JP2019041034A - Semiconductor device for electric power and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外部接続端子を備える電力用半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a power semiconductor device including an external connection terminal and a manufacturing method thereof.
従来の電力用半導体装置では、外部接続端子を、絶縁基板に設けられた回路パターンに接合する場合、特許文献1のように、はんだ接合が用いられてきた。
In a conventional power semiconductor device, when joining an external connection terminal to a circuit pattern provided on an insulating substrate, solder joining has been used as in
特許文献1には、端子(外部接続端子)と、絶縁基板(セラミック基板)上の回路とを接続するはんだ部分(接合部)の信頼性を高める構成(以下、「関連構成A」ともいう)が開示されている。具体的には、関連構成Aでは、端子のうち、絶縁基板上の回路パターンに接合される部分の厚さを、他の部分の厚さより薄くしている。また、端子のうち、絶縁基板上の回路パターンに接合される部分が、スリットで分割されている。これにより、はんだ部分(接合部)にかかる応力を低減している。その結果、信頼性の高い接合部を得ることが出来る。
また、外部接続端子を、絶縁基板上の回路パターンに形成された端子台に接合するために、特許文献2のように、超音波接合が使用される場合もある。
Moreover, in order to join an external connection terminal to a terminal block formed in a circuit pattern on an insulating substrate, ultrasonic bonding may be used as in
特許文献2には、超音波接合により、電極端子(外部接続端子)を、絶縁基板上に形成された端子台に接合する構成(以下、「関連構成B」ともいう)が開示されている。なお、特許文献2では、温度サイクル試験における、Pb系のはんだを使用したはんだ接合と、超音波接合との比較結果が示されている。特許文献2では、超音波接合の方がはんだ接合よりも、信頼性の高い接合部が得られると述べられている。
電力用半導体装置は、200度から300度程度の高温環境下においても、正常に動作する必要がある。外部接続端子を、絶縁基板に設けられた回路パターンに接合するために、はんだ接合が使用される場合、当該高温環境下において、はんだで構成される接合部に劣化が発生しやすいという問題がある。 The power semiconductor device needs to operate normally even in a high temperature environment of about 200 to 300 degrees. When solder joints are used to join the external connection terminals to the circuit pattern provided on the insulating substrate, there is a problem that the joints made of solder are likely to deteriorate under the high temperature environment. .
また、外部接続端子を、当該回路パターンに接合するために、超音波接合が使用される場合、当該外部接続端子に力を加えた状態で、当該外部接続端子に超音波振動が与えられる。この場合、当該力の大きさによっては、外部接続端子の下方に存在する部材等が破損する可能性があるという問題もある。そのため、超音波接合の使用は望ましくない。 In addition, when ultrasonic bonding is used to bond the external connection terminal to the circuit pattern, ultrasonic vibration is applied to the external connection terminal in a state where force is applied to the external connection terminal. In this case, depending on the magnitude of the force, there is a problem that a member or the like existing below the external connection terminal may be damaged. Therefore, the use of ultrasonic bonding is not desirable.
そこで、高温環境下において、外部接続端子を回路パターンに接合するための接合部の劣化の発生を抑制することが要求される。関連構成A,Bでは、このような要求を満たすことはできない。 Therefore, it is required to suppress the occurrence of deterioration of the joint portion for joining the external connection terminal to the circuit pattern in a high temperature environment. The related configurations A and B cannot satisfy such a requirement.
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、高温環境下において、外部接続端子を回路パターンに接合するための接合部の劣化の発生を抑制することが可能な電力用半導体装置等を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and for electric power capable of suppressing the occurrence of deterioration of a joint portion for joining an external connection terminal to a circuit pattern in a high temperature environment. An object is to provide a semiconductor device or the like.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電力用半導体装置は、絶縁基板と、外部接続端子と、を備え、前記絶縁基板の主面側には、回路パターンが設けられており、前記外部接続端子は、硬ろう材を介して、前記回路パターンにろう付されている。 In order to achieve the above object, a power semiconductor device according to an aspect of the present invention includes an insulating substrate and an external connection terminal, and a circuit pattern is provided on a main surface side of the insulating substrate. The external connection terminals are brazed to the circuit pattern via a hard brazing material.
本発明によれば、前記外部接続端子は、硬ろう材を介して、前記回路パターンにろう付されている。硬ろう材は、融点が450度以上であるろう材である。すなわち、硬ろう材の融点は、はんだの融点よりも高い。そのため、外部接続端子を回路パターンに接合するための接合部である硬ろう材は、高温環境下において、はんだよりも、劣化が発生し難い。したがって、高温環境下において接合部の劣化の発生を抑制することができる。 According to the present invention, the external connection terminal is brazed to the circuit pattern via a hard brazing material. The hard brazing material is a brazing material having a melting point of 450 degrees or more. That is, the melting point of the brazing filler metal is higher than the melting point of the solder. Therefore, the hard brazing material, which is a joint for joining the external connection terminals to the circuit pattern, is less likely to be degraded than solder in a high temperature environment. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the joint portion in a high temperature environment.
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。以下の図面では、同一の各構成要素には同一の符号を付してある。同一の符号が付されている各構成要素の名称および機能は同じである。したがって、同一の符号が付されている各構成要素の一部についての詳細な説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same components are denoted by the same reference numerals. The names and functions of the components having the same reference numerals are the same. Therefore, a detailed description of some of the components having the same reference numerals may be omitted.
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、当該各構成要素の相対配置などは、本発明が適用される装置の構成、各種条件等により適宜変更されてもよい。 Note that the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components exemplified in the embodiments may be appropriately changed depending on the configuration of the apparatus to which the present invention is applied, various conditions, and the like.
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置100の断面図である。電力用半導体装置100は、たとえば、家電用、産業用、電車用等のパワーモジュールである。なお、図1では、構成を分かりやすくするために、電力用半導体装置100における主要な構成要素以外の構成要素は示されていない。例えば、図1では、ゲル等である封止材は示されていない。
<
FIG. 1 is a sectional view of a
図1において、X方向、Y方向およびZ方向は、互いに直交する。以下の図に示されるX方向、Y方向およびZ方向も、互いに直交する。以下においては、X方向と、当該X方向の反対の方向(−X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方向の反対の方向(−Y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方向の反対の方向(−Z方向)とを含む方向を「Z軸方向」ともいう。 In FIG. 1, the X direction, the Y direction, and the Z direction are orthogonal to each other. The X direction, Y direction, and Z direction shown in the following figures are also orthogonal to each other. Hereinafter, a direction including the X direction and the direction opposite to the X direction (−X direction) is also referred to as “X axis direction”. In the following, the direction including the Y direction and the direction opposite to the Y direction (−Y direction) is also referred to as “Y-axis direction”. Hereinafter, a direction including the Z direction and a direction opposite to the Z direction (−Z direction) is also referred to as a “Z-axis direction”.
また、以下においては、X軸方向およびY軸方向を含む平面を、「XY面」ともいう。また、以下においては、X軸方向およびZ軸方向を含む平面を、「XZ面」ともいう。また、以下においては、Y軸方向およびZ軸方向を含む平面を、「YZ面」ともいう。 Hereinafter, a plane including the X-axis direction and the Y-axis direction is also referred to as an “XY plane”. Hereinafter, a plane including the X-axis direction and the Z-axis direction is also referred to as an “XZ plane”. Hereinafter, a plane including the Y-axis direction and the Z-axis direction is also referred to as a “YZ plane”.
図1を参照して、電力用半導体装置100は、電力用半導体素子S1と、2個の外部接続端子4と、接続配線3と、ベース板11と、絶縁基板9と、ケース12とを備える。絶縁基板9は、接合材10を介して、ベース板11に接合されている。接合材10は、はんだである。絶縁基板9は、主面9aを有する。主面9aは、電力用半導体素子S1が実装される面である。
Referring to FIG. 1, a
絶縁基板9は、セラミック基板8と、回路パターン7a,7b,7cとを含む。セラミック基板8は、表面8aおよび裏面8bを有する。セラミック基板8の表面8aには、回路パターン7a,7bが設けられている。回路パターン7a,7bは、活性金属ろう材を介して、セラミック基板8の表面8aに接合されている。
The insulating
セラミック基板8の表面8aは、絶縁基板9の主面9a側に相当する。すなわち、絶縁基板9の主面9a側には、回路パターン7a,7bが設けられている。セラミック基板8の裏面8bには、回路パターン7cが設けられている。回路パターン7cは、活性金属ろう材を介して、セラミック基板8の裏面8bに接合されている。
The surface 8 a of the
回路パターン7a,7b,7cの各々は、銅で構成されている。具体的には、回路パターン7a,7b,7cの各々は、例えば、C1020(無酸素銅)で構成されている。なお、C1020の融点は、1083度である。
Each of the
回路パターン7aには、接合材2を介して、電力用半導体素子S1が設けられている。すなわち、回路パターン7aには、電力用半導体素子S1が実装されている。接合材2は、Agナノ粒子、Cuナノ粒子等を含む焼結接合材である。電力用半導体素子S1は、例えば、SiC(シリコンカーバイド)で構成されている。電力用半導体素子S1は、例えば、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、SBD(Schottky barrier diode)等である。
A power semiconductor element S <b> 1 is provided on the
電力用半導体素子S1上の表面電極(図示せず)は、接続配線3により、回路パターン7bと電気的に接続されている。接続配線3は、アルミニウム、銅等で構成されているワイヤである。接続配線3は、超音波接合により、電力用半導体素子S1上の表面電極と、回路パターン7bとに接合される。以下においては、回路パターン7a,7bの各々を、「回路パターン7」ともいう。
A surface electrode (not shown) on the power semiconductor element S <b> 1 is electrically connected to the
ベース板11には、接着剤13を介して、筒状のケース12が接合されている。接着剤13は、シリコーン系の材料で構成されている。ケース12の内部には、封止材(図示せず)が充填されている。
A
外部接続端子4は、電力用半導体装置100と、当該電力用半導体装置100の外部の装置とを電気的に接続するための端子である。各外部接続端子4は、ケース12および回路パターン7に接続される。各外部接続端子4は、銅で構成されている。具体的には、各外部接続端子4は、例えば、C1020(無酸素銅)で構成されている。
The
各外部接続端子4は、端部4a,4bを有する。端部4aは、外部接続端子4の一方の端部である。端部4bは、外部接続端子4の他方の端部である。端部4bには、貫通孔h4が設けられている。貫通孔h4は、ネジにより、端部4bをケース12に接合するためのネジ留め部として機能する。端部4bは、ネジ(図示せず)および貫通孔h4により、ケース12に接合されている。
Each
端部4aは、硬ろう材5を介して、回路パターン7に接合されている。硬ろう材5とは、融点が450度以上であるろう材である。本実施の形態では、硬ろう材5の融点は、一例として、約700度から800度の範囲の温度である。以下においては、硬ろう材5の融点を、「硬ろう融点」ともいう。硬ろう材5は、りん銅ろうである。りん銅ろうの融点(硬ろう融点)は、前述の活性金属ろう材の融点より低い。なお、硬ろう材5は、りん銅ろうと同様な特性を有する、りん銅ろう以外の材料であってもよい。硬ろう材5は、例えば、黄銅ろう、りん青銅ろう、銅ろう、銀ろう、金ろう、アルミニウムろう、ニッケルろう等であってもよい。
The
端部4aは、面4a1,4a2を有する。面4a2は、硬ろう材5を介して、回路パターン7に接合されている接合面である。
The
各外部接続端子4は、硬ろう材5を介して、回路パターン7にろう付されている。具体的には、2個の外部接続端子4のうちの一方の外部接続端子4の端部4aは、硬ろう材5を介して、回路パターン7aにろう付されている。2個の外部接続端子4のうちの他方の外部接続端子4の端部4aは、硬ろう材5を介して、回路パターン7bにろう付されている。
Each
次に、本実施の形態における半導体製造方法Prについて説明する。半導体製造方法Prは、電力用半導体装置100の製造方法である。図2は、本発明の実施の形態1に係る半導体製造方法Prのフローチャートである。なお、図2では、半導体製造方法Prに含まれる特徴的な工程のみを示している。
Next, the semiconductor manufacturing method Pr in the present embodiment will be described. The semiconductor manufacturing method Pr is a method for manufacturing the
半導体製造方法Prでは、まず、絶縁基板9に、電力用半導体素子S1が実装される。具体的には、図3(a)のように、回路パターン7aに、接合材2を介して、電力用半導体素子S1が接合される。電力用半導体素子S1の下方に存在する接合材2には、当該電力用半導体素子S1の駆動により発生する熱が伝達しやすい。Sn系のはんだは、熱により、縦割れ、横割れ等がの劣化が発生しやすい。そのため、接合材2は、Agナノ粒子、Cuナノ粒子等を含む、耐熱性が優れた焼結接合材である。
In the semiconductor manufacturing method Pr, first, the power semiconductor element S <b> 1 is mounted on the insulating
例えば、Agナノ粒子を含む焼結接合材の焼結温度は、約250度である。また、焼結後のAg接合部の融点は約960度(Agの融点)である。すなわち、Agナノ粒子を含む焼結接合材は、高耐熱ダイボンド材である。 For example, the sintering temperature of the sintered bonding material containing Ag nanoparticles is about 250 degrees. Further, the melting point of the Ag joint after sintering is about 960 degrees (the melting point of Ag). That is, the sintered bonding material containing Ag nanoparticles is a high heat-resistant die bond material.
次に、図3(b)のように、電力用半導体素子S1が実装されている絶縁基板9が、接合材10を介して、ベース板11に接合される。すなわち、絶縁基板9が、ベース板11にはんだ付けされる。次に、超音波接合により、接続配線3が、電力用半導体素子S1上の表面電極(図示せず)と、回路パターン7bとに接合される。
Next, as illustrated in FIG. 3B, the insulating
次に、図4のように、外部接続端子4の端部4bが接合されている、筒状のケース12が、接着剤13を介して、ベース板11に接合される。なお、ケース12は、インサート成型で作製されたものである。以下においては、外部接続端子4(端部4aの面4a2)、および、回路パターン7により、硬ろう材5が挟まれた状態を、「挟み状態」ともいう。
Next, as shown in FIG. 4, the
次に、ろう付工程が行われる(ステップS110)。ろう付工程は、挟み状態において、外部接続端子4を、硬ろう材5を介して、回路パターン7にろう付する工程である。
Next, a brazing process is performed (step S110). The brazing step is a step of brazing the
具体的には、ろう付工程では、まず、挟み処理が行われる。挟み処理では、図4のように、外部接続端子4(端部4a)、および、回路パターン7により、硬ろう材5が挟まれる。次に、ろう付工程では、照射処理Iaが行われる。照射処理Iaは、詳細は後述するが、外部接続端子4に生じる熱により硬ろう材5が溶融するように、当該外部接続端子4の一部にレーザー光を照射する処理である。
Specifically, in the brazing process, a pinching process is first performed. In the pinching process, the
照射処理Iaでは、レーザー18およびガルバノスキャナシステム14により、レーザー光が照射される。レーザー18は、例えば、光ファイバを利用したファイバーレーザーである。
In the irradiation process Ia, laser light is irradiated by the
ガルバノスキャナシステム14は、レーザー光の高速な照射、高精度なレーザー光の照射を行うことが可能なシステムである。ガルバノスキャナシステム14は、レーザ光の照射位置および照射形状を調整する機能を有する。例えば、ガルバノスキャナシステム14は、ステージにおけるレーザー光のXY軸を動かすことなく、当該レーザ光の照射位置を調整する機能を有する。
The
具体的には、照射処理Iaでは、レーザー18から発振されたレーザー光が、ガルバノスキャナシステム14に伝達される。ガルバノスキャナシステム14は、硬ろう材5が溶融するように、当該レーザー光を外部接続端子4の端部4aの面4a1に照射する。
Specifically, in the irradiation process Ia, laser light oscillated from the
外部接続端子4の端部4aの面4a1にレーザー光が照射されことにより、端部4aに熱(以下、「熱Ht」ともいう)が生じる。熱Htにより、端部4aの面4a2に接する硬ろう材5が、硬ろう融点以上まで加熱される。これにより、硬ろう材5が溶融し、その後、溶融した硬ろう材5が凝固する。これにより、外部接続端子4の端部4aが、硬ろう材5を介して、回路パターン7にろう付される。
By irradiating the surface 4a1 of the
照射処理Iaでは、ガルバノスキャナシステム14により、レーザー光が、回路パターン7aの上方の端部4a、回路パターン7bの上方の端部4aの順に照射される。これにより、一方の外部接続端子4の端部4aが、回路パターン7aにろう付され、他方の外部接続端子4の端部4aが、回路パターン7bにろう付される。
In the irradiation process Ia, the
なお、レーザー光は、回路パターン7bの上方の端部4a、回路パターン7aの上方の端部4aの順に照射されてもよい。
Note that the laser beam may be emitted in the order of the
以上説明したように、本実施の形態によれば、外部接続端子4は、硬ろう材5を介して、回路パターン7にろう付されている。硬ろう材5は、融点が450度以上であるろう材である。すなわち、硬ろう材5の融点は、はんだの融点よりも高い。そのため、外部接続端子4を回路パターン7に接合するための接合部である硬ろう材5は、高温環境下において、はんだよりも、劣化が発生し難い。したがって、高温環境下において接合部(硬ろう材5)の劣化の発生を抑制することができる。また、耐熱性が高い接合部を得ることが出来る。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施の形態では、超音波接合のような固相接合の超音波接合とは異なり、硬ろう材が溶融し凝固することでろう付が行われる。そのため、安定した接合部を形成することができる。その結果、絶縁基板9へのダメージが小さく、信頼性の高い電力用半導体装置を得ることができる。
Further, in the present embodiment, unlike solid-phase ultrasonic bonding such as ultrasonic bonding, brazing is performed by melting and solidifying the hard brazing material. As a result, a stable joint can be formed. As a result, a highly reliable power semiconductor device with little damage to the insulating
また、本実施の形態では、レーザー光で外部接続端子4を加熱し、加熱された外部接続端子4の熱で硬ろう材5を溶融させる。これにより、外部接続端子4は、硬ろう材5を介して、回路パターン7にろう付される。すなわち、電力用半導体装置100全体を加熱することなく、ろう付の対象となる部分を局所的に加熱することが出来る。そのため、絶縁基板9の下方に存在する、はんだ、ケース等に熱の影響を与えることなく、外部接続端子4を回路パターン7にろう付することが出来る。また、電力用半導体装置100全体を加熱する必要がないため、大きな雰囲気炉が不要である。また、短時間でろう付を行うことが出来る。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、回路パターン7および外部接続端子4は、熱伝導率が高い銅(C1020)で構成されている。そのため、電力用半導体装置100の駆動時の放熱性をよくすることができる。また、銅で構成されている回路パターン7および外部接続端子4は、電気抵抗率が低い。そのため、大電流が流されても、当該銅の発熱を低く抑えることが出来る。
Moreover, in this Embodiment, the
また、本実施の形態では、外部接続端子4を、銅で構成される回路パターン7にろう付するために、りん銅ろうである硬ろう材5が使用される。そのため、りん銅ろうに含まれるりんがフラックスの役割を果たすため、上記のろう付において、当該フラックスが不要であるという効果がある。
Further, in the present embodiment, a
また、りん銅ろう(硬ろう材5)の融点は、前述の活性金属ろう材の融点より低い。そのため、活性金属ろう材を再溶融させることなく、ろう付を行うことが出来る。また、りん銅ろうの融点を少しでも低くすることにより、ろう付に要する時間を短縮できる。 Further, the melting point of the phosphor copper brazing (hard brazing material 5) is lower than the melting point of the above active metal brazing material. Therefore, brazing can be performed without remelting the active metal brazing material. Moreover, the time required for brazing can be shortened by reducing the melting point of the phosphor copper brazing as much as possible.
また、本実施の形態では、照射処理Iaにおいて使用されるレーザー18は、ファイバーレーザーである。ファイバーレーザーは、例えば、YAGレーザーと比較して、レーザー光の品質が良く、レーザー光のスポット径も小さくすることができる。そのため、例えば、外部接続端子4が反射率の高い銅で構成されている場合、レーザー光の一部は反射するが、YAGレーザーよりも、当該銅に吸収されるレーザー光の量が多い。したがって、外部接続端子4の加熱効率が良いという効果がある。
In the present embodiment, the
なお、レーザー18は、ファイバーレーザーに限定されず、他の方式のレーザーであってもよい。レーザー18は、例えば、YAGレーザーであってもよい。なお、YAGレーザーで、ファイバーレーザーと同様の加熱効率を得るためには、YAGレーザーを、高出力で駆動する必要がある。
The
また、本実施の形態では、高速でレーザー光を照射できるガルバノスキャナシステム14が使用される。そのため、短時間で、ろう付を行うことが出来る。
In this embodiment, a
なお、SiC(シリコンカーバイド)素子などのワイドギャップ半導体素子を用いた電力用半導体装置では、Siを用いた電力用半導体装置と比べ、より高温環境下において、正常に動作する必要がある。そのため、外部接続端子と絶縁基板の回路パターンとの接合に、Sn系のはんだを用いた構成において、パワーサイクル試験、温度サイクル試験等が行われた場合、はんだで構成される接合部の劣化が発生しやすい。したがって、接合部の信頼性が、従来よりも低くなる可能性がある。 Note that a power semiconductor device using a wide gap semiconductor element such as a SiC (silicon carbide) element needs to operate normally in a higher temperature environment than a power semiconductor device using Si. Therefore, when a power cycle test, a temperature cycle test, or the like is performed in a configuration using Sn-based solder for bonding between the external connection terminal and the circuit pattern of the insulating substrate, the bonding portion formed of the solder deteriorates. Likely to happen. Therefore, there is a possibility that the reliability of the joint portion is lower than in the past.
また、外部接続端子と絶縁基板の回路パターンとの接合に、超音波接合が使用される場合、絶縁基板に大きな加圧力をかけながら超音波を印加する接合が行われる。そのため、絶縁基板のセラミック基板にダメージが与えられることが懸念される。また、発明者らの調査によれば、温度サイクル試験後のSAT観察結果から、サイクル数が進むにつれ、接合面積が縮小していくことが分かっている。そのため、長期信頼性の面で懸念がある。 When ultrasonic bonding is used for bonding the external connection terminal and the circuit pattern of the insulating substrate, bonding is performed by applying ultrasonic waves while applying a large pressure to the insulating substrate. Therefore, there is a concern that the ceramic substrate of the insulating substrate is damaged. Further, according to the investigation by the inventors, it is known from the SAT observation result after the temperature cycle test that the junction area decreases as the number of cycles progresses. Therefore, there is a concern in terms of long-term reliability.
そこで、本実施の形態の電力用半導体装置100は上記のような構成を有する。また、本実施の形態の半導体製造方法Prは、上記のように行われる。そのため、本実施の形態の電力用半導体装置100および半導体製造方法Prにより、上記の各問題を解決することができる。
Therefore, the
<変形例1>
以下においては、実施の形態1の構成を「構成Ct1」ともいう。また、以下においては、本変形例の構成を「構成Ctm1」ともいう。本変形例の構成Ctm1では、外部接続端子4の端部4aが、特徴的な形状を有する構成である。構成Ctm1は、構成Ct1(実施の形態1)に適用される。構成Ctm1が適用された電力用半導体装置100では、外部接続端子4の代わりに外部接続端子4Cを備える。
<
Hereinafter, the configuration of the first embodiment is also referred to as “configuration Ct1”. In the following, the configuration of this modification is also referred to as “configuration Ctm1”. In the configuration Ctm1 of the present modification, the
ここで、実施の形態1の構成Ct1において、ろう付工程(照射処理Ia)が行われた後の、接合部としての硬ろう材5について説明する。図5は、本発明の実施の形態1に係る構成Ct1における、レーザー光の照射による熱の伝達を説明するための図である。図5(a)は、実施の形態1に係る構成Ct1における外部接続端子4の端部4a付近の斜視図である。図5(b)は、実施の形態1に係る構成Ct1において、回路パターン7aの上方に存在する、外部接続端子4の端部4a付近の断面図である。
Here, in the configuration Ct1 of the first embodiment, the
前述のように、照射処理Iaにおいて、ガルバノスキャナシステム14が、レーザー光を外部接続端子4の端部4aの面4a1に照射する。これにより、照射処理Iaが行われた後、硬ろう材5の断面形状は、図5(b)のようになる。
As described above, in the irradiation process Ia, the
硬ろう材5の断面形状が、図5(b)のようになるのは、以下の理由Rsによる。理由Rsは、例えば、外部接続端子4のみが加熱され、絶縁基板9の回路パターン7に熱が伝わっていないという理由である。また、理由Rsは、例えば、外部接続端子4のみが加熱され、仮に、絶縁基板9の回路パターン7に熱が伝わっている場合でも、絶縁基板9の放熱性が高く、回路パターン7のうち、硬ろう融点を超えている箇所が、局所的であるという理由である。
The reason why the cross-sectional shape of the
そこで、本変形例の構成Ctm1について説明する。図6は、本発明の変形例1に係る構成Ctm1における外部接続端子4Cを説明するための図である。図6(a)は、外部接続端子4Cの端部4a付近の斜視図である。図6(b)は、回路パターン7aの上方に存在する、外部接続端子4Cの端部4a付近の断面図である。
Therefore, the configuration Ctm1 of this modification will be described. FIG. 6 is a diagram for explaining the
図6(a)および図6(b)を参照して、外部接続端子4Cは、外部接続端子4と比較して、突起部としての先端部4axを有する点が異なる。外部接続端子4Cのそれ以外の形状および構成は、外部接続端子4と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
With reference to FIG. 6A and FIG. 6B, the
先端部4axは、外部接続端子4Cの端部4aに含まれる。先端部4axの幅は、外部接続端子4Cのうち、当該先端部4ax以外の部分の幅より小さい。
The tip portion 4ax is included in the
構成Ctm1が適用されたろう付工程(照射処理Ia)では、外部接続端子4の先端部4ax、および、回路パターン7により、硬ろう材5が挟まれた状態で、ガルバノスキャナシステム14は、硬ろう材5が溶融するように、レーザー光を先端部4axの面4a1に照射する。これにより、外部接続端子4Cの先端部4axが、硬ろう材5を介して、回路パターン7にろう付される。
In the brazing process (irradiation process Ia) to which the configuration Ctm1 is applied, the
したがって、構成Ctm1が適用された電力用半導体装置100では、外部接続端子4Cの先端部4axが、硬ろう材5を介して、回路パターン7(7a,7b)にろう付されている。
Therefore, in the
以上説明したように、本変形例によれば、外部接続端子4Cの先端部4axに、レーザー光が照射されることにより、当該先端部4axが、硬ろう材5を介して、回路パターン7(7a,7b)にろう付される。これにより、硬ろう材5の断面形状は、図6(b)のようになる。以下においては、外部接続端子4Cのうち、当該先端部4ax以外の部分を、「非先端部」ともいう。
As described above, according to the present modification, the tip portion 4ax of the
なお、先端部4axの熱容量は小さい。そのため、先端部4axにレーザー光が照射された場合、外部接続端子4Cの非先端部に伝達される熱量よりも、先端部4axにおける熱量が大きい。したがって、外部接続端子4Cを回路パターン7にろう付するための時間は、構成Ct1の外部接続端子4を回路パターン7にろう付するための時間よりも、短いという効果がある。すなわち、外部接続端子4Cは、外部接続端子4よりも、効率よく短時間で、回路パターン7にろう付することができる。
In addition, the heat capacity of the tip portion 4ax is small. Therefore, when the tip portion 4ax is irradiated with laser light, the amount of heat at the tip portion 4ax is larger than the amount of heat transmitted to the non-tip portion of the
また、構成Ctm1では、超音波接合のように大きな加圧力を必要としない。 Further, the configuration Ctm1 does not require a large pressing force unlike the ultrasonic bonding.
なお、レーザー光の照射による加熱によって、絶縁基板9のセラミック基板8にダメージが生じることが懸念される。そこで、発明者らは、ろう付が行われた後のセラミック基板8の断面の状態を観察したところ、セラミック基板8に、ひび、割れ等が存在しないことを確認した。
In addition, there is a concern that the
<変形例2>
以下においては、本変形例の構成を「構成Ctm2」ともいう。構成Ctm2は、電力用半導体装置100の製造方法に、特徴を有する構成である。構成Ctm2は、構成Ct1(実施の形態1)に適用される。以下においては、構成Ctm2における、電力用半導体装置100の製造方法を、「半導体製造方法Pra」ともいう。半導体製造方法Praの処理については後述する。
<
In the following, the configuration of this modification is also referred to as “configuration Ctm2”. The configuration Ctm2 has a feature in the method for manufacturing the
半導体製造方法Praが行われることにより、外部接続端子4の端部4aが、硬ろう材5を介して、回路パターン7にろう付される。図7は、本発明の変形例2に係る構成Ctm2において、回路パターン7aの上方に存在する、外部接続端子4の端部4a付近の断面図である。構成Ctm2では、端部4aおよび回路パターン7により挟まれている硬ろう材5に、フィレットFt1,Ft2が形成されている。フィレットFt1は、硬ろう材5のうち、端部4a側の部分に存在する。フィレットFt2は、硬ろう材5のうち、回路パターン7側の部分に存在する。
By performing the semiconductor manufacturing method Pra, the
以下においては、フィレットFt1,Ft2を有する硬ろう材5の形状を、「形状Cf」ともいう。また、以下においては、形状Cfを有する硬ろう材5を、「硬ろう材5A」ともいう。
Hereinafter, the shape of the
図8は、本発明の変形例2に係る半導体製造方法Praのフローチャートである。図8において、図2のステップ番号と同じステップ番号の処理は、実施の形態1で説明した処理と同様な処理が行われるので詳細な説明は繰り返さない。以下、実施の形態1と異なる点を中心に説明する。なお、図8では、半導体製造方法Praに含まれる特徴的な工程のみを示している。 FIG. 8 is a flowchart of the semiconductor manufacturing method Pra according to the second modification of the present invention. In FIG. 8, the processing with the same step number as the step number in FIG. 2 is performed in the same way as the processing described in the first embodiment, and therefore detailed description will not be repeated. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the first embodiment. FIG. 8 shows only the characteristic steps included in the semiconductor manufacturing method Pra.
以下においては、回路パターン7のうち、外部接続端子4の端部4aを接合するための部分を、「接合対象部」ともいう。接合対象部は、回路パターン7a,7bの両方に存在する。
Below, the part for joining the
次に、半導体製造方法Praについて説明する。半導体製造方法Praでは、まず、準備工程が行われる(ステップS101)。準備工程では、回路パターン7に、予備ろう付が行われる。具体的には、図9(a)のように、回路パターン7に、硬ろう材5が設けられる。具体的には、回路パターン7a,7bの各々の接合対象部に、硬ろう材5が設けられる。
Next, the semiconductor manufacturing method Pra will be described. In the semiconductor manufacturing method Pra, first, a preparation process is performed (step S101). In the preparation step, preliminary brazing is performed on the
なお、硬ろう材5のろう付けは、回路パターン7(7a,7b)および回路パターン7cを構成する銅が酸化しないように、窒素雰囲気中で行われる。具体的には、回路パターン7a,7bの各々の接合対象部に、りん銅ろうが配置される。
The
次に、窒素雰囲気中において、りん銅ろうの温度が、当該りん銅ろうの融点まで上昇するように、当該りん銅ろうが加熱される。次に、当該りん銅ろうが冷却される。これにより、回路パターン7a,7bの各々の接合対象部に、硬ろう材5が設けられる。すなわち、予め、硬ろう材5が接合対象部にろう付される。
Next, in the nitrogen atmosphere, the phosphor copper solder is heated so that the temperature of the phosphor copper solder rises to the melting point of the phosphor copper solder. Next, the phosphor copper braze is cooled. Thereby, the
以下においては、予め、接合対象部にろう付された硬ろう材5を、「準備ろう材」ともいう。次に、実施の形態1と同様に、図9(b)のように、回路パターン7aに、接合材2を介して、電力用半導体素子S1が接合される。次に、図10のように、実施の形態1と同様に、電力用半導体素子S1が実装されている絶縁基板9が、接合材10を介して、ベース板11に接合される。
In the following, the
次に、実施の形態1と同様に、超音波接合により、接続配線3が、電力用半導体素子S1上の表面電極(図示せず)と、回路パターン7bとに接合される。次に、図11のように、実施の形態1と同様に、外部接続端子4の端部4bが接合されている、筒状のケース12が、接着剤13を介して、ベース板11に接合される。
Next, as in the first embodiment, the connection wiring 3 is bonded to the surface electrode (not shown) on the power semiconductor element S1 and the
以下においては、外部接続端子4(端部4aの面4a2)、および、回路パターン7により、準備ろう材としての硬ろう材5が挟まれた状態を、「挟み状態」ともいう。
Hereinafter, the state in which the
次に、ろう付工程が行われる(ステップS110)。前述したように、ろう付工程は、挟み状態において、外部接続端子4を、準備ろう材としての硬ろう材5を介して、回路パターン7にろう付する工程である。
Next, a brazing process is performed (step S110). As described above, the brazing step is a step of brazing the
具体的には、ろう付工程では、まず、実施の形態1と同様に、挟み処理が行われる。挟み処理では、これにより、図11のように、外部接続端子4(端部4a)、および、回路パターン7により、準備ろう材としての硬ろう材5が挟まれる。その結果、硬ろう材5(準備ろう材)の形状は、例えば、半楕円球状となる。
Specifically, in the brazing process, first, a pinching process is performed as in the first embodiment. In the pinching process, the
次に、ろう付工程では、照射処理Iaが行われる。照射処理Iaでは、実施の形態1と同様に、ガルバノスキャナシステム14は、硬ろう材5(準備ろう材)が溶融するように、当該レーザー光を外部接続端子4の端部4aの面4a1に照射する。
Next, in the brazing process, an irradiation process Ia is performed. In the irradiation process Ia, as in the first embodiment, the
これにより、端部4aに熱Htが生じる。熱Htにより、端部4aの面4a2に接する硬ろう材5(準備ろう材)が、硬ろう融点以上まで加熱される。これにより、硬ろう材5(準備ろう材)が溶融し、硬ろう材5の上部が、端部4aの面4a1に向かって流動し、フィレットFt1が形成される。
As a result, heat Ht is generated at the
以上のような、半導体製造方法Praにより、図7のような、形状Cfを有する硬ろう材5Aが形成される。硬ろう材5Aは、フィレットFt1,Ft2を有する。以下においては、図5(b)の硬ろう材5の形状を、「形状Cn」ともいう。形状Cnを有する硬ろう材5は、当該硬ろう材5のうち、端部4a側の部分にのみ、フィレットの底部が存在する。
The
硬ろう材5Aの形状Cfは、図5(b)に示される、形状Cnを有する硬ろう材5と比較して、切欠形状を有さない形状である。そのため、硬ろう材5Aには、形状Cnを有する硬ろう材5よりも、応力が集中しにくい。すなわち、硬ろう材5Aは、形状Cnを有する硬ろう材5よりも、信頼性の高い接合部である。
The shape Cf of the
なお、準備工程(S110)が行われた後から、ろう付工程(S110)が行われるまでの期間に、電力用半導体素子S1の接合、絶縁基板9の接合、ケース12の接合等のために、熱が加えられる。しかしながら、当該熱の温度は、りん銅ろうの融点(ろう付温度)よりもはるかに低い温度である。そのため、上記の熱は、回路パターン7に対する外部接続端子4のろう付には、影響を与えない。
In addition, after the preparation step (S110) is performed and until the brazing step (S110) is performed, for the joining of the power semiconductor element S1, the joining of the insulating
照射処理Iaでは、実施の形態1と同様に、ガルバノスキャナシステム14により、レーザー光が、回路パターン7aの上方の端部4a、回路パターン7bの上方の端部4aの順に照射される。これにより、一方の外部接続端子4の端部4aが、硬ろう材5Aを介して、回路パターン7aにろう付され、他方の外部接続端子4の端部4aが、硬ろう材5Aを介して、回路パターン7bにろう付される。
In the irradiation process Ia, as in the first embodiment, the
なお、レーザー光は、回路パターン7bの上方の端部4a、回路パターン7aの上方の端部4aの順に照射されてもよい。
Note that the laser beam may be emitted in the order of the
以上説明したように、本変形例によれば、図7のような、形状Cfを有する硬ろう材5Aを形成することができる。そのため、実施に形態1の効果に加え、信頼性の高い接合部(硬ろう材5A)を得ることが出来る。
As described above, according to this modification, the
なお、準備工程(S101)では、回路パターン7に、準備ろう材としての硬ろう材5が設けられるとしたが、これに限定されない。準備工程(S101)では、回路パターン7の代わりに外部接続端子4に、準備ろう材としての硬ろう材5が設ける構成(以下、「構成Ctm2a」ともいう)としてもよい。以下においては、外部接続端子4の端部4aのうち、回路パターン7に接合するための部分を、「接合対象部」ともいう。
In the preparation step (S101), the
構成Ctm2aでは、準備工程(S101)において、外部接続端子4の接合対象部に、硬ろう材5が設けられる。その後、構成Ctm2の処理と同様に、電力用半導体素子S1の接合、絶縁基板9の接合、ケース12の接合等の工程が行われ、ろう付工程(S110)が行われる。
In the configuration Ctm2a, the
<変形例3>
以下においては、本変形例の構成を「構成Ctm3」ともいう。構成Ctm3は、変形例1の構成Ctm1を、変形例2の構成Ctm2に適用した構成である。
<Modification 3>
Hereinafter, the configuration of this modification is also referred to as “configuration Ctm3”. The configuration Ctm3 is a configuration in which the configuration Ctm1 of the first modification is applied to the configuration Ctm2 of the second modification.
なお、構成Ctm1は、図6(a)の外部接続端子4Cを利用した構成である。すなわち、構成Ctm3では、半導体製造方法Praにおいて、外部接続端子4Cが回路パターン7にろう付される。なお、構成Ctm1における処理の説明、半導体製造方法Praの処理の説明は、前述したので、省略する。
The configuration Ctm1 is a configuration using the
ここで、平面視における、先端部4axのサイズが、例えば、2mm×2mmであると仮定する。この場合、準備工程(S101)で形成される準備ろう材の平面視のサイズは、2mm×2mmから2.5mm×2.5mmであることが望ましい。 Here, it is assumed that the size of the tip portion 4ax in a plan view is, for example, 2 mm × 2 mm. In this case, the size of the preparatory brazing material formed in the preparatory step (S101) in plan view is desirably 2 mm × 2 mm to 2.5 mm × 2.5 mm.
構成Ctm3において、半導体製造方法Praが行われることにより、図12のように、外部接続端子4の先端部4axが、硬ろう材5Aを介して、回路パターン7にろう付される。すなわち、外部接続端子4の先端部4axは、回路パターン7(7a,7b)にろう付されるための部分である。
In the configuration Ctm3, the semiconductor manufacturing method Pra is performed, so that the tip end portion 4ax of the
以上説明したように、本変形例によれば、実施に形態1の効果に加え、変形例1の効果、変形例2の効果が得られる。すなわち、外部接続端子4の先端部4axを、回路パターン7に、短時間で、ろう付することができる。また、信頼性の高い接合部(硬ろう材5A)を得ることが出来る。
As described above, according to this modification, in addition to the effects of the first embodiment, the effects of
<変形例4>
以下においては、本変形例の構成を「構成Ctm4」ともいう。構成Ctm4は、硬ろう材5の形状、および、レーザー光の照射方法に、特徴を有する構成である。構成Ctm4では、硬ろう材5の形状は、板状である。以下においては、構成Ctm4における、電力用半導体装置100の製造方法を、「半導体製造方法Prb」ともいう。半導体製造方法Prbの処理については後述する。
<
In the following, the configuration of this modification is also referred to as “configuration Ctm4”. The configuration Ctm4 is a configuration having characteristics in the shape of the
構成Ctm4は、構成Ct1(実施の形態1)、または、構成Ctm1(変形例1)に適用される。一例として、構成Ctm4が適用された構成Ctm1(以下、「構成Ctm14」ともいう)について説明する。 The configuration Ctm4 is applied to the configuration Ct1 (Embodiment 1) or the configuration Ctm1 (Modification 1). As an example, a configuration Ctm1 to which the configuration Ctm4 is applied (hereinafter also referred to as “configuration Ctm14”) will be described.
構成Ctm14において、半導体製造方法Prbが行われることにより、外部接続端子4Cの端部4aの先端部4axが、板状の硬ろう材5を介して、回路パターン7にろう付される。
In the configuration Ctm14, the semiconductor manufacturing method Prb is performed, so that the tip end 4ax of the
図13は、本発明の変形例4に係る構成Ctm14を説明するための図である。図13(a)は、変形例4の構成Ctm14において、回路パターン7aの上方に存在する、外部接続端子4Cの端部4a付近の断面図である。図13(b)は、外部接続端子4Cの端部4a付近の平面図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining a configuration Ctm14 according to the fourth modification of the present invention. FIG. 13A is a cross-sectional view of the vicinity of the
図14は、本発明の変形例4に係る半導体製造方法Prbのフローチャートである。なお、図14では、半導体製造方法Prbに含まれる特徴的な工程のみを示している。半導体製造方法Prbは、図2の半導体製造方法Prと比較して、ステップS110の代わりにステップS110Aが行われる点が異なる。半導体製造方法Prbのそれ以外の処理は、半導体製造方法Prと同様なので詳細な説明は繰り返さない。
FIG. 14 is a flowchart of a semiconductor manufacturing method Prb according to
次に、半導体製造方法Prbについて説明する。半導体製造方法Prbでは、実施の形態1と同様に、電力用半導体素子S1の接合、絶縁基板9の接合、ケース12の接合等の工程が行われる。次に、ろう付工程A(S110A)が行われる。
Next, the semiconductor manufacturing method Prb will be described. In the semiconductor manufacturing method Prb, steps such as bonding of the power semiconductor element S1, bonding of the insulating
ろう付工程Aでは、まず、挟み処理が行われる。構成Ctm14における挟み処理では、図13(a)のように、回路パターン7の接合対象部に、板状の硬ろう材5が配置される。そして、外部接続端子4C(端部4aの先端部4ax)、および、回路パターン7により、板状の硬ろう材5が挟まれる。
In the brazing process A, a pinching process is first performed. In the pinching process in the configuration Ctm14, as shown in FIG. 13A, the plate-like
次に、ろう付工程Aでは、まず、照射処理Iaが行われる。図13(b)は、図13(a)に示される構成の平面図である。照射処理Iaでは、外部接続端子4Cの先端部4ax、および、回路パターン7により、硬ろう材5が挟まれた状態で、ガルバノスキャナシステム14は、硬ろう材5が溶融するように、レーザー光を先端部4axの面4a1に照射する。なお、レーザー光は、例えば、図13(b)の矢印Dr1aの方向に沿って、先端部4axの面4a1に照射される。
Next, in the brazing process A, an irradiation process Ia is first performed. FIG. 13B is a plan view of the configuration shown in FIG. In the irradiation process Ia, the
次に、ろう付工程Aでは、照射処理Ibが行われる。照射処理Ibでは、回路パターン7に生じる熱により硬ろう材5が溶融するように、ガルバノスキャナシステム14は、当該回路パターン7のうち当該硬ろう材5の周辺の領域に、レーザー光を照射する。例えば、レーザー光は、硬ろう材5が溶融するまで、図13(b)の矢印Dr1bに沿って、先端部4axの下方に存在する硬ろう材5の周囲を1回以上移動するように、回路パターン7に照射される。
Next, in the brazing process A, an irradiation process Ib is performed. In the irradiation process Ib, the
以上説明したように、本変形例によれば、外部接続端子4Cおよび回路パターン7の両方が、レーザー光により加熱される。すなわち、本変形例では、外部接続端子4Cおよび回路パターン7の両方が、硬ろう融点以上に加熱される。これにより、硬ろう材5の形状は、図7のように、フィレットFt1,Ft2を有する硬ろう材5Aの形状Cfとなる。そのため、信頼性の高い接合部(硬ろう材5A)を得ることが出来る。
As described above, according to this modification, both the
また、本変形例によれば、変形例2のような準備工程を行う必要がないというメリットがある。
Moreover, according to this modification, there exists an advantage that it is not necessary to perform a preparation process like the
外部接続端子4Cを使用したろう付工程Aによれば、回路パターン7のうち、硬ろう材5(接合部)の周辺の領域を、レーザー光により、加熱することができる。すなわち、外部接続端子4Cを使用したろう付工程Aでは、外部接続端子4を使用する場合よりも、硬ろう材5(接合部)に近い領域を、加熱できる。したがって、効率が良く、短時間で、外部接続端子4Cを回路パターン7にろう付することが出来る。
According to the brazing process A using the
また、外部接続端子4Cを使用したろう付工程Aによれば、ガルバノスキャナシステム14を使用するため、外部接続端子4Cおよび回路パターン7を、高速で加熱することができ、より短時間で、ろう付を行うことが出来る。
Moreover, according to the brazing process A using the
なお、本変形例のろう付工程Aでは、レーザー光が、外部接続端子4Cおよび回路パターン7の順で、当該外部接続端子4Cおよび回路パターン7に照射されるとしたがこれに限定されない。レーザー光は、回路パターン7および外部接続端子4Cの順で、当該外部接続端子4Cおよび回路パターン7に照射されてもよい。すなわち、ろう付工程Aでは、照射処理Ibが行われた後に、照射処理Iaが行われてもよい。
In the brazing process A of this modification, the laser light is applied to the
なお、絶縁基板9(回路パターン7)の放熱性は、外部接続端子4Cの放熱性より高い。そのため、ろう付工程Aでは、回路パターン7に照射されるレーザー光のエネルギー密度は、外部接続端子4Cに照射されるレーザー光のエネルギー密度よりも高めに設定される。
The heat dissipation of the insulating substrate 9 (circuit pattern 7) is higher than the heat dissipation of the
また、回路パターン7のうち、レーザー光が照射される位置は、図13(b)の先端部4axの各辺から、0.5mmから1.0mmの距離だけ離れた位置が望ましい。また、前述の挟み処理が行われた直後において、平面視における硬ろう材5のサイズは、平面視における先端部4axのサイズと同等であることが望ましい。
Further, in the
<変形例5>
以下においては、本変形例の構成を「構成Ctm5」ともいう。構成Ctm5は、外部接続端子の形状、および、レーザー光の照射方法に、特徴を有する構成である。構成Ctm5は、構成Ct1(実施の形態1)に適用される。構成Ctm5が適用された電力用半導体装置100では、外部接続端子4の代わりに外部接続端子4Dを備える。以下においては、構成Ctm5における、電力用半導体装置100の製造方法を、「半導体製造方法Prc」ともいう。半導体製造方法Prcの処理については後述する。
<
In the following, the configuration of this modification is also referred to as “configuration Ctm5”. The configuration Ctm5 has a feature in the shape of the external connection terminal and the laser beam irradiation method. The configuration Ctm5 is applied to the configuration Ct1 (Embodiment 1). The
図15は、本発明の変形例5に係る構成Ctm5における外部接続端子4Dを説明するための図である。図15(a)は、外部接続端子4Dの端部4a付近の斜視図である。図15(b)は、外部接続端子4Dの端部4a付近の平面図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining the
図15(a)および図15(b)を参照して、外部接続端子4Dは、図5の外部接続端子4と比較して、端部4aに貫通孔H1が設けられている点が異なる。外部接続端子4Dのそれ以外の形状および構成は、外部接続端子4と同様なので詳細な説明は繰り返さない。
15A and 15B, the
半導体製造方法Prcが行われる前において、外部接続端子4Dの端部4aは、回路パターン7にろう付される対象となる部分である。半導体製造方法Prcが行われた後には、外部接続端子4Dの端部4aは、回路パターン7にろう付されている。
Before the semiconductor manufacturing method Prc is performed, the
貫通孔H1の形状は、例えば、コの字状である。図15(b)のように、端部4aは、領域Rg1を有する。端部4aの領域Rg1は、平面視(XY面)において貫通孔H1の内側に存在する領域である。
The shape of the through hole H1 is, for example, a U-shape. As shown in FIG. 15B, the
端部4aの領域Rg1は、硬ろう材5を介して、回路パターン7にろう付されている領域である。すなわち、端部4aの領域Rg1の下方には、硬ろう材5が存在する。そのため、硬ろう材5は、平面視(XY面)において貫通孔H1の内側に存在する。すなわち、平面視(XY面)において貫通孔H1が、接合部としての硬ろう材5(領域Rg1)の一部を囲むように、当該貫通孔H1は端部4aに設けられている。
A region Rg <b> 1 of the
図16は、本発明の変形例5に係る半導体製造方法Prcのフローチャートである。なお、図16では、半導体製造方法Prcに含まれる特徴的な工程のみを示している。半導体製造方法Prcは、図2の半導体製造方法Prと比較して、ステップS110の代わりにステップS110Bが行われる点が異なる。半導体製造方法Prcのそれ以外の処理は、半導体製造方法Prと同様なので詳細な説明は繰り返さない。 FIG. 16 is a flowchart of the semiconductor manufacturing method Prc according to the fifth modification of the present invention. FIG. 16 shows only the characteristic steps included in the semiconductor manufacturing method Prc. The semiconductor manufacturing method Prc is different from the semiconductor manufacturing method Pr of FIG. 2 in that step S110B is performed instead of step S110. Since other processes of the semiconductor manufacturing method Prc are the same as those of the semiconductor manufacturing method Pr, detailed description will not be repeated.
次に、半導体製造方法Prcについて説明する。半導体製造方法Prcでは、実施の形態1と同様に、電力用半導体素子S1の接合、絶縁基板9の接合、ケース12の接合等の工程が行われる。次に、ろう付工程B(S110B)が行われる。
Next, the semiconductor manufacturing method Prc will be described. In the semiconductor manufacturing method Prc, as in the first embodiment, steps such as bonding of the power semiconductor element S1, bonding of the insulating
ろう付工程Bでは、まず、挟み処理が行われる。構成Ctm5における挟み処理では、図15(b)の端部4aの領域Rg1の下方に存在する、回路パターン7の接合対象部に、硬ろう材5が配置される。そして、外部接続端子4D(端部4aの領域Rg1)、および、回路パターン7により、硬ろう材5が挟まれる。この時点において、硬ろう材5は、平面視(XY面)において貫通孔H1の内側に存在する。
In the brazing process B, a pinching process is first performed. In the pinching process in the configuration Ctm5, the
次に、ろう付工程Bでは、まず、照射処理Iaが行われる。照射処理Iaでは、外部接続端子4Dの端部4aの領域Rg1、および、回路パターン7により、硬ろう材5が挟まれた状態で、ガルバノスキャナシステム14は、硬ろう材5が溶融するように、レーザー光を、端部4aの領域Rg1の上面(面4a1)に照射する。なお、レーザー光は、例えば、図15(b)の矢印Dr2aの方向に沿って、端部4aの領域Rg1の上面(面4a1)に照射される。すなわち、レーザー光は、端部4aの領域Rg1の中心部から外側に向けうように、渦状に領域Rg1に照射される。
Next, in the brazing process B, first, an irradiation process Ia is performed. In the irradiation process Ia, the
次に、ろう付工程Bでは、照射処理Icが行われる。照射処理Icでは、ガルバノスキャナシステム14は、レーザー光が回路パターン7に照射されるように、当該レーザー光を貫通孔H1に向けて発振する。そのため、レーザー光は、貫通孔H1を通過して、回路パターン7に照射される。
Next, in the brazing process B, an irradiation process Ic is performed. In the irradiation process Ic, the
具体的には、照射処理Icでは、回路パターン7に生じる熱により硬ろう材5が溶融するように、ガルバノスキャナシステム14は、当該回路パターン7のうち当該硬ろう材5の周辺の領域に、貫通孔H1を通過するレーザー光を照射する。例えば、レーザー光は、硬ろう材5が溶融するまで、図15(b)の矢印Dr2bに沿って、端部4aの領域Rg1の下方に存在する硬ろう材5の周囲を1回以上移動するように、回路パターン7に照射される。
Specifically, in the irradiation process Ic, the
以上説明したように、本変形例によれば、ガルバノスキャナシステム14は、回路パターン7のうち硬ろう材5の周辺の領域に、貫通孔H1を通過するレーザー光を照射する。これにより、回路パターン7のうち硬ろう材5の周辺の領域を効率よく加熱できる。また、外部接続端子4Dおよび回路パターン7の両方が、レーザー光により加熱される。すなわち、本変形例では、外部接続端子4Dおよび回路パターン7の両方が、硬ろう融点以上に加熱される。
As described above, according to the present modification, the
これにより、硬ろう材5の形状は、図7のように、フィレットFt1,Ft2を有する硬ろう材5Aの形状Cfとなる。そのため、信頼性の高い接合部(硬ろう材5)を得ることが出来る。
Thereby, the shape of the
なお、外部接続端子4Dの端部4aに設けられる貫通孔H1の形状は、図15(b)が示す貫通孔H1の形状と異なる形状であってもよい。例えば、貫通孔H1の形状は、図17(a)のように、円弧状であってもよい。この場合、端部4aのうち、貫通孔H1に囲まれる領域Rg1aの下方に、硬ろう材5が配置される。
The shape of the through hole H1 provided in the
また、例えば、貫通孔H1の形状は、図17(b)のように、V字状であってもよい。この場合、端部4aのうち、貫通孔H1に囲まれる領域Rg1abの下方に、硬ろう材5が配置される。貫通孔H1の形状が、円弧状、V字状等であっても、本変形例における、上記の効果が得られる。
For example, the shape of the through hole H1 may be V-shaped as shown in FIG. In this case, the
以上のように、本変形例では、平面視(XY面)において、端部4aのうち、硬ろう材5の周囲の領域に貫通孔H1が設けられる。これにより、パワーサイクル試験、温度サイクル試験等により、外部接続端子4Dの温度が高温になった状態、外部接続端子4Dが冷却された状態等において、端部4aのうち、貫通孔H1の周囲の部分が、外部接続端子4Dに加わる鉛直方向の力を受ける。そのため、硬ろう材5(接合部)のうち、貫通孔H1の下方の部分に加わる負荷が減る。したがって、硬ろう材5(接合部)の信頼性を高めることが出来る。
As described above, in the present modification, the through hole H1 is provided in a region around the
なお、本変形例のろう付工程Bでは、レーザー光が、外部接続端子4Dおよび回路パターン7の順で、当該外部接続端子4Dおよび回路パターン7に照射されるとしたがこれに限定されない。レーザー光は、回路パターン7および外部接続端子4Dの順で、当該外部接続端子4Dおよび回路パターン7に照射されてもよい。すなわち、ろう付工程Bでは、照射処理Icが行われた後に、照射処理Iaが行われてもよい。
In the brazing process B of the present modification, the laser light is applied to the
また、変形例4のろう付工程Aと同様に、ろう付工程Bでは、回路パターン7に照射されるレーザー光のエネルギー密度は、外部接続端子4Dに照射されるレーザー光のエネルギー密度よりも高めに設定される。
Similarly to the brazing process A of the modified example 4, in the brazing process B, the energy density of the laser light applied to the
<変形例6>
以下においては、本変形例の構成を「構成Ctm6」ともいう。構成Ctm6は、外部接続端子の一部に特徴を有する。構成Ctm6は、構成Ct1(実施の形態1)、構成Ctm1(変形例1)および構成Ctm4(変形例4)の全てまたは一部に適用される。
<Modification 6>
Hereinafter, the configuration of the present modification is also referred to as “configuration Ctm6”. The configuration Ctm6 is characterized by a part of the external connection terminals. The configuration Ctm6 is applied to all or part of the configuration Ct1 (Embodiment 1), the configuration Ctm1 (Modification 1), and the configuration Ctm4 (Modification 4).
一例として、構成Ctm6が適用された構成Ctm1,Ctm4(以下、「構成Ctm146」ともいう)について説明する。構成Ctm146が適用された電力用半導体装置100では、外部接続端子4の代わりに外部接続端子4Eを備える。
As an example, configurations Ctm1 and Ctm4 (hereinafter also referred to as “configuration Ctm146”) to which the configuration Ctm6 is applied will be described. The
図18は、本発明の変形例6に係る構成Ctm146を有する電力用半導体装置100の断面図である。外部接続端子4Eは、外部接続端子4Cと比較して、薄肉部を有する点が異なる。外部接続端子4Eのそれ以外の構成は、外部接続端子4Cと同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
FIG. 18 is a cross-sectional view of the
外部接続端子4Eは、薄肉部としての屈曲部Bd1を有する。屈曲部Bd1の厚みは、外部接続端子4Eのうち、当該屈曲部Bd1以外の部分の厚みより小さい。
The
構成Ctm146では、実施の形態1と同様に、半導体製造方法Prが行われる。すなわち、照射処理Iaが行われる。構成Ctm146における照射処理Iaでは、ガルバノスキャナシステム14により、レーザー光が、回路パターン7aの上方の端部4a(先端部4ax)、回路パターン7bの上方の端部4a(先端部4ax)の順に照射される。
In the configuration Ctm 146, the semiconductor manufacturing method Pr is performed as in the first embodiment. That is, the irradiation process Ia is performed. In the irradiation process Ia in the configuration Ctm 146, the
なお、レーザー光は、回路パターン7bの上方の端部4a(先端部4ax)、回路パターン7aの上方の端部4a(先端部4ax)の順に照射されてもよい。以下においては、外部接続端子4Eのうち、硬ろう材と接する領域を、「接合領域」ともいう。
Note that the laser light may be emitted in the order of the
以上説明したように、本変形例によれば、外部接続端子4Eの端部4a(先端部4ax)にレーザー光が照射された時に、端部4aで発生した熱が、貫通孔h4(ネジ留め部)の方向へも伝達する。しかしながら、外部接続端子4Eが有する少なくとも1つの屈曲部Bd1の厚みは、外部接続端子4Eのうち、当該屈曲部Bd1以外の部分の厚みより小さい。そのため、外部接続端子4Eにおける過渡熱抵抗が高くなる。したがって、外部接続端子4Eにおいて、貫通孔h4(ネジ留め部)の方向へ伝達する熱の量を小さくすることが出来る。その結果、外部接続端子4Eの接合領域(先端部4ax)の温度が上がりやすくなるという効果が得られる。
As described above, according to this modification, when laser light is applied to the
また、外部接続端子4Eは、薄肉部としての屈曲部Bd1を有する。そのため、電力用半導体装置100の駆動時に、仮に、外部接続端子4Eが鉛直方向に沿って伸縮しても、屈曲部Bd1(薄肉部)が、応力を緩和する。そのため、外部接続端子4Eの接合領域に加わる熱応力を緩和することが出来るという効果が得られる。
The
<変形例7>
以下においては、本変形例の構成を「構成Ctm7」ともいう。構成Ctm7は、外部接続端子の一部に特徴を有する。構成Ctm6は、構成Ct1(実施の形態1)、構成Ctm1(変形例1)および構成Ctm4(変形例4)の全てまたは一部に適用される。
<
In the following, the configuration of this modification is also referred to as “configuration Ctm7”. The configuration Ctm7 is characterized by a part of the external connection terminals. The configuration Ctm6 is applied to all or part of the configuration Ct1 (Embodiment 1), the configuration Ctm1 (Modification 1), and the configuration Ctm4 (Modification 4).
一例として、構成Ctm7が適用された構成Ctm1(以下、「構成Ctm17」ともいう)について説明する。構成Ctm17が適用された電力用半導体装置100では、外部接続端子4の代わりに外部接続端子4Fを備える。
As an example, a configuration Ctm1 to which the configuration Ctm7 is applied (hereinafter also referred to as “configuration Ctm17”) will be described. The
図19は、本発明の変形例7に係る構成Ctm17を有する外部接続端子4Fの斜視図である。なお、外部接続端子4Cとの比較のために、図20に、外部接続端子4Cの斜視図を示す。外部接続端子4Fは、外部接続端子4Cと比較して、細部を有する点が異なる。外部接続端子4Fのそれ以外の構成は、外部接続端子4Cと同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
FIG. 19 is a perspective view of the
外部接続端子4Fは、細部としての屈曲部Bd2を有する。屈曲部Bd2の幅は、外部接続端子4Fのうち、当該屈曲部Bd2以外の部分の幅より小さい。
The
なお、構成Ctm17では、実施の形態1と同様に、半導体製造方法Prが行われる。すなわち、照射処理Iaが行われる。構成Ctm17における照射処理Iaでは、ガルバノスキャナシステム14により、レーザー光が、回路パターン7aの上方の端部4a(先端部4ax)、回路パターン7bの上方の端部4a(先端部4ax)の順に照射される。以下においては、外部接続端子4Fのうち、硬ろう材と接する領域を、「接合領域」ともいう。
In the configuration Ctm17, the semiconductor manufacturing method Pr is performed as in the first embodiment. That is, the irradiation process Ia is performed. In the irradiation process Ia in the configuration Ctm17, the
以上説明したように、本変形例によれば、変形例6と同様、外部接続端子4Fの端部4a(先端部4ax)にレーザー光が照射された時に、端部4aで発生した熱が、貫通孔h4(ネジ留め部)の方向へも伝達する。
As described above, according to the present modification, as in Modification 6, when the
しかしながら、外部接続端子4Fが有する少なくとも1つの屈曲部Bd2の幅は、外部接続端子4Fのうち、当該屈曲部Bd2以外の部分の幅より小さい。そのため、外部接続端子4Fにおける過渡熱抵抗が高くなる。したがって、外部接続端子Fにおいて、貫通孔h4(ネジ留め部)の方向へ伝達する熱の量を小さくすることが出来る。その結果、外部接続端子4Fの接合領域(先端部4ax)の温度が上がりやすくなるという効果が得られる。
However, the width of at least one bent portion Bd2 included in the
また、外部接続端子4Fは、細部しての屈曲部Bd2を有する。そのため、電力用半導体装置100の駆動時に、仮に、外部接続端子4Fが鉛直方向に沿って伸縮しても、屈曲部Bd2(細部)が、応力を緩和する。そのため、外部接続端子4Fの接合領域に加わる熱応力を緩和することが出来るという効果が得られる。
The
次に、変形例6の外部接続端子4E、および、変形例7の外部接続端子4Fについて述べる。レーザー光の照射により発生した熱の冷却経路には、回路パターン7a,7bにおける放熱の経路(以下、「パターン経路」ともいう)と、外部接続端子4E(4F)における放熱の経路(以下、「端子経路」ともいう)とが存在する。
Next, the
本発明の電力用半導体装置100においては、通常、パターン経路の放熱性は、端子経路の放熱性の5倍以上である。端子経路の断面積は、n(1から9の範囲の整数)平方ミリメートルである。端子経路では、一次元的に熱が伝達される。一方、パターン経路では、3次元的に熱が移動していく(広がっていく)。このような、3次元的な熱の移動は、45度広がり則と呼ばれる。45度広がり則では、横方向および厚み方向の両方において、熱が移動していく(広がっていく)。そのため、パターン経路の放熱性と、端子経路の放熱性との差は大きい。
In the
なお、ろう付けを行うためには、回路パターン7(7a、7b)の温度を、硬ろう融点以上に加熱する事が必要である。しかしながら、回路パターン7の放熱性が高いことを考慮して加熱しないと、外部接続端子4E(4F)の温度は、硬ろう融点以上になるが、回路パターン7の温度は、硬ろう融点以上にならない可能性もある。仮に、回路パターン7の温度が、硬ろう融点以上にならない場合、回路パターン7に接する硬ろう材の濡れ広がりが不十分になるという問題が発生する。
In order to perform brazing, it is necessary to heat the temperature of the circuit pattern 7 (7a, 7b) to the hard solder melting point or higher. However, if heating is not performed in consideration of the high heat dissipation of the
そこで、変形例6または変形例7の照射処理Iaでは、回路パターン7および外部接続端子4E(4F)にエネルギー量E1が与えられるように、レーザー光が回路パターン7および外部接続端子4E(4F)に照射される。エネルギー量E1は、パターン経路の熱抵抗に対する、端子経路の熱抵抗の比率の逆数で示されるエネルギー量である。これにより、回路パターン7に、硬ろう融点以上の熱を与えることができる。そのため、硬ろう材5の不濡れを防止できる。その結果、信頼性の高い接合部(硬ろう材5)を得ることが出来る。
Therefore, in the irradiation process Ia of the modified example 6 or the modified example 7, the laser beam is applied to the
<変形例8>
以下においては、本変形例の構成を「構成Ctm8」ともいう。構成Ctm8は、レーザー光の照射方法に特徴を有する構成である。構成Ctm8は、構成Ct1(実施の形態1)、構成Ctm1m、構成Ctm4、構成Ctm6および構成Ctm7の全てまたは一部に適用される。
<
In the following, the configuration of this modification is also referred to as “configuration Ctm8”. The configuration Ctm8 has a feature in the laser light irradiation method. The configuration Ctm8 is applied to all or part of the configuration Ct1 (Embodiment 1), the configuration Ctm1m, the configuration Ctm4, the configuration Ctm6, and the configuration Ctm7.
一例として、構成Ctm8が適用された構成Ctm1,Ctm4(以下、「構成Ctm148」ともいう)について説明する。以下においては、構成Ctm8における、電力用半導体装置100の製造方法を、「半導体製造方法Prd」ともいう。
As an example, configurations Ctm1 and Ctm4 (hereinafter also referred to as “configuration Ctm148”) to which the configuration Ctm8 is applied will be described. Hereinafter, the method for manufacturing the
図21および図22は、本発明の変形例8に係る半導体製造方法Prdを説明するための図である。なお、図21および図22では、構成Ctm148を有する電力用半導体装置100が示される。
21 and 22 are diagrams for explaining a semiconductor manufacturing method Prd according to the
図23は、本発明の変形例8に係る半導体製造方法Prdのフローチャートである。なお、図23では、半導体製造方法Prdに含まれる特徴的な工程のみを示している。半導体製造方法Prdは、図2の半導体製造方法Prと比較して、ステップS110の代わりにステップS110Cが行われる点が異なる。半導体製造方法Prdのそれ以外の処理は、半導体製造方法Prと同様なので詳細な説明は繰り返さない。
FIG. 23 is a flowchart of a semiconductor manufacturing method Prd according to
次に、半導体製造方法Prdについて説明する。半導体製造方法Prdでは、実施の形態1と同様に、電力用半導体素子S1の接合、絶縁基板9の接合、ケース12の接合等の工程が行われる。次に、ろう付工程C(S110C)が行われる。
Next, the semiconductor manufacturing method Prd will be described. In the semiconductor manufacturing method Prd, processes such as bonding of the power semiconductor element S1, bonding of the insulating
ろう付工程Cでは、まず、挟み処理が行われる。挟み処理では、外部接続端子4Cの先端部4ax、および、回路パターン7により、硬ろう材5が挟まれる。
In the brazing process C, a pinching process is first performed. In the pinching process, the
次に、ろう付工程Bでは、照射処理Iaおよび照射処理Idが、同時に行われる。ろう付工程Bでは、照射処理Iaおよび照射処理Idが2回行われる。ろう付工程Bでは、一例として、3台のレーザー18と、3台のガルバノスキャナシステム14とが使用される。なお、3台のレーザー18のうちの2台のレーザー18と、3台のガルバノスキャナシステム14のうちの2台のガルバノスキャナシステム14とが、同時に併用される。
Next, in the brazing process B, the irradiation process Ia and the irradiation process Id are performed simultaneously. In the brazing process B, the irradiation process Ia and the irradiation process Id are performed twice. In the brazing process B, as an example, three
以下においては、3台のレーザー18を、それぞれ、レーザー18n,18a,18bともいう。また、以下においては、3台のガルバノスキャナシステム14を、それぞれ、ガルバノスキャナシステム14n,14a,14bともいう。レーザー18n,18a,18bは、それぞれ、ガルバノスキャナシステム14n,14a,14bと接続されている。
Hereinafter, the three
まず、1回目の照射処理Ia,Idでは、一例として、図21のように、2つのレーザー光が同時に照射される。なお、本明細書において「2つのレーザー光が同時に照射される」という表現は、「2つのレーザー光がほぼ同じタイミングに照射される」という意味も含む。 First, in the first irradiation processes Ia and Id, as an example, two laser beams are irradiated simultaneously as shown in FIG. In the present specification, the expression “two laser beams are irradiated simultaneously” also includes the meaning “two laser beams are irradiated at substantially the same timing”.
具体的には、1回目の照射処理Iaでは、外部接続端子4Cに生じる熱により硬ろう材5が溶融するように、ガルバノスキャナシステム14nは、回路パターン7aの上方に存在する当該外部接続端子4Cの一部(先端部4ax)にレーザー光を照射する。
Specifically, in the first irradiation process Ia, the
また、1回目の照射処理Idでは、回路パターン7aに生じる熱により硬ろう材5が溶融するように、ガルバノスキャナシステム14aは、当該回路パターン7aのうち当該硬ろう材5の周辺の領域に、レーザー光を照射する。
Further, in the first irradiation process Id, the
次に、2回目の照射処理Ia,Idでは、一例として、図22のように、2つのレーザー光が同時に照射される。具体的には、2回目の照射処理Iaでは、外部接続端子4Cに生じる熱により硬ろう材5が溶融するように、ガルバノスキャナシステム14nは、回路パターン7bの上方に存在する当該外部接続端子4Cの一部(先端部4ax)にレーザー光を照射する。
Next, in the second irradiation processes Ia and Id, as an example, two laser beams are simultaneously irradiated as shown in FIG. Specifically, in the second irradiation process Ia, the
また、2回目の照射処理Idでは、回路パターン7bに生じる熱により硬ろう材5が溶融するように、ガルバノスキャナシステム14bは、当該回路パターン7bのうち当該硬ろう材5の周辺の領域に、レーザー光を照射する。
Further, in the second irradiation process Id, the
以上説明したように、本変形例によれば、外部接続端子4Cおよび回路パターン7(7a,7b)に、レーザー光が同時に照射される。これにより、熱干渉が発生し、硬ろう材5の温度を急速に上昇する。そのため、本変形例以外の上記の半導体製造方法よりも、短時間で、効率よくろう付を行うことが出来るという効果が得られる。
As described above, according to this modification, the
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態、各変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態、各変形例を適宜、変形、省略することが可能である。 Note that the present invention can be freely combined with each embodiment and each modification within the scope of the invention, and each embodiment and each modification can be appropriately modified and omitted.
例えば、電力用半導体装置100が備える外部接続端子4の数は、2に限定されず、1または3以上であってもよい。
For example, the number of
また、上記の実施の形態および各変形例では、硬ろう材5を溶融させるために、レーザー光を使用したが、これに限定されず、例えば、電子ビームを使用してもよい。
Further, in the above-described embodiment and each modification, the laser beam is used to melt the
4,4C,4D,4E,4F 外部接続端子、5,5A 硬ろう材、7,7a,7b,7c 回路パターン、9 絶縁基板、100 電力用半導体装置、S1 電力用半導体素子。 4, 4C, 4D, 4E, 4F External connection terminal, 5, 5A brazing material, 7, 7a, 7b, 7c circuit pattern, 9 insulating substrate, 100 power semiconductor device, S1 power semiconductor element.
Claims (16)
外部接続端子と、を備え、
前記絶縁基板の主面側には、回路パターンが設けられており、
前記外部接続端子は、硬ろう材を介して、前記回路パターンにろう付されている
電力用半導体装置。 An insulating substrate;
An external connection terminal,
A circuit pattern is provided on the main surface side of the insulating substrate,
The external connection terminal is brazed to the circuit pattern via a hard brazing material.
請求項1に記載の電力用半導体装置。 The power semiconductor device according to claim 1, wherein a power semiconductor element is mounted on the circuit pattern.
前記先端部の幅は、前記外部接続端子のうち、当該先端部以外の部分の幅より小さい
請求項1または2に記載の電力用半導体装置。 The tip of the external connection terminal is brazed to the circuit pattern via the hard brazing material,
The power semiconductor device according to claim 1, wherein a width of the tip portion is smaller than a width of a portion other than the tip portion of the external connection terminal.
前記端部には、貫通孔が設けられており、
平面視において前記貫通孔が前記硬ろう材の一部を囲むように、当該貫通孔は前記端部に設けられている
請求項1に記載の電力用半導体装置。 The external connection terminal has an end portion brazed to the circuit pattern,
The end portion is provided with a through hole,
The power semiconductor device according to claim 1, wherein the through hole is provided at the end so that the through hole surrounds a part of the brazing filler metal in a plan view.
前記屈曲部の厚みは、前記外部接続端子のうち、当該屈曲部以外の部分の厚みより小さい
請求項1に記載の電力用半導体装置。 The external connection terminal has a bent portion,
The power semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness of the bent portion is smaller than a thickness of a portion other than the bent portion in the external connection terminal.
前記屈曲部の幅は、前記外部接続端子のうち、当該屈曲部以外の部分の幅より小さい
請求項1に記載の電力用半導体装置。 The external connection terminal has a bent portion,
The power semiconductor device according to claim 1, wherein a width of the bent portion is smaller than a width of a portion of the external connection terminal other than the bent portion.
請求項1から6のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。 The power semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the brazing filler metal is phosphor copper brazing.
請求項1から7のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。 The power semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein each of the circuit pattern and the external connection terminal is made of copper.
前記絶縁基板の主面側には、回路パターンが設けられており、
前記製造方法は、
前記外部接続端子および前記回路パターンにより、硬ろう材が挟まれた状態において、当該外部接続端子を、当該硬ろう材を介して、当該回路パターンにろう付するろう付工程を含み、
前記ろう付工程は、
前記外部接続端子に生じる熱により前記硬ろう材が溶融するように、当該外部接続端子の一部にレーザー光を照射する第1照射処理を有する
電力用半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a power semiconductor device comprising an insulating substrate and external connection terminals,
A circuit pattern is provided on the main surface side of the insulating substrate,
The manufacturing method includes:
Including a brazing step of brazing the external connection terminal to the circuit pattern via the hard brazing material in a state where the hard brazing material is sandwiched between the external connection terminal and the circuit pattern;
The brazing process includes
A method for manufacturing a power semiconductor device, comprising: a first irradiation process in which a part of the external connection terminal is irradiated with laser light so that the brazing filler metal is melted by heat generated in the external connection terminal.
前記回路パターンまたは前記外部接続端子に、前記硬ろう材を設ける準備工程を含み、
前記ろう付工程は、前記準備工程の後に行われる
請求項9に記載の電力用半導体装置の製造方法。 The manufacturing method further includes:
A preparatory step of providing the hard soldering material on the circuit pattern or the external connection terminal;
The method for manufacturing a power semiconductor device according to claim 9, wherein the brazing step is performed after the preparation step.
前記先端部の幅は、前記外部接続端子のうち、当該先端部以外の部分の幅より小さい
請求項10に記載の電力用半導体装置の製造方法。 The external connection terminal has a tip for brazing to the circuit pattern,
The method of manufacturing a power semiconductor device according to claim 10, wherein a width of the tip portion is smaller than a width of a portion other than the tip portion of the external connection terminal.
前記ろう付工程は、さらに、
前記回路パターンに生じる熱により前記硬ろう材が溶融するように、当該回路パターンのうち当該硬ろう材の周辺の領域に、前記レーザー光を照射する第2照射処理を有する
請求項9に記載の電力用半導体装置の製造方法。 The shape of the brazing filler metal is a plate shape,
The brazing step further includes
The second irradiation process of irradiating the laser beam to a region around the brazing material of the circuit pattern so that the brazing material is melted by heat generated in the circuit pattern. A method of manufacturing a power semiconductor device.
前記端部には、貫通孔が設けられており、
平面視において前記貫通孔が前記硬ろう材の一部を囲むように、当該貫通孔は前記端部に設けられており、
前記ろう付工程は、さらに、
前記回路パターンに生じる熱により前記硬ろう材が溶融するように、当該回路パターンのうち当該硬ろう材の周辺の領域に、前記貫通孔を通過する前記レーザー光を照射する第3照射処理を有する
請求項9に記載の電力用半導体装置の製造方法。 The external connection terminal has an end part to be brazed to the circuit pattern,
The end portion is provided with a through hole,
The through hole is provided in the end so that the through hole surrounds a part of the brazing filler metal in plan view,
The brazing step further includes
In the circuit pattern, a region around the brazing filler metal is irradiated with the laser beam passing through the through hole so that the brazing filler metal is melted by heat generated in the circuit pattern. A method for manufacturing a power semiconductor device according to claim 9.
請求項9から13のいずれか1項に記載の電力用半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a power semiconductor device according to claim 9, wherein the laser light is irradiated by a galvano scanner system.
前記回路パターンに生じる熱により前記硬ろう材が溶融するように、当該回路パターンのうち当該硬ろう材の周辺の領域に、別のレーザー光を照射する第4照射処理を有し、
前記第1照射処理および前記第4照射処理は、同時に行われる
請求項9に記載の電力用半導体装置の製造方法。 The brazing step further includes
A fourth irradiation process for irradiating a region around the brazing filler metal in the circuit pattern with another laser beam so that the brazing filler metal is melted by heat generated in the circuit pattern;
The method for manufacturing a power semiconductor device according to claim 9, wherein the first irradiation process and the fourth irradiation process are performed simultaneously.
前記別のレーザー光は、別のガルバノスキャナシステムにより照射される
請求項15に記載の電力用半導体装置の製造方法。 The laser light is irradiated by a galvano scanner system,
The method of manufacturing a power semiconductor device according to claim 15, wherein the another laser beam is irradiated by another galvano scanner system.
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JP2017162963A JP2019041034A (en) | 2017-08-28 | 2017-08-28 | Semiconductor device for electric power and manufacturing method therefor |
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