JP2015173138A - 半導体モジュールの端子製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】折り曲げ加工により形成される半導体モジュールの端子が傾いて高さばらつきを生じているものを改善した半導体モジュールの端子製造方法を提供する。
【解決手段】筐体の上方に出ている端子板が折り曲げられる際に最初に筐体に接して支点となる筐体の第一の支点を支点として折り曲げ、続いて最後に筐体に接して支点となる筐体の第二の支点を支点として折り曲げられ始めた後、極板が折り曲げられる範囲において前記筐体は空間を有する構造において、前記端子の先端が少なくとも前記端子板の厚さだけ下方に達するまで折り曲げられることによる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ダイオード、サイリスタ、トランジスタモジュールなどの半導体モジュールの外部導出端子の製造方法に関する。
半導体モジュール製品において、外部接続用の端子を折り曲げて形成する製造方法は一般的には特許文献１の図面や特許文献２の図面に記載されたようなものが知られている。
この端子の製造方法は、すなわちあらかじめその先端が外部端子としての形状に切断された導体が、内蔵回路と電気的接続がなされ、樹脂製のケース・ふた等の外装部材が取り付けられ、ナットを装填した後、端子導体の先端部を折り曲げて端子を形成している。この端子の材料としては導電性の良い銅板や黄銅板が用いられる。
この端子の製造方法を、図８から図１０を用いて行程ごとに説明する。図８は従来の端子製造方法における上側筐体の取り付けを示す図である。この図において、半導体モジュールの下側筐体１０２には、下側筐体１０２内部のある半導体素子などの回路構成部材と電気的接続がなされ固定された外部導出端子１００及び制御端子１０１が取付けられている。これに端子１００が貫通する穴を有する上側筐体１０３を被せると図９に示すような構造が出来上がる。図９は、従来の端子製造方法における端子折り曲げ前の半導体モジュールを示す図である。図９（ａ）はその上面図であり、図９（ｂ）は側面図である。図９では、図８に示す行程の後、端子にリードを締め付けるための六角ナット１０５が挿入されている状態が示されている。この後、端子１００の折り曲げ処理がなされる。
端子１００の折り曲げ処理は、たとえば原理的には、図９に示す上側筐体から垂直に出ている端子１００を、治具を用いて多少折り曲げた後、図１０に示すように押圧治具２００を用いて端子１００を、端子治具１００の先端が上側筐体１０３に接する程度まで押圧するものである。このほか、端子を押圧するローラーを用いることもできる。これは、図１０においてローラーが左手から右手に端子を押圧しながら進行して端子を押圧するものである。これらのほか、端子曲げ加工を行う治具設備には、手動によるもの、自動で行うものなど種々の方法が用いられる。
また、外部接続用の端子を折り曲げて形成する方法には特許文献３のように、外部接続端子である電極を、筐体に設けた電極をはめこむための凹部をもうけて製造する方法も知られている。
また、特許文献４に開示された外部端子も知られている。この端子の形成は、前述のように端子を筐体に組み付けてから折り曲げを行う方法とは異なり、あらかじめ折り曲げておいた電極を筐体に装着するものである。
特開２００３−２８９１３０ 特開２００９−７６８８７ 実開昭６２−１４２８５６ 特開平６−１２０３９０
本来外部導出端子は上側筐体面に水平になることを狙っているが、端子部材を曲げた後のそのスプリングバックによりその先端部が浮き上がってしまう。このスプリングバックによる端子先端部の浮き上がりを図１０（ｂ）及び図１１に示す。特許文献１、２及び３にあるようなこのような端子先端部の浮き上がりが発生しやすい。このため半導体モジュールを取りつけた面から端子上面までの高さ方向の寸法ばらつきが大きくなってしまう。たとえば複数の半導体モジュールを銅製などのブスバーにより並列接続する場合には、半導体モジュールの取り付け面から端子までの高さ寸法の精度が要求されるが、このスプリングバック効果による端子先端部の浮き上がりのために、その要求精度に対応できない場合が生じてしまう。この半導体モジュールの取り付け面から端子までの高さ寸法の要求精度は、例えば一般仕様の場合で±０．８ｍｍ、高精度仕様では±０．１５ｍｍである。このような高さ寸法の精度が要求される背景には、それぞれの端子とブスバーとの密着性確保すなわち接触抵抗の低減、特定端子への応力集中による素子の内部破壊防止などがある。
スプリングバック効果による端子先端部の浮き上がりを抑えたり、浮き上がったものを修正するために、端子を強い力で曲げると上側筐体を破損させてしまう恐れがある。
特許文献４あるように、あらかじめ折り曲げた端子を取り付ける方法もあるがインサート成形が出来ないため端子を強固に固定するに点に問題があるほか、既存品に適用しようとすると既存品の大幅な設計変更をしなくてはならずコスト上の問題も発生してしまう。
本発明の課題は、スプリンクバックが起こっても、パワーモジュールを取り付ける面に取り付けた状態において、取り付け面より端子上面までの高さ寸法精度が確保できること、端子が取り付け面に対して傾かず平面となること、取り付け面と各端子面の平行度が容易に確保できること。さらにこれらの課題解決が安価で容易に行え、かつ大幅な構造変更を行うことなく既存品にも適用できることである。
請求項１に記載の発明にあっては、折り曲げ加工により端子をその筐体の上面に形成する半導体装置の端子の製造方法であって、前記筐体の上方に出ている前記端子板が折り曲げられる際に最初に前記筐体に接して支点となる前記筐体の第一の支点を支点として折り曲げられ、引き続き前記端子板が折り曲げられ、続いて最後に前記筐体に接して支点となる前記筐体の第二の支点を支点として折り曲げられ始めた後、前記端子板が折り曲げられる範囲において前記筐体は空間を有する構造において、前記端子の先端が少なくとも前記端子板の厚さだけ下方に達するまで折り曲げられることを特徴とする半導体モジュールの端子製造方法とする。
請求項２に記載の発明にあっては、上述の発明において、前記端子の先端が下方に達するまで折り曲げられる範囲は、前記端子の折り曲げれる部分が水平から角度１．３°から５°の範囲である半導体モジュールの端子製造方法とする。
請求項３に記載の発明にあっては、上述の発明において、前記第一の支点と前記第二の支点との間の前記筐体の形状は平坦形状、上に凸形状乃至下に凸形状のいずれかの形状である半導体モジュールの端子製造方法とする。
本発明によれば、折り曲げ加工された端子が半導体モジュールの上面に平行な平坦な構造となる。その結果、複数の半導体モジュールを並べて各半導体モジュールの端子をブスバーなどで接続する際に、各半導体モジュールの端子の高さが一様になりブスバーと半導体モジュールの端子間にあく隙間が小さく保たれ、ブスバーが各半導体モジュール面に平行に保たれる効果を有する。
本発明に係る製造方法の説明図であって、端子が筐体の上方に出ている状態を示す図である。 本発明に係る製造方法の説明図であって、端子折り曲げ行程を示す図である。 本発明に係る製造方法の説明図であって、端子折り曲げ行程の最終段階（ａ）及び端子折り曲げ行程終了後の端子の状態を示す図である。 本発明に係る第一の支点と第二の支点との間の筐体の形状を示す図である。図４（ａ）は平面形状、（ｂ）は下に凸である形状、（ｃ）は上に凸である形状をそれぞれ示す。 本発明に係る端子が折り曲げられる範囲における筐体の空間を示す図である。図５（ａ）は第一の支点と第二の支点との間の筐体の形状が平面である場合の例、（ｂ）は同じく上に凸形状である場合の例を示す。 本発明に係る溝を有する端子の例を示す図である。 本発明に係る溝を有する端子を折り曲げた状態を示す図である。 従来の端子製造方法における上側筐体の取付を示す図である。 従来の端子製造方法における端子折り曲げ前の半導体モジュールを示す図である。（ａ）はその上面図、（ｂ）はその側面図である。 従来の端子製造方法における端子の折り曲げ行程を例示する概念図である。（ａ）は端子の折り曲げを行っている状態を示す図、（ｂ）は折り曲げを行った後の状態を示す図である。 従来の端子製造方法により製造された半導体モジュールの端子を示す側面図である。
発明を実施するための形態を、図を用いて説明する。本発明の製造工程のおおまかな流れは、従来の方法と同じである。すなわち、図８から図１０に示すものである。本発明においても図８において、半導体モジュールの下側筐体１０２には、下側筐体１０２内部のある半導体素子などの回路構成部材と電気的接続がなされ固定された外部導出端子１００及び制御端子１０１が取付けられていることは同じである。これに端子１００が貫通する穴を有する上側筐体１０３を被せると図９に示すような構造が出来上がることも従来と同様である。図９において、図８に示す行程の後、端子にリードを締め付けるための六角ナットが挿入されている点も同様である。この後、端子１００の折り曲げ処理がなされるが、本発明が従来の方法と異なるのはこの端子折り曲げ処理である。
図１は、本発明に係る製造方法の説明図であって、端子が筐体の上方に出ている状態を示す図である。図２は、本発明に係る製造方法の説明図であって、端子折り曲げ行程を示す図である。これら図１及び図２を用いて本発明の端子折り曲げ工程を説明する。
本発明に係る上側筐体においては、図１及び図２に示す、まず、端子を折り曲げる際に端子が筐体と最初に接して支点となる上側筐体の第一の支点１を支点として端子が折り曲げられる。図１には端子の折り曲げ開始前の状態が示されている。図２（ａ）に示すように折り曲げ治具により力３００が端子１００に作用して、端子１００が曲がる。このとき端子が内側に折れ曲がり筐体に最初に接して支点となる支点１を支点として端子１００は折れ曲がり始める。
ここで、図４（ａ）は端子１００と支点１との関係を示す斜視図である。図４（ａ）に示すように端子１００の折れ曲がりは、折れ曲がりの際に端子１００が上側筐体１０３と接する第一の接触線１１を支えとして折れ曲がるものであるが、この状態を第一の支点１を支点として折れ曲がると表現している。
引き続いて端子１００が折り曲げられ、続いて最後に上側筐体１０３に接して支点となる前記筐体の第二の支点２を支点として折り曲げられ始められる。第二の支点２は第一の支点１より端子板厚の二分の一から端子板厚と同じ程度上側にあり、第一の支点１と第二の支点の水平方向の距離は端子板厚と同じ程度から端子板厚の２倍程度である。
その後さらに端子１００が折り曲げられ、図２（ｃ）に示すように端子先端部分がθ下に傾く程度まで折り曲げられる。これは、端子の先端が第二の支点の位置よりも長さｄだけ下がるまで折り曲げられることに対応する。θは１．３°から５°とすると折り曲げられた端子がほぼ水平となる。用いられる端子１００の板厚は０．６ｍｍから２ｍｍ程度である。折り曲げられた端子の外部端子となる部分の長さＬは１０ｍｍから３０ｍｍである。たとえば、端子１００の板厚が０．６ｍｍ、長さＬが１０ｍｍの場合、角度θが１．３°から５°となる範囲に対応する長さｄは、ほぼ０．２ｍｍから０．９ｍｍである。端子１００の板厚が１ｍｍ、長さＬが１５ｍｍの場合、角度θが１．３°から５°となる範囲に対応する長さｄは、ほぼ０．３ｍｍから１．３ｍｍである。端子１００の板厚が２ｍｍ、長さＬが２０ｍｍの場合、角度θが１．３°から５°となる範囲に対応する長さｄは、ほぼ０．５ｍｍから１．７ｍｍである。
このような端子の折り曲げができるように上側筐体１０３は折り曲げられた端子が通過する範囲が空間となるよう構成されている。この構成を図５に示す。この空間３については、端子１００の先端と上側筐体１０３との隙間をＤ１とすると、Ｄ１は長さｄ以上となる。なお筐体の材質は、ポリフェニリンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレートなどのいわゆるエンジニアリングプラスチック（エンプラ）である。
このように端子先端部分がθだけ下に傾く程度まで折り曲げられることによりスプリングバックがあっても端子を水平にすることができる。
このような端子製造方法によると折り曲げられた端子部分は、半導体モジュールの取り付け面から端子までの高さ寸法の高精度仕様である±０．１５ｍｍの範囲に収めることができる。
この発明で重要な点は、第一の支点と第二の支点というように二つの支点を設けた点である。単に一つの支点で折り曲げを行う場合に比べ、二つの支点でスプリングバックが分散され、スプリングバック量を小さく抑えられ、目標とする水平位置に位置合わせしやすくなる。
以上に述べた説明は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、第一の支点と第二の支点との間の筐体の形状は平坦形状２０である場合であったが、この形状は図４（ｃ）及び（ｄ）に示すように下に凸の形状であっても良いし、上に凸の形状であっても良い。さらにこれらの形状が階段上であるなど本発明の範囲で様々な形状をとることができる。
以上に述べた説明では一つの端子について述べたが、端子の数は従来の技術として図９などで説明したように複数の端子が一列にあるものであっても良い。
また、端子は第一の支点及び第二の支点に対応する部分に端子が筐体に接する方向に平行な溝を有していても良い。この端子の先端部の例を図６に示す。なお、図６の端子先端部分はねじ取付用の穴が設けられているものである。
以上の説明では、筐体は上側筐体と下側筐体というように分離した形で説明したが、本発明はこのようか筐体の形状のかかわらず適用することができる。
本発明によれば、折り曲げにより端子を加工した場合でも折り曲げられた端子を水平にすることができる。その結果、端子曲げ後の寸法精度が上がり修正作業が不要となる。
また、製品の型を一部変更すれば本発明を適用できるので既存の製品への適用も容易に行うことができる。
１ 第一の支点
２ 第二の支点
３ 筐体に設けられた空間
１１ 第一の接触線
１２ 第二の接触線
２０ 第一の支点と第二の支点との間の筐体の平面形状
２１ 第一の支点と第二の支点との間の筐体の下に凸形状
２２ 第一の支点と第二の支点との間の筐体の上に凸形状
３０ 溝
１００ 端子
１０１ 制御端子
１０２ 下側筐体
１０３ 上側筐体
１０４ 止め穴
１０５ 六角ナット
２００ 押圧治具
３００ 力

Claims (3)

  1. 折り曲げ加工により端子をその筐体の上面に形成する半導体モジュールの端子製造方法であって、
    前記筐体の上方に出ている前記端子板が折り曲げられる際に最初に前記筐体に接して支点となる前記筐体の第一の支点を支点として折り曲げられ、
    引き続き前記端子板が折り曲げられ、
    続いて最後に前記筐体に接して支点となる前記筐体の第二の支点を支点として折り曲げられ始めた後、前記端子板が折り曲げられる範囲において前記筐体は空間を有する構造において、前記端子の先端が少なくとも前記端子板の厚さだけ下方に達するまで折り曲げられることを特徴とする半導体モジュールの端子製造方法。
  2. 前記端子の先端が下方に達するまで折り曲げられる範囲は、前記端子の折り曲げれる部分が水平から角度１．３°から５°の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュールの端子製造方法。
  3. 前記第一の支点と前記第二の支点との間の前記筐体の形状は平坦形状、上に凸形状乃至下に凸形状のいずれかの形状であることを特徴とする半導体モジュールの端子製造方法。
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