JP6316508B2 - 半導体モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体モジュールおよびその製造方法に関し、特にパワー半導体素子を含むパワー半導体モジュールおよびその製造方法に関する。
半導体モジュールは、通常、導体パターンを有する基板と、導体パターンに接合される裏面と表面電極が設けられている表面とを有する半導体素子と、表面電極に接合されたボンディングワイヤを有している。この基板と、半導体素子と、ボンディングワイヤは、通常、熱硬化性樹脂又はゲル状樹脂等の封止材料によって封止されている。
このような半導体モジュールの１例が、特許文献１（特開２００９−３０２２６１号公報）に記載されている。特許文献１記載の半導体モジュールのおいては、半導体チップから発生する熱の拡散を目的として、ボンディングワイヤと半導体素子の表面電極の接合部が、熱伝導率の高い被覆層によりコーティングされている。この被覆層は、蒸着等により形成された銅（Ｃｕ）等である。
特開２００９−３０２２６１号公報
特許文献１記載の半導体モジュールは、ボンディングワイヤと半導体素子の表面電極の接合部を熱伝導率の高い被覆層によりコーティングすることにより、半導体素子において発生した熱の拡散を促進することができる。
しかしながら、特許文献１記載の被覆層は、蒸着等により形成されたＣｕ等である。そのため、特許文献１記載の被覆層は、半導体素子の表面電極とボンディングワイヤの接合部の強度向上には寄与しない。換言すれば、特許文献１記載の半導体モジュールには、半導体素子の表面電極とボンディングワイヤの接合部の長寿命化との課題は、記載も示唆もされていない。
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。具体的には、本発明は、半導体素子の表面電極とボンディングワイヤの接合部を長寿命化することができる半導体モジュールを提供するものである。
本発明に係る半導体モジュールは、表面電極を有する半導体素子と、表面電極に接合されている接合部を有するボンディングワイヤと、第１の封止部材と、第２の封止部材とを備える。第１の封止部材は、接合部の外周でボンディングワイヤと表面電極との間に充填され、第１の弾性率を有する。第２の封止部材は、第１の封止部材を覆い、表面電極と接し、第２の弾性率を有する。第１の弾性率は、第２の弾性率よりも高い。表面電極は、接合部の周囲にくぼみを有している。くぼみは、接合部から離間して形成されている。くぼみには、第１の封止部材が充填されている。
本発明に係る半導体モジュールによると、半導体素子の表面電極とボンディングワイヤの接合部を長寿命化することができる。
第１の実施形態に係る半導体モジュールの断面図である。 第１の実施形態に係る半導体モジュールの表面電極の上面図である。 第１の実施形態の第１の変形例に係る半導体モジュールの表面電極の上面図である。 第１の実施形態の第１の変形例に係る半導体モジュールの表面電極の断面図である。 第１の実施形態の第２の変形例に係る半導体モジュールの表面電極の上面図である。 第１の実施形態の第２の変形例に係る半導体モジュールの表面電極の断面図である。 第１の実施形態の第３の変形例に係る半導体モジュールの表面電極の上面図である。 第１の実施形態に係る半導体モジュールの第１封止工程における断面図である。 第２の実施形態に係る半導体モジュールの断面図である。 第２の実施形態に係る半導体モジュールの表面電極の上面図である。 第２の実施形態の第１の変形例に係る半導体モジュールの表面電極の上面図である。 第２の実施形態の第２の変形例に係る半導体モジュールの表面電極の上面図である。 第２の実施形態の第３の変形例に係る半導体モジュールの表面電極の上面図である。 第２の実施形態に係る半導体モジュールの製造工程における断面図である。 第２の実施形態に係る半導体モジュールの製造工程の変形例における断面図である。 第３の実施形態に係る半導体モジュールの表面電極周辺の断面図である。 第３の実施形態に係る半導体モジュールのくぼみ形成工程における断面図である。
以下に、実施形態について、図を参照して説明する。なお、各図中同一または相当部分には同一符号を付している。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
（第１の実施形態）
以下に、第１の実施形態に係る半導体モジュールの構造について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る半導体モジュールの断面図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る半導体モジュールは、主として、絶縁基板１と、半導体素子２と、ボンディングワイヤ３と、第１の封止部材４と、第２の封止部材５とを有している。
第１の実施形態に係る半導体モジュールは、ベース板６と、ケース７と、ヒートシンク８とをさらに有していてもよい。
第１の実施形態に係る絶縁基板１は、絶縁層１１と、導体パターン１２とを有している。絶縁層は１１は、表面１１ａと、裏面１１ｂとを有している。裏面１１ｂは、表面１１ａの反対側の面である。絶縁層１１には、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等が用いられる。
導体パターン１２は、絶縁層１１上であって、表面１１ａ側及び裏面１１ｂ側に形成されている。導体パターン１２には、例えば銅（Ｃｕ）が用いられる。
半導体素子２は、表面２ａ及び裏面２ｂを有している。裏面２ｂは、表面２ａの反対側の面である。半導体素子２は、例えば、表面２ａ側から裏面２ｂ側に向かって電流が流れる縦型構造を有しているパワー半導体素子である。半導体素子２は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、縦型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）のようなスイッチング素子、又はショットキーバリアダイオードのような整流素子である。
半導体素子２は、例えばシリコン（Ｓｉ）の単結晶を用いて形成されている。半導体素子２を構成する半導体材料はこれに限られるものではない。例えば炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（ＧａＮ）等のワイドバンドギャップを有する半導体材料であってもよい。
半導体素子２は、裏面電極２１を有している。裏面電極２１は、半導体素子２の裏面２ｂ側に形成されている。裏面電極２１には、例えばＳｉを含有するアルミニウム（Ａｌ）合金等が用いられる。裏面電極２１は、被覆層を有していてもよい。被覆層には、例えばニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）又はこれらを積層した構造が用いられる。
裏面電極２１は、絶縁基板１の表面１１ａ側の導体パターン１２に接合されている。裏面電極２１と表面１１ａ側の導体パターン１２は、第１の接合部材（図示しない）を介して接合されている。第１の接合部材としては、例えばはんだ、焼結性銀粒子等が用いられる。
半導体素子２は、表面電極２２を有している。表面電極２２は、半導体素子２の表面２ａ側に形成されている。表面電極２２には、例えばＳｉを含有するＡｌ合金等が用いられる。表面電極２２は、被覆層を有していてもよい。被覆層には、例えばＮｉ、Ａｕ又はこれらを積層した構造が用いられる。
ボンディングワイヤ３は、接合部３１を有している。ボンディングワイヤ３は、接合部３１において、表面電極２２と接合している。ボンディングワイヤ３には、例えばＡｕ、Ａｌ、Ｃｕ等が用いられる。接合部３１は、外周３２を有している。ボンディングワイヤ３及び表面電極２２は、接合部３１の外周３２において、切欠き形状を形成している場合がある。
第１の封止部材４は、接合部３１を封止している。図２は、第１の実施形態に係る半導体モジュールにおける表面電極２２の上面図である。図１及び図２に示すように、接合部３１周囲のボンディングワイヤ３は、第１の封止部材４により覆われている。
但し、第１の封止部材４は、接合部３１周囲のボンディングワイヤ３全体を覆っている必要はない。図３は、第１の実施形態の第１の変形例に係る半導体モジュールの表面電極２２の上面図である。図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ断面の断面図である。図３及び図４に示すように、第１の実施形態の第１の変形例においては、接合部３１上方のボンディングワイヤ３は第１の封止部材４により覆われていない。しかしながら、第１の実施形態の第１の変形例においては、第１の封止部材４は、接合部３１の外周３２において、ボンディングワイヤ３と表面電極２２の間に充填されている。
第１の封止部材４は、接合部３１の外周３２の全周にわたってボンディングワイヤ３と表面電極２２の間に充填されていなくてもよい。図５は、第１の実施形態の第２の変形例に係る半導体モジュールの表面電極２２の上面図である。図６は、図５（Ａ）におけるＶＩ−ＶＩ断面の断面図である。図５及び図６に示すように、第１の実施形態の第２の変形例においては、第１の封止部材４は、接合部３１の外周３２の一部において、ボンディングワイヤ３と表面電極２２の間に充填されている。このように、第１の封止部材４は、接合部３１の外周３２の少なくとも一部において、ボンディングワイヤ３と表面電極２２の間に充填されていればよい。
図７は、第１の実施形態の第３の変形例に係る半導体モジュールの表面電極の上面図である。図７に示すように、第１の実施形態の第３の変形例においては、複数の接合部３１が第１の封止部材４により一括して封止されている。この場合、第１の封止部材４により全ての接合部３１が一括して封止されてもよい。また、第１の封止部材４により、全ての接合部３１のうちの一部が一括して封止されてもよい。
第１の封止部材４は、第２の封止部材５よりも弾性率が高い。第１の封止部材４は、ボンディングワイヤ３と同程度の弾性率を有していることが好ましい。より具体的には、第１の封止部材４の弾性率は、７０ＧＰａ以上であることが好ましい。
第１の封止部材４として、例えば弾性率が高い樹脂を用いることができる。第１の封止部材４として用いられる樹脂は、ガラス転移温度が高いことが好ましい。具体的には、第１の封止部材４に用いられる樹脂は、半導体モジュールの最高使用温度よりも高いガラス転移温度を有していることが好ましい。具体的には、第１の封止部材４に用いられる樹脂は、１５０℃以上のガラス転移温度を有していることが好ましい。
通常、半導体素子の封止部材としては、絶縁性を有する材料が用いられる。しかしながら、第１の実施形態に係る半導体モジュールにおいては、第１の封止部材４として、絶縁性材料のみならず、導電性材料を用いることもできる。すなわち、第１の封止部材４は、第２の封止部材５よりも電気伝導率が高くてもよい。第１の封止部材４は、第２の封止部材５によりさらに封止されることにより、半導体素子２と導体パターン等の間の絶縁が確保されるからである。そのため、第１の封止部材４は樹脂材料に限られない。
より具体的には、第１の封止部材４として、フィラーを含有する樹脂を用いることができる。このフィラーとしては、例えば金属又はセラミックスである。さらに、第１の封止部材４として、例えば金属材料を用いることもできる。第１の封止部材４として用いられる金属材料としては、例えば錫（Ｓｎ）合金等のはんだである。
図１に示すように、第２の封止部材５は、第１の実施形態に係る半導体モジュールの内部に充填されている。より具体的には、第２の封止部材５は、ベース板６とケース７により画される領域の内部に充填されている。これにより、絶縁基板１と、半導体素子２と、ボンディングワイヤ３とを封止されている。しかしながら、第２の封止部材５は、絶縁基板１、半導体素子２、ボンディングワイヤ３の全てを封止する必要はない。第２の封止部材５は、少なくとも第１の封止部材４を覆っていればよい。
第２の封止部材５は、絶縁性を有している。第２の封止部材５は、好ましくは、第１の封止部材４より絶縁破壊強さが高い。より具体的には、第２の封止部材５は、１０ｋＶ（１ｍｍ）の絶縁破壊強さを有していることが好ましい。
第２の封止部材５は、低い弾性率を有していることが好ましい。これにより、第２の封止部材５が半導体素子２の表面において、熱膨張率の違いに起因して剥がれることを防止することができる。より具体的には、第２の封止部材５の弾性率は、３０ＧＰａ以下であることが好ましい。第２の封止部材に用いられる材料としては、例えばシリコーンゲルである。
ベース板６は、表面６ａと裏面６ｂとを有している。裏面６ｂは、表面６ａの反対側の面である。ベース板６は、熱伝導性の高い材料により構成されている。ベース板６には、例えばＣｕが用いられる。ベース板６の表面６ａは、絶縁基板１の裏面１１ｂ側に形成された導体パターン１２に接合されている。導体パターン１２とベース板６は、第２の接合部材（図示しない）により接合されている。第２の接合部材としては、例えば、はんだ、焼結性銀粒子が用いられる。
ケース７は、側壁７１と底部７２とを有している。ケース７には、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等が用いられる。ケース７は、底部７２において、ベース板６の表面６ａに接合されている。ケース７及びベース板６は、第１の実施形態に係る半導体モジュールの筐体を構成している。
ヒートシンク８は、表面８ａと裏面８ｂとを有している。裏面８ｂは、表面８ａの反対側の面である。ヒートシンク８は、熱伝導性の高い材料により構成されている。ヒートシンク８には、例えばＡｌが用いられる。ヒートシンク８の表面８ａは、ベース板６の裏面６ｂと接合されている。ヒートシンク８とベース板６は、第３の接合部材（図示しない）により接合されている。第３の接合部材は、例えば伝熱性グリースである。
半導体素子２から発生した熱は、絶縁基板１及びベース板６を介して、ヒートシンク８に運ばれる。ヒートシンク８に運ばれた熱は、ヒートシンク８の裏面８ｂを介して、第１の実施形態に係る半導体モジュールの外部に放熱される。
以下に、第１の実施形態に係る半導体モジュールの製造工程について説明する。
第１の実施形態に係る半導体モジュールの製造工程は、接合工程Ｓ１と、第１封止工程Ｓ２と、第２封止工程Ｓ３とを有している。
接合工程Ｓ１においては、絶縁基板１が、ベース板６に接合される。接合工程Ｓ１においては、半導体素子２が、絶縁基板１に接合される。接合工程Ｓ１においては、ボンディングワイヤ３が、半導体素子２の表面電極２２に、ワイヤボンディングされる。さらに、接合工程Ｓ１においては、ケース７がベース板６に接合される。これにより、封止を行う前の半導体モジュールの構造が形成される。
図８は、第１の実施形態に係る半導体モジュールの第１封止工程Ｓ２における断面図である。第１封止工程Ｓ２においては、第１に、図８（Ａ）に示すように、液状の第１の封止部材４が、接合部３１に供給される。第１の封止部材４が樹脂である場合には、主剤と硬化剤の混合物が、接合部３１の近傍に滴下される。第１の封止部材４がはんだ合金である場合には、はんだごてによって融解させたはんだが、接合部３１に供給される。
第１封止工程Ｓ２においては、第２に、供給された液状の第１の封止部材４が、硬化する。第１の封止部材４が樹脂である場合には、例えば供給された液状の第１の封止部材４を常温下において保持することにより、第１の封止部材４が硬化する。第１の封止部材４がはんだ合金である場合には、供給された液状の第１の封止部材４を冷却することで、第１の封止部材４が硬化する。これにより、図８（Ｂ）に示すように、接合部３１が、第１の封止部材４により封止される。
第２封止工程Ｓ３においては、ケース７とベース板６とにより画される第１の実施形態に係る半導体モジュールの内部に、液状の第２の封止部材５が供給される。この液状の第２の封止部材５を硬化することにより、図１に示すように、第１の封止部材４と、絶縁基板１と、半導体素子２と、ボンディングワイヤ３とが封止される。
以下に、第１の実施形態に係る半導体モジュールの効果について説明する。
表面電極２２とボンディングワイヤ３との接合部３１には、ボンディングワイヤ３と半導体素子２の熱膨張係数の差により、繰り返し熱応力が発生する。接合部３１の外周３２においては、ボンディングワイヤ３と表面電極２２により、切欠き形状が形成される場合がある。このような切欠き形状は、応力が集中する箇所となりやすい。そのため、この熱応力は、接合部３１の外周３２に集中しやすい。
しかしながら、第１の実施形態に係る半導体モジュールは、少なくとも表面電極２２とボンディングワイヤ３との接合部３１の外周３２が、第１の封止部材４により封止されている。また、第１の封止部材４は、第２の封止部材５よりも弾性率が高い。
そのため、第１の実施形態に係る半導体モジュールにおいては、接合部３１の外周３２における応力の集中を緩和することができる。すなわち、第１の実施形態に係る半導体モジュールによると、接合部３１の外周３２におけるクラックの発生、進展を抑制することができる。これにより、接合部３１の長寿命化を図ることが可能となる。
第１の実施形態に係る半導体モジュールにおいて、例えば半導体素子２がＳｉＣ、ＧａＮ等のワイドバンドギャップを有する半導体材料を用いて形成されている場合、高温下において使用される可能性がある。このような高温下においては、通常の封止樹脂が用いられた場合、軟化、劣化によって、封止樹脂が弾性を失う。
そのため、第１の実施形態に係る半導体モジュールにおいて、第１の封止部材４が金属材料、又はフィラーを含有する樹脂が用いられた場合、このような高温下においても第１の封止部材４の弾性を維持することにより、接合部３１の長寿命化を図ることが可能となる。金属材料又はフィラーは、高温下においても劣化が少ないからである。
（第２の実施形態）
以下に、第２の実施形態に係る半導体モジュールの構造について説明する。なお、ここでは、第１の実施形態と異なる点について主に説明する。
第２の実施形態に係る半導体モジュールは、第１の実施形態に係る半導体モジュールと同様に、主として、絶縁基板１と、半導体素子２と、ボンディングワイヤ３と、第１の封止部材４と、第２の封止部材５とを有している。第２の実施形態に係る半導体モジュールは、第１の実施形態に係る半導体モジュールと同様に、ベース板６と、ケース７と、ヒートシンク８とをさらに有していてもよい。
しかしながら、第２の実施形態に係る半導体モジュールは、第１の実施形態に係る半導体モジュールと、表面電極２２が異なっている。
図９は、第２の実施形態に係る半導体モジュールの断面図である。図９に示すように、第２の実施形態に係る半導体モジュールの表面電極２２は、くぼみ２３を有している。くぼみ２３は、表面電極２２の表面上に形成されている。第１の封止部材４は、少なくとも接合部３１の外周３２の一部に充填され、かつ、くぼみ２３にも充填されている。
くぼみ２３は、表面電極２２上において、接合部３１の周囲に形成されている。図１０は、第２の実施形態に係る半導体モジュールの表面電極２２の上面図である。図１０に示すように、くぼみ２３は、例えば、表面電極２２上において、接合部３１を取り囲むように連続的に形成してもよい。
図１１は、第２の実施形態の第１の変形例に係る半導体モジュールの表面電極２２の上面図である。図１１に示すように、くぼみ２３は、複数の部分に分割して形成されていてもよい。なお、接合部３１の周囲に、くぼみ２３に取り囲まれていない領域があってもよい。すなわち、くぼみ２３は、接合部３１の周囲の四方全てに形成される必要はなく、特定の方向のみに形成されていてもよい。
図１２は、第２の実施形態の第２の変形例に係る半導体モジュールの表面電極２２の上面図である。図１２に示すように、くぼみ２３は、第１のくぼみ２３ａと第２のくぼみ２３ｂとを有している。第１のくぼみ２３ａは、接合部３１の周囲に形成されている。第２のくぼみ２３ｂは、第１のくぼみ２３ａの外側に形成されている。すなわち、第２のくぼみ２３ｂは、第１のくぼみ２３ａよりも、接合部３１の外周３２との距離が遠い位置に形成されている。このように、くぼみ２３は、接合部３１の周囲に多重に取り囲むように形成されていてもよい。
図１３は、第２の実施形態の第３の変形例に係る半導体モジュールの表面電極２２の上面図である。図１３に示すように、くぼみ２３は、表面電極２２上において、複数の接合部３１の周囲に跨るように形成されていてもよい。このように、くぼみ２３は、個々の接合部３１毎に形成する必要はない。
以下に、第２の実施形態に係る半導体モジュールの製造方法について説明する。
第２の実施形態に係る半導体モジュールの製造方法は、第1の実施形態に係る半導体モジュールの製造方法と同様に、接合工程Ｓ１と、第１封止工程Ｓ２と、第２封止工程Ｓ３とを有している。これらに加え、第２の実施形態に係る半導体モジュールの製造方法は、くぼみ形成工程Ｓ４をさらに有している。
図１４は、第２の実施形態に係る半導体モジュールの製造工程における断面図である。第２の実施形態に係る半導体モジュールの製造工程においては、まず、くぼみ形成工程Ｓ４が行われる。図１４（Ａ）に示すように、くぼみ形成工程Ｓ４においては、くぼみ２３の形成が行われる。くぼみ２３の形成は、例えば、レーザ光照射源２４から表面電極２２に向けてレーザ光Ｌを照射することにより行われる。レーザ光Ｌは、ボンディングワイヤ３が接合されて接合部３１となる部分の周囲に対して照射される。レーザ光照射源２４は、例えば炭酸ガスレーザ加工機である。
くぼみ形成工程Ｓ４が行われた後、図１４（Ｂ）ないし図１４（Ｃ）に示すように、接合工程Ｓ１と、第１封止工程Ｓ２とが行われる。第１封止工程Ｓ２においては、接合部３１の外周３２のみならず、くぼみ２３にも第１の封止部材４が充填されることにより、接合部３１の封止が行われる。第１封止工程Ｓ２が行われた後、第２封止工程Ｓ３が行われる。
くぼみ形成工程Ｓ４が行われる順序は、上記に限られるものではない。くぼみ形成工程Ｓ４は、例えば接合工程Ｓ１が行われた後に行われてもよい。図１５は、第２の実施形態に係る半導体モジュールの製造工程の変形例における断面図である。第２の実施形態に係る半導体モジュールの製造工程の変形例においては、まず、接合工程Ｓ１が行われる。接合工程Ｓ１が行われた後、図１５（Ａ）に示すように、くぼみ形成工程Ｓ４が行われることにより、接合部３１の外周３２の周囲にくぼみ２３が形成される。くぼみ形成工程Ｓ４が行われた後、図１５（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、第１封止工程Ｓ２が行われる。第１封止工程Ｓ２が行われた後、第２封止工程Ｓ３が行われる。
以下に、第２の実施形態に係る半導体モジュールの効果について説明する。
上記のとおり、表面電極２２とボンディングワイヤ３との接合部３１には、ボンディングワイヤ３と半導体素子２の熱膨張係数の差により、繰り返し熱応力が発生する。この熱応力は、接合部３１の外周３２に応力集中しやすい。そのため、このような繰り返し熱応力により、第１の封止部材４の端部から接合部３１の外周３２に向かって、第１の封止部材４と表面電極２２の界面に沿って、剥がれが進展する場合がある。
第２の実施形態に係る半導体モジュールにおいては、表面電極２２上に、くぼみ２３が設けられている。上記の剥がれの進展方向は、くぼみ２３において大きく変わる。そのため、第２の実施形態に係る半導体モジュールにおいては、表面電極２２がくぼみ２３を有することにより、剥がれの進展が抑制される。その結果、第２の実施形態に係る半導体モジュールにおいては、接合部３１の長寿命化をさらに図ることが可能となる。
第２の実施形態に係る半導体モジュールにおいて、くぼみ２３が接合部３１の周囲に多重に形成された場合には、複数の箇所において、剥がれの進展方向が大きく変わる。そのため、このような場合、剥がれの進展がさらに抑制される。その結果、接合部３１の長寿命化をさらに図ることが可能となる。
（第３の実施形態）
以下に、第３の実施形態に係る半導体モジュールの構造について説明する。なお、ここでは、第２の実施形態と異なる点について主に説明する。
第３の実施形態に係る半導体モジュールは、第２の実施形態に係る半導体モジュールと同様に、主として、絶縁基板１と、半導体素子２と、ボンディングワイヤ３と、第１の封止部材４と、第２の封止部材５とを有している。第４の実施形態に係る半導体モジュールは、第２の実施形態に係る半導体モジュールと同様に、ベース板６と、ケース７と、ヒートシンク８とをさらに有していてもよい。
第３の実施形態に係る半導体モジュールにおいて、表面電極２２は、くぼみ２３を有している。しかしながら、第３の実施形態に係る半導体モジュールにおいては、くぼみ２３の形状が、第２の実施形態に係る半導体モジュールと異なっている。
図１６は、第３の実施形態に係る半導体モジュールの表面電極周辺の断面図である。図１６に示すように、表面電極２２は、くぼみ２３を有している。くぼみ２３は、表面電極２２上において、接合部３１の外周３２の周囲に形成されている。第１の封止部材４は、少なくとも接合部３１の外周３２の一部に充填され、かつ、くぼみ２３にも充填されている。
くぼみ２３は、開口２３ｃと底２３ｄとを有している。くぼみ２３は、表面電極２２の表面に垂直な方向に対して傾斜している。すなわち、底２３ｄから開口２３ｃに向かう方向は、表面電極の表面に垂直な方向と異なっている。より具体的には、くぼみ２３は、底２３ｄは、開口２３ｃよりも、平面視において接合部３１との距離が遠くなるように傾斜していることが好ましい。なお、くぼみ２３の傾斜が設けられる箇所は、一部であってもよい。また、くぼみは、側面を有している。平面視において、底２３ｄまたは側面の少なくとも一部は、開口２３ｃよりも接合部３１から離れた位置にある。
以下に、第３の実施形態に係る半導体モジュールの製造方法について説明する。
第３の実施形態に係る半導体モジュールの製造工程は、第２の実施形態に係る半導体モジュールの製造工程と同様に、接合工程Ｓ１と、第１封止工程Ｓ２と、第２封止工程Ｓ３と、くぼみ形成工程Ｓ４とを有している。しかし、第４の実施形態に係る半導体モジュールの製造工程は、くぼみ形成工程Ｓ４が第３の実施形態に係る半導体モジュールの製造工程と異なっているため、以下この点について説明する。
図１７は、第３の実施形態のくぼみ形成工程Ｓ４における断面図である。図１７に示すように、くぼみ形成工程Ｓ４においては、傾斜したくぼみ２３が形成される。傾斜したくぼみ２３は、表面電極２２の表面に垂直な方向に対して傾斜したレーザ光Ｌを接合部３１となる部分の周囲に照射することで形成される。表面電極２２の表面に垂直な方向に対して傾斜したレーザ光Ｌを照射するためには、例えばレーザ光照射源２４を傾けて配置すればよい。
以下に、第３の実施形態に係る半導体モジュールの効果について説明する。
上記のとおり、表面電極２２とボンディングワイヤ３との接合部３１に発生した繰り返し熱応力により、第１の封止部材４の端部から接合部３１の外周３２に向かって、第１の封止部材４と表面電極２２の界面に沿って、剥がれが進展する場合がある。
第３の実施形態に係る半導体モジュールにおいては、表面電極２２上に、傾斜したくぼみ２３が形成されている。傾斜したくぼみ２３において、剥がれの進展方向はより大きく変えられる。そのため、第３の実施形態に係る半導体モジュールにおいては、表面電極２２が傾斜したくぼみ２３を有することにより、剥がれの進展がさらに抑制される。その結果、第２の実施形態に係る半導体モジュールにおいては、接合部３１の長寿命化をさらに図ることが可能となる。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 絶縁基板、１１ 絶縁層、１１ａ 表面、１１ｂ 裏面、１２ 導体パターン、２ 半導体素子、２ａ 表面、２ｂ 裏面、２１ 裏面電極、２２ 表面電極、２３ｃ 開口、２３ｄ 底、２４ レーザ光照射源、３ ボンディングワイヤ、３１ 接合部、３２ 外周、４ 第１の封止部材、５ 第２の封止部材、６ ベース板、６ａ 表面、６ｂ 裏面、７ ケース、８ ヒートシンク、８ａ 表面、８ｂ 裏面、７１ 側壁、７２ 底部、Ｌ レーザ光、Ｓ１ 接合工程、Ｓ２ 第１封止工程、Ｓ３ 第２封止工程、Ｓ４ くぼみ形成工程。

Claims (11)

  1. 表面電極を有する半導体素子と、
    前記表面電極に接合されている接合部を有するボンディングワイヤと、
    前記接合部の外周で前記ボンディングワイヤと前記表面電極との間に充填され、第１の弾性率を有する第１の封止部材と、
    前記第１の封止部材を覆い、前記表面電極と接し、第２の弾性率を有する第２の封止部材とを備え、
    前記第１の弾性率は、前記第２の弾性率よりも高く、
    前記表面電極は、前記接合部の周囲にくぼみを有しており、
    前記くぼみは、前記接合部から離間して形成されており、
    前記くぼみには、前記第１の封止部材が充填されている、半導体モジュール。
  2. 前記くぼみは、平面視において前記接合部を取り囲むように形成されている、請求項１記載の半導体モジュール。
  3. 前記くぼみは、連続的に形成されている、請求項２記載の半導体モジュール。
  4. 前記くぼみは、開口と側面と底とを有しており、平面視において、前記底または前記側面の少なくとも一部は、前記開口よりも前記接合部から離れた位置にある、請求項１記載の半導体モジュール。
  5. 前記第１の封止部材の電気伝導率は前記第２の封止部材の電気伝導率よりも高い、請求項１記載の半導体モジュール。
  6. 前記第１の封止部材の絶縁破壊強さは前記第２の封止部材の絶縁破壊強さよりも低い、請求項１記載の半導体モジュール。
  7. 前記第１の弾性率は、７０ＧＰａ以上である、請求項１記載の半導体モジュール。
  8. 前記第２の弾性率は、３０ＧＰａ以下である、請求項１記載の半導体モジュール。
  9. 半導体素子の表面電極にボンディングワイヤを接合し、接合部を形成する工程と、
    前記接合部の外周で前記ボンディングワイヤと前記表面電極との間に、第１の弾性率を有する第１の封止部材を充填する工程と、
    前記第１の封止部材を、前記表面電極と接するように、第２の弾性率を有する第２の封止部材により覆う工程と、
    前記接合部の周囲にくぼみを形成する工程とを備え、
    前記くぼみは、前記接合部から離間して形成されており、
    前記第１の弾性率は、前記第２の弾性率よりも高い、半導体モジュールの製造方法。
  10. 前記くぼみは、前記表面電極に対してレーザ光を照射することにより形成されている、請求項９記載の半導体モジュールの製造方法。
  11. 前記くぼみは、開口部と底部を有しており、
    前記底部は、平面視において、前記開口部よりも前記接合部から離れた位置にあり、
    前記レーザ光は、前記表面電極に対して傾けて照射される、請求項９記載の半導体モジュールの製造方法。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112019007366B4 (de) 2019-05-30 2023-08-03 Mitsubishi Electric Corporation Leistungshalbleitermodul und leistungswandler
JP7280789B2 (ja) * 2019-09-24 2023-05-24 株式会社東芝 パワーモジュール
JP7200899B2 (ja) * 2019-09-30 2023-01-10 三菱電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
US20220336402A1 (en) * 2019-12-04 2022-10-20 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device, power conversion device, and method for manufacturing semiconductor device
JP2021125477A (ja) 2020-01-31 2021-08-30 株式会社東芝 半導体装置
WO2022162825A1 (ja) * 2021-01-28 2022-08-04 三菱電機株式会社 半導体モジュールおよび電力変換装置
JPWO2022220009A1 (ja) * 2021-04-12 2022-10-20

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5613739A (en) * 1979-07-13 1981-02-10 Hitachi Ltd Semiconductor device
JP2698065B2 (ja) 1996-03-21 1998-01-19 株式会社日立製作所 半導体装置の製造方法
JPH10199923A (ja) * 1997-01-13 1998-07-31 Hitachi Ltd パワー半導体モジュール
JP2000223623A (ja) * 1999-01-27 2000-08-11 Denso Corp 回路基板の実装構造
JP2000269246A (ja) * 1999-03-15 2000-09-29 Texas Instr Japan Ltd 半導体装置
JP4569473B2 (ja) 2006-01-04 2010-10-27 株式会社日立製作所 樹脂封止型パワー半導体モジュール
KR20090121021A (ko) * 2008-05-21 2009-11-25 호서대학교 산학협력단 마이카 커패시터 및 그 제조 방법
JP2009302261A (ja) 2008-06-12 2009-12-24 Toyota Central R&D Labs Inc 半導体装置
CN102576764A (zh) * 2009-10-15 2012-07-11 Lg伊诺特有限公司 太阳能电池设备及其制造方法
WO2011087119A1 (ja) * 2010-01-18 2011-07-21 ローム株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP2013098456A (ja) 2011-11-04 2013-05-20 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置
DE102012109995A1 (de) 2012-10-19 2014-04-24 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterbauelement mit Kontakt, Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer externen elektrischen Kontaktierung eines Halbleiterbauelements
JP5975911B2 (ja) 2013-03-15 2016-08-23 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
JP6279339B2 (ja) * 2014-02-07 2018-02-14 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法
JP6251810B2 (ja) * 2014-07-30 2017-12-20 株式会社日立製作所 半導体装置、半導体装置の製造方法および電力変換装置

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