JP2021150450A - 半導体モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部端子ブロックと外部端子バスバーとの接続を簡便に行うことができ、かつ接続部の信頼性が高い半導体モジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体モジュール１０において、半導体素子１を実装した積層基板２と、積層基板の実装面に立設された外部端子ブロック４と、外部端子ブロックに電気的に接続された外部端子バスバー７と、少なくとも積層基板、半導体素子及び外部端子ブロックを埋設する樹脂からなる第１の封止部と８、を備える。外部端子バスバーは、外部端子バスバーの本体部から屈曲して形成された接続部を有する。外部端子ブロックは、第１の封止部から露出する接続面４Ａを有する。外部端子バスバーの前記接続部は、外部端子ブロックの接続面に超音波接合によって接合されている。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体モジュール及びその製造方法、特に、パワー半導体モジュール及びその製造方法に関する。

パワー半導体モジュールは，効率的な電力変換を求められる分野で広く適用されている。例えば、近年注目を浴びている太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー分野、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車載分野、車両などの鉄道分野が挙げられる。

これらパワー半導体モジュールには、スイッチング素子とダイオードが内蔵されており、パワー半導体素子にはＳｉ(シリコン)半導体や、ＳｉＣ(シリコンカーバイド)半導体などのワイドバンドギャップ半導体が用いられる。ＳｉＣ半導体は、Ｓｉ半導体に比べ高耐圧、高耐熱、低損失といった特徴があり、パワー半導体モジュールに用いることにより、装置の小型化や低損失化が可能となる。その際に、パワー半導体素子は、耐湿性、耐熱性、機械特性に優れたエポキシ樹脂を含む封止材で封止され、絶縁性、形状が担保できるため、ケースレス及び／又はベースレス構造とすることができる。

しかし、ケースレス・ベースレス構造の場合、定格電流の大容量化でモジュールサイズが大きくなると、封止材による応力の問題や、内部樹脂未充填（ボイドなど）による絶縁性能低下の問題があり大容量化が難しいという問題があった。

また、モジュールサイズを小さくし、モジュールあたりの電流容量を小さくしたユニットとし、複数ユニットをバスバーなどで接続することで大容量化は可能となるが、パワー半導体モジュールの高耐圧化には、絶縁距離を長くしなければならず、モジュール全体の小型化が難しいという問題があった。

上記問題を解決するために、ベースに封止材で封止された半導体ユニットを並べ、ユニット上面に凹部形状を形成し、ユニットの外部端子ピンと外部端子バスバーを接合し、接合部を樹脂で埋めることが提案されている（特許文献１）。接合方法として、はんだ接合、レーザー溶接等が提案されているが、凹部形状内で接合するには、はんだごてを入れにくい、レーザー光が入りにくいなどの課題があった。

特開２０１８−２９１４１号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、外部端子ブロックと外部端子バスバーとの接続を簡便に行うことができ、かつ接続部の信頼性が高い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。

本発明の一実施形態の半導体モジュールは、半導体素子を実装した積層基板と、
積層基板の実装面に立設された外部端子ブロックと、
外部端子ブロックに電気的に接続された外部端子バスバーと、
少なくとも積層基板、半導体素子及び外部端子ブロックを埋設する樹脂からなる第１の封止部と、を備え、
外部端子バスバーは、外部端子バスバーの本体部から屈曲して形成された接続部を有し、
外部端子ブロックは第１の封止部から露出する接続面を有し、
外部端子バスバーの上記接続部は、外部端子ブロックの上記接続面に超音波接合によって接合されている。

本発明の他の実施形態の製造方法は、半導体素子を積層基板に実装する工程と、
積層基板の実装面に外部端子ブロックを立設する工程と、
少なくとも積層基板、半導体素子及び外部端子ブロックを樹脂によって埋設して第１の封止部を形成する工程と、
外部端子ブロックに外部端子バスバーを電気的に接続する工程と、を備え、
外部端子バスバーは、外部端子バスバーの本体部から屈曲して形成された接続部を有し、
第１の封止部を形成する工程は、外部端子ブロックが第１の封止部から接続面が露出するように第１の封止部を形成し、
上記接続する工程は、第１の封止部から露出する上記外部端子ブロックの上記接続面に外部端子バスバーを超音波接合で接合する。

本発明に係る半導体モジュールによれば、外部端子ブロックと外部端子バスバーとの接続を簡便に行うことができ、かつ接続部の信頼性が高い半導体モジュール及びその製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態によるパワー半導体モジュールの断面構造を示す概念図である。 図２は、外部端子バスバーの構成を模式的に示す断面図である。 図３は、外部端子バスバーの接続部と外部端子ブロックとの接合部を拡大して示す断面図である。 図４は、上記実施形態の外部端子バスバーの接続部の第１の改変例を示す断面図である。 図５は、上記実施形態の外部端子バスバーの接続部の第２の改変例を示す断面図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。これらを適宜改変し、組合せて適用することができる。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。

［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１０の断面構造を示す概念図である。図１に示すように、パワー半導体素子１は、はんだ等の第１接合層３を介して、積層基板２上に実装されている。

パワー半導体素子１の上面には、はんだ等の接合層（図示しない）を介して、インプラントピン５を備えたインプラント方式のプリント基板６が取り付けられている。また、積層基板２上面には、はんだ等の接合層（図示しない）を介して、外部端子ブロック４が立設されている。

積層基板２、半導体素子１、インプラントピン５及びプリント基板６は第１封止材からなる第１封止部８に埋設されている。なお、本明細書において、第１封止部８に埋設され、絶縁封止される部材を被封止部材と指称する。

また、外部端子ブロック４は、第１封止部８に埋設されているが、その上面が第１封止部８から露出し、外部端子ブロック４の当該露出面は接続面４Ａとなっている。第１封止部８は、平坦な表面（上面）を有している。なお、第１封止部８の上面は、外部端子ブロック４の露出部を除いて平坦であればよい。外部端子ブロック４の接続面４Ａは、外部端子バスバー７と接合され、電気的な接続が取られている。
具体的には、第１封止部表面は、外部端子ブロックの先端部（露出部）と平坦であるか、外部端子ブロック先端が第１封止部表面より突出していてもよい。この場合は、図３に示すように、外部端子バスバーの接合面７Ｃの方が幅が広く（広い面積）てもよく、超音波接合する際に位置決めしやすく、接合面積を広くとることができる。なお、外部端子ブロックの突出量は１ｍｍから５ｍｍが好ましい。一方、第１封止部表面は、外部端子ブロックの先端部（露出部）より突出していて、外部端子ブロックの先端部は凹部となっていてもよい。この場合は、外部端子バスバーの接合面７Ｃは凹部に収まるので位置決めしやすいが、前者の場合より接合面積が小さくなる。なお、第１封止部８の突出量は１ｍｍから５ｍｍが好ましい。

積層基板２は、はんだ等の第２接合層１１Ａを介してベース１１に接合されている。ケース・フタ１２は、接着剤等（図示しない）を介してベース１１上に実装される。ベース１１及びケース・フタ１２内に、少なくとも外部端子ブロック４と外部端子バスバー７の接合部を覆うように第２封止材からなる第２封止部９が設けられている。なお、ケース・フタ１２は、４面の側壁部分からなるケース１２Ａとケース１２Ａの上部を覆うフタ１２Ｂとからなる。そして、ベース１１及びケース・フタ１２は、上記被封止部材を埋設する第１封止部８及び第２封止部９をその中に収容している。

なお、本明細書において、上面、下面とは、説明の目的で、図中の上下を指す相対的な用語であって、パワー半導体モジュールの使用態様等との関係で上下を限定するものではない。

パワー半導体素子１は、ＩＧＢＴあるいはダイオードチップ等のパワーチップであり、種々のＳｉデバイス、ＳｉＣデバイス、ＧａＮデバイスなどを用いることができる。また、これらのデバイスを組み合わせて用いても良い。例えば、Ｓｉ−ＩＧＢＴとＳｉＣ−ＳＢＤを用いたハイブリッドモジュールなどを用いることができる。パワー半導体素子１の搭載数は、図示する形態に限定されるものではなく、複数搭載することもできる。

積層基板２は、絶縁基板２２とその一方の面（下面又は底面）に形成される第２導電性板２１と、他方の面に形成される第１導電性板２３とから構成されている。絶縁基板２２としては、電気絶縁性、熱伝導性に優れた材料を用いることができる。

絶縁基板２２の材料としては、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＳｉＮ、熱伝導性に優れた樹脂などが挙げられる。特に高耐圧用途では、電気絶縁性と熱伝導率を両立した材料が好ましく、ＡｌＮ、ＳｉＮを用いることができるが、これらには限定されない。

第２導電性板２１、第１導電性板２３としては、加工性の優れているＣｕ、Ａｌなどの金属材料を用いることができる。また、防錆などの目的で、Ｎｉメッキなどの処理を行ったＣｕ、Ａｌであっても良い。絶縁基板２２上に導電性板２１、２３を配設する方法としては、直接接合法（Direct Copper Bonding法）もしくは、ろう材接合法（Active Metal Brazing法）が挙げられる。

第１接合層３は、鉛フリーはんだを用いて形成することができる。例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｓｂ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｓｂ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉ系、Ｓｎ−Ａｇ系などを用いることができるが、これらには限定されない。

プリント基板６（配線基板）は、素子と素子、素子と外部端子とを電気的に接続する役目を有し、ポリイミドフィルム基板やエポキシフィルム基板にＣｕ、Ａｌなどの導電層が形成されているものを用いることができる。インプラントピン６としては、銅を用いた銅ピンを用いることができる。プリント基板７の導電層も、インプラントピン５も、Ｃｕ又はＡｌに、防錆などの目的でＮｉめっきなどの処理を施したものであってもよい。もしくは、接合の目的でＳｎめっきなどの処理を施したものであってもよい。

このプリント基板６とインプラントピン５は、複数のパワー半導体素子１が設けられる場合にはパワー半導体素子１同士を電気的に接続する。あるいは、プリント基板６とインプラントピン５は、パワー半導体素子１と積層基板２の間を電気的に接続する。インプラントピン５と積層基板２もしくはパワー半導体素子１とは、上述のはんだ第１接合層３により接合することができる。なお、インプラントピン５の代わりにリードフレームを用いても良い。

積層基板２上から、上述の第１接合層３により接合した外部端子ブロック４を第１封止部８の表面もしくは外部にまで引き出すことにより、外部接続端子バスバー７と接続することができる。

外部端子ブロック４の材質は特に限定するものではないが、後述する外部端子バスバー７と同一材料であることが好ましい。導電性の優れているＣｕ又はＡｌなどの金属材料を用いることができる。

外部端子ブロック４と積層基板２との接合は、特に限定するものではないが、パワー半導体素子１を接合する第１接合層３と同じ材料を用いることができる。また、接合方法も、パワー半導体素子１を接合する工程で接合することができる。また、外部端子ブロック４は積層基板２の第１導電性板２３に設けた凹部に嵌合されても良い。

外部端子ブロック４の形状は、角柱状又は円柱状を有することが好ましい。角柱状の場合には、角部（接合面以外の側面の角部）があると後述する第１封止部８で封止した後に、角部に応力が集中してしまうため、丸み面取り（半径Ｒ）されていることが好ましい。この場合、特に半径Ｒについては、限定するものではないが、Ｒ＝０．２以上であることが好ましい。

外部端子ブロック４の長さ（すなわち、第１導電性板２３の上面からの高さ）としては、第１封止部８で封止した際に、外部端子ブロック４の上面（すなわち、接続面）が第１封止部８の表面から露出していればよい。また、外部端子ブロック４の大きさ（すなわち、側面の幅）についても、後述する外部端子バスバー７との接合エリアや、電流定格に応じて定められていればよく、特に限定するものではない。

第１封止部８は、エポキシ樹脂主剤と、硬化剤とを含み、任意選択的に無機充填材やその他の添加剤を含んでもよいエポキシ樹脂組成物により形成することができる。エポキシ樹脂主剤としては、脂肪族エポキシ、または脂環式エポキシを用いることができる。または、マレイミド樹脂、シアネート樹脂を用いることができ、エポキシ樹脂と含め二種類以上混合して用いてもよい。これらの封止材により、絶縁性とともに、線膨張係数を調整するとともに、モジュールの剛性を高め（高いヤング率）、割れを防止することができる。

第１封止部８で封止されたパワー半導体ユニット（以下、単にユニットとも称する。図１中、破線で示す）は、第２接合層１１Ａを介して、ベース１１上に実装される。第２接合層１１Ａは、熱伝導性や接着性に優れていれば特に問題なく、はんだ、シート状接着材等で接合することができる。ベース１１の材質としては、特に限定されないが、ＡｌＳｉＣ、ＭｇＳｉＣ、Ｃｕなどの材料を用いることができる。厚みは、材質にもよるが、２ｍｍ以上〜５ｍｍ以下の範囲が好ましい。なお、ベース１１は冷却器（図示せず）に接続されてもよい。また、ユニットは第２接合層１１Ａを介して直接に冷却器に接続されても良い。なお、第１封止部８で樹脂封止しパワーユニッ半導体ユニットとすることで、個々のユニットを電気特性試験できるので、不良のユニットを搭載せず、ユニットの特性を合わせて搭載した半導体モジュールとすることができる利点がある。また、ユニット自体は小型化できるので、熱応力を抑制することができる。第2封止部は、剛性を高めるよりも、絶縁性に優れたシリコーン樹脂などの材料を用いることができ、半導体モジュール全体としてみると、熱応力を低減することができる。

さらに本実施形態では、第２封止部によって後述するケース１２Ａ内にパワー半導体ユニットを埋設するため、ユニット上面に凹部形状を形成する必要がなくフラット形状とすることができる。複雑な形状の場合、金型のコストアップにつながってしまうが、フラット形状の場合、安価に金型を作成することができる。

ケース・フタ１２は、絶縁性に優れた樹脂等で形成されていればよく、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等がよく用いられる。

外部端子バスバー７は、各電子部品や配線に電流を供給するための電気配線部材の母線で、導電性の接続部材である。外部端子バスバー７は、例えば板状の接続部材であり、積層基板２０に略平行に保持されていることが好ましい。

外部端子バスバー７としては、外部端子ブロック４と同一材料であることが好ましく、導電性の優れているＣｕ、Ａｌなどの金属材料を用いることができる。なお、外部端子ブロック４及び外部端子バスバー７が銅（Ｃｕ）であると、Ｃｕ−Ｃｕ界面が形成されるので、特に、好ましい。

また、防錆などの目的で、Ｎｉめっき又はＮｉ合金めっきなどの処理を行った方が好ましいが、その場合、外部端子ブロック４と接合するエリアにはめっきはされていないことが好ましい。特に限定するわけではないが、外部端子バスバー７の厚さは０．８ｍｍ〜１．５ｍｍ程度が好ましい。なお、外部端子バスバー７の母材がＣｕであり、適度の厚さ、具体的には、めっき膜厚が１μｍから１０μｍでＮｉ又はＮｉ合金めっきされていれば、超音波接合によって、Ｃｕ−Ｃｕ界面が形成される。

本実施形態における、外部端子バスバー７の構成及び外部端子バスバー７と外部端子ブロック４との接合について以下に詳細に説明する。外部端子バスバー７は、外部端子ブロック４の接続面に対応した接続部を有している。外部端子ブロック４が複数設けられる場合には、外部端子バスバー７は、当該複数の外部端子ブロック４に対応した接続部を有している。

図２は、外部端子バスバー７の構成を模式的に示す断面図である。外部端子バスバー７は、板状の金属をＵ字形状に折り曲げた構成を有している。より詳細には、外部端子バスバー７は、本体部７Ａと、本体部７Ａから屈曲して形成された接続部７Ｂとを有している。図３は、外部端子バスバー７の接続部７Ｂと外部端子ブロック４との接合部を拡大して示す断面図である。

より詳細には、図３に示すように、接続部７Ｂは、本体部７Ａから屈曲した第１屈曲部７Ｂ１と、第１屈曲部７Ｂ１からさらに屈曲した第２屈曲部７Ｂ２とからなる。第２屈曲部７Ｂ２は、本体部７Ａに平行であるように形成されている。接続部７Ｂは、外部端子ブロック４の接続面４Ａに接合される接合面７Ｃを有している。また、本体部７Ａの厚さをＴＡとし、本体部７Ａに対する接続部７Ｂの深さ（すなわち、第２屈曲部７Ｂ２の深さ）をＤとすると、Ｄ＞ＴＡであることが好ましい。

外部端子ブロック４と外部端子バスバー７との接合方法として、超音波端子接合（以下、単に超音波接合ともいう）を用いることができる。接合面同志が超音波振動によって互いに擦れ合い、接合面にあった酸化皮膜や吸着ガスなどの表面層の不純物を飛散させ、接合面に清浄な活性化した清浄な金属面が露出することができ、さらに加圧によって塑性変形することにより固相状態で接合することができる。つまり、各材料を原子間隔まで近づけることにより原子間の結合力を使うことによって接合することできる。また、外部端子バスバー７の接続部７Ｂで塑性変形し易く、均一に接合できる。

超音波接合の条件は、例えば、加圧力を１００Ｎ以上５００Ｎ以下、周波数を１９ｋＨｚ以上２１ｋＨｚ以下、接合時間を３００ｍｓ以上７００ｍｓ以下に設定可能である。

超音波ホーン（図示しない）は特に限定するものではないが、外部端子バスバー７が厚いため、広いピッチのホーンパターンが好ましい。その方が、接合部の面圧を上昇させることができ、接合起点を作りやすい。

はんだ接合の場合、はんだと外部端子バスバー７などと線膨張係数が異なるため、熱サイクル時の接合部にかかる熱応力による負荷が大きくなってしまう。本発明では、線膨張係数が同じ材料を用いているので、接合部に熱サイクル時の熱応力の負荷を小さくできるため、信頼性が向上する。

なお、超音波接合前における、本体部７Ａの厚さをＴＡとし、接続部７Ｂの厚さ（すなわち、第２屈曲部７Ｂ２の厚さ）をＴＢとしたとき、ＴＡ＜ＴＢ、ＴＢ／３＜ＴＡ＜２×ＴＢ／３であることが好ましい。

なお、このように厚さを変えるには切削加工によっても良いし、プレス加工によっても可能である。また、第１屈曲部７Ｂ１は、第２屈曲部７Ｂ２の側は厚く、本体部７Ａ側は薄くなっていてもよい。具体的には、第１屈曲部７Ｂ１は、第２屈曲部７Ｂ２との接続部側の厚さは第２屈曲部の厚さ程度に厚く、本体部７Ａとの接続部側に行くにしたがって薄くなり、本体部７Ａと接続する箇所の厚さは本体部７Ａの厚さとなってもよい。このような板厚にすると、応力緩和効果がある。

具体的には、外部端子ブロック４と外部端子バスバー７とを接合し、半導体モジュールにし、通電し稼働させると、素子が発熱し、モジュールの各部で熱応力を生じる。その際、外部端子バスバー７にも熱応力が働き、接合部に引張応力が働く。このような場合にも、外部端子バスバー７が上記の範囲内であると、本体部７Aが変形し接合部に働く熱応力を緩和することができる。また、超音波接合する際に外部端子バスバー７に加わる外部応力も、本体部７Aが変形することにより、接合部に加わる外部応力を緩和することができる。そのため、パワーサイクル試験などの長期信頼性も向上した。

また、第１屈曲部７Ｂ１と第２屈曲部７Ｂ２のなす角（θ）は１００度から１５０度が好ましく、１０５度から１３５度がより好ましい。この範囲にすることで、接合強度が向上することがわかった。これは、超音波接合の加圧によって塑性変形しやすくなるからではないかと考えられる。また、上述のように熱応力や外部応力を緩和するため長期信頼性も向上する。

本実施形態においては、外部端子ブロック４と外部端子バスバー７との接合部を覆う第２封止部９が設けられている。第２封止部９としては、外部端子ブロック４と外部端子バスバー７との接合部を覆うことができればよく、例えば封止樹脂やシリコーンゲルなどを用いることができる。

本実施形態では、パワー半導体ユニット（第１封止部８で封止された部分をいう。）の上面がフラット形状のため接合部を第２封止部９で覆うことによって、外部端子ブロック４同士や外部端子ブロック４と導電性板２３との絶縁距離を気にすることなくパワー半導体ユニットを形成できる。特に、高耐圧のためには絶縁距離を長くする必要がでてくるため、従来技術においてはパワー半導体ユニットも大きくしなければならないが、本実施形態によればコンパクトにすることができる。

以下に、本発明の実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は、以下の実施例の範囲に限定されるものではない。

＜実施例１＞
以下に評価用のパワー半導体モジュール１０を作製した。積層基板２としては、導電性板の厚さが０．３ｍｍ、絶縁基板の厚さが０．３２ｍｍのデンカＳＩＮプレート（デンカ製、額縁長１．０ｍｍ）を用いた。

積層基板２上に、はんだ３及びパワー半導体素子１、はんだ及びインプラントピン５、銅（Cu）製の外部端子ブロック４（幅３ｍｍ×５ｍｍ、高さ５ｍｍ）、プリント基板６を、Ｎ₂リフロー炉ではんだ接合を行い、配設した。次にこれら被封止部材を金型にセットした。

次に、脂肪族エポキシ樹脂主剤：ｊＥＲ６３０（三菱化学製）、硬化剤：ｊＥＲキュア１１３（三菱化学製）、無機充填剤：エクセリカ 平均粒径数μｍ〜数十μｍ（トクヤマ）を、質量比１０：５：３で混合した後、真空脱泡を行い、金型に注入した。これを、１００℃で１時間の一次硬化後、１５０℃で３時間の二次硬化を行い、表面がフラット形状で外部端子ブロックの接続部が表面に露出しているパワー半導体ユニットを得た。

続いて、得られたパワー半導体ユニットを、厚さ５ｍｍのＡｌＳｉＣベース（デンカ製）１１に、はんだで接合した。外部端子ブロック４と外部端子バスバー７を超音波接合で接合した。

続いて、接着剤でケース１２Ａをベース１１に接着した。次に、ケース１２Ａ内に挿入されたパワー半導体ユニットとケース１２Ａとの隙間及びパワー半導体ユニットの上部にシリコーンゲル（TSE3051SK、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン製）を充填し、脱泡した後、１００℃、１時間の加熱を行い、硬化することによってパワー半導体ユニットを封止した。

すなわち、当該シリコーンゲルの硬化によって第２封止部９が形成された。第２封止部９は、外部端子ブロック４と外部端子バスバー７の接合部を埋設するように形成された。そして、最後にフタ１２Ｂをしてパワー半導体モジュール１０を作製した。

＜実施例２＞
外部端子ブロック４と外部端子バスバー７を超音波接合によって接合してから、ベース１１と接合したこと以外は、実施例１と同様にパワー半導体モジュール１０を作製した。

＜比較例１＞
外部端子ブロック４と外部端子バスバー７との接合をはんだ接合で行ったこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１のパワー半導体モジュールを得た。

［評価］
実施例１〜２のパワー半導体モジュール１０、比較例１のパワー半導体モジュールに対して、熱サイクル試験を実施した。熱サイクル試験は、−４０℃〜１２５℃の温度サイクルを行い、５００サイクル後に取り出し、外部端子ブロック４と外部端子バスバー７の取り付け部の接触抵抗の上昇度合い（すなわち、０サイクルを基準としたときの上昇率）を確認した。その評価結果を表１に示す。

熱サイクル評価では、実施例１〜２のパワー半導体モジュール１０ともに、接触抵抗の上昇度合いが５％以下であり特に問題はなかった。比較例１のパワー半導体モジュールでは、１０％と接触抵抗の上昇度合いが大きかったが、これは、ブロック／バスバーの接合工程において、はんだ接合で行っているため、熱応力によって接合部が疲労したためと考えられる。
［改変例］
図４は、上記実施形態の第１の改変例であり、外部端子バスバー７の接続部７Ｂを示す断面図である。外部端子バスバー７は、本体部７Ａから屈曲して形成された第１屈曲部７Ｂ１と第２屈曲部７Ｂ２とからなるが、接続部７Ｂは、第２屈曲部７Ｂ２から屈曲し、第１屈曲部７Ｂ１よりも短い屈曲部７Ｂ３が第２屈曲部７Ｂ２の端部に形成されて終端している。従って、外部端子バスバー７の、例えば終端部７Ｅ（図２参照）に適用することによって、外部端子ブロック４と外部端子バスバー７との接合部の熱応力による疲労を低減することができ、信頼性の高い半導体モジュールを得ることができる。

また、図５は、上記実施形態の第２の改変例であり、外部端子バスバー７の接続部７Ｂを示す断面図である。外部端子バスバー７は、本体部７Ａから屈曲して形成された第１屈曲部７Ｂ１と第２屈曲部７Ｂ２とからなり、接続部７Ｂは、第２屈曲部７Ｂ２で終端している。従って、外部端子バスバー７の、例えば終端部７Ｅ（図２参照）に適用することによって、外部端子ブロック４と外部端子バスバー７との接合部の熱応力による疲労を低減することができ、信頼性の高い半導体モジュールを得ることができる。

本発明の実施形態によれば、パワー半導体ユニットの外部端子ブロック４と外部端子バスバー７の接合を簡便に行うことができ、信頼性の高いパワー半導体モジュールを提供することができる。なお、上記においては、パワー半導体素子を搭載したパワー半導体モジュールについて説明したが、一般の半導体素子を搭載した半導体モジュールについても適用することができる。

１ 半導体素子
２ 積層基板
２１ 第２導電性板
２２ 絶縁基板
２３ 第１導電性板
３ 第１接合層
４ 外部端子ブロック
５ インプラントピン
６ プリント基板
７ 外部端子バスバー
８ 第１封止部
９ 第２封止部
１０ 半導体モジュール
１１ ベース
１１Ａ 第２接合層
１２Ａ ケース
１２Ｂ フタ

Claims (7)

1. 半導体素子を実装した積層基板と、
   前記積層基板の実装面に立設された外部端子ブロックと、
   前記外部端子ブロックに電気的に接続された外部端子バスバーと、
   少なくとも前記積層基板、前記半導体素子及び前記外部端子ブロックを埋設する樹脂からなる第１の封止部と、を備え、
   前記外部端子バスバーは、前記外部端子バスバーの本体部から屈曲して形成された接続部を有し、
   前記外部端子ブロックは前記第１の封止部から露出する接続面を有し、
   前記外部端子バスバーの前記接続部は、前記外部端子ブロックの前記接続面に超音波接合によって接合されている、半導体モジュール。
2. 前記外部端子バスバー及び前記外部端子ブロックの接合部は、第２の封止部に埋設されている、請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 前記第１の封止部は平坦な上面を有する、請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
4. 前記外部端子ブロック及び前記外部端子バスバーの母材は銅（Ｃｕ）であり、前記外部端子バスバーはＮｉ又はＮｉ合金めっきされ、前記外部端子バスバー及び前記外部端子ブロックの接合部はＣｕ−Ｃｕ界面を有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
5. 前記外部端子バスバーの前記本体部の厚さをＴＡとし、前記本体部に対する前記接続部の深さをＤとしたとき、Ｄ＞ＴＡである、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
6. 半導体素子を積層基板に実装する工程と、
   前記積層基板の実装面に外部端子ブロックを立設する工程と、
   少なくとも前記積層基板、前記半導体素子及び前記外部端子ブロックを樹脂によって埋設して第１の封止部を形成する工程と、
   前記外部端子ブロックに外部端子バスバーを電気的に接続する工程と、を備え、
   前記外部端子バスバーは、前記外部端子バスバーの本体部から屈曲して形成された接続部を有し、
   前記第１の封止部を形成する工程は、前記外部端子ブロックが前記第１の封止部から接続面が露出するように前記第１の封止部を形成し、
   前記接続する工程は、前記第１の封止部から露出する前記外部端子ブロックの前記接続面に前記外部端子バスバーを超音波接合で接合する、半導体モジュールの製造方法。
7. 前記外部端子バスバー及び前記外部端子ブロックの接合部を埋設して第２の封止部を形成する工程をさらに有し、前記第１の封止部を形成する工程は、上面が平坦であるように前記第１の封止部を形成する、請求項６に記載の半導体モジュールの製造方法。

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