ワイヤボンドの接合構造及び接合方法
【課題】接合機との干渉を防止し、半導体モジュールの小型化を図ること。
【解決手段】ワイヤボンドの接合構造は、バスバ１１，１３を多段構造に構成し、バスバ１１，１３にワイヤ１５，１６を接合する。詳しくは、上段バスバ１３及びそれを支持する上段支持部１４を含む上段バスバ部材６が、下段バスバ１１及びそれを支持する下段支持部１２を含む下段バスバ部材５と別体に構成される。下段バスバ１１と下段ワイヤ１５とが接合され、上段バスバ部材６が下段バスバ部材５に固定され、その後に、上段バスバ１３と上段ワイヤ１６とが接合される。下段バスバ部材５の上面であって、下段バスバ１１と下段ワイヤ１５との接合部１５ａの近傍を除く領域に、上段バスバ部材６が固定される。
【解決手段】ワイヤボンドの接合構造は、バスバ１１，１３を多段構造に構成し、バスバ１１，１３にワイヤ１５，１６を接合する。詳しくは、上段バスバ１３及びそれを支持する上段支持部１４を含む上段バスバ部材６が、下段バスバ１１及びそれを支持する下段支持部１２を含む下段バスバ部材５と別体に構成される。下段バスバ１１と下段ワイヤ１５とが接合され、上段バスバ部材６が下段バスバ部材５に固定され、その後に、上段バスバ１３と上段ワイヤ１６とが接合される。下段バスバ部材５の上面であって、下段バスバ１１と下段ワイヤ１５との接合部１５ａの近傍を除く領域に、上段バスバ部材６が固定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体モジュール用ハウジングにてワイヤを接合するワイヤボンドの接合構造及び接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載の半導体モジュールが知られている。この半導体モジュールでは、小型化のために、バスバと絶縁層をラミネート構造としていた。すなわち、半導体モジュールは、金属ベースと、金属ベース上に配置された絶縁基板と、絶縁基板上に配置された金属パターンと、金属パターン上に配置された複数の半導体素子と、金属ベース上に配置されたケーシングと、ケーシングに固定された出力端子と、ケーシングに固定された正極端子として機能する正極バスバと、ケーシングに固定され負極端子として機能する負極バスバとを備える。ここで、半導体モジュールは、正極バスバと負極バスバが絶縁層を挟んだラミネート構造を有し、かつ、ラミネート構造は半導体素子の上側に配置される。また、正極バスバと金属半導体パターンは金属ワイヤによって接続される。更に、負極バスバと半導体素子は、金属ワイヤによって接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２００３０６号公報
【特許文献２】特開２００８−１７７２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の半導体モジュールでは、バスバや半導体素子と金属ワイヤとの接続部につき、特に小型化を図ることは考えられていなかった。
【０００５】
ここで、インバータを小型化するためには、中に組み込まれる半導体モジュールを小型化する必要がある。半導体モジュールを小型化するためには、例えば、図１４に示す半導体モジュール５１において、ハウジング５２に設けられる隣接するバスバ５３，５４を高さを変えて多段に配置し、それらに対して下段ワイヤ５６と上段ワイヤ５７を上下に配置して接合することで、省スペース化を図ることが考えられる。下段バスバ５３は下段支持部５５ａに支持され、上段バスバ５４は上段支持部５５ｂに支持される。下段支持部５５ａと上段支持部５５ｂは、階段状に一体に形成される。しかし、上段バスバ５４が、下段バスバ５３と下段ワイヤ５６との接合部５６ａに接近して配置されると、接合機を使用して下段ワイヤ５６を下段バスバ５３に接合するときに、接合機が上段支持部５５ｂと干渉するおそれがある。このため、上段バスバ５４を下段ワイヤ５６の接合部５６ａに近付けることができない。この結果、図１４に示すように、上段支持部５５ｂの前端（紙面左側）を、下段ワイヤ５６の接合部５６ａから充分な間隔Ｄ１だけ離さなければならない。
【０００６】
図１５〜２０には、接合機６１を使用したワイヤボンドの接合プロセスを側面図により示す。先ず、図１５に示すように、ワイヤ６２をガイド６３で斜めに保持しながらワイヤ６２の先端の第１接合部６２ａをツール６４により配線層６５上に接合する。次に、図１６に示すように、ガイド６３をワイヤ６２に沿わせながら、接合機６１を第２接合部６２ｂ（図１７参照）へ向けて斜め上方へ移動させる。このとき、第１接合部６２ａを起点にして第１接合部６２ａと第２接合部６２ｂ（図１７参照）との中間くらいが最高点となるようにループを描く。その後、図１７に示すように、ワイヤ６２の一部をガイド６３で斜めに保持しながらツール６４により第２接合部６２ｂを配線層６５の上に接合する。次に、図１８に示すように、接合機６１を所定距離Ｄ２だけ後退させてカッタ６６を切断点まで移動させる。すなわち、カッタ６６の先端が第２接合部６２ｂより後方になるまで後退させる。次に、図１９に示すように、カッタ６６によりワイヤ６２を切断する。このとき、後方の障害物６７がガイド６３に干渉しないようにする必要がある。その後、図２０に示すように、次の接合点へ向けて接合機６１を移動させる。このとき、後方の障害物６７が接合機６１の軌跡を邪魔しないようにする必要がある。
【０００７】
ここで、上記した第２接合部６２ｂが、上記した下段バスバ５３と下段ワイヤ５６との接合部５６ａに相当する。第２接合部６２ｂに接合した後、図１８に示すように、接合機６１が後退し、カッタ６６の当接点が第２接合部６２ｂより手前になるように一旦後退する。そして、ワイヤ６２を切断後、図２０に示すように、接合機６１は、次の接合点へ向けて斜め上方へ後退する。このとき、第２接合部６２ｂの後方には、図１８に示すように、ワイヤ６２の切断のために接合機６１が後退できるスペースと、図１９に示すように、切断点で接合機６１のガイド６３に高さのある障害物６７が干渉しないようにしなければならない。更に、図２０に示すように、次の接合点に向かうために後退軌跡を確保できるように高さのある障害物６７が接合機６１と干渉しないようなクリアランスを確保しなければならない。
【０００８】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、半導体素子とバスバを多段構造に接合し、前記バスバにワイヤを接合するワイヤボンドにつき、接合機との干渉を防止することを可能としたワイヤボンドの接合構造及び接合方法を提供することにある。また、この発明の別の目的は、上記目的に加え、半導体モジュールの小型化を図ることを可能としたワイヤボンドの接合構造及び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】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、バスバを多段構造に構成し、バスバにワイヤを接合するワイヤボンドの接合構造において、上段バスバ及びそれを支持する上段支持部を含む上段バスバ部材が、下段バスバ及びそれを支持する下段支持部を含む下段バスバ部材と別体に構成され、下段バスバと下段ワイヤとが接合され、前記上段バスバ部材が前記下段バスバ部材に固定され、前記上段バスバと上段ワイヤとが接合されたことを趣旨とする。
【００１０】
上記発明の構成によれば、下段バスバと下段ワイヤとを接合した後に、上段バスバ部材を下段バスバ部材に固定し、その後に、上段バスバと上段ワイヤとを接合することにより、先に、下段ワイヤを下段バスバに接合するときに、上段バスバ部材が存在しなくなる。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、下段バスバ部材の上面であって、下段バスバと下段ワイヤとの接合部の近傍を除く領域に、上段バスバ部材が固定されたことを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、先に下段バスバに接合した下段ワイヤとの接合部に近寄らせて、上段バスバ部材を下段バスバ部材に固定することが可能となる。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、下段バスバ部材の上面に上段バスバ部材が固定されると共に、上段支持部の一部であって、下段バスバ部材との密着面に、下段ワイヤとの干渉を避けるための凹部が形成されたことを趣旨とする。
【００１４】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、下段バスバと下段ワイヤとの接合部に凹部を整合させて覆うように、別体の上段バスバ部材を下段バスバ部材に固定することが可能となる。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、上段支持部の凹部の中に、少なくとも一つの脚部が設けられたことを趣旨とする。
【００１６】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、脚部が下段バスバ部材の上面に当接して上段支持部の凹部の上壁が支持される。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、下段ワイヤの代わりに、下段バスバの一部を延長した延長バスバが設けられたことを趣旨とする。
【００１８】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、ほぼ完全に下段バスバを覆うように、別体の上段バスバ部材を下段バスバ部材の上面に固定することが可能となる。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、バスバを多段構造に構成し、バスバにワイヤを接合するワイヤボンドの接合方法において、上段バスバ及びそれを支持する上段支持部を含む上段バスバ部材を、下段バスバ及びそれを支持する下段支持部を含む下段バスバ部材と別体に構成し、下段バスバと下段ワイヤとを接合した後に、上段バスバ部材を下段バスバ部材に固定し、その後に、上段バスバと上段ワイヤとを接合することを趣旨とする。
【００２０】
上記発明の構成によれば、下段バスバと下段ワイヤとを接合した後に、上段バスバ部材を下段バスバ部材に固定し、その後に、上段バスバと上段ワイヤとを接合することにより、先に、下段ワイヤを下段バスバに接合するときに、上段バスバ部材が存在しなくなる。また、先に下段バスバに接合した下段ワイヤとの接合部に近寄らせて、上段バスバ部材を下段バスバ部材に固定することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、バスバを多段構造に構成し、バスバにワイヤを接合するワイヤボンドにつき、下段ワイヤを下段バスバに接合するときに、接合機の上段バスバ部材との干渉を防止することができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、上段バスバ部材と下段バスバ部材をコンパクトに合体させることができ、半導体モジュールを小型化することができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に対し、上段バスバ部材と下段バスバ部材をよりコンパクトに合体させることができ、これにより省スペース化を図ることができ、半導体モジュールを更に小型化することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に対し、上段バスバ部材に上から荷重がかかったときに、凹部の上壁の強度を高めることができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に対し、上段バスバ部材と下段バスバ部材をよりコンパクトに合体させることができ、これにより省スペース化を図ることができ、半導体モジュールを更に小型化することができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、バスバを多段構造に構成し、バスバにワイヤを接合するワイヤボンドにつき、下段ワイヤを下段バスバに接合するときに、接合機との干渉を防止することができ、半導体モジュールの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュールを一部破断して示す斜視図。
【図２】同実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。
【図３】第２実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュールを一部破断して示す斜視図。
【図４】同実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。
【図５】第３実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュールを一部破断して示す斜視図。
【図６】同実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。
【図７】第２実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造の一部を示す断面図。
【図８】第３実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造の一部を示す断面図。
【図９】第４実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュールを一部破断して示す斜視図。
【図１０】同実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造の一部を示す断面図。
【図１１】同実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。
【図１２】同実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。
【図１３】別の実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。
【図１４】従来例に係り、ワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュールを一部破断して示す斜視図。
【図１５】従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。
【図１６】従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。
【図１７】従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。
【図１８】従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。
【図１９】従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。
【図２０】従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
＜第１実施形態＞
以下、本発明におけるワイヤボンドの接合構造及び接合方法を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図１に、この実施形態のワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュール１を一部破断して斜視図により示す。図２に、この実施形態のワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュール１を一部破断して分解斜視図により示す。図１に示すように、この実施形態におけるワイヤボンドの接合構造は、放熱板２の上に絶縁材料よりなるハウジング３が固定される。ハウジング３と放熱板２は、シリコーン接着剤又はエポキシ接着剤により接合される。ハウジング３と放熱板２は、接着材の他に、ネジなどの締め付けにより接合することもできる。ハウジング３は、熱可塑性樹脂等の樹脂より形成され、絶縁性を有する。
【００３０】
図１に示すように、ハウジング３は、外枠部４と、その内側に外枠部４と直交する方向に伸びる下段バスバ部材５と、下段バスバ部材５とは別体に構成され、下段バスバ部材５の上に固定される上段バスバ部材６とを備える。下段バスバ部材５の高さは、外枠部４の高さの半分程度となっている。下段バスバ部材５は、下段バスバ１１及びそれを支持する下段支持部１２を含む。下段バスバ１１は、下段支持部１２の上面と面一になるようにインサート成形される。上段バスバ部材６は、上段バスバ１３及びそれを支持する上段支持部１４を含む。上段バスバ１３は、上段支持部１４の上面と面一になるようにインサート成形される。上段バスバ１３の一端部は、階段形状に折り曲げられて接続端子１３ａとなっている。この接続端子１３ａは、外枠部４の上面に凹み形成された端子台４ａ（図２参照）に嵌め込まれ、固定される。この接続端子１３ａは、端子台４ａに対し、ネジにより固定されるようになっている。この接続端子１３ａを、ネジの他に、嵌合により、又は接着により固定することもできる。この端子台４ａに隣接して外枠部４には、別の端子台４ｂが設けられる。各端子台４ａ，４ｂには、ナット（図示略）が埋め込まれ、外部のバスバと孔を使ってネジで締結されるようになっている。下段バスバ１１及び上段バスバ１３は、導電性の良いアルミ又は銅、或いはアルミ及び銅の合金により形成される。腐食防止のために、各バスバ１１，１３に、ニッケル等のメッキを施すこともできる。
【００３１】
図１に示すように、下段バスバ部材５に隣接して、放熱板２の上には、積層体７が固定される。この積層体７は、下から順に積層された接合層２１、金属接合層２２、絶縁層２３、配線層２４、接合層２５及び半導体素子２６により構成される。半導体素子２６は、配線層２４の上面の前側（図１紙面左側）に接合層２５を介して接合される。
【００３２】
配線層２４の上面の後側（図１紙面右側）の部分と下段バスバ１１には、一対の下段ワイヤ１５の両端部がそれぞれ接合される。すなわち、２本の下段ワイヤ１５の一端部が配線層２４の上面に接合され、その他端部が下段バスバ１１の上面に接合される。更に、半導体素子２６の上面と上段バスバ１３には、一対の下段ワイヤ１５を覆うように、一対の上段ワイヤ１６の両端部がそれぞれ接合される。すなわち、２本の上段ワイヤ１６の一端部が半導体素子２６の上面に接合され、その他端部が上段バスバ１３の上面に接合される。各ワイヤ１５，１６の接合には、超音波接合を使ったワイヤボンド、リボンボンド、テープボンド、或いは、レーザ用着が採用される。この実施形態では、下段バスバ１１と下段ワイヤ１５とが接合され、上段バスバ部材６が下段バスバ部材５に固定され、上段バスバ１３と上段ワイヤ１６とが接合される。
【００３３】
この実施形態では、下段バスバ部材６の上面であって、下段バスバ１１と下段ワイヤ１５との接合部１５ａの近傍を除く領域に、上段バスバ部材６が固定される。詳しくは、下段バスバ部材５の上面であって、下段バスバ１１と下段ワイヤ１５との接合部１５ａよりも後側（図１紙面右側）だけに、上段バスバ部材６が固定される。これにより、下段バスバ部材５と上段バスバ部材６とが、階段状に組み合わされる。この固定状態では、下段バスバ１１の一部に上段バスバ部材６が重なり、その上段支持部１４の上面に上段バスバ１３が位置する。
【００３４】
ここで、図２により、ワイヤボンドの接合方法について説明する。この実施形態では、配置高さの異なる下段ワイヤ１５と上段ワイヤ１６との接合において、上段バスバ部材６を下段バスバ部材５と別体に構成し、下段バスバ１１と下段ワイヤ１５とを接合した後に、上段バスバ部材６を下段バスバ部材５の上面に固定し、その後に、上段バスバ１３と上段ワイヤ１６とを接合するようにしている。
【００３５】
従って、この実施形態によれば、先に、下段ワイヤ１５を下段バスバ１１に接合するときに、上段バスバ部材６が存在しなくなる。この結果、下段ワイヤ１５を下段バスバ１１に接合するときに、接合機（図示略）の上段バスバ部材６との干渉を防止することができる。また、先に下段バスバ１１に接合した下段ワイヤ１５の接合部１５ａに近寄らせて、上段バスバ部材６を下段バスバ部材５の上面に固定することが可能となる。この結果、上段バスバ部材６と下段バスバ部材５をコンパクトに合体させることができ、半導体モジュール１を小型化することができる。
【００３６】
また、この実施形態では、接合部１５ａに近寄らせて上段バスバ部材６を下段バスバ部材５に固定できるので、上段バスバ部材６を半導体素子２６に近付けることができる。このため、上段ワイヤ１６の両端の接合部１６ａ，１６ｂが互いに近くなり、上段ワイヤ１６を比較的短くすることができる。この結果、上段ワイヤ１６のコストを低減させることができる。また、半導体モジュール１を小型化できるので、ハウジング３の使用材料、放熱板２の材料、半導体素子２６を封止する封止材等の使用量を減らすことができ、その意味で製品の低コスト化を図ることができる。更に、上段ワイヤ１６を短くできる分だけ、その抵抗が低減し、上段ワイヤ１６の発熱が減り、上段ワイヤ１６の信頼性を向上させることができる。また、上段ワイヤ１６が短くなるので、上段ワイヤ１６からの電磁ノイズの発生を減少させることができる。更に、電流の通電方向が反対に流れる同士の２本の下段バスバ１１と上段バスバ１３との距離が近くなるので、相互インダクタンスを低減することができる。すなわち、半導体素子２６のスイッチングによるサージ、電圧上昇を低減することができ、半導体素子２６の破壊を防ぐことができる。
【００３７】
＜第２実施形態＞
次に、本発明におけるワイヤボンドの接合構造及び接合方法を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
なお、以下の説明において第１実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。
【００３９】
図３に、この実施形態のワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュール１を一部破断して斜視図により示す。図４に、この実施形態のワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュール１を一部破断して分解斜視図により示す。
【００４０】
この実施形態では、上段バスバ部材６の点で第１実施形態と構成が異なる。すなわち、図３，４に示すように、下段バスバ部材５の上面をほぼ覆うように上段バスバ部材６が固定される。すなわち、上段バスバ部材６の投影面と、下段バスバ部材５の投影面とがほぼ重なるように両者５，６が積層される。また、上段支持部１４の一部であって、下段バスバ部材５との密着面に、下段ワイヤ１５との干渉を避けるための凹部１７が形成される。そして、上段支持部１４の、この凹部１７以外の部分が、下段バスバ部材５の上面と密着して固定される。
【００４１】
ここで、図４により、ワイヤボンドの接合方法について説明する。この実施形態でも、上段バスバ部材６が下段バスバ部材５と別体に構成される。そして、図４に示すように、下段バスバ１１と下段ワイヤ１５とを接合した後に、上段バスバ部材６を下段バスバ部材５に固定し、その後、上段バスバ１３と上段ワイヤ１６とを接合するようにしている。
【００４２】
従って、この実施形態では、下段バスバ１１と下段ワイヤ１５との接合部１５ａに凹部１７を整合させて覆うように、別体の上段バスバ部材６を下段バスバ部材５に固定することが可能となる。このため、第１実施形態に対し、上段バスバ部材６と下段バスバ部材５をよりコンパクトに合体させることができ、これにより省スペース化を図ることができ、半導体モジュール１を更に小型化することができる。
【００４３】
＜第３実施形態＞
次に、本発明におけるワイヤボンドの接合構造及び接合方法を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００４４】
図５に、この実施形態のワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュール１を一部破断して斜視図により示す。図６に、この実施形態のワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュール１を一部破断して分解斜視図により示す。
【００４５】
この実施形態では、第２実施形態の構成に対し、凹部１７と下段ワイヤ１５を省略し、その代わりに下段バスバ１１の一部を延長した舌片状の延長バスバ１１ａを設け、その延長バスバ１１ａを隣接する配線層２４と超音波接合している。また、下段バスバ部材５の上面（下段バスバ１１を含む、）と、上段バスバ部材６の下面をほぼ同じ形状とし、両者を完全に整合させて密着させている。また、上段バスバ１３の投影面と下段バスバ１１の投影面が重なるように配置される。
【００４６】
ここで、図６により、ワイヤボンドの接合方法について説明する。この実施形態でも、上段バスバ部材６が下段バスバ部材５と別体に構成される。そして、図６に示すように、下段バスバ１１の延長バスバ１１ａと配線層２４とを接合した後に、上段バスバ部材６を下段バスバ部材５に固定し、その後、上段バスバ１３と上段ワイヤ１６とを接合するようにしている。
【００４７】
従って、この実施形態によれば、ほぼ完全に下段バスバ１１を覆うように、別体の上段バスバ部材６を下段バスバ部材５の上面に固定することが可能となる。このため、上段バスバ部材６と下段バスバ部材５をよりコンパクトに合体させることができ、これにより、第２実施形態に対し、より省スペース化を図ることができ、半導体モジュール１を更に小型化することができる。
【００４８】
また、図７に断面図により示すように、第２実施形態のように、下段バスバ１１との配線が下段ワイヤ１５を使用したワイヤボンドの場合は、上段バスバ部材６と下段ワイヤ１５とが干渉するおそれがあった。これを回避するために、上段バスバ部材６の高さを大きくして、凹部１７を高くするか、上段バスバ部材６の前面（図７紙面左側）を下段バスバ部材５の前面（図７紙面左側）まで前へ出さないようにする必要があった。これに対し、本実施形態では、図８に断面図により示すように、下段バスバ１１の一部を延長して延長バスバ１１ａとすることで、上記問題を回避することができ、上段バスバ部材６の高さを低く抑えたまま上段バスバ部材６の前面（図８紙面左側）を下段バスバ部材５の前面（図８紙面左側）と一致させることができ、或いは、更に前方（紙面左側）に配置することができる。
【００４９】
＜第４実施形態＞
次に、本発明におけるワイヤボンドの接合構造及び接合方法を具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００５０】
図９に、この実施形態のワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュール１を一部破断して斜視図により示す。図１０に、同じく半導体モジュール１を断面図により示す。図１１及び図１２に、この実施形態のワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュール１を一部破断して分解斜視図により示す。
【００５１】
図９，１０に示すように、この実施形態では、２つの積層体７，８を、ハウジング３の外枠部４に沿って放熱板２上に配置し、それら積層体７，８の間に、各積層体７，８に対応した上段及び下段のバスバ部材５，６，９，１０を設けた点で第３実施形態と構成が異なる。図１０において、鎖線四角Ｓ１，Ｓ２で囲む部分が、第３実施形態と共通する構成を有する部分である。
【００５２】
図９，１０において、前側（紙面左側）の第１の積層体７に対応して、第１の下段バスバ部材５と第１の上段バスバ部材６が設けられる。また、第１の下段バスバ部材５の下段バスバ１１に延長バスバ１１ａが設けられる。この延長バスバ１１ａが、第１の積層体７の配線層２４に超音波接合される。第１の上段バスバ部材６と第２の下段バスバ部材９は一体に構成される。すなわち、第１の上段支持部１４と第２の下段支持部３２とが一体に形成され、第１の上段バスバ１３と第２の下段バスバ３１が一体に形成される。図９，１０において、後側（紙面右側）の第２の積層体７に対応して、第２の下段バスバ部材９と第２の上段バスバ部材１０が設けられる。第２の下段バスバ部材９の第２の下段バスバ３１には、延長バスバ３１ａが設けられる。この延長バスバ３１ａが、第２の積層体８の配線層２４に超音波接合される。第２の下段バスバ部材９の上には、第２の上段バスバ部材１０が固定される。そして、第１の上段バスバ部材６の第１の上段バスバ１３と第１の積層体７の半導体素子２６に、第１の上段ワイヤ１６の両端部が接合される。同様に、第２の上段バスバ部材１０の第２の上段バスバ３３と第２の積層体８の半導体素子２６に、第２の上段ワイヤ３６の両端部が接合される。
【００５３】
ここで、図１１，１２により、ワイヤボンドの接合方法について説明する。この実施形態では、図１１に示すように、第１の下段バスバ部材５と、第２の上段バスバ部材１０と、第１の上段バスバ部材６及び第２の下段バスバ部材９とが互いに別体で構成される。そして、図１１に示すように、第１の下段バスバ１１の延長バスバ１１ａと第１の積層体７の配線層２４とを接合した後に、第１の上段バスバ部材６及び第２の下段バスバ部材９を第１の下段バスバ部材５に組み付けて固定し、第２の下段バスバ３１の延長バスバ３１ａを第２の積層体８の配線層２４に接合する。その後、図１２に示すように、第１の積層体７の半導体素子２６と、第１の上段バスバ１３に、第１の上段ワイヤ１６の両端部を接合し、その後、第２の上段バスバ部材１０を第２の下段バスバ部材９に組み付けて固定する。その後、第２の積層体８の半導体素子２６と、第２の上段バスバ３３に、第２の上段ワイヤ３６の両端部を接合するようにしている。
【００５４】
この実施形態では、第１及び第２の下段バスバ１１，３１のそれぞに延長バスバ１１ａ，３１ａを設けて、対応する積層体７，８の配線層２４に接合するようにしている。このため、第３実施形態と同等の作用効果を得ることができる。また、第１の上段バスバ部材６と第２の下段バスバ部材９を一体に構成している。このため、部品点数を減らすことができ、各バスバ部材５，６，９，１０の組み付け工数を減らすことができる。
【００５５】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することができる。
【００５６】
例えば、前記第３実施形態では、図４に示すように、上段支持部１４に凹部１７を形成したが、図１３に示すように、上段支持部１４の凹部１７の中に仕切壁等の脚部１７ａを設けることもできる。この場合、脚部１７ａが下段バスバ部材５の上面に当接して上段支持部１４の凹部１７の上壁１４ａが支持される。この結果、上段バスバ部材６に上から荷重がかかったときに、凹部１７の上壁１４ａの強度を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
この発明は、半導体モジュール用ハウジングにおけるワイヤボンドの接合に利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
５ 下段バスバ部材（第１の）
６ 上段バスバ部材（第１の）
９ 下段バスバ部材（第２の）
１０ 上段バスバ部材（第２の）
１１ 下段バスバ（第１の）
１１ａ 延長バスバ
１２ 下段支持部（第１の）
１３ 上段バスバ（第１の）
１３ａ 接続端子
１４ 上段支持部（第１の）
１５ 下段ワイヤ（第１の）
１５ａ 接合部
１６ 上段ワイヤ（第１の）
１６ａ 接合部
１６ｂ 接合部
１７ 凹部
１７ａ 脚部
２６ 半導体素子
３１ 下段バスバ（第２の）
３１ａ 延長バスバ
３２ 下段支持部（第２の）
３３ 上段バスバ（第２の）
３４ 上段支持部（第２の）
３６ 上段ワイヤ（第２の）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体モジュール用ハウジングにてワイヤを接合するワイヤボンドの接合構造及び接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載の半導体モジュールが知られている。この半導体モジュールでは、小型化のために、バスバと絶縁層をラミネート構造としていた。すなわち、半導体モジュールは、金属ベースと、金属ベース上に配置された絶縁基板と、絶縁基板上に配置された金属パターンと、金属パターン上に配置された複数の半導体素子と、金属ベース上に配置されたケーシングと、ケーシングに固定された出力端子と、ケーシングに固定された正極端子として機能する正極バスバと、ケーシングに固定され負極端子として機能する負極バスバとを備える。ここで、半導体モジュールは、正極バスバと負極バスバが絶縁層を挟んだラミネート構造を有し、かつ、ラミネート構造は半導体素子の上側に配置される。また、正極バスバと金属半導体パターンは金属ワイヤによって接続される。更に、負極バスバと半導体素子は、金属ワイヤによって接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２００３０６号公報
【特許文献２】特開２００８−１７７２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の半導体モジュールでは、バスバや半導体素子と金属ワイヤとの接続部につき、特に小型化を図ることは考えられていなかった。
【０００５】
ここで、インバータを小型化するためには、中に組み込まれる半導体モジュールを小型化する必要がある。半導体モジュールを小型化するためには、例えば、図１４に示す半導体モジュール５１において、ハウジング５２に設けられる隣接するバスバ５３，５４を高さを変えて多段に配置し、それらに対して下段ワイヤ５６と上段ワイヤ５７を上下に配置して接合することで、省スペース化を図ることが考えられる。下段バスバ５３は下段支持部５５ａに支持され、上段バスバ５４は上段支持部５５ｂに支持される。下段支持部５５ａと上段支持部５５ｂは、階段状に一体に形成される。しかし、上段バスバ５４が、下段バスバ５３と下段ワイヤ５６との接合部５６ａに接近して配置されると、接合機を使用して下段ワイヤ５６を下段バスバ５３に接合するときに、接合機が上段支持部５５ｂと干渉するおそれがある。このため、上段バスバ５４を下段ワイヤ５６の接合部５６ａに近付けることができない。この結果、図１４に示すように、上段支持部５５ｂの前端（紙面左側）を、下段ワイヤ５６の接合部５６ａから充分な間隔Ｄ１だけ離さなければならない。
【０００６】
図１５〜２０には、接合機６１を使用したワイヤボンドの接合プロセスを側面図により示す。先ず、図１５に示すように、ワイヤ６２をガイド６３で斜めに保持しながらワイヤ６２の先端の第１接合部６２ａをツール６４により配線層６５上に接合する。次に、図１６に示すように、ガイド６３をワイヤ６２に沿わせながら、接合機６１を第２接合部６２ｂ（図１７参照）へ向けて斜め上方へ移動させる。このとき、第１接合部６２ａを起点にして第１接合部６２ａと第２接合部６２ｂ（図１７参照）との中間くらいが最高点となるようにループを描く。その後、図１７に示すように、ワイヤ６２の一部をガイド６３で斜めに保持しながらツール６４により第２接合部６２ｂを配線層６５の上に接合する。次に、図１８に示すように、接合機６１を所定距離Ｄ２だけ後退させてカッタ６６を切断点まで移動させる。すなわち、カッタ６６の先端が第２接合部６２ｂより後方になるまで後退させる。次に、図１９に示すように、カッタ６６によりワイヤ６２を切断する。このとき、後方の障害物６７がガイド６３に干渉しないようにする必要がある。その後、図２０に示すように、次の接合点へ向けて接合機６１を移動させる。このとき、後方の障害物６７が接合機６１の軌跡を邪魔しないようにする必要がある。
【０００７】
ここで、上記した第２接合部６２ｂが、上記した下段バスバ５３と下段ワイヤ５６との接合部５６ａに相当する。第２接合部６２ｂに接合した後、図１８に示すように、接合機６１が後退し、カッタ６６の当接点が第２接合部６２ｂより手前になるように一旦後退する。そして、ワイヤ６２を切断後、図２０に示すように、接合機６１は、次の接合点へ向けて斜め上方へ後退する。このとき、第２接合部６２ｂの後方には、図１８に示すように、ワイヤ６２の切断のために接合機６１が後退できるスペースと、図１９に示すように、切断点で接合機６１のガイド６３に高さのある障害物６７が干渉しないようにしなければならない。更に、図２０に示すように、次の接合点に向かうために後退軌跡を確保できるように高さのある障害物６７が接合機６１と干渉しないようなクリアランスを確保しなければならない。
【０００８】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、半導体素子とバスバを多段構造に接合し、前記バスバにワイヤを接合するワイヤボンドにつき、接合機との干渉を防止することを可能としたワイヤボンドの接合構造及び接合方法を提供することにある。また、この発明の別の目的は、上記目的に加え、半導体モジュールの小型化を図ることを可能としたワイヤボンドの接合構造及び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】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、バスバを多段構造に構成し、バスバにワイヤを接合するワイヤボンドの接合構造において、上段バスバ及びそれを支持する上段支持部を含む上段バスバ部材が、下段バスバ及びそれを支持する下段支持部を含む下段バスバ部材と別体に構成され、下段バスバと下段ワイヤとが接合され、前記上段バスバ部材が前記下段バスバ部材に固定され、前記上段バスバと上段ワイヤとが接合されたことを趣旨とする。
【００１０】
上記発明の構成によれば、下段バスバと下段ワイヤとを接合した後に、上段バスバ部材を下段バスバ部材に固定し、その後に、上段バスバと上段ワイヤとを接合することにより、先に、下段ワイヤを下段バスバに接合するときに、上段バスバ部材が存在しなくなる。
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、下段バスバ部材の上面であって、下段バスバと下段ワイヤとの接合部の近傍を除く領域に、上段バスバ部材が固定されたことを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、先に下段バスバに接合した下段ワイヤとの接合部に近寄らせて、上段バスバ部材を下段バスバ部材に固定することが可能となる。
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、下段バスバ部材の上面に上段バスバ部材が固定されると共に、上段支持部の一部であって、下段バスバ部材との密着面に、下段ワイヤとの干渉を避けるための凹部が形成されたことを趣旨とする。
【００１４】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、下段バスバと下段ワイヤとの接合部に凹部を整合させて覆うように、別体の上段バスバ部材を下段バスバ部材に固定することが可能となる。
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、上段支持部の凹部の中に、少なくとも一つの脚部が設けられたことを趣旨とする。
【００１６】
上記発明の構成によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、脚部が下段バスバ部材の上面に当接して上段支持部の凹部の上壁が支持される。
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、下段ワイヤの代わりに、下段バスバの一部を延長した延長バスバが設けられたことを趣旨とする。
【００１８】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、ほぼ完全に下段バスバを覆うように、別体の上段バスバ部材を下段バスバ部材の上面に固定することが可能となる。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、バスバを多段構造に構成し、バスバにワイヤを接合するワイヤボンドの接合方法において、上段バスバ及びそれを支持する上段支持部を含む上段バスバ部材を、下段バスバ及びそれを支持する下段支持部を含む下段バスバ部材と別体に構成し、下段バスバと下段ワイヤとを接合した後に、上段バスバ部材を下段バスバ部材に固定し、その後に、上段バスバと上段ワイヤとを接合することを趣旨とする。
【００２０】
上記発明の構成によれば、下段バスバと下段ワイヤとを接合した後に、上段バスバ部材を下段バスバ部材に固定し、その後に、上段バスバと上段ワイヤとを接合することにより、先に、下段ワイヤを下段バスバに接合するときに、上段バスバ部材が存在しなくなる。また、先に下段バスバに接合した下段ワイヤとの接合部に近寄らせて、上段バスバ部材を下段バスバ部材に固定することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、バスバを多段構造に構成し、バスバにワイヤを接合するワイヤボンドにつき、下段ワイヤを下段バスバに接合するときに、接合機の上段バスバ部材との干渉を防止することができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、上段バスバ部材と下段バスバ部材をコンパクトに合体させることができ、半導体モジュールを小型化することができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に対し、上段バスバ部材と下段バスバ部材をよりコンパクトに合体させることができ、これにより省スペース化を図ることができ、半導体モジュールを更に小型化することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に対し、上段バスバ部材に上から荷重がかかったときに、凹部の上壁の強度を高めることができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に対し、上段バスバ部材と下段バスバ部材をよりコンパクトに合体させることができ、これにより省スペース化を図ることができ、半導体モジュールを更に小型化することができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、バスバを多段構造に構成し、バスバにワイヤを接合するワイヤボンドにつき、下段ワイヤを下段バスバに接合するときに、接合機との干渉を防止することができ、半導体モジュールの小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュールを一部破断して示す斜視図。
【図２】同実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。
【図３】第２実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュールを一部破断して示す斜視図。
【図４】同実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。
【図５】第３実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュールを一部破断して示す斜視図。
【図６】同実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。
【図７】第２実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造の一部を示す断面図。
【図８】第３実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造の一部を示す断面図。
【図９】第４実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュールを一部破断して示す斜視図。
【図１０】同実施形態に係り、ワイヤボンドの接合構造の一部を示す断面図。
【図１１】同実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。
【図１２】同実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。
【図１３】別の実施形態に係り、ワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュールを一部破断して示す分解斜視図。
【図１４】従来例に係り、ワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュールを一部破断して示す斜視図。
【図１５】従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。
【図１６】従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。
【図１７】従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。
【図１８】従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。
【図１９】従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。
【図２０】従来例に係り、接合機を使用したワイヤの接合のための一工程を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
＜第１実施形態＞
以下、本発明におけるワイヤボンドの接合構造及び接合方法を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図１に、この実施形態のワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュール１を一部破断して斜視図により示す。図２に、この実施形態のワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュール１を一部破断して分解斜視図により示す。図１に示すように、この実施形態におけるワイヤボンドの接合構造は、放熱板２の上に絶縁材料よりなるハウジング３が固定される。ハウジング３と放熱板２は、シリコーン接着剤又はエポキシ接着剤により接合される。ハウジング３と放熱板２は、接着材の他に、ネジなどの締め付けにより接合することもできる。ハウジング３は、熱可塑性樹脂等の樹脂より形成され、絶縁性を有する。
【００３０】
図１に示すように、ハウジング３は、外枠部４と、その内側に外枠部４と直交する方向に伸びる下段バスバ部材５と、下段バスバ部材５とは別体に構成され、下段バスバ部材５の上に固定される上段バスバ部材６とを備える。下段バスバ部材５の高さは、外枠部４の高さの半分程度となっている。下段バスバ部材５は、下段バスバ１１及びそれを支持する下段支持部１２を含む。下段バスバ１１は、下段支持部１２の上面と面一になるようにインサート成形される。上段バスバ部材６は、上段バスバ１３及びそれを支持する上段支持部１４を含む。上段バスバ１３は、上段支持部１４の上面と面一になるようにインサート成形される。上段バスバ１３の一端部は、階段形状に折り曲げられて接続端子１３ａとなっている。この接続端子１３ａは、外枠部４の上面に凹み形成された端子台４ａ（図２参照）に嵌め込まれ、固定される。この接続端子１３ａは、端子台４ａに対し、ネジにより固定されるようになっている。この接続端子１３ａを、ネジの他に、嵌合により、又は接着により固定することもできる。この端子台４ａに隣接して外枠部４には、別の端子台４ｂが設けられる。各端子台４ａ，４ｂには、ナット（図示略）が埋め込まれ、外部のバスバと孔を使ってネジで締結されるようになっている。下段バスバ１１及び上段バスバ１３は、導電性の良いアルミ又は銅、或いはアルミ及び銅の合金により形成される。腐食防止のために、各バスバ１１，１３に、ニッケル等のメッキを施すこともできる。
【００３１】
図１に示すように、下段バスバ部材５に隣接して、放熱板２の上には、積層体７が固定される。この積層体７は、下から順に積層された接合層２１、金属接合層２２、絶縁層２３、配線層２４、接合層２５及び半導体素子２６により構成される。半導体素子２６は、配線層２４の上面の前側（図１紙面左側）に接合層２５を介して接合される。
【００３２】
配線層２４の上面の後側（図１紙面右側）の部分と下段バスバ１１には、一対の下段ワイヤ１５の両端部がそれぞれ接合される。すなわち、２本の下段ワイヤ１５の一端部が配線層２４の上面に接合され、その他端部が下段バスバ１１の上面に接合される。更に、半導体素子２６の上面と上段バスバ１３には、一対の下段ワイヤ１５を覆うように、一対の上段ワイヤ１６の両端部がそれぞれ接合される。すなわち、２本の上段ワイヤ１６の一端部が半導体素子２６の上面に接合され、その他端部が上段バスバ１３の上面に接合される。各ワイヤ１５，１６の接合には、超音波接合を使ったワイヤボンド、リボンボンド、テープボンド、或いは、レーザ用着が採用される。この実施形態では、下段バスバ１１と下段ワイヤ１５とが接合され、上段バスバ部材６が下段バスバ部材５に固定され、上段バスバ１３と上段ワイヤ１６とが接合される。
【００３３】
この実施形態では、下段バスバ部材６の上面であって、下段バスバ１１と下段ワイヤ１５との接合部１５ａの近傍を除く領域に、上段バスバ部材６が固定される。詳しくは、下段バスバ部材５の上面であって、下段バスバ１１と下段ワイヤ１５との接合部１５ａよりも後側（図１紙面右側）だけに、上段バスバ部材６が固定される。これにより、下段バスバ部材５と上段バスバ部材６とが、階段状に組み合わされる。この固定状態では、下段バスバ１１の一部に上段バスバ部材６が重なり、その上段支持部１４の上面に上段バスバ１３が位置する。
【００３４】
ここで、図２により、ワイヤボンドの接合方法について説明する。この実施形態では、配置高さの異なる下段ワイヤ１５と上段ワイヤ１６との接合において、上段バスバ部材６を下段バスバ部材５と別体に構成し、下段バスバ１１と下段ワイヤ１５とを接合した後に、上段バスバ部材６を下段バスバ部材５の上面に固定し、その後に、上段バスバ１３と上段ワイヤ１６とを接合するようにしている。
【００３５】
従って、この実施形態によれば、先に、下段ワイヤ１５を下段バスバ１１に接合するときに、上段バスバ部材６が存在しなくなる。この結果、下段ワイヤ１５を下段バスバ１１に接合するときに、接合機（図示略）の上段バスバ部材６との干渉を防止することができる。また、先に下段バスバ１１に接合した下段ワイヤ１５の接合部１５ａに近寄らせて、上段バスバ部材６を下段バスバ部材５の上面に固定することが可能となる。この結果、上段バスバ部材６と下段バスバ部材５をコンパクトに合体させることができ、半導体モジュール１を小型化することができる。
【００３６】
また、この実施形態では、接合部１５ａに近寄らせて上段バスバ部材６を下段バスバ部材５に固定できるので、上段バスバ部材６を半導体素子２６に近付けることができる。このため、上段ワイヤ１６の両端の接合部１６ａ，１６ｂが互いに近くなり、上段ワイヤ１６を比較的短くすることができる。この結果、上段ワイヤ１６のコストを低減させることができる。また、半導体モジュール１を小型化できるので、ハウジング３の使用材料、放熱板２の材料、半導体素子２６を封止する封止材等の使用量を減らすことができ、その意味で製品の低コスト化を図ることができる。更に、上段ワイヤ１６を短くできる分だけ、その抵抗が低減し、上段ワイヤ１６の発熱が減り、上段ワイヤ１６の信頼性を向上させることができる。また、上段ワイヤ１６が短くなるので、上段ワイヤ１６からの電磁ノイズの発生を減少させることができる。更に、電流の通電方向が反対に流れる同士の２本の下段バスバ１１と上段バスバ１３との距離が近くなるので、相互インダクタンスを低減することができる。すなわち、半導体素子２６のスイッチングによるサージ、電圧上昇を低減することができ、半導体素子２６の破壊を防ぐことができる。
【００３７】
＜第２実施形態＞
次に、本発明におけるワイヤボンドの接合構造及び接合方法を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
なお、以下の説明において第１実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。
【００３９】
図３に、この実施形態のワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュール１を一部破断して斜視図により示す。図４に、この実施形態のワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュール１を一部破断して分解斜視図により示す。
【００４０】
この実施形態では、上段バスバ部材６の点で第１実施形態と構成が異なる。すなわち、図３，４に示すように、下段バスバ部材５の上面をほぼ覆うように上段バスバ部材６が固定される。すなわち、上段バスバ部材６の投影面と、下段バスバ部材５の投影面とがほぼ重なるように両者５，６が積層される。また、上段支持部１４の一部であって、下段バスバ部材５との密着面に、下段ワイヤ１５との干渉を避けるための凹部１７が形成される。そして、上段支持部１４の、この凹部１７以外の部分が、下段バスバ部材５の上面と密着して固定される。
【００４１】
ここで、図４により、ワイヤボンドの接合方法について説明する。この実施形態でも、上段バスバ部材６が下段バスバ部材５と別体に構成される。そして、図４に示すように、下段バスバ１１と下段ワイヤ１５とを接合した後に、上段バスバ部材６を下段バスバ部材５に固定し、その後、上段バスバ１３と上段ワイヤ１６とを接合するようにしている。
【００４２】
従って、この実施形態では、下段バスバ１１と下段ワイヤ１５との接合部１５ａに凹部１７を整合させて覆うように、別体の上段バスバ部材６を下段バスバ部材５に固定することが可能となる。このため、第１実施形態に対し、上段バスバ部材６と下段バスバ部材５をよりコンパクトに合体させることができ、これにより省スペース化を図ることができ、半導体モジュール１を更に小型化することができる。
【００４３】
＜第３実施形態＞
次に、本発明におけるワイヤボンドの接合構造及び接合方法を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００４４】
図５に、この実施形態のワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュール１を一部破断して斜視図により示す。図６に、この実施形態のワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュール１を一部破断して分解斜視図により示す。
【００４５】
この実施形態では、第２実施形態の構成に対し、凹部１７と下段ワイヤ１５を省略し、その代わりに下段バスバ１１の一部を延長した舌片状の延長バスバ１１ａを設け、その延長バスバ１１ａを隣接する配線層２４と超音波接合している。また、下段バスバ部材５の上面（下段バスバ１１を含む、）と、上段バスバ部材６の下面をほぼ同じ形状とし、両者を完全に整合させて密着させている。また、上段バスバ１３の投影面と下段バスバ１１の投影面が重なるように配置される。
【００４６】
ここで、図６により、ワイヤボンドの接合方法について説明する。この実施形態でも、上段バスバ部材６が下段バスバ部材５と別体に構成される。そして、図６に示すように、下段バスバ１１の延長バスバ１１ａと配線層２４とを接合した後に、上段バスバ部材６を下段バスバ部材５に固定し、その後、上段バスバ１３と上段ワイヤ１６とを接合するようにしている。
【００４７】
従って、この実施形態によれば、ほぼ完全に下段バスバ１１を覆うように、別体の上段バスバ部材６を下段バスバ部材５の上面に固定することが可能となる。このため、上段バスバ部材６と下段バスバ部材５をよりコンパクトに合体させることができ、これにより、第２実施形態に対し、より省スペース化を図ることができ、半導体モジュール１を更に小型化することができる。
【００４８】
また、図７に断面図により示すように、第２実施形態のように、下段バスバ１１との配線が下段ワイヤ１５を使用したワイヤボンドの場合は、上段バスバ部材６と下段ワイヤ１５とが干渉するおそれがあった。これを回避するために、上段バスバ部材６の高さを大きくして、凹部１７を高くするか、上段バスバ部材６の前面（図７紙面左側）を下段バスバ部材５の前面（図７紙面左側）まで前へ出さないようにする必要があった。これに対し、本実施形態では、図８に断面図により示すように、下段バスバ１１の一部を延長して延長バスバ１１ａとすることで、上記問題を回避することができ、上段バスバ部材６の高さを低く抑えたまま上段バスバ部材６の前面（図８紙面左側）を下段バスバ部材５の前面（図８紙面左側）と一致させることができ、或いは、更に前方（紙面左側）に配置することができる。
【００４９】
＜第４実施形態＞
次に、本発明におけるワイヤボンドの接合構造及び接合方法を具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００５０】
図９に、この実施形態のワイヤボンドの接合構造を、半導体モジュール１を一部破断して斜視図により示す。図１０に、同じく半導体モジュール１を断面図により示す。図１１及び図１２に、この実施形態のワイヤボンドの接合方法の一工程を、半導体モジュール１を一部破断して分解斜視図により示す。
【００５１】
図９，１０に示すように、この実施形態では、２つの積層体７，８を、ハウジング３の外枠部４に沿って放熱板２上に配置し、それら積層体７，８の間に、各積層体７，８に対応した上段及び下段のバスバ部材５，６，９，１０を設けた点で第３実施形態と構成が異なる。図１０において、鎖線四角Ｓ１，Ｓ２で囲む部分が、第３実施形態と共通する構成を有する部分である。
【００５２】
図９，１０において、前側（紙面左側）の第１の積層体７に対応して、第１の下段バスバ部材５と第１の上段バスバ部材６が設けられる。また、第１の下段バスバ部材５の下段バスバ１１に延長バスバ１１ａが設けられる。この延長バスバ１１ａが、第１の積層体７の配線層２４に超音波接合される。第１の上段バスバ部材６と第２の下段バスバ部材９は一体に構成される。すなわち、第１の上段支持部１４と第２の下段支持部３２とが一体に形成され、第１の上段バスバ１３と第２の下段バスバ３１が一体に形成される。図９，１０において、後側（紙面右側）の第２の積層体７に対応して、第２の下段バスバ部材９と第２の上段バスバ部材１０が設けられる。第２の下段バスバ部材９の第２の下段バスバ３１には、延長バスバ３１ａが設けられる。この延長バスバ３１ａが、第２の積層体８の配線層２４に超音波接合される。第２の下段バスバ部材９の上には、第２の上段バスバ部材１０が固定される。そして、第１の上段バスバ部材６の第１の上段バスバ１３と第１の積層体７の半導体素子２６に、第１の上段ワイヤ１６の両端部が接合される。同様に、第２の上段バスバ部材１０の第２の上段バスバ３３と第２の積層体８の半導体素子２６に、第２の上段ワイヤ３６の両端部が接合される。
【００５３】
ここで、図１１，１２により、ワイヤボンドの接合方法について説明する。この実施形態では、図１１に示すように、第１の下段バスバ部材５と、第２の上段バスバ部材１０と、第１の上段バスバ部材６及び第２の下段バスバ部材９とが互いに別体で構成される。そして、図１１に示すように、第１の下段バスバ１１の延長バスバ１１ａと第１の積層体７の配線層２４とを接合した後に、第１の上段バスバ部材６及び第２の下段バスバ部材９を第１の下段バスバ部材５に組み付けて固定し、第２の下段バスバ３１の延長バスバ３１ａを第２の積層体８の配線層２４に接合する。その後、図１２に示すように、第１の積層体７の半導体素子２６と、第１の上段バスバ１３に、第１の上段ワイヤ１６の両端部を接合し、その後、第２の上段バスバ部材１０を第２の下段バスバ部材９に組み付けて固定する。その後、第２の積層体８の半導体素子２６と、第２の上段バスバ３３に、第２の上段ワイヤ３６の両端部を接合するようにしている。
【００５４】
この実施形態では、第１及び第２の下段バスバ１１，３１のそれぞに延長バスバ１１ａ，３１ａを設けて、対応する積層体７，８の配線層２４に接合するようにしている。このため、第３実施形態と同等の作用効果を得ることができる。また、第１の上段バスバ部材６と第２の下段バスバ部材９を一体に構成している。このため、部品点数を減らすことができ、各バスバ部材５，６，９，１０の組み付け工数を減らすことができる。
【００５５】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することができる。
【００５６】
例えば、前記第３実施形態では、図４に示すように、上段支持部１４に凹部１７を形成したが、図１３に示すように、上段支持部１４の凹部１７の中に仕切壁等の脚部１７ａを設けることもできる。この場合、脚部１７ａが下段バスバ部材５の上面に当接して上段支持部１４の凹部１７の上壁１４ａが支持される。この結果、上段バスバ部材６に上から荷重がかかったときに、凹部１７の上壁１４ａの強度を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
この発明は、半導体モジュール用ハウジングにおけるワイヤボンドの接合に利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
５ 下段バスバ部材（第１の）
６ 上段バスバ部材（第１の）
９ 下段バスバ部材（第２の）
１０ 上段バスバ部材（第２の）
１１ 下段バスバ（第１の）
１１ａ 延長バスバ
１２ 下段支持部（第１の）
１３ 上段バスバ（第１の）
１３ａ 接続端子
１４ 上段支持部（第１の）
１５ 下段ワイヤ（第１の）
１５ａ 接合部
１６ 上段ワイヤ（第１の）
１６ａ 接合部
１６ｂ 接合部
１７ 凹部
１７ａ 脚部
２６ 半導体素子
３１ 下段バスバ（第２の）
３１ａ 延長バスバ
３２ 下段支持部（第２の）
３３ 上段バスバ（第２の）
３４ 上段支持部（第２の）
３６ 上段ワイヤ（第２の）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バスバを多段構造に構成し、前記バスバにワイヤを接合するワイヤボンドの接合構造において、
上段バスバ及びそれを支持する上段支持部を含む上段バスバ部材が、下段バスバ及びそれを支持する下段支持部を含む下段バスバ部材と別体に構成され、
前記下段バスバと下段ワイヤとが接合され、前記上段バスバ部材が前記下段バスバ部材に固定され、前記上段バスバと上段ワイヤとが接合されたことを特徴とするワイヤボンドの接合構造。
【請求項２】
前記下段バスバ部材の上面であって、前記下段バスバと前記下段ワイヤとの接合部の近傍を除く領域に、前記上段バスバ部材が固定されたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンドの接合構造。
【請求項３】
前記下段バスバ部材の上面に前記上段バスバ部材が固定されると共に、前記上段支持部の一部であって、前記下段バスバ部材との密着面に、前記下段ワイヤとの干渉を避けるための凹部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンドの接合構造。
【請求項４】
前記上段支持部の前記凹部の中に、少なくとも一つの脚部が設けられたことを特徴とする請求項３に記載のワイヤボンドの接合構造。
【請求項５】
前記下段ワイヤの代わりに、前記下段バスバの一部を延長した延長バスバが設けられたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンドの接合構造。
【請求項６】
バスバを多段構造に構成し、前記バスバにワイヤを接合するワイヤボンドの接合方法において、
上段バスバ及びそれを支持する上段支持部を含む上段バスバ部材を、下段バスバ及びそれを支持する下段支持部を含む下段バスバ部材と別体に構成し、
前記下段バスバと下段ワイヤとを接合した後に、前記上段バスバ部材を前記下段バスバ部材に固定し、その後に、前記上段バスバと上段ワイヤとを接合することを特徴とするワイヤボンドの接合方法。
【請求項１】
バスバを多段構造に構成し、前記バスバにワイヤを接合するワイヤボンドの接合構造において、
上段バスバ及びそれを支持する上段支持部を含む上段バスバ部材が、下段バスバ及びそれを支持する下段支持部を含む下段バスバ部材と別体に構成され、
前記下段バスバと下段ワイヤとが接合され、前記上段バスバ部材が前記下段バスバ部材に固定され、前記上段バスバと上段ワイヤとが接合されたことを特徴とするワイヤボンドの接合構造。
【請求項２】
前記下段バスバ部材の上面であって、前記下段バスバと前記下段ワイヤとの接合部の近傍を除く領域に、前記上段バスバ部材が固定されたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンドの接合構造。
【請求項３】
前記下段バスバ部材の上面に前記上段バスバ部材が固定されると共に、前記上段支持部の一部であって、前記下段バスバ部材との密着面に、前記下段ワイヤとの干渉を避けるための凹部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンドの接合構造。
【請求項４】
前記上段支持部の前記凹部の中に、少なくとも一つの脚部が設けられたことを特徴とする請求項３に記載のワイヤボンドの接合構造。
【請求項５】
前記下段ワイヤの代わりに、前記下段バスバの一部を延長した延長バスバが設けられたことを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンドの接合構造。
【請求項６】
バスバを多段構造に構成し、前記バスバにワイヤを接合するワイヤボンドの接合方法において、
上段バスバ及びそれを支持する上段支持部を含む上段バスバ部材を、下段バスバ及びそれを支持する下段支持部を含む下段バスバ部材と別体に構成し、
前記下段バスバと下段ワイヤとを接合した後に、前記上段バスバ部材を前記下段バスバ部材に固定し、その後に、前記上段バスバと上段ワイヤとを接合することを特徴とするワイヤボンドの接合方法。
【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】
【公開番号】特開２０１２−８９５４８（Ｐ２０１２−８９５４８Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３２３５１（Ｐ２０１０−２３２３５１）
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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