JP2009099352A - 電子回路装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品のパッケージの相対向する上面及び底面に対して略平行な方向に延びたリード端子とターミナルの導電体端子を重ね合わせて溶接する際に、蒸気や反射光等による電子部品への影響を少なくする。
【解決手段】電子部品２のリード端子４を、その長さ方向の途中でそれぞれほぼ直角に２回折り曲げ、パッケージ３の上面３ａよりも高い位置に溶接部６を形成し、パッケージ３の上面３ａ及び溶接部６よりも高く、且つパッケージ３の上面３ａよりも溶接部６に近い位置から溶接部６にレーザ７を照射する。これにより、レーザ溶接時の蒸気や反射光等による電子部品２への影響が少なく、パッケージ３が溶けたり割れたりすることを防止でき、絶縁性及び耐久性の劣化を抑制でき、信頼性の高い電子回路装置が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、パッケージの相対向する上面及び底面に対して略平行な方向に延びたリード端子を有する電子部品と、導電体端子を有するターミナルを含む電子回路装置及びその製造方法に関するものである。

従来、半導体モジュール等の電子部品のリード端子と、ターミナル（バスバー）の導電体端子は、それぞれの端子を重ね合わせてレーザ溶接することにより、電気的、機械的に接合されていた。これらの端子は細く、端子同士の位置合わせや溶接が難しいため、様々な工夫がなされていた。

例えば特許文献１では、バスバー端子を内蔵した樹脂ケースに電子部品を搭載し、バスバー端子と電子部品のリード端子とが互いにほぼ直交した状態で電気的に接続されている。このような構成においては、電子部品のリード端子がその自重によって樹脂ケースの底面に向かって傾くので、バスバー端子と電子部品の端子がより間隙のない状態で接触しやすくなるため、両者を挟持するクランプ部材を必要とせず容易に溶接することができるものである。
特開２００５−２９４２５２号公報

しかしながら、特許文献１のように、パッケージの相対向する上面及び底面に対して略平行な方向に延びた電子部品のリード端子に導電体端子（バスバー端子）を溶接する場合、以下のような問題があった。まず、溶接時において、溶融された部材から発生する蒸気やレーザの反射光等が主に溶接部の水平方向及び上方に飛散するため、これらの影響によりパッケージ樹脂が溶けたり割れたりするという問題があった。これにより、パッケージの絶縁性や耐久性が劣化し、信頼性が低下していた。

このような溶接時の影響を防ぐ手段として、パッケージと溶接部の間の距離を長くとる、パッケージと溶接部の間にシールド機構を設ける等の対策がとられるが、距離を長くとる場合は電子回路装置の小型化を妨げ、シールド機構を設ける場合は構造が複雑化するという新たな問題が発生する。

また、電子部品のリード端子または導電体端子の寸法誤差や、溶接時の熱によりいずれか一方または双方の端子が伸縮し機械的応力が付与されることにより、これらの端子間に隙間が生じ、溶接できないという問題があった。このため、例えば特許文献１では、リード端子及び導電体端子のいずれか一方または双方に機械的応力を吸収する応力吸収部をその長さ方向に沿って設けているが、このような応力吸収部を設けることは加工費を上昇させる。

本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、電子部品のパッケージの相対向する上面及び底面に対して略平行な方向に延びたリード端子とターミナルの導電体端子を重ね合わせて溶接する際に、蒸気や反射光等による電子部品への影響を少なくすることが可能な電子回路装置の製造方法を提供し、信頼性の高い電子回路装置を得ることを目的とする。

また、電子部品のパッケージの相対向する上面及び底面に対して略平行な方向に延びた
リード端子とターミナルの導電体端子を重ね合わせて溶接する際に、安価な加工費で、各端子の寸法誤差や機械的応力を吸収することが可能な電子回路装置の製造方法を提供し、信頼性の高い電子回路装置を得ることを目的とする。

本発明による電子回路装置は、パッケージの相対向する上面及び底面に対して略平行な方向に延びたリード端子を有する電子部品と、リード端子と接合される導電体端子を有するターミナルを含み、リード端子はその長さ方向の途中で１回以上折り曲げられ、パッケージの上面よりも高い位置で導電体端子と接合されているものである。

また、本発明による電子回路装置の製造方法は、電子部品のパッケージの相対向する上面及び底面に対して略平行な方向に延びたリード端子とターミナルの導電体端子を溶接により接合する電子回路装置の製造方法であって、リード端子をその長さ方向の途中で１回以上折り曲げ、パッケージの上面よりも高い位置にリード端子の溶接辺の少なくとも一部を形成する第１の工程、リード端子の溶接辺の少なくとも一部と、導電体端子の少なくとも一部を重ね合わせ、レーザを照射するための溶接部を形成する第２の工程、パッケージの上面及び溶接部よりも高く、且つパッケージの上面よりも溶接部に近い位置から溶接部にレーザを照射し、リード端子と導電体端子を溶接により接合する第３の工程を含むものである。

本発明によれば、リード端子はパッケージの上面よりも高い位置で導電体端子と接合されているため、溶接時の蒸気や反射光等による電子部品への影響を受けにくい信頼性の高い電子回路装置が得られる。

また、パッケージの上面及び溶接部よりも高く、且つパッケージの上面よりも溶接部に近い位置から溶接部にレーザを照射し、リード端子と導電体端子を溶接により接合するようにしたので、溶接時の蒸気や反射光等による電子部品への影響が少なく、パッケージが溶けたり割れたりすることを防止でき、絶縁性及び耐久性の劣化を抑制できるため、信頼性の高い電子回路装置を製造することが可能である。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における電子回路装置の接合構造を説明する断面模式図である。本実施の形態における電子回路装置１は、樹脂からなるパッケージ３で半導体素子（図示せず）を覆った半導体モジュールである電子部品２と、導電体端子であるターミナル端子５を有するターミナル（図示せず）を含んで構成されるものである。

電子部品２は、パッケージ３の相対向する上面３ａ及び底面３ｂに対して略平行な方向に延びたリード端子４を有しており、本実施の形態では、リード端子４はその長さ方向の途中、図中Ａ、Ｂで示す２つのポイントでそれぞれほぼ直角に折り曲げられ、パッケージ３の上面３ａよりも高い位置でターミナル端子５と接合されていることを特徴とする。ターミナル端子５は、銅または銅を主体とする材料からなる薄板をプレス抜きし、切断面を溶接面として使用している。

本実施の形態における電子回路装置の製造方法について説明する。まず、第１の工程において、リード端子４をその長さ方向の途中で１回以上、本実施の形態では２回折り曲げ、パッケージ３の上面３ａよりも高い位置にリード端子４の溶接辺４１を形成する。具体的には、図中のＡポイントで約９０度上向きに折り曲げ、パッケージ３の上面３ａに対し
てほぼ垂直な垂直辺４２を形成し、さらにパッケージ３の上面３ａの高さを超えた図中のＢポイントで再び約９０度折り曲げ、パッケージ３の上面３ａよりも高い位置に、パッケージ３の上面３ａ及びターミナル端子５に対して略平行な方向に延びる溶接辺４１を形成している。なお、本実施の形態では、溶接辺４１全体がパッケージ３の上面３ａよりも高い位置となっているが、溶接辺４１の少なくとも一部がパッケージ３の上面３ａよりも高い位置となっていればよい。

次に、第２の工程において、リード端子４の溶接辺４１の少なくとも一部と、ターミナル端子５の少なくとも一部を重ね合わせ、レーザを照射するための溶接部６を形成する。本実施の形態では、リード端子４の溶接辺４１とターミナル端子５は、互いに略平行に重ね合わされた継手構造となっている。なお、図１では、リード端子４が上側、ターミナル端子５が下側の継ぎ手構造としたが、上下反対、すなわちリード端子４が下側、ターミナル端子５が上側の継ぎ手構造としてもよい。

さらに、第３の工程において、パッケージ３の上面３ａ及び溶接部６よりも高く、且つパッケージ３の上面３ａよりも溶接部６に近い位置に配置されたレーザ照射装置（図示せず）から溶接部６にレーザ７を照射し、リード端子４とターミナル端子５を溶接により電気的及び機械的に接合する。

この第３の工程において、レーザ７は、溶接部６の溶接辺４１からターミナル端子５に到達し、双方の端子部材を溶融する。この時、溶融された部材から発生する蒸気やレーザ７の反射光は、主に溶接部６の水平方向及び上方に飛散する。このため、溶接部６よりもレーザ照射装置から遠く、且つ溶接部６よりも下方に位置する電子部品２のパッケージ３においては、上記のような蒸気や反射光の影響は少なく、パッケージ３及びその内部の半導体素子に損傷を与えない。

以上のように、本実施の形態によれば、パッケージ３の相対向する上面３ａ及び底面３ｂに対して略平行な方向に延びたリード端子４を有する電子部品２と、このリード端子４と接合されるターミナル端子５を有するターミナルを含む電子回路装置において、リード端子４をその長さ方向の途中でほぼ直角に２回折り曲げ、パッケージ３の上面３ａよりも高い位置でターミナル端子５と接合するようにしたので、レーザ溶接時の蒸気や反射光等による電子部品２への影響が少なく、パッケージ３が溶けたり割れたりすることを防止でき、絶縁性及び耐久性の劣化を抑制できるため、信頼性の高い電子回路装置が得られる。

また、本実施の形態によれば、レーザ溶接時の蒸気や反射光等による電子部品２への影響を防ぐために、パッケージ３と溶接部６の間の距離を長くとったり、パッケージ３と溶接部６の間にシールド機構を設ける必要がないため、電子回路装置の小型化を妨げたり、構造が複雑化したりすることがない。さらに、溶接部６とパッケージ３の間の距離を短くすることができるため、電子回路装置の小型化を図ることが可能である。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２における電子回路装置の接合構造を説明する断面模式図である。なお、図２中、図１と同一、相当部分には同一符号を付している。前記実施の形態１では、電子部品２のリード端子４をＡ、Ｂの２ポイントでほぼ直角に２回折り曲げたが、本実施の形態では、リード端子４を図中Ｃで示す１ポイントで上向きに折り曲げることにより、溶接辺４１の一部がパッケージ３の上面３ａよりも高くなるように形成している。

本実施の形態における電子回路装置の製造方法について説明する。まず、第１の工程において、リード端子４をその長さ方向の途中で１回折り曲げ、リード端子４の溶接辺４１
の一部がパッケージ３の上面３ａよりも高い位置となるように形成する。具体的には、図中のＣポイントで約７０度（図中シータの記号で示す）上向きに折り曲げ、溶接辺４１の一部がパッケージ３の上面３ａよりも高くなるように形成している。

次に、第２の工程において、リード端子４の溶接辺４１の少なくとも一部と、ターミナル端子５の少なくとも一部を重ね合わせ、レーザを照射するための溶接部６を形成する。本実施の形態では、リード端子４の溶接辺４１の先端部と、ターミナル端子５の先端部（角部）が、角度（約２０度）をなして重ね合わされ、ほぼ一点で接するよう配置されている。

さらに、第３の工程において、パッケージ３の上面３ａ及び溶接部６よりも高く、且つパッケージ３の上面３ａよりも溶接部６に近い位置に配置されたレーザ照射装置（図示せず）から溶接部６にレーザ７を照射し、リード端子４とターミナル端子５を溶接により電気的及び機械的に接合する。

以上のように、本実施の形態によれば、前記実施の形態１と同様の効果に加え、リード端子４の溶接辺４１の先端部とターミナル端子５の先端部（角部）が角度をなして重ね合わされ、溶接部６がほぼ一点で接しているため、リード端子４またはターミナル端子５に寸法誤差がある場合や、機械的応力が付与されている場合等においても、溶接部６を狙ってレーザ７を照射することにより、リード端子４とターミナル端子５を確実に溶接することができ、安価な加工費で高さ方向及び長さ方向のずれを容易に吸収することができる。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３における電子回路装置の接合構造を説明する断面模式図である。なお、図３中、図１と同一、相当部分には同一符号を付している。本実施の形態では、ターミナル端子５に、リード端子４の溶接辺４１の先端部と当接する凸状のエッジ部８（図３（ａ））または凹状のエッジ部９（図３（ｂ））を備えたものである。

本実施の形態における電子回路装置の製造方法について説明する。まず、第１の工程において、リード端子４をその長さ方向の途中で２回折り曲げ、パッケージ３の上面３ａよりも高い位置にリード端子４の溶接辺４１を形成する。本実施の形態では、図中のＡポイントで約９０度上向きに折り曲げ、パッケージ３の上面３ａに対してほぼ垂直な垂直辺４２を形成し、さらにパッケージ３の上面３ａの高さを超えた図中のＢポイントで再び約１００度折り曲げ、ターミナル端子５に対して約１０度の角度をなす溶接辺４１を形成している。

次に、第２の工程において、リード端子４の溶接辺４１の少なくとも一部と、ターミナル端子５の少なくとも一部を重ね合わせ、レーザを照射するための溶接部６を形成する。本実施の形態では、リード端子４の溶接辺４１とターミナル端子５は角度（約１０度）をなして重ね合わされ、リード端子４の先端部は、ターミナル端子５に形成された凸状のエッジ部８（図３（ａ））または凹状のエッジ部９（図３（ｂ））にほぼ一点で接するよう配置される。

さらに、第３の工程において、パッケージ３の上面３ａ及び溶接部６よりも高く、且つパッケージ３の上面３ａよりも溶接部６に近い位置に配置されたレーザ照射装置（図示せず）から溶接部６にレーザ７を照射し、リード端子４とターミナル端子５を溶接により電気的及び機械的に接合する。

本実施の形態では、リード端子４またはターミナル端子５に寸法誤差がある場合や、機械的応力が付与されている場合においても、溶接辺４１の先端部がエッジ部８、９に当接
するように配置し、エッジ部８、９を狙ってレーザ７を照射することにより、リード端子４とターミナル端子５を確実に溶接することができる。なお、凸状または凹状のエッジ部８、９は、ターミナル端子５をプレス抜きで作成する際の型の形状を変更するだけで容易に作成することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、前記実施の形態１と同様の効果に加え、ターミナル端子５にリード端子４の溶接辺４１の先端部と当接する凸状または凹状のエッジ部８、９を備えたので、リード端子４またはターミナル端子５に寸法誤差がある場合や、機械的応力が付与されている場合においても、エッジ部８、９を狙ってレーザ７を照射することにより、リード端子４とターミナル端子５を確実に溶接することができ、安価な加工費で高さ方向及び長さ方向のずれを容易に吸収することができる。

なお、本実施の形態では、ターミナル端子５に凸状または凹状のエッジ部８、９を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばリード端子４の溶接辺４１の先端部をさらに下向きに折り曲げる、または凸状に成形することにより、ターミナル端子５に当接しやすい先端部を形成してもよい。

実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４における電子回路装置の製造方法を説明する断面模式図である。なお、図４中、図１と同一、相当部分には同一符号を付し説明を省略する。本実施の形態では、電子部品２が取り付けられる固定台であるヒートシンク１０及び固定手段であるネジ１１と、ターミナル端子５が固定されるケース１２を備えることにより、リード端子４またはターミナル端子５の機械的応力の吸収をさらに確実に行うものである。

本実施の形態における電子回路装置の製造方法について説明する。なお、第１の工程については、前記実施の形態３と同じであるため説明を省略する。第２の工程において、リード端子４の溶接辺４１の少なくとも一部と、ターミナル端子５の少なくとも一部を重ね合わせ、レーザを照射するための溶接部６を形成する。本実施の形態では、この第２の工程において、電子部品２がネジ１１によりヒートシンク１０に取り付けられる際に、これとほぼ同時にネジ１１の作用により溶接辺４１がターミナル端子５と重ね合わされ、溶接部６が形成される。

第２の工程についてさらに詳しく説明すると、まず、パッケージ３の底面３ｂとヒートシンク１０の上面１０ａが接触する前には、溶接辺４１はターミナル端子５と角度をなして（約１０度）ほぼ一点で接触している（図４（ａ））。ネジ１１を締めていくと電子部品２がヒートシンク１０に押さえられていくと共に、リード端子４は折れ曲がりの応力を吸収し、溶接辺４１とターミナル端子５とのなす角が０度に近づいていく。

さらに、第３の工程において、パッケージ３の上面３ａ及び溶接部６よりも高く、且つパッケージ３の上面３ａよりも溶接部６に近い位置に配置されたレーザ照射装置（図示せず）からリード端子４の先端部である溶接部６にレーザ７を照射し、リード端子４とターミナル端子５を溶接により電気的及び機械的に接合する。

本実施の形態では、電子部品２とターミナル端子５をそれぞれ固定することにより、リード端子４またはターミナル端子５の機械的応力の吸収をさらに確実に行うことができる。また、リード端子１２のフォーミング金型の設計を変えるだけで応力を吸収する機構を設けることができ、リード端子４またはターミナル端子５の加工費は上昇しない。また、図４（ｂ）のように、溶接辺４１とターミナル端子５が角度をなして接触している場合（平行でない場合）には、レーザ７の反射光をパッケージ３と反対側の方向に反射させる効果も期待できる。

さらに、本実施の形態において、パッケージ３から出るリード端子４の数が多い場合、リード端子４相互間およびターミナル端子５相互間で高さがばらつくため、溶接辺４１とターミナル端子５が接触しないという問題が発生する。そこで、溶接辺４１における曲がりの部分（図中Ｂ）からターミナル端子５との接触点（溶接点６）までの高さＬは、端子間ばらつきの最大公差よりも大きくなるように設計し、図４（ａ）に示すヒートシンク１０の上面１０ａとパッケージ３の底面３ｂの距離は、最大公差と同じ、もしくは小さく設計するとよい。これにより、端子間のばらつきを吸収して溶接辺４１をターミナル端子５に接触させることができる。

なお、本実施の形態において、電子部品２の固定手段は、ネジ１１に限定されるものではなく、板バネ、ケース、または基板等を利用して押さえつけてもよい。また、ヒートシンク１０と電子部品２との間には、接着剤やグリースが介在していてもよい。

また、リード端子４の折り曲げ回数および折り曲げ角度については、前記実施の形態１〜４に限定されるものではなく、適宜決定することができる。また、電子部品２は、コンデンサ、抵抗、コイル等、電子回路や電力回路に使用される素子であってもよく、リード端子４は電子部品２の複数面から出ていてもよい。

さらに、溶接部６（ターミナル端子５）に対するレーザ７の照射角度は９０度でなくてもよい。なお、接合手段は、レーザ溶接に限らず、リード端子４とターミナル端子５を重ね合わせて溶接する接合手段であれば、電子ビーム溶接、スポット溶接等、他の接合手段であっても本発明を適用することは可能である。

本発明は、樹脂パッケージで半導体素子を覆った半導体モジュール等の電子部品のリード端子とターミナル端子を接合した電子回路装置及びその製造方法として利用することができる。

本発明の実施の形態１における電子回路装置の接合構造を説明する断面模式図である。 本発明の実施の形態２における電子回路装置の接合構造を説明する断面模式図である。 本発明の実施の形態３における電子回路装置の接合構造を説明する断面模式図である。 本発明の実施の形態４における電子回路装置の製造方法を説明する断面模式図である。

１ 電子回路装置、２ 電子部品、３ パッケージ、３ａ 上面、３ｂ底面、４ リード端子、５ ターミナル端子、６ 溶接部、７ レーザ、４１ 溶接辺、４２ 垂直辺、８ 凸状のエッジ部、９ 凹状のエッジ部、１０ ヒートシンク、１０ａ 上面、
１１ ネジ、１２ ケース。

Claims (7)

1. パッケージの相対向する上面及び底面に対して略平行な方向に延びたリード端子を有する電子部品と、前記リード端子と接合される導電体端子を有するターミナルを含み、前記リード端子はその長さ方向の途中で１回以上折り曲げられ、前記パッケージの上面よりも高い位置で前記導電体端子と接合されていることを特徴とする電子回路装置。
2. 請求項１に記載の電子回路装置であって、前記電子部品が半導体モジュールであることを特徴とする電子回路装置。
3. 電子部品のパッケージの相対向する上面及び底面に対して略平行な方向に延びたリード端子とターミナルの導電体端子を溶接により接合する電子回路装置の製造方法であって、前記リード端子をその長さ方向の途中で１回以上折り曲げ、前記パッケージの上面よりも高い位置に前記リード端子の溶接辺の少なくとも一部を形成する第１の工程、
   前記リード端子の前記溶接辺の少なくとも一部と、前記導電体端子の少なくとも一部を重ね合わせ、レーザを照射するための溶接部を形成する第２の工程、
   前記パッケージの上面及び前記溶接部よりも高く、且つ前記パッケージの上面よりも前記溶接部に近い位置から前記溶接部にレーザを照射し、前記リード端子と前記導電体端子を溶接により接合する第３の工程を含むことを特徴とする電子回路装置の製造方法。
4. 請求項３に記載の電子回路装置の製造方法であって、前記第２の工程において、前記リード端子の前記溶接辺の少なくとも一部と、前記導電体端子の少なくとも一部は、互いに略平行に重ね合わされることを特徴とする電子回路装置の製造方法。
5. 請求項３に記載の電子回路装置の製造方法であって、前記第２の工程において、前記リード端子の前記溶接辺の先端部と、前記導電体端子の一部は、角度をなして重ね合わされ、ほぼ一点で接することを特徴とする電子回路装置の製造方法。
6. 請求項３に記載の電子回路装置の製造方法であって、前記第２の工程において、前記導電体端子は、前記リード端子の前記溶接辺の先端部と当接する凸状または凹状のエッジ部を備えたことを特徴とする電子回路装置の製造方法。
7. 請求項３に記載の電子回路装置の製造方法であって、前記第２の工程において、前記電子部品が取り付けられる固定台及び固定手段と、前記導電体端子が固定されるケースをさらに備え、前記電子部品が前記固定手段により前記固定台に取り付けられる際に、これとほぼ同時に前記固定手段の作用により前記溶接辺が前記導電体端子に押さえられ、前記溶接部が形成されることを特徴とする電子回路装置の製造方法。

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