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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022114048
(43)【公開日】2022-08-05
(54)【発明の名称】パワーモジュール
(51)【国際特許分類】
H01L 23/29 20060101AFI20220729BHJP
H01L 25/07 20060101ALI20220729BHJP
【ＦＩ】
H01L23/36 A
H01L25/04 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021010158
(22)【出願日】2021-01-26
(71)【出願人】
【識別番号】000002141
【氏名又は名称】住友ベークライト株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100110928
【弁理士】
【氏名又は名称】速水 進治
(72)【発明者】
【氏名】伊東 昌治
【テーマコード（参考）】
5F136
【Ｆターム（参考）】
5F136BA04
5F136BB05
5F136BB18
5F136BC07
5F136DA22
5F136DA27
5F136EA70
5F136FA02
5F136FA03
5F136FA14
5F136FA15
5F136FA52
5F136FA63
5F136GA31
(57)【要約】
【課題】パワーモジュールにおいてパワー半導体素子の両面から放熱させて放熱性能を向上させる技術を提供する。
【解決手段】パワーモジュール１００は、パワー半導体素子１と、パワー半導体素子１の下面１ａ側に設けた第１放熱構造１０と、上面１ｂ側に設けた第２放熱構造２０と、パワー半導体素子１と第１放熱構造１０とをシンタリングペーストにより接合する第１接合層１２と、パワー半導体素子１と第２放熱構造２０との間のスペーサー３０と、第２放熱構造２０とスペーサー３０とをシンタリングペーストにより接合する第２接合層２２と、パワー半導体素子１とスペーサー３０とをシンタリングペーストにより接合する第３接合層３２と、第１放熱構造１０と第２放熱構造２０との間の領域においてパワー半導体素子１、スペーサー３０及び第１～第３接合層１２、２２、３２が設けられていない領域をモールド封止材により封止した封止材層５０とを有する。
【選択図】図２
【解決手段】パワーモジュール１００は、パワー半導体素子１と、パワー半導体素子１の下面１ａ側に設けた第１放熱構造１０と、上面１ｂ側に設けた第２放熱構造２０と、パワー半導体素子１と第１放熱構造１０とをシンタリングペーストにより接合する第１接合層１２と、パワー半導体素子１と第２放熱構造２０との間のスペーサー３０と、第２放熱構造２０とスペーサー３０とをシンタリングペーストにより接合する第２接合層２２と、パワー半導体素子１とスペーサー３０とをシンタリングペーストにより接合する第３接合層３２と、第１放熱構造１０と第２放熱構造２０との間の領域においてパワー半導体素子１、スペーサー３０及び第１～第３接合層１２、２２、３２が設けられていない領域をモールド封止材により封止した封止材層５０とを有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
パワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子の一方の面側に設けた第１放熱構造と、
前記パワー半導体素子の他方の面側に設けた第２放熱構造と、
前記パワー半導体素子と前記第１放熱構造とをシンタリングペーストにより接合する第１接合層と、
前記パワー半導体素子と前記第２放熱構造との間に設けたスペーサーと、
前記第２放熱構造と前記スペーサーとをシンタリングペーストにより接合する第２接合層と、
前記パワー半導体素子と前記スペーサーとをシンタリングペーストにより接合する第３接合層と、
前記第１放熱構造と前記第２放熱構造との間の領域において、前記パワー半導体素子、前記スペーサー及び前記第１～第３接合層が設けられていない領域をモールド封止材により封止した封止材層と、
を有するパワーモジュール。
前記パワー半導体素子の一方の面側に設けた第１放熱構造と、
前記パワー半導体素子の他方の面側に設けた第２放熱構造と、
前記パワー半導体素子と前記第１放熱構造とをシンタリングペーストにより接合する第１接合層と、
前記パワー半導体素子と前記第２放熱構造との間に設けたスペーサーと、
前記第２放熱構造と前記スペーサーとをシンタリングペーストにより接合する第２接合層と、
前記パワー半導体素子と前記スペーサーとをシンタリングペーストにより接合する第３接合層と、
前記第１放熱構造と前記第２放熱構造との間の領域において、前記パワー半導体素子、前記スペーサー及び前記第１～第３接合層が設けられていない領域をモールド封止材により封止した封止材層と、
を有するパワーモジュール。
【請求項2】
前記第１放熱構造は、
前記第１接合層と一方の面に接合する第１金属回路基板と、
前記第１金属回路基板の他方の面に設けられ、第１ヒートシンクを接合するために設けられた第１放熱シートと、
を有する、請求項１に記載のパワーモジュール。
前記第１接合層と一方の面に接合する第１金属回路基板と、
前記第１金属回路基板の他方の面に設けられ、第１ヒートシンクを接合するために設けられた第１放熱シートと、
を有する、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項3】
前記第１放熱構造は、前記第１ヒートシンクを有する、請求項２に記載のパワーモジュール。
【請求項4】
前記第２放熱構造は、
前記第２接合層と一方の面に接合する第２金属回路基板と、
前記第２金属回路基板の他方の面に設けられ、第２ヒートシンクを接合するために設けられた第２放熱シートと、
を有する、請求項１から３までのいずれか１項に記載のパワーモジュール。
前記第２接合層と一方の面に接合する第２金属回路基板と、
前記第２金属回路基板の他方の面に設けられ、第２ヒートシンクを接合するために設けられた第２放熱シートと、
を有する、請求項１から３までのいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項5】
前記第２放熱構造は、前記第２ヒートシンクを有する、請求項４に記載のパワーモジュール。
【請求項6】
前記スペーサーの厚さ方向中心から前記第１放熱構造までの積層方向の第１の熱抵抗Ｒ１と、前記スペーサーの厚さ方向中心から前記第２放熱構造までの積層方向の第２の熱抵抗Ｒ２との比Ｒ１／Ｒ２が０．７以上１．３以下である、請求項１から５までのいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項7】
前記第１の熱抵抗Ｒ１及び前記第２の熱抵抗Ｒ２は０．０５（Ｋ／Ｗ）以上０．５（Ｋ／Ｗ）以下である、請求項６に記載のパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、パワーモジュールに係り、例えばパワー半導体素子と、パワー半導体素子の両方の面に設けた金属回路基板（伝熱金属層）と、を有すパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
パワー半導体素子を伝熱用の金属回路基板を設けたパワーモジュールの市場が拡大している。そのようなパワーモジュールでは、高い放熱性を実現するために各種の技術が提案されている。例えば、高熱伝導性のフィラーと結晶性ポリマーとを含み、一体成形されたフィン付きヒートシンクおよび基材と、前記基材上に形成され、絶縁性の熱伝導性フィラーと結晶性ポリマーとを含む絶縁層と、前記絶縁層上に形成された金属層とを有し、前記フィン付きヒートシンクおよび基材中の高熱伝導性フィラーの含有率が１５～６５ｖｏｌ％であり、前記絶縁層中の熱伝導性フィラーの含有率が１５～６５ｖｏｌ％であるフィン付きヒートシンク一体回路基板用積層板が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１２－２８４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来のパワーモジュール構造では、「チップ（パワー半導体素子）／はんだ／ＤＢＣ（Direct Bonded Copper）基板／はんだ／放熱フィン」といった積層構造となっていた。チップ（パワー半導体素子）とＤＢＣ基板の接合および、ＤＢＣ基板と放熱フィンの接合には、はんだを使用していた。パワーモジュールが動作した際に、チップ（パワー半導体素子）が発熱するが、上述の構造ではその放熱が十分ではなく、対策の技術が求められていた。また、チップ（パワー半導体素子）の両面から効率よく放熱する技術が求められていた。
【0005】
本発明はこの様な状況に鑑みなされたものであって、パワー半導体素子を備えるパワーモジュールにおいて、パワー半導体素子の両面から放熱させ放熱性能を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明によれば、
パワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子の一方の面側に設けた第１放熱構造と、
前記パワー半導体素子の他方の面側に設けた第２放熱構造と、
前記パワー半導体素子と前記第１放熱構造とをシンタリングペーストにより接合する第１接合層と、
前記パワー半導体素子と前記第２放熱構造との間に設けたスペーサーと、
前記第２放熱構造と前記スペーサーとをシンタリングペーストにより接合する第２接合層と、
前記パワー半導体素子と前記スペーサーとをシンタリングペーストにより接合する第３接合層と、
前記第１放熱構造と前記第２放熱構造との間の領域において、前記パワー半導体素子、前記スペーサー及び前記第１～第３接合層が設けられていない領域をモールド封止材により封止した封止材層と、
を有するパワーモジュールが提供される。
パワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子の一方の面側に設けた第１放熱構造と、
前記パワー半導体素子の他方の面側に設けた第２放熱構造と、
前記パワー半導体素子と前記第１放熱構造とをシンタリングペーストにより接合する第１接合層と、
前記パワー半導体素子と前記第２放熱構造との間に設けたスペーサーと、
前記第２放熱構造と前記スペーサーとをシンタリングペーストにより接合する第２接合層と、
前記パワー半導体素子と前記スペーサーとをシンタリングペーストにより接合する第３接合層と、
前記第１放熱構造と前記第２放熱構造との間の領域において、前記パワー半導体素子、前記スペーサー及び前記第１～第３接合層が設けられていない領域をモールド封止材により封止した封止材層と、
を有するパワーモジュールが提供される。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、パワー半導体素子を備えるパワーモジュールにおいて、パワー半導体素子の両面から放熱させ放熱性能を向上させる技術を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態に係る、パワーモジュールを模式的に示した断面図である。
【図2】実施形態に係る、パワーモジュールを模式的に示した断面図であって、パワー半導体素子が設けられた領域を拡大して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。図面はあくまで説明用のものである。図面中の各部材の形状や寸法比などは、必ずしも現実の物品と対応するものではない。
【0010】
＜発明の概要＞
＜パワーモジュール１００＞
本実施形態に係るパワーモジュール１００について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るパワーモジュール１００を模式的に示した断面図である。図２は、パワーモジュール１００のパワー半導体素子１が設けられている領域の断面構造を拡大して示した図である。説明を簡単にするため、パワーモジュール１００の各構成要素の位置関係（上下関係等）が各図に示す関係であるものとして説明を行う場合がある。ただし、この説明における位置関係は、パワーモジュール１００の使用時や製造時の位置関係とは無関係である。
＜パワーモジュール１００＞
本実施形態に係るパワーモジュール１００について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るパワーモジュール１００を模式的に示した断面図である。図２は、パワーモジュール１００のパワー半導体素子１が設けられている領域の断面構造を拡大して示した図である。説明を簡単にするため、パワーモジュール１００の各構成要素の位置関係（上下関係等）が各図に示す関係であるものとして説明を行う場合がある。ただし、この説明における位置関係は、パワーモジュール１００の使用時や製造時の位置関係とは無関係である。
【0011】
パワーモジュール１００は、パワー半導体素子１と、パワー半導体素子１を支持固定し外部配線との電気的接続するリードフレーム７と、パワー半導体素子１の一方の面側（図示では下面１ａ側）に設けられた第１放熱構造１０と、他方の面側（ここでは上面１ｂ）に設けられた第２放熱構造２０と、パワー半導体素子１と第２放熱構造２０との間に設けられたスペーサー３０と、第１放熱構造１０と第２放熱構造２０との間の空間に設けられた封止材層５０と有する。さらに、パワーモジュール１００は、パワー半導体素子１やリードフレーム７と第１放熱構造１０とを接続する第１接合層１２、スペーサー３０と第２放熱構造２０とを接続する第２接合層２２と、パワー半導体素子１とスペーサー３０とを接続する第３接合層３２とを有する。
以下、具体的に説明する。
以下、具体的に説明する。
【0012】
＜パワー半導体素子１＞
パワー半導体素子１は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびダイオード等である。パワー半導体素子１の上面には図示しない電極パターンが形成され、パワー半導体素子１の下面１ａには図示しない導電パターンが形成されている。
パワー半導体素子１の下面１ａは、接合層である第１接合層１２を介して第１放熱構造１０に接合されている。パワー半導体素子１の上面１ｂの電極パターンは、リードフレーム７に対して電気的に接続されている。
パワー半導体素子１は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびダイオード等である。パワー半導体素子１の上面には図示しない電極パターンが形成され、パワー半導体素子１の下面１ａには図示しない導電パターンが形成されている。
パワー半導体素子１の下面１ａは、接合層である第１接合層１２を介して第１放熱構造１０に接合されている。パワー半導体素子１の上面１ｂの電極パターンは、リードフレーム７に対して電気的に接続されている。
【0013】
＜リードフレーム７＞
リードフレーム７は、パワー半導体素子１を支持固定し、また外部配線との電気的接続をするものであって、銅や鉄などの金属素材の薄板をプレス加工やエッチング加工等によって作られた部品である。
リードフレーム７は、パワー半導体素子１を支持固定し、また外部配線との電気的接続をするものであって、銅や鉄などの金属素材の薄板をプレス加工やエッチング加工等によって作られた部品である。
【0014】
＜第１放熱構造１０＞
第１放熱構造１０は、図示のように、パワー半導体素子１側から第１Ｃｕ回路１３と、第１放熱シート１４と、第１ヒートシンク１５とを有する。
第１放熱構造１０は、図示のように、パワー半導体素子１側から第１Ｃｕ回路１３と、第１放熱シート１４と、第１ヒートシンク１５とを有する。
【0015】
＜第１Ｃｕ回路１３＞
第１Ｃｕ回路１３は、導電性を有する金属材料で構成された金属回路基板である。第１Ｃｕ回路１３の一方の面（図示で上側の面）に形成された回路パターンに、第１接合層１２を介して、パワー半導体素子１が設けられている。
第１Ｃｕ回路１３は、導電性を有する金属材料で構成された金属回路基板である。第１Ｃｕ回路１３の一方の面（図示で上側の面）に形成された回路パターンに、第１接合層１２を介して、パワー半導体素子１が設けられている。
【0016】
第１Ｃｕ回路１３は、厚銅（圧延銅）をパターンニングした回路基板である。第１Ｃｕ回路１３を構成する金属材料には、例えば、厚銅（圧延銅）を好適に用いることができる。これにより、第１Ｃｕ回路１３は、比較的抵抗値が小さくなる。なお、第１Ｃｕ回路１３は、その少なくとも一部がソルダーレジスト層で覆われていてもよい。
【0017】
第１Ｃｕ回路１３は、例えば、第１ヒートシンク１５（Ｃｕベースプレート）の基部１５ａの上面に第１放熱シート１４を介して積層された金属層（厚銅など）を切削及びエッチングにより所定のパターンに加工することにより形成されたり、または予め所定のパターンに加工された状態で第１放熱シート１４により第１Ｃｕ回路１３に貼りつけられる。
【0018】
第１Ｃｕ回路１３の厚さの下限値は、例えば、０．３ｍｍ以上である。このような数値以上であれば、高電流を要する用途であっても、第１Ｃｕ回路１３の発熱を抑えることができる。また、第１Ｃｕ回路１３の厚さの上限値は、例えば、５．０ｍｍ以下であり、好ましくは４．０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは３．０ｍｍ以下である。このような数値以下であれば、回路加工性を向上させることができ、また、製品全体としての薄型化を図ることができる。
【0019】
＜第１放熱シート１４＞
第１放熱シート１４は、第１Ｃｕ回路１３と第１ヒートシンク１５（Ｃｕベースプレート）の間に配置される。パワー半導体素子１の熱を第１Ｃｕ回路１３で受け、さらに、第１放熱シート１４を介して放熱手段である第１ヒートシンク１５（Ｃｕベースプレート）に伝熱される。これにより、パワーモジュール１００の絶縁性を保ちつつ、発熱体であるパワー半導体素子１から生じる熱（特に下面１ａ側から生じる熱）を、パワーモジュール１００の外部へ効果的に放散させることができる。このため、半導体装置の絶縁信頼性を向上させることが可能となる。
第１放熱シート１４は、第１Ｃｕ回路１３と第１ヒートシンク１５（Ｃｕベースプレート）の間に配置される。パワー半導体素子１の熱を第１Ｃｕ回路１３で受け、さらに、第１放熱シート１４を介して放熱手段である第１ヒートシンク１５（Ｃｕベースプレート）に伝熱される。これにより、パワーモジュール１００の絶縁性を保ちつつ、発熱体であるパワー半導体素子１から生じる熱（特に下面１ａ側から生じる熱）を、パワーモジュール１００の外部へ効果的に放散させることができる。このため、半導体装置の絶縁信頼性を向上させることが可能となる。
【0020】
第１放熱シート１４の平面形状は、特に限定されず、第１Ｃｕ回路１３や第１ヒートシンク１５の形状に合わせて適宜選択することが可能であるが、たとえば矩形とすることができる。第１放熱シート１４の膜厚は、例えば５０μｍ以上２５０μｍ以下である。これにより、機械的強度や耐熱性の向上を図りつつ、第１Ｃｕ回路１３の熱をより効果的に第１ヒートシンク１５へ伝えることができる。さらに、第１放熱シート１４の放熱性と絶縁性のバランスが優れる。第１放熱シート１４の熱伝導率として、特に限定はしないが、好ましくは１０Ｗ／ｍＫ（１７５℃）以上、より好ましくは１５Ｗ／ｍＫ（１７５℃）以上のものが用いられる。
【0021】
［第１放熱シート１４の材質］
第１放熱シート１４は、例えば樹脂シートであって、シート用樹脂組成物を用いて形成されている。以下、シート用樹脂組成物について説明する。
本実施形態において、シート用樹脂組成物は、熱硬化性樹脂（Ａ）、充填剤（Ｂ）、および硬化剤（Ｃ）などを含むことが好ましい。熱硬化性樹脂を含む場合、樹脂シートは、熱硬化性樹脂（Ａ）をＢステージ化したものである。
第１放熱シート１４は、例えば樹脂シートであって、シート用樹脂組成物を用いて形成されている。以下、シート用樹脂組成物について説明する。
本実施形態において、シート用樹脂組成物は、熱硬化性樹脂（Ａ）、充填剤（Ｂ）、および硬化剤（Ｃ）などを含むことが好ましい。熱硬化性樹脂を含む場合、樹脂シートは、熱硬化性樹脂（Ａ）をＢステージ化したものである。
【0022】
［熱硬化性樹脂（Ａ）］
熱硬化性樹脂（Ａ）としては、たとえば、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノキシ樹脂、およびアクリル樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂（Ａ）として、これらの中の１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。
なかでも、高い絶縁性を有する観点から、熱硬化性樹脂（Ａ）としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、およびフェノキシ樹脂であることが好ましい。
熱硬化性樹脂（Ａ）としては、たとえば、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノキシ樹脂、およびアクリル樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂（Ａ）として、これらの中の１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。
なかでも、高い絶縁性を有する観点から、熱硬化性樹脂（Ａ）としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、およびフェノキシ樹脂であることが好ましい。
【0023】
エポキシ樹脂としては、たとえば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＥ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＭ型エポキシ樹脂（４，４'－（１，３－フェニレンジイソプリジエン）ビスフェノール型エポキシ樹脂）、ビスフェノールＰ型エポキシ樹脂（４，４'－（１，４－フェニレンジイソプリジエン）ビスフェノール型エポキシ樹脂）、ビスフェノールＺ型エポキシ樹脂（４，４'－シクロヘキシジエンビスフェノール型エポキシ樹脂）等のビスフェノール型エポキシ樹脂；フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリスフェノール基メタン型ノボラック型エポキシ樹脂、テトラフェノール基エタン型ノボラック型エポキシ樹脂、縮合環芳香族炭化水素構造を有するノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；ビフェニル型エポキシ樹脂；キシリレン型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂等のアリールアルキレン型エポキシ樹脂；ナフチレンエーテル型エポキシ樹脂、ナフトール型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、２官能ないし４官能エポキシ型ナフタレン樹脂、ビナフチル型エポキシ樹脂、ナフタレンアラルキル型エポキシ樹脂等のナフタレン型エポキシ樹脂；アントラセン型エポキシ樹脂；フェノキシ型エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂；ノルボルネン型エポキシ樹脂；アダマンタン型エポキシ樹脂；フルオレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中の１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。
【0024】
エポキシ樹脂の中でも、耐熱性および絶縁信頼性をより一層向上できる観点から、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、アリールアルキレン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂からなる群から選択される１種または２種以上であることが好ましい。
【0025】
フェノール樹脂としては、たとえば、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールＡノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、およびレゾール型フェノール樹脂等が挙げられる。これらの中の１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を併用してもよい。
フェノール樹脂の中でも、フェノールノボラック樹脂であることが好ましい。
フェノール樹脂の中でも、フェノールノボラック樹脂であることが好ましい。
【0026】
熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量は、シート用樹脂組成物全量に対し、１質量％以上が好ましく、５質量％以上がより好ましい。一方、当該含有量は、シート用樹脂組成物全量に対し、３０質量％以下が好ましく、２０質量％以下がより好ましい。
熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量が上記下限値以上であると、シート用樹脂組成物のハンドリング性が向上し、樹脂シートを形成するのが容易となるとともに、樹脂シートの強度が向上する。
熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量が上記上限値以下であると、樹脂シートの線膨張率や弾性率がより一層向上したり、熱伝導性がより一層向上したりする。
熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量が上記下限値以上であると、シート用樹脂組成物のハンドリング性が向上し、樹脂シートを形成するのが容易となるとともに、樹脂シートの強度が向上する。
熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量が上記上限値以下であると、樹脂シートの線膨張率や弾性率がより一層向上したり、熱伝導性がより一層向上したりする。
【0027】
［充填剤（Ｂ）］
本実施形態における充填剤（Ｂ）は、樹脂シートの熱伝導性を向上させるとともに強度を得る観点から用いられる。
本実施形態における充填剤（Ｂ）は、樹脂シートの熱伝導性を向上させるとともに強度を得る観点から用いられる。
【0028】
充填剤（Ｂ）としては、熱伝導性フィラーであることが好ましい。より具体的には、充填剤（Ｂ）としては、熱伝導性と電気絶縁性とのバランスを図る観点から、たとえば、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、および炭化ケイ素等が挙げられる。これらは１種を単独で用いても、２種以上を併用してもよい。なかでも、充填剤（Ｂ）は、アルミナ、窒化ホウ素であることが好ましい。
【0029】
充填剤（Ｂ）の含有量は、シート用樹脂組成物全量に対し、９０質量％以下が好ましく、８０質量％以下がより好ましい。一方、熱伝導性の観点から、当該含有量は、シート用樹脂組成物全量に対し、４０質量％以上が好ましく、５０質量％以上がより好ましい。
【0030】
［硬化剤（Ｃ）］
シート用樹脂組成物は、熱硬化性樹脂（Ａ）としてエポキシ樹脂、またはフェノール樹脂を用いる場合、さらに硬化剤（Ｃ）を含むことが好ましい。
シート用樹脂組成物は、熱硬化性樹脂（Ａ）としてエポキシ樹脂、またはフェノール樹脂を用いる場合、さらに硬化剤（Ｃ）を含むことが好ましい。
【0031】
硬化剤（Ｃ）としては、硬化触媒（Ｃ－１）およびフェノール系硬化剤（Ｃ－２）から選択される１種以上を用いることができる。
硬化触媒（Ｃ－１）としては、たとえば、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、オクチル酸スズ、オクチル酸コバルト、ビスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩ）、トリスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩＩ）等の有機金属塩；トリエチルアミン、トリブチルアミン、１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン等の３級アミン類；２－フェニル－４－メチルイミダゾール、２－エチル－４－メチルイミダゾール、２，４－ジエチルイミダゾール、２－フェニル－４－メチル－５－ヒドロキシイミダゾール、２－フェニル－４，５－ジヒドロキシメチルイミダゾール等のイミダゾール類；トリフェニルホスフィン、トリ－ｐ－トリルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボラン、１，２－ビス－（ジフェニルホス
フィノ）エタン等の有機リン化合物；フェノール、ビスフェノールＡ、ノニルフェノール等のフェノール化合物；酢酸、安息香酸、サリチル酸、ｐ－トルエンスルホン酸等の有機酸；等、またはこの混合物が挙げられる。硬化触媒（Ｃ－１）として、これらの中の誘導体も含めて１種類を単独で用いることもできるし、これらの誘導体も含めて２種類以上を併用したりすることもできる。
硬化触媒（Ｃ－１）の含有量は、特に限定されないが、シート用樹脂組成物全量に対し、０．００１質量％以上１質量％以下が好ましい。
硬化触媒（Ｃ－１）としては、たとえば、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸コバルト、オクチル酸スズ、オクチル酸コバルト、ビスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩ）、トリスアセチルアセトナートコバルト（ＩＩＩ）等の有機金属塩；トリエチルアミン、トリブチルアミン、１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン等の３級アミン類；２－フェニル－４－メチルイミダゾール、２－エチル－４－メチルイミダゾール、２，４－ジエチルイミダゾール、２－フェニル－４－メチル－５－ヒドロキシイミダゾール、２－フェニル－４，５－ジヒドロキシメチルイミダゾール等のイミダゾール類；トリフェニルホスフィン、トリ－ｐ－トリルホスフィン、テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、トリフェニルホスフィン・トリフェニルボラン、１，２－ビス－（ジフェニルホス
フィノ）エタン等の有機リン化合物；フェノール、ビスフェノールＡ、ノニルフェノール等のフェノール化合物；酢酸、安息香酸、サリチル酸、ｐ－トルエンスルホン酸等の有機酸；等、またはこの混合物が挙げられる。硬化触媒（Ｃ－１）として、これらの中の誘導体も含めて１種類を単独で用いることもできるし、これらの誘導体も含めて２種類以上を併用したりすることもできる。
硬化触媒（Ｃ－１）の含有量は、特に限定されないが、シート用樹脂組成物全量に対し、０．００１質量％以上１質量％以下が好ましい。
【0032】
また、フェノール系硬化剤（Ｃ－２）としては、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、トリスフェノールメタン型ノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂、アミノトリアジンノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂；テルペン変性フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂等の変性フェノール樹脂；フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格を有するフェノールアラルキル樹脂、フェニレン骨格及び／又はビフェニレン骨格を有するナフトールアラルキル樹脂等のアラルキル型樹脂；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等のビスフェノール化合物；レゾール型フェノール樹脂等が挙げられ、これらは１種類を単独で用いても２種類以上を併用してもよい。
これらの中でも、ガラス転移温度の向上及び線膨張係数の低減の観点から、フェノール系硬化剤（Ｃ－２）がノボラック型フェノール樹脂またはレゾール型フェノール樹脂が好ましい。
これらの中でも、ガラス転移温度の向上及び線膨張係数の低減の観点から、フェノール系硬化剤（Ｃ－２）がノボラック型フェノール樹脂またはレゾール型フェノール樹脂が好ましい。
【0033】
フェノール系硬化剤（Ｃ－２）の含有量は、特に限定されないが、シート用樹脂組成物全量に対し、１質量％以上が好ましく、５質量％以上がより好ましい。一方、当該含有量は、シート用樹脂組成物全量に対し、３０質量％以下が好ましく、１５質量％以下がより好ましい。
【0034】
［カップリング剤（Ｄ）］
シート用樹脂組成物は、カップリング剤（Ｄ）を含んでもよい。カップリング剤（Ｄ）は、熱硬化性樹脂（Ａ）と充填剤（Ｂ）との界面の濡れ性を向上させることができる。
シート用樹脂組成物は、カップリング剤（Ｄ）を含んでもよい。カップリング剤（Ｄ）は、熱硬化性樹脂（Ａ）と充填剤（Ｂ）との界面の濡れ性を向上させることができる。
【0035】
カップリング剤（Ｄ）としては、特に限定されないが、たとえば、エポキシシランカップリング剤、カチオニックシランカップリング剤、アミノシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤およびシリコーンオイル型カップリング剤の中から選ばれる１種または２種以上のカップリング剤を使用することが好ましい。
カップリング剤（Ｄ）の含有量は、特に限定されないが、充填剤（Ｂ）１００質量％に対して、０．０５質量％以上が好ましく、０．１質量％以上がより好ましい。一方、当該含有量は、充填剤（Ｂ）１００質量％に対して、３質量％以下が好ましく、２質量％以下がより好ましい。
カップリング剤（Ｄ）の含有量は、特に限定されないが、充填剤（Ｂ）１００質量％に対して、０．０５質量％以上が好ましく、０．１質量％以上がより好ましい。一方、当該含有量は、充填剤（Ｂ）１００質量％に対して、３質量％以下が好ましく、２質量％以下がより好ましい。
【0036】
［フェノキシ樹脂（Ｅ）］
さらに、シート用樹脂組成物は、フェノキシ樹脂（Ｅ）を含んでもよい。フェノキシ樹脂（Ｅ）を含むことにより樹脂シート（すなわち第１放熱シート１４）の耐屈曲性を向上できる。
また、フェノキシ樹脂（Ｅ）を含むことにより、樹脂シートの弾性率を低下させることが可能となり、樹脂シートの応力緩和力を向上させることができる。
さらに、シート用樹脂組成物は、フェノキシ樹脂（Ｅ）を含んでもよい。フェノキシ樹脂（Ｅ）を含むことにより樹脂シート（すなわち第１放熱シート１４）の耐屈曲性を向上できる。
また、フェノキシ樹脂（Ｅ）を含むことにより、樹脂シートの弾性率を低下させることが可能となり、樹脂シートの応力緩和力を向上させることができる。
【0037】
また、フェノキシ樹脂（Ｅ）を含むと、粘度上昇により、流動性が低減し、ボイド等が発生することを抑制できる。また、樹脂シートを金属部材と密着させて用いる場合などに、金属とシート用樹脂組成物の硬化体との密着性を向上できる。これらの相乗効果により、半導体装置の絶縁信頼性をより一層高めることができる。
【0038】
フェノキシ樹脂（Ｅ）としては、たとえば、ビスフェノール骨格を有するフェノキシ樹
脂、ナフタレン骨格を有するフェノキシ樹脂、アントラセン骨格を有するフェノキシ樹脂、およびビフェニル骨格を有するフェノキシ樹脂等が挙げられる。また、これらの骨格を複数種有した構造のフェノキシ樹脂を用いることもできる。
脂、ナフタレン骨格を有するフェノキシ樹脂、アントラセン骨格を有するフェノキシ樹脂、およびビフェニル骨格を有するフェノキシ樹脂等が挙げられる。また、これらの骨格を複数種有した構造のフェノキシ樹脂を用いることもできる。
【0039】
フェノキシ樹脂（Ｅ）の含有量は、たとえば、シート用樹脂組成物全量に対して、３質量％以上１０質量％以下であることが好ましい。
【0040】
［その他の成分］
シート用樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、ほかに酸化防止剤、レベリング剤等を含むことができる。
シート用樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、ほかに酸化防止剤、レベリング剤等を含むことができる。
【0041】
＜第１ヒートシンク１５＞
第１ヒートシンク１５は、Ｃｕベースプレートとも呼ばれる放熱部材の一種であって、銅の板状の基部１５ａと、基部１５ａの下面から一体に延出する複数のフィン部１５Ｂを有する。
第１ヒートシンク１５は、Ｃｕベースプレートの他に、例えばアルミニウムのベースプレートが採用されてもよい。また、パワー半導体素子１の発熱を第１Ｃｕ回路１３を介して取得して他に逃がす機能を有すれば、一般的な放熱部材に限らず、他の構成の一部（例えばハウジング）などであってもよい。その場合であっても、第１放熱シート１４を用いることができる。
第１ヒートシンク１５は、Ｃｕベースプレートとも呼ばれる放熱部材の一種であって、銅の板状の基部１５ａと、基部１５ａの下面から一体に延出する複数のフィン部１５Ｂを有する。
第１ヒートシンク１５は、Ｃｕベースプレートの他に、例えばアルミニウムのベースプレートが採用されてもよい。また、パワー半導体素子１の発熱を第１Ｃｕ回路１３を介して取得して他に逃がす機能を有すれば、一般的な放熱部材に限らず、他の構成の一部（例えばハウジング）などであってもよい。その場合であっても、第１放熱シート１４を用いることができる。
【0042】
＜第１接合層１２＞
第１接合層１２は、金属粒子が含有されたシンタリングペーストを焼結させた接合層である。シンタリングペーストとしては、銀粒子を含有するＡｇシンタリングペースト、アルミニウム粒子を含有するＡＬシンタリングペースト、銅粒子を含有するＣｕシンタリングペーストのいずれかを用いることができる。
第１接合層１２は、金属粒子が含有されたシンタリングペーストを焼結させた接合層である。シンタリングペーストとしては、銀粒子を含有するＡｇシンタリングペースト、アルミニウム粒子を含有するＡＬシンタリングペースト、銅粒子を含有するＣｕシンタリングペーストのいずれかを用いることができる。
【0043】
パワー半導体素子１と第１Ｃｕ回路１３との間に上記のようなシンタリングペーストを設けて積層し、焼結工程により、パワー半導体素子１と第１Ｃｕ回路１３が第１接合層１２により接合される。第１Ｃｕ回路１３とリードフレーム７とが第１接合層１２により接合されている。
第１接合層１２では、金属粒子によるシンタリングネットワーク（金属結合バス）が形成されており、高熱伝導性や低い電気抵抗が実現される。なお、第１接合層１２による接合性の向上の観点から、第１Ｃｕ回路１３やリードフレーム７に、シンタリングペーストに含有される金属によるメッキの表面処理が施されてもよい。具体的には、本実施形態では、第１Ｃｕ回路１３やリードフレーム７の表面にＡｇメッキが施されてもよい。
第１接合層１２では、金属粒子によるシンタリングネットワーク（金属結合バス）が形成されており、高熱伝導性や低い電気抵抗が実現される。なお、第１接合層１２による接合性の向上の観点から、第１Ｃｕ回路１３やリードフレーム７に、シンタリングペーストに含有される金属によるメッキの表面処理が施されてもよい。具体的には、本実施形態では、第１Ｃｕ回路１３やリードフレーム７の表面にＡｇメッキが施されてもよい。
【0044】
＜第２放熱構造２０＞
第２放熱構造２０は、図示のように、パワー半導体素子１側（すなわちスペーサー３０側）から第２Ｃｕ回路２３と、第２放熱シート２４と、第２ヒートシンク２５とを有する。
第２放熱構造２０は、図示のように、パワー半導体素子１側（すなわちスペーサー３０側）から第２Ｃｕ回路２３と、第２放熱シート２４と、第２ヒートシンク２５とを有する。
【0045】
＜第２Ｃｕ回路２３＞
第２Ｃｕ回路２３は、第１Ｃｕ回路１３と同様に、導電性を有する金属材料で構成された金属回路基板である。第２Ｃｕ回路２３の一方の面（図示で下側の面）に形成された回路パターンに、第２接合層２２を介して、スペーサー３０と接合される。また、スペーサー３０が設けられていない領域では、封止材層５０に接合される。
第２Ｃｕ回路２３は、第１Ｃｕ回路１３と同様に、導電性を有する金属材料で構成された金属回路基板である。第２Ｃｕ回路２３の一方の面（図示で下側の面）に形成された回路パターンに、第２接合層２２を介して、スペーサー３０と接合される。また、スペーサー３０が設けられていない領域では、封止材層５０に接合される。
【0046】
第２Ｃｕ回路２３は、厚銅（圧延銅）をパターンニングした回路基板であってもよく、パターンニングせず厚銅をそのまま用いられた構成であってもよい。第２Ｃｕ回路２３を構成する金属材料には、例えば、厚銅（圧延銅）を好適に用いることができる。これにより、第２Ｃｕ回路２３は、比較的抵抗値が小さくなる。なお、第２Ｃｕ回路２３は、その少なくとも一部がソルダーレジスト層で覆われていてもよい。
【0047】
第２Ｃｕ回路２３は、例えば、第２ヒートシンク２５（Ｃｕベースプレート）の基部２５ａの下面に第２放熱シート２４を介して積層された金属層（厚銅など）を切削及びエッチングにより所定のパターンに加工することにより形成されたり、または予め所定のパターンに加工された状態で第２放熱シート２４により第２Ｃｕ回路２３に貼りつけられる。
【0048】
第２Ｃｕ回路２３の厚さの下限値は、例えば、０．３ｍｍ以上である。このような数値以上であれば、高電流を要する用途であっても、第２Ｃｕ回路２３の発熱を抑えることができる。また、第２Ｃｕ回路２３の厚さの上限値は、例えば、５．０ｍｍ以下であり、好ましくは４．０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは３．０ｍｍ以下である。このような数値以下であれば、回路加工性を向上させることができ、また、製品全体としての薄型化を図ることができる。
【0049】
＜第２放熱シート２４＞
第２放熱シート２４は、第２Ｃｕ回路２３と第２ヒートシンク２５（Ｃｕベースプレート）の間に配置される。パワー半導体素子１の熱をスペーサー３０を介して第２Ｃｕ回路２３で受け、さらに、第２放熱シート２４を介して放熱手段である第２ヒートシンク２５に伝熱する。これにより、パワーモジュール１００の絶縁性を保ちつつ、発熱体であるパワー半導体素子１から生じる熱（特に上面１ｂ側から生じる熱）を、パワーモジュール１００の外部へ効果的に放散させることができる。このため、半導体装置の絶縁信頼性を向上させることが可能となる。
第２放熱シート２４は、第２Ｃｕ回路２３と第２ヒートシンク２５（Ｃｕベースプレート）の間に配置される。パワー半導体素子１の熱をスペーサー３０を介して第２Ｃｕ回路２３で受け、さらに、第２放熱シート２４を介して放熱手段である第２ヒートシンク２５に伝熱する。これにより、パワーモジュール１００の絶縁性を保ちつつ、発熱体であるパワー半導体素子１から生じる熱（特に上面１ｂ側から生じる熱）を、パワーモジュール１００の外部へ効果的に放散させることができる。このため、半導体装置の絶縁信頼性を向上させることが可能となる。
【0050】
第２放熱シート２４の形状や物性は、上述の第１放熱シート１４と同様である。すなわち、第２放熱シート２４の平面形状は、特に限定されず、第２Ｃｕ回路２３や第２ヒートシンク２５の形状に合わせて適宜選択することが可能であるが、たとえば矩形とすることができる。第２放熱シート２４の膜厚は、例えば５０μｍ以上２５０μｍ以下である。これにより、機械的強度や耐熱性の向上を図りつつ、第２Ｃｕ回路２３の熱をより効果的に第２ヒートシンク２５へ伝えることができる。さらに、第２放熱シート２４の放熱性と絶縁性のバランスが優れる。第２放熱シート２４の熱伝導率として、特に限定はしないが、好ましくは１０Ｗ／ｍＫ（１７５℃）以上、より好ましくは１５Ｗ／ｍＫ（１７５℃）以上のものが用いられる。
なお、第２放熱シート２４の材質は、第１放熱シート１４の材質で説明したものを用いることができる。第１放熱シート１４と第２放熱シート２４の材質や膜厚は全く同じでもよいし、上記の範囲内で異ってもよい。
なお、第２放熱シート２４の材質は、第１放熱シート１４の材質で説明したものを用いることができる。第１放熱シート１４と第２放熱シート２４の材質や膜厚は全く同じでもよいし、上記の範囲内で異ってもよい。
【0051】
＜第２ヒートシンク２５＞
第２ヒートシンク２５は、第１ヒートシンク１５と同様に、Ｃｕベースプレートとも呼ばれる放熱部材の一種であって、銅の板状の基部２５ａと、基部２５ａの上面から一体に延出する複数のフィン部２５ｂを有する。
第２ヒートシンク２５は、Ｃｕベースプレートの他に、例えばアルミニウムのベースプレートが採用されてもよい。また、パワー半導体素子１の発熱をスペーサー３０、第２Ｃｕ回路２３を介して取得して他に逃がす機能を有すれば、一般的な放熱部材に限らず、他の構成の一部（例えばハウジング）などであってもよい。その場合であっても、第２放熱シート２４を用いることができる。
第２ヒートシンク２５は、第１ヒートシンク１５と同様に、Ｃｕベースプレートとも呼ばれる放熱部材の一種であって、銅の板状の基部２５ａと、基部２５ａの上面から一体に延出する複数のフィン部２５ｂを有する。
第２ヒートシンク２５は、Ｃｕベースプレートの他に、例えばアルミニウムのベースプレートが採用されてもよい。また、パワー半導体素子１の発熱をスペーサー３０、第２Ｃｕ回路２３を介して取得して他に逃がす機能を有すれば、一般的な放熱部材に限らず、他の構成の一部（例えばハウジング）などであってもよい。その場合であっても、第２放熱シート２４を用いることができる。
【0052】
＜第２接合層２２＞
第２接合層２２は、第１接合層１２と同様に、金属粒子が含有されたシンタリングペーストを焼結させた接合層である。シンタリングペーストとしては、銀粒子を含有するＡｇシンタリングペースト、アルミニウム粒子を含有するＡＬシンタリングペースト、銅粒子を含有するＣｕシンタリングペーストのいずれかを用いることができる。
第２接合層２２は、第１接合層１２と同様に、金属粒子が含有されたシンタリングペーストを焼結させた接合層である。シンタリングペーストとしては、銀粒子を含有するＡｇシンタリングペースト、アルミニウム粒子を含有するＡＬシンタリングペースト、銅粒子を含有するＣｕシンタリングペーストのいずれかを用いることができる。
【0053】
スペーサー３０と第２Ｃｕ回路２３との間に上記のようなシンタリングペーストを設けて積層し、焼結工程により、スペーサー３０と第２Ｃｕ回路２３が第２接合層２２により接合される。
【0054】
＜スペーサー３０＞
スペーサー３０は、パワー半導体素子１とパワー半導体素子１の上側に配置された第２放熱構造２０との間の距離を所定長に調整するものである。スペーサー３０は例えば金属製であり、具体的には、銅（銅合金を含む）やアルミニウム（アルミニウム合金を含む）等である。スペーサー３０の上側は、第２接合層２２を介して第２放熱構造２０の第２Ｃｕ回路２３に接合される。また、スペーサー３０の下側は、後述の第３接合層３２を介してパワー半導体素子１に接合される。
スペーサー３０は、パワー半導体素子１とパワー半導体素子１の上側に配置された第２放熱構造２０との間の距離を所定長に調整するものである。スペーサー３０は例えば金属製であり、具体的には、銅（銅合金を含む）やアルミニウム（アルミニウム合金を含む）等である。スペーサー３０の上側は、第２接合層２２を介して第２放熱構造２０の第２Ｃｕ回路２３に接合される。また、スペーサー３０の下側は、後述の第３接合層３２を介してパワー半導体素子１に接合される。
【0055】
スペーサー３０により、パワー半導体素子１の上側方向の放熱特性を調整することができる。また、パワー半導体素子１やリードフレーム７等を封止する封止材層５０を形成する際に、封止材の流動を適切に調整できる。
【0056】
＜第３接合層３２＞
第３接合層３２は、第１接合層１２や第２接合層２２と同様に、金属粒子が含有されたシンタリングペーストを焼結させた接合層である。シンタリングペーストとしては、銀粒子を含有するＡｇシンタリングペースト、アルミニウム粒子を含有するＡＬシンタリングペースト、銅粒子を含有するＣｕシンタリングペーストのいずれかを用いることができる。
第３接合層３２は、第１接合層１２や第２接合層２２と同様に、金属粒子が含有されたシンタリングペーストを焼結させた接合層である。シンタリングペーストとしては、銀粒子を含有するＡｇシンタリングペースト、アルミニウム粒子を含有するＡＬシンタリングペースト、銅粒子を含有するＣｕシンタリングペーストのいずれかを用いることができる。
【0057】
スペーサー３０とパワー半導体素子１との間に上記のようなシンタリングペーストを設けて積層し、焼結工程により、スペーサー３０とパワー半導体素子１が第３接合層３２により接合される。
【0058】
＜封止材層５０＞
封止材層５０は、例えばモールド樹脂であって、パワー半導体素子１やスペーサー３０等のような、第１放熱構造１０と第２放熱構造２０との間の構成要素を内部に一体封止している。封止材層５０に用いられる封止材として、モールド樹脂の他に、シリコーンゲルなどが用いられてもよい。以下では、モールド樹脂で一体封止する構成について説明する。
封止材層５０は、例えばモールド樹脂であって、パワー半導体素子１やスペーサー３０等のような、第１放熱構造１０と第２放熱構造２０との間の構成要素を内部に一体封止している。封止材層５０に用いられる封止材として、モールド樹脂の他に、シリコーンゲルなどが用いられてもよい。以下では、モールド樹脂で一体封止する構成について説明する。
【0059】
この封止において、リードフレーム７の一部が封止され、封止されない他部は、外部機器に接続される。また、第１ヒートシンク１５については、第１ヒートシンク１５の基部１５ａの上面及び側面が、封止材層５０により覆われ封止されている。第１ヒートシンク１５の下面及びフィン部１５Ｂは封止材層５０に覆われていない。すなわち、封止材層５０は、第１ヒートシンク１５の基部１５ａの厚さ方向の側面の一部又は全部を覆うように、パワー半導体素子１を覆って封止している。ここでは、第１ヒートシンク１５の基部１５ａの側面の全てが封止材層５０により覆われている構成を例示している。第１ヒートシンク１５の一部または全部を封止材層５０が覆う構成にすることで、パワーモジュール１００としての強度と放熱性のバランスをとることが容易になる。
【0060】
［封止材層５０（モールド樹脂）の成分］
封止材層５０のモールド樹脂は、熱硬化性樹脂（Ａ）および無機充填材（Ｂ）を含む熱硬化性組成物（Ｃ）の硬化体である。熱硬化性組成物（Ｃ）には、硬化促進剤（Ｄ）が含まれる。
封止材層５０のモールド樹脂は、熱硬化性樹脂（Ａ）および無機充填材（Ｂ）を含む熱硬化性組成物（Ｃ）の硬化体である。熱硬化性組成物（Ｃ）には、硬化促進剤（Ｄ）が含まれる。
【0061】
［硬化促進剤（Ｄ）］
本実施形態の硬化促進剤（Ｄ）は、活性が強いものである。これにより、低温硬化を実現する一方で、特段の工夫をせずにそのまま用いると保存中に反応が進行する等し、保存性が低下する。
硬化促進剤（Ｄ）としては、たとえば、有機ホスフィン、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、または、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物等のリン原子含有化合物；１，８－ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン－７、イミダゾール等のアミジン系化合物；ベンジルジメチルアミン等の３級アミン、アミジニウム塩、またはアンモニウム塩等の窒素原子含有化合物等が挙げられる。
なかでも、硬化促進剤（Ｄ）が、イミダゾール系硬化促進剤またはリン系硬化促進剤であることが好ましい。イミダゾール系硬化促進剤として、例えば、アミジン系化合物のイミダゾール化合物を含むことがより好ましい。イミダゾール化合物としては、２－メチルイミダゾール、２－フェニルイミダゾール、イダゾール－２－カルボアルデヒド、５－アザベンゾイミダゾール、４－アザベンゾイミダゾール等が挙げられるがこれらに限定されない。中でも、２－メチルイミダゾールが好ましく用いられる。
本実施形態の硬化促進剤（Ｄ）は、活性が強いものである。これにより、低温硬化を実現する一方で、特段の工夫をせずにそのまま用いると保存中に反応が進行する等し、保存性が低下する。
硬化促進剤（Ｄ）としては、たとえば、有機ホスフィン、テトラ置換ホスホニウム化合物、ホスホベタイン化合物、ホスフィン化合物とキノン化合物との付加物、または、ホスホニウム化合物とシラン化合物との付加物等のリン原子含有化合物；１，８－ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン－７、イミダゾール等のアミジン系化合物；ベンジルジメチルアミン等の３級アミン、アミジニウム塩、またはアンモニウム塩等の窒素原子含有化合物等が挙げられる。
なかでも、硬化促進剤（Ｄ）が、イミダゾール系硬化促進剤またはリン系硬化促進剤であることが好ましい。イミダゾール系硬化促進剤として、例えば、アミジン系化合物のイミダゾール化合物を含むことがより好ましい。イミダゾール化合物としては、２－メチルイミダゾール、２－フェニルイミダゾール、イダゾール－２－カルボアルデヒド、５－アザベンゾイミダゾール、４－アザベンゾイミダゾール等が挙げられるがこれらに限定されない。中でも、２－メチルイミダゾールが好ましく用いられる。
【0062】
封止樹脂組成物中における硬化促進剤（Ｄ）の含有量は、とくに限定されないが、たとえば封止樹脂組成物全体に対して、０．１質量％以上５質量％以下であることが好ましく、０．２質量％以上４質量％以下であることがより好ましい。
硬化促進剤（Ｄ）の含有量を上記下限値以上とすることにより、封止樹脂組成物を適切に硬化しやすくなる。一方、硬化促進剤（Ｄ）の含有量を上記上限値以下とすることにより、溶融状態を長くし、より低粘度状態を長くできる結果、低温封止を実現しやすくなる。
硬化促進剤（Ｄ）の含有量を上記下限値以上とすることにより、封止樹脂組成物を適切に硬化しやすくなる。一方、硬化促進剤（Ｄ）の含有量を上記上限値以下とすることにより、溶融状態を長くし、より低粘度状態を長くできる結果、低温封止を実現しやすくなる。
【0063】
［熱硬化性樹脂（Ａ）］
熱硬化性樹脂（Ａ）としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、およびポリウレタン等が挙げられる。これらは、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。中でも、フェノール樹脂およびエポキシ樹脂のうちの少なくとも一方を含むことが好ましく、エポキシ樹脂を含むことがより好ましい。
熱硬化性樹脂（Ａ）としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、およびポリウレタン等が挙げられる。これらは、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。中でも、フェノール樹脂およびエポキシ樹脂のうちの少なくとも一方を含むことが好ましく、エポキシ樹脂を含むことがより好ましい。
【0064】
エポキシ樹脂としては、１分子内にエポキシ基を２個以上有するモノマー、オリゴマー、ポリマー全般を用いることができ、その分子量や分子構造は特に限定されない。
エポキシ樹脂としては、具体的には、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂；クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；フェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレン骨格含有ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、アルコキシナフタレン骨格含有フェノールアラルキルエポキシ樹脂等のアラルキル型エポキシ樹脂；トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等の３官能型エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、テルペン変性フェノール型エポキシ樹脂等の変性フェノール型エポキシ樹脂；トリアジン核含有エポキシ樹脂等の複素環含有エポキシ樹脂が挙げられる。これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、パワーモジュール１００の信頼性、および成形性のバランスを向上させる観点からは、アラルキル型エポキシ樹脂およびナフチルエーテル型エポキシ樹脂のうちの少なくとも一方を用いることがより好ましい。
エポキシ樹脂としては、具体的には、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ハイドロキノン型エポキシ樹脂等の結晶性エポキシ樹脂；クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂；フェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル型エポキシ樹脂、フェニレン骨格含有ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、アルコキシナフタレン骨格含有フェノールアラルキルエポキシ樹脂等のアラルキル型エポキシ樹脂；トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、アルキル変性トリフェノールメタン型エポキシ樹脂等の３官能型エポキシ樹脂；ジシクロペンタジエン変性フェノール型エポキシ樹脂、テルペン変性フェノール型エポキシ樹脂等の変性フェノール型エポキシ樹脂；トリアジン核含有エポキシ樹脂等の複素環含有エポキシ樹脂が挙げられる。これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、パワーモジュール１００の信頼性、および成形性のバランスを向上させる観点からは、アラルキル型エポキシ樹脂およびナフチルエーテル型エポキシ樹脂のうちの少なくとも一方を用いることがより好ましい。
【0065】
熱硬化性樹脂（Ａ）の１５０℃におけるＩＣＩ粘度は、無機充填材（Ｂ）の含有量により適宜設定されることが好適であるが、たとえば、上限値は、好ましくは６０ポアズ以下であり、より好ましくは５０ポアズ以下であり、さらに好ましくは４０ポアズ以下である。これにより、封止用樹脂組成物の流動性を向上させ、また、低温封止を実現しやすくする。
一方、熱硬化性樹脂（Ａ）の１５０℃におけるＩＣＩ粘度の下限値は、特に限定されないが、例えば、０．０１ポアズ以上としてもよい。なお、１ポアズは、０．１Ｐａ・ｓである。
一方、熱硬化性樹脂（Ａ）の１５０℃におけるＩＣＩ粘度の下限値は、特に限定されないが、例えば、０．０１ポアズ以上としてもよい。なお、１ポアズは、０．１Ｐａ・ｓである。
【0066】
熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量は、とくに限定されないが、たとえば封止樹脂組成物全体に対して、１質量％以上５０質量％以下であることが好ましく、２質量％以上３０質量％以下であることがより好ましく、５質量％以上２０質量％以下であることがさらに好ましい。
熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量を上記下限値以上とすることにより、封止樹脂組成物の流動性や成型性をより効果的に向上させることができる。また、熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量を上記上限値以下とすることにより、パワーモジュール１００の信頼性をより効果的に向上させることができる。より具体的には、封止樹脂組成物の硬化性向上や樹脂の線膨張率を低下させ信頼性を向上させることができる。
熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量を上記下限値以上とすることにより、封止樹脂組成物の流動性や成型性をより効果的に向上させることができる。また、熱硬化性樹脂（Ａ）の含有量を上記上限値以下とすることにより、パワーモジュール１００の信頼性をより効果的に向上させることができる。より具体的には、封止樹脂組成物の硬化性向上や樹脂の線膨張率を低下させ信頼性を向上させることができる。
【0067】
［無機充填材（Ｂ）］
無機充填材（Ｂ）としては、例えば、シリカ、アルミナ、カオリン、タルク、クレイ、マイカ、ロックウール、ウォラストナイト、ガラスパウダー、ガラスフレーク、ガラスビーズ、ガラスファイバー、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミ、カーボンブラック、グラファイト、二酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸バリウム、セルロース、アラミド、または木材等が挙げられる。これらは、１種単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。
無機充填材（Ｂ）としては、例えば、シリカ、アルミナ、カオリン、タルク、クレイ、マイカ、ロックウール、ウォラストナイト、ガラスパウダー、ガラスフレーク、ガラスビーズ、ガラスファイバー、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミ、カーボンブラック、グラファイト、二酸化チタン、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸バリウム、セルロース、アラミド、または木材等が挙げられる。これらは、１種単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。
【0068】
上記のシリカとしては、結晶性シリカ（破砕状の結晶性シリカ）、溶融シリカ（破砕状のアモルファスシリカ、球状のアモルファスシリカ）、および液状封止シリカ（液状封止用の球状のアモルファス止シリカ）が挙げられる。なかでも、流動性向上、充填性の観点から、溶融球状シリカであることが好ましい。
【0069】
無機充填剤（Ｂ）の平均粒径は、特に限定されないが、典型的には１～１００μｍ、好ましくは１～５０μｍ、より好ましくは１～２０μｍである。平均粒径が適当であることにより、金型キャビティ内での半導体素子周辺への充填性を高めることができる。
なお、無機充填材（Ｂ）の体積基準粒度分布は、市販のレーザー式粒度分布計（たとえば、株式会社島津製作所製、ＳＡＬＤ－７０００）で測定することができる。
なお、無機充填材（Ｂ）の体積基準粒度分布は、市販のレーザー式粒度分布計（たとえば、株式会社島津製作所製、ＳＡＬＤ－７０００）で測定することができる。
【0070】
無機充填材（Ｂ）の含有量は、とくに限定されないが、たとえば封止樹脂組成物全体に対して、５０質量％以上９５質量％以下であることが好ましく、６０質量％以上９５質量％以下であることがより好ましく、６５質量％以上８５質量％以下であることがさらに好ましい。
無機充填材（Ｂ）の含有量を上記下限値以上とすることにより、封止樹脂組成物の硬化性向上や樹脂の線膨張率を低下させ信頼性を向上させることができる。また、無機充填材（Ｂ）の含有量を上記上限値以下とすることにより、封止樹脂組成物の流動性を良好なものとし、成形性をより効果的に向上させることが可能となる。
無機充填材（Ｂ）の含有量を上記下限値以上とすることにより、封止樹脂組成物の硬化性向上や樹脂の線膨張率を低下させ信頼性を向上させることができる。また、無機充填材（Ｂ）の含有量を上記上限値以下とすることにより、封止樹脂組成物の流動性を良好なものとし、成形性をより効果的に向上させることが可能となる。
【0071】
本実施形態の封止樹脂組成物は、上記以外に、以下の成分を含んでもよい。
［硬化剤（Ｃ）］
封止樹脂組成物は、硬化剤（Ｃ）を含むことができる。硬化剤（Ｃ）としては、熱硬化性樹脂（Ａ）と反応して硬化させるものであればとくに限定されないが、たとえば、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、および、ヘキサメチレンジアミン等の炭素数２～２０の直鎖脂肪族ジアミン、ならびに、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、パラキシレンジアミン、４，４’－ジアミノジフェニルメタン、４，４’－ジアミノジフェニルプロパン、４，４’－ジアミノジフェニルエーテル、４，４’－ジアミノジフェニルスルホン、４，４’－ジアミノジシクロヘキサン、ビス（４－アミノフェニル）フェニルメタン、１，５－ジアミノナフタレン、メタキシレンジアミン、パラキシレンジアミン、１，１－ビス（４－アミノフェニル）シクロヘキサン、ジシアノジアミド等のアミン類；アニリン変性レゾール樹脂、ジメチルエーテルレゾール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂；フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｔｅｒｔ－ブチルフェノールノボラック樹脂、ノニルフェノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂；フェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂等のフェノールアラルキル樹脂；ナフタレン骨格やアントラセン骨格のような縮合多環構造を有するフェノール樹脂；ポリパラオキシスチレン等のポリオキシスチレン；ヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、メチルテトラヒドロ無水フタル酸（ＭＴＨＰＡ）等の脂環族酸無水物、無水トリメリット酸（ＴＭＡ）、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸（ＢＴＤＡ）等の芳香族酸無水物等を含む酸無水物等；ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテル等のポリメルカプタン化合物；イソシアネートプレポリマー、ブロック化イソシアネート等のイソシアネート化合物；カルボン酸含有ポリエステル樹脂等の有機酸類が挙げられる。これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、半導体チップが高温になっても信頼性を損なわないため、高Ｔｇを発現するフェノールノボラック型樹脂（ＰＮ）やトリフェノールメタン型フェノール樹脂（ＭＦ）、ビフェニル骨格含有多官能フェノール樹脂（多価ＭＡＲ）、ビナフタレン型フェノール樹脂（ナフタレンレジン）を使用することが好ましい。
［硬化剤（Ｃ）］
封止樹脂組成物は、硬化剤（Ｃ）を含むことができる。硬化剤（Ｃ）としては、熱硬化性樹脂（Ａ）と反応して硬化させるものであればとくに限定されないが、たとえば、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、および、ヘキサメチレンジアミン等の炭素数２～２０の直鎖脂肪族ジアミン、ならびに、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、パラキシレンジアミン、４，４’－ジアミノジフェニルメタン、４，４’－ジアミノジフェニルプロパン、４，４’－ジアミノジフェニルエーテル、４，４’－ジアミノジフェニルスルホン、４，４’－ジアミノジシクロヘキサン、ビス（４－アミノフェニル）フェニルメタン、１，５－ジアミノナフタレン、メタキシレンジアミン、パラキシレンジアミン、１，１－ビス（４－アミノフェニル）シクロヘキサン、ジシアノジアミド等のアミン類；アニリン変性レゾール樹脂、ジメチルエーテルレゾール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂；フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｔｅｒｔ－ブチルフェノールノボラック樹脂、ノニルフェノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂；フェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂、ビフェニレン骨格含有フェノールアラルキル樹脂等のフェノールアラルキル樹脂；ナフタレン骨格やアントラセン骨格のような縮合多環構造を有するフェノール樹脂；ポリパラオキシスチレン等のポリオキシスチレン；ヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、メチルテトラヒドロ無水フタル酸（ＭＴＨＰＡ）等の脂環族酸無水物、無水トリメリット酸（ＴＭＡ）、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）、ベンゾフェノンテトラカルボン酸（ＢＴＤＡ）等の芳香族酸無水物等を含む酸無水物等；ポリサルファイド、チオエステル、チオエーテル等のポリメルカプタン化合物；イソシアネートプレポリマー、ブロック化イソシアネート等のイソシアネート化合物；カルボン酸含有ポリエステル樹脂等の有機酸類が挙げられる。これらは１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、半導体チップが高温になっても信頼性を損なわないため、高Ｔｇを発現するフェノールノボラック型樹脂（ＰＮ）やトリフェノールメタン型フェノール樹脂（ＭＦ）、ビフェニル骨格含有多官能フェノール樹脂（多価ＭＡＲ）、ビナフタレン型フェノール樹脂（ナフタレンレジン）を使用することが好ましい。
【0072】
封止樹脂組成物中における硬化剤（Ｃ）の含有量は、とくに限定されないが、たとえば封止樹脂組成物全体に対して、１質量％以上１２質量％以下であることが好ましく、３質量％以上１０質量％以下であることがより好ましい。
硬化剤（Ｃ）の含有量を上記下限値以上とすることにより、封止樹脂組成物を適切に硬化しやすくなる。一方、硬化剤（Ｃ）の含有量を上記上限値以下とすることにより、適度な流動性を保持し、硬化しやすくなる。
硬化剤（Ｃ）の含有量を上記下限値以上とすることにより、封止樹脂組成物を適切に硬化しやすくなる。一方、硬化剤（Ｃ）の含有量を上記上限値以下とすることにより、適度な流動性を保持し、硬化しやすくなる。
【0073】
［カップリング剤（Ｅ）］
封止樹脂組成物は、たとえばカップリング剤（Ｅ）を含むことができる。カップリング剤（Ｅ）としては、たとえばエポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等の各種シラン系化合物、チタン系化合物、アルミニウムキレート類、アルミニウム／ジルコニウム系化合物等の公知のカップリング剤を用いることができる。
より具体的には、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（β－メトキシエトキシ）シラン、γ－メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β－（３，４－エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ－グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ－グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ－メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ－メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ－メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ－アミノプロピルトリエトキシシラン、γ－アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ－アニリノプロピルメチルジメトキシシラン、γ－［ビス（β－ヒドロキシエチル）］アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ－β－（アミノエチル）－γ－アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ－β－（アミノエチル）－γ－アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ－β－（アミノエチル）－γ－アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ－フェニル－γ－アミノプロピルトリメトキシシラン、γ－（β－アミノエチル）アミノプロピルジメトキシメチルシラン、Ｎ－（トリメトキシシリルプロピル）エチレンジアミン、Ｎ－（ジメトキシメチルシリルイソプロピル）エチレンジアミン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、Ｎ－β－（Ｎ－ビニルベンジルアミノエチル）－γ－アミノプロピルトリメトキシシラン、γ－クロロプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ－メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３－イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、３－アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３－トリエトキシシリル－Ｎ－（１，３－ジメチルーブチリデン）プロピルアミンの加水分解物等のシラン系カップリング剤；イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、イソプロピルトリ（Ｎ－アミノエチル－アミノエチル）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、テトラ（２，２－ジアリルオキシメチル－１－ブチル）ビス（ジトリデシル）ホスファイトチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）エチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、イソプロピルトリ（ジオクチルホスフェート）チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネート等のチタネート系カップリング剤が挙げられる。これらは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
封止樹脂組成物は、たとえばカップリング剤（Ｅ）を含むことができる。カップリング剤（Ｅ）としては、たとえばエポキシシラン、メルカプトシラン、アミノシラン、アルキルシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン等の各種シラン系化合物、チタン系化合物、アルミニウムキレート類、アルミニウム／ジルコニウム系化合物等の公知のカップリング剤を用いることができる。
より具体的には、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（β－メトキシエトキシ）シラン、γ－メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β－（３，４－エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ－グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ－グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ－メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ－メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ－メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ－アミノプロピルトリエトキシシラン、γ－アニリノプロピルトリメトキシシラン、γ－アニリノプロピルメチルジメトキシシラン、γ－［ビス（β－ヒドロキシエチル）］アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ－β－（アミノエチル）－γ－アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ－β－（アミノエチル）－γ－アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ－β－（アミノエチル）－γ－アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ－フェニル－γ－アミノプロピルトリメトキシシラン、γ－（β－アミノエチル）アミノプロピルジメトキシメチルシラン、Ｎ－（トリメトキシシリルプロピル）エチレンジアミン、Ｎ－（ジメトキシメチルシリルイソプロピル）エチレンジアミン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、Ｎ－β－（Ｎ－ビニルベンジルアミノエチル）－γ－アミノプロピルトリメトキシシラン、γ－クロロプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ－メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３－イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、３－アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３－トリエトキシシリル－Ｎ－（１，３－ジメチルーブチリデン）プロピルアミンの加水分解物等のシラン系カップリング剤；イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、イソプロピルトリ（Ｎ－アミノエチル－アミノエチル）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスファイト）チタネート、テトラ（２，２－ジアリルオキシメチル－１－ブチル）ビス（ジトリデシル）ホスファイトチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）エチレンチタネート、イソプロピルトリオクタノイルチタネート、イソプロピルジメタクリルイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリドデシルベンゼンスルホニルチタネート、イソプロピルイソステアロイルジアクリルチタネート、イソプロピルトリ（ジオクチルホスフェート）チタネート、イソプロピルトリクミルフェニルチタネート、テトライソプロピルビス（ジオクチルホスファイト）チタネート等のチタネート系カップリング剤が挙げられる。これらは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0074】
封止樹脂組成物中におけるカップリング剤（Ｅ）の含有量は、とくに限定されないが、たとえば封止樹脂組成物全体に対して、０．０５質量％以上３質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以上２質量％以下であることがさらに好ましい。カップリング剤（Ｅ）の含有量を上記下限値以上とすることにより、封止樹脂組成物中における無機充填材（Ｂ）分散性を良好なものとすることができる。また、カップリング剤（Ｅ）の含有量を上記上限値以下とすることにより、封止樹脂組成物の流動性を良好なものとし、成形性の向上を図ることができる。
【0075】
さらに、本実施形態の封止樹脂組成物は、上記成分の他に、たとえば、カーボンブラック等の着色剤；天然ワックス、合成ワックス、高級脂肪酸もしくはその金属塩類、パラフィン、酸化ポリエチレン等の離型剤；ハイドロタルサイト等のイオン捕捉剤；シリコーンオイル、シリコーンゴム等の低応力剤；水酸化アルミニウム等の難燃剤；酸化防止剤等の各種添加剤を含むことができる。
【0076】
＜パワーモジュール１００の積層構造の熱抵抗＞
パワーモジュール１００の積層構造における熱抵抗について説明する。以下では、スペーサー３０の厚さ方向中心３０Ｃから第１放熱構造１０までの積層方向の第１の熱抵抗（Ｒ１）と、第２放熱構造２０までの積層方向の第２の熱抵抗（Ｒ２）との関係を説明する。
パワーモジュール１００の積層構造における熱抵抗について説明する。以下では、スペーサー３０の厚さ方向中心３０Ｃから第１放熱構造１０までの積層方向の第１の熱抵抗（Ｒ１）と、第２放熱構造２０までの積層方向の第２の熱抵抗（Ｒ２）との関係を説明する。
【0077】
スペーサー３０の厚さ方向中心３０Ｃから前記第１放熱構造１０までの積層方向の第１の熱抵抗Ｒ１と、スペーサー３０の厚さ方向中心３０Ｃから第２放熱構造２０までの積層方向の第２の熱抵抗Ｒ２との比Ｒ１／Ｒ２が、０．７以上１．３以下であり、好ましくは０．８以上１．２以下であり、より好ましくは０．９以上１．１以下である。
また、第１の熱抵抗Ｒ１及び第２の熱抵抗Ｒ２は０．０５Ｋ／Ｗ以上０．５Ｋ／Ｗ以下であり、好ましくは０．０６Ｋ／Ｗ以上０．４５Ｋ／Ｗ以下、より好ましくは０．０７Ｋ／Ｗ以上０．４０Ｋ／Ｗ以下である。
また、第１の熱抵抗Ｒ１及び第２の熱抵抗Ｒ２は０．０５Ｋ／Ｗ以上０．５Ｋ／Ｗ以下であり、好ましくは０．０６Ｋ／Ｗ以上０．４５Ｋ／Ｗ以下、より好ましくは０．０７Ｋ／Ｗ以上０．４０Ｋ／Ｗ以下である。
【0078】
ここで、第１の熱抵抗Ｒ１は、スペーサー３０の厚さ方向下側半分の熱抵抗Ｒ１１、第３接合層３２の熱抵抗Ｒ１２、パワー半導体素子１の熱抵抗Ｒ１３、第１接合層１２の熱抵抗Ｒ１４及び第１放熱構造１０の熱抵抗Ｒ１５の合計（Ｒ１１＋Ｒ１２＋Ｒ１３＋Ｒ１４＋Ｒ１５）である。第１放熱構造１０の熱抵抗Ｒ１５は、第１Ｃｕ回路１３の熱抵抗Ｒ１６、第１放熱シート１４の熱抵抗Ｒ１７及び第１ヒートシンク１５の熱抵抗Ｒ１８の合計（Ｒ１６＋Ｒ１７＋Ｒ１８）である。
【0079】
第２の熱抵抗Ｒ２は、スペーサー３０の厚さ方向上側半分の熱抵抗Ｒ２１、第２接合層２２の熱抵抗Ｒ２２、及び第２放熱構造２０の熱抵抗Ｒ２３の合計（Ｒ２１＋Ｒ２２＋Ｒ２３）である。第２放熱構造２０の熱抵抗Ｒ２３は、第２Ｃｕ回路２３の熱抵抗Ｒ２４、第２放熱シート２４の熱抵抗Ｒ２５及び第２ヒートシンク２５の熱抵抗Ｒ２６の合計（Ｒ２４＋Ｒ２５＋Ｒ２６）である。
【0080】
比（Ｒ１／Ｒ２）が上記範囲にあることで、パワーモジュール１００の厚さ方向の熱抵抗の調整が容易となる。また、第１の熱抵抗Ｒ１及び前記第２の熱抵抗Ｒ２を上記範囲とすることで、パワー半導体素子１で発生した熱を速やかに外部に逃がすことができる。
【0081】
＜パワーモジュール１００の特徴・効果＞
本実施形態の特徴・効果をまとめると次の通りである。
（１）パワーモジュール１００は、
パワー半導体素子１と、
前記パワー半導体素子１の一方の面側（図示では下面１ａの側）に設けた第１放熱構造１０と、
前記パワー半導体素子１の他方の面側（図示では上面１ｂの側）に設けた第２放熱構造２０と、
前記パワー半導体素子１と前記第１放熱構造１０とをシンタリングペーストにより接合する第１接合層１２と、
前記パワー半導体素子１と前記第２放熱構造２０との間に設けたスペーサー３０と、
前記第２放熱構造２０と前記スペーサー３０とをシンタリングペーストにより接合する第２接合層２２と、
前記パワー半導体素子１と前記スペーサー３０とをシンタリングペーストにより接合する第３接合層３２と、
前記第１放熱構造１０と前記第２放熱構造２０との間の領域において、前記パワー半導体素子１、前記スペーサー３０及び前記第１～第３接合層１２、２２、３２が設けられていない領域をモールド封止材により封止した封止材層５０と、
を有する。
このような構成とすることで、パワーモジュール１００の放熱性能を良好にできる。具体的には、パワー半導体素子１と第１接合層１２やスペーサー３０との接合に、スペーサー３０と第２放熱構造２０（すなわち第２Ｃｕ回路２３）との接合に、はんだの代わりにシンタリングペーストを用いた第１～第３接合層１２、２２、３２を用いた。シンタリング層（シンタリングペースト）は高い熱伝導率を有することからパワー半導体素子１の発熱を効果的に外部に逃がすことができる。
また、パワー半導体素子１の上面１ｂと第２放熱構造２０との間に、スペーサー３０を設けたことで、パワー半導体素子１の上側方向の放熱特性を調整することができる。また、パワー半導体素子１やリードフレーム７等を封止する封止材層５０を形成する際に、封止材の流動を適切に調整できる。
また、封止材層５０をモールド樹脂とすることで、パワー半導体素子１を有するパワーモジュールにおいて、小型化や薄型化に対応することが一層容易になる。
本実施形態の特徴・効果をまとめると次の通りである。
（１）パワーモジュール１００は、
パワー半導体素子１と、
前記パワー半導体素子１の一方の面側（図示では下面１ａの側）に設けた第１放熱構造１０と、
前記パワー半導体素子１の他方の面側（図示では上面１ｂの側）に設けた第２放熱構造２０と、
前記パワー半導体素子１と前記第１放熱構造１０とをシンタリングペーストにより接合する第１接合層１２と、
前記パワー半導体素子１と前記第２放熱構造２０との間に設けたスペーサー３０と、
前記第２放熱構造２０と前記スペーサー３０とをシンタリングペーストにより接合する第２接合層２２と、
前記パワー半導体素子１と前記スペーサー３０とをシンタリングペーストにより接合する第３接合層３２と、
前記第１放熱構造１０と前記第２放熱構造２０との間の領域において、前記パワー半導体素子１、前記スペーサー３０及び前記第１～第３接合層１２、２２、３２が設けられていない領域をモールド封止材により封止した封止材層５０と、
を有する。
このような構成とすることで、パワーモジュール１００の放熱性能を良好にできる。具体的には、パワー半導体素子１と第１接合層１２やスペーサー３０との接合に、スペーサー３０と第２放熱構造２０（すなわち第２Ｃｕ回路２３）との接合に、はんだの代わりにシンタリングペーストを用いた第１～第３接合層１２、２２、３２を用いた。シンタリング層（シンタリングペースト）は高い熱伝導率を有することからパワー半導体素子１の発熱を効果的に外部に逃がすことができる。
また、パワー半導体素子１の上面１ｂと第２放熱構造２０との間に、スペーサー３０を設けたことで、パワー半導体素子１の上側方向の放熱特性を調整することができる。また、パワー半導体素子１やリードフレーム７等を封止する封止材層５０を形成する際に、封止材の流動を適切に調整できる。
また、封止材層５０をモールド樹脂とすることで、パワー半導体素子１を有するパワーモジュールにおいて、小型化や薄型化に対応することが一層容易になる。
【0082】
（２）前記第１放熱構造１０は、
前記第１接合層１２と一方の面に接合する第１金属回路基板（第１Ｃｕ回路１３）と、
前記第１金属回路基板（第１Ｃｕ回路１３）の他方の面に設けられ、第１ヒートシンク１５を接合するために設けられた第１放熱シート１４と、
を有する。
このような構成によりパワー半導体素子１の発熱を効果的に外部（特に図示下側方向から）に逃がすことができる。その結果、パワー半導体素子１における最大温度を低下させることができ、電気特性の向上が実現できる。また、放熱性が向上することで、継続使用における熱ストレスが低減し、第１接合層１２や第１放熱シート１４などのような接合部分の信頼性が向上する。
前記第１接合層１２と一方の面に接合する第１金属回路基板（第１Ｃｕ回路１３）と、
前記第１金属回路基板（第１Ｃｕ回路１３）の他方の面に設けられ、第１ヒートシンク１５を接合するために設けられた第１放熱シート１４と、
を有する。
このような構成によりパワー半導体素子１の発熱を効果的に外部（特に図示下側方向から）に逃がすことができる。その結果、パワー半導体素子１における最大温度を低下させることができ、電気特性の向上が実現できる。また、放熱性が向上することで、継続使用における熱ストレスが低減し、第１接合層１２や第１放熱シート１４などのような接合部分の信頼性が向上する。
【0083】
（３）前記第１放熱構造１０は、前記第１ヒートシンク１５を有する。
（４）前記第２放熱構造２０は、
前記第２接合層２２と一方の面に接合する第２金属回路基板（第２Ｃｕ回路２３）と、
前記第２金属回路基板（第２Ｃｕ回路２３）の他方の面に設けられ、第２ヒートシンク２５を接合するために設けられた第２放熱シート２４と、
を有する。
このような構成によりパワー半導体素子１の発熱を効果的に外部（特に図示上側方向から）に逃がすことができる。その結果、パワー半導体素子１における最大温度を低下させることができ、電気特性の向上が実現できる。また、放熱性が向上することで、継続使用における熱ストレスが低減し、第２接合層２２や第２放熱シート２４などのような接合部分の信頼性が向上する。
（５）前記第２放熱構造２０は、前記第２ヒートシンク２５を有する。
（６）前記スペーサー３０の厚さ方向中心３０Ｃから前記第１放熱構造１０までの積層方向の第１の熱抵抗Ｒ１と、前記スペーサー３０の厚さ方向中心３０Ｃから前記第２放熱構造２０までの積層方向の第２の熱抵抗Ｒ２との比Ｒ１／Ｒ２が、０．７以上１．３以下である。比（Ｒ１／Ｒ２）が上記範囲にあることで、パワーモジュール１００の厚さ方向の熱抵抗の調整が容易となる。
（７）前記第１の熱抵抗Ｒ１及び前記第２の熱抵抗Ｒ２は０．０５（Ｋ／Ｗ）以上０．５（Ｋ／Ｗ）以下である。
第１の熱抵抗Ｒ１及び前記第２の熱抵抗Ｒ２を上記範囲とすることで、パワー半導体素子１で発生した熱を速やかに外部に逃がすことができる。
（４）前記第２放熱構造２０は、
前記第２接合層２２と一方の面に接合する第２金属回路基板（第２Ｃｕ回路２３）と、
前記第２金属回路基板（第２Ｃｕ回路２３）の他方の面に設けられ、第２ヒートシンク２５を接合するために設けられた第２放熱シート２４と、
を有する。
このような構成によりパワー半導体素子１の発熱を効果的に外部（特に図示上側方向から）に逃がすことができる。その結果、パワー半導体素子１における最大温度を低下させることができ、電気特性の向上が実現できる。また、放熱性が向上することで、継続使用における熱ストレスが低減し、第２接合層２２や第２放熱シート２４などのような接合部分の信頼性が向上する。
（５）前記第２放熱構造２０は、前記第２ヒートシンク２５を有する。
（６）前記スペーサー３０の厚さ方向中心３０Ｃから前記第１放熱構造１０までの積層方向の第１の熱抵抗Ｒ１と、前記スペーサー３０の厚さ方向中心３０Ｃから前記第２放熱構造２０までの積層方向の第２の熱抵抗Ｒ２との比Ｒ１／Ｒ２が、０．７以上１．３以下である。比（Ｒ１／Ｒ２）が上記範囲にあることで、パワーモジュール１００の厚さ方向の熱抵抗の調整が容易となる。
（７）前記第１の熱抵抗Ｒ１及び前記第２の熱抵抗Ｒ２は０．０５（Ｋ／Ｗ）以上０．５（Ｋ／Ｗ）以下である。
第１の熱抵抗Ｒ１及び前記第２の熱抵抗Ｒ２を上記範囲とすることで、パワー半導体素子１で発生した熱を速やかに外部に逃がすことができる。
【0084】
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
【実施例0085】
本発明の実施形態を実施例に基づき説明する。
本実施例では、第１の熱抵抗Ｒ１、第２の熱抵抗Ｒ２及び比Ｒ１／Ｒ２に関するシミュレーションを行った。表１にシミュレーション結果を示す。
本実施例では、第１の熱抵抗Ｒ１、第２の熱抵抗Ｒ２及び比Ｒ１／Ｒ２に関するシミュレーションを行った。表１にシミュレーション結果を示す。
【0086】
第１の熱抵抗Ｒ１に対応する実施形態の構成は、スペーサー３０（下側半分）、パワー半導体素子１（Ｓｉ－ＩＧＢＴ）、第１接合層１２（シンタリングペースト層）、第１Ｃｕ回路１３、第１放熱シート１４及び第１ヒートシンク１５（Ｃｕ）を積層した構成である。本実施例では、第３接合層３２を省いた構成でシミュレーションを行っている。
第２の熱抵抗Ｒ２に対応する実施形態の構成は、スペーサー３０（上側半分）、第１接合層２２（シンタリングペースト層）、第２Ｃｕ回路２３、第２放熱シート２４及び第２ヒートシンク２５（Ｃｕ）を積層した構成である。
第２の熱抵抗Ｒ２に対応する実施形態の構成は、スペーサー３０（上側半分）、第１接合層２２（シンタリングペースト層）、第２Ｃｕ回路２３、第２放熱シート２４及び第２ヒートシンク２５（Ｃｕ）を積層した構成である。
【0087】
各構成部材の熱伝導率及び厚み等は表に示した通りである。
このシミュレーション結果は以下の通りであった。
第１の熱抵抗Ｒ１＝０．３１［Ｋ／Ｗ］
第２の熱抵抗Ｒ２＝０．３０［Ｋ／Ｗ］
比Ｒ１／Ｒ２＝１．０２３
このシミュレーション結果は以下の通りであった。
第１の熱抵抗Ｒ１＝０．３１［Ｋ／Ｗ］
第２の熱抵抗Ｒ２＝０．３０［Ｋ／Ｗ］
比Ｒ１／Ｒ２＝１．０２３
【0088】
すなわち、第１の熱抵抗Ｒ１及び第２の熱抵抗Ｒ２が０．０５（Ｋ／Ｗ）以上０．５（Ｋ／Ｗ）以下の範囲であった。比Ｒ１／Ｒ２が０．７以上１．３以下であった。
【0089】
【表1】
【符号の説明】
【0090】
１ パワー半導体素子
１ａ 下面
１ｂ 上面
７ リードフレーム
１０ 第１放熱構造
１２ 第１接合層
１３ 第１Ｃｕ回路
１４ 第１放熱シート
１５ 第１放熱板
２０ 第２放熱構造
２２ 第２接合層
２３ 第２Ｃｕ回路
２４ 第２放熱シート
２５ 第２放熱板
３０ スペーサー
３０Ｃ スペーサー中心
３２ 第３接合層
５０ 封止材層
１００ パワーモジュール
１ａ 下面
１ｂ 上面
７ リードフレーム
１０ 第１放熱構造
１２ 第１接合層
１３ 第１Ｃｕ回路
１４ 第１放熱シート
１５ 第１放熱板
２０ 第２放熱構造
２２ 第２接合層
２３ 第２Ｃｕ回路
２４ 第２放熱シート
２５ 第２放熱板
３０ スペーサー
３０Ｃ スペーサー中心
３２ 第３接合層
５０ 封止材層
１００ パワーモジュール
【図1】
【図2】