JP6330690B2 - 基板ユニット - Google Patents

Description

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）。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。また、このような放熱部材を設けず、導電部材自体を放熱のための部材として機能させる基板ユニットも考えられる。

特開２００３−１６４０４０号公報

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は、一方側のみから放熱を行う構成であるため、十分な放熱能力を確保できないことがある。放熱能力を確保するため、放熱部材を大きくすると、ユニットの大型化を招く。

本発明が解決しようとする課題は、放熱能力に優れ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、前記導電部材の本体部から延びた延設部が接触する放熱部材と、を備えることを特徴とする。

前記延設部は、絶縁材料を介して前記放熱部材に接触しているとよい。

前記導電部材の延設部は、前記基板の外側を通るように設けられているとよい。

前記導電部材の延設部は、前記基板を貫くように設けられていてもよい。

この場合、前記基板を貫くように設けられた前記導電部材の延設部が、当該基板に固定されているとよい。

前記放熱部材は、前記基板の一方の面側に配置されているとよい。

本発明にかかる基板ユニットは、発生した熱が、導電部材の延設部を介して放熱部材に伝わり、当該放熱部材から放熱される。つまり、導電部材の本体部から、直接または間接的に（別の放熱部材を介して）放熱されるだけではなく、導電部材の延設部分から放熱部材を介して放熱される構造であるため、従来に比して放熱効率が高まる。また、十分な放熱効率を確保できるため、ユニットの小型化につながる。

延設部が絶縁材料を介して放熱部材に接触する構造とすれば、放熱部材を介した短絡が防止される。

導電部材の延設部が、基板の外側を通るように設けられていれば、基板に延設部を通す孔等を設ける必要がない。

導電部材の延設部が基板を貫くように設けられていれば、ユニットの小型化につながる。この場合、延設部を基板に固定することで、基板と導電部材の接合をより強固にすることができる。また、基板に固定されることによって延設部の動きが規制されるため、延設部と放熱部材の接続部分に生ずる応力を低減することができる。

放熱部材が基板の一方の面側に配置されていれば、放熱部材と導電部材が基板を挟んで対向するため、基板の一方側および他方側の両方から放熱される構造となり、放熱効率に優れる。この場合、放熱部材が電子部品に接触しない構造とすることで、（放熱部材を電子部品に接触させる構造に比して）電子部品に生ずる応力の増加が抑制される。

本発明の一実施形態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。 基板・導電部材組の外観斜視図である。 基板ユニットにおける電子部品（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（基板およびそれに固定された導電部材）を拡大して示した図である。 基板ユニットにおける電子部品（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（基板およびそれに固定された導電部材）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図である。 第一放熱部材が下壁だけでなく側壁を構成する基板ユニットの断面を模式的に示した図である。 第二放熱部材が上壁だけでなく側壁を構成する基板ユニットの断面を模式的に示した図である。 基板ユニットの製造工程を示した図であって、基板を導電部材に接合し、基板・導電部材組を得る工程を説明するための図である。 基板ユニットの製造工程を示した図であって、基板・導電部材組を得た後の工程を説明するための図である。 基板と交差するように延設部が設けられた基板ユニットの断面を模式的に示した図である。 放熱部材における側壁を構成する部分に延設部が直接または間接的に接触する構造の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平面方向とは、基板１０や導電部材２０の平面方向をいい、高さ方向（上下方向）とは平面方向に直交する方向（基板１０における導電部材２０が固定された側の反対側を上とする）をいうものとする。なお、これらの方向は、基板ユニット１の設置方向を限定するものではない。

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、第一放熱部材４１、および第二放熱部材４２を備える。基板１０は、一方の面１０ａ（上側の面）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（下側の面）に固定された平面方向に沿う本体部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、詳細な説明および図示を省略する（例えば、上記特許文献１参照）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、基板１０と導電部材２０が一体化され、図２に示すような基板１０・導電部材２０組が得られる。本実施形態にかかる基板ユニット１は、基板１０・導電部材２０組が、詳細を後述する第一放熱部材４１、第二放熱部材４２、ケース部材５０から構成される空間内に収容されてなるものであるということができる。

導電部材２０の延設部２２は、本体部２１から起立するよう形成された部分である。延設部２２は、本体部２１側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、平面方向に沿って延びる部分（先端部２２２）を有する。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。

導電部材２０の本体部２１の下側（基板１０側の反対側）には、第一放熱部材４１が固定されている。第一放熱部材４１が導電性材料で形成される場合には、導電部材２０と第一放熱部材４１間が絶縁されているとよい。具体的には、熱伝導性の高い絶縁材料４１１を介して導電部材２０の本体部２１と第一放熱部材４１が接合されているとよい。第一放熱部材４１を設けず、導電部材２０の少なくとも一部を外部に露出させ、当該導電部材２０自体が放熱機能を発揮するように（導電部材２０の本体部２１の下面が放熱面となるように）構成してもよい。第一放熱部材４１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、第一放熱部材４１の外側にフィン等を設けてもよい。

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。図３および図４に示すように、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、はんだ等の導電性材料を介して導電部材２０の本体部２１に電気的かつ物理的に接続される。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電子部品としては、トランジスタ（ＦＥＴ）が例示できる。トランジスタのドレイン端子３２およびソース端子３３は、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、ゲート端子３４は基板１０の導電パターン（ランド）に電気的に接続される。なお、ドレイン端子３２が接続される本体部２１の別個独立した部分と、ソース端子３３が接続される本体部２１の別個独立した部分は異なる。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に電気的に接続されるものである。

なお、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。また、導電部材２０は、基板１０に固定されるものであり、基板１０に形成される導電パターンによって構成される導電路とは異なる別の導電路を構築するものであれば、その具体的な構成は適宜変更可能である。

第二放熱部材４２（本発明における放熱部材に相当する）は、基板１０における一方の面１０ａ側（上側）に位置する。本実施形態では、基板１０、導電部材２０の本体部２１、第一放熱部材４１、および第二放熱部材４２は、それぞれが互いに平行となるように設けられる。第一放熱部材４１や導電部材２０の本体部２１と第二放熱部材４２の間に基板１０が位置するようにして、第一放熱部材４１や導電部材２０の本体部２１と第二放熱部材４２が対向する。第二放熱部材４２には、上記導電部材２０の延設部２２の先端部２２２が直接または間接的に接触している（直接接触している場合、間接的に接触している場合のいずれも本発明における接触に相当するものとする）。本実施形態では、延設部２２（導電部材２０の本体部２１）と、第二放熱部材４２の絶縁を確保するため、熱伝導性の高い絶縁材料４２１を介して延設部２２の先端部２２２と第二放熱部材４２が接合されている。つまり、延設部２２と第二放熱部材４２は、当該熱伝導性の高い絶縁材料４２１を介して間接的に接触している。第二放熱部材４２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、第二放熱部材４２の外側にフィン等を設けてもよい。

第二放熱部材４２は、基板１０の一方の面１０ａと所定の間隔を隔てて対向しており、当該間隔は、基板１０・導電部材２０組に実装された電子部品３０のうち、最も高さ（上下方向長さ）が大きいものの高さよりも大きい。よって、第二放熱部材４２はいずれの電子部品３０にも接触していない。

また、本実施形態における延設部２２は、基板１０の外側（基板１０の外縁よりも外側）を通るように設けられている。つまり、延設部２２は基板１０の一方の面１０ａと交差しない。したがって、基板１０上に構築された回路と延設部２２が短絡してしまうことはない。

第一放熱部材４１と第二放熱部材４２は、ユニットの側壁を構成するケース部材５０によって一体化されている。つまり、本実施形態にかかる基板ユニット１は、下壁の少なくとも一部が第一放熱部材４１によって構成され、上壁の少なくとも一部が第二放熱部材４２によって構成され、側壁がケース部材５０によって構成される構造である。ただし、図５に示すように、第一放熱部材４１が下壁だけでなく側壁を構成する構造としてもよい。また、図６に示すように、第二放熱部材４２が上壁だけでなく側壁を構成する構造としてもよい。つまり、ケース部材５０を用いない構造としてもよい。

本実施形態にかかる基板ユニット１は、例えば次のように組み立てることができる（工程（１）については図７参照。工程（２）〜（４）については図８参照）。
・工程（１）
基板１０と導電部材２０に電子部品３０が実装された基板１０・導電部材２０組を得る（電子部品３０を実装するタイミング、手法はどのようなものであってもよい）。なお、基板１０と導電部材２０を接合してから延設部２２を屈曲（先端部２２２を形成）するようにしてもよいし、予め延設部２２を屈曲させてから基板１０と導電部材２０を接合してもよい（接合作業が容易になる手法を適宜選択すればよい）。
・工程（２）
第一放熱部材４１をケース部材５０に固定する。これにより、第一放熱部材４１・ケース部材５０組を得る。
・工程（３）
基板１０・導電部材２０組を、第一放熱部材４１・ケース部材５０組に組み付ける。つまり、高い熱伝導性を有する絶縁材料４１１を介して導電部材２０を第一放熱部材４１に接合する。これにより、第一放熱部材４１を接合し、基板１０・導電部材２０・第一放熱部材４１・ケース部材５０組を得る。
・工程（４）
第二放熱部材４２を、基板１０・導電部材２０・第一放熱部材４１・ケース部材５０組に組み付ける。つまり、第二放熱部材４２をケース部材５０に固定するとともに、高い熱伝導性を有する絶縁材料４２１を介して導電部材２０の延設部２２を第二放熱部材４２に接合する。これにより、基板ユニット１が得られる。
なお、上記（２）工程と（３）工程の順序は入れ替えることができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる基板ユニット１は、導電部材２０が有する延設部２２が第二放熱部材４２に接触しているため、駆動する電子部品３０から発生する熱（特に、パワー半導体のような発熱量が大きい電子部品３０から発生する熱）や、回路に通電することによって基板１０や導電部材２０から発生する熱の少なくとも一部が、導電部材２０の延設部２２を通じて第二放熱部材４２に伝わり、当該第二放熱部材４２から放熱される。つまり、放熱の経路として、第一放熱部材４１を介した経路に加え、第二放熱部材４２を介した経路が加わるため、従来に比して放熱効率が高い。そして、当該第二放熱部材４２に熱を伝達する経路は導電部材２０（延設部２２）によって構成されるため、第二放熱部材４２に熱を伝達するための新たな別の部材を搭載する必要がなく、コストの増加が抑えられる。

特に、本実施形態にかかる基板ユニット１は、基板１０の一方の面１０ａを上にして設置されるのが通常である。その場合、第二放熱部材４２は、ユニットの上側に位置する。つまり、従来に比してユニット上側からの放熱量が大きくなるため、ユニット全体としての放熱効率が高まることとなる。

また、本実施形態にかかる基板ユニット１では、第二放熱部材４２が電子部品３０に接触していない。よって、第二放熱部材４２を電子部品３０に接触させる構造に比して、電子部品３０に生ずる応力の増加が抑制される。

また、本実施形態における導電部材２０の延設部２２は、基板１０の外側を通るように設けられている。そのため、基板１０に延設部２２を通す孔等を設ける必要がない。

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。

例えば、上記実施形態では、導電部材２０の延設部２２は、基板１０の外側を通るように設けられていることを説明したが、図９に示すように、延設部２２が基板１０と交差するように設けられていてもよい。基板１０には、延設部２２と同数の貫通孔１２（スリットであってもよい）が形成されており、当該貫通孔１２に延設部２２が通される。貫通孔１２の大きさをできるだけ小さくしたいのであれば、基板１０と導電部材２０が一体化される前の状態においては延設部２２を直線状にしておき、貫通孔１２に通された後、延設部２２の先端側の一部を屈曲させる。このようにすれば、貫通孔１２の大きさは、延設部２２の太さよりわずかに大きい（延設部２２の外縁より一回り大きい）程度とすることができる。

当該延設部２２は、基板１０と交差するように設けられているため、基板１０に固定することができる。具体的には、電子部品３０と同様に、基板１０に対しはんだ付け等によって固定することができる。この場合、各電子部品３０と延設部２２は基板１０に形成された導電パターンを介して電気的に接続されないようにする。延設部２２の固定は、電子部品３０の実装工程（例えばリフローはんだ付けによる実装工程）と同じ工程で行うことができる。

このように、導電部材２０の延設部２２が基板１０を貫くように設けられていれば、ユニットの小型化につながる。そして、基板１０を貫く延設部２２が当該基板１０に固定された構造とすることで、基板１０と導電部材２０の接合をより強固にすることができる。また、基板１０に固定されることによって延設部２２の動きが規制されるため、延設部２２と第二放熱部材４２の接続部分に生ずる応力を低減することができる。

また、上記実施形態では、導電部材２０の本体部２１の下側に固定される第一放熱部材４１が設けられていることを説明したが、上述したように、第一放熱部材４１を設けず、導電部材２０の本体部２１自体が放熱性能を高めるための部材として機能する構成としてもよい。具体的には、導電部材２０の本体部２１の少なくとも一部がユニットの下側で露出した構造とすることで、発生した熱の少なくとも一部は導電部材２０を通じてユニットの下側から放出されることとなる。この場合であっても、発生した熱の少なくとも一部は延設部２２から第二放熱部材４２に伝わり、当該第二放熱部材４２を介してユニットの上側から放出されることとなる。

上記実施形態では、基板１０の一方の面１０ａ側に設けられた第二放熱部材４２（ユニットの上壁の少なくとも一部を構成する第二放熱部材４２）に延設部２２が接触していることを説明したが、図５や図６に示した構造のように、放熱部材によって側壁が構成される構造とする場合、図１０に示すように、当該放熱部材における側壁を構成する部分に延設部２２が直接または間接的に接触する構成としてもよい。また、上壁を構成する部分に直接または間接的に接触する延設部２２と、側壁を構成する部分に直接または間接的に接触する延設部２２を有する構成としてもよい。つまり、導電部材２０の本体部２１に固定される第一放熱部材４１や、当該本体部２１自体による放熱経路（放熱方向）とは異なる経路からの放熱性能を高めるために延設部２２が用いられた構成であればよい。

上記実施形態では、導電部材２０の延設部２２と第二放熱部材４２は、熱伝導性の高い絶縁材料４２１を介して接合されている（熱伝導性の高い絶縁材料を介して間接的に接触している）ことを説明したが、当該絶縁を確保しなくてもよい場合（例えば、導電部材２０に一の延設部２２のみが形成される場合）には、延設部２２の先端部２２２が第二放熱部材４２に直接的に接触する構造（上記絶縁が確保されていない構造）としてもよい。

１ 基板ユニット
１０ 基板
１０ａ 一方の面
１０ｂ 他方の面
１１ 開口
１２ 貫通孔
２０ 導電部材
２１ 本体部
２２ 延設部
２２１ 基端部
２２２ 先端部
３０ 電子部品
４２ 第二放熱部材

Claims (7)

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、
   前記導電部材の本体部から延びた延設部が接触する放熱部材と、
   を備えることを特徴とする基板ユニット。
2. 前記延設部は、絶縁材料を介して前記放熱部材に接触し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. 前記導電部材の延設部は、前記基板の外側を通るように設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板ユニット。
4. 前記導電部材の延設部は、前記基板を貫くように設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板ユニット。
5. 前記基板を貫くように設けられた前記導電部材の延設部が、当該基板に固定されていることを特徴とする請求項４に記載の基板ユニット。
6. 前記放熱部材は、前記基板の一方の面側に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の基板ユニット。
7. 前記放熱部材は、前記電子部品に接触していないことを特徴とする請求項６に記載の基板ユニット。

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