JP2015142018A - 電力用半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性が高く、長期にわたる動作信頼性、高温環境での動作信頼性を確保可能な電力用半導体装置を提供する。
【解決手段】電力用半導体装置１００は、電力用半導体素子３，４が搭載された下側基板１と、下側基板１に対向配置された上側基板２と、電力用半導体素子に形成された素子電極と上側基板に形成された回路パターン７ａとを電気的に接続する板状の接続部材６と、などを備える。接続部材６は、素子電極に接触するコンタクト部６ａと、上下方向に沿って延びるリード部６ｂと、これらの間の折曲げ部６ｃとを有する。リード部６ｂの少なくとも一部は、コンタクト部６ａおよび折曲げ部６ｃよりも大きい厚さを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力用半導体素子を組み合わせてインバータ回路などを構成する電力用半導体装置に関する。

一般的に電力用半導体装置では、放熱性、装置外部との電気絶縁性を確保するために、セラミックス、無機フィラーなどを含有したエポキシ樹脂からなる絶縁層の上に回路パターンが形成され、裏面に放熱性に優れた銅、アルミニウムなどを主成分とした放熱板が接着された絶縁基板を用いる。当該回路パターンの上に電力用半導体素子が実装され、さらにアルミワイヤなどで配線を行うことで回路が構成される。これらの絶縁基板、放熱板の外周は樹脂筐体で覆われ、さらに内部回路と電気的に接続された外部端子が樹脂筐体より導出されている。

このような構造では、絶縁基板上で配線し、かつ樹脂筐体の外部端子へ配線を行うため、比較的高価な絶縁基板の面積が大きくなり、コスト高となると共に装置外形が大きくなってしまう。そこで、従来から電力用半導体装置の小型化が検討されてきた。

装置小型化の手法として、例えば特許文献１には、絶縁基板上の回路パターンに外部端子を実装し、この外部端子の先端面を露出させるように樹脂封止することで、絶縁基板面積内から外部端子を取り出す構造が開示されている。

また、特許文献２には、半導体素子の面に固着され且つプリント基板に固着されたインプラントピンをアルミワイヤ配線に代わって用い、さらに、インプラントピンと電気的に接続された外部端子を取り出すことにより、生産性および信頼性を向上させる構造が開示されている。

特開２００１−２８４５２４号公報（図１） 特開２００９−６４８５２号公報（図１）

しかしながら、上記特許文献１，２に開示された構造では、特に多数の半導体素子が搭載される３相インバータ回路などの複雑な回路構成を有する装置では、絶縁基板上へのはんだ付け時に生じる半導体素子の傾き、絶縁基板の反りに起因して、外部端子の高さにばらつきが発生する。このようなばらつきを吸収するために、はんだなどの接合材を多く供給する、あるいはピンの高さを調整するといった手当が必要となる。それゆえ、電力用半導体装置の生産性向上に対する問題があった。

また、半導体素子の熱を受けにくく、比較的温度上昇が起こり難いプリント基板を用いたことにより、実装される半導体素子の動作に伴い高温になる絶縁基板との熱変形差に起因して、大きい応力が端子接続部に作用することになる。それゆえ、電力用半導体装置の高温環境での使用、長期の動作信頼性の確保に対する問題があった。

更には、半導体素子に断続的に通電して温度サイクルを印加するパワーサイクル試験で、半導体素子と端子との接合部で発生する熱応力に起因した剥離、亀裂が進展して特性が劣化する場合があることも確認されており、この点でも高温環境、長期の動作信頼性の確保に対する問題があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、生産性が高く、長期にわたる動作信頼性、高温環境での動作信頼性を確保可能な電力用半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１態様における電力用半導体装置は、
電力用半導体素子と、
電力用半導体素子が搭載された下側基板と、
下側基板に対向配置された上側基板と、
電力用半導体素子に形成された素子電極と上側基板に形成された回路パターンとを電気的に接続する板状の接続部材とを備える。
接続部材は、素子電極に接触するコンタクト部と、上下方向に沿って延びるリード部と、コンタクト部とリード部との間の折曲げ部とを有する。
リード部の少なくとも一部は、コンタクト部および折曲げ部よりも大きい厚さを有する。

本発明の第１態様における電力用半導体装置によれば、電力用半導体素子のコンタクト部および折曲げ部の剛性が低下して、これらに作用する熱応力が低減することなどにより、生産性が高く、長期にわたる動作信頼性、高温環境での動作信頼性を確保可能な電力用半導体装置が実現される。

本発明の実施の形態１による電力用半導体装置の断面図である。 金属ベース基板の回路パターンを示す平面図である。 プリント基板の回路のパターンを示す平面図である。 本発明の実施の形態１による基板間接続部材の側面図（ａ）および正面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態２による基板間接続部材の側面図（ａ）および正面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態２による基板間接続部材の第１変形例の側面図（ａ）および正面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態２による基板間接続部材の第２変形例の側面図（ａ）および正面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態３による基板間接続部材の側面図（ａ）および正面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態３による基板間接続部材の第１変形例の側面図（ａ）および正面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態３による基板間接続部材の第２変形例の側面図（ａ）および平面図（ｂ）である。

以下、本発明の実施の形態による電力用半導体装置について、図面を参照しながら説明する。各図において、同一または同様の構成部分には同一の符号を付している。また、方向を表す用語「上」、「下」などは、図面中の方向を特定するための便宜的なものであり、使用時における装置の設置方向などを限定するものではない。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１による電力用半導体装置の断面図である。
電力用半導体装置１００は、電力用半導体素子（以下、単に半導体素子という）３，４
が搭載された金属ベース基板１と、プリント基板７と、これら基板の間に設けられた接続部材（基板間接続部材）６と、基板１を保持する樹脂筐体８と、などを備える。金属ベース基板１は「下側基板」の一例であり、プリント基板７は「上側基板」の一例である。

金属ベース基板１では、放熱板として機能する金属ベース１ａの上に絶縁層１ｂを介して回路パターン１ｃが形成され、回路パターン１ｃの上に半導体素子３，４が実装された積層構造を有する。金属ベース１ａはアルミニウム、銅などを主成分とする。絶縁層１ｂは、アルミナ、窒化アルミなど熱伝導性の高い絶縁材料を粒状、鱗片状にしてエポキシ樹脂に混合した材料などからなり、熱伝導と電気絶縁を両立させている。回路パターン１ｃはアルミニウムなどからなる。

半導体素子３，４は、これに限定されないが、それぞれＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＦＷＤｉ（Free Wheeling Diode、フリーホイールダイオード）である。ＩＧＢＴ３を電力変換用スイッチング素子として動作させ、例えば６組のＩＧＢＴとＦＷＤｉとによりインバータ回路を構成できる（図２参照）。

ＩＧＢＴ３の表（おもて）面には、制御電極のゲート電極と主電極のエミッタ電極とが形成され、裏面には主電極のコレクタ電極が形成されている。一方、ＦＷＤｉ４の表面には主電極のアノード電極が形成され、裏面には主電極のカソード電極が形成されている。ＩＧＢＴ３のゲート電極は、例えばアルミニウムからなるワイヤ５を介して回路パターン１ｃに接続される。ＩＧＢＴ３のコレクタ電極、ＦＷＤｉ４のカソード電極が実装される回路パターンと、ＩＧＢＴ３のゲート電極が実装されるゲート電極とは、物理的に分離している。通常、物理的に分離したこれらの回路パターンは、動作時に異なる電位を有することになる。これらの半導体素子３，４は、例えばＡｇを含有するはんだ２を用いて、図２に示す回路配置で金属ベース基板１に接合され、当該基板１に電気的、熱的に接続される。

プリント基板７は、金属ベース基板１から上下方向に間隔を隔てて当該基板１に対向配置されている。プリント基板７は、両面に回路パターン７ａが形成された両面基板である。図３に示すように、平面視でプリント基板７のスルーホール７ｂから、後述する基板間接続部材６の凸部６ｄと制御端子９とが突出している。プリント基板７は必ずしも両面基板である必要はなく、片面基板、多層基板でも構わない。

金属ベース基板１とプリント基板７の周囲には、金属ベース１ａの下面が露出するように樹脂筐体８が設けられている。樹脂筐体８は、例えばＰＰＳ（Polyphenylenesulfide、ポリフェニレンスルファイド）からなり、エポキシ樹脂などで金属ベース基板１に接着されている。

樹脂筐体８には、インサート成形により外部端子９が一体化されている。外部端子９はプリント基板７の回路パターン７ａにはんだ付けされ、樹脂筐体８の外部へ導出される。導出された部分は、外部のスイッチング電源（図示せず）、他の半導体素子などに接続される。樹脂筐体８の内側には封止樹脂１１が充填されている。封止樹脂１１は、半導体素子３，４と、基板間接続部材６の一部を封止している。また、封止樹脂１１は、例えば、硬化後の曲げ弾性率が高い、例えば１５ＧＰａ程度であるエポキシ樹脂である。この場合、金属ベース基板１の回路、半導体素子３，４の絶縁を確保し且つ異物混入を防ぐことができる。樹脂筐体８の上面には、ＰＰＳなどからなる蓋部材１２が取り付けられている。

なお、樹脂筐体８を構成する樹脂は、液晶ポリマー樹脂、フッ素系樹脂などでも構わない。封止樹脂１１は、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂などでも構わない。

次に、図４を用いて、基板間接続部材６について詳しく説明する。
基板間接続部材６は、厚さが不均一な板状の部材であり、銅、アルミニウムなど、電気伝導性、熱伝導性に優れた材料からなる。基板間接続部材６は、半導体素子３，４に形成された電極（素子電極）とプリント基板７に形成された回路パターン７ａとを電気的に接続する。

図４（ａ）に示すように、基板間接続部材６は全体としてＬ字状に形成されており、Ｌ字の（ｘｙ面内の）底面を構成し且つ素子電極に接触するコンタクト部６ａと、Ｌ字の垂直面を構成し且つ上下方向（ｚ方向）に沿って延びるリード部６ｂとを有する。また、基板間接続部材６は、コンタクト部６ａとリード部６ｂとの間の折曲げ部６ｃとを有する。図４（ｂ）に示すように、リード部６ｂの先端（＋ｚ側）は切り欠かれ、プリント基板７のスルーホール７ｂに挿通される凸部６ｄが形成されている。

基板間接続部材６では、リード部６ｂの少なくとも一部がコンタクト部６ａと折曲げ部６ｃよりも大きい厚さを有する。折曲げ部６ｃの厚さは、板が折り曲げられなかった場合の、折曲げ部に相当する部分での板厚である。図４ではコンタクト部６ａと折曲げ部６ｃの厚さが等しいが、もちろん異なる厚さでも構わない。

図４の構造では、リード部６ｂに厚肉部分と薄肉部分が存在し、少なくとも当該厚肉部分がコンタクト部６ａと折曲げ部６ｃよりも大きい厚さを有する。厚肉部分と薄肉部分との間では、徐々に厚さが変化しているが、厚さは急峻に変化しても構わない。なお、後述する図８、図１０の構造のように、リード部６ｂ全体が、コンタクト部６ａと折曲げ部６ｃよりも大きい厚さを有してもよい。

基板間接続部材６のコンタクト部６ａは、半導体素子３，４の素子電極に、はんだなどの導電性接着剤を用いて接合されている。ただし、素子電極との間で剥離が充分に生じにくければ、他の方法でコンタクト部６ａが素子電極に固定（接合）される構成でもよい。

また、本実施形態１の回路配置では、図１の最も右側の基板間接続部材のように、回路パターン１ａと回路パターン７ａとを接続する基板間接続部材が設けられる。当該基板間接続部材は、図示したように半導体素子３，４上の基板間接続部材と同様の形状でも構わない。ただし、前者の（図１の最も右側の）基板間接続部材で生じる温度変化は後者よりも小さく、発生する熱応力も小さい。それゆえ前者の基板間接続部材では、コンタクト部６ａと折曲げ部６ｃの厚さがリード部６ｂと同程度でも構わない。この場合、金属ベース基板１を介してプリント基板７で発生した熱を放熱でき、プリント基板７の通電電流を大きくすることができる。

また、図１の最も左側で基板間を接続する制御端子１０は、流れる電流（制御信号）が小さいことから全体的に薄く形成されているが、制御端子１０の代わりに基板間接続部材６が用いられてもよい。

次に、電力用半導体装置１００を構成する各部材の大きさの一例について説明する。
回路が形成される金属ベース基板１の主面の面積は、８０ｍｍ×４０ｍｍである。金属ベース１ａの厚さは２ｍｍである。絶縁層１ｂの厚さは０．１５ｍｍである。回路パターン１ｃの厚さは７０μｍである。ＩＧＢＴ３の主面の面積は７ｍｍ×７ｍｍであり、厚さは２５０μｍである。ＦＷＤｉ４の主面の面積は７ｍｍ×５ｍｍであり、厚さは２５０μｍである。基板間接続部材６のコンタクト部６ａは、長さ（ｘ方向）５ｍｍ、幅（ｙ方向）５ｍｍ、厚さ（ｚ方向）０．３ｍｍである。折曲げ部６ｃの厚さも同じく０．３ｍｍである。リード部６ｂの厚さ（ｘ方向）は０．６ｍｍである。凸部６ｄの幅は１．５ｍｍである。
ただし、これらは例示的な値に過ぎず、本発明を限定するものではない。これは以下の説明でも同様である。

次に、上記電力用半導体装置１００の組立方法の一例を構成する工程Ｓ１から工程Ｓ６について簡単に説明する。
金属ベース基板１の回路パターン１ａの上に半導体素子３，４をはんだ付けする（工程Ｓ１）。半導体素子３，４の上に基板間接続部材６、制御端子９を位置決めしてはんだ付けする（工程Ｓ２）。半導体素子３の素子電極と制御端子１０の下の回路パターン１ｃとにワイヤ５を超音波接合する（工程Ｓ３）。外部端子９が一体化された樹脂筐体８を金属ベース基板１の側面に嵌めて取り付ける（工程Ｓ４）。樹脂筐体８の内側にディスペンサなどを用いて封止樹脂１１を充填する（工程Ｓ５）。プリント基板７のスルーホール７ｂに基板間接続端子６、外部端子９および制御端子１０を挿通すると共にこれらを回路パターン７ａにはんだ付けする（工程Ｓ６）。

なお、工程Ｓ２と工程Ｓ６では、基板間接続部材６、制御端子９を予めプリント基板７に挿通して接続しておき、後からコンタクト部６ａを半導体素子３，４の素子電極、金属ベース基板１の回路パターン１ｃに接続してもよい。

次に、このように電力用半導体装置１００を構成した理由について説明する。
既に述べたように、金属ベース基板１の絶縁層（絶縁基板）１ｂは、放熱性と絶縁性を有する反面、電力用半導体装置の中では高価な部品である。それゆえ、絶縁層１ｂの面積を縮小することでコストを低減できることは明らかである。絶縁層１ｂの面積縮小のためには、回路パターン１ｃでの回路配置とパターン間の絶縁距離により決定される配線面積の縮小化が効果的である。そこで、本実施形態１では、金属ベース基板１と半導体素子３，４の直上方向、すなわち金属ベース基板１の積層方向に追加の回路基板（プリント基板７）を配置している。

特に、本実施形態１では、金属ベース基板１の回路パターン１ｃの一部または全部がプリント基板７に形成されてもよく、これにより金属ベース基板１の面積を一層縮小する効果を得ることができる。

また、一般に電力用半導体装置では、パワーサイクル試験での寿命を延ばすことが求められている。パワーサイクル試験では、半導体素子に断続的に通電することで発生する半導体素子の発熱により、半導体素子に温度サイクル負荷が加えられる。電力用半導体装置１００の開発段階においても、基板間接続部材の折曲げ部ｃからはんだに剥離が発生し、そこから基板間接続部材と素子電極との間の剥離が進展して通電抵抗が増加することが確認された。

そこで、本実施形態１では、基板間接続部材６のコンタクト部６ａと折曲げ部６ｃを薄くして剛性を下げている。パワーサイクル試験では、基板間接続部材６のコンタクト部６ａで熱膨張、熱収縮が繰り返し生じることにより、折曲げ部６ｃ近傍のはんだ接合部に対して圧縮応力、せん断応力が加わる。さらに封止樹脂１１の熱膨張、金属ベース基板１とプリント基板７との熱変形差による基板間接続部材６の変形が、上記はんだ接合部に対して応力として伝わる。
本実施形態１では、上記の通り基板間接続部材６を構成したことにより、これらの応力を軽減できる。

このとき、リード部６ｂを含めた基板間接続部材６全体を薄くすると、電気抵抗が増加し、電力用半導体装置１００の電気特性を著しく損なうことになる。さらに、基板間接続部材６で発生するジュール熱により半導体素子３，４の温度が上昇しやすくなる。本実施形態１のように、半導体素子３，４の表面近傍のコンタクト部６ａと折曲げ部６ｃのみを薄くし、リード部６ｂの少なくとも一部を厚くして基板間接続部材６の抵抗を低く維持することにより、装置１００の機能をほぼ損失することなく、さらに通電によるロスを増加させることなく半導体素子３，４の断続通電で発生する熱応力を軽減させることができる。
ひいては、生産性が高く、長期にわたる動作信頼性、高温環境での動作信頼性を確保可能な電力用半導体装置１００が実現される。

特に、折曲げ部６ｃは、封止樹脂１１の熱膨張により基板間接続部材６が倒れる方向、引き上げられる方向に応力が発生した場合に半導体素子３，４との剥離の起点となりやすいところ、当該折曲げ部６ｃが薄く構成されているので、高温環境下での使用に適した電力用半導体装置１００が実現される。

また、弾性率の高いエポキシ樹脂などを封止樹脂１１として用いた場合には、基板間接続部材６を薄くすることにより封止樹脂の接着面積となる表面積がほぼ変わらず、熱応力を発揮する部材６の断面積が縮小されて熱応力が軽減されることから、信頼性向上に対して更なる効果を発揮する。

さらに、装置１００の組立工程を考慮した場合にも、基板間接続部材６の形状は有効である。
上記の通り、工程Ｓ２，Ｓ６で先に基板間接続部材６を半導体素子３，４に接合し、後からプリント基板７を接続する場合には、基板間接続部材６の凸部６ｄをプリント基板７に挿入して金属ベース基板１側に押し込む必要がある。装置１００の構成によれば、凸部６ｃとプリント基板７との位置ずれを修正したり、プリント基板７のスルーホール７ｂに凸部６ｃを充分に挿入するためプリント基板７を金属ベース基板１方向に押し込んだりする際の荷重を軽減でき、装置１００の組立性が向上する。

また、基板間接続部材６を予めプリント基板７に挿入して接続しておき、後からコンタクト部６ａを半導体素子３，４、金属ベース基板１の回路パターン１ｃと接続する場合にも、すべての接合部を接触させるための押し込み荷重を軽減でき、装置１００の組立性が向上する。

また、基板間接続部材６を取り付ける際に部材６の薄くされた部分（コンタクト部６ａからリード部６ｂの薄肉部分にかけて）が撓むように厚さ、材料などを調整することもできる。この場合、プリント基板７を取り付けるときに、半導体素子３，４またはこれらを接続する接合材などの厚さに起因して生じる高さのばらつきを、上記薄くされた部分で吸収することが容易となる。この点でも装置１００の組立性が向上する。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２による基板間接続部材の側面図（ａ）および正面図（ｂ）である。
本実施形態２に係る電力用半導体装置の基本的な構成は実施形態１と同様であり、基板間接続部材２６以外の構成については詳細な説明を省略する。

図５（ａ）に示すように、基板間接続部材２６は全体としてＬ字状に形成されており、コンタクト部２６ａと、リード部２６ｂと、これらの間の折曲げ部２６ｃを有する。リード部２６ｂの先端には凸部２６ｄが形成されている。また、リード部２６ｂの少なくとも一部は、コンタクト部２６ａと折曲げ部２６ｃよりも大きい厚さを有する。これらは実施形態１と同様である。

基板間接続部材２６は、厚さが均一な２枚の板部材２７，２８からなる。第１の板部材２７はＬ字状に折り曲げられている。第２の板部材２８は第１の板部材２７に（＋ｚ側で）重ねられ、両者は例えばスポット溶接により電気的に接続される。ただし、板部材２７，２８は互いに電気的に接続されていればよく、超音波接合、ろう付け、圧着などの方法を用いても構わない。このように、２枚の板部材からなる積層構造により、実施形態１で説明したリード部２６ｂの厚肉部分が構成される。当然であるが、３枚以上の板部材で積層構造が構成されても構わない。

例えば、長さの異なる厚さ０．３ｍｍの銅板を２枚用いた場合、リード部２６ｂの厚肉部分の厚さは２枚合わせて０．６ｍｍとなる。一方、コンタクト部２６ａと折曲げ部２６ｃの厚さは０．３ｍｍとなる。

次に、このように基板間接続部材２６を構成した理由について説明する。
図４のように一枚の板部材に厚肉部分と薄肉部分とを形成する、あるいは基板間接続部材の厚さを不均一にするためには、プレス加工で潰す、機械加工で削るといった手法が考えられる。比較的安価に実施でき、さらに部品コストを低減できる点ではプレス加工が好都合であるが、加工により材料が硬化することから、一般的に容易に加工できるのは、実際には板厚の約半分程度までである。

一方、本実施形態２によれば、複数枚の板部材を重ねて基板間接続部材２６が構成されることにより、厚さが不均一な板部材を用いるよりも製造コストを低下させることができる。また、コンタクト部２６ａと折曲げ部２６ｃを薄くした場合でも、基板間接続部材２６のリード部２６ｂの厚さを充分に大きくすることができる。

本実施形態２による基板間接続部材２６の構造を採用することにより、電力用半導体モジュール、特に半導体素子１つ当たり１００Ａを超える大電流を扱うモジュールに採用する場合にも、充分な電流サイクル信頼性、温度サイクル信頼性を得ることができる。その結果、半導体素子の最大動作温度を高くすることが可能となる。

（変形例）
図６に示す第１変形例では、図５の板部材２７の２倍弱の長さを有する１枚の板部材を屈曲させて、リード部２６ｂの厚肉部分を構成する積層構造が形成されている。この図６の構造によっても、図５の構造と同様の信頼性を得ることができる。このとき、電気特性を考慮すると、折曲げ部２６ｃの近傍に溶接部２６ｄが形成されることが好ましい。溶接部２６ｄが形成されるのはこの一点のみでも構わない。

この第１変形例によれば、基板間接続部材２６として１枚の板部材を折り曲げて用いることにより、複数枚の板部材を用いた場合よりも溶接部２６ｄの数を減らすことができるため、部材コストを抑制できる。

図７に示す第２変形例では、リード部２６ｂの厚肉部分に更なる屈曲部（折曲げ部）が設けられ、その内部に封止樹脂１１が充填される空間が形成される。図７の構造も、信頼性の観点から有効である。このとき、上記形成される空間は、基板間接続部材２６が設置される半導体素子３，４の領域内に収まることが好ましい。

この第２変形例によれば、曲げ弾性率の高い封止樹脂１１が上記空間に充填されることにより、各層で拘束力が発揮されるため、コンタクト部２６ａに負荷される応力をさらに軽減させ、電流サイクルに対する信頼性を向上させることができる。基板間接続部材２６の一部に封止樹脂１１の剥離が生じたとしても、上記空間を構成する基板間接続部材２６の部分で部材２６と封止樹脂１１との接着面方向が変化するため、剥離の進展を抑制できる。封止樹脂１１が充填される空間を半導体素子３，４の領域内に形成することにより、基板間接続部材２６のために距離を確保して電力用半導体装置１００を大きくすることなく、信頼性を向上させることができる。

ここで、上記の通り、基板間接続部材２６としては熱伝導性および電気伝導性に優れる銅、アルミなどを主成分とした材料を用いることが好ましいが、積層構造のすべての層が同じ材料であることを必要とするものではなく、コスト低減のために銅板の中央部にアルミを用いてもよく、熱膨張率を抑えるためにフェライト系のステンレス材料を用いても構わない。これは他の実施形態でも同様である。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３による基板間接続部材の側面図（ａ）および正面図（ｂ）である。
本実施形態３に係る電力用半導体装置の基本的な構成は実施形態１と同様であり、基板間接続部材３６以外の構成については詳細な説明を省略する。

基板間接続部材３６は、逆Ｔ字状に形成された１枚の板部材からなる。１枚の板部材は、折曲げ部３６ｃにおいて離間する方向、すなわち前方（＋ｘ方向）と後方（−ｘ方向）の双方に折り曲げられて、２つのコンタクト部３６ａと２つの折曲げ部３６ｃとが形成されている。また、リード部３６ｂの先端（＋ｚ側）には、板部材を屈曲させて凸部３６ｄが形成されている。また、リード部３６ｂは、コンタクト部３６ａと折曲げ部３６ｃよりも大きい厚さを有する。

このとき、２つのコンタクト部３６ａはともに半導体素子３，４の素子電極に接合されているので、必ずしも図４などに示す溶接部を形成する必要は無い。

次に、このように基板間接続部材３６を構成した理由について説明する。
実施形態１で示した通り、半導体素子３，４の発熱または電力用半導体装置１００全体の温度上昇により、プリント基板７、封止樹脂１１の熱変形、熱膨張が生じて基板間接続部材３６が変形を受け、コンタクト部３６ａには応力が負荷される。

このとき、本実施形態３によれば、基板間接続部材３６が変形を受ける際に、折曲げ部３６ｃ近傍に負荷される応力を前方（＋ｘ方向）と後方（−ｘ方向）の両方に分散させることができ、これにより剥離の起点の発生を抑制できる。
また、剥離の起点が発生してしまった場合にも、折曲げ部３６ｃが引き剥がされる方向の応力に対し、対向する方向の折曲げ部３６ｃとコンタクト部３６ａにより支持されるため、引き剥がされる力が軽減され、剥離の進展を抑制できる。

さらに、装置１００の組立工程を考慮した場合にも、基板間接続部材３６の形状は有効である。これは、基板間接続部材３６と素子電極との接合部の中央に部材３６の重心があるため、組立て時の横倒れを防止でき、工程を簡素化できるからである。

（変形例）
図９に示す第１変形例では、基板間接続部材３６のリード部３６ｂの一部が、複数の板部材３７〜３９からなる積層構造を有している。複数の板部材を用いる構成は、図５、図７で説明した通りである。図９では、第１の板部材３７と第３の板部材３９との間に第２の板部材３８が挟持され、これらに溶接部３６ｅが形成されている。また、電気抵抗を軽減するため、あるいは接合部の応力をさらに軽減してさらに信頼性の高い構造とするために、折り曲げ回数、屈曲回数をさらに増加させても構わない。この場合には、各層に均等に電流が流れるように溶接部３６ｅを形成することが好ましい。

図１０に示す第２変形例では、コンタクト部３６ａに着目して、コンタクト部３６ａが互いに板幅方向（ｙ方向）に分割された構造を有する。図１０の構造も、素子の発熱による熱応力を軽減する観点では有効である。

以上で説明した各実施の形態および各変形例の構成は、自由に組み合わせ、あるいは変形、省略されてもよい。

１ 金属ベース基板、 １ａ 金属ベース、 １ｂ 絶縁層、 １ｃ 回路パターン、 ２ はんだ、 ３，４ 電力用半導体素子（ＩＧＢＴ，ＦＷＤｉ）、 ５ ワイヤ、 ６，２６，３６ 基板間接続部材、 ６ａ コンタクト部、 ６ｂ リード部、 ６ｃ 折曲げ部、 ６ｄ 凸部、 ７ プリント基板、 ７ａ 回路パターン、 ８ 樹脂筐体、 ９ 外部端子、 １０ 制御端子、 １１ 封止樹脂、 １２ 蓋部材、 ２６ｅ 溶接部、 １００ 電力用半導体装置。

Claims (6)

1. 電力用半導体素子と、
   前記電力用半導体素子が搭載された下側基板と、
   前記下側基板に対向配置された上側基板と、
   前記電力用半導体素子に形成された素子電極と前記上側基板に形成された回路パターンとを電気的に接続する板状の接続部材とを備え、
   前記接続部材は、前記素子電極に接触するコンタクト部と、上下方向に沿って延びるリード部と、前記コンタクト部と前記リード部との間の折曲げ部とを有し、
   前記リード部の少なくとも一部は、前記コンタクト部および前記折曲げ部よりも大きい厚さを有することを特徴とする、電力用半導体装置。
2. 前記接続部材は、１枚の板部材からなることを特徴とする、請求項１に記載の電力用半導体装置。
3. 前記リード部の少なくとも一部は、複数枚の板部材からなる積層構造または１枚の板部材を屈曲させて形成された積層構造を有することを特徴とする、請求項１に記載の電力用半導体装置。
4. 前記コンタクト部は、前記リード部に対して前方と後方の両方に設けられたことを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
5. 前記コンタクト部は、前記前方と後方に対して垂直な板幅方向に分割されたことを特徴とする、請求項４に記載の電力用半導体装置。
6. 前記上側基板は、両面に回路パターンが形成されたプリント基板であり、
   前記リード部には、前記プリント基板のスルーホールに挿通される凸部が形成されたことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。

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