JP2017092293A - パワー半導体モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接続信頼性を高める。【解決手段】パワー半導体モジュールは、表面に配線パターンが形成された基板と、前記基板に搭載されて前記配線パターンと接続されたパワー半導体素子と、前記配線パターンと超音波溶接により接続された外部導出端子とを備えたパワー半導体モジュールであって、前記外部導出端子は、前記配線パターンと接続される基板側接続部と、外部機器と接続される外部接続部とを有し、前記基板側接続部は、板状部材からなり、前記配線パターンとの第１の当接面及び超音波溶接機のホーンとの第２の当接面のいずれか一方が、凹状又は凸状に形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、パワー半導体モジュール及びその製造方法に関する。

従来より、複数のパワー半導体素子を１つのパッケージにまとめたパワー半導体モジュールが知られている。近年のパワー半導体モジュールの小型化の要請により、外部導出端子と基板上の配線パターンとの接続は、ワイヤボンディングに代わり超音波溶接により行われるようになってきた。

超音波溶接には、ワイヤボンディングと同等の導電性や放熱性、長期の接続信頼性及び低コスト化が要求されているが、特に接続信頼性については、その低下を引き起こす以下の２点が問題視されている。すなわち、接続信頼性の低下の原因としては、（１）未接合部分であるボイドの発生による接合強度の低下や、（２）超音波振動による配線パターンの接合面の端部の破損や欠け等が挙げられる。そして、これら（１），（２）の課題を解決しようとする提案が知られている（下記特許文献１参照）。

特開２０１２−３９０１８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来技術の超音波溶接では、配線パターンに接合される端子が配線パターンに向かって凸状に湾曲形成されている。このため、超音波溶接の接合時に端子の中心部から徐々に接合が開始される。そして、超音波溶接機のホーンが端子全体を押圧する状態となったときに、端子の中心部の外側の外周部に集中荷重が掛かるため、この外周部の下方の配線パターンや基板にも集中荷重が掛かることとなる。こうなると、集中荷重の影響により配線パターンや基板にクラックが生じ易くなり、割れや破損、欠け等を誘発して接続信頼性が劣ってしまうという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、接続信頼性を高めることができるパワー半導体モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るパワー半導体モジュールは、表面に配線パターンが形成された基板と、前記基板に搭載されて前記配線パターンと接続されたパワー半導体素子と、前記配線パターンと超音波溶接により接続された外部導出端子とを備えたパワー半導体モジュールであって、前記外部導出端子は、前記配線パターンと接続される基板側接続部と、外部機器と接続される外部接続部とを有し、前記基板側接続部は、板状部材からなり、前記配線パターンとの第１の当接面及び超音波溶接機のホーンとの第２の当接面のいずれか一方が、凹状又は凸状に形成されていることを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記基板側接続部は、その垂直断面形状が矩形凹状又は矩形凸状からなる。

本発明の他の実施形態においては、前記基板側接続部は、前記第１及び第２の当接面のいずれか一方が凹状からなる場合に、中央領域がその外周枠状領域よりも薄くなるように形成されている。

本発明の更に他の実施形態においては、前記基板側接続部は、前記第１及び第２の当接面のいずれか一方が矩形凸状からなる場合に、中央領域がその外周枠状領域よりも厚くなるように形成されている。

本発明の更に他の実施形態においては、前記基板側接続部は、少なくとも前記第１の当接面側に設けられたメッキ層を有する。

本発明に係るパワー半導体モジュールの製造方法は、表面に配線パターンが形成された基板と、前記基板に搭載されて前記配線パターンと接続されたパワー半導体素子と、前記配線パターンと超音波溶接により接続された外部導出端子とを備えたパワー半導体モジュールの製造方法であって、板状部材からなり前記配線パターンと接続される基板側接続部と、外部機器と接続される外部接続部とを有すると共に、前記基板側接続部の前記配線パターンとの第１の当接面及び超音波溶接機のホーンとの第２の当接面のいずれか一方が、中央領域がその外周枠状領域よりも薄くなる凹状又は中央領域がその外周枠状領域よりも厚くなる凸状に形成された前記外部導出端子を形成する工程と、前記配線パターン上に前記第１の当接面を対向配置して前記基板側接続部を超音波溶接により前記配線パターンに接続する工程とを備えたことを特徴とする。

本発明の一実施形態においては、前記外部導出端子を形成する工程では、少なくとも前記基板側接続部の前記第１の当接面側にメッキ層を形成する。

本発明の他の実施形態においては、前記配線パターンに接続する工程では、凸状に形成された前記ホーンの先端面を前記基板側接続部の前記第２の当接面の中央領域に接触させ、この中央領域に荷重を掛けた状態で超音波溶接を行う。

本発明によれば、基板の配線パターンに超音波溶接により接続される外部導出端子の基板側接続部の配線パターンとの第１の当接面及び超音波溶接機のホーンとの第２の当接面のいずれか一方が、凹状又は凸状に形成されているので、溶接の際の荷重及び超音波振動のエネルギーを基板側接続部の中央領域に集中させることができ、基板側接続部の端部への集中荷重を防いでいるので、配線パターンや基板の割れや破損、欠けなどを防止することができる。これにより、接続信頼性を高めることができる。

本発明の第１の実施形態に係るパワー半導体モジュールを示す外観斜視図である。 同パワー半導体モジュールの等価回路図である。 同パワー半導体モジュールの外部導出端子部を示す外観斜視図である。 同外部導出端子部の負極端子を示す外観斜視図である。 図４のＲ矢視図である。 図４のＡ−Ａ’線断面図である。 同パワー半導体モジュールの製造工程の一部を示すフローチャートである。 同製造工程における超音波溶接工程を示す断面図である。 同外部導出端子部における基板側接続部の当接面の変形例を示す図である。 同外部導出端子部における基板側接続部の当接面の他の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るパワー半導体モジュールの外部導出端子部の負極端子を示す外観斜視図である。 同パワー半導体モジュールの製造工程における超音波溶接工程を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るパワー半導体モジュールの製造工程における超音波溶接工程を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るパワー半導体モジュールの外部導出端子部の負極端子を示す外観斜視図である。 同パワー半導体モジュールの製造工程における超音波溶接工程を示す断面図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態に係るパワー半導体モジュール及びその製造方法を詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るパワー半導体モジュール１を示す外観斜視図である。また、図２は、パワー半導体モジュール１の等価回路図である。更に、図３は、パワー半導体モジュール１の外部導出端子部１０を示す外観斜視図、図４は外部導出端子部１０の負極端子１２を示す外観斜視図である。また、図５は、図４のＲ矢視図、図６は図４のＡ−Ａ’線断面図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係るパワー半導体モジュール１は、例えばベース基板３上に搭載されたＵ相、Ｖ相及びＷ相のパワー半導体素子である三相インバータ回路（図示せず）を搭載する。三相インバータ回路は、ベース基板３上に形成された図示しない配線パターンと接続される。

そして、このベース基板３上の三相インバータ回路及び配線パターンには、図示は省略するが、後述するゲート電極端子、コレクタ電位信号端子並びにエミッタ電位信号端子の各種端子からなる制御信号系端子部、及び図１に示すような正極端子１１、負極端子１２並びに交流端子１３からなる外部導出端子部１０がそれぞれ接続される。

このように構成されたパワー半導体モジュール１は、これらベース基板３上の三相インバータ回路、制御信号系端子部及び外部導出端子部１０を、例えばインサート成形により外囲樹脂ケース２でその周囲を覆った構造を有する。なお、図示は省略するが、完成形態（完成品）のパワー半導体モジュール１においては、ベース基板３の裏面側には、例えば放熱部材が配置され、外囲樹脂ケース２の内部領域はゲル状の樹脂により封止される。

また、パワー半導体モジュール１の外囲樹脂ケース２は、図示しないカバーにより覆われている。そして、三相インバータ回路を構成する後述するＩＧＢＴチップやダイオードチップ等と制御信号系端子部及び外部導出端子部１０とは、リボンワイヤや太線ワイヤ等のボンディングワイヤ（図示せず）によりモジュール内部で接続されている。

図１に示すパワー半導体モジュール１のベース基板３は、例えば矩形板状に形成され、このベース基板３の長手方向に沿って三相インバータ回路のＵ相素子、Ｖ相素子及びＷ相素子が配列されている。Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相の素子には、制御信号系端子部及び外部導出端子部１０がそれぞれ設けられている。

ベース基板３上の三相インバータ回路は、図１においては図示を省略しているが、図２に示すような等価回路により表されるチップにより構成され得る。この三相インバータ回路は、ＩＧＢＴの直列回路と、これに並列なフリーホイールダイオードとを有してＵ相ＰＵ、Ｖ相ＰＶ及びＷ相ＰＷの各相の素子により構成されている。

パワー半導体モジュール１には、図２に示すように、例えば三相インバータ回路のＵ相ＰＵの上アームＰＵＵの一部を構成する正極端子Ｐ１（１１）と、下アームＰＵＬの一部を構成する負極端子Ｎ１（１２）とが設けられている。また、Ｕ相ＰＵの一部を構成する交流端子Ｕ（１３）と、上アームＰＵＵの一部を構成するゲート電極端子ＧＵＵと、下アームＰＵＬの一部を構成するゲート電極端子ＧＵＬとが設けられている。なお、Ｕ相ＰＵにおいては、正極端子Ｐ１（１１）、負極端子Ｎ１（１２）及び交流端子Ｕ（１３）が外部導出端子部１０を構成している。

上アームＰＵＵのＩＧＢＴチップＱＵＵと下アームＰＵＬのＩＧＢＴチップＱＵＬとは、直列に接続されている。また、上アームＰＵＵのフリーホイールダイオードＦＷＤＵＵは、ＩＧＢＴチップＱＵＵに並列に接続されている。更に、下アームＰＵＬのフリーホイールダイオードＦＷＤＵＬは、ＩＧＢＴチップＱＵＬに並列に接続されている。

なお、図示は省略するが、パワー半導体モジュール１には、ＩＧＢＴチップＱＵＵ，ＱＵＬのコレクタ電位を取り出すためのコレクタ電位信号端子、エミッタ電位を取り出すためのエミッタ電位信号端子、及びＩＧＢＴチップの温度検出用のサーミスタに電流を供給するための給電端子も設けられている。そして、コレクタ電位信号端子及びエミッタ電位信号端子とゲート電極端子ＧＵＵ，ＧＵＬとが制御信号系端子部を構成している。

同様に、パワー半導体モジュール１には、三相インバータ回路のＶ相ＰＶの上アームＰＶＵの一部を構成する正極端子Ｐ２（１１）と、下アームＰＶＬの一部を構成する負極端子Ｎ２（１２）とが設けられている。また、Ｖ相ＰＶの一部を構成する交流端子Ｖ（１３）と、上アームＰＶＵの一部を構成するゲート電極端子ＧＶＵと、下アームＰＶＬの一部を構成するゲート電極端子ＧＶＬとが設けられている。なお、Ｖ相ＰＶにおいては、正極端子Ｐ２（１１）、負極端子Ｎ２（１２）及び交流端子Ｖ（１３）が外部導出端子部１０を構成している。

上アームＰＶＵのＩＧＢＴチップＱＶＵと下アームＰＶＬのＩＧＢＴチップＱＶＬとは、直列に接続されている。上アームＰＶＵのフリーホイールダイオードＦＷＤＶＵ及び下アームＰＶＬのフリーホイールダイオードＦＷＤＶＬは、それぞれＩＧＢＴチップＱＶＵ，ＱＶＬに並列に接続されている。

また、パワー半導体モジュール１には、三相インバータ回路のＷ相ＰＷの上アームＰＷＵの一部を構成する正極端子Ｐ３（１１）と、下アームＰＷＬの一部を構成する負極端子Ｎ３（１２）とが設けられている。更に、Ｗ相ＰＷの一部を構成する交流端子Ｗ（１３）と、上アームＰＷＵの一部を構成するゲート電極端子ＧＷＵと、下アームＰＷＬの一部を構成するゲート電極端子ＧＷＬとが設けられている。なお、Ｗ相ＰＷにおいては、正極端子Ｐ３（１１）、負極端子Ｎ３（１２）及び交流端子Ｗ（１３）が外部導出端子部１０を構成している。

上アームＰＷＵのＩＧＢＴチップＱＷＵと下アームＰＷＬのＩＧＢＴチップＱＷＬとは、直列に接続されている。上アームＰＷＵのフリーホイールダイオードＦＷＤＷＵ及び下アームＰＷＬのフリーホイールダイオードＦＷＤＷＬは、それぞれＩＧＢＴチップＱＷＵ，ＱＷＬに並列に接続されている。

なお、Ｖ相ＰＶ及びＷ相ＰＷにおいても、ＩＧＢＴチップＱＶＵ，ＱＶＬ，ＱＷＵ，ＱＷＬのコレクタ電位を取り出すためのコレクタ電位信号端子、エミッタ電位を取り出すためのエミッタ電位信号端子、及びＩＧＢＴチップの温度検出用のサーミスタに電流を供給するための給電端子もそれぞれ設けられている。そして、コレクタ電位信号端子及びエミッタ電位信号端子と、ゲート電極端子ＧＶＵ，ＧＶＬ及びＧＷＵ，ＧＷＬとが、それぞれＶ相ＰＶ及びＷ相ＰＷの制御信号系端子部を構成している。

外部導出端子部１０は、図３に示すように、それぞれ絶縁状態で組み合わせ配置された正極端子１１、負極端子１２及び交流端子１３を備えて構成されている。これら正極端子１１、負極端子１２及び交流端子１３は、形状以外はほぼ同一の構造及び構成を備えているため、以下では負極端子１２を例に挙げて説明する。

図４に示すように、負極端子１２は、銅やアルミニウムなどの金属母材２１（図６参照）を打ち抜き／折り曲げ加工等して形成されている。負極端子１２は、上方から見てクランク状の形状を有し、一方の端部側にケーブル等の外部機器と接続される外部接続部１４が形成されている。また、負極端子１２は、他方の端部側にベース基板３の配線パターンと超音波溶接により接続される基板側接続部１５が形成され、これら外部接続部１４及び基板側接続部１５を繋いで連結する端子本体部１６を有している。

外部接続部１４は、板状に形成され、その中心部に設けられたねじ挿通孔１４ａを備えている。端子本体部１６は、外部接続部１４の主面１４ｂよりも下がった位置に主面１６ａを有するように形成されている。これら外部接続部１４及び端子本体部１６の厚さｔ１は、例えば１．５ｍｍに設定されている。そして、基板側接続部１５は、同じく板状に形成され、その主面１５ｂが端子本体部１６の主面１６ａよりも更に下がった位置にくるように形成されている。なお、主面１５ｂは、凹凸のない平面で、後述する超音波溶接機のホーン８０との第２の当接面を構成する。

この基板側接続部１５は、例えば幅が約９ｍｍで長さが約６ｍｍ及び厚さｔ２が例えば０．８ｍｍの矩形状に形成され、図５に示すように、主面１５ｂと反対側の裏面が、配線パターンとの第１の当接面１５ａを構成する。この当接面１５ａは、例えば凹状に形成されている。第１の当接面１５ａは、Ｒ矢視（平面視）で見て例えば角形の中央領域１７と、その外側の外周枠状領域１８とを備えて構成され、中央領域１７が外周枠状領域１８よりも薄くなるように形成されることで、垂直断面形状がコの字型の矩形凹状に形成されている。

基板側接続部１５は、図６に示すように、例えば少なくとも第１の当接面１５ａ側に設けられたメッキ層２２を有し得る。このメッキ層２２は、その厚さが２〜６μｍ程度のニッケル等からなる。そして、メッキ層２２は、負極端子１２の金属母材２１と共に厚さが薄い中央領域１７と外周枠状領域１８とを備えた第１の当接面１５ａを構成する。

外部導出端子部１０の正極端子１１、負極端子１２及び交流端子１３は、それぞれこのように構成された第１の当接面１５ａを有する基板側接続部１５を備える。このため、ベース基板３の配線パターンとの超音波溶接の際に、外周枠状領域１８から接合が開始されつつ中央領域１７に集中的に荷重を掛けて超音波振動のエネルギーを集中させることができる。これにより、第１の当接面１５ａ側の基板側接続部１５の端部に集中荷重が掛かることを防いで、この端部下方の配線パターンやベース基板３への集中荷重による基板割れや破損、欠け等を防止することができる。

次に、このように構成されたパワー半導体モジュール１の製造工程の一部について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。図７は、パワー半導体モジュール１の製造工程の一部を示すフローチャートである。図８は、この製造工程における超音波溶接工程を示す断面図である。

図７に示すように、パワー半導体モジュール１は、全体の製造工程の中で、端子形成工程（ステップＳ１００）、超音波溶接工程（ステップＳ１０２）及び外囲樹脂ケース形成工程（ステップＳ１０４）の各工程を経た上で、最終的に完成品として製造される。以下では、上記各工程について説明する。なお、ベース基板３や三相インバータ回路、制御信号系端子部を構成する各種端子等は別途作製して準備しておく。

まず、外部導出端子部１０を構成する各端子１１〜１３を形成する（ステップＳ１００）。各端子１１〜１３は、例えば金属母材２１の片面側にメッキ層２２を形成し、打ち抜き／折り曲げ加工して外部接続部１４、基板側接続部１５及び端子本体部１６を形成する。その上で、基板側接続部１５を押圧加工することにより、外部接続部１４及び端子本体部１６よりも全体的に薄く、且つ第１の当接面１５ａ側の中央領域１７が外周枠状領域１８よりも薄くされ主面１５ｂが平面とされた基板側接続部１５を形成する。

次に、ベース基板３上に、三相インバータ回路を搭載し、ワイヤボンディング等を施した上で、図８（ａ）に示すように、アンヴィル８１上に載置されたベース基板３の配線パターン４上に、基板側接続部１５を第１の当接面１５ａが配線パターン４と対向するように配置する。そして、図示しない超音波溶接機のホーン８０の平面状の先端面８２を基板側接続部１５の主面１５ｂ上に当接させる。なお、第１の実施形態においては、ホーン８０の先端面８２は、中央領域１７及び外周枠状領域１８を含む第１の当接面１５ａよりも大きな面積を有するように構成されている。

その後、ホーン８０を図中矢印Ｂで示す方向に押し付けながら圧力を加え、図中矢印Ｃで示す方向に振動させて超音波溶接を施す（ステップＳ１０２）。このとき、第１の当接面１５ａの外周枠状領域１８のメッキ層２２及び金属母材２１と配線パターン４との界面において金属相互の原子結合がなされる。これと共に、中央領域１７にホーン８０による荷重と超音波振動のエネルギーが集中して中央領域１７のメッキ層２２及び金属母材２１と配線パターン４とが接触しその界面における金属相互の原子結合がなされる。

これにより、図８（ｂ）に示すように、基板側接続部１５の第１の当接面１５ａ側の端部に集中荷重が掛からずに基板側接続部１５の第１の当接面１５ａと配線パターン４との界面全体に亘って強固な結合層２３が形成される。従って、配線パターン４と接続された基板側接続部１５の当接面１５ａ側の端部下方の割れや破損、欠けなどを防止して、接続信頼性を高めることが可能となる。

こうしてベース基板３の配線パターン４に外部導出端子部１０の各端子１１〜１３を接続したら、三相インバータ回路や制御信号系端子部及び外部導出端子部１０が接続されたベース基板３やねじ挿通孔１４ａに挿通されるねじ止め用のボルト等の各部品を所定の金型のキャビティ内にセットする。

そして、ＰＰＳ樹脂やＰＢＴ樹脂等の樹脂材料を金型のキャビティ内に射出して、外囲樹脂ケース２をインサート成形により形成する（ステップＳ１０４）。その後、成形品を金型のキャビティ内から取り出して、完成検査等を経てパワー半導体モジュール１が製造される。

以上述べたように、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１によれば、基板側接続部１５のベース基板３の配線パターン４との第１の当接面１５ａが、凹状となる中央領域１７及び外周枠状領域１８を備えている。このため、溶接の際に第１の当接面１５ａの端部側となる外周枠状領域１８を確実に配線パターン４に接合しつつ、中央領域１７に集中的に荷重を掛けて超音波振動のエネルギーを集中させて溶接を行うことができる。従って、基板側接続部１５の第１の当接面１５ａ側の端部に荷重が掛かることを防ぎ、端部下方のベース基板３の基板割れや破損、欠け等を防止して、接続信頼性を高めることができる。

なお、上述した実施形態のパワー半導体モジュール１においては、パワー半導体素子として三相インバータ回路を採用したが、この三相インバータ回路はあくまで一例であるため、他の回路を採用するようにしてもよい。また、各端子１１〜１３の基板側接続部１５は、例えば次のような第１の当接面１５ａを備えていてもよい。図９は、外部導出端子部１０における基板側接続部１５の第１の当接面１５ａの変形例を示す図である。図１０は、外部導出端子部１０における基板側接続部１５の第１の当接面１５ａの他の変形例を示す図である。図９（ａ）及び図１０（ａ）は第１の当接面１５ａの正面を示し、図９（ｂ）及び図１０（ｂ）は基板側接続部１５の断面を示している。

図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、変形例の第１の当接面１５ａは、円形且つ断面湾曲型の凹状の中央領域１７及びその外周枠状領域１８を有し得る。また、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、他の変形例の第１の当接面１５ａは、矩形且つ最深部の断面がくの字型の凹状の中央領域１７及びその外周枠状領域１８を有し得る。なお、それぞれにおいて主面１５ｂは平面状に構成されている。これらのように構成しても、上述したように荷重及び超音波振動のエネルギーを中央領域１７に集中させて溶接することができるので、接続信頼性を高めることができる。

また、第１の実施形態においては、基板側接続部１５は、その第１の当接面１５ａ側に中央領域１７及び外周枠状領域１８が設けられ且つ主面１５ｂが平面状の矩形凹状に形成されていたが、第１の当接面１５ａ側の中央領域１７を外周枠状領域１８よりも厚く形成することで矩形凸状に形成するようにしても良い。この場合においても、上記と同様の作用効果を奏することが可能である。

［第２の実施形態］
図１１は、本発明の第２の実施形態に係るパワー半導体モジュール１の外部導出端子部１０の負極端子１２を示す外観斜視図である。また、図１２は、パワー半導体モジュール１の製造工程における超音波溶接工程を示す断面図である。なお、図１２は図１１の基板側接続部１５ＡにおけるＢ−Ｂ‘線断面部分を含んだ溶接前の状態を示しており、配線パターンの図示は省略している。図１１及び図１２を含む以降の説明においては、第１の実施形態と同一の構成要素に関しては同一の参照符号を付しているので、以下では重複する説明は省略する。

図１１に示すように、第２の実施形態においては、外部導出端子部１０の端子の一例として挙げられた負極端子１２の基板側接続部１５Ａが、平面状の第１の当接面１５ａと、中央領域１７がその外周枠状領域１８よりも薄くなるように形成された主面１５ｂとを備えて構成されている。この点において、第１の当接面１５ａ及び主面１５ｂの構成が上下反対となる第１の実施形態の基板側接続部１５とは相違している。

図１２に示すように、第１の当接面１５ａ側にはメッキ層２２が形成され、主面１５ｂ側の中央領域１７はホーン８０の先端面８２よりも大きな面積で形成されている。このように構成された基板側接続部１５Ａを用いても、ホーン８０による超音波溶接の際に、第１の当接面１５ａ側の端部への集中荷重を無くしつつ、主面１５ｂの中央領域１７にホーン８０の先端面８２を確実に当接して、この中央領域１７に集中的に荷重を掛け超音波振動のエネルギーを集中させて溶接を行うことができる。これにより、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

［第３の実施形態］
図１３は、本発明の第３の実施形態に係るパワー半導体モジュール１の製造工程における超音波溶接工程を示す断面図である。図１３は図１２と同様に溶接前の状態を配線パターンの図示を省略して示している。図１３に示すように、第３の実施形態においては、ホーン８０の先端形状が、凸状に突出した突出部８０ａを有するように形成されている。この突出部８０ａの先端にホーン８０の先端面８２が設けられている。この点において、ホーン８０の先端形状が平面状の先端面８２であった第１及び第２の実施形態とは相違している。

このように構成されたホーン８０を用いれば、超音波溶接の際に、主面１５ｂ側の中央領域１７の範囲内において、突出部８０ａの先端面８２が中心辺りに当接するため、より集中的に荷重及び超音波振動のエネルギーを掛けて溶接を行うことができる。これにより、第１の当接面１５ａ側の端部への集中荷重を無くし、基板割れや破損、欠けなどをより効果的に防止することができ、接続信頼性を高めることができる。

［第４の実施形態］
図１４は、本発明の第４の実施形態に係るパワー半導体モジュール１の外部導出端子部１０の負極端子１２を示す外観斜視図である。また、図１５は、パワー半導体モジュール１の製造工程における超音波溶接工程を示す断面図である。なお、図１５は図１４の基板側接続部１５ＢにおけるＣ−Ｃ‘線断面部分を含んだ溶接前の状態を示しており、配線パターンの図示は省略している。図１４及び図１５を含む以降の説明においては、上述した実施形態と同一の構成要素については同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図１４に示すように、第４の実施形態においては、外部導出端子部１０の端子の一例として挙げられた負極端子１２の基板側接続部１５Ｂが、平面状の第１の当接面１５ａと、中央領域１７がその外周枠状領域１８よりも厚くなるように形成された主面１５ｂとを備えて構成されている。この点において、中央領域１７がその外周枠状領域１８よりも薄くなるように形成された第２及び第３の実施形態の基板側接続部１５Ａとは相違している。なお、超音波溶接機のホーン８０は、第３の実施形態と同様のものが用いられる。

図１５に示すように、第１の当接面１５ａ側にはメッキ層２２が形成され、主面１５ｂ側の中央領域１７はホーン８０の突出部８０ａの先端面８２よりも小さな面積で形成されている。このように構成された基板側接続部１５Ｂを用いても、ホーン８０による超音波溶接の際に、中央領域１７に集中的に荷重及び超音波振動のエネルギーを掛けて溶接を行い、第１の当接面１５ａ側の端部への集中荷重を防ぐことができる。これにより、上述した実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ パワー半導体モジュール
２ 外囲樹脂ケース
３ ベース基板
４ 配線パターン
１０ 外部導出端子部
１１ 正極端子
１２ 負極端子
１３ 交流端子
１４ 外部接続部
１４ａ ねじ挿通孔
１５ 基板側接続部
１５ａ 当接面
１６ 端子本体部
１７ 中央領域
１８ 外周枠状領域
２１ 金属母材
２２ メッキ層
２３ 結合層

Claims (8)

1. 表面に配線パターンが形成された基板と、前記基板に搭載されて前記配線パターンと接続されたパワー半導体素子と、前記配線パターンと超音波溶接により接続された外部導出端子とを備えたパワー半導体モジュールであって、
   前記外部導出端子は、
   前記配線パターンと接続される基板側接続部と、外部機器と接続される外部接続部とを有し、
   前記基板側接続部は、板状部材からなり、前記配線パターンとの第１の当接面及び超音波溶接機のホーンとの第２の当接面のいずれか一方が、凹状又は凸状に形成されている
   ことを特徴とするパワー半導体モジュール。
2. 前記基板側接続部は、その垂直断面形状が矩形凹状又は矩形凸状からなる
   ことを特徴とする請求項１記載のパワー半導体モジュール。
3. 前記基板側接続部は、前記第１及び第２の当接面のいずれか一方が凹状からなる場合に、中央領域がその外周枠状領域よりも薄くなるよう形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載のパワー半導体モジュール。
4. 前記基板側接続部は、前記第１及び第２の当接面のいずれか一方が矩形凸状からなる場合に、中央領域がその外周枠状領域よりも厚くなるように形成されている
   ことを特徴とする請求項２記載のパワー半導体モジュール。
5. 前記基板側接続部は、少なくとも前記第１の当接面側に設けられたメッキ層を有する
   ことを特徴とする請求項３又は４記載のパワー半導体モジュール。
6. 表面に配線パターンが形成された基板と、前記基板に搭載されて前記配線パターンと接続されたパワー半導体素子と、前記配線パターンと超音波溶接により接続された外部導出端子とを備えたパワー半導体モジュールの製造方法であって、
   板状部材からなり前記配線パターンと接続される基板側接続部と、外部機器と接続される外部接続部とを有すると共に、前記基板側接続部の前記配線パターンとの第１の当接面及び超音波溶接機のホーンとの第２の当接面のいずれか一方が、中央領域がその外周枠状領域よりも薄くなる凹状又は中央領域がその外周枠状領域よりも厚くなる凸状に形成された前記外部導出端子を形成する工程と、
   前記配線パターン上に前記第１の当接面を対向配置して前記基板側接続部を超音波溶接により前記配線パターンに接続する工程とを備えた
   ことを特徴とするパワー半導体モジュールの製造方法。
7. 前記外部導出端子を形成する工程では、少なくとも前記基板側接続部の前記第１の当接面側にメッキ層を形成する
   ことを特徴とする請求項６記載のパワー半導体モジュールの製造方法。
8. 前記配線パターンに接続する工程では、凸状に形成された前記ホーンの先端面を前記基板側接続部の前記第２の当接面の中央領域に接触させ、この中央領域に荷重を掛けた状態で超音波溶接を行う
   ことを特徴とする請求項６又は７記載のパワー半導体モジュールの製造方法。

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