方を回路基板２２の導電路の接続部分へはんだ付けし、他方を補助バスバー３０へはんだ付けするような構成とした場合でも、端子脚部２３Ａの(はんだ付けされる)先端部分は同じ高さとなるように加工すればよいので、加工が容易となる。

加えて、先端部３１の下面側には、充填支持部材３５が配設されている。
この充填支持部材３５は肉厚の絶縁性シートで先端部３１の形状に合わせた短冊状に形成されている（図３参照）。本実施形態では、充填支持部材３５の厚さは放熱板２５の上面と先端部３１の下面との間隔と等しくなるように形成されており、充填支持部材３５が先端部３１と放熱板２５との間に配設されることで、先端部３１が放熱板２５に直接固定されるようになっている。また、図示はしないが、充填支持部材３５はその上面に接着層が形成されており、これにより先端部３１の下面に固着されると共に、充填支持部材３５の下面は、放熱板２５と回路構成体２０との固着に用いられる接着剤によって放熱板２５に固着されるようになっている。
尚、本実施形態では回路基板２２側の収容孔３２に隣接してスイッチングデバイス２３の載置孔２２Ａが形成されている。この載置孔２２Ａはスイッチングデバイス２３の本体底面部に形成された電極（ゲート電極）を直接バスバー回路２１に接続させるためものであり、回路基板２２においては収容孔３２と連通するように形成されている（図３参照）。

このように本実施形態によれば、回路構成体２０上に第２バスバー３０を配索する構成としたので、バスバー回路２１で不足する導電路を補うことができ、電力供給路の設計における自由度が増して高密度化することができ、結果として回路構成体を小型化することができる。
この場合、例えば、比較的発熱量の大きなスイッチングデバイス２３に接続される導電路についてはバスバー回路２１に形成し、比較的発熱量の小さなスイッチングデバイス２３に接続される導電路を第２バスバー３０で形成するようにすれば、発熱量の大きなものを放熱板２５に直接接触して放熱性の高いバスバー回路２１側に形成し、発熱量の比較的小さなものを第２バスバー３０で形成することとなり、高密度化を達成しつつ放熱性の低下の抑制が可能となる。

また、第２バスバー３０の先端部３１の上面が、回路基板２２の導電路の上面と面一となるように構成しているから、スイッチングデバイス２３の端子脚部２３Ａの曲げ方を同一とすることができ、製造の効率化を図ることができる。
さらに、本実施形態では、図５に示すように、第２バスバー３０の先端部３１の下面が放熱板２５に密着しているので、スイッチングデバイス２３からの発熱を効率よく放熱板２５に伝えることができ、放熱性の向上が可能となっている。
それに加えて、先端部３１と放熱板２５との間に充填支持部材３５が介在して先端部３１が直接放熱板２５に固定されており、回路構成体２０全体と先端部３１とは共に放熱板２５に固定されて一体となっている。これにより、電気接続箱１０の使用中に振動が作用した場合でも、先端部３１のみが回路構成体２０と別個に振動することを規制し、はんだクラック等による接触不良の発生を回避できるので、回路構成体２０の信頼性の向上が可能となる。

また本実施形態では第２バスバー３０と回路基板２２との間の接着剤が、第２バスバー３０と回路基板２２との絶縁層を形成すると共に、第２バスバー３０の固定を兼ね備えたものとなっているので、簡素な構成で信頼性の高い回路構成体が実現されている。

＜実施形態２＞
次に本発明の実施形態２を図６ないし図９によって説明する。
本実施形態では回路構成体２０の実装面に加えて、回路構成体２０のバスバー回路２１側の面（第１バスバー面）にも第２バスバー３０Ａを配設した点が上記実施形態１と相違するものであるが、他の同様の構成については同様の符号を付し、重複した説明は省略する。
図７に示すように、第２バスバー３０Ａは、第２バスバー３０Ａの形状に合わせて形成された接着シート３３を介して、バスバー回路２１に接着されており、この接着シート３３が絶縁層を構成している。
さらに、回路構成体２０の第１バスバー面には放熱板２５が接着されるが、本実施形態では放熱板２５には第２バスバー３０Ａが配設される箇所に対応して、凹部３４が形成されており、放熱板２５と回路構成体２０の第１バスバー面との密着具合を損なわないようになっている。
それに加えて、本実施形態の充填支持部材３５は、先端部３１の下面側に係る凹部３４の配設形状に合わせて厚みが異なるように形成されている。より詳細には、凹部３４の配設箇所の厚みを厚くし、それ以外の箇所を薄くすることで、先端部３１と放熱板２５との間隙を確実に充填することができるようになっており、先端部３１と放熱板２５とを密着して先端部３１のみが他の回路構成体２０と異なる振動等を生ずることを十分規制できる。
このように本実施形態の電気接続箱であれば、実装面側に加えて第１バスバー面側にも回路形成が可能となるので、一層の高密度化が可能となると共に、電気接続箱の信頼性の向上も可能となる。

＜実施形態３＞
次に本発明の実施形態３を図１０及び図１１によって説明する。尚、上記実施形態と同様の構成には同様の符号を付して重複した説明は省略する。
本実施形態の第２バスバー３０Ｂは、実装面上を周回する箇所の厚みよりも幅広となっている平板帯状の金属片の表面が、回路構成体２０の表面に対して垂直となるように形成されている。
ここで、回路構成体２０上にはスイッチングデバイス２３を配設するためのある程度の高さを有する空間が存在しているが、本実施形態のように形成された第２バスバー３０Ｂを用いることによりその空間を効率よく利用して第２バスバー３０Ｂを配策することができるので、第２バスバー３０Ｂによって、より多数の導電路の形成が可能となり、より一層の高密度化が図れると共に、設計の自由度もより一層向上する。

＜実施形態４＞
次に、本発明の実施形態４を図１２及び図１３によって説明する。尚、上記実施形態と同様の構成には同様の符号を付して重複した説明は省略する。
本実施形態の第２バスバー３０Ｃは、回路構成体２０の第１バスバー面側に配設されると共に、第１バスバー面側を周回する箇所が回路構成体２０（バスバー回路２１）に対して垂直となるように形成されている。
このように形成された第２バスバー３０Ｃを用いれば、さらに高密度化を達成することが可能となる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）上記実施形態では回路構成体には、リレー又は半導体スイッチ等のスイッチングデバイスを実装したものであったが、これに限らず回路構成体にＩＣ、マイコン等の他の電子部品を実装してなるものであってもよい。
（２）上記実施形態１では接着剤によって第２バスバー３０と回路基板２２との間の絶縁層を形成したものであったが、絶縁シートを利用して絶縁層を形成するものであってもよい。
また、第２バスバー３０と回路基板２２との間の絶縁層に回路基板の表面に形成されたレジストを利用することで、接着剤等による絶縁層の形成を省略したものであってもよい。
（３）上記実施形態では、収容孔３２が載置孔２２Ａと隣接して形成されていたが、収容孔３２のみを単独で形成するものであってもよい。
（４）上記実施形態の充填支持部３５は硬質ゲル、合成樹脂等、絶縁性を備えたものであればよい、また、充填支持部３５の下面にも接着層を形成したものであってもよい。
（５）上記実施形態において、充填支持部３５は、絶縁性を備え、かつ熱伝導性が良好なもので構成されたものであってもよい。例えば、硬質ゲル、合成樹脂等、絶縁性を備えた基材にマイカ（雲母）やシリコン（Ｓｉ）等の熱伝導性が良く電気的絶縁性を兼ね備えたフィラーを添加したもので充填支持部３５が形成されて物であっても良い。
このように、充填支持部３５が絶縁性と熱伝導性とを兼ね備えたものであれば、第２バスバーからの熱をより効率よく放熱板に伝えることができ、回路構成体の放熱性の向上が可能となる。

実施形態１に係る電気接続箱の分解斜視図 回路構成体の平面図 回路構成体の部分分解斜視図 回路構成体の組付け状態を示す部分拡大斜視図 回路構成体の部分拡大断面図 実施形態２に係る回路構成体の平面図 回路構成体の部分分解斜視図 回路構成体の組付け状態を示す部分拡大斜視図 回路構成体の部分拡大断面図 実施形態３に係る回路構成体の回路構成体の部分分解斜視図 回路構成体の組付け状態を示す部分拡大斜視図 実施形態４に係る回路構成体の回路構成体の部分分解斜視図 回路構成体の組付け状態を示す部分拡大斜視図

符号の説明

２０…回路構成体
２１…バスバー回路（第１バスバー）
２２…回路基板（制御用回路基板）
２３…スイッチングデバイス（スイッチング素子）
３０…第２バスバー
３１…先端部（接続部）
３２…収容孔（開口部）
３３…接着シート（絶縁層）
３５…充填支持部材（充填層）

Claims (3)

1. 制御用回路基板と、この制御用回路基板上に実装されるスイッチング素子と、絶縁層を介して前記制御用回路基板のうち前記スイッチング素子が実装される面と反対側の面にそれぞれ積層される複数本の第１バスバーとから構成されており、前記スイッチング素子を動作させることにより前記複数本の第１バスバーにそれぞれ通電させるようにした回路構成体であって、
   前記制御用回路基板には印刷回路からなる導電路が形成されており、
   前記制御用回路基板又は前記第１バスバーに絶縁層を介して積層される第２バスバーを備え、
   前記スイッチング素子の端子脚部のうち、一方の端子脚部が前記制御用回路基板の前記導電路に接続されており、他方の端子脚部が前記第２バスバーに接続されており、
   前記制御用回路基板は厚さ方向に沿って貫通する開口部を有し、
   前記第２バスバーのうち、前記スイッチング素子の端子脚部に接続される接続部が前記開口部に収容可能に曲げ変形されていると共に、
   前記接続部に係る前記スイッチング素子の端子脚部と接続される上面が、前記制御用回路基板の前記導電路の上面と略同一高さとなるように形成されており、
   前記接続部の前記下面側には、前記第１バスバーの下面側に配される壁面に密着する充填層が設けられていることを特徴とする回路構成体。
2. 前記第２バスバーは、絶縁層を介して、前記回路基板における前記スイッチング素子が実装される面及び前記第１バスバーが積層される面の双方に積層された構成であることを特徴とする請求項１に記載の回路構成体。
3. 前記第２バスバーが厚みよりも幅広な表面を有する平板帯状の金属片からなると共にその表面が前記第１バスバー又は前記制御用回路基板に対して垂直となるように配設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路構成体。

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