(57)【要約】  装置内部の損傷を抑制して配線部材間を適切に接合する。  第１，第２配線部材（１ａ，２ａ）を重ねる。そして、重ねた第１，第２配線部材（１ａ，２ａ）のレーザ光（４）が照射される照射領域（６）に対向した対向領域（７）に保護部材（３）が配置されている。保護部材（３）は、対向領域（７）を構成する第１，第２配線部材（１ａ，２ａ）のうち少なくとも一方よりも融点が高い。この照射領域（６）にレーザ光（４）を照射する。この際、保護部材（３）の融点は対向領域（７）を構成する第１，第２配線部材（１ａ，２ａ）のうち少なくとも一方よりも高いため、保護部材（３）はレーザ光（４）により溶融されない。このため、レーザ光（４）が保護部材（３）を貫通することなく、また、溶融された第２配線部材（２ａ）の溶融片の飛散や落下が防止される。
2019077866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子に電気的に接続され、互いに接合された第１配線部材及び第２配線部材と、
接合された前記第１配線部材及び前記第２配線部材におけるレーザ光が照射された照射領域に対向する対向領域に配置され、前記対向領域を構成する前記第１配線部材及び前記第２配線部材のうち少なくとも一方よりも融点が高い保護部材と、
を有する半導体装置。
【請求項２】
前記第１配線部材に前記第２配線部材が接合面で重なって接合されて、
前記接合面に対向する前記第１配線部材の第１主面上に前記照射領域が設けられ、
前記接合面に対向する前記第２配線部材の第２主面上の前記対向領域に前記保護部材が配置される、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１配線部材及び前記第２配線部材の間には１つ以上の配線部材が積層されている、
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１配線部材に前記第２配線部材が接合面で重なって接合されて、
前記接合面に直交する前記第１配線部材及び前記第２配線部材のそれぞれの一方の端部上に前記照射領域が設けられ、
前記照射領域に対向する前記第１配線部材及び前記第２配線部材のそれぞれの他方の端部上の前記対向領域に前記保護部材が配置される、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記保護部材は、コバルト、チタン、白金、クロム、モリブデン、タンタル、タングステン、ニオブ、少なくともこれらの一種を含む合金、またはセラミックスにより構成されている、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記セラミックスは、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化タンタル、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化タンタルのいずれかである、
請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
接合された前記第１配線部材及び前記第２配線部材に、接合部材を介して前記保護部材を配置する、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１配線部材及び前記第２配線部材は、銅、アルミニウム、少なくともこれらの一種を含む合金またはステンレス鋼である、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記対向領域を構成する前記第１配線部材及び前記第２配線部材のうち少なくとも一方と前記保護部材との融点差は、５００℃以上である、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
半導体素子と、第１配線部材と、第２配線部材と、前記第２配線部材よりも融点が高い保護部材とを用意する工程と、
前記第１配線部材及び前記第２配線部材を重ねてレーザ光を照射する際に、重ねられた前記第１配線部材及び前記第２配線部材における前記レーザ光が照射される照射領域に対向する対向領域に、予め前記保護部材を配置する工程と、
前記半導体素子と、前記第１配線部材と前記第２配線部材の少なくともいずれか一方とを電気的に接続する工程と、
前記第１配線部材及び前記第２配線部材を重ねる工程と、
前記照射領域に前記レーザ光を照射する工程と、
を有する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、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、複数の電力用の半導体素子を含み、例えば、インバータ装置の電力変換装置として利用されている。半導体素子としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）等がある。また、電力用半導体素子として、ＩＧＢＴとＦＷＤとを一体化したＲＣ（Reverse Conducting）−ＩＧＢＴ、逆バイアスに対しても十分な耐圧を有するＲＢ（Reverse Blocking）−ＩＧＢＴ等がある。【０００３】
このような半導体装置において、半導体素子は、その裏面の電極がセラミック回路基板にはんだによって接合されている。また、半導体素子のおもて面の主電流が流れる電極が配線用の導体にはんだによって接合されている。そして、半導体素子の各電極に電気的に接合された配線端子に外部接続端子がレーザ溶接により接合されている。【０００４】
レーザ溶接では、例えば、レーザ照射面を備える第１部材と、レーザ照射面の反対側に第１部材よりもレーザ吸収率が高い第２部材を設けて、第２部材に第１部材よりもレーザ吸収率が高い第１被膜を形成する。さらに、第１部材と第２部材との間に接合層を介在させる。この際、接合層は、第１部材よりもレーザ吸収率が高いかまたは第１部材よりも融点が低い第３被膜と、第２部材よりもレーザ吸収率が低いかまたは第１部材よりも融点が高い第２被膜とから構成される。これにより、レーザ照射面に対してレーザ照射した際の溶融部の爆飛を抑制し、良好で安定したレーザ溶接を行うことが可能となる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２１４３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、下側配線部材に上側配線部材を重ね合わせて、これらに対してレーザ溶接を行う場合について説明する。この際、金属で構成される上側配線部材の溶融に必要な熱量を与え、下側配線部材と接合する。しかし、レーザ光の照射エネルギーが大きい場合、溶融部が下側配線部材を貫通し、溶接部が下側接合部材から飛散し、または、レーザ光が下側配線部材を貫通してしまう。これにより、下側配線部材の周辺部材を焼損してしまうおそれがある。特に、半導体装置の製造過程におけるこのようなレーザ溶接によるレーザ光、飛散した溶融金属が、回路板の短絡、絶縁不良の原因となりえる。【０００７】
なお、下側配線部材の厚さを薄くするほど、溶融部が下側配線部材を貫通しやすくなるため、レーザ光による入熱量（溶融部）の制御が難しくなってしまう。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、装置内部の損傷を抑制して配線部材間を適切に接合することができる半導体装置及び半導体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】
【０００８】
本発明の一観点によれば、半導体素子と、前記半導体素子に電気的に接続され、互いに接合された第１配線部材及び第２配線部材と、接合された前記第１配線部材及び前記第２配線部材におけるレーザ光が照射された照射領域に対向する対向領域に配置され、前記対向領域を構成する前記第１配線部材及び前記第２配線部材のうち少なくとも一方よりも融点が高い保護部材と、を有する半導体装置が提供される。【０００９】
また、このような半導体装置は、前記第１配線部材に前記第２配線部材が接合面で重なって接合されて、前記接合面に対向する前記第１配線部材の第１主面上に前記照射領域が設けられ、前記接合面に対向する前記第２配線部材の第２主面上の前記対向領域に前記保護部材が配置される。【００１０】
また、このような半導体装置は、前記第１配線部材及び前記第２配線部材の間には１つ以上の配線部材が積層されている。
また、このような半導体装置は、前記第１配線部材に前記第２配線部材が接合面で重なって接合されて、前記接合面に直交する前記第１配線部材及び前記第２配線部材のそれぞれの一方の端部上に前記照射領域が設けられ、前記照射領域に対向する前記第１配線部材及び前記第２配線部材のそれぞれの他方の端部上の前記対向領域に前記保護部材が配置される。【００１１】
また、前記保護部材は、コバルト、チタン、白金、クロム、モリブデン、タンタル、タングステン、ニオブ、少なくともこれらの一種を含む合金、またはセラミックスにより構成されている。【００１２】
また、前記セラミックスは、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化タンタル、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化タンタルのいずれかである。【００１３】
また、このような半導体装置は、接合された前記第１配線部材及び前記第２配線部材に、接合部材を介して前記保護部材を配置する。
また、前記第１配線部材及び前記第２配線部材は、銅、アルミニウム、少なくともこれらの一種を含む合金またはステンレス鋼である。【００１４】
また、このような半導体装置は、前記対向領域を構成する前記第１配線部材及び前記第２配線部材のうち少なくとも一方と前記保護部材との融点差は、５００℃以上である。
また、本発明の一観点によれば、半導体素子と、第１配線部材と、第２配線部材と、前記第２配線部材よりも融点が高い保護部材とを用意する工程と、前記第１配線部材及び前記第２配線部材を重ねてレーザ光を照射する際に、重ねられた前記第１配線部材及び前記第２配線部材における前記レーザ光が照射される照射領域に対向する対向領域に、予め前記保護部材を配置する工程と、前記半導体素子と、前記第１配線部材と前記第２配線部材の少なくともいずれか一方とを電気的に接続する工程と、前記第１配線部材及び前記第２配線部材を重ねる工程と、前記照射領域に前記レーザ光を照射する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成の半導体装置は、溶接による貫通の発生を防止して、配線部材の周辺に対する損傷を抑止でき、また、配線部材の厚さが薄くても良好に接合することができる。これにより、配線部材間の確実な接合を実現することができ、信頼性を向上させることができる。【００１６】
本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態の溶接方法を説明する図である。
【図２】第１の実施の形態の溶接方法で用いられる材質の一例を示す図（その１）である。
【図３】第１の実施の形態の溶接方法で用いられる材質の一例を示す図（その２）である。
【図４】第２の実施の形態の溶接方法を説明する図である。
【図５】第３の実施の形態の溶接方法を説明する図である。
【図６】第４の実施の形態の溶接方法を説明する図である。
【図７】第５の実施の形態の半導体装置の斜視図である。
【図８】第５の実施の形態の半導体装置に含まれるセラミック回路基板に接合された配線基板の斜視図（その１）である。
【図９】第５の実施の形態の半導体装置に含まれるセラミック回路基板に接合された配線基板の斜視図（その２）である。
【図１０】第５の実施の形態の半導体装置に含まれるセラミック回路基板に接合された配線基板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一または均等の構成要素については、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。また、被接合部材（配線部材）においてレーザ光が入射される側の主面をおもて、逆の主面を裏と称する。また、被接合部材（配線部材）の裏面からおもて面にあたる方向を上、おもて面から裏面にあたる方向を下と称する場合がある。この場合、上下の方向は重力方向とは必ずしも一致しない。
【００１９】
また、本発明は、下記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態の溶接方法について、図１を用いて説明する。
【００２０】
図１は、第１の実施の形態の溶接方法を説明する図である。なお、図１は、溶接方法を時系列（図１（Ａ）〜図１（Ｃ））に表している。但し、図１（Ｄ）は、図１（Ｂ）の別の形態を表している。
【００２１】
まず、接合対象である、（上側の）第１配線部材１ａ、（下側の）第２配線部材２ａを用意する。第２配線部材２ａの裏面には、保護部材３が配置されている。第２配線部材２ａの裏面の保護部材３は、その材質に応じてクラッド材として設置、めっき処理または溶射法により形成している。また、保護部材３は、少なくとも、後述する対向領域を覆う部分に配置されていればよい。
【００２２】
このような保護部材３は、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａよりも融点が高い材質により構成されている。このような保護部材３としては、金属またはセラミックスが適用される。保護部材３の材質に応じて、保護部材３の第２配線部材２ａに対する密着性を向上させる場合には、図１（Ｄ）に示されるように、第２配線部材２ａの裏面に対して、接合部材３ａを介して保護部材３を形成することが好ましい。また、保護部材３は、例えば、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属が適用される。また、このような保護部材３は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ３）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等のセラミックスが適用される。このような第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａは、平板状の、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、少なくともこれらの一種を含む合金またはステンレス鋼等の金属により構成される。
【００２３】
第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａにおける溶接方法について説明する。まず、図１（Ａ）に示されるように、第１配線部材１ａ、裏面に保護部材３が配置された第２配線部材２ａを用意する。
【００２４】
次に、図１（Ｂ）に示されるように、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａの主面を重ねる。なお、この場合の第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａの重なりは一例であってこの場合に限らない。例えば、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａが一部分ずつ重なっていても構わない。また、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａは同じ形状、同じ厚さ、同じ材質である必要はない。
【００２５】
この際の保護部材３は、重ねた第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａのレーザ光４が照射される照射領域６に対向した対向領域７に配置されている。保護部材３は、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａのうち少なくとも一方の対向領域７に配置される。なお、この場合は、第１配線部材１ａに第２配線部材２ａが接合面８で重なって接合される。さらに、接合面８に対向する第１配線部材１ａの第１主面（おもて面）上に照射領域６が設けられる。また、接合面８に対向する第２配線部材２ａの第２主面（裏面）上の対向領域７に保護部材３が配置される。
【００２６】
次に、図１（Ｃ）に示されるように、第１配線部材１ａのおもて面の照射領域６にレーザ光４を照射する。この際のレーザ光４は、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａの一部が溶融する程度の入熱を発する。なお、このようなレーザ光は、例えば、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザ、ファイバーレーザ、炭酸ガスレーザ等の一般的なレーザ照射装置を用いることができる。すると、レーザ光４による入熱により第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａの照射領域６から深さ方向に溶融して溶接部５が生成される。しかし、この際、保護部材３の融点は対向領域７を構成する第２配線部材２ａの融点よりも高いため、保護部材３はレーザ光４からほとんど溶融されない。このため、レーザ光４が保護部材３を貫通することなく、また、溶融された第２配線部材２ａの溶融片の飛散や落下が防止される。この後、このような第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを冷却して、溶接部５を凝固させる。これにより、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができる。
【００２７】
次に、このような溶融方法で用いられる第１配線部材１ａと第２配線部材２ａと保護部材３（及び接合部材３ａ）について図２及び図３を用いて説明する。
図２及び図３は、第１の実施の形態の溶接方法で用いられる材質の一例を示す図である。なお、図２及び図３の実施例１〜４７では、図１に示した第１配線部材１ａと第２配線部材２ａと保護部材３（及び接合部材３ａ）に対する材質の組み合わせとレーザ光４の入熱量とその際の溶接状況を示している。但し、実施例１〜６，２０〜２５，３１，３２，３６，４０，４４は、保護部材３を用いずに溶接した場合の参考例を示している。また、実施例１〜４７の第１配線部材１ａと第２配線部材２ａと保護部材３（及び接合部材３ａ）として用いる材質及びその厚さ、レーザ光４の入熱量は一例であり、その他の材質及びその厚さ、レーザ光４の入熱量を適用することが可能である。
【００２８】
各実施例１〜４７には、「第１配線部材」と「第２配線部材」と「保護部材」と「接合部材」との「材質」及び「厚さ」、（「第２配線部材」と「保護部材」との）「融点差」、レーザ光４による「入熱量」が示されている。なお、各「厚さ」の単位は、ミリメートル（ｍｍ）であり、「融点差」は、セルシウス度（℃）、「入熱量」は、ジュール（Ｊ）である。
【００２９】
このような実施例１〜４７の場合では、図１の第２配線部材２ａの裏面に、保護部材３をその材質に応じてクラッド材として設置、めっき処理または溶射法により形成している。このような第２配線部材２ａのおもて面に第１配線部材１ａを配置した。このようなサンプルを各実施例１〜４７に対して２０個形成した。そして、各サンプルの第１配線部材１ａのおもて面に、ＹＡＧレーザのレーザ光４を垂直に照射した。この場合の照射時間は、２０ミリ秒（ｍｓｅｃ）、レーザパワーは１〜５ｋＷ（入熱量は２０Ｊ以上、１００Ｊ以下）とした。このようにしてレーザ光４を照射した際の「溶接状況」として「接合可否」及び「孔開き有無」を設定した。
【００３０】
「接合可否」では、２０個全てのサンプルに対して接合強度を評価して、全てのサンプルが４０Ｎ以上の引張強度を示した場合を「〇」、１つでも４０Ｎ未満のものがあった場合を「×」とした。
【００３１】
「孔開き有無」では、保護部材３の裏面を倍率１５０倍の顕微鏡により確認して、２０個全てのサンプルに対して１つも孔が開いていない場合を「〇」、１つでも孔が開いている場合を「×」とした。
【００３２】
まず、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａが銅（Ｃｕ）の場合（実施例１〜１９）について説明する。この場合において、保護部材３を設けていない場合（実施例１〜６）では、厚さが０．５ｍｍの第１配線部材１ａに対して、第２配線部材２ａの厚さが１．０ｍｍ以下となると、孔開きにより、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができなかった。第２配線部材２ａの厚さが２．０ｍｍ以上となると、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａの裏面に孔が開くことなく、接合することができた。つまり、第２配線部材２ａが薄い場合には、孔を開けずに、接合することが難しいことが考えられる。特に、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａが銅（Ｃｕ）の場合、第２配線部材２ａの厚さが第１配線部材１ａの厚さの２倍より薄くなると、接合することができなかった。
【００３３】
また、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａの厚さが０．５ｍｍであって、保護部材３がニッケル（Ｎｉ）の場合（実施例７〜９）では、保護部材３の厚さが１．５ｍｍで、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができる。つまり、第２配線部材２ａと保護部材３とを合わせた厚さが２．０ｍｍ以上必要であることが考えられる。したがって、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合するためには、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａに形成される溶接部５を薄く（短く）することができないことが考えられる。
【００３４】
さらに、保護部材３が鉄（Ｆｅ）の場合（実施例１０）では、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができるものの、保護部材３の裏面に孔が開いてしまった。そして、保護部材３がチタン（Ｔｉ）合金（６−４）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、炭化タングステン（ＷＣ）の場合（実施例１１〜１６，１９）では、いずれも、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができた。つまり、実施例１０〜１６，１９によれば、第２配線部材２ａと保護部材３との融点差が５００℃以上の場合に、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができることが考えられる。さらに、この場合には、保護部材３の厚さが０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下であり、第２配線部材２ａ及び保護部材３の合計厚さが第１配線部材１ａの厚さの２倍より薄くても、接合することができる。
【００３５】
また、実施例１７，１８の保護部材３は、接合部材３ａを介して第２配線部材２ａの裏面に配置されている。実施例１７では、接合部材３ａとしてチタン（Ｔｉ）、保護部材３として窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）が適用されている。実施例１８では、接合部材３ａとして銀−銅−チタン（Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ）、保護部材３として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が適用されている。これらの場合でも、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができる。
【００３６】
次に、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａがアルミニウム（Ａｌ）の場合（実施例２０〜３０）について説明する。この場合において、保護部材３を設けていない場合（実施例２０〜２５）では、厚さが０．５ｍｍの第１配線部材１ａに対して、第２配線部材２ａの厚さが２．０ｍｍ以下となると、孔開きにより、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができなかった。第２配線部材２ａの厚さが３．０ｍｍ以上となると、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａの裏面に孔が開くことなく、接合することができる。つまり、第２配線部材２ａが薄い場合には、孔を開けずに、接合することが難しいことが考えられる。特に、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａがアルミニウム（Ａｌ）の場合、第２配線部材２ａの厚さが第１配線部材１ａの厚さの４倍より薄くなると、接合することができなかった。
【００３７】
また、保護部材３が銅（Ｃｕ）の場合（実施例２６）では、保護部材３の裏面に孔が開くことが確認された。なお、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａは接合されていることが確認された。さらに、保護部材３がニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の場合（実施例２７〜３０）では、いずれも、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することが確認された。
【００３８】
つまり、第２配線部材２ａと保護部材３との融点差が５００℃以上の場合に、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができることが考えられる。さらに、この場合には、保護部材３の厚さが０．１ｍｍ以上、０．２５ｍｍ以下であり、第２配線部材２ａ及び保護部材３の合計厚さが第１配線部材１ａの厚さの４倍より薄くても、接合することができる。
【００３９】
次に、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａがステンレス鋼（ＳＵＳ３０１）の場合について説明する。この場合において、保護部材３を設けていない場合（実施例３１，３２）には、いずれの条件においても、接合が不十分であり、または、孔が開いたことが確認された。第２配線部材２ａの厚さが第１配線部材１ａの厚さの２倍より薄いものでは、接合することができなかった。また、保護部材３がチタン（Ｔｉ）の場合（実施例３３）では、保護部材３の裏面に孔が開くことが確認された。なお、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａは接合されていることが確認された。さらに、保護部材３がニオブ（Ｎｂ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の場合（実施例３４，３５）では、いずれも、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができる。つまり、第２配線部材２ａと保護部材３との融点差が５００℃以上の場合に、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができることが考えられる。さらに、この場合には、保護部材３の厚さが０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下であり、第２配線部材２ａ及び保護部材３の合計厚さが第１配線部材１ａの厚さの２倍より薄くても、接合することができる。
【００４０】
次に、第１配線部材１ａがアルミニウム（Ａｌ）、第２配線部材２ａが銅（Ｃｕ）であり、それぞれ厚さが０．５ｍｍの場合（実施例３６〜３９）について説明する。この場合において、保護部材３を設けていない場合（実施例３６）では、第２配線部材２ａの厚さが０．５ｍｍでは、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａが接合できても、第２配線部材２ａの裏面に孔が開く。また、保護部材３がニッケル（Ｎｉ）の場合（実施例３７）では、保護部材３の裏面に孔が開くことが確認された。なお、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａは接合されていることが確認された。さらに、保護部材３がチタン合金（６−４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の場合（実施例３８，３９）では、いずれも、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができる。つまり、第２配線部材２ａと保護部材３との融点差が５００℃以上の場合に、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができることが考えられる。さらに、この場合には、保護部材３の厚さが０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であり、第２配線部材２ａ及び保護部材３の合計厚さが第１配線部材１ａの厚さの２倍より薄くても、接合することができる。
【００４１】
次に、第１配線部材１ａがステンレス鋼（ＳＵＳ３０１）、第２配線部材２ａが銅（Ｃｕ）であり、それぞれの厚さが０．５ｍｍの場合（実施例４０〜４３）について説明する。この場合において、保護部材３を設けていない場合（実施例４０）では、第２配線部材２ａの厚さが０．５ｍｍでは、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａが接合できても、第２配線部材２ａの裏面に孔が開く。また、保護部材３がニッケル（Ｎｉ）の場合（実施例４１）では、保護部材３の裏面に孔が開くことが確認された。なお、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａは接合されていることが確認された。さらに、保護部材３がチタン合金（６−４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の場合（実施例４２，４３）では、いずれも、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができる。つまり、第２配線部材２ａと保護部材３との融点差が５００℃以上の場合に、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができることが考えられる。さらに、この場合には、保護部材３の厚さが０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であり、第２配線部材２ａ及び保護部材３の合計厚さが第１配線部材１ａの厚さの２倍より薄くても、接合することができる。
【００４２】
次に、第１配線部材１ａが銅（Ｃｕ）、第２配線部材２ａがアルミニウム（Ａｌ）であり、それぞれの厚さが０．５ｍｍの場合（実施例４４〜４７）について説明する。この場合において、保護部材３を設けていない場合（実施例４４）では、第２配線部材２ａの厚さが０．５ｍｍでは、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａが接合できても、第２配線部材２ａの裏面に孔が開く。また、保護部材３がニッケル（Ｎｉ）の場合（実施例４５）では、保護部材３の裏面に孔が開くことが確認された。なお、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａは接合されていることが確認された。さらに、保護部材３がチタン合金（６−４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の場合（実施例４６，４７）では、いずれも、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができる。つまり、第２配線部材２ａと保護部材３との融点差が７９０℃（５００℃）以上の場合に、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができることが考えられる。さらに、この場合には、保護部材３の厚さが０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下であり、第２配線部材２ａ及び保護部材３の合計厚さが第１配線部材１ａの厚さの２倍より薄くても、接合することができる。
【００４３】
したがって、このような図２及び図３の実施例１〜４７の結果によれば、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合させるためには、以下である必要がある。
【００４４】
まず、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａが銅、その厚さが０．５ｍｍであることを要する。そして、保護部材３が、ニッケルであり、第２配線部材２ａ及び保護部材３の合わせた厚さが２．０ｍｍ以上であることを要する。また、保護部材３が、チタン合金、クロム、モリブデン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化タングステンであり、第２配線部材２ａと保護部材３との融点差が５００℃以上であることを要する。
【００４５】
また、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａがアルミニウム、その厚さが０．５ｍｍであることを要する。そして、保護部材３が、ニッケルであり、第２配線部材２ａ及び保護部材３の合わせた厚さが３．０ｍｍ以上であることを要する。また、保護部材３が、コバルト、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムであり、第２配線部材２ａと保護部材３との融点差が５００℃以上であることを要する。
【００４６】
さらに、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａがステンレス鋼、その厚さが０．５ｍｍであることを要する。そして、保護部材３が、クロム、ニオブ、酸化ジルコニウムであり、第２配線部材２ａと保護部材３との融点差が５００℃以上であることを要する。
【００４７】
また、第１配線部材１ａがアルミニウム、第２配線部材２ａが銅、その厚さが０．５ｍｍであることを要する。そして、保護部材３が、チタン合金、酸化アルミニウムであり、第２配線部材２ａと保護部材３との融点差が５００℃以上であることを要する。
【００４８】
また、第１配線部材１ａがステンレス鋼、第２配線部材２ａが銅、その厚さが０．５ｍｍであることを要する。そして、保護部材３が、チタン合金、酸化アルミニウムであり、第２配線部材２ａと保護部材３との融点差が５００℃以上であることを要する。
【００４９】
そして、第１配線部材１ａが銅、第２配線部材２ａがアルミニウム、その厚さが０．５ｍｍであり、保護部材３が、チタン合金、酸化アルミニウムであり、第２配線部材２ａと保護部材３との融点差が５００℃以上であることを要する。
【００５０】
したがって、上記溶接方法では、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを重ねる。そして、重ねた第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａのレーザ光４が照射される照射領域６に対向した対向領域７に保護部材３が配置されている。保護部材３は、対向領域７を構成する第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａのうち少なくとも一方よりも融点が高い。この照射領域６にレーザ光４を照射する。この際、保護部材３の融点は対向領域７を構成する第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａのうち少なくとも一方よりも高いため、保護部材３はレーザ光４により溶融されない。このため、レーザ光４が保護部材３を貫通することなく、また、溶融された第２配線部材２ａの溶融片の飛散や落下が防止される。この後、このような第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを冷却して、溶接部５を凝固させる。これにより、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができる。なお、第１の実施の形態（図１）では、第１配線部材１ａと第２配線部材２ａとを接合する場合を例に挙げて説明した。重なり枚数は第１配線部材１ａと第２配線部材２ａとの２枚に限らず、３枚以上であっても同様に溶接することが可能である。第１配線部材１ａと第２配線部材２ａとの間に１つ以上の配線部材が積層されていてもよい。但し、重なり厚さに応じて、レーザ光４のレーザパワー、保護部材３の厚さ並びに材質を選択する必要がある。
【００５１】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態（図１）では、それぞれ平板状である第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを溶接する場合について説明した。上記の溶接方法は、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａが平板状でなくても、例えば、以下の図４で説明するような場合にも適用することができる。
【００５２】
図４は、第２の実施の形態の溶接方法を説明する図である。なお、図４（Ａ）は、溶接時の第１配線部材１ｂ及び第２配線部材２ｂの側面図（図１（Ｃ）に対応）、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の矢視Ａ方向の正面図をそれぞれ表している。
【００５３】
第２の実施の形態では、第１配線部材１ｂは、平板状の部材１ｂ１，１ｂ２が直交するよう（Ｌ字状）に接合された構成を成している。第２配線部材２ｂも、同様に、平板状の部材２ｂ１，２ｂ２が直交するよう（Ｌ字状）に接合された構成を成している。なお、第２の実施の形態の保護部材３も、このような第１配線部材１ｂ及び第２配線部材２ｂと同様の形状を成している。また、第２の実施の形態の保護部材３もまた、対向領域７を構成する第１配線部材１ｂ及び第２配線部材２ｂのうち少なくとも一方よりも融点が高い材質により構成されている。
【００５４】
図４（Ａ）に示されるように、このような第１配線部材１ｂの外面と第２配線部材２ｂの内面とを重ねる。そして、重ねた第１配線部材１ｂ及び第２配線部材２ｂの接合箇所に後述するレーザ光４の照射領域６に対向して保護部材３を、重ねた第１配線部材１ｂ及び第２配線部材２ｂの対向領域７に配置する。すなわち、保護部材３を第２配線部材２ｂ（の角部）の外面に配置する。なお、この場合の接合箇所は、第１配線部材１ｂの外側の角部と第２配線部材２ｂの内側の角部との接合部である。
【００５５】
次に、図４（Ａ），（Ｂ）に示されるように、第１配線部材１ｂの内側の照射領域６にレーザ光４を照射する。この際のレーザ光４は、第１配線部材１ｂ及び第２配線部材２ｂが溶融する程度の入熱を発する。
【００５６】
この場合も、第１の実施の形態と同様に、レーザ光４による入熱により第１配線部材１ｂ及び第２配線部材２ｂの照射領域６から深さ方向に溶融して溶接部（図示を省略）が生成される。しかし、この際、保護部材３の融点は第２配線部材２ｂの融点よりも高いため、保護部材３はレーザ光４からほとんど溶融されない。このため、レーザ光４が保護部材３を貫通することなく、また、溶融された第２配線部材２ｂの溶融片の飛散や落下が防止される。
【００５７】
この後、このような第１配線部材１ｂ及び第２配線部材２ｂを冷却して、溶接部を凝固させる。これにより、第１配線部材１ｂ及び第２配線部材２ｂを接合することができる。なお、この場合の保護部材３も、第１の実施の形態と同様に、接合部材（図示を省略）を介して第２配線部材２ｂの外面に配置することができる。また、第２の実施の形態でも、第１配線部材１ｂ、第２配線部材２ｂ、保護部材３（並びに接合部材）として、図２及び図３の材質を適用することができる。また、第２の実施の形態でも、重なり枚数は第１配線部材１ｂと第２配線部材２ｂとの２枚に限らず、３枚以上であっても同様に溶接することが可能である。第１配線部材１ｂと第２配線部材２ｂとの間に１つ以上の配線部材が積層されていてもよい。但し、重なり厚さに応じて、レーザ光４のレーザパワー、保護部材３の厚さ並びに材質を選択する必要がある。
【００５８】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態では、第２の実施の形態とは別の形態について、図５を用いて説明する。
【００５９】
図５は、第３の実施の形態の溶接方法を説明する図である。なお、図５（Ａ）は、溶接時の第１配線部材１ｃ及び第２配線部材２ｃの側面図（図１（Ｃ）に対応）、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のレーザ光４の照射方向の上面図をそれぞれ表している。
【００６０】
第３の実施の形態でも、第１配線部材１ｃは、平板状の部材１ｃ１，１ｃ２が直交するよう（Ｌ字状）に接合された構成を成している。第２配線部材２ｃも、同様に、平板状の部材２ｃ１，２ｃ２が直交するよう（Ｌ字状）に接合された構成を成している。なお、第３の実施の形態の保護部材３は、第１の実施の形態のように平板状を成している。また、第３の実施の形態の保護部材３もまた、対向領域７を構成する第１配線部材１ｃ及び第２配線部材２ｃのうち少なくとも一方よりも融点が高い材質により構成されている。
【００６１】
図５（Ａ）に示されるように、このような第１配線部材１ｃの部材１ｃ１の外面と第２配線部材２ｃの部材２ｃ１の外面とを重ねる。そして、重ねた第１配線部材１ｃの部材１ｃ１及び第２配線部材２ｃの部材２ｃ１の接合面７に直交する、部材１ｃ１，２ｃ１の一方の端部がレーザ光４の照射領域６である。この照射領域６に対向して、保護部材３を、重ねた第１配線部材１ｃの部材１ｃ１及び第２配線部材２ｃの部材２ｃ１の他方の端部に配置する。
【００６２】
次に、図５（Ａ），（Ｂ）に示されるように、第１配線部材１ｃの部材１ｃ１と第２配線部材２ｃの部材２ｃ１との間の照射領域６にレーザ光４を照射する。この際のレーザ光４は、第１配線部材１ｃ及び第２配線部材２ｃが溶融する程度の入熱を発する。この場合も、第１の実施の形態と同様に、レーザ光４による入熱により第１配線部材１ｃの部材１ｃ１及び第２配線部材２ｃの部材２ｃ１が溶融して溶接部（図示を省略）が生成される。しかし、この際、保護部材３の融点は第１配線部材１ｃ及び第２配線部材２ｃの融点よりも高いため、保護部材３はレーザ光４からほとんど溶融されない。このため、レーザ光４が保護部材３を貫通することなく、また、溶融された第１配線部材１ｃ及び第２配線部材２ｃの溶融片の飛散や落下が防止される。
【００６３】
この後、このような第１配線部材１ｃ及び第２配線部材２ｃを冷却して、溶接部を凝固させる。これにより、第１配線部材１ｃ及び第２配線部材２ｃを接合することができる。なお、この場合の保護部材３も、第１の実施の形態と同様に、接合部材（図示を省略）を介して第１配線部材１ｃの部材１ｃ２及び第２配線部材２ｃの部材２ｃ２の外面に配置することができる。また、第３の実施の形態でも、第１配線部材１ｃ、第２配線部材２ｃ、保護部材３（並びに接合部材）として、図２及び図３の材質を適用することができる。
【００６４】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態では、第１〜第３の実施の形態の場合とは異なり、例えば、半導体装置の製造過程において、半導体装置に含まれる配線端子に、別の配線部材を溶接するような場合について図６を用いて説明する。
【００６５】
図６は、第４の実施の形態の溶接方法を説明する図である。なお、図６（Ａ）は、溶接時の被接合端子１０及び第２配線部材２ｄの側面図（図１（Ｃ）に対応）、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の矢視Ａ方向の上面図をそれぞれ表している。
【００６６】
第４の実施の形態では、被接合端子１０及び第２配線部材２ｄは平板状を成している。なお、第４の実施の形態の保護部材３も、第１の実施の形態のように平板状を成している。また、第４の実施の形態の保護部材３もまた、被接合端子１０及び第２配線部材２ｄよりも融点が高い材質により構成されている。
【００６７】
図６（Ａ）に示されるように、このような被接合端子１０の側面と第２配線部材２ｄの側面とを重ねる。そして、被接合端子１０の側面と第２配線部材２ｄの下面に接触するように保護部材３を配置する。すなわち、保護部材３を第２配線部材２ｄと被接合端子１０との隙間を埋めるように第２配線部材２ｄの裏面側に配置する。
【００６８】
次に、図６（Ａ），（Ｂ）に示されるように、被接合端子１０と第２配線部材２ｄとのつなぎ目（照射領域６）にレーザ光４を照射する。この際のレーザ光４は、被接合端子１０及び第２配線部材２ｄが溶融する程度の入熱を発する。また、この際のレーザ光４の照射方向は、照射領域６に対して斜め上方から照射される。この場合も、第１の実施の形態と同様に、レーザ光４による入熱により被接合端子１０及び第２配線部材２ｄのレーザ光４が入射された箇所が溶融して溶接部（図示を省略）が生成される。しかし、この際、保護部材３の融点は被接合端子１０及び第２配線部材２ｄの融点よりも高いため、保護部材３はレーザ光４からほとんど溶融されない。このため、レーザ光４が保護部材３を貫通することなく、また、溶融された被接合端子１０及び第２配線部材２ｄの溶融片の飛散や落下が防止される。
【００６９】
この後、このような被接合端子１０及び第２配線部材２ｄを冷却して、溶接部を凝固させる。これにより、被接合端子１０及び第２配線部材２ｄを接合することができる。なお、この場合の保護部材３も、第１の実施の形態と同様に、接合部材（図示を省略）を介して被接合端子１０の側面と第２配線部材２ｄの下面に接触するように配置することができる。また、第４の実施の形態でも、被接合端子１０（第１配線部材を適用）、第２配線部材２ｄ、保護部材３（並びに接合部材）として、図２及び図３の材質を適用することができる。また、第４の実施の形態でも、被接合端子１０に対して、第２配線部材２ｄを１枚に限らず、２枚以上であっても同様に溶接することが可能である。但し、重なり厚さに応じて、レーザ光４のレーザパワー、保護部材３の厚さ並びに材質を選択する必要がある。
【００７０】
［第５の実施の形態］
第５の実施の形態では、第１の実施の形態の溶接方法を含む製造方法が用いられた半導体装置について説明する。
【００７１】
このような半導体装置は、半導体素子と、半導体素子に電気的に接続され、互いに接合された第１配線部材及び第２配線部材とを有する。さらに、接合された第１配線部材及び第２配線部材におけるレーザ光が照射された照射領域に対向する対向領域に配置され、対向領域を構成する第１配線部材及び第２配線部材のうち少なくとも一方よりも融点が高い保護部材を有する。以下、半導体装置について、図７を用いて具体的に説明する。
【００７２】
図７は、第５の実施の形態の半導体装置の斜視図である。
半導体装置１００は、ケース１１０と、ケース１１０の収納部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃにそれぞれ収納されたセラミック回路基板１４０とを含む。半導体装置１００は、Ｐ端子１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃに正極が、Ｎ端子１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃに負極がそれぞれ接続される。さらに、半導体装置１００は、各制御端子１２１，１３１に制御信号が印加されて、Ｕ端子１１５ａ、Ｖ端子１１５ｂ、Ｗ端子１１５ｃから制御信号に応じた出力が得られるものである。
【００７３】
ケース１１０は、例えば、射出成形により樹脂を用いて形成され、中央部に凹部が形成された枠型状を成している。中央部の凹部内には、セラミック回路基板１４０がそれぞれ収納される収納部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃが形成されている。収納部１１２ａの周縁部には、（ケース１１０の短手方向に沿って）プリント基板１１９ａ，１１９ｂが配置されている。収納部１１２ｂの周縁部には、（ケース１１０の短手方向に沿って）一対のプリント基板１１９ａが配置されている。収納部１１２ｃの周縁部には、（ケース１１０の短手方向に沿って）プリント基板１１９ａ，１１９ｂが配置されている。なお、各収納部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃに収納されているセラミック回路基板１４０は、各プリント基板１１９ａ，１１９ｂにワイヤ１４８により電気的に接続されている。
【００７４】
このようなケース１１０の収納部１１２ａに対して、ケース１１０の長手方向の一方の辺側（図中下側）にはＰ端子１１３ａと、Ｎ端子１１４ａとが、他方の辺側（図中上側）にはＵ端子１１５ａがそれぞれ設けられている。同様にして、収納部１１２ｂに対して、ケース１１０の長手方向の一方の辺側（図中下側）にはＰ端子１１３ｂと、Ｎ端子１１４ｂとが、他方の辺側（図中上側）にはＶ端子１１５ｂがそれぞれ設けられている。また、収納部１１２ｃに対して、長手方向の一方の辺側（図中下側）にはＰ端子１１３ｃと、Ｎ端子１１４ｃとが、他方の辺側（図中上側）にはＷ端子１１５ｃがそれぞれ設けられている。
【００７５】
各収納部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃには、Ｐ端子１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃに電気的に接続され、Ｐ端子１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃから突出する配線端子１１８がそれぞれ配置されている。また、Ｕ端子１１５ａ、Ｖ端子１１５ｂ、Ｗ端子１１５ｃの一端と、第２配線部材（後述）に接合された第１配線部材１１６とが、電気的に接続されている。また、Ｎ端子１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃの一端と、第２配線部材（後述）に接合された第１配線部材１１７とが、電気的に接続されている。
【００７６】
また、収納部１１２ａのＵ端子１１５ａ側のプリント基板１１９ａ，１１９ｂには、端子ブロック１２０，１３０がそれぞれ配置されており、制御端子１２１，１３１がプリント基板１１９ａ，１１９ｂと電気的に接続されている。なお、端子ブロック１２０，１３０は、ケース１１０の長手方向の辺のＵ端子１１５ａ、Ｖ端子１１５ｂ、Ｗ端子１１５ｃ近傍にそれぞれ配置されている。
【００７７】
次に、半導体装置１００のケース１１０の収納部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃに収納されるセラミック回路基板１４０、セラミック回路基板１４０に配置されている第２配線部材１４５ａ，１４５ｂ及び第１配線部材１１６，１１７について図８及び図９を用いて説明する。
【００７８】
図８及び図９は、第５の実施の形態の半導体装置に含まれるセラミック回路基板に接合された配線基板の斜視図である。なお、図８は、セラミック回路基板１４０の第１配線部材１１６が配置された側を、図９は、セラミック回路基板１４０の第１配線部材１１７が配置された側を、それぞれ表している。また、図８及び図９では、構成を見やすくするために、配線端子１１８の記載を省略している。
【００７９】
セラミック回路基板１４０は、絶縁板１４１と絶縁板１４１のおもて面に形成された回路板１４２ａ，１４２ｂと絶縁板１４１の裏面に形成された銅等により構成された金属板（図示を省略）とにより構成されている。
【００８０】
絶縁板１４１は、熱伝導性に優れた、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の高熱伝導性のセラミックスにより構成されている。
回路板１４２ａ，１４２ｂは、導電性並びにはんだに対する濡れ性に優れた金属材質により構成されている。このような材質として、例えば、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金等により構成されている。また、回路板１４２ａ，１４２ｂは、耐食性に優れた材質によりめっき処理を行うことも可能である。このような材質は、例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、クロム、モリブデン、タンタル、ニオブ、タングステン、バナジウム（Ｖ）、ビスマス（Ｂｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、金、白金、パラジウム（Ｐｄ）、または、少なくともこれらの一種を含む合金等である。
【００８１】
金属板は、熱伝導性に優れたアルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属により構成されている。
このような構成を有するセラミック回路基板１４０として、例えば、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板、ＡＭＢ（Active Metal Blazed）基板を用いることができる。セラミック回路基板１４０は、半導体素子１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ，１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃで発生した熱を回路板１４２ａ，１４２ｂ、絶縁板１４１及び金属板を介して、下方に伝導させることができる。
【００８２】
また、セラミック回路基板１４０は、回路板１４２ａに半導体素子１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃが配置され、回路板１４２ｂに半導体素子１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃが配置されている。
【００８３】
半導体素子は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＦＷＤ等がある。また、電力用半導体素子として、ＩＧＢＴとＦＷＤとを一体化したＲＣ−ＩＧＢＴ、逆バイアスに対しても十分な耐圧を有するＲＢ−ＩＧＢＴ等がある。また、半導体素子は、Ｓｉ半導体、ＳｉＣ半導体等任意の半導体を適用できる。
【００８４】
さらに、セラミック回路基板１４０は、半導体素子１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ上に第２配線部材１４５ａが配置され、電気的に接続されている。また、半導体素子１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃ上に第２配線部材１４５ｂが配置され、電気的に接続されている。そして、プレート１４７により、第２配線部材１４５ａ，１４５ｂ間は絶縁されている。回路板１４２ａ上には、例えば、半導体素子１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ（のコレクタ電極側）がはんだを介して一列に配置されている。さらに、一列に配置された半導体素子１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃの各エミッタ電極に第２配線部材１４５ａがはんだを介して配置されて、半導体素子１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃの各エミッタ電極が電気的に接続されている。
【００８５】
なお、第２配線部材１４５ａは、平板部１４５ａａと、端子部１４５ａｂと、平板部１４５ａａ及び端子部１４５ａｂを接続する段差部１４５ａｃとにより構成されている。また、第２配線部材１４５ａは、例えば、銅、アルミニウム、少なくともこれらの一種を含む合金またはステンレス鋼により構成されている。
【００８６】
端子部１４５ａｂは、接続する半導体素子の個数に応じて用意され、各半導体素子１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃとはんだ等の接合材を介して接合し、各半導体素子１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃと電気的、機械的に接続する。
【００８７】
平板部１４５ａａは、各半導体素子１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃと電気的に接続した各端子部１４５ａｂと、段差部１４５ａｃを介して接続する。図示した例では、平板部１４５ａａの主面と端子部１４５ａｂの主面は略直交し、段差部１４５ａｃはこれら２つの主面と略平行な面を有しており、第２配線部材１４５ａの一断面はジグザグ形状になっている。
【００８８】
段差部１４５ａｃは、図８に示されるように、第１配線部材１１６を下側から支える。また、段差部１４５ａｃの上面に第１配線部材１１６が溶接されて接合されている。なお、段差部１４５ａｃの下面に保護部材が配置されている。図８では、保護部材の記載は省略している。
【００８９】
このような構成を有する第２配線部材１４５ａの各部の厚さは、例えば、１．０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下である。
回路板１４２ｂ上には、例えば、半導体素子１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃ（のコレクタ電極側）がはんだを介して一列に配置されている。さらに、一列に配置された半導体素子１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃの各エミッタ電極に第２配線部材１４５ｂがはんだを介して配置されて、半導体素子１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃの各エミッタ電極が電気的に接続されている。
【００９０】
なお、第２配線部材１４５ｂは、第２配線部材１４５ａと同様の構成を有しており、平板部１４５ｂａと、端子部１４５ｂｂと、平板部１４５ｂａ及び端子部１４５ｂｂを接続する段差部１４５ｂｃとにより構成されている。また、第２配線部材１４５ｂは、例えば、銅、アルミニウム、少なくともこれらの一種を含む合金またはステンレス鋼により構成されている。
【００９１】
端子部１４５ｂｂは、接続する半導体素子の個数に応じて用意され、各半導体素子とはんだ等の接合材を介して接合し、各半導体素子と電気的、機械的に接続する。
平板部１４５ｂａは、各半導体素子と電気的に接続した各端子部１４５ｂｂと、段差部１４５ｂｃを介して接続する。図示した例では、平板部１４５ｂａの主面と端子部１４５ａｂの主面は略直交し、段差部１４５ｂｃはこれら２つの主面と略平行な面を有しており、第２配線部材１４５ｂの一断面はジグザグ形状になっている。
【００９２】
段差部１４５ｂｃは、図９に示されるように、第１配線部材１１７を下側から支える。また、段差部１４５ｂｃの上面に第１配線部材１１７は溶接されて接合されている。なお、段差部１４５ｂｃの下面に保護部材が配置されている。図９では、保護部材の記載は省略している。
【００９３】
このような構成を有する第２配線部材１４５ｂの厚さは、例えば、１．０ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下である。
また、図示した例では、半導体素子１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃが電気的に並列接続され、また、半導体素子１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃが電気的に並列接続されている。半導体素子の数は、半導体装置の容量に応じて増減しうる。また、セラミック回路基板１４０では、設置したプレート１４７で半導体素子１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ，１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃの回路板１４２ａ，１４２ｂに対する位置合わせを行って、第２配線部材１４５ａ，１４５ｂが設置される。
【００９４】
次に、第２配線部材１４５ａ，１４５ｂに対する第１配線部材１１６，１１７の溶接工程を含む半導体装置１００の製造方法について図１０を用いて説明する。
図１０は、第５の実施の形態の半導体装置に含まれるセラミック回路基板に接合された配線基板の断面図である。なお、図１０は、図７における一点鎖線Ｘ−Ｘにおける断面図を表している。
【００９５】
上記の構成を有する半導体装置１００に含まれるセラミック回路基板１４０に配置される第２配線部材１４５ａ，１４５ｂは、既述の通り、その段差部１４５ａｃ，１４５ｂｃ上に第１配線部材１１６，１１７がそれぞれ配置される。
【００９６】
このような半導体装置１００を製造するにあたって、まず、端子ブロック１２０，１３０が配置されたプリント基板１１９ａ，１１９ｂ、配線端子１１８、Ｐ端子１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ、Ｎ端子１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ、Ｕ端子１１５ａ、Ｖ端子１１５ｂ、Ｗ端子１１５ｃ等を一体成形により樹脂を用いてケース１１０を形成する（図７を参照）。
【００９７】
また、半導体素子１４４ｂ，１４６ｂと、第１配線部材１１６，１１７と、第２配線部材１４５ａ，１４５ｂと、第２配線部材１４５ａ，１４５ｂよりも融点が高い保護部材２１０ａ，２１０ｂを準備する。
【００９８】
次に、第２配線部材１４５ａ，１４５ｂの段差部１４５ａｃ，１４５ｂｃの第１配線部材１１６，１１７が配置される側の裏面（セラミック回路基板１４０と対向する側）に、保護部材２１０ａ，２１０ｂを形成する。例えば、銅製の第２配線部材１４５ａ，１４５ｂの所定部分にチタン合金からなる保護部材２１０ａ，２１０ｂを圧延接合し、所定の形状に加工する。すなわち、保護部材２１０ａ，２１０ｂは、第１配線部材１１６，１１７のレーザ光４の照射領域に対向する第２配線部材１４５ａ，１４５ｂの段差部１４５ａｃ，１４５ｂｃの裏面に配置される。
【００９９】
次に、半導体素子１４４ｂと第２配線部材１４５ａ、半導体素子１４６ｂと第２配線部材１４５ｂを、それぞれはんだ等の接合材により電気的、機械的に接続する。この時、別に準備したセラミック回路基板１４０及びプレート１４７を配置する。こうすることで第２配線部材１４５ａ，１４５ｂ及びプレート１４７が設置され、半導体素子１４４ｂ，１４６ｂが配置されたセラミック回路基板１４０が得られる。
【０１００】
次に、図７に示すようにこのようにして形成したケース１１０の収納部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃに、セラミック回路基板１４０をそれぞれ収納する。この際、セラミック回路基板１４０の回路板１４２ａ，１４２ｂの一部を、ケース１１０の配線端子１１８及びプリント基板１１９ａ，１１９ｂとワイヤ１４８等で電気的に接続する。
【０１０１】
次に、第１配線部材１１６を、図７に示すようにケース１１０のＵ端子１１５ａ、Ｖ端子１１５ｂ、Ｗ端子１１５ｃの一端と、第２配線部材１４５ａの段差部１４５ａｃとにそれぞれ接合する。
【０１０２】
この際、第２配線部材１４５ａの段差部１４５ａｃの裏面には保護部材２１０ａが配置されている。第１配線部材１１６を第２配線部材１４５ａの段差部１４５ａｃに重ねて配置する。その上で、図１０に示されるように、第１配線部材１１６及び第２配線部材１４５ａの段差部１４５ａｃが溶融する程度の入熱を発するレーザ光４を照射する。すると、レーザ光４による入熱により第１配線部材１１６及び第２配線部材１４５ａの段差部１４５ａｃが溶融して溶接部２１１ａが生成される。しかし、この際、保護部材２１０ａの融点は第２配線部材１４５ａの融点よりも高いため、保護部材２１０ａはレーザ光４からほとんど溶融されない。このため、レーザ光４が保護部材２１０ａを貫通することなく、また、溶融された第２配線部材１４５ａの段差部１４５ａｃの溶融片の飛散や落下が防止される。したがって、収納部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ内のセラミック回路基板１４０等の構成に対する損傷を防止することができる。
【０１０３】
この後、このような第１配線部材１１６及び第２配線部材１４５ａを冷却して、溶接部２１１ａを凝固させる。これにより、第１配線部材１１６と、Ｕ端子１１５ａ、Ｖ端子１１５ｂ、Ｗ端子１１５ｃと、第２配線部材１４５ａとが電気的に接続する。
【０１０４】
また、第１配線部材１１７を、ケース１１０のＮ端子１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃの一端と、第２配線部材１４５ｂの段差部１４５ｂｃとにそれぞれ接合する。この際も、第１配線部材１１７と第２配線部材１４５ｂの段差部１４５ｂｃとを上記と同様（図１０を参照）に溶接されて溶接部２１１ｂが生成されて冷却されることで凝固する。これにより、第１配線部材１１７と、Ｎ端子１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃと、第２配線部材１４５ｂとが電気的に接続する。
【０１０５】
最後に、ケース１１０の凹部内のセラミック回路基板１４０、プリント基板１１９ａ，１１９ｂ、第１配線部材１１６，１１７、配線端子１１８、ワイヤ１４８等を封止樹脂で封止し、封止樹脂を硬化する。これにより半導体装置１００が完成する。封止樹脂として例えばエポキシ樹脂を用いることができる。
【０１０６】
なお、第５の実施の形態は、保護部材２１０ａ，２１０ｂが配置される第２配線部材１４５ａ，１４５ｂが半導体素子１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ，１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃと接合されており、レーザ光４が照射される第１配線部材１１６，１１７が外部接続端子（Ｎ端子１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ、Ｕ端子１１５ａ、Ｖ端子１１５ｂ、Ｗ端子１１５ｃ）と接合された構成である。しかしながら、これに限ることなく、保護部材２１０ａ，２１０ｂが配置される第２配線部材１４５ａ，１４５ｂが外部接続端子と接合され、レーザ光４が照射される第１配線部材１１６，１１７が半導体素子１４４ａ，１４４ｂ，１４４ｃ，１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃと接合されていても構わない。
【０１０７】
上記半導体装置１００では、第２配線部材１４５ａ，１４５ｂと第１配線部材１１６，１１７との接合に上記の溶接を行った。これにより、第２配線部材１４５ａ，１４５ｂの段差部１４５ａｃ，１４５ｂｃの裏面からの溶融片の飛散や落下が防止される。したがって、収納部１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ内のセラミック回路基板１４０等の構成に対する損傷を防止することができ、半導体装置１００の信頼性の低下を抑制することができる。
【０１０８】
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成及び応用例に限定されるものではない。そして、対応するすべての変形例及び均等物は、添付の請求項及びその均等物による本発明の範囲とみなされる。
【符号の説明】
【０１０９】
１ａ  第１配線部材
２ａ  第２配線部材
３  保護部材
３ａ  接合部材
４  レーザ光
５  溶接部
６  照射領域
７  対向領域
８  接合面
【図１】
2019077866.tif 000003
【図２】
2019077866.tif 000004
【図３】
2019077866.tif 000005
【図４】
2019077866.tif 000006
【図５】
2019077866.tif 000007
【図６】
2019077866.tif 000008
【図７】
2019077866.tif 000009
【図８】
2019077866.tif 000010
【図９】
2019077866.tif 000011
【図１０】
2019077866.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月9日(2019.10.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
このような保護部材３は、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａよりも融点が高い材質により構成されている。このような保護部材３としては、金属またはセラミックスが適用される。保護部材３の材質に応じて、保護部材３の第２配線部材２ａに対する密着性を向上させる場合には、図１（Ｄ）に示されるように、第２配線部材２ａの裏面に対して、接合部材３ａを介して保護部材３を形成することが好ましい。また、保護部材３は、例えば、コバルト（Ｃｏ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属が適用される。また、このような保護部材３は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等のセラミックスが適用される。このような第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａは、平板状の、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、少なくともこれらの一種を含む合金またはステンレス鋼等の金属により構成される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
この際の保護部材３は、第１配線部材１ａのレーザ光４が照射される照射領域６に対向した対向領域７に配置されている。保護部材３は、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａのうち少なくとも一方の対向領域７に配置される。なお、この場合は、第１配線部材１ａに第２配線部材２ａが接合面８で接合される。さらに、接合面８に対向する第１配線部材１ａの第１主面（おもて面）上に照射領域６が設けられる。また、接合面８に対向する第２配線部材２ａの第２主面（裏面）上の対向領域７に保護部材３が配置される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
次に、このような溶接方法で用いられる第１配線部材１ａと第２配線部材２ａと保護部材３（及び接合部材３ａ）について図２及び図３を用いて説明する。
図２及び図３は、第１の実施の形態の溶接方法で用いられる材質の一例を示す図である。なお、図２及び図３の実施例１〜４７では、図１に示した第１配線部材１ａと第２配線部材２ａと保護部材３（及び接合部材３ａ）に対する材質の組み合わせとレーザ光４の入熱量とその際の溶接状況を示している。但し、実施例１〜６，２０〜２５，３１，３２，３６，４０，４４は、保護部材３を用いずに溶接した場合の参考例を示している。また、実施例１〜４７の第１配線部材１ａと第２配線部材２ａと保護部材３（及び接合部材３ａ）として用いる材質及びその厚さ、レーザ光４の入熱量は一例であり、その他の材質及びその厚さ、レーザ光４の入熱量を適用することが可能である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
まず、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａが銅（Ｃｕ）の場合（実施例１〜１９）について説明する。この場合において、保護部材３を設けていない場合（実施例１〜６）では、厚さが０．５ｍｍの第１配線部材１ａに対して、第２配線部材２ａの厚さが１．０ｍｍ以下となると、孔開きにより、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができなかった。第２配線部材２ａの厚さが２．０ｍｍ以上となると、第２配線部材２ａの裏面に孔が開くことなく、接合することができた。つまり、第２配線部材２ａが薄い場合には、孔を開けずに、接合することが難しいことが考えられる。特に、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａが銅（Ｃｕ）の場合、第２配線部材２ａの厚さが第１配線部材１ａの厚さの２倍より薄くなると、接合することができなかった。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
次に、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａがアルミニウム（Ａｌ）の場合（実施例２０〜３０）について説明する。この場合において、保護部材３を設けていない場合（実施例２０〜２５）では、厚さが０．５ｍｍの第１配線部材１ａに対して、第２配線部材２ａの厚さが２．０ｍｍ以下となると、孔開きにより、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができなかった。第２配線部材２ａの厚さが３．０ｍｍ以上となると、第２配線部材２ａの裏面に孔が開くことなく、接合することができる。つまり、第２配線部材２ａが薄い場合には、孔を開けずに、接合することが難しいことが考えられる。特に、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａがアルミニウム（Ａｌ）の場合、第２配線部材２ａの厚さが第１配線部材１ａの厚さの４倍より薄くなると、接合することができなかった。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
次に、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａがステンレス鋼（ＳＵＳ３０１）の場合について説明する。この場合において、保護部材３を設けていない場合（実施例３１，３２）には、いずれの条件においても、接合が不十分であり、または、孔が開いたことが確認された。第２配線部材２ａの厚さが第１配線部材１ａの厚さの２倍より薄いものでは、接合することができなかった。また、保護部材３がチタン（Ｔｉ）の場合（実施例３３）では、保護部材３の裏面に孔が開くことが確認された。なお、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａは接合されていることが確認された。さらに、保護部材３がニオブ（Ｎｂ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の場合（実施例３４，３５）では、いずれも、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができる。つまり、第２配線部材２ａと保護部材３との融点差が５００℃以上の場合に、保護部材３の裏面に孔が開くことなく、第１配線部材１ａ及び第２配線部材２ａを接合することができることが考えられる。さらに、この場合には、保護部材３の厚さが０．１ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下であり、第２配線部材２ａ及び保護部材３の合計厚さが第１配線部材１ａの厚さの２倍より薄くても、接合することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
図５（Ａ）に示されるように、このような第１配線部材１ｃの部材１ｃ１の外面と第２配線部材２ｃの部材２ｃ１の外面とを重ねる。そして、重ねた第１配線部材１ｃの部材１ｃ１及び第２配線部材２ｃの部材２ｃ１の接合面８に直交する、部材１ｃ１，２ｃ１の一方の端部がレーザ光４の照射領域６である。この照射領域６に対向して、保護部材３を、重ねた第１配線部材１ｃの部材１ｃ１及び第２配線部材２ｃの部材２ｃ１の他方の端部に配置する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
端子部１４５ｂｂは、接続する半導体素子の個数に応じて用意され、各半導体素子とはんだ等の接合材を介して接合し、各半導体素子と電気的、機械的に接続する。
平板部１４５ｂａは、各半導体素子と電気的に接続した各端子部１４５ｂｂと、段差部１４５ｂｃを介して接続する。図示した例では、平板部１４５ｂａの主面と端子部１４５ｂｂの主面は略直交し、段差部１４５ｂｃはこれら２つの主面と略平行な面を有しており、第２配線部材１４５ｂの一断面はジグザグ形状になっている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記第１配線部材に前記第２配線部材が接合面で接合されて、
前記接合面に対向する前記第１配線部材の第１主面上に前記照射領域が設けられ、
前記接合面に対向する前記第２配線部材の第２主面上の前記対向領域に前記保護部材が配置される、
請求項１に記載の半導体装置。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
前記第１配線部材に前記第２配線部材が接合面で接合されて、
前記接合面に直交する前記第１配線部材及び前記第２配線部材のそれぞれの一方の端部上に前記照射領域が設けられ、
前記照射領域に対向する前記第１配線部材及び前記第２配線部材のそれぞれの他方の端部上の前記対向領域に前記保護部材が配置される、
請求項１に記載の半導体装置。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2019077866.tif 000013
【国際調査報告】
2019077866.tif 000014
2019077866.tif 000015