(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザ光の照射条件を選び電極板と導体パターンを強固にろう付けする半導体装置、電力変換装置及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置の電極板と導体パターンの接合部分において、絶縁基板２に対して平行でない方向に延伸する部分を有する本体部３ｂ、本体部３ｂの平行でない方向に延伸する部分に一端が接続され、絶縁基板２の面方向に屈曲した部分を有する屈曲部３ｈ及び屈曲部３ｈの他端に接続され、絶縁基板２の面方向に延伸している部分を有する先端部３ａを有する電極板３と、先端部３ａと導体パターン２ｂとの間にろう材１４と、を備える。先端部３ａは、導体パターン２ｂとろう材１４により接合された接合面２ｂ及びレーザを照射することで形成された溶融部３ｃを有するレーザ照射面３ｆを有する。溶融部３ｃにおけるレーザ照射面３ｆと同一平面の位置と接合面３ｄとの間の距離Ｗａは、本体部３ｂの厚さＷｂよりも大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体パターンを備えた絶縁基板と、
前記絶縁基板に対して平行でない方向に延伸する部分を有する本体部、前記本体部の前記絶縁基板に対して平行でない方向に延伸する部分に一端が接続され、前記絶縁基板の面方向に屈曲した部分を有する屈曲部、及び前記屈曲部の他端に接続され、前記絶縁基板の面方向に延伸している部分を有する先端部、を有する電極板と、
前記先端部と前記導体パターンとの間に設けられたろう材と、
を備え、
前記先端部は、前記導体パターンと前記ろう材により接合された接合面、及びレーザを照射することによって形成された溶融部を有するレーザ照射面、を有し、
前記溶融部における前記レーザ照射面と同一平面の位置と前記接合面との間の距離Wａは前記本体部の厚さＷｂよりも大きい半導体装置。
【請求項２】
前記先端部は、平板形状を呈している請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記先端部は、前記屈曲部の屈曲方向に対して９０度以下に折り曲げられた形状を呈する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記折り曲げられた形状は、前記屈曲部の屈曲方向に折り返して形成された請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記屈曲部は、前記接合面と同一面上に屈曲した部分を有する請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記距離Ｗａは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記溶融部の底部と前記溶融部における前記レーザ照射面と同一平面の位置との距離Ｗｃは、前記距離Ｗａの３０％以上である請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。 
【請求項８】
前記先端部は、前記屈曲部の屈曲方向に対して５度以上９０度以下に折り曲げられた形状を呈する請求項３に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記先端部は、前記屈曲部の屈曲方向に対して４５度以上８５度以下に折り曲げられた形状を呈する請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
折り曲げられた前記先端部における前記接合面の折り曲げの開始地点と、ろう材と前記接合面とが接している位置との距離Ｗｄは１ｍｍ以下である請求項８又は請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記ろう材は、硬ろう材である請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記硬ろう材は、りん銅ろうである請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記電極板は、銅もしくは銅合金で形成されている請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、を備えた電力変換装置。
【請求項１５】
絶縁基板に設けられた導体パターン上に硬ろう材を配置する工程と、
前記硬ろう材の上に電極板を配置する工程と、
前記電極板のレーザ照射面にレーザを照射して、前記レーザ照射面を溶融させつつ前記硬ろう材を溶融させる工程と、
前記硬ろう材に対向している前記電極板の接合面が溶融する前に、前記レーザ照射を停止する工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記電極板は、前記絶縁基板に対して平行でない方向に延伸する部分を有する本体部、前記本体部の前記絶縁基板に対して平行でない方向に延伸する部分に一端が接続され、前記絶縁基板の面方向に屈曲した部分を有する屈曲部、及び前記屈曲部の他端に接続され、前記絶縁基板の面方向に延伸している部分を有する先端部、を有し、
前記先端部は、前記接合面、及び前記レーザ照射面を有し、
前記レーザ照射面にレーザを照射することによって前記先端部に溶融部が形成され、前記溶融部における前記レーザ照射面と同一平面の位置と前記接合面との間の距離Wａは前記本体部の厚さＷｂよりも大きい請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記電極板は、前記屈曲部の屈曲方向に対して５度以上９０度以下に折り曲げられた形状を呈しており、前記レーザを前記絶縁基板に対して平行方向に照射する請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記電極板は、前記屈曲部の屈曲方向に対して４５度以上８５度以下に折り曲げられた形状を呈しており、前記レーザを前記絶縁基板に対して平行方向に照射する請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、電力変換装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体チップ上の表面電極と、銅もしくは銅合金製のリードフレームを、表面電極やリードフレームより低融点の錫や錫合金などの低融点金属層を介してレーザ溶接する半導体装置の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０５２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように、リードフレームにレーザ照射を行う際、レーザ照射によって銅が溶融していない場合にはビームエネルギの大半が反射で失われる。ところが、一旦銅が溶融するとレーザの吸収率が急激に上昇し、キーホールと呼ばれる穿孔が形成される。形成されたキーホールは深さ方向に急速に進展し、リードフレームに貫通穴が開いてしまう場合があり、その結果、リードフレームの下に設けられた絶縁基板にレーザが照射され、絶縁基板が損傷するという問題がある。特許文献１においては、レーザによる溶融が表面電極に到達しないようにレーザ光の照射条件を選ぶ必要があり、リードフレームと表面電極を強固に固着することは難しい。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、電極板と導体パターンとをレーザろう付けするときに電極板を充分に溶融させつつ、電極板と導体パターンとを強固にろう付けする半導体装置、電力変換装置及び半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置は、導体パターンを備えた絶縁基板と、絶縁基板に対して平行でない方向に延伸する部分を有する本体部、本体部の絶縁基板に対して平行でない方向に延伸する部分に一端が接続され、絶縁基板の面方向に屈曲した部分を有する屈曲部、及び屈曲部の他端に接続され、絶縁基板の面方向に延伸している部分を有する先端部、を有する電極板と、先端部と導体パターンとの間に設けられたろう材と、を備え、先端部は、導体パターンとろう材により接合する接合面、及びレーザを照射することによって形成された溶融部を有するレーザ照射面、を有し、溶融部におけるレーザ照射面と同一平面の位置と接合面との間の距離Wａは本体部の厚さＷｂよりも大きい。
【０００７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、絶縁基板に設けられた導体パターン上に硬ろう材を配置する工程と、硬ろう材の上に電極板を配置する工程と、電極板のレーザ照射面にレーザを照射して、レーザ照射面を溶融させつつ硬ろう材を溶融させる工程と、硬ろう材に対向している電極板の接合面が溶融する前に、レーザ照射を停止する工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る半導体装置は、溶融部におけるレーザ照射面と同一平面の位置と接合面との距離Ｗａは本体部の屈曲方向の厚さＷｂよりも大きい。したがって、電極板と導体パターンとをレーザろう付けするときに電極板を充分に溶融させつつ、電極板と導体パターンとを強固にろう付けする半導体装置、電力変換装置及び半導体装置の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置を示す断面図及び平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における半導体装置の電極板と導体パターンとの接合部分の構成を示す拡大断面図及び拡大平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における半導体装置の溶融部の概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１における半導体装置のろう材の形状を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２における半導体装置を示す断面図及び平面図である。
【図８】本発明の実施の形態２における半導体装置の電極板と導体パターンとの接合部分の構成を示す拡大断面図及び拡大平面図である。
【図９】本発明の実施の形態３における半導体装置を示す断面図及び平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における半導体装置の電極板と導体パターンとの接合部分の構成を示す拡大断面図及び拡大平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態４における半導体装置を示す断面図及び平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４における半導体装置の電極板と導体パターンとの接合部分の構成を示す拡大断面図及び拡大平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態５における半導体装置を示す断面図及び平面図である。
【図１４】本発明の実施の形態５における半導体装置の電極板と導体パターンとの接合部分の構成を示す拡大断面図及び拡大平面図である。
【図１５】本発明の実施の形態６にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１
図１は、本実施の形態における半導体装置を示す断面図および平面図である。図１（ａ）は、半導体装置１００の構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は半導体装置１００の構成を示す平面図である。図中にはＸＹＺ直交座標軸も示した。なお、図１（ｂ）では、半導体装置１００の内部の構成を分かりやすくするために、封止樹脂１１を省略して示してある。
【００１１】
図１において、半導体装置１００は、半導体素子１と、半導体素子１が接合された絶縁基板２と、半導体素子１と半導体装置１００の外部の電気回路とを電気的に接続するための配線である電極板３と、半導体素子１の熱を放熱する放熱板８とを備えており、これらが樹脂ケース９内に設けられ、封止樹脂１１で封止されて構成されている。
【００１２】
半導体素子１は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｃｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電力用の半導体素子であり、ケイ素（Ｓｉ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）あるいは窒化ガリウム（ＧａＮ）などの半導体材料で形成されている。なお、以下では、半導体素子１が炭化ケイ素で形成されたＭＯＳＥＦＴ（以下、ＳｉＣ  ＭＯＳＦＥＴと呼ぶ）である場合について説明するが、半導体素子１は、ＩＧＢＴであってもよく、ケイ素など他の半導体材料で形成されたＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴやであってもよい。
【００１３】
半導体素子１は、縦型構造を呈している。半導体素子１が備えている電極と絶縁基板２に設けられた導体パターン２ｂとが軟ろう材であるはんだ材などの接合材１２によって接合されている。
【００１４】
絶縁基板２は、窒化アルミ（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの熱伝導率が大きい絶縁物基板であるセラミックス板２ａの両面に、銅（Ｃｕ）などの導電率が大きい金属材料で形成された導体パターン２ｂと導体パターン２ｃとを有する。セラミックス板２ａの厚さは０．３ｍｍ〜１ｍｍであり、標準的な厚さは０．６３５ｍｍである。導体パターン２ｂ及び導体パターン２ｃで用いられる銅（Ｃｕ）箔の厚みは０．２〜１ｍｍである。導体パターン２ｂと導体パターン２ｃとが、セラミックス板２ａにろう付けなどの方法で接合されて絶縁基板２が形成されている。
【００１５】
絶縁基板２に設けられた導体パターン２ｃと放熱板８とが軟ろう材であるはんだ材などの接合材１３で接合されて、絶縁基板２が放熱板８に固定されている。放熱板８上には、図１に示すように１つの絶縁基板２が接合されている場合に限らず、複数の絶縁基板が接合されていてもよい。放熱板８は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属板やアルミ炭化ケイ素複合材（ＡｌＳｉＣ）など熱伝導率が大きい材料で形成されており、厚さは１ｍｍ〜５ｍｍである。放熱板８は、絶縁基板２が接合された面の裏側の面が、放熱グリスなどを介してヒートシンク（図示せず）に接合される。絶縁基板２上に接合された半導体素子１などの発熱は、熱伝導率が大きい絶縁基板２を伝導して放熱板８に到達し、放熱板８によって面方向に拡散されるとともに、ヒートシンクに伝熱して半導体装置１００の外部に放熱される。
【００１６】
絶縁基板２と放熱板８とを接合する接合材１３は、絶縁基板２からの熱を効率よく放熱板８に伝熱するために熱伝導率が大きい金属材料が好ましく、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などを用いた溶融温度が４５０℃未満の軟ろう材、いわゆるはんだ材が好ましい。接合材１３の厚さは、信頼性と放熱性を両立するために０．１ｍｍ〜０．３ｍｍで設けられるのが好ましい。また、接合材１２も接合材１３と同一のはんだ材で形成してもよい。
【００１７】
なお、本発明では、金属などの固体が溶融する温度を溶融温度と称して説明する。本発明でいう溶融温度とは、固体の温度を上昇させていった場合に、固体が溶融し始める温度である。固体が純金属である場合には、融点が溶融温度になるが、固体が合金である場合には固相温度が溶融温度となる。すなわち、固体が溶融温度以上になると、固体は形状を保持することが困難になるので、固体としての十分な強度が得られなくなる。また、固体が樹脂である場合であっても、溶融温度以上になると形状を保持することが困難になり、固体としての十分な強度が得られなくなる。
【００１８】
放熱板８に接合された絶縁基板２の周囲を囲って、樹脂ケース９が放熱板８に接着剤１０によって接着される。樹脂ケース９は、例えば、溶融温度が３００℃以下のポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの熱可塑性樹脂であってよく、接着剤１０は、例えば、エポキシ系の熱硬化性樹脂であってよい。
【００１９】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すとおり、電極板３の一端はねじ１５によって樹脂ケース９に取り付けられている。電極板３と樹脂ケース９の取り付け方法は、ねじ止め以外の固着方法であってもよい。電極板３の他端は、絶縁基板２の導体パターン２ｂにろう材１４によって接合されている。電極板３と半導体素子１は導体パターン２ｂを介して電気的に接続されている。
【００２０】
図１（ａ）に示すとおり、電極板３は本体部３ｂ、先端部３ａ及び屈曲部３ｈを有する。本体部３ｂは、銅もしくは銅合金等の金属板からなり、絶縁基板２に対して平行でない方向に延伸する部分を有する。本体部３ｂと先端部３ａとの間に屈曲部３ｈが設けられている。屈曲部３ｈは、一端が本体部３ｂの絶縁基板２に対して平行でない方向に延伸する部分に接続している。屈曲部３ｈは、絶縁基板２の面方向に屈曲した部分を有する。先端部３ａは屈曲部３ｈの他端と接続している。先端部３ａは、絶縁基板２の面方向に延伸するように設けられている。先端部３ａ、屈曲部３ｈ及び本体部３ｂとは一体に形成されている。先端部３ａは平板形状を呈している。先端部３ａの上側には溶融部３ｃが設けられている。溶融部３ｃとは、電極板３の先端部３ａの上面からレーザ照射した際に電極板３が発熱によって溶融することによって形成された部分のことである。
【００２１】
導体パターン２ｂには例えばモータ等を駆動する主たる電流が流れる。導体パターン２ｂの断面積が小さいと抵抗損失が増えることから、導体パターン２ｂはある程度の断面積を確保して設計される。導体パターン２ｂは通常、例えば１０〜５０Ａ／ｍｍ２という電流密度で設計される。したがって導体パターン２ｂの断面積は数１０ｍｍ２必要となる。導体パターン２ｂは抵抗が小さいことが求められるため、導体パターン２ｂは通常、銅（Ｃｕ）または銅合金の圧延板をプレス加工して成形するので、例えば導体パターン２ｂの幅が２０ｍｍである場合、厚みは１ｍｍ〜２ｍｍ程度（通常は１．５ｍｍ）必要となる。
【００２２】
電極板３も導体パターン２ｂと同様に銅（Ｃｕ）または銅合金の圧延板をプレス加工で成形されるため、導体パターン２ｂと同様の厚み（１ｍｍ〜２ｍｍ程度。通常は１．５ｍｍ）を有することになる。電極板３の素材としては無酸素銅であるＣ１０２０がよく用いられるが、強度が必要な場合、高導電性銅合金であるＣ１５１なども用いられる。
【００２３】
ろう材１４としては、りん銅ろう、銀ろう、銅ろう等の硬ろう材若しくははんだ等の軟ろう材が用いられる。ろう材１４としては、好ましくは、硬ろう材を用いるのがよい。上述のとおり導体パターン２ｂは例えば１０〜５０Ａ／ｍｍ２という電流密度の大電流が流れることが想定されている。すなわち、ろう材１４を介して導体パターン２ｂと電極板３との間に大きな電流が流れる。ろう材１４がはんだ等の軟ろう材である場合、軟ろう材であるろう材１４は電流による発熱によって溶融する可能性がある。
【００２４】
硬ろう材は、軟ろう材よりも溶融温度が高い（４５０℃以上）。したがって、ろう材１４に硬ろう材を用いた場合、ろう材１４に軟ろう材を用いた場合に比べて電流におる発熱によって溶融しにくい。すなわち、ろう材１４に硬ろう材を用いることによって、ろう付けの信頼性はより高まる。
【００２５】
より好ましくは、ろう材１４としては、溶融温度が６５０〜７００℃程度であり、ろう付け温度が８００℃程度のりん銅（Ｃｕ−Ａｇ−Ｐ）ろうを用いるのがよい。導体パターン２ｂと電極板３とを銅で形成した場合、フラックスを用いずに、導体パターン２ｂと電極板３とをろう付けすることができる。なお、ろう材１４の厚さは、例えば０．１〜０．５ｍｍ程度である。
【００２６】
導体パターン２ｂと電極板３との接合部分の構成についてさらに詳しく説明する。図２は、本実施の形態における半導体装置の導体パターンと電極板との接合部分の構成を示す拡大断面図と拡大上面図である。図２は、図１（ａ）の絶縁基板２の導体パターン２ｂと電極板３とをろう材１４で接合した接合部分の構成（図１（ｂ）中の破線箇所（Ａ））を拡大して示したものである。
【００２７】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すとおり、電極板３の先端部３ａは、溶融部３ｃ、接合面３ｄ、及びレーザ照射面３ｆを有する。接合面３ｄは、先端部３ａの面のうち、導体パターン２ｂに対向する面のことである。ろう材１４は先端部３ａと導体パターン２ｂとの間に設けられている。ろう材１４により、先端部３ａの接合面３ｄと導体パターン２ｂとは接合している。本実施の形態では、レーザ照射面３ｆは接合面３ｄに対向する面である。
【００２８】
溶融部３ｃはレーザ照射面３ｆにレーザが照射されることによって形成される。レーザ照射位置３ｅは、レーザが照射されるレーザ照射面３ｆ上の位置である。レーザ照射位置３ｅは、レーザ照射面３ｆ上にレーザを照射する前はレーザ照射面３ｆと一体の面である。レーザ照射面３ｆ上のレーザ照射位置にレーザを照射することによって、図２（ａ）に示すとおり、溶融部３ｃはレーザ照射面３ｆに対して例えば凸型形状を呈すようになる。レーザ照射面３ｆにレーザが照射されたあとのレーザ照射位置３ｅは、溶融部３ｃにおけるレーザ照射面３ｆと同一平面の位置である。
【００２９】
図２（ａ）に示すとおり、Ｗａは溶融部３ｃにおけるレーザ照射面３ｆと同一平面の位置と接合面３ｄとの間の距離である。Ｗｂは、屈曲部３ｈの絶縁基板２の面方向に屈曲している方向の厚さＷｂである。図２（ａ）に示すとおり、距離Ｗａは厚さＷｂよりも大きく形成されている。Ｗｃは溶融部３ｃのレーザ照射面３ｆと同一平面の位置からの最大の深さである。
【００３０】
好ましくは、距離Ｗａは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。距離Ｗａが０．５ｍｍ以下の場合、レーザ照射時にレーザ照射面３ｆから接合面３ｄまでレーザ光が突き抜けてしまい、絶縁基板２が損傷してしまう恐れがある。距離Ｗａが５ｍｍ以上の場合、接合面３ｄに十分に熱が伝わらない可能性がある。より好ましくは、距離Ｗａは１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。
【００３１】
また、溶融部３ｃの深さＷｃは、好ましくは先端部３ａの板厚、すなわち距離Ｗａに対して３０％以上９５％以下である。溶融部３ｃの深さＷｃが距離Ｗａに対して３０％以下になると、レーザ照射面３ｆにレーザを照射したときに接合面３ｄに熱が伝わりづらくなるので電極板３と導体パターン２ｂとの接合が弱くなる。逆に溶融部３ｃの深さＷｃが距離Ｗａに対して９５％以上になると、レーザ照射面３ｆにレーザ照射した場合にレーザ光が電極板３を突き抜けて絶縁基板２に損傷を加えてしまう可能性が生じる。
【００３２】
図３は、本実施の形態における半導体装置の溶融部の概略断面図である。図３に示すような溶融部３ｃの断面を観察する方法としては、電極板３を断面方向より研磨して、エッチング（例えば、Ｈ２Ｏ：７５ｍＬ、ＨＣｌ：２５ｍＬ、Ｆｅ（ＮＯ３）３：５ｇからなるエッチング液を用いる）した状態を顕微鏡により断面視から観察すればよい。図３によると、溶融部３ｃのように溶融した領域の微細構造は、そうでない領域と比較して、例えば長細い形状（穀物のような形状）をしている。すなわち、銅がレーザによって溶融した領域と、そうでない領域とは外観が明らかに異なる。
【００３３】
次に、半導体装置１００の製造方法について説明する。
【００３４】
図４および図５は、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を示す図である。図４は、絶縁基板２に半導体素子１を配置する工程から、電極板３の接合面３ｄの下に接合前のシート状のろう材１４ａを配置する工程までを示す断面図である。図５は、レーザ照射面３ｆにレーザ照射することによりシート状のろう材１４ａを溶融させる工程を示す断面図と、半導体装置１００を完成させる工程を示す断面図である。
【００３５】
まず、図４（ａ）に示すように絶縁基板２と放熱板８および半導体素子１とを接合する。まず、放熱板８をホットプレートなどの加熱装置上に載置し、放熱板８上にはんだシートなどの接合材１３を配置し、接合材１３の上に絶縁基板２を導体パターン２ｃが接合材１３と接するように配置する。そして、絶縁基板２の導体パターン２ｂに設けられた半導体素子１の接合領域にはんだシートなどの接合材１２を配置し、接合材１２の上に半導体素子１の電極が接合材１２と接するように配置する。
【００３６】
このように、放熱板８、接合材１３、絶縁基板２、接合材１２、半導体素子１を重ね合わせた後に、ホットプレートの温度を上昇させて放熱板８を加熱する。この結果、ホットプレートからの熱が放熱板８と絶縁基板２とを介して接合材１３、接合材１２に伝熱し、接合材１３および接合材１２を溶融する。接合材１３および接合材１２が十分に加熱されて溶融し、接合材１３が放熱板８に濡れ広がり、接合材１２が導体パターン２ｂに濡れ広がると、ホットプレートによる加熱を停止する。すると、溶融した接合材１３と接合材１２の温度が、それぞれの溶融温度以下まで低下して接合材１３と接合材１２とが凝固する。この結果、放熱板８と導体パターン２ｃとがはんだ付けされ、導体パターン２ｂと半導体素子１とがはんだ付けされる。なお、ここでは、ホットプレートで加熱する場合について説明したが、放熱板８、接合材１３、絶縁基板２、接合材１２、半導体素子１を重ね合わせた後にリフロー炉など他の方法によって加熱してもよい。
【００３７】
次に、図４（ｂ）に示すように、導体パターン２ｂ上にシート状のろう材１４ａを配置する。次に、放熱板８に樹脂ケース９を接着剤１０で接着する。その後、接合面３ｄと接するようにシート状のろう材１４ａの上に電極板３を配置する。次に電極板３の一端を樹脂ケース９にねじ１５によってねじ止めする。
【００３８】
シート状のろう材１４ａがりん銅ろうであって、電極板３の材料が銅である場合には、シート状のろう材１４ａ上に電極板３を直接配置してよい。しかしながら、シート状のろう材１４ａがりん銅ろうでない場合や電極板３が銅ではなく銅合金やアルミニウムなどである場合には、シート状のろう材１４ａと接合面３ｄとの間にフラックスを設けるのがよい。そして、放熱板８の下側に配置したホットプレートなどにより接着剤１０を加熱して熱硬化させて、放熱板８と樹脂ケース９とを固着する。
【００３９】
次に、図５（ａ）に示すように、レーザ光を照射して接合面３ｄと導体パターン２ｂとをろう付けする。図５（ａ）に示すように、接合面３ｄと導体パターン２ｂとの間にシート状のろう材１４ａを設けた状態で、レーザ照射装置２０からレーザ光２１を照射する。レーザ光２１は、電極板３の接合面３ｄと対向しているレーザ照射面３ｆに照射される。レーザ光２１は、例えば、波長１０６４ｎｍのレーザ光を出力するファイバーレーザ光であることが好ましい。
【００４０】
また、レーザ光はレンズによって集光されるが、エネルギ効率を高めるため、焦点を電極板表面近傍に合わせる事が必要である。このためレーザ光照射においてはレンズを用いてレーザ光を集光することを通常している。焦点からの距離が大きくなるにつれビームは広がってしまうためエネルギ密度が小さくなる。このためキーホールが形成されてもキーホールが深くなるにしたがってエネルギ密度は下がっていきキーホールが更に深くなることを防止できる作用が働く。このようにレンズを用いて集光する系で先端部３ａの厚み、すなわち距離Ｗａを大きくすることでさらにキーホールが想定外に深くなることを防止する効果が増す。実験的には焦点の前後０．７ｍｍではレーザ光照射により電極板を溶融できたがそれ以上ではエネルギ密度が低下し溶融しなかった。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、電極板３側のレーザ照射面３ｆにレーザ光２１を照射すると、電極板３はレーザ照射面３ｆに照射されたレーザ光２１を吸収して発熱する。その結果、電極板３の先端部３ａには溶融部３ｃが生成される。上記発熱による熱伝導により、接合面３ｄは加熱され、シート状のろう材１４ａに熱伝導し、シート状のろう材１４ａが溶融温度まで温度上昇して溶融する。すなわち、レーザ照射面３ｆを溶融させつつシート状のろう材１４ａを溶融させる。
【００４２】
その後、溶融後のろう材１４に対向している電極板３の接合面３ｄが溶融する前に、レーザ照射を停止する。レーザ光２１が、波長１０６４ｎｍのレーザ光を出力するファイバーレーザ光である場合、レーザ光２１を照射する時間は例えば５〜６秒程度であってもよい。
【００４３】
導体パターン２ｂと電極板３とを銅で形成し、ろう材１４をりん銅ろうとした場合には、りん銅ろうに含まれるりん（Ｐ）の還元作用によって、導体パターン２ｂおよび接合面３ｄの表面が還元されるためフラックスが不要になる。金属より熱伝導率が小さいフラックスが不要になることで、接合面３ｄからシート状のろう材１４ａへの熱伝導と導体パターン２ｂからシート状のろう材１４ａへの熱伝導とを高めることができるので、ろう材の温度をより一層高くすることができ、溶融したろう材１４と接合面３ｄおよび導体パターン２ｂとの濡れ性をより一層良くすることができるので好ましい。
【００４４】
次に、図５（ｂ）に示すように樹脂ケース９の開口部に熱硬化性樹脂からなる封止樹脂１１を封入し、加熱処理を行って封止樹脂１１を熱硬化させ、樹脂ケース９の開口部を封止する。以上のように、半導体装置１００は製造される。
【００４５】
図６は、本実施の形態における半導体装置のろう材の形状を示す断面図である。レーザろう付け後のろう材１４は例えば図６に示すような形状が考えられる。図６（ａ）は接合面３ｄ側がぬれ、導体パターン２ｂ側がぬれない場合の形状である。図６（ｂ）は接合面３ｄ側がぬれ、導体パターン２ｂ側がぬれない場合の形状である。図６（ｃ）は接合面３ｄ側がぬれずに、導体パターン２ｂ側がぬれる場合の形状である。図６（ｄ）は接合面３ｄ側がぬれ、導体パターン２ｂ側がぬれない場合の形状である。しかしながら、レーザ照射は電極板３側で行われ、ろう材１４が溶融する熱は電極板３側から伝導するので、図６（ｃ）に示すような、接合面３ｄ側がぬれずに、導体パターン２ｂ側がぬれるという形状にはなりにくい。
【００４６】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
【００４７】
電極板と絶縁基板上の導体パターンとの接合方法としては、従来のはんだ材による接合方法に加え、超音波接合を用いるケースが増えている。超音波接合は、超音波を印加する接合ツールを電極板に押し付けて電極板を塑性変形させ、接合界面に新生面を生じさせて凝着部を得て、電極板と絶縁基板上の導体パターンとを接合する方法である。しかしながら、塑性変形時の電極板の変形量が大きく接合ツールが基板に近い高さまで食い込むような状態になると、基板の割れの発生などが起こりえる。
【００４８】
また、接合ツール表面の凹凸が電極板に転写されるが、接合ツールの端部から横方向に塑性変形した電極板の材料は針状の突起となる。その結果、針状の突起となった電極板の材料が飛び散って電極板と導体パターンとの接合箇所に異物が介在し、極端な強度の低下や、電極板周辺の異物の付着などの不具合が発生する可能性がある。これらの不具合を備えた半導体装置をリジェクトするための検査工程を追加する必要があるので、検査コストがかかるという問題点がある。
【００４９】
上記超音波接合に対して、絶縁基板の導体パターンと電極板とを接合する技術として、レーザ溶接という接合方法がある。電極板にレーザを照射することによる局所的な加熱による接合により、他の接合箇所で用いられるはんだ材に対する影響を抑えられるという特徴がある。
【００５０】
レーザ光源としては、例えば1μｍ程度の波長のファイバーレーザが比較的安価で普及しており、例えば１ｋW程度の出力のものが利用できる。しかしながら、電極板に銅（Ｃｕ）または銅合金の圧延板を用いた場合、以下のような問題が生じる。例えば波長１μｍのレーザ光は銅の表面の吸収率が９％と低い。ところが一旦銅が溶融した場合、その吸収率は５０％と劇的に増大する。更に銅の表面がエネルギを得て沸点以上の温度に上昇すると、キーホールと呼ばれる穿孔が形成される。キーホール内壁は銅が溶融しており、レーザ光は穿孔の内壁を多重反射するので更に吸収率が高まることが知られている。
【００５１】
レーザ溶接においては、電極板と導体パターン間の接合界面を直接溶融する。導体パターンにキーホールが形成された場合、銅の表面におけるレーザ光の吸収率は５０％以上と大きいため、キーホールが急速に進展し、レーザは導体パターンを突き抜ける。その結果、絶縁基板のセラミック層は容易に昇華し穴があいてしまう。絶縁基板のセラミック層に凹みや穴等の損傷が発生すると、導体パターンの間の絶縁性能が低下してしまう。そのため、レーザ光がセラミック層を損傷した半導体装置は不良品としてスクリーニングする必要が生じるため、検査が煩雑となっていた。
【００５２】
このレーザ溶接に対して、レーザを電極板に照射することにより発生する熱により、電極板よりも低い融点を持つろう材を溶融させて接合する技術が、特許文献１に開示されているレーザろう付けである。レーザ溶接においては、熱容量の大きな電極板の場合、接合部分を加熱しても電極板に熱が逃げるため温度上昇をさせることが難しく、レーザ溶接には非常に大きな容量の熱源が必要となっていた。それに対し、レーザろう付けにおいては、リードフレームよりも低融点の低融点金属層（例えば錫ろう）を用いるので比較的小型の熱源で接合が可能となる。また、絶縁基板上の表面電極を貫通させずに接合するので絶縁基板にダメージを与える恐れがない。
【００５３】
しかしながら、特許文献１においては、リードフレームの幅や厚みなどに対する記載は無い。リードフレームのレーザを照射する部分の厚みが小さい場合、特許文献１における半導体装置の製造方法では、レーザによる溶融が表面電極に到達しないようにレーザ光の照射条件を選ぶ必要がある。すなわち、リードフレームを充分に溶融させつつ、リードフレームと表面電極を強固に固着することは難しい。
【００５４】
上記課題に対し、半導体装置１００は、溶融部３ｃにおけるレーザ照射面３ｆと同一平面の位置と接合面３ｄとの距離Ｗａは本体部の屈曲方向の厚さＷｂよりも大きい。したがって、レーザ照射面３ｆにレーザを照射したときに、接合面３ｄがレーザによって溶融しにくい。その結果、電極板３と導体パターン２ｂとをレーザろう付けするときに電極板３を充分に溶融させつつ、電極板３と導体パターン２ｂとを強固にろう付けするという効果を奏する。
【００５５】
また、特許文献１の図１によると、リードフレームのレーザを照射する部分と、リードフレームの他の部分の厚さが略同一である。その場合、リードフレームにレーザを照射したときに発生する熱が、リードフレームにレーザを照射する部分から、リードフレームの他の部分へと熱伝導してしまう。その結果、たとえ、リードフレームのレーザを照射する部分の厚みが大きくとも、リードフレームにレーザを照射した部分の温度が上昇しにくくなり、リードフレームと表面電極を強固に固着することは難しい。
【００５６】
上記課題に対し、半導体装置１００は、溶融部３ｃにおけるレーザ照射面３ｆと同一平面の位置と接合面３ｄとの距離Ｗａは本体部の屈曲方向の厚さＷｂよりも大きい。したがって厚さＷｂが小さい分、本体部３ｂの熱抵抗が小さくなる。その結果、レーザ照射面３ｆにレーザを照射したときに発生する熱が、本体部３ｂに熱伝導しにくくなる。その結果、先端部３ａの温度が上昇しやすくなり、電極板３と導体パターン２ｂとをレーザろう付けするときに電極板３を充分に溶融させつつ、電極板３と導体パターン２ｂとを強固にろう付けするという効果を奏する。
【００５７】
また、半導体装置１００は、溶融部３ｃにおけるレーザ照射面３ｆと同一平面の位置と接合面３ｄとの距離Ｗａは本体部の屈曲方向の厚さＷｂよりも大きい。したがって、レーザ照射面３ｆにレーザを照射したときに、接合面３ｄがレーザによって溶融しにくい。その結果、絶縁基板２の損傷を防止することができるという効果を奏する。また、電極板３の底面を溶融させずにろう材１４を溶融させるような温度勾配が大きい熱伝導型のろう付け条件の設定マージンを大きくすることができ、接合にまつわる反射率の揺らぎ等があっても安定したろう付けができるという効果も奏する。
【００５８】
実施の形態２
図７は、本実施の形態における半導体装置を示す断面図および平面図である。図７（ａ）は、半導体装置１０１の構成を示す断面図であり、図７（ｂ）は半導体装置１０１の構成を示す平面図である。なお、図７（ｂ）では、半導体装置１０１の内部の構成を分かりやすくするために、封止樹脂１１を省略して示してある。
【００５９】
実施の形態１の半導体装置１００に対して、半導体装置１０１は、電極板３の代わりに電極板３１を備えている点で相違する。電極板３１は本体部３１ｂ、屈曲部３１ｈ及び先端部３１ａを有する。それ以外の点については同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００６０】
導体パターン２ｂと電極板３１との接合部分の構成についてさらに詳しく説明する。図８は、本実施の形態における半導体装置の導体パターンと電極板との接合部分の構成を示す拡大断面図と拡大上面図である。図８は、図７の絶縁基板２の導体パターン２ｂと電極板３１とをろう材１４で接合した接合部分の構成（図７（ｂ）中の破線箇所Ｂ）を拡大して示したものである。
【００６１】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すとおり、電極板３１の先端部３１ａは、溶融部３１ｃ、接合面３１ｄ、及びレーザ照射面３１ｆを有する。先端部３１ａは絶縁基板２の面方向に延伸している部分を有する。図８（ａ）によると、先端部３１ａは屈曲部３１ｈの屈曲方向に折り返し形状をしている。すなわち、先端部３１ａは、先端部３１ａの先端を屈曲部３１ｈの屈曲方向に折り返すように折り曲げた折り曲げ部３１ｇを有する。先端部３１ａは、例えば厚さ１．５ｍｍ程度の厚さ一定の板材を折り返すように折り曲げて形成する。先端部３１ａは、屈曲部３１ｈの屈曲方向に対して０度以上５度以下に折り曲げられている。
【００６２】
図８（ａ）に示すとおり、接合面３１ｄは、先端部３１ａの面のうち、導体パターン２ｂに対向する面のことである。接合面３１ｄは、折り返し形状の一番下の面である。接合面３１ｄは、ろう材１４は接合面３１ｄと導体パターン２ｂの間に設けられている。レーザ照射面３１ｆは、本実施の形態では接合面３１ｄに対向する、折り返し形状の一番上の面である。
【００６３】
図８（ａ）に示すとおり、溶融部３１ｃはレーザ照射面３１ｆにレーザが照射されることによって形成される。レーザ照射位置３１ｅは、レーザが照射されるレーザ照射面３１ｆ上の位置である。図２（ａ）に示すとおり、溶融部３１ｃはレーザ照射面３１ｆに対して凸型形状を呈している。レーザ照射面３１ｆにレーザが照射されたあとのレーザ照射位置３１ｅは、溶融部３１ｃにおけるレーザ照射面３１ｆと同一平面の位置である。
【００６４】
図８（ａ）に示すとおり、Ｗａは溶融部３１ｃにおけるレーザ照射面３１ｆと同一平面の位置と接合面３１ｄとの距離である。Ｗｂは、屈曲部３１ｈの絶縁基板２の面方向に屈曲している方向の厚さＷｂである。図８（ａ）に示すとおり、距離Ｗａは実施の形態１と同様、厚さＷｂよりも大きく形成されている。Ｗｃは溶融部３１ｃのレーザ照射面３１ｆと同一平面の位置からの最大の深さである。
【００６５】
実施の形態１と同様、好ましくは、距離Ｗａは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。距離Ｗａが０．５ｍｍ以下の場合、レーザ照射時にレーザ照射面３１ｆから接合面３１ｄまでレーザ光が突き抜けてしまい、絶縁基板２が損傷してしまう恐れがある。距離Ｗａが５ｍｍ以上の場合、接合面３１ｄに十分に熱が伝わらない可能性がある。より好ましくは距離Ｗａは１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。先述のとおり、先端部３１ａは、厚さ一定の板材を折り返すように折り曲げて形成する。したがって、板材の厚さは好ましくは０．２５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であり、より好ましくは０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。
【００６６】
次に、半導体装置１０１の製造方法について説明する。半導体装置１０１の製造方法は、屈曲部３１ｈの屈曲方向に折り返し形状を呈する先端部３１ａのレーザ照射面３１ｆにレーザを照射すること以外、実施の形態１における半導体装置１００の製造方法と同じである。
【００６７】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。上述のとおり、半導体装置１０１も実施の形態１の半導体装置１００と同様の効果を奏する。それに加えて半導体装置１０１は、以下のような新たな効果を奏する。
【００６８】
半導体装置１０１は、先端部３１ａが、屈曲部３１ｈの絶縁基板２の面方向に屈曲している方向に折り返した形状を呈している。したがって、厚さ一定の板材をそのまま屈曲して形成することができるので、実施の形態１における電極板３よりも簡単に製造することができるという新たな効果を奏する。
【００６９】
なお、先端部３１ａの折り返し部分において、板材の間の部分に間隙を有していても構わない。板材の間の部分に間隙を有する場合、折り返し部分の下部の板材に溶融部３１ｃが形成されるのをその間隙が妨げる作用が生じる。その結果、レーザ照射時にレーザ照射面３１ｆから接合面３１ｄまでレーザ光がさらに突き抜けにくくなるので、絶縁基板２が損傷しにくくなるというさらなる効果を奏する。
【００７０】
また、図８（ａ）によると、先端部３１ａの折り返し形状において、折り返し回数は１回であるが、２回以上でも構わない。
【００７１】
実施の形態３
図９は、本実施の形態における半導体装置を示す断面図および平面図である。図９（ａ）は、半導体装置１０２の構成を示す断面図であり、図９（ｂ）は半導体装置１０２の構成を示す平面図である。なお、図９（ｂ）では、半導体装置１０２の内部の構成を分かりやすくするために、封止樹脂１１を省略して示してある。
【００７２】
実施の形態２の半導体装置１０１に対して、半導体装置１０２は、電極板３１の代わりに電極板３２を備えている点で相違する。電極板３２は本体部３２ｂ、屈曲部３２ｈ及び先端部３２ａを有する。それ以外の点については同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００７３】
導体パターン２ｂと電極板３２との接合部分の構成についてさらに詳しく説明する。図１０は、半導体装置の導体パターンと電極板との接合部分の構成を示す拡大断面図と拡大上面図である。図１０は、図９（ａ）の絶縁基板２の導体パターン２ｂと電極板３２とをろう材１４で接合した接合部分の構成（図９（ａ）中の破線箇所Ｃ）を拡大して示したものである。
【００７４】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すとおり、電極板３２の先端部３２ａは、溶融部３２ｃ、接合面３２ｄ、及びレーザ照射面３２ｆを有する。先端部３２ａは絶縁基板２の面方向に延伸している部分を有する。図１０（ａ）によると、先端部３２ａは屈曲部３２ｈの屈曲方向に沿って折り返した形状を呈している。すなわち、先端部３２ａは、先端部３２ａの先端を屈曲部３２ｈの屈曲方向に折り返すように折り曲げた折り曲げ部３２ｇを有する。先端部３２ａは、実施の形態２と同様に、例えば厚さ１．５ｍｍ程度の厚さ一定の板材を折り返すように折り曲げて形成する。
【００７５】
接合面３２ｄは、先端部３２ａの面のうち、導体パターン２ｂに対向する面のことである。接合面３２ｄは、折り返し形状の一番下の面である。接合面３２ｄは、ろう材１４は接合面３２ｄと導体パターン２ｂの間に設けられている。レーザ照射面３２ｆは、本実施の形態では接合面３２ｄに対向する、折り返し形状の一番上の面である。屈曲部３２ｈは、接合面３２ｄと同一面上に屈曲した部分を有するという点において実施の形態２と相違する。
【００７６】
図１０（ａ）に示すとおり、溶融部３２ｃはレーザ照射面３２ｆにレーザが照射されることによって形成される。レーザ照射位置３２ｅは、レーザが照射されるレーザ照射面３２ｆ上の位置である。図１０（ａ）に示すとおり、溶融部３２ｃはレーザ照射面３２ｆに対して凸型形状を呈している。レーザ照射面３２ｆにレーザが照射されたあとのレーザ照射位置３２ｅは、溶融部３２ｃにおけるレーザ照射面３２ｆと同一平面の位置である。
【００７７】
次に、半導体装置１０２の製造方法について説明する。半導体装置１０２の製造方法は、屈曲部３２ｈの屈曲方向に折り返し形状を呈する先端部３２ａのレーザ照射面３２ｆにレーザを照射すること以外、実施の形態１における半導体装置１００及び実施の形態２における半導体装置１０２の製造方法と同じである。
【００７８】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。上述のとおり、半導体装置１０２も実施の形態１の半導体装置１００及び実施の形態２の半導体装置１０１と同様の効果を奏する。それに加えて半導体装置１０２は、以下のような新たな効果を奏する。
【００７９】
半導体装置１０２は、屈曲部３２ｈが、接合面３２ｄと同一面上に屈曲した部分を有する。したがって、実施の形態２よりも接合面３２ｄと本体部３２ｂとの距離が実施の形態２における半導体装置１０１よりも近いので、本体部３２ｂと導体パターン２ｂとの抵抗をより小さくできるという新たな効果を奏する。
【００８０】
なお、先端部３２ａの折り返し部分において、板材の間の部分に間隙を有していても構わない。板材の間の部分に間隙を有する場合、折り返し部分の下部の板材に溶融部３２ｃが形成されるのをその間隙が妨げる作用が生じる。その結果、実施の形態２と同様にレーザ照射時にレーザ照射面３２ｆから接合面３２ｄまでレーザ光がさらに突き抜けにくくなるので、絶縁基板２が損傷しにくくなるという効果を奏する。
【００８１】
また、図１０（ａ）によると、先端部３２ａの折り返し形状において、折り返し回数は１回であるが、実施の形態２と同様に２回以上でも構わない。
【００８２】
実施の形態４
図１１は、本実施の形態における半導体装置を示す断面図および平面図である。図１１（ａ）は、半導体装置１０３の構成を示す断面図であり、図１１（ｂ）は半導体装置１０３の構成を示す平面図である。なお、図１１（ｂ）では、半導体装置１０３の内部の構成を分かりやすくするために、封止樹脂１１を省略して示してある。
【００８３】
実施の形態１の半導体装置１００に対して、半導体装置１０３は、電極板３の代わりに電極板３３を備えている点で相違する。電極板３３は本体部３３ｂ、屈曲部３３ｈ及び先端部３３ａを有する。また、半導体装置１０３は、樹脂ケース９の代わりに樹脂ケース９１を備えている点で相違する。それ以外の点については同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００８４】
導体パターン２ｂと電極板３３との接合部分の構成についてさらに詳しく説明する。図１２は、本実施の形態における半導体装置の導体パターンと電極板との接合部分の構成を示す拡大断面図と拡大上面図である。図１２は、図１１（ａ）の絶縁基板２の導体パターン２ｂと電極板３２とをろう材１４で接合した接合部分の構成（図１１中の破線箇所Ｄ）を拡大して示したものである。
【００８５】
図１２（ａ）に示すとおり、電極板３３の先端部３３ａは、溶融部３３ｃ、接合面３３ｄ、及びレーザ照射面３３ｆを有する。先端部３３ａは絶縁基板２の面方向に延伸している部分を有する。図１２（ａ）によると、先端部３３ａは、先端部３３ａの先端を絶縁基板２に対して垂直に折り曲げた折り曲げ部３３ｇを有する。先端部３３ａは、実施の形態２及び実施の形態３と同様に、例えば厚さ１．５ｍｍ程度の厚さ一定の板材を折り曲げて形成する。
【００８６】
接合面３３ｄは、先端部３３ａの面のうち、導体パターン２ｂに対向する面のことである。ろう材１４は、接合面３３ｄと導体パターン２ｂの間に設けられている。レーザ照射面３３ｆは、本実施の形態では折り曲げ部３３ｇ上の面である。接合面３３ｄは、屈曲部３３ｈの屈曲箇所と同一面上にあるという点において実施の形態３の接合面３２ｄと同様である。
【００８７】
図１２（ａ）によると、樹脂ケース９１は蓋９１ａをそなえている。レーザ照射面３３ｆにレーザを照射する前は、蓋９１ａは取り外された状態である。レーザ照射面３３ｆは蓋９１ａが取り外された開口部分に対向した位置に設けられている。レーザは開口部分を通してレーザ照射面３３ｆに照射される。レーザは絶縁基板２に対して水平方向に照射される。レーザ照射後に、開口部分に蓋９１ａを取り付けて封止する。
【００８８】
図１２（ａ）に示すとおり、溶融部３３ｃはレーザ照射面３３ｆにレーザが照射されることによって形成される。レーザ照射位置３３ｅは、レーザが照射されるレーザ照射面３３ｆ上の位置である。図１２（ａ）に示すとおり、溶融部３３ｃはレーザ照射面３３ｆに対して凸型形状を呈している。レーザ照射面３３ｆにレーザが照射されたあとのレーザ照射位置３３ｅは、溶融部３３ｃにおけるレーザ照射面３３ｆと同一平面の位置である。
【００８９】
図１２（ａ）に示すとおり、Ｗａは溶融部３３ｃにおけるレーザ照射面３３ｆと同一平面の位置と接合面３３ｄとの距離である。本実施の形態の場合、距離Ｗａは、レーザ照射位置３３ｅのｚ軸方向の最も下の位置と、接合面上の、ろう材１４と接合面３３ｄとが接している位置からｘ軸方向のもっとも左の位置との距離である。Ｗｂは、屈曲部３３ｈの絶縁基板２の面方向に屈曲している方向の厚さＷｂである。先端部３３ａは厚さ一定の板材を折り曲げて形成するので、図１２（ａ）に示すとおり、距離Ｗａは実施の形態１と同様、厚さＷｂよりも大きく形成されることになる。
【００９０】
また図１２（ａ）に示すとおり、Ｗｄは、折り曲げられた先端部３３ａにおける接合面３３ｄの折り曲げの開始地点と、ろう材１４と接合面３３ｄとが接している位置から最も近い位置までの距離である。すなわち、ろう材１４に対向している接合面３３ｄの折り曲げの開始地点から、ろう材１４と接合面３３ｄとが接している位置からｘ軸方向のもっとも左の位置との距離である。好ましくは距離Ｗｄは１ｍｍ以下である。すなわち、ろう材１４に対向している接合面３３ｄの折り曲げの開始地点にろう材を配置することで、先端部３３ａの広範囲にわたって温度を上昇させる必要がなくなるため、ろう付け条件の制約を緩和することができる。なお、距離Ｗｄは０ｍｍ未満であってもよい。すなわち、ろう材１４の導体パターン２ｂ上の位置が、図１２（ａ）において折り曲げ部３３ｇの上面視で最も左の位置までであれば、ろう材１４は接合面３３ｄの折り曲げの開始地点からはみ出していてもよい。
【００９１】
次に、半導体装置１０３の製造方法について説明する。半導体装置１０３の製造方法は、以下の点において実施の形態１における半導体装置１００の製造方法と相違する。屈曲部３３ｈの屈曲方向に対して垂直方向に折り曲げられた形状を呈している電極板３３の先端部３３ａのレーザ照射面３３ｆに照射する。レーザは絶縁基板２に対して平行方向に照射される。それ以外は、実施の形態１における半導体装置１００の製造方法と同じである。
【００９２】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。上述のとおり、半導体装置１０３も実施の形態１の半導体装置１００、実施の形態２の半導体装置１０１及び実施の形態３の半導体装置１０２と同様の効果を奏する。それに加えて半導体装置１０３は、以下のような新たな効果を奏する。
【００９３】
半導体装置１０３は、先端部３３ａの先端を、屈曲部３３ｈの絶縁基板２の面方向に屈曲している方向に垂直に折り曲げた折り曲げ部３３ｇを有する。したがって、絶縁基板２に対して水平方向にレーザ照射面３３ｆにレーザを照射したときに、溶融部３３ｃにキーホールが形成され、レーザ光が折り曲げ部３３ｇを貫通したとしても、そのレーザ光は接合面３３ｄに照射されることは無い。その結果、絶縁基板２の損傷を防止する効果が実施の形態１〜実施の形態３の半導体装置１００〜１０２よりも高いという効果を奏する。  
【００９４】
なお、樹脂ケース９１には、蓋９１ａを必ずしも設ける必要はない。レーザ照射面３３ｆにレーザを照射するときは、樹脂ケース９１の上方より、レーザを樹脂ケース９１の壁面と干渉しない角度（例えば１５度）から照射すればよい。その場合、蓋９１ａを封止する工程を省略することができるというさらなる効果を奏する。
【００９５】
また、折り曲げ部３３ｇは、先端部３３ａの先端を、屈曲部３３ｈの絶縁基板２の面方向に屈曲している方向に垂直に折り曲げていると記載したが、必ずしも垂直である必要はない。好ましくは絶縁基板２に沿った方向、すなわち屈曲部３３ｈの屈曲方向に対して５度以上９０度以下であればよい。
【００９６】
実施の形態５
図１３は、本実施の形態における半導体装置を示す断面図および平面図である。図１３（ａ）は、半導体装置１０４の構成を示す断面図であり、図１３（ｂ）は半導体装置１０４の構成を示す平面図である。なお、図１３（ｂ）では、半導体装置１０４の内部の構成を分かりやすくするために、封止樹脂１１を省略して示してある。
【００９７】
実施の形態４の半導体装置１０３に対して、半導体装置１０４は、電極板３３の代わりに電極板３４を備えている点で相違する。電極板３４は本体部３４ｂ、屈曲部３４ｈ及び先端部３４ａを有する。それ以外の点については同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００９８】
導体パターン２ｂと電極板３４との接合部分の構成についてさらに詳しく説明する。図１４は、本実施の形態における半導体装置の導体パターンと電極板との接合部分の構成を示す拡大断面図と拡大上面図である。図１４は、図１３の絶縁基板２の導体パターン２ｂと電極板３４とをろう材１４で接合した接合部分の構成（図１３（ｂ）中の破線箇所Ｅ）を拡大して示したものである。
【００９９】
図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すとおり、電極板３４の先端部３４ａは、溶融部３４ｃ、接合面３４ｄ、及びレーザ照射面３４ｆを有する。先端部３４ａは絶縁基板２の面方向に延伸している部分を有する。図１４（ａ）によると、先端部３４ａは、先端部３４ａの先端を屈曲部３４ｈの屈曲方向に対して折り曲げ角度θに折り曲げた折り曲げ部３４ｇを有する。先端部３４ａは、実施の形態２及び実施の形態３と同様に、例えば厚さ１．５ｍｍ程度の厚さ一定の板材をそのまま折り曲げて形成する。
【０１００】
折り曲げ角度θは好ましくは４５度以上８５度以下である。レーザを絶縁基板２に対して水平方向に照射したとき、θが４５度以上であるとレーザ照射面３４ｆに照射されたレーザ光はレーザ反射箇所に対して後方に反射する。その結果、そのレーザの反射による半導体装置内の各部品の損傷を防止するため、半導体装置内の各部品の配置に設計制約が発生する可能性がある。θが４５度以下である場合、レーザ照射面３４ｆに照射されたレーザ光や、溶融部３４ｃが生成するときに飛沫するスパッタがレーザ反射箇所に対して後方に反射しないので、半導体装置１０４内の各部品の配置に対する設計制約が緩和できる。
【０１０１】
また、θが８５度以上である場合、すなわち折り曲げ部３３ｇが絶縁基板２に対して垂直に近い場合、レーザ照射面３４ｆに照射されたレーザ光はレーザ照射装置２０に向かって反射する。これはレーザ照射装置の光の増幅に、内部の多重反射を用いているため、射出した光が戻ってくると、予期せぬ光量の増大を招く事が懸念される。すなわち反射されたレーザ光によって、レーザ照射装置２０が損傷する可能性がある。θが８５度以下である場合、レーザ照射面３４ｆに照射されたレーザ光はレーザ照射装置２０に向かって反射しないので、反射されたレーザ光によるレーザ照射装置２０の損傷を防止することができる。
【０１０２】
接合面３４ｄは、先端部３４ａの面のうち、導体パターン２ｂに対向する面のことである。ろう材１４は、接合面３４ｄと導体パターン２ｂの間に設けられている。レーザ照射面３４ｆは、本実施の形態では折り曲げ部３４ｇ上の面である。本実施の形態における接合面３４ｄは、本体部３４ｂと先端部３４ａの間の屈曲箇所が同一面上にあるという点において実施の形態３の接合面３３ｄと同様である。
【０１０３】
図１４（ａ）によると、実施の形態４と同様、レーザ照射面３４ｆにレーザを照射する前は、蓋９１ａは取り外された状態である。レーザ照射面３４ｆは蓋９１ａが取り外された開口部分に対向した位置に設けられている。レーザは開口部分を通してレーザ照射面３４ｆに照射される。レーザは絶縁基板２に対して水平方向に照射される。レーザ照射後に、開口部分に蓋９１ａを取り付けて封止する。
【０１０４】
図１４（ａ）に示すとおり、溶融部３４ｃはレーザ照射面３４ｆにレーザが照射されることによって形成される。レーザ照射位置３４ｅは、レーザが照射されるレーザ照射面３４ｆ上の位置である。図１４（ａ）に示すとおり、溶融部３４ｃはレーザ照射面３４ｆに対して凸型形状を呈している。レーザ照射面３４ｆにレーザが照射されたあとのレーザ照射位置３４ｅは、溶融部３４ｃにおけるレーザ照射面３４ｆと同一平面の位置である。
【０１０５】
次に、半導体装置１０４の製造方法について説明する。半導体装置１０４の製造方法は、以下の点において実施の形態４における半導体装置１０３の製造方法と相違する。屈曲部３４ｈの屈曲方向に対して折り曲げ角度θに折り曲げた形状を呈している電極板３４の先端部３４ａのレーザ照射面３４ｆに照射する。レーザは絶縁基板２に対して平行方向に照射される。それ以外は、実施の形態４における半導体装置１０３の製造方法と同じである。
【０１０６】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。上述のとおり、半導体装置１０４も実施の形態１の半導体装置１００、実施の形態２の半導体装置１０１、実施の形態３の半導体装置１０２及び実施の形態４の半導体装置１０４と同様の効果を奏する。それに加えて半導体装置１０４は、以下のような新たな効果を奏する。
【０１０７】
半導体装置１０４は、先端部３４ａの先端を、屈曲部３４ｈの絶縁基板２の面方向に屈曲している方向に折り曲げ角度θに折り曲げた折り曲げ部３４ｇを有し、折り曲げ角度θは４５度以上８５度以下である。したがって、絶縁基板２に対して水平方向にレーザ照射面３４ｆにレーザを照射したときに、レーザ照射面３４ｆに照射されたレーザ光はレーザ照射装置２０に向かって反射しないので、反射されたレーザ光によるレーザ照射装置２０の損傷を防止することができるという新たな効果を奏する。
【０１０８】
また、半導体装置１０４は、先端部３４ａの先端を、屈曲部３４ｈの絶縁基板２の面方向に屈曲している方向に折り曲げ角度θに折り曲げた折り曲げ部３４ｇを有し、折り曲げ角度θは４５度以上８５度以下である。したがって、レーザ照射面３４ｆに照射されたレーザ光や、溶融部３４ｃが生成するときに飛沫するスパッタがレーザ反射箇所に対して後方に反射しないので、半導体装置１０４内の各部品の配置に対する設計制約が緩和できるという新たな効果を奏する。
【０１０９】
実施の形態６
本実施の形態は、上述した実施の形態１〜５にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本発明は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態６として、三相のインバータに本発明を適用した場合について説明する。
【０１１０】
図１５は、本実施の形態にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【０１１１】
図１５に示す電力変換システムは、電源４００、電力変換装置２００、負荷３００から構成される。電源４００は、直流電源であり、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源４００は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やＡＣ／ＤＣコンバータで構成することとしてもよい。また、電源４００を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成することとしてもよい。
【０１１２】
電力変換装置２００は、電源４００と負荷３００の間に接続された三相のインバータであり、電源４００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に交流電力を供給する。電力変換装置２００は、図１５に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１と、主変換回路２０１を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する制御回路２０３とを備えている。
【０１１３】
負荷３００は、電力変換装置２００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷３００は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。
【０１１４】
以下、電力変換装置２００の詳細を説明する。主変換回路２０１は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており（図示せず）、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源４００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に供給する。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路２０１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路２０１の各スイッチング素子と各還流ダイオードの少なくともいずれかには、上述した実施の形態１〜５の半導体装置１００〜１０４のいずれかにかかる半導体モジュール２０２を適用する。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路２０１の３つの出力端子は、負荷３００に接続される。
【０１１５】
また、主変換回路２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示なし）を備えているが、駆動回路は半導体モジュール２０２に内蔵されていてもよいし、半導体モジュール２０２とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路２０１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２０３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）となる。
【０１１６】
制御回路２０３は、負荷３００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するＰＷＭ制御によって主変換回路２０１を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路２０１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
【０１１７】
本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路２０１のスイッチング素子と還流ダイオードとして実施の形態１〜５にかかる半導体モジュールを適用するため、図１５を実現することができる。
【０１１８】
本実施の形態では、２レベルの三相インバータに本発明を適用する例を説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、２レベルの電力変換装置としたが３レベルやマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本発明を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータやＡＣ／ＤＣコンバータに本発明を適用することも可能である。
【０１１９】
また、本発明を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機やレーザ加工機、又は誘導加熱調理器や非接触給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。
【０１２０】
本発明は、実施の形態１〜６に限られない。本発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせること、及びその一部を適宜変更、省略等することが可能である。
【符号の説明】
【０１２１】
１  半導体素子、
２  絶縁基板、２ａ  セラミックス板、２ｂ  導体パターン、２ｃ  導体パターン、
３、３１、３２、３３、３４  電極板、
３ａ、３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ  先端部、
３ｂ、３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ  本体部、
３ｃ、３１ｃ、３２ｃ、３３ｃ、３４ｃ  溶融部、
３ｄ、３１ｄ、３２ｄ、３３ｄ、３４ｄ  接合面、
３ｅ、３１ｅ、３２ｅ、３３ｅ、３４ｅ  レーザ照射位置、
３ｆ、３１ｆ、３２ｆ、３３ｆ、３４ｆ  レーザ照射面、
３１ｇ、３２ｇ、３３ｇ、３４ｇ  折り曲げ部、
３ｈ、３１ｈ、３２ｈ、３３ｈ、３４ｈ  屈曲部、
８  放熱板、
９、９１  樹脂ケース、
９１ａ  蓋、
１０  接着剤、
１１  封止樹脂、
１２、１３  接合材、
１４  ろう材、１４ａ  シート状のろう材、
１５  ねじ、
１００、１０１、１０２、１０３、１０４  半導体装置、
２００  電力変換装置、
２０１  主変換回路、
２０２  半導体モジュール、
２０３  制御回路、
３００  負荷、
４００  電源。
【図１】
2020072208.tif 000003
【図２】
2020072208.tif 000004
【図３】
2020072208.tif 000005
【図４】
2020072208.tif 000006
【図５】
2020072208.tif 000007
【図６】
2020072208.tif 000008
【図７】
2020072208.tif 000009
【図８】
2020072208.tif 000010
【図９】
2020072208.tif 000011
【図１０】
2020072208.tif 000012
【図１１】
2020072208.tif 000013
【図１２】
2020072208.tif 000014
【図１３】
2020072208.tif 000015
【図１４】
2020072208.tif 000016
【図１５】
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