JP2009212302A - 半導体モジュール及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】冷却器等への組み付けが容易であると共に放熱性に優れた製造容易な半導体モジュール及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体素子２と、半導体素子２の両主面に熱的に接触配置されると共に半導体素子２の電極に電気的に接続された一対の放熱板３とを、モールド樹脂１１によって一体的にモールドしてなる半導体モジュール１。一対の放熱板３の外側面３１には、それぞれ絶縁体４が直接形成されている。絶縁体４の外側面４１には、絶縁体４の端縁４２よりも内側に端縁５２を配置した金属体５が直接形成されている。絶縁体４は、金属体５及びモールド樹脂１１によって覆われている。金属体５は、モールド樹脂１１の外部に露出している。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子と、該半導体素子に熱的に接触配置された放熱板とを、モールド樹脂によって一体的にモールドしてなる半導体モジュール及びその製造方法に関する。
半導体素子を内蔵する半導体モジュールとして、半導体素子と、該半導体素子に熱的に接触配置された放熱板とを、モールド樹脂によって一体的にモールドしてなるものがある。
かかる半導体モジュールにおいては、半導体素子において発生する熱を放出するために、半導体素子に熱的に接触した放熱板を、表面に露出して配置したものがある（特許文献１、２）。
しかし、放熱板は、半導体素子の電極に電気的に接続されているため、放熱板に冷却器等を直接接触して配置することはできず、放熱板と冷却器との間に絶縁部材を介在させる必要がある。それゆえ、半導体モジュールを冷却器に組み付ける際には、絶縁部材が別途必要となり、部品点数が多くなると共に組み付け作業性が低下するという問題がある。
そこで、放熱板の外側面にセラミック薄膜を形成することにより、別体の絶縁部材を介在させることなく、冷却器との間の絶縁を図ることができる半導体モジュールが開示されている（特許文献３）。
また、特許文献４には、半導体素子の電極に接続した電極板の外側面に、絶縁シートを介在させて放熱板を配置してなる半導体モジュールが開示されている。
また、特許文献５には、半導体素子に熱的に接触した放熱板の外側面に、絶縁樹脂を介して金属板を配置した半導体モジュールが開示されている。
特開２００３−１１００６４号公報 特開２００３−１４７８５２号公報 特開２００１−３０８２３７号公報 特開２００５−１７５１３０号公報 特開２００４−１６５２８１号公報
しかしながら、上記特許文献３に記載の半導体モジュールは、セラミック薄膜が外表面に露出しているため、冷却器への組み付け時等における外力によって、セラミック薄膜にクラックが生じるおそれがあり、絶縁機能の低下を招くおそれがある。
また、上記特許文献４に記載の半導体モジュールは、絶縁シートを電極板に対して接合してあるわけではないため、半導体モジュールを作製する際に、電極板に対して絶縁シートがずれやすいという問題がある。そのため、絶縁シートの絶縁機能を確実に発揮できるように半導体モジュールを製造することが困難となるおそれがある。また、絶縁シートを電極板に接着剤によって接着することも考えられるが、この場合には、電極板と放熱板との間の熱抵抗が大きくなり、放熱性が低下するおそれがある。
また、上記特許文献５に記載の半導体モジュールは、放熱板の外側面に、放熱板よりも大きい絶縁樹脂を介して金属板を配置するものであるため、これらの絶縁樹脂及び金属板をモールドするモールド樹脂を形成する必要がある。そうすると、放熱板に対して、半導体モジュールの体格が大きくなってしまう。それゆえ、半導体モジュールの小型化が困難であると共に、放熱性の向上も困難である。
また、特許文献５の半導体モジュールは、放熱板が片面に配設されているのみであるため、放熱性の向上に限界がある。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、冷却器等への組み付けが容易であると共に放熱性に優れた製造容易な半導体モジュール及びその製造方法を提供しようとするものである。
第１の発明は、半導体素子と、該半導体素子の主面に熱的に接触配置されると共に上記半導体素子の電極に電気的に接続された放熱板とを、モールド樹脂によって一体的にモールドしてなる半導体モジュールにおいて、
上記放熱板の外側面には、絶縁体が直接形成されており、
該絶縁体の外側面には、該絶縁体の端縁よりも内側に端縁を配置した金属体が直接形成されており、
上記絶縁体は、上記金属体及び上記モールド樹脂によって覆われており、
該金属体は、上記モールド樹脂の外部に露出していることを特徴とする半導体モジュールにある（請求項１）。
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記放熱板の外側面には、それぞれ絶縁体が直接形成されており、該絶縁体の外側面には、該絶縁体の端縁よりも内側に端縁を配置した金属体が直接形成されている。そして、金属体が上記モールド樹脂の外部に露出している。そのため、金属体に例えば冷却器等を接触配置することにより、半導体素子の放熱を効率的に行うことができると共に、半導体素子と冷却管等との間の絶縁性を確保することができる。
また、上記のごとく、半導体モジュールは、放熱板との間において絶縁体によって絶縁された金属体を一体化しているため、半導体モジュールと冷却器等との間に別部材としての絶縁部材を介在させる必要がなく、半導体モジュールを冷却器に直接組み付けることができる。それゆえ、冷却器等への半導体モジュールの組み付け性を向上させることができる。
また、上記絶縁体は、放熱板の外側面に直接形成されており、上記金属体は、絶縁体の外側面に直接形成されている。それゆえ、半導体モジュールを製造する際に、放熱板に対する絶縁体のずれや、絶縁体に対する金属体のずれ等を生じるおそれがなく、製造が容易となると共に、放熱板と金属体との間の絶縁性を確実に得ることができる。
また、上記金属体は、絶縁体の端縁よりも内側に端縁を配置してなるため、放熱板と金属体との間の絶縁抵抗を充分に確保することができる。
また、上記絶縁体は、上記金属体及び上記モールド樹脂によって覆われており、半導体モジュールの外表面に露出していない。それゆえ、絶縁体の内側に配される放熱板は、絶縁体及び金属体の厚み分、モールド樹脂の内部に埋設された状態となる。それゆえ、後述するごとく、放熱板と金属体との間、並びに放熱板と半導体モジュールの外表面との間の電気的絶縁抵抗を大きくすることができる。
また、上記絶縁体は、上記半導体モジュールの外表面に露出していないため、半導体モジュールを冷却器等に組み付ける際などに、絶縁体に損傷を与えるおそれがなく、絶縁機能の低下を防ぐことができる。
また、上記金属体が絶縁体の外側面に直接形成されているため、絶縁体の絶縁性の検査を容易に行うことができる。すなわち、絶縁体の外表面に金属体が接合されていないと、たとえば、絶縁体の全面をカバーするような電極パッドを絶縁体に押し当てて耐電圧を測定する必要があるが、電極パッドを絶縁体の全面に確実に押し当てることが困難である場合もある。それゆえ、正確な測定が困難となるおそれがある。
これに対し、上記金属体が絶縁体の外側面に直接形成されていることにより、上記のような大きな電極パッドを押し当てる必要がなく、たとえば、金属体に電極を接触させて耐電圧を測定すれば、絶縁体の絶縁性を充分に検査することができる。
以上のごとく、本発明によれば、冷却器等への組み付けが容易であると共に放熱性に優れた製造容易な半導体モジュールを提供することができる。
第２の発明は、半導体素子と、該半導体素子の主面に熱的に接触配置されると共に上記半導体素子の電極に電気的に接続された放熱板とを、モールド樹脂によって一体的にモールドしてなる半導体モジュールにおいて、
上記放熱板の外側面及び該外側面に続く端面の少なくとも一部には、絶縁体が直接形成されており、
該絶縁体の外側面には、該絶縁体の端縁よりも後退する位置に端縁を配置した金属体が直接形成されており、
上記絶縁体は、上記金属体及び上記モールド樹脂によって覆われており、
該金属体は、上記モールド樹脂の外部に露出していることを特徴とする半導体モジュールにある（請求項３）。
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記放熱板の外側面にはそれぞれ絶縁体が直接形成されており、該絶縁体の外側面には金属体が直接形成されている。そして、金属体が上記モールド樹脂の外部に露出している。そのため、半導体素子の放熱を効率的に行うことができると共に、半導体素子と冷却管等との間の絶縁性を確保することができる。
また、半導体モジュールは、放熱板との間において絶縁体によって絶縁された金属体を一体化しているため、半導体モジュールと冷却器等との間に別部材としての絶縁部材を介在させる必要がなく、半導体モジュールを冷却器に直接組み付けることができる。
また、上記絶縁体は、放熱板の外側面に直接形成されており、上記金属体は、絶縁体の外側面に直接形成されている。それゆえ、半導体モジュールを製造する際に、放熱板に対する絶縁体のずれや、絶縁体に対する金属体のずれ等を生じるおそれがなく、製造が容易となると共に、放熱板と金属体との間の絶縁性を確実に得ることができる。
また、放熱板の外側面及び該外側面に続く端面の少なくとも一部に上記絶縁体が直接形成されており、該絶縁体の外側面に、該絶縁体の端縁よりも後退する位置に端縁を配置した上記金属体が直接形成されているため、放熱板と金属体との間の絶縁抵抗を充分に確保することができる。
また、上記絶縁体は、上記金属体及び上記モールド樹脂によって覆われており、半導体モジュールの外表面に露出していない。それゆえ、絶縁体の内側に配される放熱板は、絶縁体及び金属体の厚み分、モールド樹脂の内部に埋設された状態となる。それゆえ、後述するごとく、放熱板と金属体との間、並びに放熱板と半導体モジュールの外表面との間の電気的絶縁抵抗を大きくすることができる。
また、上記絶縁体は、上記半導体モジュールの外表面に露出していないため、半導体モジュールを冷却器等に組み付ける際などに、絶縁体に損傷を与えるおそれがなく、絶縁機能の低下を防ぐことができる。
また、上記金属体が絶縁体の外側面に直接形成されているため、絶縁体の絶縁性の検査を容易に行うことができる。
また、上記絶縁体が、放熱板の外側面及び該外側面に続く端面の少なくとも一部に上記絶縁体が直接形成されているため、絶縁体の外側面に形成した金属体の大きさを大きくしても、放熱板と金属板との絶縁を充分に確保することが可能となる。その結果、放熱性を向上させることができる。
以上のごとく、本発明によれば、冷却器等への組み付けが容易であると共に放熱性に優れた製造容易な半導体モジュールを提供することができる。
第３の発明は、半導体素子と、該半導体素子の主面に熱的に接触配置されると共に上記半導体素子の電極に電気的に接続された放熱板とを、モールド樹脂によって一体的にモールドしてなる半導体モジュールを製造する方法であって、
上記半導体素子と上記放熱板とを接合してなる積層体を作製すると共に、上記放熱板の外側面に、それぞれ絶縁体を直接形成し、また、該絶縁体の外側面に、該絶縁体の端縁よりも内側に端縁を配置するように金属体を直接形成し、
次いで、上記積層体、上記絶縁体、及び上記金属体を覆うように上記モールド樹脂を形成し、
次いで、上記金属体の表面と共に上記モールド樹脂を切削又は研削することにより、上記金属体を上記モールド樹脂の外部に露出させることを特徴とする半導体モジュールの製造方法にある（請求項１１）。
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記製造方法によれば、上記第１の発明にかかる半導体モジュールを容易に製造することができる。すなわち、冷却器等への組み付けが容易であると共に放熱性に優れた製造容易な半導体モジュールを得ることができる。
また、上記製造方法においては、上記積層体、上記絶縁体、及び上記金属体を覆うように上記モールド樹脂を形成した後、上記金属体の表面と共に上記モールド樹脂を切削又は研削することにより、上記金属体を上記モールド樹脂の外部に露出させる。これにより、容易に、絶縁体を外表面に露出させることなく、金属体を外表面に露出させることができる。そして、金属体の表面を平滑化して、接触配置する冷却器等との間の接触面積を大きくすることができる。その結果、半導体モジュールの放熱性を向上させることができる。
以上のごとく、本発明によれば、冷却器等への組み付けが容易であると共に放熱性に優れた製造容易な半導体モジュールの製造方法を提供することができる。
第４の発明は、半導体素子と、該半導体素子の主面に熱的に接触配置されると共に上記半導体素子の電極に電気的に接続された放熱板とを、モールド樹脂によって一体的にモールドしてなる半導体モジュールを製造する方法であって、
上記半導体素子と上記放熱板とを接合してなる積層体を作製すると共に、上記放熱板の外側面及び該外側面に続く端面の少なくとも一部に絶縁体を直接形成し、また、該絶縁体の外側面に、該絶縁体の端縁よりも後退する位置に端縁が配置されるように金属体を直接形成し、
次いで、上記積層体、上記絶縁体、及び上記金属体を覆うように上記モールド樹脂を形成し、
次いで、上記金属体の表面と共に上記モールド樹脂を切削又は研削することにより、上記金属体を上記モールド樹脂の外部に露出させることを特徴とする半導体モジュールの製造方法にある（請求項１３）。
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記製造方法によれば、上記第２の発明にかかる半導体モジュールを容易に製造することができる。すなわち、冷却器等への組み付けが容易であると共に放熱性に優れた製造容易な半導体モジュールを得ることができる。
また、第３の発明と同様に、容易に、絶縁体を外表面に露出させることなく、金属体を外表面に露出させることができる。そして、金属体の表面を平滑化して、接触配置する冷却器等との間の接触面積を大きくすることができる。その結果、半導体モジュールの放熱性を向上させることができる。
また、上記絶縁体を、放熱板の外側面及び該外側面に続く端面の少なくとも一部に上記絶縁体を直接形成するため、絶縁体の外側面に形成した金属体の大きさを大きくしても、放熱板と金属板との絶縁を充分に確保することが可能となる。その結果、放熱性を向上させることができる。
以上のごとく、本発明によれば、冷却器等への組み付けが容易であると共に放熱性に優れた製造容易な半導体モジュールの製造方法を提供することができる。
上記第１〜第４の発明において、上記半導体モジュールは、たとえば、インバータやコンバータ等の電力変換装置に用いられるものとすることができる。
また、上記半導体モジュールは、上記半導体素子を一個内蔵していてもよいし、複数個内蔵していてもよい。また、上記半導体素子としては、たとえば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)、あるいはダイオード等がある。
上記第２発明（請求項３）及び上記第４発明（請求項１３）において、上記絶縁体は、上記放熱板の端面の一部に形成されていてもよいし、全面に形成されていてもよい。
また、上記第１の発明（請求項１）及び上記第３の発明（請求項１１）において、上記絶縁体は、上記放熱板の上記外側面に続く端面の少なくとも一部をも覆うように形成されていることが好ましい（請求項２、１２）。
この場合には、放熱板と金属体との間の絶縁性を一層向上させることができる。その結果、より絶縁性に優れた半導体モジュールを得ることができる。
上記絶縁体は、上記放熱板の端面の一部に形成されていてもよいし、全面に形成されていてもよい。
また、第２の発明（請求項３）又は第４の発明（請求項１３）において、上記金属体は、上記絶縁体の上記外側面の全面に形成されていることが好ましい（請求項４、１４）。
この場合には、上記金属体の面積を極力大きくして、放熱面となる金属体の外側面を半導体モジュールの外部に大きく露出させることができる。その結果、一層放熱効率に優れた半導体モジュールを得ることができる。
また、第１の発明〜第４の発明において、上記絶縁体は、上記放熱板にＣＶＤ（化学的蒸着法）又はＰＶＤ（物理的蒸着法）によって成膜された絶縁膜からなることが好ましい（請求項５、１５）。
この場合には、接着剤等の介在物を介在させることなく上記絶縁体を薄くかつ緻密に成膜することができるため、熱抵抗を小さくすることができると共に電気的絶縁性を充分に確保することができる。それゆえ、放熱性、絶縁性に優れた半導体モジュールを容易に得ることができる。
また、上記金属体は、上記絶縁体にＰＶＤ（物理的蒸着法）又はＣＶＤ（化学的蒸着法）によって成膜された金属膜からなることが好ましい（請求項６、１６）。
この場合には、容易かつ確実に、上記金属体を上記絶縁体の外側面に直接形成することができる。
なお、上記金属体の形成は、たとえば、めっきによって行うこともできる。
また、上記絶縁体は、無機材料からなることが好ましい（請求項７、１７）。
この場合には、上記絶縁体を薄くすることができるため、放熱性に優れた半導体モジュールを得ることができる。
上記無機材料としては、たとえば、アルミナ、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、ＡｌＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ等がある。
また、上記金属体は、アルミニウム、ニッケル、銅、銀、金、又はこれらの合金からなることが好ましい（請求項８、１８）。
この場合には、上記金属体の熱伝導率を高くすることができるため、放熱性に優れた半導体モジュールを得ることができる。また、上記金属体の切削又は研削加工を容易に行うことが可能となる。
また、上記放熱板は、アルミニウム、銅、又はこれらの合金からなることが好ましい（請求項９、１９）。
この場合には、上記放熱板の熱伝導率を高くすることができるため、放熱性に優れた半導体モジュールを得ることができる。
また、上記放熱板は、上記半導体素子の両主面に一対配設されていることが好ましい（請求項１０、２０）。
この場合には、上記半導体素子を両主面から冷却することができ、放熱性を一層向上させることができる。
（実施例１）
本発明の実施例にかかる半導体モジュール及びその製造方法につき、図１〜図１３を用いて説明する。
本例の半導体モジュール１は、図１に示すごとく、半導体素子２と、該半導体素子２の両主面に熱的に接触配置されると共に半導体素子２の電極に電気的に接続された一対の放熱板３とを、モールド樹脂１１によって一体的にモールドしてなる。
上記一対の放熱板３の外側面３１には、それぞれ絶縁体４が直接形成されている。絶縁体４の外側面４１には、絶縁体４の端縁４２よりも内側に端縁５２を配置した金属体５が直接形成されている。
そして、絶縁体４は、金属体５及びモールド樹脂１１によって覆われており、金属体５は、モールド樹脂１１の外部に露出している（図１、図３）。
絶縁体４は、放熱板３の外側面３１に化学的蒸着法（ＣＶＤ）によって成膜された絶縁膜、より具体的には、無機材料であるアルミナ膜からなる。また、金属体５は、絶縁体４の外側面４１に物理的蒸着法（ＰＶＤ）によって成膜された金属膜、より具体的には、スパッタリング法によって成膜されたアルミニウム膜からなる。
また、絶縁体４の厚みは、所望する絶縁耐圧により増減するが、例えば、１０〜３０μｍとし、金属体５の厚みは、１０〜２００μｍとする。
半導体モジュール１は、インバータやコンバータ等の電力変換装置に用いられる。
図１に示すごとく、半導体モジュール１は、半導体素子２の一方の面に、半田１２を介して銅からなる放熱板３を接合し、他方の面に、半田１２を介して銅からなるスペーサ１３を接合してなる。そして、スペーサ１３における半導体素子２と反対側の面に、半田１２を介して放熱板３を接合してある。これにより、半導体素子２は、一対の放熱板３に熱的に接合されている。
図示は省略してあるが、半導体モジュール１には２個の半導体素子２が内蔵されており、一方はＩＧＢＴであり、他方はダイオードである。
スペーサ１３は、半導体素子２（ＩＧＢＴ）よりも小さく形成されており、半導体素子２（ＩＧＢＴ）におけるスペーサ１３側の面に形成されたベース端子が、ボンディングワイヤ１４１によって信号端子１４に接続されている。また、半導体素子２（ＩＧＢＴ）におけるスペーサ１３側の面に配されたエミッタ端子と、その反対側の面に配されたコレクタ端子が、それぞれ一対の放熱板３に電気的に接続されている。
各放熱板３は、その一端から電極端子３２を突出形成してなり、これらの電極端子３２は、図１、図３に示すごとく、モールド樹脂１１の外側へ突出している。また、上記信号端子１４は、電極端子３２と反対側に向かって、モールド樹脂１１の外側へ突出している。
絶縁体４は、放熱板３の外側面３１の全面に成膜されている。ここで、放熱板３の外側面３１には、電極端子３２の表面は含まないものとする。また、絶縁体４の外側面４１には、絶縁体４よりも一回り小さい金属体５が成膜されている。
図４に示すごとく、放熱板３の外側面３１は長方形状を有し、その全面に絶縁体４が成膜されている。そして、この絶縁体４の端縁４２よりも内側に端縁５２が配置されるように金属体５が長方形状に成膜されている。すなわち、絶縁体４の長方形状の輪郭の内側に、金属体５の長方形状の輪郭が配置されるようにする。
図２に示すごとく、半導体モジュール１は、その両主面を冷却器６に密着させて使用される。すなわち、両主面に露出した金属体５の外側面５１を、冷却器６の冷却面６１に直接密着させている。
冷却器６は、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料からなり、内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路６２を有する。なお、冷却器６としては、このような冷却媒体を用いるものに限らず、たとえば放熱フィンを設けた空冷用の冷却器などであってもよい。
次に、本例の半導体モジュール１を製造する方法につき説明する。
まず、図５に示すごとく、半導体素子２とスペーサ１３と一対の放熱板３とを接合してなる積層体１０を作製すると共に、上記一対の放熱板３の外側面３１に、それぞれ絶縁体４を直接形成し、また、絶縁体４の外側面４１に、絶縁体４の端縁４２よりも内側に端縁５２を配置するように金属体５を直接形成する。このとき、絶縁体４及び金属体５の成膜は、積層体１０を形成する前に行うことが望ましい。
また、信号端子１４を、半導体素子２のベース端子にボンディングワイヤー１４１によって電気的に接続する。
また、上記絶縁体４の成膜はプラズマＣＶＤにて行い、上記金属体５の成膜はスパッタリング法によって行う。
次いで、図６に示すごとく、積層体１０、絶縁体４、及び金属体５を覆うようにモールド樹脂１１を形成する。モールド樹脂１１としては、たとえば、エポキシモールド樹脂を用いる。この状態においては、一対の電極端子３２の一部と信号端子１４の一部が露出する以外、半導体モジュール１の全ての構成部材がモールド樹脂１１に覆われた状態にある。
次いで、一対の金属体５の表面と共にモールド樹脂１１を切削又は研削することにより、金属体５をモールド樹脂１１の外部に露出させる。すなわち、図５における破線Ｇの位置まで、モールド樹脂１１と金属体５とを切削又は研削していく。
以上により、図１、図３に示すごとく、両主面に金属体５の外側面５１が露出した半導体モジュール１を得る。
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記一対の放熱板３の外側面３１には、それぞれ絶縁体４が直接形成されており、該絶縁体４の外側面４１には、絶縁体４の端縁４２よりも内側に端縁５２を配置した金属体５が直接形成されている。そして、金属体５がモールド樹脂１１の外部に露出している。そのため、図２に示すごとく、一対の金属体５に冷却器６を接触配置することにより、半導体素子２の放熱を効率的に行うことができると共に、半導体素子２と冷却管６との間の絶縁性を確保することができる。
また、上記のごとく、半導体モジュール２は、放熱板３との間において絶縁体４によって絶縁された金属体５を一体化しているため、半導体モジュール１と冷却器６との間に別部材としての絶縁部材を介在させる必要がなく、半導体モジュール１を冷却器６に直接組み付けることができる。それゆえ、冷却器６への半導体モジュール１の組み付け性を向上させることができる。
また、絶縁体４は、放熱板３の外側面３１に直接形成されており、金属体５は、絶縁体３の外側面３１に直接形成されている。それゆえ、半導体モジュール１を製造する際に、放熱板３に対する絶縁体４のずれや、絶縁体４に対する金属体３のずれ等を生じるおそれがなく、製造が容易となると共に、放熱板３と金属体５との間の絶縁性を確実に得ることができる。
また、金属体５は、絶縁体４の端縁４２よりも内側に端縁５２を配置してなるため、放熱板３と金属体５との間の絶縁抵抗を充分に確保することができる。
また、絶縁体４は、金属体５及びモールド樹脂１１によって覆われており、半導体モジュール１の外表面に露出していない。それゆえ、図９に示すごとく、絶縁体４の内側に配される放熱板３は、絶縁体４及び金属体５の厚み分、モールド樹脂１１の内部に埋設された状態となる。それゆえ、以下に述べるごとく、放熱板３と金属体５との間、並びに放熱板３と半導体モジュール１の外表面１０１との間の電気的絶縁抵抗を大きくすることができる。
すなわち、仮に絶縁体４の外側面４１に金属体５を設けない場合には、図１０に示すごとく、放熱板３は、絶縁体４の厚みｄ１分、モールド樹脂１１の内側に埋設された状態になるものの、放熱板３と半導体モジュール１の外表面１０１との間の固体内絶縁距離は、絶縁体４の厚みｄ１分のみとなる。すなわち、放熱板３から、絶縁体４とモールド樹脂１１との界面を通って半導体モジュール１の外表面１０１へ達するまでの距離が、固体内絶縁距離となる。
ここで、固体内絶縁距離とは、固体の内部における最も抵抗値が小さくなる経路の距離である。これに対して、固体の表面における最も抵抗値が小さくなる経路の距離である空間絶縁距離は、上記固体内絶縁距離よりも充分に長くしないと、同等の絶縁抵抗が得られない。
それゆえ、絶縁体４の厚み分しか固体内絶縁距離を確保できないと、図１１に示すごとく、半導体モジュール１における、例えば信号端子１４までの空間絶縁距離Ｄ１を大きくする必要が生じる。その結果、半導体モジュール９の体格が大きくなってしまう。
これに対し、本例の半導体モジュール１においては、絶縁体４の外側面４１に金属体５を設けると共に、金属体５の端縁５２を絶縁体４の端縁４２よりも内側に配している。すなわち、例えば、図８に示すごとく、金属体５の長さＡを絶縁体４の長さＢよりも小さくしてある。それゆえ、図９に示すごとく、固体内絶縁距離は、絶縁体４の厚みｄ１に、絶縁体４の端縁４２と金属体５の端縁５２との間の距離（Ｂ−Ａ）／２を足した距離ｄ２となり、ここで大きく固体内絶縁距離を稼ぐことができる。それゆえ、図８に示すごとく、空間絶縁距離Ｄ２を大きくする必要がないため、半導体モジュール１の体格を小さくすることができる。
また、上記のように、固体内絶縁距離を大きくできる本例の半導体モジュール１においては、放熱板３と金属体５との間の絶縁抵抗、すなわち半導体素子２と冷却器６との絶縁抵抗を大きくすることができる。
また、絶縁体４は、半導体モジュール１の外表面１０１に露出していないため、半導体モジュール１を冷却器６に組み付ける際などに、絶縁体４に損傷を与えるおそれがなく、絶縁機能の低下を防ぐことができる。
また、金属体５が絶縁体４の外側面４１に直接形成されているため、絶縁体４の絶縁性の検査を容易に行うことができる。すなわち、仮に、図１２に示すごとく、絶縁体４の外側面４１に金属体５が接合されていないと、たとえば、絶縁体４の全面をカバーするような電極パッド７１を絶縁体４に押し当てて耐電圧を測定する必要があるが、電極パッド７１を絶縁体４の全面に確実に押し当てることが困難である場合もある。それゆえ、正確な測定が困難となるおそれがある。
これに対し、金属体５が絶縁体４の外側面４１に直接形成されていることにより、上記のような大きな電極パッド７１を押し当てる必要がなく、図１３に示すごとく、金属体５に電極を接触させて耐電圧を測定すれば、絶縁体４の絶縁性を充分に検査することができる。
なお、図１２、図１３において、符号７２は、耐電圧試験器を示す。
また、絶縁体４は、放熱板３の外側面３１に化学的蒸着法（ＣＶＤ）によって成膜された絶縁膜からなるため、また接着剤などの介在物を設けることなく放熱板に絶縁膜を形成できるため、絶縁体４を薄くかつ緻密に成膜することができ、熱抵抗を小さくすることができると共に電気的絶縁性を充分に確保することができる。それゆえ、放熱性、絶縁性に優れた半導体モジュール１を容易に得ることができる。
また、金属体５は、スパッタリング法によって成膜するため、容易かつ確実に、金属体５を絶縁体４の外側面４１に直接形成することができる。
また、絶縁体４はアルミナからなるため、その厚みを薄くすることができ、放熱性に優れた半導体モジュール１を得ることができる。
また、金属体５は、アルミニウムからなり、熱伝導率が高い。そのため、放熱性に優れた半導体モジュール１を得ることができる。また、金属体５の切削又は研削加工を容易に行うことが可能となる。
また、放熱板３も、銅からなり、熱伝導率が高い。そのため、放熱性に優れた半導体モジュール１を得ることができる。
また、上記半導体モジュールの製造方法においては、積層体１０、絶縁体４、及び金属体５を覆うようにモールド樹脂１１を形成した後、一対の金属体５の表面と共にモールド樹脂１１を切削又は研削することにより、金属体５をモールド樹脂１１の外部に露出させる。これにより、容易に、絶縁体４を外表面に露出させることなく、金属体５を外表面に露出させることができる。そして、金属体５の表面（外側面５１）を平滑化して、接触配置する冷却器６との間の接触面積を大きくすることができる。その結果、半導体モジュール１の放熱性を向上させることができる。
すなわち、図７に示すごとく、放熱板３の外側面３１は、半田付けの熱の影響等により、凹凸やうねりを生じている場合がある。このように凹凸やうねりを生じた放熱板３の外側面３１に、絶縁体４及び金属体５を薄く成膜した場合、図７（Ａ）に示すごとく、金属体５の表面（外側面５１０）にも凹凸やうねりが残ってしまう。そうすると、この金属体５の表面（外側面５１０）に冷却器６を接触させたとき、その接触面積が小さくなってしまい、放熱効率が低下するおそれがある。
しかし、上記製造方法によれば、図７（Ｂ）に示すごとく、金属体５の表面を切削又は研削して平滑な外側面５１を形成することができるため、放熱性に優れた半導体モジュール１を得ることができる。
以上のごとく、本例によれば、冷却器等への組み付けが容易であると共に放熱性に優れた製造容易な半導体モジュール及びその製造方法を提供することができる。
（実施例２）
本例は、図１４に示すごとく、絶縁体４を、放熱板３の外側面３１に続く端面３３の一部をも覆うように形成した半導体モジュール１の例である。
すなわち、絶縁体４は、放熱板３の外側面３１の全面を覆うと共に、放熱板３の四方の端面３３における外側面３１に近い側の一部をも覆うように形成されている。そして、放熱板３の外側面３１に形成された絶縁体４と端面３３に形成された絶縁体４とは、連続して形成されている。
その他の構成は、実施例１と同様である。
また、本例の半導体モジュール１の製造方法としては、上記絶縁体４を成膜するにあたり、放熱板３の外側面３１の全面、及び外側面３１に続く端面３３の一部にも絶縁体４を成膜する。その他は、実施例１と同様の製造方法である。
本例の場合には、放熱板３と金属体５との間の絶縁性を一層向上させることができる。すなわち、上述した固体内絶縁距離をより大きくすることができるため、放熱板３と金属体５との間の絶縁性を向上させることができると共に、放熱板３と信号端子１４等との間の絶縁性も向上させることができる。
その結果、より絶縁性に優れた半導体モジュール１を得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
（実施例３）
本例は、図１５〜図１８に示すごとく、一対の放熱板３の外側面３１、及び該外側面３１に続く端面３３の少なくとも一部に、それぞれ絶縁体４を直接形成すると共に、絶縁体４の外側面４１におけるエッジ部４１１までの全面に、金属体５を直接形成した半導体モジュール１の例である。
すなわち、絶縁体４が、放熱板３の外側面３１の全面を覆うと共に、放熱板３の四方の端面３３における外側面３１に近い側の一部をも覆うように連続的に形成されている点については、実施例２と同様である。ただし、本例においては、金属体５を、絶縁体４の外側面３１の全面に形成している。また、上記エッジ部４１１よりも端縁４２側の外表面４１、すなわち放熱板３の端面３３を覆う絶縁体４の端部表面４３には、金属体５を設けていない。
その他の構成は、実施例１と同様である。
また、本例の半導体モジュール１の製造方法としては、上記金属体５を成膜するにあたり、図１６に示すごとく、絶縁体４の外側面４１のエッジ部４１１までの全面に金属体５を成膜する。その他は、実施例２と同様の製造方法である。
すなわち、図１６、図１７に示すごとく、半導体素子２とスペーサ１３と一対の放熱板３との積層体１０に、絶縁体４及び金属体５を形成したものを、その全体を覆うようにモールド樹脂１１を形成する。
次いで、一対の金属体５の表面と共にモールド樹脂１１を、破線Ｇの位置まで切削又は研削することにより、金属体５をモールド樹脂１１の外部に露出させる。
本例の半導体モジュール１においては、上記絶縁体４が、放熱板３の外側面３１及び該外側面３１に続く端面３３の少なくとも一部に直接形成されているため、絶縁体４の外側面４１に形成した金属体５の大きさを大きくしても、放熱板３と金属板５との絶縁を充分に確保することが可能となる。
それゆえ、実施例１のように、金属体５の端縁５２を放熱板３の端面３３よりも内側に配置する必要は必ずしもない。
そこで、本例においては、絶縁体４の外側面４１のエッジ部４１１までの全面に金属体５を形成することにより、金属体５の面積を極力大きくして、放熱面となる金属体５の外側面５１を半導体モジュール１の外部に大きく露出させることができる。その結果、一層放熱効率に優れた半導体モジュール１を得ることができる。
そして、この場合においても、図１８に示すごとく、放熱板３と金属体５との間には、充分な固体内絶縁距離ｄ３が確保されるため、絶縁性を充分に確保することができる。
（実施例４）
本例は、図１９、図２０に示すごとく、放熱板３の外側面３１に続く端面３３の一部にも絶縁体４を直接形成すると共に、放熱板の端面３３に形成した絶縁体４の外側面４１の一部にも金属体５を直接形成した半導体モジュール１の例である。
金属体５は、放熱板３のエッジ部３１１を覆う部分に形成される絶縁体４のエッジ部４１１を覆うように形成される。そして、金属体５の端縁５２は、絶縁体４の端縁４２よりも後退した位置に配置している。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、金属体５が絶縁体４のエッジ部４１１を覆うように形成されているため、エッジ部４１１を効果的に保護することができる。
すなわち、絶縁体４のエッジ部４１１には、応力が集中しやすいため、他の部位に比較して、剥がれやクラック等が発生しやすい。そこで、このエッジ部４１１を、比較的柔軟性に優れた金属体５によって覆うことにより、絶縁体４の剥がれやクラック等の発生を防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
（実施例５）
本例は、図２１〜図２３に示すごとく、放熱板３を半導体素子２の一方の主面にのみ熱的に接触配置した半導体モジュール１の例である。
すなわち、本例の半導体モジュール１は、図２１に示すごとく、半導体素子２と、該半導体素子２の一方の主面に半田１２を介して接合された放熱板３とを有する。そして、該放熱板３における半導体素子２と反対側の面である外側面３１に、絶縁体４を直接形成し、該絶縁体４の外側面４１に、絶縁体４の端縁４２よりも内側に端縁５２を配置するように金属体５を直接形成してある。
また、これらの半導体素子２と放熱板３と絶縁体４と金属体５との積層体は、金属体５の外側面５１を除いてモールド樹脂１１によって覆われている。それ故、本例の半導体モジュール１は、片面にのみ冷却面を有することとなる。
本例の半導体モジュール１を製造するにあたっても、基本的には実施例１と略同様の方法を採用することができる。
すなわち、まず図２２に示すごとく、半導体素子２と放熱板３とを半田１２にて接合してなる積層体１０を作製すると共に、放熱板３の外側面３１に絶縁体４を直接形成し、また、絶縁体４の外側面４１に、絶縁体４の端縁４２よりも内側に端縁５２を配置するように金属体５を直接形成する。このとき、絶縁体４及び金属体５の成膜は、積層体１０を形成する前に行うことが望ましい。
また、信号端子１４を、半導体素子２のベース端子にボンディングワイヤー１４１によって電気的に接続する。
また、上記絶縁体４の成膜はプラズマＣＶＤにて行い、上記金属体５の成膜はスパッタリング法によって行う。
次いで、図２３に示すごとく、積層体１０、絶縁体４、及び金属体５を覆うようにモールド樹脂１１を形成する。この状態においては、電極端子３２の一部と信号端子１４の一部が露出する以外、半導体モジュール１の全ての構成部材がモールド樹脂１１に覆われた状態にある。
次いで、金属体５の表面と共にモールド樹脂１１を切削又は研削することにより、金属体５をモールド樹脂１１の外部に露出させる。すなわち、図２３における破線Ｇの位置まで、モールド樹脂１１と金属体５とを切削又は研削していく。
以上により、図２１に示すごとく、一方の主面に金属体５の外側面５１が露出した半導体モジュール１を得る。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、構成要素を少なくすることができるため、製造容易かつ安価な半導体モジュールを得ることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
なお、上記各実施例に示した半導体モジュール１を製造するに当たって、モールド樹脂１１と金属体５とを切削又は研削する工程を行うことが好ましいが、必ずしもこの工程を行わなくてもよい。
例えば、モールド樹脂１１を成形するための成形型の構造を工夫することにより、金属体５の外側面５１を露出させるようにモールド樹脂１１を成形することも可能である。
この場合には、金属体５の外側面５１の平滑性が充分に確保できずに、金属体５と冷却器６との接触面積を大きくすることが困難となるおそれがあるという点においては、不利である。
しかし、切削又は研削の工程を不要とするため、生産性を向上させることができ、製造コストを低減することができるという利点がある。
実施例１における、半導体モジュールの断面説明図。 実施例１における、冷却器に密着配置させた半導体モジュールの断面説明図。 実施例１における、半導体モジュールの斜視説明図。 実施例１における、絶縁体と金属体とをこれらの外側面に垂直な方向から見た平面説明図。 実施例１における、樹脂モールド前の半導体モジュールの製造方法の説明図。 実施例１における、樹脂モールド後の半導体モジュールの製造方法の説明図。 実施例１における、（Ａ）切削又は研削加工前の放熱板と絶縁体と金属体との断面図、（Ｂ）切削又は研削加工後の放熱板と絶縁体と金属体との断面図。 実施例１における、空間絶縁距離を含めた各部寸法を示す半導体モジュールの断面説明図。 実施例１における、絶縁体の端部付近における半導体モジュールの拡大断面説明図。 金属板を設けない場合における、絶縁体の端部付近の半導体モジュールの拡大断面説明図。 金属板を設けない場合における、半導体モジュールの断面説明図。 金属板を設けない場合における、耐電圧試験方法の説明図。 実施例１における、半導体モジュールの耐電圧試験方法の説明図。 実施例２における、半導体モジュールの断面説明図。 実施例３における、半導体モジュールの断面説明図。 実施例３における、樹脂モールド前の半導体モジュールの製造方法の説明図。 実施例３における、樹脂モールド後の半導体モジュールの製造方法の説明図。 実施例３における、絶縁体の端部付近における半導体モジュールの拡大断面説明図。 実施例４における、半導体モジュールの断面説明図。 実施例４における、絶縁体の端部付近における半導体モジュールの拡大断面説明図。 実施例５における、半導体モジュールの断面説明図。 実施例５における、樹脂モールド前の半導体モジュールの製造方法の説明図。 実施例５における、樹脂モールド後の半導体モジュールの製造方法の説明図。
符号の説明
１ 半導体モジュール
１１ モールド樹脂
２ 半導体素子
３ 放熱板
３１ 外側面
４ 絶縁体
４１ 外側面
４２ 端縁
５ 金属体
５２ 端縁

Claims (20)

  1. 半導体素子と、該半導体素子の主面に熱的に接触配置されると共に上記半導体素子の電極に電気的に接続された放熱板とを、モールド樹脂によって一体的にモールドしてなる半導体モジュールにおいて、
    上記放熱板の外側面には、絶縁体が直接形成されており、
    該絶縁体の外側面には、該絶縁体の端縁よりも内側に端縁を配置した金属体が直接形成されており、
    上記絶縁体は、上記金属体及び上記モールド樹脂によって覆われており、
    該金属体は、上記モールド樹脂の外部に露出していることを特徴とする半導体モジュール。
  2. 請求項１において、上記絶縁体は、上記放熱板の上記外側面に続く端面の少なくとも一部をも覆うように形成されていることを特徴とする半導体モジュール。
  3. 半導体素子と、該半導体素子の主面に熱的に接触配置されると共に上記半導体素子の電極に電気的に接続された放熱板とを、モールド樹脂によって一体的にモールドしてなる半導体モジュールにおいて、
    上記放熱板の外側面及び該外側面に続く端面の少なくとも一部には、絶縁体が直接形成されており、
    該絶縁体の外側面には、該絶縁体の端縁よりも後退する位置に端縁を配置した金属体が直接形成されており、
    上記絶縁体は、上記金属体及び上記モールド樹脂によって覆われており、
    該金属体は、上記モールド樹脂の外部に露出していることを特徴とする半導体モジュール。
  4. 請求項３において、上記金属体は、上記絶縁体の上記外側面の全面に形成されていることを特徴とする半導体モジュール。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記絶縁体は、上記放熱板にＣＶＤ又はＰＶＤによって成膜された絶縁膜からなることを特徴とする半導体モジュール。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記金属体は、上記絶縁体にＰＶＤ又はＣＶＤによって成膜された金属膜からなることを特徴とする半導体モジュール。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項において、上記絶縁体は、無機材料からなることを特徴とする半導体モジュール。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項において、上記金属体は、アルミニウム、ニッケル、銅、銀、金、又はこれらの合金からなることを特徴とする半導体モジュール。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項において、上記放熱板は、アルミニウム、銅、又はこれらの合金からなることを特徴とする半導体モジュール。
  10. 請求項１〜９のいずれか一項において、上記放熱板は、上記半導体素子の両主面に一対配設されていることを特徴とする半導体モジュール。
  11. 半導体素子と、該半導体素子の主面に熱的に接触配置されると共に上記半導体素子の電極に電気的に接続された放熱板とを、モールド樹脂によって一体的にモールドしてなる半導体モジュールを製造する方法であって、
    上記半導体素子と上記放熱板とを接合してなる積層体を作製すると共に、上記放熱板の外側面に、それぞれ絶縁体を直接形成し、また、該絶縁体の外側面に、該絶縁体の端縁よりも内側に端縁を配置するように金属体を直接形成し、
    次いで、上記積層体、上記絶縁体、及び上記金属体を覆うように上記モールド樹脂を形成し、
    次いで、上記金属体の表面と共に上記モールド樹脂を切削又は研削することにより、上記金属体を上記モールド樹脂の外部に露出させることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  12. 請求項１１において、上記絶縁体は、上記放熱板の上記外側面に続く端面の少なくとも一部をも覆うように形成することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  13. 半導体素子と、該半導体素子の主面に熱的に接触配置されると共に上記半導体素子の電極に電気的に接続された放熱板とを、モールド樹脂によって一体的にモールドしてなる半導体モジュールを製造する方法であって、
    上記半導体素子と上記放熱板とを接合してなる積層体を作製すると共に、上記放熱板の外側面及び該外側面に続く端面の少なくとも一部に絶縁体を直接形成し、また、該絶縁体の外側面に、該絶縁体の端縁よりも後退する位置に端縁が配置されるように金属体を直接形成し、
    次いで、上記積層体、上記絶縁体、及び上記金属体を覆うように上記モールド樹脂を形成し、
    次いで、上記金属体の表面と共に上記モールド樹脂を切削又は研削することにより、上記金属体を上記モールド樹脂の外部に露出させることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  14. 請求項１３において、上記金属体は、上記絶縁体の上記外側面の全面に形成することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  15. 請求項１１〜１４のいずれか一項において、上記絶縁体は、上記放熱板にＣＶＤ又はＰＶＤによって成膜することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  16. 請求項１１〜１５のいずれか一項において、上記金属体は、上記絶縁体にＰＶＤ又はＣＶＤによって成膜することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  17. 請求項１１〜１６のいずれか一項において、上記絶縁体は、無機材料からなることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  18. 請求項１１〜１７のいずれか一項において、上記金属体は、アルミニウム、ニッケル、銅、銀、金、又はこれらの合金からなることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  19. 請求項１１〜１８のいずれか一項において、上記放熱板は、アルミニウム、銅、又はこれらの合金からなることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  20. 請求項１１〜１９のいずれか一項において、上記放熱板は、上記半導体素子の両主面に一対配設することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
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