JP5116427B2

JP5116427B2 - 電気接続箱

Info

Publication number: JP5116427B2
Application number: JP2007265477A
Authority: JP
Inventors: 直幸池田
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2007-10-11
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2027-10-11
Also published as: US20090098748A1; DE102008050627B4; US7736157B2; DE102008050627A1; JP2009095188A

Description

本発明は、自動車等の車両上でバッテリーと種々の電気負荷とに電気的に接続される電力分配装置として用いられる例えばリレー・ボックス、ヒューズ・ボックス、電子制御ユニット・ボックス、等といった電気接続箱（即ち、エレクトリック・ジャンクション・ブロック）に係り、特に、電気負荷に応じて設けられたトランジスタをオンオフ制御することにより、電力を選択的に電気負荷に供給する場合に適用して好適な電気接続箱に関するものである。

一般に従来では、車両の各電気負荷への電力供給は、電磁リレー（即ち、メカリレー）とヒューズを介して行なっていた。電磁リレーやヒューズは、電気接続箱の筐体内に収容されており、実際の車両に搭載される電気接続箱では、電気負荷の数に応じた複数のリレーとヒューズが収容されている。図８は従来のメカリレー方式の電気接続箱３００の例を示す外観斜視図である。

この電気接続箱３００は、筐体３１０の側面部に各種のコネクタ３１１を配置し、上面や下面にリレー等の電気部品付きの回路基板３５０を取り付けたものである。

ところで、近年、電気接続箱の小型軽量化や高速スイッチング制御などを実現するために、電磁リレーに代えてパワーＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタが用いられるようになりつつあり、トランジスタを用いた電気接続箱も特許文献に掲載されるようになった（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の電気接続箱は、絶縁板の少なくとも表面に金属板からなるバスバーが配設されることによりバスバー回路を形成してなるバスバー基板が、絶縁ケースの内部に収納されて構成された電気接続箱であって、複数の外部端子を有するスイッチ素子を備え、このスイッチ素子が、前記バスバー基板のバスバー上に表面実装された状態で、その外部端子を介して前記バスバー回路に組み込まれ、更に、バスバー基板の表面の一部にプリント回路が一体に設けられ、このプリント回路に前記スイッチ素子の少なくとも一部の外部端子が接続されていることを特徴とするものである。この場合、前記スイッチ素子は、その実装面に外部端子を備えており、その外部端子が、バスバーに直接接続されている。また、前記スイッチ素子は、少なくとも一部の外部端子が、バスバー基板に対しワイヤにより接続されている。

特開２００１−２１１５２９号公報

ところで、トランジスタを電磁リレーの代わりに用いた場合、電気接続箱の薄型化や小型軽量化を図ることができるものの、特許文献１に記載の従来の電気接続箱では、特に薄型化に対する工夫がまだ十分になされているとは言えず、更なる薄型化の要望に応えるには限界があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、一層の薄型化と小型軽量化を図れる上に放熱効果を高めることができる電気接続箱を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電気接続箱は、下記（１）〜（３）を特徴としている。
（１）外周側部にコネクタハウジング部を一体に有する収容部材と、
コネクタ端子部を外端部に有し、ボンディングワイヤ接続部を内端部に有し、且つ前記ボンディングワイヤ接続部が前記収容部材の内側にて露出され且つ前記コネクタ端子部が前記コネクタハウジング内から露出されるように前記収容部材に部分的に埋設保持された複数の外部接続端子と、
導電性金属板により平板状に一体に形成され、電力入力端子部を一端部に有し、且つ前記電力入力端子部が前記コネクタハウジング部内に位置するように前記収容部材に支持された電力供給用のリードフレームと、
出力端子パッド部および制御端子パッド部が形成された上面と、入力端子パッド部が形成された下面と、を有し、当該下面の前記入力端子パッド部が前記リードフレームの上面に直接接合された状態で、前記リードフレーム上に搭載されたベアチップ状態のトランジスタと、
前記収容部材の前記内側に配設された回路基板と、
前記トランジスタの上面の前記出力端子パッド部と前記外部接続端子の前記ボンディングワイヤ接続部とをつなぐ第１ボンディングワイヤと、
前記トランジスタの上面の前記制御端子パッド部と前記回路基板上の制御信号用の回路パターンとをつなぐ第２ボンディングワイヤと、
を備え、
前記ボンディングワイヤ接続部の上面と、前記出力端子パッド部の上面と、前記制御端子パッド部の上面と、前記回路パターンの上面とが、略同じ高さに揃えて配置されている電気接続箱であって、
前記コネクタハウジング部内に位置する前記外部接続端子の前記コネクタ端子部が、上下方向に、少なくとも２段、配列されており、前記外部接続端子のうちいずれかの段の外部接続端子の中間部にＬ字形の屈曲部を設けることで、前記外部接続端子各々のボンディングワイヤ接続部の上面が略同じ高さに揃えられていること。
（２）上記（１）の構成の電気接続箱において、前記外部接続端子の前記ボンディングワイヤ接続部が、前記リードフレームと前記回路基板との間に浮島状に上向きに配置されていること。
（３）上記（１）または（２）の構成の電気接続箱において、
前記出力端子パッド部の電圧をモニタするために、当該出力端子パッド部と前記回路基板上の電圧モニタ用の回路パターンとを直接または間接につなぐ第３ボンディングワイヤを更に備えたこと。

上記（１）の構成の電気接続箱によれば、回路基板から電力供給用の回路パターンを排除し、電力供給を全て回路基板とは別に設けたリードフレームで行なうようにしているので、回路基板には信号用の回路パターンだけ作成すればよくなり、回路基板の小型軽量化が図れる。また、リードフレームの断面寸法は、回路基板上に形成する回路パターンと違って、あまり制限を受けずに自由に決めることができるので、通電による発熱に対しての放熱効果を高めることができる。また、ベアチップ状態のトランジスタで発生する熱は、回路基板に伝わることなく直接リードフレームを介して放熱することができるので、優れた放熱効果を得ることができる。また、メカリレーの代わりにトランジスタを使用している上、電気接続箱の外周側部に電力入力用や電気負荷接続用のコネクタを配置し、更に収容部材の内側の空間に回路基板を収容しているので、特に電気接続箱の薄型化を図ることができる。
特に、外部接続端子のボンディングワイヤ接続部と、トランジスタの上面の出力端子パッド部および制御端子パッド部と、回路基板の回路パターンの各上面を、略同じ高さに揃えて配置しているので、１回のボンディング工程で、外部接続端子とトランジスタと回路基板とを相互に接続することができる。また、高さを揃えたことにより、電気接続箱の薄型化に一層貢献することもできる。
さらに、コネクタハウジング部内に少なくとも２段、外部接続端子を配置する場合にも、各外部接続端子のボンディングワイヤ接続部の高さを揃えているので、コネクタの極数を増やしながら、コンパクト化とボンディング工程の簡略化を図ることができる。
上記（２）の構成の電気接続箱によれば、トランジスタと外部接続端子と回路基板とを相互につなぐボンディング作業がやり易くなる。また、リードフレームと回路基板との間の距離が開くことになるので、リードフレームからの熱が回路基板に伝わり難くなる上、リードフレームと回路基板との間に空間ができるので、リードフレームの放熱性を高めることができる。
上記（３）の構成の電気接続箱によれば、トランジスタの出力端子パッド部の電圧をモニタすることにより、過電流が生じたときにトランジスタをＯＦＦする制御を行なうことができ、ヒューズの機能を実現することができる。

本発明によれば、電気接続箱の薄型化と小型軽量化を図れると共に、放熱効果を高めることができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は実施形態の電気接続箱の分解斜視図、図２は外部接続端子とリードフレームを一体に有する収容部材の斜視図、図３はリードフレーム上にベアチップ状態のトランジスタを表面実装した状態を示す平面図、図４は図２の収容部材の内側に回路基板を配設した状態を示す斜視図、図５（ａ）はワイヤボンディングを施した状態を示す電気接続箱の完成平面図、図５（ｂ）および図５（ｃ）は端子を省略した側面図、図５（ｄ）はワイヤボンディングの状態がわかる方向から見た側面図、図５（ｅ）は第１のタイプの外部接続端子の側面図、図５（ｆ）は第２のタイプの外部接続端子の側面図、図６（ａ）はワイヤボンディングの状態がわかる方向から見た電気接続箱の拡大側面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の鎖線円ＶＩ（ｂ）内の拡大図、そして図７は図６（ｂ）の上から見た平面図である。尚、電気接続箱の内部構造を理解し易くするために、本実施形態の電気接続箱に用いる樹脂に透明なものを用いている。

図１に示すように、この電気接続箱は、外周側部にコネクタハウジング部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａを一体に有する絶縁性合成樹脂製の収容部材本体１０Ａを備える収容部材１０と、この収容部材１０の収容部材本体１０Ａに一体的に保持された複数の外部接続端子２０および平面視コ字形の電力供給用のリードフレーム３０と、リードフレーム３０の上面に表面実装されて配列された複数のベアチップ状態のトランジスタ４０と、収容部材１０の内側の空間に配設された回路基板５０と、トランジスタ４０と外部接続端子２０と回路基板５０とを相互につなぐボンディングワイヤ６０と、前記回路基板５０と他の電気接続箱の回路基板（例えば、図１に示される電気接続箱の上に積層される電気接続箱の回路基板）とを接続する基板コネクタ７０と、収容部材１０の上に装着されることで、リードフレーム３０やトランジスタ４０、ボンディングワイヤ６０、回路基板５０等の上面を覆う上部カバー８０と、を備える。

リードフレーム３０は、導電性金属板により一体に形成された平板状のもので、互いに平行な第１板部３１および第２板部３２と、これら第１板部３１と第２板部３２の各一端をつなぐ連結板部３３とを有している。そして、第１板部３１の連結板部３３側の端部に電力入力端子部３５が形成されている。

外部接続端子２０は、その外端部がコネクタ端子部とされ、そしてその内端部がボンディングワイヤ接続部とされたものであり、コネクタハウジング部１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ内の下側に各コネクタ端子部が配置される第１タイプの外部接続端子２１と、コネクタハウジング部１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ内の上側に各コネクタ端子部が配置される第２タイプの外部接続端子２２との２種類に分類されている。いずれの外部接続端子２１、２２も、図６（ｂ）に示すように、内端部に小面積の平板状のボンディングワイヤ接続部２１ａ、２１ｂを有している。

収容部材１０は、互いに平行な長辺部１１、１２と、それらの各対向両端をつなぐように延長する短辺部１３、１４と、これら長辺部１１、１２および短辺部１３、１４からなる四角い枠状部分の内側の収容空間の底を形成する底壁１０Ｂと、を有する収容部材本体１０Ａを備えるものである。長辺部１１、１２の外周側部には、水平方向に開口を向けたコネクタハウジング部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａが形成されている。符号１９で示すものは、取付ブラケットである。

収容部材１０は、リードフレーム３０と外部接続端子２０（２１、２２）を金型にセットし、その金型内に絶縁性合成樹脂を充填することで、リードフレーム３０および外部接続端子２０（２１、２２）が収容部材本体１０Ａにインサート成形されたものである。これにより、リードフレーム３０の上面と外部接続端子２０（２１、２２）のボンディングワイヤ接続部２１ａ、２２ａとが収容部材１０の内側の空間内に露出し、また、リードフレーム３０の電力入力端子部３５と外部接続端子２０（２１、２２）のコネクタ端子部とが、コネクタハウジング部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ内に突出している。コネクタハウジング部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ内に外部接続端子２０（２１、２２）のコネクタ端子部が配置されていることにより、それぞれコネクタ１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１２Ａが構成されている。このうち、コネクタ１１１Ａはバッテリーのプラス端子と電気的に導通するもの、その他のコネクタ１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１２Ａは電気負荷に電気的に接続されるものである。

複数のベアチップ状態のトランジスタ４０は、図７に示すように、下面に図示しない入力端子パッド部（Ｄ：ドレインパッド）、上面に出力端子パッド部（Ｓ：ソースパッド）４１および制御端子パッド部（Ｇ：ゲートパッド）４２を有するパワーＭＯＳＦＥＴからなるもので、リードフレーム３０の上面に自身の下面の入力端子パッド部を直接ハンダ接合した状態で、リードフレーム３０の第１、第２板部３１、３２上に各一列に搭載されている。この場合、低融点の銀ペーストを接合材として使用することにより、収容部材１０ごと炉の中に入れて、トランジスタ４０をリードフレーム３０上に表面実装することができる。

回路基板５０は、片面あるいは両面に電子部品５２が実装された矩形板状のプリント配線板であって、長辺側の側縁部の近傍に回路パターンのランド５１が配置されている。

そして、図６（ａ）、図６（ｂ）および図７に示すように、トランジスタ４０の上面の出力端子パッド部４１と外部接続端子２０（２１、２２）のボンディングワイヤ接続部２１ａ、２２ａとが第１ボンディングワイヤ６１で相互接続され、トランジスタ４０の上面の制御端子パッド部４２と回路基板５０上の制御信号用の回路パターンのランドとが第２ボンディングワイヤ６３で相互接続され、トランジスタ４０の出力端子パッド部４１の電圧をモニタするために、該出力端子パッド部４１につながれた外部接続端子２１のボンディングワイヤ接続部２１ａと回路基板５０上の電圧モニタ用の回路パターンのランドとが第３ボンディングワイヤ６２で相互接続されている。

また、本実施形態の場合、外部接続端子２０（２１、２２）の各ボンディングワイヤ接続部２１ａ、２２ａが、リードフレーム３０と回路基板５０との間に浮島状に上向きに配置されており、外部接続端子２０のボンディングワイヤ接続部２１ａ、２２ａと、トランジスタ４０の上面の出力端子パッド部４１および制御端子パッド部４２と、回路基板５０の回路パターンのランドの各上面が、略同じ高さに揃えて配置されている。

また、コネクタハウジング部１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ内に位置する外部接続端子２０（２１、２２）のコネクタ端子部が、上下方向に２段に配列されている関係から、図５（ｅ）、図５（ｆ）、図６（ａ）、および図６（ｂ）に示すように、上段の外部接続端子２２の中間部にＬ字形の屈曲部２２ｃを設けることで、各外部接続端子２１、２２のボンディングワイヤ接続部２１ａ、２２ａの上面が略同じ高さに揃えられている。

次に電気接続箱の製造工程について簡単に述べる。

この電気接続箱を製作する場合は、まず、リードフレーム３０と外部接続端子２０（２１、２２）を金型にインサートして、図２に示すような収容部材１０を射出成形する。次に、図３に示すように、リードフレーム３０の上面にトランジスタ４０を表面実装する。次いで、図４に示すように、収容部材１０の内側の空間に回路基板５０を配置し、ボンディング工程に進む。ボンディング工程では、図５（ａ）〜図７に示すように、第１〜第３のボンディングワイヤ６１、６３、６２を用いて、トランジスタ４０と外部接続端子２０と回路基板５０とを相互接続する。それから上部カバー８０を被せることにより、本実施形態の電気接続箱が完成する。

次に本実施形態の電気接続箱の作用効果について述べる。

この電気接続箱によれば、回路基板５０から電力供給用の回路パターンを排除し、電力供給を全て回路基板５０とは別に設けたリードフレーム３０で行なうようにしているので、回路基板５０には信号用の回路パターンだけ作成すればよくなり、回路基板５０の小型軽量化が図れる。また、リードフレーム３０の断面寸法は、回路基板５０上に形成する回路パターンと違って、あまり制限を受けずに自由に決めることができるので、通電による発熱に対しての放熱効果を高めることができる。

また、ベアチップ状態のトランジスタ４０で発生する熱は、回路基板５０に伝わることなく直接リードフレーム３０を介して放熱することができるので、優れた放熱効果を得ることができる。また、メカリレーの代わりにトランジスタ４０を使用している上、電気接続箱の外周側部に電力入力用や電気負荷接続用のコネクタ１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ、１１２Ａを配置し、更に収容部材１０の内側の空間に回路基板５０を収容しているので、特に電気接続箱の薄型化を図ることができる。また、収容部材１０を、外部接続端子２０ばかりでなくリードフレーム３０とも一緒にインサート成形しているので、リードフレーム３０を後から組み付ける必要がなく、組立性の向上が図れる。

また、外部接続端子２０（２１、２２）のボンディングワイヤ接続部２１ａ、２２ａが、リードフレーム３０と回路基板５０との間に浮島状に上向きに配置されているので、トランジスタ４０と外部接続端子２０と回路基板５０とを相互につなぐボンディング作業がやり易くなる。また、リードフレーム３０と回路基板５０との間の距離が開くことになるので、リードフレーム３０からの熱が回路基板５０に伝わり難くなる上、リードフレーム３０と回路基板５０との間に空間ができるので、リードフレーム３０の放熱性を高めることができる。

また、トランジスタ４０の出力端子パッド部４１の電圧をモニタするために、第３ボンディングワイヤ６２で外部接続端子２１のボンディングワイヤ接続部２１ａと回路基板５０をつないでいるので、過電流が生じたときにトランジスタ４０をＯＦＦする制御を行なうことができ、ヒューズの機能を実現することができる。

また、本実施形態の電気接続箱によれば、外部接続端子２０（２１、２２）のボンディングワイヤ接続部２１ａ、２２ａと、トランジスタ４０の上面の出力端子パッド部４１および制御端子パッド部４２と、回路基板５０の回路パターンの各上面を、略同じ高さに揃えて配置しているので、１回のボンディング工程で、外部接続端子２０とトランジスタ４０と回路基板５０とを相互に接続することができる。また、高さを揃えたことにより、電気接続箱の薄型化に貢献することもできる。

また、コネクタハウジング部１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ内に２段以上に外部接続端子２０（２１、２２）のコネクタ端子部を配置する場合にも、各外部接続端子２０のボンディングワイヤ接続部２１ａ、２２ａの高さを揃えているので、コネクタ１１１Ａ、１１１Ｂ、１２１Ａの極数を増やしながら、電気接続箱のコンパクト化とボンディング工程の簡略化を図ることができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

トランジスタ４０は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、バイポーラトランジスタでもよい。

本発明の実施形態の電気接続箱の分解斜視図である。同電気接続箱における外部接続端子とリードフレームを一体に有する収容部材の斜視図である。前記リードフレーム上にベアチップ状態のトランジスタを表面実装した状態を示す平面図である。図２の収容部材の内側に回路基板を配設した状態を示す斜視図である。（ａ）はワイヤボンディングを施した状態を示す電気接続箱の完成平面図、（ｂ）、（ｃ）は端子を省略した側面図、（ｄ）はワイヤボンディングの状態がわかる方向から見た側面図、（ｅ）は第１のタイプの外部接続端子の側面図、そして（ｆ）は第２のタイプの外部接続端子の側面図である。（ａ）はワイヤボンディングの状態がわかる方向から見た電気接続箱の拡大側面図、そして（ｂ）は（ａ）の鎖線円ＶＩ（ｂ）内の拡大図である。図６（ｂ）の上から見た平面図である。従来の電気接続箱の例を示す外観斜視図である。

符号の説明

３０：リードフレーム
３５：電力入力端子部
２０，２１，２２：外部接続端子
２１ａ、２２ａ：ボンディングワイヤ接続部
１０：収容部材
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１２Ａ：コネクタハウジング部
４０：トランジスタ
４１：出力端子パッド部
４２：制御端子パッド部
５０：回路基板
６１：第１ボンディングワイヤ
６２：第３ボンディングワイヤ
６３：第２ボンディングワイヤ

Claims

外周側部にコネクタハウジング部を一体に有する収容部材と、
コネクタ端子部を外端部に有し、ボンディングワイヤ接続部を内端部に有し、且つ前記ボンディングワイヤ接続部が前記収容部材の内側にて露出され且つ前記コネクタ端子部が前記コネクタハウジング内から露出されるように前記収容部材に部分的に埋設保持された複数の外部接続端子と、
導電性金属板により平板状に一体に形成され、電力入力端子部を一端部に有し、且つ前記電力入力端子部が前記コネクタハウジング部内に位置するように前記収容部材に支持された電力供給用のリードフレームと、
出力端子パッド部および制御端子パッド部が形成された上面と、入力端子パッド部が形成された下面と、を有し、当該下面の前記入力端子パッド部が前記リードフレームの上面に直接接合された状態で、前記リードフレーム上に搭載されたベアチップ状態のトランジスタと、
前記収容部材の前記内側に配設された回路基板と、
前記トランジスタの上面の前記出力端子パッド部と前記外部接続端子の前記ボンディングワイヤ接続部とをつなぐ第１ボンディングワイヤと、
前記トランジスタの上面の前記制御端子パッド部と前記回路基板上の制御信号用の回路パターンとをつなぐ第２ボンディングワイヤと、
を備え、
前記ボンディングワイヤ接続部の上面と、前記出力端子パッド部の上面と、前記制御端子パッド部の上面と、前記回路パターンの上面とが、略同じ高さに揃えて配置されている電気接続箱であって、
前記コネクタハウジング部内に位置する前記外部接続端子の前記コネクタ端子部が、上下方向に、少なくとも２段、配列されており、前記外部接続端子のうちいずれかの段の外部接続端子の中間部にＬ字形の屈曲部を設けることで、前記外部接続端子各々のボンディングワイヤ接続部の上面が略同じ高さに揃えられていることを特徴とする電気接続箱。
前記外部接続端子の前記ボンディングワイヤ接続部が、前記リードフレームと前記回路基板との間に浮島状に上向きに配置されていることを特徴とする請求項１に記載した電気接続箱。
前記出力端子パッド部の電圧をモニタするために、当該出力端子パッド部と前記回路基板上の電圧モニタ用の回路パターンとを直接または間接につなぐ第３ボンディングワイヤを更に備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載した電気接続箱。