JP5198173B2 - Terminal mounting structure with busbar - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置などに実装して使用されるバスバーを有する端子の実装構造に関する。 The present invention relates to a terminal mounting structure having a bus bar that is used by being mounted on a semiconductor device or the like.
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、バスバーを有する端子を電子回路基板に実装する構造の従来例としては、例えば、特許文献1に開示されているように、導電性を有するベースプレートを用いる構造が知られている。ベースプレートには、半導体素子が実装された電子回路基板が搭載されると共に、バスバーが半田で固定される。半導体素子のリードには金属線の一端が接合され、金属線の他端はベースプレートに接続される。ベースプレートはバスバーに半田付けされているので、ベースプレート及び金属線を介して半導体素子とバスバーとが電気的に接続される。バスバーの固定位置には、ベースプレートに切込部を設けることで肉薄部が形成されており、バスバーを抵抗加熱したり、コテで加熱したりする際の熱マスを減少させることで半田を溶融させ易くしていた。なお、切込部は、バスバーの接合時に発生する熱がベースプレート全体に伝わることを抑制する役割も担っていた。
Here, as a conventional example of a structure in which a terminal having a bus bar is mounted on an electronic circuit board, for example, as disclosed in Patent Document 1, a structure using a conductive base plate is known. An electronic circuit board on which a semiconductor element is mounted is mounted on the base plate, and the bus bar is fixed with solder. One end of a metal wire is joined to the lead of the semiconductor element, and the other end of the metal wire is connected to the base plate. Since the base plate is soldered to the bus bar, the semiconductor element and the bus bar are electrically connected via the base plate and the metal wire. A thin part is formed by providing a notch in the base plate at the fixed position of the bus bar. The solder is melted by reducing the thermal mass when the bus bar is heated with resistance or with a trowel. It was easy. In addition, the notch part also played the role which suppresses that the heat | fever generate | occur | produced at the time of joining of a bus bar is transmitted to the whole baseplate.
しかしながら、バスバーはプレス加工等によって屈曲させた形状を有するが、バスバーの屈曲角度にばらつきがあると、バスバーとベースプレートとの間に十分な接触面積を確保することができないことがあった。両者の間に十分な接触面積を確保できないと、バスバーとベースプレートの半田付け性が悪くなり、端子の実装工程を作業効率を低下させていた。
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、バスバーの半田付け性を向上させることを主な目的とする。
However, the bus bar has a shape bent by pressing or the like. However, if the bending angle of the bus bar varies, a sufficient contact area may not be ensured between the bus bar and the base plate. If a sufficient contact area cannot be ensured between the two, the solderability of the bus bar and the base plate deteriorates, reducing the work efficiency of the terminal mounting process.
The present invention has been made in view of such circumstances, and its main object is to improve the solderability of the bus bar.
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前記電子回路基板に略並行に延設される対向部を有し、前記対向部の端部側が屈曲された後に前記電子回路基板に半田接合される接続部が形成されており、前記支持部は、前記電子回路基板上に載置される底部に曲面が前記バスバーの延設方向に傾斜可能に設けられている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。 The invention according to claim 1 of the present invention for solving the above-described problem is a semiconductor element in which a conductive bus bar is supported on an insulating support, and power is supplied and signals are input / output through the terminal. And a terminal mounting structure having a bus bar for joining the bus bar to the electronic circuit board using solder, the bus bar having a facing portion extending substantially parallel to the electronic circuit board from the support portion. A connecting portion that is solder-bonded to the electronic circuit board after the end portion side of the facing portion is bent, and the support portion has a curved surface at a bottom portion that is placed on the electronic circuit substrate. The mounting structure of the terminal having the bus bar is provided so as to be inclined in the extending direction of the bus bar.
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、前記支持部の前記底部の中央と前記接続部とを結ぶ仮想線上に前記支持部の前記底部の前記バスバーの前記対向部が延出される側の隅部が配置され、前記隅部から前記底部の中央部に至る間に前記曲面が形成されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the terminal mounting structure having the bus bar according to the first aspect, the bus bar at the bottom portion of the support portion on an imaginary line connecting the center of the bottom portion of the support portion and the connection portion. A corner portion on the side where the facing portion extends is disposed, and the curved surface is formed between the corner portion and the central portion of the bottom portion.
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、前記支持部の上部に突起を設け、前記電子回路基板を覆うカバーに前記支持部を傾斜させたときでも前記突起を挿入可能な孔と、前記支持部を傾斜させて前記接続部を前記電子回路基板の電極パッドに当接させるように前記支持部を押さえ付ける押圧部とを設けたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the terminal mounting structure having the bus bar according to the first or second aspect, a protrusion is provided on an upper portion of the support portion, and the support portion is inclined to a cover that covers the electronic circuit board. A hole into which the protrusion can be inserted even when the protrusion is inserted, and a pressing portion that presses the support portion so that the support portion is inclined to bring the connection portion into contact with the electrode pad of the electronic circuit board. It is characterized by.
本発明によれば、接続部の位置がずれていた場合には樹脂部を傾斜させることで接続部と電子回路基板とを略平行に、かつ半田接合可能な位置に配置させることができるので、バスバーを確実に半田接合させることが可能になる。これによって、バスバーを有する端子の実装工程を効率化できる。 According to the present invention, when the position of the connecting portion is shifted, the connecting portion and the electronic circuit board can be arranged in substantially parallel and solderable positions by inclining the resin portion. The bus bar can be securely soldered. Thereby, the mounting process of the terminal having the bus bar can be made efficient.
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。なお、ケース10は、図示を省略するが、ボルト等の締結部材で、金属製等の放熱部材に固定される。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 and 2 show a configuration of an inverter device as an example of a semiconductor device according to the present embodiment. In the inverter device 1, a
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。
Although not shown, the
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。
In addition to the
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(支持部)から複数本の接続ピン22bが突設された構造を有する。
Further, the
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。
That is, in such a configuration, the
ここで、この実施の形態に係るバスバーを有する端子の実装構造について出力端子20のU相端子20Uを例にして説明する。
図3及び図4に示すように、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は、図示を省略する外部機器などに接続される外部接続部30になっている。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に略平行して延びる対向部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。
Here, the mounting structure of the terminal having the bus bar according to this embodiment will be described by taking the
As shown in FIGS. 3 and 4, the bus bar 20bu of the
樹脂部20muは、上部40(載置される側と反対側)にリブ41が鉛直方向上向きに突設されると共に、実装時に電子回路基板14に接する底部に曲面部42が形成されている。図5に示すように、曲面部42は、バスバー20buの対向部31の延設方向に垂直な側面視において、樹脂部20muの中央線C1(中央部)に対して両隅部43側が上がるような、即ち、樹脂部20muの中央線C1が最も低い位置となり、ここから下向きに凸となるような円弧形状を形成している。具体的には、樹脂20muの中心線C1に対して両隅部43のそれぞれが長さBだけ上方に配置され、その傾斜角度はαになっている。
The resin part 20mu has a
ここで、電子回路基板14上にU相端子20Uを載置したときの樹脂部20muの中心から接続部33の近位端までの水平距離をL、基板面14A(より詳細にはパッド35の上面)から接続部33までの垂直距離をaとすると、α=tan−1(a/L)で求められる。なお、水平距離L及び垂直距離aのバラツキは、成形加工や板金加工における加工精度で所定の範囲内に収まるように管理することができるので、傾斜角度αの値を予め算出することが可能である。なお、基板面14Aからパッド35の上面までの距離は極めて薄いので、垂直距離aは基板面14Aから接続部33までの距離としても良い。
Here, the horizontal distance from the center of the resin part 20mu to the proximal end of the
また、長さBは、U相端子20Uを傾斜角度αだけ傾斜させて接続部33を半田34に当接させたとき、樹脂部20muの隅部43が基板面14Aに接触する長さである。長さBは、予め算出される傾斜角度αが最も大きいときに隅部43が基板面14Aに当接する長さにしている。つまり、対向部31側の隅部43は、支持部20mの底部の中央部(中心線C1)と接続部33の端部とを結ぶ仮想線上に配置されている。
Further, the length B is a length in which the
さらに、樹脂部20muの中心線C1から隅部43に至るまでの曲面部42は、隅部43が基板面14Aに当接するまで傾斜させる際に基板面14Aに干渉しない形状になっている。例えば、垂直距離a以下の各垂直距離において樹脂部20muが中心線C1から隅部43に至るまでの途中の一箇所(図5で紙面に垂直な幅方向を考慮すると一ライン)で基板面14に当接するような点(ライン)の集まりから形成しても良い。このようにすると、想定される値より垂直距離aが小さかった場合でも樹脂部20muと基板面14Aとの接触を確保することができる。なお、曲面部42はこれ以外の曲面形状であっても良い。
Furthermore, the
また、ケース10は、電子回路基板14の上方に配置される天井部10Aを有し、天井部10Aには、樹脂部20muのリブ41を受け入れ可能な呼び込み孔10Bが、U相端子20Uの実装位置に対応させて形成されている。呼び込み孔10Bは、リブ41の外形より大きく、より詳細には樹脂部20muが傾斜角度αだけ傾斜したときにリブ41と呼び込み孔10Bの内周面が干渉しない大きさになっている。なお、カバー10の天井部10Aは、樹脂部20muの傾斜の有無に係わらず、樹脂部20muを基板面14Aに押し付ける押圧部になっている。そして、天井部10Aの高さは傾斜角度によらずに樹脂部20muに当接可能な高さに設定されている。
The
図示及び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接続構造を有する。さらに、他の端子18,22も同様の構造を設けても良い。この場合、ケース10には、各端子18,20V,20W,22のリブの位置に合わせて呼び込み孔10Bを形成する。
Although illustration and description are omitted, the
次に、U相端子20Uの実装方法について図5を主に参照して説明する。
U相端子20U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。その後、図示を省略する吸着パッドを備えるマウンタで樹脂部20muを吸着保持し、U相端子20Uを電子回路基板14上の予め定められた位置に載置させる。他の必要な部品も同様にして所定位置に載置させたら電子回路基板14をリフロー炉に搬入して半田付けを行う。
Next, a mounting method of the U-phase terminal 20U will be described with reference mainly to FIG.
When the U-phase terminal 20U is mounted on the
なお、U相端子20Uを電子回路基板14に載置した状態では、U相端子20Uの接続部33とパッド35の間が離れているので、垂直距離aを打ち消すように半田34を予め厚く形成することでU相端子20Uを半田接合させる。又は、図示を省略する治具を使用し、U相端子20Uを傾斜させて接続部33を半田34に接触させた状態でリフロー炉に搬入しても良い。
When the U-phase terminal 20U is placed on the
半田接合が終了したら、カバー10が装着される。天井部10Aによって樹脂部20muが基板面14Aに押し付けられて、移動が防止される。樹脂部20muが傾斜することで、上部40のリブ41も傾斜角度αで傾斜しているが、呼び込み孔10Bは十分な径を有するのでリブ41とカバー10とが干渉して樹脂部20muの傾斜が妨げられることはない。
When the solder bonding is completed, the
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。
Next, the operation of the inverter device 1 in the above configuration will be described in detail.
Specifically, a direct current is supplied from an input power supply (not shown) to the P
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、樹脂部20muの底部に曲面形状を設けたので、電子回路基板14に対して樹脂部20muを傾斜させればバスバー20bu側の接続部33と電子回路基板14側のパッド35とが平行配置されるようになり、バスバー20buの接続部33とパッド35との接触面積を十分に確保できる。これによって、U相端子20Uと電子回路基板14とを確実に接合できる。
As described above, according to the mounting structure of the terminal having the bus bar according to the present embodiment, since the curved portion is provided at the bottom of the resin portion 20mu, the resin portion 20mu can be inclined with respect to the
樹脂部20muの底部の曲面形状を、バスバー20buの接続部33の垂直方向の位置ずれ量に合わせて設けたので、接続部33の位置が製造誤差等でずれてしまったときでもU相端子20Uの全体を傾斜させることで、接続部33をパッド35に対して略平行に、かつ半田で接合可能な位置に配置することが可能になる。なお、樹脂部20muは傾斜配置させたときでも電子回路基板14に線接触(中央線C1又は中心線C1に平行な曲面部42上の線)するので、U相端子20Uの姿勢が不安定になることはない。さらに、樹脂部20muをカバー10で基板面14Aに押し付けるようにしたので、樹脂部20muを傾斜配置させたときでも移動を防止できる。
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。
Since the curved surface shape of the bottom portion of the resin portion 20mu is provided in accordance with the amount of vertical displacement of the connecting
Further, by adopting such a bus bar joining structure, a highly reliable and inexpensive inverter device 1 can be realized.
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。
例えば、中心線C1から接続部33側の隅部43に至るまでの間に曲面部42を設け、中心線C1から外部接続部30側の隅部43に至るまでの間には曲面部42を設けなくても良い。また、中心線C1からそれぞれの隅部43に至るまでの間の曲面部42の形状を接続部33側と外部接続部30側とで異ならせても良い。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be widely applied without departing from the gist of the invention.
For example, the
1 インバータ装置(半導体装置)
10 カバー
14 電子回路基板
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
40 上部
41 リブ
42 曲面部
43 隅部
C1 中心線
1 Inverter device (semiconductor device)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記バスバーは前記支持部から前記電子回路基板に略並行に延設される対向部を有し、前記対向部の端部側が屈曲された後に前記電子回路基板に半田接合される接続部が形成されており、前記支持部は、前記電子回路基板上に載置される底部に曲面が前記バスバーの延設方向に傾斜可能に設けられていることを特徴とするバスバーを有する端子の実装構造。 A terminal having a conductive bus bar supported by an insulating support; and a semiconductor element for supplying power and inputting / outputting signals through the terminal, and bonding the bus bar to the electronic circuit board using solder. In the mounting structure of the terminal having a bus bar,
The bus bar has a facing portion that extends substantially parallel to the electronic circuit board from the support portion, and a connection portion that is soldered to the electronic circuit board after the end portion side of the facing portion is bent is formed. A mounting structure of a terminal having a bus bar, wherein the support portion is provided with a curved surface at a bottom portion placed on the electronic circuit board so as to be inclined in an extending direction of the bus bar.
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