特許 6380561 半導体モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6380561

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】半導体モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20180820BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20180820BHJP

   H01L 23/48 20060101ALI20180820BHJP

   H01L 23/28 20060101ALI20180820BHJP

【ＦＩ】

   H01L25/04 C

   H01L23/48 G

   H01L23/28 B

   H01L23/28 A

【請求項の数】7

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-573313(P2016-573313)

(86)(22)【出願日】2016年1月28日

(86)【国際出願番号】JP2016052463

(87)【国際公開番号】WO2016125674

(87)【国際公開日】20160811

【審査請求日】2017年7月5日

(31)【優先権主張番号】特願2015-18880(P2015-18880)

(32)【優先日】2015年2月2日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100158207

【弁理士】

【氏名又は名称】河本 尚志

(72)【発明者】

【氏名】守屋 要一

(72)【発明者】

【氏名】山本 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】森下 康伸

【審査官】 多賀 和宏

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１５／００５１８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／１５７０６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−０２９４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２２０４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１４８０００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／２９

Ｈ０１Ｌ ２３／３４−２３／３６

Ｈ０１Ｌ ２３／３７３−２３／４２７

Ｈ０１Ｌ ２３／４４

Ｈ０１Ｌ ２３／４６７−２３／４７３

Ｈ０１Ｌ ２５／００−２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２５／１０−２５／１１

Ｈ０１Ｌ ２５／１６−２５／１８

Ｈ０２Ｍ ７／４２−７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも、複数の半導体スイッチング素子と、複数のリード端子と、複数の絶縁基材とが、封止樹脂に封止された半導体モジュールであって、
前記リード端子は、前記絶縁基材に固定された内部配線リード端子と、封止樹脂から外部に導出された外部導出リード端子と、を備え、
前記内部配線リード端子が固定された前記絶縁基材は、上下方向に間隔を開けて、少なくとも３層に分けて配置され、
前記半導体スイッチング素子の電極は、前記内部配線リード端子に、直接または間接に接合されるか、あるいは、ワイヤーボンディングにより接続され、
各前記外部導出リード端子は、一端が、前記絶縁基材に固定された前記内部配線リード端子に接合され、他端が、前記封止樹脂から導出され、
前記外部導出リード端子の少なくとも一部のものは、それぞれ、複数の屈曲部を有し、
全ての前記外部導出リード端子は、前記封止樹脂の側面の同じ高さ部分から外部に導出され、
少なくとも３層に分けて配置された、前記内部配線リード端子が固定された前記絶縁基材のうち、中間の層に配置されたものに、両主面間を貫通した開口が形成されている半導体モジュール。

【請求項2】

前記封止樹脂および前記外部導出リード端子を平面視した場合に、前記外部導出リード端子と前記外部導出リード端子との間の間隔のうち、少なくとも一部の間隔が、前記封止樹脂から前記外部導出リード端子の前記他端の先端方向に向かって、平面方向に広がっている、請求項１に記載された半導体モジュール。

【請求項3】

前記封止樹脂に、さらに受動部品が封止されている、請求項１または２に記載された半導体モジュール。

【請求項4】

前記半導体スイッチング素子の電極が、金属ブロックを介して、前記内部配線リード端子に接合されている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載された半導体モジュール。

【請求項5】

全ての前記外部導出リード端子が、前記封止樹脂の外部で、同一方向に屈曲されている、請求項１ないし４のいずれか１項に記載された半導体モジュール。

【請求項6】

前記絶縁基材がセラミックスからなり、前記リード端子が、少なくとも、前記セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金を介して、前記絶縁基材に固定された、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された半導体モジュール。

【請求項7】

前記半導体モジュールがインバータである、請求項１ないし６のいずれか１項に記載された半導体モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体モジュールに関し、さらに詳しくは、外部導出リード端子が封止樹脂の側面から外部に導出された半導体モジュールに関する。

【0002】

また、本発明は、半導体モジュールの製造方法に関し、さらに詳しくは、外部導出リード端子が封止樹脂の側面から外部に導出された半導体モジュールの製造方法に関する。

【背景技術】

【0003】

インバータ等の半導体モジュールが、車載機器、産業用機器等の電源に使用されている。

【0004】

半導体モジュールは、特許文献１（特開２０１４−１８３０７８号公報）に開示されるように、複数の半導体スイッチング素子の組合せ、あるいは、複数のスイッチング素子と複数の還流ダイオードとの組合せで回路が構成される。また、半導体モジュールに、周辺回路の受動素子が組込まれる場合もある。

【0005】

図１８に、特許文献１に開示された半導体モジュール（半導体装置）５００を示す。ただし、図１８は、半導体モジュール５００の断面図である。

【0006】

半導体モジュール５００は、半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）１０１ａ、１０１ｂと、ダイオード１０２ａ、１０２ｂとが、リード端子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅ、放熱板（ヒートシンク）１０７ａ、１０７ｂ等とともに、封止樹脂１０８に封止された構造からなる。

【0007】

具体的には、半導体スイッチング素子１０１ａの一方の電源電極パッド（図示せず）が、はんだ１０４によりリード端子１０５ｂに接合され、他方の電源電極パッド（図示せず）が、はんだ１０４によりヒートシンク１０７ａに接合されている。また、半導体スイッチング素子１０１ａの信号電極パッド（図示せず）が、ワイヤー１０３ａによりリード端子１０５ｄにワイヤーボンディングされている。さらに、リード端子１０５ｂとヒートシンク１０７ａとの間には、ダイオード１０２ａが、半導体スイッチング素子１０１ａと並列に接続されている。そして、ヒートシンク１０７ａが、リード端子１０５ａに接続されている。

【0008】

同様に、半導体スイッチング素子１０１ｂの一方の電源電極パッド（図示せず）が、はんだ１０４によりリード端子１０５ｂに接合され、他方の電源電極パッド（図示せず）が、はんだ１０４によりヒートシンク１０７ｂに接合されている。また、半導体スイッチング素子１０１ｂの信号電極パッド（図示せず）が、ワイヤー１０３ｂによりリード端子１０５ｅにワイヤーボンディングされている。さらに、リード端子１０５ｂとヒートシンク１０７ｂとの間には、ダイオード１０２ｂが、半導体スイッチング素子１０１ｂと並列に接続されている。そして、ヒートシンク１０７ｂが、リード端子１０５ｃに接続されている。

【0009】

このように配線された半導体スイッチング素子１０１ａ、１０１ｂ、ダイオード１０２ａ、１０２ｂは、リード端子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅ、放熱板１０７ａ、１０７ｂ等とともに、封止樹脂１０８に封止されている。そして、封止樹脂１０８の側面から、リード端子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅが導出されている。また、封止樹脂１０８の両主面から、ヒートシンク１０７ａ、１０７ｂが露出されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１４−１８３０７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

上述した従来の半導体モジュール５００においては、リード端子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅが、封止樹脂１０８の側面の複数の高さ部分から導出されており、同一の高さ部分から導出されていない。

【0012】

ところで、インバータ等の半導体モジュールは、封止樹脂から導出されたリード端子を同一方向に折り曲げ、折り曲げられたリード端子を、車載機器や産業用機器等の基板に形成された貫通孔に挿入したうえで、はんだ付けして実装することが多い。

【0013】

しかしながら、上述した従来の半導体モジュール５００は、リード端子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅが、封止樹脂１０８の側面の同一の高さ部分から導出されていないため、これらを同一方向に折り曲げることは容易ではなかった。すなわち、導出されている部分の高さが異なるため、リード端子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ、１０５ｄ、１０５ｅを一括して折り曲げることができず、個別に折り曲げなければならなかった。したがって、半導体モジュール５００のリード端子の折り曲げ作業は、極めて生産性が悪かった。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明は、上述した従来の問題を解決するためになされたものであり、リード端子を、絶縁基材に固定された内部配線リード端子と、封止樹脂から外部に導出された外部導出リード端子とで構成することにより、全ての外部導出リード端子を、封止樹脂の側面の同じ高さ部分から外部に導出するとともに、少なくとも３層に分けて配置された、内部配線リード端子が固定された絶縁基材のうち、中間の層に配置されたものに、両主面間を貫通した開口を形成するようにしたものである。

【0015】

具体的には、本発明の半導体モジュールは、少なくとも、複数の半導体スイッチング素子と、複数のリード端子と、複数の絶縁基材とが、封止樹脂に封止され、リード端子が、絶縁基材に固定された内部配線リード端子と、封止樹脂から外部に導出された外部導出リード端子と、を備え、内部配線リード端子が固定された絶縁基材は、上下方向に間隔を開けて、少なくとも３層に分けて配置され、半導体スイッチング素子の電極は、内部配線リード端子に、直接または間接に接合されるか、あるいは、ワイヤーボンディングにより接続され、各外部導出リード端子は、一端が絶縁基材に固定された内部配線リード端子に接合され、他端が、封止樹脂から導出され、外部導出リード端子の少なくとも一部のものは、それぞれ、複数の屈曲部を有し、全ての外部導出リード端子は、封止樹脂の側面の同じ高さ部分から外部に導出され、少なくとも３層に分けて配置された、内部配線リード端子が固定された絶縁基材のうち、中間の層に配置されたものに、両主面間を貫通した開口が形成されるようにした。

【0016】

なお、全ての外部導出リード端子が封止樹脂の側面の同じ高さ部分から外部に導出されるとは、製造ばらつき等により僅かな寸法分ずれて外部に導出される場合をも含む概念であり、実質的に同じ高さから外部に導出される、略同じ高さから外部に導出される、という意味である。

【0017】

また、封止樹脂および外部導出リード端子を平面視した場合に、外部導出リード端子と外部導出リード端子との間の間隔（ピッチ）のうち、少なくとも一部の間隔が、封止樹脂から外部導出リード端子の他端の先端方向に向かって、平面方向に広がっているようにしても良い。この場合には、半導体モジュールを小型化しながら、各外部導出リード端子を所望の間隔に設定することができる。一般的に、外部導出リード端子の間隔は、半導体モジュールが装着される車載機器や産業用機器等の基板側からの要請で決定されるが、その要請に従って内部配線リード端子を設計すると、半導体モジュールが大きくなってしまうという懸念がある。すなわち、本発明は、半導体スイッチング素子を階層化して配置することにより小型化を図っているが、基板側からの外部導出リード端子の間隔の要請により内部配線リードを設計すると、階層化による小型化のメリットを活かせない懸念がある。これに対し、上述のように、外部導出リード端子と外部導出リード端子との間の間隔のうち、少なくとも一部のものを、封止樹脂から外部導出リード端子の他端の先端方向に向かって、平面方向に広がるようにすれば、半導体モジュールを大型化させることなく、基板側からの外部導出リード端子の間隔の要請に応えることができる。

【0018】

封止樹脂に、さらに受動部品を封止するようにしても良い。この場合には、半導体モジュールを高機能化させることができる。たとえば、受動部品として、封止樹脂内に、異常電流を検出するシャント抵抗素子や、異常発熱を検出するサーミスタ素子を組込めば、高い精度で、半導体モジュールの異常を検出することができる。

【0019】

半導体スイッチング素子の電極を、金属ブロックを介して、内部配線リード端子に接合するようにしても良い。この場合には、半導体スイッチング素子と内部配線リード端子との間の距離を大きくすることができるため、半導体スイッチング素子の他の電極と、他の内部配線リード端子との間を、ワイヤーボンディングにより容易に接続することが可能になる。

【0020】

なお、本発明の半導体モジュールは、少なくとも３層に分けて配置された、内部配線リード端子が固定された絶縁基材のうち、中間の層に配置された絶縁基材には、両主面間を貫通した開口が形成されている。そのため、本発明の半導体モジュールは、その開口の部分において、金属ブロックと内部配線リード端子との接合を行うことができる。

【0021】

また、全ての外部導出リード端子は、封止樹脂の外部で、同一方向に屈曲されていても良い。この場合には、屈曲された外部導出リード端子を、車載機器や産業用機器等の基板に形成された貫通孔に挿入したうえで、はんだ付けすることにより、半導体モジュールを実装することができる。

【0022】

また、絶縁基材がセラミックスからなり、リード端子が、少なくとも、セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金を介して、絶縁基材に固定されたものとしても良い。この場合には、高い強度を備えた絶縁基材に、リード端子を強固に固定することができる。なお、絶縁基材の材料は任意であり、セラミックス製である必要はなく、樹脂製などであっても良い。ただし、絶縁基材が樹脂製である場合は、リード端子は、接着剤によって絶縁基材に固定される場合が多い。

【0023】

半導体モジュールは、たとえば、インバータとすることができる。

【0024】

また、上述した従来の問題を解決するために、本発明の半導体モジュールの製造方法は、複数の絶縁基材を準備する工程と、複数の内部配線リード端子を準備する工程と、各絶縁基材に、内部配線リード端子を固定する工程と、複数の半導体スイッチング素子を準備する工程と、半導体スイッチング素子の電極を、絶縁基材に固定されたいずれかの内部配線リード端子に、直接または間接に接合するか、あるいは、ワイヤーボンディングにより接続することにより、半導体スイッチング素子を介して、絶縁基材を少なくとも３層に重ねて一体化する工程と、複数の外部導出リード端子を準備する工程と、外部導出リード端子の少なくとも一部のものに、それぞれ、複数の屈曲部を形成する工程と、各外部導出リード端子の一端を、絶縁基材に固定されたいずれかの内部配線リード端子に接合する工程と、一体化された、複数の半導体スイッチング素子と、複数の絶縁基材と、複数の内部配線リード端子と、複数の外部導出リード端子とを、各外部導出リード端子の他端を外部に導出させて樹脂封止する工程と、を備え、全ての外部導出リード端子が、封止樹脂の側面の同じ高さ部分から外部に導出されるようにした。

【0025】

少なくとも、複数の外部導出リード端子を準備する工程と、外部導出リード端子の少なくとも一部のものに屈曲部を形成する工程と、各外部導出リード端子の一端を、絶縁基材に固定されたいずれかの内部配線リード端子に接合する工程は、複数の外部導出リード端子が、１つの環状のリードフレームに一体化された状態で行うことが好ましい。この場合には、外部導出リード端子への屈曲部の形成、および、外部導出リード端子の一端の内部配線端子への接合を、極めて容易に、かつ高い生産性で行うことができる。

【0026】

また、リードフレームに固定された各外部導出リード端子の一端を、絶縁基材に固定されたいずれかの内部配線端子に接合する工程において、外部導出リード端子が一体化されたリードフレームと、内部配線リード端子が固定された絶縁基材とを、これらに対して垂直方向から見た場合、外部導出リード端子の一端と、内部配線リード端子との、接合される部分のみが重なっていることが好ましい。この場合には、外部導出リード端子の一端の内部配線リード端子への接合を、極めて容易に、かつ高い生産性で行うことができる。

【0027】

また、樹脂封止する工程の後に、さらに、封止樹脂から導出された外部導出リード端子から、不要なリードフレームを切り離す工程を備えるようにしても良い。

【0028】

さらに、封止樹脂から導出された全ての外部導出リード端子を、同一方向に屈曲する工程を備えるようにしても良い。この場合には、製造された半導体モジュールは、屈曲された外部導出リード端子を、車載機器や産業用機器等の基板に形成された貫通孔に挿入したうえで、はんだ付けすることにより実装することができる。

【発明の効果】

【0029】

本発明の半導体モジュールは、外部導出リード端子が、封止樹脂の側面の同一の高さ部分から導出されているため、封止樹脂の側面から導出された外部導出リード端子を、極めて容易に、かつ高い生産性で、同一方向に折り曲げることができる。そして、折り曲げられたリード端子を、車載機器や産業用機器等の基板に形成された貫通孔に挿入したうえで、はんだ付けすることにより実装することができる。

【0030】

あるいは、本発明の半導体モジュールは、外部導出リード端子が、封止樹脂の側面の同一の高さ部分から導出されているため、車載機器や産業用機器等の基板に、半導体モジュールの大きさよりも大きな開口を形成し、その開口内に半導体モジュールを配置するとともに、外部導出リード端子を、開口の周縁近傍に形成された電極パターンにはんだ付けすることにより、実装することができる。

【0031】

また、本発明の半導体モジュールの製造方法によれば、極めて容易に、かつ高い生産性で、全ての外部導出リード端子が封止樹脂の側面の同じ高さ部分から外部に導出された半導体モジュールを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】図１（Ａ）は、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００を示す斜視図である。図１（Ｂ）は、半導体モジュール１００を示す断面図であり、図１（Ａ）のＸ-Ｘ部分を示している。

【図2】図２は、半導体モジュール１００を示す分解斜視図である。

【図3】図３は、半導体モジュール１００の等価回路図である。

【図4】図４は、半導体モジュール１００の製造方法の一例において適用される工程を示す斜視図である。

【図5】図５は、半導体モジュール１００の製造方法の一例において適用される工程を示す斜視図である。

【図6】図６は、半導体モジュール１００の製造方法の一例において適用される工程を示す斜視図である。

【図7】図７は、半導体モジュール１００の製造方法の一例において適用される工程を示す斜視図である。

【図8】図８は、半導体モジュール１００の製造方法の一例において適用される工程を示す斜視図である。

【図9】図９は、半導体モジュール１００の製造方法の一例において適用される工程を示す斜視図である。

【図10】図１０（Ａ）は、半導体モジュール１００の製造方法の一例において適用される工程を示す斜視図である。図１０（Ｂ）は、その平面図である。図１０（Ｃ）は、その正面図である。

【図11】図１１は、半導体モジュール１００の製造方法の一例において適用される工程を示す斜視図である。

【図12】図１２は、半導体モジュール１００の製造方法の一例において適用される工程を示す斜視図である。

【図13】図１３は、半導体モジュール１００の製造方法の一例において適用される工程を示す斜視図である。

【図14】図１４は、半導体モジュール１００の製造方法の一例において適用される工程を示す斜視図である。

【図15】図１５（Ａ）は、第２実施形態にかかる半導体モジュール２００を示す断面図である。図１５（Ｂ）は、半導体モジュール２００の等価回路図である。

【図16】図１６は、第３実施形態にかかる半導体モジュール３００を示す斜視図である。

【図17】図１７は、第４実施形態にかかる半導体モジュール４００を示す斜視図である。

【図18】図１８は、特許文献１に開示された従来の半導体モジュール５００を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、図面とともに、本発明を実施するための形態について説明する。

【0034】

［第１実施形態］
図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２、図３に、本発明の第１実施形態にかかる半導体モジュール１００を示す。

【0035】

ただし、図１（Ａ）は、半導体モジュール１００の斜視図である。図１（Ｂ）は、半導体モジュール１００の断面図であり、図１（Ａ）のＸ-Ｘ部分を示している。なお、図１
（Ｂ）においては、封止樹脂８の図示を省略し、その部分を破線で示している。図２は、半導体モジュール１００の分解斜視図である。なお、図２においても、封止樹脂８の図示を省略している。図３は、半導体モジュール１００の等価回路図である。

【0036】

半導体モジュール１００は、３枚の矩形、板状の絶縁基材６ａ、６ｂ、６ｃを備える。絶縁基材６ａ、６ｂ、６ｃは、たとえば、エポキシ、ポリイミド等の樹脂からなる。

【0037】

絶縁基材６ａの一方の主面（図２において上側の主面）には、矩形、板状の放熱板７ａが形成されている。放熱板７ａは、後述する６個の半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆが発生させる熱を放散させるためのものである。また、絶縁基材６ａの他方の主面（図２において下側の主面）には、Ｌ字形状で、板状の内部配線リード端子５１ａが形成されている。

【0038】

絶縁基材６ｂの中央部分には、両主面間を貫通して、矩形の開口６ｂ-ｈが形成されて
いる。また、絶縁基材６ｂの一方の主面には、対向する２つの辺６ｂ-ｘ、６ｂ-ｙの一方の辺６ｂ-ｘに沿って、その辺６ｂ-ｘと直行する方向に、３本の、Ｉ字形状で、板状の内部配線リード端子５２ａ、５２ｂ、５２ｃが形成され、他方の辺６ｂ-ｙに沿って、その辺６ｂ-ｙと直行する方向に、３本の、Ｉ字形状で、板状の内部配線リード端子５２ｄ、５２ｅ、５２ｆが形成されている。内部配線リード端子５２ａ、５２ｂ、５２ｃの幅は、内部配線リード端子５２ｄ、５２ｅ、５２ｆの幅よりも大きい。内部配線リード端子５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、それぞれ、開口６ｂ-ｈを跨ぐように形成されており、内部配線リード端子５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、開口６ｂ-ｈ部分において、絶縁基材６ｂの他方の主面側に露出している。

【0039】

絶縁基材６ｃの一方の主面には、Ｌ字形状で、板状の内部配線リード端子５３ａが形成されている。内部配線リード端子５３ａは、絶縁基材６ｃの１つの辺６ｃ-ｘから、その辺６ｃ-ｘと直行する方向に導出されている。また、絶縁基材６ｃの一方の主面には、もう１つの辺６ｃ-ｙに沿って、その辺６ｃ-ｙと直行する方向に、３本の、Ｉ字形状で、板状の内部配線リード端子５３ｂ、５３ｃ、５３ｄが形成されている。内部配線リード端子５３ｂ、５３ｃ、５３ｄの幅は、絶縁基材６ｂに形成された内部配線リード端子５２ｄ、５２ｅ、５２ｆの幅と同じ大きさである。また、絶縁基材６ｃの他方の主面には、矩形、板状の放熱板７ｂが形成されている。放熱板７ｂは、放熱板７ａと同様に、後述する６個の半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆが発生させる熱を放散させるためのものである。放熱板７ａ、７ｂ、内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄには、たとえば、銅系金属、アルミニウム系金属、鉄系金属等の金属が使用される。

【0040】

半導体モジュール１００は、６個の半導体スイッチング素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆを備える。本実施形態においては、半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆとして、ＭＯＳＦＥＴを使用した。

【0041】

半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆは、それぞれ、一方の主面（図２において上側の主面）に、一方の電源電極パッド（図示せず）と、信号電極パッド（図示しているが符号は付与していない）とが形成され、他方の主面（図２において下側の主面）に、他方の電源電極パッド（図示せず）が形成されている。

【0042】

半導体スイッチング素子１ａは、はんだ４により、他方の電源電極パッドが、絶縁基材６ｂに形成された内部配線リード端子５２ａに接合されている。

【0043】

半導体スイッチング素子１ｂは、はんだ４により、他方の電源電極パッドが、絶縁基材６ｂに形成された内部配線リード端子５２ｂに接合されている。

【0044】

半導体スイッチング素子１ｃは、はんだ４により、他方の電源電極パッドが、絶縁基材６ｂに形成された内部配線リード端子５２ｃに接合されている。

【0045】

半導体スイッチング素子１ｄ、１ｅ、１ｆは、それぞれ、はんだ４により、他方の電源電極パッドが、絶縁基材６ｃに形成された内部配線リード端子５３ａに接合されている。また、半導体スイッチング素子１ａの信号電極パッドは、ワイヤー３ａにより、絶縁基材６ｂに形成された内部配線リード端子５２ｄにワイヤーボンディングされて接続されている。

【0046】

半導体スイッチング素子１ｂの信号電極パッドは、ワイヤー３ｂにより、絶縁基材６ｂに形成された内部配線リード端子５２ｅにワイヤーボンディングされて接続されている。

【0047】

半導体スイッチング素子１ｃの信号電極パッドは、ワイヤー３ｃにより、絶縁基材６ｂに形成された内部配線リード端子５２ｆにワイヤーボンディングされて接続されている。

【0048】

半導体スイッチング素子１ｄの信号電極パッドは、ワイヤー３ｄにより、絶縁基材６ｃに形成された内部配線リード端子５３ｂにワイヤーボンディングされて接続されている。

【0049】

半導体スイッチング素子１ｅの信号電極パッドは、ワイヤー３ｅにより、絶縁基材６ｃに形成された内部配線リード端子５３ｃにワイヤーボンディングされて接続されている。

【0050】

半導体スイッチング素子１ｆの信号電極パッドは、ワイヤー３ｆにより、絶縁基材６ｃに形成された内部配線リード端子５３ｄにワイヤーボンディングされて接続されている。ワイヤー３ａ〜３ｆには、たとえば、アルミニウム、金等の金属が使用される。

【0051】

また、半導体スイッチング素子１ａの一方の電源電極パッドに、はんだ４により、直方体の金属ブロック２ａが接合されている。

【0052】

半導体スイッチング素子１ｂの一方の電源電極パッドに、はんだ４により、直方体の金属ブロック２ｂが接合されている。

【0053】

半導体スイッチング素子１ｃの一方の電源電極パッドに、はんだ４により、直方体の金属ブロック２ｃが接合されている。

【0054】

半導体スイッチング素子１ｄの一方の電源電極パッドに、はんだ４により、直方体の金属ブロック２ｄが接合されている。

【0055】

半導体スイッチング素子１ｅの一方の電源電極パッドに、はんだ４により、直方体の金属ブロック２ｅが接合されている。

【0056】

半導体スイッチング素子１ｆの一方の電源電極パッドに、はんだ４により、直方体の金属ブロック２ｆが接合されている。

【0057】

金属ブロック２ａ〜２ｆには、たとえば、銅系金属、アルミニウム系金属等の金属が使用される。

【0058】

そして、金属ブロック２ａ、２ｂ、２ｃが、はんだ４により、絶縁基材６ａに形成された内部配線リード端子５１ａに接合されている。

【0059】

金属ブロック２ｄが、はんだ４により、開口６ｂ-ｈ部分において、絶縁基材６ｂに形
成された内部配線リード端子５２ａに接合されている。

【0060】

金属ブロック２ｅが、はんだ４により、開口６ｂ-ｈ部分において、絶縁基材６ｂに形
成された内部配線リード端子５２ｂに接合されている。

【0061】

金属ブロック２ｆが、はんだ４により、開口６ｂ-ｈ部分において、絶縁基材６ｂに形
成された内部配線リード端子５２ｃに接合されている。

【0062】

以上の結果により、３枚の絶縁基材６ａ、６ｂ、６ｃは、半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆおよび金属ブロック２ａ〜２ｆを介して、上下方向に間隔を開けて、３層に重ねて配置されている。

【0063】

半導体モジュール１００は、外部導出リード端子１５１ａ、１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄ、１５２ｅ、１５２ｆ、１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄを備える。

【0064】

外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄは、Ｉ字形状で、板状からなる。

【0065】

外部導出リード端子１５１ａ、１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５３ａの幅は、外部導出リード端子１５２ｄ、１５２ｅ、１５２ｆ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄの幅よりも大きい。

【0066】

外部導出リード端子１５１ａ、１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄは、それぞれ、２ヶ所において屈曲されている。

【0067】

外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄには、内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄと同様に、たとえば、銅系金属、アルミニウム系金属、鉄系金属等の金属が使用される。
外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄは、それぞれ、はんだ（図示せず）により、内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄに接合されている。

【0068】

なお、図１（Ｂ）および図２から分かるように、本実施形態においては、すべての接合部分において、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄが、内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄの上側に接合されている。完成した半導体モジュール１００は、オン・オフの繰り返しの度に、内部の封止樹脂８とリード端子間で熱膨張係数差による応力が発生する。本実施形態においては、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄが内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄの上側に接合されているため、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄにかかる応力は、オン／オフの繰り返しの度に同方向にかかる。そのため、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄ自身のひずみは少ない。

【0069】

一方で、もし、たとえば、外部導出リード端子１５３ａのみを内部配線リード端子５３ａの下部に接続させた場合、オン／オフにより、外部導出リード端子１５３ａには、他の外部導出リード端子１５１ａ〜１５２ｆ、１５３ｂ〜１５３ｄと異なる方向の応力がかかってしまう。結果として外部導出リード端子１５３ａ内部に印加される応力は大きくなり、端子の寿命が短くなってしまう。

【0070】

本実施形態においては、全ての外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄが内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄの上側に配置されているため、応力の低減が可能となり、端子の寿命をより長くすることが可能になっている。

【0071】

また、図１（Ｂ）および図２に示すように、本実施形態において、すべての接合部分において、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄが、内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄの上側に接合されていることは、以下の理由により、接続信頼性を向上させるためにも重要である。外部導出リード１５１ａ〜１５３ｄ、および内部配線リード５１ａ〜５３ｄの先端部、すなわち互いが接合される部分の高さ位置精度は、必ずしも完全に一定ではなく、ばらつきを持っている場合がある。そのため、接合後の接合部厚みがばらつき、接合部信頼性が著しく劣化したり、極端な場合は接合していない箇所が生じたりする場合がある。そこで、接合時には、内部配線リードを固定した状態で、外部導出リード全体に荷重（力）を掛けて、全ての接合部が一定厚みになるようにする。この方法は、内部配線リード端子に対して、外部導出リードが同じ側に位置する場合にのみ為し得るものである。

【0072】

なお、本実施形態においては、全ての接合部において、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄが、内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄの上側に接合されているが、上記記述により、全ての接合部において、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄが、内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄの下側に接合されても良いことは言うまでもない。

【0073】

半導体モジュール１００においては、以上のように一体化された半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆ、金属ブロック２ａ〜２ｆ、ワイヤー３ａ〜３ｆ、内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄ、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄ、絶縁基材６ａ〜６ｃ、放熱板７ａ、７ｂが、封止樹脂８に封止されている。封止樹脂８には、たとえば、エポキシ、ポリイミド等が使用される。

【0074】

封止樹脂８の両主面には、放熱板７ａ、７ｂが露出されている。

【0075】

また、封止樹脂８の側面から、１１本の外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄが導出されている。全ての外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄは、外部導出リード端子１５１ａ、１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄが、それぞれ、２ヶ所において屈曲されていることにより、封止樹脂８の側面の同じ高さ部分から導出されている。

【0076】

なお、全ての外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄが封止樹脂８の側面の同じ高さ部分から外部に導出されるとは、製造ばらつき等により僅かな寸法分ずれて外部に導出される場合をも含む概念であり、実質的に同じ高さから外部に導出されている、略同じ高さから外部に導出されている、という意味である。

【0077】

また、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄは、それぞれの主面が水平となるように封止樹脂８から導出されている。すなわち、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄの主面は、封止樹脂８の主面と平行になっている。

【0078】

このように、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄを封止樹脂８から水平に導出しておけば、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄを、たとえば図１（Ａ）における下側方向に屈曲させることが容易になる。以上の構造からなる、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００の等価回路を図３に示す。

【0079】

半導体モジュール１００はインバータであり、外部導出リード端子１５３ａがＰ側端子に該当し、外部導出リード端子１５１ａがＮ側端子に該当する。また、外部導出リード端子１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃが、それぞれ、中間端子に該当する。また、外部導出リード端子１５２ｄ、１５２ｅ、１５２ｆ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄが、それぞれ、ゲート端子に該当する。

【0080】

第１実施形態にかかる半導体モジュール１００は、たとえば、図４〜１４に示す方法で製造することができる。なお、図４〜９および図１１〜１４は斜視図である。図１０（Ａ）は斜視図であり、図１０（Ｂ）は平面図であり、図１０（Ｃ）正面図である。

【0081】

まず、図４に示すように、絶縁基材６ａ〜６ｃと、放熱板７ａ、７ｂと、内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄとを準備する。続いて、放熱板７ａ、７ｂと内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄとを、絶縁基材６ａ〜６ｃに固定する。固定は、たとえば、接着剤によりおこなう。固定後の状態を、図５に示す。

【0082】

次に、半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆを準備する。続いて、図６に示すように、半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆの他方の電源電極パッド（図６において各半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆの下側の主面に形成されている）を、はんだ（図示せず）により、内部配線リード端子５２ａ〜５２ｃおよび５３ａに接合する。より詳細には、半導体スイッチング素子１ａの他方の電源電極パッドを内部配線リード端子５２ａに、半導体スイッチング素子１ｂの他方の電源電極パッドを内部配線リード端子５２ｂに、半導体スイッチング素子１ｃの他方の電源電極パッドを内部配線リード端子５２ｃに、それぞれ接合する。また、半導体スイッチング素子１ｄ〜１ｆの他方の電源電極パッドを、内部配線リード端子５３ａに、それぞれ接合する。

【0083】

次に、金属ブロック２ａ〜２ｆを準備する。続いて、図７に示すように、半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆの一方の電源電極パッド（図７において各半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆの上側の主面に形成されている）に、はんだ（図示せず）により、金属ブロック２ａ〜２ｆを接合する。より詳細には、半導体スイッチング素子１ａの一方の電源電極パッドに金属ブロック２ａを、半導体スイッチング素子１ｂの一方の電源電極パッドに金属ブロック２ｂを、半導体スイッチング素子１ｃの一方の電源電極パッドに金属ブロック２ｃを、半導体スイッチング素子１ｄの一方の電源電極パッドに金属ブロック２ｄを、半導体スイッチング素子１ｅの一方の電源電極パッドに金属ブロック２ｅを、半導体スイッチング素子１ｆの一方の電源電極パッドに金属ブロック２ｆを、それぞれ接合する。

【0084】

次に、図８に示すように、半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆの信号電極パッド（図示しているが符号は付与していない）と、内部配線リード端子５２ｄ〜５２ｆおよび５３ｂ〜５３ｄとを、ワイヤー３ａ〜３ｆにより、ワイヤーボンディングして接続する。より詳細には、半導体スイッチング素子１ａの信号電極パッドと内部配線リード端子５２ｄとをワイヤー３ａにより、半導体スイッチング素子１ｂの信号電極パッドと内部配線リード端子５２ｅとをワイヤー３ｂにより、半導体スイッチング素子１ｃの信号電極パッドと内部配線リード端子５２ｆとをワイヤー３ｃにより、半導体スイッチング素子１ｄの信号電極パッドと内部配線リード端子５３ｂとをワイヤー３ｄにより、半導体スイッチング素子１ｅの信号電極パッドと内部配線リード端子５３ｃとをワイヤー３ｅにより、半導体スイッチング素子１ｆの信号電極パッドと内部配線リード端子５３ｄとをワイヤー３ｆにより、それぞれ、ワイヤーボンディングして接続する。

【0085】

次に、図９に示すように、金属ブロック２ａ〜２ｆと、内部配線リード端子５１ａおよび５２ａ〜５２ｃとを、はんだ（図示せず）により接合する。より詳細には、金属ブロック２ａ〜２ｃと内部配線リード端子５１ａとを、それぞれ接合する。また、金属ブロック２ｄと内部配線リード端子５２ａとを、金属ブロック２ｅと内部配線リード端子５２ｂとを、金属ブロック２ｆと内部配線リード端子５２ｃとを、それぞれ、絶縁基材６ｂに形成した開口６ｂ-ｈ部分において接合する。この結果、内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄ
が固定された絶縁基材６ａ〜６ｃと、半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆと、金属ブロック２ａ〜２ｆと、ワイヤー３ａ〜３ｆとが一体化される。

【0086】

次に、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄを作製する。具体的には、１枚の金属板を準備し、その金属板を金型によって打ち抜いて、所定の形状からなる外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄを作製する。打ち抜き後に、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄは、１つの環状のリードフレーム１５０に繋がっている。また、外部導出リード端子１５１ａ、１５２ａ〜１５２ｃ、１５３ａは、タイバー１５５ａによって、それぞれの中間部分において繋がっている。また、外部導出リード端子１５２ｄ〜１５２ｆ、１５３ｂ〜１５３ｄは、タイバー１５５ｂによって、それぞれの中間部分において繋がっている。さらに、外部導出リード端子１５１ａ、１５３ａ〜１５３ｄを、それぞれ２ヶ所で屈曲させる。外部導出リード端子１５１ａは、図１０（Ａ）における上側に屈曲させる。外部導出リード端子１５３ａ〜１５３ｄは、図１０（Ａ）における下側に屈曲させる。

【0087】

次に、図１１に示すように、リードフレーム１５０に繋がった外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄを、一体化された絶縁基材６ａ〜６ｃの上側に配置する。なお、逆に、一体化された絶縁基材６ａ〜６ｃを、リードフレーム１５０に繋がった外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄの上側に配置しても良い。

【0088】

次に、図１２に示すように、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄを、はんだ（図示せず）により、内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄに接合する。このとき、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄが一体化されたリードフレーム１５０と、内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄが固定された絶縁基材６ａ〜６ｃとを、これらに対して垂直方向から見た場合、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄの一端と内部配線端子５１ａ〜５３ｄとの接合される部分のみが重なっているため、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄと内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄとの接合は、極めて容易に行うことができる。

【0089】

なお、接合前、または接合を行うときには、内部配線リード５１ａ〜５３ｄを固定した状態で、外部導出リード１５１ａ〜１５３ｄ全体に荷重（力）を掛けて、全ての接合部が一定厚みになるようにすることが好ましい。外部導出リード１５１ａ〜１５３ｄ、および内部配線リード５１ａ〜５３ｄの先端部、すなわち互いが接合される部分の高さ位置精度は、必ずしも完全に一定ではなく、ばらつきを持っている場合がある。そのため、接合後の接合部厚みがばらつき、接合部信頼性が著しく劣化したり、極端な場合は接合していない箇所が生じたりする場合がある。そこで、接合前、または接合時に、上記作業を行うことにより、接続信頼性を向上させることができる。

【0090】

次に、半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆと、金属ブロック２ａ〜２ｆと、ワイヤー３ａ〜３ｆと、内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄと、放熱板７ａ、７ｂと、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄとが一体化された絶縁基材６ａ〜６ｃを、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄの他端を外部に導出させて、金型（図示せず）内に収容する。続いて、図１３に示すように、金型内に樹脂をトランスファーモールドして、封止樹脂８を形成し、封止樹脂８内に、半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆと、金属ブロック２ａ〜２ｆと、ワイヤー３ａ〜３ｆと、内部配線リード端子５１ａ〜５３ｄと、放熱板７ａ、７ｂと、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄとを封止する。この結果、封止樹脂８の両主面から放熱板７ａ、７ｂが露出される。また、封止樹脂８の側面から、１１本の外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄが導出される。

【0091】

なお、半導体モジュール１００においては、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄが封止樹脂８の側面の同じ高さ部分から外部に導出された構造であるため、封止樹脂８のモールド（樹脂封止）を非常に容易に行うことができる。また、モールドに使用する金型の設計が容易で、コストも低く抑えることができる。

【0092】

最後に、図１４に示すように、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄから、不要なリードフレーム１５０とタイバー１５５ａ、１５５ｂを切り離し、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００を完成させる。半導体モジュール１００においては、全ての外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄが、封止樹脂８の側面の同じ高さ部分から外部に導出されている。

【0093】

［第２実施形態］
第２実施形態にかかる半導体モジュール２００を、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示す。ただし、図１５（Ａ）は、半導体モジュール２００の断面図である。図１５（Ｂ）は、半導体モジュール２００の等価回路図である。

【0094】

第２実施形態にかかる半導体モジュール２００は、図１〜３に示した第１実施形態にかかる半導体モジュール１００に、３個のシャント抵抗素子１０を追加した。
具体的には、半導体モジュール２００は、図１５（Ａ）に示すように、シャント抵抗素子１０が追加されている。

【0095】

半導体モジュール２００は、シャント抵抗素子１０を追加するために、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００において絶縁基材６に固定されていた１本の内部配線リード端子５２ｃを、２本の内部配線リード端子５２ｇ、５２ｈに置き換えている。
そして、底面に１対の電極パッドが形成されたシャント抵抗素子１０を用意し、はんだ４により、一方の電極パッドが内部配線リード端子５２ｇに、他方の電極パッドが内部配線リード端子５２ｈに接合している。

【0096】

なお、半導体スイッチング素子１ｃの他方の電源電極パッド（図示せず）は、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００において接合されていた内部配線リード端子５２ｃに代えて、内部配線リード端子５２ｇに接合されている。

【0097】

あと２個のシャント抵抗素子１０も、同様の方法により、半導体モジュール２００に追加されている。

【0098】

半導体モジュール２００は、図１５（Ｂ）に示す等価回路を備えている。すなわち、半導体スイッチング素子１ａと１ｄの接続点と、中間端子である外部接続リード端子１５２ａとの間に、シャント抵抗素子１０が挿入されている。また、半導体スイッチング素子１ｂと１ｅの接続点と、中間端子である外部接続リード端子１５２ｂとの間に、シャント抵抗素子１０が挿入されている。また、半導体スイッチング素子１ｃと１ｆの接続点と、中間端子である外部接続リード端子１５２ｃとの間に、シャント抵抗素子１０が挿入されている。

【0099】

半導体モジュール２００は、各シャント抵抗素子１０の両電源極パッド間の電圧を監視することにより、異常電流の発生を検出することができる。

【0100】

［第３実施形態］
第３実施形態にかかる半導体モジュール３００を、図１６に示す。ただし、図１６は、半導体モジュール３００の斜視図である。

【0101】

第３実施形態にかかる半導体モジュール３００は、図１〜３に示した第１実施形態にかかる半導体モジュール１００の外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄの長さを長くしたうえで、同一方向（図１６における下側方向）に屈曲させた。半導体モジュール３００の他の構成は、半導体モジュール１００の構成と同じにした。

【0102】

半導体モジュール３００は、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄが封止樹脂８の側面の同じ高さ部分から導出されているため、一括して、容易に同一方向に屈曲させることができる。

【0103】

半導体モジュール３００は、外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄが同一方向に屈曲されているため、屈曲された外部導出リード端子１５１ａ〜１５３ｄを、車載機器や産業用機器等の基板（図示せず）に形成された貫通孔に挿入したうえで、はんだ付けすることにより実装することができる。

【0104】

［第４実施形態］
第４実施形態にかかる半導体モジュール４００を、図１７に示す。ただし、図１７は、半導体モジュール４００の斜視図である。

【0105】

第４実施形態にかかる半導体モジュール４００は、図１〜３に示した第１実施形態にかかる半導体モジュール１００の外部導出リード端子１５２ｄ、１５３ｂ、１５２ｅ、１５３ｃ、１５２ｆ、１５３ｄを、別の外部導出リード端子２５２ｄ、２５３ｂ、２５２ｅ、２５３ｃ、２５２ｆ、２５３ｄに置き換えた。半導体モジュール４００の他の構成は、半導体モジュール１００の構成と同じにした。

【0106】

半導体モジュール１００では、外部導出リード端子１５２ｄ、１５３ｂ、１５２ｅ、１５３ｃ、１５２ｆ、１５３ｄの各間隔（ピッチ）が一定であった。これに対し、半導体モジュール１００では、外部導出リード端子２５２ｄ、２５３ｂ、２５２ｅ、２５３ｃ、２５２ｆ、２５３ｄの各間隔が、封止樹脂８から、外部導出リード端子２５２ｄ〜２５３ｄの各他端の先端方向に向かって、平面方向に広がっている。

【0107】

半導体モジュール４００では、半導体モジュールの小型化を維持したまま、各外部導出リード端子２５２ｄ〜２５３ｄの間の間隔を所望の大きさに設定することができる。

【0108】

［第５実施形態］
第５実施形態にかかる半導体モジュール５００は、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００の構成要素の材質に一部変更を加えた。構造そのものには変更がないので、半導体モジュール１００を説明した図１、図２を援用して半導体モジュール５００を説明する。

【0109】

半導体モジュール１００では、絶縁基材６ａ〜６ｃに、エポキシ、ポリイミド等の樹脂を用いた。半導体モジュール５００では、これに代えて、絶縁基材６ａ〜６ｄにセラミックスを用いた。より具体的には、絶縁基材６ａ〜６ｃを構成するセラミックスに、たとえば、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナなどを主成分とするセラミックスを用いた。

【0110】

また、半導体モジュール１００では、リード端子５１ａ、５２ａ〜５２ｆ、５３ａ〜５３ｄの絶縁基材６ａ〜６ｃへの固定に接着剤を用いた。半導体モジュール５００では、これに代えて、この部分の固定に、少なくとも、セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金（図示せず）を用いた。本実施形態においては、具体的には、セラミックスの構成成分と反応する活性な金属として、合金にＴｉを含有させた。ただし、セラミックに含まれる成分と反応する活性な金属はＴｉには限定されず、Ｚｒなど、他の金属であっても良い。なお、セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金は、活性金属ロウ材と呼ばれる場合がある。

【0111】

セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金には、必要に応じて、融点を調整するために、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｄなどから選ばれる金属が、１種または複数種、添加される場合がある。なお、本実施形態においては、セラミックに含まれる成分と反応する活性成分として添加されたＴｉは、融点を調整する役割も果たしている。

【0112】

なお、合金にＴｉを添加する場合には、Ｔｉの添加量は、合金の全重量に対して３重量％以下であることが好ましい。Ｔｉの含有量が３重量％を超えると、合金自体が脆化する虞があるからである。本実施形態においては、合金６の配合比率を、Ａｇ６０〜８０重量％、Ｃｕ２０〜４０重量％、Ｔｉ１〜３重量％とした。

【0113】

半導体モジュール５００の他の構成は、半導体モジュール１００と同じにした。

【0114】

リード端子５１ａ、５２ａ〜５２ｆ、５３ａ〜５３ｄの絶縁基材６ａ〜６ｃへの固定は、予め、リード端子５１ａ、５２ａ〜５２ｆ、５３ａ〜５３ｄに活性金属ロウ材からなるペーストを塗布しておき、その塗布面を絶縁基材６ａ〜６ｃへ当接させて、その活性金属ロウ材の融点以上の温度で熱処理することによりおこなうことができる。

【0115】

セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金は、リード端子５１ａ、５２ａ〜５２ｆ、５３ａ〜５３ｄを絶縁基材６ａ〜６ｃへ強固に接合する。たとえば、絶縁基材６ａ〜６ｃに窒化珪素を用い、リード端子５１ａ、５２ａ〜５２ｆ、５３ａ〜５３ｄにＣｕを用い、両者を、Ｔｉが添加されたＡｇとＣｕとを含む合金によって接合した場合、合金の絶縁基板（窒化珪素基板）６ａ〜６ｃの近傍には、ＴｉＮや、ＭＮが形成される（ただしＭはＳｉ、Ｃｕ、Ｔｉの合金）。すなわち、合金の絶縁基板６ａ〜６ｃ近傍のＴｉの濃度が、合金のその他の部分のＴｉの濃度よりも高くなっている。この結果、リード端子２ａ〜２ｅと絶縁基板６ａ〜６ｃとは、高い強度で接合されている。

【0116】

また、セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金は、一般に、接着剤よりも熱伝導率が高い。そのため、半導体モジュール５００は、半導体スイッチング素子1ａ〜１ｆが発生させた熱を、リード端子５１ａ、５２ａ〜５２ｆ、５３ａ〜５３ｄを経由し、更に絶縁基材６ａ〜６ｃを経由して、より効率的に放散させることがきる。

【0117】

以上のように、第５実施形態にかかる半導体モジュール５００は、高い強度を備えたセラミックスからなる絶縁基材６ａ〜６ｃに、リード端子５１ａ、５２ａ〜５２ｆ、５３ａ〜５３ｄが、セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金を介して強固に接合されているため、高い強度を備えている。また、放熱性においても優れている。

【0118】

以上、本発明の第１〜５実施形態にかかる半導体モジュール１００〜５００の構造、および製造方法の一例について説明した。しかしながら、本発明がこれらの内容に限定されることはなく、発明の趣旨に沿って、種々の変更を加えることができる。

【0119】

たとえば、半導体モジュール１００〜５００においては、半導体スイッチング素子１ａ〜１ｆとしてＭＯＳＦＥＴを使用したが、これに代えて、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）と還流ダイオードとを組合せて
、回路を構成するようにしても良い。

【0120】

また、半導体モジュール１００〜５００においては、３枚の絶縁基材６ａ〜６ｃを使用し、これらを３層に重ねて配置しているが、さらに多くの絶縁基材を使用し、さらに多層に重ねて配置するようにしても良い。

【0121】

また、本発明の半導体モジュールの回路構成は任意であり、半導体モジュール１００〜５００の等価回路には限定されない。たとえば、半導体モジュール２００では、受動素子としてシャント抵抗素子１０を封止樹脂８内に追加して封止しているが、これに代えて、異常発熱の監視をするためのサーミスタ素子を封止樹脂８内に封止するようにしても良い。

【0122】

さらに、半導体モジュール１００〜５００では、外部導出リード端子１５１ａ〜２５３ｄを封止樹脂８の側面の略中央部の高さ位置から外部に導出するように形成しているが、たとえば、最下層又は最上層の絶縁基材６ａ、６ｃの近傍等、その他の高さ位置で導出させるようにしてもよい。

【符号の説明】

【0123】

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ・・・半導体スイッチング素子
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ・・・金属ブロック
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ・・・ワイヤー
４・・・はんだ
５１ａ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ、５２ｆ、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ・・・内部配線リード端子
１５１ａ、１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄ、１５２ｅ、１５２ｆ、１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄ、２５２ｄ、２５２ｅ、２５２ｆ、２５３ｂ、２５３ｃ、２５３ｄ・・・外部導出リード端子
６ａ、６ｂ、６ｃ・・・絶縁基材
７ａ、７ｂ・・・放熱板
８・・・封止樹脂
１０・・・シャント抵抗素子
１００、２００、３００、４００、５００・・・半導体モジュール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】