(57)【要約】【課題】高温で動作するパワーモジュールにおいても、信頼性の高いパワーモジュールを提供する。【解決手段】半導体素子基板と、半導体素子基板に固着された半導体素子と、半導体素子基板の周辺部に設けられた内枠と、内枠の内部を封止する第１の封止樹脂と、半導体素子基板の裏面に接合された放熱板と、放熱板の周辺部に設けられた外枠と、外枠の内部を、第１の封止樹脂と内枠と半導体素子基板とを覆うように封止する第２の封止樹脂と、を備え、内枠と第１の封止樹脂との間に間隙が形成され、この間隙に第２の封止樹脂が充填されており、第２の封止樹脂の弾性率が第１の封止樹脂の弾性率よりも小さくした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の片面に表面電極パターンが、および前記絶縁基板の他の面に裏面電極パターンが、それぞれ形成された半導体素子基板と、
前記表面電極パターンの、前記絶縁基板とは反対側の面に接合材を介して固着された半導体素子と、
前記半導体素子基板の周辺部であって、前記表面電極パターン側に設けられた内枠と、
前記内枠の内部を、前記半導体素子と前記半導体素子基板とを覆うように封止する第１の封止樹脂と、
前記半導体素子基板の前記裏面電極パターンに接合され、前記半導体素子基板よりも広い放熱板と、
前記放熱板の周辺部であって、前記半導体素子基板側に設けられた外枠と、
前記外枠の内部を、前記第１の封止樹脂と前記内枠と前記半導体素子基板とを覆うように封止する第２の封止樹脂と、を備えたパワーモジュールにおいて、
前記内枠と前記第１の封止樹脂との間に間隙が形成され、この間隙に前記第２の封止樹脂が充填されており、前記第２の封止樹脂の弾性率が前記第１の封止樹脂の弾性率よりも小さいことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
前記第１の封止樹脂の熱膨張係数と、前記半導体素子基板の熱膨張係数との差が、５ｐｐｍ／ｋ以下であることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記内枠の材料が、離形性の材料であることを特徴とする請求項１または２に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記内枠の材料が、フッ素を含有する樹脂材料であることを特徴とする請求項３に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記半導体素子がワイドバンドギャップ半導体により形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンドのいずれかの半導体であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載のパワーモジュールの製造方法において、
前記内枠の前記第１の封止樹脂に対向する面となる面に離型剤を塗布して、前記内枠の内部に硬化前の樹脂を注入し、その後前記硬化前の樹脂を硬化させて前記第１の封止樹脂を形成することを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力用半導体素子を実装したパワーモジュール、特に高温で動作するパワーモジュールの実装構造、およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のケース型のパワーモジュールは、一般にシリコンゲルにてチップ周辺が封止されている。一方、エポキシ封止はチップ周辺を硬い樹脂で拘束することからヒートサイクルやパワーサイクル信頼性が高い。しかし、エポキシ樹脂は硬いことから界面に発生する応力が高く、剥離やクラックという問題が発生するため、構造の制約が非常に多い。（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載されているパワーモジュールは、半導体素子と絶縁基板間の接合の長寿命化を実現するために、絶縁基板の周囲に分割板を設け、半導体素子の上面における金属ワイヤが接続される部分を、絶縁性の第１の樹脂で覆っている。さらに、絶縁基板の金属回路箔の側面を被覆する絶縁性の第２の樹脂を有し、線膨張係数が半田と等しい絶縁性の第３の樹脂を分割板で囲まれた領域内に注入した構造となっている。この構造体が、複数の絶縁基板毎に設けられ、互いに離れている。さらに全体をシリコンゲル（第４の樹脂）で封止している。このように、各所で樹脂を使い分け、最終的に４種類の樹脂を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１５２２２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、上記のようなパワーモジュールにおいては、４種類の樹脂を使い分ける必要があり、必ずしも樹脂を塗布または注入後に同時に樹脂の硬化過程を実施することができないために、製造工程が多く、生産性に劣るといった課題がある。
【０００６】
また、特許文献１では、半導体素子全体を覆う第３の樹脂の線膨張係数は半田と等しいことが開示されている。絶縁基板は窒化アルミニウムや窒化シリコン等のセラミックス製と記載されているように、半田とは大きく線膨張係数が異なる。このため、絶縁基板と第３の樹脂との線膨張係数差が大きく、高温で動作するパワーモジュールでは、界面に発生する応力は大きくなり界面剥離が発生し、半田接合層に応力が集中し半田クラックを引き起こす恐れがある。したがって、高温で動作するパワーモジュールでは、本来の目的である半導体素子と絶縁基板間の接合の長寿命化を達成することができなくなる。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、製造工程が少なく、高温で動作するパワーモジュールにおいても、信頼性の高いパワーモジュールを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、絶縁基板の片面に表面電極パターンが、および絶縁基板の他の面に裏面電極パターンが、それぞれ形成された半導体素子基板と、表面電極パターンの、絶縁基板とは反対側の面に接合材を介して固着された半導体素子と、半導体素子基板の周辺部であって、表面電極パターン側に設けられた内枠と、内枠の内部を封止する第１の封止樹脂と、半導体素子基板の裏面電極パターンに接合され、内枠の外周よりも広い放熱板と、放熱板の周辺部であって、半導体素子基板側に設けられた外枠と、外枠の内部を、第１の封止樹脂と内枠と半導体素子基板とを覆うように封止する第２の封止樹脂と、を備えたパワーモジュールにおいて、内枠と第１の封止樹脂との間に間隙が形成され、この間隙に第２の封止樹脂が充填されており、第２の封止樹脂の弾性率が第１の封止樹脂の弾性率よりも小さくしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明により、高温で動作するパワーモジュールにおいても、第１の封止樹脂に発生する応力が少なく、第１の封止樹脂の剥離や、第１封止樹脂や半導体素子基板のクラックが発生し難く、信頼性の高いパワーモジュールを、少ない製造工程で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１によるパワーモジュールの構成を示す側面断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるパワーモジュールの別の構成を示す側面断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるパワーモジュールの要部を示す拡大断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるパワーモジュールの製造工程を説明する一番目の図である。
【図５】この発明の実施の形態２によるパワーモジュールの製造工程を説明する二番目の図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるパワーモジュールの製造工程を説明する三番目の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるパワーモジュールの構成を示す側面断面図である。はじめに、本発明の実施の形態１によるパワーモジュールの全体構成について説明する。実施の形態１によるパワーモジュール１００は、セラミックスなどの絶縁材料で形成されている絶縁基板３の回路面には、複数の表面電極パターン４ａが形成され、表面電極パターン４ａのうちの所定の表面電極パターンに半導体素子１が導電性の接合材を用いて固定されるとともに電気的に接続される。また、表面電極パターン４ａとの接合面との反対側の半導体素子１の面である表面に形成された電極は、金属ワイヤ５により、他の表面電極パターン４ａと電気的に接続される。そして、金属ワイヤ５が接続された表面電極パターン４ａには、外部との電気的な接続を行うための配線部材である配線電極６が接合されている。
【００１２】
一方、絶縁基板３の回路面と反対側の面には、裏面電極パターン４ｂがべた状に形成されており、伝熱性の接合材を介して金属製の放熱板１０が張り合わせられている。絶縁基板３に表面電極パターン４ａおよび裏面電極パターン４ｂが形成されている基板全体を半導体素子基板３４と呼ぶことにする。
【００１３】
半導体素子基板３４の回路面側の外周には内枠７が形成され、半導体素子１や配線部材である金属ワイヤ５や配線電極６を含めて、内枠７の内部が第１の封止樹脂８で封止されている。ただし、配線部材のうち配線電極６は、外部との電気的接続を行うために上部が第１の封止樹脂８から露出している。内枠７は第１の封止樹脂８が漏れるのを防止するために用い、第１の封止樹脂８を硬化する際に内枠７と第１の封止樹脂８とが遊離するように構成されている。すなわち、内枠７の内部を第１の封止樹脂８で封止する際には、内枠７と第１の封止樹脂８との間には間隙が生じる。
【００１４】
放熱板１０上には、複数の半導体素子基板３４が接合材を介して張り合わせられている。放熱板１０は半導体素子基板３４よりも広く、放熱板１０の外周には、外枠１１が設けられており、外枠１１の内部は第２の封止樹脂１２で封止されている。第２の封止樹脂１２は、内枠７と第１の封止樹脂８との間の隙間にも充填される。第２の封止樹脂の上部には蓋１３が設けられている。
【００１５】
つぎに、各部材の詳細について説明する。半導体素子１は、シリコン（Ｓｉ）を基材とした一般的な素子でも良いが、本発明は、より高温で動作する半導体素子に適用したときに好適な構造を目指している。半導体素子１が、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）、またはダイヤモンドといったシリコンと較べてバンドギャップが広い、いわゆるワイドバンドギャップ半導体材料の半導体素子、特に炭化ケイ素を用いた半導体素子に本発明は好適である。デバイス種類としては、特に限定しないが、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect-Transistor）のようなスイッチング素子、またはダイオードのような整流素子が考えられる。
【００１６】
半導体素子１がＭＯＳＦＥＴの場合、半導体素子１の表面電極パターン４ａ側の面にはドレイン電極が形成されている。ドレイン電極と反対側（図１では上側）の面には、ゲート電極やソース電極が、領域を分けて形成されている。ただし、ここでは説明を簡単にするため、上側の面には、例えば大電流が流れるソース電極のみが形成されているとして説明する。なお、ドレイン電極の表面には接合材との接合を良好とするための複合金属膜が形成されている。ソース電極の表面にも、厚さ数μｍの薄いアルミニウムなどの電極膜やチタン、モリブデン、ニッケル、金などの薄膜層が形成されている。
【００１７】
接合材としては、はんだや、例えば銀を主成分とする焼結性フィラーやろう材、錫中に銅を分散した材料といった、熱伝導性が良く導電性の接合材料が適用できる。配線部材としての金属ワイヤ５の材質として、アルミニウム、銅、金などがあげられる。配線部材は、金属ワイヤの他、図２に示すように、導電性のよい金属、例えば銅からなるリード１４を用い、半導体素子１と接合材１５を用いて接合してもよく、ワイヤボンディング以外の接合方法で接合しても構わない。接合材１５は半導体素子１の電極と表面電極パターン４ａとを接合する接合材と同じく、はんだや、例えば銀を主成分とする焼結性フィラーやろう材、錫中に銅を分散した材料といった接合材料が適用できる。配線電極６には、銅、鉄、アルミニウム等の金属からなる円柱、円筒状またはＬ字状の板材等が適用できる。
【００１８】
絶縁基板３には、伝熱性に優れた窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、酸化アルミニウム（アルミナ）などのセラミックス材料を用いることができる。表面電極パターン４ａおよび裏面電極パターン４ｂは、銅、アルミニウムなどの導電性材料またはそれらを主成分とする合金材料からなり、ろう材などで絶縁基板３に対して接合されている。そして表面電極パターン４ａおよび裏面電極パターン４ｂの表面には、酸化防止や接合材料の濡れ性を考慮して、ニッケルなどのめっき被膜が形成されている場合がある。
【００１９】
内枠７は、第１の封止樹脂８を形成するため硬化前の樹脂を注入する際に樹脂漏れを防止するために設ける。硬化前の樹脂を内枠７の内部に注入し、硬化して第１の封止樹脂８を形成した後に異種材料間に発生する応力を低減するために、第１の封止樹脂８と内枠７とは容易に剥がれるようにする。容易に剥がれるようにするため、内枠７の材料として、第１の封止樹脂８の硬化温度以上の融点を有する材料でフッ素系のプラスチック材、例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン樹脂（ＰＶｄＦ）、テトラフルオロエチレンとエチレンとの共重合体樹脂（ＥＴＦＥ）や、一般に型取り用シリコンと呼ばれている樹脂を用いる。第１の封止樹脂８を、後述のようにエポキシ樹脂にセラミックスを混入した材料として、内枠７を上記のように接着性が弱い材料とすることで、内枠７と第１の封止樹脂８とは、遊離し両材料間には間隙が発生する。遊離することで、界面に発生する応力を低減できることができる。ただし、内枠７と第１の封止樹脂８との間が完全に遊離していなくても良く、一部が遊離することでも、全体が接着されている場合に比較して、発生する応力が低減するという本発明の効果を奏する。
【００２０】
第１の封止樹脂８を形成する硬化前の樹脂は室温で流動性を示す樹脂で、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂に、溶融シリカなどのセラミックス粒子・繊維等のフィラーを混入し、硬化後の熱膨張係数や弾性率を調整した材料を用いる。注入の際は、硬化反応が起こらない温度範囲で、加温して流動性を良くして注入することができる。硬化後の第１の封止樹脂８の熱膨張係数を、半導体素子基板３４の熱膨張係数に近い熱膨張係数とすることで、界面に発生する応力を低減でき界面剥離や樹脂破断を防止でき、モジュールの信頼性を向上させることができる。絶縁基板３の熱膨張係数は、窒化アルミニウムが４．５ｐｐｍ／Ｋ、窒化ケイ素が３ｐｐｍ／Ｋ、酸化アルミニウムが７．３ｐｐｍ／Ｋであり、表面電極パターン４ａや裏面電極パターン４ｂの熱膨張係数は、銅が１７ｐｐｍ／Ｋ、アルミニウムが２４ｐｐｍ／Ｋである。したがって、セラミックスと電極パターンの厚み構成によるが、絶縁基板３に表面電極パターン４ａおよび裏面電極パターン４ｂが接合された半導体素子基板３４全体としての熱膨張係数は、７〜１５ｐｐｍ／Ｋとなる。したがって、第１の封止樹脂８のガラス転移温度以下の熱膨張係数も７〜１５ｐｐｍ／Ｋであることが望ましい。第１の封止樹脂８の熱膨張係数は、半導体素子基板３４の熱膨張係数と等しくするのが最も好ましいが、後述のように、第１の封止樹脂８の熱膨張係数と半導体素子基板３４の熱膨張係数の差が５ｐｐｍ／Ｋ以下であれば、剥離やクラックが発生し難いことがわかった。
【００２１】
金属製の放熱板１０は、熱伝導性の良い金属材料、例えば銅の板材で構成されている。銅が主成分であれば良く、銅以外の金属を含有していても構わない。また、軽量で熱伝導性の高いアルミニウムまたはその合金でもよい。放熱板１０は接合材を介して半導体素子基板３４の裏面電極パターン４ｂと接合している。放熱板１０と裏面電極パターン４ｂとの接合材は半導体素子１と表面電極パターン４ａとの接合材と同様に熱伝導性の良いはんだや、例えば銀を主成分とする焼結性フィラーやろう材を用いることもできる。さらに、熱伝導性の良い絶縁性の接着剤でも構わない。
【００２２】
外枠１１は、放熱板１０と接着剤等で固定されている。外枠１１は硬化前の第２の封止樹脂１２を注入する際に樹脂漏れを防止するために設けている。外枠１１の材料としては、少なくとも樹脂の硬化温度や、半導体素子１が動作する際のパワーモジュールの温度以上の融点を有する樹脂材であれば良い。この条件を満足する材料として、通常枠体として良く用いられるポリｐ−フェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）やポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ナイロン樹脂などがある。
【００２３】
第２の封止樹脂１２は、硬化前に室温で流動性を示す樹脂であれば良いが、大型のモジュール全体を封止するとともに、硬化後、発生応力が大きくならないよう、シリコン系やウレタン系の柔らかい樹脂が良い。第２の封止樹脂１２は、第１の封止樹脂８に比較して樹脂硬化後の弾性率が小さい。図３に、図１の破線で囲んだ領域Ａの部分拡大図を示す。図３に示すように、第２の封止樹脂１２は内枠７と第１の封止樹脂８間の間隙７８にも充填される。内枠７と第１の封止樹脂８間の間隙７８が第１の封止樹脂よりも弾性率が小さい、すなわち柔らかい樹脂で充填されるため、半導体素子１が高温で動作し、高温となった場合でも、第１の封止樹脂８と内枠７との間で発生する応力が、柔らかい第２の封止樹脂で緩和される。ただし、前述のように、内枠７と第１の封止樹脂８との間が完全に遊離していなくても良く、一部が遊離し、遊離している部分に第２の封止樹脂が充填されている構成でも、内枠７と第１の封止樹脂８との間全体が接着されている場合に比較して、発生する応力が低減するという本発明の効果を奏する。
【００２４】
蓋１３は配線電極６の端部をモジュールの最外層に露出させ、第２の封止樹脂１２を覆うように固定する。蓋１３の材質は、特に規定されないが外枠１１と同じ材質であることが望ましい。同じ材質であることにより、外枠１１との間に発生する応力を低減できる。
【００２５】
実施の形態２．
実施の形態２では、本実施の形態１によるパワーモジュール１００の製造方法について、製造方法の工程を図示する図４〜図６を参照して説明する。図４のＳＴ１に示すように、絶縁基板３の回路面となる上面に互いに電気的に独立した複数の電極パターンからなる表面電極パターン４ａを、下面にべた状の裏面電極パターン４ｂを形成して半導体素子基板３４とする。次に図４のＳＴ２に示すように、半導体素子基板３４の表面電極パターン４ａに半導体素子１を導電性の接合材を用いて固定する。そして、図４のＳＴ３に示すように、半導体素子１の表面に形成された電極と、他の表面電極パターン４ａ間を金属ワイヤ５により、電気的に接続する。さらに図４のＳＴ４に示すように、半導体素子１が直接接合された表面電極パターン４ａおよび金属ワイヤ５を介して半導体素子１と電気的に接続された表面電極パターン４ａに、外部との電気的な接続を行うための配線電極６を接合する。
【００２６】
次に、図５のＳＴ５に示すように、半導体素子基板３４の外周部に樹脂との離型性の材質からなる内枠７を接合する。接合には接着剤等を用いる。図５のＳＴ６に示すように、第１の封止樹脂８を形成するための硬化前の樹脂を内枠７の内部に注入する。この際、室温で流動性を示す硬化前の樹脂の注入作業を良くするために、樹脂の硬化反応が進行しない範囲で加温してもよい。樹脂の注入量は、内枠７を超えない範囲であればよい。第１の封止樹脂８を形成するための硬化前の樹脂を注入後に、樹脂の硬化を行う。内枠７が離型性の材質のため、樹脂硬化後は、容易に内枠７と第１の封止樹脂８は剥がれ、間隙が生ずる。
【００２７】
次に、図５のＳＴ７に示すように、第１の封止樹脂８の硬化後の複数の半導体素子基板３４を放熱板１０の所定位置に、半導体素子基板３４の裏面電極パターン４ｂの面と接合材を介して接合する。さらに、図６のＳＴ８に示すように、放熱板１０の外周部に外枠１１を接合する。接合には接着剤等を用いる。図６のＳＴ９に示すように、外枠１１の内部に第２の封止樹脂１２を形成する硬化前の樹脂を注入する。最後に図６のＳＴ１０に示すように、第２の封止樹脂１２の硬化を行った後に、蓋１３を配線電極６が外に取り出せるようにして接合し、配線電極６を曲げ加工する。
【００２８】
次に動作について説明する。パワーモジュール１００を駆動させると、半導体素子１をはじめとするパワーモジュール１００内の様々な素子に電流が流れ、その際に電気抵抗成分やスイッチングによる電力ロスが熱に変換され発熱する。半導体素子１で発生した熱は半導体素子基板３４を経由して、放熱板１０を介して外部に放熱されることになるが、パワーモジュール１００全体の温度も上昇する。このとき半導体素子１として、ＳｉＣのような高温動作が可能な半導体材料の半導体素子を用いると、電流が大きく、動作時の温度は３００℃にまで達する。しかし、本発明によるパワーモジュール１００では、半導体素子１や配線部材である金属ワイヤ５や配線電極６等の回路部材を含む半導体素子基板３４の回路面側を第１の封止樹脂８により拘束し、しかも、第１の封止樹脂８の熱膨張係数を半導体素子基板３４の熱膨張係数に近くなるように調整しているので、半導体素子基板３４や回路部材に対する熱応力の発生を抑えることができる。この際、熱膨張係数が大きな内枠７と第１の封止樹脂８は遊離しているので、温度変化に対するヒートサイクルにおいて、半導体素子基板３４と第１の封止樹脂８との界面での剥離やセラミックス材からなる
絶縁基板３の割れが発生するようなことがない。また、放熱板１０に固定された複数の第１の封止樹脂８で覆われた半導体素子基板３４の露出部は、柔らかい第２の封止樹脂１２で覆われていることから、ヒートサイクル時の発生応力は小さく、パワーモジュール１００としての信頼性も非常に高い。
【００２９】
したがって、絶縁基板３に、脆性のある材料を使用しても信頼性を低下させることがないので、脆性があるが、伝熱性に優れるセラミックス材を絶縁基板３に用いることにより、放熱特性に優れ、信頼性の高いパワーモジュール１００を得ることが可能となる。
【００３０】
実施の形態３．
本実施の形態３では、実施の形態２とは別のパワーモジュールの製造方法について説明する。ただし、パワーモジュールの構造図や製造工程を説明する図は、図１や図４〜図６と同様である。本実施の形態３は、実施の形態１および２で説明したパワーモジュールに対して、内枠７の材質を変更したものである。内枠７の材質として、通常枠体として良く用いられるポリｐ−フェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）やポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ナイロン樹脂を用いる。このままの状態では、第１の封止樹脂８を硬化した後に、内枠７と第１の封止樹脂８とは遊離しない。そのため、図５のＳＴ６の工程時に、内枠７の少なくとも第１の封止樹脂８が接する面にフッ素系またはシリコン系の離型剤を塗布して、第１の封止樹脂８の樹脂硬化後の遊離を容易にする。硬化後、離型剤は除去しても良い。その他の製造方法については、実施の形態２と同様であるので説明を省略する。
【００３１】
本実施の形態３によれば、内枠７の材質に、枠材として実績の高い材料を適用することが可能であり、比較的高価なフッ素系の樹脂を使用しなくてよい。また、第１の封止樹脂８が接する面にのみ離型剤を塗布することで、内枠７と第１の封止樹脂８の遊離が必要とされる部分以外の接着性が確保でき、信頼性が向上する。
【００３２】
実施例．
実施の形態１の構造のパワーモジュールを作製し、ヒートサイクル信頼性試験に投入した。まず、パワーモジュール１００の具体的な構成について説明する。
【００３３】
窒化ケイ素からなる絶縁基板３（４０ｍｍ×２０ｍｍ、０．９２ｍｍ厚）表面に０．３ｍｍ厚の表面電極パターン４ａおよび裏面電極パターン４ｂを形成して半導体素子基板３４とする。半導体素子１として、１５ｍｍ角のＩＧＢＴチップと１５ｍｍ角のダイオードチップ各１個を、錫中に銅粒子を分散させた接合材を用いて、半導体素子基板３４に接合する。また、同時に配線電極６も接合材を用いて半導体素子基板３４上に接合する。
【００３４】
アルミニウムからなる金属ワイヤ５で電気配線を行い、ポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる内枠７を、接着剤を介して、半導体素子基板３４の外周部に固定する。内枠７の内部に表１に示す物性を有する第１の封止樹脂８を形成する硬化前の樹脂を注入し、樹脂を硬化させる。
【００３５】
その後、２個の上記半導体素子基板３４を放熱板１０の所定位置に錫中に銅粒子を分散させた接合材を用いて接合する。ポリｐ−フェニレンサルファイド樹脂からなる外枠１１を放熱板１０の周囲に接着剤を用いて固定し、第２の封止樹脂を形成するシリコン樹脂からなる硬化前の樹脂を注入する。樹脂硬化後に蓋１３を接着剤で固定し、蓋１３から飛び出している配線電極６を曲げ加工してパワーモジュール１００を完成させる。
【００３６】
このパワーモジュール１００を−４０℃から１２５℃（各３０分間保持）のヒートサイクル信頼性試験に投入し、５００サイクル毎に取り出し、外観上の損傷、半導体素子１の動作、半導体素子基板３４の絶縁試験（２．５ｋＶ、１分間印加）を実施して問題ないかを確認した。
【００３７】
表１に、５００サイクル毎の信頼性試験の結果を示す。信頼性試験の目標として１０００サイクルとした場合、樹脂Ａから樹脂Ｄは目標を満足することになる。ここで、半導体素子基板３４の熱膨張係数は１０ｐｐｍ／Ｋであるので、半導体素子基板３４の熱膨張係数と第１の封止樹脂の熱膨張係数の差が５ｐｐｍ／Ｋ以下であれば目標を満足する。
【００３８】
【表１】
2014150203.tif 000003
【００３９】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１：半導体素子、３：絶縁基板、４ａ：表面電極パターン、４ｂ：裏面電極パターン、５：金属ワイヤ、６：配線電極、７：内枠、８：第１の封止樹脂、１０：放熱板、１１：外枠、１２：第２の封止樹脂、１３：蓋、３４：半導体素子基板、７８：間隙
【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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