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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024113030
(43)【公開日】2024-08-21
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 25/07 20060101AFI20240814BHJP
B23K 26/21 20140101ALI20240814BHJP
【ＦＩ】
H01L25/04 C
B23K26/21 N
【審査請求】有
【請求項の数】28
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024090186
(22)【出願日】2024-06-03
(62)【分割の表示】P 2020539409の分割
【原出願日】2019-08-23
(31)【優先権主張番号】P 2018161045
(32)【優先日】2018-08-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100135389
【弁理士】
【氏名又は名称】臼井 尚
(72)【発明者】
【氏名】富士 和則
(57)【要約】 （修正有）
【課題】２つの金属部材間の接合による表面損傷の抑制を図る接合方法及びそれにより性能の低下を抑制した半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置Ｂ１は、素子主面２０１に形成された第１電極及び第２電極と、素子裏面２０２に形成された裏面電極とを各々が有し、スイッチング動作を行う複数のスイッチング素子２０Ｂ他と、スイッチング素子の裏面電極に電気的に接続された導電部材１１Ａ、１１Ｂと、端子部３１２を含み、且つ、導電部材と厚さ方向ｚに見て部分的に重なりつつ、当該重なり部分で導電部材に導通接合された入力端子３１と、端子部３２２を含み、且つ、スイッチング素子の第１電極に電気的に接続された入力端子３２と、を備える。入力端子３１と導電部材との導通接合は、溶接部９３の入力端子接合部９３Ｂを備えており、入力端子接合部は、ｚ方向において、導電部材１１Ａの途中深さに達している。
【選択図】図１５
【解決手段】半導体装置Ｂ１は、素子主面２０１に形成された第１電極及び第２電極と、素子裏面２０２に形成された裏面電極とを各々が有し、スイッチング動作を行う複数のスイッチング素子２０Ｂ他と、スイッチング素子の裏面電極に電気的に接続された導電部材１１Ａ、１１Ｂと、端子部３１２を含み、且つ、導電部材と厚さ方向ｚに見て部分的に重なりつつ、当該重なり部分で導電部材に導通接合された入力端子３１と、端子部３２２を含み、且つ、スイッチング素子の第１電極に電気的に接続された入力端子３２と、を備える。入力端子３１と導電部材との導通接合は、溶接部９３の入力端子接合部９３Ｂを備えており、入力端子接合部は、ｚ方向において、導電部材１１Ａの途中深さに達している。
【選択図】図１５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１方向の一方を向く素子主面に形成された第１電極および第２電極と前記第１方向の他方を向く素子裏面に形成された裏面電極とを各々が有し、各々が前記第２電極に入力される信号に応じて前記第１電極と前記裏面電極との間のスイッチング動作を行う第１スイッチング素子および第２スイッチング素子と、
前記第１スイッチング素子の前記裏面電極に電気的に接続された第１導電部材と、
前記第２スイッチング素子の前記裏面電極に電気的に接続された第２導電部材と、
第１端子部を含み、且つ、前記第１導電部材と前記第１方向に見て部分的に重なりつつ、当該重なり部分で前記第１導電部材に導通接合された第１端子と、
第２端子部を含み、且つ前記第２スイッチング素子の前記第１電極に電気的に接続された第２端子と、
を備え、
前記第１端子と前記第１導電部材との導通接合は、前記第１端子と前記第１導電部材の一部ずつが融接された第１溶接部を備えており、
前記第１溶接部は、前記第１方向において、前記第１端子を貫通し、前記第１導電部材の途中深さに達している、半導体装置。
前記第１スイッチング素子の前記裏面電極に電気的に接続された第１導電部材と、
前記第２スイッチング素子の前記裏面電極に電気的に接続された第２導電部材と、
第１端子部を含み、且つ、前記第１導電部材と前記第１方向に見て部分的に重なりつつ、当該重なり部分で前記第１導電部材に導通接合された第１端子と、
第２端子部を含み、且つ前記第２スイッチング素子の前記第１電極に電気的に接続された第２端子と、
を備え、
前記第１端子と前記第１導電部材との導通接合は、前記第１端子と前記第１導電部材の一部ずつが融接された第１溶接部を備えており、
前記第１溶接部は、前記第１方向において、前記第１端子を貫通し、前記第１導電部材の途中深さに達している、半導体装置。
【請求項2】
前記第２導電部材と前記第１スイッチング素子の前記第１電極とは、電気的に接続されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第２導電部材と導通接合された第３端子をさらに備え、
前記第２導電部材と前記第３端子との導通接合は、前記第３端子と前記第２導電部材の一部ずつが融接された第２溶接部を備えており、
前記第２溶接部は、前記第１方向において、前記第３端子を貫通し、前記第２導電部材の途中深さに達している、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
前記第２導電部材と前記第３端子との導通接合は、前記第３端子と前記第２導電部材の一部ずつが融接された第２溶接部を備えており、
前記第２溶接部は、前記第１方向において、前記第３端子を貫通し、前記第２導電部材の途中深さに達している、請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第１導電部材の前記第１スイッチング素子に対向する面および前記第２導電部材の前記第２スイッチング素子に対向する面にそれぞれ個別に配置された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された配線層と、をさらに備える、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
前記絶縁層上に形成された配線層と、をさらに備える、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の各々と、前記第１端子のうちの前記第１端子部を除く部分と、前記第２端子のうちの前記第２端子部を除く部分と、前記第１導電部材および前記第２導電部材の各々の少なくとも一部と、前記第１溶接部と、を封止する封止樹脂をさらに備える、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第１導電部材は、前記封止樹脂から露出する面を有し、
前記封止樹脂のうちの前記第１導電部材が露出した面には、複数の凹部が形成されている、請求項５に記載の半導体装置。
前記封止樹脂のうちの前記第１導電部材が露出した面には、複数の凹部が形成されている、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記複数の凹部は、前記第１端子および前記第２端子の各々が前記封止樹脂から突出する方向と直交する方向に形成されている、請求項６に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第２端子および前記第１導電部材の少なくとも一方には、前記封止樹脂と接する面に粗面領域が形成されている、請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第１スイッチング素子の前記第２電極に電気的に接続された第１制御端子と、
前記第２スイッチング素子の前記第２電極に電気的に接続された第２制御端子と、をさらに備え、
前記第１制御端子および前記第２制御端子の各々は、前記第１端子が前記封止樹脂から突出する方向と直交する方向において、前記封止樹脂から突出している、請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の半導体装置。
前記第２スイッチング素子の前記第２電極に電気的に接続された第２制御端子と、をさらに備え、
前記第１制御端子および前記第２制御端子の各々は、前記第１端子が前記封止樹脂から突出する方向と直交する方向において、前記封止樹脂から突出している、請求項５ないし請求項８のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項10】
前記第１導電部材および前記第２導電部材を搭載する絶縁基板をさらに備える、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項11】
前記第１端子と前記第１導電部材との導通接合は、レーザ溶接であり、前記第１溶接部の表面は平坦でなく、前記第１端子の表面よりも盛り上がる部分を有する、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項12】
前記第１端子部と前記第２端子部とは、前記第１方向に見て重なっており、
前記第１端子部と前記第２端子部との間に挟まれた絶縁部材をさらに備える、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の半導体装置。
前記第１端子部と前記第２端子部との間に挟まれた絶縁部材をさらに備える、請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項13】
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子はそれぞれ複数からなり、複数の前記第１スイッチング素子が電気的に並列接続され、複数の前記第２スイッチング素子が電気的に並列接続されている、請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項14】
前記第１溶接部は、前記第１方向に見て環状の外周縁と、前記第１方向に見て円形状のクレータ部と、を有しており、
前記クレータ部の直径は、前記外周縁の半径よりも小さい、請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の半導体装置。
前記クレータ部の直径は、前記外周縁の半径よりも小さい、請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項15】
前記第１溶接部の前記第１導電部材での深さは、前記第１端子の厚さよりも浅い、請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項16】
前記第１導電部材および前記第２導電部材の各々の前記第１方向の寸法は、前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の各々の前記第１方向の寸法よりも大きい、請求項１ないし請求項１５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項17】
前記第１導電部材および前記第２導電部材の各々の前記第１方向の寸法は、前記第１端子および前記第２端子の各々の前記第１方向の寸法よりも大きい、請求項１ないし請求項１６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項18】
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の各々は、ＭＯＳＦＥＴであり、
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の各々において、前記第１電極は、ソース電極であり、前記第２電極は、ゲート電極であり、前記裏面電極は、ドレイン電極である、請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載の半導体装置。
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の各々において、前記第１電極は、ソース電極であり、前記第２電極は、ゲート電極であり、前記裏面電極は、ドレイン電極である、請求項１ないし請求項１７のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項19】
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子の各々は、炭化ケイ素を主とする半導体材料を用いて構成されている、請求項１ないし請求項１８のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項20】
前記第１スイッチング素子および前記第２スイッチング素子は、ハーフブリッジ型のスイッチング回路を構成する、請求項１ないし請求項１９のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項21】
第１方向の一方を向く主面を有する導電部材と、
前記第１方向の一方を向く素子主面に形成された第１電極および第２電極と前記第１方向の他方を向く素子裏面に形成された裏面電極とを有し、前記導電部材の前記主面に前記裏面電極が導通接合された第１スイッチング素子と、
前記導電部材の少なくとも一部と前記第１スイッチング素子とを封止する封止樹脂と、
前記封止樹脂から露出する第１端子部を含み、かつ、前記導電部材に電気的に接続接合された第１端子と、
を備えており、
前記第１端子の一部と前記導電部材の一部とは、前記第１方向に見て重なっており、
前記第１端子の一部と前記導電部材の一部との重なり部分において、前記第１端子と前記導電部材との一部ずつが融接された溶接部をさらに備えており、
前記溶接部は、前記第１方向において、前記第１端子を貫通し、前記導電部材の途中深さまで融接されている、半導体装置。
前記第１方向の一方を向く素子主面に形成された第１電極および第２電極と前記第１方向の他方を向く素子裏面に形成された裏面電極とを有し、前記導電部材の前記主面に前記裏面電極が導通接合された第１スイッチング素子と、
前記導電部材の少なくとも一部と前記第１スイッチング素子とを封止する封止樹脂と、
前記封止樹脂から露出する第１端子部を含み、かつ、前記導電部材に電気的に接続接合された第１端子と、
を備えており、
前記第１端子の一部と前記導電部材の一部とは、前記第１方向に見て重なっており、
前記第１端子の一部と前記導電部材の一部との重なり部分において、前記第１端子と前記導電部材との一部ずつが融接された溶接部をさらに備えており、
前記溶接部は、前記第１方向において、前記第１端子を貫通し、前記導電部材の途中深さまで融接されている、半導体装置。
【請求項22】
前記封止樹脂から露出する第２端子部を含む第２端子をさらに備え、
前記第２端子部は、前記第１方向に見て前記第１端子部に部分的に重なり、
前記第１端子部と前記第２端子部との間には、絶縁部材が挟まれている、請求項２１に記載の半導体装置。
前記第２端子部は、前記第１方向に見て前記第１端子部に部分的に重なり、
前記第１端子部と前記第２端子部との間には、絶縁部材が挟まれている、請求項２１に記載の半導体装置。
【請求項23】
前記第１スイッチング素子と同じ構成を有し、前記第１スイッチング素子と電気的に直列に接続された第２スイッチング素子をさらに備え、
前記第２端子は、前記第２スイッチング素子の前記第１電極に電気的に接続されている、請求項２２に記載の半導体装置。
前記第２端子は、前記第２スイッチング素子の前記第１電極に電気的に接続されている、請求項２２に記載の半導体装置。
【請求項24】
前記導電部材の表面に配置された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された配線層と、をさらに備える、請求項２１ないし請求項２３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項25】
前記導電部材を搭載する絶縁基板をさらに備える、請求項２１ないし請求項２４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項26】
前記第１端子と前記導電部材との導通接合は、レーザ溶接であり、前記溶接部の表面は平坦でなく、前記第１端子の表面よりも盛り上がる部分を有する、請求項２１ないし請求項２５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項27】
前記第１スイッチング素子は複数からなり、複数の前記第１スイッチング素子が並列接続されている、請求項２１ないし請求項２６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項28】
前記第１スイッチング素子は、炭化ケイ素を主とする半導体材料を用いて構成されている、請求項２１ないし請求項２７のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、第１金属部材と第２金属部材とが接合された接合構造体、当該接合構造体を備える半導体装置、および、第１金属部材と第２金属部材との接合方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体装置において、大電流化、高効率化に伴い、その内部での低抵抗化が求められている。このような要求に対して、２つの金属部材間を、ボンディングワイヤなどを用いずに、直接接合する手法が開発されている。たとえば、特許文献１には、２つの金属部材（金属端子および金属板）を、超音波接合によって接合する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６－２２１５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
超音波接合においては、一方の金属部材を他方の金属部材に押し付けつつ、超音波振動を加えることで、２つの金属部材を接合する。しかしながら、超音波接合においては、２つの金属部材同士が擦れ合うため、各金属部材が摩耗する場合がある。このような表面損傷は、半導体装置の性能低下の原因となる。
【0005】
本開示は、上記課題に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、２つの金属部材間の接合による表面損傷の抑制を図った接合構造体を提供することにある。また、その接合構造体を備える半導体装置、および、２つの金属部材間の接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の第１の側面によって提供される接合構造体は、第１金属部材と第２金属部材とが第１方向に見て重なっており、前記第１金属部材と前記第２金属部材とが接合された接合構造体であって、前記第１金属部材と前記第２金属部材とが重なった領域において、前記第１金属部材および前記第２金属部材の一部ずつが融接された溶接部を備えており、前記溶接部は、前記第１方向に見て、環状の外周縁と、前記第１方向に見て、各々が前記溶接部の内方から前記外周縁に向けて延びる複数の線状痕と、を有しており、前記複数の線状痕の各々は、前記外周縁に沿う環状方向の一方に向かって膨らむように湾曲している。
【0007】
前記接合構造体の好ましい実施の形態においては、前記外周縁は、第１基準点を中心とする円環状であり、前記複数の線状痕の各々は、前記第１基準点から前記外周縁に向けて延びており、かつ、前記外周縁の周方向の一方に向かって膨らんでいる。
【0008】
前記接合構造体の好ましい実施の形態においては、前記溶接部は、前記第１方向に見て円形状のクレータ部を、さらに有しており、前記クレータ部の直径は、前記外周縁の半径よりも小さい。
【0009】
前記接合構造体の好ましい実施の形態においては、前記クレータ部は、前記第１方向に見た中心が前記第１基準点と前記外周縁とを結ぶ線分の中央部分に位置する。
【0010】
前記接合構造体の好ましい実施の形態においては、前記複数の線状痕は、前記第１方向に見て円弧状であり、前記複数の線状痕のうちの一部の線状痕は、前記周方向の他方に位置するほど、曲率半径が小さくなる。
【0011】
前記接合構造体の好ましい実施の形態においては、前記溶接部は、前記第１方向に直交する第２方向に見て、前記第２金属部材に重なる底部を含んでいる。
【0012】
前記接合構造体の好ましい実施の形態においては、前記底部は、前記第１方向に直交する断面が円環状である。
【0013】
本開示の第２の側面によって提供される半導体装置は、前記第１の側面によって提供される接合構造体を備える半導体装置であって、前記第１方向に離間する主面および裏面を有する絶縁基板と、前記主面に配置された第１導電部材と、前記第１導電部材に導通接合された第１スイッチング素子と、第１端子部を含み、かつ、前記第１導電部材に電気的に接続された第１端子と、第２端子部を含み、かつ、前記第１スイッチング素子に電気的に接続された第２端子と、を備えている。
【0014】
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記溶接部は、前記第１金属部材としての前記第１端子から、前記第２金属部材としての前記第１導電部材にまたがって形成された第１接合部を含んでいる。
【0015】
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記第１端子は、前記第１導電部材よりも薄い。
【0016】
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記主面に配置され、前記第１導電部材と離間する第２導電部材と、前記第２導電部材に導通接合された第２スイッチング素子と、第３端子部を含み、かつ、前記第２導電部材に電気的に接続された第３端子と、を備えており、前記第１導電部材は、前記第２スイッチング素子に電気的に接続されている。
【0017】
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記溶接部は、前記第１金属部材としての前記第３端子から、前記第２金属部材としての前記第２導電部材にまたがって形成された第２接合部を含んでいる。
【0018】
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記第３端子は、前記第２導電部材よりも薄い。
【0019】
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記第１方向において、前記第２端子部と前記第３端子部との間に挟まれた絶縁部材をさらに備えており、前記絶縁部材の一部は、前記第１方向に見て、前記第２端子部および前記第３端子部に重なる。
【0020】
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、第１供給端子と、第２供給端子と、絶縁体と、を備えるバスバーをさらに備えており、前記第２供給端子は、前記第１方向において前記第１供給端子に対して離間しており、かつ、前記第１方向に見て前記第１供給端子に少なくとも一部が重なり、前記絶縁体は、前記第１方向において前記第１供給端子と前記第２供給端子との間に挟まれており、前記第１供給端子が、前記第２端子部に導通接合され、前記第２供給端子が、前記第３端子に導通接合されている。
【0021】
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記第１供給端子および前記第２供給端子に対して並列に接続されたコンデンサを、さらに備える。
【0022】
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記溶接部は、前記第１金属部材としての前記第１供給端子から、前記第２金属部材としての前記第２端子部にまたがって形成された第３接合部を含んでいる。
【0023】
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記第１供給端子は、前記第１方向に見て前記第２端子部と重なる領域において、凹形である先端部を含んでいる。
【0024】
前記半導体装置の好ましい実施の形態においては、前記先端部は、基部と、前記基部から延びた２つの延出部とを含んでおり、前記第３接合部は、前記２つの延出部の各々と、前記基部とにそれぞれ設けられている。
【0025】
本開示の第３の側面によって提供される接合方法は、第１金属部材を準備する工程と、第２金属部材を準備し、第１方向に見て前記第１金属部材に重なるように配置する工程と、前記第１金属部材と前記第２金属部材とが重なった領域において前記第１金属部材にレーザ光を照射し、前記第１金属部材および前記第２金属部材の一部ずつを融接するレーザ溶接工程と、を含んでおり、前記レーザ溶接工程では、前記第１方向に見て、前記レーザ光を環状の第１軌道に沿って移動させる第１走査と、前記第１軌道の基準位置を第２軌道に沿って移動させる第２走査を行う。
【0026】
前記接合方法の好ましい実施の形態においては、前記レーザ溶接工程では、ガルバノスキャナによって前記レーザ光の照射位置を変更することで、前記レーザ光を移動させる。
【0027】
前記接合方法の好ましい実施の形態においては、前記第１軌道および前記第２軌道はそれぞれ、円形である。
【0028】
前記接合方法の好ましい実施の形態においては、前記第１軌道の直径と前記第２軌道の直径とは、略同じである。
【0029】
前記接合方法の好ましい実施の形態においては、前記第２走査においては、前記レーザ光を、前記第２軌道に沿って少なくとも１周させる。
【0030】
前記接合方法の好ましい実施の形態においては、前記第２走査において、前記レーザ光を前記第２軌道に沿って移動させる前に、前記レーザ光の照射を前記第２軌道の中心位置から開始して、前記レーザ光を前記第２軌道の中心位置から径方向に直線的に移動させる。
【0031】
前記接合方法の好ましい実施の形態においては、前記レーザ光は、ビーム径が２０μｍであり、かつ、移動速度が１０００～１５００ｍｍ／ｓである。
【発明の効果】
【0032】
本開示の接合構造体および本開示の接合方法によれば、２つの金属部材における表面損傷の抑制を図ることができる。また、本開示の半導体装置によれば、２つの金属部材における表面損傷の抑制を図ることで、性能低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】第１実施形態にかかる接合構造体を示す平面図である。
【図3】第１実施形態にかかる接合方法に用いるレーザ溶接装置を示す模式図である。
【図4】第１実施形態にかかる接合方法の、第１走査の軌道（第１軌道）および第２走査の軌道（第２軌道）を示す図である。
【図5】レーザ溶接をした際のレーザ光の移動軌跡を示す図である。
【図6】第１実施形態にかかる半導体装置を示す斜視図である。
【図8】第１実施形態にかかる半導体装置を示す平面図である。
【図11】第１実施形態にかかる半導体装置を示す正面図である。
【図12】第１実施形態にかかる半導体装置を示す底面図である。
【図13】第１実施形態にかかる半導体装置を示す左側面図である。
【図14】第１実施形態にかかる半導体装置を示す右側面図である。
【図18】変形例にかかる接合構造体を示す平面図である。
【図19】変形例にかかる接合方法の、第２走査の軌道（第２軌道および第３軌道）を示す図である。
【図20】変形例にかかる接合構造体の断面構造を示す模式図である。
【図21】第２実施形態にかかる半導体装置を示す斜視図である。
【図22】第２実施形態にかかる半導体装置を示す平面図である。
【図23】第２実施形態にかかる半導体装置を示す底面図である。
【図25】第２実施形態の変形例にかかる半導体装置を示す断面図である。
【図26】第２実施形態の変形例にかかる半導体装置を示す断面図である。
【図27】第３実施形態の半導体装置を示す斜視図である。
【図28】変形例にかかる溶接部を説明するための断面模式図である。
【図29】変形例にかかる溶接部を説明するための断面模式図である。
【図30】変形例にかかる溶接部を説明するための断面模式図である。
【図31】変形例にかかる溶接部を説明するための断面模式図である。
【図32】変形例にかかる溶接部を説明するための断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0034】
本開示の接合構造体、半導体装置および接合方法の好ましい実施の形態について、図面を参照して、以下に説明する。
【0035】
まず、本開示の第１実施形態にかかる接合構造体について、図１および図２を参照して、説明する。第１実施形態の接合構造体Ａ１は、第１金属部材９１と第２金属部材９２と溶接部９３とを含んでいる。図１は、接合構造体Ａ１を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図であって、接合構造体Ａ１の断面構造を示す模式図である。説明の便宜上、図２の上下方向を厚さ方向と定義する。つまり、図１に示す平面図は、厚さ方向の上方から下方に向かって見たときの接合構造体Ａ１を示している。
【0036】
第１金属部材９１および第２金属部材９２は、たとえば金属板である。当該金属板の構成材料は、たとえばＣｕ（銅）あるいはＣｕ合金である。第１金属部材９１は、第２金属部材９２よりも薄い。第１金属部材９１は、その厚みがたとえば０．８ｍｍであり、第２金属部材９２は、その厚みがたとえば３．０ｍｍである。なお、第１金属部材９１および第２金属部材９２の各厚みは、これに限定されない。第１金属部材９１と第２金属部材９２とは、図１に示すように、平面視において部分的に重なっている。また、第１金属部材９１と第２金属部材９２とは、溶接部９３を除いて、図２に示すように厚さ方向に接して配置されている。第１金属部材９１は、第２金属部材９２の上（図２の上方）に配置されている。
【0037】
溶接部９３は、図２に示すように、第１金属部材９１の一部と第２金属部材９２の一部とが融接された部分である。溶接部９３によって、第１金属部材９１と第２金属部材９２とが接合されている。溶接部９３は、図１に示すように、第１金属部材９１と第２金属部材９２とが平面視において重なった領域に形成されている。溶接部９３は、レーザ溶接によって第１金属部材９１と第２金属部材９２とを融接することで、形成される。具体的には、溶接部９３は、第１金属部材９１と第２金属部材９２とが、レーザ照射による発熱により溶融し、その後、溶融した部分が凝固することで、形成されている。溶接部９３は、第１金属部材９１および第２金属部材９２のそれぞれと、一体的に形成されている。溶接部９３以外の部分において、第１金属部材９１と第２金属部材９２との界面は、接合されているのではなく、当接している状態である。溶接部９３は、第１金属部材９１および第２金属部材９２の各材質が合金化された部位、第１金属部材９１の材質のみで構成された部位、および、第２金属部材９２の材質のみで構成された部位を含んでいる。たとえば、レーザ溶接を行う前に、第１金属部材９１と第２金属部材９２とが接していた部分の付近においては、第１金属部材９１および第２金属部材９２の各材質が合金化された部位になりやすい。また、溶接部９３の上方（図２の上方）部分は、第１金属部材９１の材質のみで構成された部位になりやすい。
【0038】
溶接部９３は、図１に示すように平面視において、外周縁９３１、複数の線状痕９３２およびクレータ部９３３を有している。これらは、第１金属部材９１と第２金属部材９２とをレーザ溶接した際の、溶接痕である。
【0039】
外周縁９３１は、平面視における、溶接部９３と第１金属部材９１との境界である。外周縁９３１は、平面視において、基準点Ｐ１を中心とする円環状である。外周縁９３１は、その直径がたとえば１．６ｍｍであるが、これに限定されない。図１に示す例示においては、外周縁９３１は、真円環状であるが、これに限定されず、レーザ溶接によるゆがみやジグザグが生じていてもよい。
【0040】
複数の線状痕９３２は、平面視において、溶接部９３に形成された筋状の溶接痕である。各線状痕９３２は、図１に示すように、平面視において円弧状である。具体的には、各線状痕９３２は、平面視において、外周縁９３１の中心を基準点Ｐ１として、当該基準点Ｐ１から外周縁９３１に向かって延びており、かつ、外周縁９３１に沿う環状方向の一方に向かって膨らむように湾曲している。本実施形態においては、外周縁９３１が平面視円環状であるので、上記環状方向はその周方向である。図１に示す例示では、各線状痕９３２は、外周縁９３１の周方向の反時計回り方向に膨らむように湾曲している。
【0041】
クレータ部９３３は、たとえば平面視円形状である。平面視において、クレータ部９３３の半径は、外周縁９３１の半径よりも小さい。平面視におけるクレータ部９３３の中央位置Ｐ２は、外周縁９３１の中心位置（基準点Ｐ１に相当）と外周縁９３１とを結ぶ線分の中央部分に位置する。図１においては、この線分の中央を結んだ線を補助線Ｌ１で示している。クレータ部９３３は、図２に示すように、その外周が上方に突き出ている。
【0042】
溶接部９３は、図２に示すように断面構造において、上部９３４、胴部９３５および底部９３６を有している。
【0043】
上部９３４は、図２に示すように、溶接部９３のうち、厚さ方向の上方側に位置する部分である。上部９３４は、第１金属部材９１よりも上方に突き出ている。
【0044】
胴部９３５は、溶接部９３のうち、上部９３４および底部９３６に挟まれた部分である。胴部９３５は、図２に示すように、厚さ方向に直交する方向に見て、第１金属部材９１に重なる。
【0045】
底部９３６は、溶接部９３のうち、厚さ方向の下方側に位置する部分である。底部９３６は、図２に示すように、厚さ方向に直交する方向に見て、第２金属部材９２に重なる。底部９３６は、たとえば厚さ方向に直交する平面における断面が円環状である。
【0046】
【0047】
まず、第１金属部材９１と第２金属部材９２とをそれぞれ準備する。たとえば、第１金属部材９１として、厚さ０．８ｍｍの金属板を準備し、第２金属部材９２として、厚さ３．０ｍｍの金属板を準備する。そして、第１金属部材９１の少なくとも一部と第２金属部材９２の少なくとも一部とを厚さ方向に重ねて配置する（図３参照）。このとき、第１金属部材９１と第２金属部材９２とを接合したい部分を、厚さ方向に見て重なるように配置する。そして、第１金属部材９１と第２金属部材９２とを図示しないクランパなどによって仮止めする。
【0048】
次いで、平面視において、第１金属部材９１と第２金属部材９２とが重なる領域に、レーザ光を照射して、第１金属部材９１と第２金属部材９２とをレーザ溶接する。本実施形態においては、図３に示すように、第１金属部材９１の表面（図３の上面）からレーザ光を照射して、第１金属部材９１と第２金属部材９２とをレーザ溶接する場合を説明する。このレーザ溶接する工程（レーザ溶接工程）においては、たとえば、ＹＡＧレーザを用いており、次に示すレーザ溶接装置ＬＤ（図３参照）により行う。レーザ溶接装置ＬＤは、仮止めされた第１金属部材９１と第２金属部材９２とをレーザ溶接するためのものである。
【0049】
図３は、レーザ溶接装置ＬＤの一例を示している。レーザ溶接装置ＬＤは、図３に示すように、レーザ発振器８１、光ファイバ８２およびレーザヘッド８３を備えている。レーザ発振器８１は、レーザ光を発振するものである。光ファイバ８２は、レーザ発振器８１から発振されたレーザ光を伝送するものである。レーザヘッド８３は、光ファイバ８２から出射されたレーザ光を第１金属部材９１に導くものである。
【0050】
レーザヘッド８３は、コリメートレンズ８３１、ミラー８３２、ガルバノスキャナ８３３および集光レンズ８３４を備えている。コリメートレンズ８３１は、光ファイバ８２から出射されたレーザ光をコリメートする（平行光にする）レンズである。ミラー８３２は、コリメートレンズ８３１によって平行にされたレーザ光を第１金属部材９１に向けて反射するものである。ガルバノスキャナ８３３は、第１金属部材９１におけるレーザ光の照射位置を変更するためのものである。ガルバノスキャナ８３３は、たとえば、直交する２方向に首ふり運動が可能な図示しない一対の可動ミラーを含む周知のスキャナが用いられる。集光レンズ８３４は、ガルバノスキャナ８３３から導かれたレーザ光を第１金属部材９１に集光する。本実施形態においては、第１金属部材９１に照射するレーザ光のビーム径がたとえば２０μｍ程度であり、かつ、レーザ光の移動速度がたとえば１０００～１５００ｍｍ／ｓ程度となるように、レーザ溶接装置ＬＤを制御している。また、照射するレーザ光のピークパワーをたとえば７００～９００Ｗ程度とする。上記した各種数値は、一例であって、これに限定されない。
【0051】
【0052】
レーザ溶接装置ＬＤは、平面視において、環状の第１軌道Ｔ１に沿ってレーザ光を移動させる第１走査と、第１軌道Ｔ１の基準位置を第２軌道Ｔ２に沿って移動させる第２走査とを行う。
【0053】
第１走査においては、図４に示すように、基準位置Ｐ３を中心とする半径Ｒ３の円を描くようにレーザ光を照射する。これにより、第１走査におけるレーザ光の軌道は、図４に示すように、基準位置Ｐ３を中心とする半径Ｒ３の円形の第１軌道Ｔ１となる。第１軌道Ｔ１に沿ったレーザ光の移動速度は、上記した１０００～１５００ｍｍ／ｓとする。
【0054】
第２走査においては、図４に示すように、第１走査における基準位置Ｐ３を、基準位置Ｐ４を中心とする半径Ｒ４の円を描くように、移動させる。よって、基準位置Ｐ３の軌道は、基準位置Ｐ４を中心とする半径Ｒ４の円形の第２軌道Ｔ２となる。このとき、第１軌道Ｔ１の半径Ｒ３と第２軌道Ｔ２の半径Ｒ４とは、略同じにする。第２軌道Ｔ２に沿った基準位置Ｐ３の移動速度は、およそ５ｍｍ／ｓとする。なお、当該移動速度は、これに限定されない。第２走査においては、基準位置Ｐ３を第２軌道Ｔ２に沿って、少なくとも１周させる。本実施形態においては、図４に示すように、第２軌道Ｔ２に沿って、１周させた後、引き続き１／４周させる。このとき、第２軌道Ｔ２に沿って１周させている期間は、レーザ光のパワーを大きくしておき（たとえばピークパワーで照射しておき）、残りの１／４周の期間は、１／４周した時点で０ｗとなるように、パワーを徐々に低下させる。
【0055】
本実施形態の接合方法においては、レーザ光を第１軌道Ｔ１に沿って第１走査しつつ、第１軌道Ｔ１の基準位置Ｐ３を第２軌道Ｔ２に沿って第２走査している。これにより、レーザ溶接工程において、照射されるレーザ光の軌跡は、図５に示すような軌跡となる。この軌跡において、外周の直径はおよそ１．６ｍｍである。本実施形態の接合方法においては、第１走査の移動速度は、およそ１０００～１５００ｍｍ／ｓであり、第２走査の移動速度は、およそ５ｍｍ／ｓである。よって、レーザ光がたどる軌跡は、図５に示すように、第１走査によって描かれる複数の第１軌道Ｔ１が一部ずつ重なり合っている。
【0056】
以上のように、レーザ光を照射することで、レーザ光が照射された部分が発熱し、まず第１金属部材９１が溶融する。そして、当該第１金属部材９１が溶融するとともに、レーザ光による発熱が拡散して、第２金属部材９２が溶融する。その結果、第１金属部材９１の一部と第２金属部材９２の一部とが溶融した溶融浴が生じる。その後、レーザ光の照射位置を移動させることで、レーザ光による熱源が移動し、発生した溶融浴が冷めて凝固する。そして、溶融浴が凝固することで、第１金属部材９１と第２金属部材９２とが融接されて、溶接部９３が形成される。このとき、第２軌道Ｔ２に沿った移動により、順次に溶融および凝固するため、形成された溶接部９３には、円弧状の複数の線状痕９３２が形成される。また、レーザ光の照射を停止させた時点で生じている溶融浴は、その周囲から凝固するので、形成された溶接部９３には、円形状のクレータ部９３３が形成される。このようにして、レーザ溶接によって、第１金属部材９１と第２金属部材９２とにまたがる溶接部９３が形成され、当該溶接部９３によって、第１金属部材９１と第２金属部材９２とが接合される。
【0057】
次に、本開示の第１実施形態にかかる半導体装置について、図６～図１７を参照して、説明する。第１実施形態の半導体装置Ｂ１は、その一部において、上記したレーザ溶接によって、２つの金属部材間が接合されている。よって、第１実施形態の半導体装置Ｂ１は、上記溶接部９３を有しており、上記した接合構造体Ａ１を備えている。半導体装置Ｂ１は、絶縁基板１０、複数の導電部材１１、複数のスイッチング素子２０、２つの入力端子３１，３２、出力端子３３、一対のゲート端子３４Ａ，３４Ｂ、一対の検出端子３５Ａ，３５Ｂ、複数のダミー端子３６、一対の側方端子３７Ａ，３７Ｂ、一対の絶縁層４１Ａ，４１Ｂ、一対のゲート層４２Ａ，４２Ｂ、一対の検出層４３Ａ，４３Ｂ、複数の土台部４４、複数の線状接続部材５１、複数の板状接続部材５２、封止樹脂６０および複数の溶接部９３を備えている。複数のスイッチング素子２０は、複数のスイッチング素子２０Ａおよび複数のスイッチング素子２０Ｂを含む。
【0058】
図６は、半導体装置Ｂ１を示す斜視図である。図７は、図６に示す斜視図において、封止樹脂６０を省略した図である。図８は、半導体装置Ｂ１を示す平面図である。図９は、図８に示す平面図において、封止樹脂６０を想像線（二点鎖線）で示した図である。図１０は、図９に示す平面図の一部を拡大した部分拡大図である。図１１は、半導体装置Ｂ１を示す正面図である。図１２は、半導体装置Ｂ１を示す底面図である。図１３は、半導体装置Ｂ１を示す側面図（左側面図）である。図１４は、半導体装置Ｂ１を示す側面図（右側面図）である。図１５は、図９のＸＶ－ＸＶ線に沿う断面図である。図１６は、図９のＸＶＩ－ＸＶＩ線に沿う断面図である。図１７は、図１６の一部を拡大した要部拡大断面図であって、スイッチング素子２０の断面構造を示している。
【0059】
説明の便宜上、図６～図１７において、互いに直交する３つの方向を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と定義する。ｚ方向は、半導体装置Ｂ１の厚さ方向であって、上記接合構造体Ａ１の厚さ方向に対応する。ｘ方向は、半導体装置Ｂ１の平面図（図８および図９参照）における左右方向である。ｙ方向は、半導体装置Ｂ１の平面図（図８および図９参照）における上下方向である。必要に応じて、ｘ方向の一方をｘ１方向、ｘ方向の他方をｘ２方向とする。同様に、ｙ方向の一方をｙ１方向、ｙ方向の他方をｙ２方向とし、ｚ方向の一方をｚ１方向、ｚ方向の他方をｚ２方向とする。
【0060】
絶縁基板１０は、図７、図９、図１５および図１６に示すように、複数の導電部材１１が配置されている。絶縁基板１０は、複数の導電部材１１および複数のスイッチング素子２０の支持部材をなす。絶縁基板１０は、電気絶縁性を有する。絶縁基板１０の構成材料は、たとえば熱伝導性に優れたセラミックスである。このようなセラミックスとしては、たとえばＡｌＮ（窒化アルミニウム）が挙げられる。本実施形態においては、絶縁基板１０は、平面視矩形状である。絶縁基板１０は、図１５および図１６に示すように、主面１０１および裏面１０２を有する。
【0061】
主面１０１と裏面１０２とは、ｚ方向において、離間し、かつ、互いに反対側を向く。主面１０１は、ｚ方向のうち複数の導電部材１１が配置される側、すなわち、ｚ２方向を向く。主面１０１は、複数の導電部材１１および複数のスイッチング素子２０とともに、封止樹脂６０に覆われている。裏面１０２は、ｚ１方向を向く。裏面１０２は、図１２、図１５および図１６に示すように、封止樹脂６０から露出している。裏面１０２には、たとえば図示しないヒートシンクなどが接続される。絶縁基板１０の構成は、上記した例示に限定されず、たとえば複数の導電部材１１ごとに個別に設けてもよい。
【0062】
複数の導電部材１１の各々は、金属板である。当該金属板の構成材料は、たとえばＣｕまたはＣｕ合金である。複数の導電部材１１は、２つの入力端子３１，３２および出力端子３３とともに、複数のスイッチング素子２０との導通経路を構成している。複数の導電部材１１は、絶縁基板１０の主面１０１に配置され、互いに離間している。各導電部材１１は、たとえばＡｇ（銀）ペーストのような接合材により主面１０１に接合されている。導電部材１１のｚ方向寸法は、たとえば３．０ｍｍであるが、これに限定されない。複数の導電部材１１は、Ａｇめっきで覆われていてもよい。
【0063】
複数の導電部材１１は、２つの導電部材１１Ａ，１１Ｂを含んでいる。導電部材１１Ａは、図７および図９に示すように、導電部材１１Ｂよりもｘ２方向に位置する。導電部材１１Ａは、複数のスイッチング素子２０Ａが搭載される。導電部材１１Ｂは、複数のスイッチング素子２０Ｂが搭載される。２つの導電部材１１Ａ，１１Ｂはそれぞれ、たとえば、平面視矩形状である。各導電部材１１Ａ，１１Ｂにおいて、ｚ２方向を向く面の一部に溝が形成されていてもよい。たとえば、導電部材１１Ａに、平面視において複数のスイッチング素子２０Ａと絶縁層４１Ａ（後述）との間にｙ方向に延びる溝が形成されていてもよい。同様に、導電部材１１Ｂに、平面視において複数のスイッチング素子２０Ｂと絶縁層４１Ｂ（後述）との間にｙ方向に延びる溝が形成されていてもよい。
【0064】
各導電部材１１Ａ，１１Ｂは、その表面（ｚ２方向を向く面）の一部に粗面領域を含んでいる。なお、図９および図１０においては、この粗面領域をハッチングにより示している。粗面領域は、導電部材１１の表面のうちの他の部分と比較して、粗面である。粗面領域は、半導体装置Ｂ１の製造過程において、導電部材１１の表面にレーザ光を照射することで形成される。具体的には、導電部材１１の表面にレーザ光を照射して、当該レーザ光を照射した部分を溶融させた後、当該溶融した部分が凝固することで、粗面となる。なお、レーザ光を照射した部分の一部が、昇華することもある。この粗面領域においては、アンカー効果によって封止樹脂６０との接合強度を高めることができる。各導電部材１１Ａ，１１Ｂに、粗面領域が含まれていなくてもよい。
【0065】
複数の導電部材１１の構成は、上記した例示に限定されず、半導体装置Ｂ１に要求される性能に応じて適宜変更されうる。たとえば、複数のスイッチング素子２０の個数および配置などに基づき、各導電部材１１の形状、大きさおよび配置などが、変更されうる。
【0066】
複数のスイッチング素子２０の各々は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）を主とする半導体材料を用いて構成されたＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。なお、複数のスイッチング素子２０は、ＭＯＳＦＥＴに限定されず、ＭＩＳＦＥＴ（Metal-Insulator-Semiconductor FET）を含む電界効果トランジスタや、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のようなバイポーラトランジスタ、ＬＳＩなどのＩＣチップであってもよい。各スイッチング素子２０は、いずれも同一素子であり、かつ、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴである場合を示す。各スイッチング素子２０は、たとえば平面視矩形状であるが、これに限定されない。
【0067】
複数のスイッチング素子２０の各々は、図１７に示すように、素子主面２０１および素子裏面２０２を有する。図１７においては、スイッチング素子２０Ａが示されている。素子主面２０１および素子裏面２０２は、ｚ方向において離間し、かつ、互いに反対側を向く。各素子主面２０１は、絶縁基板１０の主面１０１と同じ方向を向く。各素子裏面２０２は、絶縁基板１０の主面１０１に対向している。
【0068】
複数のスイッチング素子２０の各々は、図１７に示すように、主面電極２１、裏面電極２２および絶縁膜２３を有する。
【0069】
主面電極２１は、素子主面２０１に設けられている。主面電極２１は、図１０に示すように、第１電極２１１および第２電極２１２を含む。第１電極２１１は、たとえばソース電極であって、ソース電流が流れる。第２電極２１２は、たとえばゲート電極であって、各スイッチング素子２０を駆動させるためのゲート電圧が印加される。第１電極２１１は、第２電極２１２よりも大きい。図１０に示す例示では、第１電極２１１は、１つの領域で構成されているが、これに限定されず、複数の領域に分割されていてもよい。
【0070】
裏面電極２２は、素子裏面２０２に設けられている。裏面電極２２は、たとえば、素子裏面２０２の全体にわたって形成されている。裏面電極２２は、たとえばドレイン電極であって、ドレイン電流が流れる。
【0071】
絶縁膜２３は、素子主面２０１に設けられている。絶縁膜２３は、電気絶縁性を有する。絶縁膜２３は、平面視において主面電極２１を囲んでいる。絶縁膜２３は、たとえばＳｉＯ2（二酸化ケイ素）層、ＳｉＮ4（窒化ケイ素）層、ポリベンゾオキサゾール層が、素子主面２０１からこの順番で積層されたものである。なお、絶縁膜２３においては、ポリベンゾオキサゾール層に代えてポリイミド層でもよい。
【0072】
複数のスイッチング素子２０は、上記するように、複数のスイッチング素子２０Ａおよび複数のスイッチング素子２０Ｂを含んでいる。半導体装置Ｂ１は、図７および図９に示すように、４つのスイッチング素子２０Ａおよび４つのスイッチング素子２０Ｂを含んでいる。複数のスイッチング素子２０の数は、本構成に限定されず、半導体装置Ｂ１に要求される性能に応じて適宜変更されうる。たとえば、半導体装置Ｂ１がハーフブリッジ型のスイッチング回路である場合、複数のスイッチング素子２０Ａは、半導体装置Ｂ１の上アーム回路を構成し、複数のスイッチング素子２０Ｂは、半導体装置Ｂ１の下アーム回路を構成する。
【0073】
複数のスイッチング素子２０Ａの各々は、図９に示すように、導電部材１１Ａに搭載されている。複数のスイッチング素子２０Ａは、ｙ方向に離間して並んでいる。各スイッチング素子２０Ａは、図１７に示すように、導電性接合層２９を介して、導電部材１１Ａに導通接合されている。導電性接合層２９の構成材料は、たとえばＳｎ（スズ）を主成分とする鉛フリーはんだとするが、これに限定されず、Ａｇペーストであってもよい。各スイッチング素子２０Ａは、素子裏面２０２が導電部材１１Ａの上面（ｚ２方向を向く面）に対向している。各スイッチング素子２０Ａの裏面電極２２は、導電性接合層２９を介して、導電部材１１Ａに導通している。
【0074】
複数のスイッチング素子２０Ｂの各々は、図９に示すように、導電部材１１Ｂに搭載されている。複数のスイッチング素子２０Ｂは、ｙ方向に離間して並んでいる。各スイッチング素子２０Ｂは、導電性接合層２９を介して、導電部材１１Ｂに導通接合されている。各スイッチング素子２０Ｂは、素子裏面２０２が導電部材１１Ｂの上面（ｚ２方向を向く面）に対向している。各スイッチング素子２０Ｂの裏面電極２２は、導電性接合層２９を介して、導電部材１１Ｂに導通している。
【0075】
２つの入力端子３１，３２はそれぞれ、金属板である。当該金属板の構成材料は、たとえばＣｕまたはＣｕ合金である。２つの入力端子３１，３２はそれぞれ、ｚ方向寸法がたとえば０．８ｍｍであるが、これに限定されない。２つの入力端子３１，３２はそれぞれ、図１１に示すように、半導体装置Ｂ１においてｘ２方向寄りに位置する。２つの入力端子３１，３２の間には、たとえば電源電圧が印加される。入力端子３１は、正極（Ｐ端子）であり、入力端子３２は、負極（Ｎ端子）である。入力端子３２は、ｚ方向において、入力端子３１および導電部材１１Ａの双方に対して離間して配置されている。
【0076】
【0077】
パッド部３１１は、入力端子３１のうち、封止樹脂６０に覆われた部分である。パッド部３１１のｘ１方向側の端部は、櫛歯状となっており、複数の櫛歯部３１１ａを含んでいる。複数の櫛歯部３１１ａの各々は、一部の溶接部９３（具体的には後述する入力端子接合部９３Ｂ）を介して、導電部材１１Ａの表面に接合されており、かつ、当該溶接部９３を介して、入力端子３１と導電部材１１Ａとが導通する。櫛歯部３１１ａと導電部材１１Ａとの接合は、レーザ溶接により行われる。
【0078】
【0079】
【0080】
パッド部３２１は、入力端子３２のうち、封止樹脂６０に覆われた部分である。パッド部３２１は、連結部３２１ａおよび複数の延出部３２１ｂを含んでいる。連結部３２１ａは、ｙ方向に延びる帯状である。連結部３２１ａは、端子部３２２に繋がっている。複数の延出部３２１ｂは、連結部３２１ａからｘ１方向に向けて延びる帯状である。複数の延出部３２１ｂは、平面視において、ｙ方向に並んでおり、かつ、互いに離間している。各延出部３２１ｂは、ｚ１方向を向く面が各土台部４４に接しており、当該各土台部４４を介して、導電部材１１Ａに支持されている。
【0081】
パッド部３２１は、その表面の一部に粗面領域を含んでいる。図９においては、この粗面領域をハッチングにより示している。粗面領域は、パッド部３２１の表面のうちの他の部分と比較して、粗面である。粗面領域は、半導体装置Ｂ１の製造過程において、入力端子３２の表面にレーザ光を照射することで形成される。この粗面領域においては、アンカー効果によって封止樹脂６０との接合強度を高めることができる。パッド部３２１に、粗面領域が含まれていなくてもよい。
【0082】
端子部３２２は、入力端子３２のうち、封止樹脂６０から露出した部分である。端子部３２２は、図９および図１５に示すように、平面視において、封止樹脂６０からｘ２方向に延びている。端子部３２２は、平面視矩形状である。端子部３２２は、図９および図１５に示すように、平面視において、入力端子３１の端子部３１２に重なっている。端子部３２２は、端子部３１２に対して、ｚ２方向に離間している。図９および図１５に示す例示では、端子部３２２の形状は、端子部３１２の形状と同一である。
【0083】
出力端子３３は、金属板である。当該金属板の構成材料は、たとえばＣｕまたはＣｕ合金である。出力端子３３は、図１１に示すように、半導体装置Ｂ１においてｘ１方向寄りに位置する。出力端子３３から複数のスイッチング素子２０により電力変換された交流電力（電圧）が出力される。
【0084】
【0085】
パッド部３３１は、出力端子３３のうち、封止樹脂６０に覆われた部分である。パッド部３３１のｘ２方向側の部分は、櫛歯状となっており、複数の櫛歯部３３１ａを含んでいる。複数の櫛歯部３３１ａの各々は、一部の溶接部９３（具体的には後述する出力端子接合部９３Ａ）を介して、導電部材１１Ｂの表面に接合されており、かつ、当該溶接部９３を介して、出力端子３３と導電部材１１Ｂとが導通する。櫛歯部３３１ａと導電部材１１Ｂとの接合は、レーザ溶接により行われる。
【0086】
パッド部３３１は、その表面の一部に粗面領域を含んでいる。図９においては、この粗面領域をハッチングにより示している。粗面領域は、パッド部３３１の表面のうちの他の部分と比較して、粗面である。粗面領域は、半導体装置Ｂ１の製造過程において、出力端子３３の表面にレーザ光を照射することで形成される。この粗面領域においては、アンカー効果によって封止樹脂６０との接合強度を高めることができる。パッド部３３１に、粗面領域が含まれていなくてもよい。
【0087】
【0088】
一対のゲート端子３４Ａ，３４Ｂは、図８～図１０および図１２に示すように、ｙ方向において、各導電部材１１Ａ，１１Ｂの隣に位置する。ゲート端子３４Ａには、複数のスイッチング素子２０Ａを駆動させるためのゲート電圧が印加される。ゲート端子３４Ｂには、複数のスイッチング素子２０Ｂを駆動させるためのゲート電圧が印加される。
【0089】
一対のゲート端子３４Ａ，３４Ｂはそれぞれ、図９および図１０に示すように、パッド部３４１および端子部３４２を有する。各ゲート端子３４Ａ，３４Ｂにおいて、パッド部３４１は、封止樹脂６０に覆われている。これにより、各ゲート端子３４Ａ，３４Ｂは、封止樹脂６０に支持されている。各パッド部３４１の表面には、たとえばＡｇめっきが施されていてもよい。各端子部３４２は、各パッド部３４１につながり、かつ、封止樹脂６０から露出している。各端子部３４２は、ｘ方向に見て、Ｌ字状をなしている。
【0090】
一対の検出端子３５Ａ，３５Ｂは、図８～図１０および図１２に示すように、ｘ方向において一対のゲート端子３４Ａ，３４Ｂの隣に位置する。検出端子３５Ａから、複数のスイッチング素子２０Ａの各主面電極２１（第１電極２１１）に印加される電圧（ソース電流に対応した電圧）が検出される。検出端子３５Ｂから、複数のスイッチング素子２０Ｂの各主面電極２１（第１電極２１１）に印加される電圧（ソース電流に対応した電圧）が検出される。
【0091】
一対の検出端子３５Ａ，３５Ｂはそれぞれ、図９および図１０に示すように、パッド部３５１および端子部３５２を有する。各検出端子３５Ａ，３５Ｂにおいて、パッド部３５１は、封止樹脂６０に覆われている。これにより、各検出端子３５Ａ，３５Ｂは、封止樹脂６０に支持されている。各パッド部３５１の表面には、たとえばＡｇめっきが施されていてもよい。各端子部３５２は、各パッド部３５１につながり、かつ、封止樹脂６０から露出している。各端子部３５２は、ｘ方向に見て、Ｌ字状をなしている。
【0092】
複数のダミー端子３６は、図８～図１０および図１２に示すように、ｘ方向において一対の検出端子３５Ａ，３５Ｂに対して一対のゲート端子３４Ａ，３４Ｂの反対側に位置する。本実施形態においては、６つのダミー端子３６がある。このうち３つのダミー端子３６は、ｘ方向の一方側（ｘ２方向）に位置する。残り３つのダミー端子３６は、ｘ方向の他方側（ｘ１方向）に位置する。複数のダミー端子３６の数は、本構成に限定されない。また、複数のダミー端子３６を備えない構成としてもよい。
【0093】
複数のダミー端子３６はそれぞれ、図９および図１０に示すように、パッド部３６１および端子部３６２を有する。各ダミー端子３６において、パッド部３６１は、封止樹脂６０に覆われている。これにより、各ダミー端子３６は、封止樹脂６０に支持されている。各パッド部３６１の表面には、たとえばＡｇめっきが施されていてもよい。各端子部３６２は、各パッド部３６１につながり、かつ、封止樹脂６０から露出している。各端子部３６２は、ｘ方向に見て、Ｌ字状をなしている。図６～図１４に示す例示においては、各端子部３６２の形状は、一対のゲート端子３４Ａ，３４Ｂの各端子部３４２の形状、および、一対の検出端子３５Ａ，３５Ｂの各端子部３５２の形状と同一である。
【0094】
一対の側方端子３７Ａ，３７Ｂは、図７、図９および図１６に示すように、平面視において、封止樹脂６０のｙ１方向側の端縁部分であり、かつ、封止樹脂６０のｘ方向の各端縁部分に配置されている。一対の側方端子３７Ａ，３７Ｂはそれぞれ、図９および図１６に示すように、パッド部３７１および端面３７２を有する。
【0095】
各側方端子３７Ａ，３７Ｂにおいて、パッド部３７１は、封止樹脂６０に覆われている。各パッド部３７１は、図９に示すように一部が平面視において屈曲している。また、各パッド部３７１は、図１６に示すように他の一部がｚ方向に屈曲している。側方端子３７Ａのパッド部３７１は、一部の溶接部９３（具体的に後述する側方端子接合部９３Ｄ）を介して、導電部材１１Ａに接合され、側方端子３７Ｂのパッド部３７１は、一部の溶接部９３（具体的に後述する側方端子接合部９３Ｃ）を介して、導電部材１１Ｂに接合されている。これにより、側方端子３７Ａは、導電部材１１Ａに支持され、側方端子３７Ｂは、導電部材１１Ｂに支持されている。
【0096】
各パッド部３７１は、その表面の一部に粗面領域を含んでいる。図９においては、この粗面領域をハッチングにより示している。粗面領域は、各パッド部３７１の表面のうちの他の部分と比較して、粗面である。粗面領域は、半導体装置Ｂ１の製造過程において、一対の側方端子３７Ａ，３７Ｂの表面にレーザ光を照射することで形成される。この粗面領域においては、アンカー効果によって封止樹脂６０との接合強度を高めることができる。各側方端子３７Ａ，３７Ｂに、粗面領域が含まれていなくてもよい。
【0097】
各側方端子３７Ａ，３７Ｂにおいて、端面３７２は、封止樹脂６０から露出している。側方端子３７Ａの端面３７２は、ｘ２方向を向いており、たとえば樹脂側面６３１と略面一である。なお、面一でなくてもよい。側方端子３７Ｂの端面３７２は、ｘ１方向を向いており、たとえば樹脂側面６３２と略面一である。なお、面一でなくてもよい。各側方端子３７Ａ，３７Ｂは、平面視において、そのすべてが封止樹脂６０に重なる。
【0098】
各側方端子３７Ａ，３７Ｂの構成は、上記した例示に限定されない。たとえば、平面視において、樹脂側面６３１，６３２からそれぞれ突き出るまで延び出ていてもよい。また、半導体装置Ｂ１が各側方端子３７Ａ，３７Ｂを備えていなくてもよい。
【0099】
一対のゲート端子３４Ａ，３４Ｂ、一対の検出端子３５Ａ，３５Ｂおよび複数のダミー端子３６は、図８～図１０に示すように、平面視において、ｘ方向に沿って配列されている。半導体装置Ｂ１において、一対のゲート端子３４Ａ，３４Ｂ、一対の検出端子３５Ａ，３５Ｂ、複数のダミー端子３６および一対の側方端子３７Ａ，３７Ｂは、いずれも同一のリードフレームから形成される。
【0100】
絶縁部材３９は、電気絶縁性を有しており、その構成材料は、たとえば絶縁紙などである。絶縁部材３９の一部は、平板であって、図１５に示すように、ｚ方向において入力端子３１の端子部３１２と、入力端子３２の端子部３２２とに挟まれている。平面視において、入力端子３１は、その全部が絶縁部材３９に重なっている。また、平面視において、入力端子３２は、パッド部３２１の一部と端子部３２２の全部とが絶縁部材３９に重なっている。絶縁部材３９により、２つの入力端子３１，３２が互いに絶縁されている。絶縁部材３９の一部（ｘ１方向側の部分）は、封止樹脂６０に覆われている。
【0101】
絶縁部材３９は、図１５に示すように、介在部３９１および延出部３９２を有する。介在部３９１は、ｚ方向において、入力端子３１の端子部３１２と、入力端子３２の端子部３２２との間に介在する。介在部３９１は、その全部が端子部３１２と端子部３２２とに挟まれている。延出部３９２は、介在部３９１から端子部３１２および端子部３２２よりもさらに、ｘ２方向に向けて延びている。
【0102】
一対の絶縁層４１Ａ，４１Ｂは、電気絶縁性を有しており、その構成材料は、たとえばガラスエポキシ樹脂である。一対の絶縁層４１Ａ，４１Ｂはそれぞれ、図９に示すように、ｙ方向の延びる帯状である。絶縁層４１Ａは、図９、図１０、図１５および図１６に示すように、導電部材１１Ａの上面（ｚ２方向を向く面）に接合されている。絶縁層４１Ａは、複数のスイッチング素子２０Ａよりもｘ２方向に位置する。絶縁層４１Ｂは、図９、図１０、図１５および図１６に示すように、導電部材１１Ｂの（ｚ２方向を向く面）に接合されている。絶縁層４１Ｂは、複数のスイッチング素子２０Ｂよりもｘ１方向に位置する。
【0103】
一対のゲート層４２Ａ，４２Ｂは、導電性を有しており、その構成材料は、たとえばＣｕである。一対のゲート層４２Ａ，４２Ｂはそれぞれ、図９に示すように、ｙ方向に延びる帯状である。ゲート層４２Ａは、図９、図１０、図１５および図１６に示すように、絶縁層４１Ａ上に配置されている。ゲート層４２Ａは、線状接続部材５１（具体的には後述するゲートワイヤ５１１）を介して、各スイッチング素子２０Ａの第２電極２１２（ゲート電極）に導通する。ゲート層４２Ｂは、図９、図１０、図１５および図１６に示すように、絶縁層４１Ｂ上に配置されている。ゲート層４２Ｂは、線状接続部材５１（具体的には後述するゲートワイヤ５１１）を介して、各スイッチング素子２０Ｂの第２電極２１２（ゲート電極）に導通する。
【0104】
一対の検出層４３Ａ，４３Ｂは、導電性を有しており、その構成材料は、たとえばＣｕである。一対の検出層４３Ａ，４３Ｂはそれぞれ、図９に示すように、ｙ方向に延びる帯状である。検出層４３Ａは、図９、図１０、図１５および図１６に示すように、ゲート層４２Ａとともに絶縁層４１Ａ上に配置されている。検出層４３Ａは、絶縁層４１Ａ上において、ゲート層４２Ａの隣に位置し、ゲート層４２Ａに離間している。検出層４３Ａは、たとえば、ゲート層４２Ａよりも複数のスイッチング素子２０Ａが配置されている側（ｘ２方向）に位置するが、反対側に位置していてもよい。検出層４３Ａは、線状接続部材５１（具体的には後述する検出ワイヤ５１２）を介して、各スイッチング素子２０Ａの第１電極２１１（ソース電極）に導通する。検出層４３Ｂは、図９、図１０、図１５および図１６に示すように、ゲート層４２Ｂとともに絶縁層４１Ｂ上に配置されている。検出層４３Ｂは、絶縁層４１Ｂ上において、ゲート層４２Ｂの隣に位置し、ゲート層４２Ｂに離間している。検出層４３Ｂは、たとえば、ゲート層４２Ｂよりも複数のスイッチング素子２０Ｂが配置されている側（ｘ１方向）に位置するが、反対側に位置していてもよい。検出層４３Ｂは、線状接続部材５１（具体的には後述する検出ワイヤ５１２）を介して、各スイッチング素子２０Ｂの第１電極２１１（ソース電極）に導通する。
【0105】
複数の土台部４４の各々は、電気絶縁性を有しており、その構成材料は、たとえばセラミックである。各土台部４４は、図７および図１５に示すように、導電部材１１Ａの表面に接合されている。各土台部４４は、たとえば、平面視矩形状である。複数の土台部４４は、ｙ方向に並んでおり、互いに離間している。各土台部４４のｚ方向寸法は、入力端子３１のｚ方向寸法と絶縁部材３９のｚ方向寸法との合計と略同じである。各土台部４４には、入力端子３２のパッド部３２１の各延出部３２１ｂが接合されている。各土台部４４は、入力端子３２を支持している。
【0106】
複数の線状接続部材５１は、いわゆるボンディングワイヤである。複数の線状接続部材５１の各々は、導電性を有しており、その構成材料は、たとえばＡｌ（アルミニウム）、Ａｕ（金）、Ｃｕのいずれかである。複数の線状接続部材５１は、図９および図１０に示すように、複数のゲートワイヤ５１１、複数の検出ワイヤ５１２、一対の第１接続ワイヤ５１３および一対の第２接続ワイヤ５１４を含んでいる。
【0107】
複数のゲートワイヤ５１１の各々は、図９および図１０に示すように、その一端がスイッチング素子２０の第２電極２１２（ゲート電極）に接合され、その他端が一対のゲート層４２Ａ，４２Ｂのいずれかに接合されている。複数のゲートワイヤ５１１には、スイッチング素子２０Ａの第２電極２１２とゲート層４２Ａとを導通させるものと、スイッチング素子２０Ｂの第２電極２１２とゲート層４２Ｂとを導通させるものとがある。
【0108】
複数の検出ワイヤ５１２の各々は、図９および図１０に示すように、その一端がスイッチング素子２０の第１電極２１１（ソース電極）に接合され、その他端が一対の検出層４３Ａ，４３Ｂのいずれかに接合されている。複数の検出ワイヤ５１２には、スイッチング素子２０Ａの第１電極２１１と検出層４３Ａとを導通させるものと、スイッチング素子２０Ｂの第１電極２１１と検出層４３Ｂとを導通させるものとがある。
【0109】
一対の第１接続ワイヤ５１３は、図９および図１０に示すように、その一方がゲート層４２Ａとゲート端子３４Ａとを接続し、その他方がゲート層４２Ｂとゲート端子３４Ｂとを接続する。一方の第１接続ワイヤ５１３は、一端がゲート層４２Ａに接合され、他端がゲート端子３４Ａのパッド部３４１に接合されており、これらを導通している。他方の第１接続ワイヤ５１３は、一端がゲート層４２Ｂに接合され、他端がゲート端子３４Ｂのパッド部３４１に接合されており、これらを導通している。
【0110】
一対の第２接続ワイヤ５１４は、図９および図１０に示すように、その一方が検出層４３Ａと検出端子３５Ａとを接続し、その他方が検出層４３Ｂと検出端子３５Ｂとを接続する。一方の第２接続ワイヤ５１４は、一端が検出層４３Ａに接合され、他端が検出端子３５Ａのパッド部３５１に接合されており、これらを導通している。他方の第２接続ワイヤ５１４は、一端が検出層４３Ｂに接合され、他端が検出端子３５Ｂのパッド部３５１に接合されており、これらを導通している。
【0111】
複数の板状接続部材５２の各々は、導電性を有しており、その構成材料は、たとえばＡｌ、Ａｕ、Ｃｕのいずれかである。各板状接続部材５２は、板状の金属板が折り曲げられて形成されうる。複数の板状接続部材５２は、図７、図９および図１０に示すように、複数の第１リード５２１および複数の第２リード５２２を含んでいる。複数の板状接続部材５２の代わりに、上記線状接続部材５１と同等のボンディングワイヤを用いてもよい。
【0112】
複数の第１リード５２１の各々は、図７、図９および図１０に示すように、スイッチング素子２０Ａと導電部材１１Ｂとを接続する。各第１リード５２１は、一端がスイッチング素子２０Ａの第１電極２１１（ソース電極）に接合され、他端が導電部材１１Ｂの表面に接合されている。
【0113】
複数の第２リード５２２の各々は、図７、図９および図１０に示すように、各スイッチング素子２０Ｂと入力端子３２とを接続する。各第２リード５２２は、一端が各スイッチング素子２０Ｂの第１電極２１１（ソース電極）に接合され、他端が入力端子３２のパッド部３２１の各延出部３２１ｂに接合されている。各第２リード５２２は、たとえばＡｇペーストやはんだによって接合されている。各第２リード５２２は、ｚ方向に屈曲している。
【0114】
封止樹脂６０は、図１５および図１６に示すように、絶縁基板１０（ただし、裏面１０２を除く）、複数の導電部材１１、複数のスイッチング素子２０、複数の線状接続部材５１および複数の板状接続部材５２を覆っている。封止樹脂６０の構成材料は、たとえばエポキシ樹脂である。封止樹脂６０は、図６、図８、図９および図１１～図１４に示すように、樹脂主面６１、樹脂裏面６２および複数の樹脂側面６３を有している。
【0115】
樹脂主面６１および樹脂裏面６２は、ｚ方向において、離間し、かつ、互いに反対側を向く。樹脂主面６１は、ｚ２方向を向き、樹脂裏面６２は、ｚ１方向を向く。樹脂裏面６２は、図１２に示すように、平面視において、絶縁基板１０の裏面１０２を囲む枠状である。複数の樹脂側面６３の各々は、樹脂主面６１および樹脂裏面６２の双方に繋がり、かつ、これらに挟まれている。複数の樹脂側面６３には、ｘ方向において離間する一対の樹脂側面６３１，６３２と、ｙ方向において離間する一対の樹脂側面６３３，６３４がある。樹脂側面６３１は、ｘ２方向を向き、樹脂側面６３２は、ｘ１方向を向く。樹脂側面６３３は、ｙ２方向を向き、樹脂側面６３４は、ｙ１方向を向く。
【0116】
封止樹脂６０は、図６、図１１および図１２に示すように、各々が樹脂裏面６２からｚ方向に窪んだ複数の凹部６５を含んでいる。複数の凹部６５の各々は、ｙ方向に延びており、平面視において、樹脂裏面６２のｙ１方向の端縁からｙ２方向の端縁まで繋がっている。複数の凹部６５は、平面視において、ｘ方向に絶縁基板１０の裏面１０２を挟んで、それぞれ３つずつ形成されている。封止樹脂６０に複数の凹部６５が形成されていなくてもよい。
【0117】
複数の溶接部９３の各々は、２つの金属部材を接合する部分であって、上記した接合構造体Ａ１の各溶接部９３と同じ構造（図１および図２参照）である。複数の溶接部９３は、複数の出力端子接合部９３Ａ、複数の入力端子接合部９３Ｂ、２つの側方端子接合部９３Ｃ，９３Ｄを含んでいる。
【0118】
複数の出力端子接合部９３Ａは、図９および図１５に示すように、平面視において重なった出力端子３３の一部と導電部材１１Ｂの一部がレーザ溶接によって融接されたものである。複数の出力端子接合部９３Ａは、平面視において、出力端子３３のパッド部３３１における各櫛歯部３３１ａにそれぞれ１つずつ形成されている。各出力端子接合部９３Ａによって、第１金属部材９１としての出力端子３３と、第２金属部材９２としての導電部材１１Ｂとが接合されており、これらは接合構造体Ａ１をなしている。
【0119】
複数の入力端子接合部９３Ｂは、図９および図１５に示すように、平面視において重なった入力端子３１の一部と導電部材１１Ａの一部とがレーザ溶接によって融接されたものである。複数の入力端子接合部９３Ｂは、平面視において、入力端子３１のパッド部３１１における各櫛歯部３１１ａにそれぞれ１つずつ形成されている。各入力端子接合部９３Ｂによって、第１金属部材９１としての入力端子３１と、第２金属部材９２としての導電部材１１Ａとが接合されており、これらは接合構造体Ａ１をなしている。
【0120】
側方端子接合部９３Ｃは、図９および図１６に示すように、平面視において重なった側方端子３７Ａの一部と導電部材１１Ａの一部とがレーザ溶接によって融接されたものである。側方端子接合部９３Ｃは、平面視において、側方端子３７Ａのパッド部３７１に形成されている。側方端子接合部９３Ｃによって、第１金属部材９１としての側方端子３７Ａと、第２金属部材９２としての導電部材１１Ａとが接合されており、これらは接合構造体Ａ１をなしている。
【0121】
側方端子接合部９３Ｄは、図９および図１６に示すように、平面視において重なった側方端子３７Ｂの一部と導電部材１１Ｂの一部とがレーザ溶接によって融接されたものである。側方端子接合部９３Ｄは、平面視において、側方端子３７Ｂのパッド部３７１に形成されている。側方端子接合部９３Ｄによって、第１金属部材９１としての側方端子３７Ｂと、第２金属部材９２としての導電部材１１Ｂとが接合されており、これらは接合構造体Ａ１をなしている。
【0122】
次に、第１実施形態にかかる接合構造体Ａ１、接合方法および半導体装置Ｂ１の作用効果について説明する。
【0123】
接合構造体Ａ１は、溶接部９３を備えている。溶接部９３は、第１金属部材９１と第２金属部材９２とが重なった領域において、第１金属部材９１の一部および第２金属部材９２の一部ずつが融接されたものである。溶接部９３は、たとえばレーザ溶接によって形成されたものであり、第１金属部材９１と第２金属部材９２とを接合している。したがって、第１金属部材９１と第２金属部材９２とが擦れ合うことがない。これにより、第１金属部材９１と第２金属部材９２とにおける表面損傷を抑制することができる。
【0124】
本実施形態の接合方法では、レーザ光を第１軌道Ｔ１に沿って第１走査するとともに、第１軌道Ｔ１の基準位置Ｐ３を第２軌道Ｔ２に沿って第２走査している。レーザ溶接において、レーザ光の照射速度を速くしたり、および、レーザ光のビーム径を小さくしたりすることで、スパッタの発生を抑制することが知られている。しかしながら、レーザ光の照射速度の高速化やレーザ光のビーム径の縮小は、レーザ光によって生じる熱が第１金属部材９１から第２金属部材９２まで伝熱されない問題を引き起こす可能性がある。その結果、第２金属部材９２が溶融せず、溶接部９３が第１金属部材９１および第２金属部材９２にまたがって形成されない場合がある。これは、第１金属部材９１と第２金属部材９２とが接合されていないことを意味する。そこで、上記した第１走査および第２走査を行うことで、レーザ光の軌跡をたとえば図５に示すような軌跡にしている。これにより、レーザ光の照射速度を高速にし、かつレーザ光のビーム径を縮小しても、レーザ光による発熱を、第１金属部材９１から第２金属部材９２まで、十分に伝達させることができる。以上のことから、本実施形態の接合方法は、レーザ溶接時のスパッタの発生を抑制し、かつ、第１金属部材９１と第２金属部材９２とを接合することできる。
【0125】
本実施形態の接合方法では、第１軌道Ｔ１の半径Ｒ３と第２軌道Ｔ２の半径Ｒ４とを略同じである。たとえば、第１軌道Ｔ１の半径Ｒ３と第２軌道Ｔ２の半径Ｒ４とが異なると、レーザ光の軌跡（図５参照）において、平面視中央部分（第２軌道Ｔ２の基準位置Ｐ４付近）を通らなくなる。そのため、第１軌道Ｔ１の半径Ｒ３と第２軌道Ｔ２の半径Ｒ４とを略同じにすることで、図５に示すように、レーザ光の軌跡を平面視中央部分を通る軌跡にすることができる。
【0126】
半導体装置Ｂ１は、複数の溶接部９３を備えている。すなわち、溶接部９３が形成された金属部材間を、レーザ溶接によって接合している。したがって、当該金属部材間の擦れ合いが生じない。上記した超音波接合においては、接合する２つの金属部材間を擦り合わせるため、金属部材の摩耗により粉塵が発生する可能性がある。この粉塵が、半導体装置Ｂ１の製造過程に生じると、半導体装置Ｂ１の動作不良の原因となる。したがって、２つの金属部材間をレーザ溶接によって接合することで、半導体装置Ｂ１の動作不良を抑制することができる。また、レーザ溶接の場合、溶接時の発生する熱の拡散は局所的になる傾向がある。たとえば、出力端子３３のパッド部３３１と導電部材１１Ｂとをレーザ溶接により接合した際、このレーザ溶接によって発生した熱は、導電部材１１Ｂ上に形成された導電性接合層２９まで拡散しない。よって、導電性接合層２９などへの熱の拡散が抑制される。したがって、半導体装置Ｂ１の製造過程において、導電性接合層２９などが意図せず溶融することを抑制できるので、複数のスイッチング素子２０の接合不良を抑制することができる。
【0127】
半導体装置Ｂ１は、複数の溶接部９３が、上記接合方法によって形成されている。この接合方法は、上記するように、スパッタの発生を抑制させることができる。半導体装置Ｂ１の製造過程において、スパッタが発生すると、半導体装置Ｂ１の動作不良の原因となる可能性がある。よって、上記接合方法によって、複数の溶接部９３を形成することで、半導体装置Ｂ１の動作不良を抑制することができる。
【0128】
半導体装置Ｂ１は、ｚ方向において入力端子３１の端子部３１２と入力端子３２の端子部３２２との間に、絶縁部材３９を備えている。これにより、端子部３１２と端子部３２２とを容易にラミネート配線とすることができる。
【0129】
第１実施形態にかかる接合構造体Ａ１においては、図１に示すように、複数の線状痕９３２の各曲率半径がすべて場合を示したが、これに限定されない。たとえば、各線状痕９３２の曲率半径が同じでなくてもよい。図１８は、このような変形例の一例を示している。図１８に示す例においては、複数の線状痕９３２の一部において、外周縁９３１の周方向の所定の方向（図１８の時計回り）に位置するほど、徐々に曲率半径が小さくなっている。複数の線状痕９３２の最小の曲率半径は、たとえば、クレータ部９３３の曲率半径と略同じである。なお、上記所定の方向は、第２軌道Ｔ２の移動方向と一致する。たとえば、第１金属部材９１および第２金属部材９２の融解しやすさ、レーザ光による発熱の拡散度合いなどにより、このような溶接痕が形成されうる。
【0130】
第１実施形態にかかる接合方法においては、第２走査において、第２軌道Ｔ２が平面視円形である場合を示したが、第２軌道Ｔ２は、これに限定されない。たとえば、基準位置Ｐ３を直線移動させてもよいし、曲線移動させてもよいし、平面視楕円形に移動させてもよいし、多角形状に移動させてもよい。ただし、この場合であっても、第１走査は、基準位置Ｐ３を基準に環状に移動させる。基準位置Ｐ３を楕円形に移動させる場合、本開示の環状方向は、楕円形の軌跡を描く方向となる。また、第２軌道Ｔ２は、ある１つの形状に沿って移動させるだけはなく、複数の形状に沿って移動させるようにしてもよい。図１９は、たとえば、直線移動と、円形移動とを合わせた場合の一例を示している。図１９に示す例においては、第１軌道Ｔ１の基準位置Ｐ３を、第２軌道Ｔ２の中心位置（基準位置Ｐ４に相当）から第２軌道Ｔ２に向かって、第２軌道Ｔ２の径方向に直線的に移動させる（第３軌道Ｔ３参照）。その後に、上記した例示と同様に第２軌道Ｔ２に沿って、基準位置Ｐ３を移動させている。照射するレーザ光は、基準位置Ｐ３を第３軌道Ｔ３に沿って移動させている間と、基準位置Ｐ３を第２軌道Ｔ２に沿って１周移動させている間とで、そのピークパワーを、同じになるように制御してもよいし、異なるように制御してもよい。このように複数の軌道を複合させて第２走査を行った場合、溶接部９３は、図２０に示すような構造となる。図２０に示す溶接部９３は、底部９３６の形状が、第１実施形態にかかる溶接部９３の形状と異なっている。具体的には、底部９３６は、厚さ方向に直交する平面による断面が、円環状ではなく、円形となっている。このような図２０に示す溶接部９３の場合、接合強度が高くなるとともに、導通経路の拡大化による低抵抗化にも寄与する。
【0131】
【0132】
第２実施形態の半導体装置Ｂ２は、半導体装置Ｂ１と比較して、次の点で主に異なる。それは、バスバーＣ１をさらに備えている点と、複数の溶接部９３が複数の供給端子接合部９３Ｅおよび複数の供給端子接合部９３Ｆをさらに含んでいる点とである。半導体装置Ｂ２は、半導体装置Ｂ１と、複数の供給端子接合部９３Ｅおよび複数の供給端子接合部９３Ｆを介して半導体装置Ｂ１に接続されたバスバーＣ１とを備えたものである。図２１は、半導体装置Ｂ２を示す斜視図である。図２２は、半導体装置Ｂ２を示す平面図である。図２３は、半導体装置Ｂ２を示す底面図である。図２４は、図２２のＸＸＩＶ－ＸＸＩＶ線に沿う断面図である。
【0133】
【0134】
２つの供給端子７１，７２はそれぞれ、金属板である。当該金属板の構成材料は、たとえばＣｕまたはＣｕ合金である。各供給端子７１，７２は、図２１～図２４に示すように、ｘ方向に延びる帯状である。供給端子７２は、供給端子７１に対してｚ方向の絶縁基板１０の主面１０１が向く側に離間して配置されている。平面視において、供給端子７２は、供給端子７１に重なっている。図２２～図２４に示す例示においては、供給端子７１の形状と供給端子７２の形状とは、同一である。各供給端子７１，７２のｚ方向寸法はそれぞれ、たとえば０．８ｍｍであるが、これに限定されない。
【0135】
供給端子７１は、図２４に示すように、レーザ溶接によって入力端子３１に接合されており、当該入力端子３１に導通している。供給端子７１は、モールド樹脂７４から露出した先端部において、基部７１１と複数の延出部７１２を含んでいる。複数の延出部７１２は、基部７１１からｘ１方向に延びている。各延出部７１２は、平面視矩形状である。本実施形態においては、２つの延出部７１２を含んでいる。２つの延出部７１２は、ｙ方向において隙間をあけて配置されている。これにより、供給端子７１の上記先端部は、凹形である。なお、供給端子７１の形状は、上記したものに限定されず、たとえば、モールド樹脂７４から露出した部分が平面視矩形状であってもよい。
【0136】
供給端子７２は、図２４に示すように、レーザ溶接によって入力端子３２に接合されており、当該入力端子３２に導通している。供給端子７２は、モールド樹脂７４から露出した先端部において、基部７２１と複数の延出部７２２を含んでいる。複数の延出部７２２は、基部７２１からｘ１方向に延びている。各延出部７２２は、平面視矩形状である。本実施形態においては、２つの延出部７２２がある。２つの延出部７２２は、ｙ方向において隙間をあけて配置されている。これにより、供給端子７２の先端部は、凹形である。なお、供給端子７２の形状は、上記したものに限定されず、たとえば、モールド樹脂７４から露出した部分が平面視矩形状であってもよい。
【0137】
絶縁体７３は、図２４に示すように、ｚ方向において、２つの供給端子７１，７２に挟まれている。絶縁体７３は、電気絶縁性を有しており、その構成材料の一例としては、ガラスエポキシ樹脂などの合成樹脂である。供給端子７１は、ｚ２方向を向く面が絶縁体７３に接している。供給端子７２は、ｚ１方向を向く面が絶縁体７３に接している。供給端子７１および供給端子７２は、平面視において、互いに重なり、かつ、絶縁体７３により互いに電気絶縁されたラミネート配線をなしている。
【0138】
モールド樹脂７４は、図２４に示すように、各供給端子７１，７２および絶縁体７３の各々の一部ずつを覆っている。モールド樹脂７４の構成材料は、エポキシ樹脂など、電気絶縁性を有する合成樹脂である。モールド樹脂７４のｘ方向の両側から、各供給端子７１，７２および絶縁体７３の各々の一部ずつが突出している。なお、バスバーＣ１は、モールド樹脂７４を備えていなくてもよい。
【0139】
複数の供給端子接合部９３Ｅは、図２３および図２４に示すように、平面視において重なった供給端子７１の一部と入力端子３１の一部とがレーザ溶接によって融接されたものである。各供給端子接合部９３Ｅによって、第１金属部材９１としての供給端子７１と、第２金属部材９２としての入力端子３１とが接合されており、これらは接合構造体Ａ１をなしている。図２３に示す例示において、３つの供給端子接合部９３Ｅがあるが、供給端子接合部９３Ｅの数は、特に限定されない。各供給端子接合部９３Ｅを備える接合構造体Ａ１においては、第２金属部材９２が、上記第１実施形態にかかる各接合構造体Ａ１と比較して薄い。
【0140】
図２３に示すように、複数の供給端子接合部９３Ｅのうち、供給端子７１の延出部７１２に形成されたものは、供給端子７１の基部７１１に形成されたものよりも、平面視における半径（上記外周縁９３１の半径に相当）が大きい。これは、延出部７１２の幅（ｙ方向寸法）が、基部７１１の幅（ｙ方向寸法）よりも狭いために生じる。詳細には、延出部７１２の幅が基部７１１の幅よりも狭いため、レーザ溶接時に発生した熱が放熱されにくい。その結果、発生する溶融浴が大きくなるために、延出部７１２に形成される供給端子接合部９３Ｅの径が大きくなる。このような傾向を考慮して、レーザ溶接の各種条件（たとえばレーザ光のピークパワー）を調整することで、各供給端子接合部９３Ｅの平面視の半径をすべて略同じにしてもよい。
【0141】
複数の供給端子接合部９３Ｆは、図２１～図２２および図２４に示すように、平面視において重なった供給端子７２の一部と入力端子３２の一部とがレーザ溶接によって融接されたものである。各供給端子接合部９３Ｆによって、第１金属部材９１としての供給端子７２と、第２金属部材９２としての入力端子３２とが接合されており、これらは接合構造体Ａ１をなしている。本実施形態においては、３つの供給端子接合部９３Ｆがある。図２２に示す例示において、供給端子接合部９３Ｆの数は、特に限定されない。各供給端子接合部９３Ｆを備える接合構造体Ａ１においては、第２金属部材９２が、上記第１実施形態にかかる各接合構造体Ａ１と比較して薄い。
【0142】
図２２に示すように、複数の供給端子接合部９３Ｆのうち、供給端子７２の延出部７２２に形成されたものは、供給端子７２の基部７２１に形成されたものよりも、平面視における半径（上記外周縁９３１の半径に相当）が大きい。これは、延出部７２２の幅（ｙ方向寸法）が、基部７２１（ｙ方向寸法）の幅よりも狭いために生じる。詳細には、延出部７２２の幅が基部７２１の幅よりも狭いために、レーザ溶接時に発生した熱が放熱されにくい。その結果、発生する溶融浴が大きくなったために、延出部７２２に形成される供給端子接合部９３Ｆの径が大きくなる。このような傾向を考慮して、レーザ溶接の各種条件（たとえばレーザ光のピークパワー）を調整することで、各供給端子接合部９３Ｆの平面視の半径を略同じにしてもよい。
【0143】
半導体装置Ｂ２においては、供給端子７１が正極であり、供給端子７２が負極である。２つの供給端子７１，供給端子７２は、たとえば、図２４に示すように、ｘ２方向側において、直流電源ＤＣに接続させる。これにより、バスバーＣ１を介して、２つの入力端子３１，３２との間に直流電源ＤＣの電源電圧が印加される。
【0144】
次に、第２実施形態にかかる半導体装置Ｂ２の作用効果を説明する。
【0145】
半導体装置Ｂ２は、複数の溶接部９３を備えている。すなわち、上記第１実施形態と同様に、溶接部９３が形成された金属部材間を、レーザ溶接によって接合している。したがって、２つの金属部材が擦れ合うことがないため、粉塵の発生を抑制することができる。これにより、半導体装置Ｂ２の動作不良を抑制することができる。また、当該溶接部９３は、上記接合方法によって形成されたものであるので、スパッタの発生を抑制することができる。これにより、半導体装置Ｂ２の動作不良を抑制することができる。
【0146】
半導体装置Ｂ２は、入力端子３１および入力端子３２を備えている。入力端子３１は、端子部３１２を有する。入力端子３２は、端子部３２２を有する。また、半導体装置Ｂ２は、バスバーＣ１を備えている。バスバーＣ１は、２つの供給端子７１，７２を備えている。入力端子３２の端子部３２２は、ｚ方向において入力端子３１の端子部３１２に対して離間しており、かつ、平面視において入力端子３１の端子部３１２に重なっている。供給端子７２は、ｚ方向において供給端子７１に対して離間しており、かつ、平面視において供給端子７１に重なっている。供給端子７１と入力端子３１の端子部３１２とは、複数の供給端子接合部９３Ｅによって接合され、供給端子７２と入力端子３２の端子部３２２とは、複数の供給端子接合部９３Ｆによって接合されている。これにより、端子部３１２および供給端子７１と、端子部３２２および供給端子７２とによって、連続したラミネート配線がなされている。よって、直流電源ＤＣから半導体装置Ｂ２に供給される電力は、ラミネート配線を介する。そのため、半導体装置Ｂ２の内部で発生したインダクタンスを当該ラミネート配線によって、より安定した状態で低減することができる。したがって、半導体装置Ｂ２によれば、内部インダクタンスをより安定した状態で低減させることができる。
【0147】
半導体装置Ｂ２では、バスバーＣ１が、ｚ方向において、２つの供給端子７１，７２との間に挟まれた絶縁体７３を備えている。これにより、供給端子７１と供給端子７２とを、容易にラミネート配線とすることができる。
【0148】
半導体装置Ｂ２では、供給端子７１と入力端子３１とが、３つの供給端子接合部９３Ｅによって接合されている。これらの３つの供給端子接合部９３Ｅはそれぞれが、上記した接合方法によるレーザ溶接によって形成されている。供給端子接合部９３Ｅの数を増やすことで、供給端子７１と入力端子３１との接合強度をさらに高めることも可能であるが、レーザ溶接の回数が増えるため、製造工程の手間が増加し、かつ、レーザ溶接によって発生する熱によって供給端子７１に熱ひずみが生じる可能性がある。したがって、製造工程の手間の低減および熱ひずみによる影響を低減させるためには、３つの供給端子接合部９３Ｅによって、供給端子７１と入力端子３１とを接合することが好ましい。なお、３つの供給端子接合部９３Ｆによって供給端子７２と入力端子３２とが接合されているのも、このような理由による。
【0149】
半導体装置Ｂ２では、バスバーＣ１が供給端子７１を備えている。供給端子７１は、基部７１１と、各々が基部７１１から延び出た複数の延出部７１２とを含んでいる。供給端子７１は、図２３に示すように、入力端子３１に接合する部分が２つに分かれている。これにより、上記するように、３つの供給端子接合部９３Ｅによって接合する場合において、熱ひずみの影響をさらに低減させることができる。供給端子７２は、図２２に示すように、入力端子３２に接合する部分が２つに分かれているのも、このような理由による。
【0150】
第２実施形態においては、図２４に示すように、２つの供給端子７１，７２の間に直流電源ＤＣを接続した場合を示したが、これに限定されない。たとえば、図２５に示すように、さらにコンデンサＣを接続してもよい。コンデンサＣは、直流電源ＤＣに対して並列に接続されている。コンデンサＣは、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサなどである。コンデンサＣの静電容量は、半導体装置Ｂ２の周波数特性に応じて設定される。半導体装置Ｂ２の複数のスイッチング素子２０の駆動により、２つの入力端子３１，３２には、インダクタンスの発生要因となる逆起電力が生じる。コンデンサＣは、当該逆起電力を電荷として蓄える機能を果たす。したがって、図２５に示す態様においては、半導体装置Ｂ２のインダクタンスをより効果的に低減することができる。なお、コンデンサＣに蓄えられた電荷は、半導体装置Ｂ１に供給される直流電力の一部に活用される。あるいは、図２６に示すように、さらにコンデンサＣと抵抗器Ｒとの直列回路を接続してもよい。当該直列回路は、いわゆるＲＣスナバ回路であり、直流電源ＤＣに並列に接続されている。抵抗器Ｒは、２つの入力端子３１，３２に生じた逆起電力の電圧を降下させることができる。したがって、図２６に示す態様においては、上記した、半導体装置Ｂ２のインダクタンスの低減とともに、コンデンサＣの過剰充電を防止することができる。
【0151】
図２７は、第３実施形態にかかる半導体装置を示している。第３実施形態の半導体装置Ｂ３は、半導体装置Ｂ１と比較して、封止樹脂６０の形状が異なっている。それ以外については、半導体装置Ｂ１と同じである。図２７は、半導体装置Ｂ３を示す斜視図である。
【0152】
本実施形態の封止樹脂６０は、平面視において、ｙ方向の各端縁部分が、ｘ方向に延び出ている。封止樹脂６０のうち、ｘ２方向に延び出た部分によって、２つの入力端子３１，３２および絶縁部材３９の各々の一部が覆われている。また、封止樹脂６０のうち、ｘ１方向に延び出た部分によって、出力端子３３の一部が覆われている。
【0153】
半導体装置Ｂ３は、半導体装置Ｂ１と比較して、封止樹脂６０が、大きく、２つの入力端子３１，３２、出力端子３３および絶縁部材３９の一部ずつをさらに覆っている。これにより、半導体装置Ｂ３は、半導体装置Ｂ１よりも、２つの入力端子３１，３２、出力端子３３および絶縁部材３９を、劣化や折れ曲がりなどから、保護することができる。
【0154】
半導体装置Ｂ３においても、第２実施形態に示したバスバーＣ１が接続されていてもよい。
【0155】
上記した接合構造体Ａ１においては、第１金属部材９１および第２金属部材９２の表面がＣｕである場合を示したが、これに限定されない。たとえば、第１金属部材９１および第２金属部材９２のいずれか一方あるいはその両方の表面が金属めっきで覆われていてもよい。当該金属めっきとしては、たとえば、ＳｎやＮｉ（ニッケル）などがある。以下に、第１金属部材９１あるいは第２金属部材９２のいずれか一方が金属めっきで覆われている場合について、説明する。なお、Ｃｕの融点は１０８５℃であり、Ｓｎの融点は２３２℃であり、Ｎｉの融点は１４５３℃である。
【0156】
図２８～図３２は、変形例における接合構造体（溶接部９３）を説明するための図である。これらの図に示す各溶接部９３は、上記第１走査のみを行う（上記第２走査を行わない）ことで形成されている。図２８～図３２は、各接合構造体を示す断面模式図である。
【0157】
図２８は、第１金属部材９１の表面も第２金属部材９２の表面もめっきされていない場合の一例である。図２８は、接合構造体Ａ１に対応しており、変形例にかかる例示（図２９～図３２）との比較のために示している。図２９は、第１金属部材９１が金属めっきで覆われておらず、第２金属部材９２がＳｎめっきで覆われている場合の一例である。図３０は、第１金属部材９１が金属めっきで覆われておらず、第２金属部材９２がＮｉめっきで覆われている場合の一例である。図３１は、第１金属部材９１がＳｎめっきで覆われており、第２金属部材９２が金属めっきで覆われていない場合の一例である。図３２は、第１金属部材９１がＮｉめっきで覆われており、第２金属部材９２が金属めっきで覆われていない場合の一例である。
【0158】
図２９および図３１に示すように、第１金属部材９１あるいは第２金属部材９２がＳｎめっきで覆われている場合、第１金属部材９１と第２金属部材９２との界面付近において、溶接部９３が側方に膨らんでいることが分かる。これは、Ｓｎの融点がＣｕの融点よりも低いため、レーザ光による発熱によって、Ｃｕよりも先にＳｎが溶融するからである。また、溶接部９３の組成の一部にＣｕＳｎ合金が含まれている。
【0159】
一方、図３０および図３２に示すように、第１金属部材９１あるいは第２金属部材９２がＮｉめっきで覆われている場合、図２９および図３１に示すような第１金属部材９１と第２金属部材９２との界面付近における溶接部９３の膨らみは生じていない。また、溶接部９３の組成に、ＣｕＮｉ合金は含まれておらず、ＣｕとＮｉとがそれぞれ共存している。
【0160】
以上に示した、第１金属部材９１および第２金属部材９２のいずれか一方あるいは両方に金属めっきされている場合（図２９～図３２参照）であっても、金属めっきされていない場合（図２８参照）と比べて、第１金属部材９１と第２金属部材９２との接合強度は、略同等である。また、各溶接部９３における導電性も、略同等である。つまり、本開示の接合構造体において、第１金属部材９１および第２金属部材９２に、適宜金属めっきが施されていてもよい。
【0161】
本開示にかかる接合構造体、半導体装置および接合方法は、上記した実施形態に限定されるものではない。本開示の接合構造体および半導体装置の各部の具体的な構成、および、本開示の接合方法の各工程の具体的な処理は、種々に設計変更自在である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】