(57)【要約】      （修正有）【課題】長寿命で小型化が可能であり、さらに信頼性の向上を図ることができる電力半導体装置を提供する。【解決手段】電力半導体素子３を有し、方形状の断面を有し導電接続部１０にて導体部８と電気的に接続される金属線６を有する電力半導体装置であって、上記導電接続部は、第１接続領域１１と第２接続領域１２とを有し、上記第１接続領域は、上記金属線の立ち上がり部６ｅに隣接し上記金属線の幅方向６ａに沿って延在し、上記金属線と上記導体部との金属接合が行われている接合部１３及び金属接合が行われていない非接合部１４を有する域であり、上記第２接続領域は、全面にわたり上記金属接合された領域である。【選択図】図１
2011003631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に実装された電力半導体素子と、方形状の断面を有し導電接続部にて導体部と電気的に接続される金属線とを有する電力半導体装置であって、
上記金属線における上記導電接続部は、第１接続領域と第２接続領域とを有し、
上記第１接続領域は、上記金属線が上記導電接続部から立ち上がる立ち上がり部に隣接して位置し上記金属線の幅方向に沿って上記金属線の全幅にわたって延在する領域で、上記金属線と上記導体部との金属接合が行われている接合部及び上記金属線と上記導体部との金属接合が行われていない非接合部を有する領域であり、
上記第２接続領域は、上記第１接続領域以外の上記導電接続部に相当し、当該第２領域の全面にわたり上記金属線と上記導体部と金属接合されている領域である、
ことを特徴とする電力半導体装置。
【請求項２】
上記非接合部は、上記幅方向における上記金属線の両端部に位置する、請求項１記載の電力半導体装置。
【請求項３】
基板に実装された電力半導体素子と、方形状の断面を有し導電接続部にて導体部と電気的に接続される金属線とを有する電力半導体装置であって、
上記金属線における上記導電接続部は、第１接続領域と第２接続領域とを有し、
上記第１接続領域は、上記金属線が上記導電接続部から立ち上がる立ち上がり部に隣接して位置し上記金属線の幅方向に沿って上記金属線の全幅にわたって延在する領域であり、上記第２接続領域は、上記第１接続領域以外の上記導電接続部に相当する領域であり、
上記第１接続領域及び上記第２接続領域には、上記幅方向に直交する上記金属線の延在方向に沿って形成され上記金属線と上記導体部との金属接合が行われていない非接合部と、上記延在方向に沿って形成され上記金属線と上記導体部との金属接合が行われている接合部とが上記幅方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする電力半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力半導体素子、該電力半導体素子を搭載した基板の配線パターン、及び配線部材を有し、これらのいずれか同士が金属線を用いて接合されている電力半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力半導体装置は、電力半導体素子と、該電力半導体素子が実装された基板、及び、上記電力半導体素子あるいは上記基板から上記電力半導体装置の外部にある回路、機器と電気的に接続するためのターミナルなどを有し、上記基板に実装された上記半導体素子と、上記ターミナルと、上記基板との間には、金属ワイヤで接続されるワイヤボンドが行われる。
【０００３】
このような電力半導体装置は、大電流を制御するため、上記金属ワイヤは、導電性の高いアルミニウムからなり可能な限り大きな断面積を有するアルミワイヤが用いられる。上記電力半導体装置では、実用的には高々５００μｍ程度の直径を有する上記アルミワイヤを多数接合して大電流を制御するのが一般的である。よって、多数の接合が必要であるため、接合工程に時間を要し、生産上のネックとなっていた。
【０００４】
そこで、このようなワイヤボンドの問題を解決するため、電力半導体素子と、ターミナルと、基板との間の接合に、角型の断面形状を有するアルミテープを使用することで、１本当りの断面積をワイヤの場合よりも大きくし接合個数を削減して、生産性の向上を図ったリボンボンドが開発されている。
【０００５】
上記リボンボンドは、図１０Ａから図１０Ｃに示すように、角型の断面形状を有するアルミリボン６１に対してその厚み方向に沿ってボンドツール６２を押下することで、アルミリボン６１を基板等に接合する。ボンドツール６２の先端には、ローレット溝６３がボンドツール６２の外周部に対して４５度又は−４５度の角度にて形成されており、又、接合時には、ボンドツール６２には超音波振動が印加される。よって、図１０Ｂに示すように、ローレット溝６３の底までアルミリボン６１が入り込む。この状態でさらに加圧と超音波振動の印加を行うことで、アルミリボン６１全体の塑性流動が生じ、接合界面６４に新生面が露出することでアルミリボン６１と基板等とが接合される。そして、ボンドツール６２を取り除くことで接合が完了する（図１０Ｃ）。
【０００６】
上述のように接合されたアルミリボン６１は、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、接合部６９から立ち上がりループ６７として延在する。接合部６９とループ６７との境界部分であるネック部６６には、ボンドツール６２のローレット溝６３による複数の凹部６５が形成され変形されている。よって、当該電力半導体装置が曝される温度サイクル環境によるループ６７の伸縮に伴い、ネック部６６におけるエッジ部６８には、応力集中が生じる。したがって、アルミリボン６１には繰り返し疲労が生じ、アルミリボン６１の寿命が制限される結果となる。
【０００７】
このような問題を解決するものとして、例えば特許文献１に開示されるようなパワー半導体モジュール（電力半導体装置）が提案されている。即ち、アルミリボン６１に相当する角断面のテープに対して、該テープの幅よりも狭い押し当て面を有するボンドツールを用いてボンディングが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２７０４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１の電力半導体装置における電力半導体素子、ターミナル、基板等の間のアルミリボンボンドでは、図１２に示すように、ツールが押し当てられ電極等と金属接合が形成された接合部７３、及び、アルミリボン７２の幅方向あるいは長手方向に亘ってツールが存在せずアルミリボン７２と電極等とが金属接合されない非接合部分７１が存在する。
【００１０】
したがって、電極等とのアルミリボン７２の実質的な接合面積は、アルミリボン７２の実面積に対して相当目減りし、接合箇所における接合部７３の面積効率を低下させる。この面積効率の低下は、特に、電力半導体装置において、小形化を阻害することになる。また、大電流を通電する接合部７３の面積が小さいことで、接合部７３の抵抗の上昇、接合部周辺の電流密度の増加を引き起こし、接合部７３に負荷される温度サイクルの温度幅が増大して信頼性が低下する。さらには、接合部７３の形成がアルミリボン７２の内側に留まるため、接合時には接合端部の外側にあるアルミリボンが接合端部の外側へのリボンの変形を阻害する。よって、接合端部の接合性が不十分となる上に、接合端部にエッジが形成され、熱応力によるクラックの発生を助長する。
【００１１】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、従来に比べて、長寿命であり、小型化が可能であり、さらに信頼性の向上を図ることができる電力半導体装置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】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における電力半導体装置は、基板に実装された電力半導体素子と、方形状の断面を有し導電接続部にて導体部と電気的に接続される金属線とを有する電力半導体装置であって、上記金属線における上記導電接続部は、第１接続領域と第２接続領域とを有し、上記第１接続領域は、上記金属線が上記導電接続部から立ち上がる立ち上がり部に隣接して位置し上記金属線の幅方向に沿って上記金属線の全幅にわたって延在する領域で、上記金属線と上記導体部との金属接合が行われている接合部及び上記金属線と上記導体部との金属接合が行われていない非接合部を有する領域であり、上記第２接続領域は、上記第１接続領域以外の上記導電接続部に相当し、当該第２領域の全面にわたり上記金属線と上記導体部と金属接合されている領域であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様における電力半導体装置によれば、金属線が導体部と電気的に接続される導電接続部は、第１接続領域と第２接続領域とを有し、第１接続領域は、金属線が導体部と金属接合されていない非接合部を有する。よって、金属線の立ち上がり部に隣接する第１接続領域に存在する非接続部では、エッジ部の形成や金属線の加工硬化が生じず、金属線の寿命向上を図ることができる。一方、第２接続領域では、その全面が導体部と金属接合されていることから、導体部に対向する金属線の面積に対して実質的な接合面積の減少は生じない。このため、面積効率が高く、電力半導体装置の小型化を図ることが可能となる。
【００１４】
また、第２接続領域を設けて接合部の面積を大きくしたことから、接合部における抵抗の上昇、接合部周辺の電流密度増加を防止することができる。よって、接合部に作用する温度サイクルの温度幅が小さくなり、接合部に作用する応力を低減することができ、金属線の寿命を長くすることができる。したがって、電力半導体装置としての信頼性を向上させることができる。
【００１５】
また、第２接合領域では、金属線の全幅にわたり接合部が形成されていることから、接合の際に外側への金属線の変形が阻害されないため、金属線端部での接合が効率良く進行する。さらに、接合端部にはエッジが形成されないため、熱応力によるクラックの発生の起点となる部位が存在せず、クラックの発生と進展を抑制することができる。したがって、長寿命化、信頼性の向上、歩留まりの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１の電力半導体装置における金属線の導電接続部付近を示す斜視図である。
【図２Ａ】図１に示す導電接続部の形成状態を説明するための斜視図である。
【図２Ｂ】図１に示す導電接続部を形成するためのボンドツールにおける押し当て部の平面図である。
【図３Ａ】図１に示す導電接続部を有する電力半導体装置の一部を示す平面図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示す電力半導体装置の断面図である。
【図４】本発明の実施形態２の電力半導体装置における金属線の導電接続部付近を示す斜視図である。
【図５】図４に示す導電接続部を形成するためのボンドツールにおける押し当て部の平面図である。
【図６】本発明の実施形態３の電力半導体装置における金属線の導電接続部付近を示す斜視図である。
【図７】図６に示す導電接続部を形成するためのボンドツールにおける押し当て部の平面図である。
【図８】本発明の実施形態４の電力半導体装置における金属線の導電接続部付近を示す斜視図である。
【図９】図８に示す導電接続部を形成するためのボンドツールにおける押し当て部の平面図である。
【図１０Ａ】リボンボンドの方法を説明する図である。
【図１０Ｂ】リボンボンドの方法を説明する図である。
【図１０Ｃ】リボンボンドの方法を説明する図である。
【図１１Ａ】一般的なリボンボンドの接合部を説明するための斜視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示すＡ−Ａ部における断面図である。
【図１２】従来のリボンボンドの接合部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態である電力半導体装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１８】
実施の形態１．
図３Ａ及び図３Ｂは、本実施形態１における電力半導体装置１０１の一部を抜粋して図示したものである。電力半導体装置１０１は、基本的構成部分として電力半導体素子３と、導体部間を電気的に接続する金属線６とを備える。詳しく説明すると、電力半導体装置１０１では、例えばＩＧＢＴのような高耐圧、大電流用の半導体素子である電力半導体素子３が基板１の配線パターン２上に実装されている。基板１及び電力半導体素子３は、外装ケース４内に収納され、外装ケース４の内外を電気的に接続するための配線ターミナル５が外装ケース４の内壁面部に設けられている。配線パターン２、電力半導体素子３、配線ターミナル５は、各々相互に電気的に接続される。図３Ａ及び図３Ｂでは、電力半導体素子３と配線パターン２、並びに電力半導体素子３と配線ターミナル５とを金属線６で接続している。尚、本実施形態に限定されることなく、電力半導体素子３、配線パターン２、配線ターミナル５間の一部を金属線６で接続することもできる。
【００１９】
ここで、金属線６が電気的に接続される部分を導体部８（図１）とする。該導体部８の一例として、本実施形態では電力半導体素子３の電極部、配線パターン２、及び配線ターミナル５が相当する。また、金属線６と導体部８との接触面における金属線６と導体部８との電気的接続部分を導電接続部とし、図３Ａ及び図３Ｂでは、導電接続部１０−１〜１０−３（総称して、導電接続部１０と記す場合もある。）を図示している。
【００２０】
金属線６は、方形状つまり角型の断面形状を有し、その幅が一例として０．５〜３ｍｍ程度であり、厚さが一例として０．１〜０．５ｍｍ程度である、いわゆるリボン形状にてなる導電部材である。また、金属線６の材質は、大電流を通電するため電気抵抗の小さいものが好ましく、例えばアルミニウム、銅、あるいは金、銀、白金等を用いるのが好ましい。また、図３Ｂに示すように、金属線６において導電接続部１０間に円弧形状のループ６ｄが形成される場合には、金属線６はできるだけ柔らかい素材が好ましい。これらの条件及びコスト面から、金属線６にはアルミニウムを用いるのが好ましい。
【００２１】
また、電力半導体素子３には、大電流通電以外の配線として信号系の配線７がなされる場合もある。このような信号配線７は、アルミニウムあるいは金からなるワイヤでワイヤボンドされるのが、省スペース化を図ることができて好ましい。
【００２２】
次に、本実施形態１の電力半導体装置１０１において特徴的構成の一つである上記導電接続部１０について説明する。
図１は、上記導電接続部１０−１〜１０−３の任意の一つを抜粋して図示したものである。導電接続部１０は、金属線６の端部６ｇから金属線６の延在方向６ｃに沿って所定の長さにて形成され、第１接続領域１１と、第２接続領域１２とを有する。尚、図１では、図示及び理解の便宜上、下記のボンドツール９０が当接する金属線６の上面に第１接続領域１１及び第２接続領域１２を実際よりも大きめに図示しているが、実際には、第１接続領域１１及び第２接続領域１２は、金属線６と導体部８との接触面における領域である。
【００２３】
第１接続領域１１は、金属線６が導電接続部１０から立ち上がる立ち上がり部６ｅに隣接して位置し、金属線６の幅方向６ａに沿って金属線６の全幅にわたる領域であり、金属線６と導体部８との金属接合が行われている接合部１３、及び金属線６と導体部８との金属接合が行われていない非接合部１４を有する領域である。本実施形態では、非接合部１４は、幅方向６ａにおいて金属線６の中央付近に位置しており、図示するような角形形状にてなる。また、接合部１３及び非接合部１４における上記幅方向６ａに沿った幅寸法は、それぞれ同一であっても異ならせても構わない。また、非接合部１４の形状は、本実施形態におけるような角形形状に限定するものではない。
また、第１接続領域１１の上記延在方向６ｃにおける長さ１１ａは、非接合部１４の延在方向６ｃにおける長さに一致させている。
【００２４】
第２接続領域１２は、第１接続領域１１以外の導電接続部１０の部分に相当する領域であり、詳しくは金属線６の端部６ｇから金属線６の延在方向６ｃに沿って非接合部１４に到達するまでの長さ１２ａを有し、幅方向６ａにおける金属線６の全幅に対応した領域である。このような第２接続領域１２は、当該第２領域１２の全面にわたり金属線６と導体部８との金属接合がされている領域である。つまり第２接続領域１２は、全面、接合部１３となる。
【００２５】
このような導電接続部１０は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように押圧装置９１と超音波振動装置９２とが接続されたボンドツール９０にて形成される。ボンドツール９０は、金属線６と導体部８とを金属接合させる部材であり、リボンボンドの際、押圧装置９１により金属線６の厚み方向又は略厚み方向６ｆに沿って金属線６を導体部８に押圧するとともに、超音波振動装置９２により超音波振動が与えられ、上記金属接合を行う。
【００２６】
ボンドツール９０の先端は、金属線６の上面に当接し図２Ｂに示す、押し当て部９０ａを有する。押し当て部９０ａには、導電接続部１０において上述の接合部１３を形成可能なように、接合部１３に対応して位置し例えばローレット溝が形成され積極的に変形を進行させる接合用面９０ｂと、導電接続部１０において上述の非接合部１４を形成可能なように、非接合部１４に対応して位置しローレット溝の形成がなく接合用面９０ｂに対して例えば凹状に形成された非接合用面９０ｃとが形成されている。
【００２７】
また、押し当て部９０ａの幅方向の大きさ９０ｄは、金属線６の幅方向６ａにおける大きさ６ｂと同じ、若しくは大きさ６ｂよりも僅かに大きい。又、押し当て部９０ａの長さ方向の大きさ９０ｅは、金属線６の延在方向６ｃにおける第１接続領域１１の長さ１１ａと第２接続領域１２の長さ１２ａとを加えた長さに同じ若しくは僅かに大きい。尚、金属線６に対する押し当て部９０ａの位置決め精度との関係から、押し当て部９０ａは、導電接続部１０、換言すると金属線６よりも若干大きめに作製しておくのが好ましい。図１では、押し当て部９０ａが導電接続部１０に対して若干大きめである場合を図示している。
【００２８】
このような押し当て部９０ａは、金属線６の幅方向６ａにおける両端部６ｈ、及び金属線６の延在方向６ｃにおける端部６ｇが確実に押圧されるようにして、金属線６に対してて配置され、上述のように押圧及び超音波振動が印加させる。
【００２９】
以上のように構成される本実施形態１の電力半導体装置１０１によれば、金属線６と導体部８との導電接続部１０における第１接続領域１１には、ボンドツール９０による押圧がなされず金属線６と導体部８との金属接合が行われない非接合部１４が備わる。非接合部１４では、ボンドツール９０による変形が起こらないことから、エッジ部の形成や加工硬化は生じない。このような非接合部１４を有する第１接続領域１１を金属線６の立ち上り部６ｅに隣接して形成したことで、温度変化に伴い金属線６に生じる伸縮に起因する、導電接続部１０と立ち上り部６ｅとの境界部分、いわゆるネック部における金属線６の破断を抑制することができる。よって、金属線６のネック切れに対する寿命を向上することができ、金属線６における疲労寿命を従来に比べて向上させることができる。
【００３０】
さらに、導電接続部１０における第２接続領域１２では、金属線６の幅方向６ａにおける全面にわたり金属線６と導体部８との金属接合がなされる。よって、導電接続部１０における接合面積が従来のように減少することはなく、金属線６に大電流を通電したときでも電流密度を低減することができ、さらには発熱を低減することができる。よって、導電接続部１０に作用する温度サイクルの温度幅が小さくなり、導電接続部１０に作用する応力を低減することができ、金属線６の寿命を長くすることができる。したがって、電力半導体装置１０１としての信頼性を向上させることができる。
【００３１】
また本実施形態１では、非接合部１４の周囲には一部を除き接合部１３が形成されていることから、ボンドツール９０による加圧及び超音波が印加された際の接合に必要となる金属線６の塑性流動が剛性の高い非接合部１４で阻害されることはなく、接合が効率よく進行する。
【００３２】
尚、本実施形態では、第１接続領域１１における非接合部１４は、金属線６において幅方向６ａの中央付近に形成するとしたが、これに限定されず、幅方向６ａにおける金属線６の端部の片側に偏って形成されてもよい。この場合でも、幅方向６ａの中央付近に非接合部１４を形成したときと同様の効果を奏することができる。
【００３３】
実施の形態２．
上述した実施形態１の電力半導体装置１０１における導電接続部１０では、図１に示すように第１接続領域１１における非接合部１４は、金属線６において幅方向６ａの中央付近に形成されている。本実施形態２の電力半導体装置では、第１接続領域における上記非接合部１４の形成位置が実施形態１の構成とは異なる構成を有する。実施形態２の電力半導体装置におけるその他の構成は、上述の実施形態１における構成に同じである。したがって、以下では、主に、第１接続領域における非接合部１４について説明する。
【００３４】
図４は、本実施形態２の電力半導体装置１０２における導電接続部５０を示している。ここで導電接続部５０は、上述の導電接続部１０に対応する部分であり、導電接続部１０と同様に、第１接続領域１５と第２接続領域１２とを有する。第２接続領域１２は、図１を参照し説明した実施形態１における構成に同じであり、ここでの説明は省略する。一方、第１接続領域１５は、上述した第１接続領域１１に対応する構成部分であるが、以下の点で第１接続領域１１と相違する。
【００３５】
即ち、第１接続領域１５は、金属線６が導電接続部５０から立ち上がる立ち上がり部６ｅに隣接して位置し、金属線６の幅方向６ａに沿って金属線６の全幅にわたる領域であり、金属線６と導体部８との金属接合が行われている接合部１３、及び金属線６と導体部８との金属接合が行われていない非接合部１４を有する領域である。本実施形態２では、非接合部１４は、幅方向６ａにおいて金属線６の両端部に位置しており、図示するような角形形状にてなる。又、接合部１３は、幅方向６ａにおいて金属線６の中央部分に位置し、上記両端部に配置される２つの非接合部１４に挟まれて位置する。
【００３６】
尚、接合部１３及び非接合部１４における上記幅方向６ａに沿った幅寸法は、それぞれ同一であっても異ならせても構わない。また、非接合部１４の形状は、本実施形態におけるような角形形状に限定するものではない。
また、第１接続領域１５の延在方向６ｃにおける長さ１５ａは、非接合部１４の延在方向６ｃにおける長さに一致させている。
第１接続領域１５におけるその他の構成は、実施形態１における第１接続領域１１の構成に同じである。
【００３７】
図５は、上述の導電接続部５０を形成するためのボンドツール９５の押し当て部９５ａを示している。ボンドツール９５には、上述のボンドツール９０と同様に、押圧装置９１及び超音波振動装置９２が接続される。ボンドツール９５とボンドツール９０との相違点は、押し当て部９５ａの構成のみであり、ボンドツール９５における機能及び作用は、ボンドツール９０における上述した機能及び作用に同じである。
【００３８】
ボンドツール９５の先端における押し当て部９５ａには、導電接続部５０において上述の接合部１３を形成可能なように、接合部１３に対応して位置し例えばローレット溝が形成され積極的に変形を進行させる接合用面９５ｂと、導電接続部５０において上述の非接合部１４を形成可能なように、非接合部１４に対応して位置しローレット溝の形成がなく接合用面９５ｂに対して例えば凹状に形成された非接合用面９５ｃとが形成されている。
【００３９】
また、押し当て部９５ａの幅方向の大きさ９５ｄ、及び長さ方向の大きさ９５ｅについても、実施形態１にて上述したボンドツール９０の押し当て部９０ａの場合と同様の、金属線６に対する関係を有する。即ち、押し当て部９５ａは、導電接続部５０よりも若干大きめに作製しておくのが好ましい。
【００４０】
このような押し当て部９５ａは、金属線６の幅方向６ａにおける両端部６ｈ、及び金属線６の延在方向６ｃにおける端部６ｇが確実に押圧されるように金属線６に対して配置され、上述のように押圧及び超音波振動が印加させる。
【００４１】
以上のように構成される本実施形態２の電力半導体装置１０２によれば、以下のような効果を奏することができる。
即ち、実施の形態１の場合と同様に、第１接続領域１５を金属線６の立ち上り部６ｅに隣接して形成したことで、第１接続領域１５における非接合部１４は、剛性の低下を生じず高い強度を維持している。よって、上記ネック部における金属線６の破断を抑制することができ、金属線６における疲労寿命の向上を図ることができる。
【００４２】
また、上記境界部分に上記伸縮による連続した負荷が作用し上記ネック部の疲労が進行すると、金属線と導体部との接合部に形成される溝に接合部の幅方向の両端部が起点となり亀裂が発生し、該亀裂が進展することでネック破断に至ることが本出願の発明者らにより確認されている。
本実施形態２では、金属線６の幅方向６ａにおける第１接続領域１５の両端部に非接合部１４を形成したことから、上記亀裂の進展を非接合部１４にて阻止することができる。この点からも、金属線６の破断に対する寿命の向上を図ることができる。
【００４３】
また、上述のように第１接続領域１５の両端部に非接合部１４を形成したことから、上記亀裂の起点となる部分が上記両端部には存在しない。よって、亀裂が発生する場合でも、亀裂発生に要する時間を従来に比べ長期化することができる。
【００４４】
さらに、実施の形態１と同様に、第１接続領域１５と共に第２接続領域１２を形成して、金属線６の幅方向６ａにおける全体に金属接合部を形成することで、金属接合されている面積を確保することができる。よって、実施の形態１で説明したように接合強度の低下や通電時の接合部の温度上昇を低減でき、接合部の寿命をさらに向上することができる。
【００４５】
また、ボンドツール９５の押し当て部９５ａにおいて、第１接続領域１５に対応する部分で、金属線６の幅方向６ａに沿った辺９５ｆに対応する部分を円弧状に丸みを有して形成することで、金属線６における上記ネック部に相当する部分を円弧状に成形することができる。これにより、上記ネック部にて疲労が進行しているとき、上記ネックに局所的に応力が集中するのを抑制することができる。よって、金属線６の寿命向上を図ることができる。
【００４６】
実施の形態３．
実施形態１、２では、導電接続部の第１接続領域における非接合部及び接合部の配置関係について説明した。本実施の形態３でも、導電接続部の第１接続領域における非接合部及び接合部のさらに別の配置関係を示すものである。尚、実施形態３におけるその他の構成は、上述の実施形態１における構成に同じである。したがって、以下では、主に、第１接続領域における非接合部及び接合部について説明する。
【００４７】
図６は、本実施形態３の電力半導体装置１０３における導電接続部５５を示している。ここで導電接続部５５は、実施形態１で説明した導電接続部１０に対応する部分であり、導電接続部１０と同様に、第１接続領域２０と第２接続領域１２とを有する。第２接続領域１２は、図１を参照し説明した実施形態１の構成に同じであり、ここでの説明は省略する。一方、第１接続領域２０は、上述した第１接続領域１１に対応する構成部分であるが、以下の点で第１接続領域１１と相違する。
【００４８】
即ち、第１接続領域２０は、金属線６が導電接続部５５から立ち上がる立ち上がり部６ｅに隣接して位置し、金属線６の幅方向６ａに沿って金属線６の全幅にわたる領域であり、金属線６と導体部８との金属接合が行われている接合部１３、及び金属線６と導体部８との金属接合が行われていない非接合部１４を有する領域である。本実施形態３では、幅方向６ａにおける金属線６の両端部分に非接合部１４が位置するようにして、複数の接合部１３と複数の非接合部１４とが幅方向６ａに沿って交互に配置されている。また、非接合部１４は、図示するような角形形状にてなる。
【００４９】
尚、接合部１３及び非接合部１４における上記幅方向６ａに沿った幅寸法は、それぞれ同一であっても異ならせても構わない。また、非接合部１４の形状は、本実施形態におけるような角形形状に限定するものではない。
また、第１接続領域２０の延在方向６ｃにおける長さ２０ａは、非接合部１４の延在方向６ｃにおける長さに一致させている。
第１接続領域２０におけるその他の構成は、実施形態１における第１接続領域１１の構成に同じである。
【００５０】
図７は、上述の導電接続部５５を形成するためのボンドツール９６の押し当て部９６ａを示している。ボンドツール９６は、上述のボンドツール９０と同様に、押圧装置９１及び超音波振動装置９２が接続される。ボンドツール９６におけるボンドツール９０との相違点は、押し当て部９６ａの構成のみであり、ボンドツール９６における機能及び作用は、ボンドツール９０における上述した機能及び作用に同じである。
【００５１】
ボンドツール９６の先端における押し当て部９６ａには、導電接続部５５において上述の接合部１３を形成可能なように、接合部１３に対応して位置し例えばローレット溝が形成され積極的に変形を進行させる接合用面９６ｂと、導電接続部５５において上述の非接合部１４を形成可能なように、非接合部１４に対応して位置しローレット溝の形成がなく接合用面９６ｂに対して例えば凹状に形成された非接合用面９６ｃとが形成されている。
【００５２】
また、押し当て部９６ａの幅方向の大きさ９６ｄ、及び長さ方向の大きさ９６ｅについても、実施形態１にて上述したボンドツール９０の押し当て部９０ａの場合と同様の、金属線６に対する関係を有する。即ち、押し当て部９６ａは、導電接続部５５よりも若干大きめに作製しておくのが好ましい。
【００５３】
このような押し当て部９６ａは、金属線６の幅方向６ａにおける両端部６ｈ、及び金属線６の延在方向６ｃにおける端部６ｇが確実に押圧されるように金属線６に対して配置され、上述のように押圧及び超音波振動が印加させる。
【００５４】
以上のように構成される本実施形態３の電力半導体装置１０３によれば、以下のような効果を奏することができる。
即ち、上述の実施形態１、２と同様に、第１接続領域２０を金属線６の立ち上り部６ｅに隣接して形成し、第１接続領域２０における非接合部１４は高い強度を維持しており、その結果、上記ネック部における金属線６の破断が抑制され、金属線６における疲労寿命の向上を図ることができる。
【００５５】
また、第１接続領域２０において、金属線６の幅方向６ａにおける両端部に非接合部１４を形成していることから、上記実施形態２にて説明したように、電力半導体装置１０３においても金属線６の剛性の低下を防止でき、接合による劣化を防止することができる。
【００５６】
また、本実施形態３では特に、第１接続領域２０において、接合部１３と非接合部１４とが交互にそれぞれ複数箇所に存在するため、上記ネック部の疲労により生じる亀裂の発生箇所が分散され、上記亀裂の発生を抑制する箇所の増加を図ることができる。この結果、亀裂が進展し破断に至るまでのネック寿命を長くすることができる。
【００５７】
さらに本実施形態３においても、第２接続領域１２では実施形態１，２の場合と同様に、幅方向６ａにおける金属線６の全幅にわたり金属線６と導体部８とが金属接合している。よって、接合面積が減少することはなく、金属線６に大電流を通電した場合でも、電流密度の低減を図ることができ、その結果、発熱の低減を図ることができる。
【００５８】
実施の形態４．
実施形態１〜３では、導電接続部の第１接続領域における非接合部及び接合部の配置関係について説明した。本実施の形態４では、導電接続部の第１接続領域のみならず第２接続領域をも含めて非接合部及び接合部の配置関係を考慮したものである。
【００５９】
図８は、本実施形態４の電力半導体装置１０４における導電接続部５７を示している。ここで導電接続部５７は、実施形態１で説明した導電接続部１０に対応する部分であり、導電接続部１０と同様に、第１接続領域３０と第２接続領域３１とを有する。
【００６０】
第１接続領域３０は、金属線６が導電接続部５７から立ち上がる立ち上がり部６ｅに隣接して位置し、金属線６の幅方向６ａに沿って金属線６の全幅にわたる領域であり、金属線６と導体部８との金属接合が行われている接合部１３、及び金属線６と導体部８との金属接合が行われていない非接合部１４を有する領域である。本実施形態４では、幅方向６ａにおける金属線６の両端部分に接合部１３が位置するようにして、接合部１３と非接合部１４とが幅方向６ａに沿って交互にそれぞれ複数配置されている。尚、接合部１３及び非接合部１４における上記幅方向６ａに沿った幅寸法は、それぞれ同一であっても異ならせても構わない。
【００６１】
また、金属線６の延在方向６ｃにおける第１接続領域３０の長さ３０ａは、本実施形態では図示するように、上記延在方向６ｃにおける導電接続部５７の長さの１／３程度に設定している。尚、上記長さ３０ａは、これに限定されるものではない。
【００６２】
第２接続領域３１は、導電接続部５７において第１接続領域３０以外の部分に相当する領域である。上述した実施の形態１〜３では、第２接続領域１２は、その全面が接合部１３を形成する形態である。一方、本実施の形態４では、第２接続領域３１についても、上述した第１接続領域３０と同様に、金属線６と導体部８との金属接合が行われている接合部１３、及び金属線６と導体部８との金属接合が行われていない非接合部１４を有する。さらに、本実施形態４では、第２接続領域３１においても、第１接続領域３０における接合部１３及び非接合部１４の配置形態に一致させて、接合部１３及び非接合部１４が配置されている。
【００６３】
尚、第１接続領域３０と第２接続領域３１とにおいて、接合部１３及び非接合部１４の配置形態をそれぞれ異ならせても良い。
また、接合部１３及び非接合部１４における上記幅方向６ａに沿った幅寸法は、それぞれ同一であっても異ならせても構わない。
【００６４】
図９は、上述の導電接続部５７を形成するためのボンドツール９７の押し当て部９７ａを示している。ボンドツール９７は、上述のボンドツール９０と同様に、押圧装置９１及び超音波振動装置９２が接続される。ボンドツール９７におけるボンドツール９０との相違点は、押し当て部９７ａの構成のみであり、ボンドツール９７における機能及び作用は、ボンドツール９０における上述した機能及び作用に同じである。
【００６５】
ボンドツール９７の先端における押し当て部９７ａには、導電接続部５７において上述の接合部１３を形成可能なように、接合部１３に対応して位置し例えばローレット溝が形成され積極的に変形を進行させる接合用面９７ｂと、導電接続部５７において上述の非接合部１４を形成可能なように、非接合部１４に対応して位置しローレット溝の形成がなく接合用面９７ｂに対して例えば凹状に形成された非接合用面９７ｃとが形成されている。
【００６６】
また、押し当て部９７ａの幅方向の大きさ９７ｄ、及び長さ方向の大きさ９７ｅについても、実施形態１にて上述したボンドツール９０の押し当て部９０ａの場合と同様の、金属線６に対する関係を有する。即ち、押し当て部９７ａは、導電接続部５７よりも若干大きめに作製しておくのが好ましい。
【００６７】
このような押し当て部９７ａは、金属線６の幅方向６ａにおける両端部６ｈ、及び金属線６の延在方向６ｃにおける端部６ｇが確実に押圧されるように金属線６に対して配置され、上述のように押圧及び超音波振動が印加させる。
【００６８】
以上のように構成される本実施形態４の電力半導体装置１０４によれば、以下のような効果を奏することができる。
即ち、上述した実施の形態３の場合と同様に、第１接続領域３０において、接合部１３と非接合部１４とが交互に複数箇所に存在するため、上記ネックの疲労により生じる亀裂の発生箇所を分散させ、上記亀裂の発生を抑制する箇所の増加を図ることができる。この結果、亀裂が進展し破断に至るまでのネック寿命を長くすることができる。
【００６９】
また、温度変化に起因して金属接合部分に繰り返し作用する応力により、金属接合部分の寿命が短くなるが、金属接合面積を小さくすることで、上記寿命を延ばすことができることを本発明者は確認している。本実施形態４では、第２接続領域３１にも非接合部１４を設けたことから、上述の実施形態１〜３に比べて金属接合部分の面積が少ない。よって、本実施形態４の電力半導体装置１０４では、実施形態１〜３に比べると金属接合面積が減少することから発熱量が増加すると見込まれるが、実施形態１〜３に比べて金属接合部分の寿命を長くすることができるというメリットがある。
【００７０】
尚、本実施形態４では、上述のように、ボンドツール９７の押し当て部９７ａにて、第１接続領域３０と第２接続領域３１とを一体的かつ同時に形成している。しかしながら、例えば、第１接続領域３０と第２接続領域３１とを別々のボンドツールを用いて形成するように構成してもよい。
【００７１】
又、上述したそれぞれの実施形態においても、それぞれの実施形態にて説明したボンドツールは、その形状に限定されるものではない。要するに、各実施形態にて説明したように接合部１３及び非接合部１４を配置可能とするボンドツールの形状及び形態を採用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１  基板、３  電力半導体素子、６  金属線、６ａ  幅方向、６ｅ  立ち上がり部、
８  導体部、１０  導電接続部、１１  第１接続領域、１２  第２接続領域、
１３  接合部、１４  非接合部、１５、２０、３０  第１接続領域、
３１  第２接続領域、５０、５５、５７  導電接続部、
９０、９５〜９７  ボンドツール、
１０１〜１０４  電力半導体装置。
【図１】
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【図２Ａ】
2011003631.tif 000004
【図２Ｂ】
2011003631.tif 000005
【図３Ａ】
2011003631.tif 000006
【図３Ｂ】
2011003631.tif 000007
【図４】
2011003631.tif 000008
【図５】
2011003631.tif 000009
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
2011003631.tif 000017
【図１１Ｂ】
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【図１２】
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