(57)【要約】【課題】放熱性を高めることができる回路構造体及び電気接続箱を提供する。【解決手段】ソース端子１３２及びゲート端子１３３を有するＦＥＴ１３を複数備える回路構造体において、ソース端子１３２及びゲート端子１３３が接続された基板部３１と、ＦＥＴ１３毎に基板部３１に形成され、基板部３１を厚み方向に貫通する貫通孔１６とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子及び第２端子を有する半導体素子を複数備える回路構造体において、
前記第１端子及び前記第２端子が接続された基板部と、
半導体素子毎に前記基板部に形成され、前記基板部を厚み方向に貫通する貫通孔と
を備える回路構造体。
【請求項２】
前記第２端子には前記第１端子より小さい電流が流れ、
前記複数の半導体素子の前記第１端子と接続する導電板と、
各半導体素子の前記第２端子と接続する前記複数の通電部材とを備え、
前記貫通孔は前記第２端子の近傍に形成されている請求項１に記載の回路構造体。
【請求項３】
前記導電板は前記通電部材の一端部が内側に配置された凹部を有し、
前記凹部に係る縁と前記通電部材の一端部との間には樹脂部が形成され、
前記貫通孔は前記樹脂部に形成されている請求項２に記載の回路構造体。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一つに記載の回路構造体と、
前記複数の半導体素子を覆う放熱窪み部と、
各半導体素子と前記放熱窪み部との間に介在する熱伝導材とを備える電気接続箱。
【請求項５】
前記放熱窪み部の外側に設けられ、前記放熱窪み部から熱を取得して放熱する放熱フィンを備える請求項４に記載の電気接続箱。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体素子を備える回路構造体及び電気接続箱に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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）が実装された回路構造体が一般的に知られている。
【０００３】
一方、特許文献１には、筐体内に設けられた電気部品から発生した熱を筐体の外部に速やかに排出させ、筐体内に外気を取り込んで電気部品を冷却するため、斯かる筐体に孔を形成した電子装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−０６３９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような回路構造体においては、大きな電流が半導体素子のような電子部品に流れることから、斯かる電子部品に加え、導電部材においても大量の熱を発する。このように発生した熱は前記電子部品の誤動作の原因になるうえに、周囲の電子部品等が二次的熱的弊害を被る恐れもある。
【０００６】
特許文献１の電子装置においては、このような問題に対応するため、筐体に孔を形成しているものの、筐体に孔を形成したため、外部から筐体内に埃、水等が入り込む虞が生じる。特許文献１の電子装置においてはこれを防ぐためにフィルタを別途設けており、その結果、複雑な構成になるうえに、製造コストが高まるという問題がある。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成にて半導体素子が発する熱の放熱性を高めることができる回路構造体及び電気接続箱を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様に係る回路構造体は、第１端子及び第２端子を有する半導体素子を複数備える回路構造体において、前記第１端子及び前記第２端子が接続された基板部と、半導体素子毎に前記基板部に形成され、前記基板部を厚み方向に貫通する貫通孔とを備える。
【０００９】
本開示の一態様に係る電気接続箱は、上述の回路構造体と、前記複数の半導体素子を覆う放熱窪み部と、各半導体素子と前記放熱窪み部との間に介在する熱伝導材とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の一態様によれば、簡単な構成にて半導体素子が発する熱の放熱性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１に係る電気装置の正面図である。
【図２】実施形態１に係る電気装置の分解図である。
【図３】実施形態１に係る電気装置の回路構造体を下方から見た概略図である。
【図４】図３において破線で囲まれた部分を拡大して示す拡大図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線による概略的縦断面図である。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ線による概略的縦断面図である。
【図７】実施形態２に係る電気装置において、ＦＥＴと窪み部との関係を示す部分的縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列挙して説明する。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よい。
【００１３】
（１）本開示の一態様に係る回路構造体は、第１端子及び第２端子を有する半導体素子を複数備える回路構造体において、前記第１端子及び前記第２端子が接続された基板部と、半導体素子毎に前記基板部に形成され、前記基板部を厚み方向に貫通する貫通孔とを備える。
【００１４】
本態様にあっては、半導体素子毎に、基板部を厚み方向に貫通する貫通孔が斯かる基板部に形成されている。従って、半導体素子が熱を発する場合、斯かる熱が斯かる貫通孔を介して、基板部の一面側から基板部の他面側に移動でき、放熱効果を奏する。
【００１５】
（２）本開示の一態様に係る回路構造体は、前記第２端子には前記第１端子より小さい電流が流れ、前記複数の半導体素子の前記第１端子と接続する導電板と、各半導体素子の前記第２端子と接続する前記複数の通電部材とを備え、前記貫通孔は前記第２端子の近傍に形成されている。
【００１６】
本態様にあっては、第１端子より小さい電流が流れる第２端子が接続された通電部材の近傍に、貫通孔が形成されている。より小さい電流が流れる第２端子（通電部材）の近傍に貫通孔を形成することで、斯かる貫通孔によって抵抗が増加することを未然に防止出来る。
【００１７】
（３）本開示の一態様に係る回路構造体は、前記導電板は前記通電部材の一端部が内側に配置された凹部を有し、前記凹部に係る縁と前記通電部材の一端部との間には樹脂部が形成され、前記貫通孔は前記樹脂部に形成されている。
【００１８】
本態様にあっては、通電部材の一端部が、導電板の凹部の内側にて、樹脂部を挟んで配置されており、斯かる樹脂部に貫通孔が形成されている。このように、樹脂部に貫通孔が形成されているので、通電部材又は導電板に貫通孔を形成することによる抵抗の増加を防ぎ、かつ貫通孔の形成が容易である。
【００１９】
（４）本開示の一態様に係る電気接続箱は、上述した何れか一つの回路構造体と、前記複数の半導体素子を覆う放熱窪み部と、各半導体素子と前記放熱窪み部との間に介在する熱伝導材とを備える。
【００２０】
本態様にあっては、半導体素子と放電窪み部との間に熱伝導材が介在している。熱伝導材は半導体素子及び放熱窪み部の内側面に接しており、半導体素子から発せられる熱を放熱窪み部に素早く伝達する。従って、半導体素子が発する熱を効果的に放熱することができる。
【００２１】
（５）本開示の一態様に係る電気接続箱は、前記放熱窪み部の外側に設けられ、前記放熱窪み部から熱を取得して放熱する放熱フィンを備える。
【００２２】
本態様にあっては、放熱窪み部の外側に放熱フィンが設けられている。従って、半導体素子から発せられる熱を、熱伝導材が放熱窪み部に伝達し、放熱窪み部に伝達された熱は放熱フィンを介して空冷される。従って、半導体素子が発する熱を効果的に放熱することができる。
【００２３】
[本発明の実施形態の詳細]
本発明をその実施形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。本開示の実施形態に係る回路構造体及び電気接続箱を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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。
【００２４】
（実施形態１）
以下においては、実施形態１に係る回路構造体を備えた電気装置（電気接続箱）を例に挙げて説明する。図１は、実施形態１に係る電気装置１の正面図であり、図２は、実施形態１に係る電気装置１の分解図である。
電気装置１は、車両が備えるバッテリなどの電源と、ランプ、ワイパ等の車載電装品又はモータなどからなる負荷との間の電力供給経路に配される電気接続箱である。電気装置１は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ、インバータなどの電子部品として用いられる。
【００２５】
実施形態１では、便宜上、図１及び図２に示す前後、左右、上下の各方向により、電気装置１の「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」を定義する。以下では、このように定義される前後、左右、上下の各方向を用いて、電気装置１の構成について説明する。
【００２６】
電気装置１は、回路構造体１０と、回路パターンを有する回路基板１２と、回路構造体１０を支持する支持部材２０とを備える。
回路構造体１０は、電力回路を構成するバスバー、回路基板及びバスバーに実装される電子部品を備える。電子部品は、電気装置１の用途に応じて適宜実装され、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）などのスイッチング素子、抵抗、コイル、コンデンサ等を含む。
【００２７】
支持部材２０は、上面に回路構造体１０を支持する支持面２１１を有する基部２１と、支持面２１１とは反対側の面（下面２１２）に設けられた放熱部２２と、放熱部２２を挟んで基部２１の左右両端に設けられた複数の脚部２３とを備える。支持部材２０が備える基部２１、放熱部２２、及び脚部２３は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料を用いたダイキャストにより一体的に成形される。
【００２８】
基部２１は、適宜の厚みを有する矩形状の平板部材である。基部２１の支持面２１１には、接着、ネジ止め、ハンダ付け等の公知の方法にて、回路構造体１０が固定される。
【００２９】
放熱部２２は、基部２１の下面２１２から下方に向けて突出した複数の放熱フィン２２１を備え、回路構造体１０から発せられる熱を外部へ放熱する。複数の放熱フィン２２１は、左右方向に延びると共に、前後方向に間隔を隔てて並設されている。また、放熱部２２では、後述するＦＥＴ１３を覆う窪み部２２２（放熱窪み部）が形成されており、窪み部２２２の外側には放熱フィン２２１が設けられている。
【００３０】
脚部２３は、基部２１の左右両端に設けられている。各脚部２３は、基部２１の左右側に夫々一つ又は複数設けられている。
【００３１】
回路基板１２は、例えば略矩形状の絶縁基板を有する。この絶縁基板には、抵抗、コイル、コンデンサ、ダイオード等の電子部品を備えた制御回路（不図示）が実装されると共に、これらの電子部品を電気的に接続する回路パターンが形成されている。回路基板１２の制御回路は後述する電力回路３０にオン／オフ信号を与え、電力回路３０を制御する。なお、回路基板１２及び電力回路３０は収容部１１に収容される。
【００３２】
図３は、実施形態１に係る電気装置１の回路構造体１０を下方から見た概略図である。即ち、図３は、図２の矢印方向から見た場合の回路構造体１０を示す図である。
【００３３】
回路構造体１０は電力回路３０を備える。電力回路３０は、バスバー１１１〜１１３と、回路基板１２からの制御信号が入力され、入力された制御信号に基づき通電／非通電を切り替える半導体スイッチング素子１３（半導体素子）とを少なくとも備える。
【００３４】
半導体スイッチング素子１３は、例えばＦＥＴ（より具体的には面実装タイプのパワーＭＯＳＦＥＴ）であり、バスバー１１１〜１１３の下面側に実装される。バスバー１１１〜１１３の下面側には半導体スイッチング素子１３（以下、ＦＥＴ１３と称する）の他に、ツェナーダイオード等の電子部品が実装されてもよい。
【００３５】
ＦＥＴ１３は、例えば、素子本体の下面にドレイン端子１３１を備え、ドレイン端子１３１は素子本体の一側面側にはみ出ている。また、ＦＥＴ１３は前記一側面と対向する他側面にソース端子１３２（第１端子）及びゲート端子１３３（第２端子）を備える。図３には、６つのＦＥＴ１３ａ〜１３ｆが電力回路３０に実装されている場合を例示しているが、これに限るものでない。以下、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆをＦＥＴ１３とも言う。
【００３６】
ＦＥＴ１３のドレイン端子１３１はバスバー１１１に半田接続されている。以下、バスバー１１１をドレインバスバー１１１と称する。また、ＦＥＴ１３のソース端子１３２はバスバー１１２（導電版）に半田接続されている。以下、バスバー１１２をソースバスバー１１２と称する。
これらのドレインバスバー１１１及びソースバスバー１１２は、銅又は銅合金等の金属材料により形成された導電性板部材である。
【００３７】
一方、ＦＥＴ１３のゲート端子１３３は、ソース端子１３２及びドレイン端子１３１より小さい電流が流れ、バスバー１１３（通電部材）に半田接続されている。以下、バスバー１１３をゲートバスバー１１３と称する。ゲートバスバー１１３は、銅又は銅合金等の金属材料により形成された導電性部材である。
【００３８】
ドレインバスバー１１１、ソースバスバー１１２及びゲートバスバー１１３の夫々の間には絶縁性樹脂材の樹脂部１１４が介在しており、ドレインバスバー１１１、ソースバスバー１１２及びゲートバスバー１１３は、樹脂部１１４と共に一体化されて基板部３１を構成している。
【００３９】
基板部３１は上下方向視で略矩形であり、下側が扁平な面をなしている。基板部３１の斯かる下側面にＦＥＴ１３ａ〜１３ｆが実装されている。ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆは、基板部３１の長手方向（左右方向）に沿って一列に並設されている。
【００４０】
樹脂部１１４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。例えば、樹脂部１１４及び収容部１１は一つの工程にて一体形成される。また、収容部１１は、周壁の内周面に形成されたリブ（図示せず）によって回路基板１２の周縁部を下面側から支持する。
【００４１】
樹脂部１１４は、ドレインバスバー１１１、ソースバスバー１１２及びゲートバスバー１１３と係合することによって、これらを一体化する。また、樹脂部１１４はその一部がドレインバスバー１１１、ソースバスバー１１２及びゲートバスバー１１３夫々の間に配されることによって、各バスバー間を絶縁する。
【００４２】
収容部１１の右側側壁の外側には、コネクタ端子（図示せず）の外側端部を保護する円形のハウジング５が取り付けられている。
【００４３】
図４は、図３において破線で囲まれた部分を拡大して示す拡大図であり、図５は、図４のＶ−Ｖ線による概略的縦断面図であり、図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線による概略的縦断面図である。
【００４４】
ドレインバスバー１１１は、ソースバスバー１１２及びゲートバスバー１１３より大きく、矩形の板状をなしている。即ち、ドレインバスバー１１１は、基板部３１において露出面積が最も広く、前側の大部分を占める。また、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆは、夫々ドレイン端子１３１がドレインバスバー１１１に半田付けされることによって、ドレインバスバー１１１に固定されている。
【００４５】
ドレインバスバー１１１及びソースバスバー１１２の間には、樹脂部１１４のうち樹脂部１１４ｂが介在している。即ち、ドレインバスバー１１１及びソースバスバー１１２は樹脂部１１４ｂを挟んで対向している。ドレインバスバー１１１においては、ソースバスバー１１２と対向する辺縁部に、夫々のソース端子１３２及びゲート端子１３３がソースバスバー１１２に向かうように、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆが並設されている。
【００４６】
ソースバスバー１１２は、ドレインバスバー１１１においてＦＥＴ１３ａ〜１３ｆが固定された辺縁と対向する辺縁部が櫛状に凹凸している。即ち、ソースバスバー１１２においては、前記辺縁部に複数の凹部１１５，１１５，…１１５が形成されている。各凹部１１５は、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆの夫々のゲート端子１３３に対応する位置に形成されている。
【００４７】
ソースバスバー１１２は、ドレインバスバー１１１より小さく、略台形の板状をなしている。ソースバスバー１１２においては、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆの夫々のソース端子１３２が、凹部１１５を除く前記辺縁部に半田付けされている。
【００４８】
各凹部１１５の内側には、凹部１１５の縁と間隔を隔てて後述するゲートバスバー１１３の端子接続部１１３ａが配置されている。また、各凹部１１５の縁とゲートバスバー１１３の端子接続部１１３ａとの間には、樹脂部１１４のうち樹脂部１１４ａが介在している。即ち、ゲートバスバー１１３の端子接続部１１３ａは樹脂部１１４ａによって取り囲まれており、これによって、ゲートバスバー１１３及びソースバスバー１１２が絶縁されている。
【００４９】
各ゲートバスバー１１３には、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆの夫々のゲート端子１３３が接続されている。詳しくは、ゲートバスバー１１３は、略Ｌ字状に屈曲しており、下側の一端に、ゲート端子１３３と半田付けされた端子接続部１１３ａを有し、上側の他端に、回路基板１２と接続する基板接続部１１３ｂを有する（図５参照）。ゲートバスバー１１３は、基板接続部１１３ｂが端子接続部１１３ａより細い先細りのフィン形状をなしている。
【００５０】
端子接続部１１３ａは、平面視において矩形であり、基板部３１の下側面に露出されている。端子接続部１１３ａはソースバスバー１１２及び樹脂部１１４ａと面一をなすように設けられている。上述したように、各端子接続部１１３ａには、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆの夫々のゲート端子１３３が半田付けされており、端子接続部１１３ａは樹脂部１１４ａによって取り囲まれている。
【００５１】
各樹脂部１１４ａにおいてはゲート端子１３３（端子接続部１１３ａ）近傍に、樹脂部１１４ａ（基板部３１）を厚み方向、即ち上下方向に貫通する貫通孔１６，１６が形成されている。例えば、貫通孔１６は、端子接続部１１３ａと樹脂部１１４ａとの境界に形成されている。貫通孔１６は左右方向において、端子接続部１１３ａの両側に夫々形成されている。本実施形態においては、貫通孔１６が２箇所に設けられた場合を例に説明するが、これに限るものでなく、３箇所以上に形成されても良い。
【００５２】
基板部３１の下側面に並設されたＦＥＴ１３ａ〜１３ｆは放熱部２２の窪み部２２２によって覆われている。ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆが発熱した場合は、斯かる熱は窪み部２２２の内側に伝導され、複数の放熱フィン２２１を介して空冷される。
【００５３】
更に、本実施形態に係る回路構造体１０は、上述したように、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆ毎に、基板部３１に貫通孔１６が形成されている。これによって、基板部３１の上側と、基板部３１の下側との間の通気が容易になる。即ち、本実施形態に係る回路構造体１０においては、発熱体のＦＥＴ１３ａ〜１３ｆが実装された基板部３１の下側の空気が貫通孔１６を介して、基板部３１の上側に自由に移動できる（図６中矢印参照）。従って、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆによって熱が発生した場合、斯かる熱を含む熱い空気が窪み部２２２内にこもらず、貫通孔１６を介して基板部３１の上側に移動するので、放熱の効果を奏する。
【００５４】
このように、本実施形態においては、貫通孔１６がゲート端子１３３（端子接続部１１３ａ）の近傍に形成されている。即ち、貫通孔１６が、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆ毎に、且つ熱源のＦＥＴ１３ａ〜１３ｆの近くに形成されているので、より効率的に放熱できる。
【００５５】
本実施形態に係る回路構造体１０は、放熱フィン２２１に加え、貫通孔１６を用いてＦＥＴ１３ａ〜１３ｆが発する熱を放熱するので、より確実に放熱を行うことができる。よって、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆで発生した熱によってＦＥＴ１３ａ〜１３ｆに誤動作・故障等が生じること、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆ周囲の電子部品等が二次的熱的弊害を被ること等を未然に防止できる。
【００５６】
本実施形態においては、貫通孔１６がゲート端子１３３（端子接続部１１３ａ）近傍であって樹脂部１１４ａに形成されている。従って、端子接続部１１３ａに比べて容易に貫通孔１６を形成できる。
しかし、本実施形態に係る回路構造体１０はこれに限るものではない。ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆの近傍であれば、貫通孔１６がドレインバスバー１１１、ソースバスバー１１２及びゲートバスバー１１３の何れかに形成されても良い。
【００５７】
貫通孔１６がドレインバスバー１１１、ソースバスバー１１２及びゲートバスバー１１３の何れかに形成された場合においては、各バスバーにおいて電流抵抗が高まることが懸念される。また、抵抗は流れる電流量に比例する。一方、上述したように、ゲート端子１３３には、ドレイン端子１３１及びソース端子１３２より小さい電流が流れる。従って、ドレインバスバー１１１及びソースバスバー１１２に比べて小さい電流が流れるゲート端子１３３又はゲートバスバー１１３近傍に貫通孔１６が形成されることが望ましい。
【００５８】
更に、上述したように、貫通孔１６がドレインバスバー１１１、ソースバスバー１１２及びゲートバスバー１１３の何れかに形成された場合は抵抗が高まることが懸念されることから、本実施形態のように、貫通孔１６は樹脂部１１４に設けられた方が一層望ましい。
【００５９】
（実施形態２）
図７は、実施形態２に係る電気装置１において、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆと窪み部２２２との関係を示す部分的縦断面図である。
【００６０】
図７に示すように、基板部３１の下側面にはＦＥＴ１３ａ〜１３ｆが実装されており、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆは放熱部２２の窪み部２２２によって覆われている。更に、本実施形態においては、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆと窪み部２２２の内側面との間に熱伝導材４０が介在している。熱伝導材４０は、例えば、熱伝導性の優れたグリース、伝熱シート等である。熱伝導材４０は、例えば、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆの下側面と、窪み部２２２の内側面とに接しており、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆから発せられる熱を窪み部２２２に伝達する。
【００６１】
このように、本実施形態に係る電気装置１においては、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆが発熱した場合、斯かる熱が熱伝導材４０を介して素早く窪み部２２２に伝導される。次いで、放熱フィン２２１は窪み部２２２から熱を取得して空冷させる。従って、ＦＥＴ１３ａ〜１３ｆが発する熱をより効果的に放熱できる。
【００６２】
実施形態１と同様の部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。  
【００６３】
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、上記した意味ではなく、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】
【００６４】
１  電気装置
１０  回路構造体
１１  収容部
１３  ＦＥＴ
１６  貫通孔
２２  放熱部
３０  電力回路
３１  基板部
４０  熱伝導材
１１１  ドレインバスバー
１１２  ソースバスバー
１１３  ゲートバスバー
１１３ａ  端子接続部
１１３ｂ  基板接続部
１１４，１１４ａ，１１４ｂ  樹脂部
１１５  凹部
１３１  ドレイン端子
１３２  ソース端子
１３３  ゲート端子
２２１  放熱フィン
２２２  窪み部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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