JP2010035304A

JP2010035304A - バスバーを有する端子

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Publication number: JP2010035304A
Application number: JP2008193422A
Authority: JP
Inventors: Kuniya Kishino; 訓也岸野; Hitoshi Kurihara; 仁栗原
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: US8199520B2; JP5319979B2; US20100020516A1

Abstract

【課題】簡単な構成で２つの基板に電力を供給できるようにする。
【解決手段】半導体装置であるインバータ装置１において、入力端子１８は、絶縁性の樹脂部１８ｍを有し、樹脂部１８ｍの上部に一対のバスバー１８ｂｐ，ｂｎが支持されている。バスバー１８ｂｐ，ｂｎは、外部電源などに接続される外部接続部３２が一方の端部に設けられており、他方の端部は電子回路基板１４に半田付けされる接続部３４を形成している。さらに接続部３４からはリードピン３７が延設されている。リードピン３７は、他の基板に電気的に接続される。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置などにバスバーを有する端子に関する。

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、インバータ装置でインバータモジュールを搭載した電子回路基板や制御基板に電力供給を行う従来の構造としては、特許文献１に開示されているものがある。インバータモジュールには二相の直流電源に接続されるＰ端子とＮ端子とが設けられており、電子回路基板上の複数のトランジスタに直流電流を供給するように構成されている。さらに、Ｐ端子から各トランジスタに接続される配線からは、他の配線が分岐されており、この分岐された配線が外部接続用のピン端子に接続されている。ピン端子は、多芯制御ケーブルを介して制御基板に接続されており、Ｐ端子に入力された直流高電位の電圧が分岐された配線、ピン端子、多芯制御ケーブを介して制御基板に供給され、制御基板の動作に使用されていた。
特開２００２−１１９０６８号公報

しかしながら、従来の構造では、電子回路基板を経由して制御基板に電力が供給される構成であったので、電子回路基板上に制御基板のために配線パターンを形成する必要があり、配線や部品のレイアウトに制約があった。さらに、従来の構造では電力供給用のピン端子や、電力供給用のケーブルが必要であることから、部品点数の増加や、製造時の工数増加の要因になっていた。
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、簡単な構成で２つの基板に電力を供給できるようにすることを主な目的とする。
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、前記半導体素子を実装する電子回路基板とを備える半導体装置に用いられ、前記バスバーを前記電子回路基板に接続するバスバーを有する端子において、前記バスバーは、外部機器に接続される外部接続部と、前記電子回路基板に接続される第１の接続部と、前記電子回路基板から離れて配置される他の基板に前記電子回路基板を経由せずに電気的に接続される第２の接続部と、を有する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、前記第２の接続部は、前記第１の接続部から前記他の基板に向かって延び、その一部が前記支持部に支持されたリードであ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において、前記バスバーは、前記電子回路基板と前記他の基板のそれぞれに電力を供給する外部電源に接続され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、一対の前記バスバーと、前記一対のバスバーの間に配置され、前記電子回路基板と前記他の基板とを電気的に接続するピンを有することを特徴とする。

本発明によれば、１つの端子で複数の基板に電力や信号を供給することが可能になるので、従来のように一方の基板に一旦入力された電力や信号を他方の基板に分岐させるための配線や端子を一方の基板内に設ける必要がなくなり、部品点数を削減でき、組立工数の削減も実現できる。

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。ケース１０は、ボルト等の締結部材で、金属製等の放熱部材１５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構造について図３から図６を参照して説明する。
入力端子１８は、絶縁性を有する樹脂部１８ｍから電力供給用の２本のバスバー１８ｂｐ、１８ｂｎと、これらバスバー１８ｂｐ，１８ｂｎの間に配置される信号用の２本のリードピン１８ｂａ，１８ｂｂとが支持されている。

図３及び図４に示すように、樹脂部１８ｍは、その上面に保持部２５が上向きに２つ突設されており、これら保持部２５の各々にバスバー１８ｂｐ，１８ｂｎが１本ずつ固定されている。さらに、下部には、２つの突起２６が保持部２５を挟むような位置に突設されている。これら突起２６は、図６に示すように電子回路基板１４に形成された貫通孔２７に挿入されており、樹脂部１８ｍが電子回路基板１４上で移動することを防止している。

バスバー１８ｂｐ，ｂｎは、樹脂部１８ｍの上部に固定されるバスバー本体３１を有する。バスバー本体３１の一方の端部である外部接続部３２が図示を省略する外部電極に接続されるべく、樹脂部１８ｍ及び電子回路基板１４から外側に延びている。
バスバー本体３１の他方の端部は、電子回路基板１４上に配置されており、下向きに屈曲する屈曲部３３が形成された後、第１の接続部である接続部３４を形成している。接続部３４は、電子回路基板１４上の電極パッド３６に半田３５で接合される。

さらに、接続部３４からは、第２の接続部であるリードピン３７が１本延設されている。リードピン３７は、屈曲部３７Ａによって屈曲させられつつ樹脂部１８ｍ内を通って、樹脂部１８ｍの上面から略鉛直上向きに引き出されている。図５及び図６に示すように、リードピン３７は、制御基板１２に形成された貫通孔３８に挿通させられ、半田３９にて制御基板１２に接合される。制御基板１２の貫通孔３８は、バスバー１８ｂｐ，ｂｎの各リードピン３７の位置に対応させて制御基板１２に形成されている。２つの貫通孔３８は、給電用に形成されており、各リードピン３７は図示を省略する制御基板１２の導電パターンに半田３９を介して電気的に接続される。なお、リードピン３７が接続部３４から延設されているので、電子回路基板１４側で接続部３４の近傍に面実装コンデンサなどを実装しておけば、信号や電力を安定して制御基板１２に供給することが可能になる。

リードピン１８ｂａ，１８ｂｂは、電子回路基板１４上の図示を省略する他の電極パッドに半田で接合される接続部４３を有し、ここから屈曲部４４が設けられた後にリードピン４５が上向きに延びている。図６に示すように、リードピン４５は、制御基板１２の貫通孔４６に挿通させられ、半田４７にて接合される。
貫通孔４６は、制御基板１２にリードピン１８ｂａ，１８ｂｂのリードピン４５の配置に対応して形成されており、２つの基板１２，１４間で信号をやり取りするために用いられる。リードピン４５は図示を省略する制御基板１２の導電パターンに半田４７を介して電気的に接続される。なお、リードピン４５の下側の端部付近には連結部４５Ａが樹脂部１８ｍに向かって一体に延設されている。連結部４５Ａは、樹脂部１８ｍ内に挿入されており、連結部４５Ａを介してリードピン４５が樹脂部１８ｍに固定されている。

次に、入力端子１８の実装方法について説明する。
入力端子１８は、図示を省略するマウンタで電子回路基板１４の所定位置に搭載させられる。さらに、他の端子２０，２２や半導体素子１６なども同様に電子回路基板１４に搭載させたら、リフロー炉で加熱して半田を溶解させる。この後に半田を冷却すると入力端子１８の接続部が電子回路基板１４に接合される。
さらに、電子回路基板１４をケース１０に固定してから、制御基板をケース１０に支持させる。このとき、入力端子１８の４つのリードピン３７，４５のそれぞれが制御基板１２の対応する各貫通孔３８，４６に１つずつ挿入されるので、リードピン３７，４５と貫通孔３８，４６の周囲の導電パターンを半田３９，４７で接合する。

このインバータ装置１において、電力は入力端子１８の一対のバスバー１８ｂｐ，ｂｎからインバータ装置１に供給される。より詳細には、一対のバスバー１８ｂｐ，ｂｎの一方の端部から入力された電力は、リードピン３７と接続部３４のそれぞれから制御基板１２と電子回路基板１４のそれぞれに分配される。リードピン３７からは制御基板１２に給電が行われ、制御基板１２上の半導体素子などに供給される。接続部３４からは電子回路基板１４に給電が行われ、半導体素子１６の作動に使用される。つまり、バスバー１８ｂｐ，ｂｎに供給された外部からの電力が、接続部３４とリードピン３７に分岐させられて、制御基板１２にはリードピン３７を介して電子回路基板１４を経由することなく直接に電力が供給される。同様に、電子回路基板１４には接続部３４を介して制御基板１２を経由することなく直接に電力が供給される。これにより、電子回路基板１４上の半導体素子１６が制御基板１２の制御の下でスイッチング動作をし、出力端子２０からＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相交流を出力して負荷を駆動させる。

また、電子回路基板１４と制御基板１２の間では、リードピン１８ｂａ，１８ｂｂを介して信号のやり取りが行われる。このような信号としては、例えば、前記したように半導体素子１６をスイッチング動作させる信号があげられる。

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、１つの入力端子１８で基板内配線を利用することなく２つの基板１２，１４に電力を供給することができるので、基板１２，１４の構成を簡略化でき、部品レイアウトなどの自由度を確保できる。従来のように一方の基板に一旦入力された電力を他方の基板に分岐させるための端子を別途設ける必要がなくなって、給電用のケーブルも不要になるので部品点数を削減でき、組立工数の削減も実現できる。また、２つの基板の間を配線やケーブルで接続する必要がなくなるので、信頼性を向上できる。
また、このようなバスバーを有する端子を採用することで、信頼性の高く安価なインバータ装置１を実現できる。

ここで、図７及び図８を参照して変形例について説明する。
入力端子６１は、一対のバスバー６１ｂｎ，６１ｂｐを樹脂部１８ｍに支持させた構成を有する。バスバー６８ｂｎ，６８ｂｐは入力端子６１の中心軸に対して対称な形状を有し、バスバー本体３１の一方の端部が電子回路基板１４の外側に延設されて外部接続部３２を形成すると共に、他方の端部が屈曲部３３を経て接続部３４になっている。さらに、接続部３４からは、制御基板１２に向かって延びる上向きに延びるリードピン３７と、リード６３とが一体に形成されている。リード６３は、一対のバスバー６１ｂｎ，６１ｂｐの間に配置されたコンデンサ６２に接続されている。

この入力端子６１では、一対のバスバー６１ｂｎ，６１ｂｐに入力される電力の変動がコンデンサ６２によって平滑化され、電子回路基板１４と制御基板１２とに供給される。そして、バスバー６１ｂｐ，ｂｎに供給された外部からの電力が、接続部３４とリードピン３７に分岐させられて、制御基板１２にはリードピン３７を介して電子回路基板１４を経由することなく直接に電力が供給される。同様に、電子回路基板１４には接続部３４を介して制御基板１２を経由することなく直接に電力が供給される。

なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、入力端子１８は、一対のバスバー１８ｂｐ，ｂｎを信号入力用に使用しても良い。この場合、バスバー１８ｂｐ，ｂｎに入力された信号は、接続部３４から電子回路基板１４に入力されると共に、リードピン３７を介して制御基板１２にも入力される。即ち、バスバー２８ｂｐ，ｂｎに供給された外部からの信号が、接続部３４とリードピン３７に分岐させられて、制御基板１２にはリードピン３７を介して電子回路基板１４を経由することなく直接に信号が入力される。同様に、電子回路基板１４には接続部３４を介して制御基板１２を経由することなく直接に信号が入力される。

同様に、一対のバスバー１８ｂｐ，ｂｎを信号出力用に使用しても良い。つまり、端子１８，６１を出力端子としても良い。
また、入力端子１８，６１において、バスバーの数や位置は実施の形態に限定されない。第２の接続部であるリードピン３７は、外部接続部３２から直接に上向きに延設されても良い。つまり、接続部３４とリードピン３７とが外部接続部３２から分岐して設けられた構成にしても良い。

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。バスバーを有する端子の平面図である。図４のＡ矢視図である。バスバーを有する端子と制御基板との接続構造及び配置を説明する図である。バスバーを有する端子の変形例を示す斜視図である。図８の変形例における回路図である。

符号の説明

１インバータ装置（半導体装置）
１２制御基板（他の基板）
１４電子回路基板
１８，６１入力端子（バスバーを有する端子）
１８ｍ樹脂部（支持部）
１８ｂｐ，１８ｂｎバスバー
１８ｂａ，１８ｂｂリードピン
３２外部接続部
３４接続部（第１の接続部）
３７リードピン（第２の接続部）

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、前記半導体素子を実装する電子回路基板とを備える半導体装置に用いられ、前記バスバーを前記電子回路基板に接続するバスバーを有する端子において、
前記バスバーは、外部機器に接続される外部接続部と、
前記電子回路基板に接続される第１の接続部と、
前記電子回路基板から離れて配置される他の基板に前記電子回路基板を経由せずに電気的に接続される第２の接続部と、
を有することを特徴とするバスバーを有する端子。
前記第２の接続部は、前記第１の接続部から前記他の基板に向かって延び、その一部が前記支持部に支持されたリードであ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。
前記バスバーは、前記電子回路基板と前記他の基板のそれぞれに電力を供給する外部電源に接続される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。
一対の前記バスバーと、前記一対のバスバーの間に配置され、前記電子回路基板と前記他の基板とを電気的に接続するピンを有す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。