(57)【要約】      （修正有）【課題】損失が抑制されるとともに、省スペース化が可能な回路構成体を提供する。【解決手段】回路構成体１００は、複数の導体片１０Ｂ、２０Ａ〜２０Ｆと、少なくとも一部の前記導体片に搭載される電子部品３０Ａａ〜３０Ｅａと、前記導体片の熱を放出する放熱部材５０と、を備えている。複数の導体片が、グランド電位を有するグランド導体片１０Ｂを含み、放熱部材が、グランド導体片の一方の主面に対向するように積層されており、グランド導体片が、放熱部材と電気的に接続されることにより、放熱部材が、少なくとも一部の導体片とともに電気回路を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導体片と、少なくとも一部の前記導体片に搭載される電子部品と、前記導体片の熱を放出する放熱部材と、を備えており、
前記複数の導体片が、グランド電位を有するグランド導体片を含み、
前記放熱部材が、前記グランド導体片の一方の主面に対向するように積層されており、
前記グランド導体片が、前記放熱部材と電気的に接続されることにより、
前記放熱部材が、前記少なくとも一部の導体片とともに電気回路を形成する、回路構成体。
【請求項２】
前記回路構成体を前記グランド導体片の他方の主面側から見たとき、
前記放熱部材が、前記グランド導体片に対向しない張り出し領域を備える、請求項１に記載の回路構成体。
【請求項３】
前記放熱部材と前記グランド導体片とが、前記グランド導体片に貫入し、前記放熱部材に接触する導電性の部材により電気的に接続されている、請求項１または請求項２に記載の回路構成体。
【請求項４】
前記放熱部材が、前記複数の導体片と前記電子部品とを収容する筺体である、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を搭載した回路構成体に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路構成体では、複数の導体片に電子部品が搭載される。この複数の導体片は、電気回路を形成する。生産性の観点から、複数の導体片は、通常、１枚の金属板をその電気回路に対応するように打ち抜くことにより製造される。そのため、特許文献１のように、複数の導体片は同一平面上に配置され、電気回路もまた同一平面上に形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６４０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の回路構成体２００を、図３に模式的に例示する。図３は、回路構成体２００の構成の一態様を示す上面図である。回路構成体２００は、グランド電位を有する板状のグランド導体片２１０と、グランド導体片２１０よりも高い電位を有する複数の板状の非グランド導体片２２０と、複数の電子部品２３０Ａ〜２３０Ｅとを備える。電子部品２３０Ａ〜２３０Ｅは、非グランド導体片２２０に搭載されているか、あるいは、グランド導体片２１０および非グランド導体片２２０に跨るように搭載されている。回路構成体２００は、さらに、グランド導体片２１０あるいは非グランド導体片２２０に搭載されたＰＣＢ等の回路部材（図示せず）を備え得る。図３では、便宜的に、グランド導体片２１０にハッチングを付している。
【０００５】
非グランド導体片２２０Ａは電源配線であり、非グランド導体片２２０Ａには、図示しない電源から電源電圧Ｖｃｃが入力される。矩形で示される電子部品２３０Ｂ、２３０Ｃおよび２３０Ｅは、例えばスイッチング素子である。円形で示される電子部品２３０Ａ、２３０Ｄおよび２３０Ｄａは、例えばコンデンサである。各電子部品は、回路部材に搭載された制御部（図示せず）により制御される。非グランド導体片２２０Ａに電圧Ｖｃｃが入力されると、電流は、制御部による制御に従い、例えば、非グランド導体片２２０Ａ〜２２０Ｄを介して、電子部品２３０Ｂａ、２３０Ｃａ〜２３０Ｃｃに順次流れた後、グランド導体片２１０を介して、電子部品２３０Ａａへと流れる。これにより、電子部品２３０Ｃａ〜２３０Ｃｃおよび２３０Ａａを繋ぐ電気回路Ｃ２１０が形成される。一方、電気回路Ｃ２１０とは別に、非グランド導体片２２０Ａ〜２２０Ｄを介して、電子部品２３０Ｂａ、２３０Ｃａ〜２３０Ｃｃに流れた後、グランド導体片２１０を経由して、電子部品２３０Ｄａおよび２３０Ｅａへと流れる電気回路Ｃ２２０も形成され得る。さらに、他の電子部品２３０Ａｂ、２３０Ａｃ、２３０Ｂｂ、２３０Ｃ、２３０Ｄ、２３０Ｅｂ〜２３０Ｅｄの少なくとも１つを通る、図示しない他の電気回路も形成される。
【０００６】
非グランド導体片２２０とグランド導体片２１０とは同一平面上に配置されているため、電気回路Ｃ２１０もまた、平面的に形成される。近年の電子機器の小型化に伴い、回路構成体２００にも省スペース化が求められている。しかし、電気回路Ｃ２１０は、上記のとおり、平面的に形成されるため、省スペース化には限界がある。また、非グランド導体片２２０およびグランド導体片２１０は、同一平面上に配置されているため、電気回路は長くなり易い。よって、インダクタンスが増大して、電力の損失が大きくなり易い。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面は、複数の導体片と、少なくとも一部の前記導体片に搭載される電子部品と、前記導体片の熱を放出する放熱部材と、を備えており、前記複数の導体片が、グランド電位を有するグランド導体片を含み、前記放熱部材が、前記グランド導体片の一方の主面に対向するように積層されており、前記グランド導体片が、前記放熱部材と電気的に接続されることにより、前記放熱部材が、前記少なくとも一部の導体片とともに電気回路を形成する、回路構成体に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の回路構成体によれば、電力の損失が抑制されるとともに、省スペース化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る回路構成体の構成を示す上面図である。
【図２】図１の回路構成体をＤ方向から見た側面図である。
【図３】従来の回路構成体の構成を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本発明に係る回路構成体は、（１）複数の導体片と、少なくとも一部の前記導体片に搭載される電子部品と、前記導体片の熱を放出する放熱部材と、を備えており、前記複数の導体片は、グランド電位を有するグランド導体片を含み、前記放熱部材は、前記グランド導体片の一方の主面に対向するように積層されており、前記グランド導体片が、前記放熱部材と電気的に接続されることにより、前記放熱部材は、前記少なくとも一部の導体片とともに電気回路を形成する。つまり、グランド導体片に積層される放熱部材を電流経路の一部として使用するため、電気回路が小さくなって、電力の損失が抑制されるとともに、省スペース化が可能である。
【００１１】
（２）前記回路構成体を前記グランド導体片の他方の主面側から見たとき、前記放熱部材は、前記グランド導体片に対向しない張り出し領域を備えることが好ましい。電流経路の一部である放熱部材の通電断面積を大きくすることにより、省スペース化を達成しながら、電気回路における電気抵抗（インピーダンス）を小さくすることができる。よって、ノイズが軽減されて、電流波形が安定化する。
【００１２】
（３）前記放熱部材と前記グランド導体片とは、前記グランド導体片に貫入し、前記放熱部材に接触する導電性の部材により電気的に接続していることが好ましい。接続信頼性が高まるためである。
【００１３】
（４）前記放熱部材は、前記複数の導体片と前記電子部品とを収容する筺体であることが好ましい。これにより、さらなる省スペース化が可能となる。
【００１４】
［発明の実施形態の詳細］
本発明の一実施形態を具体的に以下に説明する。なお、本発明は、以下の内容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およ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。
【００１５】
本実施形態に係る回路構成体を、図１および図２を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る回路構成体１００の構成を示す上面図である。図２は、図１の回路構成体１００をＤ方向から見た側面図である。図示例において、同じ機能あるいは類似の機能を備える部材には、同じ符号を付している。なお、グランド導体片１０、非グランド導体片２０、電子部品３０Ａ〜３０Ｅおよび導電性の部材（導電性部材）４０、４０Ａ〜４０Ｃの個数、形状および位置は、これに限定されない。図１では、便宜的に、グランド導体片１０にハッチングを付している。
【００１６】
回路構成体１００は、例えば、インバータ回路、コンバータ回路等の電源回路を構成する。回路構成体１００は、グランド電位を有する板状のグランド導体片１０（１０Ａ〜１０Ｃ）と、グランド導体片１０よりも高い電位を有する複数の板状の非グランド導体片２０（２０Ａ〜２０Ｆ）と、複数の電子部品３０Ａ〜３０Ｅとを備える。電子部品３０Ａ〜３０Ｅは、少なくとも一部の導体片に搭載される。図示例では、電子部品３０Ａ〜３０Ｅは、非グランド導体片２０に搭載されているか、あるいは、グランド導体片１０および非グランド導体片２０に跨るように搭載されている。例えば、非グランド導体片２０に搭載されている電子部品３０Ｃ、３０Ｃａ〜３０Ｃｃの入力端子（図示せず）は、非グランド導体片２０との接触面側に配置されており、非グランド導体片２０に電気的に接続している。電子部品３０Ｃ、３０Ｃａ〜３０Ｃｃの各出力端子（図示せず）は、自身が搭載されている非グランド導体片２０とは別の非グランド導体片２０あるいはグランド導体片１０に接続されている。各導体片には、電子部品３０Ａ〜３０Ｅの他に、所定の回路が形成されたＰＣＢ等の回路部材（図示せず）等が搭載され得る。
【００１７】
回路構成体１００は、さらに、各導体片ひいては電子部品３０Ａ〜３０Ｅの温度上昇を抑制するための放熱部材５０（図２参照）を備えている。放熱部材５０は、少なくともグランド導体片１０の一方の主面１０Ｘに対向するように積層されている。ここで、放熱部材５０を、少なくとも１つのグランド導体片１０と電気的に接続させる。これにより、放熱部材５０にはグランド導体片１０と同様の機能が付与されて、放熱部材５０は、グランド導体片１０および非グランド導体片２０とともに電気回路を形成する。すなわち、非グランド導体片２０と同一平面上に配置されていたグランド導体片１０の一部を、非グランド導体片２０とは異なる平面上に配置することになるため、回路構成体１００をその法線方向からみた面積が小さくなって、省スペース化が達成される。
【００１８】
部材（あるいは主面）Ａと部材（あるいは主面）Ｂとが対向するとは、部材Ａと部材Ｂとが接着あるいは接触して、電気的あるいは熱的に接続していることをいう。そのため、部材Ａと部材Ｂとの間に、両者を接着あるいは接触させるための層が介在していてもよい。
【００１９】
非グランド導体片２０Ａは電源配線であり、非グランド導体片２０Ａには、図示しない電源から電源電圧Ｖｃｃが入力される。ここで、矩形で示される電子部品３０Ｂ、３０Ｃおよび３０Ｅは、例えばスイッチング素子である。円形で示される電子部品３０Ａ、３０Ｄおよび３０Ｄａは、例えばコンデンサである。各電子部品は、回路部材に搭載された制御部（図示せず）により制御される。非グランド導体片２０Ａに電圧Ｖｃｃが入力されると、電流は、制御部による制御に従い、例えば、非グランド導体片２０Ａ〜２０Ｄを介して、電子部品３０Ｂａ、３０Ｃａ〜３０Ｃｃに順次流れた後、グランド導体片１０Ｂに流れる。グランド導体片１０Ｂと放熱部材５０とは、導電性部材４０Ａにより電気的に接続している。そのため、グランド導体片１０Ｂに流れた電流は、導電性部材４０Ａを通って、放熱部材５０に流れ込む（図２参照）。その後、電流は、グランド導体片１０Ｃと放熱部材５０とを電気的に接続させる導電性部材４０Ｂを通って、グランド導体片１０Ｃに流れる。つまり、導電性部材４０Ａから導電性部材４０Ｂに流れる電流は、放熱部材５０を経由する。次いで、電流は、電子部品３０Ａａへと流れた後、再び電子部品３０Ｃａに流れて、電子部品３０Ｃａ〜３０Ｃｃおよび３０Ａａを繋ぐ電気回路Ｃ１１０が形成される。つまり、電流は、放熱部材５０を電流経路の一部として流れて、放熱部材５０を一部とする電気回路が形成される。
【００２０】
放熱部材５０は、上記のとおり、グランド導体片１０、さらには非グランド導体片２０とは同一平面上にない。そのため、放熱部材５０を流れる電流の経路を、各導体片の形状や配置に影響されることなく、短く設計することができる。よって、電気回路を小さくすることが容易となり、電力の損失が抑制される。さらに、放熱部材５０を、非グランド導体片２０の電子部品３０の搭載面とは反対側に配置する場合、電流経路は、電子部品３０の搭載位置にも影響されることなく設計することが可能となる。また、図示例のように、異なる向きに流れる電流を近接させて流すような電流経路を設計することも容易となる。この場合、各電流が流れることによって生じるインダクタンス成分が打ち消されて、損失やノイズが抑制される。
【００２１】
なお、電気回路Ｃ１１０とは別に、非グランド導体片２０Ａ〜２０Ｄを介して、電子部品３０Ｂａ、３０Ｃａ〜３０Ｃｃに流れた後、グランド導体片１０Ｂおよび放熱部材５０を経由して、電子部品３０Ｄａおよび３０Ｅａへと流れる電気回路Ｃ１２０も形成され得る。電気回路Ｃ１２０において、導電性部材４０Ａおよび導電性部材４０Ｃの間、電流は放熱部材５０を通る。さらに、図示しない他の電気回路も形成される。
【００２２】
［導体片］
グランド導体片１０および非グランド導体片２０（以下、まとめて導体片と称す場合がある）は、金属板を所望の形状に裁断することにより得られる。金属板の材質は特に限定されず、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、あるいは、ＣｕまたはＡｌと、錫（Ｓｎ）、リン（Ｐ）、鉄（Ｆｅ）との合金等が挙げられる。各導体片の材質は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。なかでも、コスト、生産性、抵抗等の観点から、各導体片の材質はいずれも同じであることが好ましい。導体片の厚みも特に限定されない。導体片の表面積が十分に大きい場合、その厚みは小さくてもよい。導体片の厚みは、例えば、小型化および電気的接続性の観点から、０．２〜２ｍｍであることが好ましい。各導体片の厚みは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。なかでも、コスト、生産性、抵抗等の観点から、厚みはいずれも同じであることが好ましい。
【００２３】
［電子部品］
導体片に搭載される電子部品３０Ａ〜３０Ｅは、特に限定されない。電子部品３０Ａ〜３０Ｅとしては、例えば、スイッチング素子（パワーデバイス）、コンデンサ、抵抗、コイル等が挙げられる。電子部品３０Ａ〜３０Ｅが、パワーデバイス等の電力の供給により発熱する電子部品を含む場合、少なくともその電子部品が搭載された導体片の搭載面とは反対側の主面に対向するように、放熱部材５０を配置することが好ましい。これにより、電子部品で発生した熱は、導体片に伝達されて拡散しながら、放熱部材５０へと伝達される。放熱部材５０に伝達された熱は、やがて回路構成体１００の外部に放出される。
【００２４】
電子部品３０Ａ〜３０Ｅは、回路部材等を介さず、電子部品と導体片との電気的接続および接着を担う接続層６１を介して導体片に搭載されている。接続層６１は導電性を有していればよく、その材質は特に限定されない。接続層６１は、例えば、半田、導電性フィラー（例えば、半田粒子、銀粒子等）を含む熱硬化性樹脂等により形成される。なかでも、放熱性、導電性、実装性およびコストの観点から、接続層６１は半田により形成されることが好ましい。接続層６１の厚みは特に限定されない。なかでも、放熱性の観点から、接続層６１の厚みは、１０〜１００μｍであることが好ましい。
【００２５】
［放熱部材］
放熱部材５０の材質は、高い熱伝導率（例えば、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上。以下同じ。）を有するものであれば特に限定されず、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、ステンレス鋼、ＡｌとＣｕ、シリコン（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）との合金（以下、Ａｌ合金）等の金属や、セラミックス等が挙げられる。２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を有するセラミックスとしては、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等が例示できる。なかでも、成形し易い点で、Ａｌ合金が好ましい。
【００２６】
放熱部材５０の形状も特に限定されず、平板状であってもよいし、各導体片と電子部品３０Ａ〜３０Ｅとを収容することのできる箱型（筺体）であってもよい。放熱部材５０が平板状である場合、回路構成体１００は、箱型のヒートシンクに収容されて、ヒートシンクと熱的に接続されていてもよいし、回路構成体１００が収容される筺体と熱的に接続されていてもよい。あるいは、放熱部材５０にフィン等を形成し、放熱部材５０自体をヒートシンクとして用いてもよい。なかでも、省スペース化の観点から、放熱部材５０は、筺体を兼ねていることが好ましい。放熱部材５０の厚み（肉厚）は特に限定されないが、放熱性の観点から、３〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００２７】
放熱部材５０とグランド導体片１０とは、少なくとも一部が対向していればよい。なかでも、放熱部材５０の主面は、グランド導体片１０の主面よりも大きいことが好ましい。言い換えれば、回路構成体１００を主面１０Ｘとは反対の主面（１０Ｙ）側から見たとき、放熱部材５０は、グランド導体片１０に対向しない張り出し領域を備えることが好ましい。この場合、電流経路の一部である放熱部材５０の通電断面積が、グランド導体片１０の通電断面積よりも大きくなるため、省スペース化を達成しながら、電気回路における電気抵抗（インピーダンス）を小さくすることができる。よって、ノイズが軽減されて、電流波形が安定化する。さらに、放熱性を考慮すると、放熱部材５０の主面は、グランド導体片１０および非グランド導体片２０の主面の全体に対向するような大きさであることが好ましい。通電断面積とは、電流が流れる方向に垂直な方向における、放熱部材５０あるいはグランド導体片１０の断面積である。
【００２８】
放熱部材５０とグランド導体片１０とを電気的に接続する方法は特に限定されず、例えば、グランド導体片１０に貫通孔を形成するとともに、放熱部材５０の貫通孔に対応する位置に接続孔を形成する。この貫通孔および接続孔に、半田等の導電性接合材を充填するか、あるいは、図示例のようにピン状の導電性部材４０を差し込むことにより、放熱部材５０とグランド導体片１０とを電気的に接続することができる。ピン状の導電性部材４０は、グランド導体片１０に貫入するとともに、放熱部材５０に接触する。また、摩擦撹拌接合、超音波溶接やレーザ溶接等の溶接により、放熱部材５０とグランド導体片１０とを電気的に接続してもよい。ピン状の導電性部材４０は、接続信頼性の観点から、ネジ山を備えるボルトであることが好ましい。
【００２９】
接続抵抗が低減される点で、放熱部材５０とグランド導体片１０との接続部の面積は大きいほど好ましい。なかでも、接続部の面積は、グランド導体片１０の通電断面積以上であることが好ましい。ただし、省スペース化を考慮すると、接続部の面積は、グランド導体片１０の通電断面積の１／３以上、１以下であることが好ましい。例えば、グランド導体片１０の通電断面積が１０ｍｍ２である場合、接続部の面積は、３．５ｍｍ２以上、１０ｍｍ２以下であることが好ましい。接続部の面積とは、グランド導体片１０に貫通孔を形成して、放熱部材５０とグランド導体片１０とを電気的に接続する場合、グランド導体片１０をその主面の法線方向から見たときの、上記貫通孔に配置された導電性接合材あるいは導電性部材４０の面積である。摩擦撹拌接合および溶接により放熱部材５０とグランド導体片１０とを電気的に接続する場合、接続部の面積は、グランド導体片１０をその主面の法線方向から見たときの接合痕あるいは溶接痕の面積である。
【００３０】
放熱部材５０とグランド導体片１０とは、上記接合部以外では、絶縁層６２により絶縁されている。放熱部材５０が非導電性である場合、絶縁層６２に替えて、グランド導体片１０に対応する領域の放熱部材５０を厚くして、放熱部材５０とグランド導体片１０とを接触させてもよい。放熱部材５０と非グランド導体片２０とは、絶縁層６２あるいは空気層（図示せず）により絶縁されている。
【００３１】
絶縁層６２の材質は絶縁性である限り特に限定されず、例えば、熱硬化性樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、不飽和ポリエステルなどが挙げられる。放熱性の観点から、絶縁層６２は高い熱伝導率を有することが好ましい。絶縁性と高い熱伝導率を備える絶縁層６２の材質としては、放熱部材５０の材質として例示した上記セラミックスやセラミックス粒子を含む熱硬化性樹脂等が挙げられる。絶縁性の確保および省スペース化の観点から、絶縁層６２の厚みは、１０〜５００μｍであることが好ましい。ボイドが抑制できる点で、絶縁層６２は、２層以上の熱硬化性樹脂層の積層体であることが好ましい。この場合、少なくとも１層がセラミックス粒子を含んでいることが好ましい。各層の熱硬化性樹脂の種類は同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００３２】
［回路部材］
回路部材は、所定の回路が形成された基板を具備しており、電子部品３０Ａ〜３０Ｅの図示しない端子と電気的に接続している。回路部材には、例えば、電子部品３０Ａ〜３０Ｅの動作を制御するための制御部が搭載される。回路部材の基板は特に限定されず、リジッド（rigid）基板であってもよいし、フレキシブル（flexible）基板であってもよい。回路部材には、さらに、制御部以外の他の電子部品が搭載され得る。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の回路構成体は、電力の損失が抑制されるとともに、省スペース化が可能であるため、様々な電子機器に適用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１００：回路構成体
１０、１０Ａ〜１０Ｃ：グランド導体片
１０Ｘ、１０Ｙ：主面
２０、２０Ａ〜２０Ｆ：非グランド導体片
３０Ａ〜３０Ｅ：電子部品
４０、４０Ａ〜４０Ｃ：導電性部材
５０：放熱部材
６１：接続層
６２：絶縁層
２００：回路構成体
２１０：グランド導体片
２２０、２２０Ａ〜２２０Ｆ：非グランド導体片
２３０Ａ〜２３０Ｅ：電子部品
【図１】
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【図２】
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【図３】
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