JP4923841B2 - 電気接続箱に収容する回路材および該回路材を収容する車載用の電気接続箱 - Google Patents

Description

本発明は電気接続箱に収容する回路材および該回路材を収容する車載用の電気接続箱に関し、ジャンクションボックス等の車載用電気接続箱の内部回路材としてプリント基板を用い、プリント基板の電源回路とする導体を、回路パターンに影響を与えることなく、許容電流量を増大させると共に、放熱性を高めるものである。

車載用の電気接続箱において、ジャンクションボックス等のメイン電源分配箱内に収容されるプリント基板として、通常、厚さ１０５μｍの銅箔パターンを印刷したプリント基板が用いられており、該銅箔パターンの回路幅１ｍｍあたりの許容電流値は６Ａとなる。
しかしながら、プリント基板にリレー等を実装する場合、大電流が必要となり、その場合は、銅箔パターンの幅あるいは厚さを大きくすることで許容電流量を増加させる必要がある。

しかし、回路パターンの幅を大きくすると、回路の配索密度が低下しプリント基板全体が大型化してしまう問題がある。また、銅箔パターンの厚さを１０５μｍ以上とすると、エッチング工程でのコストが増加し、現実的ではない。また、部分的に許容電流値を大幅に増加させる場合、銅箔パターンの幅を増大させても、大幅に許容電流値を高くすることはできない。
そこで、回路配索密度を低下させずに、部分的に銅箔パターンの回路幅１ｍｍあたりの許容電流値を高くし、大電流回路部とすることが望まれている。

また、特開昭６３−２７１９９６号公報（特許文献１）の大電流用プリント基板では、図８に示すように、プリント基板１の銅箔部１ａのうち大電流を通過させる銅箔部に大電流用導体となるショートバスバー２をバーリング加工により添着し、該バーリング加工部２ａに電気部品３をボルトとナットを用いてネジ止めして電気接続する構成が開示されている。

しかしながら、前記構成とすると、ショートバスバー２は電気部品３を取り付ける位置にしか設けることができず、かつ、ショートバスバーにはバーリング加工が必須とされる。
また、ショートバスバー２とプリント基板１の銅箔部１ａとは電気部品３と接続するネジ止め部分では強固に固着されるが、他の離れた部分ではショートバスバー２は銅箔部１ａに完全に接合されていない恐れもあり、また、外力によりネジ止め部分が緩むとショートバスバー２がプリント基板１から外れてしまう恐れもあり、電気接続信頼性が低い問題がある。

特開昭６３−２７１９９６号公報

本発明は、プリント基板の銅箔パターンのうち許容電流量を増加する必要がある部分に、前記問題が発生することなく、バスバーを取り付けている回路材を提供することを課題としている。

前記課題を解決するために、第１の発明として、車載用の電気接続箱に収容する回路材であって、
プリント基板の銅箔パターンの表面の少なくとも一部に、該銅箔パターンの幅以下で所要厚さとした半田層を介して導電性金属板からなるバスバーを固着した大電流回路部を設け、かつ、
前記バスバーの一部に折り曲げ加工して突設した端子部を一体的に設けると共に、該バスバーの側縁に沿って折り曲げ加工した仮止め用突起を一体的に設け、該仮止め用突起を前記プリント基板に形成した位置決め孔に挿入して、該バスバーをプリント基板に位置決めし、かつ、前記バスバーの端子部を前記プリント基板に設けたスルーホールを通して突出させていることを特徴とする電気接続箱に収容する回路材を提供している。

本発明では、特許文献１で用いられているボルトとナットによりバスバーを銅箔パターンに固定するのではなく、半田を用いてプリント基板の銅箔パターン上にバスバーを一体的に固着している。
具体的には、銅箔パターンの表面にクリーム状の半田（以下、クリーム半田と略称する）を印刷し、その表面にバスバーを載置し、その後、加熱して半田を溶融して、銅箔パターンとバスバーとを半田層を介して固着するリフロー半田づけ方法で形成している。

このように、固定材として半田を用いることで、銅箔パターンとバスバーとの間の全面を半田を介して固着できる。あるいは部分的に半田を用いて固着する場合においても、特許文献１のように電気部品の取付位置に限定されず、任意の位置で部分的に銅箔パターン上に半田を介してバスバーを固着できる。
かつ、バスバー取付部分での許容電流量は、半田層の通電量も加わり、銅箔パターン、半田およびバスバーの３つの導体の合計通電量とすることができ、許容電流量を大幅にアップすることができる。その結果、銅箔パターンやバスバーの幅を広げる必要はなく、銅箔パターンの回路パターンに影響を及ぼさず、かつ、銅箔パターンの厚さや半田層の厚さを大とする必要がないため、作業工程も増加させない。

また、銅箔パターンに半田層を介してバスバーを貼り付けることで、放熱性を高めることができ、回路パターン上に実装する電子部品の加熱による不具合を減少することができる。具体的には、７０μｍの厚さの銅箔パターンのみの場合の放熱量は０．９５Ｗであるのに対し、半田層を介してバスバーを貼り付けた場合は２．０３Ｗとなり、放熱量は銅箔パターンのみに比べて約２倍とすることができる。
さらに、バスバーの幅を銅箔パターンより小としていることで、バスバーを銅箔パターンとを固着する際に、バスバーの両側から溶融して若干はみ出してくる半田を確認することで、バスバーと銅箔パターンが確実に固着しているのか目視によって判断することができる。

さらに、バスバーに一体的に端子部（タブ）を設けているため、プリント基板に端子材を半田接続する必要がなくなり、この点からは部品点数、作業手数の削減を図ることができる。
特に、前記バスバーの端子部を前記プリント基板に設けたスルーホールを通して突出させている。
このように、バスバーから突設した端子部をプリント基板のスルーホールに挿入すると、プリント基板に対してバスバーを仮止めすることができ、バスバーと銅箔パターンとの間のクリーム半田を加熱溶融しても、バスバーと銅箔パターンとを端子部を介して位置決めしているため、相互の位置ずれが発生せず、バスバーの固着作業を容易とすることができる。また、半田後においてもバスバーの端子部がプリント基板の貫通孔に固着されているため、バスバーに外力が作用してもプリント基板に対してバスバーの位置ずれが防止でき、プリント基板とバスバーとの電気接続信頼性を高めることができる。

第２の発明として、車載用の電気接続箱に収容する回路材であって、
プリント基板の銅箔パターンの表面の少なくとも一部に、該銅箔パターンの幅以下で所要厚さとした半田層を介して導電性金属板からなるバスバーを固着した大電流回路部を設け、かつ、
前記バスバーの側縁に沿って折り曲げ加工した仮止め用突起を一体的に設け、該仮止め用突起を前記プリント基板に形成した位置決め孔に挿入して、該バスバーをプリント基板に位置決めし、かつ、前記バスバーと別体の端子材を備え、該端子材の基部は前記大電流回路部を構成するバスバー、半田層及びプリント基板に連通して設けた貫通孔に貫通し、前記プリント基板の貫通孔から突出した前記端子材の基部をランド部と半田付けしていることを特徴とする電気接続箱に収容する回路材を提供している。

第２の発明は、端子材をバスバーとは別体としている点で第１の発明と相違させている。このように、端子材をバスバーと別体とし、プリント基板の貫通孔およびバスバーの貫通孔に端子材を貫通させて突設すると、端子材を銅箔パターンの貫通孔の位置に確実に位置させることができる。
具体的には、プリント基板の所要箇所の銅箔パターン上にクリーム半田を印刷した状態で、ランド部の貫通孔に端子材を挿入し、クリーム半田の表面から端子材を突出させておき、該クリーム半田から突出した端子材をバスバーの貫通孔に挿入し、その後、加熱してクリーム半田を溶融し、端子材をランド部と半田付けすると共に、銅箔パターンとバスバーとを溶融半田により固着している。

第２の発明においても、第１の発明と同様に、大電流が必要な部分の銅箔パターンに半田層を介してバスバーを貼り付けることで、銅箔パターンの幅を増大させることなく部分的に許容電流量を増大させることができるため、回路の配索効率を低下させることなく、プリント基板を小型化することができる。また、銅箔パターンにバスバーを貼り付けることで、バスバー分厚みが増すため表面積が増加し、バスバーおよび銅箔パターンからの放熱性を向上させることができる。

前記第１および第２の発明のいずれにおいても、前記のように、バスバーの側縁に沿って折り曲げ加工した仮止め用突起を一体的に設け、該仮止め用突起を前記プリント基板に形成した位置決め孔に挿入して、バスバーをプリント基板に位置決めしている。

前記構成とすると、半田層上に配置するバスバーを仮止め用突起でプリント基板に位置決めすることができ、クリーム半田を加熱して溶融した際にも、バスバーを銅箔パターン上に仮止め突起で位置決めしているため、バスバーと銅箔パターンとの位置合わせを高精度に行うことができる。また、バスバーに仮止め用突起を一体的に設けているので、部品点数を増加させることなく、バスバーをプリント基板に位置決めすることができる。

前記プリント基板の片面あるいは両面に設けている銅箔パターンで形成される電源回路が設けられている場合、その銅箔パターンの全面あるいは該回路の一部に前記半田層を介してバスバーを固着して前記大電流回路部としているのが好ましい。

なお、バスバーは、必ずしも銅箔パターンに沿った形状に形成する必要はなく、銅箔パターン以下の細幅な帯状バスバーを組み合わせて銅箔パターンに沿わせて配置してもよい。

前記バスバーと銅箔パターンとの間の前記半田層は全面に設けることが好ましいが、ランド部と該ランド部から離れた位置に部分的に設けてもよい。

プリント基板の銅箔パターンとバスバーとの間に介在させる半田層を形成する半田は、熱伝導率が高い鉛フリー半田が好ましい。なお、半田以外に銅入りペーストや導電性接着剤を用いることも可能であるが、熱伝導率の点で半田が好ましい。

さらに、本発明では、前記プリント基板の銅箔パターン上に半田層を介してバスバーを固着した大電流回路を有する回路材を収容したジャンクションボックス等の車載用の電気接続箱を提供している。
前記回路材を収容した電気接続箱では、バスバーを主たる回路材とした場合と比較して、プリント基板により信号回路等の小電流回路を高密度に設けることができると共に、前記半田層を介してバスバーを銅箔パターンに固着した大電流回路もプリント基板上に設けているため、プリント基板を主たる回路材とすることができ、回路材の簡素化および小型化を図ることができ、その結果、電気接続箱の小型化および軽量化することができる。

前述したように、本発明によれば、プリント基板を用いた場合に大電流回路を設けることが困難であった課題を、銅箔パターン上に半田層を介してバスバーを固着し、これら３つの銅箔パターンと半田層とバスバーとの合計通電量を有する大電流回路を設けることで解決している。
このように、プリント基板の銅箔パターンの幅を大きくさせることなく部分的に許容電流量を増大させることができるため、回路の配索効率を低下させることなく、プリント基板を小型化することができると共に、バスバー分厚みが増すため表面積が増加し、バスバーおよび銅箔パターンからの放熱性を向上させることができる。

特に、バスバーの端子部をプリント基板に貫通させることにより、あるいは、別体とした端子材をプリント基板とバスバーとの貫通孔に貫通させることにより、銅箔パターンとバスバーとの間に塗布したクリーム半田を加熱溶融した場合にも、銅箔パターンに対してバスバーを位置決め保持でき、バスバーと銅箔パターンとを精度よく張り合わせることができる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図３は本発明の回路材１０の第１実施形態を示し、該回路材１０は車載用の電気接続箱２０に収容するものであり、回路材１０表面にはリレーやヒューズ等の電子部品Ｐを実装している。

前記回路材１０は、図２に示すように、プリント基板１１の表面に印刷されている銅箔パターン１２の一部に導電性金属板からなるバスバー１３を半田層１４を介して固着した大電流回路部１５を設けている。

前記大電流回路部１５の許容電流値は銅箔パターン１２と半田層１４とバスバー１３との３つの許容電流値の合計からなる。
本実施形態では、銅箔パターン１２の厚さ約１０５μｍ、幅１０ｍｍの銅箔パターン１２に対して、厚さ０．１ｍｍ、幅９ｍｍの半田層１４を設け、該半田層１４上に厚さ０．６４ｍｍ、幅９ｍｍのバスバー１３を固着して、回路幅１ｍｍあたりの許容電流値を２０Ａとしている。

前記プリント基板１１は図２および図３において絶縁基板の上面１１ａに、銅箔パターン１２を設けており、該銅箔パターン１２のうち、電源回路となるパターン部分を前記大電流回路部１５としている。
前記電源回路となるパターン部分には、後述するバスバー１３の端子部が挿通する貫通孔１１ｃを設けていると共に、仮止め用突起を挿入する位置決め孔１１ｄを設けている。
なお、電気接続箱２０の内部では、図２、図３の回路材は上下逆転して、バスバー１３を固着する銅箔パターン１２の形成面を下面として収容し、バスバー１３に形成した端子部１３ａをプリント基板１１の貫通孔１１ｃを通して上向きに突設している。なお、突出している端子部１３ａの数は図中では省略している。

前記半田層１４は、バスバー１３を固着する銅箔パターン１２の表面に、銅箔パターン１２の幅以下でクリーム半田を所要の厚さで塗布し、バスバー１３を表面に配置した後に加熱溶融し、銅箔パターン１２とバスバー１３とを固着して固化させた層からなる。
具体的には、大電流回路部１５とする銅箔パターン１２の部分を切り抜いたメタルマスクをプリント基板１１の表面に被せ、クリーム半田を大電流回路部１５とする銅箔パターン１２全面に塗布している。其の際、クリーム半田は前記プリント基板１１の位置決め孔１１ｄおよび貫通孔１１ｃの部分にも塗布している。
クリーム半田は、熱伝導率は６６．６Ｗ/ｍ・Ｋの鉛フリー半田からなり、接着剤等に比べるとはるかに熱伝導率が高いものを用いている。

前記バスバー１３は、導電性金属板を大電流回路部１５の銅箔パターン１２に沿った形状打ち抜き加工して形成しており、その幅は銅箔パターン１２の幅以下（好ましくは同一幅）とし、銅箔パターン１２よりはみ出さないようにしている。
バスバー１３の両端部には、電源入力部と電源出力部の端子を兼ねたタブ状の端子部１３ａ、１３ａを折り曲げ加工して一体的に設けている。
この端子部１３ａ、１３ａは、図３に示すように、プリント基板１１に設けた貫通孔１１ｃに貫通させて下面１１ｂ側に突出させている。
また、バスバー１３の長さ方向に沿った側縁に折り曲げ加工した前記矩形状の仮止め用突起１３ｂを一体的に設けており、該仮止め用突起１３ｂをプリント基板１１に形成した位置決め孔１１ｄに挿入し、バスバー１３をプリント基板１１に、半田溶融時における仮止め用としている。
該仮止め用突起１３ｂの長さはプリント基板１１から殆ど突出しない長さとしている一方、端子部１３ａがプリント基板１１から突出する所要の長さとしている。

次に、本実施形態の回路材１０の作成手順を説明する。
まず、バスバー１３を固着する銅箔パターン１２の表面にクリーム半田を塗布する。
ついで、バスバー１３の仮止め用突起１３ｂをプリント基板１１の位置決め孔１１ｄに挿入すると共に、端子部１３ａを貫通孔１１ｃに挿入する。
この状態で、プリント基板１１をリフロー炉（図示せず）に挿入して、クリーム半田が溶融する温度で加熱し、銅箔パターン１２の表面とバスバー１３の裏面とを溶融した半田で固着する。かつ、溶融した半田はプリント基板１１の貫通孔１１ｃにも充填され、バスバー１３の端子部１３ａおよび仮止め用突起１３ｂをプリント基板１１と固着する。溶融した半田は、固化して銅箔パターン１２とバスバー１３との間に半田層１４を形成する。 その後、プリント基板１１の全面にレジスト１６を塗布している。

前記の手順で製造された回路材１０は、半田層１４が銅箔パターン１２とバスバー１３とを固着する接着剤の役割を果たすと共に、通電量の増大に寄与する。即ち、銅箔パターン１２上に半田層１４とバスバー１３とを一体的に設けた大電流回路１５の通電量は、銅箔パターン１２の通電量と半田層１４の通電量とバスバー１３の通電量の合計通電量となり、回路幅１ｍｍあたりでの許容電流値は銅箔パターン１２のみと比較し、約３倍となる。
このように、銅箔パターン１２の幅を広げることなく許容通電量を増加させ、しかも、半田層１４およびバスバー１３は銅箔パターン１２よりはみ出さないようにして隣接する銅箔パターンの回路と導通させない構成としている。よって、大電流回路を備えたプリント基板を、銅箔パターン１２の回路密度を低下させることなく形成でき、プリント基板の大型化を抑制できる。

また、プリント基板の銅箔パターンを他の回路と接続する場合には端子材をランド部に設けた貫通孔に挿入して取り付ける必要があるが、バスバー１３に一体的に端子部１３ａを設けているため、該端子部１３ａをランド部に設けた貫通孔１１に挿入し、半田層１４を形成する半田で固着しているため、別体の端子材を取り付ける必要はない。かつ、バスバー１３の端子部１３ａおよび仮止め用突起１３ｂもプリント基板１１の貫通孔に挿入しているため、半田溶融時にプリント基板１１に対するバスバーの位置決め保持も行え、精度よくバスバーを銅箔パターン１２の表面に半田層１４を介在させて固着することができる。

さらに、銅箔パターン１２に半田層１４を介してバスバー１３を貼り付けているため、銅箔パターン１２だけの場合と比較して厚さが増加し、大電流回路部１５の表面積が増加すると共に、バスバーは熱伝導率が良いため、大電流回路部１５の放熱性も高めることができる。

図４は第１実施形態の第１変形例を示し、プリント基板１１は絶縁基板の両面１１ａ−１と１１ａ−２に銅箔パターン１２−１、１２−２を設けている。
この場合にも、プリント基板両面の銅箔パターン１２−１、１２−２の所要部分に、半田層１４−１、１４−２とバスバー１３−１、１３−２を積層して一体化した大電流回路部１５−１、１５−２を設けている。

図５は第１実施形態の第２変形例を示し、プリント基板１１の銅箔パターン１２とバスバー１３との間の全面に半田層１４を設けず、バスバー１３から突設する端子部１３ａを貫通させるランド部１２ａを設けた銅箔パターン１２の部分と、該ランド部１２ａから所要寸法離れた部分１２ｂとバスバー１３を張り付ける銅箔パターン１２の両端部１２ｃに半田層１４を設けている。
この場合、銅箔パターン１２の表面に塗布するクリーム半田を前記部分１２ａ〜１２ｃに部分的に塗布している。なお、クリーム半田を溶融した時に溶融した半田は若干他の部分にも流れて充填されるが、半田層１４は前記部分１２ａ〜１２ｃに部分的に設けられた構成となる。

図６および図７は本発明の回路材５０の第２実施形態を示す。
第２実施形態の回路材５０は、バスバー１３に端子部１３ａを一体的に設けた第１実施形態と相違し、電源入力部および電源出力部の端子としてバスバー５１と別体の端子材５２を設けている。また、バスバー１３と別体の仮止めピン５３を設けている。

大電流回路部１５を構成するバスバー５１には端子材５２の貫通孔５１ａ、仮止めピン５３の貫通孔５１ｂを設けている。また、プリント基板１１の銅箔パターン１２と連続したランド部に端子材５２を貫通する貫通孔１１ｃを設けていると共に、前記仮止めピン５３を貫通する位置決め孔１１ｄを設けている。

前記第２実施形態の回路材５０の作成手順を説明すると、まず、プリント基板１１に銅箔パターン１２の大電流回路とする部分に、第１実施形態と同様にクリーム半田を印刷して塗布する。
ついで、プリント基板１１の貫通孔１１ｃに端子材５２を挿入すると共に位置決め孔１１ｄに仮止めピン５３をして、端子材５２および仮止めピン５３を塗布したクリーム半田を貫通させて、その表面より大きく突出させる。その際、仮止めピン５３は位置決め孔１１ｄに密嵌状態で挿入している。
ついで、バスバー５１の貫通孔５１ａに端子材５２を貫通させると共に、バスバー５１の貫通孔５１ｂに仮止めピン５３を挿入する。これにより、バスバー５１はクリーム半田の表面に仮位置決めしている。
この状態で、リフロー炉に入れて加熱し、銅箔パターン１２とバスバー５１との間に塗布していたクリーム半田を溶融し、プリント基板１１の銅箔パターン１２とバスバー１３とを半田で固着すると共に、プリント基板１１の貫通孔１１ｃと位置決め孔１１ｄとに溶融した半田を流れ込み、端子材５２と銅箔パターン１２のランド部および仮止めピン５３とプリント基板１２とを半田固着する。同時に、バスバー５１の貫通孔５１ａ、５１ｂにも溶融半田が流れ込み端子材５２および仮止めピン５３とバスバー５１とを半田固着している。

前記構成とすると、プリント基板１１側にバスバー５１との位置決めを兼ねる端子材５２と仮止めピン５３を突設しているので、プリント基板１１上に塗布しているクリーム半田の表面にバスバー５１の貫通孔５１ａ、５１ｂに前記端子材５２と仮止めピン５３とを通すことで、バスバー５１を銅箔パターン１２上に容易に位置決め配置することができる。また、リフロー炉でクリーム半田が溶融した状態でも、バスバー５１はプリント基板１２に端子材５２と仮止めピン５３で位置決めされているため、銅箔パターン１２に対するバスバー５１の位置がずれることはなく、高い精度にバスバー５１の銅箔パターン１２への張り付けを行うことができる。
なお、他の構成および作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。

本発明の第１実施形態の回路材を収容する電気接続箱の分解斜視図である。 第１実施形態の回路材を示す分解斜視図である。 図２のＡ―Ａ線断面図である。 第１実施形態の第１変形例を示す概略断面図である。 第１実施形態の第２変形例を示す概略断面図である。 第２実施形態の回路材を示す分解斜視図である。 図６のＢ―Ｂ線断面図である。 従来例を示す図である。

符号の説明

１０、５０ 回路材
１１ プリント基板
１１ｃ 貫通孔
１１ｂ 位置決め孔
１２ 銅箔パターン
１３、５１ バスバー
１３ａ 端子部
１３ｂ 仮止め用突起
１４ 半田層
１５ 大電流回路部
５２ 端子材
５３ 仮止めピン

Claims (5)

1. 車載用の電気接続箱に収容する回路材であって、
   プリント基板の銅箔パターンの表面の少なくとも一部に、該銅箔パターンの幅以下で所要厚さとした半田層を介して導電性金属板からなるバスバーを固着した大電流回路部を設け、かつ、
   前記バスバーの一部に折り曲げ加工して突設した端子部を一体的に設けると共に、該バスバーの側縁に沿って折り曲げ加工した仮止め用突起を一体的に設け、該仮止め用突起を前記プリント基板に形成した位置決め孔に挿入して、該バスバーをプリント基板に位置決めし、かつ、前記バスバーの端子部を前記プリント基板に設けたスルーホールを通して突出させていることを特徴とする電気接続箱に収容する回路材。
2. 車載用の電気接続箱に収容する回路材であって、
   プリント基板の銅箔パターンの表面の少なくとも一部に、該銅箔パターンの幅以下で所要厚さとした半田層を介して導電性金属板からなるバスバーを固着した大電流回路部を設け、かつ、
   前記バスバーの側縁に沿って折り曲げ加工した仮止め用突起を一体的に設け、該仮止め用突起を前記プリント基板に形成した位置決め孔に挿入して、該バスバーをプリント基板に位置決めし、かつ、前記バスバーと別体の端子材を備え、該端子材の基部は前記大電流回路部を構成するバスバー、半田層及びプリント基板に連通して設けた貫通孔に貫通し、前記プリント基板の貫通孔から突出した前記端子材の基部をランド部と半田付けしていることを特徴とする電気接続箱に収容する回路材。
3. 前記プリント基板の片面あるいは両面に設けている銅箔パターンで形成される電源回路の全面あるいは該回路の一部に前記半田層を介してバスバーを固着して前記大電流回路部としている請求項１または請求項２に記載の電気接続箱に収容する回路材。
4. 前記バスバーと銅箔パターンとの間の全面に前記半田層を設け、あるいは部分的に半田層を設けている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電気接続箱に収容する回路材。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回路材を収容している車載用の電気接続箱。

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