JP5997002B2

JP5997002B2 - 発熱部品実装回路基板及びその製造方法

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Publication number: JP5997002B2
Application number: JP2012232919A
Authority: JP
Inventors: 森本　猛; 猛森本; 大喜嶋田
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-10-22
Also published as: JP2014086496A

Description

本発明は、端子を有する発熱部品を、回路基板に実装した発熱部品実装回路基板に関し、特に、発熱部品が回路基板から離れて配置され、発熱部品の端子が回路基板の所定位置に電気的に接続されたものに関する。

従来、端子を基板に電気的に接続したものとしては、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。この技術では、プリント基板に形成したスルーホールにコネクタの端子が挿入されている。端子はメッキが施されているので、端子をスルーホールに挿入した際に、メッキがはがれて、スルーホールの周縁に削りくずが生じることがあり、この削りくずが他の箇所に飛散すると電気的な問題を生じることがあるので、それを解消するためにスルーホールが形成されている領域を囲むように液状のコーティング材が施されている。

特開２００５−３３２７５３号公報

特許文献１の技術はコネクタの端子をプリント基板のスルーホールに挿入する例であるが、例えば電気溶接機等では、同様に図５に示すように発熱部品、例えばパワー半導体素子１００をプリント基板１０２上ではなく、プリント基板１０２の近傍に配置し、パワー半導体素子１００の端子１０４をプリント基板の所定のパターンに半田付けした後、パワー半導体素子１００を放熱体１０６に固定することがある。半導体素子の端子に粉塵等が付着して、端子が短絡することを防止する必要がある。或いは、溶接機等では電力半導体素子１００に大きな電圧が印加されているので、放熱体１０６とパワー半導体素子１００の端子１０４との間でアーク放電が発生し、半導体素子やプリント基板１０２上の回路を破壊することがある。これらを防止するために、端子１０４の露出した部分や端子のプリント基板上の半田付け部分に、基板用コーティング材やシリコンゴムを塗布して、乾燥させてから、半導体素子１００を放熱体１０６に取り付けるか、或いは半導体素子１００を放熱体１０６に取り付けた後、端子１０４の露出した部分や端子のプリント基板１０２上の半田付け部分に基板用コーティング材やシリコンゴムを塗布することが考えられる。

放熱体１０６に半導体素子１００を取り付ける前にシリコンゴムを端子に塗布する場合、半導体素子を端子に取り付けたとき放熱体に最も近づくことになる端子１０４の面１０８にシリコンゴムを塗布するときに、その厚さが厚すぎると、半導体素子１００を放熱体１０６に取り付ける際、半導体素子１００を放熱体１０６に密着させることができず、放熱性が損なわれる。このシリコンゴムの厚さを各半導体素子ごとに揃えることは、シリコンゴムが液状であるので、非常に困難である。そこで、まず半導体素子１００を放熱体１０６に取り付けた後、プリント基板１０２側にある端子１０４の面１１０から刷毛や筆で端子１０４にシリコンゴムを塗布し、液状のシリコンゴムを端子１０４の面１０８側にも回り込ませて、乾燥させることが考えられる。しかし、端子１０４の面１０８側にまでシリコンゴムを回り込ませることは難しく、充分な対策ではなかった。刷毛や筆で塗布するため、細かい作業が必要性で作業性が悪い。さらに、放熱体１０６は、一般に電気溶接機等の筐体に一体的に取り付けられていたり、筐体の一部そのものであったりするので、放熱体１０６に半導体素子１００を取り付けた後、シリコンゴムを塗布し、そのシリコンゴムが乾燥するまでそのまま待機しなければならない。この乾燥には通常２乃至３時間必要であるので、待機時間が長く、しかも、その待機中に筐体を補間するためのスペースが必要であり、大量生産向きではなかった。コーティング材を使用する場合にも、上記と同様な問題がある。

本発明は、発熱部品の放熱性を損なうこと無く、作業性が良好な発熱部品実装回路基板を提供することを目的とする。

本発明の一態様の発別部品実装回路基板は、回路基板を有している。回路基板は、一方の表面と、前記一方の表面と間隔をおいて対向する他方の表面と、前記一方の表面と前記他方の表面との同一側の縁を繋ぐ側縁とを、有するもので、種々の形状とすることができるが、例えば矩形とすることができる。前記側縁の側方に前記回路基板と離れて発熱部品の本体部が位置する。この本体部は放熱面を有し、前記本体部の前記側縁を向く面から前記側縁側に向かって突出した複数のリードが、前記側縁を越えて前記回路基板の前記一方の表面上にまで伸延し、前記回路基板の所定位置にそれぞれ電気的に接続されている。発熱部品は、回路基板の前記側縁の近傍に本体部を位置させ、本体部から突出したリードが直ちに前記側縁を越えて回路基板上に伸延するように構成することもできるし、回路基板の前記側縁から幾分離れた位置に本体部を位置させ、本体部から突出したリードが、本体部と回路基板の前記側縁との間にあるスペースを通過して、回路基板の側縁を越えて回路基板上に伸延することもできる。前記放熱面が取り付けられ、前記放熱面の取り付け位置から前記回路基板の前記一方の表面と対向する位置まで、前記回路基板の前記一方の表面と間隔をおいて放熱体が存在する。前記回路基板の一方の表面側における前記各リードの露出部分上に、当該露出部分を被って第１の帯状体が設けられ、第１の帯状体は、難燃性で液体含浸性を有する繊維体に、絶縁性を有する液体を含浸させたものである。繊維体としては、その厚さが一定で柔軟性のあるものが望ましく、例えば布や紙を使用することができる。

このように構成された発熱部品実装回路基板では、発熱部品のリードの本体部から先端までの露出部分が第１の帯状体によって被われているので、リードに絶縁処理を行うことができる。しかも、第１の帯状体をリードの露出部分に貼り付ける作業だけが必要で、作業性が高い。第１の帯状体は、繊維体に絶縁性の液体を含浸させるものであるので、リードに絶縁材を塗布する場合に比較して、絶縁材の塗布量の調整などが不要にでき、作業性をさらに向上させることができる。また、第１の帯状体によってリードの露出部分が被われているので、リードに粉塵などが付着することを防止しやすく、悪環境下で、この発熱部品実装回路基板を使用しても、この基板の性能を維持することができる。

さらに、前記各リードを、それらの先端が前記回路基板を一方の表面側から前記他方の表面側に貫通して、前記回路基板の他方の表面側に突出したものとすることができる。この場合、各リードの突出部分を被うように前記回路基板の他方の表面に第２の帯状体を設ける。前記第２の帯状体は、第１の帯状体と同一の構成である。

このように構成すると、リードの突出部分に対して絶縁処理を行うことができる上に、回路基板の他方の表面側に突出している先端を第２の帯状体で被うことができるので、突出している先端に作業員等が接触することがなく、作業者の安全性も確保できる。

さらに、発熱部品を複数とすることもできる。この場合、複数の前記発熱部品が前記側縁に沿って設けられ、前記第１の帯状体は、前記複数の発熱部品の各リードの前記回路基板の一方の表面側の露出部分を被い、前記第２の帯状体は、前記複数の発熱部品の各リードの前記突出部分を被う。このように構成すると、多数の発熱部品に対して、高効率に絶縁処理を行うことができる。

本発明の他の態様の発熱部品実装基板の製造方法は、本体部の一面から複数のリードが突出している発熱部品を、一方の表面と前記一方の表面と間隔をおいて対向する他方の表面と前記一方の表面と前記他方の表面との同一側の縁を繋ぐ側縁とを有する回路基板の前記側縁の側方に、前記本体部が位置すると共に、前記複数のリードが前記側縁を超えて前記回路基板上の前記一方の表面上の所定位置に位置するように、配置する第１の過程と、前記所定位置に前記複数のリードをそれぞれ接続する第２の過程と、難燃性で液体含浸性を有する繊維体に、絶縁性を有する液体を含浸させた第１の帯状体を、前記各リードの露出部分上に、当該露出部分を被うように設ける第３の過程と、前記本体部の配置位置から前記回路基板の前記一方の表面と対向する位置まで前記回路基板の前記一方の表面と間隔をおいて配置した放熱体に、前記本体部が前記リード面の突出面とは異なる面に有する放熱面を取り付ける第４の過程とを、有するものである。前記第１の過程において、前記各リードの先端を、前記回路基板を前記一方の表面から前記他方の表面まで貫通させて、前記他方の表面側に突出させることができる。この場合、難燃性で液体含浸性を有する繊維体に、絶縁性を有する液体を含浸させた第２の帯状体を、前記リードの前記回路基板の前記他方の表面側への突出部分を被うように設ける第５の過程を設けることができる。

以上のように、本発明によれば、発熱部品の放熱性能を維持したまま、作業性を向上させた発熱部品実装基板を得ることができる。

本発明の１実施形態の発熱部品実装基板の平面図、底面図及び側面図である。図１の発熱部品実装基板において第１乃至第３の帯状体を貼り付ける前の状態の底面図、平面図及び側面図である。図１の発熱部品実装基板において第３の帯状体を貼り付けた状態の底面図、平面図及び側面図である。図３の発熱部品実装基板において第１の帯状体を貼り付けた状態の底面図、及び側面図と、更に第２の帯状体を貼り付けた状態の平面図及び側面図である。従来の発熱部品実装基板の側面図である。

本発明の一実施形態の発熱部品実装回路基板は、例えば電気溶接機のような電気機器において、発熱部品、例えば電力半導体素子が放熱体、例えばヒートシンクに取り付けられ、この電力半導体素子のリードが、回路基板に取り付けられたものである。

具体的には、図２に示すように、電力半導体素子として、例えばＩＧＢＴ２が複数、例えば６つ使用されている。各ＩＧＢＴ２は、扁平な直方体状の本体部４を有し、これら本体部４が一列に配置されている。これら本体部の２つの主表面のうちの一面に形成されている放熱面が、図１に示すように放熱体６に例えばネジ止めされている。放熱体６は、電気溶接機の筐体の一部または筐体に取り付けられたものである。

各本体部４から幾分離れて、回路基板、例えば剛性のある長方形状のプリント基板８が配置されている。プリント基板８は、両長辺が各本体部４の配列方向と平行となるように、各本体部４から幾分離れて配置されている。図1（ｃ）に示すように、プリント基板８は、放熱体６におけるＩＧＢＴ２が取り付けられている面及び本体部４から離れて位置している。各本体部４におけるプリント基板８の一側縁、例えば本体部４に近い位置にある長辺９と対向する側面から、それぞれ複数、例えば３本の端子、例えばリード１０がプリント基板８の長辺９側に突出しており、それらの先端は、プリント基板８の長辺９を越えてプリント基板８の一方の表面、例えば裏面１２上にまで伸延し、所定の位置でプリント基板８側に折り曲げられ、プリント基板８の裏面１２から他方の表面１４に貫通している。その貫通位置の表面１４側に形成されているパターンに電気的に接続、例えば半田付けされている。図２（ｃ）に符号１６で示すのは、半田付け箇所である。プリント基板８上には、各ＩＧＢＴ２を駆動するための駆動回路が構成され、図示していないが、表面１４に駆動回路用の電子部品が配置され、これら部品間は表面１４に形成されたパターンによって電気的に接続されている。

この発熱部品実装回路基板を、上述したように電気溶接機に使用した場合、鉄粉などの粉塵に晒されることがあり、リード１０に粉塵が付着すると、リード１０同士が短絡することがある。また、溶接機では、非常に大きな電圧がＩＧＢＴ２に印加されるので、放熱体６とリード１０との間でアーク放電が発生し、ＩＧＢＴ２やプリント基板８に構成されている駆動回路が破壊されることがある。そのため、各リード１０に対して絶縁処理を施している。

絶縁処理として、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、各ＩＧＢＴ２の本体部４からプリント基板８の裏面１２上まで伸びている各リード１０の部分、即ち各リード１０の露出部分を被うように、第１の帯状体１８が、各リード１０の露出部分及びプリント基板８の裏面１２上に貼り付けられている。第１の帯状体１８は、各ＩＧＢＴ２におけるリード１０が突出している本体部４の側面から、各リード１０が表面１４側に突出している位置を越えた位置までの幅寸法を有し、プリント基板８の側縁９の長さ寸法に一致する長さ寸法を有する長方形状で、難燃性の繊維体、例えば難燃性で柔軟性のある布に、絶縁性を有する液体、例えばポリオレフィン系樹脂液を含浸させたものである。この樹脂液を含浸させた第１の帯状体１８は、その一方の長辺が各ＩＧＢＴ２の本体部４の各リード１０が突出している側面に接触し、他方の長辺がプリント基板８の各リード１０の突出位置を越えた位置に位置し、両短辺がプリント基板８の両短辺に一致するように配置された結果、各リード１０とプリント基板８の裏面１２に接触させてある。その後、１０乃至３０分程度そのままの状態を維持することで乾燥し、リード１０とプリント基板８の裏面１２上に接着される。乾燥に要する時間は、シリコンゴムやコーティング材と比較して非常に短い。

また、絶縁処理として、図１（ａ）及び図１（ｃ）に示すように、プリント基板８の表面１４側に突出している各リード１０の先端を被うように、第２の帯状体２０が、プリント基板８の裏面１２上に貼り付けられている。第２の帯状体２０も、第１の帯状体と同様に難燃性の布にポリオレフィン系樹脂液を含浸させたもので、プリント基板８の表面１４における側縁９から各リード１０の先端の突出位置を越えた位置までの幅寸法と、側縁９の長さ寸法に一致する長さ寸法を有する長方形状のもので、一方の長辺がプリント基板８の側縁９に一致し、他方の長辺が各リード１０の突出位置を越えた位置で、プリント基板８の側縁９と平行に位置し、両短辺がプリント基板８の両短辺に一致するようにプリント基板８の裏面１２上に接触させてある。その後、１０乃至３０分程度そのままの状態を維持することで乾燥し、リード１０の先端とプリント基板８の表面１４上に接着される。

この状態では、各ＩＧＢＴ２がプリント基板８の側縁９から離れて位置しているので、プリント基板８の表面１４側において、各リード１０の一部が露出している。そこで、この実施形態では、プリント基板８の表面１４側において、プリント基板８の側縁９と本体部４のリード１０が突出している側面との間に、アラミド絶縁紙からなる第３の帯状体２２が貼り付けられている。この貼り付けは、図１（ｃ）に示すように本体部４のリード１０の突出面から、プリント基板８の側縁９を越えてリード１０の折り曲げ位置まで行われ、この折り曲げ位置で折り返されて、側縁９にまで行われている。

この発熱部品実装回路基板は、次のようにして製造される。図２（ａ）乃至（ｃ）に示すように、プリント基板８に各ＩＧＢＴ２のリード１０をそれぞれ半田付けする。次に、図３（ａ）乃至（ｃ）に示すように、第３の帯状体２２を各リード１０のプリント基板８の表面１４側で露出している部分に貼り付ける。

次に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の帯状体１８を、プリント基板８の裏面１２と、裏面１２側の各リード１０の部分に貼り付ける。第１の帯状体１８は、その長辺の長さ寸法をプリント基板８の長辺の長さ寸法よりも長くしてあるので、貼り付けが容易である。

次に、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、第２の帯状体２０を、プリント基板８の表面１４側に貼り付ける。第２の帯状体２０は、実際には第１の帯状体１８と同じ幅寸法を有するもので、図４（ｄ）に示すように、第２の帯状体２０を２つ折りにして、その折り目がプリント基板８の側縁９に一致するように貼り付けられている。

その後、第１及び第２の帯状体１８、２０のうち、プリント基板８の両短辺からはみ出している部分を切断する。その後、１０分乃至３０分程度放置することによって、第１及び第２の帯状体１８、２０のポリオレフィン系樹脂液が乾燥し、第１及び第２の帯状体１８、２０が接着される。その後、図１に示すように、放熱体６に本体部４がネジ止めされる。この場合、第１の帯状体１８は、柔軟性のある布製であるので、本体部４を放熱体６にネジ止めした際に、第１の帯状体１８が容易に変形し、本体部４の放熱面が放熱体６から浮き上がることはなく、本体部４の放熱性は良好である。

このように、ＩＧＢＴ２のリード１０が半田付けされたプリント基板８を放熱体６に取り付ける前に、第１乃至第３の帯状体１８、２０、２２をプリント基板８に貼り付けるだけで絶縁処理を行える。従って、放熱体６にプリント基板８を取り付ける前に、プリント基板８単独で絶縁処理を行えるので、絶縁処理作業に必要な作業スペースは小さく、大量に作業を行うことができる。また、第１及び第２の帯状体１８、２０に含浸させた絶縁性を有する液体例えばポリオレフィン系樹脂液は、シリコンゴムやプリント基板用のコーティング材を塗布する場合に比較して、乾燥及び固化に要する時間が短いので、作業時間を短縮させることができる。また、第１及び第２の帯状体１８、２０は、布に絶縁性を有する液体を含浸させたものであるので、シリコンゴムやコーティング材を塗布する場合に必要な塗布量の調整等が不要にでき、作業性が向上する。また、第１及び第２の帯状体１８、２０は、リード１０の絶縁が必要な部分を完全に被っているので、リード１０に粉塵などが触れにくく、悪環境下で、この発熱部品実装回路基板を備えた電気溶接機等を使用しても、その性能を保持することができる。筆や刷毛で絶縁材をリード１０に塗布することも考えられるが、絶縁に必要な厚みとするには、数回にわけて絶縁材を塗布する必要があり、作業に要する時間が長時間となる上に充分な厚さにまで絶縁材を塗布することができにくい。この発熱部品実装回路基板では、帯状体を貼り付けるという作業のみであるので、短時間で作業が終了するし、帯状体が充分な絶縁性を有しているので、確実に絶縁することができる。第１及び第２の帯状体１８、２０は、リード１０だけでなく、その半田付け箇所も被っているので、半田付けされたリード１０の先端部が露出せず、誤って先端に作業者等が触れて、怪我をすることがなく、作業者等の安全性を確保することができる。また、リード１０の先端を被っている第１及び第２の帯状体１８、２０に絶縁性の液体を含浸させているので、リード１０の先端が何か物に触れても、絶縁材がはがれることはない。

上記の実施形態では、本体部４のリード１０が突出している側面と、プリント基板８の側縁９との間に空間があるので、リード１０の一部が露出しており、その露出部分を第３の帯状体２２によって被っている。しかし、本体部４のリードが突出している側面が、プリント基板８の側縁９に接近して配置されて、両者の間に空間が殆ど存在しないような場合には、第３の帯状体２２を省略することができる。また、上記の実施形態では、リード１０の先端は、プリント基板８の裏面１２側から表面１４側に貫通したものを示したが、貫通せずにプリント基板８の裏面１２の所定パターンに半田付けすることもできる。上記の実施形態では、発熱部品としてＩＧＢＴ２を使用したが、他の半導体素子、例えばバイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタを使用することもできるし、コンデンサやリアクトルを使用することもできる。また、プリント基板８には矩形のものを使用したが、状況に応じて他の形状、例えば５角形等の多角形状のものを使用することもできる。

２ＩＧＢＴ（発熱部品）
４本体部
６放熱体
８プリント基板
１０リード（端子）
１８第１の帯状体
２０第２の帯状体

Claims

一方の表面と、前記一方の表面と間隔をおいて対向する他方の表面と、前記一方の表面と前記他方の表面との同一側の縁を繋ぐ側縁とを、有する回路基板と、
前記側縁の側方に前記回路基板と離れて位置する本体部を有し、この本体部は放熱面を有し、前記本体部の前記側縁を向く面から前記側縁側に向かって突出した複数のリードが、前記側縁を越えて前記回路基板の前記一方の表面上にまで伸延し、前記回路基板の所定位置にそれぞれ電気的に接続されている発熱部品と、
前記放熱面が取り付けられ、前記放熱面の取り付け位置から前記回路基板の前記一方の表面と対向する位置まで、前記回路基板の前記一方の表面と間隔をおいて存在する放熱体と、
前記回路基板の一方の表面側における前記各リードの露出部分上に、当該露出部分を被って設けられ、難燃性で液体含浸性を有する繊維体に、絶縁性を有する液体を含浸させたものである第１の帯状体とを、
有する発熱部品実装回路基板。
請求項１記載の発熱部品実装回路基板において、前記各リードの先端は、前記一方の表面側から前記他方の表面側に前記回路基板を貫通して、前記回路基板の前記他方の表面側に突出し、これら突出部分を被って前記回路基板の前記他方の表面に第２の帯状体が設けられ、前記第２の帯状体は、難燃性で液体含浸性を有する繊維体に、絶縁性を有する液体を含浸させたものである発熱部品実装回路基板。
請求項２記載の発熱部品実装回路基板において、複数の前記発熱部品が前記側縁に沿って設けられ、前記第１の帯状体は、前記複数の発熱部品の各リードの前記回路基板の一方の表面側の露出部分を被い、前記第２の帯状体は、前記複数の発熱部品の各リードの前記突出部分を被う発熱部品実装回路基板。
本体部の一面から複数のリードが突出している発熱部品を、一方の表面と前記一方の表面と間隔をおいて対向する他方の表面と前記一方の表面と前記他方の表面との同一側の縁を繋ぐ側縁とを有する回路基板の前記側縁の側方に、前記本体部が位置すると共に、前記複数のリードが前記側縁を超えて前記回路基板上の前記一方の表面上の所定位置に位置するように、配置する第１の過程と
前記所定位置に前記複数のリードをそれぞれ接続する第２の過程と、
難燃性で液体含浸性を有する繊維体に、絶縁性を有する液体を含浸させた第１の帯状体を、前記各リードの露出部分上に、当該露出部分を被うように設ける第３の過程と、
前記本体部の配置位置から前記回路基板の前記一方の表面と対向する位置まで前記回路基板の前記一方の表面と間隔をおいて配置した放熱体に、前記本体部が前記リード面の突出面とは異なる面に有する放熱面を取り付ける第４の過程とを、
有する発熱部品実装回路基板の製造方法。
請求項４記載の発熱部品実装回路基板の製造方法が、
前記第１の過程において、前記各リードの先端を、前記回路基板を前記一方の表面から前記他方の表面まで貫通させて、前記他方の表面側に突出させ、
難燃性で液体含浸性を有する繊維体に、絶縁性を有する液体を含浸させた第２の帯状体を、前記リードの前記回路基板の前記他方の表面側への突出部分を被うように設ける第５の過程を有する発熱部品実装回路基板の製造方法。