特許 6804181 電力用半導体モジュール及びその実装方法

(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】6804181

(24)【登録日】2020年12月4日

(45)【発行日】2020年12月23日

(54)【発明の名称】電力用半導体モジュール及びその実装方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20201214BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20201214BHJP

   H01L 21/603 20060101ALI20201214BHJP

【ＦＩ】

   H01L25/04 C

   H01L21/603 A

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-148849(P2014-148849)

(22)【出願日】2014年7月22日

(65)【公開番号】特開2016-25237(P2016-25237A)

(43)【公開日】2016年2月8日

【審査請求日】2017年5月26日

【審判番号】不服2019-11537(P2019-11537/J1)

【審判請求日】2019年9月3日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２５年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、低炭素社会を実現する新材料パワー半導体プロジェクト（高耐熱部品統合パワーモジュール化技術開発）係る委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000004765

【氏名又は名称】マレリ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000106276

【氏名又は名称】サンケン電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(72)【発明者】

【氏名】村上 善則

(72)【発明者】

【氏名】樋山 浩平

(72)【発明者】

【氏名】高橋 弘樹

(72)【発明者】

【氏名】安在 岳士

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 伸二

(72)【発明者】

【氏名】谷澤 秀和

【合議体】

【審判長】 酒井 朋広

【審判官】 井上 信一

【審判官】 須原 宏光

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１２７５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−７６５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２９７９２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H01L 25/07

H01L 25/18

H01L 21/603

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも第１の主面に複数の導体箔を有する第１の絶縁基板と、少なくとも第１の主面に複数の導体箔を有する第２の絶縁基板とを有し、前記第１の絶縁基板の前記第１の主面と前記第２の絶縁基板の前記第１の主面を互いに対向させた間に、第１の主面に第１の電極を有し、かつ、第２の主面に第２の電極を有する電力用半導体チップ、並びに第１の主面に第１の電極を有し、かつ、及び第２の主面に第２の電極を有する電気装置をそれぞれ介在させた電力用半導体モジュールの実装方法であって、
前記電力用半導体チップの第１の電極に、導電性を有し、かつ、加圧により塑性変形する第１種の接合材の一端を接合する工程と、
前記第１種の接合材の他端を、前記第１の絶縁基板上の前記導体箔のいずれかに接合する工程と、
前記電気装置の第１の電極を、前記第１の絶縁基板上の前記導体箔のいずれかに電気的に接続する工程と、
前記第１の絶縁基板の第２の主面と、前記電力用半導体チップの第２の主面との間に、圧力をかけることによって、前記第１の絶縁基板から測った前記電力用半導体チップの第２の電極の高さ並びに前記電気装置の第２の電極の高さが一致するように、前記第１種の接合材を塑性変形させる工程と、
前記電力用半導体チップの第２の電極並びに前記電気装置の第２の電極をそれぞれ前記第２の絶縁基板上の前記導体箔のいずれかと、第２種の接合材によって接合する工程と、を有することを特徴とする電力用半導体モジュールの実装方法。

【請求項2】

前記第１種の接合材として、金もしくはアルミニウムの小塊もしくはその積層体を用いることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体モジュールの実装方法。

【請求項3】

前記電気装置の第１の電極を、前記第１の絶縁基板上の前記導体箔のいずれかに電気的に接続する工程は、前記第２種の接合材を用いて接合する工程であることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体モジュールの実装方法。

【請求項4】

少なくともそれぞれの第１の主面に複数の導体箔を有する第１と第２の絶縁基板の、前記第１の主面を互いに対向させた間に、第１の主面に第１の電極を有し、かつ、第２の主面に第２の電極を有する電力用半導体チップを介在させた電力用半導体モジュールの実装方法であって、
前記電力用半導体チップの第１の電極に、導電性を有し、かつ、加圧により塑性変形する第１の第１種の接合材の一端を接合する工程と、
前記第１の第１種の接合材の他端を、前記第１の絶縁基板上の前記導体箔のいずれかに接合する工程と、
前記第１の絶縁基板上の前記導体箔のいずれかに、前記第１の第１種の接合材とは別個体である第２の第１種の接合材の一端を接合する工程と、
前記電力用半導体チップの第２の電極を、前記第２の絶縁基板上の前記導体箔のいずれかと導電性を有する第２種の接合材によって接合するとともに、前記第１の絶縁基板の第２の主面と前記第２の絶縁基板との間に圧力をかけることによって、前記第１の第１種の接合材及び前記第２の第１種の接合材を塑性変形させると同時に、前記第２の第１種の接合材の他端と、前記第２の絶縁基板上の前記導体箔のいずれかとを接合する工程と、
を有することを特徴とする、電力用半導体モジュールの実装方法。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の電力用半導体モジュールの実装方法により形成された電力用半導体モジュールであって、
前記電力用半導体チップの第１の電極と前記第１の絶縁基板の前記導体箔とを接続する前記第１種の接合材は、前記第１の絶縁基板の第１の主面に垂直な方向に圧縮変形されていることを特徴とする電力用半導体モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力用半導体モジュール及びその実装方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、電力用半導体チップを基板に実装して電力用半導体モジュールを形成する実装方法として、導体上にチップの裏面電極をハンダ付けし、チップのおもて面にある電極と対応配線との間はアルミワイヤを超音波ボンディングする工法が多く採用されてきた。また、小型化や配線インピーダンス低減を目的として、フリップチップボンディング法で実装することも行われている。フリップチップボンディング法は、たとえば特許文献１の図３に示されているように、電力用半導体チップのおもて面に形成されたソース電極やゲート電極を、絶縁板上に設けられた対応配線にそれぞれハンダ付けしている。またチップの裏面のドレイン電極には、ヒートシンクとなる金属板がハンダ付けされ、金属板端部に段差を設けて絶縁板上に用意された対応配線と電気的に接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−７３６６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

大電流を扱う電力用半導体モジュールにおいては、内蔵する電力用半導体チップとその他の部品は、小型化ならびにモジュール内部のインピーダンス低減のため、なるべく配線は短く、また部品同士は近接して配置することが望まれる。そのためには、配線をもつ２枚の絶縁基板の間に、半導体チップやその他の電気部品を一緒に挟み込む構成が有効である。しかしながら、各部品の厚みは全て同一であるとは限らず、また工業的に必ず厚みにばらつきをもつので、２枚の絶縁基板の間に電力用半導体チップやその他の電気部品を歩留まりよく電気的に接続することは困難であるという問題点があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記問題点を解決するために本発明は、第１の主面に複数の導体箔を有する第１の絶縁基板と第２の絶縁基板の主面を互いに対向させた間に、電力用半導体チップ並びに電気装置をそれぞれ介在させた電力用半導体モジュールの実装方法である。電力用半導体チップは、第１の主面に第１の電極、第２の主面に第２の電極を有する。電気装置は、第１の主面に第１の電極、第２の主面に第２の電極を有する。

【0006】

そして、電力用半導体チップの第１の電極に、導電性を有し、かつ、加圧により塑性変形する第１種の接合材の一端を接合する工程と、第１種の接合材の他端を、第１の絶縁基板上の前記導体箔のいずれかに接合する工程とを有する。

【0007】

次いで、電気装置の第１の電極を、第１の絶縁基板上の導体箔のいずれかに電気的に接続する工程を有する。

【0008】

次いで、第１の絶縁基板の第２の主面と、電力用半導体チップの第２の主面との間に、圧力をかけることによって、第１種の接合材を塑性変形させる工程を有する。この工程において、第１の絶縁基板から測った電力用半導体チップの第２の電極の高さ及び電気装置の第２の電極の高さが一致するように、第１種の接合材を塑性変形させる。

【0009】

最後に、電力用半導体チップの第２の電極並びに電気装置の第２の電極をそれぞれ第２の絶縁基板上の導体箔のいずれかと、第２種の接合材によって接合する工程を有する。

【発明の効果】

【0010】

上記構成により本発明は、電力用半導体チップと電気装置との高さを揃えることができるので、電力用半導体チップと電気装置との厚みが異なっている場合でも確実な配線接続が可能となり、信頼性の高い電力用半導体モジュールを形成できるという効果がある。なぜなら、加圧により塑性変形する第１種の接合材を構成する金もしくはアルミニウムは、バンプ程度の小塊であれば少しの加熱や超音波印加によって容易に、かつ大幅に塑性変形させることができるからである。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１実施形態による電力用半導体モジュールを示す断面図である。

【図2】図１の電力用半導体モジュールの実装方法における工程順断面図である。

【図3】図１の電力用半導体モジュールの実装方法における工程順断面図である。

【図4】図１の電力用半導体モジュールの実装方法における工程順断面図である。

【図5】本発明の第１実施形態の第１変形例における電力用半導体モジュールを示す断面図である。

【図6】本発明の第１実施形態の第２変形例における電力用半導体モジュールを示す断面図である。

【図7】本発明の第２実施形態における電力用半導体モジュールを示す断面図である。

【図8】図７の電力用半導体モジュールの実装方法における工程順断面図である。

【図9】図７の電力用半導体モジュールの実装方法における工程順断面図である。

【図10】本発明の第３実施形態による電力用半導体モジュールを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。尚、以下に説明する図中において、同じ構成要素には同じ符号を付与して重複する説明を省略する。

【0013】

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態である電力用半導体モジュールの実装方法を使って組み立てた電力用半導体モジュール１を示す断面図である。図１において、それぞれセラミックからなる絶縁基板２と絶縁基板３は、それぞれの第１主面２ａ、３ａを互いに対向させた間に、電力用半導体チップとしての縦型の電力用トランジスタチップ４と還流ダイオードチップ５を介在させている。還流ダイオードチップ５は、本実施形態においては、特許請求の範囲における電気装置に相当する。電力用トランジスタチップ４と還流ダイオードチップ５は、ブリッジ回路の１アーム分を構成する。

【0014】

電力用トランジスタチップ４の第１主面であるおもて面には、第１電極であるソース電極４１と、制御電極であるゲート電極４３が形成され、電力用トランジスタチップ４の第２主面である裏面には、第２電極であるドレイン電極４２が形成されている。同様に、還流ダイオードチップ５の第１主面であるおもて面にはアノード電極５１が形成され、還流ダイオードチップ５の第２主面である裏面にはカソード電極５２が形成されている。

【0015】

絶縁基板２の第１主面２ａには導体箔２１及び導体箔２３による回路パターンが形成され、絶縁基板３の第１主面３ａには導体箔３１による回路パターンが形成されている。

【0016】

電力用トランジスタチップ４のソース電極４１と還流ダイオードチップ５のアノード電極５１は、絶縁基板２の第１主面２ａ上の導体箔２１と、それぞれ第１種の接合材としてのバンプ６１、６３にて電気的に接続されている。さらに電力用トランジスタチップ４のゲート電極４３も、絶縁基板２の第１主面２ａ上の導体箔２３と同様のバンプ６２にて電気的に接続されている。これらのバンプ６１、６２、６３の材質は、たとえば金もしくはアルミニウムのような導電性があって、加圧により比較的容易に塑性変形する金属からなる。なお、高さを持たせるため図中に描いたように積層バンプとしてよい。一方、電力用トランジスタチップ４のドレイン電極４２と還流ダイオードチップ５のカソード電極５２は、絶縁基板３の第１主面３ａ上の導体箔３１と、第２種の接合材であるハンダ７にて接合されている。導体箔２１、２３、３１の材質は銅もしくはアルミニウムであり、必要に応じて表面には接合材との接合を実現するに好適な金属がメッキされている。なお、図示しないが、絶縁基板２、絶縁基板３のそれぞれ外側に向いている第２主面２ｂ、３ｂには導体箔があっても構わない。

【0017】

次に、図１に示した電力用半導体モジュール１を実現するための第１の実施形態による実装方法を、図２から図４の工程順断面図を参照て説明する。まず、図２に示す工程では、電力用トランジスタチップ４のソース電極４１上、ゲート電極４３上、そして還流ダイオードチップ５のアノード電極５１上に、それぞれ図のように第１種の接合材の一端を接合してバンプ６１、６２、６３を形成する。この第１種の接合材の材質が金の場合は、たとえば金ワイヤの先端を加熱溶融させて球状にして固化させたものを、少しの温度と超音波を印加して対象に接合し、ワイヤを切り離したものを用いる。また材質がアルミニウムの場合は、たとえばアルミワイヤの先端を超音波ボンディングによって対象に接合し、ワイヤを切り離したものを用いてもよい。

【0018】

次に、図３に示す工程では、それぞれのチップ上に形成したバンプ６１、６２、６３の頂部（第１種の接合材の他端）と、絶縁基板２上の導体箔２１、２３とを接合する。この工程が最も位置合わせ精度を要する。バンプ６１、６２、６３の材質が金の場合は、バンプ形成時と同様にバンプ６１、６２、６３に少しの温度と超音波を印加して対象と接合させる。バンプ６１、６２、６３の材質がアルミニウムの場合もバンプ６１、６２、６３に超音波を印加して対象と接合させる。

【0019】

ところで、電力用トランジスタチップ４と還流ダイオードチップ５の厚みは同じとは限らない。よって、図３中に補助として挿入した破線にて明らかなように、絶縁基板２から測った電力用トランジスタチップ４のドレイン電極４２の高さと還流ダイオードチップ５のカソード電極５２の高さには、差が生じるのが一般的である。また、図２の工程で電力用トランジスタチップ４や還流ダイオードチップ５が傾斜している場合も想定される。

【0020】

そこで次の工程では、図４に示すように、並行平板治具（図示せず）を用いて、絶縁基板２の第２主面２ｂと、電力用トランジスタチップ４のドレイン電極４２及び還流ダイオードチップ５のカソード電極５２と、の間に圧力を印加する。この圧力により、第１種の接合材からなるバンプ６１、６２、６３を圧縮して、絶縁基板２の第１主面２ａからの電力用トランジスタチップ４のドレイン電極４２の高さ及び還流ダイオードチップ５のカソード電極５２の高さを揃える。このようにして両チップの高さを一致させるために、第１種の接合材は圧力により比較的容易に塑性変形する金もしくはアルミニウムのような金属を選ぶ。その他、本発明の実装方法で形成する電力用半導体モジュールの使用要件、例えば使用温度条件を満たせば、この第１種の接合材としてインジウムや鉛など他の金属もしくは導電体でもよい。

【0021】

その後の工程で、電力用トランジスタチップ４のドレイン電極４２と還流ダイオードチップ５のカソード電極５２をそれぞれ、第２種の接合材であるハンダ７にて絶縁基板３の導体箔３１に接合し、図１に示した電力用半導体モジュール１を完成させる。ここで第２種の接合材であるハンダは、たとえば、従来の錫銀銅系ハンダ、若しくは金錫系合金ハンダである。

【0022】

このように、第１種の接合材（バンプ）として導電性があり、加圧により比較的容易に塑性変形する材料を用いることで、２枚の基板の間に実装する半導体チップや部品に厚みの違いがあったとしても、確実な配線接続が可能となる。その結果として電力用半導体モジュールの構造を大幅に小型化でき、また、電力用半導体モジュール内のインピーダンスを低減させることができる。

【0023】

ここで、第１種の接合材の高さ調節機能について一例を説明する。たとえば電力用トランジスタチップ４の厚みが１８０μｍであり、還流ダイオードチップ５の厚みが２４０μｍ、さらにそれぞれの厚みには製造工程上のばらつきが最大で±４０μｍあったとする。この場合、両者の裏面電極の段差は、最小で２０μｍ、最大で１４０μｍとなる。そこで段差が１４０μｍのとき、接合のために必要な第１種の接合材の最小の潰れ量を１０％、高さを揃えるための第１種の接合材の最大の潰れ量を図２の状態における高さの５０％と設定する。すると、図２の状態における第１種の接合材の高さは３５０μｍとすればよい計算になる。これにより絶縁基板２上の導体箔（たとえば２１）と絶縁基板３上の導体箔（たとえば３１）との間の距離は４５５μｍとなる。また、段差が最小の２０μｍの場合の距離は３９５μｍ以上、５１５μｍ以下の値を取れる。

【0024】

なお、電力用トランジスタチップを複数並列接続させる場合も、互いに工業的な寸法公差の範囲で厚みの違いは存在するので、このような接合方法が有効である。

【0025】

また、電力用半導体チップがトランジスタの場合、第１の主面には一方の主電極と制御電極が数十μｍという短い絶縁距離で隣接している。ここに従来のハンダのように実装工程の途中で溶融する接合材を使う工法では、電極間短絡を回避するために２つの接合材の間の距離を広く設定する必要があり、電力用半導体モジュールの小型化や半導体チップの効率的な利用に対して制限の１つとなっていた。また、接合材が固体でない状態でいる間、位置ズレなどに十分な配慮が必要である。しかし、実装工程で一度も液状にならない第１種の接合材を使う本発明の実装方法では、このような懸念がなく、従来とくらべて電力用半導体チップの小型化や効率的な利用が可能になり、電力用半導体モジュールを小型化、高性能化することができる。

【0026】

本実施形態によれば、完成した電力用半導体モジュールには、第１種の接合材であるバンプに絶縁基板２の第１主面２ａと垂直な方向に圧縮した痕跡が残る。即ち、各バンプには、金属結晶粒界が横方向（第１主面２ａと平行な方向）に多く滑り、縦方向（第１主面２ａと垂直な方向）に少なく滑り、圧縮変形された痕跡が残る。

【0027】

［第１変形例］
次に、第１実施形態の第１変形例の電力用半導体モジュール及びその実装方法を説明する。図５は、第１変形例の電力用半導体モジュールを示す断面図である。図５中、８は絶縁基板２上の導体箔２３と絶縁基板３上の導体箔３３との間を電気的に接続する金属板であり、８ａは同じく絶縁基板２上の導体箔２１と絶縁基板３上の導体箔３２との間を電気的に接続する金属板である。なお、金属板８、８ａは特許請求の範囲における電気装置に相当する。金属板８、８ａの厚みの寸法公差がハンダ７など第２種の接合材の許容範囲内であれば、このような構成も可能である。このように高さが揃った金属板８、８ａにて電力用トランジスタチップ４を挟み込むように配置し、ハンダ７で金属板８、８ａと、絶縁基板２の導体箔２１、２３、絶縁基板３の導体箔２３、３３とを接合する。この構造によりバンプ６１、６２の接合信頼度を高めることができるという効果がある。なぜなら、外力は、ほとんど絶縁基板２、３と金属板８、８ａとの接合部に受け止められ、バンプ６１、６２の両端部の接合部には外力が及ばないからである。

【0028】

［第２変形例］
次に、第１実施形態の第２変形例の電力用半導体モジュール及びその実装方法を説明する。第２変形例は、図５に示した第１変形例の金属板８を受動素子で置き換えた例である。すなわち、図６に示すように、金属板８をゲート抵抗であるチップ抵抗９に置き換えてもよい。図６において、チップ抵抗９は、両端部にそれぞれ電極９１、９２を備えている。電極９１は、チップ抵抗９の図中右側面から上面の右端部及び下面の右端部にかけて形成されている。同様に、電極９２は、チップ抵抗９の図中左側面から上面の左端部及び下面の左端部にかけて形成されている。そして、電極９１は、ハンダ７により、絶縁基板２の導体箔２３及び絶縁基板３の導体箔３３と接合されている。同様に、電極９２は、ハンダ７により、絶縁基板２の導体箔２４及び絶縁基板３の導体箔３４と接合されている。さらには、改めて図示しないが金属板８もしくは８ａを、たとえばキャパシタチップなどの回路上で必要な他の受動素子で置き換えてもよい。

【0029】

ここで、従来の実装方法と比較した本発明の効果を説明する。従来は、図１においてバンプ６１、６２、６３に相当する部位には、接合材としてとえばハンダが用いられる。これらはどれも実装工程の途中で液状になる。電力用トランジスタチップ４のおもて面には一般に、図示したように主電極（ここではソース電極４１）と制御電極（ここではゲート電極４３）とが存在し、その間の距離は数十μｍしかない。よって、まず実装工程途中の僅かな外力などで２つの電極間で接合材が短絡してしまう可能性がある。これを防ぐため、一般には２つの電極間の接合材は、少なくとも接合材の厚みの２倍以上の距離を設ける。すると、上述の例では数百μｍの間隔を設けることになり、トランジスタチップの活性領域のうち、直上の接合材がない領域は配線抵抗を背負うことになって、オン抵抗などのトランジスタチップの性能を十分に発揮させる点で制限となる。これは導電性ペーストを使う場合でも同様である。

【0030】

さらには、前述したように２枚の絶縁基板の間に複数の部品（電力用トランジスタチップや電気装置）を実装する場合、部品同士の厚みの違いもしくは同種の部品においても寸法公差から、部品と絶縁基板２との間の距離がそれぞれ大きく変化することがある。その距離の最大値が最小値の２倍と仮定すると、製造工程において接合材の量はチップ厚みごとに配慮することは困難であるから、前記距離が最も短い場合に接合面積を最大と設定すると、前記距離が最も遠くなった場合には実質の接合面積が約半分になる。すなわちこの場合も、上記同様にトランジスタチップの性能にばらつきを生じせしめる可能性を孕む。

【0031】

これに対し、本発明の実装方法では、実装工程で一度も液体の状態を経ない第１種の接合材を図のように細かく分割して用いるため、従来例と比べてトランジスタチップの性能への影響は最小限に留めることができる。

【0032】

［第２実施形態］
次に、本発明に係る電力用半導体モジュール及びその実装方法の第２実施形態を説明する。図７は本発明に係る電力用半導体モジュール１の第２実施形態を説明する断面図である。図７において、図１の第１種の接合材であるバンプ６１、６２、６３に代えて、たとえば金もしくは銀もしくは銅もしくはそれらの複合体からなる金属多孔質体６６、６７、６８を第１種の接合材として使用している点に特徴がある。その他の構成は、図１に示した第１実施形態と同様である。

【0033】

次に、図８および図９を参照して、本実施形態における電力用半導体モジュールの実装方法を説明する。まず、図８では、例えばスクリーン印刷技術により、ソース電極４１、ゲート電極４３、アノード電極５１の上にマスクを使って所与の領域に、本実施形態において第１種の接合材となる前駆体を含むペースト領域６６ａ、６７ａ、６８ａを形成する。このペーストには、たとえば金もしくは銀もしくは銅もしくはそれらの複合体からなる粒子が多量に含まれている。一般に金属粒子はその種類に限らず、その直径が０．０１μｍ以下となると粒子同士が常温程度でも互いに融合しあう現象が知られている。そこで、０．０１μｍから１μｍ程度まで粒径が分布する金属粒子を、すぐには融合しないように有機物の膜で包んだのち、ペーストとしたものを用いる。

【0034】

そしてペースト領域６６ａ、６７ａ、６８ａを形成したのち、ペースト中の溶媒を蒸発させる。するとまだ粒子表面を覆っている有機物同士が物理吸着によって繋がっている多孔質の前駆体層６６ｂ、６７ｂ、６８ｂが残る。尚、一度のペーストの印刷により所望の厚さの前駆体層ができないときには、ペースト中の溶媒を乾燥させた後、ペーストの印刷、乾燥を繰り返して行ってもよい。

【0035】

次いで、図９に示すように、平行平板治具（図示せず）により、絶縁基板２の導体箔２１、２３に、還流ダイオードチップ５上の前駆体層６８ｂ、及び電力用トランジスタチップ４上の前駆体層６６ｂ、６７ｂを押し付ける。これにより、チップ同士の高さの違いにより、高い側の前駆体層（前駆体層６８ｂ）がより多く潰れ、絶縁基板２の第１主面２ａからの電力用トランジスタチップ４のドレイン電極４２及び還流ダイオードチップ５のカソード電極５２の高さを揃えることができる。

【0036】

さらにこの状態のまま３００℃程度で加熱すると、粒子の周囲を覆っていた有機物が分解し、金属粒子同士ならびに電極金属が融合して金属多孔質体６６、６７、６８が完成する。なお、粒子が金の場合は酸化しないので大気中でこの処理が可能である。銀の場合は１８０℃にて酸化銀層が自己還元するので３００℃以上の熱処理をするなら金属粒子同士は融合することができる。銅の場合は酸化物が大気中で還元することはないので、水素など還元性ガスを含んだ雰囲気中で処理する。あるいは、有機溶媒中に少量の還元剤を入れておくなどの対応をする。

【0037】

その後、ハンダ７を用いて、ドレイン電極４２及びカソード電極５２を絶縁基板３上の導体箔３１に接合することにより、図７に示した電力用半導体モジュール１が完成する。

【0038】

本実施形態では、第１種の接合材として金属多孔質体を用い、金属粒子を含んだペーストによるマスク印刷により金属多孔質体の前駆体層を形成しているので、金属の小塊を１つひとつ実装してバンプを形成するのに比べて、生産効率が飛躍的に向上する。このため、第１実施形態に比べて実装コストが大幅に低下するという効果がある。

【0039】

また、本実施形態では、金属多孔質体６６、６７、６８を形成する過程で、絶縁基板２の主面に垂直な方向へ前駆体層６６ｂ、６７ｂ、６８ｂを圧縮しているので、金属多孔質体６６、６７、６８の空隙には、扁平に圧縮された痕跡が残る。即ち、本実施形態による電力用半導体モジュールには、金属多孔質体６６、６７、６８の空隙は、絶縁基板２の第１主面２ａに平行な方向に長く、垂直な方向に短くなっているという圧縮変形された痕跡が残る。

【0040】

なお、上記の金属多孔質体は粒子が緩く結合した形態であるが、スポンジ状に空隙を有する多孔質あるいは管や繊維が集合した多孔質であっても構わない。

【0041】

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。図１０は本発明に係る電力用半導体モジュール１の第３実施形態を説明する断面図である。これは特許請求の範囲における電気装置を積層した第１種の接合材のみで構成したものである。電力用トランジスタチップ４の厚みが十分に薄い場合は、このような構成の方が実装が簡便で省スペースにもなるという効果がある。図５に示したような金属板８は、組立作業を簡便にするため、たとえば幅２ｍｍといった大きさを必要とし、これをハンダ付けする導体箔のサイズは、さらに一回り大きい必要がある。しかし、図１０に示したように、第１種の接合材によるバンプ６１、６２と同様、金もしくはアルミニウムの小塊を積層した第１種の接合材によるバンプ６４、６５を用いれば、実装領域を大幅に縮小し、電力用半導体モジュールを小型化できるという効果がある。

【0042】

図１０の電力用半導体モジュールを形成するための工程順断面は、改めて図示しないが、まず電力用トランジスタチップ４のおもて面のソース電極４１とゲート電極４３の上に、それぞれ第１種の接合材の一端を接合してバンプ６１、６２を形成する。次いで、バンプ６１、６２の他端である頂部を絶縁基板２上の導体箔２１、２３に接合する。次いで、導体箔２１、２３の上に第１種の接合材の一端を接合してバンプ６５、６４を形成する。次いで、電力用トランジスタチップ４の裏面のドレイン電極４２と絶縁基板３上の導体箔３１との間にハンダ７の前駆体を挟み、加熱してハンダを形成するとともに、加圧して絶縁基板３上の導体箔３２とバンプ６５、導体箔３３とバンプ６４とを熱圧着させる。これにより、図１０の電力用半導体モジュール１を完成させる。

【0043】

本実施形態により完成した電力用半導体モジュールには、第１実施形態と同様に、第１種の接合材であるバンプに絶縁基板２の第１主面２ａと垂直な方向に圧縮した痕跡が残る。即ち、各バンプには、金属結晶粒界が横方向（第１主面２ａと平行な方向）に多く滑り、縦方向（第１主面２ａと垂直な方向）に少なく滑り、圧縮変形された痕跡が残る。

【符号の説明】

【0044】

１ 電力用半導体モジュール
２ 絶縁基板
３ 絶縁基板
４ 電力用トランジスタチップ（電力用半導体チップ）
５ 還流ダイオードチップ（電気装置）
７ ハンダ（第２種の接合材）
２１、２２、２３、２４ 導体箔
３１、３２、３３、３４ 導体箔
４１ ソース電極
４２ ドレイン電極
４３ ゲート電極
５１ アノード電極
５２ カソード電極
８、８ａ 金属板
６１、６２、６３、６４、６５ バンプ（第１種の接合材）
６６、６７、６８ 金属多孔質体（第１種の接合材）
６６ａ、６７ａ、６８ａ ペースト領域
６６ｂ、６７ｂ、６８ｂ 前駆体層
８、８ａ 金属板（電気装置）
９ チップ抵抗（電気装置）
９１、９２ チップ抵抗の電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】