JP2011082383A - 電力用半導体装置、電力用半導体装置の製造方および電力用半導体装置の製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】樹脂基材上で、樹脂基材を破損させずに金属電極間の超音波接合を行うことができる電力用半導体装置、電力用半導体装置の製造方および電力用半導体装置の製造装置を提供することを目的としている。
【解決手段】樹脂封止形パワーモジュール3が搭載された樹脂基体1と、樹脂基体1上に配設され、樹脂封止形パワーモジュール3側に伸長する平坦部5と平坦部5と直交する方向に伸長しかつ平坦部5側に折曲される挟持部6とを有する第1の電極4と、樹脂封止形パワーモジュール3に配設され、第1の電極4の平坦部5と第1の電極4の折曲された挟持部6との間に挟持されるとともに接合される第2の電極7を設けたものである。
【選択図】図1
【解決手段】樹脂封止形パワーモジュール3が搭載された樹脂基体1と、樹脂基体1上に配設され、樹脂封止形パワーモジュール3側に伸長する平坦部5と平坦部5と直交する方向に伸長しかつ平坦部5側に折曲される挟持部6とを有する第1の電極4と、樹脂封止形パワーモジュール3に配設され、第1の電極4の平坦部5と第1の電極4の折曲された挟持部6との間に挟持されるとともに接合される第2の電極7を設けたものである。
【選択図】図1
Description
この発明は、樹脂封止型パワーモジュールと、外部端子を接続する端子台を有する電力用半導体装置、電力用半導体装置の製造方および電力用半導体装置の製造方法に関するものである。
例えば、従来の電力用半導体装置としては、図20に示すようなものがある。図20は従来の電力用半導体装置を示す断面図である。図20において、31は放熱板兼用の金属ベース板、32は金属ベース板31の上に搭載して半田接合した絶縁基板であり、その絶縁基板32の表面に回路パターン32aを直接接合したDirect Bonding Copper基板で構成されている。33は絶縁基板32の回路パターン32aに半田マウントしたIGBT(パワー半導体チップ)、34は半田接合部、35は金属ベース板31に組合せた外囲ケース(樹脂ケース)、36はゲート用外部接続端子、37はIGBT33のゲート電極とゲート用外部接続端子36との間を接続するボンディングワイヤである。38はIGBT33の表面電極(エミッタ)に、超音波接合あるいは熱圧着の直接金属接合法により直接接合して引き出している平角導体板で作られた外部接続端子、39は絶縁基板32の回路パターン32aに、超音波接合あるいは熱圧着の直接金属接合法により直接接合して引き出している外部接続端子である。なお、図示してないが外囲ケース35の内部にはシリコーンゲルなどを充填して回路部品を樹脂封止している。
従来の一般的な超音波接合方法では、下冶具と上冶具の間に接合したいワークを重ねて配置し、加圧しながら超音波を印加することでワークを変形し、接合界面が微細な振動を与えると、変形がおき、また所謂クリーニング作用により新生面が現れ、凝着部が形成され、超音波印加を続けると凝着部が成長し、接合が強固になる。
また、上記の一般的な超音波接合方法の他に、金属ベース板31の上に搭載された硬い絶縁基材32の表面上に形成された固着された金属膜である回路パターン32aへ平角導体の金属板である外部接続端子39を固着する接合方法もある。(特許第4039258号公報参照)
これらに対し、例えば射出成形により形成された樹脂基板上で、金属板同士を接合するなどという事が極めて困難であった。すなわち、超音波振動により金属板は樹脂基板上にこすり付けられ、樹脂の温度上昇と共に溶融し、結果超音波はうまく伝達できなくなり、金属板同士は接合されずに、樹脂基板が変形するだけに終わってしまうという問題があった。
上述した従来の電力用半導体装置においては、日本国内ではAC200Vの交流を直流に一旦変換し、それを所定の周波数の交流に変換するという、コンバータ、インバータなどのエネルギー変換を担っており、一般産業機器の電化に伴い普及が進んでいる。このような数百ボルトの電圧を内部に内在するため、主配線の絶縁分離が必要であることと、インバータ動作時に発生する高いスイッチング周波数のパルス的な電流変化により、ノイズが発生したり、周囲や自己の放射する電磁波により誤動作しやすくなるため、ノイズ対策が重要である。
また、電力用半導体装置の構成物として、パワー半導体素子を複数一体化し、所定の回路構成を実現した、樹脂封止形パワーモジュールと、各産業機器や電力線へと接続するための端子台をそなえる構成に関している。樹脂封止形パワーモジュールの特徴としては、Cu板をパンチング加工により所定の回路配線形状に成形したリードフレーム上に、電力用半導体素子を複数搭載し、所定に配線接続し、これらを熱硬化性の接着剤で封止していることが挙げられる。このような構成の場合、通常封止樹脂成型体の厚み方向の中ほどの金型分割面から、Cuリードフレームの一部が直接露出し端子を構成した構造をとっていることが多い。このような端子の問題点として、この端子を直接引き伸ばして端子台を構成する場合、フレームを引き回す面積が膨大となり、材料歩留まりが悪くなる問題がある。すなわち、フレームはもともと一枚の板を打ち抜いて作るため、平面に展開でき、かつ交差したり重なる部分があってはならないが、そのような制約で端子台を構成すると、端子台の間隙が不必要に大型化する問題がある。その場合、樹脂封止形パワーモジュールも大型化せざるを得なくなるが、無駄な樹脂が増えたり、金型が大型化するなどで、生産性に乏しい。
これらのように、端子台の電極と、樹脂封止形パワーモジュールの電極間を接合する技術が必要であり、この発明はこのような技術課題を解決することを目的としたものである。 超音波接合は、大面積の配線の接合に用いられる技術であり、ポイントソルダのような、はんだ槽から噴流はんだを用いてはんだ付けするような手法に比べて、エネルギー効率は高いと言える。
しかし、超音波接合時に樹脂基材上で一対の金属電極の接合を行うと、樹脂基材が著しく変形し、破損したり、過熱するなどの問題がある。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、樹脂基材上で、樹脂基材を破損させずに金属電極間の超音波接合を行うことができる電力用半導体装置、電力用半導体装置の製造方および電力用半導体装置の製造装置を提供することを目的としている。
この発明に係わる電力用半導体装置は、樹脂封止形パワーモジュールが搭載された樹脂基体と、前記樹脂基体上に配設され、前記樹脂封止形パワーモジュール側に伸長する平坦部と前記平坦部と直交する方向に伸長しかつ前記平坦部側に折曲される挟持部とを有する第1の電極と、前記樹脂封止形パワーモジュールに配設され、前記第1の電極の平坦部と前記第1の電極の折曲された挟持部との間に挟持されるとともに接合される第2の電極を備えたものである。
この発明に係わる電力用半導体装置の製造方法は、樹脂封止形パワーモジュールが搭載された樹脂基体上に、前記樹脂封止形パワーモジュール側に伸長する平坦部と前記平坦部と直交する方向に伸長する挟持部とを有する第1の電極を配置する工程と、前記樹脂封止形パワーモジュールに配設された第2の電極を前記第1の電極の平坦部に重なるよう配置する工程と、前記第1の電極の平坦部に配置した前記第2の電極を前記第1の電極の挟持部を折曲して前記第2の電極を前記第1の電極の平坦部と前記第1の電極の折曲された挟持部との間に挟持させる工程と、前記第2の電極を前記第1の電極の平坦部と前記第1の電極の折曲された挟持部との間に挟持させた状態で超音波接合させる工程とを含むものである。
この発明に係わる電力用半導体装置の製造装置は、水平方向および垂直方向の移動ができるとともに、樹脂基体上に配設された第1の電極の平坦部と直交する方向に伸長する前記第1の電極の挟持部が垂直方向に折曲された前記挟持部の先端部近傍に当接され、水平方向および垂直方向に移動されて前記第1の電極の挟持部をさらに折曲するとともに垂直方向の下方に移動されて樹脂封止形パワーモジュールに配設された第2の電極を前記第1の電極の平坦部と前記第1の電極の折曲された挟持部との間に挟持させるるとともにその挟持させた状態で超音波を印加して接合する超音波接合ツールを備えたものである。
この発明に係わる電力用半導体装置は、樹脂基材上で、樹脂基材を破損させずに第1の電極と第2の電極との間の超音波接合を行うことができる電力用半導体装置を得ることができる。
この発明に係わる電力用半導体装置の製造方法は、樹脂基材上で、樹脂基材を破損させずに第1の電極と第2の電極との間の超音波接合を行うことができる電力用半導体装置の製造方法を得ることができる。
この発明に係わる電力用半導体装置の製造装置は、樹脂基材上で、樹脂基材を破損させずに第1の電極と第2の電極との間の超音波接合を行うことができる電力用半導体装置の製造装置を得ることができる。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図1ないし図3に基づいて説明する。図1はこの発明の実施の形態1に係わる電力用半導体装置を示す斜視図である。図2はこの発明の実施の形態1に係わる電力用半導体装置の第1の電極を示す要部斜視図である。図3はこの発明の実施の形態1に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部平面図である。
以下、この発明の実施の形態1を図1ないし図3に基づいて説明する。図1はこの発明の実施の形態1に係わる電力用半導体装置を示す斜視図である。図2はこの発明の実施の形態1に係わる電力用半導体装置の第1の電極を示す要部斜視図である。図3はこの発明の実施の形態1に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部平面図である。
これら各図において、1は樹脂基体、2は樹脂基体1に設けられた端子台、3は樹脂基体1に搭載された樹脂封止形パワーモジュール、4は端子台2から引き出された内部電極である第1の電極であり、樹脂基体1上に配設され、樹脂封止形パワーモジュール3側に伸長する平坦部5とこの平坦部5と直交する方向に伸長しかつ平坦部5側に折曲される挟持部6とを有する。7は樹脂封止形パワーモジュール3に配設された第1の電極4の平坦部5と同方向に伸長する第2の電極であり、第1の電極4の平坦部5上に当接されるとともに第1の電極4の折曲された挟持部6との間に挟持される。第2の電極7を第1の電極4の平坦部5と第1の電極4の折曲された挟持部6との間に挟持した状態で例えば超音波を印加することにより第1の電極4の折曲された挟持部6と第2の電極7とが超音波接合される。8は樹脂封止形パワーモジュール3に配設された制御電極であり、図示しない制御基板に接続されてインバータとしての回路が構成される。9は樹脂基体1の下方に設けられたヒートシンクである。
次に動作について説明する。上述した実施の形態1による電力用半導体装置においては、第2の電極7は第1の電極4の平坦部5上に当接されるとともに、第1の電極4の平坦部5と第1の電極4の折曲された挟持部6との間に挟持され、超音波接合されるようになっており、端子台2および樹脂基体1と樹脂封止形パワーモジュール3の位置精度によらず、樹脂基体1に損傷を与えることなく安定的に接合できるので、信頼性の高い電力用半導体装置を得ることができる。また、第2の電極7が樹脂封止形パワーモジュール3に付随し、第1の電極4と挟持部6が端子台2側に付随させているが、これは、この構成にすることで、第2の電極7のピッチを小さくできるからである。すなわち、第1の電極4は幅広い金属板から別個に切り出して所定ピッチに配列すればよいのに対し、第2の電極は一枚のCu板からパンチング加工で切り出すため、ピッチの自由度を確保するために、この発明の構成が好ましいと言える。
実施の形態2.
この発明の実施の形態2を図4および図5に基づいて説明する。図4はこの発明の実施の形態2に係わる電力用半導体装置の第1の電極を示す要部斜視図である。図5はこの発明の実施の形態2に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部斜視図である。
この発明の実施の形態2を図4および図5に基づいて説明する。図4はこの発明の実施の形態2に係わる電力用半導体装置の第1の電極を示す要部斜視図である。図5はこの発明の実施の形態2に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部斜視図である。
この実施の形態2においては、図4に示すように、内部電極である第1の電極4の挟持部6a,6bと少なくとも2箇所設けてあり、例えば、図5に示すように、第1の電極4の挟持部6a,6bの両方を折曲してその両方の挟持部6a,6bと第1の電極4の平坦部5との間に第2の電極7を挟持して超音波接合するようにしてもよく、より一層確実な接合状態を得ることができる。
また、第1の電極4の挟持部6a,6bの一方、例えば、第1の電極4の挟持部6aのみを折曲し、その挟持部6aと第1の電極4の平坦部5との間に第2の電極7を挟持して超音波接合するようにしてもよい。この場合、もし超音波接合時になんらかの不具合があったとしてもその第1の電極4の挟持部6aを除去し、隣接する他の第1の電極4の挟持部6bを折曲してその挟持部6bと第1の電極4の平坦部5との間に第2の電極7を挟持して超音波接合すれば、初期と同等の接合状態を得ることができるので、不良発生を回避することができリペア可能となる。
実施の形態3.
この発明の実施の形態3を図6ないし図8に基づいて説明する。図6はこの発明の実施の形態3に係わる電力用半導体装置の第1の電極を示す要部斜視図である。図7はこの発明の実施の形態3に係わる電力用半導体装置を示す図6のVII−VII線における断面図である。図8はこの発明の実施の形態3に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部斜視図である。
この発明の実施の形態3を図6ないし図8に基づいて説明する。図6はこの発明の実施の形態3に係わる電力用半導体装置の第1の電極を示す要部斜視図である。図7はこの発明の実施の形態3に係わる電力用半導体装置を示す図6のVII−VII線における断面図である。図8はこの発明の実施の形態3に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部斜視図である。
この実施の形態3においては、第1の電極4の平坦部5には第2の電極7を挟んで相対向する第1の電極4の折曲された挟持部と相対向する位置、すなわち、垂直的に重なる位置に突起部10が設けられている。このような突起部10を接合部直下に配置したことにより、超音波接合時において、第2の電極7の変形が、第1の電極4の平坦部5上で接合している場合に比べ活性化し、新生面の出現が容易化し、接合性が高まる。
また、直接超音波振動が与えられる領域が樹脂基体1と接しない構成になるため、樹脂基体1へのダメージが生じる投入エネルギー量の上限を大きくできる。すなわち、内部電極である第1の電極4や樹脂封止形パワーモジュール3の第2の電極7のサイズが大きくても、本技術を適用可能となる。さらに、エネルギー密度が高まり、接合安定性もより一層増大する。また、より大きなエネルギーまで投入可能となるため、より大断面積の配線接合部にも利用できるようになる。
実施の形態4.
この発明の実施の形態4を図9ないし図11に基づいて説明する。図9はこの発明の実施の形態4に係わる電力用半導体装置の第1の電極を示す要部斜視図である。図10はこの発明の実施の形態4に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部斜視図である。図11はこの発明の実施の形態4に係わる電力用半導体装置を示す図10のXI−XI線における断面図である。
この発明の実施の形態4を図9ないし図11に基づいて説明する。図9はこの発明の実施の形態4に係わる電力用半導体装置の第1の電極を示す要部斜視図である。図10はこの発明の実施の形態4に係わる電力用半導体装置の電極接合部を示す要部斜視図である。図11はこの発明の実施の形態4に係わる電力用半導体装置を示す図10のXI−XI線における断面図である。
この実施の形態4においては、第1の電極4の平坦部5には第1の電極4の折曲された挟持部6と相対向する位置に切り欠き部11が設けられている。このような切り欠き部11を設けた構成とすることにより、図11に示すように、超音波接合時の凝着部12が、切り欠き部11の両側の角に生じる。この場合、切り欠き部11の角の稜線に対して第2の電極7を押し付ける構成に比べ、第2の電極7の平行が維持され、一度形成された凝着部12に対して、第2の電極7がすべることにより、凝着部12が分断されるような不具合を免れるというメリットがある。すなわち、凝着部12が形成されたあと、第2の電極7がすべる動きをすると、凝着部12が破壊されるという問題があるのに対し、第2の電極7を切り欠き部11の両側の角で受けたため、超音波接合時の加圧力による第2の電極7の変形が大きくなると、第2の電極7が弾性的に直線に戻ろうとする力と、第2の電極7が切り欠き部11に落ち込もうとする力のつりあいにより、第2の電極7の落ち込みが抑制され、凝着部12のすべりによる破壊を抑制することができた。このように、エネルギー密度が高まり、傾きを防止できるため、超音波接合時のすべりという不具合を防止でき、接合部の安定性が増大した接合状態を得ることができる。
ところで、上述した各実施の形態においては、樹脂封止形パワーモジュール3の第2の電極7として3本とした場合について述べたが、例えばこれはコンバータの構成の場合であり、インバータの場合はこのほかにP電極とN電極の二本の電極が追加されるし、インバータとコンバータの一体型であれば、電極は最低8本、ブレーキなどを有する場合は更に2本程度増大する。そのような場合でも同様の作用があるため、本発明の技術を展開可能であることは言うまでもない。
実施の形態5.
この発明の実施の形態5を図12ないし図16に基づいて説明する。図12はこの発明の実施の形態5に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図13はこの発明の実施の形態5に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図14はこの発明の実施の形態5に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図15はこの発明の実施の形態5に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図16はこの発明の実施の形態5に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
この発明の実施の形態5を図12ないし図16に基づいて説明する。図12はこの発明の実施の形態5に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図13はこの発明の実施の形態5に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図14はこの発明の実施の形態5に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図15はこの発明の実施の形態5に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図16はこの発明の実施の形態5に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
この実施の形態5においては、この発明に係わる電力用半導体装置の製造方法を示すものであり、例えば、上述した実施の形態1の構成に対する製造方法について説明する。樹脂封止形パワーモジュール3が搭載された樹脂基体1上に、樹脂封止形パワーモジュール3側に伸長する平坦部5とこの平坦部5と直交する方向に伸長する挟持部6とを有する第1の電極4を配置する。第1の電極4の挟持部6は樹脂封止形パワーモジュールの第2の電極5と垂直方向に干渉しない位置に配置される。前記樹脂封止形パワーモジュール3に配設された第2の電極5を第1の電極4の平坦部5に重なるよう配置する。次に、図12および図13に示すように、第1の電極4の平坦部5に配置した第2の電極7を第1の電極4の挟持部6を第2の電極7上に重なるように折曲する。そして、図14に示すように、超音波接合ツール13を矢印Aに示すように垂直方向の下方向に移動させ、第1の電極4の平坦部5と第1の電極4の折曲された挟持部6との間に第2の電極7を挟持させる。そして、図15に示すように、超音波接合ツール13をさらに矢印Aに示すように垂直方向の下方向に移動させて、第1の電極4の折曲された挟持部6、第2の電極7、第1の電極4の平坦部5とに接触圧を加圧する。第2の電極7を第1の電極4の平坦部5と第1の電極4の折曲された挟持部6との間に加圧して挟持させた状態で、超音波接合ツール13によって超音波を印加することにより、接合界面14において超音波接合させる。超音波接合が完了すると、超音波接合ツール13による超音波の印加を終了し、図16に示すように、超音波接合ツール13を矢印Bに示す垂直方向の上方向に移動させる。
このような実施の形態5に示すような製造方法によれば、超音波接合時に加圧された押圧力は、内部電極である第1の電極4の平坦面5の広い範囲で樹脂基体1に分担して支えられ、第1の電極4がさらに接する樹脂基体1への圧力を十分低くでき、すなわち、樹脂基体1の変形を防止できる。したがって、樹脂基体1に損傷を与えることなく安定的に接合できるので、信頼性の高い電力用半導体装置の製造方法を得ることができる。
また、内部電極である第1の電極4の挟持部6と樹脂封止形パワーモジュール3の第2の電極7は直交していることで、接触面積を小さくでき、接合エネルギーが投入される接合界面14が最小となるため、エネルギー密度が高まり、同じ投入面積でも変形量が十分確保できその接合性が安定化する。水平方向へのずれがあっても、初期接触面積の大きさは大きな影響を受けないため、位置ずれに対する安定性も高まる。すなわち、この発明の製造方法によるプロセスで製造した電力用半導体装置は、端子台2および樹脂基体1と、樹脂封止形パワーモジュール3の位置ずれが多少あっても、接合面積としては同一量を得ることが出来る。それに対して、レーザ接合や、溶接などでは、位置ずれがあると、接合部のサイズが変動するなど、接合後の接合部のサイズが変動してしまい、接合部の信頼性に関して確認作業が煩雑であった。しかし、この発明では接合部のサイズが一定になるので、接合部の信頼性が安定化する。
このように、この発明の実施の形態5における製造方法により、樹脂基体1上での超音波接合を行うことができる。また、フローはんだ付けを用いたポイントソルダなどに対して、局所的なエネルギー投入で接合部を形成可能なため、製造に必要なエネルギーを低減することができる。
また、樹脂封止形パワーモジュール3の第2の電極7は、例えば、およそ厚み0.5mmから1mm程度のCu板とするのが加工上好都合であり、通常はプレス加工により所定の形状に成形される。このとき、板厚未満の幅は、形状再現性が低いなどの状態が生じる。また、通常は一枚の平板を加工するものである。そのため、もともと隣接する電極間が平面的に展開すると重なる位置に構成することは困難である。すなわち、平坦部5および挟持部6を有する第1の電極を、電力用半導体装置の内部電極側とし、樹脂封止形パワーモジュール3の第2の電極7は短いストレート形状にしておくことが、不必要に材料費を大きくしないために好都合である。ところで、この実施の形態においては、樹脂封止形パワーモジュール3の第2の電極7はストレート形状としているが、接合安定性をさらに高めるためには、樹脂封止形パワーモジュール3の第2の電極7はガルウィング型などに加工しておくことで、超音波振動に対する柔軟性が増し、より小さいエネルギーで安定な接合部を形成できるため、大電流などで断面積が大きい場合には、例えばガルウィング型やクランク状の形状にすることが望ましい。
これに対して、電力用半導体装置の内部電極である第1の電極4は、同様に例えば厚み0.5mm〜1mm程度のCu板とするのが加工上好都合である。樹脂基体1は例えばPPS(ポリフェニレンサルファイド)などの絶縁性で耐熱性のある樹脂が用いられる。厚みとしては、例えば1mm〜2mm程度が好都合であった。樹脂封止形パワーモジュール3は、Cuリードフレームに電力用半導体素子を固着し、内部配線して、エポキシ系の熱硬化性樹脂で封止したものが通常用いられる。この発明の実施の形態においてもそのようなものを意図している。
また、内部電極である第1の電極4と、樹脂封止形パワーモジュール3の第2の電極7は、例えばCuもしくはCu合金とし、メッキはしないほうが接合性が良好であった。また、Cuに比べて低融点材料であるSnなどをメッキしても接合は可能であった。
実施の形態6.
この発明の実施の形態6を図17ないし図19に基づいて説明する。図17はこの発明の実施の形態6に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図18はこの発明の実施の形態6に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図19はこの発明の実施の形態6に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
この発明の実施の形態6を図17ないし図19に基づいて説明する。図17はこの発明の実施の形態6に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図18はこの発明の実施の形態6に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。図19はこの発明の実施の形態6に係わる電力用半導体装置の製造方法を示す断面図である。
この実施の形態6においては、この発明に係わる電力用半導体装置の製造方法を示すものであり、例えば、上述した実施の形態1の構成に対する製造方法について説明する。まず、第1の電極4の挟持部6を垂直方向に折曲した後に、図17に示すように、超音波接合ツール13を第1の電極4の挟持部6に当接させ、矢印Cにて示す水平方向に超音波接合ツール13を移動させながらさらに折曲する。また、第2の電極7を第1の電極4の平坦部5に載置する。そして、図18に示すように、超音波接合ツール13を矢印Cにて示す水平方向、矢印Aにて示す垂直方向の下方向に移動させながらさらに折曲する。第1の電極4の挟持部6の先端部が第2の電極7の上方位置まで折曲すると、超音波接合ツール13を矢印Aにて示す垂直方向の下方向に移動させて第1の電極4の折曲された挟持部6と第1の電極4の平坦部5との間に第2の電極7を挟持させる。すなわち、図15に示す状態となり、この状態において、超音波接合ツール13によって超音波を印加することにより、接合界面14において超音波接合させる。超音波接合が完了すると、超音波接合ツール13による超音波の印加を終了し、図16に示すように、超音波接合ツール13を矢印Bに示す垂直方向の上方向に移動させる。このように、超音波接合ツール13の水平方向の移動および垂直方向の移動を行うことにより、第1の電極4の挟持部6を折曲するようにしたものであり、上述した実施の形態5と同様の効果を奏する。
実施の形態7.
上述した実施の形態5および実施の形態6は電力用半導体装置の製造方法について述べたが、この発明の実施の形態7においては電力用半導体装置の製造装置について説明する。この発明の実施の形態7においては電力用半導体装置の製造装置おいては、超音波接合ツール13は矢印Cにて示す水平方向および矢印A,Bにて示す垂直方向の上下方向の移動ができるとともに、超音波接合ツール13は樹脂基体1上に配設された第1の電極4の平坦部5と直交する方向に伸長する第1の電極4の挟持部6が垂直方向に折曲された挟持部6の先端部近傍に当接され、超音波接合ツール13は矢印Cにて示す水平方向および矢印Aにて示す垂直方向の下方向に移動されて第1の電極4の挟持部6をさらに折曲するとともに超音波接合ツール13は垂直方向の下方にさらに移動されて樹脂封止形パワーモジュール3に配設された第2の電極7を第1の電極4の平坦部5と第1の電極4の折曲された挟持部6との間に挟持させるるとともにその挟持させた状態で超音波接合ツール13に超音波を印加して接合する超音波接合ツール13とした電力用半導体装置の製造装置としたものである。したがって、樹脂基体1に損傷を与えることなく安定的に接合できるので、信頼性の高い電力用半導体装置の製造装置を得ることができる。
上述した実施の形態5および実施の形態6は電力用半導体装置の製造方法について述べたが、この発明の実施の形態7においては電力用半導体装置の製造装置について説明する。この発明の実施の形態7においては電力用半導体装置の製造装置おいては、超音波接合ツール13は矢印Cにて示す水平方向および矢印A,Bにて示す垂直方向の上下方向の移動ができるとともに、超音波接合ツール13は樹脂基体1上に配設された第1の電極4の平坦部5と直交する方向に伸長する第1の電極4の挟持部6が垂直方向に折曲された挟持部6の先端部近傍に当接され、超音波接合ツール13は矢印Cにて示す水平方向および矢印Aにて示す垂直方向の下方向に移動されて第1の電極4の挟持部6をさらに折曲するとともに超音波接合ツール13は垂直方向の下方にさらに移動されて樹脂封止形パワーモジュール3に配設された第2の電極7を第1の電極4の平坦部5と第1の電極4の折曲された挟持部6との間に挟持させるるとともにその挟持させた状態で超音波接合ツール13に超音波を印加して接合する超音波接合ツール13とした電力用半導体装置の製造装置としたものである。したがって、樹脂基体1に損傷を与えることなく安定的に接合できるので、信頼性の高い電力用半導体装置の製造装置を得ることができる。
この発明は、樹脂基材上で、樹脂基材を破損させずに金属電極間の超音波接合を行うことができる電力用半導体装置、電力用半導体装置の製造方および電力用半導体装置の製造装置の実現に好適である。
1 樹脂基体 3 樹脂封止形パワーモジュール
4 第1の電極 5 平坦部
6 挟持部 6a 挟持部
6b 挟持部 7 第2の電極
10 突起部 11 切り欠き部
13 超音波接合ツール
4 第1の電極 5 平坦部
6 挟持部 6a 挟持部
6b 挟持部 7 第2の電極
10 突起部 11 切り欠き部
13 超音波接合ツール
Claims (7)
- 樹脂封止形パワーモジュールが搭載された樹脂基体と、前記樹脂基体上に配設され、前記樹脂封止形パワーモジュール側に伸長する平坦部と前記平坦部と直交する方向に伸長しかつ前記平坦部側に折曲される挟持部とを有する第1の電極と、前記樹脂封止形パワーモジュールに配設され、前記第1の電極の平坦部と前記第1の電極の折曲された挟持部との間に挟持されるとともに接合される第2の電極を備えたことを特徴とする電力用半導体装置。
- 前記第1の電極の挟持部は複数設けられたことを特徴とする請求項1記載の電力用半導体装置。
- 前記第1の電極の平坦部には前記第2の電極を挟んで相対向する前記第1の電極の折曲された挟持部と相対向する位置に突起部が設けられたことを特徴とする請求項1記載の電力用半導体装置。
- 前記第1の電極の平坦部には前記第1の電極の折曲された挟持部と相対向する位置に切り欠き部が設けられたことを特徴とする請求項1記載の電力用半導体装置。
- 樹脂封止形パワーモジュールが搭載された樹脂基体上に、前記樹脂封止形パワーモジュール側に伸長する平坦部と前記平坦部と直交する方向に伸長する挟持部とを有する第1の電極を配置する工程と、前記樹脂封止形パワーモジュールに配設された第2の電極を前記第1の電極の平坦部に重なるよう配置する工程と、前記第1の電極の平坦部に配置した前記第2の電極を前記第1の電極の挟持部を折曲して前記第2の電極を前記第1の電極の平坦部と前記第1の電極の折曲された挟持部との間に挟持させる工程と、前記第2の電極を前記第1の電極の平坦部と前記第1の電極の折曲された挟持部との間に挟持させた状態で超音波接合させる工程とを含むことを特徴とする電力用半導体装置の製造方法。
- 前記第1の電極の挟持部を垂直方向に折曲した後に、超音波接合ツールにより前記第1の電極の挟持部をさらに折曲し、前記第2の電極を前記第1の電極の平坦部と前記第1の電極の折曲された挟持部との間に挟持させるようにしたことを特徴とする請求項5記載の電力用半導体装置の製造方法。
- 水平方向および垂直方向の移動ができるとともに、樹脂基体上に配設された第1の電極の平坦部と直交する方向に伸長する前記第1の電極の挟持部が垂直方向に折曲された前記挟持部の先端部近傍に当接され、水平方向および垂直方向に移動されて前記第1の電極の挟持部をさらに折曲するとともに垂直方向の下方に移動されて樹脂封止形パワーモジュールに配設された第2の電極を前記第1の電極の平坦部と前記第1の電極の折曲された挟持部との間に挟持させるるとともにその挟持させた状態で超音波を印加して接合する超音波接合ツールを備えたことを特徴とする電力用半導体装置の製造装置。
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JP2009234246A JP2011082383A (ja) | 2009-10-08 | 2009-10-08 | 電力用半導体装置、電力用半導体装置の製造方および電力用半導体装置の製造装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2016120997A1 (ja) * | 2015-01-27 | 2016-08-04 | 三菱電機株式会社 | 半導体モジュール |
CN111699562A (zh) * | 2018-02-01 | 2020-09-22 | Lg伊诺特有限公司 | 热电装置 |
-
2009
- 2009-10-08 JP JP2009234246A patent/JP2011082383A/ja active Pending
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