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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】P2025158003
(43)【公開日】2025-10-16
(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 23/28 20060101AFI20251008BHJP
H01L 25/07 20060101ALI20251008BHJP
【ＦＩ】
H01L23/28 K
H01L25/04 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 2024060419
(22)【出願日】2024-04-03
(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】100104190
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 昭徳
(72)【発明者】
【氏名】河村 一磨
【テーマコード（参考）】
4M109
【Ｆターム（参考）】
4M109AA02
4M109BA03
4M109CA02
4M109DB02
4M109DB09
4M109EA02
4M109EA10
4M109EB02
4M109EB04
4M109EB06
4M109EB12
4M109EC04
(57)【要約】
【課題】熱膨張／収縮によって繰り返し生じる応力を緩和し、樹脂クラックを抑え、信頼性を向上できる半導体モジュールおよび半導体モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】半導体モジュール５０は、接合層２５を介して半導体素子１を搭載した積層基板５と、半導体素子１と接合層２５と積層基板５とを含む被封止部材を封止する封止樹脂８と、半導体素子１の上方の封止樹脂８の表面に設けられる、封止樹脂８より弾性率の低い低弾性率領域３０と、を備る。封止樹脂８の貯蔵弾性率を１００％としたときの低弾性率領域３０の貯蔵弾性率を比弾性率とすると、比弾性率は０．８３％以上１００％未満である。
【選択図】図１
【解決手段】半導体モジュール５０は、接合層２５を介して半導体素子１を搭載した積層基板５と、半導体素子１と接合層２５と積層基板５とを含む被封止部材を封止する封止樹脂８と、半導体素子１の上方の封止樹脂８の表面に設けられる、封止樹脂８より弾性率の低い低弾性率領域３０と、を備る。封止樹脂８の貯蔵弾性率を１００％としたときの低弾性率領域３０の貯蔵弾性率を比弾性率とすると、比弾性率は０．８３％以上１００％未満である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
接合層を介して半導体素子を搭載した積層基板と、
前記半導体素子と前記接合層と前記積層基板とを含む被封止部材を封止する封止樹脂と、
前記半導体素子の上方の前記封止樹脂の表面に設けられる、前記封止樹脂より弾性率の低い低弾性率領域と、
を備え、
前記封止樹脂の貯蔵弾性率を１００％としたときの前記低弾性率領域の貯蔵弾性率を比弾性率とすると、前記比弾性率は０．８３％以上１００％未満であることを特徴とする半導体モジュール。
前記半導体素子と前記接合層と前記積層基板とを含む被封止部材を封止する封止樹脂と、
前記半導体素子の上方の前記封止樹脂の表面に設けられる、前記封止樹脂より弾性率の低い低弾性率領域と、
を備え、
前記封止樹脂の貯蔵弾性率を１００％としたときの前記低弾性率領域の貯蔵弾性率を比弾性率とすると、前記比弾性率は０．８３％以上１００％未満であることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項2】
前記比弾性率は８％以上７５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項3】
前記比弾性率は２５％以上５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項4】
前記低弾性率領域は、ストライプ形状で、前記パワー半導体モジュールの短手方向と平行に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項5】
前記低弾性率領域は、ストライプ形状で、前記パワー半導体モジュールの短手方向と平行および前記パワー半導体モジュールの長手方向と平行に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項6】
前記低弾性率領域は、前記半導体素子の直上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項7】
前記低弾性率領域は、前記半導体素子側の底部先端部は尖っていないことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項8】
前記底部先端部の曲率Ｒは、０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項７に記載の半導体モジュール。
【請求項9】
積層基板に接合層を介して半導体素子を搭載する第１工程と、
熱硬化性樹脂組成物で前記半導体素子と前記接合層と前記積層基板とを含む被封止部材を封止する第２工程と、
前記半導体素子の上方の前記熱硬化性樹脂組成物の表面に、前記熱硬化性樹脂組成物より弾性率の低い低弾性樹脂を注入する第３工程と、
前記熱硬化性樹脂組成物および前記低弾性樹脂を加熱硬化し、封止樹脂および低弾性率領域を形成する第４工程と、
を含み、
前記低弾性率領域は前記封止樹脂より弾性率が低いことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
熱硬化性樹脂組成物で前記半導体素子と前記接合層と前記積層基板とを含む被封止部材を封止する第２工程と、
前記半導体素子の上方の前記熱硬化性樹脂組成物の表面に、前記熱硬化性樹脂組成物より弾性率の低い低弾性樹脂を注入する第３工程と、
前記熱硬化性樹脂組成物および前記低弾性樹脂を加熱硬化し、封止樹脂および低弾性率領域を形成する第４工程と、
を含み、
前記低弾性率領域は前記封止樹脂より弾性率が低いことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【請求項10】
前記熱硬化性樹脂組成物の粘度を１としたときの前記熱硬化性樹脂組成物と前記低弾性樹脂の粘度比が１：１～１：０．３５であることを特徴とする請求項９に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項11】
積層基板に接合層を介して半導体素子を搭載する第１工程と、
熱硬化性樹脂組成物で前記半導体素子と前記接合層と前記積層基板とを含む被封止部材を封止する第２工程と、
前記半導体素子の上方の前記熱硬化性樹脂組成物の表面に、予め硬化してある低弾性率領域を挿入する第３工程と、
前記熱硬化性樹脂組成物を加熱硬化し、封止樹脂を形成する第４工程と、
を含み、
前記低弾性率領域は前記封止樹脂より弾性率が低いことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
熱硬化性樹脂組成物で前記半導体素子と前記接合層と前記積層基板とを含む被封止部材を封止する第２工程と、
前記半導体素子の上方の前記熱硬化性樹脂組成物の表面に、予め硬化してある低弾性率領域を挿入する第３工程と、
前記熱硬化性樹脂組成物を加熱硬化し、封止樹脂を形成する第４工程と、
を含み、
前記低弾性率領域は前記封止樹脂より弾性率が低いことを特徴と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】
この開示は、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】
従来、ケースの封止材と対向する表面において、無機充填材がマトリックスから露出していることで、ポリフェニレンサルファイドと無機充填材を含むケースと封止材との間の剥離を抑制可能な半導体装置が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２４－０００３２５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、従来の半導体装置では、熱膨張／収縮によって繰り返し生じる熱応力が封止材（封止樹脂）に負荷を与え、チップ直上の樹脂部にクラックが生じ、モジュール破壊へ至ることがあるという課題がある。
【0005】
本開示は、上述した従来技術による問題点を解消するため、熱膨張／収縮によって繰り返し生じる応力を緩和し、樹脂クラックを抑え、信頼性を向上できる半導体モジュールおよび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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、本開示の目的を達成するため、本開示にかかる半導体モジュールは、次の特徴を有する。接合層を介して半導体素子を搭載した積層基板と、前記半導体素子と前記接合層と前記積層基板とを含む被封止部材を封止する封止樹脂と、前記半導体素子の上方の前記封止樹脂の表面に設けられる、前記封止樹脂より弾性率の低い低弾性率領域と、を備える。前記封止樹脂の貯蔵弾性率を１００％としたときの前記低弾性率領域の貯蔵弾性率を比弾性率とすると、前記比弾性率は０．８３％以上１００％未満である。
【0007】
上述した開示によれば、封止樹脂の最表面に弾性率の低い低弾性率領域を応力が集中しやすいパワー半導体チップ直上に設置することで、応力を緩和し、樹脂クラックを抑えることができる。
【発明の効果】
【0008】
本開示にかかる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よれば、熱膨張／収縮によって繰り返し生じる応力を緩和し、樹脂クラックを抑え、信頼性を向上できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。
【図2】実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す上面図である。
【図3】実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの第１製法による製造途中の状態を模式的に示す断面図である（その１）。
【図4】実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの第１製法による製造途中の状態を模式的に示す断面図である（その２）。
【図5】実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの第１製法による製造途中の状態を模式的に示す断面図である（その３）。
【図6】実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの第２製法による製造途中の状態を模式的に示す断面図である。
【図7】実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの実施例１２の構造を示す上面図である。
【図8A】実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの実施例１３の構造を示す上面図である。
【図8B】実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの実施例１４の構造を示す上面図である。
【図9】実施の形態にかかるパワー半導体モジュールに対する比較例７の構造を示す上面図である。
【図10】実施の形態にかかるパワー半導体モジュールに対する比較例８の構造を示す上面図である。
【図11】実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの実施例１５の構造を示す上面図である。
【図12】実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの実施例１６の構造を示す上面図である。
【図13】実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの実施例１７の構造を示す上面図である。
【図14】従来のパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。
【図15】従来のパワー半導体モジュールの構造における課題を示す断面図である。
【図16】従来のパワー半導体モジュールの構造における課題を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
＜本開示の実施形態の概要＞
上述した課題を解決し、本開示の目的を達成するため、本開示にかかる半導体モジュールは、次の特徴を有する。接合層を介して半導体素子を搭載した積層基板と、前記半導体素子と前記接合層と前記積層基板とを含む被封止部材を封止する封止樹脂と、前記半導体素子の上方の前記封止樹脂の表面に設けられる、前記封止樹脂より弾性率の低い低弾性率領域と、を備える。前記封止樹脂の貯蔵弾性率を１００％としたときの前記低弾性率領域の貯蔵弾性率を比弾性率とすると、前記比弾性率は０．８３％以上１００％未満である。
上述した課題を解決し、本開示の目的を達成するため、本開示にかかる半導体モジュールは、次の特徴を有する。接合層を介して半導体素子を搭載した積層基板と、前記半導体素子と前記接合層と前記積層基板とを含む被封止部材を封止する封止樹脂と、前記半導体素子の上方の前記封止樹脂の表面に設けられる、前記封止樹脂より弾性率の低い低弾性率領域と、を備える。前記封止樹脂の貯蔵弾性率を１００％としたときの前記低弾性率領域の貯蔵弾性率を比弾性率とすると、前記比弾性率は０．８３％以上１００％未満である。
【0011】
上述した開示によれば、封止樹脂の最表面に弾性率の低い低弾性率領域を応力が集中しやすいパワー半導体チップ直上に設置することで、応力を緩和し、樹脂クラックを抑えることができる。
【0012】
また、本開示にかかる半導体モジュールは、上述した開示において、前記比弾性率は８％以上７５％以下であることを特徴とする。
【0013】
また、本開示にかかる半導体モジュールは、上述した開示において、前記比弾性率は２５％以上５０％以下であることを特徴とする。
【0014】
また、本開示にかかる半導体モジュールは、上述した開示において、前記低弾性率領域は、ストライプ形状で、前記パワー半導体モジュールの短手方向と平行に設けられていることを特徴とする。
【0015】
また、本開示にかかる半導体モジュールは、上述した開示において、前記低弾性率領域は、ストライプ形状で、前記パワー半導体モジュールの短手方向と平行および前記パワー半導体モジュールの長手方向と平行に設けられていることを特徴とする。
【0016】
また、本開示にかかる半導体モジュールは、上述した開示において、前記低弾性率領域は、前記半導体素子の直上に設けられていることを特徴とする。
【0017】
また、本開示にかかる半導体モジュールは、上述した開示において、前記低弾性率領域は、前記半導体素子側の底部先端部は尖っていないことを特徴とする。
【0018】
また、本開示にかかる半導体モジュールは、上述した開示において、前記底部先端部の曲率Ｒは、０．５ｍｍ以上であることを特徴とする。
【0019】
上述した課題を解決し、本開示の目的を達成するため、本開示にかかる半導体モジュールの製造方法は、次の特徴を有する。積層基板に接合層を介して半導体素子を搭載する第１工程と、熱硬化性樹脂組成物で前記半導体素子と前記接合層と前記積層基板とを含む被封止部材を封止する第２工程と、前記半導体素子の上方の前記熱硬化性樹脂組成物の表面に、前記熱硬化性樹脂組成物より弾性率の低い低弾性樹脂を注入する第３工程と、前記熱硬化性樹脂組成物および前記低弾性樹脂を加熱硬化し、封止樹脂および低弾性率領域を形成する第４工程と、を含む。前記低弾性率領域は前記封止樹脂より弾性率が低い。
【0020】
また、本開示にかかる半導体モジュールの製造方法は、上述した開示において、前記熱硬化性樹脂組成物の粘度を１としたときの前記熱硬化性樹脂組成物と前記低弾性樹脂の粘度比が１：１～１：０．３５であることを特徴とする。
【0021】
上述した課題を解決し、本開示の目的を達成するため、本開示にかかる半導体モジュールの製造方法は、次の特徴を有する。積層基板に接合層を介して半導体素子を搭載する第１工程と、熱硬化性樹脂組成物で前記半導体素子と前記接合層と前記積層基板とを含む被封止部材を封止する第２工程と、前記半導体素子の上方の前記熱硬化性樹脂組成物の表面に、予め硬化してある低弾性率領域を挿入する第３工程と、前記熱硬化性樹脂組成物を加熱硬化し、封止樹脂を形成する第４工程と、を含む。前記低弾性率領域は前記封止樹脂より弾性率が低い。
【0022】
＜本開示の基礎となる知見＞
最初に、従来の半導体モジュールの課題について説明する。図１４は、従来のパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。図１４に示すように、パワー半導体モジュール１５０は、パワー半導体チップ１０１と、積層基板１０５と、ケース１０７と、放熱ベース１２６と、金属端子１０９と、金属ワイヤ１１０と、を備える。パワー半導体チップ１０１は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴまたはダイオード等のパワー半導体チップであり、積層基板１０５上にはんだ等の接合層１２５で接合されている。セラミック基板等の絶縁基板１０２のおもて面に銅などの第１導電性板１０３が備えられ、裏面に銅などの第２導電性板１０４が備えられたものを積層基板１０５と称する。積層基板１０５は、放熱ベース１２６にはんだ等の接合層１２５で接合されている。外部に信号を取り出す金属端子１０９は、ケース１０７に接合されている。金属ワイヤ１１０は、パワー半導体チップ１０１と金属端子１０９とを電気的に接続している。また、パワー半導体チップ１０１の表面には、ＭＯＳＦＥＴの場合はソース電極パッドが電力端子電極パッド（電流供給端子）として形成される。そして、電力端子電極パッドから取出し端子としてリードフレームや金属ワイヤ１１０等の導電性接続部材が配置される。リードフレームの場合は、はんだ等の接合層１２５で、パワー半導体チップ１０１と接合される。なお、図示はしていないが、これらの部材は、１台の半導体モジュールに複数搭載されている。パワー半導体モジュール１５０には、ケース１０７が接着され、金属端子１０９が貫通して外部に突き出ている蓋（不図示）を取り付ける。積層基板１０５および基板上のパワー半導体チップ１０１を絶縁保護する封止樹脂（封止材）１０８が、ケース１０７内に充填されている。
最初に、従来の半導体モジュールの課題について説明する。図１４は、従来のパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。図１４に示すように、パワー半導体モジュール１５０は、パワー半導体チップ１０１と、積層基板１０５と、ケース１０７と、放熱ベース１２６と、金属端子１０９と、金属ワイヤ１１０と、を備える。パワー半導体チップ１０１は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴまたはダイオード等のパワー半導体チップであり、積層基板１０５上にはんだ等の接合層１２５で接合されている。セラミック基板等の絶縁基板１０２のおもて面に銅などの第１導電性板１０３が備えられ、裏面に銅などの第２導電性板１０４が備えられたものを積層基板１０５と称する。積層基板１０５は、放熱ベース１２６にはんだ等の接合層１２５で接合されている。外部に信号を取り出す金属端子１０９は、ケース１０７に接合されている。金属ワイヤ１１０は、パワー半導体チップ１０１と金属端子１０９とを電気的に接続している。また、パワー半導体チップ１０１の表面には、ＭＯＳＦＥＴの場合はソース電極パッドが電力端子電極パッド（電流供給端子）として形成される。そして、電力端子電極パッドから取出し端子としてリードフレームや金属ワイヤ１１０等の導電性接続部材が配置される。リードフレームの場合は、はんだ等の接合層１２５で、パワー半導体チップ１０１と接合される。なお、図示はしていないが、これらの部材は、１台の半導体モジュールに複数搭載されている。パワー半導体モジュール１５０には、ケース１０７が接着され、金属端子１０９が貫通して外部に突き出ている蓋（不図示）を取り付ける。積層基板１０５および基板上のパワー半導体チップ１０１を絶縁保護する封止樹脂（封止材）１０８が、ケース１０７内に充填されている。
【0023】
特に、シリカなどのフィラーを充填したエポキシ樹脂などの硬い(弾性率の高い)封止樹脂１０８を用いることで回路部材の熱変形を機械的に抑え込むことができ、回路部材への負荷および破壊を防止することにより高い信頼性が得られる。
【0024】
図１５は、従来のパワー半導体モジュールの構造における課題を示す断面図である。図１６は、従来のパワー半導体モジュールの構造における課題を示す上面図である。一方、パワー半導体モジュール１５０の動作によりパワー半導体チップ１０１が発熱し、パワー半導体チップ１０１や絶縁基板１０２などの周辺部材は熱膨張を起こし、その際に熱応力１３４が発生する。この場合、図１５および図１６に示すように、熱膨張／収縮によって繰り返し生じる熱応力１３４が封止樹脂１０８に負荷を与え、パワー半導体チップ１０１直上の封止樹脂１０８にクラック１３３が生じ、モジュール破壊へ至ることがあった。封止樹脂１０８のクラック１３３発生を防ぐには封止樹脂１０８の低弾性化による熱応力１３４の低減などの方法があるが、封止樹脂１０８の低弾性化は回路部材の熱変形防止効果とのトレードオフとなってしまう課題があった。なお、パワー半導体モジュールは上面視で長方形である場合が多く、その場合は特に長辺の中央部を軸に熱応力が生じ、図１６のようにクラックが生じる場合がある。
【0025】
以下に添付図面を参照して、本開示にかかる半導体モジュールおよび半導体モジュールの製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。ただし、本開示は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。
【0026】
（実施の形態）
図１は、実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの構成を示す断面図である。パワー半導体モジュール５０においては、絶縁基板２の一方の面であるおもて面に銅からなる第１導電性板３、他方の面である裏面には銅などの第２導電性板４が配置されて積層基板５を構成する。積層基板５の第１導電性板３のおもて面には、はんだからなる接合層２５を介して、複数のパワー半導体チップ１が搭載されている。外部に信号を取り出す金属端子９は、ケース７内に接合されている。さらにパワー半導体チップ１のおもて面（例えばソース電極パッド）には、アルミワイヤ等の金属ワイヤ１０（ボンディングワイヤ）や、接合層（不図示）を介して、ピン型端子やリードフレームなどの導電性接続部材が取り付けられる。また、パワー半導体チップ１と金属端子９は、アルミワイヤ等の金属ワイヤ１０などで電気的に接続される。なお、リードフレームを用いてもよい（不図示）。パワー半導体チップ１、積層基板５、接合層２５、金属ワイヤ１０（導電性接続部材）等の被封止部材上には、密着性を向上させるためにプライマー層（不図示）が積層されてもよい。また、ケース７内部に封止樹脂８が充填されている。なお、図示したパワー半導体モジュール５０の構成は、一例であって、本発明は当該構成に限定されるものではない。なお、パワー半導体モジュールは構成部材により上面視で略矩形であり、略正方形でもよく、略長方形の物がより多く用いられる。
図１は、実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの構成を示す断面図である。パワー半導体モジュール５０においては、絶縁基板２の一方の面であるおもて面に銅からなる第１導電性板３、他方の面である裏面には銅などの第２導電性板４が配置されて積層基板５を構成する。積層基板５の第１導電性板３のおもて面には、はんだからなる接合層２５を介して、複数のパワー半導体チップ１が搭載されている。外部に信号を取り出す金属端子９は、ケース７内に接合されている。さらにパワー半導体チップ１のおもて面（例えばソース電極パッド）には、アルミワイヤ等の金属ワイヤ１０（ボンディングワイヤ）や、接合層（不図示）を介して、ピン型端子やリードフレームなどの導電性接続部材が取り付けられる。また、パワー半導体チップ１と金属端子９は、アルミワイヤ等の金属ワイヤ１０などで電気的に接続される。なお、リードフレームを用いてもよい（不図示）。パワー半導体チップ１、積層基板５、接合層２５、金属ワイヤ１０（導電性接続部材）等の被封止部材上には、密着性を向上させるためにプライマー層（不図示）が積層されてもよい。また、ケース７内部に封止樹脂８が充填されている。なお、図示したパワー半導体モジュール５０の構成は、一例であって、本発明は当該構成に限定されるものではない。なお、パワー半導体モジュールは構成部材により上面視で略矩形であり、略正方形でもよく、略長方形の物がより多く用いられる。
【0027】
（パワー半導体チップ１）
パワー半導体チップ１は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）あるいはＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ショットキーバリアダイオード）等のパワーチップであり、半導体基板としては、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮを使用したデバイスを用いることができる。特に、電力が大きく、ヤング率の高いＳｉＣチップやＧａＮチップに対して、本開示は有効である。パワー半導体チップ１の搭載数は、１つであってもよく、複数搭載することもできる。
パワー半導体チップ１は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）あるいはＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ショットキーバリアダイオード）等のパワーチップであり、半導体基板としては、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮを使用したデバイスを用いることができる。特に、電力が大きく、ヤング率の高いＳｉＣチップやＧａＮチップに対して、本開示は有効である。パワー半導体チップ１の搭載数は、１つであってもよく、複数搭載することもできる。
【0028】
パワー半導体チップ１の裏面の表（ひょう）面電極（裏面電極）は、積層基板５のおもて面の第１導電性板３にはんだ等の接合層２５で接合されている。積層基板５の裏面の第２導電性板４は、放熱ベース２６のおもて面にはんだ等の接合層２５で接合されている。第１導電性板３は、絶縁基板２のおもて面（第１主面）に所定の回路パターンで形成されている。第２導電性板４は、絶縁基板２の裏面の全体に形成された金属箔であってよい。
【0029】
（積層基板５）
積層基板５は、絶縁基板２とその一方の主面に所定の形状に形成される第１導電性板３と、他方の主面に形成される第２導電性板４とから構成することができる。絶縁基板２としては、電気絶縁性、熱伝導性に優れた材料を用いることができる。絶縁基板２の材料としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＳｉＮなどが挙げられる。特に高耐圧用途では、電気絶縁性と熱伝導率を両立した材料が好ましく、ＡｌＮ、ＳｉＮを用いることができるが、これらには限定されない。第１導電性板３、第２導電性板４としては、加工性の優れているＣｕ（銅）またはＣｕ合金を用いることができる。なお、Ｃｕ合金はＣｕを８０％以上含む合金である。このようなＣｕまたはＣｕ合金からなる導電性板のうち、パワー半導体チップ１と接していない導電性板を、裏面銅箔または裏面導電性板と指称することもある。絶縁基板２上に導電性板を配設する方法としては、直接接合法（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ法）もしくは、ろう材接合法（Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌ Ｂｒａｚｉｎｇ法）が挙げられる。また、導電性基板表面にＮｉ（ニッケル）めっき等を施し、ＮｉまたはＮｉ合金層を形成しても良い。
積層基板５は、絶縁基板２とその一方の主面に所定の形状に形成される第１導電性板３と、他方の主面に形成される第２導電性板４とから構成することができる。絶縁基板２としては、電気絶縁性、熱伝導性に優れた材料を用いることができる。絶縁基板２の材料としては、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＳｉＮなどが挙げられる。特に高耐圧用途では、電気絶縁性と熱伝導率を両立した材料が好ましく、ＡｌＮ、ＳｉＮを用いることができるが、これらには限定されない。第１導電性板３、第２導電性板４としては、加工性の優れているＣｕ（銅）またはＣｕ合金を用いることができる。なお、Ｃｕ合金はＣｕを８０％以上含む合金である。このようなＣｕまたはＣｕ合金からなる導電性板のうち、パワー半導体チップ１と接していない導電性板を、裏面銅箔または裏面導電性板と指称することもある。絶縁基板２上に導電性板を配設する方法としては、直接接合法（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ法）もしくは、ろう材接合法（Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌ Ｂｒａｚｉｎｇ法）が挙げられる。また、導電性基板表面にＮｉ（ニッケル）めっき等を施し、ＮｉまたはＮｉ合金層を形成しても良い。
【0030】
（放熱ベース２６）
放熱ベース２６は、熱伝導性に優れたＣｕやＡｌなどの金属で形成された例えば略矩形状の平面形状の放熱板であり、金属基板とも指称する。放熱ベース２６の表面は、腐食防止効果を有するＮｉ膜やＮｉ合金膜で覆われていてもよい。放熱ベース２６の裏面は、冷却ベース部（不図示）に接合されてもよい。放熱ベース２６は、パワー半導体チップ１で発生し、積層基板５を介して伝わる熱を放熱フィン部へ伝導する。放熱フィン部は、複数の放熱フィンを有し、放熱ベース２６から伝導された熱を放散する。なお、放熱ベース２６自体が放熱フィン部などの冷却装置であってもよい。
放熱ベース２６は、熱伝導性に優れたＣｕやＡｌなどの金属で形成された例えば略矩形状の平面形状の放熱板であり、金属基板とも指称する。放熱ベース２６の表面は、腐食防止効果を有するＮｉ膜やＮｉ合金膜で覆われていてもよい。放熱ベース２６の裏面は、冷却ベース部（不図示）に接合されてもよい。放熱ベース２６は、パワー半導体チップ１で発生し、積層基板５を介して伝わる熱を放熱フィン部へ伝導する。放熱フィン部は、複数の放熱フィンを有し、放熱ベース２６から伝導された熱を放散する。なお、放熱ベース２６自体が放熱フィン部などの冷却装置であってもよい。
【0031】
（接合層２５）
接合層２５は、鉛フリーはんだを用いて形成することができる。例えば、Ｓｎ－Ｓｂ系、Ｓｎ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｓｂ－Ａｇ系などを用いることができるが、これらには限定されない。
接合層２５は、鉛フリーはんだを用いて形成することができる。例えば、Ｓｎ－Ｓｂ系、Ｓｎ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ａｇ系、Ｓｎ－Ｓｂ－Ａｇ系などを用いることができるが、これらには限定されない。
【0032】
（ケース７）
放熱ベース２６の周縁に、樹脂等のケース７の下端が接着されている。ケース７は略矩形筒状をなし、放熱ベース２６のおもて面の周囲を囲む。放熱ベース２６のおもて面を底面とし、放熱ベース２６のおもて面と直交するケース７の内壁を側壁とする箱状の凹部が形成されている。この凹部の内部に、金属ワイヤ１０やリードフレーム等の配線部材で配線されたパワー半導体チップ１および積層基板５や配線部材部品が収納されている。ケース７の材料は、例えばポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の熱可塑性樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂であってよい。なお、ケースを含まず、パワー半導体チップや積層基板等を封止樹脂で成形して半導体モジュールと成してもよい。
放熱ベース２６の周縁に、樹脂等のケース７の下端が接着されている。ケース７は略矩形筒状をなし、放熱ベース２６のおもて面の周囲を囲む。放熱ベース２６のおもて面を底面とし、放熱ベース２６のおもて面と直交するケース７の内壁を側壁とする箱状の凹部が形成されている。この凹部の内部に、金属ワイヤ１０やリードフレーム等の配線部材で配線されたパワー半導体チップ１および積層基板５や配線部材部品が収納されている。ケース７の材料は、例えばポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）やポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等の熱可塑性樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂であってよい。なお、ケースを含まず、パワー半導体チップや積層基板等を封止樹脂で成形して半導体モジュールと成してもよい。
【0033】
（プライマー層）
被封止部材上には、プライマー層（不図示）が形成されてもよい。プライマー層は、ポリアミド、ポリイミド、またはポリアミドイミドを含む樹脂からなる層であってよい。プライマー層は、金属ワイヤ１０やリードフレームなどの導電性接続部材や積層基板５（特に主面側の第１導電性板３）、放熱ベース２６、ケース７（内面）と封止樹脂８の界面の密着性を向上させ、応力を緩和させることができるため、有利に用いられる場合がある。プライマー層の厚みは、密着性を付与し、応力を緩和させることができる厚みであれば特には限定されない。プライマー層の厚みは、例えば、１～１５μｍ程度とすることができ、２～１０μｍとすることが好ましい。プライマー層は、上記部材の表面全体を被覆するように設けることができる。これらのプライマー層は吸湿しやすく、吸湿すると密着性は低下してしまう場合がある。プライマー層を有さないパワー半導体モジュールであってもよい。
被封止部材上には、プライマー層（不図示）が形成されてもよい。プライマー層は、ポリアミド、ポリイミド、またはポリアミドイミドを含む樹脂からなる層であってよい。プライマー層は、金属ワイヤ１０やリードフレームなどの導電性接続部材や積層基板５（特に主面側の第１導電性板３）、放熱ベース２６、ケース７（内面）と封止樹脂８の界面の密着性を向上させ、応力を緩和させることができるため、有利に用いられる場合がある。プライマー層の厚みは、密着性を付与し、応力を緩和させることができる厚みであれば特には限定されない。プライマー層の厚みは、例えば、１～１５μｍ程度とすることができ、２～１０μｍとすることが好ましい。プライマー層は、上記部材の表面全体を被覆するように設けることができる。これらのプライマー層は吸湿しやすく、吸湿すると密着性は低下してしまう場合がある。プライマー層を有さないパワー半導体モジュールであってもよい。
【0034】
（封止樹脂８）
封止樹脂８は被封止部材を封止する封止樹脂層に用いられ、プライマー層に接して設けられ、あるいは図示しないプライマー層を有さないパワー半導体モジュールにおいては被封止部材に接して設けられ、主としてパワー半導体チップ１や積層基板５、金属ワイヤ１０やリードフレームなどの周囲を被覆する。封止樹脂８は、熱硬化性樹脂組成物から構成することができ、特には高耐熱性の熱硬化性樹脂組成物から構成することが好ましい。熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂主剤を含み、任意選択的に、無機充填材、硬化剤、硬化促進剤、及び必要な添加剤を含んでいてもよい。封止樹脂８を構成する熱硬化性樹脂組成物には、フッ素系シランカップリング剤は含まれていてもよく、含まれていなくてもよいが、含まれていないことが好ましい。封止樹脂８のガラス転移温度（Ｔｇ）を低下させる場合があるためである。
封止樹脂８は被封止部材を封止する封止樹脂層に用いられ、プライマー層に接して設けられ、あるいは図示しないプライマー層を有さないパワー半導体モジュールにおいては被封止部材に接して設けられ、主としてパワー半導体チップ１や積層基板５、金属ワイヤ１０やリードフレームなどの周囲を被覆する。封止樹脂８は、熱硬化性樹脂組成物から構成することができ、特には高耐熱性の熱硬化性樹脂組成物から構成することが好ましい。熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂主剤を含み、任意選択的に、無機充填材、硬化剤、硬化促進剤、及び必要な添加剤を含んでいてもよい。封止樹脂８を構成する熱硬化性樹脂組成物には、フッ素系シランカップリング剤は含まれていてもよく、含まれていなくてもよいが、含まれていないことが好ましい。封止樹脂８のガラス転移温度（Ｔｇ）を低下させる場合があるためである。
【0035】
熱硬化性樹脂主剤としては、特に限定されず、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、マレイミド樹脂等を挙げることができる。中でも、１分子中に少なくとも２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂が、寸法安定性や耐水性・耐薬品性および電気絶縁性が高いことから、特に好ましい。具体的には、脂肪族エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂またはこれらの混合物を用いることが好ましい。
【0036】
脂肪族エポキシ樹脂とは、エポキシ基が直接結合する炭素が、脂肪族炭化水素を構成する炭素であるエポキシ化合物をいうものとする。したがって、主骨格に芳香環が含まれている化合物であっても、上記条件を満たすものは、脂肪族エポキシ樹脂に分類される。脂肪族エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、３官能以上の多官能型エポキシ樹脂等が挙げられるが、これらには限定されない。これらを単独で、または二種類以上混合して使用することができる。また、ナフタレン型エポキシ樹脂や３官能以上の多官能型エポキシ樹脂はガラス転移温度が高いため、高耐熱性エポキシ樹脂とも指称する。これらの高耐熱性エポキシ樹脂を含むことで耐熱性を向上させることができる。
【0037】
脂環式エポキシ樹脂とは、エポキシ基を構成する２つの炭素原子が、脂環式化合物を構成するエポキシ化合物をいうものとする。脂環式エポキシ樹脂としては、単官能型エポキシ樹脂、２官能型エポキシ樹脂、３官能以上の多官能型エポキシ樹脂等が挙げられるが、これらには限定されない。脂環式エポキシ樹脂も、単独で、または異なる二種以上の脂環式エポキシ樹脂を混合して用いることができる。なお、脂環式エポキシ樹脂を酸無水物硬化剤と混合して硬化すると、ガラス転移温度が高くなるため、脂肪族エポキシ樹脂に脂環式エポキシ樹脂を混合して用いると高耐熱化を図ることができる。
【0038】
本実施の形態による組成物に用いる熱硬化性樹脂主剤は、上記の脂肪族エポキシ樹脂と脂環式エポキシ樹脂とを混合したものであってもよい。混合する場合の混合比は任意であってよく、脂肪族エポキシ樹脂と脂環式エポキシ樹脂との質量比が、２：８～８：２程度であってよいが、３：７～７：３程度であってもよく、特定の質量比には限定されない。好ましくは、熱硬化性樹脂主剤は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と脂環式エポキシ樹脂との質量比が、１：１～１：４である。
【0039】
本実施の形態による熱硬化性樹脂組成物には、任意選択的な成分として無機充填材（フィラー）を含んでもよい。無機充填材は、金属酸化物もしくは金属窒化物であってよく、例えば、溶融シリカ(溶融酸化ケイ素)、シリカ(酸化ケイ素)、アルミナ（酸化アルミニウム）、水酸化アルミニウム、チタニア（酸化チタン）、ジルコニア（酸化ジルコニウム）、窒化アルミニウム、タルク、クレー、マイカ、ガラス繊維等が挙げられるが、これらには限定されない。これらの無機充填材により、硬化物の熱伝導率を高め、熱膨張率を低減することができる。また、これらの無機充填材は、単独で用いてもよいが、２種以上を混合して用いてもよい。また、これらの無機充填材は、マイクロフィラーであってもよく、ナノフィラーであってもよく、粒径及び／または種類が異なる２種以上の無機充填材を混合して用いることもできる。
【0040】
熱硬化性樹脂組成物には、任意選択的な成分として、熱硬化性樹脂主剤に加えて、あるいは熱硬化性樹脂主剤及び無機充填材に加えて硬化剤を含んでもよい。硬化剤としては、熱硬化性樹脂主剤、好ましくはエポキシ樹脂主剤と反応し、硬化しうるものであれば特に限定されないが、酸無水物系硬化剤を用いることが好ましい。酸無水物系硬化剤としては、例えば芳香族酸無水物、具体的には無水フタル酸、無水ピロメリット酸、無水トリメリット酸等が挙げられる。あるいは、環状脂肪族酸無水物、具体的にはテトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸等、もしくは脂肪族酸無水物、具体的には無水コハク酸、ポリアジピン酸無水物、ポリセバシン酸無水物、ポリアゼライン酸無水物等を挙げることができる。なお、熱硬化性樹脂主剤として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を単独で、またはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と先に例示した高耐熱性エポキシ樹脂との混合物を用いる場合は、硬化剤を用いない方が、耐熱性が向上するため好ましい場合がある。
【0041】
熱硬化性樹脂組成物には、さらに、任意選択的な成分として、硬化促進剤を添加することができる。硬化促進剤としては、イミダゾールもしくはその誘導体、三級アミン、ホウ酸エステル、ルイス酸、有機金属化合物、有機酸金属塩等を適宜配合することができる。
【0042】
熱硬化性樹脂組成物は、また、その特性を阻害しない範囲で、任意選択的な添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、例えば、難燃剤、樹脂を着色するための顔料、耐クラック性を向上するための可塑剤やシリコンエラストマーが挙げられるが、これらには限定されない。これらの任意成分、およびその添加量は、半導体モジュール及び／または封止材に要求される仕様に応じて、当業者が適宜決定することができる。上述の無機充填材を含み、熱硬化性樹脂主剤がエポキシ樹脂の熱硬化性樹脂組成物（硬化物）の弾性率は、貯蔵弾性率として、１０～２０ＧＰａ、好ましくは１１～１３ＧＰａを用いることができる。なお、封止樹脂８は、主鎖がシロキサン結合で構成される有機ケイ素ポリマーで、弾性率が１００ＭＰａ以下で、針入度（１／ｍｍ）が０．１から５００のシリコーン樹脂（シリコーンゲル）などでもよい。
【0043】
（低弾性率領域３０）
実施の形態のパワー半導体モジュール５０では、樹脂クラックが発生しやすい封止樹脂８の最表面に弾性率の低い低弾性率領域３０を設置する。低弾性率領域３０を、応力が集中しやすいパワー半導体チップ１直上に設けることで応力を緩和し、樹脂クラックを抑えることができる。
実施の形態のパワー半導体モジュール５０では、樹脂クラックが発生しやすい封止樹脂８の最表面に弾性率の低い低弾性率領域３０を設置する。低弾性率領域３０を、応力が集中しやすいパワー半導体チップ１直上に設けることで応力を緩和し、樹脂クラックを抑えることができる。
【0044】
図２は、実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す上面図である。図２に示すように、低弾性率領域３０は、ストライプ形状で、樹脂クラックが出現する方向（パワー半導体モジュール５０の短手方向）と平行に付与することが好ましい。図２では、低弾性率領域３０は、長手方向のケースの内壁を繋ぐように形成されているが、ケース内壁と接しなくても良く、中央部付近に設けても良く、また、上面視でパワー半導体モジュールの長手方向の中央部付近に設けることが好ましい。
【0045】
実施の形態の低弾性率領域３０は、封止樹脂８より貯蔵弾性率が低い。以下の実験例で詳細に説明するが、封止樹脂８の貯蔵弾性率を１００％としたときの低弾性率領域３０の貯蔵弾性率を比弾性率とすると、比弾性率を０．８３％以上、１００％未満とするとＰ／Ｃ耐量は向上する。また、比弾性率を８％から７５％とすると、Ｐ／Ｃ耐量は２０％以上向上するため、より好ましい。さらに、比弾性率が２５％から５０％とすると、Ｐ／Ｃ耐量は３０％以上向上するため好ましい。
【0046】
以下の実験例で詳細に説明するが、低弾性率領域３０の断面形状は、図１に示すように、封止樹脂８と接する部分が曲線で囲まれた形状で、先端（底部先端部）が尖っていない。例えば、半円や半楕円など、曲線に直線部分を含まない形状や、半月型、かまぼこ型などの曲線に直線部分を含む場合は、先端(底部先端部)の尖りは、少なくともＲ＝０．５ｍｍ以上の曲率を持つことが好ましい。また、封止樹脂８と接しない部分(モジュール表面に露出する部分)の形状に指定はない。
【0047】
（実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの製造方法）
次に、実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの製造方法について説明する。図３～図５は、実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの第１製法による製造途中の状態を模式的に示す断面図である。図６は、実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの第２製法による製造途中の状態を模式的に示す断面図である。第１製法および第２製法とも、まず、放熱ベース２６および積層基板５に接合層２５でパワー半導体チップ１を接合する。
次に、実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの製造方法について説明する。図３～図５は、実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの第１製法による製造途中の状態を模式的に示す断面図である。図６は、実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの第２製法による製造途中の状態を模式的に示す断面図である。第１製法および第２製法とも、まず、放熱ベース２６および積層基板５に接合層２５でパワー半導体チップ１を接合する。
【0048】
この後、放熱ベース２６にケース７を取り付けた後、リードフレームの接合、並びに金属ワイヤ１０にてワイヤボンディングを行う。なお、リードフレームの代わりに金属ワイヤ１０を用いてもよい。次いで、プライマー層を形成してもよい。プライマー層は、パワー半導体チップ１、積層基板５、リードフレーム、金属ワイヤ１０およびケース７に、例えばスプレー塗布等により設けることができる。プライマー層の形成後は、窒素ガスを導入したイナートオーブン中で、７０～９０℃で、６０～８０分程度加熱し、さらに２００～２２０℃で、６０～８０分加熱することが好ましい。この加熱操作により、Ｃｕ表面の酸化を抑制してリードフレームを構成するＣｕを加熱し、プライマー層とＣｕとの反応が促進し、プライマー層とリードフレームとの密着性を向上することができる。なお、本実施の形態のパワー半導体モジュール５０は、プライマー層を設けないパワー半導体モジュール５０であってもよく、その場合はスプレー塗布及びイナートオーブン中での加熱操作を省略することができる。
【0049】
次に、第１製法では、図３に示すように、ケース７内に、溶融した封止樹脂８を構成する熱硬化性樹脂組成物３１を注入する。熱硬化性樹脂組成物３１を注入した状態が図４に記載される。次に、図５に示すように、低弾性樹脂３２を部分的に注入する。ここで、低弾性樹脂３２は粘度が高いため、封止樹脂中に自然拡散することは少ない。その後、熱硬化性樹脂組成物３１および低弾性樹脂３２を加熱硬化し、封止樹脂８および低弾性率領域３０を形成する。例えば、１００～１２０℃で１０～１２０分にわたって仮硬化し、１７５～１８５℃程度で１～２時間にわたって本硬化することにより、図１に示すパワー半導体モジュール５０が製造される。
【0050】
また、第２製法では、第１製法と同様に、ケース７内に、封止樹脂８を構成する溶融した熱硬化性樹脂組成物３１を部分的に注入する（図３参照）。熱硬化性樹脂組成物３１を注入した状態は、第１製法と同様である（図４参照）。次に、図６に示すように、低弾性樹脂３２を予め硬化してある低弾性率領域３０を未硬化または仮硬化後の熱硬化性樹脂組成物３１に挿入する。その後、熱硬化性樹脂組成物３１を加熱硬化する。例えば、１００～１２０℃で１０～１２０分にわたって仮硬化し、１７５～１８５℃程度で１～２時間にわたって本硬化することにより、図１に示すパワー半導体モジュール５０が製造される。
【0051】
以下に、本開示の実験例および実施例を挙げて、本開示をより詳細に説明する。しかし、本開示は、以下の実験例および実施例の範囲に限定されるものではない。実験例１では、低弾性率領域３０に用いる低弾性材料について実験を行った。実験例２、３では、低弾性率領域３０を設ける位置について実験を行った。実験例４では、低弾性率領域３０の断面形状について実験を行った。実験例５では、第１製法の粘度の範囲について実験を行った。実験例６では、作製方法について実験を行った。
【0052】
（実験例１）
実験例１では、硬化後における２５℃での貯蔵弾性率が１２ＧＰａの封止樹脂８に対して、様々な貯蔵弾性率を持つ低弾性率領域３０を形成した場合におけるパワーサイクル（Ｐ／Ｃ）耐量を比較した。結果を表１に示す。表１において、※は、以下で説明するＤＭＳでの弾性率が測定不能であり、針入度は３５であることを示す。
実験例１では、硬化後における２５℃での貯蔵弾性率が１２ＧＰａの封止樹脂８に対して、様々な貯蔵弾性率を持つ低弾性率領域３０を形成した場合におけるパワーサイクル（Ｐ／Ｃ）耐量を比較した。結果を表１に示す。表１において、※は、以下で説明するＤＭＳでの弾性率が測定不能であり、針入度は３５であることを示す。
【0053】
【表1】
【0054】
使用した低弾性樹脂は、貯蔵弾性率が６ＧＰａ以上、１４ＧＰａまでは通常の封止樹脂（エポキシ樹脂Ａ（ビスフェノールＡ型と脂環式エポキシの混合）、貯蔵弾性率１２ＧＰａ、標準フィラー濃度７３ｗｔ％からフィラー濃度を増減させることで弾性率を調整して用意した（実施例１～５、比較例１～３）。貯蔵弾性率３ＧＰａの材料には前記エポキシ樹脂に加えて、シリコーンゴムを添加して貯蔵弾性率を調整した（実施例６～８）。またはシリコーンゴム材料そのもの、およびシリコーンゲルを使用した（実施例９、比較例５、６）。また低弾性率領域３０の形状そのものの効果を確認するために、低弾性率領域３０に凹部は設けたが低弾性材料は何も封止しない例（比較例４）も用意した。
【0055】
（実施例１）
実施例１の詳細を以下に示す。
１）テストモジュール
封止樹脂８のエポキシ樹脂としては、エポキシ樹脂ＭＥ－２７６（ペルノックス（株）社製）を用い、酸無水物系硬化剤として、ＭＶ－１３８（ペルノックス（株）社製）をエポキシ樹脂１００質量部に対して、１２１質量部添加した。フィラーは、平均粒子径が１０μｍの球状シリカ（ＡＧＣ（株）社製）を用い、エポキシ樹脂と硬化剤の総質量を１００質量部とした場合に、２７０質量部添加した。このときフィラー濃度は７３ｗｔ％となった。
２）低弾性率領域３０
・材質
エポキシ樹脂Ａとして、前記封止樹脂８の材料と同じく、主剤としてエポキシ樹脂ＭＥ－２７６（ペルノックス（株）社製）、硬化剤としてＭＶ－１３８（ペルノックス（株）社製）を使用した。フィラーも同様に平均粒子径が１０μｍの球状シリカ（ＡＧＣ（株）社製）を用いたが、添加量はエポキシ樹脂の主剤と硬化剤の総質量を１００質量部とした場合に、１５０質量部添加した。これによりフィラー濃度は６０ｗｔ％となった。
・形状、配置
低弾性率領域３０は図１のような半月型の断面形状で、図２のようにモジュール短手と平行方向かつパワー半導体チップ１直上に付与し、作製方法は、第１製法を用いた（低弾性樹脂は、第１製法では樹脂粘度差が１：０．５となるように低粘度樹脂温度２０℃、封止樹脂温度６０℃にて樹脂注型を行ったのち熱硬化して作製した）。
具体的には、低弾性率領域３０は半月型で、深さが３ｍｍ（封止樹脂８の厚さ例えば１０ｍｍに対して２０％以上）、幅５ｍｍ（パワー半導体チップ１（素子）の大きさ程度で、素子の幅に対して５０～１５０％程度）、パワー半導体モジュール５０の封止樹脂８の大きさは、上面からみて、短手方向の長さは５０ｍｍ、長手方向の長さは７０ｍｍ、封止樹脂８の最大厚さは１０ｍｍである。
３）評価方法
・貯蔵弾性率評価
動的粘弾性測定装置（ＤＭＳ）を用いて、５０×１０×２．０ｍｍ3の板状に成形した樹脂サンプルを両持ち梁測定モードにて貯蔵弾性率測定を行った。測定は室温で、印加周波数は１Ｈｚ、測定長は２０ｍｍとした。
・信頼性評価
Ｐ／Ｃ試験は４０℃から１７５℃になるように通電し、通電運転２秒、休止９秒の条件を１サイクルとして行い、樹脂表面クラック進展による電気特性異常が生じない時点までのサイクル数を記録した。
実施例１の詳細を以下に示す。
１）テストモジュール
封止樹脂８のエポキシ樹脂としては、エポキシ樹脂ＭＥ－２７６（ペルノックス（株）社製）を用い、酸無水物系硬化剤として、ＭＶ－１３８（ペルノックス（株）社製）をエポキシ樹脂１００質量部に対して、１２１質量部添加した。フィラーは、平均粒子径が１０μｍの球状シリカ（ＡＧＣ（株）社製）を用い、エポキシ樹脂と硬化剤の総質量を１００質量部とした場合に、２７０質量部添加した。このときフィラー濃度は７３ｗｔ％となった。
２）低弾性率領域３０
・材質
エポキシ樹脂Ａとして、前記封止樹脂８の材料と同じく、主剤としてエポキシ樹脂ＭＥ－２７６（ペルノックス（株）社製）、硬化剤としてＭＶ－１３８（ペルノックス（株）社製）を使用した。フィラーも同様に平均粒子径が１０μｍの球状シリカ（ＡＧＣ（株）社製）を用いたが、添加量はエポキシ樹脂の主剤と硬化剤の総質量を１００質量部とした場合に、１５０質量部添加した。これによりフィラー濃度は６０ｗｔ％となった。
・形状、配置
低弾性率領域３０は図１のような半月型の断面形状で、図２のようにモジュール短手と平行方向かつパワー半導体チップ１直上に付与し、作製方法は、第１製法を用いた（低弾性樹脂は、第１製法では樹脂粘度差が１：０．５となるように低粘度樹脂温度２０℃、封止樹脂温度６０℃にて樹脂注型を行ったのち熱硬化して作製した）。
具体的には、低弾性率領域３０は半月型で、深さが３ｍｍ（封止樹脂８の厚さ例えば１０ｍｍに対して２０％以上）、幅５ｍｍ（パワー半導体チップ１（素子）の大きさ程度で、素子の幅に対して５０～１５０％程度）、パワー半導体モジュール５０の封止樹脂８の大きさは、上面からみて、短手方向の長さは５０ｍｍ、長手方向の長さは７０ｍｍ、封止樹脂８の最大厚さは１０ｍｍである。
３）評価方法
・貯蔵弾性率評価
動的粘弾性測定装置（ＤＭＳ）を用いて、５０×１０×２．０ｍｍ3の板状に成形した樹脂サンプルを両持ち梁測定モードにて貯蔵弾性率測定を行った。測定は室温で、印加周波数は１Ｈｚ、測定長は２０ｍｍとした。
・信頼性評価
Ｐ／Ｃ試験は４０℃から１７５℃になるように通電し、通電運転２秒、休止９秒の条件を１サイクルとして行い、樹脂表面クラック進展による電気特性異常が生じない時点までのサイクル数を記録した。
【0056】
（実施例２～９）
実施例２～９の詳細を以下に示す。実施例２～９については、表１に示すように低弾性率領域３０の材料を変えて貯蔵弾性率を変化させ、比弾性率を８．３％から１００％まで変化させた以外は実施例１と同じ方法、条件でモジュールを作成し、信頼性を評価した。具体的には、実施例２～５は、実施例１のフィラー濃度を表１に記載の量に変えた。また、実施例６～９は、実施例５に対し、シリコーンゴムＡとして２液シリコーンゴムであるＫＥ－６６（信越化学工業製）を表１に記載の量を添加した。
実施例２～９の詳細を以下に示す。実施例２～９については、表１に示すように低弾性率領域３０の材料を変えて貯蔵弾性率を変化させ、比弾性率を８．３％から１００％まで変化させた以外は実施例１と同じ方法、条件でモジュールを作成し、信頼性を評価した。具体的には、実施例２～５は、実施例１のフィラー濃度を表１に記載の量に変えた。また、実施例６～９は、実施例５に対し、シリコーンゴムＡとして２液シリコーンゴムであるＫＥ－６６（信越化学工業製）を表１に記載の量を添加した。
【0057】
（比較例１～６）
比較例１～６の詳細を以下に示す。比較例１～３は、表１に示すように、低弾性率領域３０に封止樹脂８の貯蔵弾性率より大きな材料を用いた以外は実施例１と同じ方法、条件でモジュールを作成し、信頼性を評価した。具体的には、比較例１～３は、実施例１のフィラー濃度を表１に示すフィラー濃度とした。また比較例４は、低弾性率領域３０に何も入れず、凹部とした以外は実施例１と同じ方法、条件でモジュールを作成し、信頼性を評価した。また、比較例５は実施例９のシリコーンゴムＡに代えて、シリコーンゴムＢとして２液シリコーンゴムであるＫＥ－１０３１（信越化学工業製）を使用した。また、比較例６は、シリコーンゲルを用いた。シリコーンゲルは、モメンティブ社製１液型シリコーンゲルであるＴＳＥ３０５１ＦＨを使用し、８０℃３０分の条件の元で硬化した。なお、前記シリコーンゲル（硬化後）は、上記の貯蔵弾性率評価方法では測定できない程度に柔らかく、針入度で３５であった。なお、針入度とは材料の硬さを測定する方法の１つであり、所定の重量を持つ円錐状の針を被測定体上に垂直に落下させた際の針の沈み具合を１／１０ｍｍ単位で評価するものである。今回はＡＳＴＭ Ｄ－１４０３に定められた所定の条件の下、針を５秒間貫入させたときの侵入深さを測定した。
比較例１～６の詳細を以下に示す。比較例１～３は、表１に示すように、低弾性率領域３０に封止樹脂８の貯蔵弾性率より大きな材料を用いた以外は実施例１と同じ方法、条件でモジュールを作成し、信頼性を評価した。具体的には、比較例１～３は、実施例１のフィラー濃度を表１に示すフィラー濃度とした。また比較例４は、低弾性率領域３０に何も入れず、凹部とした以外は実施例１と同じ方法、条件でモジュールを作成し、信頼性を評価した。また、比較例５は実施例９のシリコーンゴムＡに代えて、シリコーンゴムＢとして２液シリコーンゴムであるＫＥ－１０３１（信越化学工業製）を使用した。また、比較例６は、シリコーンゲルを用いた。シリコーンゲルは、モメンティブ社製１液型シリコーンゲルであるＴＳＥ３０５１ＦＨを使用し、８０℃３０分の条件の元で硬化した。なお、前記シリコーンゲル（硬化後）は、上記の貯蔵弾性率評価方法では測定できない程度に柔らかく、針入度で３５であった。なお、針入度とは材料の硬さを測定する方法の１つであり、所定の重量を持つ円錐状の針を被測定体上に垂直に落下させた際の針の沈み具合を１／１０ｍｍ単位で評価するものである。今回はＡＳＴＭ Ｄ－１４０３に定められた所定の条件の下、針を５秒間貫入させたときの侵入深さを測定した。
【0058】
（結果）
その結果、封止樹脂８の貯蔵弾性率を１００％としたときの低弾性率領域３０の貯蔵弾性率を比弾性率とすると、比弾性率は０．８３％以上、１００％未満とすると、Ｐ／Ｃ耐量は向上する。また、比弾性率は４．２％から８３％とすると、Ｐ／Ｃ耐量は１４％以上向上するため好ましく、また、比弾性率は８％から７５％とすると、Ｐ／Ｃ耐量は２５％以上向上するため好ましい。さらに、比弾性率は２５％から５０％とすると、Ｐ／Ｃ耐量は４０％以上向上するためより好ましい。
その結果、封止樹脂８の貯蔵弾性率を１００％としたときの低弾性率領域３０の貯蔵弾性率を比弾性率とすると、比弾性率は０．８３％以上、１００％未満とすると、Ｐ／Ｃ耐量は向上する。また、比弾性率は４．２％から８３％とすると、Ｐ／Ｃ耐量は１４％以上向上するため好ましく、また、比弾性率は８％から７５％とすると、Ｐ／Ｃ耐量は２５％以上向上するため好ましい。さらに、比弾性率は２５％から５０％とすると、Ｐ／Ｃ耐量は４０％以上向上するためより好ましい。
【0059】
一方、比弾性率が０．８３％未満まで低くなると低弾性化によるＰ／Ｃ耐量向上効果は無くなり、更に比弾性率の低い０．０８３％以下の場合ではむしろＰ／Ｃ耐量が比較例１と比べて少し悪化した。これは封止樹脂８に凹部のみ設けて低弾性樹脂を使用しなかった比較例４でもＰ／Ｃ耐量の低下が見られたことから、低弾性率領域３０があまりにも柔らかすぎると応力緩和の効果が無くなることに加え、低応力領域を設けるために凹部を設けて薄化したため封止樹脂８の剛性が低下してしまったことが要因と考えられる。
【0060】
（実験例２）
実験例２では、低弾性率領域３０をパワー半導体チップ１の直上または直上以外に付与した場合における効果を確認した。結果を表２に示す。図７は、実施の形態にかかる半導体モジュールの実施例１２の構造を示す上面図である。実施例５は、実験例１の実施例１と同じ構造である。比較例１は、実験例１の比較例１と同じ構造である。なお、直上とは、平面視で、パワー半導体チップと一部分でも重なる部分を有する場合も含む。
実験例２では、低弾性率領域３０をパワー半導体チップ１の直上または直上以外に付与した場合における効果を確認した。結果を表２に示す。図７は、実施の形態にかかる半導体モジュールの実施例１２の構造を示す上面図である。実施例５は、実験例１の実施例１と同じ構造である。比較例１は、実験例１の比較例１と同じ構造である。なお、直上とは、平面視で、パワー半導体チップと一部分でも重なる部分を有する場合も含む。
【0061】
【表2】
【0062】
実施例５では、低弾性率領域３０には貯蔵弾性率６ＧＰａの樹脂を使用し、図１のようにモジュール短手と平行方向かつパワー半導体チップ１直上に付与し、作製方法は第１製法を用いた。実施例１２では、低弾性率領域３０には実施例５と同じものを使用し、図７のようにモジュール短手と平行方向かつパワー半導体チップ１直上以外に付与し、作製方法は第１製法を用いた。
【0063】
具体的には、パワー半導体チップ１の中心部を原点とし、モジュール長手方向に向かって±１０％（±７ｍｍ）の範囲内をパワー半導体チップ１直上、それよりも外側をパワー半導体チップ１直上以外とした。結果は、パワー半導体チップ１直上でも直上以外でもＰ／Ｃ時樹脂クラック耐量向上効果を確認できた。このときパワー半導体チップ１直上に低弾性率領域を付与した方がよりＰ／Ｃ時樹脂クラック耐量向上に効果的であることがわかった。なお、本実験例では平面視で封止樹脂のほぼ中央部にパワー半導体チップを配置して検証したが、中央部のみではなく、複数配置された場合においても、パワー半導体チップの直上に配置すると、本実験例と同様の効果が得られた。
【0064】
（実験例３）
実験例３では、低弾性率領域３０をモジュールの短手かつ／または長手方向に付与した場合における効果を確認した。結果を表３に示す。図８Ａは、実施の形態にかかる半導体モジュールの実施例１３の構造を示す上面図である。図８Ｂは、実施の形態にかかる半導体モジュールの実施例１４の構造を示す上面図である。実施例５は、実験例１の実施例１と同じ構造である。比較例１は、実験例１の比較例１と同じ構造である。
実験例３では、低弾性率領域３０をモジュールの短手かつ／または長手方向に付与した場合における効果を確認した。結果を表３に示す。図８Ａは、実施の形態にかかる半導体モジュールの実施例１３の構造を示す上面図である。図８Ｂは、実施の形態にかかる半導体モジュールの実施例１４の構造を示す上面図である。実施例５は、実験例１の実施例１と同じ構造である。比較例１は、実験例１の比較例１と同じ構造である。
【0065】
【表3】
【0066】
実施例５では、低弾性率領域３０は貯蔵弾性率６ＧＰａの樹脂を使用し、図２のようにモジュール短手と平行方向かつパワー半導体チップ１直上に付与し、作製方法は第１製法を用いた。実施例１３では、低弾性率領域３０は貯蔵弾性率６ＧＰａの樹脂を使用し、図８Ａのようにモジュール長手と平行方向かつパワー半導体チップ１直上に付与し、作製方法は第１製法を用いた。実施例１４では、低弾性率領域３０は貯蔵弾性率６ＧＰａの樹脂を使用し、図８Ｂのようにモジュール長手と平行方向かつパワー半導体チップ１直上およびモジュール短手と平行方向かつパワー半導体チップ１直上の両方に付与し、作製方法は第１製法を用いた。
【0067】
結果は、実施例５、１３、１４ではいずれの比較例においてもＰ／Ｃ耐量の向上が確認できたが、実施例５、１４の短手と平行方向に低弾性率領域３０を配置した場合のＰ／Ｃ耐量向上効果が特に顕著であった。また、実施例１４の短手と平行方向および長手と平行方向に低弾性率領域３０を配置した場合のＰ／Ｃ耐量向上効果が最も顕著であった。
【0068】
（実験例４）
実験例４では、深さが３ｍｍ、幅５ｍｍの低弾性率領域３０の断面形状を半月型、矩形、逆三角形型、矩形（Ｒ付与、Ｒ＝０．５ｍｍ）、逆三角形型（Ｒ付与、Ｒ＝０．５ｍｍ）とした場合の効果を確認した。なお半月型とは、半円や半楕円などの曲線に直線部分を含まない形状を指す。結果を表４に示す。
実験例４では、深さが３ｍｍ、幅５ｍｍの低弾性率領域３０の断面形状を半月型、矩形、逆三角形型、矩形（Ｒ付与、Ｒ＝０．５ｍｍ）、逆三角形型（Ｒ付与、Ｒ＝０．５ｍｍ）とした場合の効果を確認した。なお半月型とは、半円や半楕円などの曲線に直線部分を含まない形状を指す。結果を表４に示す。
【0069】
【表4】
【0070】
比較例１は、実験例１の比較例１と同じ構造である。比較例７では矩形形状を使用した。図９は、実施の形態にかかるパワー半導体モジュールに対する比較例７の構造を示す上面図である。貯蔵弾性率、位置、作製方法等は実施例１５と同じである。比較例８では逆三角形形状を使用した。図１０は、実施の形態にかかるパワー半導体モジュールに対する比較例８の構造を示す上面図である。貯蔵弾性率、位置、作製方法等は実施例１５と同じである。なお、意図としてＲを付与しなかった矩形、逆三角形型の頂点にはサンプル作製の都合上Ｒ＝０．２５程度の曲率が付与されていた。
【0071】
実施例１５では半月型を使用した。図１１は、実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの実施例１５の構造を示す上面図である。実施例１５では短半径１．５ｍｍ、長半径２．５ｍｍの半楕円形状を使用した。低弾性率領域３０は貯蔵弾性率６ＧＰａの樹脂を使用し、パワー半導体チップ１直上を通るように付与し、作製方法は第２製法を用いた。なお、低弾性率領域３０は、事前に所定の材料を型に注入して作製した。
【0072】
実施例１６ではＲ付与の矩形形状を使用した。図１２は、実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの実施例１６の構造を示す上面図である。貯蔵弾性率、位置、作製方法等は実施例１５と同じである。実施例１７ではＲ付与の逆三角形形状を使用した。図１３は、実施の形態にかかるパワー半導体モジュールの実施例１７の構造を示す上面図である。貯蔵弾性率、位置、作製方法等は実施例１５と同じである。
【0073】
結果は、比較例７および比較例８の矩形および逆三角形型といった断面形状の先に尖った頂点がある構造ではＰ／Ｃ試験時に樹脂クラック耐量向上効果が比較例１と比べ低下するのに対し、実施例１５～１７の半月型、矩形（Ｒ付与）、逆三角形型（Ｒ付与）といった断面形状に頂点の無い構造では比較例１よりも樹脂クラック耐量が向上していた。これは、低弾性率領域３０における頂点部への応力集中による樹脂割れを避けるためには頂点の無い丸みを帯びた形状が効果的であるためと考えられる。実験例４の結果より、矩形や三角形等の多角形形状における角部のＲは、少なくとも０～０．２５ｍｍの範囲では好ましくないことがわかった。
【0074】
（実験例５）
実験例５では、第１製法にて本開示の構造を付与するための製造方法について調査した。ポッティング封止樹脂の弾性率は一般に樹脂に添加されるフィラーの濃度により調整され、フィラー濃度が高いほど弾性率は増加する。そのため低弾性率領域３０に用いる樹脂を用意するには、封止樹脂からフィラー濃度を減少させることで低弾性化したものを用いるのが簡単である。しかし、フィラー濃度を減少させた低弾性樹脂では同時に粘度も低下してしまうため、この低弾性液状樹脂をそのまま液状封止樹脂上に吐出しても粘度の低い低弾性樹脂は沈まずに浮いてしまい本開示の構造をとることができない。そこで、液状樹脂では一般に加温することでも粘度が低下する性質を利用し、高粘度な封止樹脂を加熱して粘度を低下させ、そこに温度が低い高粘度状態の低弾性樹脂を吐出することにより本開示の形態を製造することができる。実験例５では、封止樹脂と低弾性樹脂の注型温度をそれぞれ変えることで粘度を変化させたときに本開示の形態を付与可能であるかを評価した。今回評価に使用した封止樹脂は熱硬化性エポキシ樹脂であり、その組成のうち約７３ｗｔ％をシリカフィラーが占めている。エポキシ樹脂中のフィラー濃度が高いほど樹脂硬化物の弾性率は増加し、また未硬化状態での樹脂粘度も増加することが知られている。実施例１では通常の封止材としてエポキシ樹脂を、低弾性樹脂としてこのエポキシ樹脂からフィラーを全て除いたフィラーレスエポキシ樹脂を用いて評価を行った。結果を表５に示す。
実験例５では、第１製法にて本開示の構造を付与するための製造方法について調査した。ポッティング封止樹脂の弾性率は一般に樹脂に添加されるフィラーの濃度により調整され、フィラー濃度が高いほど弾性率は増加する。そのため低弾性率領域３０に用いる樹脂を用意するには、封止樹脂からフィラー濃度を減少させることで低弾性化したものを用いるのが簡単である。しかし、フィラー濃度を減少させた低弾性樹脂では同時に粘度も低下してしまうため、この低弾性液状樹脂をそのまま液状封止樹脂上に吐出しても粘度の低い低弾性樹脂は沈まずに浮いてしまい本開示の構造をとることができない。そこで、液状樹脂では一般に加温することでも粘度が低下する性質を利用し、高粘度な封止樹脂を加熱して粘度を低下させ、そこに温度が低い高粘度状態の低弾性樹脂を吐出することにより本開示の形態を製造することができる。実験例５では、封止樹脂と低弾性樹脂の注型温度をそれぞれ変えることで粘度を変化させたときに本開示の形態を付与可能であるかを評価した。今回評価に使用した封止樹脂は熱硬化性エポキシ樹脂であり、その組成のうち約７３ｗｔ％をシリカフィラーが占めている。エポキシ樹脂中のフィラー濃度が高いほど樹脂硬化物の弾性率は増加し、また未硬化状態での樹脂粘度も増加することが知られている。実施例１では通常の封止材としてエポキシ樹脂を、低弾性樹脂としてこのエポキシ樹脂からフィラーを全て除いたフィラーレスエポキシ樹脂を用いて評価を行った。結果を表５に示す。
【0075】
【表5】
【0076】
封止樹脂の粘度を１としたときの封止樹脂と低弾性樹脂の粘度比が１：１～１：０．３５の場合に、本開示の形態を製造することができた。粘度比が１：０．２５以下の場合は低粘度樹脂の粘度が低すぎるため封止樹脂内に進入できず、封止樹脂上に低粘度樹脂が濡れ広がったような形態となってしまった（ＮＧ１）。また粘度比が１：１．４以上の場合は封止樹脂の粘度が低すぎるため低粘度樹脂が封止樹脂中に深く沈みこんでしまい目的の形態が作製できなかった（ＮＧ２）。なお、各樹脂の粘度は温度を制御して可変した。
【0077】
(実験例６)
実験例６では、第１製法と第２製法による効果の差を確認した。低弾性率領域３０の樹脂には実施例５と同じ樹脂を使用し、モジュール短手に平行方向かつパワー半導体チップ１直上を通るように付与した。なお、硬化後の低弾性樹脂の貯蔵弾性率は室温で６ＧＰａであった。低弾性樹脂は、第１製法では樹脂粘度差が１：０．５となるように低粘度樹脂温度２０℃、封止樹脂温度６０℃にて樹脂注型を行ったのち熱硬化して作製した。実施例１５の第２製法では予め断面が半月型である棒状になるような型を用いて作製した低弾性樹脂硬化物を６０℃で注型した封止樹脂に挿入したのち封止樹脂を熱硬化して作成した。比較例１は、実験例１の比較例１と同じ構造である。結果を表６に示す。
実験例６では、第１製法と第２製法による効果の差を確認した。低弾性率領域３０の樹脂には実施例５と同じ樹脂を使用し、モジュール短手に平行方向かつパワー半導体チップ１直上を通るように付与した。なお、硬化後の低弾性樹脂の貯蔵弾性率は室温で６ＧＰａであった。低弾性樹脂は、第１製法では樹脂粘度差が１：０．５となるように低粘度樹脂温度２０℃、封止樹脂温度６０℃にて樹脂注型を行ったのち熱硬化して作製した。実施例１５の第２製法では予め断面が半月型である棒状になるような型を用いて作製した低弾性樹脂硬化物を６０℃で注型した封止樹脂に挿入したのち封止樹脂を熱硬化して作成した。比較例１は、実験例１の比較例１と同じ構造である。結果を表６に示す。
【0078】
【表6】
【0079】
結果は、第１製法、第２製法のどちらも比較例１と比べてＰ／Ｃ耐量の向上が見られたことから、樹脂クラック耐量向上効果を確認できた。このとき第１製法の方がよりＰ／Ｃ時樹脂クラック耐量向上に効果的であることがわかった。これは、液状樹脂である封止樹脂中に同じく液状樹脂である少フィラー低弾性樹脂を注入したことで、樹脂硬化が完了する前に２種の樹脂の界面でフィラーの拡散が生じてフィラーに濃度分布が現れた効果で、これにより２種の樹脂界面が不連続である第２製法の場合よりも応力緩和効果が向上したものと思われる。なお、実験例１，２，３は、第１製法を用いたが、第２製法でも同様の効果を有する。また、上述の実験例では、貯蔵弾性率が１２ＧＰａとなる封止樹脂を用いたが、他の貯蔵弾性率とした場合でも、低弾性率領域は、所定の形状、配置、比弾性率において、同様の効果を有する。
【0080】
以上、説明したように、実施の形態によれば、封止樹脂の最表面に弾性率の低い低弾性率領域を応力が集中しやすいパワー半導体チップ直上に設置することで、応力を緩和し、樹脂クラックを抑えることができる。
【0081】
以上において本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、上述した各実施の形態では、半導体として、シリコンの他、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのワイドバンドギャップ半導体にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【0082】
以上のように、本発明にかかる半導体モジュールおよび半導体モジュールの製造方法は、インバータなどの電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置や自動車のイグナイタなどに使用されるパワー半導体モジュールに有用である。
【符号の説明】
【0083】
１、１０１ パワー半導体チップ
２、１０２ 絶縁基板
３、１０３ 第１導電性板
４、１０４ 第２導電性板
５、１０５ 積層基板
７、１０７ ケース
８、１０８ 封止樹脂
９、１０９ 金属端子
１０、１１０ 金属ワイヤ
２５、１２５ 接合層
２６、１２６ 放熱ベース（冷却器）
３０ 低弾性率領域
３１ 熱硬化性樹脂組成物
３２ 低弾性樹脂
５０、１５０ パワー半導体モジュール
１３３ クラック
１３４ 熱応力
２、１０２ 絶縁基板
３、１０３ 第１導電性板
４、１０４ 第２導電性板
５、１０５ 積層基板
７、１０７ ケース
８、１０８ 封止樹脂
９、１０９ 金属端子
１０、１１０ 金属ワイヤ
２５、１２５ 接合層
２６、１２６ 放熱ベース（冷却器）
３０ 低弾性率領域
３１ 熱硬化性樹脂組成物
３２ 低弾性樹脂
５０、１５０ パワー半導体モジュール
１３３ クラック
１３４ 熱応力
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】