JP6342278B2 - 半導体モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

この発明の実施形態は、半導体モジュールの製造方法に関する。

電気自動車は、電池から供給される直流電力を交流電力に変換して、この交流電力を、車輪を駆動する駆動用電動モータに供給するためのインバータを有している。インバータは、冷却器と、冷却器上に設置されるスイッチング用の複数の半導体装置と、半導体装置を制御する制御装置とを有している。

冷却器は、金属製の冷却板と、冷却板上に設けられる絶縁層とを有している。絶縁層上には、コレクタ配線と、エミッタ配線とが設けられている。半導体装置は、コレクタ板と、エミッタ板とを有している。コレクタ用板とエミッタ用板とは、その下端面が露出するように、樹脂封止されている。

より具体的には、コレクタ板においてコレクタ配線に電気的に接続される第１の導電面と、エミッタ板においてエミッタ配線に電気的に接続される第２の導電面とが、モールド樹脂の下端面から露出している。第１の導電面と第２の導電面とは、隣接して配置されている。

第１の導電面は、コレクタ配線に半田付けされることによって、コレクタ配線に電気的に接続される。第２の導電面は、エミッタ配線に半田付けされることによって、エミッタ配線に電気的に接続される。また、上記のように半田付けされることによって、半導体装置は、冷却器上に配置され、固定されている。

特開２０１３−１７１８９１号公報

半導体装置のコレクタ板とエミッタ板とが、半田製の接合部によって電気的に接続されない半導体モジュールが求められている。

本発明が解決しようとする課題は、コレクタ板とエミッタ板とが電気的に接続されることを防止できる半導体モジュールを提供することである。

実施形態によれば、半導体モジュールの製造方法は、絶縁性材料から形成された絶縁層上に設けられたコレクタ配線上に第１の接合材料を供給し、前記絶縁層上に設けられたエミッタ配線上に導電性の第２の接合材料を供給し、前記絶縁層の前記コレクタ配線と前記エミッタ配線との間に絶縁性の第３の接合材料を供給し、半導体チップと、前記半導体チップに電気的に接続されたコレクタ板と、前記半導体チップに電気的に接続されたエミッタ板と、設置面を有し、前記半導体チップを内部に収容するとともに前記コレクタ板及び前記エミッタ板を前記設置面内に露出した状態で収容する絶縁性の周壁部と、前記周壁部の前記設置面に対して反対側から突出する接続端子とを具備する半導体装置を、前記コレクタ板の前記設置面から露出する部分が前記第１の接合材料に対向し、かつ、前記エミッタ板の前記設置面から露出する部分が前記第２の接合材料に対向する姿勢で、前記第１の接合材料と前記第２の接合材料と前記第３の接合材料とに押し付けることによって、前記第１の接合材料、前記第２の接合材料、及び前記第３の接合材料で接合層を形成するとともに、前記コレクタ配線と前記第１の接合材料とを電気的に接合し、前記エミッタ配線と前記第２の接合材料とを電気的に接合し、前記設置面の前記コレクタ配線と前記エミッタ配線との間の部分と前記第３の接合材料とを接合する。

第１の実施形態に係る半導体モジュールを示す斜視図。 図１に示すＦ２−Ｆ２線断面に沿って示す同半導体モジュールの断面図。 同半導体モジュールの製造工程を示す断面図。 同半導体モジュールの製造工程を示す断面図。 同半導体モジュールの製造工程を示す断面図。 同半導体モジュールの製造工程を示す断面図。 同半導体モジュールの製造工程を示す断面図。 同半導体モジュールの製造工程を示す断面図。 同半導体モジュールの製造工程を示す断面図。 接着剤が供給された同半導体モジュールの冷却器の主面の一部を示す平面図。 同半導体モジュールの製造工程を示す断面図。 第２の実施形態に係る半導体モジュールを、図２と同様に切断した状態を示す断面図。 同半導体モジュールの一部を示す平面図。 同半導体モジュールの製造工程を示す断面図。 同半導体モジュールの製造工程を示す断面図。 第３の実施形態に係る半導体モジュールを、図２と同様に切断した状態を示す断面図。 同半導体モジュールの製造工程を示す断面図。 同半導体モジュールの製造工程を示す断面図。 同半導体モジュールの、冷却器とコレクタ配線とエミッタ配線との一体物を示す斜視図。

第１の実施形態に係る半導体モジュール１０を、図１〜１１を用いて説明する。図１は、半導体モジュール１０を示す斜視図である。半導体モジュール１０は、例えば、インバータの一部を構成する。

図２は、図１に示すＦ２−Ｆ２線断面に沿って示す、半導体モジュール１０の断面図である。図２は、１つの半導体装置６０とその近傍の断面図を示している。

図１，２に示すように、半導体モジュール１０は、冷却器２０と、冷却器２０上に設けられるコレクタ配線３０と、冷却器２０上に設けられるエミッタ配線４０と、冷却器２０上に設けられる接合層５０と、接合層５０上に固定される複数の半導体装置６０とを有している。なお、本実施形態では、半導体モジュール１０は、一例として、４つの半導体装置６０を有している。

冷却器２０は、冷却板２１と、冷却板２１上に設けられる絶縁層２２とを有している。冷却板２１は、熱伝導率の高い材料で形成されており、一例として、金属製である。また、本実施形態では、金属の一例として、アルミニウムが用いられている。冷却板２１は、一例として、平板形状であり、両主面が互いに平行な平面である。

絶縁層２２は、冷却板２１の一方の主面上に形成されている。絶縁層２２は、絶縁性を有する材料で形成されており、本実施形態では、一例として、絶縁性の樹脂材料で形成されている。

絶縁層２２の冷却板２１に接合されない方の主面２３は、平面である。絶縁層２２には、第１の溝２４と、第２の溝２５とが形成されている。第１の溝２４と第２の溝２５とは、各々直線状に延びており、互いに平行である。第１の溝２４と第２の溝２５とは、主面２３に開口している。第１の溝２４の深さは、一定である。第２の溝２５の深さは、一定である。

コレクタ配線３０は、例えば、厚みが一定の板形状である。コレクタ配線３０は、４つの半導体装置６０の後述されるコレクタ板６３が電気的に接続可能な長さを有している。コレクタ配線３０は、第１のコレクタ配線用主面３１と、第２のコレクタ配線用主面３２とを有している。第１のコレクタ配線用主面３１と第２のコレクタ配線用主面３２とは、互いに平行な平面である。

コレクタ配線３０は、第１のコレクタ配線用主面３１を絶縁層２２の主面２３側に向けた姿勢で、第１の溝２４内に収容されている。コレクタ配線３０の厚みは、第１の溝２４の深さと同じである。このため、第１のコレクタ配線用主面３１は、絶縁層２２の主面２３と面一となる。また、コレクタ配線３０は、第１の溝２４内に嵌合する形状である。このため、第１の溝２４内は、コレクタ配線３０によって埋められる。

エミッタ配線４０は、例えば、厚みが一定の板形状である。エミッタ配線４０は、４つの半導体装置６０の後述するエミッタ板６５が電気的に接続可能な長さを有している。エミッタ配線４０は、第１のエミッタ配線用主面４１と、第２のエミッタ配線用主面４２とを有している。第１のエミッタ配線用主面４１と第２のエミッタ配線用主面４２とは、互いに平行な平面である。

エミッタ配線４０は、第１のエミッタ配線用主面４１を絶縁層２２の主面２３側に向けた姿勢で、第２の溝２５内に収容されている。エミッタ配線４０の厚みは、第２の溝２５の深さと同じである。このため、エミッタ配線４０の第１のエミッタ配線用主面４１は、絶縁層２２の主面２３と面一となる。また、エミッタ配線４０は、第２の溝２５内に嵌合する形状である。第２の溝２５内は、エミッタ配線４０によって埋められる。

このため、絶縁層２２の厚み部分のうち、第１の溝２４と第２の溝２５との間の部分は、第１の溝２４と第２の溝２５とを仕切る仕切壁部２６となる。また、仕切壁部２６は、第１の溝２４と第２の溝２５とを仕切ることによって、コレクタ配線３０とエミッタ配線４０とが互いに接触することを防止する。

絶縁層２２の主面２３上において、半導体装置６０が設置される範囲の各々には、接合層５０が設けられている。接合層５０は、コレクタ配線３０の第１のコレクタ配線用主面３１上に設けられる第１の導電性接合部５１と、エミッタ配線４０の第１のエミッタ配線用主面４１上に設けられる第２の導電性接合部５２と、仕切壁部２６上に設けられる第１の絶縁性接合部５３と、第１の溝２４の縁部において仕切壁部２６と対向する部分２４ａに設けられる第２の絶縁性接合部５４と、第２の溝２５の縁部において仕切壁部２６と対向する部分２５ａに設けられる第３の絶縁性接合部５５とを有している。

なお、部分２４ａは、具体的に説明すると、第１の溝２４の長手方向に沿う部分である。部分２５ａは、具体的に説明すると、第２の溝２５の長手方向に沿う部分である。

第１の導電性接合部５１は、導電性材料で形成されている。本実施形態では、第１の導電性接合部５１は、一例として、内部に金属製のフィラーを含むことによって導電性を有している。第１の導電性接合部５１は、一例として、Ａｇフィラーを含んでいる。

第１の導電性接合部５１は、コレクタ配線３０の第１のコレクタ配線用主面３１の全域に積層されている。第１の導電性接合部５１は、第１のコレクタ配線用主面３１に固定可能に形成されている。また、第１の導電性接合部５１は、後述される半導体装置６０のコレクタ板６３に固定可能に形成されている。

第２の導電性接合部５２は、導電性材料で形成されている。本実施形態では、一例として、第２の導電性接合部５２は、内部に金属製のフィラーを含むことによって導電性を有している。第２の導電性接合部５２は、一例として、Ａｇフィラーを有している。

第２の導電性接合部５２は、エミッタ配線４０の第１のエミッタ配線用主面４１の全域に積層されている。第２の導電性接合部５２は、第１のエミッタ配線用主面４１に固定可能に形成されている。また、第２の導電性接合部５２は、後述される半導体装置６０のエミッタ板６５に固定可能に形成されている。

第１の絶縁性接合部５３は、絶縁性の材料で形成されている。本実施形態では、第１の絶縁性接合部５３は、一例として、絶縁性の樹脂材料で形成されている。第１の絶縁性接合部５３は、仕切壁部２６の先端面の全域に積層されており、第１の導電性接合部５１と第２の導電性接合部５２とに挟まれている。このため、第１の絶縁性接合部５３は、第１の導電性接合部５１と第２の導電性接合部５２とが互いに接触することを防止している。第１の絶縁性接合部５３は、仕切壁部２６に固定可能に形成されている。また、第１の絶縁性接合部５３は、後述される半導体装置６０の設置面６９に固定可能に形成されている。

第２の絶縁性接合部５４は、絶縁性の材料で形成されている。本実施形態では、第２の絶縁性接合部５４は、一例として、絶縁性の樹脂材料で形成されている。第２の絶縁性接合部５４は、半導体装置６０が固定される範囲において第１の溝２４の縁部の部分２４ａの全域に積層されている。このため、第２の絶縁性接合部５４は、第１の導電性接合部５１に隣接している。第２の絶縁性接合部５４は、第１の溝２４の縁部の部分２４ａに固定可能に形成されている。また、第２の絶縁性接合部５４は、後述する半導体装置６０の設置面６９に固定可能に形成されている。

第３の絶縁性接合部５５は、絶縁性の材料で形成されている。本実施形態では、第３の絶縁性接合部５５は、一例として、絶縁性の樹脂材料で形成されている。第３の絶縁性接合部５５は、半導体装置６０が固定される範囲において第２の溝２５の縁部の部分２５ａの全域に積層されている。このため、第３の絶縁性接合部５５は、第２の導電性接合部５２に隣接して配置されている。第３の絶縁性接合部５５は、第２の溝２５の縁部の部分２５ａに固定可能に形成されている。また、第３の絶縁性接合部５５は、後述する半導体装置６０の設置面６９に固定可能に形成されている。

複数の半導体装置６０は、接合層５０上に固定されている。これら半導体装置６０は、互いに同じ構造を有している。半導体装置６０は、半導体チップ６１と、コレクタ板６３と、エミッタ板６５と、接続端子６７と、これら、半導体チップ６１とコレクタ板６３とエミッタ板６５と接続端子６７とを内部に収容するモールド樹脂（周壁部）６８とを有している。

半導体チップ６１は、一対のスイッチング素子とダイオードとを有している。半導体チップ６１は、第１の主面６１ａと第２の主面６１ｂとを有している。第１の主面６１ａには、スイッチング素子のエミッタ電極６２と接続電極６６とが設けられている。第２の主面６１ｂには、スイッチング素子のコレクタ電極６４が設けられている。

コレクタ板６３は、一例として、直方体であり、半導体チップ６１のスイッチング素子のコレクタ電極６４に接続される第１の電極面６３ａと、第１の導電性接合部５１に接合される第１の導電面６３ｂとを有している。第１の導電面６３ｂは、第１の電極面６３ａに対して垂直な平面である。

エミッタ板６５は、一例として、直方体であり、半導体チップ６１のスイッチング素子のエミッタ電極６２に接続される第２の電極面６５ａと、第２の導電性接合部５２に接合される第２の導電面６５ｂとを有している。第２の導電面６５ｂは、第２の電極面６５ａに対して垂直な平面である。

コレクタ板６３エミッタ板６５とは、第１の電極面６３ａと第２の電極面６５ａとが互いに対向する姿勢で、モールド樹脂６８内に収容されている。また、半導体チップ６１は、第１の電極面６３ａと第２の電極面６５ａとの間に配置されている。接続端子６７は、半導体チップ６１のスイッチング素子の接続電極６６に接続されている。

モールド樹脂６８は、下端面が設置面６９となっている。設置面６９は、平面である。コレクタ板６３の第１の導電面６３ｂは、設置面６９に露出している。エミッタ板６５の第２の導電面６５ｂは、設置面６９に露出している。

具体的には、設置面６９は、コレクタ板６３の第１の電極面６３ａが露出する第１の開口６９ａと、エミッタ板６５の第２の導電面６５ｂが露出する第２の開口６９ｂとを有している。接続端子６７は、モールド樹脂６８の上端部から外部に突出している。

第１の導電面６３ｂの幅は、コレクタ配線３０の幅と同じ長さである。ここで言う幅とは、コレクタ板６３とエミッタ板６５とが並ぶ方向の長さであり、言い換えると、コレクタ配線３０とエミッタ配線４０とが並ぶ方向の長さである。第２の導電面６５ｂの幅は、エミッタ配線４０の幅と同じ長さである。

半導体装置６０は、設置面６９が接合層５０に固定される。具体的には、第１の開口６９ａから露出するコレクタ板６３の第１の導電面６３ｂが第１の導電性接合部５１に固定される。第２の開口６９ｂから露出するエミッタ板６５の第２の導電面６５ｂが第２の導電性接合部５２に固定される。

設置面６９の第１の開口６９ａと第２の開口６９ｂとの間に配置され、第１の開口６９ａと第２の開口６９ｂとを仕切る間の仕切部分６９ｃは、第１の絶縁性接合部５３に固定される。第１の開口６９ａの縁部において部分２４ａに対向する部分６９ｄは、第２の絶縁性接合部５４に固定される。第２の開口６９ｂの縁部において部分２５ａに対向する部分６９ｅは、第３の絶縁性接合部５５に固定される。

共通のコレクタ配線３０及びエミッタ配線４０に接合層５０を介して接続される半導体装置６０は、図１に示すように、コレクタ配線３０とエミッタ配線４０とに沿って並んでいる配置されている。本実施形態では、半導体モジュール１０は、一例として、共通のコレクタ配線３０及びエミッタ配線４０に接合層５０を介して接続される４つの半導体装置６０を有している。他の例としては、異なるコレクタ配線３０及びエミッタ配線４０に接合層５０を介して接続される半導体装置６０の列を複数有してもよい。または、共通のコレクタ配線３０及びエミッタ配線４０に接続される半導体装置６０の数は、４つに限定されない。共通のコレクタ配線３０及びエミッタ配線４０に接続される半導体装置６０の数は、１つまたは複数であってもよい。

次に、半導体モジュール１０の製造工程について、図３〜１１を用いて説明する。まず、冷却器２０とコレクタ配線３０とエミッタ配線４０との一体物を製造する工程について説明する。図３に示すように、冷却板２１上に、絶縁層２２を形成する、絶縁性の絶縁性材料７０を供給する。絶縁性材料７０は、供給された状態では、比較的やわらかく、荷重が入力されると変形することが可能である。

次に、図４に示すように、冷却板２１上に供給された絶縁性材料７０上に、コレクタ配線３０とエミッタ配線４０とを配置する。次に、図５に示すように、コレクタ配線３０とエミッタ配線４０とを、型８０で絶縁性材料７０に向かって押し付ける。型８０は、押し付け面８１を有している。押し付け面８１は、平面である。

絶縁性材料７０が変形可能であることによって、コレクタ配線３０とエミッタ配線４０とは、型８０の押し付け面８１で押さえつけられることによって、絶縁性材料７０内に埋め込まれる。型８０は、押し付け面８１によって絶縁性材料７０の表面が平らに均される位置まで、絶縁性材料７０に向かって押し付けられる。

図６に示すように、平面である押し付け面８１が押し付けられることによって、絶縁性材料７０の表面７１は平面に均される。また、コレクタ配線３０の第１のコレクタ配線用主面３１と、エミッタ配線４０の第１のエミッタ配線用主面４１とが、絶縁性材料７０の表面７１と面一となる。

その後、型８０が絶縁性材料７０から離される。そして、絶縁性材料７０の温度が低下するなどして絶縁性材料７０が硬化することによって、絶縁性材料７０が絶縁層２２となる。このように、第１の溝２４は、コレクタ配線３０が押し込まれることによって形成される。第２の溝２５は、エミッタ配線４０が押し込まれることによって形成される。

次に、半導体装置６０の製造工程について説明する。図７は、コレクタ板６３とエミッタ板６５とが半導体チップ６１に接合され、かつ、接続端子６７が半導体チップ６１に接合された状態を示している。図７に示すように、まず、コレクタ板６３とエミッタ板６５と半導体チップ６１と接続端子６７との一体物を構成する。

次に、図８に示すように、コレクタ板６３とエミッタ板６５と半導体チップ６１と接続端子６７との一体物を樹脂封止することによって、この一体物を覆うモールド樹脂６８を形成する。このとき、コレクタ板６３の全て及びエミッタ板６５の全ては、モールド樹脂６８内に収容されるように、樹脂封止される。

次に、図９に示すように、半導体装置６０の下端部を切削することによって、半導体装置６０の下端に設置面６９を形成する。この切削によって、コレクタ板６３の下端部の一部が切削されて、平面である第１の導電面６３ｂが形成される。同様に、エミッタ板６５の下端部の一部が切削されて、平面である第２の導電面６５ｂが形成される。また、第１の導電面６３ｂと第２の導電面６５ｂとが設置面６９内に露出する。この切削作業が完了すると、半導体装置６０が完成する。

次に、冷却器２０とコレクタ配線３０とエミッタ配線４０との一体物に、半導体装置６０を固定する工程を説明する。まず、接合層５０を形成する接着剤を、冷却器２０上に供給する。図１０は、接着剤が供給された冷却器２０の主面２３の一部を示す平面図である。なお、図１０中には、モールド樹脂６８の外郭と、コレクタ板６３の外郭と、エミッタ板６５の外郭とを２点鎖線で示している。

図１０に示すように、冷却器２０の主面２３において、半導体装置６０が設置される範囲に、第１の導電性接合部５１を形成する導電性接着剤（第１の接合材料）９１と、第２の導電性接合部５２を形成する導電性接着剤（第２の接合材料）９１と、第１の絶縁性接合部５３を形成する絶縁性接着剤（第３の接合材料）９２と、第２の絶縁性接合部５４を形成する絶縁性接着剤９２と、第３の絶縁性接合部５５を形成する絶縁性接着剤９２とを供給する。

具体的には、コレクタ配線３０の第１のコレクタ配線用主面３１上に、導電性接着剤９１を供給する。エミッタ配線４０の第１のエミッタ配線用主面４１上に、導電性接着剤９１を供給する。仕切壁部２６上に絶縁性接着剤９２を供給する。第１の溝２４の縁部の部分２４ａに絶縁性接着剤９２を供給する。第２の溝２５の縁部の部分２５ａに絶縁性接着剤９２を供給する。

上記の各種接着剤は、冷却器２０の主面２３において半導体装置６０が設置される範囲ごとに配置されている。図１０では、一例として、１つの半導体装置６０が設置される範囲に供給される接着剤を示しているが、他の半導体装置６０が配置される範囲にも、同様に、接着剤が供給される。

つまり、本実施形態では、導電性接着剤９１と絶縁性接着剤９２とは、１つの半導体装置６０ごとに設けられており、複数の半導体装置６０で用いられる導電性接着剤９１と絶縁性接着剤９２とは、互いに連続していない。言い換えると、互いに隣接して配置される一方の半導体装置６０を固定するための導電性接着剤９１と、他方の半導体装置６０を固定するための導電性接着剤９１とは、つながっていない。同様に、一方の半導体装置６０を固定するための絶縁性接着剤９２と、他方の半導体装置６０を固定するための絶縁性接着剤９２とは、つながってない。

導電性接着剤９１と絶縁性接着剤９２とが供給されると、次に、半導体装置６０を、冷却器２０に押し付ける。図１１は、冷却器２０に固定される直前の半導体装置６０と、冷却器２０とを示す断面図である。図１１に示すように、半導体装置６０は、コレクタ配線３０と第１の導電面６３ｂとが互いに対向し、エミッタ配線４０と第２の導電面６５ｂとが互いに対向し、設置面６９の仕切部分６９ｃが仕切壁部２６と対向する姿勢で、冷却器２０に押し付けられる。

半導体装置６０が押し付けられることによって、コレクタ配線３０の第１のコレクタ配線用主面３１上に供給された導電性接着剤９１が、第１のコレクタ配線用主面３１と第１の導電面６３ｂとの間で押しつぶされることによって広がり、第１の導電性接合部５１を形成する。第１の導電性接合部５１は、第１のコレクタ配線用主面３１と第１の導電面６３ｂとに電気的に接続されるとともに固定される。

エミッタ配線４０の第１のエミッタ配線用主面４１上に供給された導電性接着剤９１は、第１のエミッタ配線用主面４１と第２の導電面６５ｂとの間で押しつぶされることによって広がり、第２の導電性接合部５２を形成する。第２の導電性接合部５２は、第１のエミッタ配線用主面４１と第２の導電面６５ｂとに電気的に接続されるとともに固定される。

仕切壁部２６上に供給された絶縁性接着剤９２は、設置面６９の仕切部分６９ｃと仕切壁部２６との間で押しつぶされることによって広がり、第１の絶縁性接合部５３を形成する。第１の絶縁性接合部５３は、仕切壁部２６と仕切部分６９ｃとに固定される。

第１の溝２４の縁部の部分２４ａに供給された絶縁性接着剤９２は、設置面６９の第１の開口６９ａの縁部の部分６９ｄと第１の溝２４の縁部の部分２４ａとの間で押しつぶされて広がり、第２の絶縁性接合部５４を形成する。第２の絶縁性接合部５４は、部分２４ａ，６９ｄに固定される。

第２の溝２５の縁部の部分２５ａに供給された絶縁性接着剤９２は、設置面６９の第２の開口６９ｂの縁部の部分６９ｅと第２の溝２５の縁部の部分２５ａとの間で押しつぶされて広がり、第３の絶縁性接合部５５を形成する。第３の絶縁性接合部５５は、部分２５ａ，６９ｅに固定される。

全ての半導体装置６０は、同様に、固定される。

なお、導電性接着剤９１の供給量と、絶縁性接着剤９２の供給量と、半導体装置６０の冷却器２０に対する押し付け力とは、例えば、第１のコレクタ配線用主面３１上に供給された導電性接着剤９１が、押し広げられることによって半導体装置６０が固定される範囲において第１の導電面６３ｂの全域を覆うように、かつ、第１のエミッタ配線用主面４１上に供給された導電性接着剤９１が、押し広げられることによって半導体装置６０が固定される範囲において第２の導電面６５ｂの全域を覆うように設定される。

このように構成される半導体モジュール１０では、コレクタ配線３０のインダクタンス及びエミッタ配線４０のインダクタンスを低くすることができる。この点について、具体的に説明する。コレクタ配線３０のインダクタンスとエミッタ配線４０のインダクタンスとは、コレクタ配線３０とエミッタ配線４０とを、冷却器２０の冷却板２１に近づけることによって、低下する。

本実施形態では、半導体装置６０は、設置面６９に第１の導電面６３ｂと第２の導電面６５ｂとが露出する構造を有し、かつ、冷却器２０は、絶縁層２２の主面３１にコレクタ配線３０とエミッタ配線４０とが設けられる構造を有する。このため、コレクタ配線３０とエミッタ配線４０とを、冷却器２０の冷却板２１に近接して配置することができる。このため、コレクタ配線３０のインダクタンスとエミッタ配線４０のインダクタンスとを低くすることができる。

また、半導体モジュール１０をコンパクトに構成することができる。この点について、具体的に説明する。例えば、半導体装置６０が、コレクタ配線３０に接続される電極とエミッタ配線４０に接続される電極とを、半導体装置６０の設置面６９以外の周面から外に突出する構造であると、半導体装置６０が大型化する。

しかしながら、本実施形態では、半導体装置６０は、コレクタ配線３０に電気的に接続される第１の導電面６３ｂが設置面６９内に露出し、エミッタ配線４０に電気的に接続される第２の導電面６５ｂが設置面６９内に露出する。このように、コレクタ配線３０に接続される電極とエミッタ配線４０に接続される電極とが設置面６９以外の周面から突出することがないので、半導体装置６０をコンパクトにすることができる。半導体装置６０をコンパクトに構成することができることによって、半導体モジュール１０をコンパクトに構成することができる。

また、半導体装置６０の製造工程を、簡単にすることができる。この点について、具体的に説明する。半導体装置６０が、コレクタ配線３０に接続される電極とエミッタ配線４０に接続される電極とを、設置面６９とは異なる周面から突出する構造であると、樹脂封止工程と、切削工程とがさらに必要となる。

具体的には、樹脂封止された、コレクタ板６３とエミッタ板６５と半導体チップ６１と接続電極６６との一体物を、図９に示すように、コレクタ板６３の下面とエミッタ板６５の下面とを同一平面内に配置するために切削加工をした後、コレクタ板６３の下面とエミッタ板６５の下面とを絶縁するために、半導体装置６０の下端面を樹脂封止する。この樹脂封止工程は、２回目の樹脂封止工程となる。

さらに、２回目の樹脂封工程の後、冷却器２０に設置するための設置面を形成するために、２回の樹脂封止工程によって樹脂モールドされた下端部を、コレクタ板６３とエミッタ板６５とが露出しないように、再度、切削する。この工程が、２回目の背作工程となる。

このように、本実施形態の半導体装置６０の製造工程に加えて、さらに、樹脂封止工程と、切削工程とが必要となる。このため、本実施形態では、半導体装置６０の製造工程を簡単にすることができる。

また、接合層５０は、第１の導電性接合部５１と第２の導電性接合部５２との間に、第１の絶縁性接合部５３を有しており、第１の導電性接合部５１と第２の導電性接合部５２とは、第１の絶縁性接合部５３によって仕切られる。このため、第１の導電性接合部５１と第２の導電性接合部５２とが互いに電気的に接続することが防止されるので、コレクタ板６３とエミッタ板６５とが互いに電気的に接続することを防止できる。

また、接合層５０が第２の絶縁性接合部５４と第３の絶縁性接合部５５とを有することによって、例えば半導体装置６０の列を複数有する場合、互いに異なる列に配置される半導体装置６０の導電性接合部５１，５２は、絶縁性接合部５４，５５によって仕切られる。

このため、半導体装置６０の列を複数有する場合では、互いに隣接する列に配置される半導体装置６０の導電性接合部５１，５２が、互いに電気的に接続することを防止できる。

なお、ここで言う列とは、図１に示すように、共通のコレクタ配線３０及びエミッタ配線４０に接続される複数の半導体装置６０が並ぶことによって形成される列である。

また、本実施形態では、仕切壁部２６は、絶縁層２２の一部によって形成されている。他の例としては、例えば、絶縁層２２とは異なる材料によって仕切壁部２６を形成してもよい。

次に、第２の実施形態に係る半導体モジュール１０Ａを、図１２〜１５を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様の機能を有する構成は、第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、仕切壁部２６の構造が、第１の実施形態と異なる。他の構造は、第１の実施形態と同じである。上記異なる点について、具体的に説明する。

図１２は、本実施形態の半導体モジュール１０Ａを、図２と同様に切断した状態を示す断面図である。図１３は、本実施形態の半導体モジュール１０Ａの一部を示す平面図である。なお、図１３では、半導体装置６０は、２点鎖線で示されている。

図１２，１３に示すように、本実施形態では、仕切壁部２６の先端部２６ａは、半導体装置６０が設置される範囲において、接合層５０に向かって、コレクタ配線３０の第１のコレクタ配線用主面３１及びエミッタ配線４０の第１のエミッタ配線用主面４１よりも、突出している。

先端部２６ａは、設置面６９に突き当てられており、それゆえ、本実施形態では、第１の絶縁性接合部５３は、薄く形成される。

次に、本実施形態の、冷却器２０とコレクタ配線３０とエミッタ配線４０との一体物を製造する工程を、図１４，１５を用いて説明する。

本実施形態では、型８０に代えて、型１００が用いられる。型１００は、平面である押し付け面１０１と、貫通孔１０２とを有している。貫通孔１０２は、型１００を貫通しており、直線状に延びている。貫通孔１０２は、仕切壁部２６の形状に対応して形成されている。

図１４は、供給された絶縁性材料７０上に配置されたコレクタ配線３０とエミッタ配線４０とが、型１００によって押し付けられる直前の状態を示す断面図である。図１４に示すように、型１００は、貫通孔１０２が、絶縁性材料７０において仕切壁部２６を形成すべき位置と重なる姿勢で、コレクタ配線３０とエミッタ配線４０とに押し付けられる。具体的には、型１００は、貫通孔１０２が、コレクタ配線３０とエミッタ配線４０との間に対向する姿勢で、コレクタ配線３０とエミッタ配線４０とに押し付けられる。

図１５に示すように、型１００が、押し付け面１０１によって絶縁性材料７０の表面が平らに均される位置まで押し付けられると、絶縁性材料７０において貫通孔１０２と対向してない部分は、押し付け面１０１によって、平面に均される。

型１００が押し付けられることによって貫通孔１０２内に入り込んだ絶縁性材料７０は、仕切壁部２６を形成する。このことによって、仕切壁部２６は、コレクタ配線３０の第１のコレクタ配線用主面３１及びエミッタ配線４０の第１のエミッタ配線用主面４１よりも、突出する形状に形成される。

半導体装置６０は、仕切壁部２６の先端が設置面６９に突き当たるように押し付けられる。このため、仕切壁部２６と設置面６９の仕切部分６９ｃとの間に設けられる第１の絶縁性接合部５３は、薄く形成される。

本実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、仕切壁部２６が第１のコレクタ配線用主面３１及び第１のエミッタ配線用主面４１よりも接合層５０に向かって突出することによって、接合層５０の厚さを、仕切壁部２６において第１のコレクタ配線用主面３１及び第１のエミッタ配線用主面４１に対して突出する部分である先端部２６ａの高さ分、確保することができる。

さらに、第１の導電性接合部５１と第２の導電性接合部５２との間に位置する仕切壁部２６を、第１のコレクタ配線用主面３１及び第１のエミッタ配線用主面４１よりも高くすることによって、第１の導電性接合部５１と第２の導電性接合部５２とが互いに接続することを防止することができる。

また、貫通孔１０２が形成された型１００を、コレクタ配線３０及びエミッタ配線４０に押し付けることによって、簡単に、コレクタ配線３０及びエミッタ配線４０よりも接合層５０側に突出する仕切壁部２６を形成することができる。

なお、本実施形態では、先端部２６ａと第１の絶縁性接合部５３とは、絶縁層２２に設けられてコレクタ配線３０及びエミッタ配線４０よりも設置面６９側に突出して設置面６９に接触するとともにコレクタ配線３０及びエミッタ配線４０の延設方向に延びる突出壁部の一例を構成している。

次に、第３の実施形態に係る半導体モジュール１０Ｂを、図１６〜１９を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様の機能を有する構成は、第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、第１の溝２４の深さと第２の溝２５の深さとが、第１の実施形態と異なる。他の構造は、第１の実施形態と同じである。上記異なる点について、具体的に説明する。

図１６は、本実施形態の半導体モジュール１０Ｂを、図２と同様に切断した状態を示す断面図である。図１６に示すように、本実施形態では、第１の溝２４の深さＤ１は、コレクタ配線３０の厚みＴ１よりも大きい。なお、第１の溝２４の深さＤ１は、一定である。第２の溝２５の深さＤ２は、エミッタ配線４０の厚みＴ２よりも大きい。なお、第２の溝２５の深さＤ２は、一定である。

絶縁層２２の主面２３は、設置面６９に突き当てられている。このため、接合部５１，５２，５３，５４，５５は、薄く形成されている。

次に、本実施形態の、冷却器２０とコレクタ配線３０とエミッタ配線４０との一体物の製造工程を、図１７，１８を用いて説明する。図１７は、絶縁性材料７０上に配置されたコレクタ配線３０とエミッタ配線４０とに型１１０を押し付ける直前の状態を示す断面図である。図１７に示すように、本実施形態では、型８０に代えて、型１１０が用いられる。型１１０は、平面である押し付け面１１１と、第１の凸部１１２と、第２の凸部１１３とを有している。

第１の凸部１１２及び第２の凸部１１３は、押し付け面１１１に対して突出している。第１の凸部１１２と第２の凸部１１３との位置関係は、第１の凸部１１２をコレクタ配線３０の第１のコレクタ配線用主面３１に接触させると、第２の凸部１１３がエミッタ配線４０の第１のエミッタ配線用主面４１に接触するようになる位置関係である。

型１１０を、第１の凸部１１２を第１のコレクタ配線用主面３１に接触させ、かつ、第２の凸部１１３を第１のエミッタ配線用主面４１に接触させた状態で、押し付け面１１１によって絶縁性材料７０の表面が平に均される位置まで、絶縁性材料７０に押し付ける。図１８に示すように、押し付け面１１１が絶縁性材料７０に押し付けられることによって、絶縁性材料７０の表面７１が平面に均される。

さらに、第１の溝２４は、押し付け面１１１に対する第１の凸部１１２の高さ分、深くなる。言い換えると、コレクタ配線３０の第１のコレクタ配線用主面３１は、絶縁層２２の主面２３に対して、第１の凸部１１２の高さ分、低くなる。

第２の溝２５は、押し付け面１１１に対する第２の凸部１１３の高さ分、深くなる。言い換えると、エミッタ配線４０の第１のエミッタ配線用主面４１は、絶縁層２２の主面２３に対して、第２の凸部１１３の高さ分、低くなる。

図１９は、冷却器２０とコレクタ配線３０とエミッタ配線４０との一体物を示す斜視図である。図１９に示すように、コレクタ配線３０とエミッタ配線４０とを押し付けることによって溝２４，２５を形成するため、第１の溝２４は、同列に配置される半導体装置６０、言い換えると、１つのコレクタ配線３０と１つのエミッタ配線４０とを共通して用いる複数の半導体装置６０が配置される範囲にわたって、コレクタ配線３０の厚みよりも深く形成される。同様に、第２の溝２５は、１つのコレクタ配線３０と１つのエミッタ配線４０とを共通して用いる複数の半導体装置６０が配置される範囲にわたって、エミッタ配線４０の厚みよりも深く形成される。

また、第１の溝２４は、その延びる方向の両端が開口している。同様に、第２の溝２５は、その延びる方向の両端が開口している。

本実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、第１の溝２４がコレクタ配線３０の厚みよりも深く、第２の溝２５がエミッタ配線４０の厚みよりも深く形成されることによって、コレクタ配線３０の第１のコレクタ配線用主面３１上に供給された導電性接着剤９１と、エミッタ配線４０の第１のエミッタ配線用主面４１上に供給された導電性接着剤９１とは、半導体装置６０が押し付けられた際に、溝２４，２５に沿って広がるようになる。溝２４，２５に沿って広がった導電性接着剤９１は、溝２４，２５において、隣接する半導体装置６０間の部分にたまる。

このため、第１の溝２４内に供給された導電性接着剤９１と第２の溝２５内に供給された導電性接着剤９１とが互いに接触することが防止される。

また、型１１０を用いることによって、簡単に、第１の溝２４の深さを、コレクタ配線３０の厚みよりも深くし、第２の溝２５の深さを、エミッタ配線４０の厚みよりも深くすることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求範囲に記載された発明を付記する。
［１］
冷却板と、前記冷却板上に設けられた絶縁層とを具備する冷却器と、
前記絶縁層上に設けられたコレクタ配線と、
前記絶縁層上に設けられたエミッタ配線と、
前記コレクタ配線上に設けられて導電性を有する第１の導電性接合部と、
前記エミッタ配線上に設けられて導電性を有する第２の導電性接合部と、
半導体チップと、前記半導体チップに電気的に接続されたコレクタ板と、前記半導体チップに電気的に接続されたエミッタ板と、設置面を有し、前記半導体チップを内部に収容するとともに前記コレクタ板及び前記エミッタ板を前記設置面内に露出した状態で収容する絶縁性の周壁部と、前記周壁部の前記設置面に対して反対側から突出する接続端子とを具備し、前記コレクタ板が前記第１の導電性接合部に接合され、かつ、前記エミッタ板が前記第２の導電性接合部に接合される半導体装置と、
前記第１の導電性接合部と前記第２の導電性接合部との間に設けられて前記第１の導電性接合部と前記第２の導電性接合部とを絶縁する絶縁性を有する絶縁部と
を具備することを特徴とする半導体モジュール。
［２］
前記絶縁部は、前記絶縁層に設けられて前記コレクタ配線及び前記エミッタ配線よりも前記設置面側に突出して前記設置面に接触するとともに前記コレクタ配線及び前記エミッタ配線の延設方向に延びる突出壁部である
ことを特徴とする［１］に記載の半導体モジュール。
［３］
前記突出壁部の前記設置面側の先端部は、前記設置面に接合される絶縁性接合部である
ことを特徴とする［２］に記載の半導体モジュール。
［４］
前記絶縁層に、前記コレクタ配線及び前記第１の導電性接合部を収容し、前記コレクタ配線の延びる方向に開口する第１の溝部と、前記エミッタ配線及び前記第２の導電性接合部を収容し、前記エミッタ配線の延びる方向に開口する第２の溝部とが設けられる
ことを特徴とする［１］に記載の半導体モジュール。
［５］
絶縁性材料上に設けられるコレクタ配線上に導電性の第１の接合材料を供給し、
前記絶縁性材料上に設けられるエミッタ配線上に導電性の第２の接合材料を供給し、
前記絶縁材料の前記コレクタ配線と前記エミッタ配線との間に絶縁性の第３の接合材料を供給し、
半導体チップと、前記半導体チップに電気的に接続されたコレクタ板と、前記半導体チップに電気的に接続されたエミッタ板と、設置面を有し、前記半導体チップを内部に収容するとともに前記コレクタ板及び前記エミッタ板を前記設置面内に露出した状態で収容する絶縁性の周壁部と、前記周壁部の前記設置面に対して反対側から突出する接続端子とを具備する半導体装置を、前記コレクタ板の前記設置面から露出する部分が前記第１の接合材料に対向し、かつ、前記エミッタ板の前記設置面から露出する部分が前記第２の接合材料に対向する姿勢で、前記第１の接合材料と前記第２の接合材料と前記第３の接合材料とに押し付けることによって、前記コレクタ配線と前記第１の接合材料とを電気的に接合し、前記エミッタ配線と前記第２の接合材料とを電気的に接合し、前記設置面の前記コレクタ配線と前記エミッタ配線との間の部分と前記第３の接合材料とを接合する
ことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。

１０…半導体モジュール、１０Ａ…半導体モジュール、１０Ｂ…半導体モジュール、２０…冷却器、２１…冷却板、２２…絶縁層、２４…第１の溝、２５…第２の溝、２６…仕切壁部、３０…コレクタ配線、４０…エミッタ配線、５０…接合層、５１…第１の導電性接合部、５２…第２の導電性接合部、５３…第１の絶縁性接合部（絶縁性接合部）、６０…半導体装置、６１…半導体チップ、６３…コレクタ板、６５…エミッタ板、６８…モールド樹脂（周壁部）、６９…設置面、９１…導電性接着剤（第１の接合材料、第２の接合材料）、１００…型、１０１…押し付け面、１０２…貫通孔（凹部）、１１０…型、１１１…押し付け面、１１２…第１の凸部、１１３…第２の凸部。

Claims (1)

1. 絶縁性材料から形成された絶縁層上に設けられたコレクタ配線上に導電性の第１の接合材料を供給し、
   前記絶縁層上に設けられたエミッタ配線上に導電性の第２の接合材料を供給し、
   前記絶縁層の前記コレクタ配線と前記エミッタ配線との間に絶縁性の第３の接合材料を供給し、
   半導体チップと、前記半導体チップに電気的に接続されたコレクタ板と、前記半導体チップに電気的に接続されたエミッタ板と、設置面を有し、前記半導体チップを内部に収容するとともに前記コレクタ板及び前記エミッタ板を前記設置面内に露出した状態で収容する絶縁性の周壁部と、前記周壁部の前記設置面に対して反対側から突出する接続端子とを具備する半導体装置を、前記コレクタ板の前記設置面から露出する部分が前記第１の接合材料に対向し、かつ、前記エミッタ板の前記設置面から露出する部分が前記第２の接合材料に対向する姿勢で、前記第１の接合材料と前記第２の接合材料と前記第３の接合材料とに押し付けることによって、前記第１の接合材料、前記第２の接合材料、及び前記第３の接合材料で接合層を形成するとともに、前記コレクタ配線と前記第１の接合材料とを電気的に接合し、前記エミッタ配線と前記第２の接合材料とを電気的に接合し、前記設置面の前記コレクタ配線と前記エミッタ配線との間の部分と前記第３の接合材料とを接合する
   ことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。

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