JP2013033901A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成の大型化を招くことなく、半導体モジュールとバスバ電極との接合品質を向上した半導体装置を提供することを課題とする。
【解決手段】パワー半導体素子とこのパワー半導体素子に電気的に接続された電力端子５とを備えた半導体モジュール１、ならびにバスバ電極２を有し、電力端子５とバスバ電極２とが電気的に接合される半導体装置において、第１の電力端子５−１の端部７と第１のバスバ電極２−１の端部１１とが対向する接合面で、第１の電力端子５−１の端部７が第１のバスバ電極２−１の端部１１に向かって凸状に湾曲していることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体モジュールとバスバ電極とが接合された構造を有する半導体装置に関する。

従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１，２参照）。文献１に記載された技術では、半導体モジュールの端子をそれぞれの半導体モジュールの近傍で直角に曲げて接合する。また、導通バスバーの先端部を半導体モジュールの端子と同様に直角に曲げて接合する。さらに、半導体モジュールの端子の先端部と導通バスバーの先端部をナゲットにより一括して溶融接合する。

これにより、ラインタクトを伸ばすことなく、良好な溶接結果が得られ、安定して量産できる電気部品の接続工法及び接続構造、並びにその接続構造を用いた電力変換装置を提供している。

しかし、上記文献１に記載された従来の技術では、接合する端子と導通バスバーの接合面が平行なため、接合面が離れるような位置ずれが生じた場合には、接合領域が確保できなくなり接合品質が低下するおそれがあった。

一方、文献２に記載された技術では、バスバーの一部に半導体モジュールのパワー端子が挿通される開口部が設けられている。この開口部は、半導体モジュールの端子の位置ずれを考慮した大きさとすることで、位置ずれが生じた場合においても接続信頼性を確保できるように構成されている。

これにより、半導体モジュールとバスバーとの接続信頼性に優れた製造容易な電力変換装置を提供している。

しかし、上記文献２に記載された従来の技術では、開口部に半導体モジュールの端子を挿通することで接続信頼性を確保する構成となっていたため、位置ずれ発生の向きの種類が増えるにしたがって開口部が大きくなり接続部が大型化する。したがって、接続部の大型化を招くことなく接続信頼性を確保することは困難となり、接合品質の低下を招くおそれがあった。

特開２００９−１９３９２８号公報 特開２００９−１４２０００号公報

以上説明したように、上記従来の技術において、半導体モジュールとバスバーとの接合面に位置ずれが生じた場合には、良好な接合を得ることが困難となり、接合品質が低下するといった不具合を招くおそれがあった。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構成の大型化を招くことなく、半導体モジュールとバスバ電極との接合品質を向上した半導体装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、半導体モジュールの半導体素子と電気的に接続される電極端子とバスバ電極とが対向する接合面の一方が、接合面に向かって凸状に湾曲していることを特徴とする。

本発明によれば、電極端子とバスバ電極とが対向する接合面の一方が、接合面に向かって凸状に湾曲して形成されているので、従来に比べて接合可能面積を広げることが可能となる。これにより、構成の大型化を招くことなく、半導体モジュールとバスバ電極との接合品質を向上することができる。

本発明の実施形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る半導体装置の構成と従来構成とにおける溶接後の接合状態を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態４に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態５に係る半導体装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態６に係る半導体装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態７に係る半導体装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態１０に係る半導体装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態１１に係る半導体装置の構成を示す図である。

以下、図面を用いて本発明を実施するための実施形態を説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図１に示す実施形態１の半導体装置は、例えば電気自動車やハイブッリド電気自動車などの電動車両に用いられる電力変換装置を構成している。この電力変換装置は、例えば車載バッテリから供給された直流電力を交流モータを駆動する交流電力に変換するインバータなどとして好適に用いることができる。このような交流モータの駆動などに用いられるインバータなどの電力変換装置は、一般的にＩＰＭと呼ばれる半導体モジュールやコンデンサ、冷却器といった構成要素を備えて構成されている。

半導体モジュールは、パワー半導体素子をバスバ電極、ワイヤボンドなどの組み合わせで電気的に接続するとともに、素子からの発熱を冷却器へと熱的に接続するための熱回路を作りこんだモジュールである。パワー半導体素子は、例えばトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタなどで構成される。パワー半導体素子の各電力端子には入力、出力用のバスバ電極が接続され、出力用のバスバ電極を介してモータに交流電力が供給される。

図１において、この実施形態１の半導体装置は、上述した半導体モジュール１ならびに２つのバスバ電極２を備えている。半導体モジュール１は、例えば２つのパワー半導体素子３が実装されている。各パワー半導体素子３は、導電性の接合材４を介して双方の主面（図１では上下面）にそれぞれ電力端子５が電気的に接合されている。電力端子５は、パワー半導体素子３とこのパワー半導体素子３に接続される電気機器（図示せず）の例えばモータ（図示せず）との間で電力の入出力を行う端子として機能する。

各パワー半導体素子３は、封止樹脂６で封止されてモジュール化され、各電力端子５の一方の端部は封止樹脂６外に露出して引き出されている。すなわち、各パワー半導体素子３の一方の主面（図１では下面）に接続された電力端子５（図１では下側の電力端子で、以下第１の電力端子５−１と呼ぶ）は、その一方の端部７が封止樹脂６外に露出して引き出されている。各パワー半導体素子３の他方の主面（図１では上面）に接続された電力端子５（図１では上側の電力端子で、以下第２の電力端子５−２と呼ぶ）は、その一方の端部が封止樹脂６外に露出して引き出されている。

半導体モジュール１の一方の主面（図１では下面）には、絶縁材８を介して冷却器９が接合されている。冷却器９は、半導体モジュール１で発生した熱を放熱して半導体モジュール１を冷却する機能を有している。

半導体モジュール１の他方の主面（図１では上面）には、２つのバスバ電極２が配置されている。バスバ電極２は、例えば細長い棒状の導体や長尺の薄い導体片で構成され、半導体モジュール１とこの半導体モジュール１に電気的に接続されるモータなどの電気機器との通電配線路として機能する。バスバ電極２を構成する導体としては、例えば銅やアルミ、もしくはそれらの合金などの金属が用いられる。

２つのバスバ電極２の内、一方のバスバ電極２（以下、第１のバスバ電極２−１と呼ぶ）は、絶縁材１０を介して半導体モジュール１の他方の主面（図１では上面）に接合されている。第１のバスバ電極２−１の一方の端部１１は、第１の電力端子５−１の端部７に対向して配置形成されている。２つのバスバ電極２の内、他方のバスバ電極２（以下、第２のバスバ電極２−２と呼ぶ）は、絶縁材１２を介して第１のバスバ電極２−１上に接合されている。第１のバスバ電極２−１と第２のバスバ電極２−２とは、互いに絶縁されて配置されている。

このような構成において、この実施形態１の特徴として、第１の電力端子５−１の一方の端部７は、対向する第１のバスバ電極２−１の一方の端部１１側が凸状に湾曲して形成されている。すなわち、第１の電力端子５−１の一方の端部７において、第１のバスバ電極２−１の一方の端部１１に対向する接合面は、凸状の湾曲面を構成している。一方、第１のバスバ電極２−１の一方の端部１１は、対向する第１の電力端子５−１の一方の端部７の湾曲面に対して平面状（図１では半導体モジュール１の主面方向に対して垂直面）に形成されている。

したがって、第１のバスバ電極２−１の端部１１と第１の電力端子５−１の端部７とは、平面と湾曲面とが対向した状態で配置されている。対向する第１のバスバ電極２−１の端部１１と第１の電力端子５−１の端部７の厚さは、双方概ね同等に形成されている。第１のバスバ電極２−１の端部１１と第１の電力端子５−１の端部７は、このような配置状態で例えばレーザ溶接などで電気的に接合されている。

次に、図２を参照して、第１のバスバ電極２−１の端部１１と第１の電力端子５−１の端部７との接合状態について説明する。図２は対向する電極と電力端子との接合の様子を示す図であり、同図（ａ１〜ａ４）は接合面がともに平面の場合（従来例とする）であり、同図（ｂ１〜ｂ４）はこの実施形態１で採用した技術であり、平面と湾曲面が対向している場合を示している。

ここで、例えば以下に示す要件において、レーザ溶接によって第１のバスバ電極２−１と第１の電力端子５−１とを接合した場合について対比する。接合部となる第１のバスバ電極２−１の端部１１と第１の電力端子５−１の端部７の寸法は、例えば厚さが１０ｍｍ程度、幅が８ｍｍ程度とする。レーザ溶接による溶融可能なギャップ（隙間）は、０．２ｍｍ程度（文献、「薄鋼板のレーザ溶接における耐ギャップ性の向上」 溶接学会全国大会講演概要 第８１集 ２００７−９）とする。また、溶接に必要な接合領域２１の寸法は、例えばφ３（直径３ｍｍ）程度とする。

このような要件でレーザ溶接を行った場合に、第１のバスバ電極２−１と第１の電力端子５−１との接合面の間にギャップがない場合には、図２（ａ２）、同図（ｂ２）に示すような接合状態となる。すなわち、従来例ならびに本実施形態１の双方ともに溶接に必要な接合領域２１の全領域がレーザにより溶融して両者が接合され、良好な接合状態が得られる。

これに対して、組み立て時に双方の接合面が離れるような位置ずれが発生して、図２（ａ３）、同図（ｂ３）に示すように、接合面の間に例えば０．４ｍｍ程度のギャップ２２が生じたとする。このような場合には、溶接後の状態は同図（ａ４）、同図（ｂ４）に示すような状態となる。図２（ａ４）に示す従来例では、接合面にギャップ２２が生じているため、溶接時に治具２３により第１のバスバ電極２−１と第１の電力端子５−１の両端部をクリップする。これにより、第１のバスバ電極２−１と第１の電力端子５−１の両端部は接触するが両端部から離れるにしたがってギャップが拡がる。これにより、接合領域２１の中心となる溶接点の中心において、接合面のギャップは０．２２ｍｍ程度となる。このような状態で溶接を行うと、上述した溶融可能なギャップの値から実際に溶接される溶接領域２４は、接合領域２１の面積に対して半分程度の面積となる。

これに対して、図２（ｂ４）に示す本実施形態１では、従来例と同様に接合面にギャップ２２が生じているため、溶接時に治具２３により第１のバスバ電極２−１と第１の電力端子５−１の両端部をクリップする。このときに、第１の電力端子５−１の接合面は湾曲しているので、図２（ｂ４）に示すように接合領域２１の全領域における接合面のギャップは、０．２ｍｍ程度以下となる。このような状態で溶接を行うと、上述した溶融可能なギャップの値から実際に溶接される溶接領域は、接合領域２１の全領域となる。すなわち、接合領域２１の全領域で溶接が行われる。これにより、ギャップが生じていない場合と同等の良好な接合が得られ、図２（ａ４）に示す従来に比べて接合面積は２倍となり、電気抵抗は半分に低減される。

このように、上記実施形態１においては、接合面にギャップが生じた場合であっても、第１の電力端子５−１の端部７が凸形状で湾曲しているので、端部をクランプすることで従来に比べて溶接が可能となる領域を広げることができる。これにより、接合部が拡大して大型化を招くことなく従来に比べて良好な接合が得られて接合強度が増し、接合品質を向上することができる。この結果、従来に比べて接合部における電気的抵抗を低減することが可能となる。

なお、上記実施形態１において、双方の接合面において、第１の電力端子５−１の端部７が平板形状で、第１のバスバ電極２−１の端部１１が第１の電力端子５−１の端部７側に向かって凸形状に湾曲して形成されていても、同様の効果を得ることができる。

（実施形態２）
図３は本発明の実施形態２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図３に示す実施形態２の半導体装置において、先の実施形態１の半導体装置と異なる点は、実施形態１の半導体装置の構成に加えて屈曲部３１ならびに溶融池３２を形成したことである。また、第１のバスバ電極２−１の端部１１の厚さが、この端部１１に対向する第１の電力端子５−１の端部７の厚さに比べて薄く形成したことである。他は先の実施形態１と同様なので、その説明は省略する。

屈曲部３１は、第１の電力端子５−１における封止樹脂６で封止された部分と封止樹脂６から露出した端部７との間に両者に接合されて形成されている。屈曲部３１は、コの字状で、その凹部が第１のバスバ電極２−１と第１の電力端子５−１との接合領域の下方となる位置に形成されている。すなわち、屈曲部３１は、第１のバスバ電極２−１と第１の電力端子５−１との接合面を溶融接合した際に発生する溶融物（溶融金属）の流路に設けられている。屈曲部３１は、溶接する際に第１のバスバ電極２−１と第１の電力端子５−１との両端部をクリップしたときに、もしくは溶接時に、発生する外力を吸収して緩和する機能を有する。

なお、このように機能する屈曲部３１は、１箇所に限らず複数箇所に設けることも可能である。

溶融池３２は、屈曲部３１の凹部として形成され、溶接時に接合領域から流れ出た溶融金属を受ける受け皿として機能する。

先の実施形態１に対して上記新たな構成を加えることで、この実施形態２では、先の実施形態１で得られる効果に加えて、屈曲部３１によりクランプ時もしくは溶接時に発生する外力を吸収して緩和することができる。これにより、第１の電力端子５−１上に接合されて実装されたパワー半導体素子３や、第１のバスバ電極２−１と接続されるコンデンサ（図示せず）などの周辺部品の損傷を抑制して、接合の信頼性を高めることができる。

また、屈曲部３１を接合領域の下方に配置形成することで、この屈曲部３１が溶接時の溶融金属が下方に流れるのをせき止めるように機能する。これにより、溶接時に溶融金属の流出拡散を抑制することが可能となる。さらに、屈曲部３１に溶融池３２を形成することで、溶融金属が溶融池３２に案内されて貯留されるので、溶融金属の流出拡散をより一層抑制することが可能となる。この結果、溶融金属による周辺部品の損傷を抑制して、接合の信頼性を高めることができる。

さらに、先の実施形態１に比べて第１のバスバ電極２−１の端部１１の厚さを薄くしたことで、溶接時に溶融に必要な熱容量を低減して、先の実施形態１と同等の接合品質を得ることが可能となる。なお、第１の電力端子５−１の端部７の厚さを第１のバスバ電極２−１の端部１１の厚さよりも薄く形成しても、上記と同様の効果を得ることができる。

（実施形態３）
図４は本発明の実施形態３に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図４に示す実施形態３の半導体装置において、先の実施形態１の半導体装置と異なる点は、第１のバスバ電極２−１の端部１１の形状を、平板形状に代えて湾曲形状としたことである。

第１のバスバ電極２−１の端部１１は、先の実施形態１で採用した第１の電力端子５−１の端部７と同等の形状ならびに寸法で、かつ凸部の向きも同方向に配置形成されている。すなわち、第１のバスバ電極２−１の端部１１は、対向する第１の電力端子５−１の端部７に対して逆側が凸状に湾曲して形成されている。

このように、上記実施形態３では、第１のバスバ電極２−１ならびに第１の電力端子５−１の対向面がともに湾曲面に形成されている。このような技術を採用することで、対向面に先の図２で説明した以上のギャップが生じた場合であっても、溶接が可能となる接合領域を広げることが可能となる。これにより、接合部が拡大して大型化を招くことなく従来に比べて良好な接合が得られて接合強度が増し、接合品質を向上することができる。この結果、従来に比べて接合部における電気的抵抗を低減することが可能となる。

なお、上記実施形態３は、先の実施形態２で採用した特徴的な技術を採用することができる。すなわち、屈曲部や溶融池を設けたり、第１のバスバ電極２−１の端部１１、第１の電力端子５−１の端部７の厚さを薄く形成するようにしてよい。

（実施形態４）
図５は本発明の実施形態４に係る半導体装置の構成を示す正面図ある。図５に示す実施形態４の特徴とするところは、先の実施形態１で説明した技術を採用した複数の半導体モジュールが共通接合されるバスバ電極を一体化して形成したことにある。

半導体モジュール１は、先の図１に示す実施形態１の半導体モジュール１に対して、第３の電力端子５−３を加え、その端部５１が第１の電力端子５−１の端部７と同等に構成されている。

先の図１に示す実施形態１の第１のバスバ電極２−１は、円環状に一体形成され、第１の電力端子５−１と接合される接合部５２が設けられている。先の図１に示す実施形態１の第２のバスバ電極２−２は、第１のバスバ電極２−１の外側に第１のバスバ電極２−１と同心円に円環状に一体形成され、第３の電力端子５−３と接合される接合部５３が設けられている。

各半導体モジュール１の第１の電力端子５−１は、その端部７が接合部５２と接合されて円環状の第１のバスバ電極２−１と電気的に接合されている。各半導体モジュール１の第３の電力端子５−３は、その端部５１が接合部５３と接合されて円環状の第２のバスバ電極２−２と電気的に接合されている。このような接合構造により、円環状の第１のバスバ電極２−１ならびに第２のバスバ電極２−２の円周に沿って複数の半導体モジュール１が配置構成されている。

このように、上記実施形態４では、複数の半導体モジュールが共通接合されるバスバ電極を一体化して形成し、一体化したバスバ電極に複数の半導体モジュールを共通接合する実装構造を採用している。このような技術を採用することで、簡単な構成で半導体装置の大容量化を図ることができる。また、このような大容量化を図った実装構造においては、複数の半導体装置において上述したような位置ずれが発生した場合であっても、先の実施形態１で得られる効果と同様の効果を得ることができる。

なお、上記実施形態４において、バスバ電極２は円環状に限ることはなく、例えば円弧状や直線状でもよく、あるいは分散配置しても同様の効果を得ることが可能である。また、実施形態１で説明した半導体モジュール１に代えて実施形態２、３で説明した半導体モジュール１を用いても同様の効果を得ることができる。

（実施形態５）
図６は本発明の実施形態５に係る半導体装置の構成を示す図であり、同図（ａ）は模式的な断面図であり、同図（ｂ）は接触部の模式的な断面図であり、同図（ｃ）は模式的な正面図である。図６に示す実施形態５の半導体装置において、先の実施形態１の半導体装置と異なる点は、第１のバスバ電極２−１の一方の端部１１に開口部６１を形成したことである。他は先の実施形態１と同様なので、その説明は省略する。

開口部６１は、第１のバスバ電極２−１の端部１１であって第１の電力端子５−１の一方の端部７が接合される位置に、円形状もしくは楕円形状に形成されている。円弧形状に湾曲した第１の電力端子５−１の端部７は、湾曲した接合面の凸部が開口部６１の周縁部で接触して例えばレーザ溶接などで電気的に接合される。

このように、上記実施形態５では、開口部６１を第１のバスバ電極２−１の端部１１に設けることで、容易に接合作業を行うことができる。開口部６１が設けられていない場合には、接合箇所の位置が把握しづらいおそれがあった。すなわち、接合箇所は、第１の電力端子５-１の端部７側もしくは第１のバスバ電極２−１の端部１１側のいずれの方向から見ても、端部７もしくは端部１１が障壁となっていた。

これに対して、開口部６１を設けることで、開口部６１の周縁部に第１の電力端子５-１の端部７が接触して周縁部が接合部となるので、接合箇所が認識しやすくなる。これにより、レーザ溶接の場合には、レーザを的確に照射することが可能となり、容易に接合作業を行うことができる。また、接合にレーザ溶接を用いた場合には、高強度で低電気抵抗の接合が可能となる。

さらに、開口部６１を円形状もしくは楕円形状とし、第１の電力端子５−１の端部７の湾曲した凸部を円弧形状とする。これにより、第１の電力端子５−１の端部７と第１のバスバ電極２−１の端部１１との位置ずれの方向の種類（次元）が増えた場合であっても、開口部６１や第１の電力端子５−１の端部７を大きくすることなく接触領域を確保することできる。

（実施形態６）
図７は本発明の実施形態６に係る半導体装置の構成を示す図であり、同図（ａ）は模式的な断面図であり、同図（ｂ）は接触部の模式的な断面図であり、同図（ｃ）は模式的な正面図である。図７に示す実施形態６の半導体装置において、先の実施形態５の半導体装置と異なる点は、第１の電力端子５−１の端部７を円弧形状に湾曲した形状に代えて、凸状に湾曲している凸部７１をテーパー状に形成したことである。また、第１のバスバ電極２−１の端部１１の開口部６１を矩形状に形成し、開口部６１の開口面積を凸部７１の面積よりも大きく形成したことである。他は先の実施形態５と同様なので、その説明は省略する。

このような構成においては、開口部６１の周縁部と凸部７１におけるテーパー状の周縁部とが接触してレーザ溶接等で電気的に接合され、第１の電力端子５−１の端部７と第１のバスバ電極２−１の端部１１とが電気的に接続される。

このように、上記実施形態６では、上述した構成を採用することで、第１の電力端子５−１と第１のバスバ電極２−１との接触面積、ならびに溶接が可能なギャップ以下の両者の溶接領域を増やすことができる。

（実施形態７）
図８は本発明の実施形態７に係る半導体装置の構成を示す図であり、同図（ａ）は模式的な断面図であり、同図（ｂ）は接触部の模式的な断面図であり、同図（ｃ）は模式的な正面図である。図８に示す実施形態７の半導体装置において、先の実施形態５の半導体装置と異なる点は、第１の電力端子５−１の端部７の剛性を第１のバスバ電極２−１の端部１１よりも低く形成したことである。他は先の実施形態５と同様なので、その説明は省略する。

このような構成では、第１の電力端子５−１の端部７を第１のバスバ電極２−１の端部１１に形成された開口部６１に押圧した際に、開口部６１に接触する第１の電力端子５−１の端部７が塑性変形する。

このように、上記実施形態７では、第１の電力端子５−１の端部７の押圧時に塑性変形する程度に、第１の電力端子５−１の端部７の剛性を低く形成したことで、接触領域を増やすことができる。

（実施形態８）
次いで、本発明の実施形態８に係る半導体装置について説明する。実施形態８に係る半導体装置において、先の実施形態５の半導体装置と異なる点は、第１のバスバ電極２−１の端部１１の剛性を第１の電力端子５−１の端部７よりも高く形成したことである。他は先の実施形態５と同様なので、その説明は省略する。

このような構成では、開口部６１の周縁部に第１の電力端子５−１の端部７を押し当てた際に、第１のバスバ電極２−１の端部１１の反力により両者の接触が確保される。

このように、上記実施形態８では、上記構成を採用することで、図２に示すような治具２３を用いることなく第１の電力端子５−１の端部７と第１のバスバ電極２−１の端部１１との接触領域を増やすことができる。

（実施形態９）
次いで、本発明の実施形態９に係る半導体装置について説明する。この実施形態９に係る半導体装置は、先の実施形態４の半導体装置と異なる点は、先の実施形態５で採用した特徴的な技術である、第１のバスバ電極２−１の端部１１に開口部６１を形成したことである。他は先の実施形態４と同様なので、その説明は省略する。

このような構成においては、複数の半導体モジュールが共通接合されるバスバ電極を一体化して形成される。これにより、この実施形態９では、先の実施形態４ならびに実施形態５で得られる効果を併せて得ることができる。また、複数の半導体モジュール１に対して異なる方向（半径方向、回転方向、高さ（上下）方向）の位置ずれが生じた場合でも、接触領域を確保しやすくなる。

（実施形態１０）
図９は本発明の実施形態１０に係る半導体装置の構成を示す図であり、同図（ａ）は模式的な断面図であり、同図（ｂ）は模式的な正面図である。図９に示す実施形態１０の半導体装置において、先の実施形態５の半導体装置と異なる点は、第１の電力端子５−１の端部７と第１のバスバ電極２−１の端部１１を水平方向に形成したことである。また、先の実施形態５の半導体装置と異なる点は、先の実施形態４ならびに実施形態９と同様に複数の半導体モジュール１を配置形成したことである。他は先の実施形態４，５，９と同様なので、その説明は省略する。

先の実施形態５の第１の電力端子５−１の端部７は、パワー半導体素子３の主面方向（図９（ａ）の左右方向）に対して垂直方向に形成されているのに対して、この実施形態１０では、主面方向と同方向の水平方向に形成されている。同様に、第１のバスバ電極２−１の端部１１は、第１の電力端子５−１の端部７の上部に対向して主面方向と同方向の水平方向に形成されている。第１の電力端子５−１の端部７と第１のバスバ電極２−１の端部１１とは、水平方向に形成された状態で先の実施形態５と同様に開口部６１の周縁部に接触した状態で電気的に接合されている。

また、複数の半導体モジュール１のそれぞれに対応した第１のバスバ電極２−１は、図９（ｂ）に示すように先の実施形態４と同様に円環状に一体形成されている。

このような構成においては、第１のバスバ電極２−１の端部１１に形成された開口部６１は、上側が開放された状態ですべて同一平面上に形成される。これにより、第１の電力端子５−１の端部７と第１のバスバ電極２−１の端部１１とを接合する溶接作業を容易に行うことが可能となり、作業時間を短縮して作業効率を向上することができる。

（実施形態１１）
図１０は本発明の実施形態１１に係る半導体装置の構成を示す図であり、同図（ａ）は模式的な断面図であり、同図（ｂ）は模式的な正面図である。図１０に示す実施形態１１の半導体装置において、先の実施形態５の半導体装置と異なる点は、開口部６１が形成された第１のバスバ電極２−１の端部１１を、第１の電力端子５−１の端部７と対向する側の接合面が凸部となるように湾曲して形成したことである。また、先の実施形態４ならびに実施形態９と同様に複数の半導体モジュールを配置形成したことである。さらに、複数の半導体モジュール１に対応したそれぞれの第１のバスバ電極２−１の端部１１を、同一の集点で一致するような角度で垂直方向に対して第１の電力端子５−１の端部７側に傾斜させて屈曲形成したことである。また、第１のバスバ電極２−１の端部１１を屈曲して形成したのに対応して、第１の電力端子５−１の端部７を、第１のバスバ電極２−１の端部１１と同様に傾斜させて屈曲形成したことである。他は先の実施形態４，５，９と同様なので、その説明は省略する。

このような構成において、第１のバスバ電極２−１の端部１１を第１の電力端子５−１の端部７側に押し当てることで、第１のバスバ電極２−１の端部１１に形成された開口部６１の周縁部と第１の電力端子５−１の端部７の凸部が接触する。このような状態において、レーザ溶接等により第１の電力端子５-１の端部７と第１のバスバ電極２−１の端部１１とを接合して両者を電気的に接合する。

このように、上記実施形態１１においては、接合部が垂直方向に対して傾斜しているので、レーザ溶接を行う際に開口部６１にレーザを照射する溶接ヘッドを移動させることなく溶接作業を行うことが可能となる。上記実施形態１１においては、第１のバスバ電極２−１の端部１１に形成された開口部６１の周縁部に、第１の電力端子５−１の端部７における凸部側が押し当てられて両者が接触する。これにより、図２（ｄ）に示すような治具２３を用いることなく第１の電力端子５−１の端部７と第１のバスバ電極２−１の端部１１との接触領域を増やすことができる。

上記実施形態５〜１０において、双方の接合面において、第１の電力端子５−１の端部７が平板形状で、第１のバスバ電極２−１の端部１１が第１の電力端子５−１の端部７側に向かって凸形状に湾曲して形成されていてもかまわない。、このような場合には、開口部６１は、第１のバスバ電極２−１の端部１１に形成されると同様に第１の電力端子５−１の端部７側に形成される。

上記実施形態１〜１１では、半導体モジュール１として例えば電力変換装置を一例として説明してきたが、本発明は、上記電力変換装置に限定されることはない。すなわち、様々な機能を備えた半導体モジュールとバスバ電極とが電気的に接合される構造を有する装置であれば、どのような機能を備えた半導体装置であっても適用して、同様の効果を得ることは可能である。

１…半導体モジュール
２…バスバ電極
２−１…第１のバスバ電極
２−２…第２のバスバ電極
３…パワー半導体素子
４…接合材
５…電力端子
５−１…第１の電力端子
５−２…第２の電力端子
５−３…第３の電力端子
６…封止樹脂
７，１１、５１…端部
８，１０，１２…絶縁材
９…冷却器
２１…接合領域
２２…ギャップ
２３…治具
２４…溶接領域
３１…屈曲部
３２…溶融池
５２，５３…接合部
６１…開口部
７１…凸部

Claims (17)

1. 半導体素子と該半導体素子に電気的に接続された電極端子とを備えた半導体モジュール、ならびにバスバ電極を有し、前記電極端子と前記バスバ電極とが電気的に接合される半導体装置において、
   前記電極端子と前記バスバ電極とが対向する接合面の一方が、接合面に向かって凸状に湾曲している
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 半導体素子と該半導体素子に電気的に接続された電極端子とを備えた半導体モジュール、ならびにバスバ電極を有し、前記電極端子と前記バスバ電極とが電気的に接合される半導体装置において、
   前記電極端子と前記バスバ電極とが対向する接合面の双方が、同方向に凸状に湾曲している
   ことを特徴とする半導体装置。
3. 前記電極端子と前記バスバ電極とが対向する接合面の一方は、他方の接合面の厚さよりも薄く形成されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記半導体モジュールの電極端子と前記バスバ電極のいずれか一方または双方に、外力を吸収する少なくとも１つ以上の屈曲部が設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記屈曲部は、前記電極端子と前記バスバ電極とが対向する接合面を溶融接合した際に発生する溶融物の流路に設けられている
   ことを特徴する請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記電極端子と前記バスバ電極とが対向する接合面を溶融接合した際に発生する溶融物の流路に、前記溶融物を貯める溶融池が設けられている
   ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記半導体モジュールが複数配置され、前記それぞれの半導体モジュールの電極端子が共通接合する前記バスバ電極が、一体化されて形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 前記接合面の一方は、開口部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
9. 前記開口部の開口面積は、凸状に湾曲している一方の接合面の凸部の面積よりも大きい
   ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
10. 前記開口部は、円形状もしくは楕円形状であり、前記凸部は円弧形状もしくはテーパー形状である
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の半導体装置。
11. 前記凸状に湾曲している一方の接合面の剛性は、前記他方の接合面の剛性よりも低く、前記双方の接合面を押圧した際に前記剛性の低い一方の接合面が塑性変形する
    ことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
12. 前記開口部を有する一方の接合面の剛性は、前記他方の接合面の剛性よりも高く、前記双方の接合面を押圧した際に前記剛性の高い一方の接合面が前記他方の接触面に対して反力を生じる
    ことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
13. 前記半導体モジュールが複数配置され、前記それぞれの半導体モジュールの電極端子が共通接合する前記バスバ電極が、一体化されて形成されている
    ことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の半導体装置。
14. 前記複数の半導体モジュールは、円環状に配置されている
    ことを特徴とする請求項７または１３に記載の半導体装置。
15. 前記開口部は、同一平面上に配置されている
    ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体装置。
16. 前記開口部を有する一方の接合面は、すべて同一の集点を持つような角度で傾斜して屈している
    ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体装置。
17. 前記双方の接合面は、溶接で接合される
    ことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の半導体装置。

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