JP2015099834A - 回路構成体および電気接続箱 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性の部材とバスバーとの絶縁性を確保しつつ分離を防止した回路構成体を提供する。【解決手段】回路構成体１１は、回路基板１２と、回路基板１２の一方の面に接着層２０を介して接合されたバスバー２１と、バスバー２１の回路基板１２に接合される面とは反対側の面に、プリプレグ２６を介して接合されるとともに、プリプレグ２６側の面にアルマイト層２７Ａが形成されたアルミニウム製またはアルミニウム合金製の金属部材２７と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、回路構成体および電気接続箱に関する。

従来の回路構成体としては、回路基板と、バスバーと、アルミナフィラー等を含む絶縁層と、放熱性を有する金属製部材とを積層してなるものが知られている（たとえば特許文献１を参照）。この回路構成体においては回路基板およびバスバー、ならびに、バスバーおよび絶縁層は接着剤を介して接続されている。

特開平９−３６５５３号公報

ところで、回路構成体には、リフロー半田により電子部品等が接続されることがある。リフロー半田を行う際に用いる鉛フリーはんだは、融点が高いため回路構成体が高温になり、絶縁層のところから金属製部材がはがれて、回路基板およびバスバーの積層体と、金属製部材とが分離してしまうことが懸念された。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、放熱性の部材とバスバーとの絶縁性を確保しつつ分離を防止した回路構成体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するものとして本発明は、回路基板と、前記回路基板の一方の面に接着層を介して接合されたバスバーと、前記バスバーの前記回路基板に接合される面とは反対側の面に、プリプレグを介して接合されるとともに、当該プリプレグ側の面にアルマイト層が形成されたアルミニウム製またはアルミニウム合金製の金属部材と、を備える回路構成体である。

また本発明は、前記回路構成体と、前記回路構成体が配設されるケースと、を備える電気接続箱である。

本発明において、回路基板とバスバーは接着層を介して接合され、バスバーと金属部材とがプリプレグを介して接合されているので、回路構成体に、電子部品等を接続すべく鉛フリーはんだを用いてリフロー半田を行っても、金属部材がはがれにくい。
また、本発明において、金属部材の表面にはアルマイト層が形成されているので、絶縁性が確保されている。
その結果、本発明によれば、放熱性の部材（金属部材）とバスバーとの絶縁性を確保しつつ分離を防止した回路構成体を提供することができる。

本発明は以下の構成としてもよい。
前記金属部材よりも外側に、ねじ止めにより固定された放熱板をさらに備えていてもよい。
このような構成とすると放熱性がさらに向上するとともに、放熱板の取り付け作業が容易である。

前記放熱板の前記金属部材側の面と、前記金属部材の前記放熱板側の面との間には、熱伝達性材料を含む熱伝達層が形成されていてもよい。
放熱板をねじ止めにより固定すると放熱板と金属部材との間に隙間が生じるが、上記のような構成とすると当該隙間に熱伝達層が形成されているので、回路基板およびバスバーで発生した熱が金属部材に伝わった後、熱伝達層に伝わり、さらに放熱板に伝わって外部に放出されるので、効率よく放熱することができる。

前記アルマイト層は、前記金属部材のプリプレグ側の面に形成された酸化アルミニウムを含む多孔質皮膜の孔に、絶縁性のコーティング剤を充填してなる層であってもよい。
このような構成とすると、金属部材とバスバーとの絶縁性を確実なものとすることができる。

本発明によれば、放熱性の部材とバスバーとの絶縁性を確保しつつ分離を防止した回路構成体を提供することができる。

図１は実施形態１の回路構成体を備える電気接続箱の断面図である。 図２は回路構成体の部分断面図である。 図３は図４で示す部分に電子部品を取り付ける前の回路構成体の断面図である。 図４は電気接続箱の電子部品が取り付けられた部分を示す断面図である。 図５は図６で示す部分にピン端子を取り付ける前の回路構成体の断面図である。 図６は電気接続箱のピン端子（コネクタ）が取り付けられた部分を示す断面図である。 図７は電気接続箱のねじ止め部分を示す断面図である。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図７によって説明する。以下の説明において、上下方向は図１の上下を基準とする。実施形態１の電気接続箱１０は回路構成体１１と、回路構成体１１が配設されるケース４０と、を備える。

（ケース４０）
ケース４０は絶縁樹脂製であって、回路構成体１１の上を覆うように取り付けられる。ケース４０の上部には回路構成体１１に接続されるコネクタ４２のハウジング４２Ａを配置可能なハウジング孔４１が形成されており、下方は開口している（開口部４０Ａ）。コネクタ４２は、上方が開口した筒状のハウジング４２Ａと、ハウジング４２Ａの奥壁に配されるピン端子４２Ｂとを備える。ピン端子４２Ｂの上端部は外部機器（図示せず）と接続され、ピン端子４２Ｂの下端部はバスバー２１と接続される。ピン端子４２Ｂはバスバー２１の上下面にそれぞれ半田付けにより接続される。

（回路構成体１１）
本実施形態の回路構成体１１は、図２に示すように、回路基板１２と、回路基板１２の下方の面（一方の面）に接着層２０を介して接合されたバスバー２１と、バスバー２１の下面にプリプレグ２６を介して接合された金属部材２７と、放熱板３３とを備える。回路構成体１１はケース４０の内壁に沿って配設されている。

（回路基板１２）
回路基板１２の上面にはプリント配線技術により導電路１３が形成されている。回路基板１２の導電路１３には、電子部品１４Ａの底部から導出された端子１４Ｂが、半田付けにより電気的に接続されている。回路基板１２には、導電路１３、及び電子部品１４Ａにより回路が形成されている。図中１４Ｃは半田である。

回路基板１２には、樹脂Ｒが充填される基板貫通孔１６および放熱板３３を取り付けるボルト３８を挿通可能なボルト挿通孔１７が回路基板１２を貫通して形成されている。回路基板１２の基板貫通孔１６には、バスバー２１に接続されたピン端子４２Ｂが配されるとともに、樹脂Ｒが充填されている。

回路基板１２には電子部品１４Ａが接続されるスルーホール１８が形成されている。スルーホール１８には電子部品１４Ａの端子１４Ｂが半田付けにより接続されている。また、回路基板１２には、下面に重ねられるバスバー２１に電子部品１５Ａを配置可能とする部品配置孔１９が形成されている。

（バスバー２１）
バスバー２１は、金属板材を所定形状にプレス加工してなる。バスバー２１は、回路基板１２の下面（一方の面）に接着層２０を介して接合されている。接着層２０は、接着シートを用いて形成してもよいし、また、回路基板１２又はバスバー２１に接着剤を塗布することにより形成してもよい。

バスバー２１には、図６に示すように、コネクタ４２のピン端子４２Ｂを挿通可能な端子挿通孔２２が貫通して形成されている。バスバー２１の端子挿通孔２２に挿通されたピン端子４２Ｂは、バスバー２１の上下面に半田付けにより電気的に接続されている。図中４２Ｃは半田である。

バスバー２１には、電子部品１４Ａの端子１４Ｂが配される端子貫通孔２３が貫通して形成されている。バスバー２１の端子貫通孔２３を貫通する端子１４Ｂは回路基板１２の下面にも半田付けにより接続されている。

バスバー２１の、回路基板１２の部品配置孔１９が重ねられる部分では、バスバー２１の上面が露出しており、当該露出部分に、ＦＥＴなどの電子部品１５Ａが半田付けにより電気的に接続されている。また、バスバー２１には、放熱板３３を取り付けるボルト３８を挿通可能なボルト挿通孔２４が貫通して設けられている。

（金属部材２７）
金属部材２７はバスバー２１の下面（回路基板１２に接合される面とは反対側の面）に、プリプレグ２６を介して接合されている板状の部材である。

金属部材２７とバスバー２１とを接合するプリプレグ２６は、例えばガラスクロス、炭素繊維のような繊維状補強材に、硬化剤、着剤材などの添加物を混合したエポキシなどの熱硬化性樹脂を均等に含浸させ、加熱または乾燥して半硬化状態にした強化プラスチック成形材料である。金属部材２７の上面側に半硬化状態のプリプレグ２６およびバスバー２１を、この順に重ねて硬化させることにより金属部材２７の上面にバスバー２１が接合される。

金属部材２７には、放熱板３３を取り付けるボルト３８を挿通可能なボルト挿通孔２９、ピン端子４２Ｂの下端部が配されるとともに樹脂Ｒが充填される端子挿通孔３１、および電子部品１４Ａの端子１４Ｂの下端部が配される端子貫通孔３０が、金属部材２７を貫通して形成されている。

さて、金属部材２７は、上面（プリプレグ２６側の面）に、アルマイト層２７Ａが形成されたアルミニウム製またはアルミニウム合金製の板材である。
本実施形態において、アルマイト層２７Ａは、金属部材２７の上面（プリプレグ２６側の面）に形成された酸化アルミニウムを含む多孔質皮膜の孔に、絶縁性のコーティング剤を充填してなる層である。アルマイト層の膜厚は、２０μｍ以上６０μｍ以下とすると絶縁性を確実なものとすることができ、好ましい。

（放熱板３３）
放熱板３３は、金属部材２７よりも外側（下側）に、回路基板１２、接着層２０、バスバー２１、プリプレグ２６、および金属部材２７の積層体（以下、「積層体１１Ａ」ともいう）に対してねじ止めにより固定されている。なお、本実施形態において、放熱板３３は、ケース４０の開口部４０Ａに配されて、ケース４０とともに回路構成体１１を収容する機能も有している。

放熱板３３にはボルト３８を螺合可能なネジ部（詳細は図示せず）が形成されたボルト挿入部３４が形成されている。回路基板１２のボルト挿通孔１７、バスバー２１のボルト挿通孔２４、金属部材２７のボルト挿通孔２９および放熱板３３のボルト挿入部３４が重なり合うと、１つの孔が形成される。当該孔にボルト３８を挿入し、ねじ止めすることで放熱板３３が固定されるようになっている（図７を参照）。

なお、本実施形態では、放熱板３３の上面と金属部材２７の下面との間を埋めるように熱伝達性材料を含む熱伝達層３２が形成されている。熱伝達層３２は、熱伝達性材料を含むグリース、ゲル、接着剤などを、放熱板３３の上面および金属部材２７の下面のうち、少なくとも一方に塗布しておいて、放熱板３３を積層体１１Ａに固定することにより形成される。

（回路構成体１１の作製方法）
次に、回路構成体１１の作製方法について説明する。
アルマイト層２７Ａが形成されたアルミニウム製またはアルミニウム合金製の板状の金属部材２７を用意する。

アルマイト層２７Ａの形成方法について説明する。
例えば、希硫酸或いは蓚酸を処理浴に用いて、金属部材２７の表面を電気化学的に酸化させ、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を含む層を形成させたのち、蜂の巣状の孔を有する多孔質皮膜を形成する。その後、絶縁性のコーティング剤を多孔質皮膜に形成された孔に充填するとアルマイト層２７Ａが形成された金属部材２７が得られる。絶縁性のコーティング剤を多孔質皮膜に形成された孔に充填することにより、クラック等による絶縁性低下を防ぐことができる。

なお金属部材２７の表面に酸化アルミニウムを含む層を形成する方法としては、上記方法以外に、たとえばホウ酸、酸化アルミニウム等の酸を用いてバリヤー皮膜を形成する方法を用いることもできるが、アルマイト層に高い絶縁耐電圧性能が要求される場合には、蓚酸を処理浴として用いる方法が好ましい。

多孔質皮膜に形成された孔を充填する絶縁性のコーティング剤としては、アルミナなどの熱伝導性のフィラーの入った接着剤や、熱硬化性樹脂、湿気硬化型樹脂等を用いることが可能であるが、熱伝導性フィラーの入った接着剤が好ましい。多孔質皮膜に形成された孔を充填する方法は上記方法に限定されず、たとえばゾルゲル法等を用いることもできる。

金属部材２７の上面（アルマイト層２７Ａが形成された面）に、半硬化状態のプリプレグ２６を載置する。バスバー２１を、バスバー２１のボルト挿通孔２４と金属部材２７のボルト挿通孔２９とが重なり合うように配するとともに、バスバー２１の端子貫通孔２３と金属部材２７の端子貫通孔３０とが重なり合うように配して、プリプレグ２６が載置された金属部材２７の上に重ねて、プリプレグ２６を硬化させる。すると、金属部材２７、プリプレグ２６およびバスバー２１の積層体が得られる。

金属部材２７、プリプレグ２６およびバスバー２１の積層体の上に、接着シートまたは接着剤を配し、回路基板１２を接合する。詳しくは、バスバー２１のボルト挿通孔２４と回路基板１２のボルト挿通孔１７とが重なり合うように配するとともに、バスバー２１の端子挿通孔２２と回路基板１２の基板貫通孔１６とが重なり合うように配し、金属部材２７、プリプレグ２６およびバスバー２１の積層体と回路基板１２とを接着層２０を介して接合する。すると、上から順に、回路基板１２、接着層２０、バスバー２１、プリプレグ２６、および金属部材２７が積層された積層体１１Ａが得られる。

このようにして得られた積層体１１Ａの、電子部品１４Ａが取り付けられる部分においては、図３に示すように、金属部材２７の端子貫通孔３０とバスバー２１の端子貫通孔２３と回路基板１２のスルーホール１８とが重なる位置に配される。

また、積層体１１Ａの、ピン端子４２Ｂ（コネクタ４２）が取り付けられる部分においては、図５に示すように、金属部材２７の端子挿通孔３１とバスバー２１の端子挿通孔２２と回路基板１２の基板貫通孔１６とが重なる位置に配される。

次に、ピン端子４２Ｂおよび端子１４Ｂを積層体１１Ａの所定位置に接続する。
電子部品１４Ａの端子１４Ｂを回路基板１２のスルーホール１８に挿通させてフロー半田により接続し、コネクタ４２のピン端子４２Ｂをバスバー２１の端子挿通孔２２に挿通させてフロー半田により接続する。

次に、バスバー２１に電子部品１５Ａをリフロー半田により接続する。リフロー半田を行うときに用いる鉛フリーはんだは融点が高いため積層体１１Ａ（回路構成体１１）が高温となるが、金属部材２７はプリプレグ２６を介してバスバー２１に接合されているのではがれにくい。

ついで、上面に熱伝導性材料を含むグリースを放熱板３３の上に、積層体１１Ａを重ねると、回路基板１２のボルト挿通孔１７、バスバー２１のボルト挿通孔２４、金属部材２７のボルト挿通孔２９および放熱板３３のボルト挿入部３４が重なり合って１つの孔となる。当該孔にボルト３８を挿通させるとともに螺合させ、基板貫通孔１６に樹脂Ｒを充填すると回路構成体１１が得られる。

次に回路構成体１１の上にコネクタ４２のハウジング４２Ａが取り付けられたケース４０をかぶせつけると図１に示すような電気接続箱１０が得られる。図４に示す部分は電気接続箱１０の電子部品１４Ａが取り付けられた部分であり、図６に示す部分は電気接続箱１０のピン端子４２Ｂ（コネクタ４２）が取り付けられた部分である。図７に示す部分は放熱板３３がボルト３８によりねじ止めされた部分（ねじ止め部分）である。

（本実施形態の作用・効果）
本実施形態によれば以下のような作用・効果が得られる。
本実施形態において、回路基板１２とバスバー２１は接着層２０を介して接合され、バスバー２１と金属部材２７とはプリプレグ２６を介して接合されているので、回路構成体１１に、電子部品１４Ａ等を接続すべく鉛フリーはんだを用いてリフロー半田を行っても、金属部材２７がはがれにくい。また、本実施形態においては金属部材２７の表面にはアルマイト層２７Ａが形成されているので、絶縁性が確保されている。
その結果、本実施形態によれば、放熱性の部材（金属部材２７）とバスバー２１との絶縁性を確保しつつ分離を防止した回路構成体１１を提供することができる。

本実施形態によれば、金属部材２７よりも外側に、ねじ止めにより固定された放熱板３３をさらに備えているから、放熱性がさらに向上するとともに、放熱板３３の取り付け作業が容易である。

また、本実施形態においては、放熱板３３の金属部材２７側の面と、金属部材２７の放熱板３３側の面との間には、熱伝達性材料を含む熱伝達層３２が形成されている。放熱板３３をねじ止めにより固定すると放熱板３３と金属部材２７との間に隙間が生じるが、本実施形態によれば当該隙間に熱伝達層３２が形成されているので、回路基板１２およびバスバー２１で発生した熱が金属部材２７に伝わった後、熱伝達層３２に伝わり、さらに放熱板３３に伝わって外部に放出されるので、効率よく放熱することができる。

さらに、本実施形態によれば、アルマイト層２７Ａが金属部材２７のプリプレグ２６側の面に形成された酸化アルミニウムを含む多孔質皮膜の孔に、絶縁性のコーティング剤を充填してなる層であるから、金属部材２７とバスバー２１との絶縁性を確実なものとすることができる。

＜他の実施形態＞
本発明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発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では、回路基板１２、バスバー２１および金属部材２７の積層体１１Ａに、ねじ止め固定された放熱板３３を備えた回路構成体１１を示したが、放熱板はねじ止めではなく、金属部材に接着されていてもよいし金属部材と相互に係合していてもよい。
（２）上記実施形態では、放熱板３３を備えた回路構成体１１を示したが、回路構成体は放熱板を備えない構成であってもよい。
（３）上記実施形態では放熱板３３と金属部材２７との間に熱伝達層３２が形成されている例を示したが、放熱板と金属部材との間に隙間があいていてもよい。

１０…電気接続箱
１１…回路構成体
１１Ａ…積層体
１２…回路基板
１４Ａ，１５Ａ…電子部品
１４Ｂ…端子
１７…（回路基板の）ボルト挿通孔
１８…スルーホール
２０…接着層
２１…バスバー
２２…（バスバーの）端子挿通孔
２４…（バスバーの）ボルト挿通孔
２６…プリプレグ
２７…金属部材
２７Ａ…アルマイト層
２９…（金属部材の）ボルト挿通孔
３２…熱伝達層
３３…放熱板
３４…ボルト挿入部
３８…ボルト
４０…ケース
４２…コネクタ
４２Ａ…ハウジング
４２Ｂ…ピン端子
Ｒ…樹脂

Claims (5)

1. 回路基板と、
   前記回路基板の一方の面に接着層を介して接合されたバスバーと、
   前記バスバーの前記回路基板に接合される面とは反対側の面に、プリプレグを介して接合されるとともに、当該プリプレグ側の面にアルマイト層が形成されたアルミニウム製またはアルミニウム合金製の金属部材と、を備える回路構成体。
2. 前記金属部材よりも外側に、ねじ止めにより固定された放熱板をさらに備えた請求項１に記載の回路構成体。
3. 前記放熱板の前記金属部材側の面と、前記金属部材の前記放熱板側の面との間には、熱伝達性材料を含む熱伝達層が形成されている請求項２に記載の回路構成体。
4. 前記アルマイト層は、前記金属部材のプリプレグ側の面に形成された酸化アルミニウムを含む多孔質皮膜の孔に、絶縁性のコーティング剤を充填してなる層である請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の回路構成体。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の回路構成体と、前記回路構成体が配設されるケースと、を備える電気接続箱。

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