(57)【要約】【課題】樹脂基材上で、樹脂基材を破損させずに金属電極間の超音波接合を行うことができる電力用半導体装置、電力用半導体装置の製造方および電力用半導体装置の製造装置を提供することを目的としている。【解決手段】樹脂封止形パワーモジュール３が搭載された樹脂基体１と、樹脂基体１上に配設され、樹脂封止形パワーモジュール３側に伸長する平坦部５と平坦部５と直交する方向に伸長しかつ平坦部５側に折曲される挟持部６とを有する第１の電極４と、樹脂封止形パワーモジュール３に配設され、第１の電極４の平坦部５と第１の電極４の折曲された挟持部６との間に挟持されるとともに接合される第２の電極７を設けたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂封止形パワーモジュールが搭載された樹脂基体と、前記樹脂基体上に配設され、前記樹脂封止形パワーモジュール側に伸長する平坦部と前記平坦部と直交する方向に伸長しかつ前記平坦部側に折曲される挟持部とを有する第１の電極と、前記樹脂封止形パワーモジュールに配設され、前記第１の電極の平坦部と前記第１の電極の折曲された挟持部との間に挟持されるとともに接合される第２の電極を備えたことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
前記第１の電極の挟持部は複数設けられたことを特徴とする請求項１記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記第１の電極の平坦部には前記第２の電極を挟んで相対向する前記第１の電極の折曲された挟持部と相対向する位置に突起部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記第１の電極の平坦部には前記第１の電極の折曲された挟持部と相対向する位置に切り欠き部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
樹脂封止形パワーモジュールが搭載された樹脂基体上に、前記樹脂封止形パワーモジュール側に伸長する平坦部と前記平坦部と直交する方向に伸長する挟持部とを有する第１の電極を配置する工程と、前記樹脂封止形パワーモジュールに配設された第２の電極を前記第１の電極の平坦部に重なるよう配置する工程と、前記第１の電極の平坦部に配置した前記第２の電極を前記第１の電極の挟持部を折曲して前記第２の電極を前記第１の電極の平坦部と前記第１の電極の折曲された挟持部との間に挟持させる工程と、前記第２の電極を前記第１の電極の平坦部と前記第１の電極の折曲された挟持部との間に挟持させた状態で超音波接合させる工程とを含むことを特徴とする電力用半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第１の電極の挟持部を垂直方向に折曲した後に、超音波接合ツールにより前記第１の電極の挟持部をさらに折曲し、前記第２の電極を前記第１の電極の平坦部と前記第１の電極の折曲された挟持部との間に挟持させるようにしたことを特徴とする請求項５記載の電力用半導体装置の製造方法。
【請求項７】
水平方向および垂直方向の移動ができるとともに、樹脂基体上に配設された第１の電極の平坦部と直交する方向に伸長する前記第１の電極の挟持部が垂直方向に折曲された前記挟持部の先端部近傍に当接され、水平方向および垂直方向に移動されて前記第１の電極の挟持部をさらに折曲するとともに垂直方向の下方に移動されて樹脂封止形パワーモジュールに配設された第２の電極を前記第１の電極の平坦部と前記第１の電極の折曲された挟持部との間に挟持させるるとともにその挟持させた状態で超音波を印加して接合する超音波接合ツールを備えたことを特徴とする電力用半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、樹脂封止型パワーモジュールと、外部端子を接続する端子台を有する電力用半導体装置、電力用半導体装置の製造方および電力用半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、従来の電力用半導体装置としては、図２０に示すようなものがある。図２０は従来の電力用半導体装置を示す断面図である。図２０において、３１は放熱板兼用の金属ベース板、３２は金属ベース板３１の上に搭載して半田接合した絶縁基板であり、その絶縁基板３２の表面に回路パターン３２ａを直接接合したＤｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｃｏｐｐｅｒ基板で構成されている。３３は絶縁基板３２の回路パターン３２ａに半田マウントしたＩＧＢＴ（パワー半導体チップ）、３４は半田接合部、３５は金属ベース板３１に組合せた外囲ケース（樹脂ケース）、３６はゲート用外部接続端子、３７はＩＧＢＴ３３のゲート電極とゲート用外部接続端子３６との間を接続するボンディングワイヤである。３８はＩＧＢＴ３３の表面電極（エミッタ）に、超音波接合あるいは熱圧着の直接金属接合法により直接接合して引き出している平角導体板で作られた外部接続端子、３９は絶縁基板３２の回路パターン３２ａに、超音波接合あるいは熱圧着の直接金属接合法により直接接合して引き出している外部接続端子である。なお、図示してないが外囲ケース３５の内部にはシリコーンゲルなどを充填して回路部品を樹脂封止している。
【０００３】
従来の一般的な超音波接合方法では、下冶具と上冶具の間に接合したいワークを重ねて配置し、加圧しながら超音波を印加することでワークを変形し、接合界面が微細な振動を与えると、変形がおき、また所謂クリーニング作用により新生面が現れ、凝着部が形成され、超音波印加を続けると凝着部が成長し、接合が強固になる。
【０００４】
また、上記の一般的な超音波接合方法の他に、金属ベース板３１の上に搭載された硬い絶縁基材３２の表面上に形成された固着された金属膜である回路パターン３２ａへ平角導体の金属板である外部接続端子３９を固着する接合方法もある。（特許第４０３９２５８号公報参照）
【０００５】
これらに対し、例えば射出成形により形成された樹脂基板上で、金属板同士を接合するなどという事が極めて困難であった。すなわち、超音波振動により金属板は樹脂基板上にこすり付けられ、樹脂の温度上昇と共に溶融し、結果超音波はうまく伝達できなくなり、金属板同士は接合されずに、樹脂基板が変形するだけに終わってしまうという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０３９２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の電力用半導体装置においては、日本国内ではＡＣ２００Ｖの交流を直流に一旦変換し、それを所定の周波数の交流に変換するという、コンバータ、インバータなどのエネルギー変換を担っており、一般産業機器の電化に伴い普及が進んでいる。このような数百ボルトの電圧を内部に内在するため、主配線の絶縁分離が必要であることと、インバータ動作時に発生する高いスイッチング周波数のパルス的な電流変化により、ノイズが発生したり、周囲や自己の放射する電磁波により誤動作しやすくなるため、ノイズ対策が重要である。
【０００８】
また、電力用半導体装置の構成物として、パワー半導体素子を複数一体化し、所定の回路構成を実現した、樹脂封止形パワーモジュールと、各産業機器や電力線へと接続するための端子台をそなえる構成に関している。樹脂封止形パワーモジュールの特徴としては、Ｃｕ板をパンチング加工により所定の回路配線形状に成形したリードフレーム上に、電力用半導体素子を複数搭載し、所定に配線接続し、これらを熱硬化性の接着剤で封止していることが挙げられる。このような構成の場合、通常封止樹脂成型体の厚み方向の中ほどの金型分割面から、Ｃｕリードフレームの一部が直接露出し端子を構成した構造をとっていることが多い。このような端子の問題点として、この端子を直接引き伸ばして端子台を構成する場合、フレームを引き回す面積が膨大となり、材料歩留まりが悪くなる問題がある。すなわち、フレームはもともと一枚の板を打ち抜いて作るため、平面に展開でき、かつ交差したり重なる部分があってはならないが、そのような制約で端子台を構成すると、端子台の間隙が不必要に大型化する問題がある。その場合、樹脂封止形パワーモジュールも大型化せざるを得なくなるが、無駄な樹脂が増えたり、金型が大型化するなどで、生産性に乏しい。
【０００９】
これらのように、端子台の電極と、樹脂封止形パワーモジュールの電極間を接合する技術が必要であり、この発明はこのような技術課題を解決することを目的としたものである。  超音波接合は、大面積の配線の接合に用いられる技術であり、ポイントソルダのような、はんだ槽から噴流はんだを用いてはんだ付けするような手法に比べて、エネルギー効率は高いと言える。
【００１０】
しかし、超音波接合時に樹脂基材上で一対の金属電極の接合を行うと、樹脂基材が著しく変形し、破損したり、過熱するなどの問題がある。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、樹脂基材上で、樹脂基材を破損させずに金属電極間の超音波接合を行うことができる電力用半導体装置、電力用半導体装置の製造方および電力用半導体装置の製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係わる電力用半導体装置は、樹脂封止形パワーモジュールが搭載された樹脂基体と、前記樹脂基体上に配設され、前記樹脂封止形パワーモジュール側に伸長する平坦部と前記平坦部と直交する方向に伸長しかつ前記平坦部側に折曲される挟持部とを有する第１の電極と、前記樹脂封止形パワーモジュールに配設され、前記第１の電極の平坦部と前記第１の電極の折曲された挟持部との間に挟持されるとともに接合される第２の電極を備えたものである。
【００１３】
この発明に係わる電力用半導体装置の製造方法は、樹脂封止形パワーモジュールが搭載された樹脂基体上に、前記樹脂封止形パワーモジュール側に伸長する平坦部と前記平坦部と直交する方向に伸長する挟持部とを有する第１の電極を配置する工程と、前記樹脂封止形パワーモジュールに配設された第２の電極を前記第１の電極の平坦部に重なるよう配置する工程と、前記第１の電極の平坦部に配置した前記第２の電極を前記第１の電極の挟持部を折曲して前記第２の電極を前記第１の電極の平坦部と前記第１の電極の折曲された挟持部との間に挟持させる工程と、前記第２の電極を前記第１の電極の平坦部と前記第１の電極の折曲された挟持部との間に挟持させた状態で超音波接合させる工程とを含むものである。
【００１４】
この発明に係わる電力用半導体装置の製造装置は、水平方向および垂直方向の移動ができるとともに、樹脂基体上に配設された第１の電極の平坦部と直交する方向に伸長する前記第１の電極の挟持部が垂直方向に折曲された前記挟持部の先端部近傍に当接され、水平方向および垂直方向に移動されて前記第１の電極の挟持部をさらに折曲するとともに垂直方向の下方に移動されて樹脂封止形パワーモジュールに配設された第２の電極を前記第１の電極の平坦部と前記第１の電極の折曲された挟持部との間に挟持させるるとともにその挟持させた状態で超音波を印加して接合する超音波接合ツールを備えたものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明に係わる電力用半導体装置は、樹脂基材上で、樹脂基材を破損させずに第１の電極と第２の電極との間の超音波接合を行うことができる電力用半導体装置を得ることができる。
【００１６】
この発明に係わる電力用半導体装置の製造方法は、樹脂基材上で、樹脂基材を破損させずに第１の電極と第２の電極との間の超音波接合を行うことができる電力用半導体装置の製造方法を得ることができる。
【００１７】
この発明に係わる電力用半導体装置の製造装置は、樹脂基材上で、樹脂基材を破損させずに第１の電極と第２の電極との間の超音波接合を行うことができる電力用半導体装置の製造装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる電力用半導体装置を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係わる電力用半導体装置の第１の電極を示す要部斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部平面図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係わる電力用半導体装置の第１の電極を示す要部斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部斜視図である。
【００１９】
【図６】この発明の実施の形態３に係わる電力用半導体装置の第１の電極を示す要部斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係わる電力用半導体装置を示す図６のVII−VII線における断面図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係わる電力用半導体装置の第１の電極を示す要部斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係わる電力用半導体装置を示す図１０のXI−XI線における断面図である。
【００２０】
【図１２】この発明の実施の形態５に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態５に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態５に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態５に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１６】この発明の実施の形態５に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００２１】
【図１７】この発明の実施の形態６に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態６に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図１９】この発明の実施の形態６に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２０】従来の電力用半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施の形態１.
以下、この発明の実施の形態１を図１ないし図３に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係わる電力用半導体装置を示す斜視図である。図２はこの発明の実施の形態１に係わる電力用半導体装置の第１の電極を示す要部斜視図である。図３はこの発明の実施の形態１に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部平面図である。
【００２３】
これら各図において、１は樹脂基体、２は樹脂基体１に設けられた端子台、３は樹脂基体１に搭載された樹脂封止形パワーモジュール、４は端子台２から引き出された内部電極である第１の電極であり、樹脂基体１上に配設され、樹脂封止形パワーモジュール３側に伸長する平坦部５とこの平坦部５と直交する方向に伸長しかつ平坦部５側に折曲される挟持部６とを有する。７は樹脂封止形パワーモジュール３に配設された第１の電極４の平坦部５と同方向に伸長する第２の電極であり、第１の電極４の平坦部５上に当接されるとともに第１の電極４の折曲された挟持部６との間に挟持される。第２の電極７を第１の電極４の平坦部５と第１の電極４の折曲された挟持部６との間に挟持した状態で例えば超音波を印加することにより第１の電極４の折曲された挟持部６と第２の電極７とが超音波接合される。８は樹脂封止形パワーモジュール３に配設された制御電極であり、図示しない制御基板に接続されてインバータとしての回路が構成される。９は樹脂基体１の下方に設けられたヒートシンクである。
【００２４】
次に動作について説明する。上述した実施の形態１による電力用半導体装置においては、第２の電極７は第１の電極４の平坦部５上に当接されるとともに、第１の電極４の平坦部５と第１の電極４の折曲された挟持部６との間に挟持され、超音波接合されるようになっており、端子台２および樹脂基体１と樹脂封止形パワーモジュール３の位置精度によらず、樹脂基体１に損傷を与えることなく安定的に接合できるので、信頼性の高い電力用半導体装置を得ることができる。また、第２の電極７が樹脂封止形パワーモジュール３に付随し、第１の電極４と挟持部６が端子台２側に付随させているが、これは、この構成にすることで、第２の電極７のピッチを小さくできるからである。すなわち、第１の電極４は幅広い金属板から別個に切り出して所定ピッチに配列すればよいのに対し、第２の電極は一枚のCu板からパンチング加工で切り出すため、ピッチの自由度を確保するために、この発明の構成が好ましいと言える。
【００２５】
実施の形態２.
この発明の実施の形態２を図４および図５に基づいて説明する。図４はこの発明の実施の形態２に係わる電力用半導体装置の第１の電極を示す要部斜視図である。図５はこの発明の実施の形態２に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部斜視図である。
【００２６】
この実施の形態２においては、図４に示すように、内部電極である第１の電極４の挟持部６ａ，６ｂと少なくとも２箇所設けてあり、例えば、図５に示すように、第１の電極４の挟持部６ａ，６ｂの両方を折曲してその両方の挟持部６ａ，６ｂと第１の電極４の平坦部５との間に第２の電極７を挟持して超音波接合するようにしてもよく、より一層確実な接合状態を得ることができる。
【００２７】
また、第１の電極４の挟持部６ａ，６ｂの一方、例えば、第１の電極４の挟持部６ａのみを折曲し、その挟持部６ａと第１の電極４の平坦部５との間に第２の電極７を挟持して超音波接合するようにしてもよい。この場合、もし超音波接合時になんらかの不具合があったとしてもその第１の電極４の挟持部６ａを除去し、隣接する他の第１の電極４の挟持部６ｂを折曲してその挟持部６ｂと第１の電極４の平坦部５との間に第２の電極７を挟持して超音波接合すれば、初期と同等の接合状態を得ることができるので、不良発生を回避することができリペア可能となる。
【００２８】
実施の形態３.
この発明の実施の形態３を図６ないし図８に基づいて説明する。図６はこの発明の実施の形態３に係わる電力用半導体装置の第１の電極を示す要部斜視図である。図７はこの発明の実施の形態３に係わる電力用半導体装置を示す図６のVII−VII線における断面図である。図８はこの発明の実施の形態３に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部斜視図である。
【００２９】
この実施の形態３においては、第１の電極４の平坦部５には第２の電極７を挟んで相対向する第１の電極４の折曲された挟持部と相対向する位置、すなわち、垂直的に重なる位置に突起部１０が設けられている。このような突起部１０を接合部直下に配置したことにより、超音波接合時において、第２の電極７の変形が、第１の電極４の平坦部５上で接合している場合に比べ活性化し、新生面の出現が容易化し、接合性が高まる。
【００３０】
また、直接超音波振動が与えられる領域が樹脂基体１と接しない構成になるため、樹脂基体１へのダメージが生じる投入エネルギー量の上限を大きくできる。すなわち、内部電極である第１の電極４や樹脂封止形パワーモジュール３の第２の電極７のサイズが大きくても、本技術を適用可能となる。さらに、エネルギー密度が高まり、接合安定性もより一層増大する。また、より大きなエネルギーまで投入可能となるため、より大断面積の配線接合部にも利用できるようになる。
【００３１】
実施の形態４.
この発明の実施の形態４を図９ないし図１１に基づいて説明する。図９はこの発明の実施の形態４に係わる電力用半導体装置の第１の電極を示す要部斜視図である。図１０はこの発明の実施の形態４に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部斜視図である。図１１はこの発明の実施の形態４に係わる電力用半導体装置を示す図１０のXI−XI線における断面図である。
【００３２】
この実施の形態４においては、第１の電極４の平坦部５には第１の電極４の折曲された挟持部６と相対向する位置に切り欠き部１１が設けられている。このような切り欠き部１１を設けた構成とすることにより、図１１に示すように、超音波接合時の凝着部１２が、切り欠き部１１の両側の角に生じる。この場合、切り欠き部１１の角の稜線に対して第２の電極７を押し付ける構成に比べ、第２の電極７の平行が維持され、一度形成された凝着部１２に対して、第２の電極７がすべることにより、凝着部１２が分断されるような不具合を免れるというメリットがある。すなわち、凝着部１２が形成されたあと、第２の電極７がすべる動きをすると、凝着部１２が破壊されるという問題があるのに対し、第２の電極７を切り欠き部１１の両側の角で受けたため、超音波接合時の加圧力による第２の電極７の変形が大きくなると、第２の電極７が弾性的に直線に戻ろうとする力と、第２の電極７が切り欠き部１１に落ち込もうとする力のつりあいにより、第２の電極７の落ち込みが抑制され、凝着部１２のすべりによる破壊を抑制することができた。このように、エネルギー密度が高まり、傾きを防止できるため、超音波接合時のすべりという不具合を防止でき、接合部の安定性が増大した接合状態を得ることができる。
【００３３】
ところで、上述した各実施の形態においては、樹脂封止形パワーモジュール３の第２の電極７として３本とした場合について述べたが、例えばこれはコンバータの構成の場合であり、インバータの場合はこのほかにP電極とN電極の二本の電極が追加されるし、インバータとコンバータの一体型であれば、電極は最低８本、ブレーキなどを有する場合は更に２本程度増大する。そのような場合でも同様の作用があるため、本発明の技術を展開可能であることは言うまでもない。
【００３４】
実施の形態５.
この発明の実施の形態５を図１２ないし図１６に基づいて説明する。図１２はこの発明の実施の形態５に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図１３はこの発明の実施の形態５に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図１４はこの発明の実施の形態５に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図１５はこの発明の実施の形態５に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図１６はこの発明の実施の形態５に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００３５】
この実施の形態５においては、この発明に係わる電力用半導体装置の製造方法を示すものであり、例えば、上述した実施の形態１の構成に対する製造方法について説明する。樹脂封止形パワーモジュール３が搭載された樹脂基体１上に、樹脂封止形パワーモジュール３側に伸長する平坦部５とこの平坦部５と直交する方向に伸長する挟持部６とを有する第１の電極４を配置する。第１の電極４の挟持部６は樹脂封止形パワーモジュールの第２の電極５と垂直方向に干渉しない位置に配置される。前記樹脂封止形パワーモジュール３に配設された第２の電極５を第１の電極４の平坦部５に重なるよう配置する。次に、図１２および図１３に示すように、第１の電極４の平坦部５に配置した第２の電極７を第１の電極４の挟持部６を第２の電極７上に重なるように折曲する。そして、図１４に示すように、超音波接合ツール１３を矢印Ａに示すように垂直方向の下方向に移動させ、第１の電極４の平坦部５と第１の電極４の折曲された挟持部６との間に第２の電極７を挟持させる。そして、図１５に示すように、超音波接合ツール１３をさらに矢印Ａに示すように垂直方向の下方向に移動させて、第１の電極４の折曲された挟持部６、第２の電極７、第１の電極４の平坦部５とに接触圧を加圧する。第２の電極７を第１の電極４の平坦部５と第１の電極４の折曲された挟持部６との間に加圧して挟持させた状態で、超音波接合ツール１３によって超音波を印加することにより、接合界面１４において超音波接合させる。超音波接合が完了すると、超音波接合ツール１３による超音波の印加を終了し、図１６に示すように、超音波接合ツール１３を矢印Ｂに示す垂直方向の上方向に移動させる。
【００３６】
このような実施の形態５に示すような製造方法によれば、超音波接合時に加圧された押圧力は、内部電極である第１の電極４の平坦面５の広い範囲で樹脂基体１に分担して支えられ、第１の電極４がさらに接する樹脂基体１への圧力を十分低くでき、すなわち、樹脂基体１の変形を防止できる。したがって、樹脂基体１に損傷を与えることなく安定的に接合できるので、信頼性の高い電力用半導体装置の製造方法を得ることができる。
【００３７】
また、内部電極である第１の電極４の挟持部６と樹脂封止形パワーモジュール３の第２の電極７は直交していることで、接触面積を小さくでき、接合エネルギーが投入される接合界面１４が最小となるため、エネルギー密度が高まり、同じ投入面積でも変形量が十分確保できその接合性が安定化する。水平方向へのずれがあっても、初期接触面積の大きさは大きな影響を受けないため、位置ずれに対する安定性も高まる。すなわち、この発明の製造方法によるプロセスで製造した電力用半導体装置は、端子台２および樹脂基体１と、樹脂封止形パワーモジュール３の位置ずれが多少あっても、接合面積としては同一量を得ることが出来る。それに対して、レーザ接合や、溶接などでは、位置ずれがあると、接合部のサイズが変動するなど、接合後の接合部のサイズが変動してしまい、接合部の信頼性に関して確認作業が煩雑であった。しかし、この発明では接合部のサイズが一定になるので、接合部の信頼性が安定化する。
【００３８】
このように、この発明の実施の形態５における製造方法により、樹脂基体１上での超音波接合を行うことができる。また、フローはんだ付けを用いたポイントソルダなどに対して、局所的なエネルギー投入で接合部を形成可能なため、製造に必要なエネルギーを低減することができる。
【００３９】
また、樹脂封止形パワーモジュール３の第２の電極７は、例えば、およそ厚み０．５ｍｍから１ｍｍ程度のＣｕ板とするのが加工上好都合であり、通常はプレス加工により所定の形状に成形される。このとき、板厚未満の幅は、形状再現性が低いなどの状態が生じる。また、通常は一枚の平板を加工するものである。そのため、もともと隣接する電極間が平面的に展開すると重なる位置に構成することは困難である。すなわち、平坦部５および挟持部６を有する第１の電極を、電力用半導体装置の内部電極側とし、樹脂封止形パワーモジュール３の第２の電極７は短いストレート形状にしておくことが、不必要に材料費を大きくしないために好都合である。ところで、この実施の形態においては、樹脂封止形パワーモジュール３の第２の電極７はストレート形状としているが、接合安定性をさらに高めるためには、樹脂封止形パワーモジュール３の第２の電極７はガルウィング型などに加工しておくことで、超音波振動に対する柔軟性が増し、より小さいエネルギーで安定な接合部を形成できるため、大電流などで断面積が大きい場合には、例えばガルウィング型やクランク状の形状にすることが望ましい。
【００４０】
これに対して、電力用半導体装置の内部電極である第１の電極４は、同様に例えば厚み０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度のＣｕ板とするのが加工上好都合である。樹脂基体１は例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの絶縁性で耐熱性のある樹脂が用いられる。厚みとしては、例えば１ｍｍ〜２ｍｍ程度が好都合であった。樹脂封止形パワーモジュール３は、Ｃｕリードフレームに電力用半導体素子を固着し、内部配線して、エポキシ系の熱硬化性樹脂で封止したものが通常用いられる。この発明の実施の形態においてもそのようなものを意図している。
【００４１】
また、内部電極である第１の電極４と、樹脂封止形パワーモジュール３の第２の電極７は、例えばＣｕもしくはＣｕ合金とし、メッキはしないほうが接合性が良好であった。また、Ｃｕに比べて低融点材料であるＳｎなどをメッキしても接合は可能であった。
【００４２】
実施の形態６.
この発明の実施の形態６を図１７ないし図１９に基づいて説明する。図１７はこの発明の実施の形態６に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図１８はこの発明の実施の形態６に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図１９はこの発明の実施の形態６に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００４３】
この実施の形態６においては、この発明に係わる電力用半導体装置の製造方法を示すものであり、例えば、上述した実施の形態１の構成に対する製造方法について説明する。まず、第１の電極４の挟持部６を垂直方向に折曲した後に、図１７に示すように、超音波接合ツール１３を第１の電極４の挟持部６に当接させ、矢印Ｃにて示す水平方向に超音波接合ツール１３を移動させながらさらに折曲する。また、第２の電極７を第１の電極４の平坦部５に載置する。そして、図１８に示すように、超音波接合ツール１３を矢印Ｃにて示す水平方向、矢印Ａにて示す垂直方向の下方向に移動させながらさらに折曲する。第１の電極４の挟持部６の先端部が第２の電極７の上方位置まで折曲すると、超音波接合ツール１３を矢印Ａにて示す垂直方向の下方向に移動させて第１の電極４の折曲された挟持部６と第１の電極４の平坦部５との間に第２の電極７を挟持させる。すなわち、図１５に示す状態となり、この状態において、超音波接合ツール１３によって超音波を印加することにより、接合界面１４において超音波接合させる。超音波接合が完了すると、超音波接合ツール１３による超音波の印加を終了し、図１６に示すように、超音波接合ツール１３を矢印Ｂに示す垂直方向の上方向に移動させる。このように、超音波接合ツール１３の水平方向の移動および垂直方向の移動を行うことにより、第１の電極４の挟持部６を折曲するようにしたものであり、上述した実施の形態５と同様の効果を奏する。
【００４４】
実施の形態７.
上述した実施の形態５および実施の形態６は電力用半導体装置の製造方法について述べたが、この発明の実施の形態７においては電力用半導体装置の製造装置について説明する。この発明の実施の形態７においては電力用半導体装置の製造装置おいては、超音波接合ツール１３は矢印Ｃにて示す水平方向および矢印Ａ，Ｂにて示す垂直方向の上下方向の移動ができるとともに、超音波接合ツール１３は樹脂基体１上に配設された第１の電極４の平坦部５と直交する方向に伸長する第１の電極４の挟持部６が垂直方向に折曲された挟持部６の先端部近傍に当接され、超音波接合ツール１３は矢印Ｃにて示す水平方向および矢印Ａにて示す垂直方向の下方向に移動されて第１の電極４の挟持部６をさらに折曲するとともに超音波接合ツール１３は垂直方向の下方にさらに移動されて樹脂封止形パワーモジュール３に配設された第２の電極７を第１の電極４の平坦部５と第１の電極４の折曲された挟持部６との間に挟持させるるとともにその挟持させた状態で超音波接合ツール１３に超音波を印加して接合する超音波接合ツール１３とした電力用半導体装置の製造装置としたものである。したがって、樹脂基体１に損傷を与えることなく安定的に接合できるので、信頼性の高い電力用半導体装置の製造装置を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
この発明は、樹脂基材上で、樹脂基材を破損させずに金属電極間の超音波接合を行うことができる電力用半導体装置、電力用半導体装置の製造方および電力用半導体装置の製造装置の実現に好適である。
【符号の説明】
【００４６】
１  樹脂基体                          ３  樹脂封止形パワーモジュール
４  第１の電極                        ５  平坦部
６  挟持部                            ６ａ  挟持部
６ｂ  挟持部                          ７  第２の電極
１０  突起部                          １１  切り欠き部
１３  超音波接合ツール
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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