(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に配線パターンが形成された配線基板と、
前記配線パターンに裏面が電気的・機械的に接合された電力変換用の半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子の２つの電流出入力電極をそれぞれ外部に導出する第１及び第２の電極導出端子と、
前記半導体スイッチング素子の２つの制御電極をそれぞれ外部に導出する第３及び第４の電極導出端子と、
前記配線基板に固定され、前記配線パターンの形成領域を露出させる開口を底面に有し、上端が開口された樹脂ケースと、
前記樹脂ケースの内側に嵌合して前記樹脂ケースと一体に固定され、前記第１から第４の電極導出端子を保持する端子保持樹脂とを備え、
前記第１から第４の電極導出端子はそれぞれ、折り曲げ形成された金属板からなり、前記端子保持樹脂の上面に敷くように配置されて露出する外部接続部と、前記外部接続部より低い位置で前記端子保持樹脂の上面に敷くように配置されて露出する内部接続部と、前記外部接続部と前記内部接続部との間を繋ぎ前記端子保持樹脂に埋設された中間部とを有し、
前記端子保持樹脂は、前記外部接続部が配置され前記中間部を埋設保持する第１の渡り部と、前記第１及び第２の電極導出端子の内部接続部を支持する第２の渡り部とを有し、
前記第１の渡り部は、前記樹脂ケースの一辺中央部からその対辺中央部に渡るように配置され、前記樹脂ケース内の空間を２分割し、
前記第２の渡り部及びこれに支持される前記第１、第２の電極導出端子の内部接続部は、前記第１の渡り部の中央部から両側にそれぞれ延設されて、前記第１の渡り部によって２分割された各空間をさらに２分割し、
前記第１の電極導出端子の中間部の一部の上方に前記第２の電極導出端子の中間部が間隔を隔てて重なって配置され、当該間隔に前記端子保持樹脂を構成する樹脂が充填され、
前記第１の電極導出端子の内部接続部の幅方向の中央部の上方に前記第２の電極導出端子の内部接続部が間隔を隔てて重なって配置され、当該間隔に前記端子保持樹脂を構成する樹脂が充填され、前記第２の電極導出端子の内部接続部の上面が露出してワイヤボンディング領域を形成し、前記第１の電極導出端子の内部接続部は前記第２の電極導出端子の内部接続部の両側で露出してワイヤボンディング領域を形成し、
前記配線パターンの形成領域は、互いに離れた４つに分割されて、前記第１の渡り部及び前記第２の渡り部により４分割された空間にそれぞれ臨むように配置され、
前記４分割された空間の各々において、前記半導体スイッチング素子が接合された前記配線パターンと、前記第１の電極導出端子の内部接続部とがワイヤボンディングされ、前記半導体スイッチング素子の表面に形成された電極と、前記第２の電極導出端子の内部接続部とがワイヤボンディングされ、
前記樹脂ケース及び前記端子保持樹脂が熱可塑性樹脂からなり、
前記４分割された空間の各々に、熱硬化性樹脂が充填されて電気回路が封止されてなる樹脂封止型パワー半導体モジュール。
【請求項２】
前記第３の電極導出端子の内部接続部が前記第１の渡り部の両端部から両側にそれぞれ延設されて、上面を露出して前記配線パターンの形成領域より外側にワイヤボンディング領域を形成し、
前記４分割された空間の各々において、前記第３電極導出端子の内部接続部がワイヤボンディングされて前記半導体素子の表面に形成された制御電極と接続されてなる請求項１に記載の樹脂封止型パワー半導体モジュール。
【請求項３】
前記第４の電極導出端子の内部接続部が前記第１の渡り部の中央部から突出して前記第２の電極導出端子の内部接続部の上方に間隔を隔てて重なって設けられ、上面を露出してワイヤボンディング領域を形成し、
前記第２の電極導出端子の内部接続部と前記第４の電極導出端子の内部接続部とがワイヤボンディングされてなる請求項１又は請求項２に記載の樹脂封止型パワー半導体モジュール。
【請求項４】
前記樹脂ケースと前記端子保持樹脂とからなる組立体は、前記第２の渡り部と平行な辺において、前記樹脂ケースの外周空間と前記４分割された空間の各々とを隣接させて連通させる切欠が形成された側壁を構成し、当該切欠が前記熱硬化性樹脂によって閉塞されてなる請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の樹脂封止型パワー半導体モジュール。
【請求項５】
前記樹脂ケース及び前記端子保持樹脂は、前記４分割された空間に露出する内面に粗面加工が施されてなり、
当該内面に、前記熱硬化性樹脂が接合してなる請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の樹脂封止型パワー半導体モジュール。
【請求項６】
請求項１に記載の樹脂封止型パワー半導体モジュールを製造するにあたり、
前記樹脂ケースを成型し、前記電極導出端子を保持した状態に前記端子保持樹脂を成型し、
その後、素子実装済みの前記配線基板と、前記樹脂ケースと、前記電極導出端子を保持した前記端子保持樹脂とを組立て、
その後、内部配線を接続し、
その後、前記４分割された空間の上方から、前記熱硬化性樹脂を充填する樹脂封止型パワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項７】
請求項４に記載の樹脂封止型パワー半導体モジュールを製造するにあたり、
前記切欠から、前記熱硬化性樹脂を注入して充填する樹脂封止型パワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項８】
請求項５に記載の樹脂封止型パワー半導体モジュールを製造するにあたり、
前記樹脂ケースを成型する時に、前記樹脂ケースを成型する金型の粗面加工された成型面を、前記樹脂ケースを構成する樹脂に転写し、
前記端子保持樹脂を成型する時に、前記端子保持樹脂を成型する金型の粗面加工された成型面を、前記端子保持樹脂を構成する樹脂に転写し、
その後、当該転写により粗面加工が施された前記樹脂ケース及び前記端子保持樹脂の前記４分割された空間に露出する内面に前記熱硬化性樹脂を接合させる樹脂封止型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、電力変換用の半導体スイッチング素子が実装された回路を樹脂封止した樹脂封止型パワー半導体モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２に、パワー半導体モジュールが記載されている。
特許文献１に記載のパワー半導体モジュールにあっては、半導体スイッチング素子が実装された回路を囲むように熱可塑性樹脂からなる樹脂枠が設けられ、樹脂枠の内部に熱硬化性樹脂が充填される。
熱可塑性樹脂は、その硬化、熱収縮により放熱板や半導体チップに反りを生じさせやすいという性質がある一方、硬化時間が短く、生産性を向上できる。
熱硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂に比して硬化時間が長くなり、高価である一方、硬化、熱収縮が小さく良好な絶縁性能を達成できる。そのため、特許文献１では回路部に熱硬化性樹脂が充填されている。
【０００３】
一方、益々要求が高まる高電力用途に応えるために、パワー半導体モジュールに実装されるチップ数は益々増加し、回路面積は益々増大する傾向にある。
その場合、特許文献２に記載されるように、変換電力の出入力に用いられる主端子を、回路面に中央部に配置して各半導体スイッチング素子への配線長を可及的に短くかつ均等にすること、主端子同士を積層状に重ねることが一つのモジュール構造として望まれる。
配線長が短く、主端子同士が積層状に重なることで、配線インダクタンスが低減し、熱損失を低減することできる。各半導体スイッチング素子への配線長が均等であることで、各半導体スイッチング素子の動作の同時性が良好となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−５０３９５号公報
【特許文献２】特開２００８−２９４３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２のパワー半導体モジュールにあっては、半導体素子と基板上の配線パターンとがワイヤにより接続され、同配線パターンに外部導出端子の内端部が接合する構造がとられる。
このような配線接続構造であると、半導体素子から外部導出端子までの配線接合部が多く生じるため、配線接合の不良が生じる可能性は高まる。また、大電力用途となると、ワイヤ数を増大させ、かつ、外部導出端子と配線パターンとの接触面積も大きくしなければならないから、素子ボンディング領域以外の配線接合領域が面積的に増大し、益々、モジュールを大型化させてしまう。
【０００６】
そこで、外部導出端子の内端部と半導体素子とを直接ワイヤボンディングすると、半導体素子から外部導出端子までに配線接合部は減少し、配線接合領域の面積も減少する。
しかしながら、このような配線接続構造であると、ワイヤボンディング工程時に外部導出端子を回路基板上の所定位置に配置して回路基板と固定しておかなければならない。主端子同士を積層状に重ねた構造を採る場合に、主端子同士を精度良く配置する必要があるととともに、主端子同士の隙間に樹脂を充填する際には高い樹脂注入圧を要するから、ワイヤボンディング後にこれを行っては、ワイヤに変形や接合不良が生じる可能性が高まる。主端子同士の隙間に充填する樹脂と、ワイヤや半導体素子を被う樹脂とを使い分けることが困難であり、また大型品の樹脂成形が難しい。
【０００７】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、電力変換用の半導体スイッチング素子が実装された回路を樹脂封止した樹脂封止型パワー半導体モジュール及びその製造方法において、配線インダクタンスの低減性、各半導体スイッチング素子の動作の同時性、樹脂の回路への充填性及び適用性を良好にして、大電力化に対応するために信頼性、生産性、コスト性を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、表面に配線パターンが形成された配線基板と、
前記配線パターンに裏面が電気的・機械的に接合された電力変換用の半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子の２つの電流出入力電極をそれぞれ外部に導出する第１及び第２の電極導出端子と、
前記半導体スイッチング素子の２つの制御電極をそれぞれ外部に導出する第３及び第４の電極導出端子と、
前記配線基板に固定され、前記配線パターンの形成領域を露出させる開口を底面に有し、上端が開口された樹脂ケースと、
前記樹脂ケースの内側に嵌合して前記樹脂ケースと一体に固定され、前記第１から第４の電極導出端子を保持する端子保持樹脂とを備え、
前記第１から第４の電極導出端子はそれぞれ、折り曲げ形成された金属板からなり、前記端子保持樹脂の上面に敷くように配置されて露出する外部接続部と、前記外部接続部より低い位置で前記端子保持樹脂の上面に敷くように配置されて露出する内部接続部と、前記外部接続部と前記内部接続部との間を繋ぎ前記端子保持樹脂に埋設された中間部とを有し、
前記端子保持樹脂は、前記外部接続部が配置され前記中間部を埋設保持する第１の渡り部と、前記第１及び第２の電極導出端子の内部接続部を支持する第２の渡り部とを有し、
前記第１の渡り部は、前記樹脂ケースの一辺中央部からその対辺中央部に渡るように配置され、前記樹脂ケース内の空間を２分割し、
前記第２の渡り部及びこれに支持される前記第１、第２の電極導出端子の内部接続部は、前記第１の渡り部の中央部から両側にそれぞれ延設されて、前記第１の渡り部によって２分割された各空間をさらに２分割し、
前記第１の電極導出端子の中間部の一部の上方に前記第２の電極導出端子の中間部が間隔を隔てて重なって配置され、当該間隔に前記端子保持樹脂を構成する樹脂が充填され、
前記第１の電極導出端子の内部接続部の幅方向の中央部の上方に前記第２の電極導出端子の内部接続部が間隔を隔てて重なって配置され、当該間隔に前記端子保持樹脂を構成する樹脂が充填され、前記第２の電極導出端子の内部接続部の上面が露出してワイヤボンディング領域を形成し、前記第１の電極導出端子の内部接続部は前記第２の電極導出端子の内部接続部の両側で露出してワイヤボンディング領域を形成し、
前記配線パターンの形成領域は、互いに離れた４つに分割されて、前記第１の渡り部及び前記第２の渡り部により４分割された空間にそれぞれ臨むように配置され、
前記４分割された空間の各々において、前記半導体スイッチング素子が接合された前記配線パターンと、前記第１の電極導出端子の内部接続部とがワイヤボンディングされ、前記半導体スイッチング素子の表面に形成された電極と、前記第２の電極導出端子の内部接続部とがワイヤボンディングされ、
前記樹脂ケース及び前記端子保持樹脂が熱可塑性樹脂からなり、
前記４分割された空間の各々に、熱硬化性樹脂が充填されて電気回路が封止されてなる樹脂封止型パワー半導体モジュールである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記第３の電極導出端子の内部接続部が前記第１の渡り部の両端部から両側にそれぞれ延設されて、上面を露出して前記配線パターンの形成領域より外側にワイヤボンディング領域を形成し、
前記４分割された空間の各々において、前記第３電極導出端子の内部接続部がワイヤボンディングされて前記半導体素子の表面に形成された制御電極と接続されてなる請求項１に記載の樹脂封止型パワー半導体モジュールである。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記第４の電極導出端子の内部接続部が前記第１の渡り部の中央部から突出して前記第２の電極導出端子の内部接続部の上方に間隔を隔てて重なって設けられ、上面を露出してワイヤボンディング領域を形成し、
前記第２の電極導出端子の内部接続部と前記第４の電極導出端子の内部接続部とがワイヤボンディングされてなる請求項１又は請求項２に記載の樹脂封止型パワー半導体モジュールである。
【００１１】
請求項４記載の発明は、前記樹脂ケースと前記端子保持樹脂とからなる組立体は、前記第２の渡り部と平行な辺において、前記樹脂ケースの外周空間と前記４分割された空間の各々とを隣接させて連通させる切欠が形成された側壁を構成し、当該切欠が前記熱硬化性樹脂によって閉塞されてなる請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の樹脂封止型パワー半導体モジュールである。
【００１２】
請求項５記載の発明は、前記樹脂ケース及び前記端子保持樹脂は、前記４分割された空間に露出する内面に粗面加工が施されてなり、
当該内面に、前記熱硬化性樹脂が接合してなる請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の樹脂封止型パワー半導体モジュールである。
【００１３】
請求項６記載の発明は、請求項１に記載の樹脂封止型パワー半導体モジュールを製造するにあたり、
前記樹脂ケースを成型し、前記電極導出端子を保持した状態に前記端子保持樹脂を成型し、
その後、素子実装済みの前記配線基板と、前記樹脂ケースと、前記電極導出端子を保持した前記端子保持樹脂とを組立て、
その後、内部配線を接続し、
その後、前記４分割された空間の上方から、前記熱硬化性樹脂を充填する樹脂封止型パワー半導体モジュールの製造方法である。
【００１４】
請求項７記載の発明は、請求項４に記載の樹脂封止型パワー半導体モジュールを製造するにあたり、
前記切欠から、前記熱硬化性樹脂を注入して充填する樹脂封止型パワー半導体モジュールの製造方法である。
【００１５】
請求項８記載の発明は、請求項５に記載の樹脂封止型パワー半導体モジュールを製造するにあたり、
前記樹脂ケースを成型する時に、前記樹脂ケースを成型する金型の粗面加工された成型面を、前記樹脂ケースを構成する樹脂に転写し、
前記端子保持樹脂を成型する時に、前記端子保持樹脂を成型する金型の粗面加工された成型面を、前記端子保持樹脂を構成する樹脂に転写し、
その後、当該転写により粗面加工が施された前記樹脂ケース及び前記端子保持樹脂の前記４分割された空間に露出する内面に前記熱硬化性樹脂を接合させる樹脂封止型パワー半導体モジュールの製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電流が出入力される第１及び第２の電極導出端子の一部同士は互いに平行に所定の間隔を隔てて重なって配置されるので、配線インダクタンスの低減性が良好となる。
本発明によれば、第１及び第２の電極導出端子は、端子保持樹脂の第１の渡り部と第２の渡り部とが交差する中央部を経由するので、４分割された各空間の半導体スイッチング素子から均等な配線長で第１及び第２の電極導出端子の外部接続部まで引き出すことができ、各半導体スイッチング素子の動作の同時性が良好となる。
本発明によれば、樹脂ケースと、端子保持樹脂とは別個に成形されるので、樹脂ケースに適合した成形条件、端子保持樹脂に適合した成形条件で、熱可塑性樹脂により歩留まり良く生産性及びコスト性良好にそれぞれ作製でき、端子保持樹脂に関しては電極導出端子間の間隔への樹脂充填性も良好に作製でき、端子保持樹脂により４分割された樹脂ケース内の空間の各々に充填される樹脂としては熱硬化性樹脂を適用するので、注入圧や硬化収縮により配線基板、半導体素子、ボンディングワイヤなどの要素に変形、破壊、剥離を生じさせることなく、良好な絶縁性能で封止することができる。したがって、樹脂の回路への充填性及び適用性が良好である。
以上により本発明は、大電力化に対応するために信頼性、生産性、コスト性を向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る樹脂封止型パワー半導体モジュールの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る樹脂封止型パワー半導体モジュールの平面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ線についての断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る樹脂封止型パワー半導体モジュールの平面図であって、熱硬化性封止樹脂を除いた状態の図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る樹脂封止型パワー半導体モジュールの斜視図であって、熱硬化性封止樹脂及びボンディングワイヤを除いた状態の図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る樹脂封止型パワー半導体モジュールの斜視図であって、熱硬化性封止樹脂、ボンディングワイヤ、端子保持ブロックを除いた状態の図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る樹脂ケースの斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る端子保持ブロックの斜視図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る端子保持ブロックでの配置における電極導出端子の斜視図である。
【図１０】図９をＹ方向に見た側面図である。
【図１１】図９をＸ方向に見た側面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係り、熱硬化封止樹脂の被着面に粗面加工が施された樹脂ケースの斜視図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係り、熱硬化封止樹脂の被着面に粗面加工が施された端子保持ブロックの斜視図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュールの等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００１９】
まず、本発明の一実施形態の樹脂封止型パワー半導体モジュールにつき、図１から図１４を参照して説明する。
図１に、本実施形態の樹脂封止型パワー半導体モジュール１００は、配線基板１と、第１から第４の電極導出端子Ｃ１，Ｅ２，Ｇ３，Ｅ４と、樹脂ケース２と、端子保持樹脂３と、熱硬化性封止樹脂４を備える。第１から第４の電極導出端子Ｃ１，Ｅ２，Ｇ３，Ｅ４と端子保持樹脂３とを合わせて端子保持ブロック５とする。さらに、モジュール１００は、半導体スイッチング素子としてのＩＧＢＴチップ６Ａと、ＩＧＢＴチップ６Ａと並列に接続されるＦＲＤチップ６Ｂと、ボンディングワイヤ７を備えて構成されている。モジュール１００の完成体全体に関して図１に斜視図が、図２に平面図が、図３に断面図が示される。図４は熱硬化性封止樹脂４を除いた状態、図５はさらにボンディングワイヤ７を除いた状態、図６はさらに端子保持ブロック５を除いた状態を示す。図７は樹脂ケース２単体の斜視図である。図８は端子保持ブロック５単体の斜視図、第１から第４の電極導出端子Ｃ１，Ｅ２，Ｇ３，Ｅ４の形状と相対的配置は図９から図１１によって明示される。図１２、図１３は粗面加工の領域を明示するためのものである。また、参考のため図１４に等価回路図を示した。簡潔のため電極の符号と、対応する電極導出端子の符号を共通とする。
【００２０】
配線基板１、樹脂ケース２及びモジュール１００全体が矩形状の外形を成す。十字状の端子保持ブロック５が樹脂ケース２の内側に嵌って樹脂ケース２の内の空間を４分割する形態を成す。
配線基板１は、銅板１ａ（図３参照）上に、絶縁層として４つのセラミック層１ｂ（図３、図４参照）が接合し、セラミック層１ｂ上に所定の形状、個数の配線パターン１ｃ（図４参照）が敷設して形成されたものである。銅板１ａは、樹脂ケース２の４つの底面開口２ａ（図７参照）をすべて被う程度以上の大きさを有する。４つのセラミック層１ｂは、底面開口２ａに露出する領域にそれぞれ一つずつ配置され、互いに離れて形成されている。図４に示すように各セラミック層１ｂ上の配線パターン１ｃは、同一又は回転対称のパターンで構成されている。
【００２１】
ＩＧＢＴチップ６Ａ及びＦＲＤチップ６Ｂが、配線パターン１ｃ上にそれぞれダイボンディングされている。１つのセラミック層１ｂにつき、３つのＩＧＢＴチップ６Ａ及び３つのＦＲＤチップ６Ｂが実装されている。ＩＧＢＴチップ６Ａの裏面がコレクタ電極である。ＩＧＢＴチップ６Ａの表面に、エミッタ電極及びゲート電極が設けられている。ＦＲＤチップ６Ｂの接続は図１４の通りである。
【００２２】
第１及び第２の電極導出端子Ｃ１，Ｅ２は、本モジュール１００によって生成される電流の出入力端子である。第１の電極導出端子Ｃ１は、ＩＧＢＴチップ６Ａのコレクタ電極Ｃ１を外部に導出する。第２の電極導出端子Ｅ２は、ＩＧＢＴチップ６Ａのエミッタ電極Ｅ２を外部に導出する。
【００２３】
第３及び第４の電極導出端子Ｇ３，Ｅ４は、ＩＧＢＴチップ６Ａをスイッチング動作させる電圧を印加するための２つの制御電極を外部に導出するものである。第３の電極導出端子Ｇ３は、ＩＧＢＴチップ６Ａのゲート電極Ｇ３を外部に導出する。第４の電極導出端子Ｅ４は、制御信号入力のために補助的にＩＧＢＴチップ６Ａのエミッタ電極Ｅ４（電極Ｅ２と電気的に同位）を外部に導出する。
【００２４】
図９から図１１に示すように、第１から第４の電極導出端子Ｃ１，Ｅ２，Ｇ３，Ｅ４は、それぞれ折り曲げ形成された金属板からなり、外部接続部Ｃ１ａ，Ｅ２ａ，Ｇ３ａ，Ｅ４ａと、内部接続部Ｃ１ｂ，Ｅ２ｂ，Ｇ３ｂ，Ｅ４ｂと、それらの間の中間部Ｃ１ｃ，Ｅ２ｃ，Ｇ３ｃ，Ｅ４ｃとを有して構成されており、図９から図１１に示す配置のまま端子保持樹脂３によって一体に保持される。
【００２５】
図８に示すように端子保持樹脂３は、第１の渡り部３ａと、第２の渡り部３ｂと、突出部３ｃとを有して構成されている。図５に示すように第１の渡り部３ａは、樹脂ケース２の一辺Ｓ１の中央部からその対辺Ｓ２の中央部に渡るように配置され、樹脂ケース２内の空間を２分割する。
第２の渡り部３ｂ及びこれに支持される第１、第２の電極導出端子の内部接続部Ｃ１ｂ，Ｅ２ｂは、第１の渡り部３ａの中央部から両側にそれぞれ延設されて、第１の渡り部３ａによって２分割された各空間をさらに２分割する。
以上のようにして４分割された樹脂ケース２内の空間の各々に、セラミック層１ｂ及びその上の配線パターン１ｃが臨む配置となる。
【００２６】
第３の電極導出端子Ｇ３の内部接続部Ｇ３ｂは、第１の渡り部３ａの両端部から両側にそれぞれ延設され、上面を露出してワイヤボンディング領域を形成している。
この内部接続部Ｇ３ｂを支持する突出部３ｃは、第１の渡り部３ａの両端部のそれぞれにおいて両側に突出形成されて計４つ設けられ、セラミック層１ｂ（配線パターンの形成領域）より外側に配置されている。第２の渡り部３ｂの延出方向、突出部３ｃの突出方向は、第１の渡り部３ａの延在方向と垂直で、辺Ｓ１，Ｓ２に沿った方向である。
第４の電極導出端子Ｅ４の内部接続部Ｅ４ｂが第１の渡り部３ａの中央部から突出して第２の電極導出端子Ｅ２の内部接続部Ｅ２ｂの上方に間隔を隔てて重なって設けられ、上面を露出してワイヤボンディング領域を形成している。
第１の電極導出端子Ｃ１の内部接続部Ｃ１ｂと第２の電極導出端子Ｅ２の内部接続部Ｅ２ｂとの間、第２の電極導出端子Ｅ２の内部接続部Ｅ２ｂと第４の電極導出端子Ｅ４の内部接続部Ｅ４ｂとの間には、端子保持樹脂３を構成する熱可塑性樹脂が充填されている。
【００２７】
外部接続部Ｃ１ａ，Ｅ２ａ，Ｇ３ａ，Ｅ４ａは、第１の渡り部３ａの上面に敷くように配置され、図１、図２の完成体においても外部に露出し、配線接続用の孔が形成されている。この孔の裏面側にナット（不図示）が配置され第１の渡り部３ａに埋設されている。
中間部Ｃ１ｃ，Ｅ２ｃ，Ｇ３ｃ，Ｅ４ｃは、第１の渡り部３ａに埋設されている。
内部接続部Ｃ１ｂ，Ｅ２ｂ，Ｇ３ｂ，Ｅ４ｂは、外部接続部Ｃ１ａ，Ｅ２ａ，Ｇ３ａ，Ｅ４ａより低い位置で端子保持樹脂３の上面に敷くように配置されて樹脂ケース２内の位置で露出する。
第１、第２、第３の電極導出端子の内部接続部Ｃ１ｂ，Ｅ２ｂ，Ｅ４ｂにあっては、第２の渡り部３ｂに支持され、第４の電極導出端子の内部接続部Ｇ３ｂにあては、突出部３ｃに支持され、前者は、２つのセラミック層１ｂ（配線パターンの形成領域）の間に配置され、後者は、２つのセラミック層１ｂの外側に配置される。
【００２８】
図９から図１１に示すように、第１の電極導出端子Ｃ１の中間部Ｃ１ｃの配線基板１と平行となる水平部の一部の上方に第２の電極導出端子Ｅ２の中間部Ｅ２ｃが間隔を隔てて重なって配置され、この間隔に端子保持樹脂３を構成する熱可塑性樹脂が充填されている。なお、第３の電極導出端子Ｇ３の中間部Ｇ３ｃの一部、第４の電極導出端子Ｅ４の中間部Ｅ４ｃの一部も、これらに重なる。
第１の電極導出端子Ｃ１の内部接続部Ｃ１ｂは、第２の電極導出端子Ｅ２の内部接続部Ｅ２ｂの下に配置される。第３の電極導出端子Ｇ３の内部接続部Ｇ３ｂは一番下に、第４の電極導出端子Ｅ４の内部接続部Ｅ４ｂは一番上に配置される。
【００２９】
図５等に示すように、第１の電極導出端子Ｃ１の内部接続部Ｃ１ｂの幅方向の中央部の上方に第２の電極導出端子Ｅ２の内部接続部Ｅ２ｂが間隔を隔てて重なって配置されている。この間隔に端子保持樹脂３を構成する熱可塑性樹脂が充填されている。中間部Ｃ１ｃと中間部Ｅ２ｃとの上下間隔、内部接続部Ｃ１ｂと内部接続部Ｅ２ｂとの上下間隔の寸法は、第１の電極導出端子Ｃ１と第２の電極導出端子Ｅ２とに流れる逆方向の電流の電磁な相殺により相互インダクタンスが低減されるように、また、樹脂の充填が十分に行えるように考慮して設計され、本実施形態では１．５ｍｍである。その他の電極導出端子同士間の最小上下間隔の寸法も、１．５ｍｍである。
【００３０】
第２の電極導出端子Ｅ２の内部接続部Ｅ２ｂの上面が露出してワイヤボンディング領域を形成し、第１の電極導出端子Ｃ１の内部接続部Ｃ１ｂは第２の電極導出端子Ｅ２の内部接続部Ｅ２ｂの両側で露出してワイヤボンディング領域を形成する。
そして、図４に示すように樹脂ケース２内の４分割された空間の各々において、ＩＧＢＴチップ６Ａの裏面及びＦＲＤチップ６Ｂの裏面が接合された配線パターン１ｃと、第１の電極導出端子Ｃ１の内部接続部Ｃ１ｂとがボンディングワイヤ７によって接続されている。また、ＩＧＢＴチップ６Ａの表面に形成されたエミッタ電極及びＦＲＤチップ６Ｂの表面に形成された電極と、第２の電極導出端子Ｅ２の内部接続部Ｅ２ｂとがボンディングワイヤ７によって接続されている。ＩＧＢＴチップ６Ａの表面に形成されたゲート電極は、配線パターン１ｃを経由してボンディングワイヤ７によって第３の電極導出端子Ｇ３の内部接続部Ｇ３ｂと接続されている。
さらに、第２の電極導出端子Ｅ２の内部接続部Ｅ２ｂと第４の電極導出端子Ｅ４の内部接続部Ｅ４ｂとがボンディングワイヤ７によって接続されている。
【００３１】
樹脂ケース２及び端子保持樹脂３は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂等の熱可塑性樹脂により構成される。
図７等に示すように樹脂ケース２は、上述した底面開口２ａを有した板状の底面部材２ｂと、その周縁部で立設する外壁部２ｃを備えて構成されている。底面部材２ｂにおいて、底面開口２ａと、他の底面開口２ａとの間がそれぞれ離れており、端子保持ブロック５が載置される面が構成され、また、外壁部２ｃの内側に端子保持ブロック５と嵌合する嵌合部２ｄが形成されている。
外壁部２ｃには、熱硬化性封止樹脂４の注入用の３つの切欠２ｅが形成されている。さらに、図５に示すように樹脂ケース２の内側に端子保持ブロック５が嵌合して、樹脂ケース２と端子保持ブロック５とが一体に固定されることで、熱硬化性封止樹脂４の注入用の他の２つの切欠２ｅが構成される。
さらに、樹脂ケース２と、配線基板１とが固定されることで、図５に示す配線基板１、、樹脂ケース２及び端子保持ブロック５とからなる組立体が構成される。
さらに、上述したようにボンディングワイヤ７によって内部配線が接続され、樹脂ケース２内の４分割された空間の各々に、熱硬化性封止樹脂４が充填されて内部の電気回路が封止され、図１から図３に示したような形態を成す。
【００３２】
改めて製造手順に沿って説明すると以下のようになる。
樹脂ケース２の成形、端子保持ブロック５の作製、及び配線基板１へのチップ６Ａ，６Ｂの実装をそれぞれ行う。
端子保持ブロック５の作製にあっては、まず、電極導出端子Ｃ１，Ｅ２，Ｇ３，Ｅ４をそれぞれプレス形成して作製し、これらを成形金型に配置して熱可塑性樹脂を充填し硬化させることで、端子保持樹脂３を形成する。このプレス形成時に、電極導出端子Ｃ１，Ｅ２，Ｇ３，Ｅ４は、完成体の形状まで一度に形成されるので、折り曲げ工程が一度で済み、後で外部接続部を折り曲げる場合に比較して効率的である。
【００３３】
その後、チップ実装済みの配線基板１と、樹脂ケース２と、端子保持ブロック５とを上述したように組立てる。
その後、上述したようにワイヤボンディングにより内部配線を接続する。
その後、樹脂ケース２内の４分割された空間及び第２の渡り部３ｂの上方から、ディスペンサ等によって熱硬化性樹脂を充填することで、回路を封止し熱硬化性封止樹脂４を成形する。この時、切欠２ｅは熱硬化性封止樹脂４によって閉塞される。
【００３４】
他の熱硬化性封止樹脂４の成形方法としては、内部配線の接続工程の後、第２の渡り部３ｂと平行な辺Ｓ１，Ｓ２に形成された４つの切欠２ｅから熱硬化性樹脂を注入して樹脂ケース２内に充填することで、熱硬化性封止樹脂４を成形する。残りの１つの切欠２ｅは排気口として利用することができる。切欠２ｅを増設してもよい。しかし、４分割された各空間に直結し、ボンディングワイヤ７と平行に樹脂を注入できる４つの切欠２ｅが設けられていることで、ボンディングワイヤ７に与えられる樹脂注入時の負荷を抑えつつ良好に注入することができる。
【００３５】
樹脂ケース２及び端子保持樹脂３にあっては、次のように粗面加工を施して熱硬化性封止樹脂４との接合力を向上させることもできる。
すなわち、樹脂ケース２を成型する時に、樹脂ケース２を成型する金型の粗面加工された成型面を、樹脂ケースを構成する熱可塑性樹脂に転写する。同様に、端子保持樹脂３を成型する時に、端子保持樹脂３を成型する金型の粗面加工された成型面を、端子保持樹脂３を構成する熱可塑性樹脂に転写する。これにより、図１２、図１３に示すように樹脂ケース２及び端子保持樹脂３の樹脂ケース２内の４分割された空間に露出する内面Ｓに粗面加工を施す。金型への粗面加工は、プラズマ放電加工等によって行うことができる。
その後、上述したいずれかの方法により熱硬化性封止樹脂４を成形することにより、粗面加工が施された樹脂ケース２及び端子保持樹脂３の内面Ｓに、熱硬化性封止樹脂４を接合させる。
【００３６】
以上の本実施形態の樹脂封止型パワー半導体モジュール１００によれば、１２個のＩＧＢＴチップ６Ａと１２個のＦＲＤチップ６Ｂにより、大電流を流すことが可能で、大電力用途に適用することができる。
このようにチップ数が多くても、外部接続部は中央を横断する第１の渡り部３ａに配され、第１の渡り部３ａの中央部から内部接続部が２つの配線パターン形成領域の間に延設されるので、比較的短い配線で接続が行われるとともに、チップの位置による配線長の相違が緩和されスイッチングの同時性が良好となる。これに併せて、第１及び第２の電極導出端子の一部同士は互いに平行に所定の間隔を隔てて重なって配置されるので、配線インダクタンスの低減性が良好である。
内部配線は、電極導出端子の内部接続部に直接ワイヤボンディングすることで行われるため効率的であり、電極導出端子の外部接続部及び中間部は、第１の渡り部３ａに収まっているので、ワイヤボンディング作業の邪魔とならない。
樹脂ケース２と、端子保持樹脂３とは別個に成形されるので、樹脂ケース２に適合した成形条件、端子保持樹脂３に適合した成形条件で、熱可塑性樹脂により歩留まり良く生産性及びコスト性良好にそれぞれ作製できる。端子保持樹脂３に関しては電極導出端子間の間隔への樹脂充填性も良好に作製できる。配線パターン１ｃ、半導体素子６Ａ，６Ｂ、ボンディングワイヤ７及び電極導出端子の内部接続部を封止する樹脂としては熱硬化性樹脂を適用するので、注入圧や硬化収縮により配線基板１、半導体素子６Ａ，６Ｂ、ボンディングワイヤ７などの要素に変形、破壊、剥離を生じさせることなく、良好な絶縁性能で封止することができる。
以上のように、大電力用途に対応する信頼性の高いパワー半導体モジュールを、生産性及びコスト性良好に構成することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１     配線基板
１ａ   銅板
１ｂ   セラミック層
１ｃ   配線パターン
２     樹脂ケース
２ａ   底面開口
２ｂ   底面部材
２ｃ   外壁部
２ｄ   嵌合部
２ｅ   切欠
３     端子保持樹脂
３ａ   第１の渡り部
３ｂ   第２の渡り部
３ｃ   突出部
４     熱硬化性封止樹脂
５     端子保持ブロック
６Ａ   ＩＧＢＴチップ（半導体スイッチング素子）
６Ｂ   ＦＲＤチップ
７     ボンディングワイヤ
１００ 樹脂封止型パワー半導体モジュール
Ｃ１   コレクタ電極及びその電極導出端子
Ｃ１ａ 外部接続部
Ｃ１ｂ 内部接続部
Ｃ１ｃ 中間部
Ｅ２   エミッタ電極及びその電極導出端子
Ｅ２ａ 外部接続部
Ｅ２ｂ 内部接続部
Ｅ２ｃ 中間部
Ｇ３   ゲート電極及びその電極導出端子
Ｇ３ａ 外部接続部
Ｇ３ｂ 内部接続部
Ｇ３ｃ 中間部
Ｅ４   補助エミッタ電極及びその電極導出端子
Ｅ４ａ 外部接続部
Ｅ４ｂ 内部接続部
Ｅ４ｃ 中間部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【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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