特開 2024-166626 半導体モジュール、および半導体モジュールの製造方法

(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】P2024166626

(43)【公開日】2024-11-29

(54)【発明の名称】半導体モジュール、および半導体モジュールの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20241122BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20241122BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

H01L21/60 301B

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023082833

(22)【出願日】2023-05-19

(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】井上 大輔

【テーマコード（参考）】

5F044

【Ｆターム（参考）】

5F044AA01

5F044AA07

5F044AA14

(57)【要約】

【課題】半導体モジュールの信頼性を向上させる。
【解決手段】半導体モジュールは、半導体素子を搭載する回路基板と、半導体素子を収容するケースと、ケースの内外を貫通するリード端子と、ケース内で半導体素子とリード端子とを電気的に接続するボンディングワイヤと、を備え、リード端子は、ボンディングワイヤが接合されるパッド部を有し、ケースは、パッド部を囲むようにパッド部の少なくとも一部を底面とする凹部を有し、凹部の側面のうち、回路基板の厚さ方向にみてボンディングワイヤに重なる部分である第１側面は、当該底面から凹部の開口に向かうに従い凹部を広げるように傾斜する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子を搭載する回路基板と、
前記半導体素子を収容するケースと、
前記ケースの内外を貫通するリード端子と、
前記ケース内で前記半導体素子と前記リード端子とを電気的に接続するボンディングワイヤと、を備え、
前記リード端子は、前記ボンディングワイヤが接合されるパッド部を有し、
前記ケースは、前記パッド部を囲むように前記パッド部の少なくとも一部を底面とする凹部を有し、
前記凹部の側面のうち、前記回路基板の厚さ方向にみて前記ボンディングワイヤに重なる部分である第１側面は、前記底面から前記凹部の開口に向かうに従い前記凹部を広げるように傾斜する、
半導体モジュール。

【請求項2】

前記凹部の側面のうち、前記第１側面とは異なる側面を第２側面としたとき、
前記凹部の深さ方向における前記第１側面の高さは、前記凹部の深さ方向における前記第２側面の高さよりも低い、
請求項１に記載の半導体モジュール。

【請求項3】

前記ケースは、前記リード端子の前記凹部に隣り合う部分を挟む位置に設けられる凹状の２つの欠損部を有する、
請求項１に記載の半導体モジュール。

【請求項4】

前記ケースは、枠状をなしており、
前記第１側面の下端と前記ケースの内周面との間の距離をＷとし、
前記第１側面の高さをＨとしたとき、
Ｈ／Ｗは、０．５以上２．０以下の範囲内にある、
請求項１に記載の半導体モジュール。

【請求項5】

前記回路基板の厚さ方向にみて前記ボンディングワイヤの延びる方向における前記底面の長さをＬとし、
前記第１側面の高さをＨとしたとき、
Ｈ／Ｌは、０．２以上０．８以下の範囲内にある、
請求項１に記載の半導体モジュール。

【請求項6】

前記パッド部に対する前記第１側面の傾斜角度は、４５°以下である、
請求項１に記載の半導体モジュール。

【請求項7】

前記ケース内に充填される封止樹脂をさらに備え、
前記ケースの内壁面には、前記ケースと前記封止樹脂との密着性を高めるコーティング材が塗布される、
請求項１に記載の半導体モジュール。

【請求項8】

半導体素子を搭載する回路基板と、
前記半導体素子を収容するケースと、
前記ケースの内外を貫通するリード端子と、
前記ケース内で前記半導体素子と前記リード端子とを電気的に接続するボンディングワイヤと、を備える半導体モジュールの製造方法であって、
前記リード端子を含むリードフレームを準備する準備工程と、
型を用いて、前記リードフレームをインサート品とするインサート成形により前記ケースを形成するケース形成工程と、
前記ボンディングワイヤを形成するワイヤ形成工程と、を含み、
前記リード端子は、前記ボンディングワイヤが接合されるパッド部を有し、
前記ケースは、前記パッド部を囲むように前記パッド部の少なくとも一部を底面とする凹部を有し、
前記凹部の側面のうち、前記回路基板の厚さ方向にみて前記ボンディングワイヤに重なる部分である第１側面は、前記底面から前記凹部の開口に向かうに従い前記凹部を広げるように傾斜する、
半導体モジュールの製造方法。

【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、および半導体モジュールの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

パワー半導体モジュールに代表される半導体モジュールは、一般に、半導体素子を搭載する回路基板と、半導体素子を収容するケースと、回路基板に電気的に接続される複数のリード端子と、を備える。ここで、リード端子は、例えば、特許文献１から４に開示されるように、ケースの内外を貫通しており、ケース内においてボンディングワイヤを介して半導体素子に電気的に接続される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１８４４４９号公報

【特許文献2】国際公開第２０１５／１５２３７３号

【特許文献3】特開２０１７－１９９８１８号公報

【特許文献4】特開２０２２－８２０３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

リード端子に超音波を用いてワイヤボンディングする際、共振によりリード端子とケースとの接合強度が低下する場合がある。これを防止するには、特許文献１、２に開示されるように、リード端子のワイヤボンディングのためのパッド部をケースに押さえ付けるように、パッド部を底面とする凹部をケースに設けることが考えられる。しかし、特許文献１、２に開示される構成では、当該凹部の側面が全周にわたりパッド部から急峻に立ち上がる形状をなすため、ボンディングワイヤがケースに接触することにより信頼性の低下を招く虞がある。

【0005】

以上の事情を考慮して、本開示のひとつの態様は、優れた信頼性を有する半導体モジュールの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以上の課題を解決するために、本開示の好適な態様に係る半導体モジュールは、半導体素子を搭載する回路基板と、前記半導体素子を収容するケースと、前記ケースの内外を貫通するリード端子と、前記ケース内で前記半導体素子と前記リード端子とを電気的に接続するボンディングワイヤと、を備え、前記リード端子は、前記ボンディングワイヤが接合されるパッド部を有し、前記ケースは、前記パッド部を囲むように前記パッド部の少なくとも一部を底面とする凹部を有し、前記凹部の側面のうち、前記回路基板の厚さ方向にみて前記ボンディングワイヤに重なる部分である第１側面は、前記底面から前記凹部の開口に向かうに従い前記凹部を広げるように傾斜する。

【0007】

本開示の好適な態様に係る半導体モジュールの製造方法は、半導体素子を搭載する回路基板と、前記半導体素子を収容するケースと、前記ケースの内外を貫通するリード端子と、前記ケース内で前記半導体素子と前記リード端子とを電気的に接続するボンディングワイヤと、を備える半導体モジュールの製造方法であって、前記リード端子を含むリードフレームを準備する準備工程と、型を用いて、前記リードフレームをインサート品とするインサート成形により前記ケースを形成するケース形成工程と、前記ボンディングワイヤを形成するワイヤ形成工程と、を含み、前記リード端子は、前記ボンディングワイヤが接合されるパッド部を有し、前記ケースは、前記パッド部を囲むように前記パッド部の少なくとも一部を底面とする凹部を有し、前記凹部の側面のうち、前記回路基板の厚さ方向にみて前記ボンディングワイヤに重なる部分である第１側面は、前記底面から前記凹部の開口に向かうに従い前記凹部を広げるように傾斜する。

【発明の効果】

【0008】

本開示では、半導体モジュールの信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る半導体モジュールの平面図である。

【図2】図１中のＡ－Ａ線断面図である。

【図3】リード端子のパッド部と回路基板との電気的な接続状態を示す斜視図である。

【図4】リード端子のパッド部とケースの凹部とを示す平面図である。

【図5】図４中のＢ－Ｂ線断面図である。

【図6】実施形態に係る半導体モジュールの製造方法の流れを示す図である。

【図7】準備工程を説明するための図である。

【図8】ケース形成工程を説明するための図である。

【図9】ワイヤ形成工程およびコーティング工程を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら本開示に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法および縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示している部分もある。また、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。

【0011】

１．実施形態
１－１．半導体モジュールの全体構成
図１は、実施形態に係る半導体モジュール１０の平面図である。図２は、図１中のＡ－Ａ線断面図である。半導体モジュール１０は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）モジュール等のパワーモジュールである。半導体モジュール１０は、例えば、産業、鉄道車両、自動車または家庭用電気機械等の機器に搭載されるインバーターまたは整流器等の装置での電力制御に用いられる。

【0012】

図１および図２に示すように、半導体モジュール１０は、複数の半導体素子２１、２２と複数の回路基板３０とケース４０と複数の端子５１、５２、５３と複数のリード端子６０と複数の配線板７１、７２とベース８０と複数のボンディングワイヤＢＷと封止樹脂ＰＡとを備える。なお、図１では、作図の便宜上、封止樹脂ＰＡの図示が省略される。

【0013】

以下、まず、図１および図２に基づいて、半導体モジュール１０の各部の概略を順次説明する。なお、以下の説明は、便宜上、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を適宜に用いて行う。Ｚ軸は、半導体モジュール１０の厚さ方向に平行な軸である。以下では、Ｘ軸に沿う一方向がＸ１方向であり、Ｘ１方向とは反対の方向がＸ２方向である。Ｙ軸に沿う一方向がＹ１方向であり、Ｙ１方向とは反対の方向がＹ２方向である。Ｚ軸に沿う一方向がＺ１方向であり、Ｚ１方向とは反対の方向がＺ２方向である。これらの方向と鉛直方向との関係は、特に限定されず、任意である。また、以下では、Ｚ軸に沿う方向にみることを「平面視」という場合がある。

【0014】

半導体素子２１および半導体素子２２のそれぞれは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはパワーＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）等のスイッチング素子である。半導体素子２１、２２のそれぞれの裏面には、ドレイン電極またはコレクタ電極である入力電極が設けられる。一方、半導体素子２１、２２のそれぞれのおもて面には、ソース電極またはエミッタ電極である出力電極と、ゲート電極である制御電極と、が設けられる。

【0015】

本実施形態では、半導体素子２１および半導体素子２２のそれぞれがＩＧＢＴおよびＦＷＤ（Free Wheeling Diode）の両機能を有するＲＣ（Reverse-Conducting）－ＩＧＢＴ等の素子である。すなわち、半導体素子２１および半導体素子２２のそれぞれは、当該スイッチング素子のほか、ＦＷＤ等のダイオードを含む。したがって、半導体素子２１、２２のそれぞれの裏面には、前述の入力電極のほか、カソード電極が設けられる。一方、半導体素子２１、２２のそれぞれのおもて面には、前述の出力電極のほか、アノード電極が設けられる。

【0016】

図１に示す例では、半導体素子２１および半導体素子２２のそれぞれの数が３個であり、半導体素子２１および半導体素子２２が対をなす。すなわち、半導体素子２１および半導体素子２２の対の数が３対である。そして、３対の半導体素子２１および半導体素子２２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３個のハーフブリッジ回路を構成する。ここで、半導体素子２１が高電位側の素子であるとともに、半導体素子２２が低電位側の端子である。

【0017】

なお、半導体素子２１および半導体素子２２の対の数は、図１に示す例に限定されず、任意である。また、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）等のダイオードは、半導体素子２１、２２とは別体として設けられてもよい。

【0018】

以上の複数の半導体素子２１および複数の半導体素子２２は、回路基板３０に搭載される。

【0019】

回路基板３０は、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板またはＡＭＢ（Active Metal Brazing）基板等の積層基板である。回路基板３０は、絶縁基板３１と、絶縁基板３１のおもて面に設けられる回路板３２と、絶縁基板３１の裏面に設けられる放熱板３３と、を有する。

【0020】

絶縁基板３１は、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムまたは窒化ケイ素等のセラミックスで構成される。回路板３２および放熱板３３のそれぞれは、例えば、銅またはアルミニウム等の金属で構成される。回路板３２は、半導体モジュール１０の主電流の経路の一部を構成する。放熱板３３は、半導体素子２１、２２からの熱を放熱する機能を有する。

【0021】

図１に示す例では、回路基板３０の数が３個であり、３個の回路基板３０が半導体素子２１および半導体素子２２の対に対応する。そして、回路板３２は、回路基板３０ごとに、互いに間隔をあけて配置される島状の３個の部分で構成される。当該３個の部分のうちの１つの部分である第１の部分には、半導体素子２１の裏面と端子５１とが半田等の導電性接合剤により接合される。また、当該３個の部分のうちの第１の部分とは異なる１つの部分である第２の部分には、半導体素子２２の裏面と配線板７１の一端とが半田等の導電性接合剤により接合される。配線板７１の他端は、半導体素子２１のおもて面に半田等の導電性接合剤により接合される。さらに、当該３個の部分のうちの第１の部分および第２の部分とは異なる１つの部分である第３の部分には、端子５２と配線板７２の一端が半田等の導電性接合剤により接合される。配線板７２の他端は、半導体素子２２のおもて面に半田等の導電性接合剤により接合される。なお、半田は、例えば、鉛フリーはんだであってよい。鉛フリーはんだは、例えば、錫、銀、銅、亜鉛、アンチモン、インジウム、ビスマスの少なくとも２つを含む合金を主成分とする。さらに、はんだには、添加物が含まれてもよい。添加物は、例えば、ニッケル、ゲルマニウム、コバルトまたはシリコンである。また、図１に示す回路板３２の形状は、一例であり、これに限定されない。

【0022】

配線板７１、７２のそれぞれは、導電性の部材である。配線板７１、７２のそれぞれは、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金または鉄合金等の金属で構成されており、金属板の折り曲げ加工等により得られる。なお、配線板７１の形状は、図１に示す例に限定されず、任意である。

【0023】

ケース４０は、回路基板３０に搭載される複数の半導体素子２１および複数の半導体素子２２を収容する枠状部材である。ケース４０は、実質的な絶縁体であり、例えば、エポキシ樹脂、ＰＰＳ（Polyphenylene Sulfide）、ＰＢＴ（Polybutylene terephthalate）等の樹脂を含む樹脂組成物で構成される。当該樹脂組成物には、ケース４０の機械的強度または熱伝導性の向上等の観点から、アルミナまたはシリカ等の無機フィラーが含有されてもよい。当該樹脂材料で構成されるケース４０は、複数の端子５１、５２、５３および複数のリード端子６０をインサート品とするインサート成形により、複数の端子５１、５２、５３および複数のリード端子６０と一体に成形される。なお、当該樹脂組成物に用いる樹脂は、熱可塑性樹脂に限定されず、熱硬化性樹脂であってもよい。

【0024】

ここで、後述するように、ケース４０の回路基板３０が設けられる側の面である内壁面Ｆには、ケース４０と封止樹脂ＰＡとの密着性を高めるコーティング材ＣＡが塗布される。これにより、ケース４０と封止樹脂ＰＡとの密着性が向上するので、信頼性を高めることができる。

【0025】

図１に示す例では、ケース４０が平面視で３個の回路基板３０上の複数の半導体素子２１、２２を包含する開口４１を有する。ここで、開口４１は、２個の隔壁４１ｂにより３つの空間に仕切られており、当該３つの空間のそれぞれには、回路基板３０が配置される。また、開口４１を区画する壁面には、Ｚ１方向を向く段差面４１ａが設けられる。段差面４１ａには、後述のリード端子６０のパッド部６２が配置される。なお、開口４１の形状は、図１および図２に示す例に限定されず、例えば、隔壁４１ｂが省略されてもよい。

【0026】

以上のケース４０には、複数の端子５１、５２、５３および複数のリード端子６０が一体成形により取り付けられる。

【0027】

端子５１、５２、５３のそれぞれは、図示しないバスバーと半導体モジュール１０とを接続するための端子である。端子５１、５２、５３のそれぞれは、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金または鉄合金等の金属で構成されており、金属板の折り曲げ加工等により得られる。

【0028】

図１に示す例では、端子５１、５２、５３のそれぞれが前述のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の相ごとに設けられており、端子５１、５２、５３のぞれぞれの数が３個である。ここで、端子５１は、高電位側の端子であり、前述の半導体素子２１の裏面に回路基板３０の回路板３２の第１の部分を介して電気的に接続される。端子５２は、低電位側の端子であり、前述の半導体素子２２のおもて面に回路基板３０の回路板３２の第３の部分と配線板７２とを介して電気的に接続される。端子５３は、出力用の端子であり、前述の半導体素子２２の裏面に回路基板３０の回路板３２の第２の部分を介して電気的に接続される。

【0029】

リード端子６０は、半導体素子２１、２２の動作を制御する図示しない制御回路と半導体モジュール１０とを接続するための端子であり、ケース４０の内外を貫通する。当該制御回路は、半導体モジュール１０の外部に設置される。リード端子６０には、半導体素子２１，２２の動作を制御するための信号が当該制御回路から供給される。リード端子６０は、端子５１、５２、５３と同様、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金または鉄合金等の金属で構成されており、金属板の折り曲げ加工等により得られる。

【0030】

図１に示す例では、リード端子６０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の相ごとに１０個ずつ設けられる。ここで、各相の１０個のリード端子６０のうち、５個のリード端子６０は、半導体素子２１に対応し、残りの５個のリード端子６０は、半導体素子２２に対応する。なお、リード端子６０の数、配置は、図１に示す例に限定されず、適宜に変更され得る。

【0031】

図２に示すように、リード端子６０は、Ｌ字状に屈曲した金属板で構成される。ここで、リード端子６０は、ピン部６１とパッド部６２とを有する。

【0032】

ピン部６１は、Ｚ軸に沿う方向に延びるリード端子６０の棒状部分である。ピン部６１のＺ１方向での端は、ケース４０の外壁面から突出する。このように、ピン部６１は、ケース４０の外壁面から突出する部分である端子部を有する。当該端子部は、半導体モジュール１０を実装する図示しない基板に接続される。一方、ピン部６１のＺ２方向での端は、パッド部６２に接続される。なお、ピン部６１の形状は、図１に示す例に限定されず、例えば、ピン部６１の先端が２つの部分に分岐した形状でもよい。

【0033】

パッド部６２は、前述のケース４０の段差面４１ａに沿って配置されるリード端子６０の板状部分である。パッド部６２は、ピン部６１のＺ２方向での端からケース４０内側に向けて延びる。パッド部６２は、ケース４０の内側に露出する部分を有する。当該部分には、ボンディングワイヤＢＷの一端が接合される。ボンディングワイヤＢＷの他端は、半導体素子２１または半導体素子２２の図示しない制御電極に接続される。

【0034】

このように、ボンディングワイヤＢＷは、ケース４０内で回路基板３０とリード端子６０とを電気的に接続する。ボンディングワイヤＢＷは、例えば、銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属で構成される。なお、ボンディングワイヤＢＷの数は、図１に示す例に限定されず、例えば、１個のパッド部６２に対して２本以上のボンディングワイヤＢＷが用いられてもよい。

【0035】

ベース８０は、放熱用の板状部材であり、半導体モジュール１０の底板を構成する。ベース８０の上面には、前述の複数の回路基板３０が半田等の接合材により接合されるとともに、前述のケース４０のＺ２方向での端がエポキシ系またはシリコーン系等の接着剤により接合される。一方、ベース８０の下面には、図示しない放熱フィン等の放熱部材または冷却器が配置されてもよい。ベース８０は、例えば、銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成される金属板である。ベース８０は、熱伝導性を有しており、半導体素子２１、２２からの熱を放熱する。また、ベース８０は、導電性を有しており、例えば、接地電位等の基準電位に電気的に接続されてもよい。なお、ベース８０は、放熱フィン等の放熱部材または冷却器と一体で構成されてもよい。

【0036】

封止樹脂ＰＡは、ケース４０内に充填されるポッティング材である。封止樹脂ＰＡは、例えば、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂で構成される。ここで、封止樹脂ＰＡには、熱伝導性を高める観点から、シリカまたはアルミナ等の無機フィラーが含まれることが好ましい。なお、封止樹脂ＰＡは、ゲル状であってもよい。

【0037】

１－２．リード端子のパッド部の近傍におけるケースの構成
図３は、リード端子６０のパッド部６２と回路基板３０との電気的な接続状態を示す斜視図である。図３では、半導体素子２２に対応する５個のパッド部６２と５個のボンディングワイヤＢＷとが示される。ここで、半導体素子２２は、５個のパッド部６２に対応する５個の制御電極２２ａを有しており、各制御電極２２ａには、対応するボンディングワイヤＢＷを介して、対応するパッド部６２が電気的に接続される。

【0038】

図３に示す例では、パッド部６２とこれに対応する制御電極２２ａとは、Ｚ軸に沿う方向にみてＹ軸に沿う方向に並ぶ。したがって、各ボンディングワイヤＢＷは、Ｚ軸に沿う方向にみてＹ軸に沿う方向に延びる。すなわち、パッドとこれに対応する制御電極２２ａ、各ボンディングワイヤＢＷは、ケース４０の長辺に沿うように並んでいる。なお、ボンディングワイヤＢＷの延びる方向は、パッド部６２とこれに対応する制御電極２２ａとの配置に応じて決められ、図３に示す例に限定されず、例えば、Ｚ軸に沿う方向にみてＹ軸に対して傾斜した方向であってもよい。

【0039】

図３に示すように、ケース４０は、パッド部６２を囲むようにパッド部６２の少なくとも一部を底面とする凹部４２を有する。当該底面は、パッド部６２のＺ１方向を向く面の少なくとも一部であり、凹部４２内に露出する。すなわち、当該底面は、パッド部６２のベース８０が設けられている側の面とは反対側の面の少なくとも一部であり、凹部４２内に露出する。凹部４２は、Ｚ軸に沿う方向を深さ方向とする窪みである。図３に示す例では、凹部４２がケース４０の段差面４１ａに設けられる。

【0040】

図４は、リード端子６０のパッド部６２とケース４０の凹部４２とを示す平面図である。図５は、図４中のＢ－Ｂ線断面図である。なお、図４および図５では、見やすくするため、ボンディングワイヤＢＷの図示が省略される。

【0041】

図４および図５に示すように、ケース４０は、凹部４２の側面を区画する壁部４を有する。壁部４は、ケース４０の一部である。壁部４は、図４に示すように、Ｚ軸に沿う方向にみてパッド部６２の外縁の少なくとも一部に重なり、かつ、図５に示すように、パッド部６２よりもＺ１方向に位置する。すなわち、壁部４は、平面視でパッド部６２の外縁の少なくとも一部に重なり、かつ、パッド部６２よりもピン部６１が突出するケース４０の外壁面側に位置する。これにより、パッド部６２へのボンディングワイヤＢＷの接続を可能としつつ、パッド部６２が壁部４によりケース４０に押さえ付けられる。

【0042】

このように、ケース４０がパッド部６２を囲むようにパッド部６２の少なくとも一部を底面とする凹部４２を有することにより、パッド部６２がケース４０に押さえ付けられる。このため、リード端子６０に超音波を用いてワイヤボンディングする際、共振によるリード端子６０とケース４０との接合強度の低下を防止することができる。また、凹部４２をケース４０に設けることにより、ケース４０と封止樹脂ＰＡとの密着性を向上させるためのコーティング材ＣＡを凹部４２内に留めることができる。この結果、コーティング材ＣＡによりケース４０と封止樹脂ＰＡとの密着性を好適に向上させることができる。

【0043】

図４に示すように、凹部４２の底面は、Ｚ軸に沿う方向にみてＸ軸に沿う１対の辺とＹ軸に沿う１対の辺とを有する矩形状をなす。すなわち、凹部４２の底面は、平面視でケース４０の長辺に沿う１対の辺とケース４０の短辺に沿う１対の辺とを有する矩形状をなす。また、凹部４２の側面は、Ｘ軸に沿う第１側面４２ａおよび第２側面４２ｂと、Ｙ軸に沿う１対の第２側面４２ｃと、を有する。

【0044】

第１側面４２ａは、凹部４２の側面のうち、回路基板３０の厚さ方向にみて前述のボンディングワイヤＢＷに重なる部分である。第２側面４２ｂ、４２ｃは、凹部４２の側面のうち、第１側面４２ａとは異なる側面である。ここで、第１側面４２ａは、第２側面４２ｂに対してＹ２方向の位置に配置される。つまり、第１側面４２ａは、第２側面４２ｂに対して回路基板３０が設けられる側に配置される。また、１対の第２側面４２ｃのＹ２方向での端には、第１側面４２ａのＸ１方向およびＸ２方向での両端が接続される。一方、１対の第２側面４２ｃのＹ１方向での端には、第２側面４２ｂのＸ１方向およびＸ２方向での両端が接続される。

【0045】

ここで、第１側面４２ａは、凹部４２の底面から凹部４２の開口に向かうに従い凹部４２を広げるように傾斜角度θで傾斜する。これにより、パッド部６２と制御電極２２ａにボンディングワイヤＢＷを接合する際に、ケース４０の第１側面４２ａとボンディングワイヤＢＷを接合するワイヤ接合ツール（図示なし）との接触を低減することができ、ケース４０に対するボンディングワイヤＢＷの接触を低減することができる。ここで、前述のように、ケース４０に凹部４２を設けることにより、リード端子６０とケース４０との接合強度の低下を防止したり、コーティング材ＣＡによりケース４０と封止樹脂ＰＡとの密着性を好適に向上させたりする効果と相まって、半導体モジュール１０の信頼性を向上させることができる。

【0046】

図５に示す例では、第１側面４２ａが平面である。なお、第１側面４２ａの形状は、図５に示す例に限定されず、例えば、凸状または凹状に湾曲した形状であってもよいし、階段状であってもよいし、パッド部６２に対する傾斜角度の異なる複数の部分を有する形状であってもよい。

【0047】

凹部４２の深さ方向における第１側面４２ａの高さＨは、凹部４２の深さ方向における第２側面４２ｂ、４２ｃの高さＨ０よりも低い。このような高さＨおよび高さＨ０の大小関係を有する態様では、第１側面４２ａの高さＨが第２側面４２ｂ、４２ｃの高さＨ０以上である態様に比べて、ケース４０に対するボンディングワイヤＢＷの接触を低減することができる。また、第２側面４２ｂ、４２ｃの高さＨ０が第１側面４２ａの高さＨよりも高いことにより、コーティング材ＣＡを凹部４２内に好適に留めることができる。

【0048】

なお、凹部４２の深さ方向は、Ｚ１方向またはＺ２方向である。また、高さＨは、高さＨ０以上であってもよい。ただし、コーティング材ＣＡを凹部４２内に好適に留める観点から、高さＨは、高さＨ０よりも低いことが好ましい。

【0049】

図４に示すように、ケース４０は、凹状の２つの欠損部４３を有する。欠損部４３は、パッド部６２のＺ１方向を向く面よりもＺ２方向に窪んだ凹部である。つまり、欠損部４３は、パッド部６３の裏面からベース８０へ向かう方向に窪んだ凹部である。この２つの欠損部４３は、リード端子６０の凹部４２に隣り合う部分を挟む位置に設けられる。図４に示す例では、２つの欠損部４３がＺ軸に沿う方向にみて壁部４の外側でパッド部６２を挟む。このように、２つの欠損部４３がリード端子６０の凹部４２に隣り合う部分を挟む位置に設けられることにより、後述するように、ケース４０の成形のための型１００の下型１１０には欠損部４３に対応する凸状の規制部１１２が設けられる。このため、ケース４０成形時におけるリード端子６０の位置ずれを低減することができる。また、欠損部４３に封止樹脂ＰＡが進入する。これにより、ケース４０と封止樹脂ＰＡとの密着面積が増大し、ケース４０と封止樹脂ＰＡとの密着性を高めることができる。

【0050】

図４に示す例では、パッド部６２は、凹部４２の内側でケース４０内に露出するほか、パッド部６２の先端がケース４０内に露出する。ここで、当該先端は、後述の規制部１１２とともに型１００に対するリード端子６０の位置決めに用いることができる。

【0051】

また、前述のように、ケース４０は、枠状をなす。ここで、第１側面４２ａの下端とケース４０の内周面４４（内周縁）との間の距離をＷとし、第１側面４２ａの高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｗは、０．５以上２．０以下の範囲内にあることが好ましい。Ｈ／Ｗがこのような範囲内にある場合、パッド部６２と回路基板３０との間の距離を短くしつつ、ケース４０に対するボンディングワイヤＢＷの接触を低減しやすい傾斜角度θの第１側面４２ａを実現することができる。なお、距離Ｗは、壁部４の第１側面４２ａを有する部分のＹ軸に沿う方向での幅であるともいえる。

【0052】

さらに、回路基板３０の厚さ方向にみてボンディングワイヤＢＷの延びる方向における凹部４２の底面の長さをＬとし、第１側面４２ａの高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｌは、０．２以上０．８以下の範囲内にあることが好ましい。Ｈ／Ｌがこのような範囲内にある場合、パッド部６２の小型化を図りつつ、ケース４０に対するボンディングワイヤＢＷの接触を低減しやすい高さの第１側面４２ａを実現することができる。

【0053】

パッド部６２に対する第１側面４２ａの傾斜角度θは、４５°以下であることが好ましい。傾斜角度θがこのような範囲内にある場合、第１側面４２ａの傾斜角度θが４５°よりも大きい態様に比べて、ケース４０に対するボンディングワイヤＢＷの接触を低減することができる。なお、傾斜角度θは、パッド部６２のＺ１方向を向く面と第１側面４２ａとのなす角度である。

【0054】

図４および図５に示す例では、第２側面４２ｂ、４２ｃがパッド部６２のＺ１方向を向く面に対して直交する。したがって、パッド部６２のＺ１方向を向く面と第２側面４２ｂ、４２ｃとのなす角度は、傾斜角度θよりも大きい。これにより、コーティング材ＣＡを凹部４２内に留める効果が好適に発揮される。なお、第２側面４２ｂ、４２ｃがパッド部６２のＺ１方向を向く面に対して直交せずに傾斜してもよい。この場合、その傾斜の角度は、傾斜角度θと等しくてもよいし異なってもよい。これにより、コーティング材ＣＡが、凹部４２内に流入しやすくなる。

【0055】

１－３．半導体モジュールの製造方法
図６は、実施形態に係る半導体モジュール１０の製造方法の流れを示す図である。半導体モジュール１０の製造方法は、図６に示すように、準備工程Ｓ１０とケース形成工程Ｓ２０とワイヤ形成工程Ｓ３０とコーティング工程Ｓ４０と封止工程Ｓ５０とをこの順で含む。

【0056】

準備工程Ｓ１０は、ケース形成工程Ｓ２０に必要な要素を準備する。当該要素には、リード端子６０を含む後述のリードフレーム６００が含まれる。ケース形成工程Ｓ２０は、型１００を用いて、リードフレーム６００をインサート品とするインサート成形によりケース４０を形成する。ワイヤ形成工程Ｓ３０は、ボンディングワイヤＢＷを形成する。コーティング工程Ｓ４０は、ケース４０と封止樹脂ＰＡとの密着性を高めるためのコーティングを行う。封止工程Ｓ５０は、封止樹脂ＰＡを形成する。以下、各工程を順に詳述する。

【0057】

図７は、準備工程Ｓ１０を説明するための図である。準備工程Ｓ１０では、図７に示すように、複数のリード端子６０を含むリードフレーム６００と型１００とが準備される。また、準備工程Ｓ１０では、リードフレーム６００および型１００のほか、ケース形成工程Ｓ２０に必要な要素が適宜に準備される。

【0058】

リードフレーム６００は、複数のリード端子６０とそれ以外の部分とで構成される。リードフレーム６００の複数のリード端子６０以外の部分は、ケース形成工程Ｓ２０の後に切除される。

【0059】

型１００は、下型１１０および上型１２０を有する。下型１１０は、ケース４０のおもて面を成形する成形面１１１を有する。ここで、成形面１１１には、複数の規制部１１２を有する。複数の規制部１１２は、前述の複数の凹状の欠損部４３を成形するための凸部である。一方、上型１２０は、ケース４０の裏面を成形する成形面１２１を有する。

【0060】

下型１１０の成形面１１１上には、ケース形成工程Ｓ２０において、図７中二点鎖線で示すように、リードフレーム６００が配置される。ここで、複数の規制部１１２のそれぞれは、複数のリード端子６０のいずれかに隣り合う。これにより、リードフレーム６００のリード端子６０は、複数の規制部１１２により、成形面１１１に対して位置決めされる。

【0061】

図８は、ケース形成工程Ｓ２０を説明するための図である。ケース形成工程Ｓ２０では、図８に示すように、型１００を用いて、リードフレーム６００をインサート品とするインサート成形によりケース４０を形成する。

【0062】

具体的に説明すると、前述のように型１００に対してリードフレーム６００を配置するとともに、型１００を型閉めした後、その状態で、前述の樹脂組成物が加熱により軟化された状態で型１００内に注入される。このとき、複数のリード端子６０の移動が複数の規制部１１２により規制される。その後、型１００内の樹脂組成物の温度を軟化点よりも低い温度に低下させることにより、当該樹脂組成物が固化される。これにより、リードフレーム６００と一体化したケース４０が得られる。その後、型１００からケース４０が取り外される。

【0063】

図９は、ワイヤ形成工程Ｓ３０およびコーティング工程Ｓ４０を説明するための図である。ワイヤ形成工程Ｓ３０では、超音波を用いてワイヤボンディングによりボンディングワイヤＢＷが形成される。このとき、第１側面４２ａが前述のように傾斜するので、第１側面４２ａとボンディングワイヤＢＷまたはワイヤボンディングに用いるキャピラリとの接触が防止される。

【0064】

ワイヤ形成工程Ｓ３０の後、コーティング工程Ｓ４０では、ケース４０の内壁面Ｆに、ケース４０と封止樹脂ＰＡとの密着性を高めるコーティング材ＣＡが塗布される。コーティング材ＣＡは、例えば、ポリアミド系のコーティング材である。ケース４０の内壁面Ｆに対するコーティング材ＣＡの塗布方法としては、特に限定されず、スプレーまたはディッピング等の公知の方法を用いることができる。

【0065】

以上の半導体モジュール１０によれば、前述のように、ケース４０がパッド部６２を囲むようにパッド部６２の少なくとも一部を底面とする凹部４２を有するので、パッド部６２がケース４０に押さえ付けられる。このため、リード端子６０に超音波を用いてワイヤボンディングする際、共振によるリード端子６０とケース４０との接合強度の低下を防止することができる。また、第１側面４２ａが底面から凹部４２の開口に向かいに従い凹部４２を広げるように傾斜するので、ケース４０に対するボンディングワイヤＢＷの接触を低減することができる。さらに、ケース４０内に封止樹脂ＰＡを充填する場合、ケース４０と封止樹脂ＰＡとの密着性を向上させるためのコーティング材ＣＡを凹部４２内に留めることができる。この結果、コーティング材ＣＡによりケース４０と封止樹脂ＰＡとの密着性を好適に向上させることができる。以上から、半導体モジュール１０の信頼性を向上させることができる。

【0066】

２．変形例
本開示は前述の実施形態に限定されるものではなく、以下に述べる各種の変形が可能である。また、実施形態および各変形例を適宜組み合わせてもよい。

【0067】

２－１．変形例１
前述の実施形態では、リード端子６０がＬ字状に屈曲した金属板で構成される態様が例示されるが、この態様に限定されない。すなわち、リード端子６０の形状は、パッド部６２を有する形状であればよく、任意である。

【0068】

２－２．変形例２
前述の実施形態では、凹部４２の底面の平面視形状が四角形である態様が例示されるが、この態様に限定されず、当該平面視形状は、例えば、四角形以外の多角形であってもよい。

【0069】

２－３．変形例３
前述の実施形態では、コーティング材ＣＡを用いる態様が例示されるが、この態様に限定されない。コーティング材ＣＡは、必要に応じて用いられ、省略されてもよい。

【符号の説明】

【0070】

４…壁部、１０…半導体モジュール、２１…半導体素子、２２…半導体素子、２２ａ…制御電極、３０…回路基板、３１…絶縁基板、３２…回路板、３３…放熱板、４０…ケース、４１…開口、４１ａ…段差面、４１ｂ…隔壁、４２…凹部、４２ａ…第１側面、４２ｂ…第２側面、４２ｃ…第２側面、４３…欠損部、５１…端子、５２…端子、５３…端子、６０…リード端子、６１…ピン部、６２…パッド部、７１…配線板、７２…配線板、８０…ベース、１００…型、１１０…下型、１１１…成形面、１１２…規制部、１２０…上型、１２１…成形面、６００…リードフレーム、ＢＷ…ボンディングワイヤ、ＣＡ…コーティング材、Ｈ…高さ、Ｈ０…高さ、ＰＡ…封止樹脂、Ｓ１０…準備工程、Ｓ２０…ケース形成工程、Ｓ３０…ワイヤ形成工程、Ｓ４０…コーティング工程、Ｓ５０…封止工程、Ｗ…距離、θ…傾斜角度。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】