特許 7044007 回路構成体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-22

(45)【発行日】2022-03-30

(54)【発明の名称】回路構成体

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/58 20060101AFI20220323BHJP

   H05K 7/06 20060101ALI20220323BHJP

   G01K 1/18 20060101ALI20220323BHJP

   G01K 1/14 20210101ALI20220323BHJP

【ＦＩ】

H01L23/56 D

H05K7/06 C

G01K1/18

G01K1/14 L

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018144347

(22)【出願日】2018-07-31

(65)【公開番号】P2020021815

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2020-10-27

(73)【特許権者】

【識別番号】395011665

【氏名又は名称】株式会社オートネットワーク技術研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000183406

【氏名又は名称】住友電装株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】原口 章

【審査官】正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００１／０１５２２８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０９－２８９２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２５３７５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／５８

Ｈ０５Ｋ ７／０６

Ｇ０１Ｋ １／１８

Ｇ０１Ｋ １／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回路基板と、
該回路基板の一面に実装されているスイッチング素子と、
前記回路基板の周縁部から延出し、前記一面側に折返している折返し部と、
該折返し部に実装され、前記スイッチング素子に接触している温度測定器と
を備え、
該温度測定器及びスイッチング素子間には、熱伝導性を有する固着部が設けられており、
前記温度測定器は前記固着部に埋設されている回路構成体。

【請求項2】

前記スイッチング素子、折返し部及び温度測定器は夫々複数ある請求項１に記載の回路構成体。

【請求項3】

前記固着部は熱硬化性である請求項１又は２に記載の回路構成体。

【請求項4】

前記回路基板の他面に対向し、電力が入力される入力側バスバーと、
前記回路基板の他面に対向し、電力が出力される出力側バスバーと
前記回路基板に設けられ、前記スイッチング素子の入力端子及び出力端子夫々を前記入力側バスバー及び出力側バスバーに接続する導電部と
を備える請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の回路構成体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回路構成体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車両における電源及び負荷の間に、電源から負荷への電力供給に係る通電の制御を行う回路構成体が搭載されている。回路構成体は、スイッチング素子を備え、スイッチング素子のオンオフを制御する制御回路を更に備える。スイッチング素子は、制御回路から入力される信号に基づいてオンオフする。回路構成体は、スイッチング素子のオンオフにより上記通電の制御を行う。

【0003】

スイッチング素子は過熱による不安定な動作及び故障等を防止するため、温度測定器によりスイッチング素子の温度を測定する場合がある。特許文献１においては、温度測定器（サーミスタ）及びスイッチング素子（パワーＭＯＳＦＥＴ）を同一の回路基板上に実装し、温度測定対象であるスイッチング素子を取り付ける導電部（ランド）と、温度検出器（温度検出素子）が接続される導電部とを一体的に回路基板に形成している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－２３７１４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、回路構成体において熱容量の大きい放熱器を使用する場合があり、この場合、特許文献１の技術ではスイッチング素子からの回路基板への熱の伝導が弱くなり、温度検出器の周囲温度が上昇せず、スイッチング素子の温度を良好に測定できず、異常な発熱を良好に検出できない虞がある。

【0006】

本発明の目的は、良好にスイッチング素子の温度を測定することができる回路構成体を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る回路構成体は、回路基板と、該回路基板の一面に実装されているスイッチング素子と、前記回路基板の周縁部から延出し、前記一面側に折返している折返し部と、該折返し部に実装され、前記スイッチング素子に接触している温度測定器とを備える回路構成体。

【発明の効果】

【0008】

上記によれば、良好にスイッチング素子の温度を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態に係る回路構成体の外観斜視図である。

【図2】蓋部を取り外した状態を示す回路構成体の斜視図である。

【図3】ＦＥＴの搭載態様を示す斜視図である。

【図4】回路基板を載置していない状態を示す斜視図である。

【図5】ＦＥＴの搭載を説明する斜視図である。

【図6】第１導電部及び第２導電部を示す部分拡大平面図である。

【図7】サーミスタの搭載態様を示す部分拡大平面図である。

【図8】図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線による断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の実施態様を列記して説明する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせても良い。

【0011】

本発明の一態様に係る回路構成体は、回路基板と、該回路基板の一面に実装されているスイッチング素子と、前記回路基板の周縁部から延出し、前記一面側に折返している折返し部と、該折返し部に実装され、前記スイッチング素子に接触している温度測定器とを備える回路構成体。

【0012】

本態様にあっては、温度測定器及びスイッチング素子との距離が近くなり、良好にスイッチング素子の温度を測定することができる。

【0013】

本発明の一態様に係る回路構成体は、前記スイッチング素子、折返し部及び温度測定器は夫々複数ある。

【0014】

本態様にあっては、複数のスイッチング素子の温度を各別に測定することができる。
を防止できる。

【0015】

本発明の一態様に係る回路構成体は、前記温度測定器及びスイッチング素子間には固着部が設けられている。

【0016】

本態様にあっては、また、温度測定器を固着部に良好に固定することができる。

【0017】

本発明の一態様に係る回路構成体は、前記固着部は熱硬化性である。

【0018】

本態様にあっては、熱硬化前の固着部に温度測定器を埋め込んだ後熱硬化することにより、温度測定器を良好に固着部に固定することができる。

【0019】

本発明の一態様に係る回路構成体は、前記回路基板の他面に対向し、電力が入力される入力側バスバーと、前記回路基板の他面に対向し、電力が出力される出力側バスバーと前記回路基板に設けられ、前記スイッチング素子の入力端子及び出力端子夫々を前記入力側バスバー及び出力側バスバーに接続する導電部とを備える。

【0020】

本態様にあっては、入力側バスバーから入力され出力側バスバーから出力される電力を、スイッチング素子によりオンオフすることができる。

【0021】

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は実施の形態に係る回路構成体の外観斜視図である。回路構成体１は、車両が備えるバッテリ等の電源と、ランプ、ワイパ又はモータ等の負荷との間の電力供給経路に配される。

【0022】

回路構成体１は、筐体１０を備える。筐体１０は直方体状をなし、矩形平板状の本体部１０ａ及び該本体部１０ａの一面を全面に亘って覆う蓋部１０ｂを有する。

【0023】

図２は、蓋部１０ｂを取り外した状態を示す回路構成体の斜視図である。回路構成体１は、回路基板２及び制御基板３を備える。回路基板２は例えば、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）等である。回路基板２には、一面を本体部１０ａに対向させて載置されている。回路基板２は、後述するＦＥＴ（Field Effect Transistor）及び導電片等の電子部品が実装されている。

【0024】

制御基板３は、矩形板状をなし、一面が回路基板に対向し、長手方向が回路基板２の長手方向に沿うように配されている。制御基板３の一面には、抵抗、コイル、コンデンサ、ダイオード等の電子部品と、これらの電子部品を電気的に接続する配線パターンとを含む制御回路（不図示）が設けられている。

【0025】

回路基板２の一の短辺部には、棒状の接続コネクタ１１が立設されている。回路基板２は、接続コネクタ１１を介して制御基板３に接続されている。

【0026】

コネクタ１２は、外形が筒状をなし、コネクタ１２の内部には複数の棒状の端子部１２ａが設けられている。端子部１２ａの一端部が外部に設けられたＥＣＵ（Electronic Control Unit）に信号線（不図示）を介して接続される。コネクタ１２における各端子部１２ａの他端部は、制御基板３の配線パターンに接続されている。コネクタ１２は、蓋部１０ｂを本体部１０ａに取り付けた場合、図１に示すように蓋部１０ｂから突出している。

【0027】

図３は、ＦＥＴの搭載態様を示す斜視図である。回路構成体１は、複数のＦＥＴ４（図では６個）と、複数の第１導電片５（図では８枚）と、複数の第２導電片６（図では６枚）を備える。なお、ＦＥＴ４、第１導電片５及び第２導電片６は図示の個数に限られない。

【0028】

ＦＥＴ４は、回路基板２の他面において、前記一の短辺部の反対側の他の短辺部に沿って２個配されており、一の長辺部に沿って４個並設されている。回路基板２の一の短辺部には接続コネクタ１１が接続される複数のスルーホール２２が並設されている。

【0029】

第１導電片５は、各ＦＥＴ４を挟むように配されており、回路基板２の他の短辺部に沿って３個、一の長辺部に沿って５個配されている。第２導電片６は、回路基板２の他の短辺部に沿って２個、一の長辺部に沿って４個配されている。第２導電片６は夫々、ＦＥＴ４夫々に対応させて設けられており、ＦＥＴ４よりも内側に位置している。第２導電片６の周囲には、複数のチップ部品が配されている。第１導電片５及び第２導電片６は、導電性及び熱伝導性に優れた銅製のチップが好ましい。

【0030】

図４は、回路基板２を載置していない状態を示す斜視図である。図５は、ＦＥＴ４の搭載を説明する斜視図である。図６は、第１導電部及び第２導電部を示す部分拡大平面図である。

【0031】

図４に示すように、本体部１０ａの一面には、板状の入力側バスバー１４及び出力側バスバー１５が面一に設けられている。入力側バスバー１４は平面視Ｌ字状をなし、Ｌ字の直線部分夫々が本体部１０ａの長辺部及び短辺部に沿うように位置している。入力側バスバー１４の一端部には入力端子部１４ａが連続して設けられ、本体部１０ａから突出している。

【0032】

出力側バスバー１５は矩形状をなし、本体部１０ａの一面の中央部に配されている。出力側バスバー１５は、長手方向が本体部１０ａの長手方向に沿うように、入力側バスバー１４と所定距離離隔させて配されている。出力側バスバー１５において、出力側バスバー１５の長辺の中央部には出力端子部１５ａが連続して設けられ、本体部１０ａから突出している。

【0033】

入力側バスバー１４及び出力側バスバー１５、入力端子部１４ａ及び出力端子部１５ａは、例えば、板厚２ｍｍで、表面にニッケルめっきを施したバスバー部材により形成される。

【0034】

入力端子部１４ａ及び出力端子部１５ａには夫々、厚さ方向に貫通する貫通孔１４ｂ、１４ｂが設けられ、貫通孔１４ｂ，１５ｂに挿通されたボルト（不図示）により、電源及び負荷に接続される。入力端子部１４ａが電源側に接続され、出力端子部１５ａが負荷側に接続される。

【0035】

本体部１０ａは、例えばフェノール樹脂、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂材料を用いたインサート成形により製造される。絶縁性樹脂材料により成形される樹脂成形体は、入力端子部１４ａ、出力端子部１５ａ、入力側バスバー１４、及び出力側バスバー１５と接合されることによって、これらを一体化する。また、樹脂成形体は、入力端子部１４ａ及び出力端子部１５ａ間と、入力側バスバー１４及び出力側バスバー１５間とに配されることによって、これらの間を絶縁する。

【0036】

また、回路基板２は、図４に示すように矩形状の熱伝導性が高く、絶縁性の粘着性シート２１により本体部１０ａに接着されている。

【0037】

回路基板２には、各ＦＥＴ４に対応する位置に、第１開口部４１，第２開口部４２，第３開口部４３が貫設されている。第２開口部４２及び第３開口部４３は、回路基板２において、第１開口部４１よりも内側に位置し、長手方向又は短手方向に沿って並んでいる。第１開口部４１は第２開口部４２及び第３開口部４３よりも大きく、第２開口部４２は第３開口部４３よりも大きい。

【0038】

また、回路基板２には、各第１導電片５に対応する位置に第４開口部５０が貫設されている。更に、各第２導電片６に対応する位置に第５開口部６０が貫設されている。第５開口部６０は、第１開口部４１とで第２開口部４２を挟むように位置している。

【0039】

回路基板２の一面において、第１開口部４１、第４開口部５０に対応する位置に矩形状の第１導電部２４が設けられている。第１導電部２４は、第１開口部４１の全体から他面側に露出しており、第４開口部５０の内側半分において他面側に露出している。なお、第１導電部は、上記のように露出していれば、全ての第１開口部４１及び第４開口部５０に対応するようにＬ字状に設けられてもよく、又は第１開口部４１及び第４開口部５０毎に設けられていてもよい。

【0040】

第２開口部４２及び第５開口部６０に対応する位置に矩形状の第２導電部２５が設けられている。第２導電部２５は、第２開口部４２全体から他面側に露出し、第５開口部６０の外側半分から他面側に露出している。更に、回路基板２の一面において、第３開口部４３に対応する位置にはランド部２６が設けられ、第３開口部４３全体から他面側に露出している。また、回路基板２の一面には、ランド部２６及びスルーホール２２を電気的に接続する接続部２２ａが設けられている。第１導電部２４、第２導電部２５、ランド部２６、接続部２２ａは例えば、銅箔により形成されている。

【0041】

粘着性シート２１には、回路基板２の第４開口部５０及び第５開口部６０に対応する位置に、第１孔２１０及び第２孔２１１が貫設されている。第１孔２１０は第４開口部５０の外側半分に対応し、第２孔２１１は第５開口部６０の内側半分に対応している。

【0042】

回路基板２及び粘着性シート２１は、第１導電部２４、第２導電部２５、ランド部２６、接続部２２ａを含む回路基板２の回路パターンが形成されている一面が粘着性シート２１側に位置するように、本体部１０ａの一面に重ねて配されている。第１孔２１０は第４開口部５０に連なり、かつ第１導電部２４に重なっていない。また、第２孔２１１は、第５開口部６０に連なり、第２導電部２５に重なっていない。

【0043】

図６に示すように、第４開口部５０及び第１孔２１０からは入力側バスバー１４の一部が露出し、第５開口部６０及び第２孔２１１からは出力側バスバー１５の一部が露出している。

【0044】

回路基板２は例えばポリイミドをベース部材として、各導電部等を含むパターンを一面にてエッチング加工により形成し、絶縁性のカバーフィルムを貼り付けたものが使用される。第１導電部２４、第２導電部２５、ランド部２６、接続部２２ａとしては例えば３５μｍの銅箔が使用される。また、各導電片は例えば０．２ｍｍ～０．５ｍｍの純銅製又は銅合金製であり、表面をスズ、ニッケル等によりめっき処理したものが使用される。

【0045】

図７は、サーミスタ７０の搭載態様を示す部分拡大平面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線による断面図である。

【0046】

ＦＥＴ４は、直方体状をなしており、一の側面及び該一の側面に連なる二つの側面から突出している４つのドレイン端子４４と、前記一の側面の反対側の側面から突出している１つのゲート端子４５及び３つのソース端子４６とを備える。

【0047】

ＦＥＴ４は第１開口部４１～第３開口部４３に跨るように配されている。各ドレイン端子４４は第１開口部４１において第１導電部２４にはんだ付けされ、ゲート端子４５は第２開口部４２においてランド部２６にはんだ付けされ、ソース端子４６は第３開口部４３において第２導電部２５にはんだ付けされている。

【0048】

第１導電片５は第４開口部５０において、入力側バスバー１４及び第１導電部２４に跨るように配され、これらにはんだにより接続されている。第２導電片６は第５開口部６０において、出力側バスバー１５及び第２導電部２５に跨るように配され、これらにはんだにより接続されている。

【0049】

ＦＥＴ４、第１導電片５及び第２導電片６が接続される第１導電部２４及び第２導電部２５には、例えば、はんだペーストを塗布し、これらを配置してリフローはんだ付けを行うことにより実装される。

【0050】

ここで、粘着性シート２１は例えば熱伝導性フィラを含有し、アクリル系又はシリコーン系等の高耐熱性の粘着剤が使用されたシートが好ましい。これにより、ＦＥＴ４の発熱による熱をバスバー側に伝導して放熱でき、また、リフロー時の粘着性シート２１の耐熱性を向上できる。

【0051】

回路基板２には、各第１開口部４１に対応する位置に折返し部７が設けられている。折返し部７の延出端部には、サーミスタ７０が取り付けられている。折返し部７は、回路基板２の短辺部又は長辺部から垂直に延出し、延出端部が各ＦＥＴ４に当接するように折り曲げられている。図４～図５は、折返し部７が折返される前の状態を示す。

【0052】

サーミスタ７０により、各ＦＥＴ４の温度を個別に測定することができる。サーミスタ７０は、回路基板２の銅箔により形成されている回路パターン（不図示）を介してスルーホール２２に接続されている。なお、サーミスタ７０は温度測定器の一例であり、サーミスタ７０に代えて半導体温度センサ等その他の温度測定器を使用していてもよい。

【0053】

また、回路基板２の折返し部７はＦＥＴ４の取り付け後、基端部側において折り曲げられており、延出端部がＦＥＴ４の天面に当接している。折返し部７の延出端部に設けられたサーミスタ７０は、折返し部７及びＦＥＴ４に挟まれており、折返し部７及びＦＥＴ４間に位置する固着部７１に埋設することよりＦＥＴ４の天面に固定されている。

【0054】

固着部７１は、例えば熱伝導性フィラを含有した熱硬化性のシリコーン組成物により形成される。ＦＥＴ４の天面に熱硬化前のゲル状の固着部７１をＦＥＴ４に塗布し、折返し部７を折り曲げてサーミスタ７０を固着部７１に埋め込む。その後、固着部７１を熱硬化させることによりサーミスタ７０がＦＥＴ４に固定される。

【0055】

以上の構成により、ＦＥＴ４のゲート端子４５は、ランド部２６、接続部２２ａ、スルーホール２２、接続コネクタ１１を介して制御基板３に接続されている。これにより、外部のＥＣＵからの信号に基づく制御基板３からの信号がＦＥＴ４に入力される。制御基板３からの信号によって、ＦＥＴ４のオンオフが切り替えられる。ゲート端子４５に所定の電圧が印加されることにより、ドレイン端子４４及びソース端子４６が導通し、ＦＥＴ４がオンになる。

【0056】

また、ＦＥＴ４のドレイン端子４４は、第１導電部２４、第１導電片５を介して入力側バスバー１４に接続されている。ＦＥＴ４のソース端子４６は、第２導電部２５及び第２導電片６を介して出力側バスバー１５に接続されている。

【0057】

したがって、制御基板３からの信号の入力によりＦＥＴ４がオンである場合、入力端子部１４ａから供給される電力は、第１導電部２４、第１導電片５、ＦＥＴ４のドレイン端子４４及びソース端子４６、第２導電部２５及び第２導電片６を介して出力側バスバー１５を介して、出力端子部１５ａから出力される。これにより、回路構成体１を介して電源から負荷に電力が供給される。

【0058】

制御基板３からの信号の入力によりＦＥＴ４がオフである場合、ＦＥＴ４のドレイン端子４４及びソース端子４６間は導通せず、電源から負荷への電力の供給が停止される。

【0059】

更にサーミスタ７０は、回路基板２の回路パターン、スルーホール２２、接続コネクタ１１を介して制御基板３に接続されている。これにより、サーミスタ７０が測定した温度に係る信号を制御基板３に入力することができる。したがって、制御基板３はサーミスタ７０からの信号に基づいて、ＦＥＴ４が過熱しているか否かを検出できる。制御基板３はＦＥＴ４が過熱している場合、ＦＥＴ４をオフとし、ＦＥＴ４の過熱を防止することができる。

【0060】

上記の構成によれば、サーミスタ７０がＦＥＴ４の天面に対して固定されているので、ＦＥＴ４の周辺温度を測定する等の態様よりもＦＥＴ４との距離が近くなり、良好にＦＥＴ４の温度を測定することができる。これにより、ＦＥＴ４の温度が上昇し、所定の閾値温度以上になった場合にＦＥＴ４の過熱の有無を判定できる。また、サーミスタ７０は固着部７１に埋設されて固定されるため、より確実に固定することができる。

【0061】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、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及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0062】

１ 回路構成体
１０ 筐体
１０ａ 本体部
１０ｂ 蓋部
１１ 接続コネクタ
１２ コネクタ
１２ａ 端子部
１４ 入力側バスバー
１４ａ 入力端子部
１４ｂ 貫通孔
１５ 出力側バスバー
１５ａ 出力端子部
１５ｂ 貫通孔
２ 回路基板
２１ 粘着性シート（接着シート）
２１０ 第１孔
２１１ 第２孔
２２ スルーホール
２２ａ 接続部
２４ 第１導電部
２５ 第２導電部
２６ ランド部
３ 制御基板
４１ 第１開口部
４２ 第２開口部
４３ 第３開口部
４ ＦＥＴ
４４ ドレイン端子
４５ ゲート端子
４６ ソース端子
５ 第１導電片
５０ 第４開口部
６ 第２導電片
６０ 第５開口部
７ 折返し部
７０ サーミスタ（温度測定器）
７１ 固着部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】