(57)【要約】【課題】電極層の変形を阻止することができる半導体モジュールを提供する。【解決手段】本発明の一形態に係る半導体モジュールは、誘電体フィルムと、複数の回路部品と、電極層と、リジッド部材と、封止層とを具備する。前記誘電体フィルムは、第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する。前記複数の回路部品は、前記第１の主面に搭載される。前記電極層は、前記第２の主面に配置され、前記複数の回路部品と電気的に接続される複数の電極部を有する。前記複数の電極部の少なくとも一部は、一軸方向に長手の帯状部を有する。前記リジッド部材は、前記第１の主面に配置され、前記一軸方向に沿って延びる少なくとも１つの軸部を有し、前記誘電体フィルムを挟んで前記帯状部と対向する。前記封止層は、前記第１の主面に設けられ、前記複数の回路部品及び前記リジッド部材を被覆する。【選択図】図１
2020004905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する誘電体フィルムと、
前記第１の主面に搭載された複数の回路部品と、
前記第２の主面に配置され、前記複数の回路部品と電気的に接続される複数の電極部を有し、前記複数の電極部の少なくとも一部が一軸方向に長手の帯状部を有する、電極層と、
前記第１の主面に配置され、前記一軸方向に沿って延びる少なくとも１つの軸部を有し、前記誘電体フィルムを挟んで前記帯状部と対向するリジッド部材と、
前記第１の主面に設けられ、前記複数の回路部品及び前記リジッド部材を被覆する封止層と
を具備する半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体モジュールであって、
前記誘電体フィルムは、前記一軸方向に平行な２辺を有する矩形状に形成され、
前記リジッド部材は、前記樹脂基材の前記２辺に沿って延びる２つの軸部を有する
半導体モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体モジュールであって、
前記リジッド部材は、前記樹脂基材の周囲に沿って配置され前記複数の回路部品を囲む枠状部材である
半導体モジュール。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体モジュールであって、
前記リジッド部材は、前記樹脂基材の前記２辺に沿って配置された一対の軸状部材である
半導体モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体モジュールであって、
前記複数の回路部品は、パワー系半導体素子を含み、
前記帯状部は、前記複数の電極部のうち前記パワー系半導体素子と接続される電極部に設けられる
半導体モジュール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体モジュールであって、
前記誘電体フィルムは、ポリイミドで構成される
半導体モジュール。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体モジュールであって、
前記第２の主面に設けられ、前記帯状部を露出させる開口部を有するソルダレジスト層をさらに具備し、
前記リジッド部材は、前記誘電体フィルムを挟んで前記開口部と対向する位置に配置される
半導体モジュール。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体モジュールであって、
前記帯状部は、厚みが２０μｍ以上５０μｍ以下、前記一軸方向に直交する幅が１ｍｍ以上２ｍｍ以下の銅めっき層である
半導体モジュール。
【請求項９】
第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する誘電体フィルムと、
前記第１の主面に搭載された複数の回路部品と、
前記第２の主面に配置され、前記複数の回路部品と電気的に接続される複数の電極部を有し、前記複数の電極部の少なくとも一部が一軸方向に長手の帯状部を有する、電極層と、
前記第１の主面に配置され、前記一軸方向に沿って延びる少なくとも１つの軸部を有し、前記誘電体フィルムを挟んで前記帯状部と対向するリジッド部材と
を具備する半導体モジュール。
【請求項１０】
請求項１または請求項９の半導体モジュールであって、
前記リジッド部材の厚みは、前記回路部品の厚みよりも薄い
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、誘電体層の一方の面に回路部品が、他方の面に電極層がそれぞれ配置された半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＰＯＬ（Power Over Lay）と称される表面実装集積型パワーモジュールが知られている（例えば特許文献１参照）。この種の半導体モジュールは、典型的には、ポリイミド等の誘電体フィルム、誘電体フィルムの一方の面に搭載されたパワー系半導体素子や受動部品等の回路部品、上記誘電体フィルムの他方の面に配置された電極層、回路部品を被覆する封止層等を備える。
【０００３】
上記半導体モジュールによれば、回路部品が誘電体フィルムを介して電極層に電気的に接続されるため、部品の高集積化、配線長の短縮化を図れるとともに、絶縁耐圧を確保しつつ薄型化及び小型化が図れるパワー系半導体モジュールを実現することができる。さらに、電極形状の設計自由度が高く、大電流の通電を制御するパワー系半導体素子における電極端子を任意の形状、大きさに形成することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２７２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、大電流に対応するため電極端子の面積を大きくすると、封止層の形成時に電極端子の一部が外方へ突出するような反りが生じる場合がある。つまり、封止層をコンプレッションモールド法あるいはトランスファモールド法で形成するに際して、誘電体フィルムの一方の面から他方の面に向かう樹脂のモールド圧によって、電極層、特に面積が比較的大きな端子領域が局所的に変形することがある。このため、電極層の平面度が低下し、電極層の位置によって高さのばらつきが生じることで、基板への実装信頼性が低下するという問題がある。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、電極層の変形を阻止することができる半導体モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る半導体モジュールは、誘電体フィルムと、複数の回路部品と、電極層と、リジッド部材と、封止層とを具備する。
前記誘電体フィルムは、第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する。
前記複数の回路部品は、前記第１の主面に搭載される。
前記電極層は、前記第２の主面に配置され、前記複数の回路部品と電気的に接続される複数の電極部を有する。前記複数の電極部の少なくとも一部は、一軸方向に長手の帯状部を有する。
前記リジッド部材は、前記第１の主面に配置され、前記一軸方向に沿って延びる少なくとも１つの軸部を有し、前記誘電体フィルムを挟んで前記帯状部と対向する。
前記封止層は、前記第１の主面に設けられ、前記複数の回路部品及び前記リジッド部材を被覆する。
【０００８】
上記半導体モジュールにおいては、誘電体フィルムを挟んで帯状部と対向するリジッド部材を備えているため、封止層の形成時に帯状部に向かう樹脂のモールド圧がリジッド部材によって遮断される。これにより帯状部の変形を阻止することができる。
【０００９】
前記誘電体フィルムは、前記一軸方向に平行な２辺を有する矩形状に形成され、前記リジッド部材は、前記樹脂基材の前記２辺に沿って延びる２つの軸部を有していてもよい。
【００１０】
前記リジッド部材は、前記樹脂基材の周囲に沿って配置され前記複数の回路部品を囲む枠状部材であってもよい。
【００１１】
前記リジッド部材は、前記樹脂基材の前記２辺に沿って配置された一対の軸状部材であってもよい。
【００１２】
前記複数の回路部品は、パワー系半導体素子を含み、前記帯状部は、前記複数の電極部のうち前記パワー系半導体素子と接続される電極部に設けられてもよい。
【００１３】
前記誘電体フィルムは、ポリイミドで構成されてもよい。
【００１４】
前記半導体モジュールは、前記第２の主面に設けられ、前記帯状部を露出させる開口部を有するソルダレジスト層をさらに具備し、前記リジッド部材は、前記誘電体フィルムを挟んで前記開口部と対向する位置に配置されてもよい。
【００１５】
前記帯状部は、厚みが２０μｍ以上５０μｍ以下、前記一軸方向に直交する幅が１ｍｍ以上２ｍｍ以下の銅めっき層であってもよい。
【００１６】
本発明の他の形態に係る半導体モジュールは、誘電体フィルムと、複数の回路部品と、電極層と、リジッド部材とを具備する。
前記誘電体フィルムは、第１の主面と、前記第１の主面とは反対側の第２の主面とを有する。
前記複数の回路部品は、前記第１の主面に搭載される。
前記電極層は、前記第２の主面に配置され、前記複数の回路部品と電気的に接続される複数の電極部を有し、前記複数の電極部の少なくとも一部が一軸方向に長手の帯状部を有する。
前記リジッド部材は、前記第１の主面に配置され、前記一軸方向に沿って延びる少なくとも１つの軸部を有し、前記誘電体フィルムを挟んで前記帯状部と対向する。
【００１７】
前記リジッド部材の厚みは、前記回路部品の厚みよりも薄くてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
以上述べたように、本発明によれば、電極層の変形を阻止して基板への実装信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体モジュールの構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線概略断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ線概略断面図である。
【図４】上記半導体モジュールの電極層側の概略裏面図である。
【図５】上記半導体モジュールの要部の等価回路図
【図６】上記半導体モジュールの作用を説明する電極層の要部の概略断面図である。
【図７】上記半導体モジュールの構成の変形例を示す概略斜視図である。
【図８】上記半導体モジュールの構成の他の変形例を示す概略斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る半導体モジュールの概要を説明する図であって、（ａ）は電極層側の概略平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線概略断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ線概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［概要］
まず、本発明の一実施形態に係る半導体モジュールの概要について、図９を用いて説明する。図９（ａ）は、半導体モジュール１の電極層側の概略平面図、図９（ｂ）は（ａ）におけるＣ−Ｃ線概略断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ線概略断面図である。
【００２１】
符号１０は、ポリイミドから成る誘電体フィルム１０である。ポリイミドフィルムは、高温、高耐電圧特性に優れた材料であり、その厚みは約２５μｍと薄く、フレキシブル（可撓）性を有する基板である。誘電体フィルム１０の少なくとも表側（図９（ａ）において手前側の面）には、厚みが約５０μｍのＣｕ（銅）めっき層からなる導電パターンが形成される。これは、大電流を扱い、高温にもなることから、抵抗が低く、ヒートシンクとしてまたは放熱特性も考慮して、導電パターンを厚く形成している。導電パターンは、電極、配線などからなる。
【００２２】
図９（ａ）を参照して、矩形の点線で示す符号２０Ａは、制御エリア（基板の一方の領域）であり、符号２１Ａは、スイッチングエリア（基板の他方の領域）である。制御エリア２０Ａにおいて、詳細は示していないが、誘電体フィルム１０の裏側（図９（ａ）において奥側の面）には、例えば制御ＩＣがフェイスダウンで実装される。誘電体フィルム１０の表側には、この制御ＩＣの配置領域から、放射状に配線が設けられ、先端には電極３０Ｅが設けられている。またスイッチングエリア２１Ａにおいて、誘電体フィルム１０の裏側には、破線の矩形で示すスイッチング素子またはダイオード２１、２２が設けられている。例えば図５で示すパワートランジスタ２１と保護ダイオード２２が設けられ、それぞれが、誘電体フィルム１０の表側に設けられた電極部３１，３２に接続されている。また、二つの矩形で示す素子は、夫々がパワートランジスタでも良い。例えば三相インバータ回路やプッシュプル構造の様に、二つのトランジスタが直列接続された回路でも良い。
【００２３】
パワートランジスタ２１は、電極３１の櫛歯部３０ｂに設けられ、ソース電極、ドレイン電極およびゲート電極が、ビア（ｖｉａ）Ｖを介してこの櫛歯部３０ｂと電気的に接続されている。この櫛歯部３０ｂをまとめる電極である帯状部３０ａは、トランジスタの配置領域と隣接した位置に設けられる。
【００２４】
尚、具体的には示していないが、チップ抵抗、チップコンデンサ等の受動部品が誘電体フィルム１０の裏側に、複数設けられている。また導電パターンの電極となる部分が露出する様に、誘電体フィルム１０の表側の全体に６０〜８０μｍ程度のソルダレジスト層（ＰＳＲ）６０が被覆されている（図９（ｂ），（ｃ））。ソルダレジスト層３０から露出する電極の部分には、マザーボード実装のため、例えば半田などが設けられる。
尚、後述するが、ＩＣやトランジスタの電極と接続する電極は、誘電体フィルム１０にビア（孔）が開口され、導電パターン形成時に、その孔も含め形成され、電気的に接続される。
【００２５】
一方、図９（ｂ）や図９（ｃ）の様に、誘電体フィルム１０の裏側には、ＩＣ、スイッチング素子２１、２２、チップコンデンサなどの受動素子を含む複数の回路部品を保護する封止層５０が設けられる。この封止層５０の厚みは、最も厚い部品、例えば、チップコンデンサにより規制され、約１ｍｍ〜２ｍｍ程度の樹脂厚である。また封止層５０は、エポキシ樹脂からなり、一般には、真空印刷、コンプレッションモールド、またはトランスファモールドで設けられる。以下サイズ（一例）に着目して整理してみる。
【００２６】
誘電体フィルムの厚み:２０μｍ〜５０μｍ
ソルダレジストの厚み:６０μｍ〜８０μｍ
封止層５０の樹脂厚：１ｍｍ〜２ｍｍ（１０００μｍ〜２０００μｍ）
導電パターン（電極や配線）厚み：５０μｍ〜１００μｍ
・・帯状部の幅：１．２ｍｍ（１２００μｍ）
・・櫛歯部の幅:０．８ｍｍ（８００μｍ）
・・他の導電パターンの幅:０．３ｍｍ（３００μｍ）前後
【００２７】
一般に使用されるガラスエポキシ基板では、導電パターンは、基板よりも薄いのが一般的である。しかし、上に示した様に、導電パターンと同程度か、或いは導電パターンよりも薄いフィルムが用いられ、更に、この薄い誘電体フィルムの厚みや導電パターン厚みの１００倍前後の封止樹脂が設けられている。本発明の実施形態に係る半導体モジュールは、この様な関係から、ガラスエポキシ基板から成る通常の基板モジュールとは、その機械的特性、応力の発生具合などが全く異なってくる。
【００２８】
ここで、厚み２５μｍの誘電体フィルム１０の裏側には、厚さ１ｍｍ〜２ｍｍの封止層５０が設けられるため、この樹脂層５０の硬化収縮のために、図９（ｂ），（ｃ）においてラインＬ１で示すようなフィルム全体に反りが発生する場合がある。
【００２９】
更に解析すれば、樹脂注入時、その注入圧により、図９（ｂ），（ｃ）においてラインＬ２で示す電極の反りが発生することが判った。これは、金型の底面にソルダレジスト層６０が当接し、誘電体フィルムの裏側から表側に封止の時の圧力が加わるためである。特に１．２ｍｍと幅の広い電極（特に帯状部）では、その幅方向あるいは長手方向に電極の反りが顕著である。尚、スイッチングエリアのトランジスタが配置された部分は、接着剤を介してフィルムとチップが固着されるため、櫛歯部３０ｂは、反りが発生しにくい。一方、トランジスタが配置されず、幅の広い帯状部の電極３０ａは、幅が広いためＬ２で示すような反りが発生しやすい。
【００３０】
つまり回路部品や半導体素子が固着される電極の部分は、部品や半導体素子の剛性により、ある程度平坦と成るが、前述の様に、封止樹脂の影響で基板全体に渡り反りが発生する他に、幅の広い帯状部３０ａの部分は、剛性物が設けられないために反ってしまうことが判った。また封止層５０が設けられないモジュールの場合、２０μｍ〜５０μｍのフィルムと２０μｍ〜５０μｍの導電パターンは、同じレンジで形成されているが、金属と樹脂であるため、熱膨張係数の違いから反りが発生する。しかもスイッチングエリア２１Ａと制御エリア２０Ａの境界は、二つの剛性エリアの境界（狭間）となり、ここは、マザーボード実装時のリフローにより、熱が加わり、この境界を基線として折れ曲がる現象も発生している。
【００３１】
どちらにしても、基板全体の反りは、マザーボートに実装する際、半田不良を発生する。更に帯状部３０ａの反りは、その帯状部の近傍に位置する櫛歯部３０ｂのビアＶの近傍であり、この反りによりビアＶの、コンタクト部分が剥離するなどの不良を発生する事が判って来た。更に電極の反りから抵抗値の上昇もあり、スイッチング速度の低下、温度上昇も発生してしまう問題があることが判り、これら全体を考慮しなければならないことがわかった。
【００３２】
以下、本実施形態の詳細について説明する。
【００３３】
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体モジュール１００の構成を概略的に示す斜視図、図２は図１におけるＡ−Ａ線概略断面図、図３は図１におけるＢ−Ｂ線概略断面図、図４は半導体モジュール１００の概略裏面図である。各図においてＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、相互に直交する３軸方向を示しており、Ｘ軸及びＹ軸は半導体モジュール１００の面内方向、Ｚ軸は、半導体モジュール１００の厚み方向にそれぞれ相当する。尚、図１は、図９の表裏を反転し、紙面を１８０度回転させたものである。
【００３４】
この半導体モジュール１００は、誘電体フィルム１０と、回路部品２０と、電極層３０と、リジッド部材４０と、封止層５０とを備える。リジッド部材４０は、その一例として、断面が矩形、半円、半楕円、または三角の枠体、または板体で構成される。
【００３５】
［誘電体フィルム］
誘電体フィルム１０は、所定厚みの電気絶縁性樹脂材料で構成される。本実施形態において誘電体フィルム１０は、厚みが２５μｍのポリイミドフィルムで構成される。ポリイミドは、加工性、絶縁耐圧特性、耐薬品性等の観点から非常に有利である。
【００３６】
これに限られず、誘電体フィルム１０の厚みは、材料の誘電率や要求される絶縁耐圧の大きさ等に応じて適宜設定可能であり、例えば、２０μｍ以上５０μｍ程度以下の範囲で適宜選択される。誘電体材料もポリイミドに限られず、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスルフォン、液晶ポリマ等の適宜の材料が採用可能で、可撓性を有するものである。
【００３７】
誘電体フィルム１０の形状も特に限定されず、典型的には矩形状に形成される。誘電体フィルム１０の平面の大きさも特に限定されず、本実施形態では、Ｙ軸方向に平行な長辺が１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下、Ｘ軸方向に平行な短辺が５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の長さを有する。
【００３８】
誘電体フィルム１０は、第１の主面１０ａ（図９（ａ）における裏側の面）と、第１の主面１０ａとは反対側の第２の主面１０ｂ（図９（ｂ）における表側の面）とを有する。第１の主面１０ａには接着層１１を介して複数の回路部品２０が搭載されており、第２の主面１０ｂには誘電体フィルム１０を介して複数の回路部品２０と電気的に接続される電極層３０が配置されている。
【００３９】
接着層１１は、第１の主面１０ａに塗布された液状または流動性の接着剤あるいはフィルム状の接着シートでなる。接着層１１の種類は特に限定されず、エポキシ系、アクリル系等の適宜の絶縁性樹脂材料で構成される。接着層１１の厚みは特に限定されず、例えば、１５μｍである。更には、駆動時の温度上昇を考慮し、耐熱性を有する。尚、接着剤は、全面に設けられても良いし、回路部品の実装エリアに選択的に設けられても良い。
【００４０】
［回路部品］
複数の回路部品２０は、誘電体フィルム１０における第１の主面１０ａ上の接着層１１に搭載される。複数の回路部品２０は、典型的には、半導体素子等の能動部品が挙げられる。半導体素子としては、制御ＩＣ、ディスクレート型のパワースイッチング素子、例えばトランジスタが用いられ、本実施形態では、大電流が流れるパワートランジスタ２１やダイオード２２が含まれる。半導体素子はさらに、パワートランジスタ２１を制御する制御ＩＣ２３を含む。回路部品２０はさらに、コンデンサや抵抗などの受動部品２４を含む。これらの回路部品２０のうち所定の回路部品は、電極層３０に電気的に接続される。
【００４１】
パワートランジスタ２１は、Ｓｉから成るBiPトランジスタ、MOSFET、IGBTなど、またＳｉＣやＧａＮなどから成るトランジスタを含む。これらの半導体素子は、ベアチップでなり、能動面を第１の主面１０ａに向けて、いわゆるフェイスダウン方式で搭載される。パワートランジスタ２１やパワーダイオード２２の非能動面（図中上面）には放熱用のヒートシンクがはんだ等の接合材を介して接合されていてもよい。このヒートシンクは、ＣｕやＡｌを主材料とし、金属板であっても、またはメッキやスパッタによる厚い金属または合金被膜でも良い。またセラミック基板にＣｕが貼り合わされた、ＤＢＣ（ＤＢＡ）と称する基板を貼り合せて放熱させても良い。尚、トランジスタは、チップサイズパッケージ、樹脂封止のパッケージなどの様に、ベアチップでなく、封止タイプでも良い。
【００４２】
［電極層］
電極層３０は、誘電体フィルム１０における第２の主面１０ｂ上に配置され、典型的には、第２の主面１０ｂ上に形成された金属めっき層で構成される。金属めっき層としては、典型的には、銅（Ｃｕ）を主体とした材料のめっき層が採用される。電極層３０は、誘電体フィルム１０を介して各回路部品２０に電気的に接続される層間接続部としてのビアＶ（図３参照）を有する。
【００４３】
電極層３０の形成に際しては、まず、誘電体フィルム１０の第１の主面１０ａ上に搭載された各回路部品２０の電極端子に向けて第２の主面１０ｂ側からレーザ光が照射される。これにより、誘電体フィルム１０及び接着層１１が穿設され、各電極端子が第２の主面１０ｂ側へ露出する。続いて、スパッタ法により、シード層となる導体層が第２の主面１０ｂに形成された後、電解めっき法により所定厚みの銅めっき層が形成される。これにより、ビアＶを含む電極層３０が形成され、電極層３０と回路部品２０は電気的に接続される。
【００４４】
シード層となる導体層の形成には、スパッタ法に限られず、無電解めっき法が採用されてもよい。電極層３０の厚み（第２の主面１０ｂからの厚み）は特に限定されず、例えば、５０μｍ以上１００μｍ程度以下である。これにより、電極層３０の電流特性と生産性とを確保することができる。また、電極層を厚くすればするほど、大電流に対応でき、放熱性も向上する。よって本実施形態では、回路部品から発生する熱のヒートシンクとして、また放熱電極として電極層３０を機能させている。尚、電極がＣｕのため、表面には、酸化防止の被膜が少なくとも一層設けられている、例えば、Ｎｉ、Ｎｉ／ＡｕまたはＮｉ／Ｐｄ／Ａｕなどである。
【００４５】
めっきには、誘電体フィルム１０の全体に形成した後にパターニングするタイプと、誘電体フィルム１０にめっきレジストを形成し、選択的に膜を被覆する二つの方法がある。
ここでは、前者を利用しており、電極層３０は、フォトリソグラフィ技術を用いて所定形状の複数の電極部にパターニングされる。電極層３０は、図４に示すように、Ｘ軸方向に相互に対向する櫛歯状の第１の電極部３１及び第２の電極部３２と、第１及び第２の電極部３１，３２の間に配置されたＹ軸方向に長手の第３の電極部３３と、複数の第４の電極部３４とを有する。尚、図４では、第１、第２の電極部３１，３２は、それぞれ櫛歯部３０ｂと帯状部３０ａとを有する。
【００４６】
第１の電極部３１は、パワートランジスタ２１のソース端子（Ｓ）及びパワーダイオード２２のアノード端子（Ａ）に接続される。第２の電極部３２は、パワートランジスタ２１のドレイン端子（Ｄ）及びパワーダイオード２２のカソード端子（Ｋ）に接続される。第３の電極部３３は、パワートランジスタ２１のゲート端子（Ｇ）に接続される。第４の電極部３４は、制御ＩＣ２３及び受動部品２４の各端子部にそれぞれ接続される。図５に、半導体モジュール１００の要部の等価回路図を示す。
【００４７】
尚、図５の回路は一例であり、インバータ回路で採用される、二つのパワートランジスタが直列列接続された回路も、他の例として考えられる。その場合、符号２１、２２は、パワートランジスタでなる。どちらにしてもこのトランジスタが実装される第２の実装領域は、大電流が流れ、高発熱する部分である。
【００４８】
電極層３０は、第１〜第３の電極部３１〜３３が形成されるスイッチングエリアである領域Ｒ１と、第４の電極部３４や制御ＩＣ２３と接続される導電パターンが形成される制御エリアである領域Ｒ２とに二分されて設けられる。図示は省略するが、上記導電パターンは、例えば、制御ＩＣ２３の下方から放射状に配置される。
【００４９】
図４に示すように、領域Ｒ１及び領域Ｒ２は、誘電体フィルム１０を長辺方向に２つに分割したそれぞれの領域に相当し、図示の例では各領域の面積が概略同等、あるいは領域Ｒ１の方が領域Ｒ２よりもやや大きくなるように設定される。
【００５０】
第１の電極部３１及び第２の電極部３２は、Ｙ軸方向に平行に延びる帯状部３０ａと、帯状部３０１からＸ軸方向に平行に延びる複数の櫛歯部３０ｂとを有する。帯状部３０ａは、櫛歯部３０ｂよりも幅広に形成されており、その幅は、例えば、１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。帯状部３０ａは、誘電体フィルム１０の周縁部に、典型的には、２つの長辺に沿ってそれぞれ配置される。例えば、櫛歯部３０ｂから帯状部３０ａへ電流が流れる場合、帯状部３０ａに電流がまとまるため、その幅を太くしてある。
【００５１】
半導体モジュール１００は、ソルダレジスト層６０をさらに備える（図４においては、ソルダレジスト層６０の形成領域がドットで示される）。ソルダレジスト層６０は、誘電体フィルム１０の第２の主面１０ｂに設けられ、電極層３０の所定領域を開口させる第１の開口部６１及び第２の開口部６２を有する。
【００５２】
第１の開口部６１は、領域Ｒ１に位置する電極層３０（第１〜第３の電極部３１〜３３）を部分的に露出させる。第２の開口部６２は、領域Ｒ２に位置する電極層３０（第４の電極部３４）を部分的に露出させる。第１及び第２の開口部６１，６２を介して露出する電極部３１〜３４の各領域は、図示しない外部基板（マザーボード）に接続される外部接続端子として構成される。
【００５３】
本実施形態において、第１の開口部６１は、第１〜第３の電極部３１〜３３の周縁部に沿うように形成される。これにより、第１〜第３の電極部３１〜３３の開口面積を確保でき、外部接続端子として大電流にも対応することが可能となる。一方、第４の電極部３４は通常の信号端子として第２の開口部６２は、第１の開口部６１よりも小さい面積の島状で矩形に形成される。第２の開口部６２は、第１及び第２の電極部３１，３２の帯状部３０ａと整列するように、誘電体フィルム１０の領域Ｒ２の長辺方向（Ｙ軸方向）と上辺方向（Ｘ軸方向）に所定の間隔をおいて形成される。
【００５４】
［封止層］
封止層５０は、複数の回路部品２０を被覆するように誘電体フィルム１０の第１の主面１０ａに設けられる。封止層５０は、典型的には、エポキシ系の合成樹脂材料で構成され、水分等を含む外気が回路部品２０に接することを防止する。
【００５５】
封止層５０の形成方法は特に限定されず、典型的には、コンプレッションモールド法、トランスファモールド法等の成形方法が採用される。コンプレッションモールド法は、溶融した樹脂を収容するキャビティを有する下金型に、回路部品２０が搭載された誘電体フィルム１０の第１の主面１０ａを下向きにして設置した上金型を重ね合わせ、回路部品を樹脂に沈み込ませて加圧・硬化させる方式である。一方、トランスファモールド法は、回路部品２０が搭載された誘電体フィルム１０の第１の主面１０ａを上向きにした下金型に上金型を重ね合わせ、ランナー及びゲートを介して上金型と下金型の間に形成されたキャビティ内へプランジャで溶融した樹脂を押し込んで充填する方式である。
【００５６】
コンプレッションモールド法及びトランスファモールド法のいずれの方式を採用する場合においても、加圧時に、誘電体フィルム１０は、第１の主面１０ａ側から第２の主面１０ｂ側に向かう樹脂の圧力を受ける。誘電体フィルム１０は２５μｍ程度と非常に薄く、かつ、柔軟性（可撓性）を有する。第１の主面１０ａにおいて回路部品２０が搭載されている領域は、充填樹脂の圧力を回路部品が受けるため第２の主面１０ｂ側へ伝達される圧力は小さい。一方、回路部品２０が搭載されていない領域は、充填樹脂の圧力を直接受けるため、充填樹脂の圧力は、第２の主面１０ｂ側の電極層３０にも伝達されることになる。
【００５７】
特に、第２の主面１０ｂには、フィルムよりも厚い、６０μｍ〜８０μｍのソルダレジスト層６０が設けられており、このソルダレジスト層６０は、電極層３０（第１〜第４の電極部３１〜３４）の所定領域を部分的に露出させる開口部６１，６２が設けられる。これら開口部６１，６２は、図６（Ａ）に示すように、電極層３０とソルダレジスト層６０との間に所定の深さ（高さ）Ｇの段差を有する。このため、封止層５０の形成時に誘電体フィルム１０の電極層３０側を平板状の成形用治具（下金型）７０の面にセットした際、開口部６１，６２を介して露出する電極層３０と成形用治具７０との間には、段差Ｇに相当する厚みの空間層Ｓが形成される。
【００５８】
そして、開口部６１，６２のうち回路部品２０の非搭載領域に対応する部位においては、電極層３０と成形用治具７０との間に空間層Ｓが介在するため、第１の主面１０ａに樹脂の充填圧力が作用すると、図６（Ｂ）に模式的に示すように、誘電体フィルム１０及び電極層３０が成形用治具７０に向かって膨出するように変形することがある。その変形量は、開口部６１，６２の開口幅や電極層３０の厚みに依存するが、最大でも空間層Ｓの厚み（開口部６１，６２の深さＧ）に相当する大きさに達することになる。その結果、当該電極層３０の平面度が低下し、回路部品２０の搭載領域と非搭載領域との間で電極層３０の高さにばらつきが生じる結果、外部基板（マザーボード）への実装信頼性が損なわれることになる。
【００５９】
これは、誘電体フィルム１０全体の反りと、電極層３０自体の反りが発生し、マザーボードへの半田接続では、半田がつかなかったりする。また電極の反りは、特に帯状部３０ａが反るため帯状部３０ａの近傍のビアに負荷が掛かることになり、トランジスタと電極の接続性にも問題が発生する。
【００６０】
このような問題を解消するため、本実施形態の半導体モジュール１００は、誘電体フィルム１０及び電極層３０の変形を阻止するためのリジッド部材４０を備える。以下、リジッド部材４０の詳細について説明する。
【００６１】
［リジッド部材］
リジッド部材４０は、誘電体フィルム１０を挟んで電極層３０と対向するように、封止層５０の設置面である誘電体フィルム１０の第１の主面１０ａに配置される。リジッド部材４０は、図１に示すように、第１の主面１０ａ上の回路部品２０の非搭載領域に配置され、本実施形態では、複数の回路部品２０を囲むように誘電体フィルム１０の周囲に配置された枠状（額縁状）部材で構成される。リジッド部材４０は、回路部品２０と同様に、接着層１１を介して誘電体フィルム１０に接合される。
【００６２】
リジッド部材４０は、誘電体フィルム１０の２つの長辺に沿って延びる一対の第１の軸部４１と、誘電体フィルム１０の２つの短辺に沿って延びる一対の第２の軸部４２とを有する。一対の第１の軸部４１は、電極層３０のうちソルダレジスト層６０の開口部６１を介して露出する第１及び第２の電極部３１，３２の帯状部３０ａに対応する位置に配置される。つまり、第１の軸部４１は、誘電体フィルム１０を挟んで帯状部３０ａと対向する位置に配置される（図２参照）。
【００６３】
リジッド部材４０は、封止層５０の形成工程において樹脂の充填圧力を受けて、誘電体フィルム１０の変形および帯状部３０ａの変形を生じさせない程度の剛性を有する。リジッド部材４０を構成する材料は特に限定されず、導電体でもよいし、非導電体であってもよい。導電体としては、典型的には金属材料で構成され、これにより半導体モジュール１００の放熱パスを形成することができる。
【００６４】
仮に、リジッド部材４０が金属であると、図１の場合、トランジスタとＩＣ周囲の電極の短絡が考慮され、リジッド部材４０の接着面には、絶縁材料が設けられたり、またはリジッド部材４０は、誘電体フィルム１０を囲むようにリング状に、幾つかに分離して配置されたりして、お互いの短絡を防止している。特に反りの大きい二つの帯状部３０ａに相当する部分にだけ配置されても良い。一方、リジッド部材４０がセラミックや樹脂などからなる絶縁材料から成れば、この短絡は無視できるため、図１の様にリング状に設けられる。
更に、トランジスタなどの実装時に、このリジッド部材４０を同時に搭載されるため、リジッド部材４０の表面は、少なくとも一部が平坦である事が好ましい。これは真空吸引が可能となるからである。
【００６５】
リジッド部材４０を構成する金属材料は特に限定されず、熱伝導度が高く、熱膨張係数が小さい材料が好ましい。リジッド部材４０としてＷ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）等の高硬度あるいは高融点材料が採用されてもよく、これにより所望とする剛性を容易に確保することができる。一方、非導電体としては、アルミナ、ガラス等のセラミックス材料が好適である。
【００６６】
第１及び第２の軸部４１，４２の幅は特に限定されないが、ソルダレジスト層６０の開口部６１（開口幅）よりも大きいことが好ましい。これにより、封止層５０の形成時に樹脂の充填圧力が開口部６１内の帯状部３０ａに伝達することを防ぐことができるため、当該帯状部３０ａの変形を効果的に阻止することができる。また、一対の第１の軸部４１の両端が一対の第２の軸部４２により連結されているため、リジッド部材４０の平面度を維持することができる。
【００６７】
第１及び第２の軸部４１，４２の高さ（厚み）も特に限定されず、リジッド部材４０に要求される剛性が確保できる適宜の値に設定される。第１及び第２の軸部４１，４２の高さは、回路部品２０の高さよりも大きくてもよいし、小さくてもよい。第１及び第２の軸部４１，４２の厚みはそれぞれ同一の厚みで形成されるが、帯状部３０ａに対向する第１の軸部４１が第２の軸部４２よりも厚く形成されてもよい。第１及び第２の軸部４１，４２の断面形状も特に限定されず、典型的には矩形状に形成されるが、誘電体フィルム１０側を底辺とする三角形状や半球形状等であってもよい。
【００６８】
尚、真空吸引でのマウントを考えると、回路部品２０の実装前に、リジッド部材４０を設ければ、誘電体フィルム１０の平坦が維持される。そのため、回路部品２０を後からマウントすると考えると、リジッド部材４０は、回路部品２０よりその厚みが薄いほうが、吸着ヘッドの部分が当たらずにすむ。
【００６９】
本実施形態のリジッド部材４０は、その回路構成により、パワートランジスタ２１とパワーダイオード２２との間に配置された第３の軸部４３をさらに有する（図１、図３参照）。第３の軸部４３は、第１の軸部４１よりも短い長さで第１の軸部４１と平行に形成され、その一端は、一方側の第２の軸部４２に一体的に接続される。第３の軸部４３が２つのパワー系半導体素子の間に配置されることで、これらの素子の放熱性が向上する。さらに、これら２つの素子間に位置する電極層の変形も防止することが可能となる。
【００７０】
リジッド部材４０は、回路部品２０とともに誘電体フィルム１０の第１の主面１０ａ上に配置された後、封止層５０により被覆されてもよい。リジッド部材４０の第１の軸部４１が誘電体フィルム１０を挟んで電極層３０の帯状部３０ａと対向する位置に配置されているため、封止層５０の形成工程において樹脂の充填圧力はリジッド部材４０が受けることで、帯状部３０ａへの伝達が阻止される。さらに、帯状部３０ａとその長手方向に整列する第３の電極部３４もリジッド部材４０（第１の軸部４１）により遮蔽される。これにより、ソルダレジスト層６０の各開口部６１，６２から露出する電極層３０の変形を防止することができる。
【００７１】
さらに、リジッド部材４０は、誘電体フィルム１０の周囲に沿って配置された枠状部材で構成されているため、第１及び第２の軸部４１，４２は誘電体フィルム１０の領域Ｒ１と領域Ｒ２とを跨るように配置される。これにより、誘電体フィルム１０全体の平面度も確保されることになり、誘電体フィルム１０の反りをも同時に阻止することができる。また、電極層３０の大小の疎密や回路部品２０の実装密度の疎密に起因する誘電体フィルム１０の反りも抑えることができる。さらに、半導体モジュール１００の強度あるいは剛性が向上するとともに、外部基板（マザーボード）へリフロー実装する際にも半導体モジュール１００の反りを効果的に阻止して実装信頼性の更なる向上を図ることができる。また封止層５０を省略したモジュールであっても、誘電体フィルム１０全体の反りを抑止でき、マザーボートへの実装性が向上する。
【００７２】
以上のように本実施形態によれば、所望とする大電流特性を確保するために電極面積を大きくした場合においても、当該電極層の変形を効果的に防止し、電極表面の高さ位置のばらつきを抑えることができる。また、回路部品２０の支持基板として極薄の誘電体フィルム１０が採用されている場合でも、半導体モジュール１００の反りを防止することができる。これにより半導体モジュール１００の実装信頼性を確保することができる。更には、帯状部３０ａの近傍に位置するコンタクト、具体的には櫛歯部３０ｂとトランジスタ２１のコンタクト部分に余計な負荷が加わらず、良好なコンタクトを維持できる。
【００７３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
【００７４】
例えば以上の実施形態では、リジッド部材４０として、第１〜第３の軸部４１〜４３を有する枠状部材で構成されたが、これに限られず、図７及び図８に示すような形態で構成されてもよい。
図７は、リジッド部材４０１として、第３の軸部４３を省略した枠状部材で構成された例を示している。このような構成によっても上述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
図８は、リジッド部材４０２として、一対の軸状部材で構成された例を示している。各軸状部材は、誘電体フィルム１０の長辺方向に沿って配置され、上述の実施形態と同様に、電極層３０の帯状部３０ａに対向する位置に配置される。このような構成によっても上述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。どちらにしても、制御エリア２０Ａとスイッチングエリア２１Ａを跨り、少なくとも左右の帯状部３０ａと重畳するように配置する事が好ましい。
【符号の説明】
【００７５】
１０…誘電体フィルム
１１…接着層
２０…回路部品
３０…電極層
３０ａ…帯状部
４０，４０１，４０２…リジッド部材
５０…封止層
６０…ソルダレジスト層
６１，６２…開口部
１００…半導体モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020004905.tif 000008
【図７】
2020004905.tif 000009
【図８】
2020004905.tif 000010
【図９】
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