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JP7170911B2 - Power semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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JP7170911B2 JP2021562544A JP2021562544A JP7170911B2 JP 7170911 B2 JP7170911 B2 JP 7170911B2 JP 2021562544 A JP2021562544 A JP 2021562544A JP 2021562544 A JP2021562544 A JP 2021562544A JP 7170911 B2 JP7170911 B2 JP 7170911B2
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Description

本開示は、パワー半導体装置及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to a power semiconductor device and its manufacturing method.

特開2014-11236号公報(特許文献1)は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)のようなパワー半導体素子と、DCB基板と、放熱用ベース板と、インサートケース、バスバーと、リード線とを備えるパワー半導体装置を開示している。DCB基板は、放熱用ベース板に接合されている。パワー半導体素子は、DCB基板に接合されている。インサートケースは放熱用ベース板に接合されており、パワー半導体素子及びDCB基板を囲んでいる。インサートケースには、バスバーが設けられている。パワー半導体素子は、リード線を介して、バスバーに電気的に接続されている。具体的には、リード線の一端は、はんだを用いて、パワー半導体素子に接合されている。リード線の他端は、はんだを用いて、バスバーに接合されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-11236 (Patent Document 1) includes a power semiconductor element such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a DCB substrate, a heat dissipation base plate, an insert case, a bus bar, and lead wires. A power semiconductor device is disclosed. The DCB substrate is bonded to a heat dissipation base plate. A power semiconductor device is bonded to the DCB substrate. The insert case is joined to the base plate for heat dissipation and surrounds the power semiconductor element and the DCB substrate. A bus bar is provided in the insert case. The power semiconductor element is electrically connected to the busbar via lead wires. Specifically, one end of the lead wire is joined to the power semiconductor element using solder. The other end of the lead wire is joined to the busbar using solder.

特開2014-11236号公報JP 2014-11236 A

本開示の目的は、パワー半導体装置の信頼性を向上させることである。 An object of the present disclosure is to improve the reliability of power semiconductor devices.

本開示のパワー半導体装置は、基板と、第1パワー半導体素子と、引き出し配線と、板状端子とを備える。第1パワー半導体素子は、基板に接合されている第1裏面電極と、第1裏面電極とは反対側の第1おもて面電極とを含む。板状端子は、第1端子部分と、第2端子部分とを含む。第1端子部分は、第1導電接合部材を用いて第1おもて面電極に接合されている。第2端子部分は、第2導電接合部材を用いて引き出し配線に接合されている。第1パワー半導体素子と第1端子部分との間の第1の線膨張係数差は、引き出し配線と第2端子部分との間の第2の線膨張係数差よりも大きい。第1端子部分は、第2端子部分よりも薄い。 A power semiconductor device of the present disclosure includes a substrate, a first power semiconductor element, lead wiring, and plate-like terminals. The first power semiconductor element includes a first back electrode joined to the substrate and a first front electrode opposite to the first back electrode. The plate-shaped terminal includes a first terminal portion and a second terminal portion. The first terminal portion is joined to the first front electrode using a first conductive joining member. The second terminal portion is joined to the lead wire using a second conductive joining member. A first linear expansion coefficient difference between the first power semiconductor element and the first terminal portion is larger than a second linear expansion coefficient difference between the lead wire and the second terminal portion. The first terminal portion is thinner than the second terminal portion.

本開示のパワー半導体装置の製造方法は、第1パワー半導体素子の第1裏面電極を基板に接合することと、板状端子を、第1裏面電極とは反対側の第1パワー半導体素子の第1おもて面電極と引き出し配線とに接合することとを備える。板状端子は、第1端子部分と、第2端子部分とを含む。第1パワー半導体素子と第1端子部分との間の第1の線膨張係数の差は、引き出し配線と第2端子部分との間の第2の線膨張係数の差よりも大きい。第1端子部分は、第2端子部分よりも薄い。第1端子部分が第1導電接合部材を用いて第1おもて面電極に接合されながら、第2端子部分は第2導電接合部材を用いて引き出し配線に接合される。第1端子部分を第1おもて面電極に接合する際、第1導電接合部材は第1熱源を用いて加熱される。第1熱源は、第1温度センサを用いて測定される第1端子部分の第1温度に基づいて制御される。第2端子部分を引き出し配線に接合する際、第2導電接合部材は第2熱源を用いて加熱される。第2熱源は、第2温度センサを用いて測定される第2端子部分の第2温度に基づいて制御される。 A method of manufacturing a power semiconductor device according to the present disclosure includes joining a first back electrode of a first power semiconductor element to a substrate, and connecting a plate-like terminal to the first power semiconductor element on the side opposite to the first back electrode. 1 bonding to the front surface electrode and the lead wiring. The plate-shaped terminal includes a first terminal portion and a second terminal portion. A first difference in coefficient of linear expansion between the first power semiconductor element and the first terminal portion is larger than a second difference in coefficient of linear expansion between the lead wire and the second terminal portion. The first terminal portion is thinner than the second terminal portion. While the first terminal portion is joined to the first front electrode using the first conductive joining member, the second terminal portion is joined to the lead wire using the second conductive joining member. When joining the first terminal portion to the first front surface electrode, the first conductive joining member is heated using the first heat source. The first heat source is controlled based on a first temperature of the first terminal portion measured using a first temperature sensor. When joining the second terminal portion to the lead wire, the second conductive joining member is heated using the second heat source. The second heat source is controlled based on a second temperature of the second terminal portion measured using a second temperature sensor.

第1端子部分は、第2端子部分よりも薄いため、第1導電接合部材に印加される熱応力を小さくすることができる。第1導電接合部材にき裂が発生すること、及び、第1端子部分が第1おもて面電極からはく離することが防止される。さらに、第2端子部分は、第1端子部分よりも厚い。第2端子部分は、第1端子部分よりも大きな熱容量を有する。そのため、第2導電接合部材の温度上昇が低減され得る。第2導電接合部材の劣化が低減される。本開示のパワー半導体装置によれば、パワー半導体装置の信頼性が向上され得る。本開示のパワー半導体装置の製造方法によれば、信頼性が向上されたパワー半導体装置を得ることができる。 Since the first terminal portion is thinner than the second terminal portion, thermal stress applied to the first conductive joining member can be reduced. The first conductive joining member is prevented from cracking and the first terminal portion is prevented from being separated from the first front surface electrode. Furthermore, the second terminal portion is thicker than the first terminal portion. The second terminal portion has a larger heat capacity than the first terminal portion. Therefore, the temperature rise of the second conductive joining member can be reduced. Degradation of the second conductive joining member is reduced. According to the power semiconductor device of the present disclosure, reliability of the power semiconductor device can be improved. According to the method of manufacturing a power semiconductor device of the present disclosure, a power semiconductor device with improved reliability can be obtained.

実施の形態1に係るパワー半導体装置の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a power semiconductor device according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1に係るパワー半導体装置の製造方法のフローチャートを示す図である。4 is a diagram showing a flowchart of a method for manufacturing a power semiconductor device according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1に係るパワー半導体装置の製造方法の工程S4のフローチャートを示す図である。4 is a diagram showing a flowchart of step S4 of the method for manufacturing the power semiconductor device according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1に係るパワー半導体装置の製造装置の第一の例を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing a first example of a power semiconductor device manufacturing apparatus according to a first embodiment; FIG. 実施の形態1に係るパワー半導体装置の製造装置の第一の例及び第二の例のブロック図である。1 is a block diagram of a first example and a second example of a power semiconductor device manufacturing apparatus according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1に係るパワー半導体装置の製造装置の第二の例を示す概略図である。4 is a schematic diagram showing a second example of the power semiconductor device manufacturing apparatus according to the first embodiment; FIG. 実施の形態2に係るパワー半導体装置の概略断面図である。3 is a schematic cross-sectional view of a power semiconductor device according to Embodiment 2; FIG. 実施の形態3に係るパワー半導体装置の概略断面図である。10 is a schematic cross-sectional view of a power semiconductor device according to Embodiment 3; FIG.

以下、本開示の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。 Embodiments of the present disclosure will be described below. In addition, the same reference numerals are given to the same configurations, and the description thereof will not be repeated.

実施の形態1.
図1を参照して、実施の形態1のパワー半導体装置1を説明する。パワー半導体装置1は、基板10と、第1パワー半導体素子20と、引き出し配線41,41gと、板状端子50,50gとを主に備える。パワー半導体装置1は、端子台40とヒートシンク30とをさらに備えてもよい。パワー半導体装置1は、第2パワー半導体素子25をさらに備えてもよい。
Embodiment 1.
A power semiconductor device 1 according to a first embodiment will be described with reference to FIG. The power semiconductor device 1 mainly includes a substrate 10, a first power semiconductor element 20, lead wirings 41 and 41g, and plate-like terminals 50 and 50g. The power semiconductor device 1 may further include a terminal block 40 and a heat sink 30 . The power semiconductor device 1 may further include a second power semiconductor element 25 .

基板10は、絶縁層11と、おもて面導体層12と、裏面導体層13とを含んでいる。基板10は、第1方向(x方向)と、第1方向に直交する第2方向(y方向)とに沿って延在している。第1方向(x方向)と第2方向(y方向)とに垂直な第3方向(z方向)は、基板10の厚さ方向である。 The substrate 10 includes an insulating layer 11 , a front conductor layer 12 and a back conductor layer 13 . The substrate 10 extends along a first direction (x direction) and a second direction (y direction) orthogonal to the first direction. A third direction (z direction) perpendicular to the first direction (x direction) and the second direction (y direction) is the thickness direction of the substrate 10 .

絶縁層11は、例えば、窒化アルミニウム(AlN)、窒化珪素(Si34)、アルミナ(Al23)のようなセラミック層、または、窒化硼素(BN)フィラーを含むエポキシ樹脂のような樹脂層である。絶縁層11は、好ましくは、電気的絶縁性を有し、かつ、高い熱伝導率を有する。絶縁層11は、例えば、0.3mm以上1.0mmの厚さを有している。The insulating layer 11 is, for example, a ceramic layer such as aluminum nitride (AlN), silicon nitride ( Si3N4 ) , alumina ( Al2O3 ), or an epoxy resin containing boron nitride (BN) filler. It is a resin layer. The insulating layer 11 preferably has electrical insulation and high thermal conductivity. The insulating layer 11 has a thickness of 0.3 mm or more and 1.0 mm, for example.

おもて面導体層12と裏面導体層13とは、例えば、銅(Cu)層、アルミニウム(Al)層、または、CuとAlとの積層体である。おもて面導体層12と裏面導体層13とは、各々、例えば、0.2mm以上の厚さを有している。おもて面導体層12と裏面導体層13とは、各々、0.3mm以上の厚さを有してもよい。おもて面導体層12と裏面導体層13とは、各々、例えば、1.0mm以下の厚さを有している。おもて面導体層12と裏面導体層13とは、各々、0.6mm以下の厚さを有してもよい。おもて面導体層12と裏面導体層13が厚いほど、おもて面導体層12及び裏面導体層13の放熱性能が高まる。おもて面導体層12と裏面導体層13が薄いほど、絶縁層11とおもて面導体層12との間の線膨張係数差及び絶縁層11と裏面導体層13との間の線膨張係数差に起因しておもて面導体層12及び裏面導体層13から絶縁層11に印加される熱応力が小さくなる。おもて面導体層12のおもて面は、基板10の主面10aである。 The front conductor layer 12 and the back conductor layer 13 are, for example, a copper (Cu) layer, an aluminum (Al) layer, or a laminate of Cu and Al. The front conductor layer 12 and the back conductor layer 13 each have a thickness of 0.2 mm or more, for example. Each of the front conductor layer 12 and the back conductor layer 13 may have a thickness of 0.3 mm or more. The front conductor layer 12 and the back conductor layer 13 each have a thickness of 1.0 mm or less, for example. Each of the front conductor layer 12 and the back conductor layer 13 may have a thickness of 0.6 mm or less. As the thickness of the front conductor layer 12 and the back conductor layer 13 increases, the heat dissipation performance of the front conductor layer 12 and the back conductor layer 13 increases. The thinner the front conductor layer 12 and the back conductor layer 13, the greater the difference in the linear expansion coefficient between the insulating layer 11 and the front conductor layer 12 and the linear expansion coefficient between the insulating layer 11 and the back conductor layer 13. Due to the difference, the thermal stress applied from the front conductor layer 12 and the back conductor layer 13 to the insulating layer 11 is reduced. The front surface of the front conductor layer 12 is the main surface 10 a of the substrate 10 .

第1パワー半導体素子20と第2パワー半導体素子25とは、第1方向(x方向)において互いに隣り合って配置されている。本実施の形態では、第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25は、珪素(Si)で形成されている。第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25は、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、ダイヤモンドのような、Siよりも大きなバンドギャップを有する半導体材料で形成されてもよい。Siよりも大きなバンドギャップを有する半導体材料は、第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25が高温でも正常に動作することを可能にするとともに、パワー半導体装置1の小型化を可能にする。 The first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 are arranged adjacent to each other in the first direction (x direction). In this embodiment, the first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 are made of silicon (Si). The first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 may be made of a semiconductor material having a larger bandgap than Si, such as silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), or diamond. A semiconductor material having a bandgap larger than that of Si enables the first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 to operate normally even at high temperatures, and enables miniaturization of the power semiconductor device 1. .

第1パワー半導体素子20は、第1裏面電極22と、第1裏面電極22とは反対側の第1おもて面電極21とを含む。第1裏面電極22と第1おもて面電極21とは、第1パワー半導体素子20の厚さ方向(第3方向(z方向))において互いに離間している。第2パワー半導体素子25は、第2裏面電極27と、第2裏面電極27とは反対側の第2おもて面電極26とを含む。第2裏面電極27と第2おもて面電極26とは、第2パワー半導体素子25の厚さ方向(第3方向(z方向))において互いに離間している。第1パワー半導体素子20の厚さ方向(第3方向(z方向))及び第2パワー半導体素子25の厚さ方向(第3方向(z方向))は、基板10の主面10aの法線方向(第3方向(z方向))に平行である。 The first power semiconductor element 20 includes a first rear surface electrode 22 and a first front surface electrode 21 opposite to the first rear surface electrode 22 . The first back surface electrode 22 and the first front surface electrode 21 are separated from each other in the thickness direction (third direction (z direction)) of the first power semiconductor element 20 . Second power semiconductor element 25 includes a second back surface electrode 27 and a second front surface electrode 26 opposite to second back surface electrode 27 . The second back surface electrode 27 and the second front surface electrode 26 are separated from each other in the thickness direction (third direction (z direction)) of the second power semiconductor element 25 . The thickness direction (third direction (z direction)) of the first power semiconductor element 20 and the thickness direction (third direction (z direction)) of the second power semiconductor element 25 are normal to the main surface 10a of the substrate 10. parallel to the direction (third direction (z direction)).

本実施の形態では、第1パワー半導体素子20は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)であり、第2パワー半導体素子25は、フリーホイールダイオード(FWD)である。第1おもて面電極21は、エミッタ電極(図示せず)と、ゲート電極(図示せず)とを含み、第1裏面電極22はコレクタ電極である。第2おもて面電極26は、アノード電極である。第2裏面電極27は、カソード電極である。第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)のような他のパワー半導体素子であってもよい。 In this embodiment, the first power semiconductor element 20 is an insulated gate bipolar transistor (IGBT), and the second power semiconductor element 25 is a freewheeling diode (FWD). The first front electrode 21 includes an emitter electrode (not shown) and a gate electrode (not shown), and the first back electrode 22 is a collector electrode. The second front electrode 26 is an anode electrode. The second back electrode 27 is a cathode electrode. The first power semiconductor device 20 and the second power semiconductor device 25 may be other power semiconductor devices such as metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs).

第1パワー半導体素子20の第1裏面電極22は、導電接合部材23を用いて、基板10のおもて面導体層12に接合されている。第2パワー半導体素子25の第2裏面電極27は、導電接合部材28を用いて、基板10のおもて面導体層12に接合されている。導電接合部材23及び導電接合部材28は、例えば、鉛フリーはんだのようなはんだ、銀(Ag)、銅(Cu)、または、銅スズ(CuSn)合金で形成されている。導電接合部材23及び導電接合部材28は、例えば、250℃以上の融点を有している。導電接合部材23及び導電接合部材28は、300℃以上の融点を有してもよい。 The first back electrode 22 of the first power semiconductor element 20 is joined to the front surface conductor layer 12 of the substrate 10 using a conductive joining member 23 . A second back electrode 27 of the second power semiconductor element 25 is joined to the front surface conductor layer 12 of the substrate 10 using a conductive joining member 28 . The conductive joint member 23 and the conductive joint member 28 are made of, for example, solder such as lead-free solder, silver (Ag), copper (Cu), or copper-tin (CuSn) alloy. The conductive joint member 23 and the conductive joint member 28 have a melting point of, for example, 250° C. or higher. The conductive joint member 23 and the conductive joint member 28 may have a melting point of 300° C. or higher.

導電接合部材23及び導電接合部材28は、銀微粒子焼結体、銅微粒子焼結体もしくはCuSn微粒子焼結体のような金属微粒子焼結体で形成されてもよい。本明細書では、微粒子は、100μm以下の直径を有する粒子を意味する。微粒子は、10μm以下の直径を有する粒子であってもよく、ナノ粒子であってもよい。金属微粒子焼結体は、金属微粒子が微粒子を構成する金属の融点よりも低い温度で焼結する現象を利用して、金属微粒子が分散されたペーストを焼結することによって得られる。こうして得られた金属微粒子焼結体は、微粒子を構成する金属の融点を有しており、はんだに比べて高い融点を有している。金属微粒子焼結体は、第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25が高温でも正常に動作することを可能にする。金属微粒子焼結体は、パワー半導体装置1の信頼性を向上させるとともに、パワー半導体装置1の小型化を可能にする。 The conductive joint member 23 and the conductive joint member 28 may be made of metal fine particle sintered body such as silver fine particle sintered body, copper fine particle sintered body or CuSn fine particle sintered body. Microparticles, as used herein, refer to particles having a diameter of 100 μm or less. Microparticles may be particles having a diameter of 10 μm or less, or may be nanoparticles. A metal fine particle sintered body is obtained by sintering a paste in which metal fine particles are dispersed, utilizing the phenomenon that the metal fine particles are sintered at a temperature lower than the melting point of the metal that constitutes the fine particles. The metal fine particle sintered body thus obtained has the melting point of the metal forming the fine particles, which is higher than that of solder. The metal fine particle sintered body enables the first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 to operate normally even at high temperatures. The metal fine particle sintered body improves the reliability of the power semiconductor device 1 and enables miniaturization of the power semiconductor device 1 .

第1おもて面電極21上に、第1導電接合部材55との拡散接合に適した第1メタライズ層(図示せず)が設けられていてもよい。第2おもて面電極26上に、第3導電接合部材56との拡散接合に適した第2メタライズ層(図示せず)が設けられていてもよい。第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56がはんだである場合、第1メタライズ層及び第2メタライズ層は、各々、例えば、最表面側から金(Au)層とニッケル(Ni)層とが積層された積層体である。Au層は、第1おもて面電極21及び第2おもて面電極26の最表面の酸化を防止するとともに、はんだに対する濡れ性を向上させる。Ni層は、第1おもて面電極21及び第2おもて面電極26へのはんだの拡散を防止する。Ni層の厚さは、はんだ接合時の熱印加の態様と第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25の動作時の最高温度とを考慮して決定される。Ni層は、例えば、1.5μm以上5.0μm以下の厚さを有している。Ni層は、例えば、スパッタリングまたはめっきによって形成される。 A first metallization layer (not shown) suitable for diffusion bonding with the first conductive bonding member 55 may be provided on the first front surface electrode 21 . A second metallization layer (not shown) suitable for diffusion bonding with the third conductive bonding member 56 may be provided on the second front electrode 26 . When the first conductive joint member 55 and the third conductive joint member 56 are solder, the first metallized layer and the second metallized layer are, for example, a gold (Au) layer and a nickel (Ni) layer from the outermost surface side. are laminated. The Au layer prevents oxidation of the outermost surfaces of the first front electrode 21 and the second front electrode 26 and improves wettability with solder. The Ni layer prevents solder from diffusing to the first front electrode 21 and the second front electrode 26 . The thickness of the Ni layer is determined in consideration of the mode of heat application during soldering and the maximum temperature during operation of the first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 . The Ni layer has a thickness of, for example, 1.5 μm or more and 5.0 μm or less. The Ni layer is formed by sputtering or plating, for example.

引き出し配線41と板状端子50とは、第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25を、パワー半導体装置1の外部にある部材と電気的に接続する。電流または電圧が、引き出し配線41及び板状端子50を通って、パワー半導体装置1の外部にある部材から第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25に供給される、または、第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25からパワー半導体装置1の外部にある部材に供給される。パワー半導体装置1の外部にある部材は、例えば、モータであり、パワー半導体装置1は、例えば、モータを駆動するインバータである。モータを駆動する場合、数百アンペアの電流が、引き出し配線41及び板状端子50に流れる。 The lead wiring 41 and the plate-like terminal 50 electrically connect the first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 to members outside the power semiconductor device 1 . A current or voltage is supplied from a member outside the power semiconductor device 1 to the first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 through the lead wiring 41 and the plate-like terminal 50, or the first power Power is supplied from the semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 to members outside the power semiconductor device 1 . A member outside the power semiconductor device 1 is, for example, a motor, and the power semiconductor device 1 is, for example, an inverter that drives the motor. When driving the motor, a current of several hundred amperes flows through the lead wire 41 and the plate-like terminal 50 .

引き出し配線41及び板状端子50は、各々、銅(Cu)、銅タングステン(CuW)合金、または、Cu層/インバー(Fe-36%Ni合金)層/Cu層で構成される積層体で形成されている。本実施の形態では、引き出し配線41及び板状端子50とは、同じ材料で形成されている。引き出し配線41及び板状端子50とは、互いに異なる材料で形成されてもよい。 The lead-out wiring 41 and the plate-like terminal 50 are each formed of copper (Cu), a copper-tungsten (CuW) alloy, or a laminate composed of a Cu layer/Invar (Fe-36% Ni alloy) layer/Cu layer. It is In this embodiment, the lead wire 41 and the plate-like terminal 50 are made of the same material. The lead wiring 41 and the plate-like terminal 50 may be made of different materials.

引き出し配線41は、主に、第2方向(y方向)に延在しており、引き出し配線41の長手方向は第2方向(y方向)である。板状端子50は、主に、引き出し配線41と交差する第1方向(x方向)に延在しており、板状端子50の長手方向は第1方向(x方向)である。 The lead wire 41 mainly extends in the second direction (y direction), and the longitudinal direction of the lead wire 41 is the second direction (y direction). The plate-like terminal 50 mainly extends in a first direction (x-direction) intersecting with the lead wiring 41, and the longitudinal direction of the plate-like terminal 50 is the first direction (x-direction).

板状端子50は、第1端子部分51と、第2端子部分52とを含む。板状端子50は、第1端子部分51と第2端子部分52とを接続する第3端子部分53をさらに含んでもよい。本実施の形態では、第1端子部分51と第2端子部分52と第3端子部分53とは、同じ材料で形成されていて、板状端子50は単一部品で構成されている。単一部品で構成されている板状端子50は、第1端子部分51と第2端子部分52と第3端子部分53とが互いに別部品であり、かつ、第1端子部分51及び第2端子部分52が例えばはんだまたは溶接によって互いに接続されるとともに、第2端子部分52及び第3端子部分53が例えばはんだまたは溶接によって互いに接続されることによって形成される板状端子50に比べて、より高い信頼性を有する。 Plate-like terminal 50 includes a first terminal portion 51 and a second terminal portion 52 . The plate-like terminal 50 may further include a third terminal portion 53 connecting the first terminal portion 51 and the second terminal portion 52 . In this embodiment, the first terminal portion 51, the second terminal portion 52, and the third terminal portion 53 are made of the same material, and the plate-like terminal 50 is constructed as a single component. The plate-shaped terminal 50 configured as a single component has a first terminal portion 51, a second terminal portion 52, and a third terminal portion 53 which are separate components, and the first terminal portion 51 and the second terminal portion 51 are separated from each other. Compared to the plate-like terminal 50 formed by connecting the second terminal part 52 and the third terminal part 53 together, for example by soldering or welding, while the parts 52 are connected to each other by soldering or welding, for example. Reliable.

板状端子50は、複数の部品で構成されてもよい。例えば、第1端子部分51と第2端子部分52と第3端子部分53とは互いに別部品であり、かつ、第1端子部分51及び第2端子部分52が例えばはんだまたは溶接によって互いに接続されるとともに、第2端子部分52及び第3端子部分53が例えばはんだまたは溶接によって互いに接続されてもよい。そのため、板状端子50が、基板10の厚さ方向(第3方向(z方向))からの平面視において、クランク形状のような複雑な形状を有していても、板状端子50は、相対的に高い歩留まりでかつ相対的に低コストで形成され得る。第1端子部分51と第2端子部分52と第3端子部分53とが互いに別部品である場合には、第1端子部分51と第2端子部分52と第3端子部分53とは、同じ材料で形成されてもよいし、互いに異なる材料で形成されてもよい。 The plate-like terminal 50 may be composed of a plurality of parts. For example, the first terminal portion 51, the second terminal portion 52, and the third terminal portion 53 are separate parts, and the first terminal portion 51 and the second terminal portion 52 are connected to each other, for example, by soldering or welding. Together, the second terminal portion 52 and the third terminal portion 53 may be connected together, for example, by soldering or welding. Therefore, even if the plate-like terminal 50 has a complicated shape such as a crank shape in plan view from the thickness direction (third direction (z direction)) of the substrate 10, the plate-like terminal 50 is It can be formed with relatively high yield and relatively low cost. When the first terminal portion 51, the second terminal portion 52, and the third terminal portion 53 are separate parts, the first terminal portion 51, the second terminal portion 52, and the third terminal portion 53 are made of the same material. , or may be made of different materials.

第1端子部分51は、第1方向(x方向)に延在しており、第1端子部分51の長手方向は第1方向(x方向)である。第1端子部分51は、基板10の主面10aに沿って延在している。第2端子部分52は、第1方向(x方向)に延在しており、第2端子部分52の長手方向は第1方向(x方向)である。第2端子部分52は、基板10の主面10aに沿って延在している。第3端子部分53は、第3方向(z方向)に延在しており、第3端子部分53の長手方向は第3方向(z方向)である。第3端子部分53は、第1パワー半導体素子20の厚さ方向(第3方向(z方向))に沿って延在している。第1パワー半導体素子20の厚さ方向(第3方向(z方向))における第1端子部分51と基板10の主面10aとの間の距離は、第1パワー半導体素子20の厚さ方向(第3方向(z方向))における第2端子部分52と基板10の主面10aとの間の距離よりも短い。 The first terminal portion 51 extends in the first direction (x direction), and the longitudinal direction of the first terminal portion 51 is the first direction (x direction). The first terminal portion 51 extends along the major surface 10 a of the substrate 10 . The second terminal portion 52 extends in the first direction (x direction), and the longitudinal direction of the second terminal portion 52 is the first direction (x direction). The second terminal portion 52 extends along the major surface 10 a of the substrate 10 . The third terminal portion 53 extends in the third direction (z direction), and the longitudinal direction of the third terminal portion 53 is the third direction (z direction). The third terminal portion 53 extends along the thickness direction (third direction (z direction)) of the first power semiconductor element 20 . The distance between the first terminal portion 51 and the main surface 10a of the substrate 10 in the thickness direction (third direction (z direction)) of the first power semiconductor element 20 is the thickness direction of the first power semiconductor element 20 ( shorter than the distance between the second terminal portion 52 and the principal surface 10a of the substrate 10 in the third direction (z direction).

第1端子部分51は、第2端子部分52よりも薄い。特定的には、第2端子部分52の第2厚さt2に対する第1端子部分51の第1厚さt1の比は、0.75以下である。この比は、0.60以下であってもよい。第2端子部分52の第2厚さt2に対する第1端子部分51の第1厚さt1の比0.10以上である。この比は、0.20以上であってもよい。第3端子部分53は、第2端子部分52よりも薄い。特定的には、第2端子部分52の第2厚さt2に対する第3端子部分53の第3厚さt3の比は、0.75以下である。この比は、0.60以下であってもよい。第2端子部分52の第2厚さt2に対する第3端子部分53の第3厚さt3の比0.10以上である。この比は、0.20以上であってもよい。The first terminal portion 51 is thinner than the second terminal portion 52 . Specifically, the ratio of the first thickness t 1 of the first terminal portion 51 to the second thickness t 2 of the second terminal portion 52 is 0.75 or less. This ratio may be 0.60 or less. The ratio of the first thickness t 1 of the first terminal portion 51 to the second thickness t 2 of the second terminal portion 52 is 0.10 or more. This ratio may be greater than or equal to 0.20. The third terminal portion 53 is thinner than the second terminal portion 52 . Specifically, the ratio of the third thickness t3 of the third terminal portion 53 to the second thickness t2 of the second terminal portion 52 is 0.75 or less. This ratio may be 0.60 or less. The ratio of the third thickness t3 of the third terminal portion 53 to the second thickness t2 of the second terminal portion 52 is 0.10 or more. This ratio may be greater than or equal to 0.20.

第1端子部分51の第1厚さt1は、0.60mm以下である。第1厚さt1は、0.50mm以下であってもよい。第1端子部分51の第1厚さt1は、例えば、0.15mm以上である。第1厚さt1は、0.20mm以上であってもよい。第2端子部分52の第2厚さt2は、例えば、0.80mm以上である。第2厚さt2は、1.0mm以上であってもよい。第2端子部分52の第2厚さt2は、例えば、1.50mm以下である。第2端子部分52の第2厚さt2は、1.35mm以下であってもよい。第3端子部分53の第3厚さt3は、例えば、0.60mm以下である。第3厚さt3は、0.50mm以下であってもよい。第3端子部分53の第3厚さt3は、例えば、0.15mm以上である。第3厚さt3は、0.20mm以上であってもよい。第3端子部分53の第3厚さt3は、第1端子部分51の第1厚さt1に等しくてもよい。The first thickness t 1 of the first terminal portion 51 is 0.60 mm or less. The first thickness t 1 may be 0.50 mm or less. The first thickness t 1 of the first terminal portion 51 is, for example, 0.15 mm or more. The first thickness t 1 may be 0.20 mm or more. The second thickness t 2 of the second terminal portion 52 is, for example, 0.80 mm or more. The second thickness t2 may be 1.0 mm or more. The second thickness t 2 of the second terminal portion 52 is, for example, 1.50 mm or less. The second thickness t 2 of the second terminal portion 52 may be 1.35 mm or less. A third thickness t 3 of the third terminal portion 53 is, for example, 0.60 mm or less. The third thickness t3 may be 0.50mm or less. A third thickness t 3 of the third terminal portion 53 is, for example, 0.15 mm or more. The third thickness t3 may be 0.20 mm or more. The third thickness t 3 of the third terminal portion 53 may be equal to the first thickness t 1 of the first terminal portion 51 .

第1パワー半導体素子20と第1端子部分51との間の第1の線膨張係数差は、引き出し配線41と第2端子部分52との間の第2の線膨張係数差よりも大きい。第2パワー半導体素子25と第1端子部分51との間の第3の線膨張係数差は、引き出し配線41と第2端子部分52との間の第2の線膨張係数差よりも大きい。 A first linear expansion coefficient difference between the first power semiconductor element 20 and the first terminal portion 51 is larger than a second linear expansion coefficient difference between the lead wire 41 and the second terminal portion 52 . A third linear expansion coefficient difference between the second power semiconductor element 25 and the first terminal portion 51 is larger than a second linear expansion coefficient difference between the lead wire 41 and the second terminal portion 52 .

互いに隣り合って配置されている第1パワー半導体素子20と第2パワー半導体素子25とは、ともに、一つの板状端子50に接合されている。そのため、配線インダクタンスを小さくすることができて、第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25に印加されるサージ電圧を小さくすることができる。また、板状端子50と第1パワー半導体素子20との接合と、板状端子50と第2パワー半導体素子25との接合とを、一回の工程で行うことができる。パワー半導体装置1の生産性が向上する。 The first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 arranged adjacent to each other are both joined to one plate-like terminal 50 . Therefore, the wiring inductance can be reduced, and the surge voltage applied to the first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 can be reduced. Also, the joining of the plate-like terminal 50 and the first power semiconductor element 20 and the joining of the plate-like terminal 50 and the second power semiconductor element 25 can be performed in one step. Productivity of the power semiconductor device 1 is improved.

具体的には、第1端子部分51は、第1導電接合部材55を用いて第1おもて面電極21に接合されている。第2端子部分52は、第2導電接合部材57を用いて引き出し配線41に接合されている。第1端子部分51は、第3導電接合部材56を用いて第2おもて面電極26に接合されている。 Specifically, the first terminal portion 51 is joined to the first front electrode 21 using a first conductive joining member 55 . The second terminal portion 52 is joined to the lead wire 41 using a second conductive joining member 57 . The first terminal portion 51 is joined to the second front electrode 26 using a third conductive joining member 56 .

第2導電接合部材57は、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56と同一材料で形成されてもよいし、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56とは異なる材料で形成されてもよい。第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56は、例えば、鉛フリーはんだのようなはんだ、銀(Ag)、銅(Cu)または銅スズ(CuSn)合金で形成されている。第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56は、250℃以上の融点を有している。第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56は、300℃以上の融点を有してもよい。 The second conductive joining member 57 may be made of the same material as the first conductive joining member 55 and the third conductive joining member 56, or may be made of a material different from that of the first conductive joining member 55 and the third conductive joining member 56. may be formed. The first conductive joint member 55, the second conductive joint member 57, and the third conductive joint member 56 are made of, for example, solder such as lead-free solder, silver (Ag), copper (Cu), or copper-tin (CuSn) alloy. It is The first conductive joining member 55, the second conductive joining member 57 and the third conductive joining member 56 have a melting point of 250° C. or higher. The first conductive joining member 55, the second conductive joining member 57, and the third conductive joining member 56 may have a melting point of 300° C. or higher.

特定的には、第1導電接合部材55は、Snを主成分として含む第1はんだである。第1はんだは、Snよりも高い0.2%耐力を有している。第1はんだは、例えば、Sn-Cu系はんだ、または、Sn-Sb系はんだである。第2導電接合部材57は、Snを主成分として含む第2はんだである。第2はんだは、Snよりも高い熱伝導率を有している。第2はんだは、例えば、Sn-Au系はんだ、または、Sn-Ag系はんだである。第3導電接合部材56は、Snを主成分として含む第3はんだで形成されている。第3はんだは、Snよりも高い0.2%耐力を有している。第3はんだは、例えば、Sn-Cu系はんだ、または、Sn-Sb系はんだである。第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56は、第2導電接合部材57よりも高い0.2%耐力を有している。第2導電接合部材57は、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56よりも、高い熱伝導率を有している。 Specifically, the first conductive joining member 55 is a first solder containing Sn as its main component. The first solder has a higher 0.2% proof stress than Sn. The first solder is, for example, Sn--Cu solder or Sn--Sb solder. The second conductive joining member 57 is a second solder containing Sn as its main component. The second solder has a higher thermal conductivity than Sn. The second solder is, for example, Sn—Au solder or Sn—Ag solder. The third conductive joint member 56 is made of a third solder containing Sn as its main component. The third solder has a higher 0.2% proof stress than Sn. The third solder is, for example, Sn--Cu solder or Sn--Sb solder. The first conductive joining member 55 and the third conductive joining member 56 have a 0.2% yield strength higher than that of the second conductive joining member 57 . The second conductive joining member 57 has higher thermal conductivity than the first conductive joining member 55 and the third conductive joining member 56 .

第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56は、銀微粒子焼結体、銅微粒子焼結体もしくはCuSn微粒子焼結体のような金属微粒子焼結体で形成されてもよい。金属微粒子焼結体は、金属微粒子が微粒子を構成する金属の融点よりも低い温度で焼結する現象を利用して、金属微粒子が分散されたペーストを焼結することによって得られる。こうして得られた金属微粒子焼結体は、微粒子を構成する金属の融点を有しており、はんだに比べて高い融点を有している。金属微粒子焼結体は、第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25が高温でも正常に動作することを可能にする。金属微粒子焼結体は、パワー半導体装置1の信頼性を向上させるとともに、パワー半導体装置1の小型化を可能にする。 The first conductive joining member 55, the second conductive joining member 57, and the third conductive joining member 56 are formed of metal fine particle sintered bodies such as silver fine particle sintered bodies, copper fine particle sintered bodies, or CuSn fine particle sintered bodies. may A metal fine particle sintered body is obtained by sintering a paste in which metal fine particles are dispersed, utilizing the phenomenon that the metal fine particles are sintered at a temperature lower than the melting point of the metal that constitutes the fine particles. The metal fine particle sintered body thus obtained has the melting point of the metal forming the fine particles, which is higher than that of solder. The metal fine particle sintered body enables the first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 to operate normally even at high temperatures. The metal fine particle sintered body improves the reliability of the power semiconductor device 1 and enables miniaturization of the power semiconductor device 1 .

端子台40は、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)または液晶ポリマー(LCP)のような、耐熱性を有する絶縁樹脂で形成されている。端子台40の熱伝導率は、引き出し配線41の熱伝導率よりも小さく、かつ、板状端子50の熱伝導率よりも小さい。端子台40の熱伝導率は、第1パワー半導体素子20の熱伝導率より小さく、かつ、第2パワー半導体素子25の熱伝導率より小さい。端子台40の熱伝導率は、例えば、1.0W/mK以下である。引き出し配線41の一部は、端子台40に埋め込まれている。引き出し配線41の残部は、端子台40から露出している。板状端子50の第2端子部分52は、第2導電接合部材57を用いて、端子台40から露出した引き出し配線41の部分に接合されている。 The terminal block 40 is made of a heat-resistant insulating resin such as polyphenylene sulfide (PPS) or liquid crystal polymer (LCP). The thermal conductivity of the terminal block 40 is lower than the thermal conductivity of the lead wiring 41 and lower than the thermal conductivity of the plate-like terminal 50 . The thermal conductivity of the terminal block 40 is smaller than the thermal conductivity of the first power semiconductor element 20 and smaller than the thermal conductivity of the second power semiconductor element 25 . The thermal conductivity of the terminal block 40 is, for example, 1.0 W/mK or less. A portion of the lead wiring 41 is embedded in the terminal block 40 . The rest of the lead wiring 41 is exposed from the terminal block 40 . The second terminal portion 52 of the plate-shaped terminal 50 is joined to the portion of the lead wire 41 exposed from the terminal block 40 using a second conductive joining member 57 .

引き出し配線41gは、引き出し配線41と同様に構成されている。引き出し配線41gは、第2方向(y方向)に延在しており、引き出し配線41gの長手方向は、第2方向(y方向)である。引き出し配線41gの一部は、端子台40に埋め込まれている。引き出し配線41gの残部は、端子台40から露出している。引き出し配線41gは、端子台40を構成する絶縁樹脂によって、引き出し配線41から電気的に絶縁されている。 The lead-out wiring 41g is configured similarly to the lead-out wiring 41. As shown in FIG. The lead wire 41g extends in the second direction (y direction), and the longitudinal direction of the lead wire 41g is the second direction (y direction). A part of the lead wiring 41g is embedded in the terminal block 40 . The rest of the lead wiring 41 g is exposed from the terminal block 40 . The lead wiring 41g is electrically insulated from the lead wiring 41 by the insulating resin forming the terminal block 40 .

板状端子50gは、板状端子50と同様に構成されている。板状端子50gは、主に、引き出し配線41gと交差する第1方向(x方向)に延在しており、板状端子50gの長手方向は、第1方向(x方向)である。板状端子50gの一端は、導電接合部材(図示せず)を介して、端子台40から露出している引き出し配線41gの部分に接続されている。板状端子50gの他端は、導電接合部材(図示せず)を介して、基板10のおもて面導体層12に接続されている。 The plate-like terminal 50 g is configured in the same manner as the plate-like terminal 50 . The plate-like terminal 50g mainly extends in a first direction (x-direction) intersecting with the lead wiring 41g, and the longitudinal direction of the plate-like terminal 50g is the first direction (x-direction). One end of the plate-like terminal 50g is connected to the portion of the lead wire 41g exposed from the terminal block 40 via a conductive joint member (not shown). The other end of the plate-like terminal 50g is connected to the front conductor layer 12 of the substrate 10 via a conductive joint member (not shown).

ヒートシンク30は、第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25で発生した熱を、パワー半導体装置1の外部へ放散する。ヒートシンク30は、例えば、銅(Cu)またはアルミニウム(Al)のような高い熱伝導率を有する材料で形成されている。パワー半導体装置1を自動車に適用する場合、自動車の軽量化及び燃費向上のために、ヒートシンク30は、好ましくは、Alで形成されている。 The heat sink 30 dissipates the heat generated by the first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 to the outside of the power semiconductor device 1 . The heat sink 30 is made of a material having high thermal conductivity, such as copper (Cu) or aluminum (Al). When applying the power semiconductor device 1 to an automobile, the heat sink 30 is preferably made of Al in order to reduce the weight of the automobile and improve fuel efficiency.

ヒートシンク30は、天板31と、複数の放熱フィン32と、ジャケット33とを含んでいる。天板31とジャケット33との間には、冷媒37の流路36が形成されている。複数の放熱フィン32は、流路36の一部を規定する天板31の裏面に取り付けられており、流路36内に配置されている。天板31及びジャケット33には、流路36の入口34と出口35とが設けられている。冷媒37は、例えば、水である。冷媒37は、ラジエータ(図示せず)から流路36の入口34に流れる。冷媒37は、流路36を流れて、流路36の出口35からラジエータに流れる。冷媒37は、ラジエータ及びヒートシンク30を循環している。 The heat sink 30 includes a top plate 31 , a plurality of heat radiation fins 32 and a jacket 33 . A flow path 36 for a coolant 37 is formed between the top plate 31 and the jacket 33 . The plurality of radiation fins 32 are attached to the back surface of the top plate 31 that defines a part of the flow path 36 and are arranged inside the flow path 36 . The top plate 31 and the jacket 33 are provided with an inlet 34 and an outlet 35 of the channel 36 . The coolant 37 is, for example, water. Coolant 37 flows from a radiator (not shown) to inlet 34 of channel 36 . Coolant 37 flows through channel 36 and out of outlet 35 of channel 36 to the radiator. A coolant 37 circulates through the radiator and heat sink 30 .

冷媒37がヒートシンク30から漏れ出すことを防ぐために、天板31は、ジャケット33に、液密に取り付けられている。第一の例では、天板31とジャケット33との間にゴム製のOリングを介在させて、天板31とジャケット33とを互いにねじで固定してもよい。第二の例では、天板31とジャケット33との間にシール材を塗布して、天板31とジャケット33とを互いにねじで固定してもよい。第三の例では、天板31とジャケット33とを互いにロウ付けしてもよい。第四の例では、天板31とジャケット33とを互いに摩擦撹拌接合してもよい。 In order to prevent coolant 37 from leaking out of heat sink 30, top plate 31 is attached to jacket 33 in a liquid-tight manner. In a first example, a rubber O-ring may be interposed between the top plate 31 and the jacket 33 and the top plate 31 and the jacket 33 may be screwed together. In a second example, a sealing material may be applied between the top plate 31 and the jacket 33 and the top plate 31 and the jacket 33 may be screwed together. In a third example, the top plate 31 and jacket 33 may be brazed together. In a fourth example, the top plate 31 and jacket 33 may be friction stir welded together.

基板10は、ヒートシンク30に取り付けられている。具体的には、基板10の裏面導体層13は、接合部材14を用いて、ヒートシンク30の天板31に取り付けられている。接合部材14は、例えば、アルミニウム珪素(AlSi)ロウ材、または、Snを主成分として含むはんだである。接合部材14としてSn系はんだを用い、かつ、ヒートシンク30がAlで形成されている場合には、Sn系はんだと合金を形成し得るめっき層(例えば、Niめっき層またはSnめっき層)をヒートシンク30に予め施してもよい。このめっき層は、Sn系はんだと合金化しやすいため、Sn系はんだとAl製のヒートシンク30とを接合し容易にする。このめっき層は、例えば、2μm以上10μm以下の厚さを有しており、良好なはんだ濡れ性と高い接合信頼性とを実現する。 Substrate 10 is attached to heat sink 30 . Specifically, the back conductor layer 13 of the substrate 10 is attached to the top plate 31 of the heat sink 30 using the bonding member 14 . The joining member 14 is, for example, aluminum silicon (AlSi) brazing material or solder containing Sn as a main component. When Sn-based solder is used as the bonding member 14 and the heat sink 30 is made of Al, the heat sink 30 is provided with a plating layer (for example, a Ni-plated layer or a Sn-plated layer) that can form an alloy with the Sn-based solder. may be applied in advance to Since this plating layer is easily alloyed with Sn-based solder, it facilitates bonding of Sn-based solder and the heat sink 30 made of Al. This plated layer has a thickness of, for example, 2 μm or more and 10 μm or less, and achieves good solder wettability and high bonding reliability.

例えば、ヒートシンク30がAl製である場合、ヒートシンク30の線膨張係数は、Alの線膨張係数(23ppm/K)で与えられる。基板10が、0.32mmの厚さを有するSi34で形成されている絶縁層11と、0.50mmの厚さを有するCu板で形成されているおもて面導体層12と、0.50mmの厚さを有するCu板で形成されている裏面導体層13とで構成されている場合、基板10の線膨張係数は約7ppm/K以上約8ppm/K以下となる。そのため、基板10とヒートシンク30との間の線膨張係数差が大きくなる。基板10とヒートシンク30との間の線膨張係数差が大きい場合には、接合部材14として、0.2%耐力が大きい接合部材を用いることが好ましい。0.2%耐力が大きい接合部材は、接合部材14のき裂進展速度(負荷1サイクルあたりのき裂進展量)を小さくすることができる。For example, when the heat sink 30 is made of Al, the linear expansion coefficient of the heat sink 30 is given by the linear expansion coefficient of Al (23 ppm/K). The substrate 10 has an insulating layer 11 formed of Si 3 N 4 having a thickness of 0.32 mm, a front conductor layer 12 formed of a Cu plate having a thickness of 0.50 mm, When the backside conductor layer 13 is formed of a Cu plate having a thickness of 0.50 mm, the coefficient of linear expansion of the substrate 10 is about 7 ppm/K or more and about 8 ppm/K or less. Therefore, the difference in coefficient of linear expansion between the substrate 10 and the heat sink 30 increases. When the linear expansion coefficient difference between the substrate 10 and the heat sink 30 is large, it is preferable to use a bonding member having a high 0.2% proof stress as the bonding member 14 . A joint member having a large 0.2% proof stress can reduce the crack growth rate (amount of crack growth per load cycle) of the joint member 14 .

端子台40は、ヒートシンク30に取り付けられている。具体的には、端子台40は、シリコーン系接着剤またはねじを用いて、ヒートシンク30の天板31に取り付けられている。 Terminal block 40 is attached to heat sink 30 . Specifically, the terminal block 40 is attached to the top plate 31 of the heat sink 30 using a silicone adhesive or screws.

図2から図6を参照して、本実施の形態のパワー半導体装置1の製造方法を説明する。
図2に示されるように、本実施の形態のパワー半導体装置1の製造方法は、基板10上に第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25を接合すること(S1)を備える。具体的には、導電接合部材23を用いて、第1パワー半導体素子20の第1裏面電極22を基板10のおもて面導体層12に接合する。導電接合部材28を用いて、第2パワー半導体素子25の第2裏面電極27を基板10のおもて面導体層12に接合する。
A method for manufacturing the power semiconductor device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2, the method for manufacturing the power semiconductor device 1 of the present embodiment includes bonding the first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 onto the substrate 10 (S1). Specifically, the conductive bonding member 23 is used to bond the first rear surface electrode 22 of the first power semiconductor element 20 to the front surface conductor layer 12 of the substrate 10 . A conductive bonding member 28 is used to bond the second back electrode 27 of the second power semiconductor element 25 to the front conductor layer 12 of the substrate 10 .

図2に示されるように、本実施の形態のパワー半導体装置1の製造方法は、端子台40をヒートシンク30に取り付けること(S2)を備える。具体的には、例えば、シリコーン系接着剤またはねじを用いて、端子台40をヒートシンク30の天板31に取り付ける。引き出し配線41,41gの一部は、端子台40に埋め込まれている。引き出し配線41,41gの残部は、端子台40から露出している。 As shown in FIG. 2, the method for manufacturing power semiconductor device 1 of the present embodiment includes attaching terminal block 40 to heat sink 30 (S2). Specifically, for example, the terminal block 40 is attached to the top plate 31 of the heat sink 30 using a silicone adhesive or screws. Parts of the lead wires 41 and 41g are embedded in the terminal block 40 . The rest of the lead wires 41 and 41g are exposed from the terminal block 40. As shown in FIG.

図2に示されるように、本実施の形態のパワー半導体装置1の製造方法は、基板10をヒートシンク30に接合すること(S3)を備える。具体的には、接合部材14を用いて、基板10の裏面導体層13をヒートシンク30に取り付ける。接合部材14は、例えば、アルミ珪素(AlSi)ロウ材、または、Snを主成分として含むはんだである。 As shown in FIG. 2, the method for manufacturing power semiconductor device 1 of the present embodiment includes bonding substrate 10 to heat sink 30 (S3). Specifically, the bonding member 14 is used to attach the back conductor layer 13 of the substrate 10 to the heat sink 30 . The joining member 14 is, for example, aluminum silicon (AlSi) brazing material or solder containing Sn as a main component.

図2に示されるように、本実施の形態のパワー半導体装置1の製造方法は、板状端子50を、第1パワー半導体素子20、第2パワー半導体素子25及び引き出し配線41に接合すること(S4)を備える。 As shown in FIG. 2, in the method of manufacturing the power semiconductor device 1 of the present embodiment, the plate-like terminal 50 is joined to the first power semiconductor element 20, the second power semiconductor element 25 and the lead wiring 41 ( S4).

具体的には、図3に示されるように、第1導電接合部材55、第2導電接合部材57、第3導電接合部材56を、それぞれ、第1パワー半導体素子20の第1おもて面電極21上、端子台40から露出している引き出し配線41の部分上、第2パワー半導体素子25の第2おもて面電極26上に載置する(S41)。第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56は、棒はんだ、板はんだまたはシートはんだのようなバルクはんだ材を用いてもよい。バルクはんだ材を用いることにより、はんだの量を正確に調整することができる。バルクはんだ材はフラックスレスはんだ材であってもよい。フラックスレスはんだ材を用いることにより、はんだ付け後のフラックス残渣の洗浄工程が不要になる。 Specifically, as shown in FIG. 3, the first conductive joining member 55, the second conductive joining member 57, and the third conductive joining member 56 are respectively attached to the first front surface of the first power semiconductor element 20. It is placed on the electrode 21, on the portion of the lead wire 41 exposed from the terminal block 40, and on the second front surface electrode 26 of the second power semiconductor element 25 (S41). The first conductive joint member 55, the second conductive joint member 57, and the third conductive joint member 56 may use bulk solder material such as bar solder, plate solder, or sheet solder. By using a bulk solder material, the amount of solder can be precisely adjusted. The bulk solder material may be a fluxless solder material. By using a fluxless solder material, there is no need for a cleaning process for flux residue after soldering.

それから、第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56上に、板状端子50を載置する(S42)。 Then, the plate-like terminal 50 is placed on the first conductive joint member 55, the second conductive joint member 57 and the third conductive joint member 56 (S42).

具体的には、板状端子50は、第1端子部分51と、第2端子部分52とを含む。板状端子50は、第1端子部分51と第2端子部分52とを接続する第3端子部分53をさらに含んでもよい。第1端子部分51は、第2端子部分52よりも薄い。第3端子部分53は、第2端子部分52よりも薄い。板状端子50は、例えば、以下の工程によって得られる。均一の厚さを有する導電金属板を準備する。導電金属板のうち、第1端子部分51及び第3端子部分53に相当する部分を選択的にエッチングする。それから、導電金属板をプレス加工する。こうして、第1端子部分51、第2端子部分52及び第3端子部分53を含む板状端子50が得られる。 Specifically, the plate-shaped terminal 50 includes a first terminal portion 51 and a second terminal portion 52 . The plate-like terminal 50 may further include a third terminal portion 53 connecting the first terminal portion 51 and the second terminal portion 52 . The first terminal portion 51 is thinner than the second terminal portion 52 . The third terminal portion 53 is thinner than the second terminal portion 52 . The plate-shaped terminal 50 is obtained, for example, by the following steps. A conductive metal plate having a uniform thickness is provided. Portions of the conductive metal plate corresponding to the first terminal portion 51 and the third terminal portion 53 are selectively etched. Then, the conductive metal plate is pressed. Thus, the plate-like terminal 50 including the first terminal portion 51, the second terminal portion 52 and the third terminal portion 53 is obtained.

第1端子部分51は、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56上に載置される。第2端子部分52は、第2導電接合部材57上に載置される。第1パワー半導体素子20と第1端子部分51との間の第1の線膨張係数の差は、引き出し配線41と第2端子部分52との間の第2の線膨張係数の差よりも大きい。第2パワー半導体素子25と第1端子部分51との間の第3の線膨張係数の差は、引き出し配線41と第2端子部分52との間の第2の線膨張係数の差よりも大きい。 The first terminal portion 51 rests on the first conductive joint member 55 and the third conductive joint member 56 . The second terminal portion 52 rests on the second conductive joining member 57 . The difference in the first coefficient of linear expansion between the first power semiconductor element 20 and the first terminal portion 51 is greater than the difference in the second coefficient of linear expansion between the lead wire 41 and the second terminal portion 52. . The difference in the third coefficient of linear expansion between the second power semiconductor element 25 and the first terminal portion 51 is greater than the difference in the second coefficient of linear expansion between the lead wire 41 and the second terminal portion 52. .

それから、第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56を加熱する(S43)。第1端子部分51を加熱することによって、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56が加熱され、かつ、第2端子部分52を加熱することによって、第2導電接合部材57が加熱されてもよい。特定的には、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56(または第1端子部分51)を加熱しながら、第2導電接合部材57(または第2端子部分52)を加熱する。さらに特定的には、第1端子部分51の第1温度と第2端子部分52の第2温度とを互いに独立して測定しながら、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56(または第1端子部分51)の加熱を、第2導電接合部材57(または第2端子部分52)の加熱とは独立して行う。 Then, the first conductive joint member 55, the second conductive joint member 57 and the third conductive joint member 56 are heated (S43). By heating the first terminal portion 51, the first conductive joining member 55 and the third conductive joining member 56 are heated, and by heating the second terminal portion 52, the second conductive joining member 57 is heated. may Specifically, the second conductive joining member 57 (or the second terminal portion 52) is heated while the first conductive joining member 55 and the third conductive joining member 56 (or the first terminal portion 51) are heated. More specifically, the first conductive joining member 55 and the third conductive joining member 56 (or The heating of the first terminal portion 51) is performed independently of the heating of the second conductive joining member 57 (or the second terminal portion 52).

第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56は、例えば、鉛フリーはんだである。具体的には、第1導電接合部材55は、Snを主成分として含む第1はんだである。第1はんだは、Snよりも高い0.2%耐力を有している。第1はんだは、例えば、Sn-Cu系はんだ、または、Sn-Sb系はんだである。第2導電接合部材57は、Snを主成分として含む第2はんだである。第2はんだは、Snよりも高い熱伝導率を有している。第2はんだは、例えば、Sn-Au系はんだ、または、Sn-Ag系はんだである。第3導電接合部材56は、Snを主成分として含む第3はんだである。第3はんだは、Snよりも高い0.2%耐力を有している。第3はんだは、例えば、Sn-Cu系はんだ、または、Sn-Sb系はんだである。第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56は、各々、第2導電接合部材57よりも高い0.2%耐力を有している。第2導電接合部材57は、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56の各々よりも、高い熱伝導率を有している。 The first conductive joint member 55, the second conductive joint member 57, and the third conductive joint member 56 are, for example, lead-free solder. Specifically, the first conductive joining member 55 is a first solder containing Sn as a main component. The first solder has a higher 0.2% proof stress than Sn. The first solder is, for example, Sn--Cu solder or Sn--Sb solder. The second conductive joining member 57 is a second solder containing Sn as its main component. The second solder has a higher thermal conductivity than Sn. The second solder is, for example, Sn—Au solder or Sn—Ag solder. The third conductive joining member 56 is a third solder containing Sn as its main component. The third solder has a higher 0.2% proof stress than Sn. The third solder is, for example, Sn--Cu solder or Sn--Sb solder. The first conductive joint member 55 and the third conductive joint member 56 each have a 0.2% yield strength higher than that of the second conductive joint member 57 . The second conductive joining member 57 has higher thermal conductivity than each of the first conductive joining member 55 and the third conductive joining member 56 .

第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56が鉛フリーはんだのようなはんだである場合、第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56は、例えば、ハロゲンランプのような赤外線光源から放射される赤外線を用いる輻射熱方式(図4及び図5を参照)、または、ヒートブロックを用いる伝熱方式(図5及び図6を参照)によって、加熱される。板状端子50の放射率が0.3以上であるとき、輻射熱方式(図4及び図5を参照)によって、第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56(第1端子部分51及び第2端子部分52)を加熱する。板状端子50の放射率が0.3未満であるとき、伝熱方式(図5及び図6を参照)によって、第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56(第1端子部分51及び第2端子部分52)を加熱する。 When the first conductive joining member 55, the second conductive joining member 57 and the third conductive joining member 56 are solder such as lead-free solder, the first conductive joining member 55, the second conductive joining member 57 and the third conductive joining member The member 56 is, for example, a radiant heat system using infrared rays emitted from an infrared light source such as a halogen lamp (see FIGS. 4 and 5), or a heat transfer system using a heat block (see FIGS. 5 and 6). is heated by When the emissivity of the plate-like terminal 50 is 0.3 or more, the first conductive joining member 55, the second conductive joining member 57 and the third conductive joining member 56 ( The first terminal portion 51 and the second terminal portion 52) are heated. When the emissivity of the plate-like terminal 50 is less than 0.3, the first conductive joining member 55, the second conductive joining member 57 and the third conductive joining member 56 are connected by a heat transfer method (see FIGS. 5 and 6). (The first terminal portion 51 and the second terminal portion 52) are heated.

第一の例では、第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56は、図4及び図5に示される第1加熱装置60を用いて、加熱される。第1加熱装置60は、第1熱源61と、第2熱源62と、第1温度センサ63と、第2温度センサ64と、制御部65とを含む。 In a first example, the first conductive joining member 55, the second conductive joining member 57 and the third conductive joining member 56 are heated using the first heating device 60 shown in FIGS. The first heating device 60 includes a first heat source 61 , a second heat source 62 , a first temperature sensor 63 , a second temperature sensor 64 and a controller 65 .

第1熱源61は、例えば、第1の赤外線ヒータである。第2熱源62は、例えば、第2の赤外線ヒータである。第1熱源61は、板状端子50の第1端子部分51を加熱して、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56を加熱する。第2熱源62は、板状端子50の第2端子部分52を加熱して、第2導電接合部材57を加熱する。 The first heat source 61 is, for example, a first infrared heater. The second heat source 62 is, for example, a second infrared heater. The first heat source 61 heats the first terminal portion 51 of the plate-shaped terminal 50 to heat the first conductive joining member 55 and the third conductive joining member 56 . The second heat source 62 heats the second terminal portion 52 of the plate-like terminal 50 to heat the second conductive joining member 57 .

第1温度センサ63は、第1の放射温度計である。第2温度センサ64は、第2の放射温度計である。第1温度センサ63は、板状端子50から離間している。第1温度センサ63は、板状端子50の第1端子部分51の第1温度を測定する。第1温度センサ63は、間接的に、第1導電接合部材55の温度と第3導電接合部材56の温度とを測定する。第2温度センサ64は、板状端子50から離間している。第2温度センサ64は、板状端子50の第2端子部分52の第2温度を測定する。第2温度センサ64は、間接的に、第2導電接合部材57の温度を測定する。板状端子50の放射率は0.3以上であるため、第1の放射温度計及び第2の放射温度計を用いて、第1端子部分51の第1温度及び第2端子部分52の第2温度を正確に測定することができる。 The first temperature sensor 63 is a first radiation thermometer. The second temperature sensor 64 is a second radiation thermometer. The first temperature sensor 63 is separated from the plate-like terminal 50 . The first temperature sensor 63 measures the first temperature of the first terminal portion 51 of the plate-like terminal 50 . The first temperature sensor 63 indirectly measures the temperature of the first conductive joint member 55 and the temperature of the third conductive joint member 56 . The second temperature sensor 64 is separated from the plate-shaped terminal 50 . A second temperature sensor 64 measures a second temperature of the second terminal portion 52 of the plate-like terminal 50 . The second temperature sensor 64 indirectly measures the temperature of the second conductive joining member 57 . Since the emissivity of the plate-shaped terminal 50 is 0.3 or higher, the first temperature of the first terminal portion 51 and the second temperature of the second terminal portion 52 are measured using the first radiation thermometer and the second radiation thermometer. 2 temperature can be measured accurately.

制御部65は、第1熱源61と、第2熱源62と、第1温度センサ63と、第2温度センサ64とに通信可能に接続されている。制御部65は、第1温度センサ63を用いて測定される第1端子部分51の第1温度に基づいて、第1熱源61を制御する。制御部65は、第2温度センサ64を用いて測定される第2端子部分52の第2温度に基づいて、第2熱源62を制御する。 The controller 65 is communicably connected to the first heat source 61, the second heat source 62, the first temperature sensor 63, and the second temperature sensor 64. As shown in FIG. The controller 65 controls the first heat source 61 based on the first temperature of the first terminal portion 51 measured using the first temperature sensor 63 . The controller 65 controls the second heat source 62 based on the second temperature of the second terminal portion 52 measured using the second temperature sensor 64 .

第1端子部分51を第1おもて面電極21に接合する際、第1熱源61を用いて第1端子部分51が加熱されて、第1端子部分51に接触する第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56が加熱される。第1熱源61は、第1温度センサ63を用いて測定される第1端子部分51の第1温度に基づいて制御される。第2端子部分52を引き出し配線41に接合する際、第2熱源62を用いて第2端子部分52が加熱されて、第2端子部分52に接触する第2導電接合部材57が加熱される。第2熱源62は、第2温度センサ64を用いて測定される第2端子部分52の第2温度に基づいて制御される。 When the first terminal portion 51 is joined to the first front electrode 21 , the first terminal portion 51 is heated using the first heat source 61 and the first conductive joining member 55 contacts the first terminal portion 51 . and the third conductive joining member 56 are heated. The first heat source 61 is controlled based on the first temperature of the first terminal portion 51 measured using the first temperature sensor 63 . When joining the second terminal portion 52 to the lead wire 41 , the second terminal portion 52 is heated using the second heat source 62 , and the second conductive joining member 57 in contact with the second terminal portion 52 is heated. Second heat source 62 is controlled based on a second temperature of second terminal portion 52 measured using second temperature sensor 64 .

第二の例では、第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56は、図5及び図6に示される第2加熱装置60bを用いて、加熱される。第2加熱装置60bは、第1熱源61bと、第2熱源62bと、第1温度センサ63bと、第2温度センサ64bと、制御部65とを含む。 In a second example, the first conductive joining member 55, the second conductive joining member 57 and the third conductive joining member 56 are heated using the second heating device 60b shown in FIGS. The second heating device 60b includes a first heat source 61b, a second heat source 62b, a first temperature sensor 63b, a second temperature sensor 64b, and a controller 65.

第1熱源61bは、例えば、第1のヒートブロックである。第2熱源62bは、例えば、第2のヒートブロックである。第1熱源61bは、板状端子50の第1端子部分51を加熱して、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56を加熱する。第2熱源62bは、板状端子50の第2端子部分52を加熱して、第2導電接合部材57を加熱する。 The first heat source 61b is, for example, a first heat block. The second heat source 62b is, for example, a second heat block. The first heat source 61 b heats the first terminal portion 51 of the plate-shaped terminal 50 to heat the first conductive joining member 55 and the third conductive joining member 56 . The second heat source 62 b heats the second terminal portion 52 of the plate-like terminal 50 to heat the second conductive joining member 57 .

第1温度センサ63bは、第1の接触式温度計である。第2温度センサ64bは、第2の接触式温度計である。第1温度センサ63bは、板状端子50の第1端子部分51に接触して第1端子部分51の第1温度を測定する。第1温度センサ63bは、間接的に、第1導電接合部材55の温度と第3導電接合部材56の温度とを測定する。第2温度センサ64bは、板状端子50の第2端子部分52に接触して、第2端子部分52の第2温度を測定する。第2温度センサ64bは、間接的に、第2導電接合部材57の温度を測定する。第1の接触式温度計は第1端子部分51に接触し、第2の接触式温度計は第2端子部分52に接触するため、板状端子50の放射率が0.3未満であっても、第1の接触式温度計及び第2の接触式温度計を用いて、第1端子部分51の第1温度及び第2端子部分52の第2温度を正確に測定することができる。 The first temperature sensor 63b is a first contact thermometer. The second temperature sensor 64b is a second contact thermometer. The first temperature sensor 63 b contacts the first terminal portion 51 of the plate-shaped terminal 50 to measure the first temperature of the first terminal portion 51 . The first temperature sensor 63b indirectly measures the temperature of the first conductive joint member 55 and the temperature of the third conductive joint member 56 . The second temperature sensor 64b contacts the second terminal portion 52 of the plate-shaped terminal 50 to measure the second temperature of the second terminal portion 52 . The second temperature sensor 64b indirectly measures the temperature of the second conductive joining member 57. As shown in FIG. Since the first contact thermometer contacts the first terminal portion 51 and the second contact thermometer contacts the second terminal portion 52, the emissivity of the plate-like terminal 50 is less than 0.3. Also, the first temperature of the first terminal portion 51 and the second temperature of the second terminal portion 52 can be accurately measured using the first contact thermometer and the second contact thermometer.

制御部65は、第1熱源61bと、第2熱源62bと、第1温度センサ63bと、第2温度センサ64bとに通信可能に接続されている。制御部65は、第1温度センサ63bを用いて測定される第1端子部分51の第1温度に基づいて、第1熱源61bを制御する。制御部65は、第2温度センサ64bを用いて測定される第2端子部分52の第2温度に基づいて、第2熱源62bを制御する。 The controller 65 is communicably connected to the first heat source 61b, the second heat source 62b, the first temperature sensor 63b, and the second temperature sensor 64b. The controller 65 controls the first heat source 61b based on the first temperature of the first terminal portion 51 measured using the first temperature sensor 63b. The controller 65 controls the second heat source 62b based on the second temperature of the second terminal portion 52 measured using the second temperature sensor 64b.

第1端子部分51を第1おもて面電極21に接合する際、第1熱源61bを用いて第1端子部分51が加熱されて、第1端子部分51に接触する第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56が加熱される。第1熱源61bは、第1温度センサ63bを用いて測定される第1端子部分51の第1温度に基づいて制御される。第2端子部分52を引き出し配線41に接合する際、第2熱源62bを用いて第2端子部分52が加熱されて、第2端子部分52に接触する第2導電接合部材57が加熱される。第2熱源62bは、第2温度センサ64bを用いて測定される第2端子部分52の第2温度に基づいて制御される。 When the first terminal portion 51 is joined to the first front electrode 21, the first terminal portion 51 is heated using the first heat source 61b, and the first conductive joining member 55 is brought into contact with the first terminal portion 51. and the third conductive joining member 56 are heated. The first heat source 61b is controlled based on the first temperature of the first terminal portion 51 measured using the first temperature sensor 63b. When the second terminal portion 52 is joined to the lead wire 41, the second terminal portion 52 is heated using the second heat source 62b, and the second conductive joining member 57 in contact with the second terminal portion 52 is heated. The second heat source 62b is controlled based on a second temperature of the second terminal portion 52 measured using a second temperature sensor 64b.

それから、第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56を冷却する(S44)。第1端子部分51が、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56を用いて、第1おもて面電極21及び第2おもて面電極26に接合されながら、第2端子部分52が第2導電接合部材57を用いて引き出し配線41に接合される。こうして、板状端子50は、第1パワー半導体素子20の第1おもて面電極21と第2パワー半導体素子25の第2おもて面電極26と引き出し配線41とに接合される。 Then, the first conductive joint member 55, the second conductive joint member 57 and the third conductive joint member 56 are cooled (S44). While the first terminal portion 51 is joined to the first front surface electrode 21 and the second front surface electrode 26 using the first conductive joining member 55 and the third conductive joining member 56, the second terminal portion 52 is joined to the lead wire 41 using a second conductive joining member 57 . Thus, the plate-like terminal 50 is joined to the first front surface electrode 21 of the first power semiconductor element 20 , the second front surface electrode 26 of the second power semiconductor element 25 , and the lead wire 41 .

なお、板状端子50を、第1パワー半導体素子20、第2パワー半導体素子25及び引き出し配線41に接合する際(S4)、板状端子50gは、おもて面導体層12及び引き出し配線41gに接合される。板状端子50gをおもて面導体層12及び引き出し配線41gに接合する方法は、板状端子50を、第1パワー半導体素子20、第2パワー半導体素子25及び引き出し配線41に接合する方法と同様である。 Note that when the plate-like terminal 50 is joined to the first power semiconductor element 20, the second power semiconductor element 25, and the lead wire 41 (S4), the plate-like terminal 50g is connected to the front conductor layer 12 and the lead wire 41g. is spliced to A method of joining the plate-like terminal 50g to the front conductor layer 12 and the lead wire 41g is a method of joining the plate-like terminal 50 to the first power semiconductor element 20, the second power semiconductor element 25 and the lead wire 41. It is the same.

本実施の形態の作用を説明する。
本実施の形態では、第1パワー半導体素子20と第1端子部分51との間の第1の線膨張係数差は、引き出し配線41と第2端子部分52との間の第2の線膨張係数差よりも大きい。第2パワー半導体素子25と第1端子部分51との間の第3の線膨張係数差は、引き出し配線41と第2端子部分52との間の第2の線膨張係数差よりも大きい。例えば、第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25が主にSi(線膨張係数2.5ppm/K)で形成されており、かつ、板状端子50及び引き出し配線41がCu(線膨張係数16.8ppm/K)で形成されている場合、第1の線膨張係数差及び第3の線膨張係数差は各々14.3ppm/Kであるのに対し、第2の線膨張係数差はゼロである。そのため、第1導電接合部材55に印加される熱応力は、第2導電接合部材57に印加される熱応力よりも大きい。第3導電接合部材56に印加される熱応力は、第2導電接合部材57に印加される熱応力よりも大きい。パワー半導体装置1の使用中に、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56に繰り返し大きな熱応力が印加される。
The operation of this embodiment will be described.
In the present embodiment, the first linear expansion coefficient difference between the first power semiconductor element 20 and the first terminal portion 51 is the second linear expansion coefficient difference between the lead wire 41 and the second terminal portion 52. Greater than the difference. A third linear expansion coefficient difference between the second power semiconductor element 25 and the first terminal portion 51 is larger than a second linear expansion coefficient difference between the lead wire 41 and the second terminal portion 52 . For example, the first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 are mainly made of Si (linear expansion coefficient of 2.5 ppm/K), and the plate-like terminal 50 and the lead wire 41 are made of Cu (linear expansion coefficient of 2.5 ppm/K). coefficient 16.8 ppm/K), the first linear expansion coefficient difference and the third linear expansion coefficient difference are each 14.3 ppm/K, while the second linear expansion coefficient difference is is zero. Therefore, the thermal stress applied to the first conductive bonding member 55 is greater than the thermal stress applied to the second conductive bonding member 57 . The thermal stress applied to the third conductive bonding member 56 is greater than the thermal stress applied to the second conductive bonding member 57 . During use of the power semiconductor device 1 , a large thermal stress is repeatedly applied to the first conductive joint member 55 and the third conductive joint member 56 .

この熱応力は、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56に、き裂を発生及び進展させ、第1導電接合部材55の断面積と第3導電接合部材56の断面積とを減少させる。本明細書では、導電接合部材の断面積は、基板10の主面10aに平行な断面における導電接合部材の面積を意味する。第1導電接合部材55の断面積及び第3導電接合部材56の断面積の減少により、第1導電接合部材55の電気抵抗及び第3導電接合部材56の電気抵抗が増加して、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56で発生するジュール熱が増加する。第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56に印加される熱応力がさらに増加する。第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56においてき裂がさらに進展して、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56が完全に裂けることがある。第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56が完全に裂けると、第1パワー半導体素子20の第1おもて面電極21と引き出し配線41との間に高い電位差が発生して、第1おもて面電極21と引き出し配線41との間にアーク放電が発生する。第2パワー半導体素子25の第2おもて面電極26と引き出し配線41との間に高い電位差が発生して、第2おもて面電極26と引き出し配線41との間にアーク放電が発生する。パワー半導体装置1が故障する。 This thermal stress causes cracks to occur and propagate in the first conductive joint member 55 and the third conductive joint member 56, and the cross-sectional areas of the first conductive joint member 55 and the third conductive joint member 56 are reduced. Let In this specification, the cross-sectional area of the conductive joint member means the area of the conductive joint member in the cross section parallel to the main surface 10 a of the substrate 10 . As the cross-sectional area of the first conductive joining member 55 and the cross-sectional area of the third conductive joining member 56 decrease, the electrical resistance of the first conductive joining member 55 and the electrical resistance of the third conductive joining member 56 increase, and the first conductive Joule heat generated in the joint member 55 and the third conductive joint member 56 increases. The thermal stress applied to the first conductive joint member 55 and the third conductive joint member 56 is further increased. The crack may further develop in the first conductive joint member 55 and the third conductive joint member 56, and the first conductive joint member 55 and the third conductive joint member 56 may be torn completely. When the first conductive joint member 55 and the third conductive joint member 56 are completely torn, a high potential difference is generated between the first front surface electrode 21 of the first power semiconductor element 20 and the lead wire 41, 1 An arc discharge occurs between the front electrode 21 and the lead wire 41 . A high potential difference occurs between the second front electrode 26 of the second power semiconductor element 25 and the lead wire 41, and arc discharge occurs between the second front electrode 26 and the lead wire 41. do. Power semiconductor device 1 breaks down.

しかし、第1端子部分51は、第2端子部分52よりも薄い。そのため、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56に印加される熱応力を小さくすることができる。第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56にき裂が発生すること、及び、第1おもて面電極21及び第2おもて面電極26から第1端子部分51がはく離することが防止される。 However, the first terminal portion 51 is thinner than the second terminal portion 52 . Therefore, the thermal stress applied to the first conductive joining member 55 and the third conductive joining member 56 can be reduced. The occurrence of cracks in the first conductive joining member 55 and the third conductive joining member 56, and the separation of the first terminal portion 51 from the first front surface electrode 21 and the second front surface electrode 26. is prevented.

また、第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25で発生した熱が、板状端子50を介して、第2導電接合部材57に伝わる。そのため、第2導電接合部材57の温度が上昇する。加えて、第2導電接合部材57は、引き出し配線41に接触しており、引き出し配線41の一部は絶縁樹脂製の端子台40に埋め込まれている。そのため、第2導電接合部材57の温度は上昇しやすい。第2導電接合部材57の温度が上昇すると、第2導電接合部材57が劣化する。例えば、第2導電接合部材57の温度が上昇すると、第2導電接合部材57に含まれる結晶粒が大きくなって、第2導電接合部材57が金属疲労を起こすことがある。本実施の形態では、第2端子部分52は、第1端子部分51よりも厚い。第2端子部分52は、第1端子部分51よりも大きな熱容量を有する。そのため、第2導電接合部材57の温度上昇を低減することができる。第2導電接合部材57の劣化が低減される。 Also, the heat generated by the first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 is transferred to the second conductive joining member 57 via the plate-like terminal 50 . Therefore, the temperature of the second conductive joining member 57 rises. In addition, the second conductive joint member 57 is in contact with the lead wire 41, and part of the lead wire 41 is embedded in the terminal block 40 made of insulating resin. Therefore, the temperature of the second conductive joining member 57 tends to rise. When the temperature of the second conductive joint member 57 rises, the second conductive joint member 57 deteriorates. For example, when the temperature of the second conductive joint member 57 rises, the crystal grains contained in the second conductive joint member 57 may become large, causing metal fatigue in the second conductive joint member 57 . In this embodiment, the second terminal portion 52 is thicker than the first terminal portion 51 . The second terminal portion 52 has a larger heat capacity than the first terminal portion 51 . Therefore, the temperature rise of the second conductive joining member 57 can be reduced. Deterioration of the second conductive joint member 57 is reduced.

本実施の形態のパワー半導体装置1及びその製造方法の効果を説明する。
本実施の形態のパワー半導体装置1は、基板10と、第1パワー半導体素子20と、引き出し配線41と、板状端子50とを備える。第1パワー半導体素子20は、基板10に接合されている第1裏面電極22と、第1裏面電極22とは反対側の第1おもて面電極21とを含む。板状端子50は、第1端子部分51と、第2端子部分52とを含む。第1端子部分51は、第1導電接合部材55を用いて第1おもて面電極21に接合されている。第2端子部分52は、第2導電接合部材57を用いて引き出し配線41に接合されている。第1パワー半導体素子20と第1端子部分51との間の第1の線膨張係数差は、引き出し配線41と第2端子部分52との間の第2の線膨張係数差よりも大きい。第1端子部分51は、第2端子部分52よりも薄い。
Effects of the power semiconductor device 1 of the present embodiment and the method of manufacturing the same will be described.
A power semiconductor device 1 according to the present embodiment includes a substrate 10 , a first power semiconductor element 20 , lead wirings 41 and plate-like terminals 50 . The first power semiconductor element 20 includes a first rear surface electrode 22 joined to the substrate 10 and a first front surface electrode 21 opposite to the first rear surface electrode 22 . Plate-like terminal 50 includes a first terminal portion 51 and a second terminal portion 52 . The first terminal portion 51 is joined to the first front electrode 21 using a first conductive joining member 55 . The second terminal portion 52 is joined to the lead wire 41 using a second conductive joining member 57 . A first linear expansion coefficient difference between the first power semiconductor element 20 and the first terminal portion 51 is larger than a second linear expansion coefficient difference between the lead wire 41 and the second terminal portion 52 . The first terminal portion 51 is thinner than the second terminal portion 52 .

第1パワー半導体素子20と第1端子部分51との間の第1の線膨張係数差は、引き出し配線41と第2端子部分52との間の第2の線膨張係数差よりも大きい。そのため、第1導電接合部材55に印加される熱応力は、第2導電接合部材57に印加される熱応力よりも大きい。しかし、第1端子部分51は、第2端子部分52よりも薄い。そのため、第1導電接合部材55に印加される熱応力を小さくすることができる。第1導電接合部材55にき裂が発生すること、及び、第1端子部分51が第1おもて面電極21からはく離することが防止される。さらに、第2端子部分52は、第1端子部分51よりも厚い。第2端子部分52は、第1端子部分51よりも大きな熱容量を有する。そのため、第2導電接合部材57の温度上昇が低減されて、第2導電接合部材57の劣化が低減される。パワー半導体装置1の信頼性が向上され得る。 A first linear expansion coefficient difference between the first power semiconductor element 20 and the first terminal portion 51 is larger than a second linear expansion coefficient difference between the lead wire 41 and the second terminal portion 52 . Therefore, the thermal stress applied to the first conductive bonding member 55 is greater than the thermal stress applied to the second conductive bonding member 57 . However, the first terminal portion 51 is thinner than the second terminal portion 52 . Therefore, the thermal stress applied to the first conductive joining member 55 can be reduced. Cracking of the first conductive joining member 55 and separation of the first terminal portion 51 from the first front electrode 21 are prevented. Furthermore, the second terminal portion 52 is thicker than the first terminal portion 51 . The second terminal portion 52 has a larger heat capacity than the first terminal portion 51 . Therefore, the temperature rise of the second conductive joint member 57 is reduced, and deterioration of the second conductive joint member 57 is reduced. The reliability of the power semiconductor device 1 can be improved.

第2端子部分52の第2厚さt2に対する第1端子部分51の第1厚さt1の比は、0.10以上0.75以下である。この比が0.75以下であるため、第1導電接合部材55に印加される熱応力を小さくすることができる。この比が0.10以上であるため、第1端子部分51の電気抵抗に起因する第1端子部分51の発熱が低減され得る。第1導電接合部材55の温度上昇を低減することができて、第1導電接合部材55の劣化が低減される。パワー半導体装置1の信頼性が向上され得る。A ratio of the first thickness t 1 of the first terminal portion 51 to the second thickness t 2 of the second terminal portion 52 is 0.10 or more and 0.75 or less. Since this ratio is 0.75 or less, the thermal stress applied to the first conductive joining member 55 can be reduced. Since this ratio is 0.10 or more, heat generation of the first terminal portion 51 due to the electrical resistance of the first terminal portion 51 can be reduced. A rise in temperature of the first conductive joint member 55 can be reduced, and deterioration of the first conductive joint member 55 is reduced. The reliability of the power semiconductor device 1 can be improved.

本実施の形態のパワー半導体装置1では、第1端子部分51の第1厚さt1は、0.15mm以上0.60mm以下である。第2端子部分52の第2厚さt2は、0.80mm以上1.50mm以下である。In power semiconductor device 1 of the present embodiment, first thickness t 1 of first terminal portion 51 is 0.15 mm or more and 0.60 mm or less. A second thickness t 2 of the second terminal portion 52 is 0.80 mm or more and 1.50 mm or less.

第1端子部分51の第1厚さt1が0.60mm以下であるため、第1導電接合部材55に印加される熱応力を小さくすることができる。第1導電接合部材55にき裂が発生すること、及び、第1端子部分51が第1おもて面電極21からはく離することが防止される。第1端子部分51の第1厚さt1が0.15mm以上であるため、第1端子部分51の電気抵抗に起因する第1端子部分51の発熱が低減され得る。第1導電接合部材55の温度上昇を低減することができて、第1導電接合部材55の劣化が低減される。第2端子部分52の第2厚さt2が0.80mm以上であるため、第2導電接合部材57の温度上昇を低減することができて、第2導電接合部材57の劣化が低減される。第2端子部分52の第2厚さt2が1.50mm以下であるため、第2端子部分52から第2導電接合部材57に印加される機械的歪が低減され得る。パワー半導体装置1の信頼性が向上され得る。Since the first thickness t 1 of the first terminal portion 51 is 0.60 mm or less, the thermal stress applied to the first conductive joining member 55 can be reduced. Cracking of the first conductive joining member 55 and separation of the first terminal portion 51 from the first front electrode 21 are prevented. Since the first thickness t 1 of the first terminal portion 51 is 0.15 mm or more, heat generation of the first terminal portion 51 due to electrical resistance of the first terminal portion 51 can be reduced. A rise in temperature of the first conductive joint member 55 can be reduced, and deterioration of the first conductive joint member 55 is reduced. Since the second thickness t 2 of the second terminal portion 52 is 0.80 mm or more, the temperature rise of the second conductive joint member 57 can be reduced, and deterioration of the second conductive joint member 57 can be reduced. . Since the second thickness t 2 of the second terminal portion 52 is 1.50 mm or less, the mechanical strain applied from the second terminal portion 52 to the second conductive joining member 57 can be reduced. The reliability of the power semiconductor device 1 can be improved.

本実施の形態のパワー半導体装置1では、第1導電接合部材55は、金属微粒子焼結体で形成されている。一般に、金属微粒子焼結体は、微粒子を構成する金属が有する高い融点を有している。そのため、第1パワー半導体素子20が高温で動作しても、第1導電接合部材55の劣化が低減される。パワー半導体装置1の信頼性が向上され得る。 In the power semiconductor device 1 of the present embodiment, the first conductive joining member 55 is made of a fine metal particle sintered body. In general, sintered metal fine particles have a high melting point of the metal that constitutes the fine particles. Therefore, even if the first power semiconductor element 20 operates at a high temperature, deterioration of the first conductive joining member 55 is reduced. The reliability of the power semiconductor device 1 can be improved.

本実施の形態のパワー半導体装置1では、第1導電接合部材55は、Snを主成分として含む第1はんだである。第1はんだは、Snよりも高い0.2%耐力を有している。第2導電接合部材57は、Snを主成分として含む第2はんだである。第2はんだは、Snよりも高い熱伝導率を有している。 In power semiconductor device 1 of the present embodiment, first conductive joining member 55 is first solder containing Sn as a main component. The first solder has a higher 0.2% proof stress than Sn. The second conductive joining member 57 is a second solder containing Sn as its main component. The second solder has a higher thermal conductivity than Sn.

第1導電接合部材55は、第2導電接合部材57よりも、高い0.2%耐力を有している。そのため、第1導電接合部材55にき裂が発生すること、及び、第1端子部分51が第1おもて面電極21からはく離することが防止される。第2導電接合部材57は、第1導電接合部材55よりも高い熱伝導率を有している。そのため、第2導電接合部材57の温度上昇を低減することができて、第2導電接合部材57の劣化が低減される。パワー半導体装置1の信頼性が向上され得る。 The first conductive joint member 55 has a 0.2% yield strength higher than that of the second conductive joint member 57 . Therefore, the first conductive joining member 55 is prevented from cracking and the first terminal portion 51 is prevented from being separated from the first front surface electrode 21 . The second conductive joining member 57 has higher thermal conductivity than the first conductive joining member 55 . Therefore, the temperature rise of the second conductive joining member 57 can be reduced, and deterioration of the second conductive joining member 57 can be reduced. The reliability of the power semiconductor device 1 can be improved.

さらに、第1導電接合部材55と第2導電接合部材57とは、Snを主成分として含むはんだである点で共通している。そのため、第1導電接合部材55を用いた第1端子部分51と第1おもて面電極21との接合と、第2導電接合部材57を用いた第2端子部分52と引き出し配線41との接合とは、同一の工程で形成され得る。パワー半導体装置1は、パワー半導体装置1の生産性の向上が可能な構成を備えている。 Furthermore, the first conductive joint member 55 and the second conductive joint member 57 are common in that they are solder containing Sn as a main component. Therefore, the bonding between the first terminal portion 51 and the first front surface electrode 21 using the first conductive bonding member 55 and the connection between the second terminal portion 52 and the lead wiring 41 using the second conductive bonding member 57 Bonds can be formed in the same process. The power semiconductor device 1 has a configuration capable of improving the productivity of the power semiconductor device 1 .

本実施の形態のパワー半導体装置1では、引き出し配線41は、第1端子部分51と第2端子部分52とを接続する第3端子部分53をさらに含む。第3端子部分53は、第1裏面電極22と第1おもて面電極21とが互いに離間している第1パワー半導体素子20の厚さ方向(第3方向(z方向))に沿って延在している。 In power semiconductor device 1 of the present embodiment, lead wire 41 further includes a third terminal portion 53 that connects first terminal portion 51 and second terminal portion 52 . The third terminal portion 53 extends along the thickness direction (third direction (z direction)) of the first power semiconductor element 20 in which the first rear surface electrode 22 and the first front surface electrode 21 are separated from each other. extended.

そのため、第1パワー半導体素子20の厚さ方向(第3方向(z方向))における、第1おもて面電極21の高さが引き出し配線41の高さと異なることに起因して板状端子50から第1導電接合部材55及び第2導電接合部材57に印加される機械的応力が、低減される。第1導電接合部材55及び第2導電接合部材57にき裂が発生すること、第1端子部分51が第1おもて面電極21からはく離すること、及び、第2端子部分52が引き出し配線41からはく離することが防止される。パワー半導体装置1の信頼性が向上され得る。 Therefore, the height of the first front surface electrode 21 in the thickness direction (the third direction (z direction)) of the first power semiconductor element 20 is different from the height of the lead wiring 41 , so that the plate-like terminal The mechanical stress applied from 50 to the first conductive joining member 55 and the second conductive joining member 57 is reduced. The occurrence of cracks in the first conductive joint member 55 and the second conductive joint member 57, the separation of the first terminal portion 51 from the first front surface electrode 21, and the second terminal portion 52 being lead wiring. Detachment from 41 is prevented. The reliability of the power semiconductor device 1 can be improved.

本実施の形態のパワー半導体装置1は、絶縁樹脂製の端子台40をさらに備える。引き出し配線41の一部は端子台40に埋め込まれている。第2端子部分52は、第2導電接合部材57を用いて、端子台40から露出している引き出し配線41の部分に接合されている。端子台40の熱伝導率は、引き出し配線41の熱伝導率よりも小さく、かつ、板状端子50の熱伝導率よりも小さい。 The power semiconductor device 1 of the present embodiment further includes a terminal block 40 made of insulating resin. A part of the lead wiring 41 is embedded in the terminal block 40 . The second terminal portion 52 is joined to the portion of the lead wire 41 exposed from the terminal block 40 using a second conductive joining member 57 . The thermal conductivity of the terminal block 40 is lower than the thermal conductivity of the lead wiring 41 and lower than the thermal conductivity of the plate-like terminal 50 .

引き出し配線41の一部が相対的に低い熱伝導率を有する端子台40に埋め込まれている。そのため、引き出し配線41に接合されている第2導電接合部材57の温度は上昇しやすい。しかし、第2端子部分52は第1端子部分51よりも厚い。そのため、第2導電接合部材57の温度上昇を低減することができて、第2導電接合部材57の劣化が低減される。パワー半導体装置1の信頼性が向上され得る。 A portion of the lead wiring 41 is embedded in the terminal block 40 having relatively low thermal conductivity. Therefore, the temperature of the second conductive joining member 57 joined to the lead wire 41 is likely to rise. However, the second terminal portion 52 is thicker than the first terminal portion 51 . Therefore, the temperature rise of the second conductive joining member 57 can be reduced, and deterioration of the second conductive joining member 57 can be reduced. The reliability of the power semiconductor device 1 can be improved.

本実施の形態のパワー半導体装置1は、第2パワー半導体素子25をさらに備える。第2パワー半導体素子25は、基板10に接合されている第2裏面電極27と、第2裏面電極27とは反対側の第2おもて面電極26とを含む。第1端子部分51は、第3導電接合部材56を用いて第2おもて面電極26に接合されている。第2パワー半導体素子25と第1端子部分51との間の第3の線膨張係数差は、引き出し配線41と第2端子部分52との間の第2の線膨張係数差よりも大きい。 Power semiconductor device 1 of the present embodiment further includes a second power semiconductor element 25 . The second power semiconductor element 25 includes a second back electrode 27 joined to the substrate 10 and a second front electrode 26 opposite to the second back electrode 27 . The first terminal portion 51 is joined to the second front electrode 26 using a third conductive joining member 56 . A third linear expansion coefficient difference between the second power semiconductor element 25 and the first terminal portion 51 is larger than a second linear expansion coefficient difference between the lead wire 41 and the second terminal portion 52 .

第2パワー半導体素子25と第1端子部分51との間の第3の線膨張係数差は、引き出し配線41と第2端子部分52との間の第2の線膨張係数差よりも大きい。そのため、第3導電接合部材56に印加される熱応力は、第2導電接合部材57に印加される熱応力よりも大きい。しかし、第1端子部分51は、第2端子部分52よりも薄い。そのため、第3導電接合部材56に印加される熱応力を小さくすることができる。第3導電接合部材56にき裂が発生すること、及び、第1端子部分51が第2おもて面電極26からはく離することが防止される。パワー半導体装置1の信頼性が向上され得る。 A third linear expansion coefficient difference between the second power semiconductor element 25 and the first terminal portion 51 is larger than a second linear expansion coefficient difference between the lead wire 41 and the second terminal portion 52 . Therefore, the thermal stress applied to the third conductive bonding member 56 is greater than the thermal stress applied to the second conductive bonding member 57 . However, the first terminal portion 51 is thinner than the second terminal portion 52 . Therefore, the thermal stress applied to the third conductive joining member 56 can be reduced. The occurrence of cracks in the third conductive joining member 56 and the separation of the first terminal portion 51 from the second front electrode 26 are prevented. The reliability of the power semiconductor device 1 can be improved.

さらに、第1パワー半導体素子20と第2パワー半導体素子25とは、ともに、一つの板状端子50に接合されている。そのため、配線インダクタンスを小さくすることができて、第1パワー半導体素子20及び第2パワー半導体素子25に印加されるサージ電圧を小さくすることができる。また、板状端子50と第1パワー半導体素子20との接合と、板状端子50と第2パワー半導体素子25との接合とを、一回の工程で行うことができる。パワー半導体装置1は、パワー半導体装置1の生産性を向上させることが可能な構造を有している。 Furthermore, both the first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 are joined to one plate-like terminal 50 . Therefore, the wiring inductance can be reduced, and the surge voltage applied to the first power semiconductor element 20 and the second power semiconductor element 25 can be reduced. Also, the joining of the plate-like terminal 50 and the first power semiconductor element 20 and the joining of the plate-like terminal 50 and the second power semiconductor element 25 can be performed in one step. The power semiconductor device 1 has a structure capable of improving productivity of the power semiconductor device 1 .

本実施の形態のパワー半導体装置1の製造方法は、第1パワー半導体素子20の第1裏面電極22を基板10に接合すること(S1)と、板状端子50を、第1裏面電極22とは反対側の第1パワー半導体素子20の第1おもて面電極21と引き出し配線41とに接合すること(S4)とを備える。板状端子50は、第1端子部分51と、第2端子部分52とを含む。第1パワー半導体素子20と第1端子部分51との間の第1の線膨張係数の差は、引き出し配線41と第2端子部分52との間の第2の線膨張係数の差よりも大きい。第1端子部分51は、第2端子部分52よりも薄い。 The method for manufacturing the power semiconductor device 1 of the present embodiment includes joining the first back electrode 22 of the first power semiconductor element 20 to the substrate 10 (S1), and connecting the plate-like terminal 50 to the first back electrode 22. is joined to the first front surface electrode 21 and the lead wire 41 of the first power semiconductor element 20 on the opposite side (S4). Plate-like terminal 50 includes a first terminal portion 51 and a second terminal portion 52 . The difference in the first coefficient of linear expansion between the first power semiconductor element 20 and the first terminal portion 51 is greater than the difference in the second coefficient of linear expansion between the lead wire 41 and the second terminal portion 52. . The first terminal portion 51 is thinner than the second terminal portion 52 .

第1端子部分51が第1導電接合部材55を用いて第1おもて面電極21に接合されながら、第2端子部分52は第2導電接合部材57を用いて引き出し配線41に接合される。第1端子部分51を第1おもて面電極21に接合する際、第1導電接合部材55は第1熱源61,61bを用いて加熱される。第1熱源61,61bは、第1温度センサ63,63bを用いて測定される第1端子部分51の第1温度に基づいて制御される。第2端子部分52を引き出し配線41に接合する際、第2導電接合部材57は第2熱源62,62bを用いて加熱される。第2熱源62,62bは、第2温度センサ64,64bを用いて測定される第2端子部分52の第2温度に基づいて制御される。 While the first terminal portion 51 is joined to the first front electrode 21 using the first conductive joining member 55, the second terminal portion 52 is joined to the lead wire 41 using the second conductive joining member 57. . When joining the first terminal portion 51 to the first front surface electrode 21, the first conductive joining member 55 is heated using the first heat sources 61 and 61b. The first heat sources 61, 61b are controlled based on the first temperature of the first terminal portion 51 measured using the first temperature sensors 63, 63b. When joining the second terminal portion 52 to the lead wire 41, the second conductive joining member 57 is heated using the second heat sources 62, 62b. The second heat source 62, 62b is controlled based on a second temperature of the second terminal portion 52, which is measured using a second temperature sensor 64, 64b.

第1パワー半導体素子20と第1端子部分51との間の第1の線膨張係数差は、引き出し配線41と第2端子部分52との間の第2の線膨張係数差よりも大きい。そのため、第1導電接合部材55に印加される熱応力は、第2導電接合部材57に印加される熱応力よりも大きい。しかし、第1端子部分51は、第2端子部分52よりも薄い。そのため、第1導電接合部材55に印加される熱応力を小さくすることができる。第1導電接合部材55にき裂が発生すること、及び、第1端子部分51が第1おもて面電極21からはく離することが防止される。さらに、第2端子部分52は、第1端子部分51よりも厚い。第2端子部分52は、第1端子部分51よりも大きな熱容量を有する。そのため、第2導電接合部材57の温度上昇を低減することができて、第2導電接合部材57の劣化が低減される。本実施の形態のパワー半導体装置1の製造方法によれば、信頼性が向上されたパワー半導体装置1を得ることができる。 A first linear expansion coefficient difference between the first power semiconductor element 20 and the first terminal portion 51 is larger than a second linear expansion coefficient difference between the lead wire 41 and the second terminal portion 52 . Therefore, the thermal stress applied to the first conductive bonding member 55 is greater than the thermal stress applied to the second conductive bonding member 57 . However, the first terminal portion 51 is thinner than the second terminal portion 52 . Therefore, the thermal stress applied to the first conductive joining member 55 can be reduced. Cracking of the first conductive joining member 55 and separation of the first terminal portion 51 from the first front electrode 21 are prevented. Furthermore, the second terminal portion 52 is thicker than the first terminal portion 51 . The second terminal portion 52 has a larger heat capacity than the first terminal portion 51 . Therefore, the temperature rise of the second conductive joining member 57 can be reduced, and deterioration of the second conductive joining member 57 can be reduced. According to the method for manufacturing power semiconductor device 1 of the present embodiment, power semiconductor device 1 with improved reliability can be obtained.

第2端子部分52は、第1端子部分51よりも厚い。第2端子部分52の第2熱容量は、第1端子部分51の第1熱容量よりも大きい。第1端子部分51及び第2端子部分52を加熱したときに、第2端子部分52は、第1端子部分51よりも温度が上昇しにくい。そのため、第2導電接合部材57を用いた引き出し配線41と第2端子部分52との接合が不良になることがある。しかし、本実施の形態のパワー半導体装置1の製造方法では、第1端子部分51に接触する第1導電接合部材55は第1熱源61,61bを用いて加熱されており、第2端子部分52に接触する第2導電接合部材57は、第1熱源61,61bとは別の第2熱源62,62bを用いて加熱されている。さらに、第1熱源61,61bは、第1温度センサ63,63bを用いて測定される第1端子部分51の第1温度に基づいて制御されるのに対し、第2熱源62,62bは、第1温度センサ63,63bとは別の第2温度センサ64,64bを用いて測定される第2端子部分52の第2温度に基づいて制御される。 The second terminal portion 52 is thicker than the first terminal portion 51 . The second heat capacity of the second terminal portion 52 is greater than the first heat capacity of the first terminal portion 51 . When the first terminal portion 51 and the second terminal portion 52 are heated, the temperature of the second terminal portion 52 is less likely to rise than the temperature of the first terminal portion 51 . Therefore, the connection between the lead wire 41 and the second terminal portion 52 using the second conductive connection member 57 may become defective. However, in the method for manufacturing the power semiconductor device 1 of the present embodiment, the first conductive joining member 55 in contact with the first terminal portion 51 is heated using the first heat sources 61 and 61b, and the second terminal portion 52 is heated. is heated using second heat sources 62, 62b different from the first heat sources 61, 61b. Furthermore, the first heat sources 61, 61b are controlled based on the first temperature of the first terminal portion 51 measured using the first temperature sensors 63, 63b, while the second heat sources 62, 62b are controlled by: The control is based on the second temperature of the second terminal portion 52 measured using a second temperature sensor 64, 64b separate from the first temperature sensor 63, 63b.

このように、本実施の形態のパワー半導体装置1の製造方法では、第2端子部分52の第2温度は、第1端子部分51の第1温度とは独立して測定され、かつ、第2端子部分52は第1端子部分51とは独立して加熱されている。そのため、第2端子部分52が第1端子部分51よりも厚くても、第1端子部分51に接触する第1導電接合部材55と第2端子部分52に接触する第2導電接合部材57とは適切に加熱され得る。第1おもて面電極21と第1端子部分51とは第1導電接合部材55を用いて互いに良好に接合され、かつ、引き出し配線41と第2端子部分52とは第2導電接合部材57を用いて互いに良好に接合される。本実施の形態のパワー半導体装置1の製造方法によれば、信頼性が向上されたパワー半導体装置1を得ることができる。 Thus, in the method for manufacturing power semiconductor device 1 of the present embodiment, the second temperature of second terminal portion 52 is measured independently of the first temperature of first terminal portion 51, and the second temperature is measured independently of the first temperature of first terminal portion 51. Terminal portion 52 is heated independently of first terminal portion 51 . Therefore, even if the second terminal portion 52 is thicker than the first terminal portion 51, the first conductive joining member 55 in contact with the first terminal portion 51 and the second conductive joining member 57 in contact with the second terminal portion 52 are separated from each other. can be properly heated. The first front electrode 21 and the first terminal portion 51 are satisfactorily joined together using the first conductive joining member 55 , and the lead wiring 41 and the second terminal portion 52 are joined together by the second conductive joining member 57 . are well bonded to each other using According to the method for manufacturing power semiconductor device 1 of the present embodiment, power semiconductor device 1 with improved reliability can be obtained.

本実施の形態のパワー半導体装置1の製造方法では、第1導電接合部材55は、Snを主成分として含む第1はんだである。第1はんだはSnよりも高い0.2%耐力を有している。第2導電接合部材57は、Snを主成分として含む第2はんだである。第2はんだはSnよりも高い熱伝導率を有している。 In the method of manufacturing the power semiconductor device 1 of the present embodiment, the first conductive joining member 55 is the first solder containing Sn as its main component. The first solder has a higher 0.2% proof stress than Sn. The second conductive joining member 57 is a second solder containing Sn as its main component. The second solder has a higher thermal conductivity than Sn.

第1導電接合部材55は、第2導電接合部材57よりも高い0.2%耐力を有している。そのため、第1導電接合部材55にき裂が発生すること、及び、第1端子部分51が第1おもて面電極21からはく離することが防止される。また、第2導電接合部材57は、第1導電接合部材55よりも高い熱伝導率を有している。そのため、第2導電接合部材57の温度上昇を低減することができて、第2導電接合部材57の劣化が低減される。本実施の形態のパワー半導体装置1の製造方法によれば、信頼性が向上されたパワー半導体装置1を得ることができる。 The first conductive joint member 55 has a 0.2% yield strength higher than that of the second conductive joint member 57 . Therefore, the first conductive joining member 55 is prevented from cracking and the first terminal portion 51 is prevented from being separated from the first front surface electrode 21 . Also, the second conductive joint member 57 has a higher thermal conductivity than the first conductive joint member 55 . Therefore, the temperature rise of the second conductive joining member 57 can be reduced, and deterioration of the second conductive joining member 57 can be reduced. According to the method for manufacturing power semiconductor device 1 of the present embodiment, power semiconductor device 1 with improved reliability can be obtained.

さらに、第1導電接合部材55と第2導電接合部材57とは、Snを主成分として含むはんだである点で共通している。そのため、第1導電接合部材55を用いた第1端子部分51と第1おもて面電極21との接合と、第2導電接合部材57を用いた第2端子部分52と引き出し配線41との接合とは、同一の工程で形成され得る。本実施の形態のパワー半導体装置1の製造方法によれば、向上された生産性でパワー半導体装置1を得ることができる。 Furthermore, the first conductive joint member 55 and the second conductive joint member 57 are common in that they are solder containing Sn as a main component. Therefore, the bonding between the first terminal portion 51 and the first front surface electrode 21 using the first conductive bonding member 55 and the connection between the second terminal portion 52 and the lead wiring 41 using the second conductive bonding member 57 Bonds can be formed in the same process. According to the method for manufacturing power semiconductor device 1 of the present embodiment, power semiconductor device 1 can be obtained with improved productivity.

実施の形態2.
図7を参照して、実施の形態2のパワー半導体装置1bを説明する。本実施の形態のパワー半導体装置1bは、実施の形態1のパワー半導体装置1と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
Embodiment 2.
A power semiconductor device 1b according to the second embodiment will be described with reference to FIG. A power semiconductor device 1b of the present embodiment has a configuration similar to that of the power semiconductor device 1 of the first embodiment, but differs mainly in the following points.

第2端子部分52bは、板状端子50bを構成する導電金属板の折り畳み部である。第2端子部分52bは、例えば、均一な厚さを有する導電金属板を一回以上折り畳むことによって形成されている。第2端子部分52bは、均一な厚さを有する導電金属板を二回以上折り畳むことによって形成されてもよい。 The second terminal portion 52b is a folded portion of the conductive metal plate forming the plate-like terminal 50b. The second terminal portion 52b is formed, for example, by folding a conductive metal plate having a uniform thickness one or more times. The second terminal portion 52b may be formed by folding a conductive metal plate having a uniform thickness two or more times.

本実施の形態のパワー半導体装置1bの製造方法は、実施の形態1のパワー半導体装置1の製造方法と同様の工程を備えているが、板状端子50bの製造工程の点で異なる。本実施の形態では、板状端子50bは、例えば、以下の工程によって得られる。均一の厚さを有する導電金属板を準備する。導電金属板をプレス加工して、第1端子部分51、第2端子部分52b及び第3端子部分53を含む板状端子50bが得られる。第2端子部分52bは、導電金属板を一回以上折り畳むことによって形成される。 The method of manufacturing the power semiconductor device 1b of the present embodiment includes the same steps as the method of manufacturing the power semiconductor device 1 of the first embodiment, but differs in the manufacturing step of the plate-like terminal 50b. In the present embodiment, plate-like terminal 50b is obtained, for example, by the following steps. A conductive metal plate having a uniform thickness is provided. A plate-shaped terminal 50b including a first terminal portion 51, a second terminal portion 52b and a third terminal portion 53 is obtained by pressing a conductive metal plate. The second terminal portion 52b is formed by folding the conductive metal plate one or more times.

本実施の形態のパワー半導体装置1b及びその製造方法は、実施の形態1のパワー半導体装置1及びその製造方法の効果に加えて、以下の効果をさらに奏する。 In addition to the effects of the power semiconductor device 1 and its manufacturing method of the first embodiment, the power semiconductor device 1b and its manufacturing method of the present embodiment have the following effects.

本実施の形態のパワー半導体装置1b及びその製造方法では、第2端子部分52bは、板状端子50bを構成する導電金属板の折り畳み部である。板状端子50bを構成する導電金属板の厚さを部分的に薄くする工程が不要になる。また、本実施の形態では、板状端子50bを構成する導電金属板として、実施の形態1よりも薄い導電金属板を準備すれば足りる。そのため、板状端子50bのコストが低減される。パワー半導体装置1bのコストが低減され得る。 In the power semiconductor device 1b and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the second terminal portion 52b is a folded portion of the conductive metal plate forming the plate-like terminal 50b. A step of partially thinning the thickness of the conductive metal plate forming the plate-like terminal 50b is not required. Further, in the present embodiment, it is sufficient to prepare a conductive metal plate thinner than that in the first embodiment as the conductive metal plate forming the plate-like terminal 50b. Therefore, the cost of the plate-like terminal 50b is reduced. The cost of the power semiconductor device 1b can be reduced.

実施の形態3.
図8を参照して、実施の形態3のパワー半導体装置1cを説明する。本実施の形態のパワー半導体装置1cは、実施の形態1のパワー半導体装置1と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
Embodiment 3.
A power semiconductor device 1c according to the third embodiment will be described with reference to FIG. A power semiconductor device 1c of the present embodiment has a configuration similar to that of the power semiconductor device 1 of the first embodiment, but differs mainly in the following points.

パワー半導体装置1cでは、第3端子部分53にばね部54が設けられている。ばね部54は、板状端子50cを構成する導電金属板を折り曲げることによって形成されている。ばね部54は、例えば、導電金属板をプレス加工することによって得られる。 In the power semiconductor device 1c, a spring portion 54 is provided in the third terminal portion 53. As shown in FIG. The spring portion 54 is formed by bending a conductive metal plate forming the plate-like terminal 50c. The spring portion 54 is obtained, for example, by pressing a conductive metal plate.

本実施の形態のパワー半導体装置1cの製造方法は、実施の形態1のパワー半導体装置1の製造方法と同様の工程を備えているが、主に以下の二つの点で異なる。 The method of manufacturing the power semiconductor device 1c of the present embodiment includes the same steps as the method of manufacturing the power semiconductor device 1 of the first embodiment, but differs mainly in the following two points.

第一に、板状端子50cは、以下の工程によって得られる。均一の厚さを有する導電金属板を準備する。導電金属板をプレス加工して、第1端子部分51、第2端子部分52及び第3端子部分53を含む板状端子50cが得られる。第3端子部分53に、ばね部54が形成されている。ばね部54は、導電金属板を折り曲げることによって形成される。 First, the plate-like terminal 50c is obtained by the following steps. A conductive metal plate having a uniform thickness is provided. A plate-like terminal 50c including a first terminal portion 51, a second terminal portion 52 and a third terminal portion 53 is obtained by pressing a conductive metal plate. A spring portion 54 is formed on the third terminal portion 53 . The spring portion 54 is formed by bending a conductive metal plate.

第二に、板状端子50cを、第1パワー半導体素子20、第2パワー半導体素子25及び引き出し配線41に接合する(S4)際に、板状端子50cが第1おもて面電極21、第2おもて面電極26及び引き出し配線41に対して傾くことがより確実に防止される。 Second, when the plate-like terminal 50c is joined to the first power semiconductor element 20, the second power semiconductor element 25, and the lead wiring 41 (S4), the plate-like terminal 50c is connected to the first front electrode 21, Inclination with respect to the second front surface electrode 26 and the lead wiring 41 is more reliably prevented.

第1端子部分51は、第2端子部分52よりも薄い。そのため、板状端子50cの重心の位置は、第2端子部分52に近位しており、かつ、第1端子部分51から遠位している。すなわち、板状端子50cの重心の位置は、第2導電接合部材57に近位しており、かつ、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56から遠位している。板状端子50cを、第1パワー半導体素子20、第2パワー半導体素子25及び引き出し配線41に接合する(S4)際に、第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56を加熱して、第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56が液相になる。第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56は液相であるとき、板状端子50cの重さのために、第1導電接合部材55の厚さ、第2導電接合部材57の厚さ及び第3導電接合部材56の厚さは変化し得る。 The first terminal portion 51 is thinner than the second terminal portion 52 . Therefore, the center of gravity of the plate-shaped terminal 50 c is located proximal to the second terminal portion 52 and distal to the first terminal portion 51 . That is, the center of gravity of the plate-like terminal 50 c is located proximal to the second conductive joint member 57 and distant from the first conductive joint member 55 and the third conductive joint member 56 . When the plate-shaped terminal 50c is joined to the first power semiconductor element 20, the second power semiconductor element 25 and the lead wiring 41 (S4), the first conductive joining member 55, the second conductive joining member 57 and the third conductive joining member By heating the member 56, the first conductive bonding member 55, the second conductive bonding member 57, and the third conductive bonding member 56 become liquid phase. When the first conductive bonding member 55, the second conductive bonding member 57 and the third conductive bonding member 56 are in the liquid phase, the thickness of the first conductive bonding member 55, the second The thickness of the conductive joint member 57 and the thickness of the third conductive joint member 56 can vary.

具体的には、板状端子50cの重心に近位する第2導電接合部の厚さが減少する一方で、板状端子50cの重心から遠位する第1導電接合部の厚さと、板状端子50cの重心から遠位する第3導電接合部の厚さとが増加することがある。板状端子50cは、第1おもて面電極21、第2おもて面電極26及び引き出し配線41に対して傾くことがある。 Specifically, while the thickness of the second conductive joint proximate to the center of gravity of the plate-like terminal 50c is reduced, the thickness of the first conductive joint farther from the center of gravity of the plate-like terminal 50c and the thickness of the plate-like terminal 50c are reduced. The thickness of the third conductive joint distal to the center of gravity of terminal 50c may increase. The plate-like terminal 50 c may be inclined with respect to the first front electrode 21 , the second front electrode 26 and the lead wire 41 .

すると、第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56が第1パワー半導体素子20の厚さ方向(第3方向(z方向))に伸びて、第1導電接合部材55の断面積と第3導電接合部材56の断面積とが減少する。第1導電接合部材55及び第3導電接合部材56を冷却した後の第1導電接合部材55の接合強度と第3導電接合部材56の接合強度が不十分となることがある。また、第2導電接合部材57を冷却した後の第2導電接合部材57の厚さが著しく薄くなって、板状端子50cから第2導電接合部材57に大きな機械的歪みが印加されることがある。 Then, the first conductive bonding member 55 and the third conductive bonding member 56 extend in the thickness direction (the third direction (z direction)) of the first power semiconductor element 20, and the cross-sectional area of the first conductive bonding member 55 and the third conductive bonding member 56 extend. The cross-sectional area of the tri-conductive joining member 56 is reduced. The bonding strength of the first conductive bonding member 55 and the bonding strength of the third conductive bonding member 56 after cooling the first conductive bonding member 55 and the third conductive bonding member 56 may become insufficient. In addition, the thickness of the second conductive joint member 57 after cooling the second conductive joint member 57 becomes extremely thin, and a large mechanical strain may be applied to the second conductive joint member 57 from the plate-like terminal 50c. be.

しかし、第3端子部分53に形成されたばね部54は、第1端子部分51と第2端子部分52とが互いに独立に第1パワー半導体素子20の厚さ方向(第3方向(z方向))に移動することを可能にする。そのため、板状端子50cの重心の位置が第2端子部分52側に偏っていても、第1導電接合部材55、第2導電接合部材57及び第3導電接合部材56が加熱されて液相になった時に、板状端子50cは、第1おもて面電極21、第2おもて面電極26及び引き出し配線41に対して傾くことが防止される。ばね部54は、第1導電接合部材55の断面積と第3導電接合部材56の断面積とが減少して、第1導電接合部材55の接合強度と第3導電接合部材56の接合強度とが低下することを、確実に防止することができる。ばね部54は、第2導電接合部材57に大きな機械的歪みが印加されることを確実に防止することができる。 However, the spring portion 54 formed in the third terminal portion 53 allows the first terminal portion 51 and the second terminal portion 52 to independently move in the thickness direction (third direction (z direction)) of the first power semiconductor element 20 . allow you to move to Therefore, even if the center of gravity of the plate-like terminal 50c is biased toward the second terminal portion 52, the first conductive bonding member 55, the second conductive bonding member 57, and the third conductive bonding member 56 are heated and turned into a liquid phase. At this time, the plate-like terminal 50 c is prevented from tilting with respect to the first front electrode 21 , the second front electrode 26 and the lead wire 41 . In the spring portion 54, the cross-sectional area of the first conductive bonding member 55 and the cross-sectional area of the third conductive bonding member 56 are reduced, and the bonding strength of the first conductive bonding member 55 and the bonding strength of the third conductive bonding member 56 are increased. can be reliably prevented from decreasing. The spring portion 54 can reliably prevent a large mechanical strain from being applied to the second conductive joint member 57 .

本実施の形態のパワー半導体装置1c及びその製造方法は、実施の形態1のパワー半導体装置1及びその製造方法と同様の効果を奏するが、以下の点で主に異なる。 The power semiconductor device 1c of the present embodiment and its manufacturing method have the same effect as the power semiconductor device 1 of Embodiment 1 and its manufacturing method, but differ mainly in the following points.

本実施の形態のパワー半導体装置及びその製造方法では、第3端子部分53に、板状端子50cを構成する導電金属板を折り曲げることによって形成されているばね部54が設けられている。 In the power semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the third terminal portion 53 is provided with the spring portion 54 formed by bending the conductive metal plate forming the plate-like terminal 50c.

ばね部54は、第1導電接合部材55の断面積と第3導電接合部材56の断面積とが減少して、第1導電接合部材55の接合強度と第3導電接合部材56の接合強度とが低下することを確実に防止することができる。ばね部54は、第2導電接合部材57に大きな機械的歪みが印加されることを確実に防止することができる。パワー半導体装置1cの信頼性が向上され得る。 In the spring portion 54, the cross-sectional area of the first conductive bonding member 55 and the cross-sectional area of the third conductive bonding member 56 are reduced, and the bonding strength of the first conductive bonding member 55 and the bonding strength of the third conductive bonding member 56 are increased. can be reliably prevented from decreasing. The spring portion 54 can reliably prevent a large mechanical strain from being applied to the second conductive joint member 57 . The reliability of the power semiconductor device 1c can be improved.

今回開示された実施の形態1-3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。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態1-3の少なくとも2つを組み合わせてもよい。本開示の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、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を意図される。 Embodiments 1 to 3 disclosed this time should be considered as examples in all respects and not restrictive. As long as there is no contradiction, at least two of Embodiments 1 to 3 disclosed this time may be combined. The scope of the present disclosure is indicated by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all changes within the meaning and scope of equivalence to the scope of claims.

1,1b,1c パワー半導体装置、10 基板、10a 主面、11 絶縁層、12 おもて面導体層、13 裏面導体層、14 接合部材、20 第1パワー半導体素子、21 第1おもて面電極、22 第1裏面電極、23,28 導電接合部材、25 第2パワー半導体素子、26 第2おもて面電極、27 第2裏面電極、30 ヒートシンク、31 天板、32 放熱フィン、33 ジャケット、34 入口、35 出口、36 流路、37 冷媒、40 端子台、41,41g 引き出し配線、50,50b,50c,50g 板状端子、51 第1端子部分、52,52b 第2端子部分、53 第3端子部分、54 ばね部、55 第1導電接合部材、56 第3導電接合部材、57 第2導電接合部材、60 第1加熱装置、60b 第2加熱装置、61,61b 第1熱源、62,62b 第2熱源、63,63b 第1温度センサ、64,64b 第2温度センサ、65 制御部。 Reference Signs List 1, 1b, 1c power semiconductor device 10 substrate 10a main surface 11 insulating layer 12 front conductor layer 13 back conductor layer 14 joining member 20 first power semiconductor element 21 first front Surface electrode 22 First back surface electrode 23, 28 Conductive joint member 25 Second power semiconductor element 26 Second front surface electrode 27 Second back surface electrode 30 Heat sink 31 Top plate 32 Radiation fin 33 jacket, 34 inlet, 35 outlet, 36 flow path, 37 refrigerant, 40 terminal block, 41, 41g lead wiring, 50, 50b, 50c, 50g plate-shaped terminal, 51 first terminal portion, 52, 52b second terminal portion, 53 third terminal portion, 54 spring portion, 55 first conductive joint member, 56 third conductive joint member, 57 second conductive joint member, 60 first heating device, 60b second heating device, 61, 61b first heat source, 62, 62b second heat source, 63, 63b first temperature sensor, 64, 64b second temperature sensor, 65 controller.

Claims (15)

基板と、
前記基板に接合されている第1裏面電極と、前記第1裏面電極とは反対側の第1おもて面電極とを含む第1パワー半導体素子と、
引き出し配線と、
第1端子部分と、第2端子部分とを含む板状端子とを備えるパワー半導体装置であって、
前記第1端子部分は、第1導電接合部材を用いて前記第1おもて面電極に接合されており、
前記第2端子部分は、第2導電接合部材を用いて前記引き出し配線に接合されており、
前記第1パワー半導体素子と前記第1端子部分との間の第1の線膨張係数差は、前記引き出し配線と前記第2端子部分との間の第2の線膨張係数差よりも大きく、
前記第1端子部分は、前記第2端子部分よりも薄い、パワー半導体装置。
a substrate;
a first power semiconductor element including a first back electrode joined to the substrate and a first front electrode opposite to the first back electrode;
lead-out wiring,
A power semiconductor device comprising a plate-like terminal including a first terminal portion and a second terminal portion,
The first terminal portion is joined to the first front electrode using a first conductive joining member,
The second terminal portion is joined to the lead wire using a second conductive joining member,
a first linear expansion coefficient difference between the first power semiconductor element and the first terminal portion is larger than a second linear expansion coefficient difference between the lead wire and the second terminal portion;
The power semiconductor device, wherein the first terminal portion is thinner than the second terminal portion.
前記第2端子部分の第2厚さに対する前記第1端子部分の第1厚さの比は、0.10以上0.75以下である、請求項1に記載のパワー半導体装置。 2. The power semiconductor device according to claim 1, wherein a ratio of the first thickness of said first terminal portion to the second thickness of said second terminal portion is 0.10 or more and 0.75 or less. 前記第1端子部分の第1厚さは、0.15mm以上0.60mm以下であり、
前記第2端子部分の第2厚さは、0.80mm以上1.50mm以下である、請求項1に記載のパワー半導体装置。
the first thickness of the first terminal portion is 0.15 mm or more and 0.60 mm or less;
2. The power semiconductor device according to claim 1, wherein said second terminal portion has a second thickness of 0.80 mm or more and 1.50 mm or less.
前記第1導電接合部材は、金属微粒子焼結体で形成されている、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のパワー半導体装置。 4. The power semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein said first conductive joining member is made of a sintered metal fine particle. 前記第1導電接合部材は、Snを主成分として含む第1はんだであり、前記第1はんだはSnよりも高い0.2%耐力を有しており、
前記第2導電接合部材は、Snを主成分として含む第2はんだであり、前記第2はんだはSnよりも高い熱伝導率を有している、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のパワー半導体装置。
The first conductive joining member is a first solder containing Sn as a main component, and the first solder has a higher 0.2% proof stress than Sn,
4. The second conductive joining member is a second solder containing Sn as a main component, and the second solder has a higher thermal conductivity than Sn. The power semiconductor device according to .
前記第1はんだは、Sn-Cu系はんだ、または、Sn-Sb系はんだであり、
前記第2はんだは、Sn-Au系はんだ、または、Sn-Ag系はんだである、請求項5に記載のパワー半導体装置。
The first solder is Sn—Cu solder or Sn—Sb solder,
6. The power semiconductor device according to claim 5, wherein said second solder is Sn-Au solder or Sn-Ag solder.
前記板状端子は、前記第1端子部分と前記第2端子部分とを接続する第3端子部分をさらに含み、
前記第3端子部分は、前記第1裏面電極と前記第1おもて面電極とが互いに離間している前記第1パワー半導体素子の厚さ方向に沿って延在している、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のパワー半導体装置。
The plate-shaped terminal further includes a third terminal portion connecting the first terminal portion and the second terminal portion,
2. The third terminal portion extends along the thickness direction of the first power semiconductor element in which the first back electrode and the first front electrode are separated from each other. 7. The power semiconductor device according to any one of claims 6 to 7.
前記第3端子部分に、前記板状端子を構成する導電金属板を折り曲げることによって形成されているばね部が設けられている、請求項7に記載のパワー半導体装置。 8. The power semiconductor device according to claim 7, wherein said third terminal portion is provided with a spring portion formed by bending a conductive metal plate forming said plate-like terminal. 前記第2端子部分は、前記板状端子を構成する導電金属板の折り畳み部である、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のパワー半導体装置。 8. The power semiconductor device according to claim 1, wherein said second terminal portion is a folded portion of a conductive metal plate forming said plate-like terminal. 絶縁樹脂製の端子台をさらに備え、
前記引き出し配線の一部は前記端子台に埋め込まれており、
前記第2端子部分は、前記第2導電接合部材を用いて、前記端子台から露出している前記引き出し配線の部分に接合されており、
前記端子台の熱伝導率は、前記引き出し配線の熱伝導率よりも小さく、かつ、前記板状端子の熱伝導率よりも小さい、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載のパワー半導体装置。
Equipped with an insulating resin terminal block,
A part of the lead wiring is embedded in the terminal block,
the second terminal portion is joined to a portion of the lead wiring exposed from the terminal block using the second conductive joining member;
The power according to any one of claims 1 to 9, wherein the thermal conductivity of the terminal block is smaller than the thermal conductivity of the lead wiring and smaller than the thermal conductivity of the plate-like terminal. semiconductor device.
前記基板に接合されている第2裏面電極と、前記第2裏面電極とは反対側の第2おもて面電極とを含む第2パワー半導体素子をさらに備え、
前記第1端子部分は、第3導電接合部材を用いて前記第2おもて面電極に接合されており、
前記第2パワー半導体素子と前記第1端子部分との間の第3の線膨張係数差は、前記引き出し配線と前記第2端子部分との間の前記第2の線膨張係数差よりも大きい、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のパワー半導体装置。
further comprising a second power semiconductor element including a second back electrode bonded to the substrate and a second front electrode opposite to the second back electrode;
The first terminal portion is joined to the second front electrode using a third conductive joining member,
a third linear expansion coefficient difference between the second power semiconductor element and the first terminal portion is larger than the second linear expansion coefficient difference between the lead wire and the second terminal portion; The power semiconductor device according to any one of claims 1 to 10.
第1パワー半導体素子の第1裏面電極を基板に接合することと、
板状端子を、前記第1裏面電極とは反対側の前記第1パワー半導体素子の第1おもて面電極と引き出し配線とに接合することとを備え、
前記板状端子は、第1端子部分と、第2端子部分とを含み、
前記第1パワー半導体素子と前記第1端子部分との間の第1の線膨張係数の差は、前記引き出し配線と前記第2端子部分との間の第2の線膨張係数の差よりも大きく、
前記第1端子部分は、前記第2端子部分よりも薄く、
前記第1端子部分が第1導電接合部材を用いて前記第1おもて面電極に接合されながら、前記第2端子部分は第2導電接合部材を用いて前記引き出し配線に接合され、
前記第1端子部分を前記第1おもて面電極に接合する際、前記第1導電接合部材は第1熱源を用いて加熱され、前記第1熱源は、第1温度センサを用いて測定される前記第1端子部分の第1温度に基づいて制御され、
前記第2端子部分を前記引き出し配線に接合する際、前記第2導電接合部材は第2熱源を用いて加熱され、前記第2熱源は、第2温度センサを用いて測定される前記第2端子部分の第2温度に基づいて制御される、パワー半導体装置の製造方法。
bonding the first back electrode of the first power semiconductor element to the substrate;
joining a plate-like terminal to the first front surface electrode and lead wiring of the first power semiconductor element on the side opposite to the first back electrode;
The plate-shaped terminal includes a first terminal portion and a second terminal portion,
A first difference in coefficient of linear expansion between the first power semiconductor element and the first terminal portion is larger than a second difference in coefficient of linear expansion between the lead wire and the second terminal portion. ,
The first terminal portion is thinner than the second terminal portion,
While the first terminal portion is joined to the first front surface electrode using a first conductive joining member, the second terminal portion is joined to the lead wire using a second conductive joining member,
When joining the first terminal portion to the first front electrode, the first conductive joining member is heated using a first heat source, and the first heat source is measured using a first temperature sensor. controlled based on the first temperature of the first terminal portion,
When the second terminal portion is joined to the lead wire, the second conductive joining member is heated using a second heat source, and the second heat source is the second terminal measured using a second temperature sensor. A method of manufacturing a power semiconductor device controlled based on a second temperature of the part.
前記第1導電接合部材は、Snを主成分として含む第1はんだであり、前記第1はんだはSnよりも高い0.2%耐力を有しており、
前記第2導電接合部材は、Snを主成分として含む第2はんだであり、前記第2はんだはSnよりも高い熱伝導率を有している、請求項12に記載のパワー半導体装置の製造方法。
The first conductive joining member is a first solder containing Sn as a main component, and the first solder has a higher 0.2% proof stress than Sn,
13. The method of manufacturing a power semiconductor device according to claim 12, wherein said second conductive joining member is a second solder containing Sn as a main component, said second solder having a higher thermal conductivity than Sn. .
前記第1はんだは、Sn-Cu系はんだ、または、Sn-Sb系はんだであり、
前記第2はんだは、Sn-Au系はんだ、または、Sn-Ag系はんだである、請求項13に記載のパワー半導体装置の製造方法。
The first solder is Sn—Cu solder or Sn—Sb solder,
14. The method of manufacturing a power semiconductor device according to claim 13, wherein said second solder is Sn-Au solder or Sn-Ag solder.
前記板状端子は、前記第1端子部分と前記第2端子部分とを接続する第3端子部分をさらに含み、
前記第3端子部分は、前記第1裏面電極と前記第1おもて面電極とが互いに離間している前記第1パワー半導体素子の厚さ方向に沿って延在しており、
前記第3端子部分に、前記板状端子を構成する導電金属板を折り曲げることによって形成されているばね部が設けられている、請求項12から請求項14のいずれか一項に記載のパワー半導体装置の製造方法。
The plate-shaped terminal further includes a third terminal portion connecting the first terminal portion and the second terminal portion,
the third terminal portion extends along the thickness direction of the first power semiconductor element in which the first back surface electrode and the first front surface electrode are separated from each other;
The power semiconductor according to any one of claims 12 to 14, wherein the third terminal portion is provided with a spring portion formed by bending a conductive metal plate that constitutes the plate-like terminal. Method of manufacturing the device.
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