WO2016132852A1 - 基板ユニット - Google Patents

Abstract

　組み付けの作業性の悪化を防止しつつ、放熱効率を高めることができる基板ユニットを提供すること。　一方の面１０ａに導電パターンが形成されるとともに、開口１１が形成された基板１０と、本体部２１が基板の他方の面１１ｂに固定された部材であって、基板１０に形成された開口１１を通じて電子部品３０の一部の端子が電気的に接続される導電部材２０と、導電部材２０における基板１０側の反対側の面に固定される放熱部材４０とを備え、外部機器が電気的に接続される部分であって、導電部材２０の本体部２１から延びた延設部２２が、放熱部材４０に沿う平面Ｐと交差するように設けられている基板ユニット１とする。

Description

基板ユニット

　本発明は、基板および導電部材を備えた基板ユニットに関する。

　比較的小さな電流を導通させる回路を構成する導電パターンが形成された基板に対し、比較的大きな電流を導通させるための回路を構成する導電部材（バスバー等とも称される）が固定された基板ユニットが公知である（例えば、下記特許文献１参照）。かかる基板ユニットは、導電部材の一方側（基板側の反対側）に固定された放熱部材を備える。

特開２００３－１６４０３９号公報

　放熱効率を高めるためには、放熱部材を上側に配置することが望ましい。しかし、上記特許文献１に記載されるような基板ユニット等、従来の基板ユニットにおいて、放熱部材が上側に位置するようにすると、ユニットに対し他の電気機器を電気的に接続するための部分（上記特許文献１でいう番号５４が付された部分）が下側に位置してしまい、組み付けの作業性が悪化する等の問題が生ずる。

　本発明が解決しようとする課題は、組み付けの作業性の悪化を防止しつつ、放熱効率を高めることができる基板ユニットを提供することである。

　上記課題を解決するために本発明にかかる基板ユニットは、一方の面に電子部品が実装されるとともに、開口が形成された基板と、本体部が前記基板の他方の面に固定された部材であって、前記基板に形成された開口を通じて前記電子部品の一部の端子が電気的に接続される導電部材と、前記導電部材における前記基板側の反対側の面に固定される放熱部材と、を備え、外部機器が電気的に接続される部分であって、前記導電部材の本体部から延びた延設部が、前記放熱部材に沿う平面と交差するように設けられていることを特徴とする。

　前記導電部材の前記延設部と前記放熱部材の端面との間には、絶縁部材が介在されているとよい。

　前記絶縁部材は、前記導電部材の前記本体部と前記放熱部材との間に位置する第一の部分と、前記導電部材の前記延設部と前記放熱部材の端面との間に位置する第二の部分と、を有するとよい。

　前記放熱部材には、前記絶縁部材の前記第一の部分が嵌まり込む凹部が形成されているとよい。

　前記導電部材には、前記絶縁部材の前記第一の部分が嵌まり込む凹部が形成されているとよい。

　本発明にかかる基板ユニットは、外部機器が電気的に接続される部分であって、導電部材の本体部から延びた延設部が、放熱部材に沿う平面と交差するように設けられているため、放熱部材がユニット全体における上側に位置するように配置した場合であっても、導電部材の延設部の先端側がユニット全体における上側に位置する。したがって、組み付けの作業性の悪化を防止しつつ、放熱効率を高めることができる。

　導電部材の本体部から延びた延設部が、放熱部材に沿う平面と交差するようにすると、導電部材と放熱部材が短絡してしまうおそれがある。これに対し、延設部と放熱部材の端面と間に絶縁部材が介在されていれば、当該短絡を防止すること（両者の間の距離を絶縁に十分な距離とすること（絶縁距離を確保すること））ができる。

　上記絶縁部材が、導電部材の本体部と放熱部材との間に位置する第一の部分と、導電部材の延設部と放熱部材の端面との間に位置する第二の部分と、を有するものとすれば、上記短絡を防止する効果をさらに高めることができる。

　放熱部材に絶縁部材の第一の部分が嵌まり込む凹部が形成された構造とすれば、導電部材の本体部の形状が複雑になるのを抑制することができる。一方、導電部材に絶縁部材の第一の部分が嵌まり込む凹部が形成された構造とすれば、放熱部材の形状が複雑になるのを抑制することができる。

本発明の一実施形態にかかる基板ユニットの分解斜視図である。 基板・導電部材組の外観図（下方から見た外観図）である。 基板・導電部材組における電子部品（一部の端子が導電部材に電気的に接続されるもの）が実装された部分を模式的に示した図である。 基板・導電部材組における電子部品（一部の端子が導電部材に電気的に接続されるもの）が実装された部分の断面図であって、ドレイン端子およびソース端子を通過する平面で切断した断面を模式的に示した図である。 図１に示した基板ユニットの断面を模式的に示した図である（第二ケース体は省略）。 第一変形例にかかる基板ユニットの分解斜視図である。 図６に示した基板ユニットの断面を模式的に示した図である（第二ケース体は省略）。 第二変形例にかかる基板ユニットの断面を模式的に示した図である（第二ケース体は省略）。 第一参考例にかかる基板ユニットの断面を模式的に示した図である。 第二参考例にかかる基板ユニットの断面を模式的に示した図である。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、特に明示した場合を除き、以下の説明における高さ方向（上下方向）とは図５における上下方向をいうものとする。なお、かかる方向は基板ユニット１の設置方向を限定するものではないが、後述するように、本実施形態にかかる基板ユニット１は基本的には放熱部材４０がユニットの上側に位置するように配置されるものである。

　図１に示す本発明の一実施形態にかかる基板ユニット１は、基板１０、導電部材２０、電子部品３０、および放熱部材４０を備える。基板１０は、一方の面１０ａ（下側の面）に導電パターンが形成されたものである。当該導電パターンが構成する導電路は制御用の導電路（回路の一部）であり、導電部材２０が構成する導電路（回路の一部）よりも流れる電流が相対的に小さい。

　導電部材２０は、基板１０の他方の面１０ｂ（上側の面）に固定された本体部２１および本体部２１から延びる延設部２２を有する。導電部材２０は、プレス加工等によって所定の形状に形成される。導電部材２０の本体部２１は、相対的に大きな（導電パターンによって構成される導電路よりも大きな）電流が流れる部分である電力用の導電路を構成する。なお、導電路の具体的な構成については、説明および図示を省略するが、導電部材２０の本体部２１は導電路を構成する複数の部分を有する。各部分は短絡しないように別個独立しており、基板１０に固定されることによって一体となっている。複数の部分は、基板１０に固定される前は余長部分によって繋がっており、基板１０に固定された後当該余長部分が切り取られることによりそれぞれが別個独立した状態（直接接触していない状態）となる。導電部材２０（本体部２１）は、バスバー（バスバープレート）等とも称される。導電部材２０の本体部２１は、例えば絶縁性の接着剤や接着シートなどを介して、基板１０の他方の面１０ｂに固定される。これにより、図２に示すような、基板１０と導電部材２０が一体化された、基板１０・導電部材２０組が得られる。

　導電部材２０の延設部２２は、本体部２１に対し屈曲するよう形成された部分である（図１、図２、図５等参照）。本実施形態における延設部２２は、本体部２１から上方に向かって延びる部分（基端部２２１）と、基端部２２１の先端（上端）から屈曲して本体部２１と平行に延びる部分（先端部２２２）を有する。なお、かかる基端部２２１と先端部２２２以外の部分は本体部２１であるとする。つまり、図２において２２３で示す部分は本体部２１の一部である。さらに言えば、基板１０の他方の面１０ｂに固定される部分と上下方向における位置が同じである部分は全て本体部２１であるとする。

　本実施形態における導電部材２０は、複数の延設部２２を有する。各延設部２２は、上述した本体部２１の別個独立した部分のいずれかと一体である。本実施形態では、一つの別個独立した部分と一つの延設部２２が繋がっている。各延設部２２の先端部２２２は、外部機器を電気的に接続するための部分（入力端子部または出力端子部）となる。

　電子部品３０は、基板１０・導電部材２０組に実装される素子であって、素子本体３１および端子部を有する。基板１０・導電部材２０組には複数の電子部品３０が実装されている。特定の電子部品３０の少なくとも一部の端子は、基板１０に形成された開口１１を通じて導電部材２０の本体部２１に電気的に接続される。このような端子の一部が導電部材２０の本体部２１に電気的に接続される端子としては、トランジスタ（ＦＥＴ）が例示できる。図３および図４に示すように、トランジスタのドレイン端子３２およびソース端子３３は、基板１０に形成された開口１１を通じて導電部材２０の本体部２１に接続され、ゲート端子３４は基板１０の導電パターンに接続される。このように、基板１０・導電部材２０組に実装される電子部品３０のうちの少なくとも一部は、その少なくとも一部の端子が、導電部材２０に対し直接電気的に接続されるものである。別の見方をすれば、全ての端子が基板１０に形成された導電パターンに直接電気的に接続される電子部品３０（少なくとも一部の端子が導電部材２０に対し直接電気的に接続されないもの）が存在していてもよいということである。

　放熱部材４０は、熱伝導性の高い材料（例えば銅（銅合金））で形成された部材であって、導電部材２０の本体部２１の上側（基板１０側の反対側）に固定されている。本実施形態における放熱部材４０は導電性材料で形成されているため、導電部材２０の本体部２１と放熱部材４０間は絶縁される。具体的には、熱伝導性の高い絶縁材料４０１を介して導電部材２０の本体部２１と放熱部材４０が接合されている。放熱部材４０の形状等は適宜変更可能である。放熱効率を高めるために、放熱部材４０の上側にフィン等を設けてもよい。

　本実施形態では、導電部材２０の延設部２２は、放熱部材４０に沿う平面Ｐ（放熱部材４０をそのまま外側に向かって延長させた平面）と交差するように設けられている。放熱部材４０に沿う平面Ｐとは、放熱部材４０が平板形状である場合もそうでない場合も、上下方向における放熱部材４０の中央（上端と下端の中間）を通る平面をいうものとする。本実施形態では、上下方向に延びる延設部２２の基端部２２１が、放熱部材４０に沿う平面Ｐと略直交する。本実施形態における延設部２２の基端部２２１は、放熱部材４０の外縁よりも外側を通る。図５に示すように、延設部２２（基端部２２１）と放熱部材４０の端面の間に十分な隙間Ｓが存在していれば、延設部２２（導電部材２０）と放熱部材４０間の絶縁が確保される。

　なお、図１に示すように、本実施形態における放熱部材４０は、対向する二側縁の中央側の一部が内側に向かって凹んだような形状を有する（当該凹んだ部分を切欠き部４１と称する）。当該切欠き部４１の縁が放熱部材４０の外縁の一部でもある。上記延設部２２の基端部２２１は、当該切欠き部４１（凹んだ部分）の内側を通る。このようにすることで、ユニットをコンパクトにすることができる。この場合には、放熱部材４０の外縁の一部である切欠き部４１の縁と、延設部２２（基端部２２１）との間に十分な隙間Ｓが存在するようにするとよい。ただし、このような切欠き部４１が形成されていない構成とすることもできる。例えば、放熱部材４０を方形状とし、当該方形状の放熱部材４０の外縁より外側に、延設部２２（基端部２２１）が位置するようにしてもよい。いずれにせよ、延設部２２（基端部２２１）と、放熱部材４０の外縁における当該延設部２２（基端部２２１）に最も近い部分との距離を十分に確保する必要がある。

　本実施形態にかかる基板ユニット１は、外部機器接続部を有する。外部機器接続部は第一ケース体５１（ケース本体）に設けることができる。本実施形態における第一ケース体５１は、方形状の枠体であり、その内側には基板および導電部材２０の本体部２１が入り込むことができる。本実施形態における外部機器接続部は、第一ケース体５１の「枠」を構成する一部分である土台部５１１およびこの土台部５１１の上面から上方に向かって突出した雄ねじ部５１２を有する（図１および図５等参照）。基端部２２１から屈曲して本体部２１と平行に延びる先端部２２２には、雄ねじ部５１２を通すことができる貫通孔が形成されている。外部機器と電気的に接続される端子等と合わせてナット等によって締め付けられる（共締めされる）ことにより、導電部材２０が外部機器と電気的に接続されることとなる。導電部材２０を外部機器と電気的に接続することができる構造であれば、当該外部機器接続部の構造は適宜変更可能である。

　また、本実施形態にかかる基板ユニット１は、基板の一方の面１０ａ（導電パターンが形成された面）を覆う第二ケース体５２を備える。第二ケース体５２は、その少なくとも一部が第一ケース体５１の内側に嵌まり込み、基板の一方の面１０ａを覆う。

　本実施形態にかかる基板ユニット１は、基板・導電部材２０組を覆うケースの上壁が放熱部材４０によって、下壁が第二ケース体５２によって、側壁が第一ケース体５１および第二ケース体５２によって構成される。つまり、ユニットの上側において、放熱部材４０の少なくとも一部が露出した状態にある。このように、ユニットの上側に放熱部材４０が位置するようにすれば、基板・導電部材２０組で発生した熱の放熱効率を高めることができる。

　そして、本実施形態にかかる基板ユニット１は、単に放熱部材４０をユニットの上側に位置させたものではなく、外部機器が電気的に接続される部分であって導電部材２０の本体部２１から延びた延設部２２が、放熱部材４０に沿う平面Ｐと交差するように設けられているものである。換言すれば、延設部２２（基端部２２１）と放熱部材４０に沿う平面Ｐとが交差する点（線）よりも、外部機器を電気的に接続するための端子部である延設部２２の先端部２２２が上方に位置するということである。さらに簡単に言えば、放熱部材４０に沿う平面Ｐよりも、延設部２２の先端部２２２が上方に位置するということである。

　例えば、放熱部材をユニットの上側に位置させるためだけであれば、本実施形態にかかる基板ユニット１とは異なる図９（第一参考例）や図１０（第二参考例）に示すような構造とすることが考えられる。しかし、図９に示す構造（従来の基板ユニットを上下反対にした構造）では、放熱部材４０′が上側に位置するものの、第一ケース体５１′に構築される外部機器を電気的に接続するための外部機器接続部がユニットの下向きである（具体的には、雄ねじ部５１２′が土台部５１１′の下面から下方に向かって突出する）ため、基板１０′・導電部材２０′組の延設部２２′を外部機器接続部に接続する作業が困難となる問題がある。

　また、図１０に示す構造では、放熱部材４０′が上側に位置し、外部機器接続部（土台部５１１′、雄ねじ部５１２′）が上向きであるものの、当該外部機器接続部が、基板１０′・導電部材２０′組（基板１０′・導電部材２０′組の本体部）の外側に位置することとなるため、基板１０′・導電部材２０′組の延設部２２′を外部機器接続部に接続する作業の作業性（スパナ等が基板１０′・導電部材２０′組に干渉しないようにすること）を考慮すると、基板１０の平面方向における外部機器接続部と基板１０′・導電部材２０′組の距離を大きくしなければならない。別の見方をすれば、延設部２２′を長くしなければならない。よって、ユニットが基板１０の平面方向に大型化してしまう問題がある。

　これに対し、本実施形態にかかる基板ユニット１のように、導電部材２０の延設部２２が放熱部材４０に沿う平面Ｐと交差するように設定されていれば、放熱部材４０を上側に設けたことによる放熱効率の向上だけでなく、作業性の悪化や、ユニットの大型化を抑制することができる。

　以下、基板ユニット１の変形例について説明する。図６および図７に示す第一変形例にかかる基板ユニット１ａおよび図８に示す第二変形例にかかる基板ユニット１ｂは、導電部材２０の延設部２２と放熱部材４０の端面との間に絶縁材料４０１からなる絶縁部材６０が介在されているものである。なお、図６～図８においては、上記基板ユニット１と同様の構成については同一の符号を付してある。

　図５に示した延設部２２と放熱部材４０との間の隙間Ｓが十分に大きければ（絶縁距離が確保されていれば）電気的な問題は生じないが、ユニットの小型化を図る等の理由により、延設部２２と放熱部材４０の距離を小さくしたい場合には、両者の間に絶縁部材６０を介在させるとよい。

　絶縁部材６０は、断面で見て、導電部材２０の本体部２１と放熱部材４０の下面との間に位置する第一の部分６１と、導電部材２０の延設部２２と放熱部材４０の端面との間に位置する第二の部分６２を有する。第一の部分６１は基板１０（導電部材２０の本体部２１）と平行な部分であり、第二の部分６２は上下方向に沿う部分である。よって、絶縁部材６０は断面略「Ｌ」字形状を有する。導電部材２０の延設部２２と放熱部材４０の端面との間に位置する第二の部分６２により、導電部材２０と放熱部材４０の間の電気的な絶縁を確保することができる。絶縁部材６０の第一の部分６１の端部（上端）が、放熱部材４０の上面より上方に位置するよう設定されていれば、導電部材２０と放熱部材４０の間の絶縁をより確実なものとすることができる。

　図６および図７に示す第一変形例にかかる基板ユニット１ａは、放熱部材４０に絶縁部材６０の第一の部分６１が嵌まり込む凹部４２が形成されたものである。凹部４２は、放熱部材４０の外縁の少なくとも一部に沿って形成される。具体的には、外縁側の一部の上下方向位置が、その他の部分に比して上方に位置するように放熱部材４０が成形される。当該凹部４２は、その上下方向長さ（深さ）が、絶縁部材６０の第一の部分６１と略同じに設定される。より具体的には、上下方向において、絶縁部材６０の第一の部分６１の下側の面の位置と、放熱部材４０における凹部４２が形成されていない部分の下側の面の位置が略同じ（面一）となるように設定されている。絶縁部材６０の第一の部分６１の下側の面と、放熱部材４０における凹部４２が形成されていない部分の下側の面は、導電部材２０の本体部２１に密着させる部分であるため、両面が面一であり、絶縁材料４０１の厚みが無視できる程度であるとすれば、平坦な形状を有する導電部材２０の本体部２１に両者を密着させることができる。換言すれば、絶縁部材６０の第一の部分６１と導電部材２０の間や、絶縁部材６０の第一の部分６１と放熱部材４０の間の隙間と小さく（隙間をなくす）ことができるから、絶縁部材６０が動いてしまうことが防止される。

　この第一変形例にかかる基板ユニット１ａのように、放熱部材４０に絶縁部材６０の第一の部分６１が嵌まり込む凹部４２が形成された構造とすれば、導電部材２０の本体部２１の形状が複雑になるのを抑制することができる。例えば、本実施形態のように、導電部材２０の本体部２１を平坦な形状とすることができる。

　一方、図８に示す第二変形例にかかる基板ユニット１ｂは、導電部材２０の本体部２１に絶縁部材６０の第一の部分６１が嵌まり込む凹部２１１が形成されたものである。凹部２１１は、導電部材２０の外縁の少なくとも一部に沿って形成される。具体的には、外縁側の一部の上下方向位置が、その他の部分に比して下方に位置するように導電部材２０の本体部２１が成形される。延設部２２は、導電部材２０における凹部２１１が形成された箇所よりも外側に設けられる。当該凹部２１１は、その上下方向長さ（深さ）が、絶縁部材６０の第一の部分６１と略同じに設定される。より具体的には、上下方向において、絶縁部材６０の第一の部分６１の上側の面の位置と、導電部材２０の本体部２１における凹部２１１が形成されていない部分の上側の面の位置が略同じ（面一）となるように設定されている。絶縁部材６０の第一の部分６１の上側の面と、放熱部材４０における凹部２１１が形成されていない部分の上側の面は、導電部材２０の本体部２１に密着させる部分であるため、両面が面一であり、絶縁材料４０１の厚みが無視できる程度であるとすれば、平坦な形状を有する導電部材２０の本体部２１に両者を密着させることができる。換言すれば、絶縁部材６０の第一の部分６１と導電部材２０の間や、絶縁部材６０の第一の部分６１と放熱部材４０の間の隙間と小さく（隙間をなくす）ことができるから、絶縁部材６０が動いてしまうことが防止される。

　この第二変形例にかかる基板ユニット１ｂのように、導電部材２０の本体部２１に絶縁部材６０の第一の部分６１が嵌まり込む凹部２１１が形成された構造とすれば、放熱部材４０の形状が複雑になるのを抑制することができる。例えば、本実施形態のように、放熱部材４０を平坦な形状とすることができる。なお、「放熱部材４０が平坦である」とは、放熱部材４０における導電部材２０の本体部２１に密接する部分が平坦であることをいう。例えば、放熱部材４０に放熱効率を向上させるためのフィン等が形成されている場合、当該フィン等を除いた部分の形状が平坦であることをいう。

　つまり、確実な絶縁状態を確保するため導電部材２０の延設部２２と放熱部材４０の端面との間に絶縁材料４０１からなる絶縁部材６０が介在される構造とする場合、導電部材２０の本体部２１を平坦な形状としたいのであれば、放熱部材４０に絶縁部材６０の第一の部分６１が嵌まり込む凹部４２を形成する。一方、放熱部材４０を平坦な形状としたいのであれば、導電部材２０の本体部２１に絶縁部材６０の第一の部分６１が嵌まり込む凹部２１１を形成する。

　以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

Claims (5)

1. 　一方の面に導電パターンが形成されるとともに、開口が形成された基板と、
   本体部が前記基板の他方の面に固定された部材であって、前記基板に形成された開口を通じて前記電子部品の一部の端子が電気的に接続される導電部材と、
   前記導電部材における前記基板側の反対側の面に固定される放熱部材と、
   を備え、
   　外部機器が電気的に接続される部分であって、前記導電部材の本体部から延びた延設部が、前記放熱部材に沿う平面と交差するように設けられていることを特徴とする基板ユニット。
2. 　前記導電部材の前記延設部と前記放熱部材の端面との間には、絶縁部材が介在されていることを特徴とする請求項１に記載の基板ユニット。
3. 　前記絶縁部材は、
   前記導電部材の前記本体部と前記放熱部材との間に位置する第一の部分と、
   前記導電部材の前記延設部と前記放熱部材の端面との間に位置する第二の部分と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の基板ユニット。
4. 　前記放熱部材には、前記絶縁部材の前記第一の部分が嵌まり込む凹部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の基板ユニット。
5. 　前記導電部材には、前記絶縁部材の前記第一の部分が嵌まり込む凹部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の基板ユニット。

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