(57)【要約】【課題】電力半導体素子の接続端子と配線部材の接続部を重ね合わせて溶接する際に、融合不良が発生せず、確実に接合することが可能な電力変換装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】接続端子５と金属バスバ７は、それぞれの先端部５ａ、７ａが同一方向を向くように重ね合わせられ、これらの先端部５ａ、７ａ付近においてそれぞれの母材が溶融、融合することにより接合される。金属バスバ７の先端部７ａは、溶接重ね合わせ面１０に対して垂直な断面形状の外郭の一部が曲線となった断面曲線部位１１を有しており、この断面曲線部位１１を溶接重ね合わせ面１０と異なる面（反対側の面)に配置して接続端子５と金属バスバ７を接合するようにしたので、溶接重ね合わせ面１０の先端部に隙間がなく、安定した溶融、融合が行え、融合不良を防止でき、確実に接合することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端子を有する電力半導体素子と、前記端子に接続される接続部を有する部品を備え、前記端子及び前記接続部それぞれの先端部が同一方向を向くように重ね合わされ、互いの前記先端部付近において接合された電力変換装置であって、前記端子及び前記接続部のいずれか一方または両方の前記先端部は、それらの重ね合わせ面に対して垂直な断面形状の外郭の一部が曲線となった断面曲線部位を有し、前記断面曲線部位は、前記重ね合わせ面と異なる面に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
端子を有する電力半導体素子と、前記端子に接続される接続部を有する部品を備え、前記端子及び前記接続部それぞれの先端部が同一方向を向くように重ね合わされ、互いの前記先端部付近において接合された電力変換装置であって、前記端子及び前記接続部のいずれか一方または両方の前記先端部付近に、他の部分よりも板厚が小さい扁平部位が設けられ、前記端子及び前記接続部は、前記扁平部位を含む前記先端部付近において接合されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
端子を有する電力半導体素子と、前記端子に接続される接続部を有する部品を備え、前記端子及び前記接続部それぞれの先端部が同一方向を向くように重ね合わされ、互いの前記先端部付近において接合された電力変換装置であって、前記端子及び前記接続部のいずれか一方の前記先端部が他方の前記先端部よりも突出して配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
電力半導体素子の端子と、前記端子に接続される部品の接続部を、それぞれの先端部が同一方向を向くように重ね合わせ、前記先端部付近においてそれぞれの母材を溶融することにより接合する工程を含み、前記端子及び前記接続部のいずれか一方または両方の前記先端部は、それらの重ね合わせ面に対して垂直な断面形状の外郭の一部が曲線となった断面曲線部位を有するものであり、前記断面曲線部位を前記重ね合わせ面と異なる面に配置して前記端子と前記接続部を接合するようにしたことを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換装置の製造方法であって、前記端子及び前記接続部のうち、板厚が大きい方の前記断面曲線部位を、前記重ね合わせ面と異なる面に配置したことを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項６】
電力半導体素子の端子、及び前記端子に接続される部品の接続部のいずれか一方または両方の先端部に、他の部分よりも板厚が小さい扁平部位を成形加工する工程、
前記端子と前記接続部をそれぞれの先端部が同一方向を向くように重ね合わせ、前記扁平部位を含む前記先端部付近においてそれぞれの母材を溶融することにより接合する工程を含むことを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の電力変換装置の製造方法であって、前記扁平部位は、前記端子または前記接続部をプレス金型で打ち抜き加工する工程において同時に成形加工されることを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項８】
電力半導体素子の端子と、前記端子に接続される部品の接続部を、それぞれの先端部が同一方向を向くように重ね合わせ、前記先端部付近においてそれぞれの母材を溶融することにより接合する工程を含み、前記端子及び前記接続部のいずれか一方の前記先端部が他方の前記先端部よりも突出するように配置して前記端子と前記接続部を接合するようにしたことを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子を有する電力半導体素子と、端子に接続される接続部を有する部品を備え、端子及び接続部それぞれの先端部付近において接合された電力変換装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置において電力変換の主要な働きを担う電力半導体素子は、数百Ａのような大電流を導通させる必要がある。このため、電力半導体素子の接続端子に配線部材の接続部（例えば金属バスバ）を接続する際には、従来、それぞれの平面同士を重ね合わせ、ネジで押圧固定していた。しかし、大電流経路の接続には径の大きいネジが必要であり広い締結スペースを要するため、ネジによる接続は機器の小型化の妨げになっていた。
【０００３】
このため、ネジによる接続に替わる方法として、電力半導体素子の接続端子と配線部材の接続部をアーク溶接により接合する方法が用いられるようになった。例えば特許文献１に示された電力変換装置では、半導体モジュールの主電極端子と、この主電極端子に接続されるバスバ端子とを、その先端部同士が同じ方向を向くように重ね合わせ、その先端部をアーク溶接により接合している。
【０００４】
アーク溶接は、接続部に対してアーク電極を空間的に離間して設置し、接続部とアーク電極間に発生するアーク放電のエネルギーによって接続部それぞれの母材を溶融して接合するものである。一般的に高さ方向の空間を利用して接合でき、電気的正極となるチャックを挟み込むスペースを設けるだけでよいため、ネジによる接続に比べて接続部の面積を縮小することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５９６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、電力変換装置において用いられる電力半導体素子の接続端子や配線部材の接続部は、プレス金型による打ち抜き加工で製造されていることが多い。この際、接続端子や配線部材の接続部は、金型の打ち抜き刃で切断されるため、刃の進入する方向の断面形状の外郭の一部が曲線となった断面曲線部位（いわゆる「ダレ」）が形成される。
【０００７】
電力半導体素子の接続端子と配線部材の接続部を重ね合わせて溶接する際に、この断面曲線部位が溶接重ね合わせ面側に配置されると、溶接重ね合わせ面の先端部に隙間が生じ、断面曲線部位（ダレ）が大きい場合には、この隙間に溶融金属（溶融部）が十分に充填できずに融合不良となることがあった。また、電力半導体素子は熱に弱く、封止材等に用いられている樹脂も熱の影響を受けやすいことから、溶接エネルギーを抑える方が好ましいが、溶接エネルギーが小さいと溶融金属の量も少なくなるため、融合不良がさらに発生しやすいという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、電力半導体素子の端子とこれに接続される部品の接続部が重ね合わされ、それぞれの先端部付近において確実に接合された信頼性の高い電力変換装置を得ることを目的とする。
【０００９】
また、電力半導体素子の端子とこれに接続される部品の接続部を重ね合わせ、それぞれの先端部付近において接合する際に、融合不良が発生せず、確実に接合することが可能な電力変換装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電力変換装置は、端子を有する電力半導体素子と、端子に接続される接続部を有する部品を備え、端子及び接続部それぞれの先端部が同一方向を向くように重ね合わされ、互いの先端部付近において接合された電力変換装置であって、端子及び接続部のいずれか一方または両方の先端部は、それらの重ね合わせ面に対して垂直な断面形状の外郭の一部が曲線となった断面曲線部位を有し、この断面曲線部位は、重ね合わせ面と異なる面に配置されているものである。
【００１１】
また、端子を有する電力半導体素子と、端子に接続される接続部を有する部品を備え、端子及び接続部それぞれの先端部が同一方向を向くように重ね合わされ、互いの先端部付近において接合された電力変換装置であって、端子及び接続部のいずれか一方または両方の先端部付近に、他の部分よりも板厚が小さい扁平部位が設けられ、端子及び接続部は、扁平部位を含む先端部付近において接合されているものである。
【００１２】
また、端子を有する電力半導体素子と、端子に接続される接続部を有する部品を備え、端子及び接続部それぞれの先端部が同一方向を向くように重ね合わされ、互いの先端部付近において接合された電力変換装置であって、端子及び接続部のいずれか一方の先端部が他方の先端部よりも突出して配置されているものである。
【００１３】
また、本発明に係る電力変換装置の製造方法は、電力半導体素子の端子と、端子に接続される部品の接続部を、それぞれの先端部が同一方向を向くように重ね合わせ、先端部付近においてそれぞれの母材を溶融することにより接合する工程を含み、端子及び接続部のいずれか一方または両方の先端部は、それらの重ね合わせ面に対して垂直な断面形状の外郭の一部が曲線となった断面曲線部位を有するものであり、断面曲線部位を重ね合わせ面と異なる面に配置して端子と接続部を接合するようにしたものである。
【００１４】
また、電力半導体素子の端子、及び端子に接続される部品の接続部のいずれか一方または両方の先端部に、他の部分よりも板厚が小さい扁平部位を成形加工する工程と、端子と接続部をそれぞれの先端部が同一方向を向くように重ね合わせ、扁平部位を含む先端部付近においてそれぞれの母材を溶融することにより接合する工程を含んで製造するようにしたものである。
【００１５】
また、電力半導体素子の端子と、端子に接続される部品の接続部を、それぞれの先端部が同一方向を向くように重ね合わせ、先端部付近においてそれぞれの母材を溶融することにより接合する工程を含み、端子及び接続部のいずれか一方の先端部が他方の先端部よりも突出するように配置して端子と接続部を接合するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１〜請求項３に係る電力変換装置によれば、端子及び接続部の重ね合わせ面の先端部において安定した溶融、融合が行え、溶接部の融合不良を防止でき、確実に接合することができる。また、融合する際に十分な導通面積を確保することができるため、接合部の温度上昇を抑制することができ、ヒートサイクルの信頼性が向上する。さらに、接合部の電力ロスを低減することができるため、変換効率が高く、信頼性の高いものとなる。
【００１７】
また、本発明の請求項４〜請求項７に係る電力変換装置の製造方法によれば、電力半導体素子の端子とこれに接続される部品の接続部を重ね合わせて溶接する際に、重ね合わせ面の先端部に隙間がないため安定した溶融、融合が行え、融合不良が発生せず、確実に接合することができる。
【００１８】
さらに、本発明の請求項８に係る電力変換装置の製造方法によれば、電力半導体素子の端子とこれに接続される部品の接続部を重ね合わせて溶接する際に、他方の先端部よりも突出するように配置された先端部が選択的に溶融され、重ね合わせ面の隙間を充填することができるので、融合不良が発生せず、確実に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置を示す断面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の製造方法を説明する断面模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る電力変換装置の製造方法における断面曲線部位の配置による溶融部の形成状態を示す図である。
【図４】比較例における断面曲線部位の配置による溶融部の形成状態を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る電力変換装置の製造方法を説明する断面模式図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る電力変換装置の製造方法を説明する断面模式図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る電力変換装置の製造方法における溶融部の形成状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態である実施の形態１〜実施の形態３について、図面に基づいて説明する。
【００２１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電力変換装置を示す断面模式図である。本実施の形態１における電力変換装置１は、電力変換の主要な働きを担う電力半導体素子２と、電力半導体素子２を制御するための制御基板３と、電力半導体素子２の接続端子５と接続される接続部を有する配線部材（部品）である金属バスバ７を備えている。本実施の形態１では、金属バスバ７は、外部端子台４の金属ターミナル６と一体形成されている。また、外部端子台４及び金属ターミナル６は、電力変換装置１の外装ケース９と一体形成されている。
【００２２】
電力半導体素子２の接続端子５は、電力半導体素子２の主面２ａと平行に突出し、途中で垂直方向（図１では上方）に折れ曲がっている。また、金属バスバ７も同様に、外装ケース９を構成するケース樹脂９ａからその搭載面と平行に突出し、途中で垂直方向に折れ曲がっている。これらの接続端子５及び金属バスバ７それぞれの先端部が同一方向を向くように重ね合わされ、その先端部付近において接合され、接合部８が形成されている。これにより、電力半導体素子２は外部端子台４と電気的に接続される。
【００２３】
電力変換装置１は、制御する電流が大きい（数百Ａ）ため、接続端子部５や金属バスバ７が発熱する。このため、接続端子５及び金属バスバ７を接合している接合部８は、接続端子５及び金属バスバ７の板厚の和（図１中ａで示す）に相当する直径の断面積を確保することが望ましい。これにより、電力変換装置１の動作時における接合部８の過剰な発熱が回避できる。このような接合部８を形成するためには、接合時において、接続端子５及び金属バスバ７の先端部近傍に、それぞれの板厚の和と同等寸法の溶融部８ａ（図３参照。後に詳細に説明する）を形成する必要がある。
【００２４】
また、接続端子５及び金属バスバ７の下方の立ち上がり部位（図１中ｂで示す）は、電力変換装置１を構成する部材の線膨張の違いによる接合部８の熱応力を軽減するストレスリリーフとして作用する。立ち上がり部位にベンド形状などの応力緩和機構を設けることにより、さらに信頼性の向上を図ることができる。
【００２５】
さらに、電力変換装置１の接続端子５や金属バスバ７等の配線部材は、発熱を低減するために銅やアルミニウムのような導電性の高い材料を用いて構成することが好ましい。一方、これらの材料は熱伝導度が大きく、溶接するためには大きなエネルギーが必要となる。一方、電力半導体素子２は熱に弱く、ケース樹脂９ａや封止材等に用いられる樹脂も熱の影響を受けやすい。このため、接続端子５と金属バスバ７の溶接重ね合わせ面１０の先端部に接合部８を形成することにより、溶接に必要なエネルギーを抑制するとともに、電力半導体素子２やケース樹脂９ａからできるだけ離れた位置で溶接することで、これらへの熱影響を回避している。
【００２６】
次に、本実施の形態１における電力変換装置の製造方法について、図２を用いて説明する。図２（ａ）は、電力半導体素子２の接続端子５と金属バスバ７をアーク溶接する際の配置を示している（この図では接合部８及び溶融部８ａは図示していない）。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）中Ａ−Ａで示す位置で切断した断面形状を示している。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、接続端子５と金属バスバ７を溶接する際には、接続端子５及び金属バスバ７の先端部５ａ、７ａに対向する位置に、アーク電極２０が配置される。一方、アース電極２１は、接続端子５及び金属バスバ７を挟み込むように固定される。接続端子５と金属バスバ７は、それぞれの先端部５ａ、７ａが同一方向を向くように重ね合わせられ、これらの先端部５ａ、７ａ付近においてアーク放電のエネルギー（図中、矢印で示す）により、それぞれの母材が溶融、融合することにより接合される。
【００２８】
本実施の形態１では、金属バスバ７の先端部７ａは、図２（ｂ）に示すように、溶接重ね合わせ面１０に対して垂直な断面形状の外郭の一部が曲線となった断面曲線部位１１を有している。この断面曲線部位１１は、いわゆる「ダレ」と呼ばれるもので、金属バスバ７をプレス金型による打ち抜き加工で製造する際に、金型の打ち抜き刃の進入する方向に断面形状の外郭の一部が曲線となったものである。本実施の形態１では、この断面曲線部位１１を溶接重ね合わせ面１０と異なる面（ここでは反対側の面)に配置して、接続端子５と金属バスバ７を接合するようにした。これにより、融合不良が発生せず、十分な断面積（導通面積）を有する接合部８が形成される。
【００２９】
次に、断面曲線部位１１の配置による溶融部の形成状態について、図３及び図４を用いて説明する。図３は、本実施の形態１における配置、すなわち断面曲線部位１１を溶接重ね合わせ面１０と反対側の面に配置した例を示している。また、図４は、比較例として断面曲線部位１１を重ね合わせ面１０側に配置した例を示している。なお、図３（ｂ）に示す溶融部８ａは、アーク放電のエネルギーによってそれぞれの母材が溶融、融合されたものであり、この溶融部８ａが固まることにより図１に示す接合部８となる。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、断面曲線部位１１を溶接重ね合わせ面１０と反対側の面に配置することにより、アーク電極２０に対向する被溶接部側に隙間がなく、アークエネルギー（図中、矢印で示す）は溶融部８ａを形成すべき接続端子５及び金属バスバ７の先端部５ａ、７ａの略中心に向かって安定して集中する。その結果、図３（ｂ）に示すように、それぞれの母材が十分に溶融されて融合し、接続端子５及び金属バスバ７の先端部５ａ、７ａ近傍に、それぞれの板厚の和と同等寸法の溶融部８ａが形成される。
【００３１】
これに対し、図４（ａ）に示すように、断面曲線部位１１を溶接重ね合わせ面１０側に配置した比較例では、アース電極２１の加圧力で接続端子５及び金属バスバ７を接触させるようにしても、アーク電極２０に対向する被溶接部側に隙間が発生するため、アークの集中がばらつき安定しない。その結果、断面曲線部位１１が大きい場合には、図４（ｂ）に示すように、接続端子５側の溶融部８ｂと金属バスバ７側の溶融部８ｃが融合しないまま溶接を完了し、融合不良が発生する場合がある。
【００３２】
なお、本実施の形態１では、金属バスバ７の先端部７ａに断面曲線部位１１が形成されている例について説明したが、本発明は、断面曲線部位１１が接続端子５及び金属バスバ７のいずれか一方または両方の先端部にある場合に適用可能である。接続端子５や金属バスバ７のような配線部材を形成する方法としては、打ち抜き加工の他にエッチング加工があり、エッチング加工は板厚が小さい場合に適用されることが多い。エッチング加工により形成された配線部材には、断面曲線部位１１は発生しない。
【００３３】
また、接合される配線部材のうち、板厚が大きい部材（本実施の形態１では金属バスバ７）に断面曲線部位１１がある方が、融合不良への影響が大きい。このため、本実施の形態１において、仮に、板厚が小さい接続端子５が断面曲線部位を有しており、これが溶接重ね合わせ面１０側に配置されていたとしても、十分な溶融部８ａが確保できるため、融合不良は発生しないと考えられる。なお、板厚の大きい部材の方が、打ち抜き加工による断面曲線部位も大きくなる傾向にある。これらのことから、接続端子５及び金属バスバ７のうち、少なくとも板厚が大きい方の断面曲線部位は、溶接重ね合わせ面１０と異なる面に配置することが望ましいと言える。
【００３４】
本実施の形態１によれば、電力半導体素子２の接続端子５と金属バスバ７をそれぞれの先端部５ａ、７ａが同一方向を向くように重ね合わせて接合する際に、板厚が大きい金属バスバ７の断面曲線部位１１を溶接重ね合わせ面１０と異なる面（反対側の面）に配置して接合するようにしたので、溶接重ね合わせ面１０の先端部に隙間がなく、安定した溶融、融合が行え、融合不良を防止でき、確実に接合することができる。
【００３５】
また、融合する際に十分な導通面積を確保することができるため、接合部８の温度上昇を抑制することができ、ヒートサイクルの信頼性が向上する。さらに、接合部８の電力ロスを低減することができるため変換効率が高く、接合部８の構造信頼性及び電子デバイスの電気的信頼性の高い電力変換装置を得ることができる。
【００３６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２における電力変換装置について、図１を流用して説明する。本実施の形態２における電力変換装置は、上記実施の形態１と同様に、電力半導体素子２と、電力半導体素子２の接続端子５に接続される金属バスバ７を備え、接続端子５及び金属バスバ７それぞれの先端部５ａ、７ａが同一方向を向くように重ね合わされ、互いの先端部５ａ、７ａ付近において接合されたものである。
【００３７】
図５（ａ）は、本実施の形態２において、電力半導体素子２の接続端子５と金属バスバ７をアーク溶接する際の配置を示している（この図では接合部８及び溶融部８ａは図示していない）。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）中Ｂ−Ｂで示す位置で切断した断面形状を示し、図５（ｃ）は、図５（ａ）中Ｃ−Ｃで示す位置で切断した断面形状を示している。
【００３８】
本実施の形態２では、図５（ａ）に示すように、接続端子５及び金属バスバ７の先端部５ａ、７ａ付近に、他の部分よりも板厚が小さい扁平部位５ｂ、７ｂを設け、接続端子５及び金属バスバ７は、これらの扁平部位５ｂ、７ｂを含む先端部５ａ、７ａ付近において接合されたものである。なお、本実施の形態２における電力変換装置のその他の構成及び材料については上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３９】
本実施の形態２における電力変換装置の製造方法について、図５を用いて説明する。まず、電力半導体素子２の接続端子５及び金属バスバ７の先端部付近に、他の部分よりも板厚が小さい扁平部位５ｂ、７ｂを成形加工する。この成形加工の際には、溶接重ね合わせ面１０となる面の反対側から押し潰すように成形し、溶接重ね合わせ面１０に隙間が発生しないようにする。なお、扁平部位５ｂ、７ｂを成形加工する工程は、接続端子５または金属バスバ７をプレス金型で打ち抜き加工する工程において同時に実施される。
【００４０】
次に、図５（ａ）に示すように、接続端子５と金属バスバ７を溶接する際には、接続端子５及び金属バスバ７の先端部５ａ、７ａに対向する位置に、アーク電極２０が配置される。一方、アース電極２１は、接続端子５及び金属バスバ７を挟み込むように固定される。接続端子５と金属バスバ７は、それぞれの先端部５ａ、７ａが同一方向を向くように重ね合わせられ、扁平部位５ｂ、７ｂを含む先端部５ａ、７ａ付近において、アークエネルギー（図中、矢印で示す）によりそれぞれの母材が溶融、融合することにより接合される。
【００４１】
本実施の形態２では、接続端子５及び金属バスバ７の先端部付近に扁平部位５ｂ、７ｂを成形加工することにより、図５（ｂ）に示すように、打ち抜き加工により形成された断面曲線部位１１（ダレ）がなくなり、溶接重ね合わせ面１０が隙間なく接触するため、安定した溶接が実現できる。また、図５（ｃ）に示すように、接続端子５及び金属バスバ７の断面曲線部位１１が溶接重ね合わせ面１０側に配置されていても、扁平部位５ｂ、７ｂによって隙間なく良好な溶接をすることができる。
【００４２】
本実施の形態２によれば、接続端子５及び金属バスバ７の先端部付近に、他の部分よりも板厚が小さい扁平部位５ｂ、７ｂを成形加工し、扁平部位５ｂ、７ｂを含む先端部５ａ、７ａにおいて接合するようにしたので、溶接重ね合わせ面１０の先端部５ａ、７ａに隙間がなく、安定した溶融、融合が行え、融合不良を防止でき、確実に接合することができる。これにより、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００４３】
また、接続端子５及び金属バスバ７の先端部付近を扁平形状に加工することにより、溶接する際の母材の溶融量を制御することができ、ばらつきの少ない安定した溶接が実現できる。さらに、扁平部位５ｂ、７ｂの成形加工は、接続端子５及び金属バスバ７の打ち抜き加工と同時に、容易に実現できるため、新たな工程の追加は必要なく、低コストで行える。
【００４４】
なお、本実施の形態２では、接続端子５及び金属バスバ７両方の先端部付近に扁平部位５ｂ、７ｂを設けたが、扁平部位は、接合される配線部材のうち、いずれか一方に設けてもよい。また、図５（ｃ）では、接続端子５及び金属バスバ７の断面曲線部位１１を溶接重ね合わせ面１０側に配置したが、上記実施の形態１と同様に、断面曲線部位１１を溶接重ね合わせ面１０と反対側の面に配置しても良いことは言うまでもない。
【００４５】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３における電力変換装置について、図１を流用して説明する。本実施の形態３における電力変換装置は、電力半導体素子２と、電力半導体素子２の接続端子５に接続される金属バスバ７を備え、接続端子５及び金属バスバ７それぞれの先端部５ａ、７ａが同一方向を向くように重ね合わされ、互いの先端部５ａ、７ａ付近において接合されたものである。
【００４６】
図６は、本実施の形態３において、電力半導体素子２の接続端子５と金属バスバ７をアーク溶接する際の配置を示している（この図では接合部８及び溶融部８ａは図示していない）。本実施の形態３では、図６に示すように、接続端子５の先端部５ａが金属バスバ７の先端部７ａよりも突出するように重ね合わされ、互いの先端部５ａ、７ａにおいて接合される。なお、本実施の形態３における電力変換装置のその他の構成及び材料については上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００４７】
本実施の形態３における電力変換装置の製造方法について、図６及び図７を用いて説明する。接続端子５と金属バスバ７を溶接する際には、接続端子５及び金属バスバ７の先端部５ａ、７ａに対向する位置に、アーク電極２０が配置される。一方、アース電極２１は、接続端子５及び金属バスバ７を挟み込むように固定される。接続端子５と金属バスバ７は、それぞれの先端部５ａ、７ａが同一方向を向くように重ね合わせられる。
【００４８】
ここで、本実施の形態３では、接続端子５の先端部５ａが金属バスバ７の先端部７ａよりも突出するように重ね合わされる。これにより、接続端子５は、金属バスバ７よりも突出した背高部位５ｃを有し、金属バスバ７の先端部７ａよりも高い位置に先端部５ａが配置される。また、金属バスバ７の断面曲線部位１１は、溶接重ね合わせ面１０側に配置されている。
【００４９】
図７は、本実施の形態３における溶融部の形成状態を示している。図７（ａ）は、溶接を開始する前の状態である。アーク放電を開始すると、図７（ｂ）に示すように、接続端子５の背高部位５ｃの先端部５ａとアーク電極２０の間で積極的にアーク放電を発生する。このため、接続端子５の背高部位５ｃの先端部５ａがアークエネルギー（図中、矢印で示す）により選択的に溶融され、溶融部８ｄを形成する。その後、溶融部８ｄは成長し、図７（ｃ）に示すように、金属バスバ７の高さまで到達する溶融部８ｅとなり、断面曲線部位１１により形成された隙間を充填する。さらに、図７（ｄ）に示すように、接続端子５及び金属バスバ７各々の板厚方向に溶融が進行して溶融部８ａが形成され、溶接が完了する。
【００５０】
このように、本実施の形態３では、金属バスバ７の断面曲線部位１１が溶接重ね合わせ面１０側に配置されていても、背高部位５ｃの先端部５ａが選択的に溶融されて隙間を充填することができるので、融合不良を防止でき、確実に接合することができる。また、背高部位５ｃの高さは、少なくとも断面曲線部位１１による隙間を充填できる量の溶融部が形成されるように決定される。
【００５１】
なお、本実施の形態３では、電力半導体素子２の接続端子５に金属バスバ７よりも突出した背高部位５ｃを設けたが、接続端子５及び金属バスバ７のいずれか一方の先端部が他方の先端部よりも突出して配置されていればよい。これにより、突出した背高部位の先端部が選択的に溶融され、断面曲線部位１１を充填することができる。
【００５２】
また、上記実施の形態１のように、断面曲線部位１１が溶接重ね合わせ面１０と反対側の面に配置されている場合でも、接続端子５と金属バスバ７の位置ずれや反り等により溶接重ね合わせ面１０に隙間が生じる場合があるので、接続端子５及び金属バスバ７のいずれか一方の先端部に背高部位を設けることは有効である。
【００５３】
本実施の形態３によれば、接続端子５及び金属バスバ７のいずれか一方の先端部が他方の先端部よりも突出するように配置して接合するようにしたので、突出した背高部位の先端部が選択的に溶融され、溶接重ね合わせ面１０の隙間を充填することができるので、融合不良を防止でき、確実に接合することができる。これにより、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００５４】
なお、上記実施の形態１〜実施の形態３では、アークエネルギーを熱源とするアーク溶接を用いたが、熱源はこれに限定されるものではなく、プラズマエネルギーや、他のエネルギーを用いた溶接の場合であっても本発明は適用可能である。また、電力半導体素子２の接続端子５と、外部端子台４の金属ターミナル６と一体形成された金属バスバ７を接合する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば電力変換装置の内部に形成された中間的な配線部材の接合においても適用することができ、同様の効果がある。さらに、本発明による電力変換装置を、高い信頼性が要求される車載用または電鉄用等の電力変換装置として用いることにより、信頼性向上に著しい効果が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、高い信頼性を要求される電力変換装置及びその製造方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１  電力変換装置、２  電力半導体素子、２ａ  主面、３  制御基板、
４  外部端子台、５  接続端子、５ａ  先端部、５ｂ  扁平部位、５ｃ  背高部位、
６  金属ターミナル、７  金属バスバ、７ａ  先端部、７ｂ  扁平部位、
８  接合部、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ  溶融部、９  外装ケース、
１０  溶接重ね合わせ面、１１  断面曲線部位、２０  アーク電極、２１  アース電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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