JP4143242B2 - 車両用パワーディストリビュータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載されたバッテリー等の電源からセンタークラスタ用ユニット、エアコン用ユニット、ドア用ユニットといった複数の電子ユニットに配電を行うための車両用パワーディストリビュータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、共通の車載電源から各電子ユニットに電力を分配する手段として、複数枚のバスバー基板を積層することにより配電用回路を構成し、これにヒューズやリレースイッチを組み込んだ電気接続箱が一般に知られている。
【０００３】
さらに近年は、かかる電気接続箱の小型化や高速スイッチング制御を実現すべく、前記リレーに代えてＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を入力端子と出力端子との間に介在させたパワーディストリビュータの開発が進められている。例えば特開平１０−１２６９６３号公報には、電源入力端子につながる金属板に複数の半導体スイッチング素子のドレイン端子が接続されるとともに、これら半導体スイッチング素子のソース端子がそれぞれ別個の電源出力端子に接続され、各半導体スイッチング素子のゲート端子が制御回路基板に接続されたものが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報に示される装置では、多数の半導体スイッチング素子が使用されているので、その放熱によりケース内の温度が著しく上昇するおそれがある。特に、前記公報に示される各半導体スイッチング素子は、これらの素子が実装される金属板とともに小型化を目的としてパッケージ化され、さらに、そのパッケージ化されたユニットが回路基板上に実装された状態にあるため、各半導体スイッチング素子の発する熱がこもりやすく、しかも、前記パッケージが実装されている回路基板上の他の素子に熱的悪影響を与えやすいという欠点がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、部品点数の少ない簡素な構造で、半導体スイッチング素子を配電回路内に的確に組み込み、かつ、その冷却を効率良く行うことができる車両用パワーディストリビュータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、車両に搭載された共通の電源から複数の電子ユニットに配電を行うためのパワーディストリビュータであって、前記電源に接続される入力端子と、前記各電子ユニットに接続される複数の出力端子と、これらの出力端子に対応して設けられ、前記入力端子に電気的に接続される第１の通電端子及び前記出力端子に電気的に接続される第２の通電端子を有する複数の半導体スイッチング素子と、これらの半導体スイッチング素子を収納するケースと、このケースの外部に露出するように設けられた放熱部材と、前記入力端子と同じ１枚の金属板から形成される導体板とを備え、前記入力端子及び前記導体板を形成する前記金属板並びに前記複数の出力端子が略同一平面上に配置されるとともに、その平面と略平行に前記放熱部材が配されて、この放熱部材に前記導体板が熱的に接続され、前記各半導体スイッチング素子は、これらの第１の通電端子が共通の前記導体板上に半田付けされることにより当該導体板に電気的に接続され、第２の通電端子が前記複数の出力端子のうち対応する出力端子に半田付けされることにより当該出力端子に電気的に接続される状態で、当該導体板及び当該出力端子に実装されているものである。
【０００７】
この構成において、入力端子に入力された電源電力は、導体板さらにはその上に実装された各半導体スイッチング素子を介して各出力端子に分配され、これらの出力端子から所定の電子ユニットに供給される。しかも、前記導体板はケース外部に露出する放熱部材に熱的に接続されている（ただし電気的には例えば絶縁シートの介在によって絶縁されているのが好ましい）ので、各半導体スイッチング素子の発する熱は前記導体板及び放熱部材を通じて外部に逃がされる。
【０００８】
すなわち、この構造では、各半導体スイッチング素子が実装される導体板が、各半導体スイッチング素子を一括して入力端子に電気的に接続するための媒体と、各半導体スイッチング素子を一括して放熱部材に熱的に接続するための媒体として兼用されているので、部品点数の少ない構造で、各半導体スイッチング素子を入力端子と各出力端子との間に的確に介在させながら、これら半導体スイッチング素子の冷却を効率良く行うことが可能となっている。
【０００９】
前記導体板は、前記入力端子と同じ１枚の金属板から形成されているので、部品点数をさらに減らしてパワーディストリビュータの構造をさらに簡素化し、また薄型化することができる。
【００１０】
また、前記入力端子及び前記導体板を形成する前記金属板並びに出力端子が略同一平面上に配置されるとともに、その平面と略平行に放熱部材が配されているので、放熱部材の放熱面積を大きく確保しながら、この放熱部材も含めてパワーディストリビュータ全体の厚みをきわめて小さくすることができ、その大幅なコンパクト化、薄型化を実現できる。
【００１１】
なお、「同一平面上に配列されている」とは、必ずしも全端子の全部分が同一平面上に並んでいるもの、すなわち全端子が平板状のものに限定する趣旨ではなく、入力端子または出力端子が一部前記「同一平面」から逸脱する形状を有するものも含む趣旨である。例えば、基本的に同一平面に並んでいる入力端子または出力端子の一部が折り曲げられて後述のようなタブを形成したり、端子の端部が複数列にわたって突出する形状であったりするものでもよい。
【００１２】
本発明では、前記入力端子及び出力端子を樹脂モールドにより一体化することも可能であり、この樹脂モールドで前記ケースの本体を構成することにより、部品点数の少ない構造で各端子の配列を確実に固定することができる。しかも、前記ケース本体に前記導体板を外部に露出させる窓が形成され、このケース本体の一方の側に当該ケースの略全面を覆う形状の放熱部材が設けられ、かつ、この放熱部材が前記窓を通じて前記導体板に熱的に接続される構成とすることにより、導体板と放熱部材との熱的接続を可能にするとともに、パワーディストリビュータ全体の薄型構造を維持しながら放熱部材の放熱面積を大きく確保することができる。
【００１３】
具体的には、前記放熱部材が前記導体板と熱的に接続される部位を、当該放熱部材の内側面からケース内側に局所的に突出する台部とし、この台部が前記ケース本体の窓内に挿入されるとともに、この台部に熱的に接続される導体板上の各半導体スイッチング素子の第２の通電端子がちょうど各出力端子と接続可能な高さに位置するように前記台部の突出量が設定されている構成とすることにより、放熱部材と導体板との熱的接続を確実にしながら、その導体板に実装されている各半導体スイッチング素子の第２の通電端子と各出力端子との接続を支障なく行うことが可能になる。
【００１４】
ここで、前記出力端子が横一列に並べて配列され、これらの出力端子の配列に対応する配列で前記導体板上に各半導体スイッチング素子が一列に並べて実装されるとともに、これら各半導体スイッチング素子の配列方向と平行な方向に延びる形状に前記台部及び窓が形成された構造とすれば、前記窓や台部を複雑な形状とすることなく、また、各半導体スイッチング素子を整然と配列しながら、これら半導体スイッチング素子の放熱を一括して行うことができる。
【００１５】
さらに、前記放熱部材の裏面に複数枚のフィンを形成するとともに、これらのフィンの長手方向と前記台部の長手方向とを合致させることにより、これらフィン及び台部も含めて放熱部材全体を例えば押し出し成形により一体に形成することが可能となり、放熱部材の量産性を高めることができる。
【００１６】
本発明にかかるパワーディストリビュータでは、各半導体スイッチング素子の通電制御等を行うための制御回路を組み込むことが好ましいが、この場合において、前記入力端子及び出力端子が配置される平面を挟んで前記放熱部材と反対の側に、前記各半導体スイッチング素子の通電端子間の通電を制御する制御回路基板を、前記平面と略平行な状態で、かつ、各半導体スイッチング素子から離間した状態で配置することによって、薄型構造を維持しながら、各端子、放熱部材、及び制御回路基板を合理的に配設することができ、かつ、制御回路基板に組み込まれている制御回路を各半導体スイッチング素子の熱から有効に保護することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
まず、この実施の形態にかかるパワーディストリビュータの回路構成を図１を参照しながら説明する。
【００１９】
このパワーディストリビュータは、第１の入力端子１０Ｉ及び第２の入力端子１０Ｌと、複数（図例では１１個）の出力端子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆ，１２Ｇ，１２Ｈ，１２Ｉ，１２Ｉ′，１２Ｊと、複数（図例では１０個）の半導体スイッチング素子（図例ではパワーＭＯＳＦＥＴ１４。以下、単に「ＦＥＴ」と称する。）と、制御回路基板１８とを有している。
【００２０】
前記両入力端子１０Ｉ，１０Ｌは、共通の車載電源（例えばバッテリー）に接続されるものであるが、このうち、第１の入力端子１０Ｉは図略のイグニッションスイッチを介して前記車載電源に接続され、第２の入力端子１０Ｌは直接、前記車載電源に接続される。
【００２１】
前記出力端子１２Ａ〜１２Ｊのうち、出力端子１２Ａ〜１２Ｈは前記イグニッションスイッチの操作により給電を受けるべき電子ユニット（例えばセンタークラスタユニットやエアコンユニット、ドアユニットなど）にそれぞれ接続され、残りの出力端子１２Ｉ，１２Ｉ′，１２Ｊは直接給電を受けるべき電子ユニット、例えばランプユニットに接続されている。
【００２２】
各出力端子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆ，１２Ｇ，１２Ｈ，１２Ｉ，１２Ｉ′，１２Ｊの途中部分には、過電流発生時に溶断するヒューズ部１６が設けられている。
【００２３】
各ＦＥＴ１４のソース端子（第２の通電端子）は、それぞれ前記出力端子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆ，１２Ｇ，１２Ｈ，１２Ｉ，１２Ｊに接続されており、出力端子１２Ｉに接続されるＦＥＴ１４のソース端子は同時に出力端子１２Ｉ′にも接続されている。すなわち、両出力端子１２Ｉ，１２Ｉ′には共通のＦＥＴ１４が接続されている。
【００２４】
これらＦＥＴ１４のうち、前記出力端子１２Ａ〜１２Ｈに接続されているＦＥＴ１４のドレイン端子（第１の通電端子）は、全て前記第１の入力端子１０Ｉに接続されている。これに対し、前記出力端子１２Ｉ，１２Ｉ′，１２Ｊに接続されるＦＥＴ１４のドレイン端子は、全て前記第２の入力端子１０Ｌに接続されている。従って、第１の入力端子１０Ｉに入力された電源電力は、各ＦＥＴ１４を通じて各出力端子１２Ａ〜１２Ｈにつながる電子ユニットに分配される一方、第２の入力端子１０Ｌに入力された電源電力は、各ＦＥＴ１４を通じて各出力端子１２Ｉ，１２Ｉ′１２Ｊにつながる電子ユニットに分配されるようになっている。
【００２５】
各ＦＥＴ１４のゲート端子（通電制御端子）は、すべて制御回路基板１８の制御回路に接続されている。この制御回路には、第２の入力端子１０Ｌに印加される電源電圧と、各ＦＥＴ１４のソース電圧とが入力されるようになっている。この制御回路は、外部から入力される操作信号（スイッチ信号など）に基づいて各ＦＥＴ１４の通電制御を行うとともに、前記電源電圧と各ＦＥＴ１４のソース電圧との電位差から当該ＦＥＴ１４を流れる電流を検出し、この電流が許容範囲を超える場合にＦＥＴ１４をオフにして図略の表示装置に警告信号を出力するように構成されている。
【００２６】
一方、各ヒューズ部１６は、各ＦＥＴ１４が強制オフされる電流の閾値よりも高い電流であって、各電線の安全性を確保できる最大電流よりも低い電流が所定時間流れたときに溶断するようにその溶断特性が設定されており、仮にＦＥＴ１４が故障してそのオフ切換が不能になっても、その下流側のヒューズ部１６が溶断することにより、過電流が流れ続けることが阻止されるようになっている。
【００２７】
ただし、このヒューズ部１６は仕様に応じて適宜省略が可能である。
【００２８】
次に、前記配電回路を実現するパワーディストリビュータの具体的な構造を、図２〜図８を参照しながら説明する。
【００２９】
このパワーディストリビュータでは、前記配電回路を構成する導体がすべて金属板から構成され、これらの金属板がその板厚方向と直交する同一平面上に配されるとともに、樹脂モールドによって一体化されている。図２は、当該樹脂モールドを透かして前記金属板で構成された部分のみを示した平面図である。
【００３０】
図示のように、第１の入力端子１０Ｉ及び第２の入力端子１０Ｌは、それぞれ金属板２０，２３の端部にこれと一体に形成されている。図例では、両入力端子１０Ｉ，１０Ｌは、板厚確保のために、前記各金属板２０，２３の端部をそれぞれ２枚折りにすることにより形成され、互いに横方向（図２では上下方向）に隣接する状態で配列され、かつ、同じ向き（図２では左向き）に突出している。
【００３１】
金属板２０は、前記第１の入力端子から奥側（図２では右側）に延びる中継部２１と、この中継部２１の奥端から当該中継部２１と直交する方向に延びるドレイン接続部（導体板）２２とを一体に有している。
【００３２】
金属板２３は、前記第２の入力端子１０Ｌから前記金属板２０の中継部２１の外側（図２では上側）を通って当該中継部２１と平行に延びる第１中継部２４と、この第１中継部２４の奥端から前記ドレイン接続部２２の外側（図２では右側）を通って当該ドレイン接続部２２と平行に延びる第２中継部２５と、この第２中継部２５の端から前方に延びるドレイン接続部２６とを一体に有し、このドレイン接続部２６と前記ドレイン接続部２２とが当該ドレイン接続部２２の長手方向（図２の上下方向）に沿って一列に並んだ状態となっている。
【００３３】
全出力端子１２Ａ〜１２Ｊは、前記両入力端子１０Ｉ，１０Ｌとともに横一列に並べて配され、これらの入力端子１０Ｉ，１０Ｌと同じ向きに突出している。出力端子１２Ａ〜１２Ｊのうち、並び方向両外側の出力端子１２Ａ〜１２Ｃ及び出力端子１２Ｈ〜１２Ｊは小幅の小電流用出力端子とされ、並び方向中央の出力端子１２Ｄ〜１２Ｇは前記小電流用出力端子よりも幅広の大電流用出力端子とされている。すなわち、大電流用出力端子１２Ｄ〜１２Ｇの両外側に小電流用出力端子１２Ａ〜１２Ｄ及び１２Ｈ〜１２Ｊが配列されている。
【００３４】
各出力端子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆ，１２Ｇ，１２Ｈ，１２Ｉ，１２Ｊの後部は、前記ドレイン接続部２２，２６と隣接する位置まで延びる中継部２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ，２８Ｅ，２８Ｆ，２８Ｇ，２８Ｈ，２８Ｉ，２８Ｊとされている。これらの中継部２８Ａ〜２８Ｊは、後方に向かうに従って（ドレイン接続部２２，２６に近づくに従って）互いにピッチの広がる形状となっている。また、出力端子１２Ｉ′は、出力端子１２Ｉの中継部２８Ｉから分岐している。すなわち、両出力端子１２Ｉ，１２Ｉ′は中継部２８Ｉを共有している。
【００３５】
従って、前記出力端子１２Ａ〜１２Ｊの後端（すなわち中継部２８Ａ〜２８Ｊの後端）は、これら出力端子１２Ａ〜１２Ｈの先端側ピッチよりも大きなピッチで配列されている。そして、前記中継部２８Ａ〜２８Ｊのうち、中継部２８Ａ〜２８Ｈの奥端に隣接する位置に前記ドレイン接続部２２が配置され、中継部２８Ｉ，２８Ｊの奥端に隣接する位置に前記ドレイン接続部２６が配置されている。また、大電流用出力端子１２Ｄ〜１２Ｇが並び方向中央に配されているため、その中継部２８Ｄ〜２８Ｇの経路が、両外側に配された小電流用出力端子１２Ａ〜１２Ｃ，１２Ｈ〜１２Ｊの中継部２８Ａ〜２８Ｃ，２８Ｈ〜２８Ｊの経路よりも短くなっている。
【００３６】
さらに、各中継部２８Ａ〜２８Ｊと隣接する位置には、略短冊状の金属板からなる制御用端子３０が配設されている。すなわち、制御用端子３０、中継部２８Ａ、制御用端子３０、中継部２８Ｂ、制御用端子３０、…という具合に、中継部と制御用端子とが横一列に交互に配列されている。
【００３７】
各出力端子１２Ａ〜１２Ｊにおいては、その中継部２８Ａ〜２８Ｊとこれよりも前方の端子本体部分とが分断され、この分断された部分に前記ヒューズ部１６が配設されている。
【００３８】
具体的には、図５（ａ）（ｂ）に示すように、前記分断により形成された端部同士をつなぐようにヒューズ部材１６ａが配設されている。このヒューズ部材１６ａの中間部は小幅でかつ上に凸の向きで略Ｕ字状に曲げられており、さらにその両端部１６ｂが水平方向を向くまで折り返されている。そして、これら両端部１６ｂが前記分断により形成された端部にそれぞれ重ね合わされ、かつ、溶接（例えば抵抗溶接やレーザ溶接など）の手段により接合されている。このヒューズ部材１６ａの溶断特性は上述のとおりである。
【００３９】
各ＦＥＴ１４の端子のうち、図略のドレイン端子（第１の通電端子）はチップ本体の裏面に形成され、ソース端子（第２の通電端子）１４ｓ及びゲート端子（通電制御端子）１４ｇは前記チップ本体から同じ向きに突出している。そして、前記中継部２８Ａ〜２８Ｊの配列及びそのピッチに合わせてドレイン接続部２２，２６上に各ＦＥＴ１４が一列に配され、これらＦＥＴ１４のドレイン端子が前記ドレイン接続部２２，２６に直接接触する状態で当該ドレイン接続部２２，２６上にＦＥＴ１４が溶接等（例えば半田付け）によって実装されるとともに、各ＦＥＴ１４のソース端子１４ｓが各中継部２８Ａ〜２８Ｊの後端に、ゲート端子１４ｇが各制御用端子３０の後端に、それぞれ半田付けなどの手段で電気的に接続されている。
【００４０】
前記中継部２８Ａ〜２８Ｊの後部からは爪部が分岐しており、これらの爪部が上向きに折り起こされることにより、タブ２８ｔが形成されている。同様に、各制御用端子３０の前部にも爪部が形成され、これが上向きに折り起こされることにより、タブ３０ｔが形成されている。
【００４１】
一方、前記金属板２３の第２中継部２５にはドレイン接続部２２と平行に延びる矩形状の切欠２５ｂが形成されており、この切欠２５ｂの空間に複数の信号用端子３２が配設されている。各信号用端子３２は、小幅の短冊状をなし、前記ドレイン接続部２２の長手方向と平行な方向に横一列に配列されるとともに、前記入力端子１０Ｉ，１０Ｌ及び出力端子１２Ａ〜１２Ｊと反対側の向き（図２では右向き）に突出している。これら信号用端子３２の後部も爪部とされ、この爪部が上向きに折り起こされてタブ３２ｔが形成されている。
【００４２】
また、前記第２中継部２５においても、前記信号用端子３２と隣接する部分に爪部が形成され、これが折り起こされてタブ２５ｔが形成されている。そして、このタブ２５ｔ及び前述のタブ２８ｔ，３０ｔ，３２ｔがすべて共通の制御回路基板１８に接続されている。
【００４３】
制御回路基板１８は、図４に示すように、前記各端子が配列されている平面と略平行な状態（図では略水平な状態）で、前記ＦＥＴ１４のすぐ上方の位置（ＦＥＴ１４から離れた位置）に配設されている。そして、この制御回路基板１８に設けられた貫通孔１８ｈに前記各タブ２８ｔ，３０ｔ，３２ｔ，２５ｔが挿通された状態で例えば半田付けされることにより、これらタブと制御回路基板１８とが機械的に連結されるとともに、制御回路基板１８に組み込まれた制御回路に各出力端子１２Ａ〜１２Ｊ、各制御用端子３０、各信号用端子３２、及び第２の入力端子１０Ｌが電気的に接続されている。すなわち、この制御回路基板１８は、制御用端子３０と前記信号用端子３２との間で前記ＦＥＴ１４を跨ぐ位置に配されている。
【００４４】
次に、前記各端子を一体化する樹脂モールドについて説明する。
【００４５】
この樹脂モールドは、パワーディストリビュータのケース本体３４を構成しており、後述のカバー６０とともに、前記各ＦＥＴ１４及び制御回路基板１８を収納するケースを構成している。
【００４６】
ケース本体３４の適所には、これを厚み方向に貫通する複数の窓が形成されている。具体的には、各出力端子１２Ａ〜１２Ｊの分断部分を上下両側に露出させる矩形状のヒューズ用窓３８や、各ドレイン接続部２２，２６をそれぞれ上下両側に露出させる素子用窓４４等が形成されている。そして、前記ヒューズ用窓３８内に各ヒューズ部１６が配列されるとともに、素子用窓４４内で各ＦＥＴ１４のドレイン接続部２２，２６への実装が行われている（その他の窓については後述する。）。
【００４７】
ケース本体３４の一方の側面には、コネクタハウジング部５０，５２が一体に形成されており、反対側の側面にはコネクタハウジング部５４が形成されている。これらのコネクタハウジング部５０，５２，５４は、外方に向かって開口するフード状をなしている。そして、前記コネクタハウジング部５０内に前記両入力端子１０Ｉ，１０Ｌが互いに横方向に隣接する状態で突出し、コネクタハウジング部５２内に全出力端子１２Ａ〜１２Ｊが横一列に並ぶ状態で突出し、コネクタハウジング部５４内に全信号用端子３２が横一列に並ぶ状態で突出するように、ケース本体３４の成形が行われている。すなわち、ケース本体３４の外側に突出する各端子１０Ｉ，１０Ｌ，１２Ａ〜１２Ｊ，３２は、ケース本体３４と一体に形成されたコネクタの雄端子を構成している。
【００４８】
前記コネクタハウジング部５０は、図略の電源入力用ワイヤハーネスの端末に設けられたコネクタと嵌合可能な形状を有し、その嵌合によってコネクタハウジング部５０内の各入力端子１０Ｉ，１０Ｌが前記電源入力用ワイヤハーネスを通じて車載電源に電気的に接続されるようになっている。
【００４９】
同様に、コネクタハウジング部５２は、図略の電源分配用ワイヤハーネスの端末に設けられたコネクタと嵌合可能な形状を有し、その嵌合によって、コネクタハウジング部５２内の各出力端子１２Ａ〜１２Ｊが前記電源分配用ワイヤハーネスを通じて適当な電子ユニットにそれぞれ電気的に接続されるようになっている。
【００５０】
また、コネクタハウジング部５４は、図略の信号用ワイヤハーネスの端末に設けられたコネクタと嵌合可能な形状を有し、その嵌合によって、コネクタハウジング部５４内の信号用端子３２の一部が操作信号を発信する電子ユニット（例えばセンタークラスタユニット）に接続されるとともに、残りの信号用端子３２の一部が警告表示動作を行う電子ユニット（例えばディスプレイ機能をもったセンタークラスタユニットあるいはメータユニットなど）に接続されるようになっている。
【００５１】
前記ケース本体３４の裏面（各端子が配置されている平面を挟んで前記制御回路基板１８と反対側の面；図４では下面）には、その略全域（図例ではケース本体３４の周縁部を除く領域）にわたって放熱部材５６が配設されている。
【００５２】
この放熱部材５６は、例えばアルミニウム合金や銅合金のように熱伝導性の高い（もしくは比熱の大きい）材料で全体が一体に形成されており、図例では全体が押し出し成形によって一体形成されたものが用いられている。
【００５３】
この放熱部材５６は、前記ケース本体３４の裏面を覆うようにして、前記各端子が配置されている平面と略平行な状態で配設されている。この放熱部材５６が外側に露出する面（図４（ａ）（ｂ）では下面）には、前記ＦＥＴ１４の配列方向と平行な方向（図４（ａ）（ｂ）では奥行き方向）に延びる多数枚のフィン５６ｆが形成される一方、ケース本体３４の周縁部には、図７に示されるように前記各フィン５６ｆと連続する形状のフィンカバー３４ｆが形成され、これらのフィンカバー３４ｆによって各フィン５６ｆの両端部が側方から覆われている。
【００５４】
前記放熱部材５６の内側面（図４では上面）には、前記ＦＥＴ１４の配列方向と平行な方向に延びる台部５６ｈが上向きに突設されている。これに対し、前記ケース本体３４の下面には、前記素子用窓４４を含んでＦＥＴ配列方向に延びる窓４３が形成され、この窓４３内に前記台部５６ｈが前記ケース本体３４の素子用窓４４内に下方から挿入されるとともに、この台部５６ｆの表面に前記ドレイン接続部２２，２６の裏面がシリコーン等からなる絶縁シート５８（図４（ｂ））を介して熱的に接続されている。従って、この台部５６ｈの高さ寸法ｈは、この台部５６ｈと熱的に接続されるドレイン接続部２２，２６上に実装された各ＦＥＴ１４のソース端子１４ｓ及びゲート端子１４ｇがちょうど出力端子１２Ａ〜１２Ｊ及び制御用端子３０と接続可能な高さに位置するような寸法に設定されている。
【００５５】
前記カバー６０は、その周縁部が前記ケース本体３４の表側面（図４では上面）に装着可能とされ、その装着状態で前記ＦＥＴ１４及び制御回路基板１８を外側から覆う形状を有している。さらに、このカバー６０の内側面の適所には、前記ヒューズ部１６の両端に向かって延びる一対の縦仕切り壁６２と、両縦仕切り壁６２の間の空間をヒューズ部１６の個数と同数に仕切る横仕切り壁６４とが形成されている。そして、図４に示すようにカバー６０がケース本体３４に装着された状態で、図５（ａ）に示すように前記縦仕切り壁６２が各ヒューズ部１６をその両外側の空間から隔離し、同図（ｂ）に示すように各横仕切り壁６４が各ヒューズ部１６同士を隔離するように、両仕切り壁６２，６４の位置及び形状が設定されている。すなわち、両仕切り壁６２，６４によって、各ヒューズ部１６を個別に隔離する隔離部が構成されている。
【００５６】
以上示したパワーディストリビュータでは、入力端子１０Ｉ，１０Ｌに電気的につながるドレイン接続部２２，２６に各ＦＥＴ１４が接続され、かつ、そのドレイン接続部２２，２６が放熱部材５６の台部５６ｈに熱的に接続されているので、前記ドレイン接続部２２，２６は、各ＦＥＴ１４を一括して入力端子１０Ｉ，１０Ｌに電気的に接続する媒体としての役割と、各ＦＥＴ１４を一括して放熱部材５６に熱的に接続する媒体としての役割の双方を果たすものとなっている。従って、部品点数の少ない簡素な構造で、共通の入力端子への各ＦＥＴ１４の電気的な一括接続と、各ＦＥＴ１４の効率的な冷却との双方を実現することができる。
【００５７】
また、このパワーディストリビュータは、例えば次の工程を含む方法により、簡単な工程で容易に製造することが可能である。
【００５８】
１）打ち抜き工程
同じ１枚の金属板を例えばプレスにより所定形状に打ち抜くことにより、前記入力端子１０Ｉ，１０Ｌを含む金属板２０，２３と、出力端子１２Ａ〜１２Ｊ及びその中継部２８Ａ〜２８Ｊと、制御用端子３０と、信号用端子３２とがすべて一体につながった原板を製造する。
【００５９】
具体的には、図９に示すような原板を製造する。この原板では、金属板２０，２３同士をつなぐ小幅のつなぎ部分２７と、金属板２０と出力端子１２Ａとの間及び出力端子同士をつなぐ小幅のつなぎ部分１１と、各出力端子１２Ａ〜１２Ｊの先端側の端子本体部分と中継部２８Ａ〜２８Ｊとの間をつなぐ小幅のつなぎ部分１３と、金属板２０と１本の制御用端子３０との間及び制御用端子３０とこれに隣接する中継部との間をつなぐ小幅のつなぎ部分２９と、金属板２３と１本の信号用端子３２との間及び信号用端子３２同士をつなぐ小幅のつなぎ部分３１と、金属板２３と出力端子１２Ｊの中継部２８Ｊとをつなぐ小幅のつなぎ部分３３とが形成され、これらのつなぎ部分によって全体が一体化されている。また、中継部２８Ａ〜２８Ｊ、制御用端子３０、信号用端子３２、及び金属板２３の第２中継部２５には、前記タブ２８ｔ，３０ｔ，３２ｔ，２５ｔに相当する爪部が予め形成されている。
【００６０】
２）モールド工程
前記原板の外側にケース本体３４を構成する樹脂モールドを成形する。この樹脂モールドには、図１０に示すように、前記各つなぎ部分２７，１１，２９，３１，３３をそれぞれ上下に露出させる切断用窓３５，３６，４２，４８，４９と、ドレイン接続部２２，２６を上下に露出させる素子用窓４４と、前記タブ２８ｔ，３０ｔに相当する爪部を上下に露出させる端子用窓４０と、前記タブ２５ｔ，３２ｔに相当する爪部を上下に露出させる端子用窓４６と、前記つなぎ部分１３を上下に露出させるヒューズ用窓３８とを形成するとともに、ケース本体３４の下面において前記素子用窓４４，４０とつながる位置に、放熱部材５６の台部５６ｈと略同一形状の窓４３を形成しておく。
【００６１】
３）切断工程
前記切断用窓３５，３６，４２，４８，４９を通じて前記つなぎ部分２７，１１，２９，３１，３３を例えばプレスにより切断する。なお、この切断工程では、後述のヒューズ配設工程に含まれる切断作業、すなわち、ヒューズ用窓３８を通じての各つなぎ部分１３の切断も同時に行っておく方が効率的である。
【００６２】
また、これらの窓３５，３６，４２，４８，４９，３８を図示のように表裏両側に開放させるようにしておけば、その両側からプレス用治具等を挿入することが可能になり、より簡単に各つなぎ部分の切断を行うことができる。
【００６３】
４）素子配設工程
前記素子用窓４４内で各ＦＥＴ１４の実装を行う。すなわち、各ＦＥＴ１４の裏面のドレイン端子をドレイン接続部２２，２６に接触させた状態で、半田付け等の溶接によって当該ドレイン接続部２２，２６上にＦＥＴ１４を固定するとともに、各ＦＥＴ１４のソース端子１４ｓを対応する中継部２８Ａ〜２８Ｊの後端に、ゲート端子１４ｇを対応する制御用端子３０の後端に、それぞれ半田付け等で接続する。
【００６４】
５）折り起こし工程
端子用窓４０内で中継部２８Ａ〜２８Ｊ及び制御用端子３０の爪部を折り起こすことによりタブ２８ｔ，３０ｔを形成し、同様に端子用窓４６内で金属板２０及び信号用端子３２の爪部を折り起こすことによりタブ２５ｔ，３２ｔを形成する。
【００６５】
６）基板接続工程
ＦＥＴ１４の直上方に制御回路基板１８を配し、その制御回路基板１８に設けられた貫通孔１８ｈに各タブ２８ｔ，３０ｔ，２５ｔ，３２ｔを挿通して半田付け等により固定する。これにより、各端子と制御回路基板１８の制御回路とが電気的に接続される。
【００６６】
７）ヒューズ部配設工程
前記ヒューズ用窓３８を通じてつなぎ部分１３を切断した後、この切断により形成された端部同士の間にヒューズ部材１６ａを介在させる。具体的には、図５（ａ）（ｂ）に示すようにヒューズ部材１６の両端部１６ｂを前記切断により形成された端部にそれぞれ溶接等により接合する。
【００６７】
その後、ケース本体３４にカバー６０を装着することにより、前記ＦＥＴ１４及び制御回路基板１８をカバー６０で覆うことができるとともに、縦仕切り壁６２，６４によって各ヒューズ部１６を個別に隔離できる。従って、ヒューズ部１６の溶断時にその破片等が他の導体部分に接触して短絡することを防止できる。
【００６８】
８）放熱部材の製造及び組み付け工程
前記パワーディストリビュータ本体の組み立てとは別に、放熱部材５６の製造を行う。この実施の形態にかかる放熱部材５６は、その台部５６ｈ及びフィン５６ｈの長手方向が合致しているので、これら台部５６ｈ及びフィン５６ｆを含む断面形状をもつ長尺物を例えば押し出し成形により形成し、これを適当な寸法に切断することによって量産が可能である。そして、この放熱部材５６を前記ケース本体３４の裏面に当該裏面を覆うようにして装着し、ボルトなどで固定する。その際、放熱部材５６に突設された台部５６ｈをケース本体３４の窓４３に挿入し、当該台部５６ｈを絶縁シート５８を介して金属板２０，２３のドレイン接続部（導体板）２２，２６に熱的に接続するようにする。
【００６９】
なお、本発明の実施形態は以上のものに限られず、例として次のような形態をとることも可能である。
【００７０】
・本発明において、使用する半導体スイッチング素子は前記パワーＭＯＳＦＥＴに限らず、その他のトランジスタ（例えばＩＧＢＴや通常のバイポーラトランジスタ）やＧＴＯをはじめとする各種サイリスタなど、スイッチング機能をもつ各種半導体素子を仕様に応じて適用することが可能である。また、かかる半導体スイッチング素子はパッケージ素子に限らず、例えば半導体チップを直接実装したものであってもよい。半導体スイッチング素子と各端子との接続形態も特に問わず、例えば適所にワイヤボンディングを用いるようにしてもよい。
【００７１】
・本発明において、樹脂モールドの具体的な形状は問わず、少なくともその樹脂モールドから各端子を外側に突出させることにより、外部回路との電気的接続が可能である。また、樹脂モールド以外の手段で各端子を一体化するようにしてもよい。いずれの場合も、前記のように各端子を略同一平面上に配列することにより、パワーディストリビュータ全体の大幅な薄型化が可能になる。
【００７２】
・本発明では、放熱部材５６の具体的な形状も自由に設定が可能である。ただし、前記のようにケース本体３４の裏面略全体を覆う形状とすることにより、薄型構造を維持しながら広い放熱面積を確保できるとともに、台部５６ｈ等の形成によって放熱部材５６とドレイン接続部２２，２６との熱的接続を支障なく行うことができる。
【００７３】
・図２には、ＦＥＴ１４が実装される導体板すなわちドレイン接続部２２，２６を、それぞれ入力端子１０Ｉ，１０Ｌと一体に形成する（同じ１枚の金属板２０，２３から形成する）ようにしたものを示したが、本発明の実施の形態とは別の形態として、例えば金属板２０，２３とドレイン接続部２２，２６とを別部材とすることも可能である。その一例を図１２〜図１４に示す。
【００７４】
図において、ドレイン接続部２２，２６は、それぞれ略矩形状の金属板で構成され、ドレイン接続部２２と金属板２０の中継部２１とが相互に隣接する部分がそれぞれ折り起こされて接合片２２ａ，２１ａを形成し、また、ドレイン接続部２６と金属板２３の第２中継部２５とが相互に隣接する部分もそれぞれ折り起こされて接合片２６ａ，２５ａを形成している。そして、接合片２２ａ，２１ａ同士及び接合片２６ａ，２５ａ同士が図１４のように突き合わされて例えば溶接により接続されている。
【００７５】
このような構造においても、入力端子１０Ｉ（１０Ｌ）に入力される電源電力を金属板２０（２３）及びドレイン接続部２２（２６）をそれぞれ介して各ＦＥＴ１４のドレイン端子に入力することが可能である。
【００７６】
・本発明において、導体板の材質（前記実施形態では金属板２０，２３の材質）は、良好な導電性及びある程度の熱伝導性を備えたものであればよく、例えば銅や銅合金が好適である。
【００７７】
・前記実施形態では、各端子からタブ２８ｔ，３０ｔ，３２ｔ，２５ｔを折り起こして制御回路基板１８に接続するようにしたものを示したが、各端子と制御回路基板１８とを別の端子部材で接続することも可能である。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、入力端子と複数の出力端子との間に介設される各半導体スイッチング素子を前記入力端子と電気的に接続される共通の導体板上に実装し、かつ、この導体板をケース外部に露出する放熱部材に熱的に接続したものであるので、前記導体板を、各半導体スイッチング素子を入力端子に一括して電気的に接続する媒体と、各半導体スイッチング素子を放熱部材に一括して熱的に接続する媒体として兼用することにより、部品点数の少ない簡素な構造で、前記半導体スイッチング素子を的確に配電回路内に組み込みながら、その冷却を効率良く行うことができる効果がある。さらに、前記導体板は、前記入力端子と同じ１枚の金属板から形成されているので、部品点数をさらに減らしてパワーディストリビュータの構造をさらに簡素化し、また薄型化することができる。また、前記入力端子及び前記導体板を形成する前記金属板並びに出力端子が略同一平面上に配置されるとともに、その平面と略平行に放熱部材が配されているので、放熱部材の放熱面積を大きく確保しながら、この放熱部材も含めてパワーディストリビュータ全体の厚みをきわめて小さくすることができ、その大幅なコンパクト化、薄型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるパワーディストリビュータの回路図である。
【図２】前記パワーディストリビュータの導体部分を示す平面図である。
【図３】前記パワーディストリビュータの全体平面図である。
【図４】（ａ）は前記パワーディストリビュータの断面正面図、（ｂ）はＦＥＴ実装部分の拡大断面図である。
【図５】（ａ）は前記パワーディストリビュータにおけるヒューズ部を示す断面正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】前記パワーディストリビュータを上から見た分解斜視図である。
【図７】前記パワーディストリビュータを下から見た斜視図である。
【図８】（ａ）は前記パワーディストリビュータのカバーを示す断面正面図、（ｂ）は同カバーの底面図である。
【図９】前記パワーディストリビュータの製造方法における打ち抜き工程により打ち抜かれた原板の形状を示す平面図である。
【図１０】前記原板の外側に樹脂モールドを成形したものを示す平面図である。
【図１１】前記樹脂モールドに形成された窓を通じて前記原板の各つなぎ部分を切断しかつタブを折り起こしたものを示す平面図である。
【図１２】前記パワーディストリビュータのドレイン接続部を入力端子と別部材にした例を示す平面図である。
【図１３】図１２に示したドレイン接続部に各ＦＥＴが実装されている状態を示す斜視図である。
【図１４】前記ドレイン接続部と入力端子が形成された金属板との接合構造例を示す図である。
【符号の説明】
１０Ｉ，１０Ｌ 入力端子
１２Ａ〜１２Ｇ 出力端子
１４ ＦＥＴ（半導体スイッチング素子）
１４ｓ ソース端子（第２の通電端子）
１４ｇ ゲート端子（通電制御端子）
２０，２３ 金属板
２２，２６ ドレイン接続部（導体板）
３４ ケース本体
４３ 窓
５６ 放熱部材
５６ｆ フィン
５６ｈ 台部

Claims (5)

1. 車両に搭載された共通の電源から複数の電子ユニットに配電を行うためのパワーディストリビュータであって、
   前記電源に接続される入力端子と、
   前記各電子ユニットに接続される複数の出力端子と、
   これらの出力端子に対応して設けられ、前記入力端子に電気的に接続される第１の通電端子及び前記出力端子に電気的に接続される第２の通電端子を有する複数の半導体スイッチング素子と、
   これらの半導体スイッチング素子を収納するケースと、
   このケースの外部に露出するように設けられた放熱部材と、
   前記入力端子と同じ１枚の金属板から形成される導体板とを備え、
   前記入力端子及び前記導体板を形成する前記金属板並びに前記複数の出力端子が略同一平面上に配置されるとともに、その平面と略平行に前記放熱部材が配されて、この放熱部材に前記導体板が熱的に接続され、
   前記各半導体スイッチング素子は、これらの第１の通電端子が共通の前記導体板上に半田付けされることにより当該導体板に電気的に接続され、第２の通電端子が前記複数の出力端子のうち対応する出力端子に半田付けされることにより当該出力端子に電気的に接続される状態で、当該導体板及び当該出力端子に実装されていることを特徴とするパワーディストリビュータ。
2. 請求項１記載のパワーディストリビュータにおいて、
   前記入力端子及び出力端子が略同一平面上に配置された状態で樹脂モールドにより一体化され、この樹脂モールドにより前記ケースの本体が構成されるとともに、当該ケース本体に前記導体板を外部に露出させる窓が形成され、このケース本体の一方の側に当該ケースの略全面を覆う形状の放熱部材が設けられ、かつ、この放熱部材が前記窓を通じて前記導体板に熱的に接続され、
   前記放熱部材が前記導体板と熱的に接続される部位は、当該放熱部材の内側面からケー
   ス内側に局所的に突出する台部であり、この台部が前記ケース本体の窓内に挿入されるとともに、この台部に熱的に接続される導体板上の各半導体スイッチング素子の第２の通電端子がちょうど各出力端子と接続可能な高さに位置するように前記台部の突出量が設定されていることを特徴とするパワーディストリビュータ。
3. 請求項２記載のパワーディストリビュータにおいて、
   前記出力端子が横一列に並べて配列され、これらの出力端子の配列に対応する配列で前記導体板上に各半導体スイッチング素子が一列に並べて実装されるとともに、これら各半導体スイッチング素子の配列方向と平行な方向に延びる形状に前記台部及び窓が形成されていることを特徴とするパワーディストリビュータ。
4. 請求項３記載のパワーディストリビュータにおいて、
   前記放熱部材の裏面に複数枚のフィンが形成されるとともに、これらのフィンの長手方向と前記台部の長手方向とが合致しており、かつ、放熱部材全体が一体に形成されていることを特徴とするパワーディストリビュータ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のパワーディストリビュータにおいて、
   前記入力端子及び出力端子が配置される平面を挟んで前記放熱部材と反対の側に、前記各半導体スイッチング素子の通電端子間の通電を制御する制御回路基板が、前記平面と略平行な状態で、かつ、各半導体スイッチング素子から離間した状態で配置されていることを特徴とするパワーディストリビュータ。

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