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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】P2024168946
(43)【公開日】2024-12-05
(54)【発明の名称】パワーモジュールの製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/60 20060101AFI20241128BHJP
H01L 23/48 20060101ALI20241128BHJP
H01L 25/07 20060101ALI20241128BHJP
【ＦＩ】
H01L21/60 301D
H01L23/48 G
H01L25/04 C
H01L23/48 S
H01L21/60 311Q
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023086025
(22)【出願日】2023-05-25
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088672
【弁理士】
【氏名又は名称】吉竹 英俊
(74)【代理人】
【識別番号】100088845
【弁理士】
【氏名又は名称】有田 貴弘
(72)【発明者】
【氏名】小川 翔平
(72)【発明者】
【氏名】矢野 佑樹
【テーマコード（参考）】
5F044
【Ｆターム（参考）】
5F044CC01
5F044FF05
5F044RR16
(57)【要約】
【課題】パワーモジュールの製造において、リードフレームを加工することなく、ワイヤボンドパッドへのはんだボールの付着を防止する。
【解決手段】半導体素子（２０）の主電極（２０１）の上にはんだ（３１）を介して電極板（６５）を載置するとともに、半導体素子（２０）のワイヤボンドパッドである信号電極（２０２）を治具（８）で覆う。信号電極（２０２）を治具（８）で覆った状態で、はんだ（３１）を溶融させ、主電極（２０１）と電極板（６５）とをはんだ（３１）により接合する。信号電極（２０２）から治具（８）を取り除いた後、信号電極（２０２）にワイヤ（４０）を接合する。
【選択図】図６
【解決手段】半導体素子（２０）の主電極（２０１）の上にはんだ（３１）を介して電極板（６５）を載置するとともに、半導体素子（２０）のワイヤボンドパッドである信号電極（２０２）を治具（８）で覆う。信号電極（２０２）を治具（８）で覆った状態で、はんだ（３１）を溶融させ、主電極（２０１）と電極板（６５）とをはんだ（３１）により接合する。信号電極（２０２）から治具（８）を取り除いた後、信号電極（２０２）にワイヤ（４０）を接合する。
【選択図】図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
（ａ）半導体素子の主電極の上にはんだを介して電極板を載置する工程と、
（ｂ）前記半導体素子の信号電極を治具で覆う工程と、
（ｃ）前記信号電極を前記治具で覆った状態で前記はんだを溶融させ、前記主電極と前記電極板とを前記はんだにより接合する工程と、
（ｄ）前記信号電極から前記治具を取り除いた後、前記信号電極にワイヤを接合する工程と、
を備えるパワーモジュールの製造方法。
（ｂ）前記半導体素子の信号電極を治具で覆う工程と、
（ｃ）前記信号電極を前記治具で覆った状態で前記はんだを溶融させ、前記主電極と前記電極板とを前記はんだにより接合する工程と、
（ｄ）前記信号電極から前記治具を取り除いた後、前記信号電極にワイヤを接合する工程と、
を備えるパワーモジュールの製造方法。
【請求項2】
前記治具は、柔軟性を持つシート状部材を備え、
前記工程（ｂ）は、前記シート状部材を前記信号電極に押し当てることによって行われる、
請求項１に記載のパワーモジュールの製造方法。
前記工程（ｂ）は、前記シート状部材を前記信号電極に押し当てることによって行われる、
請求項１に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項3】
（ｅ）前記工程（ａ）および（ｂ）に先立って、前記信号電極の近くに位置する前記半導体素子の端部の上側の角を樹脂で覆う工程、
をさらに備える、
請求項２に記載のパワーモジュールの製造方法。
をさらに備える、
請求項２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項4】
（ｅ）前記工程（ａ）および（ｂ）に先立って、前記信号電極の近くに位置する前記半導体素子の端部の上側の角を面取りする工程、
をさらに備える、
請求項２に記載のパワーモジュールの製造方法。
をさらに備える、
請求項２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項5】
前記治具は、底面の外縁部に樹脂製の突起を有する板状の部材を備え、
前記工程（ｂ）は、前記突起が前記信号電極の外側の前記半導体素子の上面に当接するように、前記板状の部材の前記底面を前記信号電極に押し当てることによって行われる、
請求項１に記載のパワーモジュールの製造方法。
前記工程（ｂ）は、前記突起が前記信号電極の外側の前記半導体素子の上面に当接するように、前記板状の部材の前記底面を前記信号電極に押し当てることによって行われる、
請求項１に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項6】
前記板状の部材は、弾性を持つバネ部である、
請求項５に記載のパワーモジュールの製造方法。
請求項５に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項7】
前記突起は、平面視で枠状である、
請求項５または請求項６に記載のパワーモジュールの製造方法。
請求項５または請求項６に記載のパワー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、パワーモジュールの製造に関する。
【背景技術】
【0002】
電力制御用の半導体装置であるパワーモジュールは、環境問題の高まりとともに、発電・送電から効率的なエネルギーの利用・再生まで、あらゆる用途で普及しつつある。電気自動車など輸送機器に用いられるパワーモジュールは、特に高い信頼性が求められるため、半導体素子の主電極とリードフレームとの接合には、従来のワイヤボンドではなく、はんだ接合が用いられている。一方、半導体素子のゲート電極などの信号電極と信号端子との接続には、ワイヤボンドが用いられることが多い。そのため、半導体素子の主電極とリードフレームとの接合部から飛散したはんだ（はんだボール）がワイヤボンドパッドとなるゲート電極に付着して、ワイヤボンドを阻害、信頼性の低下を引き起こす懸念がある。
【0003】
例えば下記の特許文献１には、半導体素子の主電極にはんだ付けされるリードフレームの先端に、半導体素子側に突出した凸部（折り曲げ部）を設けることで、はんだ飛散を抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第２０１９／１６７２５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１のようにリードフレームの先端にはんだ飛散を抑制する構造を設けた場合、パワーモジュールの絶縁性能の低下や、半導体素子を封止する封止樹脂の注入性の悪化を招くことが懸念される。そのため、リードフレームの先端を加工せずに飛散したはんだがワイヤボンドパッドに付着することを防止する技術が望まれる。
【0006】
本開示は以上のような課題を解決するためになされたものであり、パワーモジュールの製造において、リードフレームを加工することなく、ワイヤボンドパッドへのはんだボールの付着を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示に係るパワーモジュールの製造方法は、（ａ）半導体素子の主電極の上にはんだを介して電極板を載置する工程と、（ｂ）前記半導体素子の信号電極を治具で覆う工程と、（ｃ）前記信号電極を前記治具で覆った状態で前記はんだを溶融させ、前記主電極と前記電極板とを前記はんだにより接合する工程と、（ｄ）前記信号電極から前記治具を取り除いた後、前記信号電極にワイヤを接合する工程と、を備える。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、はんだを溶融する際に半導体素子のワイヤボンドパッドである信号電極が治具で覆われているため、ワイヤボンドパッドへのはんだボールの付着が防止される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施の形態１に係る製造方法で形成されるパワーモジュールの構造の例を示す図である。
【図2】実施の形態１に係る製造方法で形成されるパワーモジュールの構造の例を示す図である。
【図3】実施の形態１に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための図である。
【図4】実施の形態１に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための図である。
【図5】実施の形態１に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための図である。
【図6】実施の形態１に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための図である。
【図7】実施の形態１に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための図である。
【図8】実施の形態１に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための図である。
【図9】実施の形態１に係るパワーモジュールの製造方法の変形例を説明するための図である。
【図10】実施の形態１に係るパワーモジュールの製造方法の変形例を説明するための図である。
【図11】実施の形態１に係るパワーモジュールの製造方法の変形例を説明するための図である。
【図12】実施の形態１に係るパワーモジュールの製造方法の変形例を説明するための図である。
【図13】実施の形態２に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための図である。
【図14】実施の形態２に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための図である。
【図15】実施の形態２に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための図である。
【図16】実施の形態２に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための図である。
【図17】実施の形態３に係る電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
＜実施の形態１＞
図１および図２は、実施の形態１に係る製造方法で形成されるパワーモジュールの構造の例を示す図である。図１は、当該パワーモジュールの上面図であり、図２はその断面図である。図１においては、説明の便宜のため、封止樹脂の図示を省略している。
図１および図２は、実施の形態１に係る製造方法で形成されるパワーモジュールの構造の例を示す図である。図１は、当該パワーモジュールの上面図であり、図２はその断面図である。図１においては、説明の便宜のため、封止樹脂の図示を省略している。
【0011】
当該パワーモジュールは、半導体素子としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）２０およびダイオード２１を備えている。ＩＧＢＴ２０およびダイオード２１は、セラミック基板１１上に搭載されている。セラミック基板１１は、絶縁性の基材の上面に表面導体層１１１、下面に裏面導体層１１２をそれぞれ積層した構造を有している。ＩＧＢＴ２０およびダイオード２１は、はんだ３０を用いてセラミック基板１１の表面導体層１１１に接合されている。
【0012】
セラミック基板１１は、ベース板１０に搭載されている。ベース板１０は、はんだ３０を用いてセラミック基板１１の裏面導体層１１２に接合されている。
【0013】
ＩＧＢＴ２０の上面に設けられた主電極２０１およびダイオード２１の上面に設けられた主電極２１１は、はんだ３１を用いて電極板６５と接続されている。電極板６５は、ケース５にインサート成形されており、電極板６５の一部がケース５の外部に突出して主端子６２となっている。ＩＧＢＴ２０の上面に設けられた信号電極２０２は、信号端子６１とワイヤ４０を用いて接続されている。すなわち、信号電極２０２は、ワイヤ４０が接合されるワイヤボンドパッドである。
【0014】
ケース５は、ベース板１０の外縁部に接着剤（図１および図２には不図示）を用いて接着されている。ケース５の内部には、ダイレクトポッティングの封止樹脂７３が充填されており、ケース５に収納されたセラミック基板１１、ＩＧＢＴ２０、ダイオード２１等は、封止樹脂７３によって絶縁封止されている。
【0015】
本実施の形態では、セラミック基板１１の基材として、窒化アルミ製、サイズ４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚さ２ｍｍのものが用いられている。また、表面導体層１１１としては、銅製、サイズ１７ｍｍ×３７ｍｍ、厚さ０．８ｍｍのものが２枚用いられている。裏面導体層１１２としては、銅製、サイズ３７ｍｍ×３７ｍｍ、厚さ０．８ｍｍのものが用いられている。ＩＧＢＴ２０は、シリコン製、サイズ１３ｍｍ×１３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのものが用いられている。ダイオード２１としては、シリコン製、サイズ１３ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのものが用いられている。はんだ３０としては、スズ９６．５％、銀３％、銅０．５％、融点２１７℃のものが用いられている。電極板６５としては、銅製、板厚０．６４ｍｍのものが用いられている。信号端子６１としては、銅製、板厚０．６４ｍｍのものが用いられている。ワイヤ４０としては、純アルミ製、太さ０．１５ｍｍのものが用いられている。ケース５の材料としては、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）樹脂が用いられている。封止樹脂７３としては、シリカフィラーを分散させたエポキシ樹脂が用いられている。
【0016】
【0017】
図３に示すように、ベース板１０の上に板状のはんだ３０を介してセラミック基板１１を載置し、さらにセラミック基板１１の上に板状のはんだ３０を介してＩＧＢＴ２０およびダイオード２１を載置する。そしてリフロー炉を用いて２８０℃まで加熱してはんだ３０を溶融させ、セラミック基板１１の裏面導体層１１２にはんだ３０を介してベース板１０を接合するとともに、セラミック基板１１の表面導体層１１１にはんだ３０を介してＩＧＢＴ２０およびダイオード２１を接合する。
【0018】
次に、図４に示すように、ケース５と接着するための接着剤７２をベース板１０に塗布し、図５に示すように、ケース５とベース板１０とを接着剤７２により接着固定する。接着剤７２は、ベース板１０とケース５の隙間を埋めて、この後の工程でケース５内に充填する封止樹脂７３の漏れを防止する役割も持つ。
【0019】
ケース５をベース板１０に接着する際、図５に示すように、ＩＧＢＴ２０の主電極２０１およびダイオード２１の主電極２１１の上に、板状のはんだ３１を介して、ケース５にインサートされた電極板６５を載置する。また、シート状部材８１を有するカバー治具８を用いて、ワイヤボンドパッドとなる信号電極２０２の上にシート状部材８１を配置する。
【0020】
そして、図６に示すように、カバー治具８のシート状部材８１をＩＧＢＴ２０に押し当て、シート状部材８１で信号電極２０２を覆う。シート状部材８１は柔軟性を有するため、このときシート状部材８１はＩＧＢＴ２０および信号電極２０２の形状に倣うように変形する。その状態で温度を上げてはんだ３１を溶融させて、ＩＧＢＴ２０およびダイオード２１にはんだ３１を介して電極板６５を接合する。本実施の形態では、シート状部材８１として、ポリイミド製、サイズ１０ｍｍ×５ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍのものが用いられている。
【0021】
このように、ワイヤボンドパッドとなるＩＧＢＴ２０の信号電極２０２の上にシート状部材８１が押し当てられた状態で、はんだ３１を用いた接合が行われるため、はんだ３１が溶融した際にはんだボールが生じて飛散しても、はんだボールが信号電極２０２に付着することが防止される。
【0022】
次に図７に示すように、カバー治具８を取り除き、ケース５にインサート成形された信号端子６１とＩＧＢＴ２０の信号電極２０２とをワイヤ４０を用いて接続する。
【0023】
最後に、図８に示すように、ケース５内に封止樹脂７３を６０℃に加熱した状態で流し込み、真空脱泡して加熱して封止樹脂７３を硬化させる。封止樹脂７３を硬化させるための加熱処理は、例えば、１００℃を１．５時間維持し、その後１４０℃を１．５時間維持することによって行われる。以上の工程を経て、図１および図２に示したパワーモジュールが完成する。
【0024】
ＩＧＢＴ２０の主電極２０１およびダイオード２１の主電極２１１にはんだ３０を用いて電極板６５を接合する際に、接合部から飛散したはんだ（はんだボール）が、ワイヤボンドパッドとなるＩＧＢＴ２０の信号電極２０２に付着すると、ワイヤボンドを阻害したり、信頼性を損ねたりする懸念がある。本実施の形態では、はんだ３０を溶融する際に、信号電極２０２がシート状部材８１で覆われているため、はんだボールが信号電極２０２に付着することを防止される。それにより、はんだボールによるワイヤボンドの阻害、およびそれに起因するパワーモジュールの信頼性の低下が防止される。
【0025】
また、本実施の形態では、シート状部材８１は、ポリイミドなど柔軟性を有する材料で形成されている。そのため、シート状部材８１は、ＩＧＢＴ２０の信号電極２０２に押し当てられたときに、信号電極２０２およびその周辺の形状に倣って変形する。よって、シート状部材８１がＩＧＢＴ２０にダメージを与えることも防止されている。
【0026】
なお、セラミック基板１１の基材は、絶縁性が得られ、Ｃｕのようにはんだが濡れる導体層を形成できるのであればよく、窒化アルミ（ＡｌＮ）製に限られない。例えば、セラミック板としては、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などでもよい。また、表面導体層１１１および裏面導体層１１２は、はんだが濡れるものであればよく、Ｃｕに限らず、最表面がＳｎ、Ａｕ、Ａｇなどの金属となっていればよい。また、ＩＧＢＴ２０およびダイオード２１の表面電極および裏面電極は、はんだが濡れる金属であればよく、最表面がＳｎ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉなどであればよい。
【0027】
本実施の形態では、ＩＧＢＴ２０およびダイオード２１を１対備える「１ｉｎ１」のパワーモジュールを示したが、ＩＧＢＴ２０およびダイオード２１を２対備える「２ｉｎ１」や、６対備える「６ｉｎ１」であってもよい。また、半導体素子は、ＩＧＢＴおよびダイオードに限られず、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）や、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などでもよい。ここではＩＧＢＴ２０とダイオード２１とを別々の素子としたが、ＩＧＢＴとダイオードとを１つの素子として実現したＲＣ－ＩＧＢＴ（Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いてもよい。また、半導体素子は、シリコン製に限られず、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧｎＮ）などのワイドバンドギャップ半導体で形成されたものでもよい。
【0028】
電極板６５の素材は銅に限られず、銅合金や表面をニッケルめっきしたアルミでもよい。はんだ３０およびはんだ３１の組成は、スズ９６．５％、銀３％、銅０．５％、融点２１７℃のものに限られず、例えば、スズ９９．３％、銅０．７％、融点２２４℃などでもよい。
【0029】
また、ＩＧＢＴ２０やダイオード２１に接するはんだ３０およびはんだ３１の一部を、はんだよりも耐熱性に優れた銀焼結材やろう付け材に置き換えてもよい。例えば、Ａｇフィラーをエポキシ樹脂に分散させた導電性接着剤や、ナノ粒子を低温焼成させるＡｇナノパウダやＣｕナノパウダなどが用いられてもよい。
【0030】
ワイヤ４０はアルミ製のものを用いたが、鉄などの添加剤を微量含んだアルミ合金製や銅製のワイヤまたはアルミ被覆銅ワイヤ、または金ワイヤを用いてもよい。また、リボンボンドを用いてもよい。
【0031】
ケース５の材料は、ＰＰＳ樹脂に限られず、ＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）樹脂などでもよい。
【0032】
封止樹脂７３は、シリカフィラーを分散させたエポキシ樹脂に限られない。フィラーとしてアルミナ、ＢＮなどが用いられてもよいし、樹脂として、エポキシ樹脂にシリコーン樹脂を混合させたものが用いられてもよい。
【0033】
シート状部材８１は、はんだ付けの温度に対する耐熱性があり、シート状に加工でき、十分な柔軟性を有するものであればよい。そのようなシート状部材８１の材料としては、ポリイミド製の他、例えばテフロン（登録商標）などがある。
【0034】
本実施の形態では、ＩＧＢＴ２０の主電極２０１およびダイオード２１の主電極２１１と電極板６５とを接合ずる際に、はんだ３１を供給する例を示したが、例えば、ＩＧＢＴ２０およびダイオード２１をはんだ３０を用いてセラミック基板１１と接合させる工程で、ＩＧＢＴ２０の主電極２０１およびダイオード２１の主電極２１１の上にはんだ３１を供給し、ＩＧＢＴ２０の主電極２０１およびダイオード２１の主電極２１１とはんだ３１とを接合させてもよい。
【0035】
［変形例］
ＩＧＢＴ２０をはじめ半導体素子の端部の角には、いわゆるバリなどが残っており、鋭利な形状であることが多い。そのため、カバー治具８のシート状部材８１をＩＧＢＴ２０に押し当てる工程を繰り返し実施すると、この角でシート状部材８１に傷などのダメージが生じることが懸念される。シート状部材８１に傷があると、ＩＧＢＴ２０上の異物やはんだがシート状部材８１の傷にトラップされ、トラップされた異物やはんだが、次にカバー治具８を使用するときに別のＩＧＢＴ２０に転写されることという問題が生じる。
ＩＧＢＴ２０をはじめ半導体素子の端部の角には、いわゆるバリなどが残っており、鋭利な形状であることが多い。そのため、カバー治具８のシート状部材８１をＩＧＢＴ２０に押し当てる工程を繰り返し実施すると、この角でシート状部材８１に傷などのダメージが生じることが懸念される。シート状部材８１に傷があると、ＩＧＢＴ２０上の異物やはんだがシート状部材８１の傷にトラップされ、トラップされた異物やはんだが、次にカバー治具８を使用するときに別のＩＧＢＴ２０に転写されることという問題が生じる。
【0036】
本変形例では、図９に示すように、ＩＧＢＴ２０が、ワイヤボンドパッドである信号電極２０２の近くに位置する端部の上側の角を覆う樹脂製の凸部７１を有している。「信号電極２０２の近く」とは、具体的には、シート状部材８１が信号電極２０２に押し当てられたときに、当該シート状部材８１が接触する領域を含む範囲を意図している。凸部７１は、ディスペンサおよびニードルを用いてＩＧＢＴ２０の端部の上側の角に描画形成される。ここでは、凸部７１は、信号電極２０２に近い辺の上側の角に設けられている。完成したパワーモジュールの断面を図１０に示す。凸部７１は、ＩＧＢＴ２０の主電極２０１およびダイオード２１の主電極２１１にはんだ３０を介して電極板６５を接合する工程の後に除去されてもよい。
【0037】
本変形例によれば、ＩＧＢＴ２０における信号電極２０２の近くの端部の上側の角が凸部７１で覆われているため、カバー治具８のシート状部材８１が受けるダメージが軽減され、上記の問題の発生を防止できる。
【0038】
なお、ＩＧＢＴ２０の端部のバリによるシート状部材８１へのダメージを軽減できれば、例えば、図１１のように、信号電極２０２の近くに位置するＩＧＢＴ２０の端部の上側の角を面取りしてもよい。この場合完成したパワーモジュールの断面を図１２に示す。
【0039】
【0040】
実施の形態１では、ワイヤボンドパッドとなるＩＧＢＴ２０の信号電極２０２へのはんだボールの付着を防止するために、シート状部材８１を有するカバー治具８が用いられたが、実施の形態２では、それに代えて、図１３のように、底面の外縁部に突起９２が形成された弾性を有する板状の部材であるバネ部９１を有するカバー治具９が用いられる。突起９２の高さはＩＧＢＴ２０の上面からの信号電極２０２の高さよりも僅かに大きいことが好ましい。
【0041】
セラミック基板１１にベース板１０、ＩＧＢＴ２０およびダイオード２１を接合し、ケース５をベース板１０に接着固定する工程は、実施の形態１と同様である。
【0042】
ケース５をベース板１０に接着する際、図１３に示すように、ＩＧＢＴ２０の主電極２０１およびダイオード２１の主電極２１１の上に、板状のはんだ３１を介して、ケース５にインサートされた電極板６５を載置する。このとき突起９２が形成されたバネ部９１を有するカバー治具９を用いて、ワイヤボンドパッドとなる信号電極２０２の上にバネ部９１を配置する。
【0043】
そして、図１４に示すように、バネ部９１の底面をＩＧＢＴ２０に押し当て、ＩＧＢＴ２０の信号電極２０２の上をバネ部９１の底面で覆う。その際、バネ部９１の底面の突起９２は、信号電極２０２の外側のＩＧＢＴ２０の上面に当接する。その状態で温度を上げてはんだ３１を溶融させて、ＩＧＢＴ２０およびダイオード２１にはんだ３１を介して電極板６５を接合する。
【0044】
このように、ワイヤボンドパッドとなるＩＧＢＴ２０の信号電極２０２の上がバネ部９１で覆われた状態で、はんだ３１を用いた接合が行われるため、はんだ３１が溶融した際にはんだボールが生じて飛散しても、はんだボールが信号電極２０２に付着することが防止される。
【0045】
突起９２は弾性を有し、ＩＧＢＴ２０に押し当てられると縮むため、突起９２の高さが信号電極２０２の高さよりも大きくても、バネ部９１の底面と信号電極２０２との間に隙間はできない。仮に、バネ部９１の底面と信号電極２０２との間に隙間ができても、僅かな隙間であれば、信号電極２０２へのはんだボールの付着は防止される。
【0046】
次に図１５に示すように、カバー治具８を取り除き、ケース５にインサート成形された信号端子６１とＩＧＢＴ２０の信号電極２０２とをワイヤ４０を用いて接続する。
【0047】
最後に、図１６に示すように、ケース５内に封止樹脂７３を６０℃に加熱した状態で流し込み、真空脱泡して加熱して封止樹脂７３を硬化させる。封止樹脂７３を硬化させるための加熱処理は、例えば、１００℃を１．５時間維持し、その後１４０℃を１．５時間維持することによって行われる。以上の工程を経て、図１および図２に示したパワーモジュールが完成する。
【0048】
突起９２は、平面視で信号電極２０２を囲む形状（枠状）でもよい。その場合、信号電極２０２は四方が突起９２で囲まれ、上方がバネ部９１の底面で覆われるため、信号電極２０２へのはんだボールの付着をより確実に防止できる。
【0049】
突起９２の高さのバラツキをカバーするため、突起９２は弾性の高い樹脂製であることが好ましい。また、突起９２が形成されたバネ部９１も弾性を有するため、それによっても突起９２の高さのバラツキをカバーできる。
【0050】
本実施の形態では、信号電極２０２を覆う板状の部材を、弾性のあるバネ部９１としたが、弾性のない板状の部材であってもよい。
【0051】
＜実施の形態３＞
本実施の形態は、上述した実施の形態１または２に係るパワーモジュール、すなわち、実施の形態１または２に係る製造方法で製造したパワーモジュールを、電力変換装置に適用したものである。実施の形態１または２に係るパワーモジュールの適用は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態３として、三相のインバータに実施の形態１または２に係るパワーモジュールを適用した場合について説明する。
本実施の形態は、上述した実施の形態１または２に係るパワーモジュール、すなわち、実施の形態１または２に係る製造方法で製造したパワーモジュールを、電力変換装置に適用したものである。実施の形態１または２に係るパワーモジュールの適用は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態３として、三相のインバータに実施の形態１または２に係るパワーモジュールを適用した場合について説明する。
【0052】
図１７は、本実施の形態に係る電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【0053】
図１７に示される電力変換システムは、電源１１００、電力変換装置１２００、負荷１３００から構成される。電源１１００は、直流電源であり、電力変換装置１２００に直流電力を供給する。電源１１００は、特に限定されないが、例えば、直流系統、太陽電池または蓄電池で構成されてもよいし、交流系統に接続された整流回路またはＡＣ／ＤＣコンバータで構成されてもよい。電源１１００は、直流系統から出力される直流電力を別の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成されてもよい。
【0054】
電力変換装置１２００は、電源１１００と負荷１３００の間に接続された三相のインバータであり、電源１１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷１３００に交流電力を供給する。電力変換装置１２００は、図１７に示されるように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路１２０１と、主変換回路１２０１を制御する制御信号を主変換回路１２０１に出力する制御回路１２０３とを備えている。
【0055】
負荷１３００は、電力変換装置１２００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷１３００は、特に限定されるものではないが、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、または、空調機器向けの電動機として用いられる。
【0056】
以下、電力変換装置１２００の詳細を説明する。主変換回路１２０１は、スイッチング素子（図示せず）と還流ダイオード（図示せず）とを備えている。スイッチング素子が電源１１００から供給される電圧をスイッチングすることによって、主変換回路１２０１は、電源１１００から供給される直流電力を交流電力に変換して、負荷１３００に供給する。主変換回路１２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態に係る主変換回路１２０１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードとから構成され得る。主変換回路１２０１の各スイッチング素子及び各還流ダイオードの少なくともいずれかに、上述した実施の形態１または２に係るパワーモジュールである半導体モジュール１２０２を適用する。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路１２０１の３つの出力端子は、負荷１３００に接続される。
【0057】
また、主変換回路１２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示せず）を備えている。駆動回路は、半導体モジュール１２０２に内蔵されていてもよいし、半導体モジュール１２０２とは別に設けられてもよい。駆動回路は、主変換回路１２０１に含まれるスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成して、主変換回路１２０１のスイッチング素子の制御電極に駆動信号を供給する。具体的には、制御回路１２０３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）となる。
【0058】
制御回路１２０３は、負荷１３００に所望の電力が供給されるよう主変換回路１２０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷１３００に供給すべき電力に基づいて主変換回路１２０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御によって、主変換回路１２０１を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態になるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路１２０１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
【0059】
本実施の形態に係る電力変換装置１２００では、主変換回路１２０１に含まれる半導体モジュール１２０２として、実施の形態１または２に係るパワーモジュールが適用される。そのため、本実施の形態に係る電力変換装置１２００は、向上された信頼性を有する。
【0060】
本実施の形態では、２レベルの三相インバータに実施の形態１または２に係るパワーモジュールを適用する例を説明したが、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では２レベルの電力変換装置としたが、３レベルの電力変換装置であってもよいし、マルチレベルの電力変換装置であってもよい。電力変換装置が単相負荷に電力を供給する場合には、単相のインバータに実施の形態１または２に係るパワーモジュールが適用されてもよい。電力変換装置が直流負荷等に電力を供給する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータまたはＡＣ／ＤＣコンバータに実施の形態１または２に係るパワーモジュールが適用されてもよい。
【0061】
実施の形態１または２に係るパワーモジュールが適用された電力変換装置は、負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機もしくはレーザー加工機の電源装置、または、誘導加熱調理器もしくは非接触器給電システムの電源装置に組み込まれ得る。実施の形態１または２に係るパワーモジュールが適用された電力変換装置は、太陽光発電システムまたは蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いられ得る。
【0062】
なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【0063】
＜付記＞
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【0064】
（付記１）
（ａ）半導体素子の主電極の上にはんだを介して電極板を載置する工程と、
（ｂ）前記半導体素子の信号電極を治具で覆う工程と、
（ｃ）前記信号電極を前記治具で覆った状態で前記はんだを溶融させ、前記主電極と前記電極板とを前記はんだにより接合する工程と、
（ｄ）前記信号電極から前記治具を取り除いた後、前記信号電極にワイヤを接合する工程と、
を備えるパワーモジュールの製造方法。
（ａ）半導体素子の主電極の上にはんだを介して電極板を載置する工程と、
（ｂ）前記半導体素子の信号電極を治具で覆う工程と、
（ｃ）前記信号電極を前記治具で覆った状態で前記はんだを溶融させ、前記主電極と前記電極板とを前記はんだにより接合する工程と、
（ｄ）前記信号電極から前記治具を取り除いた後、前記信号電極にワイヤを接合する工程と、
を備えるパワーモジュールの製造方法。
【0065】
（付記２）
前記治具は、柔軟性を持つシート状部材を備え、
前記工程（ｂ）は、前記シート状部材を前記信号電極に押し当てることによって行われる、
付記１に記載のパワーモジュールの製造方法。
前記治具は、柔軟性を持つシート状部材を備え、
前記工程（ｂ）は、前記シート状部材を前記信号電極に押し当てることによって行われる、
付記１に記載のパワーモジュールの製造方法。
【0066】
（付記３）
（ｅ）前記工程（ａ）および（ｂ）に先立って、前記信号電極の近くに位置する前記半導体素子の端部の上側の角を樹脂で覆う工程、
をさらに備える、
付記２に記載のパワーモジュールの製造方法。
（ｅ）前記工程（ａ）および（ｂ）に先立って、前記信号電極の近くに位置する前記半導体素子の端部の上側の角を樹脂で覆う工程、
をさらに備える、
付記２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【0067】
（付記４）
（ｅ）前記工程（ａ）および（ｂ）に先立って、前記信号電極の近くに位置する前記半導体素子の端部の上側の角を面取りする工程、
をさらに備える、
付記２に記載のパワーモジュールの製造方法。
（ｅ）前記工程（ａ）および（ｂ）に先立って、前記信号電極の近くに位置する前記半導体素子の端部の上側の角を面取りする工程、
をさらに備える、
付記２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【0068】
（付記５）
前記治具は、底面の外縁部に樹脂製の突起を有する板状の部材を備え、
前記工程（ｂ）は、前記突起が前記信号電極の外側の前記半導体素子の上面に当接するように、前記板状の部材の前記底面を前記信号電極に押し当てることによって行われる、
付記１に記載のパワーモジュールの製造方法。
前記治具は、底面の外縁部に樹脂製の突起を有する板状の部材を備え、
前記工程（ｂ）は、前記突起が前記信号電極の外側の前記半導体素子の上面に当接するように、前記板状の部材の前記底面を前記信号電極に押し当てることによって行われる、
付記１に記載のパワーモジュールの製造方法。
【0069】
（付記６）
前記板状の部材は、弾性を持つバネ部である、
付記５に記載のパワーモジュールの製造方法。
前記板状の部材は、弾性を持つバネ部である、
付記５に記載のパワーモジュールの製造方法。
【0070】
（付記７）
前記突起は、平面視で枠状である、
付記５または付記６に記載のパワーモジュールの製造方法。
前記突起は、平面視で枠状である、
付記５または付記６に記載のパワーモジュールの製造方法。
【符号の説明】
【0071】
１０ ベース板、１１ セラミック基板、１１１ 表面導体層、１１２ 裏面導体層、２０ ＩＧＢＴ、２０１ 主電極、２０２ 信号電極、２１ ダイオード、２１１ 主電極、３０，３１ はんだ、４０ ワイヤ、５ ケース、６１ 信号端子、６２ 主端子、６５ 電極板、７１ 凸部、７２ 接着剤、７３ 封止樹脂、８ カバー治具、８１ シート状部材、９ カバー治具、９１ バネ部、９２ 突起、１１００ 電源、１２００ 電力変換装置、１２０１ 主変換回路、１２０２ 半導体モジュール、１２０３ 制御回路、１３００ 負荷。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】