JP4591874B2 - プリント基板とバスバーの組合せ構造 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板とバスバーの組合せ構造に関するものであり、特に低電圧大電流が流れるプリント基板とバスバーの組合せ構造に好適なものに関する。

電子機器に対する小型軽量化の要請は強く、電子機器に実装される部品の小型化や高集積化が進んでいる。スイッチング電源装置についても例外ではなく、同一電源容量についてみると年々小型軽量化されてきた。

ここで、電子機器を構成する構成要素には必ず電力損失があり、電子機器を駆動すれば程度の差はあれ、各構成要素から損失熱が発生する。とりわけ大電流を扱いながら高密度実装された電源機器においては、各構成要素から発生する損失熱を効率的に奪取する冷却手段が重要になる。そのため、従来の電源装置では筐体の側板に通気孔を設けるとともに、モータ付ファンを取り付け、電子部品を強制空冷して部品表面やプリント基板の銅箔表面から熱を放散していた。

また、近年の集積回路は低電圧駆動されるものが多く、スイッチング電源装置に要求される出力電圧も低電圧化されつつある。その結果、電源装置の仕様は低電圧大電流化される傾向にあり、電源装置では出力回路のみならず、電源装置内部の各電流路のインピーダンスを低く抑えるべく必要十分な断面積を有する導電部材としてバスバーが用いられる。

ここで、バスバーは銅などの導電性材料からなる板体や棒体から形成されるが、良導電性部材は良伝熱性部材でもある。また、バスバーは電流路のインピーダンスを低くするために使用されるものであり、大断面を有し質量が大きくなることからバスバーの熱容量は大きなものとなる。その結果、小型化され熱容量が小さい一般の表面実装電子部品と同じ要領ではプリント基板に半田付けすることは困難であった。

このような事情から、バスバーをプリント基板に半田付けする際の熱拡散を抑制することを目的とする特殊形状のバスバーが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１６６４７４号公報

スイッチング電源装置のプリント基板では、電源ラインに大きな電流が流れるため、プリント基板上の電源ラインに相当する銅箔部は広い面積が配設される。比較的小容量の電源装置であれば、プリント基板上に配設された銅箔部だけで電源ラインを構成することができる。しかし、このような構成とした場合、電源ラインのインピーダンスが大きくなり、銅箔部において多くの熱が発生することになる。銅箔部が発熱して高温になると一層インピーダンスが大きくなるという悪循環を引き起こすが、銅箔部の冷却は表面からの放熱に頼らざるを得ず、プリント基板上の銅箔部だけで電源ラインを構成することには限界があった。

また、電源装置に対する小型軽量化の要請は強く、部品を高密度に実装してより一層大電流が流れる電源装置とする場合、電源ラインをプリント基板上の銅箔だけで構成することは困難となり、バスバーが使用される。例えば、プリント基板の電源ラインにバスバーを使用する場合、プリント基板の電源ラインに相当する銅箔部とバスバーとの接続はビス等を用いて機械的に結合することにより行われていた。しかし、このような接続方法ではバスバー自体のインピーダンスは低くても、限られた面積しか確保できない銅箔部とバスバーとの接続となることから、銅箔部におけるインピーダンスが大きくなり、電源ライン全体としてのインピーダンスを低くすることができないという問題があった。

また、上記特許文献に開示されたバスバーであっても、プリント基板上の銅箔部との接続はビスによる機械的結合によっていることから、銅箔部の面積を大きくしても有効接触面積は制限される。したがって、依然として銅箔部におけるインピーダンスが大きくなり、電源ライン全体としてのインピーダンスを低くすることができないという問題は解消されない。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、プリント基板上の銅箔部に導電性薄板を挟んでバスバーを接続し、プリント基板とバスバーの組合せ構造を容易として、電源ラインのインピーダンスを低下させるとともにバスバーの表面から効率的に放熱させることができるプリント基板とバスバーの組合せ構造を提供することを課題とする。

請求項１記載の発明は、表面に電源ラインが形成され、回路部品を実装するスルーホールを設けたプリント基板と、導電材料からなる薄板と、導電材料からなるバスバーとからなり、前記プリント基板と前記バスバーとの間に前記薄板を挟んで結合すると共に、前記薄板に複数の接合端子を備え、前記薄板の接合端子を前記スルーホールに挿入し、半田付けにより前記プリント基板に接合したことを特徴とするプリント基板とバスバーの組合せ構造である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のプリント基板とバスバーの組合せ構造において、前記プリント基板と前記薄板と前記バスバーとの結合が、前記プリント基板に前記薄板を接合した状態で、前記プリント基板と前記バスバーとの間に前記薄板を挟んで、機械的に結合されることを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のプリント基板とバスバーの組合せ構造において、前記バスバーの一端に入力端子または出力端子を形成したことを特徴とするものである。

請求項１記載のプリント基板とバスバーの組合せ構造によれば、プリント基板とバスバーの組合せ構造を容易とし、電源ラインのインピーダンスを低下させるとともにバスバーの表面から効率的に放熱させることができる。また、薄板に設けた複数の接合端子をプリント基板のスルーホールに挿入して半田付けをすることができる。したがって、薄板を他の電子部品と同様の要領でプリント基板に半田付けすることができる。

請求項２記載のプリント基板とバスバーの組合せ構造によれば、プリント基板と薄板とバスバーとをビス等により機械的に結合することで、各部材を確実に結合することができる。

請求項３のプリント基板とバスバーの組合せ構造によれば、バスバーの一端に設けた入力端子または出力端子を利用してプリント基板全体を、トランスや他の電子部品に電気的に接続するとともに機械的にも固定することができる。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るプリント基板とバスバーの組合せ構造を採用したスイッチング電源装置のブロック図である。スイッチング電源装置１の概略構成は、一次側整流回路２、スイッチング回路３、トランス４、二次側整流回路５、平滑回路６からなり、必要に応じて一次側にノイズフィルタも加えられる。これらの構成要素は主基板７上に実装され、強制空冷するためのモータ付ファン８は筐体の側壁に備えられる。一次側整流回路２の入力端子には商用交流電源９が接続される。一方、平滑回路６により平滑化された直流電流は出力バー10，11から負荷に供せられる。

図２は、本発明に係るプリント基板12とバスバー13の組合せ構造を採用した電源装置の部品構成を示す斜視図であり、図１におけるトランス４、二次側整流回路５、平滑回路６の部品実装状態を示している。すなわち、トランス４の二次側回路部品の実装状態を示している。ただし、筐体および主基板７を取り除いたものである。トランス４の二次巻線側には整流回路部品として並列接続された複数のダイオード14、平滑回路部品としてチョークコイル15と平滑コンデンサ16が接続され、大電流が流れる出力回路には出力バー10，11が使用されている。

図３は、図２に示した実装部品から、さらに平滑回路部品と出力回路部品を取り除いてトランス４と整流回路５部品だけを示した斜視図である。図４は、その平面図である。本実施例の二次側整流回路には総計１２個のダイオード14が実装されている。具体的には左右対称位置に６個ずつ配置され、左右６個のダイオード14は各々別のプリント基板12，12に実装されているが、電気的には１２個のダイオード14のすべてが並列接続されている。そして、左右対称形に配設されたダイオード14は、図２に示すように出力バー10の当接部17にビス止めされ、ダイオード14において発生した熱を出力バー10に伝熱して強制空冷により放散するようにされている。

図５は、左右対称形に配置された二次側整流回路部品の一方を示すものであり、ダイオードが並列接続される表面に電源ラインが形成されたプリント基板12と、導電材料からなる薄板18と、導電材料からなるバスバー13とを組み合わせ固定する前の分解斜視図である。なお、プリント基板12に実装されるダイオードの図示は省略している。図６は、その平面図であり、図７は、その正面図である。

プリント基板12には、６個のダイオードを実装するための多数のスルーホール19，20が設けられている。具体的には１８個のスルーホールが設けられている。本実施例に使用されるダイオードは１素子当たり２本のアノード端子と１本のカソード端子を備えている。各ダイオード14のパッケージ21から伸びている３本の端子のうち、中央の１本がカソード端子22であり、両側の２本がアノード端子23である。したがって、図示していないがプリント基板12に設けられた１８個のスルーホールのうち、アノード端子23が挿入接合される１２個のスルーホール19は相互に銅箔で連続しており、カソード端子22が挿入接合される６個のスルーホール20も相互に銅箔で連続して形成されている。また、プリント基板12の両端近くには、プリント基板12と薄板18とバスバー13とを三層構造にして機械的に結合するためのビス孔24が２箇所に設けられている。

導電材料からなる薄板18には、その両側に複数の接合端子25が備えられている。したがって、薄板18の外観は恰もＤＩＰ型集積回路のような形態をしている。薄板18の本体部26から略直角に折り曲げられた接合端子25のピッチは、接合端子25が挿入されるプリント基板12に設けられたスルーホールのピッチと等しくされている。また、薄板18の本体部26の両端近くにはビス27を挿通するためのビス孔28が２箇所に設けられている。この２箇所のビス孔28のピッチはプリント基板12に設けられたビス孔24のピッチと一致している。なお、薄板18の厚さは結合するプリント基板12の大きさにも依存するが概ね０．５ｍｍ程度とされる。板厚が薄すぎると薄板18の剛性が低下してバスバー13との密着性が悪くなるし、一方、板厚が厚すぎると薄板18の熱容量が大きくなって、半田付け作業が困難になる。このような事情から薄板18の厚さは、概ね０．５ｍｍ程度とされる。

導電材料からなるバスバー13は、通常は上記した薄板18と同材料から製作される。ただし、バスバー13は大電流を流す部位に使用されるものであり、低インピーダンスとする必要があることから、バスバー13の板厚は薄板18に較べると厚くされる。このバスバー13は一方の表面を薄板18に密着させて薄板と同電位として使用するものであることから、板厚以外の寸法は略薄板18の形状と同一となるよう形成される。また、プリント基板12および薄板18に設けられたビス孔に対応する位置２箇所にビス孔29が設けられる。さらに、バスバー13の一端には他の部品や機器と接続するための入力端子または出力端子30が形成される。

次に、プリント基板12と薄板18とバスバー13との結合方法について説明する。プリント基板12とバスバー13との間に薄板18を挟んで結合することは、図５〜７に示すとおりであるが、結合順序としては、先ずプリント基板12に薄板18を半田接合する。薄板18の両側に設けられた接合端子25をプリント基板12のスルーホール19に挿入する。この作業では薄板18を恰も電子部品と同じ要領で取り扱うことができる。また、６個のダイオード14の端子を所定の姿勢でスルーホール19，20に挿入する。ここで、ダイオードのアノード端子23が挿入されるスルーホール19は薄板の接合端子25が挿入されるスルーホール19と同一であることから、プリント基板12に設けられた長円形のアノード用スルーホール19には、薄板の接合端子25とダイオードのアノード端子23が挿入される。

さらに、必要な部品があればプリント基板12に配設した後、半田付け作業により接合される。例えば、プリント基板12のダイオード14が実装される面と反対側の面に実装される電子部品31があれば、これらの電子部品31も一括して半田付けされる。この半田付け作業により、薄板18はダイオードのアノード端子23と電気的に接続されることになる。

バスバー13のプリント基板12への結合は、上記した薄板18をプリント基板12に半田付けにより接合した後、プリント基板12とバスバー13との間に薄板18を挟んでビス27とナットで機械的に結合される。このことにより薄板18の表面とバスバー13の裏面とは密着させられることから、薄板18とバスバー13とは低いインピーダンスをもって一体化される。また、バスバー13は肉厚な部材であることから、機械的にもある程度の強度を備えており、バスバー13によってプリント基板12全体を保持することができる。

また、バスバー13の一端には、他の部品や機器と接続するための入力端子または出力端子30が形成されているので、入力端子または出力端子30をトランス４の二次側巻線端子に接続することにより、トランス４の二次側巻線から直接バスバー13に電流を流すことができる。

上述した実施例によれば、プリント基板12上の銅箔部に導電性薄板18を挟んでバスバー13を接続することにより、プリント基板12とバスバー13の組合せ構造を容易とし、電源ラインのインピーダンスを低下させるとともにバスバー13の表面から効率的に放熱させることができる。また、プリント基板12と薄板18とバスバー13とをビス等により結合することで、各部材を確実に結合することができる。また、薄板18を他の電子部品と同様の要領でプリント基板12に半田付けすることができる。さらに、バスバー13の一端に設けた入力端子または出力端子30を利用してプリント基板12全体を、トランス４や他の電子部品に電気的に接続するとともに機械的にも固定することができる。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は種々の変形実施をすることができる。たとえば上記実施例においては、薄板18およびバスバー13をダイオードのアノード23側に接続したが、薄板18およびバスバー13をダイオードのカソード22側に接続してもよい。また、上記実施例では本発明を電源装置１のトランス二次側整流回路のダイオード実装プリント基板12に適用したが、他の部品を実装するプリント基板とバスバーとの組合せ構造についても適用できることは言うまでもない。

本発明に係る実施例を示す電源装置のブロック図である。 本発明に係る実施例としての電源装置の部品構成を示す斜視図である。 本発明に係る実施例としての電源装置の一部を示す斜視図である。 本発明に係る実施例としての電源装置の一部を示す平面図である。 本発明に係るプリント基板とバスバーの組合せ構造を示す分解斜視図である。 同上、平面図である。 同上、正面図である。

12 プリント基板
13 バスバー
14 ダイオード（回路部品）
18 薄板
19 スルーホール
25 接合端子
30 入力端子または出力端子

Claims (3)

1. 表面に電源ラインが形成され、回路部品を実装するスルーホールを設けたプリント基板と、導電材料からなる薄板と、導電材料からなるバスバーとからなり、
   前記プリント基板と前記バスバーとの間に前記薄板を挟んで結合すると共に、
   前記薄板に複数の接合端子を備え、
   前記薄板の接合端子を前記スルーホールに挿入し、半田付けにより前記プリント基板に接合したことを特徴とするプリント基板とバスバーの組合せ構造。
2. 前記プリント基板と前記バスバーとの結合が、前記プリント基板に前記薄板を接合した状態で、前記プリント基板と前記バスバーとの間に前記薄板を挟んで、機械的に結合されることを特徴とする請求項１記載のプリント基板とバスバーの組合せ構造。
3. 前記バスバーの一端に入力端子または出力端子を形成したことを特徴とする請求項１または２記載のプリント基板とバスバーの組合せ構造。

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