JP5108668B2 - バスバーを有する端子の実装構造 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置などにバスバーを有する端子を実装するための構造に関する。

モータの制御に用いるインバータ装置では、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタなどの半導体素子を電子回路基板に実装し、金属板等からなるバスバーを用いて半導体素子に外部電源から給電したり、信号の入出力を行ったりしていた。

ここで、バスバーなどを有する端子を電子回路基板にダイレクトに半田で接続する場合、振動や寸法誤差などに起因して半田に応力がかかることがある。これを解消するために、例えば、特許文献１では、電子回路基板とバスバーの間に仕切用絶縁基板を介在させることで応力集中を緩和していた。具体的には、仕切用絶縁基板にはタブ矯正筒が設けられ、バスバーにはタブ矯正筒を貫通可能なタブが上向きに突設されていた。インバータ装置の製造時には、最初に仕切用絶縁板を押し込んでタブ矯正筒の穴にバスバーのタブを貫通させ、タブ矯正筒によってバスバーのタブのアライメントを矯正する。この後、タブ矯正筒を貫通したタブを電子回路基板の穴に貫通させる。タブを電子回路基板に半田付けする。バスバーのタブはタブ矯正筒でアライメントが調整されると共に、タブ矯正部の存在によって半田付け部分への応力集中が防止されていた。
特開２００３−２４９２８８号公報

しかしながら、従来のようにタブ矯正筒でタブのアライメントを行う構成では、バスバーのタブとタブ矯正筒の配置のずれに対する許容誤差が小さくなるので、端子を実装するときにタブとタブ矯正筒が干渉し易かった。タブとタブ矯正部が干渉してバスバーが倒れたりすると、端子の位置を直す必要が生じるが、このような修正作業が多くなると作業効率を低下させる原因になる。
また、タブ矯正筒及び電子回路基板の穴を貫通したタブに対して半田付けを行うので、タブ矯正筒の位置がずれにより半田付け部分に応力がかかることを防止するため、タブ矯正部の配置の位置精度を高くする必要があった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、端子の実装工程を効率良く実施できるようにすると共に、バスバーと電子回路基板との接続部への応力集中を効果的に抑制することを主な目的とする。
ことを主な目的とする。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、導電性のバスバーを絶縁性の支持部に支持させた端子と、前記端子を通して電力の供給や信号の入出力が行われる半導体素子とを備え、半田を用いて前記バスバーを前記電子回路基板に接合させるバスバーを有する端子の実装構造において、前記バスバーは、前記支持部から延びて前記電子回路基板に対向して配置される対向部と、前記対向部に一体に連なり、前記電子回路基板のパッドに半田接合される接続部とを有し、前記支持部は、前記電子回路基板上に載置される本体部と、前記本体部から前記電子回路基板の外側に向かって突出する延出部とを有し、前記端子を前記電子回路基板上に載置したときに前記電子回路基板外の部材に当接して移動を防止する移動防止片を前記延出部から下向きに突出させたことを特徴とするバスバーを有する端子の実装構造とした。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のバスバーを有する端子の実装構造において、前期電子回路基板を固定する放熱部材、又は前記電子回路基板に前記端子を実装する際に前記電子回路基板を載置するパレットに前記移動防止片を挿入可能な凹部を設けたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のバスバーを有する端子の実装構造において、前記移動防止片の中心は、前記バスバーの前記対向部が前記支持部から延設される方向に平行で、かつ前記支持部の前記本体部の中心を通る軸線からオフセットした位置に設けられていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバスバーを有する端子の実装構造において、前記電子回路基板を蓋うカバーに貫通孔を設け、前記端子の前記支持部に前記貫通孔に挿入可能な突起を設けたことを特徴とする

本発明によれば、移動防止片を電子回路基板の外で他の部材に当接させるようにしたので、広い領域で端子が支持されるようになり、端子の移動を確実に防止できる。端子の位置決めが容易になって、端子の実装工程を効率良く実施できる。

本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１及び図２に本実施の形態に係る半導体装置の一例としてインバータ装置の構成を示す。インバータ装置１は、樹脂製のケース１０上に制御基板１２が固定され、ケース１０内に本実施の形態が特徴とするバスバーの接合構造を有する電子回路基板１４が収容されている。ケース１０は、ボルト等の締結部材で、金属製等の放熱部材１５に固定される。
電子回路基板１４は、図示を省略するが、ケース１０の内側に配置される面に金等の導電性材料からなる回路パターンが形成されており、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタである半導体素子１６が実装されている。半導体素子１６は、図示は省略するが、電子回路基板上に形成された導電性のパッドに半田により接着されている。なお、半導体素子１６は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタに限定されない。

また、電子回路基板１４上には、半導体素子１６に加えて、入力端子１８、出力端子２０及び中継端子２２が実装されている。具体的には、入力端子１８は、半導体素子１６の動作を安定化する平滑コンデンサを介して直流の入力電源に接続されるＰ端子及びＮ端子の２端子を有し、出力端子２０は、半導体素子１６から出力されて車両用モータや電動コンプレッサ等の負荷に印加される３相交流用のＵ相端子２０Ｕ、Ｖ相端子２０Ｖ及びＷ相端子２０Ｗの３端子を有する。また、中継端子２２は、半導体素子１６の動作を制御するために制御基板１２側に設けられたコントローラに接続される複数本のピンを有する。このような入力端子１８、出力端子２０及び中継端子２２は、いずれも図示は省略するが、導電性のパッドに対して接続面を位置整合された状態で、半田により半田接合部を形成されながら各々接着される。なお、説明の便宜上、平滑コンデンサ、入力電源、車両用モータや電動コンプレッサ等の負荷及びコントローラは、図示を省略している。

さらに、入力端子１８は、絶縁性を有する樹脂部１８ｍ（支持部）からＰ端子のバスバー１８ｂｐ及びＮ端子のバスバー１８ｂｎをインサート成形によって突設させた構造を有する。また、出力端子２０のＵ相端子２０Ｕは、樹脂部２０ｍｕ（支持部）からバスバー２０ｂｕが突設され、Ｖ相端子２０Ｖは、樹脂部２０ｍｖ（支持部）からバスバー２０ｂｖが突設され、Ｗ相端子２０Ｗは、樹脂部２０ｍｗ（支持部）からバスバー２０ｂｗが突設された構造を各々有する。また、中継端子２２においては、樹脂部２２ｍから複数本の接続ピン２２ｂが突設された構造を有する。

つまり、かかる構成においては、入力端子１８の樹脂部１８ｍ、Ｕ相端子２０Ｕの樹脂部２０ｍｕ、Ｖ相端子２０の樹脂部２０ｍｖ、Ｗ相端子２０Ｗの樹脂部２０ｍｗ及び中継端子２２の樹脂部２２ｍは、電子回路基板１４上で互いが分割されており、入力端子１８、出力端子２０のＵ相端子２０Ｕ、Ｖ相端子２０Ｖ及びＷ相端子２０Ｗ、並びに中継端子２２は、電子回路基板１４上で互いに空間的に独立した分割モジュールをなしている。

ここで、この実施の形態に係るバスバーの実装構造について出力端子２０のＵ相端子２０Ｕを例にして図３を参照して説明する。
Ｕ相端子２０Ｕのバスバー２０ｂｕは、樹脂部２０ｍｕに支持されており、樹脂部２０ｍｕから電子回路基板１４外に延出される一方の端部である外部接続部３０は、図示を省略する外部機器などに接続される。樹脂部２０ｍｕから電子回路基板１４の上方に延びる部分は、電子回路基板１４から離間し、かつ電子回路基板１４の基板面１４に略平行に延びる対向部３１になっている。さらに、屈曲部３２によって電子回路基板１４に向かって略垂直に折り曲げられた後、電子回路基板１４に略平行な接続部３３が形成されている。接続部３３は、半田３４によって電子回路基板１４上の導電性のパッド３５に接合されている。

樹脂部２０ｍｕは、電子回路基板１４上に載置される本体部４１を有し、本体部４１の上部にはカバー１０の孔１０Ａに挿入可能な突起４１Ａが設けられている。さらに、本体部４１からは、延出部４２が電子回路基板１４の外側に向かって延びている。延出部４２の端部は、電子回路基板１４外に配置され、ここから移動防止片４３が下向きに、かつ一体に突設されている。このインバータ装置１において、移動防止片４３は電子回路基板１４外の部材である放熱部材１５に当接させられることで、Ｕ相端子２０Ｕの移動を防止している。

移動防止片４３は、バスバー２０ｂｕの対向部３１が樹脂部２０ｍｕから延出される方向に直交する幅方向に細長になっている。図４に示すように、この実施の形態では、樹脂部２０ｍｕの本体部４１の中心線ｍ１（バスバー２０ｂｕの本体部３１の延出方向に平行な線）に対し、移動防止片４３の中心がオフセットして配置されている。また、バスバー２０ｂｕの接続部３３も中心線ｍ１からオフセットさせてあるが、移動防止片４３と接続部３３は中心線ｍ１を挟んで反対側に配置されている。
また、この実施の形態で、バスバー２０ｂｕの外部接続部３０は、延出部４２内を通って電子回路基板１４外に引き出されている。このような構成にすると外部接続部３０の変形や応力集中を防止し易くなる。しかしながら、外部接続部３０は延出部４２を通らずに電子回路基板１４外に引き出しても良い。

放熱部材１５には、移動防止片４３を受け入れるための収容部である凹部４５が形成されている。移動防止片４３は凹部４５の底部に接触させられている。即ち、移動防止片４３の突出長は、電子回路基板１４の厚さより大きく、凹部４５の底に接する長さになっている。凹部４５は、移動防止片４３には嵌合せずに、Ｕ相端子２０Ｕが倒れることを防止できる程度の遊びを有している。

なお、説明を省略するが他の端子２０Ｖ，２０Ｗについても同様のバスバーの実装構造を有する。

次に、出力端子２０の実装方法について図５を主に参照して説明する。
出力端子２０を電子回路基板１４に実装する際には、予め公知の印刷技術を用いてペースト状の半田３４を電子回路基板１４のパッド３５上に印刷しておく。
電子回路基板１４に各種部品を実装するときは、電子回路基板１４をパレットに搭載させる。パレット５１は電子回路基板１４より大きく、その外周部分であって電子基板回路１４が載っていないところに、収容部である凹部５２が出力端子２０の各起動防止片４３に対応して複数形成されている。凹部５２の形成位置や、深さ、形状は、前記した放熱部材１５の凹部４５と略同じになっている。

パレット５１上の電子回路基板１４には、図示を省略するマウンタによって各種の部品が載置される。各種の部品は、コンピュータ制御によって予め決められた位置に載置される。Ｕ相端子２０Ｕは、樹脂部２０ｍｕの本体部４１が電子回路基板１４上に載置され、移動防止片４３がパレット５１の凹部５２に挿入される。また、バスバー２０ｂｕの接続部３３は、パッド３５に形成されたペースト状の半田３４上に載置される。移動防止片４３が凹部５２に挿入されることによって、Ｕ相端子２０Ｕの移動が制限される。移動防止片４３、樹脂部２０ｍｕの本体部４１及び接続部３３が中心線ｍ１の方向、及びこれに直交する方向のそれぞれにおいて位置をずらして、かつ離れて配置されているので、Ｕ相端子２０Ｕは安定した姿勢を持続できる。仮に、Ｕ相端子２０Ｕを倒すような力が生じたときは、移動防止片４３が凹部５２の内壁に当たるので倒れてしまうことはない。

同様にして、Ｖ相端子２０Ｖや、Ｗ相端子２０Ｗ、その他の端子や半導体素子１６などの部品をそれぞれの位置に載置させたら、パレットごとリフロー炉に搬入する。加熱ヒータからの熱風で半田３４を溶解させ、この後に冷却させることでバスバー２０ｂｕの接続部３３と電子回路基板１４のパッド３５とが接合される。
このようにして製造されたインバータ装置１は、パレット５１から取り外され、放熱部材１５にネジ止めされる。この際、出力端子２０の各移動防止片４３が対応する凹部４５に収容される。さらに、電子回路基板１４を覆うようにカバー１０が装着される。カバーの孔１０Ａに樹脂部２０ｍｕの突起４１Ａが挿入されると共に、樹脂部２０ｍｕが電子回路基板１４に押し付けられる。

バスバー２０ｂｕを外部機器などに接続する際に、電子回路基板１４の外側に延びる外部接続部３０が図３に矢印ＡＲ１に示す方向に引っ張れることがあるが、このとき移動防止片４３と、突起４１Ａと、接続部３３とのそれぞれに矢印ＡＲ２と、矢印ＡＲ３と、矢印ＡＲ４で示すような力が作用する。この場合、移動防止片４３は凹部４５との間の摩擦や凹部４５の壁面に当接することで力を受ける。同様に、突起４１Ａは孔１０Ａの壁面に当接することで力を受ける。さらに、接続部３３よりも力の入力点側に設けられた屈曲部３２が力を減衰させる。これらの存在により、矢印ＡＲ４によって発生する接続部３３に作用する力が弱められ、結果として半田付け部分にかかる応力が低減される。

次に、以上の構成において、インバータ装置１の動作について詳細に説明する。
具体的には、図示を省略する入力電源から平滑コンデンサを介して、入力端子１８におけるＰ端子のバスバー１８ｂｐ及びＮ端子のバスバー１８ｂｎに直流電流が供給される一方で、コントローラからの制御信号が接続ピン２２ｂを介して中継端子２２に入力されると、半導体素子１６は、コントローラの制御の下でスイッチング動作をしながら、出力端子２０におけるＵ相端子２０Ｕのバスバー２０ｂｕ、Ｖ相端子２０Ｖのバスバー２０ｂｖ及びＷ相端子２０Ｗのバスバー２０ｂｗから、対応してＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相交流を出力し、負荷を駆動させる。

以上、説明したように本実施の形態に係るバスバーを有する端子の実装構造によれば、Ｕ相端子２０Ｕの移動防止片４３を放熱部材１５又はパレット５１の凹部４５，５２に収容させるようにしたので、Ｕ相端子２０Ｕが倒れることなくスムーズに実装することが可能になる。特に、移動防止片４３が幅広であることや、樹脂部２０ｍｕの本体部４１の中心線ｍ１からオフセットさせて配置されていること、電子回路基板１４と面接触するバスバー２０ｂｕの接触部３３や樹脂部２０ｍｕから離れて配置することで広い領域でＵ相端子２０Ｕが支持されることから転倒し難くなっている。移動防止片４３は半田付け箇所から離れているので、半田付け部分に移動防止片に起因する応力が生じることはない。

電子回路基板１４上に移動防止片４３が配置されないことから、Ｕ相端子２０Ｕやその他の部品のレイアウトの自由度が確保できる。電子回路基板１４に移動防止片４３を受け入れるための凹部や貫通孔を設ける必要がないので、電子回路基板１４の製造が容易になる。従来のようなバスバーを外部の部材に貫通させた後に半田接合する構成に比べて位置決めが容易になり、端子の実装工程を効率良く実施できるようになる。
また、このようなバスバーの接合構造を採用することで、信頼性の高く安価なインバータ装置１を実現できる。

なお、本発明は前記の実施の形態に限定されずに発明の要旨を逸脱しない範囲で広く応用することができる。
移動防止片３４の大きさや、形成位置、形状は実施の形態に限定されない。例えば、移動防止片３４を中心線ｍ１に略直交する方向に細長に形成する代わりに、所定の角度で交差する向きに細長しても良い。また、中心線ｍ１に略平行であっても良い。水平方向（図１などのｘｙ平面）の断面形状は長方形に限定されず、円形や波形にしても良い。さらに、中心線ｍ１上に移動防止片３４の中心を配置しても良いし、中心線ｍ１からみて接続部３３と同じ側に移動防止片３４の中心を配置しても良い。
また、放熱部材１５やパレット５１に凹部４５，５２を設けずに、移動防止片３４の突出長を短くして放熱部材１５やパレット５１の表面に移動防止片３４を当接させても良い。実装時のＵ相端子２０Ｕの移動（倒れ）を防止できる。

本発明の実施形態におけるバスバーを有する端子を含むインバータ装置の斜視図である。 本実施形態におけるインバータ装置の分解斜視面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、バスバーを有する端子の実装構造を説明する図である。 バスバーを有する端子の構成を示す平面図である。 パレット上の電子回路基板に端子を配置した図である。

符号の説明

１ インバータ装置（半導体装置）
１０ カバー
１０Ａ 孔
１４ 電子回路基板
１５ 放熱部材
２０Ｕ Ｕ相端子
２０ｂｕ バスバー
２０ｍｕ 樹脂部
３１ 対向部
３３ 接続部
３４ 半田
４１ 本体部
４１Ａ 突起
４２ 延出部
４３ 移動防止片
４５，５２ 凹部
５１ パレット
ｍ１ 中心線

Claims (4)

1. 導電性のバスバーを絶縁性の支持部に支持させた端子と、前記端子を通して電力の供給や信号の入出力が行われる半導体素子とを備え、半田を用いて前記バスバーを電子回路基板に接合させるバスバーを有する端子の実装構造において、
   前記バスバーは、前記支持部から延びて前記電子回路基板に対向して配置される対向部と、前記対向部に一体に連なり、前記電子回路基板のパッドに半田接合される接続部とを有し、
   前記支持部は、前記電子回路基板上に載置される本体部と、前記本体部から前記電子回路基板の外側に向かって突出する延出部とを有し、
   前記端子を前記電子回路基板上に載置したときに前記電子回路基板外の部材に当接して移動を防止する移動防止片を前記延出部から下向きに突出させたことを特徴とするバスバーを有する端子の実装構造。
2. 前記電子回路基板を固定する放熱部材、又は前記電子回路基板に前記端子を実装する際に前記電子回路基板を載置するパレットに前記移動防止片を挿入可能な凹部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のバスバーを有する端子の実装構造。
3. 前記移動防止片の中心は、前記バスバーの前記対向部が前記支持部から延設される方向に平行で、かつ前記支持部の前記本体部の中心を通る軸線からオフセットした位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の端子の実装構造。
4. 前記電子回路基板を蓋うカバーに貫通孔を設け、前記端子の前記支持部に前記貫通孔に挿入可能な突起を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のバスバーを有する端子の実装構造。

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