特許 7608774 半導体モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-23

(45)【発行日】2025-01-07

(54)【発明の名称】半導体モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/29 20060101AFI20241224BHJP

   H01L 23/31 20060101ALI20241224BHJP

   H01L 23/28 20060101ALI20241224BHJP

   H01L 25/07 20060101ALN20241224BHJP

   H01L 25/18 20230101ALN20241224BHJP

【ＦＩ】

H01L23/30 R

H01L23/28 K

H01L25/04 C

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020172787

(22)【出願日】2020-10-13

(65)【公開番号】P2022064191

(43)【公開日】2022-04-25

【審査請求日】2023-09-13

(73)【特許権者】

【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】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西村 知紘

【審査官】ゆずりは 広行

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１９８２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００３３７１１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１１６４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１５０２０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／２９

Ｈ０１Ｌ ２３／２８

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の回路パターンを有する回路基板と、
前記回路基板に載置される半導体チップと、
前記半導体チップと前記回路パターンとを接続する配線部材と、
前記半導体チップおよび前記配線部材を封止する封止樹脂と
を備え、
前記封止樹脂は、
無機フィラーとエポキシ樹脂とを含み、前記半導体チップを覆う第１樹脂と、
前記第１樹脂の表面に設けられる、前記第１樹脂よりも弾性率が小さい第２樹脂と
を有し、
前記第２樹脂は、前記半導体チップおよび前記回路基板から離間しており、
前記第２樹脂は、降伏応力が前記第１樹脂よりも小さい
半導体モジュール。

【請求項2】

所定の回路パターンを有する回路基板と、
前記回路基板に載置される半導体チップと、
前記半導体チップと前記回路パターンとを接続する配線部材と、
前記半導体チップおよび前記配線部材を封止する封止樹脂と
を備え、
前記封止樹脂は、
無機フィラーとエポキシ樹脂とを含み、前記半導体チップを覆う第１樹脂と、
前記第１樹脂の表面に設けられる、前記第１樹脂よりも弾性率が小さい第２樹脂と
を有し、
前記第２樹脂は、前記半導体チップおよび前記回路基板から離間しており、
前記第２樹脂は、エポキシ樹脂を含み、
前記第２樹脂は、無機フィラーの含有率（ｗｔ％）が前記第１樹脂よりも小さい
半導体モジュール。

【請求項3】

所定の回路パターンを有する回路基板と、
前記回路基板に載置される半導体チップと、
前記半導体チップと前記回路パターンとを接続する配線部材と、
前記半導体チップおよび前記配線部材を封止する封止樹脂と、
側壁を有し、前記半導体チップを収容する空間を囲む樹脂ケースと
を備え、
前記封止樹脂は、
無機フィラーとエポキシ樹脂とを含み、前記半導体チップを覆う第１樹脂と、
前記第１樹脂の表面に設けられる、前記第１樹脂よりも弾性率が小さい第２樹脂と
を有し、
前記第２樹脂は、前記半導体チップおよび前記回路基板から離間しており、
前記封止樹脂は、前記樹脂ケースの内部に設けられ、
前記側壁と、前記封止樹脂との間に緩衝層を更に備え、
前記緩衝層は、前記第２樹脂よりも弾性率が小さく、前記第１樹脂と接している
半導体モジュール。

【請求項4】

所定の回路パターンを有する回路基板と、
前記回路基板に載置される半導体チップと、
前記半導体チップと前記回路パターンとを接続する配線部材と、
前記半導体チップおよび前記配線部材を封止する封止樹脂と
を備え、
前記封止樹脂は、
無機フィラーとエポキシ樹脂とを含み、前記半導体チップを覆う第１樹脂と、
前記第１樹脂の表面に設けられる、前記第１樹脂よりも弾性率が小さい第２樹脂と、
無機フィラーとエポキシ樹脂とを含み、前記第２樹脂の表面に設けられる前記第２樹脂よりも弾性率が大きい第３樹脂と
を有し、
前記第２樹脂は、前記半導体チップおよび前記回路基板から離間しており、
前記第３樹脂は、無機フィラーの含有率（ｗｔ％）が前記第１樹脂よりも小さい
半導体モジュール。

【請求項5】

前記第３樹脂の厚みは、１ｍｍ以上であり、
前記第２樹脂は、前記第３樹脂より厚い
請求項４に記載の半導体モジュール。

【請求項6】

前記配線部材は、リードフレームであり、
前記第１樹脂は、前記リードフレームを覆い、
前記第２樹脂は、前記リードフレームから離間している
請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体モジュール。

【請求項7】

前記第１樹脂は、前記第２樹脂よりも体積が大きい
請求項１から６のいずれか一項に記載の半導体モジュール。

【請求項8】

前記第１樹脂は、前記無機フィラーを５０ｗｔ％以上含む
請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体モジュール。

【請求項9】

前記第２樹脂は、シリコーンゲルまたはシリコーンゴムを含む
請求項３から５のいずれか一項に記載の半導体モジュール。

【請求項10】

前記回路基板に直接的または間接的に接続される冷却器を更に備え、
前記第２樹脂は、前記冷却器とは反対側の前記第１樹脂の表面に設けられる
請求項３に記載の半導体モジュール。

【請求項11】

前記第１樹脂は、前記第２樹脂より厚い
請求項３または１０に記載の半導体モジュール。

【請求項12】

前記第２樹脂の厚みは、１ｍｍ以上でかつ１ｃｍ以下である
請求項３、１０または１１のいずれか一項に記載の半導体モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、半導体チップを回路基板に搭載し、半導体チップと回路基板の回路パターンとを配線部材で接続した半導体モジュールが知られている。このような半導体モジュールでは、半導体チップを保護するために、封止樹脂が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 特開２０１７－２８１５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

半導体モジュールの信頼性を高めることが好ましい。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上記課題を解決するために、本発明の一つの態様においては、半導体モジュールを提供する。半導体モジュールは、所定の回路パターンを有する回路基板を備えてよい。半導体モジュールは、回路基板に載置される半導体チップを備えてよい。半導体モジュールは、半導体チップと回路パターンとを接続する配線部材を備えてよい。半導体モジュールは、半導体チップおよび配線部材を封止する封止樹脂を備えてよい。封止樹脂は、無機フィラーとエポキシ樹脂とを含み、半導体チップを覆う第１樹脂を有してよい。封止樹脂は、第１樹脂の表面に設けられる、第１樹脂よりも弾性率が小さい第２樹脂を有してよい。第２樹脂は、半導体チップおよび回路基板から離間してよい。

【0005】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す図である。

【図2】上面視における半導体モジュール１００の一例を示す図である。

【図3】本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール２００の一例を示す図である。

【図4】上面視における半導体モジュール２００の一例を示す図である。

【図5】本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール３００の一例を示す図である。

【図6】上面視における半導体モジュール３００の一例を示す図である。

【図7】封止樹脂１２の形成方法の一例を示す図である。

【図8】半導体モジュール３００の封止樹脂１２の形成方法の一例を示す図である。

【図9】内側樹脂硬化工程Ｓ２０３における半導体モジュール３００の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、又、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。また、１つの図面において、同一の機能、構成を有する要素については、代表して符合を付し、その他については符合を省略する場合がある。

【0008】

本明細書においては半導体チップの深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は、重力方向または半導体モジュールの実装時における方向に限定されない。

【0009】

本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。直交座標軸は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えば、Ｚ軸は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。なお、＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Ｚ軸方向と記載した場合、＋Ｚ軸および－Ｚ軸に平行な方向を意味する。本明細書では、半導体チップの上面および下面に平行な直交軸をＸ軸およびＹ軸とする。また、半導体基板の上面および下面と垂直な軸をＺ軸とする。本明細書では、Ｚ軸の方向を深さ方向と称する場合がある。また、本明細書では、Ｘ軸およびＹ軸を含めて、半導体基板の上面および下面に平行な方向を、水平方向と称する場合がある。

【0010】

本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。

【0011】

図１は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す図である。半導体モジュール１００は、インバータ等の電力変換装置として機能してよい。半導体モジュール１００は、１つ以上の回路基板２０を備える。本明細書では、１つ以上の回路基板２０が設けられる面における直交軸をＸ軸およびＹ軸とし、ＸＹ面と垂直な軸をＺ軸とする。図１においては、ＹＺ面における各部材の配置例を示している。回路基板２０は、絶縁基板２１のいずれか一方の面に所定の回路パターン２６を設け、他方の面に放熱板２２を設けたものである。回路パターン２６および放熱板２２は、銅板またはアルミ板、あるいはこれらの材料にめっきを施した板を、窒化ケイ素セラミックスや窒化アルミニウムセラミックス等の絶縁基板２１に直接接合あるいはろう材層を介して接合することで、構成されてよい。なお、回路基板２０は、銅板やアルミ板等の導電部材に、絶縁シートを貼り合わせたものであってもよい。すなわち、導電部材と絶縁部材とが一体となった板状部材であってよい。

【0012】

回路基板２０には、１つ以上の半導体チップ４０が載置される。図１の例では、１つの半導体チップ４０が載置される。接合層３０は、半導体チップ４０を回路基板２０の回路パターン２６に接合する。接合層３０は、はんだ等である。半導体チップ４０等は、回路基板２０の回路パターン２６を囲む樹脂ケース１０や樹脂ケース１０に充填される封止樹脂１２といった樹脂パッケージにより保護される。なお、樹脂ケース１０を設けず、封止樹脂１２によるトランスファーモールド等で半導体チップ４０等を保護してもよい。

【0013】

半導体チップ４０は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌ Ｄｉｏｄｅ）等のダイオードおよびこれらを組み合わせたＲＣ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ）－ＩＧＢＴ、並びにＭＯＳトランジスタ等を含んでよい。半導体チップ４０は、動作状態に応じて発熱量が変化する。例えばＲＣ－ＩＧＢＴにおいて、ＩＧＢＴがオンしている状態と、ＩＧＢＴがオフしてＦＷＤに電流が流れている状態とで、通電箇所が異なるため発熱量が変化する。このため、半導体チップ４０は、スイッチング時に温度上昇および温度低下が発生する。

【0014】

本例の半導体チップ４０は、上面および下面に電極（例えば、エミッタ電極とコレクタ電極）が形成された縦型のチップである。半導体チップ４０は、下面に形成された電極により回路基板２０の回路パターン２６と接続され、上面に形成された電極により配線部材と接続される。なお、半導体チップ４０は縦型のチップに限定されない。半導体チップ４０は、回路パターン２６と接続される電極を上面に有していてもよい。

【0015】

樹脂ケース１０は、半導体チップ４０を収容する空間９４を囲むように設けられる。図１において、樹脂ケース１０は、側壁１８を有する。側壁１８は、ＸＹ面において空間９４を囲む。絶縁基板２１は、側壁１８の下方に設けられる。なお、空間９４は、絶縁基板２１の上方の領域でかつ樹脂ケース１０に囲まれる領域であってよい。

【0016】

本例において、樹脂ケース１０は、射出成形により形成可能な熱硬化型樹脂、または、ＵＶ成形により形成可能な紫外線硬化型樹脂、等の樹脂により成形される。当該樹脂は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂およびアクリル樹脂等から選択される１又は複数の高分子材料を含んでよい。

【0017】

放熱板２２は、絶縁基板２１の下面の少なくとも一部または全体を覆っていてよい。冷却器１６は、回路基板２０に直接的または間接的に接続される。本例では、冷却器１６は、放熱板２２の下面の少なくとも一部または全体を覆っていてよい。接合層２４は、放熱板２２を冷却器１６に接合する。接合層２４は、はんだ等である。冷却器１６は、内部に水等の冷媒を含む。冷却器１６は、放熱板２２等を介して、半導体チップ４０を冷却する。

【0018】

半導体チップ４０は、その上面がはんだ等の接合層（不図示）を介して配線部材と接続される。本例の配線部材は、リードフレーム５０およびワイヤ２７である。リードフレーム５０は、銅またはアルミニウム等の金属材料で形成された部材である。リードフレーム５０は、ニッケル等により表面の少なくとも一部がメッキされていてもよい。また、リードフレーム５０は、樹脂等により表面の少なくとも一部がコーティングされていてもよい。リードフレーム５０は、板状の部分を有してよい。板状とは、対向して配置された２つの主面の面積が、他の面の面積よりも大きい形状を指す。リードフレーム５０は、少なくとも、半導体チップ４０と接続する部分が板状であってよい。リードフレーム５０は、１枚の金属板を折り曲げることで、形成されてよい。

【0019】

リードフレーム５０は、半導体チップ４０と、回路パターン２６とを接続する。リードフレーム５０には、主電流が流れてよい。ここで、主電流とは、半導体チップ４０に流れる電流のうち、最大の電流である。本例のリードフレーム５０は、チップ接続部５２、架橋部５４および回路パターン接続部５６を有する。チップ接続部５２は、半導体チップ４０の上面に接合される部分である。回路パターン接続部５６は、回路パターン２６の上面に接続される部分である。チップ接続部５２および回路パターン接続部５６は、ＸＹ面とほぼ平行な板状の部分であってよい。なお、ほぼ平行とは、例えば角度が１０度以下の状態を指す。

【0020】

架橋部５４は、チップ接続部５２および回路パターン接続部５６を接続する。架橋部５４は、回路パターン２６等の導電部材から離れて配置されている。本例の架橋部５４は、回路パターン２６等の上方に配置されており、チップ接続部５２から回路パターン接続部５６まで、回路パターン２６等を跨ぐように設けられている。

【0021】

ワイヤ２７は、半導体チップ４０と、回路パターン２６とを接続する。ワイヤ２７には、半導体チップ４０のゲートを制御する電圧が印加されてよい。

【0022】

本例において、封止樹脂１２は、樹脂ケース１０の内部に設けられる。封止樹脂１２は、半導体チップ４０、並びに、配線部材としてのリードフレーム５０およびワイヤ２７を封止する。つまり封止樹脂１２は、半導体チップ４０および配線部材が露出しないように、半導体チップ４０および配線部材の全体を覆っている。封止樹脂１２により、半導体チップ４０および配線部材を保護できる。なお、配線部材に接続する外部端子は、封止樹脂１２から露出してよい。

【0023】

本例における封止樹脂１２は、第１樹脂４２と、第２樹脂４４とを有する。第１樹脂４２は、充填剤としての無機フィラーとエポキシ樹脂とを含む。また、第１樹脂４２は、半導体チップ４０および配線部材が露出しないように覆ってよい。ここで、第１樹脂４２は、配線部材としての少なくとも一部、すなわちリードフレーム５０またはワイヤ２７のいずれかを覆っているとよい。第１樹脂４２は、一例では、エポキシ樹脂、硬化剤および無機フィラーを主成分として含む。第１樹脂４２は、その他に、硬化促進剤、離型剤、着色剤、難燃剤等の添加材を含んでもよい。

【0024】

第１樹脂４２は、無機フィラーを５０ｗｔ％以上含む。一例として、第１樹脂４２は、無機フィラーを５０ｗｔ％以上でかつ９０ｗｔ％以下含む。無機フィラーは、ガラス転移温度Ｔｇが高い。なお、ガラス転移温度Ｔｇとは、ガラス転移が起きる温度である。このため、第１樹脂４２が無機フィラーを所定以上含むことで、第１樹脂４２全体のガラス転移温度Ｔｇを高め、耐熱性を高めることができる。すなわち、半導体チップ４０およびその周辺をガラス転移温度Ｔｇが高い第１樹脂４２で封止し、半導体モジュール１００の絶縁特性と強度特性とを維持することができる。無機フィラーは、例えば、ＳｉＯ_２を含むシリカフィラーであってよい。

【0025】

一方、第１樹脂４２に無機フィラーを所定以上含む場合、脆性的な挙動によって亀裂が生じる可能性が相対的に高まる。脆性破壊が生じる場合には、塑性変形をほとんど伴わない。第１樹脂４２に亀裂が生じ、その亀裂が封止樹脂１２の上端まで進展すると、半導体チップ４０が外気に曝され半導体チップ４０の保護が弱まる。その結果、耐圧不良や信頼性低下の原因となりうる。

【0026】

そこで、第２樹脂４４が、第１樹脂４２の表面に設けられる。第２樹脂４４は、冷却器１６とは反対側の第１樹脂４２の表面に設けられる。第２樹脂４４のガラス転移温度Ｔｇは、第１樹脂４２のガラス転移温度Ｔｇよりも相対的に小さくてよい。なお、第１樹脂４２および第２樹脂４４は、層構造となるように設けてよい。

【0027】

第２樹脂４４は、第１樹脂４２よりも弾性率が小さくてよい。弾性率とは、弾性体に外力を加えて変形させるときの弾性範囲内での応力とひずみとの比率である。弾性率は、変形のしにくさを表す。弾性率として、ヤング率を用いてよい。第１樹脂４２と第１樹脂４２より相対的に柔らかい第２樹脂４４とで空間９４を満たすことで、第１樹脂４２のみで空間９４を満たすよりも、高温動作時等に発生する応力が緩和される。第１樹脂４２より相対的に柔らかい第２樹脂４４により、側壁１８等との間で発生する応力が緩和されるためである。また、仮に第１樹脂４２に亀裂が入った場合でも、機械的性質の異なる第２樹脂４４では、線形的な亀裂進展を抑制することができる。すなわち、第２樹脂４４を貫通して、半導体モジュール１００の表面に亀裂が到達するのを抑制することができる。このため、半導体モジュール１００の信頼性を向上することができる。

【0028】

第２樹脂４４は、降伏応力が第１樹脂４２よりも小さくてよい。これにより、第２樹脂４４が、第１樹脂４２よりも早く塑性変形する。したがって、第２樹脂４４の方が、先に破断しやすく（壊れやすく）なる。これにより、第１樹脂４２が降伏応力に達し塑性変形するのを抑制できる。したがって、半導体モジュール１００の信頼性を向上することができる。

【0029】

本例では、第１樹脂４２は半導体チップ４０およびリードフレーム５０を覆い、第２樹脂４４は半導体チップ４０、リードフレーム５０および回路基板２０から離間している。つまり、本例において、第２樹脂４４は、半導体チップ４０、リードフレーム５０および回路基板２０の上面、下面または側面のいずれとも接しない。本例の第２樹脂４４は、絶縁基板２１の上面、下面および側面のいずれとも接しない。本例の第２樹脂４４は、放熱板２２の上面、下面および側面のいずれとも接しない。本例の第２樹脂４４は、回路パターン２６のいずれの面とも接しない。絶縁基板２１の側面は、外気と接していてよく、第２樹脂４４とは異なる部材と接していてもよい。これにより、半導体チップ４０、リードフレーム５０、回路基板２０といった通電部材を、耐熱性を有する第１樹脂４２で保護することができる。また、第２樹脂４４は、通電部材に接することがないので、相対的には耐熱性が必要とはならない。本例では、第１樹脂４２がいわば本来の半導体パッケージとしての通電部材を保護する機能を果たし、第２樹脂４４が第１樹脂４２を保護する機能を果たす。

【0030】

このため、第１樹脂４２は、第２樹脂４４よりも総体積が大きくてよい。第１樹脂４２は、第２樹脂４４よりも総重量が大きくてもよい。また、断面視または側面視において、第１樹脂４２は第２樹脂４４より厚くてよい。一例として、図１における第１樹脂４２の厚みＴ１は、１ｃｍ以上である。一例として、図１における第２樹脂４４の厚みＴ２は、１ｍｍ以上でかつ１ｃｍ以下である。第２樹脂４４による第１樹脂４２の保護は、相対的に、第２樹脂４４の体積や厚みが要求されないためである。これにより、第１樹脂４２と第２樹脂４４の比率の好適化およびコスト削減を図ることができる。

【0031】

本例では、第２樹脂４４がエポキシ樹脂を含み、封止樹脂１２が物性の異なるエポキシ樹脂の２層構造として構成される。ここで、第２樹脂４４は、無機フィラーの含有率（ｗｔ％）が、第１樹脂４２よりも小さくてよい。一例として、第２樹脂４４は、無機フィラーが５０ｗｔ％未満含まれてよい。第２樹脂４４は、無機フィラーを含んでもよいし、含まなくてもよい。これにより、第２樹脂４４のガラス転移温度Ｔｇは、第１樹脂４２のガラス転移温度Ｔｇよりも相対的に小さくなる。なお、第１樹脂４２と同様に、第２樹脂４４も、エポキシ樹脂、硬化剤および無機フィラーを主成分として含んでよい。第２樹脂４４は、その他に、硬化促進剤、離型剤、着色剤、難燃剤等の添加材を含んでもよい。

【0032】

第２樹脂４４は、エポキシ樹脂に替えて、または、エポキシ樹脂に加えて、シリコーンゲルまたはシリコーンゴムを含んで構成されてもよい。この場合、第２樹脂４４は、降伏応力が第１樹脂４２よりも小さくならなくてもよい。なお、シリコーンゲルまたはシリコーンゴムも、その他の添加材を含んでよい。

【0033】

図２は、上面視における半導体モジュール１００の一例を示す図である。樹脂ケース１０は、内側側壁１７を有する。内側側壁１７は、側壁１８の一例である。内側側壁１７は、半導体チップ４０を収容する空間９４を分割する。図２において、内側側壁１７は、空間９４を空間９４－１、空間９４－２および空間９４－３に分割する。回路基板２０は、空間９４－１、空間９４－２および空間９４－３に、共通して設けられてもよい。回路基板２０は、空間９４－１、空間９４－２および空間９４－３に、それぞれ設けられてもよい。また、樹脂ケース１０には、冷却装置等を固定するねじ等の締結部材が挿入される貫通孔８４が設けられてよい。

【0034】

封止樹脂１２は、ワイヤ２７、半導体チップ４０およびリードフレーム５０が露出しないように、樹脂ケース１０の空間９４に充填されてよい。図２では、上面視において、封止樹脂１２の第２樹脂４４が露出している。なお、不図示の外部端子も、封止樹脂１２から露出してよい。

【0035】

図３は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール２００の一例を示す図である。図３の半導体モジュール２００は、封止樹脂１２が第３樹脂４６を有する点で図１の半導体モジュール１００と異なる。図３のそれ以外の構成は、図１と同一であってよい。第３樹脂４６は、第２樹脂４４の少なくとも一部の表面に設けられる。図２の例では、第３樹脂４６は、第２樹脂４４の上面の全面を覆っている。すなわち、図３では、封止樹脂１２が、隣接する層の物性が異なるエポキシ樹脂の３層構造として構成される。第３樹脂４６は、一例では、エポキシ樹脂、硬化剤および無機フィラーを主成分として含む。第３樹脂４６は、その他に、硬化促進剤、離型剤、着色剤、難燃剤等の添加材を含んでもよい。

【0036】

第３樹脂４６は、無機フィラーの含有率（ｗｔ％）が、第２樹脂４４よりも大きくてよい。一例として、第３樹脂４６は、無機フィラーが２０ｗｔ％以上含まれてよい。したがって、第３樹脂４６のガラス転移温度Ｔｇは、第２樹脂４４のガラス転移温度Ｔｇより高くてよい。また、第３樹脂４６は、無機フィラーの含有率（ｗｔ％）が、第１樹脂４２よりも小さくてよい。これにより、脆性的な挙動によって亀裂が生じる可能性を相対的に抑えることができる。

【0037】

第３樹脂４６は、第２樹脂４４より弾性率が大きくてよい。また、封止樹脂１２の表面は、第３樹脂４６で覆われてよい。これにより、第２樹脂４４より相対的に硬い第３樹脂４６が露出されるので、第２樹脂４４の表面を保護することができる。また、仮に第１樹脂４２に亀裂が入った場合でも、機械的性質の異なる第２樹脂４４および第３樹脂４６が介在するため、線形的な亀裂進展を抑制することができる。すなわち、第２樹脂４４、第３樹脂４６を貫通して、封止樹脂１２の表面に亀裂が到達するのを抑制することができる。このため、半導体モジュール２００の信頼性を向上することができる。

【0038】

第３樹脂４６は、降伏応力が第２樹脂４４よりも大きくてよい。これにより、第２樹脂４４が、第３樹脂４６よりも早く塑性変形する。その結果、封止樹脂１２の表面に露出する第３樹脂４６が降伏応力に達し塑性変形するのを抑制できる。このため、封止樹脂１２の表面の第３樹脂４６から外気が進入することを回避できる。したがって、半導体モジュール２００の信頼性を向上することができる。なお、第３樹脂４６は、降伏応力が第１樹脂４２より小さくてよい。

【0039】

第２樹脂４４は、第３樹脂４６よりも総体積が大きくてよい。第２樹脂４４は、第３樹脂４６よりも総重量が大きくてよい。また、第２樹脂４４は、第３樹脂４６より厚くてよい。一例として、図３において第２樹脂４４の厚みＴ２は、１ｍｍ以上でかつ１ｃｍ以下である。一例として、図３において第３樹脂４６の厚みＴ３は、１ｍｍ以上である。第３樹脂４６の厚みＴ３が大きいと、第３樹脂４６の重さにより、第２樹脂４４が変形してしまう可能性がある。第２樹脂４４を第３樹脂４６より厚くすることにより、第２樹脂４４の変形を抑えることができる。本例の第３樹脂４６は、半導体チップ４０、リードフレーム５０および回路基板２０から離間している。つまり本例の第３樹脂４６は、半導体チップ４０、リードフレーム５０および回路基板２０の上面、下面または側面のいずれとも接しない。本例の第３樹脂４６は、絶縁基板２１の上面、下面および側面のいずれとも接しない。本例の第３樹脂４６は、放熱板２２の上面、下面および側面のいずれとも接しない。本例の第３樹脂４６は、回路パターン２６のいずれの面とも接しない。

【0040】

図４は、上面視における半導体モジュール２００の一例を示す図である。図４において、図２と同様に樹脂ケース１０および封止樹脂１２を示している。図２では、上面視において、封止樹脂１２の第３樹脂４６が露出している。なお、不図示の外部端子も、封止樹脂１２から露出してよい。

【0041】

図５は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール３００の一例を示す図である。図５の半導体モジュール３００は、側壁１８と封止樹脂１２との間に緩衝層４８を有する点で図３の半導体モジュール２００と異なる。図５のそれ以外の構成は、図３と同一であってよい。

【0042】

緩衝層４８は、上面視において第１樹脂４２、第２樹脂４４および第３樹脂４６を囲んでよい。緩衝層４８は、側壁１８の空間９４と対向する面を覆って設けられてよい。つまり、緩衝層４８を設けることにより、第１樹脂４２、第２樹脂４４および第３樹脂４６は側壁１８に接しない。

【0043】

緩衝層４８の弾性率は、第２樹脂４４の弾性率より小さくてよい。つまり、緩衝層４８の弾性率は、第１樹脂４２、第２樹脂４４および第３樹脂４６のいずれの弾性率より小さくてよい。弾性率が第２樹脂４４より小さい緩衝層４８を設けることにより、半導体モジュール３００が全体変形した際に、緩衝層４８が変形に追随する。したがって、封止樹脂１２が側壁１８から剥離することを防ぐことができる。

【0044】

第１樹脂４２、第２樹脂４４および第３樹脂４６が主成分としてエポキシ樹脂を含む場合、緩衝層４８は、一例として、主成分としてシリコーンゲルを含む。主成分とは、当該樹脂における含有率（ｗｔ％）が最大の成分である。緩衝層４８がシリコーンゲルを含むことにより、緩衝層４８の弾性率を第２樹脂４４の弾性率より小さくすることができる。

【0045】

Ｚ軸方向において、緩衝層４８の厚みＴ４は、第１樹脂４２、第２樹脂４４および第３樹脂４６の合計の厚み（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）と同一であってよい。また、緩衝層４８は、ワイヤ２７、半導体チップ４０およびリードフレーム５０と接しないことが好ましい。緩衝層４８の幅Ｗは、５ｍｍ以下であってよい。緩衝層４８の幅Ｗは、３ｍｍ以下であってよい。緩衝層４８の幅Ｗは、１ｍｍ以下であってよい。緩衝層４８の幅Ｗを小さくすることにより、緩衝層４８がワイヤ２７、半導体チップ４０およびリードフレーム５０を覆わない構成にすることができる。

【0046】

図６は、上面視における半導体モジュール３００の一例を示す図である。図６において、図２と同様に樹脂ケース１０および封止樹脂１２を示している。図６では、上面視において、封止樹脂１２の第３樹脂４６および緩衝層４８が露出している。なお、不図示の外部端子も、封止樹脂１２から露出してよい。

【0047】

図６に示すように、緩衝層４８は、上面視において第３樹脂６を囲んでいる。緩衝層４８は、上面視において幅Ｗを有して、第３樹脂４６を囲んでいる。また、緩衝層４８は、内側側壁１７を含め、側壁１８に対向して設けられている。

【0048】

図７は、封止樹脂１２の形成方法の一例を示す図である。封止樹脂１２の形成方法は、第１樹脂導入工程Ｓ１０１、第１樹脂仮硬化工程Ｓ１０２、第２樹脂導入工程Ｓ１０３、第２樹脂仮硬化工程Ｓ１０４、第３樹脂導入工程Ｓ１０５、第３樹脂仮硬化工程Ｓ１０６および本硬化工程Ｓ１０７を備える。

【0049】

第１樹脂導入工程Ｓ１０１において、樹脂ケース１０に第１樹脂４２を導入する。第１樹脂導入工程Ｓ１０１において、ワイヤ２７、半導体チップ４０およびリードフレーム５０を覆うように第１樹脂４２を導入する。

【0050】

第１樹脂仮硬化工程Ｓ１０２において、第１樹脂４２を仮硬化する。第１樹脂仮硬化工程Ｓ１０２において、第１樹脂４２は完全には硬化しない。第１樹脂仮硬化工程Ｓ１０２の温度は、一例として、５０℃～６５℃である。第１樹脂仮硬化工程Ｓ１０２において、第１樹脂４２からガスが発生する。

【0051】

第２樹脂導入工程Ｓ１０３において、樹脂ケース１０に第２樹脂４４を導入する。第２樹脂導入工程Ｓ１０３において、第１樹脂４２の上方に第２樹脂４４を導入する。第１樹脂４２を仮硬化しているため、第２樹脂４４を上方に設けることが可能である。

【0052】

第２樹脂仮硬化工程Ｓ１０４において、第２樹脂４４を仮硬化する。第２樹脂仮硬化工程Ｓ１０４において、第１樹脂４２および第２樹脂４４は完全には硬化しない。第２樹脂仮硬化工程Ｓ１０４の温度は、一例として、５０℃～６５℃である。第２樹脂仮硬化工程Ｓ１０４において、第２樹脂４４からガスが発生する。

【0053】

第３樹脂導入工程Ｓ１０５において、樹脂ケース１０に第３樹脂４６を導入する。第３樹脂導入工程Ｓ１０５において、第２樹脂４４の上方に空間９４を満たすように第３樹脂４６を導入する。第２樹脂４４を仮硬化しているため、第３樹脂４６を上方に設けることが可能である。

【0054】

第３樹脂仮硬化工程Ｓ１０６において、第３樹脂４６を仮硬化する。第３樹脂仮硬化工程Ｓ１０６において、第１樹脂４２、第２樹脂４４および第３樹脂４６は完全には硬化しない。第３樹脂仮硬化工程Ｓ１０６の温度は、一例として、５０℃～６５℃である。第３樹脂仮硬化工程Ｓ１０６において、第３樹脂４６からガスが発生する。

【0055】

本硬化工程Ｓ１０７において、封止樹脂１２を本硬化する。本硬化とは、仮硬化よりも高い温度で封止樹脂１２を硬化することである。本硬化工程Ｓ１０７の温度は、一例として、１８５℃である。本硬化工程Ｓ１０７においても、封止樹脂１２からガスが発生する。本硬化工程Ｓ１０７を実施することにより、封止樹脂１２に完全に硬化することができる。

【0056】

なお、半導体モジュール１００の封止樹脂１２を形成する場合、第３樹脂導入工程Ｓ１０５および第３樹脂仮硬化工程Ｓ１０６は実施されなくてよい。この場合、第２樹脂導入工程Ｓ１０３において、空間９４を満たすように第２樹脂４４を導入する。

【0057】

図８は、半導体モジュール３００の封止樹脂１２の形成方法の一例を示す図である。半導体モジュール３００の封止樹脂１２の形成方法は、枠設置工程Ｓ２０１、内側樹脂導入工程Ｓ２０２、内側樹脂硬化工程Ｓ２０３、枠除去工程Ｓ２０４、緩衝層導入工程Ｓ２０５および緩衝層硬化工程Ｓ２０６を備える。

【0058】

枠設置工程Ｓ２０１において、樹脂ケース１０に枠６０（図９参照）を設置する。枠６０は、第１樹脂４２、第２樹脂４４および第３樹脂４６が導入される箇所を囲むように設けられる。枠６０は、側壁１８に接して設置されてもよいし、側壁１８に接して設置されなくてもよい。

【0059】

内側樹脂導入工程Ｓ２０２および内側樹脂硬化工程Ｓ２０３において、第１樹脂４２、第２樹脂４４および第３樹脂４６を導入し、硬化する。つまり、内側樹脂導入工程Ｓ２０２および内側樹脂硬化工程Ｓ２０３において、図７の第１樹脂導入工程Ｓ１０１、第１樹脂仮硬化工程Ｓ１０２、第２樹脂導入工程Ｓ１０３、第２樹脂仮硬化工程Ｓ１０４、第３樹脂導入工程Ｓ１０５、第３樹脂仮硬化工程Ｓ１０６および本硬化工程Ｓ１０７が実施されてよい。本例において、枠６０の内側に第１樹脂４２、第２樹脂４４および第３樹脂４６が導入される。

【0060】

枠除去工程Ｓ２０４において、枠６０を除去する。枠６０を除去することで、第１樹脂４２、第２樹脂４４および第３樹脂４６と樹脂ケース１０の間に隙間が生じる。

【0061】

緩衝層導入工程Ｓ２０５において、緩衝層４８を導入する。本例において、第１樹脂４２、第２樹脂４４および第３樹脂４６と樹脂ケース１０の隙間に緩衝層４８を導入する。

【0062】

緩衝層硬化工程Ｓ２０６において、緩衝層４８を硬化する。緩衝層硬化工程Ｓ２０６の温度は、一例として、１８５℃である。

【0063】

図９は、内側樹脂硬化工程Ｓ２０３における半導体モジュール３００の一例を示す図である。本例において、枠６０は、側壁１８に接して設置されていない。図９に示すように枠６０の内側に、第１樹脂４２、第２樹脂４４および第３樹脂４６が設けられる。枠除去工程Ｓ２０４において枠６０を除去した後、緩衝層導入工程Ｓ２０５において、第１樹脂４２、第２樹脂４４および第３樹脂４６と樹脂ケース１０の間には、緩衝層４８が導入される。

【0064】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0065】

１０・・樹脂ケース、１２・・封止樹脂、１６・・冷却器、１７・・内側側壁、１８・・側壁、２０・・回路基板、２１・・絶縁基板、２２・・放熱板、２４・・接合層、２６・・回路パターン、２７・・ワイヤ、３０・・接合層、４０・・半導体チップ、４２・・第１樹脂、４４・・第２樹脂、４６・・第３樹脂、４８・・緩衝層、５０・・リードフレーム、５２・・チップ接続部、５４・・架橋部、５６・・回路パターン接続部、６０・・枠、８４・・貫通孔、９４・・空間、１００・・半導体モジュール、２００・・半導体モジュール、３００・・半導体モジュール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】