JP6322935B2 - 回路装置 - Google Patents

Description

本発明は、板状のバスバーを備えた回路装置に関する。

基部にバスバーを固定した半導体モジュールとしては、特許文献１に記載の半導体モジュールが知られている。特許文献１に記載の半導体モジュールは、冷却器（基部）にはバスバーが固定されており、半導体素子は、バスバーに実装されている。

特開２０１２−２８５５２号公報

ところで、回路装置においては、電流が流れるバスバーに加え、電流を流すことを目的としていない導体が設けられる場合がある。この場合、バスバーを流れる電流が、導体に流れないように、バスバーと導体との空間距離を長くすることが望まれている。

本発明の目的は、導体とバスバーとの空間距離を長くすることができる回路装置を提供することにある。

上記課題を解決する回路装置は、金属板と、前記金属板の一面に設けられる絶縁層と、前記絶縁層上に設けられる導体パターンと、を有する金属基板を備える回路装置であって、前記絶縁層及び前記導体パターン上には、板状のバスバーが設けられ、前記バスバーは、前記金属基板と対向する対向面と、前記対向面とは反対の面となる反対面と、を有し、前記対向面は、前記金属基板と接触する接触部と、前記接触部と前記反対面との間に位置する面の少なくとも一部に設けられるとともに前記金属基板から離間した離間部を有することを要旨とする。

これによれば、絶縁層を介さずに金属板からバスバーに至るまでの最短距離である空間距離が、離間部を設けない場合に比べて長くなる。なお、金属板は、放熱性を向上させるために設けられており、電流を流すことを目的としない導体である。したがって、導体とバスバーとの離間距離を長くすることができる。なお、バスバーが絶縁層及び導体パターン上に設けられているとは、バスバーが絶縁層及び導体パターンに接触している場合だけでなく、空間を空けて絶縁層及び導体パターン上に設けられているものや介在物を介して絶縁層及び導体パターン上に設けられているものも含む。

上記回路装置について、前記バスバーは、当該バスバーを前記金属基板に固定するための固定部材が挿通される挿通孔を有し、前記挿通孔の内周に前記離間部を有することが好ましい。

これによれば、挿入孔の開口面積は、対向面側の開口に比べて、反対面側の開口が小さくなる。このため、バスバーにおける固定部材の荷重を受ける受圧面積が少なくなることを抑制できる。金属板から挿通孔までの空間距離を長くするために、挿入孔全体の直径を大きくすると、反対面側の開口面積も大きくなり、受圧面積が小さくなる。バスバーの受圧面積が小さくなることを抑制することで、バスバーの一部に荷重が集中することを抑制することができる。

上記回路装置について、前記固定部材は、金属製であり、樹脂製のカラーを介して前記挿通孔に挿通されていることが好ましい。
これによれば、挿入孔の開口面積は、対向面側の開口に比べて、反対面側の開口が小さいため、カラーとバスバーとの接触面積が小さくなりにくい。このため、カラーの一部に荷重が集中することが抑制され、カラーが変形したり、破損することが抑制される。

上記回路装置について、前記固定部材は、樹脂製であることが好ましい。
これによれば、固定部材と、バスバーとの絶縁性を確保する必要がなく、カラーが不要になる。

上記課題を解決する回路装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に設けられるとともに、挿通孔を有するバスバーと、前記絶縁基板上に前記バスバーを固定する金属製の固定部材と、前記固定部材が挿入される樹脂性のカラーと、を備え、前記カラーを介して前記挿通孔に前記固定部材が挿通された回路装置であって、前記バスバーは、前記絶縁基板と対向する対向面と、前記対向面とは反対の面となる反対面と、を有し、前記対向面は、前記絶縁基板と接触する接触部と、前記接触部と前記反対面との間に位置する面の少なくとも一部に設けられるとともに前記絶縁基板から離間した離間部を有し、前記離間部は、前記挿通孔の内周に設けられることを要旨とする。

これによれば、固定部材からバスバーまでの空間距離を長くすることができる。なお、固定部材は、バスバーを回路装置に固定するために設けられており、電流を流すことを目的としない導体である。
上記回路装置について、前記カラーは、前記挿通孔に挿入されている挿入部を備え、前記挿入部の外面と前記挿通孔の内面との間に隙間を有することが好ましい。

本発明によれば、導体とバスバーとの空間距離を長くすることができる。

実施形態における電池モジュールを示す斜視図。 実施形態における電池モジュールを示す図１の２−２線断面図。 実施形態における回路装置を示す平面図。 実施形態における回路装置を示す図３の４−４線断面図。 比較例の回路装置を示す断面図。 回路装置の変形例を示す断面図。 回路装置の変形例を示す断面図。 回路装置の変形例を示す断面図。

以下、回路装置の一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、電池モジュール１０は、電池ホルダ１１に保持された電池セル１２（例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素蓄電池）が、複数並設されている。電池セル１２間には、伝熱プレート１３が設けられている。電池モジュール１０における並設方向両端には、エンドプレート１４が設けられている。

電池ホルダ１１は、載置板１５を保持している。載置板１５は、電池セル１２の端子が設けられた面と対向して配置されている。載置板１５上には、金属基板４１が設けられている。金属基板４１には、複数の電子部品２２が実装されている。電子部品２２は、例えば、ＦＥＴ（電解効果トランジスタ）などの半導体素子である。

図３に示すように、金属基板４１には、電子部品２２と接続されるバスバー５１が二つ設けられている。一方のバスバー５１は、一端が接続用ボルト２１によって電池セル１２と電気的に接続されるとともに他端が導体パターン４７を介して電子部品２２に接続されている。他方のバスバー５１は、一端が電池モジュール１０の制御を行う図示しない制御装置に接続されるとともに他端が導体パターン４７を介して電子部品２２に接続されている。各バスバー５１は、固定部材としてのボルト２３によって金属基板４１に固定されている。各バスバー５１は、ボルト２３によって２箇所が固定されている。それぞれの箇所で、ボルト２３の固定構造は同一である。本実施形態では、金属基板４１と、複数の電子部品２２と、各バスバー５１によって回路装置が構成されている。本実施形態の回路装置は、電池モジュール１０を制御する制御装置である。

図４に示すように、載置板１５は、載置板１５の厚み方向に貫通する載置板貫通孔３１を有している。載置板貫通孔３１は、内周面に、雌ねじが切ってある。
金属基板４１は、金属板４２の一面に絶縁層４３を有している。金属板４２は、金属基板４１の放熱性を向上させるための部材であり、電流を流すことを目的としない導体である。金属板４２における絶縁層４３が設けられた絶縁面４４とは反対側の面４５は、載置板１５に接合されている。金属板４２は、金属板４２の厚み方向に貫通する金属板貫通孔４６を有している。金属板４２は、金属板貫通孔４６が、載置板貫通孔３１と連通するように配置されている。絶縁層４３上には、所望の形状にパターニングされた導体パターン４７が接合されている。本実施形態では、金属板４２、絶縁層４３及び導体パターン４７によって金属基板４１が構成されている。絶縁層４３及び導体パターン４７上には、平板状のバスバー５１が接合されている。バスバー５１と電子部品２２は、この導体パターン４７によって電気的に接続されている。なお、絶縁層４３及び導体パターン４７は、実際には僅かな厚みであるが、説明の便宜上、図４では誇大して表現している。

バスバー５１は、厚み方向に貫通する挿通孔５２を有している。バスバー５１は、挿通孔５２と、金属板貫通孔４６及び載置板貫通孔３１とが連通するように配置されている。バスバー５１は、金属基板４１と対向する対向面５３に、金属基板４１と接触する接触部５４と、金属基板４１から離間した離間部５５を有している。

離間部５５は、接触部５４と、接触部５４とは反対側の面となる反対面５７との間に位置する面に設けられており、本実施形態では、接触部５４と反対面５７との間に位置する挿通孔５２の内周面に離間部５５が設けられている。

詳述すると、挿通孔５２の内周面は、接触部５４側の面が接触部５４に向かうにつれて孔径が大きくなるように傾斜している。この傾斜した面は、金属基板４１と対向しており、離間部５５に相当する。

挿通孔５２の開口面積は、接触部５４側の開口に比べて、反対面５７側の開口のほうが小さくなっている。すなわち、挿通孔５２は、接触部５４側に比べて反対面５７側の挿通孔５２の直径を小さくする縮径部を有していると捉えることもできる。なお、以降、挿通孔５２の内周面のうち、離間部５５とは異なる部分を縮径面５６とする。バスバー５１においては、接触部５４の面積よりも反対面５７の面積のほうが大きくなっている。

挿通孔５２には、カラー６１を介してボルト２３が挿通されている。カラー６１は、絶縁性の樹脂からなり、挿通孔５２に挿入される円筒状の挿入部６２と、挿入部６２の外周から円形状に拡がる台座６３とを有している。台座６３の周縁からは、円筒状の立設部６４が立設している。挿入部６２の外径は、挿通孔５２における縮径面５６が設けられた部分の直径よりも若干小さい。挿入部６２は、挿通孔５２に挿入されるとともに、台座６３は、バスバー５１における反対面５７と接触している。

ボルト２３は、カラー６１を介して挿通孔５２に挿通されるとともに、載置板１５に設けられた載置板貫通孔３１に螺合されている。ボルト２３の頭部２４は、ワッシャ２５を介して台座６３と接触しており、ボルト２３の締結力によって加わる荷重は、ボルト２３の頭部２４からワッシャ２５を介してカラー６１に加わっている。

次に、本実施形態の回路装置の作用について説明する。
電池セル１２が充放電を行うと、バスバー５１に電流が流れる。この際、バスバー５１に流れる電流が金属板４２に流れないように金属板４２とバスバー５１との空間距離（絶縁距離）を確保する必要がある。空間距離とは、絶縁層４３を介さずに、金属板４２からバスバー５１に至る最短距離のことであり、本実施形態では、金属板４２における絶縁面４４と、金属板貫通孔４６の内周面とが交わる角部４８から、バスバー５１の離間部５５までの最短距離ｄ１である。以下、比較例の回路装置１００について説明する。なお、以下の説明において、実施形態の回路装置と異なる部分のみ説明し、同一部分については同一符号を付して説明を割愛する。

図５に示すように、比較例の回路装置１００は、バスバー５１の対向面５３に離間部５５を有さず、対向面５３の全面が接触部５４となっている。すなわち、バスバー５１の挿通孔１０４は、全体に亘って同一の直径となっている。

金属基板４１においては、金属板４２の絶縁面４４は、絶縁層４３で覆われていることから、絶縁面４４と、絶縁面４４と金属板貫通孔４６の内周面とが交わる角部４８から、バスバー５１における対向面５３と、挿通孔１０４の内周面とが交わる角部１０２までの最短距離ｄ２が空間距離となる。離間部５５は、金属基板４１における絶縁面４４と、金属板貫通孔４６の内周面とが交わる角部４８に最も近いバスバー５１の角部に設けられることになる。

また、図５に破線で示すように、金属板４２からバスバー５１までの空間距離を長くするために、バスバー５１に設けられる挿通孔５２の直径を大きくすることで、空間距離を大きくすることも考えられる。しかしながら、この場合、挿通孔５２の直径を大きくした分だけ、カラー６１と、バスバー５１の反対面５７との接触面積（バスバー５１の受圧面積）が小さくなる。接触面積が小さくなると、カラー６１の一部にボルト２３からの荷重が集中し、カラー６１の変形や、破損を招くおそれがある。

本実施形態では、バスバー５１とカラー６１の接触面積を小さくすることなく、バスバー５１と金属板４２との間の空間距離を長くしている。
ところで、挿通孔５２をドリル等で形成する場合、挿通孔５２の周縁を滑らかにするために挿通孔５２の周縁を面取りする場合がある。この場合、バスバー５１の挿通孔５２の周縁に傾斜面が設けられる。本実施形態では、この傾斜面を離間部として機能させるべく傾斜面が金属基板４１と対向するようにバスバー５１を配置する。また、挿通孔５２における接触部５４側及び反対面５７側の両方の周縁が面取りされて、接触部５４側及び反対面５７側の両方に傾斜面が形成される場合は、接触部５４側の傾斜面の傾斜が反対面５７側の傾斜よりも緩やかになるようにする。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）バスバー５１に金属基板４１から離間する離間部５５を設けている。このため、バスバー５１と金属板４２との空間距離を長くすることができる。

（２）バスバー５１の挿通孔５２の内周面の一部を離間部５５としている。空間距離を長くするために、挿通孔５２の直径を大きくすると、カラー６１とバスバー５１との接触面積が小さくなり、バスバー５１の一部にボルト２３からの荷重が集中する。バスバー５１の一部に荷重が集中すると、バスバー５１の変形などを招く。本実施形態では、挿通孔５２の接触部５４側のみ直径を大きくすることで、バスバー５１の一部に荷重が集中することを抑制して、バスバー５１が変形することを抑制することができる。

（３）挿通孔５２の接触部５４側のみ直径を大きくすることで、カラー６１の一部に荷重が集中することを抑制しつつ、空間距離を長くすることができる。このため、カラー６１の変形や破損を抑制することができる。

（４）金属板４２に絶縁層４３を設けた金属基板４１ではなく、絶縁基板を用いれば、金属板４２とバスバー５１との空間距離を確保する必要はないが、金属基板４１は、絶縁基板に比べて放熱性が高い。このため、金属基板４１を用いることで、電子部品２２が発した熱を効率良く放熱することができる。

なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 図６に示すように、金属基板４１に代えて、絶縁性の材料からなる絶縁基板７１を用いてもよい。バスバー５１における対向面７２は、絶縁基板７１と対向している。対向面７２は、絶縁基板７１と接触する接触部７３と、絶縁基板７１から離間する離間部７４を有している。この場合、金属板４２が設けられないため、金属板４２とバスバー５１の空間距離を長くする必要はない。一方、金属製のボルト２３は、電流を流すことを目的としない導体であるため、金属製のボルト２３から絶縁体（カラー６１）を介さずにバスバー５１に至る空間距離を長くする必要がある。この場合であっても、実施形態と同様に、離間部７４を設けると、ボルト２３からカラー６１を介さずにバスバー５１に至る最短距離ｄ３が、離間部７４を設けない場合に比べて長くなる。

○ 図７に示すように、離間部５５は、バスバー５１の側面５９に設けられていてもよい。側面５９は、対向面５３と反対面５７との間に位置する面である。この場合、バスバー５１は、半田や、銀ペーストなど、導電性の接合材によって金属基板４１に接合されてもよい。また、この場合、側面５９が接触部５４と反対面５７を繋ぐ面となる。

○ 図８に示すように、離間部５５は、傾斜していなくてもよい。挿通孔５２は、第１の挿通孔８１と、第１の挿通孔８１よりも直径の大きい第２の挿通孔８２を連設して構成されている。第１の挿通孔８１は、反対面５７側に設けられ、第２の挿通孔８２は、対向面５３側に設けられている。第１の挿通孔８１の内周面と第２の挿通孔８２の内周面を繋ぐ離間部５５は、対向面５３と反対面５７の間の面に設けられており、金属基板４１と対向している。この場合、角部４８から第２の挿通孔８２の内周面までの最短距離ｄ４が空間距離となる。

○ ボルト２３は、樹脂製であってもよい。ボルト２３が樹脂製の場合には、ボルト２３には電流が流れないため、カラー６１を設けることなく、ボルト２３を直接バスバー５１の挿通孔５２に挿通することができる。したがって、ボルト２３の締結力は、ボルト２３の頭部２４から直接バスバー５１に加わる。

○ ボルト２３に代えて、固定部材として載置板貫通孔３１などの縁にかしめられるかしめ部材によってバスバー５１を金属基板４１に固定してもよい。
○ 回路装置は、電池モジュール１０の制御を行う制御装置に限られない。例えば、ＤＣＤＣコンバータを構成する回路装置であってもよい。

○ 金属基板４１と対向しない縮径面５６は、設けられていなくてもよい。すなわち、挿通孔５２の内周面全体を離間部５５としてもよい。
○ 金属基板４１は、導体パターン４７を有していなくてもよく、バスバー５１や、導線などで、バスバー５１と電子部品２２が接続されていてもよい。

○ 金属板貫通孔４６の内周に雌ねじを設けて、金属板貫通孔４６にボルト２３が螺合されるようにしてもよい。また、金属板貫通孔４６を挿通したボルト２３が螺合されるナットを設けて、このナットにボルト２３を螺合することで、ボルト２３を締結してもよい。

○ 接触部５４は、金属基板４１と直接接触していなくてもよく、接触部５４と金属基板４１との間に導電性の介在物が設けられていてもよい。
○ バスバー５１は、空間を空けて絶縁層４３及び導体パターン４７上に設けられていても、介在物を介して絶縁層４３及び導体パターン４７上に設けられていてもよい。すなわち、バスバー５１が絶縁層４３及び導体パターン４７上に設けられているとは、バスバー５１が絶縁層４３及び導体パターン４７に接触している場合に限らない。

○ 回路装置は、金属基板４１とバスバー５１とから構成されていてもよい。すなわち、電子部品２２が実装されていなくてもよい。

２３…ボルト、４１…金属基板、４２…金属板、４３…絶縁層、４４…絶縁面、５１…バスバー、５２…挿通孔、５３…対向面、５４…接触部、５５…離間部、５７…反対面、６１…カラー。

Claims (7)

1. 金属板と、
   前記金属板の一面に設けられる絶縁層と、を有する金属基板を備える回路装置であって、
   前記絶縁層上には、板状のバスバーが設けられ、
   前記バスバーは、前記金属基板と対向する対向面と、前記対向面とは反対の面となる反対面と、を有し、
   前記対向面は、前記金属基板と接触する接触部と、前記接触部と前記反対面との間に位置する面の少なくとも一部に設けられるとともに前記金属基板から離間した離間部を有し、
   前記離間部と前記金属基板との間には隙間が形成されていることを特徴とする回路装置。
2. 前記バスバーと前記金属板との間には、前記バスバーに流れる電流が前記金属板に流れないようにするための空間距離が確保されており、
   前記空間距離は、前記バスバーから前記絶縁層を介さずに前記金属板に至る最短距離であり、当該最短距離の経路は、前記隙間に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
3. 前記バスバーは、当該バスバーを前記金属基板に固定するための固定部材が挿通される挿通孔を有し、
   前記挿通孔の内周に前記離間部を有し、
   前記金属板は、当該金属板の厚み方向に貫通し、前記固定部材が挿通される金属板貫通孔を有し、
   前記金属板貫通孔の内径は、前記挿通孔の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回路装置。
4. 前記固定部材は、金属製であり、樹脂製のカラーを介して前記挿通孔に挿通されており、
   前記カラーは、前記挿通孔に挿入されている挿入部を備え、
   前記挿入部の外面と前記挿通孔の内面との間に隙間を有することを特徴とする請求項３に記載の回路装置。
5. 前記固定部材は、樹脂製であることを特徴とする請求項３に記載の回路装置。
6. 金属板と、
   前記金属板の一面に設けられる絶縁層と、
   前記絶縁層上に設けられる導体パターンと、を有する金属基板を備える回路装置であって、
   前記絶縁層及び前記導体パターン上には、板状のバスバーが設けられ、
   前記バスバーは、前記金属基板と対向する対向面と、前記対向面とは反対の面となる反対面と、を有し、
   前記対向面は、前記金属基板と接触する接触部と、前記接触部と前記反対面との間に位置する面の少なくとも一部に設けられるとともに前記金属基板から離間した離間部を有し、
   前記バスバーは、当該バスバーを前記金属基板に固定するための樹脂製の固定部材が挿通される挿通孔を有し、
   前記挿通孔の内周に前記離間部を有することを特徴とする回路装置。
7. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板上に設けられるとともに、挿通孔を有するバスバーと、
   前記絶縁基板上に前記バスバーを固定する金属製の固定部材と、
   前記固定部材が挿入される樹脂性のカラーと、を備え、前記カラーを介して前記挿通孔に前記固定部材が挿通された回路装置であって、
   前記バスバーは、前記絶縁基板と対向する対向面と、前記対向面とは反対の面となる反対面と、を有し、
   前記対向面は、前記絶縁基板と接触する接触部と、前記接触部と前記反対面との間に位置する面の少なくとも一部に設けられるとともに前記絶縁基板から離間した離間部を有し、
   前記離間部は、前記挿通孔の内周に設けられ、
   前記カラーは、前記挿通孔に挿入されている挿入部を備え、
   前記挿入部の外面と前記挿通孔の内面との間に隙間を有することを特徴とする回路装置。