JP6316073B2 - 半導体モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

この発明の実施形態は、半導体モジュールの製造方法に関する。

近年、自動車の燃費向上を目的とし、内燃機関とモータとを併用したハイブリッド車の普及が急速に進んでいる。また一方で、モータだけで走行可能な電気自動車の製品化も進んでいる。これら自動車を実現するためには、電池とモータとの間に、直流電力から交流電力への変換および交流電力から直流電力への変換を行なう電力変換装置が必要となる。

ハイブリッド車および電気自動車では、半導体電力変換装置の小型化、高信頼性が要求されている。半導体電力変換装置の小型化、高信頼性を図るためには、冷却効率が良い半導体電力変換装置が必要となる。これを実現する方法としては、半導体素子の表裏面に導電体を接続し、導電体から冷却器へ放熱させる両面放熱型の半導体モジュールが提案されている。

特開２００３−２５８１６６号公報 特開２００７−０６８３０２号公報

半導体モジュールを冷却器上に配置する際、半導体モジュールは、例えば、冷却器と絶縁するとともに冷却器に対して固定する必要がある。このような絶縁する工程及び固定する工程の過程において、放熱性を損わせることなく半導体モジュールを冷却器上に配置できなければ、半導体電力変換装置の性能の低下につながる。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その課題は、放熱性を損わせることなく冷却器に対して容易に固定可能な半導体モジュールの簡易な製造方法を提供することにある。

実施形態によれば、半導体モジュールの製造方法は、半導体素子が有する第１電極を第１導電体が有する第１接合面に電気的に接続し、前記半導体素子が有する第２電極を前記第１接合面と対向した第２導電体が有する第２接合面に電気的に接続する工程と、第１絶縁体を用いて、前記半導体素子を封止し、前記第１導電体及び前記第２導電体を被覆する工程と、前記第１絶縁体、前記第１導電体及び前記第２導電体を除去加工することで、前記第１接合面と直交し前記第１絶縁体から露出した前記第１導電体の第１面、前記第２接合面と直交し前記第１面を含む仮想平面上に位置し前記第１絶縁体から露出した前記第２導電体の第２面、及び、前記第１面及び前記第２面を含む仮想平面上に位置し前記第１面及び前記第２面の周りを囲む前記第１絶縁体の第３面を含む除去加工面を形成する工程と、金型に形成された掘り込み部に配置された第２絶縁体と前記除去加工面とを接触させることで、前記除去加工面と直交する方向の厚さが一定の前記第２絶縁体を前記除去加工面に形成する工程と、を備える。

図１は、実施形態の半導体モジュールの構成部材の一例を説明する分解斜視図である。 図２は、実施形態の半導体モジュールの等価回路の一例を示す図である。 図３は、実施形態の半導体モジュールの一例を示す斜視図である。 図４は、実施形態の半導体モジュールの一例を底面側から見た分解斜視図である。 図５は、制御回路基板を取り外した状態の半導体電力変換装置の一例を示す斜視図である。 図６は、半導体電力変換装置の支持フレームおよび冷却器の一例を示す斜視図である。 図７は、制御回路基板を含む半導体電力変換装置全体の一例を示す斜視図である。 図８は、実施形態の半導体モジュールの製造方法の一例を説明するための図である。 図９は、実施形態の２次モールド工程の一例を説明するための図である。 図１０は、実施形態のプリフォーム工程の一例を説明するための図である。 図１１は、実施形態のプリフォーム工程の他の例を説明するための図である。

以下に、図面を参照しながら、実施形態に係る半導体電力変換装置について詳細に説明する。なお、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
図１は、実施形態の半導体モジュール１６の構成部材の一例を説明する分解斜視図である。実施形態の半導体モジュール１６は、いわゆる両面放熱型及び垂直実装型の電力変換装置として構成されている。
半導体モジュール１６は、第１導電体３４と、第２導電体３６と、第１半導体素子３８と、第２半導体素子４０と、第１凸型導電体４４ａと、第２凸型導電体４４ｂと、第１電力端子４６ａと、接続部４８と、複数の接合体４２ａ〜４２ｆを有している。
第１導電体３４は、例えば、銅により形成された略直方体形状である。第１導電体３４は、平坦な矩形状の第１接合面３４ａ、第１接合面３４ａと直交する平坦な矩形状の第１放熱面３４ｂを有している。さらに、第１導電体３４は、第１接合面３４ａと対向する平坦な矩形状の面３４ｃ、第１放熱面３４ｂと対向するとともに第１接合面３４ａと直交する平坦な矩形状の面３４ｄ、第１接合面３４ａ及び第１放熱面３４ｂと直交する平坦な矩形状の面３４ｅ、面３４ｅと対向するとともに第１接合面３４ａ及び第１放熱面３４ｂと直交する平坦な矩形状の面３４ｆを有している。なお、第１導電体３４は、第１接合面３４ａ及び第１接合面３４ａと直交する第１放熱面３４ｂを有していればよく、略直方体形状以外の形状であってもよい。第１接合面３４ａの形状は、矩形状以外の形状であってもよい。第１放熱面３４ｂの形状は、矩形状以外の形状であってもよい。

第２導電体３６は、例えば、銅により形成された略直方体形状である。第２導電体３６は、平坦な矩形状の第２接合面３６ａ、第２接合面３６ａと直交する平坦な矩形状の第２放熱面３６ｂを有している。さらに第２導電体３６は、第２接合面３６ａと対向する平坦な矩形状の面３６ｃ、第２放熱面３６ｂと対向するとともに第２接合面３６ａと直交する平坦な矩形状の面３６ｄ、第２接合面３６ａ及び第２放熱面３６ｂと直交する平坦な矩形状の面３６ｅ、面３６ｅと対向するとともに第２接合面３６ａ及び第２放熱面３６ｂと直交する平坦な矩形状の面３６ｆを有している。第２接合面３６ａは、第１接合面３４ａと対向している。第２放熱面３６ｂは、第１放熱面３４ｂを含む仮想平面上に位置している。これは、後述する図６に示す受熱面１８ａ上に半導体モジュール１６を配置した際に、第１放熱面３４ｂから受熱面１８ａまでの間隔を第２放熱面３６ｂから受熱面１８ａまでの間隔と略同じにするためである。第１導電体３４及び第２導電体３６それぞれの放熱性は、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂから受熱面１８ａまでの距離（最短の放熱経路）に依存する。第１放熱面３４ｂから受熱面１８ａまでの距離及び第２放熱面３６ｂから受熱面１８ａまでの距離が短ければ、第１導電体３４及び第２導電体３６それぞれの放熱性は向上する。第１放熱面３４ｂから受熱面１８ａまでの間隔が第２放熱面３６ｂから受熱面１８ａまでの間隔と略同じであれば、何れかの導電体の放熱性は犠牲になることはない。言い換えれば、第１放熱面３４ｂから受熱面１８ａまでの間隔が第２放熱面３６ｂから受熱面１８ａまでの間隔が異なれば、受熱面１８ａまでの間隔が広い導電体の放熱性は、受熱面１８ａまでの間隔が狭い導電体の放熱性よりも悪くなる。

なお、第２導電体３６は、第２接合面３６ａ、及び、第１放熱面３４ｂを含む仮想平面上に位置し第２接合面３６ａと直交する第２放熱面３６ｂを有していればよく、略直方体形状以外の形状であってもよい。第２接合面３６ａの形状は、矩形状以外の形状であってもよい。第２放熱面３６ｂの形状は、矩形状以外の形状であってもよい。

第１半導体素子３８は、パワー半導体素子、例えば、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)である。第１半導体素子３８は、第１導電体３４と第２導電体３６との間に挟まれて、これらの導電体に接合されている。第１半導体素子３８は、電極３８ａ及び電極３８ｂを有している。第１半導体素子３８は、矩形板状に形成され、第１面に電極３８ａ、第１面と対向する第２面に電極３８ａと異なる電極３８ｂを有している。なお、第１半導体素子３８は、電極３８ａ及び電極３８ｂを有していればよく、その形状は、矩形板状以外の形状であってもよい。第１半導体素子３８の第２面に、複数、例えば、４つの接続端子３８ｃが形成されている。そして、第１半導体素子３８の第１面及び第２面は、電極部分および接続端子部分を除いて、絶縁膜、例えば、ポリイミドのフィルムで覆われている。
第１半導体素子３８は、第１導電体３４の接合面３４ａと平行に配置され、電極３８ａ（コレクタ）が第１接続体、例えば、矩形状の半田シート４２ａにより第１導電体３４の第１接合面３４ａに接合されている。
第２半導体素子４０は、第１導電体３４と第２導電体３６との間に挟まれて、第１導電体３４と第２導電体３６とに接合されている。第２半導体素子４０は、ダイオードを有している。第２半導体素子４０は、電極４０ａ及び電極４０ａを有している。第２半導体素子４０は、矩形板状に形成され、第１面に電極４０ａ、第１面と対向する第２面に電極４０ａと異なる電極３８ｂを有している。なお、第２半導体素子４０は、電極４０ａ及び電極４０ｂを有していればよく、その形状は、矩形板状以外の形状であってもよい。第２半導体素子４０の第１面及び第２面は、矩形状の電極部分を除いて、絶縁膜、例えば、ポリイミドのフィルムで覆われている。
第２半導体素子４０は、第１導電体３４の接合面３４ａと平行に配置され、更に、隙間を置いて第１半導体素子３８と並んで配置されている。第２半導体素子４０は、電極４０ａが第２接続体、例えば、矩形状の半田シート４２ｂにより第１導電体３４の第１接合面３４ａに接合されている。

第１凸型導電体４４ａは、第１半導体素子３８の電極３８ｂ上に第３接続体、例えば、矩形状の半田シート４２ｃにより接合されている。
第１凸型導電体４４ａは、例えば、銅により形成され、扁平な直方体形状の本体と、本体の一方の主面から第２導電体３６の接合面３６ａ側に突出し、本体よりも小径で扁平な直方体形状の凸部４５ａを一体に有している。第１凸型導電体４４ａは、本体の平坦な主面側が半田シート４２ｃにより第１半導体素子３８の電極３８ｂに電気的かつ機械的に接合されている。なお、第１凸型導電体４４ａは、第１半導体素子３８の電極３８ｂに電気的かつ機械的に接合できる形状であればよく、上述のような形状に限定されない。
第２凸型導電体４４ｂは、第２半導体素子４０の他方の電極上に第４接続体、例えば、矩形状の半田シート４２ｄにより接合されている。第２凸型導電体４４ｂは、例えば、銅により形成され、扁平な直方体形状の本体と、本体の一方の主面から第２導電体３６の接合面３６ａ側に突出し、本体よりも小径で扁平な直方体形状の凸部４５ｂと、を一体に有している。そして、第２凸型導電体４４ｂは、本体の平坦な主面側が半田シート４２ｄにより第２半導体素子４０の電極４０ｂに電気的かつ機械的に接合されている。なお、第２凸型導電体４４ｂは、第２半導体素子４０の電極４０ｂに電気的かつ機械的に接合できる形状であればよく、上述のような形状に限定されない。
なお、第１および第２凸型導電体４４ａ、４４ｂは、別体に限らず、２つの本体を一体に形成し、２つの凸部を共通の本体上に設ける構成としてもよい。

第１電力端子４６ａは、独立して形成され、その基端部が第５接続体、例えば、矩形状の半田シート４２ｅにより第１導電体３４の接合面３４ａに接合されている。つまり、第１電力端子４６ａは、第１導電体３４に電気的に接合されている。第１電力端子４６ａは、第１導電体３４及び第２導電体３６と対向しない位置まで延出する。
第２電力端子４６ｂは、その基端部が接続部４８に連結されている。つまり、第２電力端子４６ｂは、第２導電体３６に電気的に接合されている。第２電力端子４６ｂは、第１導電体３４及び第２導電体３６と対向しない位置まで延出する。
接続部４８は、細長い矩形板状の導電金属板で形成されている。この接続部４８には、それぞれ位置決め用の矩形状の第１開口５１ａおよび第２開口５１ｂが並んで形成されている。第１開口５１ａは、第１凸型導電体４４ａの凸部４５ａが嵌合可能な大きさで、かつ、第１凸型導電体４４ａの本体よりも小さく形成されている。同様に、第２開口５１ｂは、第２凸型導電体４４ｂの凸部４５ｂが嵌合可能な大きさで、かつ、第２凸型導電体４４ｂの本体よりも小さく形成されている。接続部４８の第２導電体３６側の表面には、第１および第２開口５１ａ、５１ｂを含む領域に亘って浅い矩形状の凹所５６が形成されている。更に、接続部４８は、その上縁から上方に突出する３本の支持突起を一体に有している。真ん中の支持突起から一本の信号端子５０が上方へ延びている。すなわち、５本の信号端子５０の内、エミッタ分岐端子５０ａは、接続部４８から分岐して延び、他の信号端子５０とほぼ平行に位置している。

接続部４８及び第２電力端子４６ｂは、第１及び第２凸型導電体４４ａ、４４ｂの凸部４５ａ、４５ｂが第１開口５１ａ、第２開口５１ｂにそれぞれ係合した状態で、第１及び第２凸型導電体４４ａ、４４ｂに接合されている。
更に、接続部４８、第１及び第２凸型導電体４４ａ、４４ｂの凸部４５ａ、４５ｂは、接続部４８の凹所５６内に配置された第６接続体、例えば、矩形状の半田シート４２ｆにより、第２導電体３６の接合面３６ａに電気的および機械的に接合されている。すなわち、接続部４８、第１及び第２凸型導電体４４ａ、４４ｂ、及び第２導電体３４の３部材は、半田シート４２ｆにより相互に接合されている。
以上により、第１半導体素子３８及び第２半導体素子４０は、第１導電体３４と第２導電体３６との間に挟まれ配置されている。第１半導体素子３８の第１電極３８ａは、第１導電体３４の第１接合面３４ａと電気的に接続し、第１半導体素子３８の第２電極３８ｂは、第２導電体３６の第２接合面３６ａと電気的に接合している。同様に、第２半導体素子４０の第１電極４０ａは、第１導電体３４の第１接合面３４ａと電気的に接続し、第２半導体素子４０の第２電極４０ｂは、第２導電体３６の第２接合面３６ａと電気的に接合している。例えば、第１半導体素子３８及び第２半導体素子４０は、第１接合面３４ａ及び第２接合面３６ａに対して平行に、かつ、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂに対して垂直に配置されている。

信号端子５０は、第１導電体３４の接合面３４ａと平行に延びている。信号端子５０のうちの４本の基端は、ボンディングワイヤ（図示せず）により、第１半導体素子３８の接続端子３８ｃに接続されている。実施形態の半導体モジュール１６は、例えば５本の信号端子５０を有している。信号端子５０は、細長い棒状に形成され、互いに平行に延びている。なお、信号端子５０を構成する端子数は、５本以外の本数であってもよい。

図２は、実施形態の半導体モジュール１６の等価回路の一例を示す図である。
信号端子５０は、前述した接続部４８から分岐した、すなわち、接続部４８に導通しているエミッタ分岐端子（コレクタ、エミッタ間電圧モニタ端子）（分岐信号端子）５０ａ、電流（エミッタセンス電流）モニタ端子５０ｂ、ゲート（ゲート、エミッタ間電圧）端子５０ｃ、チップ温度モニタ端子５０ｄ、５０ｅを含んでいる。信号端子５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅのそれぞれの基端と第１半導体素子３８の対応する接続端子３８ｃとを図示しないボンディングワイヤ（導線）で接続している。第１半導体素子３８は、第１導電体３４および第２導電体３６を介して、第１電力端子４６ａ、第２電力端子４６ｂに接続されている。同様に、第２半導体素子４０は、第１導電体３４および第２導電体３６を介して、第１電力端子４６ａ、第２電力端子４６ｂに接続されている。

図３は、実施形態の半導体モジュール１６の一例を示す斜視図である。図４は、実施形態の半導体モジュール１６の一例を底面側から見た斜視図である。なお、図４では、第２絶縁体６２は、半導体モジュール１６から分解して示している。
半導体モジュール１６は、第１絶縁体５２と、第２絶縁体６２をさらに有している。本実施形態では、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂを含む仮想平面と直交する方向（以降、第１方向という）において、複数の信号端子５０側の外面を半導体モジュール１６の上面、第２絶縁体６２側の外面を半導体モジュール１６の底面というものとする。

第１絶縁体５２は、半導体モジュール１６の構成部材を絶縁する絶縁層である。第１絶縁体５２は絶縁性を有する材料で構成されていればよく、その材料は限定されない。第１絶縁体５２は、第１半導体素子３８及び第２半導体素子４０を封止している。さらに、第１絶縁体５２は、第１絶縁体５２は、第１導電体３４のうちの第１放熱面３４ｂ以外の面（図１に示す例では第１接合面３４ａ、面３４ｃ、面３４ｄ、面３４ｅ、面３４ｆ）及び第２導電体３６のうちの第２放熱面３６ｂ以外の面（図１に示す例では第２接合面３６ａ、面３６ｃ、面３６ｄ、面３６ｅ、面３６ｆ）を被覆している。さらに、第１凸型導電体４４ａ、第２凸型導電体４４ｂ、接続部４８、第１電力端子４６ａの基端部、第２電力端子４６ｂの基端部、及び信号端子５０の基端部を被覆している。

第１絶縁体５２は、互いに平行な２つの側面５２ａ、５２ｂと、これらの側面５２ａ、５２ｂと直交する平坦な底面５２ｃと、底面に対向する上面５２ｄと、２つの端面５２ｅと、パーティングライン５４を有している。図４に示すように、第１絶縁体５２の底面５２ｃは、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂを含む仮想平面上に位置している。

パーティングライン５４は、成形型を型抜きする際に形成される。パーティングライン５４は、リードフレームの接続部４８、第１電力端子４６ａ及び第２電力端子４６ｂを含む仮想平面内に位置し、第１絶縁体５２の上面５２ｄ及び両端面５２ｅに沿って残っている。また、パーティングライン５４は、側面５２ｂ側にずれて位置している。
第１絶縁体５２の上面５２ｄにおいて、パーティングライン５４と側面５２ａとの間の部分は、パーティングライン５４から側面５２ａに向かって底面５２ｃ側へ僅かに傾斜して延び、パーティングライン５４と側面５２ｂとの間の部分は、パーティングライン５４から側面５２ｂに向かって底面５２ｃ側へ僅かに傾斜して延びている。
第１絶縁体５２の各端面５２ｅにおいて、パーティングライン５４と側面５２ａとの間の部分は、パーティングライン５４から側面５２ａに向かって他方の端面５２ｅ側へ僅かに傾斜して延び、パーティングライン５４と側面５２ｂとの間の部分は、パーティングライン５４から側面５２ｂに向かって他方の端面５２ｅ側へ僅かに傾斜して延びている。

第１電力端子４６ａは、パーティングライン５４の位置で第１絶縁体５２の一方の端面５２ｅから第１絶縁体５２の外方に延出（突出）している。第１電力端子４６ａの接触部４７ａは、側面５２ａ側へ直角に折り曲げられ、第１絶縁体５２の端面５２ｅと隙間を置いて対向している。また、接触部４７ａは、略直角に折り曲げられ、第１絶縁体５２に対して、第１絶縁体５２の中央近傍に位置している。
第２電力端子４６ｂは、パーティングライン５４の位置で第１絶縁体５２の他方の端面５２ｅから第１絶縁体５２の外方に延出し、更に、第２電力端子４６ｂの接触部４７ｂは、側面５２ａ側へ直角に折り曲げられ、第１絶縁体５２の端面５２ｅと隙間を置いて対向している。また、接触部４７ａは、略直角に折り曲げられ、第１絶縁体５２に対して、第１絶縁体５２の中央近傍に位置している。
５本の信号端子５０は、パーティングライン５４の位置で第１絶縁体５２の上面５２ｄから第１方向に沿って突出している。また、５本の信号端子５０は、それぞれ２箇所で折曲げられ、信号端子５０の延出端側の端部５３ａは、第１絶縁体５２の中央近傍に位置している。信号端子５０の少なくとも端部５３ａの外面には、図示しない導電膜が形成されている。

第２絶縁体６２は、半導体モジュール１６の構成部材を絶縁する絶縁層である。第２絶縁体６２は、絶縁性を有する材料で構成されていればよく、その材料は限定されない。第２絶縁体６２は、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂを被覆している。第２絶縁体６２は、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂを被覆する平坦な矩形状の第１面６２ａ、及び、第１面６２ａと対向し第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂを含む仮想平面と平行な平坦な矩形状の第２面６２ｂを有している。第２絶縁体６２は、第１方向において均一の厚さで形成された平板形状である。第１面６２ａは、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂを含む平坦な仮想平面上に位置するため、平坦面で構成されている。第２面６２ｂは、後述する図６に示す冷却器１２の平坦な受熱面１８ａに接着させるため、平坦面で構成されている。なお、第１面６２ａ及び第２面６２ｂの形状は、矩形状以外の形状であってもよい。第２絶縁体６２が平板形状で形成されているのは、第１放熱面３４ｂから受熱面１８ａまでの距離と第２放熱面３６ｂから受熱面１８ａまでの距離を略同じにするためである。第２絶縁体６２の第１方向における厚さは、図６に示す冷却器１２の受熱面１８ａに対する絶縁性、及び、第１導電体３４と第２導電体３６の放熱性のバランスを考慮して所定の厚さに決定される。第２絶縁体６２の厚さは、例えば、０．２ｍｍで形成されている。
以上により、第１導電体３４は、第１絶縁体５２または第２絶縁体６２の何れかによって、露出することなく被覆されることで絶縁されている。同様に、第２導電体３６は、第１絶縁体５２または第２絶縁体６２の何れかによって、露出することなく被覆されることで絶縁されている。

以下、上記半導体モジュール１６を搭載した装置の一例として半導体電力変換装置１０について説明する。
図５は、制御回路基板を取り外した状態の半導体電力変換装置１０の一例を示す斜視図である。
図６は、半導体電力変換装置１０の支持フレーム１４および冷却器１２の一例を示す斜視図である。
図７は、制御回路基板を含む半導体電力変換装置１０全体の一例を示す斜視図である。
図５ないし図７に示すように、半導体電力変換装置１０は、冷却器１２、冷却器１２上に固定された支持フレーム１４、および、冷却器１２上に載置され、支持フレーム１４により支持された複数の半導体モジュール１６を有している。

冷却器１２は、平坦な矩形状の受熱面１８ａを有する扁平な直方体形状の冷却ブロック１８を有している。この冷却ブロック１８は、例えば、アルミニウムで形成されている。また、冷却ブロック１８内には、水等の冷却媒体を流す冷媒流路２０が形成されている。

支持フレーム１４は、受熱面１８ａに対応する大きさの矩形状の外枠と、外枠間を延びる互いに平行な複数の連結梁とを一体に有し、これら外枠および連結梁により例えば、４列に並んだ、それぞれ矩形状の設置空間部２２を形成している。また、支持フレーム１４には、後述する半導体モジュール１６に電気的に接続される複数の接続端子２４を有する複数のバスバー２６、複数の入力端子２８、および２組の３相の出力端子３０が設けられている。バスバー２６の接続端子２４は、各設置空間部２２の各側縁に沿って、複数個ずつ間隔を置いて並んで配置されている。そして、支持フレーム１４は、例えば、インサートモールドにより、複数の端子と一体に樹脂により成形されている。また、支持フレーム１４は、例えば、複数のねじにより冷却ブロック１８の受熱面１８ａ上に固定されている。

図５に示すように、半導体モジュール１６は、例えば、６個ずつ、４列に並んで支持フレーム１４に設置されている。各列において、６個の半導体モジュール１６は、支持フレーム１４の設置空間部２２内に配置され、第２絶縁体６２の第２面６２ａが冷却器１２の受熱面１８ａと接するように受熱面１８ａ上に設置されている。第２絶縁体６２の第２面６２ａは、例えば接着剤で受熱面１８ａに対して接着されている。第１導電体３４及び第２導電体３６は、第２絶縁体６２を介して冷却器１２に熱的に接続される。第１半導体素子３８および第２半導体素子４０で発生した熱は、第１導電体３４及び第２導電体３６を介して冷却器１２に放熱される。各半導体モジュール１６の電力端子は、バスバー２６の接続端子２４に接触し、バスバー２６に電気的に接続されている。また、各半導体モジュール１６の複数の信号端子５０は、第１方向に沿って突出している。

本実施形態の半導体モジュール１６は、上述したように第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂが既に第２絶縁体６２で被覆されている。そのため、本実施形態の半導体モジュール１６は、受熱面１８ａ上に配置する際に、受熱面１８ａに対する更なる絶縁処理を必要としない。
さらに、本実施形態の半導体モジュール１６は、受熱面１８ａ上に配置する際に、第１放熱面３４ｂから受熱面１８ａまでの間隔及び第２放熱面３６ｂから受熱面１８ａまでの間隔を第２絶縁体６２のみによって管理できる。第２絶縁体６２の第１方向の厚さは、上述したように絶縁性及び放熱性のバランスを考慮して所定の厚さに決定されている。半導体モジュール１６を受熱面１８ａ上に置くだけで、第１放熱面３４ｂから受熱面１８ａまでの間隔及び第２放熱面３６ｂから受熱面１８ａまでの間隔は、第２絶縁体６２で規定された所定の間隔になる。そのため、半導体モジュール１６は、受熱面１８ａ上に配置後のさらなる間隔調整を必要としない。

さらに、本実施形態の半導体モジュール１６は、受熱面１８ａ上に置くだけで、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂを含む仮想平面が受熱面１８ａに対して平行関係になる。第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂを含む仮想平面は、第２絶縁体６２の第２面６２ｂと平行関係にあるため、第２面６２ｂと接する受熱面１８ａとも平行関係になるからである。そのため、第１放熱面３４ｂから受熱面１８ａまでの間隔は、第２絶縁体６２で規定された所定の間隔に対応し、第１放熱面３４ｂの何れの領域においても同じである。ここで、第１放熱面３４ｂが受熱面１８ａと平行関係にない場合を想定する。この場合、第１放熱面３４ｂから受熱面１８ａまでの間隔は、第１放熱面３４ｂの第１の領域と第２の領域とでばらつく。例えば、第１放熱面３４ｂの第１の領域から受熱面１８ａまでの間隔が絶縁性及び放熱性を考慮した所定の間隔にあるとしても、第１放熱面３４ｂの第２の領域から受熱面１８ａまでの間隔は、この所定の間隔よりも広い場合がある。第２の領域における放熱性は、第１の領域における放熱性よりも低下する。以上より、第１放熱面３４ｂが受熱面１８ａと所定間隔をあけて平行関係にある場合の第１導電体３４全体としての放熱性は、第１放熱面３４ｂが受熱面１８ａと平行関係にない場合の第１導電体３４全体としての放熱性よりも高い。これは、第２放熱面３６ｂと受熱面１８ａとの関係においても同様である。本実施形態の半導体モジュール１６は、受熱面１８ａ上に単に置くだけであっても、第１導電体３４及び第２導電体３６の放熱性を低下させることはない。

さらに、本実施形態の半導体モジュール１６は、受熱面１８ａ上に複数個配置する場合であっても、上述したような半導体モジュール１６の放熱性、及び、放熱性に起因する各半導体モジュール１６の性能は、半導体モジュール１６間でばらつくことはない。これは、どの半導体モジュール１６であっても、上述したように、第２絶縁体６２により、第１放熱面が３４ｂ及び第２放熱面３６ｂを受熱面１８ａと平行にし、第１放熱面が３４ｂから受熱面１８ａまでの間隔及び第２放熱面が３６ｂから受熱面１８ａまでの間隔を絶縁性及び放熱性を考慮した所定の間隔にすることができるからである。

ここで、例えば、第２絶縁体６２が予め取り付けられていない半導体モジュールを想定する。このような半導体モジュールは、受熱面１８ａ上に配置する際に、例えば、受熱面１８ａ上に広げて塗布した樹脂により、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂを受熱面１８ａから絶縁するとともに、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂを受熱面１８ａに接着させる。この場合には、受熱面１８ａ上の樹脂の厚さを所定の厚さで均一にして塗布するなどの高精度な管理が要求される。そのため、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂが受熱面１８ａに対して平行関係になるように半導体モジュールを受熱面１８ａに配置することは、困難である。さらに、第１放熱面３４ｂ全面において、第１放熱面３４ｂと受熱面１８ａとの距離を絶縁性及び放熱性のバランスを考慮した所定の厚さに保つように半導体モジュールを受熱面１８ａに配置することは、困難である。同様に、第２放熱面３６ｂ全面において、第２放熱面３６ｂと受熱面１８ａとの距離をこの所定の厚さに保つように半導体モジュールを受熱面１８ａに配置することは、困難である。したがって、このような半導体モジュールを受熱面１８ａ上に複数個配置する場合、各半導体モジュールの放熱性、及び、放熱性に起因する各半導体モジュールの性能は、半導体モジュール１６間でばらつく。結果として、第２絶縁体６２が予め取り付けられていない半導体モジュールは、配置不良に起因する半導体電力変換装置の性能の低下を引き起こす可能性が高い。

以上により、本実施形態によれば、半導体モジュール１６を受熱面１８ａ上に複数個配置する場合であっても、放熱性を損わせることなく冷却器１２の受熱面１８ａ上に半導体モジュール１６を容易に固定することができる。結果として、本実施形態によれば、半導体モジュール１６の配置不良に起因する半導体電力変換装置１０の性能の低下を防ぐことができる。

図７に示すように、半導体電力変換装置１０は、半導体モジュール１６および装置全体の入出力および動作を制御する制御回路基板３２を有している。制御回路基板３２は、支持フレーム１４とほぼ等しい大きさの矩形状に形成されている。制御回路基板３２は、半導体モジュール１６上に重ねて設置され、図示しない固定ねじ等により支持フレーム１４に取り付けられている。各半導体モジュール１６の信号端子５０は、制御回路基板３２に電気的に接続されている。

半導体モジュール１６は、支持フレーム１４の設置空間部２２内に配置され、半導体モジュール１６は、第１絶縁体６２の第２面６２ｃが受熱面１８ａと接するように、受熱面１８ａ上に設置されている。半導体モジュール１６の第１電力端子４６ａおよび第２電力端子４６ｂの接触部４７ａ、４７ｂは、それぞれバスバー２６の接続端子２４に接触し、バスバー２６に電気的に接続されている。また、半導体モジュール１６の複数の信号端子５０は、上方へ突出している。

一列に並んだ複数の半導体モジュール１６において、隣合う２つの半導体モジュール１６は、第１絶縁体５２の側面同志が隣接対向して、あるいは、互いに当接した状態で配置されている。隣合う２つの半導体モジュール１６の内、一方は、他方に対して１８０度反転した向きで配置してもよい。いずれの向きで配置した場合でも、半導体モジュール１６の第１電力端子４６ａおよび第２電力端子４６ｂは、バスバー２６の接続端子２４に確実に係合する。また、この場合でも、いずれの向きで配置した場合でも、半導体モジュール１６の信号端子５０は、絶縁体５２の中央部に位置し、制御回路基板３２に対して所定位置に配置される。

図７に示すように、制御回路基板３２を半導体モジュール１６上に設置することにより、各半導体モジュール１６の信号端子５０の端部は、制御回路基板３２に形成されたスルーホールに挿通され、図示しない半田等により制御回路基板３２に電気的に接続される。

なお、本実施形態の半導体モジュール１６では、第２絶縁体６２は、第１絶縁体５２よりも熱伝導率が高い材料を用いてもよい。第１絶縁体５２は、例えば、シリカフィラーを樹脂に混ぜた安価な材料で構成されている。樹脂は、例えば、エポキシ樹脂などが用いられるが、これに限定されない。第２絶縁体６２は、例えば、熱伝導性かつ絶縁性を有しているフィラーを樹脂に混ぜた材料で構成されている。樹脂は、例えば、エポキシ樹脂や、ポリイミド樹脂などが用いられるが、これに限定されない。フィラーは、例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）フィラー、アルミナフィラーなどが用いられるが、これに限定されない。半導体モジュール１６を受熱面１８ａ上に配置した際に、第２絶縁体６２は、第１放熱面３４ｂと受熱面１８ａの間、及び、第２放熱面３６ｂと受熱面１８ａの間に存在する。つまり、第２絶縁体６２は、第１放熱面３４ｂから受熱面１８ａ及び第２放熱面３６ｂから受熱面１８ａまでの最短の放熱経路に位置している。第２絶縁体６２が上述のような高い熱伝導率を有する材料で構成されていれば、第１導電体３４及び第２導電体３６の放熱性は高まる。一方、半導体モジュールを受熱面１８ａ上に配置した際に、第１絶縁体５２は、第１放熱面３４ｂと受熱面１８ａの間、及び、第２放熱面３６ｂと受熱面１８ａの間に存在しない。第２絶縁体６２は、第１放熱面３４ｂから受熱面１８ａ及び第２放熱面３６ｂから受熱面１８ａまでの最短の放熱経路に位置していない。そのため、第１絶縁体５２が高い熱伝導率を有していなくても、半導体モジュール１６全体としての放熱性が低下することはない。なお、第１絶縁体５２は、第２絶縁体６２と同様の高い熱伝導率を有する材料で構成されていてもよいが、高い熱伝導率を有する材料はコストがかかる。そのため、コスト面を考慮すれば、第１絶縁体５２は、第２絶縁体６２よりも熱伝導率が低い安価な材料で構成されている方が好ましい。

なお、第２絶縁体６２が上述したような熱伝導性かつ絶縁性を有しているフィラーを樹脂に混ぜた材料で構成されている場合、第２面６２ｂは切削加工が施されていてもよい。切削加工は、例えば、ダイヤモンドチップを用いたフライス加工によって行われる。第２面６２ｂは、切削加工によってフィラーが微細な凹凸として表れる。そのため、第２面６２ｂは、荒れた状態の切削面となる。半導体モジュール１６を冷却器１２の受熱面１８ａ上に例えばシリコーン接着剤で接着する際、シリコーン接着剤は、第２面６２ｂの凹凸部分に入り込み硬化する。第２面６２ｂの凹凸部分よるアンカー効果により、半導体モジュール１６と冷却器１２との接合強度は大きくなる。

図８は、実施形態の半導体モジュール１６の製造方法の一例を説明するための図である。なお、図８は、第１接合面３４ａ及び第１放熱面３４ｂに直交する平面における半導体モジュール１６の断面の一例を示す図である。半導体モジュール１６の製造方法は、例えば、リフロー工程と、１次モールド工程と、１次除去加工工程と、２次モールド工程とを有している。
図８の（ａ）は、半導体モジュール１６のリフロー工程後の状態を示す図である。リフロー工程は、半導体モジュール１６の構成部材を半田で接合する工程である。

リフロー工程では、第１導電体３４と、第２導電体３６と、第１半導体素子３８と、第２半導体素子４０と、第１凸型導電体４４ａと、第２凸型導電体４４ｂと、第１電力端子４６ａと、接続部４８と、信号端子５０を、図１を用いて説明したように接合する。

リフロー工程では、第１半導体素子３８が有する第１電極３８ａを第１導電体３４が有する第１接合面３４ａに電気的に接続し、第１半導体素子３８が有する第２電極３８ｂを第１接合面３４ａと対向した第２導電体３６が有する第２接合面３６ａに電気的に接続する。同様に、第２半導体素子４０が有する第１電極４０ａを第１導電体３４が有する第１接合面３４ａに電気的に接続し、第２半導体素子４０が有する第２電極４０ｂを第１接合面３４ａと対向した第２導電体３６が有する第２接合面３６ａに電気的に接続する。なお、リフロー工程時における第１導電体３４は、第１接合面３４ａと直交し、面３４ｄと対向する面３４ｇを有している。リフロー工程時における第１導電体３４は、面３４ｄに直交する方向の幅が図１を用いて説明した第１導電体３４の幅よりも大きく形成されている。同様に、リフロー工程時における第２導電体３６は、第２接合面３６ａと直交し、面３６ｄと対向する面３６ｇを有している。リフロー工程時における第２導電体３６は、面３６ｄに直交する方向の幅が図１を用いて説明した第２導電体３６の幅よりも大きく形成されている。その理由は、第１導電体３４の面３４ｇがリフロー工程時における部品搭載位置のばらつきにより、第２導電体３６の面３６ｇを含む仮想平面上に位置しないことがあるからである。第１導電体３４及第２導電体３６は、後述する１次除去加工工程において第１導電体３４の面３４ｇ及び第２導電体３６の面３６ｇを除去することで、第１接合面３４ａと直交する第１放熱面３４ｂを第１導電体３４に形成するとともに、第２接合面３６ａと直交し、第１放熱面３４ｂを含む仮想平面上に位置する第２放熱面３６ｂを第２導電体３６に形成するための余裕を持たせた大きさである。

図８の（ｂ）は、半導体モジュール１６の１次モールド工程後の状態を示す図である。１次モールド工程は、第１絶縁体５２を用いて、第１半導体素子３８及び第２半導体素子４０を封止し、第１導電体３４、第２導電体３６、第１凸型導電体４４ａ、第２凸型導電体４４ｂ、接続部４８、第１電力端子４６ａの基端部、第２電力端子４６ｂの基端部、及び信号端子５０の基端部を被覆する工程である。１次モールド工程は、例えば、図示しない金型に第１絶縁材料を注入するトランスファーモールドで行われる。第１絶縁材料は、第１絶縁体５２を形成する。第１絶縁材料を注入するためのゲート位置は、第１導電体３４の面３４ｇ近傍または第２導電体３６の面３６ｇ近傍に設置される。１次モールド工程は、既存のモールド装置で行うことができる。金型温度は、例えば、１８０℃、成形圧力は、例えば、１５ＭＰａ程度である。１次モールド工程で用いられる第１絶縁体５２を形成するための金型は、第１電力端子４６ａ、第２電力端子４６ｂ、信号端子５０の位置で合わせられる。１次モールド工程により、第１絶縁体５２は、第１導電体３４の全面および第２導電体３６の全面を被覆している。第１絶縁体５２は、上述した側面５２ａ、５２ｂ、上面５２ｄ、２つの端面５２ｅに加えて、上面５２ｄと対向する底面５２ｆを有している。成形型を型抜きする際に、第１絶縁体５２には、上面５２ｄ、２つの端面５２ｅ、底面５２ｆに亘ってパーティングライン５４が形成される。第１電力端子４６ａは、パーティングライン５４の位置で第１絶縁体５２の一方の端面５２ｅから延出している。第２電力端子４６ｂは、パーティングライン５４の位置で第１絶縁体５２の他方の端面５２ｅから延出している。信号端子５０は、パーティングライン５４の位置で上面５２ｄから延出している。

図８の（ｃ）は、半導体モジュール１６の１次除去加工工程後の状態を示す図である。１次除去加工工程は、第１絶縁体５２、第１導電体３４及び第２導電体３６の一部を除去加工することで、第１接合面３４ａと直交し第１絶縁体５２から露出した第１導電体３４の第１放熱面３４ｂ、第２接合面３６ａと直交し第１放熱面３４ｂを含む仮想平面上に位置し第１絶縁体５２から露出した第２導電体３６の第２放熱面３６ｂ、及び、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂを含む仮想平面上に位置し第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂの周りを囲む第１絶縁体５２の外面（底面５２ｃ）を含む除去加工面１６ａを形成する工程である。なお、除去加工は、例えば、研削、研磨、切り落としなどであるが、これらに限定されるものではない。

半導体モジュール１６を除去加工する方向は、パーティングライン５４が形成された第１絶縁体５２の面のうち、第１電力端子４６ａ、第２電力端子４６ｂ、及び、信号端子５０が延出していない面に対して行われる。ここでは、底面５２ｆに対して除去加工される。パーティングライン５４が形成された底面５２ｆを除去加工するので、第１絶縁体５２の面のうちパーティングライン５４が形成された面は減る。半導体モジュール１６を除去加工する方向は、第１接合面３４ａまたは第２接合面３６ａと直交する平面に直交する方向（以降、第２方向という）でもある。半導体モジュール１６を除去加工する方向は、面３４ｇが第１接合面３４ａと直交する平坦面で形成されていれば、面３４ｇと直交する方向でもある。同様に、半導体モジュール１６を除去加工する方向は、面３６ｇが第２接合面３６ａと直交する平坦面で形成されていれば、面３６ｇと直交する方向でもある。第１除去加工工程は、第２方向に沿って、面３４ｇまたは面３６近傍の第１絶縁体５２の外面から行われる。はじめに、第１除去加工工程により、面３４ｇを被覆していた第１絶縁体５２及び面３６ｇを被覆していた第１絶縁体５２は、除去加工される。面３４ｇが露出した後、第１導電体３４が面３４ｇ側からさらに第２方向に沿って除去加工されると、第１導電体３４には、第１接合面３４ａと直交し、第１導電体３４から露出した面（図１で説明した第１放熱面３４ｂ）が形成される。面３６ｇが露出した後、第２導電体３６が面３６ｇ側からさらに第２方向に沿って除去加工されると、第２導電体３６には、第２接合面３６ａと直交し、第１放熱面３４ｂを含む仮想平面上に位置し、第１導電体３４から露出した面（図１で説明した第２放熱面３６ｂ）が形成される。第１導電体３４の除去加工に伴い、第１導電体３４の第１接合面３４ａ、面３４ｃ、面３４ｅ及び面３４ｆを被覆している第１絶縁体５２の一部も除去加工される。同様に、第２導電体３６の除去加工に伴い、第２導電体３６の第１接合面３６ａ、面３６ｃ、面３６ｅ及び面３６ｆを被覆している第１絶縁体５２の一部も除去加工される。そのため、第１絶縁体５２には、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂを含む仮想平面上に位置し、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂの周りを囲む底面５２ｃが形成される。以上により、１次除去加工工程後、半導体モジュール１６には、同一仮想平面上に位置する第１放熱面３４ｂ、第２放熱面３６ｂ及び底面５２ｃを含む除去加工面１６ａが形成される。ここでは、例えば、ダイヤモンドチップを用いたフライス加工によって行われる。

図８の（ｄ）は、半導体モジュール１６の２次モールド工程後の状態を示す図である。２次モールド工程は、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂを被覆する第２絶縁体６２を除去加工面１６ａに形成する工程である。
図９は、２次モールド工程の一例となる工程を説明するための図である。なお、図９は、第１接合面３４ａ及び第１放熱面３４ｂに直交する平面における半導体モジュール１６の断面の一例を示す図である。

図９（ａ）に示すように、半導体モジュール１６の製造方法は、金型７２を準備し、除去加工面１６ａに第２絶縁体６２を形成するための第２絶縁材料８２を金型７２に配置する工程を有している。なお、この工程は、１次モールド工程よりも前に行われてもよい。
金型７２は、平坦な第１面７２ａを有している。第１面７２ａには、掘り込み部７２ｂが形成されている。掘り込み部７２ｂは、第１面７２ａと直交する方向に所定の深さを有し、第１面７２ａと平行な第２面７２ｃを有している。掘り込み部７２ｂの開口は、第２面７２ｃに相当する形状で形成されている。なお、掘り込み部７２ｂの開口は、第２面７２ｃよりも大きい形状であってもよい。

掘り込み部７２ｂは、図３を用いて説明した第２絶縁体６２を除去加工面１６ａに形成するために用いられる。そのため、掘り込み部７２ｂの形状は、第２絶縁体６２の形状を規定している。掘り込み部７２ｂは、例えば、第２面７２ｃが矩形状で形成された略直方体形状である。なお、第２面７２ｃは、矩形状以外の形状で形成されていてもよい。掘り込み部７２ｂの深さは、第２絶縁体６２の第１方向の厚さを規定する。そのため、掘り込み部７２ｂの深さは、上述したように冷却器１２の受熱面１８ａに対する絶縁性、及び、第１導電体３４と第２導電体３６の放熱性のバランスを考慮して決定される第２絶縁体６２の厚さに相当する。掘り込み部７２ｂの所定の深さは、例えば、０．２ｍｍで形成されている。

掘り込み部７４の開口は、除去加工面１６ａ全面が嵌らない程度の大きさで構成されている。掘り込み部７４の開口は、さらに、除去加工面１６ａを第１面７２ａに接触させたときに、第１放熱面３４ｂ全面及び第２放熱面３６ｂ全面と対向する大きさで構成されている。掘り込み部７４の開口は、除去加工面１６ａを第１面７２ａに接触させたときに、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂが第１面７２ａと接触することなく第２面７２ｃと対向し、第１絶縁体５２の外面５２ｃの一部が第１面７２ａに接触する大きさである。

第２面７２ｃの中央近傍には、第２絶縁体６２を形成するための第２絶縁材料８２が配置されている。第２絶縁材料８２を第２面７２ｃの中央近傍に配置するのは、掘り込み部７２ｂを第２絶縁材料８２で充填する作業は煩雑だからである。第２絶縁材料８２の体積は、掘り込み部７４の容積以上である。仮に、第２絶縁材料８２が掘り込み部７４の容積より少ないとすると、第２絶縁材料８２は、掘り込み部７４を充填できない。そうすると、除去加工面１６ａには、設計どおりの第２絶縁体６２を形成できない。金型７２は、例えば１００℃以上に加熱されている。そのため、第２絶縁材料８２は、軟化して変形可能になる。

図９の（ａ）に示すように、半導体モジュール１６の製造方法は、金型７２の第１面７２ａと直交する方向に沿って、除去加工面１６ａと第１面７２ａとの相対距離を近づける工程を有している。第１面７２ａと直交する方向は、第２面７２ｃと直交する方向と同じである。半導体モジュール１６は、除去加工面１６ａが第１面７２ａと平行関係にある状態を維持される。第１放熱面３４ｂ全面及び第２放熱面３６ｂ全面が第２面７２ｃと対向する状態を維持しながら、除去加工面１６ａと第１面７２ａとの相対距離は近づけられる。例えば、半導体モジュール１６は、除去加工面１６ａと直交する方向に上面５２ｄ側から荷重が加えられることで、除去加工面１６ａと第１面７２ａとの平行関係を保ちつつ固定された金型７２に近づく。半導体モジュール１６は、除去加工面１６ａが金型７２の第１面７２ａに接触するまで荷重が加えられる。なお、除去加工面１６ａと第１面７２ａとの相対距離が近づけばよいため、例えば、半導体モジュール１６は固定され、金型７２は可動であってもよい。この場合、金型７２は、第１面７２ａと直交する方向に沿って荷重が加えられることで、除去加工面１６ａと第１面７２ａとの平行関係を保ちつつ固定された半導体モジュール１６に近づく。また、半導体モジュール１６及び金型７２はともに可動であってもよい。この場合、半導体モジュール１６は、除去加工面１６ａと直交する方向に上面５２ｄ側から荷重が加えられ、さらに、金型７２は、第１面７２ａと直交する方向に沿って荷重が加えられる。半導体モジュール１６及び金型７２は、除去加工面１６ａと第１面７２ａとの平行関係を保ちつつ互いに近づく。

図９の（ｂ）に示すように、半導体モジュール１６の製造方法は、金型７２に形成された掘り込み部７２ｂの第２面７２ｃに配置された第２絶縁材料８２と除去加工面１６ａとを接触させることで、除去加工面１６ａと直交する方向の厚さが一定の第２絶縁体６２を除去加工面１６ａに形成する工程を有している。

第１放熱面３４ｂ全面及び第２放熱面３６ｂ全面が第２面７２ｃと対向する状態を維持しながら除去加工面１６ａと第１面７２ａとの相対距離を近づけていくと、第２面７２ｃに配置された第２絶縁材料８２の頂部は、除去加工面１６ａと接触する。さらに除去加工面１６ａと第１面７２ａとの相対距離を近づけていくと、第２絶縁材料８２は、除去加工面１６ａと第２面７２ｃとで挟まれ、第２面７２ｃと直交する方向の両側から加圧される。第２絶縁材料８２は、第２面７２ｃと直交する方向に縮むとともに第２面７２ｃ方向に延びるように変形する。第２絶縁材料８２の変形に伴い、除去加工面１６ａは、第２絶縁材料８２で徐々に被覆される。さらに除去加工面１６ａが第１面７２ａに接触すると、除去加工面１６ａは、掘り込み部７２ｂの開口を塞ぐように金型７２と合わされる。第２絶縁材料８２は、除去加工面１６ａと掘り込み部７２ｂとで形成される空間内に行き渡る。掘り込み部７２ｂは、第２絶縁材料８２で充填された状態になる。なお、第１放熱面３４ｂ及び第２放熱面３６ｂは、第１面７２ａと接触することなく第２面７２ｃと対向し、第１絶縁体５２の外面５２ｃの一部は、第１面７２ａに接触するため、除去加工面１６ａが掘り込み部７４に嵌ることはない。

半導体モジュール１６により変形された第２絶縁材料８２は、除去加工面１６ａに貼り付き、第２絶縁体６２を形成する。第２絶縁体６２は、第１放熱面３４ｂと第２放熱面３６ｂを被覆する。第２絶縁体６２は、除去加工面１６ａと直交する方向の厚さが一定の厚さで構成されている。なお、除去加工面１６ａが第１面７２ａに接触するとき、除去加工面１６ａは、掘り込み部７２ｂの開口全体を塞がなくてもよい。掘り込み部７２ｂの開口の一部が除去加工面１６ａで塞がれていなければ、掘り込み部７２ｂ全体に行き渡る量以上の余分な第２絶縁材料８２は、除去加工面１６ａからの圧力により、除去加工面１６によって塞がれていない開口の一部を介して掘り込み部７２ｂから溢れ出る。

その後、図９の（ｃ）に示すように、半導体モジュール１６の製造方法は、金型７２を半導体モジュール１６から取り外して、半導体モジュール１６のアフターキュアを行う工程を備えている。金型７２は、底面５２ｃ及び第２絶縁体６２から取り外される。第２絶縁体６２は、アフターキュアにより、完全に硬化する。

上述のような金型７２を用いて半導体モジュール１６の除去加工面１６ａに第２絶縁体６２を形成する工程によれば、第２絶縁体６２は、除去加工面１６ａに貼り付けられると共に、除去加工面１６ａと直交する方向の厚さが一定の厚さで構成される。本実施形態に係る半導体モジュール１６の製造方法は、除去加工面１６ａに第２絶縁体６２を貼り付ける工程と、除去加工面１６ａと直交する方向における第２絶縁体６２の厚さを一定の厚さに調整する工程とを１つの工程で行うことができる。したがって、本実施形態に係る半導体モジュール１６の製造方法は、製造工程数を減らすことができる。

さらに、本実施形態に係る半導体モジュール１６の製造方法によれば、第２絶縁体６２を成形するための金型は、金型７２のみ用意すればよい。樹脂材料の成形は、通常２つの金型を用いて行われるが、本実施形態では、半導体モジュール１６自体が第２絶縁材料８２を成形するために用いられる金型７２の対となる金型として機能する。つまり、除去加工面１６ａが金型７２に接触する時、除去加工面１６ａは、掘り込み部７２ｂの開口を塞ぐように金型７２と合わされる。第２絶縁材料８２は、除去加工面１６ａと掘り込み部７２ｂとで模られる形状に成形される。したがって、本実施形態に係る半導体モジュール１６の製造方法は、第２絶縁体６２を成形する際に用いる金型を簡素化することができる。

以上により、本実施形態によれば、受熱面１８ａ上に複数個配置する場合であっても、放熱性を損わせることなく冷却器１２の受熱面１８ａ上に容易に固定することができる半導体モジュール１６を簡易に製造することができる。

次に、２次モールド工程前の第２絶縁材料８２のプリフォーム工程について説明する。プリフォーム工程は、除去加工面１６ａを金型７２に接触させる前に、第２面７２ｃに配置された第２絶縁材料８２を成形する工程である。第２絶縁材料８２は、金型７２上で軟化して変形可能な状態のときに成形される。なお、第２絶縁材料８２は、金型７２上で成形することなく、ここで説明するプリフォーム工程と同様の工程により他の金型で成形された後のものを第２面７２ｃに配置してもよい。

図１０は、実施形態のプリフォーム工程の一例を説明するための図である。図１０は、第１面７２ａと直交する面における金型７２の断面図である。
第２絶縁材料８２は、凸状の曲面形状に成形されている。第２絶縁材料８２は、第２面７２ｃと直交する方向における高さが第２面７２ｃの第１地点で最も高く、第１地点よりも遠い第２面７２ｃの第２地点の高さが第１地点よりも遠くなるにつれ徐々に低くなる曲面形状に成形されていてもよい。第２絶縁材料８２は、第２面７２ｃと直交する方向の高さが最も高い第２面７２ｃの位置を第１地点とした場合、第１地点よりも遠い第２地点の高さが第１地点より遠くなるにつれ徐々に低くなる曲面形状に成形されていてもよい。第２絶縁材料８２は、例えば、半球状、楕円体、半円筒形状等に成形されている。なお、第２絶縁材料８２が配置される第２面７２ｃの位置は特に限定されないが、第２絶縁材料８２は、第２面７２ｃの中央近傍に配置されていれば、掘り込み部７２ｂ全体に行き渡りやすくなる。第２絶縁材料８２の頂部の位置は、例えば、第２面７２ｃの中央近傍にあるが、この位置に限られるものではない。

第２絶縁材料８２は、例えば、金型７４を用いて成形されるが、他の手段で成形されてもよい。金型７４は、上記のように第２絶縁材料８２を成形可能な形状にかたどられている。図１０（ａ）に示すように、金型７４は、第２面７２ｃに直交する方向に沿って、第２面７２ｃに近づけられる。金型７４は、図１０（ｂ）に示すように、金型７４は、第２面７２ｃに対して押し当てることで、第２絶縁材料８２を成形する。

プリフォーム工程前の第２絶縁材料８２の形状がばらついていても、プリフォーム工程後の第２絶縁材料８２の形状は、常に同じになる。上述の半導体モジュール１６の製造過程において第２絶縁材料８２と除去加工面１６ａとを接触させたときに、プリフォームされた第２絶縁材料８２は、掘り込み部７２ｂ内でほぼ同じような広がり方をする。そのため、複数の半導体モジュール１６それぞれに形成される第２絶縁体６２は、ほぼ同じ形状となる。したがって、プリフォーム工程によれば、半導体モジュール１６に対する第２絶縁体６２の形成ミスを防止することができる。なお、金型７４は、常に同じ形状に第２絶縁材料８２を成形できればよいため、高精度な形状の金型を必要としない。そのため、プリフォーム工程に金型７４を用いることは、大きなコストアップとはならない。

さらに、図１０に示すような形状に成形された第２絶縁材料８２によれば、第１面７２ａと直交する方向に沿って除去加工面１６ａと第１面７２ａとの相対距離を近づけていく過程において、除去加工面１６ａと第２絶縁材料８２との間隔は、第２絶縁材料８２の頂部と対向する除去加工面１６ａの位置が最も狭く、この地点よりも遠くなるにつれ徐々に広くなる。第１面７２ａと直交する方向に沿って除去加工面１６ａと第１面７２ａとの相対距離を近づけていくと、第２絶縁材料８２の頂部が最初に除去加工面１６ａに接触する。さらに除去加工面１６ａを第１面７２ａに近づけるにつれ、第２絶縁材料８２は、頂部が接触した地点から離れる方向に順々に除去加工面１６ａを被覆していく。第２絶縁材料８２は、空気を巻き込むことなく除去加工面１６ａを被覆する。第２絶縁体６２と除去加工面１６ａとの間にボイドが発生することはない。図１０に示すように成形された第２絶縁材料８２により第２絶縁体６２が形成された半導体モジュール１６は、ボイドに起因する放熱性の低下を招くことはない。

図１１は、実施形態のプリフォーム工程の他の例を説明するための図である。図１１は、金型７２を第１面７２ａ側から見た平面図である。第２面７２ｃは、略矩形状で形成されている。第２絶縁材料８２は、第２面７２ｃの中央近傍に配置されている。

略矩形状の第２面７２ｃ上における第２絶縁材料８２の外縁は、第２面７２ｃの各辺と略平行な辺を有している。図１１に示す例では、第２絶縁材料８２の外縁は、第２面７２ｃの４辺と略平行な４辺を有している。

さらに、第２絶縁材料８２の外縁は、第２面７２ｃの４つの頂点近傍において、第２面７２ｃの中央部分から第２面７２ｃの４つの頂点に向けて突出した形状に成形されている。第２絶縁材料８２の外縁は、第２面７２ｃの各辺と略平行な第２絶縁材料８２の各辺を延して形成される仮想的な頂点よりも、この仮想的な頂点の近傍にある第２面７２ｃの頂点の近くに位置する形状に成形されていてもよい。第２絶縁材料８２の外縁は、仮想的な頂点からこの仮想的な頂点の近傍にある第２面７２ｃの頂点に向けて突出する形状に成形されていてもよい。第２絶縁材料８２の外縁は、第２面７２ｃの頂点から第２絶縁材料８２までの間隔が第２面７２ｃの辺とこの辺に略平行な第２絶縁材料８２の辺との間隔以下となるように成形されていてもよい。第２絶縁材料８２の外縁は、第２面７２ｃの略相似形状の頂点部分よりも第２面７２ｃの頂点側に突出した形状に成形されていてもよい。

第２絶縁材料８２が掘り込み部７２の角部の近くに配置されていなければ、第２絶縁材料８２は、除去加工面１６ａからの圧力により第２面７２ｃの中央近傍から離れる方向に延びるように変形したとしても、確実に掘り込み部７２の角部まで到達しない可能性がある。掘り込み部７２ｂの開口の一部が除去加工面１６ａで塞がれていなければ、第２絶縁材料８２は、掘り込み部７２の角部を充填することなく、開口の一部を介して掘り込み部７２ｂから溢れ出ることもある。

図１１に示すように成形された第２絶縁材料８２は、掘り込み部７２の角部近傍へ効率よく広がり、掘り込み部７２の角部における充填性を高めることができる。半導体モジュール１６の除去加工面１６ａには、掘り込み部７２で規定する設計どおりの第２絶縁体６２を高精度に形成可能である。

なお、図１１に示す第２絶縁材料８２は、図１０に示した曲面形状を組み合わせてもよい。第２絶縁材料８２は、第２面７２ｃと直交する方向における高さが第２面７２ｃの中央近傍の第１地点で最も高く、第１地点から第２面７２ｃの頂点の近くに位置する第２地点にかけて徐々に低くなる曲面形状に成形されていてもよい。このような第２絶縁材料８２は、空気を巻き込むことなく除去加工面１６ａを被覆できるだけでなく、掘り込み部７２の角部近傍への充填性を高めることができる。

なお、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、半導体モジュールおよび電力変換装置の構成部材の寸法、形状等は、前述した実施形態に限定されることなく、設計に応じて種々変更可能である。

１０…半導体電力変換装置、１２…冷却器、１４…支持フレーム、１６…半導体モジュール、１６ａ…除去加工面、１８…冷却ブロック、１８ａ…受熱面、２０…冷媒流路、２２…設置空間部、２４…接続端子、２６…バスバー、２８…入力端子、３０…出力端子、３２…制御回路基板、３４…第１導電体、３４ａ…第１接合面、３４ｂ…第１放熱面、３６…第２導電体、３６ａ…第２接合面、３６ｂ…第２放熱面、３８…第１半導体素子、３８ａ…第１電極、３８ｂ…第２電極、３８ｃ…接続端子、４０…第２半導体素子、４０ａ…第１電極、４０ｂ…第２電極、４２ａ〜４２ｆ…接合体（半田シート）、４４ａ…第１凸型導電体、４４ｂ…第２凸型導電体、４５ａ…凸部、４５ｂ…凸部、４６ａ…第１電力端子、４６ｂ…第２電力端子、４７ａ…接触部、４７ｂ…接触部、４８…接続部、５０…信号端子、５０ａ…エミッタ分岐端子、５０ｂ…電流モニタ端子、５０ｃ…ゲート端子、５０ｄ…チップ温度モニタ端子、５０ｅ…チップ温度モニタ端子、５１ａ…開口、５１ｂ…開口、５２…第１絶縁体、５２ａ…側面、５２ｂ…側面、５２ｃ…底面、５２ｄ…上面、５２ｅ…端面、５２ｆ…底面、５３ａ…端部、５４…パーティングライン、５６…凹所、６２…第２絶縁体、６２ａ…第１面、６２ｂ…第２面、７２…金型、７２ａ…第１面、７２ｂ…掘り込み部、７２ｃ…第２面、７４…金型、８２…第２絶縁材料。

Claims (5)

1. 半導体素子が有する第１電極を第１導電体が有する第１接合面に電気的に接続し、前記半導体素子が有する第２電極を前記第１接合面と対向した第２導電体が有する第２接合面に電気的に接続する工程と、
   第１絶縁体を用いて、前記半導体素子を封止し、前記第１導電体及び前記第２導電体を被覆する工程と、
   前記第１絶縁体、前記第１導電体及び前記第２導電体を除去加工することで、前記第１接合面と直交し前記第１絶縁体から露出した前記第１導電体の第１面、前記第２接合面と直交し前記第１面を含む仮想平面上に位置し前記第１絶縁体から露出した前記第２導電体の第２面、及び、前記第１面及び前記第２面を含む仮想平面上に位置し前記第１面及び前記第２面の周りを囲む前記第１絶縁体の第３面を含む除去加工面を形成する工程と、
   金型に形成された掘り込み部に配置された第２絶縁体と前記除去加工面とを接触させることで、前記除去加工面と直交する方向の厚さが一定の前記第２絶縁体を前記除去加工面に形成する工程と、
   を備える半導体モジュールの製造方法。
2. 前記第２絶縁体は、前記第１絶縁体よりも熱伝導率が高い、請求項１に記載の半導体モジュールの製造方法。
3. 前記掘り込み部の第１面に配置された前記第２絶縁体は、前記掘り込み部の第１面と直交する方向における高さが前記掘り込み部の第１面の第１地点で最も高く、前記第１地点よりも遠い前記掘り込み部の第１面の第２地点の高さが前記第１地点よりも遠くなるにつれ低くなる曲面形状に成形されている、請求項１または２に記載の半導体モジュールの製造方法。
4. 前記掘り込み部の略矩形状の第１面上に配置された前記第２絶縁体の外縁は、前記掘り込み部の第１面の各辺と略平行な辺を有し、前記掘り込み部の第１面の各辺と略平行な前記第２絶縁体の各辺を延して形成される仮想的な頂点よりも前記仮想的な頂点の近傍にある前記掘り込み部の第１面の頂点の近くに位置する形状に成形されている、請求項１から３の何れか１項に記載の半導体モジュールの製造方法。
5. 前記除去加工は、パーティングラインが形成された前記第１絶縁体の面のうち、前記第１導電体に電気的に接続された第１電力端子、前記第２導電体に電気的に接続された第２電力端子、及び、前記半導体素子に接続された信号端子が延出していない面に対して行われる、
   請求項１から４の何れか１項に記載の半導体モジュールの製造方法。