(57)【要約】【課題】端子接合の接合強度のばらつきを抑制し、装置の信頼性を高める。【解決手段】半導体装置は、回路面（３ｂ）が形成される絶縁基板（３）と、回路面に接合される外部端子（７Ｂ）とを備える。回路面の上面は、外部端子の下面の一部に接触して接合され、回路面の上面と外部端子の下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、回路面と外部端子との溶融部（１１）が形成され、回路面の上面と外部端子の下面との間に生じる隙間の大きさは、２０μｍ以下であり、回路面および外部端子は、ともに銅または銅合金である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも上面に回路面が形成される絶縁基板と、
前記回路面の上面に接合材を介して配置される半導体素子と、
前記回路面の上面に接合される外部端子とを備え、
前記回路面の上面は、前記外部端子の下面の一部に接触して接合され、
前記回路面の上面と前記外部端子の下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、前記回路面と前記外部端子との溶融部が形成され、
前記回路面の上面と前記外部端子の下面との間に生じる隙間の大きさは、２０μｍ以下であり、
前記回路面および前記外部端子は、ともに銅または銅合金である、
半導体装置。
【請求項２】
前記絶縁基板、前記半導体素子、および、一部の前記外部端子を覆って形成される封止材をさらに備える、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁基板の下面に接合材を介して接続される放熱板をさらに備え、
前記放熱板の下面は、前記封止材から露出する、
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記溶融部が複数形成される、
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
金属板と、
前記金属板の上面に接合材を介して配置される半導体素子と、
前記金属板の上面に接合される外部端子とを備え、
前記金属板の上面と前記外部端子の下面とは導電材を介して接触し、
前記金属板の上面と前記外部端子の下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、前記金属板と前記外部端子と前記導電材との溶融部が形成され、
前記金属板および前記外部端子は、ともに銅または銅合金である、
半導体装置。
【請求項６】
前記金属板、前記半導体素子、および、一部の前記外部端子を覆って形成される封止材をさらに備える、
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記導電材は、平面視において、前記金属板と前記外部端子とが重なる範囲を超えて形成される、
請求項５または請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記溶融部が複数形成される、
請求項５から請求項７のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のうちのいずれか１項に記載の半導体装置を有し、かつ、入力される電力を変換して出力する変換回路と、
前記半導体装置を駆動するための駆動信号を前記半導体装置に出力する駆動回路と、
前記駆動回路を制御するための制御信号を前記駆動回路に出力する制御回路とを備える、
電力変換装置。
【請求項１０】
少なくとも上面に回路面が形成される絶縁基板を用意し、
前記回路面の上面に、接合材を介して半導体素子を配置し、
前記回路面の上面に外部端子を配置し、さらに、前記外部端子の上面にファイバーレーザーを照射することによって、前記回路面の上面に前記外部端子の下面を接合し、
前記回路面の上面は、前記外部端子の下面の一部に接触して接合され、
前記回路面の上面と前記外部端子の下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、前記回路面と前記外部端子との溶融部が形成され、
前記回路面の上面と前記外部端子の下面との間に生じる隙間の大きさは、２０μｍ以下である、
半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記外部端子の上面に、波長が５００ｎｍ以上、かつ、１２００ｎｍ以下であるファイバーレーザーを照射することによって、前記回路面の上面に前記外部端子の下面を接合する、
請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
金属板を用意し、
前記金属板の上面に、接合材を介して半導体素子を配置し、
前記金属板の上面に導電材を介して外部端子を配置し、さらに、前記外部端子の上面にファイバーレーザーを照射することによって、前記金属板の上面に前記導電材を介して前記外部端子の下面を接合し、
前記金属板の上面と前記外部端子の下面とは前記導電材を介して接触し、
前記金属板の上面と前記外部端子の下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、前記金属板と前記外部端子と前記導電材との溶融部が形成される、
半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記外部端子の上面に、波長が５００ｎｍ以上、かつ、１２００ｎｍ以下であるファイバーレーザーを照射することによって、前記金属板の上面に前記導電材を介して前記外部端子の下面を接合する、
請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１０から請求項１３のうちのいずれか１項に記載の製造方法で製造される半導体装置を有し、かつ、入力される電力を変換して出力する変換回路を設け、
前記半導体装置を駆動するための駆動信号を前記半導体装置に出力する駆動回路を設け、
前記駆動回路を制御するための制御信号を前記駆動回路に出力する制御回路を設ける、
電力変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願明細書に開示される技術は、半導体装置、電力変換装置、半導体装置の製造方法、および、電力変換装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境規制の強化に応じて、環境問題に配慮された高効率、かつ、省エネルギーの半導体装置に対する需要が高まっている。
【０００３】
半導体装置は、産業機器、モータを備える家電の駆動制御機器、電気自動車向けまたはハイブリッド自動車向けの車載制御機器、鉄道制御機器、さらには、太陽光発電の制御機器などに用いられており、さらなる高電力、高耐圧および高耐久を実現することが求められている。
【０００４】
特に、車載制御機器または鉄道制御機器では、省エネルギーの観点または電気エネルギーの変換ロスを抑える観点から、半導体装置が高負荷環境下（すなわち、高温度環境下）において用いられるようになっており（すなわち、高Ｔｊ化してきている）、このような高温度環境下であっても高効率かつ低損失で動作することが求められている。
【０００５】
具体的には、これまでの通常の動作温度は、Ｔｊ（ジャンクション温度）が１２５℃または１５０℃以下であったが、今後は、Ｔｊが１７５℃または２００℃以上の高温環境下での動作対応が必要となる。
【０００６】
そこで、上記のような高温度環境下で、スイッチングロスを抑制することによって低損失化、すなわち、高温状態での高効率化を図るべく、半導体装置の構造を見直す必要があった。
【０００７】
特に、半導体装置内の配線接続部（すなわち、接合部）が最も劣化し易く、この配線接続部（すなわち、接合部）の高品質、高信頼性、かつ、長寿命を実現することが大きな課題であった（たとえば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１９５６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、はんだに代わって、イットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）レーザー、ＣＯ２レーザー、または、半導体レーザーなどを用いる接合での配線接続開発が進んでいる。
【００１０】
また、ファイバーレーザーの発振器に関する技術開発が進み、当該レーザーの高出力化可能となっているため、レーザー反射率（すなわち、熱の吸収率）が低い銅（Ｃｕ）に対して当該レーザーを適用すべく検討が開始されている。
【００１１】
ところが、ファイバーレーザーを用いるパワー半導体装置の内部配線では耐久性が課題であり、特に、端子接合において、接合強度のばらつき（または、溶け込み深さのばらつき）が大きい。そのため、接合安定性を確保することが難しくなり、高信頼性が要求されるパワー半導体装置の実用化が困難であった。
【００１２】
本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を解決するためになされたものであり、端子接合の接合強度のばらつきを抑制し、装置の信頼性を高めるための技術を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願明細書に開示される技術の第１の態様は、少なくとも上面に回路面が形成される絶縁基板と、前記回路面の上面に接合材を介して配置される半導体素子と、前記回路面の上面に接合される外部端子とを備え、前記回路面の上面は、前記外部端子の下面の一部に接触して接合され、前記回路面の上面と前記外部端子の下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、前記回路面と前記外部端子との溶融部が形成され、前記回路面の上面と前記外部端子の下面との間に生じる隙間の大きさは、２０μｍ以下であり、前記回路面および前記外部端子は、ともに銅または銅合金である。
【００１４】
また、本願明細書に開示される技術の第２の態様は、金属板と、前記金属板の上面に接合材を介して配置される半導体素子と、前記金属板の上面に接合される外部端子とを備え、前記金属板の上面と前記外部端子の下面とは導電材を介して接触し、前記金属板の上面と前記外部端子の下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、前記金属板と前記外部端子と前記導電材との溶融部が形成され、前記金属板および前記外部端子は、ともに銅または銅合金である。
【００１５】
また、本願明細書に開示される技術の第３の態様は、上記のうちのいずれかの半導体装置を有し、かつ、入力される電力を変換して出力する変換回路と、前記半導体装置を駆動するための駆動信号を前記半導体装置に出力する駆動回路と、前記駆動回路を制御するための制御信号を前記駆動回路に出力する制御回路とを備える。
【００１６】
また、本願明細書に開示される技術の第４の態様は、少なくとも上面に回路面が形成される絶縁基板を用意し、前記回路面の上面に、接合材を介して半導体素子を配置し、前記回路面の上面に外部端子を配置し、さらに、前記外部端子の上面にファイバーレーザーを照射することによって、前記回路面の上面に前記外部端子の下面を接合し、前記回路面の上面は、前記外部端子の下面の一部に接触して接合され、前記回路面の上面と前記外部端子の下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、前記回路面と前記外部端子との溶融部が形成され、前記回路面の上面と前記外部端子の下面との間に生じる隙間の大きさは、２０μｍ以下である。
【００１７】
また、本願明細書に開示される技術の第５の態様は、金属板を用意し、前記金属板の上面に、接合材を介して半導体素子を配置し、前記金属板の上面に導電材を介して外部端子を配置し、さらに、前記外部端子の上面にファイバーレーザーを照射することによって、前記金属板の上面に前記導電材を介して前記外部端子の下面を接合し、前記金属板の上面と前記外部端子の下面とは前記導電材を介して接触し、前記金属板の上面と前記外部端子の下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、前記金属板と前記外部端子と前記導電材との溶融部が形成される。
【００１８】
また、本願明細書に開示される技術の第６の態様は、上記のうちのいずれかの半導体装置を有し、かつ、入力される電力を変換して出力する変換回路を設け、前記半導体装置を駆動するための駆動信号を前記半導体装置に出力する駆動回路を設け、前記駆動回路を制御するための制御信号を前記駆動回路に出力する制御回路を設ける。
【発明の効果】
【００１９】
本願明細書に開示される技術の第１の態様は、少なくとも上面に回路面が形成される絶縁基板と、前記回路面の上面に接合材を介して配置される半導体素子と、前記回路面の上面に接合される外部端子とを備え、前記回路面の上面は、前記外部端子の下面の一部に接触して接合され、前記回路面の上面と前記外部端子の下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、前記回路面と前記外部端子との溶融部が形成され、前記回路面の上面と前記外部端子の下面との間に生じる隙間の大きさは、２０μｍ以下であり、前記回路面および前記外部端子は、ともに銅または銅合金である。このような構成によれば、溶融部によって、回路面と外部端子との間に生じる隙間の大きさが２０μｍ以下となるため、接合強度のばらつきを抑制することができる。よって、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００２０】
また、本願明細書に開示される技術の第２の態様は、金属板と、前記金属板の上面に接合材を介して配置される半導体素子と、前記金属板の上面に接合される外部端子とを備え、前記金属板の上面と前記外部端子の下面とは導電材を介して接触し、前記金属板の上面と前記外部端子の下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、前記金属板と前記外部端子と前記導電材との溶融部が形成され、前記金属板および前記外部端子は、ともに銅または銅合金である。このような構成によれば、溶融部によって、金属板の上面と外部端子との間に挟まれた導電材が接合強度を保つため、接合強度のばらつきを抑制することができる。よって、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００２１】
また、本願明細書に開示される技術の第３の態様は、上記のうちのいずれかの半導体装置を有し、かつ、入力される電力を変換して出力する変換回路と、前記半導体装置を駆動するための駆動信号を前記半導体装置に出力する駆動回路と、前記駆動回路を制御するための制御信号を前記駆動回路に出力する制御回路とを備える。このような構成によれば、溶融部によって、被接合材と外部端子との間に生じる隙間の大きさが２０μｍ以下となるため、接合強度のばらつきを抑制することができる。
【００２２】
また、本願明細書に開示される技術の第４の態様は、少なくとも上面に回路面が形成される絶縁基板を用意し、前記回路面の上面に、接合材を介して半導体素子を配置し、前記回路面の上面に外部端子を配置し、さらに、前記外部端子の上面にファイバーレーザーを照射することによって、前記回路面の上面に前記外部端子の下面を接合し、前記回路面の上面は、前記外部端子の下面の一部に接触して接合され、前記回路面の上面と前記外部端子の下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、前記回路面と前記外部端子との溶融部が形成され、前記回路面の上面と前記外部端子の下面との間に生じる隙間の大きさは、２０μｍ以下である。このような構成によれば、ファイバーレーザーを用いて溶融部を形成することによって、回路面と外部端子との間に生じる隙間の大きさが２０μｍ以下となるため、接合強度のばらつきを抑制することができる。よって、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００２３】
また、本願明細書に開示される技術の第５の態様は、金属板を用意し、前記金属板の上面に、接合材を介して半導体素子を配置し、前記金属板の上面に導電材を介して外部端子を配置し、さらに、前記外部端子の上面にファイバーレーザーを照射することによって、前記金属板の上面に前記導電材を介して前記外部端子の下面を接合し、前記金属板の上面と前記外部端子の下面とは前記導電材を介して接触し、前記金属板の上面と前記外部端子の下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、前記金属板と前記外部端子と前記導電材との溶融部が形成される。このような構成によれば、ファイバーレーザーを用いて溶融部を形成することによって、金属板の上面と外部端子との間に挟まれた導電材が接合強度を保つため、接合強度のばらつきを抑制することができる。よって、半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００２４】
また、本願明細書に開示される技術の第６の態様は、上記のうちのいずれかの半導体装置を有し、かつ、入力される電力を変換して出力する変換回路を設け、前記半導体装置を駆動するための駆動信号を前記半導体装置に出力する駆動回路を設け、前記駆動回路を制御するための制御信号を前記駆動回路に出力する制御回路を設ける。このような構成によれば、溶融部によって、接合強度のばらつきを抑制することができる。よって、電力変換装置の信頼性を高めることができる。
【００２５】
また、本願明細書に開示される技術に関する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態に関する、高温環境下で動作可能なパワー半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。
【図２】実施の形態に関するパワー半導体装置の、端子と絶縁基板との接触部分の構成を拡大して示す図である。
【図３】実施の形態に関するパワー半導体装置の、端子と絶縁基板との接触部分の構成を拡大して示す図である。
【図４】実施の形態に関する、端子と回路面との間に生じる隙間と接合強度との相関関係の例を示す図である。
【図５】実施の形態に関する、パワー半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。
【図６】実施の形態に関するパワー半導体装置の、端子と導電性金属板との接触部分の構成を拡大して示す図である。
【図７】実施の形態に関する、電力変換装置を含む電力変換システムの構成の例を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。
【００２８】
なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化がなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。また、断面図ではない平面図などの図面においても、実施の形態の内容を理解することを容易にするために、ハッチングが付される場合がある。
【００２９】
また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。
【００３０】
また、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置と方向とを意味する用語が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、実際に実施される際の方向とは関係しないものである。
【００３１】
＜第１の実施の形態＞
以下、本実施の形態に関する半導体装置、および、半導体装置の製造方法について説明する。
【００３２】
＜パワー半導体装置の構成について＞
図１は、本実施の形態に関する、高温環境下で動作可能なパワー半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。
【００３３】
本実施の形態において例が示されるパワー半導体装置は、放熱性を有する放熱板４と、放熱板４の上面に接合材２を介して接合され、かつ、絶縁性を有する絶縁基板３と、絶縁基板３の上面に接合材２を介して接合される半導体素子１Ａと、絶縁基板３の上面に接合材２を介して接合される半導体素子１Ｂとを備える。
【００３４】
ここで、絶縁基板３は、絶縁材３ａと、絶縁材３ａの上面および下面に形成される回路面３ｂとを備える。
【００３５】
半導体素子１Ａの上面には、パワー半導体装置の外部入出力に接続される銅または銅合金である端子７Ａ、または、別の半導体素子１Ｂの上面が、配線５を介して電気的に接続されている。端子７Ｂは、銅または銅合金であり、かつ、絶縁基板３の上面の回路面３ｂに接合されている。
【００３６】
そして、パワー半導体装置は、ケース６に囲まれて搭載されており、ケース６の内部には絶縁材である封止材８が充填されている。
【００３７】
絶縁基板３、半導体素子１Ａ、半導体素子１Ｂ、一部の端子７Ａ、および、一部の端子７Ｂは、封止材８に覆われる。
【００３８】
半導体素子１Ａおよび半導体素子１Ｂは、一辺の長さが、たとえば、３ｍｍ以上、かつ、１８ｍｍ以下であり、たとえば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、ＩＧＢＴ）、金属−酸化膜−半導体電界効果トランジスタ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、すなわち、ＭＯＳＦＥＴ）などの電力変換可能なスイッチング機能を有する素子、または、ダイオードである。
【００３９】
半導体素子１Ａおよび半導体素子１Ｂは、たとえば、Ｓｉ、または、さらなる低損失かつ高効率での制御が可能なワイドバンドギャップ半導体（たとえば、ＳｉＣまたはＧａＮなど）を用いる半導体素子である。
【００４０】
たとえば、半導体素子１Ａおよび半導体素子１ＢがＩＧＢＴである場合、半導体素子１Ａおよび半導体素子１Ｂの下面に形成された裏面電極はコレクタ電極であり、半導体素子１Ａおよび半導体素子１Ｂの上面に形成された上面電極はエミッタ電極およびゲート電極となる。それぞれの電極は、スパッタ手法またはめっき手法によって、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇまたは銅（Ｃｕ）を主成分とする材料から構成されている。
【００４１】
放熱板４は、一辺の長さが、たとえば、３０ｍｍ以上、かつ、３００ｍｍ以下であり、厚さが、たとえば、３ｍｍ以上、かつ、２０ｍｍ以下である銅、銅合金複合体、Ａｌ、Ａｌ合金複合体、または、ＡｌＳｉＣからなる熱容量の大きい放熱板である。
【００４２】
放熱板４は、絶縁基板３の下面に接合材２を介して接続される。そして、放熱板４の下面は、封止材８から露出する。
【００４３】
ここでは図示されていないが、半導体素子１Ａおよび半導体素子１Ｂが搭載されていない面、すなわち、放熱板４の下面には、フィン形状の構成が、放熱グリス、または、ｔｈｅｒｍａｌ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ（ＴＩＭ）を介して接続されている。なお、上記のフィン形状の構成は、放熱板４と一体に形成されていてもよいし、水冷ジャケットと一体に形成されていてもよい。
【００４４】
半導体素子１Ａおよび半導体素子１Ｂは、スイッチング動作を行う際に発熱するため、上記のように、放熱板４によって熱容量を確保しつつ、放熱板４で直接冷却することによって、半導体素子１Ａおよび半導体素子１Ｂが、損失の少ない所望のスイッチング機能を得ることができる。
【００４５】
配線５は、Ａｌまたは銅（Ｃｕ）を主成分とするワイヤー材であり、パワー半導体装置の内部配線として用いられる。配線５は、図１においては複数本のワイヤーボンディングとして用いられている。
【００４６】
配線５の直径は、たとえば、３００μｍ以上、かつ、５００μｍ以下である。Ａｌよりも銅（Ｃｕ）のほうが電流密度を大きくすることができるため、ワイヤー材およびワイヤー径を考慮し、パワー半導体装置の電流仕様に合わせて使い分けられている。
【００４７】
また、配線５は、厚さがたとえば、０．１ｍｍ以上、かつ、０．５ｍｍ以下であるフラットな形状（たとえば、リボン状）のワイヤー材であってもよい。このような形状であれば、配線５は様々な大きさの電流に対応可能となり、また、低抵抗となるため自己発熱量を抑制することができる。
【００４８】
半導体素子１Ａおよび半導体素子１Ｂと絶縁基板３の上面の回路面３ｂとの間、および、絶縁基板３の下面の回路面３ｂと放熱板４との間に用いられる接合材２は、たとえば、Ｓｎを主成分とするＰｂフリーはんだ材である。または、接合材２は、Ａｇまたは銅（Ｃｕ）の微小金属粒子および溶剤などから構成された焼結接合材であり、４００℃以上の高耐熱性を有するものである。
【００４９】
したがって、上記の接合材２は、高温環境下で動作するＳｉＣ素子またはＧａＮ素子などを搭載するパワー半導体装置にも対応可能である。
【００５０】
接合材２による接合厚は、たとえば、１０μｍ以上、かつ、３００μｍ以下である。当該接合厚は、半導体素子１Ａおよび半導体素子１Ｂへのダメージを考慮して決定される。なお、接合材２は十分な熱伝導率を有しているため、接合厚が厚いことによる熱抵抗の問題は生じない。
【００５１】
放熱板４の平面視における周囲には、パワー半導体装置の外郭となるケース６が、接着剤（ここでは、図示しない）などによって接着されている。
【００５２】
ケース６は、平面視において、半導体素子１Ａ、半導体素子１Ｂ、配線５および絶縁基板３の周囲を囲んでいる。ポリフェニレンサルファイド（ｐｏｌｙ  ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  ｓｕｌｆｉｄｅ、すなわち、ＰＰＳ）樹脂またはポリブチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、すなわち、ＰＢＴ）樹脂などからなるケース６は、端子７Ａおよび端子７Ｂと一体成型されている。
【００５３】
ケース６に囲まれた内側の領域は、たとえば、エポキシを主成分とする樹脂、または、ゲル状のシリコーン樹脂である封止材８によって封止（すなわち、注入）される。
【００５４】
また、図１においては図示されていないが、駆動回路または保護回路を搭載する制御基板がケース６に囲まれた内側の領域に封止されている場合がある。
【００５５】
このような制御基板が搭載される場合は、端子７Ａまたは端子７Ｂの一部が駆動回路または保護回路を搭載する制御基板に接続され、スイッチング動作を行うための制御信号が端子７Ａまたは端子７Ｂから制御基板へ入力される。
【００５６】
ケース６に囲まれた内側の領域に搭載される制御基板は、端子７Ａまたは端子７Ｂによって支持されつつ、放熱板４の上面において、絶縁基板３または放熱板４にほぼ平行な状態で配置される。
【００５７】
半導体素子１Ａから、Ａｌまたは銅（Ｃｕ）を主成分とする配線５（すなわち、ワイヤー）を介して配線接続された端子７Ａ、そして、絶縁基板３の上面の回路面３ｂにファイバーレーザー接合された端子７Ｂは、外部との入出力を行うＡＣ出力端子、入出力端子および制御を行う信号端子である。端子７Ａおよび端子７Ｂは、厚さ１ｍｍほどの銅または銅合金からなる。
【００５８】
端子７Ａおよび端子７Ｂは、たとえば、モータなどの電動機、バッテリー、または、ハーネスへとそれぞれ配線接続される。
【００５９】
絶縁基板３は、絶縁材３ａと、絶縁材３ａの上面および下面に形成される回路面３ｂとを備える構成である。絶縁材３ａは、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４またはＡｌ２Ｏ３であり、絶縁材３ａの厚さは、たとえば１ｍｍ以下である。
【００６０】
絶縁基板３の上面の回路面３ｂは、銅または銅合金である。銅または銅合金で構成される回路面３ｂは酸化しやすいため、ＮｉめっきまたはＳｎめっきがなされていてもよい。
【００６１】
図２および図３は、本実施の形態に関するパワー半導体装置の、端子と絶縁基板との接触部分の構成を拡大して示す図である。
【００６２】
図２に例が示されるように、絶縁基板３の上面の回路面３ｂと端子７Ｂとの間の接合は、端子７Ｂの下面のうちの一部が回路面３ｂの上面と接触している状態であり、すなわち、端子７Ｂの下面のうちの他の部分は、回路面３ｂの上面と接触していない状態である。また、端子７Ｂの下面と回路面３ｂの上面とが接触していない箇所に生じる隙間の大きさは均一ではなく、その大きさは、たとえば、２０μｍ以下であるものとする。
【００６３】
次に、図３に例が示されるように、図２のように端子７Ｂの下面の一部が回路面３ｂの上面と接触していない状態で、端子７Ｂの上面、すなわち、端子７Ｂの回路面３ｂと接触する面とは反対側の面に、局所的に高エネルギー密度のファイバーレーザーを照射する。そして、当該照射の熱を活用して、端子７Ｂおよび回路面３ｂのみを溶融させて溶融部１１を形成しつつ、端子７Ｂの下面と回路面３ｂの上面とを接合させる。
【００６４】
ここで、溶融部１１の平面視における大きさは、たとえば、５ｍｍ２以上、かつ、１２ｍｍ２以下である。
【００６５】
ここで、ファイバーレーザーの波長は、たとえば、５００ｎｍ以上、かつ、１２００ｎｍ以下である。また、ファイバーレーザーは、１ｓ以下の時間で、端子７Ｂの上面から鉛直下向きに照射される。
【００６６】
従来のＹＡＧレーザー、ＣＯ２レーザーまたは半導体レーザーなどでは、レーザーエネルギーの吸収率が低い銅に対しては、エネルギー不足であった。しかしながら、ファイバーレーザーであれば、数ＫＷの十分な出力を得ることができる。
【００６７】
図４は、本実施の形態に関する、端子と回路面との間に生じる隙間と接合強度との相関関係の例を示す図である。図４において、縦軸が接合強度［ＭＰａ］であり、横軸が隙間の大きさ［μｍ］である。
【００６８】
図４に示されるように、規格で定められる接合強度としてたとえば２０ＭＰａを満たすためには、端子と回路面との間に生じる隙間の大きさは２０μｍ以下であることが必要となる。
【００６９】
図２および図３に例が示された場合では、端子７Ｂと回路面３ｂとは一部で接触しているため、接触している箇所がないことが前提とされる図４の相関関係で規格値を満たす接合強度が実現されれば、必要な接合強度を十分に満たすことができる。
【００７０】
上記によれば、高エネルギー密度のファイバーレーザーを用いて、図３に例が示されたように、端子７Ｂの上面から絶縁基板３の上面の回路面３ｂにかけて、十分な溶け込み、すなわち溶融部１１を得ることができる。
【００７１】
また、同一の、端子７Ｂと回路面３ｂとの間の接合箇所において、ファイバーレーザーを複数箇所照射することによって、端子７Ｂと回路面３ｂとの間の接合面積をさらに大きくすることができる。そのため、接合の安定性を向上させて信頼性の高い配線接続を実現し、さらには、パワー半導体装置の長寿命化を実現することができる。
【００７２】
また、ファイバーレーザーは高エネルギー密度であるため、接合のため照射時間は非常に短い。具体的には、数十から数百ｍｓ／照射点でよいため、１ｓ以下／接合となる。そのため、生産性を向上させることができる。
【００７３】
通常、ＹＡＧレーザー、ＣＯ２レーザーまたは半導体レーザーなどで接合する場合には、接合箇所の周囲を押さえ冶具などで押さえる必要がある。押さえ冶具は、端子７Ｂを絶縁基板３に向けて鉛直下方向に押さえる。
【００７４】
一方で、ファイバーレーザーなどの高エネルギー密度のレーザーを用いて溶融部１１を形成し、かつ、端子７Ｂと回路面３ｂとの間に生じる隙間の大きさが２０μｍ以下であれば、押さえ冶具を用いずに、接合強度の規格値を満たす接合を得ることができる。
【００７５】
また、近年、特に鉄道または車両に搭載されるパワー半導体装置については、取り付けスペースが制限される観点から、装置の小型化が要求されている。したがって、搭載される絶縁基板３の大きさも小型化がすすんでおり、それに伴い、端子７Ｂと回路面３ｂとの接合面積も小さく制限される傾向がある。これに対し、本実施形態に関する端子７Ｂと回路面３ｂとの間の接合であれば、押さえ冶具を用いずに十分な接合強度を実現することができるため、パワー半導体装置の小型化にも対応可能である。
【００７６】
一方で、絶縁基板３の配置位置と端子７Ｂと配置位置との関係によっては、端子７Ｂと回路面３ｂとの間の隙間が２０μｍ以下とはならない場合も生じる。そのような場合には、押さえ冶具を用いなければならない。
【００７７】
そのような場合には、端子７Ｂと回路面３ｂとの接合箇所の付近ではなく、屈曲形状（すなわち、ベンド形状）となっている箇所を押さえ治具を用いて押さえることとなる。
【００７８】
そうすると、押さえ治具によって押さえられる箇所と接合箇所とが離れているため、接合箇所における端子７Ｂの先端に、やはり図２に示されるように隙間が生じてしまうことが多い。
【００７９】
そのような場合であっても、本実施の形態に端子７Ｂと回路面３ｂとの間の接合であれば、端子７Ｂと回路面３ｂとの間に生じる隙間の大きさが２０μｍ以下となることによって、良好な接合とともに規格値を満たす接合強度を得ることができる。
【００８０】
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態に関する半導体装置、および、半導体装置の製造方法について説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
【００８１】
＜パワー半導体装置の構成について＞
図５は、本実施の形態に関するパワー半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。本実施の形態において例が示されるパワー半導体装置は、導電性金属板１０Ａと、導電性金属板１０Ａとは離間して配置される導電性金属板１０Ｂと、導電性金属板１０Ｂの上面に接合材２を介して接合される半導体素子１Ａと、導電性金属板１０Ｂの上面に接合材２を介して接合される半導体素子１Ｂと、半導体素子１Ａと半導体素子１Ｂとを接続するＡｌまたは銅（Ｃｕ）を主成分とする配線５と、金属性導電材９を介して導電性金属板１０Ａの上面に接続される銅または銅合金である端子７Ａと、金属性導電材９を介して導電性金属板１０Ｂの上面に接続される銅または銅合金である端子７Ｂと、半導体素子１Ａの上面と導電性金属板１０Ａの上面とを接続する配線５とを備える。
【００８２】
導電性金属板１０Ａと、導電性金属板１０Ｂと、半導体素子１Ａと、半導体素子１Ｂと、端子７Ａの一部と、端子７Ｂの一部とはエポキシ系樹脂などである封止材８を用いて、たとえば、トランスファー成形によって封止されている。
【００８３】
上記のうち、導電性金属板１０Ａおよび導電性金属板１０Ｂは、互いに異なる電位（電極）である。
【００８４】
なお、導電性金属板１０Ａの下面および導電性金属板１０Ｂの下面には、絶縁性を有する絶縁金属層が形成されていてもよい。
【００８５】
ここで、絶縁金属層は、絶縁層と保護金属層との積層構造である。当該絶縁層には、窒化ホウ素またはアルミナなどのフィラーが混入されたエポキシ樹脂を用いられる。そして、当該絶縁層に、熱伝導性の高い銅またはアルミなどからなる保護金属層が固着する。
【００８６】
半導体素子１Ａおよび半導体素子１Ｂは、たとえば、裏面電極としてコレクタ電極を備え、表面電極としてゲート電極およびエミッタ電極と備えるＩＧＢＴなどの半導体素子、または、ダイオード機能を有する半導体素子が想定される。本実施の形態に関するパワー半導体装置では、この２種類の半導体素子が半導体素子１Ａおよび半導体素子１Ｂの一対で用いられるものとする。
【００８７】
端子７Ａおよび端子７Ｂによって外部からの信号入力がなされ、パワー半導体装置の動作制御（具体的には、スイッチング動作のオン／オフ制御など）が行われている。半導体素子１Ａおよび半導体素子１Ｂは、Ｓｉを用いるＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴまたはダイオードに限られず、たとえば、ＳｉＣまたはＧａＮを用いるそれらの素子であってもよい。
【００８８】
導電性金属板１０Ａおよび導電性金属板１０Ｂは、銅または銅合金からなる平板である。導電性金属板１０Ａおよび導電性金属板１０Ｂの厚さは、たとえば、０．２ｍｍ以上、かつ、１ｍｍ以下である。そのため、導電性金属板１０Ａおよび導電性金属板１０Ｂは、回路上の位置が安定せず、反っていたり、傾いていたりする。
【００８９】
図６は、本実施の形態に関するパワー半導体装置の、端子と導電性金属板との接触部分の構成を拡大して示す図である。
【００９０】
図６に例が示されるように、端子７Ｂと導電性金属板１０Ｂとの間には均一でない大きさの隙間が生じているが、金属性導電材９を介在させ、かつ、高エネルギー密度のファイバーレーザーを端子７Ｂの上面から照射することによって、端子７Ｂから金属性導電材９、さらには導電性金属板１０Ｂまでを溶融させて溶融部１１Ａを形成することができる。この状態で、導電性金属板１０Ｂの上面と端子７Ｂの下面とは金属性導電材９を介して接触する。
【００９１】
ここで、溶融部１１Ａの平面視における大きさは、たとえば、５ｍｍ２以上、かつ、１２ｍｍ２以下である。
【００９２】
ここで、金属性導電材９は、平面視において、導電性金属板１０Ｂと端子７Ｂとが重なる範囲を超えて形成される。すなわち、金属性導電材９は、平面視において、導電性金属板１０Ｂと端子７Ｂとが重なる範囲からはみ出して形成される。
【００９３】
なお、導電性金属板１０Ｂの上面と端子７Ｂの下面との接合箇所において、金属性導電材９の厚さは、２００μｍ以下、または、３００μｍ以下である。すなわち、２０μｍ以上の隙間が形成される場合には、接合強度を確保するために金属性導電材９を当該隙間に形成する。
【００９４】
ここで、ファイバーレーザーの波長は、たとえば、５００ｎｍ以上、かつ、１２００ｎｍ以下である。
【００９５】
このように、位置関係が安定しない端子７Ｂと導電性金属板１０Ｂとの間においても、十分な溶け込み深さを有する溶融部１１Ａが形成されることによって、必要とされる接合強度を有する安定性の高い接合を実現することができる。そのため、信頼性の高い配線接続を実現し、さらには、さらには、パワー半導体装置の長寿命化を実現することができる。
【００９６】
なお、図６では、端子７Ｂと導電性金属板１０Ｂとの間の接合箇所は一箇所とされているが、複数個所の溶融部１１Ａがあると、さらに接合強度が安定する。
【００９７】
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態に関する電力変換装置、および、電力変換装置の製造方法について説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
【００９８】
＜電力変換装置の構成について＞
本実施の形態は、以上に記載された実施の形態に関するパワー半導体装置を電力変換装置に適用するものである。適用する電力変換装置は特定の用途のものに限定されるものではないが、以下では、三相のインバータに適用する場合について説明する。
【００９９】
図７は、本実施の形態に関する電力変換装置を含む電力変換システムの構成の例を概念的に示す図である。
【０１００】
図７に例が示されるように、電力変換システムは、電源１００と、電力変換装置２００と、負荷３００とを備える。電源１００は、直流電源であり、かつ、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源１００は種々のもので構成することが可能であり、たとえば、直流系統、太陽電池または蓄電池などで構成することができる。また、電源１００は、交流系統に接続された整流回路またはＡＣ−ＤＣコンバータなどで構成することができる。また、電源１００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もできる。
【０１０１】
電力変換装置２００は、電源１００と負荷３００との間に接続される三相のインバータである。電力変換装置２００は、電源１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、さらに、負荷３００に当該交流電力を供給する。
【０１０２】
また、電力変換装置２００は、図７に例が示されるように、直流電力を交流電力に変換して出力する変換回路２０１と、変換回路２０１のそれぞれのスイッチング素子を駆動するための駆動信号を出力する駆動回路２０２と、駆動回路２０２を制御するための制御信号を駆動回路２０２に出力する制御回路２０３とを備える。
【０１０３】
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る電動機であり、たとえば、ハイブリッド自動車、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、または、空調機器向けの電動機として用いられるものである。
【０１０４】
以下、電力変換装置２００の詳細を説明する。変換回路２０１は、スイッチング素子と還流ダイオードとを備える（ここでは、図示せず）。そして、スイッチング素子がスイッチング動作をすることによって、電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換し、さらに、負荷３００に供給する。
【０１０５】
変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態に関する変換回路２０１は、２レベルの三相フルブリッジ回路であり、かつ、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に接続される６つの還流ダイオードとを備えるものである。
【０１０６】
変換回路２０１におけるそれぞれのスイッチング素子とそれぞれの還流ダイオードの少なくとも一方には、以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワー半導体装置を適用する。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て上下アームを構成し、それぞれの上下アームは、フルブリッジ回路の各相（すなわち、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）を構成する。そして、それぞれの上下アームの出力端子（すなわち、変換回路２０１の３つの出力端子）は、負荷３００に接続される。
【０１０７】
駆動回路２０２は、変換回路２０１のスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成し、さらに、変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に当該駆動信号を供給する。具体的には、後述する制御回路２０３から出力される制御信号に基づいて、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それぞれのスイッチング素子の制御電極に出力する。
【０１０８】
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（すなわち、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（すなわち、オフ信号）となる。
【０１０９】
制御回路２０３は、負荷３００に所望の電力が供給されるよう変換回路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変換回路２０１のそれぞれのスイッチング素子がオン状態となるべき時間（すなわち、オン時間）を算出する。たとえば、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、変換回路２０１を制御することができる。
【０１１０】
そして、制御回路２０３は、それぞれの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が、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号がそれぞれ出力されるように、駆動回路２０２に制御指令（すなわち、制御信号）を出力する。駆動回路２０２は、当該制御信号に基づいて、それぞれのスイッチング素子の制御電極にオン信号またはオフ信号を駆動信号として出力する。
【０１１１】
本実施の形態に関する電力変換装置２００では、変換回路２０１のスイッチング素子として以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワー半導体装置を適用するため、通電サイクルを経た後のオン抵抗を安定させることができる。
【０１１２】
なお、本実施の形態では、２レベルの三相インバータに以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワー半導体装置を適用する例が説明されたが、適用例はこれに限られるものではなく、種々の電力変換装置に以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワー半導体装置を適用することができる。
【０１１３】
また、本実施の形態では、２レベルの電力変換装置について説明されたが、３レベルまたはマルチレベルの電力変換装置に以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワー半導体装置が適用されてもよい。また、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以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワー半導体装置が適用されてもよい。
【０１１４】
また、直流負荷などに電力を供給する場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータまたはＡＣ−ＤＣコンバータに、以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワー半導体装置を適用することもできる。
【０１１５】
また、以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワー半導体装置が適用された電力変換装置は、上述された負荷が電動機である場合に限定されるものではなく、たとえば、放電加工機、レーザー加工機、誘導加熱調理器または非接触器給電システムの電源装置として用いることもできる。また、以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワー半導体装置が適用された電力変換装置は、太陽光発電システムまたは蓄電システムなどにおけるパワーコンディショナーとして用いることもできる。
【０１１６】
＜以上に記載された実施の形態によって生じる効果について＞
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果の例を示す。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例が示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例が示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。
【０１１７】
また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例が示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。
【０１１８】
以上に記載された実施の形態によれば、パワー半導体装置は、絶縁基板３と、半導体素子１Ａと、外部端子とを備える。ここで、外部端子は、たとえば、端子７Ｂに対応するものである。絶縁基板３は、少なくとも上面に回路面３ｂが形成される。半導体素子１Ａは、回路面３ｂの上面に接合材２を介して配置される。端子７Ｂは、回路面３ｂの上面に接合される。回路面３ｂの上面は、端子７Ｂの下面の一部に接触して接合される。また、回路面３ｂの上面と端子７Ｂとが接触する箇所の少なくとも一部には、回路面３ｂと端子７Ｂとの溶融部１１が形成される。また、回路面３ｂの上面と端子７Ｂの下面との間に生じる隙間の大きさは、２０μｍ以下である。そして、回路面３ｂおよび端子７Ｂは、ともに銅または銅合金である。
【０１１９】
このような構成によれば、溶融部１１によって、回路面３ｂと端子７Ｂとの間に生じる隙間の大きさが２０μｍ以下となるため、接合強度のばらつきを抑制することができる。よって、パワー半導体装置の信頼性を高めることができる。また、十分な接合強度を有する接合を形成するために、はんだなどの接合材を用いる必要がないため、異種金属である接合材２と端子７Ｂおよび回路面３ｂとの間の熱膨張係数の差に起因して生じる熱応力または熱歪の影響を緩和することができる。また、溶融部１１は端子７Ｂから回路面３ｂまで達する深さに形成されるのみであり、回路面３ｂの下方に位置する絶縁材３ａには達していない。したがって、絶縁基板３の絶縁性も維持することができる。
【０１２０】
なお、これらの構成以外の本願明細書に例が示される他の構成については適宜省略することができる。すなわち、少なくともこれらの構成を備えていれば、以上に記載された効果を生じさせることができる。
【０１２１】
しかしながら、本願明細書に例が示される他の構成のうちの少なくとも１つを、以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては言及されなかった本願明細書に例が示される他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。
【０１２２】
なお、溶融部は、たとえば、「溶接の事典」（蓮井淳、橋本達哉、太田省三郎著、朝倉書店出版、２２５頁）に記載されるように、溶加材が溶融した溶着金属と、母材（溶接または切断される材料）とが溶融した状態を示す用語である。また、溶加材が溶融した溶着金属と母材とが溶融した状態とは、たとえば、溶融するまでの端子７Ｂと回路面３ｂとの流動跡の有無などによって、溶融していない端子７Ｂおよび回路面３ｂとは明らかに区別される構造を指すものである（急激な熱履歴によって、結晶粒が異なる）。
【０１２３】
したがって、「溶融部」との用語は、単に状態を示すことにより物の構造または物の特性を特定しているにすぎない用語である。
【０１２４】
また、以上に記載された実施の形態によれば、パワー半導体装置は、絶縁基板３、半導体素子１Ａ、および、一部の端子７Ｂを覆って形成される封止材８を備える。このような構成によれば、封止材８によって絶縁性能も確保することができる。よって、パワー半導体装置の信頼性を高めることができる。
【０１２５】
また、以上に記載された実施の形態によれば、パワー半導体装置は、絶縁基板３の下面に接合材２を介して接続される放熱板４を備える。そして、放熱板４の下面は、封止材８から露出する。このような構成によれば、放熱板４によって熱容量を確保しつつ、放熱板４が封止材８から露出して外部に放熱することによって、半導体素子１Ａおよび半導体素子１Ｂが、損失の少ない所望のスイッチング機能を得ることができる。
【０１２６】
また、以上に記載された実施の形態によれば、溶融部１１が複数形成される。このような構成によれば、端子７Ｂと回路面３ｂとの間の接合箇所において複数の溶融部１１を設けることによって、端子７Ｂと回路面３ｂとの間の接合面積をさらに大きくすることができる。なお、ファイバーレーザーの照射範囲は、たとえば、数μｍ以上、かつ、数百μｍ以下であり比較的狭い範囲であるため、１つの接合箇所において複数の溶融部１１を形成することによって接合面積を大きくすることは有効である。そのため、接合の安定性を向上させて信頼性の高い配線接続を実現し、さらには、パワー半導体装置の長寿命化を実現することができる。また、ファイバーレーザーの出力異常または入熱異常などが発生した場合であっても、複数の溶融部１１が形成されていることによって、接合が不安定になることが抑制される。
【０１２７】
また、以上に記載された実施の形態によれば、パワー半導体装置は、金属板と、半導体素子１Ａと、端子７Ｂとを備える。ここで、金属板は、たとえば、導電性金属板１０Ｂに対応するものである。半導体素子１Ａは、導電性金属板１０Ｂの上面に接合材２を介して配置される。端子７Ｂは、導電性金属板１０Ｂの上面に接合される。導電性金属板１０Ｂの上面と端子７Ｂの下面とは導電材を介して接触する。ここで、導電材は、たとえば、金属性導電材９に対応するものである。導電性金属板１０Ｂの上面と端子７Ｂの下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、導電性金属板１０Ｂと端子７Ｂと金属性導電材９との溶融部１１Ａが形成される。金属性導電材９の厚さは、３００μｍ以下である。そして、導電性金属板１０Ｂおよび端子７Ｂは、ともに銅または銅合金である。
【０１２８】
このような構成によれば、溶融部１１Ａによって、導電性金属板１０Ｂの上面と端子７Ｂとの間に挟まれた金属性導電材９が接合強度を保つため、接合強度のばらつきを抑制することができる。よって、パワー半導体装置の信頼性を高めることができる。また、導電性金属板１０Ｂが薄板であり、かつ、回路上で片持ち形状となっている場合、導電性金属板１０Ｂの上面と端子７Ｂとの間の位置決め（特に、導電性金属板１０Ｂが撓む方向における端子７Ｂの位置決め）が困難となるが、導電性金属板１０Ｂの上面と端子７Ｂとの間にあらかじめ金属性導電材９が設けられていれば、金属性導電材９を介して導電性金属板１０Ｂの上面と端子７Ｂとをファイバーレーザーを用いて接合させることによって、位置決めが容易となる。
【０１２９】
なお、これらの構成以外の本願明細書に例が示される他の構成については適宜省略することができる。すなわち、少なくともこれらの構成を備えていれば、以上に記載された効果を生じさせることができる。
【０１３０】
しかしながら、本願明細書に例が示される他の構成のうちの少なくとも１つを、以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては言及されなかった本願明細書に例が示される他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。
【０１３１】
また、以上に記載された実施の形態によれば、パワー半導体装置は、導電性金属板１０Ｂ、半導体素子１Ａ、半導体素子１Ｂ、および、一部の端子７Ｂを覆って形成される封止材８を備える。このような構成によれば、封止材８によって絶縁性能も確保することができる。よって、パワー半導体装置の信頼性を高めることができる。
【０１３２】
また、以上に記載された実施の形態によれば、金属性導電材９は、平面視において、導電性金属板１０Ｂと端子７Ｂとが重なる範囲を超えて形成される。このような構成によれば、導電性金属板１０Ｂの上面と端子７Ｂとを接合する際に生じてしまう隙間に金属性導電材９を埋めることによって、隙間が生じない、安定性の高い接合を形成することができる。
【０１３３】
また、以上に記載された実施の形態によれば、溶融部１１Ａが複数形成される。このような構成によれば、端子７Ｂと導電性金属板１０Ｂとの間の接合箇所において複数の溶融部１１Ａを設けることによって、端子７Ｂと導電性金属板１０Ｂとの間の接合面積をさらに大きくすることができる。なお、ファイバーレーザーの照射範囲は、たとえば、数μｍ以上、かつ、数百μｍ以下であり比較的狭い範囲であるため、１つの接合箇所において複数の溶融部１１Ａを形成することによって接合面積を大きくすることは有効である。そのため、接合の安定性を向上させて信頼性の高い配線接続を実現し、さらには、パワー半導体装置の長寿命化を実現することができる。また、ファイバーレーザーの出力異常または入熱異常などが発生した場合であっても、複数の溶融部１１Ａが形成されていることによって、接合が不安定になることが抑制される。
【０１３４】
また、以上に記載された実施の形態によれば、電力変換装置は、上記のパワー半導体装置を有し、かつ、入力される電力を変換して出力する変換回路２０１と、パワー半導体装置を駆動するための駆動信号をパワー半導体装置に出力する駆動回路２０２と、駆動回路２０２を制御するための制御信号を駆動回路２０２に出力する制御回路２０３とを備える。このような構成によれば、溶融部によって、被接合材と外部端子との間に生じる隙間の大きさが２０μｍ以下となるため、接合強度のばらつきを抑制することができる。よって、電力変換装置の信頼性を高めることができる。
【０１３５】
以上に記載された実施の形態によれば、パワー半導体装置の製造方法において、少なくとも上面に回路面３ｂが形成される絶縁基板３を用意する。そして、回路面３ｂの上面に、接合材２を介して半導体素子１Ａを配置する。そして、回路面３ｂの上面に端子７Ｂを配置し、さらに、端子７Ｂの上面にファイバーレーザーを照射することによって、回路面３ｂの上面に端子７Ｂの下面を接合する。そして、回路面３ｂの上面は、端子７Ｂの下面の一部に接触して接合される。そして、回路面３ｂの上面と端子７Ｂの下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、回路面３ｂと端子７Ｂとの溶融部１１が形成される。そして、回路面３ｂの上面と端子７Ｂの下面との間に生じる隙間の大きさは、２０μｍ以下である。
【０１３６】
このような構成によれば、ファイバーレーザーを用いて溶融部１１を形成することによって、回路面３ｂと端子７Ｂとの間に生じる隙間の大きさが２０μｍ以下となるため、接合強度のばらつきを抑制することができる。よって、パワー半導体装置の信頼性を高めることができる。ファイバーレーザーは、基本波長であるが、高エネルギー密度で高いパワー出力を期待することができる。したがって、ファイバーレーザーを用いることによって、望ましい溶け込み深さおよび接合面積を有する溶融部１１を形成することができる。それによって、十分な接合強度を有する信頼性の高い接合を形成することができる。また、ファイバーレーザーは、高エネルギー密度で高いパワー出力を期待することができるため、接合を形成するためのレーザーの照射時間を、たとえば、数十ｓ以上、かつ、数百ｍｓ以下の比較的短い時間とすることができる。それによって、パワー半導体装置の製造効率を高め、製造コストを抑えることができる。また、パワー半導体装置内の、端子の接合箇所の周囲には、半導体素子、絶縁基板、または、樹脂から構成されるケースなど、ファイバーレーザーによって直接光が照射されるとレーザー熱によって破壊されてしまう構成要素が点在している。そこで、望ましい熱容量を有する端子にのみ直接ファイバーレーザーを照射することによって、端子に十分な熱を与えて望ましい接合形状（特に、望ましい溶け込み深さを有する接合形状）を形成するとともに、端子の接合箇所の周囲に点在する構成要素へのダメージを抑制することができる。
【０１３７】
なお、これらの構成以外の本願明細書に例が示される他の構成については適宜省略することができる。すなわち、少なくともこれらの構成を備えていれば、以上に記載された効果を生じさせることができる。
【０１３８】
しかしながら、本願明細書に例が示される他の構成のうちの少なくとも１つを、以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては言及されなかった本願明細書に例が示される他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。
【０１３９】
また、特段の制限がない場合には、それぞれの処理が行われる順序は変更することができる。
【０１４０】
また、以上に記載された実施の形態によれば、端子７Ｂの上面に、波長が５００ｎｍ以上、かつ、１２００ｎｍ以下であるファイバーレーザーを照射することによって、回路面３ｂの上面に端子７Ｂを接合する。このような構成によれば、端子７Ｂが銅を主成分とする構成である場合に、熱の吸収率を高めるためのＮｉめっきなどを用いずに、効率的に端子７Ｂの熱の吸収率を高めることができる。したがって、製造コストを抑えることができ、かつ、レーザー照射工程の所要時間も短縮することができる（たとえば、１ｓ前後以下）。
【０１４１】
また、以上に記載された実施の形態によれば、パワー半導体装置の製造方法において、導電性金属板１０Ｂを用意する。そして、導電性金属板１０Ｂの上面に、接合材２を介して半導体素子１Ａを配置する。そして、導電性金属板１０Ｂの上面に金属性導電材９を介して端子７Ｂを配置し、さらに、端子７Ｂの上面にファイバーレーザーを照射することによって、導電性金属板１０Ｂの上面に金属性導電材９を介して端子７Ｂの下面を接合する。そして、導電性金属板１０Ｂの上面と端子７Ｂの下面とは金属性導電材９を介して接触する。そして、導電性金属板１０Ｂの上面と端子７Ｂの下面とが接触する箇所の少なくとも一部には、導電性金属板１０Ｂと端子７Ｂと金属性導電材９との溶融部１１Ａが形成される。そして、金属性導電材９の厚さは、３００μｍ以下である。
【０１４２】
このような構成によれば、ファイバーレーザーを用いて溶融部１１Ａを形成することによって、導電性金属板１０Ｂの上面と端子７Ｂとの間に挟まれた金属性導電材９が接合強度を保つため、接合強度のばらつきを抑制することができる。よって、パワー半導体装置の信頼性を高めることができる。ファイバーレーザーは、基本波長であるが、高エネルギー密度で高いパワー出力を期待することができる。したがって、ファイバーレーザーを用いることによって、望ましい溶け込み深さおよび接合面積を有する溶融部１１Ａを形成することができる。それによって、十分な接合強度を有する信頼性の高い接合を形成することができる。
【０１４３】
なお、これらの構成以外の本願明細書に例が示される他の構成については適宜省略することができる。すなわち、少なくともこれらの構成を備えていれば、以上に記載された効果を生じさせることができる。
【０１４４】
しかしながら、本願明細書に例が示される他の構成のうちの少なくとも１つを、以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては言及されなかった本願明細書に例が示される他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。
【０１４５】
また、特段の制限がない場合には、それぞれの処理が行われる順序は変更することができる。
【０１４６】
また、以上に記載された実施の形態によれば、端子７Ｂの上面に、波長が５００ｎｍ以上、かつ、１２００ｎｍ以下であるファイバーレーザーを照射することによって、導電性金属板１０Ｂの上面に金属性導電材９を介して端子７Ｂの下面を接合する。このような構成によれば、端子７Ｂが銅を主成分とする構成である場合に、熱の吸収率を高めるためのＮｉめっきなどを用いずに、効率的に端子７Ｂの熱の吸収率を高めることができる。
【０１４７】
また、以上に記載された実施の形態によれば、電力変換装置の製造方法は、上記の製造方法で製造されるパワー半導体装置を有し、かつ、入力される電力を変換して出力する変換回路２０１を設ける。そして、パワー半導体装置を駆動するための駆動信号をパワー半導体装置に出力する駆動回路２０２を設ける。そして、駆動回路２０２を制御するための制御信号を駆動回路２０２に出力する制御回路２０３を設ける。このような構成によれば、溶融部によって、接合強度のばらつきを抑制することができる。よって、電力変換装置の信頼性を高めることができる。
【０１４８】
＜以上に記載された実施の形態における変形例について＞
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面においてひとつの例であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。
【０１４９】
したがって、例が示されていない無数の変形例、および、均等物が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの実施の形態における少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【０１５０】
また、矛盾が生じない限り、以上に記載された実施の形態において「１つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「１つ以上」備えられていてもよいものとする。
【０１５１】
さらに、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素は概念的な単位であって、本願明細書に開示される技術の範囲内には、１つの構成要素が複数の構造物から成る場合と、１つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合と、さらには、複数の構成要素が１つの構造物に備えられる場合とを含むものとする。
【０１５２】
また、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素には、同一の機能を発揮する限り、他の構造または形状を有する構造物が含まれるものとする。
【０１５３】
また、本願明細書における説明は、本技術に関するすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。
【０１５４】
また、以上に記載された実施の形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。
【符号の説明】
【０１５５】
１Ａ，１Ｂ  半導体素子、２  接合材、３  絶縁基板、３ａ  絶縁材、３ｂ  回路面、４  放熱板、５  配線、６  ケース、７Ａ，７Ｂ  端子、８  封止材、９  金属性導電材、１０Ａ，１０Ｂ  導電性金属板、１１，１１Ａ  溶融部、１００  電源、２００  電力変換装置、２０１  変換回路、２０２  駆動回路、２０３  制御回路、３００  負荷。
【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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