JP2007522631A - バスバーのための半田付けネスト - Google Patents

Abstract

半田付けネストは、バスバーの中に半田付けされるべきリード線端子（４０）の導入のための開口部を有するバスバーに設けられ、リード線端子の導入はバスバー（１０）の第１の表面からもたらされることができ、半田付けはバスバー（１０）の反対側の第２の表面からもたらされることができる。開口部は、バスバー（１０）の表面に垂直又はおよそ垂直である円錐型の穴（２０）によって形成され、その円錐角は少なくとも３０°です。円錐型の穴（２０）の頂点はバスバー（１０）の第１の表面の方に向けられて、そして円錐型の穴（２０）はリード線端子（４０）の直径より少し大きい直径の円形の開口部（２１）で終わる。

Description

本発明は、バスバーのための半田付けネスト（soldering nest）に関するものであり、主として半導体を含む電力−電流装置及び電力−電流制御システムにおいて使用できるものである。

少なくとも１０Ａの電流を流すために銅又は真鍮のバスバーを使用する電力−電流システムにおいて、半導体装置及び接続線の端部は、半田付けすることによってバスバーに接続される。不良統計値及び製造廃棄物の調査に基づいて、ほとんどの問題は半田付けする位置で起こることが明らかになっている。問題は２つの主なグループに分けられるであろう（半田付けをしている間又はその結果として起きている半導体要素の問題のグループ、及び不完全な接触のため半田付けした位置で起こり、長期の使用の後にはじめて顕著となる問題のグループ）。

半田付けの準備の際、半田付けされるべき円柱型の要素（線端部又は半導体の電極リード線端子）のため、平たいバスバーにおいて要素の線の直径より大きい直径の円柱型の穴が設けられる。時々、穴は亜鉛めっきによって処理される。その後、線端部は半田付けする前に穴の中に置かれる。熱は通常溶融スズ半田を介して、要素が導入された位置の反対側にあるバスバーのその側面に置かれた半田ごてか他の適当な半田付け道具によって伝えられる。

バスバーは熱良導体であり、長期間の伝熱は、適切に半田付け材料を溶かすため、穴又はギャップを通して所要の温度を得るのに必要であるので、問題に直面する。短期間で伝熱が起こる場合、適切に大きい表面に沿った接合は得られず、いくつかの電気接続が存在している間、過渡的な抵抗は大きくなるであろう。より小さい接続領域から生じるより大きい過渡的な抵抗が、さらにまた接触を妨害する、遅かれ早かれ問題を顕著にする局部的な温度上昇の原因になるので、この状況は長期の使用の間にあらわれる問題をもたらす。半田ごてが適温を得るために必要とするより長期間、所定の位置で保持されるなら、半導体のリード線端子はより大きな熱の影響を長期間受け、そして、熱良導体のゆえに、半導体は長期高温のために悪影響を与えられるであろう。最適の状況は、非常に流動的であり、多くの制御するのが難しい要素に依存する。

バスバーと半田付けされるべき円柱型の要素との間で、実質的により信頼性がありそして容易により入手可能な結合となり、半導体に影響する熱がより適度である半田付けネストを提供することが、本発明の目的である。

上記目的を達成するためには、バスバーに設けられるべき穴は円柱よりむしろ円錐であるべきであり、そしてさらに、円柱型の要素が導入されるべき側の反対側にあるバスバーのその側面に、穴の広い側面があるべきであるということが分かった。円錐角は少なくとも３０°であり、便宜上５０°〜９０°であり、その即時導入を可能にするため、円錐の頂点に、緩く円柱型の要素の直径に適合させられる開口部を設ける。

好都合な実施例によれば、開口部は広がる円錐形に変化する短い円柱の一部分である。

図面に関連した例として、本発明の解決方法についてさらに詳しく議論するであろう。

図１は従来の解決方法を示す。バスバー１は、例えば銅、銅合金又は銀などの電気及び熱の伝導率が高い材料から成り、円柱型の半田付け穴２を含む。半導体装置（図示せず）のリード線端子４は、半田付け穴２の中に緩くはめ込まれるであろう。半導体のリード線端子は円柱型であり、うまく半田付けできる材料から成る。リード線端子４の代わりに、同じ直径だが半導体に属さない線端部をバスバー１に接続してもよい。より良い実証の目的のために、図１の寸法は誇張されており、実際には半田付け穴２とリード線端子４との距離はより小さい。

ある特定の場合においては、バスバー１の面を越えて突き出ているリード線端子４の端部は切り取られる。半田付けを行うために、熱い半田ごて（図示せず）を半導体装置と反対側のバスバーの表面に接触させ、そして、溶融し、広い領域にわたって伝熱機能を高めるスズ半田をバスバーの面と半田ごての間に置く。バスバー１は比較的厚く、熱良導体であるので、半田ごての熱は速やかに広い表面に広がる。しかしながら、バスバー１、特に半導体装置の方に向けられた穴２の側は、表面を横切って、比較的ゆっくり熱くなる。半導体装置はリード線端子４を冷却し、さらに溶融スズはリード線端子４と穴２の間で狭いギャップを通って適切な熱量を伝えることができないという事実により、温度上昇速度は妨害される。半田付け作業を行う技術者は、バスバー１の外側表面を観察し続けて、スズの溶融と流れを見た上で、リード線端子４が十分にバスバー１に接合していれば、その結果、半田ごてを取り外して、冷却剤でバスバーを冷やすと判断を下す。当該半田付けは、もっぱら穴２の一番小さい部分において、バスバー１と半田付け材料との間及び後者とリード線端子４との間の接合をもたらすであろう。このように短い接合は十分な電気的接続を保証することはできないし、さらに接合の機械的強度もまた不十分である。電気的負荷は、さらにまた接合の劣化をもたらす局部的な温度上昇の原因になるであろうし、均一でさらに大きい温度上昇の原因になるであろう。機械的な力又は振動がシステム又は半導体装置に影響を及ぼす場合、リード線端子４上の機械的圧力もまた半田を弱める。適切な半田付けの場合、穴２の内部は、表面張力の影響により凹状の上部表面及び凸状の下部表面を有する半田付け材料３によって満たされる。

半田付けを行う技術者は、上記問題に精通しており、必要以上に長期間所定の位置で半田ごてを保持するなら、バスバー１の過度の温度上昇は図示していない半導体装置を過熱にさらすであろうし、それ故同様に損傷を与えるであろう。そして、同様に穴２の近傍でバスバー１に半田付けされたどんな装置でも過熱されるであろう。

図２は、バスバー１０の中に円錐型の穴２０を設けた本発明による解決方法を図解する。半田付けされるべき半導体装置及びリード線端子４０は、円錐型の穴２０の狭い端部からバスバー１０に接続する。円錐型の穴２０は、半導体装置の方に向けられたその端部に、穴２と同様の直径を有し、直接か又は短い円柱の一部分（図示せず）を介して円錐型の穴２０に接続するであろう円形の開口部２１を有する。円錐型の穴２０の円錐角は便宜上５０°から９０°までである。その大きさは重大ではないが、少なくとも３０°であるべきである。

半田付けを行う際、半導体装置と反対側のバスバー１０の側から半田ごてを近づけるが、この場合、より大量の溶融スズ半田を半田ごての下に置くであろう。溶融スズ半田は円錐型の穴２０の錐面全体と接触し、溶融半田付け材料３０はすぐに円錐型の空洞を満たす。リード線端子４０及びバスバー１０の辺りさらに円錐型の穴２０の辺りにおける広い伝熱面により、バスバー１０は急激に熱くなり、半田付けのために必要な温度に達する。しかしながら、同時に、狭い開口部２１の辺りにおいて、開口部２１のまわりの比較的冷たいバスバー１０及び半導体装置の冷却効果のために、大きな熱量はバスバー１０を介して垂直にその表面まで届くことができない。半田ごてとバスバー１０との接触に必要な時間は、図１による解決方法よりはるかに短いので、半田ごてを取り外した後、より少なく加熱されたバスバー１０はスズ半田を冷却し、その冷却は主に円錐の先端近くの側にその兆候が現れる。冷却速度は半田付けする側から冷却剤を当てることによって加速するであろう。

円錐型の穴２０と半田材料３０の内面は、円柱型の穴２の内面より相当広い。そして、その広い表面は全体として半田付けするのに必要な温度であると推測される。またさらに、リード線端子４０の一様な半田接合が、全長に沿って保証される。スズ半田が現在所要の温度と非酸化物の表面を結びつける現象は、表面付近辺りで現れる。また、広い半田付け空間はスズ半田の中にある溶融物質の効果の適切な結果を高める。

半田付け材料３０は、表面張力によって凸状の表面を作り上げる。

図１において図解された従来技術による解決方法と図２において図解された本発明による解決方法との比較は、同じ寸法と仮定すると、従来技術による半田付け材料３が接触するバスバー１の領域の２倍以上である領域で本発明による半田付け材料３０はバスバー１０に接触していることを示した。さらに、本発明による解決方法は、上述の問題の排除をもたらし、著しくより好都合な接合をもたらす。

従って、本発明による上記解決方法の効力により、速くて質の高い接合を得る。その接合は広い領域でかつ小さい内部抵抗でバスバー１０をリード線端子４０と接続する。半導体装置における熱によりもたらされた圧力は、従来技術の円柱型の穴２を使用している解決方法における圧力よりはるかに小さい。得られた質の高い接合は、特に大電流及び大きい機械的負荷を必要とする用途において短期及び長期の信頼性を向上させる。

従来技術による半田接続の概略断面図である。 本発明によるバスバーの中に設けられた半田付けネストの断面図である。

符号の説明

１０ バスバー、
２０ 円錐型の穴、
２１ 開口部、
３０ 半田付け材料、
４０ リード線端子。

Claims (3)

1. バスバーの中に半田付けされるべきリード線端子（４０）の導入のための開口部を有するバスバーに設けられ、
   リード線端子の導入はバスバー（１０）の第１の表面からもたらされることができ、半田付けはバスバー（１０）の反対側の第２の表面からもたらされることができる半田付けネストであって、
   開口部は、バスバー（１０）の表面に垂直又はおよそ垂直である円錐型の穴（２０）によって形成され、その円錐角は少なくとも３０°であり、円錐型の穴（２０）の頂点はバスバー（１０）の第１の表面の方に向けられており、円錐型の穴（２０）はリード線端子（４０）の直径より少し大きい直径の円形の開口部（２１）で終わることを特徴とする半田付けネスト。
2. 円錐角が５０°と９０°の間であることを特徴とする請求項１記載の半田付けネスト。
3. リード線端子（４０）は半導体装置の一部であることを特徴とする請求項１記載の半田付けネスト。

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