JP6129605B2 - 電力変換装置の製造方法及びそれに用いられる治具 - Google Patents

電力変換装置の製造方法及びそれに用いられる治具 Download PDF

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Description

本発明は、駆動用モータを駆動する駆動回路に用いられ、バスバーから半導体素子へと電力を供給して電力変換を行って出力する電力変換装置の製造方法及びそれに用いられる治具に関する。
本出願人は、特許文献１に開示されるように、高圧バスバー及び低圧バスバーがトランジスタ素子、ダイオード素子に対して半田等で電気的に接続され、該高圧バスバー及び低圧バスバーに接続された金属配線板を介して出力バスバーと接続され、前記高圧バスバー及び低圧バスバーに供給された電力を変換して前記出力バスバーから電気自動車やハイブリッド自動車等に用いられる駆動用モータへと供給する電力変換装置が知られている。
特許第４９７７４０７号公報
本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、バスバーとリードとを接続する際の鉛直方向及び水平方向のばらつきを吸収して確実に接続すると共に、その接合部に設けられた半田を効率的に加熱して接合することが可能な電力変換装置の製造方法及びそれに用いられる治具を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、ケーシングにモールドされたバスバーに一端部が接続され、他端部が半導体素子に接続されるリードを有し、該リードを通じて前記バスバーから前記半導体素子の電極へと電力供給を行う電力変換装置の製造方法であって、
前記電力変換装置は、前記リードの一端部に、前記バスバーに対して当接又は所定間隔離間し、鉛直下方向に所定角度傾斜した屈曲部を有し、
前記屈曲部に臨んで鉛直方向に延在する前記バスバーの鉛直壁と該屈曲部との間に載置された半田を加熱し、前記鉛直壁と前記屈曲部とを互いに前記半田によって接合する接合工程を有し、前記接合工程において、前記バスバーに加熱手段を当接させ加熱した状態で前記ケーシングを保持する治具が用いられ、
前記治具は、前記半導体素子に当接する前記リードのチップ接続部を押圧し、該リードを位置決めして固定する押圧体を有し、
前記接合工程を行う前に、前記電力変換装置を構成するヒートシンクに対して前記ケーシングを載置すると共に前記半田を介して載置する工程と、
基板に対して前記半田を介して複数の半導体素子を配置する工程と、
前記複数の半導体素子を前記リードによって互いに接続する工程と、
前記押圧体によって前記チップ接続部を押圧する工程と、
を有することを特徴とする。
本発明によれば、ケーシングにモールドされたバスバーと半導体素子とを接続するリードを有した電力変換装置において、前記リードの一端部に形成され前記バスバーに対して当接又は所定間隔離間して鉛直下方向に所定角度傾斜した屈曲部と前記バスバーの鉛直壁とを接合工程で半田を加熱することによって接合している。
従って、バスバーやリードに寸法ばらつきが生じ、互いの相対的な位置関係が鉛直方向にずれた場合に、前記バスバーの鉛直壁と前記リードとの離間距離が変化することがなく接合工程において半田を加熱することで確実に接合できると共に、水平方向にずれた場合でも、鉛直壁と屈曲部とを接合する半田でばらつきを吸収することができる。その結果、バスバー及びリードが寸法ばらつきに起因して位置ずれした場合でも、鉛直方向及び水平方向の寸法ばらつきを好適に吸収して確実に前記バスバーと前記リードとを接合することができる。
また、接合工程において、バスバーに加熱手段を当接させ加熱した状態でケーシングを保持する治具を用いるとよい。これにより、ケーシングにモールドされ温度上昇しにくいバスバーを加熱手段によって直接加熱することができ、接合されるリードとの温度差を抑制し、前記バスバーと前記リードの屈曲部との間に載置された半田を均等に溶融させて接合することが可能となる。その結果、バスバーとリードとをより一層確実に接合できると共に、その接合部にそれぞれフィレットを形成できるため、該フィレットによって前記接合部の接合状態を目視で容易且つ確実に確認することができる。
さらに、治具は、半導体素子に当接するリードのチップ接続部を押圧し、該リードを位置決めして固定する押圧体を有し、接合工程を行う前に、電力変換装置を構成するヒートシンクに対してケーシングを載置すると共に前記半田を介して載置する工程と、基板に対して前記半田を介して複数の半導体素子を配置する工程と、複数の半導体素子を前記リードによって互いに接続する工程と、前記押圧体によって前記チップ接続部を押圧する工程とを有するとよい。これにより、複数の半導体素子をリードで互いに接続する電力変換装置において、治具の押圧体でチップ接続部を半導体素子へと押圧し、且つ、位置決めすることで前記チップ接続部を前記半導体素子に密着された状態で所定の位置に確実に接続することができる。
さらにまた、ケーシングにモールドされたバスバーに一端部が接続され、他端部が半導体素子に接続されるリードを有し、該リードを通じて前記バスバーから前記半導体素子の電極へと電力供給を行う電力変換装置の製造に用いられる治具であって、
前記バスバーは鉛直方向に延在する鉛直壁を有し、前記リードの一端部には前記鉛直壁に対して所定間隔離間し、鉛直下方向に所定角度傾斜した屈曲部を有し、前記鉛直壁と前記屈曲部とが半田によって互いに接合された接合部が形成され、
前記治具は、前記ケーシングの載置されるベース体と、
前記ベース体に対して離間し、前記電力変換装置の上方を覆う遮蔽部材と、
前記バスバーに当接し加熱する加熱手段と、
を備え、
前記遮蔽部材には、少なくとも前記接合部に臨む位置に開口部が形成され、該開口部を通じて前記接合部近傍が加熱され、前記半導体素子に当接する前記リードのチップ接続部を該半導体素子側に向かって押圧する押圧体を備えることを特徴とする。
本発明によれば、リードの一端部をケーシングにモールドされたバスバーに接続し、他端部を半導体素子に接続する電力変換装置の製造に用いられる治具において、前記ケーシングが載置されるベース体と、前記ベース体に対して離間して前記電力変換装置の上方を覆う遮蔽部材と、前記バスバーに当接して加熱する加熱手段とを備えている。そして、治具に装着された電力変換装置を加熱することでリードをバスバー及び半導体素子に接続する際、遮蔽部材の開口部を通じて接合部近傍に熱を付与させることで、ケーシングにモールドされ温度上昇しにくいバスバー近傍を効果的に加熱させることができると共に、さらに加熱手段によって前記バスバーを直接加熱することができる。
従って、バスバーを積極的に加熱することでリードとの間の温度差が抑制され、略同一の温度に加熱されたバスバー及びリードによって半田を均等に溶融させ確実に接合することができると共に、前記バスバー及びリードに対してフィレットを形成することができる。その結果、バスバーとリードとを確実に接合して電気的に接続しつつ、その接合状態を作業者が目視によって容易且つ確実に確認することが可能となる。
また、バスバーやリードに寸法ばらつきが生じ、互いの相対的な位置関係が鉛直方向にずれた場合に、前記バスバーの鉛直壁と前記リードとの離間距離が変化することがなく半田によって確実に接合できると共に、水平方向にずれた場合でも、鉛直壁と屈曲部とを接合する半田でばらつきを吸収することができる。その結果、バスバー及びリードが寸法ばらつきに起因して位置ずれした場合でも、鉛直方向及び水平方向の寸法ばらつきを好適に吸収して確実に接合することが可能となる。
さらに、半導体素子に当接するリードのチップ接続部を該半導体素子側に向かって押圧する押圧体を備えることにより、前記チップ接続部を前記半導体素子側へと押圧して密着させることが可能となるため、前記チップ接続部と前記半導体素子とを確実に接続することが可能となる。
本発明によれば、以下の効果が得られる。
すなわち、ケーシングにモールドされたバスバーと半導体素子とを接続するリードを有した電力変換装置において、前記リードの一端部に形成され前記バスバーに対して所定間隔離間して鉛直下方向に所定角度傾斜した屈曲部と前記バスバーの鉛直壁とを接合工程において半田を加熱して互いに接合できると共に、前記バスバーや前記リードに寸法ばらつきが生じ、互いの相対的な位置関係がずれた場合でも、半田によって鉛直方向及び水平方向のばらつきを吸収して確実に接合することが可能となる。
本発明の実施の形態に係る電力変換装置の製造に用いられる治具を示す外観斜視図である。 図１に示される電力変換装置の一部平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図４Ａは、図２の電力変換装置における第１バスバーと接続リードとの接合部位近傍を示す拡大断面図であり、図４Ｂは、図４Ａにおける第１バスバーと接続リードとが接合される前の状態を示す拡大断面図である。
本発明に係る電力変換装置の製造方法について、それを実施する治具との関連で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る治具を用いて製造される電力変換装置を示す。
先ず、この治具を用いて製造される電力変換装置１０について図１〜図３を参照しながら説明する。この電力変換装置１０は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に用いられる駆動用モータを駆動するためのインバータ装置であり、図２及び図３に示されるように、樹脂製材料からなるケーシング１２と、前記ケーシング１２の下部に設けられるヒートシンク１４と、前記ケーシング１２の内部に収納される回路基板１６と、該回路基板１６の上面に実装される複数の半導体チップ（半導体素子）１８ａ、１８ｂと、前記ケーシング１２にモールドされる第１及び第２バスバー２０、２２と、前記半導体チップ１８ａ、１８ｂを前記第１バスバー（バスバー）２０に対して接合する接続リード（リード）２４とを含む。
ケーシング１２は、その中央部に幅方向に沿って延在して断面矩形状に形成された絶縁部２６と、該絶縁部２６に対して所定間隔離間して略平行に設けられるサイド部２８とからなり、前記絶縁部２６には第１バスバー２０が一体的にモールドされ、サイド部２８にはそれぞれ第２バスバー２２が一体的にモールドされる。
そして、ケーシング１２の下面には、例えば、アルミニウムや銅等の金属製材料からプレート状に形成されたヒートシンク１４が設けられ、該ヒートシンク１４によって前記下面が覆われる。このヒートシンク１４は、その上面に設けられる半導体チップ１８ａ、１８ｂで生じた熱を外部へと放熱する目的で設けられる。
第１バスバー２０は、図３に示されるように、例えば、金属製材料から上方（矢印Ａ１方向）に向かって開口した断面Ｕ字状に形成され、ケーシング１２の絶縁部２６に沿って一直線状に形成されると共に、前記絶縁部２６の側壁には一方の鉛直壁３０ａが外側に露呈している。
第２バスバー２２は、金属製材料から断面Ｌ字状に形成され、ケーシング１２のサイド部２８に沿って一直線状に形成されると共に、第１バスバー２０側（矢印Ｂ１方向）に向かって水平方向に延在する端部がボンディングワイヤ３２によって半導体チップ１８ｂと電気的に接続される。このサイド部２８には、外側に臨む側面に第１バスバー２０における他方の鉛直壁３０ｂが露呈するように設けられる。
そして、この第１及び第２バスバー２０、２２は、例えば、バッテリー等の直流電源に対してケーブル（図示せず）を介してそれぞれ電気的に直接接続される。
回路基板１６は、ケーシング１２において絶縁部２６とサイド部２８との間に設けられ、ヒートシンク１４の上面に板状半田３４を介して設置される。そして、回路基板１６の上面には、例えば、図示しないトランジスタ電極やダイオード電極の形成された複数の半導体チップ１８ａ、１８ｂが配置され、その下面の板状半田３６を介して前記回路基板１６と前記半導体チップ１８ａ、１８ｂとが電気的に接続される。なお、複数の半導体チップ１８ａ、１８ｂは回路基板１６上において互いに所定間隔離間するように配置される。
接続リード２４は、例えば、一定厚さの金属製の板材をプレス加工することによって形成され、水平方向（矢印Ｂ方向）に延在する一組の水平部３８ａ、３８ｂと、該水平部３８ａ、３８ｂに対して鉛直下方向（矢印Ａ２方向）にオフセットするように突出した一組のチップ接続部４０ａ、４０ｂと、該接続リード２４の一端部側（矢印Ｂ１方向）に形成され、一方の水平部３８ａに対して所定角度で折曲された屈曲部４２とからなる。
水平部３８ａ、３８ｂは、接続リード２４の長手方向（矢印Ｂ方向）に沿ってそれぞれ所定長さ、且つ、互いに所定間隔離間して形成され、回路基板１６及び半導体チップ１８ａ、１８ｂと略平行に設けられる。
チップ接続部４０ａ、４０ｂは、水平部３８ａ、３８ｂと略平行な平面状に形成され、一方のチップ接続部４０ａは、断面略Ｕ字状に形成され水平部３８ａと水平部３８ｂとの間に設けられる。また、他方のチップ接続部４０ｂは、断面略Ｌ字状に形成され水平部３８ｂの他端部側（矢印Ｂ２方向）に設けられる。そして、チップ接続部４０ａ、４０ｂは、各半導体チップ１８ａ、１８ｂの上面に当接した状態で板状半田３６を介して接続される。これにより、接続リード２４のチップ接続部４０ａ、４０ｂと各半導体チップ１８ａ、１８ｂとが電気的に接続された状態となる。
屈曲部４２は、図３〜図４Ｂに示されるように、例えば、一方の水平部３８ａの端部に対してチップ接続部４０ａ、４０ｂの突出方向（矢印Ａ２方向）に向かって所定角度で折曲して形成され、絶縁部２６側（矢印Ｂ１方向）となるように配置される。そして、接続リード２４は、一組のチップ接続部４０ａ、４０ｂが半導体チップ１８ａ、１８ｂにそれぞれ接続された状態で、屈曲部４２が第１バスバー２０の鉛直壁３０ａに当接する。
また、図４Ａ及び図４Ｂに示される第１バスバー２０の鉛直壁３０ａと屈曲部４２とがなす接合角度Ｃは、例えば、３５°〜６０°の範囲内（３５°≦Ｃ≦６０°）となる鋭角に設定される。
そして、屈曲部４２と第１バスバー２０の鉛直壁３０ａとの間の空間４４は、下方（矢印Ａ２方向）に向かって徐々に先細となる断面略三角形状に形成され、その内部には溶融した半田Ｈからなる接合部４６が形成される。
この接合部４６は、空間４４内において第１バスバー２０及び接続リード２４の屈曲部４２に対して接触する断面略三角形状に形成され、半田Ｈを加熱することで溶融させた後に固化させることで前記屈曲部４２と第１バスバー２０とを電気的に接続している。
また、接合部４６には、第１バスバー２０及び接続リード２４に対する接触端部に、該第１バスバー２０及び接続リード２４側に向かってそれぞれ断面円弧状に窪んだフィレット４８ａ、４８ｂが形成される（図４Ａ参照）。
さらに、接合部４６は、図４Ａに示されるように、接触端部の表面に引いた接線と第１バスバー２０及び接続リード２４の表面とのなす角度である濡れ角Ｄ（接触角）が９０°未満、すなわち、鋭角となるように形成される（Ｄ＜９０°）。
次に、上述した電力変換装置１０における接続リード２４、半導体チップ１８ａ、１８ｂ及び第１バスバー２０等を、半田Ｈ及び板状半田３６を溶融させることで電気的に接続するリフロー工程を行う際に用いられる治具１００について説明する。
この治具１００は、図１及び図３に示されるように、板状のベースプレート（ベース体）１０２と、該ベースプレート１０２の上面に立設した複数の支柱１０４で支持される遮蔽プレート（遮蔽部材）１０６と、前記ベースプレート１０２と前記遮蔽プレート１０６との間に設けられる複数の押圧体１０８と、前記遮蔽プレート１０６の外縁部に設けられた一組の加熱ブロック（加熱手段）１１０とを含む。
ベースプレート１０２は、例えば、アルミニウム等の金属製材料から板状に形成され、図示しない位置決めピンによって治具１００に対する位置ずれが防止される。
また、ベースプレート１０２の上面には、外縁部に複数（例えば、６本）の支柱１０４が互いに等間隔離間し、且つ、該上面に対して直立するように設けられる。なお、この支柱１０４も金属製材料から形成される。
遮蔽プレート１０６は、例えば、アルミニウム等の金属製材料から略一定厚さで形成され、その外縁部近傍が支柱１０４によってそれぞれ支持される。これにより、遮蔽プレート１０６は、ベースプレート１０２の上方（矢印Ａ１方向）に所定間隔離間した状態で平行に保持される。なお、このベースプレート１０２と遮蔽プレート１０６との鉛直方向（矢印Ａ方向）に沿った離間距離は、その間に収納される電力変換装置１０の高さ寸法と略同等、若しくは、より大きく設定される。
また、遮蔽プレート１０６には、その略中央部に長方形状に開口した開口部１１４が形成され、該開口部１１４は遮蔽プレート１０６の上面と下面とを貫通するように形成されると共に、幅方向に沿って所定長さで形成される。そして、電力変換装置１０が治具１００の内部に載置された際、図３に示されるように、開口部１１４は第１バスバー２０近傍の上方（矢印Ａ１方向）となる位置に形成されている。
この遮蔽プレート１０６は、例えば、支柱１０４の上端部に形成されたピン部１１６が挿通可能なピン孔１１８を複数有し、前記ピン孔１１８にピン部１１６を挿入することで支柱１０４によって支持され、反対に、前記支柱１０４から離間させる方向（上方）に持ち上げることで容易に取り外すことができる。そして、ピン孔１１８にピン部１１６が挿入された状態で、該ピン部１１６にナット１１９を螺合させることで遮蔽プレート１０６が支柱１０４に対して固定される。
そして、治具１００では、遮蔽プレート１０６の取り外された状態で、ベースプレート１０２の位置決めピン（図示せず）に電力変換装置１０を設置した後、前記遮蔽プレート１０６を再び支柱１０４に対して装着することで、前記治具１００に対して前記電力変換装置１０が装着された状態となる。
押圧体１０８は、例えば、ステンレス鋼等の金属製材料から断面長方形状のブロック状に形成され、ベースプレート１０２及び遮蔽プレート１０６とは別体で設けられる。この押圧体１０８は、所定重さを有した錘として用いられ、治具１００の内部に電力変換装置１０が設置された状態で、遮蔽プレート１０６の設置前に接続リード２４における一組のチップ接続部４０ａ、４０ｂの内部に上方から設置することにより、前記チップ接続部４０ａ、４０ｂがそれぞれ下方に設けられた半導体チップ１８ａ、１８ｂ側（矢印Ａ２方向）へと押圧され密着する。この押圧体１０８は、電力変換装置１０におけるチップ接続部４０ａ、４０ｂの形状、数量に応じてそれぞれ複数設けられる。
なお、この押圧体１０８は、上述したようにベースプレート１０２及び遮蔽プレート１０６と別体で構成される場合に限定されるものではなく、例えば、遮蔽プレート１０６において接続リード２４のチップ接続部４０ａ、４０ｂに臨む位置に一体的に接続して設けるようにしてもよい。この場合には、遮蔽プレート１０６を支柱１０４に対して組み付けるのと同時に、押圧体１０８をチップ接続部４０ａ、４０ｂへとそれぞれ挿入できるため組付工数の削減が可能となる。
加熱ブロック１１０は、例えば、熱伝導率の高い金属製材料、又は、カーボンからアーム状に形成され、ケーシング１２の外縁部に設けられ、ベースプレート１０２側に向かって鉛直下方向（矢印Ａ２方向）に延在し、その先端部には該鉛直方向と直交する水平方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に折曲した加熱部１２０を有する。この加熱部１２０は、平面状に形成され鉛直面である接触面１２２を有し、電力変換装置１０における第１バスバー２０の鉛直壁３０ａ、３０ｂに当接可能に設けられる。また、加熱ブロック１１０は、図示しない熱源から照射される赤外線によって所定温度に加熱され、接触面１２２で接触している第１バスバー２０を加熱する。
本発明の実施の形態に係る治具１００及び該治具１００を用いて製造される電力変換装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、前記治具１００を用いて電力変換装置１０のリフロー工程を行う場合について説明する。
先ず、電力変換装置１０のリフロー工程を行う連続炉１５０について簡単に説明する。この連続炉１５０は、図３に示されるように、ワークとなる電力変換装置１０及び治具１００を水平方向に搬送可能な搬送路１５２と、該搬送路１５２に沿って互いに所定間隔離間するように上方及び下方に設けられた一組の第１及び第２ヒータ１５４、１５６とを備える。
次に、この連続炉１５０でリフロー工程を行うために、電力変換装置１０を治具１００に装着する場合について説明する。なお、この電力変換装置１０では、予め接続リード２４が所定位置に配置され、その屈曲部４２と第１バスバー２０との間に円柱状の半田Ｈが載置され（図４Ｂ参照）、一方、半導体チップ１８ａ、１８ｂが板状半田３６を介して回路基板１６上に配置され、該半導体チップ１８ａ、１８ｂの上方に板状半田３６を介して前記接続リード２４のチップ接続部４０ａ、４０ｂが当接した状態にある。
先ず、ベースプレート１０２及び支柱１０４から遮蔽プレート１０６を上方へと取り外した状態とし、ヒートシンク１４側が下方となるように電力変換装置１０を前記ベースプレート１０２の上方から接近させ、該ヒートシンク１４を該ベースプレート１０２の位置決めピンを基準に設置する。この位置決めピンに挿入されることで電力変換装置１０がベースプレート１０２に対して水平方向（矢印Ｂ方向）に移動してしまうことがなく一体的に保持される。
そして、接続リード２４のチップ接続部４０ａ、４０ｂに対してそれぞれ上方から押圧体１０８を挿入する。これにより、各押圧体１０８によってチップ接続部４０ａ、４０ｂが半導体チップ１８ａ、１８ｂ側（矢印Ａ２方向）へと押圧され、板状半田３６を介して該半導体チップ１８ａ、１８ｂにそれぞれ密着する。
次に、ベースプレート１０２に設置された電力変換装置１０の上方を覆うように遮蔽プレート１０６を配置し、そのピン孔１１８に支柱１０４のピン部１１６をそれぞれ挿通させた後、ナット１１９を螺合させ固定する。これにより、遮蔽プレート１０６が、ベースプレート１０２と略平行に電力変換装置１０の上方（矢印Ａ１方向）に配置され、その開口部１１４が第１バスバー２０及びケーシング１２の絶縁部２６に臨む位置に固定される（図３参照）。また、加熱ブロック１１０の加熱部１２０を、第１バスバー２０における鉛直壁３０ａ、３０ｂに当接させる。詳細には、加熱部１２０の接触面１２２が、第１バスバー２０の鉛直壁３０ａ、３０ｂに対してそれぞれ面接触している。
このように治具１００の内部に電力変換装置１０が収納され保持された状態で、前記治具１００を連続炉１５０の搬送路１５２に沿って搬送することで、前記治具１００及び電力変換装置１０が搬送路１５２に沿って水平移動し、その上方及び下方に設置された第１及び第２ヒータ１５４、１５６によって加熱されると共に、遮蔽プレート１０６の開口部１１４を通じて前記第１ヒータ１５４からの熱が第１バスバー２０近傍に直接付与されることで加熱される。
一方、電力変換装置１０における第１バスバー２０近傍以外の部位は、遮蔽プレート１０６によって覆われているため、第１ヒータ１５４からの熱が遮蔽され樹脂製材料からなるケーシング１２が加熱されてしまうことが防止され、該ケーシング１２の温度上昇が抑制される。
また、第１バスバー２０は、第１ヒータ１５４からの熱に加え、図示しない熱源からの熱によって昇温している加熱ブロック１１０の接触作用下に加熱されてさらに昇温する。この第１バスバー２０は、接合される接続リード２４と比較して樹脂製材料にモールドされているため温度が上昇しにくく、第１及び第２ヒータ１５４、１５６によって前記接続リード２４と均等に加熱した場合、前記第１バスバー２０と接続リード２４との加熱状況が異なり、温度差が生じることとなる。
その結果、両者の温度が異なることで空間４４内に載置された半田Ｈの溶融状態が均等とならず、温度の高い接続リード２４側が溶けやすいため流動した半田Ｈの多くが前記接続リード２４側へ移動してしまい、両者を均等に接合することができない。
詳細には、この半田Ｈが固化した接合部４６では、第１バスバー２０側の濡れ角Ｄが鈍角となってしまい、しかも、フィレット４８ａ、４８ｂが形成されないこととなり、その接合状態を目視で確認することが困難となる。
そのため、接続リード２４と比較して温度上昇のしにくい第１バスバー２０を加熱ブロック１１０による熱を加えて積極的に加熱することで、前記接続リード２４との間の温度差を抑制して空間４４内における半田Ｈを前記第１バスバー２０側、接続リード２４側で均等に溶融させることが可能となるため、それぞれフィレット４８ａ、４８ｂの形成された接合部４６を形成できると共に、第１バスバー２０側の濡れ角Ｄ、接続リード２４側の濡れ角Ｄをそれぞれ鋭角とすることができる。
すなわち、第１バスバー２０と接続リード２４とが略同一の温度となるように加熱させることで、第１バスバー２０と接続リード２４との接合を確実に行うことが可能となり、しかも、両方にそれぞれフィレット４８ａ、４８ｂを形成し、接合状態を目視で確認することができる。
最後に、ワークとなる治具１００及び電力変換装置１０が搬送路１５２に沿って連続炉１５０の外部へと搬送されることで、徐々に冷却されていき、溶融していた半田Ｈ及び板状半田３６が徐々に固化し始め、前記半田Ｈが固化して形成された接合部４６によって第１バスバー２０と接続リード２４の屈曲部４２とが接合され電気的に接続された状態になると共に、板状半田３６の固化によって半導体チップ１８ａ、１８ｂが回路基板１６及び接続リード２４のチップ接続部４０ａ、４０ｂに対してそれぞれ電気的に接続される。
そして、上述したように連続炉１５０から搬出され各部位が電気的に接続された後に、遮蔽プレート１０６を再び上方へと取り外し、電力変換装置１０をベースプレート１０２から取り出すことでリフロー工程が終了する。
以上のように、本実施の形態では、電力変換装置１０を構成する第１バスバー２０、接続リード２４及び半導体チップ１８ａ、１８ｂ等を半田Ｈ、板状半田３６によって接続するリフロー工程において、前記第１バスバー２０の鉛直壁３０ａと接続リード２４の屈曲部４２との間に半田Ｈを載置した状態で治具１００に装着し、連続炉１５０の搬送路１５２に沿って搬送することで、上方の第１ヒータ１５４からの熱が遮蔽プレート１０６の開口部１１４を通じて前記第１バスバー２０近傍に付与されるため、樹脂製材料からなるケーシング１２にモールドされた該第１バスバー２０を積極的に昇温させることが可能となり、それに伴って、接続リード２４との間の温度差を抑制して均等とすることができる。
そのため、略同一の温度に加熱された第１バスバー２０及び接続リード２４によって半田Ｈを均等に溶融させて接合できると共に、該半田Ｈによって形成された接合部４６における第１バスバー２０側及び接続リード２４側の濡れ角Ｄをそれぞれ鋭角とすることが可能となり、しかも、第１バスバー２０及び接続リード２４に対してフィレット４８ａ、４８ｂを形成することができる。その結果、第１バスバー２０と接続リード２４とを確実に接合して電気的に接続しつつ、その接合状態を作業者が目視によって容易且つ確実に確認することが可能となる。
また、電力変換装置１０を構成する接続リード２４に屈曲部４２を設け、該屈曲部４２を、鉛直方向（矢印Ａ方向）に延在する前記第１バスバー２０の鉛直壁３０ａに臨むように配置し、前記屈曲部４２と前記鉛直壁３０ａとがなす断面略三角形状の空間４４に配置された半田Ｈを溶融させることで第１バスバー２０と接続リード２４とを接合して電気的に接続している。
そのため、例えば、第１バスバー２０や接続リード２４に寸法ばらつきが生じ、屈曲部４２が水平方向（矢印Ｂ方向）に位置ずれし、前記第１バスバー２０と前記接続リード２４との間の間隙が変化した場合でも、空間４４内で溶融される半田Ｈによって寸法ばらつきを好適に吸収して前記第１バスバー２０と接続リード２４とを確実に接合することができ、一方、前記寸法ばらつきによって第１バスバー２０と接続リード２４とが鉛直方向（矢印Ａ方向）に位置ずれした場合には、鉛直壁３０ａが鉛直方向に延在しているため、前記第１バスバー２０と前記接続リード２４との離間距離が変化することがなく、半田Ｈによって該第１バスバー２０と接続リード２４とを確実に接合することができる。すなわち、第１バスバー２０及び接続リード２４が寸法ばらつきに起因して位置ずれした場合でも、水平方向（矢印Ｂ方向）及び鉛直方向（矢印Ａ方向）のいずれの寸法ばらつきにも容易に対応して確実に接合することが可能となる。
さらに、第１及び第２ヒータ１５４、１５６によって電力変換装置１０を加熱するのと同時に、加熱ブロック１１０によって第１バスバー２０をさらに加熱できるため、樹脂製材料からなるケーシング１２にモールドされ温まりにくく、しかも、前記第１ヒータ１５４と直交するように鉛直方向（矢印Ａ方向）に配置された第１バスバー２０の鉛直壁３０ｂを好適に加熱することが可能となる。その結果、互いに接合される第１バスバー２０及び接続リード２４を均等に加熱して、半田Ｈを溶融させることができるため、均等に濡れ広がった半田Ｈによって両者を均等に接合することができ、その濡れ角Ｄを鋭角にできると共に、両者に対するフィレット４８ａ、４８ｂを形成することが可能となる。
その結果、フィレット４８ａ、４８ｂを有した接合部４６によって第１バスバー２０と接続リード２４との接合状態を、作業者が目視によって容易且つ確実に確認することができる。
さらにまた、電力変換装置１０を構成する接続リード２４のチップ接続部４０ａ、４０ｂには、その上方から内部に押圧体１０８が挿入され、この錘として機能する押圧体１０８によって前記チップ接続部４０ａ、４０ｂが半導体チップ１８ａ、１８ｂ側へと好適に押圧される。その結果、リフロー工程において、押圧体１０８を各チップ接続部４０ａ、４０ｂに挿入するという簡単な作業で、前記チップ接続部４０ａ、４０ｂを半導体チップ１８ａ、１８ｂの上面に密着させ、その間に塗布された板状半田３６が溶融することで前記チップ接続部４０ａ、４０ｂと半導体チップ１８ａ、１８ｂとを確実に接合して電気的に接続することが可能となる。
なお、本発明に係る電力変換装置１０の製造方法及びそれに用いられる治具は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
１０…電力変換装置 １２…ケーシング
１４…ヒートシンク １８ａ、１８ｂ…半導体チップ
２０…第１バスバー ２２…第２バスバー
２４…接続リード ３０ａ、３０ｂ…鉛直壁
３８ａ、３８ｂ…水平部 ４０ａ、４０ｂ…チップ接続部
４２…屈曲部 ４６…接合部
１００…治具 １０２…ベースプレート
１０６…遮蔽プレート １０８…押圧体
１１０…加熱ブロック １１４…開口部
１２０…加熱部 １５０…連続炉
１５４…第１ヒータ １５６…第２ヒータ

Claims (2)

  1. ケーシングにモールドされたバスバーに一端部が接続され、他端部が半導体素子に接続されるリードを有し、該リードを通じて前記バスバーから前記半導体素子の電極へと電力供給を行う電力変換装置の製造方法であって、
    前記電力変換装置は、前記リードの一端部に、前記バスバーに対して当接又は所定間隔離間し、鉛直下方向に所定角度傾斜した屈曲部を有し、
    前記屈曲部に臨んで鉛直方向に延在する前記バスバーの鉛直壁と該屈曲部との間に載置された半田を加熱し、前記鉛直壁と前記屈曲部とを互いに前記半田によって接合する接合工程を有し、前記接合工程において、前記バスバーに加熱手段を当接させ加熱した状態で前記ケーシングを保持する治具が用いられ、
    前記治具は、前記半導体素子に当接する前記リードのチップ接続部を押圧し、該リードを位置決めして固定する押圧体を有し、
    前記接合工程を行う前に、前記電力変換装置を構成するヒートシンクに対して前記ケーシングを載置すると共に前記半田を介して載置する工程と、
    基板に対して前記半田を介して複数の半導体素子を配置する工程と、
    前記複数の半導体素子を前記リードによって互いに接続する工程と、
    前記押圧体によって前記チップ接続部を押圧する工程と、
    を有することを特徴とする電力変換装置の製造方法。
  2. ケーシングにモールドされたバスバーに一端部が接続され、他端部が半導体素子に接続されるリードを有し、該リードを通じて前記バスバーから前記半導体素子の電極へと電力供給を行う電力変換装置の製造に用いられる治具であって、
    前記バスバーは鉛直方向に延在する鉛直壁を有し、前記リードの一端部には前記鉛直壁に対して所定間隔離間し、鉛直下方向に所定角度傾斜した屈曲部を有し、前記鉛直壁と前記屈曲部とが半田によって互いに接合された接合部が形成され、
    前記治具は、前記ケーシングの載置されるベース体と、
    前記ベース体に対して離間し、前記電力変換装置の上方を覆う遮蔽部材と、
    前記バスバーに当接し加熱する加熱手段と、
    を備え、
    前記遮蔽部材には、少なくとも前記接合部に臨む位置に開口部が形成され、該開口部を通じて前記接合部近傍が加熱され、前記半導体素子に当接する前記リードのチップ接続部を該半導体素子側に向かって押圧する押圧体を備えることを特徴とする電力変換装置の製造に用いられる治具。
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