JP2010035303A - バスバーを有する端子 - Google Patents

Abstract

【課題】バスバーを有する端子の取り付け工程に要する時間を短縮化しつつ、半田付け性を向上させる。
【解決手段】半導体装置であるインバータ装置１は、電子回路基板１４にＵ相端子２０Ｕが実装されている。Ｕ相端子２０Ｕは、信号の入出力や電力供給に用いられる導電性を有するバスバー２０ｂｕを樹脂部２０ｍｕに支持させた構成を有し、バスバー２０ｂｕにおいて電子回路基板１４に対向して配置される対向部３１に吸着部３６を側部に突出するように設けた。吸着部３６はその上面が平面になっており、実装時には吸着部３６の上面をマウンタで吸着して電子回路基板１４の所定位置に載置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、バスバーを樹脂製の支持部に支持させた端子に関する。

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は小型であるため、実装時にバスバー部分を吸着して電子回路基板の所定位置に載置するためには、専用の表面実装部品搭載用マウンタ装置が必要であった。ところが、小型の端子に専用の表面実装部品搭載用マウンタ装置は高価であり、さらに汎用のマウンタ装置と切り替えて使用するための交換時間が必要になるという課題を有していた。

そこで、従来では、例えば、特許文献１に開示されているように、多数の端子を連結させて連鎖端子を形成し、各端子を連結させる連設部分を汎用の表面実装部品搭載用マウンタ装置で吸着していた。このような構成にすることで、汎用の表面実装部品搭載用マウンタ装置を使って端子の実装が行えるようになった。
特開２０００−２９４３３０号公報

しかしながら、複数の端子で連鎖端子を形成すると、端子のレイアウトに制約が生じてしまう。また、各端子を電子回路基板に半田付けした後、連設部分を取り除く作業が必要になり、製造時間を短縮することが困難であった。さらに、実装後に切り離された連設部分は廃棄されるので、材料の歩留まりが低下する。
なお、バスバーを樹脂部で支持させた端子の場合、樹脂部に吸着面を設定することが可能になるが、吸着面の平面度を確保するための加工を樹脂部に施す必要があり、樹脂部の生産性が低下してしまう。また、吸着面を確保するために樹脂部が大きくなると、端子全体としての熱マスが増加してしまい、半田付け性が低下してしまう。
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、バスバーを有する端子の実装に要する時間を短縮化し、かつ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、樹脂製の支持部に導電性を有するバスバーを支持させ、電子回路基板に実装して使用される端子において、前記バスバーは前記支持部から延設され、前記電子回路基板に載置されたときに前記電子回路基板に略平行に、かつ前記電子回路基板から離間して配置される対向部と、前記対向部に一体に設けられて前記電子回路基板に半田接合される接続部とを有し、前記対向部が前記支持部から延設される延出方向に略直交する幅方向に前記対向部の一部を突出させることで、実装時に使用される部品搬送用の吸着装置で吸着可能な平面を有する吸着部を形成したことを特徴とするバスバーを有する端子とした。

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において、前記バスバーは、前記対向部の延出方向の軸線に対してオフセットした位置に、外部機器に接続される外部接続部が一体に設けられており、前記対向部に対する前記外部接続部のオフセット方向と同じ方向のみに前記吸着部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に記載のバスバーを有する端子において、前記吸着部は、前記対向部の延出方向に略直交する幅方向の幅より大きく、前記対向部が幅方向のそれぞれの側部から突出していることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバスバーを有する端子において、前記吸着部は、前記端子の略重心となる位置に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、バスバーに設けた吸着部で端子を吸着搬送することが可能になるので、連鎖端子を形成する必要がなくなって、半田付け後の切り離し作業が不要になり、作業性が向上する。また、切り離し作業時の切り粉の発生による絶縁不良の発生が回避される。さらに、余剰となる部材の発生を抑えることができると共に、レイアウト性に優れる。そして、樹脂部の体積を減少でき、熱マスを減らすことができる。このため、実装時の半田付け性が向上する。

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、絶縁基板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、絶縁基板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端子の構造について、出力端子２０のＵ相端子２０Ｕを例にして図３及び図４を参照して説明する。
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外に延出される外部接続片（外部接続部）３０は、図示を省略する外部機器などに接続される。また、バスバー２０ｂｕにおいて、樹脂部２０ｍｕから電子回路基板１４の上方に略平行に延びる部分は、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に対向配置される対向部３１になっている。対向部３１の端部には、屈曲部３２が形成されている。屈曲部３２によってバスバー２０ｂｕは電子回路基板１４に向かって略垂直に折り曲げられ、この後に電子回路基板１４に略平行に再び屈曲させられて接続部３３を形成している。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。

また、対向部３１には、部品搬送用のマウンタで吸着可能となるような吸着部３６が一体に形成されている。吸着部３６は、樹脂部２０ｍから延設される対向部３１の延出方向（長手方向）に略直交する幅方向の一部を膨出させるように形成されており、より詳細には対向部３１の一方の側部３１Ａのみに突出し、対向部３１の反対側の側部３１Ｂからは突出していない。吸着部３６の突出方向は、外部接続片３０が対向部３１から延設される方向になっている。

吸着部３６は、その一部を対向部３１と共有し、対向部３１から突出する部分の形状は、平面視で略円形を有している。吸着部３６の上側に形成される平面３６Ａは、電子回路基板１４の基板面１４に略平行な平面である。この平面３６Ａは、図示を省略するマウンタ（吸着装置）の吸着パッドの下面に略平行でもあり、後に詳細を説明する実装工程においてマウンタで吸着される吸着面になる。さらに、この実施の形態で吸着部３６は、Ｕ相端子２０Ｕの略重心となる位置に配置されている。

このような吸着部３６を有するＵ相端子２０Ｕの製造方法について説明する。
図５に示すように、最初に略長方形の金属板３７を打ち抜いて、バスバー２０ｂｕとなる加工片３８を製造する。加工片３８は、後に対向部３１、屈曲部３２、接続部３３及び吸着部３６となる本体部３９を有し、本体部３９にはその長さ方向に対してオフセットされた位置に、後に外部接続片３０となる部分４０が一体に設けられている。本体部３９に対する部分４０のオフセット方向と、対向部３１から吸着部３６が突出する方向とは、本体部３９からみて同じ方向になっている。即ち、吸着部３６は、金属板３７において部分４０を形成するために切除される領域を利用して製造されている。

さらに、本体部３９に曲げ加工を行い、対向部３１と、屈曲部３２と、接続部３３を形成すると共に、部分４０を本体部３９との連結部分を起点にして略垂直に起き上がらせて端部３０を形成する。
このようにして成形したバスバー２０ｂｕの表面にめっきを施し、この際に吸着に必要な平面３６Ａが吸着部３６に形成される。さらに、インサート成形を行って樹脂部２０ｍｕを成形すると、Ｕ相端子２０Ｕが完成する。なお、めっき処理は本実施の形態に必須の構成ではなく、曲げ加工後の吸着部３６の上面をそのまま吸着用の平面３６Ａとして使用しても良い。

次に、Ｕ相端子２０Ｕの実装方法について説明する。
Ｕ相端子２０Ｕを含む端子や、半導体素子１６を実装するときは、図６に示すような実装装置５１を使用する。実装装置５１は、電子回路基板１４を搬送するコンベア５２を有し、コンベア５２の上方には、マウンタ５３が図示を省略するレール等によって移動自在に配置されている。さらに、コンベア５２の側方には、Ｕ相端子２０Ｕなど、多数の部品が接着されたリール５４が部品ごとに配列されると共に、半導体素子１６を載置したトレイ５５も配置されている。

コンベア５２で電子回路基板１４が運ばれてくると、図示を省略する制御装置に予めプログラミングされている動作に従ってマウンタ５３が部品を受け取りに移動する。マウンタ５３は下端に設けられた吸着パッド５６で、リール５４上やトレイ５５上の部品を吸着し、コンベア５２の近傍に設置されている部品認識カメラ５７の上方まで移動する。制御装置は部品認識カメラ５７が下方から捕らえた部品の画像を取得し、画像処理等のデータ解析を行って部品の種類や向きが予め登録されている正しい部品や向きと一致するか否かを判断する。また、半導体素子１６の場合には、リードの曲がりや、リードの欠落なども画像処理を行って判定する。制御装置が正常な部品と判断したときは、マウンタ５３が電子回路基板１４上で、かつその部品について予め定められた位置まで移動する。さらに、マウンタ５３を下降させ、部品を電子回路基板１４上に載せたら、吸着パッド５６による吸着を解除する。この後、マウンタ５３を退避させると、部品が電子回路基板１４上の所定位置に載置される。

ここで、マウンタ５３がＵ端子２０Ｕを載置するときは、図７に示すように、バスバー２０ｂｕの吸着部３６を吸着パッド５６で吸着する。吸着部３６は、Ｕ相端子２０Ｕの略重心位置にあるので、バランスを崩すことなくマウンタ５３で吊り下げられる。吊り下げられたＵ相端子２０Ｕは、図６に示す部品認識カメラ５７で部品の種類や向きが確認された後、電子回路基板１４の所定位置に載置される。Ｕ相端子２０Ｕの載置位置は、図３に示すように電子回路基板１４のパッド３５上に予め公知の印刷技術を用いて印刷したペースト状の半田３４にバスバー２０ｂｕの接続部３４が載せられるような位置である。

Ｕ相端子２０Ｕを半田接合するときは、部品を搭載させた電子回路基板１４を、図示を省略するリフロー炉に搬入する。電子回路基板１４がリフロー炉内でコンベア搬送される間、加熱ヒータで形成された熱風が吹き付けられ、バスバー２０ｂｕの接続部３３とパッド３５の間の半田３４が溶解させられる。この後、半田３４が冷却されると半田３４が凝固して接続部３３とパッド３５の接合部が形成される。

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によれば、樹脂部２０ｍｕに吸着用の平面を設ける必要がなくなるので、樹脂部２０ｍｕの面積や体積を減少させることができる。樹脂量が減少することでＵ相端子２０Ｕ全体としての熱マスが小さくなり、半田付け性が向上する。さらに、樹脂部２０ｍｕに吸着用の平面を加工する必要がなくなるので製造効率を向上できる。
従来のように、複数の端子を一度に吸着する構成と異なり、端子を１つずつ吸着して配置することが可能になるので、レイアウトの自由度が確保される。バスバー２０ｂｕの対向部３１の一部を膨出させるようにして吸着部３６を形成したので、対向部３１の全体を吸着可能に幅広にする場合に比べて熱マスを減少でき、原材料を節約できる。

従来のような連鎖端子では半田付け後に連設部を切除する切り離し工程が必要であったが、このＵ相端子２０Ｕではそのような切り離し工程が不要になり、生産性が向上する。バスバー２０ｂｕをプレス加工したときに廃棄していた部分を利用して吸着部３６を製造するので、材料の歩留まりが向上する。そして、このようなバスバーの実装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、吸着部３６の形成位置は、マウンタ５３による搬送を可能にする位置であれば良く、重心位置に限定されない。

ここで、この実施の形態の変形例について図８を参照して説明する。
図８に示すように、Ｕ相端子２０Ｕは、平面視で対向部３１の両側部３１Ａ，３１Ｂのそれぞれから突出する吸着部７１を有する。吸着部７１は、上面に吸着面となる円形又は長円形の平面７１Ａを形成している。このＵ相端子２０Ｕでは、吸着部７１のレイアウトの自由度が増すことで、吸着部７１をＵ相端子２０Ｕの重心位置に配置し易くなる。また、両側部３１Ａ，３２Ｂのそれぞれに吸着部７１を突出させることで、マウンタ５３との接触面積を大きくでき、吸着搬送時の安定性が向上する。また、対向部３１において吸着部７１と共用される部分を少なくできるので、対向部３１全体の幅を狭くできる。つまり、バスバー２０ｂｕ自体の熱マスを大きくすることなく、吸着に必要な面積の平面を確保できる。

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、対向部３１の他方の側部３１Ｂのみに吸着部３６を膨出するように形成しても良い。また、吸着部３６の形状は略円形に限定されない。図８に示すように対向部３１の両側部３１Ａ，３１Ｂに吸着部３６を設ける場合、側部３１Ａ側と側部３１Ｂ側とで異なる位置や形状に吸着部３６を形成しても良い。

本発明の実施形態における端子を有する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。 端子の構造を示す側面図である。 端子の平面図である。 バスバーを形成する工程を説明する平面図である。 端子の実装装置の概略図である。 端子をマウンタが吸着した図である。 端子の吸着部の変形例を示す平面図である。

符号の説明

１ インバータ装置（半導体装置）
１４ 電子回路基板
２０Ｕ Ｕ相端子
２０ｂｕ バスバー
２０ｍｕ 樹脂部
３０ 外部接続片（外部接続部）
３１ 対向部
３１Ａ，３１Ｂ 側部
３３ 接続部
３４ 半田
３６，７１ 吸着部
３６Ａ，７１Ａ 平面

Claims (4)

1. 樹脂製の支持部に導電性を有するバスバーを支持させ、電子回路基板に実装して使用されるバスバーを有する端子において、
   前記バスバーは前記支持部から延設され、前記電子回路基板に載置されたときに前記電子回路基板に略平行に、かつ前記電子回路基板から離間して配置される対向部と、前記対向部に一体に設けられて前記電子回路基板に半田接合される接続部とを有し、前記対向部が前記支持部から延設される延出方向に略直交する幅方向に前記対向部の一部を突出させることで、実装時に使用される部品搬送用の吸着装置で吸着可能な平面を有する吸着部を形成したことを特徴とするバスバーを有する端子。
2. 前記バスバーは、前記対向部の延出方向の軸線に対してオフセットした位置に、外部機器に接続される外部接続部が一体に設けられており、前記対向部に対する前記外部接続部のオフセット方向と同じ方向のみに前記吸着部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。
3. 前記吸着部は、前記対向部の延出方向に略直交する幅方向の幅より大きく、前記対向部が幅方向のそれぞれの側部から突出し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。
4. 前記吸着部は、前記端子の略重心となる位置に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバスバーを有する端子。

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