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JP6538513B2 - Semiconductor power module and moving body - Google Patents

Semiconductor power module and moving body Download PDF

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JP6538513B2 JP2015196956A JP2015196956A JP6538513B2 JP 6538513 B2 JP6538513 B2 JP 6538513B2 JP 2015196956 A JP2015196956 A JP 2015196956A JP 2015196956 A JP2015196956 A JP 2015196956A JP 6538513 B2 JP6538513 B2 JP 6538513B2
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Description

本発明は、絶縁基板に半導体素子とリードが接続された半導体パワーモジュールおよび移動体に関し、特に、超音波接続を用いてリードが接続された半導体パワーモジュールおよび移動体に関する。   The present invention relates to a semiconductor power module and a moving body in which a semiconductor element and a lead are connected to an insulating substrate, and more particularly to a semiconductor power module and a moving body in which a lead is connected using ultrasonic connection.

半導体パワーモジュールは、セラミックなどからなる絶縁基板に銅やアルミなどからなる配線パターンが形成され、複数個の半導体素子が搭載された絶縁基板をモジュール内に収納する構造となっている。このような半導体パワーモジュールにおいては、各半導体素子の電極と配線パターンや、配線パターン間、配線パターンとリードなどの接続にワイヤボンディングが用いられており、大電流を流すため複数本のワイヤを並列にボンディングする方法を用いている。   The semiconductor power module has a structure in which a wiring pattern made of copper, aluminum or the like is formed on an insulating substrate made of ceramic or the like, and the insulating substrate on which a plurality of semiconductor elements are mounted is housed in the module. In such a semiconductor power module, wire bonding is used for connection between electrodes and wiring patterns of the semiconductor elements, between wiring patterns, between wiring patterns and leads, and a plurality of wires are connected in parallel to flow a large current. Bonding method is used.

近年、半導体パワーモジュールの小型化の要求から接続占有面積をワイヤボンディング時の面積より小さく出来る板状のリードを用いる方法が考案されている。板状のリードの接続方法としては、はんだや超音波接続を用いる方法がある。   In recent years, a method using a plate-like lead which can make the connection occupied area smaller than the area at the time of wire bonding has been devised from the demand for miniaturization of the semiconductor power module. As a method of connecting plate-like leads, there is a method using solder or ultrasonic connection.

超音波接続とは、2つの金属を超音波ツールにより振幅と荷重を一定時間与えて擦り合わせることにより金属表面にある酸化膜を除去し、新生面同士を固相拡散で接続させる方法である。絶縁基板や配線パターンの厚さや材質で異なってくるが、適正な荷重と振幅および時間に設定しないと絶縁基板や配線パターンを損傷することがある。   The ultrasonic connection is a method of removing an oxide film on a metal surface by giving two metals an amplitude and a load with an ultrasonic tool for a certain period of time and rubbing them, and connecting new surfaces to each other by solid phase diffusion. Although the thickness and the material of the insulating substrate and the wiring pattern are different, the insulating substrate and the wiring pattern may be damaged if the load, amplitude and time are not set properly.

配線パターンの損傷防止と、接続マージンの拡大を図り、板状のリードと絶縁基板上の配線パターンとを超音波接続技術を用いて接続する技術として、特開2011−61105号公報(特許文献1)がある。この公報には、絶縁基板上に配置された配線パターンにコーティング層が形成された構造が記載されている。さらに、この公報には、「金属ベース及び絶縁膜上のパッド上に、パッド及びリード端子よりも硬いコーティング層を形成する。超音波接続時には、超音波ツールにより、超音波を印加することによってコーティング層は破壊され、コーティング層の両側にあるリード端子とパッドとが塑性流動により直接接続される(要約参照)」が開示されている。このコーティング層は、リードや配線パターンより硬い材質で形成され、Cr、Fe、Mo、Ni、Pt、Ta、V、Wなどが適当と記載されている。また、配線パターンを破壊するのはリードの端部であることから、リードの端部とその周辺部にコーティング層を設け、接合の阻害要因にならないように薄くする必要があると記載されている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-61105 (Patent Document 1) as a technique for preventing damage to a wiring pattern and expanding a connection margin, and connecting a plate-like lead and a wiring pattern on an insulating substrate using ultrasonic connection technology. ). This publication describes a structure in which a coating layer is formed on a wiring pattern disposed on an insulating substrate. Furthermore, in this publication, a coating layer harder than the pad and the lead terminal is formed on the metal base and the pad on the insulating film. At the time of ultrasonic connection, the coating is performed by applying ultrasonic waves using an ultrasonic tool. The layers are broken, and the lead terminals on both sides of the coating layer and the pads are directly connected by plastic flow (see abstract). The coating layer is formed of a harder material than the leads and the wiring pattern, and it is described that Cr, Fe, Mo, Ni, Pt, Ta, V, W, etc. are suitable. In addition, since it is the end of the lead that breaks the wiring pattern, it is described that it is necessary to provide a coating layer at the end of the lead and its periphery and to make it thinner so as not to become an obstacle to bonding. .

特開2011−61105号公報JP, 2011-61105, A

図12および図13は、本願発明者が検討した構造を示すものであり、図12(a)は、セラミックの絶縁基板2上にある配線パターン3とリード5とを超音波接続により接続し、絶縁基板2に損傷があった場合の結果(接続状態)の模式図である。調査方法としては、リード5と配線パターン3を王水でエッチングすることにより除去し、絶縁基板上に残るTi膜(厚さ1μm以下)の損傷の有無を確認することで判断した。その結果、リードの折り曲げ加工されているコーナ部(屈曲部)と接合する箇所の下部に損傷部Sが見られた。   12 and 13 show the structure examined by the inventor of the present invention, and FIG. 12 (a) connects the wiring pattern 3 and the lead 5 on the ceramic insulating substrate 2 by ultrasonic connection. It is a schematic diagram of a result (connection state) when there is damage to the insulated substrate 2. FIG. As a survey method, the leads 5 and the wiring pattern 3 were removed by etching with aqua regia, and it was judged by confirming the presence or absence of damage of the Ti film (thickness 1 μm or less) remaining on the insulating substrate. As a result, a damaged portion S was observed at the lower portion of the portion where the lead is joined to the bent corner portion (bent portion).

すなわち、本願発明者の検討によって、リード5と配線パターン3の超音波接続時に、リード5の屈曲部5dの下部の絶縁基板2に損傷Sが形成されることが見い出された。ここで、リード5の超音波接続時にリード5の屈曲部5dの下部に損傷Sが形成される理由について説明する。   That is, it has been found that the damage S is formed on the insulating substrate 2 under the bent portion 5d of the lead 5 when the lead 5 and the wiring pattern 3 are ultrasonically connected by the study of the inventor of the present application. Here, the reason why the damage S is formed in the lower part of the bent portion 5 d of the lead 5 at the time of the ultrasonic connection of the lead 5 will be described.

それぞれのリード5を打ち抜き金型で曲げ成形した際に、リード5の場合、図13(b)に示すように、板材(リード5)42の断面形状において、アスペクト比が小さいため、全体的に扇状に変形し、K部に示すように、中央部が出っ張った(突出した)形状となる。   When each lead 5 is bent and formed by a punching die, in the case of the lead 5, as shown in FIG. 13B, the aspect ratio is small in the cross-sectional shape of the plate material (lead 5) 42. It has a fan-like shape, and as shown in part K, the central portion has a projecting (projecting) shape.

これにより、図12(a)に示すように、リード5への超音波印加時にリード5の屈曲部5dの下部にリード5の中央部からの圧力が付与され、その結果、損傷Sが形成される。   As a result, as shown in FIG. 12A, the pressure from the central part of the lead 5 is applied to the lower part of the bent part 5d of the lead 5 at the time of the ultrasonic wave application to the lead 5. As a result, the damage S is formed. Ru.

なお、絶縁基板の損傷を防止する効果が大きい方法として、2つ考えられる。1つは、接続条件の荷重や振幅を小さく、もしくは接続時間を短くすることにより接続状態を弱くし、絶縁基板へのダメージを低減する方法である。しかし、この方法では接続強度が低下し長期信頼性が悪化することが予想され、また接続面積が小さくなってしまい流せる電流値に制限がかかり大容量化が図れない。もう1つの方法は、特許文献1に記載された方法で、配線パターンにリードと配線パターンより硬い材質のコーティング層を薄くリード端部と接合される箇所に設ける方法である。しかし、この方法では金属ベース上に絶縁膜と配線パターンという構造でリード先端部直下の配線パターンの損傷抑止には有効であるが、高耐圧パワーモジュールに用いられるセラミック基板と配線パターンという構造、かつリードの折り曲げ加工されたコーナ部直下のセラミック基板の損傷には効果が得られない。   In addition, two methods are considered as a method with a large effect of preventing the damage to the insulating substrate. One is a method of reducing the damage to the insulating substrate by weakening the connection state by reducing the load and amplitude of the connection conditions or shortening the connection time. However, in this method, it is expected that the connection strength is reduced and the long-term reliability is deteriorated, and the connection area is reduced, and the current value which can be flowed is limited, and the capacity can not be increased. Another method is a method described in Patent Document 1, in which a wiring layer is provided with a lead and a coating layer made of a material harder than the wiring pattern at a thinly joined portion with a lead end. However, although this method is effective in preventing damage to the wiring pattern immediately below the lead end by the structure of the insulating film and the wiring pattern on the metal base, the structure of the ceramic substrate and the wiring pattern used in the high breakdown voltage power module There is no effect on the damage to the ceramic substrate immediately below the bent corner of the lead.

本発明の目的は、半導体パワーモジュールおよび移動体において、絶縁基板上の配線パターンとリードとを超音波接続で接続する際の接続条件のマージンを広くして絶縁基板の損傷を抑止することができる技術を提供することにある。   The object of the present invention is to prevent damage to the insulating substrate by widening the connection condition margin when connecting the wiring pattern on the insulating substrate and the leads by ultrasonic connection in the semiconductor power module and the movable body. It is about providing technology.

本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。   The outline of typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

本発明に係る半導体パワーモジュールは、配線パターンが形成された絶縁基板と、上記絶縁基板に接続部材を介して搭載された半導体素子と、上記配線パターンと接続する被接続部を備え、上記被接続部の延在方向における一方が端部であり、かつ他方が屈曲部であるリード部と、を有している。さらに、上記被接続部と上記配線パターンとは、超音波接続によって接続され、上記被接続部は、上記端部側に位置する第1領域と、上記屈曲部側に位置する第2領域とを含み、上記第1領域は、上記配線パターンと接続し、上記第2領域は、Ni層またはNi合金層からなる金属層を介して上記配線パターンと接続している。   A semiconductor power module according to the present invention includes an insulating substrate on which a wiring pattern is formed, a semiconductor element mounted on the insulating substrate via a connecting member, and a connected portion connected to the wiring pattern, One end in the extending direction of the portion is an end portion, and the other is a bent portion. Furthermore, the connected portion and the wiring pattern are connected by ultrasonic connection, and the connected portion includes a first area located on the end side and a second area located on the bent side. The first region is connected to the wiring pattern, and the second region is connected to the wiring pattern through a metal layer formed of a Ni layer or a Ni alloy layer.

また、本発明に係る移動体は、半導体パワーモジュールを有するものであり、上記半導体パワーモジュールは、配線パターンが形成された絶縁基板と、上記絶縁基板に接続部材を介して搭載された半導体素子と、上記配線パターンと接続する被接続部を備え、上記被接続部の延在方向における一方が端部であり、かつ他方が屈曲部であるリード部と、を有している。さらに、上記被接続部と上記配線パターンとは、超音波接続によって接続され、上記被接続部は、上記端部側に位置する第1領域と、上記屈曲部側に位置する第2領域とを含み、上記第1領域は、上記配線パターンと接続し、上記第2領域は、Ni層またはNi合金層からなる金属層を介して上記配線パターンと接続している。   A mobile according to the present invention includes a semiconductor power module, and the semiconductor power module includes an insulating substrate on which a wiring pattern is formed, and a semiconductor element mounted on the insulating substrate through a connection member. And a lead portion connected to the wiring pattern, wherein one of the connected portions in the extending direction is an end portion, and the other is a bent portion. Furthermore, the connected portion and the wiring pattern are connected by ultrasonic connection, and the connected portion includes a first area located on the end side and a second area located on the bent side. The first region is connected to the wiring pattern, and the second region is connected to the wiring pattern through a metal layer formed of a Ni layer or a Ni alloy layer.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。   The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

半導体パワーモジュールおよび移動体において、絶縁基板上の配線パターンと、屈曲部を有するリードとを超音波接続する際にダメージを緩和することができその直下の絶縁基板の損傷を抑止することができる。また、リードの先端側は配線パターンと直接接続するため容易に接続することができ、接続条件のマージンを確保し易くすることができる。   In the semiconductor power module and the movable body, when ultrasonically connecting the wiring pattern on the insulating substrate and the lead having the bent portion, damage can be alleviated and damage to the insulating substrate immediately below can be suppressed. Further, the tip end side of the lead can be easily connected since it is directly connected to the wiring pattern, and the margin of the connection condition can be easily secured.

本発明の実施の形態の半導体パワーモジュールの構造の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the structure of the semiconductor power module of embodiment of this invention. 図1に示す半導体パワーモジュールの蓋を取り除いた構造の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the structure which removed the lid | cover of the semiconductor power module shown in FIG. 図1に示す半導体パワーモジュールの展開図である。It is an expanded view of the semiconductor power module shown in FIG. 図1に示す半導体パワーモジュールの蓋とリードを取り除いた構造の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the structure which remove | eliminated the lid | cover and lead of the semiconductor power module shown in FIG. 図1に示す半導体パワーモジュールの蓋を取り除いた構造の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the structure which removed the lid | cover of the semiconductor power module shown in FIG. 図5に示すA−A線に沿って切断した構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure cut | disconnected along the AA shown in FIG. 図1に示す半導体パワーモジュールのリード接続部を示す拡大部分断面図である。It is an expanded fragmentary sectional view which shows the lead connection part of the semiconductor power module shown in FIG. 図7においてリードを取り除いた構造の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the structure which removed the lead in FIG. 図1に示す半導体パワーモジュールのリード接続部におけるリードと配線パターンの接続構造の一例を示す拡大部分断面図である。It is an enlarged fragmentary sectional view which shows an example of the connection structure of the lead | read | reed in the lead connection part of the semiconductor power module shown in FIG. 1, and a wiring pattern. 図9に示すA部の構造を示す拡大部分断面図である。FIG. 10 is an enlarged partial cross-sectional view showing a structure of a portion A shown in FIG. 9; 図9に示すB部の構造を示す拡大部分断面図である。FIG. 10 is an enlarged partial cross-sectional view showing a structure of a portion B shown in FIG. 9; (a),(b)は本願発明者が比較検討を行った比較例の半導体パワーモジュールにおけるリード接続構造を示す部分断面図および断面図である。(A), (b) is a fragmentary sectional view and sectional drawing which show the lead connection structure in the semiconductor power module of the comparative example which the present inventor compared and examined. (a),(b),(c)は図12に示す比較例のリードの屈曲部に発生する応力を示す概念図および断面図である。(A), (b), (c) is a conceptual diagram and sectional drawing which show the stress which generate | occur | produces in the bending part of the lead of the comparative example shown in FIG. 変形例1の半導体パワーモジュールのリード接続部を示す拡大部分断面図である。FIG. 10 is an enlarged partial cross-sectional view showing a lead connection portion of the semiconductor power module of Modification Example 1; 図14においてリードを取り除いた構造の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the structure which removed the lead in FIG. 変形例2のリードの接続前の構造を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a structure before connecting a lead of Modification 2; 変形例2のリードの接続後の構造を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a structure after connecting a lead of Modification 2; 図1に示す半導体パワーモジュールの搭載例(変形例3、鉄道車両)を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of mounting of the semiconductor power module shown in FIG. 1 (modification 3, railway vehicle). 図18に示す搭載例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of mounting shown in FIG. 図1に示す半導体パワーモジュールの搭載例(変形例4、自動車)を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of mounting (the modified example 4, a motor vehicle) of the semiconductor power module shown in FIG. 図20に示す搭載例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of mounting shown in FIG.

以下の実施の形態では特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly required.

さらに、以下の実施の形態では便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。   Furthermore, in the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, it will be described divided into a plurality of sections or embodiments, but unless otherwise specified, they are not unrelated to each other, one is The other part or all of the variations, the details, the supplementary explanation, etc. are in a relation.

また、以下の実施の形態において、要素の数など(個数、数値、量、範囲などを含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), it is particularly pronounced and clearly limited to a specific number in principle. Except for the specific number, it is not limited to the specific number but may be more or less than the specific number.

また、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily essential except in the case where they are particularly clearly shown and where they are considered to be obviously essential in principle. Needless to say.

また、以下の実施の形態において、構成要素等について、「Aからなる」、「Aよりなる」、「Aを有する」、「Aを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲等についても同様である。   Further, in the following embodiments, when it is referred to as "consisting of A", "consisting of A", "having A", and "including A" with respect to components etc. It goes without saying that the other elements are not excluded except in the case where the Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships and the like of components etc., the shapes thereof are substantially the same unless particularly clearly stated and where it is apparently clearly not so in principle. It is assumed that it includes things that are similar or similar to etc. The same applies to the above numerical values and ranges.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, members having the same functions are denoted by the same reference numerals, and the repetitive description thereof will be omitted. Moreover, hatching may be attached even if it is a plan view in order to make a drawing intelligible.

まず、本実施の形態の半導体パワーモジュールの共通する基本構造について説明する。   First, a common basic structure of the semiconductor power module of the present embodiment will be described.

図1は本発明の実施の形態の半導体パワーモジュールの構造の一例を示す斜視図、図2は図1に示す半導体パワーモジュールの蓋を取り除いた構造の一例を示す斜視図、図3は図1に示す半導体パワーモジュールの展開図である。また、図4は図1に示す半導体パワーモジュールの蓋とリードを取り除いた構造の一例を示す平面図、図5は図1に示す半導体パワーモジュールの蓋を取り除いた構造の一例を示す平面図、図6は図5に示すA−A線に沿って切断した構造の一例を示す断面図である。   FIG. 1 is a perspective view showing an example of the structure of a semiconductor power module according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing an example of the structure of the semiconductor power module shown in FIG. FIG. 7 is a development view of the semiconductor power module shown in FIG. 4 is a plan view showing an example of the structure in which the lid and the lead of the semiconductor power module shown in FIG. 1 are removed, and FIG. 5 is a plan view showing an example of the structure in which the lid of the semiconductor power module shown in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a structure cut along line A-A shown in FIG.

図1および図2に示す本実施の形態の半導体パワーモジュール15は、例えば、鉄道車両や自動車のインバータ等に搭載される高耐圧対応のパワーモジュールである。この場合、大電流が流されるため、半導体素子(半導体チップ)4からの発熱量も多い半導体モジュールである。   The semiconductor power module 15 of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is, for example, a high withstand voltage power module mounted on an inverter or the like of a railway vehicle or a car. In this case, since a large current flows, the semiconductor module (semiconductor chip) 4 generates a large amount of heat.

まず、半導体パワーモジュール15の全体構成について説明すると、図1に示すように、ベース板1と、ベース板1の外周部に沿って取り付けられた側壁であるケース7と、ケース7の開口部分を塞ぐ蓋12と、蓋12の外側に露出した外部端子13a,13b,13cとを有している。3つの外部端子13a,13b,13cは、ケース7の長手方向の両側の端部付近に2つと1つに分散して配置されている。   First, the entire configuration of the semiconductor power module 15 will be described. As shown in FIG. 1, the base plate 1, the case 7 which is a side wall attached along the outer periphery of the base plate 1, and the opening portion of the case 7 It has a lid 12 to be closed, and external terminals 13a, 13b and 13c exposed to the outside of the lid 12. The three external terminals 13a, 13b and 13c are disposed in the vicinity of the end portions on both sides in the longitudinal direction of the case 7 so as to be dispersed into two and one.

次に、図2〜図6を用いて半導体パワーモジュール15の内部構造について説明すると、配線パターン3が形成された絶縁基板2と、絶縁基板2に接続部材(はんだ)16(図6参照)を介して搭載された半導体素子4と、半導体素子4の上方を覆いお互いに絶縁された状態で積層された複数の板状部10と、を有している。   Next, the internal structure of the semiconductor power module 15 will be described with reference to FIGS. 2 to 6. The insulating substrate 2 on which the wiring pattern 3 is formed, and the connecting member (solder) 16 (see FIG. 6) A semiconductor element 4 mounted via the semiconductor device 1 and a plurality of plate-like parts 10 which are stacked in a state of being insulated from each other covering the upper side of the semiconductor element 4 are provided.

さらに、複数の板状部10のそれぞれには、図3に示すように、絶縁基板2に向けて延びる接続用のリード(リード部)5が形成されている。   Furthermore, as shown in FIG. 3, connection leads (lead portions) 5 extending toward the insulating substrate 2 are formed in each of the plurality of plate-like portions 10.

そして、接続用のリード5は複数本設けられ、これらのリード5は、図4に示す絶縁基板2の配線パターン3のR部に電気的に接続されている。   A plurality of connection leads 5 are provided, and these leads 5 are electrically connected to the R portion of the wiring pattern 3 of the insulating substrate 2 shown in FIG.

また、図6に示すように、ベース板1上には、はんだ等の接続部材16を介して絶縁基板2が搭載され、さらに、絶縁基板2の表裏面には配線パターン3が形成されている。また、配線パターン3上には、板状部10から延びる接続用のリード5が配置されており、配線パターン3と電気的に接続されている。なお、リード5と配線パターン3の接続は、超音波接続によって行われる。   Further, as shown in FIG. 6, the insulating substrate 2 is mounted on the base plate 1 via the connection member 16 such as solder, and the wiring patterns 3 are formed on the front and back surfaces of the insulating substrate 2. . Further, on the wiring pattern 3, a lead 5 for connection extending from the plate-like portion 10 is disposed and electrically connected to the wiring pattern 3. The connection of the leads 5 and the wiring pattern 3 is performed by ultrasonic connection.

また、ベース板1とケース7は、ねじや接着剤等で固定されている。ケース7や外部端子13a,13b,13cには、外部機器(図示せず)と接続する際に使用するねじ穴8が設けられており、さらに、図2に示すケース7の長手方向の一方の辺の内壁には、複数の制御リード9が設けられている。また、複数の制御リード9のそれぞれは、L字形に形成されており、ケース7の内壁に一部が露出するように埋設されて固定されている。   Further, the base plate 1 and the case 7 are fixed by screws, an adhesive or the like. The case 7 and the external terminals 13a, 13b and 13c are provided with screw holes 8 used when connecting to an external device (not shown), and further, one of the longitudinal directions of the case 7 shown in FIG. A plurality of control leads 9 are provided on the inner wall of the side. Further, each of the plurality of control leads 9 is formed in an L shape, and is embedded and fixed so that a part is exposed to the inner wall of the case 7.

そして、これらの制御リード9の一部は、図4および図5に示すように、それぞれ金属細線であるワイヤ6を介して配線パターン3と電気的に接続されている。ワイヤ6は、例えば、アルミニウム、銅もしくは金等から成る。   And, as shown in FIG. 4 and FIG. 5, a part of these control leads 9 are electrically connected to the wiring pattern 3 through the wires 6 which are respectively fine metal wires. The wire 6 is made of, for example, aluminum, copper or gold.

また、半導体パワーモジュール15では、図3の展開図(説明を分かり易くするためにケース7と蓋12とワイヤ6は省略している)に示すように、3枚の板状部10a,10b,10cが積層されており、それぞれの板状部10が、お互いに絶縁された状態となるように積層されている。ここでは、積層される板状部10間に、薄板状の絶縁部材14が介在されており、これにより、板状部10同士での絶縁が行われている。また、それぞれの板状部10には、板状部自体と交差する方向に折れ曲がって形成された複数のリード5が形成されている。   Further, in the semiconductor power module 15, as shown in the developed view of FIG. 3 (the case 7, the lid 12 and the wire 6 are omitted to make the explanation easy to understand), the three plate portions 10a, 10b, 10c are laminated, and the respective plate-like parts 10 are laminated so as to be insulated from each other. Here, the thin plate-like insulating member 14 is interposed between the plate-like parts 10 to be stacked, whereby insulation between the plate-like parts 10 is performed. Further, in each plate-like portion 10, a plurality of leads 5 which are formed to be bent in a direction intersecting the plate-like portion itself are formed.

なお、上述のように、積層された3枚の板状部10は、その厚さ方向に対して隣り合う板状部間が絶縁された状態となっている。すなわち、図3に示すように、各板状部間に板状の絶縁部材14が介在されており、これによって、各板状部10が、耐圧を確保するために一定以上の距離となるように(一定の距離を離して)配置されている。   As described above, the three stacked plate-like parts 10 are in a state where the adjacent plate-like parts in the thickness direction are insulated. That is, as shown in FIG. 3, the plate-like insulating member 14 is interposed between the plate-like parts, whereby each plate-like part 10 has a certain distance or more to secure the withstand voltage. Are placed (a certain distance apart).

また、本実施の形態の半導体パワーモジュール15では、図4に示す構造において、一例として、大きい方の半導体素子4が、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のSi製半導体素子であり、一方、小さい方の半導体素子4が、例えばダイオード等のSi製半導体素子である。   Further, in the semiconductor power module 15 of the present embodiment, in the structure shown in FIG. 4, the larger semiconductor element 4 is, for example, a Si semiconductor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The smaller semiconductor element 4 is, for example, a Si semiconductor element such as a diode.

また、図4および図5に示すように、半導体素子間、半導体素子4と配線パターン3、配線パターン3と制御リード9の一部は、それぞれワイヤ6によって電気的に接続されている。   Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the semiconductor elements, the semiconductor element 4 and the wiring pattern 3, and the wiring pattern 3 and a part of the control lead 9 are electrically connected by wires 6, respectively.

また、図6に示すように、絶縁基板2は、その下側(裏面側)の配線パターン3が、接続部材(はんだ)16を介してベース板1と接続することでベース板1に固定されている。   Further, as shown in FIG. 6, the insulating substrate 2 is fixed to the base plate 1 by connecting the wiring pattern 3 on the lower side (rear side) to the base plate 1 via the connection member (solder) 16. ing.

また、ケース7内の隙間には、ゲル状の封止樹脂(図示せず)が充填され、板状部間等の耐圧が確保されている。そして、図1に示す蓋(例えば、プラスチック製)12によってケース7の内部が閉じられた状態で使用される。   In addition, a gel-like sealing resin (not shown) is filled in the gap in the case 7 to secure the pressure resistance between the plate-like portions and the like. Then, the inside of the case 7 is closed by the lid (for example, made of plastic) 12 shown in FIG.

次に、半導体パワーモジュール15の内部構造の詳細について説明する。図7は図1に示す半導体パワーモジュールのリード接続部を示す拡大部分断面図、図8は図7においてリードを取り除いた構造の一例を示す平面図、図9は図1に示す半導体パワーモジュールのリード接続部におけるリードと配線パターンの接合構造の一例を示す拡大部分断面図である。また、図10は図9に示すA部の構造を示す拡大部分断面図、図11は図9に示すB部の構造を示す拡大部分断面図である。   Next, details of the internal structure of the semiconductor power module 15 will be described. 7 is an enlarged partial sectional view showing the lead connection portion of the semiconductor power module shown in FIG. 1, FIG. 8 is a plan view showing an example of the structure from which the lead is removed in FIG. 7, and FIG. 9 is a semiconductor power module shown in FIG. It is an expanded fragmentary sectional view which shows an example of the junction structure of the lead | read | reed in a lead connection part, and a wiring pattern. 10 is an enlarged partial sectional view showing the structure of the part A shown in FIG. 9, and FIG. 11 is an enlarged partial sectional view showing the structure of the part B shown in FIG.

上述のように、図7に示すリード接続部において、ベース板1の上には、はんだなどの接続部材16を介して絶縁基板2が搭載され、絶縁基板2の表裏面には配線パターン3が形成されている。配線パターン3上には、図6に示すように接続部材16を介して半導体素子(半導体チップ)4が搭載されている。さらに、配線パターン3には外部との接続に使用されるリード(リード部)5も接続されている。リード5は、図7および図8に示すように、配線パターン3と接続する被接続部5aを備えており、この被接続部5aは、その延在方向Qにおいて、一方が端部(終端部)5eであり、さらに他方が屈曲部5dとなっている。ここで、屈曲部5dとは、リード5の折れ曲がった部分であり、折り曲げ部分の一方の端から反対側の端までの部分である。したがって、屈曲部5dは、折れ曲がりの幅を有する領域である。   As described above, in the lead connection portion shown in FIG. 7, the insulating substrate 2 is mounted on the base plate 1 via the connection member 16 such as solder, and the wiring patterns 3 are provided on the front and back surfaces of the insulating substrate 2. It is formed. A semiconductor element (semiconductor chip) 4 is mounted on the wiring pattern 3 via a connection member 16 as shown in FIG. Further, a lead (lead portion) 5 used for connection with the outside is also connected to the wiring pattern 3. As shown in FIGS. 7 and 8, the lead 5 is provided with a connected portion 5a connected to the wiring pattern 3, and one end of the connected portion 5a in the extending direction Q is an end portion (termination portion 5e, and the other is a bend 5d. Here, the bent portion 5d is a bent portion of the lead 5, which is a portion from one end of the bent portion to the opposite end. Therefore, the bending portion 5d is a region having a width of bending.

なお、上述のように、半導体パワーモジュール15では、配線パターン3とリード5の被接続部5aとは、超音波接続により接続されている。また、ベース板1上の外周部にはケース7が接合部材(図示せず)を介して搭載され、ケース7には一部埋没した形で制御リード9が設けられている。そして、図1に示すように、ケース7の上面に配置される蓋12によりパワーモジュール内部が保護されている。さらに、ケース7の内側には図示していないが、ゲルが注入され、絶縁耐圧が保たれる構造になっている。そして、制御リード9、配線パターン3、半導体素子4間は、金属細線であるワイヤ6により電気的に接続されている。   As described above, in the semiconductor power module 15, the wiring pattern 3 and the connected portion 5a of the lead 5 are connected by ultrasonic connection. Further, a case 7 is mounted on an outer peripheral portion of the base plate 1 through a joining member (not shown), and a control lead 9 is provided in the case 7 so as to be partially embedded. Then, as shown in FIG. 1, the inside of the power module is protected by a lid 12 disposed on the upper surface of the case 7. Furthermore, although not shown, a gel is injected into the inside of the case 7 so that the withstand voltage can be maintained. The control lead 9, the wiring pattern 3, and the semiconductor element 4 are electrically connected by the wire 6 which is a thin metal wire.

なお、ベース板1の材質は、放熱性の観点から主に熱伝導性の良いアルミニウムやアルミニウム合金、銅や銅合金、AlSiCなどであり、これらの材料によって形成され、さらに、裏面から水冷や空冷により冷却される。また、接続部材16の材質は、はんだや焼結銀や焼結銅などである。絶縁基板2の材質は、主にアルミナやAlN(窒化アルミニウム)やSiN(窒化シリコン)などであり、配線パターン3の材質は主にCu(銅)、Cu(銅)合金やアルミニウムなどである。   The base plate 1 is mainly made of aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, AlSiC or the like having good thermal conductivity from the viewpoint of heat dissipation, and is formed of these materials, and further, water cooling or air cooling from the back side. It is cooled by The material of the connection member 16 is solder, sintered silver, sintered copper or the like. The material of the insulating substrate 2 is mainly alumina, AlN (aluminum nitride), SiN (silicon nitride) or the like, and the material of the wiring pattern 3 is mainly Cu (copper), Cu (copper) alloy, aluminum or the like.

また、絶縁基板2と配線パターン3の接続は、材質の組み合わせにより異なるが、主に直接接続あるいはろう材による方法が用いられる。高耐圧の場合は、絶縁基板2の厚さは例えば、0.2〜0.6mm、配線パターン3の厚さは、0.1〜0.6mmである。   Further, although the connection between the insulating substrate 2 and the wiring pattern 3 differs depending on the combination of materials, a direct connection or a method using a brazing material is mainly used. In the case of high withstand voltage, the thickness of the insulating substrate 2 is, for example, 0.2 to 0.6 mm, and the thickness of the wiring pattern 3 is 0.1 to 0.6 mm.

また、半導体素子4の材質は、Si、SiC、GaNなどである。さらに、ケース7、蓋12の材質は、形状の複雑さから樹脂であることが多い。制御リード9の材質は、細く強度が必要なため鉄や銅の合金である。リード5の材質は、大電流を流すので放熱性が良く、電気電導率が大きいCu(銅)、Cu(銅)合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅とアルミニウムのクラッド材などである。   The material of the semiconductor element 4 is Si, SiC, GaN or the like. Furthermore, the material of the case 7 and the lid 12 is often resin because of the complexity of the shape. The material of the control lead 9 is an alloy of iron or copper because it needs to be thin and strong. The material of the leads 5 is a copper (Cu), Cu (copper) alloy, aluminum, an aluminum alloy, a clad material of copper and aluminum, or the like, which has a high heat conductivity, and a large electric conductivity, since a large current flows.

各部材の材質は、用途、放熱性、電気特性、コスト、長期信頼性などの観点から決定するものであり、上述のものに限定されるものではない。   The material of each member is determined from the viewpoints of application, heat dissipation, electrical characteristics, cost, long-term reliability and the like, and is not limited to the above-mentioned ones.

次に、本実施の形態の半導体パワーモジュール15の特徴部分について図面を用いて説明する。   Next, features of the semiconductor power module 15 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.

図7に示すように、ベース板1には接続部材16を介して絶縁基板2が搭載され、絶縁基板2の表裏面には配線パターン3が設けられている。配線パターン3上の一部にはNi層11(金属層)が設けられており、またリード5が超音波接続により配線パターン3に接続されている。図7および図8に示すように、配線パターン3とリード5との被接続部(接続面)5aでは、リード5の端部5e側(先端側)は直接配線パターン3と接続しており、一方、リード5の折り曲げ加工が施された屈曲部5d側(コーナ側)はNi層11を介して接続されている。   As shown in FIG. 7, the insulating substrate 2 is mounted on the base plate 1 via the connection member 16, and the wiring patterns 3 are provided on the front and back surfaces of the insulating substrate 2. A Ni layer 11 (metal layer) is provided on a part of the wiring pattern 3, and the lead 5 is connected to the wiring pattern 3 by ultrasonic connection. As shown in FIGS. 7 and 8, in the connected portion (connection surface) 5a of the wiring pattern 3 and the lead 5, the end 5e side (tip end side) of the lead 5 is directly connected to the wiring pattern 3, On the other hand, the side of the bent portion 5 d (corner side) where the lead 5 is bent is connected via the Ni layer 11.

詳細には、半導体パワーモジュール15は、図7に示すように、配線パターン3と接続する被接続部5aを備えた複数のリード5を備えている。複数のリード5が有する被接続部5aのそれぞれは、被接続部5aの先端側の端部(終端部)5eと、その反対側に位置する屈曲部5dとを有している。なお、リード5の屈曲部5dは、リード5が絶縁基板2の配線パターン3と接続可能なように、リード5を半導体パワーモジュール15の略垂直方向から略水平方向に折り曲げた部分である。そして、半導体パワーモジュール15における各リード5のそれぞれは、打ち抜き成形によって形成されたものである。   Specifically, as shown in FIG. 7, the semiconductor power module 15 is provided with a plurality of leads 5 provided with connected parts 5 a connected to the wiring pattern 3. Each of the connected parts 5a of the leads 5 has an end (end part) 5e on the tip end side of the connected part 5a and a bending part 5d located on the opposite side. The bent portion 5 d of the lead 5 is a portion obtained by bending the lead 5 in a substantially horizontal direction from the substantially vertical direction of the semiconductor power module 15 so that the lead 5 can be connected to the wiring pattern 3 of the insulating substrate 2. Each of the leads 5 in the semiconductor power module 15 is formed by punching.

さらに、それぞれの被接続部5aは、リード5において、絶縁基板2の配線パターン3と電気的に接続される部分であるが、各被接続部5aは、端部5e側に位置する第1領域5bと、屈曲部5d側に位置する第2領域5cとを有している。そして、被接続部5aにおける第1領域5bは、配線パターン3と直接接続しており、一方、第2領域5cは、Ni層11を介して配線パターン3と接続している。つまり、第1領域5bは、配線パターン3と合金層等を介在せずに直接接続されている。   Furthermore, each connected portion 5a is a portion electrically connected to the wiring pattern 3 of the insulating substrate 2 in the lead 5, but each connected portion 5a is a first region located on the end 5e side It has 5b and the 2nd field 5c located in the bending part 5d side. The first region 5 b in the connected portion 5 a is directly connected to the wiring pattern 3, and the second region 5 c is connected to the wiring pattern 3 via the Ni layer 11. That is, the first region 5b is directly connected to the wiring pattern 3 without the intervention of an alloy layer or the like.

これにより、本実施の形態の半導体パワーモジュール15では、リード5の被接続部5aの屈曲部5d側に位置する第2領域5cは、配線パターン3との間にNi層11が介在されているため、リード接続を行う際の超音波印加時に屈曲部5dの下方の絶縁基板2に圧力が付与されることを緩和することができる。すなわち、Ni層11がバリア層となり、絶縁基板2にかかる圧力を緩和させることができる。その結果、絶縁基板2に損傷部S(後述する図12参照)が形成されることを低減することができる。   Thus, in the semiconductor power module 15 of the present embodiment, the Ni layer 11 is interposed between the second region 5 c located on the side of the bent portion 5 d of the connected portion 5 a of the lead 5 with the wiring pattern 3. Therefore, it is possible to relieve that pressure is applied to the insulating substrate 2 below the bending portion 5d at the time of applying an ultrasonic wave when performing lead connection. That is, the Ni layer 11 serves as a barrier layer, and the pressure applied to the insulating substrate 2 can be relieved. As a result, formation of a damaged portion S (see FIG. 12 described later) in the insulating substrate 2 can be reduced.

一方、リード5の被接続部5aの先端部側である端部5e側の第1領域5bは、直接配線パターン3と接続しており、リード5と絶縁基板2との電気的な接続を確保している。そして、図8に示すように、被接続部5aにおける第1領域5bと第2領域5cの境界は、リード5の被接続部5aにおける延在方向Qの略半分の箇所である。すなわち、第1領域5bと第2領域5cの平面視での大きさは、略等しい。なお、第1領域5bと第2領域5cとでは、どちらか一方が、それぞれの機能を損なわない程度に僅かに大きくてもよい。   On the other hand, the first region 5b on the side of the end 5e which is the tip end side of the connected portion 5a of the lead 5 is directly connected to the wiring pattern 3 and secures the electrical connection between the lead 5 and the insulating substrate 2 doing. Then, as shown in FIG. 8, the boundary between the first region 5 b and the second region 5 c in the connected portion 5 a is substantially half of the extending direction Q in the connected portion 5 a of the lead 5. That is, the sizes of the first area 5b and the second area 5c in plan view are substantially equal. In the first area 5b and the second area 5c, either one may be slightly larger to such an extent that the respective functions are not impaired.

また、Ni層11は、Ni合金層(金属層)であってもよい。   In addition, the Ni layer 11 may be a Ni alloy layer (metal layer).

ここで、図12および図13を用いてリード5の屈曲部5dの下部の絶縁基板2に損傷部Sが形成される理由について詳しく説明する。図12(a),(b)は本願発明者が比較検討を行った比較例の半導体パワーモジュールにおけるリード接続構造を示す部分断面図および断面図、図13(a),(b),(c)は図12に示す比較例のリードの屈曲部に発生する応力を示す概念図および断面図である。   Here, the reason why the damaged portion S is formed on the insulating substrate 2 under the bent portion 5 d of the lead 5 will be described in detail with reference to FIGS. 12 and 13. 12 (a) and 12 (b) are partial cross-sectional views and cross-sectional views showing a lead connection structure in a semiconductor power module of a comparative example for which the inventors of the present invention compared and studied; 12] is a conceptual view and a cross-sectional view showing a stress generated at a bent portion of the lead of the comparative example shown in FIG.

図12(b)に示すように、端子40の製造方法には、エッチング、金型による打ち抜き、ワイヤカットなどがあるが、量産では、低コストにする必要があるため、一般的に打ち抜きで製造することが多い。図12(b)は、打ち抜きによって製造された端子40の断面を示している。端子40において、最初に切断される面(H部)にはダレ部I,Jが形成され、最後に切断される面(G部)には、その端部に尖ったエッジ部41が形成される。   As shown in FIG. 12B, the manufacturing method of the terminal 40 includes etching, punching with a die, wire cutting and the like, but in mass production, since it is necessary to reduce the cost, it is generally manufactured by punching There are many things to do. FIG. 12 (b) shows a cross section of the terminal 40 manufactured by punching. In the terminal 40, dripping portions I and J are formed on the surface (H portion) to be cut first, and a sharp edge portion 41 is formed on the end portion on the surface (G portion) to be cut last Ru.

したがって、端子40の接続部を良好な接続にするには、ダレ部側の面(H部)を接続面とすることにより、端子40がスムーズに移動することができ、接続を安定させることができる。   Therefore, in order to achieve good connection of the connection portion of the terminal 40, the terminal 40 can be moved smoothly by using the surface (H portion) on the side of the dripping portion as the connection surface, and the connection can be stabilized. it can.

しかしながら、図12(a)に示すように、リード5の被接続部5aにおける屈曲部5dの下方の絶縁基板2には、リード接続を行う際の超音波印加時に圧力が付与される。この現象を図13を用いて詳しく説明する。打ち抜き金型を用いたリードの曲げ成形を、図13(a)に示す板材42の曲げに置き換えて説明する。図13(a)に示すように板材42を曲げると、長手方向43の上側には圧縮45の力が加わり、下側には引っ張り46の力が加わる。幅方向44の上側には引っ張り46の力が加わり、下側には圧縮45の力が加わる。そして、厚さ方向の1/2の面には歪みの中立面47が発生する。   However, as shown in FIG. 12A, pressure is applied to the insulating substrate 2 below the bent portion 5d in the connected portion 5a of the lead 5 when ultrasonic waves are applied when the lead is connected. This phenomenon will be described in detail with reference to FIG. The bending of the lead using the punching die will be described by replacing it with the bending of the plate 42 shown in FIG. 13 (a). When the plate 42 is bent as shown in FIG. 13A, a force of compression 45 is applied to the upper side in the longitudinal direction 43 and a force of pull 46 is applied to the lower side. A force of pulling 46 is applied to the upper side in the width direction 44 and a force of compression 45 is applied to the lower side. Then, a neutral plane 47 of distortion occurs on the half surface in the thickness direction.

このように力が加わって曲げられた板材42の断面において、図13(b)に示すように、板材42の断面形状のアスペクト比が小さい場合は、全体的に扇状に変形し、その中央部付近(K部)が出っ張る(突出する)。   As shown in FIG. 13B, when the aspect ratio of the cross-sectional shape of the plate member 42 is small, the entire plate member 42 is deformed into a fan-like shape in the cross section of the plate member 42 bent as described above. The vicinity (K part) protrudes (projects).

一方、図13(c)に示すように、板材42の断面形状において、アスペクト比が大きい場合は、幅方向44の曲がりに対する力の抵抗が大きいため、中央部(L部)には変形が発生せず端部(M部)側だけの変形となる。リード5の断面形状は、図13(b)の断面形状に近いため、アスペクト比が小さく、扇状に変形する。すなわち、中央部が出っ張る(突出する)。   On the other hand, as shown in FIG. 13C, in the cross-sectional shape of the plate member 42, when the aspect ratio is large, the resistance of the force against the bending in the width direction 44 is large, so the central portion (L portion) is deformed Without deformation, only the end (M part) side is deformed. The cross-sectional shape of the lead 5 is close to the cross-sectional shape of FIG. 13B, so the aspect ratio is small and it deforms like a fan. That is, the central portion protrudes (projects).

したがって、このように変形したリード5を用いて超音波接続すると、図12(a)に示すように、リード5の被接続部5aにおける屈曲部5dの下方の絶縁基板2に、超音波印加時に圧力が付与され、その結果、絶縁基板2に損傷部Sが形成される。   Therefore, when ultrasonically connecting using the lead 5 deformed in this way, as shown in FIG. 12A, when applying the ultrasonic wave to the insulating substrate 2 below the bending portion 5d in the connected portion 5a of the lead 5 Pressure is applied, and as a result, a damaged portion S is formed in the insulating substrate 2.

そこで、本実施の形態の図1に示す半導体パワーモジュール15では、図7および図8に示すように、リード5の被接続部5aの屈曲部5d側に位置する第2領域5cにおいて、配線パターン3との間にNi層11が介在されている。これにより、リード接続を行う際の超音波印加時に、屈曲部5dの下方の絶縁基板2に圧力が付与されることを緩和することができ、その結果、絶縁基板2に図12(a)に示すような損傷部Sが形成されることを低減できる。   Therefore, in the semiconductor power module 15 shown in FIG. 1 of the present embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, the wiring pattern is formed in the second area 5c located on the bent portion 5d side of the connected portion 5a of the lead 5. A Ni layer 11 is interposed between them and 3. As a result, application of pressure to the insulating substrate 2 below the bending portion 5d can be alleviated when applying an ultrasonic wave at the time of lead connection, and as a result, the insulating substrate 2 can be formed as shown in FIG. It can reduce that the damage part S as shown is formed.

なお、リード5の屈曲部5dの下部に形成する層として、Ni層11またはNi合金層を採用する理由は、コストや接続実績に基づくものである。すなわち、バリア層として使用される材料のうち、コストが安価であり、さらに接続信頼性に実績があるため、Ni層11またはNi合金層が適している。   The reason why the Ni layer 11 or the Ni alloy layer is adopted as the layer formed under the bent portion 5d of the lead 5 is based on the cost and the connection results. That is, among the materials used as the barrier layer, the Ni layer 11 or the Ni alloy layer is suitable because the cost is low and the connection reliability is proven.

また、絶縁基板2として、AlN(窒化アルミニウム)基板を採用した場合には、窒化アルミニウム基板は、抗折強度が小さく図12に示すような損傷部Sが形成され易いため、リード5の屈曲部5dの下部にNi層11またはNi合金層を形成することにより、窒化アルミニウム基板において損傷部Sが形成されることを抑制できる。   Further, when an AlN (aluminum nitride) substrate is employed as the insulating substrate 2, the aluminum nitride substrate has small bending strength and easily forms a damaged portion S as shown in FIG. By forming the Ni layer 11 or the Ni alloy layer in the lower part of 5 d, it is possible to suppress the formation of the damaged portion S in the aluminum nitride substrate.

また、リード5や絶縁基板2の配線パターン3が、Cu(銅)もしくはCu(銅)合金によって形成されていることにより、放熱性を向上させることができる。これは、本実施の形態の半導体パワーモジュール15では、端子(リード5)に電流が流れるとジュール熱が発生するが、このジュール熱を絶縁基板2や板状部10に拡散させることができ、半導体パワーモジュール15の放熱性を向上させることができる。さらに、リード5や絶縁基板2の配線パターン3が、Cu(銅)もしくはCu(銅)合金によって形成されていることにより、半導体パワーモジュール15の電気特性を向上させることができる。   Moreover, the heat dissipation can be improved by the leads 5 and the wiring pattern 3 of the insulating substrate 2 being formed of Cu (copper) or Cu (copper) alloy. This is because, in the semiconductor power module 15 of the present embodiment, Joule heat is generated when current flows to the terminal (lead 5), but this Joule heat can be diffused to the insulating substrate 2 and the plate-like portion 10, The heat dissipation of the semiconductor power module 15 can be improved. Furthermore, the electrical characteristics of the semiconductor power module 15 can be improved by forming the leads 5 and the wiring pattern 3 of the insulating substrate 2 from Cu (copper) or Cu (copper) alloy.

次に、半導体パワーモジュール15のリード5の接続部の他の特徴部分について説明する。   Next, another characteristic portion of the connection portion of the lead 5 of the semiconductor power module 15 will be described.

図7および図8に示すように、配線パターン3の一部にはNi層11が施されている。そして、このNi層11は、リード5の屈曲部5d側(コーナ側)にリード5の被接続部5aの延在方向Qに対して半分ぐらいの位置までかかる大きさであり、さらに位置ずれも考慮した大きさにする必要がある。具体的には、Ni層11は、平面視で、被接続部5aの第2領域5cの周囲に露出している。すなわち、Ni層11は、被接続部5aの巾方向Pと延在方向Qの両方向に対して被接続部5aの周囲に露出するように形成されており、言い換えると、Ni層11は被接続部5aの第2領域5cより大きく形成されている。これにより、リード5を超音波で接続する際に、Ni層11との接続位置に対してマージンを増やすことができる。   As shown in FIGS. 7 and 8, a Ni layer 11 is provided on a part of the wiring pattern 3. The Ni layer 11 has a size that extends to about half the extending direction Q of the connected portion 5a of the lead 5 on the side of the bent portion 5d (corner side) of the lead 5. The size should be considered. Specifically, the Ni layer 11 is exposed around the second region 5c of the connected portion 5a in a plan view. That is, the Ni layer 11 is formed to be exposed around the connected portion 5a in both the width direction P and the extending direction Q of the connected portion 5a, in other words, the Ni layer 11 is connected It is formed larger than the second region 5c of the portion 5a. Thereby, when connecting the leads 5 by ultrasonic waves, the margin can be increased with respect to the connection position with the Ni layer 11.

なお、Ni層11(Ni合金層についても同様)の厚さは、2〜6μm程度が望ましい。これは、Ni層11が薄過ぎると、バリア層としての役目を果たすことができず、また、厚過ぎると、材料コストが高くなるためである。例えば、Ni層11の場合、厚さが1.5μmより薄くなると、Ni層11の形成が困難になる。Ni層11の形成方法は、例えば、めっき蒸着法、ジャブ浸け法、電解めっき法または無電解めっき法などである。   The thickness of the Ni layer 11 (the same applies to the Ni alloy layer) is preferably about 2 to 6 μm. This is because when the Ni layer 11 is too thin, it can not serve as a barrier layer, and when it is too thick, the material cost becomes high. For example, in the case of the Ni layer 11, when the thickness is less than 1.5 μm, the formation of the Ni layer 11 becomes difficult. The formation method of the Ni layer 11 is, for example, a plating deposition method, a jab dipping method, an electrolytic plating method, an electroless plating method, or the like.

次に、図9〜11を用いて本実施の形態の半導体パワーモジュール15の実験結果について説明する。図9および図10は、リード5と配線パターン3を接続した断面のSEM画像を図示化したものである。絶縁基板2の材質はAlN(窒化アルミニウム)、配線パターン3とリード5の材質はCu(銅)である。SEM画像を図示化したものであるため、図9と図10には図示されていないが、配線パターン3のリード5のコーナ部(屈曲部5d)と接続する箇所にはNi層11(厚さ2〜6μm)を施している。図10は図9のA部の拡大図であり、図11は図9のB部の拡大図である。図10の結果、Ni層11により絶縁基板2に損傷がないことを確認できた。また、図11において、点線の内側の領域は、リード5と配線パターン3の接続領域18であり、この接続領域18には、接続前に存在していたNi層11は接続時に破壊されたため、小片のNi片20となって存在していることが確認できた。   Next, experimental results of the semiconductor power module 15 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIGS. 9 and 10 illustrate SEM images of the cross section in which the leads 5 and the wiring pattern 3 are connected. The material of the insulating substrate 2 is AlN (aluminum nitride), and the material of the wiring pattern 3 and the leads 5 is Cu (copper). Although not shown in FIGS. 9 and 10 because the SEM image is illustrated, the Ni layer 11 (thickness) is connected to a portion connected to the corner portion (bent portion 5d) of the lead 5 of the wiring pattern 3 2 to 6 μm). 10 is an enlarged view of a portion A of FIG. 9, and FIG. 11 is an enlarged view of a portion B of FIG. As a result of FIG. 10, it could be confirmed that the insulating substrate 2 was not damaged by the Ni layer 11. Further, in FIG. 11, the region inside the dotted line is the connection region 18 of the lead 5 and the wiring pattern 3, and the Ni layer 11 existing before the connection in this connection region 18 was broken at the time of connection, It could be confirmed that a small piece of Ni piece 20 was present.

上述のようにリード5の被接続部5aの屈曲部5d側の第2領域5cと配線パターン3との間にNi層11またはNi合金層を介在させることにより、絶縁基板2の損傷を抑止することができる。また、リード5の被接続部5aの第1領域5bにて直接配線パターン3と接続するため、接続強度の低下も防止することができ、接続条件のマージンを拡大することができる。   As described above, by interposing the Ni layer 11 or the Ni alloy layer between the second region 5c on the bent portion 5d side of the connection portion 5a of the lead 5 and the wiring pattern 3, damage to the insulating substrate 2 is suppressed. be able to. Further, since the first region 5 b of the connected portion 5 a of the lead 5 is directly connected to the wiring pattern 3, the decrease in connection strength can be prevented, and the margin of the connection condition can be expanded.

すなわち、半導体パワーモジュール15において、リード5の屈曲部5dの下部にNi層11またはNi合金層を設けたことにより、絶縁基板2上の配線パターン3と、屈曲部5dを有するリード5とを超音波接続する際に絶縁基板2に付与するダメージを緩和することができる。したがって、リード5の屈曲部5dの直下における絶縁基板2の損傷を抑止することができる。また、リード5の被接続部5aの先端側(端部5e側)は配線パターン3と直接接続するため容易に接続することができ、接続条件のマージンを確保し易くすることができる。   That is, in the semiconductor power module 15, the Ni layer 11 or the Ni alloy layer is provided under the bent portion 5 d of the lead 5, thereby superimposing the wiring pattern 3 on the insulating substrate 2 and the lead 5 having the bent portion 5 d. It is possible to alleviate the damage given to the insulating substrate 2 at the time of sound wave connection. Therefore, damage to the insulating substrate 2 immediately below the bent portion 5d of the lead 5 can be suppressed. Further, since the tip end side (end 5e side) of the connected portion 5a of the lead 5 is directly connected to the wiring pattern 3, it can be easily connected, and the margin of the connection condition can be easily secured.

(変形例1)
図14は変形例1の半導体パワーモジュールのリード接続部を示す拡大部分断面図、図15は図14においてリードを取り除いた構造の一例を示す平面図である。
(Modification 1)
FIG. 14 is an enlarged partial sectional view showing the lead connection portion of the semiconductor power module of the first modification, and FIG. 15 is a plan view showing an example of the structure from which the lead is removed in FIG.

図14に示す変形例1の構造を説明すると、ベース板1には接続部材16を介して絶縁基板2が搭載され、絶縁基板2の表裏面には配線パターン3が設けられている。配線パターン3上にはNi層11が設けられており、リード5の先端側(端部5e側)と接続する箇所は配線パターン3が露出するようにNi層11が施されていない箇所がある。また、配線パターン3上にはリード5が超音波接続により接続されている。これにより、配線パターン3とリード5の接続面では、リード5の先端側(端部5e側)は直接配線パターン3と接続しており、一方、リード5の折り曲げ加工が施されたコーナ側(屈曲部5d側)はNi層11を介して配線パターン3と接続されている。   In the structure of the first modification shown in FIG. 14, the insulating substrate 2 is mounted on the base plate 1 via the connection member 16, and the wiring patterns 3 are provided on the front and back surfaces of the insulating substrate 2. A Ni layer 11 is provided on the wiring pattern 3 and there is a place where the Ni layer 11 is not applied so that the wiring pattern 3 is exposed in the portion connected to the tip end side (end 5e side) of the lead 5 . Further, the leads 5 are connected to the wiring pattern 3 by ultrasonic connection. Thereby, on the connection surface of the wiring pattern 3 and the lead 5, the tip side (end 5e side) of the lead 5 is directly connected to the wiring pattern 3, while the corner side where the lead 5 is bent ( The bent portion 5 d side is connected to the wiring pattern 3 via the Ni layer 11.

なお、図15に示すように、配線パターン3には開口部3aを除いてその略前面に亘ってNi層11が施されている。つまり、Ni層11は、配線パターン3の略全体を覆うように形成されており、リード5の被接続部5aの第1領域5bは、Ni層11に形成された開口部3aにおいて、配線パターン3と直接接続されている。また、開口部3aは、平面視で、被接続部5aの第1領域5bより大きく、第1領域5bの周囲の開口部3aに配線パターン3が露出している。つまり、リード5の被接続部5aと配線パターン3との位置ずれも考慮した大きさにする必要があるため、配線パターン3の開口部3aは、リード5の被接続部5aの延在方向Qにおいて約半分ぐらいまでかかる大きさであり、被接続部5aの第1領域5bより平面視で大きい。   As shown in FIG. 15, the wiring pattern 3 is provided with a Ni layer 11 over substantially the front surface except for the opening 3a. That is, the Ni layer 11 is formed so as to cover substantially the entire wiring pattern 3, and the first region 5 b of the connected portion 5 a of the lead 5 is a wiring pattern in the opening 3 a formed in the Ni layer 11. It is directly connected with 3. Further, the opening 3a is larger than the first region 5b of the connected portion 5a in plan view, and the wiring pattern 3 is exposed in the opening 3a around the first region 5b. That is, since it is necessary to consider the positional deviation between the connected portion 5 a of the lead 5 and the wiring pattern 3, the opening 3 a of the wiring pattern 3 extends in the extending direction Q of the connected portion 5 a of the lead 5. And the size is larger than that of the first region 5b of the connected portion 5a in plan view.

なお、Ni層11の厚さは、上記実施の形態と同様に、2〜6μmが望ましい。また、Ni層11はNi合金層であってもよい。   The thickness of the Ni layer 11 is desirably 2 to 6 μm as in the above embodiment. Also, the Ni layer 11 may be a Ni alloy layer.

上述のように配線パターン3とリード5の被接続部5aにおいて、リード5の端部5e側は直接配線パターン3と接続しており、一方、リード5の被接続部5aの屈曲部5d側はNi層11を介して配線パターン3と接続されており、これにより、Ni層11がバリア層となるため、上記実施の形態と同様に、絶縁基板2の損傷を抑止することができる。また、配線パターン3の開口部3aにおいてリード5の被接続部5aと配線パターン3とが直接接続するため、接続強度を確保して接続強度の低下も防止することができる。また、接続条件のマージンを拡大することもできる。さらに、Ni層11は配線パターン3の略全面に亘って施されており、その結果、半導体素子(半導体チップ)4と配線パターン3との接続性を向上させることができる。すなわち、図6に示すように、半導体素子4は、はんだ(接続部材)16によって配線パターン3に接続されているため、Ni層11を介在させることにより、はんだ16の濡れ性を向上させることができ、半導体素子4のはんだ付けによる接続性を向上させることができる。   As described above, in the connected portion 5a of the wiring pattern 3 and the lead 5, the end 5e of the lead 5 is directly connected to the wiring pattern 3, while the bent portion 5d of the connected portion 5a of the lead 5 is Since the Ni layer 11 is connected to the wiring pattern 3 through the Ni layer 11 and thereby the Ni layer 11 becomes a barrier layer, damage to the insulating substrate 2 can be suppressed as in the above embodiment. Further, since the connection portion 5a of the lead 5 and the wiring pattern 3 are directly connected in the opening 3a of the wiring pattern 3, the connection strength can be secured and the reduction in the connection strength can be prevented. Also, the margin of connection conditions can be expanded. Furthermore, the Ni layer 11 is provided over substantially the entire surface of the wiring pattern 3, and as a result, the connectivity between the semiconductor element (semiconductor chip) 4 and the wiring pattern 3 can be improved. That is, as shown in FIG. 6, since the semiconductor element 4 is connected to the wiring pattern 3 by the solder (connection member) 16, the wettability of the solder 16 can be improved by interposing the Ni layer 11. As a result, the connectivity of the semiconductor element 4 by soldering can be improved.

(変形例2)
図16は変形例2のリードの接続前の構造を示す断面図、図17は変形例2のリードの接続後の構造を示す断面図である。
(Modification 2)
FIG. 16 is a cross-sectional view showing the structure of the lead of the modification 2 before connection, and FIG. 17 is a cross-sectional view of the structure of the lead of the modification 2 after connection.

上述の実施の形態や変形例1では、絶縁基板2の配線パターン3上にNi層11を形成しておく場合を説明したが、変形例2では、図16に示すように、予めリード5の屈曲部5d側にNi層11を形成しておく。その際、Ni層11は、被接続部5aの第2領域5cと、屈曲部5dの上方のリード部分にも形成しておく。   In the above embodiment and the first modification, the case where the Ni layer 11 is formed on the wiring pattern 3 of the insulating substrate 2 has been described, but in the second modification, as shown in FIG. The Ni layer 11 is formed on the side of the bent portion 5d. At this time, the Ni layer 11 is also formed on the second region 5c of the connected portion 5a and the lead portion above the bent portion 5d.

これにより、リード5を超音波接続で配線パターン3に接続した際には、図17に示すように、リード5の屈曲部5dの上方のリード部分にNi層11の一部が残存した状態となる。   Thus, when the lead 5 is connected to the wiring pattern 3 by ultrasonic connection, as shown in FIG. 17, a state in which a part of the Ni layer 11 remains in the lead portion above the bent portion 5d of the lead 5 Become.

変形例2の接続方法においても、リード5の被接続部5aの第2領域5cのNi層11がバリア層となるため、上記実施の形態と同様に、絶縁基板2の損傷を抑止することができる。また、リード5の被接続部5aの第1領域5bと配線パターン3とが直接接続するため、接続強度を確保して接続強度の低下も防止することができる。また、接続条件のマージンを拡大することもできる。さらに、予めリード5側にNi層11を形成しておくことにより、絶縁基板2の形成工程においてNi層11を形成する工程を省略することができ、半導体パワーモジュール15の組立ての簡略化を図ることができる。   Also in the connection method of the second modification, the Ni layer 11 in the second region 5c of the connected portion 5a of the lead 5 serves as a barrier layer, so that damage to the insulating substrate 2 can be suppressed as in the above embodiment. it can. Further, since the first region 5b of the connected portion 5a of the lead 5 and the wiring pattern 3 are directly connected, it is possible to secure the connection strength and to prevent the reduction of the connection strength. Also, the margin of connection conditions can be expanded. Furthermore, by forming the Ni layer 11 on the lead 5 side in advance, the step of forming the Ni layer 11 can be omitted in the step of forming the insulating substrate 2, and the assembly of the semiconductor power module 15 can be simplified. be able to.

(変形例3)
図18は図1に示す半導体パワーモジュールの搭載例(変形例3、鉄道車両)を示す模式図、図19は図18に示す搭載例を示す平面図である。
(Modification 3)
FIG. 18 is a schematic view showing an example of mounting of the semiconductor power module shown in FIG. 1 (Modification 3; railway vehicle), and FIG. 19 is a plan view showing an example of mounting shown in FIG.

変形例3は、上記実施の形態の半導体パワーモジュールが搭載された移動体を説明するものであり、その一例として、パワーモジュール(半導体パワーモジュール)19が、図18に示すような集電装置であるパンタグラフ22が設けられた鉄道車両(移動体)21に設置されたインバータ23に搭載されている場合を示している。   The third modification describes a mobile unit on which the semiconductor power module of the above-described embodiment is mounted. As an example, a power module (semiconductor power module) 19 is a current collector as shown in FIG. The case where it mounts in the inverter 23 installed in the rail vehicle (mobile body) 21 in which a certain pantograph 22 was provided is shown.

図19に示すように、インバータ23の内部では、プリント基板25上に複数のパワーモジュール19が搭載され、さらにこれらのパワーモジュール19を冷却する冷却装置24が搭載されている。   As shown in FIG. 19, a plurality of power modules 19 are mounted on the printed circuit board 25 inside the inverter 23, and a cooling device 24 for cooling the power modules 19 is further mounted.

パワーモジュール19は、半導体素子からの発熱量が多い。従って、複数のパワーモジュール19を冷却してインバータ23の内部を冷却可能なように冷却装置24が取り付けられている。   The power module 19 generates a large amount of heat from the semiconductor element. Therefore, the cooling device 24 is attached so as to cool the plurality of power modules 19 and cool the inside of the inverter 23.

なお、パワーモジュール19の主要構造は、上記実施の形態のパワーモジュール15のものと同様である。したがって、図7に示す構造と同様に、配線パターン3とリード5の被接続部5aにおいて、リード5の端部5e側は直接配線パターン3と接続しており、一方、リード5の被接続部5aの屈曲部5d側はNi層11を介して配線パターン3と接続されている。これにより、Ni層11がバリア層となるため、上記実施の形態と同様に、絶縁基板2の損傷を抑止することができる。   The main structure of the power module 19 is the same as that of the power module 15 of the above embodiment. Therefore, as in the structure shown in FIG. 7, in the connected portion 5 a of the wiring pattern 3 and the lead 5, the end 5 e side of the lead 5 is directly connected to the wiring pattern 3, while the connected portion of the lead 5 The bent portion 5 d side of 5 a is connected to the wiring pattern 3 via the Ni layer 11. Thereby, since the Ni layer 11 becomes a barrier layer, damage to the insulating substrate 2 can be suppressed as in the above embodiment.

さらに、鉄道車両(移動体)21においては、複数のパワーモジュール(半導体パワーモジュール)19を搭載したインバータ23が設けられていることにより、インバータ23内が高温環境となった場合であっても、インバータ23およびそれが設けられた鉄道車両21の信頼性を高めることができる。   Furthermore, even in the case where the temperature of the inside of the inverter 23 becomes high due to the provision of the inverter 23 on which a plurality of power modules (semiconductor power modules) 19 are mounted in the railway vehicle (moving body) 21, The reliability of the inverter 23 and the railway vehicle 21 provided with the inverter 23 can be enhanced.

(変形例4)
図20は図1に示す半導体パワーモジュールの搭載例(変形例4、自動車)を示す模式図、図21は図20に示す搭載例を示す平面図である。
(Modification 4)
FIG. 20 is a schematic view showing a mounting example (Modification 4, car) of the semiconductor power module shown in FIG. 1, and FIG. 21 is a plan view showing the mounting example shown in FIG.

変形例4のパワーモジュール(半導体パワーモジュール)29は、図20に示すようなタイヤ28aによって走行する自動車(移動体)27の車体28に設置されたインバータ23に搭載される自動車用パワーモジュールである。   The power module (semiconductor power module) 29 of the modification 4 is an automotive power module mounted on the inverter 23 installed on the vehicle body 28 of the automobile (mobile body) 27 traveling by the tire 28a as shown in FIG. .

図21に示すように、インバータ23の内部では、プリント基板25上に複数(例えば2つ)のパワーモジュール29が搭載され、さらにこれらのパワーモジュール29を冷却する冷却装置24が搭載されている。パワーモジュール29は、半導体素子(半導体チップ)4からの発熱量が多い。したがって、複数のパワーモジュール29を冷却してインバータ23の内部を冷却可能なように冷却装置24が取り付けられている。   As shown in FIG. 21, inside the inverter 23, a plurality of (for example, two) power modules 29 are mounted on the printed circuit board 25, and a cooling device 24 for cooling the power modules 29 is further mounted. The power module 29 generates a large amount of heat from the semiconductor element (semiconductor chip) 4. Therefore, the cooling device 24 is attached so as to cool the plurality of power modules 29 and cool the inside of the inverter 23.

なお、パワーモジュール29の主要構造は、上記実施の形態のパワーモジュール15のものと同様である。したがって、図7に示す構造と同様に、配線パターン3とリード5の被接続部5aにおいて、リード5の端部5e側は直接配線パターン3と接続しており、一方、リード5の被接続部5aの屈曲部5d側はNi層11を介して配線パターン3と接続されている。これにより、Ni層11がバリア層となるため、上記実施の形態と同様に、絶縁基板2の損傷を抑止することができる。   The main structure of the power module 29 is the same as that of the power module 15 of the above embodiment. Therefore, as in the structure shown in FIG. 7, in the connected portion 5 a of the wiring pattern 3 and the lead 5, the end 5 e side of the lead 5 is directly connected to the wiring pattern 3, while the connected portion of the lead 5 The bent portion 5 d side of 5 a is connected to the wiring pattern 3 via the Ni layer 11. Thereby, since the Ni layer 11 becomes a barrier layer, damage to the insulating substrate 2 can be suppressed as in the above embodiment.

さらに、自動車(移動体)27においても、複数のパワーモジュール29を搭載したインバータ23が設けられていることにより、インバータ23内が高温環境となった場合であっても、インバータ23およびそれが設けられた自動車27の信頼性を高めることができる。   Furthermore, even in the case where the interior of the inverter 23 becomes a high temperature environment, the inverter 23 and the inverter 23 are provided also in the automobile (mobile body) 27 by providing the inverter 23 on which the plurality of power modules 29 are mounted. It is possible to enhance the reliability of the used automobile 27.

なお、パワーモジュール29における耐熱温度は、搭載される半導体素子4の材質によって決定される。Si製半導体素子の場合、150℃であり、SiC製半導体素子の場合200℃であるが、これらの数値は、一例に過ぎず種々変更可能である。そして、自動車27で求められるパワーモジュール29の耐熱温度についても、半導体素子4の材質によって決定される。   The heat resistant temperature of the power module 29 is determined by the material of the semiconductor element 4 mounted. Although the temperature is 150 ° C. in the case of the semiconductor device made of Si and 200 ° C. in the case of the semiconductor device made of SiC, these numerical values are merely an example and can be variously changed. The heat-resistant temperature of the power module 29 required by the automobile 27 is also determined by the material of the semiconductor element 4.

以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。   As mentioned above, although the invention made by the present inventor was concretely explained based on the embodiment of the invention, the present invention is not limited to the embodiment of the above-mentioned invention, and various changes are possible in the range which does not deviate from the summary. It goes without saying that it is possible.

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes various modifications. For example, the above-described embodiments are described in detail to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations.

また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる。   Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. . In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations in part of the configurations of the respective embodiments. The respective members and relative sizes described in the drawings are simplified and idealized in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and the mounting becomes more complicated.

1 ベース板
2 絶縁基板
3 配線パターン
4 半導体素子
5 リード(リード部)
5a 被接続部
5b 第1領域
5c 第2領域
5d 屈曲部
11 Ni層
15 パワーモジュール(半導体パワーモジュール)
16 はんだ(接続部材)
19 パワーモジュール(半導体パワーモジュール)
21 鉄道車両(移動体)
27 自動車(移動体)
29 パワーモジュール(半導体パワーモジュール)
1 base plate 2 insulating substrate 3 wiring pattern 4 semiconductor element 5 lead (lead portion)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5a to-be-connected part 5b 1st area | region 5c 2nd area | region 5d bending part 11 Ni layer 15 power module (semiconductor power module)
16 Solder (connection member)
19 Power Module (Semiconductor Power Module)
21 Railcar (mobile)
27 Car (mobile)
29 Power Module (Semiconductor Power Module)

Claims (12)

配線パターンが形成された絶縁基板と、
前記絶縁基板に接続部材を介して搭載された半導体素子と、
前記配線パターンと接続する被接続部を備え、前記被接続部の延在方向における一方が端部であり、かつ他方が屈曲部であるリード部と、
を有し、
前記被接続部と前記配線パターンとは、超音波接続によって接続され、
前記被接続部は、前記端部側に位置する第1領域と、前記屈曲部側に位置する第2領域とを含み、
前記第1領域は、前記配線パターンと接続し、
前記第2領域は、Ni層またはNi合金層からなる金属層を介して前記配線パターンと接続し
前記金属層は、前記配線パターンを覆っており、
前記リード部の前記被接続部における前記第1領域は、前記金属層に形成された開口部において前記配線パターンと直接接続されている、半導体パワーモジュール。
An insulating substrate on which a wiring pattern is formed,
A semiconductor element mounted on the insulating substrate via a connection member;
A lead portion including a connected portion connected to the wiring pattern, one of the connected portions in the extending direction being an end, and the other being a bent portion;
Have
The connected portion and the wiring pattern are connected by ultrasonic connection,
The connected portion includes a first area located on the end side and a second area located on the bent side.
The first region is connected to the wiring pattern,
The second region is connected to the wiring pattern through a metal layer formed of a Ni layer or a Ni alloy layer ,
The metal layer covers the wiring pattern,
The said 1st area | region in the said to-be-connected part of the said lead part is a semiconductor power module directly connected with the said wiring pattern in the opening part formed in the said metal layer .
請求項1に記載の半導体パワーモジュールにおいて、
前記配線パターンと前記リード部のそれぞれは、CuもしくはCu合金からなる、半導体パワーモジュール。
In the semiconductor power module according to claim 1,
The semiconductor power module, wherein each of the wiring pattern and the lead portion is made of Cu or a Cu alloy.
請求項1に記載の半導体パワーモジュールにおいて、
前記金属層は、平面視で、前記被接続部の前記第2領域の周囲に露出している、半導体パワーモジュール。
In the semiconductor power module according to claim 1,
The semiconductor power module, wherein the metal layer is exposed around the second region of the connected portion in plan view.
請求項に記載の半導体パワーモジュールにおいて、
前記開口部は、平面視で、前記被接続部の前記第1領域より大きく、
前記第1領域の周囲の前記開口部に前記配線パターンが露出している、半導体パワーモジュール。
In the semiconductor power module according to claim 1 ,
The opening is larger than the first region of the connected portion in a plan view.
The semiconductor power module in which the said wiring pattern is exposed to the said opening part around the said 1st area | region.
請求項1〜の何れか1項に記載の半導体パワーモジュールにおいて、
前記絶縁基板は、窒化アルミニウム基板である、半導体パワーモジュール。
The semiconductor power module according to any one of claims 1 to 4 .
The semiconductor power module, wherein the insulating substrate is an aluminum nitride substrate.
請求項1〜の何れか1項に記載の半導体パワーモジュールにおいて、
前記リード部は、打ち抜き成形によって形成されたリードである、半導体パワーモジュール。
The semiconductor power module according to any one of claims 1 to 4 .
The semiconductor power module, wherein the lead portion is a lead formed by stamping and forming.
半導体パワーモジュールを有する移動体であって、
前記半導体パワーモジュールは、
配線パターンが形成された絶縁基板と、
前記絶縁基板に接続部材を介して搭載された半導体素子と、
前記配線パターンと接続する被接続部を備え、前記被接続部の延在方向における一方が端部であり、かつ他方が屈曲部であるリード部と、
を有し、
前記被接続部と前記配線パターンとは、超音波接続によって接続され、
前記被接続部は、前記端部側に位置する第1領域と、前記屈曲部側に位置する第2領域とを含み、
前記第1領域は、前記配線パターンと接続し、
前記第2領域は、Ni層またはNi合金層からなる金属層を介して前記配線パターンと接続し
前記金属層は、前記配線パターンを覆っており、
前記リード部の前記被接続部における前記第1領域は、前記金属層に形成された開口部において前記配線パターンと直接接続されている、移動体。
A mobile unit having a semiconductor power module,
The semiconductor power module is
An insulating substrate on which a wiring pattern is formed,
A semiconductor element mounted on the insulating substrate via a connection member;
A lead portion including a connected portion connected to the wiring pattern, one of the connected portions in the extending direction being an end, and the other being a bent portion;
Have
The connected portion and the wiring pattern are connected by ultrasonic connection,
The connected portion includes a first area located on the end side and a second area located on the bent side.
The first region is connected to the wiring pattern,
The second region is connected to the wiring pattern through a metal layer formed of a Ni layer or a Ni alloy layer ,
The metal layer covers the wiring pattern,
The first body in the connected portion of the lead portion is directly connected to the wiring pattern at an opening formed in the metal layer .
請求項に記載の移動体において、
前記配線パターンと前記リード部のそれぞれは、CuもしくはCu合金からなる、移動体。
In the mobile unit according to claim 7 ,
Each of the wiring pattern and the lead portion is made of Cu or a Cu alloy.
請求項に記載の移動体において、
前記金属層は、平面視で、前記被接続部の前記第2領域の周囲に露出している、移動体。
In the mobile unit according to claim 7 ,
The movable body, wherein the metal layer is exposed around the second region of the connected portion in plan view.
請求項に記載の移動体において、
前記開口部は、平面視で、前記被接続部の前記第1領域より大きく、
前記第1領域の周囲の前記開口部に前記配線パターンが露出している、移動体。
In the mobile unit according to claim 7 ,
The opening is larger than the first region of the connected portion in a plan view.
The movable body, wherein the wiring pattern is exposed at the opening around the first area.
請求項に記載の移動体において、
前記絶縁基板は、窒化アルミニウム基板である、移動体。
In the mobile unit according to claim 7 ,
The movable substrate is an aluminum nitride substrate as the insulating substrate.
請求項11の何れか1項に記載の移動体において、
前記移動体は、鉄道車両または自動車である、移動体。
In the mobile unit according to any one of claims 7 to 11 ,
The moving body is a railway vehicle or a car.
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