WO2013118422A1 - 半導体装置 - Google Patents

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WO2013118422A1
WO2013118422A1 PCT/JP2012/083926 JP2012083926W WO2013118422A1 WO 2013118422 A1 WO2013118422 A1 WO 2013118422A1 JP 2012083926 W JP2012083926 W JP 2012083926W WO 2013118422 A1 WO2013118422 A1 WO 2013118422A1
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WO
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bus bar
semiconductor device
bar electrode
semiconductor
electrode
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PCT/JP2012/083926
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English (en)
French (fr)
Inventor
秀穂 吉田
Original Assignee
日産自動車株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device having a structure in which a semiconductor module and a bus bar electrode are joined.
  • Patent Documents 1 and 2 Conventionally, as this type of technology, for example, those described in the following documents are known (see Patent Documents 1 and 2).
  • the terminals of the semiconductor modules are bent at a right angle in the vicinity of each semiconductor module and joined.
  • the leading end portion of the conductive bus bar is bent and joined at a right angle similarly to the terminals of the semiconductor module.
  • the tip of the terminal of the semiconductor module and the tip of the conductive bus bar are melt-bonded together by a nugget.
  • connection method and a connection structure for electrical parts that can obtain a good welding result without increasing the line tact and can be mass-produced stably, and a power conversion device using the connection structure.
  • an opening through which the power terminal of the semiconductor module is inserted is provided in a part of the bus bar.
  • the opening is sized in consideration of the positional deviation of the terminals of the semiconductor module, so that the connection reliability can be ensured even when the positional deviation occurs.
  • This provides an easy-to-manufacture power converter with excellent connection reliability between the semiconductor module and the bus bar.
  • connection reliability is ensured by inserting the terminals of the semiconductor module into the opening, the opening is increased as the types of misalignment directions increase.
  • an object of the present invention is to provide a semiconductor device with improved bonding quality between a semiconductor module and a bus bar electrode without causing an increase in size of the configuration. It is in.
  • one of the joint surfaces where the electrode terminal electrically connected to the semiconductor element of the semiconductor module and the bus bar electrode face each other is curved convexly toward the joint surface. It is characterized by being.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a bonded state after welding in the configuration of the semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention and the conventional configuration.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a bonded state after welding in the configuration of the semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention and the conventional
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 10 of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 11 of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG. 1 constitutes a power conversion device used for an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid electric vehicle.
  • This power converter can be suitably used as, for example, an inverter that converts DC power supplied from an in-vehicle battery into AC power that drives an AC motor.
  • a power converter such as an inverter used for driving such an AC motor is configured to include components such as a semiconductor module, a capacitor, and a cooler that are generally called IPM.
  • the semiconductor module is a module in which a power semiconductor element is electrically connected by a combination of a bus bar electrode, a wire bond, and the like, and a thermal circuit is built for thermally connecting heat generated from the element to a cooler.
  • the power semiconductor element is composed of, for example, a transistor, an IGBT, a thyristor, or the like.
  • Input and output bus bar electrodes are connected to each power terminal of the power semiconductor element, and AC power is supplied to the motor via the output bus bar electrodes.
  • the semiconductor device includes the semiconductor module 1 and the two bus bar electrodes 2 described above.
  • two power semiconductor elements 3 are mounted on the semiconductor module 1.
  • power terminals 5 are electrically joined to both main surfaces (upper and lower surfaces in FIG. 1) via a conductive bonding material 4.
  • the power terminal 5 functions as a terminal for inputting and outputting power between the power semiconductor element 3 and, for example, a motor (not shown) of an electric device (not shown) connected to the power semiconductor element 3.
  • Each power semiconductor element 3 is sealed with a sealing resin 6 to be modularized, and one end of each power terminal 5 is exposed outside the sealing resin 6 and drawn out. That is, the power terminal 5 (the lower power terminal in FIG. 1 and hereinafter referred to as the first power terminal 5-1) connected to one main surface (the lower surface in FIG. 1) of each power semiconductor element 3 is One end 7 thereof is exposed outside the sealing resin 6 and drawn out.
  • a power terminal 5 (the upper power terminal in FIG. 1 and hereinafter referred to as a second power terminal 5-2) connected to the other main surface (the upper surface in FIG. 1) of each power semiconductor element 3 is The end is exposed outside the sealing resin 6 and pulled out.
  • a cooler 9 is joined to one main surface (lower surface in FIG. 1) of the semiconductor module 1 via an insulating material 8.
  • the cooler 9 has a function of radiating heat generated in the semiconductor module 1 to cool the semiconductor module 1.
  • the bus bar electrode 2 is composed of, for example, an elongated rod-like conductor or a long thin conductor piece, and functions as an energization wiring path between the semiconductor module 1 and an electric device such as a motor electrically connected to the semiconductor module 1.
  • a conductor constituting the bus bar electrode 2 for example, a metal such as copper, aluminum, or an alloy thereof is used.
  • one bus bar electrode 2 (hereinafter referred to as the first bus bar electrode 2-1) is formed on the other main surface (the upper surface in FIG. 1) of the semiconductor module 1 with the insulating material 10 interposed therebetween. It is joined. One end 11 of the first bus bar electrode 2-1 is disposed and formed to face the end 7 of the first power terminal 5-1.
  • the other bus bar electrode 2 (hereinafter referred to as a second bus bar electrode 2-2) is bonded onto the first bus bar electrode 2-1 via an insulating material 12.
  • the first bus bar electrode 2-1 and the second bus bar electrode 2-2 are disposed so as to be insulated from each other.
  • one end 7 of the first power terminal 5-1 has a convex shape on the one end 11 side of the first bus bar electrode 2-1 that faces the first power terminal 5-1. It is curved. That is, at one end 7 of the first power terminal 5-1, the joint surface facing the one end 11 of the first bus bar electrode 2-1 forms a convex curved surface.
  • one end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 is planar with respect to the curved surface of the one end portion 7 of the first power terminal 5-1 facing (in FIG. It is formed on a surface perpendicular to the main surface direction.
  • the end 11 of the first bus bar electrode 2-1 and the end 7 of the first power terminal 5-1 are arranged in a state where the plane and the curved surface face each other.
  • the thicknesses of the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 and the end portion 7 of the first power terminal 5-1 that are opposed to each other are substantially equal.
  • the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 and the end portion 7 of the first power terminal 5-1 are electrically joined in such an arrangement state by, for example, laser welding.
  • FIG. 2 is a view showing a state of bonding between the opposing electrode and the power terminal.
  • FIGS. 2 (a1 to 4) are cases where both of the bonding surfaces are flat (conventional example), and FIG. 2 (b1 to b4). ) Is a technique employed in the first embodiment, and shows a case where the flat surface and the curved surface face each other.
  • the dimensions of the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 and the end portion 7 of the first power terminal 5-1 to be the joint are, for example, about 10 mm thick and about 8 mm wide.
  • the meltable gap (gap) by laser welding is about 0.2 mm (reference, “Improvement of gap resistance in laser welding of thin steel sheet”, Outline of National Conference of the Japan Welding Society, Vol. 81, 2007-9).
  • region 21 required for welding shall be about (phi) 3 (diameter 3mm), for example.
  • the gap of a joining surface will be about 0.22 mm.
  • the welded region 24 that is actually welded from the above-described meltable gap value is approximately half the area of the joined region 21.
  • the gap 22 is formed on the joint surface as in the conventional example. Therefore, the first bus bar electrode 2-1 and the first bus bar electrode 2-1 are connected by the jig 23 during welding. Clip both ends of 1 power terminal 5-1.
  • the gap of the joint surface in the entire region of the joint region 21 is about 0.2 mm or less as shown in FIG. 2 (b4).
  • the welding region actually welded from the above-described meltable gap value becomes the entire region of the joining region 21. That is, welding is performed in the entire region of the joining region 21.
  • a good bonding equivalent to the case where no gap occurs is obtained, the bonding area is doubled compared to the conventional case shown in FIG. 2 (a4), and the electric resistance is reduced to half.
  • the end 7 of the first power terminal 5-1 is curved in a convex shape, so that the end is clamped.
  • region which can be welded compared with the past can be expanded.
  • the end 7 of the first power terminal 5-1 has a flat plate shape, and the end 11 of the first bus bar electrode 2-1 has the first power terminal 5 at both joint surfaces. The same effect can be obtained even if it is curved in a convex shape toward the end 7 side of -1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the semiconductor device of the second embodiment shown in FIG. 3 is different from the semiconductor device of the first embodiment in that a bent portion 31 and a molten pool 32 are formed in addition to the configuration of the semiconductor device of the first embodiment. Further, the thickness of the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 is formed thinner than the thickness of the end portion 7 of the first power terminal 5-1 facing the end portion 11. .
  • Others are the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the bent portion 31 is formed between a portion of the first power terminal 5-1 sealed with the sealing resin 6 and the end portion 7 exposed from the sealing resin 6.
  • the bent portion 31 has a U-shape, and the concave portion is formed at a position below the junction region between the first bus bar electrode 2-1 and the first power terminal 5-1. That is, the bent portion 31 is provided in a flow path of a melt (molten metal) that is generated when the joint surface between the first bus bar electrode 2-1 and the first power terminal 5-1 is melt-bonded. .
  • the bent portion 31 has a function of absorbing and mitigating an external force generated when both ends of the first bus bar electrode 2-1 and the first power terminal 5-1 are clipped during welding or during welding.
  • the bending part 31 which functions in this way can be provided not only in one place but in multiple places.
  • the molten pool 32 is formed as a concave portion of the bent portion 31, and functions as a tray that receives the molten metal that has flowed out of the joining region during welding.
  • the bending portion 31 absorbs external force generated during clamping or welding. And can be relaxed. As a result, damage to peripheral components such as the power semiconductor element 3 bonded and mounted on the first power terminal 5-1 and the capacitor (not shown) connected to the first bus bar electrode 2-1 is prevented. It can suppress and can improve the reliability of joining.
  • the bent portion 31 functions to stop the molten metal from flowing downward during welding. Thereby, it becomes possible to suppress the outflow diffusion of the molten metal during welding. Furthermore, by forming the molten pool 32 in the bent portion 31, the molten metal is guided and stored in the molten pool 32, so that it is possible to further suppress the outflow diffusion of the molten metal. As a result, damage to peripheral parts due to molten metal can be suppressed, and the reliability of bonding can be improved.
  • the thickness of the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 compared to the first embodiment, the heat capacity necessary for melting during welding is reduced, which is equivalent to the first embodiment. It is possible to obtain a bonding quality of. Even if the thickness of the end 7 of the first power terminal 5-1 is made thinner than the thickness of the end 11 of the first bus bar electrode 2-1, the same effect as described above can be obtained. .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the semiconductor device of the third embodiment shown in FIG. 4 is different from the semiconductor device of the first embodiment in that the shape of the end 11 of the first bus bar electrode 2-1 is a curved shape instead of a flat plate shape. That is.
  • the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 has the same shape and size as the end portion 7 of the first power terminal 5-1 employed in the first embodiment, and the direction of the convex portion is the same direction. Is formed and arranged. That is, the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 is formed so that the opposite side is curved in a convex shape with respect to the end portion 7 of the first power terminal 5-1 that faces the first bus bar electrode 2-1.
  • the opposing surfaces of the first bus bar electrode 2-1 and the first power terminal 5-1 are both curved surfaces.
  • the above-described third embodiment can employ the characteristic technique employed in the second embodiment. That is, a bent portion or a molten pool may be provided, or the thickness of the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 and the end portion 7 of the first power terminal 5-1 may be reduced.
  • FIG. 5 is a front view showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • a feature of the fourth embodiment shown in FIG. 5 is that a bus bar electrode to which a plurality of semiconductor modules adopting the technique described in the first embodiment are commonly joined is integrally formed.
  • the semiconductor module 1 adds a third power terminal 5-3 to the semiconductor module 1 of the first embodiment shown in FIG. 1, and its end 51 is the end 7 of the first power terminal 5-1. It is configured in the same way.
  • the first bus bar electrode 2-1 of the first embodiment shown in FIG. 1 is integrally formed in an annular shape, and is provided with a joint 52 that is joined to the first power terminal 5-1.
  • the second bus bar electrode 2-2 of the first embodiment shown in FIG. 1 is integrally formed in an annular shape concentrically with the first bus bar electrode 2-1 outside the first bus bar electrode 2-1. 3 is connected to the third power terminal 5-3.
  • the first power terminal 5-1 of each semiconductor module 1 is electrically joined to the annular first bus bar electrode 2-1 with its end 7 joined to the joint 52.
  • the third power terminal 5-3 of each semiconductor module 1 is electrically joined to the annular second bus bar electrode 2-2 with its end 51 joined to the joint 53.
  • a plurality of semiconductor modules 1 are arranged along the circumference of the annular first bus bar electrode 2-1 and second bus bar electrode 2-2.
  • the fourth embodiment employs a mounting structure in which the bus bar electrodes to which a plurality of semiconductor modules are commonly bonded are integrally formed, and the plurality of semiconductor modules are commonly bonded to the integrated bus bar electrodes.
  • the bus bar electrode 2 is not limited to an annular shape.
  • the bus bar electrode 2 may have an arc shape or a linear shape, or the same effect can be obtained even when dispersed. The same effect can be obtained by using the semiconductor module 1 described in the second and third embodiments instead of the semiconductor module 1 described in the first embodiment.
  • FIG. 6A and 6B are diagrams showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 6A is a schematic cross-sectional view
  • FIG. 6B is a schematic cross-sectional view of a contact portion.
  • FIG. 4C is a schematic front view.
  • the semiconductor device of the fifth embodiment shown in FIG. 6 is different from the semiconductor device of the first embodiment in that an opening 61 is formed at one end 11 of the first bus bar electrode 2-1. Others are the same as in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the opening 61 is formed in a circular shape or an elliptical shape at a position where the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 and one end portion 7 of the first power terminal 5-1 are joined. Yes.
  • the end portion 7 of the first power terminal 5-1 curved in an arc shape is electrically joined by, for example, laser welding or the like, with the convex portion of the curved joining surface coming into contact with the peripheral portion of the opening 61.
  • the opening 61 is provided at the end 11 of the first bus bar electrode 2-1, so that the joining operation can be easily performed.
  • the opening 61 is not provided, there is a possibility that it is difficult to grasp the position of the joint portion.
  • the junction 7 is not the end 7 or the end 11 when viewed from either the end 7 side of the first power terminal 5-1 or the end 11 side of the first bus bar electrode 2-1. It was a barrier.
  • the edge 7 of the first power terminal 5-1 comes into contact with the peripheral edge of the opening 61 and the peripheral edge becomes a bonding portion. It becomes easy. Thereby, in the case of laser welding, it becomes possible to irradiate a laser accurately and a joining operation can be performed easily. When laser welding is used for joining, joining with high strength and low electrical resistance is possible.
  • the opening 61 is circular or elliptical, and the curved convex part of the end 7 of the first power terminal 5-1 is circular. As a result, even when the type (dimension) of the direction of displacement between the end 7 of the first power terminal 5-1 and the end 11 of the first bus bar electrode 2-1 increases, the opening The contact area can be secured without increasing the size of the end 61 of the first power terminal 5-1 or 61.
  • FIG. 7A and 7B are diagrams showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view of a contact portion.
  • FIG. 4C is a schematic front view.
  • the difference from the semiconductor device of the fifth embodiment is that the end 7 of the first power terminal 5-1 is replaced with a convex shape instead of a curved shape. That is, the convex portion 71 that is curved is formed in a tapered shape.
  • the opening 61 of the end 11 of the first bus bar electrode 2-1 is formed in a rectangular shape, and the opening area of the opening 61 is formed larger than the area of the protrusion 71. Others are the same as in the previous embodiment 5, and the description thereof is omitted.
  • the peripheral edge portion of the opening 61 and the tapered peripheral edge portion of the convex portion 71 come into contact with each other and are electrically joined by laser welding or the like, and the end portion 7 of the first power terminal 5-1 is obtained.
  • the end portion 7 of the first power terminal 5-1 is obtained.
  • both the contact area between the first power terminal 5-1 and the first bus bar electrode 2-1 and the gap below the weldable gap are used.
  • the welding area can be increased.
  • FIG. 8A and 8B are diagrams showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 7 of the present invention.
  • FIG. 8A is a schematic cross-sectional view
  • FIG. 8B is a schematic cross-sectional view of a contact portion.
  • FIG. 4C is a schematic front view.
  • the semiconductor device of the seventh embodiment shown in FIG. 8 differs from the semiconductor device of the fifth embodiment in that the rigidity of the end 7 of the first power terminal 5-1 is the end of the first bus bar electrode 2-1. That is, it is formed lower than the portion 11. Others are the same as in the previous embodiment 5, and the description thereof is omitted.
  • the rigidity of the end portion 7 of the first power terminal 5-1 is low enough to be plastically deformed when the end portion 7 of the first power terminal 5-1 is pressed.
  • the contact area can be increased.
  • Embodiment 8 Next, a semiconductor device according to Embodiment 8 of the present invention will be described.
  • the semiconductor device according to the eighth embodiment is different from the semiconductor device according to the fifth embodiment in that the rigidity of the end 11 of the first bus bar electrode 2-1 is higher than that of the end 7 of the first power terminal 5-1. It was also formed high. Others are the same as in the previous embodiment 5, and the description thereof is omitted.
  • the end portion 7 of the first power terminal 5-1 and the first bus bar electrode 2 can be used without using the jig 23 as shown in FIG.
  • the contact area with the end portion 11 of ⁇ 1 can be increased.
  • Embodiment 9 Next, a semiconductor device according to Embodiment 9 of the present invention will be described.
  • the semiconductor device according to the ninth embodiment is different from the semiconductor device according to the fourth embodiment in that the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 is a characteristic technique employed in the fifth embodiment. That is, the opening 61 is formed. Others are the same as in the fourth embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • the bus bar electrodes to which a plurality of semiconductor modules are commonly joined are integrally formed.
  • the effect obtained in previous Embodiment 4 and Embodiment 5 can be acquired collectively. Further, even when positional deviations in different directions (radial direction, rotational direction, height (up and down) direction) occur with respect to the plurality of semiconductor modules 1, it is easy to secure the contact area.
  • FIG. 9A and 9B are diagrams showing the configuration of the semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A is a schematic cross-sectional view
  • FIG. 9B is a schematic front view.
  • the semiconductor device of the tenth embodiment shown in FIG. 9 differs from the semiconductor device of the fifth embodiment in that the end 7 of the first power terminal 5-1 and the end 11 of the first bus bar electrode 2-1 are different. Is formed in the horizontal direction.
  • the difference from the semiconductor device of the previous embodiment 5 is that a plurality of semiconductor modules 1 are arranged and formed as in the previous embodiments 4 and 9. Others are the same as those of the fourth, fifth, and ninth embodiments, and the description thereof is omitted.
  • the end 7 of the first power terminal 5-1 of the previous embodiment 5 is formed in a direction perpendicular to the main surface direction of the power semiconductor element 3 (the left-right direction in FIG. 9A).
  • the horizontal direction is the same as the main surface direction.
  • the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 is formed in the horizontal direction, which is the same as the main surface direction, facing the upper portion of the end portion 7 of the first power terminal 5-1.
  • the end portion 7 of the first power terminal 5-1 and the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 are formed in the horizontal direction, and the peripheral portion of the opening 61 as in the fifth embodiment. It is electrically joined in contact with
  • first bus bar electrode 2-1 corresponding to each of the plurality of semiconductor modules 1 is integrally formed in an annular shape as in the fourth embodiment as shown in FIG. 9B.
  • the openings 61 formed in the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 are all formed on the same plane with the upper side opened. As a result, it is possible to easily perform a welding operation for joining the end portion 7 of the first power terminal 5-1 and the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1, thereby reducing the work time. Efficiency can be improved.
  • FIG. 10A and 10B are diagrams showing a configuration of a semiconductor device according to Embodiment 11 of the present invention, where FIG. 10A is a schematic cross-sectional view, and FIG. 10B is a schematic front view.
  • the semiconductor device of the eleventh embodiment shown in FIG. 10 differs from the semiconductor device of the fifth embodiment in that the end 11 of the first bus bar electrode 2-1 in which the opening 61 is formed is connected to the first power. This is because the joint surface on the side facing the end portion 7 of the terminal 5-1 is curved so as to be a convex portion.
  • a plurality of semiconductor modules are arranged and formed as in the fourth and ninth embodiments.
  • the first power terminals 5-1 with respect to the vertical direction at an angle such that the end portions 11 of the respective first bus bar electrodes 2-1 corresponding to the plurality of semiconductor modules 1 coincide at the same convergence point. It is that it bends and is inclined to the end 7 side. Corresponding to the bent end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1, the end portion 7 of the first power terminal 5-1 is connected to the end portion of the first bus bar electrode 2-1. In the same manner as the portion 11, it is bent and formed. Others are the same as those of the fourth, fifth, and ninth embodiments, and the description thereof is omitted.
  • the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 is pressed against the end portion 7 side of the first power terminal 5-1, so that the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 is pressed.
  • the peripheral portion of the opening 61 formed in the first portion and the convex portion of the end portion 7 of the first power terminal 5-1 are in contact with each other.
  • the end portion 7 of the first power terminal 5-1 and the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 are joined by laser welding or the like to electrically join them.
  • the welding operation is performed without moving the welding head that irradiates the opening 61 with laser when performing laser welding. It becomes possible.
  • the convex side of the end 7 of the first power terminal 5-1 is pressed against the peripheral edge of the opening 61 formed at the end 11 of the first bus bar electrode 2-1. The two come into contact. Thereby, the contact area between the end 7 of the first power terminal 5-1 and the end 11 of the first bus bar electrode 2-1 is increased without using the jig 23 as shown in FIG. be able to.
  • the end portion 7 of the first power terminal 5-1 has a flat plate shape and the end portion 11 of the first bus bar electrode 2-1 has the first power terminal 5 at both joint surfaces.
  • -1 may be curved in a convex shape toward the end 7 side.
  • the opening 61 is formed on the end 7 side of the first power terminal 5-1 similarly to the end 11 of the first bus bar electrode 2-1.
  • the power conversion device has been described as an example of the semiconductor module 1, but the present invention is not limited to the power conversion device. That is, as long as the device has a structure in which a semiconductor module having various functions and a bus bar electrode are electrically joined, any semiconductor device having any function can be applied to achieve the same effect. It is possible to get.
  • one of the joint surfaces where the electrode terminal and the bus bar electrode face each other is formed to be convexly curved toward the joint surface, so that it is possible to expand the jointable area as compared with the conventional case. It becomes. Thereby, the joining quality of a semiconductor module and a bus bar electrode can be improved, without causing the enlargement of a structure.

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Abstract

　半導体素子と該半導体素子に電気的に接続された電極端子（５）とを備えた半導体モジュール（１）、ならびにバスバ電極（２）を有し、電極端子（５）とバスバ電極（２）とが電気的に接合される半導体装置において、電極端子とバスバ電極とが対向する接合面の一方が、接合面に向かって凸状に湾曲している。

Description

半導体装置
　本発明は、半導体モジュールとバスバ電極とが接合された構造を有する半導体装置に関する。
　従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１，２参照）。文献１に記載された技術では、半導体モジュールの端子をそれぞれの半導体モジュールの近傍で直角に曲げて接合する。また、導通バスバーの先端部を半導体モジュールの端子と同様に直角に曲げて接合する。さらに、半導体モジュールの端子の先端部と導通バスバーの先端部をナゲットにより一括して溶融接合する。
　これにより、ラインタクトを伸ばすことなく、良好な溶接結果が得られ、安定して量産できる電気部品の接続工法及び接続構造、並びにその接続構造を用いた電力変換装置を提供している。
　しかし、上記文献１に記載された従来の技術では、接合する端子と導通バスバーの接合面が平行なため、接合面が離れるような位置ずれが生じた場合には、接合領域が確保できなくなり接合品質が低下するおそれがあった。
　一方、文献２に記載された技術では、バスバーの一部に半導体モジュールのパワー端子が挿通される開口部が設けられている。この開口部は、半導体モジュールの端子の位置ずれを考慮した大きさとすることで、位置ずれが生じた場合においても接続信頼性を確保できるように構成されている。
　これにより、半導体モジュールとバスバーとの接続信頼性に優れた製造容易な電力変換装置を提供している。
　しかし、上記文献２に記載された従来の技術では、開口部に半導体モジュールの端子を挿通することで接続信頼性を確保する構成となっていたため、位置ずれ発生の向きの種類が増えるにしたがって開口部が大きくなり接続部が大型化する。したがって、接続部の大型化を招くことなく接続信頼性を確保することは困難となり、接合品質の低下を招くおそれがあった。
特開２００９－１９３９２８号公報 特開２００９－１４２０００号公報
　以上説明したように、上記従来の技術において、半導体モジュールとバスバーとの接合面に位置ずれが生じた場合には、良好な接合を得ることが困難となり、接合品質が低下するといった不具合を招くおそれがあった。
　そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、構成の大型化を招くことなく、半導体モジュールとバスバ電極との接合品質を向上した半導体装置を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明は、半導体モジュールの半導体素子と電気的に接続される電極端子とバスバ電極とが対向する接合面の一方が、接合面に向かって凸状に湾曲していることを特徴とする。
図１は、本発明の実施形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 図２は、本発明の実施形態１に係る半導体装置の構成と従来構成とにおける溶接後の接合状態を示す断面図である。 図３は、本発明の実施形態２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 図４は、本発明の実施形態３に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 図５は、本発明の実施形態４に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 図６は、本発明の実施形態５に係る半導体装置の構成を示す図である。 図７は、本発明の実施形態６に係る半導体装置の構成を示す図である。 図８は、本発明の実施形態７に係る半導体装置の構成を示す図である。 図９は、本発明の実施形態１０に係る半導体装置の構成を示す図である。 図１０は、本発明の実施形態１１に係る半導体装置の構成を示す図である。
　以下、図面を用いて本発明を実施するための実施形態を説明する。
（実施形態１）
　図１は本発明の実施形態１に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図１に示す実施形態１の半導体装置は、例えば電気自動車やハイブッリド電気自動車などの電動車両に用いられる電力変換装置を構成している。この電力変換装置は、例えば車載バッテリから供給された直流電力を交流モータを駆動する交流電力に変換するインバータなどとして好適に用いることができる。このような交流モータの駆動などに用いられるインバータなどの電力変換装置は、一般的にＩＰＭと呼ばれる半導体モジュールやコンデンサ、冷却器といった構成要素を備えて構成されている。
　半導体モジュールは、パワー半導体素子をバスバ電極、ワイヤボンドなどの組み合わせで電気的に接続するとともに、素子からの発熱を冷却器へと熱的に接続するための熱回路を作りこんだモジュールである。パワー半導体素子は、例えばトランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタなどで構成される。パワー半導体素子の各電力端子には入力、出力用のバスバ電極が接続され、出力用のバスバ電極を介してモータに交流電力が供給される。
　図１において、この実施形態１の半導体装置は、上述した半導体モジュール１ならびに２つのバスバ電極２を備えている。半導体モジュール１は、例えば２つのパワー半導体素子３が実装されている。各パワー半導体素子３は、導電性の接合材４を介して双方の主面（図１では上下面）にそれぞれ電力端子５が電気的に接合されている。電力端子５は、パワー半導体素子３とこのパワー半導体素子３に接続される電気機器（図示せず）の例えばモータ（図示せず）との間で電力の入出力を行う端子として機能する。
　各パワー半導体素子３は、封止樹脂６で封止されてモジュール化され、各電力端子５の一方の端部は封止樹脂６外に露出して引き出されている。すなわち、各パワー半導体素子３の一方の主面（図１では下面）に接続された電力端子５（図１では下側の電力端子で、以下第１の電力端子５－１と呼ぶ）は、その一方の端部７が封止樹脂６外に露出して引き出されている。各パワー半導体素子３の他方の主面（図１では上面）に接続された電力端子５（図１では上側の電力端子で、以下第２の電力端子５－２と呼ぶ）は、その一方の端部が封止樹脂６外に露出して引き出されている。
　半導体モジュール１の一方の主面（図１では下面）には、絶縁材８を介して冷却器９が接合されている。冷却器９は、半導体モジュール１で発生した熱を放熱して半導体モジュール１を冷却する機能を有している。
　半導体モジュール１の他方の主面（図１では上面）には、２つのバスバ電極２が配置されている。バスバ電極２は、例えば細長い棒状の導体や長尺の薄い導体片で構成され、半導体モジュール１とこの半導体モジュール１に電気的に接続されるモータなどの電気機器との通電配線路として機能する。バスバ電極２を構成する導体としては、例えば銅やアルミ、もしくはそれらの合金などの金属が用いられる。
　２つのバスバ電極２の内、一方のバスバ電極２（以下、第１のバスバ電極２－１と呼ぶ）は、絶縁材１０を介して半導体モジュール１の他方の主面（図１では上面）に接合されている。第１のバスバ電極２－１の一方の端部１１は、第１の電力端子５－１の端部７に対向して配置形成されている。２つのバスバ電極２の内、他方のバスバ電極２（以下、第２のバスバ電極２－２と呼ぶ）は、絶縁材１２を介して第１のバスバ電極２－１上に接合されている。第１のバスバ電極２－１と第２のバスバ電極２－２とは、互いに絶縁されて配置されている。
　このような構成において、この実施形態１の特徴として、第１の電力端子５－１の一方の端部７は、対向する第１のバスバ電極２－１の一方の端部１１側が凸状に湾曲して形成されている。すなわち、第１の電力端子５－１の一方の端部７において、第１のバスバ電極２－１の一方の端部１１に対向する接合面は、凸状の湾曲面を構成している。一方、第１のバスバ電極２－１の一方の端部１１は、対向する第１の電力端子５－１の一方の端部７の湾曲面に対して平面状（図１では半導体モジュール１の主面方向に対して垂直面）に形成されている。
　したがって、第１のバスバ電極２－１の端部１１と第１の電力端子５－１の端部７とは、平面と湾曲面とが対向した状態で配置されている。対向する第１のバスバ電極２－１の端部１１と第１の電力端子５－１の端部７の厚さは、双方概ね同等に形成されている。第１のバスバ電極２－１の端部１１と第１の電力端子５－１の端部７は、このような配置状態で例えばレーザ溶接などで電気的に接合されている。
　次に、図２を参照して、第１のバスバ電極２－１の端部１１と第１の電力端子５－１の端部７との接合状態について説明する。図２は対向する電極と電力端子との接合の様子を示す図であり、同図（ａ１～ａ４）は接合面がともに平面の場合（従来例とする）であり、同図（ｂ１～ｂ４）はこの実施形態１で採用した技術であり、平面と湾曲面が対向している場合を示している。
　ここで、例えば以下に示す要件において、レーザ溶接によって第１のバスバ電極２－１と第１の電力端子５－１とを接合した場合について対比する。接合部となる第１のバスバ電極２－１の端部１１と第１の電力端子５－１の端部７の寸法は、例えば厚さが１０ｍｍ程度、幅が８ｍｍ程度とする。レーザ溶接による溶融可能なギャップ（隙間）は、０．２ｍｍ程度（文献、「薄鋼板のレーザ溶接における耐ギャップ性の向上」　溶接学会全国大会講演概要　第８１集　２００７－９）とする。また、溶接に必要な接合領域２１の寸法は、例えばφ３（直径３ｍｍ）程度とする。
　このような要件でレーザ溶接を行った場合に、第１のバスバ電極２－１と第１の電力端子５－１との接合面の間にギャップがない場合には、図２（ａ２）、同図（ｂ２）に示すような接合状態となる。すなわち、従来例ならびに本実施形態１の双方ともに溶接に必要な接合領域２１の全領域がレーザにより溶融して両者が接合され、良好な接合状態が得られる。
　これに対して、組み立て時に双方の接合面が離れるような位置ずれが発生して、図２（ａ３）、同図（ｂ３）に示すように、接合面の間に例えば０．４ｍｍ程度のギャップ２２が生じたとする。このような場合には、溶接後の状態は同図（ａ４）、同図（ｂ４）に示すような状態となる。図２（ａ４）に示す従来例では、接合面にギャップ２２が生じているため、溶接時に治具２３により第１のバスバ電極２－１と第１の電力端子５－１の両端部をクリップする。これにより、第１のバスバ電極２－１と第１の電力端子５－１の両端部は接触するが両端部から離れるにしたがってギャップが拡がる。これにより、接合領域２１の中心となる溶接点の中心において、接合面のギャップは０．２２ｍｍ程度となる。このような状態で溶接を行うと、上述した溶融可能なギャップの値から実際に溶接される溶接領域２４は、接合領域２１の面積に対して半分程度の面積となる。
　これに対して、図２（ｂ４）に示す本実施形態１では、従来例と同様に接合面にギャップ２２が生じているため、溶接時に治具２３により第１のバスバ電極２－１と第１の電力端子５－１の両端部をクリップする。このときに、第１の電力端子５－１の接合面は湾曲しているので、図２（ｂ４）に示すように接合領域２１の全領域における接合面のギャップは、０．２ｍｍ程度以下となる。このような状態で溶接を行うと、上述した溶融可能なギャップの値から実際に溶接される溶接領域は、接合領域２１の全領域となる。すなわち、接合領域２１の全領域で溶接が行われる。これにより、ギャップが生じていない場合と同等の良好な接合が得られ、図２（ａ４）に示す従来に比べて接合面積は２倍となり、電気抵抗は半分に低減される。
　このように、上記実施形態１においては、接合面にギャップが生じた場合であっても、第１の電力端子５－１の端部７が凸形状で湾曲しているので、端部をクランプすることで従来に比べて溶接が可能となる領域を広げることができる。これにより、接合部が拡大して大型化を招くことなく従来に比べて良好な接合が得られて接合強度が増し、接合品質を向上することができる。この結果、従来に比べて接合部における電気的抵抗を低減することが可能となる。
　なお、上記実施形態１において、双方の接合面において、第１の電力端子５－１の端部７が平板形状で、第１のバスバ電極２－１の端部１１が第１の電力端子５－１の端部７側に向かって凸形状に湾曲して形成されていても、同様の効果を得ることができる。
（実施形態２）
　図３は本発明の実施形態２に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図３に示す実施形態２の半導体装置において、先の実施形態１の半導体装置と異なる点は、実施形態１の半導体装置の構成に加えて屈曲部３１ならびに溶融池３２を形成したことである。また、第１のバスバ電極２－１の端部１１の厚さが、この端部１１に対向する第１の電力端子５－１の端部７の厚さに比べて薄く形成したことである。他は先の実施形態１と同様なので、その説明は省略する。
　屈曲部３１は、第１の電力端子５－１における封止樹脂６で封止された部分と封止樹脂６から露出した端部７との間に両者に接合されて形成されている。屈曲部３１は、コの字状で、その凹部が第１のバスバ電極２－１と第１の電力端子５－１との接合領域の下方となる位置に形成されている。すなわち、屈曲部３１は、第１のバスバ電極２－１と第１の電力端子５－１との接合面を溶融接合した際に発生する溶融物（溶融金属）の流路に設けられている。屈曲部３１は、溶接する際に第１のバスバ電極２－１と第１の電力端子５－１との両端部をクリップしたときに、もしくは溶接時に、発生する外力を吸収して緩和する機能を有する。
　なお、このように機能する屈曲部３１は、１箇所に限らず複数箇所に設けることも可能である。
　溶融池３２は、屈曲部３１の凹部として形成され、溶接時に接合領域から流れ出た溶融金属を受ける受け皿として機能する。
　先の実施形態１に対して上記新たな構成を加えることで、この実施形態２では、先の実施形態１で得られる効果に加えて、屈曲部３１によりクランプ時もしくは溶接時に発生する外力を吸収して緩和することができる。これにより、第１の電力端子５－１上に接合されて実装されたパワー半導体素子３や、第１のバスバ電極２－１と接続されるコンデンサ（図示せず）などの周辺部品の損傷を抑制して、接合の信頼性を高めることができる。
　また、屈曲部３１を接合領域の下方に配置形成することで、この屈曲部３１が溶接時の溶融金属が下方に流れるのをせき止めるように機能する。これにより、溶接時に溶融金属の流出拡散を抑制することが可能となる。さらに、屈曲部３１に溶融池３２を形成することで、溶融金属が溶融池３２に案内されて貯留されるので、溶融金属の流出拡散をより一層抑制することが可能となる。この結果、溶融金属による周辺部品の損傷を抑制して、接合の信頼性を高めることができる。
　さらに、先の実施形態１に比べて第１のバスバ電極２－１の端部１１の厚さを薄くしたことで、溶接時に溶融に必要な熱容量を低減して、先の実施形態１と同等の接合品質を得ることが可能となる。なお、第１の電力端子５－１の端部７の厚さを第１のバスバ電極２－１の端部１１の厚さよりも薄く形成しても、上記と同様の効果を得ることができる。
（実施形態３）
　図４は本発明の実施形態３に係る半導体装置の構成を示す断面図である。図４に示す実施形態３の半導体装置において、先の実施形態１の半導体装置と異なる点は、第１のバスバ電極２－１の端部１１の形状を、平板形状に代えて湾曲形状としたことである。
　第１のバスバ電極２－１の端部１１は、先の実施形態１で採用した第１の電力端子５－１の端部７と同等の形状ならびに寸法で、かつ凸部の向きも同方向に配置形成されている。すなわち、第１のバスバ電極２－１の端部１１は、対向する第１の電力端子５－１の端部７に対して逆側が凸状に湾曲して形成されている。
　このように、上記実施形態３では、第１のバスバ電極２－１ならびに第１の電力端子５－１の対向面がともに湾曲面に形成されている。このような技術を採用することで、対向面に先の図２で説明した以上のギャップが生じた場合であっても、溶接が可能となる接合領域を広げることが可能となる。これにより、接合部が拡大して大型化を招くことなく従来に比べて良好な接合が得られて接合強度が増し、接合品質を向上することができる。この結果、従来に比べて接合部における電気的抵抗を低減することが可能となる。
　なお、上記実施形態３は、先の実施形態２で採用した特徴的な技術を採用することができる。すなわち、屈曲部や溶融池を設けたり、第１のバスバ電極２－１の端部１１、第１の電力端子５－１の端部７の厚さを薄く形成するようにしてよい。
（実施形態４）
　図５は本発明の実施形態４に係る半導体装置の構成を示す正面図ある。図５に示す実施形態４の特徴とするところは、先の実施形態１で説明した技術を採用した複数の半導体モジュールが共通接合されるバスバ電極を一体化して形成したことにある。
　半導体モジュール１は、先の図１に示す実施形態１の半導体モジュール１に対して、第３の電力端子５－３を加え、その端部５１が第１の電力端子５－１の端部７と同等に構成されている。
　先の図１に示す実施形態１の第１のバスバ電極２－１は、円環状に一体形成され、第１の電力端子５－１と接合される接合部５２が設けられている。先の図１に示す実施形態１の第２のバスバ電極２－２は、第１のバスバ電極２－１の外側に第１のバスバ電極２－１と同心円に円環状に一体形成され、第３の電力端子５－３と接合される接合部５３が設けられている。
　各半導体モジュール１の第１の電力端子５－１は、その端部７が接合部５２と接合されて円環状の第１のバスバ電極２－１と電気的に接合されている。各半導体モジュール１の第３の電力端子５－３は、その端部５１が接合部５３と接合されて円環状の第２のバスバ電極２－２と電気的に接合されている。このような接合構造により、円環状の第１のバスバ電極２－１ならびに第２のバスバ電極２－２の円周に沿って複数の半導体モジュール１が配置構成されている。
　このように、上記実施形態４では、複数の半導体モジュールが共通接合されるバスバ電極を一体化して形成し、一体化したバスバ電極に複数の半導体モジュールを共通接合する実装構造を採用している。このような技術を採用することで、簡単な構成で半導体装置の大容量化を図ることができる。また、このような大容量化を図った実装構造においては、複数の半導体装置において上述したような位置ずれが発生した場合であっても、先の実施形態１で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
　なお、上記実施形態４において、バスバ電極２は円環状に限ることはなく、例えば円弧状や直線状でもよく、あるいは分散配置しても同様の効果を得ることが可能である。また、実施形態１で説明した半導体モジュール１に代えて実施形態２、３で説明した半導体モジュール１を用いても同様の効果を得ることができる。
（実施形態５）
　図６は本発明の実施形態５に係る半導体装置の構成を示す図であり、同図（ａ）は模式的な断面図であり、同図（ｂ）は接触部の模式的な断面図であり、同図（ｃ）は模式的な正面図である。図６に示す実施形態５の半導体装置において、先の実施形態１の半導体装置と異なる点は、第１のバスバ電極２－１の一方の端部１１に開口部６１を形成したことである。他は先の実施形態１と同様なので、その説明は省略する。
　開口部６１は、第１のバスバ電極２－１の端部１１であって第１の電力端子５－１の一方の端部７が接合される位置に、円形状もしくは楕円形状に形成されている。円弧形状に湾曲した第１の電力端子５－１の端部７は、湾曲した接合面の凸部が開口部６１の周縁部で接触して例えばレーザ溶接などで電気的に接合される。
　このように、上記実施形態５では、開口部６１を第１のバスバ電極２－１の端部１１に設けることで、容易に接合作業を行うことができる。開口部６１が設けられていない場合には、接合箇所の位置が把握しづらいおそれがあった。すなわち、接合箇所は、第１の電力端子５-１の端部７側もしくは第１のバスバ電極２－１の端部１１側のいずれの方向から見ても、端部７もしくは端部１１が障壁となっていた。
　これに対して、開口部６１を設けることで、開口部６１の周縁部に第１の電力端子５-１の端部７が接触して周縁部が接合部となるので、接合箇所が認識しやすくなる。これにより、レーザ溶接の場合には、レーザを的確に照射することが可能となり、容易に接合作業を行うことができる。また、接合にレーザ溶接を用いた場合には、高強度で低電気抵抗の接合が可能となる。
　さらに、開口部６１を円形状もしくは楕円形状とし、第１の電力端子５－１の端部７の湾曲した凸部を円弧形状とする。これにより、第１の電力端子５－１の端部７と第１のバスバ電極２－１の端部１１との位置ずれの方向の種類（次元）が増えた場合であっても、開口部６１や第１の電力端子５－１の端部７を大きくすることなく接触領域を確保することできる。
（実施形態６）
　図７は本発明の実施形態６に係る半導体装置の構成を示す図であり、同図（ａ）は模式的な断面図であり、同図（ｂ）は接触部の模式的な断面図であり、同図（ｃ）は模式的な正面図である。図７に示す実施形態６の半導体装置において、先の実施形態５の半導体装置と異なる点は、第１の電力端子５－１の端部７を円弧形状に湾曲した形状に代えて、凸状に湾曲している凸部７１をテーパー状に形成したことである。また、第１のバスバ電極２－１の端部１１の開口部６１を矩形状に形成し、開口部６１の開口面積を凸部７１の面積よりも大きく形成したことである。他は先の実施形態５と同様なので、その説明は省略する。
　このような構成においては、開口部６１の周縁部と凸部７１におけるテーパー状の周縁部とが接触してレーザ溶接等で電気的に接合され、第１の電力端子５－１の端部７と第１のバスバ電極２－１の端部１１とが電気的に接続される。
　このように、上記実施形態６では、上述した構成を採用することで、第１の電力端子５－１と第１のバスバ電極２－１との接触面積、ならびに溶接が可能なギャップ以下の両者の溶接領域を増やすことができる。
（実施形態７）
　図８は本発明の実施形態７に係る半導体装置の構成を示す図であり、同図（ａ）は模式的な断面図であり、同図（ｂ）は接触部の模式的な断面図であり、同図（ｃ）は模式的な正面図である。図８に示す実施形態７の半導体装置において、先の実施形態５の半導体装置と異なる点は、第１の電力端子５－１の端部７の剛性を第１のバスバ電極２－１の端部１１よりも低く形成したことである。他は先の実施形態５と同様なので、その説明は省略する。
　このような構成では、第１の電力端子５－１の端部７を第１のバスバ電極２－１の端部１１に形成された開口部６１に押圧した際に、開口部６１に接触する第１の電力端子５－１の端部７が塑性変形する。
　このように、上記実施形態７では、第１の電力端子５－１の端部７の押圧時に塑性変形する程度に、第１の電力端子５－１の端部７の剛性を低く形成したことで、接触領域を増やすことができる。
（実施形態８）
　次いで、本発明の実施形態８に係る半導体装置について説明する。実施形態８に係る半導体装置において、先の実施形態５の半導体装置と異なる点は、第１のバスバ電極２－１の端部１１の剛性を第１の電力端子５－１の端部７よりも高く形成したことである。他は先の実施形態５と同様なので、その説明は省略する。
　このような構成では、開口部６１の周縁部に第１の電力端子５－１の端部７を押し当てた際に、第１のバスバ電極２－１の端部１１の反力により両者の接触が確保される。
　このように、上記実施形態８では、上記構成を採用することで、図２に示すような治具２３を用いることなく第１の電力端子５－１の端部７と第１のバスバ電極２－１の端部１１との接触領域を増やすことができる。
（実施形態９）
　次いで、本発明の実施形態９に係る半導体装置について説明する。この実施形態９に係る半導体装置は、先の実施形態４の半導体装置と異なる点は、先の実施形態５で採用した特徴的な技術である、第１のバスバ電極２－１の端部１１に開口部６１を形成したことである。他は先の実施形態４と同様なので、その説明は省略する。
　このような構成においては、複数の半導体モジュールが共通接合されるバスバ電極を一体化して形成される。これにより、この実施形態９では、先の実施形態４ならびに実施形態５で得られる効果を併せて得ることができる。また、複数の半導体モジュール１に対して異なる方向（半径方向、回転方向、高さ（上下）方向）の位置ずれが生じた場合でも、接触領域を確保しやすくなる。
（実施形態１０）
　図９は本発明の実施形態１０に係る半導体装置の構成を示す図であり、同図（ａ）は模式的な断面図であり、同図（ｂ）は模式的な正面図である。図９に示す実施形態１０の半導体装置において、先の実施形態５の半導体装置と異なる点は、第１の電力端子５－１の端部７と第１のバスバ電極２－１の端部１１を水平方向に形成したことである。また、先の実施形態５の半導体装置と異なる点は、先の実施形態４ならびに実施形態９と同様に複数の半導体モジュール１を配置形成したことである。他は先の実施形態４，５，９と同様なので、その説明は省略する。
　先の実施形態５の第１の電力端子５－１の端部７は、パワー半導体素子３の主面方向（図９（ａ）の左右方向）に対して垂直方向に形成されているのに対して、この実施形態１０では、主面方向と同方向の水平方向に形成されている。同様に、第１のバスバ電極２－１の端部１１は、第１の電力端子５－１の端部７の上部に対向して主面方向と同方向の水平方向に形成されている。第１の電力端子５－１の端部７と第１のバスバ電極２－１の端部１１とは、水平方向に形成された状態で先の実施形態５と同様に開口部６１の周縁部に接触した状態で電気的に接合されている。
　また、複数の半導体モジュール１のそれぞれに対応した第１のバスバ電極２－１は、図９（ｂ）に示すように先の実施形態４と同様に円環状に一体形成されている。
　このような構成においては、第１のバスバ電極２－１の端部１１に形成された開口部６１は、上側が開放された状態ですべて同一平面上に形成される。これにより、第１の電力端子５－１の端部７と第１のバスバ電極２－１の端部１１とを接合する溶接作業を容易に行うことが可能となり、作業時間を短縮して作業効率を向上することができる。
（実施形態１１）
　図１０は本発明の実施形態１１に係る半導体装置の構成を示す図であり、同図（ａ）は模式的な断面図であり、同図（ｂ）は模式的な正面図である。図１０に示す実施形態１１の半導体装置において、先の実施形態５の半導体装置と異なる点は、開口部６１が形成された第１のバスバ電極２－１の端部１１を、第１の電力端子５－１の端部７と対向する側の接合面が凸部となるように湾曲して形成したことである。また、先の実施形態４ならびに実施形態９と同様に複数の半導体モジュールを配置形成したことである。さらに、複数の半導体モジュール１に対応したそれぞれの第１のバスバ電極２－１の端部１１を、同一の集点で一致するような角度で垂直方向に対して第１の電力端子５－１の端部７側に傾斜させて屈曲形成したことである。また、第１のバスバ電極２－１の端部１１を屈曲して形成したのに対応して、第１の電力端子５－１の端部７を、第１のバスバ電極２－１の端部１１と同様に傾斜させて屈曲形成したことである。他は先の実施形態４，５，９と同様なので、その説明は省略する。
　このような構成において、第１のバスバ電極２－１の端部１１を第１の電力端子５－１の端部７側に押し当てることで、第１のバスバ電極２－１の端部１１に形成された開口部６１の周縁部と第１の電力端子５－１の端部７の凸部が接触する。このような状態において、レーザ溶接等により第１の電力端子５-１の端部７と第１のバスバ電極２－１の端部１１とを接合して両者を電気的に接合する。
　このように、上記実施形態１１においては、接合部が垂直方向に対して傾斜しているので、レーザ溶接を行う際に開口部６１にレーザを照射する溶接ヘッドを移動させることなく溶接作業を行うことが可能となる。上記実施形態１１においては、第１のバスバ電極２－１の端部１１に形成された開口部６１の周縁部に、第１の電力端子５－１の端部７における凸部側が押し当てられて両者が接触する。これにより、図２（ｄ）に示すような治具２３を用いることなく第１の電力端子５－１の端部７と第１のバスバ電極２－１の端部１１との接触領域を増やすことができる。
　上記実施形態５～１０において、双方の接合面において、第１の電力端子５－１の端部７が平板形状で、第１のバスバ電極２－１の端部１１が第１の電力端子５－１の端部７側に向かって凸形状に湾曲して形成されていてもかまわない。このような場合には、開口部６１は、第１のバスバ電極２－１の端部１１に形成されると同様に第１の電力端子５－１の端部７側に形成される。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。例えば、上記実施形態１～１１では、半導体モジュール１として例えば電力変換装置を一例として説明してきたが、本発明は、上記電力変換装置に限定されることはない。すなわち、様々な機能を備えた半導体モジュールとバスバ電極とが電気的に接合される構造を有する装置であれば、どのような機能を備えた半導体装置であっても適用して、同様の効果を得ることは可能である。
　本出願は、２０１１年６月２９日に出願された日本国特許願第２０１１－１４３９０１号、および２０１２年２月６日に出願された日本国特許願第２０１２－０２２８４１号の全内容が、参照により本明細書に組み込まれる。
　本発明によれば、電極端子とバスバ電極とが対向する接合面の一方が、接合面に向かって凸状に湾曲して形成されているので、従来に比べて接合可能面積を広げることが可能となる。これにより、構成の大型化を招くことなく、半導体モジュールとバスバ電極との接合品質を向上することができる。
　１…半導体モジュール
　２…バスバ電極
　２－１…第１のバスバ電極
　２－２…第２のバスバ電極
　３…パワー半導体素子
　４…接合材
　５…電力端子
　５－１…第１の電力端子
　５－２…第２の電力端子
　５－３…第３の電力端子
　６…封止樹脂
　７，１１、５１…端部
　８，１０，１２…絶縁材
　９…冷却器
　２１…接合領域
　２２…ギャップ
　２３…治具
　２４…溶接領域
　３１…屈曲部
　３２…溶融池
　５２，５３…接合部
　６１…開口部
　７１…凸部

Claims (17)

  1. 　半導体素子と該半導体素子に電気的に接続された電極端子とを備えた半導体モジュール、ならびにバスバ電極を有し、前記電極端子と前記バスバ電極とが電気的に接合される半導体装置において、
    　前記電極端子と前記バスバ電極とが対向する接合面の一方が、接合面に向かって凸状に湾曲している
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 　半導体素子と該半導体素子に電気的に接続された電極端子とを備えた半導体モジュール、ならびにバスバ電極を有し、前記電極端子と前記バスバ電極とが電気的に接合される半導体装置において、
    　前記電極端子と前記バスバ電極とが対向する接合面の双方が、同方向に凸状に湾曲している
    ことを特徴とする半導体装置。
  3. 　前記電極端子と前記バスバ電極とが対向する接合面の一方は、他方の接合面の厚さよりも薄く形成されている
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 　前記半導体モジュールの電極端子と前記バスバ電極のいずれか一方または双方に、外力を吸収する少なくとも１つ以上の屈曲部が設けられている
    ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 　前記屈曲部は、前記電極端子と前記バスバ電極とが対向する接合面を溶融接合した際に発生する溶融物の流路に設けられている
    ことを特徴する請求項４に記載の半導体装置。
  6. 　前記電極端子と前記バスバ電極とが対向する接合面を溶融接合した際に発生する溶融物の流路に、前記溶融物を貯める溶融池が設けられている
    ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
  7. 　前記半導体モジュールが複数配置され、前記それぞれの半導体モジュールの電極端子が共通接合する前記バスバ電極が、一体化されて形成されている
    ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体装置。
  8. 　前記接合面の一方は、開口部を有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  9. 　前記開口部の開口面積は、凸状に湾曲している一方の接合面の凸部の面積よりも大きい
    ことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
  10. 　前記開口部は、円形状もしくは楕円形状であり、前記凸部は円弧形状もしくはテーパー形状である
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の半導体装置。
  11. 　前記凸状に湾曲している一方の接合面の剛性は、前記他方の接合面の剛性よりも低く、前記双方の接合面を押圧した際に前記剛性の低い一方の接合面が塑性変形する
    ことを特徴とする請求項８～１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
  12. 　前記開口部を有する一方の接合面の剛性は、前記他方の接合面の剛性よりも高く、前記双方の接合面を押圧した際に前記剛性の高い一方の接合面が前記他方の接触面に対して反力を生じる
    ことを特徴とする請求項８～１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
  13. 　前記半導体モジュールが複数配置され、前記それぞれの半導体モジュールの電極端子が共通接合する前記バスバ電極が、一体化されて形成されている
    ことを特徴とする請求項８～１２のいずれか１項に記載の半導体装置。
  14. 　前記複数の半導体モジュールは、円環状に配置されている
    ことを特徴とする請求項７または１３に記載の半導体装置。
  15. 　前記開口部は、同一平面上に配置されている
    ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体装置。
  16. 　前記開口部を有する一方の接合面は、すべて同一の集点を持つような角度で傾斜して屈している
    ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の半導体装置。
  17. 　前記双方の接合面は、溶接で接合される
    ことを特徴とする請求項１～１６のいずれか１項に記載の半導体装置。
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