(57)【要約】【課題】熱サイクルが加えられたときにも剥離欠陥の発生を十分に抑制することができるパワー半導体モジュールおよびその製造方法を提供する。【解決手段】第１の主面１Ａと、第１の主面１Ａの反対側に位置する第２の主面１Ｂとを有する第１放熱体１と、第１の主面１Ａ上に接続されているパワー半導体素子２と、第１の主面１Ａ上に形成されている第１凸状構造体３と、第１放熱体１の第１の主面１Ａ、パワー半導体素子、および第１凸状構造体３を封止する封止体とを備え、第１凸状構造体３は、第１の主面１Ａから突出するように形成され、かつ、第１の主面１Ａ側の根元部３ａの幅より第１の主面１Ａと交差する方向において第１の主面１Ａから離れた先端部３ｂの幅が広く、封止体４の一部は、第１凸状構造体３の根元部３ａと接するように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面と、前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有する第１放熱体と、
前記第１の主面上に接続されているパワー半導体素子と、
前記第１の主面上に形成されている第１凸状構造体と、
前記第１放熱体の前記第１の主面、前記パワー半導体素子、および前記第１凸状構造体を封止する封止体とを備え、
前記第１凸状構造体は、前記第１の主面から突出するように形成され、かつ、前記第１の主面側の根元部の幅より前記第１の主面と交差する方向において前記第１の主面から離れた先端部の幅が広く、
前記封止体の一部は、前記第１凸状構造体の前記根元部と接するように配置されている、パワー半導体モジュール。
【請求項２】
前記第１凸状構造体はメッキにより複数形成されている、請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項３】
前記第１凸状構造体は、前記第１の主面に対して傾斜している傾斜面を有している、請求項１または請求項２に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項４】
前記第１凸状構造体の前記先端部の平面形状は格子状である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項５】
前記第１放熱体の前記第１の主面上にメッキ膜が形成されており、
前記メッキ膜上に前記第１凸状構造体が形成されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項６】
前記第１凸状構造体および前記第１の主面を覆うようにメッキ膜が形成されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項７】
前記第１放熱体はセラミック基板と、前記セラミック基板を挟むように形成されている第１電極および第２電極とを含み、
前記第１の主面は前記第１電極によって構成されており、前記第２の主面は前記第２電極によって構成されている、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項８】
前記第１放熱体の前記第２の主面と接続されている第２放熱体と、
前記第２の主面上に形成されている第２凸状構造体とをさらに備え、
前記第１放熱体と前記第２放熱体とははんだを介して接続されており、
前記第２凸状構造体は前記はんだに覆われている、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項９】
前記第２の主面において前記パワー半導体素子と重なる領域における、前記第２凸状構造体が形成されている領域の占有面積比率は、前記パワー半導体素子と重ならない領域であるその他の領域における前記第２凸状構造体が形成されている領域の占有面積比率より高い、請求項８に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項１０】
前記第２凸状構造体は、前記第２放熱体と接触している、請求項８または請求項９に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項１１】
前記パワー半導体素子と電気的に接続されているフレームと、
前記フレームの表面上に形成されている第３凸状構造体とをさらに備え、
前記フレームは一部が前記封止体の外部まで延びるように形成されている、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項１２】
前記第１凸状構造体を構成する材料は、銅、銀、パラジウム、ロジウム、白金、金、亜鉛、ニッケル、およびクロムからなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項１３】
第１の主面と、前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有する第１放熱体を準備する工程と、
前記第１の主面上に、第１凸状構造体を形成する工程と、
前記第１の主面上に、パワー半導体素子を固定する工程と、
前記第１放熱体の前記第１の主面、前記パワー半導体素子、および前記第１凸状構造体を封止する工程とを備え、
前記第１凸状構造体を形成する工程では、前記第１の主面上において前記第１凸状構造体を形成すべき領域に開口部を有し前記第１凸状構造体を形成しない領域を覆うマスクパターンを形成した後、前記第１凸状構造体を構成する材料を前記開口部の内側に充填して、前記第１凸状構造体を前記マスクパターンの厚みよりも厚く形成する、パワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項１４】
前記第１凸状構造体を形成する工程において、前記マスクパターンの前記開口部は、前記開口部の幅が前記第１の主面に近づくにつれて大きくなるようにテーパー状に形成される、請求項１３に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項１５】
第１の主面と、前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有する第１放熱体を準備する工程と、
前記第１の主面上に、第１凸状構造体を形成する工程と、
前記第１の主面上に、パワー半導体素子を固定する工程と、
前記第１放熱体の前記第１の主面、前記パワー半導体素子、および前記第１凸状構造体を封止する工程とを備え、
前記第１凸状構造体を形成する工程は、前記第１の主面上において前記第１凸状構造体を形成すべき領域に開口部を有し、前記第１凸状構造体を形成しない領域を覆うマスクパターンを形成する工程と、前記第１凸状構造体を構成する材料を前記開口部の内側に充填する工程とを含み、
前記マスクパターンを形成する工程では、前記マスクパターンの前記開口部は、前記開口部の幅が前記第１の主面に近づくにつれて大きくなるようにテーパー状に形成される、パワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記第１凸状構造体を形成する工程において、前記第１凸状構造体３はメッキにより形成される、請求項１３〜請求項１５のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項１７】
前記第１凸状構造体を形成する工程では、前記マスクパターンの前記開口部の平面形状が格子状に形成されている、請求項１３〜請求項１６のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項１８】
前記第１凸状構造体を形成する工程では、前記第１の主面上にメッキ膜が形成された後、前記第１凸状構造体が形成される、請求項１３〜請求項１７のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項１９】
前記第１凸状構造体を形成する工程では、前記第１の主面上に前記第１凸状構造体が形成された後、前記第１の主面上にメッキ膜が形成される、請求項１３〜請求項１７のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項２０】
前記第１放熱体を準備する工程において、セラミック基板を挟むように第１電極および第２電極を形成することにより、前記第１電極により構成されている前記第１の主面と前記第２電極により構成されている前記第２の主面とを有する前記第１放熱体が準備される、請求項１３〜請求項１９のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項２１】
前記第１凸状構造体を形成する工程は、前記第１放熱体の前記第２の主面上に第２凸状構造体を形成する工程をさらに含み、
前記第１放熱体の前記第２の主面と第２放熱体とを接続する工程をさらに備え、
前記接続する工程では、前記第２凸状構造体を覆うように供給されたはんだを介して、前記第１放熱体と前記第２放熱体とが接続される、請求項１３〜請求項２０のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項２２】
前記第２凸状構造体を形成する工程では、前記第２の主面において前記パワー半導体素子と重なる領域に対する、前記第２凸状構造体が形成されている領域の面積比率が、その他の領域に対する前記第２凸状構造体が形成されている領域の面積比率より高くなるように形成される、請求項２１に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項２３】
前記第２凸状構造体を形成する工程において、前記第２凸状構造体は、前記接続する工程において前記第１放熱体と前記第２放熱体とが接続された時に前記第２放熱体と接触するように形成される、請求項２１または請求項２２に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項２４】
前記パワー半導体素子を固定する工程は、前記パワー半導体素子と電気的に接続されるフレーム上に第３凸状構造体を形成する工程と、前記パワー半導体素子に対して前記フレームを固定する工程とを含む、請求項１３〜請求項２３のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項２５】
前記第１凸状構造体を形成する工程では、前記第１凸状構造体を構成する材料として銅、銀、パラジウム、ロジウム、白金、金、亜鉛、ニッケル、およびクロムからなる群から選択される少なくとも１つがメッキされる、請求項１３〜請求項２４のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体モジュールおよびその製造方法に関し、特に封止体により封止されているパワー半導体モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体モジュールにおいてパワー半導体素子は、はんだ等の接合層を介して放熱体等に固定されているとともに、その周囲を電気的に絶縁するための封止体により覆われている。
【０００３】
パワー半導体素子を備えるパワー半導体モジュールは、数百ボルト（Ｖ）を超える高電圧で用いられるパワー半導体素子の発熱により大きな熱応力が繰り返し印加される。つまり、パワー半導体モジュールを構成する部材間（たとえば封止体を構成するモールド樹脂と放熱体や電極などを構成する金属）の熱膨張率の違いにより、パワー半導体モジュールの動作時において熱応力が発生し、モールド樹脂と金属との接触界面に剥離が生じるという問題がある。モールド樹脂の剥離が生じると、絶縁耐性の劣化やチップ上下接合層の損傷増大に繋がり、パワー半導体モジュールの動作信頼性・寿命が大きく劣化する。
【０００４】
このようなモールド封止されたパワー半導体モジュールのモールド樹脂剥離の課題に対して、特開２００７−２５８２０５号公報や特開２００７−３２９３６２号公報には、金属表面に凹凸形状を設けてアンカー効果により樹脂剥離を抑制する手法が提案されている。
【０００５】
特開２００７−２５８２０５号公報には、表面が粗化されているリードフレームを備え、モールド樹脂との密着性向上を図った電子装置が記載されている。
【０００６】
特開２００７−３２９３６２号公報には、プレス加工により銅ベース基板の表面にディンプル溝加工を施したパワーモジュールが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２５８２０５号公報
【特許文献２】特開２００７−３２９３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術では封止体に対するアンカー効果が小さいため、熱サイクル時に印加される熱応力の大きいパワー半導体モジュールにおいては封止体の剥離を十分に抑制することができない。その結果、パワー半導体モジュールの信頼性の向上が困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものである、本発明の主たる目的は、熱サイクルが加えられたときにも封止体の剥離を十分に抑制することができるパワー半導体モジュールおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るパワー半導体モジュールは、第１の主面と、前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有する第１放熱体と、前記第１の主面上に接続されているパワー半導体素子と、前記第１の主面上に形成されている第１凸状構造体と、前記第１放熱体の前記第１の主面、前記パワー半導体素子、および前記第１凸状構造体を封止する封止体とを備え、前記第１凸状構造体は、前記第１の主面から突出するように形成され、かつ、前記第１の主面側の根元部の幅より前記第１の主面と交差する方向において前記第１の主面から離れた先端部の幅が広く、前記封止体の一部は、前記第１凸状構造体の前記根元部と接するように配置されている。
【００１１】
本発明に係るパワー半導体モジュールの製造方法は、第１の主面と、前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有する第１放熱体を準備する工程と、前記第１の主面上に、第１凸状構造体を形成する工程と、前記第１の主面上に、パワー半導体素子を固定する工程と、前記第１放熱体の前記第１の主面、前記パワー半導体素子、および前記第１凸状構造体を封止する工程とを備え、前記第１凸状構造体を形成する工程では、前記第１の主面上において前記第１凸状構造体を形成すべき領域に開口部を有し前記第１凸状構造体を形成しない領域を覆うマスクパターンを形成した後、前記第１凸状構造体を構成する材料を前記開口部の内側に充填して、前記第１凸状構造体を前記マスクパターンの厚みよりも厚く形成する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱サイクルが加えられたときにも封止体の剥離を十分に抑制することができるパワー半導体モジュールおよびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に係るパワー半導体モジュールを説明するための断面図である。
【図２】実施の形態１に係るパワー半導体モジュールを説明するための断面図である。
【図３】実施の形態１に係るパワー半導体モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図４】実施の形態２に係るパワー半導体モジュールを説明するための断面図である。
【図５】実施の形態２に係るパワー半導体モジュールの変形例を説明するための断面図である。
【図６】実施の形態２に係るパワー半導体モジュールのさらに他の変形例を説明するための断面図である。
【図７】実施の形態３に係るパワー半導体モジュールを説明するための断面図である。
【図８】実施の形態３に係るパワー半導体モジュールを説明するための断面図である。
【図９】実施の形態４に係るパワー半導体モジュールを説明するための断面図である。
【図１０】実施の形態４に係るパワー半導体モジュールの変形例を説明するための断面図である。
【図１１】実施の形態５に係るパワー半導体モジュールを説明するための断面図である。
【図１２】実施の形態６に係るパワー半導体モジュールを説明するための断面図である。
【図１３】実施の形態６に係るパワー半導体モジュールの製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】実施の形態６に係るパワー半導体モジュールを説明するための断面図である。
【図１５】実施の形態６に係るパワー半導体モジュールの変形例を説明するための断面図である。
【図１６】実施の形態１に係るパワー半導体モジュールの変形例を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１５】
（実施の形態１）
図１および図２を参照して、実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００について説明する。パワー半導体モジュール１００は、第１の主面１Ａと、第１の主面１Ａの反対側に位置する第２の主面１Ｂとを有する第１放熱体１と、第１の主面１Ａ上に接続されているパワー半導体素子２と、第１の主面１Ａ上に形成されている第１凸状構造体３と、第１放熱体１の第１の主面１Ａ、パワー半導体素子２、および第１凸状構造体３を封止する封止体４とを備える。
【００１６】
第１放熱体１を構成する材料は、導電性を有し、熱抵抗の低い任意の材料とすればよいが、たとえば銅（Ｃｕ）である。第１放熱体１は、第１の主面１Ａの中央部においてパワー半導体素子２の下面２Ｂと接合層５を介して接続されている。また、第１放熱体１は、第１の主面１Ａの外周部においてフレーム６と接合層５を介して接続されている。つまり、第１放熱体１は、パワー半導体素子２の動作時に生じる熱を放熱するための放熱体としての役割を担うとともに、パワー半導体素子２の下面２Ｂに形成されている電極とフレーム６とを電気的に接続する電気経路の役割を担っている。
【００１７】
パワー半導体素子２を構成する材料は、任意のパワー半導体材料であればよいが、たとえばシリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）である。パワー半導体素子２は、たとえば上面２Ａと上面２Ａの反対側に位置する下面２Ｂとを有し、上面２Ａおよび下面２Ｂ上にそれぞれ電極（図示しない）が形成されている縦型デバイスであり、たとえば縦型トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＩＧＢＴ（（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として形成されている。
【００１８】
第１凸状構造体３は、第１の主面１Ａから突出するように形成されている。第１凸状構造体３は、第１の主面１Ａ側の根元部３ａの幅より第１の主面１Ａと交差する方向において第１の主面１Ａから離れた先端部３ｂの幅が広い。言い換えると、第１凸状構造体３は、第１の主面１Ａと交差する方向において第１の主面１Ａから離れた位置に、根元部３ａに対して第１の主面１Ａに沿った方向に延びる庇状部分を有している。すなわち、第１凸状構造体３の断面形状は、Ｔ字型である。第１凸状構造体３の先端部３ｂと第１の主面１Ａとの間には、封止体４が配置されている。言い換えると、封止体４の一部は、第１凸状構造体３の根元部３ａと接するように配置されている。
【００１９】
第１凸状構造体３の寸法は、後述するパワー半導体モジュールの製造方法において封止体４となるべき流動性材料が容易に充填され得る限りにおいて任意に設定することができる。
【００２０】
第１凸状構造体３の根元部３ａの第１の主面１Ａに垂直な方向における長さは、後述するパワー半導体モジュールの製造方法において封止体４となるべき流動性材料が容易に充填され得る限りにおいて任意に設定することができるが、たとえば１μｍ以上５００μｍ以下であるが、好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下である。
【００２１】
第１凸状構造体３の根元部３ａに対して第１の主面１Ａに沿った方向に突出した先端部３ｂの長さ（第１の主面１Ａに沿った方向での長さ）は、後述するパワー半導体モジュールの製造方法において封止体４となるべき流動性材料が容易に充填され得る限りにおいて任意に設定することができるが、好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下である。先端部３ｂの第１の主面に垂直な方向における幅（厚み）は、好ましくは根元部３ａに対して第１の主面１Ａに沿った方向に突出した先端部３ｂの長さの半分以上である。このようにすれば、熱サイクルが印加されたパワー半導体モジュール１００において、第１凸状構造体３の先端部３ｂは、第１凸状構造体３と封止体４とのアンカー効果を実現するために十分な強度を有することができる。
【００２２】
第１凸状構造体３の根元部３ａの第１の主面１Ａに沿った方向における幅は、たとえば５μｍｍ以上５００μｍ以下であり、好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下である。
【００２３】
第１凸状構造体３は、複数形成されているのが好ましい。このとき、隣り合う根元部３ａ間の距離は、後述するパワー半導体モジュールの製造方法において封止体４となるべき流動性材料が容易に充填され得る限りにおいて任意に設定することができるが、たとえば５μｍ以上５００μｍ以下であり、好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下である。
【００２４】
なお、複数の第１凸状構造体３の寸法や形状は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。隣り合う根元部３ａ間の距離は、第１の主面１Ａ上において一定であってもよいし、一定でなくてもよい。
【００２５】
図２を参照して、第１の主面１Ａを平面視したときの第１凸状構造体３の平面形状は、任意の平面形状とすることができるが、たとえば円形状である。この場合、パワー半導体素子２に近接する領域や第１放熱体１の外周端部に近接する領域においては、第１凸状構造体３の平面形状の一部が欠けた形状を有していてもよい。
【００２６】
第１凸状構造体３を構成する材料は、たとえば銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、およびクロム（Ｃｒ）からなる群から選択される少なくとも１つを含んでいる。第１凸状構造体３は、任意の方法により形成され得るが、たとえばメッキにより形成され得る。なお、第１凸状構造体３を構成する材料を銀や亜鉛とすれば、第１凸状構造体３を第１放熱体１の酸化防止膜として構成することができ、封止体４との密着性も向上することができる。また、第１凸状構造体３を構成する材料をクロムとすれば、パワー半導体素子２やフレーム６を接合層５を介して接合させる際に、第１凸状構造体３にはんだの流れを抑制するソルダーレジストのような役割を担わせることができる。
【００２７】
封止体４は、第１凸状構造体３の根元部３ａと接するように配置されている。つまり、封止体４は、先端部３ｂよりも第１の主面１Ａから所定の距離だけ離れた領域に配置されているとともに、先端部３ｂより第１の主面１Ａ側に位置する根元部３ａと接するように配置されている。封止体４は先端部３ｂを囲うように形成されている。好ましくは、封止体４は、第１凸状構造体３の先端部３ｂと接するように配置されている。つまり、封止体４は、第１凸状構造体３の外周表面の全面と接しているのが好ましい。
【００２８】
封止体４を構成する材料は、熱可塑性または熱硬化性を有し、電気的絶縁性を有する任意の材料としてもよいが、たとえばエポキシ樹脂である。
【００２９】
封止体４は、第１放熱体１の第１の主面１Ａと、第１の主面１Ａ上に形成されているパワー半導体素子２、および第１凸状構造体３を覆って封止している。第１放熱体１の第２の主面１Ｂは、封止体４に覆われていない。
【００３０】
接合層５は、第１放熱体１とパワー半導体素子２との接続、パワー半導体素子２とフレーム６との接続、および第１放熱体１とフレーム６との接続に用いられている。接合層５を構成する材料は、たとえば鉛はんだやＳｎＡｇＣｕ系鉛フリーはんだである。
【００３１】
フレーム６は、パワー半導体素子２を外部と電気的に接続するために形成されており、パワー半導体素子２の端子数に応じて複数形成されていてもよい。たとえば、パワー半導体素子２の上面２Ａに形成されている電極と接合層５を介して電気的に接続されているフレーム６と、パワー半導体素子２の下面２Ｂに形成されている電極と接合層５を介して電気的に接続されている第１放熱体１と、接合層５を介して電気的に接続されているフレーム６とが形成されていてもよい。各フレーム６は、接合層５を介したパワー半導体素子２および第１放熱体１との接続部が封止体４により覆われているとともに、封止体４の外側に延びるように形成されている。
【００３２】
次に、図３を参照して、実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００の製造方法について説明する。パワー半導体モジュール１００の製造方法は、パワー半導体素子２が接続されている第１の主面１Ａと、第１の主面１Ａの反対側に位置する第２の主面１Ｂとを有する第１放熱体１を準備する工程（Ｓ１０）と、第１の主面１Ａ上に、第１凸状構造体３を形成する工程（Ｓ２０）と、第１放熱体１の第１の主面１Ａ、パワー半導体素子２、および第１凸状構造体３を封止する工程（Ｓ３０）とを備える。
【００３３】
第１放熱体１を準備する工程（Ｓ１０）では、図３（ａ）を参照して、まず第１の主面１Ａと第２の主面１Ｂとを有する第１放熱体１を準備する。
【００３４】
次に、図３（ｂ）を参照して、第１の主面１Ａ上に、第１凸状構造体３を形成する（工程（Ｓ２０））。具体的には、まず第１の主面１Ａ上にマスクパターン２１を形成する。マスクパターン２１は、たとえばフォトリソグラフィ法を用いて形成されるレジストマスクである。マスクパターン２１の開口部は、第１凸状構造体３を形成すべき領域上に形成される。マスクパターン２１の開口部内には、第１の主面１Ａが表出される。
【００３５】
マスクパターン２１の開口部の平面形状は、第１凸状構造体３の根元部３ａの平面形状に応じて決められるが、たとえば円形状である。マスクパターン２１の開口部は複数もうけられており、かつ互いに独立している。マスクパターン２１の開口部の断面形状は、第１凸状構造体３の根元部３ａの平面形状に応じて決められるが、たとえば第１の主面１Ａに対してほぼ垂直な方向に延びる開口端面を含んでいる。
【００３６】
マスクパターン２１の開口部の第１の主面１Ａに沿った方向における寸法は、第１凸状構造体３の根元部３ａの第１の主面１Ａに沿った方向における幅に応じて決められ、上述のようにたとえば１μｍ以上５００μｍ以下であり、好ましくは５μｍ以上１００μｍ以下である。図３に示す例では、マスクパターン２１の開口部の寸法は１０μｍである。
【００３７】
マスクパターン２１の膜厚は、第１凸状構造体３の根元部３ａの長さ、言い換えると第１の主面１Ａから先端部３ｂまでの距離に応じて決められ、上述のようにたとえば１μｍ以上５００μｍ以下であり、好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下である。図３に示す例では、マスクパターン２１の膜厚は１０μｍである。
【００３８】
マスクパターン２１は、部分的に開口部が設けられていない領域を有していてもよく、たとえばパワー半導体素子２およびフレーム６が第１放熱体１と接続される領域には開口部が形成されていなくてもよい。
【００３９】
次に、図３（ｃ）を参照して、第１放熱体１の第１の主面１Ａ上にメッキ膜を形成する。具体的には、所定の材料を用いてマスクパターン２１の膜厚よりも厚くメッキ膜を形成する。このとき、メッキ開始後、メッキ膜の膜厚がマスクパターン２１の膜厚よりも薄い段階では、マスクパターン２１の開口部に沿って根元部３ａが形成される。その後、メッキ開始から所定時間を経過し、メッキ膜の膜厚がマスクパターン２１の膜厚以上となると、メッキ膜表面に対して等方的にメッキが進行していくことにより、根元部３ａに対して第１の主面１Ａに沿った方向および第１の主面１Ａに垂直な方向に突出するように先端部３ｂが形成される。つまり、先端部３ｂの寸法や形状は、メッキ時間を制御することにより、容易に調整することができる。
【００４０】
次に、図３（ｄ）を参照して、マスクパターン２１を除去する。マスクパターン２１を除去する方法は、マスクパターン２１を選択的に除去することができる任意の方法により行うことができるが、たとえばアセトンやアルコールなどの有機溶剤を用いてレジストからなるマスクパターン２１を除去する。これにより、第１の主面１Ａ上に複数の第１凸状構造体３を同時に形成することができる。
【００４１】
次に、図３（ｅ）を参照して、第１放熱体１の第１の主面１Ａ上において第１凸状構造体３が形成されていない領域に、接合層５を介してパワー半導体素子２およびフレーム６を接合させる。接合層５はたとえばはんだである。このようにして、パワー半導体モジュール１００において封止体４以外の構成部材からなる封止対象部材が形成される。
【００４２】
次に、図３（ｆ）を参照して、第１放熱体１の第１の主面１Ａ、パワー半導体素子２、および第１凸状構造体３を封止する（工程（Ｓ３０））。具体的には、封止体４を形成する。封止体４の形成方法は、トランスファモールド法により行われる。たとえば、パワー半導体モジュール１００の外形に応じた形状を有する金型内に先の工程で形成された上記封止体商材を配置した後、金型内に封止体４となるべき流動性材料（たとえばエポキシ樹脂）を充填する。充填後、流動性材料を加熱硬化させることにより、第１の主面１Ａ、パワー半導体素子２、および第１凸状構造体３を封止する封止体４が形成される。このときのモールド条件は、封止体４の一部が第１凸状構造体３の根元部３ａと接するように、より好ましくは封止体４の一部が根元部３ａおよび先端部３ｂの外周表面の全面と接するように調整される。これにより、図３（ｆ）に示すように、封止体４が第１凸状構造体３の根元部３ａおよび先端部３ｂの外周表面の全面と接するように形成されているパワー半導体モジュール１００を得ることができる。
【００４３】
次に、実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００およびその製造方法の作用効果について説明する。
【００４４】
実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００は、第１の主面１Ａと、第１の主面１Ａの反対側に位置する第２の主面１Ｂとを有する第１放熱体１と、第１の主面１Ａ上に接続されているパワー半導体素子２と、第１の主面１Ａ上に形成されている第１凸状構造体３と、第１放熱体１の第１の主面１Ａ、パワー半導体素子、および第１凸状構造体３を封止する封止体とを備え、第１凸状構造体３は、第１の主面１Ａから突出するように形成され、かつ、第１の主面１Ａ側の根元部３ａの幅より第１の主面１Ａと交差する方向において第１の主面１Ａから離れた先端部３ｂの幅が広く、封止体４の一部は、第１凸状構造体３の根元部３ａと接するように配置されている。
【００４５】
このようにすれば、封止体４の一部が、第１の主面１Ａ第１の主面１Ａから突出するように形成されている第１凸状構造体３の根元部３ａと接するように配置されているため、第１凸状構造体３が封止体４に対してアンカー効果を奏することができる。これにより、第１放熱体１と封止体４との間で剥離欠陥が生じることを抑制することができる。
【００４６】
実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００の製造方法によれば、第１の主面と、前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有する第１放熱体を準備する工程と、前記第１の主面上に、第１凸状構造体を形成する工程と、前記第１の主面上に、パワー半導体素子を固定する工程と、前記第１放熱体の前記第１の主面、前記パワー半導体素子、および前記第１凸状構造体を封止する工程とを備え、前記第１凸状構造体を形成する工程では、前記第１の主面上において前記第１凸状構造体を形成すべき領域に開口部を有し前記第１凸状構造体を形成しない領域を覆うマスクパターンを形成した後、前記第１凸状構造体を構成する材料を前記開口部の内側に充填して、前記第１凸状構造体を前記マスクパターンの厚みよりも厚く形成する。
【００４７】
実施の形態１に係るパワー半導体モジュールの製造方法では、第１凸状構造体３が第１の主面１Ａから突出するように形成されるため、封止体４の一部を根元部３ａと接するように配置することが容易である。これに対し、第１の主面１Ａを粗化することにより凹凸形状を形成した場合や、第１の主面１Ａにディンプル形状を形成した場合は、これらの形状に封止体４となるべき流動性材料を充填させるには大きな加圧力が必要となり、パワー半導体モジュール１００の構成部材の変形や損傷が懸念される。言い換えれば、実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００の製造方法によれば、大きな加圧力をパワー半導体モジュール１００の構成部材に印加することなく、封止体４に対するアンカー効果の高いパワー半導体モジュール１００を得ることができる。
【００４８】
さらに、実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００の製造方法では、第１凸状構造体を形成する工程において第１凸状構造体３がメッキにより形成される。これにより、マスクパターン２１の膜厚よりも厚くメッキ膜を形成することにより、根元部３ａと先端部３ｂとを有する第１凸状構造体３を容易に形成することができる。つまり、メッキ時間などのメッキ条件を調整することにより、封止体４に対して高いアンカー効果を有するパワー半導体モジュール１００を容易に得ることができる。
【００４９】
実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００において、第１放熱体１を構成する材料は銅であったが、アルミニウム（Ａｌ）であってもよい。この場合には、アルミニウム板の表面上に銀やニッケルからなるメッキ膜を形成し、当該メッキ膜を第１の主面１Ａとして構成させることにより、第１の主面１Ａとパワー半導体素子２とをはんだ接合させることが可能となる。
【００５０】
（実施の形態２）
次に、図４を参照して、実施の形態２に係るパワー半導体モジュール１００およびその製造方法について説明する。実施の形態２に係るパワー半導体モジュール１００およびパワー半導体モジュールの製造方法は、基本的には実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００およびパワー半導体モジュールの製造方法と同等の構成を備えるが、第１凸状構造体３の根元部３ａが第１の主面１Ａに対して傾斜している傾斜面を有している点で異なる。
【００５１】
このようにすれば、根元部３ａにおいても、第１の主面１Ａと接続されている部分に対して先端部３ｂと接続されている部分は第１の主面１Ａに沿った方向において庇状に突出しオーバーハングしているため、高いアンカー効果を奏することができる。
【００５２】
実施の形態２に係るパワー半導体モジュール１００の製造方法では、第１凸状構造体３を形成する工程におけるマスクパターン２１の開口部は、開口部の幅が第１の主面１Ａに近づくにつれて小さくなるようにテーパー状に形成されていればよい。このような開口部の形状を有するマスクパターン２１は、任意の方法により形成することができ、たとえばマスクパターン２１形成時にレジスト膜に対する露光量を多めに設定することによって形成することができる。また、実施の形態１におけるマスクパターン２１と同様に、第１の主面１Ａに対してほぼ垂直な方向に延びる開口端面を有するレジストパターンを形成した後、第１凸状構造体３を形成する工程前に加熱処理を施すことにより、または第１凸状構造体３を形成する工程において加熱処理を施すことにより、第１の主面１Ａに対して傾斜している開口端面を有するマスクパターン２１を形成することができる。
【００５３】
また、実施の形態２に係るパワー半導体モジュール１００において、第１凸状構造体３の断面形状はＴ字型に限られるものではない。図５を参照して、たとえば、第１凸状構造体３は、第１の主面１Ａに対して傾斜している傾斜面と、当該傾斜面と連なるとともに第１の主面１Ａに対して平行に延びる上端面により囲まれた構造を有していてもよい。言い換えると、根元部３ａと先端部３ｂとは同一の傾斜面を共有しており、第１の主面１Ａに垂直な方向において第１の主面１Ａから離れるにつれて、第１凸状構造体３の第１の主面１Ａに沿った方向における幅が広がるように形成されていてもよい。
【００５４】
図５に示す第１凸状構造体３は、たとえば厚膜のマスクパターン２１に、マスクパターン２１の膜厚以下のメッキ膜を形成することにより作成することができる。
【００５５】
このような第１凸状構造体３が形成されているパワー半導体モジュール１００によれば、図４に示した実施の形態２に係るパワー半導体モジュール１００およびパワー半導体モジュールの製造方法と同様の効果を奏することができる。
【００５６】
また、図６を参照して、図５に示す第１凸状構造体３の先端部３ｂの平面形状は、円形状に限られるものではなく多角形状であってもよい。たとえば、第１凸状構造体３の先端部３ｂの平面形状は６角形状であってもよい。この場合、隣り合う先端部３ｂ間の間隔は、一定に設けられていてもよい。このようにすれば、第１の主面１Ａの全面に渡ってムラなくアンカー効果を奏することができる。
【００５７】
（実施の形態３）
次に、図７を参照して、実施の形態３に係るパワー半導体モジュール１００およびその製造方法について説明する。実施の形態３に係るパワー半導体モジュール１００およびパワー半導体モジュール１００の製造方法は、基本的には実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００およびパワー半導体モジュール１００の製造方法と同様の構成を備えるが、第１凸状構造体３の先端部３ｂの平面形状が格子状に形成されている点で異なる。
【００５８】
実施の形態３に係るパワー半導体モジュール１００の製造方法では、第１凸状構造体３を形成する工程におけるマスクパターン２１の開口部の平面形状が格子状に形成されている。言い換えれば、マスクパターン２１は、第１の主面１Ａ上において島状に形成されている。図８に示す断面形状の根元部３ａおよび先端部３ｂが第１の主面１Ａ上において線状に延びる構造体部分が複数形成されており、かつ、同様に線状に延びる構造体部分が互いに交差する方向に複数形成されている。
【００５９】
このようにすれば、図８を参照して、マスクパターン２１の開口部に気泡２０が形成されることを抑制することができるため、気泡２０に起因したメッキ不良の発生を抑制することができ、第１凸状構造体３が所定の位置に形成することができる。
【００６０】
さらに、実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００およびその製造方法と同様の効果を奏することができる。
【００６１】
（実施の形態４）
次に、図９を参照して、実施の形態４に係るパワー半導体モジュール１００およびその製造方法について説明する。実施の形態４に係るパワー半導体モジュール１００は、基本的には実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００と同様の構成を備えるが、第１放熱体１の第１の主面１Ａ上にメッキ膜７が形成されており、メッキ膜７上に第１凸状構造体３が形成されている点で異なる。実施の形態４に係るパワー半導体モジュール１００において、封止体４は第１の主面１Ａ上において第１凸状構造体３が形成されていない領域においてはメッキ膜７と接している。このようなパワー半導体モジュール１００は、図１に示すパワー半導体モジュール１００において、少なくとも封止体４が第１放熱体１と接する界面にメッキ膜７が形成されているものである。
【００６２】
実施の形態４に係るパワー半導体モジュールの製造方法は、基本的には実施の形態１に係るパワー半導体モジュールの製造方法と同様の構成を備えるが、第１の主面１Ａ上に、第１凸状構造体３を形成する工程（Ｓ２０）において、第１凸状構造体３を形成する前に、すなわちマスクパターン２１を形成する前に、第１の主面１Ａ上にメッキ膜７を形成する工程をさらに含む点で異なる。
【００６３】
このようにしても、実施の形態１に係るパワー半導体モジュールおよびその製造方法と同様の効果を奏することができる。さらに、メッキ膜７を構成する材料を銀とすれば、メッキ膜７は第１放熱体１の酸化防止膜として機能させることができるため、第１放熱体１と封止体４との接着強度を向上することができる。
【００６４】
また、図１０を参照して、第１凸状構造体３および第１の主面１Ａを覆うようにメッキ膜７が形成されていてもよい。このようにすれば、封止体４は、第１凸状構造体３が形成されている領域においてもメッキ膜７と接している。つまり、このようなパワー半導体モジュール１００は、図１に示すパワー半導体モジュール１００において、封止体４が第１放熱体１および第１凸状構造体３と接する界面にメッキ膜７が形成されているものである。この場合、第１凸状構造体３を形成する工程（Ｓ３０）では、第１の主面１Ａ上に第１凸状構造体３が形成された後、第１の主面１Ａ上にメッキ膜７が形成される。このようにしても、メッキ膜７を構成する材料を銀とすれば、メッキ膜７は第１放熱体１の酸化防止膜として機能させることができるため、第１放熱体１と封止体４との接着強度を向上することができる。
【００６５】
（実施の形態５）
次に、図１１を参照して、実施の形態５に係るパワー半導体モジュール１００およびその製造方法について説明する。実施の形態５に係るパワー半導体モジュール１００およびその製造方法は、実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００およびその製造方法と同様の構成を備えるが、第１放熱体１がセラミック基板１ａと、セラミック基板１ａを挟むように形成されている第１電極１ｂおよび第２電極１ｃとを含み、第１の主面１Ａは第１電極１ｂによって構成されており、第２の主面１Ｂは第２電極１ｃによって構成されている点で異なる。すなわち、第１放熱体１が電極付セラミック基板により構成されている点で異なる。
【００６６】
セラミック基板１ａを構成する材料は、熱抵抗が低く電気的絶縁性を有する任意のセラミック材料とすればよいが、たとえばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などである。第１電極１ｂおよび第２電極１ｃを構成する材料は、熱抵抗が低く導電性を有する任意の材料であればよいが、たとえば銅やアルミニウムなどである。このようにすれば、放熱性が高く高温動作にも適したパワー半導体モジュール１００を得ることができる。
【００６７】
なお、このような構造を有する第１放熱体１を用いた場合、セラミック基板１ａを構成する材料は一般に熱膨張率が低いため、セラミック基板１ａ上に形成されている第１電極１ｂの熱膨張も抑制される。そのため、第１の主面１Ａにおいて第１放熱体１（第１電極１ｂ）と封止体４との間に印加される熱応力は、第１放熱体１にセラミック基板１ａを用いていない実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００と比べて強くなり、第１の主面１Ａにおいて剥離欠陥が生じるリスクが高くなる。そのため、このような構造を有する第１放熱体１を用いる場合には、封止体４に対するアンカー効果の高いパワー半導体モジュール１００を形成する必要がある。
【００６８】
一方で、従来技術のように第１の主面１Ａにプレス加工によりディンプル構造を形成しようとすると、セラミック基板１ａは過大な力が印加されることによって割れやすいという問題があった。また、ウェットエッチングにより第１電極１ｂにディンプル構造を形成する場合には、ディンプル構造の寸法（エッチング量）に応じて第１放熱体１の第１の主面１Ａと第２の主面１Ｂとの間に加えられる熱応力のバランスが崩れることにより、第１放熱体１に反りが生じるという問題があった。第１放熱体１に反りが生じると、パワー半導体素子２やフレーム６と第１放熱体１との接合不良を引き起こしてパワー半導体モジュール１００の歩留まり低下の要因となる。
【００６９】
これに対し、実施の形態５に係るパワー半導体モジュール１００は、第１凸状構造体３により封止体４に対して高いアンカー効果を奏することができるとともに、当該アンカー効果を奏する構造体に起因した熱応力が十分に低く低減されている。すなわち、所定の膜厚を有して第１の主面１Ａの全面に形成された膜に形成された従来のディンプル構造と比べて、第１凸状構造体３に起因した熱応力は十分に低く抑制されている。そのため、歩留まりを低下させることなく、熱サイクルが加えられたときにも剥離欠陥の発生を十分に抑制することができるパワー半導体モジュール１００を得ることができる。
【００７０】
（実施の形態６）
次に、図１２および図１３を参照して、実施の形態６に係るパワー半導体モジュール１００およびその製造方法について説明する。実施の形態６に係るパワー半導体モジュール１００は、実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００と同様の構成を備えるが、第１放熱体１の第２の主面１Ｂと接続されている第２放熱体８と、第２の主面１Ｂ上に形成されている第２凸状構造体９とをさらに備え、第１放熱体１と第２放熱体８とははんだ１０を介して接続されており、第２凸状構造体９ははんだ１０に覆われている点で異なる。
【００７１】
第２放熱体８を構成する材料は、熱抵抗の低い任意の材料とすればよいが、たとえば、銅である。第２放熱体８の平面形状は、第１放熱体１の平面形状よりも大きいのが好ましい。第２放熱体８は、平面状に形成されている第３の主面８Ａと、第３の主面８Ａの反対側に位置して、凹凸が形成されており、表面積が第３の主面８Ａよりも大きい第４の主面８Ｂを有している。第１放熱体１と第２放熱体８とは、第２の主面１Ｂと第３の主面８Ａとがはんだ１０を介して接合されている。
【００７２】
第２凸状構造体９は、第２の主面１Ｂから突出するように形成されている。第２凸状構造体９は、第１凸状構造体３と同様に第２の主面１Ｂ側の根元部の幅より第２の主面１Ｂと交差する方向において第２の主面１Ｂから離れた先端部の幅が広く設けられていればよい。たとえば、上述のようにＴ字型であってもよいし、第２の主面１Ｂに対して傾斜している傾斜面と、当該傾斜面と連なるとともに第２の主面１Ｂに対して平行に延びる上端面により囲まれた構造を有していてもよい。第２凸状構造体９は、その先端部が第２放熱体８の第３の主面８Ａと直接当接されている。第２凸状構造体９は、第２の主面１Ｂにおいて特に強い熱応力が印加される領域に形成されていればよく、第２の主面１Ｂの全面に渡って形成されていてもよい。第２凸状構造体９は、第２の主面１Ｂ上においてパワー半導体素子２やフレーム６と重なる領域に形成されていてもよい。
【００７３】
第２凸状構造体９は、複数形成されているのが好ましい。複数の第２凸状構造体９は、第２の主面１Ｂに垂直な方向における長さが均等に形成されているのが好ましい。
【００７４】
第２凸状構造体９を構成する材料は、熱抵抗の低い任意の材料とすればよいが、たとえば銅、銀、パラジウム、ロジウム、白金、金、亜鉛、ニッケル、およびクロムからなる群から選択される少なくとも１つである。
【００７５】
はんだ１０は、第２の主面１Ｂにおいて第２凸状構造体９が形成されていない領域の全面と接するように配置されている。言い換えると、はんだ１０の一部は、第２凸状構造体９の根元部と接するように配置されている。
【００７６】
図１３を参照して、実施の形態６に係るパワー半導体モジュール１００の製造方法は、実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００の製造方法と同様の構成を備えるが、第１凸状構造体３を形成する工程は、第１放熱体１の第２の主面１Ｂ上に第２凸状構造体９を形成する工程をさらに含み、第１放熱体１の第２の主面１Ｂと第２放熱体８とを接続する工程をさらに備え、接続する工程では、第２凸状構造体９を覆うように供給されたはんだ１０を介して、第１放熱体１と第２放熱体８とが接続される点で異なる。
【００７７】
図１３（ａ）を参照して、まず、たとえばセラミック基板１ａと、セラミック基板１ａを挟むように形成されている第１電極１ｂおよび第２電極１ｃとを含む第１放熱体１を準備する。次に、第１放熱体１の第１の主面１Ａ上に第１凸状構造体３を、第２の主面１Ｂ上に第２凸状構造体９を、それぞれ図３に示すようなマスクパターン２１を用いて部分メッキにより形成することができる。第１凸状構造体３と第２凸状構造体９とは同時に成膜してもよい。
【００７８】
次に、図１３（ｂ）を参照して、第１放熱体１の第１の主面１Ａ上において第１凸状構造体３が形成されていない領域に、接合層５を介してパワー半導体素子２およびフレーム６を接合させる。接合層５はたとえばはんだである。このようにして、パワー半導体モジュール１００において封止体４以外の構成部材からなる封止対象部材が形成される。
【００７９】
次に、図１３（ｃ）を参照して、封止体４を形成する。封止体４の形成方法は、トランスファモールド法により行われる。実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００と同様に、このときのモールド条件は、封止体４の一部が第１凸状構造体３の根元部３ａと接するように、より好ましくは封止体４の一部が根元部３ａおよび先端部３ｂの外周表面の全面と接するように調整される。このとき、第２の主面１Ｂおよび第２凸状構造体９は、封止体４に封止されていない。
【００８０】
次に、図１３（ｄ）を参照して、第１放熱体１の第２の主面１Ｂと第２放熱体８とをはんだ１０を介して接続する。このとき、はんだ１０は、第２の主面１Ｂにおいて、第２凸状構造体９が形成されていない領域と接するように、すなわち第２凸状構造体９の根元部と接するように配置される。このようにして、図１３（ｄ）に示すようなパワー半導体モジュール１００を得ることができる。
【００８１】
このようにして得られた実施の形態６に係るパワー半導体モジュール１００は、実施の形態１に係るパワー半導体モジュール１００と同様の作用効果を奏することができる。さらに、図１４を参照して、第１放熱体１と第２放熱体８との接合層（はんだ１０からなる層）内に第２凸状構造体９を備えることにより、はんだ１０に熱応力が印加されて、はんだ１０にクラック１１が生じた場合にも、クラック１１の伸展を第２凸状構造体９が阻むことができる。そのため、はんだ１０の損傷の拡大や破断を防止することができるため、パワー半導体モジュール１００の信頼性の低下を防止することができる。
【００８２】
また、第２凸状構造体９の先端部が第２放熱体８と当接しているため、第２凸状構造体９は第１放熱体１から第２放熱体８へ通じる熱経路として作用することもできる。さらに、第２の主面１Ｂに垂直な方向において、複数の第２凸状構造体９の長さが均等であるため、第１放熱体１と第２放熱体８との間隔を第２の主面１Ｂに沿った方向において一定に保つことができる。つまり、複数の第２凸状構造体９の上記長さを均等に設けることにより、第２の主面１Ｂに沿った方向においてはんだ１０の厚みをばらつきなく一定に形成することができる。その結果、局所的にはんだ１０の膜厚が厚くなって放熱性が低下するということがないため、パワー半導体モジュール１００の信頼性低下を防止することができる。
【００８３】
なお、第１放熱体１は、実施の形態１に係る第１放熱体１と同様の構成を備えていてもよいが、実施の形態５に係る第１放熱体１と同様の構成を備えていてもよい。
【００８４】
実施の形態６に係るパワー半導体モジュール１００は、セラミック基板１ａと、セラミック基板１ａを挟むように形成されている第１電極１ｂおよび第２電極１ｃとを含み、第１の主面１Ａは第１電極１ｂによって構成されており、第２の主面１Ｂは第２電極１ｃによって構成されている第１放熱体１を備えているパワー半導体モジュール１００に特に好適である。
【００８５】
セラミック基板１ａを含む第１放熱体１を用いた場合には、パワー半導体モジュール１００に熱サイクルが加えられるときに、第１放熱体１と第２放熱体８との熱膨張率の差が大きくなり、大きな熱応力がその接合界面に生じる。その結果、第１放熱体１と第２放熱体８との接合層であるはんだ１０に損傷が入ったり、破断することがあり、パワー半導体モジュール１００の信頼性が大きく低下するという問題があった。
【００８６】
これに対し実施の形態６に係るパワー半導体モジュール１００によれば、第１放熱体１と第２放熱体８とを接合するはんだ１０に大きな熱応力が加えられたときにも、はんだ１０に生じたクラック１１の伸展を第２凸状構造体９が阻むことができるパワー半導体モジュール１００の信頼性の低下を防止することができる。
【００８７】
第２凸状構造体９は第３の主面８Ａと当接するように形成されているが、これに限られるものではなく、第２凸状構造体９ははんだ１０を介して第３の主面８Ａと接続されていてもよい。この場合、第２凸状構造体９の先端部において、はんだ１０に含まれる錫と第２凸状構造体９を構成するメッキ材料との合金層が成長し、第２放熱体８の第３の主面８Ａと強固な接合層を形成することができる。このようしても、第２凸状構造体９ははんだ１０に生じたクラック１１の伸展を十分に阻むことができ、パワー半導体モジュール１００の信頼性低下を防止することができる。さらに、第２凸状構造体９は第１放熱体１から第２放熱体８へ通じる熱経路として作用することもできる。
【００８８】
図１５を参照して、第２の主面１Ｂ上においてパワー半導体素子２と重なる領域において、第２凸状構造体９は、第２の主面１Ｂに沿った方向における根元部の幅がパワー半導体素子２の寸法よりも長くなるように設けられていてもよい。異なる観点からいえば、
第２の主面１Ｂにおいてパワー半導体素子２と重なる領域における、第２凸状構造体９が形成されている領域の占有面積比率は、パワー半導体素子２と重ならない領域であるその他の領域における第２凸状構造体９が形成されている領域の占有面積比率より高くなるように設けられていてもよい。このようにすれば、パワー半導体素子２により生じた熱をより効果的に第２凸状構造体９を介して第２放熱体８に放熱させることができる。
【００８９】
図１６を参照して、実施の形態１〜実施の形態６に係るパワー半導体モジュール１００は、フレーム６の表面から突出するように形成されている第３凸状構造体１３をさらに備えていてもよい。第３凸状構造体１３は、フレーム６の任意の表面から突出するように形成されていればよいが、たとえば、フレーム６において第１放熱体１の第１の主面１Ａと向かい合う表面上に、第１の主面１Ａに向かって突出するように形成されていてもよい。第３凸状構造体１３は、上述した第１凸状構造体３や第２凸状構造体９と同様の構成とすることができる。第３凸状構造体１３は、フレーム６を第１放熱体１およびパワー半導体素子２と接合層５を介して接合する前にフレーム６の表面上に形成してもよい。
【００９０】
このようにすれば、第１の主面１Ａに対して垂直な方向において、第１の主面１Ａから離れた領域においても封止体４に対してアンカー効果を有しており、信頼性の高いパワー半導体モジュール１００を得ることができる。
【００９１】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、高温で動作するパワー半導体モジュールに特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００９３】
１  第１放熱体、Ａ  第１の主面、１Ｂ  第２の主面、１ａ  セラミック基板、１ｂ  第１電極、１ｃ  第２電極、２  パワー半導体素子、２Ａ  上面、２Ｂ  下面、３  第１凸状構造体、３ａ  根元部、３ｂ  先端部、４  封止体、５  接合層、６  フレーム、７  メッキ膜、８  第２放熱体、８Ａ  第３の主面、８Ｂ  第４の主面、９  第２凸状構造体、１０  はんだ、１１  クラック、１３  第３凸状構造体、２０  気泡、２１  マスクパターン、１００  パワー半導体モジュール。
【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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