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JP6279860B2 - Semiconductor device - Google Patents

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JP6279860B2
JP6279860B2 JP2013186176A JP2013186176A JP6279860B2 JP 6279860 B2 JP6279860 B2 JP 6279860B2 JP 2013186176 A JP2013186176 A JP 2013186176A JP 2013186176 A JP2013186176 A JP 2013186176A JP 6279860 B2 JP6279860 B2 JP 6279860B2
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辰則 柳本
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Description

本発明は、半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device.

電力用半導体装置は、たとえば鉄道車両、ハイブリッドカーや電気自動車などの車両、家電機器または産業用機器などにおいて、比較的大きな電力を制御、整流するために利用される半導体装置である。この電力半導体装置は高い温度領域において使用されるため、金属端子と半導体パターンとの接合が従来のはんだ接合から超音波接合へと切り替わっている。   The power semiconductor device is a semiconductor device used for controlling and rectifying relatively large power in, for example, a railway vehicle, a vehicle such as a hybrid car or an electric vehicle, a home appliance, or an industrial device. Since this power semiconductor device is used in a high temperature region, the bonding between the metal terminal and the semiconductor pattern is switched from the conventional solder bonding to the ultrasonic bonding.

一般に金属端子はL字型の形状を有しており、以下のようにして超音波接合により金属パターンに対して接合される。まず、平坦な先端部を絶縁性基板上の金属パターンに接触させる。この絶縁性基板には、半導体チップなどが搭載されている。次に、超音波発生装置のツールを用いて金属端子を押さえ付け、ツールに対して超音波振動を加え、金属端子とツールとを一体に動作させる。このようにして金属端子と絶縁性基板上の金属パターンとの間に摩擦を生じさせることにより、金属端子と金属パターンとが接合される(たとえば、特許文献1参照)。   In general, the metal terminal has an L-shape, and is bonded to the metal pattern by ultrasonic bonding as follows. First, the flat tip is brought into contact with the metal pattern on the insulating substrate. A semiconductor chip or the like is mounted on the insulating substrate. Next, the metal terminal is pressed using the tool of the ultrasonic generator, ultrasonic vibration is applied to the tool, and the metal terminal and the tool are operated integrally. In this way, friction is generated between the metal terminal and the metal pattern on the insulating substrate, thereby joining the metal terminal and the metal pattern (for example, see Patent Document 1).

特開2006−278913号公報JP 2006-278913 A

従来の半導体装置では金属端子と絶縁性基板上の金属パターンとを安定に接合することが困難であり、装置の信頼性において問題があった。そこで、本発明の目的は、基板の金属パターンに対して金属端子を安定に接合することが可能な半導体装置を提供することである。   In the conventional semiconductor device, it is difficult to stably bond the metal terminal and the metal pattern on the insulating substrate, and there is a problem in the reliability of the device. Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of stably joining a metal terminal to a metal pattern on a substrate.

本発明の第1の局面に従った半導体装置は、金属パターンを含む基板と、上記金属パターンに接続される金属端子とを備えている。上記金属端子は、上記金属パターンの表面に沿って延在し、上記金属パターンに接続される接合部と、上記接合部が延在する方向と異なる方向に延在する支持部と、上記接合部と上記支持部とを接続し、上記接合部が延在する方向および上記支持部が延在する方向の各々と異なる方向に直線状に延在する第1曲折部とを含んでいる。接合部のみを金属パターンに接触させ、第1曲折部および支持部を金属パターンから離れるように構成する。金属端子は、超音波接合により金属パターンに接続されており、接合部の幅は、超音波接合に用いられる超音波ツールの幅と同じ大きさである。 A semiconductor device according to a first aspect of the present invention includes a substrate including a metal pattern and a metal terminal connected to the metal pattern. The metal terminal extends along the surface of the metal pattern, and is connected to the metal pattern, a support portion extending in a direction different from the direction in which the joint portion extends, and the joint portion And a first bent portion extending linearly in a direction different from each of a direction in which the joint portion extends and a direction in which the support portion extends. Only the joint portion is brought into contact with the metal pattern, and the first bent portion and the support portion are configured to be separated from the metal pattern. The metal terminal is connected to the metal pattern by ultrasonic bonding, and the width of the bonding portion is the same as the width of the ultrasonic tool used for ultrasonic bonding.

本発明の第2の局面に従った半導体装置は、金属パターンを含む基板と、上記金属パターンに接続される金属端子とを備えている。上記金属端子は、上記金属パターンの表面に沿って延在し、上記金属パターンに接続される接合部と、上記接合部が延在する方向と異なる方向に延在する支持部と、上記接合部と上記支持部とを接続するように屈曲し、金属端子の厚み以上の曲率半径を有する屈曲部とを含んでいる。接合部のみを金属パターンに接触させ、屈曲部および支持部を金属パターンから離れるように構成する。金属端子は、超音波接合により金属パターンに接続されており、接合部の幅は、超音波接合に用いられる超音波ツールの幅と同じ大きさである。 A semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes a substrate including a metal pattern and a metal terminal connected to the metal pattern. The metal terminal extends along the surface of the metal pattern, and is connected to the metal pattern, a support portion extending in a direction different from the direction in which the joint portion extends, and the joint portion And a bent portion having a radius of curvature equal to or greater than the thickness of the metal terminal. Only the joint portion is brought into contact with the metal pattern, and the bent portion and the support portion are configured to be separated from the metal pattern. The metal terminal is connected to the metal pattern by ultrasonic bonding, and the width of the bonding portion is the same as the width of the ultrasonic tool used for ultrasonic bonding.

本発明の第3の局面に従った半導体装置は、金属パターンを含む基板と、上記金属パターンに接続される金属端子とを備えている。上記金属端子は、上記金属パターンの表面に沿って延在し、上記金属パターンに対向する表面において上記金属パターンに接続される凸部を有する接合部と、上記接合部に接続され、上記接合部が延在する方向と異なる方向に延在する支持部とを含んでいる。凸部のみを金属パターンに接触させ、支持部を金属パターンから離れるように構成する。金属端子は、超音波接合により金属パターンに接続されており、接合部の幅は、超音波接合に用いられる超音波ツールの幅と同じ大きさである。 A semiconductor device according to a third aspect of the present invention includes a substrate including a metal pattern and a metal terminal connected to the metal pattern. The metal terminal extends along the surface of the metal pattern, and has a joint having a convex portion connected to the metal pattern on the surface facing the metal pattern, and is connected to the joint. And a support portion extending in a direction different from the extending direction. Only a convex part is made to contact a metal pattern, and it comprises so that a support part may leave | separate from a metal pattern. The metal terminal is connected to the metal pattern by ultrasonic bonding, and the width of the bonding portion is the same as the width of the ultrasonic tool used for ultrasonic bonding.

本発明に従った半導体装置によれば、基板の金属パターンに対して金属端子を安定に接合することが可能な半導体装置を提供することができる。   According to the semiconductor device according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device capable of stably bonding a metal terminal to a metal pattern of a substrate.

本発明の実施の形態1に係る半導体装置の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の変形例に係る半導体装置の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on the modification of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の構造を拡大して示す概略図である。It is the schematic which expands and shows the structure of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 比較例の半導体装置の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device of a comparative example. 比較例の半導体装置の構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device of a comparative example.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

(実施の形態1)
はじめに、本発明の第1の実施の形態である実施の形態1について説明する。まず、本実施の形態に係る半導体装置の構造について説明する。図1を参照して、本実施の形態に係る半導体装置1は電力用半導体装置であり、ベース板11、はんだ層12、セラミック板13および金属パターン14を含む基板10と、当該金属パターン14に接続される金属端子15とを主に備えている。
(Embodiment 1)
First, Embodiment 1 which is the first embodiment of the present invention will be described. First, the structure of the semiconductor device according to this embodiment will be described. Referring to FIG. 1, semiconductor device 1 according to the present embodiment is a power semiconductor device, and includes substrate 10 including base plate 11, solder layer 12, ceramic plate 13 and metal pattern 14, and metal pattern 14. It mainly includes a metal terminal 15 to be connected.

セラミック板13は、はんだ層12を介してベース板11に固定されている。金属パターン14は、セラミック板13の一方の表面(はんだ層12側とは反対側の表面)上に形成されている。金属パターン14は、たとえば銅(Cu)やアルミニウム(Al)などの金属材料からなっている。   The ceramic plate 13 is fixed to the base plate 11 via the solder layer 12. The metal pattern 14 is formed on one surface (surface opposite to the solder layer 12 side) of the ceramic plate 13. The metal pattern 14 is made of a metal material such as copper (Cu) or aluminum (Al).

金属端子15は、金属パターン14に接続される接合部15aと、金属パターン14から離れるように接合部15aに接続される端子曲げ部15b(第1曲折部)と、端子曲げ部15bに接続される支持部15cとを主に含んでいる。金属端子15は、たとえば銅(Cu)などの金属材料からなっている。   The metal terminal 15 is connected to a joint portion 15a connected to the metal pattern 14, a terminal bent portion 15b (first bent portion) connected to the joint portion 15a so as to be separated from the metal pattern 14, and a terminal bent portion 15b. And a support portion 15c. The metal terminal 15 is made of a metal material such as copper (Cu), for example.

接合部15a(金属端子15)は、金属パターン14の表面14aに沿って延在し、超音波接合により金属パターン14に接続されている。より具体的には、接合部15aは、表面15a2に超音波ツール50を接触させることで接合部15aに対して超音波振動を伝達させ、接合面15a1と表面14aとの間に摩擦を生じさせることで当該金属パターン14に対して接合されている。接合部15aの幅W1は、上記超音波接合に用いられる超音波ツール50の幅W2の±20%以下(80%以上120%以下)の大きさであり、好ましくは同じ大きさである。たとえば超音波ツール50の幅W2が5mmである場合には、接合部15aの幅W1は6mmまたは4mmとなっている。   The joint portion 15a (metal terminal 15) extends along the surface 14a of the metal pattern 14, and is connected to the metal pattern 14 by ultrasonic joining. More specifically, the bonding portion 15a transmits ultrasonic vibration to the bonding portion 15a by bringing the ultrasonic tool 50 into contact with the surface 15a2, and causes friction between the bonding surface 15a1 and the surface 14a. Thus, the metal pattern 14 is bonded. The width W1 of the joining portion 15a is ± 20% or less (80% or more and 120% or less) of the width W2 of the ultrasonic tool 50 used for the ultrasonic bonding, and is preferably the same size. For example, when the width W2 of the ultrasonic tool 50 is 5 mm, the width W1 of the joint portion 15a is 6 mm or 4 mm.

支持部15cは、接合部15aが延在する方向とは異なる方向に延在している。より具体的には、支持部15cは、金属パターン14の表面14aに沿った方向に垂直な方向に沿って延在している。   The support portion 15c extends in a direction different from the direction in which the joint portion 15a extends. More specifically, the support portion 15 c extends along a direction perpendicular to the direction along the surface 14 a of the metal pattern 14.

端子曲げ部15bは、接合部15aの一方の端部と支持部15cの一方の端部とを接続するように直線状に延在している。端子曲げ部15bは、接合部15aが延在する方向および支持部15cが延在する方向とは異なる方向において直線状に延在している。より具体的には、端子曲げ部15bは、接合部15aの延在方向および支持部15cの延在方向に対して交差する方向に延在している。   The terminal bent portion 15b extends linearly so as to connect one end of the joint 15a and one end of the support 15c. The terminal bent portion 15b extends linearly in a direction different from the direction in which the joint portion 15a extends and the direction in which the support portion 15c extends. More specifically, the terminal bending part 15b is extended in the direction which cross | intersects the extension direction of the junction part 15a, and the extension direction of the support part 15c.

金属端子15は、図1に示すように接合部15aと、端子曲げ部15bと、支持部15cとが一体に形成された構造を有している。より具体的には、金属端子15は、1枚の平板状の金属部材(図示しない)に対してプレス加工などを施し、複数の曲折点を設けることにより形成されている。   As shown in FIG. 1, the metal terminal 15 has a structure in which a joint portion 15a, a terminal bent portion 15b, and a support portion 15c are integrally formed. More specifically, the metal terminal 15 is formed by pressing a single flat metal member (not shown) or the like to provide a plurality of bending points.

金属端子15では曲折点における曲げ角度は特に限定されない。たとえば、接合部15aの延在方向と端子曲げ部15bの延在方向とが成す角、および端子曲げ部15bの延在方向と支持部15cの延在方向とが成す角の大きさは0°を超え90°未満であり、かつ当該角の大きさの和が90°となっている。これにより、図1に示すように接合部15aが金属パターン14の表面14aに沿って延在し、かつ支持部15cが当該表面14aに垂直な方向に沿って延在した状態になる。   In the metal terminal 15, the bending angle at the bending point is not particularly limited. For example, the angle formed by the extending direction of the joint portion 15a and the extending direction of the terminal bent portion 15b and the angle formed by the extending direction of the terminal bent portion 15b and the extending direction of the support portion 15c are 0 °. And less than 90 °, and the sum of the angles is 90 °. As a result, as shown in FIG. 1, the joint 15a extends along the surface 14a of the metal pattern 14, and the support 15c extends along a direction perpendicular to the surface 14a.

次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。この半導体装置の製造方法では、まず、基板および金属端子を準備する工程が実施される。この工程では、図1を参照して、ベース板11、はんだ層12、セラミック板13および金属パターン14を含む基板10が準備される。また、銅などの材料からなる金属端子15も別途準備される。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment will be described. In this method of manufacturing a semiconductor device, first, a step of preparing a substrate and a metal terminal is performed. In this step, a substrate 10 including a base plate 11, a solder layer 12, a ceramic plate 13, and a metal pattern 14 is prepared with reference to FIG. A metal terminal 15 made of a material such as copper is also prepared separately.

次に、超音波接合する工程が実施される。この工程では、図1を参照して、まず接合部15aが金属パターン14と接触するように、金属端子15が基板10上に配置される。次に、表面15a2側から金属端子15に対して超音波ツール50を接触させ、接合部15aに対して超音波振動が伝達される。これにより、金属端子15(接合部15a)と金属パターン14との間に摩擦が発生し、金属端子15が金属パターン14に対して接合される。以上のようにして半導体装置1が製造される。   Next, a step of ultrasonic bonding is performed. In this step, referring to FIG. 1, first, the metal terminal 15 is arranged on the substrate 10 so that the joint portion 15 a contacts the metal pattern 14. Next, the ultrasonic tool 50 is brought into contact with the metal terminal 15 from the surface 15a2 side, and ultrasonic vibration is transmitted to the joint portion 15a. As a result, friction is generated between the metal terminal 15 (joining portion 15 a) and the metal pattern 14, and the metal terminal 15 is joined to the metal pattern 14. The semiconductor device 1 is manufactured as described above.

次に、本実施の形態に係る半導体装置の作用効果について比較例の半導体装置を参照しつつ説明する。図6および図7を参照して、比較例の半導体装置100は、ベース板110、はんだ層120、セラミック板130、および金属パターン140を含む基板と、当該金属パターン140に接続される金属端子150と、ケース200とを主に備えている。図7に示すように金属端子150は複数に分岐しており、各々の金属端子150は接合部150aと支持部150cとを含むL字型形状を有している(図6参照)。金属端子150の分岐数は製品によって異なり、たとえば2〜10本である(図7では3本)。   Next, functions and effects of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to a semiconductor device of a comparative example. 6 and 7, a semiconductor device 100 of a comparative example includes a base plate 110, a solder layer 120, a ceramic plate 130, a substrate including a metal pattern 140, and a metal terminal 150 connected to the metal pattern 140. And a case 200 are mainly provided. As shown in FIG. 7, the metal terminal 150 is branched into a plurality of pieces, and each metal terminal 150 has an L-shape including a joint 150a and a support 150c (see FIG. 6). The number of branches of the metal terminal 150 differs depending on the product, for example, 2 to 10 (three in FIG. 7).

半導体装置100では、超音波ツール500を用いて金属端子150の接合部150aを押さえて当該接合部150aに超音波振動および荷重を加え、金属端子150と金属パターン140との間に摩擦を生じさせることによりこれらが接合されている。この場合、図6に示すように接合部150aの幅が超音波ツール500の幅の比べて大きくなっている。すなわち、接合部150aは、金属パターン140に対して接合される接合領域151aと、接合されない非接合領域152aとを含んでおり、当該接合領域151aおよび非接合領域152aの両方が金属パターン140と接触している。この状態で超音波ツール500により金属端子150を押さえると、接合領域151aだけでなく非接合領域152aも金属パターン140に対して接合される場合がある。この場合、超音波ツール500により加えられる接合荷重が分散し、不要な摩擦抵抗などが発生して接合強度にばらつきが生じ、その結果金属パターン140に対する金属端子150の接合の信頼性が低下するという懸念がある。   In the semiconductor device 100, the ultrasonic tool 500 is used to press the joint 150 a of the metal terminal 150 to apply ultrasonic vibration and a load to the joint 150 a, thereby generating friction between the metal terminal 150 and the metal pattern 140. These are joined together. In this case, as shown in FIG. 6, the width of the joint 150 a is larger than the width of the ultrasonic tool 500. That is, the bonding part 150 a includes a bonding region 151 a bonded to the metal pattern 140 and a non-bonding region 152 a that is not bonded, and both the bonding region 151 a and the non-bonding region 152 a are in contact with the metal pattern 140. doing. When the metal terminal 150 is pressed by the ultrasonic tool 500 in this state, not only the bonding region 151 a but also the non-bonding region 152 a may be bonded to the metal pattern 140. In this case, the bonding load applied by the ultrasonic tool 500 is dispersed, and unnecessary frictional resistance or the like is generated to cause variation in bonding strength. As a result, the reliability of bonding of the metal terminal 150 to the metal pattern 140 is lowered. There are concerns.

より具体的には、接合部150aが平坦面を有する場合でも、超音波接合の処理条件によっては端部のみが接合され中央部分が接合されない場合などがある。たとえば金属端子150が銅からなり、厚みが1.5mm、幅が5mm、長さが7mmであり、周波数20kHz、振幅25μm、荷重1000Nの条件で超音波接合を行うと、端子の端部のみが接合されて中央部が接合しない場合がある。一方で、荷重を1000Nから500Nにまで下げ、かつ振幅を25μmから20μmにまで小さくすると、端子の中央部を接合することができる。このように、比較例の半導体装置100では、荷重や振幅などの超音波接合の条件を詳細に設定しなければ金属端子150と金属パターン140との安定な接合を確保することが困難である。   More specifically, even when the bonding portion 150a has a flat surface, depending on the processing conditions of ultrasonic bonding, only the end portion may be bonded and the central portion may not be bonded. For example, when the metal terminal 150 is made of copper, the thickness is 1.5 mm, the width is 5 mm, the length is 7 mm, and ultrasonic bonding is performed under the conditions of a frequency of 20 kHz, an amplitude of 25 μm, and a load of 1000 N, only the end of the terminal is In some cases, the central part is not joined. On the other hand, when the load is reduced from 1000 N to 500 N and the amplitude is reduced from 25 μm to 20 μm, the central portion of the terminal can be joined. Thus, in the semiconductor device 100 of the comparative example, it is difficult to ensure stable bonding between the metal terminal 150 and the metal pattern 140 unless the ultrasonic bonding conditions such as load and amplitude are set in detail.

これに対して、本実施の形態に係る半導体装置1においては、金属端子15が接合部15aおよび支持部15cに加えて、端子曲げ部15bをさらに含んでいる。これにより、金属端子15において金属パターン14に接合させる部分(接合部15a)のみを当該金属パターン14に対して接触させ、他の部分(端子曲げ部15bおよび支持部15c)を金属パターン14から離れるように構成することが容易になる。その結果、超音波接合の際に超音波ツール50により接合面全体に対して均一に荷重が加えられ、金属端子15と金属パターン14との安定な接合を得ることができる。さらに、金属端子15に複数の曲折点を設けることにより、半導体装置の使用時の熱による膨張や収縮に起因した金属端子15と金属パターン14との接合部の歪をより緩和することができる。このように本実施の形態に係る半導体装置1は、金属端子15と金属パターン14との安定な接合が達成され、より信頼性が向上したものとなっている。   On the other hand, in the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the metal terminal 15 further includes a terminal bent portion 15b in addition to the joint portion 15a and the support portion 15c. Thereby, only the part (joining part 15a) joined to the metal pattern 14 in the metal terminal 15 is made to contact with the said metal pattern 14, and other parts (terminal bending part 15b and support part 15c) are separated from the metal pattern 14. It becomes easy to constitute. As a result, a load is uniformly applied to the entire bonding surface by the ultrasonic tool 50 during ultrasonic bonding, and a stable bonding between the metal terminal 15 and the metal pattern 14 can be obtained. Furthermore, by providing a plurality of bending points on the metal terminal 15, it is possible to further alleviate distortion at the joint between the metal terminal 15 and the metal pattern 14 due to expansion and contraction due to heat when the semiconductor device is used. As described above, in the semiconductor device 1 according to the present embodiment, stable bonding between the metal terminal 15 and the metal pattern 14 is achieved, and the reliability is further improved.

(変形例)
次に、本実施の形態の変形例について説明する。本変形例に係る半導体装置は、基本的には上記本実施の形態に係る半導体装置1と同様の構成を備え、かつ同様の効果を奏する。しかし、本変形例に係る半導体装置は、金属端子の構造において上記本実施の形態に係る半導体装置1とは異なっている。
(Modification)
Next, a modification of the present embodiment will be described. The semiconductor device according to the present modification basically has the same configuration as that of the semiconductor device 1 according to the present embodiment and has the same effects. However, the semiconductor device according to the present modification is different from the semiconductor device 1 according to the present embodiment in the structure of the metal terminal.

図2を参照して、本変形例に係る半導体装置2は、上記半導体装置1と同様にベース板21、はんだ層22、セラミック板23および金属パターン24を含む基板20と、金属端子25とを主に備えている。金属端子25は、接合部25a、端子曲げ部25b(第1曲折部)および支持部25cに加えて、先端側端子曲げ部25d(第2曲折部)をさらに含んでいる。   Referring to FIG. 2, the semiconductor device 2 according to the present modification includes a base plate 21, a solder layer 22, a ceramic plate 23, and a metal pattern 24 as well as the semiconductor device 1, and metal terminals 25. Mainly prepared. The metal terminal 25 further includes a distal end side terminal bent portion 25d (second bent portion) in addition to the joint portion 25a, the terminal bent portion 25b (first bent portion), and the support portion 25c.

先端側端子曲げ部25dは、端子曲げ部25bとは反対側において接合部25aに接続されている。先端側端子曲げ部25bは、接合部25aが延在する方向(金属パターン24の表面24aに沿った方向)とは異なる方向に延在している。上記構成により、上記半導体装置1の場合と同様に金属端子25と金属パターン24との安定な接合が得られるとともに、金属端子15の設計の自由度がより向上する。   The distal end side terminal bent portion 25d is connected to the joint portion 25a on the side opposite to the terminal bent portion 25b. The distal-end-side terminal bent portion 25b extends in a direction different from the direction in which the joint portion 25a extends (the direction along the surface 24a of the metal pattern 24). With the above configuration, as in the case of the semiconductor device 1, the metal terminal 25 and the metal pattern 24 can be stably joined, and the degree of freedom in designing the metal terminal 15 can be further improved.

(実施の形態2)
次に、本発明の第2の実施の形態である実施の形態2について説明する。実施の形態2に係る半導体装置は、基本的には上記実施の形態1に係る半導体装置1と同様の構成を備え、かつ同様の効果を奏する。しかし、実施の形態2に係る半導体装置は、金属端子の構造において上記実施の形態1に係る半導体装置1とは異なっている。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment which is a second embodiment of the present invention will be described. The semiconductor device according to the second embodiment basically has the same configuration as that of the semiconductor device 1 according to the first embodiment and has the same effects. However, the semiconductor device according to the second embodiment is different from the semiconductor device 1 according to the first embodiment in the structure of the metal terminal.

図3を参照して、本実施の形態に係る半導体装置3は、上記半導体装置1と同様にベース板31、はんだ層32、セラミック板33および金属パターン34を含む基板30と、当該金属パターン34に接続される金属端子35とを主に備えている。金属端子35は、接合部35aおよび支持部35cに加えて、当該接合部35aと当該支持部35cとを接続するように屈曲する屈曲部35bをさらに含んでいる。   With reference to FIG. 3, the semiconductor device 3 according to the present embodiment, like the semiconductor device 1, includes a base plate 31, a solder layer 32, a ceramic plate 33 and a metal pattern 34, and the metal pattern 34. And a metal terminal 35 connected to the main body. In addition to the joint portion 35a and the support portion 35c, the metal terminal 35 further includes a bent portion 35b that bends so as to connect the joint portion 35a and the support portion 35c.

接合部35aは、金属パターン34の表面34aに沿って延在しており、超音波接合により金属パターン34に接続されている。接合部35aの幅W1は、上記超音波接合に用いられる超音波ツール50の幅W2の±20%以下(80%以上120%以下)の大きさとなっている。支持部35cは、接合部34が延在する方向とは異なる方向(金属パターン34の表面34aに対して垂直な方向)に沿って延在している。   The joining portion 35a extends along the surface 34a of the metal pattern 34 and is connected to the metal pattern 34 by ultrasonic joining. The width W1 of the bonding portion 35a is a size of ± 20% or less (80% or more and 120% or less) of the width W2 of the ultrasonic tool 50 used for the ultrasonic bonding. The support part 35c extends along a direction (a direction perpendicular to the surface 34a of the metal pattern 34) different from the direction in which the joint part 34 extends.

図4を参照して、屈曲部35bの曲率半径は、金属端子35の厚みよりも大きくなっている。より具体的には、屈曲部35bに含まれる曲線35b1の曲率半径R(曲率円Cの半径)が金属端子35の厚みT1以上の大きさとなっている。たとえば金属端子35の厚みT1が1.5mmである場合には、当該曲率半径Rは1.5mm以上となっている。   With reference to FIG. 4, the curvature radius of the bent portion 35 b is larger than the thickness of the metal terminal 35. More specifically, the curvature radius R (the radius of the curvature circle C) of the curve 35b1 included in the bent portion 35b is greater than or equal to the thickness T1 of the metal terminal 35. For example, when the thickness T1 of the metal terminal 35 is 1.5 mm, the curvature radius R is 1.5 mm or more.

上記構成により、本実施の形態に係る半導体装置3においては、金属端子35のサイズが小さく複数の曲折点を設けることが困難である場合でも、金属パターン34に接合させる部分(接合部35a)のみを金属パターン34に接触させ、他の部分を金属パターン34から離れるように容易に構成することができる。その結果、上記半導体装置1と同様に金属端子35と金属パターン34との安定な接合を得ることができる。   With the above configuration, in the semiconductor device 3 according to the present embodiment, only the portion (joint portion 35a) to be joined to the metal pattern 34 is provided even when the metal terminal 35 is small in size and it is difficult to provide a plurality of bending points. Can be easily configured so as to be in contact with the metal pattern 34 and other portions away from the metal pattern 34. As a result, a stable bonding between the metal terminal 35 and the metal pattern 34 can be obtained as in the semiconductor device 1.

(実施の形態3)
次に、本発明の第3の実施の形態である実施の形態3について説明する。実施の形態3に係る半導体装置は、基本的には上記実施の形態1に係る半導体装置1と同様の構成を備え、かつ同様の効果を奏する。しかし、実施の形態3に係る半導体装置は、金属端子の構造において上記実施の形態1に係る半導体装置1とは異なっている。
(Embodiment 3)
Next, Embodiment 3 which is the third embodiment of the present invention will be described. The semiconductor device according to the third embodiment basically has the same configuration as that of the semiconductor device 1 according to the first embodiment and has the same effects. However, the semiconductor device according to the third embodiment is different from the semiconductor device 1 according to the first embodiment in the structure of the metal terminal.

図5を参照して、本実施の形態に係る半導体装置4は、上記半導体装置1と同様にベース板41、はんだ層42、セラミック板43および金属パターン44を含む基板40と、当該金属パターン44に接続される金属端子45とを主に備えている。金属端子45は、接合部45aおよび支持部45cを含んでいる。金属パターン44および金属端子45は、たとえば銅(Cu)などの金属材料からなっている。   Referring to FIG. 5, the semiconductor device 4 according to the present embodiment, like the semiconductor device 1, includes a base plate 41, a solder layer 42, a ceramic plate 43, and a metal pattern 44, and the metal pattern 44. And a metal terminal 45 connected to the main body. The metal terminal 45 includes a joint portion 45a and a support portion 45c. The metal pattern 44 and the metal terminal 45 are made of a metal material such as copper (Cu), for example.

接合部45aは、金属パターン44の表面44aに沿って延在し、超音波接合により金属パターン44に接続されている。より具体的には、接合部45aは、金属パターン44に対向する表面において凸部45dを有しており、当該凸部45dにおいて金属パターン44に接続されている。凸部45dの幅W3は、上記超音波接合に用いられる超音波ツール50の幅W2の±20%以下(80%以上120%以下)の大きさとなっており、好ましくは同じ大きさである。たとえば、超音波ツール50の幅W2が5mmである場合には、凸部45dの幅W3は4〜6mmとなっている。   The joint portion 45a extends along the surface 44a of the metal pattern 44 and is connected to the metal pattern 44 by ultrasonic joining. More specifically, the joint portion 45 a has a convex portion 45 d on the surface facing the metal pattern 44, and is connected to the metal pattern 44 at the convex portion 45 d. The width W3 of the convex portion 45d is ± 20% or less (80% or more and 120% or less) of the width W2 of the ultrasonic tool 50 used for the ultrasonic bonding, and is preferably the same size. For example, when the width W2 of the ultrasonic tool 50 is 5 mm, the width W3 of the convex portion 45d is 4 to 6 mm.

また、金属端子45および金属パターン44が銅からなり、接合部45aの幅が5mm、金属端子45の厚みが1.5mmである場合には、超音波接合による金属端子45および金属パターン44の接合面の削れ、および圧縮による変形量は10〜100μm程度である。そのため、凸部45dの段差Hは超音波接合の条件により適宜設定されるが、少なくとも10μm以上となっている。   Further, when the metal terminal 45 and the metal pattern 44 are made of copper, the width of the joint portion 45a is 5 mm, and the thickness of the metal terminal 45 is 1.5 mm, the metal terminal 45 and the metal pattern 44 are joined by ultrasonic joining. The amount of deformation due to surface scraping and compression is about 10 to 100 μm. For this reason, the step H of the convex portion 45d is appropriately set according to the conditions of ultrasonic bonding, but is at least 10 μm or more.

支持部45cは、接合部45aの一方の端部に接続されている。支持部45cは、接合部45aが延在する方向(金属パターン44の表面44aに沿った方向)とは異なる方向(表面44aに対して垂直な方向)に沿って延在している。   The support part 45c is connected to one end of the joint part 45a. The support portion 45c extends along a direction (a direction perpendicular to the surface 44a) different from a direction (a direction along the surface 44a of the metal pattern 44) in which the joint portion 45a extends.

上記構成により、本実施の形態に係る半導体装置4においては、接合部45aの先端側および根元側(支持部45cに接続される側)のいずれにおいても金属パターン44との接触を回避することができる。これにより、金属パターン44に接合させる部分(凸部45d)のみを金属パターン44に接触させ、他の部分を金属パターン44から離れるように容易に構成することができる。その結果、上記半導体装置1と同様に金属端子45と金属パターン44との安定な接合を得ることができる。   With the above configuration, in the semiconductor device 4 according to the present embodiment, it is possible to avoid contact with the metal pattern 44 on either the tip side or the base side (side connected to the support portion 45c) of the joint portion 45a. it can. Thereby, only the part (convex part 45d) joined to the metal pattern 44 can be made to contact the metal pattern 44, and another part can be easily separated from the metal pattern 44. As a result, it is possible to obtain a stable joint between the metal terminal 45 and the metal pattern 44 as in the semiconductor device 1.

今回開示された実施の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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の半導体装置は、基板の金属パターンに対して金属端子を安定に接合することが要求される半導体装置において、特に有利に適用され得る。   The semiconductor device of the present invention can be particularly advantageously applied to a semiconductor device in which a metal terminal is required to be stably bonded to a metal pattern of a substrate.

1,2,3,4 半導体装置、10,20,30,40 基板、11,21,31,41 ベース板、12,22,32,42 はんだ層、13,23,33,43 セラミック板、14,24,34,44 金属パターン、14a,15a2,24a,34a,44a 表面、15,25,35,45 金属端子、15a,25a,35a,45a 接合部、15a1 接合面、15b,25b 端子曲げ部、25d 先端側端子曲げ部、15c,25c,35c,45c 支持部、35b 屈曲部、35b1 曲線、45d 凸部、50 超音波ツール。   1, 2, 3, 4 Semiconductor device 10, 20, 30, 40 Substrate, 11, 21, 31, 41 Base plate, 12, 22, 32, 42 Solder layer, 13, 23, 33, 43 Ceramic plate, 14 , 24, 34, 44 Metal pattern, 14a, 15a2, 24a, 34a, 44a Surface, 15, 25, 35, 45 Metal terminal, 15a, 25a, 35a, 45a Joint part, 15a1 Joint surface, 15b, 25b Terminal bending part , 25d distal end side terminal bent portion, 15c, 25c, 35c, 45c support portion, 35b bent portion, 35b1 curve, 45d convex portion, 50 ultrasonic tool.

Claims (4)

金属パターンを含む基板と、
前記金属パターンに接続される金属端子とを備え、
前記金属端子は、
前記金属パターンの表面に沿って延在し、前記金属パターンに接続される接合部と、
前記接合部が延在する方向と異なる方向に延在する支持部と、
前記接合部と前記支持部とを接続し、前記接合部が延在する方向および前記支持部が延在する方向の各々と異なる方向に直線状に延在する第1曲折部とを含み、
前記接合部のみを前記金属パターンに接触させ、前記第1曲折部および前記支持部を前記金属パターンから離れるように構成し、
前記金属端子は、超音波接合により前記金属パターンに接続されており、
前記接合部の幅は、前記超音波接合に用いられる超音波ツールの幅と同じ大きさである、半導体装置。
A substrate including a metal pattern;
A metal terminal connected to the metal pattern,
The metal terminal is
A joint extending along the surface of the metal pattern and connected to the metal pattern;
A support portion extending in a direction different from a direction in which the joint portion extends;
Connecting the joint and the support, and includes a first bent portion extending linearly in a direction different from each of a direction in which the joint extends and a direction in which the support extends.
Only the joint portion is brought into contact with the metal pattern, and the first bent portion and the support portion are configured to be separated from the metal pattern ,
The metal terminal is connected to the metal pattern by ultrasonic bonding,
The width | variety of the said junction part is a semiconductor device which is the same magnitude | size as the width | variety of the ultrasonic tool used for the said ultrasonic bonding .
前記金属端子は、前記第1曲折部側とは反対側において前記接合部に接続され、前記接合部が延在する方向と異なる方向に延在する第2曲折部をさらに含む、請求項1に記載の半導体装置。   The metal terminal further includes a second bent portion that is connected to the joint portion on a side opposite to the first bent portion side and extends in a direction different from a direction in which the joint portion extends. The semiconductor device described. 金属パターンを含む基板と、
前記金属パターンに接続される金属端子とを備え、
前記金属端子は、
前記金属パターンの表面に沿って延在し、前記金属パターンに接続される接合部と、
前記接合部が延在する方向と異なる方向に延在する支持部と、
前記接合部と前記支持部とを接続するように屈曲し、前記金属端子の厚み以上の曲率半径を有する屈曲部とを含み、
前記接合部のみを前記金属パターンに接触させ、前記屈曲部および前記支持部を前記金属パターンから離れるように構成し、
前記金属端子は、超音波接合により前記金属パターンに接続されており、
前記接合部の幅は、前記超音波接合に用いられる超音波ツールの幅と同じ大きさである半導体装置。
A substrate including a metal pattern;
A metal terminal connected to the metal pattern,
The metal terminal is
A joint extending along the surface of the metal pattern and connected to the metal pattern;
A support portion extending in a direction different from a direction in which the joint portion extends;
Bending to connect the joint and the support, and a bent portion having a radius of curvature equal to or greater than the thickness of the metal terminal,
Only the joint portion is brought into contact with the metal pattern, and the bent portion and the support portion are configured to be separated from the metal pattern ,
The metal terminal is connected to the metal pattern by ultrasonic bonding,
The width | variety of the said junction part is a semiconductor device which is the same magnitude | size as the width | variety of the ultrasonic tool used for the said ultrasonic bonding .
金属パターンを含む基板と、
前記金属パターンに接続される金属端子とを備え、
前記金属端子は、
前記金属パターンの表面に沿って延在し、前記金属パターンに対向する表面において前記金属パターンに接続される凸部を有する接合部と、
前記接合部に接続され、前記接合部が延在する方向と異なる方向に延在する支持部とを含み、
前記凸部のみを前記金属パターンに接触させ、前記支持部を前記金属パターンから離れるように構成し、
前記金属端子は、超音波接合により前記金属パターンに接続されており、
前記接合部の幅は、前記超音波接合に用いられる超音波ツールの幅と同じ大きさである、半導体装置。
A substrate including a metal pattern;
A metal terminal connected to the metal pattern,
The metal terminal is
A joint that extends along the surface of the metal pattern and has a convex portion connected to the metal pattern on the surface facing the metal pattern;
A support portion connected to the joint portion and extending in a direction different from a direction in which the joint portion extends;
Only the convex part is brought into contact with the metal pattern, and the support part is configured to be separated from the metal pattern,
The metal terminal is connected to the metal pattern by ultrasonic bonding,
The width | variety of the said junction part is a semiconductor device which is the same magnitude | size as the width | variety of the ultrasonic tool used for the said ultrasonic bonding .
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