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公開番号2025005755
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023106092
出願日2023-06-28
発明の名称半導体モジュール及びその製造方法
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 25/07 20060101AFI20250109BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高温動作に対応した半導体モジュール及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体モジュールの製造方法は、基板及び基板の上面に設けられた第1導体を有する絶縁配線基板10と、第1面及び第2面を有する半導体チップ20と、絶縁基板及び絶縁基板に搭載されたリードフレーム52を有し且つリードフレームの第1部分52aが絶縁基板を貫通する第1ビア内に設けられているプリント配線板50と、を準備する工程と、第1焼結材を介して、第1導体に半導体チップの第1面を配置する工程と、平面視で半導体チップを囲うように絶縁シートを絶縁配線基板に配置する工程と、絶縁基板が絶縁シートと対向し且つ第1部分が第2焼結材を介して第2面と接触するように、プリント配線板を配置する工程と、絶縁配線基板からプリント配線板までを、加圧しながら加熱する工程と、を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板及び前記基板の上面に設けられた第１導体を有する絶縁配線基板と、第１面及び第２面を有する半導体チップと、絶縁基板及び前記絶縁基板に搭載されたリードフレームを有し且つ前記リードフレームの第１部分が前記絶縁基板を貫通する第１ビア内に設けられているプリント配線板と、を準備する第１工程と、
第１焼結材を介して、前記第１導体に前記半導体チップの前記第１面を配置する第２工程と、
平面視で前記半導体チップを囲うように絶縁シートを前記絶縁配線基板に配置する第３工程と、
前記絶縁基板が前記絶縁シートと対向し且つ前記第１部分が第２焼結材を介して前記第２面と接触するように、前記プリント配線板を配置する第４工程と、
前記第１工程から前記第４工程までの各工程により配置され、前記絶縁配線基板から前記プリント配線板まで積層された状態で、上金型と下金型の間で加圧しながら加熱する第５工程と、
を含む半導体モジュールの製造方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記絶縁配線基板は、前記基板の上面に設けられ且つ前記第１導体とは電気的に分離された第２導体を有し、
前記リードフレームは、前記第１ビアとは異なる位置で前記絶縁基板を貫通する第２ビア内に設けられた第２部分を有し、
第３面及び第４面を有する導体ブロックを準備する第６工程と、
第３焼結材を介して、前記第２導体に前記導体ブロックの前記第３面を配置する第７工程と、
を更に含み、
前記第３工程は、平面視で前記導体ブロックを囲うように前記絶縁シートを配置することを含み、
前記第４工程は、前記第２部分が第４焼結材を介して前記第４面と接触するように、前記プリント配線板を配置することを含む、
請求項１に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記導体ブロックは、前記半導体チップと同じ厚みを有する、請求項２に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記第１導体及び前記第２導体の側面と前記基板の上面とにより構成される凹部に絶縁材料を充填する第８工程を更に含み、
前記絶縁シートは、平面視で、前記半導体チップ及び前記導体ブロックを囲うように前記絶縁材料、前記第１導体及び前記第２導体に亘って配置される、請求項２に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記絶縁シートは、平面視で、前記第１導体及び前記第２導体の側面と前記基板の上面とにより構成される凹部と重なる位置には配置されず、前記半導体チップを囲う前記第１導体上の部分と、前記導体ブロックを囲う前記第２導体上の部分とで別個に設けられている、請求項２に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記絶縁シートは、ガラス繊維と熱硬化性の樹脂材料とを含む、請求項１又は２に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記熱硬化性の樹脂材料は、ポリイミド、ポリアミドイミド、及びエポキシ系の樹脂のいずれかである、請求項６に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記絶縁シートは、樹脂板と、前記樹脂板の両面に設けられた接着層とを含む、請求項１又は２に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記樹脂板は、ポリイミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファイド、及びポリエーテルケトンのいずれかであり、
前記接着層は、エポキシ樹脂である、
請求項８に記載の半導体モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁シートはプリプレグである、請求項１又は２に記載の半導体モジュールの製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体チップを備える半導体モジュール及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
パワー半導体装置は、高電圧で大電流を流す事が可能で直流電圧と交流電圧を扱え、直流電圧と交流電圧にそれぞれ変換する事が可能な半導体装置である。交流電圧の電圧と周波数を変える事が可能でモーターの回転制御に多く用いられている。一般的なパワー半導体装置は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）等の半導体素子を有する半導体チップ、プリント回路基板（ＰＣＢ）、絶縁回路基板、及び放熱ベース等を備える。半導体チップ、絶縁回路基板、及び放熱ベースそれぞれの間の接合には、はんだ材や焼結材、ワイヤボンディング等が用いられる。
【０００３】
特許文献１には、「放熱基板と、放熱基板上に配置され配線層を備える絶縁基板と、絶縁基板上に配置された複数の半導体素子と、半導体素子の表面電極と電気的に接続された導電性ブロックと、端子電極と、を備え、導電性ブロックは凸部を有し、凸部は絶縁基板と接合している、半導体装置」が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、「半導体チップと、半導体チップの下面に対向して配置された絶縁回路基板と、絶縁回路基板の上面に配置され、半導体チップに接する接合部と接合部を囲む外縁部とを有する第１焼結金属層とを備え、第１焼結金属層において、第１焼結金属層に含まれる空隙の体積密度を示す空隙率が接合部と外縁部とで均一である」ことが開示されている。
【０００５】
特許文献３には、「基板と、基板上に搭載され、表面電極および表面電極の反対側に裏面電極を有する半導体チップと、半導体チップの表面電極に対向して配置されたリードフレームと、基板と半導体チップの裏面電極との間に形成された第１の接合部と、半導体チップの表面電極とリードフレームとの間に形成された第２の接合部と、を備え、リードフレームは、第２の接合部を介して表面電極と接続された電極部と、電極部間を連結するブリッジ部と、電極部の上面に形成された樹脂層とを有しており、樹脂層は、ブリッジ部の下面および電極部の下面における表面電極と接合されない部分に形成された、半導体装置」が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
再公表特許第２０１６－１５２２５８号
特開２０２１－０２７２８８号公報
特開２０１８－００６４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、パワー半導体装置は、小型軽量化とともに高機能化の要求から、回路の高集積化が伸展している。更に、高温動作が可能な炭化珪素（ＳｉＣ）等の半導体素子を用いる半導体装置への適用に向けた開発が進められ、半導体装置の高温動作環境下での高い信頼性が求められている。そのため、高温動作化に対応できる接合材料として、銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）等の金属粒子の焼結作用を利用した焼結金属層が検討されている。
【０００８】
焼結材を焼結させるためには、焼結させる部分に均一な圧力及び熱を加える必要がある。圧力が不均一になると、得られた焼結体に気泡が生じる場合があり、半導体チップの接合品質が不安定になる可能性があった。
【０００９】
本開示は、上記課題を鑑み、高温動作に対応した半導体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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本開示の一態様による半導体モジュールの製造方法は、基板及び基板の上面に設けられた第１導体を有する絶縁配線基板と、第１面及び第２面を有する半導体チップと、絶縁基板及び絶縁基板に搭載されたリードフレームを有し且つリードフレームの第１部分が絶縁基板を貫通する第１ビア内に設けられているプリント配線板と、を準備する工程と、第１焼結材を介して、第１導体に半導体チップの第１面を配置する工程と、平面視で半導体チップを囲うように絶縁シートを絶縁配線基板に配置する工程と、絶縁基板が絶縁シートと対向し且つ第１部分が第２焼結材を介して第２面と接触するように、プリント配線板を配置する工程と、絶縁配線基板からプリント配線板までを、加圧しながら加熱する工程と、を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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