功率模块的制作方法

本发明涉及在从发电以及供电至高效的能量利用以及再生的所有方面利用的功率模块。

背景技术：

在从产业设备至家电、信息终端的所有产品中，功率模块正在普及，关于搭载于家电的模块，要求小型轻质化，并且还要求能够对应于多品种的高生产率和高可靠性。另外，作为搭载于功率模块的功率半导体元件，动作温度高、效率优良的sic(碳化硅)功率半导体元件成为今后的主流的可能性高。因此，同时还要求功率模块是在sic半导体元件的高温动作中能够应用的封装体方式。

在专利文献1中，记载了对纵向构造的功率misfet(metalinsulatorsemiconductorfield-effect-transistor，金属绝缘体半导体场效应晶体管)进行树脂密封的半导体装置。专利文献1的半导体装置的封装体是将封装体端子配置于下部的表面安装用csp(chipscalepackage，芯片级封装)。专利文献1的半导体装置通过对用布线部件夹着的功率半导体元件(功率misfet)进行树脂模塑而被封装化。在被封装化的密封体1的上部，连接于功率半导体元件的漏极电极的连接部件3dl的上表面部露出，在密封体1的下部，连接于功率半导体元件的源极电极的连接部件3sl、连接于栅极电极的连接部件3gl露出。

在专利文献2中，记载了具备如下电极构造的电力用半导体装置：以降低由于外部的布线部件引起的对功率半导体元件(电力用半导体元件)施加的应力作为目的，将连接搭载于电路基板的功率半导体元件的上部电极(表面电极)与外部的布线部件的电极部件在中途连接到电路基板。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2006－179735号公报(第0023段～第0048段、图5)

专利文献2：日本特开2013－65836号公报(第0008段、第0013段～第0021段、图2)

技术实现要素：

功率模块由于处理高电压以及大电流，所以放热大，对高温动作的要求大。进一步地，预计能够改进特性的以sic为代表的新的功率半导体元件的应用变成当务之急，它们能够进行超过250℃的高温动作。其结果，对功率模块、封装体的构造、接合部也要求高耐热性。关于功率半导体元件的背面侧(例如，集电极侧)的管芯键合(die-bonding)方法，代替以往的焊接，正在使应用纳米粉末的低温烧结现象的银烧结接合实用化，将目标定为改进耐热性。关于功率半导体元件的表面侧(发射极侧)与电路基板、外部端子的连接，作为代替铝导线(wire)的高耐热材料，研究铜导线等。但是，硬度比铝高的铜对功率半导体元件的损伤大，有可能对功率半导体元件的表面电极(发射极电极等)造成裂纹、可靠性降低等。另外，在将铜导线键合时，需要用于抑制氧化的专用装置，还原气体的供给等设备方面的复杂性无法避免。

专利文献1的半导体装置的封装体是表面安装用csp，所以，专利文献1的半导体装置能够直接进行表面安装于印刷基板等。在驱动汽车用设备、交流马达的逆变器装置等中使用的功率模块、即处理大电流的功率模块中，需要利用导线、母线而连接到外部螺纹卡止电极(screw-fastenedelectrode)等外部电极构件。在使用专利文献1的封装体的情况下，功率半导体元件的表面电极与外部电极构件的连接需要暂时在陶瓷基板(电路基板)的导体层进行中继而从导体层向外部电极构件进行导线连接、母线连接，安装面积变大，存在无法使搭载有功率半导体元件的功率模块小型化的问题。专利文献1的半导体装置还能够用导线连接在上表面部露出的连接部件3dl的露出部和外部螺纹卡止电极等，但在功率半导体元件的正上方，几乎无法期望连接中使用的导线的温度降低，在高温动作时，对导线自身要求高耐热性。

在专利文献2的电力用半导体装置中，记载了将连接功率半导体元件的上部电极(表面电极)与外部的布线部件的电极部件在中途连接到电路基板的电极构造，但用长电线连接电极部件的端部与对外部电极构件进行螺纹卡止的端子，未记载用导线连接电极部件的端部与外部电极构件，或者用导线连接电极部件的端部与电线。

本发明是为了解决上述问题点而完成的，其目的在于，得到能够不在电路基板的导体层进行中继而连接外部端子构件与功率半导体元件的表面电极、并且即使与外部端子构件连接的导线等连接件是焊料、铝制的也能够进行高温动作、且可靠性提高的功率模块。

本发明涉及一种功率模块，其特征在于，具备搭载于电路基板的功率半导体元件以及连接到功率半导体元件的表面主电极的适配器，适配器具备连接到功率半导体元件的表面主电极的主电极布线部件，主电极布线部件具备连接到功率半导体元件的表面主电极的元件连接部、配置于元件连接部的外侧并且连接于电路基板的基板连接部以及配置于元件连接部的外侧并且经由连接件连接到外部电极的连接件连接部。

在本发明的功率模块中，连接于功率半导体元件的表面主电极的适配器的主电极布线部件在元件连接部以及基板连接部的外侧具备经由连接件连接到外部电极的连接件连接部，所以，能够不在电路基板的导体层进行中继而连接作为外部端子构件的外部电极与功率半导体元件的表面电极，即使与外部端子构件连接的连接件是焊料、铝制的，也能够进行高温动作，能够提高可靠性。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的功率模块的剖面示意图。

图2是示出图1的适配器的图。

图3是本发明的实施方式1的功率模块的鸟瞰图。

图4是示出图3的适配器内部构造的俯视图。

图5是示出图4的布线部件的鸟瞰图。

图6是图4的适配器的背面鸟瞰图。

图7是示出图1的功率模块的制造过程的图。

图8是示出图1的功率模块的制造过程的图。

图9是本发明的实施方式2的功率模块的剖面示意图。

图10是本发明的实施方式3的功率模块的鸟瞰图。

图11是示出图10的适配器的布线部件以及陶瓷基板的导体层的鸟瞰图。

图12是本发明的实施方式4的功率模块的剖面示意图。

图13是示出图12的适配器以及功率半导体元件的图。

图14是评价图12的功率模块的样品的剖面示意图。

图15是示出图14的样品的测定结果的图。

图16是本发明的实施方式5的功率模块的剖面示意图。

(附图标记说明)

1…功率半导体元件；1d…二极管；1i…开关元件；2…陶瓷基板(电路基板)；7…导线(连接件)；8…密封树脂；10…适配器；13…集电极电极(背面主电极)；14e…发射极电极(表面主电极)；14s…信号电极(表面信号电极)；14k…阴极电极(表面主电极)；22…导体层；22c…导体层；31…主电极布线部件；32…信号布线部件；33…主电极布线部件(背面主电极布线部件)；39…开口部；81…间隙密封件；100…功率模块；311…元件连接部；312…基板连接部；313…导线连接部(连接件连接部)；321…元件连接部(元件信号连接部)；322…基板连接部(基板信号连接部)；323…导线连接部(连接件信号连接部)；333…导线连接部(连接件连接部)。

具体实施方式

实施方式1.

图1是本发明的实施方式1的功率模块的剖面示意图，图2是示出图1的适配器的图。图3是本发明的实施方式1的功率模块的鸟瞰图，图4是示出图3的适配器内部构造的俯视图。图5是示出图4的布线部件的鸟瞰图，图6是图4的适配器的背面鸟瞰图。图7以及图8是示出图1的功率模块的制造过程的图。功率模块100具备功率半导体元件1、作为搭载有功率半导体元件1的电路基板的陶瓷基板2、具有连接到功率半导体元件1的表面电极14的布线部件的适配器10以及散热凸片6。

在散热凸片6上，使用散热油脂(thermalgrease)5而搭载有陶瓷基板2。散热凸片6例如通过铝锻造而形成，尺寸是纵100mm、横150mm、厚度12mm。陶瓷基板2具备陶瓷基体材料21、形成于陶瓷基体材料21的表侧的导体层22以及形成于陶瓷基体材料21的背侧的导体层23。陶瓷基体材料21例如是aln(氮化铝)制的，尺寸是纵95mm、横145mm、厚度0.635mm。导体层22以及23例如是铜制的，厚度是0.4mm。导体层22形成有多个图案，在图1中记载有具有3个导体层22c、22s、22e的例子。在导体层22的表面，形成有银烧结接合部42。银烧结接合部42具有对应于导体层22c、22s、22e的银烧结接合部42c、42s、42e。

将功率半导体元件1通过银烧结接合材料而管芯键合到导体层22。功率半导体元件1例如是si(硅)制的igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)，尺寸是纵15mm、横15mm、厚度0.3mm。形成于功率半导体元件1的背面侧的集电极电极13经由银烧结接合材料固化而成的银烧结接合部42c连接到导体层22c。形成于作为igbt的功率半导体元件1的表面侧的表面电极14是发射极电极14e以及信号电极(表面信号电极)14s。在功率半导体元件1的上方，配置具有多个布线部件的适配器10。适配器10具备主电极布线部件31、信号布线部件32以及密封树脂8。主电极布线部件31以及信号布线部件32是对0.6mm厚度的铜框架进行冲孔而形成的。将主电极布线部件31以及信号布线部件32连接而配置，即接近地配置，并用密封树脂8密封。密封树脂8例如是pps(polyphenylenesulfide，聚苯硫醚)制的。

主电极布线部件31具备连接到功率半导体元件1的发射极电极14e的元件连接部311、连接到陶瓷基板2的导体层22e的基板连接部312以及连接到作为连接件的导线7的导线连接部(连接件连接部)313。信号布线部件32具备连接到功率半导体元件1的信号电极14s的元件连接部(元件信号连接部)321、连接到陶瓷基板2的导体层22s的基板连接部(基板信号连接部)322以及连接到作为连接件的导线71的导线连接部(连接件信号连接部)323。

主电极布线部件31的元件连接部311从密封树脂8露出，通过银烧结接合部41与功率半导体元件1的发射极电极14e(表面主电极)接合。银烧结接合部41是搭载于功率半导体元件1的表面电极14的银烧结接合材料固化而成的接合层。银烧结接合部41具有形成于发射极电极14e上的银烧结接合部41e以及形成于信号电极14s上的银烧结接合部41s。基板连接部312以及导线连接部313通过高低差加工(step(level-difference)-formingprocess)而形成。如图4、图5所示，基板连接部312向功率半导体元件1的外缘3个方向扩展地形成。在其中的1个方向的基板连接部312处，通过高低差加工将其延伸前端部抬起而形成导线连接部313。基板连接部312经由银烧结接合部42e连接到陶瓷基板2的导体层22e。导线连接部313从密封树脂8在上表面露出，并连接于导线7。

信号布线部件32的元件连接部321与主电极布线部件31的元件连接部311同样地，从密封树脂8露出，通过银烧结接合部41s与功率半导体元件1的信号电极14s接合。基板连接部322以及导线连接部323通过高低差加工而形成。基板连接部322以及导线连接部323向与主电极布线部件31的导线连接部313相反的方向延伸。基板连接部322经由银烧结接合部42s连接到陶瓷基板2的导体层22s。位于基板连接部322的上表面的导线连接部323从密封树脂8向上表面侧露出，并连接于导线71。陶瓷基板2的导体层22具有3个导体层22c、22s、22e，导体层22s与功率半导体元件1的信号电极14s连接，导体层22e与功率半导体元件1的发射极电极14e连接，导体层22c与功率半导体元件1的集电极电极(背面主电极)13连接。3个导体层22c、22s、22e适当保持必要的距离地电绝缘，对间隙进行树脂密封。此外，3个导体层22c、22s、22e还存在在电路上同电位的部分。

另外，导线连接部313、323在与元件连接部311、321的相反侧的主电极布线部件31以及信号布线部件32的上表面以及在比密封树脂8的上表面低的位置处，向上表面侧露出，以避免成为在形成银烧结接合部41、42时的加热加压工艺中造成障碍的突出部的方式进行设计。另外，导线连接部313、323大致平坦且水平地露出，设计成容易确保通过导线键合等形成电路时的品质。

如图4所示，在实施方式1的功率模块100中，主电极布线部件31中的基板连接部312向3个方向展开，在其中的一个方向上形成导线连接部313。此外，在图4中，用断续线表示适配器10的密封树脂8。导线7根据功率模块100所需的电流容量来确定根数，在这里，用6根导线7进行导线键合。实施方式1的功率模块100形成有3根信号布线部件32，连接于3个信号电极14s。3个信号电极14s是功率半导体元件1的栅极电极、温度读出电极、阳极电极，与作为表面主电极的发射极电极14e相比，流过的电流是小电流。信号电极14s与发射极电极14e相比，电流是小电流且温度上升小，所以，基板连接部322的正上方成为导线连接部323。

如图3所示，实施方式1的功率模块100是导线连接部313、323从密封树脂8的上表面低一级的构造。此外，在通过嵌入模塑工作法(insertmoldingmethod)形成密封树脂8的情况下，能够做成这样的构造。另外，在通过嵌入模塑工作法形成密封树脂8的情况下，在导线连接部313、323的上表面与密封树脂8的上表面的高低差几乎没有、即大致相同(实质相同)的状态下，也能够使导线连接部313、323露出。

如图6所示，如果从背面观察适配器10，则元件连接部311、321在比基板连接部312、322低一级的部分露出，将该高低差设为与将功率半导体元件1和银烧结接合部41的厚度合计而得到的厚度大致相同(实质相同)，从而能够以在将适配器10以及功率半导体元件1向陶瓷基板2接合时高度大致相同(实质相同)的方式，配置功率半导体元件1的背面和基板连接部312、322。通过将功率半导体元件1的背面和基板连接部312、322配置成大致相同(实质相同)的高度，从而容易将适配器10以及功率半导体元件1向陶瓷基板2接合，能够对接合面均等地施加力，所以，能够提高接合力。

接下来，使用图7、图8、图1来说明功率模块100的制造工艺。首先，制成适配器10。适配器10例如通过嵌入模塑工作法制成。适配器10是在将主电极布线部件31与信号布线部件32配置于嵌入模塑用的模具之后将密封树脂8注入到该模具而制成的。用密封树脂8固定了主电极布线部件31与信号布线部件32的适配器10完成。

如图7所示，使用银烧结接合材料43、44，针对功率半导体元件1，一边加热到300℃并施加10mpa的载荷，一边用10分钟接合到适配器10的元件连接部311、321。如图8所示，通过该接合工序，功率半导体元件1的发射极电极14e以及信号电极14s分别经由银烧结接合材料43、44硬化而成的银烧结接合部41e、41s接合到适配器10的元件连接部311、321。将适配器10与功率半导体元件1接合而成的部件称为半导体元件接合体。

接下来，如图8所示，相对于陶瓷基板2，对半导体元件接合体进行定位，使用银烧结接合材料45、46、47，将功率半导体元件1的背面以及适配器10的基板连接部312、322一边加热到300℃并施加10mpa的载荷，一边用10分钟进行接合。如图1所示，通过该接合工序，作为功率半导体元件1的背面电极(背面主电极)的集电极电极13以及适配器10的基板连接部312、322分别经由银烧结接合材料45、46、47硬化而成的银烧结接合部42c、42e、42s接合到陶瓷基板2的导体层22c、22e、22s。

接下来，如图1所示，使用接线机将导线71连接到适配器10的导线连接部323，使用接线机将导线7连接到适配器10的导线连接部313。导线71例如是铝制的且直径φ0.15mm。导线7例如是铝制的且直径φ0.4mm。其后，使用散热油脂5将陶瓷基板2搭载并粘接到散热凸片6。最后，根据需要，以浸渍导线连接部323与导线71的导线键合接合部、导线连接部313与导线7的导线键合接合部等的方式，用凝胶(硅酮树脂)、灌注密封树脂(环氧)等进行密封。散热凸片6例如是铝制的。

在实施方式1的功率模块100中，连接于功率半导体元件1的表面电极14的主电极布线部件31以及信号布线部件32具有连接于陶瓷基板2的基板连接部312、322，所以，能够通过基板连接部312、322，针对作为电路基板的陶瓷基板2进行散热，能够使导线连接部313、323的表面温度充分低于功率半导体元件1的元件温度。在实施方式1的功率模块100中，导线连接部313、323的温度充分低于功率半导体元件1的动作温度，所以，即使作为连接件的导线7、71是铝制的，也能够进行高温动作，能够提高可靠性。

另外，在实施方式1的功率模块100中，将导线连接部313、323形成于适配器10，所以，在适配器10上能够完成向功率模块100的导线键合工序。在向功率模块100的导线键合工序中，不需要将导线7、71连接到陶瓷基板2，所以，不需要将导线连接部设置于陶瓷基板2，能够实现功率模块100的小型化。另外，实施方式1的功率模块100在陶瓷基板2处没有导线连接部，所以，在使用银烧结接合材料45、46、47将半导体元件接合体与陶瓷基板2进行银烧结接合之后，不需要进行针对陶瓷基板2的导线连接部的清洁、检查，能够缩短功率模块100的制造工序。

在实施方式1的功率模块100中，适配器10的导线连接部313、323形成为相对于陶瓷基板2的陶瓷基体材料21大致平行(实质平行)的面。由此，在实施方式1的功率模块100中，针对适配器10的导线连接部313、323，容易进行不施加超声波的导线键合、施加超声波的导线键合。

在实施方式1的功率模块100中，适配器10的导线连接部313、323在与适配器10的元件连接部311、321的相反侧的主电极布线部件31以及信号布线部件32的上表面以及在比密封树脂8的上表面低的位置处，向上表面侧露出。由此，在实施方式1的功率模块100中，在对元件连接部311、321与功率半导体元件1的发射极电极14e以及信号电极14s进行加压加热接合(银烧结接合等)时，不存在相比作为与元件连接部311、321的相反侧的主电极布线部件31以及信号布线部件32的上表面更向上方突出的部件，所以，在适配器10的元件连接部311、321与功率半导体元件1的发射极电极14e以及信号电极14s之间，能够施加足够的载荷，能够形成高品质的接合部。此外，在实施方式1的功率模块100中，适配器10的导线连接部313、323也可以配置于和作为与适配器10的元件连接部311、321的相反侧的主电极布线部件31以及信号布线部件32的上表面相同的高度。在该情况下，也由于不存在相比作为与元件连接部311、321的相反侧的主电极布线部件31以及信号布线部件32的上表面更向上方突出的部件，所以，在适配器10的元件连接部311、321与功率半导体元件1的发射极电极14e以及信号电极14s之间，能够施加足够的载荷，能够形成高品质的接合部。

在实施方式1的功率模块100中，用密封树脂8包覆作为与适配器10的元件连接部311、321的相反侧的主电极布线部件31以及信号布线部件32的上表面，所以，在对元件连接部311、321与功率半导体元件1的发射极电极14e以及信号电极14s进行加压加热接合(银烧结接合等)时，能够在适配器10的密封树脂8的上表面部均匀施加载荷，能够降低对功率半导体元件1的损伤，能够形成高品质的接合部。

在这里，以陶瓷基板2的陶瓷基体材料21是aln制的例子来进行说明，但也可以是sn(氮化硅)制、氧化铝制的。在该情况下，也得到与aln制的陶瓷基体材料21相同的效果。关于陶瓷基板2的导体层22、23，也不需要限定于铜，也可以是铝。另外，代替陶瓷基板2，还能够使用将树脂绝缘层层叠于金属板的金属基板。

另外，在这里，以对铜制的引线框进行冲孔而形成主电极布线部件31、信号布线部件32的例子来进行说明。主电极布线部件31、信号布线部件32的材料不需要限定于铜，既可以是与功率半导体元件1、陶瓷基板2的热膨胀系数接近的科瓦铁镍钴合金(kovar)、42合金(42alloy)，另外，也可以使用cic包层材料。科瓦铁镍钴合金是对铁混合镍、钴而成的合金。42合金是对铁混合镍而成的合金。cic包层材料是将铜/殷钢(invar)/铜贴合而成的包层材料。在主电极布线部件31、信号布线部件32由与功率半导体元件1、陶瓷基板2的热膨胀系数接近的材料而形成的情况下，能够降低对银烧结接合部41、42施加的热应力。在铜的主电极布线部件31、信号布线部件32的情况下，在主电极布线部件31、信号布线部件32处形成狭缝、开口部，从而在功率模块100中，能够降低主电极布线部件31、信号布线部件32的刚性，降低对银烧结接合部41、42等接合部施加的应力。另外，以导线连接部313形成于与配置有元件连接部311以及基板连接部312的面相反的一侧的相反侧面的例子来进行说明，但导线连接部313也可以形成于将主电极布线部件31的端部折回而将形成有元件连接部311以及基板连接部312的面作为上表面的部分。

另外，在这里，以在主电极布线部件31、信号布线部件32等布线部件与功率半导体元件1、陶瓷基板2的接合中使用银烧结接合材料的例子来进行说明，但在所需的功率模块100的耐热温度不怎么高的情况下，也可以使用基于锡的焊料来接合。在所需的功率模块100的耐热温度高的情况下，也可以使用基于铋的焊料(熔点270℃)、金锡焊料(熔点280℃)来接合。进一步地，通过将由于等温凝固而示出比接合温度高的耐热性的掺铜粉锡膏(弘辉制a－fap等)用作接合材料，也能够得到高的耐热性。

另外，在这里，说明适配器10使用嵌入模塑工作法来制成的例子。嵌入模塑工作法中的密封树脂8是嵌入模塑树脂。然后，以作为嵌入模塑树脂而使用pps(热软化温度280℃)的例子来进行说明，但不需要限定于pps，作为嵌入模塑树脂，还能够使用lcp8(liquidcrystalpolymer8)的液晶聚合物(热软化温度340℃以上)。作为嵌入模塑树脂，除pps以外，还能够选择lcp8，所以，上述接合材料(银烧结接合材料、基于锡的焊料、基于铋的焊料、金锡焊料、掺铜粉锡膏)的选择自由度增加。

进一步地，在密封树脂8是热塑性嵌入模塑树脂的情况下，使嵌入模塑树脂熔融扩展到主电极布线部件31、信号布线部件32等金属布线部件、功率半导体元件1上，还能够作为密封件而发挥功能。即，在使适配器10以及功率半导体元件1接合于陶瓷基板2之后，加热至嵌入模塑树脂软化的温度，从而使嵌入模塑树脂发生热软化，熔融扩展到主电极布线部件31、信号布线部件32等金属布线部件、功率半导体元件1上，能够作为密封件而发挥功能。在该情况下，密封主电极布线部件31、信号布线部件32等金属布线部件的密封树脂8是热塑性嵌入模塑树脂，所以，能够同时进行将适配器10以及功率半导体元件1接合到陶瓷基板2的银烧结接合工序以及在适配器10与陶瓷基板2之间密封间隙的密封工序。

另外，在这里，以作为适配器10的导线连接部313、323与未图示的外部电极的连接而使用铝制的导线的例子来进行说明，但还能够使用其他连接件。作为其他连接件，还可以使用铝合金导线、铜导线或者铝带、铜带，通过对铜板母线进行焊料接合、钎焊或者进行超声波接合，或者对铜板母线进行点焊、摩擦搅拌接合等也能够进行良好的接合。

此外，以作为连接到功率半导体元件1中的多个表面电极14(3个信号电极14s、1个发射极电极14e)的适配器10而具备主电极布线部件31、多个信号布线部件32和密封树脂8的例子来进行说明。在该情况下，为了在接近地配置的多个布线部件(3个信号布线部件32、1个主电极布线部件31)之间维持绝缘状态，需要使用嵌入模塑树脂的密封树脂8。但是，在没有接近的表面电极的情况下、或者在表面电极有1个的情况下，也可以不使用嵌入模塑树脂的密封树脂8。在没有接近的表面电极的情况下、或者在表面电极有1个的情况下，适配器10也可以不具备密封树脂8，即仅有主电极布线部件31以及信号布线部件32。

在使用仅有主电极布线部件31以及信号布线部件32的适配器10的情况下，为了填埋主电极布线部件31、信号布线部件32的周边等空间，用灌注密封树脂、凝胶等密封树脂来覆盖。此外，在具备具有主电极布线部件31、多个信号布线部件32、嵌入模塑树脂的密封树脂8的适配器10的功率模块中，在适配器10与陶瓷基板2之间如果存在间隙，则需要用灌注密封树脂、凝胶等密封树脂来覆盖。此外，不具备密封树脂8的适配器10对应于以往的金属框架(布线用的引线框)。另外，具备密封树脂8的适配器10还能够称为主电极布线部件31与信号布线部件32的相对位置固定的布线部件集合体。具备密封树脂8的适配器10在通过嵌入模塑工作法制成的情况下，还能够用密封树脂8密封预先分离的主电极布线部件31以及信号布线部件32。另外，具备密封树脂8的适配器10在用密封树脂8密封通过框架(外周框)而一体化的主电极布线部件31以及信号布线部件32之后，还能够从框架切开主电极布线部件31、信号布线部件32。

如上所述，在实施方式1的功率模块100中，其特征在于，具备搭载于电路基板(陶瓷基板2)的功率半导体元件1以及连接到功率半导体元件1的表面主电极(发射极电极14e)的适配器10，适配器10具备连接到功率半导体元件1的表面主电极(发射极电极14e)的主电极布线部件31，主电极布线部件31具备连接到功率半导体元件1的表面主电极(发射极电极14e)的元件连接部311、配置于元件连接部311的外侧并且连接到电路基板(陶瓷基板2)的基板连接部312以及配置于元件连接部311的外侧并且经由连接件(导线7)连接到外部电极的连接件连接部(导线连接部313)。通过该特征，在实施方式1的功率模块100中，连接到功率半导体元件1的表面主电极(发射极电极14e)的适配器10的主电极布线部件31在元件连接部311以及基板连接部312的外侧，具备经由连接件(导线7)连接到外部电极的连接件连接部(导线连接部313)，所以，能够不在电路基板(陶瓷基板2)的导体层进行中继而连接作为外部端子构件的外部电极与功率半导体元件1的表面电极(发射极电极14e)，即使与外部端子构件连接的连接件(导线7)是铝制的，也能够进行高温动作，能够提高可靠性。

实施方式2.

图9是本发明的实施方式2的功率模块的剖面示意图。实施方式2的功率模块100是在功率半导体元件1的信号电极14s的周边形成开口部39、并且通过导线71将信号电极14s与未图示的外部电极连接的例子。在图9中，信号布线部件32连接到未图示的其他功率半导体元件的信号电极、功率半导体元件1的不是微细间距的信号电极14s。在图9中，将陶瓷基板2的导体层22中的与信号布线部件32连接的部分记为导体层22x，将银烧结接合部42中的将导体层22x与信号布线部件32接合的部分记为银烧结接合部42x。

实施方式2的适配器10不具备作为嵌入模塑工作法中的嵌入模塑树脂的密封树脂8，至少具备连接到功率半导体元件1的发射极电极14e(表面主电极)的主电极布线部件31。在图9中，示出适配器10具备连接到功率半导体元件1的发射极电极14e(表面主电极)的主电极布线部件31以及连接到未图示的其他功率半导体元件的信号电极、不是微细间距的功率半导体元件1的信号电极14s的信号布线部件32的例子。

在配置有多个微细间距的信号电极14s的情况下，当对信号电极14s与信号布线部件32进行银烧结接合时，有可能在邻接的信号电极14s、信号布线部件32之间进行连接而发生绝缘不良。在配置有多个微细间距的信号电极14s的情况下，如实施方式2的功率模块，通过导线71将信号电极14s与未图示的外部电极连接，从而在接近的信号电极14s的情况下，也能够抑制经由银烧结接合材料的绝缘不良。

另外，功率半导体元件1的信号电极14s未实施能够进行金属接合的金属化的情况也较多。在对信号电极14s未实施能够进行金属接合的金属化的情况下，在实施方式2的功率模块100中，由于在功率半导体元件1的信号电极14s的周边具有开口部39，所以，针对未实施能够进行金属接合的金属化的信号电极14s，也能够进行导线连接。

实施方式3.

在实施方式3中，说明具备经由陶瓷基板2的导体层22连接到形成于功率半导体元件1的背面的集电极电极(背面主电极)13的主电极布线部件33的功率模块100。图10是本发明的实施方式3的功率模块的鸟瞰图，图11是示出图10的适配器的布线部件以及陶瓷基板的导体层的鸟瞰图。此外，在图10、图11中，省略了陶瓷基板2的陶瓷基体材料21、导体层23、散热凸片6。主电极布线部件33连接到作为背面主电极的集电极电极13，所以是背面主电极布线部件。

实施方式3的适配器10具备主电极布线部件31、多个信号布线部件32、多个主电极布线部件33以及密封树脂8。密封树脂8是嵌入模塑工作法中的嵌入模塑树脂。实施方式3的适配器10与实施方式1的适配器10相比，在具有多个主电极布线部件33这一点上不同。说明与实施方式1不同的部分。如图11所示，主电极布线部件33具有基板连接部332和导线连接部(连接件连接部)333。陶瓷基板2的导体层22具有发射极电极14e经由主电极布线部件31而连接的导体层22e、信号电极14s经由信号布线部件32而连接的导体层22s以及对功率半导体元件1的背面进行管芯键合并且延伸至功率半导体元件1的外周的导体层22c。主电极布线部件31以及信号布线部件32与实施方式1相同。

主电极布线部件31中的3个基板连接部312经由银烧结接合部42e连接到导体层22e中的3个连接区域221e。信号布线部件32的基板连接部322经由银烧结接合部42s连接到导体层22s中的连接区域221s。主电极布线部件33中的基板连接部332与主电极布线部件31以及信号布线部件32同样地银烧结接合到导体层22c中的连接区域221c。具体来说，主电极布线部件33中的基板连接部332经由银烧结接合部42连接到导体层22c中的连接区域221c。

在图10中，在3个信号布线部件32的导线连接部323的两旁，主电极布线部件33的导线连接部333露出，将3根导线72连接于各主电极布线部件33、即将合计6根导线72连接于功率模块100。作为连接件的导线72例如是铝制的且直径φ0.4mm。导线72连接未图示的外部电极与主电极布线部件33。

实施方式3的功率模块100除上述以外与实施方式1的功率模块100相同，所以，起到与实施方式1相同的效果。另外，在实施方式3的功率模块100中，通过追加主电极布线部件33，能够在主电极布线部件31、信号布线部件32、主电极布线部件33的布线部件上进行全部的外部布线。因此，在实施方式3的功率模块100中，关于陶瓷基板2的导体层22，不需要进行考虑了用导线连接的导线键合接合强度(导线键合性)的针对导体层22的金属化，能够进行专门用于银烧结接合等布线部件接合的针对导体层22的金属化。另外，在实施方式3的功率模块100中，对陶瓷基板2的导体层22不连接导线，所以，不需要确保导线连接部分的清洁度。

在实施方式3的功率模块100中，适配器10的导线连接部313、323、333形成为相对于陶瓷基板2的陶瓷基体材料21大致平行(实质平行)的面。由此，在实施方式3的功率模块100中，针对适配器10的导线连接部313、323、333，容易进行不施加超声波的导线键合、施加超声波的导线键合。

实施方式4.

图12是本发明的实施方式4的功率模块的剖面示意图，图13是示出图12的适配器以及功率半导体元件的图。实施方式4的功率模块100与实施方式1的功率模块100相比，在搭载2个功率半导体元件1、通过1个主电极布线部件31连接到2个功率半导体元件1的表面主电极这一点上不同。在这里，作为2个功率半导体元件1，说明开关元件1i和二极管1d的例子。开关元件1i例如是igbt。

在散热凸片6上，使用散热油脂5而搭载有陶瓷基板2。散热凸片6例如通过铝锻造而形成，尺寸是纵100mm、横150mm、厚度12mm。陶瓷基板2具备陶瓷基体材料21、形成于陶瓷基体材料21的表侧的导体层22以及形成于陶瓷基体材料21的背侧的导体层23。陶瓷基体材料21例如是aln制的，尺寸是纵95mm、横145mm、厚度0.635mm。导体层22以及23例如是铜制的，厚度是0.4mm。导体层22形成有多个图案，在图12中，记载了具有3个导体层22c、22s、22e的例子。在导体层22的表面，形成银烧结接合部42。银烧结接合部42具有对应于导体层22s、22e的银烧结接合部42s、42e以及对应于连接到导体层22c的开关元件1i的集电极电极(背面主电极)13和二极管1d的阳极电极(背面主电极)15的银烧结接合部42c、42a。

通过银烧结接合材料将开关元件1i以及二极管1d管芯键合到导体层22。开关元件1i是si制的igbt，尺寸是纵15mm、横15mm、厚度0.3mm。二极管1d是si制的，尺寸是纵15mm、横10mm、厚度0.3mm。形成于开关元件1i的背面侧的集电极电极13经由银烧结接合材料固化而成的银烧结接合部42c连接到导体层22c。形成于二极管1d的背面侧的阳极电极15经由银烧结接合材料固化而成的银烧结接合部42a连接到导体层22c。形成于作为igbt的开关元件1i的表面侧的表面电极14是发射极电极14e以及信号电极14s。

在开关元件1i以及二极管1d的上方，配置具有多个布线部件的适配器10。适配器10具备主电极布线部件31、信号布线部件32以及密封树脂8。主电极布线部件31以及信号布线部件32是对0.6mm厚度的铜框架进行冲孔而形成的。将主电极布线部件31以及信号布线部件32连接而配置，即接近地配置，并用密封树脂8密封。密封树脂8例如是pps制的。

主电极布线部件31具备连接到开关元件1i以及二极管1d的表面主电极的元件连接部311、连接到陶瓷基板2的导体层22e的基板连接部312以及连接到导线7的导线连接部313。元件连接部311具有连接到开关元件1i的发射极电极14e的元件连接部311i以及连接到二极管1d的阴极电极14k的元件连接部311d。信号布线部件32具备连接到开关元件1i的信号电极14s的元件连接部321、连接到陶瓷基板2的导体层22s的基板连接部322以及连接到导线71的导线连接部323。

主电极布线部件31的元件连接部311从密封树脂8露出，通过银烧结接合部41与开关元件1i的发射极电极14e(表面主电极)以及二极管1d的阴极电极14k(表面主电极)接合。银烧结接合部41是搭载于开关元件1i的表面电极14以及作为二极管1d的表面主电极的阴极电极14k的银烧结接合材料固化而成的接合层。银烧结接合部41具有形成于开关元件1i的发射极电极14e上的银烧结接合部41e、形成于开关元件1i的信号电极14s上的银烧结接合部41s以及形成于二极管1d的阴极电极14k上的银烧结接合部41k。基板连接部312以及导线连接部313通过高低差加工而形成。基板连接部312与图4、图5同样地，向配置有开关元件1i以及二极管1d的半导体元件配置区域的外缘3个方向扩展而形成。在其中的1个方向的基板连接部312处，通过高低差加工将其延伸前端部抬起而形成导线连接部313。基板连接部312经由银烧结接合部42e连接到陶瓷基板2的导体层22e。导线连接部313从密封树脂8露出于上表面，并连接于导线7。

信号布线部件32的元件连接部321与主电极布线部件31的元件连接部311同样地，从密封树脂8露出，通过银烧结接合部41s与开关元件1i的信号电极14s接合。基板连接部322以及导线连接部323通过高低差加工而形成。基板连接部322以及导线连接部323向与主电极布线部件31的导线连接部313相反的方向延伸。基板连接部322经由银烧结接合部42s连接到陶瓷基板2的导体层22s。位于基板连接部322的上表面的导线连接部323从密封树脂8向上表面侧露出，并连接于导线71。

接下来，说明功率模块100的制造工艺。功率模块100的制造工艺基本上与在实施方式1中的说明相同。首先，制成适配器10。适配器10例如通过嵌入模塑工作法制成。适配器10是在将主电极布线部件31与信号布线部件32配置于嵌入模塑用的模具之后将密封树脂8注入到该模具而制成的。用密封树脂8固定了连接配置的主电极布线部件31与信号布线部件32的适配器10完成。

接下来，使用银烧结接合材料(参照图7的银烧结接合材料43、44)，针对开关元件1i以及二极管1d，一边加热到300℃并施加10mpa的载荷，一边用10分钟接合到适配器10的元件连接部311、321。通过该接合工序，开关元件1i的发射极电极14e以及信号电极14s与二极管1d的阴极电极14k分别经由银烧结接合材料硬化而成的银烧结接合部41e、41s、41k接合到对应的适配器10的元件连接部311、321。将适配器10与功率半导体元件1接合而成的部件称为半导体元件接合体。

接下来，与图8同样地，相对于陶瓷基板2，对半导体元件接合体进行定位，使用银烧结接合材料(参照图8的银烧结接合材料45、46、47)，将开关元件1i以及二极管1d的背面以及适配器10的基板连接部312、322一边加热到300℃并施加10mpa的载荷，一边用10分钟进行接合。如图12所示，通过该接合工序，开关元件1i的背面电极(集电极电极13)、二极管1d的背面电极(阳极电极15)以及适配器10的基板连接部312、322分别经由银烧结接合材料硬化而成的银烧结接合部42c、42a、42e、42s接合到陶瓷基板2的导体层22c、22e、22s。

接下来，如图12所示，使用接线机将导线71连接到适配器10的导线连接部323，使用接线机将导线7连接到适配器10的导线连接部313。导线71例如是铝制的且直径φ0.15mm。导线7例如是铝制的且直径φ0.4mm。其后，使用散热油脂5将陶瓷基板2搭载并粘接到散热凸片6。最后，根据需要，以浸渍导线连接部323与导线71的导线键合接合部、导线连接部313与导线7的导线键合接合部等的方式，用凝胶(硅酮树脂)、灌注密封树脂(环氧)等进行密封。

使用评价样品来测定出功率模块100的放热状态。放热状态是使用热观察器(thermo-viewer)来测定的。图14是评价图12的功率模块的样品的剖面示意图，图15是示出图14的样品的测定结果的图。如图14所示，制作通过导线71连接了开关元件1i的信号电极14s的温度测定样品101。图15所示的热观察器中的观察结果是在以使开关元件1i的温度变成约130℃的方式流过电流的状态下观察的。此外，为了容易观察图15的观察结果，示出代表性的温度边界。

在图15中，追加记载了主电极布线部件31、导线连接部313、连接于导线连接部313的基板连接部312、二极管1d的元件连接部311d、开关元件1i的元件连接部311i的配置位置。用单点划线表示主电极布线部件31的配置位置。另外，在图15中，用断续线102、103、104以及虚线105、108表示代表性的温度边界。断续线102、103、104是95℃的边界，虚线105是120℃的边界，虚线108是75℃的边界。在图15中，示出用断续线102、103、104、虚线105、108分隔开的温度区域s1、s2、s3、s4、s5。温度区域s1是75℃以下，温度区域s2是75度以上且80以下。温度区域s3是80度以上且95以下，温度区域s4是95度以上且120度以下。温度区域s5是120度以上。元件连接部311i的下侧部分(斜线的图案部分)是约130℃。

如图15所示，可知在主电极布线部件31中，随着远离开关元件1i的元件连接部311i而接近基板连接部312，布线部件温度降低，在导线连接部313附近下降至80℃。

在实施方式4的功率模块100中，连接到作为功率半导体元件的开关元件1i以及二极管1d的表面主电极的主电极布线部件31以及信号布线部件32具有连接到陶瓷基板2的基板连接部312、322，所以，能够通过基板连接部312、322针对作为电路基板的陶瓷基板2进行散热，能够使导线连接部313、323的表面温度充分低于开关元件1i以及二极管1d的元件温度。在实施方式4的功率模块100中，导线连接部313、323的温度充分低于功率半导体元件1的动作温度，所以，即使作为连接件的导线7、71是铝制的，也能够进行高温动作，能够提高可靠性。

实施方式4的功率模块100与实施方式1的功率模块100相比，在搭载2个功率半导体元件1、并且通过1个主电极布线部件31连接到2个功率半导体元件1的表面主电极这一点上不同。因此，实施方式4的功率模块100起到与实施方式1的功率模块100相同的效果。

在实施方式4的功率模块100中，用1个主电极布线部件31连接开关元件1i以及二极管1d的表面主电极，所以，相比单独地将主电极布线部件31连接到开关元件1i以及二极管1d的模块，能够实现小型化。另外，在实施方式4的功率模块100中，用1个主电极布线部件31连接开关元件1i以及二极管1d的表面主电极，所以，能够以最短并且低电阻的方式连接开关元件1i与二极管1d，能够改进功率模块的特性。

在这里，以陶瓷基板2的陶瓷基体材料21是aln制的例子来进行说明，但也可以是sn(氮化硅)制、氧化铝制的。在该情况下，也得到与aln制的陶瓷基体材料21相同的效果。关于陶瓷基板2的导体层22、23，也不需要限定于铜，也可以是铝。另外，代替陶瓷基板2，还能够使用将树脂绝缘层层叠于金属板的金属基板。

另外，在这里，以对铜制的引线框进行冲孔而形成主电极布线部件31、信号布线部件32的例子来进行说明。主电极布线部件31、信号布线部件32的材料不需要限定于铜，既可以是与开关元件1i以及二极管1d、陶瓷基板2的热膨胀系数接近的科瓦铁镍钴合金(kovar)、42合金(42alloy)，另外，也可以使用cic包层材料。在主电极布线部件31、信号布线部件32由与开关元件1i以及二极管1d、陶瓷基板2的热膨胀系数接近的材料形成的情况下，能够降低对银烧结接合部41、42施加的热应力。在铜的主电极布线部件31、信号布线部件32的情况下，通过在主电极布线部件31、信号布线部件32处形成狭缝、开口部，功率模块100能够降低主电极布线部件31、信号布线部件32的刚性，降低对银烧结接合部41、42等接合部施加的应力。另外，以导线连接部313形成于与配置有元件连接部311以及基板连接部312的面相反的一侧的相反侧面的例子来进行说明，但导线连接部313也可以形成于将主电极布线部件31的端部折回而将形成有元件连接部311以及基板连接部312的面作为上表面的部分。

另外，在这里，以在主电极布线部件31、信号布线部件32等布线部件与开关元件1i以及二极管1d、陶瓷基板2的接合中使用银烧结接合材料的例子来进行说明，但在所需的功率模块100的耐热温度不怎么高的情况下，也可以使用基于锡的焊料来接合。在所需的功率模块100的耐热温度高的情况下，也可以使用基于铋的焊料(熔点270℃)、金锡焊料(熔点280℃)来接合。进一步地，通过将由于等温凝固而示出比接合温度高的耐热性的掺铜粉锡膏(弘辉制a－fap等)用作接合材料，也能够得到高的耐热性。

另外，在这里，说明适配器10使用嵌入模塑工作法制成的例子。嵌入模塑工作法中的密封树脂8是嵌入模塑树脂。然后，以作为嵌入模塑树脂而使用pps(热软化温度280℃)的例子来进行说明，但不需要限定于pps，作为嵌入模塑树脂，还能够使用lcp8的液晶聚合物(热软化温度340℃以上)。作为嵌入模塑树脂，除pps以外，还能够选择lcp8，所以，上述接合材料(银烧结接合材料、基于锡的焊料、基于铋的焊料、金锡焊料、掺铜粉锡膏)的选择自由度增加。

进一步地，在密封树脂8是热塑性嵌入模塑树脂的情况下，使嵌入模塑树脂熔融扩展到主电极布线部件31、信号布线部件32等金属布线部件、开关元件1i以及二极管1d上，还能够作为密封件而发挥功能。即，在使适配器10以及功率半导体元件1接合于陶瓷基板2之后，加热至嵌入模塑树脂软化的温度，从而使嵌入模塑树脂发生热软化，熔融扩展到主电极布线部件31、信号布线部件32等金属布线部件、开关元件1i以及二极管1d上，能够作为密封件而发挥功能。在该情况下，密封主电极布线部件31、信号布线部件32等金属布线部件的密封树脂8是热塑性嵌入模塑树脂，所以，能够同时进行将适配器10、开关元件1i以及二极管1d接合到陶瓷基板2的银烧结接合工序以及在适配器10与陶瓷基板2之间密封间隙的密封工序。

另外，在这里，以作为适配器10的导线连接部313、323与未图示的外部电极的连接而使用铝制的导线的例子来进行说明，但还能够使用其他连接件。作为其他连接件，还可以使用铝合金导线、铜导线或者铝带、铜带，通过对铜板母线进行超声波接合，或者对铜板母线进行点焊、摩擦搅拌接合等也能够进行良好的接合。

实施方式5.

图16是本发明的实施方式5的功率模块的剖面示意图。实施方式5的功率模块100在通过间隙密封件81覆盖银烧结接合部41、42在这一点上，与实施方式1的功率模块100不同。如在实施方式1中说明的那样，在将功率半导体元件1经由银烧结接合部41、42接合到适配器10以及陶瓷基板2之后，使用散热油脂5将陶瓷基板2搭载并粘接到散热凸片6。最后，根据需要，以浸渍导线连接部323与导线71的导线键合接合部、导线连接部313与导线7的导线键合接合部等的方式，用凝胶(硅酮树脂)、灌注密封树脂(环氧)等进行密封。此时，凝胶、灌注密封树脂也同时包覆从适配器10的与陶瓷基板2对置的对置部向远离陶瓷基板2的方向延伸的适配器10的外周部以及陶瓷基板2的适配器10的外周部周边。

在包覆适配器10的外周部与陶瓷基板2中的适配器10的外周部周边、并且以浸渍导线连接部323与导线71的导线键合接合部、导线连接部313与导线7的导线键合接合部等的方式用凝胶、灌注密封树脂等进行密封的情况下，间隙密封件81最好使用耐热性(热软化温度)比凝胶、灌注密封树脂高的密封材料，例如，聚酰亚胺树脂、低温烧成玻璃膏。在实施方式5的功率模块100中，银烧结接合部41、42被耐热性(热软化温度)比凝胶、灌注密封树脂高的间隙密封件81包覆，密封功率半导体元件1与主电极布线部件31以及信号布线部件32的间隙，所以，能够避免进行高温动作的功率半导体元件1直接接触到凝胶、灌注密封树脂，能够确保进一步的耐热性。此外，通过间隙密封件81覆盖银烧结接合部41、42的方法也能够应用于实施方式2～4的功率模块100。

此外，在实施方式1～5中，功率半导体元件1也可以是将硅晶片作为基体材料的一般元件(si制的元件)，但在本发明中，能够应用碳化硅(sic)、氮化镓(gan)系材料或者金刚石这样的带隙比硅宽的所谓的宽带隙半导体材料。功率半导体元件1不限于二极管、igbt，能够搭载mosfet(metaloxidesemiconductorfield-effect-transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)那样的开关元件。例如，在将碳化硅(sic)、氮化镓(gan)系材料或者金刚石用于作为开关元件而发挥功能的功率半导体元件1、作为整流元件而发挥功能的功率半导体元件1的情况下，与以往以来使用的由硅(si)形成的元件相比，电力损失低，所以，能够实现功率模块100的高效率化。另外，由于耐电压性高，容许电流密度也高，所以，能够实现功率模块100的小型化。进一步地，宽带隙半导体元件由于耐热性高，所以，能够进行高温动作，也能够实现散热凸片6的小型化、水冷部的空冷化，所以，能够实现具备散热凸片6的功率模块100的进一步的小型化。

此外，本发明能够在其发明范围内将各实施方式组合或者对各实施方式适当进行变形、省略。