(57)【要約】【課題】本発明は、小型でかつインダクタンスを低減した半導体モジュールの提供を目的とする。【解決手段】本発明に係る半導体モジュールは、基板１の一方主面に設けられた回路パターン１ｃと、回路パターン１ｃ上に接合された半導体素子３と、回路パターン１ｃと半導体素子３との間、および／又は半導体素子３間を接合する金属板５とを備え、基板１、回路パターン１ｃ、半導体素子３および金属板５は樹脂６により封止されており、樹脂６には、穴６ａが形成されており、回路パターン１ｃ、半導体素子３、又は金属板５の一部が、平面視で穴６ａから露出していることを特徴とする。【選択図】図１
2014123618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方主面に設けられた回路パターンと、
前記回路パターン上に接合された半導体素子と、
前記回路パターンと前記半導体素子との間、および／又は前記半導体素子間を接合する金属板と、
を備え、
前記基板、前記回路パターン、前記半導体素子および前記金属板は樹脂により封止されており、
前記樹脂には、穴が形成されており、
前記回路パターン、前記半導体素子、又は前記金属板の一部が、平面視で前記穴から露出していることを特徴とする、
半導体モジュール。
【請求項２】
前記穴の内壁面は、可撓性の緩衝材で覆わ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３】
前記穴から露出している前記回路パターン、前記半導体素子、又は前記金属板は、弾性を有することを特徴とする、
請求項１または２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体素子であることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体モジュールの接続方法であって、
前記穴から露出している前記回路パターン、前記半導体素子、又は前記金属板に外部接続端子の先端を接触させることにより、外部と電気的に接続することを特徴とする、
半導体モジュールの接続方法。
【請求項６】
前記外部接続端子は、弾性を有し、
前記穴から露出している前記回路パターン、前記半導体素子、又は前記金属板に前記外部接続端子の前記先端を押圧することにより接触して、外部と電気的に接続することを特徴とする、
請求項５に記載の半導体モジュールの接続方法。
【請求項７】
前記外部接続端子の前記先端には針状の突起が設けられることを特徴とし、
前記穴から露出している前記回路パターン、前記半導体素子、又は前記金属板に前記外部接続端子の前記針状の突起が突き刺さることにより接触して、外部と電気的に接続することを特徴とする、
請求項５または６に記載の半導体モジュールの接続方法。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体モジュールの接続方法であって、
前記穴に液体金属を流し込み、
前記液体金属に外部接続端子を接触させることにより、外部と電気的に接続することを特徴とする、
半導体モジュールの接続方法。
【請求項９】
（ａ）基板の一方主面に回路パターンを形成する工程と、
（ｂ）前記回路パターン上に半導体素子を接合する工程と、
（ｃ）前記回路パターンと前記半導体素子との間、および／又は前記半導体素子間に金属板を接合する工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の後に、可撓性を有する筒状の緩衝材を、平面視で前記筒状の筒穴部分から、前記回路パターン、前記半導体素子、又は前記金属板が露出し、かつ露出面と前記緩衝材が隙間なく接するように配置する工程と、
（ｅ）前記工程（ｄ）の後に、トランスファーモールド法により、前記緩衝材の前記筒状の筒穴部分を除いて、前記基板、前記回路パターン、前記半導体素子、前記金属板および前記緩衝材を樹脂封止する工程と、
を備える、
半導体モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記工程（ｄ）において、配置される前記緩衝材は複数であり、前記緩衝材は、前記緩衝材と同じ素材の接続用部材により相互に繋がってい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。
【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、その製造方法およびその接続方法に関し、例えば、電力用途の半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
トランスファーモールド法により樹脂封止された樹脂封止型電力用半導体モジュールとして、金属放熱体の上に設けられた絶縁層および回路パターン上にＩＧＢＴ等の電力用半導体素子を配置し、外部接続用の主端子と制御端子とを回路パターン面に略垂直に配設したものが一般的に知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献２には、主端子あるいは制御端子を、内側にネジが切られた円筒形状とした半導体モジュールが記載されている。この円筒にボルトを取り付けることによって、主端子あるいは制御端子と外部配線との接続を行う。また、主端子あるいは制御端子にメスコネクタを設けて、外部配線との接続を行う半導体モジュールも記載されている。
【０００４】
特許文献３に記載の電力用半導体モジュールにおいては、半導体モジュールの主端子あるいは制御端子は、封止樹脂の表面に露出した筒形状の金属端子であり、コンプライアントピン型の外部端子ピンを筒形状の金属端子に圧入することにより、外部回路との導通を行う。
【０００５】
なお、一般に半導体モジュールにおいて、電力用半導体素子と主端子との間、電力用半導体素子と制御端子との間および電力用半導体素子間は、ボンディングワイヤにより電気的に接続されるか（例えば、特許文献２参照）、もしくは金属板により電気的に接続されている(例えば、特許文献３参照)。
【０００６】
電力用半導体モジュールの内部配線にボンディングワイヤを用いる場合は、電力用半導体素子周辺に、ワイヤボンディング装置がボンディングを行うためのスペースを設ける必要がある。従って、電力用半導体モジュールの小型化が制限される問題があった。また、ワイヤボンディング装置を用いる際には、ボンディングヘッド部の各機構が、主端子あるいは制御端子に干渉しないようにスペースを確保する必要があるため、主端子あるいは制御端子近傍にワイヤボンディングする場合に、電力用半導体モジュールを構成する各部品以外の周辺にもスペースが必要となり、これも、電力用半導体モジュールの小型化が制限される要因であった。上述した問題は、ボンディングワイヤの代わりに金属板を用いて接続を行うことにより解決可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２８４５２４号公報
【特許文献２】特開２００７−１８４３１５号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２９５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２に記載の半導体モジュールは、外部配線を接続する場合、筒状の内側にねじ穴を設けたり、ナットを樹脂モールドしたり、あるいはメスコネクタを用いる必要があり、筒状にねじ部やコネクタ部を設ける必要があり、その分筒状の端子が長くなり、電力用半導体モジュールの薄型化が制限される問題や、配線の引回しが長くなることにより電気抵抗が増加し、モジュールの電気特性が劣化する問題があった。また、外部配線との接続にねじやピンを用いるものは、接続部分で電気抵抗が増加し、モジュールの電気特性劣化となる。はんだ接続するものは、接続部上方に外部基板があり、はんだ付け部が隠れて作業性が悪く、接合後の検査も行いにくい問題があった。
【０００９】
特許文献１に記載の電力用半導体モジュールは、外部接続端子の先端部が凸形状に封止樹脂から露出しているため、トランスファーモールドの上金型を、この凸形状に合わせた凹形状にする必要があり、上金型の加工コストがかかる問題がある。また、製品によって外部接続端子の位置が異なる場合、製品の種類ごとにトランスファーモールドの上金型を用意しなければならず、費用を要するといった問題があった。
【００１０】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、小型でかつインダクタンスを低減した半導体モジュールの提供を目的とする。
【００１１】
また、本発明は、外部との接続時にインダクタンスを低減する半導体モジュールの接続方法の提供を目的とする。
【００１２】
また、本発明は、小型でかつインダクタンスを低減した半導体モジュールを低コストで製造可能な、半導体モジュールの製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る半導体モジュールは、基板の一方主面に設けられた回路パターンと、回路パターン上に接合された半導体素子と、回路パターンと半導体素子との間、および／又は半導体素子間を接合する金属板と、を備え、基板、回路パターン、半導体素子および金属板は樹脂により封止されており、樹脂には、穴が形成されており、回路パターン、半導体素子、又は金属板の一部が、平面視で穴から露出していることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る半導体モジュールの接続方法は、樹脂に設けられた穴から露出している回路パターン、半導体素子、又は金属板に外部接続端子の先端を接触させることにより、外部と電気的に接続することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る半導体モジュールの製造方法は、基板の一方主面に回路パターンを形成する工程（ａ）と、回路パターン上に半導体素子を接合する工程（ｂ）と、回路パターンと半導体素子との間、および／又は半導体素子間に金属板を接合する工程（ｃ）と、工程（ｃ）の後に、可撓性を有する筒状の緩衝材を、平面視で筒状の筒穴部分から、回路パターン、半導体素子、又は金属板が露出し、かつ露出面と緩衝材が隙間なく接するように配置する工程（ｄ）と、工程（ｄ）の後に、トランスファーモールド法により、緩衝材の筒状の筒穴部分の内側を除いて、基板、回路パターン、半導体素子、金属板および緩衝材を樹脂封止する工程（ｅ）とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る半導体モジュールによれば、半導体モジュールと外部との電気的接続を行う際に、樹脂に形成された穴に外部接続端子を挿入して、穴から露出している回路パターン、半導体素子、又は金属板との接触による電気的接続を行うことが可能となる。よって、外部接続端子と半導体モジュールの露出部分とが直接接触するため、接続時のインダクタンスを低減して、電気的特性を良好に保つことが可能である。さらに、外部との電気的接続を行うために、半導体モジュール側に金属端子等を設ける必要がないため、半導体モジュールを構成する部品点数の削減が可能であり、それに伴い、半導体モジュールの製造コスト削減、小型化および軽量化が可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る半導体モジュールの接続方法によれば、穴６ａから露出している回路パターン１ｃ、半導体素子３、又は金属板５に外部接続端子８の先端を接触させるだけで、外部と電気的に接続することが可能であるため、例えば、ねじ止めなどを必要とする接続方法と比較して、容易に電気的接続を行うことが可能である。また、穴６ａの露出部分と外部接続端子８が直接接触することで電気的接続を行うため、金属端子等を介して接続を行う場合と比較して、よりインダクタンスを低減することが可能である。よって、外部との接続時に、電気的特性を良好に保つことが可能である。
【００１８】
また、本発明に係る半導体モジュールの製造方法によれば、樹脂に設けられる穴に対応する部分に筒状の緩衝材を配置してから、トランスファーモールド法による樹脂封止を行うことで、緩衝材の筒状の筒穴部分は樹脂封止されないため、穴を形成することが可能である。また、緩衝材を配置することによって穴を形成するため、トランスファーモールド法により樹脂封止する際に、上金型の内面の上面は平坦でよい。よって、穴の配置が異なる場合であっても、上金型を共用することができるため、製造コストを削減することが可能である。さらに、製造後に、筒状の緩衝材が穴に埋め込まれた状態で樹脂に留まる。よって、穴に外部接続端子を挿入した際に、穴にかかる外力が緩衝材により吸収される。よって、外部接続端子による外力から、半導体モジュールを保護することが可能である。また、樹脂封止後に、樹脂から緩衝材を取り除く必要が無いため、生産効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１に係る半導体モジュールの断面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体モジュールと外部接続端子との接続方法を説明する図である。
【図３】弾性を有する外部接続端子の構造を示す図である。
【図４】先端に針状の突起を備える外部接続端子の構造を示す図である。
【図５】実施の形態２に係る半導体モジュールの断面図である。
【図６】実施の形態２に係る半導体モジュールに備わる緩衝材を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る半導体モジュールの製造方法を説明する図である。
【図８】実施の形態３に係る半導体モジュールの断面図および平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜実施の形態１＞
＜構成＞
図１に、本実施の形態における半導体モジュールの断面図を示す。本実施の形態における半導体モジュールは、例えば電力用途の半導体モジュールである。
【００２１】
基板１は、半導体モジュールで生じる熱を放熱する金属放熱体である金属ベース板１ａと、金属ベース板１ａの上面に設けられた高熱伝導絶縁層である絶縁層１ｂから構成される。絶縁層１ｂ上面には、金属の回路パターン１ｃが設けられる。
【００２２】
回路パターン１ｃには、半導体素子３がはんだ２等を介して接合される。半導体素子３は電力用半導体素子であり、例えばＩＧＢＴチップとＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）チップである。本実施の形態において、半導体素子３はＳｉＣ半導体素子などのワイドバンドギャップ半導体素子であるとする。
【００２３】
半導体素子３間および半導体素子３と回路パターン１ｃとの間は、配線用の金属板５により接続される。金属板５は、電気抵抗が低く、曲げ加工性に優れる、銅系またはアルミニウム系の金属が用いられる。なお、後述する外部接続端子８から受ける外力を考慮して、回路パターン１ｃ、金属板５および半導体素子３上面の電極は、高い弾性を有する材料で形成されるのが好ましい。これは、例えば、銅系やアルミニウム系の金属材料である。
【００２４】
基板１、半導体素子３および金属板５は樹脂６により封止されている。なお、樹脂６には複数の穴６ａが設けられており、回路パターン１ｃ、半導体素子３又は金属板５の一部が、穴６ａから平面視で露出している。なお、基板１の下面は、樹脂６により覆われず、放熱のために露出している。
【００２５】
なお、樹脂６に形成された穴６ａは、樹脂６を貫通していればよく、後述する外部接続端子８（図２）との接触を行い易い形状であればよい。穴６ａの形状として、例えば、四角柱形状、円柱形状、下方に向かって細くなる形状等が可能である。ただし、穴６ａに外部接続端子８を挿入する際、穴６ａの内壁面の樹脂６および穴６ａの露出部分（即ち穴６ａから平面視で露出している回路パターン１ｃ、半導体素子３又は金属板５）が外部接続端子８により外力を受けるため、穴６ａ近傍に位置する半導体素子３、金属板５および回路パターン１ｃに応力が生じる。この応力による半導体モジュールの電気的特性の変動等が懸念される。よって、穴６ａの形状は、外部接続端子８から受ける外力が分散されやすい円柱状が望ましい。また、穴６ａを円柱状の形状とすることにより、外部接続端子８の形状が穴６ａの形状により制約を受けることを抑制することが可能である。さらに、外部接続端子８を挿入する際の作業効率の向上が期待できる。
【００２６】
なお、本実施の形態における半導体モジュールにおいて、前述した様に、回路パターン１ｃ、金属板５および半導体素子３上面の電極に弾性の高い金属を使用する。これにより、外部接続端子８が穴６ａの露出部分と接触した際に、外部接続端子８の外力により半導体モジュールに生じる応力を抑制して、半導体モジュールを保護することができる。
【００２７】
＜外部接続端子との接続方法＞
図２を用いて、本実施の形態における半導体モジュールの外部との接続方法について説明する。半導体モジュール表面の穴６ａのそれぞれに外部接続端子８が挿入される。すると、穴６ａから露出している回路パターン１ｃ、半導体素子３もしくは金属板５と、穴６ａに挿入された外部接続端子８の先端とが接触する。この接触により半導体モジュールが、外部接続端子８を介して外部の例えば客先基板と電気的に接続される。
【００２８】
図３（ａ）〜（ｅ）に、外部接続端子８の具体例を示す。図３（ａ）〜（ｃ）の外部接続端子８は、バネ構造により上下方向に弾性を有する。また、図３（ｄ）、（ｅ）の外部接続端子８は、それぞれＳ字形状、板バネ構造により上下方向に弾性を有し、上下方向の変形に伴って左右方向にも形状が変形する。
【００２９】
このように、上下方向に弾性を有する外部接続端子８を樹脂６の穴６ａに挿入し、回路パターン１ｃ、半導体素子３、又は金属板５に外部接続端子８の先端を押圧することにより接触して、図示しない外部の客先基板等と電気的に接続を行う。
【００３０】
樹脂６の穴６ａに外部接続端子８を挿入する際、穴６ａの内壁面の樹脂６および穴６ａの露出部分に外力がかかり、穴６ａ近傍に位置する半導体素子３、金属板５、回路パターン１ｃに応力が生じる。この応力による半導体モジュールの電気的特性の変動等が懸念される。そこで、本実施の形態では、外部接続端子８を図３に示す様な、弾性の高い構造とすることで、前述した外力が緩和されるため、半導体モジュールの電気的特性の変動等を抑制することができる。
【００３１】
また、外部との電気的な接続状態を解除するには、外部接続端子８を、穴６ａの露出部分から離間させれば良く、何度押圧を行っても外部接続端子８が変形せずもとの形状に戻る。よって、例えば、半導体モジュールの電気的特性を検査する際に、外部の検査装置との接続、接続解除を繰り返し行うときなどに便利である。
【００３２】
なお、図３（ｄ）および（ｅ）に示すように、上下方向の弾性変形に伴って左右方向即ち基板１の面方向にも変形する様な構造の外部接続端子８を用いてもよい。この場合、穴６ａの形状により外部接続端子８の基板１の面方向への変形量が規定できるため、押圧によって外部接続端子８に過度の変形が起こり元の形状に戻らなくなることを防止することができる。
【００３３】
また、図３（ｂ）〜（ｅ）の様に、少なくとも一方の先端が先細りとなった外部接続端子８を用いてもよい。外部接続端子８の先端に圧力が集中することで、外部接続端子８は安定したばね性を発揮できるため、より安定的な電気的接続を行うことが可能となる。
【００３４】
また、本実施の形態における外部接続端子８の別の例として、図４（ａ）〜（ｅ）に示す様に、少なくとも一方の先端に針状の突起８ａを設けた外部接続端子８を用いてもよい。この針状の突起８ａを穴６ａの露出面に突き刺すことで、図示しない外部（客先基板）と電気的に接続を行う。針状の突起８ａを穴６ａの露出面に突き刺すことにより、金属表面の酸化膜や皮膜を貫通して金属真性面と接触するため、電気的に抵抗が低く安定した接続状態が得られる。
【００３５】
図４（ａ）または（ｄ）のように、外部接続端子８に備わる針状の突起８ａが１本の場合、穴６ａの露出部分との接触は点での接触となるため電流容量が小さくなる。より大きな電流容量が必要な場合には、図４（ｂ）または（ｃ）のように、針状の突起８ａを複数備える外部接続端子８を用いればよい。
【００３６】
また、図４（ｅ）に示す様に、バネ構造を有する外部接続端子８のバネの先端に針状の突起８ａを設けた場合は、外部接続端子８を回転させながら穴６ａに挿入すると良い。こうすることで、外部接続端子８の先端の針状の突起８ａが、穴６ａの露出面の表面酸化物や皮膜を円弧状に削るため、金属真性面との接触が可能となる。
【００３７】
＜製造方法＞
まず、金属ベース板１ａ上に絶縁層１ｂを形成することにより基板１を形成する。そして、基板１の絶縁層１ｂ上に金属の回路パターン１ｃを形成する。次に、基板１上の回路パターン１ｃ表面に、半導体素子３を、例えばはんだ２により接合する。図１に示す様に、半導体素子３は複数個でもよく、例えば、ＩＧＢＴチップやＦＷＤチップなどである。次に、半導体素子３間および半導体素子３と回路パターン１ｃとの間を接続する金属板５をはんだ接合する。
【００３８】
次に、トランスファーモールド法により樹脂封止を行う。まず、下金型に前工程までで組み立てた半導体モジュールを配置する。次に、下金型の上に上金型を配置する。上金型の内面の上面には、穴６ａの位置、形状に対応したピンが固定されている。下金型と上金型を密着させた状態で、金型内部に樹脂６を注入する。樹脂６が硬化した後、下金型および上金型を取り外して、本実施の形態における半導体モジュールを得る。なお、前述したピンは上金型に固定されているため、上金型を取り外した際に、同時に樹脂６から取り除かれる。
【００３９】
なお、穴６ａの別の形成方法として、ピンの代わりに、可撓性を有する部材を配置しても良い。つまり、可撓性を有する部材を半導体モジュール表面と上金型の間に略垂直に配置してから、トランスファーモールド法により樹脂封止することで、任意の部分への樹脂の侵入を防ぐことが可能である。樹脂封止後に可撓性を有する部材を取り除くことで、穴６ａを得ることが可能である。可撓性を有する部材としては、例えば、シリコーンゴムを用いる。シリコーンゴムは熱により膨張するため、樹脂注入時に膨張して半導体モジュール表面および上金型に密着する。この密着により、穴６ａが形成される部分への樹脂６の侵入をより確実に防止して、穴６ａを確実に形成することが可能である。さらに、樹脂封止後は、シリコーンゴムは冷却により収縮するため、樹脂６から取り除き易くなる。
【００４０】
また、穴６ａを複数形成する場合には、複数の可撓性を有する部材を、予め板状の部材で繋げて形成しておくことにより、複数の可撓性を有する部材を半導体モジュール上に一括して配置することが可能となる。よって、可撓性を有する部材を配置する際の位置精度が向上する。また、一括して配置可能となることにより生産性が向上する。なお、可撓性を有する部材および板状の部材は樹脂封止工程後に半導体モジュールから取り除く必要があるため、板状の部材は、その全体が上金型の内面の上面に接するように配置される。
【００４１】
なお、樹脂６の厚みは金属板５や半導体素子３の絶縁を確保できる最低の厚みでよい。樹脂６の厚みを小さくすることにより、穴６ａの深さが浅くなるため、外部接続端子８の長さを短くすることができる。外部接続端子８の長さが短くなることにより、接続による電気抵抗が減少するため好ましい。
【００４２】
なお、前述した可撓性を有する部材を用いて穴６ａを形成するには、樹脂６の厚み（即ち穴６ａの深さ）を十分に薄く設計する必要があるため、結果的に薄型の半導体モジュールが得られる。薄型化で配線長が短くなることで電気抵抗が下がり、モジュールの電気特性向上が期待できる。また、本実施の形態において、トランスファーモールド時に、モジュール上面から端子等が突出していないため、上金型に、端子等の突出に対応した凹形状を設ける必要がない。よって、上金型の内面の上面を平面状に形成できるため、上金型の製造コストを削減できる。また、上述した可撓性の部材を用いれば、品種の異なる半導体モジュールでも、上金型を共用することができ、半導体モジュールの製造コストを削減することができる。
【００４３】
なお、上述の様に、樹脂６の厚みを十分に薄く設計する必要があるのは、樹脂６を金型に注入する際に、可撓性を有する部材が樹脂注入により受ける圧力を低減するためである。可撓性を有する部材の高さ（即ち樹脂６の厚み）が高くなると、この部材が樹脂注入により受ける圧力も部材の表面積に応じて大きくなる。よって、樹脂注入時に、可撓性を有する部材のずれなどを防ぐために、樹脂６の厚みは、絶縁を確保できる範囲で、できる限り薄く設計するのが好ましい。
【００４４】
＜効果＞
本実施の形態における半導体モジュールは、基板１の一方主面に設けられた回路パターン１ｃと、回路パターン１ｃ上に接合された半導体素子３と、回路パターン１ｃと半導体素子３との間、および／又は半導体素子３間を接合する金属板５とを備え、基板１、回路パターン１ｃ、半導体素子３および金属板５は樹脂６により封止されており、樹脂６には、穴６ａが形成されており、回路パターン１ｃ、半導体素子３、又は金属板５の一部が、平面視で穴６ａから露出していることを特徴とする。
【００４５】
従って、半導体モジュールと外部との電気的接続を行う際に、樹脂６に形成された穴６ａに外部接続端子８を挿入して、穴６ａから露出している回路パターン１ｃ、半導体素子３、又は金属板５との接触による電気的接続を行うことが可能となる。よって、外部接続端子８と半導体モジュールの露出部分とが直接接触するため、接続時のインダクタンスを低減して、電気的特性を良好に保つことが可能である。さらに、外部との電気的接続のために半導体モジュール側に金属端子等を設ける必要がないため、半導体モジュールを構成する部品点数の削減が可能であり、それに伴い、半導体モジュールの製造コスト削減、小型化および軽量化が可能となる。
【００４６】
さらに、半導体モジュールの小型化および軽量化が可能となることにより、梱包や輸送コンテナ当たりの製品個数が増加し、１個当たりの輸送コストを低減することが可能となる。また、外部接続端子８との接続にはんだ等を用いないため、製品を回収・分解する際のコストを抑制することが可能である。また、前述した小型化、軽量化により、梱包材当たりの梱包可能な製品の個数が増え、また、製品１個当たりの包装材使用量が減るため、梱包および包装のコスト削減が可能となる。
【００４７】
また、本実施の形態における半導体モジュールにおいて、穴６ａから露出している回路パターン１ｃ、半導体素子３、又は金属板５は、弾性を有することを特徴とする。
【００４８】
従って、穴６ａの露出部分が弾性を有することにより、穴６ａに挿入された外部接続端子８が露出面に接触したときに半導体モジュールが受ける外力を緩和して、半導体モジュールを保護することが可能である。
【００４９】
また、本実施の形態における半導体モジュールにおいて、半導体素子３は、ワイドバンドギャップ半導体素子であることを特徴とする。
【００５０】
本実施の形態における半導体モジュールは、穴６ａの露出面と外部接続端子８が直接接触して電気的接続を行うため、インダクタンスを低減することが可能であるため、半導体モジュール動作時のサージ電圧を抑制可能である。よって、半導体素子３をＳｉＣ半導体素子等のワイドバンドギャップ半導体素子とすることにより、高速動作が可能となる。また、本実施の形態における半導体モジュールは、穴６ａの露出面と外部接続端子との電気的接続にはんだやシリコーン系ゲルを用いないため、動作温度の制約が緩和される。よって、半導体素子３をＳｉＣ半導体素子等のワイドバンドギャップ半導体素子とすることにより、高温動作が可能となる。
【００５１】
また、本実施の形態における半導体モジュールの接続方法は、穴６ａから露出している回路パターン１ｃ、半導体素子３、又は金属板５に外部接続端子８の先端を接触させることにより、外部と電気的に接続することを特徴とする。
【００５２】
従って、穴６ａから露出している回路パターン１ｃ、半導体素子３、又は金属板５に外部接続端子８の先端を接触させるだけで、外部と電気的に接続することが可能であるため、例えば、従来技術の様にねじ止めなどを必要とする接続方法と比較して、容易に電気的接続を行うことが可能である。また、穴６ａの露出部分と外部接続端子８が直接接触することで電気的接続を行うため、金属端子等を介して接続を行う場合と比較して、よりインダクタンスを低減することが可能である。よって、外部との接続時に、電気的特性を良好に保つことが可能である。
【００５３】
また、本実施の形態における半導体モジュールの接続方法において、外部接続端子８は、弾性を有し、穴６ａから露出している回路パターン１ｃ、半導体素子３、又は金属板５に外部接続端子８の先端を押圧することにより接触して、外部と電気的に接続することを特徴とする。
【００５４】
従って、本実施の形態における半導体モジュールの接続方法において、外部接続端子８が弾性を有するため、穴６ａに外部接続端子８を挿入したときに穴６ａの内壁面および穴６ａの露出部分にかかる外力が緩和されるため、半導体モジュールに生じる応力を緩和することが可能である。よって、半導体モジュールに応力がかかることによって生じる電気的特性の変動等を抑制することが可能である。
【００５５】
また、本実施の形態における半導体モジュールの接続方法において、外部接続端子８の先端には針状の突起８ａが設けられることを特徴とし、穴６ａから露出している回路パターン１ｃ、半導体素子３、又は金属板５に外部接続端子８の針状の突起８ａが突き刺さることにより接触して、外部と電気的に接続することを特徴とする。
【００５６】
従って、針状の突起８ａを穴６ａの露出面に突き刺すことにより、金属表面の酸化膜や皮膜を貫通して金属真性面と接触することが可能となるため、電気的に抵抗が低く安定した接続状態が得られる。
【００５７】
＜実施の形態２＞
＜構成＞
図５に、本実施の形態における半導体モジュールの断面図を示す。本実施の形態における半導体モジュールは、実施の形態１（図１）で説明した半導体モジュールに対して、樹脂６に形成される穴６ａの構造が異なる。それ以外の構成は実施の形態１と同じであるため、説明を省略する。
【００５８】
本実施の形態では、樹脂６に形成された穴６ａの内壁面は、可撓性の緩衝材７で覆われている。つまり、穴６ａには、可撓性を有する筒状の緩衝材７が埋め込まれている。緩衝材７の素材は、例えば、シリコーンゴムを用いる。本実施の形態において使用する緩衝材７の断面図の例を図６（ａ）〜（ｆ）に示す。本実施の形態における半導体モジュールにおいては、緩衝材７の筒状の筒穴部分の形状が、実施の形態１における穴６ａの形状に相当する。例えば、緩衝材７の筒状の筒穴部分の形状は、円柱状とすればよい（図６（ａ））。また、この円柱は、上に向かって細くなる形状（図６（ｂ））や、下に向かって細くなる形状（図６（ｃ））であってもよい。また、図６（ｄ）〜（ｆ）の様に筒穴部分に突起を備える形状、あるいは、外部接続端子８を挿入することにより筒穴部分が押し広げられる形状でもよい。このように、筒穴部分の形状を工夫することによって、緩衝材７の筒穴部分（即ち穴６ａ）に挿入される外部接続端子８を安定して保持することができる。なお、緩衝材７の上下両端にリブを設けると、穴６ａから緩衝材７が外れることを防止できるため好ましい。
【００５９】
＜外部接続端子との接続方法＞
本実施の形態における半導体モジュールと外部接続端子８との接続方法は、実施の形態１と同様である。つまり、図５の穴６ａ、即ち緩衝材７の筒穴部分に外部接続端子８を挿入することにより、半導体モジュールと外部との電気的接続を行う。なお、本実施の形態において、外部接続端子８は、実施の形態１で説明した外部接続端子８（図３、図４）を用いる。
【００６０】
例えば、図６（ｆ）に示す様な、筒穴部分にねじ溝状の突起が形成された緩衝材７が樹脂６に埋め込まれている場合は、図３（ａ）に示す様なバネ構造の外部接続端子８をねじのように回転させながら、緩衝材７の筒穴部分に挿入する。このように、筒穴部分の突起と外部接続端子８の形状とを対応させることで、緩衝材７の内側に外部接続端子８を安定して保持することが可能である。また、図３（ａ）に示した外部接続端子８の先端に針状の突起８ａを設けて図４（ｅ）の様な形状にすることで、外部接続端子８を回転させながら穴６ａに挿入する際に、針状の突起８ａが、穴６ａの露出面の表面酸化物や皮膜を円弧状に削り、金属真性面との接触が可能となるため、より好ましい。
【００６１】
なお、本実施の形態における半導体モジュールは、穴６ａの内壁面が可撓性の緩衝材７で覆われている。よって、外部接続端子８を穴６ａに挿入することによる外力が、緩衝材７によって吸収される。つまり、穴６ａ近傍に位置する半導体素子３、金属板５、配線パターン１ｃに生じる応力が抑制される。よって、半導体モジュールに生じる応力が原因となって生じる電気的特性の変動等を抑制することが可能である。
【００６２】
＜製造方法＞
図７を用いて、本実施の形態における半導体モジュールの製造方法を説明する。まず、実施の形態１と同様に、基板１の一方主面に回路パターン１ｃを形成し、回路パターン１ｃ上に半導体素子３をはんだ２等により接合する。そして、回路パターン１ｃと半導体素子３との間、および半導体素子３間の所定の位置に金属板５をはんだにより接合する（図７（ａ））。
【００６３】
次に、図７（ｂ）に示す様に、図５の穴６ａに対応する位置に、緩衝材７を配置する。このとき、緩衝材７の筒状の部分からは、回路パターン１ｃ、半導体素子３、又は金属板５が平面視で露出している。また、緩衝材７を、緩衝材７と露出部分との間に隙間が生じないように配置する。なお、後述する上金型１０ｂの内面の上面が平坦な場合は、緩衝材７の上端の高さが等しくなるように配置する。
【００６４】
次に、トランスファーモールド法により樹脂封止するために、半導体モジュールを下金型１０ａと上金型１０ｂの間に配置する（図７（ｃ））。このとき、各緩衝材７の上端と、上金型１０ｂの内面の上面は隙間無く接しているとする。
【００６５】
最後に、金型内部に樹脂６を注入することにより、緩衝材７の筒状の筒穴部分を除いて、基板１、回路パターン１ｃ、半導体素子３、金属板５および緩衝材７が樹脂封止される（図７（ｄ））。このとき、緩衝材７の筒状の筒穴部分に樹脂６が注入されないのは、緩衝材７の下端は露出部分と隙間無く接し、かつ上端は上金型１０ｂと隙間無く接しているためである。以上の工程により、本実施の形態における半導体モジュールを得る。
【００６６】
＜効果＞
本実施の形態における半導体モジュールに備わる穴６ａの内壁面は、可撓性の緩衝材７で覆われていることを特徴とする。
【００６７】
従って、外部接続端子８を穴６ａに挿入することによる外力が、緩衝材７によって吸収される。つまり、穴６ａ近傍に位置する半導体素子３、金属板５、配線パターン１ｃに生じる応力が抑制される。よって、半導体モジュールに生じる応力が原因となるって生じる電気的特性の変動等を抑制することが可能である。
【００６８】
また、本実施の形態における半導体モジュールの製造方法は、基板１の一方主面に回路パターン１ｃを形成する工程（ａ）と、回路パターン１ｃ上に半導体素子３を接合する工程（ｂ）と、回路パターン１ｃと半導体素子３との間、および／又は半導体素子３間に金属板５を接合する工程（ｃ）と、工程（ｃ）の後に、可撓性を有する筒状の緩衝材７を、平面視で筒状の筒穴部分から、回路パターン１ｃ、半導体素子３、又は金属板５が露出し、かつ露出面と緩衝材７が隙間なく接するように配置する工程（ｄ）と、工程（ｄ）の後に、トランスファーモールド法により、緩衝材７の筒状の筒穴部分を除いて、基板１、回路パターン１ｃ、半導体素子３、金属板５および緩衝材７を樹脂封止する工程（ｅ）とを備える。
【００６９】
従って、穴６ａに対応する部分に筒状の緩衝材７を配置してから、トランスファーモールド法による樹脂封止を行うことで、緩衝材７の筒穴部分は樹脂封止されないため、穴６ａを形成することが可能である。また、緩衝材７を配置することによって穴６ａを形成するため、トランスファーモールド法により樹脂封止する際に、上金型１０ｂの内面の上面は平坦でよい。よって、穴６ａの配置が異なる場合であっても、上金型１０ｂを共用することができるため、製造コストを削減することが可能である。さらに、製造後に、筒状の緩衝材７が穴６ａに埋め込まれた状態で樹脂６に留まる。よって、穴６ａに外部接続端子８を挿入した際に、穴６ａにかかる外力が緩衝材７により吸収される。よって、外部接続端子８による外力から、半導体モジュールを保護することが可能である。また、樹脂封止後に、樹脂６から緩衝材７を取り除く必要が無いため、生産効率が向上する。
【００７０】
＜実施の形態３＞
図８（ａ），（ｂ）に、本実施の形態における半導体モジュールの断面図と平面図をそれぞれ示す。本実施の形態における半導体モジュールは、実施の形態２における半導体モジュール（図５）において、複数の緩衝材７を、緩衝材７と同じ素材の接続用部材７ａにより相互に繋げた構成である。その他の構成は実施の形態２における半導体モジュールと同じであるため、説明を省略する。
【００７１】
図７（ｂ）に示すように、接続用部材７ａは板状であり、緩衝材７と一体成型されている。実施の形態２では、半導体モジュールの製造工程において複数の緩衝材７を個々に配置したが、本実施の形態では、緩衝材７が接続用部材７ａにより相互につながっているため、全ての緩衝材７を一括して配置することが可能である。
【００７２】
＜効果＞
本実施の形態における半導体モジュールの製造方法における、可撓性を有する筒状の緩衝材７を、平面視で筒状の部分から、回路パターン１ｃ、半導体素子３、又は金属板５が露出し、かつ露出面と緩衝材７が隙間なく接するように配置する工程において、配置される緩衝材７は複数であり、緩衝材７は、緩衝材７と同じ素材の接続用部材７ａにより相互に繋がっていることを特徴とする。
【００７３】
従って、複数の緩衝材７は接続用部材７ａによって繋がっているため、緩衝材７を一括して配置することが可能となる、よって、緩衝材７を配置する際の位置精度の向上および生産効率の向上が期待される。
【００７４】
＜実施の形態４＞
本実施の形態における半導体モジュールの接続方法について説明する。実施の形態１の半導体モジュール（図１）を用いて説明を行う。まず、樹脂６に形成された穴６ａに、液体金属を流し込む。液体金属は、例えば、インジウム、ガリウムもしくはこれらの合金であるとする。また、液体金属として低融点はんだを用いてもよい。次に、外部接続端子８を穴６ａに挿入して、液体金属に接触させる。つまり外部接続端子８が穴６ａの露出部分に接触していなくても、外部接続端子８が液体金属に接触していれば、半導体モジュールと外部接続端子８は液体金属を介して電気的に接続される。
【００７５】
＜効果＞
本実施の形態における半導体モジュールの接続方法は、穴６ａに液体金属を流し込み、液体金属に外部接続端子８を接触させることにより、外部と電気的に接続することを特徴とする。
【００７６】
従って、樹脂６に形成された穴６ａから露出する回路パターン１ｃ、半導体素子３、又は金属板５に外部接続端子８を接触させなくても、穴６ａに流し入れられた液体金属に外部接続端子８を接触させれば、半導体モジュールを外部と電気的に接続することが可能である。よって、外部接続端子８を穴６ａに挿入することにより半導体モジュールに生じる応力を低減することが可能である。
【００７７】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１  基板、１ａ  金属ベース板、１ｂ  絶縁層、１ｃ  回路パターン、２  はんだ、３  半導体素子、５  金属板、６  モールド樹脂、６ａ  穴、７  緩衝材、７ａ  接続用部材、８  外部接続端子、８ａ  針状の突起、１０ａ  下金型、１０ｂ  上金型。
【図１】
2014123618.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014123618.tif 000007
【図６】
2014123618.tif 000008
【図７】
2014123618.tif 000009
【図８】
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