JP2021100319A - ２本の導電部材の接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、２本の導電部材の接合構造に関し、２本の導電部材の先端の平坦面同士を密着させやすい構造を提供する。【解決手段】本明細書が開示する接合構造では、２本の導電部材の先端部の平坦面同士が接合されている。一方の導電部材の先端部と本体との境界がＳ字形状に湾曲している。先端部の根本にＳ字状に湾曲した部位を設けることで、先端部と本体との間の剛性が下がり、平坦面同士が密着し易くなる。Ｓ字状に湾曲した部位を有する導電部材は、半導体素子が埋設された半導体モジュールの端子との接合に用いるのに適している。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、細長金属板の２本の導電部材の接合構造に関する。なお、細長金属板の導電部材は、バスバと呼ばれる場合がある。電気部品の端子にも細長金属板の導電部材が用いられることがある。

２個の電気デバイスを電気的に接続するときにバスバが用いられることがある。特許文献１には、一方のデバイスから延びるバスバと他方のデバイス（半導体モジュール）の端子が溶接にて接合されている構造が開示されている。バスバも端子も細長金属板で作られている。バスバの先端の平坦面と、端子の先端の平坦面が重ね合わされて溶接される。

なお、本明細書が開示する構造と似ている構造が特許文献２に開示されている。特許文献２に開示されたバスバは、先端にＳ字の湾曲が形成されている。Ｓ字部分に他の端子を挟み込んでバスバと端子を電気的に接続する。

特開２０１１−１７２４０１号公報 特開２００３−３０８９１２号公報

細長金属板の２本の導電部材の平坦面を溶接する場合、隙間があると溶接強度が下がる。溶接に先立って２本の導電部材を挟み込むチャックを用いることが望ましい。導電部材の先端の剛性が高いと、強い力のチャックが必要となる。本明細書は、２本の導電部材の接合構造に関し、２本の導電部材の先端の平坦面同士を密着させやすい構造を提供する。

本明細書が開示する接合構造では、２本の導電部材の先端部の平坦面同士が接合されている。一方の導電部材の先端部と本体との境界がＳ字形状に湾曲している。先端部の根本にＳ字状に湾曲した部位を設けることで、先端部と本体との境界部分の剛性が下がり、平坦面同士が密着し易くなる。

Ｓ字状に湾曲した部位を有する導電部材は、半導体素子が埋設された半導体モジュールの端子との接合に用いるのに適している。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の接合構造を説明する斜視図である。 バスバと端子を離間した状態の斜視図である。

図面を参照して実施例の接合構造を説明する。図１に、実施例の接合構造２を説明する斜視図を示す。実施例の接合構造２は、半導体モジュール２０の端子２３とバスバ１０の接合に採用されている。

半導体モジュール２０は、樹脂製のパッケージ２１に電力変換用の半導体素子２２を埋設したデバイスである。半導体素子２２は、パワートランジスタと呼ばれる大電力用の素子である。半導体素子２２は、具体的にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。半導体モジュール２０は、電圧コンバータやインバータなどの電力変換器の主要部品として用いられる。

図１は、インバータの主要部品として用いられている積層ユニットの一部を示している。インバータは複数の半導体素子２２（複数の半導体モジュール２０）を用いる。電力変換用の半導体素子は発熱量が大きいため、積層ユニットでは、複数の半導体モジュール２０と複数の冷却器３０が１個ずつ交互に積層された構造が採用されている。それぞれの半導体モジュール２０は扁平であり、その両側の扁平面が冷却器に接する。図１では２個の半導体モジュール２０が描かれているが、積層ユニットにはさらに多数の半導体モジュールが積層されている。図中の座標系のＸ方向が積層方向に相当する。図１は実施例の接合構造２を説明するのに必要な部位のみを描いてある。

半導体モジュール２０のパッケージ２１の一面に端子２３が備えられている。端子２３は細長の金属板である。端子２３はパッケージ２１の中で半導体素子２２の電極と接続されている。端子２３は細長金属板で作られており、先端に平坦面を有している。端子２３は、先端が直角に折れ曲がった形状をなしている。パッケージ２１の一面には他の端子も備えられているが、図１ではその図示は省略した。

半導体モジュール２０の半導体素子２２と他の電気部品（例えば電流平滑用のコンデンサなど）を電気的に接続するのにバスバ１０が用いられる。バスバ１０は、内部抵抗が小さい金属、典型的には銅で作られている。複数の半導体モジュール２０の半導体素子２２は並列に接続されるため、１本のバスバ２０で複数の半導体モジュール２０の端子２３が接続される。

バスバ１０は、複数の半導体モジュール２０の積層方向（図中の座標系のＸ方向）に沿って延びている細長い本体１１と、本体１１からその直交方向に枝分かれして延びている複数の先端部１２と、先端部１２と本体１１の境界に相当する湾曲部１３を備えている。先端部１２も細長平板状である。複数の先端部１２のそれぞれの平坦面が複数の半導体モジュール２０のそれぞれの端子２３の平坦面に溶接にて接合される。

端子２３とバスバ１０の先端部１２を溶接するのに先立って端子２３と先端部１２はチャックにて挟み込まれ、互いの接合面が密着する。バスバ１０は、１本の本体１１から複数の先端部１２が枝分かれしており、それぞれの先端部１２がチャックにて対応する端子２３と一緒に挟まれる。先端部１２と端子２３の位置にずれがあると、挟み込んだときに先端部１２あるいは端子２３が変形する。多数の先端部１２が変形する可能性があり、チャックには相応の挟持力が要求される。また、先端部１２あるいは端子２３に相応の応力が残ったまま溶接すると、チャックを離した後に残留応力が先端部１２と端子２３を引き離す方向に作用するおそれがある。

実施例の接合構造２では、バスバ１０の先端部１２と本体１１の境界にＳ字状に湾曲した湾曲部１３を備えている。湾曲部１３を設けることで、先端部１２と本体１１との境界の剛性（先端部１２を平坦面法線方向（図中の座標系のＺ方向）に動かす際に抗する剛性）が下がる。すなわち、先端部１２が平坦面の法線方向に動きやすくなる。先端部１２と本体１１の境界の剛性を下げることで、先端部１２の平坦面を端子２３の平坦面に密着させるのに要する力が少なくて済む。すなわち、チャックに要求される挟持力が小さくて済む。また、接合後にバスバ１０あるいは端子２３に残る応力も小さくなる。その結果、接合の信頼性も向上する。

以上のとおり、実施例の接合構造２は、バスバ１０の先端部１２と本体１１の境界にＳ字形状の湾曲部１３を設けることで、２本の導電部材（バスバ１０と端子２３）の先端の平坦面同士を密着させやすくなる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。本明細書が開示する技術は、バスバと端子の間の接合構造に限られない。本明細書が開示する技術は、２本のバスバ同士、あるいは、２個の端子同士の接合に適用してもよい。しかしながら、特に、一方が半導体モジュール２０の本体（パッケージ２１）に設けられた短い端子であり、他方がバスバである場合に特に有効である。短い端子は剛性が高いので、バスバの剛性を下げることで平坦面同士の密着性が向上する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：接合構造、 １０：バスバ、 １１：本体、 １２：先端部、 １３：湾曲部、 ２０：半導体モジュール、 ２１：パッケージ、 ２２：半導体素子、 ２３：端子

Claims (2)

1. 細長金属板の２本の導電部材の接合構造であり、
   ２本の前記導電部材の先端部の平坦面同士が接合されており、
   一方の前記導電部材の先端部と本体との境界がＳ字形状に湾曲している、接合構造。
2. 他方の前記導電部材は半導体モジュールの本体から延びている端子である、請求項１に記載の接合構造。

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