JP2013026445A - 下部金属と上部金属との接続構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】接続材を外部から容易に観察することができる下部金属と上部金属との接続構造を提供する。
【解決手段】下部電極11と上部電極12との接合構造において、上部電極12における下部電極11との接合部位に、溶融半田20が通過可能な孔12hを複数形成した。そして、下部電極11と上部電極12とを、各孔12hを通過した半田20により接合させた。半田20は、各孔12hから上部電極12の上方へはみ出すため、上部電極12の上方から目視により半田20を容易に観察することができる。
【選択図】図1
【解決手段】下部電極11と上部電極12との接合構造において、上部電極12における下部電極11との接合部位に、溶融半田20が通過可能な孔12hを複数形成した。そして、下部電極11と上部電極12とを、各孔12hを通過した半田20により接合させた。半田20は、各孔12hから上部電極12の上方へはみ出すため、上部電極12の上方から目視により半田20を容易に観察することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、下部金属と該下部金属の上に配置される上部金属とを導電性を有する接続材により接続した下部金属と上部金属との接続構造に関する。
特許文献1には電極の接続構造が開示されている。詳しくは、半導体素子の上に導体ブロック(下部金属)が接合されるとともに導体ブロックの上に放熱板電極(上部金属)が配置されている。放熱板電極には、半田注入孔が設けられ、半田注入孔から注入された半田(接続材)で導体ブロックと放熱板電極とが接合されている。
しかしながら、特許文献1では、放熱板電極に設けた半田注入孔から半田を供給して放熱板電極とその下に配置した導体ブロックとを半田付けする場合において、供給した半田を外部から観察することが困難であった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、接続材を外部から容易に観察することができる下部金属と上部金属との接続構造を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、下部金属と該下部金属の上に配置される上部金属とを導電性を有する接続材により接続した下部金属と上部金属との接続構造であって、前記下部金属及び前記上部金属の少なくとも一方において、少なくとも前記下部金属と前記上部金属との接続部位には、前記接続材が通過可能な通過部が複数設けられており、前記下部金属と前記上部金属とは、各通過部を通過した前記接続材により接続されていることを要旨とする。
この発明によれば、各通過部を通過した接続材が、各通過部を介して外部へ臨むため、接続材を外部から容易に観察することができる。また、各通過部を通過した接続材が各通過部から外部へ漏れ出た場合においても、各通過部から外部へ漏れ出た接続材を外部から容易に観察することができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記下部金属及び前記上部金属の少なくとも一方において、前記接続部位とは異なる部位に応力吸収部が形成されていることを要旨とする。
この発明によれば、例えば、応力吸収部を形成した金属に応力が加わったとしても、応力吸収部により応力が吸収され、下部金属と上部金属との接続部位に応力が加わり難くすることができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記接続材は半田であり、前記通過部は前記上部金属に設けられており、前記通過部は、前記上部金属の一部であるとともに半田付けし難い金属からなる第1通過部形成部と、前記上部金属の一部であるとともに半田付けし易い金属からなる第2通過部形成部とを組み合わせて形成され、前記第2通過部形成部の少なくとも一部は、前記第1通過部形成部と前記下部金属との間に配置されていることを要旨とする。
この発明によれば、第2通過部形成部が半田付けし易い金属であるため、各通過部を通過した半田は、第2通過部形成部の表面に沿って流れ易い。よって、第2通過部形成部と下部金属との間に半田が流れ込み、第2通過部形成部と下部金属とが半田付けされる。さらに、半田が各通過部を通過する途中で、第1通過部形成部と第2通過部形成部との間に流れ込み、第1通過部形成部と第2通過部形成部とが半田付けされる。その結果、半田付けし難い金属から形成された第1通過部形成部を、下部金属に対して容易に半田付けすることができる。
この発明によれば、接続材を外部から容易に観察することができる。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1及び図2にしたがって説明する。
図1に示すように、パワーモジュール10は、電力変換装置としての車両用インバータとして用いられるとともに車両に搭載され、バッテリの直流電力を交流電力に変換して走行モータを駆動させるためのものである。
図1に示すように、パワーモジュール10は、電力変換装置としての車両用インバータとして用いられるとともに車両に搭載され、バッテリの直流電力を交流電力に変換して走行モータを駆動させるためのものである。
パワーモジュール10は、下部金属としての下部電極11と、下部電極11の上に配置される上部金属としての上部電極12と、下部電極11の上面11aに接合されるパワー素子10aとを有している。パワー素子10aは、例えばパワートランジスタやパワーダイオード等である。パワー素子10aは縦方向(上下方向)に電流が流れるようになっている。下部電極11は銅よりなるとともに直方体形状をなし、その上面11aが水平となる状態で配置されている。下部電極11はパワー素子10aと電気的に接続されている。下部電極11と上部電極12とは接続材としての半田20により半田付けされている。
図2に示すように、上部電極12は直線状に延びる網目状(メッシュ)をなしており、その一端側にアルミニウムよりなる第1通過部形成部12aを有している。第1通過部形成部12aは、直線状に延びる円棒121aが複数本(本実施形態では7本)一定の間隔をあけてそれぞれ平行に配置されてなる。各円棒121aの軸方向に沿った長さはそれぞれ同じ長さになっている。そして、第1通過部形成部12aは、下部電極11との接合部位(接続部位)に配置される。また、上部電極12は、第1通過部形成部12aよりも他端側にアルミニウムよりなる本体部12bを有している。本体部12bは、その全体に亘って四角形状の孔121bが複数形成されており、網目状になっている。各孔121bは、溶融した半田20が通過可能になっている。第1通過部形成部12aと本体部12bとは連なるように一体的に形成されている。本体部12bは、孔121bが複数形成されているため、撓み易くなっている。
また、上部電極12は、第1通過部形成部12aの各円棒121aに対して直交し、且つ一定の間隔をあけてそれぞれ平行に配列された複数(本実施形態では7本)の第2通過部形成部12cを有している。各第2通過部形成部12cは円棒状をなすとともに銅よりなる。そして、各第2通過部形成部12cは、各円棒121aの上下を交互に通過するようにして折り曲げられながら、各円棒121aに対して織り込まれた状態で、各第1通過部形成部12aの各円棒121aに一体的に組み付けられている。よって、各第2通過部形成部12cの一部は、第1通過部形成部12aと下部電極11との間に配置されている。
そして、第1通過部形成部12aの各円棒121aと各第2通過部形成部12cとを組み合わせることで、上部電極12における下部電極11との接合部位には、四角形状の孔12hが複数形成されている。各孔12hは、溶融した半田20が通過可能になっている。本実施形態では、複数の孔12hが、半田20が通過する通過部として機能する。
図1に示すように、各孔12hを通過して各第2通過部形成部12cと下部電極11との間に流れ込んだ半田20により、各第2通過部形成部12cと下部電極11とが半田付けされている。また、各孔12hを通過する途中で第1通過部形成部12aの各円棒121aと各第2通過部形成部12cとの間に流れ込んだ半田20により、第1通過部形成部12aの各円棒121aと各第2通過部形成部12cとが半田付けされている。よって、下部電極11と上部電極12とが半田20により半田付けされている。
さらに、下部電極11と上部電極12との接合部位は、各孔12hから上部電極12の上方へ漏れ出た半田20により覆われている。よって、第1通過部形成部12aの各円棒121a及び各第2通過部形成部12cは、半田20の内部に埋め込まれ、半田20が各円棒121a及び各第2通過部形成部12cと絡み付いた状態になっている。このようにして、本実施形態の下部電極11と上部電極12との接合構造(接続構造)が形成されている。
次に、本実施形態のパワーモジュール10における下部電極11と上部電極12との半田付け工程を説明しながら、本実施形態の作用について説明する。
図2に示すように、まず、下部電極11の上面11aにパワー素子10aが接合されたものを用意する。また、各第2通過部形成部12cを、第1通過部形成部12aの各円棒121aの上下を交互に通過するように折り曲げながら、各円棒121aに対して織り込むようにして、各第2通過部形成部12cを第1通過部形成部12aの各円棒121aに組み付ける。これにより、上部電極12における下部電極11との接合部位には、第1通過部形成部12aの各円棒121aと各第2通過部形成部12cとによって孔12hが複数形成される。
図2に示すように、まず、下部電極11の上面11aにパワー素子10aが接合されたものを用意する。また、各第2通過部形成部12cを、第1通過部形成部12aの各円棒121aの上下を交互に通過するように折り曲げながら、各円棒121aに対して織り込むようにして、各第2通過部形成部12cを第1通過部形成部12aの各円棒121aに組み付ける。これにより、上部電極12における下部電極11との接合部位には、第1通過部形成部12aの各円棒121aと各第2通過部形成部12cとによって孔12hが複数形成される。
続いて、下部電極11及び上部電極12を、半田濡れを良くするために加熱するとともに、溶融した半田20(溶融半田20)を内蔵した半田注入装置21を用いて、各孔12hに向けて溶融半田20を注入する。各孔12hに向けて注入された溶融半田20は、各孔12hを通過する。ここで、各第2通過部形成部12cは、半田付けし易い金属(半田20の濡れ性の良い金属)である銅から形成されているため、各孔12hを通過した溶融半田20は、各第2通過部形成部12cの周面(表面)に沿って流れ易い。よって、各孔12hを通過した溶融半田20の一部は、各第2通過部形成部12cと下部電極11との間に流れ込む。すると、図1(b)及び(c)に示すように、各第2通過部形成部12c及び上部電極12が、各第2通過部形成部12cと下部電極11との間に流れ込んだ溶融半田20により浮き上がる。
また、各孔12hに向けて注入された溶融半田20は、各孔12hを通過する途中でその一部が第1通過部形成部12aの各円棒121aと各第2通過部形成部12cとの間に流れ込む。さらに、各孔12hに向けて溶融半田20が注入されると、溶融半田20は、その一部が各孔12hから第1通過部形成部12a(上部電極12)の上方へ漏れ出て、下部電極11と上部電極12との接合部位が溶融半田20により覆われる。
続いて、溶融半田20は冷却されて固化される。すると、各第2通過部形成部12cと下部電極11との間で固化された半田20により、各第2通過部形成部12cと下部電極11とが半田付けされる。また、第1通過部形成部12aの各円棒121aと各第2通過部形成部12cとの間で固化された半田20により、第1通過部形成部12aの各円棒121aと各第2通過部形成部12cとが半田付けされる。その結果、下部電極11と上部電極12とが半田20により半田付けされる。
さらに、各孔12hから第1通過部形成部12a(上部電極12)の上方へ漏れ出た溶融半田20が固化することで、第1通過部形成部12aの各円棒121aと各第2通過部形成部12cとが半田20の内部に埋め込まれて、半田20が各円棒121a及び各第2通過部形成部12cに絡み付いた状態になる。これにより、上部電極12が下部電極11に対して外れ難くなっている。
下部電極11と上部電極12とが半田付けされた状態において、例えば、上部電極12に応力が加わったとしても、本体部12bが撓んで応力が吸収され、下部電極11と上部電極12との接合部位に応力が加わり難くなっている。よって、本実施形態では、複数の孔121bが形成された本体部12bが応力吸収部として機能している。
また、半田20は、各孔12hから上部電極12の上方へはみ出しているため、上部電極12の上方から目視により半田20を容易に観察することができる。
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
(1)下部電極11と上部電極12との接合構造において、上部電極12における下部電極11との接合部位に、溶融半田20が通過可能な孔12hを複数形成した。そして、下部電極11と上部電極12とを、各孔12hを通過した半田20により接合させた。半田20は、各孔12hから上部電極12の上方へはみ出すため、上部電極12の上方から目視により半田20を容易に観察することができる。その結果、一定量の半田20を用いて、下部電極11と上部電極12との接合が行われたか否かを外観から確認することができ、半田20の充填量についての良否判定を容易に行うことができる。
(2)本体部12bに複数の孔121bを形成することで、上部電極12における下部電極11との接合部位とは異なる部位である本体部12bを応力吸収部として機能させた。よって、下部電極11と上部電極12とが半田付けされた状態で、例えば、上部電極12に応力が加わったとしても、本体部12bが撓むことで応力が吸収され、下部電極11と上部電極12との接合部位に応力が加わり難くすることができる。その結果として、下部電極11と上部電極12との接合部位に割れ目が生じてしまうことを回避することができる。
(3)上部電極12における下部電極11との接合部位に形成された複数の孔12hを、上部電極12の一部である第1通過部形成部12aを形成する複数本の円棒121aと、上部電極12の一部であるとともに第1通過部形成部12aと下部電極11との間に一部が配置された複数本の第2通過部形成部12cとを組み合わせて形成した。そして、第1通過部形成部12aをアルミニウムより形成し、各第2通過部形成部12cを銅より形成した。銅は半田付けし易い金属であり、アルミニウムは半田付けし難い金属である。よって、各孔12hを通過した半田20は、各第2通過部形成部12cの周面に沿って流れ易い。したがって、各第2通過部形成部12cと下部電極11との間に半田20が流れ込み、各第2通過部形成部12cと下部電極11とが半田付けされる。さらに、半田20が各孔12hを通過する途中で、第1通過部形成部12aの各円棒121aと各第2通過部形成部12cとの間に流れ込み、第1通過部形成部12aの各円棒121aと各第2通過部形成部12cとが半田付けされる。その結果、半田付けし難い金属であるアルミニウムより形成された第1通過部形成部12aを、下部電極11に対して容易に半田付けすることができる。
(4)下部電極11と上部電極12とを半田20により接合した。よって、例えば、導電性接着剤により下部電極11と上部電極12とを接続する場合に比べると、下部電極11と上部電極12との間の導電性を良好なものとすることができる。
(5)本実施形態によれば、半田付けし難い金属であるアルミニウムからなる第1通過部形成部12aと、半田付けし易い金属である銅からなる下部電極11とを、半田20により接合し易くするために、第1通過部形成部12a又は下部電極11にニッケルメッキを施す必要が無い。よって、第1通過部形成部12a又は下部電極11にニッケルメッキを施す工程が不要になり、工程を削減することができる。
(6)下部電極11と上部電極12との接合部位が、各孔12hから上部電極12の上方へ漏れ出た半田20により覆われている。よって、第1通過部形成部12aの各円棒121aと各第2通過部形成部12cとが半田20の内部に埋め込まれて、半田20が各円棒121a及び各第2通過部形成部12cに絡み付いた状態になるため、上部電極12が下部電極11に対して外れ難くすることができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、上部電極12における下部電極11との接続部位に形成された複数の孔12hを、第1通過部形成部12aを形成する複数本の円棒121aと、銅から形成された複数本の第2通過部形成部12cとから形成したが、これに限らない。例えば、図3及び図4に示すように、上部電極31全体を網目状に形成することで、上部電極31全体に亘って孔31hを複数形成し、これら各孔31hを利用して、半田20により下部電極11と上部電極31とを接合してもよい。
○ 実施形態では、上部電極12における下部電極11との接続部位に形成された複数の孔12hを、第1通過部形成部12aを形成する複数本の円棒121aと、銅から形成された複数本の第2通過部形成部12cとから形成したが、これに限らない。例えば、図3及び図4に示すように、上部電極31全体を網目状に形成することで、上部電極31全体に亘って孔31hを複数形成し、これら各孔31hを利用して、半田20により下部電極11と上部電極31とを接合してもよい。
具体的には、図4(a)及び(b)に示すように、上部電極31の一部を下部電極11の上に配置する。そして、下部電極11と重なっている各孔31hに向けて溶融半田20を注入する。すると、図3(a)及び(b)に示すように、上部電極31と下部電極11との間に溶融半田20が流れ込み、さらに、溶融半田20はその一部が各孔31hから上部電極31の上方へ漏れ出て、下部電極11と上部電極31との接合部位が溶融半田20により覆われる。そして、溶融半田20が冷却されて固化することで、上部電極31と下部電極11との間で固化された半田20により、上部電極31と下部電極11とが半田付けされる。また、この接合状態では、上部電極31における下部電極11との接合部位が半田20の内部に埋め込まれて、半田20が上部電極31における下部電極11との接合部位に絡み付いた状態になっている。これにより、半田付けし難いアルミニウムから形成された上部電極31を、下部電極11に対して外れ難くすることができる。
なお、孔31hは、上部電極31における下部電極11との接合部位のみに形成してもよい。さらには、孔31hは、上部電極31における下部電極11との接合部位において、点在しておらず、一定の範囲に密集した状態で上部電極31に形成されていてもよい。
○ 図5及び図6に示すように、より線状に形成された上部金属としての上部電極41と、下部電極11とを半田20により接合させてもよい。上部電極41は、アルミニウムよりなる複数の線材41aが束になって形成されている。図6(a)及び(b)に示すように、線材41aの束を若干ほぐして、通過部としての隙間41bを上部電極41全体に亘って複数形成した状態で、上部電極41の一部を下部電極11の上に配置する。そして、下部電極11と重なっている各隙間41bに向けて溶融半田20を注入する。すると、図5(a)及び(b)に示すように、上部電極41と下部電極11との間に溶融半田20が流れ込み、溶融半田20はその一部が各隙間41bから上部電極41の上方へ漏れ出て、下部電極11と上部電極41との接合部位が溶融半田20により覆われる。そして、溶融半田20が冷却されて固化することで、上部電極41と下部電極11との間で固化された半田20により、上部電極41と下部電極11とが半田付けされる。また、この接合状態では、上部電極41における下部電極11との接合部位が半田20の内部に埋め込まれて、半田20が上部電極41における下部電極11との接合部位に絡み付いた状態になっている。これにより、半田付けし難いアルミニウムから形成された上部電極41を、下部電極11に対して外れ難くすることができる。なお、隙間41bは、上部電極41における下部電極11との接合部位のみに形成してもよい。
○ 図7に示す実施形態では、板状の上部電極51に通過部としての円孔51aが上部電極51全体に亘って複数形成されている。そして、上部電極51の一部を下部電極11の上に配置し、下部電極11と重なっている各円孔51aに半田20を通過させることで、上部電極51と下部電極11とを半田20により接合させてもよい。なお、円孔51aは、上部電極51における下部電極11との接合部位のみに形成してもよい。さらには、円孔51aは、上部電極51における下部電極11との接合部位において、点在しておらず、一定の範囲に密集した状態で上部電極51に形成されていてもよい。
○ 実施形態において、上部電極12の本体部12bと下部電極11とを半田付けしてもよい。この場合、本体部12bの一部を下部電極11の上に配置し、下部電極11と重なっている各孔121bに半田20を通過させることで、本体部12bと下部電極11とを半田付けする。よって、各孔121bは、半田20が通過する通過部として機能する。
○ 実施形態では、本体部12b全体に亘って孔121bを複数形成したが、これに限らず、本体部12bの一部の領域に孔121bを形成してもよい。この場合であっても、本体部12bにおける孔121bが形成された一部の領域が撓み易くなり、この孔121bが形成された本体部12bにおける一部の領域を応力吸収部として機能させることができる。
○ 実施形態において、上部電極12が複数層積層されていてもよい。これによれば、上部電極12が単層である場合に比べると、電気を流し易くすることができる。
○ 実施形態において、下部電極11を網目状にしてもよい。
○ 実施形態において、下部電極11を網目状にしてもよい。
○ 実施形態において、上部電極12の第1通過部形成部12a及び本体部12bが、アルミニウム以外の半田付けし難い他の金属(例えばチタン、ステンレス等)より形成されていてもよい。
○ 実施形態において、上部電極12の第1通過部形成部12a及び本体部12bが銅、銀、金等の半田付けし易い金属より形成されていてもよい。
○ 実施形態において、下部電極11は網目状に形成されており、アルミニウム、チタン、ステンレス等の半田付けし難い金属で形成されていてもよい。
○ 実施形態において、下部電極11は網目状に形成されており、アルミニウム、チタン、ステンレス等の半田付けし難い金属で形成されていてもよい。
○ 実施形態において、第1通過部形成部12a及び第2通過部形成部12cが同じ材料(例えばアルミニウム)で形成され、第1通過部形成部12a及び第2通過部形成部12cによって、上部電極12における下部電極11との接合部位に複数の孔12hが形成されていてもよい。例えば、第1通過部形成部12a及び第2通過部形成部12cがアルミニウムで形成されている場合を考える。この場合、複数の孔12hを通過した半田20は、半田付けし易い銅から形成された下部電極11に対して接合され、さらに、複数の孔12hを通過した半田20が、第1通過部形成部12a及び第2通過部形成部12cに絡み付いた状態になる。このため、第1通過部形成部12a、第2通過部形成部12c及び下部電極11を半田付けすることができる。
○ 実施形態では、下部電極11と上部電極12との接合部位が、各孔12hから上部電極12の上方へ漏れ出た半田20により覆われていたが、これに限らず、半田20が各孔12hから上部電極12の上方へ漏れずに、各孔12h内に入り込んでいてもよい。この場合であっても、各孔12hに入り込んだ半田20が各孔12hを介して外部へ臨むため、半田20を外部から容易に観察することができる。
○ 実施形態では、下部電極11と上部電極12とを接合させるために接続材として半田20を用いたが、これに限らず、例えば、下部電極11と上部電極12とを接続させるために接続材として導電性接着剤を用いてもよい。また、各孔12hに溶融半田20ではなく、接続材として半田ペーストを注入してもよい。
○ 実施形態では、目視により半田20を観察したが、これに限らず、例えば、カメラ等の機械を用いて半田20を観察してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(イ)前記第2通過部形成部は銅からなることを特徴とする請求項3に記載の下部金属と上部金属との接続構造。
(ロ)前記下部金属は銅からなるとともに、前記上部金属はアルミニウムからなることを特徴とする請求項1〜請求項3及び前記技術的思想(イ)のいずれか一項に記載の下部金属と上部金属との接続構造。
(ロ)前記下部金属は銅からなるとともに、前記上部金属はアルミニウムからなることを特徴とする請求項1〜請求項3及び前記技術的思想(イ)のいずれか一項に記載の下部金属と上部金属との接続構造。
11…下部金属としての下部電極、12,31,41,51…上部金属としての上部電極、12a…第1通過部形成部、12b…応力吸収部として機能する本体部、12c…第2通過部形成部、12h,31h…通過部としての孔、20…接続材としての半田(溶融半田)、41b…通過部としての隙間、51a…通過部としての円孔、121b…通過部としての孔。
Claims (3)
- 下部金属と該下部金属の上に配置される上部金属とを導電性を有する接続材により接続した下部金属と上部金属との接続構造であって、
前記下部金属及び前記上部金属の少なくとも一方において、少なくとも前記下部金属と前記上部金属との接続部位には、前記接続材が通過可能な通過部が複数設けられており、
前記下部金属と前記上部金属とは、各通過部を通過した前記接続材により接続されていることを特徴とする下部金属と上部金属との接続構造。 - 前記下部金属及び前記上部金属の少なくとも一方において、前記接続部位とは異なる部位に応力吸収部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の下部金属と上部金属との接続構造。
- 前記接続材は半田であり、
前記通過部は前記上部金属に設けられており、
前記通過部は、前記上部金属の一部であるとともに半田付けし難い金属からなる第1通過部形成部と、前記上部金属の一部であるとともに半田付けし易い金属からなる第2通過部形成部とを組み合わせて形成され、
前記第2通過部形成部の少なくとも一部は、前記第1通過部形成部と前記下部金属との間に配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の下部金属と上部金属との接続構造。
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2011
- 2011-07-21 JP JP2011159969A patent/JP2013026445A/ja not_active Withdrawn
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JPWO2015151285A1 (ja) * | 2014-04-04 | 2017-04-13 | 三菱電機株式会社 | 半導体モジュール |
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