JP2021044312A - パワーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】応力を緩和すること。【解決手段】絶縁層と、前記絶縁層１０の上面に搭載された複数の電子部品３０と、前記絶縁層の下面に設けられ、前記絶縁層を貫通する貫通孔を介し前記複数の電子部品と接続された金属層１４と、下面にそれぞれ前記複数の電子部品の上面がそれぞれ接合された複数の第１放熱部材４０と、前記複数の電子部品の上面と前記複数の第１放熱部材の下面とをそれぞれ接合する複数の第１接合層４２と、を備えるパワーモジュール。【選択図】図１

Description

本発明は、パワーモジュールに関し、例えば電子部品を搭載するパワーモジュールに関する。

パワー半導体デバイス等の電子部品が搭載されたパワーモジュールでは、１つの金属部材等の放熱部材上に半導体チップ等の複数の電子部品を接合し、複数の電気部品上に１つの金属部材等の放熱部材を接合することが知られている（例えば特許文献１）。

特開２０１８−７４０８９号公報

複数の電子部品（半導体チップ）の上面に１枚の放熱部材を設けることにより、複数の電子部品からの熱を効率的に放熱することができる。しかしながら、電子部品の厚みが異なるため、放熱部材と複数の電子部品との間に熱応力等の応力が加わる。電子部品と放熱部材の間に設けられる接合層（例えば銀ペースト等の焼結体）を、抵抗値を小さくするため、薄く設けると、応力により接合層（例えば焼結体）の劣化を招く。その結果、放熱部材と電子部品との剥がれが生じることがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、応力を緩和することを目的とする。

本発明は、絶縁層と、前記絶縁層の上面に搭載された複数の電子部品と、前記絶縁層の下面に設けられ、前記絶縁層を貫通する貫通孔を介し前記複数の電子部品と接続された第１金属層と、下面にそれぞれ前記複数の電子部品の上面がそれぞれ接合された複数の第１放熱部材と、前記複数の電子部品の上面と前記複数の第１放熱部材の下面とをそれぞれ接合する複数の第１接合層と、を備えるパワーモジュールである。

上記構成において、前記複数の電子部品および前記複数の第１放熱部材を封止する封止樹脂層を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の第１放熱部材の上面は前記封止樹脂層から露出する構成とすることができる。

上記構成において、上面に前記第１金属層が接合された第２放熱部材と、前記第２放熱部材の上面と前記第１金属層の下面とを接合する第２接合層と、を備える構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の第１接合層は導電性焼結体である構成とすることができる。

上記構成において、前記絶縁層は可撓性を有する構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の電子部品は複数の半導体チップである構成とすることができる。

本発明は、ポリイミドシートと、前記ポリイミドシート上に下面が接合された複数のパワー半導体素子と、前記ポリイミドシートのビアを介し、前記複数のパワー半導体素子と電気的に接続された金属層と、前記金属層が各々導電性焼結体を介して接合された１枚の第２放熱部材と、前記複数のパワー半導体素子の上面に接合層を介してそれぞれ接合された複数の第１放熱部材と、前記複数のパワー半導体素子のうち隣接するパワー半導体素子の間に位置し、前記ポリイミドシートに設けられた開口部と、前記ポリイミドシートの上面および下面の両方に設けられた部分が前記開口部を介し接続され、前記ポリイミドシート、前記複数のパワー半導体素子および第１放熱部材を被覆する封止樹脂と、を備える、パワーモジュールである。

上記構成において、前記開口部は、上から見て前記金属層の側面に設けられた前記導電性焼結体の一部と重なる構成とすることができる。

上記構成において、前記複数の第１放熱部材の各々は、前記ポリイミドシートの１つの辺に向かい延在される構成とすることができる。

上記構成において、前記ポリイミドシートは、前記１つの辺から前記１つの辺に対向する辺に向かい、センサが設けられた第１エリアと、前記第１エリアに隣接し前記複数のパワー半導体素子が設けられた第２エリアと、前記第２エリアに隣接し回路を構成する電子部品が設けられた第３エリアと、を有し、前記第２放熱部材は前記第１エリアを通過して前記１つの辺に延在される構成とすることができる。

本発明によれば、応力を緩和することができる。

図１は、実施例１に係るパワーモジュールの断面図である。 図２は、実施例１に係るパワーモジュールにおける基板の平面図である。 図３（ａ）から図３（ｄ）は、実施例１に係るパワーモジュールの製造方法を示す断面図（その１）である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は、実施例１に係るパワーモジュールの製造方法を示す断面図（その２）である。 図５（ａ）および図５（ｂ）は、実施例１に係るパワーモジュールの製造方法を示す断面図（その３）である。 図６（ａ）から図６（ｃ）は、実施例１に係るパワーモジュールの製造方法を示す平面図（その１）である。 図７（ａ）から図７（ｃ）は、実施例１に係るパワーモジュールの製造方法を示す平面図（その２）である。 図８は、実施例１の変形例１に係るパワーモジュールの断面図である。 図９は、実施例１の変形例１に係るパワーモジュールにおける基板の平面図である。 図１０は、実施例１の変形例１に係るパワーモジュールにおける基板の平面図である。 図１１は、比較例１に係るパワーモジュールの断面図である。 図１２は、実施例１の変形例２に係るパワーモジュールの断面図である。

以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例１に係るパワーモジュールの断面図である。図２は、実施例１に係るパワーモジュールにおける基板の平面図である。図２は、基板の上面を示す平面図である。電子部品３０の端子３１ａ、３１ｂおよび放熱部材４０を破線で示す。図１は、図２のＡ−Ａ断面図に相当する。

図１に示すように、基板１５上に複数の電子部品３０が搭載され、放熱部材３５上に基板１５が搭載されている。複数の電子部品３０上にそれぞれ複数の放熱部材４０が接合されている。基板１５は、主に絶縁層１０、金属層１４を備えている。絶縁層１０は、例えばポリイミド等の樹脂層であり、可撓性を有する。絶縁層１０の厚さは例えば７．５μｍから１２５μｍである。

絶縁層１０上に接着剤１２が設けられている。接着剤１２は例えばエポキシ樹脂接着剤等の樹脂接着剤である。接着剤１２の厚さは硬化後で例えば５μｍから５０μｍである。接着剤１２は例えば絶縁層１０より薄い。接着剤１２は耐熱性および低誘電特性に優れた樹脂材料が好ましい。

接着剤１２により、絶縁層１０の上面に電子部品３０が接合されている。電子部品３０の下面には電極３１が設けられている。電子部品３０は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタまたはパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などのＦＥＴ等のトランジスタである。トランジスタには、Ｓｉ、ＧａＮまたはＳｉＣ等の半導体材料が用いられる。電子部品３０は、例えばベアチップまたはベアチップが封止実装されたパッケージである。ベアチップが実装されたパッケージは、ＷＬＰ（Wafer Level Package）またはＳＩＰ（Single Inline Package）等のパッケージである。電極３１は、例えばソース電極およびドレイン電極であり、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）等を主材料とする金属層である。なお本実施例では、電子部品３０は半導体ベアチップである。

絶縁層１０の下面に金属層１４が設けられている。金属層１４は、絶縁層１０および接着剤１２を貫通する貫通孔１６を介し電極３１に電気的に接続する。金属層１４は、例えば銅を主材料とする。金属層１４の厚さは例えば数μｍから１２５μｍであり、貫通孔１６（ビア）が埋め込まれる厚さである。貫通孔１６の大きさは、例えば３０μｍから５００μｍである。金属層１４は絶縁層１０より厚い。金属層１４は絶縁層１０より薄くてもよい。

放熱部材３５および４０は、例えばＤＢＣ（Direct Bonded Cupper）基板またはＤＢＡ（Direct Bonded Aluminum）基板である。放熱部材３５は、主に金属層３６、３８および絶縁層３７を備え、放熱部材４０は、主に金属層４７、４９および絶縁層４８を備えている。絶縁層３７および４８は、例えば酸化アルミニウムおよび／または窒化アルミニウムを主材料とするセラミックスである。絶縁層３７および４８の材料は、絶縁層１０で用いられる樹脂に比べ熱伝導率が高い。金属層３６、３８、４７および４９は、例えば銅またはアルミニウムを主材料とする。放熱部材３５および４０は、例えば銅等の金属板または絶縁層等の熱伝導性の高い単一の板でもよい。放熱部材３５および４０の厚さは例えば２００μｍから５０００μｍである。

放熱部材３５の金属層３６と基板１５の金属層１４とは接合層２８により接合される。放熱部材４０の金属層４７と電子部品３０の上面とは接合層４２により接合される。接合層２８および４２は、例えば樹脂ペーストおよびバインダー等の結合材に銅または銀等の金属粒子または金属粉体等が含まれる、いわゆる導電性ペーストを焼結させた金属層である。接合層２８および４２は半田等のロウ材でもよい。接合層２８および４２の厚さは焼成後で例えば５μｍから５０μｍである。樹脂４４は、電子部品３０、３２および基板１５を封止する。放熱部材３５の下面および放熱部材４０の下面は樹脂４４から露出する。樹脂４４は例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂である。なお本実施例では、銀ペーストを用い、抵抗値を下げるため、焼結後の厚みは５〜３０μｍである。

金属層３６は、接合層２８、金属層１４を介し電極３１に電気的に接続される。電子部品３０で発生した熱は、金属層１４、接合層２８、金属層３６、絶縁層３７および金属層３８を介し放熱部材３５の下面から放出され、かつ接合層４２、金属層４７、絶縁層４８および金属層４９を介し放熱部材４０の上面から放出される。

図２に示すように、基板１５の上面には、電子部品３０および３２が搭載されている。電子部品３０は絶縁層１０に対してフェイスダウン実装され、電子部品３０の下面に電極３１として端子３１ａおよび３１ｂが設けられている。電子部品３０が横型のＦＥＴのとき、電子部品３０の下面には電極３１としてソース端子、ドレイン端子およびゲート端子が設けられる。図２ではゲート電極の図示を省略している。端子３１ａおよび３１ｂは例えばソース端子およびドレイン端子である。電子部品３０が縦型のＦＥＴのとき、電子部品３０の下面には電極３１としてソース端子およびゲート端子が設けられ、電子部品３０の上面にドレイン端子が設けられる。この電子部品３０はＦＥＴであるが、電子部品３０としてＩＧＢＴまたはバイポーラトランジスタが用いられてもよい。３つの電子部品３０上にはそれぞれ３つの放熱部材４０が接合されている。電子部品３２は、例えばチップ抵抗、チップコンデンサおよびチップインダクタ等のディスクリート部品である。このディスクリート部品の配置領域には、基板１５の上面には電子部品３０を制御する集積回路が搭載されていてもよい。基板１５の上面の周縁に電極３４が設けられている。なお、電子部品３０が縦方向に３個並んだ例を説明したが、電子部品３０は２個以上配列されていればよい。

［実施例１の製造方法］
図３（ａ）から図５（ｂ）は、実施例１に係るパワーモジュールの製造方法を示す断面図である。図６（ａ）から図７（ｃ）は、実施例１に係るパワーモジュールの製造方法を示す平面図である。

図３（ａ）に示すように、絶縁層１０上に接着剤１２を塗布する。接着剤１２の塗布には、例えばスピンコート法、スプレコート法、インクジェット法またはスクリーン印刷法を用いる。予め接着剤１２が形成された絶縁層１０を用意してもよい。接着剤１２は、電子部品３０および３２（図２参照）が配置される領域に対応して、選択的に塗布されていてもよい。

図３（ｂ）に示すように、接着剤１２上に電子部品３０をフェイスダウンで配置する。すなわち電子部品３０の下面は能動領域が設けられた表面であり、電子部品３０の上面は能動領域が設けられていない裏面である。熱処理することにより、接着剤１２を硬化させ電子部品３０と絶縁層１０とを固着および接合させる。熱処理は例えば１５０℃から３００℃の温度で実施する。

図３（ｃ）に示すように、絶縁層１０および接着剤１２を貫通する貫通孔１６を形成する。貫通孔１６は、例えばレーザ光を照射することにより形成する。これにより、電極３１の下面が貫通孔１６から露出する。電子部品３０を絶縁層１０上に接合する前に絶縁層１０に貫通孔１６を形成してもよい。１つの電極３１に１つの貫通孔１６を設けているが、１つの電極３１に複数の貫通孔１６を設けてもよい。

図３（ｄ）に示すように、絶縁層１０の下面および貫通孔１６の内面に金属層１４を形成する。金属層１４の形成は例えば以下の方法により行う。絶縁層１０の下面および貫通孔１６の内面にシード層を形成する。シード層は、例えばスパッタリング法または無電解めっき法を用い形成する。このシード層を電極とし、この上面にめっき層を電解めっき法で形成する。

図４（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用い金属層１４を所望の形状にパターニングする。これにより、金属層１４から配線が形成される。

図６（ａ）に示すように、放熱部材３５の上面には、金属層３６として複数（例えば２つ）の金属層３６ａおよび３６ｂが設けられている。金属層３６ａと３６ｂとは電気的に分離されている。平面視において、金属層３６ａおよび３６ｂは、それぞれの金属層１４と電気的に接続され、この金属層１４より大きく形成されている。その結果、放熱部材３５のほぼ全域に大きく形成された３６ａおよび３６ｂを介して放熱部材３５全域に熱を伝えている。

図４（ｂ）に示すように、金属層１４の下面に導電性ペーストを塗布し、基板１５を放熱部材３５の上方に配置する。なお、金属層１４は金属層３６の上に配置する。

図４（ｃ）に示すように、金属層１４の下面と金属層３６の上面との間に設けられた接合層２８を、例えば１５０℃以上３００℃以下の温度で焼成する。これにより、金属層１４と３６とが熱的、機械的かつ電気的に接合される。図６（ｂ）に示すように、放熱部材３５は基板１５より大きい。これにより、金属層３６ａおよび３６ｂの端部が基板１５から露出する。

図６（ｃ）に示すように、電極３４、金属層３６ａおよび３６ｂの上面にそれぞれリード４６、４６ａおよび４６ｂを、例えば導電性ペーストまたはロウ材を用い接続する。これにより、リード４６ａは複数のトランジスタである電子部品３０のソース端子３１ａに電気的に接続され、リード４６ｂは複数のトランジスタである電子部品３０のドレイン端子３１ｂに電気的に接続される。

図５（ａ）および図７（ａ）に示すように、電子部品３０の上面または金属層４７の下面に導電性ペーストを塗布し、放熱部材４０の金属層４７の下面と電子部品３０の上面とを接合層４２を介し接触させる。例えば１５０℃以上３００℃以下の温度で熱処理することで、接合層４２を焼成する。これにより、電子部品３０と金属層４７とが熱的、機械的かつ電気的に接合される。

図５（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、基板１５、放熱部材３５および４０を樹脂４４により封止する。なお、封止用金型のタイプによっては、直接放熱部材４０、３５を露出させることができる。本実施例では、図５（ｂ）のように全体を封止しているため、研磨を行い、放熱部材を露出させている。

図７（ｃ）に示すように、樹脂４４の上面および下面を研磨する。これにより、樹脂４４から放熱部材４０の上面および金属層３８の下面が露出する。電子部品３０で発生した熱は放熱部材４０の上面および金属層３８の下面を介し放出される。リード４６は電子部品３０および３２に電気的に接続され、封止樹脂４４から外部へ延在される。

［実施例１の変形例１］
図８は、実施例１の変形例１に係るパワーモジュールの断面図である。図９は、実施例１の変形例１に係るパワーモジュールにおける基板の平面図である。図１０は、実施例１の変形例１に係るパワーモジュールにおける基板の平面図であり、上方から絶縁層１０の下面を透視した図である。図８は、図９および図１０のＡ−Ａ断面図に相当する。

図９および図１０に示すように、ポリイミドの絶縁層１０（ポリイミドシート）を含む基板１５は矩形である。絶縁層１０は、左辺（１つの辺）から右辺（対向する辺）に向かい、エリア５０（第１エリア）、エリア５２（第２エリア）およびエリア５４（第３エリア）を有する。エリア５２には、絶縁層１０の上辺から下辺に向かい、パワー半導体素子である電子部品３０ａ〜３０ｃがフェイスダウンで、縦方向に並んで実装されている。電子部品３０ａ〜３０ｃの下面は絶縁層１０に固着されている。エリア５０は、電子部品３０ａ〜３０ｃに隣接し、電子部品３０ａ〜３０ｃの左辺から絶縁層１０の左辺までのエリアを示し、エリア５０には、温度センサ５６が少なくとも１つ設けられており、センサの実装エリアを除いてほとんどが空きスペースである。エリア５４は電子部品３０ａ〜３０ｃに隣接し、電子部品３０ａ〜３０ｂの右辺から絶縁層１０の右辺までのエリアであり、ディスクリート部品や集積回路等の電子部品３２等が実装されている。電子部品３０ａ〜３０ｃと電子部品３２とは回路を構成する。

放熱部材４０ａ〜４０ｃが電子部品３０ａ〜３０ｃの上面にそれぞれ接合層４２を介し固着される。３枚の放熱部材４０ａ〜４０ｃは、エリア５０を通過して基板１５の左辺に向かい左辺近傍まで延在している。温度センサ５６は放熱部材４０ｂの下方の絶縁層１０上に設けられている。温度センサ５６は、エリア５２および/または５４から延びた導電路に接続される。導電路を介し温度センサ５６の信号が出力される。

放熱部材４０ａ〜４０ｃは各々個片化されており、放熱部材４０ａと４０ｂの間、放熱部材４０ｂと４０ｃの間には、空きスペースが設けられている。よって、電子部品３０ａ〜３０ｃの上面と放熱部材４０ａ〜４０ｃとの間の接合層４２の接合状態（例えば焼結体の焼結状態）を、電子部品３０ａ〜３０ｃの３辺（図９における上辺、下辺および右辺）にわたって目視確認することができる。

さらに、放熱部材４０ａ〜４０ｃを個片化しているため、中央の放熱部材４０ｂ は隣接する電子部品３０ａおよび３０ｃの熱をダイレクトに受けない。しかしながら、電子部品３０ｂの実装エリアは、上下２つの電子部品３０ａおよび３０ｃの実装エリアよりも熱がこもりやすいため、電子部品３０ｂが一番温度が上がる部位である。よって、放熱部材４０ｂの下方に位置する温度センサ５６により、一番破壊に至りやすい電子部品３０ｂの温度を高い精度で検知することができる。さらに、３枚の放熱部材４０ａ〜４０ｃの下方には温度センサ５６を除いて電子部品等が設けていない。このように、余計な発熱体が設けられていないため、放熱部材４０ａ〜４０ｃによる放熱性をより高めることができる。なお、放熱部材４０ａ〜４０ｃの下面と絶縁層１０の上面との間には、スペーサーが設けられ、放熱部材４０の水平性が保たれていてもよい。

絶縁層１０には開口部５８が形成されている。図７（ｂ）において、基板１５を封止する樹脂４４がこの開口部５８を介して、絶縁層１０の上方から下方の放熱部材３５と基板１５の間に流入されたり、放熱部材３５の上面側から放熱部材４０に向かい、流出されたりする。よって、絶縁層１０の下面にトラップされたボイドは、開口部５８を介して、金型キャビティから金型外部へと放出される。絶縁層１０の上面および下面に設けられた樹脂４４の両方に設けられた部分は開口部５８を介し接続される。これにより、樹脂４４内のボイドを抑制できる。開口部５８は絶縁層１０のいずれの箇所に設けられていてもよい。

図８および図１０のように、金属層１４ａは、電子部品３０ａ〜３０ｃのソース端子３１ａと貫通孔１６ａを介し電気的に接続され、金属層１４ｂは、電子部品３０ａ〜３０ｃのドレイン端子３１ｂと貫通孔１６ｂを介し電気的に接続されている。ソース端子３１ａと接続された金属層１４ａは、電子部品３０ａ〜３０ｃから左側に拡大されて配置され、ドレイン端子３１ｂと接続された金属層１４ｂは電子部品３０ａ〜３０ｃから右側に拡大されて配置されている。金属層１４ａおよび１４ｂは各々３つに分割されているが、金属層１４ａおよび１４ｂは、各々単一でもよい。

基板１５は図６（ａ）に図示した放熱部材３５上に接合されている。図６（ａ）の金属層３６ａと３６ｂとの間の絶縁層３７が露出する分離帯の左側には放熱部材３５の左辺近傍まで延在した金属層３６ａが設けられ、分離帯の右側には放熱部材３５の右辺近傍まで延在した金属層３６ｂが設けられている。

図１０の金属層１４ａは接合層２８（導電性焼結体）を介して金属層３６ａに接合され、金属層１４ｂは接合層２８を介して金属層３６ｂに接合される。よって電子部品３０ａ〜３０ｃから発生する熱は、金属層３６ａおよび３６ｂを介して、１枚の放熱部材３５全域に拡散される。図６（ａ）のように、放熱部材３５の下面には全域に金属層３８が設けられ、全域に拡散された熱は、金属層３８へ伝わり、外部へ放出される。

図８から図１０のように、隣接する電子部品３０ａと３０ｂとの間、隣接する電子部品３０ｂと３０ｃとの間に位置するように開口部５８が設けられている。開口部５８は、上から見て金属層１４ａおよび１４ｂの側面に設けられた接合層２８（導電性焼結体）の一部と重なる。これにより、樹脂封止前に、接合層２８の接合状態（焼結体の状態）を放熱部材４０ａと４０ｂとの間、放熱部材４０ｂと４０ｃとの間から視認することができる。

［比較例１］
図１１は、比較例１に係るパワーモジュールの断面図である。図１１に示すように、比較例１では、１つの放熱部材４０が複数の電子部品３０の上面に接合されている。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

比較例１では、複数の電子部品３０が１つの放熱部材４０に接合されている。このため、電子部品３０、絶縁層１０および／または金属層１４の厚さのばらつきを接合層４２の厚さで吸収することになる。特に電子部品３０が半導体ベアチップである場合、バックグラインド等による、厚みのばらつきが発生する。そのため、どうしても接合層４２の厚みに差が発生し、接合強度のばらつきが生じる。

特に接合層４２として銀ペースト等の導電性焼結体を用いる場合、接合層４２の抵抗分を考慮し、焼結後の銀の膜厚はおよそ５〜３０μmが好ましい。図２のように、半導体チップである電子部品３０が縦に３つ並べられ、比較例１ではその３つの半導体チップを覆うように、１枚の放熱部材４０が設けられることになる。この場合、真ん中の電子部品３０の実装エリアは上下のエリアよりも温度が上昇する。このため、特に真ん中の電子部品３０には、応力が集中しやすい。接合層４２が薄いと、接合層４２に応力が加わりやすく、接合層４２の疲労破壊、脆弱破壊または剥離等の劣化が生じる可能性がある。

さらに、放熱部材４０が１つの場合、図５（ｂ）および図７（ｂ）のような樹脂封止の工程において、放熱部材４０の上から下、または下から上に樹脂４４が流動しにくくなる。このため、樹脂４４内にボイドが形成されるなどの封止不良となる可能性がある。

［実施例１の効果］
実施例１によれば、電子部品３０は絶縁層１０の上面に搭載されている。金属層１４（第１金属層）は、絶縁層１０の下面に設けられ、絶縁層１０を貫通する貫通孔１６を介し複数の電子部品３０と接続されている。このような構成において、１つの放熱部材４０（第１放熱部材）の下面には、１つの電子部品３０の上面が接合層４２（第１接合層）を介し接合される。このように、電子部品３０と電子部品３０の間で、放熱部材４０が分離されている。これにより、比較例１において説明したような、電子部品３０および／または金属層１４の厚さのばらつきに起因した、接合層４２の厚さのばらつきを抑制できる。また、中央の電子部品３０のエリアは熱の集中が発生しやすいが、放熱部材４０を個別にしているため、熱の集中を抑制できる。よって、これらの対策により、接合層４２の疲労破壊、脆弱破壊または剥離等を抑制できる。

また、樹脂４４（封止樹脂層）は、複数の電子部品３０および複数の放熱部材４０を封止（被覆）する。これにより、図５（ｂ）および図７（ｂ）のような樹脂封止の工程において、樹脂４４は、放熱部材４０間の空隙を介し、放熱部材４０の上から下、または下から上に樹脂４４が流動する。よって、樹脂４４内にボイドが形成される等の封止不良を抑制できる。

複数の放熱部材４０の上面は樹脂４４から露出する。これにより、放熱部材４０の上面から放熱できる。

放熱部材３５（第２放熱部材）の上面に金属層１４が接合され、接合層２８（第２接合層）は、放熱部材３５の上面と金属層１４の下面とを接合する。これにより、放熱部材３５から放熱できる。比較例１のように、基板１５が放熱部材３５と４０に挟まれていると、熱応力等により接合層４２の疲労破壊、脆弱破壊または剥離等が生じる可能性がある。そこで、各々の電子部品３０上には、お互いに分離された１枚の放熱部材４０を接合することが好ましい。金属層１４は、放熱部材３５でなく、マザーボードとなる実装基板に設けられてもよい。

複数の電子部品３０は、ここでは横型トランジスタであり、電子部品３０の下面にはソース端子３１ａ（第１端子）とドレイン端子３１ｂ（第２端子）およびゲート端子が設けられる。なお、縦型の場合は電子部品３０の下面にソース端子とゲート端子が設けられ、上面にドレイン端子が設けられる。

接合層４２は導電性焼結体である。このとき、接合層４２は接合不良が生じやすい。よって、複数の電子部品３０に対し１枚の放熱部材ではなく、電子部品３０毎に個別の放熱部材４０を設けることが好ましい。

絶縁層１０は可撓性を有するため、絶縁層１０の平坦性が阻害される。また、バックグラインド等の半導体チップの薄型化により、電子部品３０の位置がばらつきやすくなる。さらには、金属層１４のめっきにより、厚さのばらつきが発生する、これも電子部品３０の高さのばらつきの一因となる。このため、比較例１では、接合層４２の厚さで電子部品３０の高さのばらつきを吸収することなる。その結果、前述と同様に、複数の電子部品３０に対し１枚の放熱部材４０を接合すると、応力が発生し、クラック等が発生するが、実施例１のように電子部品３０毎に個別の放熱部材４０を設けることで、この課題を解決することができる。

［実施例１の変形例２］
図１２は、実施例１の変形例２に係るパワーモジュールの断面図である。

図１２のように、実施例１の変形例２では、絶縁層１０および２０を用いた２層基板である。基板１５では、絶縁層１０および金属層１４の下に絶縁層２０が設けられている。絶縁層１０および金属層１４と絶縁層２０とは接着剤１８により接合されている。絶縁層２０の下に金属層２４が設けられている。金属層２４は絶縁層２０および接着剤１８を貫通する貫通孔２６を介し、金属層１４に接続されている。金属層２４は接合層２８を介し放熱部材３５の金属層３６に接合されている。絶縁層２０、接着剤１８および金属層２４の材料としては、絶縁層１０、接着剤１２および金属層１４で例示した材料を用いることができる。

金属層３６は、接合層２８、金属層２４、１４を介し電極３１に電気的に接続される。電子部品３０で発生した熱は、金属層１４、２４、接合層２８、金属層３６、絶縁層３７および金属層３８を介し放熱部材３５の下面から放出され、かつ接合層４２、金属層４７、絶縁層４８および金属層４９を介し放熱部材４０の上面から放出される。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。

実施例１の変形例１のように、第１金属層は複数の金属層１４および２４が積層されていてもよい。また、絶縁層１０および２０は複数積層されていてもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０、２０ 絶縁層
１２、１８ 接着剤
１４、２４、３６、３８、４７、４９ 金属層
１６、２６ 貫通孔
２８、４２ 接合層
３０、３２ 電子部品
３１ 電極
４０、３５ 放熱部材

Claims (11)

1. 絶縁層と、
   前記絶縁層の上面に搭載された複数の電子部品と、
   前記絶縁層の下面に設けられ、前記絶縁層を貫通する貫通孔を介し前記複数の電子部品と接続された第１金属層と、
   下面にそれぞれ前記複数の電子部品の上面がそれぞれ接合された複数の第１放熱部材と、
   前記複数の電子部品の上面と前記複数の第１放熱部材の下面とをそれぞれ接合する複数の第１接合層と、
   を備えるパワーモジュール。
2. 前記複数の電子部品および前記複数の第１放熱部材を封止する封止樹脂層を備える請求項１に記載のパワーモジュール。
3. 前記複数の第１放熱部材の上面は前記封止樹脂層から露出する請求項２に記載のパワーモジュール。
4. 上面に前記第１金属層が接合された第２放熱部材と、
   前記第２放熱部材の上面と前記第１金属層の下面とを接合する第２接合層と、
   を備える請求項１から３のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
5. 前記複数の第１接合層は導電性焼結体である請求項１から４のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
6. 前記絶縁層は可撓性を有する請求項１から５のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
7. 前記複数の電子部品は複数の半導体チップである請求項１から６のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
8. ポリイミドシートと、
   前記ポリイミドシート上に下面が接合された複数のパワー半導体素子と、
   前記ポリイミドシートのビアを介し、前記複数のパワー半導体素子と電気的に接続された金属層と、
   前記金属層が各々導電性焼結体を介して接合された１枚の第２放熱部材と、
   前記複数のパワー半導体素子の上面に接合層を介してそれぞれ接合された複数の第１放熱部材と、
   前記複数のパワー半導体素子のうち隣接するパワー半導体素子の間に位置し、前記ポリイミドシートに設けられた開口部と、
   前記ポリイミドシートの上面および下面の両方に設けられた部分が前記開口部を介し接続され、前記ポリイミドシート、前記複数のパワー半導体素子および第１放熱部材を被覆する封止樹脂と、
   を備える、パワーモジュール。
9. 前記開口部は、上から見て前記金属層の側面に設けられた前記導電性焼結体の一部と重なる請求項８に記載のパワーモジュール。
10. 前記複数の第１放熱部材の各々は、前記ポリイミドシートの１つの辺に向かい延在される請求項８または９に記載のパワーモジュール。
11. 前記ポリイミドシートは、前記１つの辺から前記１つの辺に対向する辺に向かい、センサが設けられた第１エリアと、前記第１エリアに隣接し前記複数のパワー半導体素子が設けられた第２エリアと、前記第２エリアに隣接し回路を構成する電子部品が設けられた第３エリアと、を有し、
    前記第２放熱部材は前記第１エリアを通過して前記１つの辺に延在される請求項１０記載のパワーモジュール。

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