JP6627600B2

JP6627600B2 - パワーモジュールの製造方法

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Publication number: JP6627600B2
Application number: JP2016057990A
Authority: JP
Inventors: 宗太郎大井; 智哉大開
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2020-01-08
Anticipated expiration: 2036-03-23
Also published as: JP2017174927A

Description

本発明は、大電流、高電圧を制御する半導体装置に用いられるパワーモジュールの製造方法に関する。

パワーモジュールには、絶縁基板であるセラミックス基板の一方の面に回路層を形成する金属板が接合されたパワーモジュール用基板が用いられる。なお、この種のパワーモジュール用基板としては、セラミックス基板の他方の面にも、熱伝導性に優れた金属板を接合することにより金属層を設け、その金属層を介して放熱板（ヒートシンク）を接合することも行われる。そして、パワーモジュール用基板の回路層の上面に、パワー素子等の半導体素子がはんだ材を介して搭載されることにより、パワーモジュールが製造される。

このようなパワーモジュールでは、特許文献１にも記載されているように、パワー素子と、そのパワー素子を制御する制御素子とを組み合わせるインテリジェントパワーモジュール化が進められている。また、従来のパワーモジュールでは、半導体素子の上部電極とパッケージとの間はアルミニウムや金等のワイヤによる配線がなされていたが、特許文献１にも開示されているように、これらの半導体素子の上部電極の配線をリードフレーム化して大面積化した構造が用いられるようになってきている。

また、特許文献１では、外部リードフレームと内部リードフレームとを備え、半導体素子の一方の電極と外部リードフレームとの接続を、半導体素子の電極面に形成された半田バンプと外部リードフレームに形成された第一の半田とにより行った後、半導体素子の他方の電極と内部リードフレームとの接続を、シート状の第二の半田を用いて接続するとともに、外部リードフレームに形成された第一の半田により、外部リードフレームと内部リードフレームとを接続しているため、ワイヤーボンディング工程が不要となり、製造工程の短縮化を図ることが記載されている。

特開２００１‐２９１８２３号公報

ところが、特許文献１のように、はんだ箔（シート状の第二の半田）を用いてはんだ付けを行う場合には、半導体素子と内部リードフレームとはんだ箔とを位置決めしながら搭載して組み立てる必要があり、煩雑な工程や複雑な構成の治具が必要である。また、このような構成では、半導体素子と内部リードフレームとはんだ箔との位置決めを正確に行うことが難しく、半導体素子と内部リードフレームとの接合信頼性が低下し、製品生産性や歩留まりが低下するおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、組立性と接合信頼性に優れたパワーモジュールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のパワーモジュールの製造方法は、セラミックス基板の一方の面に回路層が形成されたパワーモジュール用基板の前記回路層の上面に半導体素子が搭載され、前記回路層の回路電極部と前記半導体素子の上部電極部とを接続状態にするリードフレームが設けられてなるパワーモジュールを製造する方法であって、前記リードフレームに、前記回路電極部と接合される回路接合部と、前記上部電極部と接合される電極接合部と、前記回路接合部と前記電極接合部との間に該リードフレームを厚み方向に複数回折り返すことにより前記厚み方向と該リードフレームの長さ方向において前記電極接合部と前記回路接合部との間隔を伸縮可能とする屈曲部とを設けておき、前記回路層の上面に搭載された前記半導体素子の前記上部電極部に前記電極接合部を接触させて付勢した状態で、前記回路電極部に前記回路接合部を接合するリードフレーム接合工程と、前記リードフレーム接合工程後に、前記上部電極部と前記電極接合部との間にはんだ箔を挟み込んで加熱することにより前記上部電極部と前記電極接合部とを接合する配線接続工程とを備える。

この製造方法では、リードフレーム接合工程において、最初にリードフレームと回路層とを固定して、回路層及び半導体素子（パワーモジュール用基板）とリードフレームとを位置決めしておき、半導体素子とリードフレームとが位置決めされた状態で、その後の配線接続工程において、半導体素子の上部電極部とリードフレームの電極接合部との接合を行う。そして、配線接続工程では、予めリードフレームの電極接合部が半導体素子の上部電極部に付勢されて位置決めされた状態であるので、この電極接合部と上部電極部との間にはんだ箔を挟み込んで位置決めを行うだけである。したがって、リードフレームの電極接合部とはんだ箔と半導体素子の上部電極部との位置決めを容易に行うことができ、組立性を向上できる。また、はんだ箔を電極接合部と上部電極部との間に挟み込んだ後も、リードフレームによりはんだ箔が半導体素子の上部電極部に接触して付勢された状態が維持されるので、リードフレームの電極接合部と半導体素子の上部電極部との間に確実にはんだ材を介在させた状態ではんだ付けを行うことができ、リードフレームと半導体素子との良好な接合性を確保できる。
また、このようにして製造されたパワーモジュールにおいては、パワーモジュールの使用環境において、パワーモジュール用基板とリードフレームとの線膨張係数の差により、回路層とリードフレームとの間に熱伸縮差が生じても、リードフレームの屈曲部が伸縮して回路接合部と電極接合部との間隔が伸縮可能であるので、その伸縮差を吸収できる。したがって、リードフレームと半導体素子、リードフレームと回路層とのそれぞれに生じる残留応力を低減でき、冷熱サイクルにおける接合信頼性を向上できる。

本発明のパワーモジュールの製造方法において、前記リードフレームに、前記電極接合部から前記上部電極部側に突出して、前記上部電極部の一部に当接する突起部を設けておくとよい。

リードフレームによる付勢力が強すぎると、配線接続工程時においてはんだ箔が溶融した際に、電極接合部と上部電極部との間からはんだ材が流れ出しやすくなるが、突起部を設けておくことで、電極接合部と上部電極部との間にはんだ材を介在させる隙間を確保しておくことができるので、電極接合部と上部電極部との接合を強固に行え、接合信頼性を向上できる。

本発明のパワーモジュールの製造方法において、前記配線接続工程後に、前記半導体素子と前記パワーモジュール用基板とを樹脂モールドにより樹脂封止する封止工程を備える。

本発明の製造方法によって製造されるパワーモジュールは、セラミックス基板の一方の面に回路層が形成されたパワーモジュール用基板と、前記回路層の上面に搭載された半導体素子と、前記回路層の回路電極部と前記半導体素子の上部電極部との間を接続するリードフレームとを備え、前記リードフレームには、前記回路電極部と接合された回路接合部と、前記上部電極部と接合された電極接合部と、前記回路接合部と前記電極接合部との間に該リードフレームを厚み方向に複数回折り返すことにより前記厚み方向と該リードフレームの長さ方向において前記電極接合部と前記回路接合部との間隔を伸縮可能とする屈曲部とが設けられている。

そのパワーモジュールは、前記半導体素子と前記パワーモジュール用基板とを封止する樹脂モールドが設けられる。

本発明によれば、パワーモジュールの組立性を向上でき、接合信頼性に優れたパワーモジュールが得られる。

本発明の第１実施形態のパワーモジュールを示す縦断面図である。本発明の第１実施形態のパワーモジュールの製造方法を説明する模式図であり、パワーモジュールの断面図を示す。本発明の第１実施形態のパワーモジュール用基板の製造方法を説明するフロー図である。本発明の第２実施形態のパワーモジュールの要部縦断面図である。本発明の第３実施形態のパワーモジュールの要部図であり、（ａ）が上面図、（ｂ）が側面図である。本発明の第４実施形態のパワーモジュールの縦断面図である。

以下、本発明に係るパワーモジュール及びパワーモジュールの製造方法の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る第１実施形態のパワーモジュールの製造方法により製造されるパワーモジュール１０１を示している。この図１に示すパワーモジュール１０１は、パワーモジュール用基板１０と、このパワーモジュール用基板１０に搭載された半導体素子５０と、リードフレーム６０Ａ〜６０Ｂとを備え、半導体素子５０とパワーモジュール用基板１０とが、樹脂モールド７０により樹脂封止されたものである。そして、このパワーモジュール１０１は、例えば図１に示すように、パワーモジュール１０１の露出面（パワーモジュール用基板１０の露出面）をヒートシンク８０の表面に押し付けて固定された状態で使用される。

パワーモジュール用基板１０は、セラミックス基板１１と、セラミックス基板１１の一方の面に形成された回路層１２と、セラミックス基板１１の他方の面に形成された金属層１３と、金属層１３のセラミックス基板１１とは反対側の面に形成された放熱板３０とを備えている。
セラミックス基板１１は、回路層１２と金属層１３との間の電気的接続を防止するものであり、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）等のセラミックス材料により形成され、例えば０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの厚みとされている。

回路層１２は、純アルミニウム又はアルミニウム合金、若しくは純銅又は銅合金により形成され、例えば０．３ｍｍ〜５．０ｍｍの厚みとされている。本実施形態では、回路層１２は、図１に示すように、セラミックス基板１１の一方の面に接合されたアルミニウムにより形成された第１層２１と、この第１層２１のセラミックス基板１１とは反対側の面に接合された銅により形成された第２層２２との積層構造とされている。

第１層２１は、純アルミニウム又はアルミニウム合金からなる厚さ０．１ｍｍ〜２．５ｍｍのアルミニウム板をセラミックス基板１１に接合することにより形成されており、例えばＪＩＳ規格では純度９９．９９質量％以上の純アルミニウム板（いわゆる４Ｎアルミニウム）をセラミックス基板１１にＡｌ‐Ｓｉ系、Ａｌ‐Ｇｅ系、Ａｌ‐Ｃｕ系、Ａｌ‐Ｍｇ系、又はＡｌ‐Ｍｎ系等の合金のろう材により接合されている。また、第２層２２は、純銅又は銅合金からなる厚さ０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの銅板を第１層２１に接合することにより形成されており、例えば無酸素銅からなる銅板を第１層２１に固相拡散接合することにより形成されている。なお、第１層２１と第２層２２は、それぞれプレス加工により所望の外形に打ち抜いたものをセラミックス基板１１に接合するか、平板状の板材をセラミックス基板１１に接合した後に、エッチング加工により所望の外形に形成するか、いずれかの方法により、所望の形状に形成されている。

また、金属層１３は、純アルミニウム又はアルミニウム合金、若しくは純銅又は銅合金により形成され、例えば０．１ｍｍ〜２．５ｍｍの厚みとされている。本実施形態では、金属層１３は、回路層１２の第１層２１と同様に、純度９９．９０質量％以上の純アルミニウム板をセラミックス基板１１にろう材により接合することで形成されている。

放熱板３０は、純度９９．００質量％以上の純アルミニウム板（２Ｎアルミニウム）、Ａ３００３、Ａ６０６３、Ａ５０５２等のアルミニウム合金板、ＡｌＳｉＣやＭｇＳｉＣ等の低熱膨張材を用いることができる。本実施形態では、放熱板３０は図１に示すように平板状に設けられ、例えばＣ１０２０からなる銅板を金属層１３に固相拡散接合することにより形成されている。

そして、半導体素子５０は半導体を備えた電子部品であり、必要とされる機能に応じて、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＦＷＤ（ＦｒｅｅＷｈｅｅｌｉｎｇＤｉｏｄｅ）等の種々の半導体素子が選択される。
このような半導体素子５０には、上部に上部電極部５１が設けられ、下部に下部電極部５２が設けられており、下部電極部５２が回路層１２の第２層２２の上面に銀焼結により接合されることで、半導体素子５０が回路層１２の上面に搭載されている。また、半導体素子５０の上部電極部５１は、リードフレーム６０Ａ，６０Ｂを介して回路層１２の回路電極部１５に接続される。

リードフレーム６０Ａ〜６０Ｃは、回路層１２と半導体素子５０との間や回路層１２と外部との間を電気的に接続するものであり、純銅又は銅合金により形成されている。なお、本実施形態では、リードフレーム６０Ａ〜６０Ｃは三菱伸銅社製ＴＡＭＡＣ４により形成されている。
リードフレーム６０Ａ〜６０Ｃは全体が帯板状に設けられるが、リードフレーム６０Ａ〜６０Ｃのうち、回路層１２と半導体素子５０との間を接続するリードフレーム６０Ａ，６０Ｂは、回路層１２の回路電極部１５と接合される回路接合部６１と、半導体素子５０の上部電極部５１と接合される電極接合部６２と、これら回路接合部６１と電極接合部６２との間をつないで設けられる屈曲部６３とを備える形状とされている。回路接合部６１と電極接合部６２とは平板状に設けられ、その接合面となる下面は平坦面に形成されるが、屈曲部６３は、図１に示すように、リードフレーム６０Ａ，６０Ｂを厚み方向Ｔに複数回折り返すことによりその厚み方向Ｔとリードフレーム６０Ａ，６０Ｂの長さ方向Ｗにおいて回路接合部６１と電極接合部６２との間隔を伸縮可能に設けられている。すなわち、屈曲部６３は、帯板形状を厚み方向Ｔに複数回折り曲げることにより、長さ方向Ｗに山形状と谷形状とが組み合わされて形成されており、屈曲部６３の山形状と谷形状の幅が縮んだり拡がったりすることで、厚み方向Ｔ及び長さ方向Ｗに伸縮可能に設けられている。

なお、図１では、回路層１２の回路電極部１５と半導体素子５０の上部電極部５１との間に高低差が設けられていることから、屈曲部６３が回路層１２と接触することを回避するために、屈曲部６３の山形状と谷形状とを予め回路接合部６１から電極接合部６２側に向けて徐々に高い配置となるようにずらした形状に設けているが、屈曲部６３の山形状と谷形状との振幅を一様にして構成しても構わない。

そして、このように設けられたリードフレーム６０Ａ，６０Ｂの回路接合部６１が、回路層１２の回路電極部１５に超音波接合により接合されている。また、リードフレーム６０Ａ，６０Ｂの電極接合部６２は、半導体素子５０の上部電極部５１にはんだ材４１を介して接合されており、リードフレーム６０Ａ，６０Ｂにより、回路層１２の回路電極部１５と半導体素子５０の上部電極部５１との間が接続されている。
また、パワーモジュール１０１には、半導体素子５０とパワーモジュール用基板１０とが、放熱板３０の裏面３０ｃ側を除いて樹脂モールド７０により樹脂封止されることにより一体化されている。なお、リードフレーム６０Ａ〜６０Ｃのうち、外部接続用のリードフレーム６０Ａ，６０Ｃは、その一部が樹脂モールド７０の外部へと突出するように設けられている。樹脂モールド７０としては、例えばＳｉＯ_２フィラー入りのエポキシ系樹脂等を用いることができ、例えばトランスファーモールドにより成形される。

また、このように構成されるパワーモジュール１０１は、図１に示すように、ヒートシンク８０に固定された状態で使用される。このヒートシンク８０は、パワーモジュール１０１が固定される天板部８１と、冷却媒体（例えば、冷却水）を流通するための流路８３が設けられた冷却部８２とからなる。そして、パワーモジュール１０１は、放熱板３０の裏面３０ｃとヒートシンク８０の天板部８１の表面との間に、例えばグリース（図示略）を介在させ、これらパワーモジュール１０１とヒートシンク８０とをバネ等により押し付けて固定された状態で使用される。

なお、ヒートシンク８０は、熱伝導性が良好な材料で構成されることが望ましく、本実施形態においては、アルミニウム合金（Ａ６０６３合金）により形成されている。また、パワーモジュール１０１が固定されるヒートシンク８０としては、平板状のもの、熱間鍛造等によって多数のピン状フィンを一体に形成したもの、押出成形によって相互に平行な帯状フィンを一体に形成したもの等、適宜の形状のものを採用できる。なお、アルミニウム又は銅で形成されたヒートシンクについては、パワーモジュールをはんだ材により接合して固定することも可能である。

次に、このように構成されたパワーモジュール１０１を製造する方法について、図３に示すように、工程順に説明する。
（基板形成工程（Ｓ１１））
セラミックス基板１１の各面にろう材を介して回路層１２の第１層２１となるアルミニウム板と金属層１３となるアルミニウム板とを積層し、これらの積層体を積層方向に加圧した状態で加熱することにより、セラミックス基板１１の一方の面に第１層２１を形成するとともに、セラミックス基板１１の他方の面に金属層１３を形成する。次いで、第１層２１に第２層となる銅板を積層し、金属層１３に放熱板３０となる銅板を積層し、これらの積層体を積層方向に加圧した状態で加熱することにより、第１層２１に重ねて第２層２２を形成するとともに、金属層１３に重ねて放熱板３０を形成して、第１層２１と第２層２２、金属層１３と放熱板３０とが一体に接合されたパワーモジュール用基板１０を形成する。

（半導体素子搭載工程（Ｓ１２））
そして、このようにして製造されたパワーモジュール用基板１０に、図２（ａ）に示すように、半導体素子５０を搭載する。半導体素子５０は、回路層１２の第２層２２の上面に銀焼結により接合する。

（リードフレーム接合工程（Ｓ１３））
次いで、図２（ｂ）に示すように、半導体素子５０が搭載されたパワーモジュール用基板１０の回路層１２の回路電極部１５にリードフレーム６０Ａ，６０Ｂの回路接合部６１を超音波接合により接合する。この際、リードフレーム６０Ａ，６０Ｂは、屈曲部６３を撓ませた状態として半導体素子５０の上部電極部５１にリードフレーム６０Ａ，６０Ｂの電極接合部６２を重ねて配置し、電極接合部６２を半導体素子５０の上部電極部５１に向けて付勢し、電極接合部６２と上部電極部５１とを接触させた状態で、回路電極部１５と回路接合部６１との接合を行う。

（配線接続工程（Ｓ１４））
リードフレーム接合工程（Ｓ１４）後においては、リードフレーム６０Ａ，６０Ｂの回路接合部６１は回路層１２の回路電極部１５に接合されているが、電極接合部６２は半導体素子５０の上部電極部５１に向けて付勢されているだけであるので、電極接合部６２を上部電極部５１よりも上側に持ち上げることができ、屈曲部６３が撓むことで、上部電極部５１に向けて付勢された状態の電極接合部６２を容易に持ち上げることができる。
そこで、まず図２（ｃ）に示すように、電極接合部６２と上部電極部５１との間に隙間をあけて、上部電極部５１と電極接合部６２との間にはんだ箔４２を挟み込む。そして、はんだ箔４２を上部電極部５１と電極接合部６２との間に挟み込だ状態で加熱することにより、上部電極部５１と電極接合部６２とをはんだ材４１を介して接合し、回路層１２の回路電極部１５と半導体素子５０の上部電極部５１との間をリードフレーム６０Ａ，６０Ｂにより電気的に接続して、パワーモジュール１０１を製造する。
なお、図示は省略するが、半導体素子５０のゲート端子等の配線は、ワイヤーボンディング等により行う。

（封止工程（Ｓ１５））
そして、このようにして製造されたパワーモジュール１０１に、樹脂を流し込むことにより、半導体素子５０とパワーモジュール用基板１０とを樹脂モールド７０により樹脂封止する。

上述したように、本実施形態のパワーモジュールの製造方法では、リードフレーム接合工程（Ｓ１３）において、最初にリードフレーム６０Ａ，６０Ｂと回路層１２とを固定して、回路層１２及び半導体素子５０（パワーモジュール用基板１０）とリードフレーム６０Ａ，６０Ｂとを位置決めしておき、半導体素子５０とリードフレーム６０Ａ，６０Ｂとが位置決めされた状態で、その後の配線接続工程（Ｓ１４）において、半導体素子５０の上部電極部５１とリードフレーム６０Ａ，６０Ｂの電極接合部６２との接合を行う。そして、配線接続工程（Ｓ１４）では、予めリードフレーム６０Ａ，６０Ｂの電極接合部６２が半導体素子５０の上部電極部５１に付勢されて位置決めされた状態であるので、この電極接合部６２と上部電極部５１との間にはんだ箔４２を挟み込んで位置決めを行うだけである。したがって、リードフレーム６０Ａ，６０Ｂの電極接合部６２とはんだ箔４２と半導体素子５０の上部電極部５１との位置決めを容易に行うことができ、パワーモジュール１０１の組立性を向上できる。

また、はんだ箔４２を電極接合部６２と上部電極部５１との間に挟み込んだ後も、屈曲部６３を有するリードフレーム６０Ａ，６０Ｂにより、はんだ箔４２が半導体素子５０の上部電極部５１に接触して付勢された状態が維持されるので、リードフレーム６０Ａ，６０Ｂの電極接合部６２と半導体素子５０の上部電極部５１との間に確実にはんだ材を介在させた状態ではんだ付けを行うことができ、リードフレーム６０Ａ，６０Ｂと半導体素子５０との良好な接合性を確保できる。

そして、このようにして製造されるパワーモジュール１０１においては、パワーモジュール１０１の使用環境において、パワーモジュール用基板１０とリードフレーム６０Ａ，６０Ｂとの線膨張係数の差により、回路層１２とリードフレーム６０Ａ，６０Ｂとの間に熱伸縮差が生じても、リードフレーム６０Ａ，６０Ｂの屈曲部６３が伸縮して回路接合部６１と電極接合部６２との間隔が伸縮可能であるので、その伸縮差を吸収できる。したがって、リードフレーム６０Ａ，６０Ｂと半導体素子５０、リードフレーム６０Ａ，６０Ｂと回路層１２とのそれぞれに生じる残留応力を低減でき、冷熱サイクルにおける接合信頼性を向上できる。

また、上記の第１実施形態では、リードフレーム６０Ａ，６０Ｂの電極接合部６２を平板状に設けて、半導体素子５０の上部電極部５１との接合面を平坦面で形成していたが、図４に示すリードフレーム６０Ｄのように、電極接合部６２の下面の平坦面から半導体素子５０の上部電極部５１側に突出して、上部電極部５１の一部に当接する突起部６４を設けておくこともできる。
リードフレームによる付勢力が強すぎると、配線接続工程（Ｓ１４）時においてはんだ箔が溶融した際に、電極接合部６２と上部電極部５１との間からはんだ材４１が流れ出しやすくなるが、図４に示すように、突起部６４を設けておくことで、電極接合部６２と上部電極部５１との間にはんだ材４１を介在させる隙間を確保しておくことができる。したがって、はんだ材４１が流れ出すことを防止でき、電極接合部６２と上部電極部５１との接合を強固に行うことができ、パワーモジュールの接合信頼性を向上できる。

また、上記実施形態では、半導体素子５０のゲート端子の配線にワイヤーボンディングを用いることとしていたが、本実施形態のリードフレームの構造を利用して、ゲート端子の配線を行うこともできる。例えば、図５（ａ）及び（ｂ）に二点鎖線で示すように、リードフレーム６０Ｅとなる部分とリードフレーム９０となる部分とを連結部９５で一体に連結したフレーム部材を形成しておき、この連結されたリードフレーム６０Ｅ部分の電極接合部６２を上部電極部５１に接合し、リードフレーム９０部分のゲート接合部９２とゲート端子５５とを接合した後、連結部９５を切除することで、リードフレーム６０Ｅの接続と同様に、配線が細く取扱いにくいゲート端子５５の配線もリードフレーム９０で形成することができる。
なお、図５に示すリードフレーム６０Ｅのように、リブ形状部６５を設けることで、リードフレームの補強を行うこともできる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成のものに限定されるものではなく、細部構成においては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態のパワーモジュール１０１では、パワーモジュール用基板１０に平板状の放熱板３０を備えており、放熱板３０を介してヒートシンク８０に固定される構成とされていたが、放熱板３０を設けることなく、金属層１３とヒートシンク８０とを直接固定する構成とすることもできる。

また、樹脂モールド７０との密着性を高めるために、予め回路層１２の表面やリードフレーム６０Ａ〜６０Ｃの表面を粗面化する粗化処理を施しておくこともできる。

さらに、上記実施形態では、半導体素子５０の片面（下部電極部５２）をパワーモジュール用基板１０の回路層に搭載していたが、本発明のパワーモジュールの構造を用いれば、図６に示すパワーモジュール１０３のように、半導体素子５０の両面にパワーモジュール用基板１０をそれぞれ配置する構成とすることにより、両面冷却構造とすることも可能である。

また、上記実施形態では、パワーモジュール用基板１０に、２つの回路を搭載した、いわゆる２ｉｎ１構造のパワーモジュールについて説明を行ったが、本発明のパワーモジュールの構造を用いれば、３つの回路を搭載した３ｉｎ１構造や、６つの回路を搭載した６ｉｎ１構造への展開を容易に行うことが可能である。

１０パワーモジュール用基板
１１セラミックス基板
１２回路層
１３金属層
２１第１層
２２第２層
３０放熱板
４１はんだ材
４２はんだ箔
５０半導体素子
５１上部電極部
５５ゲート端子
６０Ａ〜６０Ｅ，９０リードフレーム
６１回路接合部
６２電極接合部
６３屈曲部
６４突起部
６５リブ形状部
７０樹脂モールド
８０ヒートシンク
１０１，１０３パワーモジュール

Claims

セラミックス基板の一方の面に回路層が形成されたパワーモジュール用基板の前記回路層の上面に半導体素子が搭載され、前記回路層の回路電極部と前記半導体素子の上部電極部とを接続状態にするリードフレームが設けられてなるパワーモジュールを製造する方法であって、
前記リードフレームに、前記回路電極部と接合される回路接合部と、前記上部電極部と接合される電極接合部と、前記回路接合部と前記電極接合部との間に該リードフレームを厚み方向に複数回折り返すことにより前記厚み方向と該リードフレームの長さ方向において前記電極接合部と前記回路接合部との間隔を伸縮可能とする屈曲部とを設けておき、
前記回路層の上面に搭載された前記半導体素子の前記上部電極部に前記電極接合部を接触させて付勢した状態で、前記回路電極部に前記回路接合部を接合するリードフレーム接合工程と、
前記リードフレーム接合工程後に、前記上部電極部と前記電極接合部との間にはんだ箔を挟み込んで加熱することにより前記上部電極部と前記電極接合部とを接合する配線接続工程とを備えるパワーモジュールの製造方法。
前記リードフレームに、前記電極接合部から前記上部電極部側に突出して、前記上部電極部の一部に当接する突起部を設けておくことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュールの製造方法。
前記配線接続工程後に、前記半導体素子と前記パワーモジュール用基板とを樹脂モールドにより樹脂封止する封止工程を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のパワーモジュールの製造方法。