JP2021174885A - 半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】沿面距離を確保して放熱性を向上すること。【解決手段】半導体モジュール（１）は、放熱板（２）と、放熱板の上面に配置された第１絶縁層（３）と、第１絶縁層の上面に配置された回路板（４）と、回路板の上面に配置された半導体素子（６）と、放熱板と第１絶縁層との間において、第１絶縁層の外周端下方を囲うように配置された第２絶縁層（８）と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法に関する。

半導体モジュールは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）等の半導体素子が設けられた基板を有し、インバータ装置等に利用されている（例えば特許文献１−３参照）。

一般に半導体モジュールは、放熱板の上面にＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板等の積層基板を配置し、更にＤＣＢ基板の上面に半導体素子を配置して構成される。放熱板とＤＣＢ基板、及びＤＣＢ基板と半導体素子はそれぞれ半田等の接合材を介して接合される。ＤＣＢ基板は、セラミック等の絶縁層の上面及び下面に金属層を積層した積層基板で構成される。

特開２００１−３５８２６３号公報 特開２００２−０５０７１３号公報 特開２０１４−２０３９７８号公報

ところで、ＤＣＢ基板等の積層基板に半導体素子を配置した半導体モジュールにおいては、放熱板と積層基板上面の金属層との間に電位差を考慮した沿面距離が確保される必要があり、モジュールが大型化する懸念がある。また、半導体素子から放熱板までの厚み、すなわち放熱経路が長いため、半導体素子の放熱効果が十分に発揮されない可能性も存在する。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、沿面距離を確保して放熱性を向上することが可能な半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法を提供することを目的の１つとする。

本発明の一態様の半導体モジュールは、放熱板と、前記放熱板の上面に配置された第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上面に配置された回路板と、前記回路板の上面に配置された半導体素子と、前記放熱板と前記第１絶縁層との間において、前記第１絶縁層の外周端下方を囲うように配置された第２絶縁層と、を備える。

また、本発明の一態様の半導体モジュールの製造方法は、放熱板と、前記放熱板の上面に配置された第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上面に配置された回路板と、前記回路板の上面に配置された半導体素子と、を備える半導体モジュールの製造方法であって、前記放熱板の上面に前記第１絶縁層の外周端に沿った枠状の第２絶縁層を形成する第２絶縁層形成工程と、前記第２絶縁層の内周端を覆うように前記放熱板の上面に前記第１絶縁層を配置する第１絶縁層配置工程と、前記第１絶縁層の上面に前記回路板を配置する回路板配置工程と、前記回路板の上面に前記半導体素子を配置するチップ配置工程と、を有する。

本発明によれば、沿面距離を確保して放熱性を向上することが可能である。

本実施の形態に係る半導体モジュールの断面図である。 本実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す分解斜視図である。 図１に示す半導体モジュールのＡ部分近傍における拡大図である。 第１変形に係る半導体モジュールの部分拡大図である。 第２変形に係る半導体モジュールの部分拡大図である。 第３変形に係る半導体モジュールの部分拡大図である。 第４変形に係る半導体モジュールの部分拡大図である。 第５変形に係る半導体モジュールの部分拡大図である。 第６変形に係る半導体モジュールの部分拡大図である。 第７変形に係る半導体モジュールの部分拡大図である。

以下、本発明を適用可能な半導体モジュールについて説明する。図１は、本実施の形態に係る半導体モジュールの断面図である。図２は、本実施の形態に係る半導体モジュールの一例を示す分解斜視図である。なお、以下に示す半導体モジュールはあくまで一例にすぎず、これに限定されることなく適宜変更が可能である。また、図２では、説明の便宜上、図１で示された一部の構成を省略している。

また、以下の図において、インバータ回路を構成する三相が並ぶ方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向（一対の外部端子が対向する方向）をＹ方向、高さ方向をＺ方向と定義することにする。図示されたＸ、Ｙ、Ｚの各軸は互いに直交し、右手系を成している。また、場合によっては、Ｘ方向を左右方向、Ｙ方向を前後方向、Ｚ方向を上下方向と呼ぶことがある。これらの方向（前後左右上下方向）は、説明の便宜上用いる文言であり、半導体モジュールの取付姿勢によっては、ＸＹＺ方向のそれぞれとの対応関係が変わることがある。例えば、半導体モジュールの放熱面側（冷却器側）を下面側とし、その反対側を上面側と呼ぶことにする。また、本明細書において、平面視は、半導体モジュールの上面をＺ方向正側からみた場合を意味する。

本実施の形態に係る半導体モジュールは、例えばパワーモジュール等の電力変換装置に適用されるものであり、インバータ回路を構成するパワーモジュールである。図１では、単一の半導体モジュール１について説明する。例えば、半導体装置が三相インバータ回路を構成する場合、図１の単位モジュールがＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順にＸ方向に３つ並んで配置される（図２参照）。

図１及び図２に示すように、半導体モジュール１は、放熱板２と、放熱板２上に配置された第１絶縁層３と、第１絶縁層３上に配置された複数の回路板４、５と、所定の回路板４の上面に配置された半導体素子６と、第１絶縁層３及び半導体素子６を収容するケース部材７と、ケース部材７内に充填される封止樹脂（不図示）と、を含んで構成される。

放熱板２は、上面と下面を有する長方形の板である。また、放熱板２は、Ｘ方向に長い平面視矩形状を有している。放熱板２は、例えば銅、アルミニウム又はこれらの合金等からなる金属板であり、表面にメッキ処理が施されてもよい。

放熱板２の下面には、複数の冷却フィン２０が設けられている。冷却フィン２０は、例えばＺ方向下方に向かって突出している。また、放熱板２の下面には、冷却器ケース２１が取り付けられている。冷却器ケース２１は、複数の冷却フィン２０を覆うように上方が開口された箱型に形成されている。冷却器ケース２１は、冷媒ジャケット又はウォータージャケットと呼ばれてもよい。また、詳細は後述するが、放熱板２の上面には、矩形枠状に形成された第２絶縁層８が配置されている。第２絶縁層８は、各相に１つずつ配置されている。

放熱板２の上面には、接着剤等（不図示）を介して第１絶縁層３が配置されている。第１絶縁層３は、図２に示すように、平面視矩形状を有し、各相に１つずつ配置されている。第１絶縁層３は、第２絶縁層８に対応して配置されている。第１絶縁層３は、ＤＣＢ基板やＡＭＢ（Active Metal Brazing）基板と異なり、比較的薄い可撓性の絶縁シートで形成される。例えば第１絶縁層３は、エポキシ、ポリアミド、ポリイミドや液晶ポリマー等の樹脂材料により形成されてよい。第１絶縁層３は、これらの樹脂材料から選択される複数の材料により形成されてもよい。また、詳細は後述するが、第１絶縁層３の厚みは、１０μｍ〜２００μｍ、好ましくは５０μｍ〜２００μｍである。なお、第１絶縁層３は、絶縁フィルムと呼ばれてもよい。

図１に示すように、第１絶縁層３の上面には、複数（図１では２つ）の回路板４、５が配置されている。回路板４、５は、電気的に互いに独立している。回路板４、５は、銅箔等によって形成される所定厚みの金属層で構成され、例えば導電層と呼ばれてもよい。また、回路板４、５は、平面視矩形状を有し、Ｙ方向に並んで配置されている。回路板４、５は、後述する配線部材Ｗ３や半導体素子６を介し、所望の電気回路すなわち主電流が流れる主配線層を構成する。これらの回路板は、所定厚みの金属板をプレス加工によって所定の形状に成型され、接着剤等を介して第１絶縁層３上に貼り付けられてもよい。また、これに限らず、回路板は、エッチング等によって第１絶縁層３上に形成されてもよい。

Ｙ方向正側に位置する回路板４の上面には、半田等の接合材Ｂを介して半導体素子６が配置されている。半導体素子６は、各相に一つずつ配置されている。半導体素子６は、例えばシリコン（Ｓｉ）、炭化けい素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の半導体基板によって平面視矩形状に形成される。本実施の形態において、半導体素子６は、ＩＧＢＴ素子とＦＷＤ素子の機能を一体化したＲＣ（Reverse Conducting）−ＩＧＢＴ素子、又はパワーＭＯＳＦＥＴ素子で構成される。

なお、半導体素子６は、これに限定されず、ＩＧＢＴ、ＢＪＴ（Bipolar junction transistor）等のスイッチング素子とＦＷＤ等のダイオードを組み合わせて構成されてもよい。また、半導体素子６として、逆バイアスに対して十分な耐圧を有するＲＢ（Reverse Blocking）−ＩＧＢＴ等を用いてもよい。また、半導体素子６の形状、配置数、配置箇所等は適宜変更が可能である。なお、本実施の形態における半導体素子６は、半導体基板にトランジスタ等の機能素子を形成した、縦型のスイッチング素子である。

また、放熱板２の上面には、第１絶縁層３及び半導体素子６の周囲を囲うケース部材７が配置されている。ケース部材７は、放熱板２に対応して、Ｘ方向に長い平面視矩形状を有している。また、ケース部材７には、各半導体素子６に対応して３つの開口７０が形成されている。開口７０は、第１絶縁層３の外周より僅かに小さく、半導体素子６の外周より大きい平面視矩形状を有している。これにより、ケース部材７は、層毎に第１絶縁層３及び半導体素子６の周囲を囲う枠状に形成され、半導体素子６や封止樹脂を収容する空間が画定される。

ケース部材７は、例えば合成樹脂によって成形され、接着剤（不図示）を介して放熱板２の上面に接合される。詳細は後述するが、ケース部材７は、放熱板２との間で第１絶縁層３の外周端を上下で挟み込むように配置される。

図１に示すように、ケース部材７の一部を構成し、Ｙ方向で対向する一対の側壁部７１には、外部接続用の外部端子９が配置されている。外部端子９は、主電流用の外部接続端子を構成し、例えば、銅素材、銅合金系素材、アルミニウム合金系素材、鉄合金系素材等の金属素材の板状体をＬ字状に折り曲げて形成される。外部端子９は、一体成型により、ケース部材７に埋め込まれている。外部端子９の一端は、側壁部７１の上端から突出した外側端子部９０を構成する。また、外部端子９の他端は、側壁部７１の内側に突出した内側端子部９１を構成する。

外部端子９と回路板４、５は、配線部材によって電気的に接続される。具体的にＹ方向正側の内側端子部９１と回路板４は、配線部材Ｗ１によって接続される。Ｙ方向負側の内側端子部９１と回路板５は、配線部材Ｗ２によって接続される。また、回路板５と半導体素子６の上面電極は、配線部材Ｗ３によって電気的に接続されている。

これらの配線部材には、導体ワイヤ（ボンディングワイヤ）が用いられる。導体ワイヤの材質は、金、銅、アルミニウム、金合金、銅合金、アルミニウム合金のいずれか１つ又はそれらの組み合わせを用いることができる。また、配線部材として導体ワイヤ以外の部材を用いることも可能である。例えば、配線部材としてリボンを用いることができる。また、詳細は後述するが、配線部材は、外部端子９や回路板４、５と一体的に形成された金属板で構成されてもよい。

開口７０により形成されたケース部材７の内部空間には、封止樹脂が充填される。封止樹脂は、例えば上面がケース部材７の上端に至るまで充填されてよい。これにより、ケース部材７内の各種構成部品（第１絶縁層３、回路板４、５、半導体素子６、配線部材Ｗ１−Ｗ３）が封止される。なお、封止樹脂には、エポキシ樹脂やシリコーンゲルを用いることが可能である。

ところで、一般的な半導体モジュールにおいては、ＤＣＢ基板等の積層基板の下面に半田を介して冷却器が接合され、積層基板の上面に半田を介して半導体素子が接合されている。積層基板は、セラミック等の絶縁層の上面及び下面に金属層を積層して構成され、半導体素子は、絶縁層上の金属層の上面に接合されるため、半導体素子の沿面距離が十分に確保されないという問題があった。特に、セラミック基板は比較的固い素材であるため、放熱板とケースとの間で挟み込むと割れてしまう可能性があり、沿面距離を確保することが困難であった。また、積層基板は、上記したように少なくとも３層で構成されるため、積層基板の厚みや半田の厚み分だけ半導体素子と冷却器との放熱経路が長くなってしまう。この結果、冷却効果が十分に発揮されないという問題もあった。

そこで、本件発明者は、半導体素子の沿面距離及び放熱距離に着目し、本発明に想到した。具体的に本実施の形態では、放熱板２の上面にＤＣＢ基板等の積層基板ではなく、可撓性の絶縁シート（第１絶縁層３）が配置されている。第１絶縁層３の上面には回路板４が配置され、回路板４の上面には半導体素子６が配置されている。また、放熱板２と第１絶縁層３との間において、第１絶縁層の外周端下方を囲うように第２絶縁層８が配置されている。すなわち、第１絶縁層３は、半導体素子６の直下に位置しており、第２絶縁層８は、半導体素子６の直下ではなく、半導体素子６よりも外周側で比較的離れた箇所に位置している。

この構成によれば、ＤＣＢ基板等に比べて薄い絶縁シートにより第１絶縁層３を構成することが可能である。このため、半導体素子６と放熱板２との距離が短くなって放熱経路が短縮化される。この結果、放熱性を向上することが可能である。また、第１絶縁層３の外周端に第２絶縁層８が配置されることで、回路板４から第１絶縁層及び第２絶縁層８を回り込むように沿面距離を確保することが可能である。

ここで、図２及び図３を参照して、第２絶縁層８の周辺構造について詳細に説明する。図３は、図１に示す半導体モジュールのＡ部分近傍における拡大図である。図２及び図３に示すように、第２絶縁層８は、中央が開口された矩形枠状に形成されている。

より具体的に放熱板２の上面には、矩形枠状の凹部２２が形成されている。凹部２２は、放熱板２の上面から所定の深さで形成されている。第２絶縁層８は、凹部２２を埋めるように配置されている。第２絶縁層８の上面は、放熱板２の上面と面一になっている。第２絶縁層８は、凹部２２に対応して矩形枠状に形成された可撓性のシート材を凹部２２内に載置するように構成されてもよい。

また、第２絶縁層８は、ペースト状の樹脂（液状樹脂）を凹部２２内に充填して硬化させることで形成されてもよい。第２絶縁層８は、例えば、エポキシ、ポリアミド、ポリイミドや液晶ポリマー等の樹脂材料の他、封止樹脂と同じシリコーンゲル等により形成されてよい。第２絶縁層８は、これらの樹脂材料から選択される複数の材料により形成されてもよい。第２絶縁層８をペースト状の樹脂を硬化させて形成することにより、ケース部材７や第１絶縁層３の密着性を考慮することなく沿面距離を確保することが可能である。また、第２絶縁層８は、ケース部材７及び放熱板２に対する密着力が、第１絶縁層３よりも高いことが好ましい。第２絶縁層８は、セラミック、ガラスやマイカなどの硬質の絶縁材料で形成されてもよい。なお、図２に示すように、半導体モジュール１が複数の第１絶縁層３を有する場合、複数の第２絶縁層８は互いに接続されてもよい。沿面距離を確保できる範囲で、複数の第１絶縁層３の外周端下方に枠上の単一の第２絶縁層８が配置されてもよい。また、第２絶縁層８は、沿面距離を確保できる範囲で、不連続部を有してもよい。すなわち、第２絶縁層８は、断続的に配置されてもよい。

図３に示すように、第２絶縁層８の内周端は、第１絶縁層３の外周端よりも内側に位置している。また、第２絶縁層８の外周端は、第１絶縁層３の外周端よりも外側に位置している。すなわち、第１絶縁層と第２絶縁層は、少なくとも一部が平面視で重なるように配置されている。

また、ケース部材７と第２絶縁層８との関係では、第２絶縁層８の内周端が、ケース部材７の内周端よりも内側に位置している。また、第２絶縁層８の外周端は、ケース部材７の外周端よりも内側に位置している。すなわち、第２絶縁層８とケース部材７は、少なくとも一部が平面視で重なるように配置されている。

これらの構成によれば、第１絶縁層３の外周端に連なるように第２絶縁層８が配置されることで、導電体である回路板４と近傍の導電体（例えば放熱板２）との沿面距離を十分に確保することが可能である。

また、第１絶縁層３の外周端は、ケース部材７の内周端よりも外側に位置している。第１絶縁層３の外周端及び第２絶縁層８は、放熱板２とケース部材７との間に挟まれている。本実施の形態では、第１絶縁層３として可撓性を有する絶縁シートを用いたことにより、第１絶縁層３をケース部材７と放熱板２で挟み込んでも、第１絶縁層３が割れるような事態は生じない。よって、絶縁体であるケース部材７も活用して沿面距離をより確保することが可能である。

このように構成される半導体モジュール１は、以下の方法により製造することが可能である。具体的に本実施の形態に係る半導体モジュール１の製造方法は、図１及び図２に示すように、
（１）放熱板２の上面に第１絶縁層３の外周端に沿った枠状の第２絶縁層８を形成する第２絶縁層形成工程と、
（２）第２絶縁層８の内周端を覆うように放熱板２の上面に第１絶縁層３を配置する第１絶縁層配置工程と、
（３）第１絶縁層３の上面に回路板４を配置する回路板配置工程と、
（４）回路板４の上面に半導体素子６を配置するチップ配置工程と、
（５）第１絶縁層配置工程の後、第１絶縁層３の外周を囲う枠状のケース部材７を配置するケース部材配置工程と、を有している。

上記した（１）〜（５）の各工程は、矛盾が生じない限り、実施する順序を入れ替えてもよい。例えば、（３）の回路板配置工程の後に（２）の第１絶縁層配置工程を実施してもよい。この場合、第１絶縁層配置工程において、上面に回路板４が配置された第１絶縁層３を放熱板２の上面に配置する。また、（５）のケース部材配置工程において、第１絶縁層３及び／又は第２絶縁層８を放熱板及びケース部材で挟み込むことが好ましい。また、各部材の配置工程においては、加圧、加熱、接着等、種々の方法を採用することが可能である。

以上説明したように、本実施の形態によれば、放熱板２の上面に第１絶縁層３を配置し、放熱板２と第１絶縁層３との間において、第１絶縁層の外周端下方を囲うように第２絶縁層８を配置したことにより、沿面距離を確保して放熱性を向上することが可能である。

次に、図４から図１０を参照して、変形例について説明する。図４は、第１変形に係る半導体モジュールの部分拡大図である。図５は、第２変形に係る半導体モジュールの部分拡大図である。図６は、第３変形に係る半導体モジュールの部分拡大図である。図７は、第４変形に係る半導体モジュールの部分拡大図である。図８は、第５変形に係る半導体モジュールの部分拡大図である。図９は、第６変形に係る半導体モジュールの部分拡大図である。図１０は、第７変形に係る半導体モジュールの部分拡大図である。

上記実施の形態では、放熱板２の上面に凹部２２を形成し、凹部２２を埋めるように第２絶縁層８を配置する場合について説明したが、この構成に限定されない。図４に示す構成であってもよい。図４に示すように、第２絶縁層８が放熱板２の上面に直に配置（塗布）され、第１絶縁層３の外周端が第２絶縁層８の少なくとも一部に覆い被さるように配置されてもよい。第２絶縁層８にペースト状の樹脂を用いることで、図４に示すように外面がなだらかに湾曲した曲面を成すことが可能である。また、第１絶縁層３が可撓性を有するため、第２絶縁層８の外面形状に関係なく、第１絶縁層３の外周端が第２絶縁層８の上面に隙間なく覆い被さることが可能である。また、第２絶縁層８としてペースト状の樹脂を用いたことにより、第１絶縁層３、ケース部材７及び放熱板２に対する第２絶縁層８の密着力をより高めることが可能である。

また、上記実施の形態では、第１絶縁層３がケース部材７と放熱板２との間に挟み込まれる場合について説明したが、この構成に限定されない。図５に示す構成も可能である。図５に示すように、第１絶縁層３は、ケース部材７と放熱板２との間に挟み込まれなくてもよい。具体的には、第１絶縁層３の外周端がケース部材７の内周端よりも内側に位置している。第２絶縁層８のみが放熱板２とケース部材７との間に挟まれている。この構成であっても、第１絶縁層３と第２絶縁層８、及びケース部材７と第２絶縁層８の密着性を高めて沿面距離を確保することが可能である。

また、図６に示すように、ケース部材７に位置決め用に突起部７２を設けてもよい。突起部７２は、放熱板２上の凹部２２に対応する箇所に設けられている。より具体的に突起部７２は、ケース部材７の下面から下方に向かって突出している。突起部７２は、凹部２２に対応して平面視矩形枠状に形成されてもよい。また、突起部７２は、複数のピンを所定間隔開けて平面視矩形状に並ぶように配置されてよい。突起部７２の先端は、凹部２２に入り込み、その側面が凹部２２の外周側の内側面に当接することが好ましい。これにより、ケース部材７を取り付ける際の位置決めがし易くなり、組み立て効率を高めることが可能である。

また、図７に示すように、位置決め用の突起部７２を凹部２２に係合させる際、突起部７２の先端で第１絶縁層３の外周端３０を押し下げるように構成してもよい。すなわち、第１絶縁層３の外周端３０は、突起部７２に押し下げられて一部が凹部２２内に入り込んでいる。このとき、凹部２２内の第２絶縁層８は、硬化前のペースト状の樹脂であることが好ましい。これらの構成によれば、ケース部材７の位置決めを容易にしつつも、第１絶縁層３と第２絶縁層８との密着性を向上することが可能である。

また、図８に示すように、放熱板２の上面を粗化することによって第１絶縁層３を放熱板２に接着する際の密着性を高めることも可能である。具体的に放熱板２の上面には、第１絶縁層３に対応する箇所に無数の凹凸部２３が形成されている。凹凸部２３は、エッチングやブラスト加工により、放熱板２の上面を粗化することで形成される。また、凹凸部２３は、第２絶縁層８の外周端よりも内側の範囲で形成されていることが好ましい。凹凸部２３の範囲が第２絶縁層８の外周端に至らないことで、ペースト状の樹脂を塗布した際の流動性を抑制することが可能である。すなわち、凹凸部２３により、ペースト状の樹脂が拡散し易くなってしまうため、これを防止する趣旨である。

また、上記実施の形態では、外部端子９と回路板４（回路板５）を接続する配線部材Ｗ１（配線部材Ｗ２）が、導体ワイヤで構成される場合について説明したが、この構成に限定されない。例えば、図９に示すように、回路板、外部端子、及び配線部材が、一体成型された金属板９２で構成されてもよい。具体的に金属板９２は、複数回折り曲げられて形成されており、一体成型によりケース部材７に埋め込まれている。金属板９２は、一端がケース部材７の上面から突出する外部端子部９３と、他端が第１絶縁層３の上面に接合される回路板９４と、外部端子部９３と回路板９４とを連結する連結部９５と、を有している。一体化された金属板９２を用いることにより、半導体モジュール１の部品点数を低減すると共に、組み立て工数を削減することが可能である。

また、図１０に示すように、放熱板２の上面に凹部２２とは別に第１絶縁層３を収容するための第２凹部２４を形成してもよい。より具体的に放熱板２の上面には、第１絶縁層３に対応して所定深さの第２凹部２４が形成されている。第２凹部２４は、平面視矩形状を有している。また、第２凹部２４の深さは、第１絶縁層３の厚みよりも大きいことが好ましい。これにより、第１絶縁層３の突出高さを小さくすることができ、モジュール全体として低背化を実現することが可能である。なお、第２凹部２４の外周には、断面視でクランク状に形成された段部を有する凹部２２が形成されている。第２凹部２４には第１絶縁層３が収容され、凹部２２には第２絶縁層８が配置される。この場合、第２絶縁層８は、予め凹部２２の形状に合わせて成形されたシートで構成されてよく、又は、ペースト状の樹脂を凹部２２に沿って塗布してもよい。

また、上記実施の形態において、半導体素子の個数及び配置箇所は、上記構成に限定されず、適宜変更が可能である。

また、上記実施の形態において、回路板の個数及びレイアウトは、上記構成に限定されず、適宜変更が可能である。

また、上記実施の形態では、第１絶縁層３、回路板４、５や半導体素子６が平面視矩形状又は方形状に形成される構成としたが、この構成に限定されない。これらの構成は、上記以外の多角形状に形成されてもよい。

また、上記実施の形態では、半導体モジュール１が、単位モジュールをＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順にＸ方向に３つ並んで配置して構成される場合について説明したが、この構成に限定されない。単位モジュールの配列数、配列方向は適宜変更が可能である。また、ケース部材７がＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相分を一体化して形成されているが、これに限定されず、適宜変更が可能である。ケース部材７は、単位モジュール毎に分割して設けられてもよい。

また、本実施の形態及び変形例を説明したが、他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。

また、本実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらに、技術の進歩又は派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。

下記に、上記実施の形態における特徴点を整理する。
上記実施の形態に記載の半導体モジュールは、放熱板と、前記放熱板の上面に配置された第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上面に配置された回路板と、前記回路板の上面に配置された半導体素子と、前記放熱板と前記第１絶縁層との間において、前記第１絶縁層の外周端下方を囲うように配置された第２絶縁層と、を備える。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールにおいて、前記第２絶縁層は、中央が開口された枠状に形成され、前記第２絶縁層の内周端は、前記第１絶縁層の外周端よりも内側に位置し、前記第２絶縁層の外周端は、前記第１絶縁層の外周端よりも外側に位置し、前記第１絶縁層と前記第２絶縁層は、少なくとも一部が平面視で重なるように配置されている。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールは、前記第１絶縁層及び前記半導体素子の周囲を囲う枠状のケース部材を更に備え、前記第２絶縁層の内周端は、前記ケース部材の内周端よりも内側に位置し、前記第２絶縁層の外周端は、前記ケース部材の外周端よりも内側に位置し、前記第２絶縁層と前記ケース部材は、少なくとも一部が平面視で重なるように配置されている。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールにおいて、前記第１絶縁層の外周端は、前記ケース部材の内周端よりも外側に位置し、前記第１絶縁層の外周端及び前記第２絶縁層は、前記放熱板と前記ケース部材との間に挟まれている。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールにおいて、前記第１絶縁層の外周端は、前記ケース部材の内周端よりも内側に位置し、前記第２絶縁層は、前記放熱板と前記ケース部材との間に挟まれている。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールにおいて、前記ケース部材は、外部接続用の外部端子を有し、前記回路板と前記外部端子を電気的に接続する配線部材を更に備え、前記回路板、前記外部端子、及び前記配線部材は、一体成型された金属板で構成される。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールにおいて、前記第１絶縁層は、可撓性の絶縁シートで構成される。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールにおいて、前記第２絶縁層は、前記放熱板の上面に配置され、前記第１絶縁層は、外周端が前記第２絶縁層の少なくとも一部に覆い被さるように配置されている。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールにおいて、前記第２絶縁層は、絶縁シートにより、又は液状樹脂を硬化させて形成されている。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールにおいて、前記放熱板は、上面に前記第１絶縁層の外周端に沿って形成された枠状の凹部を有し、前記第２絶縁層は、前記凹部を埋めるように配置されている。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールは、前記第１絶縁層及び前記半導体素子の周囲を囲う枠状のケース部材を更に備え、前記ケース部材は、前記凹部に対応する箇所に設けられた突起部を有する。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールにおいて、前記第１絶縁層の外周端は、前記突起部に押し下げられて一部が前記凹部内に入り込んでいる。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールにおいて、前記放熱板の上面には、前記第１絶縁層に対応する箇所に無数の凹凸部が形成されている。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールにおいて、前記凹凸部は、前記第２絶縁層の外周端よりも内側の範囲で形成されている。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールにおいて、前記放熱板の上面には、前記第１絶縁層が収容された第２凹部が形成されている。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールにおいて、前記第１絶縁層の厚みは、５０μｍ〜２００μｍである。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールにおいて、前記第１絶縁層は、エポキシ、ポリアミド、ポリイミド、又は液晶ポリマーを含む絶縁材料によって形成されている。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールの製造方法は、放熱板と、前記放熱板の上面に配置された第１絶縁層と、前記第１絶縁層の上面に配置された回路板と、前記回路板の上面に配置された半導体素子と、を備える半導体モジュールの製造方法であって、前記放熱板の上面に前記第１絶縁層の外周端に沿った枠状の第２絶縁層を形成する第２絶縁層形成工程と、前記第２絶縁層の内周端を覆うように前記放熱板の上面に前記第１絶縁層を配置する第１絶縁層配置工程と、前記第１絶縁層の上面に前記回路板を配置する回路板配置工程と、前記回路板の上面に前記半導体素子を配置するチップ配置工程と、を有する。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールの製造方法は、前記第１絶縁層配置工程において、上面に前記回路板が配置された前記第１絶縁層を前記放熱板の上面に配置する。

上記実施の形態に記載の半導体モジュールの製造方法は、前記第１絶縁層配置工程の後、前記第１絶縁層の外周を囲う枠状のケース部材を配置するケース部材配置工程を更に有し、前記ケース部材配置工程において、前記第１絶縁層及び／又は前記第２絶縁層を前記放熱板及び前記ケース部材で挟み込む。

以上説明したように、本発明は、沿面距離を確保して放熱性を向上することができるという効果を有し、特に、半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法に有用である。

１ ：半導体モジュール
２ ：放熱板
３ ：第１絶縁層
４ ：回路板
５ ：回路板
６ ：半導体素子
７ ：ケース部材
８ ：第２絶縁層
９ ：外部端子
２０ ：冷却フィン
２１ ：冷却器ケース
２２ ：凹部
２３ ：凹凸部
２４ ：第２凹部
３０ ：外周端
７０ ：開口
７１ ：側壁部
７２ ：突起部
９０ ：外側端子部
９１ ：内側端子部
９２ ：金属板
９３ ：外部端子部
９４ ：回路板
９５ ：連結部
Ｂ ：接合材
Ｗ１ ：配線部材
Ｗ２ ：配線部材
Ｗ３ ：配線部材

Claims (20)

1. 放熱板と、
   前記放熱板の上面に配置された第１絶縁層と、
   前記第１絶縁層の上面に配置された回路板と、
   前記回路板の上面に配置された半導体素子と、
   前記放熱板と前記第１絶縁層との間において、前記第１絶縁層の外周端下方を囲うように配置された第２絶縁層と、を備える、半導体モジュール。
2. 前記第２絶縁層は、中央が開口された枠状に形成され、
   前記第２絶縁層の内周端は、前記第１絶縁層の外周端よりも内側に位置し、
   前記第２絶縁層の外周端は、前記第１絶縁層の外周端よりも外側に位置し、
   前記第１絶縁層と前記第２絶縁層は、少なくとも一部が平面視で重なるように配置されている、請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 前記第１絶縁層及び前記半導体素子の周囲を囲う枠状のケース部材を更に備え、
   前記第２絶縁層の内周端は、前記ケース部材の内周端よりも内側に位置し、
   前記第２絶縁層の外周端は、前記ケース部材の外周端よりも内側に位置し、
   前記第２絶縁層と前記ケース部材は、少なくとも一部が平面視で重なるように配置されている、請求項２に記載の半導体モジュール。
4. 前記第１絶縁層の外周端は、前記ケース部材の内周端よりも外側に位置し、
   前記第１絶縁層の外周端及び前記第２絶縁層は、前記放熱板と前記ケース部材との間に挟まれている、請求項３に記載の半導体モジュール。
5. 前記第１絶縁層の外周端は、前記ケース部材の内周端よりも内側に位置し、
   前記第２絶縁層は、前記放熱板と前記ケース部材との間に挟まれている、請求項３に記載の半導体モジュール。
6. 前記ケース部材は、外部接続用の外部端子を有し、
   前記回路板と前記外部端子を電気的に接続する配線部材を更に備え、
   前記回路板、前記外部端子、及び前記配線部材は、一体成型された金属板で構成される、請求項３から請求項５のいずれかに記載の半導体モジュール。
7. 前記第１絶縁層は、可撓性の絶縁シートで構成される、請求項１から請求項６のいずれかに記載の半導体モジュール。
8. 前記第２絶縁層は、前記放熱板の上面に配置され、
   前記第１絶縁層は、外周端が前記第２絶縁層の少なくとも一部に覆い被さるように配置されている、請求項１から請求項７のいずれかに記載の半導体モジュール。
9. 前記第２絶縁層は、絶縁シートにより、又は液状樹脂を硬化させて形成されている、請求項１から請求項８のいずれかに記載の半導体モジュール。
10. 前記放熱板は、上面に前記第１絶縁層の外周端に沿って形成された枠状の凹部を有し、
    前記第２絶縁層は、前記凹部を埋めるように配置されている、請求項１から請求項９のいずれかに記載の半導体モジュール。
11. 前記第１絶縁層及び前記半導体素子の周囲を囲う枠状のケース部材を更に備え、
    前記ケース部材は、前記凹部に対応する箇所に設けられた突起部を有する、請求項１０に記載の半導体モジュール。
12. 前記第１絶縁層の外周端は、前記突起部に押し下げられて一部が前記凹部内に入り込んでいる、請求項１１に記載の半導体モジュール。
13. 前記放熱板の上面には、前記第１絶縁層に対応する箇所に無数の凹凸部が形成されている、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の半導体モジュール。
14. 前記凹凸部は、前記第２絶縁層の外周端よりも内側の範囲で形成されている、請求項１３に記載の半導体モジュール。
15. 前記放熱板の上面には、前記第１絶縁層が収容された第２凹部が形成されている、請求項１から請求項１４のいずれかに記載の半導体モジュール。
16. 前記第１絶縁層の厚みは、５０μｍ〜２００μｍである、請求項１から請求項１５のいずれかに記載の半導体モジュール。
17. 前記第１絶縁層は、エポキシ、ポリアミド、ポリイミド、又は液晶ポリマーを含む絶縁材料によって形成されている、請求項１から請求項１６のいずれかに記載の半導体モジュール。
18. 放熱板と、
    前記放熱板の上面に配置された第１絶縁層と、
    前記第１絶縁層の上面に配置された回路板と、
    前記回路板の上面に配置された半導体素子と、を備える半導体モジュールの製造方法であって、
    前記放熱板の上面に前記第１絶縁層の外周端に沿った枠状の第２絶縁層を形成する第２絶縁層形成工程と、
    前記第２絶縁層の内周端を覆うように前記放熱板の上面に前記第１絶縁層を配置する第１絶縁層配置工程と、
    前記第１絶縁層の上面に前記回路板を配置する回路板配置工程と、
    前記回路板の上面に前記半導体素子を配置するチップ配置工程と、を有する、半導体モジュールの製造方法。
19. 前記第１絶縁層配置工程において、上面に前記回路板が配置された前記第１絶縁層を前記放熱板の上面に配置する、請求項１８に記載の半導体モジュールの製造方法。
20. 前記第１絶縁層配置工程の後、前記第１絶縁層の外周を囲う枠状のケース部材を配置するケース部材配置工程を更に有し、
    前記ケース部材配置工程において、前記第１絶縁層及び／又は前記第２絶縁層を前記放熱板及び前記ケース部材で挟み込む、請求項１８又は請求項１９に記載の半導体モジュールの製造方法。

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