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公開番号2021103905
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210715
出願番号2019233276
出願日20191224
発明の名称回路装置及び回路装置の製造方法
出願人アイシン・エィ・ダブリュ株式会社,株式会社アイシン
代理人特許業務法人R&C
主分類H02M 7/48 20070101AFI20210618BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】2つの回路ユニットを、フレキシブル基板を介して接続する場合に、フレキシブル基板に作用する機械的負荷を軽減する。
【解決手段】回路装置9は、第1回路10と第1回路10を覆うモールド樹脂Rにより構成されたモールド部11とを備えた第1回路ユニット1と、第2回路20が形成された第2回路ユニット2と第1回路ユニット1とを接続する配線Wが少なくとも形成されて、一部がモールド部11の中に埋設されたフレキシブル基板3と、少なくともフレキシブル基板3の基板面に直交する基板直交方向の両側からフレキシブル基板3を挟むように配置されると共に、一部がモールド部11に埋設された弾性部材5とを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
第1回路と当該第1回路を覆うモールド樹脂により構成されたモールド部とを備えた第1回路ユニットと、
第2回路が形成された第2回路ユニットと前記第1回路ユニットとを接続する配線が少なくとも形成されて、一部が前記モールド部の中に埋設されたフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板の基板面に直交する方向を基板直交方向とし、前記フレキシブル基板の延在方向を基板延在方向とし、前記基板延在方向に沿って前記モールド部の内側から外側に亘る前記フレキシブル基板の範囲を規定範囲として、
前記規定範囲に亘って少なくとも前記基板直交方向の両側から前記フレキシブル基板を挟むように配置されると共に、一部が前記モールド部に埋設された弾性部材と、を備える回路装置。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記基板延在方向に直交すると共に前記基板面に沿う方向を基板幅方向として、
前記弾性部材は、前記規定範囲に亘って、前記基板幅方向の両側からも前記フレキシブル基板を覆うように配置されている、請求項1に記載の回路装置。
【請求項3】
前記第1回路ユニットと前記第2回路ユニットとが並ぶ方向を並び方向として、前記フレキシブル基板は、前記並び方向に交差する方向に沿って前記モールド部から突出するように配置されている、請求項1又は2に記載の回路装置。
【請求項4】
前記フレキシブル基板が前記モールド部から突出する方向を突出方向として、前記フレキシブル基板は、前記弾性部材の内部で前記突出方向から前記並び方向に沿う方向へ前記基板延在方向が変化している、請求項3に記載の回路装置。
【請求項5】
前記基板直交方向における撓み易さは、撓み易い側から前記フレキシブル基板、前記弾性部材、前記モールド部の順である、請求項1から4の何れか一項に記載の回路装置。
【請求項6】
前記前記第1回路は、インバータ回路を構成するスイッチング素子モジュールを含み、
前記第2回路ユニットは、前記インバータ回路を制御する前記第2回路としての制御回路を備えたインバータ制御基板である、請求項1から5の何れか一項に記載の回路装置。
【請求項7】
金型に前記モールド樹脂を注入して請求項1から6の何れか一項に記載の回路装置を製造する回路装置の製造方法であって、
前記金型は、第1枠部を備えた第1金型と第2枠部を備えた第2金型とに分割され、
前記第1回路が構成された回路モジュールに前記フレキシブル基板の第1端部を接続する第1工程と、
前記フレキシブル基板の前記第1端部と前記回路モジュールとを前記第1枠部に囲まれた領域に収納すると共に、前記第1枠部と前記弾性部材が取り付けられた前記規定範囲とが交差する状態として前記フレキシブル基板の第2端部を前記第1金型の外に配置する第2工程と、
前記第1枠部の当接面と前記第2枠部の当接面とを当接させると共に、前記弾性部材が取り付けられた前記規定範囲が、前記第1枠部及び前記第2枠部の少なくとも一方に形成された切欠き部に配置された状態とする第3工程と、
前記弾性部材が前記第1枠部と前記第2枠部とに押圧された状態で、前記金型の内部に溶融した前記モールド樹脂を注入する第4工程と、を備える回路装置の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、第1回路ユニットと第2回路ユニットと、これらの回路ユニットを接続するフレキシブル基板とを備えた回路装置及びその製造方法に関する。
続きを表示(約 8,500 文字)【背景技術】
【0002】
国際公開第2019/065184号には、インバータモジュール(10)と、インバータモジュール(10)を駆動制御する制御基板(40)とを備えたインバータユニット(1)が開示されている(背景技術において括弧内の符号は参照する文献のもの。)。インバータモジュール(10)には、制御基板(40)の基板面に直交する方向に向けて突出する制御端子(13)が設けられている。当該制御端子(13)は、多くの場合、制御基板(40)に設けられた端子接続孔を貫通して半田付け等によって制御基板(40)に接続される。制御端子(13)と制御基板(40)とをこのように接続する場合、インバータモジュール(10)の制御端子(13)と、制御基板(40)における制御端子(13)の接続部とは精度良く位置合わせされる必要がある。つまり、インバータモジュール(10)と制御基板(40)との位置関係の自由度が少ない。自由度を高めるため、インバータモジュール(10)における制御端子部と、制御基板(40)における制御端子部との接続部とがハーネスやフレキシブル基板等によって接続されることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
国際公開第2019/065184号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記のように、インバータモジュールなどの第1の回路ユニットと、制御基板などの第2の回路ユニットとをフレキシブル基板によって接続した構成では、インバータユニットなどの回路装置に振動等が加わる環境で使用される場合に、回路とフレキシブル基板との接続箇所に外力が付与されてフレキシブル基板の機械的負荷が増大して、電気的接続の信頼性が低下する可能性がある。
【0005】
上記背景に鑑みて、2つの回路ユニットを、フレキシブル基板を介して接続する場合に、フレキシブル基板に作用する機械的負荷を軽減できる構造が求められる。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記に鑑みた回路装置の特徴構成は、第1回路と当該第1回路を覆うモールド樹脂により構成されたモールド部とを備えた第1回路ユニットと、第2回路が形成された第2回路ユニットと前記第1回路ユニットとを接続する配線が少なくとも形成されて、一部が前記モールド部の中に埋設されたフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の基板面に直交する方向を基板直交方向とし、前記フレキシブル基板の延在方向を基板延在方向とし、前記基板延在方向に沿って前記モールド部の内側から外側に亘る前記フレキシブル基板の範囲を規定範囲として、前記規定範囲に亘って少なくとも前記基板直交方向の両側から前記フレキシブル基板を挟むように配置されると共に、一部が前記モールド部に埋設された弾性部材と、を備える点にある。
【0007】
モールド部の内側から外側に延伸するフレキシブル基板に振動等の外力が加わった場合、フレキシブル基板の内、モールド部に埋設された部分が強く固定される一方で、モールド部の外部に位置する部分は外力によって動き易い。このため、フレキシブル基板では、モールド部の境界部分に大きな機械的負荷が作用する可能性がある。本構成によれば、この境界部分に対応する規定範囲に亘ってフレキシブル基板を挟むように弾性部材が配置されている。従って、弾性部材によってモールド部の側でフレキシブル基板を固定する力が緩和される。これにより、フレキシブル基板におけるモールド部の外部に位置する部分が外力によって動いた場合でも、モールド部の境界部分においてフレキシブル基板に作用する機械的負荷が軽減される。即ち、本構成によれば、2つの回路ユニットを、フレキシブル基板を介して接続する場合に、フレキシブル基板に作用する機械的負荷を軽減することができる。
【0008】
回路装置のさらなる特徴と利点は、図面を参照して説明する実施形態についての以下の記載から明確となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
インバータ装置を含む回転電機駆動装置の模式的な斜視図
回転電機駆動装置の模式的なブロック図
第1金型と第2金型と第1回路ユニットとフレキシブル基板との関係の一例を示す斜視図
フレキシブル基板が取り付けられた第1回路ユニットが収納された金型の一例を示す斜視図
第1金型と第2金型と回路装置との関係の一例を示す斜視図
フレキシブル基板と弾性部材との関係の一例を示す断面図
フレキシブル基板が取り付けられた第1回路ユニットが金型に収納された状態での切欠き部における基板幅方向視での一例を示す断面図
フレキシブル基板が取り付けられた第1回路ユニットが金型に収納された状態での切欠き部における基板延在方向視での一例を示す断面図
フレキシブル基板が取り付けられた第1回路ユニットが金型に収納された状態での切欠き部における基板延在方向視での他の例を示す断面図
フレキシブル基板が取り付けられた第1回路ユニットが金型に収納された状態での切欠き部における基板延在方向視での他の例を示す断面図
第1回路ユニットが金型に収納された状態での切欠き部における基板幅方向視での断面により、フレキシブル基板と弾性部材との関係の他の例を示す断面図
フレキシブル基板に弾性部材を取り付ける他の例を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、回路装置の実施形態を、例えば電気自動車やハイブリッド車などの車両の駆動力源となる交流の回転電機を駆動制御する回転電機駆動装置に用いられるインバータ装置9を例として図面に基づいて説明する。図1は、インバータ装置9(回路装置)を含む回転電機駆動装置100の模式的な斜視図であり、図2は、インバータ装置9の中核となるインバータ回路10を含む回転電機駆動装置100の模式的なブロック図である。
【0011】
図2に示すように、回転電機80は、複数相(一例として、U相,V相,W相からなる3相)の交流で駆動される交流回転電機である。インバータ回路10は、定格電圧が48〜400ボルト程度の直流電源81及び回転電機80に接続されて、直流と複数相(ここでは3相)の交流との間で電力を変換する。直流電源81とインバータ回路10との間には、インバータ回路10の直流側の電圧(直流リンク電圧)を平滑する直流リンクコンデンサ82(平滑コンデンサ)が備えられている。
【0012】
インバータ回路10は、複数のスイッチング素子4を備えて構成されている。スイッチング素子4は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)や、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、SiC−MOSFET(Silicon Carbide - Metal Oxide Semiconductor FET)、SiC−SIT(SiC - Static Induction Transistor)、GaN−MOSFET(Gallium Nitride - MOSFET)等である。図2に示すように、本実施形態では、スイッチング素子4としてIGBTを例示している。また、各スイッチング素子4には、フリーホイールダイオード45が並列に接続されている。
【0013】
本実施形態では、スイッチング素子4及びフリーホイールダイオード45が1つの半導体チップに集積されて1つの半導体モジュールとして構成されている。複数の半導体モジュールにより構成されるインバータ回路10は、スイッチング素子モジュール4Mとして構成されている。図示は省略するが、例えばフリーホイールダイオード45の他、スイッチング素子4を流れる電流を検出するためのセンス端子、スイッチング素子4の温度を検出するための温度検出ダイオードなども一体化されて半導体モジュールが形成されていてもよい。
【0014】
1つの半導体モジュールには、スイッチング素子4のゲート端子(制御端子)に接続される端子と、エミッタ端子(ソース端子)に接続される端子との少なくとも2つの端子が備えられている。センス端子や温度検出ダイオードなどを備えている場合には、1つの半導体モジュールに4〜6本程度の端子が備えられている。これらの端子を総称して接続端子と称する。図3等を参照して後述するように、接続端子には、フレキシブル基板3の第1端部31が接続されている。
【0015】
図2に示すように、インバータ回路10は、直流の正極に接続される上段側スイッチング素子41と直流の負極に接続される下段側スイッチング素子42とが直列に接続されたアーム4Aを備えている。本実施形態ではインバータ回路10は、直流と3相の交流との間で電力を変換するので、3相に対応して3本のアーム4Aを備えている。3相の各相(U相,V相,W相)において、上段側スイッチング素子41と下段側スイッチング素子42とが直列に接続されて1つのアーム4Aが構成されるとともに、各アームの中間点が、回転電機80の各相のステータコイルに接続されている。
【0016】
図2に示すように、インバータ回路10は、制御回路20(CTRL)により制御される。制御回路20は、より上位の不図示の制御装置(例えば車両制御装置)から提供される回転電機80の目標トルクに基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行う。回転電機80の各相のステータコイルを流れる実電流は、交流の電流センサ83により検出され、回転電機80のロータの各時点での磁極位置は、レゾルバなどの回転センサ84により検出される。制御回路20は、電流センサ83及び回転センサ84の検出結果を用いて電流フィードバック制御を実行し、各スイッチング素子4を個別にスイッチング制御する制御信号を生成する。制御信号は、定格電圧が3.3〜5ボルト程度のマイクロコンピュータなどのプロセッサを中核とした論理演算回路によって生成される。
【0017】
一方、定格電圧が48〜400ボルトの直流電源81に接続されるインバータ回路10を構成するスイッチング素子4をスイッチングするためには、波高値が15〜20ボルト程度の制御信号を与える必要がある。このため、論理演算回路によって生成された制御信号は、電圧や電流を増幅して駆動能力を高めるドライブ回路(本実施形態では制御回路20に含む)を経由し、スイッチング制御信号として各スイッチング素子4に提供される。スイッチング制御信号は、スイッチング素子4のゲート端子とエミッタ端子との間に印可される。制御回路20からスイッチング素子4を含むスイッチング素子モジュール4Mへは、フレキシブル基板3を介してスイッチング制御信号が伝達される。
【0018】
本明細書では、インバータ回路10を構成するスイッチング素子モジュール4Mを含む回路を第1回路と称し、インバータ回路10を制御する制御回路20を第2回路と称する。本実施形態では、インバータ回路10は第1回路とほぼ等価であり、制御回路20は第2回路とほぼ等価である。図1に示すように、回転電機駆動装置100は、第1回路(インバータ回路10)及びフレキシブル基板3を含むインバータ装置9と、制御回路20を備えたインバータ制御基板21とを備えている。
【0019】
インバータ装置9は、第1回路ユニット1と、フレキシブル基板3と、弾性部材5とを備えている。第1回路ユニット1は、インバータ回路10(第1回路)と、インバータ回路10を覆うモールド樹脂R(図7等も参照)により構成されたモールド部11とを備えている。フレキシブル基板3には、制御回路20(第2回路)が形成されたインバータ制御基板21を備えた第2回路ユニット2と第1回路ユニット1とを接続する配線Wが少なくとも形成されており、フレキシブル基板3の一部はモールド部11の中に埋設されている。弾性部材5は、図3、図7等を参照して後述するように、フレキシブル基板3の基板面33に直交する基板直交方向Zの両側からフレキシブル基板3を挟むように配置され、弾性部材5の一部はモールド部11に埋設されている。
【0020】
図3から図5を参照して後述するように、インバータ装置9は、第1回路ユニット1とフレキシブル基板3と弾性部材5とがセットされた金型60にモールド樹脂Rが注入されて製造される。金型60は、図3に示すように、第1枠部63を備えた第1金型61と、第2枠部64を備えた第2金型62とに分割されている。インバータ装置9の製造に際しては、まず、インバータ回路10が構成されたスイッチング素子モジュール4M(回路モジュール)にフレキシブル基板3の第1端部31が接続される(第1工程)。フレキシブル基板3には、第1工程に先立って、弾性部材5が取り付けられている。フレキシブル基板3は、弾性部材5が取り付けられた状態、即ちフレキシブル基板アッセンブリとして準備されていてもよいし、第1工程に先立ってフレキシブル基板3に弾性部材5を取り付ける工程が設けられていてもよい。弾性部材5は、例えば、鋳込み等によって、フレキシブル基板3に取り付けられている。
【0021】
ここで、図3に示すように、フレキシブル基板3の基板面33に直交する方向を基板直交方向Zとし、フレキシブル基板3の延在方向を基板延在方向Yとし、基板延在方向Yに直交すると共に基板面33に沿う方向を基板幅方向Xとする。弾性部材5は、上述したように、フレキシブル基板3の基板面33に直交する基板直交方向Zの両側からフレキシブル基板3を挟むように、フレキシブル基板3に配置されている。また、フレキシブル基板3には、基板延在方向Yに沿って規定範囲Aが設定されている。このフレキシブル基板3における規定範囲Aは、モールド部11が形成された状態のインバータ装置9において、モールド部11の内側から外側に亘る範囲に設定されている。弾性部材5は、規定範囲Aに亘って少なくとも基板直交方向Zの両側からフレキシブル基板3を挟むように配置されている。尚、本実施形態では、図6に示すように、弾性部材5は、規定範囲Aに亘って、基板幅方向Xの両側からもフレキシブル基板3を覆うように配置されている。
【0022】
第1工程に続く第2工程では、第1工程においてフレキシブル基板3が取り付けられたスイッチング素子モジュール4Mが第1枠部63に囲まれた第1領域E1に収納される。具体的には、フレキシブル基板3の第1端部31とスイッチング素子モジュール4Mとが第1領域E1に収納される。この時、第1枠部63と弾性部材5が取り付けられた規定範囲Aとが交差する状態としてフレキシブル基板3の第2端部32が第1金型61の外に配置される。
【0023】
第2工程に続く第3工程では、図4に示すように、第1枠部63の当接面である第1当接面63aと第2枠部64の当接面である第2当接面64aとを当接させると共に、弾性部材5が取り付けられた規定範囲Aが、第1枠部63及び第2枠部64の少なくとも一方に形成された切欠き部65に配置された状態とされる。本実施形態では、第1金型61の第1枠部63にのみ切欠き部65が形成されている形態を例示している(図3等参照)。この場合には、第2工程において、弾性部材5が取り付けられた規定範囲Aが、切欠き部65に配置された状態としておいてもよい。しかし、切欠き部65は、第2枠部64に全て、又は一部が形成されてもよい。切欠き部65が、第1枠部63及び第2枠部64に形成される場合には、第2工程及び第3工程において、規定範囲Aが切欠き部65に配置された状態とされると好適である。また、切欠き部65が、第2枠部64にのみ形成される場合には、第3工程において、規定範囲Aが切欠き部65に配置された状態とされると好適である。何れにしても、第3工程では、弾性部材5が取り付けられた規定範囲Aが切欠き部65に配置された状態で、第1当接面63aと第2当接面64aとを当接させる。
【0024】
第3工程に続く第4工程では、弾性部材5が第1枠部63と第2枠部64とに押圧された状態で、金型60の内部Eに溶融したモールド樹脂Rが注入される。モールド樹脂Rは例えばエポキシ樹脂である。図7及び図8に示すように、第1枠部63と第2枠部64との間で弾性部材5が押圧されることにより、第1枠部63と弾性部材5とが密着し、第2枠部64と弾性部材5とが密着する。また、第1当接面63aと第2当接面64aとも密着するので、金型60の内部Eに、第1枠部63と第2枠部64との境界を越える高さまでモールド樹脂Rが注入されても、モールド樹脂Rは金型60の外部に漏れ出さない。
【0025】
さらに、図9に示すように、第1枠部63に形成された切欠き部65に配置された弾性部材5の第2金型62の側の端面5aが、第1当接面63aよりも第2金型62の側に全体的に突出しているとよい。弾性部材5が第1枠部63と第2枠部64とに押圧された際に、弾性部材5の内、第1当接面63aよりも突出した部分が縮むことで、切欠き部65における弾性部材5との当接部である弾性部材当接部65aに対して、より強く弾性部材5を密着させることができる。
【0026】
また、図10に示すように、弾性部材5の第2金型62の側の端面5aに突出部53を設けられていてもよい。弾性部材5が第1枠部63と第2枠部64とに押圧された際に、突出部53が潰れることで弾性部材5は基板幅方向Xへも縮む。これにより、さらに強く弾性部材5を切欠き部65の弾性部材当接部65aに密着させることができる。
【0027】
第4工程の後、モールド樹脂Rが冷えて固まると、図5に示すように、第1金型61及び第2金型62からモールド部11が形成されたインバータ装置9が取り外される。即ち、モールド部11を備えた第1回路ユニット1と、一部がモールド部11に埋設されたフレキシブル基板3と、少なくとも基板直交方向Zの両側からフレキシブル基板3を挟むように配置されると共に一部がモールド部11に埋設された弾性部材5とを備えたインバータ装置9(回路装置)が形成される。
【0028】
モールド部11の内側から外側に延伸するフレキシブル基板3に振動等の外力が加わった場合、フレキシブル基板3の内、モールド部11に埋設された部分が強く固定される一方で、モールド部11の外部に位置する部分は外力によって動き易い。このため、フレキシブル基板3には、モールド部11の境界部分において強い外力が作用して、機械的な負荷が増大する可能性がある。この境界部分に対応する規定範囲Aに亘って弾性部材5が配置されていることにより、モールド部11の側でフレキシブル基板3を固定する力が緩和される。これにより、フレキシブル基板3においてモールド部11の外部に位置する部分が外力によって動いた場合でも、モールド部11の境界部分においてフレキシブル基板3に作用する機械的負荷が軽減される。
【0029】
本実施形態のように、回路装置としてのインバータ装置9が搭載される電気自動車やハイブリッド車などの車両は、振動が発生し易い。そして、その振動がフレキシブル基板3に機械的負荷を与える可能性も高いが、本実施形態によれば、フレキシブル基板3に付加される機械的負荷を適切に低減させることができる。
【0030】
ここで、基板直交方向Zにおける撓み易さは、撓み易い側からフレキシブル基板3、弾性部材5、モールド部11の順である。最も撓みやすいフレキシブル基板3と、最も撓みにくいモールド部11との間に、モールド部11よりも撓み易い弾性部材5が介在することで、モールド部11の内側と外側との境界部分においてフレキシブル基板3に掛かる機械的負荷を弾性部材5によって吸収することができる。
(【0031】以降は省略されています)

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