(57)【要約】【課題】従来の半導体装置（特にパワーモジュール）と比べ、パワー半導体素子の短絡耐量が改善されており、かつ、製造コストが低減されたパワーモジュールを提供する。【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とを有するパワー半導体素子１と、第１の主面１ａ上に形成されており、第３の主面２ａを有する電極２と、パワー半導体素子１と電気的に接続されている導電部材としての第３導体８と、パワー半導体素子１と第３導体８とを電気的に接続している配線部としてのワイヤ１０と、電極２の第３の主面２ａ上に形成されている熱容量体１１とを備える。ワイヤ１０は、一部分が第３の主面２ａ上において電極２と接合されており、熱容量体１１は、電極２とワイヤ１０との接合部を含む第３の主面２ａの表面領域上に形成されている。【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の主面とを有するパワー半導体素子と、
前記第１の主面上に形成されており、第３の主面を有する電極と、
前記パワー半導体素子と電気的に接続されている導電部材と、
前記パワー半導体素子と前記導電部材とを電気的に接続している配線部と、
前記電極の前記第３の主面上に形成されている熱容量体とを備え、
前記配線部は、一部分が前記第３の主面上において前記電極と接合されており、
前記熱容量体は、前記電極と前記配線部との接合部を含む前記第３の主面の表面領域上に形成されている、パワーモジュール。
【請求項２】
前記配線部の前記一部分の表面の一部は、前記熱容量体から露出している、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記配線部の前記一部分は、前記熱容量体に埋設されている、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記熱容量体が前記第３の主面の全面上に形成されている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記熱容量体が前記第３の主面の一部上に形成されている、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記配線部は、ボンディングワイヤである、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項７】
前記配線部は、ボンディングリボンである、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項８】
前記配線部は、導線性材料からなり、前記熱容量体から突出した部分を含む突出部材である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールに関し、特にパワーモジュールの短絡耐量改善技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体素子は回路基板などとともに絶縁封止されてパワーモジュールを構成するが、パワーモジュールにおいてパワー半導体素子と回路基板とは、一般に金属ワイヤが超音波接合（ワイヤボンディング）されることにより電気的に接続されている。
【０００３】
一方、金属ワイヤに代えて、パワー半導体素子の電極にはんだ接合された板状の配線材料によりパワー半導体素子と回路基板とを接続する技術も知られている（たとえば、特開２００６−２１０５１９号公報または特開２００１−３３２６６４号公報）。
【０００４】
パワー半導体素子（例えばダイオード、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等）が事故により電源に短絡すると、該素子に大電流が流れて急激に発熱し、数マイクロ秒から10マイクロ秒のオーダーという短い間に素子破壊に至る。短絡から素子破壊までの時間のことは慣用的に短絡耐量と呼ばれている。
【０００５】
電源短絡による素子破壊を防ぐためには、保護回路が短絡を検知してから動作するまでの時間よりも短絡耐量の方が長くなるように設計する必要がある。
【０００６】
しかし、世の中の傾向として、コスト低減のためにパワー半導体素子の小径化（チップシュリンク）が行われ、オン抵抗低減のためにパワー半導体素子の薄板化が行われている。いずれの場合にもパワー半導体素子が電源に短絡した際に生じるエネルギー密度が増加するため、短絡耐量は短くなる。以上の観点から、パワー半導体素子の短絡耐量を改善するための技術開発が求められている。
【０００７】
一般に、パワー半導体素子の短絡耐量の改善は、パワー半導体素子自体の構造を作りこむことにより図られているが、パワー半導体素子の外部構造の作りこみも行われている。
【０００８】
特開２００６−３１９２１３号公報には、負荷短絡耐量を改善するために、半導体素子部の表側の面に５０μｍ以上の厚さの金属電極が接触し、かつ金属電極と板状の配線とが面接触した半導体装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２１０５１９号公報
【特許文献２】特開２００１−３３２６６４号公報
【特許文献３】特開２００６−３１９２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記のような従来の半導体装置では、配線が板状であるため、回路配置の異なる半導体装置の品種ごとに専用の板状配線を設計・製造する必要が生じ、製造コストが高くなる。（一方、当該配線を汎用する場合には回路設計の自由度が低くなる。）
また、電極の厚膜化は、技術的障壁が高くかつ製造コストが高くなる。
【００１１】
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、上述した従来の半導体装置（特にパワーモジュール）と比べ、パワー半導体素子の短絡耐量が改善されており、かつ、製造コストが低減されたパワーモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るパワーモジュールは、第１の主面と前記第１の主面の反対側に位置する第２の主面とを有するパワー半導体素子と、前記第１の主面上に形成されており、第３の主面を有する電極と、前記パワー半導体素子と電気的に接続されている導電部材と、前記パワー半導体素子と前記導電部材とを電気的に接続している配線部と、前記電極の前記第３の主面上に形成されている熱容量体とを備える。前記配線部は、一部分が前記第３の主面上において前記電極と接合されており、前記熱容量体は、前記電極と前記配線部との接合部を含む前記第３の主面の表面領域上に形成されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に依れば、熱容量体が、電極と配線部との接合部および接合部に隣接する電極の表面を覆っているため、パワー半導体素子の短絡時に生じる急激な素子発熱を熱容量体に放熱させることができ、パワー半導体素子が短絡から破壊に至るまでの時間、すなわち短絡耐量を長くすることができる。また、上記素子発熱を配線部により放熱させる必要が無いため、配線部を板状にする必要がなく、たとえば金属ワイヤなどとすることができる。その結果、短絡耐量が改善されており、かつ、製造コストが低減されたパワーモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１に係るパワーモジュールを説明するための断面図である。
【図２】図１における線分ＩＩ−ＩＩから見た部分断面図である。
【図３】実施の形態１に係るパワーモジュールを説明するための部分斜視図である。
【図４】実施の形態１に係るパワーモジュールの製造方法のフローチャートである。
【図５】実施の形態２に係るパワーモジュールを説明するための断面図である。
【図６】図５における線分ＶＩ−ＶＩから見た部分断面図である。
【図７】実施の形態３に係るパワーモジュールを説明するための部分斜視図である。
【図８】実施の形態４に係るパワーモジュールを説明するための部分斜視図である。
【図９】実施の形態５に係るパワーモジュールを説明するための部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に従った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。
【００１６】
（実施の形態１）
図１〜図３を参照して、実施の形態１に係るパワーモジュール１００について説明する。図１は、実施の形態１に係るパワーモジュール１００の断面図である。図２は、図１中の線分ＩＩ−ＩＩから見た部分断面図である。図３は、実施の形態１に係るパワーモジュール１００を説明するための部分斜視図であり、パワーモジュール１００におけるパワー半導体素子１、電極２、ワイヤ１０、および熱容量体１１のみを示している。図１に示されるように、パワーモジュール１００は、パワー半導体素子１と、電極２と、導電部材としての第３導体８と、配線部としてのワイヤ１０と、熱容量体１１とを備える。
【００１７】
パワー半導体素子１は、たとえばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などである。パワー半導体素子１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とを有している。第１の主面１ａ上には、電極２が形成されている。
【００１８】
電極２を構成する材料は、任意の導電性材料であればよいが、たとえばアルミニウム（Ａｌ）である。電極２の膜厚は、５０μｍ未満とすることができ、たとえば１μｍ以上１０μｍ以下であればよい。電極２は、パワー半導体素子１の第１の主面１ａと接合されている面と、当該面の反対側に位置する第３の主面２ａとを有している。第３の主面２ａを平面視したときの電極２の平面形状は、任意の形状とすることができるがたとえば正方形状である。
【００１９】
パワー半導体素子１の第２の主面１ｂは、回路基板３と接合部材４を介して接合されている。回路基板３は、第１導体５、絶縁基板６、および第２導体７または第３導体８が積層して構成されている。第１導体５と第２導体７とは、絶縁基板６を挟むように構成されており、絶縁基板６により電気的に絶縁されている。第１導体５と第３導体８とは、絶縁基板６を挟むように構成されており、絶縁基板６により電気的に絶縁されている。第２導体７と第３導体８とは、絶縁基板６上において間隔を隔てて配置されている。パワー半導体素子１の第２の主面１ｂは、接合部材４を介して第２導体７と接合されている。
【００２０】
接合部材４は、たとえば銀ナノ粒子を用いた低温焼結材、銅（Ｃｕ）−スズ（Ｓｎ）合金などを用いた液相拡散接合材、またははんだなどである。
【００２１】
第１導体５、第２導体７および第３導体８を構成する材料は、高い熱伝導性を有する任意の材料とすることができるが、たとえば銅（Ｃｕ）およびアルミニウム（Ａｌ）の少なくともいずれか一方を含む材料である。絶縁基板６を構成する材料は、電気的絶縁性を有し、かつ高い熱伝導性を有する任意の材料であればよいが、たとえば窒化珪素（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、およびアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の少なくともいずれか一つを含むセラミックス材料またはエポキシ樹脂などの樹脂材料である。
【００２２】
電極２と第３導体８とは、複数のワイヤ１０（配線部）を介して電気的に接続されている。複数のワイヤ１０は、一部分（第１接合部分１０Ａ）が第３の主面２ａ上において電極２と接合されており、他の一部分（第２接合部分１０Ｂ）が第３導体８と接合されている。言い換えると、複数のワイヤ１０は、それぞれ電極２との接合部を含む第１接合部分１０Ａと、第３導体８との接合部を含む第２接合部分１０Ｂとを有している。第１接合部分１０Ａはワイヤ１０の一方の端部側に形成されており、第２接合部分１０Ｂは、ワイヤ１０の他方の端部側に形成されている。複数のワイヤ１０の各第１接合部分１０Ａは、たとえば第３の主面２ａ上において互いに間隔を空けてかつ平行に延びるように形成されている。ワイヤ１０を構成する材料は、導電性を有し、ボンディングワイヤとして形成可能な任意の材料とすることができ、たとえばＣｕ、Ａｌなどである。ワイヤ１０の延在方向に垂直な断面形状は、任意の形状とすればよいが、たとえば円形状である。ワイヤ１０の線径は、たとえば１００μｍ以上５００μｍ以下である。
【００２３】
第２導体７は、パワー半導体素子１と接合されている領域以外の領域において、外部端子９Ａと接合されている。これにより、パワー半導体素子１と外部端子９Ａとは、第２導体７を介して電気的に接続されている。第３導体８は、ワイヤ１０と接合されている領域以外の領域において、外部端子９Ｂと接合されている。これにより、パワー半導体素子１と外部端子９Ｂとは、第３導体８を介して電気的に接続されている。
【００２４】
電極２の第３の主面２ａの全面上には、熱容量体１１が形成されている。言い換えると、熱容量体１１は、電極２とワイヤ１０との接合部を含む第３の主面２ａの表面領域上に形成されている。第３の主面２ａにおいて熱容量体１１に覆われている当該表面領域は、第３の主面２ａの全面に拡がっている。つまり、熱容量体１１は、第３の主面２ａの全面上に形成されている。第３の主面２ａを平面視したときに、電極２と熱容量体１１とは重なるように形成されている。第３の主面２ａを平面視したときの電極２の上記平面形状が正方形状である場合には、上記平面視したときの熱容量体１１の平面形状は正方形状である。第３の主面２ａを平面視したときの電極２の上記平面形状が円形状である場合には、上記平面視したときの熱容量体１１の平面形状は円形状である。
【００２５】
熱容量体１１を構成する材料は、実装時（たとえば塗布または滴下時）に液状であって、実装完了後に熱処理などにより固化可能な材料が好ましい。また、熱容量体１１を構成する材料は、少なくとも後述する封止体１２を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料であるが、より高い熱伝導率を有する材料であるのが好ましい。熱容量体１１を構成する材料は、たとえばはんだ、銀（Ａｇ）ペースト（樹脂にＡｇ粒子が分散しており、熱処理により樹脂が硬化するもの）、焼結Ａｇペースト（溶媒中にＡｇ粒子が分散しており、熱処理により溶媒が揮発してＡｇ粒子が焼結するもの）、高熱伝導樹脂（樹脂に高熱伝導率の材料からなるフィラーが分散しているもの）などである。熱容量体１１の熱伝導率は、たとえば５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるのが好ましく、より好ましくは５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である。
【００２６】
複数のワイヤ１０の各第１接合部分１０Ａは、熱容量体１１に埋設されている。言い換えると、ワイヤ１０の第１接合部分１０Ａの表面において、第３の主面２ａに接している領域以外の他の領域は熱容量体１１と接している。電極２の第３の主面２ａ上において、ワイヤ１０の第１接合部分１０Ａと接している領域以外の他の領域は熱容量体１１と接している。熱容量体１１は、たとえば複数のワイヤ１０における各第１接合部分１０Ａ、および電極２の第３の主面２ａを一様に覆っている。このとき、熱容量体１１の膜厚は、ワイヤ１０の第１接合部分１０Ａの第３の主面３ａに垂直な方向における厚みよりも厚く、たとえばワイヤ１０の線径よりも厚い。
【００２７】
熱容量体１１の膜厚は、短絡耐量改善の観点においては１００μｍ以下であれば十分であり、熱容量体１１を構成する材料の熱伝導率に応じて決定することができる。これは以下の理由による。
【００２８】
パワー半導体素子１の短絡から素子破壊までの時間は数μｓ〜１０μｓ程度と非常に短く、この時間内にパワー半導体素子１に生じた熱が熱容量体１１の内部を伝わる距離は熱容量体１１の熱伝導率に依存する。そのため、熱容量体１１による短絡耐量改善の効果は、熱容量体１１の膜厚を当該距離と同等としたときに最大となり、熱容量体１１の膜厚を当該距離より厚くしても頭打ちになる。
【００２９】
本発明者らは電極２の第３の主面２ａ全面上に熱容量体１１が形成されている解析モデルによる過渡伝熱解析を実施し、熱容量体１１の膜厚が１ｍｍ程度である場合には、熱容量体１１を構成する材料に依らず熱容量体１１の上面の温度は発熱開始から１０μｓ後もほぼ初期温度のままであることを確認した。たとえば、熱容量体１１を構成する材料を熱伝導率が４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である銅（Ｃｕ）としたときにも、発熱開始から１０μｓ後の熱容量体１１の上面はほぼ初期温度のままであった。本発明者らによる過渡伝熱解析の結果から、たとえば熱容量体１１を構成する材料が無機フィラーを含むエポキシ樹脂（熱伝導率５Ｗ／（ｍ・Ｋ））であるときには熱容量体１１の膜厚が約１０μｍのときに短絡耐量改善効果は最大となり、それより厚膜化しても当該効果は頭打ちになった。また、熱容量体１１を構成する材料がはんだ（熱伝導率７０Ｗ／（ｍ・Ｋ））であるときには熱容量体１１の膜厚が約５０μｍ、焼結Ａｇペースト（熱伝導率２００Ｗ／（ｍ・Ｋ））であるときには熱容量体１１の膜厚が約８０μｍのときに短絡耐量改善効果は最大となり、それより厚膜化しても当該効果は頭打ちになることが確認された。
【００３０】
なお、熱容量体１１の膜厚が第３の主面２ａに平行な面内において分布を有している場合には、熱容量体１１による短絡耐量改善の効果は熱容量体１１の膜厚の最小値が上記距離よりと同等としたときに最大となるため、当該最小値が熱容量体１１の構成材料の熱伝導率に応じて決定されるのが好ましい。
【００３１】
封止体１２は、第１導体５において絶縁基板６と接合されている面の反対側に位置する面（下面）および外部端子９Ａ，９Ｂの一部を除いたパワー半導体素子１、回路基板３、外部端子９、ワイヤ１０、熱容量体１１を覆うように設けられている。
【００３２】
次に、図４を参照して、実施の形態１に係るパワーモジュール１００の製造方法について説明する。
【００３３】
まず、回路基板３上に搭載されたパワー半導体素子１を準備する（Ｓ１０）。パワー半導体素子１は、第１の主面１ａ上に電極２が形成されており、第２の主面１ｂが回路基板３の第２導体７と接合部材４を介して接合されている。回路基板３は、第１導体５と絶縁基板６とが接合されており、かつ絶縁基板６と第２導体７または第３導体８とが接合されている。
【００３４】
次に、電極２と第３導体８とを電気的に接続するためのワイヤ１０を形成する（Ｓ２０）。ワイヤ１０は、超音波接合法などにより電極２と第３導体８とにそれぞれ接合される。これにより、第１接合部分１０Ａを有するワイヤ１０が形成される。
【００３５】
次に、電極２の第３の主面２ａ上に熱容量体１１を形成する（Ｓ３０）。熱容量体１１を形成する方法は、熱容量体１１の構成する材料に応じて任意に決めればよい。
【００３６】
熱容量体１１を構成する材料がはんだである場合には、たとえば超音波はんだこてを用いたはんだ付けにより、はんだを電極２およびワイヤ１０に濡れ広がらせることができ、冷却することで熱容量体１１を形成することができる。
【００３７】
また、熱容量体１１を構成する材料がＡｇペーストである場合には、たとえばＡｇペースト材料を電極２の第３の主面２ａ上に滴下した後、高温に保持して樹脂を熱硬化（キュア）させることにより熱容量体１１を形成することができる。
【００３８】
また、熱容量体１１を構成する材料が焼結Ａｇペーストである場合には、たとえば焼結Ａｇペーストを電極２の第３の主面２ａ上に滴下した後、高温に保持して焼結Ａｇペースト中の溶媒を揮発させてＡｇ粒子を焼結させることにより熱容量体１１を形成することができる。
【００３９】
いずれの場合も、電極２とワイヤ１０との接合部を含む第３の主面２ａの上記表面領域上に熱容量体１１となるべき液状材料を供給した後、これを固化させることにより熱容量体１１を形成する。熱容量体１１の形成に際し、ワイヤ１０は熱容量体１１となるべき液状材料の接触を受けるが、該接触相手を液状材料としているためにワイヤ１０が該接触により物理的なダメージを受けることを抑制することができる。なお、熱容量体１１は、熱容量体１１となるべき液状材料の塗布または滴下量、および塗布または滴下方法を制御することにより、第３の主面２ａの全面上に容易に形成され得る。
【００４０】
次に、封止体１２を形成する（Ｓ４０）。具体的には、熱容量体１１が形成された封止対象材（パワー半導体素子１、電極２、回路基板３、外部端子９の一部、ワイヤ１０、および熱容量体１１を含む）を封止体１２によって封止する。封止体１２の形成は、たとえばトランスファモールド法により行われる。このようにして、実施の形態１に係るパワーモジュール１００を得ることができる。
【００４１】
次に、実施の形態１に係るパワーモジュール１００の作用効果について説明する。実施の形態１に係るパワーモジュール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とを有するパワー半導体素子１と、第１の主面１ａ上に形成されており、第３の主面２ａを有する電極２と、パワー半導体素子１と電気的に接続されている導電部材としての第３導体８と、パワー半導体素子１と第３導体８とを電気的に接続している配線部としてのワイヤ１０と、電極２の第３の主面２ａ上に形成されている熱容量体１１とを備える。ワイヤ１０は、一部分が第３の主面２ａ上において電極２と接合されており、熱容量体１１は、電極２とワイヤ１０との接合部を含む第３の主面２ａの表面領域上に形成されている。
【００４２】
このようにすれば、パワー半導体素子１の短絡時に生じる熱は電極２を介して熱容量体１１に放熱され得る。このとき、電極２は厚膜化されて大きな熱容量を有している必要はない。つまり、パワーモジュール１００は、従来の半導体装置（特にパワーモジュール）と比べ、パワー半導体素子１の短絡耐量が改善されており、かつ、製造コストが低減されている。
【００４３】
また、実施の形態１に係るパワーモジュール１００において、ワイヤ１０の第１接合部分１０Ａは熱容量体１１に埋設されている。このようにすれば、当該第１接合部分１０Ａにおいて電極２との接合部以外の他の領域すべてが熱容量体１１と接触しているため、当該第１接合部分１０Ａの熱を熱容量体１１に効果的に放熱させることができる。
【００４４】
パワーモジュールにおいてワイヤと電極との接合部には、連続通電時に電流が集中することによってジュール熱が発生し、ホットスポットが形成される。これは、当該接合部の信頼性が損なわれる原因となる。これに対し、パワーモジュール１００は、熱容量体１１により当該第１接合部分１０Ａに生じた熱を効果的に面内方向に広げることで、ホットスポットを緩和し、電極２とワイヤ１０との接合部の信頼性を向上させることができる。
【００４５】
また、実施の形態１に係るパワーモジュール１００において、熱容量体１１は電極２とワイヤ１０との接合部を含む第３の主面２ａの全面上に形成されている。つまり、熱容量体１１は第３の主面２ａの全面を覆っている。このようにすれば、電極２の第３の主面２ａを介したパワー半導体素子１から熱容量体１１への放熱効果を最大化することができ、パワー半導体素子１の短絡耐量をより効果的に改善することができる。
【００４６】
また、実施の形態１に係るパワーモジュール１００において、ワイヤ１０はボンディングワイヤである。このようにすれば、ワイヤ１０は、パワーモジュール１００において回路配置が異なり、電極２と第３導体８との相対的な位置関係が異なる複数種のパワーモジュール１００に対しても、容易に形成され得る。そのため、このようなワイヤ１０を備えるパワーモジュール１００は、パワー半導体素子１の短絡耐量を改善するためにその回路配置に応じた専用の配線部をそれぞれ準備する必要がなく、汎用のワイヤ１０および同一材料からなる熱容量体１１によって該短絡耐量が改善されている。つまり、上記パワーモジュール１００は、短絡耐量が改善されているとともに回路設計の自由度が高くかつ製造コストが低い。
【００４７】
また、実施の形態１に係るパワーモジュール１００の製造方法において、熱容量体１１はワイヤ１０が接合されている電極２の第３の主面２ａ上に液状材料として供給され、その後該液状材料が固化されることにより形成される。そのため、ワイヤ１０として汎用のボンディングワイヤを用いても、熱容量体１１を形成する際にワイヤ１０が物理的なダメージを受けることが防止されている。その結果、電極２とワイヤ１０との接合部の信頼性を損なうことなく、パワー半導体素子１の短絡耐量が改善されたパワーモジュール１００を低コストで製造することができる。
【００４８】
（実施の形態２）
次に、図５および図６を参照して、実施の形態２に係るパワーモジュール１００について説明する。図５は、実施の形態２に係るパワーモジュール１００の断面図である。図６は、図５中の線分ＶＩ−ＶＩから見た部分断面図である。実施の形態２に係るパワーモジュール１００は、実施の形態１に係るパワーモジュール１００と基本的に同様の構成を備えるが、ワイヤ１０の一部分（第１接合部分１０Ａ）の表面の一部が熱容量体１１から露出している点で異なる。
【００４９】
ワイヤ１０の第１接合部分１０Ａの表面において、第３の主面２ａに接している領域以外の他の領域のうちの一部が熱容量体１１から露出しており、その他は熱容量体１１と接している。言い換えると、熱容量体１１の膜厚（第３の主面２ａ上において膜厚分布があるときにはその最小値）は、ワイヤ１０の第１接合部分１０Ａの第３の主面３ａに垂直な方向における厚みよりも薄く、たとえばワイヤ１０の線径よりも薄い。
【００５０】
このようにしても、電極２の第３の主面２ａ上において、ワイヤ１０の第１接合部分１０Ａと接している領域以外の他の領域は熱容量体１１と接しているため、電極２を介してパワー半導体素子１の短絡時に生じる熱を熱容量体１１に放熱することができる。その結果、実施の形態２に係るパワーモジュール１００は、実施の形態１に係るパワーモジュール１００と同様の効果を奏することができる。
【００５１】
（実施の形態３）
次に、図７を参照して、実施の形態３に係るパワーモジュール１００について説明する。図７は、実施の形態３に係るパワーモジュール１００を説明するための部分斜視図であり、パワーモジュール１００におけるパワー半導体素子１、電極２、ワイヤ１０、および熱容量体１１のみを示している。実施の形態３に係るパワーモジュール１００は、実施の形態１に係るパワーモジュール１００と基本的に同様の構成を備えるが、熱容量体１１が電極２とワイヤ１０との接合部を含む第３の主面２ａの一部上に形成されている点で異なる。言い換えると、第３の主面２ａ上において電極２とワイヤ１０との接合部が形成されていない領域の一部が熱容量体１１から露出している点で異なる。
【００５２】
熱容量体１１は電極２の第３の主面２ａを部分的に覆っている。第３の主面２ａ上において熱容量体１１から露出している部分は、電極２の平面形状において外周部に形成されている。つまり、第３の主面２ａ上において熱容量体１１から露出している部分は、第３の主面２ａ上において電極２とワイヤ１０との接合部から最も離れた部分に位置している。
【００５３】
第３の主面２ａを平面視したときに、熱容量体１１は電極２の一部と重なるように形成されている。第３の主面２ａを平面視したときの熱容量体１１の平面形状は、たとえば円形状である。上記平面視したときの電極２の平面形状は、たとえば正方形状である。
【００５４】
このようにしても、実施の形態３に係るパワーモジュール１００は、実施の形態１に係るパワーモジュール１００と基本的に同様の構成を備えるため、実施の形態１に係るパワーモジュール１００と同様の効果を奏することができる。
【００５５】
実施の形態３における熱容量体１１は、実施の形態１における熱容量体１１と同様に任意の方法により形成され得るが、たとえばシリンジなどにより熱容量体１１となるべき液状材料を電極２の中央位置から滴下することにより第３の主面２ａ上に供給し、その後該液状材料を固化することにより容易に形成され得る。つまり、実施の形態３に係るパワーモジュール１００は、実施の形態１に係るパワーモジュール１００と比べて同等またはそれ以上に容易に製造され得る。
【００５６】
このように、実施の形態３に係るパワーモジュール１００は、パワー半導体素子１の短絡耐量が改善されているとともに、容易に製造され得る。なお、実施の形態３に係るパワーモジュール１００は第３の主面２ａの上記表面領域であって熱容量体１１に覆われている領域の面積が実施の形態１に係るパワーモジュール１００の上記表面領域の面積と比べて小さいため、熱容量体１１による短絡耐量改善効果の大きさは実施の形態１に係るパワーモジュール１００には及ばない。
【００５７】
なお、実施の形態３に係るパワーモジュール１００において、ワイヤ１０の一部分（第１接合部分１０Ａ）の表面の一部は熱容量体１１から露出していてもよい。このようにすれば、実施の形態２に係るパワーモジュール１００と基本的に同様の構成を備えるため、実施の形態２に係るパワーモジュール１００と同様の効果を奏することができる。
【００５８】
（実施の形態４）
次に、図８を参照して、実施の形態４に係るパワーモジュール１００について説明する。図８は、実施の形態４に係るパワーモジュール１００を説明するための部分斜視図であり、パワーモジュール１００におけるパワー半導体素子１、電極２、ワイヤ１０、および熱容量体１１のみを示している。実施の形態４に係るパワーモジュール１００は、実施の形態１に係るパワーモジュール１００と基本的に同様の構成を備えるが、配線部がリボンワイヤ１３である点で異なる。
【００５９】
このようにしても、熱容量体１１は、電極２とリボンワイヤ１３との接合部を含む第３の主面２ａの表面領域上に形成されており、第３の主面２ａ上において電極２と接合されているリボンワイヤ１３の一部分（第１接合部分１３Ａ）が熱容量体１１に埋設されている。そのため、実施の形態４に係るパワーモジュール１００は、実施の形態１に係るパワーモジュール１００と同様の効果を奏することができる。
【００６０】
なお、リボンワイヤ１３の第１接合部分１３Ａの表面の一部は、熱容量体１１から露出していてもよい。このようにすれば、実施の形態２に係るパワーモジュール１００と同様の効果を奏することができる。
【００６１】
（実施の形態５）
次に、図９を参照して、実施の形態５に係るパワーモジュール１００について説明する。図９は、実施の形態５に係るパワーモジュール１００を説明するための部分斜視図であり、パワーモジュール１００におけるパワー半導体素子１、電極２、ワイヤ１０、および熱容量体１１のみを示している。実施の形態５に係るパワーモジュール１００は、実施の形態１に係るパワーモジュール１００と基本的に同様の構成を備えるが、配線部が導線性材料からなり、熱容量体１１から突出した部分を含む突出部材１４である点で異なる。
【００６２】
熱容量体１１は、電極２と突出部材１４との接合部を含む第３の主面２ａの表面領域上に形成されており、第３の主面２ａ上において電極２と接合されている突出部材１４の一部分（第１接合部分１４Ａ）が熱容量体１１に埋設されている。そのため、実施の形態５に係るパワーモジュール１００は、実施の形態１に係るパワーモジュール１００と同様の効果を奏することができる。
【００６３】
以上のように本発明の実施形態について説明を行なったが、上述の各実施形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【００６４】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、短絡時に大電流が流れることにより急激に発熱するパワー半導体素子を備えるパワーモジュールに特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００６６】
１  パワー半導体素子、１ａ  第１の主面、１ｂ  第２の主面、２  電極、２ａ  第３の主面、３  回路基板、４  接合部材、５  第１導体、６  絶縁基板、７  第２導体、８  第３導体、９，９Ａ，９Ｂ  外部端子、１０  ワイヤ、１０Ａ，１３Ａ，１４Ａ  第１接合部分、１０Ｂ  第２接合部分、１１  熱容量体、１２  封止体、１３  リボンワイヤ、１４  突出部材、１００  パワーモジュール。
【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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