JP2012084686A - Connection structure between wiring members - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、配線部材間の接続構造に関するものである。 The present invention relates to a connection structure between wiring members.
電極部材をはんだ付けする技術について、例えば特許文献1において、パワー素子の上にはんだを介して上部電極を接続した構造が開示されている。詳しくは、上部電極に、突起部とはんだ注入口とを形成し、この突起部をパワー素子上に載置して、上部電極とパワー素子との間に隙間を形成している。その後、その隙間に対しはんだ注入口から溶融はんだを供給して、毛細管現象と濡れ作用により、上部電極の下面とパワー素子の上面との間の隙間に溶融はんだを侵入させて上部電極とパワー素子とをはんだで接合できるとしている。
Regarding a technique for soldering an electrode member, for example,
しかしながら、特許文献1で開示された従来技術においては、上部電極の下面とパワー素子の上面との間に毛細管現象が発生するような狭小な隙間を設定する必要があった。この隙間は70〜200μm程度にする必要があり、この隙間が狭いために溶融はんだが上部電極の下面に接触しづらい。非接触の場合には毛細管現象が生じないので上部電極の下面とパワー素子の上面との間ではんだが接続されないという問題がある。
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は配線部材間を確実に接続できる接続構造を提供することにある。
However, in the prior art disclosed in
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a connection structure that can reliably connect wiring members.
請求項1記載の本願発明は、配線部材間の接続構造において、第一の配線部材は、第二の配線部材と対向する面に凹部を有し、前記第二の配線部材は、前記第一の配線部材と対向する面で前記第一の配線部材と離間して前記凹部の領域の一部を覆い、前記凹部は、液状の導電性材料が供給される供給部と、供給された液状の導電性材料を移動させて前記第二の配線部材の前記凹部を覆っている部位に当接させる壁部を有し、前記導電性材料が硬化して、前記第一の配線部材と前記第二の配線部材とを接続していることを特徴とする。
請求項1記載の発明によれば、壁部により供給された液状の導電性材料を移動させて第二の配線部材の覆っている部位に当接させることができるため、第一の配線部材と第二の配線部材とを互いに接触させることなく確実に接続させることができる。
The present invention according to
According to the first aspect of the present invention, the liquid conductive material supplied by the wall can be moved and brought into contact with the portion covered by the second wiring member. The second wiring member can be reliably connected without contacting each other.
請求項2に記載の本願発明は、前記壁部は前記供給部から連続していることを特徴とするため、供給部に供給された液状の導電性材料を容易に移動させて第二の配線部材の覆っている部位に当接させることができる。
The present invention according to
請求項3に記載の本願発明は、前記凹部は前記供給部を備える第一の傾斜面と前記壁部を備える第二の傾斜面とを有していることを特徴とするために、容易に凹部を形成することができる。
The present invention according to
請求項4に記載の本願発明は、前記第一の傾斜面が前記第一の配線部材の前記第二の配線部材と対向する面に対して傾斜する角度は、前記第二の傾斜面が前記第一の配線部材の前記第二の配線部材と対向する面に対して傾斜する角度よりも大きいことを特徴とするために、凹部の外側への液状の導電性材料のはみ出しを抑制することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, the angle at which the first inclined surface is inclined with respect to the surface of the first wiring member facing the second wiring member is such that the second inclined surface is Since the angle of the first wiring member with respect to the surface facing the second wiring member is larger than the angle, the protrusion of the liquid conductive material to the outside of the recess can be suppressed. it can.
請求項5に記載の本願発明は、前記第一の配線部材は、ヒートスプレッダであることを特徴とするため、液状の導電性材料の濡れ性が悪い場合でも、上部電極とヒートスプレッダとの間を接続することができる。 The present invention according to claim 5 is characterized in that the first wiring member is a heat spreader, and therefore the upper electrode and the heat spreader are connected even when the liquid conductive material has poor wettability. can do.
請求項6に記載の本願発明は、前記壁部の上端は前記供給部の上端に対して下方に位置することを特徴とするために、凹部の外側への液状の導電性材料のはみ出しを抑制することができる。 The present invention according to claim 6 is characterized in that the upper end of the wall portion is positioned below the upper end of the supply portion, and thus prevents the liquid conductive material from protruding to the outside of the recess. can do.
請求項7に記載の本願発明は、前記導電性材料は前記凹部の一部と前記第二の配線部材とを接続していることを特徴とするために、所定の量の前記導電性材料を供給したにもかかわらず前記凹部の全体に前記導電性材料が濡れ広がった場合に前記導電性材料が前記上部電極の下面と前記下部電極の上面との間に接続されていないと容易に判断することができる。 The present invention of claim 7 is characterized in that the conductive material connects a part of the recess and the second wiring member, so that a predetermined amount of the conductive material is added. When the conductive material wets and spreads over the entire recess despite being supplied, it is easily determined that the conductive material is not connected between the lower surface of the upper electrode and the upper surface of the lower electrode. be able to.
本発明によれば、配線部材間を確実に接続することができる。 According to the present invention, wiring members can be reliably connected.
(第一の実施形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施形態を図面に従って説明する。
図1には本実施形態におけるパワーモジュール10を示す。本実施形態のパワーモジュール10は、車両用インバータとして用いられる。電力変換装置としての車両用インバータは車両に搭載され、バッテリの直流電力を交流電力に変換して走行モータを駆動するためのものである。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a
パワーモジュール10は、第一の配線部材に相当するヒートスプレッダ20と、第二の配線部材に相当する上部電極30と、パワー素子(パワートランジスタ、パワーダイオード等)50とを備えている。
The
ヒートスプレッダ20は直方体形状をなし、上面20aが水平となる状態で配置されている。ヒートスプレッダ20は銅よりなる。
ヒートスプレッダ20の上面20a(上部電極30と対向する面)にはパワー素子50が接合されている。ヒートスプレッダ20は、パワー素子50と電気的につながっており、電極として機能する。また、ヒートスプレッダ20は、通電により発熱するパワー素子50の放熱部材として機能する。このように、第一の配線部材としてのヒートスプレッダ20はパワー素子50と電気的かつ熱的に結合されている。
The
A
ヒートスプレッダ20の上方には上部電極30が配置されている。上部電極30は平板状をなしている。上部電極30は銅よりなる。
An
ヒートスプレッダ20と上部電極30とは、配線部材間に相当するヒートスプレッダ20と上部電極30との間にて導電性材料に相当するはんだ40により接合されている。即ち、ヒートスプレッダ20に対しボンディングワイヤーを介すのではなく上部電極30が直接はんだ付けされている。
The
上部電極30は本体部31と端部32とを有する。上部電極30は、下面30a(ヒートスプレッダ20と対向する面)がヒートスプレッダ20の上面20aとは距離d10だけ離間した状態でヒートスプレッダ20の上面20aに沿って水平に延びている。距離d10は、例えば0.3mm程度である。端部32は下面32aを有する。
The
ヒートスプレッダ20の上面20aには凹部に相当する溝部21が形成されている。溝部21は上方に開口し、図1(b)においてV字形状をなしているとともに平面視長方形状をなしている。溝部21は第一の傾斜面に相当する傾斜面21a、第二の傾斜面に相当する傾斜面21bと、側面22aと側面22bとを有している。傾斜面21aと傾斜面21bとは互いに連続しているとともに上面20aに対して傾斜しており、側面22aと側面22bとは互いに対向している。図1(b)において、傾斜面21aは上面20aに対してα度傾斜し、傾斜面21bは上面20aに対してβ度傾斜している。本実施形態では、角度αは角度βと同じ角度になっている。
側面22aと側面22bとは傾斜面21aと傾斜面21bとから垂直方向に延びている。また、平面視長方形状をなす溝部21において、側面22aと側面22bとが短辺をなし、傾斜面21aと傾斜面21bとが長辺をなしている。
A
The
上部電極30は、ヒートスプレッダ20の上面20aに沿って延びる本体部31から端部32が溝部21の領域に位置している。即ち、上部電極30は溝部21の一部を覆っている。具体的には、端部32は傾斜面21bの一部を覆っている。
The
図1(a)において、ヒートスプレッダ20の溝部21の領域での上部電極30に覆われない領域のうち、溝部21にはんだ40が供給されたところが供給部に相当する。また、溝部21において上部電極30に覆われる部位が壁部に相当する。
In FIG. 1A, the portion where the
ここで図1(a)に示すように、はんだ40は溝部の全体ではなく一部を濡れ広がっている。例えば上部電極30の幅方向にははんだ40は広がっていない。また、図1(b)に示すように、はんだ40は下面30aと上面20aとの間を端部32から本体部31の方へ濡れ広がっている。さらに、はんだ40は下面32aからフィレットが形成されている。
Here, as shown in FIG. 1 (a), the
次に、パワーモジュール10におけるヒートスプレッダ20と上部電極30とのはんだ付け工程について説明する。
Next, a soldering process between the
まず、図2に示すように、ヒートスプレッダ20の上にパワー素子50を接合したものを用意する。そして、ヒートスプレッダ20と上部電極30とが離間するとともに、端部32が溝部21の領域を覆うような状態で、ヒートスプレッダ20に上部電極30を配置する。これにより、ヒートスプレッダ20の溝部21の上方で、端部32に覆われない領域にはんだ供給口S1が形成される。
なお、はんだが上部電極30に付着することなく所定の量だけ確実に溝部21に供給するためにはんだ供給口S1は傾斜面21aの上方にあるほうが好ましく、さらには傾斜面21aに供給されるはんだが端部32の方へ移動するところにあるほうが好ましい。また、距離d1を大きくすると、はんだ供給口S1を大きくすることができる。
また、はんだ付け対象部品(ヒートスプレッダ20、上部電極30)は、はんだ濡れをよくするために加熱しておく。
First, as shown in FIG. 2, a
In order to reliably supply a predetermined amount of solder to the
Also, the parts to be soldered (
引き続き、図3(a)および図3(b)に示すように、液状の導電性材料に相当する溶融したはんだ40を内蔵したはんだ供給装置60における供給口60aがはんだ供給口S1に接近して配置され、はんだ供給装置60の供給口60aから、はんだ供給口S1にはんだ40を供給する。このとき、はんだ40は溝部21から隆起するように量が調整され、供給部に相当する傾斜面21aに供給される。図4(b)に示すように、供給されたはんだ40は壁部に相当する傾斜面21bの上部電極30に覆われる部位の濡れ性により溝部21から隆起したまま移動する。すなわち、図3の(a)および図4の(a)に示すように、はんだ40の重心は端部32の方へ移動する。そして、はんだ40が下面32aに当接する。すなわち、はんだ40は傾斜面21bにより下面32aに誘導されることとなる。
Subsequently, as shown in FIGS. 3A and 3B, the
最後に、図1(a)および図1(b)に示すように、はんだ40が端部32に当接すると溶融はんだ40は上部電極30の下面30aとヒートスプレッダ20の上面20aとの間を濡れ広がる。このとき、はんだ40は端部32から本体部31の方向に向かって濡れ広がる。よって、はんだ40が硬化して上部電極30の下面30aとヒートスプレッダ20の上面20aとの間をはんだ40で確実に接続することができる。
なお、はんだ40は溝部21の全体に濡れ広がっていない。これにより、所定の量のはんだを供給したにもかかわらず溝部21の全体にはんだ40が濡れ広がった場合、上部電極30の下面30aとヒートスプレッダ20の上面20aとの間にはんだ40が接続されていないと容易に判断することができる。
Finally, as shown in FIGS. 1A and 1B, when the
Note that the
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)第一の配線部材としてのヒートスプレッダ20の上に、はんだ40を介して第二の配線部材としての上部電極30を接続したヒートスプレッダ20と上部電極30との接続構造として次のようにした。
ヒートスプレッダ20は、上面20aに溝部21を有している。溝部21は傾斜面21aと傾斜面21bと側面22aと側面22bとを有している。傾斜面21aと傾斜面21bとは互いに上面20aに対してそれぞれ角度α、角度β傾斜しており、側面22aと側面22bとは互いに対向している。上部電極30は、下面30aがヒートスプレッダ20の上面20aと離間し、溝部21の領域の一部を覆っている。このため、溝部21において上部電極30に覆われる部位によりはんだ40は移動して上部電極30の覆っている部位に当接する。なお、覆われていないところがはんだ供給口S1となり、そこからはんだ40が供給される。
従って、はんだ40が端部32の下面32aに当接しやすく、上部電極30の下面30aとヒートスプレッダ20の上面20aとの間をはんだ40で確実に接続することができる。
(2)第一の傾斜面21aと第二の傾斜面21bとが連続しているため、供給部に供給されたはんだ40を容易に移動させて第二の配線部材の溝部21を覆っている部位に当接させることができる。
(3)第一の配線部材として、パワー素子50と電気的かつ熱的に結合されたヒートスプレッダ20を用いている。ヒートスプレッダ20を用いた場合において、はんだ濡れ性が悪い場合でも、上部電極30の下面33aとヒートスプレッダ20の上面20aとの間をはんだ40で確実に接続することができる。
(4)はんだ40の濡れ性を利用し、溝部21の全体にはんだ40を満たすことなく接続している。従って、所定の量のはんだ40を供給したにもかかわらず溝部21の全体にはんだ40が濡れ広がった場合にはんだ40が上部電極30の下面30aとヒートスプレッダ20の上面20aとの間に接続されていないと容易に判断することができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態を、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。前記実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
図5には第2の実施形態のパワーモジュール11を示す。
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The connection structure between the
The
Therefore, the
(2) Since the first
(3) As the first wiring member, the
(4) The wettability of the
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment. The same parts as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
FIG. 5 shows a
上部電極70は本体部71と端部72とを有する。上部電極70は平面視凸状に形成され、端部72は本体部71より溝部21の長手方向における幅が狭く、溝部21の一部を覆っている。
The
ヒートスプレッダ20の溝部21の領域内において、本体部71の一部および端部72が溝部21の一部を覆っている。具体的には、図5(a)に示すように本体部71の一部は傾斜面21bの一部を覆い、端部72は傾斜面21bの一部および傾斜面21aの一部を覆っている。このとき、上部電極70が溝部21を覆っていない領域にはんだ供給口S2、S3が形成されている。はんだ供給口S2、S3から溝部21にはんだ40が供給されたところが供給部に相当する。このように、上部電極70が溝部21を覆っていない領域にはんだ供給口が2つ形成されている。一方、傾斜面21bにおいて上部電極70に覆われる部位が壁部に相当する。
なお、はんだが上部電極30に付着することなく所定の量だけ確実に溝部21に供給するためにはんだ供給口S2、S3は傾斜面21aの上方にあるほうが好ましく、さらには傾斜面21aに供給されるはんだが本体部71側へ移動するところにあるほうが好ましい。
ヒートスプレッダ20の溝部21の傾斜面21aに、はんだ供給口S2、S3からはんだ40が供給されている。
In the region of the
Note that the solder supply ports S2 and S3 are preferably located above the
ヒートスプレッダ20と上部電極70とのはんだ付けの際には、図5(b)に示すように、はんだ供給装置60の供給口60aから、はんだ40をはんだ供給口S2、S3に供給する。そして、はんだ供給口S2、S3からヒートスプレッダ20の溝部21にはんだ40が供給される。
はんだ40の重心は傾斜面21b側へ移動し、はんだ40が上部電極70に当接するとはんだ40は上部電極70の下面70aとヒートスプレッダ20の上面20aとの間に端部72から本体部71の方向へ濡れ広がる。このとき、端部72が傾斜面21aと傾斜面21bとの境界を覆っているため下面72aにはんだ40が当接しやすい。よって、上部電極70の下面70aとヒートスプレッダ20の上面20aとの間をはんだ40で確実に接続することができる。また、溝部21において、はんだ40の接合面積を広くすることができるので接合強度が良好になる。
When soldering the
The center of gravity of the
以上のごとく本実施形態によれば、前述の(1)〜(4)に加えて、以下のような効果を得ることができる。
(5)上部電極70は平面視凸状に形成され、端部72は本体部71より溝部21の長手方向における幅が狭く、下面70aがヒートスプレッダ20の上面20aと離間し、端部72が傾斜面21aと傾斜面21bとの境界を覆っている。よって、下面72aにはんだ40が当接しやすく、上部電極70の下面70aとヒートスプレッダ20の上面20aとの間をはんだ40で確実に接続することができる。また、溝部21において、はんだ40の接合面積を広くすることができるので接合強度が良好になる。
なお、本発明は、上記した実施の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。
・電極間の接合材(導電性材料)としてはんだ40を用いたが、導電性があるものであれば材質は問わない。例えば、ロウ材でも良い。
・第一の配線部材としてヒートスプレッダ20を用いたが、これに限ることはない。例えば、半導体素子の電極でもよい。
・溝部21の形状は平面視長方形以外でもよい。
・上部電極30は平板状以外のものを用いてもよい。
・角度αは角度βより大きくてもよい(α>β)。例えば、図6のような形状でもよい。このとき、傾斜面21aに供給されるはんだの重心をより早く端部32の方へ移動させることができるとともに、傾斜面21aにおけるヒートスプレッダ20の上面20aへのはんだのはみ出しを抑制することができる。
・傾斜面21aの上端を傾斜面21bの上端より上方に設けてもよい。例えば、図7のような形状でもよい。このとき、傾斜面21aにおけるヒートスプレッダ20の上面20aへのはんだのはみ出しをより抑制することができる。また、傾斜面21bの上端を傾斜面21aの上端より下方に設けてもよい。このとき、パワーモジュール10の小型化が可能になるとともに、はんだが供給されてから端部32へ当接するまでの時間を短縮することができる。このため、はんだ付けにかかる時間を短縮することができる。
・凹部としての溝部21の形状について、壁部を備える傾斜面21bを用いたが、供給されたはんだ40を移動させて上部電極30の溝部21を覆っている部位に当接させるものであれば形状は問わない。例えば、図8(a)に示すような階段状の形状を用いて溝部21を形成しても良い。この場合、はんだの接合面積を広くすることができるので接合強度が良好になる。
・凹部としての溝部21の形状について、供給部を備える傾斜面21aを用いたが、例えば、図8(b)に示すような階段状の形状を用いて溝部21を形成しても良い。この場合、はんだの接合面積を広くすることができるので接合強度が良好になる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the above (1) to (4).
(5) The
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the gist of the invention. For example, the following modifications may be made.
-Although
-Although the
The shape of the
The
The angle α may be larger than the angle β (α> β). For example, the shape as shown in FIG. At this time, the center of gravity of the solder supplied to the
-You may provide the upper end of the
-About the shape of the
-Although the
10…パワーモジュール、11…パワーモジュール、20…ヒートスプレッダ、20a…上面、21…溝部、21a…傾斜面、21b…傾斜面、22a…側面、22b…側面、30…上部電極、30a…下面、31…本体部、32…端部、32a…下面、40…はんだ、70…上部電極、70a…下面、71…本体部、72…端部、72a…下面、d1…距離、α…角度、β…角度、S1…はんだ供給口、S2…はんだ供給口、S3…はんだ供給口
DESCRIPTION OF
Claims (7)
第一の配線部材は、第二の配線部材と対向する面に凹部を有し、
前記第二の配線部材は、前記第一の配線部材と対向する面で前記第一の配線部材と離間して前記凹部の領域の一部を覆い、
前記凹部は、液状の導電性材料が供給される供給部と、供給された液状の導電性材料を移動させて前記第二の配線部材の前記凹部を覆っている部位に当接させる壁部を有し
前記導電性材料が硬化して、前記第一の配線部材と前記第二の配線部材とを接続していることを特徴とする配線部材間の接続構造。
In the connection structure between wiring members,
The first wiring member has a recess on the surface facing the second wiring member,
The second wiring member covers a part of the region of the concave portion separated from the first wiring member on a surface facing the first wiring member,
The concave portion includes a supply portion to which a liquid conductive material is supplied, and a wall portion that moves the supplied liquid conductive material to contact a portion of the second wiring member that covers the concave portion. A connection structure between wiring members, wherein the conductive material is cured and connects the first wiring member and the second wiring member.
The said wall part is continuing from the said supply part, The connection structure between the wiring members of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
The said recessed part has the 1st inclined surface provided with the said supply part, and the 2nd inclined surface provided with the said wall part, Between the wiring members of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. Connection structure.
The angle at which the first inclined surface is inclined with respect to the surface of the first wiring member facing the second wiring member is such that the second inclined surface is the second wiring member of the first wiring member. The connection structure between wiring members according to any one of claims 1 to 3, wherein the connecting member has a larger angle than an inclination angle with respect to a surface facing the wiring member.
The connection structure between wiring members according to any one of claims 1 to 4, wherein the first wiring member is a heat spreader.
The connection structure between wiring members according to any one of claims 1 to 5, wherein an upper end of the wall portion is positioned below an upper end of the supply portion.
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