(57)【要約】【課題】信頼性の高い半導体モジュールを得る。【解決手段】図２（ｃ）に示されるように、接着樹脂層２２の表面に対してダイパッド１３の下面を圧着して、第１の構造体と第２の構造体を接合する（接合工程）。ここで、この圧着は、第２の構造体（放熱板１８）、第１の構造体（ダイパッド１３あるいはこれが含まれるリードフレーム）を加熱しながら行う。この際、ダイパッド１３が未硬化の接着樹脂層２２に埋め込まれる形態となるように、この圧着を行う。この圧着におけるダイパッド１３と接着樹脂層２２あるいは放熱板１８との間の上下方向における位置関係は、圧着後の形態である図２（ｄ）におけるＴＡＢ、Ｄで規定することができる。【選択図】図２
2014072305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを上面に搭載する第１の金属板の下面が絶縁層を介して第２の金属板の上面に接合され、前記第２の金属板の下面が露出するように、前記半導体チップ、前記第１の金属板、前記第２の金属板がモールド樹脂層に封止された構成を具備する半導体モジュールの製造方法であって、
前記半導体チップが前記第１の金属板の上面に接合された第１の構造体を形成するチップ搭載工程と、
硬化した状態の絶縁樹脂層、熱硬化性樹脂で構成され硬化していない状態である接着樹脂層が、前記第２の金属板の上面に順次形成された第２の構造体を形成する下部構造形成工程と、
前記第１の金属板と前記接着樹脂層との間の上下方向における位置関係が予め定められた位置関係とされて前記第１の金属板の下面が硬化していない状態である前記接着樹脂層に圧着されるように、圧着ステージの上に設置された前記第２の構造体の上に配された前記第１の構造体に荷重を印加して前記第１の構造体と前記第２の構造体とを加熱して接合する接合工程と、
前記第１の構造体と前記第２の構造体とが接合された構造に対してトランスファーモールドを行うことによってモールド樹脂層を形成し、かつ前記接着樹脂層を硬化させるモールド工程と、
を具備することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記接合工程において、
圧着後における前記第２の金属板の上面と前記第１の金属板の下面の間隔が予め定められた値となるように圧着を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記接合工程において、
前記接着樹脂層の表面から前記第１の金属板が埋め込まれる深さが予め定められた値となるように圧着を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記接合工程において、
前記第１の構造体を前記第２の構造体に圧着する際の荷重を検知し、当該荷重が閾値を越えた場合に、前記第１の構造体に荷重を印加することを停止することを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項５】
複数の前記第１の金属板が組み合わされたリードフレームと、複数の前記第１の金属板に対応した複数の前記第２の構造体とが用いられ、
前記接合工程において、
圧着時の、各前記第１の金属板と各前記接着樹脂層との間の上下方向における位置関係が、複数の前記第１の金属板間で均一となるように、複数の前記第２の構造体のうちの少なくとも一つと前記圧着ステージとの間に、スペーサを挿入することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の半導体モジュールの製造方法における前記接合工程において使用される接合装置であって、
前記第１の構造体に上側から接する荷重プレートに対して下側に向かって荷重を印加する加圧手段と、
前記第１の金属板と前記接着樹脂層との間の上下方向における位置関係が予め定められた位置関係となった場合に、前記荷重プレートの下側への移動を制限する移動制限手段と、
を具備することを特徴とする接合装置。
【請求項７】
前記圧着ステージに前記第２の構造体が設置された際の前記接着樹脂層の高さを測定する高さ計測手段を具備することを特徴とする請求項６に記載の接合装置。
【請求項８】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の半導体モジュールの製造方法によって製造されたことを特徴とする半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップが金属板上に搭載された構造がモールド層中に封止された構成を具備する半導体モジュール、その製造方法に関する。また、この製造方法において用いられる接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体チップが使用される際には、半導体チップが金属板上に搭載された構造が絶縁性のモールド樹脂層中に封止され、モールド樹脂層から端子となるリードが導出した構成をもつ半導体モジュールとされる。ここで、特に半導体チップがパワー半導体チップ（パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等）である場合には、半導体チップからの放熱が効率的に行われることが要求される。この放熱は、主に半導体チップを搭載する金属板を介してなされる。この金属板自身を一つの端子として使用することもできる。この場合には、モールド樹脂層の下面でこの金属板が露出する構成とすれば、露出した金属板をはんだを介して接続することによって半導体モジュールを設置し、かつこの金属板に対して配線を接続することができる。
【０００３】
一方で、露出した金属板を放熱経路と半導体モジュールの固定（はんだ付け）のために用いるが、電気的接続には用いない場合もある。この場合には、半導体チップ等から電気的に絶縁された金属板をモールド樹脂層の下面に露出させることが必要となる。半導体チップがパワー半導体チップである場合には、この際の絶縁性が高い（絶縁耐圧が高い）ことが要求されるため、半導体チップを搭載する金属板（ダイパッド）が絶縁層を介して他の金属板（放熱板）に接合される。この際、絶縁層の耐圧は充分高いことが必要であり、このためには、絶縁層は厚いことが好ましい。一方、絶縁層を構成する材料の熱伝導率は一般的にはダイパッドや放熱板を構成する金属材料よりも低い。このため、放熱性を高めるためには、絶縁層は薄いことが好ましい。以上より、絶縁層の特性や厚さの設定は、信頼性の高い半導体モジュールを得る上では極めて重要である。
【０００４】
特許文献１、２には、こうした構造をもつ半導体モジュールの構造、製造方法が記載されている。図７は、この半導体モジュール９０の断面図である。この半導体モジュール９０においては、半導体チップ９１、９２がはんだ層９３を介してそれぞれダイパッド（金属板）９４、９５の表面に搭載されている。このダイパッド９４、９５の裏面は、接着樹脂層９６と絶縁樹脂層９７を介して放熱板９８に接合されている。半導体チップ９１、９２、ダイパッド９４、９５等の間の電気的接続は、はんだ層９３を介して、あるいはボンディングワイヤ９９を接続することによってなされる。これらの構造はモールド樹脂層１００の中に封止され、放熱板９８の裏面がモールド樹脂層１００から露出する形態とされる。また、ダイパッド９４の左端部、ダイパッド９５の右端部側は、モールド樹脂層１００から突出する構成とされ、この半導体モジュール９０の入出力端子となるリードとして使用される。
【０００５】
この構成においては、放熱性を高めるためにダイパッド９４、９５と放熱板９８との間の熱伝導率を高くした上で、これらの間における絶縁性も確保することが必要である。このため、これらの間には絶縁層が形成され、この絶縁層中にボイド等が形成されないことが要求される。特許文献１に記載の構造においては、この絶縁層として、下側に絶縁樹脂層９７、上側に接着樹脂層９６が形成された２層構造が用いられている。これらの材料としては、樹脂材料よりも熱伝導率や絶縁性の高い無機材料（シリカ、アルミナ等）からなるフィラーが、樹脂材料（エポキシ樹脂）に対して高濃度で添加されたものが用いられている。この半導体モジュール９０を製造するに際しては、まずこの構造におけるモールド樹脂層１００以外が形成された構造体が形成される。その後、モールド工程において、この構造が金型中で固定されて液状のモールド樹脂材料（熱硬化性樹脂）が注入されて所望の形状で硬化し、モールド樹脂層１００となる。この方法はトランスファーモールド法として知られる。
【０００６】
このモールド工程前の構造体を製造するに際しては、ダイパッド９４、９５と放熱板９８とを絶縁樹脂層９７、接着樹脂層９６を介して接合することが必要である。この接合の際には、下側の絶縁樹脂層９７は既に硬化した状態とされる一方、上側の接着樹脂層９６は接合の際には未硬化の状態であり、接合後に硬化する設定とされる。これにより、接着樹脂層９６をこの接合の際の接着剤として使用することができる。この接合の際に、接着樹脂層９６は薄くなる可能性が高いために、接着樹脂層９６によって絶縁性を確保することは困難である。しかしながら、その下の絶縁樹脂層９７は既に硬化した状態であり変形しにくいため、絶縁性は最低でも絶縁樹脂層９７によって確保される。
【０００７】
この製造方法においては、接着樹脂層９６の硬化は、モールド工程によってなされる。すなわち、モールド工程において、液状のモールド樹脂材料が硬化する際に、同時に接着樹脂層９６も硬化する設定とされる。これにより、製造工程を簡略化し、かつダイパッド９４、９５と放熱板９８との間の絶縁層の熱伝導率や絶縁性を高め、この半導体モジュール９０の信頼性を高めることができる。
【０００８】
この構造の半導体モジュール９０においては、ダイパッド９４、９５と放熱板９８との間の絶縁層の特性は、特にダイパッド９４、９５と放熱板９８との間の接合を行う方法やこの際の形態に大きく依存する。例えば、特許文献３には、モールド工程において、ダイパッドを放熱板（絶縁層）に対して固定する製造方法が記載されている。この製造方法においては、トランスファーモールドで用いられる金型中で、ダイパッドがピンによって押圧された状態で液状のモールド樹脂材料が金型中に充填される。これによって、絶縁層の特性（絶縁性、放熱性）をより安定させることができる。
【０００９】
こうした構造、製造方法を用いて、図７の構成の半導体モジュールを製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１２４４００号公報
【特許文献２】特開平１０−１２５８２６号公報
【特許文献３】特開２００５−１２３４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の構成において、充分な放熱性を得るためには、ダイパッドと放熱板との間の絶縁層を充分薄くすることが必要となるため、接着樹脂層、絶縁樹脂層を共に薄くすることが必要である。このためには、上記のようにこの絶縁層を２層構造とした場合であっても、硬化後の接着樹脂層、絶縁樹脂層の厚さを精密に制御することが必要である。しかしながら、硬化の際には、接着樹脂層等は収縮する。特に、特許文献１、２に記載の技術においては、この硬化はモールド工程においてモールド樹脂層の硬化と同時になされるため、この収縮の制御（膜厚の制御）は困難である。特許文献３に記載の技術においても、特に絶縁層を薄くすることによって充分な放熱特性を確保する場合には、この膜厚の制御を高精度で行うことは困難であった。
【００１２】
すなわち、電気的に浮遊した金属板がモールド層の一面に露出した構成を具備した、信頼性の高い半導体モジュールを得ることは困難であった。
【００１３】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体モジュールの製造方法は、半導体チップを上面に搭載する第１の金属板の下面が絶縁層を介して第２の金属板の上面に接合され、前記第２の金属板の下面が露出するように、前記半導体チップ、前記第１の金属板、前記第２の金属板がモールド樹脂層に封止された構成を具備する半導体モジュールの製造方法であって、前記半導体チップが前記第１の金属板の上面に接合された第１の構造体を形成するチップ搭載工程と、硬化した状態の絶縁樹脂層、熱硬化性樹脂で構成され硬化していない状態である接着樹脂層が、前記第２の金属板の上面に順次形成された第２の構造体を形成する下部構造形成工程と、前記第１の金属板と前記接着樹脂層との間の上下方向における位置関係が予め定められた位置関係とされて前記第１の金属板の下面が硬化していない状態である前記接着樹脂層に圧着されるように、圧着ステージの上に設置された前記第２の構造体の上に配された前記第１の構造体に荷重を印加して前記第１の構造体と前記第２の構造体とを加熱して接合する接合工程と、前記第１の構造体と前記第２の構造体とが接合された構造に対してトランスファーモールドを行うことによってモールド樹脂層を形成し、かつ前記接着樹脂層を硬化させるモールド工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の半導体モジュールの製造方法は、前記接合工程において、圧着後における前記第２の金属板の上面と前記第１の金属板の下面の間隔が予め定められた値となるように圧着を行うことを特徴とする。
本発明の半導体モジュールの製造方法は、前記接合工程において、前記接着樹脂層の表面から前記第１の金属板が埋め込まれる深さが予め定められた値となるように圧着を行うことを特徴とする。
本発明の半導体モジュールの製造方法は、前記接合工程において、前記第１の構造体を前記第２の構造体に圧着する際の荷重を検知し、当該荷重が閾値を越えた場合に、前記第１の構造体に荷重を印加することを停止することを特徴とする。
本発明の半導体モジュールの製造方法は、複数の前記第１の金属板が組み合わされたリードフレームと、複数の前記第１の金属板に対応した複数の前記第２の構造体とが用いられ、前記接合工程において、圧着時の、各前記第１の金属板と各前記接着樹脂層との間の上下方向における位置関係が、複数の前記第１の金属板間で均一となるように、複数の前記第２の構造体のうちの少なくとも一つと前記圧着ステージとの間に、スペーサを挿入することを特徴とする。
本発明の接合装置は、前記半導体モジュールの製造方法における前記接合工程において使用される接合装置であって、前記第１の構造体に上側から接する荷重プレートに対して下側に向かって荷重を印加する加圧手段と、前記第１の金属板と前記接着樹脂層との間の上下方向における位置関係が予め定められた位置関係となった場合に、前記荷重プレートの下側への移動を制限する移動制限手段と、を具備することを特徴とする。
本発明の接合装置は、前記圧着ステージに前記第２の構造体が設置された際の前記接着樹脂層の高さを測定する高さ計測手段を具備することを特徴とする。
本発明の半導体モジュールは、前記半導体モジュールの製造方法によって製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は以上のように構成されているので、電気的に浮遊した金属板がモールド層の一面に露出した構成を具備した、信頼性の高い半導体モジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明実施の形態となる製造方法によって製造される半導体モジュールの構成を示す上面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法を示すＡ−Ａ−方向に対応した工程断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法において用いられる接合装置全体の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法において用いられる接合装置における圧着部の構成を示す図である。
【図５】圧着部において高さ計測手段を用いる場合の構成を示す図である。
【図６】複数のダイパッドを用いる場合の圧着部の構成を示す図である。
【図７】従来の半導体モジュールの一例の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態となる半導体モジュールの製造方法について説明する。ここで製造される半導体モジュールの構造は、図７に記載のものと同様である。すなわち、半導体チップが搭載されたダイパッドが、絶縁層を介して放熱板に接合されている。
【００１８】
図１は、この製造方法によって製造される半導体モジュール１０を上面から見た透視図である。ここでは、横長の矩形体形状であるモールド樹脂層１１中に、複数のダイパッドが設けられている。この構成においては、４つのパワー半導体チップ（半導体チップ）１２はダイパッド（第１の金属板）１３に搭載されて図中下側に左右方向に並んで配置され、３つの制御用ＩＣチップ（他の半導体チップ）１４はダイパッド１５に搭載されて図中上側に左右方向に並んで配置される。リード１６は上側に６本、下側で８本ずつ、モールド樹脂層１１から導出するように設けられている。リード１６のうちの一部は隣接するダイパッド１３、１５と一体化されており、他はダイパッド１３、１５と絶縁されている。これらが所望の電気回路を構成するように、パワー半導体チップ１２、制御用ＩＣチップ１４における電極、ダイパッド１３、１５、各リード１６の間、あるいはダイパッド１３、１５と、各リード１６等の間は、細いボンディングワイヤ１７を用いて接続されている。ボンディングワイヤ１７もモールド樹脂層１１の中に封止されている。ここで、特にパワー半導体チップ１２の動作時の発熱量は大きいため、ダイパッド１３を介してその放熱を行うことが必要である。このため、特に４つのダイパッド１３の下面には、放熱板（第２の金属板）１８が接合され、この半導体モジュール１０の下面側では、放熱板１８の下面が露出している。一方、制御用ＩＣチップ１４の発熱量は小さいために、３つのダイパッド１５は絶縁性のセラミックス基板１９に搭載されている。ダイパッド１３側とセラミックス基板１９側も、適宜ボンディングワイヤ１７で接続されている。
【００１９】
ダイパッド１３と放熱板１８とは、接着樹脂層と絶縁樹脂層を介して接合されている。接着樹脂層と絶縁樹脂層は、積層されてダイパッド１３と放熱板１８の間の絶縁層として機能する。これにより、ダイパッド１３と放熱板１８の間の絶縁性が確保されると共に、これらの間の熱伝導も行われる。
【００２０】
この半導体モジュール１０の製造方法において、半導体チップ１２、１４をダイパッド１３、１５に搭載する工程は従来より知られる製造方法と同様である。本発明の実施の形態となる半導体モジュールの製造方法においては、このパワー半導体チップ１２が搭載されたダイパッド１３を絶縁層を介して放熱板１８に接合する工程（接合工程）に主な特徴を有する。この製造方法においては、接合工程においてダイパッド１３と接着樹脂層あるいは放熱板１８との間の上下方向の位置関係が定められる。
【００２１】
図２は、この製造方法におけるダイパッド１３、放熱板１８等の形態を示す工程断面図であり、この製造方法における図１中のＡ−Ａ方向に対応した断面が示されている。まず、図２（ａ）に示されるように、ダイパッド１３にパワー半導体チップ１２が搭載された構造（第１の構造体）を形成する（チップ搭載工程）。パワー半導体チップ１２とダイパッド１３とは実際にははんだ層を介して接合されているが、ここでははんだ層の記載は省略されている。また、ここでは一つのダイパッド１３に対応した領域についてのみ記載されているが、実際には、図１に示されるように複数のダイパッド１３が用いられ、これらが結合された大きなリードフレームが用いられる。また、リード１６等はダイパッド１３と一体化されている。セラミックス基板１９側の構成（制御用ＩＣチップ１４、ダイパッド１５等）も、このリードフレームに搭載した構成とすることができるが、セラミックス基板１９の直下には放熱板１８はない（セラミックス基板１９と放熱板とは接合されない）ため、以下の製造方法においては、セラミックス基板１９側の構成については説明を省略する。ダイパッド１３は、例えば銅で構成され、その厚さは曲げ加工が可能である０．２５ｍｍ程度とすることができる。
【００２２】
上記の構造とは別に、図２（ｂ）に示されるように、放熱板１８の上に絶縁樹脂層２１と接着樹脂層２２が塗布等によって形成された構造（第２の構造体）を形成する（下部構造形成工程）。この段階では、絶縁樹脂層２１は硬化し、接着樹脂層２２はまだ硬化していない状態とする。ここで、絶縁樹脂層２１の厚さをＴＡ、接着樹脂層２２の厚さをＴＢとしており、絶縁樹脂層２１は硬化しているために以降の工程においてＴＡは変動しにくいのに対して、接着樹脂層２２は未硬化の状態であるため、接着樹脂層２２の厚さＴＢあるいはその表面形状は製造工程の途中で変動する。接着樹脂層２２は、熱硬化性樹脂で構成することができる。
【００２３】
また、硬化していない接着樹脂層２２の表面を保護するために、後で容易に剥離して除去することができる高分子材料からなる保護フィルム２３が表面に貼り付けられる。
【００２４】
絶縁樹脂層２１、接着樹脂層２２として、共に特許文献１等に記載のものと同様の材料を用いることができる。例えば、その主成分は熱硬化性樹脂とするが、これに、熱伝導率や絶縁性がより高い無機材料（シリカ、アルミナ等）からなるフィラーを高濃度で添加されたものを用いることができる。この場合には、例えば通常の樹脂材料で構成されたモールド樹脂層１１よりも、これらの層の熱伝導率や絶縁性を高くすることができる。例えば、銅で構成された放熱板１８、無機フィラーが充填されたエポキシ樹脂で構成された絶縁樹脂層２１、接着樹脂層２２の厚さは、それぞれ０．３０、０．１０、０．１５ｍｍとすることができる。
【００２５】
次に、図２（ｃ）に示されるように、第２の構造体における保護フィルム２３が剥離除去された接着樹脂層２２の表面に対してダイパッド１３の下面を圧着して、第１の構造体と第２の構造体を接合する（接合工程）。ここで、この圧着は、第２の構造体（放熱板１８）、第１の構造体（ダイパッド１３あるいはこれが含まれるリードフレーム）を加熱しながら行う。
【００２６】
この際、ダイパッド１３が未硬化の接着樹脂層２２に埋め込まれる形態となるように、この圧着を行う。この圧着におけるダイパッド１３と接着樹脂層２２あるいは放熱板１８との間の上下方向における位置関係は、圧着後の形態である図２（ｄ）におけるＴＡＢ、Ｄで規定することができる。ここで、ＴＡＢは、ダイパッド１３直下の絶縁層の厚さ（放熱板１８の上面とダイパッド１３の下面の間隔）であり、これは、絶縁樹脂層２１の厚さＴＡと、ダイパッド１３直下における接着樹脂層２２の厚さの総和となる。Ｄは、接着樹脂層２２の元の表面からダイパッド１３が埋め込まれた厚さである。この圧着の際に、ＴＡは変化せず、Ｄ＞０とされた場合にはＴＡＢ＜ＴＡ＋ＴＢとなる。あるいは、圧着後の接着樹脂層２２の厚さをＴＣとすると、０＜ＴＣ≦ＴＢとなる。この圧着を、（１）ＴＡＢを設定して行う、（２）Ｄを設定して行う、という２種類の方法で行うことができる。絶縁層の絶縁性は主にＴＡＢによって定まるため、絶縁性を重視するためには（１）の方法が有効である。Ｄは、ダイパッド１３と絶縁層（放熱板１８）との間の接合強度に大きく影響を与えるため、接合強度を重視するためには、（２）の方法が有効である。更に、ＴＣ＞０とすることによって、ダイパッド１３と接着樹脂層２２の間の接着面積を大きくすることができるため、接合強度を高めることができる。少なくとも接合部から充分離れた箇所においては、接着樹脂層２２の厚さはＴＢから大きくは変化しない。高い絶縁耐圧を得るためには、例えばＴＡＢを０．２０ｍｍ程度とすることができる。また、高い接合強度を得るためには、Ｄを例えば０．０５ｍｍとすることができる。なお、接合工程において上記のようにＴＡＢやＤを制御して圧着を行うために用いられる接合装置の構成については後述する。
【００２７】
また、この圧着は、第１の構造体、第２の構造体を共に加熱して行われる。この圧着の際には、接着樹脂層２２は軟化している（硬化していない）状態とすることにより、図２（ｄ）の形態を実現することができる。この場合、接合工程後には、接着樹脂層２２は硬化しておらず、第１の構造体と第２の構造体とは粘着した状態となる。このため、この際の温度は、接着樹脂層２２の硬化温度よりも低い、例えば７０〜１５０℃の範囲とすることが好ましい。
【００２８】
なお、接合工程においては、リードフレームとして複数のダイパッド１３が一体化されて同時に扱われるのに対し、これに対応した複数の放熱板１８側（第２の構造体）は、各々が独立したままで取り扱うことができる。この場合、接合工程後には、単一のリードフレームに複数の第２の構造体が接合された形態となるため、接合後の構造は、リードフレーム毎に取り扱うことができる。
【００２９】
その後、図２（ｄ）の形態とされた構造に対して、トランスファーモールド法が適用される（モールド工程）。なお、この際には、セラミックス基板１９側の構造も一体化されており、上記の構造（図１におけるモールド層１１以外が形成された構造）が金型中に固定され、液状のモールド樹脂材料（熱硬化性樹脂）が注入される。この際、第１の構造体と第２の構造体の位置関係は接合工程において粘着によって固定されているため、 特許文献３に記載の製造方法とは異なり、モールド樹脂材料中でダイパッド１３を固定する必要はない。
【００３０】
その後、短時間の熱処理（プリキュア：予備硬化）によってモールド樹脂層１１の形状を安定させた後に、長時間の熱処理（ポストキュア）を行うことによって、モールド樹脂層１１及び接着樹脂層２２が硬化して形成される。すなわち、モールド工程において、モールド樹脂層１１と接着樹脂層２２全体は共に硬化する。この点については特許文献１等に記載の技術と同様である。
【００３１】
その後、モールド樹脂層１１等が硬化して形成された後に、モールド樹脂層１１の外側でリードフレームを適宜切断することによって、半導体モジュール１０が得られる。なお、上記の例では１個の半導体モジュール１０が製造されるものとしたが、複数の半導体モジュール１０が配列された形態に対応した大きなリードフレームを用い、各半導体モジュール１０におけるモールド樹脂層１１が形成された後で、この大きなリードフレームを適宜切断することによって、複数の半導体モジュール１０を同時に製造することができる。
【００３２】
以下に、接合工程について詳細に説明する。ここで用いられる接合装置は、特に上記のＴＡＢやＤを精密に制御して圧着を行うことができる。図３は、この接合工程を行う接合装置の構成を模式的に示す図である。ここでは、共通のリードフレームを用いて同時に多数の半導体モジュールを製造する場合について示している。図において、図２（ｂ）の形態とされた複数の第２の構造体は、まず、保護フィルム剥離部に投入される。その後、保護フィルム剥離部で保護フィルム２３が剥離された第２の構造体は、第２の構造体配列部でリードフレームの構成に応じて配列された状態で、第２の構造体供給ステージに移動する。
【００３３】
一方、図２（ａ）の形態とされた第１の構造体（リードフレーム）は、リードフレーム加熱部に投入され、所定の温度まで加熱される。その後、第２の構造体供給ステージを経た第２の構造体と、リードフレーム加熱部を経た第１の構造体とが圧着部に移送され、ここでこれらが目合わせされた状態で圧着が行われる。この際には、圧着ステージにおいて第２の構造体が設置されて加熱され、その上から第１の構造体が圧着される。
【００３４】
図４は、この接合装置の圧着部において圧着を行なう際の形態を示す図であり、（ａ）は荷重印加前の状態、（ｂ）は荷重印加後の状態をそれぞれ示す。圧着ステージ４０の上に、第２の構造体５０が設置される。この上に第２の構造体５０（リードフレーム）に対して目合わせされた第１の構造体６０が配置され、荷重プレート４１を介して、シリンダ（加圧手段）４２によって荷重が印加されると共に、例えば７０℃〜１５０℃の温度範囲に加熱される。シリンダ４２には、ロッド４３を介して上側加圧ストッパ４４（移動制限手段）が接続される。上側加圧ストッパ４４の下側と圧着ステージ４０の間には、取り外し可能な状態で下側加圧ストッパ（移動制限手段）４５が設置される。この構成においては、シリンダ４２によって荷重プレート４１が上側から加圧されることによって、第１の構造体６０は第２の構造体５０に圧着される。この際に、接着樹脂層２２は硬化していない状態であるため、荷重プレート４１が下側まで押し込まれる距離を調整することによって、前記のＴＡＢやＤを所望の値とすることができる。荷重プレート４１は、上側加圧ストッパ４４が下側加圧ストッパ４５に当接するまでの間、下側に押し込まれるため、下側加圧ストッパ４５の高さを調整することによって、この押し込まれる距離を調整することができる。
【００３５】
この際、圧着に際して放熱板１８の厚さは変化せず、かつ絶縁樹脂層２１も硬化しているために、その厚さＴＡの変化も小さい。このため、前記の（１）ＴＡＢを設定して圧着を行う場合には、放熱板１８の厚さと所望のＴＡＢを考慮して下側加圧ストッパ４５の高さを設定すればよい。この場合には、下側加圧ストッパ４５の高さを、設定されたＴＡＢの値に対応する高さに設定すればよい。
【００３６】
一方、圧着を前記の（２）Ｄを設定して行う場合には、第２の構造体５０が圧着ステージ４０に設置された状態における接着樹脂層２２の高さを正確に計測することが必要となる。この場合においては、図５にその構成を示すように、圧着ステージ４０側に固定されたレーザー間隔測定器（高さ計測手段）７０を用いて、圧着ステージ４０における第２の構造体５０が設置される面までの間隔と、第２の構造体５０が設置された際のその表面（接着樹脂層２２の表面）までの間隔とを測定し、これらの間隔と所望のＤを考慮して下側加圧ストッパ４５の高さを設定すればよい。また、レーザー間隔測定器７０を用いて、圧着の際にレーザー間隔測定器７０とダイパッド１３の上面までの間隔を測定することによって、ダイパッド１３の上面がＴＡＢに対応した高さとなるまで押し込みを行うこともできる。なお、この際にＴＣ＞０とするためには、ＴＡＢ＞ＴＡ（（１）の場合）、あるいはＤ＜ＴＢ（（２）の場合）とすればよい。
【００３７】
すなわち、圧着を上記の（１）（２）どちらの基準で行う場合においても、図４の構成を用いて接合工程を行うことができる。この際、ＴＡＢを小さくする、あるいはＤを大きくするためには、シリンダ４２による荷重を高くすることが必要となる。こうした場合には、硬化している絶縁樹脂層２１にも高い圧力が印加されることによって樹脂構造が高い圧力によって破壊される場合がある。これを抑制するためには、シリンダ４２にロードセル（荷重測定器）を取り付けることが好ましい。この場合、所望のＴＡＢ又はＤが得られない場合においても、荷重が所定の閾値を超えた場合に、シリンダ４２による荷重印加を自動的に停止する設定とすることができる。これによって、絶縁層の信頼性を更に高めることができる。
【００３８】
また、図２（ａ）におけるダイパッド１３、リード１６の形状は、リードフレームに対して曲げ加工を施すことによって実現される。この際、複数の半導体モジュールを製造するために第１の構造体６０を複数具備するリードフレームを用いる場合には、個々のダイパッド１３の高さが異なる場合がある。一方、接合工程において用いるシリンダ４２の数は、第１の構造体６０の数よりも少なく、圧着装置の構成を単純とする上では１個とすることが最も好ましい。この場合においては、図６に示されるように、複数の第２の構造体５０を配置させる圧着ステージ８０が用いられ、ダイパッド１３の高さの差ΔＨと同じ厚さのスペーサ８１を第１の構造体６０と圧着ステージ８０との間に介在させ、圧着を行うことができる。この場合においては、ダイパッド１３が複数ある場合においても、シリンダ４２、上側荷重ストッパ４４、下側荷重ストッパ４５はそれぞれ１個づつとすることができる。なお、図６の例においては、２つの半導体モジュールを製造する場合について示しているが、３つ以上の場合においても、少なくとも一つのスペーサ８１を用い、適宜スペーサ８１の厚さを設定し、均一に圧着を行うことができる。
【００３９】
すなわち、スペーサ８１を適宜用いることによって、リードフレームを用いて絶縁層が均一とされた複数の半導体モジュールを同時に製造することができる。
【００４０】
なお、上記の接合工程において、ＴＡＢやＤを制御できる限りにおいて、上記の構成とは異なる接合装置を用いることもできる。
【００４１】
また、接合強度を更に高めるために、ダイパッドや放熱板に各種の表面処理を行うこともできる。例えば、接着樹脂層に埋め込まれるダイパッドの側面に対して粗面化処理を行うことによって、この部分での接合強度を更に高めることもできる。あるいは、モールド樹脂層と接する面にも同様の処理を行うことによって、モールド樹脂層との間の接合強度を高めることもできる。
【符号の説明】
【００４２】
１０、９０  半導体モジュール
１１、１００  モールド樹脂層
１２  パワー半導体チップ（半導体チップ）
１３  ダイパッド（第１の金属板）
１４  制御用ＩＣチップ（他の半導体チップ）
１５、９４、９５  ダイパッド（金属板）
１６  リード
１７、９９  ボンディングワイヤ
１８、９８  放熱板（第２の金属板）
１９  セラミックス基板
２１、９７  絶縁樹脂層
２２、９６  接着樹脂層
２３  保護フィルム
４０、８０  圧着ステージ
４１  荷重プレート
４２  シリンダ（加圧手段）
４３  ロッド
４４  上側加圧ストッパ（移動制限手段）
４５  下側加圧ストッパ（移動制限手段）
５０  第２の構造体
６０  第１の構造体
７０  レーザー間隔測定器（高さ計測手段）
８１  スペーサ
９１、９２  半導体チップ
９３  はんだ層
【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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