JP6213450B2 - 回路構成体 - Google Patents

Description

本発明は、回路構成体に関する。

インバータやコンバータ等の電力回路を構成する回路構成体は、例えば、車載電源から各種電装品へ電力を分配するための電気接続箱に組み込まれている。回路構成体は、複数のバスバー、回路基板及び電子部品を有しており、これらが互いに電気的に接続されることにより電力回路を構成している。

複数のバスバーと回路基板とは、互いに重ね合わされた状態で接着剤等により接着されている。一般にバスバーの線膨張係数と回路基板の線膨張係数とは異なっているため、例えば温度が変化した場合等に、バスバー及び回路基板に反りが生じる。バスバー等の反りが大きくなると、例えば電子部品をはんだ付けによりバスバーや回路基板に実装する際に、電子部品を所定の位置に配置することが難しくなるおそれがある。

また、例えば回路構成体の使用中に温度の変化が起きた場合には、回路基板とバスバーの線膨張の違いに起因して回路構成体が歪むおそれがある。回路構成体に歪みが発生すると、回路基板上のはんだに応力が発生するため、はんだにクラックが生じやすくなるおそれがある。はんだのクラックは、回路構成体の不具合の要因となるおそれがあるため、好ましくない。

これらの問題に対し、バスバー及び回路基板の反りや回路構成体の歪みを低減する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、複数本のバスバーをブリッジ部によりつなぎ合わせて一体化した形状のバスバー構成板を用いて回路構成体を作製する技術が提案されている。また、特許文献２には、バスバーと、バスバーに積層された合成樹脂製の補強板とを、合成樹脂材を用いたモールド成形により一体化する技術が提案されている。

特許第４２３８７００号 特許第５３３２５６２号

特許文献１の技術は、複数のバスバーがブリッジ部により一体に連なっている間、バスバー及び回路基板の反りを低減することができる。しかしながら、回路構成体上に構成された電力回路を機能させるためには、最終的にブリッジ部を切り離さなければならない。そして、ブリッジ部が切り離された後の回路構成体は、ブリッジ部が切り離される前に比べて剛性が低下するという問題があり、例えば回路構成体の使用中に生じる反りや歪みの抑制が不十分となるおそれがある。

特許文献２の技術は、バスバーと補強板とを一体化して剛性を向上させることにより、回路構成体全体の剛性を向上させることができるため、回路構成体の使用中においても反りや歪みを抑制することができる。しかしながら、補強板をバスバーとは別に準備する必要があるため、部品点数が多くなるという問題がある。また、バスバーと補強板とを一体化する作業を行う必要があるため、回路構成体を作製する工程が複雑になるおそれがある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、簡素な工程で作製でき、高い剛性を有する回路構成体を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、厚み方向に貫通した開口部を有する回路基板と、
導体よりなり、上記回路基板に重ね合わされた複数のバスバーと、
上記開口部を通じて上記バスバーにはんだ付けされた電子部品と、
上記回路基板と上記バスバーとを接着すると共に、隣り合う上記バスバーの隙間に充填された接着剤とを有し、
上記バスバーは、上記隙間の周縁部のみが上記接着剤に覆われていることを特徴とする回路構成体にある。

上記回路構成体においては、上記回路基板と上記バスバーとが上記接着剤により接着されており、隣り合う上記バスバーの隙間に上記接着剤が充填されている。そのため、隣り合うバスバーが上記接着剤により互いに拘束され、上記隙間が上記接着剤により充填されていない場合と比べてバスバーの変形を抑制することができる。その結果、上記回路構成体の剛性を向上させることができる。上記回路構成体は、高い剛性を有するため、例えば曲げ方向への外力が加わった際等の変形を抑制することができる。また、上記回路構成体は、例えば温度が変化した際等に生じる反りや歪みを抑制することができる。

また、上記回路構成体は、上記回路基板と上記バスバーとの接着及び上記隙間の充填の両方を上記接着剤により行うことができる。それ故、補強板等を設ける必要がなく、部品点数の増加を抑制することができる。更に、上記２つの作業を同一の接着剤を用いて行うことにより、上記回路構成体を作製する工程を容易に簡素化することができる。これらの結果、上記回路構成体は、容易に作製することができる。

以上のように、上記回路構成体は、簡素な工程で作製でき、高い剛性を有する。

実施例１における、回路構成体の要部を示す斜視図。 実施例１における、回路構成体の要部を示す分解斜視図。 実施例１の回路構成体を作製する工程における、（ａ）回路基板とバスバーとを重ね合わせた状態の要部を示す断面図、（ｂ）バスバーの隙間に液状接着剤を塗布した状態の要部を示す断面図、（ｃ）液状接着剤を加熱して硬化させた状態の要部を示す断面図、（ｄ）電子部品を実装した状態の要部を示す断面図。 実施例２における、回路構成体と放熱体との間に熱伝導部材が介在している放熱体付き回路構成体の要部を示す断面図。 参考例１における、接着剤と放熱体とが当接している放熱体付き回路構成体の要部を示す断面図。

上記回路構成体において、接着剤としては、電気絶縁性を有し、未硬化の状態において液状を呈する液状接着剤を用いることができる。液状接着剤は、回路基板と複数のバスバーとを重ね合わせた後、隣り合うバスバーの隙間に塗布することにより、回路基板とバスバーとの間に自然に進入することができる。そして、かかる状態において液状接着剤を加熱して硬化させることにより、回路基板とバスバーとを接着すると同時に上記隙間に接着剤を充填することができる。このように、液状接着剤を用いることにより、回路基板とバスバーとを接着する作業及び隣り合うバスバーの隙間を充填する作業を同時に行うことができ、回路構成体を作製する工程を簡素化することができる。液状接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂系接着剤及びウレタン系接着剤等の樹脂系接着剤や、セラミックス系接着剤等の無機系接着剤を用いることができる。

接着剤は、弾性率が高いほうが好ましい。弾性率の高い接着剤は、隣り合うバスバーをより強固に拘束することができるため、回路構成体の剛性をより高めることができる。また、接着剤は、優れた靭性を有することが好ましい。優れた靭性を有する接着剤は、隣り合うバスバーが大きく変形しても、バスバーや回路基板からの剥離や接着剤自体の破壊が起こりにくい。そのため、回路構成体の剛性が高い状態をより長期間に亘って維持することができる。靭性の観点からは、樹脂系接着剤を用いることが好ましい。

接着剤として樹脂系接着剤を用いる場合には、ガラスビーズやシリカ等のフィラーが配合された接着剤を用いることがより好ましい。フィラーを配合することにより、接着剤の弾性率を向上させ、ひいては回路構成体の剛性をより向上させることができる。また、フィラーを配合することにより、接着剤の熱膨張係数の値をバスバー及び回路基板に近づけることができ、回路構成体の使用中に生じる反りを低減することができる。その結果、高温耐久性や熱サイクル耐久性等を向上させることができる。

上記バスバーは、例えば、銅や銅合金等の優れた電気伝導性を有する金属から構成されていてもよい。また、バスバーの表面にＳｎ系めっき膜やＮｉ系めっき膜等を有する構成とすることもできる。

上記バスバーは、上記隙間の周縁部のみが上記接着剤に覆われている。少なくとも上記隙間の周縁部が上記接着剤に覆われていれば、回路構成体の剛性を向上させる効果を十分に得ることができる。また、この場合には、上記周縁部よりも内側において上記バスバーが露出しているため、接着剤による放熱性能の過度の低下を回避することができる。

上記の場合において、上記接着剤は、上記隙間の開口端面よりも隆起していることが好ましい。この場合には、隣り合うバスバーをより強固に拘束することができる。その結果、回路構成体の剛性をより向上させることができる。

また、上記回路構成体は、上記回路基板と上記バスバーとの積層方向における上記バスバー側の略全面を上記接着剤により覆われていてもよい。この場合には、接着剤によりバスバーがより強固に拘束されるため、回路構成体の剛性を更に向上させることができる。

上記の場合において、上記接着剤は２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有していることが好ましい。上記特定の範囲の熱伝導率を有する接着剤を用いることにより、接着剤による放熱性能の過度の低下を回避することができる。同様の観点から、上記特定の範囲の熱伝導率を有する接着剤を用いる場合には、回路基板とバスバーとの間に存在する接着剤の厚みが０．０５〜０．３ｍｍであることがより好ましい。

回路構成体には、使用中に発生する熱を効率よく放熱するための放熱体が設けられることがある。通常、放熱体は、回路基板とバスバーとの積層方向におけるバスバー側に設けられている。また、放熱体は、バスバーから電気的に絶縁されていなければならない。

例えば、放熱体付き回路構成体は、上記の態様の回路構成体と、回路構成体からの放熱を促進する放熱体とを有しており、
上記放熱体は、上記回路構成体の積層方向における上記バスバー側に配置され、上記回路構成体に機械的に締結されており、
上記回路構成体と上記放熱体との間に絶縁性を有する熱伝導部材が狭持されており、
該熱伝導部材は、上記回路構成体の外表面及び上記放熱体の外表面の両方に合致する形状に変形していてもよい。

従来の回路構成体は、上述したように剛性が不十分となりやすい。そのため、上記のように回路構成体と放熱体とを機械的に締結しようとすると、場合によっては放熱体を締結した際に回路構成体が撓む、あるいは、回路構成体の使用中に放熱体から離れる方向への反りが生じる等のトラブルが起こることが考えられる。そして、回路構成体の撓みや反りが過度に大きい場合には、熱伝導部材をバスバー及び放熱体に十分に密着させることができず、放熱性能の低下を招くおそれがある。

また、回路構成体に撓みや反りが生じた場合、回路基板に電子部品を実装するためのはんだに応力が生じるため、はんだにクラックが発生しやすくなる。このように、従来の回路構成体は、放熱性能の低下の回避及びはんだのクラックの抑制の観点から、上記の方法を採用することが困難であった。

これに対し、上記回路構成体は、上述したように高い剛性を有するため、締結時の撓みや使用中の反りを抑制することができる。それ故、機械的な締結によって上記熱伝導部材に十分に大きい圧力を加えることができ、熱伝導部材をバスバー及び放熱体の両方に合致する形状に変形させて両者に密着させることができる。その結果、上記放熱体付き回路構成体は、回路構成体と放熱体との間の熱抵抗を低減することができ、優れた放熱性能を有する。

また、上記放熱体付き回路構成体は、締結時の撓み等を抑制することにより、回路基板上のはんだに発生する応力を低減することができる。これにより、上記放熱体付き回路構成体は、はんだのクラックの発生を抑制することができる。

また、上記放熱体付き回路構成体は、上述したように、機械的な締結という簡素な方法により回路構成体に放熱体を組み付けることができるため、より優れた生産性を有する。

上記の場合において、熱伝導部材としては、２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有し、締結により弾性変形可能な部材を採用することが好ましい。また、上記熱伝導部材は、回路基板とバスバーとの間に狭持される前の状態における厚みが０．０５〜０．５ｍｍであることがより好ましい。かかる熱伝導部材としては、例えば、熱伝導シート、熱伝導グリース、熱伝導ゴム、熱伝導テープ等を採用することができる。

また、上記接着剤が２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有している場合には、上記熱伝導部材を用いない構成とすることもできる。即ち、放熱体付き回路構成体は、回路構成体と、放熱体とを有しており、該放熱体は、上記回路構成体の積層方向における上記バスバー側に配置され、上記回路構成体に機械的に締結されており、上記接着剤に当接していてもよい。

この場合には、接着剤により放熱体をバスバーから電気的に絶縁することができるため、上述した熱伝導部材を放熱体とバスバーとの間に設ける必要がなくなる。また、上記放熱体付き回路構成体は、接着剤の熱伝導率が高いため、放熱性能の低下を回避することができる。それ故、放熱体付き回路構成体は、優れた放熱性能を有すると共に、部品点数を低減することができる。

（実施例１）
上記回路構成体の実施例について、図を用いて説明する。図１〜図３に示すように、回路構成体１は、回路基板２と、複数のバスバー３と、電子部品４と、接着剤５とを有している。図２及び図３（ｄ）に示すように、回路基板２は厚み方向に貫通した開口部２１を有している。バスバー３は導体より構成されており、図１〜図３（ｄ）に示すように回路基板２に重ね合わされている。電子部品４は開口部２１を通じてバスバー３にはんだ付けされている。接着剤５は、図１及び図３（ｄ）に示すように、回路基板２とバスバー３とを接着すると共に、隣り合うバスバー３の隙間３１に充填されている。

バスバー３は、銅または銅合金より構成されている。本例のバスバー３は、例えば、銅板又は銅合金板に打ち抜き加工や曲げ加工等を適宜行うことにより作製することができる。

回路基板２は、厚み方向に貫通した開口部２１を複数有している。開口部２１は、図３に示すようにバスバー３上に配置されており、開口部２１内に電子部品４自体、あるいは電子部品４の端子を配置し、はんだ付けにより電子部品４をバスバー３に実装できるように構成されている。

開口部２１を通じてバスバー３に実装される電子部品４としては、例えば、機械式リレースイッチ４１や半導体スイッチング素子４２等のスイッチング素子が挙げられる。機械式リレースイッチ４１は、接点の切替を制御する切替信号を入力する制御端子４１１と、接点の切替状態に対応してバスバー３に電流を流す主端子４１２とを有している。図１及び図３（ｄ）に示すように、機械式リレースイッチ４１の本体部４１０は回路基板２上に載置されている。また、制御端子４１１は、図１に示すように回路基板２のランド２２にはんだ付けされている。主端子４１２は、図３（ｄ）に示すように開口部２１内に挿入され、バスバー３にはんだ付けされている。

また、半導体スイッチング素子４２としては、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等を用いることができる。図３（ｄ）に示すように、半導体スイッチング素子４２の本体部４２０は開口部２１内に配置されている。図には示さないが、半導体スイッチング素子４２のソース端子及びドレイン端子はバスバー３にはんだ付けされ、ゲート端子は回路基板２のランド２２にはんだ付けされている。

なお、本例の回路基板２上には、バスバー３にはんだ付けされる電子部品４の他にも電子部品が実装されている（図示略）。回路基板２上に実装される電子部品としては、例えば、抵抗、インダクタ、キャパシタ及びダイオード等が挙げられる。回路基板２上には、これらの電子部品により電力回路の一部である制御回路が構成されている。機械式リレースイッチ４１及び半導体スイッチング素子４２の駆動は、制御回路から出力された切替信号等により制御される。

本例の回路構成体１は、例えば、以下の方法により作製することができる。まず、回路基板２と、後に複数のバスバー３に分断されるバスバー中間体３００とを準備し、図３（ａ）に示すように両者を重ね合わせる。バスバー中間体３００は、銅板または銅合金板をプレス加工により打ち抜いて作製することができ、複数のバスバー３が連結部を介して一体に連なった構造を有している（図示略）。なお、図３においては、回路基板２とバスバー中間体３００との間の隙間３２を便宜上広く描いているが、実際には回路基板２とバスバー中間体３００とは当接しており、隙間３２は極めて狭い。

次に、図３（ｂ）に示すように、隣り合うバスバー３の間の隙間３１に未硬化の状態において液状を呈する液状接着剤５１を塗布する。液状接着剤５１の塗布は、例えば、ディスペンサ５２を用いた描画法により行うことができる。即ち、ディスペンサ５２を隙間３１に沿って移動させつつディスペンサ５２から液状接着剤５１を吐出させることにより、隙間３１内に液状接着剤５１を注入して塗布することができる。隣り合うバスバー３の間の隙間３１内に注入された液状接着剤５１は、回路基板２とバスバー３との間の隙間３２にも自然に進入する。

上述のようにディスペンサ５２を用いる方法に替えて、スクリーンマスクやメタルマスク等を用いたスクリーン印刷法により隙間３１に液状接着剤５１を塗布することも可能である。この場合には、隙間３１に対応した形状の開口部を有するマスクを用いることにより、隙間３１内に液状接着剤５１を塗布することができる。

その後、液状接着剤５１を加熱して硬化させる。これにより、図３（ｃ）に示すように、硬化した接着剤５により回路基板２とバスバー３とが接着されると同時に、接着剤５により隙間３１が充填される。

その後、図３（ｄ）に示すように電子部品４をバスバー３及び回路基板２に実装した後、バスバー中間体３００の連結部を切り離して複数のバスバー３を分離する。電子部品４の実装を行った後、必要に応じてバスバー３に曲げ加工を施しても良い。以上により回路構成体１を得ることができる。

（実施例２）
本例は、回路構成体１ｂと放熱体６との間に熱伝導部材７が介在している放熱体付き回路構成体１００の例である。図４に示すように、本例の放熱体付き回路構成体１００は、回路基板２と複数のバスバー３とが接着されてなる回路構成体１ｂと、放熱体６と、熱伝導部材７とを有している。なお、図４において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、特に説明の無い限り、実施例１と同様の構成要素等を示す。

本例の回路構成体１ｂは、回路基板２と複数のバスバー３とが接着剤５により接着されていると共に、隣り合うバスバー３の間の隙間３１が接着剤５により充填されている。また、バスバー３における隙間３１の周縁部のみが接着剤５に覆われている。また、接着剤５は、隙間３１の開口端面３１１よりも隆起している。かかる回路構成体１ｂは、実施例１と同様の方法において、液状接着剤５１の塗布量を多くすることにより作製することができる。

放熱体６は、回路基板２とバスバー３との積層方向におけるバスバー３側に配置されており、回路構成体１ｂに機械的に締結されている。本例においては、回路構成体１ｂに貫通孔（図示略）が設けられており、貫通孔に挿通されたネジ１２により、回路構成体１ｂと放熱体６とが機械的に締結されている。なお、本例においては、ネジ１２として、絶縁性樹脂よりなるネジを用いている。これにより、バスバー３と放熱体６とが電気的に絶縁されている。ネジ１２としては、セラミックス等の他の絶縁性材料よりなるネジを用いてもよい。また、ネジ１２として金属ネジを用いる場合には、バスバー３における、回路構成体１ｂの使用中に電流が流れない部分に上記貫通孔を設けることにより、バスバー３と放熱体６とを電気的に絶縁することができる。

熱伝導部材７は、バスバー３と放熱体６との間に狭持されている。本例の熱伝導部材７は、絶縁性を有すると共に、弾性変形可能に構成された熱伝導シートである。熱伝導部材７は、回路構成体１ｂと放熱体６との間に配置した状態で両者を締結することにより、バスバー３と放熱体６との間に狭持される。また、熱伝導部材７は、放熱体６の締結により、回路構成体１ｂと放熱体６との両方に密着するように変形している。

本例の放熱体付き回路構成体１００は、バスバー３における隙間３１の周縁部のみが接着剤５に覆われている。そのため、上記周縁部よりも内側において露出したバスバー３と熱伝導部材７とを直接接触させることができ、接着剤５を介さずにバスバー３から熱伝導部材７へ熱を伝達させることができる。その結果、放熱体付き回路構成体１００は、優れた放熱性能を有する。

（参考例１）
本例は、放熱体６と接着剤５ｃとが当接している放熱体付き回路構成体１０１の例である。図５に示すように、本例の放熱体付き回路構成体１０１は、回路基板２とバスバー３とが接着されてなる回路構成体１ｃと、放熱体６とを有している。

回路構成体１ｃは、回路基板２と複数のバスバー３とが接着剤５ｃにより接着されていると共に、隣り合うバスバー３の間の隙間３１が接着剤５ｃにより充填されている。また、回路構成体１ｃは、回路基板２とバスバー３との積層方向におけるバスバー３側の略全面を接着剤５ｃにより覆われている。また、接着剤５ｃは２．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有している。かかる回路構成体１ｃは、例えば、実施例１と同様の方法において、バスバー３の表面上にも液状接着剤を塗布することにより作製することができる。

放熱体６は、回路基板２とバスバー３との積層方向におけるバスバー３側に配置されている。また、放熱体６は、ネジ１２により回路構成体１ｃに機械的に締結され、接着剤５ｃと当接している。その他は実施例２と同様である。なお、図５において用いた符号のうち、実施例２において用いた符号と同一のものは、特に説明の無い限り、実施例２と同様の構成要素等を示す。

本例の放熱体付き回路構成体１０１は、接着剤５ｃにより放熱体６をバスバー３から電気的に絶縁することができるため、熱伝導部材７を放熱体６とバスバー３との間に設ける必要がなくなる。また、接着剤５ｃは高い熱伝導率を有するため、放熱性能の低下を回避することができる。それ故、放熱体付き回路構成体１０１は、優れた放熱性能を有すると共に、部品点数を低減することができる。

１、１ｂ、１ｃ 回路構成体
２ 回路基板
２１ 開口部
３ バスバー
３１ 隙間
４ 電子部品
５、５ｃ 接着剤

Claims (3)

1. 厚み方向に貫通した開口部を有する回路基板と、
   導体よりなり、上記回路基板に重ね合わされた複数のバスバーと、
   上記開口部を通じて上記バスバーにはんだ付けされた電子部品と、
   上記回路基板と上記バスバーとを接着すると共に、隣り合う上記バスバーの隙間に充填された接着剤とを有し、
   上記バスバーは、上記隙間の周縁部のみが上記接着剤に覆われていることを特徴とする回路構成体。
2. 上記接着剤は、上記隙間の開口端面よりも隆起していることを特徴とする請求項１に記載の回路構成体。
3. 請求項１または２に記載の回路構成体と、該回路構成体からの放熱を促進する放熱体とを有する放熱体付き回路構成体であって、
   上記放熱体は、上記回路構成体の積層方向における上記バスバー側に配置され、上記回路構成体に機械的に締結されており、
   上記回路構成体と上記放熱体との間に絶縁性を有する熱伝導部材が狭持されており、
   該熱伝導部材は、上記回路構成体の外表面及び上記放熱体の外表面の両方に合致する形状に変形していることを特徴とする放熱体付き回路構成体。

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