JP6846161B2 - 負荷駆動装置、車両用灯具および負荷駆動装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、負荷駆動装置、車両用灯具および負荷駆動装置の製造方法に関する。
近年、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)の技術が発展し、家庭用照明器具や車両用灯具などの光源としてLEDが用いられるようになってきている。これらの灯具では、電源から供給される電圧をLEDの駆動に適した電圧に変換する必要があり、駆動回路中にDC/DCコンバータ等の電圧変換部が搭載されている。また、PWM(Pulse Width Modulation)制御等を用いてLEDの光量制御を実行する場合には、駆動回路中にPWM制御部が搭載されている。
このような電圧変換部やPWM制御部には、スイッチング素子やキャパシタ、コイル等が含まれており、駆動回路を動作させて負荷であるLEDを駆動する際に、回路部分から微弱な電磁波が発生してしまう。駆動回路から発生した電磁波は周囲に設けられた他の電子機器にノイズとして干渉する可能性があるため、回路全体を電磁波遮蔽のための金属シールドで覆う必要があった(例えば特許文献1)。
このような従来技術では、回路全体を金属シールドで覆うために装置の小型化が困難であるうえに、回路基板への金属シールド装着という工程が必要であり製造工程が煩雑になってしまう。そこで、回路のうち電磁波が発生する領域のみを金属シールドで覆い、小型化を図るものも提案されている。
図8は、電磁波発生源のみを金属シールドで覆う従来技術を示す回路図である。回路基板上には、負荷駆動装置である駆動部1と、駆動部1により駆動される負荷部2とが搭載されている。図8に示すように駆動部1は入力フィルタ11と、DC/DCコンバータ12と、制御回路13と、出力フィルタ14を備えている。
入力フィルタ11は、図示しない電源部に接続されて電力が供給され、DC/DCコンバータ12に電力を供給する回路部である。DC/DCコンバータ12は、入力フィルタ11から供給された直流の電圧を負荷部2に適する電圧に変換して出力フィルタ14に供給する電圧変換部である。図中でDC/DCコンバータ12を太枠で囲んでいるように、回路基板上においてDC/DCコンバータ12が実装されている領域の全体を金属シールドで覆って回路からの電磁波放出を遮蔽している。
制御回路13は、DC/DCコンバータ12から出力フィルタ14に供給される電流を検出して、電流値に応じてDC/DCコンバータ12をフィードバック制御する。出力フィルタ14はDC/DCコンバータ12から供給される直流を負荷部2に対して出力する。
負荷部2は、駆動部1が駆動する対象である負荷のLED21を備え、LED21が駆動されて発光する。
このように従来の負荷駆動回路では、DC/DCコンバータ12で変換された電圧により負荷部2のLED21が駆動され、金属シールドでDC/DCコンバータ12を覆うことで、DC/DCコンバータ12が動作することにより発生する電磁波が外部に漏洩することを防止している。
特開2012?204168号公報
近年では、回路基板の高密度化のために各種電子部品として表面実装型のものを採用し、リフロー炉で一括して回路基板上に実装することが多くなっている。
リフロー工程後に金属シールドを回路基板に実装する場合には、金属シールドの回路基板への接続は挿入実装型となる。図9は、回路基板への金属シールドの挿入実装の状態を示す図面代用写真であり、図9(a)は良品を示し、図9(b)は不良品を示している。
図9に示すように、回路基板に設けられたスルーホールに、金属シールドと一体に形成された端子を挿入して、半田付けにより金属シールドが回路基板に実装されている。このような挿入実装型の半田付けのためには、半田付け装置やフロー半田、手作業による半田付けなどの工程が必要であり、製造工程の簡略化が困難である。また、半田付けの作業時に大面積の金属シールドに熱が逃げるために、図9(b)に示すようにスルーホールへの半田這い上がりが悪化して接続不良の歩留まりが悪化するという問題があった。
リフロー工程と同時に金属シールドを回路基板に実装する場合には、金属シールドが電磁波発生源を覆っているので、半田外観検査装置を用いて画像認識により各電子部品のハンダ接続状態を検査することが不可能となる。
また、金属シールドで覆った領域に熱がこもって電子部品の温度が上昇するため、金属シールドのサイズを小型化することも限界があった。
そこで本発明は、製造工程の簡略化を図りながら、電磁波発生源からの電磁波を良好に遮蔽することが可能な負荷駆動装置、車両用灯具および負荷駆動装置の製造方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために本発明の負荷駆動装置は、負荷である半導体光源を備えた車両用灯具に対して電力を供給して駆動する負荷駆動装置であって、基板上に搭載された複数の電子部品と、天面に開口部が設けられた遮蔽ケースを備え、前記複数の電子部品は電磁波発生源を含み、前記電磁波発生源は、スイッチング素子またはコイルを含む電圧変換部であり、前記複数の電子部品の端子部は前記基板上のランドに半田付けされており、前記遮蔽ケースは前記複数の電子部品を一括して囲んで配置されて、前記天面は前記スイッチング素子または前記コイルの略全面を覆い、前記開口部は前記電子部品の端子部よりも大きく、上面視において前記開口部から前記端子部が露出して前記スイッチング素子または前記コイルの端子部が視認可能であることを特徴とする。
このような本発明の負荷駆動装置では、製造工程の簡略化を図りながら、電磁波発生源からの電磁波を良好に遮蔽することが可能となる。
また本発明の一態様では、前記遮蔽ケースは、前記基板に設けられた接地電位に電気的に接続されている。
また本発明の一態様では、前記遮蔽ケースは金属製であり、前記基板上に表面実装されている。
上記課題を解決するために本発明の負荷駆動装置の製造方法は、負荷である半導体光源を備えた車両用灯具に対して電力を供給して駆動する負荷駆動装置の製造方法であって、 基板上に電磁波発生源を含む複数の電子部品を搭載する工程と、前記基板上のランドに前記複数の電子部品の端子部を半田付けする工程と、前記複数の電子部品を一括して囲んで、前記電子部品の端子部よりも大きな開口部が天面に設けられた遮蔽ケースを前記基板上に搭載する工程とを有し、前記電磁波発生源は、スイッチング素子またはコイルを含む電圧変換部であり、前記天面は前記スイッチング素子または前記コイルの略全面を覆うとともに、上面視において前記開口部から前記端子部が露出して前記スイッチング素子または前記コイルの端子部が視認可能であることを特徴とする。
このような本発明の負荷駆動装置の製造方法では、製造工程の簡略化を図りながら、電磁波発生源からの電磁波を良好に遮蔽することが可能となる。
また本発明の一態様では、前記遮蔽ケースが表面実装型であり、前記電子部品と前記遮蔽ケースを前記基板上に搭載する工程は、リフロー炉で一括して実行される。
本発明では、製造工程の簡略化を図りながら、電磁波発生源からの電磁波を良好に遮蔽することが可能な負荷駆動装置、車両用灯具および負荷駆動装置の製造方法を提供することができる。
第1実施形態における負荷駆動装置100を示す模式図である。 負荷駆動装置100のうち遮蔽ケース103のサンプル1が搭載された領域を拡大して示す模式図である。 負荷駆動装置100の遮蔽ケース103の形状を変更した例を示す模式図であり、図3(a)は比較例を示し、図3(b)はサンプル2を示し、図3(c)はサンプル3を示している。 負荷駆動装置100の遮蔽ケース103の形状を変更した例を示す模式図であり、図4(d)はサンプル4を示し、図4(e)はサンプル5を示し、図4(f)はサンプル6を示している。 負荷駆動装置100の遮蔽ケース103の形状を変更した例を示す模式図であり、図5(g)はサンプル7を示し、図5(h)はサンプル8を示している。 遮蔽ケース103の種類によるノイズ低減効果を周波数帯域毎に示すグラフである。 遮蔽ケース103の種類による全体のノイズ低減効果を示すグラフである。 電磁波発生源のみを金属シールドで覆う従来技術を示す回路図である。 回路基板への金属シールドの挿入実装の状態を示す図面代用写真であり、図9(a)は良品を示し、図9(b)は不良品を示している。
(第1実施形態)
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図1は、本実施形態における負荷駆動装置100を示す模式図である。
負荷駆動装置100は、回路基板101上にソケット部102と、遮蔽ケース103と、複数の電子部品104が実装されている。回路基板101は表面に図示しない回路配線がプリントされた基板であり、例えばガラスエポキシ樹脂等で構成されている。ソケット部102は回路基板101上の回路配線に電気的に接続された部品であり、図示しないプラグが接続されることで負荷駆動装置100の外部の電源や負荷との電気的な接続が確保される。ソケット部102にプラグが接続されることで、電源から負荷駆動装置100に対して電力が供給されるとともに、駆動対象である負荷に適切な電圧と電流が出力されて負荷が駆動される。負荷としては例えばLEDを光源とした照明装置が挙げられる。
遮蔽ケース103は、回路基板101上に搭載された金属製のシールドカバーであり、回路基板101に設けられた接地電位のランドに表面実装されている。図1に示すように遮蔽ケース103は略矩形状をなしており、外周を囲む側壁と天面103aから構成されており、天面103aには開口部103bが形成されている。遮蔽ケース103が実装される領域には、回路基板101上に複数の電子部品104が実装されており、遮蔽ケース103の開口部103bから当該領域に実装された電子部品104の一部が目視可能となっている。
電子部品104は、抵抗やコンデンサ、IC(Integrated Circuit)等の各種電子素子である。電子部品104は表面実装型の素子であり、端子部104a,104bがリフロー半田によって回路基板101に設けられたランドに表面実装されて、負荷駆動装置100の回路を構成している。回路基板101上に形成された回路配線と電子部品104により構成される駆動回路としては、例えば図8に示したLED駆動回路等が挙げられる。
図2は、本実施形態の負荷駆動装置100のうち遮蔽ケース103のサンプル1が搭載された領域を拡大して示す模式図である。回路基板101上に搭載された電子部品104のうち、DC/DCコンバータ等の電圧変換部は動作に伴って電磁波を発生しやすい電磁波発生源であり、電磁波発生源が搭載された領域には遮蔽ケース103が搭載されている。電磁波発生源であるDC/DCコンバータには、電子部品104の一種であるコイル105やスイッチング素子106が含まれており、これらの電子部品104やコイル105、スイッチング素子106は、それぞれの端子部104a,104b,105a,105b,106a,106bで回路基板101上に表面実装されている。
図2に示すように、遮蔽ケース103の天面103aは、上面視したときに少なくとも電磁波発生源であるDC/DCコンバータの一部を覆っており、開口部103bから電子部品104やコイル105、スイッチング素子106の端子部104a,104b,105a,105b,106a,106bが視認可能となっている。天面103aはコイル105とスイッチング素子106の直上部分は少なくとも一部を覆うように形成されているが、他の電子部品104については素子直上を天面103aで覆わずに開口部103bから露出させてもよい。
本実施形態の遮蔽ケース103のサンプル1では、コイル105やスイッチング素子106を覆う天面103aの幅を他の領域よりも広くして、コイル105やスイッチング素子106から放出される電磁波を効率的に吸収するように設計している。この場合、コイル105やスイッチング素子106の端子部105a,105b,106a,106bは開口部103bから視認可能にしながらも、可能な限りコイル105やスイッチング素子106を覆う天面103aの面積を大きくし、コイル105やスイッチング素子106の略全面を覆う形状に天面103aを形成することが好ましい。
本実施形態の負荷駆動装置の製造方法としては、はじめに回路基板101にランドを含む回路配線を形成し、電子部品104、コイル105およびスイッチング素子106を回路基板上に配置する。次に、コイル105およびスイッチング素子106を含むDC/DCコンバータの領域上に遮蔽ケース103を配置する。最後に、遮蔽ケース103、電子部品104、コイル105およびスイッチング素子106を一括してリフロー炉で半田付けし、回路基板101上に遮蔽ケース103、電子部品104、コイル105およびスイッチング素子106を搭載して電気的に接続する。
遮蔽ケース103は、回路基板101のDC/DCコンバータ領域を囲むように設けられたケース用ランド(図2中では省略)に、遮蔽ケース103の側壁底面がリフロー半田付けされることで位置決めされる。したがって、遮蔽ケース103の外形を構成する側壁が正確にDC/DCコンバータの周囲に位置決めされて、天面103aで覆う領域と開口部103bから視認可能な領域も正確に位置合わせして遮蔽ケース103が回路基板101上に実装される。
本実施形態では、遮蔽ケース103が天面103aと開口部103bを備えており、天面103aで電磁波発生源のコイル105、スイッチング素子106の直上を覆っている。これにより、コイル105やスイッチング素子106から発生する電磁波は天面103aによって吸収され、回路基板101の接地電位に放電されるため、電磁波発生源から発生した電磁波を遮蔽して外部への漏洩を抑制できる。また、開口部103bから電子部品104やコイル105、スイッチング素子106の端子部104a,104b,105a,105b,106a,106bが視認可能なため、半田外観検査装置を用いて端子部104a,104b,105a,105b,106a,106bの接続状態を確認できる。
また、遮蔽ケース103、電子部品104、コイル105およびスイッチング素子106を一括してリフロー炉で回路基板101に実装するので、挿入実装型の半田付け工程を別途設ける必要がなく製造工程の簡略化を図ることができる。
さらに、遮蔽ケース103には開口部103bが形成されているため、遮蔽ケース103が覆う電磁波発生源のDC/DCコンバータで発生する熱が良好に外部に放熱できる。これにより、遮蔽ケース103を小型化しても、遮蔽ケース103内に熱がこもって電子部品104の温度が上昇することを防止できる。
上述したように、本実施形態の負荷駆動装置100およびで負荷駆動装置100の製造方法は、製造工程の簡略化を図りながら、電磁波発生源からの電磁波を良好に遮蔽することが可能となる。
(第2実施形態)
次に本発明の第2実施形態について説明する。第1実施形態と重複する部分についての説明は省略する。図3〜図5は、負荷駆動装置100の遮蔽ケース103の形状を変更した例を示す模式図である。図3(a)は比較例を示し、図3(b)はサンプル2を示し、図3(c)はサンプル3を示している。
図3(a)に示した比較例では遮蔽ケース103を設けておらず、回路基板101上に表面実装された電子部品104、コイル105、スイッチング素子106と、遮蔽ケース103を搭載するためのケース用ランド110が露出している。よって、全ての端子部104a,104b,105a,105b,106a,106bの接続状態を半田外観検査装置で検査可能である。
図3(b)に示したサンプル2では、遮蔽ケース103が側壁部のみで天面103aを設けず上面全体が開口部103bの形状となっている。よって、開口部103bから全ての端子部104a,104b,105a,105b,106a,106bが露出しており、接続状態を半田外観検査装置で検査可能である。
図3(c)に示したサンプル3では、遮蔽ケース103が側壁部と十字形状の天面103aを有する形状となっている。このサンプル3では、天面103aがコイル105およびスイッチング素子106の直上を覆っていない。また、開口部103bから全ての端子部104a,104b,105a,105b,106a,106bが露出しており、接続状態を半田外観検査装置で検査可能である。天面103aの幅は、一例として1mm程度である。
図4(d)に示したサンプル4では、遮蔽ケース103が側壁部と複数の梁状の天面103aを有する形状となっている。このサンプル4では、天面103aがコイル105およびスイッチング素子106を一部分だけ覆っている。また、開口部103bから全ての端子部104a,104b,105a,105b,106a,106bが露出しており、接続状態を半田外観検査装置で検査可能である。天面103aの幅は、一例として1mm程度である。
図4(e)に示したサンプル5では、遮蔽ケース103が側壁部と複数の梁状の天面103aを有する形状となっている。このサンプル5では、天面103aがコイル105およびスイッチング素子106を一部分だけ覆っている。また、開口部103bから全ての端子部104a,104b,105a,105b,106a,106bが露出しており、接続状態を半田外観検査装置で検査可能である。天面103aの幅は、サンプル4よりも太く形成されており、一例として2mm程度である。
図4(f)に示したサンプル6では、遮蔽ケース103が側壁部と複数の梁状の天面103aを有し、コイル105上の面積を大きくした形状となっている。このサンプル6では、天面103aがコイル105の略全面およびスイッチング素子106の一部分を覆っている。また、開口部103bから全ての端子部104a,104b,105a,105b,106a,106bが露出しており、接続状態を半田外観検査装置で検査可能である。
図5(g)に示したサンプル7では、遮蔽ケース103が側壁部と複数の梁状の天面103aを有し、コイル105およびスイッチング素子106上の面積を大きくした形状となっている。このサンプル7では、天面103aがコイル105およびスイッチング素子106の略全面を覆っている。また、端子部104a,104b,105a,105b,106a,106bの一部が天面103aで覆われており、接続状態を半田外観検査装置で検査できない端子が存在する。
図5(h)に示したサンプル8では、遮蔽ケース103が側壁部と天面103aで構成されており、開口部103bが形成されていない。このサンプル8では、電子部品104、コイル105、スイッチング素子106、端子部104a,104b,105a,105b,106a,106bの全てが天面103aで覆われており、接続状態を半田外観検査装置で検査できない。
図6は、遮蔽ケース103の種類によるノイズ低減効果を周波数帯域毎に示すグラフである。図6の縦軸は負荷駆動装置100の外部に放出される電磁波のレベルを表し、横軸は電磁波の周波数を表している。グラフ中に破線で示しているのは図3(a)に示した比較例であり、実線で示したプロットは、ノイズレベルが高い方から順に図4(d)に示したサンプル4、図5(h)に示したサンプル8、第1実施形態で図2に示したサンプル1である。
図7は、遮蔽ケース103の種類による全体のノイズ低減効果を示すグラフである。図7の縦軸は平均ノイズレベルを表し、横軸は左から比較例、サンプル2〜8、サンプル1を表している。
図6,7から、遮蔽ケース103を用いない比較例よりも、遮蔽ケース103を用いた全てのサンプルでノイズレベルを低減できていることがわかる。しかしサンプル2,3では、コイル105とスイッチング素子106の一部を天面103aで覆わないため、ノイズレベル低減が十分では無い。サンプル4〜8とサンプル1では、コイル105とスイッチング素子106の少なくとも一部を天面103aで覆っており、十分にノイズレベルが低減している。また、コイル105とスイッチング素子106を覆う天面103aの面積が大きいほどノイズレベル低減の効果が大きい傾向がみられる。
サンプル7,8では、ノイズレベル低減の効果は最大となっているが、天面103aの面積が大きすぎてコイル105とスイッチング素子106の端子部105a,105b,106a,106bの一部を覆い、半田外観検査装置での視認が不可能になっている。それに対して、サンプル1ではコイル105とスイッチング素子106の略全面を天面103aが覆いながらも、コイル105とスイッチング素子106の端子部105a,105b,106a,106bが開口部103bから露出しているので、半田外観検査装置での視認も可能である。また、サンプル1のノイズレベル低減は、開口部103bを設けず天面103aで上面全体を覆うサンプル8と同程度となっており、最良のノイズレベル低減と半田外観検査装置が可能という効果を両立できている。
本実施形態の負荷駆動装置100およびで負荷駆動装置100の製造方法でも、製造工程の簡略化を図りながら、電磁波発生源からの電磁波を良好に遮蔽することが可能となる。
(第3実施形態)
次に本発明の第3実施形態について説明する。第1実施形態と重複する部分についての説明は省略する。本実施形態では、負荷駆動装置100を車両用灯具に用い、駆動する負荷としてLEDや有機EL、半導体レーザなどの半導体光源を採用する。
負荷駆動装置100は、遮蔽ケース103が天面と開口部を有していることで遮蔽ケース103が覆う電磁波発生源に熱がこもらず、車両用灯具のように比較的高温な環境下で用いられる場合にも放熱性が良好である。また、放熱性を維持したまま遮蔽ケース103の小型化を図ることも可能である。また、遮蔽ケース103により負荷駆動装置100からの電磁波放出を良好に遮蔽できるので、車載ラジオ機器等への電磁波ノイズの干渉を抑制することが可能となる。
(第4実施形態)
次に本発明の第4実施形態について説明する。第1実施形態と重複する部分についての説明は省略する。第1実施形態では、負荷駆動装置100の電磁波発生源としてスイッチング素子またはコイルを含む電圧変換部を示したが、電圧変換部に限定されず電磁波が発生する電子部品であれば他の回路部であってもよい。
他の電磁波発生源としては例えば、負荷であるLEDを駆動制御するPWM制御部などのデジタル回路や、モータ等を駆動するインバータ回路、電源回路などが挙げられる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
100…負荷駆動装置
101…回路基板
102…ソケット部
103…遮蔽ケース
103a…天面
103b…開口部
104…電子部品
104a,104b,105a,105b,106a,106b…端子部
105…コイル
106…スイッチング素子
110…ケース用ランド

Claims (5)

  1. 負荷である半導体光源を備えた車両用灯具に対して電力を供給して駆動する負荷駆動装置であって、
    基板上に搭載された複数の電子部品と、
    天面に開口部が設けられた遮蔽ケースを備え、
    前記複数の電子部品は電磁波発生源を含み、
    前記電磁波発生源は、スイッチング素子またはコイルを含む電圧変換部であり、
    前記複数の電子部品の端子部は前記基板上のランドに半田付けされており、
    前記遮蔽ケースは前記複数の電子部品を一括して囲んで配置されて、前記天面は前記スイッチング素子または前記コイルの略全面を覆い、
    前記開口部は前記電子部品の端子部よりも大きく、上面視において前記開口部から前記端子部が露出して前記スイッチング素子または前記コイルの端子部が視認可能であることを特徴とする負荷駆動装置。
  2. 請求項1に記載の負荷駆動装置であって、
    前記遮蔽ケースは、前記基板に設けられた接地電位に電気的に接続されていることを特徴とする負荷駆動装置。
  3. 請求項1または2に記載の負荷駆動装置であって、
    前記遮蔽ケースは金属製であり、前記基板上に表面実装されていることを特徴とする負荷駆動装置。
  4. 負荷である半導体光源を備えた車両用灯具に対して電力を供給して駆動する負荷駆動装置の製造方法であって、
    基板上に電磁波発生源を含む複数の電子部品を搭載する工程と、
    前記基板上のランドに前記複数の電子部品の端子部を半田付けする工程と、
    前記複数の電子部品を一括して囲んで、前記電子部品の端子部よりも大きな開口部が天面に設けられた遮蔽ケースを前記基板上に搭載する工程とを有し、
    前記電磁波発生源は、スイッチング素子またはコイルを含む電圧変換部であり、
    前記天面は前記スイッチング素子または前記コイルの略全面を覆うとともに、上面視において前記開口部から前記端子部が露出して前記スイッチング素子または前記コイルの端子部が視認可能であることを特徴とする負荷駆動装置の製造方法。
  5. 請求項に記載の負荷駆動装置の製造方法であって、
    前記遮蔽ケースが表面実装型であり、
    前記電子部品と前記遮蔽ケースを前記基板上に搭載する工程は、リフロー炉で一括して実行されることを特徴とする負荷駆動装置の製造方法。
JP2016211746A 2016-10-28 2016-10-28 負荷駆動装置、車両用灯具および負荷駆動装置の製造方法 Active JP6846161B2 (ja)

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