JP2010147363A - 板状電極と電極との接続構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】板状電極とこれに接続する電極の間の接合強度を高めることが可能な板状電極と電極との接続構造の提供。
【解決手段】板状電極１１と電極１２との接続構造であって、電極１２上面に凹部１３ａを有する突起部１３を設けると共に、板状電極１１にバーリング１１ａを有する丸孔１１ｂを設け、板状電極１１の丸孔１１ｂが電極１２上面の突起部１３を間隔をおいて囲むように電極１２上面に板状電極１１下面としてのバーリング１１ａの先端部を対向配置し、凹部１３ａに保持された棒状半田１４を局所加熱することにより、少なくとも電極１２上面、突起部１３の外周面、及び丸孔１１ｂの内周面との間を半田接合させる。
【選択図】図１
【解決手段】板状電極１１と電極１２との接続構造であって、電極１２上面に凹部１３ａを有する突起部１３を設けると共に、板状電極１１にバーリング１１ａを有する丸孔１１ｂを設け、板状電極１１の丸孔１１ｂが電極１２上面の突起部１３を間隔をおいて囲むように電極１２上面に板状電極１１下面としてのバーリング１１ａの先端部を対向配置し、凹部１３ａに保持された棒状半田１４を局所加熱することにより、少なくとも電極１２上面、突起部１３の外周面、及び丸孔１１ｂの内周面との間を半田接合させる。
【選択図】図１
Description
この発明は、板状電極と電極との接続構造に関する。
特許文献１で開示された従来技術においては、パワー素子上に半田付けされる上部電極に、突起部と半田注入口を形成し、この突起部をパワー素子上に接触するように配置することにより、上部電極とパワー素子との間に溶融半田の供給空間を形成する。そして、その溶融半田の供給空間に対し半田注入口から溶融半田を供給して、上部電極をパワー素子に半田接合させる。このため、突起部によって形成された溶融半田の供給空間に対し、上部電極の側方からではなく、半田注入口を介して溶融半田を供給することができ、パワー素子の側面に半田が付着することを防止できるとしている。
特開２００４−１３４４４５号公報（第５〜７頁、図１〜図２）
しかし、特許文献１で開示された従来技術においては、半田注入口を介して溶融半田の供給空間に供給された半田により対向する上部電極のフラットな下面とパワー素子のフラットな上面との間が半田接合されるので、接合強度が弱いという問題がある。このため、例えば、振動が加わった場合には、半田とフラットな下面及び半田とフラットな上面との間の面接合部が剥離してしまう恐れがある。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、板状電極とこれに接続する電極の間の接合強度を高めることが可能な板状電極と電極との接続構造の提供にある。
上記課題を達成するため、請求項１記載の発明は、板状電極と電極との接続構造であって、前記電極上面に突起部を設けると共に、前記板状電極に孔を設け、前記孔が前記突起部を間隔をおいて囲むように前記電極上面に前記板状電極下面を配置し、少なくとも前記突起部と前記孔とを半田接合させることを特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、電極の突起部を囲むように間隔をおいて板状電極の孔を配置されているので、突起部と孔との間に半田を供給し少なくとも突起部と孔とを半田接合させることが可能である。従って、突起部の外周面と孔とが半田接合されるので、接合部が突起部の中心軸と孔の中心軸との軸方向にも広がるために接合部の表面積が大となり、従来技術のような半田とフラットな下面及び半田とフラットな上面での半田接合に比べて半田接合強度のアップが可能である。また、突起部上の半田が盛り上がってフィレットが形成されるので、半田の接合寿命が長くなる。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の板状電極と電極との接続構造において、前記突起部は前記電極上面から前記板状電極上面まで突出する高さを有することを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、突起部と孔との軸方向の接合距離を充分確保することができる。
請求項２記載の発明によれば、突起部と孔との軸方向の接合距離を充分確保することができる。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の板状電極と電極との接続構造において、前記突起部は、半田を保持することを特徴とする。
請求項３記載の発明によれば、突起部にて半田を保持させて半田を加熱溶融させればよいので、接合作業を簡単に行うことができる。
請求項３記載の発明によれば、突起部にて半田を保持させて半田を加熱溶融させればよいので、接合作業を簡単に行うことができる。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の板状電極と電極との接続構造において、前記突起部は凹部を有することを特徴とする。
請求項４記載の発明によれば、凹部に半田を保持させて半田を加熱溶融させればよいので、接合作業を簡単に行うことができると共に、凹部内の半田も溶けて半田接合されるので、接合部の表面積がさらに大となり接合強度を一層高めることができる。
請求項４記載の発明によれば、凹部に半田を保持させて半田を加熱溶融させればよいので、接合作業を簡単に行うことができると共に、凹部内の半田も溶けて半田接合されるので、接合部の表面積がさらに大となり接合強度を一層高めることができる。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の板状電極と電極との接続構造において、前記突起部は、パイプ状に形成されていることを特徴とする。
請求項５記載の発明によれば、パイプ状孔に棒状半田又はペレット状半田を立てて接合作業を行うことができる。
請求項５記載の発明によれば、パイプ状孔に棒状半田又はペレット状半田を立てて接合作業を行うことができる。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の板状電極と電極との接続構造において、前記突起部は、前記電極と一体形成されていることを特徴とする。
請求項６記載の発明によれば、突起部は電極と一体形成することができるので、部品点数と製造工数を削減可能である。
請求項６記載の発明によれば、突起部は電極と一体形成することができるので、部品点数と製造工数を削減可能である。
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の板状電極と電極との接続構造において、前記板状電極の孔は、バーリングにより形成されていることを特徴とする。
請求項７記載の発明によれば、突起部の外周面と半田接合されるバーリング孔の内周面の接合面積を増大できると共に、くさび型の半田によるアンカー効果により接合強度を更に向上できる。
請求項７記載の発明によれば、突起部の外周面と半田接合されるバーリング孔の内周面の接合面積を増大できると共に、くさび型の半田によるアンカー効果により接合強度を更に向上できる。
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の板状電極と電極との接続構造において、前記板状電極はバスバーであり、前記電極は半導体素子上に設けられたヒートマスであることを特徴とする。
請求項８記載の発明によれば、板状電極はバスバーなので、例えば、バスバー電極を介して半導体素子と外部電極とを接続させることができ、大電流を供給可能である。また、電極は半導体素子上に設けられたヒートマスなので、突起部の形成が容易である。
請求項８記載の発明によれば、板状電極はバスバーなので、例えば、バスバー電極を介して半導体素子と外部電極とを接続させることができ、大電流を供給可能である。また、電極は半導体素子上に設けられたヒートマスなので、突起部の形成が容易である。
本発明によれば、板状電極に形成された孔に電極の突起部を配置して突起部と孔とを半田接合すればよいので、板状電極とこれに接続する電極の間の接合強度を高めることが可能である。
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態に係る板状電極と電極との接続構造について、図１〜図２に基づいて説明する。
図１に示すように、この接続構造を有する接続部１０は薄板状の板状電極１１とブロック体状の電極１２を備えている。
板状電極１１には、下向きにバーリング１１ａが施された丸孔１１ｂが形成されている。バーリング加工は板状電極１１に下孔をあけプレス加工を行うことによりなされ、下方に突出する円筒状のバーリング１１ａを有する丸孔１１ｂが形成される。板状電極１１の材料としては、例えば、銅、アルミニウム、又はこれらの合金等を含んだ金属材料が用いられている。
以下、本発明の実施形態に係る板状電極と電極との接続構造について、図１〜図２に基づいて説明する。
図１に示すように、この接続構造を有する接続部１０は薄板状の板状電極１１とブロック体状の電極１２を備えている。
板状電極１１には、下向きにバーリング１１ａが施された丸孔１１ｂが形成されている。バーリング加工は板状電極１１に下孔をあけプレス加工を行うことによりなされ、下方に突出する円筒状のバーリング１１ａを有する丸孔１１ｂが形成される。板状電極１１の材料としては、例えば、銅、アルミニウム、又はこれらの合金等を含んだ金属材料が用いられている。
電極１２上面にはメッキ処理が施されており、パイプ状の突起部１３が半田接合されている。突起部１３は外周径が板状電極１１の丸孔１１ｂの孔径より小さく形成されている。突起部１３の中心部に形成された丸孔状の凹部１３ａは、板状電極１１と電極１２とを接合させるときに半田を保持するものである。電極１２及び突起部１３の材料としては、例えば、銅、アルミニウム、又はこれらの合金等を含んだ金属材料が用いられている。
板状電極１１の丸孔１１ｂが電極１２上面の突起部１３を間隔をおいて囲むように電極１２上面に板状電極１１下面としてのバーリング１１ａの先端部を対向配置し、凹部１３ａに保持された固形半田を別途設けられた加熱手段により溶融させることにより、電極１２上面、突起部１３の外周面、及び丸孔１１ｂとが半田Ｈにより接合されている。
このように、板状電極１１と電極１２とは、板状電極１１のフラットな下面と電極１２のフラットな上面とを半田接合させる場合と比較して、半田Ｈと各電極１１、１２との導通面積を大きくとることができるとともに、接合強度を高めることが可能である。
なお、バーリング１１ａの先端部と電極１２上面との間には、溶融した半田が漏れない程度に若干の隙間が形成されている。これは、板状電極１１と電極１２とが接触することにより接触部に応力がかることによる不具合の発生を防止するためである。この隙間は、予め製造工程における寸法公差（バラツキ）を考慮して設定されている。また、突起部１３は電極１２上面から板状電極１１上面まで突出する高さを有している。
このように、板状電極１１と電極１２とは、板状電極１１のフラットな下面と電極１２のフラットな上面とを半田接合させる場合と比較して、半田Ｈと各電極１１、１２との導通面積を大きくとることができるとともに、接合強度を高めることが可能である。
なお、バーリング１１ａの先端部と電極１２上面との間には、溶融した半田が漏れない程度に若干の隙間が形成されている。これは、板状電極１１と電極１２とが接触することにより接触部に応力がかることによる不具合の発生を防止するためである。この隙間は、予め製造工程における寸法公差（バラツキ）を考慮して設定されている。また、突起部１３は電極１２上面から板状電極１１上面まで突出する高さを有している。
上記のような構成を有する板状電極１１と電極１２との接続部１０について、図２の製造工程を説明するための断面図に基づきその動作説明を行う。
図２（ａ）に示すように、電極１２上の突起部１３を囲むように間隔をおいて板状電極１１の丸孔１１ｂを配置し、板状電極１１のバーリング１１ａの先端部と電極１２上面との間に若干の隙間が形成された状態で、板状電極１１及び電極１２を図示しない支持手段（例えば、ロボットアーム又は、固定部材）により支持させる。そして、突起部１３の凹部１３ａに固形の棒状半田１４をセットする。なお、このとき突起部１３の中心軸と丸孔１１ｂの中心軸とはほぼ重なった状態にある。
図２（ａ）に示すように、電極１２上の突起部１３を囲むように間隔をおいて板状電極１１の丸孔１１ｂを配置し、板状電極１１のバーリング１１ａの先端部と電極１２上面との間に若干の隙間が形成された状態で、板状電極１１及び電極１２を図示しない支持手段（例えば、ロボットアーム又は、固定部材）により支持させる。そして、突起部１３の凹部１３ａに固形の棒状半田１４をセットする。なお、このとき突起部１３の中心軸と丸孔１１ｂの中心軸とはほぼ重なった状態にある。
次に、図２（ｂ）に示すように、突起部１３の上方に局所加熱手段１５を移動させて、棒状半田１４を局所加熱により溶融させる。局所加熱手段１５は、レーザー方式やハロゲンランプ式やＩＨ加熱式（誘導加熱式）などを用いることができる。
加熱により溶融された半田は溶け広がり、丸孔１１ｂと突起部１３との間を通って、下方に侵入し電極１２の上面まで到達する。そして、丸孔１１ｂと突起部１３との間が溶融半田で満たされると、突起部１３の上方にも溶融半田が盛り上がってフィレットが形成される。バーリング１１ａの先端部と電極１２上面との間には若干の隙間が形成された状態にあるが、溶融半田の有する粘性と表面張力により、溶融半田はこの隙間から外部に漏れることはない。また、棒状半田１４の容量は、突起部１３と丸孔１１ｂとの間を半田接合させるのに充分な量となるように予め設定されている。
加熱により溶融された半田は溶け広がり、丸孔１１ｂと突起部１３との間を通って、下方に侵入し電極１２の上面まで到達する。そして、丸孔１１ｂと突起部１３との間が溶融半田で満たされると、突起部１３の上方にも溶融半田が盛り上がってフィレットが形成される。バーリング１１ａの先端部と電極１２上面との間には若干の隙間が形成された状態にあるが、溶融半田の有する粘性と表面張力により、溶融半田はこの隙間から外部に漏れることはない。また、棒状半田１４の容量は、突起部１３と丸孔１１ｂとの間を半田接合させるのに充分な量となるように予め設定されている。
次に、図２（ｃ）に示すように、溶融した半田Ｈは自然冷却により硬化し、板状電極１１の丸孔１１ｂと電極１２の突起部１３との間が半田Ｈにより接合される。図２（ｃ）は、この半田接合された状態を示している。
突起部１３の外周面とバーリング１１ａが施された丸孔１１ｂの内周面と電極１２上面とが半田接合されると共に、突起部１３の凹部１３ａ内の半田も溶けて半田接合されるので、硬化した半田Ｈはくさび形状となり、いわゆるアンカー効果により引っ張り応力に対する接合強度を高めることができる。また、突起部１３上の半田Ｈが盛り上がってフィレットが形成された状態にあるので、半田Ｈの接合寿命を長くすることが可能である。
突起部１３の外周面とバーリング１１ａが施された丸孔１１ｂの内周面と電極１２上面とが半田接合されると共に、突起部１３の凹部１３ａ内の半田も溶けて半田接合されるので、硬化した半田Ｈはくさび形状となり、いわゆるアンカー効果により引っ張り応力に対する接合強度を高めることができる。また、突起部１３上の半田Ｈが盛り上がってフィレットが形成された状態にあるので、半田Ｈの接合寿命を長くすることが可能である。
第１の実施形態に係る板状電極と電極との接続部１０によれば以下の効果を奏する。
（１）電極１２上の突起部１３を囲むように間隔をおいて板状電極１１の丸孔１１ｂを配置し、凹部１３ａに保持された棒状半田１４を局所加熱手段１５により溶融させることにより、突起部１３と丸孔１１ｂとの間が半田Ｈにより接合されている。従って、突起部１３の外周面とバーリング１１ａが施された丸孔１１ｂの内周面と電極１２上面とが半田接合されると共に、突起部１３の凹部１３ａ内の半田も溶けて半田接合されるので、硬化した半田Ｈはくさび形状となり、いわゆるアンカー効果により引っ張り応力に対する接合強度を高めることができる。また、突起部１３上の半田Ｈが盛り上がってフィレットが形成された状態にあるので、半田Ｈの接合寿命を長くすることが可能である。
（２）突起部１３は電極１２上面から板状電極１１上面まで突出する高さを有しており、
突起部１３の外周面と丸孔１１ｂの内周面との間の半田接合部が突起部１３の中心軸と丸孔１１ｂの中心軸との軸方向にも広がるために接合部の表面積が大となり、従来技術のような半田とフラットな下面及び半田とフラットな上面での半田接合に比べて半田接合強度のアップが可能である。
（３）凹部１３ａで棒状半田１４を保持させて半田を加熱溶融させればよいので、棒状半田１４を保持するための把持手段を特別に設ける必要がなく、半田接合作業を簡単に行うことができる。
（４）局所加熱手段１５により凹部１３ａに保持された棒状半田１４を加熱し溶融させるが、加熱時においては棒状半田１４のみならず周囲の突起部１３、電極１２及び板状電極１１のバーリング１１ａなども同時に温度上昇し、半田Ｈが各部と強固に接合させることができる。
（５）バーリング１１ａの先端部と電極１２上面との間には、若干の隙間が形成された状態で板状電極１１と電極１２とは接合されている。従って、電極１２高さがばらついても残留応力なく半田接合を行えるので信頼性の向上を図れる。また、板状電極１１と電極１２との間に接触による応力が加わることなく確実に半田接合可能である。
（１）電極１２上の突起部１３を囲むように間隔をおいて板状電極１１の丸孔１１ｂを配置し、凹部１３ａに保持された棒状半田１４を局所加熱手段１５により溶融させることにより、突起部１３と丸孔１１ｂとの間が半田Ｈにより接合されている。従って、突起部１３の外周面とバーリング１１ａが施された丸孔１１ｂの内周面と電極１２上面とが半田接合されると共に、突起部１３の凹部１３ａ内の半田も溶けて半田接合されるので、硬化した半田Ｈはくさび形状となり、いわゆるアンカー効果により引っ張り応力に対する接合強度を高めることができる。また、突起部１３上の半田Ｈが盛り上がってフィレットが形成された状態にあるので、半田Ｈの接合寿命を長くすることが可能である。
（２）突起部１３は電極１２上面から板状電極１１上面まで突出する高さを有しており、
突起部１３の外周面と丸孔１１ｂの内周面との間の半田接合部が突起部１３の中心軸と丸孔１１ｂの中心軸との軸方向にも広がるために接合部の表面積が大となり、従来技術のような半田とフラットな下面及び半田とフラットな上面での半田接合に比べて半田接合強度のアップが可能である。
（３）凹部１３ａで棒状半田１４を保持させて半田を加熱溶融させればよいので、棒状半田１４を保持するための把持手段を特別に設ける必要がなく、半田接合作業を簡単に行うことができる。
（４）局所加熱手段１５により凹部１３ａに保持された棒状半田１４を加熱し溶融させるが、加熱時においては棒状半田１４のみならず周囲の突起部１３、電極１２及び板状電極１１のバーリング１１ａなども同時に温度上昇し、半田Ｈが各部と強固に接合させることができる。
（５）バーリング１１ａの先端部と電極１２上面との間には、若干の隙間が形成された状態で板状電極１１と電極１２とは接合されている。従って、電極１２高さがばらついても残留応力なく半田接合を行えるので信頼性の向上を図れる。また、板状電極１１と電極１２との間に接触による応力が加わることなく確実に半田接合可能である。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る板状電極とブロック状電極との接続構造について、図３及び図４に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における接続構造を半導体装置に適用したものであり、基本的な構成及び製造工程は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成及び工程についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
次に、第２の実施形態に係る板状電極とブロック状電極との接続構造について、図３及び図４に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における接続構造を半導体装置に適用したものであり、基本的な構成及び製造工程は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成及び工程についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
図３に示すように、半導体装置２０は本体部２１とハウジング部２２とにより構成されている。
本体部２１は、絶縁性の回路基板２３を備え、回路基板２３上に設けられた金属層２４上に半導体素子としての複数のＩＧＢＴ２５及びダイオード２６がそれぞれ半田により接合されている。
ＩＧＢＴ２５及びダイオード２６上には、ＩＧＢＴ２５及びダイオード２６で発生した熱を一時的に吸収して、その後放出する直方体状のヒートマス２７、２８がそれぞれ半田で接合されている。ヒートマス２７、２８は電極に相当し、ヒートマス２７、２８には、その上面にパイプ状の突起部３３、３４がそれぞれ半田接合されている。
回路基板２３は金属製のベースプレート２９に裏面側の金属層３０を介して接合されている。
本体部２１は、絶縁性の回路基板２３を備え、回路基板２３上に設けられた金属層２４上に半導体素子としての複数のＩＧＢＴ２５及びダイオード２６がそれぞれ半田により接合されている。
ＩＧＢＴ２５及びダイオード２６上には、ＩＧＢＴ２５及びダイオード２６で発生した熱を一時的に吸収して、その後放出する直方体状のヒートマス２７、２８がそれぞれ半田で接合されている。ヒートマス２７、２８は電極に相当し、ヒートマス２７、２８には、その上面にパイプ状の突起部３３、３４がそれぞれ半田接合されている。
回路基板２３は金属製のベースプレート２９に裏面側の金属層３０を介して接合されている。
ハウジング部２２は、樹脂製のハウジング３１と、該ハウジング３１に一体成形されて
一部が埋め込まれた金属製で薄板状のバスバー３２とを備えている。バスバー３２は板状電極に相当し、バスバー３２には、裏面側に突出してバーリング３２ａ、３２ｂが施された複数の丸孔３２ｃ、３２ｄが形成されている。なお、丸孔３２ｃ、３２ｄは突起部３３、３４に対応する位置に形成されている。
ハウジング部２２は、本体部２１に上方から取り付けられ接着されて一体化されている。
一部が埋め込まれた金属製で薄板状のバスバー３２とを備えている。バスバー３２は板状電極に相当し、バスバー３２には、裏面側に突出してバーリング３２ａ、３２ｂが施された複数の丸孔３２ｃ、３２ｄが形成されている。なお、丸孔３２ｃ、３２ｄは突起部３３、３４に対応する位置に形成されている。
ハウジング部２２は、本体部２１に上方から取り付けられ接着されて一体化されている。
図４（ａ）、（ｂ）は、半導体装置２０の製造工程を説明するための模式図である。
図４（ａ）に示すように、本体部２１に上方からハウジング部２２が取り付けられ一体化される。このとき、バスバー３２の丸孔３２ｃ、３２ｄは、ヒートマス２７、２８上の突起部１３をそれぞれ囲むように間隔をおいて配置され、バーリング３２ａ、３２ｂの先端部とヒートマス２７、２８上面との間には、若干の隙間が形成された状態にある。
次に、突起部３３、３４に設けられた凹部３３ａ、３４ａに棒状半田１４がセットされ、突起部３３、３４の上方に局所加熱手段１５を順次移動させて、棒状半田１４を局所過熱により溶融させる。なお、図４（ａ）では、バスバー３２の丸孔３２ｃ、ヒートマス２７、バーリング３２ａ、丸孔３２ｃ、突起部３３、凹部３３ａの箇所のみを図示している。
図４（ａ）に示すように、本体部２１に上方からハウジング部２２が取り付けられ一体化される。このとき、バスバー３２の丸孔３２ｃ、３２ｄは、ヒートマス２７、２８上の突起部１３をそれぞれ囲むように間隔をおいて配置され、バーリング３２ａ、３２ｂの先端部とヒートマス２７、２８上面との間には、若干の隙間が形成された状態にある。
次に、突起部３３、３４に設けられた凹部３３ａ、３４ａに棒状半田１４がセットされ、突起部３３、３４の上方に局所加熱手段１５を順次移動させて、棒状半田１４を局所過熱により溶融させる。なお、図４（ａ）では、バスバー３２の丸孔３２ｃ、ヒートマス２７、バーリング３２ａ、丸孔３２ｃ、突起部３３、凹部３３ａの箇所のみを図示している。
図４（ａ）は、突起部３３の凹部３３ａにセットされた棒状半田１４を局所加熱手段１５により溶融させるときの状態を示している。
加熱により溶融された半田は、丸孔３２ｃと突起部３３との間を通って、下方に侵入しヒートマス２７の上面まで到達する。そして、丸孔３２ｃと突起部３３との間が溶融半田で満たされると突起部３３の上方にも溶融半田が盛り上がってフィレットが形成される。
上記棒状半田１４の加熱溶融の操作が各丸孔３２ｃ、３２ｄに対してなされて、各丸孔３２ｃ、３２ｄと各突起部３３、３４との間に溶融半田が供給される。
次に、自然冷却により半田Ｈが硬化し、バスバー３２の各丸孔３２ｃ、３２ｄとヒートマス２７、２８の各突起部３３、３４とがそれぞれ半田接合される。図４（ｂ）は、半田接合された状態を示している。
加熱により溶融された半田は、丸孔３２ｃと突起部３３との間を通って、下方に侵入しヒートマス２７の上面まで到達する。そして、丸孔３２ｃと突起部３３との間が溶融半田で満たされると突起部３３の上方にも溶融半田が盛り上がってフィレットが形成される。
上記棒状半田１４の加熱溶融の操作が各丸孔３２ｃ、３２ｄに対してなされて、各丸孔３２ｃ、３２ｄと各突起部３３、３４との間に溶融半田が供給される。
次に、自然冷却により半田Ｈが硬化し、バスバー３２の各丸孔３２ｃ、３２ｄとヒートマス２７、２８の各突起部３３、３４とがそれぞれ半田接合される。図４（ｂ）は、半田接合された状態を示している。
ところで、ヒートマス２７、２８はＩＧＢＴ２５及びダイオード２６の電極を兼ねており、ＩＧＢＴ２５の場合には上面側にエミッタ電極パッドがあり、ヒートマス２７はエミッタ電極パッドと半田にて接合されてエミッタ電極になり、ダイオード２６の場合には上面側にアノード電極パッドがあり、ヒートマス２８はアノード電極パッドと半田にて接合されてアノード電極になる。
エミッタ電極及びアノード電極としてのヒートマス２７、２８はバスバー３２を介して外部電源等に接続され、ＩＧＢＴ２５及びダイオード２６の作動時には、電源側からバスバー３２及びヒートマス２７、２８を通じてＩＧＢＴ２５及びダイオード２６に電流が供給され、この電流は、例えば電動モータ用の駆動電流としてＩＧＢＴ２５及びダイオード２６から出力される。
エミッタ電極及びアノード電極としてのヒートマス２７、２８はバスバー３２を介して外部電源等に接続され、ＩＧＢＴ２５及びダイオード２６の作動時には、電源側からバスバー３２及びヒートマス２７、２８を通じてＩＧＢＴ２５及びダイオード２６に電流が供給され、この電流は、例えば電動モータ用の駆動電流としてＩＧＢＴ２５及びダイオード２６から出力される。
この実施形態においては、電極としてのヒートマス２７、２８は板状電極としてのバスバー３２を介して外部電源等に接続され、電源側からバスバー３２及びヒートマス２７、２８を通じてＩＧＢＴ２５及びダイオード２６に電流が供給されるが、バスバー３２の各丸孔３２ｃ、３２ｄとヒートマス２７、２８上の各突起部３３、３４とがそれぞれ半田接合されることにより電気的に接続されているので、接触部の表面積を大きくして電気抵抗を小さくすることができる。また、各丸孔３２ｃ、３２ｄと各突起部３３、３４との間に侵入した半田Ｈのアンカー効果によりバスバー３２とヒートマス２７、２８との接合強度を高めることができる。
また、バスバー３２のバーリング３２ａ、３２ｂの先端部とヒートマス２７、２８上面との間は若干の隙間が形成された状態で組み付けが行われているので、バスバー３２とヒートマス２７、２８とが接触することでＩＧＢＴ２５及びダイオード２６へ応力がかかることが防止されるため、ＩＧＢＴ２５及びダイオード２６の破損を防ぐことができる。
さらに、半田を局所的に加熱して接合を行うために、リフロー炉等に入れて全体的に加熱させる場合と比較して、ＩＧＢＴ２５、ダイオード２６及び回路基板２３などへの加熱による熱的ストレスを軽減することが可能である。
また、バスバー３２のバーリング３２ａ、３２ｂの先端部とヒートマス２７、２８上面との間は若干の隙間が形成された状態で組み付けが行われているので、バスバー３２とヒートマス２７、２８とが接触することでＩＧＢＴ２５及びダイオード２６へ応力がかかることが防止されるため、ＩＧＢＴ２５及びダイオード２６の破損を防ぐことができる。
さらに、半田を局所的に加熱して接合を行うために、リフロー炉等に入れて全体的に加熱させる場合と比較して、ＩＧＢＴ２５、ダイオード２６及び回路基板２３などへの加熱による熱的ストレスを軽減することが可能である。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る板状電極と電極との接続構造について、図５に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における突起部１３を電極１２と一体形成したものであり、その他の構成及び製造工程は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成及び工程についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
次に、第３の実施形態に係る板状電極と電極との接続構造について、図５に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における突起部１３を電極１２と一体形成したものであり、その他の構成及び製造工程は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成及び工程についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
図５に示すように、この接続構造を有する接続部４０は板状電極１１とブロック体状の電極４１を備え、電極４１上面に円柱状の突起部４１ａが電極４１と一体形成され、突起部４１ａには有底丸孔状の凹部４１ｂが形成されている。突起部４１ａは外周径が板状電極１１の丸孔１１ｂの孔径より小さく形成されている。突起部４１ａに形成された凹部４１ｂは、板状電極１１と電極４１とを接合させるときに棒状半田１４を保持するものである。
電極４１上面の突起部４１ａを囲むように間隔をおいて板状電極１１の丸孔１１ｂを配置し、凹部４１ｂに保持された二点鎖線で示す棒状半田１４を別途設けられた局所加熱手段により溶融させることにより、突起部４１ａと丸孔１１ｂとの間が半田Ｈにより接合されている。
この実施形態においては、突起部４１ａは電極４１と一体形成することができるので、部品点数と製造工数を削減可能である。
それ以外の作用効果については第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
この実施形態においては、突起部４１ａは電極４１と一体形成することができるので、部品点数と製造工数を削減可能である。
それ以外の作用効果については第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る板状電極と電極との接続構造について、図６に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における突起部１３の形状を変更したものであり、その他の構成及び製造工程は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成及び工程についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
次に、第４の実施形態に係る板状電極と電極との接続構造について、図６に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における突起部１３の形状を変更したものであり、その他の構成及び製造工程は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成及び工程についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
図６に示すように、この接続構造を有する接続部５０は板状電極１１と電極１２を備え
、電極１２上面には円柱状の複数の突起部５１が半田接合されている。この実施形態では、突起部５１は３個からなり丸孔１１ｂの円周方向に等間隔で配置されている。３個の突起部５１の内側に囲まれた空間が凹部５２に相当し、この凹部５２で図６に二点鎖線でしめす棒状半田１４が保持される。
、電極１２上面には円柱状の複数の突起部５１が半田接合されている。この実施形態では、突起部５１は３個からなり丸孔１１ｂの円周方向に等間隔で配置されている。３個の突起部５１の内側に囲まれた空間が凹部５２に相当し、この凹部５２で図６に二点鎖線でしめす棒状半田１４が保持される。
電極１２上面の複数の突起部５１を囲むように間隔をおいて板状電極１１の丸孔１１ｂを配置し、凹部５２に保持された棒状半田１４を別途設けられた局所加熱手段により溶融させることにより、突起部５１と丸孔１１ｂとの間が半田Ｈにより接合されている。
この実施形態では、突起部５１と突起部５１との間の空間にも溶融半田が供給されて半田接合されるので、接触する表面積をより大きくできると共に、アンカー効果を一層高めることができる。
それ以外の作用効果については第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
この実施形態では、突起部５１と突起部５１との間の空間にも溶融半田が供給されて半田接合されるので、接触する表面積をより大きくできると共に、アンカー効果を一層高めることができる。
それ以外の作用効果については第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る板状電極と電極との接続構造について、図７に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における板状電極１１の形状を変更したものであり、その他の構成及び製造工程は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成及び工程についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
次に、第５の実施形態に係る板状電極と電極との接続構造について、図７に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における板状電極１１の形状を変更したものであり、その他の構成及び製造工程は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成及び工程についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
図７に示すように、この接続構造を有する接続部６０は板状電極６１と電極１２を備え、電極１２上面には突起部１３が半田接合されている。
板状電極６１には、所定の厚さを持った金属材料で形成されるワッシャ６２を嵌め込み固定するための丸孔６３が設けられている。ワッシャ６２は円筒部６２ａを有し、円筒部６２ａが板状電極６１の裏面側より丸孔６３に嵌め込まれる。円筒部６２ａの内径は突起部１３の外径より大きく形成されている。ワッシャ６２は、第１の実施形態におけるバーリング１１ａ及び丸孔１１ｂに代えて用いるものである。
板状電極６１には、所定の厚さを持った金属材料で形成されるワッシャ６２を嵌め込み固定するための丸孔６３が設けられている。ワッシャ６２は円筒部６２ａを有し、円筒部６２ａが板状電極６１の裏面側より丸孔６３に嵌め込まれる。円筒部６２ａの内径は突起部１３の外径より大きく形成されている。ワッシャ６２は、第１の実施形態におけるバーリング１１ａ及び丸孔１１ｂに代えて用いるものである。
電極１２上面の突起部１３を囲むように間隔をおいて板状電極６１の円筒部６２ａを配置し、ワッシャ６２の下面と電極１２上面との間には若干の隙間を形成した状態で、凹部１３ａに保持された二点鎖線で示す棒状半田１４を別途設けられた局所加熱手段により溶融させることにより、電極１２上面、突起部１３の外周面、及び円筒部６２ａの内周面とが半田Ｈにより接合されている。
この実施形態では、バーリング１１ａ及び丸孔１１ｂに代えて円筒部６２ａが形成されたワッシャ６２を板状電極６１の丸孔６３に嵌め込めばよい。バーリングの突出高さは板状電極の板厚により制限を受けるが、ワッシャ６２の場合には、任意の厚さに設定可能である。従って、板状電極の板厚が薄い場合には特に有効である。また、バーリング加工の場合には、突出高さの加工精度が余りよくないが、ワッシャ６２の場合には、突出高さの精度を向上でき、ワッシャ６２の下面と電極１２の上面との間の隙間の寸法精度を高めることができる。
それ以外の作用効果については第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
この実施形態では、バーリング１１ａ及び丸孔１１ｂに代えて円筒部６２ａが形成されたワッシャ６２を板状電極６１の丸孔６３に嵌め込めばよい。バーリングの突出高さは板状電極の板厚により制限を受けるが、ワッシャ６２の場合には、任意の厚さに設定可能である。従って、板状電極の板厚が薄い場合には特に有効である。また、バーリング加工の場合には、突出高さの加工精度が余りよくないが、ワッシャ６２の場合には、突出高さの精度を向上でき、ワッシャ６２の下面と電極１２の上面との間の隙間の寸法精度を高めることができる。
それ以外の作用効果については第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態に係る板状電極と電極との接続構造について、図８に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における突起部１３の形状を変更したものであり、その他の構成及び製造工程は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成及び工程についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
次に、第６の実施形態に係る板状電極と電極との接続構造について、図８に基づいて説明する。
この実施形態は、第１の実施形態における突起部１３の形状を変更したものであり、その他の構成及び製造工程は共通である。
従って、ここでは説明の便宜上、先の説明で用いた符号を一部共通して用い、共通する構成及び工程についてはその説明を省略し、変更した個所のみ説明を行う。
図８に示すように、この接続構造を有する接続部７０は板状電極１１と電極１２を備え
、電極１２上面には円柱状の突起部７１が半田接合されている。この実施形態では、突起部７１には凹部が形成されていない。棒状半田７２は図８に二点差線で示すように、棒状半田７２に形成された凹部７２ａを突起部７１に嵌め込むことにより保持されている。なお、棒状半田７２の外径は少なくとも突起部７１の外径よりも大きく、丸孔１１ｂの内径よりも小さい。
、電極１２上面には円柱状の突起部７１が半田接合されている。この実施形態では、突起部７１には凹部が形成されていない。棒状半田７２は図８に二点差線で示すように、棒状半田７２に形成された凹部７２ａを突起部７１に嵌め込むことにより保持されている。なお、棒状半田７２の外径は少なくとも突起部７１の外径よりも大きく、丸孔１１ｂの内径よりも小さい。
電極１２上面の突起部７１を囲むように間隔をおいて板状電極１１の丸孔１１ｂを配置し、突起部７１に保持された棒状半田７２を別途設けられた局所加熱手段により溶融させることにより、突起部７１と丸孔１１ｂとの間が半田Ｈにより接合されている。
この実施形態では、突起部７１に凹部が形成されていないので、凹部を形成するための製造工数を削減可能である。
それ以外の作用効果については第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
この実施形態では、突起部７１に凹部が形成されていないので、凹部を形成するための製造工数を削減可能である。
それ以外の作用効果については第１の実施形態と同様なので説明を省略する。
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更しても良い。
○ 第１の実施形態〜第５の実施形態では、使用される半田を棒状半田１４として説明したが、棒状半田１４に代えてペレット状半田としても良い。また、クリーム半田、シート半田又は、溶融半田を使用しても良い。クリーム半田又は、シート半田の場合には、板状電極の丸孔と電極上面の突起部との間に注入若しくは配設し、リフロー加熱炉に入れて半田を溶融させればよい。また、溶融半田の場合には、板状電極の丸孔と電極上面の突起部との間に直接溶融半田を供給して硬化させればよい。
○ 第１の実施形態〜第６の実施形態では、板状電極にバーリング加工或いはワッシャの嵌め込みにより丸孔を形成するとして説明したが、板状電極の板厚が厚い場合にはバーリング加工或いはワッシャの嵌め込みを行わないで丸孔だけを形成しても良い。
○ 第２の実施形態では、電極を半導体素子上に設けられたヒートマス２７、２８とし、ヒートマス２７、２８上に突起部３３、３４を設けるとして説明したが、電極を半導体素子とし半導体素子上に直接突起部を設けても良い。
○ 第１、第２、第４〜第６の実施形態では、突起部を電極上面に半田接合させるとして説明したが、溶接により接合させてもよい。
○ 突起部に形成される凹部は、丸孔に限定されずに、半田を保持することが可能であれば長丸孔、矩形孔その他どのような形状でも構わない。
○ 第４の実施形態では、電極１２上面に形成される突起部５１を３個として説明したが、３個以上であればいくらでも良い。
○ 第１の実施形態〜第５の実施形態では、使用される半田を棒状半田１４として説明したが、棒状半田１４に代えてペレット状半田としても良い。また、クリーム半田、シート半田又は、溶融半田を使用しても良い。クリーム半田又は、シート半田の場合には、板状電極の丸孔と電極上面の突起部との間に注入若しくは配設し、リフロー加熱炉に入れて半田を溶融させればよい。また、溶融半田の場合には、板状電極の丸孔と電極上面の突起部との間に直接溶融半田を供給して硬化させればよい。
○ 第１の実施形態〜第６の実施形態では、板状電極にバーリング加工或いはワッシャの嵌め込みにより丸孔を形成するとして説明したが、板状電極の板厚が厚い場合にはバーリング加工或いはワッシャの嵌め込みを行わないで丸孔だけを形成しても良い。
○ 第２の実施形態では、電極を半導体素子上に設けられたヒートマス２７、２８とし、ヒートマス２７、２８上に突起部３３、３４を設けるとして説明したが、電極を半導体素子とし半導体素子上に直接突起部を設けても良い。
○ 第１、第２、第４〜第６の実施形態では、突起部を電極上面に半田接合させるとして説明したが、溶接により接合させてもよい。
○ 突起部に形成される凹部は、丸孔に限定されずに、半田を保持することが可能であれば長丸孔、矩形孔その他どのような形状でも構わない。
○ 第４の実施形態では、電極１２上面に形成される突起部５１を３個として説明したが、３個以上であればいくらでも良い。
１０ 接続部
１１ 板状電極
１１ａ バーリング
１１ｂ 丸孔
１２ 電極
１３ 突起部
１３ａ 凹部
１４ 棒状半田
Ｈ 半田
１１ 板状電極
１１ａ バーリング
１１ｂ 丸孔
１２ 電極
１３ 突起部
１３ａ 凹部
１４ 棒状半田
Ｈ 半田
Claims (8)
- 板状電極と電極との接続構造であって、
前記電極上面に突起部を設けると共に、前記板状電極に孔を設け、
前記孔が前記突起部を間隔をおいて囲むように前記電極上面に前記板状電極下面を配置し、
少なくとも前記突起部と前記孔とを半田接合させることを特徴とする板状電極と電極との接続構造。 - 前記突起部は前記電極上面から前記板状電極上面まで突出する高さを有することを特徴とする請求項１に記載の板状電極と電極との接続構造。
- 前記突起部は、半田を保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の板状電極と電極との接続構造。
- 前記突起部は凹部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の板状電極と電極との接続構造。
- 前記突起部は、パイプ状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の板状電極と電極との接続構造。
- 前記突起部は、前記電極と一体形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の板状電極と電極との接続構造。
- 前記板状電極の孔は、バーリングにより形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の板状電極と電極との接続構造。
- 前記板状電極はバスバーであり、前記電極は半導体素子上に設けられたヒートマスであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の板状電極と電極との接続構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008324979A JP2010147363A (ja) | 2008-12-22 | 2008-12-22 | 板状電極と電極との接続構造 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008324979A JP2010147363A (ja) | 2008-12-22 | 2008-12-22 | 板状電極と電極との接続構造 |
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|---|---|
| JP2010147363A true JP2010147363A (ja) | 2010-07-01 |
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| JP2008324979A Pending JP2010147363A (ja) | 2008-12-22 | 2008-12-22 | 板状電極と電極との接続構造 |
Country Status (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014219164A (ja) * | 2013-05-09 | 2014-11-20 | 株式会社ティラド | 熱交換器のサポート材の取付構造 |
| JPWO2019167102A1 (ja) * | 2018-02-27 | 2020-04-09 | 新電元工業株式会社 | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
-
2008
- 2008-12-22 JP JP2008324979A patent/JP2010147363A/ja active Pending
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