JP6732583B2

JP6732583B2 - 端子取付基板

Info

Publication number: JP6732583B2
Application number: JP2016146244A
Authority: JP
Inventors: 大喜嶋田; 福井　宏史; 宏史福井
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2036-07-26
Also published as: JP2018018881A

Description

本発明は、部品が取り付けられた基板に、前記部品に接続された端子が取り付けられた端子取付基板に関する。

電子部品では、電子部品の外部端子間に電位差があると、その電位差に応じて絶縁のために外部端子間に絶縁距離を確保する必要がある。この絶縁距離が小さくても、大きな絶縁を得るための技術が例えば特許文献１の技術に開示されている。この技術では、プリント基板上に半導体素子をはんだ接合してある。半導体素子は、外部に露呈したダイパッドと、外部電極端子とを有しており、プリント基板と半導体素子との間には隙間が設けられ、プリント基板には、ダイパッドと外部電極端子との間に穴が設けられ、この穴から絶縁性樹脂が、ダイパッドと外部電極端子との間の隙間に充填されている。

特開２０１４−１０３１８３号公報

特許文献１の技術では、半導体素子のダイパッドと外部電極との間に電位差があっても、絶縁性樹脂によって絶縁性を向上させることができる。しかし、このような構成では、半導体素子のダイパッドと外部電極との間に隙間を形成し、この隙間に絶縁性樹脂を充填しなければならず、その作業が面倒である。また、ダイパッドや外部端子が露出してなく、外部端子を半導体素子にねじ止めするタイプの半導体素子には適用することはできない。また、このタイプの半導体素子のねじ止め部分を、基板の一方の面に外部端子と共に取り付けた場合、各外部端子は基板の厚さ方向には同一の位置にあり、絶縁距離（空間距離）を大きくとることができない。

本発明は、半導体素子のような部品を基板の一面に取り付けた場合に、基板の厚さ方向に絶縁距離を大きくとることができる端子取付基板を提供することを目的とする

本発明の一態様の端子取付基板は、部品が配置された基板を有している。部品としては、例えば少なくとも２つの取付部を有し、これら２つの取付部間に電位差を生じるものを使用することができる。この基板に少なくとも２つの端子が、間隔をおいて並べて配置されている。少なくとも２つの端子は、それぞれの一端部が前記基板の一方の面側に取り付けられ、それぞれの他端部が前記基板から外方に突出している。前記少なくとも２つの端子のうち１つである第１の端子が、前記基板の他方の面側に向けて前記基板の厚さ方向に途中から曲がっている。前記第１の端子の前記他端部が、前記基板の厚さ方向において前記少なくとも２つの端子の他方のものである第２の端子と前記基板を間に挟んで間隔をおいて位置している。

このように構成された端子取付基板では、第１の端子の途中から基板の厚さ方向に曲がっているので、基板の同一面に第１及び第２の端子の一端部が取り付けられていても、第１及び第２の端子間において、基板の厚さ方向にその厚さ以上の絶縁距離（空間距離）を大きくとれる。

上記の態様の端子取付基板において、前記第１の端子の曲がった部分は、前記基板に形成されている厚さ方向に貫通した空間部を介して前記基板の他方の面側に位置することができる。このように構成すると、空間部を介して第１の端子を基板の他方側に位置させることができるので、第１の端子を基板の他方の面側に位置させることが容易にできる。また、第１の端子の曲がった部分を、基板の空間部に配置すると、この第１の端子が基板の回り止めとなるため、端子と基板とを取り付ける際に、両者の位置が仮固定されるため、その取り付けが容易にできる。

前記空間部としては、基板に開口を形成することも考えられるが、前記空間部として前記基板における前記第１の端子が外方に突出している縁に形成された切り欠きを使用することもできる。このように構成すると、切り欠きに第１の端子の曲がっている部分を通過させることによって第１の端子を基板の他方の面側に位置させることができるので、その作業が開口に第１の端子の曲がった部分を通過させる作業と比較して、容易となる。

上記の態様の端子取付基板において、前記第２の端子が、その中途から前記第１の端子と反対側に曲がっているものとすることもできる。このように構成すると、第１及び第２の端子が基板の厚さ方向において互いに反対方向に曲げられているので、絶縁距離を更に大きくとることができる。

上述した各態様にいずれかにおいて、第３の端子が、前記第１の端子を挟んで第２の端子と反対側に前記第１の端子と間隔をおいて並べられたものとすることができる。この場合、第３の端子の一端部が前記基板の一方の面に取り付けられ、第３の端子の他端部が前記基板から外方に突出している。このように構成すると、第１乃至第３の３つの端子のうち中央に位置する第１の端子を基板の厚さ方向に曲げているので、第１の端子を曲げるだけで、第１の端子と第２の端子との絶縁距離と、第１の端子と第３の端子との絶縁距離との２つの絶縁距離を大きくすることができる。隣り合う端子の突出した部分が、基板を挟んで夫々基板の反対側の面方向に離間しているため、隣り合う端子同士が横方向に当たることがなく、端子の突出した部分の形状や大きさの設計の自由度を増すことができる。

以上のように、本発明によれば、基板の厚さ方向に少なくとも２つの端子の絶縁距離を大きくとることができる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態の端子取付基板の正面図、（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は図１（ａ）のｃ−ｃ線に沿う断面図である。（ａ）は図１の端子取付基板に使用されている半導体モジュールの斜視図、（ｂ）は半導体モジュールの縦断面図である。図１の端子取付基板の背面図である。図１の端子取付基板で使用されている基板の背面図である。図１の端子取付基板において基板に端子を取り付けた状態の背面図である。本発明の第２の実施形態の端子取付基板の縦断面図である。本発明の第３の実施形態の端子取付基板の縦断面図である。本発明の第４の実施形態の端子取付基板の縦断面図である。

本発明の第１の実施形態の端子取付基板は、図１（ａ）乃至（ｃ）に示すように、基板２に、部品として例えば半導体モジュール４を取り付け、この半導体モジュール４の各電極を外部の電気回路に接続するための複数の端子、例えば端子６ａ、６ｂ、６ｃに基板２上で半導体モジュール４に取り付け、これら端子６ａ、６ｂ、６ｃに、基板２上に設けた別の複数の部品８を基板２上で接続したものである。

半導体モジュール４は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように概略直方体状のハウジング１０内に内蔵したベース１２上に、半導体チップ１４、具体的にはＩＧＢＴやＦＥＴのような半導体スイッチング素子チップや直列または並列に接続された複数のダイオードチップが配置されている。それらの複数の電極、この実施形態では３つの電極上にそれぞれリードが接続され、各リードの先端がハウジング１０の１つの主表面上に、この主表面と間隔をおいて突出して、取付部１６ａ、１６ｂ、１６ｃとして互いに一列に配置されている。これら取付部１６ａ、１６ｂ、１６ｃには取付孔１８ａ、１８ｂ、１８ｃがそれぞれ形成され、これら取付孔１８ａ、１８ｂ、１８ｃに挿通された締結具、例えばボルトが、取付部１６ａ、１６ｂ、１６ｃに対応してハウジング１０内に形成した凹所１７ａ、１７ｂ、１７ｃ内に配置した３つのナット１９ａ、１９ｂ、１９ｃにそれぞれ螺合する。この半導体モジュール４は、その使用状態において、取付部１６ａ、１６ｂ間、取付部１６ａ、１６ｃ間に電位差を生じるものである。

基板２は、図３及び図４に示すように、概略長方形状に形成され、その下縁の両端を切り落とした形状で、図３に示すように、その一方の表面、例えば裏面側に半導体モジュール４が取り付けられている。そのため、半導体モジュール４の取付部１６ａ乃至１６ｃの取付孔１８ａ乃至１８ｃに対応して、基板２の裏面と、基板２の他方の面、例えば表面とを貫通して、基板２の中央部よりも下部には、図４に示すように、貫通孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃが形成されている。また、基板２の裏面側において、各貫通孔２０ａ乃至２０ｃそれぞれの周囲には、半導体モジュール４の各電極と接続するための半導体素子パターン２２ａ、２２ｂ、２２ｃがそれぞれ形成されている。また、図１（ｂ、（ｃ）に示すように、基板２の表面の貫通孔２０ａ乃至２０ｃ周囲には、配線パターン２３ａ乃至２３ｃが後述する導電性のボルト２６ａ乃至２６ｃに対応する大きさに形成されている。

図１（ａ）に示すように、基板２の表面側の中央部から上部には、半導体モジュール４に接続される部品８、例えばスナバ回路を構成する抵抗器やコンデンサやダイオード等が表面実装によって取り付けられている。

基板２の裏面と半導体モジュール４の各取付部１６ａ乃至１６ｃとの間に、上述した端子６ａ乃至６ｃの一端部が挟み込まれている。第１の端子、例えば端子６ａは、導電金属性のＺ金具状のもので、その一端部が半導体モジュール４の中央にある取付部１６ａに対応する半導体素子パターン２２ａに接触しており、端子６ａには、貫通孔２０ａに対応して図５に示すように、貫通孔２４ａが形成されている。図１（ｂ）に示すように導電性のボルト２６ａが基板２の貫通孔２０ａ及び端子６ａの貫通孔２４ａに挿通されて、半導体モジュール４、基板２の表面側から挿通され、取付部１６ａの取付孔１８ａ内に侵入し、ハウジング１０の凹所１７ａ内のナット１９ａに螺合している。これによって、半導体モジュール４の取付部１６ａは基板２の裏面側で半導体素子接続パターン２２ａに接続されるとともに、基板２の表面側で配線パターン２３ａに接続され、部品８とともに回路が構成される。端子６ａは、その中途、例えば基板２の下縁に対応する位置付近で、基板２の表面側に向けて折り曲げられており、その折り曲げ部分が、図１（ｂ）に示すように、基板２に形成した空間部、例えば基板２の下縁中央に形成した切り欠き２７を通過して基板２の表面よりも更に前方に突出し、その突出部分から下方に伸びた他端部が基板２の下縁よりも下方に位置している。このように、端子６ａは、基板２から外部に突出して、基板２の表面側に折り曲げられた部分を有している。従って、端子６ａが前方に突出した部分を基板２の切り欠き２７に位置させるようにして基板２に配置すると、端子６ａの前方に突出した部分が切り欠き２７内に拘束され、基板２と端子６ａが組み合わされて、両者の位置が仮固定される。そのため、基板２に端子６ａを取り付けるのが容易になる。この端子６ａの突出したこの他端部に図１（ｂ）、に図５に示すように、貫通ねじ孔２８が形成されており、外部の電気回路に半導体モジュール４の中央の電極を接続するための取付金具３０が、基板２の表面側で貫通ねじ穴２８に重ねて配置され、図１（ａ）に示すように導電性のボルト３２ａによって端子６ａの一端に取り付けられている。

第２の端子、例えば端子６ｂ及び第３の端子、例えば端子６ｃは、導電金属性で、端子６ａよりも幅広のＬ字金具状のもので、その一端部が半導体モジュール４において、中央の取付部１６ａの両側にある取付部１６ｂ、１６ｃに対応する半導体素子パターン２２ｂ、２２ｃに接触しており、貫通孔２０ｂ、２０ｃにそれぞれ対応して図５に示すように貫通孔２４ｂ、２４ｃが形成されている。図１（ｃ）に示すように、基板２の貫通孔２０ｂ、２０ｃ及び端子６ｂ、６ｃの貫通孔２４ｂ、２４ｃに挿通されて、半導体モジュール４の表面側から挿通された導電性のボルト２６ｂ、２６ｃが取付部１６ｂ、１６ｃの取付孔１８ｂ、１８ｃ内に侵入し、ハウジング１０の凹所１７ｂ、１７ｃ内のナット１９ｂ、１９ｃにそれぞれ螺合している。これによって、半導体モジュール４の取付部１６ｂ、１６ｃは基板２の裏面側で半導体素子接続パターン２２ｂ、２２ｃに接続されるとともに、基板２の表面側で配線パターン２３ｂ、２３ｃに接続され、部品８とともに回路を構成している。そして、後述するように、端子６ｂ、６ｃの他端は基板から下方に向けて、基板２から外部に突出している。このようにして、ボルト２６ａ、２６ｂ、２６ｃによって、端子６ａ、端子６ｂ及び端子６ｃと、半導体モジュール４の基板２の裏面への取付と接続とが行われている。

端子６ｂ、６ｃは、いずれもそれらの一端部から端子６ａよりも広い面積を持ってまっすぐに下方に伸びて、基板２の下縁を通過して、第１の端子６ａの下端よりもさらに下方に所定距離だけ伸びて、下端部が基板２の表側に折り曲げられている。これらの折り曲げ部分に、ボルト３２ｂ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｃによってブロック３４、３４、３６、３６に固定されて、基板２がブロック３４、３４、３６、３６上に機械的に支持されている。このように、端子６ｂ、６ｃは広い面積を持って基板２の外部に突出しているため、半導体モジュール４からの熱が、端子６ｂ、６ｃの広い面から効率よく放熱される。

また、各半導体モジュール４における取付部１６ａ、１６ｂ、１６ｃが設けられている面と反対側の面（ベース１２側の面）は、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように放熱手段、例えばヒートシンク３７に取り付けられている。ヒートシンク３７は、基板２の上端よりも上部に位置し、基板２の裏面側全域を覆う大きさに形成されている。

端子６ａの折り曲げ部分が切り欠き２７内にあるので、切り欠き２７を形成せずに、基板２の下縁に端子６ａの折り曲げ部分を通過させた場合よりも基板２の上下方向に絶縁距離を大きくなっている。

図１（ｂ）、（ｃ）から明らかなように、端子６ａ、６ｂ、６ｃは、基板２の裏面に一端部がそれぞれ取り付けられ、端子６ｂ、６ｃは、それらの一端部からまっすぐ下方に伸びているのに対し、端子６ａは、基板２の下縁付近で基板２の表面側に折り曲げられて、基板２の表面側において下方に伸びている。もし、端子６ａが途中で折り曲げられていなければ、端子６ａ、６ｂ間の基板２の厚さ方向の空間距離（絶縁距離）、端子６ａ、６ｃ間の基板２の厚さ方向の空間距離は、いずれもゼロである。しかし、この実施形態では、端子６ａを中途から基板２の表面側に折り曲げてあるので、端子６ａと端子６ｂとの基板２の厚さ方向の空間距離、端子６ａと端子６ｃとの基板２の厚さ方向の空間距離を大きくできている。また端子６ａの突出した部分は、基板２の表面側にあり、これと隣り合う端子６ｂ、６ｃの突出した部分が、基板２を挟んで基板２の裏面にあるというように、端子６ａと、端子６ｂ、６ｃとが基板２の厚さ方向に離間しているので、隣り合う端子６ａ、６ｂまたは６ａ、６ｃ同士が基板２の幅方向で当たることがなく、端子６ａ、６ｂ、６ｃの突出した部分の形状や大きさの設計の自由度を増すことができる。また、端子６ａ、端子６ｂ及び端子６ｃのうち、中央にある端子６ａを途中で折り曲げているので、１つの端子６ａを折り曲げるだけで、端子６ａと端子６ｂとの基板２の厚さ方向の空間距離（絶縁距離）、端子６ａと端子６ｃとの基板２の厚さ方向の空間距離を大きくできている。また、端子６ａの下端と端子６ｂとの下端、端子６ａの下端と第３の端子６ｃの下端とが離れているので、第１乃至第３の端子６ａ乃至６ｃの上下方向においても絶縁距離を大きくできている。特に、端子６ａが中途で折り曲げられて、その折り曲げ部分が切り欠き２７内にあるので、切り欠き２７を形成せずに、基板２の下縁に端子６ａの折り曲げ部分を接触させた場合よりも基板２の上下方向に絶縁距離を大きくなっている。

なお、端子６ｂ、端子６ｃの両側は、それらの上端が切り落とされて、基板２の切り落とされた下縁と共同して、空間を形成しているが、これは取付金具３０が接続されているコード３８を、基板２の裏面側に引き出しやすくするためである。

この半導体素子取付基板では、部品８が表面実装されている基板２の裏面側の半導体素子パターン２２ａ、２２ｂ、２２ｃ上に端子６ａ、６ｂ、６ｃと半導体モジュール４の取付部１６ａ、１６ｂ、１６ｃを配置して、基板２の表面側からボルト２６ａ、２６ｂ、２６ｃで端子６ａ、６ｂ、６ｃと半導体モジュール４を基板２に取り付けることができる上に、電気的に接続することができる。このように、ボルト２６ａ、２６ｂ、２６ｃの螺合のみによって半導体モジュール４の基板２への取付、半導体モジュール４の端子６ａ、６ｂ、６ｃへの接続、部品８の半導体モジュール４の接続が行え、組み立て作業を容易にすることができる。そして、端子６ａ、６ｂ、６ｃは、基板２から外部に延在し、且つ端子６ａの突出した他端は基板２の表面側に、その両隣の端子６ｂ、６ｃとは基板２の裏面側に、基板２を挟んで前後に離間していることから、夫々の端子６ａ、６ｂ、６ｃの突出した部分の大きさや形状の設計の自由度が増し、その面積を大きくすることができる。そのため、半導体モジュール４の熱を、広い面積を持つ端子６ａ、６ｂ、６ｃから効率よく放熱することができる。

また、半導体素子パターン２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、半導体モジュール４の取付部１６ａ、１６ｂ、１６ｃよりも大きな面積を有しているので、半導体モジュール４の放熱効果を高めることができる。

また基板２に部品８を面実装しているので、部品８はリードを有さず、基板２上に固定されているので、半導体素子取付基板を使用した装置を搬送する際に、振動が半導体素子取付基板に加わっても、部品のリードの断線による故障が生じない。また、半導体モジュール用のヒートシンク３７は、基板２の裏面全域を覆うことが可能な大きさであるので、部品８から放出された熱が、ヒートシンク３７によって吸収される。

第２の実施形態を図６に示す。第２の実施形態では、第１の端子６ａがＬ字状に折り曲げられている。即ち、第１の端子６ａは、基板２の裏面側に接触している垂直部分と、切り欠き２７を介して基板２の表面側に突出している水平部分とからなり、取付金具３０やボルト３２ａは、水平部分に取り付けられている。他の構成は、第１の実施形態と同一であるので、詳細な説明は、省略する。この実施形態では、第１の実施形態と比較して、基板２の厚さ方向に絶縁距離を大きくとることができる上に、基板２の上下方向にも絶縁距離を大きくとることができる。

第３の実施形態を図７に示す。第３の実施形態では、第１の端子６ａが、横倒したコ字状に形成されている。即ち、第２の実施形態の水平部分の先端に基板２に平行な垂直部分が形成され、この垂直部分に、取付金具３０やボルト３２ａが取り付けられている。他の構成は、第１の実施形態と同一であるので、詳細な説明は、省略する。この実施形態においても第１の実施形態と比較して、基板２の厚さ方向に絶縁距離を大きくとることができる上に、基板２の上下方向にも絶縁距離を大きくとることができる。

第４の実施形態を図８に示す。第４の実施形態では、第１の端子６ａだけでなく、第２の端子６ｂ単独または第２の端子６ｂと第３の端子６ｃ双方が、その中途で第１の端子６ａと反対側に折り曲げられているものである。第１の端子６ａだけでなく、第２の端子６ｂまたは第２の端子６ｂと第３の端子６ｃも折り曲げられているので、基板２の厚さ方向に空間距離を第１の実施形態よりも大きくとることができる。他の構成は、第１の実施形態と同一であるので、詳細な説明は、省略する。

上記の各実施形態では、半導体モジュール４には、３つの取付部を有するものを示したが、これに限ったものではなく、少なくとも２つの取付部を有する半導体モジュールを使用することができる。また、上記の各実施形態では、絶縁距離を大きくとる必要のある部品として半導体モジュールを使用したが、これに限ったものではなく、大きな電圧が印加される他の電気部品も使用することができる。上記の各実施形態では、空間部として切り欠きを使用したが、これに代えて、第１の端子が通過可能な開口を基板２に形成することもできる。

２基板
４半導体モジュール（部品）
６ａ第１の端子
６ｂ第２の端子
６ｃ第３の端子

Claims

部品が配置された基板と、
前記基板に間隔をおいて並べて配置され、それぞれの一端部が前記基板の一方の面側に取り付けられると共に、他端部が前記基板から外方に突出している少なくとも２つの端子とを、
有し、前記少なくとも２つの端子のうち１つである第１の端子が、前記基板の他方の面側に向けて前記基板の厚さ方向に途中から曲がって、前記第１の端子の前記他端部が、前記基板の厚さ方向において前記少なくとも２つの端子の他方のものである第２の端子と前記基板を間に挟んで間隔をおいて位置している端子取付基板。
請求項１記載の端子取付基板において、前記第１の端子の曲がった部分は、前記基板に形成されている厚さ方向に貫通した空間部を介して前記基板の他方の面側に位置している端子取付基板。
請求項２記載の端子取付基板において、前記空間部は、前記基板における前記第１の端子が外方に突出している縁に形成された切り欠きである端子取付基板。
請求項１記載の端子取付基板において、前記第２の端子が、その中途から前記第１の端子と反対側に曲がっている端子取付基板。
請求項１乃至４いずれか記載の端子取付基板において、第３の端子が、前記第１の端子を挟んで第２の端子と反対側に前記第１の端子と間隔をおいて並べられ、第３の端子の一端部が前記基板の前記一方の面に取り付けられ、第３の端子の他端部が前記基板から外方に突出している端子取付基板。