本发明专利技术提供一种能够提高焊接部的接合强度的激光焊接方法、激光焊接夹具、以及使用该方法进行制造的半导体装置。通过利用激光焊接夹具(100)的按压部即多个爪部(39)进行按压，使第一构件即第一被焊接构件(1)与第二构件即第二被焊接构件(2)之间的间隙(10)为300μm以下，并向被爪部(39)夹持的部位的第二被焊接构件(2)照射激光(35)来对2个构件(1、2)进行激光焊接。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光焊接方法、激光焊接夹具、以及使用该激光焊接方法制成的半导体装置。
技术介绍
图15是通常的功率半导体模块500的结构图。该功率半导体模块500包括:散热底座51、经由焊料等接合材料52将背面导体图案53固定在该散热底座51上的DCB (directcopper bonding:直接覆铜)基板54、经由焊料等接合材料56而固定在DCB基板54的表面侧导体图案55上的半导体芯片57、固定在散热底座51上的端子嵌入型树脂壳体58、以及固定在该端子嵌入型树脂壳体58上的端子59、60、61。功率半导体模块500还具备:半导体芯片57所未图示的表面电极、栅极垫；将表面电极、栅极垫、表面侧导体图案55与端子59、60、61分别连接的接合线62、以及填充在端子嵌入型树脂壳体58内的封胶材料63。DCB基板54由陶瓷绝缘基板54a、背面导体图案53及表面侧导体图案55构成。 近年来，功率半导体模块500要求增大其电流容量及实现小型化，随之带来的是半导体芯片57要能够通过大电流并具有比以往要小的形状，因此是在高电流密度下使用。由此可知，近年来功率半导体模块500的重要技术问题在于使半导体芯片57所产生的热量高效地散热，以确保在高功率动作下的可靠性。为了解决这一问题，使用通电路径的截面积比现有的接合线62要大、从而热容更大的引线框来代替接合线62，还将其用作为布线用端子或外部导出端子。存在以下布线结构:将该布线用端子与半导体芯片57的上表面侧的主电极面接合，将布线用端子有效地用于传热路径，从而使半导体芯片57所产生的热量也能从上表面侧进行散热。此外，作为提高所述散热性和使芯片温度分布平均化的技术手段，专利文献I中记载了将高传热性的散热器与半导体芯片的上表面接合，从而使半导体芯片中央部的热量向周围散发的结构。在上述布线结构中，使用引线框来将外部导出端子与所述布线用端子之间相接合除了使用电阻焊接、超声波接合之外，还可以使用专利文献2所记载的激光焊接。激光焊接是用激光的能量将被焊接材料熔融之后，使其冷却并凝固从而将被焊接材料彼此接合的方法。激光焊接不同于电阻焊接或超声波接合等接合方法，其具有接合设备无需与构件进行接触就能进行接合的特征。激光焊接已知有连续地照射激光来使被焊接材料熔融的缝焊、和用高输出的脉冲波来照射激光从而使被焊接材料局部熔融的点焊。该点焊的激光能量密度较高，因此与缝焊相比能够实现深熔，从而即使是在被焊接材料使用具有一定厚度的金属板材且金属板材相互重叠的状态下也能够进行接合。另外，专利文献3中公开了在多个部位对引线框端子进行激光焊接、以及在重叠的被焊接材料的要进行激光焊接的部分预先形成凹凸部来对被焊接材料进行定位。另外，专利文献4中公开了使引线框端子的激光焊接部位露出到树脂外。 另外，专利文献5中公开了通过按压引线框来进行激光焊接、以及用圆柱状或棱柱状的用于散热的导热探针按压激光焊接部位来进行激光焊接。另外，专利文献6中公开了对激光焊接部位进行镀敷处理、以及用树脂覆盖在半导体芯片上以使飞溅物不会飞散到半导体芯片等上。 另外，专利文献7中公开了镀敷材料为镍、钯、金等。另外，专利文献8中公开了通过使引线框局部变薄来降低刚性。 另外，专利文献9中公开了通过切口来进行激光焊接。 现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利特开2000 - 307058号公报专利文献2:日本专利特开2004 - 96135号公报 专利文献3:日本专利特开2001-45634号公报(图1?图7) 专利文献4:日本专利特开2007-265962号公报(图2、图8) 专利文献5:日本专利特开2009-190067号公报(第0007、0008、0017段) 专利文献6:W02009-81723说明书(图1、图8、第0024段) 专利文献7:日本专利特开2011-77278号公报(第0026段) 专利文献8:日本专利特开2008-98585号公报(第0043段) 专利文献9:日本专利特开平7 - 14969号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题由于功率半导体模块500能够进行大电流的控制，因此能够用于电动汽车的发动机控制、发动机驱动用控制装置等所有领域，在应用到这些领域时，功率半导体模块500要求具有更小的尺寸和更高的可靠性。模块小型化的对策之一是半导体芯片57的小型化，而随着半导体芯片57的小型化，半导体芯片57的电流密度会变高，而为了确保高功率动作下的高可靠性，使半导体芯片57所产生的热量高效地散热就成为了技术问题。为了提高散热性，将布线用端子与半导体芯片57的主电极面接合，并将所述外部导出端子与所述布线用端子激光焊接时，激光焊接部的结合状态会影响到散热性及通电性等接合部的长期可靠性。若激光焊接部的接合面积变小，则不仅散热路径会变窄，而且在通过大电流时有可能会变成异常的发热部位。 另外，若功率半导体模块500等半导体装置在温度变化剧烈的环境下使用，则随着大电流的通过，模块发热会导致模块整体和局部产生热变形，从而会在激光焊接部发生应力集中。导致激光焊接部的结合状态不稳定的主要因素有外部导出端子与布线用端子的错位、及端子之间的间隙。这些错位、间隙是由于构件(外部导出端子与布线用端子)的尺寸公差、组装公差、组装操作性、模块热变形等各种因素引起的。另外，重合端子的错位有可能会导致激光穿透端子或模块损伤。此外，在端子之间的间隙较大的情况下，热能有可能无法传递到下侧的端子，从而引起无法接合的状态。S卩，在将外部导出端子与布线用端子激光焊接的结构中，重要的是将端子的错位和端子之间的间隙控制在最低限度，从而形成稳定的激光焊接部。 而上述专利文献I?9中并没有记载使用具有多个按压部的激光焊接夹具来从一侧按压重叠的被焊接构件并进行激光焊接。本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种提高了焊接部的接合强度的半导体装置、激光焊接方法及激光焊接夹具。 解决技术问题所采用的技术方案为了达到上述目的，本专利技术的半导体装置的特征在于，包括:陶瓷绝缘基板；固定于所述陶瓷绝缘基板的表面的表面导体图案；与所述表面导体图案电连接的半导体芯片；与所述半导体芯片电连接的第一构件；以及在一个以上的部位与所述第一构件激光焊接在一起并电连接的第二构件，在所述激光焊接部位的所述第一构件与所述第二构件之间的间隙在300 μ m以下。上述结构能够提高第一构件与第二构件的接合强度。 另外，上述半导体装置中，所述激光焊接部位的外部边缘之间的距离优选在2mm以下。根据上述结构，由于焊接部之间的距离较短，因此能够提高第一构件与第二构件的接合强度。 另外，上述半导体装置中，所述第一构件的厚度优选在0.5mm以上，所述第二构件的厚度优选在Imm以下。根据上述结构，激光的能量能够充分地热传导至第一构件，能够提高第一构件与第二构件的接合强度。 另外，上述半导体装置中，优选至少在所述激光焊接部位的所述第一构件及所述第二构件为平面。根据上述结构，第一构件与第二构件的间隙很容易达到300 μm以下。 另外，上述半导体装置中，优选在所述第一构件和所述第二构件设置用于对所述第一构件与所述第二构件进行定位的嵌合部，所述激光焊接部位在所述嵌合部以外的部位本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，包括：陶瓷绝缘基板；固定于所述陶瓷绝缘基板的表面的表面导体图案；与所述表面导体图案电连接的半导体芯片；与所述半导体芯片电连接的第一构件；以及在一个以上的部位与所述第一构件激光焊接在一起并电连接的第二构件，在所述激光焊接部位处，所述第一构件与所述第二构件之间的间隙在300μm以下。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：玉井雄大，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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