JP2015104182A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性に優れるＤＣ−ＤＣコンバータ装置を提供する。【解決手段】基板の一面側に導電回路が形成され、基板の他面側に複数のバスバーが設けられるとともに該バスバーに重ねて放熱板が配されたＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、バスバーの基板と対向する面の反対側の面にコイルが接続されており、コイルは、放熱板に設けられた凹部内に放熱板と伝熱的に接触した状態で収容されている。【選択図】図７

Description

本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータ装置に関する。

従来より、車載電装品の通電や断電を実行する装置として、種々の電子部品が実装された回路基板を備える回路構成体をケースに収容してなるものが知られている。

このような装置として、入力された直流の電圧を所定レベルの直流の電圧に変換して出力するＤＣ−ＤＣコンバータ装置が提案されている。このような装置において、回路基板に実装される電子部品は小型で優れた機能を有するものが多いが、これらの電子部品は比較的発熱量が大きいため、電子部品から発生した熱がケース内にこもるとケース内が高温になり、ケース内に収容された電子部品の性能が低下する虞があった。

そこで従来から、回路基板や電子部品から発生した熱を放熱する様々な構造が提案されている。たとえば特許文献１においては、バスバーモールド基板に放熱部材を設けた構成のＤＣ−ＤＣコンバータ装置が開示されている。

特開２０１３−９９０６２号公報

しかし、電子部品の小型化が進み放熱面積が小さくなると、電子部品自体が従来よりも高温になり易く、装置内において局所的に温度が高くなるという問題がある。特に電子部品の中でもコイルにおいては、コイル自体は耐熱性が高いため大電流を流すことができるが、コイルが小型化されて局所的に高温になることによって、周辺の電子部品や回路へ熱的な影響を及ぼす虞がある。

そこで、例えばコイルに直接的に接触可能な金属製の板材を設け、熱をケース内で分散させることにより局所的な温度の上昇を防止する等の方法が考えられるが、このように新たな部材を設ける構成は、部品点数や作業工数の増加につながるという問題がある。

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、部品点数を増加させることなく小型のコイルを使用可能で、放熱性に優れるＤＣ−ＤＣコンバータ装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するためになされた本発明は、基板の一面側に導電回路が形成され、前記基板の他面側に複数のバスバーが設けられるとともに該バスバーに重ねて放熱板が配されたＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、前記バスバーの前記基板と対向する面の反対側の面にコイルが接続されており、前記コイルは、前記放熱板に設けられた凹部内に前記伝熱板と伝熱的に接触した状態で収容されているところに特徴を有する。

上述した本発明の構成によれば、コイルは放熱板の凹部内に収容され、伝熱的に接触した状態とされているから、コイルから発生した熱は放熱板に効率よく伝わり、外部に放熱される。また、コイルは他の電子部品とは基板の反対側の面に配されているから、他の電子部品に与える熱的な影響も少なくて済む。しかも、新たな放熱部材を設けることなく放熱性を向上させることが可能であり、部品点数や作業工数が増加することがない。

本発明は、以下の構成を備えてもよい。

バスバーとコイルとをハンダにより接続し、バスバーのうちコイルとの接続部に、ハンダの融点よりも高い融点を有する金属を配する構成としてもよい。

一般的にバスバーの表面にはスズメッキが施されているが、スズメッキを施したバスバー上に鉛フリーハンダを載せてリフローハンダ付けを行おうとすると、ハンダとともにスズメッキ層が溶融し、ハンダと混ざり合って、ハンダがバスバー上で広がり過ぎてしまう。

一方、バスバーの接続部にハンダの融点よりも高い融点を有する金属を配した場合には、リフローの際にその金属は溶融することがないので、ハンダが金属と混ざり合ってバスバー上で過剰に広がることがない。従って、バスバーとコイルとを確実にハンダ付けすることができる。

また、コイルと放熱板の凹部との間に伝熱部材を配する構成としてもよい。コイルと凹部との間に伝熱部材を介在させることにより、コイルと放熱板とは、より確実に伝熱的に接触した状態となる。すなわち、コイルから発生した熱がより放熱板に伝わり易くなるから、放熱効果が向上する。

さらに、伝熱部材を充填物としてもよい。このような構成とした場合には、コイルと放熱板の凹部との間が充填物により隙間なく埋められ、コイルの周囲全体が凹部と伝熱的に接触した状態となるから、より放熱効果が向上する。

本発明によれば、小型のコイルが使用可能で、かつ、放熱性に優れるＤＣ−ＤＣコンバータ装置を得ることができる。

一実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置の分解斜視図 ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の平面図 ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の正面図 ＤＣ−ＤＣコンバータ装置の右側面図 電力回路基板の平面図 図５のＡ−Ａ断面図 図５のＢ−Ｂ断面の模式図 電力回路基板およびヒートシンクの斜視図 電力回路基板およびヒートシンクの裏面側の斜視図

一実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置１０を図１ないし図９を参照しつつ説明する。本実施形態の装置１０は、車両（図示せず）等に搭載されるＤＣ−ＤＣコンバータ装置１０である。以下の説明においては、図３における上方を上とし下方を下とし、右方を右とし左方を左とする。

本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置１０は、図１に示すように、電力回路基板３１および制御回路基板３５を含む回路構成体３０と、回路構成体３０で発生した熱を放熱するヒートシンク４０と、シールドカバー４５と、これらを収容するケース１１と、を備える。

（ケース１１）
ケース１１は合成樹脂等で形成され、図１に示すように、アッパーカバー１２と、フレーム２０と、アンダーカバー２５とからなる。

フレーム２０は略長方形状をなす枠体であって、内側に回路構成体３０が収容可能な大きさに形成されている。また、図２における左側には、回路構成体３０から導出される３本の外部接続端子３３Ｂを下方側から支持する断面略コ字形状の支持壁２１が延出されている。

アッパーカバー１２は、フレーム２０の上方を覆うように組み付けられる浅皿状をなしている。より詳しくは、アッパーカバー１２は、長方形の天板部１３と、この天板部１３の４つの辺から下方に向けて延びる４つの側壁部１４とを備えている。天板部１３の中央部には、ケース内圧を調整可能な通気性防水弁１５を挿入する挿入孔１６が設けられている。また各側壁部１４からは、フレーム２０の外周壁に設けられた係止突部２２に係止される係止片１７が、２つずつ下方に向けて延出されている。

アンダーカバー２５は板状部材であって、長方形の底壁部２６のうち短辺側の対向２辺が上方に向けて垂直に折り曲げられており、垂直部２７とされている。これらの垂直部２７は、後述するヒートシンク４０の側面４２にねじ留めされるようになっている。また、底壁部２６には複数の凹部２８が長辺方向に沿って、かつ、断続的に設けられている。アンダーカバー２５は後述するヒートシンク４０のフィン４１の間を流れる空気の整流板として機能している。

（回路構成体３０）
回路構成体３０は、電力回路基板３１（基板の一例）および制御回路基板３５と、電力回路基板３１の表面側（図１中上側）に配された複数の電子部品３２と、電力回路基板３１の裏面側（図１中下側）に配策・接着された複数のバスバー３３（電力回路の一例）と、同じく電力回路基板３１の裏面側に配されたコイル３２０と、を備えている。

電力回路基板３１はフレーム２０に収容可能な長方形状をなし、その表面には、プリント配線技術により図示しない導電回路が形成されているとともに、裏面には、例えば銅製の複数のバスバー３３が所定のパターンで配策・接着されている（図９参照）。バスバー３３の表面にはスズメッキ層が設けられているが、電子部品３２との接続部には、ハンダよりも融点が高い金属からなる層、例えばニッケル層３３Ａが形成されている。

図５に示すように、電力回路基板３１の適所には複数の貫通孔３４が設けられている。これらの貫通孔３４は、複数の電子部品３２のうちの一部を、電力回路基板３１の裏面側に配されたバスバー３３に実装するためのものであり、複数の電子部品３２のうちの一部は、貫通孔３４から露出したバスバー３３の表面に、例えば半田付け等公知の手法により接続されている。他の電子部品３２は、電力回路基板３１の表面に形成された導電回路に接続されている。

また、電力回路基板３１の裏面側においては、コイル３２０がバスバー３３上に実装されている。本実施形態のコイル３２０は表面実装型のコイルであって、図７に示すように、直方体状の本体部３２１を有し、本体部３２１の底面（図７の上面）のうちの対向２辺の縁部周辺に一対のリード端子３２２が露出された形態をなすものである。コイル３２０は、例えばハンダ付け等公知の手法により、バスバー３３の接続部（ニッケル層３３Ａ）に接続されている。

制御回路基板３５は、図１に示すように略Ｌ字形状をなす板状部材であり、電力回路基板３１と略平行に配され、中継端子４３により電力回路基板３１と接続状態とされている。

本実施形態の回路構成体３０はＤＣ−ＤＣコンバータである。ＤＣ−ＤＣコンバータは、直流の電圧を異なる直流の電圧に変換する回路であって、例えば、ＨＥＶ車、ＥＶ車などの環境対応車において、各種の車両負荷に電源供給するために設けられる。

ＤＣ−ＤＣコンバータは、周知の回路構成を用いることができ、このＤＣ−ＤＣコンバータを構成する電子部品３２としては、例えば、上述したコイル３２０の他、抵抗、コンデンサ、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子等を有する。これら電子部品３２はいずれも表面実装型が用いられており、上述したように、電力回路基板３１の貫通孔３４において露出されたバスバー３３上、または、電力回路基板３１の表面に形成された導電回路上に、ハンダ付け等の手法により接続されている。

（シールドカバー４５）
回路構成体３０の上方側は、シールドカバー４５により覆われている。シールドカバー４５は、例えば亜鉛鋼板製（金属製）であり、アッパーカバー１２よりも一回り小さい略長方形の浅皿状に形成されている。その天板部４６の中央部には、アッパーカバー１２に取り付けられた通気性防水弁１５と干渉しないように凹部４７が形成されてユニットを低背化させている。また、４つの側壁部４８のうち３つには、下方に向けて断面Ｌ字形状の被固定片４９が設けられており、その先端４９Ａがヒートシンク４０の縁部付近にねじ留めにより固定されている。

（ヒートシンク４０)
回路構成体３０の下方側にはヒートシンク４０（放熱板の一例）が配置されている。ヒートシンク４０は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等の熱伝導性に優れる金属材料からなる放熱部材であり、回路構成体３０において発生した熱を放熱する機能を有する。

ヒートシンク４０の上面は平坦な板状をなしており、上述したコイル３２０に対応する位置には、コイル３２０を収容可能な凹部４０Ａが形成されている。この凹部４０Ａの開口部の大きさは、コイル３２０の高さ方向における断面よりも大きくなるように設定されているとともに、凹部４０Ａの深さは、コイル３２０の高さよりも若干高くなるように設定されている（図６および図７参照）。

また、ヒートシンク４０の下面には下側に向けて延びる多数のフィン４１が形成されている。さらに、短辺側の対向側面４２は板面状とされており、アンダーカバー２５の垂直部２７とネジ止め（図示せず）により一体化されるようになっている。

なお、バスバー３３の下面と、ヒートシンク４０の上面との間には、両者を絶縁状態とする絶縁シート３８が配されている（図７参照）。この絶縁シート３８のうち、ヒートシンク４０の凹部４０Ａに対応する部分には、凹部４０Ａを露出するべく、開口３８Ａが設けられている。

さらに、コイル３２０のうち図７における下面とヒートシンク４０の凹部４０Ａとの間には、伝熱部材３６が配されている。本実施形態の伝熱部材３６は、絶縁性の伝熱シートである。

次に、本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置１０の製造方法について説明する。まず、電力回路基板３１の表面側にプリント配線技術により導電回路（図示せず）を印刷するとともに、裏面側に所定のパターンでバスバー３３を配策・接着する（図９参照）。

次に、図９に示すように、電力回路基板３１の裏面側を上面とした状態でバスバー３３上の所定位置（ニッケル層３３Ａ上）にハンダ（図示せず）を印刷し、ハンダ上にコイル３２０のリード端子３２２を載置する。この時、コイル３２０の本体部３２１の底面に予め熱伝導性接着剤３９を塗布しておき、ニッケル層３３Ａ（リード端子３２２）以外の部分において、コイル３２０（本体部３２１）をバスバー３３に対して接着する。そして、リフローハンダ付けを行い、コイル３２０とバスバー３３とを電気的に接続状態とする。この時、バスバー３３の接続部には、ハンダよりも融点が高いニッケル層３３Ａが形成されているので、リフローにより加熱されてもハンダがニッケル層３３Ａと混ざってバスバー３３上に広がり過ぎることがなく、良好な接続状態とすることができる。

次に電力回路基板３１を裏返し、導電回路形成面を上面として、所定位置にハンダを印刷する。この時ハンダは、導電回路上の所定箇所と、電力回路基板３１に設けられた貫通孔３４により露出されたバスバー３３上の所定箇所に印刷される。そして、印刷されたハンダ上に電子部品３２の接続端子を載置し、リフローハンダ付けを行う。この時、コイル３２０は電力回路基板３１に対して下向き（下面側）に配置された状態となっているが、上述したように、本体部３２１がバスバー３３に接着されているので、ハンダがリフローにより溶融した場合でも、コイル３２０が電力回路基板３１から外れ落ちることがない。

次に、電力回路基板３１および制御回路基板３５をフレーム２０に収容するとともに、ヒートシンク４０の凹部４０Ａ内の底部に伝熱部材３６を配置し、電力回路基板３１のバスバー３３接着面側（裏面側）がヒートシンク４０の上面と接触するように組み付ける。すると、コイル３２０はヒートシンク４０の凹部４０Ａ内に収容され、本体部３２１が伝熱部材３６を介してヒートシンク４０（凹部４０Ａ）と伝熱的に接触した状態とされる（図６および図７参照）。

そして、電力回路基板３１の複数の電子部品３２が配置された面側（表側）にシールドカバー４５およびアッパーカバー１２を取り付けるとともに、その反対側の面にアンダーカバー２５とを取り付け、固定する。これによりＤＣ−ＤＣコンバータ装置１０が完成する。

（本実施形態の作用および効果）
本実施形態のＤＣ−ＤＣコンバータ装置１０によれば、コイル３２０で発生した熱は、伝熱部材３６を介してヒートシンク４０の凹部４０Ａに速やかに伝わり、放熱される構成とされているから、放熱性に優れたＤＣ−ＤＣコンバータ装置１０を得ることができる。また、コイル３２０は他の電子部品３２とは電力回路基板３１における異なる面に配されているから、コイル３２０に大電流を流した場合でも、他の電子部品３２に及ぼす熱的な影響が少なくて済む。

また、コイル３２０とヒートシンク４０の凹部４０Ａとの間に伝熱部材３６が配されているから、コイル３２０から発生した熱がヒートシンク４０に伝わり易く、より優れた放熱効果が得られる。

さらに、コイル３２０とバスバー３３とはハンダにより接続されており、バスバー３３のうちコイル３２０との接続部には、ハンダの融点よりも高い融点を有するニッケル層３３Ａが配されている。従って、リフローの際にハンダとともにバスバー３３が加熱されても、ニッケル層は溶融することがないので、ハンダがニッケル層３３Ａと混ざってバスバー３３上で過剰に広がることがない。すなわち、コイル３２０とバスバー３３とを確実にハンダ付けすることができる。

このような本実施形態によれば、小型のコイル３２０が使用可能で、かつ、放熱性に優れるＤＣ−ＤＣコンバータ装置１０を得ることができる。

＜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、ヒートシンク４０の凹部４０Ａの底部に伝熱部材３６を配し、伝熱部材３６を介してコイル３２０とヒートシンク４０とを伝熱的に接触させる構成としたが、伝熱部材３６は必ずしも設けなくてもよく、直接接触させる構成としてもよい。

（２）あるいは、伝熱部材３６を凹部４０Ａの底部だけでなく、側壁部にも設けてもよい。また、伝熱部材３６としては、伝熱シートの他、例えば伝熱ゲル等の充填物を用いてもよい。そのような構成とすると、コイル３２０で発生した熱がよりヒートシンク４０に伝わり易くなり、より放熱性が向上する。

（３）上記実施形態では、コイル３２０のリード端子３２２を本体部３２１の底面に露出させる埋め込み型のコイル３２０を用いたが、本体部３２１の下面からＬ字形状のリード端子３２２を突出させたコイルを用いることもできる。

（４）上記実施形態では、バスバー３３のうちコイル３２０との接続部にニッケル層３３Ａを設ける構成としたが、ニッケル層以外の、ハンダより融点が高い他の金属層を設ける構成としてもよい。

（５）あるいは、バスバー３３の表面にメッキ層を設けない構成としてもよい。

１０…ＤＣ−ＤＣコンバータ装置
１１…ケース
１２…アッパーケース
２０…フレーム
２５…アンダーケース
３０…回路構成体
３１…電力回路基板（基板）
３２…電子部品
３３…バスバー
３３Ａ…ニッケル層（金属）
３５…制御回路基板
３６…伝熱部材
４０…ヒートシンク（放熱板）
４０Ａ…凹部
４５…シールド
３２０…コイル
３２１…本体部
３２２…リード端子

Claims (4)

1. 基板の一面側に導電回路が形成され、前記基板の他面側に複数のバスバーが設けられるとともに該バスバーに重ねて放熱板が配されたＤＣ−ＤＣコンバータ装置であって、
   前記バスバーの前記基板と対向する面の反対側の面にコイルが接続されており、前記コイルは、前記放熱板に設けられた凹部内に前記放熱板と伝熱的に接触した状態で収容されていることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
2. 前記バスバーと前記コイルとはハンダにより接続されており、前記バスバーのうち前記コイルとの接続部には、前記ハンダの融点よりも高い融点を有する金属が配されていることを特徴とする請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
3. 前記コイルと前記放熱板の前記凹部との間に伝熱部材が配されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置。
4. 前記伝熱部材は充填物であることを特徴とする請求項３に記載のＤＣ−ＤＣコンバータ装置。

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