説明

パワーモジュールの製造方法

【課題】制御基板と中継端子との電気的接続を行いやすいパワーモジュールの製造方法を実現する。
【解決手段】本発明によるパワーモジュールの製造方法は、(a)一端およびパワー半導体素子105に電気的に接続された他端を有する中継端子103と、嵌合可能な第1および第2部材102a,102bに分かれた制御基板102とを準備する工程と、(b)前記中継端子103の前記一端を前記第1および第2部材102a,102bにて挟み込む工程とを備え、前記第1および第2部材102a,102bの少なくとも一方には、前記工程(b)における挟み込み後に前記中継端子103の前記一端を内包するための凹部が設けられることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、電力制御機器として使用されるパワーモジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
三相インバータ等の電力制御機器として使用されるパワーモジュールは、一般的に、スイッチングを行うパワー半導体素子と、そのパワー半導体素子を駆動するための制御基板とを備える。
【0003】
そして、パワー半導体素子と制御基板とは、中継端子を介して電気的に接続される。より具体的には、パワー半導体素子に予め電気的に接続された中継端子を、制御基板に設けられた貫通孔に貫入し、中継端子を制御基板にハンダ付けすることで、パワー半導体素子と制御基板との電気的接続が実現される。
【0004】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2004−87605号公報
【特許文献2】特開2004−22705号公報
【特許文献3】特開平9−293941号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来のパワーモジュールにおいては、中継端子の径の太さに対して制御基板の貫通孔の径の遊びが少なかったため、中継端子を制御基板の貫通孔に貫入しづらい、という問題があった。
【0007】
特に、中継端子を制御基板の貫通孔に貫入する際に、中継端子が制御基板の貫通孔に入らずに、制御基板表面に当たって中継端子が曲がることがあった。このような曲がりが生じると、ますます中継端子が制御基板の貫通孔に入りにくくなり、中継端子形状の修正が必要となって、製造工程に煩雑さが伴っていた。
【0008】
また、中継端子に曲がりが生じていなくとも、中継端子の形成位置が微妙にずれているために、中継端子が制御基板の貫通孔に入りにくいこともあった。
【0009】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、制御基板と中継端子との電気的接続を行いやすいパワーモジュールの製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の課題を解決するために、本発明によるパワーモジュールの製造方法は、(a)一端およびパワー半導体素子に電気的に接続された他端を有する中継端子と、嵌合可能な第1および第2部材に分かれた制御基板とを準備する工程と、(b)前記中継端子の前記一端を前記第1および第2部材にて挟み込む工程とを備え、前記第1および第2部材の少なくとも一方には、前記工程(b)における挟み込み後に前記中継端子の前記一端を内包するための凹部が設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によると、中継端子の一端を嵌合可能な制御基板の第1および第2部材にて挟み込み、制御基板の第1および第2部材の少なくとも一方には、挟み込み後に中継端子の一端を内包するための凹部が設けられている。よって、中継端子の一端を制御基板に貫入する作業が不要な、制御基板と中継端子との電気的接続を行いやすいパワーモジュールの製造方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施の形態1に係る製造方法により製造されるパワーモジュールを示す図である。
【図2】パワー半導体素子、制御基板および中継端子の接続の様子を説明する図である。
【図3】パワー半導体素子、制御基板および中継端子の接続の様子を説明する図である。
【図4】図3中の切断線IV-IVにおける断面図である。
【図5】図3中の切断線IV-IVにおける断面図である。
【図6】実施の形態2に係るパワーモジュールの製造方法を示す図である。
【図7】実施の形態2に係るパワーモジュールの製造方法を示す図である。
【図8】中継端子とダミー端子との装着部分の拡大図である。
【図9】実施の形態3に係るパワーモジュールの製造方法を示す図である。
【図10】実施の形態4に係るパワーモジュールの製造方法を示す図である。
【図11】実施の形態4に係るパワーモジュールの製造方法を示す斜視図である。
【図12】実施の形態4に係るパワーモジュールの製造方法を示す図である。
【図13】実施の形態4に係るパワーモジュールの製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
<実施の形態1>
本実施の形態は、制御基板の貫通孔の径を、中継端子の貫入側から貫通孔を進むに従って漸減させ、かつ、中継端子の一端における径を、中継端子の他の部分における径よりも小さくしたパワーモジュールおよびその製造方法である。
【0014】
図1は、本実施の形態に係る製造方法により製造されるパワーモジュールを示す図である。このパワーモジュールは、モジュール蓋101、制御基板102、中継端子103、制御基板固定台104、パワー半導体素子105、冷却フィン106を備える。なお、パワー半導体素子105は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のスイッチングを行うパワー半導体素子であり、制御基板102は、パワー半導体素子105を駆動するための制御チップ(図示せず)等が搭載された制御基板である。
【0015】
図1に示すように、パワー半導体素子105は冷却フィン106に固着される。冷却フィン106には、制御基板固定台104も固着されている。制御基板102は、制御基板固定台104により支持される。冷却フィン106の表面は、モジュール蓋101により覆われる。
【0016】
図2および図3は、パワー半導体素子105、制御基板102および中継端子103の接続の様子を説明する図である。なお、図2および図3では説明の簡略化のためにパワー半導体素子105、制御基板102および中継端子103以外の部材は表示していない。
【0017】
図2および図3に示すように、中継端子103の一端は、制御基板102に設けられた貫通孔201aに貫入される。また、中継端子103の他端は、パワー半導体素子105に予め電気的に接続され、パワー半導体素子105に固着されている。
【0018】
なお、本願では、中継端子103の他端がパワー半導体素子105に固着された例を示すが、本発明はこのような中継端子に限るものではない。例えば上記特許文献1の図1中の中継端子5のような、パワー半導体素子とワイヤを介して接続される、パワー半導体素子とは別体の中継端子に対しても、本発明を適用することが可能である。
【0019】
図4および図5は、図3中の切断線IV-IVにおける断面図である。図4から分かるように、貫通孔201aの径は、中継端子103の貫入側から貫通孔201aを進むに従って漸減しており、中継端子103の貫入方向における貫通孔201aの断面がテーパ状となっている。
【0020】
また、中継端子103の一端103bにおける径は、中継端子103の他の部分における径よりも小さく、その一端103bと他の部分との境界部分103aにおいては、その一端103b側に向かって中継端子103の径が漸減する。よって、中継端子103の貫入方向における境界部分103aの断面もテーパ状となっている。
【0021】
そして、中継端子103の一端103bを貫通孔201aに貫入した後には、図5に示すように、ハンダ107を噴流吹き付けすることにより中継端子103を制御基板102に固着する。これにより、パワー半導体素子105と制御基板102との電気的接続が実現される。
【0022】
本実施の形態に係るパワーモジュールおよびその製造方法によれば、貫通孔201aの径は、中継端子103の貫入側から貫通孔201aを進むに従って漸減する。よって、中継端子103の貫入側における貫通孔201aの径を中継端子103の一端103bの径よりも十分に大きくすることにより、中継端子103を貫通孔201aに貫入しやすい。また、中継端子103の形成位置にズレがあったとしても、貫通孔201aの径が、中継端子103の貫入側から貫通孔201aを進むに従って漸減するので、貫入に伴って中継端子103の一端103bが貫通孔201aの壁面によりガイドされ、中継端子103を適切な位置に補正することが可能である。よって、制御基板102と中継端子103との電気的接続を行いやすいパワーモジュールの製造方法を実現できる。
【0023】
また、本実施の形態に係るパワーモジュールの製造方法によれば、中継端子103の一端103bにおける径は、中継端子103の他の部分における径よりも小さい。よって、制御基板102の貫通孔201aに中継端子103をより貫入しやすい。また、中継端子103の一端103bと他の部分との境界部分103aにおいては、その一端103b側に向かって中継端子103の径が漸減するので、貫通孔201aの径の漸減部分に中継端子103の径の漸減部分を当接させることができる。これにより、中継端子103の径の漸減部分を制御基板102に対するストッパとして機能させ、制御基板102を支持する部材たる制御基板固定台104を省略することも可能となる。
【0024】
なお、本実施の形態においては、中継端子103の一端103bにおける径を、中継端子103の他の部分における径よりも小さくしたが、必ずしもこのようにしなくとも良い。すなわち、中継端子103の径については変化させることなく、制御基板102の貫通孔201aの径のみを変化させた態様であっても良い。
【0025】
中継端子103が単純な棒状であっても、上述のように貫通孔201aの断面がテーパ状となっておれば、貫通孔201aの壁面によるガイド効果があるからである。
【0026】
また、本願では、制御基板102、中継端子103およびパワー半導体素子105がいずれも、冷却フィン106内に収められる場合を例に採ったが、本発明はこのような場合に限られるものではない。例えば、制御基板102、中継端子103およびパワー半導体素子105のいずれをも樹脂封止パッケージしたパワーモジュールを製造する場合であっても、本発明を適用することが可能である。
【0027】
<実施の形態2>
本実施の形態は、中継端子にダミー端子を装着し、ダミー端子を貫通孔に貫入することにより、中継端子の制御基板への貫入を容易化したパワーモジュールの製造方法である。
【0028】
図6および図7は、本実施の形態に係るパワーモジュールの製造方法を示す図である。両図に示すとおり、本実施の形態においては、中継端子103の一端に着脱可能なダミー端子108を用意する。なお、図8は中継端子103とダミー端子108との装着部分の拡大図である。
【0029】
ダミー端子108においては、その一端108bにおける径が、他の部分における径および中継端子103の径よりも小さく、一端108bと他の部分との境界部分108aにおいては、その一端108b側に向かってダミー端子108の径が漸減している。また、ダミー端子108の他端が中継端子103の一端に着脱可能である。そして、ダミー端子108の一端108bが、制御基板102の貫通孔201bへの挿入部として機能する。
【0030】
本実施の形態においてはまず、中継端子103の一端にダミー端子108の他端を装着する。より具体的には、図8に示すように、中継端子103の一端にメス部103cを設け、ダミー端子108の他端にオス部108cを設けておき、メス部103cにオス部108cを嵌合すればよい。
【0031】
次に、図6に示すように、ダミー端子108の一端108bを制御基板102の貫通孔201bに貫入する。実施の形態1の貫通孔201aの場合とは異なり、本実施の形態では、貫通孔201bの径はダミー端子108の貫入方向において変化してはいない。
【0032】
次に、ダミー端子108に貫通孔201bを通過させることにより、中継端子103の一端を貫通孔201bに貫入する。その後、図7に示すように、中継端子103の一端からダミー端子108の他端を抜脱する。
【0033】
本実施の形態に係るパワーモジュールの製造方法によれば、ダミー端子108の一端108bにおける径は、ダミー端子108の他の部分における径および中継端子103の径よりも小さい。よって、ダミー端子108の一端108bを制御基板102の貫通孔201bに貫入しやすい。
【0034】
また、ダミー端子108の一端108bと他の部分との境界部分108aにおいては、その一端108b側に向かってダミー端子108の径が漸減するので、中継端子103の形成位置にズレがあったとしても、貫入に伴ってダミー端子108の境界部分108aが貫通孔201bの壁面によりガイドされ、中継端子103を適切な位置に補正することが可能である。よって、制御基板102と中継端子103との電気的接続を行いやすいパワーモジュールの製造方法を実現できる。
【0035】
また、ダミー端子108の径のみが一端108bと他の部分との間で異なり、中継端子103の径については一定とすることができる。よって、中継端子103に細い部分が存在せず、中継端子103の抵抗値増大を抑制可能である。
【0036】
<実施の形態3>
本実施の形態は、実施の形態2に係るパワーモジュールの製造方法の変形例であって、実施の形態2における複数の中継端子103のうち一部にのみ、ダミー端子108を装着したものである。
【0037】
図9は、本実施の形態に係るパワーモジュールの製造方法を示す図である。なお、図9においては、両端部の中継端子103にのみダミー端子108を装着し、中央2本の中継端子103にはダミー端子108を装着していない点以外は、図6と同じである。
【0038】
本実施の形態に係るパワーモジュールの製造方法によれば、複数の中継端子103のうち一部に、ダミー端子108が装着される。よって、ダミー端子108の着脱作業を全中継端子103に対して行う必要がなく、実施の形態2に係るパワーモジュールの製造方法の簡易化が図れる。
【0039】
<実施の形態4>
本実施の形態は、嵌合可能な第1および第2部材に分かれた制御基板にて中継端子の一端を挟み込むことにより、制御基板と中継端子との電気的接続を行うパワーモジュールの製造方法である。
【0040】
図10〜図13は、本実施の形態に係るパワーモジュールの製造方法を示す図である。なお、図11は図10の斜視図である。また、図12は第1および第2部材の嵌合中を示した図であり、図13は第1および第2部材の嵌合完了時を示した図である。
【0041】
図10〜図13においては、本実施の形態における制御基板102の第1部材102aおよび第2部材102b、並びに、中継端子103が示されている。これらの図においては、中継端子103の一端が、第1部材102aおよび第2部材102bにて挟み込まれる様子が示されている。
【0042】
第1部材102aには、挟み込み後に中継端子103の一端を内包するための凹部302が設けられている。また、第2部材102bには、挟み込み後に中継端子103の一端を内包するための凹部304が設けられている。
【0043】
なお、凹部302,304のいずれか一方のみを設けて、そこに中継端子103の一端を内包してもよい。
【0044】
また、第1部材の端部301には、端部301に向かって広がった末広がり形状の切り欠き部300が設けられ、第2部材の端部305には、中継端子103の挟み込み時に切り欠き部300に嵌合する先細り形状の突起部306が設けられている。そして、上述の凹部302は切り欠き部300の最奥部に設けられ、上述の凹部304は突起部306の先端に設けられている。
【0045】
また、第2部材102bの端部305のうち突起部306の隣接部には、端部305から突起部306の先端までの突出距離と同じ距離だけ端部305から突出した板状部303が設けられ、第1部材102aの端部301のうち切り欠き部300の隣接部には、中継端子103の挟み込み時に板状部303を収納する収納部301bが設けられている(図11参照)。
【0046】
より具体的には、図11に示すように、第1部材102aの端部301において、第1部材102aの厚み方向の上下に並ぶ端面301aの間に、収納部301bが設けられている。また、端部301のテーパ面301cが切り欠き部300を構成する。そして、テーパ面301cの最奥部に凹部302が設けられている。
【0047】
また、第2部材102bの板状部303は、第2部材102bの厚み方向の上下に並ぶ、端部305の端面303bの間から突出した部分303aによって構成されている。また、端部305のテーパ面303cが突起部306を構成する。そして、テーパ面303cの先端に凹部304が設けられている。
【0048】
なお、図13のように第1部材102aおよび第2部材102bにて中継端子103を挟み込んだ後は、実施の形態1の場合と同様、ハンダを中継端子103付近に噴流吹き付けすることにより中継端子103を制御基板102に固着する。これにより、パワー半導体素子105と制御基板102との電気的接続が実現される。
【0049】
このように本実施の形態に係るパワーモジュールの製造方法によれば、中継端子103の一端を、嵌合可能な制御基板102の第1および第2部材102a,102bにて挟み込み、制御基板102の第1および第2部材102a,102bに、挟み込み後に中継端子103の一端を内包するための凹部302及び304が設けられている。よって、中継端子103の一端を制御基板102に貫入する作業が不要な、制御基板102と中継端子103との電気的接続を行いやすいパワーモジュールの製造方法を実現できる。
【0050】
また、本実施の形態に係るパワーモジュールの製造方法によれば、第1部材102aの端部301には切り欠き部300が設けられ、第2部材102bの端部305には突起部306が設けられ、凹部302は切り欠き部300の最奥部に設けられ、凹部304は突起部306の先端に設けられている。これにより、中継端子103の一端を第1および第2部材102a,102bにて挟み込む際に、中継端子103の一端が切り欠き部300によってガイドされ、中継端子103の一端が凹部302,304に内包されやすくなる。
【0051】
さらに、本実施の形態に係るパワーモジュールの製造方法によれば、第2部材102bの端部305のうち突起部306の隣接部には板状部303が設けられ、第1部材102aの端部301のうち切り欠き部302の隣接部には収納部301bが設けられている。これにより、中継端子103の一端を第1および第2部材102a,102bにて挟み込む際に、中継端子103の一端が板状部303によってもガイドされ、中継端子103の一端がより凹部302,304に内包されやすくなる。
【符号の説明】
【0052】
102 制御基板、103 中継端子、105 パワー半導体素子、108 ダミー端子。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)一端およびパワー半導体素子に電気的に接続された他端を有する中継端子と、嵌合可能な第1および第2部材に分かれた制御基板とを準備する工程と、
(b)前記中継端子の前記一端を前記第1および第2部材にて挟み込む工程と
を備え、
前記第1および第2部材の少なくとも一方には、前記工程(b)における挟み込み後に前記中継端子の前記一端を内包するための凹部が設けられた
パワーモジュールの製造方法。
【請求項2】
請求項1に記載のパワーモジュールの製造方法であって、
前記第1部材は端部を有し、
前記第1部材の前記端部には、前記端部に向かって広がった末広がり形状の切り欠き部が設けられ、
前記第2部材は端部を有し、
前記第2部材の前記端部には、前記工程(b)における挟み込み時に前記切り欠き部に嵌合する先細り形状の突起部が設けられ、
前記凹部は、前記切り欠き部の最奥部または前記突起部の先端の少なくとも一方に設けられた
パワーモジュールの製造方法。
【請求項3】
請求項2に記載のパワーモジュールの製造方法であって、
前記第2部材の前記端部のうち前記突起部の隣接部には、前記端部から前記突起部の前記先端までの突出距離と同じ距離だけ前記端部から突出した板状部が設けられ、
前記第1部材の前記端部のうち前記切り欠き部の隣接部には、前記工程(b)における挟み込み時に前記板状部を収納する収納部が設けられた
パワーモジュールの製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【公開番号】特開2010−50494(P2010−50494A)
【公開日】平成22年3月4日(2010.3.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−275067(P2009−275067)
【出願日】平成21年12月3日(2009.12.3)
【分割の表示】特願2004−372984(P2004−372984)の分割
【原出願日】平成16年12月24日(2004.12.24)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】