特開 2024-24288 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】P2024024288

(43)【公開日】2024-02-22

(54)【発明の名称】半導体モジュールの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/52 20060101AFI20240215BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20240215BHJP

   B22F 7/08 20060101ALI20240215BHJP

【ＦＩ】

H01L21/52 C

H01L25/04 C

B22F7/08 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022127031

(22)【出願日】2022-08-09

(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】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(72)【発明者】

【氏名】西澤 龍男

【テーマコード（参考）】

4K018

5F047

【Ｆターム（参考）】

4K018BA01

4K018BA02

4K018BB04

4K018BC29

4K018BD04

4K018DA11

4K018JA36

4K018KA22

4K018KA32

5F047AA17

5F047BA14

5F047BA15

5F047BB11

5F047BB16

(57)【要約】

【課題】本発明は、半導体モジュールの性能や信頼性の低下を防止することができる半導体モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体モジュールの製造方法は、下金型２Ａの上に絶縁配線基板１３を配置し、絶縁配線基板１３の上の複数箇所に焼結材１５１ａ及び複数の焼結材１５１ａのそれぞれの上に半導体チップ１４ａを配置し、複数の半導体チップ１４ａのそれぞれの周縁にはみ出した焼結材１５１ａのはみ出し部１５１ａ－１の上に構造体５Ａを配置し、はみ出し部１５１ａ－１には構造体５Ａを介し、半導体チップ１４ａの接触部１５１ａ－２には半導体チップ１４ａを介して上金型３Ａによって複数の焼結材１５１ａを加圧及び加熱して焼結する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下金型の上に絶縁配線基板を配置し、
前記絶縁配線基板の上の複数箇所に焼結材及び複数の前記焼結材のそれぞれの上に半導体チップを配置し、
複数の前記半導体チップのそれぞれの周縁にはみ出した前記焼結材のはみ出し部の上に構造体を配置し、
前記焼結材の前記はみ出し部には前記構造体を介し、前記焼結材の前記半導体チップ下の部分には前記半導体チップを介して、上金型によって複数の前記焼結材を加圧及び加熱して焼結する
半導体モジュールの製造方法。

【請求項2】

前記構造体は、複数の前記半導体チップのそれぞれと対応する箇所に前記半導体チップを挿入可能に形成された貫通孔を有するシート状を有し、前記半導体チップに対応させて前記貫通孔を配置した場合に前記はみ出し部の上に前記貫通孔の周縁部が配置される
請求項１に記載の半導体モジュールの製造方法。

【請求項3】

前記構造体の上に１つの緩衝材を配置し、
複数の前記焼結材、複数の前記半導体チップ、前記構造体及び前記緩衝材を前記上金型に形成された空間に内包した状態で、前記緩衝材と複数の前記半導体チップ及び前記構造体とを介して前記上金型によって複数の前記焼結材を加圧及び加熱して焼結する
請求項２に記載の半導体モジュールの製造方法。

【請求項4】

前記緩衝材は、２５０℃以上の耐熱性、０．２以下のポアソン比及びＪＩＳ Ｋ ６２５３準拠のタイプＡデュロメータで８０ポイント±５％の硬さを有する
請求項３に記載の半導体モジュールの製造方法。

【請求項5】

前記構造体は、前記半導体チップを挿入可能に形成された環状を有し、前記半導体チップに対応させて前記構造体で囲まれる空間を配置した場合に前記はみ出し部の上に配置される
請求項１による半導体モジュールの製造方法。

【請求項6】

複数の前記半導体チップの上に前記構造体をそれぞれ個別に配置し、
複数の前記構造体の上に緩衝材をそれぞれ個別に配置し、
複数の前記半導体チップの配置位置に対応する箇所に凸部を有する前記上金型を、複数の前記半導体チップに複数の前記凸部を対応させて前記下金型の上方に配置し、
複数の前記緩衝材、複数の前記半導体チップ及び前記構造体を介して前記凸部によって複数の前記焼結材を加圧及び加熱して焼結する
請求項５に記載の半導体モジュールの製造方法。

【請求項7】

前記緩衝材は、２５０℃以上の耐熱性、０．２以下のポアソン比、ＪＩＳ Ｋ ６２５３準拠のタイプＡデュロメータで８０ポイント±５％の硬さ、及び１．５ｍｍ以上の厚さを有する
請求項６に記載の半導体モジュールの製造方法。

【請求項8】

前記緩衝材の側に向けられる複数の前記半導体チップの表面の高さが異なっている場合、前記高さの差を低減させるスペーサ部材を前記緩衝材の上に配置する
請求項６に記載の半導体モジュールの製造方法。

【請求項9】

前記高さの差が１０μｍ以上の場合に複数の前記半導体チップのうちの前記高さが低い方に前記スペーサ部材を配置する
請求項８に記載の半導体モジュールの製造方法。

【請求項10】

複数の前記半導体チップを複数の前記焼結材の上に配置する前に、複数の前記半導体チップの配置位置に対応する箇所に開口部を有する位置決め治具を前記絶縁配線基板の上に配置する
請求項５に記載の半導体モジュールの製造方法。

【請求項11】

前記焼結材は、ペースト状又はシート状を有する
請求項１から１０までのいずれか一項に記載の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】

本発明は、半導体チップを備える半導体モジュールの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

パワー半導体の技術分野では、半導体チップの絶縁基板への接合にはんだが用いられている。近年では、半導体チップとしてＳｉＣチップを用いるために熱伝導と耐久性が高い焼結材を用いてＳｉＣチップが絶縁基板に接合されるようになってきている。

【0003】

焼結材の形態には、ペースト状とシート状の２種類があるが、いずれの場合も焼結材接合をするには接合部に加圧と加熱を行う必要がある。絶縁基板の上に形成した焼結材の上に複数の半導体チップを置き、半導体チップの上面を押して加圧しながら加熱することにより、焼結反応を焼結材に発生させる。これにより、半導体チップと絶縁基板が接合される。

【0004】

特許文献１には、「放熱ベース、絶縁回路基板及び半導体チップを重ね合わせた接合対象部材を圧力容器の中に配置し、圧力容器内で接合対象部材の周囲に密に球状粉体層を充填し、圧力容器の上部から底面に向かって加圧板によって球状粉体層を加圧しながら、圧力容器の下部に設けた加熱機構により加熱することにより、半導体チップと絶縁回路基板の配線層とが焼結金属層によって接合される」ことが開示されている。

【0005】

特許文献２には、「開口部の中に弾性部材及び加圧ブロックが配置された上治具の上に上金型が、上治具の下に緩衝層が配置され、半導体チップが絶縁回路基板の上に焼結材を介して載置され、緩衝層が半導体チップ及び絶縁回路基板を覆うように設定される」ことが開示されている。

【0006】

特許文献３には、「絶縁回路基板の上に焼結材を介して半導体チップが配置され、半導体チップの上に加圧部が配置され、半導体チップの周囲及び間に枠材が配置され、加圧部及び半導体チップの間に半導体チップ及び枠材を覆うように緩衝層が配置され、緩衝層を介して加圧部によって半導体チップが加圧される」ことが開示されている。

【0007】

特許文献４には、「作動フラットガスケットを介して電子部品にプレスステムで押す」ことが開示されている。特許文献５には、「シール膜を介して電子部品をプレッサロッドで押す」ことが開示されている。特許文献６には、「半導体チップ（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｄｉｅ）よりも幅広に焼結材（ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）が配置される」ことが開示されている。

【0008】

特許文献７には、「ダイパッドと、ダイパッドに搭載されたＳｉＣチップと、ダイパッドとＳｉＣチップとを接合する多孔質の第１焼結Ａｇ層と、第１焼結Ａｇ層の表面を覆い、かつフィレット状に形成された補強樹脂部とを有している。さらにＳｉＣチップのソース電極と電気的に接続するソースリードと、ゲート電極と電気的に接続するゲートリードと、ドレイン電極と電気的に接続するドレインリードと、ＳｉＣチップ、第１焼結Ａｇ層およびダイパッドの一部を覆う封止体とを有しており、補強樹脂部は、ＳｉＣチップの側面の一部を覆っている。」ことが開示されている。

【0009】

特許文献８には、「金属導体の端面側から内部に向かって、金属導体を機械的に補強するポリイミドなどの補強樹脂が、金属導体の空孔に含浸されている」ことが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０２１－０２７２８８号公報

【特許文献2】特開２０２１－１５０５４８号公報

【特許文献3】特開２０２１－１９７４４７号公報

【特許文献4】国際公開第２０２０／００８２８７号

【特許文献5】国際公開第２０１８／１２２７９５号

【特許文献6】米国特許第８８３５２９９号明細書

【特許文献7】特開２０１４－１７９５４１号公報

【特許文献8】特開２０１１－１６５８７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

焼結材を用いて半導体チップと絶縁回路基板とを接合する場合、半導体チップが焼結材と接触する面積を広くするために、焼結材は、半導体チップよりも一回り大きく形成される。このため、焼結材には、半導体チップの周縁にはみ出す部分が生じる。

【0012】

焼結材を焼結させる従来の方法では、半導体チップを介して焼結材に圧力が加えられる。このため、半導体チップの下方に位置する焼結材の部分には所望の圧力を加えることができるが、半導体チップの周縁にはみ出した焼結材の部分には所望の圧力を加えることができない。焼結材が焼結されて形成された焼結金属層は、半導体チップの下方に位置する部分では所望の密度を有するが、半導体チップの周縁にはみ出した部分では所望の密度を有さない。その結果、当該焼結金属層は、当該はみ出した部分において所望の電気的特性、熱特性及び機械特性などが得られず、機械特性の低下が原因となって当該はみ出した部分がクラックの起点となる可能性がある。焼結金属層にクラックが発生すると、半導体チップと絶縁回路基板との接合部の電気特性や熱特性にむらが生じ、半導体チップ及び絶縁回路基板を有する半導体モジュールの性能や信頼性が低下するという問題が生じる。

【0013】

本発明の目的は、半導体モジュールの性能や信頼性の低下を防止することができる半導体モジュールの製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記目的を達成するために、本発明の一態様による半導体モジュールの製造方法は、下金型の上に絶縁配線基板を配置し、前記絶縁配線基板の上の複数箇所に焼結材及び複数の前記焼結材のそれぞれの上に半導体チップを配置し、複数の前記半導体チップのそれぞれの周縁にはみ出した前記焼結材のはみ出し部の上に構造体を配置し、前記焼結材の前記はみ出し部には前記構造体を介し、前記焼結材の前記半導体チップ下の部分には前記半導体チップを介して、上金型によって複数の前記焼結材を加圧及び加熱して焼結する。

【発明の効果】

【0015】

本発明の一態様によれば、半導体モジュールの性能や信頼性の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施形態による半導体モジュールの製造方法によって製造される半導体モジュールの概略構成の一例を示す断面模式図である。

【図2】本発明の第１実施形態による半導体モジュールの製造方法の流れの一例を示すフローチャートである。

【図3】本発明の第１実施形態による半導体モジュールの製造方法における構造体の配置工程を模式的に示す図である。

【図4】本発明の第１実施形態による半導体モジュールの製造方法における焼結材への加圧及び加熱工程を模式的に示す図である。

【図5】本発明の第１実施形態による半導体モジュールの製造方法における緩衝材の除去工程及び上金型の退避工程を模式的に示す図である。

【図6】本発明の第１実施形態による半導体モジュールの製造方法における構造体及び保護シートの除去工程並びに絶縁回路基板の取り外し工程を模式的に示す図である。

【図7】比較例１による半導体モジュールの製造方法における焼結材の加圧及び加熱を行う機構部の配置工程を模式的に示す図である。

【図8】比較例１による半導体モジュールの製造方法における焼結材の加圧及び加熱工程を模式的に示す図である。

【図9】比較例１による半導体モジュールの製造方法における問題点を説明するための図である。

【図10】比較例２による半導体モジュールの製造方法における焼結材の加圧及び加熱を行う機構部の配置工程を模式的に示す図である。

【図11】比較例２による半導体モジュールの製造方法における焼結材の加圧及び加熱工程を模式的に示す図である。

【図12】本発明の第２実施形態による半導体モジュールの製造方法における構造体の配置工程を模式的に示す図である。

【図13】本発明の第２実施形態による半導体モジュールの製造方法における焼結材への加圧及び加熱工程を模式的に示す図である。

【図14】本発明の第３実施形態による半導体モジュールの製造方法における構造体の配置工程及びスペーサ部材の配置工程を模式的に示す図である。

【図15】本発明の第３実施形態による半導体モジュールの製造方法における焼結材への加圧及び加熱工程を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の各実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0018】

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態による半導体モジュールの製造について図１から図１１を用いて説明する。

【0019】

（半導体モジュールの構成）
本実施形態による半導体モジュールの製造方法によって製造される半導体モジュール１の概略構成について図１を用いて説明する。図１は、半導体モジュール１に備えられた絶縁配線基板１３が配置された所定箇所で切断された半導体モジュール１の断面を模式的に示す図である。図１では、理解を容易にするため、封止樹脂１８は、ハッチングが付されずに図示されている。

【0020】

図１に示すように、半導体モジュール１は、空間１１１を画定するケース１１を備えている。ケース１１は、例えば絶縁性の熱可塑性樹脂で形成されている。

【0021】

半導体モジュール１は、空間１１１に配置された絶縁配線基板１３を備えている。絶縁配線基板１３は、例えば矩形平板状を有する絶縁基板１３１を有している。絶縁配線基板１３は、例えばＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板又はＡＭＢ（Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔａｌ Ｂｒａｚｉｎｇ）基板である。絶縁配線基板１３は、絶縁基板１３１の上面（封止樹脂１８（詳細は後述）側）に形成された複数の導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃと、絶縁基板１３１の下面（冷却器１９（詳細は後述）側）に形成された矩形平板状の伝熱部材１３５とを有している。絶縁基板１３１は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などのセラミックスで形成されている。導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃ及び伝熱部材１３５は、例えば銅で形成されている。

【0022】

半導体モジュール１は、導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃの上に形成された複数の焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、複数の焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃの上に配置された複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃとを備えている。焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃは焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ（図１では不図示、図３及び図４参照）が焼結されて形成される。このため、半導体チップ１４ａは焼結金属層１５ａによって導電パターン１３３ａと接合され、半導体チップ１４ｂは焼結金属層１５ｂによって導電パターン１３３ｂと接合され、半導体チップ１４ｃは焼結金属層１５ｃによって導電パターン１３３ｃと接合されている。

【0023】

詳細は後述するが、本実施形態では、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの配置位置に対応する箇所に凸部を有する上金型３Ａ（図１では不図示、図３及び図４参照）を用いて、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃに対して個別に加圧及び加熱し、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを焼結する。これにより、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃと絶縁配線基板１３とを接合するための焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃに均一に加圧及び加熱することができる。

【0024】

焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃは、周囲を有機物でコーティングされた微細な金属粒子を有機溶媒に混合したものである。焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを接合対象物の間に配置した状態で加圧及び加熱することによって有機溶媒とコーティングしている有機物が気化し、露出した微細な金属粒子同士が融合して多孔質の焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃが形成される。金属粒子としては、例えば粒径数マイクロメートルから数十マイクロメートルの銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）が用いられる。焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、例えば銀系焼結材又は銅系焼結材によって形成される。焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃは例えば、約２００Ｗ／ｍＫ以上３００Ｗ／ｍＫ以下（純銀は約４００Ｗ／ｍＫ）の熱伝導率、約２０×１０^－６／℃の熱膨張係数及び約９６０℃の融点を有している。このため、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを焼結して形成された焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、半導体モジュール１の使用温度（例えば１５０℃以上１７０℃以下）で安定した強度を有する。

【0025】

半導体チップ１４ａは、ケース１１に設けられた端子１６ａとボンディングワイヤ１７ａによって接続されている。半導体チップ１４ｂは、ケース１１に設けられた端子（不図示）とボンディングワイヤ１７ｂによって接続されている。半導体チップ１４ｃは、ケース１１に設けられた端子（不図示）とボンディングワイヤ１７ｃによって接続されている。導電パターン１３３ａは、ケース１１に設けられた端子１６ｂとボンディングワイヤ１７ｄによって接続されている。導電パターン１３３ｂは、ケース１１に設けられた端子（不図示）とボンディングワイヤ１７ｅによって接続されている。導電パターン１３３ｃは、ケース１１に設けられた端子（不図示）とボンディングワイヤ１７ｆによって接続されている。

【0026】

半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃには例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）やパワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳＦＥＴ）などのパワー半導体素子が形成されている。このため、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに形成されたパワー半導体素子には、端子１６ａ及びその他の端子並びにゲート制御用ボンディングワイヤ（不図示）を介して、半導体モジュール１に備えられた制御装置（不図示）から制御信号が入力される。これにより、当該パワー半導体素子は、所定のタイミングでオン／オフ制御され、外部から入力される例えば直流電力を交流電力に変換し、導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃに出力する。半導体モジュール１は、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃから焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃを介して導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃに入力される交流電力をボンディングワイヤ１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ並びに端子１６ｂ及びその他の端子を介して不図示の負荷（例えばモータ）に出力する。これにより、半導体モジュール１は、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃにおいて生成した交流電力によって負荷を駆動することができる。

【0027】

半導体モジュール１は、ケース１１に取り付けられた冷却器１９を備えている。伝熱部材１３５は、例えば焼結材によって形成された接合層１２によって冷却器１９に接続されている。なお、伝熱部材１３５は、はんだ材によって冷却器１９に接続されていてもよい。半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに形成されたパワー半導体素子が動作する際に発生する熱は、伝熱部材１３５及び冷却器１９を介して外部に放熱される。これにより、半導体モジュール１は、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに形成されたパワー半導体素子が熱暴走することを防止できる。

【0028】

半導体モジュール１は、絶縁配線基板１３、焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及びボンディングワイヤ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆを覆って空間１１１に形成された封止樹脂１８を備えている。封止樹脂１８は、ケース１１と絶縁基板１３１との間を通って、ケース１１、絶縁配線基板１３及び伝熱部材１９によって囲まれる領域にも形成される。封止樹脂１８は、例えばエポキシ樹脂などのケース１１とは異なる材料で形成されている。封止樹脂１８は、空間１１１に設けられた半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃや絶縁配線基板１３などの構成要素を封止する封止部材である。封止樹脂１８は、絶縁配線基板１３を封止することによって、絶縁配線基板１３に形成された導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃの間の絶縁性の向上を図ることができる。これにより、封止樹脂１８は、半導体モジュール１の信頼性の向上を図ることができる。

【0029】

図１では、絶縁配線基板１３には、３個の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃが並んで配置されているが、絶縁配線基板１３に配置される半導体チップの個数及び絶縁配線基板１３に形成される導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃの個数や形状は、図１に示す個数などに限られない。また、図１では、１個の絶縁配線基板１３がケース１１に配置されているが、絶縁配線基板１３の個数は１個に限られず、複数の絶縁配線基板がケース１１に配置されていてもよい。

【0030】

（半導体モジュールの製造方法）
次に、本実施形態による半導体モジュールの製造方法について、図２から図６を用いて説明する。本実施形態による半導体モジュールの製造方法の説明について、図１に示す半導体モジュール１の製造方法を例にとって説明する。図２は、本実施形態による半導体モジュールの製造方法のうちの半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを絶縁配線基板１３に接合する工程の流れの一例を示している。

【0031】

図２に示すように、本実施形態による半導体モジュール１の製造方法におけるステップＳ１１では絶縁配線基板１３の配置工程が実行される。具体的には、ステップＳ１１において、図３に示すように、下金型２Ａの上に絶縁配線基板１３が配置される。下金型２は、例えば金型用金属材料またはセラミック材料（例えば窒化ケイ素など）で形成されている。下金型２Ａは、絶縁配線基板１３に設けられた絶縁基板１３１及び伝熱部材１３５が配置される凹部２１を有している。このため、絶縁配線基板１３が下金型２Ａに配置されると、絶縁配線基板１３に設けられた導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃが下金型２Ａから飛び出した状態となる。下金型２Ａは、半導体モジュールの製造装置に取り付けられている。下金型２Ａは、後の工程で焼結材に熱を加えるために絶縁配線基板１３が配置される前に加熱され、例えば２５０℃以上の温度を有している。下金型２Ａは、加熱された後に当該製造装置に取り付けられてもよいし、当該製造装置によって加熱されてもよい。

【0032】

ステップＳ１１の次のステップＳ１３では、焼結材及び半導体チップの配置工程が実行される。具体的には、ステップＳ１３において、図３に示すように、絶縁配線基板１３の上の複数箇所に焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ及び複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃのそれぞれの上に半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを配置する。本実施形態では、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを絶縁配線基板１３の上に配置した後に、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃが焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの上に配置される。

【0033】

絶縁配線基板１３の上に配置される焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃは、ペースト状又はシート状を有している。本実施形態では、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃは、例えばペースト状を有している。焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃは、スキージ又は塗布によって導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃの所定箇所に所望の接合形態で形成される。

【0034】

焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを絶縁配線基板１３の上に配置した後に、図３に示すように、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの上に半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃがそれぞれ配置される。半導体チップ１４ａは焼結材１５１ａの上に配置され、半導体チップ１４ｂは焼結材１５１ｂの上に配置され、半導体チップ１４ｃは焼結材１５１ｃの上に配置される。

【0035】

半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃが焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃと接触する面には、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに形成されたパワー半導体素子の端子が露出している。本実施形態では、この端子の全体を焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃに接触させるために、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃは、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃよりも一回り大きく形成されている。このため、図３に示すように、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃは、半導体チップ１４ａの周縁にはみ出したはみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１，１５１ｃ－１と、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの下面に接触する接触部１５１ａ－２，１５１ｂ－２，１５１ｃ－２とを有している。はみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１，１５１ｃ－１及び接触部１５１ａ－２，１５１ｂ－２，１５１ｃ－２は一体に形成されて境界はないが、図３及び図４以降の図面では、理解を容易にするため、点線によって両者の境界が図示されている。

【0036】

ステップＳ１３の次のステップＳ１５では、第一保護シートの配置工程が実行される。具体的には、ステップＳ１５において、図３に示すように、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの上に第一保護シート４Ａを配置する。第一保護シート４Ａは、例えば絶縁配線基板１３に配置された複数の半導体チップ（本実施形態では半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の全体を覆うことが可能な１枚の膜状を有している。第一保護シート４Ａは、例えば０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚さを有している。第一保護シート４Ａは、例えばフッ素樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））またはポリイミド樹脂（ＰＩ）で形成されている。第一保護シート４Ａは、半導体モジュール１の製造時に焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃや半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの側壁などが構造体５Ａ（詳細は後述）によって汚されないために必要に応じて設けられる。

【0037】

ステップＳ１５の次のステップＳ１７では、構造体の配置工程が実行される。具体的には、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのそれぞれの周縁にはみ出した焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃのはみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１，１５１ｃ－１の上に構造体５Ａを配置する。構造体５Ａは、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのそれぞれと対応する箇所に半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを挿入可能に形成された貫通孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃを有するシート状を有し、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに対応させて貫通孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃを配置した場合にはみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１，１５１ｃ－１の上に貫通孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃの周縁部が配置される。貫通孔５１ａは半導体チップ１４ａに対応し、貫通孔５１ｂは半導体チップ１４ｂに対応し、貫通孔５１ｃは半導体チップ１４ｃに対応するように形成されている。構造体５Ａは、はみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１，１５１ｃ－１を完全に覆うことが可能な形状を有している。構造体５Ａは、例えばカーボンシートで形成されている。構造体５Ａは、例えばＪＩＳ Ｋ ６２５３準拠のタイプＡデュロメータで８０ポイント±５％の硬さを有している。

【0038】

ステップＳ１７の次のステップＳ１９では、第二保護シートの配置工程が実行される。具体的には、ステップＳ１９において、図３に示すように、構造体５Ａの上に第二保護シート６Ａを配置する。第二保護シート６Ａは、例えば構造体５Ａの全体を覆うことが可能な１枚の膜状を有している。第二保護シート６Ａは、例えばフッ素樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））またはポリイミド（ＰＩ）で形成され、例えば０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚さを有している。

【0039】

ステップＳ１９の次のステップＳ２１では、緩衝材の配置工程が実行される。具体的には、ステップＳ２１において、構造体５Ａの上に１つの緩衝材７Ａを配置する。緩衝材７Ａは、構造体５Ａに形成された貫通孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃ及びこれらの周縁部を覆って配置される。緩衝材７Ａは、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの焼結時でも低弾性率を有する例えばカーボン製シートなどで構成されている。緩衝材７Ａは、２５０℃以上の耐熱性、０．２以下のポアソン比及びＪＩＳ Ｋ ６２５３準拠のタイプＡデュロメータで８０ポイント±５％の硬さを有している。緩衝材７ＡがＪＩＳ Ｋ ６２５３準拠のタイプＡデュロメータで８０ポイント±５％の硬さを有することにより、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの焼結時に緩衝材７Ａが第二保護シート６Ａを突き破って半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに傷をつけてしまうことが防止される。また、緩衝材７Ａは、２５０℃の温度で９ＭＰａの圧縮弾性率を有している。緩衝材７Ａは、構造体５Ａよりも硬く、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃよりも柔らかい硬さを有している。さらに、緩衝材７Ａは、緩衝材７Ａの側に向けられる半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの表面の高さの差（例えば１０μｍより小さい差）を吸収して焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃにほぼ均一な圧力を加えることができる厚さを有している。

【0040】

ステップＳ２１の次のステップＳ２３では、上金型の配置工程が実行される。具体的には、ステップＳ２３において、図３に示すように、空間３１を有する上金型３Ａを空間３１が下金型２Ａ側に向けられた状態で緩衝材７Ａの上方に配置する。上金型３Ａは、下金型２Ａが取り付けられた半導体モジュールの製造装置に取り付けられている。

【0041】

上金型３Ａに形成された空間３１は、導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃ、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、第一保護シート４Ａ、構造体５Ａ、第二保護シート６Ａ及び緩衝材７Ａを挿入できる大きさの開口を有している。空間３１は、構造体５Ａの貫通孔５１ａ，５１ｂ，５１ｃに半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃが挿入され且つ焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃへの圧力を加える前における下金型２Ａから緩衝材７Ａまでの長さよりも、浅い深さを有している。ここで、下金型２Ａから緩衝材７Ａまでの長さは、凹部２１の開口端を含む下金型２Ａの表面から上金型３Ａに対向する緩衝材７Ａの表面までの長さである。これにより、上金型３Ａを下金型２Ａに接触させた状態で焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを焼結することにより、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃに所望の圧力を加えることができる（詳細は後述）。

【0042】

上金型３Ａは、例えば下金型２Ａと同じ金型用金属材料またはセラミック材料（例えば窒化ケイ素など）で形成されている。上金型３Ａは、下金型２Ａと異なる金属材料で形成されていてもよい。上金型３Ａは、後の工程で焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃに熱を加えるために下金型２Ａの上方に配置される前に加熱され、例えば２５０℃以上の温度を有している。上金型３Ａは、加熱された後に半導体モジュールの製造装置に取り付けられてもよいし、当該製造装置によって加熱されてもよい。

【0043】

ステップＳ２３の次のステップＳ２５では、焼結材への加圧及び加熱工程が実行される。具体的には、ステップＳ２５において、図４に示すように、焼結材のはみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１，１５１ｃ－１には構造体５Ａを介し、焼結材の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ下の接触部１５１ａ－２，１５１ｂ－２，１５１ｃ－２には半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを介して、上金型３Ａによって複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを加圧及び加熱して焼結する。つまり、複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、構造体５Ａ及び緩衝材７Ａを上金型３Ａに形成された空間３１に内包した状態で、緩衝材７Ａと複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び構造体５Ａとを介して上金型３Ａによって複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを加圧及び加熱して焼結する。本実施形態では、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び構造体５Ａの間に第一保護シート４Ａが配置され、構造体５Ａ及び緩衝材７Ａの間に第二保護シート６Ａが配置されている。このため、上金型３Ａは、複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、第一保護シート４Ａ、構造体５Ａ、第二保護シート６Ａ及び緩衝材７Ａを空間３１に内包した状態で焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを加圧及び加熱する。

【0044】

下金型２Ａは、焼結材への加圧及び加熱工程において、絶縁配線基板１３を固定した状態で伝熱部材１３５側から絶縁配線基板１３を支える。さらに、下金型２Ａは、例えば２５０℃以上の温度を有している。このため、下金型２Ａは、焼結材への加圧及び加熱工程において、絶縁配線基板１３を介して焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを加圧及び加熱する。このように、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃは、上金型３Ａ及び下金型２Ａによって、例えば１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の圧力及び２００℃以上３００℃以下の温度が加えられて焼結する。

【0045】

緩衝材７Ａは、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃよりも柔らかく、かつ構造体５Ａよりも硬い硬さを有している。このため、図４に示すように、下金型２Ａが上金型３Ａの空間３１の開口を塞いだ状態で下金型２Ａ及び上金型３Ａが互いに接触すると、緩衝材７Ａは、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃによって上金型３Ａ側に押し上げられ、構造体５Ａを下金型２Ａ側に押し下げる。これにより、緩衝材７Ａの下金型２Ａ側の表面は、導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃ、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ及び半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃによって形成される段差形状に倣う形状になる。緩衝材７Ａは、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの焼結時に下金型２Ａ側の表面をこのように変形させた状態で圧縮される。

【0046】

緩衝材７Ａは、当該焼結時でも低弾性率を有するため、焼結材への加圧及び加熱工程において圧縮されることによって、緩衝材７Ａの側に向けられる半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの表面のそれぞれの高さ公差を吸収することができる。ここで、緩衝材７Ａの側に向けられる半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの表面は、第一保護シート４Ａに接触する半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの表面である。また、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの表面のそれぞれの高さは、例えば複数の導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃが形成された絶縁基板１３１の表面からの距離に相当する。

【0047】

また、緩衝材７Ａには、焼結材への加圧及び加熱工程において、絶縁配線基板１３、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、第一保護シート４Ａ、構造体５Ａ、第二保護シート６Ａ及び緩衝材７Ａが積層された方向（縦方向）に力が加えられる。このため、緩衝材７Ａは、当該力と同じ力で絶縁配線基板１３の面内に平行な方向（横方向）に力を加える。緩衝材７Ａの周囲には、上金型３Ａの側壁が配置されている。したがって、緩衝材７Ａは、焼結材への加圧及び加熱工程において、上金型３Ａを押し広げる方向に上金型３Ａの側壁に力を加える。このため、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び構造体５Ａのそれぞれへの接合加圧が不均一となり、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃと導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃとの接合品質が低下する可能性がある。

【0048】

上述のとおり、緩衝材７Ａは、０．２以下のポアソン比を有している。このため、緩衝材７Ａは、横方向に広がりにくい特性を有している。このため、緩衝材７Ａは、横方向に広がることに起因する半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び構造体５Ａのそれぞれへの接合加圧が不均一となることを防止できる。さらに、緩衝材７Ａは、例えば０．２よりも大きいポアソン比を有する材料によって形成された緩衝材よりも、縦方向に加圧された場合に上金型３Ａの側壁に対して弱い力を加える。このため、上金型３Ａは、硬度の低い安価な材料で作製されることができるので、半導体モジュール１の製造費用の低価格化を図ることができる。

【0049】

上金型３Ａ及び下金型２Ａによって焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃに圧力及び熱が加えられることにより、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃにおいて焼結反応が促進される。当該焼結反応が促進される過程において、焼結材１５１ａの接触部１５１ａ－２には半導体チップ１４ａを介して圧力が加わり、焼結材１５１ａのはみ出し部１５１ａ－１には構造体５Ａから圧力が加わる。第一保護シート４Ａに接触する半導体チップ１４ａの表面と、第二保護シート６Ａに接触し且つはみ出し部１５１ａ－１の上方における構造体５Ａの表面とは、第一保護シート４Ａの厚さ分の差があるものの、複数の導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃが形成された絶縁基板１３１の表面を基準とする高さはほぼ同じである。このため、焼結材１５１ａの接触部１５１ａ－２が半導体チップ１４ａを介して上金型３Ａから加えられる圧力と、焼結材１５１ａのはみ出し部１５１ａ－１が構造体５Ａを介して上金型３Ａから加えられる圧力とは、ほぼ同じ強さになる。これにより、焼結材１５１ａの接触部１５１ａ－２及びはみ出し部１５１ａ－１は、焼結材への加圧及び加熱工程において、同程度に焼結反応が促進される。

【0050】

同様に、当該焼結反応が促進される過程において、焼結材１５１ｂの接触部１５１ｂ－２には半導体チップ１４ｂを介して圧力が加わり、焼結材１５１ｂのはみ出し部１５１ｂ－１には構造体５Ａから圧力が加わる。第一保護シート４Ａに接触する半導体チップ１４ｂの表面と、第二保護シート６Ａに接触し且つはみ出し部１５１ｂ－１の上方における構造体５Ａの表面とは、第一保護シート４Ａの厚さ分の差があるものの、複数の導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃが形成された絶縁基板１３１の表面を基準とする高さはほぼ同じである。このため、焼結材１５１ｂの接触部１５１ｂ－２が半導体チップ１４ｂを介して上金型３Ａから加えられる圧力と、焼結材１５１ｂのはみ出し部１５１ｂ－１が構造体５Ａを介して上金型３Ａから加えられる圧力とは、ほぼ同じ強さになる。これにより、焼結材１５１ｂの接触部１５１ｂ－２及びはみ出し部１５１ｂ－１は、焼結材への加圧及び加熱工程において、同程度に焼結反応が促進される。

【0051】

同様に、当該焼結反応が促進される過程において、焼結材１５１ｃの接触部１５１ｃ－２には半導体チップ１４ｃを介して圧力が加わり、焼結材１５１ｃのはみ出し部１５１ｃ－１には構造体５Ａから圧力が加わる。第一保護シート４Ａに接触する半導体チップ１４ｃの表面と、第二保護シート６Ａに接触し且つはみ出し部１５１ｃ－１の上方における構造体５Ａの表面とは、第一保護シート４Ａの厚さ分の差があるものの、複数の導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃが形成された絶縁基板１３１の表面を基準とする高さはほぼ同じである。このため、焼結材１５１ｃの接触部１５１ｃ－２が半導体チップ１４ａを介して上金型３Ａから加えられる圧力と、焼結材１５１ａのはみ出し部１５１ｃ－１が構造体５Ａを介して上金型３Ａから加えられる圧力とは、ほぼ同じ強さになる。これにより、焼結材１５１ｃの接触部１５１ａ－２及びはみ出し部１５１ｃ－１は、焼結材への加圧及び加熱工程において、同程度に焼結反応が促進される。

【0052】

焼結材１５１ａのはみ出し部１５１ａ－１及び接触部１５１ａ－２が半導体チップ１４ａ及び構造体５Ａを介して上金型３Ａから加えられる圧力と、焼結材１５１ｂのはみ出し部１５１ｂ－１及び接触部１５１ｂ－２が半導体チップ１４ｂ及び構造体５Ａを介して上金型３Ａから加えられる圧力と、焼結材１５１ｃのはみ出し部１５１ｃ－１及び接触部１５１ｃ－２が半導体チップ１４ａ及び構造体５Ａを介して上金型３Ａから加えられる圧力は、ほぼ同じである。このため、焼結材１５１ａのはみ出し部１５１ａ－１及び接触部１５１ａ－２、焼結材１５１ｂのはみ出し部１５１ｂ－１及び接触部１５１ｂ－２並びに焼結材１５１ｃのはみ出し部１５１ｃ－１及び接触部１５１ｃ－２は、同程度かつ所望の焼結反応が促進される。これにより、ペースト状又はシート状の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃに含まれていた銀粒子又は銅粒子が結合して構成された焼結体を有し、導電性を有する焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃが形成される。

【0053】

焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを焼結する際に、第一保護シート４Ａは、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの上面及び側面、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの表面、導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃの表面、絶縁基板１３２の表面を覆っている。このため、第一保護シート４Ａは、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを焼結する際に、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの上面及び側面、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの表面、導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃの表面、絶縁基板１３２の表面が構造体５Ａによって汚されることを防止できる。

【0054】

ステップＳ２５の次のステップＳ２７では、上金型の退避工程が実行される。具体的には、ステップＳ２７において、図５に示すように、上金型３Ａが例えば下金型２Ａの上方に退避され、空間３１に内包されていた緩衝材７Ａなどが外部に露出される。

【0055】

ステップＳ２７の次のステップＳ２９では、緩衝材の除去工程が実行される。具体的には、ステップＳ２９において、図５に示すように、緩衝材７Ａが第二保護シート６Ａから除去される。下金型２Ａ側の緩衝材７Ａの表面には、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃなどに倣う形状が残存する。このため、緩衝材７Ａは、半導体モジュール１を製造するごとに取り替えられる使い捨ての部材である。

【0056】

ステップＳ２９の次のステップＳ３１では、第二保護シート、構造体及び第一保護シートの除去工程が実行される。具体的には、ステップＳ３１において、図６に示すように、第二保護シート６Ａ、構造体５Ａ及び第一保護シート４Ａが除去される。これにより、絶縁配線基板１３には、焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃによって導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃに接合された半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃが残存する。第二保護シート６Ａ、構造体５Ａ及び第一保護シート４Ａには、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃなどに倣う形状が残存する。このため、第二保護シート６Ａ、構造体５Ａ及び第一保護シート４Ａは、半導体モジュール１を製造するごとに取り替えられる使い捨ての部材である。

【0057】

ステップＳ３１の次のステップＳ３３では、絶縁配線基板の取り外し工程が実行される。具体的には、ステップＳ３３において、図６に示すように、焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃによって導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃに接合された半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有する絶縁配線基板１３が下金型２Ａから取り外される。これにより、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを絶縁配線基板１３に接合する工程が終了する。

【0058】

図示は省略するが、図１に示すように、冷却器１９が取り付けられたケース１１の空間１１１に、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃが接合された絶縁配線基板１３を配置する。次に、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃとケース１１に配置された端子１６ａなどとをボンディングワイヤ１７ａ，１７ｂ，１７ｃによって接続し、導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃとケース１１に配置された端子１６ｂなどをボンディングワイヤ１７ｄ，１７ｅ，１７ｆによって接続する。次に、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、ボンディングワイヤ１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ及び導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃを覆って空間１１１に封止樹脂１８を注型する。これにより、半導体モジュール１が完成する。

【0059】

（半導体モジュールの製造方法の効果）
次に、本実施形態による半導体モジュールの製造方法の効果について、図３及び図４を参照しつつ図７から図１１を用いて説明する。

【0060】

（比較例１）
図７及び図８は、比較例１による半導体モジュールの製造方法における焼結材の加圧及び加熱工程を説明するための図である。

【0061】

図７に示すように、比較例１による半導体モジュールの製造方法では、平板形状の下金型２Ｘの上に絶縁配線基板１３Ｘが配置される。絶縁配線基板１３Ｘは、本実施形態における絶縁配線基板１３と同様に、絶縁基板１３２と、絶縁基板１３２の一方の表面に形成された導電パターン１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃと、絶縁基板１３２の他方の表面に形成された伝熱部材１３６とを有している。絶縁基板１３２は、本実施形態における絶縁基板１３１と同様の作用・機能を有している。導電パターン１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃは、本実施形態における導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃと同様の作用・機能を有している。伝熱部材１３６は、本実施形態における伝熱部材１３５と同様の作用・機能を有している。絶縁配線基板１３Ｘは、伝熱部材１３６を下金型２Ｘ側に向けて下金型２Ｘの上に配置される。

【0062】

次に、図７に示すように、導電パターン１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃの所定箇所に焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃが形成される。焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃは、本実施形態における焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃと同様の作用・機能を有している。

【0063】

次に、図７に示すように、焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃの上に半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃを配置する。半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃは、本実施形態における半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃと同様の作用・機能を有している。

【0064】

次に、図７に示すように、半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃの上に、絶縁配線基板１３Ｘの上方の全面を覆うことが可能な大きさの１枚の保護シート６Ｘを配置する。保護シート６Ｘは、半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃの上面に接触させて配置される。

【0065】

次に、図７に示すように、絶縁配線基板１３Ｘなどを挟んで下金型２Ｘの上方に、上金型９Ａを対向して配置する。比較例１による上金型９Ａは、内部に加圧機構部９１を有している。加圧機構部９１は、本実施形態における緩衝材７Ａと同様に低弾性率を有している。上金型９Ａは、一方の端部が加圧機構部９１に接触し他方の端部が上金型９Ａから突出する個別加圧部９２ａ，９２ｂ，９２ｃを有している。個別加圧部９２ａ，９２ｂ，９２ｃは、上金型９Ａを下金型２Ｘに対向して配置した場合に、下金型２Ｘ側に向かって突出する。個別加圧部９２ａ，９２ｂ，９２ｃは、半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃの配置位置に対応させて配置されている。このため、上金型９Ａが絶縁配線基板１３Ｘを挟んで下金型２Ｘに対向して配置されると、個別加圧部９２ａは、保護シート６Ｘを挟んで半導体チップ１４１ａに対向して配置され、個別加圧部９２ｂは、保護シート６Ｘを挟んで半導体チップ１４１ｂに対向して配置され、個別加圧部９２ｃは、保護シート６Ｘを挟んで半導体チップ１４１ｃに対向して配置される。

【0066】

次に、図８に示すように、上金型９Ａ及び下金型２Ｘによって焼結材１５１ａ，１５２ｂ，１５２ｃを加圧する。上金型９Ａが下金型２Ｘに向かって下降すると、まず、個別加圧部９２ａ，９２ｂ，９２ｃの端部が保護シート６Ｘに接触する。加圧機構部９１は、個別加圧部９２ａ，９２ｂ，９２ｃ、半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ及び絶縁配線基板１３Ｘよりも柔らかい。このため、個別加圧部９２ａ，９２ｂ，９２ｃの端部が保護シート６Ｘに接触した後も上金型９Ａの下降が継続すると、図８に示すように、個別加圧部９２ａ，９２ｂ，９２ｃは、上金型９Ａが下降する前に上金型９Ａから突出していた部分と同じ長さ分だけ加圧機構部９１に食い込む。上金型９Ａは、下金型２Ｘに対向する表面がほぼ面一になった状態で、保護シート６Ｘ及び半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃを介して焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃを加圧する。

【0067】

上金型９Ａ及び下金型２Ｘは、本実施形態における上金型３Ａ及び下金型２Ａと同様に、加熱されて例えば２５０℃程度の温度を有している。このため、上金型９Ａ及び下金型２Ｘは、焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃに圧力とともに熱を加えることができる。これにより、焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃが焼結して半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃと絶縁配線基板１３Ｘ（具体的には導電パターン１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ）が接合される。

【0068】

このように、比較例１における上金型９Ａは、焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃを加圧及び加熱することができる。しかしながら、上金型９Ａは、加圧機構部９１を配置する空間及び個別加圧部９２ａ，９２ｂ，９２ｃを配置する開口を有する必要があるため、複雑な構造を有している。また、上金型９Ａの空間に加圧機構部９１を設けたり、上金型９Ａの開口に個別加圧部９２ａ，９２ｂ，９２ｃを設けたりする必要があるため、上金型９Ａの構造や製造が複雑になる。また、半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃの配置位置や個数は半導体モジュールの品種ごとに異なる。このため、上金型９Ａは、半導体モジュールの品種ごとに作製する必要がある。

【0069】

また、上金型９Ａを繰り返し使用していると、加圧機構部９１は同じ箇所を個別加圧部９２ａ，９２ｂ，９２ｃに押し上げられる。このため、加圧機構部９１の当該箇所における弾性力の経時変化によって、焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃに必要な力を加えることができなくなる可能性がある。このため、加圧機構部９１には使用回数に制限がある。

【0070】

このように、比較例１による半導体モジュールの製造方法では、半導体モジュールの製造に用いる上金型９Ａの作製費用、加圧機構部９１の交換費用などで、半導体モジュールの製造コストが高くなる。

【0071】

これに対し、本実施形態による半導体モジュールの製造方法では、空間３１を有する一方が開口された箱状の単純な構造を有する上金型３Ａが使用される。このため、上金型３Ａは、上金型９Ｘと比較して低コストで作製することができる。したがって、本実施形態による半導体モジュールの製造方法は、比較例１による半導体モジュールの製造方法よりも半導体モジュールの製造費用の低コスト化を図ることができる。

【0072】

さらに、比較例１による半導体モジュールの製造方法は、焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃを十分に焼結できない可能性があるという問題を有している。図９は、焼結材１５２ａを焼結している過程を模式的に示す図である。

【0073】

図９に示すように、焼結材１５２ａの接触部１５２ａ－２には、半導体チップ１４１ａが接触して配置されている。一方、焼結材１５２ａのはみ出し部１５２ａ－１には、上金型３Ｘ（図８参照）側に接触する部材が配置されていない。このため、図９中に下向きの太矢印で示すように、個別加圧部９２ａによって上金型３Ｘから下金型２Ｘ側に向かって圧力が加えられると、半導体チップ１４１ａの直下に配置された焼結材１５２ａの接触部１５２ａ－２には、個別加圧部９２ａからの圧力とほぼ同じ強さの圧力が加わる。一方、半導体チップ１４１ａの周縁の焼結材１５２ａのはみ出し部１５２ａ－１に対し、個別加圧部９２ａからの圧力が逃げてしまう。

【0074】

これにより、個別加圧部９２ａからの圧力とほぼ同じ強さで加圧される接触部１５２ａ－２では、焼結材１５２ａに含まれる金属粒子が密な状態（空気率が低い状態）の焼結体ＳＣ１となり、個別加圧部９２ａからの圧力が逃げてしまうはみ出し部１５２ａ－１では、焼結材１５２ａに含まれる金属粒子が疎な状態（空気率が高い状態）の焼結体ＳＣ３となる。このため、図９中に横方向の太矢印で示すように、半導体チップ１４１ａの中央側から周縁側に向かって、焼結材１５２ａに含まれる金属粒子が高密度から低密度に変化する。また、接触部１５２ａ－２においても半導体チップ１４１ａの中心側に近い領域の焼結体ＳＣ１の方が半導体チップ１４１ａの周縁側に近い領域の焼結体ＳＣ２よりも金属粒子が密の状態になる。焼結材１５２ａが焼結されて形成された焼結金属層は、金属粒子が高密度の部分において所望の機械特性、電気特性及び熱特性を有するが、金属粒子が低密度の部分において所望の機械特性、電気特性及び熱特性を有さない可能性がある。その結果、当該焼結金属層において、はみ出し部１５２ａ－１が焼結されて形成された部分がクラックの起点となる場合がある。焼結材１５２ｂ，１５２ｃについても、焼結材１５２ａと同様に、はみ出し部が焼結されて形成された部分がクラックの起点となる場合がある。このため、比較例１による半導体モジュールの製造方法によって製造された半導体モジュールは、信頼性が低下するという問題を有している。

【0075】

これに対し、本実施形態による半導体モジュールの製造方法では、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを介して焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの接触部１５１ａ－２，１５１ｂ－２，１５１ｃ－２に印加される圧力とほぼ同じ圧力を、構造体５Ａを介して焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃのはみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１，１５１ｃ－１に対して印加することができる。これにより、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃが焼結されて形成された焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃ（図１参照）は、全体の領域において均一の密度の焼結体を有することができる。その結果、焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、全体の領域において所望の機械特性、電気特性及び熱特性を有することができるので、クラックの発生が防止されるので、半導体モジュール１の性能や信頼性の低下を防止することができる。

【0076】

（比較例２）
図１０及び図１１は、比較例２による半導体モジュールの製造方法における焼結材の加圧及び加熱工程を説明するための図である。比較例２による半導体モジュールの製造方法によって製造される半導体モジュールに用いられる絶縁配線基板、焼結材及び半導体チップについては、比較例１における絶縁配線基板１３Ｘ、焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ及び半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃと同様の符号を用いて説明する。

【0077】

図１０に示すように、比較例２による半導体モジュールの製造方法では、本実施形態置ける下金型２Ａと同様の構成を有する下金型２Ｙの上に絶縁配線基板１３Ｘが配置される。このため、絶縁配線基板１３Ｘが下金型２Ｙに配置されると、絶縁配線基板１３Ｘに設けられた導電パターン１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃが下金型２Ｙから飛び出した状態となる。

【0078】

次に、図１０に示すように、導電パターン１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃの所定箇所に焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃを形成し、焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃの上に半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃを配置する。

【0079】

次に、図１０に示すように、絶縁配線基板１３Ｘなどを挟んで下金型２Ｙの上方に、上金型９Ｂを対向して配置する。比較例２による上金型９Ｂは、内部に形成された空間に流動性の高い弾性体９４と、当該空間の開口を塞いで配置されて弾性体９４を当該空間に密閉する密閉シート９５とを有している。上金型９Ｂは、密閉シート９５を下金型２Ｂに向かい合わせて配置される。

【0080】

次に、図１１に示すように、上金型９Ｂ及び下金型２Ｙによって焼結材１５１ａ，１５２ｂ，１５２ｃを加圧する。上金型９Ｂが下金型２Ｙに向かって下降すると、密閉シート９５が半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ及び絶縁配線基板１３Ｘを含む全面に密着する。密閉シート９５及び弾性体９４は、半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ及び絶縁配線基板１３Ｘよりも柔軟性を有している。このため、上金型９Ｂが下金型２Ｙに接触した状態で配置されると、密閉シート９５及び密閉シート９５近傍の弾性体９４は、弾性力を有しているので、絶縁配線基板１３Ｘなどを含む当該全面の形状に倣った形状に変形する。これにより、弾性体９４は、密閉シート９５を介して焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃを加圧する。

【0081】

上金型９Ｂ及び下金型２Ｙは、本実施形態における上金型３Ａ及び下金型２Ａと同様に、加熱されて例えば２５０℃程度の温度を有している。このため、上金型９Ｂ及び下金型２Ｙは、焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃに圧力とともに熱を加えることができる。これにより、焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃが焼結して半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃと絶縁配線基板１３Ｘ（具体的には導電パターン１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ）が接合される。

【0082】

このように、比較例２における上金型９Ｂは、焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃを加圧及び加熱することができる。比較例２による半導体モジュールの製造方法では、焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃの加圧及び加熱時に、導電パターン１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ及び半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃが弾性体９４に食い込む。これにより、弾性体９４は、導電パターン１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ及び半導体チップ１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃの大きさに基づいて外側に広がろうとする。このため、上金型９Ｂは、弾性体９４が外側に広がろうとする内圧に耐える大きさや強度が必要になる。このため、上金型９Ｂの作製費用が高額になるので、半導体モジュールの製造コストが高くなる。

【0083】

これに対し、本実施形態による半導体モジュールの製造方法では、緩衝材７Ａは、上述のとおり、０．２以下のポアソン比を有している。このため、緩衝材７Ａは、弾性体９４と比較して、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの加圧及び加熱時における外側への広がりが小さい。これにより、上金型３Ａは、上金型９Ｂよりも低い強度を有することができるので、安価な材料で形成されてもよい。このように、本実施形態による半導体モジュールの製造方法では、安価な上金型３Ａを用いることができるので、比較例２による半導体モジュールの製造方法よりも半導体モジュールの製造設備や製造費用の低コスト化を図ることができる。

【0084】

さらに、比較例２による半導体モジュールの製造方法では、焼結材１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃのそれぞれのはみ出し部には弾性体９４を介して圧力が印加される。このため、比較例２による半導体モジュールの製造方法では、比較例１による半導体モジュールの製造方法と同様に、当該はみ出し部に十分な圧力が加わらない。このため、比較例２による半導体モジュールの製造方法によって製造される半導体モジュールは、信頼性が低下するという問題を有している。

【0085】

これに対し、本実施形態による半導体モジュールの製造方法では、焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃが全体の領域において均一の密度の焼結体を有することができる。その結果、焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、全体の領域において所望の機械特性、電気特性及び熱特性を有することができるので、半導体モジュール１の性能や信頼性の低下を防止することができる。

【0086】

以上説明したように、本実施形態による半導体モジュールの製造方法は、下金型２Ａの上に絶縁配線基板１３を配置し、絶縁配線基板１３の上の複数箇所に焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ及び複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃのそれぞれの上に半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを配置し、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのそれぞれの周縁にはみ出した焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃのはみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１，１５１ｃ－１の上に構造体５Ａを配置し、はみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１，１５１ｃ－１には構造体５Ａを介し、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの接触部１５１ａ－２，１５１ｂ－２，１５１ｃ－２には半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを介して上金型３Ａによって複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを加圧及び加熱して焼結する。

【0087】

本実施形態による半導体モジュールの製造方法によれば、半導体モジュール１の性能や信頼性の低下を防止することができる。

【0088】

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態による半導体モジュールの製造方法について図１２及び図１３を用いて説明する。本実施形態による半導体モジュールの製造方法は、複数の半導体チップの配置位置に対応する箇所に凸部を有する上金型を用いる点に特徴を有している。本実施形態による半導体モジュールの製造方法の説明に当たって、上記第１実施形態による半導体モジュールの製造方法に用いられる部材と同一の作用・機能を奏する部材については、同一の符号を付して説明は省略する。

【0089】

（半導体モジュールの構成）
本実施形態による半導体モジュールの製造方法によって製造される半導体モジュールは、上記第１実施形態による半導体モジュールの製造方法によって製造される半導体モジュールと同様の構成を有し、同様の機能を発揮するため、説明は省略する。

【0090】

（半導体モジュールの製造方法）
本実施形態による半導体モジュールの製造方法は、絶縁配線基板の配置工程と焼結材及び半導体チップの配置工程（図２参照）の間に位置決め治具の配置工程を有し、上金型の退避工程と第二保護シートの除去工程との間に位置決め治具の退避工程を有する点を除いて、上記第１実施形態による半導体モジュールの製造方法と同様であるため、位置決め治具の配置工程から焼結材への加圧及び加熱工程（図２参照）について説明し、その他の工程の説明は省略する。

【0091】

図１２は、位置決め治具の配置工程から緩衝材の配置工程までを説明するための図である。図１３は、焼結材への加圧及び加熱工程を説明するための図である。

【0092】

本実施形態による半導体モジュールの製造方法における位置決め治具の配置工程では、図１２に示すように、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの上に配置する前に、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの配置位置に対応する箇所に開口部８１ａ，８１ｂ，８１ｃを有する位置決め治具８を絶縁配線基板１３の上に配置する。これにより、絶縁配線基板１３は、位置決め治具８によって、平板状を有する下金型２Ｂの所定箇所に固定される。位置決め治具８は、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの焼結時に加えられる温度によって変形しないように、高耐熱で熱膨張係数の小さい例えばカーボン製又はセラミック製の治具である。

【0093】

本実施形態における焼結材及び半導体チップの配置工程において、図１２に示すように、絶縁配線基板１３の上の複数箇所に焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ及び複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの上に半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを配置する。焼結材１５１ａは位置決め治具８に形成された開口部８１ａに配置され、焼結材１５１ｂは位置決め治具８に形成された開口部８１ｂに配置され、焼結材１５１ｃは位置決め治具８に形成された開口部８１ｃに配置される。絶縁配線基板１３の上に配置される焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃは、ペースト状又はシート状を有している。本実施形態では、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃは、例えば開口部８１ａ，８１ｂ，８１ｃに配置可能な大きさのシート状を有している。

【0094】

さらに、焼結材及び半導体チップの配置工程において、焼結材１５１ａの上に半導体チップ１４ａが配置され、焼結材１５１ｂの上に半導体チップ１４ｂが配置され、焼結材１５１ｃの上に半導体チップ１４ｃが配置される。本実施形態では、焼結材１５１ａ、１５１ｂ，１５１ｃを絶縁配線基板１３に配置した後に半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃに配置するようになっているが、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃが設けられた半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃが、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ側を絶縁配線基板１３に向けた状態で、絶縁配線基板１３の上に配置されてもよい。この場合、１枚の焼結材シートを半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのそれぞれによって打ち抜くことによって、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのそれぞれに焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃが設けられる。

【0095】

また、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃは、例えばペースト状を有していてもよい。この場合、ペースト状の焼結材が開口部８１ａ，８１ｂ，８１ｃのそれぞれに塗布されて、ペースト状の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃが開口部８１ａ，８１ｂ，８１ｃに配置される。

【0096】

本実施形態における第一保護シートの配置工程において、図１２に示すように、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの上に第一保護シート４Ｂａ，４Ｂｂ，４Ｂｃをそれぞれ配置する。第一保護シート４Ｂａは開口部８１ａにおいて半導体チップ１４ａの上に配置され、第一保護シート４Ｂｂは開口部８１ｂにおいて半導体チップ１４ｂの上に配置され、第一保護シート４Ｂｃは開口部８１ｃにおいて半導体チップ１４ｃの上に配置される。第一保護シート４Ｂａ，４Ｂｂ，４Ｂｃは、例えば第１実施形態における第一保護シート４Ａと同様の材料で形成され、かつ同様の厚さを有している。なお、第一保護シート４Ｂａ，４Ｂｂ，４Ｂｃは、第１実施形態における第一保護シート４Ａと異なる材料で形成されていてもよいし、第一保護シート４Ａと異なる厚さを有していてもよい。

【0097】

本実施形態における構造体の配置工程において、図１２に示すように、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのそれぞれの周縁にはみ出した焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃのはみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１，１５１ｃ－１の上に構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃを配置する。構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃは、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを挿入可能に形成された環状を有し、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに対応させて構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃで囲まれる空間５２ａ，５２ｂ，５２ｃを配置した場合にはみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１，１５１ｃ－１の上に配置される。構造体５Ｂａは、空間５２ａを半導体チップ１４ａに対応させて焼結材１５１ａのはみ出し部１５１ａ－１の上に配置される。構造体５Ｂｂは、空間５２ｂを半導体チップ１４ｂに対応させて焼結材１５１ｂのはみ出し部１５１ｂ－１の上に配置される。構造体５Ｂｃは、空間５２ｃを半導体チップ１４ｃに対応させて焼結材１５１ｃのはみ出し部１５１ｃ－１の上に配置される。このように、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの上に構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃをそれぞれ個別に配置する。構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃは、例えば第１実施形態における構造体５Ａと同様の材料で形成されている。なお、構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃは、第１実施形態における構造体５Ａと異なる材料で形成されていてもよい。

【0098】

本実施形態における第二保護シートの配置工程において、図１２に示すように、構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃの上に第二保護シート６Ｂａ，６Ｂｂ，６Ｂｃを配置する。第二保護シート６Ｂａは、例えば構造体５Ｂａの全体を覆うことが可能な膜状を有している。第二保護シート６Ｂｂは、例えば構造体５Ｂｂの全体を覆うことが可能な膜状を有している。第二保護シート６Ｂｃは、例えば構造体５Ｂｃの全体を覆うことが可能な膜状を有している。第二保護シート６Ｂａ，６Ｂｂ，６Ｂｃは、例えば上記第１実施形態における第二保護シート６Ａと同じ材料で形成され、第二保護シート６Ａと同じ厚さを有している。なお、第二保護シート６Ｂａ，６Ｂｂ，６Ｂｃは、第二保護シート６Ａと異なる材料で形成され、第二保護シート６Ａと異なる厚さを有していてもよい。

【0099】

本実施形態における緩衝材の配置工程において、図１２に示すように、複数の構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃの上に緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃをそれぞれ個別に配置する。緩衝材７Ｂａは、第二保護シート６Ｂａに接触させた状態で第二保護シート６Ｂａの上方に配置される。緩衝材７Ｂｂは、第二保護シート６Ｂｂに接触させた状態で、第二保護シート６Ｂｂの上方に配置される。緩衝材７Ｂｃは、第二保護シート６Ｂｃに接触させた状態で第二保護シート６Ｂｃの上方に配置される。このため、緩衝材７Ｂａは第二保護シート６Ｂａを介して半導体チップ１４ａの上に配置され、緩衝材７Ｂｂは第二保護シート６Ｂｂを介して半導体チップ１４ｂの上に配置され、緩衝材７Ｂｃは第二保護シート６Ｂｃを介して半導体チップ１４ｃの上に配置されている。このように、本実施形態では、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃは、互いに分離されている。

【0100】

緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃは、例えば上記第１実施形態における緩衝材７Ａと同様の材料で形成されている。緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃは、２５０℃以上の耐熱性、０．２以下のポアソン比、ＪＩＳ Ｋ ６２５３準拠のタイプＡデュロメータで８０ポイント±５％の硬さ、及び１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の厚さを有している。緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７ＢｃがＪＩＳ Ｋ ６２５３準拠のタイプＡデュロメータで８０ポイント±５％の硬さを有することにより、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの焼結時に緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃが第二保護シート５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃを突き破って半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに傷をつけてしまうことが防止される。緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃは、１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の厚さを有することにより、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃの側に向けられる半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの表面の高さの差（例えば１０μｍより小さい差）を吸収して焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃにほぼ均一な圧力を加えることができる。また、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃは、２５０℃の温度で９ＭＰａの圧縮弾性率を有している。緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃは、ポアソン比、ビッカース硬さ及び厚さが上述の値を有していれば、緩衝材７Ａと異なる材料で形成されていてもよい。

【0101】

本実施形態における上金型の配置工程において、図１２に示すように、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの配置位置に対応する箇所に凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｃを有する上金型３Ｂを、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃに複数の凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｃを対応させて下金型２Ｂの上方に配置する。半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの上方には、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃが配置されているので、上金型３Ｂは、凸部３２ａを緩衝材７Ｂａに対向させ、凸部３２ｂを緩衝材７Ｂｂに対向させ、凸部３２ｃを緩衝材７Ｂｃに対向させた状態で下金型２Ｂの上方に配置される。上金型３Ｂは、下金型２Ｂが取り付けられた半導体モジュールの製造装置に取り付けられている。

【0102】

凸部３２ａは、位置決め治具８の開口部８１ａに挿入可能な大きさを有している。凸部３２ｂは、位置決め治具８の開口部８１ｂに挿入可能な大きさを有している。凸部３２ｃは、位置決め治具８の開口部８１ｃに挿入可能な大きさを有している。このため、上金型３Ｂは、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの焼結時に、凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｃを開口部８１ａ，８１ｂ，８１ｃに挿入させた状態で焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを加圧することができる。

【0103】

上金型３Ｂは、例えば下金型２Ｂと同じ金属材料で形成されている。上金型３Ｂは、下金型２Ｂと異なる金属材料で形成されていてもよい。上金型３Ｂは、後の工程で焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃに熱を加えるために下金型２Ｂの上方に配置される前に加熱され、例えば２５０℃以上の温度を有している。このため、凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｃも例えば２５０℃以上の温度を有している。上金型３Ｂは、加熱された後に半導体モジュールの製造装置に取り付けられてもよいし、当該製造装置によって加熱されてもよい。

【0104】

本実施形態における焼結材への加圧及び加熱工程において、図１２に示すように、焼結材のはみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１，１５１ｃ－１には構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃを介し、焼結材の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ下の接触部１５１ａ－２，１５１ｂ－２，１５１ｃ－２には半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを介して、上金型３Ｂによって複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを加圧及び加熱して焼結する。つまり、複数の緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃ、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃを介して凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｃによって複数の焼結材１５１ａ、１５１ｂ，１５１ｃを加圧及び加熱して焼結する。本実施形態では、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ及び構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃの間に第一保護シート４Ｂａ，４Ｂｂ，４Ｂｃが配置され、構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃ及び緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃの間に第二保護シート６Ｂａ，６Ｂｂ，６Ｂｃが配置されている。このため、上金型３Ｂは、複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、第一保護シート４Ｂａ，４Ｂｂ，４Ｂｃ、構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃ、第二保護シート６Ｂａ，６Ｂｂ，６Ｂｃ及び緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃを介して凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｃによって焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを加圧及び加熱する。

【0105】

下金型２Ｂは、焼結材への加圧及び加熱工程において、絶縁配線基板１３を固定した状態で伝熱部材１３５側から絶縁基板１３１を支える。さらに、下金型２Ｂは、例えば２５０℃以上の温度を有している。このため、下金型２Ｂは、焼結材への加圧及び加熱工程において、絶縁配線基板１３を介して焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを加圧及び加熱する。このように、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃは、上金型３Ｂ及び下金型２Ｂによって、例えば１０ＭＰａ以上５０ＭＰａ以下の圧力及び２００℃以上３００℃以下の温度が加えられて焼結する。

【0106】

緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃは、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの加圧前では位置決め治具８から飛び出して配置されているが、図１３に示すように、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの加圧及び加熱時では位置決め治具８の開口部８１ａ，８１ｂ，８１ｃに全体が入り込むまで圧縮される。

【0107】

緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃは、当該焼結時でも低弾性率を有するため、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃへの加圧及び加熱工程において圧縮されることによって、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃの側に向けられる半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの表面のそれぞれの高さ公差を吸収することができる。

【0108】

また、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃには、焼結材への加圧及び加熱工程において、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、第一保護シート４Ｂａ，４Ｂｂ，４Ｂｃ、構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃ、第二保護シート６Ｂａ，６Ｂｂ，６Ｂｃ及び緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃが積層された方向（縦方向）に力が加えられる。このため、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃは、当該力と同じ力で絶縁配線基板１３の面内に平行な方向（横方向）に力を加える。緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃの周囲には、位置決め治具８の開口部８１ａ，８１ｂ，８１ｃを構成する側壁が配置されている。したがって、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃは、焼結材への加圧及び加熱工程において、位置決め治具８の開口部８１ａ，８１ｂ，８１ｃを押し広げる方向に開口部８１ａ，８１ｂ，８１ｃを構成する側壁に力を加える。さらに、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃが開口部８１ａ，８１ｂ，８１ｃを押し広げる際に、位置決め治具８の開口部８１ａ，８１ｂ，８１ｃのうちの互いに隣り合う開口部を構成する側壁同士は、互いに力を及ぼし合う。このため、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのそれぞれへの接合加圧が不均一となり、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃと導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃとの接合品質が低下する可能性がある。

【0109】

上述のとおり、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃは、０．２以下のポアソン比を有している。このため、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃは、横方向に広がりにくい特性を有している。緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃは、例えば０．２よりも大きいポアソン比を有する材料によって形成された緩衝材よりも、縦方向に加圧された場合に位置決め治具８の開口部８１ａ，８１ｂ，８１ｃを構成する側壁に対して弱い力を加える。このため、位置決め治具８は、硬度の低い安価な材料で作製されることができるので、半導体モジュール１の製造費用の低価格化を図ることができる。

【0110】

上金型３Ｂ及び下金型２Ｂによって焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃに圧力及び熱が加えられることにより、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃにおいて焼結反応が促進される。当該焼結反応が促進される過程において、焼結材１５１ａの接触部１５１ａ－２には半導体チップ１４ａを介して圧力が加わり、焼結材１５１ａのはみ出し部１５１ａ－１には構造体５Ｂａから圧力が加わる。第一保護シート４Ｂａに接触する半導体チップ１４ａの表面と、第二保護シート６Ｂａに接触し且つはみ出し部１５１ａ－１の上方における構造体５Ｂａの表面とは、第一保護シート４Ｂａの厚さ分の差があるものの、複数の導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃが形成された絶縁基板１３１の表面を基準とする高さはほぼ同じである。このため、焼結材１５１ａの接触部１５１ａ－２が半導体チップ１４ａを介して上金型３Ｂの凸部３２ａから加えられる圧力と、焼結材１５１ａのはみ出し部１５１ａ－１が構造体５Ｂを介して凸部３２ａから加えられる圧力とは、ほぼ同じ強さになる。これにより、焼結材１５１ａの接触部１５１ａ－２及びはみ出し部１５１ａ－１は、焼結材への加圧及び加熱工程において、同程度に焼結反応が促進される。

【0111】

同様に、当該焼結反応が促進される過程において、焼結材１５１ｂの接触部１５１ｂ－２には半導体チップ１４ｂを介して圧力が加わり、焼結材１５１ｂのはみ出し部１５１ｂ－１には構造体５Ｂｂから圧力が加わる。第一保護シート４Ｂｂに接触する半導体チップ１４ｂの表面と、第二保護シート６Ｂｂに接触し且つはみ出し部１５１ｂ－１の上方における構造体５Ｂｂの表面とは、第一保護シート４Ｂｂの厚さ分の差があるものの、複数の導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃが形成された絶縁基板１３１の表面を基準とする高さはほぼ同じである。このため、焼結材１５１ｂの接触部１５１ｂ－２が半導体チップ１４ｂを介して上金型３Ｂの凸部３２ｂから加えられる圧力と、焼結材１５１ｂのはみ出し部１５１ｂ－１が構造体５Ｂｂを介して凸部３２ｂから加えられる圧力とは、ほぼ同じ強さになる。これにより、焼結材１５１ｂの接触部１５１ｂ－２及びはみ出し部１５１ｂ－１は、焼結材への加圧及び加熱工程において、同程度に焼結反応が促進される。

【0112】

同様に、当該焼結反応が促進される過程において、焼結材１５１ｃの接触部１５１ｃ－２には半導体チップ１４ｃを介して圧力が加わり、焼結材１５１ｃのはみ出し部１５１ｃ－１には構造体５Ｂｃから圧力が加わる。第一保護シート４Ｂｃに接触する半導体チップ１４ｃの表面と、第二保護シート６Ｂｃに接触し且つはみ出し部１５１ｃ－１の上方における構造体５Ｂｃの表面とは、第一保護シート４Ｂｃの厚さ分の差があるものの、複数の導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃが形成された絶縁基板１３１の表面を基準とする高さはほぼ同じである。このため、焼結材１５１ｃの接触部１５１ｃ－２が半導体チップ１４ａを介して上金型３Ｂの凸部３２ｃから加えられる圧力と、焼結材１５１ａのはみ出し部１５１ｃ－１が構造体５Ｂｃを介して凸部３２ｃから加えられる圧力とは、ほぼ同じ強さになる。これにより、焼結材１５１ｃの接触部１５１ａ－２及びはみ出し部１５１ｃ－１は、焼結材への加圧及び加熱工程において、同程度に焼結反応が促進される。

【0113】

焼結材１５１ａのはみ出し部１５１ａ－１及び接触部１５１ａ－２が半導体チップ１４ａ及び構造体５Ｂａを介して上金型３Ｂの凸部３２ａから加えられる圧力と、焼結材１５１ｂのはみ出し部１５１ｂ－１及び接触部１５１ｂ－２が半導体チップ１４ｂ及び構造体５Ｂｂを介して上金型３Ｂの凸部３２ｂから加えられる圧力と、焼結材１５１ｃのはみ出し部１５１ｃ－１及び接触部１５１ｃ－２が半導体チップ１４ｃ及び構造体５Ｂｃを介して上金型３Ｂの凸部３２ｃから加えられる圧力は、ほぼ同じである。このため、焼結材１５１ａのはみ出し部１５１ａ－１及び接触部１５１ａ－２、焼結材１５１ｂのはみ出し部１５１ｂ－１及び接触部１５１ｂ－２並びに焼結材１５１ｃのはみ出し部１５１ｃ－１及び接触部１５１ｃ－２は、同程度かつ所望の焼結反応が促進される。これにより、シート状の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃに含まれていた銀粒子又は銅粒子が結合して構成された焼結体を有し、導電性を有する焼結金属層１５ａ，１５ｂ，１５ｃが形成される。

【0114】

焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを焼結する際に、第一保護シート４Ｂａ，４Ｂｂ，４Ｂｃは、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの上面及び側面並びに焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃの表面を覆っている。このため、第一保護シート４Ｂａ，４Ｂｂ，４Ｂｃは、焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを焼結する際に、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの上面及び側面が構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃによって汚されることを防止できる。

【0115】

以上説明したように、本実施形態による半導体モジュールの製造方法は、下金型２Ｂの上に絶縁配線基板１３を配置し、絶縁配線基板１３の上の複数箇所に焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ及び複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃのそれぞれの上に半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを配置し、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃのそれぞれの周縁にはみ出した焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃのはみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１，１５１ｃ－１の上に構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃを配置し、はみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１，１５１ｃ－１には構造体５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃを介し、半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃの接触部１５１ａ－２，１５１ｂ－２，１５１ｃ－２には半導体チップ１４ａ，１４ｂ，１４ｃを介して上金型３Ｂによって複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃを加圧及び加熱して焼結する。

【0116】

これにより、本実施形態による半導体モジュールの製造方法によれば、上記第１実施形態による半導体モジュールの製造方法と同様の効果が得られる。

【0117】

また、本実施形態による半導体モジュールの製造方法では、複数の半導体チップごとに分離された個別の構造体及び緩衝材が用いられる。このため、本実施形態による半導体モジュールの製造方法は、上記第１実施形態による半導体モジュールの製造方法と比較して、構造体及び緩衝材の費用が安価になる。これにより、本実施形態による半導体モジュールの製造方法は、上記第１実施形態による半導体モジュールの製造方法よりも半導体モジュールの製造費用の低コスト化を図ることができる。

【0118】

また、複数の半導体チップごとに分離された個別の構造体及び緩衝材が用いられるため、構造体が半導体チップや絶縁配線基板と接触している面積が、上記第１実施形態による半導体モジュールの製造方法における当該面積よりも小さくなる。これにより、本実施形態による半導体モジュールの製造方法は、上記第１実施形態による半導体モジュールの製造方法よりも構造体などの除去工程が容易になる。

【0119】

〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態による半導体モジュールの製造方法について図１４及び図１５を用いて説明する。本実施形態による半導体モジュールの製造方法は、複数の半導体チップの間の段差を抑制するスペーサ部材を用いる点と、焼結材の焼結時に絶縁配線基板に生じた反りを矯正することができる点に特徴を有している。本実施形態による半導体モジュールの製造方法の説明に当たって、上記第２実施形態による半導体モジュールの製造方法に用いられる部材と同一の作用・機能を奏する部材については、同一の符号を付して説明は省略する。

【0120】

（半導体モジュールの構成）
本実施形態による半導体モジュールの製造方法によって製造される半導体モジュールは、上記第１実施形態による半導体モジュールの製造方法によって製造される半導体モジュールと同様の構成を有し、同様の機能を発揮するため、説明は省略する。

【0121】

（半導体モジュールの製造方法）
本実施形態による半導体モジュールの製造方法は、緩衝材の配置工程と上金型の配置工程（図２参照）の間にスペーサ部材の配置工程がある点を除いて、上記第２実施形態による半導体モジュールの製造方法と同様であるため、スペーサ部材の配置工程から焼結材への加圧及び加熱工程（図２参照）について説明し、その他の工程の説明は省略する。

【0122】

図１４は、スペーサ部材の配置工程及び上金型の配置工程の一例を示す図である。図１５は、焼結材への加圧及び加熱工程の一例を示す図である。本実施形態による半導体モジュールの製造方法について、例えば半導体チップ１４ａの高さが半導体チップ１４ｂよりも低い高さを有し、半導体チップ１４ａ，１４ｂは配置されているが半導体チップ１４ｃは配置されていない場合を例にとって説明する。

【0123】

本実施形態におけるスペーサ部材の配置工程では、半導体チップ１４ａ，１４ｂの第二保護シート６Ｂａ，６Ｂｂと接触する表面の高さが異なっているか否かを判定する。図１４に示すように、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂの側に向けられる半導体チップ１４ａ，１４ｂの表面の高さが異なっている場合、当該高さの差を低減させるスペーサ部材１０を緩衝材（本例では緩衝材７Ｂａ）の上に配置する。本実施形態では、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂの側に向けられる半導体チップ１４ａ，１４ｂの表面の高さは、例えば導電パターン１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃが形成される絶縁基板１３２の表面からの距離である。また、本実施形態では、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂの側に向けられる半導体チップ１４ａ，１４ｂの表面は、第二保護シート６Ｂａ，６Ｂｂが接触する面である。さらに、本実施形態では、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂの側に向けられる半導体チップ１４ａ，１４ｂの表面の高さの差は、例えば半導体モジュールの製造装置の制御装置（不図示）によって判定される。

【0124】

緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂの側に向けられる半導体チップ１４ａ，１４ｂの表面の高さの差が１０μｍ以上の場合に複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂのうちの当該高さが低い方にスペーサ部材１０を配置する。図１４及び図１５に示す例では、半導体チップ１４ａの高さが半導体チップ１４ｂの高さよりも例えば１０μｍ以上低いとする。このため、当該高さの差が低い方に相当する半導体チップ１４ａにスペーサ部材１０が配置される。スペーサ部材１０は、例えば緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂよりも熱膨張係数が小さくかつ圧縮強度が高く、焼結材１５１ａ，１５１ｂに加える温度よりも高い温度に耐熱性を有する例えばセラミック製又は金属製の部材である。

【0125】

次に、本実施形態における上金型の配置工程において、図１４に示すように、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂの配置位置に対応する箇所に凸部３２ａ，３２ｂを有し、導電パターン１３３ｃの配置位置に対応する箇所に凸部３２ｄを有する上金型３Ｃを、半導体チップ１４ａ，１４ｂ及び導電パターン１３３ｃに凸部３２ａ，３２ｂ，３２ｄを対応させて下金型Ｂ２の上方に配置する。凸部３２ａ及び凸部３２ｂは互いに同じ長さを有している。凸部３２ｄは、半導体チップ１４ｂ及び焼結材１５１ｂを合わせた厚さ分だけ凸部３２ｂよりも長く形成されている。このため、絶縁配線基板１３などを挟んで上金型３Ｃを下金型２Ｂに対向して配置すると、凸部３２ｄは、凸部３２ａ，３２ｂよりも絶縁配線基板１３側に向かって突出する。

【0126】

本実施形態における焼結材への加圧及び加熱工程において、図１５に示すように、焼結材のはみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１には構造体５Ｂａ，５Ｂｂを介し、焼結材の半導体チップ１４ａ，１４ｂ下の接触部１５１ａ－２，１５１ｂ－２には半導体チップ１４ａ，１４ｂを介して、上金型３Ｃによって複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂを加圧及び加熱して焼結する。つまり、緩衝材７Ｂｂ、半導体チップ１４ｂ及び構造体５Ｂｂを介して凸部３２ｂによって焼結材１５１ｂを加圧及び加熱して焼結する。

【0127】

スペーサ部材１０は、例えば１０μｍ以下の厚さを有している。これにより、スペーサ部材１０が配置されることにより、半導体チップ１４ａの高さと、半導体チップ１４ｂのそれぞれの高さとの差は、１０μｍよりも小さくなる（最小値は０となる）。このため、長さの同じ凸部３２ａ，３２ｂを有する上金型３Ｃであっても、凸部３２ａは、凸部３２ｂが緩衝材７Ｂｂに接触するタイミングとほぼ同じタイミングでスペーサ部材１０と接触する。その結果、上金型３Ｃは、高さの低い半導体チップ１４ａを導電パターン１３３ａに接合させる焼結材１５１ａに、その他の焼結材１５１ｂとほぼ同じ力を加えることができる。緩衝材７Ｂａは、半導体チップ１４ａの高さが半導体チップ１４ｂの高さよりも低い分だけ緩衝材７Ｂｂよりも圧縮されるが、０．２以下のポアソン比を有し、横方向に広がりにくい。このため、緩衝材７Ｂａが半導体チップ１４ａ及び構造体５Ｂａに加える接合加圧と、緩衝材７Ｂｂが半導体チップ１４ｂ及び構造体５Ｂｂに加える接合加圧とは、ほぼ均一になる。

【0128】

また、本実施形態における焼結材への加圧及び加熱工程において、図１５に示すように、緩衝材７Ｂｃ及び第二保護シート６Ｂｃを介して凸部３２ｄによって導電パターン１３３ｃを加圧する。凸部３２ｄは、半導体チップ１４ｂ及び焼結材１５１ｂを合わせた厚さ分だけ凸部３２ｂよりも長く形成されているので、凸部３２ｂが緩衝材７Ｂｂに接触するタイミングとほぼ同じタイミングで緩衝材７Ｂｃと接触する。導電パターン１３３ａ側は、凸部３２ａによって加圧される。これにより、絶縁配線基板１３の反りが矯正され平坦な状態になる。

【0129】

絶縁配線基板１３の反りが矯正された状態で、上金型３Ｃ及び下金型２Ｂによって焼結材１５１ａ，１５１ｂに圧力及び熱が加えられることにより、焼結材１５１ａ，１５１ｂにおいて焼結反応が促進される。本実施形態における凸部３２ａ，３２ｂが焼結材１５１ａ，１５１ｂに奏する作用は、上記第２実施形態における凸部３２ａ，３２ｂが焼結材１５１ａ，１５１ｂに奏する作用と同様であるため、説明は省略する。

【0130】

このため、本実施形態では、上記第２実施形態と同様に、凸部３２ａから印加される圧力は、半導体チップ１４ａ及び構造体５Ｂａを介して焼結材１５１ａの接触部１５１ａ－２及びはみ出し部１５１ａ－１に加わり、凸部３２ｂから印加される圧力は、半導体チップ１４ｂ及び構造体５Ｂｂを介して焼結材１５１ｂの接触部１５１ｂ－２及びはみ出し部１５１ｂ－１に加わる。さらに、凸部３２ａから半導体チップ１４ａ及び構造体５Ｂａを介して焼結材１５１ａに印加される圧力と、凸部３２ｂから半導体チップ１４ｂ及び構造体５Ｂｂを介して焼結材１５１ｂに印加される圧力は、ほぼ同じである。これにより、焼結材１５１ａのはみ出し部１５１ａ－１及び接触部１５１ａ－２並びに焼結材１５１ｂのはみ出し部１５１ｂ－１及び接触部１５１ｂ－２は、同程度かつ所望の焼結反応が促進される。これにより、シート状の焼結材１５１ａ，１５１ｂに含まれていた銀粒子又は銅粒子が結合して構成された焼結体を有し、導電性を有する焼結金属層１５ａ，１５ｂが形成される。

【0131】

以上説明したように、本実施形態による半導体モジュールの製造方法は、下金型２Ｂの上に絶縁配線基板１３を配置し、絶縁配線基板１３の上の複数箇所に焼結材１５１ａ，１５１ｂ及び複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂのそれぞれの上に半導体チップ１４ａ，１４ｂを配置し、複数の半導体チップ１４ａ，１４ｂのそれぞれの周縁にはみ出した焼結材１５１ａ，１５１ｂのはみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１の上に構造体５Ｂａ，５Ｂｂを配置し、はみ出し部１５１ａ－１，１５１ｂ－１には構造体５Ｂａ，５Ｂｂを介し、半導体チップ１４ａ，１４ｂの接触部１５１ａ－２，１５１ｂ－２には半導体チップ１４ａ，１４ｂを介して上金型３Ｃによって複数の焼結材１５１ａ，１５１ｂを加圧及び加熱して焼結する。

【0132】

これにより、本実施形態による半導体モジュールの製造方法によれば、上記第１実施形態による半導体モジュールの製造方法と同様の効果が得られる。

【0133】

また、本実施形態による半導体モジュールの製造方法は、緩衝材７Ｂａ，７Ｂｂの側に向けられる半導体チップ１４ａ，１４ｂの表面の高さが異なっている場合、当該高さの差を低減させるスペーサ部材１０を緩衝材（本例では緩衝材７Ｂａ）の上に配置する。これにより、半導体チップ１４ａ及び半導体チップ１４ｂの高さの違いを緩和して、上金型３Ｃからほぼ同じ圧力を焼結材１５１ａ，１５１ｂに加えることができる。これにより、本実施形態による半導体モジュールの製造方法は、厚さの異なる複数の半導体チップが混在していても半導体モジュールの性能や信頼性の低下を防止できる。

【0134】

さらに、本実施形態による半導体モジュールの製造方法は、絶縁配線基板に生じた反りを矯正した状態で焼結材を焼結できる。これにより、本実施形態による半導体モジュールの製造方法は、焼結材への加圧及び加熱工程において、変形した絶縁配線基板１３を強制的に平坦な状態にするとともに焼結材を焼結させることができる。

【0135】

本発明は、上記第１実施形態から第３実施形態に限らず、種々の変形が可能である。
上記第１実施形態から第３実施形態では、半導体モジュールは、半導体チップ及び導電パターンとケースに設けられた端子とがボンディングワイヤによって接続された個性を有しているが、本発明は、これに限られない。例えば、本発明による半導体モジュールの製造方法において製造される半導体モジュールは、半導体チップの主面上にピンを接合して電気配線とするインプラントピン基板を用いたインプラントピン構造を有していてもよい。また例えば、本発明による半導体モジュールの製造方法において製造される半導体モジュールは、リードフレームを用いた配線構造を有していてもよい。

【0136】

上記第２実施形態及び第３実施形態による半導体モジュールの製造方法では、位置決め治具が用いられているが、本発明はこれに限られない。緩衝材は、０．２以下のポアソン比を有し、焼結材を加圧及び加熱する際に横方向に広がりにくく、横方向の圧力分散が発生しにくい。このため、位置決め治具によって緩衝材の横方向の広がりを抑制する必要がないので、位置決め治具は用いられなくてもよい。

【0137】

本発明の技術的範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の技術的範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。

【符号の説明】

【0138】

１ 半導体モジュール
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｘ，２Ｙ 下金型
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｘ 上金型
４Ａ，４Ｂａ，４Ｂｂ，４Ｂｃ 第一保護シート
５Ａ，５Ｂ，５Ｂａ，５Ｂｂ，５Ｂｃ 構造体
６Ａ，６Ｂａ，６Ｂｂ，６Ｂｃ 第二保護シート
６Ｘ 保護シート
７Ａ，７Ｂａ，７Ｂｂ，７Ｂｃ 緩衝材
８ 位置決め治具
９Ａ，９Ｂ，９Ｘ 上金型
１０ スペーサ部材
１１ ケース
１３，１３Ｘ 絶縁配線基板
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ 半導体チップ
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 焼結金属層
１６ａ，１６ｂ 端子
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ ボンディングワイヤ
１８ 封止樹脂
１９ 冷却器
２１ 凹部
３１ 空間
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ 凸部
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ 貫通孔
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，１１１ 空間
８１ａ，８１ｂ，８１ｃ 開口部
９１ 加圧機構部
９２ａ，９２ｂ，９２ｃ 個別加圧部
９４ 弾性体
９５ 密閉シート
１３１，１３２ 絶縁基板
１３３ａ，１３３ｂ，１３３ｃ，１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ 導電パターン
１３５，１３６ 伝熱部材
１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ，１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ 焼結材
１５１ａ－１，１５１ｂ－１，１５１ｃ－１，１５２ａ－１ はみ出し部
１５１ａ－２，１５１ｂ－２，１５１ｃ－２，１５２ａ－２ 接触部
ＳＣ１，ＳＣ２，ＳＣ３ 焼結体

【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】