(57)【要約】【課題】簡素な構成で安定した接合強度を確保でき、基板サイズの小型化を実現することができる端子台およびこれを備えた部品搭載基板を提供する。【解決手段】部品搭載基板１００は、基板本体１０と、電子部品２０と、端子台３０とを具備する。基板本体１０は、配線層１２を有する。電子部品２０は、配線層１２に搭載される。端子台３０は、配線層１２に接合される接合面３１と、配線ケーブル４０を固定する接続孔３４が形成された取付面３２とを有する。端子台３０は、金属材料のブロックで構成される。【選択図】図１
2016004644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線層を有する基板本体と、
前記配線層に搭載された電子部品と、
前記配線層に接合される接合面と、配線ケーブルを固定する接続孔が形成された取付面とを有する、金属材料のブロックで構成された端子台と
を具備する部品搭載基板。
【請求項２】
請求項１に記載の部品搭載基板であって、
前記端子台は、柱体形状を有し、
前記取付面は、前記接合面とは反対側に形成される
部品搭載基板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の部品搭載基板であって、
前記端子台は、中空部をさらに有する
部品搭載基板。
【請求項４】
請求項３に記載の部品搭載基板であって、
前記端子台は、前記接合面と前記取付面との間に形成された側周部をさらに有し、
前記中空部は、前記側周面に形成された孔で構成される
部品搭載基板。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の部品搭載基板であって、
前記電子部品は、電流制御素子と、コネクタ部品とを含み、
前記部品搭載基板は、
前記電流制御素子を制御する制御回路を搭載し、前記コネクタ部品を介して前記基板本体と電気的に接続される制御基板をさらに具備する
部品搭載基板。
【請求項６】
電子部品が搭載された回路基板上の配線層に接合され、前記電子部品と配線ケーブルとの間を電気的に接続する、金属材料のブロックで構成された端子台であって、
前記配線層に接合される接合面と、
前記接合面とは反対側に形成され、前記配線ケーブルを固定する接続孔を有する取付面と、
中空部を有し、前記接合面と前記取付面との間に形成された側周部と
を具備する端子台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線ケーブルと配線基板とを電気的・機械的に接続する端子台およびこれを備えた部品搭載基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワートランジスタ等の電子部品を搭載する回路基板には、放熱性に優れたメタル基板が用いられている。また、回路基板上の上記電子部品に大電力を供給する配線ケーブルを回路基板に接続する端子台としては、複数の金属製のバスバーを用いるのが一般的となっている。
【０００３】
例えば特許文献１には、一端に支持フレームが取り付けられ、他端に、回路基板の被接合部位に対して面接触しうる接合部が折り曲げ形成された脚部を有する板状のバスバーにおいて、接合部が被接合部位に面接触した状態で半田付けされる構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８０５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
板状のバスバーは、典型的には、一方の端部が回路基板の周縁から外側へ張り出すように回路基板に実装される。このため、バスバーを含む基板全体の小型化が困難となる。また、バスバーの全長が大きくなるにつれて、回路基板との接合面に加わるモーメント荷重が大きくなる。これにより半田接合部を補強するための特別な構造や部品の設置が必要になり、構造の複雑化を招くという問題がある。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、簡素な構成で安定した接合強度を確保でき、基板サイズの小型化を実現することができる端子台およびこれを備えた部品搭載基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態に係る部品搭載基板は、基板本体と、電子部品と、端子台とを具備する。
上記基板本体は、配線層を有する。
上記電子部品は、上記配線層に搭載される。
上記端子台は、上記配線層に接合される接合面と、配線ケーブルを固定する接続孔が形成された取付面とを有する。上記端子台は、金属材料のブロックで構成される。
【０００８】
上記部品搭載基板においては、端子台が、金属材料のブロックで構成されているため、板状のバスバーと比較して、基板本体の上面から見たときに接合面および取付面が相互に同一の位置あるいは相互に近接した位置に設定される。これにより、基板本体の外側への端子台の突出が防止される。また、接合面に作用するモーメント荷重を緩和できるため、特別な補強構造を採用せずとも、簡素な構成で安定した接合強度を確保することが可能となる。
【０００９】
ここで、ブロックとは、端子台の外観上の形態を意味し、典型的には、直方体あるいは立方体、柱状、錐体状、ドーム状、あるいはこれらの複合形状を含む。柱状としては、典型的には、角柱、円柱、楕円柱などのように基板の法線方向に軸心を有する種々の柱体形状が含まれる。同様に、錐体形状には、角錐、円錐などのように基板の法線方向に軸心を有する種々の錐体形状が挙げられ、角錐台、円錐台などのように頂点を有さない断面略台形状のものも含まれる。
【００１０】
上記基板本体は、典型的には、金属製のベース層を有するメタル基板で構成されるが、これに限られず、合成樹脂製あるいはセラミックス製のベース層を有する樹脂基板あるいはセラミックス基板で構成されてもよい。
【００１１】
端子台および基板本体のベース層を構成する金属材料には、典型的には、銅系（銅またはその合金）、アルミニウム系（アルミニウムまたはその合金）等の熱伝導性、強度等に優れた金属材料が用いられる。基板本体の配線層には、例えば、銅系、アルミニウム系等の電気伝導性に優れた金属材料が用いられるが、これに限られず、異種金属層の積層構造が採用されてもよい。
【００１２】
上記端子台は、単数に限られず、複数であってもよい。複数の端子台は、典型的には、それぞれ同一の形状、大きさのブロックで構成される。これに限られず、複数の端子台の一部が他のブロックとは異なる形態を有してもよいし、複数の端子台のすべてが異なる形態のブロックで構成されてもよい。
【００１３】
上記接合面は、典型的には、上記ブロックの底面で構成される。一方、上記取付面の位置は特に限定されず、上記接合面と対向する面で構成されてもよいし、上記接合面と直交する面で構成されてもよい。
【００１４】
典型的には、上記端子台は、柱体形状を有し、上記取付面は、上記接合面とは反対側に形成される。
これにより、基板上における端子台の占有面積を最小限に抑えることができる。
【００１５】
上記端子台は、中空部をさらに有してもよい。
これにより、端子台の熱容量を低減でき、例えば半田リフロー工程においてリフロー温度の過度な上昇を抑えることができる。また、端子台の軽量化を図ることができるため、基板全体の軽量化に貢献することができる。さらに、端子台の表面積が大きくなるため、端子台の放熱性が高められることになる。
【００１６】
典型的には、上記端子台は、上記接合面と上記取付面との間に形成された側周部をさらに有し、上記中空部は、上記側周面に形成された孔で構成される。上記孔は、貫通孔であってもよいし、有底の孔であってもよい。これにより任意の形状の中空部を比較的容易に形成することができる。
【００１７】
上記端子台および上記電子部品は、共通の半田材料によって上記配線層にそれぞれ接合されてもよい。これにより、基板本体上に電子部品と端子台とを同時に実装することができる。
【００１８】
基板本体に搭載される電子部品は特に限定されず、典型的には、パワーデバイスなどの電流制御素子や蓄電デバイス、コネクタ部品などを含む。電子部品は、単数に限られず、複数であってもよい。上記部品搭載基板は、上記コネクタ部品を介して上記基板本体に電気的に接続される制御基板をさらに具備してもよい。上記制御基板は、典型的には、上記電流制御素子を制御する制御回路を搭載する。
上記構成によれば、拡張性の高い部品搭載基板を構成することができるとともに、基板本体と制御基板との間の熱的な絶縁効果が高まり、制御回路の保護を図ることが可能となる。
【００１９】
本発明の一形態に係る端子台は、電子部品が搭載された回路基板上の配線層に接合され、上記電子部品と配線ケーブルとの間を電気的に接続する、金属材料のブロックで構成された端子台であって、接合面と、取付面と、側周部とを具備する。
上記接合面は、上記配線層に接合される。
上記取付面は、上記接合面とは反対側に形成され、上記配線ケーブルを固定する接続孔を有する。
上記側周部は、中空部を有し、上記接合面と上記取付面との間に形成される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡素な構成で端子台と回路基板との安定した接合強度を確保できるとともに、基板サイズの小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る部品搭載基板の全体を示す斜視図である。
【図２】上記部品搭載基板における基板本体の要部断面図である。
【図３】上記部品搭載基板における端子台の斜視図である。
【図４】上記端子台の正面図である。
【図５】上記端子台の平面図である。
【図６】上記端子台の側面図である。
【図７】上記部品搭載基板の一適用例を示す斜視図である。
【図８】比較例に係る部品搭載基板の要部斜視図である。
【図９】上記端子台の構成に関する第１の変形例を示す斜視図である
【図１０】上記端子台の構成に関する第２の変形例を示す斜視図である。
【図１１】上記端子台の構成に関する第３の変形例を示す斜視図である。
【図１２】上記端子台の構成に関する第４の変形例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る部品搭載基板の全体を示す斜視図である。なお図中、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向は、相互に直交する３軸方向を示しており、Ｘ軸およびＹ軸方向は基板の面内方向、Ｚ軸方向は基板の厚み方向をそれぞれ示している（以下の各図においても同様）。
【００２４】
［部品搭載基板の構成］
本実施形態の部品搭載基板１００は、基板本体１０と、複数の電子部品２０と、複数の端子台３０とを備える。
【００２５】
（基板本体）
基板本体１０は、片面または両面に配線層を有する略矩形の回路基板で構成される。基板本体１０は、金属材料で構成されたベース層を有するメタル基板で構成される。
【００２６】
図２は、基板本体１０の要部の概略断面図である。
【００２７】
基板本体１０は、例えばアルミニウム系材料で構成されたベース層１１と、配線層１２と、絶縁層１３とを有する。絶縁層１３は、合成樹脂等の電気絶縁材料で構成され、ベース層１１の両面にそれぞれ設けられる。配線層１２が形成される面に形成される絶縁層１３は、ベース層１１と配線層１２との間に配置される。
【００２８】
配線層１２は、絶縁層１３に積層された銅箔を所定形状にパターニングすることで形成される。配線層１２は、銅箔に限られず、アルミニウム箔で構成されてもよい。また、配線層１２は、スパッタ法や真空蒸着法などで成膜された金属膜で構成されてもよい。
【００２９】
基板本体１０は、典型的には、配線層１２を被覆するソルダレジスト１４を有する。ソルダレジスト１４は、配線層１２の保護膜として機能する。配線層１２は、ソルダレジスト１４の開口１４ａを介して外部へ露出する複数のランド部１２１を有する。複数のランド部１２１には、半田などの接合材を介して、電子部品２０あるいは端子台３０がそれぞれ実装される。
【００３０】
基板本体１０の適宜の位置には、複数のネジ挿通孔１５が設けられている。基板本体１０は、これらネジ挿通孔１５に挿通される複数のネジ部材（図示略）を介して、部品搭載基板１００を支持する支持体（図示略）に固定される。
【００３１】
（電子部品）
複数の電子部品２０は、基板本体１０に実装される。電子部品２０には、トランジスタなどの能動部品、コンデンサなどの受動部品は勿論、コネクタ部品などの周辺部品が含まれる。本実施形態において複数の電子部品２０は、大電流を取り扱う電流制御素子としてのパワートランジスタ２１や、電解コンデンサ２２、リレー回路などを含む。電子部品２０はさらに、パワートランジスタ２１を制御する制御回路を有する制御基板に接続可能なコネクタ部品２３を含む。これら電子部品２０は、表面実装型の電気・電子部品で構成される。
【００３２】
複数の電子部品２０は、基板本体１０の一方の表面に実装される。実装方法は特に限定されず、典型的には、リフロー半田付け法によって基板本体１０上に実装される。各部品の実装位置は特に限定されず、適宜の位置に配置される。複数の電子部品２０は、基板本体１０の一方の表面に限られず、他方の表面にも実装されてもよい。
【００３３】
（端子台）
複数の端子台３０はそれぞれ、基板本体１０に搭載された所定の電子部品と、電源や発電機などの電装機器との間を電気的に接続する外部接続端子として構成される。各端子台３０は、同一の構成を有しており、基板本体１０の部品搭載面の所定位置にそれぞれ表面実装される。
【００３４】
図３〜図６は、端子台３０の構成を示しており、図３は斜視図、図４は正面図、図５は平面図、図６は側面図である。
【００３５】
本実施形態において、端子台３０は、接合面３１と、取付面３２と、側周部３３とを有する直方体形状の銅ブロックで構成される。
【００３６】
接合面３１は、端子台３０の底面を構成し、基板本体１０の配線層１２（ランド部１２１）に接合される。取付面３２は、端子台３０の上面を構成し、配線ケーブル４０を固定する接続孔３４を有する。側周部３３は、接合面３１と取付面３２との間に形成され、端子台３０の４側面を構成する。端子台３０が直方体形状のブロックで構成されているため、基板本体１０上における端子台３０の占有面積を最小限に抑えることができる。
【００３７】
取付面３２に形成される接続孔３４は、タップ孔で構成されており、配線ケーブル４０の端部に挿通されるネジ部材５０に螺合可能に構成される。本実施形態において取付面３２は、接合面３１とは反対側の端子台３０上面に設けられる。これにより、ネジ部材５０による配線ケーブル４０の固定作業を容易に行うことができる。
【００３８】
各端子台３０は、中空部３６をさらに有する。これにより、端子台３０および部品搭載基板１００の軽量化を図ることができるとともに、端子台３０および部品搭載基板１００の熱容量の低減をも図ることが可能となる。
なお中空部３６は必須の構成ではなく、必要に応じて省略されてもよい。
【００３９】
中空部３６は、側周部３３に形成されたキリ孔３５で構成される。キリ孔３５は、側周部３３の一方の面から、これに対向する他方の面に向かって形成された貫通孔で構成されるが、これに限られず、有底の孔であってもよい。また、キリ孔３５は、接続孔３４と交差するように構成されるが、接続孔３４から分離して形成されてもよい。
【００４０】
本実施形態において、複数の端子台３０各々は、基板本体１０の長辺側の周縁に沿って相互に間隔をおいて実装される。各端子台３０は、それぞれ同一の姿勢（あるいは向き）で基板本体１０に搭載されるが、これに限られず、各々任意の姿勢（あるいは向き）で搭載されてもよい。
【００４１】
複数の端子台３０は、複数の電子部品２０と共通の半田材料によって基板本体１０の配線層１２（ランド部１２１）にそれぞれ接合される。端子台３０に接合される複数のランド部１２１は相互に電気的に絶縁されており、それぞれ配線層１２を介して所定の電子部品２０（パワートランジスタ２１、電解コンデンサ２２など）に電気的に接続される。
【００４２】
［部品搭載基板の製造方法］
本実施形態の部品搭載基板１００は、基板本体１０の配線層１２（ランド部１２１）に、複数の電子部品２０および複数の端子台３０を半田付けすることで製造される。これら電子部品２０および端子台３０の半田付けは、リフロー炉によって一括的に行うことができる。
【００４３】
半田材料には、典型的には、ＳｎＺｎＢｉ系、ＳｎＣｕ系、ＳｎＡｇＣｕ系などの無鉛半田が用いられ、電子部品２０の耐熱性等に応じて、例えば、２４０℃以下の融点を有する材料が用いられる。
【００４４】
本実施形態において、各々の端子台３０は、中空部３６を有しているため、重量の削減を図ることができると同時に、端子台３０の熱容量を低減することが可能となる。これにより、リフロー温度を過度に高温に設定したり、リフロー温度の保持時間を長く設定したりすることなく、半田材料を効率よく溶融させることができるようになるため、電子部品２０に対する熱負荷の軽減を図ることが可能となる。
【００４５】
［部品搭載基板の作用］
本実施形態の部品搭載基板１００においては、複数の端子台３０各々に接続された配線ケーブル４０を介して、例えば５０Ａ（アンペア）以上の高い負荷電流が印加される。
【００４６】
部品搭載基板１００は、例えば車両に搭載され、バッテリなどを電力源としてモータ等の電動機器を駆動する駆動回路を構成する。なおこれに限られず、部品搭載基板１００は、高電流を取り扱う種々の電気機器に搭載可能である。
【００４７】
本実施形態によれば、各端子台３０は、電気伝導性の高い銅ブロックで構成されているため、高電流を効率よくパワートランジスタ２１あるいは電解コンデンサ２２へ供給することができる。また、端子台３０は、熱伝導性にも優れるため、高い放熱特性を得ることができる。さらに、基板本体１０は、金属製のベース層を有するため、パワートランジスタ２１などの発熱性部品の放熱性を高め、安定した動作を確保することができる。
【００４８】
さらに本実施形態の部品搭載基板１００においては、基板本体１０上にコネクタ部品２３が搭載されているため、当該コネクタ部品２３を介して他の回路基板との電気的接続が可能となる。
【００４９】
例えば図７に示すように、部品搭載基板１００は、パワートランジスタ２１の駆動を制御する制御回路６１を有する制御基板６０をさらに具備してもよい。
【００５０】
制御基板６０は、基板本体１０と部分的に対向し、基板本体１０との対向領域には、コネクタ部品２３と電気的に接続可能なコネクタ部品６２を有する。制御基板６０は、基板本体１０上の電解コンデンサ２２と干渉する領域に切欠き部６３を有する。これにより、基板本体１０上の高背部品に対して非接触で、コネクタ部品２３，６２間の接続が可能となる。
【００５１】
制御基板６０は、典型的には、例えばガラスエポキシ基板等の樹脂製ベース層を有する汎用の回路基板で構成される。本実施形態において制御基板６０は、基板本体１０に対してコネクタ部品２３，６２を介して接続されるように構成されているため、基板本体１０に対する熱的な絶縁効果が高められる。これにより、制御基板６０に放熱性あるいは耐熱性が低い基板材料が用いられる場合においても、基板本体１０で発生する熱から制御回路６１を効果的に保護することが可能となる。さらに、基板本体１０と制御基板６０とを組み合わせることで、より拡張性の高い部品搭載基板１００を構成することができる
【００５２】
一方、本実施形態の部品搭載基板１００においては、複数の端子台３０各々が金属材料のブロックで構成されているため、図８に示すような板状のバスバーを備えた部品搭載基板と比較して、基板本体１０の外側へ端子台が突出することを防止あるいは抑制できる。これにより、部品搭載基板１００の基板サイズの小型化を図ることができる。
【００５３】
図８は、比較例に係る部品搭載基板を示す斜視図である。図示する部品搭載基板２００は、基板本体２１０と、この基板本体２１０に接合された複数のバスバー２３０とを有する。なお基板本体２１０に搭載される電子部品の図示は省略している。
【００５４】
比較例に係る部品搭載基板２００において、バスバー２３０は、Ｙ軸方向を長手方向とする金属板（銅板）を折り曲げて形成される。バスバー２３０の一端部２３１は、基板本体２１０上の配線層（ランド部２１１）に半田付けにより接合され、バスバー２３０の他端部２３２はネジ部材５０を介して配線ケーブル４０に接続される。
【００５５】
上記構成の部品搭載基板２００においては、端子台がバスバー２３０で構成されているため、バスバー２３０の実装時に、基板本体２１０に対する位置調整をするための治具が別途必要になる。また、基板本体２１０に接合されるバスバー２３０の一端部２３１に応力が集中するため、図８に示すように、基板本体２１０の外側に配置された樹脂ブロック２４０でバスバー２３０の他端部２３２を支持する必要がある。したがって、バスバー２３０と基板本体２１０との間の安定した接合強度を確保するための部品が必要となり、部品点数の増加を招く。さらに樹脂ブロック２４０の占有スペースが必要となることから、部品搭載基板２００の設置面積が大型化し、基板サイズの小型化が図れない。
【００５６】
これに対して本実施形態の部品搭載基板１００においては、端子台３０が直方体形状のブロックで構成されているため、板状のバスバー２３０と比較して、基板本体１０の上面から見たときに接合面３１および取付面３２が相互に同一の位置あるいは相互に近接した位置に設定されることになる。これにより、基板本体１０の外側へ端子台３０が突出することを防止し、基板サイズの小型化を実現することができる。
【００５７】
また、本実施形態の端子台３０によれば、板状のバスバー２３０と比較して、接合面３１に作用するモーメント荷重を緩和できる。これにより特別な補強構造を採用せずとも、簡素な構成で、基板本体１０に対する安定した接合強度を確保することができるとともに、部品点数の増加を抑えられるため、組立て作業性を向上させることが可能となる。
【００５８】
さらに本実施形態によれば、端子台３０を基板本体１０上の所定位置に載置するだけで安定した姿勢を保持することができるため、実装時に位置調整用の治具等を必要とすることなく、所定の位置精度を確保することができる。
【００５９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００６０】
例えば以上の実施形態では、端子台３０の上面に配線ケーブル４０を固定する取付面３２が設けられたが、取付面３２は端子台３０の上面に限られず、側周部３３における任意の一面に設けられてもよい。
【００６１】
また以上の実施形態では、端子台３０の中空部３６が側周部３３を一軸方向（Ｙ軸方向）に貫通する単一のキリ孔３５で構成されたが、これに限られない。例えば図９に示す端子台３０１のように、相互に直交する２つのキリ孔３５，３７を側周部３３に形成し、これらキリ孔３５，３７によって中空部３６が構成されてもよい。
【００６２】
中空部３６は、上述のようにキリ孔（丸孔）で構成される場合に限られず、例えば図１０に示す端子台３０２のように、中空部３６は、角孔３８で構成されてもよい。また、角孔３８の底部を、端子台３０２の底面（接合面３１）に連通させる切欠き部３９が設けられてもよい。これにより中空部３６の容積を大きくでき、端子台３０２の軽量化、低熱容量化を促進することができる。
【００６３】
端子台を構成するブロックの形状は、上述のような直方体形状に限られず、柱状、錐体状などの種々の形状が適用可能である。例えば図１１は、円柱形状の金属ブロックで構成された端子台３０３を示している。これにより、同一の幅および同一の高さを有する角柱形状の端子台と比較して、接合面３１の面積および端子台の体積をいずれも小さくすることができるため、軽量化および低熱容量化を図ることができる。
【００６４】
一方、図１２は、角錐形状の金属ブロックで構成された端子台３０４を示している。この端子台３０４は、取付面３２よりも接合面３１の方が小面積となるような逆四角錐台形状に形成される。このように接合面３１の面積を低減することによっても、接合面３１の半田付け性を高めることが可能となる。
【符号の説明】
【００６５】
１０…基板本体
１１…ベース層
１２…配線層
１３…絶縁層
２０…電子部品
３０…端子台
３１…接合面
３２…取付面
３３…側周部
３６…中空部
４０…配線ケーブル
６０…制御基板
６１…制御回路
【図１】
2016004644.tif 000003
【図２】
2016004644.tif 000004
【図３】
2016004644.tif 000005
【図４】
2016004644.tif 000006
【図５】
2016004644.tif 000007
【図６】
2016004644.tif 000008
【図７】
2016004644.tif 000009
【図８】
2016004644.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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