JP6637003B2 - バスバーアッセンブリ - Google Patents

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Description

本発明は、複数のバスバーが電気的には絶縁状態で且つ機械的には連結されているバスバーアッセンブリに関する。
互いに対して電気的には絶縁状態で且つ機械的には連結されている複数のバスバーを備えたバスバーアッセンブリが提案され、種々の分野において利用されている（下記特許文献１及び２参照）。
しかしながら、従来のバスバーアッセンブリは、一の平板状バスバーと他の平板状バスバーとが互いに対して平行状態で上下に積層されてなる積層型とされており、上下方向に関し小型化を図ることが困難であった。
また、前記従来のバスバーにおいては、前記一の平板状バスバーの上面と前記他の平板状バスバーの下面とが絶縁性樹脂を挟んで全面的に対向配置されている為、絶縁性に関する信頼性を十分には確保し難い面がある。
特に、上下方向に関し小型化を図る為に前記一の平板状バスバーと前記他の平板状バスバーとの間の絶縁性樹脂の厚みを薄くすると、両バスバー間にリーク電流が流れる恐れがある。
特許第４４３２９１３号公報 特開２０１６−２１６７６６号公報
本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、複数のバスバー間の電気的絶縁性を確保しつつ、上下方向に関し小型化を図り得るバスバーアッセンブリの提供を目的とする。
本発明は、前記目的を達成するために、導電性金属平板の第１バスバーと、導電性金属平板の第２バスバーであって、前記第１バスバーの対向側面との間に間隙が存する状態で前記第１バスバーと同一平面内に配置された第２バスバーと、前記間隙内に充填され、前記第１及び第２バスバーの対向側面を連結する絶縁性樹脂層とを有しているバスバーアッセンブリを提供する。
好ましくは、前記第１及び第２バスバーの少なくとも一方の対向側面は厚み方向一方側から他方側へ行くに従って前記第１及び第２バスバーの他方に近接する傾斜面とされる。
より好ましくは、前記第１及び第２バスバーの双方の対向側面が厚み方向一方側から他方側へ行くに従って互いに対して近接する傾斜面とされる。
一形態においては、前記絶縁性樹脂層は、前記間隙に加えて前記第１及び第２バスバーの厚み方向一方側及び他方側の少なくとも一方の表面に設けられる。
本発明に係るバスバーアッセンブリによれば、互いの対向側面の間に間隙を存しつつ同一平面内に配置された導電性金属平板の第１及び第２バスバーが、前記間隙内に充填された絶縁性樹脂層によって連結されているので、前記第１及び第２バスバー間の電気的絶縁性を確保しつつ、上下方向に関し小型化を図ることができる。
図１(a)は、本発明の一実施の形態に係るバスバーアッセンブリの平面図であり、図１(b)は、図１(a)におけるIb-Ib線に沿った断面図であり、図１(c)は、半導体素子が装着された状態の図１(b)と同一断面での断面図である。 図２は、前記実施の形態に係るバスバーアッセンブリを製造する第１製造方法において用いる導電性金属平板の平面図であって、前記第１製造方法におけるスリット形成工程が完了した時点での状態を示している。 図３(a)は、図２におけるIII部で示すバスバーアッセンブリ形成領域の拡大平面図であり、図３(b)は、図３(a)におけるIIIｂ−IIIｂ線に沿った断面図である。 図４は、前記バスバーアッセンブリ形成領域の拡大平面図であり、前記第１製造方法における硬化工程が完了した時点での状態を示している。 図５は、前記実施の形態に係るバスバーアッセンブリを製造する為の第２製造方法を説明する為の断面図である。 図６は、前記実施の形態に係るバスバーアッセンブリを製造する為の第３製造方法を説明する為の断面図である。 図７(a)は、前記実施の形態の第１変形例に係るバスバーアッセンブリの平面図であり、図７(b)は、図７(a)におけるVIIb-VIIb線に沿った断面図である。 図８(a)及び図８(b)は、それぞれ、前記実施の形態の第２変形例及び第３変形例に係るバスバーアッセンブリの部分断面図であり、図１のVIII部に対応した部分を示している。
以下、本発明に係るバスバーアッセンブリの一実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１(a)に、本実施の形態に係るバスバーアッセンブリ１Ａの平面図を、図１(b)に、図１(a)におけるIb-Ib線に沿った断面図を、それぞれ示す。
図１(a)及び図１(b)に示すように、前記バスバーアッセンブリ１Ａは、導電性金属平板の第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂであって、互いの対向側面の間に間隙４０が存する状態で同一平面内に配置された第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂと、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの対向側面の間の前記間隙４０に充填され、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂを電気的には絶縁しつつ前記両バスバー１０ａ、１０ｂの対向側面を機械的に連結する絶縁性樹脂層３０とを有している。
前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂは、Ｃｕ等の導電性金属平板によって形成され、図１(b)に示す厚み方向に沿って切断した断面視において、厚み方向一方側の第１表面１１と、厚み方向他方側の第２表面１２と、互いに対して対向する対向側面１３と、互いに対して反対方向を向く外側面１４とを有している。
前記絶縁性樹脂層３０は、耐熱性及び絶縁性を有する樹脂によって形成され、例えば、ポリイミド、ポリアミド、エポキシ等が好適に利用される。
前記バスバーアッセンブリ１Ａにおいては、前記絶縁性樹脂層３０は、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの対向側面１３間の前記間隙４０を充填しつつ、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの第１表面１１、第２表面１２並びに外側面１４を覆っている。
図１(c)に、前記バスバーアッセンブリ１ＡにＬＥＤ等の半導体素子１００を装着した状態の断面図を示す。
前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂは、一方が正極側電極として作用し、他方が負極側電極として作用する。
図１(c)に示す形態においては、半導体素子１００は、下面に正極又は負極の一方が設けられ、且つ、上面に正極又は負極の他方が設けられている。
この場合、前記半導体素子１００は、下面が前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの一方（図示の形態においては第１バスバー１０ａ）の第１表面１１に設けられた第１メッキ層９０ａに電気的に接続されるようにダイボンディングされ、且つ、上面が前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの他方（図示の形態においては第２バスバー１０ｂ）の第１表面１１に設けられた第２メッキ層９０ｂにワイヤボンディング９５を介して電気的に接続される。
斯かる構成の前記バスバーアッセンブリ１Ａによれば、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂが同一平面内に配置されているので、上下方向（厚み方向）に関し可及的に小型化を図ることができる。
また、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂは前記対向側面１３において対向するように配置されているので、複数のバスバーが上下に積層されているタイプのバスバーアッセンブリに比して、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂが互いに対して対向する面積を可及的に小さくすることができ、これにより、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂ間にリーク電流が流れることを有効に防止乃至は低減することができる。
次に、前記バスバーアッセンブリ１Ａを製造する為の第１製造方法について説明する。
前記第１製造方法は、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂと同一厚みのバスバーアッセンブリ形成領域１２０を有する導電性金属平板１００を用意する工程と、前記バスバーアッセンブリ形成領域１２０に、厚み方向一方側の第１表面１２１及び厚み方向他方側の第２表面１２２の間を貫通するスリット１２５を形成するスリット形成工程とを有している。
図２に、前記スリット形成工程が完了した後の前記導電性金属平板１００の平面図を示す。
また、図３(a)に、図２におけるIII部拡大図を、図３(b)に、図３(a)におけるIIIｂ−IIIｂ線に沿った断面図を、それぞれ示す。
前記スリット１２５は、前記バスバーアッセンブリ１Ａにおける前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの対向側面１３間の前記間隙４０を形成するものである。前記間隙４０の幅、即ち、前記スリット１２５の幅は、前記バスバーアッセンブリ１Ａの仕様に応じて定まる。
図３(a)及び図３（ｂ）に示すように、前記導電性金属平板１００は、前記スリット形成工程後の状態において、前記スリット１２５を介して対向する一対のバスバー形成部位１３０、１３０が、前記導電性金属平板１００のうち前記スリット１２５より当該スリット１２５の長手方向一方側に位置する連結部位１３５及び前記スリット１２５より当該スリット１２５の長手方向他方側に位置する連結部位１３６を介して、互いに対して繋がった状態に維持されるように構成されている。
斯かる構成を備えることにより、前記スリット１２５を精度良く形成することができる。
図２に示すように、前記導電性金属平板１００は、当該導電性金属平板１００が位置するＸ−Ｙ平面内のＸ方向に沿って配列された複数の前記バスバーアッセンブリ形成領域１２０と、Ｘ方向に隣接するバスバーアッセンブリ形成領域１２０の間を連結する連結領域１４０とを有しており、前記複数のバスバーアッセンブリ形成領域１２０に対して加工処理を同時に行えるようになっている。
図２に示す形態においては、Ｘ方向（図面上においては上下方向）に沿って５つの前記バスバーアッセンブリ形成領域１２０が直列配置されている。
さらに、前記第１製造方法においては、図２に示すように、Ｘ方向に沿って配列された前記複数のバスバーアッセンブリ形成領域１２０及びＸ方向に隣接する前記バスバーアッセンブリ形成領域１２０の間を連結する前記連結領域１４０がバスバーアッセンブリ形成片１１０を形成しており、複数のバスバーアッセンブリ形成片１１０が、Ｘ−Ｙ平面内においてＸ方向とは直交するＹ方向に並列配置されている。
詳しくは、前記第１製造方法においては、前記導電性金属平板１００は、Ｙ方向に並列配置された複数（図示の形態においては５つ）の前記バスバーアッセンブリ形成片１１０と、前記複数のバスバーアッセンブリ形成片１１０のＸ方向一方側端部同士を連結する第１連結片１１１と、前記複数のバスバーアッセンブリ形成片１１０のＸ方向他方側端部同士を連結する第２連結片１１２とを有している。
斯かる構成を備えた前記導電性金属平板１００によれば、より多くのバスバーアッセンブリ１Ａを同時に製造することができる。
前記第１製造方法は、前記スリット形成工程後に、少なくとも前記スリット１２５が前記絶縁性樹脂層３０で充填されるように前記導電性金属平板１００に絶縁性樹脂を含む塗料を塗装する塗装工程と、前記塗装工程で塗装された塗料を硬化させて前記絶縁性樹脂層３０を形成する硬化工程とを備えている。
図４に、前記硬化工程が完了した時点での前記バスバーアッセンブリ形成領域１２０の拡大平面図を示す。
前記塗装工程は、例えば、ポリイミド、ポリアミド、エポキシ等の耐熱性及び絶縁性を有する絶縁性樹脂を含む電着塗料を用いた電着塗装によって行われる。
これに代えて、前記塗装工程を、絶縁性樹脂の粉体を用いた静電粉体塗装によって行うことができる。
若しくは、前記スリット１２５内への樹脂の充填性を十分に担保できる場合には、前記塗装工程を、スプレー塗装によって行うことも可能である。
前記硬化工程は、前記塗装工程で塗装された塗料を適宜な温度で加熱処理することによって行われる。
本実施の形態に係る前記バスバーアッセンブリ１Ａにおいては、前記間隙４０内に加えて、厚み方向一方側の第１表面１２１及び厚み方向他方側の第２表面１２２の双方に前記絶縁性樹脂層３０が設けられているが、これに代えて、前記間隙４０のみに前記絶縁性樹脂層３０を設けることも可能であるし、前記間隙４０に加えて、前記第１及び第２表面１２１、１２２の一方にのみ前記絶縁性樹脂層３０を設けることも可能である。
前記第１及び第２表面１２１、１２２の何れか一方、又は、双方に前記絶縁性樹脂層３０を設けない場合には、前記塗装工程における処理は、前記第１及び第２表面１２１、１２２のうち前記絶縁性樹脂層３０を設けない表面をマスクで覆った状態で、行うことができる。
前記第１製造方法は、前記硬化工程後に、前記スリット１２５内の絶縁性樹脂層３０及び前記導電性金属平板１２０のうち前記スリット１２５を挟んで対向する一対のバスバー形成部位１３０を前記導電性金属平板１００から切断する切断工程を有している。
前記第１製造方法においては、前述の通り、前記スリット１２５を挟んで対向する前記バスバー形成部位１３０は、前記導電性金属平板１００のうち前記スリット１２５より当該スリット１２５の長手方向一方側に位置する連結部位１３５及び前記スリット１２５より当該スリット１２５の長手方向他方側に位置する連結部位１３６を介して、互いに対して繋がっている。
この場合、前記切断工程は、図４に示すように、前記スリット１２５の長手方向一方側において当該スリット１２５を幅方向に跨ぐように設定された切断線１２６に沿って前記導電性金属平板１００を厚み方向に切断する処理、及び、前記スリット１２５の長手方向他方側において当該スリット１２５を幅方向に跨ぐように設定された切断線１２７に沿って前記導電性金属平板１００を厚み方向に切断する処理を含むものとされる。
なお、前記第１製造方法におけるように、前記導電性金属平板１００が、Ｘ方向に沿って配列された複数のバスバーアッセンブリ形成領域１２０とＸ方向に隣接するバスバーアッセンブリ形成領域１２０を連結する連結領域１４０とを有している場合には、前記スリット１２５は長手方向がＸ方向に沿うように形成される。
前記第１製造方法によれば、図１に示す前記バスバーアッセンブリ１Ａ、即ち、前記第１及び第２バスバー１０、２０が同一平面内に配置された状態で絶縁性樹脂層３０によって電気的には絶縁状態で且つ機械的には連結されているバスバーアッセンブリ１Ａを効率良く製造することができる。
即ち、前記第１製造方法においては、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂを形成する一対のバスバー形成部位１３０の相対位置が固定された状態のままで前記一対のバスバー形成部位１３０の間の前記スリット１２５に絶縁性樹脂層３０が充填され、その後に、前記一対のバスバー形成部位１３０及び前記絶縁性樹脂層３０が前記導電性金属平板１００から切断されて、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂが前記絶縁性樹脂層３０によって電気的には絶縁状態で且つ機械的には連結されているバスバーアッセンブリ１Ａが製造される。
従って、前記第１製造方法によれば、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂ間の電気的絶縁性を確実に確保しつつ、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂを所望相対位置に正確に位置させたバスバーアッセンブリ１Ａを効率良く製造することができる。
前記バスバーアッセンブリ１Ａは、前記第１製造方法とは異なる下記第２製造方法によっても製造され得る。
図５に、前記第２製造方法を説明する為の断面図を示す。
前記第２製造方法は、第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂを用意する工程と、互いに対して分離可能に接合される第１及び第２金型２１０、２２０を用意する工程と、前記第１及び第２金型２１０、２２０によって形成される囲繞空間２３０内に前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂを並列配置させる工程と、前記囲繞空間２３０内に前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂが並列配置された状態で前記囲繞空間２３０内に絶縁性樹脂を注入する工程と、前記絶縁性樹脂を加熱処理により硬化させる工程とを含む。
前記第１金型２１０及び／又は前記第２金型２２０の内表面にはスペーサ２４０が設けられており、前記スペーサ２４０によって、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂは対向側面１３、１３の間に前記間隙４０を存しつつ同一平面内に並列配置されるようになっている。
さらに、前記第１金型２１０及び／又は前記第２金型２２０には前記囲繞空間２３０を外部に連通させる連通孔２５０が設けられており、前記連通孔２５０を介して絶縁性樹脂が前記囲繞空間２３０内に注入されるようになっている。
また、前記バスバーアッセンブリ１Ａを下記第３製造方法によって製造することも可能である。
前記第３製造方法は、第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂを用意する工程と、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂのそれぞれの外表面に絶縁性樹脂を電着塗装、静電粉体塗装又はスプレー塗装によって塗装する工程と、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの外表面の樹脂を加熱処理によって硬化させる工程であって、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの外表面に設けられた樹脂の少なくとも一方については半硬化状態とさせる硬化工程と、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの対向側面１３、１３同士を突き合わせた状態で半硬化状態の樹脂を加熱処理によって硬化させて、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂを絶縁性樹脂層３０によって連結させる工程とを含むものとされる。
前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの対向側面１３、１３同士を突き合わせる際には、図６に示すように、外表面に樹脂が塗装された状態の前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂが平面方向に沿って挿入可能な距離だけ離間配置された一対のガイド２７０、２７０を用意し、前記一対のガイド２７０、２７０内において前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの対向側面１３、１３同士を突き合わせることができる。
なお、前記第３製造方法においては、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂ間の前記間隙４０の幅は、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの外表面に付着される絶縁性樹脂層３０の厚みによって画されることになる。
本実施の形態に係る前記バスバーアッセンブリ１Ａは、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの二つのバスバーと、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂを連結する一つの絶縁性樹脂層３０とを備えているが、本発明は斯かる形態に限定されるものでは無く、三つ以上のバスバーを備えることも可能である。
図７(a)に、本実施の形態の第１変形例に係るバスバーアッセンブリ１Ｂの平面図を、図７(b)に、図７(a)におけるVIIb-VIIb線に沿った断面図を、それぞれ示す。
図７(a)及び(b)に示す前記第１変形例に係るバスバーアッセンブリ１Ｂは、第１〜第４バスバー１０ａ〜１０ｄと、隣接する第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂ間を電気的には絶縁しつつ機械的には連結する絶縁性樹脂層３０ａと、隣接する第２及び第３バスバー２０ｂ、１０ｃ間を電気的には絶縁しつつ機械的には連結する絶縁性樹脂層３０ｂと、隣接する第３及び第４バスバー１０ｃ、１０ｄ間を電気的には絶縁しつつ機械的には連結する絶縁性樹脂層３０ｃとを備えている。
前記第１変形例に係るバスバーアッセンブリ１Ｂのように、三つ以上のバスバーを備えるバスバーアッセンブリは、前記第１製造方法によって効率良く製造することができる。
即ち、前記導電性金属平板１００に形成する前記スリット１２５の本数を増やすことにより、前記バスバー１０ａ〜１０ｄの個数を容易に増やすことができる。
詳しくは、前記導電性金属平板１００に、互いに対して平行なスリット１２５を３本形成し、前記３本のスリット１２５内に充填させた絶縁性樹脂を硬化し、前記３本のスリット１２５を幅方向に横断するように前記導電性金属平板１００を切断することによって、前記第１変形例に係るバスバーアッセンブリ１Ｂを容易に製造することができる。
また、本実施の形態に係るバスバーアッセンブリ１Ａにおいては、図１(b)等に示すように、前記間隙４０を介して対向する前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの対向側面１３、１３は厚み方向に沿った垂直面とされているが、本発明は斯かる形態に限定されるものではなく、前記間隙４０を介して対向する前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの一方又は双方の対向側面１３を傾斜面とすることも可能である。
図８(a)に、本実施の形態の第２変形例に係るバスバーアッセンブリ１Ｃの部分断面図であって、図１のVIII部に対応した部分の断面図を示す。
図８(a)に示すように、前記第２変形例に係るバスバーアッセンブリ１Ｃにおいては、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの一方（図示の形態においては前記第２バスバー１０ｂ）の対向側面１３は厚み方向に沿った垂直面とされつつ、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの他方（図示の形態においては前記第１バスバー１０ａ）の対向側面１３は、厚み方向一方側の第１表面１１の側から厚み方向他方側の第２表面１２の側へ行くに従って、対向するバスバー（図示の形態においては前記第２バスバー１０ｂ）の対向端面１３に近接する傾斜面とされている。
また、図８(b)に、本実施の形態の第３変形例に係るバスバーアッセンブリ１Ｄの部分断面図であって、図１のVIII部に対応した部分の断面図を示す。
図８(b)に示すように、前記第３変形例に係るバスバーアッセンブリ１Ｄにおいては、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの双方の対向側面１３、１３が、厚み方向一方側の第１表面１１の側から厚み方向他方側の第２表面１２の側へ行くに従って、対向するバスバーの対向端面１３に近接する傾斜面とされている。
即ち、前記第３変形例１Ｄにおいては、前記第１バスバー１０ａの対向端面１３は前記第１表面１１の側から前記第２表面１２の側へ行くに従って前記第２バスバー１０ｂの対向端面１３に近接する傾斜面とされ、且つ、前記第２バスバー１０ｂの対向端面１３は前記第１表面１１の側から前記第２表面１２の側へ行くに従って前記第１バスバー１０ａの対向端面に近接する傾斜面とされている。
前記第２及び第３変形例１Ｃ、１Ｄにおいては、前記第１及び第２バスバー１０ａ、１０ｂの対向側面１３、１３間に前記間隙４０を有効に確保しつつ、前記第１及び／又は前記第２バスバー１０ａ、１０ｂの表面積を拡大することができ、前記バスバーアッセンブリ１Ｃ、１Ｄの放熱特性を向上させることができる。
この効果は、前記バスバーアッセンブリ１Ｃ、１ＤにＬＥＤ等の発熱性を有する半導体素子が装着される場合に特に有効となる。
前記第２及び第３変形例に係るバスバーアッセンブリ１Ｃ、１Ｄは、前記第１製造方法において前記スリット１２５の断面形状を変更することにより、容易に製造することができる。
１Ａ〜１Ｄ バスバーアッセンブリ
１０ａ〜１０ｄ バスバー
１１ 第１表面
１２ 第２表面
１３ 対向側面
３０ 絶縁性樹脂層
４０ 間隙

Claims (4)

  1. 導電性金属平板の第１バスバーと、導電性金属平板の第２バスバーであって、前記第１バスバーの対向側面との間に間隙が存する状態で前記第１バスバーと同一平面内に配置された第２バスバーと、前記間隙内に充填され、前記第１及び第２バスバーの対向側面を連結する絶縁性樹脂層とを有していることを特徴とするバスバーアッセンブリ。
  2. 前記第１及び第２バスバーの少なくとも一方の対向側面は厚み方向一方側から他方側へ行くに従って前記第１及び第２バスバーの他方に近接する傾斜面とされていることを特徴とする請求項１に記載のバスバーアッセンブリ。
  3. 前記第１及び第２バスバーの双方の対向側面が厚み方向一方側から他方側へ行くに従って互いに対して近接する傾斜面とされていることを特徴とする請求項２に記載のバスバーアッセンブリ。
  4. 前記絶縁性樹脂層は、前記間隙に加えて前記第１及び第２バスバーの厚み方向一方側及び他方側の少なくとも一方の表面に設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のバスバーアッセンブリ。
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