特開 2023-161189 半導体モジュール

(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】P2023161189

(43)【公開日】2023-11-07

(54)【発明の名称】半導体モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/29 20060101AFI20231030BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20231030BHJP

【ＦＩ】

H01L23/30 B

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 2022071385

(22)【出願日】2022-04-25

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003177

【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】草刈 伸治

【テーマコード（参考）】

4M109

【Ｆターム（参考）】

4M109AA02

4M109DB09

4M109EA01

4M109EA02

4M109EA10

(57)【要約】

【課題】異常状態において過電流を遮断する機能を内蔵した半導体モジュールを提供する。
【解決手段】半導体モジュール１００は、実装基板１２と、実装基板１２に設置されたトランジスタ２１と、半導体素子を収容する筐体３０と、筐体３０の内側の空間に充填されてトランジスタ２１を封止する第１封止層４１と、第１封止層４１よりも柔軟な樹脂材料により形成されて第１封止層４１に積層された第２封止層４２と、トランジスタ２１に電気的に接続されたワイヤＷaとを具備し、ワイヤＷaは、第１封止層４１に被覆された第１部分Ｐ1aと、第２封止層４２に被覆された第２部分Ｐ2aとを含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

実装基板と、
前記実装基板に設置された半導体素子と、
前記半導体素子を収容する筐体と、
前記筐体の内側の空間に充填されて前記半導体素子を封止する第１封止層と、
前記第１封止層よりも柔軟な樹脂材料により形成されて前記第１封止層に積層された第２封止層と、
前記半導体素子に電気的に接続された配線部材とを具備し、
前記配線部材は、
前記第１封止層に被覆された第１部分と、
前記第２封止層に被覆された第２部分とを含む
半導体モジュール。

【請求項2】

前記筐体に設置された接続端子をさらに具備し、
前記配線部材は、前記半導体素子と前記接続端子とを電気的に接続する第１配線部材を含む
請求項１の半導体モジュール。

【請求項3】

前記半導体素子は、第１半導体素子と第２半導体素子とを含み、
前記配線部材は、前記第１半導体素子と前記第２半導体素子とを電気的に接続する第２配線部材を含む
請求項１の半導体モジュール。

【請求項4】

前記配線部材は、
前記第１部分および前記第２部分と、
第３部分とを含み、
前記第１部分は、前記配線部材の第１端を含み、
前記第３部分は、前記配線部材における前記第１端とは反対側の第２端を含み、
前記第２部分は、前記第１部分と第３部分との間の部分であり、
前記第１部分および前記第３部分は、前記第１封止層により被覆され、
前記第２部分は、前記第２封止層により被覆される
請求項１の半導体モジュール。

【請求項5】

前記第１封止層の厚さは、前記第２封止層の厚さを上回る
請求項１の半導体モジュール。

【請求項6】

前記第１封止層の厚さは、前記第２封止層の厚さを下回る
請求項１の半導体モジュール。

【請求項7】

前記第２封止層を被覆する絶縁性の保護部材
をさらに具備する請求項１の半導体モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等のパワー半導体素子を利用した半導体モジュールが従来から提案されている。例えば特許文献１および特許文献２には、回路基板に設置された半導体素子と、半導体素子を収容するケースと、を含む半導体装置が開示されている。半導体素子は、ボンディングワイヤにより外部接続端子に接続される。半導体素子およびボンディングワイヤは、ケースの内側の空間に充填された封止樹脂により封止される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－ ５３８４８号公報

【特許文献2】特開２０１３－２５８３２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、半導体素子に短絡等の異常が発生した場合、配線部材に継続的に過電流が供給される状態（以下「異常状態」という）となる。異常状態における過電流を遮断するためには半導体モジュールにヒューズを外部接続する必要がある。以上の事情を考慮して、本開示のひとつの態様は、異常状態において過電流を遮断する機能を内蔵した半導体モジュール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】

【0005】

以上の課題を解決するために、本開示に係る半導体モジュールは、実装基板と、前記実装基板に設置された半導体素子と、前記半導体素子を収容する筐体と、前記筐体の内側の空間に充填されて前記半導体素子を封止する第１封止層と、前記第１封止層よりも柔軟な樹脂材料により形成されて前記第１封止層に積層された第２封止層と、前記半導体素子に電気的に接続された配線部材とを具備し、前記配線部材は、前記第１封止層に被覆された第１部分と、前記第２封止層に被覆された第２部分とを含む。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態に係る半導体モジュールの構成を例示する平面図である。

【図2】図１におけるII－II線の断面図である。

【図3】ワイヤの近傍を拡大した断面図である。

【図4】半導体モジュールの製造工程を例示する工程図である。

【図5】製造の過程にある半導体モジュールの断面図である。

【図6】第２実施形態における半導体モジュールの断面図である。

【図7】変形例におけるワイヤ近傍の断面図である。

【図8】変形例におけるワイヤ近傍の断面図である。

【図9】変形例におけるワイヤ近傍の断面図である。

【図10】変形例における半導体モジュールの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、各図面においては、各要素の寸法および縮尺が実際の製品とは相違する場合がある。また、以下に説明する形態は、本開示を実施する場合に想定される例示的な一形態である。したがって、本開示の範囲は、以下に例示する形態には限定されない。

【0008】

Ａ：第１実施形態
図１は、半導体モジュール１００の構成を例示する平面図である。図２は、図１におけるII－II線の断面図である。第１実施形態の半導体モジュール１００は、例えば３相モータ等の電動機を駆動するインバータ回路を構成するパワー半導体装置である。

【0009】

なお、以下の説明においては、図２に例示される通り、Ｚ軸を想定する。Ｚ軸に沿う一方向をＺ1方向と表記し、Ｚ1方向の反対の方向をＺ2方向と表記する。なお、実際に使用される状態では、半導体モジュール１００は任意の方向に設置され得るが、以下の説明においては便宜的に、Ｚ1方向を下方と仮定し、Ｚ2方向を上方と仮定する。したがって、半導体モジュール１００の任意の要素のうちＺ1方向を向く表面が「下面」と表記され、当該要素のうちＺ2方向を向く表面が「上面」と表記される場合がある。

【0010】

図１および図２に例示される通り、半導体モジュール１００は、半導体ユニット１０と筐体３０と封止部材４０とを具備する。なお、図１においては封止部材４０の図示が便宜的に省略されている。

【0011】

筐体３０は、半導体ユニット１０と封止部材４０とを収容および支持するケースである。第１実施形態の筐体３０は、矩形枠状の側壁部３１と、側壁部３１の内壁面から突出する張出部３２とを具備する。筐体３０は、例えばＰＰＳ（polyphenylene sulfide）樹脂、ＰＢＴ（polybutylene terephthalate）樹脂、ＰＢＳ（poly butylene succinate）樹脂、ＰＡ（polyamide）樹脂、またはＡＢＳ（acrylonitrile-butadiene-styrene）樹脂等の各種の絶縁樹脂により形成される。

【0012】

筐体３０には、複数の接続端子３３（３３n，３３p，３３g）が設置される。各接続端子３３は、例えばインサート成形により筐体３０と一体に形成される。各接続端子３３は、側壁部３１を貫通するように、Ｚ軸に交差する方向に延在する。各接続端子３３のうち側壁部３１の内側に位置する部分は、張出部３２の上面に位置する。

【0013】

複数の接続端子３３は、接続端子３３nと接続端子３３pと接続端子３３gとを含む。接続端子３３nには外部電源から低位側の電源電圧が供給され、接続端子３３pには外部電源から高位側の電源電圧が供給される。また、接続端子３３gには、半導体モジュール１００を制御するための制御電圧が外部の制御装置から供給される。

【0014】

半導体ユニット１０は、実装基板１２とトランジスタ２１とダイオード２２とを具備する。実装基板１２は、トランジスタ２１とダイオード２２とを支持する矩形状の板状部材である。例えばＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板、ＡＭＢ（Active Metal Brazing）基板、またはＩＭＳ（Insulated Metal Substrate）等の基板が、実装基板１２として利用される。

【0015】

図２に例示される通り、実装基板１２は筐体３０に設置される。具体的には、実装基板１２は、例えば接着剤等の接合材を利用して張出部３２に固定される。実装基板１２は、絶縁板１２１と金属板１２２と導体パターン１２３との積層で構成される積層基板である。絶縁板１２１は、絶縁材料で形成された矩形状の板状部材である。絶縁基板は、例えば酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素等のセラミックス材料、またはエポキシ樹脂等の樹脂材料で形成される。金属板１２２は、絶縁板１２１のうちＺ1方向を向く下面に接合された矩形状の板状部材である。金属板１２２は、例えば銅またはアルミニウム等の高熱伝導性の金属材料で形成され、半導体モジュール１００に発生した熱を外部に伝達する放熱板として機能する。導体パターン１２３は、絶縁板１２１のうちＺ2方向を向く上面に形成された導電膜である。例えば銅または銅合金等の低抵抗な導電材料により導体パターン１２３が形成される。

【0016】

トランジスタ２１およびダイオード２２は、実装基板１２に設置された半導体素子である。図２に例示される通り、トランジスタ２１およびダイオード２２は、筐体３０の内側の空間に収容される。具体的には、トランジスタ２１およびダイオード２２は、張出部３２により包囲される。トランジスタ２１の上面およびダイオード２２の上面は、張出部３２の上面よりも低い位置（すなわちＺ1方向）にある。なお、第１実施形態においてはトランジスタ２１およびダイオード２２の１組のみを便宜的に図示するが、トランジスタ２１およびダイオード２２の複数組が実装基板１２に実装されてもよい。なお、以下の説明においては、トランジスタ２１およびダイオード２２を「半導体素子２０」として包括的に表現する場合がある。トランジスタ２１およびダイオード２２の一方は「第１半導体素子」の一例であり、トランジスタ２１およびダイオード２２の他方は「第２半導体素子」の一例である。

【0017】

トランジスタ２１は、電流の導通／遮断を切替え可能なパワー半導体素子である。第１実施形態のトランジスタ２１はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。図１に例示される通り、トランジスタ２１は、電極２１eと電極２１cと制御電極２１gとを含む半導体チップで構成される。電極２１eおよび電極２１cは、制御対象となる電流が入力または出力される主電極である。具体的には、電極２１eは、トランジスタ２１の上面に形成されたエミッタ電極であり、電極２１cは、トランジスタ２１の下面に形成されたコレクタ電極である。他方、制御電極２１gは、トランジスタ２１のオン／オフを制御するための制御電圧が印加されるゲート電極であり、電極２１eとともにトランジスタ２１の上面に形成される。

【0018】

ダイオード２２は、電流を整流するパワー半導体素子である。ダイオード２２は、陽極２２aと陰極２２kとを含む半導体チップで構成される。陽極２２aはダイオード２２の上面に形成され、陰極２２kはダイオード２２の下面に形成される。

【0019】

図２に例示される通り、各半導体素子２０は、例えば半田等の接合材１４を介して実装基板１２に接合される。具体的には、トランジスタ２１の電極２１cとダイオード２２の陰極２２kとが、接合材１４により導体パターン１２３に接合される。すなわち、各半導体素子２０と導体パターン１２３との間に接合材１４が介在する。

【0020】

半導体ユニット１０には、複数のワイヤＷ（Ｗa，Ｗb，Ｗc，Ｗd）が接続される。各ワイヤＷは、各半導体素子２０に電気的に接続された配線部材である。具体的には、各ワイヤＷは、例えば銅またはアルミニウム等の低抵抗な導電材料により形成された線状のボンディングワイヤである。複数のワイヤＷは、複数のワイヤＷaと複数のワイヤＷbと１本のワイヤＷcと複数のワイヤＷdとを含む。

【0021】

各ワイヤＷaは、接続端子３３nとダイオード２２（さらにはトランジスタ２１）とを電気的に接続する配線部材である。各ワイヤＷaは、相互に反対側に位置する第１端Ｅ1aと第２端Ｅ2aとを含む。第１端Ｅ1aがダイオード２２の陽極２２aに接合され、第２端Ｅ2aが接続端子３３nに接合される。図２に例示される通り、各ワイヤＷaは、ダイオード２２と接続端子３３nとの間においてＺ2方向に凸の円弧状または折線状に湾曲する。なお、ワイヤＷaの本数は任意である。例えば１本のワイヤＷaのみが接続端子３３nとダイオード２２との間に設置されてもよい。

【0022】

各ワイヤＷbは、トランジスタ２１とダイオード２２とを電気的に接続する配線部材である。各ワイヤＷbは、相互に反対側に位置する第１端Ｅ1bと第２端Ｅ2bとを含む。第１端Ｅ1bがトランジスタ２１の電極２１eに接合され、第２端Ｅ2bがダイオード２２の陽極２２aに接合される。図２に例示される通り、各ワイヤＷbは、トランジスタ２１とダイオード２２との間においてＺ2方向に凸の円弧状または折線状に湾曲する。なお、ワイヤＷbの本数は任意である。例えば１本のワイヤＷbのみがトランジスタ２１とダイオード２２との間に設置されてもよい。ワイヤＷbは「第２配線部材」の一例である。

【0023】

ワイヤＷcは、接続端子３３gとトランジスタ２１とを電気的に接続する配線部材である。ワイヤＷcは、他のワイヤＷ（Ｗa，Ｗb，Ｗd）よりも細い導電体ある。ワイヤＷcは、相互に反対側に位置する第１端Ｅ1cと第２端Ｅ2cとを含む。第１端Ｅ1cがトランジスタ２１の制御電極２１gに接合され、第２端Ｅ2cが接続端子３３gに接合される。図２に例示される通り、ワイヤＷcは、接続端子３３gとトランジスタ２１との間においてＺ2方向に凸の円弧状または折線状に湾曲する。なお、ワイヤＷcの本数は任意である。例えば複数のワイヤＷcが接続端子３３gとトランジスタ２１との間に設置されてもよい。ワイヤＷaおよびワイヤＷcは、「第１配線部材」の一例である。

【0024】

図１に例示される通り、ワイヤＷdは、接続端子３３pと導体パターン１２３とを電気的に接続する配線部材である。ワイヤＷdは、相互に反対側に位置する第１端Ｅ1dと第２端Ｅ2dとを含む。第１端Ｅ1dが導体パターン１２３に接合され、第２端Ｅ2dが接続端子３３pに接合される。ワイヤＷdは、接続端子３３pと導体パターン１２３との間においてＺ2方向に凸の円弧状または折線状に湾曲する。なお、ワイヤＷdの本数は任意である。例えば１本のワイヤＷdのみが接続端子３３pと導体パターン１２３との間に設置されてもよい。

【0025】

図２の封止部材４０は、筐体３０の内側の空間に充填されることで半導体ユニット１０を封止する絶縁体である。すなわち、実装基板１２を底面として筐体３０により包囲された空間に封止部材４０が形成される。封止部材４０は、第１封止層４１と第２封止層４２との積層で構成される。第１封止層４１および第２封止層４２が筐体３０の内側の空間に充填される。第２封止層４２は、第１封止層４１に積層される。すなわち、実装基板１２と第２封止層４２との間に第１封止層４１が介在する。第２封止層４２が第１封止層４１を被覆すると表現されてもよい。第１封止層４１と第２封止層４２との境界面は、Ｚ軸に垂直な平坦面である。

【0026】

第１封止層４１は、各半導体素子２０を封止する。具体的には、第１封止層４１は、トランジスタ２１およびダイオード２２の外面（上面および側面）と接合材１４の表面と実装基板１２の表面とに接触する。第２封止層４２は、第１封止層４１とともに各ワイヤＷを封止する。第２封止層４２の上面は、各ワイヤＷの頂上点よりも高い位置（すなわちＺ2方向）にある。すなわち、複数のワイヤＷの全体が封止部材４０により封止される。

【0027】

第１封止層４１の厚さＴ1は、第２封止層４２の厚さＴ2を上回る（Ｔ1＞Ｔ2）。第１封止層４１の厚さＴ1は、実装基板１２（具体的には絶縁板１２１）の表面と第１封止層４１の上面との距離である。他方、第２封止層４２の厚さＴ2は、当該第２封止層４２の下面と上面との距離である。第１封止層４１の上面は、各接続端子３３（３３n，３３p，３３g）の上面よりも高い位置（すなわちＺ2方向）にある。すなわち、各接続端子３３の上面は第１封止層４１により被覆され、第２封止層４２には接触しない。

【0028】

第１封止層４１と第２封止層４２とは相異なる絶縁材料で形成される。第１封止層４１は、例えばエポキシ樹脂またはアクリル樹脂等の比較的に硬質な樹脂材料により形成される。ただし、第１封止層４１の材料は以上の例示に限定されない。なお、例えば酸化シリコンまたは酸化アルミニウム等の各種のフィラーが第１封止層４１に含まれてもよい。

【0029】

他方、第２封止層４２は、第１封止層４１よりも柔軟な樹脂材料により形成される。第２封止層４２の弾性率が第１封止層４１の弾性率を下回ると表現してもよい。例えば、第２封止層４２はシリコーンゲルにより形成される。ただし、第２封止層４２の材料は以上の例示に限定されない。例えば第１封止層４１よりも柔軟なゴム（例えばシリコーンゴム）等の樹脂材料により、第２封止層４２が形成されてもよい。また、例えば酸化シリコンまたは酸化アルミニウム等の各種のフィラーが第２封止層４２に含まれてもよい。

【0030】

図３は、封止部材４０とワイヤＷaとの関係に着目した断面図である。図３に例示される通り、ワイヤＷaは、第１封止層４１と第２封止層４２との双方にわたり形成される。

【0031】

ワイヤＷaは、第１部分Ｐ1aと第２部分Ｐ2aと第３部分Ｐ3aとを含む。第１部分Ｐ1aは、第１端Ｅ1aを含む部分である。第３部分Ｐ3aは、第２端Ｅ2aを含む部分である。第２部分Ｐ2aは、第１部分Ｐ1aと第３部分Ｐ3aとの間の部分である。第２部分Ｐ2aは、第１部分Ｐ1aおよび第３部分Ｐ3aと比較して高い位置（すなわちＺ2方向）にある。

【0032】

図３に例示される通り、第１部分Ｐ1aおよび第３部分Ｐ3aは、第１封止層４１により被覆される。具体的には、第１部分Ｐ1aおよび第３部分Ｐ3aは、全周にわたり第１封止層４１に接触する。他方、第２部分Ｐ2aは、第２封止層４２により被覆される。具体的には、第２部分Ｐ2aは、全周にわたり第２封止層４２に接触する。以上の説明から理解される通り、ワイヤＷaの第１部分Ｐ1aおよび第３部分Ｐ3aは第１封止層４１により封止され、ワイヤＷaの第２部分Ｐ2aは第１封止層４１から露出する。

【0033】

封止部材４０と他のワイヤＷ（Ｗb，Ｗc，Ｗd）との関係も同様である。例えば、図２に例示される通り、ワイヤＷbは、第１端Ｅ1bを含む第１部分Ｐ1bと、第２端Ｅ2bを含む第３部分Ｐ3bと、第１部分Ｐ1bと第３部分Ｐ3bとの間の第２部分Ｐ2bとを含む。第１部分Ｐ1bおよび第３部分Ｐ3bは第１封止層４１により被覆され、第２部分Ｐ2bは第２封止層４２により被覆される。

【0034】

また、ワイヤＷcは、第１端Ｅ1cを含む第１部分Ｐ1cと、第２端Ｅ2cを含む第３部分Ｐ3cと、第１部分Ｐ1cと第３部分Ｐ3cとの間の第２部分Ｐ2cとを含む。第１部分Ｐ1cおよび第３部分Ｐ3cは第１封止層４１により被覆され、第２部分Ｐ2cは第２封止層４２により被覆される。

【0035】

図１に例示される通り、ワイヤＷdも同様に、第１端Ｅ1dを含む第１部分Ｐ1dと、第２端Ｅ2dを含む第３部分Ｐ3dと、第１部分Ｐ1dと第３部分Ｐ3dとの間の第２部分Ｐ2dとを含む。第１部分Ｐ1dおよび第３部分Ｐ3dは第１封止層４１により被覆され、第２部分Ｐ2dは第２封止層４２により被覆される。

【0036】

以上の説明から理解される通り、ワイヤＷ（Ｗa，Ｗb，Ｗc，Ｗd）は、
（１）第１封止層４１により被覆された第１部分Ｐ1（Ｐ1a，Ｐ1b，Ｐ1c，Ｐ1d）と、
（２）第２封止層４２により被覆された第２部分Ｐ2（Ｐ2a，Ｐ2b，Ｐ2c，Ｐ2d）と、
（３）第１封止層４１により被覆された第３部分Ｐ3（Ｐ3a，Ｐ3b，Ｐ3c，Ｐ3d）と
を含む。なお、第２部分Ｐ2（Ｐ2a，Ｐ2b，Ｐ2c，Ｐ2d）は、ワイヤＷのうち第１封止層４１から露出した部分とも表現される。

【0037】

以上に説明した第１実施形態との対比のために、硬質な第１封止層４１のみで封止部材４０が構成された形態（以下「対比例１」という）を想定する。対比例１の封止部材４０は、第２封止層４２を含まない。対比例1においては、各ワイヤＷの全体が第１封止層４１のみにより被覆される。

【0038】

半導体モジュール１００において各半導体素子２０（トランジスタ２１またはダイオード２２）に例えば短絡等の異常が発生した場合、過電流が継続的にワイヤＷに供給される異常状態が発生する可能性がある。対比例１においては、ワイヤＷの全体が硬質な第１封止層４１により強固に固定される。したがって、異常状態において温度が上昇した場合でもワイヤＷは溶断せず、過電流が継続的に供給される結果となる。以上の問題を解決するために、対比例１においては、半導体モジュール１００に対してヒューズを外部接続する必要がある。

【0039】

対比例１とは対照的に、第１実施形態においては、ワイヤＷの第２部分Ｐ2が、第１封止層４１よりも柔軟な第２封止層４２により被覆される。したがって、異常状態における過電流の発生により温度が上昇すると、ワイヤＷの第２部分Ｐ2が局所的に溶断する。第２部分Ｐ2の溶断により過電流が遮断される。すなわち、第１実施形態の第２部分Ｐ2は、過電流の発生時に溶断するヒューズとして機能する。以上の説明の通り、第１実施形態によれば、異常状態において過電流を遮断する機能（以下「電流遮断機能」という）を内蔵した半導体モジュール１００を提供できる。

【0040】

なお、第１実施形態においては電流遮断機能が半導体モジュール１００に内蔵されるから、半導体モジュール１００にヒューズを外部接続する構成は、原理的には不要である。ただし、半導体モジュール１００自体の電流遮断機能に加えて、当該半導体モジュール１００にヒューズが外部接続されてもよい。

【0041】

次に、第１実施形態との対比のために、柔軟な第２封止層４２のみで封止部材４０が構成された形態（以下「対比例２」という）を想定する。対比例２の封止部材４０は、第１封止層４１を含まない。対比例２においては、各ワイヤＷの全体が第２封止層４２のみにより被覆される。

【0042】

半導体モジュール１００が使用される環境の温度が高温から低温まで広範囲に変動すると、温度変化に起因した熱応力が半導体ユニット１０に作用する場合がある。対比例２においては、封止部材４０による半導体ユニット１０の固定が充分ではないから、熱応力に起因して半導体ユニット１０の各部が変形し、変形（歪み）に起因したクラック等の破損が発生する可能性がある。例えば、各半導体素子２０を実装基板１２に接合するための接合材１４、または、各半導体素子２０とワイヤＷとが接合される部分に、熱応力に起因した破損が発生することが想定される。なお、以上においては熱応力に起因した各部の変形を想定したが、半導体モジュール１００には、熱応力以外を原因とする変形も発生し得る。

【0043】

対比例２とは対照的に、第１実施形態において、半導体ユニット１０とワイヤＷの第１部分Ｐ1および第３部分Ｐ3とは、硬質な第１樹脂材料により被覆されることで強固に固定される。すなわち、熱応力に起因した半導体ユニット１０の各部の変形が抑制される。したがって、第１実施形態によれば、対比例２と比較して、熱応力に起因した各部の破損を抑制できる。以上に説明した通り、第１実施形態によれば、半導体モジュール１００の各部の破損を抑制しながら電流遮断機能を内蔵した半導体モジュール１００を提供できる。

【0044】

第１実施形態においては、第１封止層４１の厚さＴ1が第２封止層４２の厚さＴ2を上回る（Ｔ1＞Ｔ2）。したがって、第１封止層４１の厚さＴ1が第２封止層４２の厚さＴ2を下回る構成と比較して、第１封止層４１により半導体モジュール１００の各部の破損を抑制する効果を有効に確保できる。

【0045】

図４は、半導体モジュール１００の製造工程を例示する工程図である。まず、複数の接続端子３３が固定された筐体３０が用意され、半導体ユニット１０が当該筐体３０に設置される（工程Ｑ1）。工程Ｑ1の実行後の工程Ｑ2において、公知のボンディング処理によりワイヤＷ（Ｗa，Ｗb，Ｗc）が形成される。

【0046】

工程Ｑ2の実行後の工程Ｑ3において、図５に例示される通り、筐体３０の内側の空間に液状の第１樹脂材料が注型され、第１樹脂材料の硬化により第１封止層４１が形成される。第１樹脂材料は、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂等の樹脂材料である。工程Ｑ3においては、各ワイヤＷの第１部分Ｐ1および第３部分Ｐ3が第１封止層４１により被覆され、かつ、各ワイヤＷの第２部分Ｐ2が第１封止層４１の表面から露出するように、第１樹脂材料の注型量が調整される。

【0047】

工程Ｑ3の実行後の工程Ｑ4において、筐体３０の内側の空間に液状の第２樹脂材料が注型され、第２樹脂材料の硬化により第２封止層４２が形成される。第２樹脂材料は、例えばシリコーンゲルである。工程Ｑ3においては、各ワイヤＷの第２部分Ｐ2が第２封止層４２により被覆されるように、第２樹脂材料の注型量が調整される。半導体モジュール１００の製造方法は以上の通りである。

【0048】

Ｂ：第２実施形態
本開示の第２実施形態を説明する。なお、以下に例示する各態様において機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明と同様の符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

【0049】

図６は、第２実施形態における半導体モジュール１００の断面図である。図６に例示される通り、第２実施形態の半導体モジュール１００は、第１実施形態と同様の要素（半導体ユニット１０，筐体３０および封止部材４０）に加えて保護部材４３を具備する。

【0050】

保護部材４３は、封止部材４０（第２封止層４２）を被覆する絶縁性の板状部材である。すなわち、第１封止層４１と保護部材４３との間に第２封止層４２が介在する。具体的には、保護部材４３は、第２封止層４２の全面を被覆する。すなわち、保護部材４３は、Ｚ軸の方向からの平面視で第２封止層４２の全体に重複する。なお、保護部材４３は、封止部材４０の要素として把握されてもよい。すなわち、封止部材４０は、第１封止層４１と第２封止層４２と保護部材４３との積層で構成されると換言してもよい。

【0051】

保護部材４３は、例えば、第２封止層４２を接着剤として封止部材４０に接合される。すなわち、第２封止層４２は、ワイヤＷの封止と保護部材４３の接着とに兼用される。以上の構成によれば、保護部材４３を筐体３０に固定するための特別な構成が不要である。ただし、保護部材４３の固定の方法は以上の例示に限定されない。例えば、接着剤等の接合材により保護部材４３が筐体３０または封止部材４０に接着されてもよい。

【0052】

保護部材４３は、第２封止層４２と比較して硬質である。例えばマイカ等の絶縁材料により保護部材４３が形成される。ただし、保護部材４３の材料は任意である。例えばエポキシ樹脂またはアクリル樹脂等の樹脂材料により保護部材４３が形成されてもよい。また、保護部材４３の厚さは、第２封止層４２の厚さＴ2を下回る。ただし、保護部材４３の厚さが第２封止層４２の厚さＴ2を上回る構成も想定される。

【0053】

第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。また、第２実施形態においては、第２封止層４２が保護部材４３により保護される。したがって、例えば水分または塵埃等の異物が第２封止層４２に進入する可能性を低減できる。

【0054】

Ｃ：変形例
以上に例示した各態様に付加される具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様を、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合してもよい。

【0055】

（１）前述の各形態においては、図３の例示の通り、第２部分Ｐ2が全周にわたり第２封止層４２により被覆される形態を例示した。しかし、筐体３０の内側の空間に液状の第１樹脂材料を注型する工程Ｑ3において、実際には、図７に例示される通り、第１樹脂材料の表面張力により第２部分Ｐ2の下面に第１樹脂材料が接触する場合がある。

【0056】

図７の構成においても、異常状態においては、第２部分Ｐ2のうち第２封止層４２により被覆された部分（上面および側面）が溶断するから、電流遮断機能は実現される。すなわち、第２部分Ｐ2の全周が第２封止層４２により被覆された図３の構成のほか、第２部分Ｐ2の周面の一部が第２封止層４２により被覆された図７の構成も、本開示の範囲には包含される。

【0057】

（２）前述の各形態においては、各接続端子３３が第１封止層４１により被覆された形態を例示したが、各接続端子３３が第１封止層４１により被覆される構成は必須ではない。具体的には、図８に例示される通り、各接続端子３３は第２封止層４２により被覆されてよい。図８の構成において、第１封止層４１の上面は、接続端子３３よりも低い位置にある。

【0058】

前述の各形態における第３部分Ｐ3（Ｐ3a，Ｐ3b，Ｐ3c，Ｐ3d）は、第１封止層４１により被覆される部分である。図８の構成においては、ワイヤＷのうち第１部分Ｐ1（Ｐ1a，Ｐ1b，Ｐ1c，Ｐ1d）以外の部分は、第２封止層４２により被覆される第２部分Ｐ2（Ｐ2a，Ｐ2b，Ｐ2c，Ｐ2d）である。すなわち、第３部分Ｐ3はワイヤＷから省略されてよい。

【0059】

なお、前述の各形態においては、第１端Ｅ1を含む第１部分Ｐ1と第２端Ｅ2を含む第３部分Ｐ3とが、第１封止層４１により被覆される。すなわち、ワイヤＷの両端が第１封止層４１により被覆される。したがって、図８の構成と比較して、ワイヤＷの第１端Ｅ1および第２端Ｅ2の各々と他の要素との接合を強固に維持できるという利点がある。

【0060】

（３）前述の各形態においては各ワイヤＷが相互に離間して形成された形態を例示したが、前述の各形態における複数のワイヤＷは、例えばステッチボンディングにより相互に連続して形成されてもよい。例えば、図９に例示される通り、ワイヤＷaとワイヤＷbとは、一連の工程において連続的に形成されてもよい。ワイヤＷaの第１端Ｅ1aとワイヤＷbの第２端Ｅ2bとは、１個のステッチを構成する。以上の説明から理解される通り、本開示における「配線部材」は、相互に連続的に形成される導電体のうちの一部でもよい。

【0061】

（４）前述の各形態においては、封止部材４０が第１封止層４１と第２封止層４２の２層で構成される形態を例示したが、第１封止層４１と第２封止層４２との間に他の１以上の絶縁層が介在してもよい。また、前述の各形態においては、第２封止層４２が第１封止層４１の全面を被覆する形態を例示したが、第２封止層４２が第１封止層４１の一部を被覆する形態も想定される。保護部材４３についても同様に、第２封止層４２の一部のみを被覆してもよい。

【0062】

（５）前述の各形態においては、第１封止層４１の厚さＴ1が第２封止層４２の厚さＴ2を上回る（Ｔ1＞Ｔ2）構成を例示したが、第１封止層４１の厚さＴ1と第２封止層４２の厚さＴ2との関係は、以上の例示に限定されない。例えば、図１０に例示される通り、第１封止層４１の厚さＴ1が第２封止層４２の厚さＴ2を下回る構成（Ｔ1＜Ｔ2）も想定される。なお、第２実施形態の保護部材４３が、図１０の構成に追加されてもよい。また、第１封止層４１の厚さＴ1と第２封止層４２の厚さＴ2とが等しい構成（Ｔ1＝Ｔ2）も想定される。

【0063】

前述の通り、封止部材４０の第１封止層４１は、例えば熱応力等に起因した半導体モジュール１００の各部の変形を抑制する機能（以下「変形抑制機能」という）を実現する。他方、封止部材４０の第２封止層４２は、ワイヤＷの第２部分Ｐ2が電流遮断機能（ヒューズ）を発揮するように作用する。第１封止層４１の厚さＴ1と第２封止層４２の厚さＴ2との関係は、半導体モジュール１００において要求される変形抑制機能と電流遮断機能との関係に応じて設定される。

【0064】

例えば、変形抑制機能が重視される構成においては、第１実施形態または第２実施形態と同様に、第１封止層４１の厚さＴ1が第２封止層４２の厚さＴ2を上回る形態（Ｔ1＞Ｔ2）が好適である。以上の形態によれば、厚さＴ1が厚さＴ2を下回る構成と比較して、熱応力等に起因した半導体モジュール１００の変形を有効に抑制できる。他方、電流遮断機能が重視される構成では、図１０の例示の通り、第１封止層４１の厚さＴ1が第２封止層４２の厚さＴ2を下回る形態（Ｔ1＜Ｔ2）が好適である。以上の構成によれば、ワイヤＷにおいて第２部分Ｐ2が充分に確保される。したがって、厚さＴ1が厚さＴ2を上回る構成と比較して、過電流の発生時に第２部分Ｐ2を溶断させ易いという利点がある。

【0065】

なお、変形抑制機能と電流遮断機能との関係は、例えば実装基板１２の構造にも依存する。例えば、実装基板１２がＤＣＢ基板で構成される形態（以下「態様Ａ」という）においては、第１封止層４１が薄い構成でも、熱応力等に起因した各部の変形が発生し難いという傾向がある。したがって、態様Ａにおいては、第１封止層４１の厚さＴ1が第２封止層４２の厚さＴ2を上回る構成（Ｔ1＞Ｔ2）のほか、厚さＴ1と厚さＴ2とが等しい構成（Ｔ1＝Ｔ2）、または、厚さＴ1が厚さＴ2を下回る構成（Ｔ1＜Ｔ2）が採用されてもよい。第２封止層４２の厚さＴ2が大きいほど、過電流の発生時に第２部分Ｐ2が溶断し易い。

【0066】

他方、実装基板１２が例えばＡＭＢ基板またはＩＭＳで構成される形態（以下「態様Ｂ」という）において、変形抑制機能および電流遮断機能の双方を適切に確保するためには、第１封止層４１が薄い構成が重要である。したがって、態様Ｂにおいては、図１０の例示のように、第１封止層４１の厚さＴ1が第２封止層４２の厚さＴ2を下回る構成（Ｔ1＜Ｔ2）が好適である。

【0067】

（６）前述の各形態におけるワイヤＷは、可撓性のリボンケーブル（フラットケーブル）、または板状のリードフレームに置換されてもよい。すなわち、前述の各形態におけるワイヤＷと、リボンケーブルおよびリードフレームとは、半導体素子２０に電気的に接続された配線部材として包括的に表現される。

【0068】

なお、要素Ａと要素Ｂとの「電気的な接続」は、要素Ａと要素Ｂとが直接的に接続された状態のほか、要素Ａと要素Ｂとが他の導電体を介して間接的に接続された状態も含む。例えば、前述の各形態におけるワイヤＷdと各半導体素子２０とは、導体パターン１２３を介して間接的に接続される。したがって、ワイヤＷdは、各半導体素子２０に電気的に接続されている。

【0069】

（７）半導体ユニット１０におけるトランジスタ２１は、前述の各形態に例示したＩＧＢＴに限定されない。例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）がトランジスタ２１として利用されてもよい。ＭＯＳＦＥＴを利用した形態において、電極２１cはソース電極およびドレイン電極の一方であり、電極２１eはソース電極およびドレイン電極の他方である。また、ＩＧＢＴとＦＷＤ（Free Wheeling Diode）とを含むＲＣ－ＩＧＢＴ（Reverse Conducting IGBT）が半導体素子２０として利用されてもよい。すなわち、前述の各形態におけるダイオード２２は省略されてよい。以上の説明から理解される通り、半導体ユニット１０における半導体素子２０の個数は任意である。

【0070】

（８）前述の各形態においては、実装基板１２にトランジスタ２１とダイオード２２とが実装された形態を例示したが、実装基板１２に実装される複数の半導体素子２０は、同種および異種の何れでもよい。例えば、複数のトランジスタ２１が実装基板１２に実装される構成も想定される。

【0071】

（９）前述の各形態においては、外部の制御装置から制御電圧が接続端子３３gに供給される半導体モジュール１００を例示したが、トランジスタ２１の制御電極２１gに制御電圧を供給する制御装置が半導体モジュール１００に内蔵されたインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ：Intelligent Power Module）にも、本開示は同様に適用される。

【0072】

（１０）本願における「第ｎ」（ｎは自然数）という記載は、各要素を表記上において区別するための形式的かつ便宜的な標識（ラベル）としてのみ使用され、如何なる実質的な意味も持たない。したがって、「第ｎ」という表記を根拠として、各要素の位置または製造の順番等が限定的に解釈される余地はない。

【符号の説明】

【0073】

１００…半導体モジュール、１０…半導体ユニット、１２…実装基板、１２１…絶縁板、１２２…金属板、１２３…導体パターン、２０…半導体素子、２１…トランジスタ、２２…ダイオード、３０…筐体、３１…側壁部、３２…張出部、３３（３３p，３３n，３３g）…接続端子、４０…封止部材、４１…第１封止層、４２…第２封止層、４３…保護部材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】