(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、該絶縁基板上に固定されたヒートシンクと、該ヒートシンク上に半田材で固定された半導体素子とを含む電力用半導体装置であって、
該ヒートシンクが、該絶縁基板に固定されたブロック状の本体部と、該本体部から上方に突出して上部が該半導体素子の載置面となった突出部であって、該載置面が張出し部を４隅に備えた矩形形状である該突出部とを有し、
再溶融した該半田材が該載置面上に保持されて、該半導体素子の周囲に該載置面を覆う半田フィレットを形成することを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
絶縁基板と、該絶縁基板上に固定されたヒートシンクと、該ヒートシンク上に半田材で固定された半導体素子とを含む電力用半導体装置であって、
該ヒートシンクが、該半導体素子の裏面と同一形状で、該半導体素子が載置される載置面と、該載置面の周囲を囲み、外方に広がった張出し部を４隅に備えた矩形のフレーム形状の溝部であって、該溝部を埋めるように該載置面上に設けられた該半田材で該半導体素子が固定される該溝部とを、その上面に有し、
再溶融した該半田材が、該載置面上と該溝部内とに保持されてなることを特徴とする電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワーモジュールに関し、特に、半導体素子と金属ブロック等の間を１種類の半田材で接合したパワーモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、全体が５００で表される、従来のパワーモジュール（電力用半導体装置）の断面図である。
パワーモジュール５００は、金属ベース板１を含む。金属ベース板１の主面１ａには、窒化アルミニウムの絶縁板２ａの両面に銅箔からなる表金属パターン２ｂ、２ｃ、裏金属パターン２ｄが設けられた絶縁基板２が、半田材８Ｃにより固定されている。
また、表金属パターン２ｂの上には、半導体素子３が上面に取りつけられた金属ブロック（ヒートシンク）４が半田材８Ｂにより固定されている。
【０００３】
樹脂ケース５は、例えばＬＣＰ（Liquid Crystalline Polymer）等の耐熱性樹脂からなり、外部接続用の電極端子６がインサートされている。電極端子６の端部６ａは、絶縁基板２の表金属パターン２ｃに半田８Ｄで固定されている。
金属ベース板１の端縁１ｂは樹脂ケース５の開口端に嵌合され、接着剤７で接着されている。かかる状態で、電極端子６の端部６ａは、絶縁基板２の表金属パターン２ｃに半田８Ｄで固定されている。
即ち、絶縁基板２と金属ベース板１との半田付け工程において、樹脂ケース５が金属ベース板１に接着剤７で接合される際に、電極端子６の端部６ａも表金属パターン２ｃに半田接合される。
樹脂ケース５内には、封止用シリコンゲル２０、エポキシ系樹脂等の封止用充填樹脂３０が充填されることが好ましい。
【０００４】
ここで、半導体素子３を金属ブロック４に半田付けする半田材８Ａは、融点が約３００℃の高温半田、金属ブロック４を表金属パターン２ｂ上に半田付けする半田材８Ｂ、金属パターン２ｄを金属ベース板１に半田付けする半田材８Ｃは共に融点が約２２０℃の中温半田、表金属パターン２ｃと樹脂製ケース５にインサートされた電極端子６の端部６ａとを半田付けする半田材８Ｄは融点が約１８０℃の低温半田である。半田材８Ａ〜８Ｄは全て、鉛、錫（Ｐｂ、Ｓｎ）の合金である所謂鉛半田であり、鉛と錫の配合比を変えてその溶融温度を変えたものである。かかる鉛半田はクリーム状であり、塗布して使用に供される。
【０００５】
次に、パワーモジュール５００の製造方法について簡単に説明する。
かかる製造方法では、最初に、半導体素子３を金属ブロック４に半田材８Ａを用いて半田付けする。
【０００６】
次に、絶縁基板２を金属ベース板１上に半田材８Ｃを介して載置すると共に、半導体素子３が固定された金属ブロック４を絶縁基板２上に半田材８Ｂを介して載置する。続いて、約２５０℃に調整されたリフロー炉を通過させて、金属ブロック４を表金属パターン２ｂに半田８Ｂで接合するとともに、金属ベース板１の主面１ａと絶縁基板２の裏金属パターン２ｄとを半田８Ｃで接合する。この際、半導体素子３と金属ブロック４との半田接合面は半田材８Ａの溶融温度がリフロー炉の炉内温度（約２５０℃）よりも高いので再溶融しない。
【０００７】
次に、金属ベース板１の端縁１ｂに樹脂ケース５の開口端に嵌合させ、接着剤７で接着する。この際、電極端子６の端部６ａが絶縁基板２の表金属パターン２ｃに半田材８Ｄを介して押圧する。続いて、この状態で、約２００℃に調整されたリフロー炉を通過させて、樹脂ケース５と金属ベース板１を接合する接着剤７をキュアさせると共に、端部６ａを絶縁基板２の表金属パターン２ｃに半田付けする。この際、半導体素子３と金属ブロック４との接合面、金属ブロック４と絶縁基板２の表金属パターン２ｂとの接合面、及び金属ベース板１の主面１ａと絶縁基板２の裏金属パターン２ｄとの接合面は、各接合面に使用される半田材８Ａ〜８Ｃの溶融温度がリフロー炉の炉内温度（約２００℃）よりも高いので、再溶融しない。
【０００８】
また、図９は、全体が６００で表される、従来構造の他のパワーモジュールの断面図である（樹脂ケース５等は省略）。
パワーモジュール６００では、金属ベース板１の主面１ａ上に、絶縁層１１が形成されている。絶縁層１１の上面には、絶縁材の粘着力で金属電極箔１２が貼りつけられている。金属電極箔１２上には、電極端子６と金属ブロック４とが固定されている。
かかるパワーモジュール６００では、溶融温度の異なる２種類の半田材８Ａ、８Ｄが使用されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、パワーモジュール５００は、半導体素子３と金属ブロック４間、金属ブロック４と表金属パターン２ｂ間、及び裏金属パターン２ｄと金属ベース板１間、表金属パターン２ｃと電極端子６の端部６ａ間を、所謂、鉛半田を用いて接合するため、環境汚染を引き起こすという問題があった。
【００１０】
かかる問題点を解決するために、鉛を含まない所謂鉛フリー半田の使用が望まれるが、熱疲労に対する鉛半田程度の耐クラック性を有し、実用に供し得る鉛フリー半田としては、現在、ＳｎＡｇ系、又はＳｎＡｇＣｕ系の半田材（融点：約２００〜２３０℃）しか存在しない。即ち、鉛半田のように、融点の異なった複数の半田材を用いることができない。
【００１１】
このため、半田材８Ａ〜８Ｄの代わりに鉛フリーの半田材９を用いた場合、金属ブロック４を表金属パターン２ｂ上に半田付けする際、及び裏金属パターン２ｄを金属ベース板１に半田付けする際に、図１０に示すように、前工程で半田付けした半導体素子３と金属ブロック４間の半田材９が再溶融し、半導体素子３の位置がずれる、所謂半田ずれが生じた。
この結果、半導体素子３と、他の部材（図示せず）や表金属パターン２ｂ、２ｃ等とを接続するボンディングワイヤ（図示せず）に損傷を与えるという問題があった。
【００１２】
また、半導体素子３の位置ずれ防止のため、金属ブロック４上の半導体素子３の周囲にレジストを塗布して再溶融した半田材９の流れを防止することもできるが、レジストの塗布、加熱硬化等の処理により、製造コストが高くなり、また製造工程も長くなるという問題があった。
【００１３】
更に、鉛フリー半田を用いた場合、表金属パターン２ｃと電極端子６の端部６ａとを半田付けする際に、図１１に示すように、前工程で半田付けした金属ブロック４と表金属パターン２ｂ間、裏金属パターン２ｄと金属ベース板１間の半田材９が再溶融し、電極端子６の端部６ａによる押圧力で、絶縁基板２が金属ベース板１に対して傾いた。この結果、半田材９のはみ出しにより絶縁基板２の端縁における絶縁沿面距離が損なわれるという問題があった。また、半田層９の厚みが不均一となることにより、熱疲労に対する半田層９の耐クラック性が著しく低下する等の問題があった。
【００１４】
なお、ＳｎＡｇ系等の鉛フリーの半田材９にビスマスやインジウムを添加して、例えば、Ｓｎ・３％Ａｇ・０．５％（Ｃｕ＋Ｂｉ））とすることにより、溶融温度を下げることができる。しかしながら、同時に、熱疲労に伴う耐クラック性も著しく低下するため、パワーモジュール５００用の半田材としては信頼性等の観点から使用できない。即ち、パワーモジュール５００の製造において必要とされる、溶融温度の異なる３種類の（高温、中温、低温）半田材を、鉛フリー半田で提供することは困難である。
【００１５】
そこで、本発明は、所定の溶融温度を有する１種類の半田材、特に、鉛フリー半田材（配合比：Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕ、融点：約２２０℃）を用いたパワーモジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、絶縁基板と、該絶縁基板上に固定されたヒートシンクと、該ヒートシンク上に半田材で固定された半導体素子とを含む電力用半導体装置であって、該ヒートシンクが、該絶縁基板に固定されたブロック状の本体部と、該本体部から上方に突出して上部が該半導体素子の載置面となった突出部であって、該載置面が張出し部を４隅に備えた矩形形状である該突出部とを有し、再溶融した該半田材が該載置面上に保持されて、該半導体素子の周囲に該載置面を覆う半田フィレットを形成することを特徴とする電力用半導体装置である。
かかる電力用半導体装置では、再溶融された半田材が載置面上に保持されるため、半導体素子のずれが生じない。このため、半導体素子に接続されたボンディングワイヤの損傷等を防止できる。また、かかる張出し部を有することにより、半導体素子の周囲の半田フィレットを、半導体素子の隅部において広くできる。この結果、隅部における半田フィレットの応力が緩和され、半導体素子の破損等を防止できる。
【００１７】
また、本発明は、絶縁基板と、該絶縁基板上に固定されたヒートシンクと、該ヒートシンク上に半田材で固定された半導体素子とを含む電力用半導体装置であって、該ヒートシンクが、該半導体素子の裏面と同一形状で、該半導体素子が載置される載置面と、該載置面の周囲を囲み、外方に広がった張出し部を４隅に備えた矩形のフレーム形状の溝部であって、該溝部を埋めるように該載置面上に設けられた該半田材で該半導体素子が固定される該溝部とを、その上面に有し、再溶融した該半田材が、該載置面上と該溝部内とに保持されてなることを特徴とする電力用半導体装置でもある。
かかる電力用半導体装置では、再溶融された半田材が載置面上と溝部内とに保持されるため、半導体素子のずれが発生しない。また、かかる張出し部を有することにより、半導体素子の隅部における半田フィレットの応力が緩和され、半導体素子の破損等を防止できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、全体が１００で表される、本実施の形態にかかるパワーモジュールの断面図である。図１中、図８と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００１９】
パワーモジュール１００は、金属ベース板１を含む。金属ベース板１の主面１ａには、窒化アルミニウムの絶縁板２ａの両面に銅箔からなる表金属パターン２ｂ、２ｃ、裏金属パターン２ｄが設けられた絶縁基板２が、半田材９により固定されている。金属ベース１の主面１ａにはワイヤバンプ１０が設けられ、絶縁基板２はワイヤバンプ１０に支持された状態で半田材９で固定されている。
また、表金属パターン２ｂの上には、半導体素子３が上面に取りつけられた段付き金属ブロック（ヒートシンク）４Ａが半田材９で固定されている。
【００２０】
樹脂ケース５は、例えばＰＰＳやＬＣＰ等からなり、外部接続用の電極端子６がインサートされている。電極端子６の端部６ａは、絶縁基板２の表金属パターン２ｃに半田材９で固定されている。
金属ベース板１の端縁１ｂは樹脂ケース５の開口端に嵌合され、シリコン系接着剤７で接着されている。かかる状態で、電極端子６の端部６ａは、絶縁基板２の表金属パターン２ｃに半田材９で固定されている。
即ち、絶縁基板２と金属ベース板１との半田付け工程において、樹脂ケース５が金属ベース板１に接着剤７で接合される際に、電極端子６の端部６ａも表金属パターン２ｃに半田接合される。
樹脂ケース５内には、封止用シリコンゲル２０、エポキシ系樹脂等の封止用充填樹脂３０が充填されることが好ましい。
なお、半田材９は、例えばＳｎ・３．０Ａｇ・０．５Ｃｕのような鉛フリー半田であり、塗布使用に適したクリーム状で供給される。
【００２１】
図２は、段付き金属ブロック４Ａを詳細に示した図であり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は、III―III方向の断面図である。図２（ａ）（ｂ）に示すように、段付き金属ブロック４Ａは、本体部と、凸形状の突出部とを含み、突出部の上端に平坦な、半導体素子３の載置面４Ａａが形成されている。段付き金属ブロック４Ａを、表金属パターン２ｂとの接合面４Ａｘに対して、半導体素子３の載置面４Ａａの面積を小さくした（面積比、約１／４）。これは、第１に、半導体素子３のヒートシンクとしての性能を従来の金属ブロック４（図８参照）と同程度に維持すべく、その体積（熱容量）及び表金属パターン２ｂとの接合面積（放熱面積）を金属ブロック４とほぼ同じにするためである。第２に、半導体素子３と接合する半田層の再溶融による半導体素子３の半田ずれを防止するために、半導体素子３が載置されて半田付けされた状態において、半導体素子３の外周縁３ｂに所定幅Ｓの半田フィレット９ａが形成できる程度に載置面４Ａａの面積を制限したためである。
【００２２】
即ち、段付き金属ブロック４Ａにおける半導体素子３の載置面４Ａａの外周縁４Ａｂは略矩形を為す。その各辺の寸法は、同じく略矩形を為す半導体素子３の半田付け面３ａにおける対応する辺の寸法よりも夫々若干大きい。また、その差（２Ｓ）は、段付き金属ブロック４Ａと半導体素子３とを半田付けする半田層厚ｔの略２√３倍以下とし、半導体素子３が載置されて半田付けされた状態で、半導体素子３の外周縁３ｂに所定幅Ｓの半田フィレット９ａが形成される。
この半田フィレット９ａは、半田層の応力緩和のために必要だが、広過ぎると半導体素子３の半田ずれが問題となるので適切な幅寸法Ｓを設定する必要がある。
【００２３】
また、図２（ｂ）に示すように、段付き金属ブロック４Ａを、半導体素子３の載置面４Ａａが形成された段付きの凸形状としたのは、かかる形状は、加工が容易なためである。即ち、モリブテン（Ｍｏ）や銅（Ｃｕ）等の金属板から、打ち抜き加工で段付き金属ブロック４Ａを形成する際に、同時に、段付きの凸形状をコイニング加工により形成できる。
【００２４】
次に、パワーモジュール５００の製造方法について、図３を参照しながら簡単に説明する。
かかる製造方法では、最初に、図３（ａ）に示すごとく、例えば鉛フリー半田からなる半田材９を用いて、半導体素子３を段付き金属ブロック４Ａに半田付けする。
段付き金属ブロック４Ａは、金属板（Ｃｕ、Ｍｏ等）を準備し、プレス加工、及びコイニング加工により金属板を打ち抜くと同時に凸部先端に平坦な載置面４Ａａを備えた突出部を形成する方法により作製する。
【００２５】
次に、図３（ｂ）に示すごとく、絶縁基板２を金属ベース板１の主面１ａ上の所定位置に半田材９を介して載置する。この場合、絶縁基板２は、金属ベース板１の主面１ａに設けられたワイヤバンプ１０上に指示された状態で載置される。更に、半導体素子３を半田付け済の段付き金属ブロック４Ａを、絶縁基板２上に半田材９を介して載置する。かかる状態で、約２５０℃に調整されたリフロー炉を通過させて、段付き金属ブロック４Ａを絶縁基板２の表金属パターン２ｂに半田材９で接合とともに、金属ベース板１の主面１ａと絶縁基板２の裏金属パターン２ｄとを半田材９で接合する。この際、半導体素子３と金属ブロック４との半田接合面は、半田材９の溶融温度がリフロー炉の炉内温度（約２５０℃）よりも低く再溶融するが、載置面４Ａａが半導体素子３の半田付け面とほぼ同一面積のため（正確には、半導体素子３の外周縁３ｂにおける半田フィレット９ａの幅Ｓの分、載置面４Ａａが若干大きい）、再融解した半田材９は、載置面４Ａａから流出しない。このため、半田材９上の半導体素子３の位置ずれが発生しない。
【００２６】
次に、図３（ｃ）に示すように、電極端子６をインサートした樹脂ケース５を準備し（樹脂ケース５は、部分的に表示）、その開口端５ａに接着剤７を塗布して金属ベース板１の端縁１ｂに開口端５ａを嵌合させる。同時に、ディスペンサで、表金属パターン２ｃ上に部分供給された半田材９を介して、電極端子６の端部６ａを、絶縁基板２の表金属パターン２ｃに押圧する。かかる状態で、約２５０℃に調整されたリフロー炉を通過させて、接着剤７をキュアさせると共に、端部６ａを絶縁基板２の表金属パターン２ｃに半田付けする。
かかるリフロー工程では、半導体素子３と金属ブロック４との間の半田材９が再溶融するが、上述のように、半導体素子３の位置ずれは発生しない。
【００２７】
なお、段付き金属ブロック４Ａと絶縁基板２の表金属パターン２ｂとの間の半田材９が再溶融して、段付き金属ブロック４Ａの位置がずれる場合には、半田材９の周囲に、レジスト層（図示せず）を形成して、半田材９の流れ出しを防止しても良い。
以上の工程により、図１に示すパワーモジュール１００が完成する。
【００２８】
なお、段付き金属ブロック４Ａと絶縁基板２の表金属パターン２ｂとの接合面と共に、金属ベース板１の主面１ａと絶縁基板２の裏金属パターン２ｄとの接合面も半田材９の溶融温度がリフロー炉の炉内温度（約２５０℃）よりも低いので再溶融する。絶縁基板２は、電極端子６の端部６ａによる押圧力で、金属ベース板１側へ押圧された状態にあるが、複数（少なくとも４個）のワイヤバンプ１０の存在により、金属ベース板に対して絶縁基板２が傾くことはない。このため、半田層厚を均一に形成でき、半田材９がはみ出して絶縁基板２の端縁において絶縁沿面距離が損なわれたり、半田層厚が不均一となることにより半田層の熱疲労に対する耐クラック性が著しく劣化することはない。
【００２９】
以上のように、実施の形態１にかかるパワーモジュール１００では、段付き金属ブロック４Ａを用いることにより、１種類の半田材９のみを用いた接合が可能となり、半田材の鉛フリー化が可能となる。即ち、従来、パワーモジュールの製造において必要であった溶融温度の異なる３種類の（高温、中温、低温）所謂鉛半田材の代わりに、１種類の鉛フリー半田材９のみで、パワーモジュール１００が製造可能となる。
特に、半導体素子３と金属ブロック４間の半田材９の再溶融に起因する半導体素子３の位置ずれが生じず、半導体素子３と、その他の部材（図示せず）や表金属パターン２ｂ、２ｃ等とを接続するボンディングワイヤ（図示せず）に損傷を与えることはない。
また、絶縁基板２と金属ベース板１との間の半田層内にワイヤバンプ１０を設けることにより、金属ベース板１に対して絶縁基板２を略平行に維持できる。このため、半田材９のはみ出しにより絶縁基板２の端縁における絶縁沿面距離が損なわれたり、半田層厚が不均一となることによる半田層の熱疲労に対する耐クラック性が著しく劣化することがない。
【００３０】
図４は、本実施の形態にかかる段付き金属ブロックの変形例である。図４（ａ）は段付き金属ブロック４Ｂの上面図であり、図４（ｂ）はIV−IV方向の断面図である。また、図４（ｃ）は溝３の隅部の拡大図である。図中、図２と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００３１】
図４（ａ）（ｂ）に示すように、段付き金属ブロック４Ｂは、半導体素子３の載置面４Ｂａの外周縁４Ｂｂにおいて、隣接する２組の稜線が交差する４隅が、略半円形又は半楕円形状に外側に膨れた張出し部４Ｂｃを有する。段付き金属ブロック４Ｂでは、張出し部４Ｂｃの外周縁端部４Ｂｄと、対応する半導体素子３の矩形頂点部３ｃとの間の幅寸法ＳＣＢが、段付き金属ブロック４Ａ（載置面４Ｂａの隣接する２組の稜線の交点と対応する半導体素子３の矩形頂点部３ｃ間の幅寸法ＳＣＡ）より、例えば１．５倍だけ大きくなっている。
【００３２】
なお、段付き金属ブロック４Ｂの製造方法は、上述の段付き金属ブロック４Ａの製造方法とほぼ同じである。即ち、プレス加工、及びコイニング加工により金属板（Ｃｕ、Ｍｏ等）を打ち抜くと共に、段付きの凸形状を形成する。この際、載置面４Ｂａの４隅において、略半円形、又は半楕円形状に外側に膨れた張出し部４Ｂｃを同時に形成する。
【００３３】
次に、図５を参照しながら、段付き金属ブロック４Ｂの特徴を、段付き金属ブロック４Ａと比較して説明する。
図５（ａ）は、段付き金属ブロック４Ａの隅部を拡大した上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＶａ−Ｖａ方向の断面図である。また、図５（ｃ）は、段付き金属ブロック４Ｂの隅部を拡大した上面図であり、図５（ｄ）は、図５（ｃ）のＶｃ−Ｖｃ方向の断面図である。
【００３４】
図５（ａ）（ｂ）において、ＳＣＡは段付き金属ブロック４Ａの隣接する稜線（外周縁端）４Ａｂの交差点４Ａｃと半導体素子３の外周縁３ｂの頂点部３ｃとの間の幅である。即ち、半導体素子３の矩形頂点部３ｃにおける半田フィレット９ｂの幅である。一方、図５（ｃ）（ｄ）において、ＳＣＢは段付き金属ブロック４Ｂの張出し部４Ｂｃの外周縁端部４Ｂｄと半導体素子３の矩形頂点部３ｃとの間の幅である。即ち、半導体素子３の矩形頂点部３ｃにおける半田フィレット９ｃの幅である。
【００３５】
図５（ａ）〜（ｄ）から明らかなように、段付き金属ブロック４Ｂでは、半田クラックが最も成長し易い半導体素子３の矩形頂点部３ｃ近傍に、張出し部４Ｂｃが形成されている。このため、金属ブロック４Ａに比べて、半田フィレット９ｃの勾配が緩やかであり、この部分や近傍の半田層の応力が緩和され、半田クラックが生じ難くなる。また、万一半田クラックが発生した場合でもクラックが成長し難くなる。
【００３６】
なお、段付き金属ブロック４Ａを用いることにより得られたパワーモジュール１００のその他の効果は、段付き金属ブロック４Ｂを用いても同様に得ることができる。
【００３７】
また、図１〜図５では、階段状の段部を有する段付き金属ブロックを示し、名称も「段付き」と表現したが、本発明にかかる金属ブロックは、階段状の段部を有する段付き金属ブロックに限定されるものではない。例えば、図２に示した金属ブロック４Ａのように、絶縁基板２との接合面（下面）４Ａｘが、半導体素子３の半田付け面（上面）３ａに比較して、数倍広い（例えば、４倍）ような場合も含まれる。かかる構造では、凸部形状の突出部の先端に形成された平坦な載置面４Ａａの広さが、半導体素子３を半田接合した状態において、半導体素子３の外周縁３ｂに所定の微小幅寸法Ｓの半田フィレット９ａを形成できる程度に形成されている。即ち、半導体素子３と載置面４Ａａとを接合した半田材９の再溶融により半田ずれが生じない程度に、半田付け面３ａよりも若干広く又はほぼ同一の広さに載置面４Ａａが形成され、その周縁に溶融半田の流れ（広がり）防止用の段差が形成された構造も本発明の段付き金属ブロックに含まれる。
【００３８】
実施の形態２．
図６は、上述のパワーモジュール１００に用いられる、本実施の形態にかかる金属ブロック４Ｃを表す。図６（ａ）は、図１と同一断面における、金属ブロック４Ｃの断面図であり、図６（ｂ）は、金属ブロック４Ｃの上面図である（半導体素子３、半田材９は図示せず）。
金属ブロック４Ｃでは、半導体素子３の載置面４Ｃａの周囲を囲むように、溝２３が形成されている。載置面４Ｃａの広さは、半導体素子３の底面と同じか、又は底面より若干広くなっている。
【００３９】
段付き金属ブロック４Ｃの製造方法は、段付き金属ブロック４Ａの製造方法とほぼ同じである。即ち、プレス加工、及びコイニング加工により金属板（Ｃｕ、Ｍｏ等）を打ち抜くと共に、溝２３を形成する。なお、図６（ａ）では、溝２３の断面が半円形状となっているが、矩形等の他の形状でも構わない。
【００４０】
このように、金属ブロック４Ｃでは、半導体素子３の載置面４Ｃａを囲むように溝２３が形成されているため、パワーモジュール１００の組立工程において、再溶融した半田材９の流出を防止でき、半導体素子３の位置ずれを防ぐことができる。
【００４１】
図６（ｃ）に示す金属ブロック４Ｄは、金属ブロック４Ｃの変形例であり、溝２３がそれぞれの隅部において、略半円形又は半楕円形状に外方に広がった張出し部２４を有する。
このように、半田材９にクラックが最も成長し易い隅部に張出し部２４を形成することにより、金属ブロック４Ｃに比べて、隅部における半田フィレットの勾配が緩やかになる。このため、隅部近傍の半田層９の応力が緩和され、半田クラックが生じ難くなる。また、万一半田クラックが発生した場合でもクラックが成長し難くなる。
【００４２】
実施の形態３．
図７は、上述のパワーモジュール１００に用いられる、本実施の形態にかかる金属ブロック４Ｅを表す。図７（ａ）は、図１と同一断面における、金属ブロック４Ｅの断面図であり、図７（ｂ）は、金属ブロック４Ｅの上面図である（半導体素子３、半田材９は図示せず）。
金属ブロック４Ｅでは、金属ブロック４Ｅの表面に凹部３３が形成され、凹部３３の底面が、半導体素子３の載置面４Ｅａとなっている。載置面４Ｅａの広さは、半導体素子３の底面と同じか、又は底面より若干広くなっている。
【００４３】
段付き金属ブロック４Ｅの製造方法は、段付き金属ブロック４Ａの製造方法とほぼ同じで、プレス加工、及びコイニング加工により金属板を打ち抜くと共に、凹部３３を形成する。
【００４４】
このように、金属ブロック４Ｅでは、凹部３３の底面が半導体素子３の載置面４Ｅａとなっているため、パワーモジュール１００の組立工程において、再溶融した半田材９の流出を防止でき、半導体素子３の位置ずれを防ぐことができる。
【００４５】
図７（ｃ）に示す金属ブロック４Ｆは、金属ブロック４Ｅの変形例であり、凹部３３がそれぞれの隅部において、略半円形又は半楕円形状に外方に広がった張出し部３４を有する。
このように、半田材９にクラックが最も成長し易い隅部に張出し部３４を形成することにより、金属ブロック４Ｅに比べて、隅部における半田フィレットの勾配が緩やかになる。このため、隅部近傍の半田層９の応力が緩和され、半田クラックが生じ難くなる。また、万一半田クラックが発生した場合でもクラックが成長し難くなる。
【００４６】
実施の形態１〜３では、半田材に鉛フリー半田を用いる場合について説明した。しかし、本発明は、パワーモジュールの組み立てを１種類の半田材を用いて行うものであり、半田材は鉛フリー半田に限られない。但し、環境問題等の観点から、鉛フリー半田を用いることが好ましい。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１記載の電力用半導体装置では、再溶融された半田材が載置面上に保持されるため、半導体素子のずれが生じず、半導体素子に接続されたボンディングワイヤの損傷等を防止できる。また、半導体素子の周囲の半田フィレットを半導体素子の隅部において広くでき、隅部における半田フィレットの応力を緩和して、半導体素子の破損等を防止できる。
【００４８】
また、請求項２記載の電力用半導体装置では、再溶融された半田材が載置面上と溝部内とに保持されるため、半導体素子のずれが発生しない。また、半導体素子の隅部における半田フィレットの応力が緩和され、半導体素子の破損等を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュールの断面図である。
【図２】  本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュールに含まれる金属ブロックである。
【図３】  本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュールの製造工程の概略図である。
【図４】  本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュールに含まれる金属ブロックである。
【図５】  本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュールに含まれる金属ブロックの一部の拡大図である。
【図６】  本発明の実施の形態２にかかるパワーモジュールに含まれる金属ブロックである。
【図７】  本発明の実施の形態３にかかるパワーモジュールに含まれる金属ブロックである。
【図８】  従来のパワーモジュールの断面図である。
【図９】  従来のパワーモジュールの断面図である。
【図１０】  従来のパワーモジュールに含まれる金属ブロックの上面図である。
【図１１】  従来のパワーモジュールの断面図である。
【符号の説明】
１  金属ベース板、２  絶縁基板、２ａ  絶縁板、２ｂ、２ｃ  表金属パターン、２ｄ  裏金属パターン、３  半導体素子、３ａ  半田付け面、３ｂ  外周縁、３ｃ  矩形頂点部、４Ａ  段付き金属ブロック、４Ａａ  半導体素子３の載置面、４Ａｂ  外周縁４Ａｂ、４Ａｘ  表金属パターン２ｂとの接合面、５  樹脂ケース、６  電極端子、６ａ  端部（内部端子）、７  接着剤、９  鉛フリー半田材、１０  ワイヤバンプ、１００  パワーモジュール。
【図１】
0003836010.tif 000002
【図２】
0003836010.tif 000003
【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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