JP6129605B2 - Power converter manufacturing method and jig used therefor - Google Patents
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Description
本発明は、駆動用モータを駆動する駆動回路に用いられ、バスバーから半導体素子へと電力を供給して電力変換を行って出力する電力変換装置の製造方法及びそれに用いられる治具に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a power conversion device that is used in a drive circuit that drives a drive motor, supplies power from a bus bar to a semiconductor element, performs power conversion, and outputs the power conversion device, and a jig used therefor.
本出願人は、特許文献1に開示されるように、高圧バスバー及び低圧バスバーがトランジスタ素子、ダイオード素子に対して半田等で電気的に接続され、該高圧バスバー及び低圧バスバーに接続された金属配線板を介して出力バスバーと接続され、前記高圧バスバー及び低圧バスバーに供給された電力を変換して前記出力バスバーから電気自動車やハイブリッド自動車等に用いられる駆動用モータへと供給する電力変換装置が知られている。 As disclosed in Patent Document 1, the applicant of the present application electrically connects a high-voltage bus bar and a low-voltage bus bar to a transistor element and a diode element with solder or the like, and a metal wiring connected to the high-voltage bus bar and the low-voltage bus bar. There is known a power conversion device connected to an output bus bar via a plate, converting power supplied to the high-voltage bus bar and the low-voltage bus bar and supplying the power from the output bus bar to a drive motor used in an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like. It has been.
本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、バスバーとリードとを接続する際の鉛直方向及び水平方向のばらつきを吸収して確実に接続すると共に、その接合部に設けられた半田を効率的に加熱して接合することが可能な電力変換装置の製造方法及びそれに用いられる治具を提供することを目的とする。 The present invention has been made in connection with the above-mentioned proposal, and absorbs the variation in the vertical direction and the horizontal direction when connecting the bus bar and the lead and securely connects them, and is provided at the joint portion. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a power conversion device capable of efficiently heating and joining solder and a jig used therefor.
前記の目的を達成するために、本発明は、ケーシングにモールドされたバスバーに一端部が接続され、他端部が半導体素子に接続されるリードを有し、該リードを通じて前記バスバーから前記半導体素子の電極へと電力供給を行う電力変換装置の製造方法であって、
前記電力変換装置は、前記リードの一端部に、前記バスバーに対して当接又は所定間隔離間し、鉛直下方向に所定角度傾斜した屈曲部を有し、
前記屈曲部に臨んで鉛直方向に延在する前記バスバーの鉛直壁と該屈曲部との間に載置された半田を加熱し、前記鉛直壁と前記屈曲部とを互いに前記半田によって接合する接合工程を有し、前記接合工程において、前記バスバーに加熱手段を当接させ加熱した状態で前記ケーシングを保持する治具が用いられ、
前記治具は、前記半導体素子に当接する前記リードのチップ接続部を押圧し、該リードを位置決めして固定する押圧体を有し、
前記接合工程を行う前に、前記電力変換装置を構成するヒートシンクに対して前記ケーシングを載置すると共に前記半田を介して載置する工程と、
基板に対して前記半田を介して複数の半導体素子を配置する工程と、
前記複数の半導体素子を前記リードによって互いに接続する工程と、
前記押圧体によって前記チップ接続部を押圧する工程と、
を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention has a lead having one end connected to a bus bar molded in a casing and the other end connected to a semiconductor element, and the semiconductor element is connected to the semiconductor element through the lead. A method of manufacturing a power converter for supplying power to the electrodes of
The power conversion device has a bent portion that is in contact with or spaced apart from the bus bar at one end of the lead and is inclined at a predetermined angle in the vertical downward direction.
A joint that heats the solder placed between the bent wall and the vertical wall of the bus bar that extends in the vertical direction facing the bent portion, and joins the vertical wall and the bent portion to each other by the solder. have a step in the joining step, a jig for holding the casing in a state of being heated by contact with the heating means to said bus bar is used,
The jig includes a pressing body that presses the chip connecting portion of the lead that contacts the semiconductor element, and positions and fixes the lead.
Before performing the joining step, placing the casing on the heat sink constituting the power conversion device and placing the casing via the solder;
Placing a plurality of semiconductor elements on the substrate via the solder;
Connecting the plurality of semiconductor elements to each other by the leads;
Pressing the chip connecting portion with the pressing body; and
And wherein the Rukoto to have a.
本発明によれば、ケーシングにモールドされたバスバーと半導体素子とを接続するリードを有した電力変換装置において、前記リードの一端部に形成され前記バスバーに対して当接又は所定間隔離間して鉛直下方向に所定角度傾斜した屈曲部と前記バスバーの鉛直壁とを接合工程で半田を加熱することによって接合している。 According to the present invention, in a power converter having a lead connecting a bus bar molded in a casing and a semiconductor element, the lead is formed at one end of the lead and abuts or is spaced apart from the bus bar by a vertical distance. The bent part inclined downward by a predetermined angle and the vertical wall of the bus bar are joined by heating the solder in the joining process.
従って、バスバーやリードに寸法ばらつきが生じ、互いの相対的な位置関係が鉛直方向にずれた場合に、前記バスバーの鉛直壁と前記リードとの離間距離が変化することがなく接合工程において半田を加熱することで確実に接合できると共に、水平方向にずれた場合でも、鉛直壁と屈曲部とを接合する半田でばらつきを吸収することができる。その結果、バスバー及びリードが寸法ばらつきに起因して位置ずれした場合でも、鉛直方向及び水平方向の寸法ばらつきを好適に吸収して確実に前記バスバーと前記リードとを接合することができる。 Therefore, when dimensional variations occur in the bus bars and leads, and the relative positional relationship between them deviates in the vertical direction, the distance between the vertical wall of the bus bar and the lead does not change, and solder is used in the joining process. By heating, it is possible to surely join, and even when it is displaced in the horizontal direction, the variation can be absorbed by the solder joining the vertical wall and the bent portion. As a result, even when the bus bar and the lead are misaligned due to the dimensional variation, the bus bar and the lead can be reliably joined by suitably absorbing the dimensional variation in the vertical direction and the horizontal direction.
また、接合工程において、バスバーに加熱手段を当接させ加熱した状態でケーシングを保持する治具を用いるとよい。これにより、ケーシングにモールドされ温度上昇しにくいバスバーを加熱手段によって直接加熱することができ、接合されるリードとの温度差を抑制し、前記バスバーと前記リードの屈曲部との間に載置された半田を均等に溶融させて接合することが可能となる。その結果、バスバーとリードとをより一層確実に接合できると共に、その接合部にそれぞれフィレットを形成できるため、該フィレットによって前記接合部の接合状態を目視で容易且つ確実に確認することができる。 In the joining step, it is preferable to use a jig that holds the casing in a heated state with the heating means abutting the bus bar. As a result, the bus bar that is molded in the casing and hardly rises in temperature can be directly heated by the heating means, and the temperature difference with the lead to be joined is suppressed, and the bus bar is placed between the bus bar and the bent portion of the lead. It is possible to melt the solder evenly and join them. As a result, the bus bar and the lead can be more reliably joined together, and a fillet can be formed at each joined portion. Therefore, the joined state of the joined portion can be easily and reliably confirmed visually by the fillet.
さらに、治具は、半導体素子に当接するリードのチップ接続部を押圧し、該リードを位置決めして固定する押圧体を有し、接合工程を行う前に、電力変換装置を構成するヒートシンクに対してケーシングを載置すると共に前記半田を介して載置する工程と、基板に対して前記半田を介して複数の半導体素子を配置する工程と、複数の半導体素子を前記リードによって互いに接続する工程と、前記押圧体によって前記チップ接続部を押圧する工程とを有するとよい。これにより、複数の半導体素子をリードで互いに接続する電力変換装置において、治具の押圧体でチップ接続部を半導体素子へと押圧し、且つ、位置決めすることで前記チップ接続部を前記半導体素子に密着された状態で所定の位置に確実に接続することができる。
Furthermore, the jig has a pressing body that presses the chip connecting portion of the lead that contacts the semiconductor element, and positions and fixes the lead, and before performing the joining process, the jig is attached to the heat sink that constitutes the power conversion device. Placing the casing and placing the casing via the solder, placing a plurality of semiconductor elements on the substrate via the solder, and connecting the plurality of semiconductor elements to each other by the leads; And a step of pressing the chip connecting portion with the pressing body. Thereby, in the power conversion device for connecting a plurality of semiconductor elements to each other with leads, the chip connection part is pressed against the semiconductor element by the pressing body of the jig and positioned, thereby positioning the chip connection part on the semiconductor element. It is possible to reliably connect to a predetermined position in a close contact state.
さらにまた、ケーシングにモールドされたバスバーに一端部が接続され、他端部が半導体素子に接続されるリードを有し、該リードを通じて前記バスバーから前記半導体素子の電極へと電力供給を行う電力変換装置の製造に用いられる治具であって、
前記バスバーは鉛直方向に延在する鉛直壁を有し、前記リードの一端部には前記鉛直壁に対して所定間隔離間し、鉛直下方向に所定角度傾斜した屈曲部を有し、前記鉛直壁と前記屈曲部とが半田によって互いに接合された接合部が形成され、
前記治具は、前記ケーシングの載置されるベース体と、
前記ベース体に対して離間し、前記電力変換装置の上方を覆う遮蔽部材と、
前記バスバーに当接し加熱する加熱手段と、
を備え、
前記遮蔽部材には、少なくとも前記接合部に臨む位置に開口部が形成され、該開口部を通じて前記接合部近傍が加熱され、前記半導体素子に当接する前記リードのチップ接続部を該半導体素子側に向かって押圧する押圧体を備えることを特徴とする。
Furthermore, a power conversion unit having one end connected to the bus bar molded in the casing and the other end connected to the semiconductor element, and supplying power from the bus bar to the electrode of the semiconductor element through the lead. A jig used in the manufacture of a device,
The bus bar has a vertical wall extending in a vertical direction, and one end of the lead has a bent portion that is spaced apart from the vertical wall by a predetermined distance and is inclined at a predetermined angle in the vertical downward direction. And a bent portion is formed by joining the bent portion with solder,
The jig includes a base body on which the casing is placed;
A shielding member that is spaced apart from the base body and covers the power converter;
Heating means for contacting and heating the bus bar;
With
The shielding member is formed with an opening at a position facing at least the bonding portion, and the vicinity of the bonding portion is heated through the opening so that the chip connecting portion of the lead that contacts the semiconductor element faces the semiconductor element side. toward characterized Rukoto a pressing member that presses.
本発明によれば、リードの一端部をケーシングにモールドされたバスバーに接続し、他端部を半導体素子に接続する電力変換装置の製造に用いられる治具において、前記ケーシングが載置されるベース体と、前記ベース体に対して離間して前記電力変換装置の上方を覆う遮蔽部材と、前記バスバーに当接して加熱する加熱手段とを備えている。そして、治具に装着された電力変換装置を加熱することでリードをバスバー及び半導体素子に接続する際、遮蔽部材の開口部を通じて接合部近傍に熱を付与させることで、ケーシングにモールドされ温度上昇しにくいバスバー近傍を効果的に加熱させることができると共に、さらに加熱手段によって前記バスバーを直接加熱することができる。 According to the present invention, in a jig used for manufacturing a power conversion device in which one end of a lead is connected to a bus bar molded in a casing and the other end is connected to a semiconductor element, the base on which the casing is placed A body, a shielding member that covers the upper portion of the power converter while being spaced apart from the base body, and a heating unit that abuts and heats the bus bar. Then, when connecting the lead to the bus bar and the semiconductor element by heating the power conversion device mounted on the jig, heat is applied to the vicinity of the joint through the opening of the shielding member, so that the temperature is increased by being molded into the casing. The vicinity of the bus bar which is difficult to be heated can be effectively heated, and the bus bar can be directly heated by the heating means.
従って、バスバーを積極的に加熱することでリードとの間の温度差が抑制され、略同一の温度に加熱されたバスバー及びリードによって半田を均等に溶融させ確実に接合することができると共に、前記バスバー及びリードに対してフィレットを形成することができる。その結果、バスバーとリードとを確実に接合して電気的に接続しつつ、その接合状態を作業者が目視によって容易且つ確実に確認することが可能となる。 Therefore, by positively heating the bus bar, the temperature difference between the lead and the lead is suppressed, and the solder can be evenly melted and reliably joined by the bus bar and the lead heated to substantially the same temperature. Fillets can be formed for bus bars and leads. As a result, it is possible for the operator to easily and surely confirm the joining state by visual observation while reliably joining and electrically connecting the bus bar and the lead.
また、バスバーやリードに寸法ばらつきが生じ、互いの相対的な位置関係が鉛直方向にずれた場合に、前記バスバーの鉛直壁と前記リードとの離間距離が変化することがなく半田によって確実に接合できると共に、水平方向にずれた場合でも、鉛直壁と屈曲部とを接合する半田でばらつきを吸収することができる。その結果、バスバー及びリードが寸法ばらつきに起因して位置ずれした場合でも、鉛直方向及び水平方向の寸法ばらつきを好適に吸収して確実に接合することが可能となる。 In addition, when the bus bars and leads have dimensional variations and the relative positional relationship between them deviates in the vertical direction, the distance between the vertical wall of the bus bar and the lead does not change, and soldering is ensured. In addition, even when it is displaced in the horizontal direction, the variation can be absorbed by the solder that joins the vertical wall and the bent portion. As a result, even when the bus bar and the lead are displaced due to dimensional variations, the vertical and horizontal dimensional variations can be favorably absorbed and reliably bonded.
さらに、半導体素子に当接するリードのチップ接続部を該半導体素子側に向かって押圧する押圧体を備えることにより、前記チップ接続部を前記半導体素子側へと押圧して密着させることが可能となるため、前記チップ接続部と前記半導体素子とを確実に接続することが可能となる。
Further, by providing a pressing body that presses the chip connecting portion of the lead that contacts the semiconductor element toward the semiconductor element side, the chip connecting portion can be pressed and brought into close contact with the semiconductor element side. Therefore, the chip connection part and the semiconductor element can be reliably connected.
本発明によれば、以下の効果が得られる。 According to the present invention, the following effects can be obtained.
すなわち、ケーシングにモールドされたバスバーと半導体素子とを接続するリードを有した電力変換装置において、前記リードの一端部に形成され前記バスバーに対して所定間隔離間して鉛直下方向に所定角度傾斜した屈曲部と前記バスバーの鉛直壁とを接合工程において半田を加熱して互いに接合できると共に、前記バスバーや前記リードに寸法ばらつきが生じ、互いの相対的な位置関係がずれた場合でも、半田によって鉛直方向及び水平方向のばらつきを吸収して確実に接合することが可能となる。 That is, in a power conversion device having a lead connecting a bus bar molded in a casing and a semiconductor element, the lead is formed at one end of the lead and is inclined at a predetermined angle vertically downward from the bus bar at a predetermined interval. The bent portion and the vertical wall of the bus bar can be joined to each other by heating the solder in the joining process, and even when the bus bar and the lead have dimensional variations and their relative positional relationship is deviated, the solder vertically It becomes possible to reliably join by absorbing variations in the direction and the horizontal direction.
本発明に係る電力変換装置の製造方法について、それを実施する治具との関連で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図1において、参照符号10は、本発明の実施の形態に係る治具を用いて製造される電力変換装置を示す。
A method for manufacturing a power conversion device according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings by giving preferred embodiments in relation to a jig for carrying out the method. In FIG. 1,
先ず、この治具を用いて製造される電力変換装置10について図1〜図3を参照しながら説明する。この電力変換装置10は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に用いられる駆動用モータを駆動するためのインバータ装置であり、図2及び図3に示されるように、樹脂製材料からなるケーシング12と、前記ケーシング12の下部に設けられるヒートシンク14と、前記ケーシング12の内部に収納される回路基板16と、該回路基板16の上面に実装される複数の半導体チップ(半導体素子)18a、18bと、前記ケーシング12にモールドされる第1及び第2バスバー20、22と、前記半導体チップ18a、18bを前記第1バスバー(バスバー)20に対して接合する接続リード(リード)24とを含む。
First, the
ケーシング12は、その中央部に幅方向に沿って延在して断面矩形状に形成された絶縁部26と、該絶縁部26に対して所定間隔離間して略平行に設けられるサイド部28とからなり、前記絶縁部26には第1バスバー20が一体的にモールドされ、サイド部28にはそれぞれ第2バスバー22が一体的にモールドされる。
The
そして、ケーシング12の下面には、例えば、アルミニウムや銅等の金属製材料からプレート状に形成されたヒートシンク14が設けられ、該ヒートシンク14によって前記下面が覆われる。このヒートシンク14は、その上面に設けられる半導体チップ18a、18bで生じた熱を外部へと放熱する目的で設けられる。
And the
第1バスバー20は、図3に示されるように、例えば、金属製材料から上方(矢印A1方向)に向かって開口した断面U字状に形成され、ケーシング12の絶縁部26に沿って一直線状に形成されると共に、前記絶縁部26の側壁には一方の鉛直壁30aが外側に露呈している。
As shown in FIG. 3, the
第2バスバー22は、金属製材料から断面L字状に形成され、ケーシング12のサイド部28に沿って一直線状に形成されると共に、第1バスバー20側(矢印B1方向)に向かって水平方向に延在する端部がボンディングワイヤ32によって半導体チップ18bと電気的に接続される。このサイド部28には、外側に臨む側面に第1バスバー20における他方の鉛直壁30bが露呈するように設けられる。
The
そして、この第1及び第2バスバー20、22は、例えば、バッテリー等の直流電源に対してケーブル(図示せず)を介してそれぞれ電気的に直接接続される。 The first and second bus bars 20 and 22 are electrically connected directly to a DC power source such as a battery via a cable (not shown), for example.
回路基板16は、ケーシング12において絶縁部26とサイド部28との間に設けられ、ヒートシンク14の上面に板状半田34を介して設置される。そして、回路基板16の上面には、例えば、図示しないトランジスタ電極やダイオード電極の形成された複数の半導体チップ18a、18bが配置され、その下面の板状半田36を介して前記回路基板16と前記半導体チップ18a、18bとが電気的に接続される。なお、複数の半導体チップ18a、18bは回路基板16上において互いに所定間隔離間するように配置される。
The
接続リード24は、例えば、一定厚さの金属製の板材をプレス加工することによって形成され、水平方向(矢印B方向)に延在する一組の水平部38a、38bと、該水平部38a、38bに対して鉛直下方向(矢印A2方向)にオフセットするように突出した一組のチップ接続部40a、40bと、該接続リード24の一端部側(矢印B1方向)に形成され、一方の水平部38aに対して所定角度で折曲された屈曲部42とからなる。
The
水平部38a、38bは、接続リード24の長手方向(矢印B方向)に沿ってそれぞれ所定長さ、且つ、互いに所定間隔離間して形成され、回路基板16及び半導体チップ18a、18bと略平行に設けられる。
The
チップ接続部40a、40bは、水平部38a、38bと略平行な平面状に形成され、一方のチップ接続部40aは、断面略U字状に形成され水平部38aと水平部38bとの間に設けられる。また、他方のチップ接続部40bは、断面略L字状に形成され水平部38bの他端部側(矢印B2方向)に設けられる。そして、チップ接続部40a、40bは、各半導体チップ18a、18bの上面に当接した状態で板状半田36を介して接続される。これにより、接続リード24のチップ接続部40a、40bと各半導体チップ18a、18bとが電気的に接続された状態となる。
The
屈曲部42は、図3〜図4Bに示されるように、例えば、一方の水平部38aの端部に対してチップ接続部40a、40bの突出方向(矢印A2方向)に向かって所定角度で折曲して形成され、絶縁部26側(矢印B1方向)となるように配置される。そして、接続リード24は、一組のチップ接続部40a、40bが半導体チップ18a、18bにそれぞれ接続された状態で、屈曲部42が第1バスバー20の鉛直壁30aに当接する。
As shown in FIGS. 3 to 4B, for example, the
また、図4A及び図4Bに示される第1バスバー20の鉛直壁30aと屈曲部42とがなす接合角度Cは、例えば、35°〜60°の範囲内(35°≦C≦60°)となる鋭角に設定される。
Moreover, the joint angle C formed by the
そして、屈曲部42と第1バスバー20の鉛直壁30aとの間の空間44は、下方(矢印A2方向)に向かって徐々に先細となる断面略三角形状に形成され、その内部には溶融した半田Hからなる接合部46が形成される。
A
この接合部46は、空間44内において第1バスバー20及び接続リード24の屈曲部42に対して接触する断面略三角形状に形成され、半田Hを加熱することで溶融させた後に固化させることで前記屈曲部42と第1バスバー20とを電気的に接続している。
The
また、接合部46には、第1バスバー20及び接続リード24に対する接触端部に、該第1バスバー20及び接続リード24側に向かってそれぞれ断面円弧状に窪んだフィレット48a、48bが形成される(図4A参照)。
In addition,
さらに、接合部46は、図4Aに示されるように、接触端部の表面に引いた接線と第1バスバー20及び接続リード24の表面とのなす角度である濡れ角D(接触角)が90°未満、すなわち、鋭角となるように形成される(D<90°)。
Further, as shown in FIG. 4A, the joint 46 has a wetting angle D (contact angle) of 90, which is an angle formed between the tangent line drawn on the surface of the contact end and the surfaces of the
次に、上述した電力変換装置10における接続リード24、半導体チップ18a、18b及び第1バスバー20等を、半田H及び板状半田36を溶融させることで電気的に接続するリフロー工程を行う際に用いられる治具100について説明する。
Next, when performing the reflow process of electrically connecting the connection leads 24, the
この治具100は、図1及び図3に示されるように、板状のベースプレート(ベース体)102と、該ベースプレート102の上面に立設した複数の支柱104で支持される遮蔽プレート(遮蔽部材)106と、前記ベースプレート102と前記遮蔽プレート106との間に設けられる複数の押圧体108と、前記遮蔽プレート106の外縁部に設けられた一組の加熱ブロック(加熱手段)110とを含む。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
ベースプレート102は、例えば、アルミニウム等の金属製材料から板状に形成され、図示しない位置決めピンによって治具100に対する位置ずれが防止される。
The
また、ベースプレート102の上面には、外縁部に複数(例えば、6本)の支柱104が互いに等間隔離間し、且つ、該上面に対して直立するように設けられる。なお、この支柱104も金属製材料から形成される。
In addition, a plurality of (for example, six)
遮蔽プレート106は、例えば、アルミニウム等の金属製材料から略一定厚さで形成され、その外縁部近傍が支柱104によってそれぞれ支持される。これにより、遮蔽プレート106は、ベースプレート102の上方(矢印A1方向)に所定間隔離間した状態で平行に保持される。なお、このベースプレート102と遮蔽プレート106との鉛直方向(矢印A方向)に沿った離間距離は、その間に収納される電力変換装置10の高さ寸法と略同等、若しくは、より大きく設定される。
The shielding
また、遮蔽プレート106には、その略中央部に長方形状に開口した開口部114が形成され、該開口部114は遮蔽プレート106の上面と下面とを貫通するように形成されると共に、幅方向に沿って所定長さで形成される。そして、電力変換装置10が治具100の内部に載置された際、図3に示されるように、開口部114は第1バスバー20近傍の上方(矢印A1方向)となる位置に形成されている。
Further, the shielding
この遮蔽プレート106は、例えば、支柱104の上端部に形成されたピン部116が挿通可能なピン孔118を複数有し、前記ピン孔118にピン部116を挿入することで支柱104によって支持され、反対に、前記支柱104から離間させる方向(上方)に持ち上げることで容易に取り外すことができる。そして、ピン孔118にピン部116が挿入された状態で、該ピン部116にナット119を螺合させることで遮蔽プレート106が支柱104に対して固定される。
The shielding
そして、治具100では、遮蔽プレート106の取り外された状態で、ベースプレート102の位置決めピン(図示せず)に電力変換装置10を設置した後、前記遮蔽プレート106を再び支柱104に対して装着することで、前記治具100に対して前記電力変換装置10が装着された状態となる。
In the
押圧体108は、例えば、ステンレス鋼等の金属製材料から断面長方形状のブロック状に形成され、ベースプレート102及び遮蔽プレート106とは別体で設けられる。この押圧体108は、所定重さを有した錘として用いられ、治具100の内部に電力変換装置10が設置された状態で、遮蔽プレート106の設置前に接続リード24における一組のチップ接続部40a、40bの内部に上方から設置することにより、前記チップ接続部40a、40bがそれぞれ下方に設けられた半導体チップ18a、18b側(矢印A2方向)へと押圧され密着する。この押圧体108は、電力変換装置10におけるチップ接続部40a、40bの形状、数量に応じてそれぞれ複数設けられる。
The
なお、この押圧体108は、上述したようにベースプレート102及び遮蔽プレート106と別体で構成される場合に限定されるものではなく、例えば、遮蔽プレート106において接続リード24のチップ接続部40a、40bに臨む位置に一体的に接続して設けるようにしてもよい。この場合には、遮蔽プレート106を支柱104に対して組み付けるのと同時に、押圧体108をチップ接続部40a、40bへとそれぞれ挿入できるため組付工数の削減が可能となる。
The
加熱ブロック110は、例えば、熱伝導率の高い金属製材料、又は、カーボンからアーム状に形成され、ケーシング12の外縁部に設けられ、ベースプレート102側に向かって鉛直下方向(矢印A2方向)に延在し、その先端部には該鉛直方向と直交する水平方向(矢印B1、B2方向)に折曲した加熱部120を有する。この加熱部120は、平面状に形成され鉛直面である接触面122を有し、電力変換装置10における第1バスバー20の鉛直壁30a、30bに当接可能に設けられる。また、加熱ブロック110は、図示しない熱源から照射される赤外線によって所定温度に加熱され、接触面122で接触している第1バスバー20を加熱する。
The
本発明の実施の形態に係る治具100及び該治具100を用いて製造される電力変換装置10は、基本的には以上のように構成されるものであり、前記治具100を用いて電力変換装置10のリフロー工程を行う場合について説明する。
The
先ず、電力変換装置10のリフロー工程を行う連続炉150について簡単に説明する。この連続炉150は、図3に示されるように、ワークとなる電力変換装置10及び治具100を水平方向に搬送可能な搬送路152と、該搬送路152に沿って互いに所定間隔離間するように上方及び下方に設けられた一組の第1及び第2ヒータ154、156とを備える。
First, the
次に、この連続炉150でリフロー工程を行うために、電力変換装置10を治具100に装着する場合について説明する。なお、この電力変換装置10では、予め接続リード24が所定位置に配置され、その屈曲部42と第1バスバー20との間に円柱状の半田Hが載置され(図4B参照)、一方、半導体チップ18a、18bが板状半田36を介して回路基板16上に配置され、該半導体チップ18a、18bの上方に板状半田36を介して前記接続リード24のチップ接続部40a、40bが当接した状態にある。
Next, the case where the
先ず、ベースプレート102及び支柱104から遮蔽プレート106を上方へと取り外した状態とし、ヒートシンク14側が下方となるように電力変換装置10を前記ベースプレート102の上方から接近させ、該ヒートシンク14を該ベースプレート102の位置決めピンを基準に設置する。この位置決めピンに挿入されることで電力変換装置10がベースプレート102に対して水平方向(矢印B方向)に移動してしまうことがなく一体的に保持される。
First, the shielding
そして、接続リード24のチップ接続部40a、40bに対してそれぞれ上方から押圧体108を挿入する。これにより、各押圧体108によってチップ接続部40a、40bが半導体チップ18a、18b側(矢印A2方向)へと押圧され、板状半田36を介して該半導体チップ18a、18bにそれぞれ密着する。
Then, the
次に、ベースプレート102に設置された電力変換装置10の上方を覆うように遮蔽プレート106を配置し、そのピン孔118に支柱104のピン部116をそれぞれ挿通させた後、ナット119を螺合させ固定する。これにより、遮蔽プレート106が、ベースプレート102と略平行に電力変換装置10の上方(矢印A1方向)に配置され、その開口部114が第1バスバー20及びケーシング12の絶縁部26に臨む位置に固定される(図3参照)。また、加熱ブロック110の加熱部120を、第1バスバー20における鉛直壁30a、30bに当接させる。詳細には、加熱部120の接触面122が、第1バスバー20の鉛直壁30a、30bに対してそれぞれ面接触している。
Next, the shielding
このように治具100の内部に電力変換装置10が収納され保持された状態で、前記治具100を連続炉150の搬送路152に沿って搬送することで、前記治具100及び電力変換装置10が搬送路152に沿って水平移動し、その上方及び下方に設置された第1及び第2ヒータ154、156によって加熱されると共に、遮蔽プレート106の開口部114を通じて前記第1ヒータ154からの熱が第1バスバー20近傍に直接付与されることで加熱される。
Thus, the
一方、電力変換装置10における第1バスバー20近傍以外の部位は、遮蔽プレート106によって覆われているため、第1ヒータ154からの熱が遮蔽され樹脂製材料からなるケーシング12が加熱されてしまうことが防止され、該ケーシング12の温度上昇が抑制される。
On the other hand, since portions other than the vicinity of the
また、第1バスバー20は、第1ヒータ154からの熱に加え、図示しない熱源からの熱によって昇温している加熱ブロック110の接触作用下に加熱されてさらに昇温する。この第1バスバー20は、接合される接続リード24と比較して樹脂製材料にモールドされているため温度が上昇しにくく、第1及び第2ヒータ154、156によって前記接続リード24と均等に加熱した場合、前記第1バスバー20と接続リード24との加熱状況が異なり、温度差が生じることとなる。
In addition to the heat from the
その結果、両者の温度が異なることで空間44内に載置された半田Hの溶融状態が均等とならず、温度の高い接続リード24側が溶けやすいため流動した半田Hの多くが前記接続リード24側へ移動してしまい、両者を均等に接合することができない。
As a result, since the temperatures of the two are different, the molten state of the solder H placed in the
詳細には、この半田Hが固化した接合部46では、第1バスバー20側の濡れ角Dが鈍角となってしまい、しかも、フィレット48a、48bが形成されないこととなり、その接合状態を目視で確認することが困難となる。
Specifically, in the
そのため、接続リード24と比較して温度上昇のしにくい第1バスバー20を加熱ブロック110による熱を加えて積極的に加熱することで、前記接続リード24との間の温度差を抑制して空間44内における半田Hを前記第1バスバー20側、接続リード24側で均等に溶融させることが可能となるため、それぞれフィレット48a、48bの形成された接合部46を形成できると共に、第1バスバー20側の濡れ角D、接続リード24側の濡れ角Dをそれぞれ鋭角とすることができる。
Therefore, the
すなわち、第1バスバー20と接続リード24とが略同一の温度となるように加熱させることで、第1バスバー20と接続リード24との接合を確実に行うことが可能となり、しかも、両方にそれぞれフィレット48a、48bを形成し、接合状態を目視で確認することができる。
That is, the
最後に、ワークとなる治具100及び電力変換装置10が搬送路152に沿って連続炉150の外部へと搬送されることで、徐々に冷却されていき、溶融していた半田H及び板状半田36が徐々に固化し始め、前記半田Hが固化して形成された接合部46によって第1バスバー20と接続リード24の屈曲部42とが接合され電気的に接続された状態になると共に、板状半田36の固化によって半導体チップ18a、18bが回路基板16及び接続リード24のチップ接続部40a、40bに対してそれぞれ電気的に接続される。
Finally, the
そして、上述したように連続炉150から搬出され各部位が電気的に接続された後に、遮蔽プレート106を再び上方へと取り外し、電力変換装置10をベースプレート102から取り出すことでリフロー工程が終了する。
And as above-mentioned, after carrying out from the
以上のように、本実施の形態では、電力変換装置10を構成する第1バスバー20、接続リード24及び半導体チップ18a、18b等を半田H、板状半田36によって接続するリフロー工程において、前記第1バスバー20の鉛直壁30aと接続リード24の屈曲部42との間に半田Hを載置した状態で治具100に装着し、連続炉150の搬送路152に沿って搬送することで、上方の第1ヒータ154からの熱が遮蔽プレート106の開口部114を通じて前記第1バスバー20近傍に付与されるため、樹脂製材料からなるケーシング12にモールドされた該第1バスバー20を積極的に昇温させることが可能となり、それに伴って、接続リード24との間の温度差を抑制して均等とすることができる。
As described above, in the present embodiment, in the reflow process in which the
そのため、略同一の温度に加熱された第1バスバー20及び接続リード24によって半田Hを均等に溶融させて接合できると共に、該半田Hによって形成された接合部46における第1バスバー20側及び接続リード24側の濡れ角Dをそれぞれ鋭角とすることが可能となり、しかも、第1バスバー20及び接続リード24に対してフィレット48a、48bを形成することができる。その結果、第1バスバー20と接続リード24とを確実に接合して電気的に接続しつつ、その接合状態を作業者が目視によって容易且つ確実に確認することが可能となる。
Therefore, the solder H can be evenly melted and joined by the
また、電力変換装置10を構成する接続リード24に屈曲部42を設け、該屈曲部42を、鉛直方向(矢印A方向)に延在する前記第1バスバー20の鉛直壁30aに臨むように配置し、前記屈曲部42と前記鉛直壁30aとがなす断面略三角形状の空間44に配置された半田Hを溶融させることで第1バスバー20と接続リード24とを接合して電気的に接続している。
Further, a
そのため、例えば、第1バスバー20や接続リード24に寸法ばらつきが生じ、屈曲部42が水平方向(矢印B方向)に位置ずれし、前記第1バスバー20と前記接続リード24との間の間隙が変化した場合でも、空間44内で溶融される半田Hによって寸法ばらつきを好適に吸収して前記第1バスバー20と接続リード24とを確実に接合することができ、一方、前記寸法ばらつきによって第1バスバー20と接続リード24とが鉛直方向(矢印A方向)に位置ずれした場合には、鉛直壁30aが鉛直方向に延在しているため、前記第1バスバー20と前記接続リード24との離間距離が変化することがなく、半田Hによって該第1バスバー20と接続リード24とを確実に接合することができる。すなわち、第1バスバー20及び接続リード24が寸法ばらつきに起因して位置ずれした場合でも、水平方向(矢印B方向)及び鉛直方向(矢印A方向)のいずれの寸法ばらつきにも容易に対応して確実に接合することが可能となる。
Therefore, for example, dimensional variations occur in the
さらに、第1及び第2ヒータ154、156によって電力変換装置10を加熱するのと同時に、加熱ブロック110によって第1バスバー20をさらに加熱できるため、樹脂製材料からなるケーシング12にモールドされ温まりにくく、しかも、前記第1ヒータ154と直交するように鉛直方向(矢印A方向)に配置された第1バスバー20の鉛直壁30bを好適に加熱することが可能となる。その結果、互いに接合される第1バスバー20及び接続リード24を均等に加熱して、半田Hを溶融させることができるため、均等に濡れ広がった半田Hによって両者を均等に接合することができ、その濡れ角Dを鋭角にできると共に、両者に対するフィレット48a、48bを形成することが可能となる。
Furthermore, since the
その結果、フィレット48a、48bを有した接合部46によって第1バスバー20と接続リード24との接合状態を、作業者が目視によって容易且つ確実に確認することができる。
As a result, the operator can easily and reliably confirm the joining state of the
さらにまた、電力変換装置10を構成する接続リード24のチップ接続部40a、40bには、その上方から内部に押圧体108が挿入され、この錘として機能する押圧体108によって前記チップ接続部40a、40bが半導体チップ18a、18b側へと好適に押圧される。その結果、リフロー工程において、押圧体108を各チップ接続部40a、40bに挿入するという簡単な作業で、前記チップ接続部40a、40bを半導体チップ18a、18bの上面に密着させ、その間に塗布された板状半田36が溶融することで前記チップ接続部40a、40bと半導体チップ18a、18bとを確実に接合して電気的に接続することが可能となる。
Furthermore, a
なお、本発明に係る電力変換装置10の製造方法及びそれに用いられる治具は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
In addition, the manufacturing method of the
10…電力変換装置 12…ケーシング
14…ヒートシンク 18a、18b…半導体チップ
20…第1バスバー 22…第2バスバー
24…接続リード 30a、30b…鉛直壁
38a、38b…水平部 40a、40b…チップ接続部
42…屈曲部 46…接合部
100…治具 102…ベースプレート
106…遮蔽プレート 108…押圧体
110…加熱ブロック 114…開口部
120…加熱部 150…連続炉
154…第1ヒータ 156…第2ヒータ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記電力変換装置は、前記リードの一端部に、前記バスバーに対して当接又は所定間隔離間し、鉛直下方向に所定角度傾斜した屈曲部を有し、
前記屈曲部に臨んで鉛直方向に延在する前記バスバーの鉛直壁と該屈曲部との間に載置された半田を加熱し、前記鉛直壁と前記屈曲部とを互いに前記半田によって接合する接合工程を有し、前記接合工程において、前記バスバーに加熱手段を当接させ加熱した状態で前記ケーシングを保持する治具が用いられ、
前記治具は、前記半導体素子に当接する前記リードのチップ接続部を押圧し、該リードを位置決めして固定する押圧体を有し、
前記接合工程を行う前に、前記電力変換装置を構成するヒートシンクに対して前記ケーシングを載置すると共に前記半田を介して載置する工程と、
基板に対して前記半田を介して複数の半導体素子を配置する工程と、
前記複数の半導体素子を前記リードによって互いに接続する工程と、
前記押圧体によって前記チップ接続部を押圧する工程と、
を有することを特徴とする電力変換装置の製造方法。 Manufacturing of a power conversion device having one end connected to a bus bar molded in a casing and the other end connected to a semiconductor element, and supplying power from the bus bar to the electrode of the semiconductor element through the lead A method,
The power conversion device has a bent portion that is in contact with or spaced apart from the bus bar at one end of the lead and is inclined at a predetermined angle in the vertical downward direction.
A joint that heats the solder placed between the bent wall and the vertical wall of the bus bar that extends in the vertical direction facing the bent portion, and joins the vertical wall and the bent portion to each other by the solder. have a step in the joining step, a jig for holding the casing in a state of being heated by contact with the heating means to said bus bar is used,
The jig includes a pressing body that presses the chip connecting portion of the lead that contacts the semiconductor element, and positions and fixes the lead.
Before performing the joining step, placing the casing on the heat sink constituting the power conversion device and placing the casing via the solder;
Placing a plurality of semiconductor elements on the substrate via the solder;
Connecting the plurality of semiconductor elements to each other by the leads;
Pressing the chip connecting portion with the pressing body; and
Method of manufacturing a power converter according to claim Rukoto to have a.
前記バスバーは鉛直方向に延在する鉛直壁を有し、前記リードの一端部には前記鉛直壁に対して所定間隔離間し、鉛直下方向に所定角度傾斜した屈曲部を有し、前記鉛直壁と前記屈曲部とが半田によって互いに接合された接合部が形成され、
前記治具は、前記ケーシングの載置されるベース体と、
前記ベース体に対して離間し、前記電力変換装置の上方を覆う遮蔽部材と、
前記バスバーに当接し加熱する加熱手段と、
を備え、
前記遮蔽部材には、少なくとも前記接合部に臨む位置に開口部が形成され、該開口部を通じて前記接合部近傍が加熱され、前記半導体素子に当接する前記リードのチップ接続部を該半導体素子側に向かって押圧する押圧体を備えることを特徴とする電力変換装置の製造に用いられる治具。 Manufacturing of a power conversion device having one end connected to a bus bar molded in a casing and the other end connected to a semiconductor element, and supplying power from the bus bar to the electrode of the semiconductor element through the lead A jig used for
The bus bar has a vertical wall extending in a vertical direction, and one end of the lead has a bent portion that is spaced apart from the vertical wall by a predetermined distance and is inclined at a predetermined angle in the vertical downward direction. And a bent portion is formed by joining the bent portion with solder,
The jig includes a base body on which the casing is placed;
A shielding member that is spaced apart from the base body and covers the power converter;
Heating means for contacting and heating the bus bar;
With
The shielding member is formed with an opening at a position facing at least the bonding portion, and the vicinity of the bonding portion is heated through the opening so that the chip connecting portion of the lead that contacts the semiconductor element faces the semiconductor element side. jig used for manufacturing a power converter according to claim Rukoto a pressing member that presses against.
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