(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス領域を有するベース部と、当該ベース部に固定され、前記デバイス領域を包囲する枠部とを有するケースと、
表面および裏面を有し、当該裏面が前記デバイス領域に接合されたＳｉＣ半導体パワーデバイスと、
前記ケースの前記枠部に固定され、前記デバイス領域に対向する樹脂製の天板と、
前記天板に沿って当該天板の周縁部よりも内側の領域のみに設けられたプレート端子と、
表面および裏面を有し、当該裏面が前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスの前記表面に接合され、前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスの前記表面から前記ベース部から離れる方向に立ち上がり、前記ＳｉＣ半導体パワーデバイス用の配線部材として用いられるＣｕＭｏ合金またはＣｕＷ合金からなる金属ブロックとを含み、
前記天板は、前記プレート端子と対向する領域に形成された、前記プレート端子の平面面積よりも小さい開口と、平面視で前記プレート端子に重なり合い、前記プレート端子をその裏面側から支持する支持部とを有し、
前記金属ブロックは、当該開口を介して前記プレート端子に接合されており、
前記天板の前記支持部は、前記天板において前記金属ブロックを取り囲む当該開口の周縁部を含む、半導体パワーモジュール。
【請求項２】
前記天板が、前記枠部に対して分離可能に設けられた部材である、請求項１に記載の半導体パワーモジュール。
【請求項３】
前記ベース部および前記枠部がいずれも金属製であり、
前記枠部が、前記ベース部を介して前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスに電力を供給するための外部端子を兼ねている、請求項１または２に記載の半導体パワーモジュール。
【請求項４】
前記金属ブロックが、直方体形状を有している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュール。
【請求項５】
前記金属ブロックが、その裏面から表面へ向かって断面積が広がるテーパー形状を有している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュール。
【請求項６】
前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスが複数設けられており、
前記プレート端子は、各前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスに接合された金属ブロックに一括して接合されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュール。
【請求項７】
前記天板には、平面視で前記プレート端子と重なる領域外の領域において厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュール。
【請求項８】
前記プレート端子は、前記天板の上面から上方に向けて突出している、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュール。
【請求項９】
前記天板の前記プレート端子と対向する領域には、平面視で３つの前記開口が三角形状に配列されており、前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスは、各前記開口に１対１で対応するように配置されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュール。
【請求項１０】
前記デバイス領域には、平面視で矩形状に形成された絶縁基板が配置されており、
前記絶縁基板上には、前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスと接続されるプレート状の配線が形成されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュール。
【請求項１１】
デバイス領域を有するベース部と、当該ベース部に固定され、前記デバイス領域を包囲する枠部とを有するケースの前記ベース部に表面および裏面を有するＳｉＣ半導体パワーデバイスの当該裏面を接合する工程と、
前記ベース部と前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスの接合後、表面および裏面を有し、前記ＳｉＣ半導体パワーデバイス用の配線部材として用いられるＣｕＭｏ合金またはＣｕＷ合金からなる金属ブロックの当該裏面を、前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスの前記表面に接合する工程と、
前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスに電力を供給するための平板状のプレート端子に対して、予備はんだ付けを施す工程と、
前記プレート端子の平面面積よりも小さい開口を有する天板を用意し、前記金属ブロックに対して前記天板の前記開口が一致するように前記天板の位置決めをし、前記枠部に対して前記天板を固定する工程と、
前記プレート端子における前記予備はんだが施された箇所に前記天板に沿って当該天板の周縁部よりも内側の領域のみに前記プレート端子が設けられるように前記金属ブロックを当接させ、前記プレート端子を加熱することによって前記プレート端子と前記金属ブロックとを接合する工程とを含む、半導体パワーモジュールの製造方法。
【請求項１２】
前記予備はんだ付けを施す工程は、当該プレート端子に所定量以上のはんだを盛る工程を含む、請求項１１に記載の半導体パワー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、半導体パワーモジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パワーモジュールは、複数の半導体パワーデバイスを搭載し、互いに電気的に接続された半導体パワーデバイスから出力を得る装置である。このような半導体パワーモジュールは、たとえば、電動モータを駆動するための駆動回路を構成するインバータ回路に用いられる。電動モータは、たとえば、電気自動車（ハイブリッド車を含む）、電車、産業用ロボット等の動力源として用いられる。半導体パワーモジュールは、また、太陽電池、風力発電機その他の発電装置（とくに自家用発電装置）が発生する電力を商用電源の電力と整合するように変換するインバータ回路にも適用される。
【０００３】
半導体パワーモジュールに搭載された半導体パワーデバイスは、ワイヤ配線を介してモジュールの外部端子に接続されている。
たとえば、特許文献１の図１に開示された半導体パワーモジュールは、金属基板電極、絶縁基板およびヒートシンクが一体化された構造を有する回路基板と、当該回路基板の金属基板電極上に接続された複数のＳｉＣ半導体パワーデバイスと、ヒートシンクに固定され、ＳｉＣ半導体パワーデバイスを収容するケースと、ケースに取り付けられた外部電極とを備えている。ＳｉＣ半導体パワーデバイスと外部電極との間は、Ａｌワイヤによって互いに接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３０５９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体パワーデバイスに接続されるＡｌワイヤは、半導体パワーデバイスが扱う大電流を流す必要があるので、通常、デバイス１チップに対して複数本ボンディングされる。
しかしながら、たとえ複数本のＡｌワイヤを接合しても、個々のＡｌワイヤと半導体パワーデバイスとの接合面積が小さいため、Ａｌワイヤとデバイスとの接合部に電流が集中してしまう。この電流集中により、電流波形が乱れ、さらにはデバイスが局所的に発熱するという不具合がある。デバイスで発生した熱の一部は、Ａｌワイヤを伝わって放散されるが、細いワイヤでは、その放熱効果は十分ではない。
【０００６】
デバイス１チップ当たりに接続するＡｌワイヤの本数を増やし、それにより大きな接合面積を確保すれば、十分な放熱効果を得ることができるかもしれない。しかし、デバイスに接続されるＡｌワイヤのピッチに制限があるため、別の手法による放熱効果の向上が望まれる。
そこで、本発明の主たる目的は、半導体パワーデバイスから流れる電流を平準化することができ、さらに、半導体パワーデバイスで発生する熱を効率よく放散させることができる半導体パワーモジュールおよびその製造方法を提供することである。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、半導体パワーデバイスから流れる電流を平準化することができ、さらに、半導体パワーデバイスで発生する熱を効率よく放散させることができる半導体パワーモジュールを、簡単かつ品質よく製造することができる半導体パワーモジュールの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１記載の発明は、デバイス領域を有するベース部と、当該ベース部に固定され、前記デバイス領域を包囲する枠部とを有するケースと、表面および裏面を有し、当該裏面が前記デバイス領域に接合されたＳｉＣ半導体パワーデバイスと、前記ケースの前記枠部に固定され、前記デバイス領域に対向する樹脂製の天板と、
前記天板に沿って当該天板の周縁部よりも内側の領域のみに設けられたプレート端子と、表面および裏面を有し、当該裏面が前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスの前記表面に接合され、前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスの前記表面から前記ベース部から離れる方向に立ち上がり、前記ＳｉＣ半導体パワーデバイス用の配線部材として用いられるＣｕＭｏ合金またはＣｕＷ合金からなる金属ブロックとを含み、前記天板は、前記プレート端子と対向する領域に形成された、前記プレート端子の平面面積よりも小さい開口と、平面視で前記プレート端子に重なり合い、前記プレート端子をその裏面側から支持する支持部とを有し、前記金属ブロックは、当該開口を介して前記プレート端子に接合されており、前記天板の前記支持部は、前記天板において前記金属ブロックを取り囲む当該開口の周縁部を含む、半導体パワーモジュールである。
【０００９】
この構成によれば、ＳｉＣ半導体パワーデバイスとモジュールのプレート端子とを接続する配線部材として、ワイヤよりも径の大きい金属ブロックが用いられる。これにより、ＳｉＣ半導体パワーデバイスに対して、配線を大きな面積で接合させることができる。そのため、配線（金属ブロック）とＳｉＣ半導体パワーデバイスとの間の接合部における電流集中の発生を抑制することができる。その結果、電流を平準化することができる。さらに、ＳｉＣ半導体パワーデバイスで発生する熱を効率よく放散させることができるので、放熱効果を向上させることもできる。
【００１１】
外部端子がケースを閉塞する天板に沿って設けられたプレート端子である場合、当該プレート端子が外部から衝撃等を受けると、その衝撃は、金属ブロックを介してＳｉＣ半導体パワーデバイスに伝わり、結果、デバイスが破壊するおそれがある。
そこで、請求項１記載の発明では、天板が、プレート端子を裏面側から支持する支持部を有している。そして、このプレート端子は、天板に沿って当該天板の周縁部よりも内側の領域のみに設けられている。これにより、プレート端子が衝撃等を受けても、その衝撃を支持部で緩和することができる。その結果、衝撃をＳｉＣ半導体パワーデバイスに全く伝えないようにできるか、または、ＳｉＣ半導体パワーデバイスに伝わる衝撃を低減することができる。よって、衝撃によるＳｉＣ半導体パワーデバイスの破壊を防止することができる。
【００１２】
また、この構成によれば、金属ブロックを取り囲む開口の周縁部で構成された支持部により、プレート端子から金属ブロックに伝わる衝撃を効果的に緩和することができる。
また、この構成によれば、ＳｉＣ半導体パワーデバイスの配線部材としてＡｌワイヤを使用する場合に比べて、ＳｉＣと配線部材との線膨張係数差を小さくすることができる。そのため、ＳｉＣ半導体パワーデバイスと配線部材との間に生じる熱応力の発生を低減することができる。その結果、デバイスの熱疲労を低減できるので、高寿命かつ信頼性の高い半導体パワーモジュールを達成することができる。
また、たとえば、ＳｉＣの線膨張係数は約４．５ｐｐｍ／Ｋであり、ＣｕＭｏ合金の線膨張係数は約９．０ｐｐｍ／Ｋ（ＳｉＣの約２倍）である。一方、Ａｌの線膨張係数は約２３ｐｐｍ／Ｋ（ＳｉＣの約５倍）である。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、前記天板が、前記枠部に対して分離可能に設けられた部材である、請求項１に記載の半導体パワーモジュールである。
この構成によれば、天板が枠部に対して分離可能であるため、半導体パワーモジュールの製造に際して、枠部と天板とを分離した状態で、まずデバイス領域にＳｉＣ半導体パワーデバイスを配置し、当該ＳｉＣ半導体パワーデバイスに金属ブロックを接合させることができる。そのため、作業性がよい。
【００１９】
また、請求項３記載の発明は、前記ベース部および前記枠部がいずれも金属製であり、前記枠部が、前記ベース部を介して前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスに電力を供給するための外部端子を兼ねている、請求項１または２に記載の半導体パワーモジュールである。
【００２０】
この構成によれば、ベース部から立ち上がる枠部が外部端子を兼ねているので、ＳｉＣ半導体パワーデバイスの裏面に対する電気的なコンタクトを、半導体パワーモジュールの表面側からとることができる。
【００２２】
また、前記金属ブロックは、請求項４記載の発明のように、直方体形状を有していてもよいし、請求項５記載の発明のように、その裏面から表面へ向かって断面積が広がるテーパー形状を有していてもよい。
【００２３】
金属ブロックがテーパー形状の場合、その裏面の面積をＳｉＣ半導体パワーデバイスの表面面積に合わせて設計し、その表面の面積をプレート端子の大きさに合わせて設計すれば、デバイスで発生する熱を、最適な放熱効率で放散することができる。
また、請求項６記載の発明のように、前記半導体パワーモジュールには、前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスが複数設けられており、前記プレート端子は、各前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスに接合された金属ブロックに一括して接合されていてもよい。
【００２４】
また、請求項７記載の発明は、前記天板には、平面視で前記プレート端子と重なる領域外の領域において厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュールである。
この構成によれば、天板に形成された貫通孔からケース内へ樹脂を流し込むことにより、ケース内の絶縁状態を簡単に維持することができる。
請求項８記載の発明は、前記プレート端子は、前記天板の上面から上方に向けて突出している、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュールである。
請求項９記載の発明は、前記天板の前記プレート端子と対向する領域には、平面視で３つの前記開口が三角形状に配列されており、前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスは、各前記開口に１対１で対応するように配置されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュールである。
請求項１０記載の発明は、前記デバイス領域には、平面視で矩形状に形成された絶縁基板が配置されており、前記絶縁基板上には、前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスと接続されるプレート状の配線が形成されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュールである。
請求項１１記載の発明は、前記金属ブロックは、ＣｕＭｏ合金またはＣｕＷ合金からなる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュールである。
【００２５】
また、請求項１１記載の発明は、デバイス領域を有するベース部と、当該ベース部に固定され、前記デバイス領域を包囲する枠部とを有するケースの前記ベース部に表面および裏面を有するＳｉＣ半導体パワーデバイスの当該裏面を接合する工程と、前記ベース部と前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスの接合後、表面および裏面を有し、前記ＳｉＣ半導体パワーデバイス用の配線部材として用いられるＣｕＭｏ合金またはＣｕＷ合金からなる金属ブロックの当該裏面を、前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスの前記表面に接合する工程と、前記ＳｉＣ半導体パワーデバイスに電力を供給するための平板状のプレート端子に対して、予備はんだ付けを施す工程と、前記プレート端子の平面面積よりも小さい開口を有する天板を用意し、前記金属ブロックに対して前記天板の前記開口が一致するように前記天板の位置決めをし、前記枠部に対して前記天板を固定する工程と、前記プレート端子における前記予備はんだが施された箇所に前記天板に沿って当該天板の周縁部よりも内側の領域のみに前記プレート端子が設けられるように前記金属ブロックを当接させ、前記プレート端子を加熱することによって前記プレート端子と前記金属ブロックとを接合する工程とを含む、半導体パワーモジュールの製造方法である。
【００２６】
本発明のように、放熱効果の高い金属ブロックをＳｉＣ半導体パワーデバイスの配線材料として利用する場合、金属ブロックとプレート端子との間にはんだ材料を挟んで、プレート端子側を単に加熱するだけでは、その熱が放熱効果の高い金属ブロックを伝わって放散される場合がある。その結果、予め挟まれたはんだ材料が良好に溶けず、金属ブロックとプレート端子との接合不良を生じるおそれがある。
【００２７】
そこで、請求項１１記載の発明では、プレート端子に対して、予め予備はんだ付けを施し、その予備はんだが施された箇所に前記金属ブロックを当接して接合する。これにより、金属ブロックとプレート端子とを良好に接合することができる。すなわち、本発明のようなＳｉＣ半導体パワーデバイスを、簡単かつ品質よく製造することができる。
また、請求項１２記載の発明は、前記予備はんだ付けを施す工程は、当該プレート端子に所定量以上のはんだを盛る工程を含む、請求項１１に記載の半導体パワーモジュールの製造方法である。
【００２８】
この構成によれば、複数の金属ブロック間に高低差が生じている場合でも、所定量以上のはんだにより、その高低差を補うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係るパワーモジュールの全体図である。
【図２】図１に示すパワーモジュールの内部構成図である。
【図３】図１に示すパワーモジュールの断面図であって、図１のＡ−Ａ切断面における断面を表している。
【図４Ａ】図１に示すパワーモジュールの製造工程の一部を示す断面図であって、図３と同じ切断面を表している。
【図４Ｂ】図４Ａの次の工程を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｂの次の工程を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｃの次の工程を示す図である。
【図４Ｅ】図４Ｄの次の工程を示す図である。
【図５】図１に示すパワーモジュールの断面図であって、図１のＡ´−Ａ´切断面における断面を表している。
【図６】パワーモジュールの一実施形態に係る全体図である。
【図７】図６に示すパワーモジュールの内部構成図である。
【図８】図６に示すパワーモジュールの断面図であって、図６のＢ−Ｂ切断面における断面を表している。
【図９】図６に示すパワーモジュールの断面図であって、図６のＣ−Ｃ切断面における断面を表している。
【図１０Ａ】図６に示すパワーモジュールの製造工程の一部を示す断面図であって、図７と同じ切断面を表している。
【図１０Ｂ】図１０Ａの次の工程を示す図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｂの次の工程を示す図である。
【図１０Ｄ】図１０Ｃの次の工程を示す図である。
【図１０Ｅ】図１０Ｄの次の工程を示す図である。
【図１１】図２に示す金属ブロックの変形例を示すパワーモジュールの内部構成図である。
【図１２】図３に示す金属ブロックの変形例を示すパワーモジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るパワーモジュールの全体図である。
パワーモジュール１は、開放面を有するケース２と、当該ケースの開放面を閉塞する天板３と、外部端子としてのソース端子４と、ソースセンス端子５と、ゲート端子６とを備えている。
【００３１】
説明の便宜上、以下では、図１に示したＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を用いることがある。Ｘ方向は、平面視矩形のケース２の長辺に沿う方向である。Ｙ方向は、平面視矩形のケース２の短辺に沿う方向である。Ｚ方向は、ケース２の高さ方向に沿う方向である。ケース２を水平面に置いたとき、Ｘ方向およびＹ方向は互いに直交する２つの水平な直線（Ｘ軸およびＹ軸）に沿う２つの水平方向（第１水平方向および第２水平方向）となり、Ｚ方向は鉛直な直線（Ｚ軸）に沿う鉛直方向（高さ方向）となる。
【００３２】
ケース２は、平面視矩形の一様厚さのベース部８と、このベース部８の周縁部から立設された平面視矩形の枠部９とを一体的に有している。パワーモジュール１では、ベース部８における枠部９で包囲される領域（後述するデバイス領域１６）に、後述するパワーデバイス１８が配置される。
ベース部８および枠部９は、この実施形態では、金属材料で構成されている。とくに、アルミニウム、銅等の放熱性の高い金属で構成されていることが好ましい。
【００３３】
枠部９には、樹脂材料で構成された台座１２が取り付けられている。この台座１２を貫通して、細い円柱状のソースセンス端子５およびゲート端子６がケース２の内外に跨って設けられている。樹脂製の台座１２を介してソースセンス端子５およびゲート端子６を設けることにより、ソースセンス端子５およびゲート端子６を互いに、かつ、金属製の枠部９に対して絶縁することができる。
【００３４】
天板３は、ケース２に対して分離可能な平面視矩形の一様な厚さの板状体である。天板３は、この実施形態では、樹脂材料で構成されている。とくに、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂を用いることが好ましいが、液晶ポリマー、セラミック材などを用いてもよい。天板３は、たとえば、接着剤などを利用して枠部９に固定されている。
【００３５】
ソース端子４は、Ｙ方向沿って長い平面視矩形の一様な厚さの板状体（プレート端子）であり、天板３の上面に載置されている。図１に示すように、ソース端子４は、天板３に沿って当該天板３の周縁部よりも内側の領域のみに設けられている。
また、天板３において、ソース端子４と対向する領域には、ソース端子４の平面面積よりも小さい開口１４（図１の二点鎖線）が複数形成されている。複数の開口１４は、後述するパワーデバイス１８の数と同数形成されている。この実施形態では、３つの開口１４が、平面視で三角形状に配列されている。
【００３６】
また、天板３において、ソース端子４と台座１２との間の位置には、天板３を厚さ方向に貫通する貫通孔１５が形成されている。貫通孔１５は、この実施形態では、Ｙ方向に沿って長い平面視楕円状に形成されている。
図２は、図１に示す半導体パワーモジュールの内部構成図である。図３は、図１に示す半導体パワーモジュールの断面図であって、図１のＡ−Ａ切断面における断面を表している。
【００３７】
ケース２内において、枠部９に包囲されるデバイス領域１６には、絶縁基板１７および複数のパワーデバイス１８が、Ｙ方向に沿って台座１２の側からこの順に配置されている。
絶縁基板１７は、たとえば、セラミック基板で構成されている。この絶縁基板１７は、Ｙ方向沿って長い平面視矩形の一様な厚さの板状体であり、その上には、プレート状のソースセンス配線１９およびゲート配線２０が、互いに間隔を空けて形成されている。ソースセンス配線１９には、ソースセンス端子５の一端が接続されている。また、ゲート配線２０には、ゲート端子６の一端が接続されている。
【００３８】
複数のパワーデバイス１８は、複数のスイッチング素子Ｔｒおよび複数のダイオード素子Ｄｉを含んでいる。この実施形態では、２つのスイッチング素子Ｔｒおよび１つのダイオード素子Ｄｉを含んでいる。パワーデバイス１８は、この実施形態では、ＳｉＣ半導体を用いたデバイスである。これら複数のパワーデバイス１８は、それぞれ天板３の開口１４に１対１で対応するように配置されている。具体的には、１つのダイオード素子Ｄｉと、２つのスイッチング素子Ｔｒとは、平面視で三角形状に配列されている。そして、複数のパワーデバイス１８は、その裏面１８２がケース２のベース部８に対して接合されることにより、ケース２に対して電気的に接続されている。
【００３９】
パワーデバイス１８のうち、スイッチング素子Ｔｒは、それぞれゲート配線２０およびソースセンス配線１９に対して、別々のＡｌワイヤ２２，２３を用いて、電気的に接続されている。
各パワーデバイス１８の表面１８１（ベース部８に接合された面の反対側の面）には、パワーデバイス１８に電力を供給する配線材料として用いられる金属ブロック２４の裏面２４２が１つずつ接合されている。金属ブロック２４は、この実施形態では、パワーデバイス１８の表面１８１からベース部８から離れる方向（ソース端子４に近づく方向）に立ち上がる直方体形状を有している。
【００４０】
金属ブロック２４は、ＣｕまたはＣｕを含む合金材料（合金材料としては、たとえば、ＣｕＭｏ合金、ＣｕＷ合金などが挙げられる。）からなることが好ましい。これにより、ＳｉＣパワーデバイス１８の配線部材としてＡｌワイヤを使用する場合に比べて、ＳｉＣと金属ブロック２４との線膨張係数差を小さくすることができる。そのため、パワーデバイス１８と金属ブロック２４との間に生じる熱応力の発生を低減することができる。その結果、デバイスの熱疲労を低減できるので、高寿命かつ信頼性の高いパワーモジュール１を達成することができる。たとえば、ＳｉＣの線膨張係数は約４．５ｐｐｍ／Ｋであり、ＣｕＭｏ合金の線膨張係数は約９．０ｐｐｍ／Ｋ（ＳｉＣの約２倍）である。一方、Ａｌの線膨張係数は約２３ｐｐｍ／Ｋ（ＳｉＣの約５倍）である。そして、複数の金属ブロック２４は、天板３の開口１４を介してその表面２４１がソース端子４に接合されている。
【００４１】
また、天板３において、ソース端子４と対向する領域には、平面視でソース端子４の形状に沿った輪郭を有する（平面視でソース端子４に重なる）凹部２５が形成されており、この凹部２５内にソース端子４が嵌め込まれている。金属ブロック２４とソース端子４との接続のための開口１４は、この凹部２５の底壁２６を貫通するように形成されている。支持部としての凹部２５の底壁２６における当該開口１４を取り囲む部分は、ソース端子４に裏面側から当接している。これにより、ソース端子４は、その一部が接合により金属ブロック２４によって支持されており、残りの大部分がその裏面側に入り込む天板３（凹部２５の底壁２６）によって支持されている。
【００４２】
図４Ａ〜図４Ｅは、図１に示すパワーモジュールの製造工程を工程順に説明する図である。
まず、図４Ａに示すように、ケース２内のデバイス領域１６に、プレート状の配線が形成された絶縁基板１７が取り付けられる。次いで、ソースセンス端子５およびゲート端子６が挿入された台座１２がケース２の枠部９に取り付けられる。続いて、ソースセンス端子５およびゲート端子６それぞれと、プレート状配線１９〜２０との接合が行われる。次いで、たとえば、板はんだ２７を介して、ベース部８の上に各パワーデバイス１８がセットされる。そして、ケース２をヒータ２８上に搬入し、たとえば、２５０〜４００℃で加熱する。この加熱により、金属製のケース２に伝わった熱が板はんだ２７に伝わって板はんだ２７が溶融する。これにより、パワーデバイス１８がケース２のベース部８に接合される。なお、図４Ｂ以下では、接合に使用された板はんだ２７を省略している。
【００４３】
次いで、ケース２をヒータ２８に置いたまま、図４Ｂに示すように、たとえば、板はんだ２９を介して、各パワーデバイス１８の表面１８１に金属ブロック２４がセットされる。そして、たとえば、２５０〜４００℃でケース２を加熱する。この加熱により、金属製のケース２に伝わった熱が、パワーデバイス１８を介して板はんだ２９に伝わって、板はんだ２９が溶融する。これにより、金属ブロック２４がパワーデバイス１８に接合される。なお、図４Ｃ以下では、接合に使用された板はんだ２９を省略している。
【００４４】
次いで、図４Ｃに示すように、各金属ブロック２４に対して天板３の開口１４が一致するように天板３の位置決めをし、枠部９に対して天板３を固定する。
次いで、図４Ｄに示すように、ソース端子４が単独でヒータ２８の上に置かれ、当該ソース端子４の上に予備はんだ３０が施される。次いで、ケース２を逆さまにした状態（天板３が下側になった状態）で予備はんだ３０に対して金属ブロック２４の位置決めをし、金属ブロック２４と予備はんだ３０とを接触させる。
【００４５】
そして、ヒータ２８の加熱により、図４Ｅに示すように、金属ブロック２４とソース端子４とが接合される。このとき、ソース端子４は、天板３に沿って当該天板３の周縁部よりも内側の領域のみに設けられるように、金属ブロック２４と接合される。
以上のように、パワーモジュール１によれば、パワーデバイス１８とソース端子４とを接続する配線部材として、ワイヤよりも径の大きい金属ブロック２４が用いられる。これにより、パワーデバイス１８に対して、配線（金属ブロック２４）を大きな面積で接合させることができる。そのため、配線（金属ブロック２４）とパワーデバイス１８との間の接合部における電流集中の発生を抑制することができる。その結果、電流を平準化することができる。さらに、パワーデバイス１８で発生する熱を、金属ブロック２４およびプレート状ソース端子４により効率よく放散させることができるので、放熱効果を向上させることもできる。
【００４６】
また、この実施形態のように、外部端子が天板３の上面に沿って設けられたプレート端子である場合、当該ソース端子４が外部から衝撃等を受けると、その衝撃は、金属ブロック２４を介してパワーデバイス１８に伝わり、結果、デバイス１８が破壊するおそれがある。
そこで、この実施形態では、天板３の凹部２５の底壁２６が、ソース端子４を裏面側から支持している。そして、このソース端子４は、天板３に沿って当該天板３の周縁部よりも内側の領域のみに設けられている。これにより、ソース端子４が衝撃等を受けても、その衝撃を凹部２５の底壁２６で緩和することができる。その結果、衝撃をパワーデバイス１８に全く伝えないようにできるか、または、パワーデバイス１８に伝わる衝撃を低減することができる。よって、衝撃によるパワーデバイス１８の破壊を防止することができる。しかも、この実施形態では、ソース端子４を支持する支持部が、各金属ブロック２４を１対１で各金属ブロックの平面輪郭に沿って取り囲む開口１４の周縁部（凹部２５の底壁２６）で構成されているため、ソース端子４から金属ブロック２４に伝わる衝撃を効果的に緩和することができる。
【００４７】
また、天板３が枠部９に対して分離可能であるため、パワーモジュール１の製造に際して、枠部９と天板３とを分離した状態で、まずデバイス領域１６にパワーデバイス１８を配置し、当該パワーデバイス１８に金属ブロック２４を接合させることができる。そのため、作業性がよい。
また、金属製のベース部８にパワーデバイス１８の裏面１８２が直接接合されているため、パワーデバイス１８の裏面１８２（ドレイン側）に対する電気的なコンタクトを、パワーモジュール１のケース２を利用してとることができる。
【００４８】
また、天板３に貫通孔１５が形成されているため、当該貫通孔１５からケース２内へ樹脂を流し込むことにより、ケース２内の絶縁状態を簡単に維持することができる。
また、この実施形態のように、放熱効果の高い金属ブロック２４をパワーデバイス１８の配線材料として利用する場合、たとえば、図４Ａや図４Ｂの工程のように、金属ブロック２４とソース端子４との間に板はんだを挟んだ状態で、ソース端子４をヒータ２８で加熱するやり方では、その熱が放熱効果の高い金属ブロック２４を伝わって放散される場合がある。その結果、予め挟まれた板はんだが良好に溶けず、金属ブロック２４とソース端子４との接合不良を生じるおそれがある。
【００４９】
そこで、この実施形態では、図４Ｄに示すように、ソース端子４に対して、予め予備はんだ３０を施し、その予備はんだ３０が施された箇所に金属ブロック２４を当接して接合する。これにより、金属ブロック２４と外部端子とを良好に接合することができる。すなわち、パワーモジュール１を、簡単かつ品質よく製造することができる。
そして、このような方法によれば、たとえば、複数の金属ブロック２４間に、図５に示すような高低差ｈが生じていても、所定量の予備はんだ３０を施すことにより、その高低差ｈを予備はんだ３０で補うことができる。その結果、複数の金属ブロック２４に対して、プレート状のソース端子４を一括して確実に接合することができる。
図６は、パワーモジュールの一実施形態に係る全体図である。図７は、図６に示すパワーモジュールの内部構成図である。図８は、図６に示すパワーモジュールの断面図であって、図６のＢ−Ｂ切断面における断面を表している。図９は、図６に示すパワーモジュールの断面図であって、図６のＣ−Ｃ切断面における断面を表している。
【００５０】
パワーモジュール５１は、開放面を有するケース５２と、当該ケース５２の開放面を閉塞する天板５３と、外部端子としてのソース端子５４と、ソースセンス端子５５と、ゲート端子５６とを備えている。
説明の便宜上、以下では、図１に示したＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向を用いることがある。Ｘ方向は、平面視矩形のケース５２の長辺に沿う方向である。Ｙ方向は、平面視矩形のケース５２の短辺に沿う方向である。Ｚ方向は、ケース５２の高さ方向に沿う方向である。ケース５２を水平面に置いたとき、Ｘ方向およびＹ方向は互いに直交する２つの水平な直線（Ｘ軸およびＹ軸）に沿う２つの水平方向（第１水平方向および第２水平方向）となり、Ｚ方向は鉛直な直線（Ｚ軸）に沿う鉛直方向（高さ方向）となる。
【００５１】
ケース５２は、平面視矩形の一様厚さのベース部５８と、このベース部５８の周縁部から立設された平面視矩形の枠部５９とを有している。パワーモジュール５１では、ベース部５８における枠部５９で包囲される領域（デバイス領域６１）に、後述するパワーデバイス７４が配置される。
ベース部５８は、この実施形態では、金属材料で構成されている。とくに、アルミニウム、銅等の放熱性の高い金属で構成されていることが好ましい。
【００５２】
一方、枠部５９は、この実施形態では、樹脂材料で構成されている。とくに、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂を用いることが好ましいが、液晶ポリマー、セラミック材などを用いてもよい。
枠部５９には、その頂部よりも一段低い一定深さの低段部６３が形成されている。この低段部６３は、平面視Ｕ字状に形成され、同じく平面視Ｕ字状の天板５３をスライドさせるための部分である。低段部６３の深さは、たとえば、天板５３の厚さとほぼ同じ大きさであることが好ましい。これにより、天板５３を固定したときに、枠部５９および天板５３により平坦面を有する直方体を形成することができる。
【００５３】
枠部５９には、樹脂材料で構成された台座６４が取り付けられている。この台座６４を貫通して、細い棒状のソースセンス端子５５およびゲート端子５６がケース５２の内外に跨って設けられている。樹脂製の台座６４を介してソースセンス端子５５およびゲート端子５６を設けることにより、ソースセンス端子５５およびゲート端子５６を互いに、かつ、金属製の枠部５９に対して絶縁することができる。
【００５４】
天板５３は、ケース５２に対して分離可能な平面視矩形の一様な厚さの板状体である。天板５３は、この実施形態では、樹脂材料で構成されている。とくに、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の耐熱性樹脂を用いることが好ましいが、液晶ポリマー、セラミック材などを用いてもよい。
ソース端子５４は、Ｙ方向沿って長い平面視矩形の一様な厚さの板状体（プレート端子）であり、ベース部５８のデバイス領域６１に対向するように設けられている。
【００５５】
天板５３は、ソース端子５４の第１対辺としての長辺に沿う一対のアーム部６５と、当該一対のアーム部６５におけるソース端子５４に対してソースセンス端子５５側同士を連結する連結部６６とを有し、これらアーム部６５および連結部６６によってプレート端子の周囲の三方を取り囲むように設けられており、Ｘ方向ソースセンス端子５５側が連結部６６によって閉塞された閉塞端とされ、その反対側が開放端とされている。これにより、天板５３は、枠部５９によって、連結端がソース端子５４から離れる方向に沿うスライド方向（Ｘ方向）にスライド可能に支持されている。
【００５６】
そして、図９に示すように、一対のアーム部６５は、それぞれソース端子５４の周縁部に対して、スライド方向に直交する横方向（Ｙ方向）外側から当接する第１部分６７と、当該第１部分６７の下端からソース端子５４の裏面に沿って張り出す第２部分６８と有している。これにより、ソース端子５４の長辺に沿う周縁部は、アーム部６５の第１部分６７とアーム部６５の第２部分６８とで区画された凹部６９に嵌合している。
【００５７】
また、図８に示すように、連結部６６は、ソース端子５４の周縁部に対して、スライド方向（Ｘ方向）外側から当接する第１部分７０と、当該第１部分７０の下端からソース端子５４の裏面に沿って張り出す第２部分７１と有している。これにより、ソース端子５４の第２対辺としての短辺に沿う周縁部は、連結部６６の第１部分７０と連結部６６の第２部分７１とで区画された凹部７２に嵌合している。
【００５８】
つまり、ソース端子５４は、アーム部６５および連結部６６により、平面視Ｕ字状の位置で支持されている。
ケース５２内において、枠部５９に包囲されるデバイス領域６１には、絶縁基板７３および複数のパワーデバイス７４が、Ｙ方向に沿って台座６４の側からこの順に配置されている。
【００５９】
絶縁基板７３は、たとえば、セラミック基板で構成されている。この絶縁基板７３は、Ｙ方向沿って長い平面視矩形の一様な厚さの板状体であり、その上には、プレート状のソースセンス配線７５およびゲート配線７６が、互いに間隔を空けて形成されている。ソースセンス配線７５には、ソースセンス端子５５の一端が接続されている。また、ゲート配線７６には、ゲート端子５６の一端が接続されている。
【００６０】
複数のパワーデバイス７４は、複数のスイッチング素子Ｔｒおよび複数のダイオード素子Ｄｉを含んでいる。この実施形態では、２つのスイッチング素子Ｔｒおよび１つのダイオード素子Ｄｉを含んでいる。パワーデバイス７４は、この実施形態では、ＳｉＣ半導体を用いたデバイスである。これら複数のパワーデバイス７４は、２つのスイッチング素子ＴｒがＹ方向に沿って間隔を空けて配置され、これらのスイッチ素子Ｔｒに対してＸ方向絶縁基板７３の反対側に、１つのダイオード素子Ｄｉが配置されている。具体的には、１つのダイオード素子Ｄｉと、２つのスイッチング素子Ｔｒとは、平面視で三角形状に配列されている。そして、複数のパワーデバイス７４は、その裏面７４２がケース５２のベース部５８に対して接合されることにより、ケース５２に対して電気的に接続されている。
【００６１】
パワーデバイス７４のうち、スイッチング素子Ｔｒは、それぞれゲート配線７６およびソースセンス配線７５に対して、別々のＡｌワイヤ８１，８２を用いて、電気的に接続されている。
各パワーデバイス７４の表面７４１（ベース部５８に接合された面の反対側の面）には、パワーデバイス７４に電力を供給する配線材料として用いられる金属ブロック８３の裏面８３２が１つずつ接合されている。金属ブロック８３は、この実施形態では、パワーデバイス７４の表面７４１からベース部５８から離れる方向（ソース端子５４に近づく方向）に立ち上がる直方体形状を有している。
【００６２】
金属ブロック８３は、ＣｕまたはＣｕを含む合金材料（合金材料としては、たとえば、ＣｕＭｏ合金、ＣｕＷ合金などが挙げられる。）からなることが好ましい。これにより、ＳｉＣパワーデバイス７４の配線部材としてＡｌワイヤを使用する場合に比べて、ＳｉＣと金属ブロック８３との線膨張係数差を小さくすることができる。そのため、パワーデバイス７４と金属ブロック８３との間に生じる熱応力の発生を低減することができる。その結果、デバイスの熱疲労を低減できるので、高寿命かつ信頼性の高いパワーモジュール５１を達成することができる。たとえば、ＳｉＣの線膨張係数は約４．５ｐｐｍ／Ｋであり、ＣｕＭｏ合金の線膨張係数は約９．０ｐｐｍ／Ｋ（ＳｉＣの約２倍）である。一方、Ａｌの線膨張係数は約２３ｐｐｍ／Ｋ（ＳｉＣの約５倍）である。そして、複数の金属ブロック８３は、天板５３におけるアーム部６５および連結部６６により取り囲まれる領域で、その表面８３１がソース端子５４に接合されている。
【００６３】
図１０Ａ〜図１０Ｅは、図６に示すパワーモジュールの製造工程を工程順に説明する図である。
まず、図１０Ａに示すように、ケース５２内のデバイス領域６１に、プレート状の配線が形成された絶縁基板７３が取り付けられる。次いで、ソースセンス端子５５およびゲート端子５６が挿入された台座６４がケース５２の枠部５９に取り付けられる。続いて、ソースセンス端子５５およびゲート端子５６それぞれと、プレート状配線との接合が行われる。次いで、たとえば、板はんだ８４を介して、ベース部５８の上に各パワーデバイス７４がセットされる。そして、ケース５２をヒータ８５上に搬入し、たとえば、２５０〜４００℃で加熱する。この加熱により、金属製のベース部５８に伝わった熱が板はんだ８４に伝わって板はんだ８４が溶融する。これにより、パワーデバイス７４がケース５２のベース部５８に接合される。なお、図１０Ｂ以下では、接合に使用された板はんだ８４を省略している。
【００６４】
次いで、ケース５２をヒータ８５に置いたまま、図１０Ｂに示すように、たとえば、板はんだ８６を介して、各パワーデバイス７４の表面７４１に金属ブロック８３がセットされる。そいて、たとえば、２５０〜４００℃でケース５２を加熱する。この加熱により、金属製のベース部５８に伝わった熱が、パワーデバイス７４を介して板はんだ８６に伝わって、板はんだ８６が溶融する。これにより、金属ブロック８３がパワーデバイス７４に接合される。なお、図１０Ｃ以下では、接合に使用された板はんだ８６を省略している。
【００６５】
次いで、図１０Ｃに示すように、ソース端子５４が単独でヒータ８５の上に置かれ、当該ソース端子５４の上に予備はんだ８７が施される。次いで、ケース５２を逆さまにした状態で予備はんだ８７に対して金属ブロック８３の位置決めをし、金属ブロック８３と予備はんだとを接触させる。
そして、ヒータ８５の加熱により、図１０Ｄに示すように、金属ブロック８３とソース端子５４とが接合される。
【００６６】
次いで、図１０Ｅに示すように、ソース端子５４の周縁部に対して天板５３の凹部が一致するように天板５３の位置決めをし、枠部５９に対して、天板５３の連結部６６がソース端子５４に接触するまで天板５３をスライドさせる。これにより、デバイス領域６１が閉塞される。
以上のように、パワーモジュール５１によれば、パワーデバイス７４とソース端子５４とを接続する配線部材として、ワイヤよりも径の大きい金属ブロック８３が用いられる。これにより、パワーデバイス７４に対して、配線（金属ブロック８３）を大きな面積で接合させることができる。そのため、配線（金属ブロック８３）とパワーデバイス７４との間の接合部における電流集中の発生を抑制することができる。その結果、電流を平準化することができる。さらに、パワーデバイス７４で発生する熱を、金属ブロック８３およびプレート状ソース端子５４により効率よく放散させることができるので、放熱効果を向上させることもできる。
【００６７】
また、この実施形態のように、外部端子が天板５３の上面に沿って設けられたプレート端子である場合、当該ソース端子５４が外部から衝撃等を受けると、その衝撃は、金属ブロック８３を介してパワーデバイス７４に伝わり、結果、デバイスが破壊するおそれがある。
そこで、この実施形態では、天板５３のアーム部６５および連結部６６のそれぞれ第２部分６８，７１が、ソース端子５４を裏面側から支持している。これにより、ソース端子５４が衝撃等を受けても、その衝撃をアーム部６５および連結部６６で緩和することができる。その結果、衝撃をパワーデバイス７４に全く伝えないようにできるか、または、パワーデバイス７４に伝わる衝撃を低減することができる。よって、衝撃によるパワーデバイス７４の破壊を防止することができる。
【００６８】
また、天板５３が枠部５９に対してスライド可能に支持されていて、枠部５９から分離可能である。そのため、パワーモジュール５１の製造に際して、枠部５９と天板５３とを分離した状態で、まずデバイス領域６１にパワーデバイス７４を配置し、当該パワーデバイス７４に金属ブロック８３を接合させることができる。そのため、作業性がよい。その上、天板５３において、スライドにより引き抜かれる方向とは反対側の端部が開放端となっている。そのため、天板５３を枠部５９に対して固定した後でも、金属ブロック８３とソース端子５４との接合を外さずに、天板５３を引き抜いてデバイス領域６１を露出させることができる。その結果、ケース５２内のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００６９】
また、ソース端子５４の長辺に沿う周縁部が、アーム部６５の第１部分６７とアーム部６５の第２部分６８とで区画された凹部６９に嵌合している。そのため、天板５３を枠部５９に沿ってスライドさせるときに、ソース端子５４を、天板５３をガイドするためのガイド部材として利用することができる。よって、天板５３の位置決めを容易に行うことができる。
【００７０】
また、ソース端子５４の短辺（スライド方向に直交する対辺）に沿う周縁部が、連結部６６の第１部分７０と連結部６６の第２部分７１とで区画された凹部７２に嵌合している。そのため、天板５３を枠部５９に沿ってスライドさせるときに、ソース端子５４の当該周縁部を、天板５３の連結部６６の第１部分７０に当接させることにより、天板５３のスライドを止めることができる。つまり、プレート端子を、天板５３のスライドを止めるためのストッパ部材としても利用することができる。よって、天板５３の位置決めを一層容易に行うことができる。
【００７１】
また、金属製のベース部５８にパワーデバイス７４の裏面７４２が直接接合されているため、パワーデバイス７４の裏面７４２（ドレイン側）に対する電気的なコンタクトを、パワーモジュール５１のケース５２を利用してとることができる。
また、この実施形態のように、放熱効果の高い金属ブロック８３をパワーデバイス７４の配線材料として利用する場合、たとえば、図１０Ａや図１０Ｂの工程のように、金属ブロック８３とソース端子５４との間に板はんだを挟んだ状態で、ソース端子５４をヒータ８５で加熱するやり方では、その熱が放熱効果の高い金属ブロック８３を伝わって放散される場合がある。その結果、予め挟まれた板はんだが良好に溶けず、金属ブロック８３とソース端子５４との接合不良を生じるおそれがある。
【００７２】
そこで、この実施形態では、図１０Ｃに示すように、ソース端子５４に対して、予め予備はんだ８７を施し、その予備はんだ８７が施された箇所に金属ブロック８３を当接して接合する。これにより、金属ブロック８３とソース端子５４とを良好に接合することができる。すなわち、パワーモジュール５１を、簡単かつ品質よく製造することができる。
そして、このような方法によれば、たとえば、前述の実施形態で説明したように、複数の金属ブロック８３間に、図５に示すような高低差ｈが生じていても、所定量の予備はんだ８７を施すことにより、その高低差ｈを予備はんだ８７で補うことができる。その結果、複数の金属ブロック８３に対して、プレート状のソース端子５４を一括して確実に接合することができる。
【００７３】
以上、本発明およびパワーモジュールの実施形態を説明したが、本発明およびパワーモジュールは、他の形態で実施することもできる。
たとえば、金属ブロック２４は、図１１および図１２に示すパワーモジュール１０１のように、その裏面２４２から表面２４１へ向かって断面積が広がるテーパー形状を有していてもよい。
また、金属ブロック２４，８３の材料は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅなどの金属材料であってもよい。
【００７４】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
この明細書および図面の記載から、特許請求の範囲に記載した発明以外にも、以下のような特徴が抽出され得る。
１．ベース部材と、表面および裏面を有し、当該裏面が前記ベース部材に接合された半導体パワーデバイスと、表面および裏面を有し、当該裏面が前記半導体パワーデバイスの前記表面に接合され、前記半導体パワーデバイスの前記表面から前記ベース部材から離れる方向に立ち上がり、前記半導体パワーデバイス用の配線部材として用いられる金属ブロックと、前記金属ブロックの前記表面に接合され、前記金属ブロックを介して前記半導体パワーデバイスに電力を供給するための外部端子とを含む、半導体パワーモジュール。
この構成によれば、半導体パワーデバイスとモジュールの外部端子とを接続する配線部材として、ワイヤよりも径の大きい金属ブロックが用いられる。これにより、半導体パワーデバイスに対して、配線を大きな面積で接合させることができる。そのため、配線（金属ブロック）と半導体パワーデバイスとの間の接合部における電流集中の発生を抑制することができる。その結果、電流を平準化することができる。さらに、半導体パワーデバイスで発生する熱を効率よく放散させることができるので、放熱効果を向上させることもできる。
２．前記半導体パワーデバイスが配置されるデバイス領域を有するベース部と、当該ベース部に固定され、前記デバイス領域を包囲する枠部とを有するケースと、当該ケースの前記枠部に固定され、前記デバイス領域に対向する樹脂製の天板とをさらに含み、前記外部端子が、前記天板に沿って設けられたプレート端子を含み、前記天板は、平面視で前記プレート端子に重なり合い、前記プレート端子をその裏面側から支持する支持部を有している、項１に記載の半導体パワーモジュール。
外部端子がケースを閉塞する天板に沿って設けられたプレート端子である場合、当該プレート端子が外部から衝撃等を受けると、その衝撃は、金属ブロックを介して半導体パワーデバイスに伝わり、結果、デバイスが破壊するおそれがある。
そこで、項２記載の発明では、天板が、プレート端子を裏面側から支持する支持部を有している。これにより、プレート端子が衝撃等を受けても、その衝撃を支持部で緩和することができる。その結果、衝撃を半導体パワーデバイスに全く伝えないようにできるか、または、半導体デバイスに伝わる衝撃を低減することができる。よって、衝撃による半導体パワーデバイスの破壊を防止することができる。
３．前記天板には、前記プレート端子と対向する領域に、前記プレート端子の平面面積よりも小さい開口が形成されており、前記金属ブロックは、当該開口を介して前記プレート端子に接合されており、前記天板の前記支持部は、前記天板において前記金属ブロックを取り囲む当該開口の周縁部を含む、項２に記載の半導体パワーモジュール。
この構成によれば、金属ブロックを取り囲む開口の周縁部で構成された支持部により、プレート端子から金属ブロックに伝わる衝撃を効果的に緩和することができる。
４．前記天板が、前記枠部に対して分離可能に設けられた部材である、項２または３に記載の半導体パワーモジュール。
この構成によれば、天板が枠部に対して分離可能であるため、半導体パワーモジュールの製造に際して、枠部と天板とを分離した状態で、まずデバイス領域に半導体パワーデバイスを配置し、当該半導体パワーデバイスに金属ブロックを接合させることができる。そのため、作業性がよい。
５．前記天板は、前記プレート端子に対する一方側の位置に開放端を有し、当該プレート端子に対して当該開放端の反対側の位置に閉塞端を有する平面視Ｕ字状に形成されており前記枠部によって、前記閉塞端が前記プレート端子から離れる方向に沿うスライド方向にスライド可能に支持されており、前記金属ブロックは、前記開放端と前記閉塞端との間において前記天板に取り囲まれる領域で前記プレート端子に接合されており、前記天板の前記支持部は、前記天板における前記領域の縁部を含む、項２に記載の半導体パワーモジュール。
この構成によれば、天板が枠部に対してスライド可能に支持されていて、枠部から分離可能である。そのため、半導体パワーモジュールの製造に際して、枠部と天板とを分離した状態で、まずデバイス領域に半導体パワーデバイスを配置し、当該半導体パワーデバイスに金属ブロックを接合させることができる。そのため、作業性がよい。その上、天板において、スライドにより引き抜かれる方向とは反対側の端部が開放端となっている。そのため、天板を枠部に対して固定した後でも、金属ブロックとプレート端子との接合を外さずに、天板を引き抜いてデバイス領域を露出させることができる。その結果、ケース内のメンテナンスを容易に行うことができる。
また、金属ブロックが配置された領域を取り囲む縁部で構成された支持部により、プレート端子から金属ブロックに伝わる衝撃を効果的に緩和することができる。
６．前記プレート端子が、前記スライド方向に沿って延びる一対の第１対辺および当該第１対辺に直交する一対の第２対辺を有する平面視四角状に形成されており、前記天板は、前記第１対辺に沿う一対のアーム部と、当該一対のアーム部の前記スライド方向一方側同士を連結する連結部とを有し、これらアーム部および連結部によって前記プレート端子の周囲の三方を取り囲むように設けられており、一対の前記アーム部は、それぞれ前記プレート端子の周縁部に対して、前記スライド方向に直交する横方向外側から当接する第１部分と、当該第１部分の下端から前記プレート端子の前記裏面に沿って張り出す第２部分と有しており、前記プレート端子の前記第１対辺に沿う前記周縁部は、前記アーム部の前記第１部分と前記アーム部の前記第２部分とで区画された凹部に嵌合している、項５に記載の半導体パワーモジュール。
この構成によれば、プレート端子の第１対辺に沿う周縁部が、アーム部の第１部分とアーム部の第２部分とで区画された凹部に嵌合している。そのため、天板を枠部に沿ってスライドさせるときに、プレート端子を、天板をガイドするためのガイド部材として利用することができる。よって、天板の位置決めを容易に行うことができる。
７．前記連結部は、前記プレート端子の周縁部に対して、前記スライド方向外側から当接する第１部分と、当該第１部分の下端から前記プレート端子の前記裏面に沿って張り出す第２部分と有しており、前記プレート端子の前記第２対辺に沿う前記周縁部は、前記連結部の前記第１部分と前記連結部の前記第２部分とで区画された凹部に嵌合している、項６に記載の半導体パワーモジュール。
この構成によれば、プレート端子の第２対辺（スライド方向に直交する対辺）に沿う周縁部が、連結部の第１部分と連結部の第２部分とで区画された凹部に嵌合している。そのため、天板を枠部に沿ってスライドさせるときに、プレート端子の当該周縁部を、天板の連結部の第１部分に当接させることにより、天板のスライドを止めることができる。つまり、プレート端子を、天板のスライドを止めるためのストッパ部材としても利用することができる。よって、天板の位置決めを一層容易に行うことができる。
８．前記ベース部および前記枠部がいずれも金属製であり、前記ベース部が、前記半導体パワーデバイスを支持する前記ベース部材を兼ねており、前記枠部が、前記ベース部を介して前記半導体パワーデバイスに電力を供給するための第２の外部端子を兼ねている、項２〜７のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュール。
この構成によれば、ベース部から立ち上がる枠部が第２の外部端子を兼ねているので、半導体パワーデバイスの裏面に対する電気的なコンタクトを、半導体パワーモジュールの表面側からとることができる。
９．前記半導体パワーデバイスが、ＳｉＣ半導体を用いたデバイスである、項１〜８のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュール。
１０．前記金属ブロックが、ＣｕまたはＣｕを含む合金材料からなる、項９に記載の半導体パワーモジュール。
この構成によれば、半導体パワーデバイスの配線部材としてＡｌワイヤを使用する場合に比べて、ＳｉＣと配線部材との線膨張係数差を小さくすることができる。そのため、半導体パワーデバイスと配線部材との間に生じる熱応力の発生を低減することができる。その結果、デバイスの熱疲労を低減できるので、高寿命かつ信頼性の高い半導体パワーモジュールを達成することができる。Ｃｕを含む合金材料としては、たとえば、ＣｕＭｏ合金、ＣｕＷ合金などが挙げられる。
また、たとえば、ＳｉＣの線膨張係数は約４．５ｐｐｍ／Ｋであり、ＣｕＭｏ合金の線膨張係数は約９．０ｐｐｍ／Ｋ（ＳｉＣの約２倍）である。一方、Ａｌの線膨張係数は約２３ｐｐｍ／Ｋ（ＳｉＣの約５倍）である。
１１．前記金属ブロックが、直方体形状を有している、項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュール。
１２．前記金属ブロックが、その裏面から表面へ向かって断面積が広がるテーパー形状を有している、項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュール。
金属ブロックがテーパー形状の場合、その裏面の面積を半導体パワーデバイスの表面面積に合わせて設計し、その表面の面積を外部端子の大きさに合わせて設計すれば、デバイスで発生する熱を、最適な放熱効率で放散することができる。
１３．前記半導体パワーデバイスが複数設けられており、前記外部端子は、各前記半導体パワーデバイスに接合された金属ブロックに一括して接合されている、項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュール。
１４．前記天板には、平面視で前記プレート端子と重なる領域外の領域において厚さ方向に貫通する貫通孔が形成されている、項１〜１３のいずれか一項に記載の半導体パワーモジュール。
この構成によれば、天板に形成された貫通孔からケース内へ樹脂を流し込むことにより、ケース内の絶縁状態を簡単に維持することができる。
１５．表面および裏面を有する半導体パワーデバイスの当該裏面をベース部材に接合する工程と、前記ベース部材と前記半導体パワーデバイスの接合後、表面および裏面を有し、前記半導体パワーデバイス用の配線部材として用いられる金属ブロックの当該裏面を、前記半導体デバイスの前記表面に接合する工程と、前記半導体パワーデバイスに電力を供給するための外部端子に対して、予備はんだ付けを施す工程と、前記外部端子における前記予備はんだが施された箇所に前記金属ブロックを当接させ、前記外部端子を加熱することによって前記外部端子と前記金属ブロックとを接合する工程とを含む、半導体パワーモジュールの製造方法。
本発明のように、放熱効果の高い金属ブロックを半導体パワーデバイスの配線材料として利用する場合、金属ブロックと外部端子との間にはんだ材料を挟んで、外部端子側を単に加熱するだけでは、その熱が放熱効果の高い金属ブロックを伝わって放散される場合がある。その結果、予め挟まれたはんだ材料が良好に溶けず、金属ブロックと外部端子との接合不良を生じるおそれがある。
そこで、項１５記載の発明では、外部端子に対して、予め予備はんだ付けを施し、その予備はんだが施された箇所に前記金属ブロックを当接して接合する。これにより、金属ブロックと外部端子とを良好に接合することができる。すなわち、本発明のような半導体パワーデバイスを、簡単かつ品質よく製造することができる。
１６．前記外部端子が、平板状のプレート端子であり、前記予備はんだ付けを施す工程は、当該プレート端子に所定量以上のはんだを盛る工程を含む、項１５に記載の半導体パワーモジュールの製造方法。
この構成によれば、複数の金属ブロック間に高低差が生じている場合でも、所定量以上のはんだにより、その高低差を補うことができる。
【符号の説明】
【００７５】
１      パワーモジュール
２      ケース
３      天板
４      ソース端子
８      ベース部
９      枠部
１４    開口
１５    貫通孔
１６    デバイス領域
１８    パワーデバイス
２４    金属ブロック
２５    凹部
２６    底壁
５１    パワーモジュール
５２    ケース
５３    天板
５４    ソース端子
５８    ベース部
５９    枠部
６１    デバイス領域
６５    アーム部
６６    連結部
６７    （アーム部の）第１部分
６８    （アーム部の）第２部分
６９    （アーム部の）凹部
７０    （連結部の）第１部分
７１    （連結部の）第２部分
７２    （連結部の）凹部
７４    パワーデバイス
８３    金属ブロック
１０１  パワーモジュール
１８１  （パワーデバイスの）表面
１８２  （パワーデバイスの）裏面
２４１  （金属ブロックの）表面
２４２  （金属ブロックの）裏面
７４１  （パワーデバイスの）表面
７４２  （パワーデバイスの）裏面
８３１  （金属ブロックの）表面
８３２  （金属ブロックの）裏面
Ｔｒ  トランジスタ素子
Ｄｉ  ダイオード素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
0005709299.tif 000016
【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１１】
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【図１２】
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