(57)【要約】パワーモジュール７と、このパワーモジュールに熱伝導性絶縁樹脂シート９を介して接続される放熱部材８とを備えた電力用半導体装置１０１において、パワーモジュールに備わるモールド樹脂部６は、周縁部に、熱伝導性絶縁樹脂シート９の平面方向拡がりを抑制する凸部１１を有する。熱伝導性絶縁樹脂シートは、凸部よりも僅かに厚みが大きく、パワーモジュールと放熱部材とが加熱加圧接着されることで、凸部と放熱部材との僅かな隙間から染み出した樹脂染み出し部９ｃを有する。
2013099545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、
上記モールド樹脂部又は上記放熱部材は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を有し、この凸部は、モールド樹脂部ではその周縁部に形成され、放熱部材では、モールド樹脂部の周縁部に対向して形成され、
上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有する、
ことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、
上記モールド樹脂部は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を、その周縁部に有し、
上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有する、
ことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項３】
上記樹脂染み出し部を覆い、変曲点の無い滑らかな外面を有する樹脂被覆部材をさらに備える、請求項１又は２記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、
上記モールド樹脂部は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を、その周縁部に有し、
上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部の範囲内で延在し、
モールド樹脂部の周縁部の範囲内にある熱伝導性絶縁樹脂シートを覆いモールド樹脂部の外側まで延在し、かつ、変曲点の無い滑らかな外面を有する樹脂被覆部材をさらに備える、
ことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項５】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、
上記放熱部材は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を、上記モールド樹脂部の周縁部に対向して有し、
上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有する、
ことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項６】
上記樹脂染み出し部を覆い、変曲点の無い滑らかな外面を有する樹脂被覆部材をさらに備える、請求項５記載の電力用半導体装置。
【請求項７】
上記凸部は、その角部に丸みを有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項８】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、
上記モールド樹脂部は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部をその周縁部に有し、かつ、上記凸部よりも内側に、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも大きい深さの凹部を有し、
上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有する、
ことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項９】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、
上記放熱部材は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部をその周縁部に有し、かつ、放熱部材の上記凸部よりも内側に、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも大きい深さの凹部を有し、
上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向においてモールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有する、
ことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項１０】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、
上記モールド樹脂部は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部をその周縁部に有し、かつ、上記厚み方向に直交する方向において上記凸部から上記金属配線部材の端面に至る樹脂部側凹部を有し、この樹脂部側凹部は、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも大きい深さを有し、
上記金属配線部材は、上記樹脂部側凹部に接する当該金属配線部材の角部に位置する金属配線部材側凹部を有し、この金属配線部材側凹部は、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも大きい深さを有して上記樹脂部側凹部と一体に形成され、
上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有することを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項１１】
上記凸部及び凹部は、その角部に丸みを有する、請求項８から１０のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項１２】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置され、上記モールド樹脂部は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を周縁部に有する、電力用半導体装置の製造方法において、
上記対向面と上記放熱部材との間に上記熱伝導性絶縁樹脂シートを配置し、
減圧環境下で、熱伝導性絶縁樹脂シートを加熱して、熱伝導性絶縁樹脂シートが半硬化状態から軟化するタイミングで上記厚み方向に本加圧を開始し、
この本加圧によって、厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで熱伝導性絶縁樹脂シートを延在させて樹脂染み出し部を形成し、
加熱の続行によって熱伝導性絶縁樹脂シートを本硬化させ、パワーモジュールと放熱部材とを接続する、
ことを特徴とする電力用半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を封止してなる半導体モジュールと放熱部材とを熱伝導性樹脂層を介して結合して形成される電力用半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機器及び電子機器における発熱部と放熱部材との結合部分には、発熱部から放熱部材への熱伝達を良好に行うため、熱伝導性樹脂を介在させる場合が多い。この熱伝導性樹脂には、高い熱伝導性、絶縁性及び接着性が要求されることから、熱硬化性樹脂に無機充填材を添加した熱伝導性樹脂組成物が用いられている。【０００３】
大きな発熱量となる電力用半導体素子を備えたパワーモジュールにおいても、放熱部材であるヒートシンクとの結合間に熱伝導性樹脂層が設けられて、電力用半導体装置が形成される。この熱伝導性樹脂層として、無機充填材を含有した熱硬化性樹脂や塗布膜が用いられる。このような熱伝導性樹脂層は、電力用半導体素子にダメージが及ばない範囲のみにおいて、電力用半導体素子を実装した金属配線部材に対して部分的な加熱及び加圧が行われ、パワーモジュールとヒートシンクとを接着する（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３６４１２３２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、上述した熱伝導性樹脂層を用いた電力用半導体装置では、電気的絶縁性及び電力用半導体装置の信頼性に問題がある。特に高温で使用するSiCなどのワイドギャップ半導体を用いた半導体装置では特にこのような問題がより顕著になる可能性がある。
電気的絶縁性の問題は、電力用半導体素子を実装した金属配線部材と、ヒートシンクとの間で生じる。即ち、金属配線部材とヒートシンクとの間の電気的絶縁を図るため、電力用半導体装置における熱伝導性樹脂層には、高い耐電圧特性が要求されるが、熱伝導性樹脂層に含まれるボイドが耐電圧特性を低下させる要因となる。つまり、所謂パッショエンの法則に示されるように、絶縁層内のボイドサイズと放電電圧との間には相関関係があるため、ボイドサイズを小さくすることは、放電が発生する電圧を高めることにつながる。このため、ボイドを小さく潰し込む工程を経ることが有効であり、また、熱伝導性樹脂層が硬化する前の軟化状態での加圧が有効である。具体的には、例えば特開２００４−１６５２８１号公報では、例えばトランスファーモールド型パワーモジュールの製造工程において、未硬化の熱伝導性樹脂層を加熱して硬化させる際に、１０ＭＰａにも及ぶ注入圧力を加えることで熱伝導性樹脂層内のボイドを潰し、耐電圧特性の向上を図ることが提案されている。【０００６】
しかしながらこの方法では、電力用半導体素子を実装した金属配線部材とヒートシンクとの間の熱伝導性樹脂層による接着工程において、金属配線部材が接していない熱伝導性樹脂層の外周部に対する加圧が十分に行えず、ボイドが潰しきれない。このため、金属配線部材とヒートシンクとの間の電気的絶縁性が低下するという問題が発生する。このような問題を無くすためには、熱伝導性樹脂層の全面に対してボイドを潰し込む作用を与えなければならない。【０００７】
次に、電力用半導体装置の信頼性の問題について説明する。
ヒートシンクの材質は、熱伝導の観点から例えばアルミニウムであり、一方、金属配線部材は、導電性の観点から銅で作製される。よって、例えば−４０℃から１２５℃の温度変化に応じた、ヒートシンクと金属配線部材との線膨張係数の差に起因して、両部材に挟まれる熱伝導性樹脂層には、熱応力が作用する。このとき、最も大きな熱応力が作用する箇所は、熱伝導性樹脂層と金属配線部材の角部との間、或いは熱伝導性樹脂層とヒートシンクの角部との間であり、ここには、せん断方向の応力が作用する。上述の各角部では、単にそれぞれの部材が積層された構成であり、微視的には、角部にせん断方向と平行に切り欠きが存在するため、剥離の起点となる。熱伝導性樹脂層の角部、或いは熱伝導性樹脂層とヒートシンクの角部との箇所から剥離が進展した場合、金属配線部材とヒートシンクとの間の電気的絶縁性の低下、放熱性の低下が発生することから、せん断方向と平行な剥離起点を作らないようにする必要がある。【０００８】
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたもので、従来に比べて良好な電気的絶縁性及び信頼性を有する電力用半導体装置、及びその製造方法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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における電力用半導体装置は、パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、上記モールド樹脂部又は上記放熱部材は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を有し、この凸部は、モールド樹脂部ではその周縁部に形成され、放熱部材では、モールド樹脂部の周縁部に対向して形成され、上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様における電力用半導体装置によれば、モールド樹脂部又は放熱部材に凸部を形成したことで、モールド樹脂部と放熱部材との間に設けられる熱伝導性絶縁樹脂シートは、その平面方向への広がりが抑制される。一方、凸部におけるモールド樹脂部と放熱部材との間の隙間において、熱伝導性絶縁樹脂シートは、樹脂染み出し部を有する。これにより、熱伝導性絶縁樹脂シートは、樹脂染み出し部が形成される加圧状態においてボイドが効果的に潰され、金属配線部材と放熱部材との良好な電気絶縁性が確保される。さらに、熱伝導性絶縁樹脂シートは、樹脂染み出し部のみにおいて、モールド樹脂部に近接して外側まで延在する。よって、熱伝導性絶縁樹脂シートにおいて、せん断応力に平行な剥離起点の形成を抑制することができ、電力用半導体装置において、より高い信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による電力用半導体装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す電力用半導体装置の製造工程を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態２による電力用半導体装置を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３による電力用半導体装置を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４による電力用半導体装置を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態５による電力用半導体装置を示す断面図である。
【図７】図１、図３及び図４に示す電力用半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図８】図５及び図６に示す電力用半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態６による電力用半導体装置を示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態７による電力用半導体装置を示す断面図である。
【図１１】図９に示す電力用半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図１２】図１０に示す電力用半導体装置の変形例を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態８による電力用半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態である電力用半導体装置及びその製造方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電力用半導体装置１０１の断面図である。
電力用半導体装置１０１は、パワーモジュール７と、放熱部材８と、パワーモジュール７及び放熱部材８の間に介在する熱伝導性絶縁樹脂シート９とを備える。
【００１４】
パワーモジュール７は、基本構成部分として、金属配線部材４と、モールド樹脂部６とを有する。金属配線部材４の実装面４ａには、電力用半導体素子１の下面及び主端子２ｂが、接合部材の一例としてのはんだ５にて接合されている。また、電力用半導体素子１の上面にも同様に、はんだ５にて主端子２ａが接合されている。金属配線部材４は、例えば銅やアルミニウムにて作製され、金属配線部材４には、電力用半導体素子１の動作中に電位が発生する構成となっている。電力用半導体素子１としては、例えばＩＧＢＴ等が相当し、電力用半導体素子１は、動作時には発熱し、当該電力用半導体装置１０１における主たる熱源となる。
【００１５】
モールド樹脂部６は、金属配線部材４の実装面４ａに反対側の対向面４ｂが露出する状態で、電力用半導体素子１及び金属配線部材４、等を樹脂にて封止して形成される。
さらに本実施の形態１では、対向面４ｂが露出するモールド樹脂部６の裏面側において、モールド樹脂部６は、モールド樹脂部６の周縁部６ａの全周に沿って、凸部１１を有する。凸部１１は、詳細後述する熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みよりも僅かに低い高さを有し、方形状の断面を有する。尚、凸部１１の高さとは、金属配線部材４の対向面４ｂが露出するモールド樹脂部６の裏面からの、電力用半導体装置１０１の厚み方向８１に沿った寸法である。
【００１６】
放熱部材８は、電力用半導体素子１が動作時に発する熱を外部へ放散する、いわゆるヒートシンクであり、例えばアルミニウムや銅など導電性の金属で構成される。本実施の形態では、放熱性向上のため、図示するようにフィンを設けている。また、放熱部材８内に伝熱性溶液を流して、例えばラジエターなど周辺部品と接続した状態で冷却を行ってもよい。冷却用溶液は、例えば水である。
尚、放熱部材８の金属面に電位が発生し電流が流れることも想定されるため、放熱部材８は、パワーモジュール７と電気的に絶縁する必要がある。
【００１７】
熱伝導性絶縁樹脂シート９は、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂のような熱硬化性の樹脂成分９ｂを含んで作製されてもよい。また、熱伝導性絶縁樹脂シート９には、樹脂成分９ｂにフィラー９ａを含浸させることで、熱伝導率を格段に向上させることができる。フィラー９ａとして、アルミナ、窒化ボロン、窒化シリコン、窒化アルミなどが使用可能である。また、樹脂成分９ｂに対するフィラー９ａの含有率としては、体積％で５０％〜８０％程度が良好である。即ち、５０％未満では、満足な熱伝導率が得られない。一方、８０％を超えると、特に９０％以上では、熱伝導性絶縁樹脂シート９が、ボロボロと脆い物質となり、成形が困難となる。よって、８０％を超える含有率では、適切なフィラー粒径分布の配合比を選択しなければ、十分な混ぜ込みができず、ボイドが残り易いという問題もある。
【００１８】
熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みは、例えば約１００μｍから５００μｍ程度である。上述したように、熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みは、モールド樹脂部６の凸部１１の高さよりも僅かに大きい。
このように熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みを規定することで、以下に詳しく説明するが、電力用半導体装置１０１を作製するときに、熱伝導性絶縁樹脂シート９は、凸部１１と放熱部材８との隙間に充填されながらモールド樹脂部６の外壁に至るまで延在する。このように、熱伝導性絶縁樹脂シート９は、厚み方向８１に直交する直交方向８２において、モールド樹脂部６の周縁部６ａを越えてモールド樹脂部６の外側まで、換言するとパワーモジュール７の側面７ａまで、あるいは側面７ａを越えるところまで延在する樹脂染み出し部９ｃを有する。
【００１９】
次に、以上のように構成される電力用半導体装置１０１の製造方法について、図２を参照して説明する。
熱伝導性絶縁樹脂シート９は、パワーモジュール７及び放熱部材８のいずれかの面に設けられる。真空式ヒータープレス装置などで、減圧環境下において、電力用半導体装置１０１の厚み方向８１において、パワーモジュール７と放熱部材８とを相対的に圧縮する方向に、電力用半導体装置１０１を加熱しながら加圧し、熱伝導性絶縁樹脂シート９を完全に硬化させる。ヒータープレスを用いる理由としては、熱伝導性絶縁樹脂シート９を加熱して、軟化させた期間に加圧力を加え、熱伝導性絶縁樹脂シート９に含まれるボイドを潰しこみながら接着するためである。また、真空式ヒータープレスを用いる理由としては、減圧環境下で圧力を加えることで、熱伝導性絶縁樹脂シート９と放熱部材８との間や、熱伝導性絶縁樹脂シート９とパワーモジュール７との間に空気層の挟み込みを防止できるためである。
【００２０】
熱伝導性絶縁樹脂シート９には、常温から硬化温度に昇温していく間に、半硬化状態となった後、本硬化するまでの過程で、一旦軟化する特性がある。よって、この軟化タイミングで加圧を開始する。
【００２１】
このとき、モールド樹脂部６の凸部１１は、厚み方向８１に直交する直交方向８２に熱伝導性絶縁樹脂シート９が広がることを抑制する壁として作用する。熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みは、上述のように、凸部１１の高さよりも僅かに大きく、加圧されたときに、熱伝導性絶縁樹脂シート９全体が潰れてフィラー９ａが圧縮された場合でも、凸部１１と放熱部材８とが接触しないような厚みに設定される。即ち、硬化後に所定の厚みの熱伝導性絶縁樹脂シート９を得るためには、本硬化での加圧力に対して、できる限り圧縮変化率が少なくなるように、予め半硬化状態において熱伝導性絶縁樹脂シート９を加圧圧縮しておく必要がある。
パワーモジュール７の周囲に、はみ出す程度の加圧力を加えることで、つまり熱伝導性絶縁樹脂シート９が樹脂染み出し部９ｃを有することで、熱伝導性絶縁樹脂シート９は、ボイドの潰しこみ作用が発揮され、電気絶縁性を飛躍的に高めることができる。
【００２２】
このようにして熱伝導性絶縁樹脂シート９の硬化が完了することで、パワーモジュール７と放熱部材８とは熱伝導性絶縁樹脂シート９を介してしっかりと結合され、電力用半導体装置１０１が完成する。絶縁シートの熱伝導率は例えば１W/mK程度から２０W/mK程度までが得られており、特に窒化ボロンを用いることで１０W/mK以上の熱伝導率を有するものが入手可能であり熱抵抗を抑制できる。ここでヒートシンクと電力用半導体素子を内蔵したモジュール間の熱伝達において熱伝導グリスを用いた場合には、熱伝導性グリスの熱伝導率は４W/mK程度である。これに対して上述したように熱伝導グリスを使用せずに熱伝導性絶縁樹脂シート９を用いることで、ヒートシンクに対して低熱抵抗にて放熱経路を構成でき、放熱性能が高まる。よって、電力用半導体素子の面積を小さくしても使用上限温度に達しないため、電力用半導体素子を小型化することが可能となり、半導体モジュールやヒートシンクが小型化され、電力用半導体装置が小型化される。
【００２３】
次に、以上説明した電力用半導体装置１０１が奏する作用について説明する。
上述したように、熱伝導性絶縁樹脂シート９が樹脂染み出し部９ｃを有することで、図示するように、パワーモジュール７の側面７ａまで熱伝導性絶縁樹脂シート９が達する。このように本実施形態では、熱伝導性絶縁樹脂シート９は、パワーモジュール７と放熱部材８との隙間における、側面７ａの延長線部分に相当する開口部８５（図２内、ｂの図）を完全に覆い、その外形が変曲点をもたない滑らかな面となる。よって、パワーモジュール７の角部と、熱伝導性絶縁樹脂シート９の界面の角部とがほぼ９０°で接着し、その結果、両者間の形状変化が急峻となることに起因する、熱応力集中を緩和することができ、接着界面の信頼性を向上させることができる。
【００２４】
即ち、ここで問題としているのは、パワーモジュール７と放熱部材８との線膨張係数の差により生じる熱応力によって、熱伝導性絶縁樹脂シート９が剥離する現象である。パワーモジュール７と放熱部材８とは、必ずしも同じ材料で構成されるとは限らず、例えばパワーモジュール７における金属配線部材４が銅の場合には、モールド樹脂部６も銅の線膨張率に合わせることで、パワーモジュール７内のはんだ接合部における信頼性を確保することが一般的である。よって、パワーモジュール７は、銅の線膨張率（１６×１０−６／℃）とほぼ等価であるのに対し、放熱部材８がアルミニウム（２３×１０−６／℃）である場合には、それらの間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シート９は、両者の線膨張率差を吸収する必要がある。本実施形態では、モールド樹脂部６の凸部１１と放熱部材８との隙間において、熱伝導性絶縁樹脂シート９の端部がパワーモジュール７の端部に対して、つまり側面７ａに対して、同じか内側に入り込んでいるとき、熱応力が強く作用する状態である。
【００２５】
本実施形態では、熱伝導性絶縁樹脂シート９は、パワーモジュール７の周縁部６ａから外側へはみ出していることから、熱伝導性絶縁樹脂シート９において変曲点が存在せず、熱伝導性絶縁樹脂シート９に与える熱応力を低減することができる。熱応力計算によれば、例えば、熱伝導性絶縁樹脂シート９の端部がパワーモジュール７の側面７ａから内側に入り込んだ状態、つまり切り欠きが存在する場合には、切り欠きが存在しない場合の２倍以上の熱応力が作用する。また、−４０℃から１２５℃の繰り返し熱疲労試験においては、切り欠きが存在しない場合の剥離発生までのサイクル数は、切り欠きが存在する場合よりも４〜５倍以上となった。
【００２６】
したがって、熱伝導性絶縁樹脂シート９の樹脂成分が染み出してパワーモジュール７の外壁まで覆うことで、つまり樹脂染み出し部９ｃを有することで、熱伝導性絶縁樹脂シート９の端部の応力集中を効果的に緩和することができる。
【００２７】
実施の形態２．
図３は、本実施の形態２における電力用半導体装置１０２の断面図である。電力用半導体装置１０２の基本的構成は、上述した実施形態１の電力用半導体装置１０１の構成に同じであり、同一構成部分についてのここでの詳しい説明は省略する。電力用半導体装置１０２と電力用半導体装置１０１との相違点は、さらに樹脂被覆部材２０を設けた点である。
【００２８】
樹脂被覆部材２０は、図３に示すように、パワーモジュール７の側面７ａから放熱部材８にかけて、上述の樹脂染み出し部９ｃを覆って設けられ、変曲点の無い滑らかな外面２１を有する部材である。樹脂被覆部材２０の材料としては、接着性及び耐湿性を有する例えばエポキシ系樹脂などであってもよい。
【００２９】
このような樹脂被覆部材２０は、熱伝導性絶縁樹脂シート９の接着後に、パワーモジュール７の周囲に例えばディスペンスなどで供給し、キュアを行う。製造工程の簡略化のために、熱伝導性絶縁樹脂シート９及び樹脂被覆部材２０のキュアを同時に行うなどの工夫を行ってもよい。
このような樹脂被覆部材２０を設けることで以下の利点が得られる。
【００３０】
第１には、電力用半導体装置全体の大きさの小型化を図ることができる。即ち、例えば、電力用半導体装置が自動車のモーター駆動用等に使用される場合、小型化及び軽量化は、自動車の基本性能である燃費に直結するため、重要な要素となる。通常、２個又は４個の電力用半導体素子１を搭載したパワーモジュール７が、複数台、並設されて、３相モーター駆動用として構成されることから、各パワーモジュール７を可能な限り小型、軽量化することは、必須事項となる。ここで、樹脂被覆部材２０で樹脂染み出し部９ｃを覆うことで、金属配線部材４から放熱部材８までの沿面絶縁距離を稼ぐことができることから、パワーモジュール７のサイズ縮小、それに伴う軽量化に寄与することが可能となる。
【００３１】
次に２点目として、熱伝導性絶縁樹脂シート９への熱応力に対する接着性及び耐湿性を向上させることができる。即ち、実施の形態１に示す構成では、熱伝導性絶縁樹脂シート９に含まれるフィラー９ａが例えば窒化ボロンのような材料の場合、８５℃、８５％などの高温高湿環境では、水分が熱伝導性絶縁樹脂シート９に含浸され、熱伝導性絶縁樹脂シート９が加水分解する可能性がある。よって、熱伝導性絶縁樹脂シート９における初期の接着力及び電気絶縁性が維持できなくなる恐れがある。このような場合に、熱伝導性絶縁樹脂シート９の樹脂染み出し部９ｃの端部を樹脂被覆部材２０で覆うことにより、加水分解を抑制し、熱伝導性絶縁樹脂シート９と高温高湿環境との距離を確保することができ、初期の接着力及び電気絶縁性を維持することができる。
【００３２】
実施の形態３．
図４は、本実施の形態３における電力用半導体装置１０３の断面図である。電力用半導体装置１０３においても、その基本的構成は、上述した実施形態１の電力用半導体装置１０１の構成に同じである。よって、ここでも同一構成部分についての詳しい説明は省略する。
【００３３】
電力用半導体装置１０３と電力用半導体装置１０１との相違点は、図４に示すように、電力用半導体装置１０３では、熱伝導性絶縁樹脂シート９は、モールド樹脂部６の周縁部６ａの範囲に留まっている点、即ち、電力用半導体装置１０１のようにモールド樹脂部６の周縁部６ａからパワーモジュール７の側面７ａまで達していない点、並びに、モールド樹脂部６の周縁部６ａの範囲に留まっている熱伝導性絶縁樹脂シート９に対して樹脂被覆部材２０を設けた点である。
尚、樹脂被覆部材２０の材料及び設置方法は、実施の形態２にて説明した内容に同じである。
【００３４】
つまり、図４に示すように、熱伝導性絶縁樹脂シート９の染み出し領域がモールド樹脂６の凸部１１よりも外側まで到達できていない場合に、樹脂被覆部材２０によって、モールド樹脂６の凸部１１と放熱部材８との間を充填し接着するとともに、パワーモジュール７の側面７ａと放熱部材８とを連結する外表面を有する構造としている。このような構成を採ることで、以下の利点を得ることができる。
【００３５】
１点目としては、実施の形態２にて既に説明したように、樹脂被覆部材２０を設けることで、高温高湿環境下において、熱伝導性絶縁樹脂シート９と高温高湿環境との距離を確保することができ、初期の接着力及び電気絶縁性を維持することができる。
【００３６】
２点目として、実施の形態１において樹脂染み出し部９ｃを有する効果として説明したように、樹脂被覆部材２０の外形が変曲点をもたない滑らかな面であることから、熱応力集中が緩和でき、接着界面の信頼性を向上させることができる。
即ち、凸部１１と放熱部材８との隙間に樹脂被覆部材２０を充填し確実に接着させることで、応力集中部となる熱伝導性絶縁樹脂シート９の端部において、切り欠き形状が形成されることを防止することができる。さらに、樹脂被覆部材２０は、パワーモジュール７と放熱部材８との隙間の開口部８５を完全に覆い、その外形が変曲点をもたない滑らかな面２１となる。よって、パワーモジュール７の角部と、熱伝導性絶縁樹脂シート９の界面の角部とがほぼ９０°で接着し、形状変化が急峻となることに起因する、熱応力集中が緩和でき、接着界面の信頼性を向上させることができる。
【００３７】
３点目として、実施の形態２にて既に説明したように、電力用半導体装置全体の大きさの小型化を図ることができる。
【００３８】
以上説明した実施形態１から３では、モールド樹脂部６の凸部１１における、厚み方向８１の断面形状は、図１等に示すように、矩形状を有する。つまり、断面形状での凸部１１の角部では、９０°の角度にて、各面が交差している。しかしながら、凸部１１の断面形状は、これに限定されず、図７に示すように、凸部１１の角部に丸みを持たせた形状としてもよい。
【００３９】
このように凸部１１の角部に丸みを持たせることで、パワーモジュール７とヒートシンクに相当する放熱部材８との線膨張係数差に起因して、凸部１１の周囲において局所的に生じる熱伝導性絶縁樹脂シート９への熱応力をさらに低減することができる。
【００４０】
実施の形態４．
図５は、本実施の形態４における電力用半導体装置１０４の断面図である。上述した実施の形態１〜３では、パワーモジュール７のモールド樹脂部６に凸部１１を形成している。これに対し、本実施の形態４では、放熱部材８に凸部１２を形成している。即ち、放熱部材８は、電力用半導体装置１０４の厚み方向８１において、熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部１２を、モールド樹脂部６の周縁部６ａに対向して有する。尚、本実施形態４では、放熱部材８における凸部１２は、図示するように、周縁部６ａに対向する部分から、厚み方向８１に直交する直交方向８２において、放熱部材８の周縁領域に至るまでの範囲で設けられている。また、このような放熱部材８の構成に対して、モールド樹脂部６は、金属配線部材４の対向面４ｂである露出面と同一面となる平坦な裏面を有する。
【００４１】
また、凸部１２を有する放熱部材８とパワーモジュール７とに挟まれて設けられる熱伝導性絶縁樹脂シート９は、直交方向８２において、モールド樹脂部６の周縁部６ａを越えてモールド樹脂部６の外側まで延在する樹脂染み出し部９ｃを有する。
【００４２】
電力用半導体装置１０４におけるその他の構成は、上述した実施の形態１における電力用半導体装置１０１と同じであり、ここでの詳しい説明は省略する。
【００４３】
本実施形態４の電力用半導体装置１０４における、上述した、放熱部材８の凸部１２が熱伝導性絶縁樹脂シート９の外周を囲う構造の利点について、説明する。
上述したように、熱伝導性絶縁樹脂シート９には、常温から硬化温度に昇温して半硬化状態から本硬化させる過程で一旦軟化する特性があり、このタイミングで加圧を開始する。一方、半硬化状態の熱伝導性絶縁樹脂シート９は、接着性及び密着性をほとんど有しない。また、既に説明したように、加圧プロセスでは、減圧状態にて熱伝導性絶縁樹脂シート９を加圧してもよい。しかしながら、この減圧過程において、急峻な気圧変化が起こると、熱伝導性絶縁樹脂シート９と放熱部材８との間に存在する空気層が急激に膨張し、熱伝導性絶縁樹脂シート９及びパワーモジュール７の位置が定まらない恐れがある。
【００４４】
この問題に対して、半硬化状態の熱伝導性絶縁樹脂シート９を完全硬化しない温度（例えば８０〜１２０℃）で放熱部材８に仮接着し、移動防止を図るという対策が考えられる。しかしながら、仮接着工程を導入する場合には、追加設備が必要であり、さらに加工時間が長くなることから、製造費用が上がってしまう。
【００４５】
これに対し、図５に示すように熱伝導性絶縁樹脂シート９の外周を囲うように放熱部材８に凸部１２を設けることで、減圧環境下での気圧変動に対して熱伝導性絶縁樹脂シート９が移動しようとする場合でも、凸部１２が熱伝導性絶縁樹脂シート９の端部と接触し壁として作用するため、熱伝導性絶縁樹脂シート９の位置決めを確実に行うことができる。
このように、放熱部材８に凸部１２を設けることは、熱伝導性絶縁樹脂シート９の位置決めを最小限の工程数で実現するのに有効な手段である。
【００４６】
実施の形態５．
図６は、本実施の形態５における電力用半導体装置１０５の断面図である。電力用半導体装置１０５の基本的構成は、上述した実施形態４の電力用半導体装置１０４の構成に同じである。よって、同一構成部分についての詳しい説明は省略する。
【００４７】
電力用半導体装置１０５は、実施の形態４の電力用半導体装置１０４に対して、実施の形態２で説明した樹脂被覆部材２０を、樹脂染み出し部９ｃを覆って設けた構成を有する。
【００４８】
このように構成することで、モールド樹脂部６の側面に相当するパワーモジュール７の側面７ａと放熱部材８に凸部１２との間では、熱伝導性絶縁樹脂シート９の界面、つまり樹脂被覆部材２０の外面２１は、変曲点をもたない滑らかな面となる。よって、実施の形態２で説明したように、熱伝導性絶縁樹脂シート９の角部が例えばほぼ９０°で接着して形状変化が急峻な場合に比べて、熱伝導性絶縁樹脂シート９に作用する熱応力集中を緩和することができ、接着界面の信頼性を向上させることができる。
【００４９】
上述の実施形態４，５では、放熱部材８に形成した凸部１２は、図５及び図６に示すように矩形状の断面形状を有する。つまり、凸部１２の断面形状において、その角部は、９０°の角度にて各面が交差している。しかしながら、凸部１２の断面形状は、これに限定されるものではなく、図８に示すように、凸部１２の角部に丸みを持たせた形状としてもよい。このように構成することで、図７を参照して説明した場合と同様に、パワーモジュール７と放熱部材８との線膨張係数差に起因して、凸部１２の周囲において局所的に生じる熱伝導性絶縁樹脂シート９への熱応力をさらに低減することができる。
【００５０】
実施の形態６．
図９は、本実施の形態６における電力用半導体装置１０６の断面図である。この電力用半導体装置１０６の基本的構成は、上述した実施形態１の電力用半導体装置１０１の構成に同じである。よって、同一構成部分についての詳しい説明は省略する。
【００５１】
電力用半導体装置１０６と電力用半導体装置１０１との相違点について説明する。
上述した電力用半導体装置１０１では、パワーモジュール７のモールド樹脂部６に凸部１１を形成している。これに対し、本実施の形態６における電力用半導体装置１０６では、パワーモジュール７において、凸部１１、及びこの凸部１１に隣接してモールド樹脂部６に凹部１３を形成している。即ち、パワーモジュール７は、電力用半導体装置１０６の厚み方向８１において、熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部１１を、モールド樹脂部６の周縁部６ａに有し、かつ、モールド樹脂部６において、凸部１１よりも内側で金属配線部材４に至るまでの間に、熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みよりも大きい深さの凹部１３を有する。
【００５２】
また、凸部１１を有するパワーモジュール７と放熱部材８とに挟まれて設けられる熱伝導性絶縁樹脂シート９は、直交方向８２において、モールド樹脂部６の周縁部６ａを越えてモールド樹脂部６の外側まで延在する樹脂染み出し部９ｃを有する。
【００５３】
本実施形態６の電力用半導体装置１０６における、上述の凹部１３の利点について、説明する。
実施の形態１において、樹脂染み出し部９ｃを有することが熱伝導性絶縁樹脂シート９の端部への熱応力低減効果をもたらすことを説明したが、電力用半導体装置を用いて構成される例えばインバータ等の出力性能向上要求から、パワーモジュール７や放熱部材８の厚みを大きくすることや、平面方向サイズを大きくする必要が生じる。また、放熱性能向上を図るため、熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みを小さくする必要が生じる。これらの要求に応えた場合、熱伝導性絶縁樹脂シート９に対する熱応力は大きくなり、樹脂染み出し部９ｃでの応力低減効果だけでは良好な信頼性は得られない可能性がある。
【００５４】
そこで、パワーモジュール７の凸部１１よりも内側に、金属配線部材４と放熱部材８との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みよりも大きい深さを有する凹部１３を、モールド樹脂部６に設けることで、放熱に寄与する金属配線部材４と放熱部材８とによって挟まれた範囲では、熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みを必要最低限に抑えつつ、熱伝導性絶縁シート９の端部つまり周縁部に相当する熱応力集中箇所のみシート厚みを厚くすることができる。したがって、熱伝導性絶縁樹脂シート９の端部への熱応力をさらに低減することが可能となる。
【００５５】
上述した電力用半導体装置１０６では、図９に示すように、モールド樹脂部６の周縁部６ａにおける凸部１１及び凹部１３の厚み方向８１の断面形状は、矩形状を有する。つまり、断面形状での凸部１１及び凹部１３の角部では、９０°の角度にて、各面が交差している。しかしながら、凸部１１及び凹部１３の断面形状は、これに限定されず、図１１に示すように、凸部１１及び凹部１３の角部に丸みを持たせた形状としてもよい。
【００５６】
このように凸部１１及び凹部１３の角部に丸みを持たせることで、パワーモジュール７と放熱部材８との線膨張係数差に起因して、凸部１１及び凹部１３の周囲において局所的に生じる熱伝導性絶縁樹脂シート９への熱応力をさらに低減することができる。
【００５７】
また、実施の形態６における電力用半導体装置１０６に対しても、実施の形態２及び実施の形態３において説明した構成を採ることも勿論可能であり、その場合には、それぞれ説明した効果をさらに奏することができる。
【００５８】
実施の形態７．
図１０は、本実施の形態７における電力用半導体装置１０７の断面図である。この電力用半導体装置１０７の基本的構成は、上述した実施形態４の電力用半導体装置１０４の構成に同じである。よって、同一構成部分についての詳しい説明は省略する。
【００５９】
電力用半導体装置１０７と電力用半導体装置１０４との相違点について説明する。
上述した実施の形態４では、放熱部材８に凸部１２を形成している。これに対し、本実施の形態７の電力用半導体装置１０７では、放熱部材８に凸部１２、及び凹部１４を形成している。
即ち、電力用半導体装置１０７における放熱部材８は、厚み方向８１において、熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部１２を、モールド樹脂部６の周縁部６ａに対向して有し、かつ、この凸部１２よりも内側で凸部１２に隣接し周縁部６ａに対向した位置に凹部１４を有する。この凹部１４は、金属配線部材４と放熱部材８との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みよりも大きい深さを有する。
【００６０】
本実施形態７では、放熱部材８における凸部１２は、図示するように、周縁部６ａに対向する部分から、直交方向８２において、放熱部材８の周縁領域に至るまでの範囲、つまりパワーモジュール７の側面７ａを越えてモールド樹脂部６の外側まで設けられている。また、このような放熱部材８の構成に対して、モールド樹脂部６は、金属配線部材４の対向面４ｂである露出面と同一面となる平坦な裏面を有する。
また、凸部１２を有する放熱部材８とパワーモジュール７とに挟まれて設けられる熱伝導性絶縁樹脂シート９は、直交方向８２において、モールド樹脂部６の周縁部６ａを越えてモールド樹脂部６の外側まで延在する樹脂染み出し部９ｃを有する。
【００６１】
本実施形態７の電力用半導体装置１０７における上述の凹部１４が有する利点について説明する。
実施の形態１では、樹脂染み出し部９ｃを有することが熱伝導性絶縁樹脂シート９の端部への熱応力低減効果をもたらす旨を説明した。一方、実施の形態６で説明したように、電力用半導体装置を用いて構成されるインバータ等の出力性能向上、及び放熱性能向上の要求に応えた場合、樹脂染み出し部９ｃによる応力低減効果だけでは良好な信頼性は得られない可能性がある。
【００６２】
そこで、放熱部材８において、凸部１２よりも内側に金属配線部材４と放熱部材８との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みよりも大きい深さの凹部１４を設けることで、放熱に寄与する金属配線部材４と放熱部材８とによって挟まれた範囲では、熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みを必要最低限に抑えつつ、熱伝導性絶縁シート９の端部つまり周縁部に相当する熱応力集中箇所のみシート厚みを厚くすることができる。したがって、熱伝導性絶縁樹脂シート９の端部への熱応力をさらに低減することが可能となる。
【００６３】
上述した電力用半導体装置１０７では、図１０に示すように、放熱部材８における凸部１２及び凹部１４の厚み方向８１の断面形状は、矩形状を有する。つまり、断面形状での凸部１２及び凹部１４の角部では、９０°の角度にて、各面が交差している。しかしながら、凸部１２及び凹部１４の断面形状は、これに限定されず、図１２に示すように、凸部１２及び凹部１４の角部に丸みを持たせた形状としてもよい。
【００６４】
このように凸部１２及び凹部１４の角部に丸みを持たせることで、パワーモジュール７と放熱部材８との線膨張係数差に起因して、凸部１２及び凹部１４の周囲において局所的に生じる熱伝導性絶縁樹脂シート９への熱応力をさらに低減することができる。
【００６５】
また、電力用半導体装置１０７に対しても、実施の形態５において説明した、樹脂被覆部材２０を用いた構成を採ることも勿論可能であり、その場合、説明した効果をさらに奏することができる。
【００６６】
実施の形態８．
図１３は、本実施の形態８における電力用半導体装置１０８の断面図である。この電力用半導体装置１０８の基本的構成は、図９に示され上述した実施の形態６の電力用半導体装置１０６の構成に同じである。よって、同一構成部分についての詳しい説明は省略する。
【００６７】
電力用半導体装置１０８と電力用半導体装置１０６との相違点について説明する。
上述した実施の形態６における電力用半導体装置１０６では、パワーモジュール７のモールド樹脂部６に凸部１１及び凹部１３を形成している。ここで凹部１３は、図９に示すように、直交方向８２において凸部１１と金属配線部材４との間に形成され、凹部１３と金属配線部材４との間には、モールド樹脂部６の壁が存在する。
【００６８】
これに対して本実施の形態８の電力用半導体装置１０８では、パワーモジュール７は、モールド樹脂部６及び金属配線部材４の角部４ｄ（図９、図１１）に一体として形成された凹部１５を有する。詳しく説明すると、パワーモジュール７のモールド樹脂部６は、凸部１１、及び図１３に示す樹脂部側凹部１５ａを有している。上述のように凹部１３は、金属配線部材４との間にモールド樹脂部６の壁が存在する。一方、本実施の形態８では、モールド樹脂部６の壁は存在せず、樹脂部側凹部１５ａは、直交方向８２において凸部１１から金属配線部材４の端面４ｃに至って形成する。さらに本実施の形態８では、金属配線部材４は、図１３に示すように、樹脂部側凹部１５ａに接する当該金属配線部材の角部４ｄに対応する部分に形成される金属配線部材側凹部１５ｂを有する。これらの樹脂部側凹部１５ａ及び金属配線部材側凹部１５ｂは、一体として凹部１５を形成している。このような凹部１５は、金属配線部材４の中央部と放熱部材８との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みよりも大きい深さを有する。
【００６９】
また、凸部１１を有するパワーモジュール７と放熱部材８とに挟まれて設けられる熱伝導性絶縁樹脂シート９は、直交方向８２において、モールド樹脂部６の周縁部６ａを越えてモールド樹脂部６の外側まで延在する樹脂染み出し部９ｃを有する。
【００７０】
このように、直交方向８２において凸部１１に隣接してモールド樹脂部６から金属配線部材４に至る凹部１５を形成したことで、以下の効果を得ることができる。
即ち、放熱に寄与する金属配線部材４と放熱部材８とによって挟まれた範囲では、熱伝導性絶縁樹脂シート９の厚みを必要最低限に抑えつつ、金属配線部材４とモールド樹脂６と熱伝導性絶縁樹脂シート９とが１箇所で交わる部分、つまり凹部１５に相当する部分、のみの熱伝導性絶縁樹脂シート９のシート厚みを厚くすることができる。したがって、金属配線部材４とモールド樹脂６と熱伝導性絶縁樹脂シート９とが１箇所で交わる部分の熱伝導性絶縁樹脂シート９の熱応力をさらに低減することができる。
【００７１】
また、以上説明した各実施形態を適宜組み合わせた構成を採ることもできる。そのような構成では、組み合わされた各実施形態が有する効果を奏する。
【００７２】
本発明の第１態様における電力用半導体装置は、パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、上記モールド樹脂部又は上記放熱部材は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を有し、この凸部は、モールド樹脂部ではその周縁部に形成され、放熱部材では、モールド樹脂部の周縁部に対向して形成され、上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有する、電力用半導体装置である。
【００７３】
また、本発明の第２態様における電力用半導体装置は、パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、上記モールド樹脂部は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を、その周縁部に有し、上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有する、電力用半導体装置である。
【００７４】
また、本発明の第３態様における電力用半導体装置は、第１態様及び第２態様において、上記樹脂染み出し部を覆い、変曲点の無い滑らかな外面を有する樹脂被覆部材をさらに備えてもよい。
【００７５】
また、本発明の第４態様における電力用半導体装置は、パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、上記モールド樹脂部は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を、その周縁部に有し、上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部の範囲内で延在し、モールド樹脂部の周縁部の範囲内にある熱伝導性絶縁樹脂シートを覆いモールド樹脂部の外側まで延在し、かつ、変曲点の無い滑らかな外面を有する樹脂被覆部材をさらに備える、電力用半導体装置である。
【００７６】
また、本発明の第５態様における電力用半導体装置は、パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、上記放熱部材は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を、上記モールド樹脂部の周縁部に対向して有し、上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有する、電力用半導体装置である。
【００７７】
また、本発明の第６態様における電力用半導体装置は、第５態様において、上記樹脂染み出し部を覆い、変曲点の無い滑らかな外面を有する樹脂被覆部材をさらに備えてもよい。
【００７８】
また、本発明の第７態様における電力用半導体装置は、第１態様から第５態様のいずれかにおいて、上記凸部はその角部に丸みを有してもよい。
【００７９】
また、本発明の第８態様における電力用半導体装置は、パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、上記モールド樹脂部は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部をその周縁部に有し、かつ、上記凸部よりも内側に、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも大きい深さの凹部を有し、上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有する、電力用半導体装置である。
【００８０】
また、本発明の第９態様における電力用半導体装置は、パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、上記放熱部材は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部をその周縁部に有し、かつ、放熱部材の上記凸部よりも内側に、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも大きい深さの凹部を有し、上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向においてモールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有する、電力用半導体装置である。
【００８１】
また、本発明の第１０態様における電力用半導体装置は、パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、上記モールド樹脂部は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部をその周縁部に有し、かつ、上記厚み方向に直交する方向において上記凸部から上記金属配線部材の端面に至る樹脂部側凹部を有し、この樹脂部側凹部は、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも大きい深さを有し、上記金属配線部材は、上記樹脂部側凹部に接する当該金属配線部材の角部に位置する金属配線部材側凹部を有し、この金属配線部材側凹部は、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも大きい深さを有して上記樹脂部側凹部と一体に形成され、上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有する、電力用半導体装置である。
【００８２】
また、本発明の第１１態様における電力用半導体装置は、第８態様から第１０態様のいずれかにおいて、上記凸部及び凹部はその角部に丸みを有してもよい。
【００８３】
また、本発明の第１２態様における電力用半導体装置の製造方法は、パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置され、上記モールド樹脂部は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を周縁部に有する、電力用半導体装置の製造方法において、上記対向面と上記放熱部材との間に上記熱伝導性絶縁樹脂シートを配置し、減圧環境下で、熱伝導性絶縁樹脂シートを加熱して、熱伝導性絶縁樹脂シートが半硬化状態から軟化するタイミングで上記厚み方向に本加圧を開始し、この本加圧によって、厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで熱伝導性絶縁樹脂シートを延在させて樹脂染み出し部を形成し、加熱の続行によって熱伝導性絶縁樹脂シートを本硬化させ、パワーモジュールと放熱部材とを接続する、製造方法である。
【００８４】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
又、２０１１年１２月２６日に出願された、日本国特許出願Ｎｏ．特願２０１１−２８３８００号の明細書、図面、特許請求の範囲、及び要約書の開示内容の全ては、参考として本明細書中に編入されるものである。
【符号の説明】
【００８５】
１  電力用半導体素子、４  金属配線部材、６  モールド樹脂部、
７  パワーモジュール、８  放熱部材、
９  熱伝導性絶縁樹脂シート、９ｃ  樹脂染み出し部、
１１  凸部、１２  凸部、２０  樹脂被覆部材、１３  凹部、１４  凹部、１５  凹部
１０１〜１０８  電力用半導体装置。
【図１】
2013099545.tif 000003
【図２】
2013099545.tif 000004
【図３】
2013099545.tif 000005
【図４】
2013099545.tif 000006
【図５】
2013099545.tif 000007
【図６】
2013099545.tif 000008
【図７】
2013099545.tif 000009
【図８】
2013099545.tif 000010
【図９】
2013099545.tif 000011
【図１０】
2013099545.tif 000012
【図１１】
2013099545.tif 000013
【図１２】
2013099545.tif 000014
【図１３】
2013099545.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月8日(2014.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、
上記モールド樹脂部又は上記放熱部材は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を有し、この凸部は、モールド樹脂部ではその周縁部に形成され、放熱部材では、モールド樹脂部の周縁部に対向して形成され、
上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有し、
上記樹脂染み出し部を覆い、変曲点の無い滑らかな外面を有する樹脂被覆部材をさらに備える、
ことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、
上記モールド樹脂部は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を、その周縁部に有し、
上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有し、
上記樹脂染み出し部を覆い、変曲点の無い滑らかな外面を有する樹脂被覆部材をさらに備える、
ことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項３】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、
上記モールド樹脂部は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を、その周縁部に有し、
上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部の範囲内で延在し、
モールド樹脂部の周縁部の範囲内にある熱伝導性絶縁樹脂シートを覆いモールド樹脂部の外側まで延在し、かつ、変曲点の無い滑らかな外面を有する樹脂被覆部材をさらに備える、
ことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項４】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、
上記放熱部材は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を、上記モールド樹脂部の周縁部に対向して有し、
上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有し、
上記樹脂染み出し部を覆い、変曲点の無い滑らかな外面を有する樹脂被覆部材をさらに備える、
ことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項５】
上記凸部は、その角部に丸みを有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項６】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、
上記モールド樹脂部は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部をその周縁部に有し、かつ、上記凸部よりも内側に、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも大きい深さの凹部を有し、
上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有し、
上記樹脂染み出し部を覆い、変曲点の無い滑らかな外面を有する樹脂被覆部材をさらに備える、
ことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項７】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、
上記放熱部材は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部をその周縁部に有し、かつ、放熱部材の上記凸部よりも内側に、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも大きい深さの凹部を有し、
上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向においてモールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有し、
上記樹脂染み出し部を覆い、変曲点の無い滑らかな外面を有する樹脂被覆部材をさらに備える、
ことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項８】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置される、電力用半導体装置において、
上記モールド樹脂部は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部をその周縁部に有し、かつ、上記厚み方向に直交する方向において上記凸部から上記金属配線部材の端面に至る樹脂部側凹部を有し、この樹脂部側凹部は、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも大きい深さを有し、
上記金属配線部材は、上記樹脂部側凹部に接する当該金属配線部材の角部に位置する金属配線部材側凹部を有し、この金属配線部材側凹部は、金属配線部材と放熱部材との間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも大きい深さを有して上記樹脂部側凹部と一体に形成され、
上記熱伝導性絶縁樹脂シートは、上記厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで延在する樹脂染み出し部を有することを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項９】
上記凸部及び凹部は、その角部に丸みを有する、請求項６から８のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項１０】
パワーモジュールと、パワーモジュールに接続される放熱部材とを備えた電力用半導体装置で、ここで上記パワーモジュールは、電力用半導体素子を実装面に実装した金属配線部材と、金属配線部材において実装面と反対側の対向面を露出させた状態で上記電力用半導体素子及び上記金属配線部材を封止するモールド樹脂部とを有し、上記放熱部材は、上記対向面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して配置され、上記モールド樹脂部は、当該電力用半導体装置の厚み方向において、上記熱伝導性絶縁樹脂シートの厚みよりも僅かに低い高さにて突出する凸部を周縁部に有する、電力用半導体装置の製造方法において、
上記対向面と上記放熱部材との間に上記熱伝導性絶縁樹脂シートを配置し、
減圧環境下で、熱伝導性絶縁樹脂シートを加熱して、熱伝導性絶縁樹脂シートが半硬化状態から軟化するタイミングで上記厚み方向に本加圧を開始し、
この本加圧によって、厚み方向に直交する方向において、モールド樹脂部の周縁部を越えてモールド樹脂部の外側まで熱伝導性絶縁樹脂シートを延在させて樹脂染み出し部を形成し、
加熱の続行によって熱伝導性絶縁樹脂シートを本硬化させ、パワーモジュールと放熱部材とを接続する、
ことを特徴とする電力用半導体装置の製造方法。
【国際調査報告】
2013099545.tif 000016
2013099545.tif 000017
2013099545.tif 000018
2013099545.tif 000019
2013099545.tif 000020
2013099545.tif 000021