(57)【要約】【課題】半導体素子の配置に自由度を高めることができ、かつ、半導体素子の固定部にかかる応力を減少できる回路基板を提供する。【解決手段】ＦＥＴ１３の複数の端子１３１，１３２，１３５と接続する複数のバスバーが一平面に設けられており、各導電片は他の導電片と絶縁されている電力回路３０であって、ＦＥＴ１３のドレイン端子１３１と接続しているバスバーと、バスバーに配置されたＦＥＴ１３の半田固定部と、導電性の接続シート１４を介してＦＥＴ１３のソース端子１３２と接続しているバスバーとを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の複数の端子と接続する複数の導電片が一平面に設けられており、各導電片は他の導電片と絶縁されている回路基板であって、
前記半導体素子の第１端子と接続している第１導電片と、
前記第１導電片に配置された前記半導体素子の固定部と、
導電性の接続シートを介して前記半導体素子の第２端子と接続している第２導電片とを備える回路基板。
【請求項２】
前記接続シートは、
前記第１導電片又は前記第２導電片の上に設けられ、
前記第２端子と前記第２導電片とを接続させる通電部と、
前記第１導電片を前記通電部から絶縁させる絶縁部とを有する請求項１に記載の回路基板。
【請求項３】
前記半導体素子の第３端子を前記第１導電片及び前記第２導電片以外と接続させる通電線と、
前記通電線を前記第１導電片及び前記第２導電片から絶縁させる絶縁シートとを有する請求項１又は２に記載の回路基板。
【請求項４】
前記絶縁シートは前記第１導電片又は前記第２導電片の上に貼り付けられ、
前記絶縁シート上に配置された上側半導体素子を備える請求項３に記載の回路基板。
【請求項５】
前記接続シートはＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）である請求項１から４の何れかに記載の回路基板。
【請求項６】
前記接続シートは部分的に固定されている請求項５に記載の回路基板。
【請求項７】
前記第１端子及び前記第２端子は、前記半導体素子の本体から直線状に延設されている請求項１から６の何れか一つに記載の回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、比較的小さな電流を導通させる回路を構成する導電パターンが形成された基板に対して、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片（バスバー等とも称される）が設けられた回路基板が一般的に知られている。
【０００３】
一方、特許文献１には、一対のバスバーと、一対のバスバー上に実装されたパワー半導体と、パワー半導体を制御する制御部を実装する制御基板と、一対のバスバーの上面に配設されてパワー半導体の制御端子と制御基板とを電気的に接続するＦＰＣとを有する電気接続箱が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２２０２７７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基板においては、バスバー間の絶縁のために、バスバー同士間に絶縁部又は間隔を設けている。半導体素子の多くは互いに反対側に設けられた複数の端子を有し、このような半導体素子の端子を夫々別のバスバーに接続させるためには、端子とバスバー間の距離のために半導体素子を前記絶縁部又は間隔の付近に配置させる必要があり、回路設計の自由度が制限される。
【０００６】
更に、半導体素子を絶縁部に固定させた場合は、斯かる絶縁部と両側のバスバーとの熱膨張率差による絶縁部の変形が原因で半導体素子の固定部に応力が集中し、破損が生じるという問題もある。
【０００７】
しかしながら、特許文献１の電気接続箱においても、パワー半導体（半導体素子）がバスバー同士間の間隔を跨るように配置されており、上述の問題を解決できない。
【０００８】
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、複数のバスバーを用いる場合、半導体素子の配置に自由度を高めることができ、半導体素子の固定部にかかる応力を減少させる回路基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様に係る回路基板は、半導体素子の複数の端子と接続する複数の導電片が一平面に設けられており、各導電片は他の導電片と絶縁されている回路基板であって、前記半導体素子の第１端子と接続している第１導電片と、前記第１導電片に配置された前記半導体素子の固定部と、導電性の接続シートを介して前記半導体素子の第２端子と接続している第２導電片とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の一態様によれば、複数のバスバーを用いる場合、半導体素子の配置に自由度を高めることができ、かつ、半導体素子の固定部にかかる応力を減少できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る電気装置の正面図である。
【図２】本実施形態に係る電気装置の基板構造体の分解図である。
【図３】本実施形態に係る電気装置の基板構造体を上方から見た平面図である。
【図４】図３におけるＦＥＴの付近を拡大して示す拡大図である。
【図５】図３のＶ‐Ｖ線による縦断面図である。
【図６】図５における破線円の部分を拡大して示す拡大図である。
【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基板は、半導体素子の複数の端子と接続する複数の導電片が一平面に設けられており、各導電片は他の導電片と絶縁されている回路基板であって、前記半導体素子の第１端子と接続している第１導電片と、前記第１導電片に配置された前記半導体素子の固定部と、導電性の接続シートを介して前記半導体素子の第２端子と接続している第２導電片とを備える。
【００１４】
本態様にあっては、半導体素子の第１端子が第１導電片と直接接続しており、斯かる半導体素子は第１導電片に固定され、半導体素子の第２端子は接続シートを介して第２導電片と電気的に接続している。従って、導電片同士間の絶縁部に跨るように半導体素子を配置する必要がなくなり、半導体素子の配置に自由度を高めることができ、かつ、絶縁部及び導電片間の熱膨張率差に起因して半導体素子の固定部に応力がかかることを減少できる。
【００１５】
（２）本開示の一態様に係る回路基板は、前記接続シートは、前記第１導電片又は前記第２導電片の上に設けられ、前記第２端子と前記第２導電片とを接続させる通電部と、前記第１導電片を前記通電部から絶縁させる絶縁部とを有する。
【００１６】
本態様にあっては、少なくとも第１導電片と通電部とを絶縁部が絶縁させるので、通電部と第１導電片との電気的接続によって不具合が生じることを未然に防止できる。
【００１７】
（３）本開示の一態様に係る回路基板は、前記半導体素子の第３端子を前記第１導電片及び前記第２導電片以外と接続させる通電線と、前記通電線を前記第１導電片及び前記第２導電片から絶縁させる絶縁シートとを有する。
【００１８】
本態様にあっては、半導体素子の第３端子が通電線を介して第１導電片及び第２導電片以外と接続を行い、この際、絶縁シートが通電線を第１導電片及び第２導電片から絶縁させる。従って、通電線が第１導電片又は第２導電片と電気的接続することによる不具合を未然に防止できる。
【００１９】
（４）本開示の一態様に係る回路基板は、前記絶縁シートは前記第１導電片又は前記第２導電片の上に貼り付けられ、前記絶縁シート上に配置された上側半導体素子を備える。
【００２０】
本態様にあっては、絶縁シート上に上側半導体素子が配置され、この際、斯かる絶縁シートは上側半導体素子と、第１導電片又は第２導電片とを絶縁させる。従って、第１導電片又は第２導電片の上側にも他の半導体素子を実装でき、回路基板をコンパクト化できる。
【００２１】
（５）本開示の一態様に係る回路基板は、前記接続シートはＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）である。
【００２２】
本態様にあっては、接続シートとしてＦＰＣを用いる。従って、回路基板の製造工程を簡素化できる。
【００２３】
（６）本開示の一態様に係る回路基板は、前記接続シートは部分的に固定されている。
【００２４】
本態様にあっては、接続シートは、第１導電片又は第２導電片の上に、部分的に、換言すれば局所的に固定される。従って、接続シートをゆるませることができ、接続シートにおいてある程度の熱膨張・収縮が可能となる。
【００２５】
（７）本開示の一態様に係る回路基板は、前記第１端子及び前記第２端子は、前記半導体素子の本体から直線状に延設されている。
【００２６】
本態様にあっては、第１端子及び第２端子は半導体素子の本体から直線状に延設されており、接続シートが第１端子又は第２端子と接続している。このように、第１端子及び第２端子が屈曲部を持たないことから、端子の熱膨張・収縮が生じた場合に屈曲部の変形による応力緩和はできないものの、端子に接続している接続シートの変形によって応力が緩和される。
【００２７】
[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基板を、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。
【００２８】
以下においては、本実施形態に係る回路基板を備えた電気装置を例に挙げて説明する。図１は、本実施形態に係る電気装置１の正面図である。
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を構成する。電気装置１は、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ、インバータなどの半導体素子として用いられる。
【００２９】
電気装置１は、基板構造体１０と、基板構造体１０を支持する支持部材２０とを備える。図２は、本実施形態に係る電気装置１の基板構造体１０の分解図である。
本実施形態では、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説明する。
【００３０】
基板構造体１０は、電力回路を構成するバスバー及びバスバーに実装される半導体素子等を有する電力回路３０（回路基板）と、電力回路３０のオン／オフ等を制御する制御回路１２とを備える。半導体素子は、電気装置１の用途に応じて適宜実装され、例えば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。
【００３１】
支持部材２０は、上面に基板構造体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。
【００３２】
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、基板構造体１０が固定される。
【００３３】
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、基板構造体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。
【００３４】
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。
【００３５】
図３は、本実施形態に係る電気装置１の基板構造体１０を上方から見た平面図である。図３においては、説明の便宜上、制御回路１２を除去した状態での基板構造体１０を示している。
【００３６】
基板構造体１０は、電力回路３０と、電力回路３０にオン／オフ信号を与える制御回路が実装された制御回路１２と、電力回路３０及び制御回路１２を収容する収容部１１とを備える。制御回路１２及び電力回路３０は夫々分離して設けられている。
【００３７】
電力回路３０は、バスバー１１１，１１２（導電片）と、制御回路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。
【００３８】
電力回路３０は、バスバー１１１，１１２が同一平面に設けられており、回路パターン等を有する基板部１１３がバスバー１１１，１１２と同一平面に更に設けられている。バスバー１１１及びバスバー１１２の間には第１絶縁領域１１４が介在しており、バスバー１１２及び基板部１１３の間には第２絶縁領域１１５が介在している。
【００３９】
バスバー１１１は矩形の板状をなしており、バスバー１１１の隣り合う２つの辺付近にバスバー１１２が設けられている。バスバー１１１と同様、バスバー１１２も板状をなしている。バスバー１１２は基板部１１３とバスバー１１１との間に介在している。バスバー１１１及びバスバー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。
【００４０】
第１絶縁領域１１４及び第２絶縁領域１１５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。第１絶縁領域１１４及び第２絶縁領域１１５は、例えば、収容部１１と一体形成されても良い。
【００４１】
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又はバスバー１１２の上に配置される。即ち、本実施形態に係る電力回路３０においては、半導体スイッチング素子１３（以下、ＦＥＴ１３と称する）がバスバー１１１及びバスバー１１２に跨るように配置されず、バスバー１１１又はバスバー１１２の何れかに固定される。本実施形態においては、説明の便宜上、ＦＥＴ１３がバスバー１１１に固定されている場合を例として説明する。
【００４２】
また、バスバー１１１，１１２の上側にはＦＥＴ１３の他に、ツェナーダイオード等の半導体素子が実装されてもよい。
なお、図３の例では、説明の便宜上、ＦＥＴ１３を１つだけ実装した構成について示したが、これに限定されるものでなく、複数のＦＥＴ１３が実装されてもよいことは言うまでもない。
【００４３】
図４は、図３におけるＦＥＴ１３の付近を拡大して示す拡大図であり、図５は、図３のＶ‐Ｖ線による縦断面図であり、図６は、図５における破線円の部分を拡大して示す拡大図である。
ＦＥＴ１３は、素子本体１３４と、素子本体１３４を挟んで相互反対側にドレイン端子１３１，１３１，１３１，１３１及びソース端子１３２，１３２，１３２を有する。例えば、素子本体１３４の一側面側にドレイン端子１３１が設けられ、前記一側面と対向する側面側にソース端子１３２が設けられている。また、ＦＥＴ１３はゲート端子１３５を有し、例えばゲート端子１３５はソース端子１３２の付近に設けられている。しかし、ゲート端子１３５の位置はこれに限定されるものではない。
【００４４】
本実施形態においては、ＦＥＴ１３がバスバー１１１に固定され、ソース端子１３２が接続シート１４を介してバスバー１１２と電気的に接続する場合を例に説明するが、これに限定されるものでない。ＦＥＴ１３がバスバー１１２に固定され、ドレイン端子１３１が接続シート１４を介してバスバー１１１と電気的に接続する構成であっても良い。
【００４５】
ドレイン端子１３１、ソース端子１３２及びゲート端子１３５は、素子本体１３４から外側に向けて直線状に延設されている。ドレイン端子１３１、ソース端子１３２及びゲート端子１３５は屈曲部を有しておらず、延設先までの長さを抑え、電力回路３０のコンパクト化を図っている。
【００４６】
ＦＥＴ１３は半田付けによってバスバー１１１に固定されている。即ち、ＦＥＴ１３の底面とバスバー１１１との間には半田固定部１３３（固定部）が介在している。半田固定部１３３は、ＦＥＴ１３の底面の少なくとも一部をバスバー１１１に半田付けしている。
ＦＥＴ１３のドレイン端子１３１は半田固定部１３３に半田接続され、半田固定部１３３を介してバスバー１１１と電気的に接続している。即ち、ドレイン端子１３１は直接的にバスバー１１１と電気的接続している。
【００４７】
一方、ＦＥＴ１３のソース端子１３２は、接続シート１４を介して、第１絶縁領域１１４を挟んで隔てられたバスバー１１２と電気的に接続されている。即ち、接続シート１４は、第１絶縁領域１１４を跨るように、バスバー１１１，１１２上に設けられている。
接続シート１４はソース端子１３２とバスバー１１２とを電気的に接続させる、線状の通電部１４１（図４中、破線にて表示）と、通電部１４１をバスバー１１１から絶縁させる絶縁部１４２とを有する。通電部１４１の一端はソース端子１３２に半田接続されており、通電部１４１の他端はバスバー１１２に半田接続されている。即ち、接続シート１４の他端は半田接続部１５を介してバスバー１１２と接続している。
【００４８】
例えば、通電部１４１は銅箔からなり、絶縁部１４２はシート状の樹脂からなっており、絶縁部１４２の内部に通電部１４１が埋設されている。接続シート１４は、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）であっても良い。
【００４９】
接続シート１４は、部分的に、バスバー１１１，１１２又は第１絶縁領域１１４に固定されている。例えば、接続シート１４は長さ方向（通電部１４１の延び方向）における１〜３箇所にて、前記長さ方向と交差する方向へ線状に塗布された接着剤等によって固定される。
即ち、接続シート１４を、一又は複数箇所のみで、バスバー１１１，１１２又は第１絶縁領域１１４に固定し、ゆるませることができる。従って、接続シート１４は長さ方向へある程度の変形が可能になる。
【００５０】
また、ＦＥＴ１３のゲート端子１３５は、遠方接続シート１６を介して、バスバー１１２より遠方の基板部１１３と電気的に接続されている。遠方接続シート１６は、バスバー１１１，１１２上に設けられ、バスバー１１１からバスバー１１２に亘って基板部１１３まで延びている。
【００５１】
遠方接続シート１６はゲート端子１３５と基板部１１３とを電気的に接続させる通電線１６１と、通電線１６１をバスバー１１１，１１２から絶縁させる絶縁シート１６２とを有する。
通電線１６１の一端はゲート端子１３５に半田接続されており、通電線１６１の他端は基板部１１３の回路パターン（図示せず）に半田接続されている。通電線１６１は銅線又は銅箔からなり、絶縁シート１６２は樹脂からなる。絶縁シート１６２は、通電線１６１に沿って、バスバー１１１，１１２上に貼り付けられている。また、絶縁シート１６２は、通電線１６１の付近に加え、ＦＥＴ１３の付近を含むバスバー１１１，１１２の所定範囲を覆っている。
【００５２】
絶縁シート１６２の上には、他の半導体素子１８（以下、上側半導体素子１８と言う。）が更に実装されている。絶縁シート１６２の上の上側半導体素子１８は、絶縁シート１６２によって、バスバー１１１，１１２と絶縁される。上側半導体素子１８は、例えば、絶縁シート１６２に形成された回路パターン（図示せず）に電気的に接続され、又は、絶縁シート１６２に形成された所定の通電線を介して基板部１１３に接続されても良い。遠方接続シート１６は、例えばＦＰＣであっても良い。
このようにして、本実施形態に係る電力回路３０においては、構成を複雑にすることなく、かつ別途の部品を加えることなく、バスバー１１１，１１２上にも半導体素子を配置させることができるので、電力回路３０のコンパクト化を図ることができる。  
【００５３】
基板部１１３は、例えば絶縁基板を有し、斯かる絶縁基板の上面には、抵抗、コイル、コンデンサ、ダイオード等の半導体素子を備えた制御回路（図示せず）が実装されると共に、これらの半導体素子を電気的に接続する回路パターンが形成されても良い。
【００５４】
以上においては、ＦＥＴ１３がバスバー１１１に固定されており、ＦＥＴ１３のドレイン端子１３１がバスバー１１１と直接接続され、ＦＥＴ１３のソース端子１３２が接続シート１４を介してバスバー１１２と接続する場合を例に挙げて説明した。しかし、本実施形態はこれに限るものでない。ＦＥＴ１３がバスバー１１２に固定されており、ＦＥＴ１３のソース端子１３２がバスバー１１２と直接接続され、ＦＥＴ１３のドレイン端子１３１が接続シート１４を介してバスバー１１１と接続する構成であっても良い。
【００５５】
相互反対側に異なる端子を夫々有する半導体素子を、本実施形態の電力回路３０のように、絶縁部（又は間隔）を挟んで隔てられたバスバーに実装する場合がある。このような場合、半導体素子の各端子を対応するバスバーに直接半田接続するときは、端子間の間隔が前記絶縁部の幅より広い必要があり、半導体素子の選択が制限される。
【００５６】
たとえ、半導体素子の端子間の間隔が前記絶縁部の幅より広い場合であっても、斯かる絶縁部の近傍に前記半導体素子を配置させる必要があるので、回路設計上の制限となり、自由度が劣る。
【００５７】
これに対して、本実施形態に係る電力回路３０においては、ドレイン端子１３１又はソース端子１３２が接続シート１４を用いてバスバー１１１又はバスバー１１２と電気的に接続する。
従って、半導体素子の選択の際、端子間の間隔を考慮する必要が無く、選択の自由度を高めることができる。
また、半導体素子の位置が絶縁部又は絶縁部付近に制限されず、回路設計の自由度を高めることができる。
【００５８】
前記絶縁部はバスバーと材質が異なることから、該絶縁部とバスバーとは熱膨張率が異なる。従って、熱膨張の際には、前記絶縁部に変形が生じる。例えば、半導体素子を前記絶縁部に半田付け等によって固定したような場合は、前記絶縁部の変形の際、半導体素子の固定部に応力集中が起き、斯かる固定部が破損される。
【００５９】
これに対して、本実施形態に係る電力回路３０においては、ＦＥＴ１３が、前記絶縁部でなく、バスバー１１１又はバスバー１１２に固定されるので、熱膨張率差に起因する応力集中を未然に防止できる。
更に、ＦＥＴ１３がバスバー１１１又はバスバー１１２に固定されるので、通電時に半導体素子（ＦＥＴ１３）に発生する熱はバスバー１１１又はバスバー１１２に伝導さる。従って、半導体素子に発生する熱によって、半導体素子自体に問題が生じることを未然に防止できる。
【００６０】
通電時、半導体素子が発熱した場合、熱は端子にも伝導する。端子の熱膨張・収縮が生じた場合は、斯かる端子と銅電線との接続部に応力が集中する。端子が屈曲部を有するような場合は、端子の熱膨張・収縮が生じても屈曲部の変形によって応力が緩和される。
しかし、ＦＥＴ１３のように、端子が屈曲部を有しておらず、延設先までの長さが短い場合は、端子の変形による応力緩和は期待できず、斯かる接続部にて電気的に断接が生じる虞がある。
【００６１】
これに対して、本実施形態に係る電力回路３０においては、ドレイン端子１３１又はソース端子１３２が接続シート１４を用いてバスバー１１１又はバスバー１１２と電気的に接続しており、かつ、接続シート１４が部分的に固定されている。
従って、接続シート１４は長さ方向にある程度の変形が可能であり、ドレイン端子１３１又はソース端子１３２が熱膨張・収縮する際にはこれに応じて接続シート１４が変形するので、接続部にて電気的に断接が生じることを未然に防止できる。
【００６２】
本実施形態においては、絶縁シート１６２の上に、上側半導体素子１８が設けられた場合を例に説明したが、これに限定されるものでなく、接続シート１４（絶縁部１４２）上にも上側半導体素子１８を設けても良い。
【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】
１０  基板構造体
１３  ＦＥＴ
１４  接続シート
１８  上側半導体素子
３０  電力回路
１１１  バスバー（第１導電片、第２導電片）
１１２  バスバー（第２導電片、第１導電片）
１３１  ドレイン端子（第１端子、第２端子）
１３２  ソース端子（第２端子、第１端子）
１３３  半田固定部
１３４  素子本体
１３５  ゲート端子
１４１  通電部
１４２  絶縁部
１６１  通電線
１６２  絶縁シート
【図１】
2020013896.tif 000003
【図２】
2020013896.tif 000004
【図３】
2020013896.tif 000005
【図４】
2020013896.tif 000006
【図５】
2020013896.tif 000007
【図６】
2020013896.tif 000008