(57)【要約】【課題】パワー半導体素子と絶縁基板とを焼結性金属接合材にて接合したパワーモジュールにおいて、パワー半導体素子と絶縁基板との間で良好な接合強度を得ることができるパワーモジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】パワーモジュールの製造方法は、絶縁基板３０上に、焼結性金属接合材９０を供給する供給工程と、焼結性金属接合材９０上に、パワー半導体素子２０を載せる載置工程と、絶縁基板３０、焼結性金属接合材９０及びパワー半導体素子２０を型内に配置する配置工程と、型内に液状の封止樹脂６０を充填する充填工程と、充填された封止樹脂６０を介して、焼結性金属接合材９０に焼結性金属接合材９０の焼結に必要な第１の加圧力１による加圧、及び焼結性金属接合材の焼結に必要な第１の加熱温度Ｔ１による加熱を行う加圧加熱工程と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に、焼結性金属接合材を供給する供給工程と、
前記焼結性金属接合材上に、パワー半導体素子を載せる載置工程と、
前記絶縁基板、前記焼結性金属接合材及び前記パワー半導体素子を型内に配置する配置工程と、
前記型内に液状の封止樹脂を充填する充填工程と、
充填された前記封止樹脂を介して、前記焼結性金属接合材に前記焼結性金属接合材の焼結に必要な第１の加圧力による加圧、及び前記焼結性金属接合材の焼結に必要な第１の加熱温度による加熱を行う加圧加熱工程と、
を備える、パワーモジュールの製造方法。
【請求項２】
前記加圧加熱工程において、前記第１の加圧力による加圧は、前記第１の加熱温度による加熱よりも先に開始される、請求項１に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項３】
前記封止樹脂は、熱硬化性の樹脂であり、
前記封止樹脂の硬化温度の範囲が、前記第１の加熱温度を含む、請求項１又は請求項２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項４】
前記載置工程の後、かつ、前記配置工程の前に、前記焼結性金属接合材に対して、前記第１の加圧力よりも低い第２の加圧力による加圧をしながら、前記第１の加熱温度よりも低い第２の加熱温度による加熱を行う仮固定工程を更に備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項５】
前記仮固定工程の後、かつ、前記充填工程の前に、前記絶縁基板、前記焼結性金属接合材及び前記パワー半導体素子を樹脂フィルムで覆う被覆工程を更に備える、請求項４に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項６】
前記被覆工程の後、かつ、前記充填工程の前に、前記樹脂フィルムで覆われた空間内の空気を抜く真空引き工程を更に備える、請求項５に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項７】
パワー半導体素子と、
絶縁基板と、
前記パワー半導体素子及び前記絶縁基板の間に挟まれた焼結金属から成る接合層と、
前記パワー半導体素子、前記絶縁基板及び前記接合層を覆う樹脂フィルムと、
前記パワー半導体素子、前記絶縁基板、前記接合層及び前記樹脂フィルムを封止する封止樹脂と、を備えるパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体素子を搭載したパワーモジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やエアコンなどでは、電源電圧と駆動電圧とが異なることが多く、インバータやコンバータといった電力変換装置が必要である。この電力変換装置には、例えばＩＧＢＴ等のパワー半導体素子を搭載したパワーモジュールが広く用いられている。ここで、パワー半導体素子は、パワーモジュール内で絶縁基板の一方主面に接合されている。そして、パワー半導体素子及び絶縁基板の接合には、有機物から成る表面保護膜を持った金属ナノ粒子を有機成分に分散させてペースト状にした焼結性金属接合材を用いることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３３４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、パワー半導体素子と絶縁基板との接合に焼結性金属接合材を用いる場合、加圧及び加熱により表面保護膜を除去して金属ナノ粒子を接触させることで、焼結性金属接合材が焼結し、パワー半導体素子及び絶縁基板の接合層となる。しかし、冶具などを用いて半導体素子と絶縁基板とを挟んで加圧及び加熱する方法では、それらの間に挟まれた焼結性金属接合材に均一に圧力をかけることが難しく、十分な接合強度を得られないという問題があった。
【０００５】
本発明は、パワー半導体素子と絶縁基板とを焼結性金属接合材にて接合したパワーモジュールにおいて、パワー半導体素子と絶縁基板との接合強度が良好なパワーモジュール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】
【０００６】
本発明の一形態に係るパワー半導体素子と、絶縁基板と、パワー半導体素子及び前記絶縁基板の間に挟まれた焼結金属から成る接合層と、パワー半導体素子、絶縁基板及び接合層を覆う樹脂フィルムと、パワー半導体素子、絶縁基板、接合層及び樹脂フィルムを封止する封止樹脂と、を備える。
【０００７】
本発明の一形態に係るパワーモジュールの製造方法は、絶縁基板上に、焼結性金属接合材を供給する供給工程と、焼結性金属接合材上に、パワー半導体素子を載せる載置工程と、絶縁基板、焼結性金属接合材及びパワー半導体素子を型内に配置する配置工程と、型内に液状の封止樹脂を充填する充填工程と、充填された封止樹脂を介して、焼結性金属接合材に焼結性金属接合材の焼結に必要な第１の加圧力による加圧、及び焼結性金属接合材の焼結に必要な第１の加熱温度による加熱を行う加圧加熱工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記のように構成されたパワーモジュール及びパワーモジュールの製造方法では、パワー半導体素子と絶縁基板とを焼結性金属接合材にて接合したパワーモジュールにおいて、パワー半導体素子と絶縁基板との間で良好な接合強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュールの構成を示す構成図である。
【図２】実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程のフローチャートである。
【図３】実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程を示す図である。
【図４】実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程を示す図である。
【図５】実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程を示す図である。
【図６】実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程を示す図である。
【図７】実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程を示す図である。
【図８】実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程を示す図である。
【図９】実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程を示す図である。
【図１０】実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程を示す図である。
【図１１】実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程を示す図である。
【図１２】実施の形態２に係るヒートシンク付きパワーモジュールの構成を示す構成図である。
【図１３】実施の形態２に係るヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程のフローチャートである。
【図１４】実施の形態２に係るヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程を示す図である。
【図１５】実施の形態２に係るヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程を示す図である。
【図１６】実施の形態２に係るヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程を示す図である。
【図１７】他の実施形態に係るヒートシンク付きパワーモジュールの構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下で、一実施形態に係るヒートシンク付きパワーモジュールについて、添付した図面を参照しながら説明する。各実施の形態において同一の構成については、同一の符号を付す。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュール１０の構成を示す構成図である。ヒートシンク付きパワーモジュール１０は、図１に示すように、パワーモジュール１１０、はんだ７０、及びヒートシンク８０を備える。また、パワーモジュール１１０は、パワー半導体素子２０、絶縁基板３０、接合層４０，４２，４４、リードフレーム５０，５５、及び封止樹脂６０を備えている。
【００１２】
パワー半導体素子２０は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）などのいわゆるワイドバンドギャップ半導体をその材料としている。また、パワー半導体素子２０は、例えば、コンバータ・インバータやレギュレーター等の電源・電力の制御や供給を行うための半導体素子である。さらに、パワー半導体素子２０の上面及び下面には、ニッケルメッキ及び金メッキから成るメタライズ層が形成されている。具体的には、パワー半導体素子２０の上面及び下面にニッケルメッキを施した後に、さらにその上にフラッシュめっきにより金メッキを施すことで、メタライズ層が形成されている。なお、パワー半導体素子２０は、例えば、厚みが０．１５ｍｍで、正方形を成す１５ｍｍ×１５ｍｍの大きさのものを用いる。
【００１３】
絶縁基板３０は、いわゆるダイレクトボンデッドカッパー基板であり、セラミック基板３２、熱拡散用層３４、及び伝熱用金属パターン３６を備えている。また、絶縁基板３０の上面には、後述する接合層４０を挟んで、パワー半導体素子２０が取り付けられている。
【００１４】
セラミック基板３２は、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮなどのセラミック化合物を基材とし、絶縁性を有する。なお、セラミック基板３２の厚みは、例えば、０．３ｍｍである。
【００１５】
熱拡散用層３４は、セラミック基板３２の下面側に設けられた金属の層である。また、本実施の形態において熱拡散用層３４の材料は、銅である。そして、熱拡散用層３４は、セラミック基板３２を介して伝わったパワー半導体素子２０からの熱を周囲に広く伝えるヒートスプレッダーとして機能する。
【００１６】
伝熱用金属パターン３６は、セラミック基板３２の上面に形成された銅からなる層である。伝熱用金属パターン３６には、後述する接合層４０によりパワー半導体素子２０が接合される。
【００１７】
接合層４０，４２，４４は、焼結金属である。具体的には、接合層４０，４２，４４は、銀を主成分とする焼結金属である。そして、銀を主成分とすることで、銅を主成分とする場合よりも酸化しづらいという特徴がある。接合層４０は、パワー半導体素子２０及び絶縁基板３０の間に挟まれている。具体的には、接合層４０が、絶縁基板３０の伝熱用金属パターン３６、及びパワー半導体素子２０の下面に形成されたメタライズ層を接合した状態で、パワー半導体素子２０及び絶縁基板３０の間に挟まれている。また、接合層４２は、パワー半導体素子２０及び後述するリードフレーム５０を接合した状態で、それらの間に挟まれている。さらに、接合層４４は、パワー半導体素子２０及び後述するリードフレーム５５を接合した状態で、それらの間に挟まれている。
【００１８】
リードフレーム５０，５５は、ヒートシンク付きパワーモジュール１０で制御する電流をパワー半導体素子２０に導くための入出力端子である。リードフレーム５０，５５は、銅を材料とし、長方形状の平板がＬ字に曲げられた形状を成している。そして、リードフレーム５０の一端は、接合層４２と接触し、リードフレーム５５の一端は、接合層４４と接触している。
【００１９】
封止樹脂６０は、熱硬化性の樹脂である。具体的には、硬化温度が２００℃以上の熱硬化性の樹脂であり、例えば、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等の絶縁性を有する材料からなる。封止樹脂６０は、パワー半導体素子２０、絶縁基板３０、接合層４０，４２，４４、リードフレーム５０，５５の周囲を覆い、封止している。ただし、リードフレーム５０，５５の他端は、ヒートシンク付きパワーモジュール１０が搭載される回路基板との接続のために、封止樹脂６０の外部にはみ出している。また、封止樹脂６０の下面は、後述するヒートシンク８０とのはんだ接合のために、絶縁基板３０の熱拡散用層３４が露出するように削られている。
【００２０】
はんだ７０は、パワーモジュール１１０とヒートシンク８０とを接合するための部材である。従って、はんだ７０は、パワーモジュール１１０及びヒートシンク８０の間に位置する。また、はんだ７０は、Ｓｎ−Ｓｂ系のはんだであり、その融点は、２１０〜２６０℃である。
【００２１】
ヒートシンク８０は、パワー半導体素子２０からの熱を空冷または水冷により周囲へ放出する役割を担っている。ヒートシンク８０は、直方体及びその下面に複数並んだフィンを組み合わせた形状をしている。また、ヒートシンク８０の材料は、アルミニウムである。さらに、ヒートシンク８０の上面にはニッケルめっきが施してある。そして、このニッケルめっきが施された部分が、はんだによりパワーモジュール１１０から露出した熱拡散用層３４と接合されている。なお、ヒートシンク８０の上面から伝わったパワー半導体素子２０からの熱は、ヒートシンク８０の下側に設けられたフィンによって、空冷または水冷によりに周囲へ放出される。
【００２２】
図２は、ヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程のフローチャートである。図３から図１０は、ヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造工程を示す図である。本実施の形態に係るヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造方法について、図２から図１０を用いて説明する。
【００２３】
ヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造では、ステップＳＡ１として、図３に示すように、水平な作業台２００の上に絶縁基板３０を置き、絶縁基板３０を固定しておく。
【００２４】
次に、ステップＳＡ２として、有機物から成る表面保護膜を持った銀ナノ粒子を有機溶剤に分散させてペースト状にした焼結性金属接合材９０を、図４に示すように、絶縁基板３０上に供給する（供給工程）。供給された焼結性金属接合材９０の厚さは、例えば、３０〜２００μｍである。絶縁基板３０上への焼結性金属接合材９０の供給後に、焼結性金属接合材９０を８０〜２００℃の温度で、１〜６０分ほど乾燥させる。なお、絶縁基板３０上への焼結性金属接合材の供給は、スクリーン印刷によるものであってもよいし、ディスペンス塗布によるものであってもよい。
【００２５】
焼結性金属接合材９０の乾燥後に、ステップＳＡ３として、図５に示すように、パワー半導体素子２０を焼結性金属接合材９０の上に載せる（載置工程）。
【００２６】
その後、ステップＳＡ４として、図６に示すように、絶縁基板３０の上に載置されたパワー半導体素子２０を、加熱された冶具３００によって、パワー半導体素子２０の上方から押さえつける。このとき、焼結性金属接合材９０は、その焼結に必要な第１の焼結温度Ｔ１よりも低い第２の加熱温度Ｔ２により加熱される。また、焼結性金属接合材９０は、その焼結に必要な第１の加圧力Ｐ１よりも低い第２の加圧力Ｐ２で加圧される（仮固定工程）。これにより、パワー半導体素子２０が、焼結性金属接合材９０を介して、絶縁基板３０に仮固定される。なお、上述の第１の加熱温度Ｔ１は、例えば、２５０℃であり、第２の加熱温度Ｔ２は、１８０℃である。また、第１の加圧力Ｐ１は、例えば、１０ＭＰａであり、第２の加圧力Ｐ２は、例えば、０．１ＭＰａ程度である。また、冶具３００は、ヒーターが内蔵された金属部３１０と、先端に位置するセラミック部３２０とにより構成され、セラミック部３２０は交換が可能である。さらに、セラミック部３２０の表面には、パワー半導体素子２０との接触を和らげるために、セラミックよりも柔らかいＰＦＡの層が５０μｍの厚みで形成されている。なお、チップマウンター等の装置を用い、ステップＳＡ３とステップＳＡ４を同時に実施しても良い。
【００２７】
そして、ステップＳＡ５として、図７に示すように、パワー半導体素子２０の上にさらに、焼結性金属接合材９２，９４を供給する。その後、パワー半導体素子２０上の焼結性金属接合材９２，９４を乾燥させる。なお、パワー半導体素子２０上への焼結性金属接合材９２，９４の供給及びその後の乾燥における具体的な条件は、前述の内容と同じであるので、ここでの説明を省略する。
【００２８】
焼結性金属接合材９２，９４の乾燥後に、ステップＳＡ６として、図８に示すように、パワー半導体素子２０上の焼結性金属接合材９２，９４の上にリードフレーム５０，５５に載せる。このとき、リードフレーム５０，５５は、ほぼ真っすぐな平板状を成しており、その端部近傍に後述する金型１００への固定用孔５２，５７が設けられている。
【００２９】
その後、ステップＳＡ７として、図９に示すように、リードフレーム５０，５５を、加熱された冶具３００によって、リードフレーム５０，５５の上方から押さえつける。これは、リードフレーム５０，５５をパワー半導体素子２０に仮固定するためであり、加熱温度等の詳細は前述のステップＳＡ４と同じであるので、ここでの説明を省略する。
【００３０】
次に、ステップＳＡ８として、図１０に示すように、仮固定された絶縁基板３０、パワー半導体素子２０及びリードフレーム５０，５５を、トランスファーモールドを行うための金型１００内の所定の位置に配置する（配置工程）。このとき、製造プロセスの短縮化のために、金型１００は予熱された状態である。また、金型１００への仮固定されたパワー半導体素子２０等を配置する際には、リードフレーム５０，５５に設けられた固定用孔５２，５７に、金型１００から伸びるピンを刺すことで仮固定されたパワー半導体素子２０等が金型１００内で固定される。
【００３１】
その後、ステップＳＡ９として、図１１に示すように、金型１００に含まれる上金型及び下金型で、仮固定された絶縁基板３０、パワー半導体素子２０及びリードフレーム５０，５５を挟み込むことで、これらを取り囲む空間Ｖを金型１００内に形成する。そして、この空間に液体状の封止樹脂６０を充填する（充填工程）。つまり、この工程は、トランスファーモールドの一部である。なお、リードフレーム５０，５５における固定用孔５２，５７近傍は、空間Ｖの外側に位置している。
【００３２】
充填後、ステップＳＡ１０として、液体状の封止樹脂６０に対して、まず第１の加圧力Ｐ１で加圧を開始する。これにより、液体状の封止樹脂６０を介して、パワー半導体素子２０及び絶縁基板３０に圧力が加えられることになる。結果として、パワー半導体素子２０及び絶縁基板３０に挟まれた焼結性金属接合材９０にも圧力が加えられる。これと同様に、液体状の封止樹脂６０を介して、パワー半導体素子２０及びリードフレーム５０，５５にも圧力が加えられる。これにより、パワー半導体素子２０及びリードフレーム５０，５５に挟まれた焼結性金属接合材９２，９４にも圧力が加えられる。さらに、この加圧した状態で第１の加熱温度Ｔ１で１０分ほど加熱する（加圧加熱工程）。このとき、封止樹脂６０の硬化（トランスファーモールド）と、焼結性金属接合材９０の焼結が同時に行わる。また、この焼結により、焼結性金属接合材９０は、接合層４０，４２，４４となる。なお、仮固定されたパワー半導体素子２０等を金型１００に配置してから、封止樹脂６０への第１の加圧力Ｐ１による加圧の開始までは、１分以内に行われる。ただし、この時間は一つの目安である。また、第１の加圧力Ｐ１による加圧の開始時における金型１００内の温度は、２００℃以下であり、第１の加熱温度Ｔ１よりも低い。
【００３３】
加圧加熱工程の終了後に、ステップＳＡ１１として、封止樹脂６０により封止された状態の絶縁基板３０、接合層４０，４２，４４及びリードフレーム５０，５５を金型１００から取り出す。そして、封止樹脂６０から露出したリードフレーム５０，５５の端部の切断及び曲げ加工を行う。さらに、封止樹脂６０の下面を、絶縁基板３０の熱拡散用層３４が露出するように削る。以上により、パワーモジュール１１０が完成する。
【００３４】
次に、ステップＳＡ１２として、パワーモジュール１１０とヒートシンク８０とをはんだ７０により接合する。ヒートシンク８０にはあらかじめニッケルめっきが施してある。そして、このニッケルめっきが施された部分を、パワーモジュール１１０から露出した熱拡散用層３４と、はんだにより接合する。これにより、パワーモジュール１１０とヒートシンク８０とが接合される。また、はんだ７０による接合は、雰囲気加熱炉を用いて行い、その際のパワーモジュール１１０周囲の温度は、３００℃程度である。なお、接合層４０，４２，４４となった焼結性金属接合材９０の融点は約９６０℃であるため、パワーモジュール１１０の接合層４０，４２，４４が、パワーモジュール１１０とヒートシンク８０との接合のための加熱で溶融することはない。
【００３５】
以上のようなヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造方法では、パワー半導体素子２０と絶縁基板３０との間で良好な接合強度を得ることができる。具体的には、ヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造方法では、焼結性金属接合材９０を焼結させる際の加圧を、液体状の封止樹脂６０を介して行っている。そして、このように液体を介して加圧することで、冶具などを用いて半導体素子と絶縁基板とを直接挟んで加圧するよりも、パワー半導体素子２０の表面及び絶縁基板３０の表面に均一に圧力をかけることができる。結果として、パワー半導体素子２０及び絶縁基板３０に挟まれた焼結性金属接合材９０にも均一な圧力を加えることができる。以上のような加圧の方法により、ヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造方法では、一様な密度の健全な接合層４０，４２，４４を得ることができ、パワー半導体素子２０と絶縁基板３０との間で良好な接合強度を得ることができる。
【００３６】
また、ヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造方法では、加圧加熱工程において、加圧を開始してから、加熱を行う。これにより、ヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造方法では、さらに健全な接合層４０，４２，４４を得ることができる。具体的には、仮に、加圧する以前に加熱を始めると、十分な圧力が焼結性金属接合材９０，９２，９４に加わる前に、焼結性金属接合材９０，９２，９４に含まれる銀ナノ粒子を覆う表面保護膜が溶融してしまうおそれがある。このような状況で焼結性金属接合材９０，９２，９４から形成された接合層４０，４２，４４の密度は、十分な圧力が加えられた状態で加熱された焼結性金属接合材９０，９２，９４から形成された接合層４０，４２，４４の密度よりも低くなってしまう可能性がある。つまり、加圧する以前に加熱を始めると、健全な接合層を得ることができないおそれがある。しかし、実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造方法では、その加圧加熱工程において、加圧を開始してから加熱を行う。この場合、焼結性金属接合材９０，９２，９４の表面保護膜の溶融前から、焼結性金属接合材９０，９２，９４に十分な圧力が加えられた状態になるため、健全な接合層４０，４２，４４を得ることができる。
【００３７】
さらに、ヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造方法では、ヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程を簡略化することができる。ヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造方法では、充填工程の後に、焼結性金属接合材９０等を含む封止樹脂６０に対して、加圧加熱を行っている。このときの加熱温度Ｔ１（２５０℃）は、封止樹脂６０の硬化する温度領域に含まれる。その結果、ヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造方法では、焼結性金属接合材９０の焼結だけなく、封止樹脂６０の硬化も同時に行わる。従って、ヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造方法では、焼結性金属接合材９０の焼結を行ってから、封止樹脂６０の硬化を行う場合と比較して、ヒートシンク付きパワーモジュールの製造工程を簡略化することができる。
【００３８】
これに加え、ヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造方法では、充填工程や加圧加熱工程において、絶縁基板３０の上に積み重ねられたパワー半導体素子２０等が位置ずれを起こすことを抑制できる。加圧加熱工程の前に、絶縁基板３０の上に積み重ねられたパワー半導体素子２０及びリードフレーム５０，５５を、加熱された冶具によって、リードフレーム５０，５５の上方から押さえつけている。これにより、焼結性金属接合材９０に対して、その焼結に必要な第１の焼結温度Ｔ１（２５０℃）よりも低い第２の加熱温度Ｔ２（１８０℃）により加熱を施すとともに、その焼結に必要な第１の加圧力Ｐ１（１０ＭＰａ）よりも低い第２の加圧力Ｐ２（０．１ＭＰａ）で加圧を施している。結果として、絶縁基板３０及びパワー半導体素子２０の間、並びにパワー半導体素子２０及びリードフレーム５０，５５の間に位置する焼結性金属接合材９０，９２，９４の一部は、本来の焼結温度以下、焼結圧力以下であるものの、わずかに焼結する。結果として、絶縁基板３０、パワー半導体素子２０及びリードフレーム５０，５５が仮固定される。この仮固定により、その後の充填工程や加圧加熱工程において、絶縁基板３０の上に積み重ねられたパワー半導体素子２０等の位置ずれを抑制することができる。
【００３９】
実施の形態２．
図１２は、実施の形態２に係るヒートシンク付きパワーモジュール１０Ａの構成を示す構成図である。実施の形態２であるヒートシンク付きパワーモジュール１０Ａと実施の形態１であるヒートシンク付きパワーモジュール１０との相違点は、パワー半導体素子２０等を覆うフィルムの有無である。以下で、より具体的に説明する。
【００４０】
ヒートシンク付きパワーモジュール１０Ａでは、これに含まれるパワーモジュール１１０Ａが、パワー半導体素子２０、絶縁基板３０、接合層４０，４２，４４、リードフレーム５０，５５、及び封止樹脂６０に加え、樹脂フィルム１２０を備えている。そして、樹脂フィルム１２０は、パワー半導体素子２０、絶縁基板３０、接合層４０，４２，４４及びリードフレーム５０，５５を覆っている。具体的には、樹脂フィルム１２０は、パワー半導体素子２０、絶縁基板３０、接合層４０，４２，４４及びリードフレーム５０，５５の表面において、封止樹脂６０の内部に位置する部分を覆っている。当然、樹脂フィルム１２０は、パワー半導体素子２０、絶縁基板３０及び接合層４０を、パワー半導体素子２０の絶縁基板３０の積層方向Ｚと直交する直交方向Ｘからも覆っている。
【００４１】
樹脂フィルム１２０は、厚さ５０μｍのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）から成る薄膜の両面に、厚さ１００μｍのエポキシ樹脂の層が形成された三層構造のフィルムである。ただし、樹脂フィルム１２０の構成は、前述の構成に限らない。例えば、樹脂フィルム１２０は、耐熱性、柔軟性、絶縁性及び接着性を有するフィルムであればよく、ダイボンド用の接着剤フィルムとして一般的なエポキシ樹脂にアクリル樹脂などを混合したフィルムや、フェノール樹脂、ポリイミド、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などを含むフィルムであってもよい。
【００４２】
ヒートシンク付きパワーモジュール１０Ａにおける他の構成は、ヒートシンク付きパワーモジュール１０と同様である。従って、ヒートシンク付きパワーモジュール１０Ａにおける他の構成は、ヒートシンク付きパワーモジュール１０での説明のとおりであるので、ここでの説明を省略する。
【００４３】
図１３は、実施の形態２に係るヒートシンク付きパワーモジュール１０Ａの製造工程のフローチャートである。図１４から図１６は、ヒートシンク付きパワーモジュール１０Ａの製造工程を示す図である。
【００４４】
実施の形態２に係るヒートシンク付きパワーモジュール１０Ａの製造方法は、ステップＳＢ１からステップＳＢ１４の工程から構成されている。そのうち、ステップＳＢ１からステップＳＢ７は、実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造方法におけるステップＳＡ１からステップＳＡ７と同じ内容のため、ここでの説明を省略する。また、ステップＳＢ１２からステップＳＢ１４についても、実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造方法におけるステップＳＡ１０からステップＳＡ１２と同じ内容のため、ここでの説明を省略する。従って、以下では、重複記載を避けるために、実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュールの製造方法と異なる部分であるステップＳＢ８からステップＳＢ１１までを説明する。
【００４５】
本実施の形態２に係るヒートシンク付きパワーモジュール１０Ａの製造方法では、ステップＳＢ８として、図１４に示すように、仮固定されたパワー半導体素子２０等をトランスファーモールドを行うための金型１００内の所定の位置に配置する際、金型１００と仮固定されたパワー半導体素子２０等との間に樹脂フィルム１２０を配置する。このとき、樹脂フィルム１２０は、仮固定されたパワー半導体素子２０等の上下に位置している。また、金型１００の周囲には、樹脂フィルム１２０を挟み込むための枠型のクランプ１３０が位置している。さらに、上下の樹脂フィルム１２０の間には、真空引きを行うための配管１４０も配置されている。
【００４６】
次に、ステップＳＢ９として、図１５に示すように、クランプ１３０で上下から樹脂フィルム１２０を挟み込む。これにより、上下の樹脂フィルム１２０の内側に位置する仮固定されたパワー半導体素子２０等が、樹脂フィルム１２０で覆われる（被覆工程）。このとき、クランプ１３０は、配管１４０も挟み込んでいる。そして、配管１４０の先端が、樹脂フィルム１２０で覆われた空間の内部に位置している。
【００４７】
その後、ステップＳＢ１０として、配管１４０を介して、樹脂フィルム１２０で覆われた空間の内部に対して真空引きを行う（真空引き工程）。これにより、仮固定されたパワー半導体素子２０等に樹脂フィルム１２０が密着する。
【００４８】
真空引きが終わると、ステップＳＢ１１として、図１６に示すように、金型１００に含まれる上金型及び下金型で、仮固定されたパワー半導体素子２０及びそれらを覆う樹脂フィルム１２０を挟み込む。これにより、パワー半導体素子２０及びそれらを覆う樹脂フィルム１２０を取り囲む空間を金型１００内に形成する。そして、金型１００内に封止樹脂が充填される。（充填工程）。なお、クランプ１３０及び配管１４０は、金型よりも外側に位置するため、これらが金型１００によって挟み込まれることはない。また、上述のとおり、ステップＳＢ１２からステップＳＢ１４は、実施の形態１に係るヒートシンク付きパワーモジュール１０の製造方法におけるステップＳＡ１０からステップＳＡ１２と同じ内容のため、ここでの説明を省略する。
【００４９】
以上のようなヒートシンク付きパワーモジュール１０Ａの製造方法では、パワー半導体素子２０と絶縁基板３０との間でより良好な接合強度を得ることができる。具体的には、ヒートシンク付きパワーモジュール１０Ａの製造方法では、封止樹脂６０を金型１００に充填する前に、樹脂フィルム１２０で、パワー半導体素子２０、絶縁基板３０、焼結性金属接合材９０及びリードフレーム５０，５５を覆っている。従って、パワー半導体素子２０、絶縁基板３０及び焼結性金属接合材９０（接合層４０）は、それらの積層方向Ｚと直交する直交方向Ｘから、樹脂フィルム１２０で覆われる。つまり、パワー半導体素子２０、絶縁基板３０及び焼結性金属接合材９０（接合層４０）の側面側が、樹脂フィルム１２０に覆われることになる。これにより、封止樹脂６０を型内に充填する際に、焼結性金属接合材９０とパワー半導体素子２０との境界、及び焼結性金属接合材９０と絶縁基板３０との境界に、液状の封止樹脂６０が入り込むことが抑制される。以上より、ヒートシンク付きパワーモジュール１０Ａの製造方法では、健全な接合層４０が得ることができ、パワー半導体素子２０と絶縁基板３０との間で良好な接合強度を得ることができる。
【００５０】
また、ヒートシンク付きパワーモジュール１０Ａの製造方法では、樹脂フィルム１２０で覆われた空間の内部に対して真空引きが行われる。これにより、樹脂フィルム１２０がパワー半導体素子２０等に密着する。従って、封止樹脂６０を型内に充填する際に、焼結性金属接合材９０とパワー半導体素子２０との境界、及び焼結性金属接合材９０と絶縁基板３０との境界に、液状の封止樹脂６０が入り込むことがさらに抑制される。
【００５１】
また、仮固定工程後に、樹脂フィルム１２０で、絶縁基板３０、パワー半導体素子２０、焼結性金属接合材９０及びリードフレーム５０，５５を覆うことで、それらの仮固定をより強固にできる。これにより、絶縁基板３０の上に積み重ねられたパワー半導体素子２０等の位置ずれを抑制することができる。
【００５２】
ヒートシンク付きパワーモジュール１０Ａ及びその製造方法における他の構成は、ヒートシンク付きパワーモジュール１０及びその製造方法と同様である。従って、ヒートシンク付きパワーモジュール１０Ａ及びその製造方法における他の構成は、ヒートシンク付きパワーモジュール１０及びその製造方法での説明のとおりである。
【００５３】
他の実施形態．
本発明に係るパワーモジュール及びその製造方法は、前述の実施の形態に限らずその要旨の範囲内において変更可能である。例えば、上記に示したヒートシンク付きパワーモジュールの製造方法では、一つのヒートシンク付きパワーモジュールを例示してその製造方法を示した。しかし、本発明に係るパワーモジュールの製造方法は、上記に限られず、例えば、複数のリードフレーム５０，５５が連結された状態で、複数のパワー半導体素子２０等を一括で、封止及び焼結しても構わない。
【００５４】
また、上記の実施の形態では、焼結性金属接合材の加熱温度Ｔ１を２５０℃、加圧力Ｐ１を１０ＭＰａ、加熱時間を１０分としたが、これらは一例である。従って、これらの値は、材料の選択や焼結性金属接合材の厚み、接合強度等を考慮して、他の値でもよい。
【００５５】
また、上記の実施の形態では、ヒートシンク８０とパワーモジュール１１０とをはんだ接合するために、絶縁基板３０の熱拡散用層３４を露出させた。しかし、図１７に示すように、ヒートシンク８０とパワーモジュール１１０Ａとを接着剤７２により接合させる場合には、絶縁基板３０を封止樹脂６０から露出させる必要はない。さらに、上記の実施の形態では、リードフレーム５０，５５とパワー半導体素子２０との接合に焼結性金属接合材９２，９４を用いたが、リードフレーム５０，５５とパワー半導体素子２０との接合には、他の接合材、接合方法を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
２０  パワー半導体素子、３０  絶縁基板、４０，４２，４４  接合層、６０  封止樹脂、９０，９２，９４  焼結性金属接合材、１１０，１１０Ａ  パワーモジュール、１２０  樹脂フィルム、Ｐ１  第１の加圧力、Ｐ２  第２の加圧力、Ｔ１  第１の加熱温度、Ｔ２  第２の加熱温度
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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