JP2011100912A - パワー半導体モジュールのプリント配線板への実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】パワー半導体モジュールのリード端子間の半田ブリッジを防止し、さらにプリント配線板のスペースを有効に活用することができるパワー半導体モジュールのプリント配線板への実装構造を提供すること。
【解決手段】複数のリード端子を有するパワー半導体モジュール２と、上面からリード端子が挿通される貫通孔が設けられたプリント配線板１とを有し、プリント配線板１の一部の貫通孔の開口縁部の両面にランド１４ａ、１４ｂを設け、貫通孔の内壁面とランド１４ａ、１４ｂの両面にスルーホールメッキ１５を施して半田と親和性を有するスルーホール１３ａ、１３ｂを形成すると共に、スルーホール１３ａ、１３ｂに隣接する他の貫通孔を半田と親和性のない非スルーホール１６とし、プリント配線板１の下面のランド１４ａ、１４ｂを除いた面にシルク１２を形成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、パワー半導体モジュールをプリント配線板へ実装するための実装構造に関するものである。

従来の空気調和機に使用するインバータ素子等のパワー半導体モジュールには、制御端子の兼用構造または組替え可能な端子構造として、パワー半導体モジュールのパッケージケースの共通化を図り、低コストな製品を実現したものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、従来のプリント配線板に取り付けられる複数のリード端子を有する集積回路やコネクタ等において、隣接するリード端子の突出長に差を設ける等の保持力調整加工を施し、溶融半田の保持力に差が生じるようにして、半田ブリッジ等を生じさせずにリード端子の半田付けを行うようにしたものがある（例えば特許文献２参照）。

特開平１１−１６９３７号公報（第３頁、図１） 特開２００３−３３１９６０号公報（第３−４頁、図１）

特許文献１の空気調和機に使用するインバータ素子等のパワー半導体モジュールは、そのリード端子構造により、半田付けの方法および実装の方向が一意的にきまってしまうため、実装方法に汎用性がなく、基板スペースを有効に活用することができなかった。
また、特許文献２のように、実装方法に汎用性を持たせるためにリード端子に保持力調整加工を施す場合、パワー半導体モジュールの部品単価のコスト増となってしまう。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、パワー半導体モジュールのリード端子の形状を変更することなく、隣接するリード端子間の半田ブリッジを防止することができ、しかもプリント配線板のスペースを有効に活用することができるパワー半導体モジュールのプリント配線板への実装構造を提供することを目的とする。

本発明に係るパワー半導体モジュールのプリント配線板への実装構造は、
複数のリード端子を有するパワー半導体モジュールと、上面からリード端子が挿通される貫通孔が設けられたプリント配線板とを有し、
プリント配線板の一部の貫通孔の開口縁部の両面にランドを設け、貫通孔の内壁面とランドの両面にスルーホールメッキを施して半田と親和性を有するスルーホールを形成すると共に、スルーホールに隣接する他の貫通孔を半田と親和性のない非スルーホールとし、
プリント配線板の下面のランドを除いた面にシルクを形成したものである。

パワー半導体モジュールのリード端子の形状を変更することなく、隣接するリード端子間の半田ブリッジを防止することができるため、汎用のパワー半導体モジュールを使用することが可能となり、さらに、パワー半導体モジュールの実装方法にも汎用性を持たせることができるので、基板スペースを有効に活用することができ、プリント配線板のスペースを有効に活用することができる。また、半田ブリッジを抑制することができ、半田付け作業後の修正作業を減らすことができて、加工費を削減することができる。

本発明の一実施の形態に係るプリント配線板に実装されたパワー半導体モジュールの斜視図である。 図１の断面図である。 図１の要部の断面図である。 図３の底面図である。 本発明の一実施の形態に係るプリント配線板にパワー半導体モジュールを実装する手順の説明図である。

図１、図２において、プリント配線板１には、例えば、空気調和機に使用するインバータ素子等のパワー半導体モジュール２が取り付けられている。さらにプリント配線板１には、電解コンデンサ、フィルムコンデンサ、マイコン等の電子部品３が実装されており、電子部品３は放熱性能を高めるために、パワー半導体モジュール２と反対側の面に取り付けられている。

図３に示すように、プリント配線板１は、基材１０を芯材とし、基材１０の上面Ａ（パワー半導体モジュール２を取り付ける側の面）には上面ソルダーレジスト部１１ａが形成され、基材１０の下面Ｂ（電子部品３を取り付ける側の面）には下面ソルダーレジスト部１１ｂが形成されており、さらに下面ソルダーレジスト部１１ｂの上にはシルク１２が形成されている。

基材１０には、第１のスルーホール（スルーホール）１３ａが設けられ、その右側に隣接して所定の間隔で第２のスルーホール（非スルーホール）１６が設けられ、さらにその右側に隣接して先と同じ間隔で第３のスルーホール（スルーホール）１３ｂが設けられており、それぞれのスルーホール１３ａ、１６、１３ｂは基板１０面に対してほぼ垂直に貫通している。

第１、第３のスルーホール（スルーホール）１３ａ、１３ｂは、基材１０に設けられた貫通孔の開口縁部近傍の上面Ａ及び下面Ｂに半田と親和性を有する銅箔からなる上面ランド１４ａおよび下面ランド１４ｂが形成されており、それぞれが菱形形状をなしている（図４参照）。この場合、上面ランド１４ａの面積は下面ランド１４ｂの面積よりも小さくなるようにしてある。なお、上面ランド１４ａ及び下面ランド１４ｂの形状は菱形に限定するものではなく、他の形状であってもよい。
そして、上面ランド１４ａ及び下面ランド１４ｂの上面並びに貫通孔の内壁面には、スルーホールメッキ部１５が一体的に形成されている。スルーホールメッキ部１５は半田と親和性を有する銅箔メッキであり、上面ランド１４ａ及び下面ランド１４ｂはそれぞれスルーホールメッキ部１５と導通している。なお、上面ランド１４ａと下面ランド１４ｂの菱形部分には、上面ソルダーレジスト部１１ａ、下面ソルダーレジスト部１１ｂ及びシルク１２は形成されていない（図３、図４参照）。

第２のスルーホール１６（非スルーホール）は、第１、第３のスルーホール１３ａ、１３ｂと異なり、上面ランド１４ａ、下面ランド１４ｂ、及びスルーホールメッキ部１５が設けられておらず、貫通孔の開口縁部まで、上面、下面ソルダーレジスト部１１ａ、１１ｂ及びシルク１２で覆われている。

パワー半導体モジュール２には、下側に向かって第１のリード端子２０ａ、第２のリード端子２１、第３のリード端子２０ｂが設けられており、これらのリード端子２０ａ、２１、２０ｂの間隔は、プリント配線板１に設けられた第１、第２、第３のスルーホール１３ａ、１６、１３ｂの間隔と同じである。
ここで、パワー半導体モジュール２の第１、第２、第３のリード端子２０ａ、２１、２０ｂは所定の距離で隣接しているが、パッケージケースの共通化を図るため、未使用のリード端子が存在しており、ここでは第２のリード端子２１が未使用のリード端子に相当する。

パワー半導体モジュール２の第１のリード端子２０ａはプリント配線板１の第１のスルーホール１３ａに挿通され、スルーホールメッキ部１５（その下の上面ランド１４ａおよび下面ランド１４ｂを含む）と第１のリード端子２０ａとは半田３０で固定されており、上面側には上側半田フィレット３０ａが形成され、下面側には下側半田フィレット３０ｂが形成されている。
同様に、パワー半導体モジュール２の第３のリード端子２０ｂはプリント配線板１の第３のスルーホール１３ｂを挿通され、第１のリード端子２０ａの場合と同様に、スルーホールメッキ部１５と第３のリード端子２０ｂとは半田３０で固定されており、上面側には上側半田フィレット３０ａが形成され、下面側には下側半田フィレット３０ｂが形成されている。

一方、パワー半導体モジュール２の第２のリード端子２１は、プリント配線板１の中央に位置する第２のスルーホール１６に挿通されているが、第２のリード端子２１は第２のスルーホール１６に半田付けされていない。

上記の説明では、パワー半導体モジュール２の第１〜第３のリード端子２０ａ、２１、２０ｂ、及びプリント配線板１側の第１〜第３のスルーホール１３ａ、１６、１３ｂをそれぞれ３個所に設けた場合を示したが、これらに限定するものではない。

上記のように構成したパワー半導体モジュールのプリント配線板への半田ディップ方法の一例を、図５を用いて説明する。
パワー半導体モジュール２の第１〜第３のリード端子２０ａ、２１、２０ｂを、それぞれプリント配線板１の第１〜第３のスルーホール１３ａ、１６、１３ｂに挿通し（図５（ａ）参照）、この状態で、プリント配線板１をその下面まで半田ディップ槽の溶融半田３１に漬ける（図５（ｂ）参照）。

半田ディップ槽では、第１、第３のスルーホール１３ａ、１３ｂは、スルーホールメッキ部１５（上面ランド１４ａ、下面ランド１４ｂと導通する一体に形成されたスルーホールメッキ部１５）が貫通孔方向に一体に連通しているため、ディップ槽内の溶融半田３１がスルーホールメッキ部１５に沿って上昇して、第１、第３のスルーホール１３ａ、１３ｂの隙間に侵入し、溶融半田３１は上面ランド１４ａからやや盛り上がった状態で停止する。一方、第２のスルーホール１６には溶融半田３１と親和性を有するスルーホールメッキ部（上面ランド、下面ランドと導通する一体に形成されたスルーホールメッキ部）が設けられておらず、また、貫通孔の開口縁部近傍の下面側がシルク１２によって覆われているため、ディップ槽内の溶融半田３１は貫通孔を上昇できず、第２のスルーホール１６の隙間に溶融半田３１は侵入しない。

一定の時間が経過したのち、プリント配線板１を持ち上げてディップ槽から引き上げる（図５（ｃ）参照）。引き上げたのち、所定時間が経過すると、第１、第３のスルーホール１３ａ、１３ｂと第１、第３のリード端子２０ａ、２０ｂとの半田接合が完了し、上面側に上面半田フィレット３０ａが形成され、下面側に下面半田フィレット３０ｂが形成される。一方、第２のスルーホール１６はディップ槽内の溶融半田３１が上昇しないため、第２のスルーホール１６内では半田接合は行われない。

以上のように、本発明によれば、パワー半導体モジュール２の隣接する第１のリード端子２０ａと第２のリード端子２１との間、隣接する第２のリード端子２１と第３のリード端子２０ｂとの間の半田ブリッジを回避することが可能となり、パワー半導体モジュール２の第１〜第３のリード端子２０ａ、２１、２０ｂの形状を変更することなく、実装配置方法も任意に決定することができるので、プリント配線板１のスペースを有効に活用することができる。
また、半田ブリッジを抑制することができるため、半田付け作業後の修正作業を減らすことができ、加工費を削減することができる。

１ プリント配線板、２ パワー半導体モジュール、 １０ 基材、１１ａ 上面ソルダーレジスト部（ソルダーレジスト部）、１１ｂ 下面ソルダーレジスト部（ソルダーレジスト部）、１２ シルク、１３ａ 第１のスルーホール（スルーホール）、１３ｂ 第３のスルーホール（スルーホール）、１４ａ 上面ランド（ランド）、１４ｂ 下面ランド（ランド）、１５ スルーホールメッキ部、１６ 第２のスルーホール（非スルーホール）、２０ａ 第１のリード端子（リード端子）、２０ｂ 第３のリード端子（リード端子）、２１ 第２のリード端子（リード端子）、３０ 半田、３１ 溶融半田。

Claims (9)

1. 複数のリード端子を有するパワー半導体モジュールと、上面から前記リード端子が挿通される貫通孔が設けられたプリント配線板とを有し、
   前記プリント配線板の一部の貫通孔の開口縁部の両面にランドを設け、前記貫通孔の内壁面と前記ランドの両面にスルーホールメッキを施して半田と親和性を有するスルーホールを形成すると共に、該スルーホールに隣接する他の貫通孔を半田と親和性のない非スルーホールとし、
   前記プリント配線板の下面の前記ランドを除いた面にシルクを形成したことを特徴とするパワー半導体モジュールのプリント配線板への実装構造。
2. 前記ランドを形成した面以外の面にソルダーレジスト部を形成し、該ソルダーレジスト部の下面に前記シルクを形成したことを特徴とする請求項１記載のパワー半導体モジュールのプリント配線板への実装構造。
3. 前記ランドと前記スルーホールメッキとを導通させたことを特徴とする請求項１または２記載のパワー半導体モジュールのプリント配線板への実装構造。
4. 前記ランドは銅箔からなり、前記スルーホールメッキは銅箔メッキからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパワー半導体モジュールのプリント配線板への実装構造。
5. 前記プリント配線板の上面に設けたランドの面積を前記下面に設けたランドの面積よりも小さく形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のパワー半導体モジュールのプリント配線板への実装構造。
6. 前記ランドを菱形に形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のパワー半導体モジュールのプリント配線板への実装構造。
7. 前記非スルーホールは下面の開口縁部まで前記シルクで覆われていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のパワー半導体モジュールのプリント配線板への実装構造。
8. 前記スルーホールに隣接して非スルーホールが設けられ、該非スルーホールに隣接してさらに他のスルーホールが設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のパワー半導体モジュールのプリント配線板への実装構造。
9. 前記パワー半導体モジュールのリード端子が貫通孔に挿通されたプリント配線板をその下面まで半田ディップ槽に浸漬して半田付けすることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のパワー半導体モジュールのプリント配線板への実装構造。

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