JP2021101493A - 金属部材付き基板、回路構成体及び電気接続箱 - Google Patents

Abstract

【課題】金属部材付き基板、回路構成体及び電気接続箱の製造コストを低減する。【解決手段】金属部材付き基板２１は、貫通孔２５を有するプリント基板２２と、貫通孔２５内に挿通される軸部３１と貫通孔２５の孔径Ａ１よりも大きい径Ｂ２を有して貫通孔２５外に配される頭部３２とを有する金属部材３０と、軸部３１と貫通孔２５の内壁とを接合する導電性の接合材３５と、を備える。【選択図】図２

Description

本明細書では、金属部材付き基板に関する技術を開示する。

従来、基板の貫通孔に金属部材が取付けられる技術が知られている。特許文献１の回路構成体は、矩形状の位置決め用貫通孔が形成されたプリント回路基板と、このプリント回路基板に積層されるバスバーとを備えており、バスバーに固定されたインレイは、プリント回路基板の位置決め用貫通孔に圧入されるようになっている。

特開 ２０１５−４６４７９号公報

ところで、特許文献１の構成では、インレイをプリント回路基板の位置決め用貫通孔に圧入する構成であるため、インレイ及び位置決め用貫通孔の寸法に高い精度が必要とされ、製造コストが高くなりやすいという問題がある。

本明細書に記載された技術は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、金属部材付き基板、回路構成体及び電気接続箱の製造コストを低減することを目的とする。

本明細書に記載された金属部材付き基板は、貫通孔を有するプリント基板と、前記貫通孔内に挿通される軸部と前記貫通孔の孔径よりも大きい径を有して前記貫通孔外に配される頭部とを有する金属部材と、前記軸部と前記貫通孔の内壁とを接合する導電性の接合材と、を備える。
上記構成によれば、金属部材の軸部とプリント基板の貫通孔の内壁とは導電性の接合材で接合されるため、例えば、圧入のみにより金属部材の軸部とプリント基板の貫通孔の内壁とを接続する構成と比較して、必ずしも高い寸法精度が必要ないため、製造コストを低減することができる。

また、金属部材は、貫通孔の孔径よりも大きい径を有する頭部が基板の貫通孔外に配されるため、軸部の貫通孔への挿通方向の位置合わせを容易に行うことが可能になる。更に、金属部材が頭部を有することにより、金属部材に頭部がない場合と比較して金属部材の熱容量を高めることができるため、金属部材を介した放熱性を向上させることが可能になる。

本明細書に記載された技術の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記貫通孔内に挿通された状態の前記軸部における前記頭部側とは反対側の端面は、前記プリント基板における電子部品が実装される前記導電路の表面と同じ高さに形成されている。
このようにすれば、基板の導電路における電子部品が実装される面と軸部の端面との間の段差が抑制されることにより、プリント基板上における電子部品の傾き等が生じにくくなり、電子部品の実装不良を低減することができる。

前記接合材は、前記プリント基板における前記頭部に対向する面と前記金属部材の前記頭部とを接合する。
このようにすれば、接合材の接触面積が大きくなるため、基板と金属部材との間の固着力を高めつつ、電気抵抗を小さくすることができる。

前記軸部の外周は、前記貫通孔の孔壁に圧入される圧入部と、前記貫通孔の孔壁に対向して配され、前記孔壁に圧入されない非圧入部と、を有する。
このようにすれば、貫通孔の孔壁に圧入可能な圧入部を有することにより、金属部材を取付ける際に軸部を貫通孔の孔壁に係止させた状態とすることが可能になるため、接合材で接合する作業を容易に行うことができ、製造コストを低減することができる。また、非圧入部を有することにより、軸部の外周の全面を貫通孔の孔壁に圧入する構成と比較して、高い寸法精度が必要ないため、製造コストを低減することができる。

前記金属部材付き基板と、前記軸部における前記頭部側とは反対側の端面に接続される電子部品と、前記金属部材付き基板に重ねられる放熱部材と、を備え、前記プリント基板と前記放熱部材との間隔を保持するスペーサ部を備える回路構成体とする。
このようにすれば、電子部品の熱を放熱部材により放熱させることができるとともに、スペーサ部により、基板の貫通孔に対する金属部材の軸部の挿通深さの位置合わせを適切に行うことができる。

前記スペーサ部は、前記放熱部材と一体に設けられている。
このようにすれば、スペーサ部を放熱部材とは別体で設ける場合と比較して部品点数を少なくすることができる。

前記金属部材付き基板と、前記金属部材付き基板を覆うケースとを備える電気接続箱とする。

本明細書に記載された技術によれば、金属部材付き基板、回路構成体及び電気接続箱の製造コストを低減することが可能になる。

実施形態１の電気接続箱を示す断面図 図１の一部を拡大した断面図 金属部材の軸部を基板の貫通孔に挿通した状態を示す平面図 金属部材を示す斜視図 金属部材を示す平面図 金属部材を示す側面図 実施形態２の金属部材の軸部をプリント基板の貫通孔に挿通した状態を示す平面図 金属部材を示す斜視図 金属部材を示す平面図 金属部材を示す側面図 実施形態３の金属部材の軸部をプリント基板の貫通孔に挿通した状態を示す平面図 金属部材を示す斜視図 金属部材を示す平面図 金属部材を示す側面図 実施形態４の電気接続箱を示す断面図 図１５の一部を拡大した断面図 図２に対応する実施形態５の電気接続箱の一部を拡大した断面図 図１６に対応する実施形態５の電気接続箱の一部を拡大した断面図

＜実施形態１＞
実施形態１について、図１〜図６を参照しつつ説明する。
電気接続箱１０は、例えば車両のバッテリ等の電源と、ランプ、ワイパー等の車載電装品やモータ等からなる負荷との間の電力供給経路に配され、例えばＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等に用いることができる。この電気接続箱１０は任意の向きで配置することができるが、以下では、説明上、図３のＸ方向を前方、図１のＹ方向を左方、Ｚ方向を上方として説明する。

（電気接続箱１０）
電気接続箱１０は、図１に示すように、回路構成体２０と、回路構成体２０を覆うケース１１とを備えている。ケース１１は、下方側が開口する箱形であって、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属製又は合成樹脂製とされている。

（回路構成体２０）
回路構成体２０は、金属部材付き基板２１と、金属部材付き基板２１の下に配され、金属部材付き基板２１の熱を外部に放熱する放熱部材４０とを備える。
（金属部材付き基板２１）
金属部材付き基板２１は、プリント基板２２と、プリント基板２２の貫通孔２５に取付けられる金属部材３０とを備える。
（プリント基板２２）
プリント基板２２は、導電路２４の厚みが大きく、比較的大きな電流を導電路２４に通電することが可能な厚銅基板であって、絶縁材料からなる絶縁板２３にプリント配線技術により銅等の金属からなる導電路２４が絶縁板２３の上面及び下面に形成されている。プリント基板２２には、貫通孔２５が上下方向（板厚方向）に貫通形成されている。貫通孔２５は、本実施形態では、真円形状とされているが、これに限られず、例えば、楕円形状、長円形状、多角形状等としてもよい。なお、本実施形態では、貫通孔２５の孔壁には導電路が形成されておらず、後述する導電性の接合材３５により、プリント基板２２の上面や下面の導電路２４間が電気的に接続されているが、これに限られず、例えば貫通孔２５の孔壁の全体に銅箔等により導電路を形成し、プリント基板２２の上面や下面の導電路２４が貫通孔２５の孔壁の導電路により電気的に接続されるようにしてもよい。

プリント基板２２の導電路２４及び金属部材３０には、発熱部品としての電子部品２７が実装されている。電子部品２７は、扁平な直方体状の本体２７Ａと、本体２７Ａの底面に形成された複数の端子２７Ｂとを有する。複数の端子２７Ｂの下面は、互いに同一平面上に配されており、プリント基板２２の表面に形成された導電路２４としての複数のランドに接続される。電子部品２７の端子２７Ｂに接続される導電路２４（ランド）は、図３に示すように、概ね基板貫通孔２５を囲む長方形状の領域に設けられたランド２４Ａ（２４）と、この領域から離れた位置に一列に並んで配された複数のランド２４Ｂ（２４）とを有する。本実施形態の電子部品２７の複数の端子２７Ｂは、プリント基板２２の上面の導電路２４（ランド２４Ａ，２４Ｂ））と、金属部材３０の上面３１Ａとに半田付けされる。電子部品２７は、本実施形態では、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）とされているが、シャント抵抗等の抵抗、コイル、コンデンサ等の発熱部品としてもよい。

（金属部材３０）
金属部材３０は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス鋼等の金属からなり、図４，図５に示すように、貫通孔２５に挿通される円柱状の軸部３１と、軸部３１から段差状に張り出す角柱状の頭部３２とを有する。本実施形態では、金属部材３０としてリベットが用いられている。軸部３１は、平断面が真円形状であって、図３に示すように、貫通孔２５の孔径Ａ１よりも小さい直径Ｂ１を有しており、貫通孔２５に軸部３１が挿通されると、軸部３１の外周面と貫通孔２５の孔壁との間には、接合材３５としての半田が配される隙間Ｇ１が形成されている。

軸部３１の上下方向（軸方向）の長さは、図２に示されるように、プリント基板２２の厚みよりも隙間Ｇ２の寸法（接合材３５の厚み）だけ大きい。例えばプリント基板２２の下面の貫通孔２５の近傍に半田ペースト等からなる接合材３５を塗布した状態で軸部３１を貫通孔２５に対して所定の位置（図２の位置）まで挿通することにより、軸部３１と貫通孔２５の孔壁との間の隙間Ｇ１と、プリント基板２２と頭部３２との間の隙間Ｇ２とに対して接合材３５が充填され、プリント基板２２と金属部材３０とを接合することができる。金属部材３０がプリント基板２２に対して接合材３５により接合された状態では、軸部３１の上端面３１Ａがプリント基板２２の上面の導電路２４の上面と同じ高さ（面一）になる。頭部３２は、矩形の板状であって、図３に示すように、頭部３２の中心軸を通る最小の直径Ｂ２は、貫通孔２５の孔径Ａ１よりも大きい。図２に示すように、頭部３２の上面３２Ａとプリント基板２２の下面との間の隙間Ｇ２及び軸部３１の外周面と貫通孔２５の孔壁との間の隙間Ｇ１には、接合材３５が充填されている。

頭部３２の下面と放熱部材４０の上面４０Ａとの間には、伝熱材３６が配されている、伝熱材３６は、例えば、シリコーングリスなどの熱伝導性が高く、絶縁性を有する材料が用いられている。伝熱材３６は、頭部３２の下面の全体と放熱部材４０の上面４０Ａとに密着するように配される。これにより、金属部材３０の熱は伝熱材３６を介して放熱部材４０に伝わり、放熱部材４０から外部に放熱される。

（放熱部材４０）
放熱部材４０はアルミニウム、アルミニウム合金等の熱伝導性が高い金属類製であって、図１に示すように、平坦な上面４０Ａを有し、下面側に櫛刃状に並んで配された複数の放熱フィン４１を有している。放熱部材４０の上面４０Ａには、上方に突出する複数のスペーサ部４２が設けられている。複数のスペーサ部４２は、放熱部材４０の上面における周縁部寄りに設けられており、プリント基板２２の外周縁部が載置されてプリント基板２２を支持することにより、プリント基板２２の下面と放熱部材４０の上面４０Ａとの間の所定の間隔（頭部３２の厚みと伝熱材３６の厚みを加えた寸法）を保持する。なお、スペーサ部４２に接触するプリント基板２２の下面に導電路２４が形成されている場合には、スペーサ部４２の上面には、絶縁性の接着剤等からなる絶縁層が形成され、プリント基板２２とスペーサ部４２との間を絶縁する。放熱部材４０と金属部材付き基板２１とを図示しないネジ等の固定手段により固定することで回路構成体２０が形成され、回路構成体２０にケース１１を被せることにより電気接続箱１０（図１）が形成される。

本実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
金属部材付き基板２１は、貫通孔２５を有するプリント基板２２と、貫通孔２５内に挿通される軸部３１と貫通孔２５の孔径Ａ１よりも大きい径Ｂ２を有して貫通孔２５外に配される頭部３２とを有する金属部材３０と、軸部３１と貫通孔２５の内壁とを接合する導電性の接合材３５と、を備える。
本実施形態によれば、金属部材３０の軸部３１とプリント基板２２の貫通孔２５の内壁とは導電性の接合材３５で接合されるため、例えば、圧入のみにより金属部材３０の軸部３１とプリント基板２２の貫通孔２５の内壁とを接続する構成と比較して、必ずしも高い寸法精度が必要ないため、製造コストを低減することができる。また、金属部材３０は、貫通孔２５の孔径Ａ１よりも大きい径Ｂ２を有する頭部３２を有するため、軸部３１の貫通孔２５への挿通方向の位置合わせを容易に行うことが可能になる。更に、頭部３２を有することにより、頭部３２がない場合と比較して金属部材３０の熱容量を高めることができ、放熱性を向上させることが可能になる。

また、貫通孔２５内に挿通された状態の軸部３１の上端面３１Ａ（頭部３２側とは反対側の端面）は、プリント基板２２における電子部品２７が実装される導電路２４の表面と同じ高さに形成されている。
このようにすれば、プリント基板２２の導電路２４と軸部３１の端面３１Ａとの間の段差が抑制されるため、プリント基板２２上における電子部品２７の傾き等が生じにくくなり、電子部品２７の実装不良を低減することができる。

接合材３５は、プリント基板２２における頭部３２に対向する面と金属部材３０の頭部３２とを接合する。
このようにすれば、接合材３５の接触面積が大きくなるため、プリント基板２２と金属部材３０との間の固着力を高めつつ、電気抵抗を小さくすることができる。また、プリント基板２２の下面（頭部３２に対向する面）の導電路２４と頭部３２とを接合材３５により電気的に接続することができる。

また、回路構成体２０は、金属部材付き基板２１と、軸部３１における上端面３１Ａ（頭部３２側とは反対側の端面）に接続される電子部品２７と、金属部材付き基板２１に重ねられる放熱部材４０と、を備え、プリント基板２２と放熱部材４０との間隔を保持するスペーサ部４２を備える。
このようにすれば、電子部品２７の熱を放熱部材４０により放熱することができるとともに、スペーサ部４２により、金属部材３０の軸部３１の貫通孔２５への挿通深さの位置合わせを適切に行うことができる。

また、スペーサ部４２は、放熱部材４０と一体に設けられている。
このようにすれば、スペーサ部４２を放熱部材４０とは別体で設ける場合と比較して部品点数を少なくすることができる。

＜実施形態２＞
次に、実施形態２を図７〜図１０を参照して説明する。実施形態１の金属部材３０の頭部３２は、矩形状であったが、実施形態２は、図８に示すように、金属部材５０の頭部５２を円形状とするものである。他の構成は、上記実施形態と同一であるため、以下では、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

プリント基板２２における貫通孔２５の下方に配された円板状の頭部５２は、図７に示すように、頭部５２の直径Ｂ３は、貫通孔２５の直径Ａ１よりも大きくされている。プリント基板２２の貫通孔２５と軸部３１との間の隙間は、導電性の接合材３５で接合されるとともに、プリント基板２２の下面と頭部５２の上面５２Ａとの間の隙間は、導電性の接合材３５で接合される。

＜実施形態３＞
実施形態３について、図１１〜図１４を参照して説明する。上記実施形態では、金属部材３０の軸部３１の平断面は真円形状であったが、実施形態３では、金属部材６０の軸部６１が非円形状とされるものである。他の構成は、上記実施形態と同一であるため、以下では、上記実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

金属部材６０の軸部６１は、図１２，図１３に示すように、平断面が略三角形状であって、軸部６１の上端面６１Ａは、プリント基板２２の上面の導電路２４と面一に形成されている。軸部６１の外周は、貫通孔２５の孔壁に圧入される先細の圧入部６２と、貫通孔２５の孔壁に対向して配され、貫通孔２５の孔壁に圧入されない非圧入部６３とを有する。非圧入部６３は、図１１に示すように、貫通孔２５の孔壁との間に接合材３５が配される隙間Ｇ３を形成し、この隙間Ｇ３に接合材３５が充填されて金属部材６０とプリント基板２２とが接合される。

実施形態３によれば、圧入部６２が貫通孔２５の孔壁に圧入されることにより、金属部材６０を貫通孔２５の孔壁に仮係止することが可能になるため、接合材３５で接合する作業を容易に行うことができ、製造コストを低減することが可能になる。また、非圧入部６３を有することにより、軸部６１の外周の全面を貫通孔２５の孔壁に圧入する構成と比較して、高い寸法精度が必要なくなるため、製造コストを低減することができる。

＜実施形態４＞
実施形態４について、図１５，図１６を参照して説明する。上記実施形態では、プリント基板２２の下に放熱部材４０が重ねられていたが、実施形態４の電気接続箱７０は、金属部材付き基板２１の下に放熱部材４０が重ねられておらず、金属部材付き基板２１は、支持部材７１に下側から支持された状態でケース８０に収容されている。支持部材７１は、合成樹脂製又は金属製のフレームであって、プリント基板２２の周縁部が載置される載置部７２と、ケース８０側に突出してケース８０に係止される被係止部７３とを有する。ケース８０は、金属製又は合成樹脂製であって、アッパーケース８１とロアケース８２とを有し、被係止部７３が挿通されて係止される係止部８４が貫通形成されている。

＜実施形態５＞
実施形態５について、図１７，図１８を参照して説明する。実施形態１〜３では、プリント基板２２と頭部３２との間には接合材３５が配される隙間Ｇ２が形成されていたが、図１７，図１８の金属部材９０の軸部９１は、実施形態１〜３の軸部３１よりも短くされており、頭部３２の上面３２Ａがプリント基板２２の下面の導電路２４に当接するものである。他の構成は、上記実施形態と同一であるため、以下では、上記実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

＜他の実施形態＞
本明細書に記載された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記載された技術の技術的範囲に含まれる。
（１）電子部品２７は、本体２７Ａの底面に端子２７Ｂが配されるものとしたが、これに限られず、例えば、本体２７Ａの側面等から端子２７Ｂが突出してプリント基板２２の導電路２４や金属部材３０に半田付けされる構成としてもよい。

（２）金属部材３０，５０，６０の頭部３２は、板状であったが、これに限られず、例えば、半球状や球状の頭部を有する構成としてもよい。また、例えば、頭部の一部が突出する凸形状や頭部の一部が凹んだ凹形状としてもよい。
（３）実施形態３では、金属部材６０の軸部３１は、断面が略三角形状としたが、これに限られず、三角形以外の多角形とし、多角形の角部が貫通孔２５の孔壁に圧入される圧入部としてもよい。また、楕円形や長円形状等の長径と短径とを有する軸部として、周方向の位置に応じて直径の異なる形状としてもよい。

（４）図１，図１５では、１つの電子部品２７や１つの金属部材３０が示されているが、電子部品２７や金属部材３０の数は、上記実施形態の数に限られず、導電路２４等に応じて複数設けてもよい。
（５）金属部材３０はリベットとしたが、これに限られず、例えば、軸部にネジ部が形成されたネジとしてもよい。

（６）接合材３５は、半田としたが、これに限られず、例えばロウ材や導電性接着剤（導電性樹脂）としてもよい。また、例えば金属部材３０をプリント基板２２に対して仮止め（例えば頭部の上面３２Ａを接着剤でプリント基板２２に固定）した後に接合材で接合してもよい。

１０，７０： 電気接続箱
１１，８０： ケース
２０： 回路構成体
２１： 金属部材付き基板
２２： プリント基板
２３： 絶縁板
２４： 導電路
２５： 貫通孔
２７： 電子部品
３０，５０，６０： 金属部材
３１，６１： 軸部
３１Ａ： 端面
３２，５２： 頭部
３２Ａ，５２Ａ： 上面
３５： 接合材
３６： 伝熱材
４０： 放熱部材
４２： スペーサ部
６２： 圧入部
６３： 非圧入部
Ａ１： 貫通孔の孔径
Ｂ１： 軸部の径
Ｂ２： 頭部の径
Ｂ３： 頭部の径
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３： 隙間

Claims (7)

1. 貫通孔を有するプリント基板と、
   前記貫通孔内に挿通される軸部と前記貫通孔の孔径よりも大きい径を有して前記貫通孔外に配される頭部とを有する金属部材と、
   前記軸部と前記貫通孔の内壁とを接合する導電性の接合材と、を備える金属部材付き基板。
2. 前記貫通孔内に挿通された状態の前記軸部における前記頭部側とは反対側の端面は、前記プリント基板における電子部品が実装される導電路の表面と同じ高さに形成されている請求項１に記載の金属部材付き基板。
3. 前記接合材は、前記プリント基板における前記頭部に対向する面と前記金属部材の前記頭部とを接合する請求項１又は請求項２に記載の金属部材付き基板。
4. 前記軸部の外周は、前記貫通孔の孔壁に圧入される圧入部と、前記貫通孔の孔壁に対向して配され、前記孔壁に圧入されない非圧入部と、を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の金属部材付き基板。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の金属部材付き基板と、
   前記軸部における前記頭部側とは反対側の端面に接続される電子部品と、
   前記金属部材付き基板に重ねられる放熱部材と、を備え、
   前記プリント基板と前記放熱部材との間隔を保持するスペーサ部を備える、回路構成体。
6. 前記スペーサ部は、前記放熱部材と一体に設けられている、請求項５に記載の回路構成体。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の金属部材付き基板と、前記金属部材付き基板を覆うケースとを備える電気接続箱。

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