(57)【要約】【課題】高温環境下において、外部接続端子を回路パターンに接合するための接合部の劣化の発生を抑制する。【解決手段】電力用半導体装置１００は、絶縁基板９と、外部接続端子４とを備える。絶縁基板９の主面９ａ側には、回路パターン７が設けられている。外部接続端子４は、硬ろう材５を介して、回路パターン７にろう付されている。【選択図】図１
2019041034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
外部接続端子と、を備え、
前記絶縁基板の主面側には、回路パターンが設けられており、
前記外部接続端子は、硬ろう材を介して、前記回路パターンにろう付されている
電力用半導体装置。
【請求項２】
前記回路パターンには、電力用半導体素子が実装されている
請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記外部接続端子の先端部が、前記硬ろう材を介して、前記回路パターンにろう付されており、
前記先端部の幅は、前記外部接続端子のうち、当該先端部以外の部分の幅より小さい
請求項１または２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記外部接続端子は、前記回路パターンにろう付されている端部を有し、
前記端部には、貫通孔が設けられており、
平面視において前記貫通孔が前記硬ろう材の一部を囲むように、当該貫通孔は前記端部に設けられている
請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
前記外部接続端子は、屈曲部を有し、
前記屈曲部の厚みは、前記外部接続端子のうち、当該屈曲部以外の部分の厚みより小さい
請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項６】
前記外部接続端子は、屈曲部を有し、
前記屈曲部の幅は、前記外部接続端子のうち、当該屈曲部以外の部分の幅より小さい
請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項７】
前記硬ろう材は、りん銅ろうである
請求項１から６のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項８】
前記回路パターンおよび前記外部接続端子の各々は、銅で構成されている
請求項１から７のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項９】
絶縁基板および外部接続端子を備える電力用半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁基板の主面側には、回路パターンが設けられており、
前記製造方法は、
前記外部接続端子および前記回路パターンにより、硬ろう材が挟まれた状態において、当該外部接続端子を、当該硬ろう材を介して、当該回路パターンにろう付するろう付工程を含み、
前記ろう付工程は、
前記外部接続端子に生じる熱により前記硬ろう材が溶融するように、当該外部接続端子の一部にレーザー光を照射する第１照射処理を有する
電力用半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記製造方法は、さらに、
前記回路パターンまたは前記外部接続端子に、前記硬ろう材を設ける準備工程を含み、
前記ろう付工程は、前記準備工程の後に行われる
請求項９に記載の電力用半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記外部接続端子は、前記回路パターンにろう付されるための先端部を有し、
前記先端部の幅は、前記外部接続端子のうち、当該先端部以外の部分の幅より小さい
請求項１０に記載の電力用半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記硬ろう材の形状は、板状であり、
前記ろう付工程は、さらに、
前記回路パターンに生じる熱により前記硬ろう材が溶融するように、当該回路パターンのうち当該硬ろう材の周辺の領域に、前記レーザー光を照射する第２照射処理を有する
請求項９に記載の電力用半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記外部接続端子は、前記回路パターンにろう付される対象となる端部を有し、
前記端部には、貫通孔が設けられており、
平面視において前記貫通孔が前記硬ろう材の一部を囲むように、当該貫通孔は前記端部に設けられており、
前記ろう付工程は、さらに、
前記回路パターンに生じる熱により前記硬ろう材が溶融するように、当該回路パターンのうち当該硬ろう材の周辺の領域に、前記貫通孔を通過する前記レーザー光を照射する第３照射処理を有する
請求項９に記載の電力用半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記レーザー光は、ガルバノスキャナシステムにより照射される
請求項９から１３のいずれか１項に記載の電力用半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記ろう付工程は、さらに、
前記回路パターンに生じる熱により前記硬ろう材が溶融するように、当該回路パターンのうち当該硬ろう材の周辺の領域に、別のレーザー光を照射する第４照射処理を有し、
前記第１照射処理および前記第４照射処理は、同時に行われる
請求項９に記載の電力用半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記レーザー光は、ガルバノスキャナシステムにより照射され、
前記別のレーザー光は、別のガルバノスキャナシステムにより照射される
請求項１５に記載の電力用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、外部接続端子を備える電力用半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力用半導体装置では、外部接続端子を、絶縁基板に設けられた回路パターンに接合する場合、特許文献１のように、はんだ接合が用いられてきた。
【０００３】
特許文献１には、端子（外部接続端子）と、絶縁基板（セラミック基板）上の回路とを接続するはんだ部分（接合部）の信頼性を高める構成（以下、「関連構成Ａ」ともいう）が開示されている。具体的には、関連構成Ａでは、端子のうち、絶縁基板上の回路パターンに接合される部分の厚さを、他の部分の厚さより薄くしている。また、端子のうち、絶縁基板上の回路パターンに接合される部分が、スリットで分割されている。これにより、はんだ部分（接合部）にかかる応力を低減している。その結果、信頼性の高い接合部を得ることが出来る。
【０００４】
また、外部接続端子を、絶縁基板上の回路パターンに形成された端子台に接合するために、特許文献２のように、超音波接合が使用される場合もある。
【０００５】
特許文献２には、超音波接合により、電極端子（外部接続端子）を、絶縁基板上に形成された端子台に接合する構成（以下、「関連構成Ｂ」ともいう）が開示されている。なお、特許文献２では、温度サイクル試験における、Ｐｂ系のはんだを使用したはんだ接合と、超音波接合との比較結果が示されている。特許文献２では、超音波接合の方がはんだ接合よりも、信頼性の高い接合部が得られると述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２５３５１６号公報
【特許文献２】特許第３５２４３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電力用半導体装置は、２００度から３００度程度の高温環境下においても、正常に動作する必要がある。外部接続端子を、絶縁基板に設けられた回路パターンに接合するために、はんだ接合が使用される場合、当該高温環境下において、はんだで構成される接合部に劣化が発生しやすいという問題がある。
【０００８】
また、外部接続端子を、当該回路パターンに接合するために、超音波接合が使用される場合、当該外部接続端子に力を加えた状態で、当該外部接続端子に超音波振動が与えられる。この場合、当該力の大きさによっては、外部接続端子の下方に存在する部材等が破損する可能性があるという問題もある。そのため、超音波接合の使用は望ましくない。
【０００９】
そこで、高温環境下において、外部接続端子を回路パターンに接合するための接合部の劣化の発生を抑制することが要求される。関連構成Ａ，Ｂでは、このような要求を満たすことはできない。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、高温環境下において、外部接続端子を回路パターンに接合するための接合部の劣化の発生を抑制することが可能な電力用半導体装置等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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電力用半導体装置は、絶縁基板と、外部接続端子と、を備え、前記絶縁基板の主面側には、回路パターンが設けられており、前記外部接続端子は、硬ろう材を介して、前記回路パターンにろう付されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、前記外部接続端子は、硬ろう材を介して、前記回路パターンにろう付されている。硬ろう材は、融点が４５０度以上であるろう材である。すなわち、硬ろう材の融点は、はんだの融点よりも高い。そのため、外部接続端子を回路パターンに接合するための接合部である硬ろう材は、高温環境下において、はんだよりも、劣化が発生し難い。したがって、高温環境下において接合部の劣化の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体製造方法Ｐｒのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体製造方法Ｐｒを説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体製造方法Ｐｒを説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る構成における、レーザー光の照射による熱の伝達を説明するための図である。
【図６】本発明の変形例１に係る構成における外部接続端子を説明するための図である。
【図７】本発明の変形例２に係る構成において、回路パターンの上方に存在する、外部接続端子の端部付近の断面図である。
【図８】本発明の変形例２に係る半導体製造方法Ｐｒａのフローチャートである。
【図９】本発明の変形例２に係る半導体製造方法Ｐｒａを説明するための図である。
【図１０】本発明の変形例２に係る半導体製造方法Ｐｒａを説明するための図である。
【図１１】本発明の変形例２に係る半導体製造方法Ｐｒａを説明するための図である。
【図１２】本発明の変形例３に係る構成において、回路パターンの上方に存在する、外部接続端子の端部付近の断面図である。
【図１３】本発明の変形例４に係る構成を説明するための図である。
【図１４】本発明の変形例４に係る半導体製造方法Ｐｒｂのフローチャートである。
【図１５】本発明の変形例５に係る構成における外部接続端子を説明するための図である。
【図１６】本発明の変形例５に係る半導体製造方法Ｐｒｃのフローチャートである。
【図１７】外部接続端子に設けられる貫通孔の構成を示す図である。
【図１８】本発明の変形例６に係る構成を有する電力用半導体装置の断面図である。
【図１９】本発明の変形例７に係る構成を有する外部接続端子の斜視図である。
【図２０】比較対象となる外部接続端子の斜視図である。
【図２１】本発明の変形例８に係る半導体製造方法Ｐｒｄを説明するための図である。
【図２２】本発明の変形例８に係る半導体製造方法Ｐｒｄを説明するための図である。
【図２３】本発明の変形例８に係る半導体製造方法Ｐｒｄのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の図面では、同一の各構成要素には同一の符号を付してある。同一の符号が付されている各構成要素の名称および機能は同じである。したがって、同一の符号が付されている各構成要素の一部についての詳細な説明を省略する場合がある。
【００１５】
なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、当該各構成要素の相対配置などは、本発明が適用される装置の構成、各種条件等により適宜変更されてもよい。
【００１６】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置１００の断面図である。電力用半導体装置１００は、たとえば、家電用、産業用、電車用等のパワーモジュールである。なお、図１では、構成を分かりやすくするために、電力用半導体装置１００における主要な構成要素以外の構成要素は示されていない。例えば、図１では、ゲル等である封止材は示されていない。
【００１７】
図１において、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する。以下の図に示されるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向も、互いに直交する。以下においては、Ｘ方向と、当該Ｘ方向の反対の方向（−Ｘ方向）とを含む方向を「Ｘ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｙ方向と、当該Ｙ方向の反対の方向（−Ｙ方向）とを含む方向を「Ｙ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｚ方向と、当該Ｚ方向の反対の方向（−Ｚ方向）とを含む方向を「Ｚ軸方向」ともいう。
【００１８】
また、以下においては、Ｘ軸方向およびＹ軸方向を含む平面を、「ＸＹ面」ともいう。また、以下においては、Ｘ軸方向およびＺ軸方向を含む平面を、「ＸＺ面」ともいう。また、以下においては、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を含む平面を、「ＹＺ面」ともいう。
【００１９】
図１を参照して、電力用半導体装置１００は、電力用半導体素子Ｓ１と、２個の外部接続端子４と、接続配線３と、ベース板１１と、絶縁基板９と、ケース１２とを備える。絶縁基板９は、接合材１０を介して、ベース板１１に接合されている。接合材１０は、はんだである。絶縁基板９は、主面９ａを有する。主面９ａは、電力用半導体素子Ｓ１が実装される面である。
【００２０】
絶縁基板９は、セラミック基板８と、回路パターン７ａ，７ｂ，７ｃとを含む。セラミック基板８は、表面８ａおよび裏面８ｂを有する。セラミック基板８の表面８ａには、回路パターン７ａ，７ｂが設けられている。回路パターン７ａ，７ｂは、活性金属ろう材を介して、セラミック基板８の表面８ａに接合されている。
【００２１】
セラミック基板８の表面８ａは、絶縁基板９の主面９ａ側に相当する。すなわち、絶縁基板９の主面９ａ側には、回路パターン７ａ，７ｂが設けられている。セラミック基板８の裏面８ｂには、回路パターン７ｃが設けられている。回路パターン７ｃは、活性金属ろう材を介して、セラミック基板８の裏面８ｂに接合されている。
【００２２】
回路パターン７ａ，７ｂ，７ｃの各々は、銅で構成されている。具体的には、回路パターン７ａ，７ｂ，７ｃの各々は、例えば、Ｃ１０２０（無酸素銅）で構成されている。なお、Ｃ１０２０の融点は、１０８３度である。
【００２３】
回路パターン７ａには、接合材２を介して、電力用半導体素子Ｓ１が設けられている。すなわち、回路パターン７ａには、電力用半導体素子Ｓ１が実装されている。接合材２は、Ａｇナノ粒子、Ｃｕナノ粒子等を含む焼結接合材である。電力用半導体素子Ｓ１は、例えば、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）で構成されている。電力用半導体素子Ｓ１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、ＳＢＤ（Schottky barrier diode）等である。
【００２４】
電力用半導体素子Ｓ１上の表面電極（図示せず）は、接続配線３により、回路パターン７ｂと電気的に接続されている。接続配線３は、アルミニウム、銅等で構成されているワイヤである。接続配線３は、超音波接合により、電力用半導体素子Ｓ１上の表面電極と、回路パターン７ｂとに接合される。以下においては、回路パターン７ａ，７ｂの各々を、「回路パターン７」ともいう。
【００２５】
ベース板１１には、接着剤１３を介して、筒状のケース１２が接合されている。接着剤１３は、シリコーン系の材料で構成されている。ケース１２の内部には、封止材（図示せず）が充填されている。
【００２６】
外部接続端子４は、電力用半導体装置１００と、当該電力用半導体装置１００の外部の装置とを電気的に接続するための端子である。各外部接続端子４は、ケース１２および回路パターン７に接続される。各外部接続端子４は、銅で構成されている。具体的には、各外部接続端子４は、例えば、Ｃ１０２０（無酸素銅）で構成されている。
【００２７】
各外部接続端子４は、端部４ａ，４ｂを有する。端部４ａは、外部接続端子４の一方の端部である。端部４ｂは、外部接続端子４の他方の端部である。端部４ｂには、貫通孔ｈ４が設けられている。貫通孔ｈ４は、ネジにより、端部４ｂをケース１２に接合するためのネジ留め部として機能する。端部４ｂは、ネジ（図示せず）および貫通孔ｈ４により、ケース１２に接合されている。
【００２８】
端部４ａは、硬ろう材５を介して、回路パターン７に接合されている。硬ろう材５とは、融点が４５０度以上であるろう材である。本実施の形態では、硬ろう材５の融点は、一例として、約７００度から８００度の範囲の温度である。以下においては、硬ろう材５の融点を、「硬ろう融点」ともいう。硬ろう材５は、りん銅ろうである。りん銅ろうの融点（硬ろう融点）は、前述の活性金属ろう材の融点より低い。なお、硬ろう材５は、りん銅ろうと同様な特性を有する、りん銅ろう以外の材料であってもよい。硬ろう材５は、例えば、黄銅ろう、りん青銅ろう、銅ろう、銀ろう、金ろう、アルミニウムろう、ニッケルろう等であってもよい。
【００２９】
端部４ａは、面４ａ１，４ａ２を有する。面４ａ２は、硬ろう材５を介して、回路パターン７に接合されている接合面である。
【００３０】
各外部接続端子４は、硬ろう材５を介して、回路パターン７にろう付されている。具体的には、２個の外部接続端子４のうちの一方の外部接続端子４の端部４ａは、硬ろう材５を介して、回路パターン７ａにろう付されている。２個の外部接続端子４のうちの他方の外部接続端子４の端部４ａは、硬ろう材５を介して、回路パターン７ｂにろう付されている。
【００３１】
次に、本実施の形態における半導体製造方法Ｐｒについて説明する。半導体製造方法Ｐｒは、電力用半導体装置１００の製造方法である。図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体製造方法Ｐｒのフローチャートである。なお、図２では、半導体製造方法Ｐｒに含まれる特徴的な工程のみを示している。
【００３２】
半導体製造方法Ｐｒでは、まず、絶縁基板９に、電力用半導体素子Ｓ１が実装される。具体的には、図３（ａ）のように、回路パターン７ａに、接合材２を介して、電力用半導体素子Ｓ１が接合される。電力用半導体素子Ｓ１の下方に存在する接合材２には、当該電力用半導体素子Ｓ１の駆動により発生する熱が伝達しやすい。Ｓｎ系のはんだは、熱により、縦割れ、横割れ等がの劣化が発生しやすい。そのため、接合材２は、Ａｇナノ粒子、Ｃｕナノ粒子等を含む、耐熱性が優れた焼結接合材である。
【００３３】
例えば、Ａｇナノ粒子を含む焼結接合材の焼結温度は、約２５０度である。また、焼結後のＡｇ接合部の融点は約９６０度（Ａｇの融点）である。すなわち、Ａｇナノ粒子を含む焼結接合材は、高耐熱ダイボンド材である。
【００３４】
次に、図３（ｂ）のように、電力用半導体素子Ｓ１が実装されている絶縁基板９が、接合材１０を介して、ベース板１１に接合される。すなわち、絶縁基板９が、ベース板１１にはんだ付けされる。次に、超音波接合により、接続配線３が、電力用半導体素子Ｓ１上の表面電極（図示せず）と、回路パターン７ｂとに接合される。
【００３５】
次に、図４のように、外部接続端子４の端部４ｂが接合されている、筒状のケース１２が、接着剤１３を介して、ベース板１１に接合される。なお、ケース１２は、インサート成型で作製されたものである。以下においては、外部接続端子４（端部４ａの面４ａ２）、および、回路パターン７により、硬ろう材５が挟まれた状態を、「挟み状態」ともいう。
【００３６】
次に、ろう付工程が行われる（ステップＳ１１０）。ろう付工程は、挟み状態において、外部接続端子４を、硬ろう材５を介して、回路パターン７にろう付する工程である。
【００３７】
具体的には、ろう付工程では、まず、挟み処理が行われる。挟み処理では、図４のように、外部接続端子４（端部４ａ）、および、回路パターン７により、硬ろう材５が挟まれる。次に、ろう付工程では、照射処理Ｉａが行われる。照射処理Ｉａは、詳細は後述するが、外部接続端子４に生じる熱により硬ろう材５が溶融するように、当該外部接続端子４の一部にレーザー光を照射する処理である。
【００３８】
照射処理Ｉａでは、レーザー１８およびガルバノスキャナシステム１４により、レーザー光が照射される。レーザー１８は、例えば、光ファイバを利用したファイバーレーザーである。
【００３９】
ガルバノスキャナシステム１４は、レーザー光の高速な照射、高精度なレーザー光の照射を行うことが可能なシステムである。ガルバノスキャナシステム１４は、レーザ光の照射位置および照射形状を調整する機能を有する。例えば、ガルバノスキャナシステム１４は、ステージにおけるレーザー光のＸＹ軸を動かすことなく、当該レーザ光の照射位置を調整する機能を有する。
【００４０】
具体的には、照射処理Ｉａでは、レーザー１８から発振されたレーザー光が、ガルバノスキャナシステム１４に伝達される。ガルバノスキャナシステム１４は、硬ろう材５が溶融するように、当該レーザー光を外部接続端子４の端部４ａの面４ａ１に照射する。
【００４１】
外部接続端子４の端部４ａの面４ａ１にレーザー光が照射されことにより、端部４ａに熱（以下、「熱Ｈｔ」ともいう）が生じる。熱Ｈｔにより、端部４ａの面４ａ２に接する硬ろう材５が、硬ろう融点以上まで加熱される。これにより、硬ろう材５が溶融し、その後、溶融した硬ろう材５が凝固する。これにより、外部接続端子４の端部４ａが、硬ろう材５を介して、回路パターン７にろう付される。
【００４２】
照射処理Ｉａでは、ガルバノスキャナシステム１４により、レーザー光が、回路パターン７ａの上方の端部４ａ、回路パターン７ｂの上方の端部４ａの順に照射される。これにより、一方の外部接続端子４の端部４ａが、回路パターン７ａにろう付され、他方の外部接続端子４の端部４ａが、回路パターン７ｂにろう付される。
【００４３】
なお、レーザー光は、回路パターン７ｂの上方の端部４ａ、回路パターン７ａの上方の端部４ａの順に照射されてもよい。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、外部接続端子４は、硬ろう材５を介して、回路パターン７にろう付されている。硬ろう材５は、融点が４５０度以上であるろう材である。すなわち、硬ろう材５の融点は、はんだの融点よりも高い。そのため、外部接続端子４を回路パターン７に接合するための接合部である硬ろう材５は、高温環境下において、はんだよりも、劣化が発生し難い。したがって、高温環境下において接合部（硬ろう材５）の劣化の発生を抑制することができる。また、耐熱性が高い接合部を得ることが出来る。
【００４５】
また、本実施の形態では、超音波接合のような固相接合の超音波接合とは異なり、硬ろう材が溶融し凝固することでろう付が行われる。そのため、安定した接合部を形成することができる。その結果、絶縁基板９へのダメージが小さく、信頼性の高い電力用半導体装置を得ることができる。
【００４６】
また、本実施の形態では、レーザー光で外部接続端子４を加熱し、加熱された外部接続端子４の熱で硬ろう材５を溶融させる。これにより、外部接続端子４は、硬ろう材５を介して、回路パターン７にろう付される。すなわち、電力用半導体装置１００全体を加熱することなく、ろう付の対象となる部分を局所的に加熱することが出来る。そのため、絶縁基板９の下方に存在する、はんだ、ケース等に熱の影響を与えることなく、外部接続端子４を回路パターン７にろう付することが出来る。また、電力用半導体装置１００全体を加熱する必要がないため、大きな雰囲気炉が不要である。また、短時間でろう付を行うことが出来る。
【００４７】
また、本実施の形態では、回路パターン７および外部接続端子４は、熱伝導率が高い銅（Ｃ１０２０）で構成されている。そのため、電力用半導体装置１００の駆動時の放熱性をよくすることができる。また、銅で構成されている回路パターン７および外部接続端子４は、電気抵抗率が低い。そのため、大電流が流されても、当該銅の発熱を低く抑えることが出来る。
【００４８】
また、本実施の形態では、外部接続端子４を、銅で構成される回路パターン７にろう付するために、りん銅ろうである硬ろう材５が使用される。そのため、りん銅ろうに含まれるりんがフラックスの役割を果たすため、上記のろう付において、当該フラックスが不要であるという効果がある。
【００４９】
また、りん銅ろう（硬ろう材５）の融点は、前述の活性金属ろう材の融点より低い。そのため、活性金属ろう材を再溶融させることなく、ろう付を行うことが出来る。また、りん銅ろうの融点を少しでも低くすることにより、ろう付に要する時間を短縮できる。
【００５０】
また、本実施の形態では、照射処理Ｉａにおいて使用されるレーザー１８は、ファイバーレーザーである。ファイバーレーザーは、例えば、ＹＡＧレーザーと比較して、レーザー光の品質が良く、レーザー光のスポット径も小さくすることができる。そのため、例えば、外部接続端子４が反射率の高い銅で構成されている場合、レーザー光の一部は反射するが、ＹＡＧレーザーよりも、当該銅に吸収されるレーザー光の量が多い。したがって、外部接続端子４の加熱効率が良いという効果がある。
【００５１】
なお、レーザー１８は、ファイバーレーザーに限定されず、他の方式のレーザーであってもよい。レーザー１８は、例えば、ＹＡＧレーザーであってもよい。なお、ＹＡＧレーザーで、ファイバーレーザーと同様の加熱効率を得るためには、ＹＡＧレーザーを、高出力で駆動する必要がある。
【００５２】
また、本実施の形態では、高速でレーザー光を照射できるガルバノスキャナシステム１４が使用される。そのため、短時間で、ろう付を行うことが出来る。
【００５３】
なお、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）素子などのワイドギャップ半導体素子を用いた電力用半導体装置では、Ｓｉを用いた電力用半導体装置と比べ、より高温環境下において、正常に動作する必要がある。そのため、外部接続端子と絶縁基板の回路パターンとの接合に、Ｓｎ系のはんだを用いた構成において、パワーサイクル試験、温度サイクル試験等が行われた場合、はんだで構成される接合部の劣化が発生しやすい。したがって、接合部の信頼性が、従来よりも低くなる可能性がある。
【００５４】
また、外部接続端子と絶縁基板の回路パターンとの接合に、超音波接合が使用される場合、絶縁基板に大きな加圧力をかけながら超音波を印加する接合が行われる。そのため、絶縁基板のセラミック基板にダメージが与えられることが懸念される。また、発明者らの調査によれば、温度サイクル試験後のＳＡＴ観察結果から、サイクル数が進むにつれ、接合面積が縮小していくことが分かっている。そのため、長期信頼性の面で懸念がある。
【００５５】
そこで、本実施の形態の電力用半導体装置１００は上記のような構成を有する。また、本実施の形態の半導体製造方法Ｐｒは、上記のように行われる。そのため、本実施の形態の電力用半導体装置１００および半導体製造方法Ｐｒにより、上記の各問題を解決することができる。
【００５６】
＜変形例１＞
以下においては、実施の形態１の構成を「構成Ｃｔ１」ともいう。また、以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ１」ともいう。本変形例の構成Ｃｔｍ１では、外部接続端子４の端部４ａが、特徴的な形状を有する構成である。構成Ｃｔｍ１は、構成Ｃｔ１（実施の形態１）に適用される。構成Ｃｔｍ１が適用された電力用半導体装置１００では、外部接続端子４の代わりに外部接続端子４Ｃを備える。
【００５７】
ここで、実施の形態１の構成Ｃｔ１において、ろう付工程（照射処理Ｉａ）が行われた後の、接合部としての硬ろう材５について説明する。図５は、本発明の実施の形態１に係る構成Ｃｔ１における、レーザー光の照射による熱の伝達を説明するための図である。図５（ａ）は、実施の形態１に係る構成Ｃｔ１における外部接続端子４の端部４ａ付近の斜視図である。図５（ｂ）は、実施の形態１に係る構成Ｃｔ１において、回路パターン７ａの上方に存在する、外部接続端子４の端部４ａ付近の断面図である。
【００５８】
前述のように、照射処理Ｉａにおいて、ガルバノスキャナシステム１４が、レーザー光を外部接続端子４の端部４ａの面４ａ１に照射する。これにより、照射処理Ｉａが行われた後、硬ろう材５の断面形状は、図５（ｂ）のようになる。
【００５９】
硬ろう材５の断面形状が、図５（ｂ）のようになるのは、以下の理由Ｒｓによる。理由Ｒｓは、例えば、外部接続端子４のみが加熱され、絶縁基板９の回路パターン７に熱が伝わっていないという理由である。また、理由Ｒｓは、例えば、外部接続端子４のみが加熱され、仮に、絶縁基板９の回路パターン７に熱が伝わっている場合でも、絶縁基板９の放熱性が高く、回路パターン７のうち、硬ろう融点を超えている箇所が、局所的であるという理由である。
【００６０】
そこで、本変形例の構成Ｃｔｍ１について説明する。図６は、本発明の変形例１に係る構成Ｃｔｍ１における外部接続端子４Ｃを説明するための図である。図６（ａ）は、外部接続端子４Ｃの端部４ａ付近の斜視図である。図６（ｂ）は、回路パターン７ａの上方に存在する、外部接続端子４Ｃの端部４ａ付近の断面図である。
【００６１】
図６（ａ）および図６（ｂ）を参照して、外部接続端子４Ｃは、外部接続端子４と比較して、突起部としての先端部４ａｘを有する点が異なる。外部接続端子４Ｃのそれ以外の形状および構成は、外部接続端子４と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【００６２】
先端部４ａｘは、外部接続端子４Ｃの端部４ａに含まれる。先端部４ａｘの幅は、外部接続端子４Ｃのうち、当該先端部４ａｘ以外の部分の幅より小さい。
【００６３】
構成Ｃｔｍ１が適用されたろう付工程（照射処理Ｉａ）では、外部接続端子４の先端部４ａｘ、および、回路パターン７により、硬ろう材５が挟まれた状態で、ガルバノスキャナシステム１４は、硬ろう材５が溶融するように、レーザー光を先端部４ａｘの面４ａ１に照射する。これにより、外部接続端子４Ｃの先端部４ａｘが、硬ろう材５を介して、回路パターン７にろう付される。
【００６４】
したがって、構成Ｃｔｍ１が適用された電力用半導体装置１００では、外部接続端子４Ｃの先端部４ａｘが、硬ろう材５を介して、回路パターン７（７ａ，７ｂ）にろう付されている。
【００６５】
以上説明したように、本変形例によれば、外部接続端子４Ｃの先端部４ａｘに、レーザー光が照射されることにより、当該先端部４ａｘが、硬ろう材５を介して、回路パターン７（７ａ，７ｂ）にろう付される。これにより、硬ろう材５の断面形状は、図６（ｂ）のようになる。以下においては、外部接続端子４Ｃのうち、当該先端部４ａｘ以外の部分を、「非先端部」ともいう。
【００６６】
なお、先端部４ａｘの熱容量は小さい。そのため、先端部４ａｘにレーザー光が照射された場合、外部接続端子４Ｃの非先端部に伝達される熱量よりも、先端部４ａｘにおける熱量が大きい。したがって、外部接続端子４Ｃを回路パターン７にろう付するための時間は、構成Ｃｔ１の外部接続端子４を回路パターン７にろう付するための時間よりも、短いという効果がある。すなわち、外部接続端子４Ｃは、外部接続端子４よりも、効率よく短時間で、回路パターン７にろう付することができる。
【００６７】
また、構成Ｃｔｍ１では、超音波接合のように大きな加圧力を必要としない。
【００６８】
なお、レーザー光の照射による加熱によって、絶縁基板９のセラミック基板８にダメージが生じることが懸念される。そこで、発明者らは、ろう付が行われた後のセラミック基板８の断面の状態を観察したところ、セラミック基板８に、ひび、割れ等が存在しないことを確認した。
【００６９】
＜変形例２＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ２」ともいう。構成Ｃｔｍ２は、電力用半導体装置１００の製造方法に、特徴を有する構成である。構成Ｃｔｍ２は、構成Ｃｔ１（実施の形態１）に適用される。以下においては、構成Ｃｔｍ２における、電力用半導体装置１００の製造方法を、「半導体製造方法Ｐｒａ」ともいう。半導体製造方法Ｐｒａの処理については後述する。
【００７０】
半導体製造方法Ｐｒａが行われることにより、外部接続端子４の端部４ａが、硬ろう材５を介して、回路パターン７にろう付される。図７は、本発明の変形例２に係る構成Ｃｔｍ２において、回路パターン７ａの上方に存在する、外部接続端子４の端部４ａ付近の断面図である。構成Ｃｔｍ２では、端部４ａおよび回路パターン７により挟まれている硬ろう材５に、フィレットＦｔ１，Ｆｔ２が形成されている。フィレットＦｔ１は、硬ろう材５のうち、端部４ａ側の部分に存在する。フィレットＦｔ２は、硬ろう材５のうち、回路パターン７側の部分に存在する。
【００７１】
以下においては、フィレットＦｔ１，Ｆｔ２を有する硬ろう材５の形状を、「形状Ｃｆ」ともいう。また、以下においては、形状Ｃｆを有する硬ろう材５を、「硬ろう材５Ａ」ともいう。
【００７２】
図８は、本発明の変形例２に係る半導体製造方法Ｐｒａのフローチャートである。図８において、図２のステップ番号と同じステップ番号の処理は、実施の形態１で説明した処理と同様な処理が行われるので詳細な説明は繰り返さない。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。なお、図８では、半導体製造方法Ｐｒａに含まれる特徴的な工程のみを示している。
【００７３】
以下においては、回路パターン７のうち、外部接続端子４の端部４ａを接合するための部分を、「接合対象部」ともいう。接合対象部は、回路パターン７ａ，７ｂの両方に存在する。
【００７４】
次に、半導体製造方法Ｐｒａについて説明する。半導体製造方法Ｐｒａでは、まず、準備工程が行われる（ステップＳ１０１）。準備工程では、回路パターン７に、予備ろう付が行われる。具体的には、図９（ａ）のように、回路パターン７に、硬ろう材５が設けられる。具体的には、回路パターン７ａ，７ｂの各々の接合対象部に、硬ろう材５が設けられる。
【００７５】
なお、硬ろう材５のろう付けは、回路パターン７（７ａ，７ｂ）および回路パターン７ｃを構成する銅が酸化しないように、窒素雰囲気中で行われる。具体的には、回路パターン７ａ，７ｂの各々の接合対象部に、りん銅ろうが配置される。
【００７６】
次に、窒素雰囲気中において、りん銅ろうの温度が、当該りん銅ろうの融点まで上昇するように、当該りん銅ろうが加熱される。次に、当該りん銅ろうが冷却される。これにより、回路パターン７ａ，７ｂの各々の接合対象部に、硬ろう材５が設けられる。すなわち、予め、硬ろう材５が接合対象部にろう付される。
【００７７】
以下においては、予め、接合対象部にろう付された硬ろう材５を、「準備ろう材」ともいう。次に、実施の形態１と同様に、図９（ｂ）のように、回路パターン７ａに、接合材２を介して、電力用半導体素子Ｓ１が接合される。次に、図１０のように、実施の形態１と同様に、電力用半導体素子Ｓ１が実装されている絶縁基板９が、接合材１０を介して、ベース板１１に接合される。
【００７８】
次に、実施の形態１と同様に、超音波接合により、接続配線３が、電力用半導体素子Ｓ１上の表面電極（図示せず）と、回路パターン７ｂとに接合される。次に、図１１のように、実施の形態１と同様に、外部接続端子４の端部４ｂが接合されている、筒状のケース１２が、接着剤１３を介して、ベース板１１に接合される。
【００７９】
以下においては、外部接続端子４（端部４ａの面４ａ２）、および、回路パターン７により、準備ろう材としての硬ろう材５が挟まれた状態を、「挟み状態」ともいう。
【００８０】
次に、ろう付工程が行われる（ステップＳ１１０）。前述したように、ろう付工程は、挟み状態において、外部接続端子４を、準備ろう材としての硬ろう材５を介して、回路パターン７にろう付する工程である。
【００８１】
具体的には、ろう付工程では、まず、実施の形態１と同様に、挟み処理が行われる。挟み処理では、これにより、図１１のように、外部接続端子４（端部４ａ）、および、回路パターン７により、準備ろう材としての硬ろう材５が挟まれる。その結果、硬ろう材５（準備ろう材）の形状は、例えば、半楕円球状となる。
【００８２】
次に、ろう付工程では、照射処理Ｉａが行われる。照射処理Ｉａでは、実施の形態１と同様に、ガルバノスキャナシステム１４は、硬ろう材５（準備ろう材）が溶融するように、当該レーザー光を外部接続端子４の端部４ａの面４ａ１に照射する。
【００８３】
これにより、端部４ａに熱Ｈｔが生じる。熱Ｈｔにより、端部４ａの面４ａ２に接する硬ろう材５（準備ろう材）が、硬ろう融点以上まで加熱される。これにより、硬ろう材５（準備ろう材）が溶融し、硬ろう材５の上部が、端部４ａの面４ａ１に向かって流動し、フィレットＦｔ１が形成される。
【００８４】
以上のような、半導体製造方法Ｐｒａにより、図７のような、形状Ｃｆを有する硬ろう材５Ａが形成される。硬ろう材５Ａは、フィレットＦｔ１，Ｆｔ２を有する。以下においては、図５（ｂ）の硬ろう材５の形状を、「形状Ｃｎ」ともいう。形状Ｃｎを有する硬ろう材５は、当該硬ろう材５のうち、端部４ａ側の部分にのみ、フィレットの底部が存在する。
【００８５】
硬ろう材５Ａの形状Ｃｆは、図５（ｂ）に示される、形状Ｃｎを有する硬ろう材５と比較して、切欠形状を有さない形状である。そのため、硬ろう材５Ａには、形状Ｃｎを有する硬ろう材５よりも、応力が集中しにくい。すなわち、硬ろう材５Ａは、形状Ｃｎを有する硬ろう材５よりも、信頼性の高い接合部である。
【００８６】
なお、準備工程（Ｓ１１０）が行われた後から、ろう付工程（Ｓ１１０）が行われるまでの期間に、電力用半導体素子Ｓ１の接合、絶縁基板９の接合、ケース１２の接合等のために、熱が加えられる。しかしながら、当該熱の温度は、りん銅ろうの融点（ろう付温度）よりもはるかに低い温度である。そのため、上記の熱は、回路パターン７に対する外部接続端子４のろう付には、影響を与えない。
【００８７】
照射処理Ｉａでは、実施の形態１と同様に、ガルバノスキャナシステム１４により、レーザー光が、回路パターン７ａの上方の端部４ａ、回路パターン７ｂの上方の端部４ａの順に照射される。これにより、一方の外部接続端子４の端部４ａが、硬ろう材５Ａを介して、回路パターン７ａにろう付され、他方の外部接続端子４の端部４ａが、硬ろう材５Ａを介して、回路パターン７ｂにろう付される。
【００８８】
なお、レーザー光は、回路パターン７ｂの上方の端部４ａ、回路パターン７ａの上方の端部４ａの順に照射されてもよい。
【００８９】
以上説明したように、本変形例によれば、図７のような、形状Ｃｆを有する硬ろう材５Ａを形成することができる。そのため、実施に形態１の効果に加え、信頼性の高い接合部（硬ろう材５Ａ）を得ることが出来る。
【００９０】
なお、準備工程（Ｓ１０１）では、回路パターン７に、準備ろう材としての硬ろう材５が設けられるとしたが、これに限定されない。準備工程（Ｓ１０１）では、回路パターン７の代わりに外部接続端子４に、準備ろう材としての硬ろう材５が設ける構成（以下、「構成Ｃｔｍ２ａ」ともいう）としてもよい。以下においては、外部接続端子４の端部４ａのうち、回路パターン７に接合するための部分を、「接合対象部」ともいう。
【００９１】
構成Ｃｔｍ２ａでは、準備工程（Ｓ１０１）において、外部接続端子４の接合対象部に、硬ろう材５が設けられる。その後、構成Ｃｔｍ２の処理と同様に、電力用半導体素子Ｓ１の接合、絶縁基板９の接合、ケース１２の接合等の工程が行われ、ろう付工程（Ｓ１１０）が行われる。
【００９２】
＜変形例３＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ３」ともいう。構成Ｃｔｍ３は、変形例１の構成Ｃｔｍ１を、変形例２の構成Ｃｔｍ２に適用した構成である。
【００９３】
なお、構成Ｃｔｍ１は、図６（ａ）の外部接続端子４Ｃを利用した構成である。すなわち、構成Ｃｔｍ３では、半導体製造方法Ｐｒａにおいて、外部接続端子４Ｃが回路パターン７にろう付される。なお、構成Ｃｔｍ１における処理の説明、半導体製造方法Ｐｒａの処理の説明は、前述したので、省略する。
【００９４】
ここで、平面視における、先端部４ａｘのサイズが、例えば、２ｍｍ×２ｍｍであると仮定する。この場合、準備工程（Ｓ１０１）で形成される準備ろう材の平面視のサイズは、２ｍｍ×２ｍｍから２．５ｍｍ×２．５ｍｍであることが望ましい。
【００９５】
構成Ｃｔｍ３において、半導体製造方法Ｐｒａが行われることにより、図１２のように、外部接続端子４の先端部４ａｘが、硬ろう材５Ａを介して、回路パターン７にろう付される。すなわち、外部接続端子４の先端部４ａｘは、回路パターン７（７ａ，７ｂ）にろう付されるための部分である。
【００９６】
以上説明したように、本変形例によれば、実施に形態１の効果に加え、変形例１の効果、変形例２の効果が得られる。すなわち、外部接続端子４の先端部４ａｘを、回路パターン７に、短時間で、ろう付することができる。また、信頼性の高い接合部（硬ろう材５Ａ）を得ることが出来る。
【００９７】
＜変形例４＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ４」ともいう。構成Ｃｔｍ４は、硬ろう材５の形状、および、レーザー光の照射方法に、特徴を有する構成である。構成Ｃｔｍ４では、硬ろう材５の形状は、板状である。以下においては、構成Ｃｔｍ４における、電力用半導体装置１００の製造方法を、「半導体製造方法Ｐｒｂ」ともいう。半導体製造方法Ｐｒｂの処理については後述する。
【００９８】
構成Ｃｔｍ４は、構成Ｃｔ１（実施の形態１）、または、構成Ｃｔｍ１（変形例１）に適用される。一例として、構成Ｃｔｍ４が適用された構成Ｃｔｍ１（以下、「構成Ｃｔｍ１４」ともいう）について説明する。
【００９９】
構成Ｃｔｍ１４において、半導体製造方法Ｐｒｂが行われることにより、外部接続端子４Ｃの端部４ａの先端部４ａｘが、板状の硬ろう材５を介して、回路パターン７にろう付される。
【０１００】
図１３は、本発明の変形例４に係る構成Ｃｔｍ１４を説明するための図である。図１３（ａ）は、変形例４の構成Ｃｔｍ１４において、回路パターン７ａの上方に存在する、外部接続端子４Ｃの端部４ａ付近の断面図である。図１３（ｂ）は、外部接続端子４Ｃの端部４ａ付近の平面図である。
【０１０１】
図１４は、本発明の変形例４に係る半導体製造方法Ｐｒｂのフローチャートである。なお、図１４では、半導体製造方法Ｐｒｂに含まれる特徴的な工程のみを示している。半導体製造方法Ｐｒｂは、図２の半導体製造方法Ｐｒと比較して、ステップＳ１１０の代わりにステップＳ１１０Ａが行われる点が異なる。半導体製造方法Ｐｒｂのそれ以外の処理は、半導体製造方法Ｐｒと同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【０１０２】
次に、半導体製造方法Ｐｒｂについて説明する。半導体製造方法Ｐｒｂでは、実施の形態１と同様に、電力用半導体素子Ｓ１の接合、絶縁基板９の接合、ケース１２の接合等の工程が行われる。次に、ろう付工程Ａ（Ｓ１１０Ａ）が行われる。
【０１０３】
ろう付工程Ａでは、まず、挟み処理が行われる。構成Ｃｔｍ１４における挟み処理では、図１３（ａ）のように、回路パターン７の接合対象部に、板状の硬ろう材５が配置される。そして、外部接続端子４Ｃ（端部４ａの先端部４ａｘ）、および、回路パターン７により、板状の硬ろう材５が挟まれる。
【０１０４】
次に、ろう付工程Ａでは、まず、照射処理Ｉａが行われる。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示される構成の平面図である。照射処理Ｉａでは、外部接続端子４Ｃの先端部４ａｘ、および、回路パターン７により、硬ろう材５が挟まれた状態で、ガルバノスキャナシステム１４は、硬ろう材５が溶融するように、レーザー光を先端部４ａｘの面４ａ１に照射する。なお、レーザー光は、例えば、図１３（ｂ）の矢印Ｄｒ１ａの方向に沿って、先端部４ａｘの面４ａ１に照射される。
【０１０５】
次に、ろう付工程Ａでは、照射処理Ｉｂが行われる。照射処理Ｉｂでは、回路パターン７に生じる熱により硬ろう材５が溶融するように、ガルバノスキャナシステム１４は、当該回路パターン７のうち当該硬ろう材５の周辺の領域に、レーザー光を照射する。例えば、レーザー光は、硬ろう材５が溶融するまで、図１３（ｂ）の矢印Ｄｒ１ｂに沿って、先端部４ａｘの下方に存在する硬ろう材５の周囲を１回以上移動するように、回路パターン７に照射される。
【０１０６】
以上説明したように、本変形例によれば、外部接続端子４Ｃおよび回路パターン７の両方が、レーザー光により加熱される。すなわち、本変形例では、外部接続端子４Ｃおよび回路パターン７の両方が、硬ろう融点以上に加熱される。これにより、硬ろう材５の形状は、図７のように、フィレットＦｔ１，Ｆｔ２を有する硬ろう材５Ａの形状Ｃｆとなる。そのため、信頼性の高い接合部（硬ろう材５Ａ）を得ることが出来る。
【０１０７】
また、本変形例によれば、変形例２のような準備工程を行う必要がないというメリットがある。
【０１０８】
外部接続端子４Ｃを使用したろう付工程Ａによれば、回路パターン７のうち、硬ろう材５（接合部）の周辺の領域を、レーザー光により、加熱することができる。すなわち、外部接続端子４Ｃを使用したろう付工程Ａでは、外部接続端子４を使用する場合よりも、硬ろう材５（接合部）に近い領域を、加熱できる。したがって、効率が良く、短時間で、外部接続端子４Ｃを回路パターン７にろう付することが出来る。
【０１０９】
また、外部接続端子４Ｃを使用したろう付工程Ａによれば、ガルバノスキャナシステム１４を使用するため、外部接続端子４Ｃおよび回路パターン７を、高速で加熱することができ、より短時間で、ろう付を行うことが出来る。
【０１１０】
なお、本変形例のろう付工程Ａでは、レーザー光が、外部接続端子４Ｃおよび回路パターン７の順で、当該外部接続端子４Ｃおよび回路パターン７に照射されるとしたがこれに限定されない。レーザー光は、回路パターン７および外部接続端子４Ｃの順で、当該外部接続端子４Ｃおよび回路パターン７に照射されてもよい。すなわち、ろう付工程Ａでは、照射処理Ｉｂが行われた後に、照射処理Ｉａが行われてもよい。
【０１１１】
なお、絶縁基板９（回路パターン７）の放熱性は、外部接続端子４Ｃの放熱性より高い。そのため、ろう付工程Ａでは、回路パターン７に照射されるレーザー光のエネルギー密度は、外部接続端子４Ｃに照射されるレーザー光のエネルギー密度よりも高めに設定される。
【０１１２】
また、回路パターン７のうち、レーザー光が照射される位置は、図１３（ｂ）の先端部４ａｘの各辺から、０．５ｍｍから１．０ｍｍの距離だけ離れた位置が望ましい。また、前述の挟み処理が行われた直後において、平面視における硬ろう材５のサイズは、平面視における先端部４ａｘのサイズと同等であることが望ましい。
【０１１３】
＜変形例５＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ５」ともいう。構成Ｃｔｍ５は、外部接続端子の形状、および、レーザー光の照射方法に、特徴を有する構成である。構成Ｃｔｍ５は、構成Ｃｔ１（実施の形態１）に適用される。構成Ｃｔｍ５が適用された電力用半導体装置１００では、外部接続端子４の代わりに外部接続端子４Ｄを備える。以下においては、構成Ｃｔｍ５における、電力用半導体装置１００の製造方法を、「半導体製造方法Ｐｒｃ」ともいう。半導体製造方法Ｐｒｃの処理については後述する。
【０１１４】
図１５は、本発明の変形例５に係る構成Ｃｔｍ５における外部接続端子４Ｄを説明するための図である。図１５（ａ）は、外部接続端子４Ｄの端部４ａ付近の斜視図である。図１５（ｂ）は、外部接続端子４Ｄの端部４ａ付近の平面図である。
【０１１５】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）を参照して、外部接続端子４Ｄは、図５の外部接続端子４と比較して、端部４ａに貫通孔Ｈ１が設けられている点が異なる。外部接続端子４Ｄのそれ以外の形状および構成は、外部接続端子４と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【０１１６】
半導体製造方法Ｐｒｃが行われる前において、外部接続端子４Ｄの端部４ａは、回路パターン７にろう付される対象となる部分である。半導体製造方法Ｐｒｃが行われた後には、外部接続端子４Ｄの端部４ａは、回路パターン７にろう付されている。
【０１１７】
貫通孔Ｈ１の形状は、例えば、コの字状である。図１５（ｂ）のように、端部４ａは、領域Ｒｇ１を有する。端部４ａの領域Ｒｇ１は、平面視（ＸＹ面）において貫通孔Ｈ１の内側に存在する領域である。
【０１１８】
端部４ａの領域Ｒｇ１は、硬ろう材５を介して、回路パターン７にろう付されている領域である。すなわち、端部４ａの領域Ｒｇ１の下方には、硬ろう材５が存在する。そのため、硬ろう材５は、平面視（ＸＹ面）において貫通孔Ｈ１の内側に存在する。すなわち、平面視（ＸＹ面）において貫通孔Ｈ１が、接合部としての硬ろう材５（領域Ｒｇ１）の一部を囲むように、当該貫通孔Ｈ１は端部４ａに設けられている。
【０１１９】
図１６は、本発明の変形例５に係る半導体製造方法Ｐｒｃのフローチャートである。なお、図１６では、半導体製造方法Ｐｒｃに含まれる特徴的な工程のみを示している。半導体製造方法Ｐｒｃは、図２の半導体製造方法Ｐｒと比較して、ステップＳ１１０の代わりにステップＳ１１０Ｂが行われる点が異なる。半導体製造方法Ｐｒｃのそれ以外の処理は、半導体製造方法Ｐｒと同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【０１２０】
次に、半導体製造方法Ｐｒｃについて説明する。半導体製造方法Ｐｒｃでは、実施の形態１と同様に、電力用半導体素子Ｓ１の接合、絶縁基板９の接合、ケース１２の接合等の工程が行われる。次に、ろう付工程Ｂ（Ｓ１１０Ｂ）が行われる。
【０１２１】
ろう付工程Ｂでは、まず、挟み処理が行われる。構成Ｃｔｍ５における挟み処理では、図１５（ｂ）の端部４ａの領域Ｒｇ１の下方に存在する、回路パターン７の接合対象部に、硬ろう材５が配置される。そして、外部接続端子４Ｄ（端部４ａの領域Ｒｇ１）、および、回路パターン７により、硬ろう材５が挟まれる。この時点において、硬ろう材５は、平面視（ＸＹ面）において貫通孔Ｈ１の内側に存在する。
【０１２２】
次に、ろう付工程Ｂでは、まず、照射処理Ｉａが行われる。照射処理Ｉａでは、外部接続端子４Ｄの端部４ａの領域Ｒｇ１、および、回路パターン７により、硬ろう材５が挟まれた状態で、ガルバノスキャナシステム１４は、硬ろう材５が溶融するように、レーザー光を、端部４ａの領域Ｒｇ１の上面（面４ａ１）に照射する。なお、レーザー光は、例えば、図１５（ｂ）の矢印Ｄｒ２ａの方向に沿って、端部４ａの領域Ｒｇ１の上面（面４ａ１）に照射される。すなわち、レーザー光は、端部４ａの領域Ｒｇ１の中心部から外側に向けうように、渦状に領域Ｒｇ１に照射される。
【０１２３】
次に、ろう付工程Ｂでは、照射処理Ｉｃが行われる。照射処理Ｉｃでは、ガルバノスキャナシステム１４は、レーザー光が回路パターン７に照射されるように、当該レーザー光を貫通孔Ｈ１に向けて発振する。そのため、レーザー光は、貫通孔Ｈ１を通過して、回路パターン７に照射される。
【０１２４】
具体的には、照射処理Ｉｃでは、回路パターン７に生じる熱により硬ろう材５が溶融するように、ガルバノスキャナシステム１４は、当該回路パターン７のうち当該硬ろう材５の周辺の領域に、貫通孔Ｈ１を通過するレーザー光を照射する。例えば、レーザー光は、硬ろう材５が溶融するまで、図１５（ｂ）の矢印Ｄｒ２ｂに沿って、端部４ａの領域Ｒｇ１の下方に存在する硬ろう材５の周囲を１回以上移動するように、回路パターン７に照射される。
【０１２５】
以上説明したように、本変形例によれば、ガルバノスキャナシステム１４は、回路パターン７のうち硬ろう材５の周辺の領域に、貫通孔Ｈ１を通過するレーザー光を照射する。これにより、回路パターン７のうち硬ろう材５の周辺の領域を効率よく加熱できる。また、外部接続端子４Ｄおよび回路パターン７の両方が、レーザー光により加熱される。すなわち、本変形例では、外部接続端子４Ｄおよび回路パターン７の両方が、硬ろう融点以上に加熱される。
【０１２６】
これにより、硬ろう材５の形状は、図７のように、フィレットＦｔ１，Ｆｔ２を有する硬ろう材５Ａの形状Ｃｆとなる。そのため、信頼性の高い接合部（硬ろう材５）を得ることが出来る。
【０１２７】
なお、外部接続端子４Ｄの端部４ａに設けられる貫通孔Ｈ１の形状は、図１５（ｂ）が示す貫通孔Ｈ１の形状と異なる形状であってもよい。例えば、貫通孔Ｈ１の形状は、図１７（ａ）のように、円弧状であってもよい。この場合、端部４ａのうち、貫通孔Ｈ１に囲まれる領域Ｒｇ１ａの下方に、硬ろう材５が配置される。
【０１２８】
また、例えば、貫通孔Ｈ１の形状は、図１７（ｂ）のように、Ｖ字状であってもよい。この場合、端部４ａのうち、貫通孔Ｈ１に囲まれる領域Ｒｇ１ａｂの下方に、硬ろう材５が配置される。貫通孔Ｈ１の形状が、円弧状、Ｖ字状等であっても、本変形例における、上記の効果が得られる。
【０１２９】
以上のように、本変形例では、平面視（ＸＹ面）において、端部４ａのうち、硬ろう材５の周囲の領域に貫通孔Ｈ１が設けられる。これにより、パワーサイクル試験、温度サイクル試験等により、外部接続端子４Ｄの温度が高温になった状態、外部接続端子４Ｄが冷却された状態等において、端部４ａのうち、貫通孔Ｈ１の周囲の部分が、外部接続端子４Ｄに加わる鉛直方向の力を受ける。そのため、硬ろう材５（接合部）のうち、貫通孔Ｈ１の下方の部分に加わる負荷が減る。したがって、硬ろう材５（接合部）の信頼性を高めることが出来る。
【０１３０】
なお、本変形例のろう付工程Ｂでは、レーザー光が、外部接続端子４Ｄおよび回路パターン７の順で、当該外部接続端子４Ｄおよび回路パターン７に照射されるとしたがこれに限定されない。レーザー光は、回路パターン７および外部接続端子４Ｄの順で、当該外部接続端子４Ｄおよび回路パターン７に照射されてもよい。すなわち、ろう付工程Ｂでは、照射処理Ｉｃが行われた後に、照射処理Ｉａが行われてもよい。
【０１３１】
また、変形例４のろう付工程Ａと同様に、ろう付工程Ｂでは、回路パターン７に照射されるレーザー光のエネルギー密度は、外部接続端子４Ｄに照射されるレーザー光のエネルギー密度よりも高めに設定される。
【０１３２】
＜変形例６＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ６」ともいう。構成Ｃｔｍ６は、外部接続端子の一部に特徴を有する。構成Ｃｔｍ６は、構成Ｃｔ１（実施の形態１）、構成Ｃｔｍ１（変形例１）および構成Ｃｔｍ４（変形例４）の全てまたは一部に適用される。
【０１３３】
一例として、構成Ｃｔｍ６が適用された構成Ｃｔｍ１，Ｃｔｍ４（以下、「構成Ｃｔｍ１４６」ともいう）について説明する。構成Ｃｔｍ１４６が適用された電力用半導体装置１００では、外部接続端子４の代わりに外部接続端子４Ｅを備える。
【０１３４】
図１８は、本発明の変形例６に係る構成Ｃｔｍ１４６を有する電力用半導体装置１００の断面図である。外部接続端子４Ｅは、外部接続端子４Ｃと比較して、薄肉部を有する点が異なる。外部接続端子４Ｅのそれ以外の構成は、外部接続端子４Ｃと同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【０１３５】
外部接続端子４Ｅは、薄肉部としての屈曲部Ｂｄ１を有する。屈曲部Ｂｄ１の厚みは、外部接続端子４Ｅのうち、当該屈曲部Ｂｄ１以外の部分の厚みより小さい。
【０１３６】
構成Ｃｔｍ１４６では、実施の形態１と同様に、半導体製造方法Ｐｒが行われる。すなわち、照射処理Ｉａが行われる。構成Ｃｔｍ１４６における照射処理Ｉａでは、ガルバノスキャナシステム１４により、レーザー光が、回路パターン７ａの上方の端部４ａ（先端部４ａｘ）、回路パターン７ｂの上方の端部４ａ（先端部４ａｘ）の順に照射される。
【０１３７】
なお、レーザー光は、回路パターン７ｂの上方の端部４ａ（先端部４ａｘ）、回路パターン７ａの上方の端部４ａ（先端部４ａｘ）の順に照射されてもよい。以下においては、外部接続端子４Ｅのうち、硬ろう材と接する領域を、「接合領域」ともいう。
【０１３８】
以上説明したように、本変形例によれば、外部接続端子４Ｅの端部４ａ（先端部４ａｘ）にレーザー光が照射された時に、端部４ａで発生した熱が、貫通孔ｈ４（ネジ留め部）の方向へも伝達する。しかしながら、外部接続端子４Ｅが有する少なくとも１つの屈曲部Ｂｄ１の厚みは、外部接続端子４Ｅのうち、当該屈曲部Ｂｄ１以外の部分の厚みより小さい。そのため、外部接続端子４Ｅにおける過渡熱抵抗が高くなる。したがって、外部接続端子４Ｅにおいて、貫通孔ｈ４（ネジ留め部）の方向へ伝達する熱の量を小さくすることが出来る。その結果、外部接続端子４Ｅの接合領域（先端部４ａｘ）の温度が上がりやすくなるという効果が得られる。
【０１３９】
また、外部接続端子４Ｅは、薄肉部としての屈曲部Ｂｄ１を有する。そのため、電力用半導体装置１００の駆動時に、仮に、外部接続端子４Ｅが鉛直方向に沿って伸縮しても、屈曲部Ｂｄ１（薄肉部）が、応力を緩和する。そのため、外部接続端子４Ｅの接合領域に加わる熱応力を緩和することが出来るという効果が得られる。
【０１４０】
＜変形例７＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ７」ともいう。構成Ｃｔｍ７は、外部接続端子の一部に特徴を有する。構成Ｃｔｍ６は、構成Ｃｔ１（実施の形態１）、構成Ｃｔｍ１（変形例１）および構成Ｃｔｍ４（変形例４）の全てまたは一部に適用される。
【０１４１】
一例として、構成Ｃｔｍ７が適用された構成Ｃｔｍ１（以下、「構成Ｃｔｍ１７」ともいう）について説明する。構成Ｃｔｍ１７が適用された電力用半導体装置１００では、外部接続端子４の代わりに外部接続端子４Ｆを備える。
【０１４２】
図１９は、本発明の変形例７に係る構成Ｃｔｍ１７を有する外部接続端子４Ｆの斜視図である。なお、外部接続端子４Ｃとの比較のために、図２０に、外部接続端子４Ｃの斜視図を示す。外部接続端子４Ｆは、外部接続端子４Ｃと比較して、細部を有する点が異なる。外部接続端子４Ｆのそれ以外の構成は、外部接続端子４Ｃと同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【０１４３】
外部接続端子４Ｆは、細部としての屈曲部Ｂｄ２を有する。屈曲部Ｂｄ２の幅は、外部接続端子４Ｆのうち、当該屈曲部Ｂｄ２以外の部分の幅より小さい。
【０１４４】
なお、構成Ｃｔｍ１７では、実施の形態１と同様に、半導体製造方法Ｐｒが行われる。すなわち、照射処理Ｉａが行われる。構成Ｃｔｍ１７における照射処理Ｉａでは、ガルバノスキャナシステム１４により、レーザー光が、回路パターン７ａの上方の端部４ａ（先端部４ａｘ）、回路パターン７ｂの上方の端部４ａ（先端部４ａｘ）の順に照射される。以下においては、外部接続端子４Ｆのうち、硬ろう材と接する領域を、「接合領域」ともいう。
【０１４５】
以上説明したように、本変形例によれば、変形例６と同様、外部接続端子４Ｆの端部４ａ（先端部４ａｘ）にレーザー光が照射された時に、端部４ａで発生した熱が、貫通孔ｈ４（ネジ留め部）の方向へも伝達する。
【０１４６】
しかしながら、外部接続端子４Ｆが有する少なくとも１つの屈曲部Ｂｄ２の幅は、外部接続端子４Ｆのうち、当該屈曲部Ｂｄ２以外の部分の幅より小さい。そのため、外部接続端子４Ｆにおける過渡熱抵抗が高くなる。したがって、外部接続端子Ｆにおいて、貫通孔ｈ４（ネジ留め部）の方向へ伝達する熱の量を小さくすることが出来る。その結果、外部接続端子４Ｆの接合領域（先端部４ａｘ）の温度が上がりやすくなるという効果が得られる。
【０１４７】
また、外部接続端子４Ｆは、細部しての屈曲部Ｂｄ２を有する。そのため、電力用半導体装置１００の駆動時に、仮に、外部接続端子４Ｆが鉛直方向に沿って伸縮しても、屈曲部Ｂｄ２（細部）が、応力を緩和する。そのため、外部接続端子４Ｆの接合領域に加わる熱応力を緩和することが出来るという効果が得られる。
【０１４８】
次に、変形例６の外部接続端子４Ｅ、および、変形例７の外部接続端子４Ｆについて述べる。レーザー光の照射により発生した熱の冷却経路には、回路パターン７ａ，７ｂにおける放熱の経路（以下、「パターン経路」ともいう）と、外部接続端子４Ｅ（４Ｆ）における放熱の経路（以下、「端子経路」ともいう）とが存在する。
【０１４９】
本発明の電力用半導体装置１００においては、通常、パターン経路の放熱性は、端子経路の放熱性の５倍以上である。端子経路の断面積は、ｎ（１から９の範囲の整数）平方ミリメートルである。端子経路では、一次元的に熱が伝達される。一方、パターン経路では、３次元的に熱が移動していく（広がっていく）。このような、３次元的な熱の移動は、４５度広がり則と呼ばれる。４５度広がり則では、横方向および厚み方向の両方において、熱が移動していく（広がっていく）。そのため、パターン経路の放熱性と、端子経路の放熱性との差は大きい。
【０１５０】
なお、ろう付けを行うためには、回路パターン７（７ａ、７ｂ）の温度を、硬ろう融点以上に加熱する事が必要である。しかしながら、回路パターン７の放熱性が高いことを考慮して加熱しないと、外部接続端子４Ｅ（４Ｆ）の温度は、硬ろう融点以上になるが、回路パターン７の温度は、硬ろう融点以上にならない可能性もある。仮に、回路パターン７の温度が、硬ろう融点以上にならない場合、回路パターン７に接する硬ろう材の濡れ広がりが不十分になるという問題が発生する。
【０１５１】
そこで、変形例６または変形例７の照射処理Ｉａでは、回路パターン７および外部接続端子４Ｅ（４Ｆ）にエネルギー量Ｅ１が与えられるように、レーザー光が回路パターン７および外部接続端子４Ｅ（４Ｆ）に照射される。エネルギー量Ｅ１は、パターン経路の熱抵抗に対する、端子経路の熱抵抗の比率の逆数で示されるエネルギー量である。これにより、回路パターン７に、硬ろう融点以上の熱を与えることができる。そのため、硬ろう材５の不濡れを防止できる。その結果、信頼性の高い接合部（硬ろう材５）を得ることが出来る。
【０１５２】
＜変形例８＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ８」ともいう。構成Ｃｔｍ８は、レーザー光の照射方法に特徴を有する構成である。構成Ｃｔｍ８は、構成Ｃｔ１（実施の形態１）、構成Ｃｔｍ１ｍ、構成Ｃｔｍ４、構成Ｃｔｍ６および構成Ｃｔｍ７の全てまたは一部に適用される。
【０１５３】
一例として、構成Ｃｔｍ８が適用された構成Ｃｔｍ１，Ｃｔｍ４（以下、「構成Ｃｔｍ１４８」ともいう）について説明する。以下においては、構成Ｃｔｍ８における、電力用半導体装置１００の製造方法を、「半導体製造方法Ｐｒｄ」ともいう。
【０１５４】
図２１および図２２は、本発明の変形例８に係る半導体製造方法Ｐｒｄを説明するための図である。なお、図２１および図２２では、構成Ｃｔｍ１４８を有する電力用半導体装置１００が示される。
【０１５５】
図２３は、本発明の変形例８に係る半導体製造方法Ｐｒｄのフローチャートである。なお、図２３では、半導体製造方法Ｐｒｄに含まれる特徴的な工程のみを示している。半導体製造方法Ｐｒｄは、図２の半導体製造方法Ｐｒと比較して、ステップＳ１１０の代わりにステップＳ１１０Ｃが行われる点が異なる。半導体製造方法Ｐｒｄのそれ以外の処理は、半導体製造方法Ｐｒと同様なので詳細な説明は繰り返さない。
【０１５６】
次に、半導体製造方法Ｐｒｄについて説明する。半導体製造方法Ｐｒｄでは、実施の形態１と同様に、電力用半導体素子Ｓ１の接合、絶縁基板９の接合、ケース１２の接合等の工程が行われる。次に、ろう付工程Ｃ（Ｓ１１０Ｃ）が行われる。
【０１５７】
ろう付工程Ｃでは、まず、挟み処理が行われる。挟み処理では、外部接続端子４Ｃの先端部４ａｘ、および、回路パターン７により、硬ろう材５が挟まれる。
【０１５８】
次に、ろう付工程Ｂでは、照射処理Ｉａおよび照射処理Ｉｄが、同時に行われる。ろう付工程Ｂでは、照射処理Ｉａおよび照射処理Ｉｄが２回行われる。ろう付工程Ｂでは、一例として、３台のレーザー１８と、３台のガルバノスキャナシステム１４とが使用される。なお、３台のレーザー１８のうちの２台のレーザー１８と、３台のガルバノスキャナシステム１４のうちの２台のガルバノスキャナシステム１４とが、同時に併用される。
【０１５９】
以下においては、３台のレーザー１８を、それぞれ、レーザー１８ｎ，１８ａ，１８ｂともいう。また、以下においては、３台のガルバノスキャナシステム１４を、それぞれ、ガルバノスキャナシステム１４ｎ，１４ａ，１４ｂともいう。レーザー１８ｎ，１８ａ，１８ｂは、それぞれ、ガルバノスキャナシステム１４ｎ，１４ａ，１４ｂと接続されている。
【０１６０】
まず、１回目の照射処理Ｉａ，Ｉｄでは、一例として、図２１のように、２つのレーザー光が同時に照射される。なお、本明細書において「２つのレーザー光が同時に照射される」という表現は、「２つのレーザー光がほぼ同じタイミングに照射される」という意味も含む。
【０１６１】
具体的には、１回目の照射処理Ｉａでは、外部接続端子４Ｃに生じる熱により硬ろう材５が溶融するように、ガルバノスキャナシステム１４ｎは、回路パターン７ａの上方に存在する当該外部接続端子４Ｃの一部（先端部４ａｘ）にレーザー光を照射する。
【０１６２】
また、１回目の照射処理Ｉｄでは、回路パターン７ａに生じる熱により硬ろう材５が溶融するように、ガルバノスキャナシステム１４ａは、当該回路パターン７ａのうち当該硬ろう材５の周辺の領域に、レーザー光を照射する。
【０１６３】
次に、２回目の照射処理Ｉａ，Ｉｄでは、一例として、図２２のように、２つのレーザー光が同時に照射される。具体的には、２回目の照射処理Ｉａでは、外部接続端子４Ｃに生じる熱により硬ろう材５が溶融するように、ガルバノスキャナシステム１４ｎは、回路パターン７ｂの上方に存在する当該外部接続端子４Ｃの一部（先端部４ａｘ）にレーザー光を照射する。
【０１６４】
また、２回目の照射処理Ｉｄでは、回路パターン７ｂに生じる熱により硬ろう材５が溶融するように、ガルバノスキャナシステム１４ｂは、当該回路パターン７ｂのうち当該硬ろう材５の周辺の領域に、レーザー光を照射する。
【０１６５】
以上説明したように、本変形例によれば、外部接続端子４Ｃおよび回路パターン７（７ａ，７ｂ）に、レーザー光が同時に照射される。これにより、熱干渉が発生し、硬ろう材５の温度を急速に上昇する。そのため、本変形例以外の上記の半導体製造方法よりも、短時間で、効率よくろう付を行うことが出来るという効果が得られる。
【０１６６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態、各変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態、各変形例を適宜、変形、省略することが可能である。
【０１６７】
例えば、電力用半導体装置１００が備える外部接続端子４の数は、２に限定されず、１または３以上であってもよい。
【０１６８】
また、上記の実施の形態および各変形例では、硬ろう材５を溶融させるために、レーザー光を使用したが、これに限定されず、例えば、電子ビームを使用してもよい。
【符号の説明】
【０１６９】
４，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ，４Ｆ  外部接続端子、５，５Ａ  硬ろう材、７，７ａ，７ｂ，７ｃ  回路パターン、９  絶縁基板、１００  電力用半導体装置、Ｓ１  電力用半導体素子。
【図１】
2019041034.tif 000003
【図２】
2019041034.tif 000004
【図３】
2019041034.tif 000005
【図４】
2019041034.tif 000006
【図５】
2019041034.tif 000007
【図６】
2019041034.tif 000008
【図７】
2019041034.tif 000009
【図８】
2019041034.tif 000010
【図９】
2019041034.tif 000011
【図１０】
2019041034.tif 000012
【図１１】
2019041034.tif 000013
【図１２】
2019041034.tif 000014
【図１３】
2019041034.tif 000015
【図１４】
2019041034.tif 000016
【図１５】
2019041034.tif 000017
【図１６】
2019041034.tif 000018
【図１７】
2019041034.tif 000019
【図１８】
2019041034.tif 000020
【図１９】
2019041034.tif 000021
【図２０】
2019041034.tif 000022
【図２１】
2019041034.tif 000023
【図２２】
2019041034.tif 000024
【図２３】
2019041034.tif 000025