(57)【要約】【課題】細長く複雑な形状のリードフレームへの配線を可能にする、信頼性の高い接続構造の製造方法、接続構造、パワーモジュール、および電力変換装置の製造方法を得ることを目的とする。【解決手段】リードフレーム１にワイヤ２を接続する接続構造の製造方法であって、リードフレーム１の端子部１ａに設けられた穴３の上で、棒状のボンドツール１２を用いてリードフレーム１に対して垂直方向にワイヤ２の端部に荷重を加え、ワイヤ２の端部２ａの側部を穴３に埋め込みながら超音波接合し、リードフレーム１の穴３にワイヤ２の端部２ａを接続して固定する工程を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームの端子部に設けられた穴に、棒状のボンドツールを用いて前記リードフレームに対して垂直方向からワイヤの端部に荷重を加え、前記ワイヤ端部の側部を前記穴に埋め込むことで前記リードフレームの穴に前記ワイヤの端部を固定する工程を含むことを特徴とする接続構造の製造方法。
【請求項２】
前記固定する工程は、前記ボンドツールにより荷重を加え、前記ワイヤ端部の側部を前記穴に埋め込むとともに、超音波接合で固定することを特徴とする請求項１に記載の接続構造の製造方法。
【請求項３】
前記ボンドツールの横断面と前記穴は円形状であり、前記穴の径は前記ボンドツールの横断面の径よりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接続構造の製造方法。
【請求項４】
前記ボンドツールおよび前記ワイヤの横断面と前記穴は円形状であり、前記穴の径は、前記ボンドツールの径よりも大きく、前記ボンドツールの径に２倍の前記ワイヤの径を加えた値よりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接続構造の製造方法。
【請求項５】
前記ボンドツールの横断面と前記穴は互いに対応する矩形状であり、前記穴の一辺の長さは、対応する前記ボンドツールの横断面の一辺の長さよりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接続構造の製造方法。
【請求項６】
前記ボンドツールの横断面と前記穴は互いに対応する矩形状、前記ワイヤの横断面は円形状であり、前記穴の一辺の長さは、対応する前記ボンドツールの横断面の一辺の長さよりも大きく、対応する前記ボンドツールの一辺の長さに２倍の前記ワイヤの径を加えた値よりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接続構造の製造方法。
【請求項７】
リードフレームの端子部に穴が設けられ、前記穴にワイヤ端部の側部が埋め込まれて固定されたことを特徴とする接続構造。
【請求項８】
前記穴は、前記ワイヤを接続する前記リードフレームの表面側から裏面側に向けて広がるテーパーが設けられたことを特徴とする請求項７に記載の接続構造。
【請求項９】
前記穴は、前記ワイヤを接続する前記リードフレームの表面側が裏面側よりも狭くなる段差が設けられたことを特徴とする請求項７に記載の接続構造。
【請求項１０】
前記穴は、楕円形状、または矩形状であり、一の前記穴に複数の前記ワイヤの各端部の一部が埋め込まれて固定されたことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の接続構造。
【請求項１１】
半導体素子を搭載するリードフレームと、
前記半導体素子の表面電極と前記リードフレームの端子部とを接続するワイヤと
を備え、
前記ワイヤの一端が請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の接続構造を用いて前記リードフレームの端子部と接合され、他端が前記半導体素子の表面電極と接合されたことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１２】
請求項１１に記載のパワーモジュールを有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と
を備えた電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、接続構造の製造方法、接続構造、パワーモジュール、および電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワーモジュールの配線に、ワイヤボンディングが用いられている。リードフレーム等とその上に実装されたチップとに金属ワイヤを張るワイヤボンド工程を行う際に、作業性と接合性の向上のためにリードフレーム等をワイヤボンド治具に固定することが行われている。
【０００３】
従来のワイヤボンディングでの固定方法として、特許文献１では、バキュームチャックを用いる方法が開示されている。プリント基板の下面を基板取付台にバキュームチャックで固定し、プリント基板上の半導体チップのパッドとプリント基板上のに形成されたパッドとをボンディングワイヤにより接続する。
【０００４】
また、特許文献２では、フレーム押えを用いる方法が開示されている。プラテン上に載置されたリードフレームのリードをフレーム押えの押圧部により押圧し、超音波振動によりリードが振動することなく、リードフレームとＩＣチップの電極とを確実にボンディングできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−６７２３６号公報（第２頁右上欄第７行目から左下欄第２行目、図１および図２）
【特許文献２】特開平６−２６０５２５号公報（段落００２７〜００３１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年、半導体素子およびパワーモジュールの多機能化に伴い、リードフレームの形状および金属ワイヤの配線が複雑になってきており、従来方法では対応できなくなってきている。
【０００７】
特許文献１のようにバキュームチャックを用いる方法では、吸着孔直上のみ吸着力が働くため、吸着孔から離れるに従ってリードフレームを固定する力が小さくなるという問題があった。また、リードフレームの形状が細長く複雑になると、吸着孔をリードフレーム直下のみに配置することが難しくなり、リードフレームと重ならない位置の吸着孔から空気が入り込むことでリードフレームを吸着する力が弱くなるという問題があった。
【０００８】
特許文献２のようにクランパを用いてリードフレームを固定する方法では、外周部を押圧固定するだけでは、細長く引き回されたリードフレームを固定できないという問題があった。また、加振箇所に対してクランパが１つだと片持ち梁構造となったり、片持ち梁構造でなくフレーム外周部と繋がっていたとしても、リードフレームのクランパから離れた箇所で加振すると、振動の抑制が不十分となるため、接合を安定させるためにはクランパを加振箇所の両側に１つずつ計２つ配置したり、加振箇所の近傍にクランパを配置する必要があり、リードフレームの形状が複雑な場合、非常に複雑なクランパ構造となってしまうという問題があった。
【０００９】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、細長く複雑な形状のリードフレームへの配線を可能にする、信頼性の高い接続構造の製造方法、接続構造、パワーモジュール、および電力変換装置の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願に開示される接続構造の製造方法は、リードフレームの端子部に設けられた穴に、棒状のボンドツールを用いて前記リードフレームに対して垂直方向からワイヤの端部に荷重を加え、前記ワイヤ端部の側部を前記穴に埋め込むことで前記リードフレームの穴に前記ワイヤの端部を固定する工程を含むことを特徴とする。
【００１１】
本願に開示される接続構造は、リードフレームの端子部に穴が設けられ、前記穴にワイヤ端部の側部が埋め込まれて固定されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本願によれば、リードフレームにワイヤを接続する場合に、リードフレームに設けられた穴にワイヤの端部の側部を埋め込んで固定することで、クランパの本数を減らしてもワイヤを確実に接続することが可能となり、パワーモジュールを小型化を図るとともに信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１によるパワーモジュールの構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１によるパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態１によるパワーモジュールの接続構造の構成を示す上面図である。
【図４】実施の形態１によるパワーモジュールの他の構成を示す断面図である。
【図５】実施の形態１によるパワーモジュールの接続構造の製造方法を示す断面図である。
【図６】実施の形態１によるパワーモジュールの接続構造の製造方法を示す斜視図である。
【図７】従来のパワーモジュールの接続構造の製造方法を示す斜視図である。
【図８】実施の形態１によるパワーモジュールの接続構造の製造方法を示すフローチャート図である。
【図９】実施の形態２によるパワーモジュールの接続構造の製造方法を示す断面図である。
【図１０】実施の形態３によるパワーモジュールの接続構造の製造方法を示す断面図である。
【図１１】実施の形態３によるパワーモジュールの接続構造の製造方法を示す断面図である。
【図１２】実施の形態３によるパワーモジュールの他の接続構造の製造方法を示す断面図である。
【図１３】実施の形態３によるパワーモジュールの他の接続構造の製造方法を示す断面図である。
【図１４】実施の形態３によるパワーモジュールの他の接続構造を示す斜視図である。
【図１５】実施の形態４による電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１におけるパワーモジュール１０１の接続構造の構成を示す斜視図であり、図２は、図１のＡＡ矢視断面図である。図３は、図２の接続構造の領域Ａの上面図である。図１および図２に示すように、パワーモジュール１０１は、半導体素子（チップ）５と、半導体素子５を載置するリードフレーム１と、半導体素子５の図示しない表面電極とリードフレーム１とを電気的に接続するワイヤ２とから構成される。
【００１５】
実施の形態１におけるパワーモジュール１０１の接続構造は、図２および図３に示すように、リードフレーム１の端子部１ａに設けられた穴３の内部に、ワイヤ２の端部２ａの側部を変形させてワイヤ２の端部２ａの側部を埋め込んで超音波接合したことにより、ワイヤ２がリードフレーム１に固定されている構造を有する。
【００１６】
半導体素子５としては、例えば、ダイオード、およびＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用い、リードフレーム１上に、はんだダイボンドにより接着固定される。他に、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）のようなパワー半導体を用いることもできる。
【００１７】
リードフレーム１は、例えば、Ｃｕ製の電極板からなり、半導体素子５を載置し、半導体素子５の裏面に設けられた裏面電極とはんだダイボンドにより接着固定される。また、リードフレーム１の端子部１ａに設けられた穴３には、ワイヤ２の一端である端部２ａの側部を埋め込んで超音波接合し、固定されている。なお、リードフレーム１は、Ｃｕ製の電極板の他に、Ｃｕ合金、ＣｕにＮｉメッキしたもの、またはＡｌ製の電極板が用いられる。
【００１８】
ワイヤ２は、例えば、横断面が円形状のＡｌ製のワイヤを用いる。Ｃｕ製ワイヤ、Ａｌ被覆Ｃｕワイヤ、またはＡｕワイヤを用いてもよい。ワイヤ２の一端である端部２ａは、リードフレーム１の端子部１ａに設けられた穴３にワイヤ２の端部２ａの側部を埋め込んで超音波接合され、他端である端部２ｂは半導体素子５の表面電極に超音波接合される。
【００１９】
パワーモジュール１０１は、例えば、図４に示すように、リードフレーム１の端子部１ａとワイヤ２の端部２ａとの接続部およびワイヤ２の端部２ｂと半導体素子５との接続部を含むワイヤ２全体を覆うように、樹脂封止してもよい。これにより、各接続部の強度低下を補い、信頼性を確保することが可能である。
【００２０】
パワーモジュール１０１の封止材としては、ゲルタイプのものが用いられることも多いが、本願のワイヤ２の固定状態は通常のワイヤボンディングでリードフレーム１とワイヤ２を接合させた状態よりも弱いことが多いため、硬化し固体となる封止材を用いることが望ましい。仮にゲルタイプの封止材を採用する場合でも、当該ワイヤ周辺だけは硬化し固体となる樹脂等で埋めておくことが望ましい。
【００２１】
次に、実施の形態１におけるパワーモジュール１０１の接続構造の製造方法について、説明する。図５および図６は、実施の形態１におけるパワーモジュール１０１の接続構造の製造方法を説明するための図である。図５はリードフレーム１にワイヤ２を接続する工程を示す断面図であり、図６はリードフレーム１にワイヤ２を接続する際にリードフレームの固定に必要なクランパ４の配置の例を示した斜視図である。比較として、図７に、従来のクランパ４の配置の例を示す。
【００２２】
従来のパワーモジュールの接続構造の製造方法においては、ワイヤボンド工程で安定した作業性と接合性を得るために、リードフレーム１およびそれに実装されている半導体素子の、ワイヤ２を接続する位置を固定する必要がある。しかし、リードフレーム１に細いパターンがあると、その部分の剛性が小さくなるため、ボンディングする箇所付近を個別に押さえて固定しないとリードフレーム１が振動するのを防ぐことができない。また、リードフレーム１の細いパターンの直下に吸着孔を設けて細いパターンのリードフレーム１を吸着固定することは、吸着孔がパターンからはみ出して空気を吸い込んでしまうと吸着力が十分得られないこと、またリードフレーム１の細いパターンが反ることで吸着孔を設けたステージから浮き上がってしまい、一度上から押さえないと吸着できないことがあることから困難である。従って、安定した作業性と接合性を得るためには、図７に示すように、多数のクランパ４を配置し、ワイヤ２を接続する加振箇所ごとに押圧固定する必要がある。図７のように多数のクランパ４を配置したとしても、設計上全てのリードフレーム１上のワイヤ２の接続部の両側にクランパ４を配置することは出来ておらず、加振したときにリードフレーム１の振動を十分抑えることが出来ない片持ち梁状態の箇所が存在している。
【００２３】
これに対し本願のパワーモジュールの接続構造の製造方法では、図５に示すように、細長いパターンのリードフレーム１の端子部１ａにワイヤ２を接続する際に、棒状のボンドツール１２を用いて、リードフレーム１の面に対して垂直方向にリードフレーム１の端子部１ａに設けられた穴３に、ワイヤ２の端部２ａを押し付ける荷重を加えて、リードフレーム１の端子部１ａに設けられた穴３の内部に、ワイヤ２の端部２ａを変形させてワイヤ２の端部２ａ側部を埋め込んで超音波接合することで、ワイヤ２をリードフレーム１することを特徴とする。なお、本願の「垂直方向」とは、垂直から±１０°までを示す。
【００２４】
この特徴から、リードフレーム１の端子部１ａに設けられた穴３の内部方向へ変形させたワイヤ２の端部２ａと穴３の間に生じる摩擦力によってワイヤ２をリードフレーム１に固定する効果と、ワイヤボンディングの加振時に、リードフレーム１の端子部１ａに設けられた穴３の内部方向と端子部１ａの面方向へのワイヤ２とリードフレーム１の接合を穴３のエッジ部分を起点とすることで形成しやすくする効果により、剛性が小さくなる方向であるリードフレームの面方向において、細長いパターンの端子部への加振を減らす、あるいは無くすことで、リードフレームの面方向へ力が加わることを減らす、あるいは無くすことができ、細長いパターンの端子部がリードフレームの面方向に振動するのを防ぐのに必要なクランパを減らすことを可能とする。
【００２５】
なお、実施の形態１では、リードフレーム１に設けられた穴３の径を円柱状のボンドツール１２の径よりも小さくする。この場合、ワイヤのつぶれ長さ＞リードフレームの穴径となり、穴の径が小さいため、細長い端子部に配置しやすい。また、この場合、穴の縁部でワイヤを振動させて接合させることになり、穴の縁部に応力集中箇所が生じることで酸化膜等の接合阻害物質を破壊し排斥して新生面を露出させることが容易となり、穴の淵を起点にリードフレームの面方向の接合を進行させやすいという効果が得られる。なお、加振しない場合は、リードフレームの穴の内壁とワイヤ間は、接触による摩擦力のみで固定されており、加振した場合は、穴周囲のリードフレーム表面および穴内壁の上部はワイヤと超音波接合し、穴内壁の下部とワイヤは接触による摩擦力で固定される。
【００２６】
図６は、本願を適用した場合のクランパの配置の例である。図７に示す本願を適用しない従来の場合のクランパの配置と比べると、半導体素子５の周辺は従来と同じくリードフレーム１の端子部１ｂの対角を押さえる必要があるが、本願では、ボンドツール１２が接合部を加振するとともに、加振部であるリードフレーム１の端子部１ａを振動させないように押さえることで、リードフレーム１の振動を防ぐことをクランパ４のみに依存することなく、細長いパターンのリードフレーム１の端子部１ａに配置するクランパ４の数を減らすことが可能となる。
【００２７】
クランパ４の配置は、ワイヤ２を配線する際にボンドツール１２と接触すること、またワイヤ２がクランパ４と交差してクランプを解除した時にクランパ４がワイヤ２に引っかかってしまうことのないように設計する必要がある。クランパ４は通常、リードフレーム１の外周部からアームを伸ばして先端をリードフレーム１に押し付け固定する形状であり、クランパ４の先端部４ａ以外にアーム部４ｂもボンドツール１２およびワイヤ２と緩衝しないようにする必要があるため、細かな設計が必要となる。配線したいワイヤ２に対し、クランパ４が置けない場合、２回以上のワイヤボンド工程に分け、１回目のワイヤボンドで配線するときのクランパ４、２回目のワイヤボンドで配線しつつ１回目のワイヤを押しつぶさないクランパ４を用いて、クランパ４とボンドツール１２およびワイヤ２が干渉しないように打ち分ける必要が出てくる。
【００２８】
次に、実施の形態１におけるパワーモジュール１０１の接続構造の製造の手順について、図８に基づき説明する。図８は、実施の形態１におけるパワーモジュール１０１の接続構造の製造の手順を示すフローチャート図である。
【００２９】
まず、リードフレーム１をワイヤボンド治具６の上に配置する（ステップＳ８０１）。続いて、クランパ４で、リードフレーム１の端およびボンディング時にボンドツール１２の動作を妨げない位置を上から押さえ、リードフレーム１が移動しないように、また超音波を印加する場合にはリードフレーム１が振動しないよう固定する（ステップＳ８０２）。リードフレーム１の下面は、平板状の、もしくはリードフレーム１を固定するのに適する形状につくられたワイヤボンド治具と接触している。
【００３０】
次いで、半導体素子５の表面電極上にワイヤ２の端部２ｂをボンドツール１２で押さえながら超音波接合する（ステップＳ８０３）。半導体素子５に穴を設けたり、超音波振動無し、あるいは小さいパワーで超音波振動させた状態でワイヤ２を変形させるほどの荷重を加えたりすることは、コストおよび半導体素子構造の耐久力の問題があるため難しいので、半導体素子５上へのワイヤ２の接続には、穴を設けずに、従来通りリードフレーム１の面と並行方向にボンドツール１２を振動させることによりワイヤ２を半導体素子５上で摺動させ、ワイヤ２と半導体素子５の間の酸化膜などを排斥することで新生面を露出させた状態で、ボンドツール１２を用いて超音波接合に必要なだけの荷重を加えて、ワイヤ２を半導体素子５方向へ抑え込んで接合させるワイヤボンディングによって配線する。
【００３１】
続いて、リードフレーム１に設けられた穴３に、ワイヤガイド８を用いてワイヤ２を誘導し、ワイヤ２の端部２ａをボンドツール１２で押さえて埋め込む、または埋め込みながら超音波接合する（ステップＳ８０４）。リードフレーム１の端子部１ａに穴３を設けたり、超音波振動無し、あるいは小さいパワーで超音波振動させた状態でワイヤ２を変形させるほどの荷重を垂直方向に加えても、端子部１ａが破損しないようにすることは容易であため、ボンドツール１２を用いて穴３にワイヤ２が変形するまで垂直方向に荷重加え、ワイヤ２を穴３に埋め込むように変形させることで、リードフレーム１の穴３にワイヤ２を固定する。
【００３２】
配線した後、ワイヤ２をカットし、クランパ４の押圧固定を解除してワイヤ２を配線したリードフレーム１を取り出すことで、パワーモジュール１０１の接続構造の製造が完了する（ステップＳ８０５）。
【００３３】
上記の製造方法を用いることにより、リードフレームでクランパが接する箇所を省略したり大幅に減らしたりすることができ、複雑なリードフレーム形状においてもパワーモジュールを小型化できる。また、リードフレームの細長い端子部の位置にクランパを配置せずともワイヤを接続できるため、リードフレームのパターンの面積が大きい箇所に吸着孔を設けて吸着固定することで、クランパの数を更に減らしたり無くしたりすることが可能となり、更にパワーモジュールを小型化することが可能である。吸着孔を用いて吸着固定をする場合、例えば、リードフレームの外周部およびチップを搭載するリードフレームのパターン直下に吸着孔を配置するとよい。
【００３４】
リードフレームの端子部に穴を開ける加工は、リードフレームのパターンを成型する方法に合わせるのが経済的である。つまり、リードフレームのパターンをプレスによる打ち抜き加工で成型するならば穴開けも同時にプレスで打ち抜いて加工するのが良いし、リードフレームのパターンをエッチング加工で成型するならば穴開けも同時にエッチングで加工するのが良い。穴の内壁の材質はリードフレームの材質と同じでよく、特に異種金属のメッキ等は不要である。穴の内壁は、表面粗さを大きくする方がワイヤを摩擦力で固定するのに有利である。
【００３５】
本願の製造方法を適用し、リードフレームの細長い端子部にワイヤの配線をクランパの本数を減らして行う場合、カット方法に注意が必要である。ワイヤのカット方法として、ワイヤの上方からカッターを接合面まで差し込んで完全にワイヤを切断する方法の他に、特許第４０７４４２６号に記載のようにカッターを挿し込む量をワイヤ径の半分程度までで止め、残りはワイヤを引っ張って千切ることでワイヤを切断するハーフカット法を用いることがある。ハーフカット法は、接合面にカッターによるダメージを与えないというメリットがあるが、ワイヤを引き千切る際にボンディング面に力を加える必要がある。リードフレームのクランパの本数を減らすと、リードフレームが水平方向の振動を防止しにくくなる以外に、接合点とクランパの距離が大きくなり、細長い端子部をリードフレームの上方に持ち上げる力が加わった時に、クランパの位置を支点としたてこの原理で簡単に端子部を曲げて持ち上げてしまうという問題がある。そのため、ワイヤの切断方法にハーフカット法を用いるのは適さず、クランパを減らすならばカッターでワイヤを完全に切断する方が適している。
【００３６】
以上のように、実施の形態１におけるパワーモジュール１０１での接続構造の製造方法によれば、リードフレーム１にワイヤ２を接続する接続構造の製造方法であって、リードフレーム１に設けられた穴３の上で、棒状のボンドツール１２を用いてリードフレーム１に対して垂直方向からワイヤ２の端部に荷重を加え、ワイヤ２の端部２ａの側部を穴３に埋め込みながら超音波接合し、リードフレーム１の穴３にワイヤ２の端部２ａを接続して固定する工程を含むようにしたので、クランパの本数を減らしてもワイヤを確実に接続することが可能となり、またクランパの位置の自由度が大きくなるため、複雑なパターンをもつリードフレームへワイヤボンディングする際の設計上の課題となっていた複雑に配置されたクランパとボンドツールの衝突およびワイヤ経路とクランパの交差をしない設計が容易となる。これによってクランパがリードフレームに接する箇所の面積を減らすことができ、パワーモジュールを小型化を図るとともに信頼性を確保することができる。
【００３７】
実施の形態２．
実施の形態１では、リードフレーム１に設けられた穴３の径を円柱状のボンドツール１２の径よりも小さくしたが、実施の形態２では、リードフレーム１に設けられた穴３の径を円柱状のボンドツール１２の径よりも大きくした場合について説明する。
【００３８】
図９は、実施の形態２におけるパワーモジュール１０２の接続構造の製造方法を説明するための図であり、リードフレーム１にワイヤ２を接続する工程を示す断面図である。図９に示すように、パワーモジュール１０２の接続構造の製造方法においては、リードフレーム１に設けられた穴３の径が、円柱状のボンドツール１２の径よりも大きく、ボンドツール１２の径に２倍のワイヤ２の径を加えた値（ボンドツール１２の径＋ワイヤ２の径×２）よりも小さい。この場合、ワイヤのつぶれ長さ＜フレームの穴径となり、ボンドツール１２が穴３に入り込んでワイヤ２を穴３の側面に強く押し付けることと、穴３とワイヤ２の接触面積が大きくなることにより、穴３とワイヤ２の間に生じる摩擦力を確保しやすい。
【００３９】
実施の形態２におけるパワーモジュール１０２の接続構造の製造方法は、その他の工程では実施の形態１での製造方法と同様であり、実施の形態１で用いた図を援用し、同様部分の説明は省略する。
【００４０】
以上のように、実施の形態２おけるパワーモジュール１０２での接続構造の製造方法によれば、穴３の径を、ボンドツール１２の径よりも大きく、ボンドツール１２の径に２倍のワイヤ２の径を加えた値（ボンドツール１２の径＋ワイヤ２の径×２）よりも小さくなるようにしたので、上記の実施の形態１の効果に加えて、ボンドツールが穴に入り込んでワイヤを穴の側面に強く押し付けることと、穴とワイヤの接触面積が大きくなることにより、穴とワイヤの間に生じる摩擦力を確保しやすくなり、より強固に穴にワイヤを固定することができ、さらに信頼性の向上を図ることができる。
【００４１】
実施の形態３．
実施の形態１および実施の形態２は、リードフレーム１に設けられた穴３のリードフレーム１の厚み方向の形状については、リードフレーム１の面に対して垂直の方向であったが、実施の形態３では、穴３にテーパーを設けた場合について説明する。
【００４２】
図１０および図１１は、実施の形態２におけるパワーモジュール１０３、１０４の接続構造の製造方法を説明するための図であり、リードフレーム１にワイヤ２を接続する工程を示す断面図である。図１０および図１１に示すように、パワーモジュール１０３、１０４の接続構造の製造方法においては、穴３に埋め込むようにワイヤ２を変形させたとき、更に端子部１ａの穴３とワイヤ２の接触による固定状態を安定するようにするために、穴３にテーパーを設け、ワイヤ２を押し当てるリードフレーム１の表面側を狭く、リードフレーム１の裏面側を広くする。埋め込んだワイヤ２を、穴３の入口よりも底部において広げることで、ワイヤ２を穴３から外そうとする上向きの力を受けても容易に穴３から抜けなくなり、ワイヤをリードフレームに固定する状態を安定させることが可能になる。
【００４３】
実施の形態３におけるパワーモジュール１０３、１０４の接続構造および接続構造の製造方法は、その他の構成および工程では実施の形態１および実施の形態２での接続構造および接続構造の製造方法と同様であり、実施の形態１で用いた図を援用し、同様部分の説明は省略する。
【００４４】
以上のように、実施の形態３おけるパワーモジュール１０３、１０４での接続構造の製造方法によれば、穴３に、ワイヤ２を接続するリードフレーム１の表面側から裏面側に向けて広がるようにテーパーを設けるようにしたので、ワイヤを穴から外そうとする上向きの力を受けても容易に穴から抜けなくなり、ワイヤをリードフレームに固定する状態を安定させることができ、さらに信頼性の向上を図ることができる。
【００４５】
なお、図１２および図１３に示すように、穴３の形状に段差を設け、ワイヤ２を押し当てる側を狭く、反対側を広くする方法でも同様の効果を得ることが可能である。
【００４６】
端子部１ａに穴３を設けるためには、リードフレーム１のパターンを成型する時に穴３を同時に加工するのがコスト的に良く、その時、図１０、図１１のようなテーパー形状を設けるには、テーパーを付けるのに適した方向から加工を施すようにするとよい。すなわち、例えば、リードフレーム１のパターンをプレスで打ち抜いて成型する場合は、リードフレーム１の裏面側から打ち抜くように加工すると、同時に加工する端子部の穴にテーパーを設けることが可能である。あるいは、エッチンング加工でパターンを成型する場合も裏面側から加工されるようにすると、同時に開ける電極の穴にテーパーを設けることが可能である。図１２、図１３のような段差形状の製造は、切削加工により穴を開けることが可能である。
【００４７】
上記の実施の形態１および実施の形態２においては、穴３が円形状としたが、これに限るものではない。穴３が矩形状としてもよい。ボンドツール１２を穴３に対応する矩形状とすることで、実施の形態１および実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
また、パワーモジュールの配線では、扱う電流が大きく、ワイヤを一本で無く複数本並列に配置することで電流容量を確保する場合がある。そうした場合、複数の穴を開けるのではなく、図１４のように長い楕円形状または長方形状の穴３を配置してそこにワイヤ２を複数並べるといった方法をとることが可能である。
【００４９】
また、リードフレーム１の穴３を貫通させず、凹部形状とすることでも同様の効果が得られる。この場合、ワイヤの変形が貫通穴よりも凹みの底に届きやすいため、底に届いた後さらにボンドツール１２により荷重を加えることで穴の側壁方向へワイヤを変形させやすく、ワイヤと穴の側壁の摩擦力を得やすいことが挙げられる。
【００５０】
実施の形態４．
実施の形態４は、上述した実施の形態１〜３にかかるパワーモジュールを電力変換装置に適用したものである。本願は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態４として、三相のインバータに本願を適用した場合について説明する。
【００５１】
図１５は、実施の形態４による電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【００５２】
図１５に示す電力変換システムは、電源１００、電力変換装置２００、負荷３００から構成される。電源１００は、直流電源であり、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、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路またはＡＣ／ＤＣコンバータで構成することとしてもよい。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としてもよい。
【００５３】
電力変換装置２００は、電源１００と負荷３００の間に接続された三相のインバータであり、電源１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に交流電力を供給する。電力変換装置２００は、図１５に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１と、主変換回路２０１を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する制御回路２０３とを備えている。
【００５４】
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た電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車または電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。
【００５５】
以下、電力変換装置２００の詳細を説明する。主変換回路２０１は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており（図示せず）、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に供給する。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、実施の形態４にかかる主変換回路２０１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、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された６つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路２０１の各スイッチング素子および各還流ダイオードは、上述した実施の形態１〜３のいずれかに相当するパワーモジュール（ここではパワーモジュール１０１で説明する）によって構成する。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上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路２０１の３つの出力端子は、負荷３００に接続される。
【００５６】
また、主変換回路２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示なし）を備えているが、駆動回路はパワーモジュール１０１に内蔵されていてもよいし、パワーモジュール１０１とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路２０１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２０３からの制御信号に従い、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各スイッチング素子の制御電極に出力する。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（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（オフ信号）となる。
【００５７】
制御回路２０３は、負荷３００に所望の電力が供給されるよう主変換回路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主変換回路２０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、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制御によって主変換回路２０１を制御することができる。そして、各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を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路２０１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
【００５８】
実施の形態４に係る電力変換装置では、主変換回路２０１のスイッチング素子と還流ダイオードとして実施の形態１〜３にかかるパワーモジュールを適用するため、信頼性向上を実現することができる。
【００５９】
実施の形態４では、２レベルの三相インバータに本願を適用する例を説明したが、本願は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。実施の形態４では、２レベルの電力変換装置としたが３レベルまたはマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、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本願を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータまたはＡＣ／ＤＣコンバータに本願を適用することも可能である。
【００６０】
また、本願を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機またはレーザー加工機、又は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、さらには太陽光発電システムまたは蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。
【００６１】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、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。例えば、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。
【符号の説明】
【００６２】
１  リードフレーム、１ａ  端子部、２  ワイヤ、２ａ  端部、３  穴、１２  ボンドツール。
【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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