端子連接結(jié)構(gòu)以及半導(dǎo)體裝置的制造方法
【專利摘要】一種端子連接結(jié)構(gòu)，包括：凸端子(16)；以及凹端子(31))，其上裝配有所述凸端子。所述凸端子包括第一金屬材料(161)以及形成在所述凸端子的最外表面上以直接或間接地涂覆所述第一金屬材料的第一金屬膜(163)。所述凹端子包括第二金屬材料(311)以及形成在所述凹端子的最外表面上以直接或間接地涂覆所述第二金屬材料的第二金屬膜(312)。所述第一金屬材料的硬度不同于所述第二金屬材料的硬度。
【專利說明】
端子連接結(jié)構(gòu)以及半導(dǎo)體裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種端子連接結(jié)構(gòu)以及包括該端子連接結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 已知一種結(jié)構(gòu)，在其中，電子部件的外部連接端子（凸側(cè)）插入基板的通孔（凹側(cè)） 中并通過焊接等連接到基板的線路。這種結(jié)構(gòu)的例子包括一種半導(dǎo)體裝置，在其中，具有樹 脂密封半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體模塊的外部連接端子被插入基板的通孔中并通過焊接等連接 到基板的線路(例如，參照日本專利申請公開第2010-199622號(JP 2010-199622 A))。
[0003] 然而，在上述技術(shù)中，由于通過焊接等將端子連接到線路的過程是必要的，所以制 造過程很復(fù)雜。因此，優(yōu)選的是使用一種端子連接結(jié)構(gòu)，在其中，凸側(cè)端子被連接到凹側(cè)端 子，而不是通過焊接等將端子連接到線路。
[0004] 但是，這種端子連接結(jié)構(gòu)可能安裝在用于易受到振動影響的環(huán)境，例如，車載環(huán)境 中的電子設(shè)備上。因此，需要一種在充分考慮了諸如初始磨損量、滑動磨損量、或者端子的 變形等的端子耐久性同時(shí)而制造的結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種能夠保證端子的耐久性的端子連接結(jié)構(gòu)以及包括該端子連接 結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方案，提供了一種端子連接結(jié)構(gòu)，包括:凸端子；以及凹端子， 其上裝配有所述凸端子。所述凸端子包括第一金屬材料以及形成在所述凸端子的最外表面 上以直接或間接地涂覆所述第一金屬材料的第一金屬膜。所述凹端子包括第二金屬材料以 及形成在所述凹端子的最外表面上以直接或間接地涂覆所述第二金屬材料的第二金屬膜。 所述第一金屬材料的硬度不同于所述第二金屬材料的硬度。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方案，提供了一種半導(dǎo)體裝置包括:根據(jù)本發(fā)明的第一方案 的端子連接結(jié)構(gòu)；以及其上安裝有連接器的基板。所述凸端子是半導(dǎo)體模塊的外部連接端 子。所述凹端子配備在所述連接器中。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的第一方案和第二方案，可以提供一種能夠保證端子的耐久性的端子 連接結(jié)構(gòu)以及半導(dǎo)體裝置。
【附圖說明】
[0009] 下面將參照附圖對本發(fā)明的示范性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)以及技術(shù)和工業(yè)意義進(jìn)行 描述，其中相同的標(biāo)號表示相同的元件，且其中：
[0010]圖1A和1B是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的圖示；
[0011] 圖2是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊的透視圖；
[0012] 圖3是示出凸端子裝配到凹端子的所在部分的結(jié)構(gòu)的示意橫截面圖；
[0013] 圖4是示出磨損減少的示意橫截面圖；
[0014] 圖5是示出表示銅材料的硬度的SN曲線的圖示;并且
[0015] 圖6是示出表面處理材料的維氏硬度和變形量之間的關(guān)系的圖示。 具體實(shí)施例
[0016] 在下文中，將參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。在各個(gè)實(shí)施例中，將對半導(dǎo)體 裝置進(jìn)行說明，在其中，作為半導(dǎo)體模塊的外部連接端子的凸端子被裝配到安裝在基板上 的連接器中配備的凹端子上，作為端子連接結(jié)構(gòu)的例子。然而，根據(jù)本發(fā)明的端子連接結(jié)構(gòu) 不限于這些實(shí)施例。例如，作為未配備半導(dǎo)體元件的電子部件(例如，電容器)的外部連接端 子的凸端子可以被裝配到配備于安裝在基板上的連接器中的凹端子上?？商娲?，從安裝 在第一基板上的第一連接器突出的凸端子可以被裝配到安裝在第二基板上的第二連接器 中配備的凹端子上。在各個(gè)圖中，用相同的標(biāo)號表示相同的部件，并且將不再重復(fù)其說明。
[0017] 〈第一實(shí)施例〉
[0018] 圖1A和圖1B是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的圖示，其中，圖1A是透 視圖，而圖1B是沿平行于圖1A的YZ平面并穿過凸端子16(下面進(jìn)行描述）的平面所取的橫截 面圖。如圖1A和圖1B所示，半導(dǎo)體裝置1包括半導(dǎo)體模塊10、基板20和連接器30。在該半導(dǎo)體 裝置1中，作為半導(dǎo)體模塊10的外部連接端子的凸端子16、17通過基板20裝配到在連接器30 中配備的凹端子31。
[0019] 在下文中，將對半導(dǎo)體裝置1進(jìn)行說明。首先，將對半導(dǎo)體模塊10、基板20和連接器 30進(jìn)行簡要地描述，然后，將對半導(dǎo)體模塊10的凸端子16、17被裝配到連接器30的凹端子31 的所在部分的結(jié)構(gòu)(端子連接結(jié)構(gòu))進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020] 首先，將對半導(dǎo)體模塊10進(jìn)行說明。半導(dǎo)體模塊10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有特別限制，只要 其包括作為外部連接端子的凸端子即可。然而，在本實(shí)施例中，下面將以包括IGBT(絕緣柵 雙極型晶體管)和二極管的半導(dǎo)體模塊為例進(jìn)行描述。
[0021] 圖2是示出根據(jù)第一實(shí)施例的半導(dǎo)體模塊的透視圖。參照圖1A至圖2,半導(dǎo)體模塊 10包括金屬板11、金屬板12、金屬板13、金屬板14、金屬板15、多個(gè)凸端子16、多個(gè)凸端子17 以及密封樹脂18。
[0022] 在半導(dǎo)體模塊10中，安裝第一半導(dǎo)體元件(未圖示）以便插入到金屬板11和金屬板 14之間。此外，安裝第二半導(dǎo)體元件(未圖示）以便插入到金屬板13和金屬板15之間。
[0023]金屬板11、12、13被電連接到第一半導(dǎo)體元件和第二半導(dǎo)體元件中的任一個(gè)或兩 者的電極上，并且可以用作第一半導(dǎo)體元件和第二半導(dǎo)體元件的輸入端子和輸出端子的一 部分。此外，金屬板11至15能夠?qū)⒌谝话雽?dǎo)體元件或第二半導(dǎo)體元件的操作期間產(chǎn)生的熱 量消散到外部。
[0024] 作為金屬板11至15的材料，例如，可以使用銅(Cu)或鋁(A1)。電鍍可以形成在金屬 板11至15的表面上。金屬板11至15可以由諸如引線框架制造而成。
[0025] 第一半導(dǎo)體元件是諸如構(gòu)成安裝在車輛上的逆變器電路或降壓-升壓轉(zhuǎn)換器電路 的一部分的IGBT，以及連接在IGBT的發(fā)射極和集電極之間的續(xù)流二極管。第二半導(dǎo)體元件 與第一半導(dǎo)體元件的情況是相同的。
[0026] 凸端子16是作為半導(dǎo)體模塊10的外部連接端子的金屬端子并且通過例如接合線 電連接到第一半導(dǎo)體元件、溫度傳感器等。凸端子17是作為半導(dǎo)體模塊10的外部連接端子 的金屬端子并且通過例如接合線電連接到第二半導(dǎo)體元件、溫度傳感器等。
[0027]金屬板11至15、凸端子16、17,以及第一半導(dǎo)體元件和第二半導(dǎo)體元件由密封樹脂 18密封。然而，金屬板11至13的端部從密封樹脂18突出到外面。此外，金屬板14、15的預(yù)定的 表面從密封樹脂18露出到外面。此外，凸端子16、17的端部從密封樹脂18突出到外面。金屬 板11至13的端部和凸端子16、17的端部沿與Z方向相反的方向突出。例如，可以使用含有填 料的環(huán)氧基樹脂作為密封樹脂18的材料。
[0028]如圖1所示，基板20是其上安裝有半導(dǎo)體模塊10的部分。在基板20上可以設(shè)置用于 驅(qū)動半導(dǎo)體模塊10的電路(未示出）。例如，可以使用作為利用諸如環(huán)氧基樹脂的絕緣樹脂 浸漬的玻璃布的所謂的玻璃環(huán)氧基板、硅基板或陶瓷基板作為基板20。在基板20上可以設(shè) 置多個(gè)線路層。
[0029]半導(dǎo)體模塊10的凸端子16、17被插入其中的多個(gè)貫穿部20x形成在基板20上。各個(gè) 貫穿部20x的平面形狀可以是例如與凸端子16、17在垂直于其縱向方向的方向上的橫截面 的形狀相一致的矩形或圓形。本文中所描述的平面形狀是指當(dāng)從基板20的一個(gè)表面20a的 法線方向觀察時(shí)觀察目標(biāo)的形狀。
[0030] 為了使凸端子16、17可插入貫穿部20x中，各個(gè)貫穿部20x的平面形狀形成為比凸 端子16、17在垂直于縱向方向的方向上的橫截面形狀更大。因此，在各個(gè)貫穿部20x的內(nèi)壁 表面和各個(gè)凸端子16、17的側(cè)部之間存在間隙。例如，貫穿部20x可以是貫穿基板20的孔或 凹口。
[0031] 連接器30安裝在基板20的表面20a側(cè)上。連接器30包括分別對應(yīng)于凸端子16、17的 個(gè)數(shù)的凹端子31。每個(gè)凹端子31可以電連接到基板20上形成的電路。
[0032]半導(dǎo)體模塊10的凸端子16、17從與基板20的表面20a相對的表面20b側(cè)通過貫穿部 20x插入連接器30的凹端子31中，使得凸端子16、17裝配到凹端子31。結(jié)果是，半導(dǎo)體模塊10 的第一半導(dǎo)體元件和第二半導(dǎo)體元件通過凸端子16、17和連接器30的凹端子31電連接到基 板20上形成的線路（電路）。
[0033]在半導(dǎo)體裝置1中，單個(gè)半導(dǎo)體模塊10通過基板20裝配到連接器30上。然而，多個(gè) 半導(dǎo)體模塊10可以通過基板20裝配到分別對應(yīng)于半導(dǎo)體模塊10的連接器30。
[0034]接下來，下面將對半導(dǎo)體模塊10的凸端子16、17裝配到連接器30的凹端子31的所 在部分的結(jié)構(gòu)(端子連接結(jié)構(gòu))進(jìn)行詳細(xì)說明。圖3是示出凸端子裝配到凹端子的所在部分 的結(jié)構(gòu)的示意橫截面圖，也是示出對應(yīng)于圖1B的橫截面的部分的放大圖。
[0035] 參照圖3,凸端子16包括作為形成在中心側(cè)上的基材的金屬材料161、形成為涂覆 金屬材料161的金屬膜162和作為形成在凸端子16的最外表面上以涂覆金屬膜162的表面處 理材料的金屬膜163。本文所述的基材指的是形成為用于形成表面處理材料等的基底的部 分。金屬材料161可以被認(rèn)為是根據(jù)本發(fā)明的第一金屬材料的代表性的例子。此外，金屬膜 163可以被認(rèn)為是根據(jù)本發(fā)明的第一金屬膜的代表性例子。
[0036] 金屬膜162不是凸端子16的必要組成部分，而可以直接形成金屬膜163來涂覆金屬 材料161。即，金屬膜163可以形成在凸端子16的最外表面上以直接或間接地覆蓋金屬材料 161。雖然未示出凸端子17,但是凸端子17具有與凸端子16相同的結(jié)構(gòu)。
[0037] 例如，可以使用含有銅(Cu)、銅合金、鋁(A1)或鋁合金作為主要成分的金屬板作為 金屬材料161。例如，金屬材料161的厚度可以是約0.2mm至0.8mm。本文所述的主要成分是指 當(dāng)構(gòu)件中含有多種金屬或添加劑等時(shí)在該構(gòu)件中具有最高含量(單位Wt%)的材料。在這種 情況下，除主要成分之外的金屬或添加劑等將被稱為次要成分。
[0038]例如，可以使用含有鎳(Ni)作為主要成分的金屬膜作為金屬膜162。例如，金屬膜 162的厚度可以約為2μηι到15μηι。金屬膜162可以如通過電鍍形成在金屬材料161上。此外，金 屬膜162可以具有在其中多個(gè)金屬膜層疊的結(jié)構(gòu)。例如，金屬膜162可以具有在其中金屬材 料161側(cè)上的鎳(Ni)膜和金屬膜163側(cè)上的鈀(Pd)膜被層疊的結(jié)構(gòu)。
[0039]例如，可以使用含有如金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、或銠(Rh)的貴金屬作為主要成分 的金屬膜作為金屬膜163。例如，金屬膜163的厚度可以約為0.3μηι至0.8μηι。金屬膜163可以 如通過電鍍形成在金屬膜162上。
[0040] 凹端子31包括作為基材的金屬材料311和作為形成在凹端子31的最外表面上以涂 覆金屬材料311的表面處理材料的金屬膜312。金屬材料311可以被認(rèn)為是根據(jù)本發(fā)明的第 二金屬材料的代表性例子。此外，金屬膜312可以被認(rèn)為是根據(jù)本發(fā)明的第二金屬膜的代表 性例子。
[0041] 凹端子31具有彈簧特性。凹端子31包括被分別布置在凸端子16的相對側(cè)上且具有 相同結(jié)構(gòu)的部分。凹端子31利用其彈簧特性以凹端子31的相對部分下壓凸端子16的相對側(cè) 以便將凸端子16保持在兩點(diǎn)處。凹端子31的金屬膜312與凸端子16的金屬膜163相接觸。凹 端子31可以由分別布置在凸端子16的相對側(cè)的多個(gè)凹端子構(gòu)成。
[0042] 凹端子31的相對部分被布置為以一定間隔彼此相對，利用該間隔在插入之前凸端 子16可插入凹端子31，并且在插入后由于彈簧特性凸端子16由凹端子31的相對部從相對側(cè) 下壓，使得金屬膜312的部分面向內(nèi)側(cè)(朝向與凸端子16接觸的一側(cè)）。凸端子16的相對側(cè)上 的凹端子31的部分被集成在連接器30中并且電連接(未示出）。
[0043] 例如，可以使用含有銅(Cu)、銅合金、鋁(Α1)或鋁合金作為主要成分的金屬板作為 金屬材料311。例如，金屬材料311的厚度可以例如約為0.1mm至0.3mm。
[0044] 例如，可以使用含有貴金屬如金(Au)、鉑(Pt)、鈀(Pd)，或銠(Rh)的金屬膜作為金 屬膜312。例如，金屬膜312的厚度可以約為0.3μηι至0.8μηι。金屬膜312可以如通過電鍍形成 在金屬材料311上。例如，金屬膜312的硬度可以與金屬膜163的硬度相同。
[0045] 凹端子31可以具有保持在金屬材料311和金屬膜312之間的金屬膜。例如，保持在 金屬材料311和金屬膜312之間的金屬膜的材料和厚度與凸端子16的金屬膜162的材料和厚 度相同。
[0046] 在本實(shí)施例中，作為凸端子16的基材的金屬材料161的硬度(維氏硬度)與作為凹 端子31的基材的金屬材料311的硬度彼此不同。具體地，使得凹端子31的金屬材料311的硬 度高于凸端子16的金屬材料161的硬度。即，使凹端子31的金屬材料311比凸端子16的金屬 材料161更硬。
[0047] 以此方式，通過使凹端子31的金屬材料311比凸端子16的金屬材料161更硬，即使 當(dāng)半導(dǎo)體裝置1在容易受振動影響的環(huán)境中使用時(shí)，也可以減少凸端子16和凹端子31之間 的接觸點(diǎn)（金屬膜163和金屬膜312相互接觸的部分)的磨損量。容易受振動影響的環(huán)境的例 子包括半導(dǎo)體裝置1被安裝在移動體上的情況。移動體的例子包括汽車、摩托車以及火車。
[0048] 在下文中，將參照圖4對磨損降低效果進(jìn)行更詳細(xì)地描述。圖4示意性示出了在容 易受到振動影響的環(huán)境中使用在其中凸端子裝配到凹端子的半導(dǎo)體裝置1的狀態(tài)。在圖4 中，凸端子16被凹端子31從相對側(cè)上以接觸壓力P下壓，以便保持在兩點(diǎn)處。此外，凸端子16 與凹端子31受到振動，并相對滑動了滑動距離AL。
[0049 ] 此時(shí)，當(dāng)磨損量由W表示、摩擦系數(shù)由k表示，且維氏硬度由Hv表示時(shí)，建立表達(dá)式1 的關(guān)系。摩擦系數(shù)k根據(jù)凸端子16的金屬膜163和凹端子31的金屬膜312的表面粗糙度、接觸 面積等來確定。
[0050] [表達(dá)式1]
[0051]
[0052]從表達(dá)式1可以看出，當(dāng)接觸壓力P減小時(shí)，可以減少磨損量W。此外，可以看出，當(dāng) 滑動距離A L減小時(shí)，可以減少磨損量W。此外，可以看出，當(dāng)維氏硬度Hv增加時(shí)，可以減少磨 損量I
[0053]在本實(shí)施例中，從相對側(cè)在兩點(diǎn)處按壓凸端子16的凹端子31的金屬材料311比凸 端子16的金屬材料161更硬。在該結(jié)構(gòu)中，金屬材料311對金屬材料161的跟隨性很高，因此， 金屬材料311的彈簧載荷很可能被轉(zhuǎn)移到金屬材料161上。此外，由于金屬材料311用力下壓 金屬材料161，凸端子16的金屬膜163和凹端子31的金屬膜312的初始變形量增加。然而，由 于金屬膜163和金屬膜312相互嚙合，可以減小滑動距離Δ L。作為距離Δ L減小的結(jié)果，如從 表達(dá)式1可以看出，可以減少凸端子16的金屬膜163和凹端子31的金屬膜312的磨損量W(滑 動磨損量)（能夠保證振動耐久性）。
[0054]例如，為了使凹端子31的金屬材料311的硬度高于凸端子16的金屬材料161的硬 度，有必要將含有相同的金屬材料作為主要成分且含有預(yù)定的次要成分的材料分別選擇作 為金屬材料311和金屬材料161，并且對金屬材料311和金屬材料161中相應(yīng)的次要成分的含 量進(jìn)行調(diào)整(相應(yīng)的次要成分的含量可以為零）。
[0055] 例如，為了形成金屬材料311和金屬材料161，可以對表1所示含有銅作為主要成分 并分別含有其他金屬作為次要成分(不包含次要成分)的材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)亟M合。
[0056] [表格 1]
[0057]
[0059] 可替代地，例如，可以使用表1中所示的相同的材料作為金屬材料311和金屬材料 161，并且待形成金屬材料161的構(gòu)件可通過在高于表1中所示的軟化溫度的溫度下加熱而 被軟化，然后被冷卻。表1中所示的硬度和軟化溫度是代表性值，且并不限于這些值。
[0060] 在另一個(gè)例子中，使用含有銅作為主要成分并含有鈹作為次要成分的鈹銅作為金 屬材料311和金屬材料161。通過使金屬材料311中的鈹含量高于金屬材料161中的鈹含量， 可以使金屬材料311的硬度高于金屬材料161的硬度。
[0061] 可替代地，可以使用含有銅作為主要成分并含有鎳(Ni)、硅(Si)、鎂(Mg)等作為次 要成分的科森銅合金作為金屬材料311和金屬材料161。然后，通過調(diào)整作為科森銅合金的 次要成分的鎳(Ni)、硅(Si)、鎂(Mg)等的含量，可以使金屬材料311的硬度高于金屬材料161 的硬度。
[0062] 可替代地，通過使用包含不同的金屬材料作為主要成分的材料分別作為金屬材料 311和金屬材料161，可以使金屬材料311的硬度比金屬材料161的硬度更高。例如，可以使用 包含銅或銅合金作為主要成分的材料作為金屬材料311，且可以使用包含具有比銅或銅合 金更低的硬度的鋁或鋁合金作為主要成分的材料作為金屬材料161。
[0063] 可替代地，通過使用含有相同的金屬材料作為主要成分的材料分別作為金屬材料 311和金屬材料161，可以對金屬材料311進(jìn)行加熱(淬火），以便使其比金屬材料161更硬。 [0064]〈第一實(shí)施例的變形例〉
[0065] 在第一實(shí)施例的變形例中，如在第一實(shí)施例的情況下，使作為凸端子16的基材的 金屬材料161的硬度(維氏硬度)與作為凹端子31的基材的金屬材料311的硬度彼此不同。然 而，在第一實(shí)施例的變形例中，與第一實(shí)施例不同的是，使凸端子16的金屬材料161的硬度 高于凹端子31的金屬材料311的硬度。也就是說，使凸端子16的金屬材料161比凹端子31的 金屬材料311更硬。
[0066] 圖5是示出表示銅材料的硬度的SN曲線的圖。在圖5中，示出了不具有熱史和高維 氏硬度的樣品的數(shù)據(jù)(菱形）以及具有熱史和低維氏硬度的樣品的數(shù)據(jù)(三角形）。在菱形數(shù) 據(jù)和三角形數(shù)據(jù)的每一個(gè)中，在多個(gè)數(shù)據(jù)的分布中心繪出近似曲線。不具有熱史的樣品的 維氏硬度的平均值為108.5Hv，而具有熱史的樣品的維氏硬度的平均值為61.7Hv?？v軸表示 以固定的幅值施加給材料的重復(fù)應(yīng)力值(MPa)，橫軸表示重復(fù)數(shù)(次數(shù)）。
[0067] 如圖5所示，相比于具有低維氏硬度的樣品，具有高維氏硬度的樣品具有更高的疲 勞極限并且可以承受更高的應(yīng)力(不破裂）。在圖5中，繪制銅材料的SN曲線為例。然而，在其 他材料的情況下，高維氏硬度處的疲勞極限也高。即使當(dāng)維氏硬度的差異是使用不同于利 用有或無熱史的方法的方法而引起時(shí)，高維氏硬度處的疲勞極限也高。
[0068] 以這種方式，具有高維氏硬度的構(gòu)件比具有低維氏硬度的構(gòu)件有更高的疲勞極 限。
[0069] 當(dāng)在容易受到振動影響的環(huán)境中使用半導(dǎo)體裝置1時(shí)，不具有彈簧特性的凸端子 16很可能由于振動而移位。因此，作為凸端子16的基材的金屬材料161可能會移位和破碎。 因此，在本實(shí)施例中，使得作為凸端子16的基材的金屬材料161的硬度高于作為凹端子31的 基材的金屬材料311的硬度。因此，金屬材料161具有比金屬材料311更高的疲勞極限，降低 了變形或破碎的風(fēng)險(xiǎn)，并且能夠保證凸端子16的耐久性(端子強(qiáng)度）。
[0070] 正如從第一實(shí)施例及其變形例的說明中可以理解地，使作為凸端子16的基材的金 屬材料161和作為凹端子31的基材的金屬材料311之間存在硬度差在技術(shù)上是重要的。即， 第一實(shí)施例及其變形例中所述的具體效果是通過使作為凸端子16的基材的金屬材料161與 作為凹端子31的基材的金屬材料311中的一種金屬材料較硬并使另一種金屬材料較軟來顯 示出的。因此，可以根據(jù)要求的規(guī)格來選擇其中一種金屬材料并使其較硬。
[0071] 在第一實(shí)施例及其變形例兩者中，由于通過釬焊、焊接等將凸端子16連接到基板 20的線路上的處理是不必要的，因此，可以簡化制造的復(fù)雜性。此外，相比于凸端子16的基 材和凹端子31的基材具有相同的硬度的情況，能夠提高凸端子16和凹端子31中的至少一個(gè) 的耐久性。上面的說明涉及凸端子16和凹端子31。然而，由于凸端子17和凸端子16具有相同 的結(jié)構(gòu)，在凸端子17和凹端子31的情況下顯示出同樣的效果。
[0072]〈第二實(shí)施例〉
[0073]在第二實(shí)施例中，使作為凸端子16的表面處理材料的金屬膜163的硬度（維氏硬 度)與作為凹端子31的表面處理材料的金屬膜312的硬度是彼此不同的。具體地，使凹端子 31的金屬膜312的硬度高于凸端子16的金屬膜163的硬度。即，使凹端子31的金屬膜312比凸 端子16的金屬膜163更硬。
[0074]圖6是示出凹端子31的金屬膜312的維氏硬度和變形量之間的關(guān)系的圖。在這種情 況下，凸端子16的金屬膜163的維氏硬度被固定在ΙΟΟΗν。在圖6中，具有相同厚度的金膜被 用作金屬膜163和金屬膜312。在圖6中，接觸壓力P設(shè)定為4N.
[0075] 在圖6中，金屬膜312的變形量約為1.5μπι至2.5μπι，其大于金屬膜312的厚度(約0.3 μπι至0.8μπι)。這是因?yàn)樵诮饘倌?12的下方存在比金屬膜312更厚的金屬材料311，且金屬膜 312隨著金屬材料311的變形(凹陷）而變形。金屬膜312的厚度基本上不改變。
[0076] 如圖6所示，隨著凹端子31的金屬膜312和凸端子16的金屬膜163之間的維氏硬度 差的增加，金屬膜312的變形量減小。當(dāng)凹端子31的金屬膜312的維氏硬度高于200Ην時(shí)，也 就是說，當(dāng)凹端子31的金屬膜312和凸端子16的金屬膜163之間的維氏硬度差為ΙΟΟΗν或更 大時(shí)，金屬膜312的變形量逐漸接近于固定值。
[0077] 以這種方式，通過使凹端子31的金屬膜312和凸端子16的金屬膜163之間的維氏硬 度差為100HV或更大，可以減少金屬膜312的變形量。已知當(dāng)變形量減少時(shí)，初始磨損量也減 少。這里，變形是指緊接著在凸端子16裝配到凹端子31就引起的金屬膜163和金屬膜312的 凹陷。磨損是指由變形后的振動引起的金屬膜163和金屬膜312的厚度的減少。
[0078] 當(dāng)半導(dǎo)體裝置1在容易受振動影響的環(huán)境中使用時(shí)，凸端子16由于振動而滑動，因 此金屬膜163與金屬膜312接觸的區(qū)域變化。另一方面，在凹端子31中，金屬膜312與金屬膜 163接觸的區(qū)域是持續(xù)相同的。
[0079] 因此，在本實(shí)施例中，使凹端子31的金屬膜312的硬度高于凸端子16的金屬膜163 的硬度。結(jié)果，相比于凹端子31的金屬膜312和凸端子16的金屬膜163具有相同的硬度的情 況，可以抑制金屬膜312磨損和變形。即，能夠保證凹端子31的耐久性。
[0080] 例如，為了使凹端子31的金屬膜312的硬度高于凸端子16的金屬膜163的硬度，有 必要將含有相同的金屬材料作為主要成分且含有預(yù)定的次要成分的材料分別選擇作為金 屬膜163和金屬膜312的材料，并且對金屬膜163和金屬膜312中相應(yīng)的次要成分的含量進(jìn)行 調(diào)整。例如，一種含有金(Au)作為主要成分且含有鈷(Co)作為次要成分的金屬膜可以用作 金屬膜163和金屬膜312的材料。通過使金屬膜312中的鈷含量高于金屬膜163中的鈷含量， 可以使得金屬膜312的硬度高于金屬膜163的硬度。在這種情況下，金屬膜163可以不包含鈷 (例如，可以使用純金）。
[0081] 可替代地，通過使用包含不同的金屬材料作為主要成分的材料分別作為金屬膜 163和金屬膜312的材料，可以使金屬膜312的硬度比金屬膜163的硬度更高。例如，包含鉑 (Pt)作為主要成分的材料可以用作金屬膜312的材料，而包含具有比鉑(Pt)更低的硬度的 金(Au)作為主要成分的材料可以用作金屬膜163的材料。
[0082]在第二實(shí)施例中，由于通過釬焊、焊接等將凸端子16連接到基板20的線路上的處 理是不必要的，因此，可以簡化制造的復(fù)雜性。此外，相比于凸端子16的表面處理材料和凹 端子31的表面處理材料具有相同的硬度的情況，可以抑制凹端子31的磨損和變形，并且能 夠提高耐久性。上面的說明涉及凸端子16和凹端子31。然而，由于凸端子17與凸端子16具有 相同的結(jié)構(gòu)，在凸端子17和凹端子31的情況下顯示出同樣的效果。
[0083] 以上，已經(jīng)對優(yōu)選實(shí)施例及其變形例進(jìn)行了描述。然而，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施 例及其變形例。可以采用通過對上述實(shí)施例及其變形例進(jìn)行各種修改和替換而得到的實(shí)施 例。
[0084] 例如，第一實(shí)施例或其變形例可以與第二實(shí)施例相結(jié)合。其結(jié)果是，可以同時(shí)得到 在第一實(shí)施例或其變形例子中以及第二實(shí)施例中描述的相應(yīng)的效果。
[0085] 在上述實(shí)施例及其變形例中，維質(zhì)硬度被設(shè)定作為顯示物體硬度的差異的指標(biāo)。 然而，除了維氏硬度之外的其他手段也可以被設(shè)定為顯示物體硬度的差異的指標(biāo)。
[0086] 當(dāng)在容易受到振動影響的環(huán)境中使用時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的端子連接結(jié)構(gòu)顯示出預(yù)定 的效果。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的端子連接結(jié)構(gòu)也可以在除容易受到振動影響的環(huán)境之外 的其他環(huán)境中使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種端子連接結(jié)構(gòu)，包括： 凸端子；以及 凹端子，所述凸端子裝配到所述凹端子，其中 所述凸端子包括第一金屬材料以及形成在所述凸端子的最外表面上以直接或間接地 涂覆所述第一金屬材料的第一金屬膜， 所述凹端子包括第二金屬材料以及形成在所述凹端子的最外表面上以直接或間接地 涂覆所述第二金屬材料的第二金屬膜，并且 所述第一金屬材料的硬度不同于所述第二金屬材料的硬度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的端子連接結(jié)構(gòu)，其中 所述第二金屬材料的所述硬度高于所述第一金屬材料的所述硬度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的端子連接結(jié)構(gòu)，其中 所述第一金屬材料的所述硬度高于所述第二金屬材料的所述硬度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的端子連接結(jié)構(gòu)，其中 所述第二金屬膜的硬度高于所述第一金屬膜的硬度。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的端子連接結(jié)構(gòu)，其中 所述凹端子具有彈簧特性，并且 所述凹端子配置為下壓所述凸端子的相對側(cè)，以便將所述凸端子保持在兩點(diǎn)處。6. -種半導(dǎo)體裝置，包括： 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的端子連接結(jié)構(gòu)；以及 基板，其上安裝有連接器，其中 所述凸端子是半導(dǎo)體模塊的外部連接端子，并且 所述凹端子配備在所述連接器中。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其中 所述凸端子插入其中的貫穿部形成在所述基板上， 所述凸端子從所述基板的第一表面?zhèn)炔迦胨鲐灤┎恐校? 所述連接器安裝在所述基板的與所述第一表面相對的第二表面上，并且 所述凸端子通過所述貫穿部裝配到所述凹端子。
【文檔編號】H01R13/05GK105900289SQ201480072596
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月30日
【發(fā)明人】門口卓矢, 平野敬洋, 原田新, 奧村知巳, 福谷啓太, 西畑雅由
【申請人】豐田自動車株式會社, 株式會社電裝