(57)【要約】【課題】絶縁基板にかかる応力を軽減して、絶縁基板が破損することを防止できる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置は、半導体素子１をおもて面に搭載した導電性板３２と、半導体素子１と導電性板３２の少なくともおもて面を内部に封入する封止樹脂４と、導電性板３２と接続され、封止樹脂４から外部に表出する外部接続端子６と、を備える。外部接続端子６が座屈部６１または伸縮部を有している。また、外部接続端子６はノッチ６２を有してもよい、座屈部はノッチ６２の部分である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子をおもて面に搭載した導電性板と、
前記半導体素子と導電性板の少なくともおもて面とを内部に封入する封止樹脂と、
前記導電性板と接続され、前記封止樹脂から外部に表出する外部接続端子と、
を備え、
前記外部接続端子が座屈部または伸縮部を有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記外部接続端子はノッチを有し、前記座屈部は前記ノッチの部分であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記外部接続端子は、前記座屈部の角度が、１２０°以上、１７７°以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記外部接続端子は、外部に表出する端子と前記伸縮部とを備え、
前記伸縮部は、前記導電性板と前記端子との間に設けられた接合材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記外部接続端子は、下部導電性板と、上部導電性板と、前記下部導電性板と前記上部導電性板とを接続する端子と、前記伸縮部とを備え、
前記伸縮部は、前記導電性板と前記下部導電性板との間に設けられた接合材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記下部導電性板は、中空構造を有し、
前記端子の前記座屈部は前記中空構造中に設けられてい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】
前記外部接続端子は、下部導電性板と、上部導電性板と、前記伸縮部とを備え、
前記伸縮部は、前記導電性板と前記下部導電性板との間、および前記上部導電性板と前記下部導電性板との間に設けられた接合材であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
一端が前記半導体素子に接合されたインプラントピンの他端が圧入された内部配線板を備え、
前記内部配線板が、前記接合材に接続されることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記外部接続端子は、上部導電性板と、前記伸縮部とを備え、
前記伸縮部は、前記導電性板と前記上部導電性板との間に設けられた接合材であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記外部接続端子は、上部導電性板と、前記導電性板と前記上部導電性板とを接続する端子と、前記伸縮部とを備え、
前記伸縮部は、前記導電性板と前記端子との間に設けられた接合材であることを特徴とする請求項１〜３に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記外部接続端子は、下部導電性板と、前記伸縮部と、外部に表出する端子とを備え、
前記伸縮部は、前記下部導電性板と前記導電性板との間に設けられた接合材であることを特徴とする請求項１〜３に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記伸縮部は、前記導電性板と前記端子との間、および前記上部導電性板と前記端子との間に設けられた接合材であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記伸縮部は、前記下部導電性板と前記導電性板との間、および前記下部導電性板と前記端子との間に設けられた接合材であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記外部接続端子が前記導電性板にかける圧力は、前記導電性板の曲げ強度の８０％より小さいことを特徴とする請求項１〜５、９〜１３のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記接合材は、はんだであることを特徴とする請求項４〜１３のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記接合材にかかる荷重は、前記導電性板の曲げ強度の９０％より小さいことを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置。
【請求項１７】
半導体素子をおもて面に搭載した導電性板に、前記半導体素子と接続された外部接続端子を立設する第１工程と、
モールド金型内に前記導電性板を設置する第２工程と、
前記モールド金型に圧力を加え、前記外部接続端子を座屈または収縮させる第３工程と、
前記モールド金型内に封止樹脂を注入し、前記半導体素子と前記導電性板の少なくともおもて面とを内部に封入する第４工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を中心として、パワー半導体モジュールが電力変換装置に広く用いられるようになっている。パワー半導体モジュールは１つまたは複数のパワー半導体チップを内蔵して変換接続の一部または全体を構成するパワー半導体デバイスである。
【０００３】
パワー半導体モジュールは、薄型化、小型化、大電流容量化する傾向にある。従って、端子ケース、蓋をなくしたモールドタイプのパワー半導体モジュールがある。図１７は、従来のモールド構造のパワー半導体モジュールの構造を示す側面図である。パワー半導体モジュールは、パワー半導体チップ１０１と、接合材１０２と、積層基板１０３と、封止絶縁材料１０４と、外部接続端子１０６と、内部配線板１０８と、インプラントピン１０９とを備える。パワー半導体チップ１０１は、ＩＧＢＴまたはダイオード等のパワー半導体チップであり、積層基板１０３の接合材１０２を介して導電性板上に搭載される。セラミック基板等の絶縁基板のおもて面に銅などの導電性板が備えられ、裏面に銅などの放熱板が備えられたものを積層基板１０３と称する。外部接続端子１０６は、積層基板１０３上に固定され、封止絶縁材料１０４から外部に突き出ている。インプラントピン１０９は、接合材１０２を介してパワー半導体チップ１０１と内部配線板１０８とを電気的に接続している。また、インプラントピン１０９は、接合材１０２を介して、内部配線板１０８と導電性板とを電気的に接続している。封止絶縁材料１０４は、積層基板１０３の導電性板およびパワー半導体チップ１０１を封止している。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１５１２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、絶縁基板には、セラミックスが用いられてきた。セラミックスは、熱伝導率が高いため、パワー半導体チップ１０１から生じた熱を外部に逃すことが容易になる。また、熱膨張率がパワー半導体チップ１０１や封止絶縁材料１０４と同程度である。そのため、ヒートサイクル時の熱応力が小さく、モジュールの反りを抑え、封止絶縁材料１０４と積層基板１０３が剥離しにくいという利点がある。しかしながら、セラミックスは曲げ強度が低いため、小さい応力により、絶縁基板が破損すること、例えばひびが入ったり、割れたりすることがある。例えば、モールドタイプのパワー半導体モジュールを作製（製造）する際に金型から応力が外部接続端子にかかり、この応力により絶縁基板にひびが入ったり、割れたりすることがある。この場合、絶縁基板の絶縁性が低下して、パワー半導体モジュールの信頼性が低下するという問題がある。
【０００６】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、絶縁基板にかかる応力を軽減して、絶縁基板が破損することを防止できる半導体装置および半導体装置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】
【０００７】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。半導体素子をおもて面に搭載した導電性板と、前記半導体素子と導電性板の少なくともおもて面とを内部に封入する封止樹脂と、前記導電性板と接続され、前記封止樹脂から外部に表出する外部接続端子と、を備える。前記外部接続端子が座屈部または伸縮部を有している。
【０００８】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、外部接続端子はノッチを有し、前記座屈部は前記ノッチの部分であることを特徴とする。
【０００９】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記外部接続端子は、前記座屈部の角度が、１２０°以上、１７７°以下であることを特徴とする。
【００１０】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記外部接続端子は、外部に表出する端子と前記伸縮部とを備え、前記伸縮部は、前記導電性板と前記端子との間に設けられた接合材であることを特徴とする。
【００１１】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記外部接続端子は、下部導電性板と、上部導電性板と、前記下部導電性板と前記上部導電性板とを接続する端子と、前記伸縮部とを備え、前記伸縮部は、前記導電性板と前記下部導電性板との間に設けられた接合材であることを特徴とする。
【００１２】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記下部導電性板は、中空構造を有し、前記端子の前記座屈部は前記中空構造中に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記外部接続端子は、下部導電性板と、上部導電性板と、前記伸縮部とを備え、前記伸縮部は、前記導電性板と前記下部導電性板との間、および前記上部導電性板と前記下部導電性板との間に設けられた接合材であることを特徴とする。
【００１４】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、一端が前記半導体素子に接合されたインプラントピンの他端が圧入された内部配線板を備え、前記内部配線板が、前記接合材に接続されることを特徴とする。
【００１５】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記外部接続端子は、上部導電性板と、前記伸縮部とを備え、前記伸縮部は、前記導電性板と前記上部導電性板との間に設けられた接合材であることを特徴とする。
【００１６】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記外部接続端子は、上部導電性板と、前記導電性板と前記上部導電性板とを接続する端子と、前記伸縮部とを備え、前記伸縮部は、前記導電性板と前記端子との間に設けられた接合材であることを特徴とする。
【００１７】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記外部接続端子は、下部導電性板と、前記伸縮部と、外部に表出する端子とを備え、前記伸縮部は、前記下部導電性板と前記導電性板との間に設けられた接合材であることを特徴とする。
【００１８】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記伸縮部は、前記導電性板と前記端子との間、および前記上部導電性板と前記端子との間に設けられた接合材であることを特徴とする。
【００１９】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記伸縮部は、前記下部導電性板と前記導電性板との間、および前記下部導電性板と前記端子との間に設けられた接合材であることを特徴とする。
【００２０】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記外部接続端子が前記導電性板にかける圧力は、前記導電性板の曲げ強度の８０％より小さいことを特徴とする。
【００２１】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記接合材は、はんだであることを特徴とする。
【００２２】
また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記接合材にかかる荷重は、前記導電性板の曲げ強度の９０％より小さいことを特徴とする。
【００２３】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、半導体素子をおもて面に搭載した導電性板に、前記半導体素子と接続された外部接続端子を立設する第１工程を行う。次に、モールド金型内に前記導電性板を設置する第２工程を行う。次に、前記モールド金型に圧力を加え、前記外部接続端子を座屈または収縮させる第３工程を行う。次に、前記モールド金型内に封止樹脂を注入し、前記半導体素子と前記導電性板の少なくともおもて面とを内部に封入する第４工程を行う。
【００２４】
上述した発明によれば、外部接続端子が、導電性板と接続され、絶縁封止材料から外部に立設している。これにより、放熱面に余分な樹脂がなく、放熱性の良い半導体モジュールが得られる。また、パワー半導体モジュールの反りが抑えられる。また、外部接続端子が、座屈部を有している。これにより外部からの過剰な荷重を吸収でき、積層基板（絶縁基板）にかかる応力を低減している。このように、パワー半導体モジュールを作製する際に金型からかかる過剰な応力が外部接続端子に吸収される。このため、積層基板にかかる応力が低減され、積層基板が破損することを防止できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、絶縁基板にかかる応力を軽減して、絶縁基板が破損することを防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す側面図である。
【図２Ａ】実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの外部接続端子の一例を示す断面図である（その１）。
【図２Ｂ】実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの外部接続端子の一例を示す断面図である（その２）。
【図３】実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの製造途中の状態を示す断面図である（その１）。
【図４】実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの製造途中の状態を示す断面図である（その２）。
【図５】実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの製造途中の状態を示す断面図である（その３）。
【図６】実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの製造途中の状態を示す断面図である（その４）。
【図７】実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す側面図である。
【図８】実施の形態３にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す側面図である。
【図９】実施の形態４にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す側面図である。
【図１０】実施の形態５にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す側面図である。
【図１１】実施の形態６にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す側面図である。
【図１２】実施の形態７にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す側面図である。
【図１３】実施の形態８にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す側面図である。
【図１４】外部接続端子長と座屈応力との関係を示すグラフである。
【図１５】各種はんだ材料の特性を示す表である。
【図１６】伸縮部の圧縮変位計算モデルを示す図である。
【図１７】従来のフルモールド構造のパワー半導体モジュールの構造を示す側面図である。
【図１８】各種セラミックの特性を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。発明者らは、鋭意研究の結果、外部接続端子に座屈部または伸縮部を設けることで、絶縁基板にかかる応力を軽減して、絶縁基板が破損することを防止できることを見出した。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す側面図である。パワー半導体モジュールにおいては、絶縁基板３１の一方の面であるおもて面に銅などの導電性板３２、他方の面である裏面には銅などの放熱板３３が配置されて積層基板３を構成する。積層基板３の導電性板３２のおもて面には、図示しない接合材を介して、複数のパワー半導体チップ１が搭載されている。さらにパワー半導体チップ１のおもて面には、インプラントピン９を介して、内部配線板８が接続される。また、内部配線板８から、別のインプラントピン９を介して、積層基板３の導電性板３２が接続される。そして、これらの部材の表面は、封止絶縁材料４で被覆されている。
【００２９】
パワー半導体チップ１は、シリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）等の材料からなる。パワー半導体チップ１は、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏr）等のスイッチング素子を含んでいる。このようなパワー半導体チップ１は、例えば、裏面にドレイン電極（または、コレクタ電極）を、おもて面にゲート電極およびソース電極（または、エミッタ電極）をそれぞれ備えている。
【００３０】
また、パワー半導体チップ１は、必要に応じて、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等のダイオードを含んでいる。このようなパワー半導体チップ１は、裏面にカソード電極を、おもて面にアノード電極をそれぞれ備えている。上記のパワー半導体チップ１は、その裏面側の電極が所定の導電性板３２のおもて面に接合材（図示を省略）により接合されている。
【００３１】
積層基板３は、絶縁基板３１と、絶縁基板３１の裏面に形成された放熱板３３と、絶縁基板３１のおもて面に形成された導電性板３２とを有している。絶縁基板３１は、熱伝導性に優れた、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の高熱伝導性のセラミックスにより構成されている。放熱板３３は、熱伝導性に優れた銅、アルミニウム、鉄、銀、または、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属により構成されている。導電性板３２は、導電性に優れた銅、アルミニウム、または、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属により構成されている。このような構成を有する積層基板３として、例えば、ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板、ＡＭＢ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍｅｔａｌ  Ｂｌａｚｅｄ）基板を用いることができる。積層基板３は、パワー半導体チップ１で発生した熱を導電性板３２、絶縁基板３１および放熱板３３を介して半導体装置外部に伝導させることができる。
【００３２】
封止絶縁材料４は、熱硬化性樹脂、または熱可塑樹脂を用いることができる。更に、密着助剤を含んでいてもよい。また、目的に応じて、無機充填剤として、例えば、シリカ、酸化アルミニウム、窒化ボロン、窒化アルミニウムなどの無機粒子からなるマイクロフィラーやナノフィラーを含んでいてもよい。
【００３３】
接合材は、はんだ、導電性接着剤、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）ナノ粒子等の金属焼結体等を用いることができる。
【００３４】
積層基板３の回路パターンを構成する導電性板３２の所定箇所には、外部接続端子６が、接合している。また、導電性板３２には、複数のパワー半導体チップ１が、接合材を介して接合している。パワー半導体チップ１の上方には、内部配線板８が配置され、インプラントピン９が、接合材を介して、パワー半導体チップ１と内部配線板８、および内部配線板８と導電性板３２に接合している。
【００３５】
内部配線板８は、セラミックスあるいは樹脂からなる絶縁基板に、配線をなす金属層が接合してなる。金属層は、片面、両面、または、多層構造のいずれであってもよい。積層基板と、該積層基板の金属層、絶縁基板を貫通して形成されたビアホールに挿入されたインプラントピン９とで構成される。ビアホールの内面には、配線の金属層に導通する金属層が形成されており、この内面の金属層がインプラントピン９と導通している。インプラントピン９は、電気抵抗が少なく、熱伝導性がよい、銅、アルミニウム、鉄、銀、または、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属により構成されている。また、耐食性やはんだ付け性のために、表面にニッケルや錫などのめっき膜があってもよい。
【００３６】
外部接続端子６は、電気抵抗が少なく、熱伝導性がよい、銅、アルミニウム、鉄、銀、または、少なくともこれらの一種を含む合金等の金属により構成されている。より好ましくは、無酸素銅、タフピッチ銅、リン脱酸銅、リン青銅により構成されている。また、耐食性やはんだ付け性のために、ニッケルや錫などのめっき膜が形成されていてもよい。また、外部接続端子６は、図１に示すように外部接続端子６は、座屈部６１を有している。座屈とは、外部接続端子６のような棒状部材に加える軸圧縮荷重を次第に増加すると、ある荷重で急に曲げ様式の変形を生じて、横に大きなたわみを生ずることをいう。座屈部６１は、このような座屈により曲げ変形が生じている部分である。座屈部６１は、くの字形状や弓なり形状であり、１８０°未満の角度αを有する。この座屈部６１により外部からの過剰な荷重を吸収でき、積層基板３にかかる応力を低減できる。このため、パワー半導体モジュールを作製する際に金型からの過剰な応力が外部接続端子６にかかるが、外部接続端子６が応力を吸収できるため、積層基板３にかかる応力が低減して、積層基板３にひびが入ったり、割れたりすることを防止できる。更に、座屈部６１により、外部接続端子６が引き抜け難くなる効果もある。
【００３７】
また、外部接続端子６は、座屈しやすいようにノッチを有し、ノッチの部分で座屈してもよい。また、ノッチは、より座屈しやすいように外部接続端子６の中間の部分に入れることが好ましい。図２Ａ、図２Ｂは、実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの外部接続端子の一例を示す断面図である。図２Ａでは、ノッチ６２として、くの字型の部分を設けて、この部分で座屈が生じやすくしている。図２Ｂでは、ノッチ６２として、径の細い部分を設けて、この部分で座屈が生じやすくしている。これらのくの字型の部分、径の細い部分はノッチ６２の一例であり、他の形状であってもかまわない。例えば、外部接続端子６の断面を円にして、一部を星形や十字型にすることによりノッチ６２を設けてもよい。
【００３８】
実施の形態１のパワー半導体モジュールは、以下のようにして製造される。図３〜図６は、実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールの製造途中の状態を示す断面図である。製造方法では、まず、絶縁基板３１のおもて面に導電性板３２が設けられ、裏面に放熱板３３が設けられた積層基板３を用意する。また、所定の位置に、金属層、絶縁基板、金属層を貫通する電気接続用のビアホールが形成された内部配線板８を用意する。次に、内部配線板８のビアホールに、インプラントピン９を圧入する。
【００３９】
次に、積層基板３に設けられた導電性板３２のおもて面にパワー半導体チップ１を配置し、パワー半導体チップ１と、導電性板３２とを接合材で電気的に接続する。次に、パワー半導体チップ１および導電性板３２の所定の位置に、接合材を介して、内部配線板８から伸びたインプラントピン９を配置する。そして、接合材を溶融または焼結させて両者を接合する。
【００４０】
次に、導電性板３２の所定の位置に外部接続端子６を接合材を介して配置し、接合材を溶融または焼結させて両者を接合する。なお、導電性板３２にあらかじめ孔や溝を形成し、そこに外部接続端子６を圧入してもよい。このようにして、パワー半導体回路部材を組み立てる。ここまでの状態が図３に記載される。
【００４１】
次に、樹脂成形用の下側モールド金型１２に、パワー半導体回路部材をセットする。この際、下側モールド金型１２に設けられた溝１４に外部接続端子６が入るようにセットする。ここまでの状態が図４に記載される。
【００４２】
次に、樹脂成形用の上側モールド金型１３に、パワー半導体回路部材をセットする。この際、上側モールド金型１３と放熱板３３が接するようにセットする。ここまでの状態が図５に記載される。なお、図４、図５では、下側モールド金型１２をセットして、その後に上側モールド金型１３をセットしているが逆でもかまわない。
【００４３】
ここで、外部接続端子６を加えたパワー半導体回路部材の高さＬは、下側モールド金型１２の内面の高さＬ１と、下側モールド金型１２の溝１４の深さＬ２と、上側モールド金型１３の内面の高さＬ３との和よりも大きくなっている（Ｌ＞Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）。このため、下側モールド金型１２と上側モールド金型１３との間に隙間１５が生じている。
【００４４】
このような状態で、モールド金型内に、封止絶縁材料４を注入すると隙間１５から樹脂漏れが発生する。このため、次に、下側モールド金型１２に矢印Ａ方向の圧力と上側モールド金型１３に矢印Ｂ方向の圧力を加え、型締めを行う。この型締めにより、下側モールド金型１２と上側モールド金型１３が密着して、隙間１５が無くなる。また、放熱板３３が上側モールド金型１３により強く押しつけられることにより、積層基板３の反りが抑えられる。また、外部接続端子６が下側モールド金型１２により強く押しつけられることにより、外部接続端子６が座屈して、積層基板３の破損を防ぐことができる。ここまでの状態が図６に記載される。
【００４５】
次に、樹脂成形用のモールド金型内に、エポキシなどの硬質樹脂からなる封止絶縁材料４を充填する。封止絶縁材料４の成形は、トランスファー成形、射出成形でもよい。これにより、図１に示す実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールが完成する。成形時に放熱板３３が上側モールド金型１３により強く押しつけられることにより、封止絶縁材料４が放熱板３３と上側モールド金型１３との間に入り込むことを防ぐことができる。そのため、放熱板３３の裏面に余分な樹脂がなく、放熱性の良い半導体モジュールができる。また、成形時の樹脂の硬化収縮に起因するパワー半導体モジュールの反りが抑えられる。
【００４６】
以上、説明したように、実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールによれば、外部接続端子が、導電性板と接続され、絶縁封止材料から外部に立設している。これにより、放熱面に余分な樹脂がなく、放熱性の良い半導体モジュールが得られる。また、パワー半導体モジュールの反りが抑えられる。また、実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールによれば、外部接続端子が、座屈部を有している。これにより外部からの過剰な荷重を吸収でき、積層基板にかかる応力を低減している。このように、パワー半導体モジュールを作製する際に金型からかかる過剰な応力が外部接続端子に吸収される。このため、積層基板にかかる応力が低減され、積層基板が破損することを防止できる。
【００４７】
図示は省略するが、実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールにおいて、外部接続端子６は、外部に表出する端子と、端子と導電性板３２と間に設けた接合材２とを有する形態でもよい。接合材２は、はんだ等の柔らかい材料からなる伸縮部である。このようなパワー半導体モジュールによれば、外部接続端子６が、座屈部と伸縮部とを有している。このため、座屈部と伸縮部とにより、外部からの荷重を吸収でき、積層基板にかかる応力が低減され、積層基板が破損することを防止できる。
【００４８】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールの構造について説明する。図７は、実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールが実施の形態１にかかるパワー半導体モジュールと異なる点は、外部接続端子６がインプラントピン９１、下部導電性板１６、上部導電性板１７と接合材２からなり、導電性板３２と下部導電性板１６との間に接合材２が設けられていることである。
【００４９】
実施の形態２では、インプラントピン９１が下部導電性板１６および上部導電性板１７に圧入され、下部導電性板１６が接合材２で導電性板３２と接合している。接合材２は、はんだ等の柔らかい材料からなる伸縮部である。金型から応力を掛けられたとき、伸縮部が収縮することにより応力を吸収する。このため、接合材２により、積層基板３にかかる応力を低減させることができる。図７では、下部導電性板１６と上部導電性板１７との間にインプラントピン９１が２本設けられているが３本以上でもよい。この本数は、インプラントピン９１の電気抵抗と電流許容により決定される。また、インプラントピン９１は、実施の形態１の外部接続端子６と同様に座屈部を有することが好ましい。座屈部により応力を吸収できるためである。さらに、インプラントピン９１は、実施の形態１の図２Ａ、図２Ｂのように座屈しやすいようにノッチを有し、ノッチの部分で座屈してもよい。
【００５０】
また、実施の形態２では、下部導電性板１６があることにより、実施の形態１の外部接続端子６より、広い面で積層基板３を押すことになる。そのため、積層基板３にかかる圧力が低くなる。さらに、実施の形態２では上部導電性板１７が面で下側モールド金型１２と接する。このため、実施の形態１のように、下側モールド金型１２に溝１４を設け、外部接続端子６を溝１４に合わせる作業が不要となる。また、下部導電性板１６は、熱容量体として機能するため、パワー半導体チップ１の熱を吸収することができる。
【００５１】
実施の形態２のパワー半導体モジュールは、実施の形態１のパワー半導体モジュールと同様の方法で製造される。例えば、実施の形態１では、導電性板３２の所定の位置に外部接続端子６を接合材２を介して配置し、接合材２を溶融または焼結させて両者を接合している。その代わりに、実施の形態２では、導電性板３２の所定の位置に下部導電性板１６を接合材２を介して配置し、接合材２を溶融または焼結させて両者を接合する。次に、下部導電性板１６にインプラントピン９１を圧入して、インプラントピン９１の上端（下部導電性板１６が接続される端と反対側の端）に上部導電性板１７を圧入する。
【００５２】
また、下部導電性板１６および上部導電性板１７にインプラントピン９１を事前に圧入して、外部接続端子６を組み立てておいてから、導電性板３２の所定の位置に外部接続端子６を接合材２を介して配置してもよい。
【００５３】
以上、説明したように、実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールによれば、外部接続端子が、座屈部と伸縮部を有している。座屈部と伸縮部とにより外部からの荷重を吸収でき、実施の形態２は、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５４】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかるパワー半導体モジュールの構造について説明する。図８は、実施の形態３にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。実施の形態３にかかるパワー半導体モジュールが実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールと異なる点は、インプラントピン９１の代わりに上部接合材２１が設けられていることである。
【００５５】
上部接合材２１は、接合材２と同様に、はんだ等の柔らかい材料からなる伸縮部である。また、上部接合材２１は、接合材２と異なり、下部導電性板１６と上部導電性板１７との間の全面に設けられず、例えば、棒状の形状である。これは、接触面積が大きいと、上部接合材２１が縮みにくく、外部からの応力を低減する量が少なくなるためである。
【００５６】
また、上部接合材２１は、はんだ等の柔らかい材料からなるため、インプラントピン９と同じ高さにすることができない。このため、実施の形態３では、下部導電性板１６の高さｈを実施の形態２の場合よりも高くしている。上部導電性板１７の高さを高くすることも可能であるが、この場合、上部導電性板１７が重くなるため、この重さにより上部接合材２１が縮んでしまうため、外部からの応力を低減する量が少なくなる。このため、下部導電性板１６の高さｈを高くする方が好ましい。
【００５７】
実施の形態３では、金型から応力を掛けられたとき、伸縮部が収縮することにより応力を吸収する。このため、上部接合材２１および接合材２により、積層基板３にかかる応力を低減させることができる。図８では、下部導電性板１６と上部導電性板１７との間に上部接合材２１が２本設けられているが３本以上でもよい。この本数は、上部接合材２１の電気抵抗と電流許容により決定される。
【００５８】
実施の形態３のパワー半導体モジュールは、実施の形態２のパワー半導体モジュールと同様の方法で製造される。例えば、実施の形態２では、下部導電性板１６にインプラントピン９１を圧入して、インプラントピン９１の上端に上部導電性板１７を接続している。その代わりに、実施の形態３では、下部導電性板１６の所定の位置に上部導電性板１７を上部接合材２１を介して配置し、上部接合材２１を溶融または焼結させて両者を接合する。
【００５９】
また、下部導電性板１６と上部導電性板１７との間に上部接合材２１を配置し、上部接合材２１を溶融または焼結させて両者を接合して、事前に、外部接続端子６を組み立てておいてから、導電性板３２の所定の位置に外部接続端子６を接合材２を介して配置してもよい。
【００６０】
以上、説明したように、実施の形態３にかかるパワー半導体モジュールによれば、外部接続端子が、伸縮部を有している。このため、実施の形態２と同様の効果を有する。
【００６１】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４にかかるパワー半導体モジュールの構造について説明する。図９は、実施の形態４にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。実施の形態４にかかるパワー半導体モジュールが実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールと異なる点は、下部導電性板１６に中空構造１８が設けられ、インプラントピン９１が接合材２を介して導電性板３２と接合していることである。
【００６２】
実施の形態４では、下部導電性板１６には、下部導電性板１６を貫通するビアホールが設けられ、このビアホールにインプラントピン９１が圧入されている。また、インプラントピン９１は、実施の形態１の外部接続端子６と同様に座屈部を有することが好ましい。座屈部により応力を吸収できるためである。さらに、インプラントピン９１は、実施の形態１の図２Ａ、図２Ｂのように座屈しやすいようにノッチを有し、ノッチの部分で座屈してもよい。
【００６３】
また、インプラントピン９１は表面がスズ（Ｓｎ）めっきされており、封止絶縁材料４との接触性が悪く、インプラントピン９１が抜けやすくなっている。このため、インプラントピン９１の座屈部が中空構造１８の中に設けられるのが好ましい。この場合、外部接続端子６が中空構造１８の中で座屈して変形することにより、アンカー効果でインプラントピン９１が抜けにくくなるためである。
【００６４】
実施の形態４でも、金型から応力を掛けられたとき、座屈部が座屈することおよび伸縮部が収縮することにより応力を吸収する。このため、インプラントピン９１および接合材２により、積層基板３にかかる応力を低減させることができる。図９では、導電性板３２と上部導電性板１７との間にインプラントピン９１が２本設けられているが３本以上でもよい。この本数は、インプラントピン９１の電気抵抗と電流許容により決定される。
【００６５】
実施の形態４のパワー半導体モジュールは、実施の形態２のパワー半導体モジュールと同様の方法で製造される。例えば、実施の形態２では、導電性板３２の所定の位置に下部導電性板１６を接合材２を介して配置している。実施の形態３では、その代わりに、導電性板３２の所定の位置にインプラントピン９１および中空構造１８を有する下部導電性板１６を接合材２を介して配置する。
【００６６】
また、中空構造１８を有する下部導電性板１６および上部導電性板１７にインプラントピン９１を事前に圧入して、外部接続端子６を組み立てておいてから、導電性板３２の所定の位置に外部接続端子６を接合材２を介して配置してもよい。
【００６７】
以上、説明したように、実施の形態４にかかるパワー半導体モジュールによれば、外部接続端子が、座屈部および伸縮部を有している。このため、実施の形態１と同様の効果を有する。また、実施の形態４では、下部導電性板に中空構造が設けられ、外部接続端子が中空構造の中で座屈して変形することにより、アンカー効果で外部接続端子が抜けにくくなる。
【００６８】
（実施の形態５）
次に、実施の形態５にかかるパワー半導体モジュールの構造について説明する。図１０は、実施の形態５にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。実施の形態５にかかるパワー半導体モジュールが実施の形態３にかかるパワー半導体モジュールと異なる点は、内部配線板８が上部接合材２１と接合されていることである。
【００６９】
具体的には、内部配線板８の金属層と上部接合材２１が接合されている。このため、パワー半導体チップから生じた熱をインプラントピン９、内部配線板８、上部導電性板１７を介して外部に放出できる。
【００７０】
実施の形態５でも、金型から応力を掛けられたとき、伸縮部が収縮することにより応力を吸収する。このため、上部接合材２１および接合材２により、積層基板３にかかる応力を低減させることができる。図１０では、下部導電性板１６と上部導電性板１７との間に上部接合材２１が２本設けられているが３本以上でもよい。この本数は、上部接合材２１の電気抵抗と電流許容により決定される。
【００７１】
実施の形態５のパワー半導体モジュールは、実施の形態３のパワー半導体モジュールと同様の方法で製造される。例えば、実施の形態３では、下部導電性板１６の所定の位置に上部導電性板１７を上部接合材２１を介して配置している。実施の形態５では、その代わりに、下部導電性板１６の所定の位置に内部配線板８を上部接合材２１を介して配置し、内部配線板８の所定の位置に上部導電性板１７を上部接合材２１を介して配置する。
【００７２】
また、内部配線板８の所定の位置に上部導電性板１７および下部導電性板１６を上部接合材２１を介して配置しておき、導電性板３２の所定の位置に下部導電性板１６を接合材２を介して配置してもよい。
【００７３】
以上、説明したように、実施の形態５にかかるパワー半導体モジュールによれば、外部接続端子が、伸縮部を有している。このため、実施の形態２と同様の効果を有する。また、実施の形態５では、内部配線板と上部接合材が接合されている。このため、パワー半導体チップから生じた熱を上部導電性板を介して外部に放出できる。
【００７４】
（実施の形態６）
次に、実施の形態６にかかるパワー半導体モジュールの構造について説明する。図１１は、実施の形態６にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。実施の形態６にかかるパワー半導体モジュールが実施の形態４にかかるパワー半導体モジュールと異なる点は、中空構造を有する下部導電性板１６が設けられていないことである。
【００７５】
また、インプラントピン９１は、実施の形態１の外部接続端子６と同様に座屈部を有することが好ましい。座屈部により応力を吸収できるためである。さらに、インプラントピン９１は、実施の形態１の図２Ａ、図２Ｂのように座屈しやすいようにノッチを有し、ノッチの部分で座屈してもよい。
【００７６】
実施の形態６でも、金型から応力を掛けられたとき、座屈部が座屈することおよび伸縮部が収縮することにより応力を吸収する。このため、インプラントピン９１および接合材２により、積層基板３にかかる応力を低減させることができる。図１１では、導電性板３２と上部導電性板１７との間にインプラントピン９１が２本設けられているが３本以上でもよい。この本数は、インプラントピン９１の電気抵抗と電流許容により決定される。
【００７７】
実施の形態６のパワー半導体モジュールは、実施の形態４のパワー半導体モジュールと同様の方法で製造される。例えば、実施の形態４では、導電性板３２の所定の位置にインプラントピン９１および中空構造を有する下部導電性板１６を接合材２を介して配置している。実施の形態６では、その代わりに、導電性板３２の所定の位置にインプラントピン９１を接合材２を介して配置する。
【００７８】
また、上部導電性板１７にインプラントピン９１を事前に圧入して、外部接続端子６を組み立てておいてから、導電性板３２の所定の位置に外部接続端子６を接合材２を介して配置してもよい。
【００７９】
以上、説明したように、実施の形態６にかかるパワー半導体モジュールによれば、外部接続端子が、座屈部および伸縮部を有している。このため、実施の形態２と同様の効果を有する。
【００８０】
ここで、実施の形態６は、実施の形態２にかかるパワー半導体モジュール（図７参照）から、下部導電性板１６を除去し、インプラントピン９１と導電性板３２と間に接合材２が設けた形態である。図示は省略するが、実施の形態２にかかるパワー半導体モジュールから上部導電性板１７を除去し、インプラントピン９１を外部に表出し、下部導電性板１６と導電性板３２と間に接合材２が設けた形態でもかまわない。この場合も座屈部および伸縮部を有している。このため、実施の形態２と同様の効果を有する。更に、下部導電性板１６と導電性板３２との間だけでなく、下部導電性板１６とインプラントピン９１との間に接合材２が設けられた形態でも構わない。この場合も座屈部および伸縮部を有している。このため、実施の形態２と同様の効果を有する。
【００８１】
（実施の形態７）
次に、実施の形態７にかかるパワー半導体モジュールの構造について説明する。図１２は、実施の形態７にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。実施の形態７にかかるパワー半導体モジュールが実施の形態６にかかるパワー半導体モジュールと異なる点は、インプラントピン９１と上部導電性板１７との間に上部接合材２１が設けられていることである。
【００８２】
実施の形態７では、上部接合材２１も伸縮部として機能する。このため、実施の形態６よりも積層基板３にかかる応力を低減させることができる。また、インプラントピン９１は、実施の形態１の外部接続端子６と同様に座屈部を有することが好ましい。座屈部により応力を吸収できるためである。さらに、インプラントピン９１は、実施の形態１の図２Ａ、図２Ｂのように座屈しやすいようにノッチを有し、ノッチの部分で座屈してもよい。
【００８３】
実施の形態７でも、金型から応力を掛けられたとき、座屈部が座屈することおよび伸縮部が収縮することにより応力を吸収する。このため、インプラントピン９１、接合材２および上部接合材２１により、積層基板３にかかる応力を低減させることができる。図１２では、導電性板３２と上部導電性板１７との間にインプラントピン９１が２本設けられているが３本以上でもよい。この本数は、インプラントピン９１の電気抵抗と電流許容により決定される。
【００８４】
実施の形態７のパワー半導体モジュールは、実施の形態６のパワー半導体モジュールと同様の方法で製造される。例えば、実施の形態６では、上部導電性板１７とインプラントピン９１を圧入している。実施の形態７では、その代わりに、上部導電性板１７の所定の位置にインプラントピン９１を上部接合材２１を介して配置し、上部接合材２１を溶融または焼結させて両者を接合する。
【００８５】
また、上部導電性板１７の所定の位置にインプラントピン９１を事前に接合して、外部接続端子６を組み立てておいてから、導電性板３２の所定の位置に外部接続端子６を接合材２を介して配置してもよい。
【００８６】
以上、説明したように、実施の形態７にかかるパワー半導体モジュールによれば、外部接続端子が、座屈部および伸縮部を有している。このため、実施の形態２と同様の効果を有する。また、実施の形態７では、上部導電性板とインプラントピンとの間に伸縮部を有しているため、積層基板にかかる応力を実施の形態６よりも低減することができる。
【００８７】
（実施の形態８）
次に、実施の形態８にかかるパワー半導体モジュールの構造について説明する。図１３は、実施の形態８にかかるパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。実施の形態８にかかるパワー半導体モジュールが実施の形態６にかかるパワー半導体モジュールと異なる点は、インプラントピン９１が設けられていなく、導電性板３２と上部導電性板１７との間に接合材２が設けられていることである。
【００８８】
実施の形態８の接合材２は、他の実施の形態の接合材２と異なり、導電性板３２と上部導電性板１７との間の全面に設けられず、例えば、棒状の形状である。これは、接触面積が大きいと、接合材２が縮みにくく、外部からの応力を低減する量が少なくなるためである。
【００８９】
実施の形態８でも、金型から応力を掛けられたとき、伸縮部が収縮することにより応力を吸収する。このため、接合材２により、積層基板３にかかる応力を低減させることができる。図１３では、導電性板３２と上部導電性板１７との間に接合材２が２本設けられているが３本以上でもよい。この本数は、接合材２の電気抵抗と電流許容により決定される。
【００９０】
実施の形態８のパワー半導体モジュールは、実施の形態６のパワー半導体モジュールと同様の方法で製造される。例えば、実施の形態６では、導電性板３２の所定の位置にインプラントピン９１を接合材２を介して配置している。実施の形態８では、その代わりに、導電性板３２の所定の位置に上部導電性板１７を接合材２を介して配置する。
【００９１】
以上、説明したように、実施の形態８にかかるパワー半導体モジュールによれば、外部接続端子が、伸縮部を有している。このため、実施の形態２と同様の効果を有する。
【００９２】
また、実施の形態１では、外部接続端子６の座屈量が小さいと、積層基板３にかかる圧力を十分吸収できない。逆に外部接続端子６の座屈量が大きすぎると、積層基板３にかかる圧力が増加する。好ましくは、座屈部６１の角度α（図１参照）は、好ましくは、１２０°≦α≦１７７°。より好ましくは、１４５°≦α≦１７５°である。これにより、外部接続端子６が抜け難くなる効果もある。このため、外部接続端子６の長さＬｐを座屈する前の長さ（図３参照）とし、外部接続端子６の長さＬｐ’を座屈した後の長さ（図１参照）とすると、好ましくは、０．８６０≦Ｌｐ’／Ｌｐ≦０．９９９７。より好ましくは、０．９５４≦Ｌｐ’／Ｌｐ≦０．９９９である。
【００９３】
一方、実施の形態２、４、６、７では、インプラントピン９１が、短すぎると座屈せず、座屈による圧力吸収が無くなるので、インプラントピン９１の長さは、下記に示すように、ある程度以上必要となる。
【００９４】
図１４は、外部接続端子長と座屈応力との関係を示すグラフである。図１４において、縦軸は、積層基板３にかかる座屈応力を示し、単位はＭＰａであり、横軸は、外部接続端子６の長さを示し、単位はｍｍである。図１４は、ヤング率１００９４０ＭＰａ、直径１ｍｍの銅製の外部接続端子６に対して、一方の端子を固定し、他方の端子を自由にした状態でオイラーの式を用いて座屈応力を計算した結果である。また、図１４には、積層基板３に用いられる酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウムの曲げ強度も破線で示してある。
【００９５】
外部接続端子６からの応力により、積層基板３を破損させないためには、座屈応力が曲げ強度より小さいことが必要であるが、余裕を持って座屈応力が曲げ強度の８０％より小さいことが好ましい。インプラントピン９１の場合も外部接続端子６と同様になる。
【００９６】
このため、実施の形態１、２、４、６、７において、積層基板３に窒化ケイ素を用いる場合、５．２ｍｍ以上の長さの外部接続端子６またはインプラントピン９１を用いることが好ましい。積層基板３に酸化アルミニウムを用いる場合、６．２ｍｍ以上の長さの外部接続端子６またはインプラントピン９１を用いることが好ましい。積層基板３に窒化アルミニウムを用いる場合、６．６ｍｍ以上の長さの外部接続端子６またはインプラントピン９１を用いることが好ましい。
【００９７】
外部接続端子６およびインプラントピン９１は、パワー半導体チップ１の電流経路であり、太くすれば電流を流しやすくなる。外部接続端子６およびインプラントピン９１を細くすると、座屈しやすくなる。このため、外部接続端子６およびインプラントピン９１の数を多くして、太さを細くしてもよい。また、外部接続端子６およびインプラントピン９１は、丸ピンでもよいし、角ピンでもよい。
【００９８】
また、実施の形態１〜８において、接合材２としてはんだを用いた場合、はんだが柔らかいほど縮みやすくなり、積層基板３にかかる圧力は低下する。このため、積層基板３の材料に適切なはんだを選ぶ必要がある。
【００９９】
図１５は、各種はんだ材料の特性を示す表である。図１５では、はんだの特性としてヤング率、熱膨張率（ＣＴＥ）を示す。ここで、合金組成は、重量％で記載した。例えば、図１５に記載のＳｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇは、Ｂｉを５７重量％含み、Ａｇを１重量％含み、残部がＳｎの合金である。ヤング率とは、弾性範囲における、同軸方向のひずみと応力の比例定数であり、ヤング率が小さいほどはんだが柔らかくはんだが縮みやすくなる。熱膨張率とは（ＣＴＥ）とは、温度によって物体の長さ膨張する割合を、温度当たりで示したものである。
【０１００】
図１６は、伸縮部の圧縮変位計算モデルを示す図である。断面積Ａ、長さＬｓの伸縮部に荷重Ｆを掛けた時の応力σ、変形量δは、式（１）、式（２）となる。また、式（１）、式（２）から、伸縮部の応力σは、式（３）のように導かれる。ここで、Ｅは、伸縮部のヤング率である。
σ＝Ｆ／Ａ          （１）
δ＝Ｆ×Ｌｓ／（Ｅ×Ａ）      （２）
σ＝δ×Ｅ／Ｌｓ    （３）
【０１０１】
実施の形態１、４、６〜８のように、外部接続端子６が下部導電性板１６を有しない場合、伸縮部の応力が導電性板３２を通して絶縁基板３１に伝わる。つまり、インプラントピン９１が接合材２を介して導電性板３２と接合されている場合、または、インプラントピン９１が直接、導電性板３２に圧入合されている場合は、伸縮部の応力が導電性板３２を通して絶縁基板３１に伝わる。絶縁基板３にかかる応力σ１は、導電性板３２で緩和され、例えば、伸縮部にかかる応力σの１／２であり、式（４）となる。そのため、この場合に許容される伸縮部のヤング率Ｅ１は、式（４）から導かれる式（５）となる。
σ１＝σ／２＝δ×Ｅ１／（Ｌｓ×２）    （４）
Ｅ１≦σ１×Ｌｓ×２／δ      （５）
【０１０２】
実施の形態２、３、５のように、インプラントピン９１や上部導電性板１７が下部導電性板を介して導電性板３２と接合されている場合、絶縁基板３にかかる応力σ２は、伸縮部にかかる応力σに断面積比を掛けた値となる。この場合を式（５）に示す。なお、Ａは伸縮部の断面積、Ａ１は下部導電性板の断面積である。更に、この場合に許容される伸縮部のヤング率Ｅ２は、式（６）から導かれる式（７）となる。
σ２＝σ×Ａ／（２×Ａ１）＝δ×Ｅ２×Ａ／Ｌｓ×Ａ１    （６）
Ｅ２≦σ１×Ｌｓ×２×Ａ１／（δ×Ａ）      （７）
【０１０３】
外部接続端子６またはインプラントピン９１からの応力により、積層基板３を破損させないためには、絶縁基板３１にかかる応力Ｅ１、Ｅ２が、積層基板３の曲げ強度σｆより小さいことが必要である。更に、設計上の余裕を持って曲げ強度σｆの９０％以下からなることが好ましい。そのため、許容される伸縮部のヤング率Ｅ１、Ｅ２は、式（５）、式（７）から、式（８）、式（９）となる。
Ｅ１≦１．８×σｆ×Ｌｓ／δ      （８）
Ｅ２≦１．８×σｆ×Ｌｓ×Ａ１／（δ×Ａ）      （９）
【０１０４】
一方、荷重Ｆが大きいことで、放熱板３３が上側モールド金型１３に強く押しつけられる。そうすることで、積層基板３の反りを抑え、また、封止絶縁材料４が放熱板３３と上側モールド金型１３との間に入り込むことを防ぐことができる。例えば、そのために必要な荷重Ｆは、基板面積Ａ２と０．１ＭＰａとの積である。このため、許容される伸縮部のヤング率Ｅは、式（２）から、式（１０）となる。
Ｅ≧０．１×Ｌｓ×Ａ２／（δ×Ａ）    （１０）
【０１０５】
更に、伸縮部の変形量δは、式（１１）のように、下側モールド金型１２の内面の高さＬ１と、下側モールド金型１２の溝１４の深さＬ２と、上側モールド金型１３の内面の高さＬ３との和を、成形前のパワー半導体回路部材の高さＬで引いた値となる（図５参照）。そのため、許容される伸縮部のヤング率Ｅ１、Ｅ２は、式（１２）、式（１３）である。
δ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３−Ｌ      （１１）
０．１×Ｌｓ×Ａ２／［（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３−Ｌ）×Ａ］≦Ｅ１≦１．８×σｆ×Ｌｓ／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３−Ｌ）      （１２）
０．１×Ｌｓ×Ａ２／［（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３−Ｌ）×Ａ］≦Ｅ２≦１．８×σｆ×Ｌｓ×Ａ１／［（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３−Ｌ）×Ａ］      （１３）
【０１０６】
実施の形態１、４、６〜８のように、外部接続端子６が下部導電性板１６を有しない場合についての具体例を以下に示す。つまり、インプラントピン９１が接合材２を介して導電性板３２と接合されている場合、または、インプラントピン９１が直接、導電性板３２に圧入合されている場合である。例えば、伸縮部として接合材２のはんだの長さを２．０ｍｍ以上、はんだの断面積を０．５ｍｍ2以下とし、積層基板３の基板面積を２５ｃｍ2とし、上下側モールド金型内面の高さＬ１、Ｌ３と、溝の深さＬ２との和を、成形前のパワー半導体回路部材の高さＬで引いた値を０.０５ｍｍとする。曲げ強度σｆ＝７００ＭＰａの窒化ケイ素製の絶縁基板３１を用いた場合、式（１２）から、伸縮部のヤング率Ｅ１は、２０ＧＰａ以上、５０ＧＰａ以下の材料を用いることが好ましい。また、接合材２のはんだ、積層基板の基板、面積金型およびパワー半導体回路部材の高さが同条件で、積層基板３に曲げ強度σｆ＝５００ＭＰａの酸化アルミニウムを用いる場合、伸縮部のヤング率２０ＧＰａ以上、３６ＧＰａ以下の材料を用いることが好ましい。また、接合材２のはんだ、積層基板の基板、面積金型およびパワー半導体回路部材の高さが同条件で、積層基板３に曲げ強度σｆ＝４５０ＭＰａの窒化アルミニウムを用いる場合、伸縮部のヤング率２０ＧＰａ以上、３２ＧＰａ以下の材料を用いることが好ましい。
【０１０７】
例えば、実施の形態２、３、５のように、インプラントピン９１や上部導電性板１７が下部導電性板を介して導電性板３２と接合されている場合についての具体例を以下に示す。例えば、伸縮部として接合材２のはんだの長さを１．０ｍｍ以上、はんだの断面積を１.０ｍｍ2以下とし、積層基板３の基板面積を２５ｃｍ2とし、上下側モールド金型内面の高さＬ１、Ｌ３と、溝の深さＬ２との和を、成形前のパワー半導体回路部材の高さＬで引いた値を０.０５ｍｍとする。更に、下部導電性板１６の断面積Ａ１を４.０ｍｍ2とする。曲げ強度σｆ＝７００ＭＰａの窒化ケイ素製の絶縁基板３１を用いた場合、式（１３）から、伸縮部のヤング率Ｅ１は、１０ＧＰａ以上、１００ＧＰａ以下の材料を用いることが好ましい。また、接合材２のはんだ、積層基板の基板、面積金型およびパワー半導体回路部材の高さ、下部導電性板１６の断面積が同条件で、積層基板３に曲げ強度σｆ＝５００ＭＰａの酸化アルミニウムを用いる場合、伸縮部のヤング率１０ＧＰａ以上、７２ＧＰａ以下の材料を用いることが好ましい。また、接合材２のはんだ、積層基板の基板、面積金型およびパワー半導体回路部材の高さが同条件で、積層基板３に曲げ強度σｆ＝４５０ＭＰａの窒化アルミニウムを用いる場合、伸縮部のヤング率１０ＧＰａ以上、６４ＧＰａ以下の材料を用いることが好ましい。
【０１０８】
伸縮部は、封止絶縁材料４の熱膨張率（ＣＴＥ）に近いものが好ましい。好ましくは、熱膨張率（ＣＴＥ）は、１５×１０-6／Ｋ以上、２５×１０-6／Ｋ以下である。こうすることで、封止絶縁材料４による応力変形や、剥離を防ぐことができる。
【０１０９】
以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、各部の寸法や材料等は要求される仕様等に応じて種々設定される。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
以上のように、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法は、インバータなどの電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置や自動車のパワーコントロールユニットなどに使用されるパワー半導体装置に有用である。
【符号の説明】
【０１１１】
１、１０１  パワー半導体チップ
２、１０２  接合材
２１  上部接合材
３、１０３  積層基板
３１  絶縁基板
３２  導電性板
３３  放熱板
４、１０４  封止絶縁材料
６、１０６  外部接続端子
８、１０８  内部配線板
９、９１、１０９  インプラントピン
１２  下側モールド金型
１３  上側モールド金型
１４  溝
１５  隙間
１６  下部導電性板
１７  上部導電性板
１８  中空構造
６１  座屈部
６２  ノッチ
１０７  アルミワイヤー
１１８  ネジ端子
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図１８】
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