(57)【要約】【課題】バスバに対する配線の接合強度を大きくしたバスバと配線の接合構造を提供すること。【解決手段】バスバと配線の接合構造では、バスバ４０が樹脂でインサート成型されることにより樹脂ケース５０に埋設され、樹脂ケース５０から露出するバスバ４０の上面４０ａにボンディングテープ７０の一端部７０ａが超音波接合されている。このバスバと配線の接合構造において、バスバ４０は、ボンディングテープ７０の一端部７０ａとバスバ４０の上面４０ａとの接合部分４１に対する反対側の部分に、硬化した凸状樹脂５１と係合する凹部４０ｄを有している。この係合により、バスバ４０の樹脂ケース５０に対する振動方向の拘束力が強くなっている。このため、ボンディングテープ７０の一端部７０ａを超音波接合する際、振動エネルギーのロスが少なくなり、バスバ４０に対するボンディングテープ７０の接合強度を大きくすることができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バスバが樹脂でインサート成型されることにより樹脂ケースに埋設され、
前記樹脂ケースから露出する前記バスバの一端面に配線の一端部が超音波接合されている、バスバと配線の接合構造において、
前記バスバは、前記配線の一端部と前記バスバの一端面との接合部分に対する反対側の部分に、硬化した樹脂と係合する係合部を有するものであること特徴とするバスバと配線の接合構造。
【請求項２】
請求項１に記載するバスバと配線の接合構造において、
前記バスバの係合部は、凹部であることを特徴とするバスバと配線の接合構造。
【請求項３】
請求項１に記載するバスバと配線の接合構造において、
前記配線は、ボンディングテープであることを特徴とするバスバと配線の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂でインサート成型されたバスバと配線の接合構造に関し、特に、バスバに対する配線の接合強度を大きくしたバスバと配線の接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載されているインバータ装置は、内部にＤＣ−ＡＣ間の電力変換を行う電力変換器としてのパワーモジュールを備えている。このパワーモジュールでは、スイッチング素子としてのＩＧＢＴやダイオード等の半導体素子が、配線としてのボンディングワイヤやボンディングテープ等によって、バスバに電気的に接続されている。
【０００３】
ところで、例えば下記特許文献１に記載されているように、バスバがインサート成型された後、ボンディングワイヤ等の配線の一端部がバスバに接合（接続）されている。即ち、先ず、バスバ単体が用意され、このバスバが樹脂でインサート成型される。これにより、図８に示したように、バスバ２４０は、樹脂ケース（硬化した樹脂）２５０に埋設されることになり、埋設された部分が樹脂ケース２５０で電気的に絶縁されるとともに拘束される。その後、配線２７０の一端部２７０ａが樹脂ケース２５０から露出したバスバ２４０の上面（一端面）２４０ａに重ね合わされ、この重ね合わされた部分にツール２８０から超音波振動が印加される。これにより、配線２７０の一端部２７０ａとバスバ２４０の上面２４０ａとが擦り合わされて、配線２７０の一端部２７０ａがバスバ２４０に接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３８８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のバスバと配線の接合構造には、以下の問題点があった。
即ち、バスバ２４０がインサート成型されるとき、溶けた樹脂が冷える際に金型内でバスバ２４０の表面から離れるように熱収縮し、図８に示したように、バスバ２４０の側面２４０ｂと樹脂ケース２５０の埋設部（窪み部）２５０ａの周面２５０ｂとの間に僅かな隙間ＳＰが生じる。この隙間ＳＰは、樹脂の熱収縮のコントロールが難しいため、避けられないものであった。
【０００６】
この結果、バスバ２４０が樹脂ケース２５０に完全に拘束されておらず、バスバ２４０の樹脂ケース２５０に対する振動方向（バスバ２４０の平面方向であって図８の矢印で示した方向）の拘束力が弱い。このため、ツール２８０が配線２７０の一端部２７０ａに超音波振動を印加するとき、バスバ２４０が配線２７０につられて振動方向に共振する。これにより、配線２７０をバスバ２４０に接合させる振動エネルギーがロスして、配線２７０の一端部２７０ａとバスバ２４０の上面２４０ａとの間の摩擦が小さくなり、配線２７０の一端部２７０ａがバスバ２４０の上面２４０ａに適切に接合しないおそれがあった。特に近年、ボンディングワイヤの本数を削減するため、配線２７０としてボンディングテープが採用されるようになっていて、ボンディングワイヤに比べて接合部分が大きいボンディングテープでは、バスバ２４０に接合させるために大きな振動エネルギーが必要であり、上述した振動エネルギーのロスによって、バスバ２４０に適切に接合しない場合（接触不良）があった。
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、バスバに対する配線の接合強度を大きくしたバスバと配線の接合構造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】
【０００８】
上記した課題を達成するために、本発明のバスバと配線の接合構造は、以下の構成を有する。
（１）バスバが樹脂でインサート成型されることにより樹脂ケースに埋設され、前記樹脂ケースから露出する前記バスバの一端面に配線の一端部が超音波接合されている、バスバと配線の接合構造において、前記バスバは、前記配線の一端部と前記バスバの一端面との接合部分に対する反対側の部分に、硬化した樹脂と係合する係合部を有するものであること特徴とする。
（２）（１）に記載するバスバと配線の接合構造において、前記バスバの係合部は、凹部であることを特徴とする。
（３）（１）又は（２）に記載するバスバと配線の接合構造において、前記配線は、ボンディングテープであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記したバスバと配線の接合構造の作用及び効果について説明する。
（１）本発明のバスバと配線の接合構造によれば、配線の一端部を樹脂ケースから露出するバスバの一端面に対して超音波接合する際、この接合部分と反対側の部分で、バスバの係合部が硬化した樹脂と係合している。このため、バスバの樹脂ケースに対する振動方向の拘束力を強くすることができ、特に、接合部分と反対側の部分で固定点が存在することにより、バスバが配線につられて振動方向に共振することを抑制できる。これにより、バスバの側面と樹脂ケースの埋設部の周面との間に隙間が生じていても、配線をバスバに接合させる振動エネルギーのロスが少なくなる。よって、配線の一端部とバスバの一端面との間の摩擦を大きくすることができ、バスバに対する配線の接合強度を大きくすることができる。
（２）バスバの係合部が凹部である場合には、バスバがインサート成型されるとき、溶けた樹脂が凹部に均一にたまる。その後、樹脂が冷えて固まる際、凹部にたまった樹脂では、バスバの水平方向（振動方向）の熱収縮が、バスバの厚さ方向の熱収縮より小さくなる。即ち、凹部にたまった樹脂は、バスバの水平方向に縮み難い。これにより、この凹部では熱収縮による振動方向の隙間が小さく、バスバにその他の係合部を形成する場合に比して、バスバの樹脂ケースに対する振動方向の拘束力を強くすることができる。また、バスバの係合部が凹部である場合には、例えばバスバの係合部が凸部である場合に比して、容易に係合部を形成することができる。
（３）配線がボンディングテープである場合には、配線がボンディングワイヤに比して、接合部分が大きいため、バスバに接合するために大きな振動エネルギーが必要である。このため、上述したように振動エネルギーのロスを少なくすることによって、配線がボンディングテープであっても、ボンディングテープの一端部をバスバに適切に接合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】パワーモジュールの一部を示した斜視図である。
【図２】図１に示したボンディングテープの一端部とバスバとを示した拡大平面図である。
【図３】図２に示したIII−III断面図である。
【図４】従来のバスバとボンディングテープの接合構造を示した図２相当の平面図である。
【図５】（Ａ）溶けた樹脂が凹部に入り込む状態を示した説明図である。（Ｂ）凹部にたまった樹脂が熱収縮する状態を示した説明図である。
【図６】第２実施形態における図３相当の断面図である。
【図７】第３実施形態における図３相当の断面図である。
【図８】従来のバスバとボンディングテープの接合構造を示した図３相当の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係るバスバと配線の接合構造について、図面を参照しながら以下に、第１実施形態を説明する。図１は、電力変換器としてのパワーモジュールの一部を示した斜視図である。図１では、パワーモジュールの構成部品のうち、半導体素子としてのＩＧＢＴ１０及びダイオード２０と、バスバ３０，４０と、樹脂ケース５０と、配線としての複数のボンディングワイヤ６０及びボンディングテープ７０とが示されている。
【００１２】
バスバ３０，４０は、導電性の金属板であり、例えばアルミニウム、銅等で構成されていて、図示しない外部の回路要素に電気的に接続されている。樹脂ケース５０は、バスバ３０，４０をインサート材として熱可塑性樹脂（以下、「樹脂」と呼ぶ）でインサート成型することにより、形成されたものである。この樹脂ケース５０は、バスバ３０，４０を埋設していて、バスバ３０，４０の埋設した部分を電気的に絶縁状態にするとともに拘束している。
【００１３】
各ボンディングワイヤ６０は、アルミニウムで構成されたワイヤ状の電線であり、ＩＧＢＴ１０とバスバ３０とを電気的に接続するものである。各ボンディングワイヤ６０の一端部６０ａがバスバ３０に超音波接合され、各ボンディングワイヤ６０の他端部６０ｂがＩＧＢＴ１０に超音波接合されている。各ボンディングテープ７０は、アルミニウムで構成されたテープ状の電線であり、ダイオード２０及びＩＧＢＴ１０とバスバ４０とを電気的に接続するものである。各ボンディングテープ７０の一端部７０ａがバスバ４０に超音波接合され、各ボンディングテープ７０の中間部７０ｂがダイオード２０に超音波接合され、各ボンディングテープ７０の他端部７０ｃがＩＧＢＴ１０に超音波接合されている。
【００１４】
各ボンディングワイヤ６０は、制御線として機能するものであり、その線径（太さ）は、１００〜２００μｍ程度である。また、各ボンディングテープ７０の厚さ（太さ）は、２００μｍ程度であり、各ボンディングテープ７０の幅は、２ｍｍ程度である。なお、従来ではボンディングテープ７０に換えて線径が３００〜４００μｍ程度のボンディングワイヤが用いられていたが、ボンディングテープ７０はボンディングワイヤに比して大きな電流を流すことができ、１本のボンディングテープ７０が３〜４本のボンディングワイヤに相当する。
【００１５】
ここで、図２は、図１に示したボンディングテープ７０の一端部７０ａとバスバ４０とを示した拡大平面図である。また、図３は、図２に示したIII−III断面図である。バスバ４０は、図２及び図３に示し
たように、樹脂ケース５０の窪み部５０ａに囲まれていて、上面（一端面）４０ａが樹脂ケース５０の窪み部５０ａから露出している。このボンディングテープ７０の一端部７０ａは、以下のようにしてバスバ４０の上面４０ａに接合されている。
【００１６】
即ち、図３に示したように、ボンディングテープ７０の一端部７０ａがバスバ４０の上面４０ａに重ね合わされ、この重ね合わされた部分にツール８０から超音波振動が印加される。これにより、ボンディングテープ７０の一端部７０ａとバスバ４０の上面４０ａとが、振動方向（バスバ４０の水平方向であって、図３の矢印で示した方向）に擦り合わされる。こうして、ボンディングテープ７０の一端部７０ａがバスバ４０の上面４０ａに接合されている。なお、図２では、ボンディングテープ７０の一端部７０ａとバスバ４０の上面４０ａとの超音波振動による接合部分４１が、概略的に矩形状で示されている。
【００１７】
ところで、図３に示したように、バスバ４０の側面４０ｂと樹脂ケース５０の埋設部（窪み部）５０ａの周面５０ｂとの間に、僅かな隙間ＳＰが生じる。この隙間ＳＰが生じるのは、バスバ４０がインサート成型されるとき、溶けた樹脂が冷える際に金型内でバスバ４０の表面から離れるように熱収縮するためである。この隙間ＳＰは、樹脂の熱収縮のコントロールが難しいため、避けられないものであり、数十μｍ程度の大きさである。この隙間ＳＰにより、バスバ４０の樹脂ケース５０に対する振動方向の拘束力が弱くなる。
【００１８】
そこで、この第１実施形態においては、隙間ＳＰが生じていても、バスバ４０の樹脂ケース５０に対する振動方向の拘束力を強くするため、バスバ４０は、図２及び図３に示したように、各ボンディングテープ７０の一端部７０ａに対応する下面４０ｃに、それぞれ係合部としての凹部４０ｄを有している。
【００１９】
この凹部４０ｄは、例えば、アルミニウム等の素材をプレス加工してバスバ４０を形成するときに、バスバ４０の下面４０ｃに一体的に形成されるものであり、又は、プレス加工によりバスバ４０を形成した後に、切削加工によりバスバ４０の下面４０ｃに形成されるものである。なお、図３において、隙間ＳＰの大きさが誇張して示されている。また、バスバ４０の下面４０ｃと樹脂ケース５０の埋設部５０ａの下面との間にも熱収縮によって隙間が生じているが、この隙間については省略する。
【００２０】
バスバ４０の凹部４０ｄでは、溶けた樹脂が入り込んで冷えることにより、硬化した凸状樹脂５１が形成されている。こうして、凹部４０ｄと凸状樹脂５１が係合して、バスバ４０の樹脂ケース５０に対する振動方向の拘束力が強くなっている。また、凹部４０ｄは、各接合部分４１に対する反対側の部分に形成されているため、各接合部分４１の直下で固定点Ｐ１が存在することになる。接合部分４１に対する反対側の部分、言い換えると、接合部分４１の直下とは、図２に示したように、平面視において接合部分４１と重なる領域の部分を意味する。
【００２１】
ここで、従来のバスバとボンディングテープの接合構造について、図４を用いて説明する。図４は、ボンディングテープ１７０の一端部１７０ａとバスバ１４０とを示した図２相当の平面図である。バスバ１４０は、図４に示したように、接合部分１４１に対してバスバの平面方向（図４の上下方向）に離れた部分に、切欠き１４０ｅ及び貫通孔１４０ｆを有している。これらバスバ１４０の切欠き１４０ｅ及び貫通孔１４０ｆでは、溶けた樹脂が入り込んで冷えることにより、硬化した樹脂が係合している。こうして、従来では、各接合部分１４１に対してバスバの平面方向に離れた部分に固定点Ｐ２が存在する。しかし、この場合には、各接合部分１４１に超音波振動が印加されるとき、各固定点Ｐ２の位置が節となり、各固定点Ｐ２の間の位置で腹が生じるため、各接合部分１４１の位置によって共振を抑制できないおそれがある。これに対して、この実施形態においては、図２に示したように、各接合部分４１の直下で固定点Ｐ１が存在するため、各接合部分４１に超音波振動が印加されるとき、各固定点Ｐ１（各接合部分４１）の位置が節となって、全ての接合部分４１で共振を抑制することができる。
【００２２】
第１実施形態の作用効果について説明する。
第１実施形態のバスバと配線の接合構造によれば、図３に示したように、各ボンディングテープ７０の一端部７０ａをバスバ４０の上面４０ａに対して超音波接合する際、この接合部分４１と反対側の部分で、バスバ４０の凹部４０ｄが硬化した凸状樹脂５１と係合している。このため、バスバ４０の樹脂ケース５０に対する振動方向の拘束力を強くすることができ、特に、接合部分４１の直下で固定点Ｐ１が存在することにより、バスバ４０がボンディングテープ７０につられて振動方向に共振することを抑制できる。これにより、バスバ４０の側面４０ｂと樹脂ケース５０の埋設部５０ａの周面５０ｂとの間に隙間ＳＰが生じていても、ボンディングテープ７０をバスバ４０に接合させる振動エネルギーのロスが少なくなる。よって、ボンディングテープ７０の一端部７０ａとバスバ４０の上面４０ａとの間の摩擦を大きくすることができ、バスバ４０に対するボンディングテープ７０の接合強度を大きくすることができる。
【００２３】
次に、バスバ４０の係合部が凹部４０ｄである場合の作用効果について図５を用いて説明する。図５（Ａ）は、溶けた樹脂が凹部４０ｄに入り込む状態を示した説明図であり、図５（Ｂ）は、凹部４０ｄにたまった樹脂が熱収縮する状態を示した説明図である。図５（Ａ）に示したように、バスバ４０がインサート成型されるとき、溶けた樹脂は凹部４０ｄに均一にたまる。その後、図５（Ｂ）に示したように、樹脂が冷えて固まる際、凹部４０ｄにたまった樹脂では、バスバ４０の水平方向（振動方向）の熱収縮量Ｘが、バスバ４０の厚さ方向の熱収縮量Ｙより小さくなる。即ち、凹部４０ｄにたまった樹脂は、バスバ４０の水平方向に縮み難い。これにより、この凹部４０ｄでは熱収縮による振動方向の隙間が小さく、バスバ４０にその他の係合部を形成する場合に比して、バスバ４０の樹脂ケース５０に対する振動方向の拘束力を強くすることができる。また、バスバ４０の係合部が凹部４０ｄである場合には、容易に係合部を形成することができる。
【００２４】
ところで、ボンディングテープは、ボンディングワイヤに比べて接合部分が大きく、バスバに接合するために大きな振動エネルギーが必要である。このため、従来において、ボンディングテープでは、上述したように隙間ＳＰに基づく振動エネルギーのロスによって、接合するための振動エネルギーが不足し、ボンディングワイヤに比べてバスバに対する接触不良が生じ易かった。そこで、この問題に対処すべく、この第１実施形態では、ボンディングテープ７０が接合するバスバ４０に凹部４０ｄが形成されている。これにより、ボンディングテープ７０であっても、上述したように一端部７０ａをバスバ４０に適切に接合させることができ、バスバ４０に対する接触不良を防止できる。
【００２５】
次に、第２実施形態について図６を用いて説明する。図６は、第２実施形態における図３相当の断面図である。バスバ４０は、樹脂ケース５０に対する振動方向の拘束力を強くするために、下面４０ｃに係合部としての凸部４０ｅを有している。この凸部４０ｅは、例えば、アルミニウム等の素材をプレス加工してバスバ４０を形成するときに、バスバ４０の下面４０ｃに一体的に形成されるものであり、又は、プレス加工によりバスバ４０を形成した後に、バスバ４０の下面４０ｃに別体的に接合されるものである。バスバ４０の凸部４０ｅでは、周りで溶けた樹脂が冷えることにより、硬化した凹状樹脂５２が形成されている。
【００２６】
こうして、バスバ４０の凸部４０ｅと凹状樹脂５２が係合して、バスバ４０の樹脂ケース５０に対する振動方向の拘束力が強くなっている。また、バスバ４０の凸部４０ｅは、接合部分４１に対する反対側の部分に形成されているため、接合部分４１の直下で固定点Ｐ１が存在することになる。上記した構成以外の構成は、第１実施形態の構成と同様であるため、対応する部位に同一符号を付して、その説明を省略する。また、上記した第２実施形態の作用効果は、第１実施形態の作用効果と同様であるため、その説明を省略する。
【００２７】
次に、第３実施形態について図７を用いて説明する。図７は、第３実施形態における図３相当の断面図である。バスバ４０は、樹脂ケース５０に対する振動方向の拘束力を強くするために、下面４０ｃに係合部としての粗面部４０ｆを有している。この粗面部４０ｆは、例えば、アルミニウム等の素材をプレス加工してバスバ４０を形成した後に、バスバ４０の下面４０ｃを砥粒で研磨して粗くした部分である。バスバ４０の粗面部４０ｆでは、周りで溶けた樹脂が冷えることにより、硬化した鋸状樹脂５３が形成されている。
【００２８】
こうして、バスバ４０の粗面部４０ｆと鋸状樹脂５３が係合して、バスバ４０の樹脂ケース５０に対する振動方向の拘束力が強くなっている。また、バスバ４０の粗面部４０ｆは、接合部分４１に対する反対側の部分に形成されているため、この接合部分４１の直下で固定点Ｐ１が存在することになる。上記した構成以外の構成は、第１実施形態の構成と同様であるため、対応する部位に同一符号を付して、その説明を省略する。また、上記した第３実施形態の作用効果は、第１実施形態の作用効果と同様であるため、その説明を省略する。
【００２９】
以上、本発明に係るバスバと配線の接合構造において、本発明はこれに限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、各実施形態において、ボンディングテープ７０の一端部７０ａが接合するバスバ４０に、凹部４０ｄ，凸部４０ｅ，粗面部４０ｆを形成したが、ボンディングワイヤ６０の一端部６０ａが接合するバスバ３０に、凹部，凸部，粗面部を形成しても良い。
また、各実施形態において、一つの接合部分４１の直下に、一つの係合部（凹部４０ｄ，凸部４０ｅ，粗面部４０ｆ）を設けたが、一つの接合部分４１の直下に、複数の係合部を設けても良い。
【符号の説明】
【００３０】
１０              ＩＧＢＴ
２０              ダイオード
３０              バスバ
４０              バスバ
４０ａ            上面
４０ｂ            側面
４０ｃ            下面
４０ｄ            凹部
４０ｅ            凸部
４０ｆ            粗面部
４１              接合部分
５０              樹脂ケース
５０ａ            埋設部
５０ｂ            周面
５１              凸状樹脂
５２              凹状樹脂
５３              鋸状樹脂
６０              ボンディングワイヤ
６０ａ            一端部
７０              ボンディングテープ
７０ａ            一端部
８０              ツール
【図１】
2012151198.tif 000003
【図２】
2012151198.tif 000004
【図３】
2012151198.tif 000005
【図４】
2012151198.tif 000006
【図５】
2012151198.tif 000007
【図６】
2012151198.tif 000008
【図７】
2012151198.tif 000009
【図８】
2012151198.tif 000010