JP6064805B2 - 絶縁ブスバー及びその製造方法 - Google Patents
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Description
図9は、従来の絶縁ブスバーの構成を示す断面図である。図9に示すように、従来の絶縁ブスバー100は、平板状の導体110(110A,110B)と、絶縁体120とを交互に積層接着(ラミネート化)して構成された積層体130と、その厚み方向に貫通して導体110A,110Bのそれぞれに接合した貫通端子140とを有する。このような構成の絶縁ブスバー(以下、ラミネートブスバーということがある。)は、導体110A,110B間を狭めることで相互インダクタンスが作用し、結果としてインダクタンスを低減することができる。
そこで、このような絶縁ブスバーの高耐圧化、高耐熱化について、特許文献1〜4に開示された技術が提案されている。
また、特許文献2,3では、板状導体で構成したケースの内部に、溶融樹脂を流しいれて絶縁する技術が提案されている。また、特許文献4では、ラミネートブスバーの典型的な構造として、接着層を用いてラミネート構造を形成した技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1〜3に開示されたように、板状の導体間に絶縁体を設けた構成をなす絶縁ブスバーにあっては、導体の表面に対して絶縁体の表面が追随して接合されてない接合界面A(図9参照)が生じることで機械的・電気的に弱点となる問題があった。また、特許文献4に開示された接着層においても、絶縁性能が低く、部分放電の発生や絶縁破壊のボトルネックになるため、耐圧能を向上させる阻害要因となりうる。このように、従来のラミネートブスバーには、半導体素子接続用の貫通端子の周辺に構成された(圧着)接合界面の状態や接着界面の存在が絶縁性能の低下を招く可能性があり、絶縁ブスバーの高耐圧化に改善の余地があった。
そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、より高耐圧化された絶縁ブスバー及びその製造方法を提供することにある。
(a)導体と絶縁体との接合界面、又は絶縁体同士の接合界面を形成しない。
(b)絶縁層とならない接着剤を使用しない。接着層を設けない。
上記網目状の導体と、上記網目状の絶縁シートと、上記貫通端子とがそれぞれに含浸された絶縁樹脂によって一体成形されている。
ここで、上記絶縁ブスバーは、上記網目状の絶縁シートの材質が、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、上記絶縁樹脂の含浸性がある絶縁紙、又はグラスファイバーであってもよい。
また、上記絶縁ブスバーは、上記絶縁樹脂と一体化した沿面距離確保部を有することが好ましい。
上記積層体を貫通するように貫通端子を接合する貫通端子設置工程と、
上記貫通端子が設置された上記積層体を金型に固定し、絶縁樹脂を真空引きすることによって、上記網目状の導体と上記網目状の絶縁シートとを上記絶縁樹脂でそれぞれ含浸して、上記貫通端子と共に一体成形した樹脂含浸工程とを含む。
また、上記絶縁ブスバーの製造方法は、上記脂含浸工程において、上記絶縁樹脂と一体化した沿面距離確保部を形成することが好ましい。
以下、本発明の絶縁ブスバーの実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の絶縁ブスバーのある実施形態における構成を示す断面図である。
図1に示すように、本実施形態の絶縁ブスバー1は、網目状(メッシュ状)の導体10と、網目状(メッシュ状)の絶縁シート20とが交互に積層された積層体30と、該積層体30をその厚み方向に貫通し、網目状の導体10に接合された貫通端子40とを有する。そして、網目状の導体10と、網目状の絶縁シート20と、貫通端子40とがそれぞれに含浸された絶縁樹脂50によって一体成形されている。
一方、網目状の絶縁シート20も、「樹脂含浸性を有する絶縁体」として、意図的であるか否かを問わず「網目状」に形成されたシート状の絶縁体の態様をなすものである。なお、上記「網目状」は、意図的に形成された網目形状や、繊維による形状を含む。また、「絶縁シート」は、ほぼ均一の厚みを有するシート状の絶縁体であればよい。このような絶縁シートの態様としては、ガラスクロス(網目形状)、グラスファイバー、絶縁紙(繊維)が挙げられ、繊維(例えば、炭素繊維)を熱硬化性樹脂によって被覆した、いわゆるプリプレグが用いられてもよい。また、絶縁シートの材質としては、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートなどが挙げられる。
なお、本実施形態では、図1に示すように、積層体30が、網目状の絶縁シート20、網目状の導体10A、網目状の絶縁シート20、網目状の導体10B、及び網目状の絶縁シート20の順で積層されている態様を例として説明している。
離隔距離d(mm)は、網目状の導体10A,10Bに発生する最大電位差に応じて設定される。また、離隔距離dは、絶縁樹脂50の絶縁性能により異なるため、下記式(1)により設定される。なお、下記式(1)において、V(Vrms)は網目状の導体10A,10B間の最大電位差、S(Vrms/mm)は絶縁樹脂50の絶縁耐力、aは安全係数(ただし3.0以上)である。
d≧(V×a)/S・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式(1)
例として、網目状の導体10A,10B間の最大電位差Vが10kVであり、絶縁耐力Sが15kV/mmの絶縁樹脂50を用いる場合、少なくとも2mm以上の離隔距離(d)が算出される。
また、本実施形態の絶縁ブスバーは、導体と絶縁体との積層構造が、板状体と板状体との接着構造ではないため、絶縁ブスバーに曲げや応力が加わっても導体と絶縁体との剥離が発生し難い。
また、本実施形態の絶縁ブスバーは、接着層を設けることなく、網目状の導体10と網目状の絶縁シート20とが絶縁樹脂50で一体化されているため、製造コストを低減することができる。
加えて、本実施形態の絶縁ブスバーは、網目状の導体間が網目状の絶縁シートにより一定間隔を保ち、一般的なブスバーと比較し低インダクタンスであり、一体構造であるため、取り付けが容易であるという、従来の絶縁ブスバーの特徴も兼ね備えている。
したがって、パワーモジュール周辺の小型化も期待でき、今後開発が進むSiCデバイスとして求められる要素に適う、より高耐圧化された絶縁ブスバーを提供することができる。
次に、本発明の絶縁ブスバーの製造方法のある態様について図面を参照しながら説明する。
図2〜図5は、本発明の絶縁ブスバーの製造方法のある態様を示す断面図である。
本実施形態の絶縁ブスバーの製造方法は、「積層体作製工程」と、「貫通端子設置工程」と、「樹脂含浸工程」とを含む。
[導体の穴空け加工]
まず、網目状の導体10A,10Bに対し、貫通端子40を遊嵌させる貫通穴11A,11Bと、貫通端子40に接合させるための貫通穴12A,12Bを設ける。貫通穴11A,11Bは、その内周面と貫通端子40との距離が、網目状の導体10A,10Bに発生する最大電位差に応じた上述の離隔距離d以上となるように設定される。
次に、導体の穴空け加工と同様に、網目状の絶縁シート20に、一定の空隙を設けるように穴空け加工を施して貫通穴21を設ける。ここで、上記空隙は、導体10A,10Bの貫通穴11A,11Bを覆う形状とするために、貫通穴21の内周面と貫通端子40との距離が上述の離隔距離dより狭くなることが好ましい。
図2に示すように、穴空け加工された網目状の導体10及び穴空け加工された網目状の絶縁シート20を、それぞれの貫通穴11,12の位置が厚み方向に一致するように積層して積層体30を作製する。この積層体30は、例えば、絶縁シート20,導体10A,絶縁シート20,導体10B,絶縁シート20の順で厚み方向に積層して作製される。
貫通端子設置工程は、積層体30を貫通するように貫通端子40を接合する工程である。具体的には、図3に示すように、積層体30を作製する際に、厚み方向に積層体30を貫通するように位置合わせされた「導体の穴空け加工」及び「絶縁シートの穴空け加工」において設けられた貫通穴11,12に貫通端子40を設置する工程である。位置合わせされた貫通端子40は、網目状の導体10A,10B、又は絶縁シート20に対してロウ付け、又はハンダ付けにより接合される。
また、網目状の絶縁シート20には、貫通端子40の断面形状に応じた同寸法の貫通穴21が複数形成されている。これら貫通穴21の貫通端子40に対する離隔距離は、網目状の導体10の貫通穴11,12の内周端部を覆う形状とするために、上記離隔距離dより小さいことが好ましい。
次に、図4に示すように、貫通端子40が設置された積層体30を金型81に固定する。具体的に、貫通端子40の貫通方向の一方の端部と他方の端部がそれぞれ、一対の金型81の内面81a,81aに挟まれるようにして積層体30が固定される。
なお、金型81は、後述する溶融した絶縁樹脂50が貫通端子40と金型81との間から漏れ出さないように、互いに共締めされる金型固定治具82,83によって強固に固定される。この際、金型81にはシーリング剤(例えば真空グリースなど)や剥離剤が塗布されていることが好ましい。
また、金型81の材料は、本実施形態の樹脂含浸工程において導体10及び絶縁シート20に対する絶縁樹脂50の含浸に影響を及ぼさない物であれば特に制限はなく、樹脂又は金属からなることが好ましい。
ここで、導体10及び絶縁シート20に含浸させる絶縁樹脂(例えばエポキシ樹脂)にフィラーが添加される場合には、導体10及び絶縁シート20の網目(メッシュ)間隔は、上記フィラーの径より、少なくとも2倍以上大きい必要がある。このように導体10及び絶縁シート20の網目(メッシュ)間隔を規定することで、本工程において積層体30の内部にボイドが残存せず、絶縁樹脂50が積層体30内に十分に行渡る。
また、本工程における絶縁樹脂50の導体10及び絶縁シート20に対する含浸は、溶融した絶縁樹脂50の粘度によって上述した真空引きだけでなく、他方の開口部81Bから加圧して押し出してもよく、真空引きと加圧押し出しを併用してもよい。
以上の工程により、交互に積層した網目状の導体10と網目状の絶縁シート20とを、真空引きにより絶縁樹脂50を含浸し、一体化することで絶縁樹脂50内にボイドが形成され難いという効果を奏する。
また、本実施形態で製造された絶縁ブスバーは、導体と絶縁体との積層構造が、板状体と板状体との接着構造ではないため、絶縁ブスバーに曲げや応力が加わっても導体と絶縁体との剥離が発生し難い。
また、本実施形態で製造された絶縁ブスバーは、接着層を設けることなく、網目状の導体10と網目状の絶縁シート20とが絶縁樹脂50で一体化されているため、製造コストを低減することができる。
加えて、本実施形態で製造された絶縁ブスバーは、網目状の導体間が網目状の絶縁シートにより一定間隔を保ち、一般的なブスバーと比較し低インダクタンスであり、一体構造であるため、取り付けが容易であるという、従来の絶縁ブスバーの特徴も兼ね備えている。
したがって、パワーモジュール周辺の小型化も期待でき、今後開発が進むSiCデバイスとして求められる要素に適う、より高耐圧化された絶縁ブスバーの製造方法を提供することができる。
図6は、本発明の絶縁ブスバーの他の実施形態における構成を示す断面図である。また、図7は、本発明の絶縁ブスバーの製造方法の他の実施形態を示す断面図である。なお、本実施形態の絶縁ブスバー及びその製造方法は、樹脂含浸工程において用いられる金型及びそれによって形成される沿面距離確保部の構成が上述した実施形態と異なるだけであるため、上述の実施形態と重複又は相当する部材等については図に同一符号を付して説明を省略する。
図6に示すように、絶縁ブスバーの他の実施形態として、絶縁樹脂50と一体化され、厚み方向に突出した複数の突起を有する沿面距離確保部60を備えてもよい。この沿面距離確保部60は、図7に示すように、複数の凹部81bが内面に形成された金型81を用いることにより作製することができる。
また、金型81の凹部81bの形状の変更によって、沿面距離確保部60や積層体30の形状に自由度があるため、従来の絶縁ブスバーでは実現困難な沿面距離を確保することができる。例えば、一部を湾曲させた形状の金型を用いることで、図8に示すように、積層体30の貫通端子40A,40B間を湾曲させた湾曲部70を有する絶縁ブスバーを作製することができ、より長い沿面距離D3(D3>D1(図9参照))を確保することができる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに、種々の変更、改良を行うことができる。
20・・・網目状の絶縁シート
30・・・積層体
40・・・貫通端子
50・・・絶縁樹脂
60・・・沿面距離確保部
81・・・含浸注型金型
82・・・金型固定治具
83・・・金型固定治具
84・・・恒温樹脂槽
Claims (6)
- 網目状の導体と網目状の絶縁シートとが積層された積層体と、該積層体を貫通するように接合された貫通端子とを有し、
前記網目状の導体と、前記網目状の絶縁シートと、前記貫通端子とがそれぞれに含浸された絶縁樹脂によって一体成形されたことを特徴とする絶縁ブスバー。 - 前記網目状の絶縁シートの材質が、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、前記絶縁樹脂の含浸性がある絶縁紙、又はグラスファイバーであることを特徴とする請求項1に記載の絶縁ブスバー。
- 前記絶縁樹脂と一体化した沿面距離確保部を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の絶縁ブスバー。
- 網目状の導体と網目状の絶縁シートとを積層して積層体を作製する積層体作製工程と、
前記積層体を貫通するように貫通端子を接合する貫通端子設置工程と、
前記貫通端子が設置された前記積層体を金型に固定し、絶縁樹脂を真空引きすることによって、前記網目状の導体と前記網目状の絶縁シートとを前記絶縁樹脂でそれぞれ含浸して、前記貫通端子と共に一体成形した樹脂含浸工程とを含むことを特徴とする絶縁ブスバーの製造方法。 - 前記網目状の絶縁シートの材質が、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、前記絶縁樹脂の含浸性がある絶縁紙、又はグラスファイバーであることを特徴とする請求項4に記載の絶縁ブスバーの製造方法。
- 前記樹脂含浸工程は、前記絶縁樹脂と一体化した沿面距離確保部を形成することを特徴とする請求項4又は5に記載の絶縁ブスバーの製造方法。
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