JP2024063843A - 半導体モジュール、半導体モジュールの製造方法、半導体装置、及び車両 - Google Patents

半導体モジュール、半導体モジュールの製造方法、半導体装置、及び車両 Download PDF

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Abstract

【課題】板状はんだを用いて回路板の導電部材とリードとを接合した場合の接合不良を低減する。【解決手段】半導体モジュール（２）は、配線板（５００）上に半導体素子（５１０）が搭載された回路板（５）と、回路板における導電部材と接合材を介して電気的に接続されるリード（７０２）とを備え、リードは、接合材により導電部材と接合される接合部（７０２ｂ）と、接合部から延伸する連結部（７０２ｃ）とを含み、接合部は、平面視での輪郭が、連結部が延出している第１の端部とは反対側の第２の端部（Ｌ４）から連結部の延出方向に所定の距離だけ離れた位置を境として、第２の端部から遠方となる位置において、連結部の延出方向と直交する幅方向の両端の位置が互いに反対の端部の方向に変位して、幅方向の寸法が第１の寸法から第１の寸法よりも小さい第２の寸法に変化する形状である。【選択図】図５

Description

本発明は、半導体モジュール、半導体モジュールの製造方法、半導体装置、及び車両に関する。
インバータ装置等の電力変換装置には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）等の半導体素子を搭載した回路板を有する半導体装置を備えるものがある（例えば、特許文献１を参照）。
この種の半導体装置では、半導体素子の電極と外部端子とを電気的に接続する導電部材のうちの大電流が流れる導電部材として、リードフレームと呼ばれることがある導電板を用いることがある。例えば、特許文献１には、ドレイン端子を有するアイランド上に搭載された半導体素子のソース電極と、ソース端子を有するポストとを、導電板により電気的に接続した半導体装置が記載されている。また、例えば、特許文献２には、外部端子を設けた樹脂ケース内に半導体素子を搭載した回路板を収容し、半導体素子の電極と、樹脂ケースの外部端子に電気的に接続される回路板上の配線パターンとを、リードフレームにより電気的に接続した半導体装置が記載されている。更に、引用文献３には、樹脂ケースを使用しない半導体装置におけるリードフレームの形状についてのいくつかの例が記載されており、引用文献４には、樹脂ケースを使用する半導体装置におけるリードフレームの形状についてのいくつかの例が記載されている。
特開２００３－３３２３９３号公報 国際公開第２０２０／０７１１０２号 特開平８－１３０２８４号公報 特許第７０２８３９１号明細書
上述した半導体装置の製造工程のうちの、導体板により半導体素子の電極とポストや配線パターンとを電気的に接続する工程では、半導体素子の電極及びポストや配線パターンの上に板状はんだを配置し、その上に導体板を載せて板状はんだを加熱溶融させる。この工程では、板状はんだ及び導体板を配置する領域が開口した冶具を使用することがある。しかしながら、このような冶具は、導体板を半導体素子の電極等に接続した後で取り外すことが可能なように、導体板のうちの、半導体素子の電極と接続される接続部と、ポストや配線パターンと接続される接続部とを連結する連結部と対応する部分も開口している。このため、冶具を利用して配置した板状はんだの位置が、リフロー炉で加熱溶融させるまでの間に、冶具の開口部分のうちの導体板の連結部と対応する部分にずれてしまうことがある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、板状はんだを用いて回路板の導電部材とリードとを接合した場合の接合不良を低減することが可能な半導体モジュールの製造方法を提供することを目的の１つとする。
本発明の一態様の半導体モジュールは、配線板上に半導体素子が搭載された回路板と、前記回路板における導電部材と接合材を介して電気的に接続されるリードとを備え、前記リードは、前記接合材により前記導電部材と接合される接合部と、前記接合部から延伸する連結部とを含み、前記接合部は、平面視での輪郭が、前記連結部が延出している第１の端部とは反対側の第２の端部から前記連結部の延出方向に所定の距離だけ離れた位置を境として、前記第２の端部から遠方となる位置において、前記連結部の前記延出方向と直交する幅方向の両端の位置が互いに反対の端部の方向に変位して、前記幅方向の寸法が第１の寸法から第１の寸法よりも小さい第２の寸法に変化する形状である。
本発明によれば、板状はんだを用いて回路板の導電部材とリードとを接合した場合の接合不良を低減することが可能な半導体モジュールの製造方法を提供することができる。
一実施の形態に係る半導体装置の内部の構成例を示す上面図である。 図１の半導体装置をＡ－Ａ’線で切断したときのＡ－Ａ’線よりも右方の部分の構成を概略的に示した側面断面図である。 図１の領域Ｒを拡大した部分上面図である。 図３に例示した第２のリードの左側面図である。 平面視での第２のリードの輪郭における特徴の一つを説明する平面図である。 一実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するフロー図である。 リード接合用の冶具を取り付けて板状はんだを配置した状態の例を示す上面図である。 図７に例示した部分をＢ－Ｂ’線で切断したときのＢ－Ｂ’線よりも右方の部分の構成を概略的に示した側面断面図である。 更にリードを配置した状態の例を示す上面図である。 半導体モジュールを製造する際に用いるリード接合用の冶具の従来例を説明する部分上面図である。 一実施の形態に係るリード接合用の冶具の作用効果を説明する部分上面図である。 平面視でのリードの輪郭の第１の変形例を説明する平面図である。 リード接合用の冶具における開口部の構成の第１の変形例を説明する上面図である。 平面視でのリードの輪郭の第２の変形例を説明する平面図である。 リード接合用の冶具における開口部の構成の第２の変形例を説明する上面図である。 平面視でのリードの輪郭の第３の変形例を説明する平面図である。 リード接合用の冶具における開口部の構成の第３の変形例を説明する上面図である。 本発明に係る半導体装置を適用した車両の一例を示す平面模式図である。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る半導体装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、参照する各図におけるＸ、Ｙ、Ｚの各軸は、例示する半導体装置等における平面や方向を定義する目的で示されており、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸は互いに直交し、右手系を成している。以下の説明では、Ｘ方向を左右方向、Ｙ方向を前後方向、Ｚ方向を上下方向と呼ぶことがある。また、Ｘ軸及びＹ軸を含む面をＸＹ面と呼び、Ｙ軸及びＺ軸を含む面をＹＺ面と呼び、Ｚ軸及びＸ軸を含む面をＺＸ面と呼ぶことがある。これらの方向（前後左右上下方向）や面は、説明の便宜上用いる文言であり、半導体装置の取付姿勢によっては、ＸＹＺ方向のそれぞれとの対応関係が変わることがある。例えば、半導体装置の放熱面側（冷却器側）を下面側とし、その反対側を上面側と呼ぶことにする。また、本明細書において、平面視は、半導体装置等の上面又は下面（ＸＹ面）をＺ方向からみた場合を意味する。また、各図における縦横比や各部材同士の大小関係は、あくまで模式的に表されており、実際に製造される半導体装置等における関係とは必ずしも一致しない。説明の便宜上、各部材同士の大小関係を誇張して表現している場合も想定される。
また、以下の説明で例示する半導体装置は、例えば、産業用又は車載用モータのインバータ等の電力変換装置に適用されるものである。このため、以下の説明では、既知の半導体装置と同一の、又は類似した構成、機能、及び動作等についての詳細な説明を省略する。
図１は、一実施の形態に係る半導体装置の内部の構成例を示す上面図である。図２は、図１の半導体装置をＡ－Ａ’線で切断したときのＡ－Ａ’線よりも右方の部分の構成を概略的に示した側面断面図である。なお、図１では、ケース内に充填される封止材を省略している。また、図２では、ケース内に充填される封止材、ボンディングワイヤ等の図示を省略している。
図１及び図２に例示したように、本実施の形態に係る半導体装置１は、冷却器３の上面に半導体モジュール２を配置して構成される。なお、半導体モジュール２に対して、冷却器３は任意の構成である。
冷却器３は、半導体モジュール２の熱を外部に放出するものであり、全体として直方体形状を有している。特に図示はしないが、冷却器３は、平板状の基部の下面側に複数のフィンを設け、これらのフィンをウォータジャケットに収容して構成される。なお、冷却器３は、これに限らず適宜変更が可能である。
半導体モジュール２は、ベース４、回路板５、ケース６、リード７０１～７０５、ボンディングワイヤ８０１及び８０２、並びに図示しない封止材を含む。
ベース４は、回路板５を搭載する基板であり、回路板５を搭載したベース４は、回路板５が搭載された面を上向きにしてケース６の下面に取り付けられる。ケース６は、上面及び下面が開口した四角管状の絶縁部材６０１と、絶縁部材６０１と一体化された主端子６０２～６０４と、制御端子６０５及び６０６とを含む。ベース４に搭載された回路板５は、ケース６の絶縁部材６０１の中空部に収容される。ベース４は、例えば、銅板等の金属板であり、回路板５で発生する熱を冷却器３に伝導させる。ベース４は、例えば、サーマルグリスやサーマルコンパウンドなどの熱伝導材を介して冷却器３の上面に配置されてもよい。なお、半導体モジュール２は、ベース４が省略されており、回路板５に含まれる配線板５００の導体パターン５０５（図２参照）が冷却器３の上面と接触していてもよい。
回路板５は、配線板５００と、配線板５００の上面に搭載された半導体素子５１０及び５２０とを含む。配線板５００は、絶縁基板５０１と、絶縁基板５０１の上面に設けられた導体パターン５０２～５０４と、絶縁基板５０１の下面に設けられた導体パターン５０５とを含む。配線板５００は、例えば、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板やＡＭＢ（Active Metal Brazing）基板であり得る。
絶縁基板５０１は、特定の基板に限定されない。絶縁基板５０１は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等のセラミックス材料によって形成されたセラミックス基板であってよい。絶縁基板５０１は、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁樹脂を成形した基板や、平板状の金属コアの表面を絶縁樹脂でコーティングした基板であってもよい。
絶縁基板５０１の上面に設けられた導体パターン５０２～５０４は、回路板５における配線部材として用いられる導電部材であり、絶縁基板５０１の下面に設けられた導体パターン５０５は、回路板５で発生した熱をベース４に伝導させる放熱部材として用いられる導電部材である。これらの導体パターン５０２～５０５は、例えば、銅やアルミニウム等の金属板によって形成される。絶縁基板５０１の下面に設けられた導体パターン５０５は、はんだ等の接合材（不図示）を介してベース４の上面に接合される。絶縁基板５０１の上面に設けられた導体パターン５０２～５０４は、導体層、導体板、又は配線パターンと呼ばれてもよい。絶縁基板５０１の下面に設けられた導体パターン５０５は、放熱層、放熱板、又は放熱パターンと呼ばれてもよい。
絶縁基板５０１の上面に設けられた導体パターン５０２～５０４は、上述のように、回路板５における配線部材として用いられる導電部材である。図１に例示した配線板５００では、第１の導体パターン５０２の上面に第１の半導体素子５１０が搭載されており、第３の導体パターン５０４の上面に第２の半導体素子５２０が搭載されている。
第１の半導体素子５１０は、下面に設けられた第１の主電極（図示せず）が接合材Ｓ１により第１の導体パターン５０２と接合されている。第１の導体パターン５０２は、第１のリード７０１を介して、ケース６に設けられた第１の主端子６０２と電気的に接続される。第１のリード７０１は、接合材Ｓ２により第１の導体パターン５０２と接合され、接合材Ｓ３により第１の主端子６０２と接合される。第１の半導体素子５１０の上面には、第２の主電極５１１と制御電極５１２とが設けられている。第２の主電極５１１は、第２のリード７０２を介して、第２の導体パターン５０３と電気的に接続される。第２のリード７０２は、接合材Ｓ４により第１の半導体素子５１０の第２の主電極５１１と接合され、接合材Ｓ５により第２の導体パターン５０３と接合される。制御電極５１２は、ボンディングワイヤ８０１により、ケース６に設けられた制御端子６０５と電気的に接続される。
第２の導体パターン５０３は、第３のリード７０３を介して、ケース６に設けられた第２の主端子６０３と電気的に接続される。第３のリード７０３は、接合材Ｓ６により第２の導体パターン５０３と接合され、接合材Ｓ７により第２の主端子６０３と接合される。
図１に例示した半導体装置１では、第１の導体パターン５０２は、第４のリード７０４を介して、第３の導体パターン５０４に搭載された第２の半導体素子５２０の上面に設けられた第２の主電極５２１とも電気的に接続される。第４のリード７０４は、接合材（不図示）により、第１の導体パターン５０２及び第２の半導体素子５２０の第２の主電極５２１のそれぞれと接合される。第２の半導体素子５２０の上面にはまた、制御電極５２２が設けられており、制御電極５２２は、ボンディングワイヤ８０２により、ケース６に設けられた制御端子６０６と電気的に接続される。
第３の導体パターン５０４は、第２の半導体素子５２０の下面に設けられた第１の主電極と接合材により電気的に接続される。第３の導体パターン５０４はまた、第５のリード７０５を介して、ケース６に設けられた第３の主端子６０４と電気的に接続される。第５のリード７０５は、接合材（不図示）により、第３の導体パターン５０４及び第３の主端子６０４のそれぞれと接合される。
本実施の形態では、第１の半導体素子５１０及び第２の半導体素子５２０は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子とＦＷＤ（Free Wheeling Diode）素子の機能を一体化したＲＣ（Reverse Conducting）－ＩＧＢＴ素子で構成される。
なお、配線板５００の上面に搭載される半導体素子は、特定のものに限定されない。配線板５００の上面には、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等のスイッチング素子としての半導体素子と、ＦＷＤ等のダイオード素子としての半導体素子とが搭載されてもよい。また、半導体素子として逆バイアスに対して十分な耐圧を有するＲＢ（Reverse Blocking）－ＩＧＢＴ等を用いてもよい。また、半導体素子の形状、配置数、配置箇所等は適宜変更が可能である。配線板５００の上面側に設けられる配線部材としての導体パターンのレイアウトは、搭載される半導体素子の種類、形状、配置する、配置箇所等に応じて変更される。
第１の半導体素子５１０がＩＧＢＴ素子の場合、上面側の第２の主電極５１１はエミッタ電極と呼ばれてもよく、下面側の第１の主電極はコレクタ電極と呼ばれてもよい。第１の半導体素子５１０がＭＯＳＦＥＴ素子の場合、上面側の第２の主電極５１１はソース電極と呼ばれてもよく、下面側の第１の主電極はドレイン電極と呼ばれてもよい。また、第１の半導体素子５１０の上面に設けられる制御電極は、ゲート電極と、補助電極とを含んでもよい。例えば、補助電極は、上面側の主電極と電気的に接続され、ゲート電位に対する基準電位となる補助ソース電極あるいは補助エミッタ電極であってよい。また、補助電極は、半導体装置１に含まれることがある温度センス部と電気的に接続され、半導体素子の温度を測定する温度センス電極であってよい。このような、第１の半導体素子５１０の上面に形成された電極（主電極、ゲート電極及び補助電極）は、総じて上面電極と呼ばれてもよい。
上述した第１のリード７０１～第５のリード７０５は、それぞれ、銅板等の金属板を折り曲げて形成したものであり、リードフレーム、金属配線板と呼ばれてもよい。
次に、図３～図５を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１におけるリードの形状について説明する。なお、図３～図５を参照した以下の説明では、第２のリード７０２を例に挙げるが、他の第１のリード７０１、第３のリード７０３～第５のリード７０５についても同様のことが言える。
図３は、図１の領域Ｒを拡大した部分上面図である。図４は、図３に例示した第２のリードの左側面図である。図５は、平面視での第２のリードの輪郭における特徴の一つを説明する平面図である。
第２のリード７０２は、図３及び図４に例示したように、第１の半導体素子５１０の第２の主電極５１１と接合される第１の接合部７０２ａと、第２の導体パターン５０３と接合される第２の接合部７０２ｂと、第１の接合部７０２ａと第２の接合部７０２ｂを連結する連結部７０２ｃとを含む。連結部７０２ｃは、第１の接合部７０２ａの下面と第２の接合部７０２ｂの下面との上下方向（Ｚ方向）の位置関係が、第１の半導体素子５１０の第２の主電極５１１の上面と第２の導体パターン５０３の上面との上下方向の位置関係と対応するように、曲げ加工が施されている（図４を参照）。
第２のリード７０２における第１の接合部７０２ａは、平面視矩形である上面７２０及び下面（図示せず）と、各々が上面７２０及び下面の互いに平行な辺に接続される４つの側面７２１～７２４とを有する略直方体形状の部位である。連結部７０２ｃの一端は、第１の接合部７０２ａにおける４つの側面７２１～７２４のうちの１つの側面７２１を第１の区間７２１ａ、第２の区間７２１ｂ、及び第３の区間７２１ｃの３つの区間に分割するように、第１の接合部７０２ａの側面７２１に接続される。第１の区間７２１ａは、第１の接合部７０２ａと連結部７０２ｃとが接続されておりそれらの境界となる区間である。第２の区間７２１ｂは、第１の区間７２１ａと、側面７２１に接続している一方の側面７２２との間に位置する区間である。第３の区間７２１ｃは、第１の区間７２１ａと、側面７２１に接続している他方の側面７２４との間に位置する区間である。側面７２１の第２の区間７２１ｂ及び第３の区間７２１ｃは、側面７２１とは反対側の側面７２３と互いに反対になる方向を向いている。図３に例示した向きでは、側面７２１の第２の区間７２１ｂ及び第３の区間７２１ｃはＹ方向負側を向いた面であり、側面７２３はＹ方向正側を向いた面である。
第２のリード７０２における第２の接合部７０２ｂは、平面視矩形である上面７２５及び下面（図示せず）と、各々が上面７２５及び下面の互いに平行な辺に接続される４つの側面７２６～７２９とを有する略直方体形状の部位である。連結部７０２ｃの他端は、第２の接合部７０２ｂにおける４つの側面７２６～７２９のうちの１つの側面７２６を第１の区間７２６ａ、第２の区間７２６ｂ、及び第３の区間７２６ｃの３つの区間に分割するように、第２の接合部７０２ｂの側面７２６に接続される。第１の区間７２６ａは、第２の接合部７０２ｂと連結部７０２ｃとが接続されておりそれらの境界となる区間である。第２の区間７２６ｂは、第１の区間７２６ａと、側面７２６に接続している一方の側面７２７との間に位置する区間である。第３の区間７２６ｃは、第１の区間７２６ａと、側面７２６に接続している他方の側面７２９との間に位置する区間である。側面７２６の第２の区間７２６ｂ及び第３の区間７２６ｃは、側面７２６とは反対側の側面７２８と互いに反対になる方向を向いている。図３に例示した向きでは、側面７２６の第２の区間７２６ｂ及び第３の区間７２６ｃはＹ方向正側を向いた面であり、側面７２８はＹ方向負側を向いた面である。
第２のリード７０２における連結部７０２ｃは、第１の接合部７０２ａの上面７２０及び第２の接合部７０２ｂの上面７２５と接続される上面７３０、第１の接合部７０２ａの下面及び第２の接合部７０２ｂの下面と接続される下面（図示せず）、及び上面７３０と下面とに接続される側面７３１～７３６を有する異形の部位である。図３に例示した第２のリード７０２の連結部７０２ｃは、平面視での上面７３０の形状が、図３に例示したように、第１の接合部７０２ａと接続される一端側、及び第２の接合部７０２ｂと接続される他端側に矩形状の部位をそれぞれ有し、それらの矩形状の部位がＸ方向にずれている形状になっている。
ここで、更に図５を参照する。図５には、第２のリード７０２における第２の接合部７０２ｂ、及び連結部７０２ｃのうちの第２の接合部７０２ｂ側の矩形状の部位の、平面視での輪郭を例示している。図５において符号Ｌ１～Ｌ７のそれぞれの後にカッコ書きで示した符号は、図３に例示した第２の接合部７０２ｂ及び連結部７０２ｃの側面の符号を表す。図５に例示したように、第２の接合部７０２ｂのうちの連結部７０２ｃが接続している側面７２６とは反対側の側面７２８と対応する辺Ｌ４のＹ方向の位置をＹ０とし、連結部７０２ｃが接続している側面７２６の第２の区間７２６ｂ及び第３の区間７２６ｃと対応する辺Ｌ２及びＬ３のＹ方向の位置をＹ１とする。更に、辺Ｌ４で表される側面７２８からみて側面７２６よりもＹ方向でさらに遠方となり、かつ、第２の接合部７０２ｂと連結部７０２ｃとの境界と同一の幅Ｗ２である、連結部７０２ｃ上の位置をＹ２とする。このとき、第２のリード７０２の平面視での輪郭（以下「第２のリード７０２の輪郭」と記載する）におけるＹ方向の位置がＹ０からＹ２までの範囲内の部分は、点Ｐ１０～点Ｐ１７までの８個の点で表される、２つの矩形を組み合わせた形状になる。図５に例示した第２のリード７０２の輪郭におけるＹ方向の位置がＹ０からＹ１までの範囲は、第２の接合部７０２ｂから延出する連結部７０２ｃの一方の辺Ｌ１と他方の辺Ｌ７との距離（幅）Ｗ２と平行なＸ方向における、一端側の辺Ｌ３と他端側の辺Ｌ５との距離（幅）Ｗ１が、連結部７０２ｃの幅Ｗ２よりも大きい。更に、第２のリード７０２の平面視での輪郭におけるＹ方向の位置がＹ１からＹ２までの範囲は、幅方向（Ｘ方向）における一方の辺Ｌ１及び他方の辺Ｌ７のそれぞれの位置が、第２の接合部７０２ｂにおける一方の辺Ｌ３及び他方の辺Ｌ５の位置よりも幅方向の中心側に変位している。そのため、第２のリード７０２の輪郭における第２の接合部７０２ｂを表す部分には、第２の接合部７０２ｂの辺Ｌ３と連結部７０２ｃの辺Ｌ１とを接続する辺Ｌ２と、第２の接合部７０２ｂの辺Ｌ５と連結部７０２ｃの辺Ｌ７とを接続する辺Ｌ６とが含まれる。これらの辺Ｌ２及びＬ６は、それぞれ、図３を参照して上述した第２の接合部７０２ｂの側面７２６における第２の区間７２６ｂ及び第３の区間７２６ｃを表す。
このように、本実施の形態の半導体装置１（半導体モジュール２）の第２のリード７０２は、平面視での輪郭のうちの、第２の接合部７０２ｂ及び連結部７０２ｃのうちの第２の接合部７０２ｂから延出した部分を示す輪郭が、第２の接合部７０２ｂにおける連結部７０２ｃが延出する方向とは反対側の辺Ｌ４から延出する方向に所定の距離だけ離れた位置（例えば、図５のＹ方向の位置Ｙ１）において、延出する方向と直交する連結部７０２ｃの幅方向の両端の位置が互いに反対の端部の方向に変位して幅方向の寸法が第１の寸法（Ｗ１）から第１の寸法よりも小さい第２の寸法（Ｗ２）に変化する。
また、詳細な説明は省略するが、第２のリード７０２の輪郭における第１の接合部７０２ａ及び連結部７０２ｃのうちの第１の接合部７０２ａから延出した部分を示す輪郭は、図５を参照して上述した、第２の接合部７０２ｂ及び連結部７０２ｃのうちの第２の接合部７０２ｂから延出した部分を示す輪郭と同様の形状になっている（図３を参照）。更に、詳細な説明は省略するが、第１のリード７０１、第３のリード７０３～第５のリード７０５の各リードの平面視での輪郭における接合部及び連結部のうちの接合部から延出した部分を示す輪郭は、図５を参照して上述した、第２の接合部７０２ｂ及び連結部７０２ｃのうちの第２の接合部７０２ｂから延出した部分を示す輪郭と同様の形状になっている。
上述した平面視での輪郭を有する第１のリード７０１～第５のリード７０５を用いることの利点（作用効果）を説明する前に、まず、図６を参照して、本実施の形態に係る半導体モジュール２の製造方法の一典型例を説明する。
図６は、一実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するフロー図である。
半導体モジュール２の製造では、まず、ベース４に回路板５とケース６を取り付ける（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１は、周知の手順によって行われればよい。
次に、回路板５及びケース６が取り付けられたベース４に、リード接合用の冶具を取り付ける（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２において取り付ける冶具の構成例については、図７及び図８を参照して後述する。冶具を取り付ける作業自体は、周知の手順によって行われる。ステップＳ１０２は、冶具を回路板５に設置する設置工程と呼ばれてもよい。
次に、冶具が取り付けられた状態でリードの接合に用いる板状はんだを配置し（ステップＳ１０３）、続けてリードを配置する（ステップＳ１０４）。その後、板状はんだを加熱溶融し、各リードの接合部を所定の接合対象である導体部材と接合させるリフローを行う（ステップＳ１０５）。リフローを行うことにより、例えば、第２のリード７０２は、第１の接合部７０２ａが第１の半導体素子５１０の第２の主電極５１１と接合され、第２の接合部７０２ｂが第２の導体パターン５０３と接合される。ステップＳ１０３及びＳ１０４は、板状の接合材を配置し、更にリードを配置する配置工程と呼ばれてもよい。ステップＳ１０５は、回路板５における導電部材（半導体素子の電極及び配線板の導体パターン等）とリードとを接合する接合工程と呼ばれてもよい。
リフロー後、回路板５及びケース６が取り付けられたベース４からリード接合用の冶具を取り外し（ステップＳ１０６）、ワイヤボンディング（ステップＳ１０７）及び封止（ステップＳ１０８）を行うと、上述した半導体モジュール２が得られる。ステップＳ１０７では、第１の半導体素子５１０の上面の制御電極５１２とケース６の制御端子６０５とをボンディングワイヤ８０１で接続し、第２の半導体素子５２０の上面の制御電極５２２とケース６の制御端子６０６とをボンディングワイヤ８０２で接続する。ステップＳ１０８では、ケース６の中空部に絶縁樹脂等の封止材を充填して硬化させ、ケース６に収容された回路板５、リード７０１～７０５、ボンディングワイヤ８０１及び８０２等を封止する。ステップＳ１０６は、冶具を回路板から取り外す取り外し工程と呼ばれてもよい。ステップＳ１０８は、ワイヤボンディング工程、ボンディング工程と呼ばれてもよい。ステップＳ１０８は、封止工程と呼ばれてもよい。
なお、ベース４が省略された半導体モジュール２（半導体装置１）を製造する場合には、例えば、ベース４の代わりに冷却器３の上面に回路板５及びケース６を取り付ける。
図７は、リード接合用の冶具を取り付けて板状はんだを配置した状態の例を示す上面図である。図８は、図７に例示した部分をＢ－Ｂ’線で切断したときのＢ－Ｂ’線よりも右方の部分の構成を概略的に示した側面断面図である。図９は、更にリードを配置した状態の例を示す上面図である。図７及び図９には、図１の領域Ｒと対応した部分領域を拡大して示している。
図６を参照して上述した半導体モジュール２の製造方法では、ステップＳ１０５により各リードを接合対象である導電部材に接合した後、リード接合用の冶具を取り外すことが行われる（ステップＳ１０６）。このため、本実施の形態の半導体モジュール２の製造に利用するリード接合用の冶具は、各リードを配置する領域に、平面視でリードの第１の接合部、第２の接合部、及び連結部の各部を含む１つの開口が形成される。例えば、リード接合用の冶具における第２のリード７０２を配置する領域には、図３に例示した平面視での第２のリード７０２の輪郭全体を内包する１つの開口が形成される。
図７及び図８には、リード接合用の冶具１０における第２のリード７０２を配置する部分に形成される開口部１００１を示している。開口部１００１は、第１の板状はんだ１１０１を配置する第１の部分開口部１００２と、第２の板状はんだ１１０２を配置する第２の部分開口部１００３と、第１の部分開口部１００２と第２の部分開口部１００３とを連通する第３の部分開口部１００４とを含む。
第１の部分開口部１００２には、第２のリード７０２の第１の接合部７０２ａと対応した平面視矩形の第１の板状はんだ１１０１が配置される。このとき、第１の部分開口部１００２は、第１の板状はんだ１１０１と対応する平面視矩形であり、平面視において第３の部分開口部１００４と連通する辺（Ｘ方向に延伸する一対の辺のうちのＹ方向負側の辺）を除く３つの辺で表される壁面１００２ｂ～１００２ｄは、それぞれ、第１の板状はんだ１１０１の側面１１０１ｂ～１１０１ｄのそれぞれと互い向かい合っている。また、第１の部分開口部１００２は、第１の部分開口部１００２内に配置された第１の板状はんだ１１０１における第３の部分開口部１００４側を向く側面１１０１ａのうちの、平面視において側面１１０１ａを表す辺の一端側の部分と向かい合う壁面１００２ａと、他端側の部分と向かい合う壁面１００２ｅとを有する。すなわち、本実施の形態に係る冶具１０における第１の部分開口部１００２は、平面視において第３の部分開口部１００４との境界で隔てられ、第１の板状はんだ１１０１における第３の部分開口部１００４側を向いた側面１１０１ａと対向する２つの壁面１００２ａ及び１００２ｅを有する。
第２の部分開口部１００３には、第２のリード７０２の第２の接合部７０２ｂと対応した平面視矩形の第２の板状はんだ１１０２が配置される。このとき、第２の部分開口部１００３は、第２の板状はんだ１１０２と対応する平面視矩形であり、平面視において第３の部分開口部１００４と連通する辺（Ｘ方向に延伸する一対の辺のうちのＹ方向正側の辺）を除く３つの辺で表される壁面１００３ｂ～１００３ｄは、それぞれ、第２の板状はんだ１１０２の側面１１０２ｂ～１１０２ｄのそれぞれと互い向かい合っている。また、第２の部分開口部１００３は、第２の部分開口部１００３内に配置された第２の板状はんだ１１０２における第３の部分開口部１００４側を向く側面１１０２ａのうちの、平面視において側面１１０２ａを表す辺の一端側の部分と向かい合う壁面１００３ａと、他端側の部分と向かい合う壁面１００３ｅとを有する。すなわち、本実施の形態に係る冶具１０における第２の部分開口部１００３は、平面視において第３の部分開口部１００４との境界で隔てられ、第２の板状はんだ１１０２における第３の部分開口部１００４側を向いた側面１１０２ａと対向する２つの壁面１００３ａ及び１００３ｅを有する。
更に、冶具１０の開口部１００１における第３の部分開口部１００４は、図９に示したように、第１の部分開口部１００２における第３の部分開口部１００４により隔てられた２つの壁面１００２ａ及び１００２ｅの距離を、第２のリード７０２の連結部７０２ｃにおける第１の接合部７０２ａとの接続端の幅よりも大きくしている。同様に、第３の部分開口部１００４は、第２の部分開口部１００３における第３の部分開口部１００４に隔てられた２つの壁面１００３ａ及び１００３の距離を、第２のリード７０２の連結部７０２ｃにおける第２の接合部７０２ｂとの接続端の幅よりも大きくしている。これにより、第２のリード７０２を半導体素子５１０の第２の主電極５１１及び第２の導体パターン５０３と接合した後で、冶具１０を容易に取り外すことが可能になる。
このような冶具１０を用いて半導体モジュール２を製造することの利点を、図１０及び図１１を参照して以下に説明する。
図１０は、半導体モジュールを製造する際に用いるリード接合用の冶具の従来例を説明する部分上面図である。図１１は、一実施の形態に係るリード接合用の冶具の作用効果を説明する部分上面図である。
図１０に従来例として示したリード接合用の冶具１２では、第１の導体パターン１３０１と第２の導体パターン１３０２とを接続するリード１３０３を配置する１つの開口部１２０１が平面視矩形である。すなわち、図１０に例示した冶具１２における１つの開口部１２０１は、第１の板状はんだ１１０１を配置する第１の部分開口部１２０２、第２の板状はんだ１１０２を配置する第２の部分開口部１２０３、及びそれらの部分開口部を連通する第３の部分開口部１２０４のＸ方向の寸法（幅）が同じ寸法になっている。言い換えると、図１０に例示した冶具１２における１つの開口部１２０１には、第１の部分開口部１２０２内に配置した第１の板状はんだ１１０１、及び第２の部分開口部１２０３内に配置した第２の板状はんだ１１０２が、第３の部分開口部１２０４内に移動することを阻止する部位がない。このため、１つの開口部１２０１における第１の部分開口部１２０２及び第２の部分開口部１２０３のそれぞれに第１の板状はんだ１１０１及び第２の板状はんだ１１０２を配置した後、第１の板状はんだ１１０１及び第２の板状はんだ１１０２の位置がずれてしまうことがある。例えば、回路板５の配線板５００の反りが大きい場合に、配置後の搬送時に生じる振動等により板状はんだ１１０１、１１０２の位置がずれてしまう。従って、図１０に例示した冶具１２では、リフロー（図６のステップＳ１０５）を開始するときの第１の板状はんだ１１０１及び第２の板状はんだ１１０２のいずれか一方又は両方の位置のずれ量が大きくなり、リード１３０３の接合部と第１の導体パターン１３０１との接合面積、第２の導体パターン１３０２との接合面積が減少することが起こり得る。また、ずれ量がさらに大きくなると、第１の導体パターン１３０１と第２の導体パターン１３０２との間隙に溶融したはんだが流れ出て第１の導体パターン１３０１と第２の導体パターン１３０２との間の絶縁性が低下することがある。
これに対し、本実施の形態で用いるリード接合用の冶具１０における１つの開口部１００１は、平面視での輪郭が、その開口部１００１に配置するリードの輪郭と対応し、リードの輪郭が内包されるように形成される。例えば、図１１に示した冶具１０におけるリード７０６を配置する開口部１００１は、第１の部分開口部１００２における第３の部分開口部１００４との境界側の端部に、第３の部分開口部１００４により隔てられた、第１の板状はんだ１１０１における第３の部分開口部１００４側を向いた側面１１０１ａと向かい合う２つの壁面１００２ａ及び１００２ｅが設けられている。このため、第１の部分開口部１００２内に配置された第１の板状はんだ１１０１を第３の部分開口部１００４の方向に移動させる外力が印加された場合、第１の板状はんだ１１０１は、側面１１０１ａの両端部が第１の部分開口部１００２の壁面１００２ａ及び１００２ｅのそれぞれに当接することにより、第３の部分開口部１００４への移動が阻止される。
本実施の形態で用いるリード接合用の冶具１０では、リードを配置する開口部の平面視での輪郭を、図３～図５を参照して上述したリードの平面視での形状と対応させることにより、第１の板状はんだ１１０１を配置する第１の部分開口部１００２と、第１の部分開口部１００２と連通する第３の部分開口部１００４との境界の開口寸法を、第１の部分開口部１００２に配置する第１の板状はんだ１１０１における第３の部分開口部１００４側を向いた面の寸法よりも小さくすることができる。これにより、第１の部分開口部１００２に配置された第１の板状はんだ１１０１に第３の部分開口部１００４へ向かう方向の外力が印加された場合にも、第１の部分開口部１００２の壁面１００２ａ及び１００２ｅにより第３の部分開口部１００４の方向への移動を阻止することができ、第１の部分開口部１００２内に配置した第１の板状はんだ１１０１の移動可能な範囲が規制される。
また、本実施形態で用いるリード接合用の冶具１０では、第３の部分開口部１００４と第２の板状はんだ１１０２を配置する第２の部分開口部１００３との境界も、第３の部分開口部１００４と第１の板状はんだ１１０１を配置する第１の部分開口部１００２との境界と同様の構成にしている。このため、第２の部分開口部１００３に配置された第２の板状はんだ１１０２に第３の部分開口部１００４へ向かう方向の外力が印加された場合にも、第２の部分開口部１００３の壁面１００３ａ及び１００３ｅにより第３の部分開口部１００４の方向への移動を阻止することができ、第２の部分開口部１００３内に配置した第２の板状はんだ１１０２の移動可能な範囲が規制される。
このように、図３～図５を参照して上述した平面視での輪郭を有するリードと、図７～図９、及び図１１を参照して上述したリードを配置するための開口部を有する冶具１０とを組み合わせて半導体モジュール２を製造することにより、リードと回路板５上の導電部材（半導体素子５１０の第２の主電極５１１、第２の導体パターン５０３等）との接合に用いる板状はんだの位置ずれを阻止することができ、各リードの接合部と、接合対象である導電部材との接合不良や絶縁性の低下等を防ぐことができる。
更に、本実施の形態の冶具１０の１つの開口部１００１における第３の部分開口部１００４の壁面は、リードの連結部（例えば、図９の第２のリード７０２の連結部７０２ｃ、図１１のリード７０６の連結部）と平面視で重ならないように形成されている。このため、図６に例示した手順に沿って半導体モジュール２を製造するときに、リフロー後に冶具１０を容易に取り外すことができる。
なお、図７～図９、及び図１１を参照して上述した冶具１０の構成は、本実施の形態に係る半導体モジュール２の製造に利用可能な冶具１０の一例に過ぎない。冶具１０における１つのリードを配置する１つの開口部の平面視での輪郭は、当該開口部に配置するリードの平面視での輪郭に応じて変更することができる。
図１２は、平面視でのリードの輪郭の第１の変形例を説明する平面図である。図１３は、リード接合用の冶具における開口部の構成の第１の変形例を説明する上面図である。なお、図１２には、半導体モジュールにおける任意のリード７０８のうちの、回路板５における導体パターンと接合する接合部７０８ｂ、及び連結部７０８ｃにおける接合部７０８ｂとの接続端の部分のみを示している。また、図１３には、リード接合用の冶具１０の１つの開口部１００１における、図１２に例示したリード７０８の輪郭と対応した第２の部分開口部１００３、及び第３の部分開口部１００４の一部のみを示している。
図１２に例示したリード７０８の輪郭は、接合部７０８ｂと連結部７０８ｃとの境界が、Ｙ方向の位置Ｙ１にある。すなわち、図１２に例示したリード７０８の輪郭における接合部７０８ｂの輪郭は、点Ｐ２１～点Ｐ３０によって表される、一対のノッチを有する形状になっている。
ここで、接合部７０８ｂの輪郭における連結部７０８ｃと接続された辺（すなわち、点Ｐ２１と点Ｐ３０とを結ぶ二点鎖線で示された接合部７０８ｂと連結部７０８ｃとの境界）とは反対側の端部の辺Ｌ６のＹ方向の位置をＹ０とする。また、一対のノッチは、接合部７０８ｂの輪郭において幅方向（Ｘ方向）の端部となる辺（点Ｐ２１と点Ｐ２５とを結ぶ辺、及び点Ｐ３０と点Ｐ２６とを結ぶ辺）に設けられている。点Ｐ２１と点Ｐ２５を結ぶ辺のノッチは、点Ｐ２１と点Ｐ２５とを結ぶ直線の間に設定される点Ｐ２２から点Ｐ２４までの区間において、点Ｐ３０と点Ｐ２６とを結ぶ直線の方向に変位する円弧状の軌跡Ｌ３及びＬ４によって表される凹形状の部位である。点Ｐ３０と点Ｐ２６を結ぶ辺のノッチは、点Ｐ３０と点Ｐ２６とを結ぶ直線の間に設定される点Ｐ２７から点Ｐ２９までの区間において、点Ｐ２１と点Ｐ２５とを結ぶ直線の方向に変位する円弧状の軌跡Ｌ８及びＬ９によって表される凹形状の部位である。
図１２に例示した接合部７０８ｂの輪郭は、連結部７０８ｃと接続された辺とは反対側の辺Ｌ６から各ノッチの辺Ｌ６側の端部同士（点Ｐ２４と点Ｐ２７）を結ぶ線のＹ方向の位置までの区間の幅方向（Ｘ方向）の寸法がＷ１であり、各ノッチの最奥部となる位置同士（点Ｐ２３と点Ｐ２８）を結ぶ線のＹ方向の位置での幅方向の寸法が、Ｗ１よりも小さいＷ４になる。すなわち、図１２に例示した接合部７０８ｂの輪郭は、連結部７０８ｃと接続された辺とは反対側の辺Ｌ６から連結部７０８ｃの延出方向（Ｙ方向正側）に所定の距離だけ離れた位置（図１２における点Ｐ２４と点Ｐ２７とを結ぶ線の位置）を境として辺Ｌ６からの距離が遠くなる方向の位置において、幅方向の両端の位置が互いに反対の端部の方向に変位して幅方向の寸法が第１の寸法（Ｗ１）から第１の寸法よりも小さい第２の寸法（Ｗ４）に変化する形状である。
図１２に例示した一対のノッチを有するリード７０８を接合する際に用いる冶具１０は、例えば、図１３に例示するように、リード７０８を配置する開口部における第２の部分開口部１００３の輪郭のうちの、リード７０８の輪郭における幅方向（Ｘ方向）の端部に沿った部分であって一対のノッチと対応するＹ方向の位置に、一方のノッチを示す軌跡Ｌ３及びＬ４、及び他方のノッチを示すＬ８及びＬ９と対応した凸状部１００３ｆを有する形状にする。
リード７０８の接合部７０８ｂの輪郭を上述したノッチを有する形状にした場合、接合部７０８ｂの接合に用いる第２の板状はんだ１１０２は、図１３に例示したように、平面視での幅方向（Ｘ方向）の端辺を示す側面１１０２ｂ及び１１０２ｄに、接合部７０８ｂの一対のノッチと対応するノッチ１１０２ｅを有する形状にする。このようにすると、冶具１０における第２の部分開口部１００３に第２の板状はんだ１１０２を配置したときに、第２の板状はんだ１１０２の一対のノッチ１１０２ｅに冶具１０の凸状部１００３ｆが嵌る。このため、第２の部分開口部１００３内に配置した第２の板状はんだ１１０２を第２の部分開口部１００３と連通する第３の部分開口部１００４内に移動させる外力が印加された場合に、第２の板状はんだ１１０２のノッチ１１０２ｅが冶具１０の凸状部１００３ｆに当接し、第２の板状はんだ１１０２の第３の部分開口部１００４への移動が阻止される。
また、図１２に例示した一対のノッチを有するリード７０８と図１３に例示した冶具１０との組み合わせでは、接合部７０８ｂの輪郭における連結部７０８ｃが接続する辺に沿って、図５を参照して上述した辺Ｌ２及びＬ６を設けることなく、第２の板状はんだ１１０２の移動を阻止することができる。このため、平面視での接合部７０８ｂと連結部７０８ｃとの接続区間の長さを短くすることなく（すなわち接合部７０８ｂと連結部７０８ｃとの接続面積を小さくすることなく）、第２の板状はんだ１１０２の移動を阻止することができる。そのため、図１２及び図１３を参照して上述した構成は、例えば、リード７０８が、大電流を流すリードである場合や、動作時に高温になる半導体素子の主電極と接合するリードである場合に、有利である。
なお、リード７０８の接合部７０８ｂに設ける一対のノッチの深さＷ５（図１２参照）は、特定の値に限定されない。また、ノッチは、図１２に例示したような平面視において円弧状の軌跡で表される形状に限定されない。一対のノッチは、例えば、平面視において三角形又は矩形の軌跡で表される凹形状であってもよい。また、図１２及び図１３を参照して上述した例では、リード７０８の接合部７０８ｂ側に凹形状のノッチを設けているが、これに限らず、リード７０８の接合部７０８ｂ側に凸状部を設け、冶具１０側にノッチを設けてもよい。
図１４は、平面視でのリードの輪郭の第２の変形例を説明する平面図である。図１５は、リード接合用の冶具における開口部の構成の第２の変形例を説明する上面図である。なお、図１４には、半導体モジュールにおける任意のリード７０８のうちの、回路板５における導体パターンと接合する接合部７０８ｂ、及び連結部７０８ｃにおける接合部７０８ｂとの接続端の部分のみを示している。また、図１５には、リード接合用の冶具１０の１つの開口部１００１における、図１４に例示したリード７０８の輪郭と対応した第２の部分開口部１００３、及び第３の部分開口部１００４の一部のみを示している。
図１４に例示したリード７０８の輪郭は、接合部７０８ｂと連結部７０８ｃとの境界が、Ｙ方向の位置Ｙ１にある。すなわち、図１４に例示したリード７０８の輪郭における接合部７０８ｂの輪郭は、点Ｐ４１～点Ｐ４４によって表される、台形形状になっている。
ここで、接合部７０８ｂの輪郭における連結部７０８ｃと接続された辺（すなわち、点Ｐ４１と点Ｐ４４とを結ぶ二点鎖線で示された接合部７０８ｂと連結部７０８ｃとの境界）とは反対側の端部の辺Ｌ３のＹ方向の位置をＹ０とする。接合部７０８ｂの輪郭は、接合部７０８ｂと連結部７０８ｃとの境界を上底、境界とは反対側の辺Ｌ３を下底とする等脚台形であるとする。この場合、接合部７０８ｂの輪郭は、下底である辺Ｌ３から連結部７０８ｃの延出方向に所定の距離だけ離れたＹ方向の位置における幅が、辺Ｌ３からの距離に比例して短くなっていく先細りの形状である。すなわち、図１４に例示した接合部７０８ｂの輪郭もまた、連結部７０８ｃと接続された辺とは反対側の辺Ｌ３から連結部７０８ｃの延出方向（Ｙ方向正側）に所定の距離だけ離れた位置を境として辺Ｌ３からの距離が長くなる方向の位置において、幅方向の両端の位置が互いに反対の端部の方向に変位して幅方向の寸法が第１の寸法から第１の寸法よりも小さい第２の寸法に変化する形状であるといえる。
図１４に例示した平面視で等脚台形状の接合部７０８ｂを有するリード７０８を接合する際に用いる冶具１０は、図１５に例示したように、リード７０８を配置する開口部における第２の部分開口部１００３の輪郭を、リード７０８の接合部７０８ｂの輪郭を内包し、かつ第２の部分開口部１００３と第３の部分開口部１００４との境界の幅方向（Ｘ方向）の寸法がリード７０８の連結部７０８ｃの幅Ｗ２よりもわずかに大きい等脚台形になるようにする。この場合、第２の部分開口部１００３内に配置する第２の板状はんだ１１０２は、平面視でリード７０８の接合部７０８ｂと略同形状の等脚台形にする。このようにすると、第２の板状はんだ１１０２の輪郭における斜辺で表される第２の板状はんだ１１０２の側面１１０２ｂ及び１１０２ｄが、冶具１０の第２の部分開口部１００３の輪郭における斜辺で表される壁面１００３ｂ及び１００３ｄと略平行に向かい合う。このため、第２の部分開口部１００３内に配置した第２の板状はんだ１１０２を第２の部分開口部１００３と連通する第３の部分開口部１００４内に移動させる外力が印加された場合に、第２の板状はんだ１１０２の側面１１０２ｂ及び１１０２ｄが冶具１０の壁面１００３ｂ及び１００３ｄに当接し、第２の板状はんだ１１０２の第３の部分開口部１００４への移動が阻止される。
なお、リード７０８の接合部７０８ｂの輪郭を等脚台形にする場合の斜辺の角度は、特定の角度に限定されない。
図１６は、平面視でのリードの輪郭の第３の変形例を説明する平面図である。図１７は、リード接合用の冶具における開口部の構成の第３の変形例を説明する上面図である。なお、図１６には、半導体モジュールにおける任意のリード７０８のうちの、回路板５における導体パターンと接合する接合部７０８ｂ、及び連結部７０８ｃにおける接合部７０８ｂとの接続端の部分のみを示している。また、図１７には、リード接合用の冶具１０の１つの開口部１００１における、図１６に例示したリード７０８の輪郭と対応した第２の部分開口部１００３、及び第３の部分開口部１００４の一部のみを示している。
図１６に例示したリード７０８の輪郭は、接合部７０８ｂと連結部７０８ｃとの境界がＹ方向の位置Ｙ１にある。すなわち、図１６に例示したリード７０８の輪郭における接合部７０８ｂの輪郭は、点Ｐ５１、Ｐ５２、Ｐ５５、及びＰ５６によって表される等脚台形と、点Ｐ５２、Ｐ５３、Ｐ５４、及びＰ５５によって表される長方形とを組み合わせた形状になっている。
図１６に例示した輪郭で表される接合部７０８ｂを有するリード７０８を接合する際に用いる冶具１０は、図１７に例示したように、冶具１０のリード７０８を配置する開口部における第２の部分開口部１００３の輪郭を、リード７０８の接合部７０８ｂの輪郭を内包し、第２の部分開口部１００３と第３の部分開口部１００４との境界の幅方向（Ｘ方向）の寸法がリード７０８の連結部７０８ｃの幅Ｗ２よりもわずかに大きくなるようにする。この場合、第２の部分開口部１００３内に配置する第２の板状はんだ１１０２は、平面視でリード７０８の接合部７０８ｂと略同形状である等脚台形と長方形とを組み合わせた形状にする。このようにすると、第２の板状はんだ１１０２の輪郭における斜辺（図１６の辺Ｌ２及びＬ６と対応する斜辺）で表される第２の板状はんだ１１０２の側面１１０２ｂ及び１１０２ｄが、冶具１０の第２の部分開口部１００３の輪郭における斜辺で表される壁面１００３ｂ及び１００３ｄと略平行に向かい合う。このため、第２の部分開口部１００３内に配置した第２の板状はんだ１１０２を第２の部分開口部１００３と連通する第３の部分開口部１００４内に移動させる外力が印加された場合に、第２の板状はんだ１１０２の側面１１０２ｂ及び１１０２ｄが冶具１０の壁面１００３ｂ及び１００３ｄに当接し、第２の板状はんだ１１０２の第３の部分開口部１００４への移動が阻止される。
更に、図１６及び図１７に例示したように、接合部７０８ｂにおける幅方向（Ｘ方向）の寸法が変化する区間を、連結部７０８ｃとの境界から、当該境界とは反対側の辺Ｌ４よりも境界に近いＹ方向の位置までにすることにより、接合部７０８ｂの接合面積の低減を抑制しつつ、斜辺の角度を大きくすることができる。そのため、接合部７０８ｂと導体パターンとの接合面積を確保することと、第２の板状はんだ１１０２の第３の部分開口部１００４側への移動可能な範囲を最小にすることとを両立することができる。第２の部分開口部１００３における幅方向（Ｘ方向）の端部に位置する２つの壁面１００３ｂ及び１００３ｄを、第３の部分開口部１００４に近づくにつれて先細りになるようにする場合、例えば、図１６に例示したように、第２の部分開口部１００３における第３の部分開口部１００４に近い部分だけを先細りにすると、例えば、図１４に例示した平面視での輪郭が等脚台形の場合と比べて、接合面に平面視で鋭角となる角部が生じることを防げる。
なお、図１２～図１７を参照して上述した変形例では、冶具１０の第２の部分開口部１００３側の構成のみを説明したが、第１の部分開口部１００２側も同様の構成であってよい。また、本実施の形態に係る冶具１０は、１つの開口部１００１における第１の部分開口部１００２側の構成と、第２の部分開口部１００３側の構成とが、同一であってもよいし、異なっていてもよい。例えば、１つの開口部１００１における第２の部分開口部１００３側が図５を参照して上述した構成であり、第１の部分開口部１００２側が図１２～図１７を参照して上述した変形例のいずれかの構成であってもよい。
また、図１２～図１７を参照して上述した変形例も、冶具１０の第１の部分開口部及び第２の部分開口部に配置した板状はんだの第３の部分開口部への移動を阻止する構成の例に過ぎない。第１の部分開口部及び第２の部分開口部は、それぞれ、平面視での輪郭が、部分開口部内に配置した板状はんだの側面と当接して第３の部分開口部への移動を阻止することが可能な部分を有する形状であればよい。したがって、本実施の形態に係る半導体モジュール２における各リードの接合部は、平面視において連結部と連結している区間を除く外周部と対応する、接合部の側面が、その側面と向かい合う側面（例えば、上述した冶具１０の開口部の壁面）が存在した場合に、側面同士が当接して連結部の延伸方向への接合部の移動が阻止される形状であればよい。
更に、本実施の形態に係る半導体モジュール２の製造方法は、上述した冶具１０を利用する方法であればよく、図６を参照して上述した手順に限らず、他の手順で行われてもよい。
本実施の形態の半導体モジュール２を含む半導体装置１は、上述したように、車載用モータのインバータ等の電力変換装置に適用され得る。図１８を参照して、本発明の半導体装置１が適用された車両について説明する。
図１８は、本発明に係る半導体装置を適用した車両の一例を示す平面模式図である。図１８に示す車両１５０１は、例えば、４つの車輪１５０２を備えた四輪車で構成される。車両１５０１は、例えば、モータ等によって車輪を駆動させる電気自動車、モータの他に内燃機関の動力を用いたハイブリッド車であってもよい。
車両１５０１は、車輪１５０２に動力を付与する駆動部１５０３と、駆動部１５０３を制御する制御装置１５０４と、を備える。駆動部１５０３は、例えば、エンジン、モータ、エンジンとモータのハイブリッドの少なくとも１つで構成されてよい。
制御装置１５０４は、上記した駆動部１５０３の制御（例えば電力制御）を実施する。制御装置１５０４は、上記した半導体装置１を備えている。半導体装置１は、駆動部１５０３に対する電力制御を実施するように構成されてよい。
この種の車両１５０１に用いる半導体装置１の半導体モジュール２を、上述した冶具１０を利用して製造することにより、リードと接合対象との間の接合不良や、絶縁性の低下等を防ぎ、半導体モジュール２の製造歩留まりを向上させることができる。このため、例えば、車両１５０１に用いる半導体装置１の製造コストを低減することができる。
なお、上述した半導体装置１（半導体モジュール２）を適用可能な車両は、図２０に例示した四輪車に限らず、二輪車や鉄道車両であってもよい。
また、上記実施の形態では、回路板５（配線板５００）、半導体素子５１０及び５２０が平面視矩形状又は方形状に形成される構成としたが、この構成に限定されない。これらの構成は、上記以外の多角形状に形成されてもよい。
また、本実施の形態及び変形例を説明したが、他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
また、本実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらに、技術の進歩又は派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
以下、上記の実施の形態における特徴点を整理する。
上記実施の形態に係る半導体モジュールは、配線板上に半導体素子が搭載された回路板と、前記回路板における導電部材と接合材を介して電気的に接続されるリードとを備え、前記リードは、前記接合材により前記導電部材と接合される接合部と、前記接合部から延伸する連結部とを含み、前記接合部は、平面視での輪郭が、前記連結部が延出している第１の端部とは反対側の第２の端部から前記連結部の延出方向に所定の距離だけ離れた位置を境として、前記第２の端部から遠方となる位置において、前記連結部の前記延出方向と直交する幅方向の両端の位置が互いに反対の端部の方向に変位して、前記幅方向の寸法が第１の寸法から第１の寸法よりも小さい第２の寸法に変化する形状である。
上記実施の形態に係る半導体モジュールにおいて、前記リードの前記接合部は、前記平面視での前記幅方向の寸法が前記連結部の幅方向の寸法よりも大きい矩形状であり、前記接合部の前記平面視での輪郭が、前記幅方向の端部から前記連結部の幅方向の端部に変化する辺を含む。
上記実施の形態に係る半導体モジュールにおいて、前記リードの前記接合部は、前記平面視での輪郭における前記幅方向の端部のそれぞれに、互いに反対の端部の方向に変化する溝部を有する。
上記実施の形態に係る半導体モジュールにおいて、前記リードの前記接合部は、前記平面視での輪郭が、前記連結部に近づくにつれて先細りになる部分を有する。
上記実施の形態に係る半導体モジュールにおいて、前記回路板の前記導電部材は、前記半導体素子の電極と、前記配線板の導体パターンとを含み、前記リードは、前記半導体素子の電極と第１の接合材により接合される第１の接合部と、前記配線板の導体パターンと第２の接合材により接合される第２の接合部と、前記第１の接合部と前記第２の接合部とを連結する前記連結部とを含む。
上記実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法は、配線板に半導体素子を搭載した回路板における導電部材とリードとを、接合材を介して電気的に接続する接続工程を含み、前記接続工程は、前記リードにおける前記接合材により前記導電部材と接合される接合部と対応する部分開口部と、前記接合部から延伸する連結部と対応する部分開口部とを含む開口部が形成された冶具を前記回路板に設置する設置工程と、設置した前記治具における前記接合部と対応する部分開口部に板状の接合材を配置し、更に前記リードを配置する配置工程と、前記板状の接合材を加熱溶融させて前記導電部材と前記リードの前記接合部とを接合する接合工程と、前記治具を前記回路板から取り外す取り外し工程とを含み、前記リードは、平面視での前記接合部の輪郭が、前記連結部が延出している第１の端部とは反対側の第２の端部から前記連結部の延出方向に所定の距離だけ離れた位置を境として、前記第２の端部から遠方となる位置において、前記連結部の前記延出方向と直交する幅方向の両端の位置が互いに反対の端部の方向に変位して、前記幅方向の寸法が第１の寸法から第１の寸法よりも小さい第２の寸法に変化する形状であり、前記治具における前記接合部と対応する部分開口部は、平面視での輪郭が、前記接合部及び前記連結部を含む前記リードの輪郭を内包し、かつ、前記幅方向の寸法が前記第１の寸法から前記第２の寸法に変化する部分の軌跡に沿って変化する部分を有する形状である。
上記実施の形態に係る半導体装置は、上記の半導体モジュールと、前記半導体モジュールの前記回路板における前記半導体素子が搭載された面とは反対側の面に配置された冷却器と、を備える。
上記実施の形態に係る車両は、上記の半導体モジュール、又は半導体装置を備える。
以上説明したように、本発明は、板状はんだ等の板状の接合材を利用して回路板の導電部材とリードとを接合した場合の接合不良や絶縁性の低下を低減することができるという効果を有し、特に、産業用又は電装用の半導体モジュール、半導体装置、及び車両に有用である。
１ 半導体装置
２ 半導体モジュール
３ 冷却器
４ ベース
５ 回路板
５００ 配線板
５０１ 絶縁基板
５０２～５０５ 導体パターン
５１０、５２０ 半導体素子
５１１、５１２ 主電極
５１２、５２２ 制御電極
６ ケース
６０１ 絶縁部材
６０２～６０４ 主端子
６０５、６０６ 制御端子
７０１～７０５、７０８ リード
７０２ａ、７０２ｂ 接合部
７０２ｃ 連結部
７２０、７２５、７３０ 上面
７２１～７２４、７２６～７２９、７３１～７３６ 側面
８０１、８０２ ボンディングワイヤ
１０ 冶具
１００１ 開口部
１００２、１００３ （リードの接合部と対応する）部分開口部
１００４ （リードの連結部と対応する）部分開口部
１００２ａ～１００２ｅ、１００３ａ～１００３ｅ 壁面
１００３ｆ 凸状部
１１０１、１１０２ 板状はんだ
１１０１ａ～１１０１ｄ、１１０２ａ～１１０２ｄ 側面
１２ 冶具
１２０１ 開口部
１２０２、１２０３ （リードの接合部と対応する）部分開口部
１２０４ （リードの連結部と対応する）部分開口部
１３０１、１３０２ 導体パターン
１３０３ リード
１５０１ 車両
１５０２ 車輪
１５０３ 駆動部
１５０４ 制御装置

Claims (8)

  1. 配線板上に半導体素子が搭載された回路板と、前記回路板における導電部材と接合材を介して電気的に接続されるリードとを備え、
    前記リードは、前記接合材により前記導電部材と接合される接合部と、前記接合部から延伸する連結部とを含み、
    前記接合部は、平面視での輪郭が、前記連結部が延出している第１の端部とは反対側の第２の端部から前記連結部の延出方向に所定の距離だけ離れた位置を境として、前記第２の端部から遠方となる位置において、前記連結部の前記延出方向と直交する幅方向の両端の位置が互いに反対の端部の方向に変位して、前記幅方向の寸法が第１の寸法から第１の寸法よりも小さい第２の寸法に変化する形状である
    半導体モジュール。
  2. 前記リードの前記接合部は、前記平面視での前記幅方向の寸法が前記連結部の幅方向の寸法よりも大きい矩形状であり、前記接合部の前記平面視での輪郭が、前記幅方向の端部から前記連結部の幅方向の端部に変化する辺を含む、請求項１に記載の半導体モジュール。
  3. 前記リードの前記接合部は、前記平面視での輪郭における前記幅方向の端部のそれぞれに、互いに反対の端部の方向に変化する溝部を有する、請求項１に記載の半導体モジュール。
  4. 前記リードの前記接合部は、前記平面視での輪郭が、前記連結部に近づくにつれて先細りになる部分を有する、請求項１に記載の半導体モジュール。
  5. 前記回路板の前記導電部材は、前記半導体素子の電極と、前記配線板の導体パターンとを含み、
    前記リードは、前記半導体素子の電極と第１の接合材により接合される第１の接合部と、前記配線板の導体パターンと第２の接合材により接合される第２の接合部と、前記第１の接合部と前記第２の接合部とを連結する前記連結部とを含む、請求項１に記載の半導体モジュール。
  6. 配線板に半導体素子を搭載した回路板における導電部材とリードとを、接合材を介して電気的に接続する接続工程を含み、
    前記接続工程は、
    前記リードにおける前記接合材により前記導電部材と接合される接合部と対応する部分開口部と、前記接合部から延伸する連結部と対応する部分開口部とを含む開口部が形成された冶具を前記回路板に設置する設置工程と、
    設置した前記治具における前記接合部と対応する部分開口部に板状の接合材を配置し、更に前記リードを配置する配置工程と、
    前記板状の接合材を加熱溶融させて前記導電部材と前記リードの前記接合部とを接合する接合工程と、
    前記治具を前記回路板から取り外す取り外し工程と
    を含み、
    前記リードは、平面視での前記接合部の輪郭が、前記連結部が延出している第１の端部とは反対側の第２の端部から前記連結部の延出方向に所定の距離だけ離れた位置を境として、前記第２の端部から遠方となる位置において、前記連結部の前記延出方向と直交する幅方向の両端の位置が互いに反対の端部の方向に変位して、前記幅方向の寸法が第１の寸法から第１の寸法よりも小さい第２の寸法に変化する形状であり、
    前記治具における前記接合部と対応する部分開口部は、平面視での輪郭が、前記接合部及び前記連結部を含む前記リードの輪郭を内包し、かつ、前記幅方向の寸法が前記第１の寸法から前記第２の寸法に変化する部分の軌跡に沿って変化する部分を有する形状である、
    ことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  7. 請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体モジュールと、
    前記半導体モジュールの前記回路板における前記半導体素子が搭載された面とは反対側の面に配置された冷却器と、
    を備える半導体装置。
  8. 請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体モジュール、又は請求項７に記載の半導体装置を備える車両。
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