(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その一方の面に第１導電パターンが、他方の面に第２導電パターンが、夫々形成された絶縁基板と、
該第１導電パターンにはんだで固着された第１導電ブロックと、
前記第２導電パターンにはんだで固着された第２導電ブロックと、
該第２導電ブロック上にはんだでその一方の面が固着された半導体チップと、
該半導体チップの他方の面にはんだを介して固着された複数のインプラントピンと、
第３導電パターンが形成され、かつ、該第３導電パターンに前記インプラントピンが固着されたプリント基板と、
前記第２導電ブロックに固着された第１外部導出端子と、
前記第３導電パターンに固着され、前記インプラントピンと電気的に接続された第２外部導出端子と、を具備し、
前記第１導電ブロックを、前記第１導電パターンに固着されている面に対向する面である第１の面から露出させるよう、かつ、前記第１外部導出端子および前記第２外部導出端子を、夫々の端部を前記第１の面に対向する第２の面から突出させるよう、前記絶縁基板、前記第１導電ブロックおよび前記第２導電ブロックを樹脂で封止していることを特徴とする半導体装置用ユニット。
【請求項２】
前記半導体チップは、ＩＧＢＴチップ、ダイオードチップ、パワーＭＯＳＦＥＴチップ、パワーバイポーラトランジスタチップまたはサイリスタチップであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置用ユニット。
【請求項３】
前記半導体チップは、前記第２導電ブロックおよび前記第３導電パターンを介して電気的に逆並列接続されたＩＧＢＴチップおよびダイオードチップ、または、逆並列接続されたＭＯＳＦＥＴチップおよびダイオードチップであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置用ユニット。
【請求項４】
その一方の面に第１導電パターンが、他方の面に第２導電パターンが、夫々形成された絶縁基板と、
該第１導電パターンにはんだで固着された第１導電ブロックと、
前記第２導電パターンにはんだで固着された第２導電ブロックと、
該第２導電ブロック上にはんだでその一方の面が固着された半導体チップと、
該半導体チップの他方の面にはんだを介して固着された複数のインプラントピンと、
第３導電パターンが形成され、かつ、該第３導電パターンに前記インプラントピンが固着されたプリント基板と、
前記第２導電ブロックに固着された２個の第１外部導出端子と、
前記第３導電パターンに固着され、前記インプラントピンと電気的に接続された２個の第２外部導出端子と、
前記第１導電ブロックをその第１の面から露出させるよう、かつ、前記第１外部導出端子を、夫々の端部を前記第１の面に隣接する第２の面およびこれに対向する第３の面から突出させるよう、かつ、前記第２外部導出端子を、夫々の端部を前記第１の面に隣接する第４の面およびこれに対向する第５の面から突出させるよう、封止している樹脂ケースと、を具備していることを特徴とする半導体装置用ユニット。
【請求項５】
その一方の面に第１導電パターンが、他方の面に第２導電パターンが、夫々形成された絶縁基板と、該第１導電パターンにはんだで固着された第１導電ブロックと、前記第２導電パターンにはんだで固着された第２導電ブロックと、該第２導電ブロック上にはんだでその一方の面が固着される半導体チップと、該半導体チップの他方の面にはんだを介して固着された複数のインプラントピンと、第３導電パターンが形成され、かつ、該第３導電パターンに前記インプラントピンが固着されたプリント基板と、前記第２導電ブロックに固着された第１外部導出端子と、前記第３導電パターンに固着され、前記インプラントピンと電気的に接続された第２外部導出端子と、を具備し、前記第１導電ブロックを、前記第１導電パターンに固着されている面に対向する面である第１の面から露出させるよう、かつ、前記第１外部導出端子および前記第２外部導出端子を、夫々の端部を前記第１の面に対向する第２の面から突出させるよう、前記絶縁基板、前記第１導電ブロックおよび前記第２導電ブロックを樹脂で封止している、複数の半導体装置用ユニットと、
該半導体装置用ユニットの集合体の一の側に配置され、前記第１外部導出端子および前記第２外部導出端子と電気的に接続し、前記半導体装置用ユニット同士を配線する配線パターンが形成された配線基板と、
前記半導体装置用ユニットの集合体を両側面から挟み込み、前記配線基板と共にボルト締めされ冷却体に前記半導体装置用ユニットの集合体を固定するための穴が設けられた取り付け部材と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
その一方の面に第１導電パターンが、他方の面に第２導電パターンが、夫々形成された絶縁基板と、該第１導電パターンにはんだで固着された第１導電ブロックと、前記第２導電パターンにはんだで固着された第２導電ブロックと、該第２導電ブロック上にはんだでその一方の面が固着された半導体チップと、該半導体チップの他方の面にはんだを介して固着された複数のインプラントピンと、第３導電パターンが形成され、かつ、該第３導電パターンに前記インプラントピンが固着されたプリント基板と、前記第２導電ブロックに固着された２個の第１外部導出端子と、前記第３導電パターンに固着され、前記インプラントピンと電気的に接続された２個の第２外部導出端子と、前記第１導電ブロックをその第１の面から露出させるよう、かつ、前記第１外部導出端子を、夫々の端部を前記第１の面に隣接する第２の面およびこれに対向する第３の面から突出させるよう、かつ、前記第２外部導出端子を、夫々の端部を前記第１の面に隣接する第４の面およびこれに対向する第５の面から突出させるよう、封止する樹脂ケースと、を具備している、複数の半導体装置用ユニットと、
隣り合う前記半導体装置用ユニットの前記第１外部導出端子同士、前記第２外部導出端子同士および前記第１外部導出端子と前記第２外部導出端子をそれぞれ接続して回路を構成し、かつ、前記半導体装置用ユニット同士を結合している接続部材と、
前記半導体装置用ユニットの集合体を両側面から挟み込み、冷却体に前記半導体装置用ユニットの集合体を固定するための穴が設けられた取り付け部材と、
を具備することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
その一方の面に第１導電パターンが、他方の面に第２導電パターンが、夫々形成された絶縁基板と、該第１導電パターンにはんだで固着された第１導電ブロックと、前記第２導電パターンにはんだで固着された第２導電ブロックと、該第２導電ブロック上にはんだでその一方の面が固着された半導体チップと、該半導体チップの他方の面にはんだを介して固着された複数のインプラントピンと、第３導電パターンが形成され、かつ、該第３導電パターンに前記インプラントピンが固着されたプリント基板と、前記第２導電ブロックに固着された第１外部導出端子と、前記第３導電パターンに固着され、前記インプラントピンと電気的に接続された第２外部導出端子と、前記第１導電ブロックを、その第１の面から露出させるよう、かつ、前記第１外部導出端子および前記第２外部導出端子を、夫々の端部を前記第１の面に対向する第２の面から突出させるよう、封止している樹脂ケースと、を具備している、複数の半導体装置用ユニットと、
該半導体装置用ユニットの集合体の一の側に配置され、前記第１外部導出端子および前記第２外部導出端子と電気的に接続し、前記半導体装置用ユニット同士を配線する配線パターンが形成された配線基板と、
前記半導体装置用ユニットの集合体を両側面から挟み込み、前記配線基板と共にボルト締めされ冷却体に前記半導体装置用ユニットの集合体を固定するための穴が設けられた取り付け部材と、
前記半導体装置用ユニット間、および、前記半導体装置用ユニットと前記取り付け部材の間をそれぞれ固着している接着剤と、を具備していることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記第３導電パターンに固着し、前記インプラントピンを介して半導体チップのゲート電極と接続し、前記樹脂ケースの第２の面から突出している制御端子ピンをさらに有することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１導電ブロックおよび前記第２導電ブロックが銅ブロックであることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体装置用ユニットと前記配線基板の間に挟みこまれた弾性体をさらに有することを特徴とする請求項５または７記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体装置用ユニットの集合体が、前記樹脂ケースの前記第１の面に隣接し、対向する第３の面に形成された凹部と、第１の面に隣接し、対向する第４の面に形成された凸部とを嵌合させて前記半導体装置用ユニット同士を結合することにより組み立てられていることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記樹脂ケースを形成する封止材の熱膨張係数が、１．５×１０-5／℃〜１．８×１０-5／℃であることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記樹脂ケースを形成する封止材の前記第１導電ブロックに対する接着強さが、１０ＭＰａ〜３０ＭＰａであることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記樹脂ケースを形成する封止材の熱変形温度が、１５０℃〜２００℃であることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記樹脂ケースを形成する封止材が、シリカ充填材を配合したフェノール・ノボラック系のエポキシ樹脂と酸無水物硬化剤の２液混合型封止材であることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記半導体装置用ユニット同士間、および、前記半導体装置用ユニットと前記取り付け部材間における前記接着剤の接着強さが、１０ＭＰａ〜３０ＭＰａであることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記接着剤の熱変形温度が、１５０℃〜２００℃であることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項１８】
前記接着剤が、シリカ充填材を配合しない、フェノール・ノボラック系のエポキシ樹脂と酸無水物硬化剤の２液混合型接着剤であることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体チップを封止して形成される半導体装置用ユニットおよびこの半導体装置用ユニットを複数集合したパワー半導体モジュール等の半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気自動車などの駆動源には通常モータが用いられ、このモータはインバータ装置によって制御されている。このようなインバータ装置の主回路にはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などの電力用半導体素子が用いられている。この電力用半導体素子を複数個結線して三相インバータブリッジを構成したインバータブリッジモジュールが特許文献１に開示されている。【０００３】
図１７は、特許文献１に示されている従来のインバータブリッジモジュールの構成図であり、同図（ａ）はモジュールの斜視図、同図（ｂ）はＩＧＢＴユニットの斜視図である。【０００４】
このインバータブリッジモジュールは、封止されたＩＧＢＴユニット５４ａから５４ｆをヒートシンク５３上に３個づつ２列に並べ、Ｐバスバー５１とＮバスバー５２に接続することで形成され、ユニットの側面からはＰ端子５１ａとＮ端子５２ａが露出し飛び出している。【０００５】
このインバータブリッジモジュールは、Ｐバスバー５１とＮバスバー５２を平行に配置することで、配線インダクタンスを低減している。
尚、図中の符号で、５５は第１のコレクタ端子、５６は第１のエミッタ端子、５７は第２のコレクタ端子、５９は筺体である。【０００６】
特許文献２は、２個組の半導体モジュールのディスクリート製品を所要台数向きを揃えて一括収容して一つの集合ユニット体を構成する上面開放型の組立てケースを開示している。
【０００７】
また、特許文献３には、主スイッチング素子に重ね合わせて組み立てられているプリント基板が開示されている。
また、特許文献４には、半導体モジュールは、補強梁側から補強梁と押え用板状バネを介して半導体モジュールのネジ貫通孔に挿入されたネジによってヒートシンクまたは放熱板に固定される構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２３６０４４号公報
【特許文献２】特開２００１−３６００５号公報
【特許文献３】特許３４３０１９２号公報
【特許文献４】特許４１２９０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、ＩＧＢＴユニットやディスクリート製品を組み合わせて、様々な容量の半導体モジュールを構成できれば、部品の在庫数を減らすことができ、低コストで半導体モジュールを提供できるようになる。【００１０】
しかし、特許文献１では、各ＩＧＢＴユニットを個々にバスバーに取り付けて配線するので、取り付けが煩雑になり製造コストが増大する。
また、ＩＧＢＴユニットの複数の端子の内一つの端子のみでヒートシンクにボルト締めされるため、ヒートシンクへの密着力の分布が不均一となり、放熱性が不十分となる。【００１１】
また、ＩＧＢＴユニットのコレクタ側にヒートスプレッダが配置されていないので、ＩＧＢＴユニットからヒートシンク（冷却体）への均一な熱放散が得られにくい。
また、特許文献２〜特許文献４には、本発明のようにユニットを一括集合させてヒートシンクへの密着性と熱放散性を向上させた半導体装置については記載されていない。【００１２】
パワー半導体モジュール等の半導体装置には大電流が流れるため、その冷却方法が重要であるが、半導体装置用ユニットから構成される半導体装置と冷却体とを密着させ、各ユニットを等しく冷却する構成についてはこれまで検討されてこなかった。【００１３】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、冷却体への密着性と熱放散性を向上できる半導体装置用ユニットと、このユニットの集合体からなる低コストで任意の回路構成ができる半導体装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するために、第１の半導体装置用ユニットは、その一方の面に第１導電パターンが、他方の面に第２導電パターンが、夫々形成された絶縁基板と、該第１導電パターンにはんだで固着された第１導電ブロックと、前記第２導電パターンにはんだで固着された第２導電ブロックと、該第２導電ブロック上にはんだでその一方の面が固着された半導体チップと、該半導体チップの他方の面にはんだを介して固着された複数のインプラントピンと、第３導電パターンが形成され、かつ、該第３導電パターンに前記インプラントピンが固着されたプリント基板と、前記第２導電ブロックに固着された第１外部導出端子と、前記第３導電パターンに固着され、前記インプラントピンと電気的に接続された第２外部導出端子と、を具備し、前記第１導電ブロックを、前記第１導電パターンに固着されている面に対向する面である第１の面から露出させるよう、かつ、前記第１外部導出端子および前記第２外部導出端子を、夫々の端部を前記第１の面に対向する第２の面から突出させるよう、前記絶縁基板、前記第１導電ブロックおよび前記第２導電ブロックを樹脂で封止していることを特徴とする。
【００１５】
したがって、第１の半導体装置用ユニットでは、その両面に第１導電ブロックと第２導電ブロックが夫々固着された絶縁基板に半導体チップが固着されており、さらに、ユニットの一方の面から第１導電ブロックが露出し、他方の面から第１外部導出端子および第２外部導出端子が突出している。【００１６】
また、第２の半導体装置用ユニットは、その一方の面に第１導電パターンが、他方の面に第２導電パターンが、夫々形成された絶縁基板と、該第１導電パターンにはんだで固着された第１導電ブロックと、前記第２導電パターンにはんだで固着された第２導電ブロックと、該第２導電ブロック上にはんだでその一方の面が固着された半導体チップと、該半導体チップの他方の面にはんだを介して固着された複数のインプラントピンと、第３導電パターンが形成され、かつ、該第３導電パターンに前記インプラントピンが固着されたプリント基板と、前記第２導電ブロックに固着された２個の第１外部導出端子と、前記第３導電パターンに固着され、前記インプラントピンと電気的に接続された２個の第２外部導出端子と、前記第１導電ブロックをその第１の面から露出させるよう、かつ、前記第１外部導出端子を、夫々の端部を前記第１の面に隣接する第２の面およびこれに対向する第３の面から突出させるよう、かつ、前記第２外部導出端子を、夫々の端部を前記第１の面に隣接する第４の面およびこれに対向する第５の面から突出させるよう、封止している樹脂ケースと、を具備していることを特徴とする。【００１７】
したがって、第２の半導体装置用ユニットでは、その両面に第１導電ブロックと第２導電ブロックが夫々固着された絶縁基板に半導体チップが固着されており、さらに、ユニットの一方の面から第１導電ブロックが露出し、これに隣接する他の面から第１外部導出端子および第２外部導出端子が突出している。【００１８】
また、第３の半導体装置は、複数の上述した第１の半導体装置用ユニットと、該半導体装置用ユニットの集合体の一の側に配置され、前記第１外部導出端子および前記第２外部導出端子と電気的に接続し、前記半導体装置用ユニット同士を配線する配線パターンが形成された配線基板と、前記半導体装置用ユニットの集合体を両側面から挟み込み、前記配線基板と共にボルト締めされ冷却体に前記半導体装置用ユニットの集合体を固定するための穴が設けられた取り付け部材と、を具備することを特徴とする。
【００１９】
したがって、本発明の半導体装置は、半導体装置用ユニットの集合体が配線基板と取り付け部材により冷却体に固定されるように使用される。
また、第４の半導体装置は、複数の上述した第２の半導体装置用ユニットと、隣り合う前記半導体装置用ユニットの前記第１外部導出端子同士、前記第２外部導出端子同士および前記第１外部導出端子と前記第２外部導出端子をそれぞれ接続して回路を構成し、かつ、前記半導体装置用ユニット同士を結合している接続部材と、前記半導体装置用ユニットの集合体を両側面から挟み込み、冷却体に前記半導体装置用ユニットの集合体を固定するための穴が設けられた取り付け部材と、を具備することを特徴とする。
【００２０】
したがって、第４の半導体装置は、接続部材により結合された半導体装置用ユニットの集合体が取り付け部材により冷却体に固定されるように使用される。
また、第５の半導体装置は、複数の上述した第１の半導体装置用ユニットと、該半導体装置用ユニットの集合体の一の側に配置され、前記第１外部導出端子および前記第２外部導出端子と電気的に接続し、前記半導体装置用ユニット同士を配線する配線パターンが形成された配線基板と、前記半導体装置用ユニットの集合体を両側面から挟み込み、前記配線基板と共にボルト締めされ冷却体に前記半導体装置用ユニットの集合体を固定するための穴が設けられた取り付け部材と、前記半導体装置用ユニット間、および、前記半導体装置用ユニットと前記取り付け部材の間をそれぞれ固着している接着剤と、を具備していることを特徴とする。
【００２１】
したがって、第５の半導体装置は、接着剤により固着された半導体装置用ユニットの集合体が配線基板と取り付け部材により冷却体に固定されるように使用される。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、導電ブロックが両面に付いた絶縁基板に半導体チップを固着することで、冷却体への密着性と熱放散性の双方を向上できる半導体装置用ユニットを提供することができる。【００２３】
すなわち、本発明の半導体装置用ユニットでは、絶縁基板の両面に導電ブロックを固着するので、半導体チップで発生した熱を効率的に冷却体に逃がすことができ、加えて、熱による絶縁基板の反りが小さくなり、一方の導電ブロックに固着した半導体チップの割れを防止できるとともに、他方の導電ブロックと冷却体との接触を保って、使用中の接触熱抵抗を低減できる。【００２４】
また、半導体チップとエミッタ端子ピン（外部導出端子）を複数のインプラントピンが付いたプリント基板を介して接続することにより、エミッタ端子ピンを直接半導体チップに固着するよりも固着部の熱応力を緩和でき、耐ヒートサイクル性や耐温度サイクル性を向上させることができる。さらに、インプラントピン付きプリント基板を用いることにより、半導体装置用ユニットを１度のリフロー工程で製造することができる。【００２５】
さらに、半導体装置用ユニットのコレクタ端子ピンおよびエミッタ端子ピンを樹脂ケースの上面から引き出すことにより、ユニットの側面同士を接触ないし近接配置させ任意の組み合わせのユニット集合体を形成し、これと配線基板を組み合わせて、任意の容量や回路構成、例えばインバータ回路、コンバータ回路やチョッパー回路など所望の回路を備える半導体装置を低コストで提供することができる。【００２６】
また、半導体装置用ユニットのコレクタ端子ピンおよびエミッタ端子ピンを樹脂ケースの側面から引き出すことによっても、ユニットの側面同士を接触ないし近接配置させ任意の組み合わせのユニット集合体を形成し、これと配線基板を組み合わせて、任意の容量や回路構成を備える半導体装置を低コストで提供することができる。【００２７】
また、本発明の半導体装置は、銅ブロックが両面に固着した絶縁基板を備え、熱抵抗および反りの小さい半導体装置用ユニットを、配線基板と取り付け部材により冷却体に固定するので、信頼性が高く、低コストである。【００２８】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の第１実施例の半導体装置用ユニットの構成図であり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は概念断面図である。
【図２】図１の半導体装置用ユニットの製造工程を示す要部断面図である。
【図３】図２に続く、図１の半導体装置用ユニットの製造工程を示す要部断面図である。
【図４】側面に凹部と凸部を形成した半導体装置用ユニットの要部斜視図である。
【図５】この発明の第２実施例の半導体装置の要部斜視図である。
【図６】三相インバータ回路図である。
【図７】配線基板と半導体装置用ユニット集合体の間に弾性体を挟んだ要部断面図である。
【図８】図５で示す半導体装置の製造工程を示す要部斜視図である。
【図９】図８に続く、図５で示す半導体装置の製造工程を示す要部斜視図である。
【図１０】図９に続く、図５で示す半導体装置の製造工程を示す要部斜視図である。
【図１１】半導体装置を冷却体に取り付けた使用状態を示す斜視図である。
【図１２】側壁に凹凸部を有する図４の半導体装置用ユニットを用いて組み立てた半導体装置の斜視図である。
【図１３】この発明の第３実施例の半導体装置用ユニットの構成図であり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は概念断面図である。
【図１４】この発明の第４実施例の半導体装置の要部斜視図である。
【図１５】半導体装置用ユニットを組み合わせてユニット集合体を形成するときに用いるジョイントの説明図であり、（ａ）はジョイントと単体ユニットの斜視図、（ｂ）〜（ｄ）はジョイントに端子ピンおよび接続端子ピンを差し込んだ状態の要部断面図、（ｅ）は金属で形成したジョイントを用いた場合の要部断面図である。
【図１６】この発明の第５実施例の半導体装置の構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は要部断面図である。
【図１７】特許文献１に示されている従来のインバータブリッジモジュールの構成図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はＩＧＢＴユニットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
実施の形態を以下の実施例で説明する。
【実施例１】
【００３１】
（半導体装置用ユニットの構成）
図１は、この発明の第１実施例の半導体装置用ユニットの構成図であり、同図（ａ）は要部斜視図、同図（ｂ）は概念断面図である。同図（ｂ）の概念断面図は同図（ａ）の特定の切断線で切断した断面を示すものではなく、また同図（ａ）に示す制御端子ピン２０は図示されていない。この実施例で示した半導体装置用ユニット１００は、例えば、樹脂ケース２１内に１個のＩＧＢＴチップ１０と１個のフリーホイーリングダイオードチップ（以下、単にダイオードチップ１３と称す）が収納されたユニット１０１から構成されている。【００３２】
ユニット１０１は、少なくとも導電パターン付絶縁基板６、第１銅ブロック１、第２銅ブロック８、ＩＧＢＴチップ１０、ダイオードチップ１３、インプラントピン方式プリント基板１６（以下、単にプリント基板１６と称す）、コレクタ端子ピン１５、エミッタ端子ピン１９および樹脂ケース２１を具備している。導電パターン付絶縁基板６は、絶縁基板４と、その表側に形成された導電パターン３と、裏側に形成された導電パターン５とからなり、導電パターン３および導電パターン５には夫々第１銅ブロック１および第２銅ブロック８がはんだ２，７により固着されている。第１銅ブロック１はユニット１０１に下側に配置される図示しない冷却体に接触する。第２銅ブロック８には、ＩＧＢＴチップ１０およびダイオードチップ１３が夫々はんだ９，１２により固着され、さらに第１外部導出端子としてコレクタ端子ピン１５が固着されている。インプラントピン方式のプリント基板１６には図示しない別の導電パターンが形成されており、この導電パターンには複数のピンからなるインプラントピン１７が固着されている。インプラントピン１７は、ＩＧＢＴチップ１０の図示しないエミッタ電極およびゲート電極にはんだ１１を介して、ダイオードチップ１３の図示しないアノード電極にはんだ１４を介して固着されている。プリント基板１６には、インプラントピン１７が固着されている面の反対側に、第２外部導出端子としてエミッタ端子ピン１９および制御端子ピン２０が固着しており、導電パターンを介して、夫々エミッタ電極およびゲート電極と電気的に接続している。さらに、樹脂ケース２１が、その下側から第１銅ブロック１の裏面１ａを、上側からコレクタ端子ピン１５およびエミッタ端子ピン１９の端部をそれぞれ露出するように、導電パターン付絶縁基板６、第１銅ブロック１、第２銅ブロック８、ＩＧＢＴチップ１０、ダイオードチップ１３、プリント基板１６、インプラントピン１７、コレクタ端子ピン１５およびエミッタ端子ピン１９を封止している。ここで、ＩＧＢＴチップ１０とダイオードチップ１３は、第２銅ブロック８およびプリント基板１６に形成された導電パターンを介して電気的に逆並列接続され、１アームを構成している。半導体装置用ユニット１００は単体でも半導体装置として機能する。
（半導体装置用ユニットの製造方法）
図２および図３は、図１の半導体装置用ユニットの製造方法を工程順に示した要部断面図である。【００３３】
図２（ａ）に示すように、第１銅ブロック１、コレクタ端子ピン１５を固着した第２銅ブロック８および絶縁基板４の両面に導電パターン３，５が形成された導電パターン付絶縁基板６（例えば、Direct Bonding Copper基板など）とを用意する。第１銅ブロック１および第２銅ブロック８はここでは略直方体形状である。まず、下側の第１銅ブロック１上に導電パターン付絶縁基板６をはんだ板２ａを介して載置し、さらにこの導電パターン付絶縁基板６の上側の導電パターン５上に第２銅ブロック８をはんだ板７ａを介して載置する。【００３４】
コレクタ端子ピン１５の固着は、例えば、第２銅ブロック８に図示しない凹部を形成し、この凹部にコレクタ端子ピン１５を差し込んで、その後はんだ接合することで行われる。【００３５】
つぎに、図２（ｂ）において破線で示すように、上側にエミッタ端子ピン１９および図示しない制御端子ピン２０が、また、下側に複数のインプラントピン１７が、それぞれ固着されたプリント基板１６を用意する。続いて、第２銅ブロック８上に、１枚のはんだ板９ａを介して、図示しないコレクタ電極を下側にしてＩＧＢＴチップ１０を載置し、また、１枚のはんだ板１２ａを介して、図示しないカソード電極を下側にしてダイオードチップ１３を載置する。さらに、ＩＧＢＴチップ１０の図示しないエミッタ電極からゲート電極に渡って１枚のはんだ板１１ａを載置し、ダイオードチップ１３の図示しないアノード電極に１枚のはんだ板１４ａを載置する。続いて、同図の実線で示すように、プリント基板１６に形成した貫通孔１６ａに前記したコレクタ端子ピン１５を通し、プリント基板１６を降下させてインプラントピン１７の先端をはんだ板１１ａ、１４ａに接触させる。このプリント基板１６に固着されたインプラントピン１７および導電パターンを介してＩＧＢＴチップ１０のエミッタ電極とエミッタ端子ピン１９が接続し、同時にダイオードチップ１３のアノード電極とエミッタ端子ピン１９がインプラントピン１７を介して接続する。【００３６】
プリント基板１６にはエミッタ端子ピン１９、制御端子ピン２０およびインプラントピン１７と接続する図示しない導電パターン（回路パターン）が形成されている。また、エミッタ端子ピン１９、制御端子ピン２０およびインプラントピン１７のそれぞれの先端は、プリント基板１６の導電パターン内に形成された図示しない貫通孔に差し込まれた後、はんだで固着される。また、コレクタ端子ピン１５が通る貫通孔１６ａは導電パターンと離してプリント基板１６に形成される。【００３７】
つぎに、図３（ｃ）に示すように、第１銅ブロック１、はんだ板２ａ、導電パターン付絶縁基板６、はんだ板７ａ、第２銅ブロック８、はんだ板９ａ、１２ａ、ＩＧＢＴチップ１０、ダイオードチップ１３、はんだ板１１ａ、１４ａと、各端子ピン１５、１９、２０および各インプラントピン１７が固着したプリント基板１６とを積層した積層体１０１ａをリフロー炉２２に入れて、はんだ板２ａ、７ａ、９ａ、１１ａ、１２ａ、１４ａを溶融させる。溶融後冷却して、第１銅ブロック１、導電パターン付絶縁基板６、第２銅ブロック８、ＩＧＢＴチップ１０およびダイオードチップ１３の各接触面を固着する。このときＩＧＢＴチップ１０のエミッタ電極からゲート電極に渡って配置されるはんだ板１１ａは、溶融することにより、エミッタ電極とゲート電極の間を被覆している図示しない表面保護膜、例えばポリイミド膜によって分断され、冷却後それぞれの電極上にはんだが載る。【００３８】
つぎに、図３（ｄ）に示すように、はんだ付けされ、一体化された積層体１０１ａをリフロー炉２２から取り出し、第１銅ブロック１の裏面１ａと、エミッタ端子ピン１９、コレクタ端子ピン１５、および制御端子ピン２０の端部を露出させ、樹脂で封止する。このようにして樹脂ケース２１で被覆された略直方体形状、例えば立方体のユニット１０１が完成する。【００３９】
前記のように、導電パターン付絶縁基板６の両面に第１銅ブロック１と第２銅ブロック８をはんだ２、７で固着することで、ＩＧＢＴチップ１０とダイオードチップ１３から発生する熱が銅ブロック１、８を下方に向かって広がって伝達され、効率的に図示しない冷却体へ熱を逃がすことができる。第１銅ブロック１と第２銅ブロック８の大きさは、絶縁基板の反りを抑え、十分な放熱効果を奏するものであることが望ましい。例えば、ＩＧＢＴチップ１０の端部から第１銅ブロック１の裏面１ａの一辺に下ろした垂線が、第２銅ブロック８の下面を貫き、かつ、ＩＧＢＴチップ１０の主面となす角が４５°以下であるような大きさが好ましい。さらに、第２銅ブロック８の平面寸法を第１銅ブロック１より小さくすることにより、導電パターン５の剥離を防止することができ好ましい。このような銅ブロックを用いることにより、従来の金属ベースに絶縁基板と半導体チップを順次固着した半導体装置に比べ、熱抵抗を数１０％低減することができる。【００４０】
また、導電パターン付絶縁基板６の両側に同一寸法の銅ブロック１、８を固着させることで、ＩＧＢＴチップ１０、ダイオードチップ１３で発熱した熱で導電パターン付絶縁基板６が反るのを防止できる。その結果、チップ割れなどが防止され、また、第１銅ブロック１と図示しない冷却体との密着性が向上して、放熱効率を高めることができる。【００４１】
また、第１銅ブロック１の露出面（裏面１ａ）を研削して平坦化することで、冷却体との接触熱抵抗を減少させることができる。
また、複数のインプラントピン１７を有するプリント基板１６を介在させることで、外部導出端子（エミッタ端子ピン１９や制御端子ピン２０など）とチップ電極（エミッタ電極やゲート電極）との接続が複数のインプラントピン１７で行われる。その結果、外部導出端子を直接チップ電極に固着する場合より熱応力に対する耐量（ヒートサイクル耐量や温度サイクル耐量など）を大きくすることができ、はんだ１１，１４の熱疲労を低減できるので信頼性を向上させることができる。さらに、ボンディング工程を省略でき、１回のリフロー工程で半導体装置用ユニット１００を製造することができる。【００４２】
また、プリント基板１６を用いることで、チップ電極と接続する外部導出端子の配置をプリント基板１６に形成される導電パターンを変えるだけで容易に変更できるので低コストを図ることができる。【００４３】
また、絶縁基板４の上下の両面に導電パターン３、５を形成することで、導電パターン付絶縁基板６が熱で反ることを防止できる。このとき、表側の導電パターン５の図形と裏面側の導電パターン３の図形をそれぞれ投影された鏡像関係にある形状にするとよい。
（他の半導体装置用ユニット）
つぎに、図１と異なるユニット１０２について説明する。【００４４】
図４は、その側面に凹部と凸部を形成したユニット１０２を示す要部斜視図である。この例では、略直方体形状のユニット１０２において、樹脂ケース２３の隣り合う側面に凹部２４が、これらと対向する隣り合う側面に凸部２５が、それぞれ形成されている。これは、後述するユニット集合体２０１を構成するとき、凹部２４と凸部２５が嵌合するようにユニット１０２同士を接触させ、組み合わせることで、各ユニット１０２同士が上下左右にずれるのを防止できる利点がある。特に半導体装置の使用中、発生した熱によりユニット１０２間で生じるずれを防止するのに有効である。【００４５】
なお、第１実施例では、ユニット１０１、１０２に収納される半導体チップの例として、１組のＩＧＢＴチップ１０とダイオードチップ１３を挙げたが、これに限るものではない。ＩＧＢＴチップ１０のみ、もしくはダイオードチップ１３のみ、またはＩＧＢＴチップ１０やダイオードチップ１３以外のチップ、例えばパワーＭＯＳＦＥＴチップ、パワーバイポーラトランジスタチップもしくはサイリスタチップなどを単数または複数収納するユニットとして、半導体装置用ユニットを構成しても構わない。これらは、使用目的に合わせて決めればよい。【００４６】
また、ダイオードチップ１３のみでユニットを形成する場合は、前記した制御端子ピン２０は不要となる。
【実施例２】
【００４７】
（半導体装置の構成）
図５は、この発明の第２実施例の半導体装置の要部斜視図である。この半導体装置２００はパワーＩＧＢＴモジュールであり、例えば、このモジュール１個で、図６で示すような三相インバータ回路を構成できる。【００４８】
この半導体装置２００は、第１実施例（図１）のユニット１０１を集合したユニット集合体２０１、配線基板２８、およびユニット集合体２０１を両側から挟みこむボルト締めユニット２６（締め付け部材）により構成されている。【００４９】
配線基板２８は、絶縁基板上に導電膜により回路、例えばインバータ回路を構成する配線パターン２９が形成された導電パターン付絶縁基板であり、加えてユニット集合体２０１を図示しない冷却体に押さえつける働きもするので、剛性を備える必要がある。【００５０】
各端子ピン１５、１９、２０は、配線基板２８に形成された貫通孔３１に挿入され、配線パターン２９や配線基板の貫通孔の側壁に形成された図示しない導電膜に固着されている。【００５１】
前記した内容を図５を用いてさらに具体的に説明する。
ユニット集合体２０１はユニット１０１を６個並べて構成され、このユニット集合体２０１上に、ユニット１０１間を配線する配線基板２８が配置されている。前記エミッタ端子ピン１９、コレクタ端子ピン１５および制御端子ピン２０は配線基板２８の貫通孔３１を通り、はんだで固着されている。配線基板２８には、図６に示す三相インバータ回路の配線であるＰ配線、Ｎ配線、Ｕ配線、Ｖ配線、Ｗ配線などの配線パターン２９が導電膜で形成され、これらの配線パターン２９内の貫通孔３１を通る前記のエミッタ端子ピン１９、コレクタ端子ピン１５がはんだで固着されている。また、制御端子ピン２０はこれらの配線パターン２９と絶縁され、配線基板２８の絶縁基板に形成された他の貫通孔３１に通され、貫通孔３１の内壁に形成された導電膜にはんだにより固定されている。【００５２】
尚、好ましくは各端子ピン１５、１９、２０の先端を図示しないクワ型の接続部やバナナ型の接続部（bananaplug）にして、これを配線基板２８の貫通孔３１に差し込んで固定するとよい。差し込んだ後、はんだ付けするとさらに強固に固定することができる。【００５３】
６個のユニット１０１は、その３個が一列に密着し、これがさらに２列密着して、２行３列のユニット集合体２０１を形成している。このユニット集合体２０１の対向する２つの両側面には、取り付け部材であるボルト締めユニット２６が配置されている。さらに、ユニット集合体２０１とボルト締めユニット２６の上部には、ボルト締めユニット２６に形成された貫通孔２７とその四隅に形成された貫通孔３０が重なるように配線基板２８が配置されている。ユニット集合体２０１、ボルト締めユニット２６および配線基板２８は、これらの貫通孔２７、３０に挿入される図示しないボルトにより冷却体に固定される。【００５４】
図７は配線基板と半導体装置用ユニット集合体の間に弾性体を挟んだ要部断面図である。図７に示すように、配線基板２８とユニット集合体２０１（半導体装置用ユニット）の間にゴムシートのような弾性体４９を挟むことが好ましい。弾性体４９を挟むことにより、ボルト締めしたときに、凹凸状態の露出した第１銅ブロック１の裏面１ａを同一高さに揃えることができ、各ユニット１０１の第１銅ブロック１の裏面１ａを冷却体４８に等しく密着させ、半導体装置２００と冷却体４８の接触熱抵抗を使用中を通じて小さくすることができる。この弾性体４９の代わりに各ユニット１０１を押さえるバネを挿入しても同様の効果を期待できる。また、ユニット集合体２０１と図示しない冷却体の間にコンパウンドを介在させると接触熱抵抗を低減できる。
（半導体装置の製造方法）
図８〜図１０は、図５で示す半導体装置の製造方法を工程順に示した要部斜視図である。【００５５】
図８に示すように、６個のユニット１０１、２個のボルト締めユニット２６および１個の配線基板２８を準備する。
図９に示すように、３個のユニット１０１を一列に密着して並べたものを２組作り、それらを平行に並べて密着しユニット集合体２０１を形成する。ユニット集合体２０１を長手方向の両側から挟みこむようにボルト締めユニット２６を配置し、上方に配線基板２８を配置する。【００５６】
続いて、図１０に示すように、上方の配線基板２８を下方に下ろして、各端子ピン１５、１９、２０を配線基板２８の貫通孔３１に貫通させ、はんだで貫通孔３１を塞ぎ、各端子ピン１５、１９、２０と配線基板２８を固着する。こうしてユニット集合体２０１と配線基板２８が電気的、機械的に接続する。その後、ユニット１０１から露出している第１銅ブロック１の裏面１ａを研削研磨して、６個の第１銅ブロック１の裏面１ａが同一の高さになるようにしてユニット集合体２０１、配線基板２８およびボルト締めユニット２６からなるパワーＩＧＢＴモジュール（半導体装置２００）が完成する。【００５７】
図１１は冷却体（冷却フィン）に取り付けた半導体装置２００の使用状態を示す要部斜視図である。半導体装置２００は、同軸の配線基板２８の貫通孔３０とボルト締めユニット２６の貫通孔２７に挿入されたボルト３２により冷却体４８に固定されている。冷却体４８の半導体装置２００に対向する面には、好ましくはコンパウンドもしくは熱伝導ペーストが塗布される。ボルト３２を締め付けるトルクは配線基板２８から各ユニット１０１へ各端子ピン１５、１９、２０を介して圧接力として伝達され、その圧接力により各ユニット１０１は冷却体４８に押さえつけられ、各ユニット１０１の第１銅ブロック１の裏面１ａが冷却体４８に密着して固定される。【００５８】
このように配線基板２８は、所望の回路を構成するためにユニット１０１間を配線するとともに、各ユニット１０１を冷却体４８に密着させる働きをする。
（他の半導体装置）
つぎに、図４のユニット１０２を用いて組み立てたパワーＩＧＢＴモジュールについて説明する。【００５９】
図１２は、図４で示す、その側面に凹部２４および凸部２５を有するユニット１０２を用いて組み立てた半導体装置２００ａの斜視図である。ユニット１０２の側面に形成した凸部２５（図４参照）を別のユニット１０２の側面に形成した凹部２４に嵌合することで、強固に結合したユニット１０２からなるユニット集合体２０２を作ることができる。また、図示しないが、一方のボルト締めユニット３８の、ユニット１０２の凹部２４が形成されている面に対向する側面に凸部を形成し、他方のボルト締めユニット３８の、ユニット１０２の凸部が形成されている面に対向する側面に凹部を形成して、これらをそれぞれ嵌合することにより、ユニット１０２とボルト締めユニット３８との結合を強固にすることができる。
【実施例３】
【００６０】
図１３は、この発明の第３実施例の半導体装置用ユニットの構成図であり、同図（ａ）は要部斜視図、同図（ｂ）は概念断面図である。この概念断面図は同図（ａ）のユニットを特定の切断線で切断した断面を示すものではない。この実施例で示した半導体装置用ユニット３００は、例えば、樹脂ケース２１ａ内に１個のＩＧＢＴチップ１０と１個のダイオードチップ１３が収納されたユニット３０１から構成されている。【００６１】
第１実施例の半導体装置用ユニット（図１、図４）と異なるのは、エミッタ端子ピン１９ａとコレクタ端子ピン１５ａがユニット３０１の樹脂ケース２１ａの側面から引き出されている（露出している）点である。これらの側面と第１銅ブロック１が露出する底面は隣接している。制御端子ピン２０ａは第１実施例と同様に上面から引き出されている。尚、図中の符号３６は、インプラントピン３７、エミッタ端子ピン１９ａおよび制御端子ピン２０ａが固着されているプリント基板（インプラントピン方式プリント基板）を示している。【００６２】
図１３に示すように、エミッタ端子ピン１９ａは樹脂ケース２１ａの対向する２つの側面から引き出され、これらと隣接し、略直交する他の対向する２つの側面からコレクタ端子ピン１５ａが引き出されている。また、これらの端子ピン１５ａ、１９ａが突出する各側面には凹部３５の切れ込みが形成されている。【００６３】
第１実施例と同様に、この場合もユニット３０１に収納される半導体チップの例として、１組のＩＧＢＴチップ１０とダイオードチップ１３を挙げたが、これに限るものではない。ＩＧＢＴチップ１０のみもしくはダイオードチップ１３のみ、またはＩＧＢＴチップ１０やダイオードチップ１３以外のチップ、例えばパワーＭＯＳＦＥＴチップ、パワーバイポーラトランジスタチップもしくはサイリスタチップなどを単数または複数収納するユニットとして、半導体装置用ユニット構成しても構わない。これらは、使用目的に合わせて決めればよい。【００６４】
ユニット３０１の両側面からエミッタ端子ピン１９ａやコレクタ端子ピン１５ａを出すことにより、後述するように、第１実施例および第２実施例で用いた配線基板２８を用いることなく図１４に示すユニット集合体４０１を形成し、三相インバータ回路を構成することができる。
【実施例４】
【００６５】
図１４は、この発明の第４実施例の半導体装置の要部斜視図である。この半導体装置４００はパワーＩＧＢＴモジュールであり、例えば、このモジュール１個で、図６で示すような三相インバータ回路を構成できる。【００６６】
この半導体装置４００は、第３実施例（図１３）のユニット３０１を集合したユニット集合体４０１、コレクタ接続端子ピン４４、エミッタ接続端子ピン４５、コレクタ・エミッタ接続端子ピン４６、ジョイント４０（図１４参照）およびボルト締めユニット３８で主に構成されている。【００６７】
各ユニット３０１はコレクタ端子ピン１５ａおよびエミッタ端子ピン１９ａが、例えば三相インバータ回路を構成するよう並んでおり、後述する図１５（ａ）〜図１５（ｄ）に示すように、ジョイント４０において、コレクタ接続端子ピン４４はユニット３０１の側面から引き出されたコレクタ端子ピン１５ａと、エミッタ接続端子ピン４５はエミッタ端子ピン１９ａと、コレクタ・エミッタ接続端子ピン４６はコレクタ端子ピン１５ａおよびエミッタ端子ピン１９ａと、それぞれ接続している。コレクタ接続端子ピン４４、エミッタ接続端子ピン４５、コレクタ・エミッタ接続端子ピン４６を総称して外部接続端子ピンと称することもある。【００６８】
ボルト締めユニット３８は、その断面がＬ字形状となるよう上部に庇３８ａが設けられるとともに、肉厚の部分に貫通孔３９が形成されており、庇３８ａがユニット集合体４０１の上側一部を覆うように配置されている。ユニット集合体４０１は、貫通孔３９に挿入される図示しないボルトにより冷却体に密着、固定される。【００６９】
図１５は、ユニットを集合してユニット集合体を形成するときに用いるジョイントの説明図であり、同図（ａ）ジョイントとユニットの斜視図、同図（ｂ）〜（ｄ）はジョイントに端子ピンおよび接続端子ピンを差し込んだ状態の要部断面図、同図（ｅ）は金属で形成されたジョイントを用いた場合の要部断面図である。【００７０】
同図（ａ）に示すように、ジョイント４０は、略直方体形状で、樹脂ケース２１ａと同一の樹脂で形成され、コレクタ端子ピン１５ａ等が挿入される貫通孔４１、４２、４３が設けられている。各貫通孔の内壁には導電膜４０ａが形成され、端子ピン同士の電気的接続を強化している。ジョイント４０は、ユニット３０１の樹脂ケース２１ａに形成された切り込み凹部３５に差し込まれて、使用され、ユニット３０１同士を電気的、機械的に結合してユニット集合体４０１を形成する。【００７１】
同図（ｂ）に示すように、隣り合う樹脂ケース２１ａ、すなわちユニット３０１から引き出されたコレクタ端子ピン１５ａは、ジョイント４０の貫通孔４２に差し込まれて電気的に接続され、さらに貫通孔４３に差し込まれたコレクタ接続端子ピン４４とも接続されている。【００７２】
また、同図（ｃ）に示すように、隣り合う樹脂ケース２１ａから引き出されたエミッタ端子ピン１９ａは、貫通孔４１に差し込まれて接続され、さらに貫通孔４３に差し込まれたエミッタ接続端子ピン４５とも接続されている。【００７３】
また、同図（ｄ）に示すように、隣り合う樹脂ケース２１ａから引き出されたコレクタ端子ピン１５ａとエミッタ端子ピン１９ａは、それぞれ貫通孔４２と貫通孔４１に差し込まれて接続され、さらに貫通孔４３に差し込まれたコレクタ・エミッタ接続端子ピン４６とも接続されている。【００７４】
また、同図（ｅ）に示すように、樹脂成型したジョイント４０に代えて、外部接続端子ピン部を一体化し、金属で形成したジョイント４０ｂの貫通孔４２に、例えば２本のコレクタ端子ピン１５ａを差し込んで接続してもよい。【００７５】
このようにコレクタ端子ピン１５ａ、エミッタ端子ピン１９ａと接続するコレクタ接続端子ピン４４、エミッタ接続端子ピン４５は、それぞれ三相インバータ回路のＰ配線、Ｎ配線として、コレクタ端子ピン１５ａおよびエミッタ端子ピン１９ａと接続するコレクタ・エミッタ接続端子ピン４６は、Ｕ配線、Ｖ配線またはＷ配線として働く。そのため、第２実施例（図５）において説明した配線基板２８は不要となり半導体装置の低コスト化が図れる。また、同図（ｅ）のように、金属でジョイント４０ｂを形成すると、電流通路としてジョイント４０ｂが利用されるのでジョイント部での電流容量を大幅に増やすことができる。【００７６】
なお、貫通孔４１、４２、４３の内壁に形成される導電膜４０ａの通電容量が不足する場合は、例えば、ナノフォイル（商品名）を端子ピン１５ａ、１９ａおよび外部接続端子ピンの先端に巻きつけて貫通孔４１、４２，４３に挿入し、放電やレーザ光でナノフォイルにエネルギーを与えて、ナノフォイルを溶融させ、端子ピンおよび外部接続端子ピンを結合するとよい。これにより容量が確保され、結合が強固になる。【００７７】
前記の第２実施例および第４実施例では、三相インバータ回路を構成する半導体装置２００、４００（パワーＩＧＢＴモジュール）を示したが、これに限るものではない。
また、第２実施例では、配線基板２８の配線パターン２９（導電パターン）を変え、それに対応するようにユニット１０１の配置を変えたユニット集合体を形成とすることで、複数並列接続したり、直列接続したり、またハイサイド素子とローサイド素子を直列接続した１本のアームを形成したり、単相インバータ回路を形成したりすることができる。【００７８】
また、第４実施例において、ユニット３０１の配置を変えてユニット集合体４０１を形成することで、前記のように各種回路を得ることができる。
さらに、半導体装置用ユニット１００、３００の数を増やせば、電流容量を増やしたり、また、ＰＷＭコンバータを含むインバータ回路や３レベルインバータ回路を構成することができる。
【実施例５】
【００７９】
（半導体装置の構成）
図１６は、この発明の第５実施例の半導体装置の構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は要部断面図である。この半導体装置５００は、第１実施例（図１）のユニット１０１に相当するユニット１０１ｃを接着剤４７で結合した第２実施例（図５）のユニット集合体２０１に相当するユニット集合体５０１を用いて三相インバータ回路を構成したパワー半導体モジュールである。尚、ユニット１０１ｃの樹脂ケース２１ｃに封止される中身は第１実施例のユニット１０１の樹脂ケース２１に封止される中身と同一である。【００８０】
第２実施例（図５）と異なるのは、２行３列に配置するユニット１０１ｃの間、およびユニット１０１ｃとボルト締めユニット２６ｃの対向する面の隙間に接着剤４７を充填し、ユニット１０１ｃ同士およびユニット１０１ｃとボルト締めユニット２６ｃを固着する点である。【００８１】
ユニット集合体５０１の各第１銅ブロック１は、研削により、その裏面１ａの高さを同一にし、面一とすることが好ましい。第１銅ブロック１の裏面１ａが平坦化されたユニット集合体５０１はボルト締めユニット２６ｃの貫通孔２７ｃに挿入されるボルトにより図示しない冷却体へ密着性よく固定され、使用される。
（半導体装置の製造方法）
つぎに、図１６の半導体装置５００の製造方法について説明する。【００８２】
まず、第１実施例（図１）、第２実施例（図５）で説明したものと同じユニット１０１ｃ、ボルト締めユニット２６ｃおよび配線基板２８を準備する。続いて、フェノール・ノボラック系のエポキシ樹脂と酸無水物硬化剤をそれぞれ所定量計量したのち室温状態で充分に混合し、１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）の真空状態で１０分間一次脱泡して接着剤を作る。ユニット１０１ｃ同士およびユニット１０１ｃとボルト締めユニット２６ｃのそれぞれの接着面にこの接着剤４７を必要量塗布する。そして、ユニット１０１ｃを２行３列に並べ、この長手方向の両側から挟みこむようにボルト締めユニット２６ｃを配置して、図示しない金型内で組合わせて接着面に適度な加圧力を加える。続いて、１００℃１時間の硬化条件で接着剤の硬化を行う。金型から離型したら、さらに１８０℃２時間の２次硬化を行いユニット間の接着剤４７の耐熱性を高めてユニット集合体５０１を形成する。【００８３】
続いて、ユニット集合体５０１を構成する第１銅ブロック１の裏面１ａを研磨加工した後に、ユニット集合体５０１上に配線基板２８を配置し、エミッタ端子ピン１９、コレクタ端子ピン１５および制御端子ピン２０を配線基板２８に貫通し固着して、三相インバータ回路を構成する半導体装置５００が完成する。【００８４】
その後、この半導体装置５００は図示しない熱伝導ペーストが塗布された冷却体にボルトで固定され、使用される。
ユニット１０１ｃ同士を接着剤４７で固着することにより、ユニット集合体５０１を一体型とすることができ、半導体装置５００の冷却体への取り付けが容易になる。【００８５】
さらに、接着剤４７の材料は、樹脂ケース２１ｃを形成する封止材のベース樹脂かもしくはベース樹脂と同等のものとすることが好ましい。つまり、接着剤４７として使用する材料を、封止材に使用するベース樹脂かもしくはベース樹脂と同等のものとし、充填材（フィラー）を配合しない材料とすれば、熱膨張係数を除いて、接着強さや熱変形温度を樹脂ケース２１ｃを形成する封止材に合わせることができる。こうすることで、接着剤４７は狭い隙間に入り込むことができ、その接着強度は強くなる。また基本的に同一材料であるので、接着剤４７が固化した後は樹脂ケース２１ｃと接着剤４７は一体化し極めて接着強度が強くなる。【００８６】
また、樹脂ケース２１ｃを形成する封止材の熱膨張係数を銅ブロック１、８の熱膨張係数と同じにし、さらに接着剤４７による接着強さを高めて熱変形温度を高く維持することにより、熱応力の発生を抑えてはんだ接合部の熱抵抗の上昇を防止することができる。【００８７】
また、露出している各ユニット１０１ｃの第１銅ブロック１の裏面１ａを、ユニット集合体５０１を組み立てた後、研磨し平坦化すれば、各ユニット１０１ｃの第１銅ブロック１の裏面１ａと冷却体との密着性が向上し、放熱効率を向上させることができるので好ましい。
（封止材）
つぎに、ユニット１０１ｃの樹脂ケース２１ｃを形成する封止材について説明する。尚、ユニット１０１ｃの内部の部材は第１実施例のユニット１０１と同じである。
【００８８】
封止材の熱膨張係数は１．５×１０-5／℃〜１．８×１０-5／℃の範囲が好ましい。これは銅ブロックの熱膨張係数とほぼ同じであり、このような封止材を用いれば銅ブロック１、８が固着した導電パターン付絶縁基板６の反りと、ＩＧＢＴチップ１０、ダイオードチップ１３の上下のはんだ９、１１、１２、１４（図１（ｂ）参照）の熱疲労による熱抵抗の増大を防止し、信頼性の高いパワーＩＧＢＴモジュールを提供することができる。熱膨張係数が１．５×１０-5／℃未満では、充填材の含有量を９０ｗｔ％以上とする必要があり、注型材料としての流動性が失われ、封止作業が困難になる。一方、１．８×１０-5／℃を超える熱膨張係数は、ＩＧＢＴチップ１０、ダイオードチップ１３と導電パターン付絶縁基板６との間の熱応力を小さくすることが困難となる。【００８９】
また、封止材の銅ブロック１、８に対する接着強さは１０ＭＰａ〜３０ＭＰａの範囲が好ましい。このような封止材を用いれば、銅ブロック１、８が固着した導電パターン付絶縁基板６の反りと、チップの上下のはんだの熱疲労による熱抵抗の増大を防止し、信頼性の高いパワーＩＧＢＴモジュールを提供することができる。接着強さが１０ＭＰａ未満では、銅ブロック１、８やＩＧＢＴチップ１０、ダイオードチップ１３等と封止材の界面で剥離し、充分な接着強さが得られず、熱応力からＩＧＢＴチップ１０、ダイオードチップ１３をガードできなくなる。一方、接着強さは３０ＭＰａがほぼ上限であるためである。【００９０】
さらに、封止材の熱変形温度は１５０℃〜２００℃の範囲が好ましい。このような封止材を用いれば、銅ブロック１、８が固着した導電パターン付絶縁基板６の反りと、ＩＧＢＴチップ１０、ダイオードチップ１３の上下のはんだ９、１１、１２、１４の熱疲労による熱抵抗の増大を防止し、信頼性の高いパワーＩＧＢＴモジュールを提供することができる。熱変形温度が１５０℃未満では、樹脂ケース２１ｃの耐熱性がなく封止材としての機能がなくなる。一方、エポキシ系の封止材ではその使用温度の上限は２００℃から２２５℃が限界であるため、余裕をみて２００℃以下とする。【００９１】
このような条件を満たす材料として、例えばフェノール・ノボラック系のエポキシ樹脂と酸無水物硬化剤の２液混合型封止材があり、これにシリカ充填材を７５ｗｔ％配合した注型用封止材がナガセケムテックス株式会社より入手可能である。例えば、このエポキシ樹脂と硬化剤を所定量計量した後７０℃に加熱して十分に混合し、０．１Ｔｏｒｒの真空下で１０分間一次脱泡して金型内に注型し、さらに０．１Ｔｏｒｒの真空下で１０分間二次脱泡して１００℃１時間加熱、硬化することにより樹脂ケース２１ｃを形成することができる。硬化後の封止材の熱膨張係数は１．７×１０-5／℃、銅ブロックに対する接着強さは２３ＭＰａ、熱変形温度は２００℃である。【００９２】
尚、この封止材は、第１実施例〜第４実施例の樹脂ケース２１、２１ａ、２３に用いることもできる。
（接着剤）
つぎに、ユニット１０１ｃ等を結合する接着剤４７について説明する。【００９３】
樹脂ケース２１ｃとボルト締めユニット２６ｃに対する接着剤の接着強さは１０ＭＰａ〜３０ＭＰａの範囲が好ましい。この範囲の接着剤を用いれば樹脂ケース２１ｃやボルト締めユニット２６ｃとの界面での剥離を防止でき、強固な一体型のユニット集合体５０１を形成することができる。接着強さが１０ＭＰａ未満では樹脂ケース２１ｃやボルト締めユニット２６ｃとの界面での剥離が生じやすくなり、一方、接着強さは３０ＭＰａが上限である。【００９４】
接着剤の熱変形温度は１５０℃〜２００℃の範囲が好ましい。この範囲であれば樹脂ケース２１ｃやボルト締めユニット２６ｃを強固に接着でき、耐熱性の高い一体型のユニット集合体５０１を形成することができる。その結果、樹脂ケース２１ｃに内蔵する半導体チップを定格接合温度まで安全に使用できる。熱変形温度が１５０℃未満では、樹脂ケース２１ｃやボルト締めユニット２６ｃを強固に接着できず、半導体チップの定格接合温度を下げなければならない。一方、エポキシ系の接着剤はその使用温度の上限が２００℃から２２５℃であるため、余裕をみて２００℃以下とする。【００９５】
このような条件を満たす材料として、例えば先に挙げたフェノール・ノボラック系のエポキシ樹脂と酸無水物硬化剤の２液混合型材料があり、充填材を添加しないベース樹脂としてナガセケムテックス株式会社より入手可能である。【００９６】
尚、ユニット集合体５０１と配線基板２８の間に、さらにゴムシートのような弾性体を挿入すると、第２実施例（図７）で説明したような効果を得ることができる。
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。
【符号の説明】
【００９７】
１    第１銅ブロック
１ａ  裏面
２、７、９、１１、１２、１４  はんだ
２ａ、７ａ、９ａ、１１ａ、１２ａ、１４ａ  はんだ板
３    導電パターン
４    絶縁基板
５    導電パターン
６    導電パターン付絶縁基板
８    第２銅ブロック
１０    ＩＧＢＴチップ
１３    ダイオードチップ
１５、１５ａ  コレクタ端子ピン
１６、３６  プリント基板
１６ａ  貫通孔
１７、３７  インプラントピン
１９、１９ａ  エミッタ端子ピン
２０、２０ａ  制御端子ピン
２１、２１ａ、２３、２１ｃ  樹脂ケース
２２    リフロー炉
２４    凹部
２５    凸部
２６、２６ｃ、３８  ボルト締めユニット
２７、２７ｃ、３０、３１、３９，４１、４２、４３  貫通孔
２８    配線基板
２９    配線パターン
３２    ボルト
３５    凹部
３８ａ  庇
４０、４０ｂ  ジョイント
４０ａ  導電膜
４４    コレクタ接続端子ピン
４５    エミッタ接続端子ピン
４６    コレクタ・エミッタ接続端子ピン
４７    接着剤
４８    冷却体
４９    弾性体
１００、３００  半導体装置用ユニット
２００、２００ａ、４００、５００  半導体装置
１０１、１０１ｃ、１０２、３０１  ユニット
１０１ａ  積層体
２０１、２０２、４０１、５０１  ユニット集合体
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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