トップ :: H 電気 :: H05 他に分類されない電気技術




【発明の名称】 挿入実装電子部品の半田接合方法及び電力変換装置の製造方法
【発明者】 【氏名】井上 哲志
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会社デンソー内

【氏名】坂本 善次
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会社デンソー内

【氏名】鈴木 伊知郎
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会社デンソー内

【氏名】大城 大
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会社デンソー内
【要約】 【課題】良好な半田形状を形成し得る挿入実装電子部品の半田接合方法及び、この半田接合方法を利用した電気的信頼性が高い電力変換装置の製造方法を提供すること。

【解決手段】制御端子１６０を有する半導体モジュール１０と冷却チューブ２０とを交互に積層してなる半導体積層ユニット２と、制御端子１６０を挿入して半田接合するためのスルーホール部４００を有する制御基板４０とを有する電力変換装置を製造する方法に関する。制御端子１６０の軸方向において半田材料との濡れ性が良好な半田制御層を外表面に有する制御部５２ｂを形成する制御部形成工程と、半導体積層ユニット２を作製するユニット作製工程と、半導体積層ユニット２を配置する部品配置工程と、スルーホール部４００に制御端子１６０を半田接合する接合工程とを実施する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント配線板のスルーホール部に挿入した挿入実装電子部品の外部端子であるリードを、鉛フリー半田を用いて半田接合する挿入実装電子部品の半田接合方法において、
上記リードの軸方向において、上記挿入実装部品の本体側に位置した付け根部と隣接して、該付け根部の外表面よりも上記鉛フリー半田との濡れ性が良好な半田制御層を外表面に有する制御部を形成する制御部形成工程と、
上記プリント配線基板の実装面を基準にして、上記制御部が軸方向に所定長さだけ突出するよう、上記スルーホール部に上記リードを挿入して上記挿入実装電子部品を配置する部品配置工程と、
該部品配置工程の後、上記実装面の裏面である半田接合面側から上記鉛フリー半田を供給して、上記リードを上記スルーホール部に半田接合する接合工程とを実施することを特徴とする挿入実装電子部品の半田接合方法。
【請求項２】
請求項１において、上記部品配置工程において、上記実装面を基準として上記制御部が軸方向に突出する上記所定長さは、０ｍｍを超えて２ｍｍ以下であることを特徴とする挿入実装電子部品の半田接合方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記リードは、銅又は銅を主成分とした合金よりなると共に、その外表面にニッケル−リンメッキ被膜よりなるＮｉ−Ｐメッキ層を設けてなり、上記半田制御層は、上記Ｎｉ−Ｐメッキ層の表面に配設した半田メッキ被膜よりなることを特徴とする挿入実装電子部品の半田接合方法。
【請求項４】
請求項１又は２において、上記リードは、銅又は銅を主成分とした合金よりなると共に、その外表面に上記リードをなす金属材料の素地を露出しており、上記半田制御層は、上記リードをなす金属材料の素地の表面に配設したＮｉ−Ｐメッキ被膜よりなることを特徴とする挿入実装電子部品の半田接合方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項において、上記プリント配線基板に配置した上記挿入実装電子部品において、上記半田接合面から突出する上記制御部の軸方向の突出長さが、０ｍｍを超えて２ｍｍ以下となるように、上記リードの先端部を除いて上記制御部を形成することを特徴とする挿入実装電子部品の半田接合方法。
【請求項６】
外部端子としてリードを有する平板状の半導体モジュールと扁平管形状の冷却チューブとを交互に積層してなる半導体積層ユニットと、上記リードを挿入して半田接合するためのスルーホール部を有するプリント配線基板とを有する電力変換装置の製造方法において、
上記リードの軸方向において、上記半導体モジュールの本体側に位置した付け根部と隣接して、該付け根部の外表面よりも半田材料との濡れ性が良好な半田制御層を外表面に有する制御部を形成する制御部形成工程と、
上記冷却チューブと、該冷却チューブの長手方向と上記リードの軸方向とが略直交するように配置した上記半導体モジュールとを交互に積層することにより、隣り合う上記冷却チューブの間から上記リードが突出している上記半導体積層ユニットを作製するユニット作製工程と、
上記プリント配線基板の実装面を基準にして、上記制御部が軸方向に所定長さだけ突出するよう、上記スルーホール部に上記リードを挿入して上記半導体積層ユニットを配置する部品配置工程と、
上記実装面の裏面である半田接合面側から上記半田材料を供給して、上記スルーホール部に上記リードを半田接合する接合工程とを実施する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において、上記半導体モジュールは、電力用半導体素子を収容してなり、上記リードは、上記電力用半導体素子の動作を制御する制御端子であることを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項８】
請求項６又は７において、上記半田材料は、鉛フリー半田であることを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項において、上記部品配置工程において、上記実装面を基準として上記制御部が軸方向に突出する上記所定長さは、０ｍｍを超えて２ｍｍ以下であることを特徴とする電力変換装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか１項において、上記リードは、銅又は銅を主成分とした合金よりなると共に、その外表面にニッケル−リンメッキ被膜よりなるＮｉ−Ｐメッキ層を設けてなり、上記半田制御層は、上記Ｎｉ−Ｐメッキ層の表面に配設した上記半田材料よりなる半田メッキ被膜であることを特徴とする挿入実装電子部品の半田接合方法。
【請求項１１】
請求項６〜９のいずれか１項において、上記リードは、銅又は銅を主成分とした合金よりなると共に、その外表面に上記リードをなす金属材料の素地を露出しており、上記半田制御層は、上記リードをなす金属材料の素地の表面に配設したＮｉ−Ｐ被膜であることを特徴とする挿入実装電子部品の半田接合方法。
【請求項１２】
請求項６〜１１のいずれか１項において、上記プリント配線基板に配置した上記半導体積層ユニットにおいて、上記半田接合面から突出する上記制御部の軸方向の突出長さが、０ｍｍを超えて２ｍｍ以下となるように、上記リードの先端部を除いて上記制御部を形成することを特徴とする挿入実装電子部品の半田接合方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、挿入実装電子部品の半田接合方法及び、この半田接合方法を利用した電力変換装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プリント配線基板にスルーホールを穿孔しておき、このスルーホールにリードを挿入して半田接合を行う電子部品の実装方法がある。この実装方法では、例えば、鉛−スズ共晶半田等の共晶半田を用いて、リードをスルーホールに半田接合する場合がある。しかし、この鉛−スズ共晶半田は、含有する鉛が自然環境に対して影響を及ぼすおそれがある。そこで、鉛を含有しない、例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系等のＳｎ基鉛フリー半田などの鉛フリー半田への代替が、社会的に強く要請されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路やインバータ回路等の電力変換回路は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流を生成するのに用いられることがある。一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等では、交流モータを駆動する電流が非常に大きいため、複数の電力用半導体素子を並列使用した電力変換回路を用いることがある。
そこで、例えば、電力変換回路を構成する各電力用半導体素子を均一性高く冷却できるように、冷却用媒体（冷媒）の供給及び排出を担う一対のヘッダ間に多数の扁平冷却チューブを配置し、該扁平冷却チューブの間に電力用半導体素子を挟持した冷却チューブ並列型の電力変換装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−６６７８３号公報
【特許文献２】特開２００２−２６２１５号公報
【０００５】
しかしながら、上記従来の鉛フリー半田の半田接合では、次のような問題がある。すなわち、いわゆる鉛フリー半田は、上記共晶半田と比べて、半田付けに要する熱量が大きく、その熱量制御には高精度が要求されるため、良好な接合状態を得るのが容易でないという問題がある。例えば、半田付けするときの熱量が不足すると、上記スルーホール内において溶融半田が十分に回り込まないおそれがあり、熱量が過大であると、上記スルーホールから外部への溶融半田の落ち込みが生じ、スルーホール内の半田の量が不足するおそれがある。
【０００６】
特に、積層構造を呈する電力変換装置について、上記各電力用半導体素子が有するリードを、プリント配線基板のスルーホールに挿入して半田接合するに当たっては、上記の問題がさらに顕在化するおそれがある。上記積層構造の電力変換装置では、その積層方向の寸法精度を高く実現することが困難であるため、その寸法誤差を吸収すべく上記リードの断面形状に対して上記プリント配線基板のスルーホールの内径を大きくする場合があるからである。
【０００７】
それ故、上記積層構造の電力変換装置のリードを、プリント配線基板のスルーホールに半田接合する場合には、従来の上記共晶半田を利用しても、上記スルーホール内において良好な半田形状を実現するのが容易でない。ましてや、上記共晶半田と比べて熱量制御が難しい上記鉛フリー半田を用いる場合には、この問題がさらに顕在化するおそれがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、良好な半田形状を形成し得る挿入実装電子部品の半田接合方法及び、この半田接合方法を利用した電気的信頼性が高い電力変換装置の製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、プリント配線板のスルーホール部に挿入した挿入実装電子部品の外部端子であるリードを、鉛フリー半田を用いて半田接合する挿入実装電子部品の半田接合方法において、
上記リードの軸方向において、上記挿入実装部品の本体側に位置した付け根部と隣接して、該付け根部の外表面よりも上記鉛フリー半田との濡れ性が良好な半田制御層を外表面に有する制御部を形成する制御部形成工程と、
上記プリント配線基板の実装面を基準にして、上記制御部が軸方向に所定長さだけ突出するよう、上記スルーホール部に上記リードを挿入して上記挿入実装電子部品を配置する部品配置工程と、
該部品配置工程の後、上記実装面の裏面である半田接合面側から上記鉛フリー半田を供給して、上記リードを上記スルーホール部に半田接合する接合工程とを実施することを特徴とする挿入実装電子部品の半田接合方法にある（請求項１）。
【００１０】
上記第１の発明の挿入実装電子部品の半田接合方法では、上記制御部形成工程において、少なくとも上記付け根部を残して、上記リードの外表面に上記鉛フリー半田との濡れ性が良好な半田制御層を設けた上記制御部を形成する。
そのため、後工程である上記接合工程では、供給した上記鉛フリー半田が、上記制御部を超えて上記付け根部を浸食するように流動するおそれを抑制できる。また、上記鉛フリー半田が、上記制御部の中途で流動を停止し、滞留するおそれを少なくできる。
【００１１】
すなわち、上記半田接合方法では、上記制御部により上記鉛フリー半田の流動制御を積極的に行っている。それ故、上記接合工程において上記鉛フリー半田に与える熱量を大きめに設定しても上記制御部を超えて流動するおそれが少なく、さらに、熱量を大きくすることで、上記制御部の途中での滞留を未然に回避することができる。
このように、上記制御部を設けた上記リードを半田接合する際には、上記鉛フリー半田に供給する熱量の調整範囲を拡大して、その熱量制御を容易にすることができる。
【００１２】
加えて、上記部品配置工程では、上記実装面を基準として上記制御部が所定長さだけ突出するように上記挿入実装電子部品を上記プリント配線基板に配置する。
そのため、上記接合工程では、上記半田接合面側から流動してくる上記鉛フリー半田が、上記実装面の手前で流動を停止し、上記スルーホール部の途中で滞留するおそれが少ない。さらにまた、上記実装面側に流動してきた上記鉛フリー半田が、上記実装面を大きく超えて上記付け根部に向けて浸食するおそれも少ない。
それ故、上記半田接合方法によれば、上記実装面において、上記所定長さと略一致した形成高さを呈する高品質の半田形状を実現し得るのである。
【００１３】
したがって、上記第１の発明の挿入実装電子部品の半田接合方法によれば、接合信頼性が高い半田接合を実現することができる。
なお、上記プリント配線基板の表面のうちの上記実装面は、上記挿入実装電子部品を配置する側の表面をいい、上記半田接合面は、その裏面に当たる半田を供給する側の面である。但し、上記プリント配線基板の両面に、上記挿入実装電子部品を配置する場合には、上記実装面及び上記半田接合面は、個々の上記挿入実装電子部品について規定できる。すなわち、ある挿入実装電子部品に着目すると、この挿入実装電子部品を配置する側の表面が上記実装面となり、その裏面が上記半田接合面となる。
【００１４】
第２の発明は、外部端子としてリードを有する平板状の半導体モジュールと扁平管形状の冷却チューブとを交互に積層してなる半導体積層ユニットと、上記リードを挿入して半田接合するためのスルーホール部を有するプリント配線基板とを有する電力変換装置の製造方法において、
上記リードの軸方向において、上記半導体モジュールの本体側に位置した付け根部と隣接して、該付け根部の外表面よりも半田材料との濡れ性が良好な半田制御層を外表面に有する制御部を形成する制御部形成工程と、
上記冷却チューブと、該冷却チューブの長手方向と上記リードの軸方向とが略直交するように配置した上記半導体モジュールとを交互に積層することにより、隣り合う上記冷却チューブの間から上記リードが突出している上記半導体積層ユニットを作製するユニット作製工程と、
上記プリント配線基板の実装面を基準にして、上記制御部が軸方向に所定長さだけ突出するよう、上記スルーホール部に上記リードを挿入して上記半導体積層ユニットを配置する部品配置工程と、
上記実装面の裏面である半田接合面側から上記半田材料を供給して、上記スルーホール部に上記リードを半田接合する接合工程とを実施することを特徴とする電力変換装置の製造方法にある（請求項６）。
【００１５】
上記第２の発明の電力変換装置の製造方法では、上記制御部形成工程において、少なくとも上記付け根部を残して、上記リードの外表面に上記半田材料との濡れ性が良好な半田制御層を設けてなる上記制御部を形成する。
そのため、後工程である上記接合工程では、上記半田材料が、上記制御部を超えて上記付け根部を浸食するように流動するおそれを抑制できる。また、上記半田材料が、上記制御部の中途で流動を停止し、滞留するおそれを少なくできる。
【００１６】
すなわち、上記半田接合方法では、上記制御部により上記半田材料の流動制御を積極的に行っている。それ故、上記接合工程において上記半田材料に与える熱量を大きめに設定しても上記制御部を超えて流動するおそれが少なく、さらに、熱量を大きくすることで、上記制御部の途中での滞留を未然に回避することができる。
【００１７】
加えて、上記部品配置工程では、上記実装面を基準として上記制御部が所定長さだけ突出するように上記挿入実装電子部品を上記プリント配線基板に配置する。
そのため、上記接合工程では、上記半田接合面側から流動してくる上記鉛フリー半田が、上記実装面の手前で流動を停止し、上記スルーホール部の途中で滞留するおそれが少ない。さらにまた、上記実装面側に流動してきた上記半田材料が、上記実装面を大きく超えて上記付け根部に向けて浸食するおそれも少ない。
それ故、上記半田接合方法によれば、上記実装面において、上記所定長さと略一致した形成高さを呈する高品質の半田形状を実現し得るのである。
【００１８】
特に、上記電力変換装置は、上記半導体モジュールと上記冷却チューブとを交互に積層する上記ユニット作製工程により得た上記半導体積層ユニットを、上記プリント配線基板に実装したものである。この半導体積層ユニットでは、隣り合って積層した上記冷却チューブの各隙間から、該冷却チューブの長手方向と略直交するように上記リードが突出している。それ故、上記リードの位置精度を、特に、上記半導体積層ユニットの積層方向において十分に確保することは限界がある。
【００１９】
そこで、上記半導体積層ユニットに組み合わせる上記プリント配線基板では、例えば、上記リードを挿入するための上記スルーホール部の内径を大きく設定しておき、上記リードの寸法誤差を吸収する場合がある。しかし、一般に、上記リードの断面形状に対して上記スルーホール部の内径を大きくすると、適正な半田形状を得ることが難しくなる。
そのため、上記第１の発明の半田接合方法を適用し、上記リードに設けた上記制御部により溶融半田の流動を積極的に制御することが、上記電力変換装置の製造方法において特に有効となる。それ故、上記電力変換装置の製造方法によれば、上記半導体積層ユニットを構成する上記半導体モジュールの上記リードが、上記プリント配線基板に対して確実に半田接合された電気的信頼性の高い電力変換装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
上記第１の発明における上記鉛フリー半田としては、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系等のＳｎ基鉛フリー半田を用いることができる。その他、上記Ｓｎ基鉛フリー半田以外にも、Ｓｎ半田等の鉛フリー半田を用いることもできる。
【００２１】
また、上記部品配置工程において、上記実装面を基準として上記制御部が軸方向に突出する上記所定長さは、０ｍｍを超えて２ｍｍ以下であることが好ましい（請求項２）。
上記プリント配線基板の上記実装面から突出する上記制御部の突出長さを、上記のごとく０ｍｍを超えて２ｍｍ以下の範囲とした場合には、上記リードと上記スルーホール部とを接合する半田形状の上記実装面を基準とした形成高さを、およそ上記所定長さと略一致した適正な高さとすることができる。
【００２２】
また、上記リードは、銅又は銅を主成分とした合金よりなると共に、その外表面にニッケル−リンメッキ被膜よりなるＮｉ−Ｐメッキ層を設けてなり、上記半田制御層は、上記Ｎｉ−Ｐメッキ層の表面に配設した半田メッキ被膜よりなることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記リードの外表面の上記Ｎｉ−Ｐメッキ層を介在すれば、上記半田メッキ被膜よりなる上記半田制御層を効率良く形成することができる。
そして、上記半田メッキ被膜よりなる上記半田制御層は、上記付け根部の外表面をなす上記Ｎｉ−Ｐメッキ層と比べて、上記鉛フリー半田との濡れ性が格段に良好である。そのため、上記半田制御層を有する上記制御部によれば、上記接合工程において供給した上記鉛フリー半田を確実性高く流動制御することができる。
なお、上記半田メッキ被膜としては、鉛−スズ共晶半田等の共晶半田よりなるものであっても、鉛フリー半田よりなるものであっても良い。さらに、上記半田メッキ被膜を形成する半田材料は、半田接合に用いるものと同一組成のものであっても、異なる組成のものであっても良い。
【００２３】
また、上記リードは、銅又は銅を主成分とした合金よりなると共に、その外表面に上記リードをなす金属材料の素地を露出しており、上記半田制御層は、上記リードをなす金属材料の素地の表面に配設したＮｉ−Ｐメッキ被膜よりなることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記半田制御層をなす上記Ｎｉ−Ｐメッキ被膜は、上記リードをなす金属材料の素地表面と比べて、上記鉛フリー半田との濡れ性が格段に良好である。そのため、上記半田制御層を有する上記制御部によれば、上記接合工程において供給した上記鉛フリー半田を確実性高く流動制御することができる。
【００２４】
また、上記プリント配線基板に配置した上記挿入実装電子部品において、上記半田接合面から突出する上記制御部の軸方向の突出長さが、０ｍｍを超えて２ｍｍ以下となるように、上記リードの先端部を除いて上記制御部を形成することが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記リードの先端側においても上記鉛フリー半田の流動制御を行うことができる。そして、上記スルーホール部と上記リードとの半田接合において、さらに良好な半田形状を実現して、接合信頼性をさらに高めることができる。
【００２５】
上記第２の発明においては、上記半導体モジュールは、電力用半導体素子を収容してなり、上記リードは、上記電力用半導体素子の動作を制御する制御端子であることが好ましい（請求項７）。
この場合には、上記半導体積層ユニットを構成する上記電力用半導体の上記各制御端子を、上記プリント配線基板に確実性高く半田接合して、電気的な信頼性の高い上記電力変換装置を作製することができる。
【００２６】
また、上記半田材料は、鉛フリー半田であることが好ましい（請求項８）。
この場合には、一般的に、例えば、鉛−スズ共晶半田等の共晶半田と比べて、半田接合に要する熱量が大きく、その熱量の制御が容易でないため、良好な半田形状を得るのが難しい。
そのため、上記リードに上記制御部を設け、この制御部により上記半田材料の流動制御を積極的に実施する上記第２の発明によれば、上記熱量の調整範囲を拡大でき、良好な半田形状を得やすくできる。
【００２７】
なお、上記鉛フリー半田としては、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ系等のＳｎ基鉛フリー半田を用いることができる。その他、上記Ｓｎ基鉛フリー半田以外にも、Ｓｎ半田等の鉛フリー半田を用いることもできる。
【００２８】
また、上記部品配置工程において、上記実装面を基準として上記制御部が軸方向に突出する上記所定長さは、０ｍｍを超えて２ｍｍ以下であることが好ましい（請求項９）。
上記プリント配線基板の上記実装面を基準として、上記制御部の突出長さを上記のごとく０ｍｍを超えて２ｍｍ以下の範囲とした場合には、上記リードと上記スルーホール部とを接合する半田形状の上記実装面を基準とした形成高さを、適切な高さとすることができる。
【００２９】
また、上記リードは、銅又は銅を主成分とした合金よりなると共に、その外表面にニッケル−リンメッキ被膜よりなるＮｉ−Ｐメッキ層を設けてなり、上記半田制御層は、上記Ｎｉ−Ｐメッキ層の表面に配設した上記半田材料よりなる半田メッキ被膜よりなることが好ましい（請求項１０）。
【００３０】
この場合には、上記リードの外表面に設けた上記Ｎｉ−Ｐメッキ層を介在すれば、上記制御部をなす上記半田制御層を効率良く形成することができる。
そして、上記半田メッキ被膜よりなる上記半田制御層は、上記付け根部の外表面をなす上記Ｎｉ−Ｐメッキ層と比べて、上記半田材料との濡れ性が格段に良好である。そのため、上記半田制御層を有する上記制御部によれば、上記接合工程において上記半田材料を確実性高く流動制御することができる。
【００３１】
また、上記リードは、銅又は銅を主成分とした合金よりなると共に、その外表面に上記リードをなす金属材料の素地を露出しており、上記半田制御層は、上記リードをなす金属材料の素地の表面に配設したＮｉ−Ｐメッキ被膜であることが好ましい（請求項１１）。
この場合には、上記リードの外表面に配設した上記Ｎｉ−Ｐメッキ被膜は、上記付け根部の外表面と比べて、上記半田材料との濡れ性が格段に良好である。そのため、上記半田制御層を有する上記制御部によれば、上記接合工程において上記半田材料よりなる溶融半田を確実性高く流動制御することができる。
【００３２】
また、上記プリント配線基板に配置した上記半導体積層ユニットにおいて、上記半田接合面から突出する上記制御部の軸方向の突出長さが、０ｍｍを超えて２ｍｍ以下となるように、上記リードの先端部を除いて上記制御部を形成することが好ましい（請求項１２）。
この場合には、上記リードの先端側においても上記半田材料の流動制御を行うことができる。そして、上記スルーホール部と上記リードとの半田接合において、さらに良好な半田形状を実現して、接合信頼性をさらに高めることができる。
【実施例】
【００３３】
（実施例１）
本例の挿入実装電子部品５の半田接合方法について、図１〜図７を用いて説明する。
本例の挿入実装電子部品５の半田接合方法は、図１に示すごとく、プリント配線板４０のスルーホール部４００に挿入した挿入実装電子部品５の外部端子であるリード５２を、鉛フリー半田を用いて半田接合する方法に関する。
本例の挿入実装電子部品５の半田接合方法では、図２に示すごとく、リード５２の軸方向において挿入実装部品５の本体５０側に位置した付け根部５２ａと隣接して、該付け根部５２ａの外表面よりも鉛フリー半田との濡れ性が良好な半田制御層５２６（図４）を外表面に有する制御部５２ｂを形成する制御部形成工程と、図５に示すごとく、プリント配線基板４０の実装面４０１を基準にして、制御部５２ｂが軸方向に所定長さＬ１だけ突出するよう、スルーホール部４００にリード５２を挿入して挿入実装電子部品５を配置する部品配置工程と、該部品配置工程の後、実装面４０１の裏面である半田接合面４０２側から鉛フリー半田を供給して、リード５２をスルーホール部４００に半田接合する接合工程とを実施する。
以下に、この内容について詳しく説明する。
【００３４】
本例の挿入実装電子部品５は、図２及び図３に示すごとく、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの電力用半導体素子（以下、適宜、電力用半導体素子５と記載する。）である。この電力用半導体素子５は、半導体の素子構造を樹脂モールドしてなり、樹脂モールド部分としての本体５０から突出する３本のリード５２を有すると共に、本体５０の背面に放熱板５１を有してなる。
【００３５】
各リード５２は、図２及び図３に示すごとく、その長手方向において上記本体５０に近い幅広部５２０と、先端側のピン先部５２１とを有してなる。幅広部５２０は、ピン先部５２１よりも幅広に形成してある。そして、ピン先部５２１と幅広部５２０との間には、リード５２の断面積が急激に拡大する棚部５２２を形成してある。
なお、本例の電力用半導体素子５の各リード５２は、銅線よりなり、図４に示すごとく、その外表面にはＭ１＝４〜８μｍ厚さのニッケル−リンメッキ被膜よりなるＮｉ−Ｐメッキ層５２５を設けてなる。
【００３６】
プリント配線基板４０は、図１に示すごとく、電力用半導体素子５を含む電子部品を挿入実装するように、そのリード５２を挿入するためのスルーホール部４００を少なくとも３箇所、穿孔してなる。プリント配線基板４０の表面のうちの一方の表面は、電力用半導体素子５を配置する実装面４０１を構成し、他方の表面は、実装面４０１から挿入したリード５２をスルーホール部４００に半田接合するための半田接合面４０２を構成している。
なお、本例のプリント配線基板４０では、図５に示すごとく、スルーホール部４００の内周面と、プリント配線基板４０の実装面４０１及び半田接合面４０２におけるスルーホール部４００の周縁部とに、Ｍ３＝４０μｍ厚の銅箔層４０５を一体的に設けてある。
【００３７】
ここで、本例のスルーホール部４００は、図１に示すごとく、リード５２のピン先部５２１の断面形状の外接円よりも大径に、かつ、幅広部５２０の断面形状の外接円よりも小径に形成してある。つまり、実装面４０１側からスルーホール部４００に挿入したリード５２は、実装面４０１に上記棚部５２２を係合した状態で、挿入方向の位置決めがなされる。
【００３８】
次に、上記プリント配線基板４０に上記電力用半導体素子５を実装する際、該電力用半導体素子５のリード５２をスルーホール部４００に半田接合する方法について具体的に説明する。
上述したように、この半田接合方法では、図２に示すごとく、リード５２の軸方向において本体５０側に位置した付け根部５２ａと隣接して、該付け根部５２ａの外表面よりも鉛フリー半田との濡れ性が良好な半田制御層５２６（図４参照。）を外表面に有する制御部５２ｂを形成する制御部形成工程と、図５に示すごとく、実装面４０１を基準にして制御部５２ｂが軸方向に所定長さＬ１だけ突出するよう、スルーホール部４００にリード５２を挿入して電力用半導体素子５を配置する部品配置工程と、該部品配置工程の後、半田接合面４０２側から鉛フリー半田を供給して、リード５２をスルーホール部４００に半田接合する接合工程とを実施する。
【００３９】
上記制御部形成工程は、溶融半田を満たした半田槽（図示略）を用いて行う。ここでは、半田槽の溶融半田中に、ピン先部５２１側からリード５２を浸漬（ディップ法）する。具体的には、図４に示すごとく、軸方向において棚部５２２から本体５０側にＧ１＝８ｍｍずれた位置（点線ａｂで示す位置。）と、溶融半田の液面高さとを略一致させる。そうすると、リード５２の軸方向における実線ａｂからピン先部５２１に渡って、リード５２の外表面に半田メッキ被膜よりなる半田制御層５２６を形成することができる。なお、本例では、Ｍ２＝６μｍ厚さの半田制御層５２６を形成した。
【００４０】
なお、本例では、上記半田制御層５２６を形成するための半田としては、半田接合に用いる鉛フリー半田と同じＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田を用いた。半田制御層５２６を形成する半田と、半田接合用の半田とは、同じ材質の半田であっても、異なる材質の半田であってもよい。また、鉛−スズ共晶半田等の共晶半田を用いて、上記半田制御層５２６を形成することもできる。
【００４１】
本例の制御部形成工程では、上記のように半田制御層５２６を形成した後、さらに、リード５２の先端側の半田メッキ被膜を、酸などの溶液により除去する処理を実施した。図４に示すごとく、棚部５２２からピン先部５２１側にＧ２＝０ｍｍずれた位置（点線ｂｃで示す位置。）からリード５２の先端までの先端部５２ｃの外表面について、上記の剥離処理を実施すれば、実線ａｂから実線ｂｃまでの範囲のみに半田制御層５２６を有する上記制御部５２ｂを形成できる。また、これにより、リード５２のうち、制御部５２ｂに対して先端側に隣接する先端部５２ｃでは、その外表面としてＮｉ−Ｐメッキ層５２５（図５参照。）が露出する。
【００４２】
なお、本例の制御部形成工程における制御部５２ｂの形成方法に代えて、リード５２の外表面の一部に、半田との濡れ性を低下させる処理を施しておき、その後、制御部５２ｂに半田メッキ被膜を形成することもできる。すなわち、制御部５２ｂを形成する部分を除くリード５２の外表面に上記の処理を施しておけば、その後に実施するディップ法等では、上記制御部５２ｂのみに半田メッキ被膜を効率良く形成することができる。この場合には、リード５２の軸方向における実線ａｂから実線ｂｃの範囲のみに、選択的に半田メッキ被膜よりなる半田制御層５２６を形成でき、上記制御部形成工程を効率良く実施することができる。なお、ここで、上記半田との濡れ性を低下させる処理としては、酸化処理や、半田との濡れ性が低いＣｒメッキ処理などがある。
【００４３】
次に、上記部品配置工程を実施し、プリント配線基板４０の実装面４０１側に、電力用半導体素子５を配置する。この工程では、図１に示すごとく、実装面４０１と棚部５２２とが係合するまで、スルーホール部４００にリード５２を挿入する。
ここで、上記制御部形成工程では、図４に示すごとく、棚部５２２を基準位置として本体５０側にＧ１＝１ｍｍずれた位置（実線ａｂで示す位置。）から先端側に向かってＧ２＝２．６ｍｍずれた位置（実線ｂｃで示す位置。）までの範囲に上記制御部５２ｂを形成してある。
【００４４】
したがって、図１に示すごとく、実装面４０１と棚部５２２とが係合するように、スルーホール部４００にリード５２を挿入する本例の部品配置工程を実施すると、図５に示すごとく、リード５２において軸方向の中間部分をなす制御部５２ｂは、実装面４０１側にＬ１＝１ｍｍ突出する。また、本例のプリント制御基板４０の基板厚さＴ１＝１．６ｍｍであることから、制御部５２ｂは、半田接合面４０２側にＬ２＝１ｍｍ突出する。
【００４５】
上記部品配置工程の後、リード５２をスルーホール部４００に半田接合する接合工程を実施する。この工程では、図５に示すごとく、半田接合面４０２側からスルーホール部４００に向けて、鉛フリー半田を供給しながらレーザ光を照射する。
本例では、鉛フリー半田としてＳｎ基鉛フリー半田であるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田を用い、その半田線材６５をスルーホール部４００に接近させる。同時に、波長６８０μｍのレーザ光を発射するレーザ発振器６１と集光レンズ６１１とを含む半導体レーザ装置６を用いてレーザ光を照射し、半田線材６５を溶融させて、スルーホール部４００内に溶融半田を供給した。
【００４６】
レーザ照射により溶融した鉛フリー半田は、スルーホール部４００とリード５２との間隙に回り込む。ここで、半田接合するリード５２の外表面のうち、半田メッキ層５２６よりなる制御部５２ｂの外表面は、その両端側に隣接する付け根部５２ａ及び先端部５２ｃの外表面をなすＮｉ−Ｐメッキ層５２５と比べて、格段に鉛フリー半田との濡れ性が良好である。
【００４７】
そのため、本例の接合工程によれば、半田接合面４０２側から実装面４０１側に向かって、スルーホール部４００内で溶融半田を均一性高く流動させることができる。さらに、図５に示すごとく、実装面４０１側及び半田接合面４０２側では、制御部５２ｂが突出する位置（Ｌ１或いはＬ２として図示する位置。）で溶融半田の流動を抑止できる。それ故、図６に示すごとく、実装面４０１及び半田接合面４０２の両面側において、制御部５２ｂの突出長さＬ１或いはＬ２と略一致した形成高さを呈する品質の高い半田形状６５０を得ることができる。
【００４８】
以上のように、本例の半田接合方法では、電力用半導体素子５のリード５２について、その軸方向の所定の範囲に、鉛フリー半田との濡れ性が良好な制御部５２ｂを形成する。そして、この制御部５２ｂが、プリント配線基板４０の両面４０１、４０２側に所定の長さＬ１、Ｌ２だけ突出する状態で、上記接合工程を実施する。この制御部５２ｂによれば、溶融半田の流動を積極的に制御し、特に、実装面４０１側への過度な流動（溶融半田の落ち込み、垂れ等。）を抑止できる。そのため、鉛フリー半田に十分な熱量を供給して、溶融半田の流動不足による滞留を回避して、適切な半田形状を形成できる。
【００４９】
以上の内容を換言すれば次のように表現される。すなわち、本例のごとく制御部５２ｂにより溶融半田の流動制御を積極的に行えば、半田接合時の適切な熱量範囲を拡大して熱量制御を容易にできる。
このような効果は、従来の共晶半田と比べて融点が高いために半田接合時に必要となる熱量が大きい一方、熱量が過大であるときに溶融半田の垂れや落ち込み等を生じやすいため、その熱量制御が難しい鉛フリー半田の場合に特に有効である。
なお、本例では、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田を用いたが、これに代えて、Ｓｎ−Ａｇ半田や、Ｓｎ−Ｃｕ半田等のＳｎ基鉛フリー半田や、Ｓｎ半田等の鉛フリー半田を用いた場合にも本例の半田接合方法が有効となる。
【００５０】
なお、本例では、制御部５２ｂの形成範囲を、リード５２の軸方向における中間位置としたが、これに代えて、図４中の実線ａｂからリード５２先端までの全範囲に渡って制御部５２ｂを形成することもできる。半田接合面４０２を鉛直方向上方に位置させたプリント配線基板４０について半田接合を実施する場合には、半田接合面４０２からリード５２先端に向けての溶融半田の流動は、重力の作用により抑止し得る。
それ故、付け根部５２ａと制御部５２ｂと先端部５２ｃとよりなる本例のリード５２に代えて、先端部５２ｃを廃止し、付け根部５２ａと制御部５２ｂとによるリード５２としても、本例とほぼ同様に、信頼性の高い半田接合を行うことができる。
【００５１】
さらになお、本例では、Ｎｉ−Ｐメッキ層５２５（図４）を外表面に有するリード５２について、その外表面に、半田メッキ被膜よりなる半田制御層５２６を有する制御部５２ｂを設けた。付け根部５２ａ、先端部５２ｃの外表面をなす上記Ｎｉ−Ｐメッキ層５２５に代えて、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ等よりなるメッキ層を配設することもできる。
【００５２】
さらに、付け根部５２ａ及びトップ部５２ｃの外表面をなすＮｉ−Ｐメッキ層５２５を廃止し、リード５２の金属素地を露出させる一方、制御部５２ｂの外表面層としてＮｉ−Ｐメッキ被膜よりなる半田制御層５２６を形成することも良い。銅や、銅合金等よりなるリード５２の金属素地の表面に比べれれば、Ｎｉ−Ｐメッキ被膜は、格段に半田との濡れ性が良好であるため、この場合には、Ｎｉ−Ｐメッキ被膜よりなる層が上記半田制御層５２６として有効に作用する。
【００５３】
なお、図７に示すごとく、本体５０の裏面５０９が、プリント配線基板４０の実装面４０１との接合面として構成された電力用半導体素子５について、上記半田接合方法を適用することもできる。なお、このような電力用半導体素子５は、本体５０の側面から突出するリード５２が、その途中で直角に屈曲してスルーホール部４００に挿入されるように構成される。
【００５４】
そして、この電力用半導体素子５では、上記棚部５２２（図４参照。）に代わる基準位置５２２ｂに基づいて、制御部５２ｂを精度良く形成することができる。
この電力用半導体素子５では、実装面４０１と接合用の裏面５０９を含む平面（図７中、点線ｃで示す平面。）が、各リード５２を切断する面が基準位置５２２ｂとなる。そして、この基準位置５２２ｂは、電力用半導体素子５をプリント配線基板４０に実装した際、その実装面４０１の表面と略一致する位置である。
それ故、この基準位置５２２ｂを基準として制御部５２ｂを所定の範囲に形成すれば、実装面４０１からの制御部５２ｂの突出長さＬ１、或いは、半田接合面４０２からの制御部５２ｂの突出長さＬ２を精度良く管理することができる。
【００５５】
（実施例２）
本例の電力変換装置１の製造方法について、図８〜図１３を用いて説明する。
本例の電力変換装置１の製造方法は、図８に示すごとく、外部端子としてリード（以下、制御端子１６０と記載。）を有する平板状の半導体モジュール１０と扁平管形状の冷却チューブ２０とを交互に積層してなる半導体積層ユニット２と、上記制御端子１６０を挿入して半田接合するためのスルーホール部４００を有するプリント配線基板（以下、制御基板４０と記載。）とを有する電力変換装置１を製造する方法に関する。
【００５６】
この電力変換装置１の製造方法では、図９に示すごとく、制御端子１６０の軸方向において、半導体モジュール１０の本体側に位置した付け根部５２ａと隣接して、該付け根部５２ａの外表面よりも半田材料との濡れ性が良好な半田制御層（図示略）を外表面に有する制御部５２ｂを形成する制御部形成工程と、図１２に示すごとく、冷却チューブ２０と、該冷却チューブ２０の長手方向と制御端子１６０の軸方向とが略直交するように配置した半導体モジュール１０とを交互に積層することにより、隣り合う冷却チューブ２０の間から制御端子１６０が突出している半導体積層ユニット２を作製するユニット作製工程と、制御基板４０の実装面４０１を基準にして、上記制御部５２ｂが軸方向に所定長さＬ１（図９）だけ突出するよう、スルーホール部４００に制御端子１６０を挿入して半導体積層ユニット２を配置する部品配置工程と、実装面４０１の裏面である半田接合面４０２側から半田材料を供給して、スルーホール部４００に制御端子１６０を半田接合する接合工程とを実施する。
【００５７】
本例は、実施例１における電力用半導体素子を、上記半導体積層ユニット２に置き換えたものである。そして、実施例１における３本のリードは、本例では、半導体モジュール１０毎に５本ある多数の制御端子１６０に相当する。
そこで、以下の本例の説明では、電力変換装置１についての特有の内容を詳しく説明すると共に、実施例１と重複する内容については説明を省略する。
【００５８】
まず、本例の電力変換装置１について説明する。この電力変換装置１は、図８に示すごとく、例えば、電気自動車用の走行モータ（図示略）に通電する駆動電流を生成するための装置である。そして、この電力変換装置１は、上記のごとく制御基板４０及び電力バスバー（図示略）を組み付けた半導体積層ユニット２のほか、コンデンサやリアクトル等から構成される図示しない電力回路等を有してなる。
【００５９】
上記電力変換装置１では、図８に示すごとく、半導体積層ユニット２の表面２０２側に当たる側面には、制御端子１６０が突出している。そして、半導体積層ユニット２の表面２０２側には、制御基板４０を配置してある。
また、半導体積層ユニット２の裏面２０１に当たる側面には、半導体モジュール１０の電力端子１５０が突出している。そして、電力変換装置１では、この裏面２０１側には、電力端子１５０と電気的に接続する電力バスバー（図示略）を配置してある。
【００６０】
本例の電力用半導体モジュール１０は、図１０及び図１１に示すごとく、電力用半導体素子であるＩＧＢＴ素子１１と、モータの回転を滑らかにするために必要なフライホイールダイオード素子１２とを相互に対面する一対の電極放熱板１５の間に配置したモジュールである。
【００６１】
そして、この電力用半導体モジュール１０は、モールド樹脂１３を用いて、一対の電極放熱板１５と上記各素子１１、１２とを一体的に成形し、モジュール化してなる。本例では、電力用半導体モジュール１０の両面側に電極放熱板１５が露出するように樹脂成形してあり、この露出した電極放熱板１５をＩＧＢＴ素子１１等の放熱面として利用している。
【００６２】
電力用半導体モジュール１０は、同図に示すごとく、その外部端子として、各電極放熱板１５と一体的に形成された電力端子１５０と、モールド樹脂１３中に埋設して保持した５本一組の制御端子１６０とを有してなる。そして、本例の電力用半導体モジュール１０では、電極放熱板１５と平行な面内において、電力端子１５０と制御端子１６０とを対向配置してある。
そのため、図８に示すごとく、この電力用半導体モジュール１０を用いた本例の半導体積層ユニット２では、その裏面２０１側に電力端子１５０が突出すると共に、表面２０２側に制御端子１６０が突出する。
【００６３】
上記半導体積層ユニット２は、図１２に示すごとく、冷媒の流路をなす扁平管形状の冷却チューブ２０と、電力変換回路を構成する平板状の電力用半導体モジュール１０とを交互に積層してなる多層積層構造のものである。本例の半導体積層ユニット２では、隣り合わせで積層した冷却チューブ２０の間隙に、それぞれ２個の電力用半導体モジュール１０を並列配置してある。
冷却チューブ２０は、内部を冷媒の流路を有する扁平管形状をなす中空管（図８参照。）である。この冷却チューブ２０は、図１２に示すごとく、その両端部付近の扁平表面２１０に、ヘッダ管２４０を接続するための貫通穴（図示略）を穿孔してなる。
【００６４】
本例の半導体積層ユニット２は、同図に示すごとく、上記冷媒の供給、排出のための冷媒ヘッダとして供給用のヘッダ部２４１と排出用のヘッダ部２４２とを有している。本例では、隣り合って積層した冷却チューブ２０の間隙に配置したヘッダ管２４０により、上記各ヘッダ部２４１、２４２を形成した。
なお、ヘッダ管２４０としては、長さ方向に伸縮可能なアルミ材よりなるベローズ管状のものを用い、その両端部を冷却チューブ２０の扁平表面にろう付け接合してある。そして、各冷却チューブ２０の端部は、キャップ状を呈する封止部材２３を用いて封止してある。
【００６５】
本例の電力変換装置１は、図１２に示すごとく、相互に対面する保持プレート３１０及び挟圧プレート３２０を有する支持構造を有してなる。この支持構造は、保持プレート３１０と挟圧プレート３２０との間で積層方向の荷重を作用した状態で半導体積層ユニット２を保持するように構成してある。このように半導体積層ユニット２に対して積層方向の荷重を作用させると、冷却チューブ２０と電力用半導体モジュール１０との間に適切な当接荷重を作用できる。そして、冷却チューブ２０と電力用半導体モジュール１０との間で接触面積を確保して、両者間の熱伝導を促進することができる。
【００６６】
さらに、本例の電力変換装置１では、積層方向の荷重を作用した半導体積層ユニット２において、相互に密着させた冷却チューブ２０と電力用半導体モジュール１０との間には、図示しないセラミック板とシリコングリス層を配置してある。このセラミック板は、両者間の電気的な絶縁性を確保するのに有効であり、上記シリコングリス層は、熱伝導率を向上するために役立つ。
【００６７】
なお、上記の電力変換装置１は、図１２に示すごとく、上記保持プレート３１０及び上記挟圧プレート３２０の外表面のうち半導体積層ユニット２の表面２０２側に面する表面に、制御基板４０の取り付け面３１１、３２１を有している。本例の電力変換装置１は、取り付け面３１１、３２１に穿孔したねじ孔３１２に、制御基板４０をビス止めするように構成してある。
ここで、本例では、上記のごとくビス止めした制御基板４０と、半導体積層ユニット２の表面２０２との間に、所定の間隙Ｗ１（図９参照。本例では、Ｗ１＝９ｍｍ）が形成されるように、上記各取り付け面３１１、３２１を構成してある。
【００６８】
次に、上記の電力変換装置１を製造する方法について説明する。
本例の製造方法では、まず、上記ユニット作製工程を実施する。この工程では、図１２に示すごとく、冷却チューブ２０と、該冷却チューブ２０の長手方向と制御端子１６０の軸方向とが略直交するように配置した半導体モジュール１０とを交互に積層することにより、隣り合う冷却チューブ２０の間から制御端子１６０が突出している半導体積層ユニット２を作製する。
【００６９】
具体的には、ヘッダ管２４０を用いて冷却チューブ２０をはしご状に組み立てると共に、各冷却チューブ２０の両端に封止部材２３を装着する。そして、冷却チューブ２０に対して、ヘッダ管２４０及び封止部材２３をろう付け接合する。その後、同図に示すごとく、隣り合う冷却チューブ２０の間隙に電力用半導体モジュール１０を配置するに当たっては、ベローズ状のヘッダ管２４０を積層方向に伸ばしておき、上記の間隙を拡げた状態で電力用半導体モジュール１０を配置する。
【００７０】
その後、上記保持プレート３１０と上記挟圧プレート３２０との組み合わせを利用して、積層方向の両側から半導体積層ユニット２を挟み込むようにして、これらの部材を組み付ける。このように組み立てることで、半導体積層ユニット２に積層方向の圧縮荷重を作用させてヘッダ管２４０を積層方向に縮め、冷却チューブ２０と電力用半導体モジュール１０とを密着させることができる。
【００７１】
次に、作製した上記半導体積層ユニット２について、その制御端子１６０に制御部５２ｂ（図９参照。）を形成する上記制御部形成工程を実施する。本例では、溶融半田を満たした半田槽（図示略）を用い、いわゆるディップ法により全ての制御端子１６０について、一括して制御部５２ｂを形成した。
この工程では、溶融半田の液面と、半導体積層ユニット２の表面２０２とを略平行に保ちながら、上記液面と上記表面２０２との間隔がＷ２＝８ｍｍとなるまで（図９中の点線ａｂが液面と略一致するまで。）半導体積層ユニット２を近付けていく。このようなディップ法を行えば、各制御端子１６０について、半導体積層ユニット２の表面２０２を基準として先端側Ｗ２＝８ｍｍの位置（図９）から先端に渡って半田メッキ被膜よりなる半田制御層（図示略）を有する制御部５２ｂを形成できる。
【００７２】
なお、ディップ法により、半導体積層ユニット２に組み込んだ全ての半導体モジュール１０の制御端子１６０に、制御部５２ｂを一括形成する本例の制御部形成工程に代えて、各制御端子１６０について１本ずつ制御部５２ｂを設けることもできる。さらに、半導体積層ユニット２に組み込む前の部品としての半導体モジュール１０について、個別に制御部５２ｂを形成することもできる。
【００７３】
次に、上記の部品配置工程を実施する。この工程では、図１２及び図１３に示すごとく、制御基板４０の各スルーホール部４００に、各制御端子１６０を挿入したうえで、電力変換装置１の上記取り付け面３１１、３２１に制御基板４０をビス止めする。
ここで、上記のごとく、ビス止めした制御基板４０と、半導体積層ユニット２の表面２０２との間隙はＷ１＝９ｍｍ（図９）である。一方、上記のごとく、各制御端子１６０の制御部５２ｂは、上記表面２０２を基準として、先端方向にＷ２＝８ｍｍずれた位置から先端までの範囲に形成してある。
したがって、ビス止めした制御基板４０の実装面４０１を基準とすると、制御端子１６０の制御部５２ｂは、半導体積層ユニット２側に（Ｗ１−Ｗ２）、すなわち１ｍｍ突出する。
【００７４】
次に、制御基板４をビス止めした上記電力変換装置１について、その制御端子１６０を半田接合する上記半田接合工程を実施する。この工程では、ビス止めした制御基板４０の半田接合面４０２を鉛直方向の上方に向けて電力変換装置１を保持し、制御端子１６０を挿入配置した各スルーホール部４００に半田材料を供給して半田接合を実施する。本例では、半導体レーザを照射して半田材料を溶融させ、この溶融半田を接合箇所に供給することにより各スルーホール部４００と各制御端子１６０とを半田接合した。
【００７５】
なお、本例では、上記半田材料としては、Ｓｎ基鉛フリー半田であるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田を用いた。これに代えて、Ｓｎ−Ａｇ半田や、Ｓｎ−Ｃｕ半田等のＳｎ基鉛フリー半田や、Ｓｎ半田等の鉛フリー半田や、共晶半田を用いた場合にも本例の製造方法が有効となる。
【００７６】
なお、電力変換装置１の電力端子１５０には、半田接合により、図示しない電力バスバーを接合することができる。この場合には、本例と同様の制御部５２ｂを各電力端子１５０に設け、該制御部５２ｂを利用して溶融半田の流動を制御すれば、本例の制御端子１６０と同様に信頼性の高い半田接合を実現できる。
さらになお、電力端子１５０と上記電力バスバーとの接合方法を、半田接合に代えて溶融接合とする場合には、例えば、上記部品配置工程の前工程として、上記の溶融接合を行うことができる。
【００７７】
本例の電力変換装置の製造方法では、実施例１の半田接合方法と同様、上記制御部形成工程を実施する。この工程では、少なくとも半導体モジュール１０側の付け根部５２ａを残して、半田材料との濡れ性が良好な半田制御層を、制御端子１６０の外表面に有する制御部５２ｂを形成する。
【００７８】
そして、上記の部品配置工程では、制御基板４０の実装面４０１を基準として制御部５２ｂが所定長さ（Ｗ１−Ｗ２）＝１ｍｍだけ突出するように電力変換装置１を制御基板４０に配置する。
そのため、後工程として行う上記接合工程では、半田接合面４０２側から流動してくる溶融半田が、実装面４０１を大きく超えて付け根部５２ａに向けて浸食するおそれが少ない。さらに、流動してくる溶融半田が、実装面４０１の手前で流動を停止し、スルーホール部４００の途中で滞留するおそれも少ない。
【００７９】
それ故、本例の電力変換装置の製造方法によれば、実装面４０１を基準とした制御部５２ｂの突出長さ（Ｗ１−Ｗ２）＝１ｍｍと略一致した形成高さを呈する信頼性の高い半田形状を実現し得る。
このように、本例の電力変換装置１の製造方法では、制御端子１６０に設けた制御部５２ｂにより積極的に溶融半田の流動を制御することで、信頼性の高い半田接合を実現している。
【００８０】
特に、本例の電力変換装置１は、半導体モジュール１０と冷却チューブ２０とを交互に積層するユニット作製工程により得た半導体積層ユニット２を、制御基板４０に実装したものである。
ここで、本例の制御基板４０では、半導体積層ユニット２における制御端子１６０の積層方向の位置ばらつきを吸収できるように、制御端子１６０の断面形状に対してスルーホール部４００の内径を大きめに設定してある。
【００８１】
この場合には、スルーホール部４００の内周面と制御端子１６０の外周面との隙間が大きく、適正な半田形状を得ることが難しくなるため、本例のごとく、制御部５２ｂにより溶融半田の流動を積極的に制御することの作用効果が特に有効になる。このような作用効果は、高精度な熱量制御を必要とする鉛フリー半田の場合のみならず、鉛−スズ半田共晶等を用いる場合であっても、非常に有効である。
【００８２】
したがって、電力変換装置１の製造方法によれば、半導体積層ユニット２を構成する半導体モジュール１０の制御端子１６０が、制御基板４０に対して確実に半田接合された電気的信頼性の高い電力変換装置１を得ることができる。
【００８３】
（比較例１）
本例は、実施例１を基にして、半田接合するリード５２について制御部がない例である。この内容について、図１４及び図１５を用いて説明する。
図１４は、半田接合する際に与えた熱量が大き過ぎた場合の例である。また、図１５は、半田接合する際に与えた熱量が不足した例である。
【００８４】
一般に、鉛フリー半田は、鉛−スズ共晶半田等の共晶半田との比較において、半田接合する際に与えるべき熱量が大きく、かつ、適正な熱量の範囲が狭小で、熱量の制御が容易ではない。
半田接合する際に与えた熱量が大きすぎると、図１４に示すごとく、溶融半田が、プリント配線基板の実装面４０１側に過度に流動するおそれが高い。この場合には、プリント配線基板４０の半田接合面４０２側の半田の絶対量が不足気味になるため、良好な半田形状が得られない。
【００８５】
一方、半田接合する際の熱量が不足すると、図１５に示すごとく、溶融半田が、半田接合面４０２側から実装面４０１側へ流動せず、スルーホール部４００の途中で滞留するおそれが高い。この場合には、プリント配線基板４０の実装面４０１側の半田の絶対量が不足気味になるため、良好な半田形状が得られない。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】実施例１における、プリント配線基板に挿入実装電子部品を配置した様子を示す説明図。
【図２】実施例１における、挿入実装電子部品としての電力用半導体素子を示す正面図。
【図３】実施例１における、挿入実装電子部品としての電力用半導体素子を示す側面図。
【図４】実施例１における、リードにおける制御部近傍を拡大して示す拡大図（図２におけるＢ部分の拡大図。）。
【図５】実施例１における、スルーホール部とリードとの関係を示す説明図（図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図を上下反転して図示したもの。）。
【図６】実施例１における、スルーホール部とリードとの接合箇所の断面構造を示す拡大断面図。
【図７】実施例１における、挿入実装電子部品のその他の配置方法を説明する説明図。
【図８】実施例２における、電力変換装置の断面構造を示す断面図。
【図９】実施例２における、制御基板のスルーホール部に挿入された制御端子を示す説明図（図８におけるＣ部分の拡大図。）。
【図１０】実施例２における、半導体モジュールの上面図。
【図１１】実施例２における、半導体モジュールの断面構造を示す断面図。
【図１２】実施例２における、半導体積層ユニットを示す正面図。
【図１３】実施例２における、制御基板を示す正面図。
【図１４】比較例１における、スルーホール部とリードとの接合箇所の断面構造を示す拡大断面図その１。
【図１５】比較例１における、スルーホール部とリードとの接合箇所の断面構造を示す拡大断面図その２。
【符号の説明】
【００８７】
１ 電力変換装置
１０ 電力用半導体モジュール
１５０ 電力端子
１６０ 制御端子
２ 半導体積層ユニット
２０ 冷却チューブ
２４０ ヘッダ管
２４１、２４２ ヘッダ部
４０ プリント配線基板、制御基板
４００ スルーホール部
４０１ 実装面
４０２ 半田接合面
５２ リード
５２ａ 付け根部
５２ｂ 制御部
５２６ 半田制御層
【出願人】 【識別番号】０００００４２６０
【氏名又は名称】株式会社デンソー
【住所又は居所】愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地
【出願日】 平成１６年３月８日（２００４．３．８）
【代理人】 【識別番号】１０００７９１４２
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 祥泰

【識別番号】１００１１０７００
【弁理士】
【氏名又は名称】岩倉 民芳
【公開番号】 特開２００５−２５２１９８（Ｐ２００５−２５２１９８Ａ）
【公開日】 平成１７年９月１５日（２００５．９．１５）
【出願番号】 特願２００４−６４５４９（Ｐ２００４−６４５４９）