JP4882933B2 - 電子部品バスバー接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品バスバー接合構造に関し、特に電子回路部品の端子がバスバーにはんだ接合される電子部品バスバー接合構造に関する。

ICなどの電子回路部品では、側面から多数のリード端子が列状に突出するSIP、DIP、ZIPなどのパッケージ構造が一般的となっている。以下、このようなパッケージ構造の電子回路部品をリード付き電子回路部品とも言うものとする。また、パッケージの底面両端部にそれぞれ露出する端子をもつチップ状電子回路部品も知られている。

これらの電子回路部品の実装では、リード付き電子回路部品のリード端子やチップ状電子回路部品の端子をプリント基板の導体パターンにはんだ付けするのが一般的であるが、これらの端子をバスバーにはんだ付けすることも公知となっている。以下、バスバーに電子回路部品をはんだ接合した構造を電子部品バスバー接合構造と称するものとする。この種の電子部品バスバー接合構造が、下記の特許文献１に記載されている。
特開２００２−９３９９５

（発明の目的）
しかしながら、上記した従来の電子部品バスバー接合構造では、電子回路部品の端子とバスバーとの間のはんだ接合部に掛かる熱応力によりその長期信頼性が低下するという問題があった。この発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、製造性に優れかつはんだ接合部の熱サイクル寿命に優れた電子部品バスバー接合構造を提供することをその目的としている。

（発明の要約）
上記課題を解決するためになされた各発明は、基板上に絶縁シートを介して延設される複数のバスバー及び電子回路部品を備え、電子回路部品の端子が、バスバーにはんだにより接合される電子部品バスバー接合構造に適用される。

第１発明の特徴は、電子回路部品の一方側に配置されて先端部が電子回路部品の端子に接合されるバスバーが基板に固定され、電子回路部品の他方側に配置されて先端部が電子回路部品の端子に接合されるバスバーが、バスバーの長手方向へ長く形成された長孔を貫通してねじによりバスバーの長手方向へ変位可能に基板に締結されている点にある。

すなわち、この発明では、先端部が電子回路部品の端子にはんだ接合されて電子回路部品の両側面の少なくとも一方側に延在するバスバーが基板に対して相対変位可能に締結される。このようにすれば、電子回路部品のリード端子とバスバーとの間のはんだ接合部に掛かるその単位面積あたりの熱応力すなわちストレスを低減し、その結果としてこのはんだ接合部の長期信頼性を大幅に改善できることがわかった。

以下、更に具体的に説明する。

電子回路部品の端子にはんだ接合されるバスバーは、通常は電子回路部品から離れる向きに長く延設される。バスバーの所定の固定領域は、ねじ等により好適には金属製の基板（ケースでもよい）に機械的に固定される。基板へのバスバーの固定は、電子回路部品の端子に接合されるバスバーの端子接合領域からかなり離れて設けられる。なお、バスバーの端子接合領域は通常はバスバーの先端部とされる。固定領域と端子接合領域との間のバスバーの部分は、温度変化によりバスバーの長手方向に伸縮する。しかし、バスバーが固定される基板とバスバーとは異なる材料により構成されるのが通常であるため、バスバーと基板との線膨張係数差によりバスバーと電子回路部品の端子とを接合するはんだ接合部には主としてバスバーの長手方向へ熱応力が加えられ、その耐久性が低下するという問題が発生する。バスバーには電気抵抗低減の観点から銅が通常用いられ、基板には経済的他の観点からアルミニウム（樹脂でもよい）が通常用いられる。

本発明では、電子回路部品の一方側のバスバーは、バスバーの長手方向に長い長孔をもち、この長孔を貫通するねじにより基板に締結される。これにより、上記した基板とバスバーとの線膨張係数差によりバスバーがその長手方向へ伸縮しても、それに応じてバスバーの固定領域が基板に対してバスバーの長手方向へ相対変位することができる。その結果、バスバーの伸縮が上記はんだ接合部に熱応力を与えることがなく、このはんだ接合部の熱サイクル寿命（冷熱サイクル寿命とも言う）を大幅に向上することができる。

バスバーを銅製、基板をアルミニウムとした場合における基板とバスバーとの線膨張係数差による基板に対するバスバーの長手方向への相対的な伸縮現象について、なお、通常の銅製のバスバーやリード端子の線膨張係数は、樹脂やアルミニウム製の基板のそれよりも小さい。

バスバーを基板に室温で相対変位不能に固定し、更にバスバーに電子回路部品の端子をはんだ接合した場合、高温となるとアルミ（又は樹脂）製の基板はバスバーよりもバスバーの長手方向へ大きく膨張する。なお、バスバーは、電子回路部品とのはんだ接合部よりもバスバーの長手方向へ離れた固定領域にて基板に固定されているものとする。その結果、電子回路部品とバスバーとのはんだ接合部はバスバーが固定領域側に引っ張られることになり、はんだ接合部には剪断応力が発生する。温度が低下すると、この状態は解消される。この冷熱サイクルが長期にわたって繰り返されると、はんだ接合部は繰り返し加えられる上記剪断応力ストレスにより破損する。

本発明では、バスバーが基板に対してバスバーの長手方向に相対変位することができるため、上記応力が生じることがなく、その結果、はんだ接合部の熱サイクル寿命は大幅に向上する。なお、上記温度変化の繰り返しは、電子回路部品やバスバーなどの発生熱により生じたり、電子回路部品の環境温度により発生する。電子回路部品の環境温度は特にこの電子回路部品がエンジンルームに配置されたり、モータなどの大発熱部品に実装されたりする場合に特に顕著となる。

また、長孔は、従来の円孔と同様に、銅板からのバスバーのプレス打ち抜きやプレス成形時に同時に形成することができ、かつ、はんだ接合の邪魔となることもないため、従来に比較して生産性が低下することもない。

好適な態様において、電子回路部品の一方側に配置されて先端部が電子回路部品の端子に接合されるバスバーは、ねじにより前記基板に対して相対変位不能に固定され、電子回路部品の他方側に配置されて先端部が電子回路部品の端子に接合されるバスバーは、バスバーの長手方向へ長く形成された長孔を貫通してねじによりバスバーの長手方向へ変位可能に基板に締結されている。つまり、この態様では、電子回路部品の両側に配置される一対のバスバーのうち、一方側のバスバーをねじにより固定領域に固定し、他方側のバスバーを長孔により基板に対して相対変位可能に保持する構成を採用している。このようにすれば、電子回路部品に対してはんだ接合されて全体として一体となっているこれら一対のバスバーが、温度変化により基板に対して固定領域を支点として伸縮することができるため、バスバー及び電子回路部品の一体物と基板との線膨張係数差によりこの一体物に応力が掛かることがない。したがって、すべてのバスバーを基板に固定する従来構造に比べて、熱サイクル寿命を大幅に向上することができる。また、一部のバスバーは従来通り、ねじにより基板に固定できるため、バスバーの機械的安定性の低下を抑止することができる。

好適な態様において、電子回路部品の一方側に配置されて先端部が電子回路部品の端子に接合される複数のバスバーは、ねじにより基板に対して相対変位不能に固定され、電子回路部品の他方側に配置されて先端部が電子回路部品の端子に接合される複数のバスバーは、バスバーの長手方向へ長く形成された長孔を貫通してねじによりバスバーの長手方向へ変位可能に基板に締結されている。すなわち、この態様では、電子回路部品の一方側のすべてのバスバーをねじにより固定領域に固定し、他方側のすべてのバスバーを長孔により基板に対して相対変位可能に保持する構成を採用している。このようにすれば、各バスバーの伸縮により電子回路部品はバスバーの長手方向へ平行移動することができるため、はんだ接合部にねじれ応力が生じることを抑止して、その熱サイクル寿命を向上することができる。また、電子回路部品の一方側のすべてのバスバーは従来通り、ねじにより基板に固定できるため、バスバーの機械的安定性の低下を抑止することができる。

好適な態様において、電子回路部品は、両側面から突出して両側のバスバーに個別にはんだ接合される少なくとも一対のリード端子を有するDIP構造をもつ。このようにすれば、バスバーと基板との線膨張係数差に加えて、電子回路部品のリード端子と基板との線膨張係数差も吸収することができる。

好適な態様において、電子回路部品は、底面両端部に電子回路部品の端子が露出してバスバーの上面にはんだにより接合されるチップ状部品からなる。この態様においても上記と同様の効果を奏することができる。

第２発明の特徴は、ねじは、鍔付き絶縁スリーブによりバスバーに対して電気絶縁されつつバスバーの遊孔を貫通してバスバーが相対変位可能に前記基板の雌ねじ孔に螺入され、遊孔の内径とねじの外径との寸法差が所定の使用環境における温度変化によるバスバーの長手方向の最大伸縮量と鍔付き絶縁スリーブの筒厚との合計よりも大きく設定されている点にある。

すなわち、この発明では、バスバーの遊孔の内径とねじの外径との寸法差が所定の使用環境における温度変化によるバスバーの長手方向の最大伸縮量と鍔付き絶縁スリーブの筒厚との合計よりも大きく設定されているので、バスバーと基板との線膨張係数差に起因して生じる基板に対するバスバーの長手方向への相対伸縮により、バスバーと電子回路部品の端子との間のはんだ接合部に応力がほとんど生じることがない。このため、各バスバーが基板に完全固定される従来技術に比べて、はんだ接合部の熱サイクル寿命を大幅に延長することができる。

本発明の電子部品バスバー接合構造の好適実施形態を図面を参照して説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるべきではなく、その他の公知技術の組み合わせにより本発明を技術思想を実現してもよいことは当然である。

（実施形態１）
この実施形態の電子部品バスバー接合構造を図１、図２を参照して説明する。図１はバスバーの長手方向へ切断した模式縦断面図、図２は図１の模式平面図である。

（全体構成）
図１において、１は本発明で言う電子回路部品をなすDIP構造の樹脂モールドIC、２は金属厚板からなる基板、３Ａ、３Ｂは樹脂モールドＩＣの各リード端子４に接続されるバスバーである。この実施形態では、バスバー３Ａ、３Ｂ及びリード端子４は銅製であり、基板２はアルミ合金製である。リード端子４は、樹脂モールドＩＣ１の両側面から水平に突出した後、斜め下に延在している。その後、リード端子４の先端部は更に水平に延在し、樹脂モールドＩＣ１の両側のバスバー３Ａ、３Ｂに個別にはんだ付けされている。５は電気絶縁用の樹脂フィルムであり、基板２の表面に設けられている。６はリード端子４の先端部とバスバー３Ａ、３Ｂの先端部とを接合するはんだである。バスバー３Ａは、ねじ７Aにより樹脂フィルム５を挟んで基板２に完全にあるいはバスバー３Ａ、３Ｂの長手方向へ固定されている。バスバー３Ｂは、ねじ７Bにより樹脂フィルム５を挟んで基板２に基板２に対して長手方向へ相対変位可能に保持されている。樹脂モールドＩＣ１は、基板２に樹脂フィルム５を挟んで配置されたバスバー３Ｃにはんだ層を介して接合されている。

（バスバー３Ａの固定）
８Aはバスバー３Ａを締結するためのねじ７Aに嵌着された樹脂製の鍔付き絶縁スリーブであり、図示を簡単化するために、鍔付き絶縁スリーブ８Aは、図１において黒く塗りつぶされている。

バスバー３Ａ及び樹脂フィルム５は、互いに連通する断面円形の貫通孔を有し、これらの貫通孔に連通して基板２には雌ねじ穴２１が形成されている。これらの貫通孔を貫通して雌ねじ穴２１にねじ７Aを螺入することにより、バスバー３Ａは基板２に固定される。ねじ７Aに嵌着された樹脂製の鍔付きのスリーブ８Aは、ねじ７Aをバスバー３Ａから電気絶縁している。

（バスバー３Ｂの固定）
８Bはバスバー３Ｂを締結するためのねじ７Bに嵌着された樹脂製の鍔付き絶縁スリーブであり、図示を簡単化するために、鍔付き絶縁スリーブ８Bは、図１において黒く塗りつぶされている。

バスバー３Ｂには長孔９が形成され、この長孔９は、樹脂フィルム５に設けられた貫通孔及び基板２に設けられた雌ねじ穴２２に連通している。長孔９及び樹脂フィルム５の貫通孔を貫通して雌ねじ穴２２にねじ７Bを螺入することにより、バスバー３Ｂは基板２に支持されている。ねじ７Bに嵌着された樹脂製の鍔付きのスリーブ８Bは、ねじ７Bをバスバー３Ｂから電気絶縁している。長孔９は、図２に示すようにバスバー３Ｂの長手方向に長く形成されており、ねじ７Bの螺入は、基板２に対してバスバー３Ｂがその長手方向に相対変位が可能な範囲にて行われている。

なお、図２では、２×６個のリード端子４をもつ樹脂モールドＩＣ１を例示しているが、リード端子４の個数はこれに限定されないことや、セラミックパッケージICなどでもよいことはもちろんである。更に、基板２、バスバー３Ａ、３B及びリード端子４の素材としては、上記に限定されないことも当然である。

（作用）
この電子部品バスバー接合構造の温度変化時の応力状態を以下に説明する。ただし、バスバー３Ａ、３Ｂを銅製、基板２をアルミニウムと仮定する。

高温となると、基板２がバスバー３Ａ、３Ｂよりもバスバー３Ａ、３Ｂの長手方向へ伸びる。これにより、基板２に締結されたねじ７B及び鍔付き絶縁スリーブ８Bは、バスバー３Ａ、３Ｂの長手方向においてねじ７Aから遠ざかる向き移動する。しかし、長孔９の長径は、想定される最大温度変化時の基板２に対するねじ７Bの最大変位量以上とされているため、このねじ７Bの相対変位がバスバー３Ａ、３Ｂにその長手方向に引っ張り応力や圧縮応力を与えることがない。このため、電子回路部品１のリード端子４とバスバー３Ａ、３Ｂとを接合するはんだ６に剪断応力が発生することがなく。このはんだ６の熱サイクル寿命は大幅に向上する。

なお、図２は模式平面図であり、鍔付き絶縁スリーブ８A、８Bの図示は省略されている。

（変形態様）
上記実施形態では、鍔付き絶縁スリーブ８Bの筒部は円筒形状としたが、その代わりにバスバー３Ｂの長孔９に嵌入される長孔としてもよい。この場合には温度変化により鍔付き絶縁スリーブ８Bに対してねじ７Bがバスバー３Ａ、３Ｂの長手方向へ変位することになるが、上記と同様の効果を奏することができる。

（変形態様）
上記実施形態では、ねじ７A、７Bは金属製としたが、電気絶縁性の樹脂によりねじ７A、７Bを作成してもよい。この場合には、鍔付き絶縁スリーブ８A、８Bを省略することができる。

（変形態様）
変形態様を図３に示す。この態様は、図１に示すリード付き電子回路部品である樹脂モールドＩＣ１を、チップ状部品１Aに変更したものである。このチップ状部品１Aの底面には、図３の左右方向両端部に位置して端子が露出しており、これら一対の端子は、はんだ６Aにより直下のバスバー３Ａ、３Ｂに個別に接合されている。この場合においても、上記実施形態１と同様の効果を奏することができる。また、この態様でも、ねじ７A、７Bを樹脂ねじとすることができることは当然である。

（実施形態２）
この実施形態の電子部品バスバー接合構造を図４、図５を参照して説明する。図４はバスバーの長手方向へ切断した模式縦断面図、図５は図４の模式平面図である。ただし、図５では、図２と同様、鍔付き絶縁スリーブの図示は省略されている。

この実施形態は、図１に示す実施形態１において、バスバー３Ｂに長孔９を設ける代わりに、バスバー３Ｂにバスバー３Ａと同様に断面円形の貫通孔３１を設けた点をその特徴としている。したがって、バスバー３Ｂの貫通孔３１は、樹脂フィルム５に設けられた貫通孔及び基板２に設けられた雌ねじ穴２２に連通している。貫通孔３１及び樹脂フィルム５の貫通孔を貫通して雌ねじ穴２１にねじ７Bを螺入することにより、バスバー３Ｂは基板２に支持されている。また、貫通孔３１及び樹脂フィルム５の貫通孔を貫通して雌ねじ穴２１にねじ７Aを螺入することにより、バスバー３Ａは基板２に支持されている。つまり、バスバー３Ｂは、バスバー３Ａと同じように基板２に締結されている。

ただし、この実施形態では、バスバー３Ａ、３Ｂの貫通孔３１は遊孔とされている。バスバー３Ａに設けられた貫通孔（遊孔）３１の内径と、ねじ７Aの外径及び鍔付き絶縁スリーブ８Aの筒厚との合計との寸法差は、想定する最大温度変化によるバスバー３Aの基板２に対する長手方向における最大相対伸縮量（はんだ６の位置における）よりも大きく設定されている。同様に、バスバー３Ｂに設けられた貫通孔（遊孔）３１の内径と、ねじ７Bの外径及び鍔付き絶縁スリーブ８Bの筒厚との合計との寸法差は、想定する最大温度変化によるバスバー３Ｂの基板２に対する長手方向における最大相対伸縮量（はんだ６の位置における）よりも大きく設定されている。

更に、ねじ７A、７Bの螺入量は、バスバー３Ａ、３Ｂがねじ７A、７Bに対してバスバー３Ａ、３Ｂの長手方向へ相対変位（伸縮）可能な範囲に設定される。

このようにすれば、上記実施形態１と同様、バスバー３Ａ、３Ｂと基板２との線膨張係数差によるはんだ６の応力を低減し、その熱サイクル寿命を大幅に延長することができる。

なお、バスバー３Ａの貫通孔３１の内径と、バスバー３Ｂの貫通孔３１の内径とを一致させることは必須でないことはもちろんである。

（変形態様）
ねじ７A、７Bとして、樹脂ねじを採用してもよく、この場合には、上記した鍔付き絶縁スリーブ８A、７Bの筒厚を０とすることができる。

実施形態１の電子部品バスバー接合構造を示す模式縦断面図である。 図１の電子部品バスバー接合構造の模式平面図である。 実施形態１の変形態様を示す電子部品バスバー接合構造の模式縦断面図である。 実施形態２の電子部品バスバー接合構造を示す模式縦断面図である。 図４の電子部品バスバー接合構造の模式平面図である。

符号の説明

１A チップ状部品
１ 樹脂モールドＩＣ（電子回路部品）
２ 基板
３Ａ バスバー
３Ｂ バスバー
３C バスバー
４ リード端子（端子）
５ 樹脂フィルム
６ はんだ
７A ねじ
７B ねじ
８A 鍔付き絶縁スリーブ
８B 鍔付き絶縁スリーブ
９ 長孔
２１ 雌ねじ穴
２２ 雌ねじ穴
３１ 貫通孔

Claims (6)

1. 基板上に絶縁シートを介して延設される複数のバスバー及び電子回路部品を備え、
   前記電子回路部品の端子は、前記バスバーにはんだにより接合される電子部品バスバー接合構造において、
   前記電子回路部品の一方側に配置されて先端部が前記電子回路部品の端子に接合される前記バスバーは、前記基板に固定され、
   前記電子回路部品の他方側に配置されて先端部が前記電子回路部品の端子に接合される前記バスバーは、前記バスバーの長手方向へ長く形成された長孔を貫通してねじにより前記バスバーの長手方向へ変位可能に前記基板に締結されていることを特徴とする電子部品バスバー接合構造。
2. 請求項１記載の電子部品バスバー接合構造において、
   前記電子回路部品の一方側に配置されて先端部が前記電子回路部品の端子に接合される前記バスバーは、ねじにより前記基板に対して相対変位不能に固定され、
   前記電子回路部品の他方側に配置されて先端部が前記電子回路部品の端子に接合される前記バスバーは、前記バスバーの長手方向へ長く形成された長孔を貫通してねじにより前記バスバーの長手方向へ変位可能に前記基板に締結されていることを特徴とする電子部品バスバー接合構造。
3. 請求項１記載の電子部品バスバー接合構造において、
   前記電子回路部品の一方側に配置されて先端部が前記電子回路部品の端子に接合される複数の前記バスバーは、ねじにより前記基板に対して相対変位不能に固定され、
   前記電子回路部品の他方側に配置されて先端部が前記電子回路部品の端子に接合される複数の前記バスバーは、前記バスバーの長手方向へ長く形成された長孔を貫通してねじにより前記バスバーの長手方向へ変位可能に前記基板に締結されていることを特徴とする電子部品バスバー接合構造。
4. 請求項１記載の電子部品バスバー接合構造において、
   前記電子回路部品は、両側面から突出して両側の前記バスバーに個別にはんだ接合される少なくとも一対のリード端子を有するDIP構造をもつ電子部品バスバー接合構造。
5. 請求項１記載の電子部品バスバー接合構造において、
   前記電子回路部品は、底面両端部に前記電子回路部品の端子が露出して前記バスバーの上面にはんだにより接合されるチップ状部品からなる電子部品バスバー接合構造。
6. 基板上に絶縁シートを介して延設される複数のバスバー及び電子回路部品を備え、
   前記電子回路部品の端子は、前記バスバーにはんだにより接合される電子部品バスバー接合構造において、
   ねじは、鍔付き絶縁スリーブにより前記バスバーに対して電気絶縁されつつ前記バスバーの遊孔を貫通して前記バスバーが相対変位可能に前記基板の雌ねじ孔に螺入され、
   前記遊孔の内径と前記ねじの外径との寸法差は、所定の使用環境における温度変化による前記バスバーの長手方向の最大伸縮量と前記鍔付き絶縁スリーブの筒厚との合計よりも大きく設定されていることを特徴とする電子部品バスバー接合構造。