JP7135999B2 - 配線基板 - Google Patents

Description

本開示は、配線基板に関する。

バスバー（ｂｕｓｂａｒ）と呼ばれる導電性を有する板（本開示において「導電板」と称す）を備える回路基板が公知である。

特許文献１には、バスバー同士がつながった形状をもつバスバー構成体に対し、バスバー同士の切り離しを行う方法が開示される。

特許文献２には、パワー半導体が搭載される一対のバスバーと、当該パワー半導体を制御する制御信号の伝達に介されるフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）とが開示される。

特開２００３－１６４０３９号公報 特開２０１６－２２０２７７号公報

特許文献１においてバスバー構成体からバスバー同士を切り離すことは、切り離されたバスバー同士の絶縁を実現する。特許文献２においては一対のバスバーにＦＰＣが貼り付けられる。

本開示は、バスバー同士が絶縁される効果を高めることを目的とする。

本開示の配線基板は、第１端と第２端とを有する素子を搭載し、前記第１端と前記第２端との間を流れる電流が前記素子の外部を流れる経路として機能する。当該配線基板は第１導電板、第２導電板、第１絶縁体を備える。

前記第１導電板は、前記素子を搭載して前記第１端と接続される第１主面と、前記第１導電板の厚み方向において前記第１導電板の前記第１主面と位置が異なる第２主面とを有する。

前記第２導電板は、前記素子を搭載して前記第２端と接続される第１主面と、前記第２導電板の厚み方向において前記第２導電板の前記第１主面と位置が異なる第２主面とを有する。

前記第１絶縁体は、前記第１導電板と前記第２導電板とを隔てる第１部と、前記第１部と連続し、前記第１導電板の前記第１主面の少なくとも一部を覆う第２部とを有する。

前記第１部は、前記第１導電板の前記第２主面から前記第１導電板の前記第１主面と反対側あるいは前記第２導電板の前記第２主面から前記第２導電板の前記第１主面と反対側へ突出する端部を含む。

本開示によれば、第１導電板と第２導電板とが絶縁される効果が高まる。

図１は実施形態１，２にかかる電気接続箱の構成の一例を示す断面図である。 図２は実施形態１，２にかかる配線基板およびその周辺の一例を示す平面図である。 図３は実施形態２にかかる配線基板の一部の一例を示す断面図である。 図４は実施形態３にかかる配線基板の一部の第１例を示す断面図である。 図５は実施形態３にかかる配線基板の一部の第２例を示す断面図である。 図６は実施形態４にかかる配線基板の一部の一例を示す断面図である。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様が列記して説明される。

（１）本開示の配線基板は、第１端と第２端とを有する素子を搭載し、前記第１端と前記第２端との間を流れる電流が前記素子の外部を流れる経路として機能する。当該配線基板は第１導電板、第２導電板、第１絶縁体を備える。

前記第１導電板は、前記素子を搭載して前記第１端と接続される第１主面と、前記第１導電板の厚み方向において前記第１導電板の前記第１主面と位置が異なる第２主面とを有する。

前記第２導電板は、前記素子を搭載して前記第２端と接続される第１主面と、前記第２導電板の厚み方向において前記第２導電板の前記第１主面と位置が異なる第２主面とを有する。

前記第１絶縁体は、前記第１導電板と前記第２導電板とを隔てる第１部と、前記第１部と連続し、前記第１導電板の前記第１主面の少なくとも一部を覆う第２部とを有する。

前記第１部は、前記第１導電板の前記第２主面から前記第１導電板の前記第１主面と反対側あるいは前記第２導電板の前記第２主面から前記第２導電板の前記第１主面と反対側へ突出する端部を含む。

本開示によると、第１導電板と第２導電板とが第１部によって隔てられ、互いに絶縁される。第２部は第１導電板から第２導電板に至る絶縁距離を増大し、以て第１導電板を第２導電板から絶縁する効果が高まる。

（２）前記第２部は、前記第１導電板の前記第１主面を露出させる孔を有することが好ましい。かかる構成は、素子の第１端が第１導電板の第１主面と電気的に接続されることを容易にする。

（３）前記配線基板は通電部を更に備え、前記通電部は、前記第１絶縁体の前記第２部に覆われ、もしくは前記第２部を介して前記第１導電板の前記第１主面と対向し、前記素子は前記通電部と接続される第３端を更に有することが好ましい。かかる構成において、第１導電板の電位および第２導電板の電位に依存しない電位が、第３端に供給される。

（４）前記第１部の前記端部は、前記第１導電板の前記第２主面および前記第２導電板の前記第２主面の少なくともいずれか一つを少なくとも部分的に覆うことが好ましい。かかる構成は第１導電板から第２導電板に至る絶縁距離を増大し、以て第１導電板を第２導電板から絶縁する効果が高まる。

（５）前記配線基板は第２絶縁体を更に備え、前記第１導電板の前記第２主面および前記第２導電板の前記第２主面の少なくともいずれか一つにおいて、前記第２絶縁体は前記第１部の前記端部を保持することが好ましい。かかる構成により第２部が第１主面から離れにくい。

（６）前記第１絶縁体はシート状であることが好ましい。第１導電体および第２導電体に電流が流れることによって第１導電体および第２導電体が発熱しても第１部が薄いことにより、当該発熱に起因する第１部の熱膨張の影響が小さい。これは第１端と第１導電板の第１主面の接続と、第２端と第２導電板の第１主面の接続とに印加される応力を低減する観点において有利である。

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の配線基板の具体例が、以下に図面を参照しつつ説明される。なお、本開示はこれらの例示に限定されず、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内におけるすべての変更が含まれることが意図される。

[実施形態１]
以下、実施形態１に係る配線基板が説明される。実施形態１においては配線基板１０を備える電気接続箱１００が例として説明される。

図１は、実施形態１にかかる配線基板１０およびその周辺の一例を示す断面図である。図２は実施形態にかかる配線基板１０およびその周辺の一例を示す平面図である。図１は図２の位置Ｉ－Ｉにおいて矢印方向に沿って見た断面図である。

電気接続箱１００は、素子４と、配線基板１０と、保持部６１，６２と、筐体９０とを備える。図２において筐体９０が省略される。

配線基板１０は素子４を搭載する。配線基板１０は、素子４の内部において第１端４１と第２端４２との間を流れる電流が、素子４の外部を流れる経路として機能する。

素子４は第１端４１と第２端４２とを備える。素子４は電気接続箱１００の用途に応じて、例えば電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」とも称す：ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によって例示される半導体スイッチング（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）素子が採用される。あるいは素子４は抵抗であり、あるいはコイルであり、あるいはコンデンサである。

以下においては素子４がＦＥＴである場合が例として説明される。第１端４１および第２端４２の一方がソース（ｓｏｕｒｃｅ）電極として機能し、他方がドレイン（ｄｒａｉｎ）電極として機能する。以下においては、第１端４１がソース電極であり、他方がドレイン電極である場合が例として説明される。実施形態１においてはＦＥＴ４は、面実装タイプのパワーＭＯＳＦＥＴである場合が例示される。ソース電極４１およびドレイン電極４２はＦＥＴ４の本体４０の外部に位置する。

配線基板１０は、第１導電板１と、第２導電板２と、第１絶縁体３とを備える。

第１導電板１は、第１主面１１と、第２主面１２とを有する。第１主面１１はＦＥＴ４を搭載してソース電極４１と接続される。第２主面１２は第１主面１１とは反対側の面である。第２主面１２は第１導電板１の厚み方向である方向Ｚ１において第１主面１１と位置が異なる。第１導電板１は例えば矩形の板状をなす。第１導電板１はソース電極側のバスバー（以下「ソースバスバー」と称す）である。ソースバスバー１の材料には例えば金属が採用される。

第２導電板２は、第１主面２１と、第２主面２２とを有する。第１主面２１はＦＥＴ４を搭載してドレイン電極４２と接続される。第２主面２２は第１主面２１とは反対側の面である。第２主面２２は第２導電板２の厚み方向である方向Ｚ２において第１主面２１と位置が異なる。第２導電板２は例えば矩形の板状をなす。第２導電板２はドレイン電極側のバスバー（以下「ドレインバスバー」と称す）である。ドレインバスバー２の材料には例えば金属が採用される。

第１主面１１，２１のいずれもがＦＥＴ４を搭載するので、第１主面１１は第２主面１２よりもＦＥＴ４に近く位置し、第１主面２１は第２主面２２よりもＦＥＴ４に近く位置する。

説明の便宜上、１つのＦＥＴ４が配線基板１０に搭載された構成について説明される。複数のＦＥＴ４が配線基板１０に搭載されてもよい。ソースバスバー１およびドレインバスバー２にはＦＥＴ４の他に、ツェナーダイオードによって例示される半導体素子が実装されてもよい。

実施形態１において方向Ｚ１，Ｚ２は必ずしも平行である場合に限定されない。以下においては方向Ｚ１，Ｚ２が平行である場合が例として説明される。

方向Ｘ，Ｙは方向Ｚ１，Ｚ２とは非平行な方向、例えば方向Ｚ１，Ｚ２に垂直な方向である。方向Ｙは方向Ｘとは非平行な方向、例えば方向Ｘに垂直な方向である。実施形態１においてはソースバスバー１とドレインバスバー２とが方向Ｘに沿って対向する。ソースバスバー１はドレインバスバー２に対して端面１３において対向する。ドレインバスバー２はソースバスバー１に対して端面２３において対向する。

ＦＥＴ４は、より詳しくは本体４０は、ソースバスバー１とドレインバスバー２とが対向する位置を跨って配置される。ＦＥＴ４は、より詳しくは本体４０は、端面１３，２３を跨いで配置される。ソース電極４１はドレイン電極４２からみて方向Ｘ側に位置する。

ソース電極４１はソースバスバー１に対して方向Ｚ１側に位置し、ドレイン電極４２はドレインバスバー２に対して方向Ｚ２側に位置する。ソース電極４１は第１主面１１においてソースバスバー１に半田７１を用いて接続される。ドレイン電極４２は第１主面２１においてドレインバスバー２に半田７２を用いて接続される。

第１絶縁体３は、第１部３１と、第２部３２とを有する。第１部３１はソースバスバー１とドレインバスバー２とを、より詳しくは端面１３と端面２３とを隔てる。例えば第１部３１は端面１３および端面２３のいずれか一方、または両方と接触する。

第１部３１は端部Ｃを含む。端部Ｃは第２主面１２から第１主面１１と反対側へ突出する。あるいは端部Ｃは第２主面２２から第１主面２１と反対側へ突出する。実施形態１においては端部Ｃは第２主面１２，２２のいずれからも突出する場合が例示される。

第２部３２は第１部３１と連続して第１主面２１の一部を覆う。このような第１部３１および第２部３２を有する第１絶縁体３は、ソースバスバー１に対するドレインバスバー２の絶縁距離を長くする。絶縁距離が長いことは絶縁バスバー同士が絶縁される効果を高める。

｛素子４が配置される位置｝
ＦＥＴ４が第１主面１１，２１に跨って配置されることにより、ソース電極４１は第１主面１１に対して方向Ｚ１に沿って並び、ドレイン電極４２は第１主面２１に対して方向Ｚ２に沿って並ぶ。ソース電極４１が第１主面１１と半田７１を用いて電気的に接続され、ドレイン電極４２が第１主面２１に電気的に接続されることが容易である。

もしドレイン電極４２のみならずソース電極４１も第１主面２１に対して方向Ｚ２に沿って並ぶのであれば、ソース電極４１を第１主面１１へ接続するために、第１主面２１と絶縁される通電部を方向Ｘに沿って第１部３１を跨いで配置する必要がある。もしソース電極４１のみならずドレイン電極４２も第１主面１１に対して方向Ｚ１に沿って並ぶのであれば、ドレイン電極４２を第１主面２１へ接続するために、第１主面１１と絶縁される通電部を方向Ｘに沿って第１部３１を跨いで配置する必要がある。このような通電部はソースバスバー１およびドレインバスバー２と比較してその断面積が狭いので、発熱しやすい。したがって発熱を避ける観点において、かかる通電部を配置することは回避することが有利である。

ＦＥＴ４に電流が流れ、ひいてはソースバスバー１およびドレインバスバー２に電流が流れ、ソースバスバー１およびドレインバスバー２が熱膨張する。この電流が流れなくなるとソースバスバー１およびドレインバスバー２が収縮する。

かかる膨張、収縮が発生すると、半田７１，７２には方向Ｘに沿った応力が引加される。半田７１と半田７２とが離れているほど、当該応力は大きい。半田７１，７２による電気的な接続の観点から、この応力は小さい方が有利である。従ってソースバスバー１においてソース電極４１が半田７１を用いて接続される位置と、ドレインバスバー２においてドレイン電極４２が半田７２を用いて接続される位置とは近接することが有利である。

従ってＦＥＴ４が第１主面１１，２１に跨って配置され、ソース電極４１は第１主面１１に対して方向Ｚ１に沿って並び、ドレイン電極４２は第１主面２１に対して方向Ｚ２に沿って並ぶことが望ましい。

｛第１絶縁体３の例示｝
ソースバスバー１およびドレインバスバー２に電流が流れることによってソースバスバー１およびドレインバスバー２は発熱する。第１部３１が薄いことは、当該発熱に起因する第１部３１の熱膨張の影響が小さい観点において有利である。半田７１，７２に対して方向Ｘに沿って引加される応力が低減されるからである。かかる理由から、第１絶縁体３には例えばシート状の樹脂フィルムが採用される。

樹脂フィルムの材料には例えばポリイミドが採用される。ポリイミドは絶縁性に優れ、かつ金属と熱膨張係数が近い。よってポリイミドが樹脂フィルムの材料に採用されることは、ソースバスバー１およびドレインバスバー２の発熱に起因した上記応力を緩和する観点において有利である。

ポリイミドを材料とする樹脂フィルムは可撓性が高い。かかる高い可撓性は、第１絶縁体３を端面１３，２３に第１部３１を介在させる工程を容易にする観点において有利である。

｛ソースバスバー１とドレインバスバー２と筐体９０との関係｝
ドレインバスバー２と反対側においてソースバスバー１は保持部６１を介して筐体９０に固定される。ソースバスバー１と反対側においてドレインバスバー２は保持部６２を介して筐体９０に固定される。保持部６１，６２は例えばフェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂によって例示される絶縁性樹脂材料を用いたインサート成形によって製造される。保持部６１，６２は例えば筐体９０と一体形成されてもよい。

第２部３２は、第１主面１１を露出させる孔３０を有する。実施形態１においては孔３０によって露出する位置における第１主面１１の一部と、ソース電極４１の一部とが、方向Ｚ１に沿って並ぶ。ソース電極４１と第１主面１１とは孔３０を介して半田７によって電気的に接続される。孔３０はソース電極４１とソースバスバー１との電気的な接続を容易にする。

[実施形態２]
実施形態２に係る配線基板が説明される。実施形態２においても実施形態１と同様に、配線基板１０を備える電気接続箱１００が例として説明される。

図１は、実施形態２にかかる配線基板１０およびその周辺の一例を示す断面図である。図２は実施形態２にかかる配線基板１０およびその周辺の一例を示す平面図である。図１は図２の位置Ｉ－Ｉにおいて矢印方向に沿って見た断面図である。図３は図２の位置ＩＩＩ－ＩＩＩにおいて矢印方向に沿って見た断面図である。図２および図３において筐体９０が省略される。

なお、実施形態２の説明において、実施形態１において説明したものと同様の構成要素については同一符号がされてその説明は省略される。

素子４は第３端４３を有する。実施形態２においては第３端４３は本体４０に対して方向Ｘ側に位置し、第１主面１１に対して方向Ｚ１側に位置する。第３端４３は方向Ｘに沿って本体４０よりも第１主面２１から遠く、方向Ｚ１に沿って第１主面１１よりも第２主面１２から遠い。

第３端４３は例えば、本体４０の内部において第１端４１と第２端４２との間に流れる電流を制御する信号を、本体４０の外部から受ける機能を有する。本実施形態においてはＦＥＴ４がゲート電極４３を有する場合が例示される。

ゲート電極４３は通電部８と接続される。通電部８は第２部３２を介して第１主面１１と対向する。通電部８は例えば銅箔からなる。例えばゲート電極４３は通電部８と半田接続によって電気的に接続される。

通電部８は第２部３２によって第１主面１１に対して絶縁され、ゲート電極４３には、ソースバスバー１の電位およびドレインバスバー２の電位に依存しない電位が供給される。

実施形態２においては通電部８が第１主面１１と反対側において第２部３２に貼り付けられる。第２部３２は例えばシート状の樹脂からなる。通電部８は第２部３２に覆われてもよい。例えば通電部８は第２部３２に埋設され、ゲート電極４３の近傍において第２部３２から第１主面１１と反対側に露出してもよい。

このような通電部８と第２部３２とは、例えばＦＰＣによって実現される。ＦＰＣを用いて通電部８と第２部３２とを実現することは、製造工程を簡易にする観点において有利である。

第２部３２は、部分的に、ソースバスバー１、または保持部６１に固定されてもよい。この場合、第２部３２は方向Ｘに沿ってある程度の変形が可能である。

ＦＥＴ４に電流が流れ、ひいてはソースバスバー１およびドレインバスバー２に電流が流れ、ソースバスバー１およびドレインバスバー２が熱膨張する。この電流が流れなくなるとソースバスバー１およびドレインバスバー２が収縮する。かかる膨張、収縮に応じて、第２部３２が変形可能である。

[実施形態３]
実施形態３に係る配線基板が説明される。実施形態３は実施形態１，２において説明された端部Ｃおよびその近傍の構成が説明される。

図４は実施形態３にかかる配線基板の一部の第１例を示す断面図であり、方向Ｙに沿って見た断面が示される。端部Ｃは第２主面２２を少なくとも部分的に覆う。第１部３１は端面１３，２３の間から第２主面２２の少なくとも一部まで連続する。

図５は実施形態３にかかる配線基板の一部の第２例を示す断面図であり、方向Ｙに沿って見た断面が示される。端部Ｃは第２主面１２を少なくとも部分的に覆う。第１部３１は端面１３，２３の間から第２主面１２の少なくとも一部まで連続する。

上述の第１例および第２例のいずれも絶縁距離を長くし、ソースバスバー１をドレインバスバー２から絶縁する効果を高める。

[実施形態４]
実施形態４に係る配線基板が説明される。実施形態４は実施形態１，２において説明された端部Ｃおよびその近傍の構成が説明される。

図６は実施形態４にかかる配線基板の一部の一例を示す断面図であり、方向Ｙに沿って見た断面が示される。配線基板１０は第２絶縁体３３を更に備える。

第２絶縁体３３は、第２主面１２，２２の少なくともいずれか一つにおいて端部Ｃを保持する。図６においては第２主面１２，２２の両方において第２絶縁体３３が端部Ｃを保持する。例えば端部Ｃは第２絶縁体３３に包まれる。

端部Ｃが第２絶縁体３３によって保持されるので、第１部３１は端面１３，２３が成す空隙から抜けにくい。よって第２部３２が第１主面１１から離れにくい。第２絶縁体３３が備えられることは、第１絶縁体３が移動することを阻む観点において有利である。

また、端部Ｃの近傍の絶縁距離を増加させることにより、ソースバスバー１とドレインバスバー２とが絶縁される効果を高める観点においても有利である。

第２絶縁体３３には例えばフェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂によって例示される絶縁性樹脂材料が用いられる。第２絶縁体３３は端面１３，２３の間に介在しない。よって第２絶縁体３３が第２主面１２，２２の両方に固定され、ソースバスバー１およびドレインバスバー２に電流が流れることに由来する発熱が、第２絶縁体３３を膨張させても、半田７１，７２に対して方向Ｘに沿って印加される応力は小さい。

[付記]
いずれの実施形態においても、素子４の第１端４１はＦＥＴのドレイン電極に、第２端４２はＦＥＴのソース電極に、それぞれ採用され得る。この場合、第１導電板１はドレインバスバーとして、第２導電板２はソースバスバーとして、それぞれ機能する。

いずれの実施形態においても、第１部３１が端面１３および端面２３のいずれか一方と固定されてもよい。かかる固定には例えば接着が採用できる。

なお、上記各実施形態及び各変形例において説明された各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組合わせられることができる。

１ 第１導電板（ソースバスバー）
２ 第２導電板（ドレインバスバー）
３ 第１絶縁体
４ 素子（ＦＥＴ）
８ 通電部
１０ 配線基板
１１，２１ 第１主面
１２，２２ 第２主面
１３，２３ 端面
３０ 孔
３１ 第１部
３２ 第２部
３３ 第２絶縁体
４０ 本体
４１ 第１端（ソース電極）
４２ 第２端（ドレイン電極）
４３ 第３端（ゲート電極）
６１，６２ 保持部
７１，７２ 半田
９０ 筐体
１００ 電気接続箱
Ｃ 端部
Ｘ，Ｙ，Ｚ１，Ｚ２ 方向

Claims (6)

1. 第１端と第２端とを有する素子を搭載し、前記第１端と前記第２端との間を流れる電流が前記素子の外部を流れる経路として機能する配線基板であって、
   第１導電板、第２導電板、第１絶縁体を備え、
   前記第１導電板は、
   前記素子を搭載して前記第１端と接続される第１主面と、
   前記第１導電板の厚み方向において前記第１導電板の前記第１主面と位置が異なる第２主面と
   を有し、
   前記第２導電板は、
   前記素子を搭載して前記第２端と接続される第１主面と、
   前記第２導電板の厚み方向において前記第２導電板の前記第１主面と位置が異なる第２主面と
   を有し、
   前記第１絶縁体は、
   前記第１導電板と前記第２導電板とを隔てる第１部と、
   前記第１部と連続し、前記第１導電板の前記第１主面の少なくとも一部を覆う第２部と
   を有し、
   前記第１部は、前記第１導電板の前記第２主面から前記第１導電板の前記第１主面と反対側あるいは前記第２導電板の前記第２主面から前記第２導電板の前記第１主面と反対側へ突出する端部を含む、配線基板。
2. 前記第２部は、前記第１導電板の前記第１主面を露出させる孔を有する、請求項１に記載の配線基板。
3. 通電部を更に備え、
   前記通電部は、前記第１絶縁体の前記第２部に覆われ、もしくは前記第２部を介して前記第１導電板の前記第１主面と対向し、
   前記素子は前記通電部と接続される第３端を更に有する、請求項１または請求項２に記載の配線基板。
4. 前記第１部の前記端部は、前記第１導電板の前記第２主面および前記第２導電板の前記第２主面の少なくともいずれか一つを少なくとも部分的に覆う、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の配線基板。
5. 第２絶縁体を更に備え、
   前記第１導電板の前記第２主面および前記第２導電板の前記第２主面の少なくともいずれか一つにおいて、前記第２絶縁体は前記第１部の前記端部を保持する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の配線基板。
6. 前記第１絶縁体はシート状である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の配線基板。

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