(57)【要約】【課題】部品数の少ない安価なパワーモジュールおよびその製造方法を提供する。【解決手段】パワーモジュール１０の製造工程は、ヒートシンク２１の上に、絶縁樹脂層２６により、金属配線２３を固着する工程と、ヒートシンク２１の上に電極端子層５６およびモジュール樹脂枠５３を取り付ける工程と、金属配線２３の上にＰｂフリー半田により半導体チップ１１を接続する工程とを含んでいる。部品数の低減により、製造コストが低減される。また、半田層が単一であることにより、低融点のＰｂフリー半田のみを用いることができ、接続信頼性が確保される。【選択図】図４
2008218940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシンク上に、樹脂接着剤により半導体チップの配線部材を固着する工程（ａ）と、
前記工程（ａ）の後または前に、前記ヒートシンク上に、バスバーおよび該バスバー支持用の絶縁支持部材を取り付ける工程（ｂ）と、
を含むパワーモジュールの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のパワーモジュールの製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記工程（ａ）の後で行われる、パワーモジュールの製造方法。
【請求項３】
請求項１記載のパワーモジュールの製造方法において、
前記工程（ｂ）は、前記工程（ａ）の前に、前記絶縁支持部材を、樹脂によって、前記ヒートシンクおよびバスバーと一体成形することにより行われる、パワーモジュールの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のパワーモジュールの製造方法において、
前記工程（ａ）では、前記樹脂接着剤を２層重ねて形成する、パワーモジュールの製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のパワーモジュールの製造方法において、
Ｐｂフリー半田により、前記配線部材上に半導体チップを固着する工程（ｃ）をさらに含むパワーモジュールの製造方法。
【請求項６】
ヒートシンクと、
半導体チップ用の配線部材と、
前記配線部材と前記ヒートシンクとの間に介在する絶縁樹脂層と、
バスバーおよび該バスバー支持用の絶縁支持部材と、
を備えている、パワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップの発熱に対する冷却機能を有する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】
図８は、従来のＩＧＢＴチップを搭載したパワーモジュールの構造を示す断面図である。同図に示すように、ＣｕＭｏ等により構成されている放熱基板１０１の主面側には、放熱基板１０１に、半田層１０２により固定されたＡｌ板１０４と、Ａｌ板１０４の主面にＡｌろうによって固定されたＡｌＮ板１０６と、ＡｌＮ板１０６の主面にＡｌろうによって固定されたＡｌ配線１０８と、Ａｌ配線１０８の上に、半田層１０９により固定された半導体チップ１２０とを備えている。また、放熱基板１０１の裏面側には、グリース１１２によりフィン付きのヒートシンク１１３が取り付けられている。上記Ａｌ板１０４，ＡｌＮ板１０６およびＡｌ配線１０８は、ＤＢＡ基板として一体的に用いられている。
【０００３】
このように、Ａｌ板１０４，ＡｌＮ板１０６およびＡｌ配線１０８をＤＢＡ基板（絶縁層を含む配線部材）として用いたパワーモジュールの構造は、たとえば、特許文献１に記載されている（同文献の図５参照）。
【特許文献１】特開２００１−１６８２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図８に示すパワーモジュールの構造では、部品数が多く必要であり、製造コストが高くなるという不具合があった。
【０００５】
本発明の主たる目的は、部品数が少なくて製造コストの安価なパワーモジュールを製造する方法、およびこの方法によって実現される，安価なパワーモジュールを提供することにある。
【０００６】
また、特許文献１の図８には、チップ直下の半田層（同図の符号１２２）には、液相点が３００℃〜３３０℃の高融点半田（Ｓｎ−90%Ｐｂ）を用い、下方の半田層（同図の符号１２５）には、液相点が２１６℃程度の低融点半田（Ｓｎ−50%Ｐｂ）を用いている例が開示されている。なお、本明細書においては、組成割合を表す「％」は、重量％を示すものとする。
【０００７】
一般に、コストの上昇を回避したい場合には、できるだけ高融点のろう材（たとえば、特許文献１に記載されているような，融点が６００℃程度のＡｌ−11%Ｓｉ−2%Ｍｇ）の使用を避けて、リフロー炉を利用できる半田を用いる。そこで、図８に示す下方の半田層１０２には、たとえば特許文献１における低融点半田（Ｓｎ−50%Ｐｂ）や、液相点が１８３℃程度の共晶半田（Ｓｎ−37%Ｐｂ）を用い、上方の半田層１０９には、たとえば液相点が３００℃〜３３０℃の高融点半田（Ｓｎ−90%Ｐｂなど）を用いるのが一般的である。すなわち、先の半田付け工程では高融点半田を用い、後の半田付け工程では、先の工程で形成された半田層がリフロー炉内で融解しないように、低融点半田を用いるのである。
【０００８】
近年、環境問題から各種製品として、Ｐｂ（鉛）を使わない、いわゆるＰｂフリー（鉛フリー）部品を用いることが義務づけられつつある。しかしながら、低融点半田（Ｓｎ−50%Ｐｂ）を、たとえば（Ｓｎ−3.0%Ａｇ−0.5%Ｃｕ）などの低融点のＰｂフリー半田に置き換えることは現在の技術で可能であるが、従来の高融点半田（Ｓｎ−90%Ｐｂ）に代わる，接続信頼性の高い高融点のＰｂフリー半田が存在しないのが現状である。したがって、従来のパワーモジュールの構造では、高い接続信頼性を維持しつつ、Ｐｂフリー化を図ることは困難であった。
【０００９】
そこで、本発明では、接続信頼性を維持しつつ、Ｐｂフリー化を図ることが可能なパワーモジュールの製造方法を提供することを、副次的な目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のパワーモジュールの製造方法は、ヒートシンク上に樹脂接着剤により半導体チップの配線部材を固着する工程と、ヒートシンク上にバスバーおよびその絶縁支持部材を取り付ける工程とを含んでいる。
【００１１】
これにより、配線とヒートシンクとの間には、ＤＢＡ基板等の部品が不要となり、製造コストの低減を図ることができる。
【００１２】
バスバー等の取付工程を、配線部材の固着工程の後に行うことにより、接着剤の形成方法として、シート状接着剤の使用だけでなく、スクリーン印刷等を採用することが可能になり、接着剤を塗布する方法の選択範囲が拡大する。
【００１３】
バスバー等の取付工程を、配線部材の固着工程の前に、樹脂によって、ヒートシンクおよびバスバーと一体成形することにより、製造コストのさらなる低減を図ることができる。
【００１４】
配線部材の固着工程では、樹脂接着剤を２層重ねて形成することにより、下層で脱泡による電気的耐圧を確保しつつ、上層で固着強度を確保して、接続信頼性の向上を図ることができる。
【００１５】
Ｐｂフリー半田により、配線部材上に半導体チップを固着する工程をさらに含むことにより、パワーモジュール全体として単一の半田層を用いるだけでよいので、比較的低融点で接続信頼性の高いＰｂフリー半田のみを用いることができる。よって、接続の信頼性を確保しつつ、Ｐｂフリー化を図ることができる。
【００１６】
本発明のパワーモジュールは、ヒートシンクの上に、半導体チップ用の配線部材を絶縁樹脂層を介在させて配線部材を設け、さらに、バスバーおよびバスバー支持用の絶縁支持部材を設けたものである。
【００１７】
これにより、部品数の少なく、安価なパワーモジュールが得られる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のパワーモジュールまたはその製造方法によると、部品数の低減により、製造コストの安価なパワーモジュールの提供を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（実施の形態１）
−パワーモジュールの構造−
図１は、実施の形態におけるパワーモジュールセットの構造を示す斜視図である。同図に示すように、本実施形態のパワーモジュールセットは、放熱器５０の上に、複数のパワーモジュール１０を取り付けて構成されている。放熱器５０は、天板５０ａと天板５０ａに接合された容器５０ｂとからなり、天板５０ａには、パワーモジュール１０を組み込むための多数の矩形状貫通穴が設けられている。本実施形態においては、矩形状貫通穴が多数設けられているが、１つだけでもよい。放熱器５０を構成する天板５０ａと容器５０ｂとは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、ダイキャスト，押し出し，鍛造，鋳造，機械加工等によって組み立てることができる。
【００２０】
本実施の形態では、放熱器５０は天板５０ａと容器５０ｂとを個別に形成してから両者を接合しているが、天板と容器とを一体に形成してもよい。その場合、たとえば一体型を用いたダイキャストにより放熱器を形成することができる。
【００２１】
図２は、実施の形態に係るパワーモジュールセットのII-II線における断面図である。ただし、図２において配線構造の図示は省略されている。図３は、図２の一部を拡大して示す断面図である。本実施の形態のパワーモジュールセットにおいて、放熱器５０の天板５０ａと容器５０ｂとの間の空間５１には、熱交換媒体としての冷却水が図２の紙面に直交する方向に流れている。パワーモジュール１０は、Ｏリング２５により気密を保持しつつボルト５４により天板５０ａにネジ止めされている。また、パワーモジュール１０は、主要部材として、ＩＧＢＴなどの半導体素子が形成された半導体チップ１１と、半導体チップ１１内の半導体素子と外部部材とを電気的に接続するための金属配線２３と、金属配線２３と半導体チップ１１とを接合する，Ｐｂフリー半田を含む半田層１４と、焼結Ａｌ合金からなり半導体チップ１１で発生した熱を外方に放出するためのヒートシンク２１と、金属配線２３をヒートシンク２１に固着する絶縁樹脂層２６とを備えている。図３に示すように、半導体チップ１１の上面および下面には、それぞれ、ＩＧＢＴなどの半導体素子の活性領域に接続される上面電極１２および裏面電極１３が設けられている。そして、半導体チップ１１の裏面電極１３が、半田層１４によって、金属配線２３に導通状態で接合されている。
【００２２】
図２左上および図３に拡大詳示するように、本実施の形態では、上記絶縁樹脂層２６は、エポキシ樹脂からなる下部接着剤層２６ａと、同じくエポキシ樹脂からなる上部接着剤層２６ｂとを含んでいる。下部接着剤層２６ａは十分に脱泡されているが、上部接着剤層２６ｂには相当量の気泡が含まれており、下部接着剤層２６ａにより、金属配線２３−ヒートシンク２１間の電気的耐圧を確保しつつ、上部接着剤層２６ｂにより、金属配線２３とヒートシンク２１との接続を確保するように構成されている。
【００２３】
ヒートシンク２１は、平板部２１ａと、平板部２１ａの裏面側から突出するフィン部２１ｂとからなり、平板部２１ａは、金属配線２３を支持する支持部材として機能している。そして、フィン部２１ｂは、熱交換媒体である冷却水にさらされて、熱交換効率を高めるように構成されている。ただし、フィン部２１ｂは必ずしも必要ではなく、また、フィン部２１ｂに代えて、他の放熱構造体を備えていてもよい。
【００２４】
また、放熱器５０の天板５０ａ上に、半導体チップ１１等を囲むモジュール樹脂枠５３が設けられていて、モジュール樹脂枠５３がボルト５４によって天板５０ａに固定されている。モジュール樹脂枠５３の内部および外表面には、一体成形により、電極端子層５６（バスバー）が設けられている。モジュール樹脂枠５３は、電極端子層５６（バスバー）を支持するための絶縁支持部材として機能する。この電極端子層５６と金属配線２３とは、大電力用配線１８によって接続されており、電極端子層５６と半導体チップ１１の上面電極１２の一部とは、信号配線１７によって接続されている。これによって、パワーモジュール１０と外部機器との電気的な接続が可能になっている。また、モジュール樹脂枠５３の内方には、シリコンゲルからなるゲル層４０が設けられていて、ヒートシンク２１の上面側で半導体チップ１１，信号配線１７，大電力用配線１８，金属配線２３，半田層１４，絶縁樹脂層２６などの部材がゲル層４０内に埋設されている。
【００２５】
また、本実施の形態では、Ｐｂフリー半田からなる半田層１４と、絶縁樹脂層２６とを備えている。一般に、Ｐｂフリー半田には、以下のものがある。たとえば、Ｓｎ（液相点２３２℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ（液相点２２１℃），Ｓｎ−3.0%Ａｇ（液相点２２２℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.55%Ｃｕ（液相点２２０℃），Ｓｎ−3.0%Ａｇ−0.5%Ｃｕ（液相点２２０℃），Ｓｎ−1.5%Ａｇ−0.85%Ｃｕ−2.0Ｂｉ（液相点２２３℃），Ｓｎ−2.5%Ａｇ−0.5%Ｃｕ−1.0Ｂｉ（液相点２１９℃），Ｓｎ−5.8Ｂｉ（液相点１３８℃），Ｓｎ−0.55%Ｃｕ（液相点２２６℃），Ｓｎ−0.55%Ｃｕ−その他（液相点２２６℃），Ｓｎ−0.55%Ｃｕ−0.3%Ａｇ（液相点２２６℃），Ｓｎ−5.0%Ｃｕ（液相点３５８℃），Ｓｎ−3.0%Ｃｕ−0.3%Ａｇ（液相点３１２℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.5%Ｂｉ−3.0Ｉｎ（液相点２１６℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.5%Ｂｉ−4.0Ｉｎ（液相点２１１℃），Ｓｎ−3.5%Ａｇ−0.5%Ｂｉ−8.0Ｉｎ（液相点２０８℃），Ｓｎ−8.0%Ｚｎ−3.0%Ｂｉ（液相点１９７℃）等がある。本実施の形態では、液相点が２５０℃以下の低融点のＰｂフリー半田、たとえば、Ｓｎ−3.0%Ａｇ−0.5%Ｃｕ（液相点２２０℃）を用いているが、これに限定されるものではない。ただし、Ｓｎ−5.0%Ｃｕ（液相点３５８℃），Ｓｎ−3.0%Ｃｕ−0.3%Ａｇ（液相点３１２℃）等の高融点のＰｂフリー半田（液相点が２５０℃を超えるもの）は除くものとする。
【００２６】
絶縁樹脂層２６には、本実施の形態では、金属やセラミクスの充填剤を含むエポキシ樹脂が用いられている。エポキシ樹脂の使用可能温度は、種類によって異なるが、２５０℃を超えるものを選択することは容易であり、本実施の形態では、Ｐｂフリー半田の液相点よりも高いものを用いている。したがって、後述するパワーモジュールの組み立て工程において、絶縁樹脂層２６を形成した後で、Ｐｂフリー半田のリフロー工程を行うことが可能になる。たとえば、エポキシ樹脂に、アルミナ，シリカ，アルミニウム，窒化アルミニウムなどを充填したものを用いることができ、熱伝導率が３．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、５．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましい。
【００２７】
絶縁樹脂層２６の厚みは、０．４ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以下であることがより好ましい。絶縁樹脂層２６の熱抵抗は、熱伝導率と厚みに依存して定まるが、厚みが薄いほど熱抵抗が小さくなる。したがって、厚みが０．４ｍｍ以下であることにより、放熱機能が高くなることになる。
【００２８】
本実施の形態では、ヒートシンク２１の材料として、焼結アルミニウム（焼結Ａｌ）を用いているが、これに限定されるものではない。たとえば、ＡｌＮ，ＳｉＮ，ＢＮ，ＳｉＣ，ＷＣなどのセラミックス、或いは、Ａｌ−ＳｉＣ，Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏなどの複合材料を用いてもよい。
【００２９】
本実施の形態では、金属配線２３の材料として、ＣｕまたはＣｕ合金を用いているが、これに限定されるものではない。たとえば、Ａｌ，Ａｌ合金，ＤＢＡ基板，ＤＢＣ基板や、Ａｌ−ＳｉＣ，Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏなどの複合材料を用いてもよい。ただし、ＤＢＡ基板やＤＢＣ基板を用いると、製造コストが高くつく。本発明では、ＤＢＡ基板やＤＢＣ基板を用いなくても接合の信頼性を維持することができるので、金属配線２３をＣｕやＣｕ合金などの金属板単体構造とすることにより、製造コストの削減を図ることができる。
【００３０】
−パワーモジュールの製造工程−
次に、図４（ａ）〜（ｄ），図５（ａ）〜（ｄ）および図６（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、本実施の形態のパワーモジュールの製造方法について説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態の製造工程における，樹脂接着剤の塗布からモジュール樹脂枠の取付までの工程を示す断面図である。図５（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態の製造工程における，チップマウントからポッティングまでの工程を示す断面図である。図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態の製造工程における，Ｏリングの設置からボルトの締結までの工程を示す断面図である。
【００３１】
まず、図４（ａ）に示す工程で、焼結Ａｌからなり、平板部２１ａとフィン部２１ｂとを有するヒートシンク２１を準備する。そして、ヒートシンク２１の平板部２１ａの上面上に、高熱伝導率を有する絶縁性エポキシ樹脂をスクリーン印刷等により塗布し、硬化させて、下部接着剤層２６ａを形成する。このとき、金属配線は下部接着剤層２６ａの上に設置せず、硬化前に、真空引きによって下部接着剤層２６ａの気泡を十分に抜く（脱泡処理）。下部接着剤層２６ａの硬化後の厚みは、設計耐圧によって定まる。
【００３２】
次に、図４（ｂ）に示す工程で、下部接着剤層２６ａの上に重ねて、上部接着剤層２６ｂを塗布した後、所定形状にパターニングされた金属配線２３を上部接着剤層２６ｂの上にマウントする。
【００３３】
そして、図４（ｃ）に示す工程で、上部接着剤層２６ｂを硬化させる。上部接着剤層２６ｂの硬化後の厚みは、必要な接着強度に応じて定まる。このように、下部接着剤層２６ａおよび上部接着剤層２６ｂからなる絶縁樹脂層２６により、金属配線２３をヒートシンク２１の平板部２１の上面に固着する。ただし、単一の接着剤層からなる絶縁樹脂層２６によって、金属配線２３をヒートシンク２１に固着してもよい。
【００３４】
次に、図４（ｄ）に示す工程で、ヒートシンク２１の平板部２１ａの上に、モジュール樹脂枠５３を取り付ける。モジュール樹脂枠５３の内部および外表面には、電極端子層５６が一体成形により形成されている。そして、モジュール樹脂枠５３の内側には、電極端子層５６の一部が露出している。
【００３５】
次に、図５（ａ）に示す工程で、金属配線２３の上に、Ｐｂフリー半田を吐出または印刷し、Ｐｂフリー半田の上に、半導体チップ１１をマウントする。半導体チップ１１には、パワーデバイスとして機能するＩＧＢＴと、ダイオードとが形成されている。さらに、図５（ｂ）に示す工程で、パワーモジュールをリフロー炉に投入し、半導体チップ１１と金属配線２３とを接合する半田層１４を形成する。このときのリフロー炉の雰囲気は不活性ガス雰囲気または還元性雰囲気で、炉内の最高温度は２６０℃である。その後、フラックス洗浄を行なって、フラックス残渣を除去する。なお、この工程は、金属配線２３を絶縁樹脂層２６によってヒートシンク２１に固着する前に行なってもよい。
【００３６】
次に、図５（ｃ）に示す工程で、比較的大径（たとえば４００μｍ径）のＡｌワイヤを用いたワイヤボンディングを行う。そして、半導体チップ１１の上面電極１２（図３参照）同士や、上面電極１２と金属配線２３との間、金属配線２３と電極端子層５６との間を接続する大電力用配線１８を形成する。その後、小径（たとえば１２５μｍ径）のＡｌワイヤを用いたワイヤボンディングを行なって、半導体チップ１１の上面電極１２と電極端子層５６との間を接続する信号配線１７を形成する。
【００３７】
次に、図５（ｄ）に示す工程で、シリコンゲルを用いたポッティングにより、モジュール樹脂枠５３の内方を埋めるゲル層４０を形成する。これにより、ヒートシンク２１の上面に設けられている、半導体チップ１１，信号配線１７，大電力用配線１８，金属配線２３，半田層１４，絶縁樹脂層２６などの部材が、ゲル層４０内に埋め込まれる。
【００３８】
次に、図６（ａ）に示す工程で、準備されている天板５０ａの矩形状貫通穴の周縁部に設けられた環状溝にＯリング２５を設置する。
【００３９】
次に、図６（ｂ）に示す工程で、天板５０ａの矩形状貫通穴にヒートシンク２１のフィン部２１ｂを挿通させて、パワーモジュール１０を放熱器５０にマウントし、図６（ｃ）に示す工程で、ボルト５４により、パワーモジュール１０を天板５０ａに固定する。同様にして、複数のパワーモジュールを、放熱器５０の複数の矩形状貫通穴に、それぞれ取り付ける。
【００４０】
上述の工程により、放熱器５０の天板５０ａにパワーモジュール１０が実装された後、天板５０ａが容器５０ｂに接合される（図１および図２参照）。この接合は、機械かしめ等によって行なってもよい。これより、パワーモジュールセットが形成される。なお、先に天板５０ａと容器５０ｂとを接合してから、天板５０ａに各パワーモジュール１０を取り付けてもよい。
【００４１】
本実施の形態によると、図８に示される放熱基板１０１やＤＢＡ基板などの部材を用いることなく、金属配線２３を、絶縁樹脂層２６を挟んでヒートシンク２１に接続する構造としているので、部品数の低減により、製造コストの低減を図ることができる。
【００４２】
また、従来用いられていた２つの半田層に代えて、１つの半田層１４と、樹脂接着剤からなる絶縁樹脂層２６とを用いているので、工程の先後に応じて低融点のＰｂフリー半田と高融点のＰｂフリー半田とを用いる必要はなく、低融点のＰｂフリー半田だけで済むことになる。現在、Ｐｂフリー半田として、比較的Ｃｕ組成比の高いＰｂフリー半田（たとえば液相点が３００℃以上のＳｎ−5.0%Ｃｕ，Ｓｎ−3.0%Ｃｕ−0.3%Ａｇ）も開発されているが、銅喰われ問題，酸化物問題はじめ多くの問題が重なって、確実な接続信頼性を有する高融点のＰｂフリー半田を得ることは困難である。一方、低融点のＰｂフリー半田としては、たとえば液相点が２２０℃のＳｎ−3.0%Ａｇ−0.5%Ｃｕ（ＪＥＩＴＡ推奨合金）などの接続信頼性の高いものが得られている。また、樹脂接着剤としては、使用可能温度が３００℃を超えるエポキシ樹脂など、低融点のＰｂフリー半田の液相点よりも高温に耐えうるものは容易に得られる。したがって、本実施の形態により、半田層１４を低融点のＰｂフリー半田を用いて、接続信頼性を確保しつつ、Ｐｂフリー化を図ることができるのである。
【００４３】
また、本実施の形態のパワーモジュールの製造方法では、先に、樹脂接着剤を用いて絶縁樹脂層２６を形成してから、Ｐｂフリー半田を用いて半田層１４を形成しているので、下方の部材の固着から上方の部材の固着までを、順次、効率よく行うことができる。すなわち、絶縁樹脂層２６の形成時には、金属配線２３のみを把持して樹脂接着剤の上に載置すればよく、半田層１４の形成時には、半導体チップ１１のみを把持してＰｂフリー半田の上に載置すればよいので、先に半田層１４を形成して半導体チップ１１および金属配線２３をヒートシンク２１上に載置するのに比べ、組立作業のための装置が簡素化され、作業能率も高くなる。よって、製造コストの低減を図ることができる。
【００４４】
さらに、本実施の形態の製造方法では、図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、ヒートシンク２１上に、絶縁樹脂層２６により金属配線２３を固着してから、電極端子層５６およびモジュール樹脂枠５３を、ヒートシンク２１上に取り付けているので、絶縁樹脂層２６（下部接着剤層２６ａおよび上部接着剤層２６ｂ）を形成する際には、スクリーン印刷を用いることができる。ただし、シート状のエポキシ樹脂を用いる場合には、電極端子層５６およびモジュール樹脂枠５３の取付と、金属配線２３の固着とのいずれを先に行なってもよい。つまり、本実施の形態のように、電極端子層５６およびモジュール樹脂枠５３の取付を、金属配線２３の固着の後に行うことにより、接着剤を塗布する方法の選択範囲が拡大することになる。
【００４５】
また、絶縁樹脂層２６を下部接着剤層２６ａと、上部接着剤層２６ｂとに分けて、２回塗りを行っているので、以下の効果を発揮することができる。エポキシ樹脂を塗布して、その上に金属配線２３を設置すると、硬化前に真空引きなどによっても気泡を十分に抜くことは困難である。そこで、下部接着剤層２６ａを塗布した後、金属配線２３を設置せずに、真空引きを行うことにより、硬化前に下部接着剤層２６ａ中の気泡を十分抜くことができる。空気の耐圧は、約１ｋＶ／ｍｍであるが、エポキシ樹脂の耐圧は１０ｋＶ／ｍｍ以上である。したがって、パワーモジュールが配置される機器において、種々のサージが印加されることを想定すると、接着剤層の気泡を十分に抜いておくことが好ましい。よって、本実施の形態のごとく、２層塗りの接着剤層からなる絶縁樹脂層２６を形成することにより、下部接着剤層２６ａにより耐圧を確保しつつ、上部接着剤層２６ｂにより金属配線２３とヒートシンク２１との固着強度を確保することができる。
【００４６】
（実施の形態２）
次に、図７（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、実施の形態２のパワーモジュールの製造方法について説明する。図７（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態の製造工程における，樹脂接着剤の塗布からモジュール樹脂枠の取付までの工程を示す断面図である。なお、本実施の形態においても、チップマウントからポッティングまでの工程、およびＯリングの設置からボルトの締結までの工程は、実施の形態１における図５（ａ）〜（ｄ）および図６（ａ）〜（ｃ）と同様であるので、図示を省略する。
【００４７】
まず、図７（ａ）に示す工程で、焼結Ａｌからなり、平板部２１ａとフィン部２１ｂとを有するヒートシンク２１を準備する。また、電極端子層５６を形成しておく。そして、ヒートシンク２１および電極端子層５６を、モジュール樹脂枠５３用の成型用金型にセットして、ＰＰＳなどの樹脂を流し込むことにより、ヒートシンク２１，電極端子層５６およびモジュール樹脂枠５３を一体的に成形する（アウトサート成形）。
【００４８】
次に、図７（ｂ）に示す工程で、ヒートシンク２１の平板部２１ａの上面上に、高熱伝導率を有する，シート状の絶縁性エポキシ樹脂を設置し、硬化させて、下部接着剤層２６ａを形成する。このとき、金属配線は下部接着剤層２６ａの上に設置せず、硬化前に、真空引きによって下部接着剤層２６ａの気泡を十分に抜く（脱泡処理）。下部接着剤層２６ａの硬化後の厚みは、設計耐圧によって定まる。
【００４９】
さらに、下部接着剤層２６ａの上に重ねて、上部接着剤層２６ｂを塗布した後、所定形状にパターニングされた金属配線２３を上部接着剤層２６ｂの上にマウントする。
【００５０】
そして、図７（ｃ）に示す工程で、上部接着剤層２６ｂを硬化させる。上部接着剤層２６ｂの硬化後の厚みは、必要な接着強度に応じて定まる。このように、下部接着剤層２６ａおよび上部接着剤層２６ｂからなる絶縁樹脂層２６により、金属配線２３をヒートシンク２１の平板部２１の上面に固着する。ただし、１層の接着剤層からなる絶縁樹脂層２６によって、金属配線２３をヒートシンク２１に固着してもよい。
【００５１】
その後の工程は、実施の形態１における図５（ａ）〜〜（ｄ）および図６（ａ）〜（ｃ）に示すとおりである。
【００５２】
本実施の形態のパワーモジュールの製造方法によると、ヒートシンク２１，電極端子層５６およびモジュール樹脂枠５３を一体的に成形しているので、製造工程が簡素化され、製造コストの低減を図ることができる。
【００５３】
（他の実施の形態）
本発明のパワーモジュールに配置される半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体（ＳｉＣ，ＧａＮなど）を用いたパワーデバイスでもよいし、Ｓｉを用いたパワーデバイスでもよい。
【００５４】
上記実施の形態では、半導体チップ１１に、ＩＧＢＴが形成されているが、ＭＯＳＦＥＴ，ダイオード，ＪＦＥＴなどが形成された半導体チップを用いてもよい。
【００５５】
上記実施の形態では、天板５０ａに多数のパワーモジュール１０を取り付ける構造を採ったが、天板を兼ねる単一のヒートシンク上に多数の半導体チップを搭載してもよい。
【００５６】
ヒートシンク２１との熱交換を行う熱交換媒体は、冷却能やコストを考慮すると、フロリナートや水などの液体であることが好ましい。ただし、ヘリウム，アルゴン，窒素，空気などの気体であってもよい。
【００５７】
上記各実施の形態では、絶縁樹脂層２６を熱硬化樹脂であるエポキシ樹脂によって構成したが、ＰＰＳなどの熱可塑性樹脂によって構成してもよい。その場合には、絶縁樹脂層２６の上に金属配線２３を設置した状態でも、気泡を抜くことが容易であるので、接着剤層の１回塗りで済み、製造コストがより安価になる。
【００５８】
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明のパワーモジュールは、ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ，ダイオード，ＪＦＥＴ等を搭載した各種機器に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施の形態におけるパワーモジュールセットの構造を示す斜視図である。
【図２】実施の形態に係るパワーモジュールセットのII-II線における断面図である。
【図３】図２の一部を拡大して示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１の製造工程における，樹脂接着剤の塗布からモジュール樹脂枠の取付までの工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１の製造工程における，チップマウントからポッティングまでの工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１の製造工程における，Ｏリングの設置からボルトの締結までの工程を示す断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態２の製造工程における，樹脂接着剤の塗布からモジュール樹脂枠の取付までの工程を示す断面図である。
【図８】従来のＩＧＢＴチップを搭載したパワーモジュールの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０    パワーモジュール
１１    半導体チップ
１２    上面電極
１３    裏面電極
１４    半田層
１７    信号配線
１８    大電力用配線
２１    ヒートシンク
２１ａ  平板部
２１ｂ  フィン部
２３    金属配線
２５    Ｏリング
２６    絶縁樹脂層
２６ａ  下部接着剤層
２６ｂ  上部接着剤層
４０    ゲル層
５０    放熱器
５０ａ  天板
５０ｂ  容器
５１    空間
５３    モジュール樹脂枠
５６    電極端子層
【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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