JP5708613B2 - モジュール - Google Patents

Description

本発明は、絶縁基板の第１面に第１金属層を形成するとともに第２面に第２金属層を形成した基板と、第１金属層に接合される電子部品とを備えるモジュールに関する。

基板に対してコネクタ等の電子部品を接合する際には、取り付け精度を高めるべく部材間の位置決めを確実に行う必要がある。基板と電子部品との位置決めを行う技術としては、電子部品側に凸部を設けるとともに基板側に貫通孔を設け、凸部と貫通孔とを係合させて位置決めを行う技術が特許文献１に記載されている。

特開平９−５５２４５号公報

ところで、電子部品が接合される基板の一種として、絶縁基板の両面に金属層が形成された両面基板がある。両面基板に対して特許文献１のように位置決め用の貫通孔を設けた場合、貫通孔部分において金属層間に絶縁基板が存在しなくなるため、金属層間の電気的な距離が狭められることになる。その結果、両面基板の金属層間を十分に絶縁することが困難になるという問題が生じる。

本発明の目的は、金属層間の絶縁性を確保しつつ、基板に対する電子部品の位置決めを容易に行うことのできるモジュールを提供することにある。

上記の目的を達成するためのモジュールは、絶縁基板の第１面に金属板からなる第１金属層を形成するとともに第２面に第２金属層を形成した第１基板と、第２基板と、前記第１金属層に接合されるとともに、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続するためのコネクタとを備えるモジュールであって、前記コネクタは、樹脂により被覆された本体部と、前記本体部から上方に突出する端子部とを備え、前記第１基板の前記第１金属層と前記コネクタの前記本体部には、凹凸の関係で互いに係合する複数の位置決め部が設けられ、前記位置決め部は、前記本体部の下面に設けられる凸部、及び前記第１金属層にプレス加工により成形されて、前記凸部が挿入される開口部であり、前記開口部に前記凸部が挿入された状態で、前記第１金属層と前記コネクタとが接合され、前記第１基板において、前記第１金属層における前記位置決め部が設けられた部位と、前記第２金属層との間には前記絶縁基板が介在されていることを要旨とする。

上記構成によれば、第１基板の第１金属層と電子部品との接合面に設けられた位置決め部を係合させることによって、第１基板に対して電子部品を容易に位置決めすることができる。そして、第１金属層における位置決め部が設けられた部位と、第２金属層との間には絶縁基板が介在されていることから、第１金属層と第２金属層との間の絶縁性を確保することができる。
また、基板に接合される電子部品のなかでもコネクタは、複数の基板に対して接合されることから、より高い取り付け精度が要求される電子部品である。そのため、コネクタと第１基板との接続面に位置決め部を設けることは、精度よく組み付けられた信頼性の高いモジュールを得る上で特に有効である。

前記開口部は、前記第１金属層を貫通するとともに、前記絶縁基板の表面を底面とする溝状であることが好ましい。この場合には、第１金属層をプレス加工によって成形する際に、開口部を構成する貫通孔を同時に形成することが可能であるため、開口部を容易に設けることができる。

前記凸部の突出高さは、前記開口部の溝深さよりも小さいことが好ましい。この場合には、開口部と凸部とを係合させて位置決めを行う際に、開口部の底面に凸部の先端が接触して、基板に対して電子部品が傾いてしまうことを抑制できる。

前記第１基板及び前記第２基板は放熱部材に固定されていることが好ましい。この場合には、上記電子部品等において発生した熱が放熱部材から放熱されて、モジュールを冷却することができる。

前記第１基板はパワー基板であり、前記第２基板は制御基板であることが好ましい。
前記第１金属層はトランスの一次側コイルを構成し、前記第２金属層はトランスの二次側コイルを構成することが好ましい。

本発明によれば、金属層間の絶縁性を確保しつつ、基板に対する電子部品の位置決めを容易に行うことができる。

（ａ）は実施形態のモジュールの断面図、（ｂ）は位置決め部の拡大図。 実施形態の第１基板の上面図。 別例のモジュールの第１基板の上面図。 別例のモジュールの断面図。 （ａ），（ｂ）は別例の位置決め部を示す図。 （ａ），（ｂ）は別例の位置決め部を示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、本実施形態のモジュール１０は、互いに電気的に接続される第１基板２０及び第２基板４０を備えている。例えば、第１基板２０はパワー基板であり、第２基板４０は制御基板である。

第１基板２０は絶縁基板２１の上面（第１面）に第１金属層２２が接着されるとともに、絶縁基板２１の下面（第２面）に第２金属層２３が接着された両面基板である。第１金属層２２及び第２金属層２３は、それぞれ所定の形状にパターニングされた金属板から構成されている。

第１金属層２２及び第２金属層２３を構成する金属板としては、銅や半田付け部分にメッキ処理したアルミニウム等の導電性金属材料からなる金属板を用いることができる。金属板の厚さは、好ましくは０．４〜２．０ｍｍであり、より好ましくは０．５〜１．０ｍｍである。第１金属層２２及び第２金属層２３は、金属板から所定のパターン形状をプレスにて打ち抜くこと（プレス加工）によって成形されている。図２に示すように、第１金属層２２には座標確認用の座標孔２５が貫通形成されている。

図１に示すように、第１基板２０の第１金属層２２の上面には、半田等の接着材を介して電子部品としての雄コネクタ３０が接合されている。雄コネクタ３０は、樹脂製のケースに被覆される本体部３１と、本体部３１から上方へ突出する一対の端子部３２とを備え、本体部３１の下面が第１金属層２２の上面に接合されている。したがって、第１基板２０の第１金属層２２の上面、及び雄コネクタ３０の本体部３１の下面が接合面となる。

また、第２基板４０は、絶縁基板４１の下面に対して、所望の形状にパターニングされた第３金属層４２が接着された単層基板である。第２基板４０の第３金属層４２の下面には雄コネクタ３０に対応する雌コネクタ４３が接合されている。そして、雄コネクタ３０と雌コネクタ４３とが接続されることによって、第１基板２０及び第２基板４０は電気的に接続されている。

ここで、第１基板２０と雄コネクタ３０との間の接合部分の構成について具体的に説明する。図１（ｂ）及び２に示すように、第１基板２０の第１金属層２２の上面には、雄コネクタ３０側へ向かって開口する断面円形状の一対の開口部２４が設けられている。開口部２４は第１金属層２２に断面円形状の貫通孔を設けることによって形成されるものであり、その貫通孔の周面を内壁とするとともに絶縁基板２１の上面を底壁とする溝状をなしている。したがって、開口部２４の溝深さは、第１金属層２２の厚さに等しい。

一方、雄コネクタ３０の本体部３１の下面において、開口部２４に対向する位置には、一対の凸部３３が設けられている。凸部３３は、開口部２４の直径よりも僅かに小さい直径を有する円柱状に形成され、凸部３３の突出高さは、開口部２４の溝深さよりも小さい値に設定されている。そして、凸部３３は開口部２４内に挿入されて、凹凸の関係により開口部２４と係合している。

なお、雄コネクタ３０の下面には凸部３３とは別に端子としてのリード（図示略）が設けられている。そして、そのリードと第１金属層２２とが接続されることによって、第１基板２０と雄コネクタ３０との電気的な接続が図られている。

次に、第１基板２０に雄コネクタ３０を接合する方法を説明するとともに、本実施形態のモジュール１０の作用を説明する。
第１基板２０の第１金属層２２の上面に対して雄コネクタ３０を接合する際には、先ず、第１基板２０の第１金属層２２の上面における雄コネクタ３０の接合位置に半田等の接着材が塗布される。そして、第１金属層２２に設けられた座標孔２５を基準として、表面実装機により、第１金属層２２上における雄コネクタ３０を配置すべき目標座標上へと雄コネクタ３０が移送され、接着材を介して第１金属層２２上に雄コネクタ３０が載置される。

このとき、第１基板２０に設けられた開口部２４内に雄コネクタ３０の本体部３１に設けられた凸部３３が挿入されて、開口部２４と凸部３３とが凹凸の関係により係合する。これにより、第１基板２０に対して雄コネクタ３０が位置決めされる。その後、接着材が固化されることによって、第１基板２０に対して雄コネクタ３０が接合される。

また、図１に示すように、本実施形態のモジュール１０の第１基板２０は、位置決め部としての開口部２４が設けられた部位においても、第１金属層２２と第２金属層２３との間に絶縁基板２１が介在されている。そのため、位置決め部を設けることによって、第１金属層２２と第２金属層２３との電気的な距離が狭められることはなく、第１金属層２２と第２金属層２３との間の絶縁性を確保することができる。

なお、本実施形態では、第１金属層２２を金属板により構成して、第１金属層２２に所定の厚みを与えている。これにより、従来技術のように絶縁基板２１をも貫通する孔を設けることなく、凸部３３に係合する開口部２４を第１基板２０側に形成することを可能にしている。

本実施形態によれば、以下に記載する効果を得ることができる。
（１）モジュール１０は、絶縁基板２１の上面に金属板からなる第１金属層２２を形成するとともに下面に第２金属層２３を形成した第１基板２０と、第１金属層２２に電気的に接合される雄コネクタ３０とを備えている。第１金属層２２と雄コネクタ３０との接合面には、凹凸の関係で互いに係合する開口部２４及び凸部３３がそれぞれ設けられている。第１金属層における開口部２４が設けられた部位と、第２金属層２３との間には絶縁基板２１が介在されている。

上記構成によれば、第１基板２０側の開口部２４と雄コネクタ３０側の凸部３３とを係合させることによって、第１基板２０に対して雄コネクタ３０を容易に位置決めすることができる。これにより、第１基板２０に対する雄コネクタ３０の取り付け公差を小さくすることができる。

また、第１基板２０において、第１金属層２２の開口部２４が設けられた部位と、第２金属層２３との間には絶縁基板２１が介在されているため、第１金属層２２と第２金属層２３との電気的な距離が狭められることはない。そのため、第１基板２０における第１金属層２２と第２金属層２３との間の絶縁性を確保することができる。

（２）開口部２４は、第１金属層２２を貫通するとともに、絶縁基板２１の上面（表面）を底面とする溝状に形成されている。つまり、第１金属層２２に貫通孔を形成することによって、第１基板２０に開口部２４を設けている。上記構成によれば、第１金属層２２をプレス加工によって成形する際に、開口部２４を構成する貫通孔を同時に形成することが可能であるため、開口部２４を容易に設けることができる。また、絶縁基板２１の上面に第１金属層２２を接着する際に、上記貫通孔は絶縁基板２１と第１金属層２２との間のガスを抜くためのガス抜き孔としても機能する。

（３）凸部３３の突出高さは、開口部２４の溝深さよりも小さい値に設定されている。上記構成によれば、開口部２４と凸部３３とを係合させて位置決めを行う際に、開口部２４の底面に凸部３３の先端が接触して、第１基板２０に対して雄コネクタ３０が傾いてしまうことを抑制できる。また、第１基板２０に対して雄コネクタ３０が必要以上に浮き上がってしまうことを抑制できる。

（４）第１基板２０及び第２基板４０を接続するための雄コネクタ３０と第１基板２０との接続面に位置決め部（開口部２４及び凸部３３）を設けている。基板に接合される電子部品のなかでもコネクタは、複数の基板に対して接合されることから、基板に対して高い取り付け精度が要求される部品である。そのため、コネクタと基板との接続面に位置決め部を設けることは、精度よく組み付けられた信頼性の高いモジュールを得る上で特に有効である。

（５）位置決め部としての開口部２４及び凸部３３を二組設けて、接続面における二点で位置決めを行っている。上記構成によれば、第１基板２０に対して雄コネクタ３０が回転することを抑制できる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 上記実施形態のモジュール１０の具体的構成は特に限定されるものではない。例えば、図３及び４に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ等のトランス部分として具体化することも可能である。図３及び４に示すモジュール１１は、互いに電気的に接続される第１基板２０及び第２基板４０を備えている。図３では、便宜上、第２基板４０の図示を省略している。

第１基板２０は絶縁基板２１の上面に第１金属層としての第１コイル部２２ａ及び配線部２２ｂが接着されるとともに、絶縁基板２１の下面に第２金属層としての第２コイル部２３ａが接着された両面基板である。第１コイル部２２ａ及び第２コイル部２３ａは、所定の巻数のコイル状にパターニングされた金属板からそれぞれ形成されている。配線部２２ｂは所定の形状にパターニングされた金属板から形成されている。また、第１基板２０には、閉磁路を形成する磁性コア５０が第１コイル部２２ａ及び第２コイル部２３ａの中心部と周囲とに位置するように取り付けられている。

第１金属層を形成する第１コイル部２２ａ及び配線部２２ｂの上面には、第１コイル部２２ａ及び配線部２２ｂに跨るようにして入力用の雄コネクタ３０が半田等の接着材を介して接合されている。ここで、第１基板２０の第１コイル部２２ａ及び配線部２２ｂの上面には、雄コネクタ３０側へ向かって開口する開口部２４がそれぞれ設けられている。そして、その開口部２４に対して雄コネクタ３０に設けられた凸部３３が挿入されて、凸部３３と開口部２４とが凹凸の関係により係合している。

第２基板４０は、第１基板２０を制御するための制御基板であって、その構成は上記実施形態と同様である。そして、第１基板２０の雄コネクタ３０と第２基板４０の雌コネクタ４３が接続されることによって、第１基板２０及び第２基板４０は電気的に接続されている。また、図４に示すように、第１基板２０及び第２基板４０はそれぞれ放熱部材５１に固定されている。放熱部材５１は、第１基板２０及び第２基板４０に実装された半導体素子等の発熱部材から発生した熱を放熱してモジュール１１を冷却する。

○ 位置決め部としての開口部２４及び凸部３３の数は特に限定されるものではなく、一組のみ設けてもよいし、三組以上設けてもよい。
○ 位置決め部としての開口部２４及び凸部３３の各断面形状は特に限定されるものではなく、例えば楕円形状や多角形状であってもよい。上記断面形状を円形状以外の形状とした場合には、位置決め部としての開口部２４及び凸部３３を一組のみ設けた場合であっても、第１基板２０に対する雄コネクタ３０の回転を抑制することができる。

○ 第１金属層２２に貫通孔を設けるのではなく、第１金属層２２に凹部を設けることによって開口部２４を形成してもよい。この場合、開口部２４は第１金属層２２の内壁及び第１金属層２２の底壁を有する溝状となる。

○ 図５に示すように、第１金属層２２に設けられる貫通孔２４ａと、絶縁基板２１の上面に設けられ、貫通孔２４ａに向かって開口する凹部２４ｂとから開口部２４を形成してもよい。この場合には、開口部２４の溝深さが深くなるため、凸部３３の突出高さを開口部２４の溝深さよりも小さい値に設定することが容易である。

○ 凸部３３の突出高さを、開口部２４の溝深さと同じ値又はそれ以上の値に設定してもよい。
○ 図６に示すように、位置決め部の凹凸の関係を反対にしてもよい。つまり、第１金属層２２に対して凸部２２ｃを設けるとともに、雄コネクタ３０の本体部３１に開口部３１ａを設ける構成としてもよい。

○ 雄コネクタ３０を、基板に固定される公知の電子部品（例えば、半導体素子）に変更してもよい。
○ 第１金属層２２に雄コネクタ３０を接合する際に、座標孔２５に代えて、又は座標孔２５に加えて開口部２４を、雄コネクタ３０を目標座標上へ移送するための座標孔として利用してもよい。

○ 凸部３３は本体部３１の中心から対称な位置ではなく、本体部３１の中心から非対称な位置に設けてもよい。この場合、コネクタが逆極性で接合されることを防ぐことができる。

１０…モジュール、２０…第１基板、２１…絶縁基板、２２…第１金属層、２３…第２金属層、２４…開口部、３０…雄コネクタ、３３…凸部、４０…第２基板、５１…放熱部材。

Claims (6)

1. 絶縁基板の第１面に金属板からなる第１金属層を形成するとともに第２面に第２金属層を形成した第１基板と、第２基板と、前記第１金属層に接合されるとともに、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に接続するためのコネクタとを備えるモジュールであって、
   前記コネクタは、樹脂により被覆された本体部と、前記本体部から上方に突出する端子部とを備え、
   前記第１基板の前記第１金属層と前記コネクタの前記本体部には、凹凸の関係で互いに係合する複数の位置決め部が設けられ、
   前記位置決め部は、前記本体部の下面に設けられる凸部、及び前記第１金属層にプレス加工により成形されて、前記凸部が挿入される開口部であり、
   前記開口部に前記凸部が挿入された状態で、前記第１金属層と前記コネクタとが接合され、
   前記第１基板において、前記第１金属層における前記位置決め部が設けられた部位と、前記第２金属層との間には前記絶縁基板が介在されていることを特徴とするモジュール。
2. 前記開口部は、前記第１金属層を貫通するとともに、前記絶縁基板の表面を底面とする溝状であることを特徴とする請求項１に記載のモジュール。
3. 前記凸部の突出高さは、前記開口部の溝深さよりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモジュール。
4. 前記第１基板及び前記第２基板は放熱部材に固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のモジュール。
5. 前記第１基板はパワー基板であり、前記第２基板は制御基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のモジュール。
6. 前記第１金属層はトランスの一次側コイルを構成し、前記第２金属層はトランスの二次側コイルを構成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のモジュール。