(57)【要約】  この発明は、接合部の信頼性の高い半導体装置を得ることを目的とする。本発明に係る半導体装置は、導電性パターン４ｂが形成された絶縁基板１と、導電性パターン４ｂに接合された電極端子６および半導体素子と、を備え、電極端子６と、導電性パターン４ｂとは接合面７で超音波接合されており、超音波接合される箇所は複数である。
2016031020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性パターン（４ｂ）が形成された絶縁基板（１）と、
前記導電性パターン（４ｂ）に接合された電極端子（６）および半導体素子と、
を備え、
前記電極端子（６）と、前記導電性パターン（４ｂ）とは接合面（７）で超音波接合されており、
前記超音波接合される箇所は複数である、
半導体装置。
【請求項２】
前記接合面（７）は１つであり、
前記接合面（７）において、複数箇所で超音波接合がなされている、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記接合面（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）は複数であり、
前記電極端子（６）の根本（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）は分岐しており、
分岐した前記根本（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）のそれぞれによって前記複数の接合面（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）が形成され、
各接合面（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）は少なくとも１つの超音波接合される箇所を備える、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記電極端子（６）は平板状であり、
前記電極端子（６）の根本（６ａ，６ｂ）は、その厚さ方向又はその幅方向に分岐している、
請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記電極端子（６）の根本（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）は、２つ、３つ又は４つに分岐している、
請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記電極端子（６）の根本（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）は、２つ、３つ又は４つに分岐している、
請求項４に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記電極端子（６）の根本の分岐している部分は、前記接合面（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）に平面視で互いに遠ざかるように開いている、
請求項３に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記電極端子（６）の根本の分岐している部分は、前記接合面（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）に平面視で互いに遠ざかるように開いている、
請求項４に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記接合面（７）における複数箇所の前記超音波接合のそれぞれは、超音波接合の際の振動方向が互いに異なる、
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記接合面（７）において、超音波接合の箇所が平面視で重なるように複数回超音波接合が行われている、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１１】
導電性パターン（４ｂ）が形成された絶縁基板（１）と、
前記導電性パターン（４ｂ）に接合された電極端子（６）および半導体素子と、
を備え、
前記電極端子（６）と、前記導電性パターン（４ｂ）とは接合面（７）で超音波接合されており、
前記接合面（７）において、前記電極端子（６）には凸部（６ｆ）が設けられ、かつ前記導電性パターン（４ｂ）には凹部（４１ｂ）が設けられるか、もしくは、前記電極端子（６）には凹部が設けられ、かつ前記導電性パターン（４ｂ）には凸部が設けられ、
前記凸部（６ｆ）と前記凹部（４１ｂ）が嵌合している、
半導体装置。
【請求項１２】
前記凸部（６ｇ）および前記凹部（４２ｂ）は前記超音波接合された箇所と平面視で重なる、
請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記超音波接合される箇所は複数である、
請求項１２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関し、特に超音波接合により電極端子を接合した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、パワー半導体は、小型の電子機器から自動車や新幹線等、電力の送配電まで多岐に渡る分野で欠かせない機器となっている。その使用地域や応用分野は年々広がってきており、自動車、新幹線、電力といった分野で高信頼性と長寿命を要求されることはもちろん、大電流化や高耐圧化、広範囲での動作温度、特に高温に耐えうることが求められている。従来のはんだ接合技術では、高温におけるはんだ素材に起因する信頼性が確保できず、条件を満たす素子を作ることが難しくなってきている。これを解決するための接合技術の一つとして、超音波接合が導入されてきている。【０００３】
ここで、絶縁基板表面に導電性パターンが形成され、導電性パターンに半導体素子および電極端子が接合された半導体装置を考える。従来は、電極端子と導電性パターンとは、１箇所で超音波接合を行っていた。パワー半導体素子を高温条件下で長期間使用すると、電極端子と、導電性パターンが形成された絶縁基板との熱膨張係数の差により、熱応力が発生し、接合部分が剥離することがあった。【０００４】
また、半導体装置の大電流化に伴って、電極端子の断面積を増大させる必要がでてきた。すなわち、電極端子の厚みや幅が増大することによって、電極端子のサイズを大きくする必要が出てきた。電極端子のサイズが大きくなることによって、端子の剛性も大きくなる。従って、パワー半導体素子の動作により生ずる発熱に起因するパッケージの変位に伴う接合部への応力印加も増加してしまい、接合強度の低下や端子剥離が生じるという問題があった。【０００５】
さらに、電極端子の厚みや、接合面の面積が大きくなることにより、接合面に対して、超音波接合エネルギーが伝搬しにくくなる。超音波接合の接合力を上げるためには、通常、接合荷重と超音波出力を増大させる方策をとる。しかしながら、これらを増大させると、導電性パターン下部に設けられている絶縁基板を破壊する問題があった。【０００６】
そこで、特許文献１においては、超音波接合が行われる信号端子の複数の箇所の間にスリットを形成し、安定した超音波接合を実施する技術の開示がある。また特許文献２においては、金属リボンと半導体チップ上の電極パッドとの超音波接合を複数箇所で行い、接合面積を大きくする技術の開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１０５３７号公報
【特許文献２】特開２０１２−１４６７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら上記の従来技術においては以下のような解決すべき課題がある。特許文献１においては、接合の初期強度は十分得られるものの、半導体モジュールの使用に伴う電極の発熱による熱応力に対しては弱い。スリットを挟んで電極の接合部分が分割されており、個々の接合箇所は１箇所とみなせ、応力の発生により複数の接合がすべて剥離してしまう恐れがある。【０００９】
特許文献２においては一体の金属リボンの複数箇所を超音波接合しているが、接合箇所同士間の非接合箇所は対象素子から浮いており空隙となっている。これは、接合対象がリボンのため、一般的に厚みが３００μｍ以下と薄いため、空隙を設けないとリボンが破断すると考えられる。本発明は厚みが０．５ｍｍ以上の電極を接合対象としているため、破断に至らないため、空隙を設ける必要がない。【００１０】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、接合部の信頼性の高い半導体装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る半導体装置は、導電性パターンが形成された絶縁基板と、導電性パターンに接合された電極端子および半導体素子と、を備え、電極端子と、導電性パターンとは接合面で超音波接合されており、超音波接合される箇所は複数である。【００１２】
また、本発明に係る半導体装置は、導電性パターンが形成された絶縁基板と、導電性パターンに接合された電極端子および半導体素子と、を備え、電極端子と、導電性パターンとは接合面で超音波接合されており、接合面において、電極端子には凸部が設けられ、かつ導電性パターンには凹部が設けられるか、もしくは、電極端子には凹部が設けられ、かつ導電性パターンには凸部が設けられ、凸部と凹部が嵌合している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る半導体装置によれば、接合面において超音波接合による接合部を複数設ける。これにより、各々の接合部の面積を小さくすることができる。よって、各々の接合部にかかる熱応力の絶対値を小さくすることができるため、接合面の剥離を抑制できる。また、接合部の総面積を増加させるので、信頼性の高い半導体装置を得られる。【００１４】
また、本発明に係る半導体装置によれば、超音波接合を行う前に、凸部と凹部を嵌合させることにより、電極端子の導電性パターンに対する位置決めが容易となる。これにより、超音波接合時に電極端子と導電性パターンの相対位置が安定し、超音波接合のエネルギーが十分に得られる。安定した超音波接合を得られるため、接合信頼性の高い半導体装置を得ることができる。【００１５】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによってより明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の平面図と断面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置の電極端子および導電性パターンの斜視図である。
【図３】実施の形態２に係る半導体装置の電極端子および導電性パターンの斜視図である。
【図４】実施の形態３に係る半導体装置の電極端子および導電性パターンの斜視図である。
【図５】実施の形態４に係る半導体装置の電極端子および導電性パターンの斜視図である。
【図６】実施の形態５に係る半導体装置の平面図と断面図である。
【図７】実施の形態５に係る半導体装置の電極端子および導電性パターンの斜視図である。
【図８】実施の形態６に係る半導体装置の電極端子および導電性パターンの斜視図である。
【図９】実施の形態７に係る半導体装置の電極端子および導電性パターンの斜視図である。
【図１０】実施の形態８に係る半導体装置の電極端子および導電性パターンの斜視図である。
【図１１】実施の形態９に係る半導体装置の電極端子および導電性パターンの斜視図である。
【図１２】実施の形態９に係る半導体装置の電極端子および導電性パターンの断面図である。
【図１３】実施の形態１０に係る半導体装置の平面図と断面図である。
【図１４】前提技術に係る半導体装置の断面図である。
【図１５】前提技術に係る半導体装置の平面図と電極端子の断面図である。
【図１６】前提技術に係る半導体装置の電極端子および導電性パターンの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜前提技術＞
本発明の実施の形態を説明する前に、本発明の前提となる技術について説明する。図１４は、前提技術における半導体装置（パワーモジュール）の断面図である。前提技術における半導体装置は、絶縁基板１又は絶縁シート、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）チップ２、ＳＢＤ（Ｓｈｏｔｔｋｅｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）チップ３、導電性パターン４ａ，４ｂ、電極端子６、ワイヤ１４、封止材９、アウトサートケース１０、ベース板１１を備える。
【００１８】
放熱のためのベース板１１の上に接合材８を介して、絶縁基板１が接合されている。絶縁基板１上には、導電性材料で構成される導電性パターン４ａ，４ｂが設けられる。導電性パターン４ａには、ＭＯＳＦＥＴチップ２およびＳＢＤチップ３が接合材により搭載されている。
【００１９】
導電性パターン４ｂには、接合面７において、電極端子６が接合されている。ＭＯＳＦＥＴチップ２とＳＢＤチップ３の電極はワイヤ１４により接合されている。また、ＳＢＤチップ３の電極と導電性パターン４ｂとはワイヤ１４により接合されている。
【００２０】
ベース板１１には、アウトサートケース１０が接着剤１２により接着されている。アウトサートケース１０は、シリコンゲルやエラストマなどからなる絶縁性の封止材９により充填される。
【００２１】
導電性パターン４ａ，４ｂは、絶縁基板１にロウ付けされた銅板をエッチングすることにより形成される。銅板はアルミニウム板であってもよい。導電性パターン４ａ，４ｂ表面はニッケルで被覆されていてもよい。
【００２２】
絶縁基板１はＡｌＮからなる絶縁材を用いているが、Ａｌ２Ｏ３やＳｉ３Ｎ４のような絶縁材でも構わない。半導体素子としてＭＯＳＦＥＴチップ２が搭載されているが、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であってもよい。また、ＳＢＤチップ３はＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌ  Ｄｉｏｄｅ）であってもよい。なお、半導体素子はＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＮを基材とするものの中から選択してかまわない。ワイヤ１４は、直径４００μｍからなるＡｌワイヤであるが、Ａｌ合金からなる配線や、板状のＡｌ板やＣｕからなる良電性の金属ワイヤでも良い。
【００２３】
導電性の接合材８としては、一般的にははんだが用いられるが、高温動作対応として、粒子径が数ｎｍ程度の微細なＡｇ粒子の焼結体を用いることもある。また、小電流を扱う半導体装置である場合には、導電性フィラーを含有した導電性接着剤であってもよい。
【００２４】
絶縁基板１はベース板１１に接合材８により接合されているが、絶縁基板１とベース板１１は一体に形成されていてもよい。ベース板１１の材料はＡｌ−ＳｉＣのようなＡｌとセラミックスからなる複合材である。また、ベース板１１は銅板であってもよい。
【００２５】
図１４においては、電極端子６と導電性パターン４ｂとの接合は、はんだ付によって行われている。はんだ接合は最大動作温度とはんだの融点を管理しなければならず、半導体素子として、高温で動作可能なＳｉＣ素子を搭載した場合では、動作温度の高温化に対応が難しいという課題があった。
【００２６】
そこで最近、電極端子６と導電性パターン４ｂとの接合に超音波接合が適用されてきている。超音波接合とは、接合面に荷重をかけながら、接触する材料同士の接合面に超音波振動を加えて接合部分に摩擦熱を発生させ、接合する金属同士の界面を原子結合させる方法である。
【００２７】
図１５は、超音波接合を模式的に示した図である。また、図１６は、電極端子６と導電性パターン４ｂとの接合部の斜視図である。図１５に示すように、電極端子６と導電性パターン４ｂとの接合面７の上部に対してツール１３を圧接させ、例えば図中の矢印の方向に超音波振動させる。ツール１３は、接合面７に超音波を伝達する。超音波接合の際に、ツール１３が圧接した電極端子６の上面に、窪み５が形成される。超音波接合を用いることで、接着剤やはんだ等の材料を使用せず、短時間で接合ができる。また、高温動作にも対応が可能となる。
【００２８】
前提技術においては、図１６に示すように、電極端子６と導電性パターン４ｂとは、１箇所で超音波接合を行っていた。パワー半導体素子を高温条件下で長期間使用すると、電極端子６と、導電性パターン４ｂが形成された絶縁基板１との熱膨張係数の差により、熱応力が発生し、接合部分が剥離することがあった。
【００２９】
また、半導体装置の大電流化に伴って、電極端子６の断面積を増大させる必要がでてきた。すなわち、電極端子６の厚みや幅が増大することによって、電極端子６のサイズを大きくする必要が出てきた。電極端子６のサイズが大きくなることによって、端子の剛性も大きくなる。従って、パワー半導体素子の動作により生ずる発熱に起因するパッケージの変位に伴う接合部への応力印加も増加してしまい、接合強度の低下や端子剥離が生じるという問題があった。
【００３０】
さらに、電極端子の厚みや、接合面７の面積が大きくなることにより、接合面７に対して、超音波接合エネルギーが伝搬しにくくなる。超音波接合の接合力を上げるためには、通常、接合荷重と超音波出力を増大させる方策をとる。しかしながら、これらを増大させると、導電性パターン４下部に設けられている絶縁基板１を破壊する問題があった。
【００３１】
＜実施の形態１＞
＜構成＞
図１は、本実施の形態１における半導体装置の構成を示す平面図および正面図である。図２は、電極端子６と導電性パターン４ｂの斜視図である。本実施の形態１では、前提技術（図１４）と同様、絶縁基板１上に、導電性のパターン４ａと４ｂが配置され、導電性パターン４ａには、半導体素子（ＭＯＳＦＥＴチップ２およびＳＢＤチップ３）が接合されている。導電性パターン４ｂには、電極端子６が接合されている。
【００３２】
前提技術においては、電極端子６と導電性パターン４ｂの間の接合面１つに対して１カ所のみ超音波接合がなされていた。そのため、電極端子６の接合部５の上面には超音波接合による窪み５が１箇所形成される。
【００３３】
一方、本実施の形態１では、図１に示すように、導電性パターン４ｂと接合する電極端子６の１つの接合面７に対して、複数の接合部が設けられる。そのため、電極端子６の接合部の上面には、超音波接合により複数の窪み５ａ，５ｂが形成される。それぞれの接合部は間隔を置いて配置される。つまり、窪み５ａ，５ｂの間には５０μｍ以下の間隔が設けられる。もしくは、接合部は互いに接していてもよい。
【００３４】
＜動作＞
図１のように構成された半導体装置において、半導体素子が動作すると電極端子６に電流が流れることによって、電極端子６が発熱する。この発熱により電極端子６全体が膨張し、接合部である電極端子６の根元に引っ張りなどの応力がかかる。また、電極端子６と導電性パターン４ｂの間の接合面７については、絶縁基板１と電極端子６の材料の線膨張係数の違いから熱応力が発生する。
【００３５】
＜効果＞
本実施の形態１に係る半導体装置は、導電性パターン４ａ，４ｂが形成された絶縁基板１と、導電性パターン４ａ，４ｂに接合された電極端子６および半導体素子と、を備え、電極端子６と、導電性パターン４ｂとは接合面７で超音波接合されており、超音波接合される箇所は複数である。
【００３６】
従って、本実施の形態１では、図１、図２に示したように、接合面７において超音波接合による接合部を複数設ける。これにより、各々の接合部の面積を小さくすることができる。よって、各々の接合部にかかる熱応力の絶対値を小さくすることができるため、接合面７の剥離を抑制できる。また、接合部の総面積を増加させるので、信頼性の高い半導体装置を得られる。
【００３７】
また、本実施の形態１に係る半導体装置において、接合面７は１つであり、接合面７において、複数箇所で超音波接合がなされている。
【００３８】
従って、接合面７が１つの場合であっても、本実施の形態１は２ヶ所で超音波接合を行うことによって、信頼性の高い半導体装置を得られる。
【００３９】
＜実施の形態２＞
＜構成＞
図３は、本実施の形態２における電極端子６と導電性パターン４ｂの斜視図である。本実施の形態２では、電極端子６は平板状である。電極端子６の根元は、その幅方向に２つに分岐している。つまり、電極端子６の根元は２つの分岐部６ａ，６ｂを備える。
【００４０】
図３に示すように、分岐部６ａ，６ｂは互いに、平面視で９０°の角度をなすように折り曲げられている。分岐部６ａは、接合面７ａにおいて導電性パターン４ｂに超音波接合されている。同様に、分岐部６ｂは、接合面７ｂにおいて導電性パターン４ｂに超音波接合されている。各接合面７ａ，７ｂにおいて、分岐部６ａ，６ｂのそれぞれは、導電性パターン４ｄと１カ所で超音波接合されている。分岐部６ａ，６ｂの上面には、超音波接合による窪み５ａ，５ｂが形成される。
【００４１】
＜動作＞
本実施の形態２では、電極端子６の分岐部６ａ，６ｂの断面積は等しいとする。この場合、電極端子１本あたりに流れる電流をＩ［Ａ］とすると、その分岐部６ｃ，６ｄに流れる電流はそれぞれＩ／２［Ａ］となる。
【００４２】
また、分岐部６ａ，６ｂの各接合面は、実施の形態１の接合面に比べて半分の面積となっている。そのため、電極端子６の膨張による機械的な応力についても、分岐部６ａ，６ｂにかかる応力は半減される。
【００４３】
＜効果＞
本実施の形態２における半導体装置において、接合面７ａ，７ｂは複数であり、電極端子６の根本は分岐しており、分岐した根本（即ち分岐部６ａ，６ｂ）のそれぞれによって複数の接合面７ａ，７ｂが形成され、各接合面７ａ，７ｂは少なくとも１つの超音波接合される箇所を備える。
【００４４】
本実施の形態２では、電極端子６の根本は２つに分岐しており、分岐部６ａ，６ｂのそれぞれによって２つの接合面７ａ，７ｂが形成される。各接合面７ａ，７ｂは１つの超音波接合される箇所を備える。従って、本実施の形態２では、電極端子６の根元を２つに分岐させることで、各端子（分岐部６ｃ，６ｄ）に流れる電流がＩ／２［Ａ］となるため、各接合面の発熱量は、実施の形態１と比較して半分になる。これにより、各接合面に加わる熱応力を半減できる。
【００４５】
また、２つの接合面７ａ，７ｂを設けたため、前提技術のように接合面７が１つの場合と比較して、電極端子６を上側に引きはがす力（接合面に垂直に発生する応力）が生じた場合であっても、接合面７ａ，７ｂの剥離を抑制することが可能である。よって、接合部の信頼性が高い半導体装置を得ることができる。
【００４６】
また、本実施の形態２における半導体装置において、電極端子６は平板状であり、電極端子６の根本は、その厚さ方向又はその幅方向に分岐している。
【００４７】
本実施の形態では、平板状の電極端子６の根本は、その幅方向に２つに分岐している。従って、電極端子６の製造において、プレス加工によって電極端子６の根本を２つに分岐させることが可能である。従って、加工性が容易で、低コストの半導体装置を得ることができる。
【００４８】
また、本実施の形態２における半導体装置において、電極端子６の根本は、２つ、３つ又は４つに分岐している。
【００４９】
本実施の形態では、電極端子６の根本は、２つに分岐している。従って、本実施の形態２では、電極端子６の根元を２つに分岐させることで、各端子（分岐部６ｃ，６ｄ）に流れる電流が半分となるため、各接合面の発熱量は、実施の形態１と比較して半分になる。これにより、各接合面に加わる熱応力を半減できる。
【００５０】
また、本実施の形態２における半導体装置において、電極端子６の根本の分岐している部分は、接合面７ａ，７ｂに平面視で互いに遠ざかるように開いている。
【００５１】
本実施の形態２における半導体装置において、分岐部６ａ，６ｂは平面視で互いに９０°の角度をなす。従って、電極端子６の一方の方向にのみ接合面がある場合と比較して、電極端子６を上側に引きはがす力（接合面に垂直に発生する応力）が生じた場合であっても、接合面７ａ，７ｂの剥離を抑制することが可能である。よって、接合部の信頼性が高い半導体装置を得ることができる。
【００５２】
＜実施の形態３＞
＜構成＞
図４は、本実施の形態３における電極端子６と導電性パターン４ｂの斜視図である。本実施の形態３では、電極端子６は平板状である。電極端子６の根元は、その厚み方向に２本に分岐している。つまり、電極端子６の根元は２つの分岐部６ａ，６ｂを備える。
【００５３】
図４に示すように、分岐部６ａ，６ｂは平面視で互いに１８０°の角度をなすように、反対方向に折り曲げられている。分岐部６ａは、接合面７ａにおいて導電性パターン４ｂに超音波接合されている。同様に、分岐部６ｂは、接合面７ｂにおいて導電性パターン４ｂに超音波接合されている。各接合面７ａ，７ｂにおいて、分岐部６ａ，６ｂのそれぞれは、導電性パターン４ｄと１カ所で超音波接合されている。本実施の形態３における接合面７ａ，７ｂの面積の総和は、前提技術における接合面７の面積の２倍となる。分岐部６ａ，６ｂの上面には、超音波接合による窪み５ａ，５ｂが形成される。本実施の形態３おいて、電極端子６の厚みをｗ６、分岐部６ａの厚みをｗ６ａ、分岐部６ｂの厚みをｗ６ｂとすると、ｗ６＝ｗ６ａ＋ｗ６ｂかつｗ６ａ＝ｗ６ｂである。なお、ｗ６＝ｗ６ａ＋ｗ６ｂとなるような厚みであれば、ｗ６ａ、ｗ６ｂは任意の値としても良い。
【００５４】
＜動作＞
本実施の形態３では、電極端子６の分岐部６ａ，６ｂの断面積は等しいとする。この場合、電極端子１本あたりに流れる電流をＩ［Ａ］とすると、その分岐部６ｃ，６ｄに流れる電流はそれぞれＩ／２［Ａ］となる。また、各接合面７ａ，７ｂにおいて、接合される分岐部６ａ，６ｂの厚みが実施の形態２に比べて薄くなる。これにより、電極端子６の膨張による機械的な応力についても、分岐部６ａ，６ｂにかかる応力は半減される。
【００５５】
＜効果＞
本実施の形態３における半導体装置において、電極端子６は平板状であり、電極端子６の根本は、その厚さ方向又はその幅方向に分岐している。
【００５６】
本実施の形態３では、平板状の電極端子６の根本は、その厚さ方向に２つに分岐している。従って、接合部において、電極端子６の厚みが薄くなることから、応力に対する電極の変形が大きくなるため、接合部に加わる応力を低減でき、接合部の信頼性が高い半導体装置を得られる。
【００５７】
また、本実施の形態３における半導体装置において、電極端子６の根本は、２つ、３つ又は４つに分岐している。
【００５８】
本実施の形態３では、電極端子６の根本は、２つに分岐している。従って、本実施の形態２では、電極端子６の根元を２つに分岐させることで、各端子（分岐部６ｃ，６ｄ）に流れる電流が半分となるため、各接合面の発熱量は、実施の形態１と比較して半分になる。これにより、各接合面に加わる熱応力を半減できる。
【００５９】
また、電極端子６の根本を２つに分岐させて、２つの接合面７ａ，７ｂを設けたため、前提技術のように接合面７が１つの場合と比較して、電極端子６を上側に引きはがす力（接合面に垂直に発生する応力）が生じた場合であっても、接合面７ａ，７ｂの剥離を抑制することが可能である。よって、接合部の信頼性が高い半導体装置を得ることができる。
【００６０】
また、本実施の形態３における半導体装置において、電極端子６の根本の分岐している部分は、接合面７ａ，７ｂに平面視で互いに遠ざかるように開いている。
【００６１】
本実施の形態３における半導体装置において、分岐部６ａ，６ｂは平面視で互いに１８０°の角度をなす。従って、電極端子６の一方の方向にのみ接合面がある場合と比較して、電極端子６を上側に引きはがす力（接合面に垂直に発生する応力）が生じた場合であっても、接合面７ａ，７ｂの剥離を抑制することが可能である。よって、接合部の信頼性が高い半導体装置を得ることができる。
【００６２】
＜実施の形態４＞
＜構成＞
図５は、本実施の形態４における電極端子６と導電性パターン４ｂの斜視図である。本実施の形態２では、電極端子６は平板状である。電極端子６の根元は、その幅方向に２つに分岐している。つまり、電極端子６の根元は２つの分岐部６ａ，６ｂを備える。
【００６３】
図５に示すように、分岐部６ａ，６ｂは平面視で互いに１８０°の角度をなすように反対方向に折り曲げられている。分岐部６ａは、接合面７ａにおいて導電性パターン４ｂに超音波接合されている。同様に、分岐部６ｂは、接合面７ｂにおいて導電性パターン４ｂに超音波接合されている。各接合面７ａ，７ｂにおいて、分岐部６ａ，６ｂのそれぞれは、導電性パターン４ｄと１カ所で超音波接合されている。分岐部６ａ，６ｂの上面には、超音波接合による窪み５ａ，５ｂが形成される。
【００６４】
＜効果＞
また、本実施の形態４における半導体装置において、電極端子６は平板状であり、電極端子６の根本は、その厚さ方向又はその幅方向に分岐している。
【００６５】
本実施の形４では、平板状の電極端子６の根本は、その幅方向に２つに分岐している。従って、電極端子６の製造において、プレス加工によって電極端子６の根本を２つに分岐させることが可能である。従って、加工性が容易で、低コストの半導体装置を得ることができる。
【００６６】
また、本実施の形態４における半導体装置において、電極端子６の根本は、２つ、３つ又は４つに分岐している。
【００６７】
本実施の形態４では、電極端子６の根本は、２つに分岐している。従って、本実施の形態２では、電極端子６の根元を２つに分岐させることで、各端子（分岐部６ｃ，６ｄ）に流れる電流が半分となるため、各接合面の発熱量は、実施の形態１と比較して半分になる。これにより、各接合面に加わる熱応力を半減できる。
【００６８】
また、電極端子６の根本を２つに分岐させて、２つの接合面７ａ，７ｂを設けたため、前提技術のように接合面７が１つの場合と比較して、電極端子６を上側に引きはがす力（接合面に垂直に発生する応力）が生じた場合であっても、接合面７ａ，７ｂの剥離を抑制することが可能である。よって、接合部の信頼性が高い半導体装置を得ることができる。
【００６９】
また、本実施の形態４における半導体装置において、電極端子６の根本の分岐している部分は、接合面７ａ，７ｂに平面視で互いに遠ざかるように開いている。
【００７０】
本実施の形態４における半導体装置において、分岐部６ａ，６ｂは平面視で互いに１８０°の角度をなす。従って、電極端子６の一方の方向にのみ接合面がある場合と比較して、電極端子６を上側に引きはがす力（接合面に垂直に発生する応力）が生じた場合であっても、接合面７ａ，７ｂの剥離を抑制することが可能である。よって、接合部の信頼性が高い半導体装置を得ることができる。
【００７１】
＜実施の形態５＞
＜構成＞
図６は、本実施の形態５における半導体装置の構成を示す平面図および正面図である。図７は、電極端子６と導電性パターン４ｂの斜視図である。なお、図７においては図の見易さのため、半導体素子（ＭＯＳＦＥＴチップ２、ＳＢＤチップ３）を省略している。図６に示すように、絶縁基板上１上には、複数の導電性パターン４ａ、４ｂ、４ｃが形成されている。
【００７２】
本実施の形態５では、電極端子６は平板状である。電極端子６の根元は４本に分岐している。つまり、電極端子６の根元は４つの分岐部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを備える。図７に示すように、向かい合った分岐部６ａ，６ｃは互いに反対方向に折り曲げられている。同様に、向かい合った分岐部６ｂ，６ｄは互いに反対方向に折り曲げられている。つまり、分岐部６ａと分岐部６ｂ、分岐部６ｂと分岐部６ｃ、分岐部６ｃと分岐部６ｄ、分岐部６ｄと分岐部６ａのそれぞれは、平面視で互いに９０°の角度をなす。
【００７３】
分岐部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄのそれぞれは、接合面７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄにおいて導電性パターン４ａに超音波接合されている。各接合面７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄにおいて、分岐部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄのそれぞれは、導電性パターン４ｄと１カ所で超音波接合されている。分岐部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの上面には、超音波接合による窪み５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが形成される。
【００７４】
図６に示すように、分岐部６ａおよび分岐部６ｂに隣り合って、導電性パターン４ａにＳＢＤチップ３が接合されている。また、分岐部６ｂおよび分岐部６ｃに隣り合って、導電性パターン４ａにＳＢＤチップ３が接合されている。また、分岐部６ｃおよび分岐部６ｄに隣り合って、導電性パターン４ａにＭＯＳＦＥＴチップ２が接合されている。分岐部６ｄおよび分岐部６ａに隣り合って、導電性パターン４ａにＭＯＳＦＥＴチップ２が接合されている。
【００７５】
＜動作＞
図６および図７のように構成された半導体装置において、半導体素子が動作すると電極端子６に電流が流れることによって、電極端子６が発熱する。パワー半導体素子が動作する際、各分岐部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄからＭＯＳＦＥＴチップ２およびＳＢＤチップ３までの距離に差があると、その距離に応じて配線抵抗が異なるために、流れる電流量が不均等になる。これにより、発熱する箇所に偏りができる。この発熱で、電極６全体が膨張し、接合部である電極端子６の根元に引っ張りなどの応力がかかるため、発熱量の違いによってそれぞれの分岐部６ａ〜６ｄにかかる応力にも差が出る。
【００７６】
本実施の形態５では、分岐部６ａ〜６ｄを４方向に延在させて配置し、各分岐部に隣り合うようにＭＯＳＦＥＴチップ２およびＳＢＤチップ３を配置することで、各分岐部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄからＭＯＳＦＥＴチップ２およびＳＢＤチップ３までの距離の差を低減することが可能である。これにより、不均一な電流の流れによって発生する温度上昇の偏りを低減することができるため、ヒートサイクル性が向上する。
【００７７】
また、電極端子６の４方向に接合面７ａ〜７ｄを設けたため、前提技術のように接合面７が１つの場合と比較して、電極端子６を上側に引きはがす力（接合面に垂直に発生する応力）が生じた場合であっても、接合面７ａ〜７ｄの剥離を抑制することが可能である。よって、接合部の信頼性が高い半導体装置を得ることができる。
【００７８】
＜効果＞
本実施の形態５における半導体装置において、電極端子６の根本は、２つ、３つ又は４つに分岐している。
【００７９】
本実施の形態５では、電極端子６の根本を４つに分岐させ、分岐部６ａ〜６ｄを４方向に延在させて配置する。各分岐部に隣り合うようにＭＯＳＦＥＴチップ２およびＳＢＤチップ３を配置することで、各分岐部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄからＭＯＳＦＥＴチップ２およびＳＢＤチップ３までの距離の差を低減することが可能である。これにより、不均一な電流の流れによって発生する温度上昇の偏りを低減することができるため、ヒートサイクル性が向上する。
【００８０】
また、本実施の形態５における半導体装置において、電極端子６の根本の分岐している部分は、接合面７ａ，７ｂに平面視で互いに遠ざかるように開いている。
【００８１】
本実施の形態５における半導体装置において、分岐部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは平面視で互いに９０°の角度をなす。従って、電極端子６の一方の方向にのみ接合面がある場合と比較して、電極端子６を上側に引きはがす力（接合面に垂直に発生する応力）が生じた場合であっても、接合面７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの剥離を抑制することが可能である。よって、接合部の信頼性が高い半導体装置を得ることができる。
【００８２】
＜実施の形態６＞
＜構成＞
図８は、本実施の形態６における半導体装置の電極端子６と導電性パターン４ｂの斜視図である。実施の形態５における電極端子６（図７）に代えて、本実施の形態６の電極端子６を備える構成としてもよい。
【００８３】
本実施の形態６の電極端子６は平板状であり、その根元は３つに分岐している。つまり、電極端子６の根元は３つの分岐部６ａ，６ｂ，６ｃを備える。図８に示すように、分岐部６ａと分岐部６ｂ、分岐部６ｂと分岐部６ｃのそれぞれは、平面視で互いに９０°の角度をなすように折り曲げられている。
【００８４】
分岐部６ａ，６ｂ，６ｃのそれぞれは、接合面７ａ，７ｂ，７ｃにおいて導電性パターン４ａに超音波接合されている。各接合面７ａ，７ｂ，７ｃにおいて、分岐部６ａ，６ｂ，６ｃのそれぞれは、導電性パターン４ｄと１カ所で超音波接合されている。分岐部６ａ，６ｂ，６ｃの上面には、超音波接合による窪み５ａ，５ｂ，５ｃが形成される。
【００８５】
図８に示すように、分岐部６ａおよび分岐部６ｂに隣り合って、導電性パターン４ａにＳＢＤチップ３が接合されている。また、分岐部６ｂおよび分岐部６ｃに隣り合って、導電性パターン４ａにＳＢＤチップ３が接合されている。また、分岐部６ａを挟んで、ＳＢＤチップ３の反対側の導電性パターン４ａにはＭＯＳＦＥＴチップ２が接合されている。また、また、分岐部６ｃを挟んで、ＳＢＤチップ３の反対側の導電性パターン４ａにはＭＯＳＦＥＴチップ２が接合されている。
【００８６】
なお、分岐部６ａと分岐部６ｂ、分岐部６ｂと分岐部６ｃのそれぞれは、平面視で互いに９０°の角度をなすように折り曲げられているが、任意の角度、例えば１２０°の角度をなすように折り曲げられていてもよい。
【００８７】
＜効果＞
本実施の形態６における半導体装置において、電極端子６の根本は、２つ、３つ又は４つに分岐している。
【００８８】
本実施の形態６では、電極端子６の根本を３つに分岐させ、分岐部６ａ〜６ｃを３方向に延在させて配置する。各分岐部に隣り合うようにＭＯＳＦＥＴチップ２およびＳＢＤチップ３を配置することで、各分岐部６ａ，６ｂ，６ｃからＭＯＳＦＥＴチップ２およびＳＢＤチップ３までの距離の差を低減することが可能である。これにより、不均一な電流の流れによって発生する温度上昇の偏りを低減することができるため、ヒートサイクル性が向上する。
【００８９】
また、電極端子６の３方向に接合面７ａ〜７ｄを設けたため、前提技術のように接合面７が１つの場合と比較して、電極端子６を上側に引きはがす力（接合面に垂直に発生する応力）が生じた場合であっても、接合面７ａ〜７ｃの剥離を抑制することが可能である。よって、接合部の信頼性が高い半導体装置を得ることができる。
【００９０】
また、電極端子６の製造において、プレス加工によって電極端子６の根本を３つに分岐させることが可能である。従って、加工性が容易で、低コストの半導体装置を得ることができる。
【００９１】
また、本実施の形態６における半導体装置において、電極端子６の根本の分岐している部分は、接合面７ａ，７ｂ，７ｃに平面視で互いに遠ざかるように開いている。
【００９２】
本実施の形態６における半導体装置において、分岐部６ａ，６ｂ，６ｃは平面視で互いに９０°の角度をなす。従って、電極端子６の一方の方向にのみ接合面がある場合と比較して、電極端子６を上側に引きはがす力（接合面に垂直に発生する応力）が生じた場合であっても、接合面７ａ，７ｂ，７ｃの剥離を抑制することが可能である。よって、接合部の信頼性が高い半導体装置を得ることができる。
【００９３】
＜実施の形態７＞
＜構成＞
図９は、本実施の形態７における半導体装置の電極端子６と導電性パターン４ｂの斜視図である。本実施の形態７における半導体装置は、実施の形態１（図１および図２）と同様に、電極端子６は、１つの接合面７で導電性パターン４ｂと超音波接合されている。この接合面７は２ヶ所の接合箇所を備える。つまり、電極端子６の根本の上面には、超音波接合の際に形成された２つの窪み５ａ，５ｂが生じている。
【００９４】
図９において、窪み５ａは、ツール（図１４のツール１３を参照）をｘ方向に振動させて超音波接合を行った際に形成されたものである。また、窪み５ｂは、ツールをｙ方向に振動させて超音波接合を行った際に形成されたものである。つまり、接合面７における複数箇所の超音波接合のそれぞれは、超音波接合の際の振動方向が互いに異なる。
【００９５】
＜効果＞
本実施の形態７における半導体装置において、接合面７における複数箇所の超音波接合のそれぞれは、超音波接合の際の振動方向が互いに異なる。
【００９６】
従って、本実施の形態７では、超音波接合の際の振動方向を、超音波接合する箇所によって変えることで、接合強度の弱い方向を分散させることが可能である。つまり、より均一な接合強度で接合された接合面７を得ることが可能である。
【００９７】
また、超音波接合の際の振動方向を、絶縁基板１の振動に弱い方向と異なる方向にすることによって絶縁基板１にクラックが発生することを避けることができることができる。また、超音波接合の際の振動方向を、電極端子６が熱応力を受けやすい方向とすることで、接合信頼性が向上する。
【００９８】
＜実施の形態８＞
＜構成＞
図１０は、本実施の形態８における半導体装置の電極端子６と導電性パターン４ｂの斜視図である。本実施の形態８における半導体装置は、実施の形態１（図１および図２）と同様に、電極端子６は、１つの接合面７で導電性パターン４ｂと超音波接合されている。この接合面７は２ヶ所の接合箇所を備える。電極端子６の根本には、超音波接合の際に形成された２つの窪み５ａ，５ｂが生じている。ここで、平面視で窪み５ｂは窪み５ａの内側に形成されている。つまり、１回目に超音波接合した接合箇所に重なるように、２回目の超音波接合が行われる。
【００９９】
＜効果＞
本実施の形態における半導体装置の接合面７において、超音波接合の箇所が平面視で重なるように複数回超音波接合が行われている。
【０１００】
従って、本実施の形態８においては、同一の接合面７において、複数の超音波接合部を重ねて設けることにより、接合面７内において接合力が強化されている箇所を設けることができる。例えば、絶縁基板１の端面付近を含む面に対して電極端子１を接合する際は、絶縁基板１にダメージを与えないエネルギーで１回目の超音波接合を行った後、絶縁基板１の中央付近のみに対して、２回目の超音波接合を行う。これにより、絶縁基板１に超音波接合によるクラックが発生することを防ぐとともに、所望の接合強度を得ることができる。
【０１０１】
＜実施の形態９＞
＜構成＞
図１１は、本実施の形態９における半導体装置の電極端子６と導電性パターン４ｂの斜視図である。また、図１２は、図１１中の線分ＡＢにおける断面図である。
【０１０２】
本実施の形態９において、電極端子６の根本にはコイニングが施されている。図１２に示すように、コイニングにより、電極端子６の根本の上面には凹部６ｅが形成されると同時に、電極端子６の根本の下面には凸部６ｆが形成される。
【０１０３】
また、絶縁基板１の上面には、凸部６ｆに対応する位置に凹部が設けられている。この凹部は機械加工またはエッチングにより形成される。絶縁基板１表面には導電性パターン４ｂが設けられているため、図１２に示すように、絶縁基板１の凹部に対応する位置において、導電性パターン４ｂにも凹部４１ｂが形成される。
【０１０４】
製造工程においては、まず、導電性パターン４ｂ上に電極端子６を配置する。このとき、電極端子６の凸部６ｆを、導電性パターン４ｂの凹部４１ｂに嵌合させる。そして、電極端子６の上面にツールを圧接して、電極端子６を導電性パターン４ｂに超音波接合する。超音波接合により、電極端子６の根本の上面には窪み５が形成される。
【０１０５】
なお、本実施の形態では、電極端子６に凸部を形成し、導電性パターン４ｂに凹部を形成したが、電極端子６に凹部を形成し、導電性パターン４ｂに凸部を形成して嵌合させる構成としてもよい。
【０１０６】
＜効果＞
本実施の形態９における半導体装置は、導電性パターン４ｂが形成された絶縁基板１と、導電性パターン４ｂに接合された電極端子６および半導体素子と、を備え、電極端子６と、導電性パターン４ｂとは接合面７で超音波接合されており、接合面７において、電極端子６には凸部６ｆが設けられ、かつ導電性パターン４ｂには凹部４１ｂが設けられるか、もしくは、電極端子６には凹部が設けられ、かつ導電性パターン４ｂには凸部が設けられ、凸部６ｆと凹部４１ｂが嵌合している。
【０１０７】
本実施の形態９においては、凸部６ｆが凹部４１ｂに嵌合している。超音波接合を行う前に、凸部６ｆと凹部４１ｂを嵌合させることにより、電極端子６の導電性パターン４ｂに対する位置決めが容易となる。これにより、超音波接合時に電極端子６と導電性パターン４ｂの相対位置が安定し、超音波接合のエネルギーが十分に得られる。安定した超音波接合を得られるため、接合信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【０１０８】
＜実施の形態１０＞
（構成の説明）
図１３は、本実施の形態１０における半導体装置の平面図と、電極端子６と導電性パターン４ｂの断面図である。
【０１０９】
本実施の形態１０の半導体装置は、電極端子６と導電性パターン４ｂとの接合面の形状を除き、実施の形態１（図１、図２）と同様の構成である。
【０１１０】
電極端子６の根本の下面には凸部６ｇが形成されている。また、導電性パターン４ｂの表面には凹部４２ｂが形成されている。この凸部６ｇは凹部４２ｂに嵌合する形状である。例えば、凸部６ｇは機械加工により形成され、凹部４２ｂはエッチングにより形成される。
【０１１１】
製造工程においては、まず、導電性パターン４ｂ上に電極端子６を配置する。このとき、電極端子６の凸部６ｇを、導電性パターン４ｂの凹部４２ｂに嵌合させる。そして、電極端子６の上面にツールを圧接して、電極端子６を導電性パターン４ｂに超音波接合する。このとき、２ヶ所で超音波接合を行う。超音波接合により、電極端子６の根本の上面には２つの窪み５ａ，５ｂが形成される。本実施の形態９において、超音波接合された箇所と、凸部６ｇおよび凹部４２ｂとは平面視で重なるとする。即ち、電極端子６の上面の２つの窪み５ａ，５ｂと凸部６ｇおよび凹部４２ｂとは平面視で重なる。
【０１１２】
なお、本実施の形態では、電極端子６に凸部を形成し、導電性パターン４ｂに凹部を形成したが、電極端子６に凹部を形成し、導電性パターン４ｂに凸部を形成して嵌合させる構成としてもよい。また、凸部６ｇおよび凹部４２ｂは複数形成されてもよい。また、凸部６ｇおよび凹部４２ｂの角は滑らかであってもよい。
【０１１３】
＜効果＞
本実施の形態９における半導体装置において、凸部６ｇおよび凹部４２ｂは超音波接合された箇所と平面視で重なる。
【０１１４】
本実施の形態９においては、凸部６ｆが凹部４１ｂに嵌合している。超音波接合を行う前に、凸部６ｆと凹部４１ｂを嵌合させることにより、電極端子６の導電性パターン４ｂに対する位置決めが容易となる。これにより、超音波接合時に電極端子６と導電性パターン４ｂの相対位置が安定し、超音波接合のエネルギーが十分に得られる。また、接合面の超音波接合する箇所に凹凸を設けることによって、接合面の面積を増加させることができるため、接合強度が増大する。以上により、接合信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【０１１５】
また、本実施の形態９における半導体装置において、前記超音波接合される箇所は複数である。
【０１１６】
従って、各々の接合部の面積を小さくすることができる。よって、各々の接合部にかかる熱応力の絶対値を小さくすることができるため、接合面７の剥離を抑制できる。また、接合部の総面積を増加させるので、信頼性の高い半導体装置を得られる。
【０１１７】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【０１１８】
１  絶縁基板、２  ＭＯＳＦＥＴチップ、３  ＳＢＤチップ、４ａ，４ｂ，４ｃ  導電性パターン、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ  窪み、６  電極端子、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ  分岐部、７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ  接合面、８  接合材、９  封止材、１０  アウトサートケース、１１  ベース板、１２  接着剤、１３  ツール、１４  金属ワイヤ。
【図１】
2016031020.tif 000003
【図２】
2016031020.tif 000004
【図３】
2016031020.tif 000005
【図４】
2016031020.tif 000006
【図５】
2016031020.tif 000007
【図６】
2016031020.tif 000008
【図７】
2016031020.tif 000009
【図８】
2016031020.tif 000010
【図９】
2016031020.tif 000011
【図１０】
2016031020.tif 000012
【図１１】
2016031020.tif 000013
【図１２】
2016031020.tif 000014
【図１３】
2016031020.tif 000015
【図１４】
2016031020.tif 000016
【図１５】
2016031020.tif 000017
【図１６】
2016031020.tif 000018
【国際調査報告】
2016031020.tif 000019
2016031020.tif 000020