端子連結構造、及びこの端子連結構造を有する半導体装置
【課題】機械的性質の異なる端子同士を接続可能とする端子連結構造、及びこの端子連結構造を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】弾性を有する材料にて形成され基板のスルーホールと嵌合して電気的接続を行うプレスフィット端子１１と、このプレスフィット端子とは別体で異なる材質にて形成されプレスフィット端子と機械的に接続される電極端子４２との端子連結構造であって、上記プレスフィット端子は、上記電極端子の一部と固着されるプレスフィット側固着部３０を有し、上記電極端子は、プレスフィット端子と固着される電極側固着部４３を有し、当該端子連結構造は、プレスフィット側固着部の側面と電極側固着部の側面とを対向させ物理的圧力を加えることでプレスフィット端子と電極端子とを機械的に接続する。
【解決手段】弾性を有する材料にて形成され基板のスルーホールと嵌合して電気的接続を行うプレスフィット端子１１と、このプレスフィット端子とは別体で異なる材質にて形成されプレスフィット端子と機械的に接続される電極端子４２との端子連結構造であって、上記プレスフィット端子は、上記電極端子の一部と固着されるプレスフィット側固着部３０を有し、上記電極端子は、プレスフィット端子と固着される電極側固着部４３を有し、当該端子連結構造は、プレスフィット側固着部の側面と電極側固着部の側面とを対向させ物理的圧力を加えることでプレスフィット端子と電極端子とを機械的に接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子間の連結構造、及びこの端子連結構造を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、はんだ付けを行わずに端子と基板とを接続する方法として、例えば特許文献１に開示されるように、プリント基板のスルーホールに挿入され電気的接続を行うプレスフィット端子を用いたプレスフィット接続が知られている。このようなプレスフィット接続は、端子の接続方法として一般的なはんだ接続では必要な加熱溶融工程などの後工程を要しないことから、信号端子などの接続においてよく使われてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２２９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、例えば電力用半導体スイッチング素子等の発熱素子を搭載するパワーモジュールでは、放熱性が重要である。よって、パワーモジュールの電極端子であるリードフレームは、放熱性の観点から導電性の高い純銅が用いられる。しかしながら、純銅は、軟らかくバネ性つまり弾性力が低くスルーホールとの接触力が弱くなることから、プレスフィット端子には適さないという問題がある。逆に、バネ性の高い材料は、放熱性や導電性の観点からリードフレームには適さないという問題がある。さらには、プレスフィット端子をリードフレームと一体で作製することは困難であるという問題もある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、機械的性質の異なる端子同士を接続可能とする端子連結構造、及びこの端子連結構造を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における端子連結構造は、プレスフィット端子と電極端子とを連結する端子連結構造であって、上記プレスフィット端子は、弾性を有する材料にて形成され、一端側に挿入部を他端側に接続部を有し、上記挿入部は、基板のスルーホールと嵌合して電気的接続を行い、上記接続部は、上記電極端子の一部と固着されるプレスフィット側固着部を有し、上記電極端子は、プレスフィット端子とは別体にて形成され、上記プレスフィット側固着部でプレスフィット端子と固着される電極側固着部を有し、上記プレスフィット側固着部及び上記電極側固着部は、互いの側面を対向させて物理的圧力を受けプレスフィット端子と電極端子とを機械的に接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様における端子連結構造によれば、弾性を有する材料にて形成されるプレスフィット端子と、プレスフィット端子とは別体にて形成される電極端子とを、はんだ等を用いた接続ではなく、機械的に接続することができる。よって、低温で、容易に、プレスフィット端子と外部端子とを連結することが可能となる。その結果、例えば、プレスフィット端子には、機械的保持力を発揮する、換言するとバネ性、弾性の高い、剛性の高いリン青銅などを使用し、一方、電極端子には電気的、熱的特性に優れた純銅などを使用して、両者を接続することができる。よって、大電流通電が可能で、かつ信頼性の高い端子連結構造を提供できる。よって、例えば、外部端子であるリードフレームに純銅を用いたパワーモジュールにおいてもプレスフィット接続が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１ａ】本発明の実施の形態１における端子連結構造を有するプレスフィット端子の斜視図である。
【図１ｂ】図１ａに示すプレスフィット端子の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における端子連結構造を有する電極端子を含むリードフレームの斜視図である。
【図３】図１に示すプレスフィット端子に、図２に示すリードフレームの電極端子を圧入した状態を示す斜視図である。
【図４ａ】本発明の実施の形態２における端子連結構造を有するプレスフィット端子の斜視図である。
【図４ｂ】図４ａに示すプレスフィット端子の側面図である。
【図５】図４ａに示すプレスフィット端子に、図２に示すリードフレームの電極端子を圧入した状態を示す斜視図である。
【図６ａ】本発明の実施の形態３における端子連結構造を有するプレスフィット端子の斜視図である。
【図６ｂ】図６ａに示すプレスフィット端子の側面図である。
【図７】図６ａに示すプレスフィット端子に、図２に示すリードフレームの電極端子を圧入した状態を示す斜視図である。
【図８ａ】本発明の実施の形態４における端子連結構造を有するプレスフィット端子の斜視図である。
【図８ｂ】図８ａに示すプレスフィット端子１４の側面図である。
【図９】図８ａに示すプレスフィット端子に、図２に示すリードフレームの電極端子を圧入した状態を示す斜視図である。
【図１０ａ】本発明の実施の形態５における端子連結構造を有するプレスフィット端子の斜視図である。
【図１０ｂ】図１０ａに示すプレスフィット端子の側面図である。
【図１１】図１０ａに示すプレスフィット端子に、図２に示すリードフレームの電極端子を圧入した状態を示す斜視図である。
【図１２ａ】本発明の実施の形態６における端子連結構造を有するプレスフィット端子の斜視図である。
【図１２ｂ】図１２ａに示すプレスフィット端子の側面図である。
【図１３】図１２ａに示すプレスフィット端子に、図２に示すリードフレームの電極端子を圧入した状態を示す斜視図である。
【図１４ａ】本発明の実施の形態７における半導体装置の上面図である。
【図１４ｂ】図１４ａに示す半導体装置の側面図である。
【図１５】図１ａ等に示すプレスフィット端子が挿入される基板のスルーホールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態である端子連結構造、及びこの端子連結構造を有する半導体装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１０】
実施の形態１．
図１ａは、本実施の形態における端子連結構造を有するプレスフィット端子１１の斜視図を示し、図１ｂはこのプレスフィット端子１１の側面図を示している。このようなプレスフィット端子１１は、以下に説明する各実施の形態を構成するプレスフィット端子でも同様に、図１５に示すような基板２に形成したスルーホール３に挿入、嵌合され、電気的接続を行う端子である。尚、スルーホール３の内周面及び開口周縁には、メッキ層５が形成されている。
【００１１】
一方、図２には、本実施の形態における端子連結構造を有する電極端子４２を含むリードフレーム４１が図示されている。尚、図２はリードフレーム４１での状態を図示しているため、便宜上斜線を付したリードフレーム４１の周囲部分４４にて、複数の電極端子４２が連なっている。使用時には周囲部分４４を含む領域が切断され、それぞれの電極端子４２に分割される。尚、電極端子４２において、周囲部分４４の反対側は、図示の便宜上、破断面４５で示しその先の図示を省略している。電極端子４２における、周囲部分４４の反対側は、実際には、図示の長さを超えて延在し、図１４ａに示すように半導体装置に接続されている。
【００１２】
これらのプレスフィット端子１１と電極端子４２とは、はんだ等を用いることなく、本実施の形態における端子連結構造によって互いに機械的に接続される。
以下に、プレスフィット端子１１、電極端子４２、及び端子連結構造について詳しく説明する。
【００１３】
プレスフィット端子１１は、弾性を有する、つまりばね性に優れた金属材料の板材にて形成され、例えば銅合金で形成される。また、プレスフィット端子１１は、図１ａに示すように、その一端側に、スルーホール３と嵌合する部分である挿入部２１、及び、他端側に、電極端子４２と接続される部分である接続部２５から構成され、挿入部２１及び接続部２５は一体形成されている。
【００１４】
挿入部２１は、端子先端側のテーパー部であるＵあるいはＶ字形の先端案内部２２、接続部側のテーパー部でありＵあるいはＶ字形の基部２４、及び、先端案内部２２と基部２４との間に位置する圧接部２３から構成される。圧接部２３は、先端案内部２２及び基部２４を互いに連結する２本の部材２３ａで構成され、２本の部材２３ａは、図示するように、プレスフィット端子１１の長手方向９１に沿う中心軸に対して軸対称に位置する。このような構成により、圧接部２３は、プレスフィット端子１１の厚み方向９２にプレスフィット端子１１を貫通する、長穴形状の貫通穴２３ｂを有し、長手方向９１に直角な幅方向９３において弾性を生じさせる。
尚、先端案内部２２は、スルーホール３への挿入時に、スルーホール内周面に対して作用する負荷を弱めるため、長手方向９１に対して鋭角なテーパーを有するのが好ましい。
【００１５】
プレスフィット端子１１の板厚は、本実施形態では、１．０ｍｍであり、幅方向９３における挿入部２１の幅Ｗ２は２．２ｍｍである。
【００１６】
接続部２５は、電極端子４２の一部と固着されるプレスフィット端子１１側の固着部３０を有する。このプレスフィット側固着部３０は、本実施形態の端子連結構造を構成し、電極端子４２における下記の電極側固着部と対面して配置され、互いに物理的圧力が加えられることで、プレスフィット端子１１と電極端子４２との機械的接続に寄与する。
【００１７】
一方、電極端子４２は、プレスフィット端子１１とは別体の部材であり、機械的性質の異なる材質にて形成される。尚、機械的性質が互いに相違すれば良く、電極端子４２とプレスフィット端子１１とは同じ材料であってもよい。このような電極端子４２は、プレスフィット側固着部３０とによって、プレスフィット端子１１と固着される電極側固着部４３を有する。電極側固着部４３も端子連結構造を構成し、プレスフィット側固着部３０と対面して両者に物理的圧力が加えられることで、プレスフィット端子１１と電極端子４２との機械的接続に寄与する。
電極端子４２は、一例として、板厚が０．７ｍｍ、幅が１ｍｍである。
【００１８】
このような機械的接続を可能にするため、本実施形態では、プレスフィット側固着部３０は、電極側固着部４３が圧入される圧入部を有する。本実施形態では、圧入部は、プレスフィット側固着部３０の側面３０ａに形成された、電極側固着部４３を圧入するための凹部３１である。凹部３１は、本実施形態では側面３０ａのほぼ中央部に一つ形成している。また、本実施形態では、圧入方法として、かしめ接続を用いる。
【００１９】
図３には、プレスフィット端子１１のプレスフィット側固着部３０の凹部３１に、電極端子４２の電極側固着部４３を圧入した状態が示されている。圧入により、連結部６１が形成される。連結部６１の形成により、電極端子４２の電極側固着部４３には、凹部３１に対応して窪み４３ａが形成される。尚、電極端子４２の電極側固着部４３には、例えば凹部３１に比べて僅かに大きい凸部を予め形成しておき、この凸部を凹部３１に対応させて、プレスフィット側固着部３０と電極側固着部４３とをかしめてもよい。
【００２０】
尚、リードフレーム４１は、プレスフィット端子１１が連結された後、図３に示す例えば切断部４６にて切断することでフォーミングが行われ、それぞれの端子に分割される。フォーミング後におけるプレスフィット端子１１と電極端子４２との形態は、図１４ａ及び図１４ｂのようになり、プレスフィット端子１１部分がスルーホール３に挿入される。
【００２１】
本実施形態では上述のように、電極端子４２の電極側固着部４３を、プレスフィット端子１１のプレスフィット側固着部３０に圧入する形態を採った。これは、プレスフィット端子１１及び電極端子４２における材質及び板厚の条件により決定されたものであるが、これに限定されずに、プレスフィット側固着部３０を電極側固着部４３に圧入する形態を採ることもできる。この場合、電極側固着部４３に凹部が形成される。要するに、プレスフィット側固着部３０及び電極側固着部４３は、互いに圧入され、プレスフィット側固着部３０及び電極側固着部４３のいずれか一方は、いずれか他方が圧入される圧入部を有するように構成すればよい。
【００２２】
また、プレスフィット端子１１と電極端子４２との固着方法は、圧入に限定するものではない。例えば、互いの金属表面を密着させて圧力を加えることで、各金属部材の原子同士を金属融合させる、圧接等の方法もある。
【００２３】
上述したように、はんだ接合によらずに、物理的圧力を印加することでプレスフィット端子１１と電極端子４２とを固着する構成により得られる効果について、以下に説明する。
即ち、既に説明したように、パワーモジュールのリードフレームは、電気抵抗の低減とチップ発熱を放熱する観点から、導電性の高い材料が好ましい。しかしながら、一般的に無酸素銅などの、導電性及び放熱性に優れる材料は、軟らかくバネ性が低いため、プリント基板へ挿入するプレスフィット端子には不向きである。よってプレスフィット端子には、ばね性に優れた材料が好ましいが、リン青銅などのバネ性に優れる材料は、導電性及び放熱性に劣る。そこで、本実施形態の構成を採ることで、導電性に優れた材料にてなるリードフレームを用いて作製したパワーモジュールに対し、バネ性に優れた材料にてなるプレスフィット端子を適用することができ、導電性、放熱性、及びバネ性を満足するプレスフィット構造を適用することが可能となる。
【００２４】
本実施形態にて圧入方法として採用した、かしめ接続で得られる効果について説明する。
かしめ接続は、常温にて接続が可能であるため、はんだ接続のような高温にて接続する場合と比較して、簡単に接続が可能である。特に軟らかい純銅などのリードフレーム４１を変形させることで、バネ性の高いプレスフィット端子１１とかしめることができ、これにより、両者の安定した接続が可能となる。
【００２５】
また、柔らかい純銅のリードフレーム４１を、硬いりん青銅のプレスフィット端子１１に圧入するため、圧入時に、リードフレーム４１は容易に変形し、かつプレスフィット端子１１は変形しないため、高信頼な連結部６１を得ることができる。特に、数十Ａ程度の比較的大電流を通電するためには、リードフレーム４１の板厚を厚くする必要がある。そのため、リードフレーム４１に、既にパワー半導体素子や、ＩＣなどがはんだ付けされている場合には、既存のはんだ付部に再溶融などの影響を与えることなくさらに局所的にはんだ付けなどの加熱工程を要する接続を施すことは、極めて困難である。この点からも、かしめ接続は、有効な接続方法である。
【００２６】
さらには、加熱工程を用いないことで、リードフレーム４１の表面に設けられたＳｎめっきやはんだめっきの処理部分の酸化を抑えることができる。よって、電気抵抗の高い酸化膜の形成が抑制されることから、スルーホール３の内周面とプレスフィット端子１１との接続部の接触抵抗を低減することができる。その結果、実際の使用環境における大電流通電に対して、発熱による接続部の温度上昇を抑えることができるというメリットも有る。
【００２７】
また、本実施形態の構成によれば、上述のように端子接続のための加熱工程は不要であることから、加熱工程により端子表面のＳｎめっきが溶融し、めっきがプレスフィット端子のコーナー部などに偏った状態で凝固し、めっき厚さが不均一となるという不具合も防止することができる。詳しく説明すると、プレスフィット端子をメス側電極、例えばプリント基板スルーホールなどへ挿入した際、プレスフィット端子とメス側電極とは、Ｓｎめっきを介して接続される。このとき、挿入部のめっき厚さが不均一となると、接触状態がバラつき、接触抵抗が上昇したり、強度が低下するという問題が生じる。接触抵抗の上昇は、通電時にプレスフィット端子の温度上昇という不具合を生じさせる。さらに、不均一なめっき層の場合、プレスフィット端子とスルーホール内周面との摩擦により、めっき厚さが大きい箇所でめっきが削れ、めっきの削りカスがプリント基板表面などに落下し、絶縁性能を低下させる危険性もある。また、接合面の強度が低下すると、プレスフィット端子がスルーホールから抜けやすくなるため、信頼性が低下する。このような問題点についても、本実施形態の構成によれば解決することができる。
【００２８】
また、リードフレーム４１は、通常、位置決め穴などを有し、その形状から位置決めが容易である。よって、固定治具を用いて、複数のプレスフィット端子１１を一括で接続することが比較的容易であり、リードフレーム４１とプレスフィット端子とを一体化して製造する場合には、短時間で製造できるというメリットもある。
【００２９】
また、連結部６１には、圧入後に超音波を作用させるのが好ましい。超音波の作用により、材料表面の酸化膜が除去され、プレスフィット端子１１と電極端子４２とが金属的に接合される。
【００３０】
また、抵抗溶接などで用いられるような熱エネルギーを併用して、金属的にプレスフィット端子１１と電極端子４２とを接続することも可能である。これにより、圧入部以外の、単に接触している部分においても接合がなされるため、圧入のみの場合に比べ、プレスフィット端子１１と電極端子４２との接続面積が拡がる。よって、より低抵抗及び高信頼を得ることが可能となる。
【００３１】
実施の形態２．
図４ａ、図４ｂ、及び図５を参照して、本発明の実施の形態２における端子連結構造を有するプレスフィット端子１２及び電極端子４２について説明する。
実施の形態１に関するプレスフィット端子１１では、プレスフィット側固着部３０に一つの凹部３１を有するが、本実施の形態２に関するプレスフィット端子１２では、プレスフィット側固着部３０に複数の凹部３１を有する。ここでは、２つの凹部３１を長手方向９１に沿って２段に形成した例を示すが、これに限定されない。例えば、長手方向９１に対してある角度で傾斜した方向に沿って、例えば幅方向９３に沿って、２以上の凹部３１を配置してもよいし、また、２以上の凹部３１をランダムに配置してもよい。電極端子４２の電極側固着部４３は、複数の凹部３１に対応して、図５に示すように、複数の圧入部が形成されることになる。
プレスフィット端子１２におけるその他の構成は、上述のプレスフィット端子１１と同じであり、ここでの説明は省略する。また、電極端子４２についても説明を省略する。
【００３２】
このように構成したプレスフィット端子１２と電極端子４２とによる端子連結構造を有する形態は、実施の形態１にて説明した効果を得ることができるとともに、さらに以下の効果を得ることができる。
即ち、プレスフィット側固着部３０に一つの凹部３１を有するプレスフィット端子１１に比べて、本実施の形態２における端子連結構造は、プレスフィット端子１２の回転に対して十分な強度を有することができる。ここでプレスフィット端子１２の回転とは、プレスフィット側固着部３０を中心として、図４ａでは下側に位置する先端案内部２２が上側に位置するような、プレスフィット端子１２の上下を逆転させるような回転である。
【００３３】
プレスフィット端子１２の回転に対する強度増加により、複数のプレスフィット端子１２を一括してスルーホール３に挿入する場合に、プレスフィット端子１２とスルーホール３とに位置ずれが発生したときでも、連結部６１が破断すること無く、挿入が可能になる。また、例えば、プレスフィット端子１２がスルーホール３に対して斜めに挿入された場合などにおいて、プレスフィット端子１２が座屈することを防ぐことができる。さらに、プレスフィット端子１２をプリント基板のスルーホール３に挿入した後の実使用環境において、強い振動及び衝撃などの負荷が連結部６１に作用した場合でも連結部６１の破断が抑制でき、その結果、大きな信頼性を発揮することができる。以上より、大電流を通電するための、より太いプレスフィット端子に対して、本実施形態は有効である。
【００３４】
実施の形態３．
図６ａ、図６ｂ、及び図７を参照して、本発明の実施の形態３における端子連結構造を有するプレスフィット端子１３及び電極端子４２について説明する。
実施の形態１に関するプレスフィット端子１１では、接続部２５にプレスフィット側固着部３０を有しプレスフィット側固着部３０に一つの凹部３１を有する形態であった。これに対し本実施の形態３に関するプレスフィット端子１３では、接続部２５のみならず挿入部２１における先端案内部２２にもプレスフィット側固着部３０を有する。本実施形態では、先端案内部２２は一つの凹部３１を有する。
【００３５】
電極端子４２の電極側固着部４３は、プレスフィット端子１３の接続部２５及び先端案内部２２の凹部３１に対応して、図７に示すように、圧入部が形成されることになる。
プレスフィット端子１３におけるその他の構成は、上述のプレスフィット端子１１と同じであり、ここでの説明は省略する。また、電極端子４２についても説明を省略する。
【００３６】
このように構成したプレスフィット端子１３と電極端子４２とによる端子連結構造を有する形態は、実施の形態１にて説明した効果を得ることができるとともに、さらに以下の効果を得ることができる。
即ち、本実施の形態３における端子連結構造では、リードフレーム４１の外周部分４４を切断する前に、プレスフィット端子１３とリードフレーム４１とを重ね併せて接続することが可能となる。よって、両者を接続するための位置決めが容易であり、かつリードフレーム４１における電極端子４２の長手方向軸と、プレスフィット端子１３の長手方向軸とを平行にすることが容易である。これにより、スルーホール３に対するプレスフィット端子１３の位置精度が向上するため、プリント基板へのダメージを軽減することが可能となる。
【００３７】
本実施形態の構成では、プレスフィット端子１３の挿入部２１と電極端子４２とが重なった状態でスルーホール３に挿入されることになる。よって、プリント基板のスルーホール３の直径を大きくすること無く、上述のダメージ軽減の効果を発揮させるためには、プレスフィット端子１３とリードフレーム４１とを重ねた厚さＷ２（図７）は、プレスフィット端子１３の挿入部２１の最大幅Ｗ３（図６ａ）よりも小さくすることが好ましい。
【００３８】
また、プレスフィット端子１３をスルーホール３へ挿入すると、プレスフィット端子１３の圧接部２３が変形し、挿入部２１の全体は、挿入前に比べて長手方向９１において長くなる。このような変形に対して、電極端子４２は、純銅で軟らかく変形しやすいため、プレスフィット端子１３の変形に追従して長手方向９１に変形可能である。よって、プレスフィット端子１３の長手方向９１における接続部２５及び先端案内部２２の２箇所で電極端子４２は固定されているが、問題は発生しない。
【００３９】
実施の形態４．
図８ａ、図８ｂ、及び図９を参照して、本発明の実施の形態４における端子連結構造を有するプレスフィット端子１４及び電極端子４２について説明する。
実施の形態１に関するプレスフィット端子１１では、一枚の板材からプレスフィット端子１１が形成されているが、本実施の形態４に関するプレスフィット端子１４は、複数枚の板材を積層して形成している。本例では、２枚の板材が積層されており、一例として、板厚が０．５ｍｍのプレスフィット端子を２つ重ね合わせ、全体で板厚１．０ｍｍのプレスフィット端子１４を構成している。尚、２つのプレスフィット端子を重ね合わせた後、両者を加圧し、プレスフィット端子表面に形成されたＳｎめっき同士を固着させることで、２つのプレスフィット端子を一体化している。
プレスフィット端子１４におけるその他の構成は、上述のプレスフィット端子１１と同じであり、ここでの説明は省略する。また、電極端子４２についても説明を省略する。
【００４０】
このように構成したプレスフィット端子１４と電極端子４２とによる端子連結構造を有する形態は、実施の形態１にて説明した効果を得ることができるとともに、さらに以下の効果を得ることができる。
即ち、プレスフィット端子は、一般的にプレス加工で製造されることから、プレスフィット端子について、複数枚の板材を積層する構造とした場合、それぞれの板材の板厚を薄くすることができる。よって、より細かな形状での製作が容易となり、例えば、挿入部２１の形状に特徴を持たせたようなプレスフィット端子の製造が容易になる。
【００４１】
例えば、挿入部２１の中央に位置する貫通穴２３ｂの幅を、個々のプレスフィット端子の板厚程度まで狭くできるので、プレスフィット端子全体の板厚に比べて、狭い幅の貫通穴２３ｂを形成できるというメリットがある。また、スルーホール３の形状に合わせて基板の板厚方向における中心部分での挿入部２１の幅を広く、スルーホール３の開口側に向かって挿入部２１の幅を狭くするなどの工夫により、プレスフィット端子１４とスルーホール３との接触面積を増大させ、接触抵抗を軽減し、かつ接続信頼性を向上させることが可能となる。
【００４２】
さらには、ばね性に優れた金属と、導電性に優れた金属とによって、各プレスフィット端子を作製し、それらを積層することで、ばね性と導電性とを併せ持つプレスフィット端子１４の製造も可能となる。さらには、ばね性に優れた金属と、導電性に優れた金属との積層枚数の比率や、各金属からなるユニットの厚さをそれぞれ適切に設定することで、ばね性と導電性とのバランスも設定可能となるというメリットもある。
【００４３】
またさらには、リードフレーム４１とプレスフィット端子１４とを接続したときに、積層した各プレスフィット端子間の固定も同時に行うことも可能である。そのため、各プレスフィット端子間の固定がより強固となるというメリットもある。
【００４４】
実施の形態５．
図１０ａ、図１０ｂ、及び図１１を参照して、本発明の実施の形態５における端子連結構造を有するプレスフィット端子１５及び電極端子４２について説明する。
実施の形態１に関するプレスフィット端子１１では、プレスフィット側固着部３０の側面３０ａに圧入部として凹部３１を有する。これに対し本実施の形態５におけるプレスフィット端子１５では、プレスフィット側固着部３０に圧入部として、接続部２５を貫通する貫通穴３２を有する。
電極端子４２の電極側固着部４３は、貫通穴３２に対応して、図１１に示すように、圧入部が形成されることになる。貫通穴３２への電極側固着部４３の圧入により、連結部６１が形成される。
【００４５】
プレスフィット端子１５におけるその他の構成は、上述のプレスフィット端子１１と同じであり、ここでの説明は省略する。また、電極端子４２についても説明を省略する。
【００４６】
このように構成したプレスフィット端子１５と電極端子４２とによる端子連結構造を有する形態は、実施の形態１にて説明した効果を得ることができるとともに、さらに以下の効果を得ることができる。
例えば、プレスフィット端子１５の板厚を１ｍｍ、貫通穴３２の半径を０．５ｍｍとすることができる。この場合、電極端子４２の電極側固着部４３と貫通穴３２との接続面積は、貫通穴３２内周の断面積となる。つまり、電極端子４２とプレスフィット端子１５との連結部６１における接続面積を一定にさせることができる。その結果、連結部６１の接続強度を安定させることができる。接続強度の安定性は、プレスフィット端子１５をスルーホール３へ挿入する場合や実使用環境での信頼性に非常に重要となる。本実施の形態によるプレスフィット端子１５は、複数の端子を同時に接続する場合でも高信頼となる。
【００４７】
また、本実施の形態に用いるプレスフィット端子１５は、貫通穴３２を有することで、プレスフィット端子製造後の検査にて、貫通穴３２の直径のみの検査で良く、深さ方向の検査は必要ない。そのため、製造時間が大幅に短縮でき、コストが低減できる。
【００４８】
また、リードフレーム４１とプレスフィット端子１５との連結後においても、連結部６１の接続安定性を測るため、圧入方向の逆方向から圧入深さを検査する必要があるが、貫通穴３２を採ることで、圧入方向の逆方向から簡単に外観を目視で検査できるというメリットがある。
【００４９】
実施の形態６．
図１２ａ、図１２ｂ、及び図１３を参照して、本発明の実施の形態６における端子連結構造を有するプレスフィット端子１６及び電極端子４２について説明する。
実施の形態１に関するプレスフィット端子１１では、プレスフィット側固着部３０の側面３０ａに一つの凹部３１を有する。これに対して本実施の形態６に関するプレスフィット端子１６は、プレスフィット側固着部３０に、長手方向９１に沿って延在する凹状の溝３３を有し、溝３３内に凹部３１を形成している。このような溝３３には、電極端子４２の電極側固着部４３が装填される。よって、幅方向９３における電極側固着部４３の幅は、幅方向９３における溝３３の幅に等しいか、あるいは小さくなるように設計されている。
プレスフィット端子１６におけるその他の構成は、上述のプレスフィット端子１１と同じであり、ここでの説明は省略する。また、電極端子４２におけるその他の構成についても説明を省略する。
【００５０】
このように構成したプレスフィット端子１６と電極端子４２とによる端子連結構造を有する形態は、実施の形態１にて説明した効果を得ることができるとともに、さらに以下の効果を得ることができる。
即ち、電極端子４２の電極側固着部４３と、プレスフィット端子１６のプレスフィット側固着部３０とをかしめる前に、プレスフィット側固着部３０の溝３３に電極側固着部４３を装填することができる。これにより、プレスフィット端子１６に対するリードフレーム４１の電極端子４２の位置精度を向上させることができる。また、かしめる際に、プレスフィット端子１６に対してリードフレーム４１がずれたりすることを防止することができる。
【００５１】
さらに、電極端子４２の長手方向９１における軸と、プレスフィット端子１６の長手方向９１における軸との幅方向９３における位置精度が向上することから、複数のプレスフィット端子１６を同時にスルーホール３へ挿入する場合でも、全てのプレスフィット端子１６を高精度で挿入することができる。よって、様々な半導体パッケージのプレスフィット端子１６として使用が可能になる。
【００５２】
実施の形態７．
本実施の形態７では、上述した実施の形態１〜６における端子連結構造を有するプレスフィット端子及び電極端子を備えた半導体装置について説明する。ここでは、半導体装置は、電力用半導体スイッチング素子等の発熱素子を搭載するパワーモジュールを例に採り、図１４ａ及び図１４ｂを参照して説明を行う。尚、図１４ａ及び図１４ｂでは、一例として実施の形態１にて説明した電極端子４２及びプレスフィット端子１１を有する半導体装置５１を図示している。
【００５３】
本実施形態の半導体装置５１では、リードフレーム４１のフォーミングにより電極端子４２を個別に切り離した後、この電極端子４２にプレスフィット端子１１をかしめ、その後、電極端子４２に対して折り曲げのリードフォーミングを行っている。よって、電極端子４２は、半導体装置５１から突出する一端と、プレスフィット端子１１が連結された他端とを有する。
【００５４】
電力用半導体装置の端子構造については、使用環境などにより、従来のはんだ付端子とプレスフィット端子とが使い分けられる。一方、例えば実施の形態１における端子連結構造を採ることで、リードフレームなどの元部材を変更すること無く、ユーザ側の要求に見合った端子構造とできるため、生産性に優れるという効果がある。
【００５５】
以上、各実施形態について説明したが、説明した各実施形態を適宜組み合わせた構成を採ることも可能である。このような形態では、組み合わされた実施形態が奏する各効果を合わせた効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１１〜１６ プレスフィット端子、２１ 挿入部、２５ 接続部、
３０ プレスフィット側固着部、３１ 凹部、３２ 貫通穴、３３ 溝、
４２ 電極端子、４３ 電極側固着部、５１ 半導体装置、６１ 連結部、
９１ 長手方向。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子間の連結構造、及びこの端子連結構造を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、はんだ付けを行わずに端子と基板とを接続する方法として、例えば特許文献１に開示されるように、プリント基板のスルーホールに挿入され電気的接続を行うプレスフィット端子を用いたプレスフィット接続が知られている。このようなプレスフィット接続は、端子の接続方法として一般的なはんだ接続では必要な加熱溶融工程などの後工程を要しないことから、信号端子などの接続においてよく使われてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２２９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、例えば電力用半導体スイッチング素子等の発熱素子を搭載するパワーモジュールでは、放熱性が重要である。よって、パワーモジュールの電極端子であるリードフレームは、放熱性の観点から導電性の高い純銅が用いられる。しかしながら、純銅は、軟らかくバネ性つまり弾性力が低くスルーホールとの接触力が弱くなることから、プレスフィット端子には適さないという問題がある。逆に、バネ性の高い材料は、放熱性や導電性の観点からリードフレームには適さないという問題がある。さらには、プレスフィット端子をリードフレームと一体で作製することは困難であるという問題もある。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、機械的性質の異なる端子同士を接続可能とする端子連結構造、及びこの端子連結構造を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における端子連結構造は、プレスフィット端子と電極端子とを連結する端子連結構造であって、上記プレスフィット端子は、弾性を有する材料にて形成され、一端側に挿入部を他端側に接続部を有し、上記挿入部は、基板のスルーホールと嵌合して電気的接続を行い、上記接続部は、上記電極端子の一部と固着されるプレスフィット側固着部を有し、上記電極端子は、プレスフィット端子とは別体にて形成され、上記プレスフィット側固着部でプレスフィット端子と固着される電極側固着部を有し、上記プレスフィット側固着部及び上記電極側固着部は、互いの側面を対向させて物理的圧力を受けプレスフィット端子と電極端子とを機械的に接続することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様における端子連結構造によれば、弾性を有する材料にて形成されるプレスフィット端子と、プレスフィット端子とは別体にて形成される電極端子とを、はんだ等を用いた接続ではなく、機械的に接続することができる。よって、低温で、容易に、プレスフィット端子と外部端子とを連結することが可能となる。その結果、例えば、プレスフィット端子には、機械的保持力を発揮する、換言するとバネ性、弾性の高い、剛性の高いリン青銅などを使用し、一方、電極端子には電気的、熱的特性に優れた純銅などを使用して、両者を接続することができる。よって、大電流通電が可能で、かつ信頼性の高い端子連結構造を提供できる。よって、例えば、外部端子であるリードフレームに純銅を用いたパワーモジュールにおいてもプレスフィット接続が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１ａ】本発明の実施の形態１における端子連結構造を有するプレスフィット端子の斜視図である。
【図１ｂ】図１ａに示すプレスフィット端子の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における端子連結構造を有する電極端子を含むリードフレームの斜視図である。
【図３】図１に示すプレスフィット端子に、図２に示すリードフレームの電極端子を圧入した状態を示す斜視図である。
【図４ａ】本発明の実施の形態２における端子連結構造を有するプレスフィット端子の斜視図である。
【図４ｂ】図４ａに示すプレスフィット端子の側面図である。
【図５】図４ａに示すプレスフィット端子に、図２に示すリードフレームの電極端子を圧入した状態を示す斜視図である。
【図６ａ】本発明の実施の形態３における端子連結構造を有するプレスフィット端子の斜視図である。
【図６ｂ】図６ａに示すプレスフィット端子の側面図である。
【図７】図６ａに示すプレスフィット端子に、図２に示すリードフレームの電極端子を圧入した状態を示す斜視図である。
【図８ａ】本発明の実施の形態４における端子連結構造を有するプレスフィット端子の斜視図である。
【図８ｂ】図８ａに示すプレスフィット端子１４の側面図である。
【図９】図８ａに示すプレスフィット端子に、図２に示すリードフレームの電極端子を圧入した状態を示す斜視図である。
【図１０ａ】本発明の実施の形態５における端子連結構造を有するプレスフィット端子の斜視図である。
【図１０ｂ】図１０ａに示すプレスフィット端子の側面図である。
【図１１】図１０ａに示すプレスフィット端子に、図２に示すリードフレームの電極端子を圧入した状態を示す斜視図である。
【図１２ａ】本発明の実施の形態６における端子連結構造を有するプレスフィット端子の斜視図である。
【図１２ｂ】図１２ａに示すプレスフィット端子の側面図である。
【図１３】図１２ａに示すプレスフィット端子に、図２に示すリードフレームの電極端子を圧入した状態を示す斜視図である。
【図１４ａ】本発明の実施の形態７における半導体装置の上面図である。
【図１４ｂ】図１４ａに示す半導体装置の側面図である。
【図１５】図１ａ等に示すプレスフィット端子が挿入される基板のスルーホールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態である端子連結構造、及びこの端子連結構造を有する半導体装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１０】
実施の形態１．
図１ａは、本実施の形態における端子連結構造を有するプレスフィット端子１１の斜視図を示し、図１ｂはこのプレスフィット端子１１の側面図を示している。このようなプレスフィット端子１１は、以下に説明する各実施の形態を構成するプレスフィット端子でも同様に、図１５に示すような基板２に形成したスルーホール３に挿入、嵌合され、電気的接続を行う端子である。尚、スルーホール３の内周面及び開口周縁には、メッキ層５が形成されている。
【００１１】
一方、図２には、本実施の形態における端子連結構造を有する電極端子４２を含むリードフレーム４１が図示されている。尚、図２はリードフレーム４１での状態を図示しているため、便宜上斜線を付したリードフレーム４１の周囲部分４４にて、複数の電極端子４２が連なっている。使用時には周囲部分４４を含む領域が切断され、それぞれの電極端子４２に分割される。尚、電極端子４２において、周囲部分４４の反対側は、図示の便宜上、破断面４５で示しその先の図示を省略している。電極端子４２における、周囲部分４４の反対側は、実際には、図示の長さを超えて延在し、図１４ａに示すように半導体装置に接続されている。
【００１２】
これらのプレスフィット端子１１と電極端子４２とは、はんだ等を用いることなく、本実施の形態における端子連結構造によって互いに機械的に接続される。
以下に、プレスフィット端子１１、電極端子４２、及び端子連結構造について詳しく説明する。
【００１３】
プレスフィット端子１１は、弾性を有する、つまりばね性に優れた金属材料の板材にて形成され、例えば銅合金で形成される。また、プレスフィット端子１１は、図１ａに示すように、その一端側に、スルーホール３と嵌合する部分である挿入部２１、及び、他端側に、電極端子４２と接続される部分である接続部２５から構成され、挿入部２１及び接続部２５は一体形成されている。
【００１４】
挿入部２１は、端子先端側のテーパー部であるＵあるいはＶ字形の先端案内部２２、接続部側のテーパー部でありＵあるいはＶ字形の基部２４、及び、先端案内部２２と基部２４との間に位置する圧接部２３から構成される。圧接部２３は、先端案内部２２及び基部２４を互いに連結する２本の部材２３ａで構成され、２本の部材２３ａは、図示するように、プレスフィット端子１１の長手方向９１に沿う中心軸に対して軸対称に位置する。このような構成により、圧接部２３は、プレスフィット端子１１の厚み方向９２にプレスフィット端子１１を貫通する、長穴形状の貫通穴２３ｂを有し、長手方向９１に直角な幅方向９３において弾性を生じさせる。
尚、先端案内部２２は、スルーホール３への挿入時に、スルーホール内周面に対して作用する負荷を弱めるため、長手方向９１に対して鋭角なテーパーを有するのが好ましい。
【００１５】
プレスフィット端子１１の板厚は、本実施形態では、１．０ｍｍであり、幅方向９３における挿入部２１の幅Ｗ２は２．２ｍｍである。
【００１６】
接続部２５は、電極端子４２の一部と固着されるプレスフィット端子１１側の固着部３０を有する。このプレスフィット側固着部３０は、本実施形態の端子連結構造を構成し、電極端子４２における下記の電極側固着部と対面して配置され、互いに物理的圧力が加えられることで、プレスフィット端子１１と電極端子４２との機械的接続に寄与する。
【００１７】
一方、電極端子４２は、プレスフィット端子１１とは別体の部材であり、機械的性質の異なる材質にて形成される。尚、機械的性質が互いに相違すれば良く、電極端子４２とプレスフィット端子１１とは同じ材料であってもよい。このような電極端子４２は、プレスフィット側固着部３０とによって、プレスフィット端子１１と固着される電極側固着部４３を有する。電極側固着部４３も端子連結構造を構成し、プレスフィット側固着部３０と対面して両者に物理的圧力が加えられることで、プレスフィット端子１１と電極端子４２との機械的接続に寄与する。
電極端子４２は、一例として、板厚が０．７ｍｍ、幅が１ｍｍである。
【００１８】
このような機械的接続を可能にするため、本実施形態では、プレスフィット側固着部３０は、電極側固着部４３が圧入される圧入部を有する。本実施形態では、圧入部は、プレスフィット側固着部３０の側面３０ａに形成された、電極側固着部４３を圧入するための凹部３１である。凹部３１は、本実施形態では側面３０ａのほぼ中央部に一つ形成している。また、本実施形態では、圧入方法として、かしめ接続を用いる。
【００１９】
図３には、プレスフィット端子１１のプレスフィット側固着部３０の凹部３１に、電極端子４２の電極側固着部４３を圧入した状態が示されている。圧入により、連結部６１が形成される。連結部６１の形成により、電極端子４２の電極側固着部４３には、凹部３１に対応して窪み４３ａが形成される。尚、電極端子４２の電極側固着部４３には、例えば凹部３１に比べて僅かに大きい凸部を予め形成しておき、この凸部を凹部３１に対応させて、プレスフィット側固着部３０と電極側固着部４３とをかしめてもよい。
【００２０】
尚、リードフレーム４１は、プレスフィット端子１１が連結された後、図３に示す例えば切断部４６にて切断することでフォーミングが行われ、それぞれの端子に分割される。フォーミング後におけるプレスフィット端子１１と電極端子４２との形態は、図１４ａ及び図１４ｂのようになり、プレスフィット端子１１部分がスルーホール３に挿入される。
【００２１】
本実施形態では上述のように、電極端子４２の電極側固着部４３を、プレスフィット端子１１のプレスフィット側固着部３０に圧入する形態を採った。これは、プレスフィット端子１１及び電極端子４２における材質及び板厚の条件により決定されたものであるが、これに限定されずに、プレスフィット側固着部３０を電極側固着部４３に圧入する形態を採ることもできる。この場合、電極側固着部４３に凹部が形成される。要するに、プレスフィット側固着部３０及び電極側固着部４３は、互いに圧入され、プレスフィット側固着部３０及び電極側固着部４３のいずれか一方は、いずれか他方が圧入される圧入部を有するように構成すればよい。
【００２２】
また、プレスフィット端子１１と電極端子４２との固着方法は、圧入に限定するものではない。例えば、互いの金属表面を密着させて圧力を加えることで、各金属部材の原子同士を金属融合させる、圧接等の方法もある。
【００２３】
上述したように、はんだ接合によらずに、物理的圧力を印加することでプレスフィット端子１１と電極端子４２とを固着する構成により得られる効果について、以下に説明する。
即ち、既に説明したように、パワーモジュールのリードフレームは、電気抵抗の低減とチップ発熱を放熱する観点から、導電性の高い材料が好ましい。しかしながら、一般的に無酸素銅などの、導電性及び放熱性に優れる材料は、軟らかくバネ性が低いため、プリント基板へ挿入するプレスフィット端子には不向きである。よってプレスフィット端子には、ばね性に優れた材料が好ましいが、リン青銅などのバネ性に優れる材料は、導電性及び放熱性に劣る。そこで、本実施形態の構成を採ることで、導電性に優れた材料にてなるリードフレームを用いて作製したパワーモジュールに対し、バネ性に優れた材料にてなるプレスフィット端子を適用することができ、導電性、放熱性、及びバネ性を満足するプレスフィット構造を適用することが可能となる。
【００２４】
本実施形態にて圧入方法として採用した、かしめ接続で得られる効果について説明する。
かしめ接続は、常温にて接続が可能であるため、はんだ接続のような高温にて接続する場合と比較して、簡単に接続が可能である。特に軟らかい純銅などのリードフレーム４１を変形させることで、バネ性の高いプレスフィット端子１１とかしめることができ、これにより、両者の安定した接続が可能となる。
【００２５】
また、柔らかい純銅のリードフレーム４１を、硬いりん青銅のプレスフィット端子１１に圧入するため、圧入時に、リードフレーム４１は容易に変形し、かつプレスフィット端子１１は変形しないため、高信頼な連結部６１を得ることができる。特に、数十Ａ程度の比較的大電流を通電するためには、リードフレーム４１の板厚を厚くする必要がある。そのため、リードフレーム４１に、既にパワー半導体素子や、ＩＣなどがはんだ付けされている場合には、既存のはんだ付部に再溶融などの影響を与えることなくさらに局所的にはんだ付けなどの加熱工程を要する接続を施すことは、極めて困難である。この点からも、かしめ接続は、有効な接続方法である。
【００２６】
さらには、加熱工程を用いないことで、リードフレーム４１の表面に設けられたＳｎめっきやはんだめっきの処理部分の酸化を抑えることができる。よって、電気抵抗の高い酸化膜の形成が抑制されることから、スルーホール３の内周面とプレスフィット端子１１との接続部の接触抵抗を低減することができる。その結果、実際の使用環境における大電流通電に対して、発熱による接続部の温度上昇を抑えることができるというメリットも有る。
【００２７】
また、本実施形態の構成によれば、上述のように端子接続のための加熱工程は不要であることから、加熱工程により端子表面のＳｎめっきが溶融し、めっきがプレスフィット端子のコーナー部などに偏った状態で凝固し、めっき厚さが不均一となるという不具合も防止することができる。詳しく説明すると、プレスフィット端子をメス側電極、例えばプリント基板スルーホールなどへ挿入した際、プレスフィット端子とメス側電極とは、Ｓｎめっきを介して接続される。このとき、挿入部のめっき厚さが不均一となると、接触状態がバラつき、接触抵抗が上昇したり、強度が低下するという問題が生じる。接触抵抗の上昇は、通電時にプレスフィット端子の温度上昇という不具合を生じさせる。さらに、不均一なめっき層の場合、プレスフィット端子とスルーホール内周面との摩擦により、めっき厚さが大きい箇所でめっきが削れ、めっきの削りカスがプリント基板表面などに落下し、絶縁性能を低下させる危険性もある。また、接合面の強度が低下すると、プレスフィット端子がスルーホールから抜けやすくなるため、信頼性が低下する。このような問題点についても、本実施形態の構成によれば解決することができる。
【００２８】
また、リードフレーム４１は、通常、位置決め穴などを有し、その形状から位置決めが容易である。よって、固定治具を用いて、複数のプレスフィット端子１１を一括で接続することが比較的容易であり、リードフレーム４１とプレスフィット端子とを一体化して製造する場合には、短時間で製造できるというメリットもある。
【００２９】
また、連結部６１には、圧入後に超音波を作用させるのが好ましい。超音波の作用により、材料表面の酸化膜が除去され、プレスフィット端子１１と電極端子４２とが金属的に接合される。
【００３０】
また、抵抗溶接などで用いられるような熱エネルギーを併用して、金属的にプレスフィット端子１１と電極端子４２とを接続することも可能である。これにより、圧入部以外の、単に接触している部分においても接合がなされるため、圧入のみの場合に比べ、プレスフィット端子１１と電極端子４２との接続面積が拡がる。よって、より低抵抗及び高信頼を得ることが可能となる。
【００３１】
実施の形態２．
図４ａ、図４ｂ、及び図５を参照して、本発明の実施の形態２における端子連結構造を有するプレスフィット端子１２及び電極端子４２について説明する。
実施の形態１に関するプレスフィット端子１１では、プレスフィット側固着部３０に一つの凹部３１を有するが、本実施の形態２に関するプレスフィット端子１２では、プレスフィット側固着部３０に複数の凹部３１を有する。ここでは、２つの凹部３１を長手方向９１に沿って２段に形成した例を示すが、これに限定されない。例えば、長手方向９１に対してある角度で傾斜した方向に沿って、例えば幅方向９３に沿って、２以上の凹部３１を配置してもよいし、また、２以上の凹部３１をランダムに配置してもよい。電極端子４２の電極側固着部４３は、複数の凹部３１に対応して、図５に示すように、複数の圧入部が形成されることになる。
プレスフィット端子１２におけるその他の構成は、上述のプレスフィット端子１１と同じであり、ここでの説明は省略する。また、電極端子４２についても説明を省略する。
【００３２】
このように構成したプレスフィット端子１２と電極端子４２とによる端子連結構造を有する形態は、実施の形態１にて説明した効果を得ることができるとともに、さらに以下の効果を得ることができる。
即ち、プレスフィット側固着部３０に一つの凹部３１を有するプレスフィット端子１１に比べて、本実施の形態２における端子連結構造は、プレスフィット端子１２の回転に対して十分な強度を有することができる。ここでプレスフィット端子１２の回転とは、プレスフィット側固着部３０を中心として、図４ａでは下側に位置する先端案内部２２が上側に位置するような、プレスフィット端子１２の上下を逆転させるような回転である。
【００３３】
プレスフィット端子１２の回転に対する強度増加により、複数のプレスフィット端子１２を一括してスルーホール３に挿入する場合に、プレスフィット端子１２とスルーホール３とに位置ずれが発生したときでも、連結部６１が破断すること無く、挿入が可能になる。また、例えば、プレスフィット端子１２がスルーホール３に対して斜めに挿入された場合などにおいて、プレスフィット端子１２が座屈することを防ぐことができる。さらに、プレスフィット端子１２をプリント基板のスルーホール３に挿入した後の実使用環境において、強い振動及び衝撃などの負荷が連結部６１に作用した場合でも連結部６１の破断が抑制でき、その結果、大きな信頼性を発揮することができる。以上より、大電流を通電するための、より太いプレスフィット端子に対して、本実施形態は有効である。
【００３４】
実施の形態３．
図６ａ、図６ｂ、及び図７を参照して、本発明の実施の形態３における端子連結構造を有するプレスフィット端子１３及び電極端子４２について説明する。
実施の形態１に関するプレスフィット端子１１では、接続部２５にプレスフィット側固着部３０を有しプレスフィット側固着部３０に一つの凹部３１を有する形態であった。これに対し本実施の形態３に関するプレスフィット端子１３では、接続部２５のみならず挿入部２１における先端案内部２２にもプレスフィット側固着部３０を有する。本実施形態では、先端案内部２２は一つの凹部３１を有する。
【００３５】
電極端子４２の電極側固着部４３は、プレスフィット端子１３の接続部２５及び先端案内部２２の凹部３１に対応して、図７に示すように、圧入部が形成されることになる。
プレスフィット端子１３におけるその他の構成は、上述のプレスフィット端子１１と同じであり、ここでの説明は省略する。また、電極端子４２についても説明を省略する。
【００３６】
このように構成したプレスフィット端子１３と電極端子４２とによる端子連結構造を有する形態は、実施の形態１にて説明した効果を得ることができるとともに、さらに以下の効果を得ることができる。
即ち、本実施の形態３における端子連結構造では、リードフレーム４１の外周部分４４を切断する前に、プレスフィット端子１３とリードフレーム４１とを重ね併せて接続することが可能となる。よって、両者を接続するための位置決めが容易であり、かつリードフレーム４１における電極端子４２の長手方向軸と、プレスフィット端子１３の長手方向軸とを平行にすることが容易である。これにより、スルーホール３に対するプレスフィット端子１３の位置精度が向上するため、プリント基板へのダメージを軽減することが可能となる。
【００３７】
本実施形態の構成では、プレスフィット端子１３の挿入部２１と電極端子４２とが重なった状態でスルーホール３に挿入されることになる。よって、プリント基板のスルーホール３の直径を大きくすること無く、上述のダメージ軽減の効果を発揮させるためには、プレスフィット端子１３とリードフレーム４１とを重ねた厚さＷ２（図７）は、プレスフィット端子１３の挿入部２１の最大幅Ｗ３（図６ａ）よりも小さくすることが好ましい。
【００３８】
また、プレスフィット端子１３をスルーホール３へ挿入すると、プレスフィット端子１３の圧接部２３が変形し、挿入部２１の全体は、挿入前に比べて長手方向９１において長くなる。このような変形に対して、電極端子４２は、純銅で軟らかく変形しやすいため、プレスフィット端子１３の変形に追従して長手方向９１に変形可能である。よって、プレスフィット端子１３の長手方向９１における接続部２５及び先端案内部２２の２箇所で電極端子４２は固定されているが、問題は発生しない。
【００３９】
実施の形態４．
図８ａ、図８ｂ、及び図９を参照して、本発明の実施の形態４における端子連結構造を有するプレスフィット端子１４及び電極端子４２について説明する。
実施の形態１に関するプレスフィット端子１１では、一枚の板材からプレスフィット端子１１が形成されているが、本実施の形態４に関するプレスフィット端子１４は、複数枚の板材を積層して形成している。本例では、２枚の板材が積層されており、一例として、板厚が０．５ｍｍのプレスフィット端子を２つ重ね合わせ、全体で板厚１．０ｍｍのプレスフィット端子１４を構成している。尚、２つのプレスフィット端子を重ね合わせた後、両者を加圧し、プレスフィット端子表面に形成されたＳｎめっき同士を固着させることで、２つのプレスフィット端子を一体化している。
プレスフィット端子１４におけるその他の構成は、上述のプレスフィット端子１１と同じであり、ここでの説明は省略する。また、電極端子４２についても説明を省略する。
【００４０】
このように構成したプレスフィット端子１４と電極端子４２とによる端子連結構造を有する形態は、実施の形態１にて説明した効果を得ることができるとともに、さらに以下の効果を得ることができる。
即ち、プレスフィット端子は、一般的にプレス加工で製造されることから、プレスフィット端子について、複数枚の板材を積層する構造とした場合、それぞれの板材の板厚を薄くすることができる。よって、より細かな形状での製作が容易となり、例えば、挿入部２１の形状に特徴を持たせたようなプレスフィット端子の製造が容易になる。
【００４１】
例えば、挿入部２１の中央に位置する貫通穴２３ｂの幅を、個々のプレスフィット端子の板厚程度まで狭くできるので、プレスフィット端子全体の板厚に比べて、狭い幅の貫通穴２３ｂを形成できるというメリットがある。また、スルーホール３の形状に合わせて基板の板厚方向における中心部分での挿入部２１の幅を広く、スルーホール３の開口側に向かって挿入部２１の幅を狭くするなどの工夫により、プレスフィット端子１４とスルーホール３との接触面積を増大させ、接触抵抗を軽減し、かつ接続信頼性を向上させることが可能となる。
【００４２】
さらには、ばね性に優れた金属と、導電性に優れた金属とによって、各プレスフィット端子を作製し、それらを積層することで、ばね性と導電性とを併せ持つプレスフィット端子１４の製造も可能となる。さらには、ばね性に優れた金属と、導電性に優れた金属との積層枚数の比率や、各金属からなるユニットの厚さをそれぞれ適切に設定することで、ばね性と導電性とのバランスも設定可能となるというメリットもある。
【００４３】
またさらには、リードフレーム４１とプレスフィット端子１４とを接続したときに、積層した各プレスフィット端子間の固定も同時に行うことも可能である。そのため、各プレスフィット端子間の固定がより強固となるというメリットもある。
【００４４】
実施の形態５．
図１０ａ、図１０ｂ、及び図１１を参照して、本発明の実施の形態５における端子連結構造を有するプレスフィット端子１５及び電極端子４２について説明する。
実施の形態１に関するプレスフィット端子１１では、プレスフィット側固着部３０の側面３０ａに圧入部として凹部３１を有する。これに対し本実施の形態５におけるプレスフィット端子１５では、プレスフィット側固着部３０に圧入部として、接続部２５を貫通する貫通穴３２を有する。
電極端子４２の電極側固着部４３は、貫通穴３２に対応して、図１１に示すように、圧入部が形成されることになる。貫通穴３２への電極側固着部４３の圧入により、連結部６１が形成される。
【００４５】
プレスフィット端子１５におけるその他の構成は、上述のプレスフィット端子１１と同じであり、ここでの説明は省略する。また、電極端子４２についても説明を省略する。
【００４６】
このように構成したプレスフィット端子１５と電極端子４２とによる端子連結構造を有する形態は、実施の形態１にて説明した効果を得ることができるとともに、さらに以下の効果を得ることができる。
例えば、プレスフィット端子１５の板厚を１ｍｍ、貫通穴３２の半径を０．５ｍｍとすることができる。この場合、電極端子４２の電極側固着部４３と貫通穴３２との接続面積は、貫通穴３２内周の断面積となる。つまり、電極端子４２とプレスフィット端子１５との連結部６１における接続面積を一定にさせることができる。その結果、連結部６１の接続強度を安定させることができる。接続強度の安定性は、プレスフィット端子１５をスルーホール３へ挿入する場合や実使用環境での信頼性に非常に重要となる。本実施の形態によるプレスフィット端子１５は、複数の端子を同時に接続する場合でも高信頼となる。
【００４７】
また、本実施の形態に用いるプレスフィット端子１５は、貫通穴３２を有することで、プレスフィット端子製造後の検査にて、貫通穴３２の直径のみの検査で良く、深さ方向の検査は必要ない。そのため、製造時間が大幅に短縮でき、コストが低減できる。
【００４８】
また、リードフレーム４１とプレスフィット端子１５との連結後においても、連結部６１の接続安定性を測るため、圧入方向の逆方向から圧入深さを検査する必要があるが、貫通穴３２を採ることで、圧入方向の逆方向から簡単に外観を目視で検査できるというメリットがある。
【００４９】
実施の形態６．
図１２ａ、図１２ｂ、及び図１３を参照して、本発明の実施の形態６における端子連結構造を有するプレスフィット端子１６及び電極端子４２について説明する。
実施の形態１に関するプレスフィット端子１１では、プレスフィット側固着部３０の側面３０ａに一つの凹部３１を有する。これに対して本実施の形態６に関するプレスフィット端子１６は、プレスフィット側固着部３０に、長手方向９１に沿って延在する凹状の溝３３を有し、溝３３内に凹部３１を形成している。このような溝３３には、電極端子４２の電極側固着部４３が装填される。よって、幅方向９３における電極側固着部４３の幅は、幅方向９３における溝３３の幅に等しいか、あるいは小さくなるように設計されている。
プレスフィット端子１６におけるその他の構成は、上述のプレスフィット端子１１と同じであり、ここでの説明は省略する。また、電極端子４２におけるその他の構成についても説明を省略する。
【００５０】
このように構成したプレスフィット端子１６と電極端子４２とによる端子連結構造を有する形態は、実施の形態１にて説明した効果を得ることができるとともに、さらに以下の効果を得ることができる。
即ち、電極端子４２の電極側固着部４３と、プレスフィット端子１６のプレスフィット側固着部３０とをかしめる前に、プレスフィット側固着部３０の溝３３に電極側固着部４３を装填することができる。これにより、プレスフィット端子１６に対するリードフレーム４１の電極端子４２の位置精度を向上させることができる。また、かしめる際に、プレスフィット端子１６に対してリードフレーム４１がずれたりすることを防止することができる。
【００５１】
さらに、電極端子４２の長手方向９１における軸と、プレスフィット端子１６の長手方向９１における軸との幅方向９３における位置精度が向上することから、複数のプレスフィット端子１６を同時にスルーホール３へ挿入する場合でも、全てのプレスフィット端子１６を高精度で挿入することができる。よって、様々な半導体パッケージのプレスフィット端子１６として使用が可能になる。
【００５２】
実施の形態７．
本実施の形態７では、上述した実施の形態１〜６における端子連結構造を有するプレスフィット端子及び電極端子を備えた半導体装置について説明する。ここでは、半導体装置は、電力用半導体スイッチング素子等の発熱素子を搭載するパワーモジュールを例に採り、図１４ａ及び図１４ｂを参照して説明を行う。尚、図１４ａ及び図１４ｂでは、一例として実施の形態１にて説明した電極端子４２及びプレスフィット端子１１を有する半導体装置５１を図示している。
【００５３】
本実施形態の半導体装置５１では、リードフレーム４１のフォーミングにより電極端子４２を個別に切り離した後、この電極端子４２にプレスフィット端子１１をかしめ、その後、電極端子４２に対して折り曲げのリードフォーミングを行っている。よって、電極端子４２は、半導体装置５１から突出する一端と、プレスフィット端子１１が連結された他端とを有する。
【００５４】
電力用半導体装置の端子構造については、使用環境などにより、従来のはんだ付端子とプレスフィット端子とが使い分けられる。一方、例えば実施の形態１における端子連結構造を採ることで、リードフレームなどの元部材を変更すること無く、ユーザ側の要求に見合った端子構造とできるため、生産性に優れるという効果がある。
【００５５】
以上、各実施形態について説明したが、説明した各実施形態を適宜組み合わせた構成を採ることも可能である。このような形態では、組み合わされた実施形態が奏する各効果を合わせた効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１１〜１６ プレスフィット端子、２１ 挿入部、２５ 接続部、
３０ プレスフィット側固着部、３１ 凹部、３２ 貫通穴、３３ 溝、
４２ 電極端子、４３ 電極側固着部、５１ 半導体装置、６１ 連結部、
９１ 長手方向。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレスフィット端子と電極端子とを連結する端子連結構造であって、
上記プレスフィット端子は、弾性を有する材料にて形成され、一端側に挿入部を他端側に接続部を有し、上記挿入部は、基板のスルーホールと嵌合して電気的接続を行い、上記接続部は、上記電極端子の一部と固着されるプレスフィット側固着部を有し、
上記電極端子は、プレスフィット端子とは別体にて形成され、上記プレスフィット側固着部でプレスフィット端子と固着される電極側固着部を有し、
上記プレスフィット側固着部及び上記電極側固着部は、互いの側面を対向させて物理的圧力を受けプレスフィット端子と電極端子とを機械的に接続することを特徴とする端子連結構造。
【請求項２】
上記プレスフィット側固着部及び上記電極側固着部のいずれか一方は、いずれか他方が圧入される圧入部を有する、請求項１記載の端子連結構造。
【請求項３】
上記圧入部は、プレスフィット側固着部の側面に形成した凹部であり、上記電極側固着部が上記凹部に圧入される、請求項２記載の端子連結構造。
【請求項４】
上記圧入部は、プレスフィット側固着部を貫通する貫通穴であり、上記電極側固着部が上記貫通穴に圧入される、請求項２記載の端子連結構造。
【請求項５】
上記プレスフィット側固着部及び上記電極側固着部のいずれか一方は、複数の圧入部を有する、請求項２から４のいずれか１項に記載の端子連結構造。
【請求項６】
上記挿入部は、上記圧入部を有する、請求項２から５のいずれか１項に記載の端子連結構造。
【請求項７】
上記接続部は、溝を有し、この溝は、上記プレスフィット端子における長手方向に沿って形成され上記電極端子の電極側固着部を装填し、かつ溝内に上記圧入部を有する、請求項２から６のいずれか１項に記載の端子連結構造。
【請求項８】
上記プレスフィット端子は、複数の板材を積層して形成される、請求項１から７のいずれか１項に記載の端子連結構造。
【請求項９】
上記電極端子は、上記プレスフィット端子とは機械的性質の異なる材質にて形成される、請求項１から８のいずれか１項に記載の端子連結構造。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の端子連結構造を有するプレスフィット端子及び電極端子を備え、上記電極端子は半導体装置から突出した一端と、上記プレスフィット端子が連結された他端とを有する、ことを特徴とする半導体装置。
【請求項１】
プレスフィット端子と電極端子とを連結する端子連結構造であって、
上記プレスフィット端子は、弾性を有する材料にて形成され、一端側に挿入部を他端側に接続部を有し、上記挿入部は、基板のスルーホールと嵌合して電気的接続を行い、上記接続部は、上記電極端子の一部と固着されるプレスフィット側固着部を有し、
上記電極端子は、プレスフィット端子とは別体にて形成され、上記プレスフィット側固着部でプレスフィット端子と固着される電極側固着部を有し、
上記プレスフィット側固着部及び上記電極側固着部は、互いの側面を対向させて物理的圧力を受けプレスフィット端子と電極端子とを機械的に接続することを特徴とする端子連結構造。
【請求項２】
上記プレスフィット側固着部及び上記電極側固着部のいずれか一方は、いずれか他方が圧入される圧入部を有する、請求項１記載の端子連結構造。
【請求項３】
上記圧入部は、プレスフィット側固着部の側面に形成した凹部であり、上記電極側固着部が上記凹部に圧入される、請求項２記載の端子連結構造。
【請求項４】
上記圧入部は、プレスフィット側固着部を貫通する貫通穴であり、上記電極側固着部が上記貫通穴に圧入される、請求項２記載の端子連結構造。
【請求項５】
上記プレスフィット側固着部及び上記電極側固着部のいずれか一方は、複数の圧入部を有する、請求項２から４のいずれか１項に記載の端子連結構造。
【請求項６】
上記挿入部は、上記圧入部を有する、請求項２から５のいずれか１項に記載の端子連結構造。
【請求項７】
上記接続部は、溝を有し、この溝は、上記プレスフィット端子における長手方向に沿って形成され上記電極端子の電極側固着部を装填し、かつ溝内に上記圧入部を有する、請求項２から６のいずれか１項に記載の端子連結構造。
【請求項８】
上記プレスフィット端子は、複数の板材を積層して形成される、請求項１から７のいずれか１項に記載の端子連結構造。
【請求項９】
上記電極端子は、上記プレスフィット端子とは機械的性質の異なる材質にて形成される、請求項１から８のいずれか１項に記載の端子連結構造。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の端子連結構造を有するプレスフィット端子及び電極端子を備え、上記電極端子は半導体装置から突出した一端と、上記プレスフィット端子が連結された他端とを有する、ことを特徴とする半導体装置。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１１】
【図１２ａ】
【図１２ｂ】
【図１３】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【図１５】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１１】
【図１２ａ】
【図１２ｂ】
【図１３】
【図１４ａ】
【図１４ｂ】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１４６６０４（Ｐ２０１２−１４６６０４Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５９５８（Ｐ２０１１−５９５８）
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]