JP5904928B2 - 電流補助部材およびプリント基板 - Google Patents

Description

本発明は、電流補助部材およびプリント基板に関し、特に、プリント基板の表面に設けられた導電部に接続するための電流補助部材およびそれを備えたプリント基板に関するものである。

従来、プリント基板上の配線パターンとして、めっき厚を含めて５５μｍ程度の厚さのものが一般的に用いられている。このような厚さの配線パターンでは、電流が通電する断面積が小さいため、大電流を通電することができない。そこで、大電流を通電するために電流補助部材が用いられている。この電流補助部材は配線パターンを補助するように設けられている。板金の金属導体をプリント基板にはんだ付けした電流補助部材が、たとえば特開２０１０−６２２４９号公報（特許文献１）に開示されている。

特開２０１０−６２２４９号公報

上記の公報に開示された電流補助部材では、大電流を通電するためには、板金の金属導体の板厚を厚くすることで電流が流れる断面積を大きくして電気抵抗を低減しなければならない。しかし、板厚の厚い金属導体は加工性が悪く、またプリント基板へはんだ付けしにくいという問題がある。

また、放熱部を加えて放熱性を向上させることで金属導体の板厚を薄くすることは可能である。しかし、放熱部を有する金属導体では、放熱部からの放熱によってはんだ付け時に金属導体のはんだ付け部の温度が上がりにくいため、はんだ付けしにくいという問題がある。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、電気抵抗を低減し、放熱性を向上することで大電流を通電することができ、かつ加工性およびはんだ付け性を向上できる電流補助部材およびそれを備えたプリント基板を提供することである。

本発明の電流補助部材はプリント基板の表面に設けられた導電部に接続するためのものである。電流補助部材は４本以上の端子と、導電性接続部と、放熱部とを備えている。４本以上の端子は導電部に接続するためのものである。導電性接続部は、プリント基板の表面に対向するように配置され、かつ４本以上の端子のそれぞれを電気的につなぐものである。放熱部は導電性接続部からプリント基板側および４本以上の端子側とは反対側に延びる。放熱部は、４本以上の端子のうちの２本の端子をつなぐ辺上に沿って設けられており、かつ２本の端子の少なくともいずれかの端子側の放熱部の側面の放熱部が導電性接続部に接続される根元部に切り欠き部を有している。

本発明の電流補助部材によれば、導電性接続部によって電流が流れる断面積を大きくすることで電気抵抗を低減することができる。また、放熱部によって放熱することで放熱性を向上することができる。このため、大電流を通電することができる。さらに、４本以上の端子によって、端子毎の断面積を小さくして加工性およびはんだ付け性を向上することができる。また、放熱部は、２本の端子の少なくともいずれかの端子側の放熱部の側面の放熱部が導電性接続部に接続される根元部に切り欠き部を有している。このため、切り欠き部によって、端子から放熱部までの沿面距離が長くなる。したがって、はんだ付け時に端子に加わる熱が放熱部に移動しにくくなるため、はんだ付け性を向上することができる。

本発明の実施の形態１における電流補助部材を概略的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における電流補助部材を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態１における電流補助部材を概略的に示す正面図である。 本発明の実施の形態１における電流補助部材を概略的に示す側面図である。 本発明の実施の形態１における電流補助部材がプリント基板に接続された様子を概略的に示す斜視図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う概略断面図である。 本発明の実施の形態１におけるプリント基板を概略的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態１におけるプリント基板の電流補助部材およびヒートシンクが搭載された部分を概略的に示す拡大斜視図である。 本発明の実施の形態１におけるプリント基板の電流補助部材およびヒートシンクが搭載された部分を概略的に示す拡大平面図である。 比較例の電流補助部材に電流が流れる様子を概略的に示す側面図である。 本発明の実施形態１における電流補助部材に電流が流れる様子を概略的に示す平面図である。 本発明の実施形態１における電流補助部材に電流が流れる様子を概略的に示す側面図である。 本発明の実施の形態２における電流補助部材を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態１における電流補助部材の端子周辺の構成を概略的に示す平面図である。 本発明の実施の形態２における電流補助部材の端子周辺の構成を概略的に示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に、本発明の実施の形態１の電流補助部材の構成について説明する。

主に図１および図２を参照して、本発明の一実施の形態の電流補助部材１は、プリント基板の表面に設けられた導電部に接続するためのものである。電流補助部材１は１枚の板状の金属を折り曲げて形成されていてもよい。電流補助部材１の厚みは、たとえば０．５ｍｍ以上1ｍｍ以下である。電流補助部材１の材料はたとえば純銅である。電流補助部材１は、４本の端子２と、導電性接続部３と、放熱部４とを主に有している。なお、ここでは端子２の数は４本の場合について説明するが、４本以上であればよい。端子２の数はたとえば８本であってもよい。

４本の端子２はプリント基板の導電部に接続するためのものである。４本の端子２のうちの２本の端子２は導電性接続部３の一辺から外方に突出し、先端が下側に延びるように形成されている。また４本の端子２のうち残りの２本の端子は導電性接続部３の一辺に対向する他辺から外方に突出し、先端が下側に延びるように形成されている。４本の端子２はそれぞれ導電性接続部３の四隅に配置されている。

導電性接続部３はプリント基板の表面に対向するように配置されている。導電性接続部３は、４本以上の端子２のそれぞれを電気的につなぐものである。導電性接続部３は板状に形成されている。導電性接続部３は直方体形状を有している。導電性接続部３はプリント基板の表面に平行に配置されていてもよい。

放熱部４は導電性接続部３からプリント基板側とは反対側に延びる。放熱部４は上側に延びるように形成されている。放熱部４は板状に形成されている。放熱部４は、４本以上の端子２のうちの２本の端子２をつなぐ辺上に沿って設けられている。放熱部４は、放熱部４の側面４Ａの放熱部４が導電性接続部３に接続される根元部に切り欠き部５を有している。つまり、切り欠き部５は放熱部４が導電性接続部３に接続される接続部に設けられている。本実施の形態では、切り欠き部５は放熱部４の両側の側面４Ａに形成されている。なお、切り欠き部５は２本の端子２の少なくともいずれかの端子側の放熱部４の側面４Ａに形成されていればよい。

本実施の形態では、放熱部４は、第１の放熱部材４１と、第２の放熱部材４２とを有している。第１の放熱部材４１と第２の放熱部材４２とは４本の端子２が形成されていない導電性接続部３の対向する２辺上にそれぞれ設けられている。第１の放熱部材４１は４本以上の端子２のうちの第１の端子２１および第２の端子２２をつなぐ辺上に沿って設けられている。第２の放熱部材４２は、第１の放熱部材４１と向かい合うように配置されている。第２の放熱部材４２は、４本以上の端子２のうちの第３の端子２３および第４の端子２４をつなぐ辺上に沿って設けられている。なお、放熱部４は、第１の放熱部材４１または第２の放熱部材４２のいずれかのみであってもよい。つまり、放熱部４は１つであってもよい。

図３および図４に示すように、４本の端子２は導電性接続部３から外方に突出した後に下側に曲げられている。また、放熱部４は導電性接続部３から上側に曲げられている。放熱部４は導電性接続部３に対して９０度の角度となるように形成されていてもよい。

次に、図５を参照して、電流補助部材１がプリント基板１０の導電部１１に接続された様子について説明する。プリント基板１０の導電部１１に流れる電流は、電流方向（図中矢印方向）Ａの上流側の電流補助部材１の端子２から導電性接続部３に流れ、電流方向の下流側の端子２から導電部１１に流れる。電流補助部材１の放熱部４は電流方向Ａに沿って配置されている。本実施の形態では、複数個の電流補助部材１が用いられている。複数個の電流補助部材１はそれぞれ同じ形状を有している。

続いて、図６を参照して、電流補助部材１の端子２がプリント基板１０に接続された様子について説明する。プリント基板１０は複数のスルーホール１２を有している。複数のスルーホール１２に電流補助部材１の端子２が挿入された状態ではんだ付けされることによりプリント基板１０の導電部１１（図５参照）と端子２とが接続される。なお、図６では導電部１１は見やすくするために図示されていない。

端子２は、基端部２Ａと、先端部２Ｂとを有している。基端部２Ａは導電性接続部３に接続されている。先端部２Ｂは、基端部２Ａに接続されている。先端部２Ｂは、基端部２Ａよりも小さい断面積を有している。ここで、断面積は電流方向Ａに交差する方向の断面積である。端子２は先端側が細くなる階段形状を有している。スルーホール１２の径は基端部２Ａは、挿入できず先端部２Ｂを挿入できる大きさを有している。このため、基端部２Ａによってプリント基板１０の表面と導電性接続部３との間に隙間を設けることができる。これにより、この隙間を通って電流補助部材１とプリント基板１０との間に空気が流れることにより、放熱効果を高めることができる。また、はんだ付け時に端子２に加わる熱が放熱部４に移動しにくくすることができる。なお、先端部２Ｂの長さはプリント基板１０の厚みよりも長くなるように形成されている。

なお、電流補助部材１の導電性接続部３とプリント基板１０の表面とは平行に配置されていてもよい。電流補助部材１の上端から下端（導電性接続部３の上面から端子２の下面）までの長さは、たとえば８ｍｍである。そして、電流補助部材１の端子２はプリント基板１０の下面からたとえば１ｍｍ以上２ｍｍ以下の寸法で突出している。一方、プリント基板１０の厚みはたとえば１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

次に、図７を参照して、本実施の形態の電流補助部材１が実装されたプリント基板１０の構成について説明する。プリント基板１０の表面に設けられた導電部１１に複数個の電流補助部材１が接続されている。また、プリント基板１０の表面にはヒートシンク６１および電子部品６３が搭載されている。ヒートシンク６１は複数の放熱フィン６２を有している。電子部品６３は、パワーモジュールなどであり、使用により発熱する。

続いて、図８よび図９を参照して、複数個の電流補助部材１とヒートシンク６１との位置関係について説明する。パワーモジュールなどの電子部品６３は発熱するため、ヒートシンク６１によって放熱される場合がある。本発明の一実施の形態では電子部品６３にヒートシンク６１が取り付けられている。そして、ヒートシンク６１の放熱フィン６２に送風することで電子部品６３を冷却するようにプリント基板１０上には冷却風が流れていることがある。

電流補助部材１は、放熱部４がヒートシンク６１の放熱フィン６２と平面視において平行に配置されている。放熱フィン６２には放熱フィン６２と平行に直線的な風が流れる。放熱部４が放熱フィン６２と平行に配置されているため、放熱フィン６２に流れる風速の高い風が放熱部４に流れる。このため、放熱効果を高くすることができる。

なお、放熱部４が長い場合には、放熱部４の風下側で風速が低下して放熱効果が低下するおそれがある。すなわち、一般的に板の間を流れる風は、板の風上側と板の風下側とでは板の近傍と離れた位置との風速分布が異なる。板の風上側では板の近傍と離れた位置とで均一な風速分布であるのに対し、板の風下側では板の近傍の風速が遅く、板と離れた位置の風速が速くなる。板が長いほど板の近傍と離れた位置との風速の差が大きくなり、風速の遅い板の近傍の放熱効果が低下する。このため、放熱部４が長い場合には、放熱部４の風下側で放熱効果が低下するおそれがある。

しかし、本実施の形態の複数の電流補助部材１では、風上側の電流補助部材１と風下側の電流補助部材１との間には間隔があるため、この間隔で風速が均一化される。したがって、風下側の電流補助部材１の放熱部４近傍の風速の低下が抑制される。そのため、風下側の電流補助部材１でも放熱効果が低下しない。

次に、本実施の形態の作用効果について比較例と対比して説明する。
図１０を参照して、比較例の電流補助部材１は、本実施の形態と対比して、導電性接続部３が設けられていない点および放熱部４に切り欠き部５が設けられていない点において異なっている。つまり、比較例の電流補助部材１は平板状のバスバーである。比較例の電流補助部材１では、図中矢印で示すように電流が流れる。電流は端子２間を最短距離で流れるため、放熱部４の上部には電流はほとんど流れない。したがって、放熱部４は電流が流れる断面積を大きくすることにはほとんど貢献しない。仮に、比較例の電流補助部材１に本実施の形態の切り欠き部５を設けた場合には、切り欠き部５によって放熱部４の上部には電流がさらに流れなくなる。よって、比較例の電流補助部材１では電気抵抗を低減することはできない。

また、比較例の電流補助部材１では、本実施の形態の切り欠き部５が設けられていないため端子２と放熱部４との沿面距離（表面に沿う距離）が短くなる。したがって、はんだ付け時に端子２に加わる熱が放熱部４に移動しやすいため、端子２に加わる熱が放熱部４から放熱されることではんだ付け性が悪くなる。

これに対して、図１１および図１２を参照して、本実施の形態の電流補助部材１では、図中矢印で示すように電流が流れる。本実施の形態の電流補助部材１では導電性接続部３に電流を流すことで電気抵抗を低減することができる。つまり、本実施の形態の電流補助部材１によれば、導電性接続部３によって電流が流れる断面積を大きくすることで電気抵抗を低減することができる。このため、大電流を流すことができる。

また、放熱部４によって放熱することで放熱性を向上することができる。このため、大電流を通電することができる。導電性接続部３、端子２、プリント基板１０の導電部１１に電流が流れると発熱が生じる。この発熱は、それぞれの表面から周囲空気へ放熱されるのに加えて、放熱部４へ伝わり、放熱部４から周囲空気へ放熱される。放熱部４によって、放熱効果が高くなり、電流補助部材１とプリント基板１０の導電部１１の温度上昇が抑制される。このため、より大電流を流すことができる。以上より、導電性接続部３によって電気抵抗を低減し、放熱部４によって放熱性を向上することでたとえば５０Ａの大電流を通電することができる。

さらに、電流補助部材１に電流が流れると２本の端子２をつなぐ辺に発熱が集中しやすい。本実施の形態では、放熱部４は２本の端子２をつなぐ辺上に沿って設けられているため、温度上昇を効果的に抑制することができる。

また、放熱部４によって、放熱効果が高くなり、電流補助部材１とプリント基板１０の導電部１１の温度上昇が抑制されるため、放熱部４がない電流補助部材１に対して、電流補助部材１の板厚を薄くすることができる。このため、電流補助部材１の加工が容易になり、プリント基板１０の導電部１１へはんだ付けしやすくなる。

さらに、電流補助部材１の電気抵抗は電流補助部材１の断面積が大きいほど小さくなり、より大電流を流す事が可能となるが、断面積が大きいほど電流補助部材１の加工が難しくなり、またプリント基板１０の導電部１１へはんだ付けしにくくなる。そこで、本発明の一実施の形態では、４本以上の端子２によって、端子毎の断面積を小さくして加工性およびはんだ付け性を向上することができる。

また、電流補助部材１のはんだ付け時には、端子２がスルーホール１２に挿入された状態で溶融はんだに接触し、その後はんだが固まることで端子２がスルーホール１２にはんだ付けされる。この際、端子２と放熱部４との沿面距離（表面に沿う距離）が近いと、はんだ付け時に端子２に加わえられた熱が放熱部４に伝わることで端子２の温度上昇が抑制される。この結果、はんだ付け不良が生じるおそれがある。なお、端子２に十分な熱を加えればはんだ付け不良の発生を抑制可能であるが、加熱しすぎるとプリント基板１０が劣化するという問題が生じる。また、一般的なはんだ付け工程とは別の工程で加熱する場合には製造工程が増えるためコストが高くなるという問題も生じる。

本実施の形態では、放熱部４は、切り欠き部５によって、端子２から放熱部４までの沿面距離が長くなる。つまり、端子２から放熱部４までの熱が伝わる距離が長くなる。したがって、はんだ付け時に端子２に加わる熱が放熱部４に移動しにくくなるため、はんだ付け性を向上することができる。よって、はんだ付け不良の発生を抑制できる。

本実施の形態においては、はんだ付け時の瞬間的な加熱の場合には、切り欠き部５によって、端子２から放熱部４に熱が伝わることは抑制される。したがって、切り欠き部５によって端子２と放熱部４との熱が伝わる距離を長くして、放熱部４へ熱が伝わる前に、スルーホール１２および端子２の温度のみを局所的に上げることができる。

一方、電流通電時の定常的な発熱の場合には、プリント基板１０の導電部１１と端子２に生じる発熱は導電性接続部３を経由して放熱部４に伝わるため、切り欠き部５による定常的な発熱に対する放熱効果への影響はほとんどない。すなわち、電流通電時には、スルーホール１２および端子２だけに熱が加わるわけではなく、プリント基板１０の導電部１１、端子２、導電性接続部３の電流が流れる部分全てが発熱する。その発熱はそれぞれの表面および放熱部４の表面から放熱される。切り欠き部５によって導電部１１および端子２と放熱部４との距離は長くなるが、導電部１１および端子２の発熱は導電性接続部３に移動し、導電性接続部３の発熱が放熱部４へ広がれば、全体としてみると、発熱が放熱部４へ広がることになる。また、電流通電中は常時発熱しているため、はんだ付け時の瞬間的な加熱とは異なり、全体に熱が広がる時間がある。そのため、全体がほぼ均一な温度になる。

また、電流補助部材１の周辺に風が流れている場合、切り欠き部５にも風が流れるため、切り欠き部５の周辺の放熱性を向上することができる。切り欠き部５は端子２の周辺に配置されているため、端子２に電流が流れることによって生じる局所的な温度上昇を抑制することができる。

（実施の形態２）
図１３を参照して、本発明の実施の形態２の電流補助部材１の構成について説明する。本実施の形態の電流補助部材１は、実施の形態１の電流補助部材１と比較して、端子２の配置が主に異なっている。以下、特に言及しない限り、実施の形態１と同一の構成要素については同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

導電性接続部３は、プリント基板１０の表面側から見て互いに対向する一辺と他辺とを有している。４本以上の端子２は、第１〜第４の端子２１〜２４を有している。第１の端子２１および第３の端子２３は、それぞれ一辺において側方に突出し、プリント基板側に延びるように形成されている。第２の端子２２および第４の端子２４は、それぞれ他辺において側方に突出し、プリント基板側に延びるように形成されている。

第１の端子２１は、一辺と他辺とが対向する方向において第２の端子２２と向かい合う位置から一辺が伸びる方向にずれた位置に配置されている。第３の端子２３は、一辺と他辺とが対向する方向において第４の端子２４と向かい合う位置から他辺が伸びる方向にずれた位置に配置されている。

本実施の形態では、複数の電流補助部材１を直線状に配置した場合、一方の電流補助部材１の端子２と他方の電流補助部材１の端子２とを互いにずらして配置することができる。これにより、一方および他方の電流補助部材１の距離を互いの端子２の合計の距離よりも近づけることができる。つまり、一方の電流補助部材１の第１の端子２１を他方の電流補助部材１の第２の端子２２の内側に配置し、他方の電流補助部材の第４の端子２４を一方の電流補助部材１の第３の端子の内側に配置することができる。

図１４および図１５を参照して、本実施の形態の作用効果を実施の形態１の電流補助部材１と対比して説明する。

図１４に示すように実施の形態１の電流補助部材１では、一方の電流補助部材１の端子２と他方の電流補助部材１の端子２とが直線状に配置されている。このため、図中矢印で示すように端子２間に電流が直線的に流れる。

一方、図１５に示すように本実施の形態の電流補助部材１では、一方の電流補助部材１の端子２（第３の端子２３）は、他方の電流補助部材１の端子２（第４の端子２４）とがずれて配置されている。このため、第４の端子２４から第３の端子２３に電流が斜めに流れる。これにより、第４の端子２４から第３の端子２３へ流れる電流の電流経路が短くなる。これは第１の端子２１および第２の端子２２も同様である。

すなわち、本実施の形態の電流補助部材１によれば、第１の端子２１は、一辺と他辺とが対向する方向において第２の端子２２と向かい合う位置から一辺が伸びる方向にずれた位置に配置されている。第３の端子２３は、一辺と他辺とが対向する方向において第４の端子２４と向かい合う位置から他辺が伸びる方向にずれた位置に配置されている。このため、第１の端子２１と第２の端子２２との間に流れる電流の電流経路が短くなる。また、第３の端子２３と第４の端子２４との間に流れる電流の電流経路が短くなる。これにより、この部分の電気抵抗を低減することができる。よって、大電流を通電することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

１ 電流補助部材、２ 端子、２Ａ 基端部、２Ｂ 先端部、３ 導電性接続部、４ 放熱部、４Ａ 側面、５ 切り欠き部、１０ プリント基板、１１ 導電部、１２ スルーホール、２１〜２４ 第１〜第４の端子、４１ 第１の放熱部材、４２ 第２の放熱部材、６１ ヒートシンク、６２ 放熱フィン、６３ 電子部品。

Claims (5)

1. プリント基板の表面に設けられた導電部に接続するための電流補助部材であって、
   前記導電部に接続するための４本以上の端子と、
   前記プリント基板の前記表面に対向するように配置され、かつ前記４本以上の端子のそれぞれを電気的につなぐ導電性接続部と、
   前記導電性接続部から前記プリント基板側および前記４本以上の端子側とは反対側に延びる放熱部とを備え、
   前記放熱部は、前記４本以上の端子のうちの２本の端子をつなぐ辺上に沿って設けられており、かつ前記２本の端子の少なくともいずれかの端子側の前記放熱部の側面の前記放熱部が前記導電性接続部に接続される根元部に切り欠き部を有している、電流補助部材。
2. 前記放熱部は、
   前記４本以上の端子のうちの第１および第２の端子をつなぐ辺上に沿って設けられた第１の放熱部材と、
   前記第１の放熱部材と向かい合うように配置され、かつ前記４本以上の端子のうちの第３および第４の端子をつなぐ辺上に沿って設けられた第２の放熱部材とを含む、請求項１に記載の電流補助部材。
3. 前記端子は、
   前記導電性接続部に接続された基端部と、
   前記基端部に接続され、前記基端部よりも小さい断面積を有する先端部とを含む、請求項１または２に記載の電流補助部材。
4. 前記導電性接続部は、前記プリント基板の前記表面側から見て互いに対向する一辺と他辺とを含み、
   前記４本以上の端子は、
   前記一辺において側方に突出し、前記プリント基板側に延びる第１および第３の端子と、
   前記他辺において側方に突出し、前記プリント基板側に延びる第２および第４の端子とを含み、
   前記第１の端子は、前記一辺と前記他辺とが対向する方向において第２の端子と向かい合う位置から前記一辺が伸びる方向にずれた位置に配置されており、
   前記第３の端子は、前記一辺と前記他辺とが対向する方向において第４の端子と向かい合う位置から前記他辺が伸びる方向にずれた位置に配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電流補助部材。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電流補助部材と、
   前記電流補助部材が接続された前記導電部とを備えた、プリント基板。

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