JPWO2018038030A1 - 導電部材、回路構成体、及び、導電部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

貫通孔１１Ａを有するバスバー１１と、バスバー１１に固定されている金属部材１３と、を備えた導電部材であって、金属部材１３は、貫通孔１１Ａに挿通されている軸部１３と、軸部１３の一方の端部に貫通孔１１Ａの孔径より大きい外径を有する第１の頭部１３Ａと、を備える導電部材２Ａ。金属部材１３が第１の頭部１３Ａを有しているので、従来のように第１の頭部１３Ａを有していない場合に比べて金属部材１３の熱容量を大きくすることができる。これにより、簡素な構成で導電部材２Ａの放熱性をより向上させることができる。

Description

本明細書で開示する技術は、導電部材、回路構成体、及び、導電部材の製造方法に関する。

従来、バスバーに固定されている金属部材を備える導電部材が知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、特許文献１に記載の回路構成体はバスバーに貫通孔が形成されており、その貫通孔にインレイ部品（金属部材に相当）を圧入することにより、簡素な構成で回路構成体の熱を放熱するようにしている。

特開２０１５−４７０３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の回路構成体は放熱性を向上させる上で改善の余地があった。
本明細書では、簡素な構成で回路構成体の放熱性をより向上させる技術を開示する。

本明細書で開示する導電部材は、貫通孔を有するバスバーと、前記バスバーに固定されている金属部材と、を有する導電部材であって、前記金属部材は、前記貫通孔に挿通されている軸部と、前記軸部の一方の端部に前記貫通孔の孔径より大きい外径を有する第１の頭部と、を有する。
上記の導電部材によると、金属部材が第１の頭部を有しているので、従来のように第１の頭部を有していない場合に比べて金属部材の熱容量を大きくすることができる。これにより、簡素な構成で導電部材の放熱性をより向上させることができる。

また、前前記バスバーは銅合金から構成され、前記金属部材は純銅から構成されてもよい。
例えばバスバーを純銅によって形成すると、熱伝導率及び導電率を向上させることができる反面、銅合金に比べてリーク特性が悪化してしまうことが懸念される。上記の導電部材によると、バスバーを銅合金によって形成する一方、金属部材を純銅によって形成するので、リーク特性の悪化を抑制しつつ熱伝導率及び導電率を向上させることができる。

また、前記軸部の他方の端部には、前記貫通孔の孔径より大きい外径を有する第２の頭部が設けられていてもよい。
上記の導電部材によると、金属部材をバスバーに強固に固定することができる。

また、前記バスバーは、前記第１の頭部と接触する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、前記バスバーの前記第２面には、前記貫通孔の孔縁部の周囲に、前記貫通孔の孔径よりも大きな孔径を有する座繰り孔が設けられており、前記第２の頭部が前記座繰り孔に収容されていてもよい。
上記の導電部材によると、金属部材の第２の頭部の先端面とバスバーの第２面とをほぼ面一にすることが可能になるので、第２の頭部の先端面とバスバーの第２面とを伴にヒートシンクの平坦面に面接触させることができる。これにより導電部材の放熱性をより向上させることができる。

また、前記バスバーは、前記第１の頭部と接触する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、前記第１面に形成された凸部と前記第２面のうち前記凸部に対応する位置に形成された凹部とによって前記バスバーには段部が形成されており、前記第１の頭部が前記凹部に収容されていてもよい。
上記の導電部材によると、金属部材の第１の頭部の先端面とバスバーの第１面とをほぼ面一にすることが可能になるので、第１の頭部の先端面とバスバーの第１面とを伴にヒートシンクの平坦面に面接触させることができる。このようにすると軸部の先端面をヒートシンクに面接触させる場合に比べて金属部材とヒートシンクとの接触面積を大きくすることができるので、導電部材の放熱性をより向上させることができる。

また、本明細書で開示する回路構成体は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の導電部材と、前記第１の頭部が収容される開口を有する回路基板と、を備え、前記第１の頭部が前記開口に収容された状態で前記バスバーが前記回路基板に重ねられて接着されている。
上記の回路構成体によると、簡素な構成で回路構成体の放熱性をより向上させることができる。

また、本明細書で開示する回路構成体は、請求項５に記載の導電部材と、前記凸部が収容される開口を有する回路基板と、を備え、前記凸部が前記開口に収容された状態で前記バスバーが前記回路基板に重ねられて接着されている。
上記の回路構成体によると、簡素な構成で回路構成体の放熱性をより向上させることができる。

また、前記金属部材に電子部品の端子が接続されていてもよい。
上記の回路構成体によると、電子部品の熱を、金属部材を用いて放熱させることができる。

また、本明細書で開示する導電部材の製造方法は、貫通孔を有するバスバーと、軸部の一方の端部に前記貫通孔の孔径よりも大きな外径を有する第１の頭部が形成された金属製のリベットと、を備えた導電部材の製造方法であって、前記軸部を前記貫通孔に挿入する挿入工程と、前記軸部の他方の端部をかしめて前記バスバーに固定する固定工程と、を含む。
上記の製造方法によると、簡素な構成で導電部材の放熱性をより向上させつつ金属部材をバスバーに固定することができる。

また、本明細書で開示する導電部材の製造方法は、貫通孔を有するバスバーと、軸部の一方の端部に前記貫通孔の孔径よりも大きな外径を有する第１の頭部が形成された金属製のリベットと、を備えた導電部材の製造方法であって、前記軸部を前記貫通孔に圧入する圧入工程を含む。
上記の製造方法によると、簡素な構成で導電部材の放熱性をより向上させつつ金属部材をバスバーに固定することができる。

本明細書で開示する技術によれば、簡素な構成で導電部材の放熱性をより向上させることができる。

実施形態１に係る回路構成体の一部の上面図 図１に示すＡ−Ａ線の断面図 回路基板の一部の上面図 バスバーの一部の上面図 金属部材を下から見た正面図 電子部品及び金属部材の斜視図 実施形態２に係る回路構成体の一部の上面図 図７に示すＢ−Ｂ線の断面図 金属部材の斜視図

＜実施形態１＞
実施形態１を図１ないし図６によって説明する。以降の説明において、Ｚ方向を上方とし、Ｙ方向を前方とし、Ｘ方向を右方とする。

（１）回路構成体
図１及び図２に示すように、回路構成体１は回路基板１０（図１、図２）、回路基板１０に重ねられた複数（本実施形態では２つ）の導電部材２Ａ，２Ｂ（図２）、回路基板１０の上面に実装されている電子部品１５（図１、図２）、絶縁放熱シート（図示せず）、ヒートシンク１６（図２）などを備えている。

回路基板１０は板状のプリント回路基板であり、絶縁性材料からなる絶縁板の上面に銅箔等の導電性材料からなる導電路（図示せず）がプリント配線されている。図３に示すように、回路基板１０には後述する金属部材１３，１４の第１の頭部１３Ａ，１４Ａ（図２）が収容される開口１７が形成されている。開口１７は長方形状の開口１７Ａと長方形状の開口１７Ｂとを結合した形状に形成されている。開口１７Ａと開口１７Ｂとは金属部材１３，１４の第１の頭部１３Ａ，１４Ａの大きさに応じて異なる大きさとなっている。

図２に示すように、導電部材２Ａはバスバー１１と金属部材１３とを備えている。また、導電部材２Ｂはバスバー１２と金属部材１４とを備えている。バスバー１１，１２は銅合金製であり、金属部材１３，１４は純度９９．９％以上の純銅製である。本実施形態では、バスバー１１，１２の上面が第１面とされ、下面が第２面とされる。
図４に示すように、２枚のバスバー１１，１２はそれぞれ回路基板１０の異なる領域に互いに隙間を空けて配されている。バスバー１１，１２は銅合金製の板材をプレス機により所定の形状に打ち抜いて形成されたものであり、それぞれ円形の貫通孔１１Ａ，１２Ａが形成されている。また、図２に示すように、各バスバー１１，１２の回路基板１０とは逆側を向く面（第２面）には貫通孔１１Ａ，１２Ａを囲むように環状の座繰り孔１１Ｂ，１２Ｂが形成されている。

なお、バスバー１１，１２には、例えば、外部の車載電装品や車両のモータ等の負荷を駆動させるための比較的大きな電流が通電し、回路基板１０には制御回路を動かすための比較的小さな制御電流が通電する。

次に、金属部材１３，１４について説明する。金属部材１３，１４の構成は実質的に同一であるのでここでは金属部材１３を例に説明する。
図２及び図５に示すように、金属部材１３はバスバー１１の上側を向く板面に面接触する接触面１３Ｄ（図２、図５）を有する略正方形状の第１の頭部１３Ａと、第１の頭部１３Ａの接触面１３Ｄから略垂直に延びている円柱状の軸部１３Ｂ（図２）と、軸部１３Ｂの先端部に設けられている円板状の第２の頭部１３Ｃ（図２、図５）とを有している。換言すると、軸部１３Ｂの一方の端部には第１の頭部１３Ａが形成されており、軸部１３Ｂの他方の端部には第２の頭部１３Ｃが形成されている。

図２に示すように、軸部１３Ｂの外径はバスバー１１の貫通孔１１Ａの孔径よりわずかに小さくなっている。一方、第１の頭部１３Ａの外径及び第２の頭部１３Ｃの外径は貫通孔１１Ａの孔径より大きくなっている。また、金属部材１３の第２の頭部１３Ｃの厚さ（上下方向の幅）はバスバー１１の座繰り孔１１Ｂの深さ（上下方向の幅）と略一致している。

詳しくは後述するが、バスバー１１に取り付けられる前の金属部材１３には第２の頭部１３Ｃが形成されておらず、第２の頭部１３Ｃが形成されていない軸部１３Ｂが貫通孔１１Ａに挿入されてかしめられることによって第２の頭部１３Ｃが形成されている。バスバー１１に取り付けられる前の金属部材１３、すなわち軸部１３Ｂに第２の頭部１３Ｃが形成されていない金属部材１３はリベットの一例である。

電子部品１５は、例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体スイッチング素子からなり、通電電流に応じて発熱する発熱部品である。図６に示すように、電子部品１５は箱型のパッケージを有する本体１５Ａと複数の端子１５Ｂとを備えている。また、本体１５Ａの下面には図示しない台座状の端子が設けられている。
複数の端子１５Ｂは、バスバー１２に固定された金属部材１４に接続される端子１９と、回路基板１０にプリント配線された図示しない導電路に接続される端子２０とからなっている。各端子１９，２０及び図示しない台座状の端子は、半田付け等の公知の手法により、金属部材１３，１４の上面や回路基板１０の図示しない導電路に接続されている。

図２に示すヒートシンク１６はバスバー１１，１２及び金属部材１３，１４の熱を吸収して放熱する金属製の部品である。ヒートシンク１６は上面が平坦面とされており、図示しない絶縁放熱シートを介してバスバー１１，１２及び金属部材１３，１４に間接的に面接触している。

（２）製造工程
次に、回路構成体１の製造工程の一例について説明する。先ず、金属板材にプレス加工等が施されてバスバー１１，１２が形成される。本実施形態ではこのプレス加工において貫通孔１１Ａ，１２Ａ、及び、座繰り孔１１Ｂ，１２Ｂが同時に形成されるものとする。

次に、バスバー１１，１２の各貫通孔１１Ａ，１２Ａ内に、第２の頭部１３Ｃ，１４Ｃが形成されていない金属部材１３，１４（すなわちリベット）の軸部１３Ｂ，１４Ｂが挿入され、軸部１３Ｂ，１４Ｂがかしめられることによって第２の頭部１３Ｃ，１４Ｃが形成される。これにより金属部材１３，１４がバスバー１１，１２に固定される。このとき、金属部材１３，１４の第２の頭部１３Ｃ，１４Ｃの下面（第２の頭部の先端面）とバスバー１１，１２の下面（第２面）とがほぼ面一となる。

そして、回路基板１０又はバスバー１１，１２に接着剤が塗布され、金属部材１３，１４の第１の頭部１３Ａ，１４Ａが回路基板１０の開口１７に収容された状態で回路基板１０とバスバー１１，１２とが重ね合わされて接着される。このとき、金属部材１３，１４の上面と回路基板１０の上面とがほぼ面一となる。

次に、回路基板１０の上面に電子部品１５等を搭載して例えばリフロー半田付けによって電子部品１５の複数の端子１５Ｂや電子部品１５の図示しない台座状の端子を金属部材１３，１４や回路基板１０の図示しない導電路に接続することで回路構成体１が形成される。
なお、例えば、金属部材１３の軸部１３Ｂを貫通孔１１Ａと同じ大きさとするとともに、回路基板１０の導電路（図示せず）を貫通孔１１Ａ内に導出（露出）させ、軸部１３Ｂを貫通孔１１Ａに圧入することで金属部材１３と導電路とを接続するようにしてもよい。

（３）実施形態の効果
以上説明した導電部材２Ａ，２Ｂによると、金属部材１３，１４が第１の頭部１３Ａ，１４Ａを有しているので、従来のように第１の頭部１３Ａ，１４Ａを有していない場合に比べて金属部材１３，１４の熱容量を大きくすることができる。これにより、簡素な構成で導電部材２Ａ，２Ｂの放熱性をより向上させることができる。

更に、導電部材２Ａ，２Ｂによると、バスバー１１，１２は銅合金であり、金属部材１３，１４は純銅である。例えばバスバー１１，１２を純銅によって形成することによって熱伝導率及び導電率を向上させることも可能であるが、純銅にすると銅合金に比べてリーク特性が悪化してしまうことが懸念される。導電部材２Ａ，２Ｂによると、バスバー１１，１２を銅合金によって形成する一方、金属部材１３，１４を純銅によって形成するので、リーク特性の悪化を抑制しつつ熱伝導率及び導電率を向上させることができる。

更に、導電部材２Ａ，２Ｂによると、軸部１３Ｂ，１４Ｂは第１の頭部１３Ａ，１４Ａとは反対側（他方の端部）に貫通孔１１Ａ，１２Ａの孔径より大きい外径を有する第２の頭部１３Ｃ，１４Ｃが設けられているので、金属部材１３，１４をそれぞれバスバー１１，１２に強固に固定することができる。

更に、導電部材２Ａ，２Ｂによると、バスバー１１，１２は第１の頭部１３Ａ，１４Ａが面接触する面とは逆側の面（第２面）に貫通孔１１Ａ，１２Ａを囲む座繰り孔１１Ｂ，１２Ｂが設けられており、金属部材１３，１４の第２の頭部１３Ｃ，１４Ｃが座繰り孔１１Ｂ，１２Ｂに収容されている。そして、第２の頭部１３Ｃ，１４Ｃの下面とバスバー１１，１２の下面（第２面）とがほぼ面一とされている。このため、第２の頭部１３Ｃ，１４Ｃの下面とバスバー１１，１２の下面（第２面）とを伴にヒートシンク１６の平坦面に面接触させることができる。これにより導電部材２Ａ，２Ｂの放熱性をより向上させることができる。

また、実施形態１に係る回路構成体１によると、簡素な構成で回路構成体１の放熱性をより向上させることができる。

更に、回路構成体１によると、金属部材１３，１４に電子部品１５が接続されているので、電子部品１５の熱を、金属部材１３，１４を用いて放熱させることができる。

また、実施形態１に係る導電部材２Ａ，２Ｂの製造方法によると、簡素な構成で導電部材２Ａ，２Ｂの放熱性をより向上させつつ、金属部材１３，１４をバスバー１１，１２に固定することができる。

＜実施形態２＞
次に、実施形態２を図７ないし図９によって説明する。図７及び図８に示すように、実施形態２に係る回路構成体２０１は回路基板２１０（図７、図８）、導電部材２０２Ａ（図８）、バスバー２１２（図８）、及び、電子部品１５（図７、図８）を備えている。
図７に示すように、回路基板２１０には開口２１７が形成されている。開口２１７は円の右側が切り欠かれた形状の開口２１７Ａの右側に長方形状の開口２１７Ｂを結合した形状に形成されている。

図８に示すように、導電部材２０２Ａはバスバー２１１及び金属部材２１３を備えている。本実施形態においては、バスバー２１１の下面が第１面とされ、上面が第２面とされる。バスバー２１１の右側の端部には上面（第２面）に形成されている凸部２１１Ｄと下面（第１面）に形成されている凹部２１１Ｅとによって内側に空間を有する段部２１１Ｃが形成されている。具体的には、段部２１１Ｃはバスバー２１１の右側の端部をプレスすることによって形成されたものであり、図７に示すように上から見ると円の右側が切り欠かれた形状に形成されている。そして、段部２１１Ｃには金属部材２１３の軸部２１３Ｂが圧入される円形の貫通孔２１１Ａが形成されている。

図９に示すように、実施形態２に係る金属部材２１３の第１の頭部２１３Ａは円板状であり、上側を向く面２１３Ｃがバスバー２１１の板面に面接触する接触面である。そして、接触面２１３Ｃから円柱状の軸部２１３Ｂが上に向かって延びている。なお、実施形態２に係る金属部材２１３は実施形態１に係る第２の頭部１３Ｃに相当する部分を有していない。

図８に示すように、金属部材２１３は軸部２１３Ｂがバスバー２１１の貫通孔２１１Ａに下から圧入されることによってバスバー２１１に固定されている。軸部２１３Ｂが貫通孔２１１Ａに圧入された状態のとき、第１の頭部２１３Ａは凹部２１１Ｅ（言い換えると段部２１１Ｃの内側の空間）に収容された状態となり、第１の頭部２１３Ａの下面とバスバー２１１の下面とがほぼ面一となる。

バスバー２１２は実施形態１のバスバー１２に相当するものであるが、バスバー２１２には金属部材は取り付けられておらず、左側の端部がプレス加工などによって上側に曲げられている。

バスバー２１１は、凸部２１１Ｄが回路基板２１０の開口２１７に収容された状態で回路基板２１０に重ねられている。バスバー２１１が回路基板２１０に重ねられている状態のとき、金属部材２１３の上面、凸部２１１Ｄの上面、バスバー２１２の左側の端部の上面、及び、回路基板２１０の上面はほぼ面一となる。そして、バスバー２１１に圧入された軸部２１３Ｂの上面と凸部２１１Ｄの上面とに電子部品１５の図示しない台座状の端子が接続されている。

以上説明した実施形態２に係る導電部材２０２Ａによると、金属部材２１３の第１の頭部２１３Ａの下面（第１の頭部２１３Ａの先端面）とバスバー２１１の下面（第１面）とをほぼ面一にすることが可能になるので、第１の頭部２１３Ａの下面とバスバー２１１の下面（第１面）とを伴にヒートシンク１６の平坦面に面接触させることができる。このようにすると軸部２１３Ｂの先端面をヒートシンク１６に面接触させる場合に比べて金属部材２１３とヒートシンク１６との接触面積を大きくすることができるので、導電部材２０２Ａの放熱性をより向上させることができる。

また、実施形態２に係る回路構成体２０１によると、簡素な構成で回路構成体２０１の放熱性をより向上させることができる。

また、実施形態２に係る導電部材２０２Ａの製造方法によると、簡素な構成で導電部材２０２Ａの放熱性をより向上させつつ金属部材２１３をバスバー２１１に固定することができる。

＜他の実施形態＞
本明細書によって開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書によって開示される技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態ではバスバーが銅合金であり、金属部材が純銅である場合を例に説明したが、バスバーが純銅であり、金属部材が銅合金であってもよい。あるいは、バスバー及び金属部材がどちらも純銅であってもよいし、バスバー及び金属部材がどちらも銅合金であってもよい。その場合であっても、第１の頭部が設けられていることによって熱容量が大きくなるので、従来に比べて放熱性が向上する。
なお、バスバーが純銅の場合、バスバーの厚さを薄くし、リベットで部分的に厚くする使い方も可能である。

（２）上記実施形態ではバスバー及び金属部材が銅合金や純銅である場合を例に説明したが、これらは銅以外の金属であってもよい。

（３）上記実施形態１では金属部材をバスバーにかしめる場合を例に説明した。また、上記実施形態２では金属部材をバスバーに圧入する場合を例に説明した。これに対し、金属部材の軸部をバスバーの貫通孔に挿入し、その状態で軸部とバスバーとを半田によって固定してもよい。

（４）上記実施形態では電子部品としてＦＥＴを例に説明したが、電子部品はＦＥＴに限定されるものではない。

１，２０１：回路構成体
２Ａ，２Ｂ，２０２Ａ：導電部材
１０，２１０：回路基板
１１，１２，２１１：バスバー
１１Ａ，１２Ａ，２１１Ａ：貫通孔
１１Ｂ，１２Ｂ：座繰り孔
１３，１４，２１３：金属部材
１３Ａ，１４Ａ，２１３Ａ：第１の頭部
１３Ｂ，１４Ｂ，２１３Ｂ：軸部
１３Ｃ，１４Ｃ：第２の頭部
１３Ｄ，１４Ｄ，２１３Ｃ：接触面
１５：電子部品
１７，２１７：開口
２１１Ｃ：段部
２１１Ｄ：凸部
２１１Ｅ：凹部

Claims (10)

1. 貫通孔を有するバスバーと、
   前記バスバーに固定されている金属部材と、を有する導電部材であって、
   前記金属部材は、前記貫通孔に挿通されている軸部と、前記軸部の一方の端部に前記貫通孔の孔径より大きい外径を有する第１の頭部と、を有する、導電部材。
2. 前記バスバーは銅合金から構成され、前記金属部材は純銅から構成される、請求項１に記載の導電部材。
3. 前記軸部の他方の端部には、前記貫通孔の孔径より大きい外径を有する第２の頭部が設けられている、請求項１又は請求項２に記載の導電部材。
4. 前記バスバーは、前記第１の頭部と接触する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、
   前記バスバーの前記第２面には、前記貫通孔の孔縁部の周囲に、前記貫通孔の孔径よりも大きな孔径を有する座繰り孔が設けられており、前記第２の頭部が前記座繰り孔に収容されている、請求項３に記載の導電部材。
5. 前記バスバーは、前記第１の頭部と接触する第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、を有し、
   前記第１面に形成された凸部と前記第２面のうち前記凸部に対応する位置に形成された凹部とによって前記バスバーには段部が形成されており、前記第１の頭部が前記凹部に収容されている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の導電部材。
6. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の導電部材と、
   前記第１の頭部が収容される開口を有する回路基板と、
   を備え、前記第１の頭部が前記開口に収容された状態で前記バスバーが前記回路基板に重ねられて接着されている、回路構成体。
7. 請求項５に記載の導電部材と、
   前記凸部が収容される開口を有する回路基板と、
   を備え、前記凸部が前記開口に収容された状態で前記バスバーが前記回路基板に重ねられて、接着されている回路構成体。
8. 前記金属部材に電子部品の端子が接続されている、請求項６又は請求項７に記載の回路構成体。
9. 貫通孔を有するバスバーと、軸部の一方の端部に前記貫通孔の孔径よりも大きな外径を有する第１の頭部が形成された金属製のリベットと、を備えた導電部材の製造方法であって、
   前記軸部を前記貫通孔に挿入する挿入工程と、
   前記軸部の他方の端部をかしめて前記バスバーに固定する固定工程と、
   を含む導電部材の製造方法。
10. 貫通孔を有するバスバーと、軸部の一方の端部に前記貫通孔の孔径よりも大きな外径を有する第１の頭部が形成された金属製のリベットと、を備えた導電部材の製造方法であって、
    前記軸部を前記貫通孔に圧入する圧入工程を含む導電部材の製造方法。

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