(57)【要約】【課題】端子を十分な強度で固定した半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１００は、超音波接合により所定の接続箇所に接合される面状部３０ａを含む複数の端子３０を備える。各端子３０は、面状部３０ａにおいて接続箇所に接合される面と反対側の面の上方に所定の空間を設けるように屈曲し、各端子３０に含まれる全ての面状部３０ａは、半導体装置１００の内部から半導体装置１００の外部に向かう方向に延在する。【選択図】図１
2013235882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波接合を利用して製造された半導体装置であって、
前記超音波接合により所定の接続箇所に接合される面状部を有する複数の端子を備え、
各前記端子は、前記面状部において前記接続箇所に接合される面と反対側の面の上方に所定の空間を設けるように屈曲し、
各前記端子が有する全ての前記面状部は、前記半導体装置の内部から前記半導体装置の外部に向かう方向に延在する
半導体装置。
【請求項２】
各前記端子は、前記面状部に対して略垂直な面状の部分を有し、
前記略垂直な面状の部分の厚みをＴ１とし、前記面状部の厚みをＴ２とした場合、
Ｔ１＜Ｔ２が満たされる
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
各前記端子は、該端子の上方からの外力を緩和するベンド効果を有する屈曲部を有する
請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記略垂直な面状の部分に、スリットが設けられる
請求項２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、超音波接合を利用して製造される半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップ等の半導体装置に設けられる端子を、基板等に接合する際には、はんだが主に用いられていた。近年では、半導体チップ等の駆動時の高温化が進んでおり、はんだ接合では、はんだがはずれる可能性が高くなっており、高い信頼性を得られない。
【０００３】
そこで、最近では、特許文献１に記載のように、端子を超音波接合する技術（以下、従来技術Ａともいう）が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７８９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術Ａでは、端子（バスバー）の先端部は、凹部内に設けられており、超音波接合するための超音波ツール（ウエッジ）を、当該先端部に十分に当接させるのは容易ではなかった。そのため、端子の先端部に、超音波ツールからの超音波振動を十分に伝えることができず、端子を十分な強度で固定できないという問題がある。
【０００６】
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、端子を十分な強度で固定した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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る半導体装置は、超音波接合を利用して製造される。前記半導体装置は、前記超音波接合により所定の接続箇所に接合される面状部を有する複数の端子を備え、各前記端子は、前記面状部において前記接続箇所に接合される面と反対側の面の上方に所定の空間を設けるように屈曲し、各前記端子が有する全ての前記面状部は、前記半導体装置の内部から前記半導体装置の外部に向かう方向に延在する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体装置は、前記超音波接合により所定の接続箇所に接合される面状部を含む複数の端子を備える。各前記端子は、前記面状部において前記接続箇所に接合される面と反対側の面の上方に所定の空間を設けるように屈曲し、各前記端子に含まれる全ての前記面状部は、前記半導体装置の内部から外部に向かう方向に延在する。
【０００９】
これにより、超音波接合を行う際に、当該超音波接合を行うための超音波ツールを、各端子の面状部に、容易にかつ確実に当接させることができる。そのため、超音波接合により各端子を精度よく接合することができる。したがって、超音波接合を行う際に、端子を十分な強度で固定することができる。したがって、端子を十分な強度で固定した半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す斜視図である。
【図２】端子の構成を示す図である。
【図３】端子の厚みを説明するための図である。
【図４】実施の形態１の変形例２に係る端子の構成を示す図である。
【図５】実施の形態１の変形例２に係る端子の構成の他の例を示す図である。
【図６】実施の形態１の変形例３に係る端子の構成を示す図である。
【図７】比較例としての半導体装置の構成を示すブロック図である。
【図８】比較例としての半導体装置に対し超音波ツールを使用する一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。以下の説明では、同一の構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明を省略する場合がある。
【００１２】
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、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。
【００１３】
＜比較例＞
図７は、比較例としての半導体装置１０００の構成を示すブロック図である。図７において、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の各々は、互いに直交する。以下の図に示されるＸ，Ｙ，Ｚ方向の各々も、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方向の反対方向とを含む方向を、Ｚ軸方向ともいう。
【００１４】
半導体装置１０００は、基台１０と、６枚の基板２０と、３個の端子４０とを備える。なお、図７には、図の簡略化のために、基台１０および複数の基板２０を収容するための筐体は示していない。
【００１５】
基台１０は、板状の形状を有するベース板である。基台１０の主面には、６枚の基板２０が固定される。６枚の基板２０は、一例として、２行３列に配列される。
【００１６】
各基板２０には、例えば、スイッチング駆動回路が設けられる。当該スイッチング駆動回路は、例えば、電力用インバータ回路を構成する。各基板２０には、スイッチング駆動回路に制御電圧等を印加するための図示しない接続箇所が設けられる。
【００１７】
３個の端子４０は、当該３個の端子４０の上方において図示しない筐体に固定されている。そのため、各端子４０は、基本的には動かない。３個の端子４０は、外部接続のため筐体外へ導出される。３個の端子４０は、Ｙ軸方向に沿って並ぶように設けられる。
【００１８】
各端子４０は、二股の形状を有する。端子４０は、基板２０の主面と平行な２つの面状部４０ａを有する。各面状部４０ａは、端子４０の先端部が屈曲された部分である。各面状部４０ａは、Ｙ方向に延在する。端子４０は、一方の面状部４０ａが接合されると、当該端子４０は動かなくなる（固定される）。
【００１９】
端子４０の接合には、超音波接合するための超音波ツール２００が利用される。超音波ツール２００は、超音波接合を行うための一般的なものであるので、詳細な説明は行わない。以下、簡単に説明する。超音波ツール２００は、所定の方向に超音波振動するとともに、接合の対象物に対し加圧することにより、超音波接合を行う。
【００２０】
ここで、超音波ツール２００は、一例として、Ｙ軸方向に超音波振動するとする。また、超音波接合を行う場合、超音波ツール２００は、Ｙ軸方向に移動するとする。
【００２１】
超音波ツール２００は、各端子４０の各面状部４０ａに、加圧するとともに、面状部４０ａ（端子４０）に超音波振動を伝えることにより、各面状部４０ａは、基板２０の接続箇所に接合される。
【００２２】
端子４０の２つの面状部４０ａは、ある列（Ｘ方向）に並ぶ２つの基板２０に、それぞれ設けられる、２つの接続箇所に接合される。これにより、端子４０の一端から電圧を印加することにより、端子４０の各面状部４０ａに接合される接続箇所に電圧を印加することができる。
【００２３】
なお、従来のはんだ付けによる接合方法では、端子４０（面状部４０ａ）の向きを気にする必要はなかった。しかしながら、超音波接合では端子の向きにより接合強度が大きく変わる。
【００２４】
図７の半導体装置１０００における、全ての端子４０の面状部４０ａは、Ｙ方向に延在する。この場合、図７のような向きでは、短い超音波ツール２００は、手前の端子４０に干渉し、奥の端子４０に入れられなかった。
【００２５】
なお、半導体装置１０００の構成において、端子４０を超音波振動させやすい方向に超音波ツール２００を振動させるには、超音波ツール２００の先端部を長くする必要がある。超音波ツール２００の先端部は、超音波ツール２００においてＺ軸方向に延在する部分である。すなわち、超音波ツール２００の先端部を長くすれば、超音波ツール２００を入れることができ、超音波接合可能となる。
【００２６】
しかしながら、超音波ツール２００の先端部を長くした場合、エネルギー（超音波振動）が端子４０（面状部４０ａ）に伝わりにくくなるため、超音波接合における接合強度が低くなる。すなわち、超音波ツール２００の先端部を長くした場合、超音波エネルギーの伝達が悪くなり、接合強度の劣化につながる。
【００２７】
そこで、図８のように、超音波ツール２００の超音波振動の方向を、Ｘ軸方向とする。この場合、超音波ツール２００を、各端子４０の間に入れることができるが、超音波接合の際に、端子４０を動かす応力が大きくなる。この場合、超音波ツール２００からのエネルギー（超音波振動）が、端子４０に十分に伝達されずロスし、端子４０の接合強度が低くなる。
【００２８】
また、図８のように、面状部４０ａがＹ方向（複数の端子４０が並ぶ方向）に延在している構成において、超音波接合を行う場合、以下の問題もある。例えば、ある１つの端子４０の一方の面状部４０ａが超音波接合されており、当該端子４０の他方の面状部４０ａは、超音波接合されていないとする。
【００２９】
この場合、当該他方の面状部４０ａを、超音波接合するために、Ｘ軸方向に超音波振動する超音波ツール２００を用いて、Ｙ方向に延在する当該他方の面状部４０ａに超音波振動を伝えると、既に接合されている一方の面状部４０ａに振動が伝わりやすくなる。その結果、一方の面状部４０ａの接合強度が劣化する。また、この場合、一方の面状部４０ａが外れる可能性も高い。
【００３０】
＜実施の形態１＞
本実施の形態では、上記比較例における問題を解決する。
【００３１】
図１は、実施の形態１に係る半導体装置１００の構成を示す斜視図である。半導体装置１００は、詳細は後述するが、超音波接合を利用して製造される。
【００３２】
図１を参照して、半導体装置１００は、基台１０と、６枚の基板２０と、３個の端子３０とを備える。なお、図１には、図の簡略化のために、基台１０および複数の基板２０を収容するための筐体は示していない。
【００３３】
なお、基板２０の数は、６に限定されず、例えば、８以上であってもよい。また、端子３０の数は、３に限定されず、４以上であってもよい。
【００３４】
基台１０の主面には、６枚の基板２０が固定される。６枚の基板２０は、一例として、２行３列に配列される。
【００３５】
各基板２０には、例えば、スイッチング駆動回路が設けられる。当該スイッチング駆動回路は、例えば、電力用インバータ回路を構成する。各基板２０には、スイッチング駆動回路に制御電圧等を印加するための、図示しない接続箇所が設けられる。
【００３６】
３個の端子３０は、当該３個の端子３０の上方において図示しない筐体に固定されている。そのため、各端子３０は、基本的には動かない。３個の端子３０は、外部接続のため筐体外へ導出される。３個の端子３０は、Ｙ軸方向に沿って並ぶように設けられる。
【００３７】
図２は、端子３０の構成を示す図である。
【００３８】
図１および図２を参照して、端子３０は、二股の形状を有する。端子３０は、基板２０の主面と平行な２つの面状部３０ａを有する。各面状部３０ａは、端子３０の先端部が屈曲された部分である。すなわち、各端子３０は、面状部３０ａにおいて接続箇所に接合される面と反対側の面の上方に所定の空間を設けるように屈曲する。各端子３０が有する全ての面状部３０ａは、半導体装置１００の内部から半導体装置１００の外部に向かう方向に延在する。すなわち、面状部３０ａの延在する方向を、ＵＳ（Ultra Sonic）振動させやすい方向にする。
【００３９】
具体的には、各端子３０の２つの面状部３０ａの各々は、Ｘ軸方向に沿った、互いに異なる方向に延在する。つまり、各端子３０の各面状部３０ａは、超音波ツール２００の移動の邪魔にならないように配置される。
【００４０】
また、各端子３０は、さらに、立設部３０ｂを有する。立設部３０ｂは、面状部３０ａに対して略垂直な面状の部分である。
【００４１】
端子３０の接合には、超音波接合するための前述の超音波ツール２００が利用される。
【００４２】
ここで、超音波ツール２００は、一例として、Ｘ軸方向に超音波振動するとする。また、超音波接合を行う場合、超音波ツール２００は、Ｘ軸方向に移動するとする。
【００４３】
超音波ツール２００は、各端子３０の各面状部３０ａに、加圧するとともに、面状部３０ａ（端子３０）に超音波振動を伝えることにより、各面状部３０ａは、基板２０の接続箇所に接合される。すなわち、面状部３０ａは、超音波接合により所定の接続箇所に接合される。
【００４４】
前述したように、各端子３０は、面状部３０ａにおいて接続箇所に接合される面と反対側の面の上方に所定の空間を設けるように屈曲する。また、前述したように、各端子３０の２つの面状部３０ａの各々は、Ｘ軸方向に沿った、互いに異なる方向に延在する。
【００４５】
この構成により、超音波ツール２００を、各端子３０の面状部３０ａに、容易にかつ確実に当接させることができる。その結果、各端子３０を精度よく接合することができる。したがって、超音波接合を行う際に、端子３０を十分な強度で固定することができる。その結果、端子を十分な強度で固定した半導体装置１００を提供することができる。以上により、半導体装置１００の信頼性を向上させることができる。
【００４６】
また、端子３０が上記形状を有することにより、超音波ツール２００の先端部の長さが短くても、端子３０を、容易に超音波接合できる。
【００４７】
ここで、一例として、端子３０の厚みを１．５ｍｍとし、端子３０の幅を５．０ｍｍとし、端子３０の高さを１０ｍｍとし、端子３０の端子接合間距離を４０ｍｍとする。当該端子接合間距離とは、端子３０が有する２つの立設部３０ｂの間隔（距離）である。この場合、一方の面状部３０ａを接合している状態において、他方の面状部３０ａを接合しようとした場合に端子３０の応力は、端子４０の応力の約１／１１倍になる。すなわち、端子３０の応力（抵抗力）を、端子４０の応力のより小さくすることができる。
【００４８】
そのため、超音波接合を行う場合、面状部３０ａのみを振動させ易くなる。その結果、端子３０は、低い応力で変形するため、端子３０を接合しやすくなる。そのため、低い応力でも端子３０を超音波接合できる。その結果、安定したＵＳ（Ultra Sonic）接合条件で、端子３０を接合できる。また、位置ズレが少なく、端子３０を精度良く接合できる。
【００４９】
＜実施の形態１の変形例１＞
超音波接合を行う際、Ｘ軸方向に振幅する前述の端子３０の抵抗力は、当該端子３０の厚みの３乗に比例する。また、立設部３０ｂの厚みを薄くする程、超音波接合を行う際の端子３０の応力は小さくなる。すなわち、一般的に、超音波接合は薄いもの程、接合しやすい。
【００５０】
また、端子３０は、２箇所（２つの面状部３０ａ）で接合される。そのため、端子３０の一方の面状部３０ａを接合すると、他方の面状部３０ａを接合するときには端子３０が固定されている。
【００５１】
ここで、仮に、端子３０における全ての厚みが１．５ｍｍであるとする。この場合、端子３０が厚いため端子強度が強く、一方の面状部３０ａが固定されていると、他方の面状部３０ａを超音波接合しようとすると、端子３０が振動しにくい。そのため、超音波ツール２００からの振動エネルギーを端子へ伝えきれず、接合強度が弱くなる。
【００５２】
そこで、本実施の形態の変形例１では、立設部３０ｂの厚みは、端子３０における他の部分よりも薄くする。具体的には、図３のように、立設部３０ｂの厚みをＴ１とし、面状部３０ａの厚みをＴ２とした場合、Ｔ１＜Ｔ２が満たされる。
【００５３】
また、端子３０における立設部３０ｂおよび面状部３０ａ以外の部分の厚みをＴ３とする。この場合、Ｔ１＜Ｔ３が満たされる。なお、Ｔ３はＴ２と等しくてもよい。
【００５４】
なお、端子３０が流せる電流の量などの関係で、端子３０の厚みを極端に薄くすることはできない。そこで、例えば、Ｔ２，Ｔ３が１．５ｍｍである場合、Ｔ１を１．０ｍｍにする。これにより、端子３０の応力は、Ｔ１がＴ２と等しい場合における端子３０の応力の３０％程になる。
【００５５】
なお、端子３０が流せる電流の量などの関係で、端子３０の幅を広げてもよい。例えば、端子３０の幅を１．５倍にして、端子３０の断面積を同じにしてもよい。この場合、端子３０の応力は、幅を広げる前における端子３０の応力の約半分（４４％）以下となる。
【００５６】
以上のように、立設部３０ｂの厚みは、端子３０における他の部分よりも薄くすることにより、端子３０の応力（抵抗力）をさらに小さくすることができる。これにより、端子３０をさらに精度良く接合できる。
【００５７】
＜実施の形態１の変形例２＞
本実施の形態の変形例２では、端子にベンド効果を持たせる構成とする。
【００５８】
図４は、実施の形態１の変形例２に係る端子３０の構成を示す図である。
【００５９】
各端子３０は、実施の形態１に係る端子３０と比較して、さらに、該端子３０の上方からの外力を緩和するベンド効果を有する屈曲部３１を有する。
【００６０】
なお、屈曲部３１の形状は、図４に示す形状に限定されず、例えば、図５に示す形状であってもよい。
【００６１】
端子３０に屈曲部３１を設けることにより、端子３０の応力（抵抗力）をさらに小さくすることができる。これにより、端子３０をさらに精度良く接合できる。
【００６２】
＜実施の形態１の変形例３＞
また、図６のように、各端子３０の立設部３０ｂにスリット３２を設けてもよい。
【００６３】
これにより、端子３０の応力（抵抗力）をさらに小さくすることができる。これにより、端子３０をさらに精度良く接合できる。
【００６４】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態、実施の形態の変形例を自由に組み合わせたり、実施の形態、実施の形態の変形例を適宜、変形、省略することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、端子を十分な強度で固定した半導体装置として、利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０  基台、２０  基板、３０，４０  端子、３０ａ，４０ａ  面状部、３０ｂ  立設部、３２  スリット、１００，１０００  半導体装置、２００  超音波ツール。
【図１】
2013235882.tif 000003
【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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