JP6460160B2 - Electrical connection member, electrical connection structure, and method of manufacturing electrical connection member - Google Patents

Electrical connection member, electrical connection structure, and method of manufacturing electrical connection member Download PDF

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Description

この発明は、電気接続用部材、電気接続用部材を用いた電気接続構造、およびその電気接続用部材の製造方法に関する。   The present invention relates to an electrical connection member, an electrical connection structure using the electrical connection member, and a method for manufacturing the electrical connection member.

従来、一の接続対象部材と他の接続対象部材とを電気的に接続するための電気接続用部材が用いられたパワーモジュールが知られている(たとえば、特許文献1参照)。   Conventionally, a power module using an electrical connection member for electrically connecting one connection target member and another connection target member is known (see, for example, Patent Document 1).

上記特許文献1には、リードフレームと、リードフレーム上に配置された半導体チップと、リードフレームと半導体チップとを電気的に接続するアルミワイヤと、を備えるパワーモジュールが開示されている。このパワーモジュールでは、高さ位置の異なるリードフレームの半導体チップが載置される表面と半導体チップの上面とに対してアルミワイヤが超音波溶接されることによって、リードフレームと半導体チップとが電気的に接続されている。また、アルミワイヤによりリードフレームと半導体チップとが電気的に接続された状態で、半導体チップとアルミワイヤとは樹脂モールドされている。   Patent Document 1 discloses a power module including a lead frame, a semiconductor chip disposed on the lead frame, and an aluminum wire that electrically connects the lead frame and the semiconductor chip. In this power module, the lead frame and the semiconductor chip are electrically connected by ultrasonic welding of an aluminum wire to the surface on which the semiconductor chip of the lead frame having a different height is placed and the upper surface of the semiconductor chip. It is connected to the. The semiconductor chip and the aluminum wire are resin-molded in a state where the lead frame and the semiconductor chip are electrically connected by the aluminum wire.

特開2015−23211号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-23211

しかしながら、上記特許文献1のパワーモジュールでは、通電時に発生する熱により、熱膨張係数が大きい金属(Al)製のアルミワイヤが膨張しようとする。ここで、アルミワイヤは、超音波溶接部分(電気接続部分)においてリードフレームまたは半導体チップ(接続対象部材)に固定されているとともに、樹脂モールドによって固定されているため、十分に熱膨張できずに、熱膨張が抑制されたことに起因する応力が超音波溶接部分に加えられると考えられる。この結果、超音波溶接部分に亀裂および剥離などの損傷が生じる虞があるという問題点があると考えられる。なお、この問題点は、パワーモジュールなどのように、高電流が流されることにより、高温になりやすい構造では特に問題となる。また、十分な接続強度を得るために、加圧してアルミワイヤとリードフレームまたは半導体チップとを接続する際に、高さ位置が異なることに起因して接続したい部分に圧力を均等に加えられずに、超音波溶接部分において不十分な接続強度で接続される場合があるという問題点もあると考えられる。   However, in the power module of Patent Document 1, an aluminum wire made of metal (Al) having a large thermal expansion coefficient tends to expand due to heat generated during energization. Here, since the aluminum wire is fixed to the lead frame or the semiconductor chip (member to be connected) in the ultrasonic welding portion (electrical connection portion) and is fixed by the resin mold, the aluminum wire cannot be sufficiently thermally expanded. It is considered that stress resulting from the suppression of thermal expansion is applied to the ultrasonic welded portion. As a result, it is considered that there is a problem that damage such as cracks and peeling may occur in the ultrasonic welded portion. Note that this problem is particularly problematic in structures such as power modules that are prone to high temperatures due to the flow of high current. Also, in order to obtain sufficient connection strength, when connecting the aluminum wire and the lead frame or semiconductor chip by applying pressure, pressure cannot be applied evenly to the part to be connected due to the difference in height position. In addition, it is considered that there is a problem that the ultrasonic welding portion may be connected with insufficient connection strength.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、熱膨張に起因して電気接続部分に損傷が生じるのを抑制しつつ、電気接続部分において十分な接続強度で接続することが可能な電気接続用部材、その電気接続用部材を用いた電気接続構造、およびその電気接続用部材の製造方法を提供することである。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and the object of the present invention is to sufficiently prevent the electrical connection portion from being damaged due to thermal expansion while sufficiently preventing the electrical connection portion from being damaged. It is to provide an electrical connection member that can be connected with an appropriate connection strength, an electrical connection structure using the electrical connection member, and a method of manufacturing the electrical connection member.

この発明の第1の局面による電気接続用部材は、CuまたはCu合金から構成される第1Cu層と、室温から300℃までの平均熱膨張係数が第1Cu層よりも小さいFe合金またはNi材から構成される低熱膨張層と、前記低熱膨張層の前記第1Cu層とは反対側に配置され、CuまたはCu合金から構成される第2Cu層とこの順に接合されたクラッド材を備え、クラッド材の第1Cu層側の表面には、第1表面と、段差部を介して第1表面に接続し、第1表面よりも低熱膨張層側に位置する第2表面とが形成されており、第1表面および第2表面は、電気接続部分を有し、第1表面側のクラッド材の厚みは、第2表面側のクラッド材の厚みよりも大きく、第1表面側のクラッド材の厚みに対する低熱膨張層、第1Cu層および第2Cu層の厚みの比率は、第2表面側の前記クラッド材の厚みに対する低熱膨張層、第1Cu層および第2Cu層の厚みの比率と略等しい、なお、「Cu合金」とは、Cu(銅)を主成分として50質量%以上含む合金を意味し、「Fe合金」とは、Fe(鉄)を主成分として50質量%以上含む合金を意味し、「Ni材」とは、純Ni(ニッケル)あるいはNiを主成分として50質量%以上含む合金材を意味する。 The electrical connection member according to the first aspect of the present invention includes a first Cu layer made of Cu or a Cu alloy, and an Fe alloy or Ni material having an average coefficient of thermal expansion from room temperature to 300 ° C. smaller than that of the first Cu layer. A clad material comprising a clad material in which a low thermal expansion layer configured and a second Cu layer composed of Cu or a Cu alloy are joined in this order are arranged on the opposite side of the low thermal expansion layer from the first Cu layer On the surface of the first Cu layer side, a first surface and a second surface that is connected to the first surface through a stepped portion and is located on the low thermal expansion layer side than the first surface are formed. and second surfaces has an electrical connection portion, and the cladding material of the thickness of the first surface is much larger than the thickness of the clad material of the second surface, the first surface-side cladding material thickness Low thermal expansion layer, first Cu layer and second C The ratio of the thickness of the layer, the low thermal expansion layer to the thickness of the clad material of the second surface side, substantially equal to the ratio of the thickness of the 1Cu layer and the 2Cu layer, The "Cu alloy", Cu (copper) Is an alloy containing 50 mass% or more as a main component, “Fe alloy” means an alloy containing Fe (iron) as a main component and 50 mass% or more, and “Ni material” is pure Ni (nickel) Or an alloy material containing Ni as a main component and containing 50% by mass or more.

この発明の第1の局面による電気接続用部材は、上記のように、CuまたはCu合金から構成される第1Cu層と、室温から300℃までの平均熱膨張係数が第1Cu層よりも小さいFe合金またはNi材から構成される低熱膨張層とが少なくとも接合されたクラッド材を備える。これにより、電気接続用部材の通常の使用環境である室温から300℃までの温度範囲において、熱膨張が大きいCuまたはCu合金から構成される第1Cu層の熱膨張を低熱膨張層によって抑制することができる。この結果、第1Cu層と低熱膨張層とを含むクラッド材の全体において、熱膨張を小さくすることができるので、電気接続用部材の電気接続部分に熱膨張に起因する応力が加えられるのを抑制することができる。したがって、熱応力に起因して電気接続部分に亀裂および剥離などの損傷が生じるのを抑制することができる。また、クラッド材の第1Cu層側の表面に、第1表面と、段差部を介して第1表面に接続し、第1表面よりも低熱膨張層側に位置する第2表面とを形成する。これにより、電気接続用部材が電気的に接続する一の接続対象部材と他の接続対象部材との間に高さ位置の差(段差)が生じていたとしても、クラッド材の第1Cu層側の表面に形成された段差部により、一の接続対象部材と他の接続対象部材との段差の少なくとも一部を吸収することができる。この結果、段差の影響を小さくすることができ、段差に起因して圧力を均等に加えられなくなるのを抑制することができるので、電気接続部分において電気接続用部材と一の接続対象部材(他の接続対象部材)とを十分な接続強度で接続することができる。これらの結果、熱膨張に起因して電気接続部分に損傷が生じるのを抑制しつつ、電気接続部分において十分な接続強度で接続することができる。したがって、高電流が流されることにより、高温になりやすいパワーモジュールなどに設けられる電気接続構造に、本発明の電気接続用部材を用いることは特に効果的である。   As described above, the electrical connection member according to the first aspect of the present invention includes a first Cu layer composed of Cu or a Cu alloy, and an Fe whose average thermal expansion coefficient from room temperature to 300 ° C. is smaller than that of the first Cu layer. A clad material joined at least to a low thermal expansion layer made of an alloy or Ni material is provided. This suppresses the thermal expansion of the first Cu layer composed of Cu or Cu alloy having a large thermal expansion by the low thermal expansion layer in the temperature range from room temperature to 300 ° C. which is the normal use environment of the electrical connection member. Can do. As a result, since the thermal expansion can be reduced in the entire clad material including the first Cu layer and the low thermal expansion layer, it is possible to suppress the stress caused by the thermal expansion from being applied to the electrical connection portion of the electrical connection member. can do. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of damage such as cracks and peeling at the electrical connection portion due to the thermal stress. In addition, a first surface and a second surface that is connected to the first surface via the stepped portion and located on the low thermal expansion layer side than the first surface are formed on the surface of the clad material on the first Cu layer side. Thereby, even if there is a difference in height position (step) between one connection target member to which the electrical connection member is electrically connected and the other connection target member, the first Cu layer side of the clad material By the step portion formed on the surface, at least a part of the step between one connection target member and another connection target member can be absorbed. As a result, the influence of the step can be reduced, and it is possible to suppress the pressure from being uniformly applied due to the step, so that the electric connection member and the one connection target member (others) Can be connected with sufficient connection strength. As a result, the electrical connection portion can be connected with sufficient connection strength while suppressing the occurrence of damage to the electrical connection portion due to thermal expansion. Therefore, it is particularly effective to use the electrical connection member of the present invention in an electrical connection structure provided in a power module or the like that is likely to become hot when a high current flows.

また、上記第1の局面による電気接続用部材では、クラッド材の第1Cu層側の表面に、第1表面と、段差部を介して第1表面に接続し、第1表面よりも低熱膨張層側に位置する第2表面とを形成する。これにより、電気接続用部材の第1Cu層側に一の接続対象部材および他の接続対象部材を接続した場合に、電気(電流)は電気接続部分に近い第1Cu層を流れやすいので、電流の流れる第1Cu層が体積抵抗率の低いCuまたはCu合金から構成されていることにより送電時の電力損失(電力ロス)を小さくすることができる。   In the electrical connection member according to the first aspect, the cladding is connected to the surface of the clad material on the first Cu layer side via the first surface and the stepped portion, and has a lower thermal expansion layer than the first surface. And a second surface located on the side. As a result, when one connection target member and another connection target member are connected to the first Cu layer side of the electrical connection member, electricity (current) easily flows through the first Cu layer near the electrical connection portion. Since the flowing first Cu layer is made of Cu or Cu alloy having a low volume resistivity, power loss (power loss) during power transmission can be reduced.

上記第1の局面による電気接続用部材において、好ましくは、クラッド材の第1Cu層と反対側の表面は、段差部のない平坦面状に形成されている。この場合、かかる電気接続用部材は、クラッド材の第1Cu層側の表面が段差部の両側に隣接する2つの平坦面状の第1表面および第2表面を有する形態となり、クラッド材の第1Cu層側と反対側の表面が平坦面状の形態となる。このように構成すれば、電気接続用部材の第1Cu層側に一の接続対象部材および他の接続対象部材を接続する際に、平坦面状のクラッド材の第1Cu層と反対側の表面から容易に圧力を均等に加えることができる。これにより、電気接続部分において電気接続用部材と一の接続対象部材(他の接続対象部材)とをより十分な接続強度で接続することができる。   In the electrical connection member according to the first aspect, preferably, the surface of the cladding material opposite to the first Cu layer is formed in a flat surface shape having no stepped portion. In this case, the electrical connection member has a form in which the surface on the first Cu layer side of the clad material has two flat first surfaces and second surfaces adjacent to both sides of the stepped portion, and the first Cu of the clad material. The surface opposite to the layer side has a flat surface. If comprised in this way, when connecting one connection object member and another connection object member to the 1st Cu layer side of the member for electrical connection, from the surface on the opposite side to the 1st Cu layer of the flat clad material Easily apply pressure evenly. Thereby, in the electrical connection portion, the electrical connection member and the one connection target member (other connection target member) can be connected with more sufficient connection strength.

上記第1の局面による電気接続用部材において、クラッド材は、低熱膨張層の第1Cu層とは反対側に接合され、CuまたはCu合金から構成される第2Cu層をさらに含む。また、クラッド材の第2Cu層側の表面は、段差部のない平坦面状に形成されている。この場合、かかる電気接続用部材は、クラッド材の第1Cu層側の表面が段差部の両側に隣接する2つの平坦面状の第1表面および第2表面を有する形態となり、クラッド材の第2Cu層側の表面が平坦面状の形態となる。このように構成すれば、クラッド材の製造時などにおいて、CuまたはCu合金から構成される第1Cu層の延性が大きいことに起因してクラッド材が反るのを、第1Cu層と同様のCuまたはCu合金から構成され、かつ、低熱膨張層の第1Cu層とは反対側に接合される第2Cu層により抑制することができる。また、体積抵抗率の低いCuまたはCu合金から構成される第2Cu層を設けることにより、電気接続用部材の体積抵抗率を効果的に低下させることができる。 In member for electric connection according to the first aspect, clad material, and the first 1Cu layer of low thermal expansion layer is bonded to the opposite side, further comprising a first 2Cu layer composed of Cu or a Cu alloy. Also, the surface of the 2Cu layer side of the clad material is formed on the no step portion flat surface. In this case, the electrical connection member has a form in which the surface on the first Cu layer side of the clad material has two flat first surfaces and second surfaces adjacent to both sides of the stepped portion, and the second Cu of the clad material. The surface on the layer side is in the form of a flat surface. According to this structure, when the clad material is manufactured, the clad material warps due to the large ductility of the first Cu layer made of Cu or Cu alloy. Or it can suppress by the 2nd Cu layer comprised from a Cu alloy and joined to the opposite side to the 1st Cu layer of a low thermal expansion layer. Moreover, the volume resistivity of the member for electrical connection can be effectively reduced by providing the second Cu layer composed of Cu or Cu alloy having a low volume resistivity.

上記第1の局面による電気接続用部材において、好ましくは、クラッド材の第2表面側は、段差部の延びる方向に沿って複数に分割されている。このように構成すれば、クラッド材の第2表面側において分割された複数の部分に段差部の延びる方向と交差する方向に突出する複数の電気接続部分が形成されるので、1個の電気接続用部材により、第1表面側に配置された1個の一の接続対象部材と、第2表面側に配置された複数の他の接続対象部材とを電気的に接続することができる。これにより、1個の電気接続用部材により第1表面側に配置された1個の他の接続対象部材と第2表面側に配置された複数の他の接続対象部材のうちの1個とを電気的に接続する場合と比べて、接続に要する電気接続用部材の個数を効果的に減少させることができる。   In the electrical connection member according to the first aspect, preferably, the second surface side of the clad material is divided into a plurality along the extending direction of the stepped portion. If comprised in this way, since the several electrical connection part which protrudes in the direction which cross | intersects the direction where a level | step-difference part extends is formed in the several part divided | segmented in the 2nd surface side of a clad material, one electrical connection By the member for use, one connection object member arranged on the first surface side and a plurality of other connection object members arranged on the second surface side can be electrically connected. Thereby, one other connection object member arranged on the first surface side by one electrical connection member and one of the plurality of other connection object members arranged on the second surface side Compared with the case of electrical connection, the number of electrical connection members required for connection can be effectively reduced.

上記第1の局面による電気接続用部材において、好ましくは、低熱膨張層は、室温から300℃までの平均熱膨張係数が15×10-6/K以下のFe合金またはNi材から構成されている。このように構成すれば、熱膨張が大きいCuまたはCu合金から構成される第1Cu層の熱膨張を、室温から300℃までの平均熱膨張係数が15×10-6/K以下の低熱膨張層によって効果的に抑制することができる。これにより、電気接続部分に亀裂および剥離などの損傷が生じるのを効果的に抑制することができる。なお、低熱膨張層の室温から300℃までの平均熱膨張係数が、12×10-6/K以下、10×10-6/K以下、8×10-6/K以下、6×10-6/K以下のように、より小さいと電気接続用部材の熱膨張の抑制効果が高まるので好ましい。 In the electrical connection member according to the first aspect, preferably, the low thermal expansion layer is made of an Fe alloy or Ni material having an average thermal expansion coefficient from room temperature to 300 ° C. of 15 × 10 −6 / K or less. . If comprised in this way, the thermal expansion of the 1st Cu layer comprised from Cu or Cu alloy with large thermal expansion is a low thermal expansion layer whose average thermal expansion coefficient from room temperature to 300 degreeC is 15 * 10 < -6 > / K or less. Can be effectively suppressed. Thereby, it can suppress effectively that damage, such as a crack and peeling, arises in an electrical connection part. The average thermal expansion coefficient of the low thermal expansion layer from room temperature to 300 ° C. is 12 × 10 −6 / K or less, 10 × 10 −6 / K or less, 8 × 10 −6 / K or less, 6 × 10 −6. If it is smaller than / K or less, the effect of suppressing thermal expansion of the electrical connection member is increased, which is preferable.

上記第1の局面による電気接続用部材において、好ましくは、第1表面の電気接続部分または第2表面の電気接続部分の少なくとも一方には、Ag、Ag合金、NiまたはNi合金から構成されるめっき層が形成されている。このように構成すれば、電気接続用部材と接続対象部材との接続にろう材などの金属材料からなる接続材を用いる場合において、めっき層により、接続材の濡れ性を向上させることができる。これにより、接続材により電気接続用部材と接続対象部材とを確実に接続することができる。 In the electrical connection member according to the first aspect, preferably , at least one of the electrical connection portion on the first surface and the electrical connection portion on the second surface is plated with Ag, Ag alloy, Ni, or Ni alloy. A layer is formed. If comprised in this way, when using the connection material which consists of metal materials, such as a brazing material, for the connection of the member for electrical connection, and a connection object member, the wettability of a connection material can be improved with a plating layer. Thereby, the member for electrical connection and the connection object member can be reliably connected by the connecting material.

この場合、好ましくは、めっき層は、クラッド材の全面に形成されている。このように構成すれば、めっき層をクラッド材の表面の一部にのみ形成する場合と異なり、マスクを形成する必要がないので、めっき層を容易に形成することができる。また、第1表面および第2表面において電気接続部分を広範囲に確保することができるので、接続材により電気接続用部材と接続対象部材とを確実かつ容易に接続することができる。さらに、Ag、Ag合金、NiまたはNi合金は、CuおよびCrを含有しないFe合金などと比べて耐食性に優れているので、めっき層により、クラッド材の耐食性を向上させることができる。   In this case, the plating layer is preferably formed on the entire surface of the clad material. If comprised in this way, unlike the case where a plating layer is formed only in a part of surface of a clad material, it is not necessary to form a mask, Therefore A plating layer can be formed easily. In addition, since the electrical connection portion can be secured over a wide range on the first surface and the second surface, the electrical connection member and the connection target member can be reliably and easily connected by the connection material. Furthermore, since Ag, Ag alloy, Ni or Ni alloy is excellent in corrosion resistance compared to Fe alloy and the like not containing Cu and Cr, the corrosion resistance of the clad material can be improved by the plating layer.

この発明の第2の局面による電気接続構造は、CuまたはCu合金から構成される第1Cu層と、室温から300℃までの平均熱膨張係数が第1Cu層よりも小さいFe合金またはNi材から構成される低熱膨張層と、前記低熱膨張層の前記第1Cu層とは反対側に配置され、CuまたはCu合金から構成される第2Cu層とこの順に接合されたクラッド材を含み、クラッド材の第1Cu層側の表面には、第1表面と、段差部を介して第1表面に接続し、第1表面よりも低熱膨張層側に位置する第2表面とが形成されており、第1表面および第2表面は、電気接続部分を有し、第1表面側のクラッド材の厚みは、第2表面側のクラッド材の厚みよりも大きく、第1表面側のクラッド材の厚みに対する低熱膨張層、第1Cu層および第2Cu層の厚みの比率は、第2表面側のクラッド材の厚みに対する低熱膨張層、第1Cu層および第2Cu層の厚みの比率と略等しい電気接続用部材と、第1表面および第2表面の電気接続部分において電気接続用部材と接続対象部材とを接続する接続材と、を備える。 The electrical connection structure according to the second aspect of the present invention is composed of a first Cu layer composed of Cu or a Cu alloy, and an Fe alloy or Ni material having an average coefficient of thermal expansion from room temperature to 300 ° C. smaller than that of the first Cu layer. A clad material in which the low thermal expansion layer is disposed on the opposite side of the first Cu layer of the low thermal expansion layer and the second Cu layer composed of Cu or a Cu alloy is joined in this order . On the surface on the first Cu layer side, a first surface and a second surface connected to the first surface via a stepped portion and located on the low thermal expansion layer side than the first surface are formed. and second surfaces has an electrical connection portion, the clad material of the thickness of the first surface is much larger than the thickness of the clad material of the second surface, low heat to the cladding material of the thickness of the first surface Expansion layer, first Cu layer and second Cu The ratio of the thickness of the low thermal expansion layer to the second surface of the clad material thickness substantially equal to electric connecting member and the ratio of the thickness of the 1Cu layer and the 2Cu layer, the electrical connection of the first and second surfaces A connecting member for connecting the electrical connection member and the connection target member in the portion.

この発明の第2の局面による電気接続構造では、上記第1の局面による電気接続用部材と同様に、熱膨張に起因して電気接続用部材と接続対象部材とが接続材を介して接続される部分である電気接続部分に損傷が生じるのが抑制され、かつ、電気接続部分において十分な接続強度で接続された電気接続構造を得ることができる。   In the electrical connection structure according to the second aspect of the present invention, similarly to the electrical connection member according to the first aspect, the electrical connection member and the connection target member are connected via the connection material due to thermal expansion. It is possible to obtain an electrical connection structure that is suppressed from being damaged at the electrical connection portion that is a portion to be connected and that is connected with sufficient connection strength at the electrical connection portion.

この発明の第3の局面による電気接続用部材の製造方法は、圧延接合により、CuまたはCu合金から構成される第1Cu層と、室温から300℃までの平均熱膨張係数が第1Cu層よりも小さいFe合金またはNi材から構成される低熱膨張層とが少なくとも接合されたクラッド材を作製し、圧延接合によるクラッド材の作製後に、作製したクラッド材に対して塑性加工を行うことにより、クラッド材の第1Cu層側の表面に、第1表面と、段差部を介して第1表面に接続し、第1表面よりも低熱膨張層側に位置する第2表面とを形成する。

The method for manufacturing an electrical connection member according to the third aspect of the present invention includes a first Cu layer made of Cu or a Cu alloy by rolling joining, and an average thermal expansion coefficient from room temperature to 300 ° C. higher than that of the first Cu layer. A clad material is produced by producing a clad material at least joined with a low thermal expansion layer composed of a small Fe alloy or Ni material, and performing plastic working on the produced clad material after producing the clad material by rolling joining A first surface and a second surface that is connected to the first surface via a stepped portion and is located closer to the low thermal expansion layer than the first surface are formed on the surface of the first Cu layer.

この発明の第3の局面による電気接続用部材の製造方法では、上記第1の局面による電気接続用部材と同様の効果に加えて、クラッド材に対して塑性加工を行うことによって、クラッド材の第1Cu層側の表面に、第1表面と、段差部を介して第1表面に接続し、第1表面よりも低熱膨張層側に位置する第2表面とを容易に形成することができる。なお、塑性加工としては、たとえば、プレスやロール圧下などの手段を用いることができる。   In the method for manufacturing an electrical connection member according to the third aspect of the present invention, in addition to the same effect as the electrical connection member according to the first aspect, by performing plastic working on the cladding material, On the surface on the first Cu layer side, the first surface and the second surface connected to the first surface via the stepped portion and located on the low thermal expansion layer side than the first surface can be easily formed. In addition, as a plastic working, means, such as a press and roll reduction, can be used, for example.

上記第3の局面による電気接続用部材の製造方法において、好ましくは、第1表面および第2表面を形成した後に、第1表面および第2表面を形成した際に流動した不要部分を切断して除去する。このように構成すれば、電気接続用部材における形状のばらつきを小さくすることができる。   In the method for manufacturing the electrical connection member according to the third aspect, preferably, after forming the first surface and the second surface, the unnecessary portion that flows when the first surface and the second surface are formed is cut. Remove. If comprised in this way, the dispersion | variation in the shape in the member for electrical connection can be made small.

上記第3の局面による電気接続用部材の製造方法において、好ましくは、第1表面および第2表面を形成した後に、クラッド材の第2表面側を、段差部の延びる方向に沿って複数に分割する。このように構成すれば、1個の電気接続用部材により第2表面側に配置された複数の一の接続対象部材のうちの1個と、第1表面側に配置された1個の他の接続対象部材とを電気的に接続する場合と比べて、接続に要する電気接続用部材の個数を効果的に減少させることができる。   In the method for manufacturing the electrical connection member according to the third aspect, preferably, after forming the first surface and the second surface, the second surface side of the clad material is divided into a plurality along the direction in which the stepped portion extends. To do. If comprised in this way, one of the several connection object members arrange | positioned by the one electrical connection member on the 2nd surface side, and 1 other of the other one arrange | positioned on the 1st surface side Compared to the case where the connection target member is electrically connected, the number of members for electrical connection required for connection can be effectively reduced.

上記第3の局面による電気接続用部材の製造方法において、好ましくは、圧延接合により、第1Cu層と、低熱膨張層と、低熱膨張層の第1Cu層とは反対側に、CuまたはCu合金から構成される第2Cu層とが接合されたクラッド材を作製する。このように構成すれば、クラッド材の製造時において、CuまたはCu合金から構成される第1Cu層の延性が大きいことに起因してクラッド材が反るのを、第1Cu層と同様のCuまたはCu合金から構成され、かつ、低熱膨張層の第1Cu層とは反対側に接合される第2Cu層により抑制することができる。また、体積抵抗率の低いCuまたはCu合金から構成される第2Cu層を設けることにより、電気接続用部材の体積抵抗率を効果的に低下させることができる。   In the method for manufacturing an electrical connection member according to the third aspect, preferably, the first Cu layer, the low thermal expansion layer, and the first Cu layer of the low thermal expansion layer are formed on a side opposite to the first Cu layer by rolling bonding. A clad material in which the second Cu layer to be formed is bonded is produced. If comprised in this way, at the time of manufacture of a clad material, it is Cu or the same Cu as a 1st Cu layer that a clad material warps due to the large ductility of the 1st Cu layer comprised from Cu or Cu alloy. It can suppress by the 2nd Cu layer comprised from a Cu alloy and joined to the opposite side to the 1st Cu layer of a low thermal expansion layer. Moreover, the volume resistivity of the member for electrical connection can be effectively reduced by providing the second Cu layer composed of Cu or Cu alloy having a low volume resistivity.

本発明によれば、上記のように、熱膨張に起因して電気接続部分に損傷が生じるのを抑制しつつ、電気接続部分において十分な接続強度で接続することが可能な電気接続用部材、その電気接続用部材を用いた電気接続構造およびその電気接続用部材の製造方法を提供することができる。   According to the present invention, as described above, an electrical connection member that can be connected with sufficient connection strength at the electrical connection portion while suppressing damage to the electrical connection portion due to thermal expansion, An electrical connection structure using the electrical connection member and a method of manufacturing the electrical connection member can be provided.

本発明の第1実施形態による電気接続用部材を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the member for electrical connection by 1st Embodiment of this invention. 図1の700−700線に沿った断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line 700-700 in FIG. 本発明の第1実施形態による電気接続構造を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the electrical connection structure by 1st Embodiment of this invention. 図3の710−710線に沿った断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line 710-710 in FIG. 本発明の第1実施形態による電気接続用部材の製造プロセスを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing process of the member for electrical connection by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による電気接続用部材の製造プロセスのうち、プレス工程(プレス前)を説明するための模式断面図である。It is a schematic cross section for demonstrating a press process (before press) among the manufacturing processes of the member for electrical connection by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による電気接続用部材の製造プロセスのうち、プレス工程(プレス後)を説明するための模式断面図である。It is a schematic cross section for demonstrating a press process (after a press) among the manufacturing processes of the member for electrical connection by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による電気接続用部材の製造プロセスのうち、トリミング工程を説明するための模式断面図である。It is a schematic cross section for demonstrating a trimming process among the manufacturing processes of the member for electrical connection by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による電気接続用部材を用いた電気接続構造の製造プロセスを説明するための模式断面図である。It is a schematic cross section for demonstrating the manufacturing process of the electrical connection structure using the member for electrical connection by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による電気接続用部材を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the member for electrical connection by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による電気接続用部材の製造プロセスのうち、エッチング工程を説明するための模式斜視図である。It is a model perspective view for demonstrating an etching process among the manufacturing processes of the member for electrical connection by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態による電気接続用部材を示した斜視図である。It is the perspective view which showed the member for electrical connection by 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態の変形例による電気接続用部材を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the member for electrical connection by the modification of 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の変形例による電気接続用部材を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the member for electrical connection by the modification of 1st Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
まず、図1および図2を参照して、本発明の第1実施形態による電気接続用部材1の構造について説明する。
(First embodiment)
First, the structure of the electrical connection member 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

[電気接続用部材の構造]
本発明の第1実施形態による電気接続用部材1は、一の接続対象部材(たとえば、図3に示すリードフレーム2)と他の接続対象部材(たとえば、図3に示す半導体素子3)とを電気的に接続するための部材である。なお、電気接続用部材1の厚み方向(Z方向)の最大長さ(最大厚み)は、通電量等に適するように設定可能で、たとえば0.01mm〜2.0mmであるものの、この最大厚みには限定されない。たとえば、パワーモジュールなど通電量が大きな用途に適用する場合は、電気接続用部材1の最大長さ(最大厚み)は0.1mm以上1.0mm以下であるのが好ましい。
[Structure of electrical connection members]
The electrical connection member 1 according to the first embodiment of the present invention includes one connection target member (for example, the lead frame 2 shown in FIG. 3) and another connection target member (for example, the semiconductor element 3 shown in FIG. 3). It is a member for electrical connection. In addition, although the maximum length (maximum thickness) of the thickness direction (Z direction) of the member 1 for electrical connection can be set so that it may be suitable for the amount of energization etc., for example, it is 0.01 mm-2.0 mm, but this maximum thickness It is not limited to. For example, when applied to an application with a large energization amount such as a power module, it is preferable that the maximum length (maximum thickness) of the electrical connection member 1 is 0.1 mm or more and 1.0 mm or less.

電気接続用部材1は、図1に示すように、板状のクラッド材10から構成されている。クラッド材10は、低熱膨張のFe合金またはNi材から構成された低熱膨張層11と、低熱膨張層11の厚み方向(Z方向)の一方側(Z1側)の一方表面11aに積層および接合されたCu層12と、低熱膨張層11の厚み方向の他方側(Z2側)の他方表面11bに積層および接合されたCu層13との3層構造のクラッド材10である。なお、Cu層12およびCu層13は、CuまたはCu合金から構成されている。また、低熱膨張層11とCu層12との界面Iaおよび低熱膨張層11とCu層13との界面Ibでは、互いの層を構成する元素が拡散して原子レベルで接合されている。なお、Cu層12およびCu層13は、それぞれ、特許請求の範囲の「第1Cu層」および「第2Cu層」の一例である。   As shown in FIG. 1, the electrical connection member 1 is composed of a plate-like clad material 10. The clad material 10 is laminated and bonded to a low thermal expansion layer 11 made of a low thermal expansion Fe alloy or Ni material, and one surface 11a on one side (Z1 side) in the thickness direction (Z direction) of the low thermal expansion layer 11. This is a clad material 10 having a three-layer structure including a Cu layer 12 and a Cu layer 13 laminated and bonded to the other surface 11b on the other side (Z2 side) in the thickness direction of the low thermal expansion layer 11. The Cu layer 12 and the Cu layer 13 are made of Cu or Cu alloy. In addition, at the interface Ia between the low thermal expansion layer 11 and the Cu layer 12 and the interface Ib between the low thermal expansion layer 11 and the Cu layer 13, the elements constituting each other layer are diffused and bonded at the atomic level. The Cu layer 12 and the Cu layer 13 are examples of the “first Cu layer” and the “second Cu layer” in the claims, respectively.

低熱膨張層11は、Cu層12を構成するCuまたはCu合金よりも室温から300℃までの平均熱膨張係数が小さなFe合金またはNi材から構成されている。好ましくは、低熱膨張層11は、室温(30℃)から300℃までの平均熱膨張係数が15×10-6/K以下のFe合金から構成されている。なお、CuまたはCu合金の一例としてのC1020(無酸素銅)における室温から300℃までの平均熱膨張係数は、約17×10-6/Kである。 The low thermal expansion layer 11 is made of an Fe alloy or Ni material having a smaller average thermal expansion coefficient from room temperature to 300 ° C. than Cu or Cu alloy constituting the Cu layer 12. Preferably, the low thermal expansion layer 11 is made of an Fe alloy having an average thermal expansion coefficient of 15 × 10 −6 / K or less from room temperature (30 ° C.) to 300 ° C. In addition, the average thermal expansion coefficient from room temperature to 300 ° C. in C1020 (oxygen-free copper) as an example of Cu or Cu alloy is about 17 × 10 −6 / K.

なお、室温から300℃までの平均熱膨張係数が15×10-6/K以下のFe合金として、たとえば、Ni−Co−Fe合金、Ni−Fe合金、Ni−Cr−Fe合金およびNi−Cr−Co−Fe合金、あるいはJIS規格に規定されるSUS410、SUS430、SUS444など一部のフェライト系ステンレス鋼などが挙げられるものの、これらのFe合金には限定されない。 Examples of Fe alloys having an average thermal expansion coefficient from room temperature to 300 ° C. of 15 × 10 −6 / K or less include, for example, Ni—Co—Fe alloys, Ni—Fe alloys, Ni—Cr—Fe alloys, and Ni—Cr. -Co-Fe alloys, or some ferritic stainless steels such as SUS410, SUS430, and SUS444 defined in JIS standards, are not limited to these Fe alloys.

ここで、Ni−Co−Fe合金としては、たとえば、29質量%のNi(ニッケル)、17質量%のCo(コバルト)、微量含有物、不可避不純物および残部Feからなる29Ni−17Co−Fe合金などが挙げられる。なお、29Ni−17Co−Fe合金の室温から300℃までの平均熱膨張係数は、約5×10-6/Kである。 Here, as the Ni—Co—Fe alloy, for example, 29 mass% Ni (nickel), 17 mass% Co (cobalt), a trace amount content, unavoidable impurities and 29Ni-17Co—Fe alloy composed of the remainder Fe, etc. Is mentioned. The average thermal expansion coefficient of the 29Ni-17Co—Fe alloy from room temperature to 300 ° C. is about 5 × 10 −6 / K.

また、Ni−Fe合金としては、たとえば、36質量%のNi、微量含有物、不可避不純物および残部Feからなる36合金および42質量%のNi、微量含有物、不可避不純物および残部Feからなる42合金などが挙げられる。なお、36合金の室温から300℃までの平均熱膨張係数は、約2×10-6/K以下である。 Further, as the Ni-Fe alloy, for example, 36 mass% of Ni, a trace content, 36 alloy composed of inevitable impurities and the balance Fe, and 42 mass% of Ni, trace content, inevitable impurities and the balance Fe consisting of 42 alloys Etc. The average thermal expansion coefficient of the 36 alloy from room temperature to 300 ° C. is about 2 × 10 −6 / K or less.

また、Ni−Cr−Fe合金としては、たとえば、42質量%のNi、6質量%のCr(クロム)、微量含有物、不可避不純物および残部Feを含有するFe合金などが挙げられる。なお、上記組成のFe合金の室温から300℃までの平均熱膨張係数は、約8×10-6/Kである。 Examples of the Ni—Cr—Fe alloy include an Fe alloy containing 42% by mass of Ni, 6% by mass of Cr (chromium), a trace content, inevitable impurities, and the balance Fe. The average thermal expansion coefficient of the Fe alloy having the above composition from room temperature to 300 ° C. is about 8 × 10 −6 / K.

また、Ni−Cr−Co−Fe合金としては、たとえば、29質量%のNi、4質量%以上10質量%以下のCr、17質量%のCo、微量含有物、不可避不純物および残部Feを含有するFe合金などが挙げられる。なお、上記組成のFe合金の室温から300℃までの平均熱膨張係数は、約6×10-6/Kである。 In addition, the Ni—Cr—Co—Fe alloy contains, for example, 29 mass% Ni, 4 mass% to 10 mass% Cr, 17 mass% Co, trace content, inevitable impurities, and the balance Fe. Fe alloy etc. are mentioned. The average thermal expansion coefficient of the Fe alloy having the above composition from room temperature to 300 ° C. is about 6 × 10 −6 / K.

また、Fe合金として、一部のフェライト系ステンレス鋼が挙げられる。たとえば、室温から300℃までの平均熱膨張係数は、SUS410において約10×10-6/Kであり、SUS430において約11×10-6/Kであり、SUS444において約10×10-6/Kである。 Moreover, some ferritic stainless steel is mentioned as Fe alloy. For example, the average thermal expansion coefficient of up to 300 ° C. from room temperature is about 10 × 10 -6 / K in the SUS410 is about 11 × 10 -6 / K in SUS430, about 10 in SUS444 × 10 -6 / K It is.

また、Ni材としては、純Ni、および30質量%のCuと残部Niとを含有するモネルメタルなどが挙げられる。なお、純Niの室温から300℃までの平均熱膨張係数は約13×10-6/Kであり、モネルメタルは約12×10-6/Kである。 Examples of the Ni material include pure Ni and monel metal containing 30% by mass of Cu and the balance Ni. The average thermal expansion coefficient of pure Ni from room temperature to 300 ° C. is about 13 × 10 −6 / K, and Monel metal is about 12 × 10 −6 / K.

低熱膨張層11のFe合金またはNi材は、電気接続用部材1の仕様等に合わせて適宜選択することが可能である。たとえば、低熱膨張層11の耐食性を向上させたい場合には、低熱膨張層11をCrを含有するFe合金や純Niから構成するのがよい。また、たとえば、電気接続用部材1の熱膨張を十分に抑制させたい場合には、低熱膨張層11を熱膨張係数が特に小さい29Ni−17Co−Fe合金および36合金などから構成するのがよい。   The Fe alloy or Ni material of the low thermal expansion layer 11 can be appropriately selected according to the specifications of the electrical connection member 1 and the like. For example, when it is desired to improve the corrosion resistance of the low thermal expansion layer 11, the low thermal expansion layer 11 is preferably composed of an Fe alloy containing Cr or pure Ni. For example, when it is desired to sufficiently suppress the thermal expansion of the electrical connection member 1, the low thermal expansion layer 11 is preferably composed of 29Ni-17Co—Fe alloy and 36 alloy having a particularly small thermal expansion coefficient.

Cu層12および13は、電気伝導性の高いCuまたはCu合金から構成されている。Cu層12および13を構成するCuとしては、JIS H3100に規定されたC1020(無酸素銅)、C1100(タフピッチ銅)およびC1220(りん脱酸銅)などのC1000系を用いることが可能である。また、Cu層12および13を構成するCu合金としては、JIS H3100に規定されたC2000系などを用いることが可能である。   The Cu layers 12 and 13 are made of Cu or Cu alloy having high electrical conductivity. As Cu constituting the Cu layers 12 and 13, C1000 such as C1020 (oxygen-free copper), C1100 (tough pitch copper) and C1220 (phosphorus deoxidized copper) defined in JIS H3100 can be used. Further, as a Cu alloy constituting the Cu layers 12 and 13, a C2000 system defined in JIS H3100 can be used.

これにより、電気接続用部材1に電流が流された際に、クラッド材10の表層に位置するCu層12において主に電流が流れることによって、電気接続用部材1における電気伝導性が向上されている。   Thereby, when an electric current is passed through the electrical connection member 1, the electrical conductivity in the electrical connection member 1 is improved by the current flowing mainly in the Cu layer 12 located on the surface layer of the clad material 10. Yes.

ここで、第1実施形態では、クラッド材10のCu層12側(Z1側)の表面14には、第1表面14aと、段差部15を介して第1表面14aと接続され、第1表面14aよりも低熱膨張層11側(Z2側)に位置する第2表面14bとが形成されている。つまり、クラッド材10は、第1表面14aと第2表面14bとのZ方向の高さ位置が異なるように形成されている。なお、第1表面14aの高さ位置および第2表面14bの高さ位置は、接続対象部材のZ方向の大きさ等に基づいて適宜調整することが可能である。   Here, in the first embodiment, the surface 14 on the Cu layer 12 side (Z1 side) of the clad material 10 is connected to the first surface 14a and the first surface 14a via the stepped portion 15, and the first surface 14a is connected. A second surface 14b located on the low thermal expansion layer 11 side (Z2 side) than 14a is formed. That is, the cladding material 10 is formed so that the height positions in the Z direction of the first surface 14a and the second surface 14b are different. The height position of the first surface 14a and the height position of the second surface 14b can be appropriately adjusted based on the size of the connection target member in the Z direction and the like.

また、クラッド材10のCu層12とは反対側(Z2側)の表面(クラッド材10のCu層13側の表面)16は、段差部が形成されておらず、略全面に亘って平坦面状に形成されている。この結果、第1表面14a側(X1側)のクラッド材10の厚みは、第2表面14b側(X2側)のクラッド材10の厚みよりも大きい。また、第1表面14a側のクラッド材10のZ方向の厚みに対する低熱膨張層11、Cu層12およびCu層13の厚みの比率(厚み比率)は、第2表面14b側のクラッド材10のZ方向の厚みに対する低熱膨張層11、Cu層12およびCu層13の厚みの比率(厚み比率)と略等しい。   Further, the surface 16 (the surface on the Cu layer 13 side of the clad material 10) 16 on the opposite side (Z2 side) of the clad material 10 is not formed with a step portion, and is a flat surface over substantially the entire surface. It is formed in a shape. As a result, the thickness of the clad material 10 on the first surface 14a side (X1 side) is larger than the thickness of the clad material 10 on the second surface 14b side (X2 side). The ratio (thickness ratio) of the thickness of the low thermal expansion layer 11, the Cu layer 12 and the Cu layer 13 to the thickness in the Z direction of the cladding material 10 on the first surface 14a side is the Z of the cladding material 10 on the second surface 14b side. It is substantially equal to the ratio (thickness ratio) of the thickness of the low thermal expansion layer 11, the Cu layer 12, and the Cu layer 13 to the thickness in the direction.

段差部15は、Y方向に沿って延びるように形成されている。そして、クラッド材10では、段差部15において、X1側からX2側に向かって連続的にクラッド材10の厚みが変化するように構成されている。この際、クラッド材10の低熱膨張層11、Cu層12および13も、段差部15において、X1側からX2側に向かって連続的に厚みが変化するように構成されている。なお、段差部15におけるZ方向の変形量が大きいCu層12において、第1表面14a側のCu層12と第2表面14b側のCu層12とが連続的に接続されているのが好ましい。つまり、Cu層12が離断せず、Cu層12に割れおよび穴などの欠陥が形成されていないことが好ましい。これにより、電気接続用部材1の電気伝導性が低下するのを抑制することが可能である。なお、Cu層12の一部分(たとえば、Cu層12の50%未満)であれば、欠陥が許容されることがある。   The step portion 15 is formed so as to extend along the Y direction. And in the clad material 10, in the level | step-difference part 15, it is comprised so that the thickness of the clad material 10 may change continuously toward the X2 side from the X1 side. At this time, the low thermal expansion layer 11 and the Cu layers 12 and 13 of the clad material 10 are also configured to continuously change in thickness from the X1 side to the X2 side in the step portion 15. In addition, in the Cu layer 12 having a large amount of deformation in the Z direction in the step portion 15, it is preferable that the Cu layer 12 on the first surface 14a side and the Cu layer 12 on the second surface 14b side are continuously connected. That is, it is preferable that the Cu layer 12 is not cut off, and defects such as cracks and holes are not formed in the Cu layer 12. Thereby, it is possible to suppress that the electrical conductivity of the member 1 for electrical connection falls. In addition, if it is a part of Cu layer 12 (for example, less than 50% of Cu layer 12), a defect may be permitted.

また、クラッド材10の反りを抑制するために、Cu層12とCu層13とは、Z方向において、低熱膨張層11に対して同一の厚み比率であるのが好ましい。さらに、クラッド材10の反りを抑制するために、Cu層12とCu層13とは、延性が等しい同一の組成のCuまたはCu合金からなるのが好ましい。   In order to suppress warping of the clad material 10, it is preferable that the Cu layer 12 and the Cu layer 13 have the same thickness ratio with respect to the low thermal expansion layer 11 in the Z direction. Further, in order to suppress warping of the clad material 10, the Cu layer 12 and the Cu layer 13 are preferably made of Cu or Cu alloy having the same composition with the same ductility.

ここで、クラッド材10の各層の厚み比率(低熱膨張層11の厚みt1:Cu層12の厚みt2:Cu層13の厚みt3)としては、たとえば、1:1:1、1:2:1、1:3:1、1:8:1などが挙げられる。なお、各層の厚み比率はクラッド材10における熱膨張量と体積抵抗率とのバランスを考慮して設定することが可能である。また、低熱膨張層11の厚みt1は、クラッド材10の厚みt4に対して25%以上であるのが好ましい。なお、低熱膨張層11の厚みt1がクラッド材10の厚みt4に対して25%である場合、厚み比率は、1.5:1:1.5になる。   Here, as the thickness ratio of each layer of the cladding material 10 (thickness t1 of the low thermal expansion layer 11: thickness t2 of the Cu layer 12: thickness t3 of the Cu layer 13), for example, 1: 1: 1 and 1: 2: 1. 1: 3: 1, 1: 8: 1, and the like. The thickness ratio of each layer can be set in consideration of the balance between the thermal expansion amount and the volume resistivity in the clad material 10. The thickness t1 of the low thermal expansion layer 11 is preferably 25% or more with respect to the thickness t4 of the clad material 10. When the thickness t1 of the low thermal expansion layer 11 is 25% with respect to the thickness t4 of the cladding material 10, the thickness ratio is 1.5: 1: 1.5.

ここで、低熱膨張層11が36合金から構成され、Cu層12および13が純Cu(室温から300℃までの平均熱膨張係数:約17×10-6/K、体積抵抗率:約1.7×10-8Ω・m)から構成される場合を想定する。この際、厚み比率が1:1:1である場合には、クラッド材10の室温から300℃までの平均熱膨張係数は、約11×10-6/Kになるとともに、クラッド材10の体積抵抗率は、約2.2×10-8Ω・mになる。また、厚み比率が1:3:1である場合には、クラッド材10の室温から300℃までの平均熱膨張係数は、約7×10-6/Kになるとともに、クラッド材10の体積抵抗率は、約4.1×10-8Ω・mになる。また、厚み比率が1:8:1である場合には、クラッド材10の室温から300℃までの平均熱膨張係数は、約4×10-6/Kになるとともに、クラッド材10の体積抵抗率は、約7.8×10-8Ω・mになる。 Here, the low thermal expansion layer 11 is made of 36 alloy, and the Cu layers 12 and 13 are pure Cu (average thermal expansion coefficient from room temperature to 300 ° C .: about 17 × 10 −6 / K, volume resistivity: about 1. 7 × 10 −8 Ω · m) is assumed. At this time, when the thickness ratio is 1: 1: 1, the average thermal expansion coefficient of the cladding material 10 from room temperature to 300 ° C. is about 11 × 10 −6 / K, and the volume of the cladding material 10 is The resistivity is about 2.2 × 10 −8 Ω · m. When the thickness ratio is 1: 3: 1, the average thermal expansion coefficient of the cladding material 10 from room temperature to 300 ° C. is about 7 × 10 −6 / K, and the volume resistance of the cladding material 10 is The rate is about 4.1 × 10 −8 Ω · m. When the thickness ratio is 1: 8: 1, the average thermal expansion coefficient of the cladding material 10 from room temperature to 300 ° C. is about 4 × 10 −6 / K, and the volume resistance of the cladding material 10 is The rate is about 7.8 × 10 −8 Ω · m.

また、低熱膨張層11が42合金から構成され、Cu層12および13が純Cuから構成される場合を想定する。この際、厚み比率が1:1:1である場合には、クラッド材10の室温から300℃までの平均熱膨張係数は、約12×10-6/Kになるとともに、クラッド材10の体積抵抗率は、約2.5×10-8Ω・mになる。また、厚み比率が1:2:1である場合には、クラッド材10の室温から300℃までの平均熱膨張係数は、約9×10-6/Kになるとともに、クラッド材10の体積抵抗率は、約4.1×10-8Ω・mになる。また、厚み比率が1:8:1である場合には、クラッド材10の室温から300℃までの平均熱膨張係数は、約6×10-6/Kになるとともに、クラッド材10の体積抵抗率は、約7.7×10-8Ω・mになる。 Further, it is assumed that the low thermal expansion layer 11 is made of 42 alloy and the Cu layers 12 and 13 are made of pure Cu. At this time, when the thickness ratio is 1: 1: 1, the average thermal expansion coefficient of the cladding material 10 from room temperature to 300 ° C. is about 12 × 10 −6 / K, and the volume of the cladding material 10 is The resistivity is about 2.5 × 10 −8 Ω · m. When the thickness ratio is 1: 2: 1, the average thermal expansion coefficient of the cladding material 10 from room temperature to 300 ° C. is about 9 × 10 −6 / K, and the volume resistance of the cladding material 10 is The rate is about 4.1 × 10 −8 Ω · m. When the thickness ratio is 1: 8: 1, the average thermal expansion coefficient of the cladding material 10 from room temperature to 300 ° C. is about 6 × 10 −6 / K, and the volume resistance of the cladding material 10 is The rate is about 7.7 × 10 −8 Ω · m.

また、低熱膨張層11が29Ni−17Co−Fe合金から構成され、Cu層12および13が純Cuから構成される場合を想定する。この際、厚み比率が1:1:1である場合には、クラッド材10の室温から300℃までの平均熱膨張係数は、約10×10-6/Kになるとともに、クラッド材10の体積抵抗率は、約2.5×10-8Ω・mになる。また、厚み比率が1:2:1である場合には、クラッド材10の室温から300℃までの平均熱膨張係数は、約6×10-6/Kになるとともに、クラッド材10の体積抵抗率は、約4.1×10-8Ω・mになる。また、厚み比率が1:8:1である場合には、クラッド材10の室温から300℃までの平均熱膨張係数は、約3×10-6/Kになるとともに、クラッド材10の体積抵抗率は、約7.8×10-8Ω・mになる。 Further, it is assumed that the low thermal expansion layer 11 is made of 29Ni-17Co—Fe alloy and the Cu layers 12 and 13 are made of pure Cu. At this time, when the thickness ratio is 1: 1: 1, the average thermal expansion coefficient of the cladding material 10 from room temperature to 300 ° C. is about 10 × 10 −6 / K, and the volume of the cladding material 10 is The resistivity is about 2.5 × 10 −8 Ω · m. When the thickness ratio is 1: 2: 1, the average thermal expansion coefficient of the cladding material 10 from room temperature to 300 ° C. is about 6 × 10 −6 / K, and the volume resistance of the cladding material 10 is The rate is about 4.1 × 10 −8 Ω · m. When the thickness ratio is 1: 8: 1, the average thermal expansion coefficient of the cladding material 10 from room temperature to 300 ° C. is about 3 × 10 −6 / K, and the volume resistance of the cladding material 10 is The rate is about 7.8 × 10 −8 Ω · m.

[電気接続構造の構成]
次に、図3および図4を参照して、第1実施形態における電気接続用部材1を用いたパワーモジュール100の一部である電気接続構造100aについて説明する。
[Configuration of electrical connection structure]
Next, an electrical connection structure 100a which is a part of the power module 100 using the electrical connection member 1 in the first embodiment will be described with reference to FIGS.

電気接続用部材1は、たとえば、図3および図4に示すように、リードフレーム2と、スイッチング素子などの半導体素子3とが接続されたパワーモジュール100の一部である電気接続構造100aに用いられる。電気接続用部材1は、図1および図2に示す状態から、Cu層12側の表面14が下方(Z2側)にCu層13側の表面16が上方(Z1側)に位置するように反転した状態で、リードフレーム2の上面(Z1側の面)および半導体素子3の上面に配置されている。なお、リードフレーム2および半導体素子3は、特許請求の範囲の「接続対象部材」の一例である。   For example, as shown in FIGS. 3 and 4, the electrical connection member 1 is used in an electrical connection structure 100 a that is a part of a power module 100 to which a lead frame 2 and a semiconductor element 3 such as a switching element are connected. It is done. The electrical connection member 1 is inverted from the state shown in FIGS. 1 and 2 so that the surface 14 on the Cu layer 12 side is located below (Z2 side) and the surface 16 on the Cu layer 13 side is located above (Z1 side). In this state, the lead frame 2 is disposed on the upper surface (the surface on the Z1 side) and the upper surface of the semiconductor element 3. The lead frame 2 and the semiconductor element 3 are examples of the “member to be connected” in the claims.

リードフレーム2は、半導体素子3が上面に配置される第1部分2aと、半導体素子3が配置されない第2部分2bとに分割されている。ここで、電気接続用部材1の段差部15は、半導体素子3の厚み(Z方向の長さ)と略等しいZ方向の長さを有するように形成されているのが好ましい。   The lead frame 2 is divided into a first portion 2a where the semiconductor element 3 is disposed on the upper surface and a second portion 2b where the semiconductor element 3 is not disposed. Here, the step portion 15 of the electrical connection member 1 is preferably formed to have a length in the Z direction substantially equal to the thickness (length in the Z direction) of the semiconductor element 3.

そして、電気接続構造100aでは、電気接続用部材1がリードフレーム2および半導体素子3と接続材4を介して接続されていることによって、リードフレーム2と半導体素子3とが電気接続用部材1を介して電気的に接続されている。具体的には、電気接続用部材1の第1表面14aの電気接続部分E1において、電気接続用部材1とリードフレーム2とが接続材4を介して接続されている。また、電気接続用部材1の第2表面14bの電気接続部分E2において、電気接続用部材1と半導体素子3とが接続材4を介して接続されている。   In the electrical connection structure 100a, the electrical connection member 1 is connected to the lead frame 2 and the semiconductor element 3 via the connection material 4, so that the lead frame 2 and the semiconductor element 3 connect the electrical connection member 1 to each other. Is electrically connected. Specifically, the electrical connection member 1 and the lead frame 2 are connected via the connection material 4 at the electrical connection portion E1 of the first surface 14a of the electrical connection member 1. In addition, the electrical connection member 1 and the semiconductor element 3 are connected via the connection material 4 in the electrical connection portion E2 of the second surface 14b of the electrical connection member 1.

ここで、電気接続用部材1の段差部15により、リードフレーム2の上面と半導体素子3の上面とのZ方向の高さ位置の違い(段差)が吸収されることによって、高さ位置の違いの影響を略なくすことが可能である。   Here, the difference in height position is absorbed by the difference in height position (step) in the Z direction between the upper surface of the lead frame 2 and the upper surface of the semiconductor element 3 by the step portion 15 of the electrical connection member 1. Can be substantially eliminated.

また、接続材4は、酸化銀マイクロ粒子および還元剤(たとえば、トリエチレングリコール)を含む接続材ペースト104(図9参照)が熱処理により還元された、Ag(銀)から構成されている。ここで、接続材4は、Agの融点(約960℃)までは略溶融しないので、パワーモジュール100の使用時に、パワーモジュール100がたとえ200℃程度の高温になったとしても、電気接続用部材1とリードフレーム2または半導体素子3との接続を確実に確保することが可能である。この結果、電気接続構造100aにおける高温環境下での機械的強度が向上される。   The connecting material 4 is made of Ag (silver) obtained by reducing a connecting material paste 104 (see FIG. 9) containing silver oxide microparticles and a reducing agent (for example, triethylene glycol) by heat treatment. Here, since the connecting material 4 does not substantially melt up to the melting point of Ag (about 960 ° C.), even when the power module 100 reaches a high temperature of about 200 ° C. when the power module 100 is used, the electrical connecting member 1 and the lead frame 2 or the semiconductor element 3 can be reliably secured. As a result, the mechanical strength of the electrical connection structure 100a under a high temperature environment is improved.

接続材4は、たとえばナノオーダの厚みの層状に形成されている。なお、図4では、接続材4の層の厚み(Z方向の長さ)を誇張して記載している。   The connecting material 4 is formed in a layer shape having a thickness of, for example, nano-order. In FIG. 4, the thickness of the connecting material 4 (length in the Z direction) is exaggerated.

また、電気接続構造100aは、樹脂モールドされていてもよい。これにより、電気接続構造100aを安定的に維持することが可能である。   The electrical connection structure 100a may be resin molded. Thereby, it is possible to maintain the electrical connection structure 100a stably.

[電気接続用部材の製造方法]
次に、図1、図2および図5〜図7を参照して、第1実施形態における電気接続用部材1の製造方法について説明する。
[Method of manufacturing electrical connection member]
Next, with reference to FIG. 1, FIG. 2, and FIGS. 5-7, the manufacturing method of the member 1 for electrical connection in 1st Embodiment is demonstrated.

まず、図5に示すように、CuまたはCu基合金から構成された帯状(板状)のCu材112および113と、Cu材112を構成するCuまたはCu合金よりも室温から300℃までの平均熱膨張係数が小さなFe合金またはNi材から構成された低熱膨張鋼材111とを準備する。なお、低熱膨張鋼材111、Cu材112および113の幅方向(Y方向)の長さは略等しい。そして、低熱膨張鋼材111のZ1側の一方表面にCu材112を配置(積層)するとともに、低熱膨張鋼材111のZ2側の他方表面にCu材113を配置(積層)しながら、圧延ローラ201により連続的に圧延接合を行う(圧延工程)。なお、圧延工程の途中、必要に応じて中間焼鈍を行うことができる。   First, as shown in FIG. 5, strip-like (plate-like) Cu materials 112 and 113 made of Cu or a Cu-based alloy, and an average from room temperature to 300 ° C. than the Cu or Cu alloy constituting the Cu material 112 A low thermal expansion steel material 111 made of an Fe alloy or Ni material having a small thermal expansion coefficient is prepared. In addition, the length of the width direction (Y direction) of the low thermal expansion steel material 111 and the Cu materials 112 and 113 is substantially equal. The Cu roller 112 is disposed (laminated) on one surface on the Z1 side of the low thermal expansion steel material 111 and the Cu roller 113 is disposed (laminated) on the other surface on the Z2 side of the low thermal expansion steel material 111. Continuously roll-join (rolling process). In addition, intermediate annealing can be performed as needed during the rolling process.

これにより、Cu層12と、低熱膨張層11と、Cu層13とがこの順で積層された帯状で、かつ、3層構造のクラッド材110が作製される。この際、同様の延性を有するCu層12とCu層13とが低熱膨張層11を挟み込むように配置されていることによって、クラッド材110がCu層12側またはCu層13側に反るのを抑制することが可能である。   As a result, a clad material 110 having a strip shape and a three-layer structure in which the Cu layer 12, the low thermal expansion layer 11, and the Cu layer 13 are laminated in this order is manufactured. At this time, since the Cu layer 12 and the Cu layer 13 having the same ductility are arranged so as to sandwich the low thermal expansion layer 11, the clad material 110 warps to the Cu layer 12 side or the Cu layer 13 side. It is possible to suppress.

そして、帯状のクラッド材110に対して焼鈍炉202において連続的に熱処理を行うことによって、連続的に拡散焼鈍を行う(拡散焼鈍工程)。これにより、低熱膨張層11とCu層12とが原子レベルで拡散接合されるとともに、低熱膨張層11とCu層13とが原子レベルで拡散接合された、帯状のクラッド材110aが作製される。なお、帯状のクラッド材110aを、電気接続用部材1と幅方向(Y方向、図1参照)の長さが等しくなるように作製してもよいし、電気接続用部材1の幅方向の長さの整数倍などの幅広の大きさになるように作製してもよい。たとえば、帯状のクラッド材110aを整数倍などの幅広の大きさになるように作製する場合、作製されたクラッド材110aに対して電気接続用部材1の幅方向の長さでスリット加工を行えばよい。   Then, continuous annealing is performed on the strip-shaped clad material 110 in the annealing furnace 202 to continuously perform diffusion annealing (diffusion annealing step). As a result, the band-shaped clad material 110a in which the low thermal expansion layer 11 and the Cu layer 12 are diffusion bonded at the atomic level and the low thermal expansion layer 11 and the Cu layer 13 are diffusion bonded at the atomic level is manufactured. The strip-shaped clad material 110a may be made so that the length in the width direction (Y direction, see FIG. 1) is equal to that of the electrical connection member 1, or the width in the width direction of the electrical connection member 1 You may produce so that it may become a width | variety magnitude | size, such as an integer multiple. For example, when the strip-shaped clad material 110a is manufactured to have a wide size such as an integer multiple, if the slit processing is performed on the manufactured clad material 110a with the length in the width direction of the electrical connecting member 1. Good.

そして、帯状のクラッド材110aが搬送方向(X方向)に所定の長さになるように切断される(切断工程)。これにより、複数の個片状のクラッド材110bが作製される。   Then, the strip-shaped clad material 110a is cut to a predetermined length in the transport direction (X direction) (cutting step). Thereby, a plurality of individual clad materials 110b are produced.

ここで、第1実施形態の製造方法では、図6に示すように、複数の個片状のクラッド材110bの各々に対して、たとえばプレスにより塑性加工を行う(プレス工程)。具体的には、プレス機204は、上型205と、下型206と有している。上型205の下面(Z2側の面)は、上方(Z1方向)に向かって窪む凹部205aを有している。凹部205aには、第1表面14a(図2参照)に対応する第1内底面205bと、第1内底面205bよりも下方に位置し、第2表面14b(図2参照)に対応する第2内底面205cと、第1内底面205bと第2内底面205cとを接続する段差部205dとが形成されている。なお、段差部205dの大きさは、接続対象部材間の段差(リードフレーム2および半導体素子3間の段差)を考慮して適宜設定されるものの、段差部205dの傾斜が緩やかであるほど、第1表面14a側のCu層12と第2表面14b側のCu層13とが離断され難くなる。   Here, in the manufacturing method of the first embodiment, as shown in FIG. 6, each of the plurality of individual clad members 110 b is plastically processed by, for example, pressing (pressing process). Specifically, the press machine 204 has an upper mold 205 and a lower mold 206. The lower surface (the surface on the Z2 side) of the upper mold 205 has a recess 205a that is recessed upward (in the Z1 direction). The recess 205a has a first inner bottom surface 205b corresponding to the first surface 14a (see FIG. 2) and a second inner surface located below the first inner bottom surface 205b and corresponding to the second surface 14b (see FIG. 2). An inner bottom surface 205c and a step portion 205d that connects the first inner bottom surface 205b and the second inner bottom surface 205c are formed. The size of the stepped portion 205d is appropriately set in consideration of the stepped portion between the connection target members (stepped portion between the lead frame 2 and the semiconductor element 3). The Cu layer 12 on the first surface 14a side and the Cu layer 13 on the second surface 14b side are not easily separated.

また、下型206の上面(Z1側の面)は、下方(Z2方向)に向かって窪む凹部206aを有している。なお、凹部206aは、クラッド材110bを嵌め込むことが可能なように、クラッド材110bのX方向の長さよりも若干大きくなるように構成されている。また、凹部206aの内底面206bは、上型205の凹部205aとは異なり、平坦面状に形成されている。   Further, the upper surface (the surface on the Z1 side) of the lower mold 206 has a concave portion 206a that is recessed downward (in the Z2 direction). The recess 206a is configured to be slightly larger than the length of the clad material 110b in the X direction so that the clad material 110b can be fitted therein. Further, unlike the recess 205a of the upper mold 205, the inner bottom surface 206b of the recess 206a is formed in a flat surface shape.

また、上型205が最下点に位置した状態(図7参照)において、上型205における凹部205aの第1内底面205bと下型206の内底面206bとの離間距離Lが略クラッド材110bの厚みと略等しくなるように、プレス機204は構成されている。   Further, in the state where the upper mold 205 is positioned at the lowest point (see FIG. 7), the separation distance L between the first inner bottom surface 205b of the recess 205a and the inner bottom surface 206b of the lower mold 206 in the upper mold 205 is approximately the clad material 110b. The press machine 204 is configured to be substantially equal to the thickness of the press.

そして、Cu層12側の表面14が上方に位置するようにクラッド材110bを下型206の凹部206aに配置した状態で、上型205を最下点まで押圧しつつ移動させる。これにより、図7に示すように、クラッド材110bの第2内底面205cおよび段差部205dに対向する部分が押しつぶされる。この結果、Cu層12側(Z1側)の表面14に、第1表面14aと、段差部15を介して第1表面14aに接続し、第1表面14aよりも低熱膨張層11側(Z2側)に位置する第2表面14bとが形成されたクラッド材110cが作製される。また、Cu層12とは反対側(Z2側)の表面16は、凹部206aの内底面206bにより平坦面状に形成される。   Then, the upper mold 205 is moved to the lowest point while the clad material 110b is disposed in the recess 206a of the lower mold 206 so that the surface 14 on the Cu layer 12 side is located above. Thereby, as shown in FIG. 7, the part facing the 2nd inner bottom face 205c and the level | step-difference part 205d of the clad material 110b is crushed. As a result, the surface 14 on the Cu layer 12 side (Z1 side) is connected to the first surface 14a via the first surface 14a and the stepped portion 15, and the lower thermal expansion layer 11 side (Z2 side) than the first surface 14a. The clad material 110c formed with the second surface 14b located at (1) is produced. Further, the surface 16 opposite to the Cu layer 12 (Z2 side) is formed into a flat surface by the inner bottom surface 206b of the recess 206a.

なお、プレス工程において、上型205と下型206との隙間等に低熱膨張層11、Cu層12およびCu層13の一部が流動することによって、余肉(不要部分の一例)として形成される場合がある。そこで、たとえば、図8に示すように、レーザトリミング装置207を用いて、レーザ光により余肉を除去する(トリミング工程)。これにより、図1および図2に示す電気接続用部材1が作製される。   In the pressing step, a part of the low thermal expansion layer 11, the Cu layer 12 and the Cu layer 13 flows in a gap between the upper mold 205 and the lower mold 206, and thereby, it is formed as a surplus (an example of an unnecessary part). There is a case. Therefore, for example, as shown in FIG. 8, a laser trimming device 207 is used to remove the surplus with laser light (trimming process). Thereby, the member 1 for electrical connection shown in FIG. 1 and FIG. 2 is produced.

[電気接続構造の作製方法]
次に、図1〜図4および図9を参照して、第1実施形態における電気接続用部材1を用いたパワーモジュール100の電気接続構造100aの作製方法について説明する。
[Method of manufacturing electrical connection structure]
Next, with reference to FIGS. 1-4 and FIG. 9, the manufacturing method of the electrical connection structure 100a of the power module 100 using the member 1 for electrical connection in 1st Embodiment is demonstrated.

まず、図1および図2に示す電気接続用部材1と、半導体素子3が配置されたリードフレーム2とを準備する。そして、電気接続用部材1とリードフレーム2とを加熱炉208内の載置台208aに配置する。その際、電気接続用部材1を、図1および図2に示す状態から、Cu層12側の表面14が下方(Z2側)にCu層13側の表面16が上方(Z1側)に位置するように反転した状態で、リードフレーム2の上面(Z1側の面)および半導体素子3の上面に配置する。その際、第1表面14aの電気接続部分E1とリードフレーム2の上面との間に、接続材ペースト104を配置するとともに、第2表面14bの電気接続部分E2と半導体素子3の上面との間に、接続材ペースト104を配置する。なお、接続材ペースト104は、酸化銀マイクロ粒子および還元剤(たとえば、トリエチレングリコール)を含んでいる。   First, the electrical connection member 1 shown in FIGS. 1 and 2 and the lead frame 2 on which the semiconductor element 3 is arranged are prepared. Then, the electrical connection member 1 and the lead frame 2 are arranged on the mounting table 208 a in the heating furnace 208. At that time, from the state shown in FIG. 1 and FIG. 2, the surface 14 on the Cu layer 12 side is located below (Z2 side) and the surface 16 on the Cu layer 13 side is located above (Z1 side). In this inverted state, the lead frame 2 is disposed on the upper surface (the surface on the Z1 side) and the upper surface of the semiconductor element 3. At that time, the connecting material paste 104 is disposed between the electrical connection portion E1 of the first surface 14a and the upper surface of the lead frame 2, and between the electrical connection portion E2 of the second surface 14b and the upper surface of the semiconductor element 3. Then, the connecting material paste 104 is disposed. The connecting material paste 104 contains silver oxide microparticles and a reducing agent (for example, triethylene glycol).

そして、電気接続用部材1の平坦面状の表面16を押圧部材209により上方から押圧しながら加熱炉208内の温度を250℃にすることによって、電気接続用部材1に対して熱処理を行う。この際、加熱炉208内は、還元雰囲気(たとえば、水素雰囲気)または、非酸化雰囲気(たとえば、不活性ガス雰囲気または窒素雰囲気)であるのが好ましいものの、大気であってもよい。これにより、接続材ペースト104の還元剤により酸化銀マイクロ粒子の酸化銀が還元されてAgが生成される。そして、生成されたたとえばナノオーダの厚みのAgの層が、第1表面14aの電気接続部分E1とリードフレーム2の上面とを接続するとともに、第2表面14bの電気接続部分E2と半導体素子3の上面とを接続する。なお、この際、平坦面状の表面16が押圧部材209により押圧されることによって、電気接続部分E1およびE2のAgの層(接続材4)に均等な圧力が印加される。その結果、第1表面14aの電気接続部分E1とリードフレーム2の上面とが十分な接続強度により接続されるとともに、第2表面14bの電気接続部分E2と半導体素子3の上面とが十分な接続強度により接続される。これにより、図3および図4に示すパワーモジュール100の電気接続構造100aが作製される。その後、パワーモジュール100の電気接続構造100a部分に樹脂モールドを行ってもよい。   Then, the electrical connection member 1 is heat-treated by setting the temperature in the heating furnace 208 to 250 ° C. while pressing the flat surface 16 of the electrical connection member 1 from above with the pressing member 209. At this time, the inside of the heating furnace 208 is preferably a reducing atmosphere (for example, a hydrogen atmosphere) or a non-oxidizing atmosphere (for example, an inert gas atmosphere or a nitrogen atmosphere), but may be air. Thereby, silver oxide of the silver oxide microparticles is reduced by the reducing agent of the connecting material paste 104 to generate Ag. Then, the generated Ag layer having a thickness of, for example, nano-order connects the electrical connection portion E1 of the first surface 14a and the upper surface of the lead frame 2, and the electrical connection portion E2 of the second surface 14b and the semiconductor element 3 Connect the top surface. At this time, the flat surface 16 is pressed by the pressing member 209, whereby an equal pressure is applied to the Ag layers (connecting material 4) of the electrical connection portions E1 and E2. As a result, the electrical connection portion E1 of the first surface 14a and the upper surface of the lead frame 2 are connected with sufficient connection strength, and the electrical connection portion E2 of the second surface 14b and the upper surface of the semiconductor element 3 are sufficiently connected. Connected by strength. Thereby, the electrical connection structure 100a of the power module 100 shown in FIG. 3 and FIG. 4 is produced. Thereafter, resin molding may be performed on the electrical connection structure 100a portion of the power module 100.

作製されたパワーモジュール100の電気接続構造100aでは、パワーモジュール100の使用時にパワーモジュール100がたとえ200℃程度の高温になったとしても、電気接続用部材1での熱膨張が抑制される。この結果、電気接続部分E1およびE2において、電気接続用部材1と、リードフレーム2または半導体素子3と、接続材4とに亀裂および剥離などの損傷が生じるのを抑制することが可能である。   In the electrical connection structure 100a of the manufactured power module 100, even when the power module 100 reaches a high temperature of about 200 ° C. when the power module 100 is used, thermal expansion in the electrical connection member 1 is suppressed. As a result, in the electrical connection portions E1 and E2, it is possible to suppress the occurrence of damage such as cracks and peeling in the electrical connection member 1, the lead frame 2 or the semiconductor element 3, and the connection material 4.

(第1実施形態の効果)
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of 1st Embodiment)
In the first embodiment, the following effects can be obtained.

第1実施形態では、上記のように、電気接続用部材1が、CuまたはCu合金から構成されるCu層12と、室温から300℃までの平均熱膨張係数がCu層12よりも小さいFe合金またはNi材から構成される低熱膨張層11と、CuまたはCu合金から構成されるCu層13とが接合されたクラッド材10を備える。これにより、電気接続用部材1の通常の使用環境である室温から300℃までの温度範囲において、熱膨張が大きいCuまたはCu合金から構成されるCu層12および13の熱膨張を低熱膨張層11によって抑制することができる。この結果、Cu層12および13と低熱膨張層11とを含むクラッド材10の全体において、熱膨張を小さくすることができるので、電気接続用部材1の電気接続部分E1およびE2に熱膨張に起因する応力が加えられるのを抑制することができる。したがって、熱応力に起因して電気接続部分E1およびE2(接続材4)に亀裂および剥離などの損傷が生じるのを抑制することができる。また、クラッド材10のCu層12側の表面14に、第1表面14aと、段差部15を介して第1表面14aに接続し、第1表面14aよりも低熱膨張層11側に位置する第2表面14bとを形成する。これにより、電気接続用部材1が電気的に接続するリードフレーム2と半導体素子3との間に高さ位置の差(段差)が生じていたとしても、クラッド材10のCu層12側の表面に形成された段差部15により、リードフレーム2と半導体素子3との段差を吸収することができる。この結果、段差の影響を小さくすることができ、段差に起因して圧力を均等に加えられなくなるのを抑制することができるので、電気接続部分E1およびE2において電気接続用部材1とリードフレーム2(半導体素子3)とを十分な接続強度で接続することができる。これらの結果、熱膨張に起因して電気接続用部材1とリードフレーム2(半導体素子3)とが接続材4を介して接続される部分である電気接続部分E1(E2)に損傷が生じるのが抑制しつつ、電気接続部分E1(E2)において十分な接続強度で接続することができる。したがって、高電流が流されることにより、高温になりやすいパワーモジュール100に設けられる電気接続構造100aに、第1実施形態の電気接続用部材1を用いることは特に効果的である。また、クラッド材10の製造時などにおいて、CuまたはCu合金から構成されるCu層12の延性が大きいことに起因してクラッド材10が反るのを、Cu層12と同様のCuまたはCu合金から構成され、かつ、低熱膨張層11のCu層12とは反対側(Z2側)に接合されるCu層13により抑制することができる。また、体積抵抗率の低いCuまたはCu合金から構成されるCu層13を設けることにより、電気接続用部材1の体積抵抗率を効果的に低下させることができる。   In the first embodiment, as described above, the electrical connection member 1 includes a Cu layer 12 made of Cu or a Cu alloy, and an Fe alloy having an average coefficient of thermal expansion from room temperature to 300 ° C. smaller than that of the Cu layer 12. Alternatively, a cladding material 10 is provided in which a low thermal expansion layer 11 made of a Ni material and a Cu layer 13 made of Cu or a Cu alloy are joined. Thereby, in the temperature range from room temperature to 300 ° C. which is a normal use environment of the electrical connecting member 1, the thermal expansion of the Cu layers 12 and 13 made of Cu or Cu alloy having a large thermal expansion is reduced. Can be suppressed. As a result, since the thermal expansion can be reduced in the entire clad material 10 including the Cu layers 12 and 13 and the low thermal expansion layer 11, the electrical connection portions E1 and E2 of the electrical connection member 1 are caused by thermal expansion. It is possible to suppress the stress to be applied. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of damage such as cracks and peeling in the electrical connection portions E1 and E2 (connection material 4) due to thermal stress. Further, the first surface 14a and the first surface 14a are connected to the surface 14 on the Cu layer 12 side of the clad material 10 via the stepped portion 15, and the first surface 14a is located closer to the low thermal expansion layer 11 than the first surface 14a. 2 surfaces 14b. As a result, even if there is a difference in height position (step) between the lead frame 2 and the semiconductor element 3 to which the electrical connection member 1 is electrically connected, the surface of the clad material 10 on the Cu layer 12 side The step 15 formed in the step can absorb the step between the lead frame 2 and the semiconductor element 3. As a result, the effect of the step can be reduced, and the pressure can not be uniformly applied due to the step, so that the electrical connection member 1 and the lead frame 2 at the electrical connection portions E1 and E2 can be suppressed. (Semiconductor element 3) can be connected with sufficient connection strength. As a result, the electrical connection part E1 (E2), which is the part where the electrical connection member 1 and the lead frame 2 (semiconductor element 3) are connected via the connection material 4 due to thermal expansion, is damaged. Can be connected with sufficient connection strength at the electrical connection portion E1 (E2). Therefore, it is particularly effective to use the electrical connection member 1 of the first embodiment for the electrical connection structure 100a provided in the power module 100 that is likely to become high temperature when a high current flows. Further, when the clad material 10 is manufactured, the clad material 10 warps due to the large ductility of the Cu layer 12 made of Cu or Cu alloy. And the Cu layer 13 bonded to the opposite side (Z2 side) of the low thermal expansion layer 11 to the Cu layer 12 can be suppressed. Moreover, the volume resistivity of the electrical connection member 1 can be effectively reduced by providing the Cu layer 13 made of Cu or Cu alloy having a low volume resistivity.

また、第1実施形態では、上記のように、クラッド材10のCu層12側の表面14に、第1表面14aと、段差部15を介して第1表面14aに接続し、第1表面14aよりも低熱膨張層11側に位置する第2表面14bとを形成する。これにより、電気接続用部材1のCu層12側にリードフレーム2および半導体素子3を接続することにより、電気(電流)は電気接続部分E1およびE2に近いCu層12を流れやすいので、十分な接続強度で接続されつつ、電流の流れるCu層12が体積抵抗率の低いCuまたはCu合金から構成されていることにより送電時の電力損失(電力ロス)を小さくすることができる。   In the first embodiment, as described above, the surface 14 of the clad material 10 on the Cu layer 12 side is connected to the first surface 14a via the first surface 14a and the stepped portion 15, and the first surface 14a. 2nd surface 14b located in the low thermal expansion layer 11 side rather than. Thus, by connecting the lead frame 2 and the semiconductor element 3 to the Cu layer 12 side of the electrical connection member 1, electricity (current) can easily flow through the Cu layer 12 near the electrical connection portions E1 and E2. The power loss (power loss) during power transmission can be reduced because the Cu layer 12 through which current flows is made of Cu or Cu alloy having a low volume resistivity while being connected with connection strength.

また、第1実施形態では、上記のように、クラッド材10のCu層12と反対側の表面16は、段差部が形成されておらず平坦面状に形成されている。これにより、電気接続用部材1のCu層12側にリードフレーム2および半導体素子3を接続する際に、平坦面状のCu層12と反対側の表面16から容易に圧力を均等に加えることができる。この結果、電気接続部分E1(E2)において電気接続用部材1とリードフレーム2(半導体素子3)とをより十分な接続強度で接続することができる。   In the first embodiment, as described above, the surface 16 of the clad material 10 on the side opposite to the Cu layer 12 is formed with a flat surface without a stepped portion. Thereby, when connecting the lead frame 2 and the semiconductor element 3 to the Cu layer 12 side of the electrical connection member 1, it is possible to easily apply pressure evenly from the surface 16 on the side opposite to the flat Cu layer 12. it can. As a result, the electrical connection member 1 and the lead frame 2 (semiconductor element 3) can be connected with more sufficient connection strength at the electrical connection portion E1 (E2).

また、第1実施形態では、好ましくは、低熱膨張層11は、室温(30℃)から300℃までの平均熱膨張係数が15×10-6/K以下のFe合金またはNi材から構成されている。このように構成すれば、熱膨張が大きいCuまたはCu合金から構成されるCu層12(13)の熱膨張を、室温から300℃までの平均熱膨張係数が15×10-6/K以下の低熱膨張層11によって効果的に抑制することができる。これにより、電気接続部分E1(E2)に亀裂および剥離などの損傷が生じるのを効果的に抑制することができる。 In the first embodiment, the low thermal expansion layer 11 is preferably made of an Fe alloy or Ni material having an average thermal expansion coefficient of 15 × 10 −6 / K or less from room temperature (30 ° C.) to 300 ° C. Yes. If comprised in this way, the thermal expansion of Cu layer 12 (13) comprised from Cu or Cu alloy with large thermal expansion is 15 * 10 < -6 > / K or less in average thermal expansion coefficient from room temperature to 300 degreeC . The low thermal expansion layer 11 can be effectively suppressed. Thereby, it can suppress effectively that damage, such as a crack and peeling, arises in the electrical connection part E1 (E2).

また、第1実施形態の製造方法では、上記のように、個片状のクラッド材110bの各々に対して、たとえばプレスにより塑性加工を行う。これにより、クラッド材10のCu層12側の表面14に、第1表面14aと、段差部15を介して第1表面14aに接続し、第1表面14aよりも低熱膨張層11側に位置する第2表面14bとを容易に形成することができる。   In the manufacturing method according to the first embodiment, as described above, plastic processing is performed on each piece of the clad material 110b by, for example, pressing. As a result, the surface 14 of the clad material 10 on the Cu layer 12 side is connected to the first surface 14a via the first surface 14a and the stepped portion 15, and is positioned closer to the low thermal expansion layer 11 than the first surface 14a. The second surface 14b can be easily formed.

(第2実施形態)
次に、図10および図11を参照して、本発明の第2実施形態について説明する。この第2実施形態では、上記第1実施形態の電気接続用部材1とは異なり、電気接続用部材301の一部を複数に分割した場合について説明する。なお、上記第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付すことによって説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 10 and FIG. In the second embodiment, unlike the electrical connection member 1 of the first embodiment, a case where a part of the electrical connection member 301 is divided into a plurality of parts will be described. In addition, about the structure similar to the said 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

本発明の第2実施形態の電気接続用部材301では、図10に示すように、クラッド材10の第2表面14b側は、段差部15の延びるY方向に沿って複数(3個)に分割されている。具体的には、クラッド材10の第2表面14b側には、段差部15の近傍からクラッド材10のX2側の端部までX方向に延びる2個の切欠き318aおよび318bが形成されている。この切欠き318aおよび318bは、段差部15の延びるY方向に所定の距離を隔てて形成されている。この結果、クラッド材10の第2表面14b側は、段差部15の延びるY方向に沿って複数に分割されている。したがって、クラッド材10の第2表面14b側には、X方向に突出する3個の電気接続部分E2a、E2bおよびE2cを設けることが可能である。これにより、第1表面14aの電気接続部分E1に配置された1個の一の接続対象部材(リードフレーム2、図3参照)と、第2表面14bの電気接続部分E2a、E2bおよびE2cにそれぞれ配置された3個の他の接続対象部材(半導体素子3、図3参照)とを1個の電気接続用部材301により電気的に接続することが可能である。なお、第2実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態の構成と同様である。   In the electrical connection member 301 according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 10, the second surface 14 b side of the clad material 10 is divided into a plurality (three) along the Y direction in which the step portion 15 extends. Has been. Specifically, two notches 318a and 318b extending in the X direction from the vicinity of the stepped portion 15 to the end portion on the X2 side of the cladding material 10 are formed on the second surface 14b side of the cladding material 10. . The notches 318a and 318b are formed at a predetermined distance in the Y direction in which the step portion 15 extends. As a result, the second surface 14b side of the clad material 10 is divided into a plurality along the Y direction in which the step portion 15 extends. Therefore, it is possible to provide three electrical connection portions E2a, E2b, and E2c protruding in the X direction on the second surface 14b side of the clad material 10. As a result, one connection object member (see lead frame 2 and FIG. 3) disposed on the electrical connection portion E1 of the first surface 14a and the electrical connection portions E2a, E2b, and E2c of the second surface 14b, respectively. It is possible to electrically connect the three other members to be connected (semiconductor element 3, see FIG. 3) arranged by one electrical connection member 301. In addition, the other structure of 2nd Embodiment is the same as that of the said 1st Embodiment.

次に、図10および図11を参照して、第2実施形態における電気接続用部材301の製造方法について説明する。なお、プレス工程までは、上記第1実施形態の製造方法と同一であるので、説明を省略する。   Next, with reference to FIG. 10 and FIG. 11, the manufacturing method of the member 301 for electrical connection in 2nd Embodiment is demonstrated. In addition, since it is the same as the manufacturing method of the said 1st Embodiment until a press process, description is abbreviate | omitted.

第2実施形態における電気接続用部材301の製造方法では、プレス工程後のクラッド材301aに対して、たとえばレーザエッチング処理を行うことにより、2個の切欠き318aおよび318bを形成する(エッチング工程)。具体的には、クラッド材301aにおける2個の切欠き318aおよび318bに対応する部分を、レーザエッチング装置307を用いてエッチングして除去する。これにより、クラッド材10の第2表面14b側に、段差部15の近傍からクラッド材10のX2側の端部までX方向に延びる2個の切欠き318aおよび318bが形成される。この結果、クラッド材10の第2表面14b側は、段差部15の延びるY方向に沿って複数(3個)に分割される。その後、上記第1実施形態の製造方法と同様にトリミング工程を行うことによって、図10に示す電気接続用部材301が作製される。   In the method of manufacturing the electrical connection member 301 in the second embodiment, the two notches 318a and 318b are formed by performing, for example, laser etching on the clad material 301a after the pressing process (etching process). . Specifically, the portions corresponding to the two notches 318 a and 318 b in the clad material 301 a are removed by etching using the laser etching apparatus 307. As a result, two notches 318a and 318b extending in the X direction from the vicinity of the stepped portion 15 to the X2 side end of the clad material 10 are formed on the second surface 14b side of the clad material 10. As a result, the second surface 14b side of the clad material 10 is divided into a plurality (three pieces) along the Y direction in which the step portion 15 extends. Thereafter, a trimming process is performed in the same manner as in the manufacturing method of the first embodiment, whereby the electrical connection member 301 shown in FIG. 10 is manufactured.

(第2実施形態の効果)
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of 2nd Embodiment)
In the second embodiment, the following effects can be obtained.

第2実施形態では、上記のように、電気接続用部材301が、CuまたはCu合金から構成されるCu層12と、室温から300℃までの平均熱膨張係数がCu層12よりも小さいFe合金またはNi材から構成される低熱膨張層11と、CuまたはCu合金から構成されるCu層13とが接合されたクラッド材10を備える。これにより、第1実施形態と同様に、熱膨張に起因して電気接続部分E1およびE2a〜E2cに損傷が生じるのを抑制しつつ、電気接続部分E1およびE2a〜E2cにおいて十分な接続強度で接続することができる。   In the second embodiment, as described above, the electrical connection member 301 includes the Cu layer 12 composed of Cu or a Cu alloy, and the Fe alloy whose average thermal expansion coefficient from room temperature to 300 ° C. is smaller than that of the Cu layer 12. Alternatively, a cladding material 10 is provided in which a low thermal expansion layer 11 made of a Ni material and a Cu layer 13 made of Cu or a Cu alloy are joined. Thus, similarly to the first embodiment, the electrical connection portions E1 and E2a to E2c are connected with sufficient connection strength while suppressing the occurrence of damage to the electrical connection portions E1 and E2a to E2c due to thermal expansion. can do.

また、第2実施形態では、上記のように、クラッド材10の第2表面14b側は、段差部15の延びるY方向に沿って複数(3個)に分割されている。これにより、クラッド材10の第2表面14b側において分割された複数の部分に段差部15の延びるY方向と交差するX方向に突出する複数の電気接続部分E1〜E3が形成されるので、1個の電気接続用部材301により、第1表面14a側に配置された1個の一の接続対象部材と、第2表面14b側に配置された複数の他の接続対象部材とを電気的に接続することができる。この結果、1個の電気接続用部材301により第1表面14a側に配置された1個の一の接続対象部材と第2表面14b側に配置された複数の他の接続対象部材のうちの1個とを電気的に接続する場合と比べて、接続に要する電気接続用部材301の個数を効果的に減少させることができる。なお、第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態の効果と同様である。   In the second embodiment, as described above, the second surface 14 b side of the clad material 10 is divided into a plurality (three) along the Y direction in which the step portion 15 extends. As a result, a plurality of electrical connection portions E1 to E3 projecting in the X direction intersecting with the Y direction in which the stepped portion 15 extends are formed in the plurality of portions divided on the second surface 14b side of the clad material 10. One electrical connection member 301 electrically connects one connection target member arranged on the first surface 14a side and a plurality of other connection target members arranged on the second surface 14b side. can do. As a result, one of the one connection target member disposed on the first surface 14a side by one electrical connection member 301 and one of the plurality of other connection target members disposed on the second surface 14b side. The number of electrical connection members 301 required for connection can be effectively reduced as compared with the case where they are electrically connected. The remaining effects of the second embodiment are similar to those of the aforementioned first embodiment.

(第3実施形態)
次に、図12を参照して、本発明の第3実施形態について説明する。この第3実施形態では、上記第1実施形態の電気接続用部材1の電気接続部分E1およびE2に、それぞれ、めっき層417aおよび417bをさらに設けた場合について説明する。なお、上記第1実施形態と同様の構成については、同一の符号を付すことによって説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, a case will be described in which plating layers 417a and 417b are further provided on the electrical connection portions E1 and E2 of the electrical connection member 1 of the first embodiment, respectively. In addition, about the structure similar to the said 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

本発明の第3実施形態の電気接続用部材401では、図12に示すように、クラッド材10の第1表面14aの電気接続部分E1および第2表面14bの電気接続部分E2には、それぞれ、めっき層417aおよび417bが形成されている。このめっき層417aおよび417bは、金属材料から構成される接続材(たとえば接続材4、図4参照)の濡れ性を向上させるために設けられている。   In the electrical connection member 401 of the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 12, the electrical connection portion E1 of the first surface 14a of the clad material 10 and the electrical connection portion E2 of the second surface 14b are respectively Plating layers 417a and 417b are formed. The plating layers 417a and 417b are provided in order to improve the wettability of a connecting material (for example, the connecting material 4, see FIG. 4) made of a metal material.

具体的には、めっき層417aおよび417bは、Ag、Ag合金、NiまたはNi合金から構成されている。なお、Agから構成されるめっき層417aおよび417bとしては、たとえば、無光沢銀めっき処理によるAgめっき層が挙げられる。また、Ag合金から構成されるめっき層417aおよび417bとしては、たとえば、光沢銀メッキ処理によるAg合金めっき層および電解めっき処理によるCuを含むAg合金めっき層などが挙げられる。また、Niから構成されるめっき層417aおよび417bとしては、たとえば、電解めっき処理によるNiめっき層が挙げられる。また、Ni合金から構成されるめっき層417aおよび417bとしては、たとえば、無電解めっき処理によるNi−P合金めっき層が挙げられる。   Specifically, the plating layers 417a and 417b are made of Ag, an Ag alloy, Ni, or a Ni alloy. In addition, as the plating layers 417a and 417b made of Ag, for example, an Ag plating layer by matte silver plating treatment may be used. Examples of the plating layers 417a and 417b made of an Ag alloy include an Ag alloy plating layer by bright silver plating and an Ag alloy plating layer containing Cu by electrolytic plating. Examples of the plating layers 417a and 417b made of Ni include Ni plating layers formed by electrolytic plating. Examples of the plating layers 417a and 417b made of Ni alloy include Ni-P alloy plating layers formed by electroless plating.

なお、めっき層417aおよび417bの厚みは、接続材の濡れ性を向上させることが可能な最低限度の厚み、たとえば、下地(Cu層12)の影響を受けにくくなる5μm以上の厚みで、製造コストを抑制するために10μm以下の厚みであるのが好ましい。これにより、めっき層417aおよび417bを短時間で形成することができるとともに、めっき層417aおよび417bを構成する材料の消費量を低減することが可能である。   The plating layers 417a and 417b have a minimum thickness that can improve the wettability of the connecting material, for example, a thickness of 5 μm or more that is not easily affected by the base (Cu layer 12). In order to suppress this, the thickness is preferably 10 μm or less. Thereby, the plating layers 417a and 417b can be formed in a short time, and the consumption of the material constituting the plating layers 417a and 417b can be reduced.

なお、第3実施形態のその他の構成は、上記第1実施形態の構成と同様である。また、第3実施形態の電気接続用部材401は、上記第1実施形態の製造方法で作製された電気接続用部材1に対して、所定のめっき処理を行うことにより作製することが可能である。なお、めっき処理の際、めっき層417aおよび417bを形成しない部分にマスクを形成する必要がある。   In addition, the other structure of 3rd Embodiment is the same as that of the said 1st Embodiment. Moreover, the electrical connection member 401 of the third embodiment can be manufactured by performing a predetermined plating process on the electrical connection member 1 manufactured by the manufacturing method of the first embodiment. . In the plating process, it is necessary to form a mask in a portion where the plating layers 417a and 417b are not formed.

(第3実施形態の効果)
第3実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
(Effect of the third embodiment)
In the third embodiment, the following effects can be obtained.

第3実施形態では、上記のように、電気接続用部材401が、CuまたはCu合金から構成されるCu層12と、室温から300℃までの平均熱膨張係数がCu層12よりも小さいFe合金またはNi材から構成される低熱膨張層11と、CuまたはCu合金から構成されるCu層13とが接合されたクラッド材10を備える。これにより、第1実施形態と同様に、熱膨張に起因して電気接続部分E1およびE2に損傷が生じるのを抑制しつつ、電気接続部分E1およびE2において十分な接続強度で接続することができる。   In the third embodiment, as described above, the electrical connection member 401 includes the Cu layer 12 made of Cu or Cu alloy, and the Fe alloy having an average coefficient of thermal expansion from room temperature to 300 ° C. smaller than that of the Cu layer 12. Alternatively, a cladding material 10 is provided in which a low thermal expansion layer 11 made of a Ni material and a Cu layer 13 made of Cu or a Cu alloy are joined. Thereby, similarly to 1st Embodiment, it can connect with sufficient connection intensity | strength in electrical connection part E1 and E2, suppressing generation | occurrence | production of damage to electrical connection part E1 and E2 resulting from thermal expansion. .

また、第3実施形態では、上記のように、クラッド材10の第1表面14aの電気接続部分E1および第2表面14bの電気接続部分E2には、それぞれ、Ag、Ag合金、NiまたはNi合金から構成されるめっき層417aおよび417bが形成されている。これにより、電気接続用部材401と接続対象部材との接続にろう材などの金属材料からなる接続材を用いる場合において、めっき層417aおよび417bにより、接続材の濡れ性を向上させることができる。この結果、接続材により電気接続用部材401と接続対象部材とを確実に接続することができる。なお、第3実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態の効果と同様である。   In the third embodiment, as described above, the electrical connection portion E1 of the first surface 14a of the clad material 10 and the electrical connection portion E2 of the second surface 14b are respectively Ag, Ag alloy, Ni, or Ni alloy. Plating layers 417a and 417b composed of Thereby, when using the connection material which consists of metal materials, such as a brazing material, for the connection of the electrical connection member 401 and the connection object member, the wettability of the connection material can be improved by the plating layers 417a and 417b. As a result, the electrical connection member 401 and the connection target member can be reliably connected by the connection material. The remaining effects of the third embodiment are similar to those of the aforementioned first embodiment.

(第3実施形態の変形例)
次に、図13を参照して、本発明の第3実施形態の変形例について説明する。この第3実施形態の変形例では、上記第3実施形態の電気接続用部材401と異なり、クラッド材10の表面の全面に亘ってめっき層517を設けた場合について説明する。なお、上記第3実施形態と同様の構成については、同一の符号を付すことによって説明を省略する。
(Modification of the third embodiment)
Next, a modification of the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this modification of the third embodiment, a case will be described in which a plating layer 517 is provided over the entire surface of the clad material 10, unlike the electrical connection member 401 of the third embodiment. In addition, about the structure similar to the said 3rd Embodiment, description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

本発明の第3実施形態の変形例の電気接続用部材501では、図13に示すように、クラッド材10の表面の全面に、Ag、Ag合金、NiまたはNi合金から構成されためっき層517が形成されている。つまり、クラッド材10のCu層12側の表面14だけでなく、Cu層12とは反対側の表面16およびクラッド材10の側面にもめっき層517が形成されている。この結果、第1表面14aの全面を電気接続部分として好適に用いることが可能になるとともに、第2表面14bの全面を電気接続部分として好適に用いることが可能になる。   In the electrical connection member 501 of the modification of the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 13, the plating layer 517 made of Ag, Ag alloy, Ni or Ni alloy is formed on the entire surface of the clad material 10. Is formed. That is, the plating layer 517 is formed not only on the surface 14 of the clad material 10 on the Cu layer 12 side but also on the surface 16 opposite to the Cu layer 12 and the side surface of the clad material 10. As a result, the entire first surface 14a can be suitably used as an electrical connection portion, and the entire second surface 14b can be suitably used as an electrical connection portion.

なお、第3実施形態の変形例のその他の構成は、上記第3実施形態の構成と同様である。また、第3実施形態の変形例の電気接続用部材501は、マスクを形成せずにめっき層517を形成する点を除いて、上記第3実施形態の製造方法と同様である。   In addition, the other structure of the modification of 3rd Embodiment is the same as that of the said 3rd Embodiment. The electrical connection member 501 of the modification of the third embodiment is the same as the manufacturing method of the third embodiment except that the plating layer 517 is formed without forming a mask.

(第3実施形態の変形例の効果)
第3実施形態の変形例では、以下のような効果を得ることができる。
(Effects of Modification of Third Embodiment)
In the modification of the third embodiment, the following effects can be obtained.

第3実施形態の変形例では、上記のように、めっき層517は、クラッド材10の全面に形成されている。これにより、めっき層をクラッド材10の表面の一部にのみ形成する場合と異なり、マスクを形成する必要がないので、めっき層517を容易に形成することができる。また、第1表面14aおよび第2表面14bにおいてそれぞれ電気接続部分E1およびE2を広範囲に確保することができるので、接続材により電気接続用部材501と接続対象部材とを確実かつ容易に接続することができる。さらに、CuおよびCrを含有しないFe合金などと比べて耐食性に優れているAg、Ag合金、NiまたはNi合金を用いためっき層517により、クラッド材10の耐食性を向上させることができる。なお、第3実施形態の変形例のその他の効果は、上記第3実施形態の効果と同様である。   In the modification of the third embodiment, the plating layer 517 is formed on the entire surface of the clad material 10 as described above. Thus, unlike the case where the plating layer is formed only on a part of the surface of the clad material 10, it is not necessary to form a mask, and therefore the plating layer 517 can be easily formed. Further, since the electrical connection portions E1 and E2 can be secured in a wide range on the first surface 14a and the second surface 14b, respectively, the electrical connection member 501 and the connection target member can be reliably and easily connected by the connection material. Can do. Furthermore, the corrosion resistance of the clad material 10 can be improved by the plating layer 517 using Ag, Ag alloy, Ni or Ni alloy, which is superior in corrosion resistance compared to an Fe alloy containing no Cu and Cr. The remaining effects of the modification example of the third embodiment are similar to those of the aforementioned third embodiment.

(変形例)
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
(Modification)
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

たとえば、上記第1〜第3実施形態では、クラッド材10がCu層12、低熱膨張層11およびCu層13がこの順に積層された状態で接合された3層構造を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、クラッド材は2層構造または4層構造以上を有するクラッド材であってもよい。たとえば、図14に示す第1実施形態の変形例のように、クラッド材610を、CuまたはCu合金から構成されたCu層12と、室温から300℃までの平均熱膨張係数が第1Cu層よりも小さいFe合金またはNi材から構成される低熱膨張層611とが接合された2層構造を有するクラッド材610から構成してもよい。この場合、低熱膨張層611のCu層12側(Z1側)に段差部15を形成して、電気接続部分E1およびE2(図1参照)をそれぞれ含む第1表面14aおよび第2表面14bを設ける。なお、低熱膨張層611のCu層12とは反対側(Z2側)の表面616は、平坦面状であるのが好ましい。これにより、上記第1〜第3実施形態と異なり熱膨張しやすい第2Cu層を設けないので、熱膨張に起因して電気接続部分に損傷が生じるのをより確実に抑制することが可能であると考えられる。   For example, in the first to third embodiments, the clad material 10 has an example of a three-layer structure in which the Cu layer 12, the low thermal expansion layer 11, and the Cu layer 13 are joined in this order. The present invention is not limited to this. In the present invention, the clad material may be a clad material having a two-layer structure or a four-layer structure or more. For example, as in the modification of the first embodiment shown in FIG. 14, the clad material 610 includes a Cu layer 12 composed of Cu or a Cu alloy, and an average thermal expansion coefficient from room temperature to 300 ° C. is higher than that of the first Cu layer. Alternatively, a clad material 610 having a two-layer structure joined to a low thermal expansion layer 611 made of a small Fe alloy or Ni material may be used. In this case, the step portion 15 is formed on the Cu layer 12 side (Z1 side) of the low thermal expansion layer 611 to provide the first surface 14a and the second surface 14b including the electrical connection portions E1 and E2 (see FIG. 1), respectively. . Note that the surface 616 of the low thermal expansion layer 611 opposite to the Cu layer 12 (Z2 side) is preferably flat. As a result, unlike the first to third embodiments, the second Cu layer that easily undergoes thermal expansion is not provided, so that it is possible to more reliably suppress damage to the electrical connection portion due to thermal expansion. it is conceivable that.

また、上記第1実施形態では、帯状のクラッド材110aを搬送方向に所定の長さになるように切断した後に、たとえばプレスにより塑性加工を行うことによって、第1表面14a、第2表面14bおよび段差部15が形成されたクラッド材10を作製した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえばプレスにより塑性加工を行って第1表面、第2表面および段差部が形成された帯状のクラッド材を作製した後に、帯状のクラッド材を搬送方向に所定の長さになるように切断してもよい。これにより、連続的に電気接続用部材を作製することが可能である。この場合、トリミング工程は、プレス工程の後で、かつ、切断工程の前に行うのが好ましい。また、上記第2実施形態においても同様に、たとえばプレスにより塑性加工を行って第1表面、第2表面および段差部が形成された帯状のクラッド材を作製した後に、帯状のクラッド材を搬送方向に所定の長さになるように切断してもよい。この場合、切欠きが形成されるエッチング工程は、プレス工程の後で、かつ、切断工程の前(エッチング工程の前)に行われる。   In the first embodiment, the first surface 14a, the second surface 14b, and the second surface 14b are obtained by cutting the strip-shaped clad material 110a so as to have a predetermined length in the transport direction, and then performing plastic working using a press, for example. Although the example which produced the clad | crud material 10 in which the level | step-difference part 15 was formed was shown, this invention is not limited to this. In the present invention, for example, after forming a strip-shaped clad material having a first surface, a second surface, and a stepped portion by plastic working by pressing, the strip-shaped clad material has a predetermined length in the transport direction. It may be cut into pieces. Thereby, it is possible to produce the electrical connection member continuously. In this case, the trimming process is preferably performed after the pressing process and before the cutting process. Similarly, in the second embodiment, for example, a belt-shaped clad material in which the first surface, the second surface, and the stepped portion are formed by plastic working by pressing, for example, and then the belt-shaped clad material is transported in the transport direction. You may cut | disconnect so that it may become predetermined length. In this case, the etching process in which the notch is formed is performed after the pressing process and before the cutting process (before the etching process).

また、上記第1実施形態では、個片状のクラッド材110bの各々に対して、たとえばプレスにより塑性加工を行うことにより、クラッド材10のCu層12側の表面14に、第1表面14aと、段差部15を介して第1表面14aに接続し、第1表面14aよりも低熱膨張層11側に位置する第2表面14bとを形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、プレス以外の方法により塑性加工を行って、第1表面、第2表面および段差部を形成してもよい。たとえば、クラッド材の第2表面に対応する部分にのみ圧延ロールを用いて圧力を加えることによって厚みを小さくする、いわゆるロール圧下により塑性加工を行うことによって、第1表面、第2表面および段差部を形成してもよい。   In the first embodiment, each of the individual clad members 110b is subjected to plastic working by pressing, for example, so that the surface 14 on the Cu layer 12 side of the clad material 10 has a first surface 14a and An example is shown in which the first surface 14a is connected to the first surface 14a through the step portion 15 and the second surface 14b located on the low thermal expansion layer 11 side with respect to the first surface 14a is formed. However, the present invention is limited to this. Absent. In the present invention, the first surface, the second surface, and the stepped portion may be formed by plastic working by a method other than pressing. For example, the first surface, the second surface, and the stepped portion are formed by performing plastic working by so-called roll reduction to reduce the thickness by applying pressure using a rolling roll only to a portion corresponding to the second surface of the clad material. May be formed.

また、上記第1実施形態では、レーザトリミング装置207を用いて、レーザ光により余肉を除去する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、レーザ光以外の方法により、余肉を除去してもよい。たとえば、プレストリミング装置を用いてプレスを行うことによって余肉を除去してもよいし、所定の距離隔てて配置された複数のカッタの間を通過させて、カッタの間以外の部分の除去すること(いわゆる、スリット加工)によって、余肉を除去してもよい。また、プレス工程後のクラッド材の状況および用途などによっては、余肉を除去しなくてもよい。   Moreover, although the example which removes the surplus with a laser beam using the laser trimming apparatus 207 was shown in the said 1st Embodiment, this invention is not limited to this. In the present invention, the excess wall may be removed by a method other than laser light. For example, the surplus may be removed by pressing using a press trimming device, or a portion other than between the cutters is removed by passing between a plurality of cutters arranged at a predetermined distance. The surplus may be removed by this (so-called slit processing). Moreover, it is not necessary to remove the surplus depending on the situation and application of the clad material after the pressing process.

また、上記第2実施形態では、プレス工程後のクラッド材301aに対して、レーザエッチング処理を行うことにより、2個の切欠き318aおよび318bを形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、レーザエッチング処理以外の処理方法により切欠きを形成してもよい。たとえば、クラッド材の切欠きに対応する部分をプレス機により打抜くことによって、切欠きを形成してもよい。   Further, in the second embodiment, the example in which the two notches 318a and 318b are formed by performing the laser etching process on the clad material 301a after the pressing process has been described. Not limited. In the present invention, the notch may be formed by a processing method other than the laser etching process. For example, the notch may be formed by punching a portion corresponding to the notch of the clad material with a press.

また、上記第2実施形態では、クラッド材10の第2表面14b側を、段差部15の延びるY方向に沿って3個に分割した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、クラッド材の第2表面側を2個または4個以上に分割してもよい。   In the second embodiment, the example in which the second surface 14b side of the clad material 10 is divided into three along the Y direction in which the step portion 15 extends is shown. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, the second surface side of the clad material may be divided into two or four or more.

また、上記第2実施形態では、レーザエッチング処理を行った後にトリミング処理を行う例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、トリミング処理を行った後に、レーザエッチング処理を行ってもよい。   Moreover, although the example which performs a trimming process after performing a laser etching process was shown in the said 2nd Embodiment, this invention is not limited to this. In the present invention, the laser etching process may be performed after the trimming process.

また、上記第1実施形態では、酸化銀マイクロ粒子および還元剤を含む接続材ペースト104が熱処理により還元された、Ag(銀)から構成された接続材4を用いて、電気接続用部材1と接続対象部材(リードフレーム2および半導体素子3)とを接続する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、導電性を有していれば接続材の材質は特に限定されない。たとえば、接続材として、半田などの金属材料または導電性を有する接着剤などを用いてもよい。また、レーザ溶接または超音波溶接などにより、電気接続用部材と接続対象部材とを接続してもよい。この場合、電気接続用部材の電気接続部分に第3実施形態のめっき層を形成することにより、該めっき層およびその近傍が溶接熱で溶融することで接続材となるので、電気接続用部材と接続対象部材とを容易に接続することが可能である。   Moreover, in the said 1st Embodiment, using the connection material 4 comprised from Ag (silver) by which the connection material paste 104 containing a silver oxide microparticle and a reducing agent was reduced by heat processing, Although the example which connects a connection object member (the lead frame 2 and the semiconductor element 3) was shown, this invention is not limited to this. In the present invention, the material of the connecting material is not particularly limited as long as it has conductivity. For example, a metal material such as solder or a conductive adhesive may be used as the connecting material. Further, the electrical connection member and the connection target member may be connected by laser welding or ultrasonic welding. In this case, by forming the plating layer of the third embodiment in the electrical connection portion of the electrical connection member, the plating layer and its vicinity are melted by welding heat to become a connection material. It is possible to easily connect the connection target member.

また、上記第1〜第3実施形態では、クラッド材10のCu層12(第1Cu層)とは反対側の表面16を平坦面状に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、クラッド材の第1Cu層とは反対側の表面を平坦面状に形成しなくてもよい。   In the first to third embodiments, the surface 16 opposite to the Cu layer 12 (first Cu layer) of the clad material 10 is shown as a flat surface. However, the present invention is not limited to this. I can't. In the present invention, the surface of the cladding material opposite to the first Cu layer may not be formed into a flat surface.

1、301、401、501、601 電気接続用部材
2 リードフレーム(接続対象部材)
3 半導体素子(接続対象部材)
10、110、610 クラッド材
11、611 低熱膨張層
12 Cu層(第1Cu層)
13 Cu層(第2Cu層)
14 表面(第1Cu層側の表面)
14a 第1表面
14b 第2表面
15 段差部
16、616 表面(第1Cu層とは反対側の表面)
100a 電気接続構造
417a、417b、517 めっき層
1, 301, 401, 501, 601 Electrical connection member 2 Lead frame (member to be connected)
3 Semiconductor elements (members to be connected)
10, 110, 610 Clad material 11, 611 Low thermal expansion layer 12 Cu layer (first Cu layer)
13 Cu layer (second Cu layer)
14 Surface (surface on the 1st Cu layer side)
14a First surface 14b Second surface 15 Stepped portion 16, 616 Surface (surface opposite to the first Cu layer)
100a Electrical connection structure 417a, 417b, 517 Plating layer

Claims (11)

CuまたはCu合金から構成される第1Cu層と、
室温から300℃までの平均熱膨張係数が前記第1Cu層よりも小さいFe合金またはNi材から構成される低熱膨張層と、前記低熱膨張層の前記第1Cu層とは反対側に配置され、CuまたはCu合金から構成される第2Cu層とこの順に接合されたクラッド材を備え、
前記クラッド材の前記第1Cu層側の表面には、第1表面と、段差部を介して前記第1表面に接続し、前記第1表面よりも前記低熱膨張層側に位置する第2表面とが形成されており、
前記第1表面および前記第2表面は、電気接続部分を有し、
前記第1表面側の前記クラッド材の厚みは、前記第2表面側の前記クラッド材の厚みよりも大きく、前記第1表面側の前記クラッド材の厚みに対する前記低熱膨張層、前記第1Cu層および前記第2Cu層の厚みの比率は、前記第2表面側の前記クラッド材の厚みに対する前記低熱膨張層、前記第1Cu層および前記第2Cu層の厚みの比率と略等しい、電気接続用部材。
A first Cu layer composed of Cu or a Cu alloy;
A low thermal expansion layer composed of an Fe alloy or Ni material having an average thermal expansion coefficient from room temperature to 300 ° C. smaller than that of the first Cu layer, and the low thermal expansion layer on the opposite side of the first Cu layer; Or a clad material in which a second Cu layer composed of a Cu alloy is joined in this order ,
A surface on the first Cu layer side of the clad material is connected to the first surface via a stepped portion, and a second surface located on the low thermal expansion layer side with respect to the first surface, Is formed,
The first surface and the second surface have electrical connection portions;
The thickness of the clad material of the first surface, the second much larger than the thickness of the surface side of the cladding material, the low thermal expansion layer to the thickness of the clad material of the first surface, the first 1Cu layer And the ratio of the thickness of the second Cu layer is substantially equal to the ratio of the thickness of the low thermal expansion layer, the first Cu layer, and the second Cu layer to the thickness of the cladding material on the second surface side .
前記クラッド材の前記第1Cu層と反対側の表面は、段差部のない平坦面状に形成されている、請求項1に記載の電気接続用部材。   2. The electrical connection member according to claim 1, wherein a surface of the clad material opposite to the first Cu layer is formed in a flat surface shape having no stepped portion. 前記クラッド材の前記第2表面側は、前記段差部の延びる方向に沿って複数に分割されている、請求項1または2に記載の電気接続用部材。 The member for electrical connection according to claim 1 or 2 , wherein the second surface side of the clad material is divided into a plurality along the direction in which the stepped portion extends. 前記低熱膨張層は、室温から300℃までの平均熱膨張係数が15×10−6/K以下のFe合金またはNi材から構成されている、請求項1〜のいずれか1項に記載の電気接続用部材。 The low thermal expansion layer is composed of a Fe alloy or Ni material having an average thermal expansion coefficient of less 15 × 10 -6 / K to 300 ° C. from room temperature, according to any one of claims 1 to 3 Electrical connection member. 記第1表面の前記電気接続部分または前記第2表面の前記電気接続部分の少なくとも一方には、Ag、Ag合金、NiまたはNi合金から構成されるめっき層が形成されている、請求項1〜のいずれか1項に記載の電気接続用部材。 At least one is of the electrical connections of the electrical connecting portion or the second surface before Symbol first surface, Ag, Ag alloy, plated layer formed of Ni or Ni alloy is formed, according to claim 1 The member for electrical connection according to any one of to 4 . 前記めっき層は、前記クラッド材の全面に形成されている、請求項に記載の電気接続用部材。 The member for electrical connection according to claim 5 , wherein the plating layer is formed on the entire surface of the clad material. CuまたはCu合金から構成される第1Cu層と、室温から300℃までの平均熱膨張係数が前記第1Cu層よりも小さいFe合金またはNi材から構成される低熱膨張層と、前記低熱膨張層の前記第1Cu層とは反対側に配置され、CuまたはCu合金から構成される第2Cu層とこの順に接合されたクラッド材を含み、前記クラッド材の前記第1Cu層側の表面には、第1表面と、段差部を介して前記第1表面に接続し、前記第1表面よりも前記低熱膨張層側に位置する第2表面とが形成されており、前記第1表面および前記第2表面は、電気接続部分を有し、前記第1表面側の前記クラッド材の厚みは、前記第2表面側の前記クラッド材の厚みよりも大きく、前記第1表面側の前記クラッド材の厚みに対する前記低熱膨張層、前記第1Cu層および前記第2Cu層の厚みの比率は、前記第2表面側の前記クラッド材の厚みに対する前記低熱膨張層、前記第1Cu層および前記第2Cu層の厚みの比率と略等しい電気接続用部材と、
前記第1表面および前記第2表面の電気接続部分において前記電気接続用部材と接続対象部材とを接続する接続材と、を備える、電気接続構造。
A first Cu layer composed of Cu or Cu alloy, a low thermal expansion layer composed of Fe alloy or Ni material having an average coefficient of thermal expansion from room temperature to 300 ° C. smaller than that of the first Cu layer, and the low thermal expansion layer The clad material is disposed on the opposite side of the first Cu layer and joined with a second Cu layer made of Cu or a Cu alloy in this order, and the surface of the clad material on the first Cu layer side includes A first surface and a second surface that is connected to the first surface via a stepped portion and is located on the low thermal expansion layer side with respect to the first surface; and the first surface and the second surface has an electrical connection portion, to said thickness of said clad material of the first surface, the second much larger than the thickness of the clad material on the surface side, the thickness of the clad material of the first surface The low thermal expansion layer, the first Cu layer and the thickness ratio of the first 2Cu layer, wherein the low thermal expansion layer to the thickness of the clad material of the second surface, the first 1Cu layer and substantially equal to the electrical connection member and the ratio of the thickness of the first 2Cu layer When,
An electrical connection structure comprising: a connection material that connects the electrical connection member and a connection target member at electrical connection portions of the first surface and the second surface.
圧延接合により、CuまたはCu合金から構成される第1Cu層と、室温から300℃までの平均熱膨張係数が前記第1Cu層よりも小さいFe合金またはNi材から構成される低熱膨張層とが少なくとも接合されたクラッド材を作製し、
前記圧延接合による前記クラッド材の作製後に、作製した前記クラッド材に対して塑性加工を行うことにより、前記クラッド材の前記第1Cu層側の表面に、第1表面と、段差部を介して前記第1表面に接続し、前記第1表面よりも前記低熱膨張層側に位置する第2表面とを形成する、電気接続用部材の製造方法。
At least a first Cu layer composed of Cu or Cu alloy by rolling joining and a low thermal expansion layer composed of Fe alloy or Ni material having an average coefficient of thermal expansion from room temperature to 300 ° C. smaller than that of the first Cu layer. Make a bonded clad material,
After the production of the clad material by the rolling bonding, by performing plastic working on the produced clad material, on the surface of the clad material on the first Cu layer side, the first surface and the step portion A method for manufacturing an electrical connection member, wherein the second surface is connected to a first surface and is located closer to the low thermal expansion layer than the first surface.
前記第1表面および前記第2表面を形成した後に、前記第1表面および前記第2表面を形成した際に流動した不要部分を切断して除去する、請求項に記載の電気接続用部材の製造方法。 The electrical connection member according to claim 8 , wherein after forming the first surface and the second surface, an unnecessary portion that flows when the first surface and the second surface are formed is cut and removed. Production method. 前記第1表面および前記第2表面を形成した後に、前記クラッド材の前記第2表面側を、前記段差部の延びる方向に沿って複数に分割する、請求項またはに記載の電気接続用部材の製造方法。 After forming said first surface and said second surface, said second surface of the clad material into a plurality in the direction of extension of the step portion, for electric connection according to claim 8 or 9 Manufacturing method of member. 前記圧延接合により、前記第1Cu層と、前記低熱膨張層と、前記低熱膨張層の前記第1Cu層とは反対側に、CuまたはCu合金から構成される第2Cu層とが接合された前記クラッド材を作製する、請求項10のいずれか1項に記載の電気接続用部材の製造方法。 The clad in which the first Cu layer, the low thermal expansion layer, and the second Cu layer made of Cu or a Cu alloy are bonded to the opposite side of the low thermal expansion layer to the first Cu layer by the rolling bonding. making wood, manufacturing method of the electrical connection member according to any one of claims 8-10.
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