JP2016111083A - パワーモジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】板状の配線とパワー半導体素子との間の未接合部を減らしたパワーモジュールを提供することを目的とする。【解決手段】放熱板１３と、放熱板１３上に設けられた絶縁板８又は８１と、絶縁板８又は８１上に形成された回路パターン７と、回路パターン７上に配置され、表面に電極４が形成されたパワー半導体素子５と、電極４上に配置され、金属性の第１の多孔質部材２と、第１の多孔質部材２上に配置された板状の第１の配線１とを備えたことを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、パワーモジュール及びその製造方法に関するものである。

従来のパワーモジュールにおいて、パワー半導体素子間、パワー半導体素子と回路パターンとの間などの配線には、ワイヤが用いられている。ここで、パワーモジュールの電流容量を増大化するために、ワイヤの本数を増やす必要がある。しかしながら、ワイヤを接合することができる面積は限られているため、パワー半導体素子間、パワー半導体素子と回路パターンとの間などの配線にワイヤを用いる構造では、パワーモジュールの電流容量を増やすことが難しい。

そのため、ワイヤの代わりに板状の配線を用いて、パワー半導体素子間、パワー半導体素子と回路パターンとの間などの配線を行う構造が考案されている。板状の配線は、被接合部材に超音波接合によって接合される。しかしながら、板状の配線及び被接合部材の表面に酸化膜、汚れ又は微視的な凹凸が存在することに起因して、超音波接合後の板状の配線と被接合部材との間に未接合部が残り、接合不良が発生する。

そこで、板状の配線に相当するリードの被接合部材に接合される面を、凸状に湾曲させ、凸状の面を被接合部材に向けた状態で、凸状の面とは反対側の面に超音波印加手段を押圧して超音波を印加し、リードと被接合部材を超音波接合することにより、未接合部の生成を抑えていた（例えば、特許文献１）。

特開２０１２−０３９０１８号公報

このようなパワーモジュールにあっては、板状の配線を一方向に凸状に湾曲させ、被接合部材に超音波接合しているため、被接合部材が板状の配線が湾曲している方向と同じ方向に湾曲していた場合、板状の配線及び被接合部材の表面に酸化膜、汚れ又は微視的な凹凸が存在することに起因した超音波接合後の板状の配線と被接合部材との間の未接合部がまだ残ることとなる。また、被接合部材が板状の配線が湾曲している方向と異なる方向に湾曲していた場合、超音波接合開始時に、板状の配線と被接合部材が接触する領域に偏りが生じ、接合界面全体に超音波振動が印加されず、未接合部が残る。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、板状の配線とパワー半導体素子との間の未接合部を減らしたパワーモジュールを提供することを目的とする。

本発明にかかるパワーモジュールは、放熱板と、放熱板上に設けられた絶縁板と、絶縁板上に形成された回路パターンと、回路パターン上に配置され、表面に電極が形成されたパワー半導体素子と、電極上に配置され、金属性の第１の多孔質部材と、第１の多孔質部材上に配置された板状の第１の配線とを備えたことを特徴とする。

本発明にかかるパワーモジュールによれば、板状の配線とパワー半導体素子とを接合する時に、板状の配線とパワー半導体素子は、第１の多孔質部材を介して接合されるため、板状の配線とパワー半導体素子との間の未接合部を減らしたパワーモジュールを得ることができる。なぜなら、板状の配線とパワー半導体素子とを接合する時に、パワー半導体素子が湾曲していても、第１の多孔質部材が変形するので、接合界面全体に第１の多孔質部材が広がるからである。

本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュールの構成を概略的に示す断面図であり、（ａ）と（ｂ）はパワー半導体素子と放熱板との間の構成が異なる。 本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュールの製造方法を示す工程フロー図である。 本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュールの製造方法の工程のステップＳ１を説明するための配線及び多孔質部材を示す側面図及び下面図である。 本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュールの製造方法の工程のステップＳ２を説明するための図であり、（ａ）はステップＳ２の開始直前、（ｂ）はステップＳ２の開始直後、（ｃ）はステップＳ２の終了直後である。 本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュールの製造方法の工程のステップＳ１の変形例を説明するためのパワー半導体素子と回路パターンと多孔質部材の断面図である。 本発明の実施の形態２にかかるパワーモジュールの製造方法の工程のステップＳ１を説明するための配線及び多孔質部材を示す側面図及び下面図であり、（ａ）は多孔質部材を１つとした場合、（ｂ）は多孔質部材を複数にした場合である。 本発明の実施の形態２にかかるパワーモジュールの製造方法の工程のステップＳ１を説明するための配線及び多孔質部材を示す変形例の側面図及び下面図であり、図６の多孔質部材と異なる形状の多孔質部材を示し、（ａ）は多孔質部材を１つとした場合、（ｂ）は多孔質部材を複数にした場合である。 本発明の実施の形態２にかかるパワーモジュールの製造方法の工程のステップＳ１を説明するための配線及び多孔質部材を示す変形例の側面図及び下面図であり、図８及び図７の多孔質部材と異なる形状の多孔質部材を示し、（ａ）は多孔質部材を１つとした場合、（ｂ）は多孔質部材を複数にした場合である。 本発明の実施の形態３にかかるパワーモジュールの構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態４にかかるパワーモジュールの構成を概略的に示す断面図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュールの構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュールの構成を概略的に示す断面図であり、（ａ）と（ｂ）はパワー半導体素子と放熱板との間の構成が異なる。

まず、図１（ａ）の本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００について説明する。図１（ａ）のパワーモジュール１００は、放熱板１３と、放熱板１３上に設けられた絶縁板８と、絶縁板８上に形成された回路パターン７と、回路パターン７上に配置され、表面に電極４が形成されたパワー半導体素子５と、電極４上に配置され、金属性の第１の多孔質部材２と、第１の多孔質部材２上に配置された板状の第１の配線１とを備えている。そしてさらに、回路パターン７上に配置され、金属性の第２の多孔質部材２１と、第２の多孔質部材２１上に配置された板状の第２の配線３とを備えている。絶縁板８は、回路パターン７が形成される面と反対側の面に金属パターン９が形成されており、金属パターン９と放熱板１３が絶縁基板接合材６１を介して接合されている。パワー半導体素子５は素子接合材６を介して回路パターン７に接合されている。

そして、パワーモジュール１００は、絶縁板８と、回路パターン７と、金属パターン９と、パワー半導体素子５と、第１の多孔質部材２と、第２の多孔質部材２１とを収納するケース１４を備え、放熱板１３の絶縁板８と対向する面と、絶縁板８と、回路パターン７と、金属パターン９と、パワー半導体素子５と、第１の多孔質部材２と、第２の多孔質部材２１とを封止する第１の封止樹脂１６を備えている。第１の封止樹脂１６は、ケース１４内に充填されている。

次に、図１（ｂ）の本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１０１について説明する。図１（ｂ）のパワーモジュール１０１は、放熱板１３と、放熱板１３上に設けられた絶縁板８１と、絶縁板８１上に形成された回路パターン７と、回路パターン７上に配置され、表面に電極４が形成されたパワー半導体素子５と、電極４上に配置され、金属性の第１の多孔質部材２と、第１の多孔質部材２上に配置された板状の第１の配線１とを備えている。そしてさらに、回路パターン７上に配置され、金属性の第２の多孔質部材２１と、第２の多孔質部材上に配置された板状の第２の配線３とを備えている。絶縁板８１は、回路パターン７が形成される面と反対側の面が、放熱板１３に接合されている。パワー半導体素子５は素子接合材６を介して回路パターン７に接合されている。

そして、パワーモジュール１０１は、絶縁板８１と、回路パターン７と、パワー半導体素子５と、第１の多孔質部材２と、第２の多孔質部材２１とを収納するケース１４を備え、絶縁板８１と、回路パターン７と、パワー半導体素子５と、第１の多孔質部材２と、第２の多孔質部材２１とを封止する第１の封止樹脂１６を備えている。第１の封止樹脂１６は、ケース１４内に充填されている。

ここで、パワー半導体素子５は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、フリーホイール・ダイオード（ＦＷＤ：Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌ Ｄｉｏｄｅ）などである。もちろん、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であってもよい。

パワー半導体素子５の表面に形成された電極４の形状は特に限定されるものではない。

第１の配線１及び第２の配線３には、ここでは銅が用いられているが、これに限定されるものではない。第１の配線１及び第２の配線３は、高い電気伝導性を有する材料であることが好ましい。ここで、第１の配線１及び第２の配線３は、パワーモジュール１００及び１０１の電流及び電圧の入出力に用いられているため、ケース１４を貫通して、パワーモジュール１００及び１０１内部の回路と、パワーモジュール１００及び１０１が接続する外部機器とをつなぐように形成されている。

絶縁板８には、無機材料であるセラミックス、例えばアルミナ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｏｘｉｄｅ）、窒化アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、窒化ケイ素（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）等が用いられる。絶縁板８１には、有機材料、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シアネート系樹脂等に、セラミックスフィラー、例えばアルミナ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｏｘｉｄｅ）、窒化アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｎｉｔｒｉｄｅ）、窒化ホウ素（Ｂｏｒｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ）等を充填したものが用いられる。

回路パターン７には、ここでは銅が用いられているが、絶縁板８又は８１と直接接合法又は活性金属接合法で接合でき、高い電気伝導性を有する材料が用いられていればよい。直接接合法は、回路パターン７の銅と、絶縁板８又は８１の無機材料との直接反応により接合する方法である。活性金属接合法は、チタンやジルコニウム等の活性金属を添加したろう材を介して絶縁板８又は８１と接合する方法である。回路パターン７は、パワーモジュール１００又は１０１が構成する回路設計に対して、選択的に形成されている。

金属パターン９には、ここでは銅が用いられているが、これに限定されるものではない。金属パターン９の材料としては、絶縁板８と直接接合法又は活性金属接合法で接合でき、絶縁基板接合材６１を介して放熱板１３に接合できる材料である必要があり、より好ましくは、熱伝導性の良い材料であることである。ここでの金属パターン９は、絶縁板８と放熱板１３とを絶縁基板接合材６１を介して接合するために設けられ、さらにパワーモジュール１００稼働時に内部に発生する熱を放熱板１３に伝えるために設けられたものである。絶縁板８と放熱板１３と絶縁基板接合材６１を介さずに接合する場合は、絶縁板には絶縁板８１が用いられるのである。絶縁板８１は、放熱板１３に塗布して硬化させることで放熱板１３に接合できるからである。

放熱板１３には、ここでは銅が用いられているが、熱伝導性が良い材料を用いればよく、炭化ケイ素とアルミニウムの複合材（Ａｌ−ＳｉＣ）を用いてもよい。放熱板１３は、パワーモジュール１００及び１０１稼働時に内部に発生する熱を外部へ放熱する機能と、筐体の一部としての機能をもつ。図１においては、ケース１４の下に放熱板１３が設けられているが、放熱板１３の一部をケース１４が覆っている部分があってもよく、例えば、放熱板１３の外周部分をケース１４が囲んでいてもよい。放熱板１３の絶縁板８と対向する面と反対側の面、又は放熱板１３の絶縁板８１が接合された面と反対側の面、すなわち図１における放熱板１３の下面が、外部に露出し、パワーモジュール１００又は１０１の熱を放熱できるようになっていればよい。

素子接合材６及び絶縁基板接合材６１は、ここでははんだが用いられているが、銀ナノ粒子ペースト、又はいわゆる導電性接着剤であるエポキシ樹脂を含む銀ペーストであってもよい。

ケース１４には、耐熱性の高い絶縁性の材料が用いられ、例えば、ポリフェニレンサルファイド（Ｐｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎ Ｓｕｌｆｉｄｅ）やポリブチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙ Ｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等の耐熱性の高い熱可塑性樹脂等が用いられる。

第１の封止樹脂１６には、シリコン樹脂が用いられるが、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂、ゴム材等を用いてもよい。また、ゲル状のシリコン樹脂の上に、エポキシ樹脂を重ねるなどしてもよい。

第１の多孔質部材２及び第２の多孔質部材２１は、金属を用いており、ここでは構成元素が第１の配線１及び第２の配線３と同じ銅を用いた場合で説明する。第１の多孔質部材２及び第２の多孔質部材２１は、電気的特性、後述するパワーモジュールの製造方法における機械的特性から、銅、アルミニウム、銀、ニッケル、金のいずれかが用いられることが好ましく、これらのいずれかを主体とした合金を用いてもよい。第１の多孔質部材２及び第２の多孔質部材２１は、その名称の通り、多孔質であるので、複数の微細な孔を有するものである。第１の多孔質部材２及び第２の多孔質部材２１それぞれ、複数の微細な孔が占める割合は全体の３０％程度である。３０％程度であれば、パワー半導体素子５と第１の配線１との間、又は回路パターン７と第２の配線３との間の電気抵抗を極端に上げることはない。

第１の多孔質部材２及び第２の多孔質部材２１を形成するための素材は、購入製品を用いてもよいし、本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００及び１０１の製造方法において後述するように、第１の配線１及び第２の配線３上に素材の生成も含めて形成してもよい。購入製品を用いる方法としては例えば、多孔質金属として販売されている住友電気工業株式会社製のセルメット（登録商標）を第１の多孔質部材２の素材として購入し、この素材を必要な寸法に加工して第１の多孔質部材２とする。次に、この第１の多孔質部材２を第１の配線１のパワー半導体素子５に接合される面にろう付けし、第１の配線１とパワー半導体素子５とを第１の多孔質部材２を介して接合する。

このとき、購入する第１の多孔質部材２の素材は、第１の配線１より柔らかいものを選択する。第２の多孔質部材２１の素材も、第２の配線３より柔らかいものを選択する。第１の配線１より柔らかいものとは、ここでは、ビッカース硬さ又は降伏応力（０．２％耐力）が、第１の配線１のビッカース硬さ又は降伏応力（０．２％耐力）よりも小さいものを示す。

次に、本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００及び１０１の製造方法についてそれぞれ説明する。まず、パワーモジュール１００を製造する場合は、絶縁板８の一方の面上に回路パターン７が、他方の面上に金属パターン９が接合された絶縁基板と、表面に電極４が形成されたパワー半導体素子５とを用意する。そして、放熱板１３上に絶縁基板接合材６１を介して金属パターン９が放熱板１３側となるように絶縁基板を置き、その絶縁基板の回路パターン７上に素子接合材６を介してパワー半導体素子５を配置し、リフロー炉に入れる。リフロー炉に入れることにより、絶縁基板接合材６１及び素子接合材６が融解し、放熱板１３と絶縁基板とパワー半導体素子５が接合される。

パワーモジュール１０１を製造する場合は、放熱板１３の一方の面上に絶縁板８１が接合され、さらにその上、絶縁板８１上に回路パターン７が接合された金属基板と、表面に電極４が形成されたパワー半導体素子５とを用意する。そして、金属基板の回路パターン７上に素子接合材６を介してパワー半導体素子５を配置し、リフロー炉に入れる。そして、素子接合材６が融解することにより、金属基板とパワー半導体素子５が接合される。

これにより、パワーモジュール１００又は１０１を製造するための用意ができたこととなる。

次に、第１の多孔質部材２及び第２の多孔質部材２１を用いて、板状の配線の接合を行う。図２は、本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００及び１０１の製造方法のうち、板状の配線の接合を行う工程を示す工程フロー図である。図２に示されたステップＳ１において、第１の配線１の一方の面に第１の多孔質部材２を形成し、第２の配線３の一方の面に第２の多孔質部材２１を形成する。そして、ステップＳ２において、板状の配線である第１の配線１とパワー半導体素子５の電極４とを第１の多孔質部材２を介して接合し、板状の配線である第２の配線３と回路パターン７とを第２の多孔質部材２１を介して接合する。

図２のステップＳ１及びステップＳ２について、図３及び図４を用いて、その詳細を説明する。なお、図３は本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００及び１０１の製造方法の工程のステップＳ１を説明するための配線及び多孔質部材（第１の多孔質部材２及び第２の多孔質部材２１）を示す側面図及び下面図である。図４は、本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００及び１０１の製造方法の工程のステップＳ２を説明するための図であり、（ａ）はステップＳ２の開始直前、（ｂ）はステップＳ２の開始直後、（ｃ）はステップＳ２の終了直後である。

ステップＳ１では、図３に示すように、第１の配線１の一方の面であるパワー半導体素子５に接合する面に、第１の多孔質部材２を形成する。なお、第２の配線３に第２の多孔質部材２１を形成する方法も、以下に説明する第１の配線１に第１の多孔質部材２を形成する方法と同様の方法を用いることができる。したがって、同様の説明となるため、省略する。

ここでは、第１の配線１のパワー半導体素子５に接合する面を下面としている。第１の多孔質部材２の形状は、側面図において凸状、下面図において円形状とした。まず、第１の配線１に素材の生成も含めて第１の多孔質部材２を形成する場合を説明する。第１の配線１に素材の生成も含めて第１の多孔質部材２を形成する方法には、好ましくは、コールドスプレー法又は微粒子焼結法を用いる。コールドスプレー法とは、金属の微粒子を高速で物体に吹き付けて膜を形成する方法である。第１の多孔質部材２に用いる金属の微粒子を高速で第１の配線１のパワー半導体素子５に接合する面に吹き付けることで、第１の多孔質部材２を形成することができる。微粒子焼結法とは、金属の微粒子を物体上に堆積し、堆積後、金属の微粒子を焼き付けて膜を形成する方法である。第１の多孔質部材２に用いる金属の微粒子を第１の配線１のパワー半導体素子５に接合する面上に積み、その後、金属の微粒子を第１の配線１に焼き付けることで、第１の多孔質部材２を形成することができる。コールドスプレー法又は微粒子焼結法以外には、射出成形により第１の多孔質部材２を生成し、第１の配線１のパワー半導体素子５と接合する面にろう付けする方法を用いてもよい。

第１の多孔質部材２に購入製品を用いる場合は、上述したように、例えば、多孔質金属として販売されている住友電気工業株式会社製のセルメット（登録商標）を第１の多孔質部材２の素材として購入し、この素材を、図３に示すような形状に加工して、第１の配線１のパワー半導体素子５に接合される面にろう付けする。

ここで、第１の多孔質部材２を形成する金属材料を、第１の配線１と同じ金属材料として第１の多孔質部材２を形成した場合、第１の配線１に形成された第１の多孔質部材２は、密度が第１の配線１よりも低いので、第１の配線１よりも柔らかい。一般的に、多孔質金属の密度が低くなっていくと、硬度が低下していくからである。

第１の多孔質部材２を形成する金属材料を、第１の配線１と異なる金属材料として第１の多孔質部材２を形成する場合、第１の多孔質部材２は、第１の配線１よりも柔らかくなるようにする。第１の多孔質部材２が第１の配線１よりも柔らかくなるようにとは、第１の配線１に形成後の第１の多孔質部材２のビッカース硬さ又は降伏応力（０．２％耐力）が、第１の配線１のビッカース硬さ又は降伏応力（０．２％耐力）よりも小さくなるようにということを示す。

すなわち、第１の多孔質部材２に第１の配線１と同じ金属材料を用いた場合でも、異なる金属材料を用いた場合でも、第１の配線１に形成後の第１の多孔質部材２のビッカース硬さ又は降伏応力（０．２％耐力）は、第１の配線１のビッカース硬さ又は降伏応力（０．２％耐力）よりも必ず小さくなっている。

例えば、第１の配線１に無酸素銅（Ｃ１０２０−１／２Ｈ）を用いている場合、第１の配線１に形成後の第１の多孔質部材２のビッカース硬さは７５ｋｇｆ／ｍｍ^２未満であり、降伏応力（０．２％耐力）は２５０Ｎ／ｍｍ^２未満であるように形成される。

第２の多孔質部材２１の第２の配線３に対する硬さ関係も、第１の多孔質部材２の第１の配線１に対する硬さ関係と同様の関係である。すなわち、第２の多孔質部材２１に第２の配線３と同じ金属材料が用いられていても、異なる金属材料が用いられていても、第２の配線３に形成後の第２の多孔質部材２１のビッカース硬さ又は降伏応力（０．２％耐力）は、第２の配線３のビッカース硬さ又は降伏応力（０．２％耐力）よりも必ず小さくなっている。

次に、ステップＳ２では、第１の配線１とパワー半導体素子５を第１の多孔質部材２を介して接合する。なお、第２の配線３と回路パターン７を第２の多孔質部材２１を介して接合する方法も、以下に説明する第１の配線１とパワー半導体素子５を第１の多孔質部材２を介して接合する方法と同様の方法を用いることができる。パワー半導体素子５が回路パターン７となるのみであり、同様の説明となるため、省略する。

図４（ａ）に示すように、第１の配線１をパワー半導体素子５の表面に形成された電極４上に配置する。ここで、第１の配線１の第１の多孔質部材２が形成された面と反対側には、超音波接合ツール３０が存在する。第１の配線１は、ケース１４の所定の箇所にあらかじめ形成されており、放熱板１３にケース１４を固定することによって、第１の配線１はパワー半導体素子５の表面に形成された電極４上に配置される。

そして、図４（ｂ）に示すように、第１の配線１に形成された第１の多孔質部材２がパワー半導体素子５の表面に形成された電極４に接触するように、超音波接合ツール３０を上側から、すなわち第１の配線１の第１の多孔質部材２が形成された面と反対側から第１の配線１に押しあて、荷重及び超音波振動を印加する。

すると、第１の多孔質部材２とパワー半導体素子５の表面に形成された電極４の接触領域１０から、第１の多孔質部材２の変形が始まり、接触領域１０の面積が拡大していく。そして、図４（ｃ）に示すように、第１の多孔質部材２と電極４の接合界面全体が接触領域１１となり、接合界面全体に超音波振動が印加され、接合が完了し、第１の配線１とパワー半導体素子５とが第１の多孔質部材２を介して接合されたこととなる。

第１の多孔質部材２は、第１の配線１とパワー半導体素子５とが第１の多孔質部材２を介して接合されたあとも、多孔質の状態を保っている。第２の多孔質部材２１も同様に、第２の配線３と回路パターン７とが第２の多孔質部材２１を介して接合されたあとも、多孔質の状態を保っている。

ここで、図４におけるパワー半導体素子５の下側には、回路パターン７と絶縁板８と金属パターン９があり、放熱板１３が省略され、図１（ａ）の本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００を製造するための図となっている。図１（ｂ）の本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１０１を製造するときは、パワー半導体素子５の下側には、回路パターン７と絶縁板８１と放熱板１３とがあることは言うまでもない。

次に、第１の封止樹脂１６を、ケース１４と放熱板１３で囲まれる領域に充填し、硬化させる。以上により、本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００及び１０１が製造される。

第１の配線１とパワー半導体素子５とを第１の多孔質部材２を介して接合する方法には、超音波接合法を用いた。熱圧着法を用いてもよく、超音波併用熱圧着法を用いてもよいが、パワー半導体素子５に熱のかからない超音波接合法が好ましい。第２の配線３と回路パターン７とを第２の多孔質部材２１を介して接合する方法も同様である。

ここで、本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００及び１０１の製造途中の状態でステップＳ１の直前のパワーモジュール１００又は１０１、すなわち、第１の多孔質部材２及び第２の多孔質部材２１と、第１の配線１及び第２の配線３と、第１の封止樹脂１６と、ケース１４以外を備えたパワーモジュール１００及び１０１には、反りが発生している。なぜなら、線膨張係数の異なる様々な材料を用いた部材を重ね、リフロー炉に入れることによって、製造しているためである。

したがって、図４に示したように、パワー半導体素子５の表面に形成された電極４と第１の配線１は、その対向する面は平行になっていないのである。回路パターン７と第２の配線３の対抗する面も同様である。

第１の多孔質部材２の厚み、及び面内寸法、ここでは円形の直径は、適宜決定されるものである。第１の多孔質部材２を介して第１の配線１が接合されるパワー半導体素子５に生じている反り、第１の配線１のパワー半導体素子５が接合される面の面積、及びパワー半導体素子５の表面に形成された電極４の面積により変わるためである。

例えば、第１の多孔質部材２と、第２の多孔質部材２１と、第１の配線１と、第２の配線３と、第１の封止樹脂１６と、ケース１４以外を備えたパワーモジュール１００又は１０１に生じている反りが５００μｍ程度である場合、第１の多孔質部材２は２５０μｍ以上７５０μｍ以下の厚みがあればよいと考えられる。

第１の多孔質部材２と、第２の多孔質部材２１と、第１の配線１と、第２の配線３と、第１の封止樹脂１６と、ケース１４以外を備えたパワーモジュール１００又は１０１に生じている反りが５００μｍ程度である場合、パワー半導体素子５に生じている反りはそれよりも小さく、パワー半導体素子５に生じている反りに起因した第１の配線１の接合不良の発生を低減させるためには、第１の多孔質部材２の厚さは、２５０μｍ以上あればよいと考えられる。

そして、第１の多孔質部材２が７５０μｍよりも厚い場合には、第１の多孔質部材２の電気抵抗値が増加すること、第１の配線１を第１の多孔質部材２を介してパワー半導体素子５に超音波接合する際に、超音波振動が第１の多孔質部材２とパワー半導体素子５との接合界面に伝わりにくくなることが懸念されるため、第１の多孔質部材２は７５０μｍ以下の厚みであればよいと考えられる。

第２の多孔質部材２１の厚み、及び面内寸法も、第１の多孔質部材２と同様に適宜決定されるものである。

上述の本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００及び１０１の製造方法では、第１の配線１に第１の多孔質部材２を形成し、第２の配線３に第２の多孔質部材２１を形成した。そして、第１の配線１を第１の多孔質部材２を介してパワー半導体素子５の表面に形成される電極４に接合し、第２の配線３を第２の多孔質部材２１を介して回路パターン７に接合した。

図５は、本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュールの製造方法の工程のステップＳ１の変形例を説明するためのパワー半導体素子と回路パターンと多孔質部材の断面図である。図５において、第１の多孔質部材２は、パワー半導体素子５の表面に形成された電極４上に形成され、第２の多孔質部材２１は、回路パターン７上に形成されている。

ステップＳ１の変形例として、第１の配線１に第１の多孔質部材２を形成するのではなく、図５に示すように、パワー半導体素子５の表面に形成された電極４上に第１の多孔質部材２を形成してもよい。第１の多孔質部材２を形成する方法は、上述したように、コールドスプレー法又は微粒子焼結法が用いられる。もちろん、射出成形により第１の多孔質部材２を形成し、パワー半導体素子５の表面に形成された電極４上にろう付けする方法を用いてもよい。

そして、ステップＳ２において、第１の配線１を第１の多孔質部材２を介してパワー半導体素子５の表面に形成される電極４に接合する。

第２の配線３を第２の多孔質部材２１を介して回路パターン７に接合する場合も同様に、ステップＳ１の変形例として、第２の配線３に第２の多孔質部材２１を形成するのではなく、図５に示すように、回路パターン７上に第２の多孔質部材２１を形成してもよい。そして、ステップＳ２において、第２の配線３を第２の多孔質部材２１を介して回路パターン７に接合する。

また、更なるステップＳ１の変形例としては、第１の配線１及びパワー半導体素子５の表面に形成された電極４上の両方に第１の多孔質部材２を形成してもよい。そして、ステップＳ２において、第１の配線１を第１の多孔質部材２を介してパワー半導体素子５の表面に形成される電極４に接合する。同様に、第２の配線３及び回路パターン７上の両方に第２の多孔質部材２１を形成してもよい。そして、ステップＳ２において、第２の配線３を第２の多孔質部材２１を介して回路パターン７に接合する。

本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００及び１０１は、以上のような構成及び製造方法としたことにより、第１の配線１とパワー半導体素子５との間の未接合部を減らしたパワーモジュール１００及び１０１を得ることができる。また、第２の配線３と回路パターン７との間の未接合部を減らしたパワーモジュール１００及び１０１を得ることができる。

なぜなら、第１の配線１とパワー半導体素子５とを接合する時には、パワー半導体素子５が湾曲していても、図４に示したように、第１の配線１とパワー半導体素子５のそれぞれが対向する面が平行でなくても、第１の多孔質部材２が多孔質であり、かつ金属性であるので変形しやすく、接合界面全体に第１の多孔質部材２が広がるからである。第２の配線３と回路パターン７との間も同様である。

さらに、第１の配線１とパワー半導体素子５とを接合する時には、第１の多孔質部材２が変形することで、パワー半導体素子５に過度な荷重及びせん断応力が加わることなく、パワー半導体素子５の損傷を低減させることができる。

また、第１の配線１とパワー半導体素子５との間に第１の多孔質部材２が存在することにより、パワーモジュール１００及び１０１の稼働時に発生する、第１の多孔質部材２から、第１の配線１と第１の多孔質部材２との界面及びパワー半導体素子５の表面に形成された電極４と第１の多孔質部材２との界面にかかる応力を、第１の多孔質部材２が有する複数の微細な孔が、その形を変形することにより、緩和させることができる。したがって、パワーモジュール１００及び１０１は、第１の配線１とパワー半導体素子５との接合をパワーモジュール１００及び１０１の稼働時も保つことができ、第１の配線１とパワー半導体素子５との接合信頼性が向上したパワーモジュール１００及び１０１を得ることができる。

従来の技術を用いて、第１の配線１とパワー半導体素子５とを銀ペーストを介して接合した場合、第１の配線１とパワー半導体素子５との間には、銀フィラーだけでなく、エポキシ樹脂などの導電性樹脂も存在する。また、第１の配線１とパワー半導体素子５とを銀ナノ粒子ペーストを介して接合した場合は、第１の配線１とパワー半導体素子５との間には、銀ナノ粒子だけでなく、有機材料が用いられている分散剤も存在する。銀ナノ粒子ペーストは、接合時に分散剤を揮発させるが、銀ナノ粒子ペーストの中心部は分散剤が揮発しにくいため、第１の配線１とパワー半導体素子５との間には、銀ナノ粒子だけでなく、分散剤も残ることとなるからである。

したがって、第１の配線１とパワー半導体素子５とを銀ペーストを介して接合した場合は、銀フィラーと導電性樹脂との線膨張係数の差に起因した応力が、銀ペーストから第１の配線１と銀ペーストとの界面、及び銀ペーストとパワー半導体素子５との界面にかかる。また、第１の配線１とパワー半導体素子５とを銀ナノ粒子ペーストを介して接合した場合は、分散剤が揮発しにくい銀ナノ粒子ペーストの中心部で、銀ナノ粒子と第１の配線１又はパワー半導体素子５、若しくは銀ナノ粒子同士の焼結が進行し難くなる。その結果、銀ナノ粒子の未焼結部又は未接合部が残存する。これにより、銀ナノ粒子接合部の熱抵抗が増加する。

一方、本発明の実施の形態１では、第１の多孔質部材２から、第１の配線１と第１の多孔質部材２との界面、及び第１の多孔質部材２とパワー半導体素子５との界面にかかる応力は、発生しても、その大きさは小さく、銀ペーストで接合した場合と比べると、その値は小さい。なぜなら、本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００及び１０１には、有機材料を含まない金属性の第１の多孔質部材２が用いられているので、第１の多孔質部材２内で、金属材料と有機材料との線膨張係数の差に起因した応力が発生しないからである。

また、本発明の実施の形態１では、第１の多孔質部材２が用いられた接合部の熱抵抗は、銀ナノ粒子ペーストで接合した場合と比べると、その値は小さい。なぜなら、本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００及び１０１には、有機材料を含まない金属性の第１の多孔質部材２が用いられており、さらに、第１の多孔質部材２を図４に示す超音波接合法により接合するため、銀ナノ粒子の未焼結部又は未接合部の残存を抑制できるためである。

さらに、銀ペースト及び銀ナノ粒子ペーストを用いて接合する場合は、接合時に熱を加えなければならず、パワー半導体素子５に余計な熱を加えることになる。一方、本発明の実施の形態１にかかる第１の多孔質部材２は、熱を用いずに超音波接合法により第１の配線１とパワー半導体素子５とを接合することができるので、パワー半導体素子５に余計な熱を加えなくて済むという効果がある。

第２の配線３と回路パターン７との接合についても、第２の多孔質部材２１が存在するため、第１の配線１とパワー半導体素子５との接合と同様の効果がある。したがって、パワーモジュール１００及び１０１は、第１の配線１とパワー半導体素子５との接合信頼性だけでなく、第２の配線３と回路パターン７との接合信頼性も向上している。

ここで、図４に示した超音波接合ツール３０は、一定ピッチの突起を有している。そして、図１（ａ）のパワーモジュール１００及び図１（ｂ）のパワーモジュール１０１は、第１の配線１の第２の多孔質部材２が形成された面と反対側の面、及び第２の配線３の第２の多孔質部材２が形成された面と反対側の面に、超音波接合ツール３０の接触跡である一定ピッチの凹凸を有している。しかしながら、超音波接合ツール３０の形状は、特に限定されるものではなく、第１の配線１とパワー半導体素子５、第２の配線３と回路パターン７の接合を実施できるものでよい。そのため、図１（ａ）及び（ｂ）に示したような一定ピッチの凹凸を有さない第１の配線１及び３もある。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、本発明の実施の形態１と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。本発明の実施の形態２では、第１の配線１に形成する第１の多孔質部材２の形状が異なる。

図６は、本発明の実施の形態２にかかるパワーモジュールの製造方法の工程のステップＳ１を説明するための配線及び多孔質部材を示す側面図及び下面図であり、（ａ）は多孔質部材を１つとした場合、（ｂ）は多孔質部材を複数にした場合である。図６に示すように、第１の配線１のパワー半導体素子５に接合する面に、第１の多孔質部材２を形成する。

ここでは、第１の配線１のパワー半導体素子５に接合する面を下面としている。図６において、第１の多孔質部材２の形状は、側面図において凸状、下面図において楕円形状とした。図６（ａ）では上述したように、第１の多孔質部材２が１つで形成され、図６（ｂ）では複数形成されている。

図６（ａ）は、パワー半導体素子５の表面に形成された電極４の形状が矩形、かつ向かい合う辺の長さが異なる場合において、第１の配線１とパワー半導体素子５とを第１の多孔質部材２を介して接合する時に、第１の多孔質部材２がパワー半導体素子５の表面に形成された電極４の寸法に応じて変形し、第１の配線１とパワー半導体素子５とを接合することができる第１の多孔質部材２の形状を示している。これにより、パワー半導体素子５の表面に形成された電極４の形状が矩形、かつ向かい合う辺の長さが異なる場合であっても、本発明の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

図６（ｂ）は、パワー半導体素子５の表面に形成された電極４が分割して形成されている場合において、第１の多孔質部材２をパワー半導体素子５の表面に形成された電極４の形状及び位置に合わせて配置することができる第１の多孔質部材２の形状を示している。すなわち、パワー半導体素子５の表面に形成された電極４が分割して形成されている場合は、図６（ｂ）に示すように、第１の多孔質部材２をその形状及び位置に合わせて複数形成すればよい。したがって、図６（ｂ）では複数の例として、３つを示しているが、これに限ることはない。このときも本発明の実施の形態１と同様の効果を得られることは言うまでもない。

図７は、本発明の実施の形態２にかかるパワーモジュールの製造方法の工程のステップＳ１を説明するための配線及び多孔質部材を示す側面図及び下面図であり、図６の多孔質部材と異なる形状の多孔質部材を示し、（ａ）は多孔質部材を１つとした場合、（ｂ）は多孔質部材を複数にした場合である。図７に示すように、第１の配線１のパワー半導体素子５に接合する面に、第１の多孔質部材２を形成する。

ここでは、第１の配線１のパワー半導体素子５に接合する面を下面としている。図７において、第１の多孔質部材２の形状は、側面図において凸状であって矩形状、下面図において矩形状とした。すなわち、角柱状となっている。図７（ａ）では上述したように、第１の多孔質部材２が１つで形成され、図７（ｂ）では複数形成されている。

図７（ａ）は、第１の多孔質部材２を矩形状に形成することで、第１の多孔質部材２を図３のような凸状かつ円形状、又は図６のような凸状かつ楕円形状に形成する場合よりも、第１の多孔質部材２を形成するのを簡略にすることができる。

また、第１の多孔質部材２を図３のような凸状かつ円形状、又は図６のような凸状かつ楕円形状に形成する場合よりも、第１の多孔質部材２の体積は、図７のように凸状かつ矩形状に形成する場合の方が大きい。したがって、第１の多孔質部材２を構成する金属量が、図７のように形成する場合の方が図３又は図６のように形成する場合より多くなる。そのため、図７のように形成する場合の方が、第１の多孔質部材２の熱容量が大きくなり、パワーモジュールの稼働時に発生する熱を、第１の多孔質部材２を通して拡散させやすくなる。

したがって、パワーモジュールの放熱性が向上する。また、上述のような放熱性の効果は、第１の多孔質部材２が凸状かつ矩形状である場合のみに限定されるわけではなく、凸状かつ円形状であって、円柱状などの場合においても得られる。もちろん、本発明の実施の形態１と同様の効果が得られることは言うまでもない。

図７（ｂ）は、図６（ｂ）と同様に、パワー半導体素子５の表面に形成された電極４が分割して形成されている場合において、第１の多孔質部材２をパワー半導体素子５の表面に形成された電極４の形状及び位置に合わせて配置することができる第１の多孔質部材２の形状を示している。したがって、図７（ｂ）では複数の例として、３つを示したが、これに限ることはない。この場合も、本発明の実施の形態１と同様の効果を得られることは言うまでもなく、加えて、上述のような放熱性の効果が得られることも言うまでもない。

図８は、本発明の実施の形態２にかかるパワーモジュールの製造方法の工程のステップＳ１を説明するための配線及び多孔質部材を示す側面図及び下面図であり、図６及び図７の多孔質部材と異なる形状の多孔質部材を示し、（ａ）は多孔質部材を１つとした場合、（ｂ）は多孔質部材を複数にした場合である。図８に示すように、第１の配線１のパワー半導体素子５に接合する面に、第１の多孔質部材２を形成する。

ここでは、第１の配線１のパワー半導体素子５に接合する面を下面としている。図８において、第１の多孔質部材２の形状は、側面図において凸状であって三角状、下面図において正方形状とした。すなわち、角錐状となっている。図８（ａ）では上述したように、第１の多孔質部材２が１つで形成され、図８（ｂ）では複数形成されている。

図８（ａ）は、第１の多孔質部材２を角錐状とすることで、第１の配線１とパワー半導体素子５とを接合する時、図２のステップＳ２において、第１の多孔質部材２の角錐の先端に荷重が集中するので、本発明の実施の形態１と同様の効果に加えて、第１の多孔質部材２を効率的に変形させることができる。ここで、図８（ａ）に示される第１の多孔質部材２は、下面図において正方形状としたが、矩形状であっても、円形状であっても、第１の多孔質部材２を効率的に変形させる同様の効果を有する。

図８（ｂ）は、図６（ｂ）及び図７（ｂ）と同様に、パワー半導体素子５の表面に形成された電極４が分割して形成されている場合において、第１の多孔質部材２をパワー半導体素子５の表面に形成された電極４の形状及び位置に合わせて配置することができる第１の多孔質部材２の形状を示している。したがって、図８（ｂ）では複数の例として、９つを示したが、これに限ることはない。この場合も、本発明の実施の形態１と同様の効果を得られることは言うまでもなく、加えて、上述のような、第１の多孔質部材２を効率的に変形させる効果が得られることも言うまでもない。

なお、図６から図８を用いた上述では、第１の配線１に第１の多孔質部材２を形成する場合について述べているが、第１の多孔質部材２を、パワー半導体素子５の表面に形成された電極４上に形成する場合も同様である。そして、第２の配線３に第２の多孔質部材２１を形成する場合も同様であり、第２の多孔質部材２１を回路パターン７上に形成する場合も同様であることは言うまでもない。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３は、本発明の実施の形態１及び本発明の実施の形態２と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。本発明の実施の形態３では、本発明の実施の形態１及び本発明の実施の形態２と異なり、第１の配線１が２つのパワー半導体素子５を接続している。

図９は、本発明の実施の形態３にかかるパワーモジュール１０２の構成を概略的に示す断面図である。本発明の実施の形態３にかかるパワーモジュール１０２は、図９に示すように、放熱板１３と、放熱板１３上に設けられた絶縁板８と、絶縁板８上に形成された回路パターン７と、回路パターン７上に配置され、表面に電極４が形成されたパワー半導体素子５が２つと、２つあるパワー半導体素子５のそれぞれの電極４上に配置され、金属性の第１の多孔質部材２と、２つの第１の多孔質部材２上に配置された板状の第１の配線１とを備えている。すなわち、本発明の実施の形態３にかかる第１の配線１は、２つのパワー半導体素子５のそれぞれの電極４と、２つのパワー半導体素子５のそれぞれの電極４上に配置されている第１の多孔質部材２を介して接合されている。

さらに、パワーモジュール１０２は、回路パターン７上に配置され、金属性の第２の多孔質部材２１と、第２の多孔質部材上に配置された板状の第２の配線３とを備えている。絶縁板８は、回路パターン７が形成される面と反対側の面に金属パターン９が形成されており、金属パターン９と放熱板１３が絶縁基板接合材６１を介して接合されている。２つのパワー半導体素子５は素子接合材６を介して回路パターン７に接合されている。

そして、パワーモジュール１０２は、絶縁板８と、回路パターン７と、金属パターン９と、２つのパワー半導体素子５と、２つの第１の多孔質部材２と、第２の多孔質部材２１とを収納するケース１４を備え、放熱板１３の絶縁板８と対向する面と、絶縁板８と、回路パターン７と、金属パターン９と、２つのパワー半導体素子５と、２つの第１の多孔質部材２と、第２の多孔質部材２１とを封止する第１の封止樹脂１６を備えている。

このように、本発明の実施の形態３にかかるパワーモジュール１０２は、本発明の実施の形態１のパワーモジュール１００が、２つのパワー半導体素子５を備え、それぞれに対して第１の多孔質部材２を備えたものであり、第１の配線１が２つのパワー半導体素子５と、パワーモジュール１０２が接続する外部機器とをつなぐものである。

パワーモジュールをモータ制御などの回路に適用する場合には、パワーモジュールには電流や電圧をスイッチングする動作が必要となる。したがって、パワーモジュール内部で電流や電圧を入出力する回路は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）チップなどと、それに逆並列接続したフリーホイール・ダイオード（ＦＷＤ）などのパワー半導体素子で構成することとなる。

本発明の実施の形態３にかかるパワーモジュール１０２は、このような内部で電流や電圧を入出力する回路を有しているため、第１の配線１が２つのパワー半導体素子５と、パワーモジュール１０２が接続する外部機器とをつなぐものになるのである。

２つのパワー半導体素子５のそれぞれが、具体的に何であるかは、本発明の実施の形態３にかかるパワーモジュール１０２内の回路設計によるものである。

本発明の実施の形態３にかかるパワーモジュール１０２も、本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１０１と同様の効果が得られる。

また、本発明の実施の形態３にかかるパワーモジュール１０２も、本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１０１のように、回路パターン７と放熱板１３との間の構成を絶縁板８１のみとしてもよい。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４では、本発明の実施の形態１から本発明の実施の形態３と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。本発明の実施の形態４では、パワーモジュールの構成を、本発明の実施の形態１から本発明の実施の形態３で示したようないわゆるケース型パワーモジュールというものから、モールド型パワーモジュールというものにした。

図１０は、本発明の実施の形態４にかかるパワーモジュール１０３の構成を概略的に示す断面図である。本発明の実施の形態４にかかるパワーモジュール１０３は、放熱板１３と、放熱板１３上に設けられた絶縁板８１と、絶縁板８１上に形成された回路パターン７と、回路パターン７上に配置され、表面に電極４が形成されたパワー半導体素子５と、電極４上に配置され、金属性の第１の多孔質部材２と、第１の多孔質部材２上に配置された板状の第１の配線１とを備えている。そしてさらに、回路パターン７上に配置され、金属性の第２の多孔質部材２１と、第２の多孔質部材上に配置された板状の第２の配線３とを備えている。絶縁板８１は、回路パターン７が形成される面と反対側の面が、放熱板１３に接合されている。パワー半導体素子５は素子接合材６を介して回路パターン７に接合されている。

そして、パワーモジュール１０３は、絶縁板８１と、回路パターン７と、パワー半導体素子５と、第１の多孔質部材２と、第２の多孔質部材２１とをモールド封止する第２の封止樹脂１７を備えている。

第２の封止樹脂１７は、エポキシ樹脂が用いられたモールド樹脂であって、熱を加えることによって硬化し、その後は軟化することなく元に戻らない樹脂である。本発明の実施の形態４にかかるパワーモジュール１０３は、金型に第２の封止樹脂１７以外を備えたパワーモジュール１０３を置き、そこにモールド樹脂である第２の封止樹脂１７を流し込み、熱を加えることによって硬化させるトランスファーモールド工程によって製造される。

本発明の実施の形態４にかかるパワーモジュール１０３は、トランスファーモールド工程により製造することができるため、製造コストを低減することができる。また、本発明の実施の形態１から本発明の実施の形態３にかかるパワーモジュールのように、ケース型構造で、第１の配線１、第１の多孔質部材２、及びパワー半導体素子５などのパワーモジュールを構成する部材をシリコン樹脂などが用いられる第１の封止樹脂１６で封止する場合よりも、第２の封止樹脂１７で封止するモールド型構造の場合の方が、強固に封止されるため、さらに、第１の配線１とパワー半導体素子５との間及び第２の配線３と回路パターン７との間の接合信頼性を向上させたパワーモジュールを得ることができる

ここで、本発明の実施の形態４にかかるパワーモジュール１０３は、第１の配線１及び第２の配線３がリードフレームとなるようなモールド型パワーモジュールを示したが、回路パターン７がリードフレームとなってもよく、モールド型パワーモジュールにおいてどこをリードフレームとするかは、パワーモジュールが構成する回路設計によるものである。

また、本発明の実施の形態４にかかるパワーモジュール１０３も、本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００のように、回路パターン７と放熱板１３との間の構成を絶縁板８と金属パターン９としてもよい。

もちろん、本発明の実施の形態３に示した第１の配線１が２つのパワー半導体素子５と、パワーモジュール１０２が接続する外部機器とをつなぐようなパワーモジュールを、本発明の実施の形態４にかかるパワーモジュール１０３のようにモールド型パワーモジュールとしてもよい。

本発明の実施の形態１から実施の形態４では第１の配線１が、パワー半導体素子５と外部機器をつなぐものとしたが、これに限定されることはない。第１の配線１が、パワー半導体素子５と、パワー半導体素子５とは別のパワー半導体素子をつなぐものでもよい。すなわち、図９を用いて説明すれば、第１の配線１が、２つのパワー半導体素子５だけをつなぐものであってもよい。

また、パワー半導体素子５に接続する第１の配線１だけを第１の多孔質部材２を介して接合し、回路パターン７に接続する第２の配線３は第２の多孔質部材２１を介さずに接合するパワーモジュールとしてもよい。さらに、回路パターン７に接続する第２の配線３だけを第２の多孔質部材２１を介して接合し、パワー半導体素子５に接続する第１の配線１は第１の多孔質部材２を介さずに接合するパワーモジュールとしてもよい。すなわち、本発明にかかるパワーモジュールは、パワーモジュール内に１箇所でも多孔質部材を介して接合した板状の配線があるものを示すものである。

最後に、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 第１の配線、２ 第１の多孔質部材、３ 第２の配線、４ 電極、５ パワー半導体素子、６ 素子接合材、７ 回路パターン、８，８１ 絶縁板、９ 金属パターン、１０，１１ 接触領域、１３ 放熱板、１６ 第１の封止樹脂、１７ 第２の封止樹脂、２１ 第２の多孔質部材、３０ 超音波接合ツール、６１ 絶縁基板接合材、１００，１０１，１０２，１０３ パワーモジュール。

Claims (16)

1. 放熱板と、
   前記放熱板上に設けられた絶縁板と、
   前記絶縁板上に形成された回路パターンと、
   前記回路パターン上に配置され、表面に電極が形成されたパワー半導体素子と、
   前記電極上に配置され、金属性の第１の多孔質部材と、
   前記第１の多孔質部材上に配置された板状の第１の配線と、
   を備えたパワーモジュール。
2. 前記回路パターン上に配置され、金属性の第２の多孔質部材と、
   前記第２の多孔質部材上に配置された板状の第２の配線と、
   をさらに備えた請求項１に記載のパワーモジュール。
3. 放熱板と、
   前記放熱板上に設けられた絶縁板と、
   前記絶縁板上に形成された回路パターンと、
   前記回路パターン上に配置され、表面に電極が形成されたパワー半導体素子と、
   前記回路パターン上に配置され、金属性の第２の多孔質部材と、
   前記第２の多孔質部材上に配置された板状の第２の配線と、
   を備えたパワーモジュール。
4. 前記第１の多孔質部材は、
   前記第１の配線よりも、硬度が低いことを特徴とする、
   請求項１又は請求項２に記載のパワーモジュール。
5. 前記第２の多孔質部材は、
   前記第２の配線よりも、硬度が低いことを特徴とする、
   請求項２又は請求項３に記載のパワーモジュール。
6. 前記絶縁板と、前記回路パターンと、前記パワー半導体素子と、前記第１の多孔質部材とを収納するケースと、
   前記絶縁板と、前記回路パターンと、前記パワー半導体素子と、前記第１の多孔質部材とを封止する第１の封止樹脂と
   をさらに備え、前記第１の封止樹脂は前記ケース内に充填された、
   請求項１、請求項２又は請求項４のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
7. 前記絶縁板と、前記回路パターンと、前記パワー半導体素子と、前記第１の多孔質部材とをモールド封止する第２の封止樹脂と
   をさらに備えた請求項１、請求項２又は請求項４のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
8. 前記絶縁板と、前記回路パターンと、前記パワー半導体素子と、前記第２の多孔質部材とを収納するケースと、
   前記絶縁板と、前記回路パターンと、前記パワー半導体素子と、前記第２の多孔質部材とを封止する第１の封止樹脂と、
   をさらに備え、前記第１の封止樹脂は前記ケース内に充填された、
   請求項２、請求項３又は請求項５のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
9. 前記絶縁板と、前記回路パターンと、前記パワー半導体素子と、前記第２の多孔質部材とをモールド封止する第２の封止樹脂と
   をさらに備えた請求項２、請求項３又は請求項５のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
10. 板状の配線の一方の面に第１の多孔質部材を形成する工程と、
    パワー半導体素子の電極と前記配線とを前記配線の一方の面に形成された前記第１の多孔質部材を介して接合する工程と、
    を備えたパワーモジュールの製造方法。
11. 板状の配線の一方の面に第２の多孔質部材を形成する工程と、
    回路パターンと前記配線とを前記配線の一方の面に形成された前記第２の多孔質部材を介して接合する工程と、
    を備えたパワーモジュールの製造方法。
12. パワー半導体素子の電極上に第１の多孔質部材を形成する工程と、
    板状の配線と前記パワー半導体素子の電極とを前記第１の多孔質部材を介して接合する工程と、
    を備えたパワーモジュールの製造方法。
13. 回路パターン上に第２の多孔質部材を形成する工程と、
    板状の配線と前記回路パターンとを前記第２の多孔質部材を介して接合する工程と、
    を備えたパワーモジュールの製造方法。
14. 前記第１の多孔質部材の素材を生成する方法が、
    コールドスプレー法又は微粒子焼結法であることを特徴とする、
    請求項１０又は請求項１２に記載のパワーモジュールの製造方法。
15. 前記第２の多孔質部材の素材を生成する方法が、
    コールドスプレー法又は微粒子焼結法であることを特徴とする、
    請求項１１又は請求項１３に記載のパワーモジュールの製造方法。
16. 前記接合が超音波接合であることを特徴とする、
    請求項１０から請求項１５のいずれか１項に記載のパワーモジュールの製造方法。

Images