JP2016119797A - 回路構成体及び電気接続箱 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性の低下を抑制する。【解決手段】回路構成体２０は、導電路を有し、電子部品２６が実装される回路基板２１と、回路基板２１に重ねられて回路基板２１の熱を放熱するとともに、回路基板２１側に突出する突部３５を有する放熱部材２８と、回路基板２１と放熱部材２８との間に配され、突部３５が挿通される挿通孔４１が貫通して形成されたスペーサ４０と、挿通孔４１内における回路基板２１と突部３５との間に配されて回路基板２１の熱を突部３５に伝える伝熱部４７と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、回路構成体及び電気接続箱に関する。

従来、回路基板と当該回路基板の熱を外部に放熱する放熱部材とが重ねられた回路構成体が知られている。この種の回路構成体は、回路基板が放熱部材の上に接着剤で接着されている。特許文献１の回路構成体は、放熱部材の上に塗布された接着剤の上に絶縁繊維を編んでシート状としたシート状体を重ねると、シート状体の全体にほぼ均一に接着剤が透過する。このシート状体の上に回路体を重ね、回路体を放熱部材側に押し付けることで、回路体を放熱部材上に固定している。

特開２００５−１５１６１７号公報

ところで、特許文献１では、回路体を放熱板上に固定する際に回路体を放熱部材側に押し付けているが、この押し付けの際に、回路基板と放熱部材との間が一定の間隔に保持されないと、例えば、回路体を介して接着剤に生じる圧力が不均一になって接着剤の接着が不十分な箇所が生じる等の不具合が懸念される。

ここで、仮に、回路基板と放熱部材との間にスペーサを設けることとした場合、回路基板と放熱部材との間を一定の間隔に保持することができるが、スペーサを設けることで回路基板と放熱部材との間の熱伝導性が悪くなり、放熱性の低下が懸念される。
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、放熱性の低下を抑制することを目的とする。

本発明の回路構成体は、導電路を有し、電子部品が実装される回路基板と、前記回路基板に重ねられて前記回路基板の熱を放熱するとともに、前記回路基板側に突出する突部を有する放熱部材と、前記回路基板と前記放熱部材との間に配され、前記突部が挿通される挿通孔が貫通して形成されたスペーサと、前記挿通孔内における前記回路基板と前記突部との間に配されて前記回路基板の熱を前記突部に伝える伝熱部と、を備える。

本発明によれば、回路基板の熱を伝熱部及び突部を介して放熱部材で放熱させることができる。ここで、伝熱部は、挿通孔内に突部が挿通される分だけ、伝熱部の厚み寸法が回路基板と放熱部材との間の間隔よりも小さくなっているため、回路基板と放熱部材との間の熱伝導性を高めることができる。これにより、回路基板と放熱部材との間にスペーサを設けたとしても、放熱性の低下を抑制することが可能になる。また、スペーサを用いることで、回路基板と放熱部材の間を一定の間隔に保持するための治具を用いないことが可能になるため、製造コストを低減することができる。

本発明の実施態様としては以下の態様としてもよい。
・前記伝熱部は、前記回路基板と前記突部との間を接着する接着性を有する。
接着剤を塗布する面積が大きいと接着剤の塗布に時間がかかり、接着剤の塗布中に接着剤が硬化し始めてしまい接着剤の接着が不十分な箇所が生じるという問題がある。本構成によれば、接着剤で回路基板と突部の間を接着することで、突部の領域以外についても接着する場合と比較して接着剤を塗布する面積を少なくできるため、接着剤の塗布時間を少なくすることができる。よって、接着剤が塗布中に硬化することによる回路基板と放熱部材との間の貼り付け不良を抑制することができる。

・前記伝熱部は、常温で硬化するものが用いられている。
加熱により硬化する熱硬化性接着剤を用いれば、接着剤の塗布中に接着剤が硬化しないようにすることができるが、接着剤の加熱のための設備コストが高くなるとともに、接着剤を放熱部材の全面に塗布すると接着剤の塗布量が多くなるため、材料コストが高くなるという問題がある。本構成によれば、熱硬化性接着剤よりも安価な常温で硬化する伝熱部を用いることで、材料コストを低減することができる。

・前記回路基板と前記放熱部材とはネジ留めされている。
このようにすれば、ネジ留め際の力をスペーサで受けつつ、回路基板と放熱部材との間をネジで強固に固定できる。

・前記電子部品は、前記回路基板上における前記伝熱部の少なくとも一部の領域に重なる位置に実装されている。
このようにすれば、電子部品の熱を伝熱部及び突部を介して放熱することができる。

・前記突部は、前記挿通孔に嵌め入れられている。
このようにすれば、突部を利用して、スペーサと放熱部材との位置決めを行うことができる。

・前記回路構成体を備えた電気接続箱とする。

本発明によれば、放熱性の低下を抑制することができる。

実施形態１の電気接続箱を示す斜視図 電気接続箱を示す平面図 図２のＡ−Ａ断面図 図３の突部の近傍の部分を拡大した図 図２のＢ−Ｂ断面図 回路基板を示す平面図 スペーサを示す斜視図 スペーサを示す平面図 スペーサを示す底面図 放熱部材を示す斜視図 放熱部材を示す平面図 放熱部材にスペーサが載置された状態を示す平面図 図１１の状態から回路基板が載置された状態を示す平面図 実施形態２の放熱部材にスペーサが載置された状態を示す平面図

＜実施形態１＞
実施形態１を図１ないし図１３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。以下では、上下方向については図３の方向を基準として説明する。

（電気接続箱１０）
電気接続箱１０は、図１，図３に示すように、回路構成体２０と、回路構成体２０の上面を覆うシールドカバー１１と、複数のコネクタ部１７Ａ，１７Ｂとを備えている。シールドカバー１１は、アルミニウム等からなる板状の金属に打ち抜き加工及び曲げ加工を施して形成されており、下端部には、固定片１２がＬ字状に屈曲されている。固定片１２は、放熱部材２８のボス部３４にネジ１３でネジ留めすることでシールドカバー１１が放熱部材２８を介してグランドに接続される。電気接続箱１０の角部には、外部接続部１５が形成されている。外部接続部１５は、合成樹脂製の収容部１６の内部に外部の端子と接続するための端子部２５を収容している。

（回路構成体２０）
回路構成体２０は、図３に示すように、電子部品２６が実装される回路基板２１と、回路基板２１に重ねられ、回路基板２１の熱を放熱する放熱部材２８と、回路基板２１と放熱部材２８との間に配されるスペーサ４０とを備えている。

（回路基板２１）
回路基板２１は、図６に示すように、長方形状であって、ネジをネジ留めするための複数のネジ孔２２と、回路基板２１をスペーサ４０に対して位置決めするための位置決め孔２３とが回路基板２１の周縁部寄りの位置に複数貫通して形成されている。この回路基板２１は、プリント基板２１Ａとバスバー基板２１Ｂとを接着部材（例えば、接着シートや接着剤等）を用いて貼り合わせて構成されている。プリント基板２１Ａは、長方形状であって、絶縁材料からなる絶縁板に銅箔からなる導電路（図示しない）がプリント配線されている。バスバー基板２１Ｂは、銅や銅合金等の金属板材を導電路の形状に応じた形状とし、互いに隙間を空けて配置された複数のバスバーからなる。バスバー基板２１Ｂの端部は、コネクタ端子２４や端子部２５が形成されている。

電子部品２６（図３参照）は、回路基板２１に複数実装されており、スイッチング素子（例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor））、抵抗、コイル等の高発熱部品と、高発熱部品よりも比較的発熱しないコンデンサ等の低発熱部品とを有する。高発熱部品は、発熱する本体と、本体から導出された複数のリード端子とを有する。電子部品２６のリード端子は、プリント基板２１Ａの導電路やバスバー基板２１Ｂに半田付けされている。なお、電子部品２６は、本体からリード端子が導出されるものに限られず、リード端子を有さないリードレス端子であってもよく、例えば、電子部品（ＦＥＴ等）の全ての端子が本体の面上に形成されていてもよい。

（放熱部材２８）
放熱部材２８は、例えばアルミダイキャストによって成形されるアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属類製であって、図１０に示すように、スペーサ４０が載置される載置部２９と、載置部２９の周縁部から上方に張り出す周壁部３３と、載置部２９の底面側に設けられる放熱フィン３７とを備えている。

載置部２９は、平坦な上面を有する平面部３０と、平面部３０から上方に円形状に突出する複数の突部３５（本実施形態では、１４個）とを有する。平面部３０には、ネジ留めするための複数のネジ孔３１Ａと、スペーサ４０を位置決めする複数の位置決め孔３１Ｂと、逃げ凹部３１Ｃとが形成されている。ネジ孔３１Ａは、平面部３０の縁部側の位置に形成されている。逃げ凹部３１Ｃ内には、回路基板２１のスルーホールに挿通された端子（図示しない）の端部が配される。平面部３０には、コイル（図示しない）や端子部２５の位置に応じて凹部３２Ａ，３２Ｂが形成されている。

複数の突部３５は、真円の円柱状（円板状）であって、図１１に示すように、等間隔（図１１の左右方向の間隔）を空けて複数列に並んで配置されるとともに、各列には、複数の突部３５が等間隔（図１１の上下方向の間隔）を空けて配置されている。ネジ孔３１Ａに近い位置の突部３５は、ネジ孔３１Ａと所定の間隔を空けた位置に配置されるため、この突部３５の列は、他の突部３５の列に対してずれた位置に配置されている。突部３５の外周は、平面部３０に対して直交しており、突部３５の高さは、後述するスペーサ４０の挿通孔４１の上下方向の寸法よりも小さい。複数の突部３５は、高発熱部品である電子部品２６の本体の一部又は全部が突部３５の領域の上に重なるように配置されている。なお、突部３５の領域の上に端子の全部又は一部が重なっていてもよい。

周壁部３３は、スペーサ４０と回路基板２１が載置部２９に積層された状態で、回路基板２１の上端の位置よりも高い高さで形成されている。周壁部３３は、コネクタ部１７Ａ，１７Ｂやコネクタ端子２４の位置に応じて分断されている。周壁部３３の外側には、ネジ孔が形成されたボス部３４が外方に張り出すように形成されている。

（スペーサ４０）
スペーサ４０は、容易に撓まない程度の厚み（上下方向の寸法）を有した絶縁性の板状のプレートであり、図７に示すように、長方形状であり、突部３５が挿通される複数（本実施形態では、１４個）の挿通孔４１と、ネジ４８（ボルト）の軸部が通るネジ通し孔４２Ａ，４２Ｂと、端子通し孔４３と、位置決め凸部４４Ａ，４４Ｂと、係止凸部４５とが形成されている。

挿通孔４１は、真円の円形状であって、スペーサ４０を貫通しており、放熱部材２８の突部３５の位置に応じて、４個又は２個の挿通孔４１が等間隔（図８の左右方向の間隔）を空けて複数列に並んで配置されるとともに、各列には、複数の挿通孔４１が等間隔（図８の上下方向の間隔）を空けて配置されている。ネジ通し孔４２Ｂの近くの挿通孔４１は、ネジ通し孔４２Ｂへのネジ留めの際の力を受けないようにネジ通し孔４２Ｂに対して所定の間隔を空けているため、ネジ通し孔４２Ｂに近い位置の挿通孔４１の列は、他の列に対してずれた位置に配置されている。各挿通孔４１の孔径は、下方側に向けてテーパ状に拡径されている。

ネジ通し孔４２Ａ，４２Ｂは、スペーサ４０の周縁部寄りの位置に形成されている。端子通し孔４３は、長方形状にスペーサ４０を貫通している。位置決め凸部４４Ａ，４４Ｂは、円柱状であって、スペーサ４０の上面及び下面の同軸の位置からそれぞれ突出しており、スペーサ４０の周縁部のうち、角部寄りの位置に配されている。位置決め凸部４４Ａ，４４Ｂは、上下の位置決め孔２３，位置決め孔３１Ｂのそれぞれに嵌まってスペーサ４０を回路基板２１や放熱部材２８に対して位置決めする。

係止凸部４５は、コネクタ端子２４が配される位置の近傍に上方に突設され、回路基板２１におけるコネクタ端子２４側を貫通する係止孔２４Ａに挿入される。相手側コネクタ（図示しない）との嵌合時の力を係止凸部４５が受けることによりコネクタ嵌合時の力が回路基板２１側に生じにくいようになっている。

スペーサ４０の周縁部には、上面側の厚み寸法を厚くした厚肉部４０Ａが形成されているとともに、上方に帯状の突片４６が起立している。スペーサ４０は、絶縁性のプラスチック（合成樹脂）からなり、ネジ留めの際の力で容易に変形しない程度の強度を有する材質が用いられている。

（伝熱部４７）
伝熱部４７は、例えば、熱伝導性の高い接着剤、接着シート、接着テープ等の接着性を有する部材からなる。接着剤としては例えばエポキシ系の接着剤等の２液を混合して常温で固化するものを用いることができる。接着シートや接着テープは、基材に接着剤が塗布されたものとすることができ、接着シートとしては、例えば、絶縁性を有する合成樹脂製のフィルムの両面に絶縁性を有する接着剤が塗布されたものを用いることができる。また、伝熱部４７に、接着力がない、又は、接着力が高くないものを用いることも可能であり、例えば、放熱ジェル、放熱グリスや熱伝導シートを用いてもよい。伝熱部４７は、図４に示すように、突部３５の上面の縁部以外の全面に亘って円形状に塗布されている。伝熱部４７の厚みは、回路基板２１と放熱部材２８の平面部３０との間の間隔から突部３５の高さ寸法を引いた厚み（回路基板２１と平面部３０との間に伝熱部４７と突部３５が上下方向にほぼ隙間なく配される寸法）である。電子部品２６は、伝熱部４７の上方に一部又は全部が重なるように配置されているため、電子部品２６の熱が伝熱部４７に伝わりやすく、伝熱部４７に伝わった熱が放熱部材２８から外部に放熱される。

次に、回路構成体２０及び電気接続箱１０の製造方法について説明する。
スペーサ４０の挿通孔４１に放熱部材２８の突部３５を嵌め入れてスペーサ４０を放熱部材２８の上面の所定の位置に載置する（図１２）。
次に、突部３５の上面に接着剤を塗布する。
また、プリント基板２１Ａとバスバー基板２１Ｂとを接着部材で貼り合わせて回路基板２１を形成し、回路基板２１の導電路に半田ペーストを付着し、リフロー炉に通すリフロー半田付けすることで、電子部品２６を回路基板２１に実装する。
次に、回路基板２１をスペーサ４０及び伝熱部４７の上に載置する（図１３）。

次に、ネジ４８でネジ留めして回路基板２１と放熱部材２８との間を固定する。これにより、回路構成体２０が形成される。回路構成体２０は、シールドカバー１１を被せてネジ１３でネジ留めすることで電気接続箱１０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。
本実施形態によれば、伝熱部４７及び突部３５を介して回路基板２１の熱を放熱部材２８で放熱させることができる。ここで、伝熱部４７は、挿通孔４１内に突部３５が挿通される分だけ、伝熱部４７の厚み寸法が小さくなっているため、回路基板２１と突部３５との間の熱伝導性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、回路基板２１と放熱部材２８との間の寸法は、スペーサ４０の厚み寸法に保たれるため、回路基板２１と放熱部材２８の間を一定の間隔に保持するための治具を用いなくてもよいため、製造コストを低減することができる。

また、伝熱部４７は、回路基板２１と突部３５との間を接着する接着性を有する。
接着剤を塗布する面積が大きいと接着剤の塗布に時間がかかり、接着剤の塗布中に接着剤が硬化し始めてしまい接着剤の接着が不十分な箇所が生じるという問題がある。本実施形態によれば、伝熱部４７は、接着剤で突部３５を接着するものであるため、突部３５の領域以外についても接着剤で接着する場合と比較して接着剤を塗布する面積を少なくできるため、接着剤の塗布時間を少なくすることができる。よって、接着剤が塗布中に硬化することによる回路基板２１と放熱部材２８との間の貼り付け不良を抑制することができる。

また、伝熱部４７は、常温で硬化するものが用いられている。
加熱により硬化する熱硬化性接着剤を用いれば、接着剤の塗布中に接着剤が硬化しないようにすることができるが、接着剤の加熱のための設備コストが高くなるとともに、接着剤を放熱部材２８の全面に塗布すると接着剤の塗布量が多くなるため、材料コストが高くなるという問題がある。本実施形態によれば、熱硬化性接着剤よりも安価な常温で硬化する接着剤を伝熱部４７に用いることで、材料コストを低減することができる。

また、回路基板２１と放熱部材２８とはネジ４８でネジ留め（ボルト締め）されている。
このようにすれば、ネジ留め際の力をスペーサ４０で受けつつ、回路基板２１と放熱部材２８との間をネジ４８で強固に固定できる。

さらに、電子部品２６は、回路基板２１上における伝熱部４７の少なくとも一部の領域に重なる位置に実装されている。
このようにすれば、電子部品２６の熱を伝熱部４７及び突部３５を介して放熱することができる。

また、突部３５は、挿通孔４１に嵌め入れられている。
このようにすれば、突部３５を利用して、突部３５の嵌め入れ方向と直交する方向について、スペーサ４０と放熱部材２８との間の位置決めを行うことができる。

＜実施形態２＞
次に、実施形態２を図１４を参照して説明する。
実施形態１では、突部３５，挿通孔４１及び伝熱部４７は、円形状であったが、実施形態２の回路構成体では、突部５１，挿通孔５３及び伝熱部（図示しない）を実施形態１よりも面積が大きい長方形状としたものである。他の構成は、実施形態１と同一であるため、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。

放熱部材５０の上面には、図１４に示すように、長方形状（直方体状）に上方に突出する複数の突部５１が形成されている。放熱部材５０に載置されたスペーサ５２は、各突部５２が嵌め入れられる複数の挿通孔５３が形成されている。
突部５１，挿通孔５３及び伝熱部は、実施形態１の突部３５，挿通孔４１及び伝熱部４７よりも面積が大きく、数が少ない。突部５１，挿通孔５３及び伝熱部は、複数の高発熱部品である電子部品２６に重なるように形成されている（複数の高発熱部品が伝熱部の領域内に配される）。これにより、複数の高発熱部品である電子部品２６の熱を突部５１及び伝熱部を介して放熱部材５０から放熱することができる。

＜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）突部３５の形状、位置、数等については、上記実施形態に限られない。例えば、突部３５の形状は、円形や長方形以外の形状（例えば、楕円、多角形）としてもよい。また、複数の突部３５の間隔は、等間隔でなくてもよい。

（２）伝熱部４７は、上記実施形態の接着剤に限られず、種々の接着剤を用いることができる。例えば、熱硬化性や熱可塑性の接着剤を用いることが可能である。伝熱部４７や突部３５，５１は、全ての伝熱部４７や全ての突部３５，５１が高発熱部品である電子部品２６に重なってもよいが、これに限られず、例えば、複数の伝熱部４７や突部３５，５１のうちの１個の伝熱部４７や突部３５，５１が高発熱部品である電子部品２６に重なる構成としてもよい。

（３）放熱部材２８は、熱伝導性が高い金属材料であれば、アルミニウム又はアルミニウム合金に限られない。例えば、放熱部材２８を銅や銅合金からなるようにしてもよい。

（４）電子部品２６は上記部品に限られず、種々の電子部品とすることができる。
（５）上記実施形態では、伝熱部４７による接着及びネジ留めの双方を行ったが、伝熱部４７による接着及びネジ留めのうちのいずれか一方を行ってもよい。

（６）回路基板２１と放熱部材２８との間は、ネジ４８でネジ留めされることとしたが、ネジ以外の固定手段（例えばロック機構）で回路基板２１と放熱部材２８との間を固定してもよい。

２１： 回路基板
２２： ネジ孔
２６： 電子部品
２８，５０： 放熱部材
３５，５１： 突部
３１Ａ： ネジ孔
４０，５２： スペーサ
４１，５３： 挿通孔
４２Ａ，４２Ｂ： ネジ通し孔
４７： 伝熱部
１３，４８： ネジ

Claims (7)

1. 導電路を有し、電子部品が実装される回路基板と、
   前記回路基板に重ねられて前記回路基板の熱を放熱するとともに、前記回路基板側に突出する突部を有する放熱部材と、
   前記回路基板と前記放熱部材との間に配され、前記突部が挿通される挿通孔が貫通して形成されたスペーサと、
   前記挿通孔内における前記回路基板と前記突部との間に配されて前記回路基板の熱を前記突部に伝える伝熱部と、を備える回路構成体。
2. 前記伝熱部は、前記回路基板と前記突部との間を接着する接着性を有する請求項１に記載の回路構成体。
3. 前記伝熱部は、常温で硬化するものが用いられている請求項１又は請求項２に記載の回路構成体。
4. 前記回路基板と前記放熱部材とはネジ留めされている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回路構成体。
5. 前記電子部品は、前記回路基板上における前記伝熱部の少なくとも一部の領域に重なる位置に実装されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回路構成体。
6. 前記突部は、前記挿通孔に嵌め入れられている請求項１から請求項５のいずれか一項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回路構成体を備えた電気接続箱。

Images