パワーモジュールの製造方法
【課題】 絶縁性能を損なうことなく、冷却性能が向上したパワーモジュールを提供する。
【解決手段】 第１のヒートスプレッダ４と半導体チップ１，２と第２のヒートスプレッダ８とをこの順に重ね合わせ、第１のヒートスプレッダ４の一方の主面に第１の固定板１１と一体化された未硬化の熱硬化性樹脂からなる第１の絶縁シート９を接着し、第２のヒートスプレッダ８の一方の主面に第２の固定板１２と一体化された未硬化の熱硬化性樹脂からなる第２の絶縁シート１０を接着することにより構成される構造体を形成する工程と、上記構造体をモールドプレスの金型のキャビティに収納する工程と、上金型１４と下金型１５を型締めする工程と、金型の温度を上げると共にキャビティに熱硬化性樹脂からなる未硬化のモールド樹脂を注入することにより、第１の絶縁シート９、第２の絶縁シート１０及びモールド樹脂を硬化させる工程とを含むことを特徴とする。
【解決手段】 第１のヒートスプレッダ４と半導体チップ１，２と第２のヒートスプレッダ８とをこの順に重ね合わせ、第１のヒートスプレッダ４の一方の主面に第１の固定板１１と一体化された未硬化の熱硬化性樹脂からなる第１の絶縁シート９を接着し、第２のヒートスプレッダ８の一方の主面に第２の固定板１２と一体化された未硬化の熱硬化性樹脂からなる第２の絶縁シート１０を接着することにより構成される構造体を形成する工程と、上記構造体をモールドプレスの金型のキャビティに収納する工程と、上金型１４と下金型１５を型締めする工程と、金型の温度を上げると共にキャビティに熱硬化性樹脂からなる未硬化のモールド樹脂を注入することにより、第１の絶縁シート９、第２の絶縁シート１０及びモールド樹脂を硬化させる工程とを含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＩＧＢＴ等の半導体チップを収納するパワーモジュールの製造方法に係る発明であり、特に半導体チップからの発熱を外部に放散させる冷却構造及びスイッチング用半導体チップに印加される電圧に対する絶縁構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワーモジュールの大容量化、コンパクト化及び高周波化に伴い、半導体チップの発熱密度が非常に高くなってきており、高い冷却性能を有するパワーモジュールが必要となってきている。従来のパワーモジュールにおいては、半導体チップで発生した熱を半導体チップの一方の主面から冷却器へ放散させることにより、半導体チップの冷却を図ってきた。このため、パワーモジュールの冷却性能を向上させるためには、半導体チップの一方の主面から冷却器までの熱抵抗を低減するしかなく、冷却性能の向上に限界があった。
【０００３】
このような問題を解決する従来技術として、例えば特許文献１には、半導体チップとこの半導体チップの両方の主面から放熱するための一対の放熱基板とを備えたパワーモジュールが開示されている。このパワーモジュールにおいては、上記放熱基板はセラミックス板とその両面にろう材を介して接合された金属板とで構成され、上記放熱基板及び上記半導体チップとはモールド樹脂で覆われている。この従来技術によれば、半導体チップからの発熱を両方の主面から放散させることができるので、冷却性能の高く、かつ電気的絶縁性能の高いパワーモジュールが実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４１７５２号公報 （図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来のパワーモジュールは、以下のような問題点を持っている。すなわち、このようなパワーモジュールのモールド樹脂形成のための金型による樹脂モールドの際に、一対の放熱基板に接合された金属板はそれぞれ上金型と下金型とに接触し押圧される。このため、放熱基板にそりがある場合、又は半導体チップと放熱基板との接合厚みにばらつきがある場合には、金型の型締め圧力によってセラミックス板が破損する虞があった。また、セラミックスはモールド樹脂との密着力が低いため、セラミックス板とモールド樹脂との界面に発生する応力により、セラミックス板とモールド樹脂とが剥離しパワーモジュールの絶縁性能が著しく損なわれる虞があった。更に、セラミックス材料は高価であるという問題もあった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、パワーモジュールの絶縁性能を損なうことなく、冷却性能が向上したパワーモジュールの製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、この発明に係るパワーモジュールの製造方法の第１の局面においては、第１のヒートスプレッダと半導体チップと第２のヒートスプレッダとをこの順に重ね合わせ、前記第１のヒートスプレッダの一方の主面に第１の固定板と一体化された未硬化の熱硬化性樹脂からなる第１の絶縁シートを接着し、前記第２のヒートスプレッダの一方の主面に第２の固定板と一体化された未硬化の熱硬化性樹脂からなる第２の絶縁シートを接着することにより構成される構造体を形成する工程と、前記第１の固定板が下金型に接し前記第２の固定板が上金型に接するように、前記構造体をモールドプレスの金型のキャビティに収納する工程と、上金型と下金型を型締めする工程と、金型の温度を上げると共にキャビティに熱硬化性樹脂からなる未硬化のモールド樹脂を注入することにより、前記第１の絶縁シート、第２の絶縁シート及びモールド樹脂を硬化させる工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明に係るパワーモジュールの製造方法の第２の局面においては、第１のヒートスプレッダと半導体チップと第２のヒートスプレッダとをこの順に重ね合わせ、接合部材で固定することにより構成される構造体を形成する工程と、下金型の内面に第１の防着シートを接着し、上金型の内面に第２の防着シートを接着する工程と、第１の絶縁シートと一体化した第１の固定板を前記第１の防着シートに接着し、第２の絶縁シートと一体化した第２の固定板を前記第２の防着シートに接着する工程と、前記第１のヒートスプレッダが前記第１の絶縁シートに接し前記第２のヒートスプレッダが前記第２の絶縁シートに接するように、前記構造体をモールドプレスの金型のキャビティに収納する工程と、上金型と下金型を型締めする工程と、金型の温度を上げると共にキャビティに熱硬化性樹脂からなる未硬化のモールド樹脂を注入することにより、前記第１の絶縁シート、第２の絶縁シート及びモールド樹脂を硬化させる工程と、前記モールド樹脂を硬化させた後に前記第１の防着シート及び前記第２の防着シートをそれぞれ前記第１の固定板及び前記第２の固定板から剥がす工程と、を含むことを特徴とする
【発明の効果】
【０００９】
上記のような構成としたため、上記パワーモジュールの製造方法により製造されたパワーモジュールは、絶縁性能を損なうことなく、十分な冷却性能を有するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るパワーモジュールの実施の形態１の代表的な実施例を示す断面図である。
【図２】本発明に係るパワーモジュールの実施の形態１の製造方法を示した図である。
【図３】本発明に係るパワーモジュールの実施の形態１の別の製造方法を示した図である。
【図４】本発明に係るパワーモジュールの実施の形態１の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明に係るパワーモジュールの実施の形態１の別の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明に係るパワーモジュールの実施の形態２の代表的な実施例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜実施の形態１＞
以下、本発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの代表的な実施例を示す断面図である。
【００１２】
図１において、半導体チップ１は、例えば構成材料がシリコンであるダイオードであり、図示していないがその一方の主面にはカソード電極が、他方の主面にはアノード電極が形成されている。半導体チップ２は、例えば構成材料がシリコンであるＩＧＢＴであり、図示していないがその一方の主面にはコレクタ電極が、他方の主面にはエミッタ電極及びゲート電極が形成されている。半導体チップ１の一方の主面に形成されたカソード電極は、第１のヒートスプレッダ４の一方の主面に第１の接合材３を介して接合されている。半導体チップ２の一方の主面に形成されたコレクタ電極は、第１のヒートスプレッダ４の一方の主面に第１の接合材３を介して接合されている。
【００１３】
半導体チップ１の他方の主面に形成されたアノード電極には、第２の接合材５を介して放熱ブロック６が、その一方の主面において接合されている。半導体チップ２の他方の主面に形成されたエミッタ電極には、第２の接合材５を介して別の放熱ブロック６が、その一方の主面において接合されている。放熱ブロック６は厚みが０．５ｍｍの矩形の板材で、例えば銅のような熱伝導性及び電気伝導性の良好な材料で構成されている。
【００１４】
各放熱ブロック６の他方の主面は、第３の接合材７を介して第２のヒートスプレッダ８の一方の主面に接合されている。第１のヒートスプレッダ４及び第２のヒートスプレッダ８は、厚みが３ｍｍの矩形の板材で、たとえば銅のような熱伝導性及び電気伝導性の良好な材料で構成されている。また、第１の接合材３、第２の接合材５及び第３の接合材７には、本実施の形態においてはＰｂ−２７Ｓｎ−３Ｓｂの組成を有する半田が使われているが、Ｓｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇの組成を有する半田でもよい。
【００１５】
ここで、ある組成比を有する合金の合金状態図において、その組成比における固相線の値を固相点と定義し、その組成比における液相線の値を液相点と定義すると、Ｐｂ−２７Ｓｎ−３Ｓｂの組成を有する半田の固相点は１８５℃であり、液相点は２５０℃である。また、Ｓｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇの組成を有する半田の固相点は１３８℃であり、液相点は２０４℃である。
【００１６】
第１のヒートスプレッダ４の他方の主面には第１の絶縁シート９の一方の主面が接合されている。第２のヒートスプレッダ８の他方の主面には第２の絶縁シート１０の一方の主面が接合されている。第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０は、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂で構成されており、電気的絶縁性を有している。また、熱伝導率を大きくするために、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０は、その内部に窒化硼素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の球状又は鱗片状のフィラーが添加されている。
【００１７】
第１の絶縁シート９の他方の主面には第１の固定板１１の一方の主面が接合されている。第２の絶縁シート１０の他方の主面には第２の固定板１２の一方の主面が接合されている。第１の固定板１１及び第２の固定板１２は、例えば銅のような熱伝導性及び電気伝導性の良好な材料で構成されている。
【００１８】
第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０は矩形のシートであり、したがってそれぞれその一方の主面と他方の主面の面積は等しい。第１の絶縁シート９の寸法は第１のヒートスプレッダ４の寸法より大きいため、第１の絶縁シート９は第１のヒートスプレッダ４の他方の主面を完全に覆い尽している。同様に、第２の絶縁シート１０の寸法は第２のヒートスプレッダ８の寸法より大きいため、第２の絶縁シート１０は第２のヒートスプレッダ８の他方の主面を完全に覆い尽している。
【００１９】
第１の固定板１１及び第２の固定板１２は厚みが０．１ｍｍの矩形の板材であり、したがってそれぞれその一方の主面と他方の主面の面積は等しい。第１の固定板１１の寸法は第１の絶縁シート９の寸法以上であるため、第１の固定板１１は第１の絶縁シート９の他方の主面を完全に覆い尽している。同様に、第２の固定板１２の寸法は第２の絶縁シート１０の寸法以上であるため、第２の固定板１２は第２の絶縁シート１０の他方の主面を完全に覆い尽している。
【００２０】
したがって、第１の絶縁シート９の第１の固定板１１との接合面積は第１の絶縁シート９の第１のヒートスプレッダ４との接合面積よりも大きく、第２の絶縁シート１０の第２の固定板１２との接合面積は第２の絶縁シート１０の第２のヒートスプレッダ８との接合面積よりも大きくなっている。
【００２１】
図示されていないが、半導体チップ２のゲート電極は、外部より制御信号を導入するための制御端子と電気的に接続されている。外部環境からの保護のために、半導体チップ１及び半導体チップ２の周囲には、第１の固定板１１の他方の主面と第２の固定板１２の他方の主面とが露出するように、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を構成材料とするモールド樹脂１３が配されている。
【００２２】
したがって、第１の固定板１１の露出部分の面積は第１の絶縁シート９の第１の固定板１１との接合面積以上であり、第２の固定板１２の露出部分の面積は第２の絶縁シート１０の第２の固定板１２との接合面積以上となっている。
【００２３】
本実施の形態に係るパワーモジュールでは、半導体チップ１及び半導体チップ２において発生した熱は、一方では第１のヒートスプレッダ４、第１の絶縁シート９及び第１の固定板１１を経由して第１の固定板１１に接する冷却器等に放散され、他方では放熱ブロック６、第２のヒートスプレッダ８、第２の絶縁シート１０及び第２の固定板１２を経由して第２の固定板１２に接する冷却器等に放散されるため、半導体チップの両面からの放熱が実現でき、半導体チップの効率的な冷却が可能となっている。
【００２４】
第１のヒートスプレッダ４、第２のヒートスプレッダ８及び放熱ブロック６は、半導体チップ１及び半導体チップ２に電流を流す配線を兼ねているが、第１の絶縁シート９が第１のヒートスプレッダ４と第１の固定板１１との間の電気的絶縁を担保しており、第２の絶縁シート１０が第２のヒートスプレッダ８と第２の固定板１２との間の電気的絶縁を担保しているため、半導体チップに印加された電圧が第１の固定板１１又は第２の固定板１２を経由して冷却器等に印加されることはない。放熱ブロック６は、半導体チップ１のアノード電極とカソード電極との間の短絡防止、又は半導体チップ２のエミッタ電極とコレクタ電極又はゲート電極との間の短絡防止のために設けられている。
【００２５】
更に、第１の絶縁シート９の一方の主面の全面積は第１の絶縁シート９の第１のヒートスプレッダ４との接合面積よりも大きく、第２の絶縁シート１０の一方の主面の全面積は第２の絶縁シート１０の第２のヒートスプレッダ８との接合面積よりも大きくなっている。これにより、第１の絶縁シート９とモールド樹脂１３との境界面に沿った第１のヒートスプレッダ４と第１の固定板１１との間の距離が長くなるため、第１のヒートスプレッダ４と第１の固定板１１との間の絶縁性をより向上させることができる。
【００２６】
第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０は、銅などの金属と比較して熱伝導率が小さいので、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０の熱抵抗をできるだけ低減するためには、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０の厚みを小さくするか伝熱面積を大きくするかのいずれかであるが、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０の厚みを小さくすることは、絶縁性の確保から制約がある。したがって、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０の伝熱面積を大きくするために、本実施の形態のように、第１の固定板１１の露出部分の面積を第１の絶縁シート９の第１の固定板１１との接合面積以上とし、第２の固定板１２の露出部分の面積は第２の絶縁シート１０の第２の固定板１２との接合面積以上とすることが望ましい。このようにすることにより、第１の絶縁シート９又は第２の絶縁シート１０に流入した熱は、より広い面積で第１の固定板１１又は第２の固定板１２に流れ込み、第１の固定板１１又は第２の固定板１２を経由して効率的に冷却器等に排出される。
【００２７】
次に、本発明に係る実施の形態１のパワーモジュールの製造方法について図２に基づき説明する。まず、第１のヒートスプレッダ４と半導体チップ１及び半導体チップ２と放熱ブロック６と第２のヒートスプレッダ８とをこの順に重ね合わせ、各々接合材で固定し、第１のヒートスプレッダ４の一方の主面に第１の固定板１１と一体化された第１の絶縁シート９を接着し、第２のヒートスプレッダ８の一方の主面に第２の固定板１２と一体化された第２の絶縁シート１０を接着することにより構成される構造体を形成する（図２（ａ）参照）。
【００２８】
この段階では、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０は未硬化の状態の熱硬化性樹脂であるため、それぞれ第１の固定板１１及び第２の固定板１２と一体化されており、取り扱いが容易になっている。
【００２９】
次に、第１の固定板１１が下金型１５に接し第２の固定板１２が上金型１４に接するように、前記構造体をモールドプレスの金型のキャビティに収納し上金型１４と下金型１５を型締めする（図２（ｂ）参照）。然る後に、金型の温度を上げると共にキャビティにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を基材とする液体状のモールド樹脂を注入する。エポキシ樹脂の硬化温度は１９０℃であるので、金型の温度はそれ以上にする必要がある。このようにしてモールド樹脂を硬化させると同時に、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０も併せて硬化させ、それぞれ第１のヒートスプレッダ４及び第２のヒートスプレッダ８に圧着させ、図１に示されるような最終形態に至る。
【００３０】
以上述べた製造方法において、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０は、モールド樹脂の注入前までは未硬化の状態であり、モールド樹脂がキャビティに注入され金型の温度を上げることにより、モールド樹脂から加圧されながら硬化していく。したがって、金型の型締め圧力を受けた場合でも、未硬化の第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０が変形することにより、型締め圧力による応力を緩和し、第１のヒートスプレッダ４及び第２のヒートスプレッダ８に反りがある場合、又は第１の接合材３、第２の接合材５及び第３の接合材７の厚みにばらつきがある場合においても、第１の絶縁シート９又は第２の絶縁シート１０が破損することはない。
【００３１】
更に、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０はモールド樹脂から加圧されながら硬化していくので、硬化するまでの間に内部に残存する気泡を取り除くことができ、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０の絶縁性能を向上させることができる。
【００３２】
また、第１の接合材３、第２の接合材５及び第３の接合材７で接合された半導体チップ１，半導体チップ２，第１のヒートスプレッダ４，放熱ブロック６及び第２のヒートスプレッダ８は、第１の固定板１１と一体化された第１の絶縁シート９及び第２の固定板１２と一体化された第２の絶縁シート１０と共に金型内で加熱されモールドされるが、本実施の形態における第１の接合材３、第２の接合材５及び第３の接合材７には、その固相点がモールド樹脂１３の硬化温度（１９０℃）より低く、その液相点がモールド樹脂１３の硬化温度より高い半田を使用しているため、モールド樹脂１３の硬化時においては、第１の接合材３、第２の接合材５及び第３の接合材７は半溶融した状態となっている。このため、各部材の厚さや反り等による寸法誤差を半溶融した状態の第１の接合材３、第２の接合材５及び第３の接合材７で吸収できるので、製作が容易となる。
【００３３】
本実施の形態のパワーモジュールは、別の方法によっても製造できる。図３は本発明に係る実施の形態１のパワーモジュールの別の製造方法を示している。まず、第１のヒートスプレッダ４と半導体チップ１及び半導体チップ２と放熱ブロック６と第２のヒートスプレッダ８とをこの順に重ね合わせ、各々接合材で固定することにより構成される構造体を形成する（図３（ａ）参照）。
【００３４】
次に、モールドプレスの下金型１５の内面に第１の防着シート１６を接着し、更に第１の防着シート１６に第１の絶縁シート９と一体化した第１の固定板１１を接着する。モールドプレスの上金型１４の内面に第２の防着シート１７を接着し、更に第２の防着シート１７に第２の絶縁シート１０と一体化した第２の固定板１２を接着する（図３（ｂ）参照）。ここで第１の防着シート１６及び第２の防着シート１７の材料には、耐熱性に優れたフッ素樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレンを使用している。
【００３５】
この工程の後に、第１のヒートスプレッダ４が第１の絶縁シート９に接し第２のヒートスプレッダ８が第２の絶縁シート１０に接するように、前記構造体をモールドプレスの金型のキャビティに収納し、上金型１４と下金型１５を型締めする（図３（ｃ）参照）。然る後に、金型の温度を上げると共にキャビティにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を基材とする未硬化のモールド樹脂を注入する。このようにしてモールド樹脂を硬化させると同時に、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０も併せて硬化させ、それぞれ第１のヒートスプレッダ４及び第２のヒートスプレッダ８に圧着させる。最後に第１の防着シート１６を第１の固定板１１から剥がし、第２の防着シート１７を第２の固定板１２から剥がして、図１に示されるような最終形態に至る。
【００３６】
以上述べた製造方法において、第１の防着シート１６及び第２の防着シート１７は、第１の絶縁シート９又は第２の絶縁シート１０の材料より弾性率が小さい材料で構成されている。すなわち、第１の防着シート１６及び第２の防着シート１７の材料であるポリテトラフルオロエチレンの弾性率は０．５ＧＰａであり、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０の材料であるエポキシ樹脂の弾性率は１０〜３０ＧＰａである。このため、金型の型締め圧力を受けた場合でも、第１の防着シート１６及び第２の防着シート１７が変形することにより、型締め圧力による応力を緩和し、第１のヒートスプレッダ４及び第２のヒートスプレッダ８に反りがある場合、又は第１の接合材３、第２の接合材５及び第３の接合材７の厚みにばらつきがある場合においても、第１の絶縁シート９又は第２の絶縁シート１０が破損することはない。
【００３７】
更に、モールド樹脂の硬化後、第１の防着シート１６及び第２の防着シート１７は第１の固定板１１及び第２の固定板１２から剥がすことができるため、樹脂バリを発生させることなく第１の固定板１１及び第２の固定板１２をモールド樹脂１３から露出させることができる。
【００３８】
図４は本発明に係るパワーモジュールの実施の形態１の変形例を示す断面図である。図１の実施例との相違は、第２のヒートスプレッダ８との接合面である放熱ブロック６の他方の主面の面積が、半導体チップとの接合面である放熱ブロック６の一方の主面の面積よりも大きくなっていることである。このような構成とすることにより、放熱ブロック６の熱抵抗をより低下させ、冷却性能が向上する。
【００３９】
図５は本発明に係るパワーモジュールの実施の形態１の別の変形例を示す断面図である。図１の実施例との相違は、放熱ブロック６と第２のヒートスプレッダ８とが一体化され、放熱ブロック６が第２のヒートスプレッダ８の突起部となっていることである。すなわち、第２のヒートスプレッダ８は、半導体チップ１のアノード電極及び半導体チップ２のエミッタ電極と接合される突起部を有している。このような構成とすることにより、第３の接合材７が省略されているため、第２のヒートスプレッダ８の熱抵抗をより低下させ冷却性能が向上すると共に、部品点数の低減も図ることができる。
【００４０】
＜実施の形態２＞
以下、本発明の実施の形態２を図に基づいて説明する。図６は本発明の実施の形態２に係るパワーモジュールの代表的な実施例を示す断面図である。
【００４１】
実施の形態１に係るパワーモジュールとの相違点は、実施の形態１に係るパワーモジュールの第１の固定板１１の露出面に第１の冷却器１９を第４の接合材１８により接合し、第２の固定板１２の露出面に第２の冷却器２０を第４の接合材１８により接合している点である。
【００４２】
このように構成されたパワーモジュールにおいて、半導体チップ１及び半導体チップ２において発生した熱は、一方では第１のヒートスプレッダ４、第１の絶縁シート９及び第１の固定板１１を経由して第１の固定板１１に接する第１の冷却器１９に放散され、他方では放熱ブロック６、第２のヒートスプレッダ８、第２の絶縁シート１０及び第２の固定板１２を経由して第２の固定板１２に接する第２の冷却器２０に放散されるため、半導体チップの両面からの放熱が実現でき、半導体チップの効率的な冷却が可能となっている。
【００４３】
また、本実施の形態に係るパワーモジュールにおいては、金属からなる第１の固定板１１及び第２の固定板１２をモールド樹脂１３から露出させているので、半田などの金属接合部材からなる第４の接合材１８で第１の冷却器１９及び第２の冷却器２０をそれぞれ第１の固定板１１及び第２の固定板１２に接合することができる。更に、第４の接合材１８を第１の接合材３、第２の接合材５又は第３の接合材７の融点より低い融点を有する接合部材で構成することにより、第１の接合材３、第２の接合材５又は第３の接合材７を再溶融させることなく、第１の冷却器１９及び第２の冷却器２０をパワーモジュールに接合することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
この発明に係るパワーモジュールの製造方法により製造されたパワーモジュールは、電動機の制御を必要とする機器に適用することにより、その機器の性能向上に寄与することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１ 半導体チップ（ダイオード）、
２ 半導体チップ（ＩＧＢＴ）、
３ 第１の接合部材、
４ 第１のヒートスプレッダ、
５ 第２の接合部材、
６ 放熱ブロック、
７ 第３の接合材、
８ 第２のヒートスプレッダ、
９ 第１の絶縁シート、
１０ 第２の絶縁シート
１１ 第１の固定板、
１２ 第２の固定板、
１３ モールド樹脂、
１４ 上金型、
１５ 下金型
１６ 第１の防着シート
１７ 第２の防着シート
１８ 第４の接合材
１９ 第１の冷却器
２０ 第２の冷却器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＩＧＢＴ等の半導体チップを収納するパワーモジュールの製造方法に係る発明であり、特に半導体チップからの発熱を外部に放散させる冷却構造及びスイッチング用半導体チップに印加される電圧に対する絶縁構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワーモジュールの大容量化、コンパクト化及び高周波化に伴い、半導体チップの発熱密度が非常に高くなってきており、高い冷却性能を有するパワーモジュールが必要となってきている。従来のパワーモジュールにおいては、半導体チップで発生した熱を半導体チップの一方の主面から冷却器へ放散させることにより、半導体チップの冷却を図ってきた。このため、パワーモジュールの冷却性能を向上させるためには、半導体チップの一方の主面から冷却器までの熱抵抗を低減するしかなく、冷却性能の向上に限界があった。
【０００３】
このような問題を解決する従来技術として、例えば特許文献１には、半導体チップとこの半導体チップの両方の主面から放熱するための一対の放熱基板とを備えたパワーモジュールが開示されている。このパワーモジュールにおいては、上記放熱基板はセラミックス板とその両面にろう材を介して接合された金属板とで構成され、上記放熱基板及び上記半導体チップとはモールド樹脂で覆われている。この従来技術によれば、半導体チップからの発熱を両方の主面から放散させることができるので、冷却性能の高く、かつ電気的絶縁性能の高いパワーモジュールが実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４１７５２号公報 （図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来のパワーモジュールは、以下のような問題点を持っている。すなわち、このようなパワーモジュールのモールド樹脂形成のための金型による樹脂モールドの際に、一対の放熱基板に接合された金属板はそれぞれ上金型と下金型とに接触し押圧される。このため、放熱基板にそりがある場合、又は半導体チップと放熱基板との接合厚みにばらつきがある場合には、金型の型締め圧力によってセラミックス板が破損する虞があった。また、セラミックスはモールド樹脂との密着力が低いため、セラミックス板とモールド樹脂との界面に発生する応力により、セラミックス板とモールド樹脂とが剥離しパワーモジュールの絶縁性能が著しく損なわれる虞があった。更に、セラミックス材料は高価であるという問題もあった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、パワーモジュールの絶縁性能を損なうことなく、冷却性能が向上したパワーモジュールの製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、この発明に係るパワーモジュールの製造方法の第１の局面においては、第１のヒートスプレッダと半導体チップと第２のヒートスプレッダとをこの順に重ね合わせ、前記第１のヒートスプレッダの一方の主面に第１の固定板と一体化された未硬化の熱硬化性樹脂からなる第１の絶縁シートを接着し、前記第２のヒートスプレッダの一方の主面に第２の固定板と一体化された未硬化の熱硬化性樹脂からなる第２の絶縁シートを接着することにより構成される構造体を形成する工程と、前記第１の固定板が下金型に接し前記第２の固定板が上金型に接するように、前記構造体をモールドプレスの金型のキャビティに収納する工程と、上金型と下金型を型締めする工程と、金型の温度を上げると共にキャビティに熱硬化性樹脂からなる未硬化のモールド樹脂を注入することにより、前記第１の絶縁シート、第２の絶縁シート及びモールド樹脂を硬化させる工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明に係るパワーモジュールの製造方法の第２の局面においては、第１のヒートスプレッダと半導体チップと第２のヒートスプレッダとをこの順に重ね合わせ、接合部材で固定することにより構成される構造体を形成する工程と、下金型の内面に第１の防着シートを接着し、上金型の内面に第２の防着シートを接着する工程と、第１の絶縁シートと一体化した第１の固定板を前記第１の防着シートに接着し、第２の絶縁シートと一体化した第２の固定板を前記第２の防着シートに接着する工程と、前記第１のヒートスプレッダが前記第１の絶縁シートに接し前記第２のヒートスプレッダが前記第２の絶縁シートに接するように、前記構造体をモールドプレスの金型のキャビティに収納する工程と、上金型と下金型を型締めする工程と、金型の温度を上げると共にキャビティに熱硬化性樹脂からなる未硬化のモールド樹脂を注入することにより、前記第１の絶縁シート、第２の絶縁シート及びモールド樹脂を硬化させる工程と、前記モールド樹脂を硬化させた後に前記第１の防着シート及び前記第２の防着シートをそれぞれ前記第１の固定板及び前記第２の固定板から剥がす工程と、を含むことを特徴とする
【発明の効果】
【０００９】
上記のような構成としたため、上記パワーモジュールの製造方法により製造されたパワーモジュールは、絶縁性能を損なうことなく、十分な冷却性能を有するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るパワーモジュールの実施の形態１の代表的な実施例を示す断面図である。
【図２】本発明に係るパワーモジュールの実施の形態１の製造方法を示した図である。
【図３】本発明に係るパワーモジュールの実施の形態１の別の製造方法を示した図である。
【図４】本発明に係るパワーモジュールの実施の形態１の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明に係るパワーモジュールの実施の形態１の別の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明に係るパワーモジュールの実施の形態２の代表的な実施例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜実施の形態１＞
以下、本発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの代表的な実施例を示す断面図である。
【００１２】
図１において、半導体チップ１は、例えば構成材料がシリコンであるダイオードであり、図示していないがその一方の主面にはカソード電極が、他方の主面にはアノード電極が形成されている。半導体チップ２は、例えば構成材料がシリコンであるＩＧＢＴであり、図示していないがその一方の主面にはコレクタ電極が、他方の主面にはエミッタ電極及びゲート電極が形成されている。半導体チップ１の一方の主面に形成されたカソード電極は、第１のヒートスプレッダ４の一方の主面に第１の接合材３を介して接合されている。半導体チップ２の一方の主面に形成されたコレクタ電極は、第１のヒートスプレッダ４の一方の主面に第１の接合材３を介して接合されている。
【００１３】
半導体チップ１の他方の主面に形成されたアノード電極には、第２の接合材５を介して放熱ブロック６が、その一方の主面において接合されている。半導体チップ２の他方の主面に形成されたエミッタ電極には、第２の接合材５を介して別の放熱ブロック６が、その一方の主面において接合されている。放熱ブロック６は厚みが０．５ｍｍの矩形の板材で、例えば銅のような熱伝導性及び電気伝導性の良好な材料で構成されている。
【００１４】
各放熱ブロック６の他方の主面は、第３の接合材７を介して第２のヒートスプレッダ８の一方の主面に接合されている。第１のヒートスプレッダ４及び第２のヒートスプレッダ８は、厚みが３ｍｍの矩形の板材で、たとえば銅のような熱伝導性及び電気伝導性の良好な材料で構成されている。また、第１の接合材３、第２の接合材５及び第３の接合材７には、本実施の形態においてはＰｂ−２７Ｓｎ−３Ｓｂの組成を有する半田が使われているが、Ｓｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇの組成を有する半田でもよい。
【００１５】
ここで、ある組成比を有する合金の合金状態図において、その組成比における固相線の値を固相点と定義し、その組成比における液相線の値を液相点と定義すると、Ｐｂ−２７Ｓｎ−３Ｓｂの組成を有する半田の固相点は１８５℃であり、液相点は２５０℃である。また、Ｓｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇの組成を有する半田の固相点は１３８℃であり、液相点は２０４℃である。
【００１６】
第１のヒートスプレッダ４の他方の主面には第１の絶縁シート９の一方の主面が接合されている。第２のヒートスプレッダ８の他方の主面には第２の絶縁シート１０の一方の主面が接合されている。第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０は、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂で構成されており、電気的絶縁性を有している。また、熱伝導率を大きくするために、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０は、その内部に窒化硼素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の球状又は鱗片状のフィラーが添加されている。
【００１７】
第１の絶縁シート９の他方の主面には第１の固定板１１の一方の主面が接合されている。第２の絶縁シート１０の他方の主面には第２の固定板１２の一方の主面が接合されている。第１の固定板１１及び第２の固定板１２は、例えば銅のような熱伝導性及び電気伝導性の良好な材料で構成されている。
【００１８】
第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０は矩形のシートであり、したがってそれぞれその一方の主面と他方の主面の面積は等しい。第１の絶縁シート９の寸法は第１のヒートスプレッダ４の寸法より大きいため、第１の絶縁シート９は第１のヒートスプレッダ４の他方の主面を完全に覆い尽している。同様に、第２の絶縁シート１０の寸法は第２のヒートスプレッダ８の寸法より大きいため、第２の絶縁シート１０は第２のヒートスプレッダ８の他方の主面を完全に覆い尽している。
【００１９】
第１の固定板１１及び第２の固定板１２は厚みが０．１ｍｍの矩形の板材であり、したがってそれぞれその一方の主面と他方の主面の面積は等しい。第１の固定板１１の寸法は第１の絶縁シート９の寸法以上であるため、第１の固定板１１は第１の絶縁シート９の他方の主面を完全に覆い尽している。同様に、第２の固定板１２の寸法は第２の絶縁シート１０の寸法以上であるため、第２の固定板１２は第２の絶縁シート１０の他方の主面を完全に覆い尽している。
【００２０】
したがって、第１の絶縁シート９の第１の固定板１１との接合面積は第１の絶縁シート９の第１のヒートスプレッダ４との接合面積よりも大きく、第２の絶縁シート１０の第２の固定板１２との接合面積は第２の絶縁シート１０の第２のヒートスプレッダ８との接合面積よりも大きくなっている。
【００２１】
図示されていないが、半導体チップ２のゲート電極は、外部より制御信号を導入するための制御端子と電気的に接続されている。外部環境からの保護のために、半導体チップ１及び半導体チップ２の周囲には、第１の固定板１１の他方の主面と第２の固定板１２の他方の主面とが露出するように、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂を構成材料とするモールド樹脂１３が配されている。
【００２２】
したがって、第１の固定板１１の露出部分の面積は第１の絶縁シート９の第１の固定板１１との接合面積以上であり、第２の固定板１２の露出部分の面積は第２の絶縁シート１０の第２の固定板１２との接合面積以上となっている。
【００２３】
本実施の形態に係るパワーモジュールでは、半導体チップ１及び半導体チップ２において発生した熱は、一方では第１のヒートスプレッダ４、第１の絶縁シート９及び第１の固定板１１を経由して第１の固定板１１に接する冷却器等に放散され、他方では放熱ブロック６、第２のヒートスプレッダ８、第２の絶縁シート１０及び第２の固定板１２を経由して第２の固定板１２に接する冷却器等に放散されるため、半導体チップの両面からの放熱が実現でき、半導体チップの効率的な冷却が可能となっている。
【００２４】
第１のヒートスプレッダ４、第２のヒートスプレッダ８及び放熱ブロック６は、半導体チップ１及び半導体チップ２に電流を流す配線を兼ねているが、第１の絶縁シート９が第１のヒートスプレッダ４と第１の固定板１１との間の電気的絶縁を担保しており、第２の絶縁シート１０が第２のヒートスプレッダ８と第２の固定板１２との間の電気的絶縁を担保しているため、半導体チップに印加された電圧が第１の固定板１１又は第２の固定板１２を経由して冷却器等に印加されることはない。放熱ブロック６は、半導体チップ１のアノード電極とカソード電極との間の短絡防止、又は半導体チップ２のエミッタ電極とコレクタ電極又はゲート電極との間の短絡防止のために設けられている。
【００２５】
更に、第１の絶縁シート９の一方の主面の全面積は第１の絶縁シート９の第１のヒートスプレッダ４との接合面積よりも大きく、第２の絶縁シート１０の一方の主面の全面積は第２の絶縁シート１０の第２のヒートスプレッダ８との接合面積よりも大きくなっている。これにより、第１の絶縁シート９とモールド樹脂１３との境界面に沿った第１のヒートスプレッダ４と第１の固定板１１との間の距離が長くなるため、第１のヒートスプレッダ４と第１の固定板１１との間の絶縁性をより向上させることができる。
【００２６】
第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０は、銅などの金属と比較して熱伝導率が小さいので、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０の熱抵抗をできるだけ低減するためには、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０の厚みを小さくするか伝熱面積を大きくするかのいずれかであるが、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０の厚みを小さくすることは、絶縁性の確保から制約がある。したがって、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０の伝熱面積を大きくするために、本実施の形態のように、第１の固定板１１の露出部分の面積を第１の絶縁シート９の第１の固定板１１との接合面積以上とし、第２の固定板１２の露出部分の面積は第２の絶縁シート１０の第２の固定板１２との接合面積以上とすることが望ましい。このようにすることにより、第１の絶縁シート９又は第２の絶縁シート１０に流入した熱は、より広い面積で第１の固定板１１又は第２の固定板１２に流れ込み、第１の固定板１１又は第２の固定板１２を経由して効率的に冷却器等に排出される。
【００２７】
次に、本発明に係る実施の形態１のパワーモジュールの製造方法について図２に基づき説明する。まず、第１のヒートスプレッダ４と半導体チップ１及び半導体チップ２と放熱ブロック６と第２のヒートスプレッダ８とをこの順に重ね合わせ、各々接合材で固定し、第１のヒートスプレッダ４の一方の主面に第１の固定板１１と一体化された第１の絶縁シート９を接着し、第２のヒートスプレッダ８の一方の主面に第２の固定板１２と一体化された第２の絶縁シート１０を接着することにより構成される構造体を形成する（図２（ａ）参照）。
【００２８】
この段階では、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０は未硬化の状態の熱硬化性樹脂であるため、それぞれ第１の固定板１１及び第２の固定板１２と一体化されており、取り扱いが容易になっている。
【００２９】
次に、第１の固定板１１が下金型１５に接し第２の固定板１２が上金型１４に接するように、前記構造体をモールドプレスの金型のキャビティに収納し上金型１４と下金型１５を型締めする（図２（ｂ）参照）。然る後に、金型の温度を上げると共にキャビティにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を基材とする液体状のモールド樹脂を注入する。エポキシ樹脂の硬化温度は１９０℃であるので、金型の温度はそれ以上にする必要がある。このようにしてモールド樹脂を硬化させると同時に、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０も併せて硬化させ、それぞれ第１のヒートスプレッダ４及び第２のヒートスプレッダ８に圧着させ、図１に示されるような最終形態に至る。
【００３０】
以上述べた製造方法において、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０は、モールド樹脂の注入前までは未硬化の状態であり、モールド樹脂がキャビティに注入され金型の温度を上げることにより、モールド樹脂から加圧されながら硬化していく。したがって、金型の型締め圧力を受けた場合でも、未硬化の第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０が変形することにより、型締め圧力による応力を緩和し、第１のヒートスプレッダ４及び第２のヒートスプレッダ８に反りがある場合、又は第１の接合材３、第２の接合材５及び第３の接合材７の厚みにばらつきがある場合においても、第１の絶縁シート９又は第２の絶縁シート１０が破損することはない。
【００３１】
更に、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０はモールド樹脂から加圧されながら硬化していくので、硬化するまでの間に内部に残存する気泡を取り除くことができ、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０の絶縁性能を向上させることができる。
【００３２】
また、第１の接合材３、第２の接合材５及び第３の接合材７で接合された半導体チップ１，半導体チップ２，第１のヒートスプレッダ４，放熱ブロック６及び第２のヒートスプレッダ８は、第１の固定板１１と一体化された第１の絶縁シート９及び第２の固定板１２と一体化された第２の絶縁シート１０と共に金型内で加熱されモールドされるが、本実施の形態における第１の接合材３、第２の接合材５及び第３の接合材７には、その固相点がモールド樹脂１３の硬化温度（１９０℃）より低く、その液相点がモールド樹脂１３の硬化温度より高い半田を使用しているため、モールド樹脂１３の硬化時においては、第１の接合材３、第２の接合材５及び第３の接合材７は半溶融した状態となっている。このため、各部材の厚さや反り等による寸法誤差を半溶融した状態の第１の接合材３、第２の接合材５及び第３の接合材７で吸収できるので、製作が容易となる。
【００３３】
本実施の形態のパワーモジュールは、別の方法によっても製造できる。図３は本発明に係る実施の形態１のパワーモジュールの別の製造方法を示している。まず、第１のヒートスプレッダ４と半導体チップ１及び半導体チップ２と放熱ブロック６と第２のヒートスプレッダ８とをこの順に重ね合わせ、各々接合材で固定することにより構成される構造体を形成する（図３（ａ）参照）。
【００３４】
次に、モールドプレスの下金型１５の内面に第１の防着シート１６を接着し、更に第１の防着シート１６に第１の絶縁シート９と一体化した第１の固定板１１を接着する。モールドプレスの上金型１４の内面に第２の防着シート１７を接着し、更に第２の防着シート１７に第２の絶縁シート１０と一体化した第２の固定板１２を接着する（図３（ｂ）参照）。ここで第１の防着シート１６及び第２の防着シート１７の材料には、耐熱性に優れたフッ素樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレンを使用している。
【００３５】
この工程の後に、第１のヒートスプレッダ４が第１の絶縁シート９に接し第２のヒートスプレッダ８が第２の絶縁シート１０に接するように、前記構造体をモールドプレスの金型のキャビティに収納し、上金型１４と下金型１５を型締めする（図３（ｃ）参照）。然る後に、金型の温度を上げると共にキャビティにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を基材とする未硬化のモールド樹脂を注入する。このようにしてモールド樹脂を硬化させると同時に、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０も併せて硬化させ、それぞれ第１のヒートスプレッダ４及び第２のヒートスプレッダ８に圧着させる。最後に第１の防着シート１６を第１の固定板１１から剥がし、第２の防着シート１７を第２の固定板１２から剥がして、図１に示されるような最終形態に至る。
【００３６】
以上述べた製造方法において、第１の防着シート１６及び第２の防着シート１７は、第１の絶縁シート９又は第２の絶縁シート１０の材料より弾性率が小さい材料で構成されている。すなわち、第１の防着シート１６及び第２の防着シート１７の材料であるポリテトラフルオロエチレンの弾性率は０．５ＧＰａであり、第１の絶縁シート９及び第２の絶縁シート１０の材料であるエポキシ樹脂の弾性率は１０〜３０ＧＰａである。このため、金型の型締め圧力を受けた場合でも、第１の防着シート１６及び第２の防着シート１７が変形することにより、型締め圧力による応力を緩和し、第１のヒートスプレッダ４及び第２のヒートスプレッダ８に反りがある場合、又は第１の接合材３、第２の接合材５及び第３の接合材７の厚みにばらつきがある場合においても、第１の絶縁シート９又は第２の絶縁シート１０が破損することはない。
【００３７】
更に、モールド樹脂の硬化後、第１の防着シート１６及び第２の防着シート１７は第１の固定板１１及び第２の固定板１２から剥がすことができるため、樹脂バリを発生させることなく第１の固定板１１及び第２の固定板１２をモールド樹脂１３から露出させることができる。
【００３８】
図４は本発明に係るパワーモジュールの実施の形態１の変形例を示す断面図である。図１の実施例との相違は、第２のヒートスプレッダ８との接合面である放熱ブロック６の他方の主面の面積が、半導体チップとの接合面である放熱ブロック６の一方の主面の面積よりも大きくなっていることである。このような構成とすることにより、放熱ブロック６の熱抵抗をより低下させ、冷却性能が向上する。
【００３９】
図５は本発明に係るパワーモジュールの実施の形態１の別の変形例を示す断面図である。図１の実施例との相違は、放熱ブロック６と第２のヒートスプレッダ８とが一体化され、放熱ブロック６が第２のヒートスプレッダ８の突起部となっていることである。すなわち、第２のヒートスプレッダ８は、半導体チップ１のアノード電極及び半導体チップ２のエミッタ電極と接合される突起部を有している。このような構成とすることにより、第３の接合材７が省略されているため、第２のヒートスプレッダ８の熱抵抗をより低下させ冷却性能が向上すると共に、部品点数の低減も図ることができる。
【００４０】
＜実施の形態２＞
以下、本発明の実施の形態２を図に基づいて説明する。図６は本発明の実施の形態２に係るパワーモジュールの代表的な実施例を示す断面図である。
【００４１】
実施の形態１に係るパワーモジュールとの相違点は、実施の形態１に係るパワーモジュールの第１の固定板１１の露出面に第１の冷却器１９を第４の接合材１８により接合し、第２の固定板１２の露出面に第２の冷却器２０を第４の接合材１８により接合している点である。
【００４２】
このように構成されたパワーモジュールにおいて、半導体チップ１及び半導体チップ２において発生した熱は、一方では第１のヒートスプレッダ４、第１の絶縁シート９及び第１の固定板１１を経由して第１の固定板１１に接する第１の冷却器１９に放散され、他方では放熱ブロック６、第２のヒートスプレッダ８、第２の絶縁シート１０及び第２の固定板１２を経由して第２の固定板１２に接する第２の冷却器２０に放散されるため、半導体チップの両面からの放熱が実現でき、半導体チップの効率的な冷却が可能となっている。
【００４３】
また、本実施の形態に係るパワーモジュールにおいては、金属からなる第１の固定板１１及び第２の固定板１２をモールド樹脂１３から露出させているので、半田などの金属接合部材からなる第４の接合材１８で第１の冷却器１９及び第２の冷却器２０をそれぞれ第１の固定板１１及び第２の固定板１２に接合することができる。更に、第４の接合材１８を第１の接合材３、第２の接合材５又は第３の接合材７の融点より低い融点を有する接合部材で構成することにより、第１の接合材３、第２の接合材５又は第３の接合材７を再溶融させることなく、第１の冷却器１９及び第２の冷却器２０をパワーモジュールに接合することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
この発明に係るパワーモジュールの製造方法により製造されたパワーモジュールは、電動機の制御を必要とする機器に適用することにより、その機器の性能向上に寄与することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１ 半導体チップ（ダイオード）、
２ 半導体チップ（ＩＧＢＴ）、
３ 第１の接合部材、
４ 第１のヒートスプレッダ、
５ 第２の接合部材、
６ 放熱ブロック、
７ 第３の接合材、
８ 第２のヒートスプレッダ、
９ 第１の絶縁シート、
１０ 第２の絶縁シート
１１ 第１の固定板、
１２ 第２の固定板、
１３ モールド樹脂、
１４ 上金型、
１５ 下金型
１６ 第１の防着シート
１７ 第２の防着シート
１８ 第４の接合材
１９ 第１の冷却器
２０ 第２の冷却器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のヒートスプレッダと半導体チップと第２のヒートスプレッダとをこの順に重ね合わせ、前記第１のヒートスプレッダの一方の主面に第１の固定板と一体化された未硬化の熱硬化性樹脂からなる第１の絶縁シートを接着し、前記第２のヒートスプレッダの一方の主面に第２の固定板と一体化された未硬化の熱硬化性樹脂からなる第２の絶縁シートを接着することにより構成される構造体を形成する工程と、
前記第１の固定板が下金型に接し前記第２の固定板が上金型に接するように、前記構造体をモールドプレスの金型のキャビティに収納する工程と、
上金型と下金型を型締めする工程と、
金型の温度を上げると共にキャビティに熱硬化性樹脂からなる未硬化のモールド樹脂を注入することにより、前記第１の絶縁シート、第２の絶縁シート及びモールド樹脂を硬化させる工程と、
を含むことを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【請求項２】
第１のヒートスプレッダと半導体チップと第２のヒートスプレッダとをこの順に重ね合わせ、接合部材で固定することにより構成される構造体を形成する工程と、
下金型の内面に第１の防着シートを接着し、上金型の内面に第２の防着シートを接着する工程と、
第１の絶縁シートと一体化した第１の固定板を前記第１の防着シートに接着し、第２の絶縁シートと一体化した第２の固定板を前記第２の防着シートに接着する工程と、
前記第１のヒートスプレッダが前記第１の絶縁シートに接し前記第２のヒートスプレッダが前記第２の絶縁シートに接するように、前記構造体をモールドプレスの金型のキャビティに収納する工程と、
上金型と下金型を型締めする工程と、
金型の温度を上げると共にキャビティに熱硬化性樹脂からなる未硬化のモールド樹脂を注入することにより、前記第１の絶縁シート、第２の絶縁シート及びモールド樹脂を硬化させる工程と、
前記モールド樹脂を硬化させた後に前記第１の防着シート及び前記第２の防着シートをそれぞれ前記第１の固定板及び前記第２の固定板から剥がす工程と、
を含むことを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【請求項３】
前記第１の防着シート及び前記第２の防着シートの弾性率は、前記第１の絶縁シート及び前記第２の絶縁シートの弾性率より小さいことを特徴とする請求項２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項１】
第１のヒートスプレッダと半導体チップと第２のヒートスプレッダとをこの順に重ね合わせ、前記第１のヒートスプレッダの一方の主面に第１の固定板と一体化された未硬化の熱硬化性樹脂からなる第１の絶縁シートを接着し、前記第２のヒートスプレッダの一方の主面に第２の固定板と一体化された未硬化の熱硬化性樹脂からなる第２の絶縁シートを接着することにより構成される構造体を形成する工程と、
前記第１の固定板が下金型に接し前記第２の固定板が上金型に接するように、前記構造体をモールドプレスの金型のキャビティに収納する工程と、
上金型と下金型を型締めする工程と、
金型の温度を上げると共にキャビティに熱硬化性樹脂からなる未硬化のモールド樹脂を注入することにより、前記第１の絶縁シート、第２の絶縁シート及びモールド樹脂を硬化させる工程と、
を含むことを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【請求項２】
第１のヒートスプレッダと半導体チップと第２のヒートスプレッダとをこの順に重ね合わせ、接合部材で固定することにより構成される構造体を形成する工程と、
下金型の内面に第１の防着シートを接着し、上金型の内面に第２の防着シートを接着する工程と、
第１の絶縁シートと一体化した第１の固定板を前記第１の防着シートに接着し、第２の絶縁シートと一体化した第２の固定板を前記第２の防着シートに接着する工程と、
前記第１のヒートスプレッダが前記第１の絶縁シートに接し前記第２のヒートスプレッダが前記第２の絶縁シートに接するように、前記構造体をモールドプレスの金型のキャビティに収納する工程と、
上金型と下金型を型締めする工程と、
金型の温度を上げると共にキャビティに熱硬化性樹脂からなる未硬化のモールド樹脂を注入することにより、前記第１の絶縁シート、第２の絶縁シート及びモールド樹脂を硬化させる工程と、
前記モールド樹脂を硬化させた後に前記第１の防着シート及び前記第２の防着シートをそれぞれ前記第１の固定板及び前記第２の固定板から剥がす工程と、
を含むことを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【請求項３】
前記第１の防着シート及び前記第２の防着シートの弾性率は、前記第１の絶縁シート及び前記第２の絶縁シートの弾性率より小さいことを特徴とする請求項２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９３６３１（Ｐ２０１３−９３６３１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−３０２５６（Ｐ２０１３−３０２５６）
【出願日】平成２５年２月１９日（２０１３．２．１９）
【分割の表示】特願２０１０−８１４７７（Ｐ２０１０−８１４７７）の分割
【原出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年２月１９日（２０１３．２．１９）
【分割の表示】特願２０１０−８１４７７（Ｐ２０１０−８１４７７）の分割
【原出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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