回路構成体及びその製造方法
【課題】回路構成体において、簡素かつ薄型の構造で半導体スイッチング素子を含む電力回路及びその制御回路を構築し、かつ、放熱性を高める。また、その回路構成体を効率良く製造する。
【解決手段】プリント回路基板２０の一方の面に半導体スイッチング素子３０が介在する電力回路を構成する導体パターンが形成され、他方の面に前記半導体スイッチング素子３０を制御する制御回路を構成する導体パターンが形成され、かつ、基板２０の貫通孔を用いて両導体パターンに半導体スイッチング素子３０が実装された回路構成体。この回路構成体は、前記プリント回路基板２０の一方の面に補強板１０を積層しておき、この補強板１０と反対の側から半導体スイッチング素子３０を実装する方法により効率良く製造することができる。
【解決手段】プリント回路基板２０の一方の面に半導体スイッチング素子３０が介在する電力回路を構成する導体パターンが形成され、他方の面に前記半導体スイッチング素子３０を制御する制御回路を構成する導体パターンが形成され、かつ、基板２０の貫通孔を用いて両導体パターンに半導体スイッチング素子３０が実装された回路構成体。この回路構成体は、前記プリント回路基板２０の一方の面に補強板１０を積層しておき、この補強板１０と反対の側から半導体スイッチング素子３０を実装する方法により効率良く製造することができる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力回路を構成するバスバーと、その電力回路中に設けられる半導体スイッチング素子の駆動を制御するプリント回路基板とを併有する回路構成体及びその製造方法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構成された配電用回路を備え、同回路にヒューズやリレースイッチが組み込まれた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ものが開発されるに至っている。
【０００４】
例えば下記特許文献１には、電流回路を形成するバスバー基板と、その電流回路中に組み込まれる半導体スイッチング素子としてのＦＥＴと、このＦＥＴの作動を制御するプリント回路基板とを備えた電気接続箱が開示されている。この電気接続箱では、前記バスバー基板とプリント回路基板とが互いに離間した状態で上下２段に配置されてその間にＦＥＴが位置しており、このＦＥＴのドレイン端子及びソース用端子が前記バスバー基板に接続される一方、当該ＦＥＴのゲート用端子が前記プリント回路基板に接続されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３５３７５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報に示される電気接続箱では、バスバー基板とプリント回路基板の少なくとも２枚の基板が必要であり、しかも、これらの基板を相互離間させて立体的に配置し、両基板の間にＦＥＴを配置するだけのスペースを確保しなければならない。従って、当該ＦＥＴの導入によって従来のリレー式の電気接続箱よりは小型化できるものの、全体構成が複雑で十分な小型化はできず、特に高さ寸法の削減が大きな課題となっている。
【０００７】
また、前記電気接続箱では、バスバー基板とプリント回路基板の間にＦＥＴが配置されているため、ＦＥＴの発する熱が両基板間にこもり易く、その放熱のために複雑な構造をとる必要がある。
【０００８】
さらに、前記電気接続箱では、ＦＥＴのドレイン端子及びソース用端子を下側のバスバー基板に接続する一方、ゲート用端子は上側のプリント回路基板に接続しなければならないため、電気接続箱全体の組み上げ作業が複雑で自動化が難しく、その改善も望まれる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑み、簡素かつ薄型の構造でＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を含む電力回路を構築でき、かつ、当該半導体スイッチング素子の放熱性に優れる回路構成体を提供し、さらには、その回路構成体を効率良く製造することができる方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【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、入力された電力を半導体スイッチング素子を通じて出力する電力回路と、前記半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御回路とを併有する回路構成体であって、一方の面に前記電力回路を構成する導体パターンが配され、他方の面に前記制御回路を構成する導体パターンが配されたプリント回路基板を備え、このプリント回路基板の基板本体には前記半導体スイッチング素子を実装するための貫通孔が形成され、当該半導体スイッチング素子が前記プリント回路基板の一方の導体パターンに表側から実装されるとともに他方の導体パターンに前記貫通孔を通じて裏側から実装されているものである。
【００１１】
この構成では、プリント回路基板の一方の面に電力回路を構成する導体パターンが、他方の面に前記電力回路に含まれる半導体スイッチング素子の制御回路を構成する導体パターンが、それぞれ設けられているので、共通のプリント回路基板で電力回路の構築と同回路に含まれる半導体スイッチング素子の制御との双方を同時に実現できる。従って、回路構成体全体の高さ寸法（厚み寸法）が非常に小さく、従来のようにバスバー基板とプリント回路基板とが離間して配置され、かつ、両基板に半導体スイッチング素子が接続されている電気接続箱に比べ、全体構成は大幅に薄型化及び簡素化され、また放熱性も良くなる。
【００１２】
しかも、前記プリント回路基板に設けられた貫通孔を通じて裏側の導体パターンにも半導体スイッチング素子が実装可能なので、電力回路と制御回路の双方に半導体スイッチング素子を片側から同時実装することが可能となっている。
【００１３】
この回路構成体において、前記プリント回路基板は一般に薄くて剛性の低いものであるので、前記プリント回路基板の導体パターンのうち裏側から半導体スイッチング素子が実装されている導体パターンの上に重ねて補強板が積層されているのが、より好ましい。
【００１４】
このような補強板の積層により、回路構成体全体の剛性が高まり、その取扱いが容易になる。特に、補強板と反対の側から半導体スイッチング素子を実装する場合に、基板の十分な支持剛性を得ることができる。
【００１５】
ここで、前記補強板としては例えばアルミニウム板やアルミニウム合金板が好適であり、その適用によって放熱性をさらに高めることができる。しかも、前記補強板が絶縁層を介して前記プリント回路基板の一方の導体パターンに重ねられているようにすることにより、導体パターン同士の絶縁性も保つことができる。
【００１６】
本発明では、前記半導体スイッチング素子の具体的構成を問わないが、その本体の裏面に通電端子を有するものの場合、前記プリント回路基板の基板本体に前記半導体スイッチング素子の本体が挿入可能な大きさの貫通孔が設けられ、この貫通孔を通じて前記半導体スイッチング素子の本体裏面の通電端子が前記電力回路を構成する導体パターン上に実装される構成とすることにより、当該半導体スイッチング素子のプリント回路基板への安定した実装が可能になる。
【００１７】
この場合、前記プリント回路基板の面のうち前記電力回路を構成する導体パターンが設けられている面に絶縁層を介してアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる補強板が固定されている構成とすることにより、前記半導体スイッチング素子の発する熱を前記補強板を通じて有効に放散することができる。
【００１８】
さらに、前記補強板が絶縁層を介して放熱部材に固定されている構成とすれば、放熱性はさらに向上する。
【００１９】
本発明では、前記電力回路または制御回路を外部回路と接続するための端子が前記プリント回路基板の適当な導体パターンに接続されているのが、より好ましい。この構成によれば、前記端子を通じて前記電力回路や制御回路と外部回路とを容易に接続することができる。
【００２０】
この場合、前記プリント回路基板を収納するケースを備えるとともに、このケースに前記端子を囲んで当該端子とともにコネクタを構成するハウジングが形成されている構成とすれば、前記ケースによってプリント回路基板の保護ができると同時に、当該ケースに形成されたハウジングと前記端子とによって構成されたコネクタを用いて前記電力回路及び制御回路と外部回路との接続作業をより容易にすることができる。
【００２１】
前記端子としては、例えば、前記プリント回路基板をその板厚方向に貫通した状態で当該プリント回路基板に固定されており、かつ、当該板厚方向に前記ケースを貫通してそのハウジング内に突出しているものが、好適である。この構成によれば、プリント回路基板に端子を立てるだけの簡素な構造で当該プリント回路基板と外部回路とを接続するコネクタを構築できる。
【００２２】
また、前記ケースを前記プリント回路基板と平行な方向に分割されたものとし、その分割ケース同士の間に前記プリント回路基板を挟み込んだ状態で両分割ケースが連結される構成とすれば、当該ケースによるプリント回路基板の保持強度をさらに高めることができる。
【００２３】
さらに、前記プリント回路基板を冷却するための放熱部材を備える場合には、その放熱部材と前記ケースとの間に前記プリント回路基板が挟み込まれている構成とすることにより、当該プリント回路基板の安定した保持と放熱とを同時に実現することができる。
【００２４】
また本発明は、入力部に入力された電力を半導体スイッチング素子を通じて出力部に出力する電力回路と、前記半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御回路とを併有する回路構成体を製造する方法であって、一方の面に前記電力回路を構成する導体パターンが配され、他方の面に前記制御回路を構成する導体パターンが配され、かつ、基板本体に前記半導体スイッチング素子を実装するための貫通孔が形成されたプリント回路基板を製造する基板製造工程と、このプリント回路基板の一方の面に絶縁層を介して補強板を固定する補強板固定工程と、前記半導体スイッチング素子を前記補強板と反対の側から前記プリント回路基板の一方の導体パターンに直接実装するとともに他方の導体パターンに前記貫通孔を通じて実装する実装工程とを含むものである。
【００２５】
この製造方法によれば、予めプリント回路基板に設けておいた貫通孔を利用して、適当な半導体スイッチング素子を当該プリント回路基板の片側から表裏両面の導体パターンに実装することができ、これにより簡単な工程で薄型の回路構成体を容易に製造することができる。従って、従来のように互いに離間して配置されるバスバー基板とプリント回路基板とに半導体スイッチング素子の端子を個別に接続するものに比べ、作業効率は飛躍的に簡略化される。
【００２６】
その場合、前記実装工程の前に予め、前記半導体スイッチング素子のうち前記プリント回路基板の表側の導体パターンに実装される端子と前記貫通孔を通じて実装される端子との間に前記プリント回路基板の厚みと略同等の段差を与えておくようにすれば、当該プリント回路基板の厚みにかかわらず、半導体スイッチング素子の各端子に無理な変形を生じさせずにそのまま当該各端子をプリント回路基板とバスバーの双方に各々実装できる。よって、実装後における各端子の応力が大幅に低減される。
【００２７】
前記工程に加え、前記基板製造工程後、前記電力回路または制御回路を外部回路と接続するための端子を前記プリント回路基板に貫通させた状態で当該プリント回路基板の適当な導体パターンに接続する端子接続工程を行うことにより、外部回路と接続可能な回路構成体を効率良く製造することができる。
【００２８】
さらに、前記端子接続工程後、その端子の周囲に絶縁材からなるハウジングを設けてコネクタを形成するコネクタ形成工程も行うようにすれば、前記外部回路との接続が容易な回路構成体を得ることができる。
【００２９】
また、前記補強板固定工程ではアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる補強板をプリント回路基板に固定しておき、前記実装工程後に前記補強板に絶縁層を介して放熱部材を連結する放熱部材連結工程を行うことにより、当該アルミニウム製またはアルミニウム合金製補強板と放熱部材の併用によってさらに放熱性に優れた回路構成体を得ることが可能になる。
【００３０】
【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。なお、ここでは、車両等に搭載される共通の電源から供給される電力を複数の電気的負荷に分配する配電回路を構成する回路構成体の製造方法を示すが、本発明にかかる回路構成体の用途はこれに限らず、電力回路における通電のオンオフ切換を半導体スイッチング素子によって行う場合に広く適用が可能である。
【００３１】
図１及び図２は、この実施の形態にかかる回路構成体の全体構成を示したものである。この回路構成体は、単一のプリント回路基板２０と、複数の半導体スイッチング素子（図例ではＦＥＴ３０）と、複数本の端子ピン４０と、絶縁ケース５０と、放熱部材６０とを備えている。
【００３２】
前記プリント回路基板２０は、この実施の形態では図３に示すような配電回路を構成している。この配電回路は、電力回路部ＰＣと、制御回路部ＣＣとを有している。
【００３３】
電力回路部ＰＣは、共通の入力端子４２から入力された電源を前記各ＦＥＴ３０を通じて複数の出力端子４４に分配出力するもので、各ＦＥＴ３０のドレインが共通の入力端子４２に接続され、各ＦＥＴ３０のソースが当該ＦＥＴ３０に対応する出力端子４４に接続されるように構成されている。
【００３４】
制御回路部ＣＣは、信号入力端子４６から入力された電気信号に基づき、各ＦＥＴ３０のオンオフ制御や信号出力端子４８からの警告信号の出力等を行うものであり、この制御回路部ＣＣには前記各ＦＥＴ３０のゲートが接続されている。
【００３５】
なお、以上示した入力端子４２、出力端子４４、信号入力端子４６、及び信号出力端子４８は、前記端子ピン４０によって構成される。
【００３６】
次に、この回路構成体の製造方法及びこれにより得られる具体的構造を、各工程の順に従って説明する。
【００３７】
１）基板製造工程
まず、前記プリント回路基板２０の製造を行う。
【００３８】
図２及び図４に示すように、プリント回路基板２０の基板本体２２はエポキシ樹脂等の絶縁材料によって板状（より好ましくは薄いシート状）に形成する。この基板本体２２の一方の面（図例では上面）には、前記図３に示した制御回路部ＣＣを構成するための制御回路用導体パターン２４（図２，図４）を印刷し、他方の面（図例では下面）には、前記電力回路部ＰＣを構成する電力回路用導体パターン２６を印刷する。さらに、基板本体２２の適所には、前記電力回路用導体パターン２６に対してその裏側から前記ＦＥＴ３０を実装するために詳細後述の貫通孔２２ａ，２２ｂを形成しておく。
【００３９】
２）補強板固定工程
前記プリント回路基板２０の下面に、その電力回路用導体パターン２６に重ねるようにして、絶縁接着シート（絶縁層）１２を介して補強板１０を積層する。この補強板１０は、プリント回路基板２０の剛性を高めるためのもので、金属板や硬質プラスチック板などを用いることができるが、当該補強板１０にアルミニウム板やアルミニウム合金板を用いれば回路構成体の放熱性をさらに高めることが可能である。また、前記硬質プラスチック板等の絶縁板を用いるならば、前記絶縁接着シート１２等の絶縁層は必ずしも要しない。
【００４０】
この補強板１０は、電力回路用導体パターン２６側でなく制御回路用導体パターン２４側に重ねて設けることも可能である。ただし、電力回路用導体パターン２６には比較的大きな電流が流れ、また、ＦＥＴ３０の熱も伝わり易いので、当該導体パターン２６側に補強板１０を重ねることによって放熱効率はより高まることとなる。
【００４１】
３）実装工程（図４）
前記プリント回路基板２０の基板本体２２に設けた貫通孔２２ａ，２２ｂを利用して、当該プリント回路基板２０の双方の導体パターン２４，２６に対して前記補強板１０と反対の側（図例では上側）からＦＥＴ３０を実装する。
【００４２】
この実施の形態で用いられるＦＥＴ３０は、図４に示すような略直方体状の本体３２を有し、その裏面に図略の薄板状ドレイン用端子が設けられるとともに、当該本体３２の側面からソース用端子３４及びゲート用端子３６が突出して下方に延出されている。
【００４３】
そこで、前記基板製造工程では、プリント回路基板２０の基板本体２２に、前記本体３２が挿通可能な矩形状の貫通孔２２ａと、この矩形状部分２２ａから所定方向に延びて前記ソース用端子３４が挿通可能な形状をもつ貫通孔２２ｂとを形成しておくようにする。そして、この実装工程においては、前記貫通孔２２ａを通じてＦＥＴ本体３２の裏面におけるドレイン端子を基板下面側の電力回路用導体パターン２６にその裏側から実装し、前記貫通孔２２ｂを通じてソース用端子３４を同じく電力回路用導体パターン２６に実装すると同時に、ゲート用端子３６は基板上面側の制御回路用導体パターン２４に対して表側から実装する。
【００４４】
すなわち、この実装工程では、各ＦＥＴ３０を全て上側から導体パターン２４，２６の双方に同時実装することが可能であり、従来のようにＦＥＴ３０をバスバー基板とプリント回路基板との間の位置で両基板にそれぞれ配線材を介して別個に接続する方法に比べ、組立作業効率は格段に向上する。
【００４５】
特に、前記補強板固定工程を予め行っておくことにより、はんだ付け作業の際にプリント回路基板２０の支持剛性を十分に確保することができ、作業効率及び実装精度がさらに向上する。
【００４６】
なお、この実装工程を行うに当たっては、予め、図４に示すようにソース用端子３４とゲート用端子３６との間にプリント回路基板２０の厚みと略同等の段差ｔを与えておくことが、より好ましい。このようにすれば、当該プリント回路基板２０の厚みにかかわらず、両端子３４，３６に無理な変形を生じさせずにそのまま当該各端子３４，３６を出力端子用バスバー１２とプリント回路基板２０とに各々実装でき、実装後における各端子の応力が大幅に低減される。
【００４７】
４）端子接続工程（図５）
前記プリント回路基板２０には、前記貫通孔２２ａ，２２ｂのようなＦＥＴ実装用の貫通孔に加え、前記図３に示した各端子４２，４４，４６，４８を構成する端子ピン４０が挿通可能な端子接続用貫通孔２０ａを設けておくとともに、前記絶縁接着シート１２及び補強板１０にも前記貫通孔２０ａより一回り大きい貫通孔１０ａを設けておく。そして、前記貫通孔２０ａ，１０ａに対して補強板１０と反対の側（図５（ａ）（ｂ）では上側）から端子ピン４０の端部を挿通し、かつ、その挿通側端部に対して貫通孔１０ａからはんだ４１を供給することにより、当該端子ピン４０を電力回路用導体パターン２６に直接（または制御回路用導体パターン２４にスルーホールで）接続する。
【００４８】
これにより、プリント回路基板２０から外部接続端子が上向きに突出した状態となり、各端子に対して外部配線材を一方向（上側）から接続することが可能になり、その接続作業が簡素化される。
【００４９】
５）ケース装着工程（コネクタ形成工程）
前記プリント回路基板２０に対し、さらに上側から合成樹脂等の絶縁材料からなるケース５０（図１及び図２）を被せ、図１に示すビス１４等でねじ止めする。このケース５０は、下側に開口して前記プリント回路基板２０全体を上側から覆う形状を有し、その中央には前記ＦＥＴ３０を上方に開放する開口部が設けられ、この開口部の周縁から上向きに防水壁５２が立設されている。すなわち、この防水壁５２は前記ＦＥＴ３０を含む領域を囲んでいる。また、ケース５０の前後両端部からは、左右に並ぶ複数枚のフィンカバー５８が下向きに突出している（図１）。
【００５０】
このケース５０の左右両縁部（防水壁５２の左右両外側の部分）には、上下に開口する筒状のハウジング５４がケース５０と一体に形成されている。ハウジング５４は、複数箇所に形成され、前記入力端子４２を構成する端子ピン４０、前記出力端子４４を構成する端子ピン４０、前記信号入力端子４６及び信号出力端子４８を構成する端子ピン４０を個別に囲み、これらの端子ピン４０とともにコネクタを構成する。
【００５１】
このようにして形成したコネクタと、例えば車両に配索されるワイヤハーネスの端末に設けられたコネクタとを結合することにより、当該端子と外部回路とを簡単に接続することが可能となる。
【００５２】
なお、本発明では必ずしもコネクタハウジングがケース５０と一体に形成されていなくてもよく、両者を別部材として成形した後に組み上げるようにしてもよい。
【００５３】
６）放熱部材接続工程
前記補強板１０の下面に図１及び図２に示すような放熱部材６０を接着して両者を合体させる。
【００５４】
放熱部材６０は、全体がアルミニウム系金属等の熱伝導性に優れた材料で形成されたもので、図例のように断面形状が一定のものについては例えば押し出し成形品を用いることが可能である。この放熱部材６０の上面が平坦な接着面６４となっており、この接着面６４に図２に示す絶縁層６６を介して前記補強板１０が接着される。この放熱部材６０の下面からは左右に並ぶ複数枚のフィン６２が下向きに突出し、各フィン６２の位置は前記ケース５０におけるフィンカバー５８の位置と対応している。従って、この放熱部材６０を前記ケース５０に装着することによって各フィン６２の長手方向両端が前記フィンカバー５８で覆われるようになっている。
【００５５】
この放熱部材６０と補強板１０との接着及び絶縁層６６の形成は、例えば次のような手順で行うのが好ましい。
【００５６】
▲１▼ 放熱部材６０の上面６４にエポキシ系樹脂からなる絶縁性の接着剤を塗布して乾燥させることにより薄膜の絶縁層を形成する。
【００５７】
▲２▼ 前記絶縁層の上に重ねて、この絶縁層を構成する材料と同じ接着剤、またはそれよりも軟らかくて熱伝導性の高い接着剤（例えばシリコーン系接着剤のようなグリース状のもの）を塗布し、もしくは補強板１０側に同様の接着剤を塗布し、この接着剤によって前記絶縁層と補強板１０とを接着する。
【００５８】
ここで、▲１▼の絶縁層を省略しても▲２▼の接着剤によって絶縁層６６の形成は可能であるが、▲１▼及び▲２▼の工程を経ることにより、補強板１０と放熱部材６０との間の絶縁確実性が増す。特に、放熱部材６０をボディアースに接続して電位をゼロにする場合には、当該放熱部材６０と電力回路との電位差が大きくなるので、絶縁層６６には確実な絶縁性を付与しておくことがより好ましい。また、▲１▼の絶縁層は例えば放熱部材６０の接着面６４上に絶縁シートを貼着することにより形成することも可能である。
【００５９】
なお、電力回路用導体パターン中に接地されるべきものが含まれる場合には、この導体パターンを前記放熱部材６０を通じてアースに接続するようにしてもよい。
【００６０】
また、図２に示すようにケース５０にプリント回路基板２０の周縁部が当たる段部５５を形成しておき、この段部５５と放熱部材６０との間にプリント回路基板２０を挟み込むようにして当該放熱部材６０をケース５０に連結、固定するようにすれば、プリント回路基板２０をより安定した状態で保持することが可能になる。
【００６１】
あるいは、図６に示すようにケース５０をプリント回路基板２０と平行な方向（図では左右方向）に分割し、その分割ケース５０Ａ，５０Ｂによりプリント回路基板２０を両側から挟み込むようにして当該分割ケース５０Ａ，５０Ｂ同士を連結するようにしても、プリント回路基板２０の保持力を高めることができる。
【００６２】
同図に示す例では、前記端子ピン４０に代えてケース５０Ａ，５０Ｂ側に端子７０が一体にモールドされている。各端子７０は、ケース側ハウジング５４の底壁を上下に貫通する接続部７２と、この接続部７２の上端からハウジング開口側に突出する外部側端子部７４と、前記接続部７６の下端から側方に突出する基板側端子部７６とを一体に有し、この基板側端子部７６がプリント回路基板２０上の適当な導体パターンに接続されるようになっている。
【００６３】
また、分割ケース５０Ｂから分割ケース５０Ａに向かって連結アーム５８ｂが延びており、この連結アーム５８ｂの端部に設けられた貫通孔５９と分割ケース５０Ａの外側面に形成された突起５８ａとが係合されることにより、両分割ケース５０Ａ，５０Ｂの連結状態がロックされるようになっている。
【００６４】
７）ポッティング工程
前記防水壁５２の内側に放熱用の適当なポッティング剤を注入する。その後、防水壁５２の上端に図１及び図２に示す蓋７０を被せ、溶接等で固定することにより、防水壁５２の内側を封止する。これにより、回路構成体の防水効果がさらに高められることとなる。
【００６５】
以上のようにして製造された回路構成体によれば、電力回路部ＰＣの入力端子４２に電源を、出力端子４４に電気的負荷をそれぞれ接続することにより、前記電源から適当な電気的負荷に電力を分配する回路が構築されるとともに、当該回路の途中に設けられるＦＥＴ３０の動作が制御回路部ＣＣによって制御されることにより、前記配電回路の通電のオンオフ制御が実行されることになる。
【００６６】
なお、本発明にかかる回路構成体は以上の方法により製造されたものに限られず、少なくとも、プリント回路基板２０の一方の面に電力回路用導体パターン２６が、他方の面に制御回路用導体パターン２４が形成され、両導体パターン２４，２６に各半導体スイッチング素子が実装される構成を有することにより、全体構成の簡素化及び薄型化という効果を享受することができる。
【００６７】
また、本発明において使用される半導体スイッチング素子は前記ＦＥＴに限らず、バスバーにより形成される電力回路側に接続される通電端子とプリント回路基板２０側に接続される制御端子とを含むものであれば広く適用が可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、プリント回路基板の一方の面に半導体スイッチング素子が介在する電力回路を、他方の面に前記半導体スイッチング素子を制御する制御回路を形成し、当該プリント回路基板に設けた貫通孔を用いて両回路に半導体スイッチング素子を同時実装するようにしたものであるので、簡素かつ薄型の構造で半導体スイッチング素子を含む電力回路及びその制御回路の双方を構築でき、かつ、従来のようにバスバー基板と制御回路基板との間に半導体スイッチング素子が閉じ込められるものに比べてより放熱性に優れた回路構成体を提供することができる効果がある。
【００６９】
さらに、この回路構成体を製造するにあたり、前記プリント回路基板を製造し、その片面に補強板を固定した後、その補強板と反対の側から半導体スイッチング素子を実装する方法によって、前記回路構成体の製造効率を飛躍的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる回路構成体の分解斜視図である。
【図２】前記回路構成体の断面正面図である。
【図３】前記回路構成体により構成される配電回路を示す図である。
【図４】前記回路構成体におけるＦＥＴの実装状態を示す拡大断面斜視図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は前記回路構成体の端子接続工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）は前記回路構成体のケースとして分割ケースを用いたものを示す平面図、（ｂ）はその正面図である。
【符号の説明】
１０ 補強板
１２ 絶縁接着シート（絶縁層）
２０ プリント回路基板
２０ａ 基板接続用の貫通孔
２２ 基板本体
２２ａ，２２ｂ ＦＥＴ実装用の貫通孔
２４ 制御回路用導体パターン
２６ 電力回路用導体パターン
３０ ＦＥＴ（半導体スイッチング素子）
３２ ＦＥＴ本体
３４ ソース用端子（通電端子）
３６ ゲート用端子（制御端子）
４０ 端子ピン
４２ 入力端子
４４ 出力端子
４６ 信号入力端子
４８ 信号出力端子
５０ ケース
５０Ａ，５０Ｂ 分割ケース
５４ ケースに形成されたハウジング
６０ 放熱部材
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力回路を構成するバスバーと、その電力回路中に設けられる半導体スイッチング素子の駆動を制御するプリント回路基板とを併有する回路構成体及びその製造方法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構成された配電用回路を備え、同回路にヒューズやリレースイッチが組み込まれた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ものが開発されるに至っている。
【０００４】
例えば下記特許文献１には、電流回路を形成するバスバー基板と、その電流回路中に組み込まれる半導体スイッチング素子としてのＦＥＴと、このＦＥＴの作動を制御するプリント回路基板とを備えた電気接続箱が開示されている。この電気接続箱では、前記バスバー基板とプリント回路基板とが互いに離間した状態で上下２段に配置されてその間にＦＥＴが位置しており、このＦＥＴのドレイン端子及びソース用端子が前記バスバー基板に接続される一方、当該ＦＥＴのゲート用端子が前記プリント回路基板に接続されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３５３７５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報に示される電気接続箱では、バスバー基板とプリント回路基板の少なくとも２枚の基板が必要であり、しかも、これらの基板を相互離間させて立体的に配置し、両基板の間にＦＥＴを配置するだけのスペースを確保しなければならない。従って、当該ＦＥＴの導入によって従来のリレー式の電気接続箱よりは小型化できるものの、全体構成が複雑で十分な小型化はできず、特に高さ寸法の削減が大きな課題となっている。
【０００７】
また、前記電気接続箱では、バスバー基板とプリント回路基板の間にＦＥＴが配置されているため、ＦＥＴの発する熱が両基板間にこもり易く、その放熱のために複雑な構造をとる必要がある。
【０００８】
さらに、前記電気接続箱では、ＦＥＴのドレイン端子及びソース用端子を下側のバスバー基板に接続する一方、ゲート用端子は上側のプリント回路基板に接続しなければならないため、電気接続箱全体の組み上げ作業が複雑で自動化が難しく、その改善も望まれる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑み、簡素かつ薄型の構造でＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を含む電力回路を構築でき、かつ、当該半導体スイッチング素子の放熱性に優れる回路構成体を提供し、さらには、その回路構成体を効率良く製造することができる方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【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、入力された電力を半導体スイッチング素子を通じて出力する電力回路と、前記半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御回路とを併有する回路構成体であって、一方の面に前記電力回路を構成する導体パターンが配され、他方の面に前記制御回路を構成する導体パターンが配されたプリント回路基板を備え、このプリント回路基板の基板本体には前記半導体スイッチング素子を実装するための貫通孔が形成され、当該半導体スイッチング素子が前記プリント回路基板の一方の導体パターンに表側から実装されるとともに他方の導体パターンに前記貫通孔を通じて裏側から実装されているものである。
【００１１】
この構成では、プリント回路基板の一方の面に電力回路を構成する導体パターンが、他方の面に前記電力回路に含まれる半導体スイッチング素子の制御回路を構成する導体パターンが、それぞれ設けられているので、共通のプリント回路基板で電力回路の構築と同回路に含まれる半導体スイッチング素子の制御との双方を同時に実現できる。従って、回路構成体全体の高さ寸法（厚み寸法）が非常に小さく、従来のようにバスバー基板とプリント回路基板とが離間して配置され、かつ、両基板に半導体スイッチング素子が接続されている電気接続箱に比べ、全体構成は大幅に薄型化及び簡素化され、また放熱性も良くなる。
【００１２】
しかも、前記プリント回路基板に設けられた貫通孔を通じて裏側の導体パターンにも半導体スイッチング素子が実装可能なので、電力回路と制御回路の双方に半導体スイッチング素子を片側から同時実装することが可能となっている。
【００１３】
この回路構成体において、前記プリント回路基板は一般に薄くて剛性の低いものであるので、前記プリント回路基板の導体パターンのうち裏側から半導体スイッチング素子が実装されている導体パターンの上に重ねて補強板が積層されているのが、より好ましい。
【００１４】
このような補強板の積層により、回路構成体全体の剛性が高まり、その取扱いが容易になる。特に、補強板と反対の側から半導体スイッチング素子を実装する場合に、基板の十分な支持剛性を得ることができる。
【００１５】
ここで、前記補強板としては例えばアルミニウム板やアルミニウム合金板が好適であり、その適用によって放熱性をさらに高めることができる。しかも、前記補強板が絶縁層を介して前記プリント回路基板の一方の導体パターンに重ねられているようにすることにより、導体パターン同士の絶縁性も保つことができる。
【００１６】
本発明では、前記半導体スイッチング素子の具体的構成を問わないが、その本体の裏面に通電端子を有するものの場合、前記プリント回路基板の基板本体に前記半導体スイッチング素子の本体が挿入可能な大きさの貫通孔が設けられ、この貫通孔を通じて前記半導体スイッチング素子の本体裏面の通電端子が前記電力回路を構成する導体パターン上に実装される構成とすることにより、当該半導体スイッチング素子のプリント回路基板への安定した実装が可能になる。
【００１７】
この場合、前記プリント回路基板の面のうち前記電力回路を構成する導体パターンが設けられている面に絶縁層を介してアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる補強板が固定されている構成とすることにより、前記半導体スイッチング素子の発する熱を前記補強板を通じて有効に放散することができる。
【００１８】
さらに、前記補強板が絶縁層を介して放熱部材に固定されている構成とすれば、放熱性はさらに向上する。
【００１９】
本発明では、前記電力回路または制御回路を外部回路と接続するための端子が前記プリント回路基板の適当な導体パターンに接続されているのが、より好ましい。この構成によれば、前記端子を通じて前記電力回路や制御回路と外部回路とを容易に接続することができる。
【００２０】
この場合、前記プリント回路基板を収納するケースを備えるとともに、このケースに前記端子を囲んで当該端子とともにコネクタを構成するハウジングが形成されている構成とすれば、前記ケースによってプリント回路基板の保護ができると同時に、当該ケースに形成されたハウジングと前記端子とによって構成されたコネクタを用いて前記電力回路及び制御回路と外部回路との接続作業をより容易にすることができる。
【００２１】
前記端子としては、例えば、前記プリント回路基板をその板厚方向に貫通した状態で当該プリント回路基板に固定されており、かつ、当該板厚方向に前記ケースを貫通してそのハウジング内に突出しているものが、好適である。この構成によれば、プリント回路基板に端子を立てるだけの簡素な構造で当該プリント回路基板と外部回路とを接続するコネクタを構築できる。
【００２２】
また、前記ケースを前記プリント回路基板と平行な方向に分割されたものとし、その分割ケース同士の間に前記プリント回路基板を挟み込んだ状態で両分割ケースが連結される構成とすれば、当該ケースによるプリント回路基板の保持強度をさらに高めることができる。
【００２３】
さらに、前記プリント回路基板を冷却するための放熱部材を備える場合には、その放熱部材と前記ケースとの間に前記プリント回路基板が挟み込まれている構成とすることにより、当該プリント回路基板の安定した保持と放熱とを同時に実現することができる。
【００２４】
また本発明は、入力部に入力された電力を半導体スイッチング素子を通じて出力部に出力する電力回路と、前記半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御回路とを併有する回路構成体を製造する方法であって、一方の面に前記電力回路を構成する導体パターンが配され、他方の面に前記制御回路を構成する導体パターンが配され、かつ、基板本体に前記半導体スイッチング素子を実装するための貫通孔が形成されたプリント回路基板を製造する基板製造工程と、このプリント回路基板の一方の面に絶縁層を介して補強板を固定する補強板固定工程と、前記半導体スイッチング素子を前記補強板と反対の側から前記プリント回路基板の一方の導体パターンに直接実装するとともに他方の導体パターンに前記貫通孔を通じて実装する実装工程とを含むものである。
【００２５】
この製造方法によれば、予めプリント回路基板に設けておいた貫通孔を利用して、適当な半導体スイッチング素子を当該プリント回路基板の片側から表裏両面の導体パターンに実装することができ、これにより簡単な工程で薄型の回路構成体を容易に製造することができる。従って、従来のように互いに離間して配置されるバスバー基板とプリント回路基板とに半導体スイッチング素子の端子を個別に接続するものに比べ、作業効率は飛躍的に簡略化される。
【００２６】
その場合、前記実装工程の前に予め、前記半導体スイッチング素子のうち前記プリント回路基板の表側の導体パターンに実装される端子と前記貫通孔を通じて実装される端子との間に前記プリント回路基板の厚みと略同等の段差を与えておくようにすれば、当該プリント回路基板の厚みにかかわらず、半導体スイッチング素子の各端子に無理な変形を生じさせずにそのまま当該各端子をプリント回路基板とバスバーの双方に各々実装できる。よって、実装後における各端子の応力が大幅に低減される。
【００２７】
前記工程に加え、前記基板製造工程後、前記電力回路または制御回路を外部回路と接続するための端子を前記プリント回路基板に貫通させた状態で当該プリント回路基板の適当な導体パターンに接続する端子接続工程を行うことにより、外部回路と接続可能な回路構成体を効率良く製造することができる。
【００２８】
さらに、前記端子接続工程後、その端子の周囲に絶縁材からなるハウジングを設けてコネクタを形成するコネクタ形成工程も行うようにすれば、前記外部回路との接続が容易な回路構成体を得ることができる。
【００２９】
また、前記補強板固定工程ではアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる補強板をプリント回路基板に固定しておき、前記実装工程後に前記補強板に絶縁層を介して放熱部材を連結する放熱部材連結工程を行うことにより、当該アルミニウム製またはアルミニウム合金製補強板と放熱部材の併用によってさらに放熱性に優れた回路構成体を得ることが可能になる。
【００３０】
【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。なお、ここでは、車両等に搭載される共通の電源から供給される電力を複数の電気的負荷に分配する配電回路を構成する回路構成体の製造方法を示すが、本発明にかかる回路構成体の用途はこれに限らず、電力回路における通電のオンオフ切換を半導体スイッチング素子によって行う場合に広く適用が可能である。
【００３１】
図１及び図２は、この実施の形態にかかる回路構成体の全体構成を示したものである。この回路構成体は、単一のプリント回路基板２０と、複数の半導体スイッチング素子（図例ではＦＥＴ３０）と、複数本の端子ピン４０と、絶縁ケース５０と、放熱部材６０とを備えている。
【００３２】
前記プリント回路基板２０は、この実施の形態では図３に示すような配電回路を構成している。この配電回路は、電力回路部ＰＣと、制御回路部ＣＣとを有している。
【００３３】
電力回路部ＰＣは、共通の入力端子４２から入力された電源を前記各ＦＥＴ３０を通じて複数の出力端子４４に分配出力するもので、各ＦＥＴ３０のドレインが共通の入力端子４２に接続され、各ＦＥＴ３０のソースが当該ＦＥＴ３０に対応する出力端子４４に接続されるように構成されている。
【００３４】
制御回路部ＣＣは、信号入力端子４６から入力された電気信号に基づき、各ＦＥＴ３０のオンオフ制御や信号出力端子４８からの警告信号の出力等を行うものであり、この制御回路部ＣＣには前記各ＦＥＴ３０のゲートが接続されている。
【００３５】
なお、以上示した入力端子４２、出力端子４４、信号入力端子４６、及び信号出力端子４８は、前記端子ピン４０によって構成される。
【００３６】
次に、この回路構成体の製造方法及びこれにより得られる具体的構造を、各工程の順に従って説明する。
【００３７】
１）基板製造工程
まず、前記プリント回路基板２０の製造を行う。
【００３８】
図２及び図４に示すように、プリント回路基板２０の基板本体２２はエポキシ樹脂等の絶縁材料によって板状（より好ましくは薄いシート状）に形成する。この基板本体２２の一方の面（図例では上面）には、前記図３に示した制御回路部ＣＣを構成するための制御回路用導体パターン２４（図２，図４）を印刷し、他方の面（図例では下面）には、前記電力回路部ＰＣを構成する電力回路用導体パターン２６を印刷する。さらに、基板本体２２の適所には、前記電力回路用導体パターン２６に対してその裏側から前記ＦＥＴ３０を実装するために詳細後述の貫通孔２２ａ，２２ｂを形成しておく。
【００３９】
２）補強板固定工程
前記プリント回路基板２０の下面に、その電力回路用導体パターン２６に重ねるようにして、絶縁接着シート（絶縁層）１２を介して補強板１０を積層する。この補強板１０は、プリント回路基板２０の剛性を高めるためのもので、金属板や硬質プラスチック板などを用いることができるが、当該補強板１０にアルミニウム板やアルミニウム合金板を用いれば回路構成体の放熱性をさらに高めることが可能である。また、前記硬質プラスチック板等の絶縁板を用いるならば、前記絶縁接着シート１２等の絶縁層は必ずしも要しない。
【００４０】
この補強板１０は、電力回路用導体パターン２６側でなく制御回路用導体パターン２４側に重ねて設けることも可能である。ただし、電力回路用導体パターン２６には比較的大きな電流が流れ、また、ＦＥＴ３０の熱も伝わり易いので、当該導体パターン２６側に補強板１０を重ねることによって放熱効率はより高まることとなる。
【００４１】
３）実装工程（図４）
前記プリント回路基板２０の基板本体２２に設けた貫通孔２２ａ，２２ｂを利用して、当該プリント回路基板２０の双方の導体パターン２４，２６に対して前記補強板１０と反対の側（図例では上側）からＦＥＴ３０を実装する。
【００４２】
この実施の形態で用いられるＦＥＴ３０は、図４に示すような略直方体状の本体３２を有し、その裏面に図略の薄板状ドレイン用端子が設けられるとともに、当該本体３２の側面からソース用端子３４及びゲート用端子３６が突出して下方に延出されている。
【００４３】
そこで、前記基板製造工程では、プリント回路基板２０の基板本体２２に、前記本体３２が挿通可能な矩形状の貫通孔２２ａと、この矩形状部分２２ａから所定方向に延びて前記ソース用端子３４が挿通可能な形状をもつ貫通孔２２ｂとを形成しておくようにする。そして、この実装工程においては、前記貫通孔２２ａを通じてＦＥＴ本体３２の裏面におけるドレイン端子を基板下面側の電力回路用導体パターン２６にその裏側から実装し、前記貫通孔２２ｂを通じてソース用端子３４を同じく電力回路用導体パターン２６に実装すると同時に、ゲート用端子３６は基板上面側の制御回路用導体パターン２４に対して表側から実装する。
【００４４】
すなわち、この実装工程では、各ＦＥＴ３０を全て上側から導体パターン２４，２６の双方に同時実装することが可能であり、従来のようにＦＥＴ３０をバスバー基板とプリント回路基板との間の位置で両基板にそれぞれ配線材を介して別個に接続する方法に比べ、組立作業効率は格段に向上する。
【００４５】
特に、前記補強板固定工程を予め行っておくことにより、はんだ付け作業の際にプリント回路基板２０の支持剛性を十分に確保することができ、作業効率及び実装精度がさらに向上する。
【００４６】
なお、この実装工程を行うに当たっては、予め、図４に示すようにソース用端子３４とゲート用端子３６との間にプリント回路基板２０の厚みと略同等の段差ｔを与えておくことが、より好ましい。このようにすれば、当該プリント回路基板２０の厚みにかかわらず、両端子３４，３６に無理な変形を生じさせずにそのまま当該各端子３４，３６を出力端子用バスバー１２とプリント回路基板２０とに各々実装でき、実装後における各端子の応力が大幅に低減される。
【００４７】
４）端子接続工程（図５）
前記プリント回路基板２０には、前記貫通孔２２ａ，２２ｂのようなＦＥＴ実装用の貫通孔に加え、前記図３に示した各端子４２，４４，４６，４８を構成する端子ピン４０が挿通可能な端子接続用貫通孔２０ａを設けておくとともに、前記絶縁接着シート１２及び補強板１０にも前記貫通孔２０ａより一回り大きい貫通孔１０ａを設けておく。そして、前記貫通孔２０ａ，１０ａに対して補強板１０と反対の側（図５（ａ）（ｂ）では上側）から端子ピン４０の端部を挿通し、かつ、その挿通側端部に対して貫通孔１０ａからはんだ４１を供給することにより、当該端子ピン４０を電力回路用導体パターン２６に直接（または制御回路用導体パターン２４にスルーホールで）接続する。
【００４８】
これにより、プリント回路基板２０から外部接続端子が上向きに突出した状態となり、各端子に対して外部配線材を一方向（上側）から接続することが可能になり、その接続作業が簡素化される。
【００４９】
５）ケース装着工程（コネクタ形成工程）
前記プリント回路基板２０に対し、さらに上側から合成樹脂等の絶縁材料からなるケース５０（図１及び図２）を被せ、図１に示すビス１４等でねじ止めする。このケース５０は、下側に開口して前記プリント回路基板２０全体を上側から覆う形状を有し、その中央には前記ＦＥＴ３０を上方に開放する開口部が設けられ、この開口部の周縁から上向きに防水壁５２が立設されている。すなわち、この防水壁５２は前記ＦＥＴ３０を含む領域を囲んでいる。また、ケース５０の前後両端部からは、左右に並ぶ複数枚のフィンカバー５８が下向きに突出している（図１）。
【００５０】
このケース５０の左右両縁部（防水壁５２の左右両外側の部分）には、上下に開口する筒状のハウジング５４がケース５０と一体に形成されている。ハウジング５４は、複数箇所に形成され、前記入力端子４２を構成する端子ピン４０、前記出力端子４４を構成する端子ピン４０、前記信号入力端子４６及び信号出力端子４８を構成する端子ピン４０を個別に囲み、これらの端子ピン４０とともにコネクタを構成する。
【００５１】
このようにして形成したコネクタと、例えば車両に配索されるワイヤハーネスの端末に設けられたコネクタとを結合することにより、当該端子と外部回路とを簡単に接続することが可能となる。
【００５２】
なお、本発明では必ずしもコネクタハウジングがケース５０と一体に形成されていなくてもよく、両者を別部材として成形した後に組み上げるようにしてもよい。
【００５３】
６）放熱部材接続工程
前記補強板１０の下面に図１及び図２に示すような放熱部材６０を接着して両者を合体させる。
【００５４】
放熱部材６０は、全体がアルミニウム系金属等の熱伝導性に優れた材料で形成されたもので、図例のように断面形状が一定のものについては例えば押し出し成形品を用いることが可能である。この放熱部材６０の上面が平坦な接着面６４となっており、この接着面６４に図２に示す絶縁層６６を介して前記補強板１０が接着される。この放熱部材６０の下面からは左右に並ぶ複数枚のフィン６２が下向きに突出し、各フィン６２の位置は前記ケース５０におけるフィンカバー５８の位置と対応している。従って、この放熱部材６０を前記ケース５０に装着することによって各フィン６２の長手方向両端が前記フィンカバー５８で覆われるようになっている。
【００５５】
この放熱部材６０と補強板１０との接着及び絶縁層６６の形成は、例えば次のような手順で行うのが好ましい。
【００５６】
▲１▼ 放熱部材６０の上面６４にエポキシ系樹脂からなる絶縁性の接着剤を塗布して乾燥させることにより薄膜の絶縁層を形成する。
【００５７】
▲２▼ 前記絶縁層の上に重ねて、この絶縁層を構成する材料と同じ接着剤、またはそれよりも軟らかくて熱伝導性の高い接着剤（例えばシリコーン系接着剤のようなグリース状のもの）を塗布し、もしくは補強板１０側に同様の接着剤を塗布し、この接着剤によって前記絶縁層と補強板１０とを接着する。
【００５８】
ここで、▲１▼の絶縁層を省略しても▲２▼の接着剤によって絶縁層６６の形成は可能であるが、▲１▼及び▲２▼の工程を経ることにより、補強板１０と放熱部材６０との間の絶縁確実性が増す。特に、放熱部材６０をボディアースに接続して電位をゼロにする場合には、当該放熱部材６０と電力回路との電位差が大きくなるので、絶縁層６６には確実な絶縁性を付与しておくことがより好ましい。また、▲１▼の絶縁層は例えば放熱部材６０の接着面６４上に絶縁シートを貼着することにより形成することも可能である。
【００５９】
なお、電力回路用導体パターン中に接地されるべきものが含まれる場合には、この導体パターンを前記放熱部材６０を通じてアースに接続するようにしてもよい。
【００６０】
また、図２に示すようにケース５０にプリント回路基板２０の周縁部が当たる段部５５を形成しておき、この段部５５と放熱部材６０との間にプリント回路基板２０を挟み込むようにして当該放熱部材６０をケース５０に連結、固定するようにすれば、プリント回路基板２０をより安定した状態で保持することが可能になる。
【００６１】
あるいは、図６に示すようにケース５０をプリント回路基板２０と平行な方向（図では左右方向）に分割し、その分割ケース５０Ａ，５０Ｂによりプリント回路基板２０を両側から挟み込むようにして当該分割ケース５０Ａ，５０Ｂ同士を連結するようにしても、プリント回路基板２０の保持力を高めることができる。
【００６２】
同図に示す例では、前記端子ピン４０に代えてケース５０Ａ，５０Ｂ側に端子７０が一体にモールドされている。各端子７０は、ケース側ハウジング５４の底壁を上下に貫通する接続部７２と、この接続部７２の上端からハウジング開口側に突出する外部側端子部７４と、前記接続部７６の下端から側方に突出する基板側端子部７６とを一体に有し、この基板側端子部７６がプリント回路基板２０上の適当な導体パターンに接続されるようになっている。
【００６３】
また、分割ケース５０Ｂから分割ケース５０Ａに向かって連結アーム５８ｂが延びており、この連結アーム５８ｂの端部に設けられた貫通孔５９と分割ケース５０Ａの外側面に形成された突起５８ａとが係合されることにより、両分割ケース５０Ａ，５０Ｂの連結状態がロックされるようになっている。
【００６４】
７）ポッティング工程
前記防水壁５２の内側に放熱用の適当なポッティング剤を注入する。その後、防水壁５２の上端に図１及び図２に示す蓋７０を被せ、溶接等で固定することにより、防水壁５２の内側を封止する。これにより、回路構成体の防水効果がさらに高められることとなる。
【００６５】
以上のようにして製造された回路構成体によれば、電力回路部ＰＣの入力端子４２に電源を、出力端子４４に電気的負荷をそれぞれ接続することにより、前記電源から適当な電気的負荷に電力を分配する回路が構築されるとともに、当該回路の途中に設けられるＦＥＴ３０の動作が制御回路部ＣＣによって制御されることにより、前記配電回路の通電のオンオフ制御が実行されることになる。
【００６６】
なお、本発明にかかる回路構成体は以上の方法により製造されたものに限られず、少なくとも、プリント回路基板２０の一方の面に電力回路用導体パターン２６が、他方の面に制御回路用導体パターン２４が形成され、両導体パターン２４，２６に各半導体スイッチング素子が実装される構成を有することにより、全体構成の簡素化及び薄型化という効果を享受することができる。
【００６７】
また、本発明において使用される半導体スイッチング素子は前記ＦＥＴに限らず、バスバーにより形成される電力回路側に接続される通電端子とプリント回路基板２０側に接続される制御端子とを含むものであれば広く適用が可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、プリント回路基板の一方の面に半導体スイッチング素子が介在する電力回路を、他方の面に前記半導体スイッチング素子を制御する制御回路を形成し、当該プリント回路基板に設けた貫通孔を用いて両回路に半導体スイッチング素子を同時実装するようにしたものであるので、簡素かつ薄型の構造で半導体スイッチング素子を含む電力回路及びその制御回路の双方を構築でき、かつ、従来のようにバスバー基板と制御回路基板との間に半導体スイッチング素子が閉じ込められるものに比べてより放熱性に優れた回路構成体を提供することができる効果がある。
【００６９】
さらに、この回路構成体を製造するにあたり、前記プリント回路基板を製造し、その片面に補強板を固定した後、その補強板と反対の側から半導体スイッチング素子を実装する方法によって、前記回路構成体の製造効率を飛躍的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる回路構成体の分解斜視図である。
【図２】前記回路構成体の断面正面図である。
【図３】前記回路構成体により構成される配電回路を示す図である。
【図４】前記回路構成体におけるＦＥＴの実装状態を示す拡大断面斜視図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は前記回路構成体の端子接続工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）は前記回路構成体のケースとして分割ケースを用いたものを示す平面図、（ｂ）はその正面図である。
【符号の説明】
１０ 補強板
１２ 絶縁接着シート（絶縁層）
２０ プリント回路基板
２０ａ 基板接続用の貫通孔
２２ 基板本体
２２ａ，２２ｂ ＦＥＴ実装用の貫通孔
２４ 制御回路用導体パターン
２６ 電力回路用導体パターン
３０ ＦＥＴ（半導体スイッチング素子）
３２ ＦＥＴ本体
３４ ソース用端子（通電端子）
３６ ゲート用端子（制御端子）
４０ 端子ピン
４２ 入力端子
４４ 出力端子
４６ 信号入力端子
４８ 信号出力端子
５０ ケース
５０Ａ，５０Ｂ 分割ケース
５４ ケースに形成されたハウジング
６０ 放熱部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された電力を半導体スイッチング素子を通じて出力する電力回路と、前記半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御回路とを併有する回路構成体であって、一方の面に前記電力回路を構成する導体パターンが配され、他方の面に前記制御回路を構成する導体パターンが配されたプリント回路基板を備え、このプリント回路基板の基板本体には前記半導体スイッチング素子を実装するための貫通孔が形成され、当該半導体スイッチング素子が前記プリント回路基板の一方の導体パターンに表側から実装されるとともに他方の導体パターンに前記貫通孔を通じて裏側から実装されていることを特徴とする回路構成体。
【請求項２】
請求項１記載の回路構成体において、前記プリント回路基板の導体パターンのうち裏側から半導体スイッチング素子が実装されている導体パターンの上に重ねて補強板が積層されていることを特徴とする回路構成体。
【請求項３】
請求項２記載の回路構成体において、前記補強板はアルミニウム板またはアルミニウム合金板からなり、当該補強板が絶縁層を介して前記プリント回路基板の一方の導体パターンに重ねられていることを特徴とする回路構成体。
【請求項４】
請求項１記載の回路構成体において、前記半導体スイッチング素子は、その本体の裏面に通電端子を有し、前記プリント回路基板の基板本体には前記半導体スイッチング素子の本体が挿入可能な大きさの貫通孔が設けられ、この貫通孔を通じて前記半導体スイッチング素子の本体裏面の通電端子が前記電力回路を構成する導体パターン上に実装されていることを特徴とする回路構成体。
【請求項５】
請求項４記載の回路構成体において、前記プリント回路基板の面のうち前記電力回路を構成する導体パターンが設けられている面に絶縁層を介してアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる補強板が固定されていることを特徴とする回路構成体。
【請求項６】
請求項２または５記載の回路構成体において、前記補強板が絶縁層を介して放熱部材に固定されていることを特徴とする回路構成体。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の回路構成体において、前記電力回路または制御回路を外部回路と接続するための端子が前記当該プリント回路基板の適当な導体パターンに接続されていることを特徴とする回路構成体。
【請求項８】
請求項７記載の回路構成体において、前記プリント回路基板を収納するケースを備えるとともに、このケースに前記端子を囲んで当該端子とともにコネクタを構成するハウジングが形成されていることを特徴とする回路構成体。
【請求項９】
請求項８記載の回路構成体において、前記端子は前記プリント回路基板をその板厚方向に貫通した状態で当該プリント回路基板に固定されており、かつ、当該板厚方向に前記ケースを貫通してそのハウジング内に突出していることを特徴とする回路構成体。
【請求項１０】
請求項８記載の回路構成体において、前記ケースは前記プリント回路基板と平行な方向に分割されており、その分割ケース同士の間に前記プリント回路基板が挟み込まれた状態で両分割ケースが連結されることを特徴とする回路構成体。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれかに記載の回路構成体において、前記プリント回路基板を冷却するための放熱部材を備え、この放熱部材と前記ケースとの間に前記プリント回路基板が挟み込まれていることを特徴とする回路構成体。
【請求項１２】
入力部に入力された電力を半導体スイッチング素子を通じて出力部に出力する電力回路と、前記半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御回路とを併有する回路構成体を製造する方法であって、一方の面に前記電力回路を構成する導体パターンが配され、他方の面に前記制御回路を構成する導体パターンが配され、かつ、基板本体に前記半導体スイッチング素子を実装するための貫通孔が形成されたプリント回路基板を製造する基板製造工程と、このプリント回路基板の一方の面に絶縁層を介して補強板を固定する補強板固定工程と、前記半導体スイッチング素子を前記補強板と反対の側から前記プリント回路基板の一方の導体パターンに直接実装するとともに他方の導体パターンに前記貫通孔を通じて実装する実装工程とを含むことを特徴とする回路構成体の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の回路構成体の製造方法において、前記実装工程の前に予め、前記半導体スイッチング素子のうち前記プリント回路基板の表側の導体パターンに実装される端子と前記貫通孔を通じて実装される端子との間に前記プリント回路基板の厚みと略同等の段差を与えておくことを特徴とする回路構成体の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の回路構成体の製造方法において、前記基板製造工程後、前記電力回路または制御回路を外部回路と接続するための端子を前記プリント回路基板に貫通させた状態で当該プリント回路基板の適当な導体パターンに接続する端子接続工程を含むことを特徴とする回路構成体の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の回路構成体の製造方法において、前記端子接続工程後、その端子の周囲に絶縁材からなるハウジングを設けてコネクタを形成するコネクタ形成工程を含むことを特徴とする回路構成体の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれかに記載の回路構成体の製造方法において、前記補強板固定工程ではアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる補強板をプリント回路基板に固定しておき、前記実装工程後に前記補強板に絶縁層を介して放熱部材を連結する放熱部材連結工程を行うことを特徴とする回路構成体の製造方法。
【請求項１】
入力された電力を半導体スイッチング素子を通じて出力する電力回路と、前記半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御回路とを併有する回路構成体であって、一方の面に前記電力回路を構成する導体パターンが配され、他方の面に前記制御回路を構成する導体パターンが配されたプリント回路基板を備え、このプリント回路基板の基板本体には前記半導体スイッチング素子を実装するための貫通孔が形成され、当該半導体スイッチング素子が前記プリント回路基板の一方の導体パターンに表側から実装されるとともに他方の導体パターンに前記貫通孔を通じて裏側から実装されていることを特徴とする回路構成体。
【請求項２】
請求項１記載の回路構成体において、前記プリント回路基板の導体パターンのうち裏側から半導体スイッチング素子が実装されている導体パターンの上に重ねて補強板が積層されていることを特徴とする回路構成体。
【請求項３】
請求項２記載の回路構成体において、前記補強板はアルミニウム板またはアルミニウム合金板からなり、当該補強板が絶縁層を介して前記プリント回路基板の一方の導体パターンに重ねられていることを特徴とする回路構成体。
【請求項４】
請求項１記載の回路構成体において、前記半導体スイッチング素子は、その本体の裏面に通電端子を有し、前記プリント回路基板の基板本体には前記半導体スイッチング素子の本体が挿入可能な大きさの貫通孔が設けられ、この貫通孔を通じて前記半導体スイッチング素子の本体裏面の通電端子が前記電力回路を構成する導体パターン上に実装されていることを特徴とする回路構成体。
【請求項５】
請求項４記載の回路構成体において、前記プリント回路基板の面のうち前記電力回路を構成する導体パターンが設けられている面に絶縁層を介してアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる補強板が固定されていることを特徴とする回路構成体。
【請求項６】
請求項２または５記載の回路構成体において、前記補強板が絶縁層を介して放熱部材に固定されていることを特徴とする回路構成体。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の回路構成体において、前記電力回路または制御回路を外部回路と接続するための端子が前記当該プリント回路基板の適当な導体パターンに接続されていることを特徴とする回路構成体。
【請求項８】
請求項７記載の回路構成体において、前記プリント回路基板を収納するケースを備えるとともに、このケースに前記端子を囲んで当該端子とともにコネクタを構成するハウジングが形成されていることを特徴とする回路構成体。
【請求項９】
請求項８記載の回路構成体において、前記端子は前記プリント回路基板をその板厚方向に貫通した状態で当該プリント回路基板に固定されており、かつ、当該板厚方向に前記ケースを貫通してそのハウジング内に突出していることを特徴とする回路構成体。
【請求項１０】
請求項８記載の回路構成体において、前記ケースは前記プリント回路基板と平行な方向に分割されており、その分割ケース同士の間に前記プリント回路基板が挟み込まれた状態で両分割ケースが連結されることを特徴とする回路構成体。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれかに記載の回路構成体において、前記プリント回路基板を冷却するための放熱部材を備え、この放熱部材と前記ケースとの間に前記プリント回路基板が挟み込まれていることを特徴とする回路構成体。
【請求項１２】
入力部に入力された電力を半導体スイッチング素子を通じて出力部に出力する電力回路と、前記半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御回路とを併有する回路構成体を製造する方法であって、一方の面に前記電力回路を構成する導体パターンが配され、他方の面に前記制御回路を構成する導体パターンが配され、かつ、基板本体に前記半導体スイッチング素子を実装するための貫通孔が形成されたプリント回路基板を製造する基板製造工程と、このプリント回路基板の一方の面に絶縁層を介して補強板を固定する補強板固定工程と、前記半導体スイッチング素子を前記補強板と反対の側から前記プリント回路基板の一方の導体パターンに直接実装するとともに他方の導体パターンに前記貫通孔を通じて実装する実装工程とを含むことを特徴とする回路構成体の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の回路構成体の製造方法において、前記実装工程の前に予め、前記半導体スイッチング素子のうち前記プリント回路基板の表側の導体パターンに実装される端子と前記貫通孔を通じて実装される端子との間に前記プリント回路基板の厚みと略同等の段差を与えておくことを特徴とする回路構成体の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３記載の回路構成体の製造方法において、前記基板製造工程後、前記電力回路または制御回路を外部回路と接続するための端子を前記プリント回路基板に貫通させた状態で当該プリント回路基板の適当な導体パターンに接続する端子接続工程を含むことを特徴とする回路構成体の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の回路構成体の製造方法において、前記端子接続工程後、その端子の周囲に絶縁材からなるハウジングを設けてコネクタを形成するコネクタ形成工程を含むことを特徴とする回路構成体の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれかに記載の回路構成体の製造方法において、前記補強板固定工程ではアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる補強板をプリント回路基板に固定しておき、前記実装工程後に前記補強板に絶縁層を介して放熱部材を連結する放熱部材連結工程を行うことを特徴とする回路構成体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００４−２２１２５６（Ｐ２００４−２２１２５６Ａ）
【公開日】平成１６年８月５日（２００４．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００３−５９５０（Ｐ２００３−５９５０）
【出願日】平成１５年１月１４日（２００３．１．１４）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１６年８月５日（２００４．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１月１４日（２００３．１．１４）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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