JP2012019028A - 素子の半田付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半田付け時に治具と電極と素子の間の「囓り合い」を抑止し、樹脂モールド時に樹脂の流動性及び電極との密着性向上を図る半田付け方法を提供する。
【解決手段】電極1は、その長手方向と交差する方向に延びる切欠き1aにより複数の部分1A〜1Cに区分される。治具2は、電極1の複数の部分1A〜1Cに合わせて、複数の治具片2A〜2Cに分割して構成され、各治具片2A〜2Cに開口2aが設けられる。素子3の半田付けに際し、複数の治具片2A〜2Cを互いに隙間５を介して電極1の各部分1A〜1Cの上に配置すると共に、隣り合う治具片2A〜2Cの境界を切欠き1aに沿って配置し、電極1の各部分1A〜1Cに対して各治具片2A〜2Cを位置決めする。その後、各治具片2A〜2Cの開口2aを通じて電極1の各部分1A〜1Cの上に半田を介して素子3を載置する。その後、熱処理により各素子3を電極1の各部分1A〜1Cの上に半田付けする。
【選択図】図１

Description

この発明は、モータのインバータに使用されるパワーモジュールに係り、詳しくは、パワーモジュールを構成する電極に素子を半田付けするための素子の半田付け方法に関する。

従来、この種の技術として、例えば、図２４，２５，２６に示すように、横長な電極４１の上を治具（図２４において便宜上２点鎖線で示す。）４２により覆い、電極４１の長手方向に沿うように治具４２に設けられた複数の開口４２ａのそれぞれを通じて電極４１の上に半田４４を介して素子４３を載置し、熱処理により各素子４３を電極４１の上に半田付けする方法が知られている。図２４は、上記方法における電極４１と治具４２及び素子４３との関係を平面図により示し、図２５は、同関係を図２４のＣ−Ｃ線断面図により示す。図２６は、図２５の断面図を拡大して示す。一般に、電極４１は銅系の金属より形成され、「１６〜１７（ppm/K）」程度の線膨張係数を有する。治具４２は、カーボンより形成され、電極４１よりも小さい「４〜８（ppm/K）」程度の線膨張係数を有する。従って、半田４４の溶融後に半田４４が凝固点を経て室温に冷えるまでの間には、治具４２よりも電極４１の方が、熱収縮による寸法縮小量が大きい。このときの寸法変化の違いによって、治具４２と電極４１及び素子４３との間で「囓り合い」が生じることがある。

ここで、図２６において、室温での電極４１、素子４３及び治具４２の形状を実線により示し、半田凝固点での電極４１、素子４３及び治具４２の形状を２点鎖線により示す。図２６は、治具４２における開口４２ａの周縁にて、隣接する素子４３に「囓り合い」が生じる状態を示す。この「囓り合い」は、治具４２において、開口４２ａの周縁と素子４３との間にある程度の隙間を設けても、半田温度が凝固点を通過する瞬間に、素子４３が開口４２ａの中のどこに位置するかにより偶発的に発生する避けられない問題である。このときの囓り力が過大になると、半田付け後に治具４２と電極４１が分離できなくなったり、治具４２と干渉した素子４３が損傷したりするおそれがある。

一方、図２７，２８，２９，３０に示すように、電極４１，４９に半田付けされた複数の素子４３の上にリードフレーム４６，５０を半田付けするときには、電極４１，４９を治具４７，５１の上にて位置決めすると共に、リードフレーム４６，５０をピン４８を介して治具４７，５１に位置決めしながら、リードフレーム４６，５０を素子４３に半田付けする方法が採用されている。図２７は、横長な一体タイプの電極４１に複数の素子４３が半田付けされ、それら素子４３に対してリードフレーム４６を半田付けする状態を平面図により示す。図２７において破線楕円で囲む部分は、後工程の樹脂封止後に切断されることとなる。図２８は、同じく半田付け状態を図２７のＤ−Ｄ線断面図により示す。図２９は、分割された複数の電極４９のそれぞれに素子４３が半田付けされ、それら素子４３に対してリードフレーム５０を半田付けする状態を平面図により示す。図２９において破線楕円で囲む部分も、後工程の樹脂封止後に切断されることとなる。図３０は、同じく半田付け状態を図２９のＥ−Ｅ線断面図により示す。これらの場合も、電極４２，４９とリードフレーム４６，５０とに対し、治具４７，５１の「囓り合い」が生じるような状況になり得る。

ここで、下記の特許文献１には、治具と電極と素子との間の「囓り合い」を回避するために、分割された複数の治具を使用して複数の素子を電極に半田付けする技術が記載されている。すなわち、この技術では、相対的に横長の金属製フレーム（電極）の上面の所定箇所に半田を介して複数の電子部品（素子）を載置する。その後、熱処理により各素子を電極に半田付けするに際して、電極と各素子の相対位置を規制する治具を使用する。ここで、各素子は、治具によって外周が取り囲まれることで電極に対する相対位置が規制される。また、治具は、電極よりも相対的に熱膨張の小さい素材から形成され、電極において素子の位置規制が不要な箇所にて分割される。そして、分割された複数の治具は、電極の長手方向に沿って並べられて電極に係止され、電極の長手方向にのみ移動を規制するガイド機構が設けられる。

一方、下記の特許文献２には、半田付けの際の加熱と冷却に起因した電極の反り（変形）を低減するために、電極に開口（切欠き）を設けることが記載される。すなわち、基板（電極）の上面に素子を半田付けすることで構成される電子部品は、電極の下面に開口（切欠き）が設けられる。この切欠きは、電極が加熱される際により大きな反りが発生する方向に交差する方向に設けられる。

実用新案登録第３１０６３７４号公報 特開２００２−２８９９７９号公報

ところが、特許文献１に記載の技術では、治具を複数に分割することで、治具と電極と素子との間の「囓り合い」を低減できるものの、単体の電極が横長な形状を有するので、その電極が熱の出入りにより膨張、収縮する際には、その長手方向の部位によって変形の程度が異なることとなる。このため、電極の部位によっては、治具と電極と素子との間で「囓り合い」が生じるおそれがあった。ここで、電極の変形を抑えるために、特許文献２に記載の技術を採用することが考えられる。しかし、この場合は、電極の下面に設けられる開口と、分割された複数の治具との配置の関係が問題となる。これらをどのような関係で配置するかは、「囓り合い」の抑止効果を高める上で問題となる。

一方、電極と素子等を半田付けした後、それらを樹脂モールドすることが考えられる。この場合、樹脂の流動性や、電極と樹脂との密着性を改善することが望まれる。その意味で、電極にどのように開口（切欠き）等を設けるかが問題となる。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、素子を電極に半田付けする際における治具と電極と素子との間の「囓り合い」の抑止効果を高めると共に、半田付けした後に電極と素子を樹脂モールドするときの樹脂の流動性向上と、電極と樹脂との密着性向上を図ることを可能とした素子の半田付け方法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、横長な電極の上を治具により覆い、電極の長手方向に沿うように治具に設けられた複数の開口のそれぞれを通じて電極の上に半田を介して素子を載置し、熱処理により各素子を電極の上に半田付けする素子の半田付け方法において、電極は、その長手方向と交差する方向に延びる切欠きにより複数の部分に区分されており、治具は、電極の複数の部分に合わせて、複数の治具片に分割して構成され、各治具片には開口が少なくとも一つ設けられており、複数の治具片を互いに所定の隙間を介して電極の各部分の上に配置すると共に、隣り合う治具片の境界を切欠きに沿って配置し、電極の各部分に対して各治具片を位置決めし、その後、各治具片の開口を通じて電極の各部分の上に半田を介して素子を載置し、その後、熱処理により各素子を電極の各部分の上に半田付けすることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、横長な電極が、その長手方向と交差する方向に延びる切欠きにより複数の部分に区分される。また、治具は、電極の複数の部分に合わせて、複数の治具片に分割して構成され、各治具片には開口が少なくとも一つ設けられる。そして、複数の治具片を互いに所定の隙間を介して電極の各部分の上に配置すると共に、隣り合う治具片の境界を切欠きに沿って配置し、電極の各部分に対して各治具片を位置決めする。その後、各治具片の開口を通じて電極の各部分の上に半田を介して素子を載置する。その後、熱処理により各素子を電極の各部分の上に半田付けするようにしている。従って、治具が、複数の治具片に分割して構成されるので、熱処理による治具の寸法変化が各治具片毎に生じると共に、その寸法変化が比較的少なくなる。また、電極が切欠きを介して複数の部分に区分され、それらの部分の上に、複数の治具片が互いに所定の隙間を介して配置されると共に、隣り合う治具片の境界が切欠きに沿って配置される。従って、熱処理による電極の寸法変化も、各部分毎に生じることとなり、その寸法変化も比較的少なくなる。更に、素子を半田付けした後に、治具を除去し、電極等を樹脂モールドすることにより、電極の切欠きにも樹脂が流入する。

上記目的を達成するために、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、電極の各部分は、少なくとも一つの角を含み、各治具片は、角に整合する鉤形の脚部を含み、電極の各部分の上に各治具片を配置すると共に、脚部が角の外側を囲むように脚部を角に整合させることにより、電極の各部分に対して各治具片を位置決めすることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、各治具片の脚部を各部分の角の外側を囲むように各角に整合させるだけで、電極の各部分に対して各治具片が位置決めされる。従って、各治具片を位置決めするために、別途の構成を要しない。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、電極の各部分と各治具片は、それらの対向面に、凹凸の関係で係合する係合手段を備え、電極の各部分の上に各治具片を配置して係合手段を係合させることにより、電極の各部分に対して各治具片を位置決めすることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１又は２に記載の発明の作用に加え、各治具片を電極の各部分の上に配置して係合手段を係合させるだけで、電極の各部分に対して各治具片が位置決めされる。従って、各治具片の位置決めのために別途の構成を要しない。

請求項１に記載の発明によれば、素子を電極に半田付けをするときに、治具と電極と素子との間の「囓り合い」の抑止効果を高めることができる。また、半田付けした後に電極と素子を樹脂モールドするときに、樹脂の流動性向上と、電極と樹脂との密着性向上とを図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、治具の構成と位置決めのための操作を簡略化することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、治具の構成と位置決めのための操作を簡略化することができる。

第１実施形態に係り、半田付け方法における電極と治具及び素子との関係を示す平面図。 同実施形態に係り、同じく電極と治具及び素子との関係を示す図１のＡ−Ａ線断面図。 同実施形態に係り、各脚部を含む各治具片と、電極及び素子との関係を示す平面図。 同実施形態に係り、電極と治具及び素子との関係につき図２を拡大して示す断面図。 同実施形態に係り、樹脂モールドされた電極及び素子の状態を一部破断して示す平面図。 従来例に係り、樹脂モールドされた電極及び素子の状態を示す図５に準ずる平面図。 第２実施形態に係り、半田付け方法における電極と治具及び素子との関係を示す平面図。 同実施形態に係り、同じく電極と治具及び素子等との関係を分解して示す図７のＢ−Ｂ線断面図。 同実施形態に係り、同じく電極と治具及び素子等との関係を示す図７のＢ−Ｂ線断面図。 第３実施形態に係り、半田付け方法における電極、素子及びリードフレームと治具との関係を示す平面図。 同実施形態に係り、応力緩和構造の一例を示す斜視図。 同実施形態に係り、応力緩和構造の変形例を示す斜視図。 第４実施形態に係り、半田付け方法における電極、素子及びリードフレームと治具との関係を示す平面図。 第５実施形態に係り、リードフレームを示す平面図。 第６実施形態に係り、半田付け方法における電極、素子及びリードフレームと治具との関係を示す平面図。 同実施形態に係り、各電極片と、治具にて各電極片を位置決めする構成との関係を示す平面図。 第７実施形態に係り、半田付け方法における電極、素子及びリードフレームと治具との関係を示す平面図。 同実施形態に係り、各電極片と、治具にて各電極片を位置決めする構成との関係を示す平面図。 別の実施形態に係り、各脚部を含む各治具片と、電極及び素子との関係を示す平面図。 別の実施形態に係り、各脚部を含む各治具片と、電極及び素子との関係を示す平面図。 別の実施形態に係り、応力緩和構造を示す平面図。 別の実施形態に係り、応力緩和構造を示す平面図。 別の実施形態に係り、応力緩和構造を示す平面図。 従来例に係り、半田付け方法における電極と治具及び素子との関係を示す平面図。 従来例に係り、半田付け方法における電極と治具及び素子との関係を示す図２４のＣ−Ｃ線断面図。 従来例に係り、図２５を拡大して示す断面図。 従来例に係り、電極に複数の素子が半田付けされ、それら素子に対してリードフレームを半田付けする状態を示す平面図。 従来例に係り、同じく半田付け状態を示す図２７のＤ−Ｄ線断面図。 従来例に係り、電極に複数の素子が半田付けされ、それら素子に対してリードフレームを半田付けする状態を示す平面図。 従来例に係り、同じく半田付け状態を示す図２９のＥ−Ｅ線断面図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明における素子の半田付け方法を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態の半田付け方法における電極１と治具２（同図において便宜上２点鎖線で示す。）及び素子３との関係を平面図により示す。図２に、同じく電極１と治具２及び素子３との関係を図１のＡ−Ａ線断面図により示す。

図１，２に示すように、この実施形態の半田付け方法は、基本的には、横長な電極１の上を治具２により覆う。この治具２には、電極１の長手方向に沿うように複数の開口２ａが設けられる。そして、治具２に設けられた複数の開口２ａのそれぞれを通じて、電極１の上に半田４（図２参照）を介して素子３を載置する。その後、それら部材１〜４の全体を熱処理により加熱、冷却することにより、各素子３を電極１の上に半田付けする。

ここで、電極１は、その長手方向と交差する方向に延びる４つの切欠き１ａにより３つの部分１Ａ，１Ｂ，１Ｃに区分される。この実施形態では、図１に示すように、電極１の長手方向と直交する方向（電極１の幅方向）に、一列をなす２つの切欠き１ａが、電極１の長手方向に沿って２列形成される。これら２列の切欠き１ａにより、一つの電極１が３つの部分１Ａ〜１Ｃに区分される。

また、治具２は、電極１の３つの部分１Ａ〜１Ｃに合わせて、３つの治具片２Ａ，２Ｂ，２Ｃに分割して構成される。各治具片２Ａ〜２Ｃは、平面視で四角形状をなし、それぞれ２つの開口２ａが設けられる。また、各治具片２Ａ〜２Ｃの四隅には、鉤形をなす脚部２ｂ（図２参照）が設けられる。図３に、各脚部２ｂ（同図において断面により示す。）を含む各治具片２Ａ〜２Ｃと、電極１及び素子３との関係を平面図により示す。図３に示すように、電極１の各部分１Ａ〜１Ｃは、それぞれ４つの角１ｂを含む。各治具片２Ａ〜２Ｃの脚部２ｂは、各部分１Ａ〜１Ｃの角１ｂに整合するように配置される。この状態では、各脚部２ｂが、電極１の各部分１Ａ〜１Ｃの角１ｂの外側を囲む。これにより、電極１の各部分１Ａ〜１Ｃに対して各治具片２Ａ〜２Ｃを位置決めすることができる。

より詳細には、この半田付け方法は、上記のように構成した電極１と治具２を使うことにより、図１，２において、電極１の各部分１Ａ〜１Ｃに対して各治具片２Ａ〜２Ｃを位置決めする。その後、各治具片２Ａ〜２Ｃの開口２ａを通じて電極１の各部分１Ａ〜１Ｃの上に半田４を介して素子３を載置する。その後、熱処理により各素子３を電極１の各部分１Ａ〜１Ｃの上に半田付けするようにしている。

以上説明したこの実施形態の半田付け方法によれば、横長な電極１が、その長手方向と交差する方向に延びる切欠き１ａにより３つの部分１Ａ〜１Ｃに区分される。また、治具２は、電極１の３つの部分１Ａ〜１Ｃに合わせて、３つの治具片２Ａ〜２Ｃに分割して構成され、各治具片２Ａ〜Ｃには、それぞれ２つの開口２ａが設けられる。

そして、この実施形態では、治具２が３つの治具片２Ａ〜２Ｃに分割して構成されるので、熱処理による治具２の寸法変化が各治具片２Ａ〜２Ｃ毎に生じ、その寸法変化が比較的少なくなる。また、電極１が切欠き１ａを介して３つの部分１Ａ〜１Ｃに区分され、それらの部分１Ａ〜１Ｃの上に、３つの治具片２Ａ〜２Ｃが互いに所定の隙間５を介して配置されると共に、隣り合う治具片２Ａ〜２Ｃの境界（隙間５）が切欠き１ａに沿って配置される。従って、熱処理による電極１の寸法変化も、各部分１Ａ〜１Ｃ毎に生じることとなり、その寸法変化も比較的少なくなる。このため、電極１及び素子３の熱収縮に伴い各治具片２Ａ〜２Ｃが変位するだけとなり、隣り合う治具片２Ａ〜２Ｃは互いに接触することがない。この結果、素子３を電極１に半田付けをするときに、治具２と電極１と素子３との間の「囓り合い」の抑止効果を高めることができる。

また、従来技術では、図２６に示すように、治具４２と素子４３との間に「囓り合い」が生じた。これに対し、この実施形態では、図１に示すように、電極１の長手方向における治具２（治具片２Ａ〜２Ｃ）と素子３との間の「囓り合い」は、治具２が各治具片２Ａ〜２Ｃに分離独立しているので発生せず、従来技術のような「囓り合い」の発生の心配がない。また、この実施形態では、電極１の長手方向と直交する方向に各組の２つの素子３が並んで配置されているが、それらの素子３の間隔は小さく、各治具片２Ａ〜２Ｃと素子３との間の「囓り合い」は無視できるほど小さい。

図４に、図２を拡大して断面図により示す。図４において、室温での電極１、素子３及び治具２の形状を実線により示し、半田凝固点での電極１、素子３及び治具２の形状を２点鎖線により示す。図４から、治具２が各治具片２Ａ〜２Ｃに分離独立して十分な隙間５設けられているので、隣り合う素子３と素子３との間に、治具片２Ａ〜２Ｃが囓り合うことを防止できることが分かる。

また、この実施形態では、パワーモジュールを製造するために、電極１に素子３等を半田付けした後は、治具２を取り除き、電極１及び素子３等を樹脂モールドするようになっている。このとき、電極１の切欠き１ａにも樹脂が流入することとなる。このため、樹脂モールドの際における電極１周りの樹脂流動性を向上させることができる。また、切欠き１ａの部分に入った樹脂のアンカー効果により樹脂全体を保持することができ、樹脂と電極１との密着性を向上させることができる。また、切欠き１ａの分だけ電極１の面積が減った分だけ全体を軽量化することができる。図５に、この実施形態に係り、樹脂モールドされた電極１及び素子３の状態を一部破断して平面図により示す。図６に、従来例に係り、樹脂モールドされた電極４１及び素子４３の状態を、図５に準ずる平面図により示す。図５に示す電極１の切欠き１ａの部分では、図６に示す従来例と比べ、樹脂２１の流路が拡大され、樹脂２１の流動抵抗が低下することとなる。この意味で、樹脂２１の流動性を向上させることができる。また、図５に示すように、電極１の切欠き１ａの部分では、素子３を実装する面方向に対して垂直な面ができる。このため、冷却ストレス時に、電極１と樹脂２１との間の線膨張係数差により発生する素子実装面方向に作用する剪断力に対し、電極１と樹脂２１との密着力を向上させることができる。更に、比重の大きい電極１の体積が、切欠き１ａの分だけ減ることで、全体を軽量化することができる。

また、この実施形態では、各治具片２Ａ〜２Ｃの脚部２ｂを、各部分１Ａ〜１Ｃの角１ｂの外側を囲むように各角１ｂに整合させるだけで、各部分１Ａ〜１Ｃに対して各治具片２Ａ〜２Ｃが位置決めされる。従って、各治具片２Ａ〜２Ｃを位置決めするために、別途の構成を要しない。このため、治具２の構成と位置決めのための操作を簡略化することができる。また、各治具片２Ａ〜２Ｃごとに、その四隅にて電極１の各部分１Ａ〜１Ｃの角１ｂに対して位置決めするので、長いスパンで位置決めすることができ、各治具片２Ａ〜２Ｃの回転方向におけるガタを少なくすることができる。この結果、電極１の各部分１Ａ〜１Ｃに対して素子３を精度良く位置決めすることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明における素子の半田付け方法を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において、前記第１実施形態と同等の構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

図７に、この実施形態の半田付け方法における電極１と治具（同図において便宜上２点鎖線で示す。）２及び素子３との関係を平面図により示す。図８に、同じく電極１と治具２（治具片２Ｃ）及び素子３等との関係を分解して図７のＢ−Ｂ線断面図により示す。図９に、同じく電極１と治具２（治具片２Ｃ）及び素子３等との関係を図７のＢ−Ｂ線断面図により示す。

この実施形態では、各治具片２Ａ〜２Ｃを電極１の各部分１Ａ〜１Ｃに位置決めするための構成の点で、第１実施形態と異なる。すなわち、電極１の各部分１Ａ〜１Ｃと各治具片２Ａ〜２Ｃは、それらの対向面に、凹凸の関係で係合する係合手段１１が設けられる。図８，９に示すように、係合手段１１は、電極１の各部分１Ａ〜１Ｃの上面に形成されるピン穴１２と、各治具片２Ａ〜２Ｃの下面に突設されたピン１３とにより構成される。図７に示すように、ピン１３は、四角形状をなす各治具片２Ａ〜２Ｃにおける一組の対角の近傍にそれぞれ２本配置される。ピン穴１２は、それらピン１３の配置に整合するように、電極１の各部分１Ａ〜１Ｃにそれぞれ２個配置される。そして、図８に示すように、電極１の各部分１Ａ〜１Ｃの上に各治具片２Ａ〜２Ｃを配置し、ピン１３とピン穴１２を整合させる。その後、図９に示すように、ピン１３とピン穴１２を係合させることにより、電極１の各部分１Ａ〜１Ｃに対して各治具片２Ａ〜２Ｃを位置決めするようになっている。

従って、この実施形態では、各治具片２Ａ〜２Ｃの位置決めのために別途の構成を必要としない。このため、治具２の構成と位置決めのための操作を簡略化することができる。

図９において、室温での電極１、素子３及び治具２（治具片２Ｃ）等の形状を実線により示し、半田凝固点での電極１、素子３及び治具２（治具片２Ｃ）等の形状を２点鎖線により示す。図９に示すように、素子３と治具２（治具片２Ｃ）との間、又は、ピン１３と電極１との間で「噛み合い」は生じるが、寸法変形が極めて少ないので、素子３と電極１との半田付けへの影響は少ない。

＜第３実施形態＞
次に、この実施本発明における素子の半田付け方法を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１０に、この実施形態の半田付け方法における電極１、素子３及びリードフレーム６と治具７（同図において便宜上２点鎖線で示す。）との関係を平面図により示す。この実施形態では、第１及び第２の実施形態とは異なり、電極２に半田付けされた素子３をリードフレーム６に対して半田付けする場合について説明する。図１０において、治具７は、電極１の下側に配置される。この状態で、電極１は、治具７に形成された凹部に嵌め込まれることで位置決めされる。リードフレーム６は、治具７上に突設された２つのピン１４に係合することで位置決めされる。

横長な電極１上には、２つ一組をなす素子３が、電極１の長手方向に沿って３組配列される。リードフレーム６は、各組の素子３に接合される３本の接合部６ａ，６ｂ，６ｃと、それらの接合部６ａ〜６ｃの基端部をつなぐ連結部６ｄと、一端に位置する接合部６ｃから突出する端子部６ｅとを含む。リードフレーム６の一つの接合部６ａの基端及び端子部６ｅの先端には、それぞれピン１４に係合するピン孔６ｆが形成される。

この実施形態では、治具７に位置決めされた電極１上の素子３の上に半田を介してリードフレーム６の一部を載置する。その後、それら部材１，３，６の全体を熱処理により加熱、冷却することにより、リードフレーム６を各素子３の上に半田付けするようにしている。

このように半田付けを行う場合、半田凝固点から室温まで温度低下するときには、熱収縮量の差により、治具７とリードフレーム６との間に応力が発生する。また、リードフレーム６と電極１との間に温度差が生じ、それによる両者６，１の間に寸法差が発生して歪みが発生し、リードフレーム６に接合される素子３に応力が発生するおそれがある。

そこで、この実施形態では、図１０に複数の２点鎖線四角で示すように、リードフレーム６の複数の部位８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄに、応力緩和構造９（図１１，１２参照）が設けられる。第１部位８Ａ及び第４部位８Ｄは、素子３とピン１４との間の部位であり、第２及び第３の部位８Ｂ，８Ｃは、隣り合う素子３の組みの間の部位である。

図１１に、この実施形態の応力緩和構造９の一例を斜視図により示す。この応力緩和構造９は、リードフレーム６の板材の一部を上方へチャネル状に折り曲げることで構成される。リードフレーム６の板材は、材料平面に垂直な力に対し変形しやすいので、発生した応力に応じて変形する。図１１に示す矢印Ｆ１は、応力の作用する方向を示す。この応力緩和構造９により、リードフレーム９に作用する応力を緩和し、素子３に加われる応力を低減することができる。この応力緩和の程度は、リードフレーム６における応力緩和構造９の数、応力に垂直な面の長さ、リードフレーム６の板幅を変更することで調整できる。

この実施形態の応力緩和構造９によれば、別途の構成部品を必要としないので、比較的低コストで製作することができる。また、リードフレーム６における通電断面積に変化がないので、リードフレーム６における電流容量を損なうことがない。

図１２に、応力緩和構造９の変形例を斜視図により示す。図１１に示す応力緩和構造９と異なり、この変形例の応力緩和構造９は、リードフレーム６の板材の一部を上方及び下方へチャネル状に折り曲げることで構成される。図１２に示す矢印Ｆ１は、応力の作用する方向を示す。この変形例では、図１１の応力緩和構造９よりもその効果を増大させることが可能である。

その他の変形例として、図１１，１２に示す応力緩和構造９のように角形に折り曲げるのではなく、湾曲形に折り曲げた応力緩和構造とすることもできる。要は、応力緩和構造は、リードフレーム６の板材を、応力の垂直方向に一定の高さで形成すればよい。

＜第４実施形態＞
次に、本発明における素子の半田付け方法を具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１３に、この実施形態の半田付け方法における電極１０、素子３及びリードフレーム１６と治具７（同図において便宜上２点鎖線で示す。）との関係を平面図により示す。この実施形態では、電極１０とリードフレーム１６の構成の点で第３実施形態と異なる。すなわち、電極１０は、３つに分割された電極片１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにより構成される。各電極片１０Ａ〜１０Ｃの上には、２つ一組をなす素子３が半田付けされる。リードフレーム１６は、これら素子３に半田付けされる３本の接合部１６ａ，１６ｂ，１６ｃと、それら接合部１６ａ〜１６ｃの基端部をつなぐ連結部１６ｄと、連結部１６ｄの一端及び他端から延びる端子部１６ｅ，１６ｆとを含む。各端子部１６ｅ，１６ｆの先端には、それぞれピン１４に係合するピン孔１６ｇが形成される。

この実施形態では、図１３において２点鎖線の四角で示すように、リードフレーム１６の複数の部位１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄに、応力緩和構造９（図１１，１２参照）が設けられる。第１部位１８Ａ及び第４部位１８Ｄは、素子３とピン１４との間の部位であり、第２及び第３の部位１８Ｂ，１８Ｃは、隣り合う素子３の間の部位である。この実施形態の応力緩和構造９の構成は、第３実施形態で説明した図１１，１２に示す応力緩和構造９のそれと同じである。

従って、この実施形態でも、リードフレーム１６と素子３との間等の応力緩和につき、第３実施形態と同等の作用効果を得ることができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明における素子の半田付け方法を具体化した第５実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１４に、この実施形態のリードフレーム１６を平面図により示す。この実施形態の応力緩和構造１９は、リードフレーム１６の板幅方向に互い違いに形成された２本のスリット１９ａと、それらのスリット１９ａの間に形成された細長い１本のビーム１９ｂとにより構成される点で、板材を折り曲げて構成された第３及び第４の実施形態の応力緩和構造９とは構成が異なる。ビーム１９ｂは、図１４に矢印Ｆ１で示す応力の方向に対し垂直に延び、所定幅を有する。ビーム１９ｂの長さと幅は、予想される応力の大きさに応じて設定される。

従って、この実施形態によれば、リードフレーム１６の一部を加工することで応力緩和構造１９が構成されるので、別途の部品を設ける必要がなく、曲げ加工の必要もなく、製作コストを抑えることができる。また、リードフレーム１６をその板厚方向に変形させないので、応力緩和構造１９として体格の増加がなく、小型化及び軽量化を図ることができる。また、応力緩和構造１９を加工するために、リードフレーム１６を板厚方向に打ち抜くだけで済むので、リードフレーム１６の全体への影響がなく、寸法精度を確保することができる。更に、樹脂モールドの際には、スリット１９ａ，１９ｂを通じて樹脂が流動するので、樹脂モールドの成形性を向上させることができる。また、素子とリードフレーム１６との半田付けに際して、素子ごとに順に加熱する場合は、スリット１９ａ，１９ｂにより伝熱断面が小さくなり、かつ、ビーム１９ｃに沿って熱が伝わるので、伝熱経路が長くなる。このため、半田ごて等の熱が放熱し難くなり、加熱効率を改善することができ、半田付け性能を向上させることができる。また、ビーム１９ｃは、通電断面が小さいので、過大な電流で溶断することになり、ヒューズとして機能させることもできる。

＜第６実施形態＞
次に、本発明における素子の半田付け方法を具体化した第６実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１５に、この実施形態の半田付け方法における電極１０、素子３及びリードフレーム１６と治具７（同図において便宜上２点鎖線で示す。）との関係を平面図により示す。この実施形態では、応力緩和構造２０の構成の点で第４実施形態と異なる。すなわち、この実施形態では、リードフレーム１６を素子３に半田付けする際に治具７と各電極片１０Ａ〜１０Ｃが当たり応力を受ける部分であって、各電極片１０Ａ〜１０Ｃの側端縁に、応力緩和構造２０が設けられる。この応力緩和構造２０は、両端が閉じたスリット２０ａと、そのスリット２０ａに隣接する細長なビーム２０ｂとにより構成される。

応力緩和構造２０のビーム２０ｂは、図１５に矢印Ｆ１で示す応力の方向に対して垂直に一定の幅で延びる。図１６に、各電極片１０Ａ〜1０Ｃと、治具７にて各電極片１０Ａ〜１０Ｃを位置決めする構成との関係を平面図により示す。図１６に示すように、各電極片１０Ａ〜１０Ｃは、治具７に形成された凹部７ａに収容される。この凹部７ａの内周には、電極片１０Ａ〜１０Ｃの側面に接触可能な平面視で半円形状をなす突起７ｂが形成される。各電極片１０Ａ〜１０Ｃは、凹部７ａの中にて、側面が各突起７ｂに接触する形で位置決めされる。

従って、この実施形態によれば、各電極片１０Ａ〜１０Ｃの一部を加工することで応力緩和構造２０が構成されるので、別途部品を設ける必要がなく、曲げ加工の必要もなく、製作コストを抑えることができる。また、リードフレーム１６や電極片１０Ａ〜１０Ｃをそれらの板厚方向に変形させないので、応力緩和構造２０としては、体格の増加がなく、小型化及び軽量化を図ることができる。また、応力緩和構造２０の加工として、電極片１０Ａ〜１０Ｃを板厚方向に打ち抜くだけで済むので、リードフレーム１６の全体への影響がなく、寸法精度を確保することができる。更に、樹脂モールドの際にスリット２０ａに樹脂が入ることで、樹脂と電極１０Ａ〜１０Ｃとの接着面積を拡大することができ、両者の密着力を向上させることができる。

＜第７実施形態＞
次に、本発明における素子の半田付け方法を具体化した第７実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１７に、この実施形態の半田付け方法における電極１０、素子３及びリードフレーム１６と治具７（同図において便宜上２点鎖線で示す。）との関係を平面図により示す。この実施形態の応力緩和構造２０は、一端が開放されたスリット２０ｃと、そのスリット２０ｃに隣接する細長なビーム２０ｄとにより構成される点で第６実施形態と異なる。

この応力緩和構造２０のビーム２０ｄは、図１７に矢印Ｆ１で示す応力の方向に対して垂直に一定の幅で延びる。図１８に、各電極片１０Ａ〜1０Ｃと、治具7にて各電極片１０Ａ〜１０Ｃを位置決めする構成との関係を平面図により示す。図１８に示すように、この実施形態では、第６実施形態と同様、各電極片１０Ａ〜１０Ｃが、凹部７ａの中で、側面が各突起７ｂに接触する形で位置決めされる。従って、この実施形態でも、第６実施形態と同等の作用効果を得ることができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。

（１）前記第１実施形態では、電極１の形状と各治具片２Ａ〜２Ｃの脚部２ｂの配置の関係を図３に示す状態に構成したが、この配置を図１９に示す状態に構成することもできる。すなわち、第１実施形態では、図３に示すように、各治具片２Ａ〜２Ｃの四隅に鉤形の脚部２ｂを設け、それら脚部２ｂを電極１の各部分１Ａ〜１Ｃの４つの角１ｂに整合させるようにした。これに対し、図１９に示すように、電極１に設けられる切欠き１ａを、互い違いに２つ配置し、３つの治具片２Ａ〜２Ｃのうち両端に位置する治具片２Ａ，２Ｃの脚部２ｂをそれぞれ３つとし、中央に位置する治具片２Ｂの脚部２ｂを、切欠き１ａに合わせて２つとする。

（２）前記第１実施形態では、電極１の形状と各治具片２Ａ〜２Ｃの脚部２ｂの配置の関係を図３に示す状態に構成したが、この配置を図２０に示す状態に構成することもできる。すなわち、図１９に示す状態とは異なり、図２０に示すように、電極１に設けられる切欠き１ａを、互い違いに４つ配置し、３つの治具片２Ａ〜２Ｃのうち両端に位置する治具片２Ａ，２Ｃの脚部２ｂをそれぞれ３つとし、中央に位置する治具片２Ｂの脚部２ｂを、切欠き１ａに合わせて２つとする。

（３）前記第５実施形態では、図１４に示すように、リードフレーム１６の板幅方向に互い違いに２本のスリット１９ａを形成し、それらのスリット１９ａの間に細長い１本のビーム１９ｂを形成することにより、応力緩和構造１９を構成した。これに対し、図２１に一部を平面図に示すように（図中の矢印Ｆ１は応力の方向を示す。）、リードフレーム１６の板幅方向に互い違いに４本のスリット１９ａを形成し、それらのスリット１９ａの間に細長い３本のビーム１９ｂを形成することにより、応力緩和構造１９を構成してもよい。この場合、ビーム１９ｂの幅が一定であれば、ビーム１９ｂの合計の長さがビーム１９ｂの弾性力（剛性）を決定することとなる。

（４）同じく前記第５実施形態の応力緩和構造１９に対し、図２２に一部を平面図に示すように（図中の矢印Ｆ１は応力の方向を示す。）、リードフレーム１６を、その途中で予め板幅方向にオフセットすると共に、そのオフセットした部分にて、板幅方向に互い違いに２本のスリット１９ａを形成し、それらのスリット１９ａの間に細長い１本のビーム１９ｂを形成することにより、応力緩和構造１９を構成してもよい。この場合、オフセットの寸法を決定することでビーム１９ｂの長さを調整することができ、ビーム１９ｂの幅が一定であれば、ビーム１９ｂの長さによりビーム１９ｂの弾性力（剛性）を決定することができる。

（５）同じく前記第５実施形態の応力緩和構造１９に対し、図２３に一部を平面図に示すように（図中の矢印Ｆ１は応力の方向を示す。）、リードフレーム１６の板幅方向に互い違いに３本のスリット１９ａを形成し、それらのスリット１９ａの間に細長い２本のビーム１９ｂを形成すると共に、それらビーム１９ｂの長さをリードフレーム１６の板幅よりも大きくすることにより、応力緩和構造１９を構成してもよい。この場合、ビーム１９ｂの幅が一定であれば、ビーム１９ｂの長さを調整することで、ビーム１９ｂの弾性力（剛性）を決定することができる。

この発明は、モータのインバータに使用されるパワーモジュールの製造に利用することができる。

１ 電極
１ａ 切欠き
１ｂ 角
１Ａ 部分
１Ｂ 部分
１Ｃ 部分
２ 治具
２ａ 開口
２ｂ 脚部
２Ａ 治具片
２Ｂ 治具片
２Ｃ 治具片
３ 素子
４ 半田
５ 隙間
１１ 係合手段
１２ ピン穴
１３ ピン

Claims (3)

1. 横長な電極の上を治具により覆い、前記電極の長手方向に沿うように前記治具に設けられた複数の開口のそれぞれを通じて前記電極の上に半田を介して素子を載置し、熱処理により前記各素子を前記電極の上に半田付けする素子の半田付け方法において、
   前記電極は、その長手方向と交差する方向に延びる切欠きにより複数の部分に区分されており、
   前記治具は、前記電極の複数の部分に合わせて、複数の治具片に分割して構成され、前記各治具片には前記開口が少なくとも一つ設けられており、
   前記複数の治具片を互いに所定の隙間を介して前記電極の各部分の上に配置すると共に、隣り合う前記治具片の境界を前記切欠きに沿って配置し、前記電極の各部分に対して前記各治具片を位置決めし、
   その後、前記各治具片の前記開口を通じて前記電極の各部分の上に前記半田を介して前記素子を載置し、
   その後、熱処理により前記各素子を前記電極の各部分の上に半田付けする
   ことを特徴とする素子の半田付け方法。
2. 前記電極の各部分は、少なくとも一つの角を含み、
   前記各治具片は、前記角に整合する鉤形の脚部を含み、
   前記電極の各部分の上に前記各治具片を配置すると共に、前記脚部が前記角の外側を囲むように前記脚部を前記角に整合させることにより、前記電極の各部分に対して前記各治具片を位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の素子の半田付け方法。
3. 前記電極の各部分と前記各治具片は、それらの対向面に、凹凸の関係で係合する係合手段を備え、
   前記電極の各部分の上に前記各治具片を配置して前記係合手段を係合させることにより、前記電極の各部分に対して前記各治具片を位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の素子の半田付け方法。

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