JP2008098585A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Katsumichi Kamiyanagi
勝道 上▲柳▼
Eiji Mochizuki
英司 望月
Yoshinari Ikeda
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Abstract

【課題】生産性の高い半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置１０内の電気的接続を複数の導体板であるリードフレーム２３，２４，２５，２６，２７で行う。ここで、それぞれの溶接部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂがレーザー溶接で用いるレーザー光源に向けて露出するように、リードフレーム２３，２４，２５，２６，２７を立体的に配置する。そして、レーザー光を照射させ、レーザー溶接を行う。このような半導体装置及び半導体装置の製造方法によれば、溶接が簡便且つ確実になり、半導体装置及び半導体装置の生産性が高くなる。また、リードフレーム２３，２４，２５，２６，２７に冷却効果があり、ヒートスプレッダとしての機能を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置及び半導体装置の製造方法に関し、特にレーザー溶接技術を用いて作製した半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
産業用インバータ等の電力変換装置には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体素子を搭載した半導体装置が用いられている（例えば、特許文献１）。
図１６は半導体装置の要部断面模式図である。
この半導体装置１００の絶縁基板１０１の下には、Ｃｕ（銅）ベース１０２が半田１０３を介して接合されており、Ｃｕ（銅）ベース１０２の上端縁１０２ａには、ＩＧＢＴ素子１０４を取り囲むように、成形された樹脂ケース１０５が接着されている。
樹脂ケース１０５の内壁には外部接続端子として、エミッタ用端子１０６、コレクタ用端子１０７が設けられており、それぞれ複数本のアルミワイヤ１０８，１０９を介して絶縁基板１０１上にＤＣＢ（Direct Copper Bonding）法で形成された回路パターン１１０に電気的に接続されている。
そして、ＩＧＢＴ素子１０４の表面電極は、図示しないアルミ（Ａｌ）で成膜されているが、最表面をＡｕめっき処理を施しているため、半田接合が可能となっている。そして、ＩＧＢＴ素子１０４の上面に位置する表面電極には、ヒートスプレッダ１１１が半田１１２を介して接合されている。即ち、このヒートスプレッダ１１１は、ＩＧＢＴ素子１０４の表面に形成されたエミッタ電極に接続されている。そして、ヒートスプレッダ１１１の上面には、アルミワイヤ１１３の一端がボンディングされ、その他端は、絶縁基板１０１の上に形成された回路パターン１１０に接続されている。このようにして、エミッタ電流がヒートスプレッダ１１１からアルミワイヤ１１３を介して回路パターン１１０に流れる。
ＩＧＢＴ素子１０４の下面にはコレクタ電極が形成されており、半田１１４を介して絶縁基板１０１の回路パターン１１０に接続されている。また、ＩＧＢＴ素子１０４の表面には、図示はしないがゲート電極も形成されており、このゲート電極と回路パターン１１０とを電気的に接続するアルミワイヤ１１５ａがボンディングされている。このゲート電極と電気的に接続される回路パターン１１０の部分からは、さらにアルミワイヤ１１５ｂが延出しており、その先端が樹脂ケース１０５の内壁に設けられた図示しないゲート用端子に接続されている。
さらに、樹脂ケース１０５内のＩＧＢＴ素子１０４等を水分、湿気、塵などから保護するために、樹脂ケース１０５内はゲル１１６で封止されている。
このように、ＩＧＢＴ素子１０４等を搭載した半導体装置１００では、各部位間の電気的接続を確保するために、ワイヤによるボンディングが行われている。
特開２００５−１１６７０２号公報
しかしながら、図１６に示すような半導体装置１００ではエミッタ電流及びコレクタ電流の電流容量が大きいため、一度に大容量の電流が流れるように、アルミワイヤ１０８，１０９，１１３の本数を増加させる必要がある。このため、個々のワイヤを一本ずつ溶接する必要があるため、製造工程の時間が長時間になるという問題があった。
また、最近の半導体装置は、小型化・高密度化を図っているために、半導体装置を構成する各部材が複雑に配置されている。また、半導体装置の大容量化に伴いワイヤの本数が増加するため全てのワイヤのボンディングが完了するまでに手間がかかるという問題があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、簡便且つ確実な溶接法を利用することにより生産性の高い半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明では、上記課題を解決するために、少なくとも１つの半導体素子を搭載した半導体装置において、前記半導体装置内の電気的接続を複数の導体板によって行い、前記複数の導体板に設けたそれぞれの溶接部がレーザー溶接で用いるレーザー光源に向けて露出するように、前記複数の導体板が立体的に配置されていることを特徴とする半導体装置が提供される。
このような半導体装置によれば、少なくとも１つの半導体素子を搭載した半導体装置において、半導体装置内の電気的接続が複数の導体板によって行なわれ、複数の導体板に設けたそれぞれの溶接部がレーザー溶接で用いるレーザー光源に向けて露出するように、複数の導体板が立体的に配置される。
また、本発明では、少なくとも１つの半導体素子を搭載した半導体装置内の電気的接続を複数の導体板のレーザー溶接によって行う半導体装置の製造方法おいて、前記複数の導体板に設けたそれぞれの溶接部を前記レーザー溶接で用いるレーザー光源に向けて露出するように、前記複数の導体板を立体的に配置する工程と、前記それぞれの溶接部にレーザー光を照射する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
このような半導体装置の製造方法によれば、少なくとも１つの半導体素子を搭載した半導体装置内の電気的接続を複数の導体板のレーザー溶接によって行う半導体装置の製造方法おいて、複数の導体板に設けたそれぞれの溶接部をレーザー溶接で用いるレーザー光源に向けて露出するように、複数の導体板が立体的に配置され、それぞれの溶接部にレーザー光が照射される。
本発明では、少なくとも１つの半導体素子を搭載した半導体装置において、半導体装置内の電気的接続が複数の導体板によって行い、複数の導体板に設けたそれぞれの溶接部をレーザー溶接で用いるレーザー光源に向けて露出するように、複数の導体板を立体的に配置するようにした。
また、本発明では、少なくとも１つの半導体素子を搭載した半導体装置内の電気的接続を複数の導体板のレーザー溶接によって行う半導体装置の製造方法おいて、複数の導体板に設けたそれぞれの溶接部をレーザー溶接で用いるレーザー光源に向けて露出するように、複数の導体板を立体的に配置し、それぞれの溶接部にレーザー光を照射するようにした。
このような半導体装置及び半導体装置の製造方法によれば、溶接が簡便且つ確実になり、生産性の高い半導体装置及び半導体装置の製造方法の実現が可能になる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。この実施の形態では、半導体装置の一例として、ＩＧＢＴ素子及びＦＷＤ（Free Wheeling Diode）素子を搭載した三相インバータを例に説明する。
図１は半導体装置の要部模式図であり、（Ａ）は要部上面模式図であり、（Ｂ）は要部断面模式図である。ここで、（Ｂ）は（Ａ）の断面Ａ−Ａ’の位置に対応している。尚、この図では、樹脂ケース２８に設置されている半導体素子を制御する電極の外部取り出し用リードピンを省略している。これについては後述する。
この半導体装置１０は、Ｃｕベース１１の上に、半田付けしたＣｕ箔１２（（Ａ）では不図示）があり、さらにＣｕ箔１２の上にＤＣＢ法で接合させた絶縁基板１３を有している。絶縁基板１３上には、同様にＤＣＢ法で接合させたＣｕ箔１４ａが形成されている。そして、Ｃｕ箔１４ａの上には、ＩＧＢＴ素子１５及びＦＷＤ素子１６がそれぞれ半田１７を介して搭載されている。このＣｕ箔１４ａは、ＩＧＢＴ素子１５のコレクタ電極及びＦＷＤ素子１６のカソード側と電気的な接続が確保されている。そして、ＩＧＢＴ素子１５及びＦＷＤ素子１６の上には、半田１８を介してヒートスプレッダ１９ａが接合されている。このヒートスプレッダ１９ａは、ＩＧＢＴ素子１５のエミッタ電極及びＦＷＤ素子１６のアノード側と電気的な接続が確保されている。また、絶縁基板１３上には、端子２０が形成され（（Ｂ）では不図示）、この端子２０の表面には、ＩＧＢＴ素子を制御する電極の外部取り出し用リードピン（不図示）がレーザー溶接によって接続されている。
また、リードピンがレーザー溶接された端子２０は、アルミワイヤ２１がボンディングされる。このアルミワイヤ２１によって、ＩＧＢＴ素子１５を制御する電極端子２２と端子２０が電気的に接続される。
そして、三相インバータ回路と直流電源（正極）とを接続する配線として、導体板であるリードフレーム２３が配置される。リードフレーム２３の外部に導出された一端は正極入力端子（Ｐ）となる。リードフレーム２３の２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、溶接部であり、それぞれＣｕ箔１４ａ，１４ｂ，１４ｃの上面にレーザー溶接されている。さらに、リードフレーム２３の下方（下層）には、三相インバータ回路と直流電源（負極）とを接続する配線として、リードフレーム２４が配置されている。リードフレーム２４は、Ｐバスバー用のリードフレーム２３と並行になるように配置されている。リードフレーム２４の外部に導出された一端は負極入力端子（Ｎ）となる。そして、リードフレーム２４の２４ａ，２４ｂ，２４ｃは溶接部であり、ヒートスプレッダ１９ｄ，１９ｅ，１９ｆの上面にそれぞれレーザー溶接されている。
また、交流出力導体となる配線には、同様にリードフレームを用いる。例えば、Ｕ相用のリードフレーム２５については、リードフレーム２５の溶接部２５ａがＣｕ箔１４ｄの上面にレーザー溶接され、溶接部２５ｂがヒートスプレッダ１９ａの上面にレーザー溶接されている。Ｖ相用のリードフレーム２６については、リードフレーム２６の溶接部２６ａがＣｕ箔１４ｅの上面にレーザー溶接され、溶接部２６ｂがヒートスプレッダ１９ｂの上面にレーザー溶接されている。Ｗ相用のリードフレーム２７については、リードフレーム２７の溶接部２７ａがＣｕ箔１４ｆの上面にレーザー溶接され、溶接部２７ｂがヒートスプレッダ１９ｃの上面にレーザー溶接されている。
リードフレーム２３〜２７及び図示していないリードピンは、予め樹脂ケース２８に一体に形成されていて、樹脂ケース２８をＣｕベース１１に載置することで溶接部の位置決めを行う。そして、レーザー溶接工程で溶接部を順次溶接する。
尚、リードフレーム２３〜２７の材質は、例えばＣｕで、厚みは０．３〜１．５ｍｍである。また幅は、２〜５０ｍｍである。その構造については、平面形状の他、リードフレーム２３，２５，２６，２７の一部分に傾斜を持たせ、それらを立体的に配置している。
このように、半導体装置１０は、少なくとも１つの半導体素子（ＩＧＢＴ素子１５、ＦＷＤ素子１６）を搭載し、半導体装置１０内の電気的接続を複数の導体板によって行っている。そして、レーザー溶接を行う場合に、複数の導体板であるリードフレーム２３〜２７に設けたそれぞれの溶接部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂがレーザー光源に向けて露出するように、複数の導体板が立体的に配置されている。換言すると、溶接部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂは、他の導体板に覆われないように配置されている。
また、複数の導体板の少なくとも一つが半導体装置１０の出力導体であり、半導体素子の電極、半導体素子を搭載した基板の回路パターンの少なくとも１つにレーザー溶接されている。さらに、複数の導体板の少なくとも一つが半導体装置１０の入力導体であり、半導体素子の電極、半導体素子を搭載した基板の回路パターンの少なくとも１つにレーザー溶接されている。そして、半導体素子の上部に配置された電極は、半導体素子の電極層に接合されたヒートスプレッダである。
このような構造によれば、レーザー溶接工程において、リードフレーム２３〜２７に設けたそれぞれの溶接部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂがレーザー光源に向けて露出されているので、各溶接部のレーザー溶接工程を連続して１つの工程とすることができる。即ち、レーザー溶接工程の途中に他の導体板の配置工程などがないため、溶接が簡便且つ確実になり、生産性の高い半導体装置の実現が可能になる。
また、このような立体的なリードフレーム２３〜２７の配置によれば、従来のワイヤボンディングで接続していた回路パターンを形成させる必要が無いため、モジュールのサイズを小さくすることができる。
また、リードフレーム２３〜２７がヒートスプレッダとしての機能を有するため、半導体装置の大容量化に伴う発熱をリードフレームを介して拡散させることができる。
また、Ｐバスバー用のリードフレーム２３とＮバスバー用のリードフレーム２４とが並行して配置されているので、電流によって発生する磁界が打ち消し合い、インダクタンスが低下する。その結果、大きなサージ電圧が印加されなくなり、回路の誤動作を防止し、半導体素子の破壊を防止することができる。
次に、上記の半導体装置１０の製造工程について説明する。図２から図５は半導体装置１０の製造工程を説明する要部図である。
図２はパワーセル製造工程の要部模式図であり、（Ａ）はパワーセルの要部上面模式図であり、（Ｂ）はパワーセルの要部断面模式図である。ここで、（Ｂ）は（Ａ）の断面Ａ−Ａ’の位置に対応している。
所定の大きさの絶縁基板１３にＤＣＢ法で、Ｃｕ箔１２及び回路パターンとなるＣｕ箔１４を接合する。
次いで、Ｃｕ箔１４の上に、それぞれ２個のＩＧＢＴ素子１５及びＦＷＤ素子１６を半田１７を介して、半田付けする。そして、ＩＧＢＴ素子１５及びＦＷＤ素子１６の上に、ヒートスプレッダ１９ａを半田１８を介して半田付けする。この状態で、Ｃｕ箔１４は、ＩＧＢＴ素子１５のコレクタ電極及びＦＷＤ素子１６のカソード側に電気的に接続されている。また、ヒートスプレッダ１９ａは、ＩＧＢＴ素子１５のエミッタ電極及びＦＷＤ素子１６のアノード側に電気的に接続されている。
続いて、絶縁基板１３上に、予め形成させた端子２０とＩＧＢＴ素子１５上に形成されている制御用の電極端子２２とをアルミワイヤ２１で、それぞれをボンディングする。このボンディングは、例えば超音波接合法により行う。尚、端子２０は、Ｃｕ箔１４と同様にＤＣＢ法によって形成しておけばよい。
そして、それぞれ２個のＩＧＢＴ素子１５及びＦＷＤ素子１６を有したパワーセル３０の完成に至る。
図３はパワーセルのＣｕベース上への実装工程を説明する要部上面模式図である。
上記のパワーセル３０の６個をＣｕベース１１の上に半田付けにより搭載する。この段階で、リードフレームが実装されていない半導体装置１０が製造される。
次に、上記のリードフレームが実装されていない半導体装置１０に嵌合するリードフレームを備えた樹脂ケースの構造について説明する。
図４は樹脂ケースの構造を説明する要部模式図であり、（Ａ）は要部上面模式図であり、（Ｂ）は要部矢視断面模式図である。ここで、（Ｂ）は（Ａ）の断面Ａ−Ａ’の位置に対応している。
この図に示すように、上述したリードフレーム２３〜２７は、金型成形によって樹脂ケース２８の側面に一体となって封止され、それぞれの位置が固定されている。特に、リードフレーム２３，２４は、それぞれが並行になるように樹脂ケース２８の側壁２８ａにその一部分が樹脂によって固定されている。
また、導体板であるリードピン２９が同様に金型成形によって樹脂ケース２８の上面に一体となってその一部分が封止され、その位置が固定されている。このリードピン２９は、図１に示す端子２０にレーザー溶接される。即ち、リードピン２９は、ＩＧＢＴ素子１５の制御用の電極端子２２にアルミワイヤ２１を介して電気的に接続された端子２０に電気的に接続される。尚、リードピンの材質は、例えばＣｕで、厚みは０．３〜１．５ｍｍであり、幅は、１〜５ｍｍである。また、リードピンにはＣｕのほか、黄銅やリン青銅なども適用可能である。
このように、樹脂ケース２８は、リードフレーム２３〜２７及びリードピン２９の立体的な配置を保持したまま、樹脂ケース２８及びリードピン２９と一体となってそれらを固定している。即ち、リードフレーム２３〜２７及びリードピン２９に設けられたそれぞれの溶接部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２９ａの位置が樹脂ケース２８によって、予め決められているので、溶接をする際に、リードフレーム２３〜２７及びリードピン２９を保持する冶具が不要になる。
また、固定されたリードフレーム２３，２５，２６，２７及びリードピン２９の溶接部以外の部分は傾斜構造を備えている（リードピン２９については後述する。）。リードフレーム２３〜２７及びリードピン２９のそれぞれの溶接部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２９ａは、絶縁基板１３と平行（これを水平方向とする）となるように加工されている。本実施形態では、リードフレーム２３〜２７及びリードピン２９を立体的に配置するために、水平方向から立ち上がる部分を、水平方向から鉛直に立ち上げるのではなく、この部分を傾斜構造としている。傾斜構造の傾斜角については後述する。
従って、リードフレーム２３〜２７及びリードピン２９のそれぞれの溶接部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２９ａを被溶接部に接触させると、リードフレーム２３，２５，２６，２７のバネ効果により被溶接部に所定の荷重が加わる。その結果、溶接をする際に溶接部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２９ａと被溶接部とが離隔することなく、確実に溶接を行うことができる。
また、このような傾斜構造によれば、溶接をする際に用いるレーザー光によって、リードフレーム２３〜２７及びリードピン２９の溶接部以外の部分が照射されないという機能を備える。
また、上記のリードフレーム２３〜２７及びリードピン２９については、樹脂で封止する前に、その表面に、Ｎｉ（ニッケル）を鍍金してもよい。これにより、溶接部においてレーザー光の吸収効率を上昇させることができる。その他、必要に応じてＡｕ（金）鍍金，Ｓｎ（スズ）鍍金をしてもよい。
図５は半導体装置の要部模式図であり、（Ａ）は半導体装置の要部上面模式図であり、（Ｂ）はリードピンと端子との溶接状態を説明する要部断面模式図である。ここで（Ｂ）は、一つのパワーセル３０の拡大した断面図であり、リードフレーム及び樹脂ケースについては略されている。そして、（Ｂ）は（Ａ）の断面Ａ−Ａ’の位置に対応している。
半導体装置１０の周辺を樹脂ケース２８で封止するために、リードフレーム２３〜２７及びリードピン２９の一部分が樹脂により固定された樹脂ケース２８を図３に示した半導体装置１０の上方から被せるように嵌合し、載置する。そして、溶接部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２９ａを被溶接部に接触させる。この段階で、リードフレーム２３〜２７及びリードピン２９に設けたそれぞれの溶接部がレーザー溶接で用いるレーザー光源に向けて露出するように立体的に配置される。さらに、リードフレーム２３，２５，２６，２７は、上述したように傾斜構造をしている。同様に、リードピン２９も傾斜構造をしている。
そして、全ての溶接部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２９ａにレーザー（例えば、Ｎｄ3+ＹＡＧレーザー）を例えば３ポイント照射し、溶接部と披溶接部とをボンディングする。ここで、リードフレーム２３，２５，２６，２７及びリードピン２９は、傾斜構造によるバネ効果を備えている。従って、溶接部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２９ａには、所定の荷重が与えられている。従って、レーザー光を照射することにより、リードフレーム２３，２５，２６，２７及びリードピン２９の温度が上昇し、僅かな変形等が生じても、溶接中に溶接部と非溶接部が離隔することはなく、確実に溶接を行うことができる。
ボンディングが終了した後、樹脂ケース２８内に、ゲルまたはエポキシ樹脂を充填し、蓋で樹脂ケース２８を密閉する（不図示）。
以上の工程で、半導体装置１０の完成に至る。
このような半導体装置の製造方法によれば、ボンディングをする場合に、全ての溶接部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２９ａがレーザー溶接で用いるレーザー光源に向けて露出されているので、溶接が簡便且つ確実になり、生産性の高い半導体装置及び半導体装置の製造方法の実現が可能になる。特に、溶接部２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２９ａが半導体装置の上部からみて全て露出しているので、連続してレーザー光を照射させることができ、１工程で溶接を完了させることができる。その結果、作業工程の迅速化を図ることができる。具体的には、配線がワイヤである場合に比べ、リードフレームを用いて溶接を行うと、ボンディング時間が３０分の１に短縮される。
ところで、図１に示す半田１７、１８の厚みにばらつきがあったり、溶接中のレーザー照射による温度上昇により、Ｃｕベース１１に僅かな変形が生じたりすると、Ｃｕベース１１からヒートスプレッダ１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ，１９ｆの表面までの高さにばらつきが生じることがある。
このような場合、上述したリードフレーム２３，２５，２６，２７の傾斜構造だけでは、充分なバネ効果が得られず、溶接をする際に溶接部と披溶接部とが離隔する場合がある。あるいは、その逆に、溶接部の披溶接部に対する荷重が過剰になり、素子等にダメージを与える場合がある。
そこで、溶接をより確実に行うためには、リードフレームの構造について、傾斜構造以外に、その剛性を局所的に低下させる必要がある。
以下に、リードフレームの剛性を局所的に低下させることのできる構造について説明する。
図６はリードフレーム構造の変形例を説明する要部模式図であり、（Ａ）はリードフレームの要部側面模式図であり、（Ｂ）は要部立体模式図である。
この図に示すように、リードフレーム４０の厚みが一部分において薄くなるように、少なくともリードフレームの上面または下面に凹部４０ａ，４０ｂを設ける。これにより、リードフレーム４０の剛性を局所的に低下させることができる。
図７はリードフレーム構造の変形例を説明する要部模式図であり、（Ａ）はリードフレームの要部側面模式図であり、（Ｂ）は要部立体模式図である。
この図に示すように、リードフレーム４１の一部分に貫通するスリット４１ａを少なくともひとつ設ける。これにより、リードフレーム４１の剛性を局所的に低下させることができる。
図８はリードフレーム構造の変形例を説明する要部模式図であり、（Ａ）はリードフレームの要部側面模式図であり、（Ｂ）は要部立体模式図である。
この図に示すように、リードフレーム４２の一部分にディンプル４２ａを少なくともひとつ設ける。そして、そのディンプル４２ａは、少なくともリードフレームの上面または下面に形成する。これにより、リードフレーム４２の剛性を低下させることができる。
図９はリードフレーム構造の変形例を説明する要部模式図であり、（Ａ）はリードフレームの要部側面模式図であり、（Ｂ）は要部立体模式図である。
この図に示すように、リードフレーム４３の一部分の側面にＵ字状の括れ部４３ａを設ける。これにより、リードフレーム４３の剛性を局所的に低下させることができる。
図１０はリードフレーム構造の変形例を説明する要部模式図であり、（Ａ）はリードフレームの要部側面模式図であり、（Ｂ）は要部立体模式図である。
この図に示すように、リードフレーム４３の一部分の側面に、少なくともひとつのＵ字状の括れ部４３ａをリードフレーム４３の一部分の側面に設ける。特に、リードフレーム４３の両側面に括れ部４３ａを設けた場合は、両側面に配設した括れ部４３ａを対向させず、両側面の配置位置の位相をずらすことで弾性が増加し、且つリードフレーム４３の剛性を局所的に低下させることができる。
図１１はリードフレーム構造の変形例を説明する要部模式図であり、（Ａ）はリードフレームの要部側面模式図であり、（Ｂ）は要部立体模式図である。
この図に示すように、リードフレーム４４の一部分の側面に少なくともひとつの矩形状の括れ部４４ａをリードフレーム４４の一部分の側面に設ける。これにより、リードフレーム４４の剛性を局所的に低下させることができる。
以上のようなリードフレームの構造によれば、例えば、半田１７，１８の厚みにばらつきがあったり、溶接中の温度上昇により、Ｃｕベースに僅かな変形が生じたりしても、リードフレームの剛性を局所的に低減することができるので、溶接をより確実に行うことができる。
また、以上のようなリードフレームの構造によれば、リードフレームの剛性を低下させるための部分を設けたことにより、この部分において、樹脂を充填して半導体装置１０内を封止した際に、封止樹脂とリードフレームとの密着性が高めることができる。
次に、リードピンの配置を変形させた半導体装置について説明する。
図１２は半導体装置の要部模式図であり。（Ａ）は半導体装置の要部上面模式図であり、（Ｂ）はリードピンと端子との溶接状態を説明する要部断面模式図である。ここで（Ｂ）は、一つのパワーセルの拡大した断面図であり、リードフレーム及び樹脂ケースについては略されている。そして、（Ｂ）は（Ａ）の断面Ａ−Ａ’の位置に対応している。また、この図においては、図１及び図５に示す要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
この半導体装置５０では、ＩＧＢＴ素子１５の上に形成された制御用電極端子（不図示）の上に、金属端子台１５ｂを制御用電極端子表面のＮｉ層（不図示）の上に接合した半田１５ａを介して接合させている。金属端子台１５ｂの材質は、例えばＣｕである。
そして、樹脂ケース２８に封止したリードピン２９を直接、ＩＧＢＴ素子１５の上に設けた金属端子台１５ｂに接触させ、レーザー照射によりリードピン２９の溶接部２９ａと金属端子台１５ｂとを溶接する。
このような半導体装置５０及びリードピン２９の配置によれば、絶縁基板１３上に端子を形成する工程及びワイヤをボンディングする工程が省け、作業効率を向上させることができる。また、リードピン２９を直接的にＩＧＢＴ素子１５の上に設けた金属端子台１５ｂに溶接することができ、図１に示すような端子２０を形成する領域が不要になり、半導体装置のサイズを縮小させるこができる。
ところで、リードピン２９については、その本数が多く、上述した図４に示す樹脂ケース２８に封止すると手間がかかり、作業効率が低下する場合がある。そこで、複数のリードピンが樹脂により予め封止されたリードピンユニットが提供される。
図１３はリードピンユニットの要部模式図であり、（Ａ）は要部上部模式図であり、（Ｂ）は要部断面図である。ここで、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ’の位置に対応している。
この図に示すように、複数のリードピン２９を一体的に樹脂２８ｂに封止し、固定する。そして、樹脂２８ｂで封止したリードピンユニット６０を樹脂ケース２８の所定の位置に嵌合させ、成形により樹脂ケース２８に固定させる。
このようなリードピンユニット６０によれば、樹脂ケース２８にリードピン２９を直接封止する手間を省くことができ、作業効率が向上する。
また、リードピン２９を直接接合する金属端子台についても、その数が多く、上述したＩＧＢＴ素子の上に金属端子台を個別に接合すると手間がかかり、作業効率が低下する。そこで、複数の金属端子台を絶縁材料により予め封止した金属端子台ユニットを形成する。
図１４は金属端子台ユニットの要部模式図であり、（Ａ）は金属端子台ユニットの要部上面模式図及び要部断面図であり、（Ｂ）は金属端子台ユニットをＩＧＢＴ素子に接合させた状態を説明する要部上面模式図である。
この図に示すように、複数の金属端子台１５ｂを一体的に絶縁材料（本例では樹脂２８ｃ）に封止し、固定する。そして、封止した金属端子台ユニット７０をＩＧＢＴ素子１５の上に形成した制御用電極端子（不図示）の上に金属端子台ユニット７０を半田付けにより接合する。
このような金属端子台ユニット７０によれば、ＩＧＢＴ素子１５の上に金属端子台１５ｂを別個に半田付けを行う手間を省くことができ、作業効率が向上する。
最後に、リードフレームに傾斜構造の角度と、溶接で用いるレーザー光の開口角の関係について説明する。
図１５はレーザー光の開口角とリードフレームの傾斜構造の角度との関係を説明する概略図である。
この図に示すように、リードフレーム４５の傾斜角Ｙは、照射するレーザー光の開口角Ｘより、広角になるように傾斜させる。即ち、リードフレーム４５の溶接部４５ｂ以外の部分は、レーザー光によって照射されない構造を有している。従って、レーザーユニット８１から発せられるレーザー光８０がリードフレーム４５の傾斜面４５ａに照射されず、傾斜面４５ａの溶解及び熱膨張による溶接中のリードフレーム４５の変形を防止することができる。
このように、導体板であるリードフレーム４５の溶接部４５ｂにレーザー光を照射させた場合、溶接部４５ｂ以外の部分がレーザー光によって照射されないように、リードフレーム４５が傾斜している。これは、上述したリードピン２９についても同様である。
尚、上記の説明では、三相インバータを例に、本発明のリードフレームの構造を説明してきたが、本発明のリードフレームを備える半導体装置は、特に三相インバータに限るものではない。本発明は、半導体装置で構成される他の電力変換装置等に容易に転用することができる。
半導体装置の要部模式図であり、（Ａ）は要部上面模式図であり、（Ｂ）は要部断面模式図である。 パワーセル製造工程の要部模式図であり、（Ａ）はパワーセルの要部上面模式図であり、（Ｂ）はパワーセルの要部断面模式図である。 パワーセルのＣｕベース上への実装工程を説明する要部上面模式図である。 樹脂ケースの構造を説明する要部模式図であり、（Ａ）は要部上面模式図であり、（Ｂ）は要部矢視断面模式図である。 半導体装置の要部模式図であり、（Ａ）は半導体装置の要部上面模式図であり、（Ｂ）はリードピンと端子との溶接状態を説明する要部断面模式図である。 リードフレーム構造の変形例を説明する要部模式図であり、（Ａ）はリードフレームの要部側面模式図であり、（Ｂ）は要部立体模式図である（その１）。 リードフレーム構造の変形例を説明する要部模式図であり、（Ａ）はリードフレームの要部側面模式図であり、（Ｂ）は要部立体模式図である（その２）。 リードフレーム構造の変形例を説明する要部模式図であり、（Ａ）はリードフレームの要部側面模式図であり、（Ｂ）は要部立体模式図である（その３）。 リードフレーム構造の変形例を説明する要部模式図であり、（Ａ）はリードフレームの要部側面模式図であり、（Ｂ）は要部立体模式図である（その４）。 リードフレーム構造の変形例を説明する要部模式図であり、（Ａ）はリードフレームの要部側面模式図であり、（Ｂ）は要部立体模式図である（その１）。 リードフレーム構造の変形例を説明する要部模式図であり、（Ａ）はリードフレームの要部側面模式図であり、（Ｂ）は要部立体模式図である（その２）。 半導体装置の要部模式図であり。（Ａ）は半導体装置の要部上面模式図であり、（Ｂ）はリードピンと端子との溶接状態を説明する要部断面模式図である。 リードピンユニットの要部模式図であり、（Ａ）は要部上部模式図であり、（Ｂ）は要部断面図である。 金属端子台ユニットの要部模式図であり、（Ａ）は金属端子台ユニットの要部上面模式図及び要部断面図であり、（Ｂ）は金属端子台ユニットをＩＧＢＴ素子に接合させた状態を説明する要部上面模式図である。 レーザー光の開口角とリードフレームの傾斜構造の角度との関係を説明する概略図である。 半導体装置の要部断面模式図である。
符号の説明
１０，５０ 半導体装置
１１ Ｃｕベース
１２，１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ Ｃｕ箔
１３ 絶縁基板
１５ ＩＧＢＴ素子
１５ｂ 金属端子台
１６ ＦＷＤ素子
１５ａ，１７，１８ 半田
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ，１９ｆ ヒートスプレッダ
２０ 端子
２１ アルミワイヤ
２２ 電極端子
２３，２４，２５，２６，２７，４０，４１，４２，４３，４４，４５ リードフレーム
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２９ａ，４５ｂ 溶接部
２８ 樹脂ケース
２８ａ 側壁
２８ｂ，２８ｃ 樹脂
２９ リードピン
３０ パワーセル
４０ａ，４０ｂ 凹部
４１ａ スリット
４２ａ ディンプル
４３ａ，４４ａ 括れ部
４５ａ 傾斜面
６０ リードピンユニット
７０ 金属端子台ユニット
８０ レーザー光
８１ レーザーユニット

Claims (20)

  1. 少なくとも１つの半導体素子を搭載した半導体装置において、
    前記半導体装置内の電気的接続を複数の導体板によって行い、
    前記複数の導体板に設けたそれぞれの溶接部がレーザー溶接で用いるレーザー光源に向けて露出するように、前記複数の導体板が立体的に配置されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記複数の導体板の少なくとも一つが前記半導体装置の出力導体であり、前記半導体素子の電極、前記半導体素子を搭載した基板の回路パターンの少なくとも１つにレーザー溶接することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記複数の導体板の少なくとも一つが前記半導体装置の入力導体であり、前記半導体素子の電極、前記半導体素子を搭載した基板の回路パターンの少なくとも１つにレーザー溶接することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  4. 前記半導体素子の電極は、前記半導体素子の電極層に接合されたヒートスプレッダであることを特徴とする請求項２または３記載の半導体装置。
  5. 前記複数の導体板の少なくとも一つが前記半導体素子の制御端子に接続されるリードピンであり、前記リードピンが前記半導体素子を搭載した基板の前記制御端子に電気的に接続された回路パターンにレーザー溶接されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  6. 前記半導体装置が樹脂で封止されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  7. 前記導体板の一部分が前記樹脂によって固定されていることを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
  8. 前記導体板の前記溶接部以外の部分が傾斜構造を構成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  9. 前記導体板の前記溶接部にレーザー光を照射させた場合、前記導体板の前記溶接部以外の部分が前記レーザー光によって照射されないように、前記導体板が傾斜していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  10. 前記導体板の少なくとも上面または下面に前記導体板の厚みに差を設けるための凹部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  11. 前記導体板に少なくとも一つのスリットが形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  12. 前記導体板の少なくとも上面または下面に、少なくとも一つのディンプルが形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  13. 前記導体板の側面に、少なくとも一つのＵ字状の括れ部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  14. 前記導体板の側面に、少なくとも一つの矩形状の括れ部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  15. 複数の前記リードピンが樹脂によって一体的に固定されたリードピンユニットを形成していることを特徴とする請求項１または５記載の半導体装置。
  16. 前記半導体素子の前記制御端子上に金属端子台が形成され、前記リードピンが、前記金属端子台にレーザー溶接されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  17. 複数の前記金属端子台が絶縁材料によって一体的に固定された金属端子台ユニットを形成していることを特徴とする請求項１６記載の半導体装置。
  18. 少なくとも１つの半導体素子を搭載した半導体装置内の電気的接続を複数の導体板のレーザー溶接によって行う半導体装置の製造方法において、
    前記複数の導体板に設けたそれぞれの溶接部を前記レーザー溶接で用いるレーザー光源に向けて露出するように、前記複数の導体板を立体的に配置する工程と、
    前記それぞれの溶接部にレーザー光を照射する工程と、
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  19. 前記複数の導体板を立体的に配置する工程は、
    前記導体板の一部分を樹脂に一体に成型する工程と、
    前記半導体素子を搭載した基板に、樹脂ケースを載置する工程であることを特徴とする請求項１８記載の半導体装置の製造方法。
  20. 前記導体板の一部分を前記樹脂に一体に成型する工程は、
    前記半導体素子の制御端子に電気的に接続されるリードピンの複数を、前記樹脂によって一体的に固定してリードピンユニットを形成する工程と、
    前記リードピン以外の複数の導体板と前記リードピンユニットとを前記樹脂ケースに一体に成型する工程であることを特徴とする請求項１９記載の半導体装置の製造方法。
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