特開 2023-179183 半導体モジュール及び電力変換装置

(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】P2023179183

(43)【公開日】2023-12-19

(54)【発明の名称】半導体モジュール及び電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20231212BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20231212BHJP

   H01L 23/48 20060101ALI20231212BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

H01L21/60 321V

H01L23/48 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022092333

(22)【出願日】2022-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】507308902

【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．

【住所又は居所原語表記】１２２－１２２ ｂｉｓ， ａｖｅｎｕｅ ｄｕ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｌｅｃｌｅｒｃ， ９２１００ Ｂｏｕｌｏｇｎｅ－Ｂｉｌｌａｎｃｏｕｒｔ， Ｆｒａｎｃｅ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】矢野 新也

(72)【発明者】

【氏名】沼倉 啓一郎

(72)【発明者】

【氏名】岩▲崎▼ 裕一

(57)【要約】

【課題】半導体素子の一方の面に複数のリードフレームを接合する場合であっても、はんだの厚みを均一化してリードフレーム間で短絡が生じることを防止する。
【解決手段】半導体モジュール１は、複数のリードフレーム５、７と、複数のリードフレーム５、７が一方の面に接続される半導体素子３と、半導体素子３の他方の面に配置された放熱部材９と、複数のリードフレーム５、７を固定して支持する支持部材１１とを備え、支持部材１１は、複数のリードフレーム５、７の間に設けられた第１支持部２５と、複数のリードフレーム５、７と放熱部材との間に設けられた第２支持部２７とを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のリードフレームと、
前記複数のリードフレームが一方の面に接続される半導体素子と、
前記半導体素子の他方の面に配置された放熱部材と、
前記複数のリードフレームを固定して支持する支持部材とを備え、
前記支持部材は、
前記複数のリードフレームの間に設けられた第１支持部と、
前記複数のリードフレームと前記放熱部材との間に設けられた第２支持部とを有する半導体モジュール。

【請求項2】

前記第１支持部は、前記複数のリードフレームの間の領域の前記リードフレームの上面から下面まで形成されている請求項１に記載の半導体モジュール。

【請求項3】

前記半導体素子は、前記複数のリードフレームが接続される複数の主電極を、前記一方の面に備えている請求項１に記載の半導体モジュール。

【請求項4】

前記半導体素子と前記複数のリードフレームとを接合する接合部材は、はんだである請求項１に記載の半導体モジュール。

【請求項5】

前記支持部材は、前記半導体素子と前記複数のリードフレームとを接合するはんだの溶融温度で、前記複数のリードフレームを支持することが可能な樹脂材料で形成されている請求項４に記載の半導体モジュール。

【請求項6】

前記半導体素子と前記放熱部材とを接合する接合部材は、前記半導体素子と前記複数のリードフレームとを接合するはんだの溶融温度で、予め設定された一定の厚さを保つことのできる接合材である請求項４に記載の半導体モジュール。

【請求項7】

前記半導体素子は、前記半導体素子内を流れる電流量を制御する制御電極を備え、前記支持部材は、前記制御電極が設けられた側の前記複数のリードフレームの側面に形成された側面部を有する請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体モジュール。

【請求項8】

前記複数のリードフレームは、前記半導体素子と接合される部分に貫通孔が形成されている請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体モジュール。

【請求項9】

前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体である請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体モジュール。

【請求項10】

請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体モジュールを備えた電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体モジュール及び電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来では、基板の上に配置された半導体チップと半導体チップの表面に形成された電極と接合されたリードフレームから構成される半導体装置において、半導体チップとリードフレーム間を接続するはんだの厚さを制御するための半導体装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された半導体装置では、基板とリードフレームの間にスペーサを設けて、半導体チップと基板との間のはんだの厚みと、半導体チップとリードフレームとの間のはんだの厚みを均一化していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１２５６７８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、上述した従来の半導体装置では、半導体チップの一方の面に複数のリードフレームを接合する場合には、リードフレーム間の隙間が狭くなり、リードフレーム間にスペーサを設置することが困難になる。したがって、スペーサを設置できないことによって、はんだの厚みを均一化することができず、はみ出たはんだが這い上がることによってリードフレーム間で短絡が生じてしまうという問題点があった。

【0005】

そこで、本発明は上記実情に鑑みて提案されたものであり、半導体素子の一方の面に複数のリードフレームを接合する場合であっても、はんだの厚みを均一化してリードフレーム間で短絡が生じることを防止できる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】

【0006】

上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体モジュールは、複数のリードフレームが一方の面に接続される半導体素子と、半導体素子の他方の面に配置された放熱部材と、複数のリードフレームを固定して支持する支持部材とを備えている。そして、支持部材は、複数のリードフレームの間に設けられた第１支持部と、複数のリードフレームと放熱部材との間に設けられた第２支持部とを有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、半導体素子の一方の面に複数のリードフレームを接合する場合であっても、はんだの厚みを均一化してリードフレーム間で短絡が生じることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態に係る半導体モジュールの構造を示す図２のＢ－Ｂ線の断面図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る半導体モジュールの構造を示す図１のＡ－Ａ線の断面図である。

【図3A】図３Ａは、第１実施形態に係る半導体モジュールを構成する支持部材の構造を示す上面図である。

【図3B】図３Ｂは、第１実施形態に係る半導体モジュールを構成する支持部材の構造を示す側面図である。

【図3C】図３Ｃは、第１実施形態に係る半導体モジュールを構成する支持部材の構造を示す側面図である。

【図3D】図３Ｄは、第１実施形態に係る半導体モジュールを構成する支持部材の構造を示す底面図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための側面図である。

【図5】図５は、第１実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための側面図である。

【図6】図６は、第１実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための側面図である。

【図7】図７は、第２実施形態に係る半導体モジュールの構造を示す断面図である。

【図8A】図８Ａは、第２実施形態に係る半導体モジュールを構成する支持部材の構造を示す上面図である。

【図8B】図８Ｂは、第２実施形態に係る半導体モジュールを構成する支持部材の構造を示す図８ＡのＣ－Ｃ線の断面図である。

【図9】図９は、第２実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための側面図である。

【図10】図１０は、第２実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための図１１のＤ－Ｄ線の断面図である。

【図11】図１１は、第２実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［第１実施形態］
以下、本発明を適用した第１実施形態について図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0010】

［半導体モジュールの構造］
図１、２を参照して、本実施形態に係る半導体モジュールの構造を説明する。図１は、本実施形態に係る半導体モジュールの構造を示す図２のＢ－Ｂ線の断面図であり、図２は、本実施形態に係る半導体モジュールの構造を示す図１のＡ－Ａ線の断面図である。

【0011】

半導体モジュール１は、インバータやコンバータなどの電力変換装置に使用されるパワー半導体モジュールである。図１、２に示すように、半導体モジュール１は、半導体素子３と、第１リードフレーム５と、第２リードフレーム７と、放熱部材９と、支持部材１１と、封止材１３を備えている。また、半導体素子３と第１リードフレーム５との間は第１接合部材１７で接合され、半導体素子３と第２リードフレーム７との間は第２接合部材１９で接合され、半導体素子３と放熱部材９との間は第３接合部材２１で接合されている。

【0012】

半導体素子３は、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の電力用スイッチング半導体素子や還流ダイオード等の電力用整流半導体素子として機能する半導体チップである。半導体素子３のデバイス構造としては、いわゆる横型の半導体デバイスであり、チップ上面に異なる電位の主電極を複数備えている。

【0013】

例えば、半導体素子３がＭＯＳＦＥＴである場合には、ドレイン電極とソース電極とゲート電極を備え、ダイオードである場合には、アノード電極とカソード電極を備えている。この他に、半導体素子３内を流れる電流量を制御する制御電極を備えていてもよく、制御用のソース電極や温度検出用の電極、電流検出用の電極を備えていてもよい。電極は、主にアルミニウムや銅などの金属材料で構成されているが、その表面は、はんだ接合のためにめっきでニッケルなどの金属が形成されていてもよい。本実施形態では、一例として半導体素子３がＭＯＳＦＥＴである場合について説明する。

【0014】

また、半導体素子３の材料として、シリコン材料が一般的であるが、より高性能な半導体チップを実現するために、半導体素子３が、炭化珪素や窒化ガリウムなどのワイドバンドギャップ半導体であってもよい。

【0015】

第１リードフレーム５はドレイン電極に接続された金属板の配線であり、第２リードフレーム７はソース電極に接続された金属板の配線である。金属材料としては、銅やアルミニウム、銅のクラッド材料などが使用される。第１リードフレーム５は第１接合部材１７によって半導体素子３に接合され、第２リードフレーム７は第２接合部材１９によって半導体素子３に接合されている。第１接合部材１７と第２接合部材１９は、はんだや焼結銀などの金属で形成されている。

【0016】

尚、第１リードフレーム５及び第２リードフレーム７と半導体素子３との間に応力緩和用の銅や銅モリブデンなどで構成される金属板材料を設け、その上下をはんだや焼結銀で接合するという構成としてもよい。第１リードフレーム５と第２リードフレーム７は、はんだ接合のために、表面にニッケルなどのめっきが行われていてもよい。さらに、はんだが広がりすぎないようにレジストを設けてもよいし、樹脂を充填しやすくするための穴を開けるなどの加工が行われていてもよい。

【0017】

放熱部材９は、銅を主成分とした熱伝導率が高い金属材料で形成された金属板である。放熱部材９は、半導体素子３の下面に配置され、半導体素子３で発生した熱を図示していない冷却器に放熱する機能を有する。ただし、銅の他にもアルミニウム、銅モリブデンなどの熱伝導率の高い金属材料で形成されていてもよい。放熱部材９は、第３接合部材２１によって半導体素子３と接合されている。第３接合部材２１は、はんだや焼結銀などの金属で形成されている。

【0018】

尚、半導体素子３が縦型の半導体素子である場合には、放熱部材９として、例えばセラミック基板のような絶縁機能を有する材料を用いる必要がある。しかし、本実施形態では半導体素子３が横型の半導体素子を採用しているので、放熱部材９に絶縁機能を有する材料を用いる必要がなく、高い放熱性能を実現することができる。特に、放熱部材９の放熱効果を高めるために、１ｍｍ以上の厚い材料を用いることによって、より放熱性能を向上させることができる。本実施形態では、一例として放熱部材９に銅を用いた場合について説明する。

【0019】

支持部材１１は、第１及び第２リードフレーム５、７を固定し、第１及び第２リードフレーム５、７を放熱部材９に対して支持する。支持部材１１は、絶縁性を有し、リフロー工程で第１及び第２リードフレーム５、７と半導体素子３を接合するはんだの溶融温度になっても溶けることなく、第１及び第２リードフレーム５、７を支持することが可能な材料で形成されている。例えば、支持部材１１は、液晶ポリマーなどの樹脂材料で形成されている。

【0020】

ここで、図３Ａ～Ｄを参照して、支持部材１１の構造を説明する。図３Ａは支持部材１１の上面図、図３Ｂは図３ＡのＸ方向から見た側面図、図３Ｃは図３ＡのＹ方向から見た側面図、図３Ｄは底面図である。

【0021】

図３Ａ～Ｄに示すように、支持部材１１は、上面部２３と、第１支持部２５と、第２支持部２７と、側面部２９とを有する。

【0022】

上面部２３は、第１及び第２リードフレーム５、７の上面の一部を覆い、第１支持部２５とともに、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７を連結して固定する。

【0023】

第１支持部２５は、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７の間に設けられ、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７を連結して固定する。第１支持部２５は、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７の間に設けられているので、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７の間で短絡が生じることを防止できる。

【0024】

特に、第１支持部２５は、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７の間の領域の全体、すなわち第１及び第２リードフレーム５、７の上面から下面まで形成されている。したがって、第１支持部２５は、第１及び第２リードフレーム５、７の間に、はんだが這い上がることを完全に防止することができるので、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７の間で短絡が生じることを確実に防止できる。

【0025】

第２支持部２７は、第１及び第２リードフレーム５、７と放熱部材９との間に設けられ、第１及び第２リードフレーム５、７と放熱部材９との間の距離を所定の距離に保っている。すなわち、半導体素子３と第１及び第２接合部材１７、１９と第３接合部材２１の厚さの合計が、予め設定された所定の値になるように、第２支持部２７の高さが設定されている。

【0026】

ここで、半導体素子３の高さは一定値で変化しないので、第３接合部材２１に一定の厚さを保つことのできる接合材を用いれば、第２支持部２７の高さが設定されているので、第１及び第２接合部材１７、１９を所望の厚さに形成することができる。また、左右にある２つの第２支持部２７が、同じ高さで第１及び第２リードフレーム５、７を支持するので、第１接合部材１７の厚さと第２接合部材１９の厚さを均一な厚さに形成することができる。

【0027】

側面部２９は、第１及び第２リードフレーム５、７の側面の一部を覆い、上面部２３と第１支持部２５とともに、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７を連結して固定する。半導体素子３が制御電極を備えている場合には、図２に示すように制御ワイヤ３１、３３が制御電極に接続されている。そこで、側面部２９を、制御電極が設けられている側の第１及び第２リードフレーム５、７の側面に形成すれば、第１及び第２接合部材１７、１９のはんだが制御ワイヤ３１、３３の側にはみ出て這い上がることを防止できる。

【0028】

図２では、第１及び第２接合部材１７、１９のはんだがはみ出て、這い上がることによって、這い上がり部４０、４２を形成している。しかし、側面部２９を制御ワイヤ３１、３３の側の側面に形成したことにより、這い上がり部４０、４２は制御ワイヤ３１、３３の反対側に形成されている。したがって、第１及び第２接合部材１７、１９のはんだと制御ワイヤ３１、３３が短絡することによって、制御ワイヤ３１、３３が放電することを防止できる。

【0029】

封止材１３は、半導体素子３の周囲に充填された樹脂であり、具体的に、封止材１３は、半導体素子３及び支持部材１１の周囲と、放熱部材９の全体と、第１及び第２リードフレーム５、７の上面を被覆して、半導体モジュール１の全体を被覆している。図１では、放熱部材９の上面と側面が封止材１３で被覆されているが、放熱部材９の下面も封止材１３で被覆してもよい。封止材１３としては、例えば樹脂のポッティング材料やゲルが使用され、トランスファ成形によって形成されている。

【0030】

［半導体モジュールの製造方法］
次に、図３～６を参照して、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明する。まず、図３Ａ～Ｄに示すように、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７を支持部材１１で連結するように、第１及び第２リードフレーム５、７と支持部材１１を一体に形成する。例えば、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７と支持部材１１をトランスファモールドなどの工法で一体に成形すればよい。このとき、はんだを実装できるように、はんだが実装される箇所の樹脂やバリを必要に応じて研磨などで除去しておくようにする。

【0031】

次に、図４に示すように、半導体素子３と放熱部材９を第３接合部材２１で接合する。図４は、接合した後の状態を示す側面図である。第３接合部材２１は、はんだであり、リフロー工程を行うことによって接合する。このとき、半導体素子３の傾きを防止するために、第３接合部材２１として、第１及び第２リードフレーム５、７と半導体素子３を接合するはんだの溶融温度になっても、予め設定された一定の厚さを保つことのできる接合材を用いる。例えば、ニッケルボール入りのはんだを使用すればよい。また、半導体素子３の傾きを防止するために、ワイヤを用いてもよいし、放熱部材９に銅の突起を設けてもよい。

【0032】

さらに、第３接合部材２１として、第１接合部材１７と第２接合部材１９の接合時に溶融しない焼結銀のような接合材を用いてもよい。この場合、第１及び第２リードフレーム５、７を半導体素子３と接合するときにリフロー工程を行っても、第３接合部材２１は溶融しないので、その厚さを一定に保つことができ、半導体素子３の傾きを防止することができる。同様に、第３接合部材２１として高融点のはんだを用いた場合も、溶融しないので、第３接合部材２１の厚さを一定に保つことができ、半導体素子３の傾きを防止することができる。

【0033】

こうして半導体素子３に放熱部材９が接合されると、次に第１リードフレーム５と半導体素子３を第１接合部材１７で接合し、第２リードフレーム７と半導体素子３を第２接合部材１９で接合する。図５に示すように、第１及び第２リードフレーム５、７と支持部材１１が一体に形成された部材を、半導体素子３と放熱部材９が接合された部材の上に設置する。図５は、設置した後の状態を示す側面図である。

【0034】

このとき、第１リードフレーム５と半導体素子３を接合する箇所に第１接合部材１７を配置し、第２リードフレーム７と半導体素子３を接合する箇所に第２接合部材１９を配置する。第１及び第２接合部材１７、１９ははんだであり、はんだの量を多めにすることによって、図５に示すように、隙間６０ができて、支持部材１１が放熱部材９から浮いている状態にする。

【0035】

この後、上部から荷重をかけた状態でリフロー炉内の温度をはんだ溶融温度まで上げると、はんだが溶融する。その結果、図６に示すように、支持部材１１が放熱部材９に接するまで沈むので、第１及び第２リードフレーム５、７と放熱部材９との間の距離を、第２支持部２７の高さに設定することができる。図６は、第１及び第２リードフレーム５、７を接合した後の状態を示す側面図である。

【0036】

尚、第１及び第２接合部材１７、１９のはんだの量を多めにしているので、接合する際にはんだがはみ出て、第１及び第２リードフレーム５、７の側面に這い上がることになる。しかし、本実施形態では、図２に示すように、制御ワイヤ３１、３３が設けられた側の第１及び第２リードフレーム５、７の側面は、側面部２９で覆われており、第１及び第２リードフレーム５、７の間も第１支持部２５が設けられている。

【0037】

したがって、はんだは制御ワイヤ３１、３３の反対側の側面を這い上がり、這い上がり部４０、４２を形成して固まる。これにより、第１及び第２リードフレーム５、７の間ではんだが短絡することを防止できるだけではなく、制御ワイヤ３１、３３とはんだが短絡して放電することも防止できる。

【0038】

こうして、第１及び第２リードフレーム５、７と半導体素子３が接続されると、アルミニウムや銅、金、銀などの金属ワイヤで形成された制御ワイヤ３１、３３をゲート電極や制御用のソース電極にボンディングする。この後、トランスファモールド成形か樹脂ポッティングによって、封止材１３を形成すると、本実施形態に係る半導体モジュール１が完成する。さらに、半導体モジュール１をグリースなどで冷却器に取り付けてもよいし、接合材を用いて冷却器と接合してもよい。

【0039】

［第１実施形態の効果］
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る半導体モジュール１は、複数のリードフレーム５、７と、半導体素子３と、放熱部材９と、複数のリードフレーム５、７を固定して支持する支持部材１１とを備えている。そして、支持部材１１は、複数のリードフレーム５、７の間に設けられた第１支持部２５と、複数のリードフレーム５、７と放熱部材９との間に設けられた第２支持部２７とを有する。これにより、半導体素子３の一方の面に複数のリードフレーム５、７を接合する場合であっても、はんだの厚みを均一化してリードフレームが短絡することを防止できる。

【0040】

特に、本実施形態では、第１支持部２５を、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７の間に設けているので、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７の間の短絡を防止することができる。また、第２支持部２７を、第１及び第２リードフレーム５、７と放熱部材９との間に設けているので、第１及び第２リードフレーム５、７と放熱部材９との間の距離を所定の距離に保つことができる。これにより、第１及び第２接合部材１７、１９のはんだの厚みを均一な厚さに形成することができる。さらに、本実施形態では、第１及び第２リードフレーム５、７の間の距離を近くでき、チップあたりの接合面積を大きくできるので、放熱性能を向上させることができるとともに、抵抗や寄生インダクタンスを低減することができる。このように、本実施形態に係る半導体モジュール１によれば、高い信頼性と高い性能を有するパワーモジュールを実現することができる。

【0041】

また、本実施形態に係る半導体モジュール１では、第１支持部２５が、複数のリードフレーム５、７の上面から下面まで形成されている。これにより、第１及び第２リードフレーム５、７の間に、はんだが這い上がることを完全に防止することができる。したがって、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７の間の短絡を確実に防止することができる。

【0042】

さらに、本実施形態に係る半導体モジュール１では、半導体素子３が、複数のリードフレーム５、７が接続される複数の主電極を一方の面に備えている。複数の主電極を一方の面に備えた横型の半導体デバイスでは、リードフレームの間の距離が近くなる。したがって、本実施形態に係る半導体モジュール１を横型の半導体デバイスに適用することによって、第１及び第２リードフレーム５、７の間の距離が近くなったとしても、第１及び第２リードフレーム５、７の間の短絡を防止することができる。

【0043】

また、本実施形態に係る半導体モジュール１では、半導体素子３と複数のリードフレーム５、７とを接合する接合部材が、はんだである。これにより、リフロー工程を行うことで、半導体素子３と複数のリードフレーム５、７を容易に接合することができる。

【0044】

さらに、本実施形態に係る半導体モジュール１では、支持部材１１が、半導体素子３と複数のリードフレーム５、７とを接合するはんだの溶融温度で、複数のリードフレーム５、７を支持することが可能な樹脂材料で形成されている。これにより、リフロー工程を行っても第１及び第２リードフレーム５、７を所定の高さに支持することができるので、半導体素子３と第１及び第２リードフレーム５、７とを接続するはんだの厚みを均一化することができる。

【0045】

また、本実施形態に係る半導体モジュール１では、半導体素子３と放熱部材９とを接合する接合部材が、半導体素子３と複数のリードフレーム５、７とを接合するはんだの溶融温度で、予め設定された一定の厚さを保つことができる接合材である。これにより、はんだの厚みを一定の値に管理することができるので、半導体素子３の傾きを抑制することができる。さらに、第１及び第２接合部材１７、１９の厚さを、予め設定された所定の厚さに形成することができる。

【0046】

さらに、本実施形態に係る半導体モジュール１では、半導体素子３が制御電極を備え、支持部材１１は、複数のリードフレーム５、７の制御電極が設けられた側の側面に形成された側面部２９を有している。これにより、制御電極が設けられた側に、はんだが這い上がることを防止できるので、制御ワイヤ３１、３３がはんだと短絡して、放電が発生することを防止できる。

【0047】

また、本実施形態に係る半導体モジュール１では、半導体素子３がワイドバンドギャップ半導体で構成されている。ワイドバンドギャップ半導体では、チップの面積が小さくなるので、第１及び第２リードフレーム５、７の間で短絡しやすくなる。したがって、本実施形態に係る半導体モジュール１をワイドバンドギャップ半導体に適用することによって、チップの面積が小さくなったとしても、より効果的にリードフレーム５、７の間の短絡を防止することができる。

【0048】

さらに、本実施形態では、半導体モジュール１を備えた電力変換装置を構成している。これにより、放熱性能が高く、信頼性も高い半導体モジュール１を用いて電力変換装置を構成するので、放熱性能が高く、高い信頼性を有する電力変換装置を実現することができる。

【0049】

［第２実施形態］
以下、本発明を適用した第２実施形態について図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0050】

図７は、本実施形態に係る半導体モジュール１の構造を示す断面図である。図７に示すように、本実施形態に係る半導体モジュール１では、第１リードフレーム５の半導体素子３と接続される部分に貫通孔５１が形成されていることが第１実施形態と相違している。同様に、第２リードフレーム７の半導体素子３と接続される部分には、貫通孔５３が形成されている。そして、これらの貫通孔５１、５３の中には、第１及び第２リードフレーム５、７を半導体素子３に接合するときに、第１及び第２接合部材１７、１９が流入している。

【0051】

第１実施形態では、第１及び第２リードフレーム５、７を接合するときに、第１及び第２接合部材１７、１９が、第１及び第２リードフレーム５、７の側面にはみ出て、這い上がり部４０、４２を形成していた。

【0052】

しかし、本実施形態では、貫通孔５１、５３を形成したので、第１及び第２接合部材１７、１９が、第１及び第２リードフレーム５、７の側面にはみ出ることはなくなる。したがって、制御ワイヤ３１、３３が第１及び第２接合部材１７、１９のはんだと短絡することによって、制御ワイヤ３１、３３が放電することを防止できる。

【0053】

ここで、図８Ａ、Ｂを参照して、支持部材１１の構造を説明する。図８Ａは支持部材１１の構造を示す上面図、図８Ｂは図８ＡのＣ－Ｃ線における断面図である。図８Ａ、Ｂに示すように、支持部材１１は、第１支持部２５と、第２支持部２７とを有する。

【0054】

第１支持部２５は、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７の間に設けられ、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７を連結して固定する。第１支持部２５は、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７の間に設けられているので、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７の間の短絡を防止することができる。

【0055】

第２支持部２７は、第１及び第２リードフレーム５、７と放熱部材９との間に設けられ、第１及び第２リードフレーム５、７と放熱部材９との間の距離を所定の距離に保っている。すなわち、半導体素子３と第１及び第２接合部材１７、１９と第３接合部材２１の厚さの合計が、予め設定された所定の値になるように、第２支持部２７の高さが設定されている。

【0056】

［半導体モジュールの製造方法］
次に、図８～１１を参照して、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明する。まず、図８Ａ、Ｂに示すように、第１及び第２リードフレーム５、７と支持部材１１を一体に形成する。例えば、第１リードフレーム５と第２リードフレーム７と支持部材１１をトランスファモールドなどの工法で一体に成形すればよい。このとき、はんだを実装できるように、はんだが実装される箇所の樹脂やバリを必要に応じて研磨などで除去しておくようにする。

【0057】

次に、第１実施形態の図４と同様に半導体素子３と放熱部材９を第３接合部材２１で接合する。半導体素子３に放熱部材９が接合されると、次に第１リードフレーム５と半導体素子３を第１接合部材１７で接合し、第２リードフレーム７と半導体素子３を第２接合部材１９で接合する。図９に示すように、第１及び第２リードフレーム５、７と支持部材１１が一体に形成された部材を、半導体素子３と放熱部材９が接合された部材の上に設置する。図９は、設置した後の状態を示す側面図である。

【0058】

このとき、第１リードフレーム５と半導体素子３を接合する箇所に第１接合部材１７を配置し、第２リードフレーム７と半導体素子３を接合する箇所に第２接合部材１９を配置する。第１及び第２接合部材１７、１９ははんだであり、はんだの量を多めにすることによって、図９に示すように、隙間６０ができて、支持部材１１が放熱部材９から浮いている状態にする。

【0059】

この後、上部から荷重をかけた状態でリフロー炉内の温度をはんだ溶融温度まで上げると、はんだが溶融する。その結果、図１０に示すように、支持部材１１が放熱部材９に接するまで沈むので、第１及び第２リードフレーム５、７と放熱部材９との間の距離を、第２支持部２７の高さに設定することができる。図１０は、第１及び第２リードフレーム５、７を接合した後の状態を示す断面図である。

【0060】

尚、第１及び第２接合部材１７、１９のはんだを多めに用いているので、図１０、１１に示すように、接合する際にはんだが貫通孔５１、５３内に流入する。したがって、はんだが、第１及び第２リードフレーム５、７の側面にはみ出て這い上がることはないので、制御ワイヤ３１、３３が第１及び第２接合部材１７、１９のはんだと短絡することによって、制御ワイヤ３１、３３が放電することを防止できる。

【0061】

こうして、第１及び第２リードフレーム５、７と半導体素子３が接続されると、アルミニウムや銅、金、銀などの金属ワイヤで形成された制御ワイヤ３１、３３をゲート電極や制御用のソース電極にボンディングする。この後、トランスファモールド成形か樹脂ポッティングによって、封止材１３を形成すると、本実施形態に係る半導体モジュール１が完成する。さらに、半導体モジュール１をグリースなどで冷却器に取り付けてもよいし、接合材を用いて冷却器と接合してもよい。

【0062】

［第２実施形態の効果］
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る半導体モジュール１では、複数のリードフレーム５、７の半導体素子３と接合される部分に貫通孔５１、５３が形成されている。これにより、第１及び第２接合部材１７、１９のはんだは貫通孔５１、５３に流入するので、はんだが制御ワイヤ３１、３３と短絡して、制御ワイヤ３１、３３が放電することを防止できる。

【0063】

なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0064】

１ 半導体モジュール
３ 半導体素子
５ 第１リードフレーム
７ 第２リードフレーム
９ 放熱部材
１１ 支持部材
１３ 封止材
１７ 第１接合部材
１９ 第２接合部材
２１ 第３接合部材
２３ 上面部
２５ 第１支持部
２７ 第２支持部
２９ 側面部
３１、３３ 制御ワイヤ
４０、４２ 這い上がり部
５１、５３ 貫通孔
６０ 隙間

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】