JP2020107685A - 半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁層の歪みを抑制する事【解決手段】金属基板と、前記金属基板上の実装面に設けられる第１の半導体部品と、前記金属基板上に設けられ、前記実装面からの高さが前記第１の半導体部品と異なる第２の半導体部品と、前記第１の半導体部品上および前記第２の半導体部品上に設けられる絶縁層と、前記絶縁層を貫通し、前記第１の半導体部品に電気的に接続される第１の電極と、前記絶縁層を貫通し、前記第２の半導体部品に電気的に接続される第２の電極と、前記第１の電極上、前記第２の電極上および前記絶縁層上に設けられ、前記第１の半導体部品および前記第２の半導体部品が前記第１の電極および前記第２の電極をそれぞれ介して電気的に接続される金属層と、前記第１の半導体部品と前記第２の半導体部品との間の前記絶縁層に設けられた切欠部とを有することを特徴とする半導体モジュール。【選択図】図１

Description

本発明は半導体モジュールに関する。

パワー半導体素子を搭載するパワー半導体モジュールにおいて、シート状の絶縁層の上面に半導体部品を搭載し、前記絶縁層を貫通する貫通孔を介して前記絶縁層の下面から半導体部品に接続する金属からなる電極または配線を設けた構造が知られている（例えば特許文献１)。

特開２０１６−４６５２３号公報

厚さの異なる複数の半導体部品上に一枚のシート状の前記絶縁層を設け、前記金属層の配線で電気的に接続する場合、前記絶縁層には、複数の半導体部品の間、そして半導体部品と基板との間には、高低差が生じる。そのため、一枚の絶縁層にゆがみが発生し、それによる応力が半導体部品のコンタクトや配線に加わり、コンタクト不良や断線が発生する問題がある。

本発明は上記問題に鑑み、信頼性の高いモジュールを提供することを目的とする。

本発明は、金属基板と、前記金属基板上の実装面に設けられる第１の半導体部品と、前記金属基板上に設けられ、前記実装面からの高さが前記第１の半導体部品と異なる第２の半導体部品と、前記第１の半導体部品上および前記第２の半導体部品上に設けられる絶縁層と、前記絶縁層を貫通し、前記第１の半導体部品に電気的に接続される第１の電極と、前記絶縁層を貫通し、前記第２の半導体部品に電気的に接続される第２の電極と、前記第１の電極上、前記第２の電極上および前記絶縁層上に設けられ、前記第１の半導体部品および前記第２の半導体部品が前記第１の電極および前記第２の電極をそれぞれ介して電気的に接続される金属層と、前記第１の半導体部品と前記第２の半導体部品との間の前記絶縁層に設けられた切欠部とを有することを特徴とする。

上記構成において、前記絶縁層は、シート状のポリイミドである構成とすることができる。

上記構成において、前記第１の半導体部品は、トランジスタであり、前記第２の半導体部品は、ダイオードである構成とすることができる。

上記構成において、前記金属基板は、表面が絶縁処理された金属基板である構成とすることができる。

本発明は、基板と、前記基板上の第１の部分にドレイン端子が接続された第１トランジスタと、前記第１の部分にアノード端子が接続され、前記第１トランジスタとは厚さが異なる第１ダイオードと、前記第１トランジスタおよび前記第１ダイオード上に設けられた第１絶縁層と、前記第１絶縁層を貫通し、前記第１トランジスタに電気的に接続される第１の電極と、前記第１絶縁層を貫通し、前記第１ダイオードに電気的に接続される第２の電極と、前記第１の電極上、前記第２の電極上および前記第１絶縁層上に設けられ、前記第１トランジスタおよび前記第１ダイオードが前記第１の電極および前記第２の電極をそれぞれ介して電気的に接続される第１金属層と、前記第１トランジスタと前記第１ダイオードとの間の前記第１絶縁層に設けられた第１の切欠部とを有することを特徴とする。

上記構成において、前記第１絶縁層は前記第２の部分で接合される構成とすることができる。

上記構成において、前記第２の部分の前記第１金属層上にドレイン端子が接続された第２トランジスタと、前記第２の部分の前記第１金属層上にアノード端子が接続される第２ダイオードと、前記第２トランジスタおよび前記第２ダイオード上に設けられた第２絶縁層と、前記第２絶縁層を貫通し、前記第２トランジスタに電気的に接続される第３の電極と、前記第２絶縁層を貫通し、前記第２ダイオードに電気的に接続される第４の電極と、前記第３の電極上、前記第４の電極上および前記第２絶縁層上に設けられ、前記第２トランジスタおよび前記第２ダイオードが前記第３の電極および前記第４の電極をそれぞれ介して電気的に接続される第２金属層と、前記第２トランジスタと前記第２ダイオードとの間の前記第２絶縁層に設けられた第２の切欠部とをさらに有することを特徴とする構成とすることができる。

上記構成において、前記第２絶縁層は、前記第３の部分で接合される構成とすることができる。

前記第１絶縁層および前記第２絶縁層は、シート状のポリイミドである構成とすることができる。

前記基板はプリント基板、またはセラミック基板である構成とすることができる。

本発明によれば、半導体部品からの絶縁層の剥離、絶縁層上の導電パターンのコンタクト不良、はく離やクラックを抑制できる。

図１は、実施例１に係る半導体モジュールを示す平面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。 図３（ａ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。図３（ｂ）は、図１のＣ−Ｃ断面図である。 図４は、実施例１に係る半導体モジュールを示す回路図である。 図５は、比較例１および比較例２に係る半導体モジュールを示す平面図である。 図６（ａ）は比較例１に係る図５のＡ−Ａ断面図である。図６（ｂ）は、比較例２に係る図５のＡ−Ａ断面図である。 図７（ａ）は、実施例２に係る半導体モジュールを示す平面図である。図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 図８は、実施例２に係る半導体モジュールの回路図である。 図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例２に係る半導体モジュールのシートモジュールの製造方法を示す図である。 図１０（ａ）は、本発明の一実施形態に係る半導体モジュールの従来例について説明する概略断面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

［従来例］
まず、本発明の一実施形態に係る半導体モジュールの従来例について図１０（ａ）および図１０（ｂ）を用いて説明する。図１０（ａ）は、本発明の一実施形態にかかる半導体モジュールの平面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する断面図である。絶縁層１１の平面方向のうち第１の半導体部品１３および第２の半導体部品１４の配列方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向、絶縁層１０の厚さ方向をＺ方向とする。

図１０（ａ）に示すように、絶縁層１１の下面に第１の半導体部品１３および／または第２の半導体部品１４を搭載し、絶縁層１１を貫通する貫通孔に形成された貫通電極１６を介して絶縁層１１の上面に半導体部品１３および／または半導体部品１４と電気的に接続された金属層１２を有する構造が示され、この構造を以下シートモジュールと呼ぶ。

絶縁層１１は、フレキシブル性を有する樹脂材料から成るシートであり、例えばポリイミドのシートである。金属層１２は、例えばパターニングされた銅、金、チタンなどの金属を主材料とする導電パターンである。貫通電極１６は、銅、金、チタンなどの金属であり、一般には金属層１２と同一のプロセスで形成されるので同一の材料である。金属層１２および貫通電極１６の形成方法は、例えばめっき法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などである。ここでは、銅の電解めっきで形成されている。尚、導電パターンは、半導体部品とコンタクトする電極、電極と一体の配線、配線と一体でリードの固着場所であるパッドなどで構成される。

半導体部品１３は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタ、FET（Field Effect Transistor）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）トランジスタまたはＧａＮ（窒化ガリウム）トランジスタなどのトランジスタである。半導体部品１３は、上面に端子１５ａおよび端子１５ｂを備え、下面に端子１５ｃを備える。端子１５ａ、端子１５ｂおよび端子１５ｃは、例えばそれぞれトランジスタのゲート端子、ソース端子、ドレイン端子である。端子１５ａから端子１５ｃは、例えば銅、金、アルミニウムなどの金属を主材料とする。半導体部品１３は、端子１５ａおよび端子１５ｂを介して貫通電極１６に電気的に接続される。

半導体部品１４は、例えばショットキーバリアダイオードなどのダイオードである。半導体部品１４は上面に端子１５ｄを備え、下面に端子１５ｅを備える。端子１５ｄおよび端子１５ｅは、例えばそれぞれダイオードのアノード端子、カソード端子である。端子１５ｄおよび端子１５ｅは、例えば銅、金、アルミニウムなどの金属を主材料とする。半導体部品１４は、端子１５ｄを介して貫通電極１６に電気的に接続される。

トランジスタまたはダイオードには、ケイ素（Si）、窒化ガリウム（GaN）または、炭化ケイ素（SiC）などの半導体材料が用いられる。

基板１０の−Ｙ方向側の端部には、−Ｙ方向に向かって伸びるリード４４ａ、リード４４ｂ、およびリード４４ｃが設けられている。リード４４ａおよびリード４４ｂの下面は金属層１２に固着され、金属層１２に電気的に接続される。リード４４ａは、金属層１２を介して半導体部品１３の端子１５ａに、リード４４ｂは、金属層１２を介して半導体部品１３の端子１５ｂ及び半導体部品１４の端子１５dに電気的に接続される。リード４４ｃは、基板１０を介して半導体部品１３の端子１５ｃ及び半導体部品１４の端子１５eに電気的に接続される。リード４４ｃは、基板１０と一体に形成される金属である。この様に、金属製のリードフレームのダイパッドは、絶縁層が省略された金属基板に相当する。

また金属のダイパッドの代わりに導電パターンが形成される場合、基板１０は、樹脂材料からなる基板、セラミックからなる基板または表面が絶縁処理された金属基板などのプリント基板が用いられる。プリント基板上には少なくとも一層の導電パターンが設けられる。この場合、基板の素子実装エリアから基板の−Ｙ方向側の端の近傍にまで設けられた共通の導電パターンが設けられる。そして実装エリアには半導体部品のドレインとカソードが共通接続され、−Ｙ方向側の端には、独立したリード４４ｃが半田などで固着される。

例えば、図１０（ａ）に示すように、絶縁層１１の上には金属層１２の二つの導電パターンが形成される。−X方向側の導電パターンは、半導体部品１３のゲート端子と接続され金属層１２と一体である第１ゲートパッド２１が設けられ、−Y方向に向かって配線の金属層１２が伸ばされ、絶縁層１１の−Y方向側の端には金属層１２と一体である第２ゲートパッド２２が設けられている。基板１０を平面視して右側の導電パターンは、半導体部品１３のソース端子および半導体部品１４のアノード端子と接続される金属層１２の一部の領域であるパッド２３が設けられる。パッド２３は、−Y方向側に伸ばされる金属層１２（配線）を介し、−Y方向側の金属層１２の一部の領域である共通パッド２４と電気的に接続される。一般には、第２ゲートパッド２２および共通パッド２４に位置する絶縁層１１は、基板１０に固着され、第２ゲートパッド２２および共通パッド２４の上面（Z方向側の面）は平坦であると同時に、その上面でリード４４ａ、４４ｂと接続されている。

尚、基板１０がプリント基板やセラミック基板の場合、絶縁層１１の下面は、基板１０の−Ｙ側の端で固着され、第２ゲートパッド２２と共通パッド２４のそれぞれにリード４４ａ、４４ｂが電気的に接続される。

図１０（ｂ）に示すように、厚みの異なる少なくとも２つの半導体部品を電気的に接続するために、１枚のシート状の絶縁層１１を用いる。この絶縁層１１は、基板の一端よりやや下方から基板の他端に向かって延伸され、絶縁層１１の一端またはその近傍に於いて、半導体部品１３および半導体部品１４上に位置し、絶縁層１１の他端は、基板１０の他端に向かって設けられている。半導体部品１３および半導体部品１４は、それぞれ基板１０の実装面からの高さが異なる。そのため半導体部品１３上の一端（左端）からＸ方向に向かって半導体部品１４上の他端（右端）に設けられるにあたって絶縁層１１に高低差が生じ、一枚の絶縁層１１にゆがみが発生する。また絶縁層１１は、半導体部品１３、１４の配置領域から基板１０他端に向かい伸ばされ、絶縁層の他端が基板１０の他端に固着されていると、やはりここでも高低差が発生する。

このゆがみにより絶縁層１１に応力が生じることとなる。絶縁層１１に応力が生じると、金属層１２の断線や端子１５ａ、端子１５ｂおよび端子１５ｄと貫通電極１６とのコンタクト不良が発生する可能性がある。

本発明は、そのゆがみを抑制するために前記シートモジュールの絶縁層１１に吸収手段を設けるものである。

本発明に係る実施形態について具体的に説明する。実施例１は、シートモジュールをリードフレームに貼り合わせたものであり、以下図１から図３（ｂ）を用いて詳細を説明する。図１は実施例１に係る半導体モジュールの平面図である。図２、図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ図１のＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面に相当する。絶縁層１１の平面方向のうち半導体部品１３および半導体部品１４の配列方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向、絶縁層１０の厚さ方向をＺ方向とする。図４は、実施例１に係る半導体モジュールの回路図である。

図１に示すように、リードフレーム４１は、ダイパッド４２を有する。このダイパッド４２の一端に近接して配置された第１のリード４４ａおよび第２のリード４４ｂが設けられる。更に図３（ａ）に示すように、ダイパッド４２と接続部４６を介して一体に形成され、−Ｙ方向に向かって伸ばされた第３のリード４４ｃで構成されている。

図１および図２に示すように、リードフレーム４１のダイパッド４２上に第１の半導体部品１３および第２の半導体部品１４が設けられている。ダイパッド４２は、従来例で説明したように基板に相当する。半導体部品１３は、パワー半導体素子である。パワー半導体素子とは、電力の制御や変換、供給を行うための半導体素子である。半導体部品１３は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタ、FET（Field Effect Transistor）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）トランジスタまたはＧａＮ（窒化ガリウム）トランジスタである。半導体部品１４は、例えばショットキーバリアダイオードまたはダイオードである。本実施例１では半導体部品１３は、ＳｉＣトランジスタのベアチップである。半導体部品１４は、ショットキーバリアダイオードのベアチップである。尚、後述する図４のように、半導体部品１３は、トランジスタの他にダイオードが内蔵されていても良い。半導体部品１３と半導体部品１４とのＸ方向での間隔は、例えば４ｍｍである。半導体部品１３と半導体部品１４の間には、絶縁層１１に切欠部１７が設けられている。

図２に示すように、半導体部品１３と半導体部品１４とはダイパッド４２の実装面からの高さが異なる。半導体部品１３の高さは、例えば４００μｍである。半導体部品１４の高さは、例えば３００μｍである。また、半導体部品１３および半導体部品１４の高低が逆の関係でも良い。

半導体部品１３の上面に端子１５ａおよび端子１５ｂが設けられている。端子１５ａは、例えばトランジスタのゲート端子である。端子１５ｂは、例えばソース端子である。半導体部品１３の下面には端子１５ｃが設けられ、例えばドレイン端子である。半導体部品１４の上面に端子１５ｄが設けられている。端子１５ｄは、例えばダイオードのアノード端子であり、半導体部品１４の下面には、端子１５ｅが設けられる。端子１５ｅは、例えばカソード端子である。端子１５ａから端子１５ｅは、例えば銅、金、アルミニウムなどの金属である。

ソース端子およびドレイン端子の間には大電流が流れる。ゲート端子は制御端子であるため、ＦＥＴでは電流が流れず、バイポーラトランジスタでは、大きな電流は流れない。このため端子１５ａのサイズ（またはコンタクト径）は、端子１５ｂのサイズ（またはコンタクト径）より小さい。なお、ソース端子は、電流流入端子または電流流出端子と言い、ドレイン端子は、電流流出端子または電流流入端子と言う場合もある。電流流入端子および電流流出端子は、エミッタ端子でもよく、コレクタ端子でもよい。制御端子は、ベース端子でもよい。この場合、ベース端子には若干の電流が流れる。

この金属板状のダイパッド４２と半導体部品１３の端子１５ｃおよび半導体部品１４の端子１５ｅは半田または銀ペーストなどの接合層で電気的に接続されている。尚、図面では省略している。

半導体部品１３および半導体部品１４上からリード４４ａおよび４４ｂの下面に渡り、一枚のシート状の絶縁層１１が設けられている。絶縁層１１は、フレキシブル性を有する樹脂材料から成るシートであり、例えばポリイミドのシートである。絶縁層１１の厚さは、例えば２０μｍから５０μｍである。絶縁層１１の半導体部品１３の端子１５ａおよび端子１５ｂ、並びに半導体部品１４の端子１５ｄに対応する位置には、貫通孔が設けられ、この貫通孔には、貫通電極１６が設けられている。貫通電極１６は、例えば銅、アルミニウム、金またはチタンなどの金属材料で形成されている。または、これらの電極材料が少なくとも一つ選択され、この材料を主材料として形成されている。

絶縁層１１の上には、パターニングされた金属層１２が設けられている。金属層１２は、例えば銅、金、チタンなどである。金属層１２の厚さは、例えば５０μｍから１００μｍである。金属層１２は、絶縁層１１に形成された貫通電極１６を介して半導体部品１３の端子１５ａおよび１５ｂならびに半導体部品１４の端子１５ｄと電気的に接続されている。尚、ここでは、貫通電極１６と金属層１２は、同一プロセスで形成され、めっき法により形成されている。尚、スパッタリング法、ＣＶＤ法などで形成しても良い。

図１および図３（ａ）に示すように、リード４４ｃは、金属のダイパッド４２と一体でなり、半導体部品１３のドレイン端子およびダイオード１４のカソード端子に電気的に接続される。

図１および図３（ｂ）に示すように、金属層１２は、半導体部品１３および半導体部品１４上からリード４４ａ、およびリード４４ｂの下面にわたって設けられている。図面では省略したがリード４４ｂも図３（ｂ）に示すリード４４ａと同様に、下面に金属層１２が固着している。リード４４ａは、金属層１２を介して半導体部品１３のゲート端子に電気的に接続される。リード４４ｂは、金属層１２を介して、半導体部品１３のソース端子および半導体部品１４のアノード端子に電気的に接続される。

ダイパッド４２上に封止樹脂４３が設けられている。封止樹脂４３は、絶縁層１１、半導体部品１３、半導体部品１４およびリードの一部を封止する。封止樹脂４３は、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂である。

図４は、実施例１に係る半導体モジュールの回路図である。図４に示すように、実施例１に係る半導体モジュールの回路は、例えばインバータ回路である。

図５は、比較例１に係る半導体モジュールの平面図である。図６（ａ）は、図５のＡ−Ａ断面に相当する。図５に示すように、比較例１に係る半導体モジュールは、図１の切欠部１７に相当する部分が形成されていない。また、図６（ａ）に示すように半導体部品１３と半導体部品１４のダイパッド４２の実装面からの高さが等しい。その他の構造は実施例１と同じであり、説明を省略する。

半導体部品１３と半導体部品１４のダイパッド４２の実装面からの高さが等しい場合、絶縁層１１には高低差が存在しない。よって、絶縁層１１は、歪みにくい。

図６（ｂ）は、比較例２に係る半導体モジュールの断面図である。ダイパッド４２を平面視した図は図５と同様である。半導体部品１３と半導体部品１４のダイパッド４２の実装面からの高さが異なる。その他の構造は比較例１と同じである。

半導体部品１３と半導体部品１４のようにダイパッド４２の実装面からの高さが異なる半導体部品上に一枚のシート状の絶縁層を設け、金属層１２の配線で電気的に接続する構造とする場合、絶縁層には半導体部品１３側である一端と半導体部品１４側である他端とで高低差が生じる。また、絶縁層１１は、半導体部品の実装エリアからダイパッド４２の下方、つまりリード４４ａ、４４ｂが設けられている位置まで、下方に伸ばされている。この絶縁層１１は、ダイパッド４２に貼りあわされるか、またはリード４４ａおよびリード４４ｂの上面または下面と接続される。尚、リード４４ａおよび４４ｂの固着面が、ダイパッド４２表面と実質同じ高さであったり、ダイパッド４２表面よりも高い位置である場合がある。よって絶縁層は、半導体部品１３と半導体部品１４のＸ軸方向に高低差があり、部品実装エリアとリードとの間にも高低差が発生する場合がある。

高低差のある半導体部品と半導体部品または配線とを一枚の絶縁層１１で接続する場合、一枚の絶縁層１１にはゆがみが発生する。このゆがみにより一枚のシート状の絶縁層１１に応力が生じ、応力は、半導体部品１３および／または半導体部品１４とのコンタクト部、金属層１２、特にコンタクト近傍や細い配線に加わる。そのため、コンタクト不良および／または金属層１２の断線などが発生する問題がある。

実施例１によれば、歪吸収手段として半導体部品１３と半導体部品１４との間に位置する絶縁層１１に切欠部１７を設ける。この切欠部は、例えばレーザ、ドリル等で絶縁層１１を切除して設けるが、切欠部１７は、カッター等で切込を入れただけのカット部であってもよい。また両端が開口されていないスリットであってもよい。切欠部１７のＸ方向の幅は、好ましくは半導体部品１３と半導体部品１４との間隔以下であり、さらに好ましくは４ｍｍ以下である。切込部１７のＹ方向の幅は、好ましくは半導体部品１３および半導体部品１４のＹ方向の幅よりも大きいことが好ましい。

この切欠部１７により絶縁層１１の半導体部品１３と半導体部品１４との高低差、またはチップの実装エリアとリードとの高低差によって生じるゆがみを抑制する事ができる。従って、絶縁層１１に生じる応力を抑制でき、コンタクト不良および／または金属層１２の断線を抑制する事ができる。

また、切欠部１７の一端が開口することにより絶縁層１１を二又構造にすることができる。これにより半導体部品１３と半導体部品１４との高低差があっても、絶縁層１１にフレキシブル性を更に与え、接続部への負荷を抑制できる。また半導体部品の裏面がダイパッドに固着されるが、その接続部への負荷が抑制できる。

更に、図１に戻り、切欠部１７は、接続部４６近傍にも設けられている。この切欠部は、応力や負荷の軽減の他に、封止樹脂４３の注入時の圧力の低減にも効果がある。封止樹脂４３の注入にはトランスファーモールド法、インジェクションモールド法および真空印刷法などが用いられる。封止樹脂４３を注入する際に、絶縁層１１の表や裏には樹脂を送り込む圧力が加わるが、切欠部１７があるためその圧力が抑制される。

図７（ａ）は実施例２に係る半導体モジュールの平面図である。図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面に相当する。図７（ｃ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ断面に相当する。基板１０の平面方向のうち半導体部品１３ａおよび半導体部品１４ａの配列方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向、基板１０の厚さ方向をＺ方向とする。

尚、従来例（図１０（ａ）および図１０（ｂ））で説明したように、本実施例では、基板１０は、プリント基板、セラミック基板または表面が絶縁処理された金属基板であり、図７の基本ユニットが一部重なって構成されたものである。

図７（ａ）から図７（ｃ）に示すように、基板１０上に複数の絶縁層１１ａ、１１ｂおよび１１ｃが設けられている。絶縁層１１ａ、１１ｂおよび１１ｃは、例えばポリイミドなどの樹脂絶縁層である。基板１０と絶縁層１１ａ、１１ｂおよび１１ｃの下面は、例えば樹脂接着剤で、全域、または部分的に接合されている。

絶縁層１１ａは、基板１０のＹ方向側の一端（上側辺）およびその近傍に、裏面全域が接合されて設けられる。絶縁層１１ａの形状は、基板１０を平面視して例えば矩形状である。

絶縁層１１ａ上に金属層１２ａが設けられている。金属層１２ａは、例えば逆Ｔ字形で形成される。金属層１２ａのうち、後述する第１トランジスタ１３ａおよび第１ダイオード１４ａを設ける領域がパッド電極３１であり、基板１０のＹ方向の側辺近傍に伸ばされている部分が配線端子１８ａである。この配線端子１８ａは、例えばリードが接続される領域である。尚、本実施例ではパッド電極３１は、絶縁層１１ａおよび金属層１２ａを含んでいるが、パッド電極３１は、絶縁層１１ａを設けず基板１０上に設けられた導電パターンでもよい。

図７（ｂ）に示すように、パッド電極３１上には、第１トランジスタ１３ａの下面および第１ダイオード１４ａの下面が設けられている。第１トランジスタ１３ａは、例えばＳｉＣトランジスタである。第１ダイオード１４ａは、例えばショットキーバリアダイオードである。第１トランジスタ１３ａの上面には端子１５ａおよび端子１５ｂが、下面には端子１５ｃがそれぞれ設けられている。端子１５ａ、端子１５ｂおよび端子１５ｃは、それぞれゲート端子、ソース端子、ドレイン端子である。第１ダイオード１４ａの上面には端子１５ｄ、下面には端子１５ｅが形成されている。端子１５ｄおよび端子１５ｅは、それぞれアノード端子、カソード端子である。尚、図７（ｃ）では端子１５ａから端子１５ｃは、説明の都合上省略している。

第１トランジスタ１３ａは、端子１５ｃを、第１ダイオードは、端子１５ｅをそれぞれ介して金属層１２ａと電気的に共通接続される。金属層１２ａと第１トランジスタ１３ａおよび第１ダイオード１４ａとの間には半田または銀ペーストなどの接合層があるが図では省略している。

ここでトランジスタ１３ａの高さよりもダイオード１４ａの高さが低くなっている。よって、実施例１の様に、歪吸収手段は、絶縁層１１ｂおよび金属層１２ｂに設けられた二又の部分である。トランジスタ１３ａとダイオード１４ａとの間に位置する切欠部１７がこの二又の部分に相当する。

金属層１２ｂは、略矩形状の第１ランド電極３２ａがパッド電極３１から若干の間隔をもって−Ｙ方向側に配置される。このランド電極３２ａのＹ方向側の端には、配線３３ａおよび配線３３ｂがランド電極３２ａと一体で設けられている。配線３３ａのＹ方向側の端部が電極パッドとなり、トランジスタ１３ａのソース端子１５ｂと電気的に接続されている。配線３３ｂは、Ｙ方向側の端部の電極パッドがダイオード１４ａのカソード端子と電気的に接続されている。第１絶縁層１１ｂは、導電パターンである金属層１２ｂを支持するため、金属層１２ｂの下面に金属層１２ｂよりも大きく設けられ、πの字を逆にしたような形状になっている。尚、図７（ｃ）に示すように、ランド電極３２ａに相当する絶縁層１１ｂの裏面は、基板に接合され、配線３３ａおよび配線３３ｂに相当する絶縁層１１ｂの裏面は、第１ランド電極の部分からトランジスタの上面およびダイオードの上面に向かい傾斜部または屈曲部をもって上昇している。

トランジスタ１３ａのゲート端子と接続される金属層１２ｂは、端子１５ａから基板１０の−Ｘ方向側の端に向かい下方に傾斜部または屈曲部を有し、配線端子１８ｂに相当する絶縁層１１ｂの裏面は基板１０と接合されている。絶縁層１１ｂは、このゲート用のパターンを支持するため、金属層１２ｂより一回り大きなサイズで、基板１０の−Ｘ方向の端まで伸ばされている。ゲート、ソースおよびアノードへと向かう配線３３ａ、配線３３ｂおよびその下層の絶縁層１１ｂは、基板１０との間にスペースｓｐが設けられる。

ランド電極３２ａのＸ方向側の端部およびその近傍に、金属層１２ｂと一体でＸ方向側に突出した配線端子１８ｄが設けられている。

ここまでの説明が歪吸収手段を有する１ユニットのシートモジュールの部分である。続いて、以下に更なる１ユニットのシートモジュールの構成を説明する。

金属層１２ｂ上に第２トランジスタ１３ｂおよび第２ダイオード１４ｂが設けられている。第２トランジスタ１３ｂは、第１トランジスタ１３ａと同様に端子１５ａから端子１５ｃを有する。第２ダイオード１４ｂは、第１ダイオードと同様に端子１５ｄおよび１５ｅを有する。トランジスタ１３ｂおよびダイオード１４ｂは、それぞれ端子１５ｃおよび端子１５ｅを介して金属層１２ｂに電気的に接続される。金属層１２ｂとトランジスタ１３ｂおよびダイオード１４ｂとの間には半田または銀ペーストなどの接合層があるが図では省略している。

基板１０の−Ｙ方向の端には絶縁層１１ｃが設けられている。絶縁層１１ｃ上には金属層１２ｃが設けられている。絶縁層１１ｃおよび金属層１２ｃは、−Ｙ方向側に設けられる矩形状の第２ランド電極３２ｂおよびランド電極３２ｂのＹ方向側の端に設けられる配線３３ｃおよび配線３３ｄを含む。ランド電極３２ｂは、樹脂接着材などの接合層（不図示）を介して基板１０に接合されている。ランド電極３２ｂに相当する部分は、−Ｙ方向側の端の近傍に金属層１２ｃをパターニングして配線端子１８ｅが形成されている。

配線３３ｃは、ランド電極３２ｂからＹ方向に向かって上昇し、トランジスタ１３ｂの上面に接続される。また、トランジスタ１３ｂの上面から−Ｘ方向に向かって下降し、基板１０の−Ｘ方向の端の配線端子１８ｃに相当する部分で基板１０と接合される。配線３３ｄは、ランド電極３２ｂからＹ方向に向かって上昇し、ダイオード１４ｂに接続される。配線端子１８ｃおよび配線端子１８ｅは、例えばリードが電気的に接続される領域である。

配線３３ｃは、ランド電極３２ｂとトランジスタ１３ｂのソース端子とが貫通電極１６を介して電気的に接続される。配線端子１８ｃとトランジスタ１３ｂのゲート端子とを貫通電極１６を介して電気的に接続する。配線３３ｄは、ランド電極３２ｂとダイオード１４のアノード端子を電気的に接続する。

実施例２に係る発明は、歪吸収手段である切欠部１７があることにより、異なる厚みの複数の半導体部品を接続しても、絶縁層１１ｂおよび絶縁層１１ｃのゆがみを抑制することができる。よって、半導体部品の電気的なコンタクト不良および配線のクラックを抑制することができる。さらに、絶縁層１１ｂ、金属層１２ｂ、絶縁層１１ｃおよび金属層１２ｃのように、絶縁層上に金属の配線パターンを設けたシートモジュールを基本（１ユニット）とし、トランジスタおよびダイオードなどの半導体部品を介してシートモジュールを互い違いに重ねる構造とすることで、導電パターンの面積を減らし、半導体モジュールの小型化ができる。

図８は、実施例２に係る回路図である。この実施例２に係る回路は、図４に示す回路が２つ直列に接続されたもので、例えばインバータ回路などの大電流を扱うモジュールに採用される。

図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例２に説明した１ユニットのシートモジュールの製造方法を示す図である。

図９（ａ）に示すように、シート状であり矩形の絶縁層１１ｂを用意する。絶縁層１１ｂに例えばレーザを用いて、半導体部品の電極に相当する部分に貫通孔１９を形成する。貫通孔１９は、ここでは、絶縁層１１ｂのＹ方向側の端の近傍に設ける。貫通孔１９は、図９（ａ）中では４つ形成されるが、後述のトランジスタ１３ａのゲート端子、ソース端子および後述のダイオード１４ａのアノード端子に対応させるため少なくとも３つ以上形成されるのが好ましい。レーザは、例えば赤外線、可視光または紫外線レーザ光を用いる。貫通孔１９の径は、例えば３０μｍから５００μｍである。

図９（ｂ）に示すように、例えば絶縁層１１ｂの下面に樹脂接着剤を塗布した後、絶縁層１１ｂの下面にトランジスタ１３ａおよびダイオード１４ａを固着させる。この時、トランジスタ１３ａのゲート端子、ソース端子およびダイオード１４ａのアノード端子が貫通孔１９の位置にそれぞれ対応するように設ける。例えば、熱処理により接着剤は固化される。

続いて、絶縁層１１ｂ上に金属層１２ｂを設ける。金属層１２ｂの形成方法を説明する。絶縁層１１ｂの上面にシード層（不図示）を形成する。シード層は、例えばチタンおよび/または銅などの金属である。シード層の上面にめっき層（不図示）を形成する。めっき層は、例えばシード層を介して電解めっき法を用いて形成する。シード層およびめっき層により金属層１２ｂが形成される。なお、金属層１２ｂは、めっき法により絶縁層１１ｂの全面にめっき層を形成し、このめっき層をパターニングする方法により形成してもよいし、めっき被覆領域に開口を有するレジストを形成し、めっき被覆領域にめっき層を部分的に形成する方法により形成してもよい。この時、絶縁層１１ｂを平面視して、金属層１２ｂは、例えば逆π字状にパターニングされる。また、トランジスタ１３ａの−Ｘ方向側に、ゲート端子と接続される金属層１２ｂのパターンが同時に形成される。金属層１２ｂの厚さは、例えば５０μｍから１００μｍであり絶縁層１１ｂの厚さより大きい。金属層１２ｂは、絶縁層１１より薄くてもよい。

絶縁層１１ｂのＹ方向の角（左角部）に配線端子１８ｂが設けられる。絶縁層１１ｂのＸ方向の端部近傍に配線端子１８ｄが設けられる。この時、配線端子１８ｂは、配線を介してトランジスタ１３ａのゲート端子と電気的に接続される。配線端子１８ｄは、トランジスタ１３ａのソース端子およびダイオード１４ａのアノード端子と電気的に接続される。配線端子１８ｂが形成される金属層１２ｂは、配線端子１８ｄが形成される金属層１２ｂと電気的には分離されているが、一枚の絶縁層１１ｂ上に一体で形成される。

図９（ｃ）に示すように、絶縁層１１ｂを所望の形状に加工する。絶縁層１１ｂの加工は例えばレーザを用いる。この時、トランジスタ１３ａとダイオード１４ａとの間に切欠部１７を形成する。切欠部１７を形成することで絶縁層１１ｂが二又構造に形成される。なお、この加工は、プレスなどの機械加工や、カッターなどで形成してもよい。

以上の工程により実施例２に係る１ユニットのシートモジュールが完成し、このシートモジュールが互い違いに重なることで、半導体モジュールを製造することができる。

このシートモジュールを例えば図７（ｃ）に示した絶縁層１１ｂ、金属層１１ｂ、絶縁層１１ｃおよび金属層１１ｃのように、基板１０上に互い違いに重ねる構造とすることで、基板１０上にこの時、トランジスタ１３ｂとダイオード１４ｂとの厚さが異なっていても、絶縁層１１ｂは、切欠部１７を挟んで二又構造となっているため、シート状の絶縁層１１ｂの屈曲の度合いをトランジスタ１３ｂとダイオード１４ｂとで変化させることができ、それぞれの半導体部品の厚みに合った接続をすることができる。よって、金属層１２ｂの断線、絶縁層１１ｂからの剥離および半導体部品とのコンタクト不良を抑制することができる。

本発明では、金属細線を用いた半導体モジュールに比較して、薄型、小型化の半導体モジュールが実現できる。さらには、絶縁層がポリイミドである場合、大電流が扱え、高発熱のモジュールであっても歪吸収手段があるため、信頼性を向上することができる。

１１ 絶縁層
１２ 金属層
１３ 第１の半導体部品
１４ 第２の半導体部品
１６ 貫通電極
１７ 切欠部

Claims (10)

1. 金属基板と、
   前記金属基板上の実装面に設けられる第１の半導体部品と、
   前記金属基板上に設けられ、前記実装面からの高さが前記第１の半導体部品と異なる第２の半導体部品と、
   前記第１の半導体部品上および前記第２の半導体部品上に設けられる絶縁層と、
   前記絶縁層を貫通し、前記第１の半導体部品に電気的に接続される第１の電極と、
   前記絶縁層を貫通し、前記第２の半導体部品に電気的に接続される第２の電極と、
   前記第１の電極上、前記第２の電極上および前記絶縁層上に設けられ、前記第１の半導体部品および前記第２の半導体部品が前記第１の電極および前記第２の電極をそれぞれ介して電気的に接続される金属層と、
   前記第１の半導体部品と前記第２の半導体部品との間の前記絶縁層に設けられた切欠部とを有することを特徴とする半導体モジュール。
2. 前記絶縁層は、シート状のポリイミドである請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 前記第１の半導体部品は、トランジスタであり、前記第２の半導体部品は、ダイオードである請求項１または２に記載の半導体モジュール。
4. 前記金属基板は、表面が絶縁処理された金属基板である請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
5. 基板と、
   前記基板上の第１の部分にドレイン端子が接続された第１トランジスタと、
   前記第１の部分にアノード端子が接続され、前記第１トランジスタとは厚さが異なる第１ダイオードと、
   前記第１トランジスタおよび前記第１ダイオード上に設けられた第１絶縁層と、
   前記第１絶縁層を貫通し、前記第１トランジスタに電気的に接続される第１の電極と、
   前記第１絶縁層を貫通し、前記第１ダイオードに電気的に接続される第２の電極と、
   前記第１の電極上、前記第２の電極上および前記第１絶縁層上に設けられ、前記第１トランジスタおよび前記第１ダイオードが前記第１の電極および前記第２の電極をそれぞれ介して電気的に接続される第１金属層と、
   前記第１トランジスタと前記第１ダイオードとの間の前記第１絶縁層に設けられた第１の切欠部とを有することを特徴とする半導体モジュール。
6. 前記第１絶縁層は前記第２の部分で接合される請求項５に記載の半導体モジュール。
7. 前記第２の部分の前記第１金属層上にドレイン端子が接続された第２トランジスタと、
   前記第２の部分の前記第１金属層上にアノード端子が接続される第２ダイオードと、
   前記第２トランジスタおよび前記第２ダイオード上に設けられた第２絶縁層と、
   前記第２絶縁層を貫通し、前記第２トランジスタに電気的に接続される第３の電極と、
   前記第２絶縁層を貫通し、前記第２ダイオードに電気的に接続される第４の電極と、
   前記第３の電極上、前記第４の電極上および前記第２絶縁層上に設けられ、前記第２トランジスタおよび前記第２ダイオードが前記第３の電極および前記第４の電極をそれぞれ介して電気的に接続される第２金属層と、
   前記第２トランジスタと前記第２ダイオードとの間の前記第２絶縁層に設けられた第２の切欠部とをさらに有することを特徴とする請求項６に記載の半導体モジュール。
8. 前記第２絶縁層は、前記第３の部分で接合される請求項７に記載の半導体モジュール。
9. 前記第１絶縁層および前記第２絶縁層は、シート状のポリイミドである請求項５から８のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
10. 前記基板はプリント基板、またはセラミック基板である請求項５から９のいずれか一項に記載の半導体モジュール。

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