JP2010129868A - 電力用半導体モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】トランスファーモールド樹脂封止型の電力用半導体モジュールの小型化、高信頼化を図る。
【解決手段】金属ベース板１と高熱伝導絶縁層２と配線パターン３とから構成される回路基板４と、配線パターンの素子搭載部に接合された電力用半導体素子５と、電力用半導体素子と電気的に接続された配線パターンに設置され、且つ外部端子が挿入接続される筒状外部端子接続体７と、金属ベース板に形成され、金属ベース板の他方側の面に取り付けられる冷却フィンを金属ベース板に取り付け部材で固定するための貫通孔１０と、金属ベース板の他方側の面と筒状外部端子接続体の上部とが露出され、貫通孔と連通し貫通孔の直径よりも大きい取り付け部材の挿入孔部１２が形成され、且つ金属ベース板の一方側と側面及び電力用半導体素子を覆うように封止されたトランスファーモールド樹脂体１１とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、生産性に優れたトランスファーモールドによる樹脂封止型の電力用半導体モジュールに関し、特に、小型化と高信頼化を実現するトランスファーモールドによる樹脂封止型の電力用半導体モジュール及びその製造方法に関する。
一般に電力用半導体モジュールは、大電流、高電圧下で動作するため、動作に伴う発熱を電力用半導体モジュールの外部に効率よく逃がすことが不可欠とされている。そこで、電力用半導体モジュールは、電力用半導体素子、配線パターン付絶縁基板、金属ベース板と、外部端子接続体からなる構成部品をトランスファーモールド樹脂で封止されて構成されている。
このような電力用半導体モジュールの要求性能としては、熱抵抗を小さくし、高い絶縁性を確保するとともに、小型化、高信頼化を図ることが重要となっている。
トランスファーモールドによる樹脂封止型の電力用半導体モジュールにおいて、小型化を達成する手段としては、導電性を有する筒状外部端子接続体の上部がトランスファーモールドによる樹脂の封止領域上面の表面に露出させることが提案されている。
例えば、特許文献１におけるトランスファーモールドによる樹脂封止型の電力用半導体モジュールは、電流をスイッチングするパワー半導体素子と、このパワー半導体素子が接着され電気的に接続される回路パターン付絶縁基板と、この回路パターン付絶縁基板を接着する金属ベースとを有し、回路パターン付絶縁基板に外部端子と接続される筒状のメス型コネクタがトランスファーモールドによる樹脂の封止領域上面の表面に露出され、回路パターン付絶縁基板の周囲近傍の金属ベース表面に溝を形成し、回路パターン付絶縁基板は金属ベース表面に形成した溝とともにトランスファーモールドによる樹脂で封止され、その封止領域は金属ベースの最外周領域より内側である。すなわち、金属ベースの封止領域外側の外周部は露出した構成となっており、金属ベースの外周部の露出部にはその金属ベースの裏面に取り付けられる冷却フィンの取り付け穴が設けられている。
このような特許文献１における電力用半導体モジュールは、筒状のメス型コネクタの上部表面が封止領域上面の表面に露出する構成を取っているので、このメス型コネクタに外部端子が差し込まれる。この構造によりトランスファーモールド樹脂封止型の電力用半導体モジュールの小型化を図るようにしている。
また、全外部端子接続体をトランスファーモールド樹脂による封止領域上面の表面に露出させて上面より取り出す構成としたことにより、一般的なリードフレームを用いた外部端子横出し構造のトランスファーモールド樹脂封止型の電力用半導体モジュールに比べ、小型化が図れるようになると同時に製造工程が簡略化されるという利点がある。
さらに、金属ベースに溝を形成することにより封止樹脂の食い込み効果と同時にポリアミド樹脂を塗布することによる応力緩和効果により接着性を向上させ、剥離低下により信頼性の向上を図ることができる電力用半導体モジュールを得るようにしている。
特開２００７−１８４３１５号公報
上述した従来技術における電力用半導体モジュールにおいては、全外部端子接続体の上部を封止領域上面の表面に露出させるよう配置したことにより、封止領域上面内での外部端子の取り出し配置が可能となり小型化には有利となるが、金属ベースに形成された冷却フィンの取り付け穴が封止領域の外側に設けたことより、露出した金属ベース領域には外部端子接続体を設けることが出来なくなり、電力用半導体モジュール全体としては露出した金属ベースの面積が影響し小型化が困難となる問題がある。
また、金属ベースと封止樹脂との接着性を向上させ剥離抑制効果を得るため、金属ベースに溝を形成する必要があり、且つポリアミド樹脂の塗布等の特殊加工も必要となり、製造コストが高くなるという問題がある。
さらに、封止領域の金属ベースと封止領域外部の露出した金属ベースにおいて、それぞれの位置における反りの状態、すなわち、弾性変形のずれが生じ、高い信頼性を得るのが困難となる問題がある。
この発明は上述したような問題点を解消するためになされたものであり、筒状外部端子接続体上部が封止領域上面の表面に露出した電力用半導体モジュールにおいて、小型化と高信頼性を実現することができる電力用半導体モジュールを提供することを目的とするものである。
この発明は、金属ベース板とこの金属ベース板の一方側の面に接合された高熱伝導絶縁層とこの高熱伝導絶縁層における金属ベース板に接合された面と反対側の面に設けられた配線パターンとから構成される回路基板と、配線パターンの素子搭載部に接合された電力用半導体素子と、配線パターンに設置され、且つ外部端子が挿入接続される筒状外部端子接続体と、金属ベース板の他方側の面と筒状外部端子接続体の上部とが露出され、且つ金属ベース板の一方側と側面、電力用半導体素子及び筒状外部端子接続体を覆うように封止されたトランスファーモールド樹脂体とを備え、金属ベース板には、冷却フィンを金属ベース板の他方側の面に固定する取り付け部材を配置するための貫通孔が形成され、トランスファーモールド樹脂体には、貫通孔と連通し貫通孔の直径よりも大きい取り付け部材の挿入孔が形成された電力用半導体モジュールを提供するものである。
また、この発明は、金属ベース板とこの金属ベース板の一方側の面に接合された高熱伝導絶縁層とこの高熱伝導絶縁層における金属ベース板に接合された面と反対側の面に設けられた配線パターンとから構成される回路基板に、電力用半導体素子と筒状外部端子接続体とを実装し、電力用半導体素子と配線パターンとの間の各間を電気的に接続する回路形成手段を形成して構成体を製作する工程、金属ベース板の他方側の面に冷却フィンを固定する取り付け部材を配置するための貫通孔を金属ベース板に形成する工程、貫通孔と連通し貫通孔の直径よりも大きい取り付け部材の挿入孔を形成するために貫通孔を成型物で塞ぐ工程、並びに、成型物で貫通孔を塞いだ構成体を金型内で、金属ベース板の他方側の面を金型の内底面に当接させ、筒状外部端子接続体の上部と成型物の上部を金型の内上面に当接させ、金属ベース板の側面と金型の内側面と所定の間隔を持って配置し、金型内の構成体と成型物で形成される空隙部にモールド樹脂を充填してトランスファーモールド樹脂体を形成する工程を施す電力用半導体モジュールの製造方法を提供するものである。
この発明によれば、金属ベース板とこの金属ベース板の一方側の面に接合された高熱伝導絶縁層とこの高熱伝導絶縁層における金属ベース板に接合された面と反対側の面に設けられた配線パターンとから構成される回路基板と、配線パターンの素子搭載部に接合された電力用半導体素子と、配線パターンに設置され、且つ外部端子が挿入接続される筒状外部端子接続体と、金属ベース板の他方側の面と筒状外部端子接続体の上部とが露出され、且つ金属ベース板の一方側と側面、電力用半導体素子及び筒状外部端子接続体を覆うように封止されたトランスファーモールド樹脂体とを備え、金属ベース板には、冷却フィンを金属ベース板の他方側の面に固定する取り付け部材を配置するための貫通孔が形成され、トランスファーモールド樹脂体には、貫通孔と連通し貫通孔の直径よりも大きい取り付け部材の挿入孔が形成されたことにより、貫通孔が形成された金属ベース板の側部もトランスファーモールド樹脂体の封止領域内に配置することができるので、小型化、高信頼化を図ることができる電力用半導体モジュールを得ることができる。
実施の形態１．
以下に、この発明の実施に形態１に係る電力用半導体モジュールを図１および図２に基づいて説明する。図１は図２のＸ−Ｘ線における断面図であり、図２は平面図である。
これら各図において、１は金属放熱体である金属ベース板、２は金属ベース板１の一方側の面１ａに接合された高熱伝導絶縁層である樹脂絶縁層、３は高熱伝導絶縁層である樹脂絶縁層２における金属ベース板１に接合された面と反対側の面に設けられた例えば金属箔の配線パターンである。これら金属ベース板１と樹脂絶縁層２と配線パターン３とにより回路基板４が構成される。５は回路基板４の配線パターン３の素子搭載部にはんだ６により接合された電力用半導体素子、７は電力用半導体素子５と電気的に接続された配線パターン３に略垂直にはんだ８により設置され、図示しない外部端子が挿入接続される筒状外部端子接続体、９は配線パターン３と配線パターン３との間、電力用半導体素子５と電力用半導体素子５との間、配線パターン３と電力用半導体素子５との間などを電気的に接続する回路形成手段であるワイヤーボンドである。
１０は金属ベース板１に形成され、後述する冷却フィンを金属ベース板１の他方側の面１ｂに当接して固定する後述する取り付け部材を配置するための貫通孔である。また、貫通孔１０の外周縁部における金属ベース板１の金属面に、取り付け部材の頭部が接触し得るようになっている。
１１は金属ベース板１の他方側の面１ｂと筒状外部端子接続体７の上部とが露出され、且つ金属ベース板１の一方側と側面、電力用半導体素子５及び筒状外部端子接続体７を覆うように封止されたトランスファーモールド樹脂体１１であり、このトランスファーモールド樹脂体１１には、貫通孔１０と連通しその貫通孔１０の直径よりも大きい直径の取り付け部材の挿入孔１２が形成されている。また、金属ベース板１上のトランスファーモールド樹脂体１１の高さは、挿入孔１２に挿入された取り付け部材の頭部の高さより高く形成されている。
この実施の形態１において、金属ベース板１には、熱伝導性に優れた金属、例えば、銅および銅合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金、鉄および鉄合金等、あるいは、銅／鉄−ニッケル合金／銅、アルミニウム／鉄−ニッケル合金／アルミニウム等の複合材料を用いることができる。特に、電流容量が大きい電力用半導体素子５を用いる場合には、高熱伝導性を求められるので熱伝導性の優れた銅を用いるのが好ましい。また、金属ベース板１の厚み、長さ、幅は電力用半導体素子５の電流容量により、適宜決められる。すなわち、電力用半導体素子５の電流容量が大きくなると、金属ベース板１の厚みは厚くなり、長さと幅は大きくなる。また、低コスト、軽量化が求められる場合にはアルミニウム、またはアルミニウム合金を用いるのが好ましい。
また、この実施の形態１において、高熱伝導絶縁層である樹脂絶縁層２には、例えば、各種無機粉末を含有する樹脂絶縁シート、ガラス繊維を含有する樹脂絶縁シートを用いることができる。この樹脂絶縁層２に含有される無機粉末としては、アルミナ、ベリリヤ、ボロンナイトライド、マグネシア、シリカ、窒化珪素、窒化アルミニウムが挙げられる。そして、樹脂絶縁層２の厚みは、例えば２０〜４００μｍである。
また、この実施の形態１において、配線パターン３には、例えば、銅箔が用いられ、ワイヤーボンド９には、アルミニウム線が用いられる。配線パターン３に用いられる銅箔の厚み、および、ワイヤーボンド９に用いられるアルミニウム線の線径も、電力用半導体素子５の電流容量により、適宜決められる。
また、この実施の形態１において、筒状外部端子接続体７には、例えば、金属筒が用いられ、その材質は、熱伝導性と電気伝導性とに優れ、配線パターン３とはんだ８で接合できる金属、例えば、銅および銅合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金等のめっき品を用いるのが好ましい。筒状外部端子接続体７の厚みは、トランスファーモールド樹脂の封止時の成形圧力により潰れない厚みであればよい。また、筒状外部端子接続体７の高さは、後で挿入接続する外部端子が十分に接続できる高さであればよい。また、筒状外部端子接続体７の内径は、後で挿入接続する外部端子の挿入部の外径から決まり、少なくとも、外部端子を取り付けることができる内径であればよい。
また、この実施の形態１において、トランスファーモールド樹脂体１１には、例えば、フィラーとしてシリカ粉末が充填されたエポキシ樹脂が用いられる。トランスファーモールド樹脂体１１において、充填されるシリカ粉末の含有率は、電力用半導体モジュールに用いられる部材の熱膨張係数などを考慮して最適な量が選定される。例えば、配線パターン３と金属ベース板１とに銅を用いた場合には、トランスファーモールド樹脂体１１の熱膨張係数を銅の熱膨張係数である１６ｐｐｍ／℃に合わすように、エポキシ樹脂へのシリカ粉末の充填量が設定される。このようにすることにより、反りのない電力用半導体モジュールが得られる。また、トランスファーモールド樹脂体１１の放熱性を向上させる場合には、フィラーとしてシリカ粉末の代わりにアルミナ粉末を用いることが好ましい。
図２は電力半導体モジュールの平面図を示し、図から明らかなように、電力用半導体モジュールの左右に貫通孔１０、挿入孔１２が形成された場合を示している。図３においては、電力用半導体モジュールの４隅に貫通孔１０、挿入孔１２が形成された場合を示している。これら図２、図３ともに、トランスファーモールド樹脂体１１の封止表面には導電性を有した筒状外部端子接続体７の上部と金属ベース板１の他方側の面１ｂに冷却フィンを取り付け部材で固定させるための貫通孔１０、挿入孔１２が露出している。また、筒状外部端子接続体７は電力用半導体モジュールの用途により種々の位置に配置されるともに種々の個数、大きさのものが選定される。そして、トランスファーモールド樹脂体１１により、金属ベース板１の他方側の面１ｂと筒状外部端子接続体７の上部とが露出され、貫通孔１０と連通しその貫通孔１０の直径よりも大きい取り付け部材の挿入孔部１２が形成され、且つ金属ベース板１の一方側と側面及び電力用半導体素子５を覆うように封止したので、金属ベース板１と外部端子が挿入接続される導電性を有した筒状外部端子接続体７との間の沿面距離を十分に取ることが出来きる。その結果として、貫通孔１０、挿入孔１２の近傍にも筒状外部端子接続体７を配置することができ、電力用半導体モジュールの小型化が図れるようになっている。
次に、上述した図１に示した電力用半導体モジュールにおいて、金属ベース板１の他方側の面１ｂに冷却フィンが取り付けられた状態を図４に基づいて説明する。
図４において、１〜１２は上述した図１の構成と同様である。１３は金属ベース板１の他方側の面１ｂに当接されて取り付けられる冷却フィン、１４はトランスファーモールド樹脂体１１により形成された挿入孔１２の開口上部からその挿入孔１２、金属ベース板１に形成された貫通孔１０に挿入されて冷却フィン１３を金属ベース板１に取り付けて固定する例えばボルトからなる取り付け部材（以下、ボルトと称す）であり、ボルト１４のねじ部１４ａを冷却フィン１３に螺着させることにより、冷却フィン１３を金属ベース板１の他方側の面１ｂに取り付けて固定する。なお、冷却フィン１３と金属ベース板１の他方側の面１ｂ間には例えばグリースなどを塗布して相互間の密着性を保つようにしている。金属ベース板１と冷却フィン１３とを同電位とする必要があるが、ここで用いられているグリースは絶縁性の機能を有している。そこで、ボルト１４の頭部１４ｂは貫通孔１０の外周縁部における金属ベース板１の露出した金属面に接触するとともに、ボルト１４により冷却フィン１３を金属ベース板１に締め付けて固定する。このように、ボルト１４の頭部１４ｂが金属ベース板１の露出した金属面に接触するようにしているので、金属ベース板１と冷却フィン１３とを同電位に構成することができ、電気的浮遊成分をキャンセルすることができるので高信頼化を図ることができる。
また、ボルト１４と筒状外部端子接続体７との間の沿面距離を十分に保つことができるので、ボルト１４の近傍に筒状外部端子接続体７が配置することができ、電力用半導体モジュールの小型化を図ることができる。
また、ボルト１４の頭部をトランスファーモールド樹脂体１１の封止表面より低く位置するよう配置したことにより、沿面距離が長くなり、さらに、貫通孔１０、挿入孔１２の近傍まで導電性を有した筒状外部端子接続体７を実装することができる。同様に、金属ベース板１上のトランスファーモールド樹脂体１１の高さを高くすることにより、沿面距離が長くなり、貫通孔１０、挿入孔１２に対し筒状外部端子接続体７を更なる近傍に実装することができ、更なる電力用半導体モジュールの小型化を図ることができる。
なお、取り付け部材１４としてボルトの場合について述べたが、ねじからなる取り付け部材１４としてもよく、同様の効果を奏する。
ところで、上述した特許文献１においては、金属ベース板への溝加工、均一厚みのポリアミド樹脂塗布等などの手法を用いモジュールの高信頼性を達成するようにしているが、特殊な溝加工が必要となるとともにコストアップとなるものである。更には、ポリアミド樹脂塗布の特殊工程が必要になるなどの全体コストがアップする要因となっている。
しかしながら、この発明の実施の形態１においては、トランスファーモールド樹脂体１１が金属ベース板１の他方側の面１ｂと筒状外部端子接続体７の上部とが露出され、貫通孔１０と連通しその貫通孔１０の直径よりも大きい取り付け部材の挿入孔１２が形成され、且つ金属ベース板１の一方側と側面及び電力用半導体素子５を覆うように封止された構造であり、上述した特許文献１のように封止樹脂と複合基板が平面のみで封止されるモジュール構造に比べ、剥離を起こす剪断力に対してモジュール端部での剥離への抗力が働き十分な接着強度を有することとなる。このため、金属ベース板１への溝加工、ポリアミド樹脂塗布等を形成する工程などを施すことなく剥離抑制効果が得られ、コスト低減を図ることができるとともに高信頼化を実現することができる。
また、この発明の実施の形態１においては、金属ベース板１の他方側の面を除いてその金属ベース板１の側部もトランスファーモールド樹脂体１１と一体化されているため、上述した特許文献１のようにベース板が封止樹脂の封止領域外に露出しているモジュール構造に比べ、トランスファーモールド樹脂体１１の熱膨張係数を最適化することにより簡単にモジュール構造の反りを低減することができ、高信頼化を実現することができる。すなわち、トランスファーモールド樹脂体１１の熱膨張係数を金属ベース板１の熱膨張係数に合わすよう選定する。例えば、金属ベース板１が銅の場合は、銅の熱膨張係数が１６ｐｐｍ／℃となるので、トランスファーモールド樹脂体１１の熱膨張係数が１５〜１８ｐｐｍ／℃になるようにトランスファーモールド樹脂体１１を選定すればよい。
以上のように、この実施の形態１における電力用半導体モジュールを用いることにより、モジュールの小型化のみならず、剥離抑制、モジュール構造の反りの低減などの信頼性が飛躍的に向上するといった上述した従来技術にはない効果を得ることが出来る。
実施の形態２．
この発明の実施の形態２においては、図１に示す電力用半導体モジュールの製造方法を図５に基づいて説明する。図５は、金属ベース板１とこの金属ベース板１の一方側の面１ａに接合された高熱伝導絶縁層である樹脂絶縁層２とこの樹脂絶縁層２における金属ベース板１に接合された面と反対側の面に設けられた配線パターン３とから構成される回路基板４に、電力用半導体素子５と筒状外部端子接続体７とを実装し、電力用半導体素子５と配線パターン３との間の各間を電気的に接続するワイヤーボンド９からなる回路形成手段を形成して構成体を製作する工程、金属ベース板１の他方側の面１ｂに冷却フィン１３を固定するボルト１４を配置するための貫通孔１０を金属ベース板１に形成する工程、金属ベース板１に形成された貫通孔１０と連通しその貫通孔１０の直径よりも大きい直径のボルト１４の挿入孔１２を形成するために貫通孔１０を成型物１５で塞ぐ工程、並びに、成型物１５で貫通孔１０を塞いだ構成体を金型１６内で、金属ベース板１の他方側の面１ｂを金型１６の内底面に当接させ、筒状外部端子接続体７の上部と成型物１５の上部を金型１６の内上面に当接させ、金属ベース板１の側面と金型１６の内側面と所定の間隔を持って配置し、金型１６内の構成体と成型物１５で形成される空隙部にモールド樹脂を充填してトランスファーモールド樹脂体１１を形成する工程を施すことにより電力用半導体モジュールを製造する方法を示す。
上述したような各工程を施す製造方法について更に詳細に説明する。回路基板４の金属ベース板１には通常前もって貫通孔１０が形成されている。このような回路基板４に、電力用半導体素子５と筒状外部端子接続体７とを実装し構成体を製作する。貫通孔１０と連通しその貫通孔１０の直径よりも大きいボルト１４の挿入孔１２を形成するために貫通孔１０を成型物１５で塞ぐ。成型物１５で貫通孔１０を塞いだ構成体を金型１６内で、金属ベース板１の他方側の面１ｂを金型１６の内底面に当接させ、筒状外部端子接続体７の上部と成型物１５の上部を金型１６の内上面に当接させ、金属ベース板１の側面と金型１６の内側面と所定の間隔を持って配置して位置あわせを行なう。位置合せを行なった後、金型１６内の構成体と成型物１５とで形成される空隙部に、例えば、フィラーとしてシリカ粉末が充填されたエポキシ樹脂などのモールド樹脂を充填することにより、トランスファーモールド樹脂体１１が形成される。その後、金型１６からトランスファーモールド樹脂体１１を離型し、後硬化を行った後、成型物１５を取り外すことにより、貫通孔１０と連通しその貫通孔１０の直径よりも大きいボルト１４の挿入孔１２が形成され、上述した図１に示す電力用半導体モジュールの製造が完了する。
図５に示す成型物１５としては、例えば図６（ａ）に示すような簡単な円柱形状で形成されている。この場合は形状的に簡単なものであるので、貫通孔１０を塞ぐ位置への位置あわせが必要になる可能性がある。
また、図６（ｂ）に示すような成型物１５とするようにしてもよい。この成型物１５は貫通孔１０を塞ぐ円柱部１５ａとこの円柱部１５ａとほぼ同心状で貫通孔１０内に挿通される位置決め部１５ｂとを設けたものである。この場合には、成型物１５の位置決め部１５ｂを貫通孔１０に挿通するだけで、貫通孔１０を塞ぐ成型物１５の円柱部１５ａの位置を決めることができ、挿入孔部１２の位置づれもなく、精度よく挿入孔１２を形成することができるので、図６（ａ）に示す成型物１５より、高信頼化および作業性が向上する効果を奏する。
また、成型物１５の形状としては、トランスファーモールド樹脂体１１を形成した後、そのトランスファーモールド樹脂体１１から取り外しやすくするために、ボルト１４の取り付け、取り外しに支障を来たさない範囲でテーパを付けることが好ましい。また、成型物１５の材質としては、取り外しが簡単に行えるように、トランスファーモールド樹脂体１１と接着しない材質が好ましく、一例としてはテフロン（登録商標）などの成形品、または金属表面にテフロン（登録商標）コートした成形品などが用いられる。寸法精度、耐久性の面では金属表面にテフロン（登録商標）コートした成型物１５が優れているが、金属ベース板１の厚みばらつきの吸収の観点からテフロン（登録商標）の成形品を成型物１５に用いることが好ましい。つまり、テフロン（登録商標）材料は弾性変形を起こすため、金属ベース板１の厚みにバラツキが生じた場合でも公差を吸収して金属ベース板１の冷却フィン１３を取り付けるための貫通孔１０上へのモールド樹脂の回り込みを防止することが出来る。
実施の形態３．
この発明の実施の形態３を図７に基づいて説明する。この実施の形態３は上述した実施の形態１における回路基板４の別の構成体を示すものである。すなわち、樹脂絶縁層２の代わりに、高熱伝導絶縁層であるセラミック板２１を設け、このセラミック板２１の金属ベース板１側の面に金属放熱体である金属箔２２が設けられ、セラミック板２１の金属箔２２が設けられた面と反対側の面に配線パターン３が設けられたものである。なお、セラミック板２１の金属箔２２ははんだ２３により金属ベース板１上に接合される。その他の構成は上述した実施の形態１の構成と同様であり、この実施の形態３においても、上述した実施の形態１と同様の効果を奏するものである。なお、セラミック板２１の材質としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素等が用いられる。
実施の形態４．
この発明の実施の形態４を図８〜図１０に基づいて説明する。図８は断面図を示し、図９は平面図を示し、図１０は冷却フィンを取り付けた状態を示す断面図ある。これら各図において、１〜１１、１３、１４は上述した実施の形態１の構成と同様である。この実施の形態４と上述した実施の形態１との相違は、貫通孔１０と連通しその貫通孔１０の直径よりも大きいボルト１４の挿入孔の形状が相違するものである。上述した実施の形態１における挿入孔１２は円形であるのに対し、この実施の形態４における挿入孔２４はトランスファーモールド樹脂体１１の側面にも開口するよう形成されている。すなわち、上面方向だけでなく側面方向にも開口した挿入孔２４である。
この実施の形態４によれば、冷却フィン１３を金属ベース板１に取り付けて固定する場合には、上述した実施の形態１のように、ボルト１４を挿入孔１２の開口上部からその挿入孔１２、貫通孔１０に挿入して冷却フィン１３を金属ベース板１に取り付けて固定するのではなく、ボルト１４を挿入孔２４の側面からその挿入孔２４、貫通孔１０に挿入して冷却フィン１３を金属ベース板１に取り付けて固定することができるので、ボルト１４の取り付けに対する作業性が向上する。
実施の形態５．
この発明の実施の形態５においては、図８に示す電力用半導体モジュールの製造方法を図１１に基づいて説明する。この実施の形態５と上述した実施の形態２との相違は、貫通孔１０と連通しその貫通孔１０の直径よりも大きい直径のボルト１４の挿入孔の形成方法が相違するものである。上述した実施の形態１における挿入孔１２は円柱状の成型物１５により円形の挿入孔１２を形成するようにしたものに対し、この実施の形態５における挿入孔２４はトランスファーモールド樹脂体１１の側面にも開口するよう形成された成型物２５を金型２６に一体形成したものである。すなわち、上面方向だけでなく側面方向にも開口した挿入孔２４を形成するものである。図１２は金型２６に一体形成される成型物２５の形状を示している。
この実施の形態５における電力用半導体モジュールの製造方法について説明する。回路基板４の金属ベース板１には通常前もって貫通孔１０が形成されている。このような回路基板４に、電力用半導体素子５と筒状外部端子接続体７とを実装し、電力用半導体素子５と配線パターン３との間の各間を電気的に接続するワイヤーボンド９からなる回路形成手段を形成して構成体を製作する。構成体を金型１６内で、金属ベース板１の他方側の面１ｂを金型２６の内底面に当接させ、貫通孔１０と連通しその貫通孔１０の直径よりも直径の大きいボルト１４の挿入孔２４をトランスファーモールド樹脂１１の側面にも開口するように形成するために貫通孔１０を金型２６に取り付けた成型物２５で塞ぐとともに、筒状外部端子接続体７の上部と成型物２５の上部を金型１６の内上面に当接させ、金属ベース板１の側面と金型２６の内側面と所定の間隔を持って配置して位置あわせを行なう。位置合せを行なった後、金型２６内の構成体と成型物２５とで形成される空隙部に、例えば、フィラーとしてシリカ粉末が充填されたエポキシ樹脂などのモールド樹脂を充填することにより、トランスファーモールド樹脂体１１が形成される。その後、金型２６からトランスファーモールド樹脂体１１を離型することにより、貫通孔１０と連通しその貫通孔１０の直径よりも大きい直径のボルト１４の挿入孔２４がトランスファーモールド樹脂１１の側面にも開口するように形成されて、上述した図８に示す電力用半導体モジュールの製造が完了する。
この実施の形態５によれば、成型物２５が金型２６に一体形成されているため、上述した実施の形態２のような位置決め工程が不要となり、製造コストの低減を図ることができる。
また、この実施の形態５における成型物２５は金型２６に一体形成されているが、金属ベース板１の厚みのバラツキを考慮した場合には、成型物２５を金型２６に可動調整が可能に取り付けられる構成とすることにより、トランスファーモールド樹脂体１１の形成時のモールド樹脂の流れ込みを防止でき安定したトランスファーモールド樹脂体１１を形成することができる。
ところで、上述した実施の形態２においても、この実施の形態５と同様の考え方で、成型物１５を金型１６に取り付けるようにしてもよい。
この発明の実施の形態１による電力用半導体モジュールを示す図２のＸ−Ｘ線における断面図である。 この発明の実施の形態１による電力用半導体モジュールを示す平面図である。 この発明の実施の形態１による電力用半導体モジュールの他の例を示す平面図である。 この発明の実施の形態１による電力用半導体モジュールの冷却フィンに接合された状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態２による電力用半導体モジュールの製造方法を示す断面図である。 この発明の実施の形態２による電力用半導体モジュールの成型物を示す断面図である。 この発明の実施の形態３による電力用半導体モジュールを示す断面図である。 この発明の実施の形態４による電力用半導体モジュールを示す断面図である。 この発明の実施の形態４による電力用半導体モジュールを示す平面図である。 この発明の実施の形態４による電力用半導体モジュールの冷却フィンに接合された状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態５による電力用半導体モジュールの製造方法を示す断面図である。 この発明の実施の形態５による電力用半導体モジュールの成型物を示す断面図である。
符号の説明
１：金属ベース板、２：樹脂絶縁層、３：配線パターン、４：回路基板、５：電力用半導体素子、７：筒状外部端子接続体、９：ワイヤーボンド、１０：貫通孔、１１：トランスファーモールド樹脂体、１２：挿入孔、１３：冷却フィン、１４：ボルト、１５：成型物、１６：金型、２１：セラミック板、２４：挿入孔、２５：成型物、２６：金型。

Claims (7)

  1. 金属ベース板とこの金属ベース板の一方側の面に接合された高熱伝導絶縁層とこの高熱伝導絶縁層における前記金属ベース板に接合された面と反対側の面に設けられた配線パターンとから構成される回路基板と、
    前記配線パターンの素子搭載部に接合された電力用半導体素子と、
    前記配線パターンに設置され、且つ外部端子が挿入接続される筒状外部端子接続体と、
    前記金属ベース板の他方側の面と前記筒状外部端子接続体の上部とが露出され、且つ前記金属ベース板の前記一方側と側面、前記電力用半導体素子及び前記筒状外部端子接続体を覆うように封止されたトランスファーモールド樹脂体とを備え、
    前記金属ベース板には、冷却フィンを前記金属ベース板の前記他方側の面に固定する取り付け部材を配置するための貫通孔が形成され、
    前記トランスファーモールド樹脂体には、前記貫通孔と連通し前記貫通孔の直径よりも大きい前記取り付け部材の挿入孔が形成された
    ことを特徴とする電力用半導体モジュール。
  2. 前記貫通孔の外周縁部における前記金属ベース板の金属面に、前記取り付け部材の頭部が接触し得るように、前記挿入孔の直径は前記貫通孔の直径よりも大きくしたことを特徴とする請求項１記載の電力用半導体モジュール。
  3. 前記金属ベース板上の前記トランスファーモールド樹脂体の高さは、前記挿入孔に挿入された前記取り付け部材の頭部の高さより高く形成されたことを特徴とする請求項１または２記載の電力用半導体モジュール。
  4. 前記挿入孔は、トランスファーモールド樹脂体の側面にも開口するように形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力用半導体モジュール。
  5. 金属ベース板とこの金属ベース板の一方側の面に接合された高熱伝導絶縁層とこの高熱伝導絶縁層における前記金属ベース板に接合された面と反対側の面に設けられた配線パターンとから構成される回路基板に、電力用半導体素子と筒状外部端子接続体とを実装し、前記電力用半導体素子と前記配線パターンとの間の各間を電気的に接続する回路形成手段を形成して構成体を製作する工程、
    前記金属ベース板の他方側の面に冷却フィンを固定する取り付け部材を配置するための貫通孔を前記金属ベース板に形成する工程、
    前記貫通孔と連通し前記貫通孔の直径よりも大きい前記取り付け部材の挿入孔を形成するために前記貫通孔を成型物で塞ぐ工程、並びに、
    前記成型物で前記貫通孔を塞いだ前記構成体を金型内で、前記金属ベース板の前記他方側の面を前記金型の内底面に当接させ、前記筒状外部端子接続体の上部と前記成型物の上部を前記金型の内上面に当接させ、前記金属ベース板の側面と前記金型の内側面と所定の間隔を持って配置し、前記金型内の前記構成体と前記成型物で形成される空隙部にモールド樹脂を充填してトランスファーモールド樹脂体を形成する工程
    を施す電力用半導体モジュールの製造方法。
  6. 前記成型物は、前記貫通孔に挿通される位置決め部を有することを特徴とする請求項５記載の電力用半導体モジュールの製造方法。
  7. 前記金型に前記成型物が一体形成されたことを特徴とする請求項５記載の電力用半導体モジュールの製造方法。
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