JP6010942B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体チップを封止した半導体装置用ユニットにより構成される半導体モジュール等の半導体装置およびその製造方法に関する。

例えば、電気自動車などの駆動源には通常モータが用いられ、このモータはインバータ
装置によって制御されている。このようなインバータ装置の主回路にはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｒｅｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電力用半導体素子が用いられている。この電力用半導体素子を複数個結線して三相インバータブリッジを構成したインバータブリッジモジュールである半導体装置が特許文献１に開示されている。

図９は、特許文献１に記載されている半導体モジュール５００の要部斜視図である。半導体モジュールは、半導体装置用ユニット５０４をヒートシンク５０３（冷却体）上に３個ずつ２列に並べ（２列３行に並べること）、Ｐバスバー５０１とＮバスバー５０２に接続することにより、モジュールである半導体装置が形成される。

図１０は、特許文献２に記載する半導体装置６００の構成図であり、同図（ａ）は要部斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図である。この半導体装置６００は、図１１に示す半導体装置用ユニット１０１（以下、単にユニットと称す）が６個集まるユニット集合体６０１と、このユニット集合体６０１の両側に配置されるボルト締め部材２６と、ユニット１０１の外部導出端子１５、１９、２０（接続ピン）が固着する配線基板２８（プリント基板）を備える。ボルト締め部材２６にはボルト締め用の取り付け孔２７が開いている。各ユニット１０１同士、ユニット１０１とボルト締め部材２６は接着剤で互いに固定されている。

図１１はユニット１０１の構成図であり、同図（ａ）は要部斜視図、同図（ｂ）は要部断面図である。このユニット１０１は、少なくとも導電パターン付絶縁基板６、第１銅ブロック１、第２銅ブロック８、ＩＧＢＴチップ１０、ダイオードチップ１３、インプラントピン方式プリント基板１６、コレクタ端子ピン１５、エミッタ端子ピン１９、制御端子ピン２０および樹脂ケース２１を具備している。

導電パターン付絶縁基板６は、絶縁基板４と、その表側に形成された導電パターン５と、裏側に形成された導電パターン３とからなり、導電パターン３および導電パターン５には夫々第１銅ブロック１および第２銅ブロック８が半田２，７（半田以外にＡｇペースト、直接接合などもある）により固着されている。第１銅ブロック１はユニット１０１に下側に配置される図示しない冷却体に接触する。第２銅ブロック８には、ＩＧＢＴチップ１０およびダイオードチップ１３が夫々半田９，１２により固着され、さらに第１の外部導出端子１５としてコレクタ端子ピンが固着されている。また、第１銅ブロック１および第２銅ブロック８は導電パターン３，５が厚い場合には不要となる場合もある。

インプラントピン方式のプリント基板（以下、単にプリント基板１６と称す）には図示しない別の導電パターンが形成されており、この導電パターンには複数のピンからなるインプラントピン１７が固着されている。インプラントピン１７は、ＩＧＢＴチップ１０の図示しないエミッタ電極およびゲート電極に半田１１を介して、ダイオードチップ１３の図示しないアノード電極に半田１４を介して固着されている。プリント基板１６には、インプラントピン１７が固着されている面の反対側に、第２の外部導出端子１９としてエミッタ端子ピンおよび第３の外部導出端子２０として制御端子ピンが固着しており、導電パターンを介して、夫々エミッタ電極およびゲート電極と電気的に接続している。

さらに、樹脂ケース２１が、その下側から第１銅ブロック１の裏面１ａを、上側から外部導出端子１５、１９、２０の端部をそれぞれ露出するように、導電パターン付絶縁基板６、第１銅ブロック１、第２銅ブロック８、ＩＧＢＴチップ１０、ダイオードチップ１３、プリント基板１６、インプラントピン１７、外部導出端子１５、１９、２０を封止している。

ここで、ＩＧＢＴチップ１０とダイオードチップ１３は、第２銅ブロック８およびプリント基板１６に形成された導電パターンを介して電気的に逆並列接続され、１アームを構成している。半導体装置用ユニット６００は単体でも半導体装置として機能する。

図１０の半導体装置６００では、前記したように、ユニット１０１を集合したユニット集合体６０１からなる半導体装置について記載されている。この半導体装置６００において、冷却体７００（図１２参照）に接触するユニット集合体６０１の裏面６０１ａは平坦になるように、各ユニット１０１の裏面１ａ高さは同一に揃え、ユニット集合体６０１と冷却体７００の表面７００ａの間にコンパウンドを介在させて密着性と低熱抵抗性を確保している。

特開２００７−２３６０４４号公報 国際公開第２０１１／８３７８３７号公報

図９に示す半導体装置５００では、全体が一つのパッケージに一体化されていないため、半導体モジュールのヒートシンク５０３への取り付けが煩雑であった。Ｐバスバー５０１方向の側面から飛び出た端子へのボルト締めでヒートシンク５０３へ取り付けしているため、ヒートシンク５０３への密着性が悪かった。また、ヒートスプレッダが露出していないため、放熱性が不十分である。

また、図１０の半導体装置６００では、半導体装置６００を構成するユニット集合体の裏面６０１ａ（個々のユニット１０１の裏面１ａを合せた全体の裏面）は平坦になるように、各ユニット１０１の裏面１ａ高さは同一に揃えており、この揃った裏面１ａを冷却体に接触させて密着性を確保している。

図１２は、図１０の半導体装置６００を冷却体７００に取り付けたときの要部断面図である。
図１２に示すように、このユニット集合体６０１を冷却体７００に止めるボルト締め取り付け部材２６は、ユニット集合体６０１の両側のユニット１０１に接着剤で固定され、この両側に配置される取り付け部材２６と冷却体７００をボルト締めすることで、ユニット集合体６０１は冷却体７００にボルト８００で取り付けられる。

この取付けでは、配線基板２８の取付け孔３０とボルト締め部材２６の取付け孔２７にボルトを通し、冷却体７００の雌ネジ７００ｂに差し込まれて行なわれる。そのため、取付け孔２７、３０付近のユニット１０１と冷却体７００に掛かる圧接力が大きくなり、ユニット集合体６０１が微妙に変形して、その中央で隙間Ｑが発生する。そのため、冷却体７００の表面７００ａとユニット集合体６０１の裏面６０１ａ（ユニット１０１の裏面１ａ）での規定の圧接力（密着性）が中央付近では確保できず、接触熱抵抗が増大する。接触熱抵抗を下げるように隙間Ｑを埋めるために厚いコンパウンドを塗布すると、コンパウンド自体の熱抵抗が増大し冷却体７００への熱の放散性が低下する。

この発明の目的は、前記の課題を解決して、冷却体に半導体装置を取り付けたとき、ユニット集合体の裏面と冷却体との密着性を向上させ、ユニット集合体の裏面と冷却体との接触熱抵抗を低減することができて、熱放散性を向上できる半導体装置およびその製造方法を提供することにある。

前記の目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項１に記載の発明によれば、半導体チップと、該半導体チップを封止する樹脂ケースと、該樹脂ケースの上面から露出する外部導出端子と、上面と対向する下面から露出する導電体と、を備える複数の半導体装置用ユニットと、該半導体装置用ユニットを集合したユニット集合体と、該ユニット集合体を両側面から挟み、前記ユニット集合体を冷却体に固定するためのボルト用の貫通孔が設けられた取り付け部材と、前記ユニット集合体の一方の側に配置され、前記外部導出端子と電気的に接続し、前記半導体装置用ユニット同士を配線する配線パターンが形成された配線基板と、を具備する半導体装置において、前記配線基板と前記半導体装置用ユニットの集合体の間の距離が、前記半導体装置用ユニットの集合体の中央部に向かって大きくなり、前記半導体装置用ユニットの集合体の裏面が前記中央部に向かって、突出程度が大きくなり、前記取り付け部材の裏面より隣接する前記半導体装置用ユニットの裏面が突出する構成とする。

また、特許請求の範囲の請求項２記載の発明によれば、その一方の面に第１導電パターンが、他方の面に第２導電パターンが、夫々形成された絶縁基板と、該第１導電パターンに固着された第１導電ブロックと、前記第２導電パターンに固着された第２導電ブロックと、該第２導電ブロック上にその一方の面が固着された半導体チップと、該半導体チップの他方の面に固着された複数のインプラントピンと、第３導電パターンが形成され、かつ、該第３導電パターンに前記インプラントピンが固着されたプリント基板と、前記第３導電パターンに固着され、前記インプラントピンと電気的に接続された第１の外部導出端子と、前記第２導電ブロックに固着された第２の外部導出端子と、前記第１導電ブロックを、その一の面から露出させるよう、かつ、前記第１の外部導出端子および第２の外部導出端子を、夫々の端部を前記一の面に対向する面から突出させるよう、封止している樹脂ケースと、を具備している、複数の半導体装置用ユニットと、前記半導体装置用ユニットを集合したユニット集合体の一方の側に配置され、前記第１の外部導出端子および前記第２の外部導出端子と電気的に接続し、前記半導体装置用ユニット同士を配線する配線パターンが形成された配線基板と、前記ユニット集合体を両側面から挟み、前記配線基板と前記半導体装置用ユニットの集合体の間の距離が、前記半導体装置用ユニットの集合体の中央部に向かって大きくなり、前記半導体装置用ユニットの集合体の裏面が前記中央部に向かって、突出程度が大きくなり、前記取り付け部材の裏面より隣接する前記半導体装置用ユニットの裏面が突出する構成とする。

また、特許請求の範囲の請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明において、前記半導体装置用ユニットの集合体の裏面に圧接し、前記取り付け部材の貫通孔を介してボルトで固定される高熱伝導性の支持部材を有するとよい。

また、特許請求の範囲の請求項４記載の発明によれば、請求項３に記載の発明において、前記半導体装置用ユニットの集合体と前記支持部材の間に接触熱抵抗を低下させるサーマルコンパウンドを配置するとよい。

また、特許請求の範囲の請求項５記載の発明によれば、前記請求項１〜２のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、中央に向かって階段状に低くなる段差を有する組立治具を用いて、前記半導体装置用ユニットを前記段差に配置して、前記半導体用装置ユニットの集合体の裏面を前記半導体装置用ユニットの中央に向かって突出させる工程と、前記半導体装置用ユニットの集合体上に前記配線基板を配置し前記第１の外部導出端子と前記第２の外部導出端子を前記配線基板に固着する工程と、を含む半導体装置の製造方法とする。

また、特許請求の範囲の請求項６記載の発明によれば、前記請求項５の工程の後に、前記半導体装置用ユニットの集合体の裏面に圧接し、前記取り付け部材の貫通孔を介してボルトで前記配線基板、前記取り付け部材、高熱伝導性の支持部材および前記半導体装置用ユニットを固定する工程と、を含む半導体装置の製造方法とする。

また、特許請求の範囲の請求項７記載の発明によれば、請求項５または６に記載の発明において、前記組立治具が、該組立治具の中央に向かって階段状に低くなる前記段差を切削加工にて形成するとよい。

また、特許請求の範囲の請求項８記載の発明によれば、請求項５または６に記載の発明において、前記組立治具が、該組立治具の中央に向かって階段状に低くなる前記段差を中央に向かって厚さが薄くなるスペーサを配置するとよい。

この発明によれば、半導体装置用ユニットの集合体の裏面を取り付け部材の裏面より突出するように、ユニット、取り付け部材および配線基板を配置することで冷却体への密着性と熱放散性を向上できる半導体装置を提供することができる。

また、前記半導体装置用ユニットの集合体に圧接される高熱伝導性の支持基板を設けることで、冷却体への密着性と熱放散性が向上でき、取り扱いが容易な半導体装置を提供することができる。

この発明の実施の形態１である半導体装置１００の構成図であり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部側面図である。 図１の半導体装置１００を冷却体７００に取り付けた場合であり、（ａ）はその要部断面図、（ｂ）は半導体装置と冷却体の間の圧接力と距離の関係を示す図である。 ユニット１０１が１個（もしくは２列１行の２個のユニット集合体）の場合の半導体装置２００を示しており、（ａ）は半導体装置の要部断面図、（ｂ）は半導体装置２００を冷却体７００に取付けたときの要部断面図である。 ユニット１０１が（１列２行の２個のユニット集合体）もしくは２列２行の４個のユニット集合体５１ａの場合の半導体装置３００のを示しており、（ａ）は半導体装置３００の要部断面図、（ｂ）は半導体装置３００を冷却体７００に取付けたときの要部断面図である。 この発明の実施の形態２である図１の半導体装置１００の製造方法であり、（ａ）〜（ｄ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。 別の段差形成用治具５９の要部断面図である。 この発明の実施の形態３である半導体装置４００の要部断面図である。 半導体装置４００を冷却体７００に取り付けたときの要部断面図である。 特許文献１に記載されている半導体モジュール５００の要部斜視図である。 特許文献２に記載する半導体装置６００の構成図であり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部断面図である。 ユニット１０１の構成図であり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は要部断面図である。 図１０の半導体装置６００を冷却体７００に取り付けたときの要部断面図である。

＜実施の形態１＞
図１は、この発明の実施の形態１である半導体装置１００の構成図であり、同図（ａ）は要部斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線で切断した要部側面図である。尚、従来と同一の部位には同一の符号を付した。

この半導体装置は、図１１に示す半導体装置用ユニット１０１（以下、単にユニットと称す）が６個集まるユニット集合体５１と、このユニット集合体５１の両側に配置されるボルト締め部材２６、ユニット１０１の外部導出端子１５、１９、２０（接続ピン）が半田５８で固着する配線基板２８（プリント基板）を備える。ボルト締め部材２６にはボルト締め用の取り付け孔２７が開いている。

図１（ｂ）に示すように、図１１の半導体装置用ユニット１０１が集合したユニット集合体５１の裏面５１ａは各ユニット１０１を構成する第２銅ブロックの裏面１ａ（以下単にユニットの裏面１ａと称す）が露出しており、各ユニット１０１はユニット集合体５１の中央に向かってユニット１０１の裏面１ａの突出の程度が大きくなる。そのため、ユニット集合体５１の裏面５１ａは中央に向かって段々のステージ状になっており、中央のユニット１０１の裏面１ａが両側のユニット１０１の裏面１ａより突出している。また、ボルト締め部材２６を配線基板２８に固定させたとき、その固定面に対向する反対側の面（ボルト締め部材の裏面２６ａ）より、ボルト締め部材２６に隣接するユニット１０１の裏面１ａの方が突出している。つまり、配線基板２８とユニット集合体５１を構成する半導体装置用ユニット１０１の間の距離をユニット集合体５１の中央に向かって大きくする。配線基板２８と中央のユニット１０１との距離をＮ２、この両側に配置されたユニット１０１との距離をＮ１としたとき、Ｎ１＜Ｎ２である。

例えば、３０ｍｍ角程度のユニットを６個を２列３行に並べた場合、列方向では、ボルト締め部材の裏面２６ａとこのボルト締め部材２６に隣接するユニット１０１の裏面１ａとの段差Ｌ１は、例えば、１５０μｍ程度以下である。また、このユニット１０１と隣接する中央のユニット１０１の裏面１ａの段差Ｌ２も、例えば、１５０μｍ程度以下とする。この段差Ｌ１，Ｌ２が大きくなると、冷却体７００にユニット集合体５１を取り付けた場合、配線基板２６の反りによる反発力が大きくなる。反発力が大きくなると、ユニット１０１の裏面１ａの冷却体７００への圧接力が大きくなり接触熱抵抗は減少する。しかし、この圧接力が大き過ぎると、配線基板２８に加えられる機械的応力が大きくなり、配線基板２８が破損する場合がある。そのため、段差Ｌ１，Ｌ２は１５０μｍ程度以下にするのがよい。この段差Ｌ１，Ｌ２は、配線基板２８とユニット１０１との隙間の距離Ｎ１，Ｎ２（＝配線基板２８とユニット１０１との間の外部導出端子１９の長さ）に等しくなる。中央の大きな隙間（距離Ｎ２）にこの隙間と等しい高さの樹脂製もしくは金属製のリング６９を外部導出端子１９に通して配置すると好ましい。それは、ユニット集合体５１を冷却体８００に取り付けたときに、反発力が最も大きくなる外部導出端子１９と配線基板２８を固着する半田５８に加わる応力を減じることができるためである。しかし、半田５８の機械的強度が十分あればこのリング６９は配置しなくてもよい。

一方、段差Ｌ１，Ｌ２が小さいと圧接力が小さくなり、接触熱抵抗が増大するので、段差Ｌ１，Ｌ２は数１０μｍ程度以上とするのがよい。配線基板２８の反発力を得るためには、配線基板２８の剛性は、曲げ強さで表して、例えば、５００ＭＰａ〜６００ＭＰａ程度が所定のバネ作用を有して好ましい。

ユニット１０１の厚さＷ１とボルト締め部材２６の厚さＷ２は同じであり、例えば、１０ｍｍ程度である。また、ボルト締め部材２６と隣接するユニット１０１の間の距離Ｍ１および隣接するユニット１０１同士の間の距離Ｍ２は、配線基板２８の取り付け孔３１とこれに通す外部導出端子１５、１９、２０のそれぞれの寸法公差があるため、例えば、２００μｍ程度空けると貫通しやすくなる。

図２は、図１の半導体装置１００を冷却体７００に取り付けた場合であり、同図（ａ）はその要部断面図、同図（ｂ）は半導体装置と冷却体の間の圧接力と距離の関係を示す図である。

配線基板２８が上方へ凸状に反りその反発力でユニット１０１の裏面１ａが冷却体７００に押し付けられるので、図２（ｂ）に示すように、圧接力は距離に対して均等になり、中央部を含め密着性を向上させることができる。このように、半導体装置用ユニット１０１を少なくとも３つ以上並列配置して半導体装置１００を構成する場合、配線基板２８と各半導体装置用ユニット１０１の間の距離がユニット集合体５１の中央に向かって大きく、凸形状となるようにユニット１０１、ボルト締め部材２６および配線基板２８を配置することにより、冷却体への密着性と熱放散性を向上できる
また、ユニット１０１の裏面１ａと冷却体７００の間にサーマルコンパウンドを介在させることで、半導体装置１００と冷却体７００の接触熱抵抗をさらに低減させることができる。ユニット集合体５１の上の点線５２は配線基板２８の厚さの中心線であり、Ａの範囲が配線基板２８の反りが発生する領域であり、Ｂの範囲は配線基板２８に反りが発生しない領域である。

図３は、ユニット１０１が１個（もしくは２列１行の２個のユニット集合体）の場合の半導体装置２００を示しており、同図（ａ）は半導体装置の要部断面図、同図（ｂ）は半導体装置２００を冷却体７００に取付けたときの要部断面図である。この場合も、ユニット１０１の裏面１ａをボルト締め部材２６の裏面２６ａより突出させる。突出の程度は、例えば、１５０μｍ程度である。半導体装置２００を冷却体７００にボルト８００で取り付けると、この突起が引っ込み、配線基板２８が上に凸状に反る。その反発力でユニット１０１の裏面１ａが冷却体７００の表面７００ａに押さえつけられる。その結果、ユニット１０１の裏面１ａと冷却体７００の表面７００ａが面内で均一に圧接され、隙間が発生することなく、半導体装置２００を冷却体７００に取り付けることができる。

図４は、ユニット１０１が（もしくは１列２行の２個のユニット集合体）もしくは２列２行の４個のユニット集合体５１ａの場合の半導体装置３００を示しており、同図（ａ）は半導体装置３００の要部断面図、同図（ｂ）は半導体装置３００を冷却体７００に取付けたときの要部断面図である。この場合もユニット１０１の裏面１ａをボルト締め部材２６の裏面２６ａより突出させる。その突出の程度は、例えば、１５０μｍ程度である。半導体装置３００を冷却体７００にボルト８００で取り付けると、この突起が引っ込み、配線基板２８が上に凸状に反る。その反発力でユニット１０１の裏面１ａが冷却体７００の表面７００ａに押さえつけられる。その結果、ユニット１０１の裏面１ａと冷却体７００の表面７００ａが面内で均一に圧接され、隙間が発生することなく、半導体装置３００を冷却体７００に取り付けることができる。
＜実施の形態２＞
図５は、この発明の実施の形態２である図１の半導体装置１００の製造方法であり、同図（ａ）〜同図（ｄ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。

同図（ａ）において、中央に向かって階段状に低くなる段差を有するように凹部が形成された組立治具５５の段差部５５ａ上に外形の大きさがほぼ等しい半導体装置用ユニット１０１を接触させて配置する。この組立治具５５は、例えば、ステンレスの平板を切削加工して形成される。

同図（ｂ）において、ユニット１０１の外部導出端子１９を配線基板２８の取り付け孔３１に通し、ボルト締め部材２６を配線基板２８と組立治具５５の間に挿入して配置する。続いて、位置決めボルト５７を配線基板２８の取り付け孔２７とボルト締め部材２６の取り付け孔３０に通し、組立治具の雌ネジ５６に差し込みユニット１０１、ボルト締め部材２６、配線基板２８および組立治具５５をそれぞれ固定する。ユニット１０１の裏面１ａは中央に向かって突出している。

同図（ｃ）において、各ユニット１０１の外部導出端子１９と配線基板２８の図示しない配線パターンとを半田５８付けする。これにより各ユニット１０１は配線基板２８を介して一体化されたユニット集合体５１が出来上がる。

同図（ｄ）において、位置決めボルト５７を取り外して、組立治具５５からユニット１０１とボルト締め部材２６を取り外す。これにより、ボルト締め部材２６とユニット集合体５１を有する半導体装置１００が出来上がる。この半導体装置１００を構成するユニット集合体５１は、その裏面５１ａ（ユニット１０１の裏面１ａ）は中央に向かって突出している。この半導体装置１００では、裏面５１ａの突出の程度はそのまま、配線基板２８とユニット１０１の間の間隔となり、この配線基板２８とユニット１０１の間に位置する外部導出端子１５、１９，２０の長さＮ１，Ｎ２になる。この長さＮ１，Ｎ２は、隙間に位置する外部導出端子１５，１９，２０の平均の長さである。

図６は、別の組立治具５９の要部断面図である。この組立治具５９は、例えば、ステンレスなどの平板６０の上に段差形成用のスペーサ６１，６２を配置して形成される。段差を変える場合は、スペーサの厚さを変更すればよい。厚いスペーサ６２には、位置決めボルト(図６内雌ネジが５６)を通す貫通孔６３が形成されている。
＜実施の形態３＞
図７は、この発明の実施の形態３である半導体装置４００の要部断面図である。図１の半導体装置１００との違いは、ユニット集合体５１の裏面５１ａ（ユニット１０１の裏面１ａでもある）に接触する高熱伝導性の支持基板６５（放熱ベース板に相当する）を配置した点である。ボルト締め部材２６にボルト６６を通し、高熱伝導性の支持基板６５の雌ねじ６７にボルト６６を止めることで、ユニット集合体５１は支持基板６５に密着して固定される。配線基板２８は上方へ凸状に反り、支持基板６５は下側に凸状に反る。ユニット１０１の裏面１ａと支持基板６５の間にサーマルコンパウンドを介在させることで接触熱抵抗を下げることができる。

また、ボルト締めするときは図示しないスプリングワッシャーをボルト６６に挿入すると、確実に配線基板２８と支持基板６５でユニット集合体５１の各ユニット１０１を押え付けることができる。さらに、図８に示すように、冷却体７００に半導体装置４００を取り付けたときにも、配線基板２８とユニット集合体５１と支持基板６５の間で緩みを生じることなく半導体装置４００を冷却体７００に取り付けることができる。

図８は、この半導体装置４００を冷却体７００に取り付けたときの要部断面図である。この半導体装置４００を構成する支持基板６５の取り付け孔６８を介してボルト８００で冷却体７００に止める。

この半導体装置４００は、支持基板６５があるため熱抵抗は多少増大するが、ユニット集合体５１が配線基板２８と支持基板６５の双方に挟まれて確実に固定される。特に、ユニット１０１が多数になるユニット集合体では、冷却体７００に取る付けときに各ユニット１０１が整然と揃って配置できなくなる惧れがあるが、この半導体装置４００ではその惧れはない。また、この半導体装置４００では冷却体７００との接触面がユニット１０１の裏面１ａではなく支持基板６５の裏面６５ａであるので、通常のモジュールの場合と同じである。そのため、通常と同じように取り扱いができる。

１ 第１銅ブロック
１ａ、２６ａ，５１ａ 裏面
２、７、９、１１、１２、１４、５８ 半田
３ 導電パターン
４ 絶縁基板
５ 導電パターン
６ 導電パターン付絶縁基板
８ 第２銅ブロック
１０ ＩＧＢＴチップ
１３ ＦＷＤチップ
１５、１９、２０ 外部導出端子
１６ プリント基板（インプラントピン方式プリント基板）
１６ａ 貫通孔
１７ インプラントピン
２１ 樹脂ケース
２６ ボルト締めユニット
２７、３０、３１ 取り付け孔（貫通孔）
２８ 配線基板
２９ 配線パターン
５１ ユニット集合体
５１ａ 裏面
５２ 点線
５５，５９ 組立治具
５６、６７ 雌ねじ
５７ 位置決めボルト
６０ 平板
６１、６２ スペーサ
６３ 貫通孔
６５ 支持基板
６６ ボルト
６８ 取り付け孔
６９ リング
１００，２００，３００，４００，５００，６００ 半導体装置
１０１ 半導体装置用ユニット（単にユニットと称す）
５０１ Ｐバスバー
５０２ Ｎバスバー
５０３ ヒートシンク（冷却板）
５０４ 半導体装置用ユニット
７００ 冷却体
７００ａ 表面
８００ ボルト

Claims (8)

1. 半導体チップと、該半導体チップを封止する樹脂ケースと、該樹脂ケースの上面から露出する外部導出端子と、上面と対向する下面から露出する導電体と、を備える複数の半導体装置用ユニットと、
   該半導体装置用ユニットを集合したユニット集合体と、該ユニット集合体を両側面から挟み、前記ユニット集合体を冷却体に固定するためのボルト用の貫通孔が設けられた取り付け部材と、
   前記ユニット集合体の一方の側に配置され、前記外部導出端子と電気的に接続し、前記半導体装置用ユニット同士を配線する配線パターンが形成された配線基板と、
   を具備する半導体装置において、
   前記配線基板と前記半導体装置用ユニットの集合体の間の距離が、前記半導体装置用ユニットの集合体の中央部に向かって大きくなり、前記半導体装置用ユニットの集合体の裏面が前記中央部に向かって、突出程度が大きくなり、前記取り付け部材の裏面より隣接する前記半導体装置用ユニットの裏面が突出している
   ことを特徴とする半導体装置。
2. その一方の面に第１導電パターンが、他方の面に第２導電パターンが、夫々形成された絶縁基板と、該第１導電パターンに固着された第１導電ブロックと、前記第２導電パターンに固着された第２導電ブロックと、該第２導電ブロック上にその一方の面が固着された半導体チップと、該半導体チップの他方の面に固着された複数のインプラントピンと、第３導電パターンが形成され、かつ、該第３導電パターンに前記インプラントピンが固着されたプリント基板と、前記第３導電パターンに固着され、前記インプラントピンと電気的に接続された第１の外部導出端子と、前記第２導電ブロックに固着された第２の外部導出端子と、前記第１導電ブロックを、その一の面から露出させるよう、かつ、前記第１の外部導出端子および第２の外部導出端子を、夫々の端部を前記一の面に対向する面から突出させるよう、封止している樹脂ケースと、を具備している、複数の半導体装置用ユニットと、
   前記半導体装置用ユニットを集合したユニット集合体の一方の側に配置され、前記第１の外部導出端子および前記第２の外部導出端子と電気的に接続し、前記半導体装置用ユニット同士を配線する配線パターンが形成された配線基板と、
   前記ユニット集合体を両側面から挟み、前記配線基板と共に前記ユニット集合体を冷却体に固定するためのボルト用の貫通孔が設けられた取り付け部材と、を具備する半導体装置において、
   前記配線基板と前記半導体装置用ユニットの集合体の間の距離が、前記半導体装置用ユニットの集合体の中央部に向かって大きくなり、前記半導体装置用ユニットの集合体の裏面が前記中央部に向かって、突出程度が大きくなり、前記取り付け部材の裏面より隣接する前記半導体装置用ユニットの裏面が突出していることを特徴とする半導体装置。
3. 前記半導体装置用ユニットの集合体の裏面に圧接し、前記取り付け部材の貫通孔を介してボルトで固定される高熱伝導性の支持部材を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記半導体装置用ユニットの集合体と前記支持部材の間に接触熱抵抗を低下させるサーマルコンパウンドを配置することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法において、
   中央に向かって階段状に低くなる段差を有する組立治具を用いて、前記半導体装置用ユニットを前記段差に配置して、前記ユニット集合体の裏面を前記半導体装置用ユニットの中央に向かって突出させる工程と、
   前記ユニット集合体上に前記配線基板を配置し前記外部導出端子もしくは第１の外部導出端子と前記第２の外部導出端子を前記配線基板に固着する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 前記請求項５の工程の後に、前記ユニット集合体の裏面に圧接し、前記取り付け部材の貫通孔を介してボルトで前記配線基板、前記取り付け部材、高熱伝導性の支持部材および前記半導体装置用ユニットを固定する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 前記組立治具が、該組立治具の中央に向かって階段状に低くなる前記段差を切削加工によって形成することを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記組立治具が、該組立治具の中央に向かって階段状に低くなる前記段差を中央に向かって厚さが薄くなるスペーサを配置することで形成することを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置の製造方法。