JP2010034204A

JP2010034204A - バスバーを備える端子の実装構造

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Publication number: JP2010034204A
Application number: JP2008193426A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Sato; 真一佐藤
Original assignee: Keihin Corp
Current assignee: Keihin Corp
Priority date: 2008-07-28
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2010-02-12
Anticipated expiration: 2028-07-28
Also published as: JP5198173B2

Abstract

【課題】バスバーの半田付け性を向上させる、半導体装置などに実装して使用されるバスバーを有する端子の実装構造を提供する。
【解決手段】半導体装置であるインバータ装置において、電子回路基板１４にＵ相端子２０Ｕの実装構造は、樹脂部２０ｍｕの底部に中心線Ｃ１を基準として曲面部４２が設けられている。曲面部４２は中心線Ｃ１から樹脂部２０ｍｕの底部の隅部４３に至るまでに形成されており、隅部４３は中心線Ｃ１とバスバー２０ｂｕの接続部３３とを結ぶ仮想線上に設けられている。さらに、樹脂部２０ｍｕの上部４０をカバー１０で押さえつけることで樹脂部２０ｍｕの移動を防止している。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置などに実装して使用されるバスバーを有する端子の実装構造に関する。

モータの制御に用いるインバータ装置では、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタなどの半導体素子を電子回路基板に実装し、金属板等からなるバスバーを用いて半導体素子に外部電源から給電したり、信号の入出力を行ったりしていた。
ここで、バスバーを有する端子を電子回路基板に実装する構造の従来例としては、例えば、特許文献１に開示されているように、導電性を有するベースプレートを用いる構造が知られている。ベースプレートには、半導体素子が実装された電子回路基板が搭載されると共に、バスバーが半田で固定される。半導体素子のリードには金属線の一端が接合され、金属線の他端はベースプレートに接続される。ベースプレートはバスバーに半田付けされているので、ベースプレート及び金属線を介して半導体素子とバスバーとが電気的に接続される。バスバーの固定位置には、ベースプレートに切込部を設けることで肉薄部が形成されており、バスバーを抵抗加熱したり、コテで加熱したりする際の熱マスを減少させることで半田を溶融させ易くしていた。なお、切込部は、バスバーの接合時に発生する熱がベースプレート全体に伝わることを抑制する役割も担っていた。
特開２００２−２８０４８９号公報

しかしながら、バスバーはプレス加工等によって屈曲させた形状を有するが、バスバーの屈曲角度にばらつきがあると、バスバーとベースプレートとの間に十分な接触面積を確保することができないことがあった。両者の間に十分な接触面積を確保できないと、バスバーとベースプレートの半田付け性が悪くなり、端子の実装工程を作業効率を低下させていた。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、バスバーの半田付け性を向上させることを主な目的とする。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、導電性のバスバーを絶縁性の支持部に支持させた端子と、前記端子を通して電力の供給や信号の入出力が行われる半導体素子とを備え、半田を用いて前記バスバーを前記電子回路基板に接合させるバスバーを有する端子の実装構造において、前記バスバーは前記支持部から前記電子回路基板に略並行に延設される対向部を有し、前記対向部の端部側が屈曲された後に前記電子回路基板に半田接合される接続部が形成されており、前記支持部は、前記電子回路基板上に載置される底部に曲面が前記バスバーの延設方向に傾斜可能に設けられていることを特徴とするバスバーを有する端子の実装構造とした。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のバスバーを有する端子の実装構造において、前記支持部の前記底部の中央と前記接続部とを結ぶ仮想線上に前記支持部の前記底部の前記バスバーの前記対向部が延出される側の隅部が配置され、前記隅部から前記底部の中央部に至る間に前記曲面が形成されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のバスバーを有する端子の実装構造において、前記支持部の上部に突起を設け、前記電子回路基板を覆うカバーに前記支持部を傾斜させたときでも前記突起を挿入可能な孔と、前記支持部を傾斜させて前記接続部を前記電子回路基板の電極パッドに当接させるように前記支持部を押さえ付ける押圧部とを設けたことを特徴とする。

本発明によれば、接続部の位置がずれていた場合には樹脂部を傾斜させることで接続部と電子回路基板とを略平行に、かつ半田接合可能な位置に配置させることができるので、バスバーを確実に半田接合させることが可能になる。これによって、バスバーを有する端子の実装工程を効率化できる。

本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１及び図２に本実施の形態に係る半導体装置の一例としてインバータ装置の構成を示す。インバータ装置１は、樹脂製のケース１０上に制御基板１２が固定され、ケース１０内に本実施の形態が特徴とするバスバーの接合構造を有する電子回路基板１４が収容されている。なお、ケース１０は、図示を省略するが、ボルト等の締結部材で、金属製等の放熱部材に固定される。

電子回路基板１４は、図示を省略するが、ケース１０の内側に配置される面に金等の導電性材料からなる回路パターンが形成されており、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタである半導体素子１６が実装されている。半導体素子１６は、図示は省略するが、電子回路基板上に形成された導電性のパッドに半田により接着されている。なお、半導体素子１６は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに限定されない。

また、電子回路基板１４上には、半導体素子１６に加えて、入力端子１８、出力端子２０及び中継端子２２が実装されている。具体的には、入力端子１８は、半導体素子１６の動作を安定化する平滑コンデンサを介して直流の入力電源に接続されるＰ端子及びＮ端子の２端子を有し、出力端子２０は、半導体素子１６から出力されて車両用モータや電動コンプレッサ等の負荷に印加される３相交流用のＵ相端子２０Ｕ、Ｖ相端子２０Ｖ及びＷ相端子２０Ｗの３端子を有する。また、中継端子２２は、半導体素子１６の動作を制御するために制御基板１２側に設けられたコントローラに接続される複数本のピンを有する。このような入力端子１８、出力端子２０及び中継端子２２は、いずれも図示は省略するが、導電性のパッドに対して接続面を位置整合された状態で、半田により半田接合部を形成されながら各々接着される。なお、説明の便宜上、平滑コンデンサ、入力電源、車両用モータや電動コンプレッサ等の負荷及びコントローラは、図示を省略している。

さらに、入力端子１８は、絶縁性を有する樹脂部１８ｍ（支持部）からＰ端子のバスバー１８ｂｐ及びＮ端子のバスバー１８ｂｎをインサート成形によって突設させた構造を有する。また、出力端子２０のＵ相端子２０Ｕは、樹脂部２０ｍｕ（支持部）からバスバー２０ｂｕが突設され、Ｖ相端子２０Ｖは、樹脂部２０ｍｖ（支持部）からバスバー２０ｂｖが突設され、Ｗ相端子２０Ｗは、樹脂部２０ｍｗ（支持部）からバスバー２０ｂｗが突設された構造を各々有する。また、中継端子２２においては、樹脂部２２ｍ（支持部）から複数本の接続ピン２２ｂが突設された構造を有する。

つまり、かかる構成においては、入力端子１８の樹脂部１８ｍ、Ｕ相端子２０Ｕの樹脂部２０ｍｕ、Ｖ相端子２０の樹脂部２０ｍｖ、Ｗ相端子２０Ｗの樹脂部２０ｍｗ及び中継端子２２の樹脂部２２ｍは、電子回路基板１４上で互いが分割されており、入力端子１８、出力端子２０のＵ相端子２０Ｕ、Ｖ相端子２０Ｖ及びＷ相端子２０Ｗ、並びに中継端子２２は、電子回路基板１４上で互いに空間的に独立した分割モジュールをなしている。

ここで、この実施の形態に係るバスバーを有する端子の実装構造について出力端子２０のＵ相端子２０Ｕを例にして説明する。
図３及び図４に示すように、Ｕ相端子２０Ｕのバスバー２０ｂｕは、樹脂部２０ｍｕに支持されており、樹脂部２０ｍｕから電子回路基板１４外に延出される一方の端部は、図示を省略する外部機器などに接続される外部接続部３０になっている。樹脂部２０ｍｕから電子回路基板１４の上方に延びる部分は、電子回路基板１４から離間し、かつ電子回路基板１４の基板面１４に略平行して延びる対向部３１になっている。さらに、屈曲部３２によって電子回路基板１４に向かって略垂直に折り曲げられた後、電子回路基板１４に略平行な接続部３３が形成されている。接続部３３は、半田３４によって電子回路基板１４上の導電性のパッド３５に接合されている。

樹脂部２０ｍｕは、上部４０（載置される側と反対側）にリブ４１が鉛直方向上向きに突設されると共に、実装時に電子回路基板１４に接する底部に曲面部４２が形成されている。図５に示すように、曲面部４２は、バスバー２０ｂｕの対向部３１の延設方向に垂直な側面視において、樹脂部２０ｍｕの中央線Ｃ１（中央部）に対して両隅部４３側が上がるような、即ち、樹脂部２０ｍｕの中央線Ｃ１が最も低い位置となり、ここから下向きに凸となるような円弧形状を形成している。具体的には、樹脂２０ｍｕの中心線Ｃ１に対して両隅部４３のそれぞれが長さＢだけ上方に配置され、その傾斜角度はαになっている。

ここで、電子回路基板１４上にＵ相端子２０Ｕを載置したときの樹脂部２０ｍｕの中心から接続部３３の近位端までの水平距離をＬ、基板面１４Ａ（より詳細にはパッド３５の上面）から接続部３３までの垂直距離をａとすると、α＝tan−１（ａ／Ｌ）で求められる。なお、水平距離Ｌ及び垂直距離ａのバラツキは、成形加工や板金加工における加工精度で所定の範囲内に収まるように管理することができるので、傾斜角度αの値を予め算出することが可能である。なお、基板面１４Ａからパッド３５の上面までの距離は極めて薄いので、垂直距離ａは基板面１４Ａから接続部３３までの距離としても良い。

また、長さＢは、Ｕ相端子２０Ｕを傾斜角度αだけ傾斜させて接続部３３を半田３４に当接させたとき、樹脂部２０ｍｕの隅部４３が基板面１４Ａに接触する長さである。長さＢは、予め算出される傾斜角度αが最も大きいときに隅部４３が基板面１４Ａに当接する長さにしている。つまり、対向部３１側の隅部４３は、支持部２０ｍの底部の中央部（中心線Ｃ１）と接続部３３の端部とを結ぶ仮想線上に配置されている。

さらに、樹脂部２０ｍｕの中心線Ｃ１から隅部４３に至るまでの曲面部４２は、隅部４３が基板面１４Ａに当接するまで傾斜させる際に基板面１４Ａに干渉しない形状になっている。例えば、垂直距離ａ以下の各垂直距離において樹脂部２０ｍｕが中心線Ｃ１から隅部４３に至るまでの途中の一箇所（図５で紙面に垂直な幅方向を考慮すると一ライン）で基板面１４に当接するような点（ライン）の集まりから形成しても良い。このようにすると、想定される値より垂直距離ａが小さかった場合でも樹脂部２０ｍｕと基板面１４Ａとの接触を確保することができる。なお、曲面部４２はこれ以外の曲面形状であっても良い。

また、ケース１０は、電子回路基板１４の上方に配置される天井部１０Ａを有し、天井部１０Ａには、樹脂部２０ｍｕのリブ４１を受け入れ可能な呼び込み孔１０Ｂが、Ｕ相端子２０Ｕの実装位置に対応させて形成されている。呼び込み孔１０Ｂは、リブ４１の外形より大きく、より詳細には樹脂部２０ｍｕが傾斜角度αだけ傾斜したときにリブ４１と呼び込み孔１０Ｂの内周面が干渉しない大きさになっている。なお、カバー１０の天井部１０Ａは、樹脂部２０ｍｕの傾斜の有無に係わらず、樹脂部２０ｍｕを基板面１４Ａに押し付ける押圧部になっている。そして、天井部１０Ａの高さは傾斜角度によらずに樹脂部２０ｍｕに当接可能な高さに設定されている。

図示及び説明を省略するが他の端子２０Ｖ，２０Ｗについても同様のバスバーの接続構造を有する。さらに、他の端子１８，２２も同様の構造を設けても良い。この場合、ケース１０には、各端子１８，２０Ｖ，２０Ｗ，２２のリブの位置に合わせて呼び込み孔１０Ｂを形成する。

次に、Ｕ相端子２０Ｕの実装方法について図５を主に参照して説明する。
Ｕ相端子２０Ｕを電子回路基板１４に実装する際には、予め公知の印刷技術を用いてペースト状の半田３４を電子回路基板１４のパッド３５上に印刷しておく。その後、図示を省略する吸着パッドを備えるマウンタで樹脂部２０ｍｕを吸着保持し、Ｕ相端子２０Ｕを電子回路基板１４上の予め定められた位置に載置させる。他の必要な部品も同様にして所定位置に載置させたら電子回路基板１４をリフロー炉に搬入して半田付けを行う。

なお、Ｕ相端子２０Ｕを電子回路基板１４に載置した状態では、Ｕ相端子２０Ｕの接続部３３とパッド３５の間が離れているので、垂直距離ａを打ち消すように半田３４を予め厚く形成することでＵ相端子２０Ｕを半田接合させる。又は、図示を省略する治具を使用し、Ｕ相端子２０Ｕを傾斜させて接続部３３を半田３４に接触させた状態でリフロー炉に搬入しても良い。

半田接合が終了したら、カバー１０が装着される。天井部１０Ａによって樹脂部２０ｍｕが基板面１４Ａに押し付けられて、移動が防止される。樹脂部２０ｍｕが傾斜することで、上部４０のリブ４１も傾斜角度αで傾斜しているが、呼び込み孔１０Ｂは十分な径を有するのでリブ４１とカバー１０とが干渉して樹脂部２０ｍｕの傾斜が妨げられることはない。

次に、以上の構成において、インバータ装置１の動作について詳細に説明する。
具体的には、図示を省略する入力電源から平滑コンデンサを介して、入力端子１８におけるＰ端子のバスバー１８ｂｐ及びＮ端子のバスバー１８ｂｎに直流電流が供給される一方で、コントローラからの制御信号が接続ピン２２ｂを介して中継端子２２に入力されると、半導体素子１６は、コントローラの制御の下でスイッチング動作をしながら、出力端子２０におけるＵ相端子２０Ｕのバスバー２０ｂｕ、Ｖ相端子２０Ｖのバスバー２０ｂｖ及びＷ相端子２０Ｗのバスバー２０ｂｗから、対応してＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相交流を出力し、負荷を駆動させる。

以上、説明したように本実施の形態に係るバスバーを有する端子の実装構造によれば、樹脂部２０ｍｕの底部に曲面形状を設けたので、電子回路基板１４に対して樹脂部２０ｍｕを傾斜させればバスバー２０ｂｕ側の接続部３３と電子回路基板１４側のパッド３５とが平行配置されるようになり、バスバー２０ｂｕの接続部３３とパッド３５との接触面積を十分に確保できる。これによって、Ｕ相端子２０Ｕと電子回路基板１４とを確実に接合できる。

樹脂部２０ｍｕの底部の曲面形状を、バスバー２０ｂｕの接続部３３の垂直方向の位置ずれ量に合わせて設けたので、接続部３３の位置が製造誤差等でずれてしまったときでもＵ相端子２０Ｕの全体を傾斜させることで、接続部３３をパッド３５に対して略平行に、かつ半田で接合可能な位置に配置することが可能になる。なお、樹脂部２０ｍｕは傾斜配置させたときでも電子回路基板１４に線接触（中央線Ｃ１又は中心線Ｃ１に平行な曲面部４２上の線）するので、Ｕ相端子２０Ｕの姿勢が不安定になることはない。さらに、樹脂部２０ｍｕをカバー１０で基板面１４Ａに押し付けるようにしたので、樹脂部２０ｍｕを傾斜配置させたときでも移動を防止できる。
また、このようなバスバーの接合構造を採用することで、信頼性の高く安価なインバータ装置１を実現できる。

なお、本発明は前記の実施の形態に限定されずに発明の要旨を逸脱しない範囲で広く応用することができる。
例えば、中心線Ｃ１から接続部３３側の隅部４３に至るまでの間に曲面部４２を設け、中心線Ｃ１から外部接続部３０側の隅部４３に至るまでの間には曲面部４２を設けなくても良い。また、中心線Ｃ１からそれぞれの隅部４３に至るまでの間の曲面部４２の形状を接続部３３側と外部接続部３０側とで異ならせても良い。

本発明の実施形態におけるバスバーを有する端子を含むインバータ装置の斜視図である。本実施形態におけるインバータ装置の分解斜視面図である。バスバーを有する端子の斜視図である。図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、バスバーを有する端子の実装構造を説明する側面図である。樹脂部の底部の曲面と接続部の傾斜との関係を説明する図である。

符号の説明

１インバータ装置（半導体装置）
１０カバー
１４電子回路基板
２０ＵＵ相端子
２０ｂｕバスバー
２０ｍｕ樹脂部
３１対向部
３３接続部
３４半田
４０上部
４１リブ
４２曲面部
４３隅部
Ｃ１中心線

Claims

導電性のバスバーを絶縁性の支持部に支持させた端子と、前記端子を通して電力の供給や信号の入出力が行われる半導体素子とを備え、半田を用いて前記バスバーを電子回路基板に接合させるバスバーを有する端子の実装構造において、
前記バスバーは前記支持部から前記電子回路基板に略並行に延設される対向部を有し、前記対向部の端部側が屈曲された後に前記電子回路基板に半田接合される接続部が形成されており、前記支持部は、前記電子回路基板上に載置される底部に曲面が前記バスバーの延設方向に傾斜可能に設けられていることを特徴とするバスバーを有する端子の実装構造。
前記支持部の前記底部の中央と前記接続部とを結ぶ仮想線上に前記支持部の前記底部の前記バスバーの前記対向部が延出される側の隅部が配置され、前記隅部から前記底部の中央部に至る間に前記曲面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバスバーを有する端子の実装構造。
前記支持部の上部に突起を設け、前記電子回路基板を覆うカバーに前記支持部を傾斜させたときでも前記突起を挿入可能な孔と、前記支持部を傾斜させて前記接続部を前記電子回路基板の電極パッドに当接させるように前記支持部を押さえ付ける押圧部とを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバスバーを有する端子の実装構造。