本公開涉及端子連接構(gòu)造等。

背景技術(shù)：

已知將電子元件的外部連接用的端子(陽側(cè))插入至基板的貫通孔(陰側(cè))，并使用焊料等來與基板的配線連接的構(gòu)造。作為一例，能夠列舉將對半導(dǎo)體元件進(jìn)行了樹脂密封的半導(dǎo)體模塊的外部連接用的端子插入至基板的貫通孔，并使用焊料等來與基板的配線連接的半導(dǎo)體裝置(例如參照專利文獻(xiàn)1)。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2010-199622號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

然而，在上述專利文獻(xiàn)1公開的技術(shù)中，需要使用焊料等來將端子與配線連接的工序，因此制造工序變得復(fù)雜。因此，優(yōu)選的是不使用焊料等來將端子與配線連接，而是在不使用焊料等的情況下將陽側(cè)的端子與陰側(cè)的端子連接的端子連接構(gòu)造。在該情況下，采用充分地考慮了端子的耐久性的構(gòu)造比較有用。

本公開目的在于提供一種能夠提高端子的耐久性的端子連接構(gòu)造等。

用于解決課題的方案

根據(jù)本公開的一方案，提供一種端子連接構(gòu)造，具備：

陽端子；及

陰端子，具有彈性，以從兩側(cè)夾住上述陽端子的方式與上述陽端子嵌合，

上述陽端子包括：母材、覆蓋上述母材的第一基底層、覆蓋上述第一基底層的第二基底層及覆蓋上述第二基底層的最表層，

上述第一基底層和上述第二基底層硬度不同。

發(fā)明效果

根據(jù)本公開，可得到能夠提高端子的耐久性的端子連接構(gòu)造等。

附圖說明

圖1是例示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的圖。

圖2是例示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊的立體圖。

圖3是例示陽端子與陰端子嵌合的部分的構(gòu)造的剖視示意圖。

圖4是用于對耐久性的提高進(jìn)行說明的剖視示意圖。

圖5是第一基底層1621及第二基底層1622對母材的翹曲降低效果的說明圖。

圖6是提高第二基底層1622(非電解NiP鍍層)的硬度的方法的說明圖。

圖7是提高第二基底層1622(非電解NiP鍍層)的硬度的另一方法的說明圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖并詳細(xì)地對各實(shí)施例進(jìn)行說明。在各實(shí)施方式中，作為端子連接構(gòu)造的一例，而對作為半導(dǎo)體模塊的外部連接用的端子的陽端子與內(nèi)置于安裝在基板上的連接器中的陰端子嵌合的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說明，但是不限定于此。例如，也可以是作為不內(nèi)置半導(dǎo)體元件的電子元件(例如電容器等)的外部連接用的端子的陽端子與內(nèi)置于安裝在基板上的連接器中的陰端子嵌合。另外，也可以是從安裝在第一基板上的第一連接器突出的陽端子與內(nèi)置于安裝在第二基板上的第二連接器中的陰端子嵌合。另外，在各附圖中，對于相同的構(gòu)成部分標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，并有時(shí)省略重復(fù)的說明。

<第一實(shí)施方式>

圖1是例示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的圖，圖1(a)是立體圖，圖1(b)是沿著與圖1(a)的YZ平面平行且通過陽端子16(后述)的平面的剖視圖。參照圖1，半導(dǎo)體裝置1具有：半導(dǎo)體模塊10、基板20及連接器30。在半導(dǎo)體裝置1中，作為半導(dǎo)體模塊10的外部連接用的端子的陽端子16及17經(jīng)由基板20而與內(nèi)置于連接器30中的陰端子31嵌合。

以下，詳細(xì)說明半導(dǎo)體裝置1。首先，對半導(dǎo)體模塊10、基板20及連接器30簡單地進(jìn)行說明，接下來，對半導(dǎo)體模塊10的陽端子16及17與連接器30的陰端子31嵌合的部分的構(gòu)造(端子連接構(gòu)造)詳細(xì)地進(jìn)行說明。

首先，對半導(dǎo)體模塊10進(jìn)行說明。半導(dǎo)體模塊10只要具備作為外部連接用的端子的陽端子即可，內(nèi)部構(gòu)造任意，但是在本實(shí)施方式中，以具備IGBT(Insulated gate bipolar transistor：絕緣柵雙極型晶體管)及二極管的半導(dǎo)體模塊為例而進(jìn)行以下的說明。

圖2是例示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體模塊的立體圖。參照圖1及圖2，半導(dǎo)體模塊10具有：金屬板11、金屬板12、金屬板13、金屬板14、金屬板15、多個(gè)陽端子16、多個(gè)陽端子17及密封樹脂18。

在半導(dǎo)體模塊10中，以夾于金屬板11及14的方式安裝有第一半導(dǎo)體元件(未圖示)。另外，以夾于金屬板13及15的方式安裝有第二半導(dǎo)體元件(未圖示)。

金屬板11、12及13與第一半導(dǎo)體元件和第二半導(dǎo)體元件中的任一方或雙方的電極電連接，能夠作為第一及第二半導(dǎo)體元件的輸入輸出端子的一部分使用。另外，金屬板11～15能夠?qū)⒌谝话雽?dǎo)體元件或第二半導(dǎo)體元件動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的熱量向外部放出。

作為金屬板11～15的材料，例如能夠使用銅(Cu)或鋁(Al)等。也可以對金屬板11～15的表面實(shí)施電鍍處理。金屬板11～15例如能夠由引線框制作。

第一半導(dǎo)體元件例如是構(gòu)成搭載于車輛的逆變電路或升降壓轉(zhuǎn)換電路的一部分的IGBT及連接在IGBT的發(fā)射極與集電極之間的回流用的二極管。第二半導(dǎo)體元件也與第一半導(dǎo)體元件相同。

陽端子16是成為半導(dǎo)體模塊10的外部連接用的端子的金屬制的端子，例如經(jīng)由接合線而與第一半導(dǎo)體元件或溫度傳感器等電連接。陽端子17是成為半導(dǎo)體模塊10的外部連接用的端子的金屬制的端子，例如經(jīng)由接合線而與第二半導(dǎo)體元件或溫度傳感器等電連接。

金屬板11～15、陽端子16及17及第一及第二半導(dǎo)體元件由密封樹脂18密封。但是，金屬板11～13的端部從密封樹脂18向外部突出。另外，金屬板14及15的預(yù)定面從密封樹脂18向外部露出。另外，陽端子16及17的端部從密封樹脂18向外部突出。另外，金屬板11～13的端部與陽端子16及17的端部向Z方向的相反方向突出。作為密封樹脂18的材料，能夠使用例如含有填料的環(huán)氧類樹脂等。

參照圖1，基板20是安裝半導(dǎo)體模塊10的部分。能夠在基板20上設(shè)置對半導(dǎo)體模塊10進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電路(未圖示)。作為基板20能夠使用在玻璃纖維部中浸漬環(huán)氧類樹脂等絕緣性樹脂而成的所謂的玻璃環(huán)氧基板或硅基板、陶瓷基板等。也可以在基板20上設(shè)置多層配線層。

在基板20上形成有用于插入半導(dǎo)體模塊10的陽端子16及17的多個(gè)貫通部20x。各貫通部20x的平面形狀對應(yīng)于陽端子16及17的與長度方向垂直的方向的截面形狀，例如能夠設(shè)為矩形形狀或圓形形狀等。另外，平面形狀是指從基板20的一方的面20a的法線方向觀察對象物的形狀。

為了能夠插入陽端子16及17，各貫通部20x的平面形狀形成為大于陽端子16及17的與長度方向垂直的方向的截面形狀。因此，在各貫通部20x的內(nèi)壁面與陽端子16及17的側(cè)面之間產(chǎn)生有間隙。貫通部20x能夠設(shè)為例如貫通基板20的孔或切口等。

連接器30安裝在基板20的一方的面20a側(cè)。連接器30具備與陽端子16及17的端子的個(gè)數(shù)對應(yīng)的陰端子31。各陰端子31能夠與形成于基板20的電路電連接。

半導(dǎo)體模塊10的陽端子16及17從基板20的一方的面20a的相反側(cè)的面即另一方的面20b側(cè)經(jīng)由貫通部20x而插入于連接器30的陰端子31，從而兩者嵌合。由此，能夠?qū)雽?dǎo)體模塊10的第一及第二半導(dǎo)體元件經(jīng)由陽端子16及17、連接器30的陰端子31而與形成于基板20的配線(電路)電連接。

另外，在半導(dǎo)體裝置1中，一個(gè)半導(dǎo)體模塊10經(jīng)由基板20而與連接器30嵌合，但也可以是多個(gè)半導(dǎo)體模塊10經(jīng)由基板20而與各半導(dǎo)體模塊10所對應(yīng)的連接器30嵌合。

接下來，對半導(dǎo)體模塊10的陽端子16及17與連接器30的陰端子31嵌合的部分的構(gòu)造(端子連接構(gòu)造)進(jìn)行說明。圖3是例示陽端子與陰端子嵌合的部分的構(gòu)造的剖視示意圖，將與圖1(b)對應(yīng)的截面的一部分放大例示。另外，省略陽端子17的圖示，但是陽端子17與陽端子16為相同的構(gòu)造。

參照圖3，陽端子16具有：作為形成在中心側(cè)的母材的金屬件161、覆蓋金屬件161而形成的金屬膜162及作為覆蓋金屬膜162而形成在陽端子16的最表面上的表面處理材料的金屬膜163。另外，母材是成為用于形成表面處理材料等的基體的部分。

作為金屬件161，可以使用例如以銅(Cu)或銅合金、鋁(Al)或鋁合金等為主要成分的金屬板。金屬件161的厚度例如能夠設(shè)為0.2～0.8mm左右。另外，主要成分是指在該部件中包含多個(gè)金屬的情況或包含添加物等的情況下，在該部件中所占的比例(重量％)最大的物質(zhì)。

金屬膜162包括：覆蓋金屬件161的第一基底層1621及覆蓋第一基底層1621的第二基底層1622。因此，金屬膜163覆蓋第二基底層1622。另外，金屬膜162除了第一基底層1621及第二基底層1622之外，還可以再包含一層以上的層。

第一基底層1621具有與第二基底層1622不同的硬度(維氏硬度)。具體而言，第二基底層1622的硬度高于第一基底層1621的硬度。第一基底層1621由Ni電解鍍層形成，第二基底層1622由NiP非電解鍍層形成。第一基底層1621的硬度優(yōu)選為150～500[HV]，第二基底層1622的硬度優(yōu)選為500～1000[HV]。

另外，在本實(shí)施方式中，第一基底層1621及第二基底層1622分別由Ni及NiP形成，但也可以使用其他材料。例如也可以使用錫(Sn)、銅(Cu)、銀(Ag)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、磷(P)、硼(B)、鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、釩(V)、鉬(Mo)、鎢(W)、銦(In)、銻(Sb)、鉍(Bi)等，另外，也可以使用鎳硼(NiB)等復(fù)合材料。

作為金屬膜163，例如能夠使用以金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)等貴金屬為主要成分的金屬膜。金屬膜163的厚度例如能夠設(shè)為0.3～0.8μm左右。金屬膜163例如能夠通過電鍍法而形成在金屬膜162上。

陰端子31具有：作為母材的金屬件311和作為覆蓋金屬件311而形成在陰端子31的最表面上的表面處理材料的金屬膜312。

陰端子31具有彈性。配置在陽端子16的兩側(cè)的陰端子31為相同的構(gòu)造，利用彈性而以從兩側(cè)夾住陽端子16的方式以兩點(diǎn)進(jìn)行按壓。陰端子31的金屬膜312與陽端子16的金屬膜163接觸。

插入陽端子16之前的陰端子31留出能夠插入陽端子16且在插入后通過彈性從兩側(cè)按壓陽端子16的程度的間隔，并且以金屬膜312側(cè)朝向內(nèi)側(cè)(與陽端子16接觸的一側(cè))的方式相向配置。另外，陽端子16的兩側(cè)的陰端子31在連接器30內(nèi)被一體化并相互導(dǎo)通(未圖示)。

作為金屬件311，例如能夠使用以銅(Cu)或銅合金、鋁(Al)或鋁合金等為主要成分的金屬板。金屬件311的厚度例如能夠設(shè)為0.1～0.3mm左右。另外，作為陰端子31的母材的金屬件311可以具有與作為陽端子16的母材的金屬件161相同或不同的硬度。例如，金屬件311及金屬件161的硬度可以為40～200[HV]。

作為金屬膜312，例如能夠使用以金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)等貴金屬為主要成分的金屬膜。金屬膜312的厚度例如能夠設(shè)為0.3～0.8μm左右。金屬膜312例如能夠通過電鍍法而形成在金屬件311上。金屬膜312的硬度任意，例如能夠設(shè)為與金屬膜163的硬度相同。

另外，陰端子31可以具有夾在金屬件311與金屬膜312之間的金屬膜。夾在金屬件311與金屬膜312之間的金屬膜的材料和厚度任意。

根據(jù)本實(shí)施方式，如上所述，陽端子16的金屬膜162的第一基底層1621與第二基底層1622具有不同的硬度，因此即使在容易受到振動(dòng)的環(huán)境使用半導(dǎo)體裝置1的情況下，也能夠提高陽端子16的耐久性。另外，容易受到振動(dòng)的環(huán)境能夠列舉例如半導(dǎo)體裝置1搭載于移動(dòng)體的情況等。移動(dòng)體是例如汽車、摩托車、電車等。

在此，參照圖4，對耐久性提高的效果更詳細(xì)地進(jìn)行說明。圖4示意性地表示陽端子與陰端子嵌合，并且在容易受到振動(dòng)的環(huán)境下使用的狀態(tài)。在圖4中，陽端子16由陰端子31以接觸壓力P從兩側(cè)以兩點(diǎn)按壓。另外，陽端子16及陰端子31受到振動(dòng)，相對地滑動(dòng)了滑動(dòng)距離ΔL。

此時(shí)，當(dāng)將磨損量設(shè)為W，將摩擦系數(shù)設(shè)為K，將維氏硬度設(shè)為Hv時(shí)，式(數(shù)學(xué)式1)的關(guān)系成立。另外，摩擦系數(shù)K依賴于陽端子16的金屬膜163及陰端子31的金屬膜312的表面粗糙度和接觸面積等而決定。

[數(shù)學(xué)式1]

$W\&Proportional;k\frac{P}{Hv}\&times;\mathrm{\&Delta;}L$

根據(jù)式(數(shù)學(xué)式1)可知，當(dāng)減小接觸壓力P時(shí)，能夠降低磨損量W。另外，可知當(dāng)減小滑動(dòng)距離ΔL時(shí)，能夠降低磨損量W。另外，可知當(dāng)增大維氏硬度Hv時(shí)，能夠降低磨損量W。

然而，在僅僅是提高了陽端子16的滑動(dòng)部分的硬度的結(jié)構(gòu)(例如不具備第一基底層1621的結(jié)構(gòu))中，雖然能夠降低磨損量W，但是存在第二基底層1622(NiP非電解鍍層)容易形成裂紋(破裂)的問題。另一方面，在降低陽端子16的滑動(dòng)部分的硬度的結(jié)構(gòu)(例如不具備第二基底層1622的結(jié)構(gòu))中，雖然能夠防止裂紋，但是陽端子16的滑動(dòng)部分的硬度下降，因此最表層的金屬膜163等容易磨損。

關(guān)于這一點(diǎn)，在本實(shí)施方式中，如上所述，陽端子16的滑動(dòng)部分包括第一基底層1621及第二基底層1622，第一基底層1621的硬度低于第二基底層1622的硬度。因此，對于接觸壓力P，第一基底層1621作為應(yīng)力緩和層發(fā)揮作用，即使在第二基底層1622的硬度高的情況下，也能夠降低第二基底層1622破裂的可能性。另外，陽端子16的硬度由于第二基底層1622而升高，因此即使在受到振動(dòng)的環(huán)境下，也能降低磨損量W。其結(jié)果是，能夠降低陽端子16的金屬膜163的磨損量W(滑動(dòng)磨損量)。因此，在本實(shí)施方式中，能夠?qū)⑴c陰端子31的接觸壓力P確保為一定以上，并且能夠提高陽端子16的耐久性。

圖5是第一基底層1621及第二基底層1622對母材的翹曲減少效果的說明圖。

在對母材(Cu)進(jìn)行電解Ni鍍層的情況下，如圖5(A)所示，在剛電鍍之后，鍍層容易受到拉伸應(yīng)力。在該情況下，如圖5(A)所示，母材成為朝著向上凸出的方向翹曲的傾向。另外，在對母材(Cu)進(jìn)行非電解NiP鍍層(P：7～13％)的情況下，如圖5(B)所示，鍍層容易受到壓縮應(yīng)力。在該情況下，如圖5(B)所示，母材成為朝著向下凸出的方向翹曲的傾向。

另一方面，在對母材(Cu)進(jìn)行電解Ni鍍層及非電解NiP鍍層這雙方的情況下，如圖5(C)所示，電解Ni鍍層的拉伸應(yīng)力與非電解NiP鍍層的壓縮應(yīng)力成為抵消的方向，因此能夠降低母材的翹曲。因此，在本實(shí)施方式中，通過形成第一基底層1621及第二基底層1622，能夠降低作為母材的陽端子16的金屬件161的翹曲。

另外，在本實(shí)施方式中，受到壓縮應(yīng)力的第二基底層1622是金屬膜163的直接的基底層，因此即使第二基底層1622的膜厚變厚而殘留應(yīng)力較高的情況下或在制造工序中產(chǎn)生了熱應(yīng)力的情況下，也能夠降低金屬膜163破裂的可能性。這是因?yàn)?，就材料?qiáng)度而言，通常有意地使對壓縮的材料強(qiáng)度高于對拉伸的材料強(qiáng)度。

另外，在本實(shí)施方式中，用于形成第二基底層1622的非電解NiP鍍層能夠?qū)⒌谝换讓?621(Ni電解鍍層)用作種層而進(jìn)行。由此，能夠簡化制造工序。

圖6及圖7是提高第二基底層1622(非電解NiP鍍層)的硬度的方法的說明圖。

如圖6(A)所示，也可以通過調(diào)整熱處理溫度來提高第二基底層1622(非電解NiP鍍層)的硬度。另外，如圖6(B)所示，也可以通過增大鍍敷厚度來提高第二基底層1622的硬度。另外，如圖7(A)所示，也可以通過延長熱處理時(shí)間來提高第二基底層1622的硬度。另外，如圖7(B)所示，也可以通過調(diào)整P的含有率來提高第二基底層1622的硬度。

<第一實(shí)施方式的變形例>

在第一實(shí)施方式的變形例中，也與第一實(shí)施方式相同地，第一基底層1621具有與第二基底層1622不同的硬度。但是，在第一實(shí)施方式的變形例中，與第一實(shí)施方式不同的是第一基底層1621的硬度高于第二基底層1622的硬度。第二基底層1622由Ni電解鍍層形成，第一基底層1621由非電解NiP鍍層形成。第二基底層1622的硬度優(yōu)選為150～500[HV]，第一基底層1621的硬度優(yōu)選為500～1000[HV]。

根據(jù)第一實(shí)施方式的變形例，也與第一實(shí)施方式相同地，相對于接觸壓力P，第二基底層1622作為應(yīng)力緩和層發(fā)揮作用，即使在第一基底層1621的硬度較高的情況下，也能夠降低第一基底層1621破裂的可能性(能夠提高耐久性)。另外，陽端子16的硬度由于第一基底層1621而升高，因此即使在受到振動(dòng)的環(huán)境下，也能降低磨損量W。其結(jié)果是，能夠降低陽端子16的金屬膜163的磨損量W(滑動(dòng)磨損量)(能夠提高耐久性)。

另外，根據(jù)第一實(shí)施方式的變形例，也與第一實(shí)施方式相同地，通過形成第一基底層1621及第二基底層1622，而能夠降低作為母材的陽端子16的金屬件161的翹曲。

另外，根據(jù)第一實(shí)施方式的變形例，能夠在對引線框整體進(jìn)行了非電解NiP鍍層之后，僅對最表層的接點(diǎn)部局部性地進(jìn)行電解Ni鍍層及電解Au鍍層和連續(xù)處理。另外，在該情況下，電解Au鍍層形成金屬膜163。由此，能夠簡化制造工序。

以上，詳細(xì)敘述了各實(shí)施例，但是不限定于特定的實(shí)施例，在權(quán)利要求書記載的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種變形及變更。另外，也可以對全部或多個(gè)上述實(shí)施例的構(gòu)成要素進(jìn)行組合。

例如，在上述實(shí)施方式及其變形例中，將維氏硬度作為指標(biāo)來表示對象物的硬度的差異，但也可以將維氏硬度以外作為指標(biāo)來表示對象物的硬度的差異。

另外，上述實(shí)施方式及其變形例的端子連接構(gòu)造在容易受到振動(dòng)的環(huán)境中使用的情況下發(fā)揮預(yù)定效果，但是上述實(shí)施方式及其變形例的端子連接構(gòu)造也可以在容易受到振動(dòng)的環(huán)境以外的環(huán)境中使用，這是不言而喻的。

另外，本國際申請主張基于2014年3月10日提交的日本國專利申請2014-046594號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過在此的參照而援引于本國際申請。

附圖標(biāo)記說明

1 半導(dǎo)體裝置

10 半導(dǎo)體模塊

11、12、13、14、15 金屬板

16 陽端子

18 密封樹脂

20 基板

30 連接器

31 陰端子

161、311 金屬件

162 金屬膜

1621 第一基底層

1622 第二基底層

163、312 金屬膜

P 接觸壓力

ΔL 滑動(dòng)距離