(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属素材からなり、一端に平面部分を有する本体と、
前記平面部分のみにおいて前記本体と圧延接合され、前記第１金属素材以外のクラッド材である第２金属素材からなる第１接合部と、
前記本体の他端と接合され、前記第１金属素材以外のクラッド材である第３金属素材からなる第２接合部と
を備え、
前記第１接合部が、第１被接合体と超音波接合可能であり、
弾性変形可能な弾性部が、前記本体の前記一端と前記本体の前記他端との間に設けられ、
前記第２接合部は、第２被接合体と超音波接合可能である、電極端子。
【請求項２】
第１金属素材からなり、一端に平面部分を有する本体と、
前記平面部分のみにおいて前記本体と圧延接合され、前記第１金属素材以外のクラッド材である第２金属素材からなる第１接合部と、
第１被接合体と
を備え、
前記第１接合部が、前記第１被接合体と超音波接合可能であり、
弾性変形可能な弾性部が、前記本体の前記一端と前記本体の他端との間に設けられ、
溝または凹凸が、前記第１接合部のうちの前記第１被接合体と超音波接合される面に設けられ、
前記第１被接合体に設けられた凸部が、前記溝の底部または前記凹凸の底部と対向する、半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電極端子であって、
前記弾性部は、曲げ部、または、切欠き部を含む、電極端子。
【請求項４】
請求項１に記載の電極端子であって、
穴または凹凸が、前記本体の表面に設けられた、電極端子。
【請求項５】
請求項２に記載の半導体装置であって、
前記本体の前記他端は、第２被接合体と超音波接合可能である、半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体装置であって、
前記第１接合部または前記本体の前記他端が、超音波接合の代わりに、はんだまたはネジによって接合可能である、半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電極端子であって、
前記第１接合部は、平面視において前記本体の前記一端から突出している、電極端子。
【請求項８】
請求項１に記載の電極端子と、
前記第１被接合体と
を備え、
前記第１被接合体は、半導体チップまたは回路パターンを含み、かつ前記第１接合部と超音波接合される、半導体装置。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体装置であって、
前記第１被接合体の側部を囲うケースをさらに備え、
前記電極端子の前記本体は、前記ケースと一体化された、半導体装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の半導体装置であって、
前記第１被接合体は前記半導体チップであり、
前記半導体チップと電気的に接続された制御回路部をさらに備える、半導体装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の半導体装置であって、
前記半導体チップはワイドバンドギャップ半導体からなる、半導体装置。
【請求項１２】
請求項２、請求項８から請求項１１のうちのいずれか１項に記載の半導体装置を備える、電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被接合体と超音波接合可能な電極端子と、それを備える半導体装置及び電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体素子が筐体内に搭載された電力制御用の半導体モジュール（半導体装置）は、パワーモジュールと呼ばれている。パワー半導体素子には、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などのスイッチングデバイス、及び、還流ダイオード（ＦＷＤｉ）などが適用される。以上のようなパワーモジュールにおいて、パワー半導体チップからの電極の取り出しには、従来、ワイヤボンディングや、ダイレクトリードボンディングなどの接合方法が用いられている。
【０００３】
ワイヤボンディングでは、径が数十〜数百μｍのワイヤをボンディングすることが一般的であり、通電に必要な電流の許容量を確保するために、複数のワイヤがボンディングされる。
【０００４】
しかしながら、ボンディング装置の物理的な寸法制約があるので、複数のワイヤを高密度でボンディングを行うには限界があり、所望の数のワイヤをボンディングすることができないことがあった。この結果、一本当たりのワイヤに流れる電流密度が大きくなり、通電時のワイヤの発熱が大きくなることから、パワー半導体チップと接合面との接合寿命が低下する問題や、ワイヤ周辺の部材を高耐熱化しなければならないという別の問題が発生していた。また、ワイヤの本数が少ないほど、配線のインピーダンス成分が大きくなるため、所望の電気特性が得られない場合があった。例えば、電極配線のインピーダンスが大きい場合、パワー半導体の高速スイッチング動作の際に発生するサージ電圧が大きくなるので、パワー半導体素子で使用可能な電圧及び電流領域が大きく制約されることがあった。
【０００５】
以上のようなワイヤボンディングとは別の接合方法として、電極端子を直接、パワー半導体チップ上にはんだ付けするダイレクトリードボンディングがある（例えば特許文献１）。この接合方法では、ワイヤボンディングのワイヤよりも断面積及び接合面積が大きい電極が接合されるため、電流密度の低減による発熱の低減、接合部の寿命向上、電極及びチップ周囲の部材の耐熱性のマージンの確保、及び、インピーダンスの低減といった効果が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０００８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のようなダイレクトリードボンディングにおいて、はんだ接合するためには、チップ表面をはんだ付けに適した「金」等の金属素材に変更する必要がある。このような変更には、パワー半導体チップの接合面に「金」等からなる接合層を形成することが想定される。しかしながら、接合層を形成するために、スパッタなどの工程を追加する必要が生じ、製造工程が複雑化してしまうという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、装置の信頼性及び寿命を高めることが可能な技術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】
【０００９】
本発明に係る電極端子は、第１金属素材からなり、一端に平面部分を有する本体と、前記平面部分のみにおいて前記本体と圧延接合され、前記第１金属素材以外のクラッド材である第２金属素材からなる第１接合部と、前記本体の他端と接合され、前記第１金属素材以外のクラッド材である第３金属素材からなる第２接合部とを備える。前記第１接合部が、第１被接合体と超音波接合可能であり、弾性変形可能な弾性部が、前記本体の前記一端と前記本体の前記他端との間に設けられ、前記第２接合部は、第２被接合体と超音波接合可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１接合部が、第１被接合体と超音波接合可能であり、弾性変形可能な弾性部が、本体の一端と本体の他端との間に設けられている。これにより、装置の信頼性及び寿命を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】関連パワーモジュールの構成を示す分解斜視図である。
【図２】関連パワーモジュールの構成を示す断面図である。
【図３】関連パワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図４】実施の形態１に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図５】クラッド材を説明するための図である。
【図６】実施の形態１に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図７】実施の形態１に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図８】実施の形態２に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図９】実施の形態３に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図１０】実施の形態３に係るパワーモジュールの一部の構成を示す斜視図である。
【図１１】実施の形態３に係るパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【図１２】実施の形態４に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図１３】実施の形態４に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図１４】実施の形態４に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図１５】実施の形態５に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図１６】実施の形態６に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図１７】実施の形態６に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図１８】実施の形態７に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図１９】ワイヤボンディングを説明するための平面図である。
【図２０】ワイヤボンディングを説明するための平面図である。
【図２１】ワイヤボンディングを説明するための平面図である。
【図２２】実施の形態７に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図２３】実施の形態７に係るパワーモジュールの一部の構成を示す平面図である。
【図２４】実施の形態８に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図２５】実施の形態８に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。
【図２６】変形例に係るパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る半導体装置は、パワーモジュールであるものとして説明する。なお、図面は概略的に示されるものであり、異なる図面にそれぞれ示される構成要素の大きさと位置との相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。
【００１３】
＜関連パワーモジュール＞
まず、本発明の実施の形態に係るパワーモジュールについて説明する前に、これと関連するパワーモジュール（以下、「関連パワーモジュール」と記す）について説明する。図１は、関連パワーモジュールの構成を示す分解斜視図であり、図２は、関連パワーモジュールの構成を示す断面図である。
【００１４】
関連パワーモジュールは、ベース１１と、ベース１１上にはんだ１２及び回路パターン１３ｂを介して配設された絶縁基板（絶縁層）１４と、絶縁基板１４上に回路パターン１３ａ及びはんだ１５を介して配設されたパワー半導体チップ（半導体チップ）１６と、はんだ１７によってパワー半導体チップ１６と接合された主電極端子１８と、ワイヤ１９を介してパワー半導体チップ１６と接続された内部中継用の制御信号端子２０とを備える。
【００１５】
また、関連パワーモジュールは、制御信号端子２０と接続され、かつ制御ＩＣ（Integrated Circuit）２１ａ及び制御回路部品２１ｂが配設された制御基板（プリント基板）２２と、制御基板２２と接続され、一部が外部に露出する外部入出力用の制御信号端子２３と、関連パワーモジュールの構成要素を概ね覆う封止樹脂２４とを備える。
【００１６】
加えて、関連パワーモジュールは、封止樹脂２４などを収納し、ベース１１が底部に適用された筐体を形成するケース２５及び蓋２６を備える。
【００１７】
図３は、関連パワーモジュールのパワー半導体チップ１６、はんだ１７及び主電極端子１８を拡大した断面図である。主電極端子１８は、一つの金属素材からなる板部材を屈曲させることによって形成されている。
【００１８】
パワー半導体チップ１６の上面には、はんだ接合可能な金属素材（例えば銅、金など）からなる接合層１６ａがスパッタなどで形成（配設）されており、主電極端子１８は、はんだ１７によって接合層１６ａと接合されている。
【００１９】
以上のような関連パワーモジュールでは、断面積及び接合面積が比較的大きい主電極端子１８が、パワー半導体チップ１６と電気的に接続される。このため、電流密度の低減による発熱の低減、接合部の寿命向上、電極及びチップ周囲の部材の耐熱性のマージンの確保、及び、インピーダンスの低減といった効果を得ることができる。
【００２０】
しかしながら、はんだ１７とパワー半導体チップ１６との間の接合強度が比較的弱いことから、はんだ付けに適した接合層１６ａを配設しなければならず、工程が複雑化してしまうという問題があった。これに対して、以下で説明する本発明の実施の形態１〜８及び変形例に係るパワーモジュールによれば、そのような問題を解決することが可能となっている。
【００２１】
＜実施の形態１＞
図４は、本実施の形態１に係るパワーモジュールの一部の構成を示す断面図である。なお、本実施の形態１で説明する構成要素のうち、関連パワーモジュールと同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。また本実施の形態１では、本発明に係る電極端子を主電極端子１８に適用しているが、これに限ったものではなく、後述するように他の電極端子に適用してもよい。
【００２２】
図４の主電極端子１８は、本体３１と、第１接合部３２とを備えており、複数の素材（第１金属素材及び第２金属素材）から構成されている。
【００２３】
本体３１は、第１金属素材（例えば銅などの金属素材）からなる板部材を屈曲させてなる。本実施の形態１では、本体３１の一端と本体３１の他端との間には、バネ効果（ベンド効果）を持たせるための曲げ部が、弾性変形可能な弾性部３１ａとして設けられている。
【００２４】
第１接合部３２は、第１金属素材以外のクラッド材である第２金属素材（例えばアルミニウムなどの金属素材）からなり、本体３１の一端と接合されている。以下、本体３１の端のうち、第１接合部３２が接合された端を「一端」と記し、第１接合部３２が接合されていない端を「他端」と記して説明する。
【００２５】
図５に示すように、クラッド材とは、ローラ７１などによって圧延することにより、一方の金属素材７２に接合された他方の金属素材７３である。このため、図４のクラッド材である第１接合部３２は、圧延によって本体３１に接合されている。そして、本体３１と接合された第１接合部３２は、第１被接合体と超音波接合可能になっている。
【００２６】
図６は、本実施の形態１に係るパワーモジュールの主電極端子１８の接合状態を示す断面図である。第１被接合体であるパワー半導体チップ１６は、第１接合部３２と超音波接合されている。
【００２７】
以上のように構成された本実施の形態１では、主電極端子１８の断面積及び接合面積が、関連パワーモジュールの主電極端子１８（図３）と同様に比較的大きくなっている。このため、関連パワーモジュールの主電極端子１８と同様に、電流密度の低減による発熱の低減、接合部の寿命向上、電極及びチップ周囲の部材の耐熱性のマージンの確保、及び、インピーダンスの低減といった効果を得ることができる。
【００２８】
また本実施の形態１では、超音波接合可能な第１接合部３２を備えるので、関連パワーモジュールよりも、パワー半導体チップ１６と主電極端子１８との間の接合強度を高めることができ、この結果として信頼性及び寿命を高めることができる。なお、図３の例において、関連パワーモジュールの主電極端子１８が、接合層１６ａを介してパワー半導体チップ１６と接合されていたのと同様に、図６の例では、主電極端子１８が、超音波接合可能な金属素材（例えばアルミニウム、金、銀、銅など）からなる接合層１６ｂを介してパワー半導体チップ１６と接合されている。しかしながら、本実施の形態１によれば、接合層１６ｂがなくても、パワー半導体チップ１６と主電極端子１８との間の接合強度を関連パワーモジュールよりも高めることができる。つまり、本実施の形態１において接合層１６ｂは必須ではないことから、工程の簡素化及び生産性の改善化が期待できる。
【００２９】
ところで、主電極端子１８の他端は、図１に示すように、筐体と固定されたり、その一部が外部電極端子として固定されたりする。このため、パワーモジュール自体に熱による変形や振動などが発生すると、応力や歪が、主電極端子１８（本体３１）の一端に伝わる。この結果、パワー半導体チップ１６と主電極端子１８（第１接合部３２）との間の接合に疲労が生じてしまい、当該接合の寿命が低下する可能性がある。また、例えば、パワー半導体チップ１６に超音波接合する際の超音波の振動が、主電極端子１８（本体３１）の他端に伝わると、当該他端の筐体に対する固定が劣化する可能性がある。
【００３０】
これに対して本実施の形態１では、本体３１の一端及び他端の間（図４及び図６では本体３１の一端近傍）に、弾性部３１ａが設けられている。これにより、本体３１の一端及び他端のうちの一方における、上下左右方向の動きなどが、他方に影響することを低減できる。つまり、本体３１の一端及び他端のうちの一方の変形や振動が、他方に連動されにくくなる。よって、パワー半導体チップ１６と主電極端子１８との間の接合の寿命、及び、本体３１の他端と筐体との固定の寿命を高めることができる。
【００３１】
なお、以上の説明では、本体３１の一端及び他端の間に、バネ効果（ベンド効果）を持たせるための曲げ部が、弾性変形可能な弾性部３１ａとして設けられていた。しかしこれに限ったものではなく、図７に示すように、本体３１の一端及び他端の間（図７では本体３１の一端近傍）に、切欠き部が、弾性変形可能な弾性部３１ａとして設けられてもよい。また、以上の説明において、第１接合部３２と超音波接合される第１被接合体は、パワー半導体チップ１６であるものとして説明したが、これに限ったものではなく、例えば後述するように回路パターンなどであってもよい。
【００３２】
＜実施の形態２＞
図８は、本実施の形態２に係るパワーモジュールの構成の一部を示す断面図である。なお、本実施の形態２で説明する構成要素のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
【００３３】
本実施の形態２では、一つ以上の凹凸３１ｂが、本体３１の表面の一部または全部に設けられている。例えば、図８の例では、複数の凹凸（くぼみ）３１ｂが、本体３１の表面のほぼ全部に設けられている。なお、図示しないが、一つ以上の凹凸３１ｂの代わりに、一つ以上の穴が、本体３１の表面の一部または全部に設けられてもよい。そして、凹凸３１ｂ及び穴は、パンチングやレーザー加工などの機械的処理を用いて形成されてもよいし、表面粗化処理などの化学的処理を用いて形成されてもよい。
【００３４】
ここで一般的に、高周波スイッチング時の電流は、表皮効果により、主電極端子１８の表面を流れる。本実施の形態２では、上述の凹凸３１ｂまたは穴を本体３１の表面に設けることにより、主電極端子１８の表面積を大きくすることができる。このため、高周波スイッチング時のインピーダンスを低減することができる。
【００３５】
＜実施の形態３＞
図９及び図１０は、本実施の形態３に係るパワーモジュールの構成の一部を示す断面図及び斜視図であり、図１１は、当該パワーモジュールの構成を示す断面図である。なお、本実施の形態３で説明する構成要素のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
【００３６】
本実施の形態３に係るケース２５は、例えば樹脂からなり、実施の形態１と同様に、第１被接合体であるパワー半導体チップ１６の側部を囲っている。そして、本実施の形態３では、主電極端子１８の本体３１は、ケース２５と一体化されている。なお、本体３１をケース２５と一体化する構成は、例えば、ケース成形とともに主電極端子１８を並行して成形するインサート成形（成型）方法や、ケース２５を個別に成形してから主電極端子１８を別途挿入するアウトサート成形（成型）方法などを用いて形成することができる。
【００３７】
以上のように構成された本実施の形態３によれば、主電極端子１８の本体３１が、ケース２５と一体化さされているので、主電極端子１８のパワー半導体チップ１６への超音波接合工程とともに、パワーモジュールの筐体の組立工程も並行して行うことができる。したがって、主電極端子１８をパワー半導体チップ１６に超音波接合する構成において、モジュールの組立性を向上させることができる。
【００３８】
＜実施の形態４＞
図１２は、本実施の形態４に係るパワーモジュールの構成の一部を示す断面図である。なお、本実施の形態４で説明する構成要素のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
【００３９】
本実施の形態４では、電極端子３３が、実施の形態１で説明した主電極端子１８と同様に、本体３１及び第１接合部３２を備えている。そして、本体３１の一端と接合された第１接合部３２は、第１被接合体と超音波接合可能となっており、本体３１の他端は、第２被接合体と超音波接合可能となっている。
【００４０】
図１２の例では、絶縁基板１４の上面に互いに離間された回路パターン１３ａ１，１３ａ２が配設され、回路パターン１３ａ１上にはんだ１５を介してパワー半導体チップ１６が配設されている。そして、パワー半導体チップ１６が、上述の第１被接合体に適用され、回路パターン１３ａ２が、上述の第２被接合体に適用されている。つまり、図１２の例では、本体３１の一端側の第１接合部３２とパワー半導体チップ１６とが超音波接合され、本体３１の他端と回路パターン１３ａ２とが超音波接合されている。
【００４１】
以上のような本実施の形態４によれば、電極端子３３が、パワー半導体チップ１６及び回路パターン１３ａ２の両方と超音波接合可能である。これにより、接合強度の高いパワーモジュールを容易に実現することができる。また図１２の構成において、パワー半導体チップ１６の素材と回路パターン１３ａ２の素材とが互いに異なる場合には、第１接合部３２の第２金属素材に、パワー半導体チップ１６と超音波接合しやすい金属素材を適用することができ、本体３１の第１金属素材に、回路パターン１３ａ２と超音波接合しやすい金属素材を適用することができる。この結果、接合強度をより高めることができる。
【００４２】
なお、第１被接合体及び第２被接合体は、図１２の構成要素に限ったものではなく、例えば、図１３及び図１４に示すように別の構成要素が適用されてもよい。
【００４３】
図１３は、第１被接合体及び第２被接合体の別の例を示す断面図である。図１３の例では、回路パターン１３ａ１が第１被接合体に適用され、回路パターン１３ａ２が第２被接合体に適用されている。つまり、図１３の例では、本体３１の一端側の第１接合部３２と回路パターン１３ａ１とが超音波接合され、本体３１の他端と回路パターン１３ａ２とが超音波接合されている。
【００４４】
以上のような図１３の構成によっても、接合強度の高いパワーモジュールを容易に実現することができる。また図１３の構成において、回路パターン１３ａ１，１３ａ２の素材が互いに異なる場合には、第１接合部３２の第２金属素材に、回路パターン１３ａ１と超音波接合しやすい金属素材を適用することができ、本体３１の第１金属素材に、回路パターン１３ａ２と超音波接合しやすい金属素材を適用することができる。この結果、接合強度をより高めることができる。
【００４５】
図１４は、第１被接合体及び第２被接合体の別の例を示す断面図である。図１４の例では、一つの絶縁基板１４の代わりに、複数の絶縁基板（絶縁基板１４ａ，１４ｂ）が設けられている。絶縁基板１４ａ，１４ｂの上面には回路パターン１３ａ１，１３ａ２がそれぞれ配設され、絶縁基板１４ａ，１４ｂの下面には回路パターン１３ｂ１，１３ｂ２がそれぞれ配設されている。そして、回路パターン１３ａ１が第１被接合体に適用され、回路パターン１３ａ２が第２被接合体に適用されている。つまり、図１４の例では、本体３１の一端側の第１接合部３２と回路パターン１３ａ１とが超音波接合され、本体３１の他端と回路パターン１３ａ２とが超音波接合されている。
【００４６】
以上のような図１４の構成によっても、接合強度の高いパワーモジュールを容易に実現することができる。また図１４の構成において、回路パターン１３ａ１，１３ａ２の素材が互いに異なる場合には、第１接合部３２の第２金属素材に、回路パターン１３ａ１と超音波接合しやすい金属素材を適用することができ、本体３１の第１金属素材に、回路パターン１３ａ２と超音波接合しやすい金属素材を適用することができる。この結果、接合強度をより高めることができる。
【００４７】
＜実施の形態５＞
図１５は、本実施の形態５に係るパワーモジュールの構成の一部を示す断面図である。なお、本実施の形態５で説明する構成要素のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
【００４８】
本実施の形態５では、電極端子３３が、実施の形態１で説明した主電極端子１８と同様に、本体３１及び第１接合部３２を備えるだけでなく、第２接合部３４を備える。第２接合部３４は、第１金属素材以外のクラッド材である第３金属素材からなり、本体３１の他端と接合されている。そして本実施の形態５では、本体３１の一端と接合された第１接合部３２は、第１被接合体と超音波接合可能となっており、本体３１の他端と接合された第２接合部３４は、第２被接合体と超音波接合可能となっている。
【００４９】
図１５の例では、絶縁基板１４ａ，１４ｂの上面には回路パターン１３ａ１，１３ａ２がそれぞれ配設され、絶縁基板１４ａ，１４ｂの下面には回路パターン１３ｂ１，１３ｂ２がそれぞれ配設され、回路パターン１３ａ１上にはんだ１５を介してパワー半導体チップ１６が配設されている。そして、パワー半導体チップ１６が第１被接合体に適用され、回路パターン１３ａ２が第２被接合体に適用されている。つまり、図１５の例では、第１接合部３２とパワー半導体チップ１６とが超音波接合され、第２接合部３４と回路パターン１３ａ２とが超音波接合されている。
【００５０】
以上のような本実施の形態５によれば、実施の形態４よりも基板構成を小型化することができる。また、本体３１の第１金属素材に、例えば接合強度の向上よりも抵抗の低下を優先可能な金属素材を適用することができる。
【００５１】
＜実施の形態６＞
図１６及び図１７は、本実施の形態６に係るパワーモジュールの構成の一部を示す断面図である。なお、本実施の形態６で説明する構成要素のうち、実施の形態４と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
【００５２】
本実施の形態６では、第１接合部３２または本体３１の他端（クラッド電極部でない部分）が、超音波接合の代わりに、はんだまたはネジによって接合可能となっている。以下では、第１接合部３２が、はんだまたはネジによって接合可能となっている構成について説明するが、本体３１の他端が、はんだまたはネジによって接合可能となっている構成も、以下の説明と同様である。なお、本実施の形態６では、第１接合部３２の厚みは、従来の一般的なメッキ厚（２〜６μｍ）よりも厚い（例えば５０μｍ以上）ものとする。
【００５３】
図１６の例では、第１接合部３２が、はんだ３６によって第１被接合体（接合先の金属部材３８）と接合されている。なお、図１６の例では、第１接合部３２の第２金属素材に、はんだ接合性を高めることが可能なすずが適用されているが、これに限ったものではない。
【００５４】
ここで一般的な構成では、はんだ接合部にすずメッキを適用することにより、はんだ接合性を高めている。しかしながら、そのような構成では、接合部に高い応力が印加された場合に、すずメッキが剥がれ、接合劣化が生じる場合がある。また、接合や分離を繰り返すことで、表面のメッキ層が消失する場合があり、摩耗による劣化が生じる。これに対して、図１６の例では、はんだ接合において高い接合性を有し、かつ厚さが比較的厚い第１接合部３２が設けられているので、はんだ接合性（例えばはんだ接合の寿命など）を高めることができる。
【００５５】
図１７の例では、第１接合部３２が、ネジ３７によって第１被接合体（接合先の金属部材３８）と接合されている。なお、図１７の例では、第１接合部３２の第２金属素材に、ネジ止め接合性を高めることが可能な金が適用されているが、これに限ったものではない。
【００５６】
ここで一般的な構成では、ネジ止め接合部に金メッキを適用することにより、接触時のネジ止め接合性を向上させている。しかしながら、そのような構成では、接合部に高い応力が印加された場合に、金メッキが剥がれ、接合劣化が生じる場合がある。また、接合や分離を繰り返すことで、表面のメッキ層が消失する場合があり、摩耗による劣化が生じる。これに対して、図１７の例では、ネジ止め接合において高い接合性を有し、かつ厚さが比較的厚い第１接合部３２が設けられているので、ネジ止め接合性（例えばネジ止め接合の寿命など）を高めることができる。
【００５７】
なお、以上の説明では、各素材として一部の金属を例に挙げたが、接合先の金属部材と親和性の高い素材であれば、金属以外の素材を用いてもよい。
【００５８】
＜実施の形態７＞
図１８は、本実施の形態７に係るパワーモジュールの構成の一部を示す断面図である。なお、本実施の形態７で説明する構成要素のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
【００５９】
本実施の形態７に係る主電極端子１８の第１接合部３２は、平面視において本体３１の一端から突出（露出）している。
【００６０】
ここで、図１９及び図２０の平面図に示すように、通常のワイヤ４１を用いたワイヤボンディングでは、パワー半導体チップ１６にワイヤ４１の一端を接合した後、縦方向や斜め方向など所望の方向に当該ワイヤ４１を引き出すことができる。
【００６１】
一方、図２１に示すように、電流密度の低減が可能な幅広のリボン型のワイヤ４２を用いたワイヤボンディングでは、パワー半導体チップ１６にワイヤ４２の一端を接合した後、幅方向と垂直方向にしか当該ワイヤ４２を引き出すことができなかった。つまり、引き出し方向（接合方向）に制約があった。
【００６２】
これに対して本実施の形態７によれば、図２２の断面図及び図２３の平面図に示すように、平面視にて突出（露出）している第１接合部３２において、ワイヤボンディングと同様の接合（超音波接合）を行うことができる。このため、図２３に示すように、平面視での本体３１の形状を適切に設計すれば、主電極端子１８を所望の方向（例えば斜め方向や横方向）に引き出すことができる。つまり、引き出し方向（接合方向）の自由度を高めることができる。また、このような構成を、従来のワイヤボンディングと同様の接合（超音波接合）によって実現することができる。
【００６３】
＜実施の形態８＞
図２４は、本実施の形態８に係るパワーモジュールの構成の一部を示す断面図である。なお、本実施の形態８で説明する構成要素のうち、実施の形態１と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
【００６４】
本実施の形態８では、図２４に示すように、溝３２ａまたは図示しない凹凸が、第１接合部３２のうちの第１被接合体と超音波接合される面に設けられている。つまり、本実施の形態８では、第１接合部３２の超音波接合される面の高さが均一でなく、部分的に異なっている。なお、溝３２ａまたは図示しない凹凸は、エッチングなどの化学的処理を用いて形成されてもよいし、パンチングやレーザー加工などの機械的処理を用いて形成されてもよい。
【００６５】
さて、図２５に示すように、パワー半導体チップ１６上に、ゲート信号の配線やセンサ部など、物理的に超音波接合できない凸部１６ｃが存在する場合には、超音波接合の対象から当該凸部を除く必要がある。しかしながら、第１被接合体と超音波接合される面が平坦である場合には、凸部１６ｃを避けるために、電極の本数を増やしたり、電極を二股にしたりする必要があり、製造工程が複雑化する。
【００６６】
これに対して、本実施の形態８では、溝３２ａまたは図示しない凹凸が、第１接合部３２のうちの第１被接合体と超音波接合される面に設けられているので、製造工程を必要以上に複雑化することなく、凸部１６ｃを超音波接合の対象から除くことができる。
【００６７】
＜変形例＞
以上で説明した実施の形態１〜８の構成は、適宜組み合わせてもよい。図２６は、実施の形態１〜８を適宜組み合わせたパワーモジュールの構成の一例を示す断面図である。
【００６８】
図２６のパワーモジュールは、実施の形態１で説明した主電極端子１８（図６）と、実施の形態５で説明した電極端子３３（図１５）とを備えている。したがって、実施の形態１及び実施の形態４と同様の効果を得ることができる。
【００６９】
また図２６のパワーモジュールでは、実施の形態３と同様に、主電極端子１８の本体３１は、ケース２５と一体化されている。したがって、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
また、図２６のパワーモジュールは、制御回路部（制御ＩＣ２１ａ及び制御回路部品２１ｂ）が、パワー半導体チップ１６と電気的に接続されたインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）である。このような構成では、コアブロック部と制御ブロック部とが分割可能となっている。
【００７１】
ここで一般的に、ＩＰＭは、制御回路も搭載するので、ユーザー側の製品構成を小型化することができるが、ＩＰＭ自体にさらなる小型化及び高集積化が要求されている。しかしながら、小型化及び高集積化による熱集中により、パワーモジュールとしての信頼性が課題になることがあった。
【００７２】
これに対して、図２６のパワーモジュールでは、上述した主電極端子１８及び電極端子３３の少なくともいずれか１つを備えることから、信頼性を高めることができる。このことは、特に、小型化及び高集積化が要求されるＩＰＭの分野において有効である。
【００７３】
なお、実施の形態１〜８で説明した１以上のパワーモジュールを搭載した電力変換装置（例えばインバータ装置、コンバータ装置、サーボアンプ、電源ユニットなど）が構成されてもよい。これにより、ワイヤボンドなどの接合よりも高い信頼性及び寿命を有する電力変換装置を実現することができる。また、高寿命であることを利用することで、従来装置よりも高出力化が期待できる。したがって、電力変換装置の回路構成及び筐体の小型化、または、電力変換装置の出力性能の向上が期待できる。なお、入力電源の入力及び電力変換装置の出力の電力には、単相、三相、直流、交流などの種類は問わない。
【００７４】
また、パワー半導体チップ１６は、Ｓｉ（珪素）から構成されてもよいが、例えばＳｉＣ（炭化珪素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）などのワイドバンドギャップ半導体から構成されてもよい。一般的に、ワイドバンドギャップ半導体によれば、高速スイッチング化によるモジュール自体の低損失化や、高温耐量などのメリットが得られるので、ワイドバンドギャップ半導体からなるデバイスは、シリコンデバイスよりも高周波、高速スイッチング、高温の条件で使用されることが多い。このような用途に使用されるパワーモジュールには、その内部の配線に、低インピーダンス化、並びに、高周波及び高温動作での接合寿命の向上化が求められる。このため、実施の形態１〜８で説明したパワーモジュール、及び、当該パワーモジュールからなる電力変換装置は、ワイドバンドギャップ半導体から構成される際に特に効果を発揮する。
【００７５】
また、ＳｉＣ、ＧａＮなどのワイドバンドギャップ半導体は、Ｓｉよりも硬度が高い（例えば、Ｓｉのビッカース硬度は１０ＧＰａ程度であるのに対して、ＳｉＣのビッカース硬度は２０ＧＰａ以上ある）。
【００７６】
したがって、例えば、硬度が高いＳｉＣからパワー半導体チップ１６を構成すれば、直接的にパワー半導体チップ１６に超音波接合する際の印加パワーを上げることができる。この結果として、接合強度をより高めることができるという効果が得られる。
【００７７】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態及び各変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態及び各変形例を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１３ａ１，１３ａ２  回路パターン、１６  パワー半導体チップ、１８  主電極端子、２１ａ  制御ＩＣ、２１ｂ  制御回路部品、２５  ケース、３１  本体、３１ａ  弾性部、３１ｂ  凹凸、３２  第１接合部、３２ａ  溝、３３  電極端子、３４  第２接合部、３６  はんだ、３７  ネジ。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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