JP2022183503A - 半導体モジュールおよび半導体モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体モジュールにおいて、パワーサイクル耐量を向上することが好ましい。【解決手段】半導体チップが設けられた積層基板と、積層基板と接続する接続部分を有する接続端子とを備え、接続部分は、少なくとも１つの超音波接続部と、少なくとも一部が超音波接続部の設けられた場所以外に設けられた少なくとも１つのレーザー溶接部とを有する半導体モジュールを提供する。少なくとも１つの超音波接続部は、少なくとも１つのレーザー溶接部よりも接続部分の先端側に設けられてよい。【選択図】図５

Description

本発明は、半導体モジュールおよび半導体モジュールの製造方法に関する。

従来、「ボンディング部位にて第１の部材を第２の部材に対して超音波圧接して仮付けする第１ボンディング工程と、この第１ボンディング工程後にボンディング部位にレーザー光を照射して第１の部材を第２の部材に対してレーザー溶接する第２ボンディング工程とを具備する」ボンディング方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、「超音波溶接によりセラミックパッケージに金属フタを位置決め固定した後、当該金属フタの主面の周囲部分を電子ビームにより溶接し、気密封止を行う」気密封止方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開平１０－２２３２８号公報
［特許文献２］ 特開平１１－３５４６６０号公報

半導体モジュールにおいて、パワーサイクル耐量を向上することが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、半導体モジュールを提供する。半導体モジュールは、積層基板を備えてよい。積層基板には、半導体チップが設けられてよい。半導体モジュールは、接続端子を備えてよい。接続端子は、積層基板と接続する接続部分を有してよい。接続部分は、少なくとも１つの超音波接続部を有してよい。接続部分は、少なくとも１つのレーザー溶接部を有してよい。レーザー溶接部は、少なくとも一部が超音波接続部の設けられた場所以外に設けられてよい。

少なくとも１つの超音波接続部は、少なくとも１つのレーザー溶接部よりも接続部分の先端側に設けられてよい。少なくとも１つのレーザー溶接部は、少なくとも１つの超音波接続部よりも接続部分の先端側に設けられてよい。

接続部分は、複数のレーザー溶接部を有してよい。複数のレーザー溶接部は、上面視において超音波接続部を挟んでよい。複数のレーザー溶接部は、超音波接続部よりも接続部分の先端側とは逆側に設けられてよい。接続部分の先端側とは逆側に設けられるほどレーザー溶接部の穴が深くなってよい。

接続端子は、足部を有してよい。足部は、高さ方向に延伸してよい。少なくとも１つのレーザー溶接部の長手方向は、接続部分の先端と足部を結ぶ方向に対して傾きを有してよい。少なくとも１つのレーザー溶接部の長手方向は、接続部分の先端と足部を結ぶ方向に対して略平行であってよい。

接続部分は、２つのレーザー溶接部を有してよい。２つのレーザー溶接部は、交差していてよい。

レーザー溶接部の少なくとも一部は、上面視において超音波接続部と重なっていてよい。いずれかのレーザー溶接部は、上面視において超音波接続部と重なる第１部分を有してよい。いずれかのレーザー溶接部は、上面視において超音波接続部と重ならない第２部分を有してよい。第２部分の穴は、第１部分の穴より深くてよい。

超音波接続部は、接続部分の表面において凹凸を有してよい。

半導体モジュールは、複数の接続端子を備えてよい。各接続端子の各接続部分に設けられた各レーザー溶接部は、一直線上に設けられていてよい。

本発明の第２の態様においては、半導体モジュールの製造方法を提供する。半導体モジュールの製造方法は、超音波接続段階を備えてよい。超音波接続段階において、超音波により接続部分に超音波接続部を設けてよい。半導体モジュールの製造方法は、超音波接続段階の後において、レーザー溶接段階を備えてよい。レーザー溶接段階において、レーザー溶接により接続部分にレーザー溶接部を設けてよい。少なくとも１つのレーザー溶接部は、少なくとも一部が超音波接続部の設けられた場所以外に設けられてよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

半導体モジュール１００の上面図の一例である。 半導体組立体１１０の上面図の一例である。 図２のａ－ａ断面の比較例を示す図である。 上面視における図３の接続端子５２の一例を示す図である。 図２のａ－ａ断面の実施例を示す図である。 上面視における図５の接続端子５２の一例を示す図である。 図２のａ－ａ断面の別の実施例を示す図である。 上面視における図７の接続端子５２の一例を示す図である。 図２のａ－ａ断面の別の実施例を示す図である。 上面視における図９の接続端子５２の一例を示す図である。 図２のａ－ａ断面の別の実施例を示す図である。 上面視における図１１の接続端子５２の一例を示す図である。 上面視における接続端子５２の別の例を示す図である。 上面視における接続端子５２の接続部分６２の配置の一例を示す図である。 図２のａ－ａ断面の別の実施例を示す図である。 半導体モジュール１００の形成方法の一例を示す図である。 図５のレーザー溶接部７４近傍を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

本明細書においては半導体モジュールの深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は重力方向、または、半導体チップの実装時における基板等への取り付け方向に限定されない。

図１は、半導体モジュール１００の上面図の一例である。半導体モジュール１００は、ベース１０、積層基板２０、半導体チップ３０、半導体組立体１１０、ＰＣＢ４０（Ｐｒｉｎｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ；プリント回路基板）および筐体９０を備える。積層基板２０は、ベース１０の上方に設けられる。半導体チップ３０は、積層基板２０の上方に設けられる。半導体組立体１１０は、半導体チップ３０を有する。ＰＣＢ４０は、半導体組立体１１０の上方に設けられる。筐体９０は、ベース１０の側縁部を取り囲んで設けられる。

本明細書において、図１の上面視における矩形状の筐体９０の長辺方向をＸ軸とし、短辺方向をＹ軸とする。また、Ｘ軸方向とＹ軸方向に対し、右手系をなす方向であって、半導体モジュール１００において、半導体組立体１１０が設置される側の方向をＺ軸方向とする。また、上面視とは、Ｚ軸の正の方向から半導体モジュール１００の方向を見た方向である。

筐体９０は、ベース１０の外縁部に複数の半導体組立体１１０を囲んで設けられる。筐体９０は、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリブチルアクリレート（ＰＢＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）、ウレタンおよびシリコーン等により設けられる。本例では、筐体９０は、耐熱性樹脂であるＰＰＳ樹脂で設けられる。

ベース１０は、半導体組立体１１０で発生した熱を放熱するための半導体冷却用のベースである。ベース１０は、熱伝導性に優れた金属で設けられる。一例として、ベース１０は、銅、アルミニウム、鉄、またはこれらの合金等の金属で設けられる。

ベース１０の下方には、冷却器が設けられる。一例として、冷却器は、複数のフィンを有するヒートシンクを含む。冷却器は、複数のフィンの間に冷却液を流して冷却する冷却装置であってよい。一例として、冷却器は、銅、アルミニウム、鉄、またはこれらの合金等の金属で設けられる。

一例として、冷却器およびベース１０の間には、サーマルコンパウンドを含む接合層が設けられる。接合層は、アルミナ等の熱伝導性のよいフィラーを含む有機油で設けられてよい。別の例において、冷却器およびベース１０は、金属により一体成型されてもよい。この場合のベース１０は、冷却器の上面となる。

積層基板２０は、ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板またはＡＭＢ（Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌ Ｂｌａｚｅｄ）基板等であってよい。本例の積層基板２０はＤＣＢ基板である。

積層基板２０は、絶縁板２１を上下方向から挟み込むように、金属板２２を、絶縁板２１に直接接合させた構造を有する。積層基板２０は、ベース１０の上方に鉛フリーはんだを用いたはんだ接合により、接合材を介して設置されてよい。

絶縁板２１は、熱伝導性の高く、誘電損失の小さい材料を含む。一例として、絶縁板２１は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等のセラミックス材料を含む。金属板２２は銅、アルミニウム等の金属で設けられる。特に積層基板２０がＤＣＢ基板である場合には、金属板２２は銅または銅合金で設けられる。

一例として、半導体チップ３０は、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、ＲＣ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ：逆導通）－ＩＧＢＴ等のスイッチング素子や、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の還流ダイオードを有する。半導体チップ３０は、シリコン、炭化ケイ素や窒化ガリウム等の半導体基板を用い製造されてよい。複数の半導体チップ３０を含む半導体組立体１１０を備える半導体モジュール１００は、全体としてインバータや、制御回路を含むＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）などのパワーデバイスを構成できる。半導体チップ３０は、積層基板２０の上方、特に金属板２２の上面に設けられる。半導体チップ３０と金属板２２との間には、ベース１０と積層基板２０との間と同様に、鉛フリーはんだを接合材として用いたはんだ接合が施されてよい。

ＰＣＢ４０は、半導体チップ３０のスイッチング素子の制御電極３４に接続される配線層を有する。一例としてＰＣＢ４０は、ボンディングワイヤ５５により半導体チップ３０と電気的に接続される。一例として、ＰＣＢ４０は、ポリイミドフィルム基板またはエポキシフィルム基板に配線層が設けられた基板として設けられる。ＰＣＢ４０は、筐体９０の壁面のうち、半導体チップ３０より上方の半導体組立体１１０側に突出する棚状部分に設けられてよい。

外部接続部５０は、各半導体組立体１１０の周囲に１つ以上設けられる。一例として、半導体モジュール１００が三相インバータである場合、外部接続部５０は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相を駆動する電源端子および負荷端子として、１つの半導体組立体１１０ごとに３つ設けられてよい。外部接続部５０には、ニッケルめっきが施されてよい。外部接続部５０に銅製のバスバーが接続されることにより、半導体組立体１１０の各接続端子５２に大電流を適用することができる。

接続端子５２は、外部接続部５０に電気的に接続される。本例では、１つの外部接続部５０に対して、複数の接続端子５２が設けられる。図１では、１つの外部接続部５０に対して、２つまたは３つの接続端子５２が設けられる。また、１つの外部接続部５０に対して、１つの接続端子５２が設けられてもよい。接続端子５２および外部接続部５０は、溶接や接合材により接続されてもよく、あるいは一枚の金属板により形成されてもよい。接続端子５２は、半導体チップ３０それぞれの素子を駆動するための電圧を供給すべく、半導体組立体１１０それぞれに外部接続用の端子として設けられる。

図２は、半導体組立体１１０の上面図の一例である。本例の半導体組立体１１０は、積層基板２０と、積層基板２０上に搭載された２個２組の４つの半導体チップ３０を含む。半導体チップ３０は、外部接続用の接続端子５２と電気的に接続される。半導体組立体１１０は、半導体チップ３０と接続端子５２とを電気的に接続する金属配線板７０を有してよい。金属配線板７０の代わりに、半導体チップ３０と接続端子５２とはワイヤやリボンなどの導電部材により電気的に接続されてもよい。本例では、接続端子５２と金属板２２が接合材により接続している。半導体組立体１１０は、金属板２２上に設けられたブロック（不図示）を含んでもよい。接続端子５２は、ブロックを介して金属板２２に接続されてもよい。ブロックは、銅および銅合金などの金属材料で設けられてよい。金属板２２は、半導体チップ３０および金属配線板７０が接続される主回路部と、制御電極３４が接続される制御回路部とを含んでよい。

半導体チップ３０の上面には、外部接続用の上部主電極３２と主電流を制御するための制御電極３４とが設けられる。上部主電極３２は、アルミニウム、ニッケル、または少なくともこれらの一つを含む合金を含んでよい。半導体チップ３０が縦型のスイッチング素子を有する場合、半導体チップ３０は上面側の上部主電極３２と、上部主電極３２と反対側の、下部主電極（不図示）とを有してよい。スイッチング素子がＩＧＢＴ素子である場合、上部主電極３２はエミッタ電極であり、下部主電極はコレクタ電極であってよい。制御電極３４は、ゲート電極のほか、エミッタセンス電極、温度センス電極や電流センス電極など各種センス電極を含んでよい。

上部主電極３２および金属板２２は、金属配線板７０により電気的に接続されてよい。上部主電極３２および金属配線板７０の間は、鉛フリーはんだによるはんだ接合により接合されてよい。

一例として、金属配線板７０は、アルミニウム、銅、または少なくともこれらの一つを含む合金等の導電性に優れた材質で設けられる。金属配線板７０は、リードフレームにより設けられてよい。金属配線板７０は、金属板２２に接続される端部、上部主電極３２に接続される端部、および両端部を接続する連結部を有してよい。連結部は、Ｙ軸方向から見た場合、矩形であってよい。

ＰＣＢ４０は、配線層を有し、配線層には制御端子（図示せず）およびボンディングワイヤ５５が接続される。半導体チップ３０は、ＰＣＢ４０を介し、制御回路の発生する種々の信号により制御され得る。半導体チップ３０は、ゲート電極のほか、各種センス電極を含んでよく、センス電極もボンディングワイヤ５５およびＰＣＢ４０を介して制御回路と接続されてよい。制御信号の電流は、接続端子５２に流れる電流より小さい電流であってよい。

ＰＣＢ４０は、本例のように接続端子５２により分断され、複数枚にわかれた構造をしていてもよい。複数のＰＣＢ４０同士の間の一部では、上面視においてベース１０の一部が露出していてもよい。

図３は、図２のａ－ａ断面の比較例を示す図である。ａ－ａ断面は、１つの接続端子５２を通過するＸＺ面である。なお、図３の寸法は、図２の寸法と必ずしも一致しない。本例の半導体モジュール１００は、当該断面において、ベース１０、積層基板２０および接続端子５２を有する。

本例の接続端子５２は、接続部分６２、足部６４および延伸部６６を有する。接続部分６２は、積層基板２０と接続する部分である。接続部分６２は、ＸＹ面とほぼ平行な板状の部分であってよい。したがって、接続部分６２は、半導体チップ３０の上面とほぼ平行な板状の部分であってよい。なお、ほぼ平行とは、例えば角度が１０度以下の状態を指す。

足部６４は、Ｚ軸方向（高さ方向）に延伸する部分である。延伸部６６は、Ｙ軸方向に延伸する。図３では省略しているが、延伸部６６は、外部接続部５０と接続する。したがって、延伸部６６は、足部６４を介して外部接続部５０と接続部分６２を接続している。延伸部６６は、積層基板２０の上方に設けられている。また、接続部分６２の先端６３とは、足部６４と逆側の端部である。つまり、接続部分６２の先端６３側とは、接続部分６２の足部６４側とは逆側である。

本例において、接続部分６２は、少なくとも１つの超音波接続部７２を有する。超音波接続部７２は、超音波接合によって接続される部分である。超音波接合とは、振動子によって接合面に超音波振動を印加して、接合面が互いに擦れ合うことで塑性変形させて接合することである。本例では、超音波振動によって、接続部分６２と積層基板２０を接合する。また図３にあるように、超音波接続部７２は、接続部分６２の表面において凹凸を有する。

図４は、上面視における図３の接続端子５２の一例を示す図である。図４では、接続部分６２の先端６３近傍を示している。本例に示すように、超音波接続部７２は、円形の形状を有していてよい。

積層基板２０と超音波接合された超音波接続部７２は、応力によって接続不良（剥離）が発生し、電気的な特性不良となる場合がある。したがって、パワーサイクル耐量が低くなる傾向になる。

図５は、図２のａ－ａ断面の実施例を示す図である。図６は、上面視における図５の接続端子５２の一例を示す図である。図５および図６は、接続部分６２は、レーザー溶接部７４を有する点で、図３および図４とは異なる。図５のレーザー溶接部７４以外の構成は、図３と同一であってよい。図６のレーザー溶接部７４以外の構成は、図４と同一であってよい。

本例において、接続部分６２は、少なくとも１つのレーザー溶接部７４を有する。レーザー溶接部７４は、レーザー溶接によって接続される部分である。レーザー溶接とは、レーザー光を集光して照射することにより金属を局所的に溶融させて、溶融させた金属を凝固することで接合することである。本例では、レーザー溶接によって、接続部分６２と積層基板２０を接合する。図５において、レーザー溶融が生じた箇所をハッチングで示している。本明細書において、１つのレーザー溶接部７４とは、１つの方向に連続してつながっていることを意味する。図６のレーザー溶接部７４は、Ｘ軸方向に連続してつながっている。

超音波接続部７２における接続面を接続面７６とし、図５において太線で示す。図５の例では、接続面７６は、水平方向（Ｘ軸方向またはＹ軸方向）と略平行である。略平行とは、平行に対して±１０度の誤差を含んでよい。一方、レーザー溶接部７４における接続面７８（図１７参照）は、水平方向に対し傾きを有している。したがって、レーザー溶接部７４の接続面７８は、超音波接続部７２の接続面７６の方向と異なる方向を含んでいる。そのため、接続部分６２は、様々な方向の応力に対して強くなる。したがって、本例では超音波接続部７２に加えてレーザー溶接部７４を有するため応力によって接続不良が発生しにくくなり、界面破断を抑制し、パワーサイクル耐量を向上することができる。

超音波接続部７２にレーザー光を照射すると、レーザー光の乱反射が生じる。したがって、超音波接続部７２と重なったレーザー溶接部７４は形成不良が生じる場合がある。そのため、レーザー溶接部７４の少なくとも一部が、超音波接続部７２の設けられた場所以外に設けられることが好ましい。図６では、レーザー溶接部７４の全体が超音波接続部７２の設けられた場所以外に設けられている。つまり、レーザー溶接部７４は、超音波接続部７２と重ならないように設けられている。

本例において、少なくとも１つの超音波接続部７２は、少なくとも１つのレーザー溶接部７４よりも接続部分６２の先端６３側に設けられる。図６において、１つの超音波接続部７２は、１つのレーザー溶接部７４よりも接続部分６２の先端６３側に設けられる。つまり、レーザー溶接部７４が超音波接続部７２よりも足部６４側に設けられる。レーザー溶接部７４が足部６４側に設けられるため、先端６３側に設けられる超音波接続部７２にかかる応力が小さくなる。したがって、界面破断を抑制し、パワーサイクル耐量を向上することができる。

また本例において、レーザー溶接部７４の長手方向は、接続部分６２の先端６３と足部６４を結ぶ方向に対して傾きを有する。図６では、レーザー溶接部７４の長手方向は、Ｘ軸方向である。また、接続部分６２の先端６３と足部６４を結ぶ方向は、Ｙ軸方向である。レーザー溶接部７４の長手方向は、接続部分６２の先端６３と足部６４を結ぶ方向に対して略垂直であってよい。略垂直とは、垂直に対して±１０度の誤差を含んでよい。レーザー溶接部７４は、レーザー光を連続で照射し形成するため、図６のような長手方向を有する。

また、超音波接続部７２の基準面７３は、レーザー溶接部７４の基準面７５よりも下側に配置されている。基準面とは、超音波接続部７２またはレーザー溶接部７４の部分の内、最も上端の部分である。前述した通り超音波接合では振動子を押し当てることで、超音波を印加する。したがって、超音波接続部７２の基準面７３は、超音波接続部７２形成前に比べ下側になる。一方レーザー溶接部７４がレーザー光を照射することで接合するため、レーザー溶接部７４の基準面７５は、レーザー溶接部７４形成前から変化しない。したがって、基準面の高さにより、超音波接続部７２およびレーザー溶接部７４を判別することができる。

また図５において、レーザー溶接部７４の穴の深さＤ１は、超音波接続部７２の穴の深さＤ２より大きくてよい。レーザー溶接部７４の穴の深さＤ１とは、レーザー溶融が生じた箇所の最大深さであってよい。つまり、ハッチングで示した箇所の最大深さであってよい。超音波接続部７２の穴の深さＤ２とは、超音波接続部７２の表面の凹凸の最大深さであってよい。また、超音波接続部７２の穴の深さＤ２は、レーザー溶接部７４の穴の深さＤ１より大きくてもよい。

図７は、図２のａ－ａ断面の別の実施例を示す図である。図８は、上面視における図７の接続端子５２の一例を示す図である。図７および図８は、超音波接続部７２およびレーザー溶接部７４の構成が、図５および図６とは異なる。図７の超音波接続部７２およびレーザー溶接部７４以外の構成は、図５と同一であってよい。図８の超音波接続部７２およびレーザー溶接部７４以外の構成は、図６と同一であってよい。

本例において、接続部分６２は、複数のレーザー溶接部７４を有する。図７、図８において、接続部分６２は、レーザー溶接部７４－１およびレーザー溶接部７４－２を有する。接続部分６２は、３つ以上のレーザー溶接部７４を有していてもよい。

本例において、少なくとも１つのレーザー溶接部７４は、少なくとも１つの超音波接続部７２よりも接続部分６２の先端６３側に設けられる。図７、８において、レーザー溶接部７４－２は、超音波接続部７２よりも接続部分６２の先端６３側に設けられる。このような構成でも、界面破断を抑制し、パワーサイクル耐量を向上することができる。また図７、８において、レーザー溶接部７４－１は、超音波接続部７２よりも足部６４側に設けられる。

本例において、複数のレーザー溶接部７４は、上面視において超音波接続部７２を挟む。図８では、レーザー溶接部７４－１およびレーザー溶接部７４－２は、上面視において超音波接続部７２を挟んでいる。このような構成にすることで、界面破断を更に抑制し、パワーサイクル耐量を向上することができる。

図９は、図２のａ－ａ断面の別の実施例を示す図である。図１０は、上面視における図９の接続端子５２の一例を示す図である。図９および図１０は、超音波接続部７２およびレーザー溶接部７４の構成が、図５および図６とは異なる。図９の超音波接続部７２およびレーザー溶接部７４以外の構成は、図５と同一であってよい。図１０の超音波接続部７２およびレーザー溶接部７４の構成以外の構成は、図６と同一であってよい。

本例においても、接続部分６２は、複数のレーザー溶接部７４を有する。図９、図１０において、接続部分６２は、レーザー溶接部７４－３およびレーザー溶接部７４－４を有する。レーザー溶接部７４－３およびレーザー溶接部７４－４は、超音波接続部７２よりも足部６４側に設けられている。つまり、レーザー溶接部７４－３およびレーザー溶接部７４－４は、超音波接続部７２よりも先端６３と逆側に設けられている。

本例において、接続部分６２の先端６３側とは逆側に設けられるほどレーザー溶接部７４の穴が深くなっている。図９において、レーザー溶接部７４－３の穴の深さＤ３は、レーザー溶接部７４－４の穴の深さＤ４より大きい。このような構成を有することにより、足部６４側において高さ方向（Ｚ軸方向）の応力に対して強くなる。したがって、界面破断を更に抑制し、パワーサイクル耐量を向上することができる。

図１１は、図２のａ－ａ断面の別の実施例を示す図である。図１２は、上面視における図１１の接続端子５２の一例を示す図である。なお、図１１は、図１２のレーザー溶接部７４を通る断面を示している。図１１および図１２は、超音波接続部７２およびレーザー溶接部７４の構成が、図５および図６とは異なる。図１１の超音波接続部７２およびレーザー溶接部７４以外の構成は、図５と同一であってよい。図１２の超音波接続部７２およびレーザー溶接部７４以外の構成は、図６と同一であってよい。

本例において、レーザー溶接部７４の長手方向は、接続部分６２の先端６３と足部６４を結ぶ方向に対して略平行である。図１２では、レーザー溶接部７４の長手方向は、Ｙ軸方向である。また、接続部分６２の先端６３と足部６４を結ぶ方向は、Ｙ軸方向である。このように接続部分６２の先端６３と足部６４を結ぶ方向に沿って、レーザー溶接部７４を設けることも可能である。

図１２において、レーザー溶接部７４の少なくとも一部は、上面視において超音波接続部７２と重なっている。図１２では、レーザー溶接部７４は、上面視において超音波接続部７２と重なる第１部分８２を有する。また、レーザー溶接部７４は、上面視において超音波接続部７２と重ならない第２部分８４を有する。レーザー溶接部７４の少なくとも一部が上面視において超音波接続部７２と重なっている場合でも、上面視において超音波接続部と重ならない第２部分８４を設けることで、界面破断を抑制し、パワーサイクル耐量を向上することができる。なお、レーザー溶接部７４は、レーザー溶接部７４内第２部分８４の割合が大きいことが好ましい。

また図１１に示す通り、第２部分８４の穴の深さＤ６は、第１部分８２の穴の深さＤ５より深い。前述した通り超音波接続部７２にレーザー光を照射すると、レーザー光の乱反射が生じる。したがって、上面視において超音波接続部７２と重ならない第２部分８４の穴の深さＤ６は、上面視において超音波接続部７２と重なる第１部分８２の穴の深さＤ５より深くなる。

図１３は、上面視における接続端子５２の別の例を示す図である。図１３は、超音波接続部７２およびレーザー溶接部７４の構成が、図６とは異なる。図１３の超音波接続部７２およびレーザー溶接部７４以外の構成は、図６と同一であってよい。

本例において、接続部分６２は、複数のレーザー溶接部７４を有する。図９、図１０において、接続部分６２は、２つのレーザー溶接部７４（レーザー溶接部７４－５およびレーザー溶接部７４－６）を有する。レーザー溶接部７４－５の長手方向は、Ｙ軸方向と略平行である。レーザー溶接部７４－６の長手方向は、Ｘ軸方向と略平行である。また、レーザー溶接部７４－５の少なくとも一部は、上面視において超音波接続部７２と重なっている。

図１３では、レーザー溶接部７４－５およびレーザー溶接部７４－６は、交差している。つまり、レーザー溶接部７４－５の少なくとも一部は、レーザー溶接部７４－６と重なっている。このような構成でも、界面破断を抑制することができる。

図１４は、上面視における接続端子５２の接続部分６２の配置の一例を示す図である。図１４では、複数の接続端子５２（接続端子５２－１、接続端子５２－２および接続端子５２－３）の各接続部分６２の配置を示す図である。接続端子５２－１は、接続部分６２－１を有する。接続端子５２－２は、接続部分６２－２を有する。接続端子５２－３は、接続部分６２－３を有する。各接続端子５２は、１つの外部接続部５０に接続してもよく、各接続端子５２は、異なる外部接続部５０に接続してもよい。複数の接続端子５２は、並列に配置されている。

各接続部分６２は、レーザー溶接部７４を有する。本例において、各接続部分６２に設けられた各レーザー溶接部７４は、一直線上に設けられている。図１４では、各接続端子５２に設けられた各レーザー溶接部７４は、Ｘ軸方向上に設けられている。各レーザー溶接部７４が一直線上に設けられているため、半導体モジュール１００の配置を変えずに連続で複数のレーザー溶接部７４を設けることができる。

図１５は、図２のａ－ａ断面の別の実施例を示す図である。図１５は、接続端子５２が足部を有さない点で、図５とは異なる。図１５のそれ以外の構成は、図５と同一であってよい。

本例において、接続端子５２が足部を有さないため、延伸部６６は、Ｘ軸方向に加えてＺ軸方向に延伸している。接続端子５２がこのような構成でも、接続端子５２を外部接続部５０に電気的に接続することができる。

図１６は、半導体モジュール１００の形成方法の一例を示す図である。半導体モジュール１００の形成方法は、配置段階Ｓ１０１、超音波接合段階Ｓ１０２およびレーザー溶接段階Ｓ１０３を備える。

配置段階Ｓ１０１において、接続端子５２を配置する。半導接続端子５２は、積層基板２０の上方に配置する。配置段階Ｓ１０１において、接続端子５２は、外部の支持台等に支持されてもよい。

超音波接合段階Ｓ１０２において、超音波により接続端子５２の接続部分６２に超音波接続部７２を設ける。超音波接合では、振動子によって接合面に超音波振動を印加して、接合面が互いに擦れ合うことで塑性変形させて接合させる。超音波接合は、他の公知の方法により超音波を印加させてもよい。

レーザー溶接段階Ｓ１０３において、レーザー溶接により接続端子５２の接続部分６２にレーザー溶接部７４を設ける。レーザー溶接では、レーザー光を集光して照射することにより金属を局所的に溶融させて、溶融させた金属を凝固することで接合させる。超音波接合は振動子によって超音波振動を印加して実施されるため、レーザー溶接段階Ｓ１０３は、超音波接合段階Ｓ１０２の後に実施されることが好ましい。

図１７は、図５のレーザー溶接部７４近傍を示す図である。図１７では、接続端子５２の接続部分６２および金属板２２を示している。レーザー溶接部７４における接続面を接続面７８とし、図１７において太線で示す。前述した通り図１７の例では、接続面７８は、水平方向に対し傾きを有している。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０・・ベース、２０・・積層基板、２１・・絶縁板、２２・・金属板、３０・・半導体チップ、３２・・上部主電極、３４・・制御電極、４０・・ＰＣＢ、５０・・外部接続部、５２・・接続端子、５５・・ボンディングワイヤ、６２・・接続部分、６３・・先端、６４・・足部、６６・・延伸部、７０・・金属配線板、７２・・超音波接続部、７３・・基準面、７４・・レーザー溶接部、７５・・基準面、７６・・接続面、７８・・接続面、８２・・第１部分、８４・・第２部分、９０・・筐体、１００・・半導体モジュール、１１０・・半導体組立体

Claims (14)

1. 半導体チップが設けられた積層基板と、
   前記積層基板と接続する接続部分を有する接続端子と
   を備え、
   前記接続部分は、
   少なくとも１つの超音波接続部と、
   少なくとも一部が前記超音波接続部の設けられた場所以外に設けられた少なくとも１つのレーザー溶接部と
   を有する
   半導体モジュール。
2. 少なくとも１つの前記超音波接続部は、少なくとも１つの前記レーザー溶接部よりも前記接続部分の先端側に設けられる
   請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 少なくとも１つの前記レーザー溶接部は、少なくとも１つの前記超音波接続部よりも前記接続部分の先端側に設けられる
   請求項１に記載の半導体モジュール。
4. 前記接続部分は、複数の前記レーザー溶接部を有し、
   複数の前記レーザー溶接部は、上面視において前記超音波接続部を挟む
   請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
5. 前記接続部分は、複数の前記レーザー溶接部を有し、
   複数の前記レーザー溶接部は、前記超音波接続部よりも前記接続部分の先端側とは逆側に設けられる
   請求項２に記載の半導体モジュール。
6. 前記接続部分の先端側とは逆側に設けられるほど前記レーザー溶接部の穴が深くなる
   請求項５に記載の半導体モジュール。
7. 前記接続端子は、高さ方向に延伸する足部を更に有し、
   少なくとも１つの前記レーザー溶接部の長手方向は、前記接続部分の先端と前記足部を結ぶ方向に対して傾きを有する
   請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
8. 前記接続端子は、高さ方向に延伸する足部を更に有し、
   少なくとも１つの前記レーザー溶接部の長手方向は、前記接続部分の先端と前記足部を結ぶ方向に対して略平行である
   請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
9. 前記接続部分は、２つの前記レーザー溶接部を有し、
   ２つの前記レーザー溶接部は、交差している
   請求項８に記載の半導体モジュール。
10. 前記レーザー溶接部の少なくとも一部は、上面視において前記超音波接続部と重なっている
    請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
11. いずれかの前記レーザー溶接部は、
    上面視において前記超音波接続部と重なる第１部分と、
    上面視において前記超音波接続部と重ならない第２部分と
    を有し、
    前記第２部分の穴は、前記第１部分の穴より深い
    請求項１０に記載の半導体モジュール。
12. 前記超音波接続部は、前記接続部分の表面において凹凸を有する
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
13. 複数の前記接続端子を備え、
    各前記接続端子の各前記接続部分に設けられた各前記レーザー溶接部は、一直線上に設けられている
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
14. 半導体チップが設けられた積層基板と、
    前記積層基板と接続する接続部分を有する接続端子と
    を備える半導体モジュールの製造方法であって、
    超音波により前記接続部分に超音波接続部を設ける超音波接続段階と、
    前記超音波接続段階の後において、レーザー溶接により前記接続部分にレーザー溶接部を設けるレーザー溶接段階と
    を備え、
    少なくとも１つの前記レーザー溶接部は、少なくとも一部が前記超音波接続部の設けられた場所以外に設けられている
    半導体モジュールの製造方法。

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