(57)【要約】    【課題】  製造的な困難さを伴うことなく、しかも回路基板を大型化させずに、電力変換部の導電路と制御部の導電路とを最適な状態で配置する。    【解決手段】  回路基板11の一側面に電力変換部21のパワーパターン２を配設し、他側面に制御部31の小電流パターン３を配設する。一方、パワーパターン２に対応した形状を有する回路パターン43を、周囲部である枠状部49に繋げてなるリードフレーム41を備え、パワーパターン２に重ね合せて固着した回路パターン43から、枠状部49を切り離す。リードフレーム41の回路パターン43を利用して、より大きな流すことが可能になる。    【選択図】  図１
2005072492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大電流が流れる電力変換部と、小電流が流れる制御部とを備えた電源装置において、
回路基板の一側面に前記電力変換部のパワーパターンを配設し、他側面に前記制御部の小電流パターンを配設すると共に、前記パワーパターンに対応した形状を有する回路パターンを周囲部に繋げてなるリードフレームを備え、前記パワーパターンに重ね合せて固着した前記回路パターンから、前記周囲部を切り離すように構成したことを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記回路基板に係止する突起を前記リードフレームに形成したことを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
大電流が流れる電力変換部と、小電流が流れる制御部とを備えた電源装置の製造方法において、
回路基板の一側面に大電流が流れるパワーパターンを配設し、この回路基板の他側面に小電流が流れる小電流パターンを配設する工程と、
前記パワーパターンに対応した形状に回路パターンを形成すると共に、この回路パターンが周囲部に繋がるようにリードフレームを加工形成する工程と、
前記リードフレームの回路パターンを前記パワーパターンに重ね合わせて固着した後に、この回路パターンを残して前記リードフレームの周辺部を切り離す工程とを含むことを特徴とする電源装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ，スイッチング電源装置，インバータ，無停電電源装置（ＵＰＳ）などの、大電流が流れる電力変換部と小電流が流れる制御部とを備えた電源装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の電源装置は、任意の入力電圧から所望の出力電圧を取り出す電力変換部と、この電力変換部を制御する制御部とにより構成されるが、主に電力変換部に設けられるパワーラインと、そこに接続する発熱部品は、小電流で動作する制御部よりも大きな電流が流れるため、特に電力変換部では大電流の通電に適した実装構造が求められる。しかし、絶縁基板上に銅箔からなる配線パターンをエッチング形成し、この配線パターンを導電路として電気回路の配線を行なう従来のプリント基板では、銅箔の厚みが一般的には35ミクロンで、大電流対応のものでも70ミクロン〜105ミクロン程度に制限されるので、これを電源装置の電力変換部としてそのまま利用すると、配線パターンの幅を大きくして電流容量を確保せざるを得ず、小型化の妨げとなっていた。
【０００３】
一方、大電流に対応した実装構造として、例えば特許文献１には、プレス加工またはエッチング加工により回路を形成した金属板を配線材とし、絶縁性樹脂で前記金属板を挟み込んで熱圧着することで、樹脂基板の片面または両面に金属配線を埋設した大電流用回路基板が提案されている。
【０００４】
また、別の特許文献２には、絶縁基板上に小電流用の回路導体としての銅箔によるエッチングパターンを形成する一方で、大電流を通電する回路導体として銅または銅合金よりなる導電性金属バーを固着したパワー回路配線用プリント基板が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３６２０１号公報
【特許文献２】特開平５−１６７２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術において、電源装置の電力変換部として引用文献１に示す大電流用回路基板を使用した場合、制御部となる小電流用のプリント基板を別に設けなければならず、製造性に劣ると共に、パワーパターンとしての金属配線が樹脂基板の内部に埋め込まれているので、この電力変換部のパワーパターンとプリント基板に設けられた制御部の小電流パターンとの接続が極めて困難になるという問題が発生する。
【０００６】
また引用文献２では、プリント基板のパターン上で大電流を流すために、プリント基板の表面に金属バスバーを直接半田付け接続しているが、大電流が流れるパワーラインに対応して金属バスバーを個々に設置する必要があり、これも製造性に劣るという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、製造的な困難さを伴うことなく、しかも回路基板を大型化させずに、電力変換部の導電路と制御部の導電路とを最適な状態で配置することができる電源装置およびその製造方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電源装置は、大電流が流れる電力変換部と、小電流が流れる制御部とを備えた電源装置において、回路基板の一側面に前記電力変換部のパワーパターンを配設し、他側面に前記制御部の小電流パターンを配設すると共に、前記パワーパターンに対応した形状を有する回路パターンを周囲部に繋げてなるリードフレームを備え、前記パワーパターンに重ね合せて固着した前記回路パターンから、前記周囲部を切り離すように構成される。
【０００９】
この場合、回路基板の一側には、リードフレームの回路パターンとパワーパターンとを重ね合わせて、電力変換部の導電路が形成されるが、リードフレームの回路パターンは回路基板上に形成したパワーパターンのような制約を受けず、パワーパターンの数倍の厚さに形成することができるので、回路基板上のパワーパターンの幅をさほど広げずに、より大きな流すことが可能になる。さらに、この電力変換部の導電路は、周囲部に繋がった状態のリードフレームの回路パターンを、回路基板のパワーパターンに重ね合わせて固着した後、周囲部を切り離すだけで形成されると共に、パワーパターンと小電流パターンは回路基板の各側にあって、例えばスルーホールにより簡単に電気的な接続を図れるので、従来のような製造的な困難さを伴わずに、電力変換部の導電路と制御部の導電路とを最適な状態に配置できる。しかも、発熱部品が比較的集中する電力変換部と、それ以外の小さな電子部品が集中する制御部の各導電路が、回路基板の一側と他側にそれぞれ分離して設けられるので、発熱部品による制御部の熱影響を極力抑えることができ、安定した動作を実現できる。
【００１０】
そしてこれは、大電流が流れる電力変換部と、小電流が流れる制御部とを備えた電源装置の製造方法において、回路基板の一側面に大電流が流れるパワーパターンを配設し、この回路基板の他側面に小電流が流れる小電流パターンを配設する工程と、前記パワーパターンに対応した形状に回路パターンを形成すると共に、この回路パターンが周囲部に繋がるようにリードフレームを加工形成する工程と、前記リードフレームの回路パターンを前記パワーパターンに重ね合わせて固着した後に、この回路パターンを残して前記リードフレームの周辺部を切り離す工程とを含むことでも実現される。
【００１１】
また、本発明の電源装置は、前記回路基板に係止する突起を前記リードフレームに形成している。
【００１２】
このようにすると、回路基板上のパワーパターンにリードフレームの回路パターンを重ね合わせる時に、リードフレームに形成した突起が回路基板の例えば周縁や孔に係止するので、この切起し部がいわば位置出し部として作用して、リードフレームの回路パターンを所望の位置に重ね合わせることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の請求項１における電源装置では、製造的な困難さを伴うことなく、しかも回路基板を大型化させずに、電力変換部の導電路と制御部の導電路とを最適な状態に配置することが可能になる。
【００１４】
本発明の請求項２における電源装置では、リードフレームの回路パターンを回路基板上の所望の位置に重ね合わせることが可能になる。
【００１５】
また、本発明の請求項３における電源装置の製造方法では、製造的な困難さを伴うことなく、しかも回路基板を大型化させずに、電力変換部の導電路と制御部の導電路とを最適な状態に配置することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明における電源装置とその製造方法の好ましい実施例について、添付図面である図１〜図５を参照して詳細に説明する。
【００１７】
先ず、完成した電源装置の構成を図１および図２に基づき説明する。11は回路基板であり、これはエポキシ樹脂やガラス繊維等の板材からなる絶縁基板１の一側表面に、大電流を通電するパワーパターン２が配設される一方で、反対側の他側表面には、小電流を通電する小電流パターン３が配設される。これらのパワーパターン２および小電流パターン３は、何れも銅箔などの金属箔をエッチング加工することで、所望の形状に形成されるが、パワーパターン２はより多くの電流を流せるように、小電流パターン３よりも幅広に形成される。また本実施例では、単独の絶縁基板１とその表面に形成される配線パターン（パワーパターン２および小電流パターン３）だけで回路基板11を構成しているが、配線密度を高めるために、配線パターン付きの絶縁基板を多層に積層した回路基板11を使用してもよい。
【００１８】
前記パワーパターン２を配設した回路基板11の一側には、パワーパターン２や後述するリードフレーム41の回路パターン43と共に、電力系の大電流が流れる電力変換部21を構成する電子部品22が実装される。電源装置の電力変換部21は、主として任意の入力電圧から所望の出力電圧を取り出すためのもので、電子部品22としては例えばトランス，スイッチング素子，整流素子，転流素子，チョークコイル，平滑コンデンサなどの大電流が流れる発熱部品を必然的に多く含んでいる。
【００１９】
また、前記小電流パターン３を配設した回路基板11の他側には、この小電流パターン３と共に制御系の小電流が流れる制御部31を構成する電子部品32が実装される。電源装置の制御部31は、電力変換部22の各部を制御するために設けられ、具体的には電力変換部22の各部を監視する監視部（出力電圧検出回路，負荷電流検出回路など）や、この監視部からの監視結果を受けて電力変換部22の制御素子（スイッチング素子など）に適切な制御信号を与える制御信号生成部（ＰＷＭ制御回路，駆動回路など）などにより構成される。そのため制御部31の電子部品32は、制御用ＩＣ，シャントレギュレータ，フォトカプラなどの比較的小信号を扱う回路素子により構成される。本実施例では、回路基板11の一側に制御部31の導電路が混在しないように、また回路基板11の他側に電力変換部の導電路が混在しないように、スルーホールなしに半田付け接続可能な表面実装タイプの電子部品22，32が用いられる。
【００２０】
上述のようにパワーパターン２と小電流パターン３は、それぞれ回路基板11の別な面に分離して配置されるが、電力変換部22の監視信号を制御部31に伝送したり、制御部31からの制御信号を電力変換部22に伝送するために、パワーパターン２と小電流パターン３との間には、絶縁基板１に貫通して設けられた導電性のスルーホール５が接続される。スルーホール５を設けること自体は、一般的な回路基板11の製造方法として広く知られており、電力変換部22と制御部31との電気的接続を図るための製造的な困難さはさほど伴なわない。
【００２１】
一方、41はリードフレームで、これは0.1mmから1.0mm程度の厚みを有する金属板８をレーザ加工，プレス加工またはエッチング加工したもので、必要な電流容量と機械的強度とから設計される。リードフレーム41の母材となる良導電性の金属板42は、リードフレーム１単体で後述する微細な回路パターン43を高密度で配線できるように、例えば0.25ｍｍの厚みを有する一様な圧延板からなる。また金属板42は、熱伝導性を考慮して、例えば銅，鉄，アルミニウム，ニッケルから選ばれた少なくとも１種を主成分とする金属から構成するのが好ましい。金属板42には、その両面に施された周知のエッチング処理またはプレス加工により、複数の分離溝44（図４参照）が形成される。各分離溝44は、いずれも金属板42の上面から下面を貫通して開口形成されており、この分離溝44によって複数の回路パターン43と、これに連なる外部接続用の端子片45が金属板42の平面方向に分離される。
【００２２】
前記リードフレーム41の回路パターン43は、回路基板11の一側面に形成したパワーパターン２に対応して、このパワーパターン２と同等か、さもなければ若干小さい平面形状を有し、パワーパターン２に重ね合わせて例えば半田などにより固着される。その場合、リードフレーム41の回路パターン43よりもパワーパターン２の平面形状を若干大きくして、回路パターン43の周辺にパワーパターン２の露出部を形成すれば、回路パターン43とパワーパターン２を重ね合わせて半田付け接続した時に、パワーパターン２の露出部に流れ出す半田の有無により、半田付けが確実に行われたか否かを直接確認できる。
【００２３】
また、各回路パターン43に連なる端子片45は、回路基板11の周縁よりも外方に突出して設けられる。端子片45の代わりに別部材の端子ピンなどを回路基板11に取付けても良いが、リードフレーム41を利用すれば大電流が通電する回路パターン43と端子片45を一体に形成できるので、作業性向上の点からも端子片45を設けたほうが好ましい。また、完成した電源装置を例えばプリント基板（図示せず）などの被取付部に取付ける際に、端子片45の先端部はプリント基板に設けたスルーホールに挿入するようになっており、これにより端子片45とプリント基板のスルーホールとを半田付け接続することが可能になる。
【００２４】
回路パターン43の適所には、回路基板11の一側面に向けて突出する切起し部47が一乃至複数形成される。この切起し部47は、回路基板11に設けられた係止孔48に対向して設けられる。なお、図示していないが、回路基板11の配線密度を高めるために、矩形状の回路基板11の周縁に係止するように切起し部47を設けてもよい。また、前記スルーホール５を係止孔48に兼用させることも可能である。この場合も、回路基板11の配線密度を高めることができると共に、切起し部47とスルーホール５が半田付け接続され、回路パターン43とパワーパターン２との電気的接続がより確実になる。いずれにせよ切起し部47は、リードフレーム41の回路パターン43を回路基板11の一側面に重ね合わせた時に、回路基板11の係止孔48，周縁またはスルーホール５に係止して、リードフレーム41の平面方向の動きを規制する位置出しピンとして作用する。
【００２５】
次に、本発明による電源装置の製造方法を、図１〜図５に基づき各工程にしたがって説明する。先ず図３では、回路基板11の組立工程が行なわれる。これは絶縁基板１の一側面および他側面に銅箔をそれぞれ形成し、スルーホール５や係止孔48となる箇所にドリルなどで孔あけ加工を行なった後、スルーホール５となる箇所にメッキ処理を施して、パワーパターン２と小電流パターン３との間を電気的に接続する。その後、所要のレジストを印刷し、エッチングにより不要な銅箔を取り除いた後、該レジストを剥離して、絶縁基板１の一側面および他側面に所望の形状のパワーパターン２と小電流パターン３をそれぞれ形成する。
【００２６】
一方、上記回路基板11の組立工程とは別に、金属板42から所望の形状のリードフレーム41を得るリードフレーム製造工程が独立して行なわれる。これは図４に示すように、リードフレーム41は、銅箔やリン青銅のような熱伝導性と電気伝導性が良好な材料からなる金属板42から形成され、電力変換部21の大電流が流れる部分と外部へのリード取り出し部分に対応したパターン形状を有している。この実施例では、外部へのリード取り出し部分がリードフレーム41の一側および他側に端子片45として並設けられていて、これらの端子片45の一端はリードフレーム41の周囲に形成された枠状部49に繋がれていると共に、端子片45の他端は、前記パワーパターン２に対応した形状を有する回路パターン43に繋がれている。これにより回路パターン43と端子片45は、回路基板11に重ね合わせる前のリードフレーム41の初期状態において全て枠状部49に支持されている。
【００２７】
こうして、別々に製造された回路基板11とリードフレーム41は、次の接合工程にて一体に接続される。図５は、回路基板11の一側表面にあるパワーパターン２にリードフレーム41の回路パターン43を重ね合わせ、この重ね合わせた部分を半田などの導電性接着材料で接着した状態を示している。リードフレーム41を接着する方法は、予め半田ペーストをパワーパターン２または回路パターン43の接着するべき位置に印刷しておき、回路パターン43に形成した切起し部47が回路基板11の係止孔48に挿入されるようにパワーパターン２と回路パターン43を重ねてから、高温の温度槽を通す方法でよい。
【００２８】
こうしてリードフレーム41を回路基板11に接着した後は、図１に示すように、リードフレーム41の不要な部分である周囲部（枠状部49）を切断除去すると、外部接続用の端子片45が並設された基板組立体51が完成する。回路パターン43や端子片45は、リードフレーム41の周辺部を切り落とすことによって独立した島状のパターンとなるが、前の接合工程で回路基板11の対応するパワーパターン２に半田付け接続されているので、回路基板11から脱落する虞れはない。なお、電源装置としての外部への取付けを容易にするために、必要に応じて端子片45を折り曲げ形成してもよい。
【００２９】
基板組立体51が組立てられると、最後に電子部品22，32の実装工程が行なわれる。電子部品22の実装工程は、予め半田ペーストをパワーパターン２の接着するべき位置に印刷しておき、パワーパターン２上に電子部品22を搭載・接着した後、高温の温度槽に通して半田付けすることで行われる。同様に、電子部品22の実装工程も、予め半田ペーストを小電流パターン３の接着するべき位置に印刷しておき、小電流パターン３上に電子部品32を搭載・接着した後、高温の温度槽に通して半田付けすることで行われる。この電子部品22，23の実装工程が終了した時点で、電源装置としての全ての組立が完了する。
【００３０】
なお、上記電子部品22，32の実装工程は、基板組立体51が組立てられる前に行なってもよい。例えば回路基板11の他側（制御部31側）において、搭載する電子部品32によっては、予め電子部品32の幾つか或いは全てを、回路基板11の組立が完了した直後に、搭載・接着および半田付けまで行なってもよいし、電子部品32の搭載・接着だけを行なって、リードフレーム41を接着した後（周囲部の切断除去の前後何れでも良い）に半田付けを行なってもよい。同様に、回路基板11の一側（電力変換部21側）においても、搭載する電子部品22によっては、予め電子部品32の幾つか或いは全てを、回路基板11の組立が完了した直後に、搭載・接着および半田付けまで行なってもよいし、電子部品22の搭載・接着だけを行なって、リードフレーム41を接着した後に半田付けを行なってもよい。また、リードフレーム41を回路基板11に重ね合わせて半田付けするのと同時に、パワーパターン２や小電流パターン３に搭載・接着された電子部品22，32を半田付けしても良いし、リードフレーム41を接着した直後に、電子部品22，32の搭載・接着および半田付けを行なってもよい。
【００３１】
完成した電源装置は、大電流を要求される電力変換部21において、パワーパターン２にリードフレーム41の回路パターン43が重なり合っていると共に、この回路パターン43に端子片45が一体に接続されている関係で、より多くの電流を流すことができる。そのため、回路基板11上に設けられるパワーパターン２の幅を、さほど広く確保する必要がなく、銅損の低減による大幅な小型化が実現できる。しかも電力変換部21の導電路（パワーライン）の接続損失も低減し、電源装置としての効率も向上する。
【００３２】
また、電力変換部21の導電路は、枠状部49に繋がった状態のリードフレーム41の回路パターン43を、回路基板11のパワーパターン２に重ね合わせて例えば半田により固着した後、枠状部49を切り離すだけで形成される。そのため、従来のように複数の金属バスバーを回路基板上にいちいち配置して半田付けするような手間もなく、工数削減によるコストダウンを図って、大電流を流せる電力変換部21の導電路を簡単に形成できる。しかも、パワーパターン２と小電流パターン３は回路基板11の一側と他側にそれぞれ別れて設けられていて、必要に応じて回路基板11を貫通してスルーホール５を設けることで、電力変換部21と制御部31との間の電気的な接続を簡単に図ることができる。
【００３３】
以上のように本実施例では、大電流が流れる電力変換部21と、小電流が流れる制御部31とを備えた電源装置において、回路基板11の一側面に電力変換部21のパワーパターン２を配設し、他側面に制御部31の小電流パターン３を配設すると共に、パワーパターン２に対応した形状を有する回路パターン43を、周囲部である枠状部49に繋げてなるリードフレーム41を備え、パワーパターン２に重ね合せて固着した回路パターン43から、枠状部49を切り離すように構成している。
【００３４】
また本実施例では、大電流が流れる電力変換部21と、小電流が流れる制御部31とを備えた電源装置の製造方法において、回路基板11の一側面に大電流が流れるパワーパターン３を配設し、この回路基板11の他側面に小電流が流れる小電流パターン３を配設する工程と、パワーパターン３に対応した形状に回路パターン43を形成すると共に、この回路パターン43が枠状部49に繋がるようにリードフレーム41を加工形成する工程と、リードフレーム41の回路パターン43をパワーパターン３に重ね合わせて固着した後に、この回路パターン43を残してリードフレーム41の枠状部49を切り離す工程とを含んだ製造方法を提案している。
【００３５】
この場合、回路基板11の一側には、リードフレーム41の回路パターン43とパワーパターン２とを重ね合わせて、電力変換部21の導電路が形成されるが、リードフレーム41の回路パターン43は回路基板11上に形成したパワーパターン41のような制約を受けず、パワーパターン２の数倍の厚さに形成することができるので、回路基板11上のパワーパターン２の幅をさほど広げずに、より大きな流すことが可能になる。さらに、この電力変換部21の導電路は、枠状部49に繋がった状態のリードフレーム41の回路パターン43を、回路基板11のパワーパターン２に重ね合わせて固着した後、枠状部49を切り離すだけで形成されると共に、パワーパターン２と小電流パターン３は回路基板11の各側にあって、例えばスルーホール５により簡単に電気的な接続を図れるので、従来のような製造的な困難さを伴わずに、電力変換部21の導電路と制御部31の導電路とを最適な状態に配置できる。しかも、発熱部品22が比較的集中する電力変換部21と、それ以外の小さな電子部品32が集中する制御部31の各導電路が、回路基板11の一側と他側にそれぞれ分離して設けられるので、電力変換部21の発熱部品22による制御部31の熱影響を極力抑えることができ、安定した動作を実現できる。
【００３６】
また、本発明の電源装置は、回路基板11に係止する切起し部47をリードフレーム41に形成しているので、回路基板11上のパワーパターン２にリードフレーム41の回路パターン43を重ね合わせる時に、リードフレーム41に形成した突起としての切起し部47が回路基板11の例えば周縁や孔などに係止するので、この切起し部47がいわば位置出し部として作用して、リードフレーム41の回路パターン43を所望の位置に重ね合わせることができる。
【００３７】
なお、本実施例は上記各実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の好ましい実施例を示す電源装置の一部切欠き断面図である。
【図２】同上、各種部品を実装する前の基板組立体の正面図である。
【図３】同上、回路基板単体の完成状態を示す平面図である。
【図４】同上、リードフレームを回路基板に重ね合わせる前の状態を示す平面図である。
【図５】同上、リードフレームを回路基板に重ね合わせた直後の状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３９】
２  パワーパターン
３  小電流パターン
21  電力変換部
31  制御部
41  リードフレーム
43  回路パターン
47  切起し部（突起）
49  枠状部（周囲部）
【図１】
2005072492.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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