JP6715583B2 - トランジスタリード線の溶接およびはんだ付け - Google Patents

Description

トランジスタのようなアクティブスイッチ装置が、いくつかの異なる状況で使用される。一例として、通常各トランジスタが高圧ＤＣ入力を受け付け、ＡＣを出力する電力インバータの分野が挙げられる。トランジスタは、入力および出力リード線が高圧接続され、別のリード線から制御入力を受け付ける必要がある。当該入力は、インバータの一部としての回路基板により行われる場合がある。オートメーションで効率的に製造可能な、コンパクト且つ強力なインバータを設計する際、各トランジスタの入出力用の様々な電気接続の配置が非常に重要となる。

第１の態様では、電子装置の製造方法は、互いに平行に延びる入力リード線、出力リード線、およびそれらリード線より長い制御リード線を有するトランジスタを位置決めする工程と、少なくとも第１および第２バスバー層を、前記入力、出力、および制御リード線が前記第１バスバー層の第１開口と前記第２バスバー層の第２開口を通過して延び、前記第１開口から延びる第１タブが前記入力および出力リード線の一方に位置合わせされて接触し、前記第２開口から延びる第２タブが前記入力および出力リード線の他方に位置合わせされて接触するよう、前記トランジスタに対して配置する工程と、前記第１タブと前記入力および出力リード線の前記一方とを溶接し、前記第２タブと前記入力および出力リード線の前記他方とを溶接する工程と、前記制御リード線と、前記第１および第２タブの内少なくとも１つが回路基板の対応する開口を通過して延びるよう、前記回路基板を前記第１および第２バスバー層に平行に設置する工程と、前記制御リード線と、前記第１および第２タブの内前記少なくとも１つとを前記回路基板の１つ以上の回路にはんだ付けする工程と、を含む。

実施形態は、以下の特徴のいずれかまたは全部を含んでもよい。前記第１および第２バスバー層を前記トランジスタに対して設置する工程は、前記第１バスバー層を前記トランジスタに対して位置決めし、位置決めされた前記第１バスバー層に絶縁層を設置し、前記第２バスバー層を設置された前記絶縁層に設置する工程を含む。前記方法は、第３バスバー層を、前記入力、出力、および制御リード線が前記第３バスバー層の第３開口を通過して延びるよう、前記トランジスタに対して設置する工程をさらに含む。前記電子装置は、互いに平行に延びる入力、出力、および制御リード線を有する複数のトランジスタを備え、前記第１、第２、および第３バスバー層は、全ての前記トランジスタに対して同様に設置される。最初に前記第１、第２、および第３バスバー層は、絶縁により互いに分離された状態で積層バスバー構造に組み立てられ、その後前記第１および第２タブを溶接する前に前記積層バスバー構造が前記トランジスタに対して設置される。前記方法は、元は同じ長さの前記入力、出力、および制御リード線の内、前記入力および出力リード線を短くする工程をさらに含む。

第２の態様では、電子装置は、互いに平行に延びる入力リード線、出力リード線、およびそれらリード線より長い制御リード線を有するトランジスタと、少なくとも第１および第２バスバー層であって、前記入力、出力、および制御リード線が前記第１バスバー層の第１開口と前記第２バスバー層の第２開口を通過して延びるように前記トランジスタに対して配置され、前記第１開口から延びる第１タブが前記入力および出力リード線の一方に位置合わせされて接触し、前記第２開口から延びる第２タブが前記入力および出力リード線の他方に位置合わせされて接触するよう配置された前記第１および第２バスバー層と、前記制御リード線と、前記第１および第２タブの内少なくとも１つが回路基板の対応する開口を通過するよう、前記第１および第２バスバー層に平行に設置された前記回路基板と、を有し、前記第１タブと前記入力および出力リード線の前記一方とが第１溶接接合部によって互いに接続され、前記第２タブと前記入力および出力リード線の前記他方とが第２溶接接合部によって互いに接続され、前記制御リード線と、前記第１および第２タブの内前記少なくとも１つとが前記回路基板の１つ以上の回路にはんだ接合部によって接続されている。

実施形態は、以下の特徴のいずれかまたは全部を含んでもよい。前記電子装置は、前記第２バスバー層から前記第１バスバー層を分離する絶縁層をさらに含む。前記電子装置は、前記入力、出力、および制御リード線が前記第３バスバー層の第３開口を通過して延びるよう、前記トランジスタに対して設置された第３バスバー層をさらに含む。前記トランジスタは、前記第１および第２バスバー層および前記回路基板のそれぞれに対し実質的に垂直に設けられている。

第３の態様では、電子装置は、互いに平行に延びる入力リード線、出力リード線、およびそれらリード線より長い制御リード線を有するトランジスタと、少なくとも第１および第２バスバー層であって、前記入力、出力、および制御リード線が前記第１バスバー層の第１開口と前記第２バスバー層の第２開口を通過して延びるように前記トランジスタに対して配置された前記第１および第２バスバー層と、ここで前記第１バスバー層は前記入力および出力リード線の一方と前記第１バスバー層との間の第１溶接接合部を形成する第１の手段を有し、前記第２バスバー層は前記入力および出力リード線の他方と前記第２バスバー層との間の第２溶接接合部を形成する第２の手段を有し、前記制御リード線と、前記第１および第２の手段の内少なくとも１つが回路基板の対応する開口を通過して延びるよう、前記第１および第２バスバー層に平行に設置された前記回路基板と、を有する電子装置であって、前記制御リード線と、前記第１および第２の手段の内前記少なくとも１つとが前記回路基板の１つ以上の回路にはんだ接合部によって接続されている。

実施形態は、以下の特徴のいずれかまたは全部を含んでもよい。前記第１の手段は、前記第１開口から延びる第１タブを有する。前記第１タブは、前記第１開口の縁部から延び、前記入力および出力リード線の前記一方と実質的に平行に設けられている。前記第２の手段は、前記第２開口から延びる第２タブを有する。前記第２タブは、前記第２開口の縁部から延び、前記入力および出力リード線の前記他方と実質的に平行に設けられている。前記第１および第２の手段の両方は、前記回路基板の前記対応する開口を通過して延び、前記回路基板の１つ以上の回路にはんだ接合部によって接続されている。

バスバー構造に溶接され、回路基板にはんだ付けされた電子部品の一例を示す。 トランジスタ、積層バスバー構造、回路基板を有する電子装置の一例を示す。 電子装置の製造方法の一例のフローチャートである。 内部にトランジスタ用のリード線を有する積層バスバー構造の一例を示す。

本稿では、溶接やはんだ付けを伴う１つ以上の方法により、バスバーおよび回路基板に接続される能動部品（例えばトランジスタ）を例に説明する。このような技術により、電気的および物理的にトランジスタリード線からバスバーリード線への遷移を便利に行うことができるようになる。例えば、当該方法により、トランジスタは溶接接合部によりバスバーに高圧接続可能となり、さらにその溶接部分から延びるタブが回路基板まで延びてそこで電気的基準接続として使用可能となる。

図１は、電子部品１００および１０２の一例を示す。電子部品１００および１０２のリード線はバスバー構造１０４に溶接され、回路基板１０６にはんだ付けされる。電子部品（例えばＩＧＢＴのような任意の種類の能動部品であってもよい）は、冷却構造１０８（例えばヒートシンク）の対向する両側に配置される。この構造により、トランジスタはバスバーと回路基板に対して垂直に配向可能となり、さらに装置の効果的な熱管理が可能となる。この例では、図示の２つのトランジスタは同じ種類であり、それぞれ互いに平行に延びる入力、出力、および制御リード線を有する。図に示すように、部品１００の入力リード線１１０（ソースリード線）は視認可能となっている。同様に、部品１０２の制御リード線１１２は視認可能となっている。

部品１００および１０２がそれぞれ有する３つのリード線は異なる長さであってもよい。いくつかの実施形態では、制御リード線が入力および出力リード線よりも長い。例えば、制御リード線１１２は回路基板１０６の開口１１４を通過して延びているが、入力リード線１１０は回路基板までは延びていない。

バスバー構造１０４の開口１１６を通じて、制御リード線が当該バスバーに電気的に接続せずに通過できる。バスバー構造１０４の大部分は平坦であるが、部位によっては所定の目的のために１つ以上のタブが形成される。例えば、部品１００のソースリード線１１０と位置合わせされ、接触するタブ１０４Ａがバスバー構造に形成される。この構造により、溶接電極１１８がリード線１１０とタブ１０４Ａに接触し、そこで溶接接合部を形成する便利な方法が提供される。例えば、この溶接接合部をトランジスタとバスバーの１つとの高出力接続とすることが可能である。

さらに、タブ１０４Ａが（より短い）入力リード線１１０より先に延びているため、回路基板１０６への接続も確立可能となる。いくつかの実施形態では、これは回路基板上の１つ以上の部品（図示せず）のための制御接続とすることができる。例えば、はんだ接合部１２０をタブ１０４Ａと基板上の回路との間に形成してもよい。即ち、タブにより、入力リード線とバスバー構造との間に溶接接合部が形成されやすくなり、トランジスタリード線からバスバーリード線への電気的および物理的遷移が可能となる。上述のように部品１００の入力リード線１１０のみでなく、部品１００のその他のリード線も同様に接続されることが理解されよう。例えば、部品１００の出力リード線をその他のバスバー層（図示せず）に接続し、部品１００の制御リード線を回路基板１０６に接続してもよい。

一方、部品１０２の制御リード線１１２はバスバー構造１０４に電気的に接続されていないが、制御リード線は入力リード線１１０よりも長く、開口１１６が存在するため、回路基板１０６に達する。いくつかの実施形態では、当該接続により部品１０２が制御しやすくなる。例えば、当該接続は制御リード線と基板上の回路の間のはんだ接合部１２２として確立可能である。

図２は、トランジスタ２０２および２０４、積層バスバー構造２０６、回路基板２０８を有する電子装置２００の一例を示す。この例のトランジスタは、上述の部品と同様または同一であってもよく、その全ての特徴をここで詳述するものではない。この例では、トランジスタの入出力リード線の接続を説明する。具体的には、リード線と共にその他バスバー層２０６Ａ〜Ｂの開口を通過して延びるタブ２１０により、トランジスタ２０２の出力リード線２０７（例えばドレイン）がここではバスバー層２０６Ｃに接続される。同様に、トランジスタ２０４の出力リード線２０８（例えばドレイン）は、３つのバスバー層の開口を通過して延びて、ここではタブ２１２を介してバスバー層２０６Ａに接続される。即ち、タブ２１０および２１２を使用して、出力リード線と対応するバスバー層との間の溶接接合部を形成可能である。上述のように出力リード線２０７および２０８のみではなく、トランジスタ２０２および２０４のリード線も同様にして接続されることが理解されよう。例えば、トランジスタ２０２の入力リード線を別のバスバー層（例えば層２０６Ｂ）に接続し、トランジスタ２０４の制御リード線を回路基板２０８に接続してもよい。上述の例と同様に、制御リード線がその他リード線よりも長く、必要に応じてトランジスタリード線がタブ２１０および２１２により延長されることで、これら接続が確立しやすくなっている。バスバー層は、銅などの導電性材料からできている。

トランジスタ２０２および２０４（およびその他全トランジスタ）は、バスバー層２０６Ａ〜Ｃに対し同様の空間的配置で設置されてもよい。例えば、ここでトランジスタはバスバー構造の層に対し実質的に垂直に設けられている。いくつかの実施形態では、バスバー構造を別に積層部品（絶縁により互いに分離された複数の層）として組み立てておき、その後バスバー位置決め部に設置することでバスバー層とトランジスタを互いに位置決めしてもよい。別の実施形態では、各バスバー層を順次バスバー位置決め部に組み付けてもよい。

電子装置２００はさらに、端子２１６Ａおよび２１６Ｂを持つコンデンサ２１４を有する。電子装置が、例えば電気モーターなどのためにＤＣをＡＣに変換する電力インバータであれば、コンデンサ２１４はＤＣリンクコンデンサであってもよい。端子２１６Ａ〜Ｂはリード線またはタブを端部に有してもよい。例えば、これによりコンデンサをバスバー層２０６Ａ〜Ｃに接続しやすくなる。

電子装置２００に対してもバスバー位置決め部２１８を使用してもよい。例えば、当該部品２１８Ａはヒートシンク１０８とトランジスタ２０２および２０４の組立体を設置する区画を形成してもよい。他の例として、バスバー位置決め部の１つ以上のスロット２１８Ｂが、電子装置のその他部品に対するバスバー（例えばＡＣまたはＤＣバスバー）の位置決めに寄与する。バスバーは、銅などの導電性材料でできている。

図３は、電子装置を製造する方法３００の一例を示すフローチャートである。当該方法は任意の様々な状況に適用可能だが、ここでは電力インバータの製造を説明する。ここで本稿において説明したいくつかの例（例えば図１〜２および４）を参照するが、方法は別の種類の電子装置用に実行されてもよい。工程は手動で（即ち人間が）実行してもよいし、ロボットが実行してもよいし、両者の組合せにより実行してもよい。特別な記載のない限り、工程は異なる順序で実行されてもよい。

７０２において、トランジスタのリード線の長さを調整することで、制御リード線よりも入力および出力リード線が短くなる。例えば、トランジスタ２０２および２０４のリード線は、当該トランジスタがヒートシンク１０８に組み付けられる前に調整されてもよい。別の実施形態では、トランジスタを異なる長さのリード線を持つよう製造されてもよい。

７０４において、トランジスタをヒートシンクに設置する。例えば、トランジスタ２０２および２０４は１つ以上の留め金によりヒートシンク１０８に組み付けられる。保護層（例えば、熱絶縁材料）をトランジスタとヒートシンクとの間に設置してもよい。

７０６において、ＤＣリンクコンデンサとバスバー位置決め部とが互いに取り付けられる。例えば、コンデンサ２１６の平板端子がバスバー位置決め部のスロットを通るように、バスバー位置決め部２１８をコンデンサ２１６上に設置してもよい。

７０８において、バスバーをバスバー位置決め部内に設置する。例えば、インバータにＤＣ入力をするためのＤＣバスバーをバスバー位置決め部のスロット２１８Ｂに設置し、インバータからのＡＣ出力をするためのＡＣバスバーを他の専用スロットに設置してもよい。

７１０において、ヒートシンク−トランジスタ組立体をバスバー位置決め部内に設置する。例えば、トランジスタ２０２および２０４に挟まれたヒートシンク１０８を、バスバー位置決め部に形成された区画に設置してもよい。

７１２において、バスバー層によりバスバー層積層体を組み立てる。例えば、層２０６Ａ〜Ｃを、絶縁層を挟んで互いに積層してもよい。

７１４において、バスバー層積層体をバスバー位置決め部に設置する。例えば、リード線２０７および２０８がバスバー層の開口を通過するよう、層２０６を設置してもよい。また、タブやＤＣリンクコンデンサのその他端子も、同様に層の他の開口を通過してもよい。

７１６において、溶接が実行される。例えば、出力リード線２０７をタブ２１０に溶接し、出力リード線２０８をタブ２１２に溶接してもよい。同様に、ＤＣリンクコンデンサの端子のタブを、対応する他のタブに溶接してもよい。

７１８において、１つ以上のタブおよび／またはリード線に延長突起を加えてもよい。例えば、回路基板に届かないほど短い入出力タブの端部に金属タブを取り付けて延長してもよい。

７２０において、回路基板をバスバー層積層体上に設ける。例えば、回路基板２０８を層２０６Ａ〜Ｃと同じバスバー位置決め部に取り付けてもよい。

７２２において、はんだ付けが実行される。例えば、トランジスタの制御リード線と、トランジスタの入出力リード線から延びるタブを回路基板２０８にはんだ付けしてもよい。

いくつかの実施形態では、工程の数はより多く、または少なくともよい。

図４は、内部に延びるトランジスタ用のリード線４０２および４０４を有する積層バスバー構造４００の一例を示す。通常、リード線４０２はヒートシンクの片側に設けられた第１トランジスタ群から延びており、リード線４０４はヒートシンクの反対側に設けられた第２トランジスタ群から延びている。例えば、入力リード線４０４Ａと出力リード線４０４Ｂは、同じトランジスタの対応する制御リード線４０４Ｃよりも短く記載されている。

リード線４０２のうち、タブ４０２Ａはあるトランジスタからの入力リード線の延長部であり、タブ４０２Ｂは同じトランジスタからの出力リード線の延長部である。タブ４０２Ａは、ここでは絶縁層４０６に隠されているバスバー層に形成された開口の縁部から延びる。一方、タブ４０２Ｂは積層バスバー構造４００の最上部のバスバー層４００Ａに形成された開口の縁部から延びる。最後に、リード線４０２Ｃは同じトランジスタから延びる、未加工の制御リード線であり、本例のいかなるバスバー層にも電気的に接続されない。

いくつかの実施形態が例示されたが、その他の実施形態も以下の特許請求の範囲では網羅される。

Claims (16)

1. 電子装置の製造方法であって、
   互いに平行に延びる入力リード線、出力リード線、および、前記入力リード線と前記出力リード線より長い制御リード線を有するトランジスタを位置決めする工程と、
   少なくとも第１および第２バスバー層を、前記入力、出力、および制御リード線の各々が前記第１バスバー層の第１開口と前記第２バスバー層の第２開口を通過して延び、前記第１開口から延びる第１タブが前記入力および出力リード線の一方に位置合わせされて接触し、前記第２開口から延びる第２タブが前記入力および出力リード線の他方に位置合わせされて接触するよう、前記トランジスタに対して配置する工程と、
   前記第１タブと前記入力および出力リード線の前記一方とを溶接し、前記第２タブと前記入力および出力リード線の前記他方とを溶接する工程と、
   前記制御リード線と、前記第１および第２タブの内少なくとも１つとが回路基板の対応する開口を通過して延びるよう、前記回路基板を前記第１および第２バスバー層に平行に設置する工程と、
   前記制御リード線と、前記第１および第２タブの内前記少なくとも１つとを前記回路基板の１つ以上の回路にはんだ付けする工程と、を含むことを特徴とする方法。
2. 前記第１および第２バスバー層を前記トランジスタに対して設置する工程は、前記第１バスバー層を前記トランジスタに対して位置決めし、位置決めされた前記第１バスバー層に絶縁層を設置し、前記第２バスバー層を設置された前記絶縁層に設置する工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 第３バスバー層を、前記入力、出力、および制御リード線が前記第３バスバー層の第３開口を通過して延びるよう、前記トランジスタに対して設置する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記電子装置は、互いに平行に延びる入力、出力、および制御リード線を有する複数のトランジスタを備え、
   前記第１、第２、および第３バスバー層は、全ての前記トランジスタに対して同様に設置されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 最初に前記第１、第２、および第３バスバー層は、絶縁により互いに分離された状態で積層バスバー構造に組み立てられ、その後前記第１および第２タブを溶接する前に前記積層バスバー構造が前記トランジスタに対して設置されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 元は同じ長さの前記入力、出力、および制御リード線の内、前記入力および出力リード線を短くする工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 互いに平行に延びる入力リード線、出力リード線、および、前記入力リード線と前記出力リード線より長い制御リード線を有するトランジスタと、
   少なくとも第１および第２バスバー層であって、前記入力、出力、および制御リード線の各々が前記第１バスバー層の第１開口と前記第２バスバー層の第２開口を通過して延びるように前記トランジスタに対して配置され、前記第１開口から延びる第１タブが前記入力および出力リード線の一方に位置合わせされて接触し、前記第２開口から延びる第２タブが前記入力および出力リード線の他方に位置合わせされて接触するよう配置された前記第１および第２バスバー層と、
   前記制御リード線と、前記第１および第２タブの内少なくとも１つとが回路基板の対応する開口を通過して延びるよう、前記第１および第２バスバー層に平行に設置された前記回路基板と、を備え、
   前記第１タブと前記入力および出力リード線の前記一方とが第１溶接接合部によって互いに接続され、前記第２タブと前記入力および出力リード線の前記他方とが第２溶接接合部によって互いに接続され、
   前記制御リード線と、前記第１および第２タブの内前記少なくとも１つとが前記回路基板の１つ以上の回路にはんだ接合部によって接続されていることを特徴とする、電子装置。
8. 前記第２バスバー層から前記第１バスバー層を分離する絶縁層をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の電子装置。
9. 前記入力、出力、および制御リード線が前記第３バスバー層の第３開口を通過して延びるよう、前記トランジスタに対して設置された第３バスバー層をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の電子装置。
10. 前記トランジスタは、前記第１および第２バスバー層および前記回路基板のそれぞれに対し実質的に垂直に設けられていることを特徴とする、請求項７に記載の電子装置。
11. 互いに平行に延びる入力リード線、出力リード線、および、前記入力リード線と前記出力リード線より長い制御リード線を有するトランジスタと、
    前記入力、出力、および制御リード線の各々が第１バスバー層の第１開口と第２バスバー層の第２開口を通過して延びるように前記トランジスタに対して配置された、少なくとも第１および第２バスバー層であって、前記第１バスバー層は前記入力および出力リード線の一方と前記第１バスバー層との間の第１溶接接合部を形成する第１の手段を有し、前記第２バスバー層は前記入力および出力リード線の他方と前記第２バスバー層との間の第２溶接接合部を形成する第２の手段を有する、第１及び第２バスバーと、
    前記制御リード線と、前記第１および第２の手段の内少なくとも１つとが回路基板の対応する開口を通過して延びるよう、前記第１および第２バスバー層に平行に設置された前記回路基板と、を備え、
    前記制御リード線と、前記第１および第２の手段のうちの前記少なくとも１つとが前記回路基板の１つ以上の回路にはんだ接合部によって接続されていることを特徴とする、電子装置。
12. 前記第１の手段は、前記第１開口から延びる第１タブを有することを特徴とする、請求項１１に記載の電子装置。
13. 前記第１タブは、前記第１開口の縁部から延び、前記入力および出力リード線の前記一方と実質的に平行に設けられていることを特徴とする、請求項１２に記載の電子装置。
14. 前記第２の手段は、前記第２開口から延びる第２タブを有することを特徴とする、請求項１２に記載の電子装置。
15. 前記第２タブは、前記第２開口の縁部から延び、前記入力および出力リード線の前記他方と実質的に平行に設けられていることを特徴とする、請求項１４に記載の電子装置。
16. 前記第１および第２の手段の両方は、前記回路基板の前記対応する開口を通過して延び、前記回路基板の１つ以上の回路にはんだ接合部によって接続されていることを特徴とする、請求項１１に記載の電子装置。

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