JP4362869B2

JP4362869B2 - 板金配線構造体

Info

Publication number: JP4362869B2
Application number: JP2005118161A
Authority: JP
Inventors: 基晴殖栗
Original assignee: Ｔｄｋラムダ株式会社
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2025-04-15
Also published as: JP2006302520A

Description

本発明は、例えばバスバーなどの板金配線により電気電子部品を電気的に接続して電気回路を形成する板金配線構造体に関する。

一般的なスイッチング電源装置では、スイッチング素子をスイッチング動作させて一次側となるトランスの一次巻線に断続的に励磁電流を流すことにより、二次側となるトランスの二次巻線に電圧を誘起させて負荷に出力するが、大容量のスイッチング電源装置では、二次側回路に大電流が流れるため、板金配線としてのバスバーが広く使用されている。バスバーは、銅などの導電性に優れた金属平板の表面をメッキ処理して形成され、プリント基板に銅箔で形成された回路パターンに比べ、かなりの厚みを有しているため大電流を流しても断線する虞がない。一方で、トランスの二次側には整流平滑回路が設けられるため、整流平滑回路を構成する電気電子部品をプリント基板に実装する必要がある。従って、バスバーと電気電子部品とをプリント基板上で接続する必要がある。

通常、プリント基板上で電気電子部品間を接続するには、電気電子部品の接続端子が挿通された２つのスルーホール間を前記回路パターンで繋ぐ手段が採られるが、これでは線路インピーダンスが高くなってしまうため、従来ではバスバーと電気電子部品とを、複数のスルーホールを密集させてランド状にしたものに半田付けして、回路パターンを用いずに両者の電気的接続を図っていた。または、両者を繋ぐ回路パターンを幅広にして線路インピーダンスを低減していた。とりわけ、大容量スイッチング電源では、二次側回路を大電流が流れることにより、当該線路インピーダンスがノイズの発生や損失増大に大きな影響を与えるため、当該線路インピーダンスを極力低減させる接続手段が望まれていた。

この問題に関して、例えば特許文献１には、パワー素子の接続端子とバスバーの接続端子とを、それぞれプリント基板に設けられた単一の接続孔に挿通して、半田付けすることにより、幅広パターンを用いなくても、線路インピーダンスを低減させて電気的に接続する接続構造が開示されている。
特開２００１−３５２６４１号公報

しかし、上記特許文献１では、電気電子部品のリードとバスバーの接続端子とをやはりプリント基板上で接続するため、プリント基板上にこれらの実装面積を確保する必要があり、小型化の障害となっていた。

ところで、対向する電流が流れる配線間距離が長いと、インダクタンスも大きくなり、ノイズが重畳しやすいことが広く知られており、この対向する配線間距離を最小とすることができる配線構造が望まれていた。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、線路インピーダンスを低減させると共に、対向する配線間距離を最小とすることが可能な板金配線構造体を提供することを目的とする。

本発明における請求項１の板金配線構造体では、電気電子部品が半田付け実装される実装部が設けられた複数の板金配線が、絶縁体を介して重ね合わされてなる配線組立体と、前記共通バスバーと前記放熱器を前記電気電子部品の背面に取付け、前記配線組立体と前記共通バスバーとにより前記電気電子部品を挟持し、プリント基板に実装される、前記電気電子部品の端子、および、前記板金配線と前記共通バスバーの接続端子を、何れも部品を重ね合わせた一方向に向けている。

このようにすると、回路の往路又は復路となる板金配線が絶縁体を挟んで近接，対向するため、対向する配線間距離を最小とすることができる。また、板金配線に実装部を設けることにより、電気電子部品が直接実装されるため線路インピーダンスのインダクタンス成分を著しく低減させることができる。

本発明における請求項２の板金配線構造体では、前記実装部が、異なる板金配線同士で互い違いに配設されている。

このようにすると、回路の往路又は復路となる板金配線の実装部が近接するため、実装部をも含めた板金配線全体での対向する配線間距離を最小とすることができる。

本発明の請求項１によると、線路インピーダンスを低減させると共に、対向する配線間距離を最小として、ノイズや損失の発生を抑制することができる。

本発明の請求項２によると、電気電子部品が実装される部分に至るまで、対向する配線間距離を最小とすることができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明における板金配線構造体の好ましい各実施例を説明する。

図１は、本第１実施例における板金配線構造体を装置したスイッチング電源装置の二次側回路部分を示す回路図である。同図では、板金配線構造体１は、例えばＭＯＳＦＥＴからなる整流ＦＥＴ２及び転流ＦＥＴ３を備えた同期整流回路として装置されており、その配線は全てバスバーを用いて構成される。具体的には、整流ＦＥＴ２及び転流ＦＥＴ３の各ソースには、それぞれ往路バスバー４と復路バスバー６が接続され、整流ＦＥＴ２及び転流ＦＥＴ３の各ドレインには、これらの接続点となる共通バスバー５が共通接続される。板金配線構造体１周りの接続に関しては、往路バスバー４と復路バスバー６との間にトランス10の二次巻線10ａが接続され、共通バスバー５と復路バスバー６との間にチョークコイル11と平滑コンデンサ12とからなる直列回路が接続される。そして、コンデンサ12の両端が一対の出力端子13，13となる。

板金配線構造体１は、図２の分解斜視図で示す構成部品からなる。図２を参照しながら、板金配線構造体１の各構成部品について説明する。

往路バスバー４は、扁平板状の対向部20と、その端部から垂直に立ち上がるように折り曲げ成形され、奥方向へ延びる延出部27とが本体部となる。対向部20の短手方向おける両側部下面には、一定の高さを有する支持脚25，25が、延出部27とは反対側の端縁から対向部20の中程まで外縁沿いに続く壁状に立設されている。支持脚25，25は、奥側に位置する方が短くなっており、この短い方の支持脚25に並んで実装部21，22が対向部20の側部から水平方向へ突出するように形成されている。実装部21の先端には、垂下するように折り曲げ成形されてなる凸状の接続端子26が形成されており、その先端部は中が段違いに突出している。また、実装部21，22には、それぞれ挿通孔23，24が穿設されている。延出部27の一側部は、対向部20と接続端子28との二股に分かれており、この接続端子28は、当該一側部から真直ぐ延出し、その一先端角部が切り欠かれることにより、段違いに突出するよう形成されている。

復路バスバー６は、扁平板状の対向部30と、その端部から垂直に立ち上がるように折り曲げ成形され、奥方向へ延びる延出部38とが本体部となる。延出部38とは反対側となる対向部30の端部には、長手方向に若干延びて垂下する逆Ｌ字状の接続端子37，37が並列に形成されている。また、対向部30には、その長手方向に並んで実装部31，32，33が対向部30の奥側となる側部から水平方向へ突出するように形成されている。実装部31，32，33には、それぞれ挿通孔34，35，36が穿設されている。延出部38の一側部は、任意の距離を隔てて対向部30と接続端子39との二股に分かれており、この接続端子39は、当該一側部から真直ぐ延出し、その一先端角部が切り欠かれることにより、段違いに突出するよう形成されている。

40は、例えば絶縁性を有する樹脂などからなり、復路バスバー６の対向部30よりやや大きい扁平板状の絶縁板40であり、その端部には復路バスバー６の接続端子37，37が挿入可能な矩形状の挿通長孔41が穿設されている。

同図では、２つの整流ＦＥＴ２ａ，２ｂを並列接続したものを、整流ＦＥＴ２として装置しており、同様に、３つの転流ＦＥＴ３ａ，３ｂ，３ｃを並列接続したものを、転流ＦＥＴ３として装置している。整流ＦＥＴ２ａのピン配列は、45がゲート端子、46がソース端子、47がドレイン端子となっており、奥側となるパッケージの底面から突き出たゲート端子45とソース端子46は、逆Ｌ字状に垂下するよう折り曲げられている。また、パッケージの背面となるドレイン端子47には、ネジ49が挿通可能なネジ孔48が穿設されている。本実施例では、これらに全て同じパッケージのＭＯＳＦＥＴを使用しており、そのピン配列は同一となる。

共通バスバー５は、扁平板状の本体部50と、奥側に位置する本体部50の側部から短手方向に延びて垂下するＬ字状に並設された接続端子51，51とからなり、整流ＦＥＴ２ａ，２ｂと転流ＦＥＴ３ａ，３ｂ，３ｃを横並びにした状態における各ネジ孔48にそれぞれ対応する位置にネジ孔52（本実施例では５つ）が穿設されている。

53は、例えば絶縁性を有する樹脂などからなり、共通バスバー５の本体部50よりやや大きい扁平帯状のシリコンシート53であり、共通バスバー５の各ネジ孔52にそれぞれ対応する位置にネジ孔54が穿設されている。

60は、例えばアルミなどの放熱性の良好な部材からなる放熱器であり、扁平板状の本体部61と、本体部61の手前側の側部から垂直に立ち上がるように折り曲げ成形された壁状部62とから構成されている。本体部61には、共通バスバー５の各ネジ孔52にそれぞれ対応する位置にネジ孔52よりも径大なスペーサ取付孔63が穿設されている。壁状部62には、任意の位置にネジ孔64が穿設され、図示しない筐体やヒートシンクなどに螺着される。各スペーサ取付孔63には、例えば絶縁性を有する樹脂などからなるスペーサ70が取り付けられる。スペーサ70は、スペーサ取付孔63に挿入可能な芯部72とその外周側に延出するフランジ部71とから構成され、ネジ孔52と略同径のネジ孔73が芯部72の中心を貫通して穿設されている。

75は、例えば金属などからなる扁平板状の止め金具であり、共通バスバー５の各ネジ孔52にそれぞれ対応する位置に、ネジ49と螺合するタップ孔76が設けられている。

次に、板金配線構造体１を組立てる手順について、図２及び板金配線構造体１の組立て後を示す図３を参照しながら説明する。

整流ＦＥＴ２ａ，２ｂと転流ＦＥＴ３ａ，３ｂ，３ｃを横に並べた状態で、各ドレイン端子47のネジ孔48と、共通バスバー５の各ネジ孔52と、シリコンシート53の各ネジ孔54と、放熱器60のスペーサ取付孔63と、各スペーサ70のネジ孔73と、止め金具75の各タップ孔76とをこの順番で並ぶように同軸上に位置合わせして、ドレイン端子47側からそれらにネジ49を挿通し、ネジ49を止め金具75のタップ孔76に螺合することで、整流ＦＥＴ２ａ，２ｂと転流ＦＥＴ３ａ，３ｂ，３ｃの背面に共通バスバー５と放熱器60とが取り付けられる。共通バスバー５は、整流ＦＥＴ２ａ等の背面に設けられた各ドレイン端子47に密着するため、両者が電気的に接続される。また、シリコンシート53により、共通バスバー５と放熱器60との絶縁が確保され、スペーサ70により放熱器60とネジ49ひいては各ドレイン端子47との絶縁が確保される。

復路バスバー６に設けられた実装部31，32，33の挿通孔34，35，36を、転流ＦＥＴ３ａ，３ｂ，３ｃの各ソース端子46に挿通させて半田付けする。これにより、転流ＦＥＴ３ａ，３ｂ，３ｃの各ソース端子46と復路バスバー６とが電気的に接続される。絶縁板40の挿通長孔41を、復路バスバー６の接続端子37，37を挿通させ、その上から、往路バスバー４に設けられた実装部21，22の挿通孔23，24を、整流ＦＥＴ２ａ，２ｂの各ソース端子46に挿通させて半田付けする。これにより、往路バスバー４と復路バスバー６との間の絶縁が確保されると共に、整流ＦＥＴ２ａ，２ｂの各ソース端子46と往路バスバー４とが電気的に接続される。もちろん、往路バスバー４と復路バスバー６との間に十分な絶縁距離を取って、絶縁板40をなくすこともできる。整流ＦＥＴ２ａ，２ｂと転流ＦＥＴ３ａ，３ｂ，３ｃは、復路バスバー６に設けられた実装部31，32，33及び往路バスバー４に設けられた実装部21，22に直接半田付け実装されているため、線路インピーダンスのインダクタンス成分を著しく低減させることができる。

板金配線構造体１では、往路バスバー４と復路バスバー６とは、これらが絶縁板40を介して重ね合わされてなる配線組立体77を構成しており、往路バスバー４と復路バスバー６とが絶縁板40の厚さのみを隔てて対向しているため、回路の往路と復路とを極力近接させて対向する配線間距離を最小とすることができる。また、整流ＦＥＴ２ａ，２ｂと転流ＦＥＴ３ａ，３ｂ，３ｃは、配線組立体77と共通バスバー５とにより挟持されており、復路バスバー６と共通バスバー５とが整流ＦＥＴ２ａ等の厚さのみを隔てて対向しているため、復路バスバー６と共通バスバー５とを極力近接させて対向する配線間距離を最小とすることができる。同時に、整流ＦＥＴ２ａ等が熱伝導性の良い往路バスバー４，復路バスバー６と共通バスバー５とに挟まれて密着することにより、整流ＦＥＴ２ａ等に生じる熱を配線組立体77と共通バスバー５とに伝達して、速やかに放熱することができる。とりわけ、ＭＯＳＦＥＴなどに広く使用される所謂ＴＯパッケージなどは、その背面一面に端子が形成されているため、パッケージをバスバーで挟むことにより、放熱と電気的接続を同時に図ることができる。

図４，５は、板金配線構造体１をプリント基板に搭載した状態を示しており、往路バスバー４の接続端子26，28と、復路バスバー６の接続端子37，39と、整流ＦＥＴ２ａ，２ｂの各ゲート端子45と、転流ＦＥＴ３ａ，３ｂ，３ｃの各ゲート端子45と、共通バスバー５の接続端子51，51とが、プリント基板に設けられた例えばスルーホールやランドなどに半田付け実装されている。また、往路バスバー４の支持脚25，25と、往路バスバー４の接続端子26，28の段部と、復路バスバー６の接続端子39の段部とがプリント基板の表面に当接し、板金配線構造体１を支持している。

以上のように本第１実施例の板金配線構造体１では、電気電子部品としての整流ＦＥＴ２，転流ＦＥＴ３が実装される実装部21，22，31，32，33が設けられた複数の板金配線としての往路バスバー４，復路バスバー６が、絶縁体としての絶縁板40を介して重ね合わされてなる配線組立体77を備えている。

このようにすると、回路の往路又は復路となる往路バスバー４，復路バスバー６が絶縁板40を挟んで近接，対向するため、対向する配線間距離を最小とすることができる。また、往路バスバー４，復路バスバー６に実装部21等を設けることにより、整流ＦＥＴ２，転流ＦＥＴ３が直接実装されるため線路インピーダンスのインダクタンス成分を著しく低減させることができる。以上より、線路インピーダンスを低減させると共に、対向する配線間距離を最小として、ノイズや損失の発生を抑制することができる。

図６は、本実施例における板金配線構造体を装置したスイッチング電源装置の二次側回路部分を示す回路図である。同図では、図１で示した整流ＦＥＴ２，転流ＦＥＴ３の代わりに整流ダイオード７，転流ダイオード８により整流回路を構成している。すなわち、板金配線構造体１の配線は、整流ダイオード７及び転流ダイオード８の各アノードには、それぞれ往路バスバー４と復路バスバー６が接続され、整流ダイオード７及び転流ダイオード８の各カソードには、これらの接続点となる共通バスバー５が共通接続される。

図７の分解斜視図において、整流ダイオード７，転流ダイオード８は、１パッケージ化されて一緒に複合ダイオード85内に収納されている。その内部接続を示したものが図８である。複合ダイオード85内に収納された整流ダイオード７のアノードは、整流端子87に接続されている。複合ダイオード85内に収納された転流ダイオード８のアノードは、転流端子86に接続されている。整流ダイオード７のカソードと転流ダイオード８のカソードとの接続点は、共通端子88に接続されている。図７では、奥側となるパッケージの底面から突き出た転流端子86と整流端子87は、逆Ｌ字状に垂下するよう折り曲げられている。また、パッケージの背面となる共通端子88には、ネジ49が挿通可能なネジ孔89が穿設されている。

整流ダイオード７と転流ダイオード８とが１つのパッケージ内に収納されるに伴い、往路バスバー４と復路バスバー６の構成が第１実施例のものとは細部が変更されている。往路バスバー４では、実装部21，22に並ぶ支持脚25がなくなる代わりに、挿通孔81が穿設された実装部80が３つ形成され、５つの実装部21，22，80が等間隔に並ぶよう形成されている。復路バスバー６でも同様に、挿通孔83が穿設された実装部82が２つ形成され、５つの実装部31，32，33，82が等間隔に並ぶよう形成されている。すなわち、往路バスバー４と復路バスバー６とを組立てて配線組立体77としたときに、これらの実装部が、往路バスバー４と復路バスバー６という異なるバスバー同士で互い違いに並ぶよう配設されている。このようにすると、例えば実装部22と実装部82のように、往路バスバー４と復路バスバー６の実装部が近接するため、実装部をも含めたバスバー全体での対向する配線間距離を最小とすることができる。

その他の構成及び板金配線構造体１の組立て手順については、第１実施例と同様であるが、本第２実施例では、複合ダイオード85の転流端子86が、復路バスバー６に設けられた実装部82の挿通孔83に挿通後、半田付けされる一方、整流端子87が、往路バスバー４に設けられた実装部22の挿通孔24に挿通後、半田付けされることとなる。このように、本変形例では、往路バスバー４と復路バスバー６という異なるバスバーの実装部に実装された整流ダイオード７と転流ダイオード８とが、共通のパッケージとなる複合ダイオード85内に収納されているため、整流ダイオード７と転流ダイオード８とが近接し、回路を形成する電気電子部品に至るまで対向する配線間距離を最小とすることができる。

以上のように本第２実施例の板金配線構造体１では、実装部21，22，31，32，33，80，82が、異なる板金配線としての往路バスバー４，復路バスバー６同士で互い違いに配設されている。

このようにすると、回路の往路又は復路となる往路バスバー４，復路バスバー６の例えば実装部22と実装部82などの実装部が近接するため、実装部をも含めたバスバー全体での対向する配線間距離を最小とすることができる。従って、電気電子部品としての整流ダイオード７，転流ダイオード８が実装される部分に至るまで、対向する配線間距離を最小とすることができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。スイッチング電源装置の配線に限らず、あらゆる機器の回路配線に適用可能である。配線組立体77を３つ以上のバスバーを用いて多層構造としてもよく、電気電子部品に関してもＴＯパッケージに限られず、種々のパッケージのものを使用することが可能である。

本発明の第１実施例における板金配線構造体の回路図である。同上、板金配線構造体の分解斜視図である。同上、板金配線構造体の斜視図である。同上、板金配線構造体を基板に搭載した状態を示す平面図である。同上、板金配線構造体を基板に搭載した状態を示す側面図である。本発明の第２実施例における板金配線構造体の回路図である。同上、板金配線構造体の分解斜視図である。同上、板金配線構造体に実装される電気電子部品の内部接続図である。

１板金配線構造体
２整流ＦＥＴ（電気電子部品）
３転流ＦＥＴ（電気電子部品）
４往路バスバー（板金配線）
６復路バスバー（板金配線）
７整流ダイオード（電気電子部品）
８転流ダイオード（電気電子部品）
21，22，31，32，33，80，82 実装部
40 絶縁板（絶縁体）
77 配線組立体

Claims

電気電子部品が半田付け実装される実装部が設けられた複数の板金配線が、絶縁体を介して重ね合わされてなる配線組立体と、共通バスバーと、放熱器と、を備え、
前記共通バスバーと前記放熱器を前記電気電子部品の背面に取付け、
前記配線組立体と前記共通バスバーとにより前記電気電子部品を挟持し、
前記電気電子部品の端子、前記板金配線と前記共通バスバーの接続端子を、前記電気電子部品の正面方向に向け、プリント基板に実装することを特徴とする板金配線構造体。
前記実装部が、異なる板金配線同士で互い違いに配設されたことを特徴とする請求項１記載の板金配線構造体。