(57)【要約】【課題】軽量で、放熱性に優れた半導体モジュールを提供する。【解決手段】実施形態の半導体モジュール１００によれば、基板１０と、金属ベース２０と、攪拌部２１とを含む。基板１０は、複数の半導体素子１１を素子搭載面１２ａに有する。基板１０は、第１金属層１４を裏面１２ｂに有する。第１金属層１４は、第１金属を含む。金属ベース２０は、第１金属層１４上に設けられる。金属ベース２０は、第２金属を含む。第２金属は、第１金属と異なる。攪拌部２１は、金属ベース２０の内部に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体素子を素子搭載面に有し、第１金属を含む第１金属層を裏面に有した基板と、
前記第１金属層上に設けられた、前記第１金属と異なる第２金属を含む金属ベースと、
前記金属ベースの内部に設けられた攪拌部と、
を備えた、半導体モジュール。
【請求項２】
複数の半導体素子を素子搭載面に有し、第１金属を含む第１金属層を裏面に有した基板と、
前記第１金属層上に設けられた、前記第１金属と異なる第２金属を含む第２金属層と、
前記第２金属層上に設けられた、前記第２金属を含む金属ベースと、
前記金属ベースの内部に設けられた攪拌部と、
を備えた、半導体モジュール。
【請求項３】
前記金属ベースの、前記攪拌部が設けられている面が、削られている、請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
複数の半導体素子を素子搭載面に有し、第１金属を含む第１金属層を裏面に有した基板を備えた、半導体モジュールの生産方法であって、
前記第１金属と異なる第２金属を含む金属ベースを、前記第１金属層に接触させる工程と、
摩擦攪拌接合ツールを、前記金属ベースの内部に前記第１金属層に向かって挿入し、前記摩擦攪拌接合ツールを用いて、前記金属ベースを、前記第１金属層に摩擦攪拌接合する工程と、
前記金属ベースの、攪拌部が形成された面を研削する工程と、
を備えた、半導体モジュールの生産方法。
【請求項５】
前記摩擦攪拌接合する工程は、前記基板を冷却しながら行う、請求項４記載の半導体モジュールの生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、半導体モジュールおよびその生産方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体モジュールは、半導体パワーデバイスを複数備えた半導体装置である。半導体モジュールは、パワーモジュールとも呼ばれ、例えば、インバータ、コンバータ、およびレギュレータなどに用いられる。半導体モジュールは、大きな電力を取り扱う。このため、発熱対策が必要である。半導体モジュールは、パワーデバイスが発した熱を拡散させるために、放熱板（金属ベース）を備える。放熱板は、一般的に、銅（Ｃｕ）製である。Ｃｕ放熱板は、パワーデバイスが搭載されたセラミック基板に、はんだによって接合される。しかし、はんだは、熱抵抗が高く、放熱性を損ないやすい。さらに、Ｃｕは、比較的重く、半導体モジュールの軽量化を妨げる。軽量で、放熱性に優れた半導体モジュールが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１７９５４７号公報
【特許文献２】特開２００５−２８３７８号公報
【特許文献３】特許第４４０４０５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態は、軽量で、放熱性に優れた半導体モジュールおよびその生産方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の半導体モジュールは、基板１０と、金属ベース２０と、攪拌部２１とを含む。基板１０は、複数の半導体素子１１を素子搭載面１２ａに有する。基板１０は、第１金属層１４を裏面１２ｂに有する。第１金属層１４は、第１金属を含む。金属ベース２０は、第１金属層１４上に設けられる。金属ベース２０は、第２金属を含む。第２金属は、第１金属と異なる。攪拌部２１は、金属ベース２０の内部に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１実施形態に係る半導体モジュールの一例を示す模式断面図である。
【図２】図２は、図１中の破線枠Ａの拡大図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｆ）は、第１実施形態に係る半導体モジュールの生産方法の一例を示す断面図である。
【図４】図４は、第１参考例の半導体モジュールを示す模式断面図である。
【図５】図５（ａ）および（ｂ）は、第２参考例の金属ベースと第１金属層との接合部分を示す模式断面図である。
【図６】図６（ａ）および（ｂ）は、第２実施形態に係る金属ベースと第１金属層との接合部分を示す模式断面図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る半導体モジュールの生産方法の一例を示す模式断面図である。
【図８】図８は、第３実施形態に係る半導体モジュールの生産方法の一例を示す模式断面図である。
【図９】図９は、第４実施形態に係る半導体モジュールの生産方法の一例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付す。
【０００８】
（第１実施形態）
＜半導体モジュール＞
図１は、第１実施形態に係る半導体モジュールの一例を示す模式断面図である。図２は、図１中の破線枠Ａの拡大図である。
【０００９】
図１および図２に示すように、半導体モジュール１００は、基板１０と、金属ベース２０と、ケース４０とを含む。基板１０は、金属ベース２０と接合される。金属ベース２０は、ケース４０と接合される。
【００１０】
基板１０は、例えば、セラミック製の絶縁基板である。基板１０は、複数の半導体素子１１を、素子搭載面１２ａに有する。半導体素子１１は、パワーデバイスを含む。パワーデバイスは、例えば、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳ、バイポーラトランジスタ、およびダイオード等である。素子搭載面１２ａには、例えば、図示せぬ電極パターンが設けられる。電極パターンは、例えば、Ｃｕ製である。半導体素子１１は、電極パターンに、例えば、はんだ層１３によって接合される。電極パターンは、配線パターンであってもよい。
【００１１】
基板１０は、第１金属層１４を裏面１２ｂに有する。裏面１２ｂは、素子搭載面１２ａに対して、反対側の面である。第１金属層１４は、第１金属を含む。第１金属は、例えば、銅（Ｃｕ）である。実施形態の第１金属層１４は、例えば、Ｃｕ又はＣｕとタングステン（Ｗ）との合金（ＷＣｕ）である。
【００１２】
第１金属層１４の接合面１４ａ上には、第２金属層１５が、例えば、第３金属層１６を介して設けられている。第２金属層１５は、第２金属を含む。第２金属は、第１金属と異なる。第１金属がＣｕの場合、第２金属は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）である。第２金属の融点は、第１金属又は第１金属の合金よりも、例えば、低い。また、第２金属の高度は、第１金属又は第１金属の合金よりも、例えば低い。
【００１３】
第２金属層１５は、第３金属層１６上に、例えば、化学的気相堆積（ＣＶＤ）法、又は物理的気相体積（ＰＶＤ）法を用いて形成される。第２金属がＡｌである場合、ＣＶＤ法では、材料ガスとして、Ａｌを含むＡｌプリカーサーガスを含むガスが用いられる。ＰＶＤ法では、材料ターゲットとして、Ａｌを含むＡｌターゲットが用いられる。
【００１４】
第３金属層１６は、第１金属および第２金属とは異なる第３金属を含む。第３金属層１６は、例えば、第１金属層１４と第２金属層１５との密着性を高める役割を持つ。第３金属層１６は、例えば、活性金属から選ばれる。活性金属は、例えば、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）等である。第１実施形態の第３金属層１６は、Ｔｉである。第３金属層１６は、第２金属層１５と同様に、ＣＶＤ法、またはＰＶＤ法を用いて形成される。
【００１５】
第３金属層１６は、必要に応じて設けられれば良い。このため、第３金属層１６は、省略することも可能である。第３金属層１６がない場合には、第２金属層１５は、第１金属層１４上に、直接設けられる。ただし、第１金属層１４と第２金属層１５との間に、第３金属層１６を設けておくと、第３金属層１６を設けない場合に比較して、第１金属層１４と第２金属層１５との密着性を高めることができる、という利点を得ることができる。
【００１６】
第２金属層１５上には、金属ベース２０が設けられている。金属ベース２０は、第２金属層１５と同じ第２金属を含む。第１実施形態の金属ベース２０は、Ａｌ製である。金属ベース２０は、例えば、放熱板である。放熱板は、半導体素子１１が発した熱を拡散させる。
【００１７】
金属ベース２０は、第２金属層１５に、摩擦攪拌接合によって接合される。このため、金属ベース２０には、攪拌部２１が設けられる。攪拌部２１は、例えば、金属ベース２０から第２金属層１５の表面にかけて形成される。攪拌部２１は、第２金属層１５を介して第３金属層１６に達していてもよい。攪拌部２１は、第２金属層１５および第３金属層１６を介して第１金属層１４に達していてもよい。
【００１８】
第１実施形態の金属ベース２０の、攪拌部２１が露出する外表面２０ａは、例えば、研削される。外表面２０ａは、金属ベース２０の接合面に対して、反対側の面である。外表面２０ａが研削されることにより、外表面２０ａの攪拌部２１や、攪拌部２１の周囲に生じた凹凸が平滑化されるとともに、金属ベース２０の厚さが薄くされる。
【００１９】
基板１０〜第３金属層１６を含む構造体は、ユニットモジュールＵＭと呼ばれる。図１および図２に示すように、第１実施形態の半導体モジュール１００は、ユニットモジュールＵＭを、金属ベース２０上に、例えば、３つ含む。ユニットモジュールＵＭの数は、任意である。
【００２０】
ケース４０は、例えば、樹脂製である。ケース４０は、収容部４１を含む。収容部４１は、ユニットモジュールＵＭを収容する。ユニットモジュールＵＭは、金属ベース２０上に設けられた状態で、収容部４１に収容される。金属ベース２０は、ケース４０に固定される。
【００２１】
ケース４０は、外部端子４２を含む。外部端子４２は、ユニットモジュールＵＭと、配線４３を介して電気的に接続される。ユニットモジュールＵＭどうしも、必要に応じて、配線４３を介して電気的に接続される。
【００２２】
＜半導体モジュールの生産方法＞
図３（ａ）〜（ｆ）は、第１実施形態に係る半導体モジュールの生産方法の一例を示す断面図である。図３（ａ）〜（ｆ）に示す断面は、例えば、図２に示した断面に対応する。図３（ａ）〜（ｆ）は、ユニットモジュールＵＭを、上下反転させた状態で示す。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、第１金属層１４を、基板１０の裏面１２ｂ上に形成する。第１金属層１４は、ＣＶＤ法、又はＰＶＤ法を用いて、例えば、Ｃｕを、裏面１２ｂ上に堆積することで形成される。次に、第３金属層１６を、第１金属層１４の接合面１４ａ上に形成する。第３金属層１６は、ＣＶＤ法、又はＰＶＤ法を用いて、例えば、Ｔｉを、接合面１４ａ上に堆積することで形成される。次に、第２金属層１５を、第３金属層１６上に形成する。第３金属層１６は、ＣＶＤ法、又はＰＶＤ法を用いて、例えば、Ａｌを、第３金属層１６上に堆積することで形成される。次に、半導体素子１１を、基板１０の素子搭載面１２ａ上に、はんだ層１３を介して接合する。
【００２４】
次に、金属ベース２０を、第１金属層１４に、第２金属層１５および第３金属層１６を介して接触させる。この接触工程は、半導体素子１１を素子搭載面１２ａ上に搭載する前に行ってもよい。図３（ｂ）〜（ｆ）では、Ａ−Ａ線よりも下の部分についての図示は、省略する。
【００２５】
次に、図３（ｂ）および（ｃ）に示すように、摩擦攪拌接合ツール３０を、金属ベース２０上に移動させる。摩擦攪拌接合ツール３０は、ショルダ３１と、プローブピン３２とを有する。プローブピン３２は、ショルダ３１から突出する。プローブピン３２は、金属ベース２０の外表面２０ａに向けられる。摩擦攪拌接合ツール３０は、金属ベース２０の外表面２０ａに対して傾きを持ちつつ、金属ベース２０と相対する。傾きは、前進角と呼称される。
【００２６】
次に、摩擦攪拌接合ツール３０を回転させながら、金属ベース２０の内部に、第２金属層１５に向かって挿入する。回転する摩擦攪拌接合ツール３０を金属ベース２０へ挿入すると、金属ベース２０は摩擦熱によって軟化し、摩擦攪拌接合ツール３０の回転により、政久攪拌接合ツール３０の周囲で塑性流動が生じる。
【００２７】
図３（ｃ）中の参照符号“２１”は、“塑性流動”が生じた部分を示す。本明細書において、塑性流動が生じた部分を“攪拌部”という。以下、参照符号“２１”に示す部分を、攪拌部２１という。プローブピン３２の挿入深さは、例えば、プローブピン３２の先端が、第２金属層１５に到達、あるいは攪拌部２１が第２金属層１５に接触するよう第２金属層１５の近傍に到達するように制御される。攪拌部２１は、例えば、第２金属層１５から金属ベース２０の外表面２０ａにかけて形成される。攪拌部２１は、第２金属層１５を介して第３金属層１６に達していてもよい。さらに、攪拌部２１は、第２金属層１５および第３金属層１６を介して第１金属層１４に達していてもよい。
【００２８】
次に、図３（ｄ）に示すように、摩擦攪拌接合ツール３０を用いて、金属ベース２０を、第２金属層１５に摩擦攪拌接合する。第１実施形態では、例えば、金属ベース２０に挿入された摩擦攪拌接合ツール３０を回転させながら、例えば、接合面１２ｂに平行に移動させる。これにより、金属ベース２０は、第２金属層１５に摩擦攪拌接合される。
【００２９】
次に、図３（ｅ）に示すように、摩擦攪拌接合ツール３０を、金属ベース２０から引き抜く。これにより、金属ベース２０と第１金属層１５との接合が終了する。金属ベース２０には、摩擦攪拌接合ツール３０を抜いた痕、例えば、抜き穴２１ａが残る。
【００３０】
次に、図３（ｆ）に示すように、研削ツール３６を用いて、金属ベース２０の外表面２０ａを研削する。研削ツール３６は、切削ツールであってもよい。金属ベース２０の外表面２０ａは、研削ツール３６を用いた研削や、切削ツールを用いた切削により、削られる。これにより、外表面２０ａの攪拌部２１や、攪拌部２１の周囲に生じた凹凸が平滑化される。これとともに、金属ベース２０の厚さｔは、薄くされる。
【００３１】
第１実施形態に係る半導体モジュール１００は、図３（ａ）〜（ｆ）に示すような生産方法にて、生産することができる。
【００３２】
＜参考例と実施形態との比較＞  
図４は、第１参考例の半導体モジュールを示す模式断面図である。図３に示す断面は、図２に示した断面に対応する。
【００３３】
<<第１参考例>>
図４に示すように、第１参考例が第１実施形態と異なるところは、
・ユニットモジュールＵＭと金属ベース２３との接合が、はんだ層２２を介した接合であること
・金属ベース２３がＣｕ製、もしくはＮｉめっきが施されたＣｕ製、もしくはＮｉめっきが施されたＡｉＳｉＣであること
である。
【００３４】
“はんだ”の熱伝導率λは、一般的に低い。つまり“はんだ”は、熱を通し難い。したがって、はんだ層２２の熱抵抗Ｒｔｈは高くなる。例えば、参考例に使用した“はんだ”の熱伝導率λは、約３０（Ｗ／ｍＫ）である。発明者らによる試算では、はんだ層２２の熱抵抗Ｒｔｈは、約０．０６〜０．０７（Ｋ／Ｗ）であった。
【００３５】
“Ｃｕ”の熱伝導率λは、約３９８（Ｗ／ｍＫ）である。発明者らによる試算では、金属ベース２３の熱抵抗Ｒｔｈは、約０．０３〜０．０４（Ｋ／Ｗ）であった。
【００３６】
第１参考例における第１金属層１４の接合面１４ａと、金属ベース２３の外表面２３ａとの間の熱抵抗Ｒｔｈ(14-23)は、
Ｒｔｈ(14-23)  ≒  ０．０９〜０．１１（Ｋ／Ｗ）
となる。
【００３７】
<<第１実施形態>>
図２に示したように、第１実施形態において、はんだ層２２に相当する部分は、第２金属層１５である。第２金属層１５は、Ａｌである。金属ベース２０は、Ａｌ製である。
【００３８】
“Ａｌ”の熱伝導率λは、約２３６（Ｗ／ｍＫ）である。発明者らによる試算では、第２金属層１５の熱抵抗Ｒｔｈは、約０．００８〜０．００９（Ｋ／Ｗ）であり、金属ベース２０の熱抵抗Ｒｔｈは、約０．０５〜０．０６（Ｋ／Ｗ）であった。第２金属層１５のＲｔｈと、金属ベース２０のＲｔｈとが異なる理由は、第２金属層１５の厚さと、金属ベース２０の厚さとが違うためである。第２金属層１５の厚さは、金属ベース２０の厚さよりも薄い。
【００３９】
第１実施形態における第１金属層１４の接合面１４ａと、金属ベース２０の外表面２０ａとの間の熱抵抗Ｒｔｈ(14-20)は、
Ｒｔｈ(14-20)  ≒  ０．０５８〜０．０６９（Ｋ／Ｗ）
となる。
【００４０】
ただし、上記試算は、第３金属層１６が“ない”場合である。図１および図２に示したように、第３金属層１６が“ある”場合でも、第３金属層１６は、第２金属層１５と同様に薄い。このため、第３金属層１６の熱抵抗Ｒｔｈは、第２金属層１５と同様に、例えば、“０．０１以下”に抑えることが可能である。
【００４１】
“Ａｌ”の熱伝導率λは、“Ｃｕ”の熱伝導率λよりも低い。このため、例えば、第１実施形態の金属ベース２０の熱抵抗Ｒｔｈは、第１参考例の金属ベース２３の熱抵抗Ｒｔｈに比較して、高くなる。
【００４２】
しかし、第１実施形態の金属ベース２０は、第１金属層１４に、例えば、摩擦攪拌接合によって、直接接合される。このため、はんだ層２２を省略することができる。
【００４３】
したがって、第１実施形態によれば、例えば、はんだ層２２を省略できる分、第１参考例と比較して、第１金属層１４の接合面１４ａと、金属ベース２０の外表面２０ａとの間の熱抵抗Ｒｔｈ(14-20)を、低く抑えることが可能となる。熱抵抗Ｒｔｈ(14-20)を低く抑えることができる結果、半導体モジュール１００の放熱性は、第１参考例に比較して、向上する。
【００４４】
また、“Ｃｕ”の比重は、約８．５である。“Ａｌ”の比重は、約２．７である。“Ａｌ”は、“Ｃｕ”よりも軽い。したがって、第１実施形態の金属ベース２０は、第１参考例の金属ベース２３に比較して、軽くすることができる。金属ベース２０が軽くなる結果、半導体モジュール１００は、第１参考例に比較して、軽量化できる。
【００４５】
さらに、第１実施形態の金属ベース２０の外表面２０ａは、削られる。これに対して、第１参考例の金属ベース２３の外表面２３ａは、削られない。第１参考例は、はんだ層２２を介して、第１金属層１４に接合するからである。金属ベース２０の外表面２０ａを削れば、金属ベース２０の厚さは、薄くなる。外表面２０ａを削ることは、金属ベース２０の軽量化に有利である。さらに、金属ベース２０の熱抵抗Ｒｔｈの、さらなる低減にも有利である。
【００４６】
このように第１実施形態によれば、軽量で、放熱性に優れた半導体モジュールおよびその生産方法を提供できる。
【００４７】
さらに、第１実施形態では、金属ベース２０を、第１金属層１４に、第２金属層１５を介して摩擦攪拌接合する。第２金属層１５は、なくてもよい。第２金属層１５がない場合、金属ベース２０は、第１金属層１４に、直接、例えば、摩擦攪拌接合される。しかし、金属ベース２０を、第１金属層１４に、第２金属層１５を介して摩擦攪拌接合すると、以下のような利点を、さらに得ることができる。
【００４８】
<<第２参考例>>
図５（ａ）および（ｂ）は、第２参考例の金属ベース２０と第１金属層１４との接合部分を示す模式断面図である。
【００４９】
例えば、図５（ａ）に示すように、金属ベース２０を、第１金属層１４に直接に接触させた場合、プローブピン３２の先端は、金属ベース２０の内部に止めなくてはならない。しかし、プロープピン３２の先端と第１金属層１４との距離ががわずかであるために、制御が困難である。このため、例えば、摩擦攪拌接合を利用した半導体モジュール１００の１つ１つに対して、均一な異種金属の接合を再現することが難しい。
【００５０】
例えば、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）に示す半導体モジュール１００に対して、第１金属層１４の厚さに“Δｔ”のばらつきが生じていたとする。摩擦攪拌接合ツール３０の挿入深さは、図５（ａ）および（ｂ）の双方で、誤差はない、と考える。この場合、図５（ａ）に示す半導体モジュール１００では、プローブピン３２の先端が金属ベース２０の内部に止まるのに対し、図２（ｂ）に示す半導体モジュール１００では、プローブピン３２の先端が第１金属層１４の内部に達する。
【００５１】
したがって、第２参考例においては、たとえ、摩擦攪拌接合ツール３０の制御が正確であったとしても、半導体モジュール１００の１つ１つに対して、均一な異種金属の接合を再現することが難しい。
【００５２】
第２参考例では、金属ベース２０は、第１金属層１４に、金属間化合物を生成しつつ接合される。プロープピン３２の先端と第１金属部材１０との距離は、生成される金属間化合物の量を左右する。金属間化合物の量は、例えば、第１金属層１４と金属ベース２０との“接合強度”を左右する。
【００５３】
したがって、均一な異種金属の接合を再現し難い第２参考例では、例えば、第１金属層１４と金属ベース２０との“接合強度”のばらつきが、拡大しやすい。
【００５４】
しかも、図５（ｂ）に示す参考例では、プロープピン３２の先端が、第１金属層１４の内部に達する。第１金属層１４は、金属ベース２０よりも固い金属である。このため、プロープピン３２が摩耗しやすい。
【００５５】
<<第１実施形態>>
図６（ａ）および（ｂ）は、第１実施形態に係る金属ベース２０と第１金属層１４との接合部分を示す模式断面図である。
【００５６】
第２参考例に対して、第１実施形態では、金属ベース２０を、第１金属層１４に、第２金属層１５を介して接触させる。プローブピン３２の先端は、第２参考例と同様に、金属ベース２０の内部に止める。しかし、、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、第２参考例と同様に、第１金属層１４に厚さのばらつきΔｔが生じていた場合でも、プローブピン３２の先端を、第２金属層１５の途中で止めることが可能である。
【００５７】
第２金属層１５は、例えば、第２金属を含む合金、もしくは金属ベース２０と同じ金属である。例えば、金属ベース２０がＡｌならば、第２金属層１５もＡｌである。このため、プロープピン３２の先端と第１金属層１４との距離が変っても、第１金属層１４と金属ベース２０との“接合強度”は、第２参考例に比較して、変わり難い。
【００５８】
したがって、第１実施形態では、半導体モジュール１００間の、第１金属層１４と金属ベース２０との“接合強度”の、半導体モジュール１００間の“ばらつき”を、第２参考例に比較して、縮小できる。
【００５９】
さらに、第１実施形態によれば、第２参考例に比較して、プローブピン３２の摩耗量を抑制することも可能である。
【００６０】
例えば、ＣｕとＡｌとのような異種金属の接合に、摩擦攪拌接合を用いる場合、プローブピン３２を挿入する金属は、例えば、２つの金属のうち、
・融点が低い金属
・硬度が低い金属
が選ばれる。
【００６１】
第２参考例では、プローブピン３２は、金属ベース２０に比較して、硬度が高い第１金属層１４にも挿入される。このため、プローブピン３２が、摩耗しやすい。
【００６２】
これに対して、第１実施形態では、第２金属層１５があるので、プローブピン３２を、第１金属層１４に挿入される可能性を、第２参考例に比較して低減できる。第２金属層１５が、例えば、金属ベース２０と同じ金属であるならば、硬度は、互いに同じである。したがって、第１実施形態によれば、プローブピン３２の摩耗量を、第２参考例に比較して抑制できる。
【００６３】
（第２実施形態）
例えば、“はんだ接合”では、例えば、接合部分を有した部材の全体を加熱しなければならない。“はんだ接合”では、例えば、第１金属層１４が設けられた基板１０の全体を加熱される。加熱温度は、例えば、約３００℃である。このため、例えば、基板１０に、半導体素子１１が接合されていた場合には、半導体素子１１に、約３００℃の温度が加わってしまう。半導体素子１１は、半導体モジュール１００を生産している間に受ける熱（熱履歴）を、極力低減したい、という要求がある。しかし、基板１０の全体を加熱する“はんだ接合”では、熱履歴を低減することが難しい。
【００６４】
これに対して、“摩擦攪拌接合”は、接合部分のみを局所的に加熱できる。このため、“摩擦攪拌接合”は、“はんだ接合”に比較して、半導体素子１１の熱履歴を、低減しやすい、という利点を得ることができる。
【００６５】
図７は、第２実施形態に係る半導体モジュールの生産方法の一例を示す模式断面図である。図７に示す断面は、例えば、図３（ｄ）に示した断面に対応する。
【００６６】
図７に示すように、第２実施形態が、例えば、図３（ｄ）に示した第１実施形態と異なるところは、摩擦攪拌接合の際、摩擦攪拌接合ツール３０の周囲を冷却すること、である。
【００６７】
第２実施形態の摩擦攪拌接合ツール３０ａは、例えば、ショルダー３１の周囲に、冷却機構３３ａを備えている。冷却機構３３ａには、冷却ガスノズル３４を含む。冷却ガスノズル３４は、例えば、プローブピン３２に向かって、冷却ガス３５を吐出する。
【００６８】
冷却機構３３ａは、摩擦攪拌接合ツール３０ａと一緒に移動する。これにより、冷却機構３３ａは、接合部分の周囲を、冷却することができる。
【００６９】
このような第２実施形態によれば、冷却機構３３ａが、基板１０の接合部分の周囲を冷却する。このため、基板１０を冷却しながら、摩擦攪拌接合工程を行うことができる。これにより、基板１０に半導体素子１１を接合した状態で摩擦攪拌接合工程を行う場合、基板１０を冷却しない場合に比較して、半導体素子１１の熱履歴を、さらに低減できる、という利点を得ることができる。
【００７０】
（第３実施形態）
図８は、第３実施形態に係る半導体モジュールの生産方法の一例を示す模式断面図である。図８に示す断面は、例えば、図７に示した断面に対応する。
【００７１】
図８に示すように、第３実施形態が、図７に示した第２実施形態と異なるところは、冷却機構３３ｂが、摩擦攪拌接合ツール３０が移動する範囲の全体に、設けられていることである。冷却機構３３ｂも、冷却機構３３ａと同様に、冷却ガスノズル３４を含む。冷却ガスノズル３４は、摩擦攪拌接合ツール３０が移動する範囲の全体に、間隔をあけて設けられる。
【００７２】
このような第３実施形態においても、摩擦攪拌接合工程を、基板１０を冷却しながら行うことができる。したがって、第２実施形態と同様に、例えば、摩擦攪拌接合工程を、基板１０に半導体素子１１を接合した状態で行った場合に、基板１０を冷却しない場合に比較して、半導体素子１１の熱履歴を、さらに低減できる、という利点を得ることができる。
【００７３】
さらに、冷却機構３３ｂは、摩擦攪拌接合ツール３０が移動する範囲の全体を冷却するので、摩擦攪拌接合ツール３０の移動の前後で、基板１０を含むユニットモジュールＵＭを冷却できる。このため、半導体素子１１の熱履歴を、さらに低減することが可能である。
【００７４】
（第４実施形態）
図９は、第４実施形態に係る半導体モジュールの生産方法の一例を示す模式断面図である。図９に示す断面は、例えば、図７に示した断面に対応する。
【００７５】
図９に示すように、第４実施形態が、第２実施形態と異なるところは、摩擦攪拌接合を、チャンバー５０内で行うこと、である。
【００７６】
チャンバー５０には、冷却ガス送風部５１が設けられている。冷却ガス送風部５１は、チャンバー５０内に冷却ガス３５を送る。第４実施形態における摩擦攪拌接合工程は、冷却されたチャンバー５０内で行なわれる。チャンバー５０内を冷却するようにしても、基板１０は冷却される。
【００７７】
このような第４実施形態においても、第２、第３実施形態と同様に、摩擦攪拌接合工程を、基板１０に半導体素子１１を接合した状態で行った場合に、基板１０を冷却しない場合に比較して、半導体素子１１の熱履歴を、さらに低減できる。
【００７８】
第４実施形態のように、摩擦攪拌接合は、冷却されたチャンバー５０内で行ってもよい。また、第４実施形態は、第２実施形態又は第３実施形態と組み合わせて実施することもできる。
【００７９】
以上、第１〜第４実施形態について説明した。しかし、実施形態は、上記第１〜第４実施形態に限られるものではない。これらの実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、および変更を行うことができる。
【００８０】
例えば、実施形態では、金属ベース２０、第１金属層１４、第２金属層１５、および第３金属層１６について、具体的な材料例を示した。しかし、金属ベース２０、第１金属層１４、第２金属層１５、および第３金属層１６の材料は、適宜変更することが可能である。
【００８１】
また、例えば、実施形態では、摩擦攪拌接合を利用した例を説明したが、摩擦攪拌“点”接合を利用することも可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１０…基板、１１…半導体素子、１２ａ…素子搭載面、１２ｂ…裏面、１３…はんだ層、１４…第１金属層（Ｃｕ）、１４ａ…接合面、１５…第２金属層（Ａｌ）、１６…第３金属層（Ｔｉ）、２０…金属ベース（Ａｌ）、２０ａ…外表面、２１…攪拌部、２１ａ…抜き穴、２２…はんだ層、２３…金属ベース（Ｃｕ）、２３ａ…外表面、３０…摩擦攪拌接合ツール、３１…ショルダ、３２…プローブピン、３３ａ、３３ｂ…冷却機構、３４…冷却ガスノズル、３５…冷却ガス、３６…研削ツール、４０…ケース、４１…収容部、４２…外部端子、４３…配線、５０…チャンバー、５１…冷却ガス送風部
【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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