半导体模块的制造方法及半导体模块与流程

本发明涉及例如功率半导体模块(ipm(intelligentpowermodule，智能功率模块)、电子装置等)的制造方法及其结构。

背景技术：

在日本特开2012-195492号公报(专利文献1)中记载有关于具有mosfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)的功率半导体模块及其安装结构的技术。该功率半导体模块为如下结构：具备搭载有功率半导体元件的第一金属板和未搭载功率半导体元件的第二金属基板，并使上述第一金属基板的与功率半导体元件搭载面相反侧的背面露出于树脂封装件外而形成散热面。

在日本特开2005-109100号公报(专利文献2)中记载有具备功率芯片的半导体装置及其制造技术。具体而言，公开了在上述专利文献2所记载的半导体装置的装配中，将安装有金属箔的树脂片配置于树脂密封用模具的内部底面而进行树脂模制的技术。

专利文献1：日本特开2012-195492号公报

专利文献2：日本特开2005-109100号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

在功率类的半导体模块中，在搭载半导体芯片的芯片搭载部不从密封体露出的全模制型的结构中，从芯片搭载部向密封体的外部的散热性差。因此，本发明发明人研究了在具备供多个半导体芯片分别搭载的多个芯片搭载部的半导体模块中，使多个芯片搭载部的一部分露出于密封体的外部的结构。

本发明发明人进行了研究而发现，在使多个芯片搭载部的一部分露出于密封体的外部的结构的半导体模块中，当将半导体模块安装于散热板上时，存在多个芯片搭载部的一部分经由散热板而发生短路的可能性，在考虑了半导体模块的可靠性的情况下，存在应当改善的事项。

其他的课题和新的特征将根据本说明书的叙述以及附图而变得明确。

用于解决课题的技术方案

一实施方式的半导体模块的制造方法，将第一半导体芯片、第二半导体芯片、第一芯片搭载部的一部分、第二芯片搭载部的一部分以上述第一芯片搭载部的第二面和上述第二芯片搭载部的第二面分别从密封体的第二面露出的方式密封。在上述密封后，在上述密封体的上述第二面上以覆盖上述第一芯片搭载部的上述第二面和上述第二芯片搭载部的上述第二面的方式粘贴绝缘层，之后，在上述绝缘层上粘贴传热材料层。其中，在俯视图中上述传热材料层的区域被包含于上述绝缘层的区域内。

此外，一实施方式的另一半导体模块的制造方法中，将第一半导体芯片、第二半导体芯片、第一芯片搭载部的一部分、第二芯片搭载部的一部分以上述第一芯片搭载部的第二面和上述第二芯片搭载部的第二面分别从密封体的第二面露出的方式密封。在上述密封后，以绝缘层和传热材料层接合所形成的片结构体的上述绝缘层在上述密封体的上述第二面上覆盖上述第一芯片搭载部的上述第二面和上述第二芯片搭载部的上述第二面的方式粘贴上述片结构体。其中，在俯视图中上述片结构体中的上述传热材料层的区域被包含于上述绝缘层的区域中。

此外，一实施方式的半导体模块具有密封体，所述密封体具有第一面和第二面，并且将第一半导体芯片、第二半导体芯片、第一芯片搭载部的一部分、第二芯片搭载部的一部分以上述第一芯片搭载部的第二面和上述第二芯片搭载部的第二面分别从上述第二面露出的方式密封。另外，具有绝缘层和传热材料层，所述绝缘层以覆盖上述第一芯片搭载部的上述第二面和上述第二芯片搭载部的上述第二面的方式而接合于上述密封体的上述第二面上，所述传热材料层与上述绝缘层以层叠的方式相接合。而且，在俯视图中上述传热材料层的区域被包含于上述绝缘层的区域中。

发明效果

根据上述一实施方式，能够使半导体模块的可靠性提高。

附图说明

图1是示出实施方式1的半导体模块的结构的俯视图。

图2是示出图1的半导体模块的结构的背面图。

图3是示出沿图2的a-a线剖切的结构的剖视图。

图4是示出沿图2的b-b线剖切的结构的剖视图。

图5是示出图1的半导体模块的内部结构的透视俯视图。

图6是示出本发明人进行了比较研究的半导体模块的结构的俯视图。

图7是示出图6的半导体模块的结构的背面图。

图8是示出沿图6的a-a线剖切的结构的剖视图。

图9是示出沿图6的b-b线剖切的结构的剖视图。

图10是示出图1的半导体模块中的包括逆变电路及三相感应电动机的电动机电路的结构的电路图。

图11是示出图1的半导体模块中的形成有igbt的半导体芯片的外形形状的俯视图。

图12是示出图11的igbt的器件结构的剖视图。

图13是示出图1的半导体模块中的形成有二极管的半导体芯片的外形形状的俯视图。

图14是示出图13的二极管的器件结构的剖视图。

图15是示出图1的半导体模块中的栅极控制电路的电路方框结构的图。

图16是示出图1的半导体模块中的电路方框结构的图。

图17是示出图16的栅极控制电路的内部方框结构的图。

图18是示出实现图17的栅极控制电路的半导体芯片的结构的示意图。

图19是示出在图1所示的半导体模块的装配中所用的引线框架的结构的俯视图。

图20是示出沿图19的a-a线剖切的结构的剖视图。

图21是示出沿图19的b-b线剖切的结构的剖视图。

图22是示出在图1所示的半导体模块的装配中igbt芯片和二极管芯片的芯片焊接结束时的结构的俯视图。

图23是示出沿图22的a-a而剖切的结构的剖视图。

图24是示出沿图22的b-b而剖切的结构的剖视图。

图25是示出在图1所示的半导体模块的装配中控制芯片的芯片焊接结束时的结构的俯视图。

图26是示出在图1所示的半导体模块的装配中铝线的引线接合结束时的结构的俯视图。

图27是示出在图1中所示的半导体模块的装配中金线的引线接合结束时的结构的俯视图。

图28是示出对在图1所示的半导体模块的装配中将引线接合完成的引线框架配置于模制模具的型腔内的结构沿图22的a-a线进行了剖切的结构的剖视图。

图29是示出对在图1所示的半导体模块的装配中将引线接合完成的引线框架配置于模制模具的型腔内的结构沿图22的b-b线进行了剖切的结构的剖视图。

图30是示出在图28所示的结构中开始向型腔内注入树脂的状态的剖视图。

图31是示出在图29所示的结构中开始向型腔内注入树脂的状态的剖视图。

图32是示出在图28示的结构中结束了树脂向型腔内的注入的状态的剖视图。

图33是示出在图29所示的结构中结束了树脂向型腔内的注入的状态的剖视图。

图34是示出将模制完毕的引线框架从模制模具中取出后的结构的俯视图。

图35是示出沿图34的a-a线剖切的结构的剖视图。

图36是示出沿图34的b-b线剖切的结构的剖视图。

图37是示出在图1所示的半导体模块的装配中镀层形成后的结构的俯视图。

图38是示出沿图37的a-a剖切的结构的剖视图。

图39是示出沿图37的b-b线剖切的结构的剖视图。

图40是示出在图1所示的半导体模块的装配中引线切割、成形后的结构的俯视图。

图41是示出图40的半导体模块的结构的背面图。

图42是示出沿图40的a-a线剖切的结构的剖视图。

图43是示出沿图40的b-b线剖切的结构的剖视图。

图44是示出在图1所示的半导体模块的装配中粘贴绝缘层以及tim层后的结构的背面图。

图45是示出沿图44的a-a线剖切的结构的剖视图。

图46是示出沿图44的b-b线剖切的结构的剖视图。

图47是示出对将图44所示的半导体模块安装于散热板上的结构沿图44的a-a线进行了剖切的结构的剖视图。

图48是示出对将图44所示的半导体模块安装于散热板上的结构沿图44的b-b线剖进行了切剖的结构的剖视图。

图49是示出本发明发明人进行了比较研究的半导体模块的结构的局部剖视图。

图50是示出本实施方式1的半导体模块的结构的局部剖视图。

图51是示出在本实施方式1的半导体模块的背面侧的结构中的芯片搭载部的露出部的各部分尺寸的一例的背面图。

图52是示出本实施方式1的半导体模块的背面侧的结构的背面图。

图53是示出本实施方式1的变形例的半导体模块的背面侧的结构中的芯片搭载部的露出结构的背面图。

图54是示出本实施方式1的变形例的半导体模块的背面侧的结构的背面图。

图55是示出本实施方式2的半导体模块的背面侧的结构中的芯片搭载部的露出结构的背面图。

图56是示出本实施方式2的半导体模块的背面侧的结构的背面图。

具体实施方式

在以下的实施方式中，除特别需要时以外，原则上不重复进行相同或同样的部分的说明。

另外，在以下的实施方式中，在为了便于说明而有这种需要时，分割为多个章节或实施方式来进行说明，但除了特别地注明的情况以外，这些章节或实施方式并非是相互无关的，而是处于其一者为另一者的一部分或全部的变形例、细节、补充说明等的关系。

此外，在以下的实施方式中，在提及要素的数量(包括个数、数值、量、范围等)的情况下，除特别地注明的情况以及在原理上明确地被限定于特定的数量的情况外，并不限定于特定的数量，而是在特定的数量以上或是以下均可。

此外，在以下的实施方式中，其构成要素(也包括要素步骤等)除特别地注明的情况以及在原理上可明确地认为是必须的情况等以外，并不是一定是必须的要素，这是不言而喻的。

此外，在以下的实施方式中，关于构成要素等，在提及“具有a”、“包括a”时，除特别地注明了仅为该要素的意思的情况等以外，并非排除其以外的要素的意思，这是不言而喻的。同样，在以下的实施方式中，在提及构成要素等的形状、位置关系等时，除特别地注明的情况以及在原理上可明确地认为并非如此的情况等以外，包括实质上与该形状等近似或类似的形状等。这种情况对于上述数值以及范围也同样。

以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在用于说明实施方式的所有图中，对于具有相同功能的部件标注相同的符号，并省略其重复的说明。此外，为了使附图易于理解，有时即便是俯视图也标注剖面线。

<用语的说明>

在本说明书中，“半导体模块”意味着，具备半导体元件(半导体芯片)和与该半导体元件电连接的外部连接端子的结构体，且为由密封体覆盖着半导体元件的结构体。特别是，“半导体模块”被构成为，能够通过外部连接端子而与外部装置电连接。

此外，在本说明书中，“功率晶体管”意味着，通过将多个单位晶体管(单元晶体管)并联连接(例如，将几千个至几万个单位晶体管并联连接)即使在比单位晶体管的容许电流大的电流下也实现单位晶体管的功能的单位晶体管的集合体。例如，在单位晶体管作为开关元件而发挥功能的情况下，“功率晶体管”成为对于比单位晶体管的容许电流大的电流也能够应用的开关元件。作为构成开关元件的“功率晶体管”，能够例示出igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)和功率mosfet。在本说明书中，“功率晶体管”这一用语作为表示包括例如“功率mosfet”和“igbt”这两者的上位概念的语句而使用。

(实施方式1)

<半导体模块的结构>

图1是示出实施方式1的半导体模块的结构的俯视图，图2是示出图1的半导体模块的结构的背面图，图3是示出沿图2的a-a线剖切的结构的剖视图，图4是示出沿图2的b-b线剖切的结构的剖视图，图5是示出图1的半导体模块的内部结构的透视俯视图。

图1～图5所示的本实施方式1的半导体模块为，例如在使用于空调等中的三相感应电动机的驱动电路中所使用的半导体模块。具体而言，在该驱动电路中包括逆变电路，该逆变电路是具有将直流功率转换为交流功率的功能的电路。

在本实施方式1中，对半导体模块中内置的功率晶体管为igbt且半导体模块中装入有多个igbt芯片的情况进行说明。另外，在不需要对形成有构成三相逆变电路的igbt的多个半导体芯片进行区別时，在本说明书中，仅称为“igbt芯片10”，同样，在不需要对形成有构成三相逆变电路的二极管的多个半导体芯片进行区別时，在本说明书中，仅称为“二极管芯片20”。

若对本实施方式1的半导体模块sa的概要结构进行说明，则如图3～图5所示，装入有各自内置有功率晶体管的多个igbt芯片10、各自具有二极管的多个二极管芯片20、对多个igbt芯片10各自的动作进行控制的控制芯片30。而且，包括第一半导体芯片以及第二半导体芯片在内的多个igbt芯片10和多个二极管芯片20分别经由导电性的结合材料60而被搭载于芯片搭载部tab1～4之中的任一芯片搭载部上，另一方面，控制芯片30经由非导电性的接合材料65而被搭载于芯片搭载部tab5上。

此外，如图5所示，控制芯片30与igbt芯片10通过金线40而电连接，igbt芯片10与二极管芯片20通过比金线40线径大的铝线50而电连接。在此，金线40是指，以金(au)为主要成分的导电性部件，另一方面，铝线50是指，以铝(al)为主要成分的导电性部件。

此外，在芯片搭载部tab1～5的周围设置有多根引线ld1以及引线ld2。多根引线ld1配置于芯片搭载部tab5的周围，另一方面，多根引线ld2配置于芯片搭载部tab1～4的周围。而且，控制芯片30与多根引线ld1分别通过金线40而电连接，另一方面，二极管芯片20与多根引线ld2分别通过铝线50而电连接。另外，在多根引线ld2中存在有与芯片搭载部tab2连结为一体的引线和与芯片搭载部tab分体的单独的引线。具体而言，搭载于芯片搭载部tab1上的igbt芯片10经由二极管芯片20以及铝线50而与任一芯片搭载部tab电连接。另一方面，芯片搭载部tab2～4的各个搭载部上所搭载的igbt芯片10经由二极管芯片20以及铝线50而与任一单独的引线ld2电连接。

此外，，通过由树脂形成的密封体mr将多个igbt芯片10、多个二极管芯片20、控制芯片30、芯片搭载部tab1～4的各搭载部的一部分、芯片搭载部tab5、多条金线40、多条铝线50、多根引线ld1的一部分(内侧部)以及多根引线ld2的一部分(内侧部)密封。另外，密封体mr具有：表面(第三主面)fs6、表面fs6的相反侧的背面(第三背面)bs6和位于表面fs6与背面bs6之间的图4所示的侧面ss1。

而且，如图1、图2、图4以及图5所示，多根引线ld1的作为外侧部的外侧引线1a分别从密封体mr的靠近于芯片搭载部tab5的一侧的侧面ss1露出。另一方面，多根引线ld2的作为外侧部的外侧引线2a分别从密封体mr的靠近于芯片搭载部tab1～4的一侧的侧面ss1露出。此外，如图4所示，多根外侧引线1a、2a分别朝向密封体mr的表面fs6的方向而被弯折。

此外，在密封体mr中，从其背面bs6露出芯片搭载部tab1～4的各搭载部的背面。但是，芯片搭载部tab5的背面bs5不在密封体mr的背面bs6露出。即，仅芯片搭载部tab5被埋入于密封体mr的内部。

在本实施方式1的半导体模块sa中，如图2～图4所示，在密封体mr的背面bs6接合有(粘贴)绝缘层70。详细而言，在密封体mr的背面bs6上以覆盖露出于该背面bs6的芯片搭载部tab1～4各自的背面(露出部)的方式而接合有(粘贴)绝缘层70。另外，具有与绝缘层70以层叠的方式相接合(粘贴)的薄膜状的tim(散热介质材料(thermalinterfacematerial)、传热材料、热界面材料)层80。

而且，如图2所示，在半导体模块sa的俯视图(背面视图)中，tim层80的区域被包含于绝缘层70的区域中。即为以下结构：俯视图中的大小绝缘层70比tim层80大且绝缘层70在四边形的tim层80的4条边的各边上突出。虽然未进行图示，但绝缘层70与tim层80的大小、位置的关系也存在tim层80的区域的边缘绝缘层70的区域的边缘相接的情况，但在确保之后所说明的图50所示的沿面距离l2的方面来看，图2所示这样的绝缘层70与tim层80的大小、位置关系为优选。具体而言，在俯视图中，绝缘层70具有：沿第一方向(x方向)延伸的第一边71和第一边71的相对侧的第二边72、沿与第一方向(x方向)交叉的第二方向(y方向)延伸的第三边73以及第三边73的相对侧的第四边74。此外，tim层80具有：沿第一方向(x方向)延伸的第五边81和第五边81的相对侧的第六边82、沿第二方向(y方向)延伸的第七边83以及第七边83的相对侧的第八边84。而且，在俯视图中，tim层80的第五边81位于绝缘层70的第一边71与绝缘层70的第二边72之间，tim层80的第六边82位于绝缘层70的第二边72与tim层80的第五边81之间間。另外，tim层80的第七边83位于绝缘层70的第三边73与绝缘层70的第四边74之间，tim层80的第八边84位于绝缘层70的第四边74与tim层80的第七边83之间，且绝缘层70与tim层80是上述的大小、位置关系为优选。

另外，本实施方式1的半导体模块sa为，在其装配中在通过树脂模制而形成密封体mr之后粘贴了绝缘层70和tim层80的模块。

在此，对tim层80、绝缘层70和引线框架(参见后文叙述的图19)90进行说明。首先，tim层80是具有传热功能的薄膜层。而且，通过tim层80来缓和其上下所配置的部材因热膨胀系数差而产生的应力。换言之，tim层80是灵活地跟随其上下所配置的部件的热变形的层。另外，还具备吸收上述上下所配置的部件的接合面的凹凸的功能。tim层80例如为含有碳粒子的树脂片材、含有金属或陶瓷的硅树脂层或者散热性油脂层等。此外，tim层80的厚度例如为0.15～0.5mm。另外，tim层80的热导率例如为40～90w/mk。

此外，绝缘层70例如为由陶瓷或绝缘性的树脂材料形成的绝缘性树脂片，其厚度例如为85μm或210μm。在采用厚度为85μm的绝缘层70的情况下，其热导率例如为3w/mk。另外，在采用厚度为210μm的绝缘层70的情况下，其热导率例如为11w/mk。

此外，引线框架90例如为由铜系合金或铁系合金等构成的板材，其厚度例如为0.5mm。在此情况下，包括芯片搭载部(第一芯片搭载部)tab1以及芯片搭载部(第二芯片搭载部)tab2在内的芯片搭载部tab1～5以及引线ld1、ld2的厚度也为0.5mm。因此，芯片搭载部tab1～5各自的厚度为绝缘层70和tim层80各自的厚度以上。

接下来，利用图5说明对本实施方式1的半导体模块sa的密封体mr进行透视而可见的结构。在此，对实现三相逆变电路的半导体模块sa的透视结构进行说明。

半导体模块sa中，以沿x方向并排的方式而排列有芯片搭载部tab1～tab4，在这些芯片搭载部tab1～tab4的上侧(y方向侧)配置有芯片搭载部tab5。而且，在芯片搭载部tab1上搭载着形成有与u相相对应的高压侧igbt的半导体芯片chp1(igbt芯片10、hu)、形成有与v相相对应的高压侧igbt的半导体芯片chp1(igbt芯片10、hv)和形成有与w相相对应的高压侧igbt的半导体芯片chp1(igbt芯片10、hw)。此外，在芯片搭载部tab1上还搭载着各自形成有二极管的半导体芯片chp2(二极管芯片20、hu)、chp2(二极管芯片20、hv)、chp2(二极管芯片20、hw)。

同样，在芯片搭载部tab2上搭载着形成有与u相相对应的低压侧igbt的半导体芯片chp1(igbt芯片10、lu)和形成有二极管的半导体芯片chp2(二极管芯片20、lu)。此外，在芯片搭载部tab3上搭载着形成有与v相相对应的低压侧igbt的半导体芯片chp1(igbt芯片10、lv)和形成有二极管的半导体芯片chp2(二极管芯片20、lv)。另外，在芯片搭载部tab4上搭载着形成有与w相相对应的低压侧igbt的半导体芯片chp1(igbt芯片10、lw)和形成有二极管的半导体芯片chp2(二极管芯片20、lw)。

另一方面，在连接于导电部件(悬吊引线)hl的芯片搭载部tab5上，搭载有汇集地形成有三相逆变电路的栅极控制电路的半导体芯片chp3(控制芯片30)。

在此情况下，半导体芯片chp3(控制芯片30)与6个igbt芯片10分别用导线w(金线40)进行电连接。此时，半导体芯片chp3配置于6个igbt芯片10所排列的x方向的中心。换言之，半导体芯片chp3(控制芯片30)配置于，在从沿着密封体mr的长边(沿着图5所示的x方向而延伸的边)而配置的6个igbt芯片10之中的面向附图左起第三个配置的igbt芯片10和面向附图左起第四个配置的igbt芯片10之间穿过的、沿着y方向的假想线(未图示)上。其结果为，以在x方向上并排的方式配置的6个igbt芯片10中的各个芯片与配置在x方向的中央部的1个半导体芯片chp3(控制芯片30)经由金线40而分别进行电连接。通过如此配置，能够使从控制芯片30至各个igbt芯片10的栅极配线长度为大致等距离，使半导体模块100的可靠性提高。

此外，半导体芯片chp3(控制芯片30)与配置于密封体mr的一个侧面ss1上的多根引线ld1分别经由金线w(金线40)而电连接。此外，6个igbt芯片10的各个芯片与6个二极管芯片20的各个芯片经由比金线40线径大的铝线50而电连接。另外，6个二极管芯片20的各个芯片与配置于密封体mr的另一个侧面ss1上的多根引线ld2经由铝线50而电连接。

另外，搭载有半导体芯片chp3(控制芯片30)的芯片搭载部tab5通过2根悬吊引线hl而被支承。

接下来，利用图6～图9而采用本发明发明人进行了比较研究的半导体模块来说明本发明的课题的细节。图6是示出本发明发明人进行了比较研究的半导体模块的结构的俯视图，图7是示出图6的半导体模块的结构的背面图，图8是示出沿图6的a-a线剖切的结构的剖视图，图9是示出沿图6的b-b线剖切的结构的剖视图。

本发明发明人对图6～图9所示的全模型的半导体模块100进行了研究。全模制型的半导体模块100为以下结构：通过密封体mr而覆盖所装入的半导体芯片、芯片搭载部及多根导线以及引线的外侧部以外的部分(内侧部)。即，是芯片搭载部tab四周全部由树脂覆盖的结构的半导体模块100。

在上述半导体模块100中，当装入有内置了igbt或mosfet等功率类的晶体管的半导体芯片(igbt芯片10)时，这些半导体芯片将成为发热源。此时，在如图6～图9所示这样的全模制型的半导体模块100中，由于搭载了半导体芯片的芯片搭载部tab以不会从密封体mr露出的方式被树脂覆盖，因此，自芯片搭载部tab向封装件(密封体mr)的外部的散热性差。

在这种结构中，能够考虑通过使芯片搭载部tab的热容量增大来改善散热性，但当向封装件(密封体mr)的外部的散热性差时，则不得不使半导体芯片增大。其结果为，无法使半导体模块100小型化，也无法实现低成本。

因此，本发明发明人研究了为了提高散热性而使分别供多个半导体芯片进行搭载的多个芯片搭载部tab各自的背面向封装件(密封体mr)的外部露出的结构。

然而，在将使芯片搭载部tab的背面在密封体mr的背面露出的半导体模块安装于散热板(散热器)上的情况下，会成为将密封体mr的背面侧安装于散热板的安装结构。因此，根据本发明发明人的研究可知，存在有在密封体mr的背面露出的多个芯片搭载部tab各自的一部分互相经由散热板而发生短路的可能性、或无法确保露出的芯片搭载部tab的一部分与散热板间的绝缘耐圧距离的可能性。

接下来，对本实施方式1的半导体模块sa的细节进行说明。

首先，对本实施方式1的半导体模块sa中的三相逆变电路的结构例进行说明。图10是示出图1中的半导体模块中的包括逆变电路以及三相感应电动机的电动机电路的结构的电路图。

在图10中，电动机电路具有三相感应电动机mt以及逆变电路inv。三相感应电动机mt构成为，通过相位不同的三相的电压来驱动。具体而言，在三相感应电动机mt中，利用相位错开120度的被称为u相、v相、w相的三相交流电而绕着作为导体的转子rt产生旋转磁场。在此情况下，磁场将绕着转子rt而旋转。这种情况意味着，横切作为导体的转子rt的磁通量发生变化。其结果为，作为导体的转子rt将产生电磁感应，而在转子rt中流通有感应电流。而且，感应电流在旋转磁场中流通意味着，根据弗莱明的左手定则而在转子rt上施加力，转子rt通过该力而进行旋转。如此可知，在三相感应电动机mt中，能够通过利用三相交流电而使转子rt旋转。即，在三相感应电动机mt中，需要三相交流电。因此，在电动机电路中，通过利用由直流产生交流的逆变电路inv来向感应电动机供给交流电力。而且，在本实施方式1中，通过1个逆变电路inv而生成3种(u相、v相、w相)交流功率，来向三相感应电动机供给。

以下，对该逆变电路inv的结构例进行说明。如图10所示，例如，在本实施方式1中的逆变电路inv中，对应于三相而设有igbtq1和二极管fwd。即，在本实施方式1中的逆变电路inv中，例如，通过图10所示这样的将igbtq1和二极管fwd反并联连接的结构，来实现作为逆变电路inv的构成要素的开关元件。

具体而言，第一桥臂lg1的上臂以及下臂、第二桥臂lg2的上臂以及下臂、第三桥臂lg3的上臂以及下臂各自由将igbtq1和二极管fwd反并联连接而成的构成要素构成。

换言之，在本实施方式1中的逆变电路inv中，在正电位端子pt与三相感应电动机mt的各相(u相、v相、w相)之间，反并联连接有igbtq1和二极管fwd，并且，在三相感应电动机mt的各相与负电位端子nt之间也反并联连接有igbtq1和二极管fwd。即，每一单相设有2个igbtq1和2个二极管fwd。其结果为，本实施方式1中的逆变电路inv具有共计6个igbtq1和6个二极管fwd。而且，各个igbtq1的栅极电极与栅极控制电路gcc连接，通过该栅极控制电路gcc，来控制igbtq1的开关动作。在如此构成的逆变电路inv中，通过由栅极控制电路gcc控制igbtq1的开关动作，从而将直流电力转换为三相交流电力并将该三相交流电力提供给三相感应电动机mt。

接下来，对二极管的必要性进行说明。

如上所述，在本实施方式1中的逆变电路inv中，作为开关元件而使用了igbtq1，但是以与igbtq1反并联连接的方式而设有二极管fwd。仅从通过开关元件来实现开关功能的观点出发，可认为，作为开关元件的igbtq1是必要的，但不存在设置二极管fwd的必要性。关于这一点，在连接于逆变电路inv的负载中包括有电感的情况下，需要设置二极管fwd。以下，对于其理由进行说明。

在负载为不包括电感的纯电阻的情况下，由于不存在回流的能量，因此，不需要二极管fwd。但是，在与负载中包括电动机这样的电感的电路连接的情况下，存在负载电流向与导通的开关相反方向流动的模式。即，在负载中包括电感的情况下，有时能量会从负载的电感向逆变电路inv返回(有时电流会发生逆流)。

此时，在igbtq1单元中，不具有能够使该回流电流流通的功能，因此，需要与igbtq1反并联地连接二极管fwd。即，在逆变电路inv中，在如电动机控制这样负载中包括电感的情况下，当将igbtq1关断时，必须释放电感中所蓄积的能量(1/2li²)。然而，在igbtq1单元中，无法流通用于将电感中所蓄积的能量释放的回流电流。因此，为了使电感中所蓄积的电能回流，因此，以与igbtq1反并联的方式连接二极管fwd。即，二极管fwd具有为了释放电感中所蓄积的电能而使回流电流流通的功能。根据以上的内容可知，在连接有包括电感的负载的逆变电路中，需要以与作为开关元件的igbtq1反并联的方式设置二极管fwd。该二极管fwd被称为续流二极管。

接下来，对igbt的结构进行说明。

图11是示出图1的半导体模块sa中形成有igbt的半导体芯片的外形形状的俯视图。

参照附图对本实施方式1中的构成逆变电路inv的igbtq1和二极管fwd的结构进行说明。在本实施方式1中的逆变电路inv中包括igbtq1，并且包括二极管fwd。

在图11中，示出半导体芯片chp1的主面(表面)。如图11所示，本实施方式1中的半导体芯片chp1的平面形状例如为正方形形状。而且，在呈正方形形状的半导体芯片chp1的表面上，形成有发射极电极焊盘ep和栅极电极焊盘gp。另一方面，虽然在图11中未图示，但在半导体芯片chp1的与表面相反侧的背面形成有集电极电极。

接下来，对igbt的器件结构进行说明。

图12是示出图11的igbt的器件结构的剖视图。

在图12中，igbtq1具有形成于半导体芯片的背面的集电极电极ce，在该集电极电极ce之上形成有p⁺型半导体区域pr1。在p⁺型半导体区域pr1之上形成有n⁺型半导体区域nr1，在该n⁺型半导体区域nr1之上形成有n^-型半导体区域nr2。而且，在n^-型半导体区域nr2之上形成有p型半导体区域pr2，并形成有贯穿该p型半导体区域pr2而达到n^-型半导体区域nr2的沟槽tr。另外，形成有与沟槽tr整合而成为发射区的n⁺型半导体区域er。在沟槽tr的内部例如形成有由氧化硅膜构成的栅极绝缘膜gox，隔着该栅极绝缘膜gox而形成栅极电极ge。该栅极电极ge例如由多晶硅膜形成，并以埋入沟槽tr的方式形成。此外，在图12中，示出了沟槽栅结构，但不限定于此，例如虽然未图示，但也可以是使用了形成于硅基板上的平面栅结构的igbt。

在如此构成的igbtq1中，栅极电极ge经由图11所示的栅极电极焊盘gp而与栅极端子gt相连接。同样，成为发射区的n⁺型半导体区域er经由发射极电极ee(发射极电极焊盘ep)而与发射极端子et电连接。成为集电区的p⁺型半导体区域pr1与形成于半导体芯片的背面的集电极电极ce电连接。

如此构成的igbtq1兼具功率mosfet的高速开关特性以及电压驱动特性和双极型晶体管的低导通电压特性。

另外，n⁺型半导体区域nr1被称为缓冲层。该n⁺型半导体区域nr1是为了防止击穿现象而设置的，所述击穿现象为，在igbtq1导通时，从p型半导体区域pr2生长至n^-型半导体区域nr2内的耗尽层与形成于n^-型半导体区域nr2的下层的p⁺型半导体区域pr1接触的现象。此外，为了限制从p⁺型半导体区域pr1向n^-型半导体区域nr2的空穴注入量等的目的，而设有n⁺型半导体区域nr1。

接下来，对igbt的动作进行说明。

首先，对igbtq1导通的动作进行说明。在图12中，通过在栅极电极ge与作为发射区的n⁺型半导体区域er之间施加充足的正电压，从而使形成沟槽栅结构的mosfet导通。在此情况下，构成集电区的p⁺型半导体区域pr1与n^-型半导体区域nr2之间被正向偏置，从而产生从p⁺型半导体区域pr1向n^-型半导体区域nr2的空穴注入。接下来，与所注入的空穴的正电荷相同的量的电子集中于n^-型半导体区域nr2。由此，引起n^-型半导体区域nr2的电阻降低(电导率调节)，igbtq1成为导通状态。

对于导通电压，施加p⁺型半导体区域pr1与n^-型半导体区域nr2的接合电压，但由于n-型半导体区域nr2的电阻值通过电导率调节而降低1位数以上，因此，在占导通电阻的大半这样的高耐压下，与功率mosfet相比igbtq1将成为低导通电压。因此，可知igbtq1是对实现高耐圧有效的器件。即，在功率mosfet中，为了谋求实现高耐圧，需要使成为漂移层的外延层的厚度变厚，但在这种情况下，导通电阻也将上升。相对于此，在igbtq1中，即使为了谋求实现高耐圧而使n^-型半导体区域nr2的厚度变厚，也会在igbtq1的导通动作时产生电导率调节。因此，能够使导通电阻低于功率mosfet。即，根据igbtq1，与功率mosfet比较，即使在谋求实现高耐圧的情况下，也能够实现低导通电阻。

接下来，对igbtq1关断的动作进行说明。当使栅极电极ge与成为发射区的n⁺型半导体区域er之间的电压降低时，形成沟槽栅结构的mosfet会关断。在此情况下，从p⁺型半导体区域pr1向n^-型半导体区域nr2的空穴注入会停止，已经注入的空穴也会寿命耗尽而减少。剩余的空穴向发射极电极ee侧直接流出(拖尾电流)，在流出结束的时间点，igbtq1成为断开状态。这样一来，能够使igbtq1进行通/断动作。

接下来，对二极管的结构进行说明。

图13是示出图1的半导体模块中形成了二极管半导体芯片的外形形状的俯视图。

在图13中，示出了半导体芯片chp2主面(表面)。如图13所示，本实施方式1中的半导体芯片chp2的平面形状呈正方形形状。而且，在呈正方形形状的半导体芯片chp2的表面上，形成有阳极电极焊盘adp。另一方面，虽然未图示，但在半导体芯片chp2的与表面相反侧的整个背面形成有阴极电极焊盘。

接下来，对二极管fwd的器件结构进行说明。图14是示出图13的二极管fwd的器件结构的剖视图。在图14中，在半导体芯片的背面形成有阴极电极cde，在该阴极电极cde之上形成有n+型半导体区域nr3。而且，在n+型半导体区域nr3之上形成有n-型半导体区域nr4，在n-型半导体区域nr4之上形成有p型半导体区域pr3。在p型半导体区域pr3和p-型半导体区域pr4之上形成有阳极电极ade(阳极电极焊盘adp)。阳极电极ade例如由硅化铝构成。

接下来，对二极管的动作进行说明。

根据如此构成的二极管fwd，当对阳极电极ade施加正电压，对阴极电极cde施加负电压时，n^-型半导体区域nr4与p型半导体区域pr3之间的pn结被正向偏置而电流流通。另一方面，当对阳极电极ade施加负电压，对阴极电极cde施加正电压时，n^-型半导体区域nr4与p型半导体区域pr3之间的pn结被逆向偏置而电流不流通。这样一来，能够使具有整流功能的二极管fwd进行动作。

接下来，对栅极控制电路的结构进行说明。

图15是示出图1的半导体模块中的栅极控制电路的电路方框结构的图。在图15中，举对三相感应电动机mt进行驱动的逆变电路inv的三相之中的一相为例，来说明对该一相进行控制的栅极控制电路gcc的结构。在图15中，在和高圧电源(600v)电连接的端子vcc与和大地电连接的端子com之间，例如串联连接有构成逆变电路inv的一相的高压侧igbt(hq1)和低压侧igbt(lq1)。而且，高压侧igbt(hq1)与低压侧igbt(lq1)之间的中间节点经由端子vs而与三相感应电动机mt电连接。

在此，栅极控制电路gcc构成为，对高压侧igbt(hq1)的通/断动作和低压侧igbt(lq1)的通/断动作进行控制。例如，栅极控制电路gcc通过对施加于高压侧igbt(hq1)的栅极电极的栅极电压进行控制，从而实现高压侧igbt(hq1)的通/断动作，并且，通过对施加于低压侧igbt(lq1)的栅极电极的栅极电压进行控制，从而实现低压侧igbt(lq1)的通/断动作。

具体而言，栅极控制电路gcc与和低圧电源电连接的端子vdd以及和大地电连接的端子vss相连接。而且，栅极控制电路gcc具有对从逆变电路inv的端子hin以及端子lin输入的输入信号进行处理的输入信号处理电路isc、电平转换电路lsc、低压侧驱动电路ldc和高压侧驱动电路hdc。

而且，低压侧驱动电路ldc基于由输入信号处理电路isc输出的处理信号而对施加于低压侧igbt(lq1)的栅极电极的栅极电压进行控制。例如，低压侧驱动电路ldc从端子vss输入gnd电位(接地电位)，向低压侧igbt(lq1)的栅极电极供给以该gnd电位为基准而生成的栅极电压。在此，在供给于栅极电极的栅极电压相对于gnd电位而为阈值电压以上的情况下，低压侧igbt(lq1)导通，另一方面，在供给于栅极电极的栅极电压相对于gnd电位而小于阈值电压的情况下，低压侧igbt(lq1)关断。这样一来，低压侧igbt(lq1)的通/断动作通过低压侧驱动电路ldc来进行控制。

另一方面，高压侧驱动电路hdc在将输入信号处理电路isc的处理信号输入至电平转换电路lsc之后，基于来自电平转换电路lsc的输出信号，而对施加于高压侧igbt(hq1)的栅极电极的栅极电压进行控制。例如，高压侧驱动电路hdc从端子vs输入成为基准的基准电位。即，在高压侧驱动电路hdc中，也需要生成施加于高压侧igbt(hq1)的栅极电极的栅极电压，但是在生成该栅极电压时，需要基准电位。关于这一点，例如可以考虑在高压侧驱动电路hdc中使用从在低压侧驱动电路ldc中所使用的端子vss输入的gnd电位，但是在高压侧驱动电路hdc中，不能将从端子vss输入的gnd电位作为基准电位来使用。即，在图15中，对于低压侧igbt(lq1)，通过施加相对于低压侧igbt(lq1)发射极电位而为阈值以上的栅极电压，能够使低压侧igbt(lq1)导通。因此，低压侧igbt(lq1)的栅极电压以低压侧igbt(lq1)的发射极电位为基准而生成。此时，低压侧igbt(lq1)的发射极电位与gnd电位为同电位，因此，低压侧igbt(lq1)的栅极电压能够将从端子vss输入的gnd电位作为基准电压而生成。

相对于此，如图15所示，在高压侧igbt(hq1)也将高压侧igbt(hq1)的发射极电位作为基准电位而使用，但是，该高压侧igbt(hq1)的发射极电位在gnd电位至电源电位之间变动。即，在低压侧igbt(lq1)导通的情况下，高压侧igbt(hq1)的发射极电位与gnd电位为同电位。相对于此，在高压侧igbt(hq1)导通的情况下，高压侧igbt(hq1)的发射极电位与电源电位成为同电位。这种情况意味着，为了使高压侧igbt(hq1)导通，需要以电源电位为基准来生成栅极电压，因此，不能以从端子vss输入的gnd电位为基准而生成向高压侧igbt(hq1)的栅极电极施加的栅极电压。

由于该原因，在高压侧驱动电路hdc中，从端子vs输入高压侧igbt(hq1)的发射极电位，并以从该端子vs输入的电位为基准而生成向高压侧igbt(hq1)的栅极电极施加的栅极电压。因此，由于从端子vs输入的电位会发生变动直至电源电位为止，因此，以从该端子vs输入的电位为基准而生成的高压侧igbt(hq1)的栅极电压需要比电源电位高的电位。由于该原因，在高压侧驱动电路hdc中，例如，通过将端子vb与位于逆变电路inv的外部的低圧电源lps(15v)相连接，并使用从该端子vb输入的电位和从上述端子vs输入的电位来生成比电源电位高的栅极电压。该栅极电压从高压侧驱动电路hdc向高压侧igbt(hq1)的栅极电极供给。如以上所述，在供给至栅极电极的栅极电压相对于基准电位而为阈值电压以上的情况下，高压侧igbt(hq1)导通，在供给至栅极电极的栅极电压相对于基准电位而小于阈值电压的情况下，高压侧igbt(hq1)关断。这样一来，高压侧igbt(hq1)的通/断动作通过高压侧驱动电路hdc而进行控制。

接下来，对将栅极控制电路具体化的半导体芯片的结构进行说明。

上述的栅极控制电路gcc例如能够通过形成了集成电路的半导体芯片来实现，但使栅极控制电路gcc具体化的半导体芯片具备以下所示的特征点。即，作为栅极控制电路gcc的构成要素的输入信号处理电路isc、电平转换电路lsc、低压侧驱动电路ldc由于以从端子vss供给的gnd电位为基准而进行电路设计，因此能够制作于半导体基板中。相对于此，高压侧驱动电路hdc由于以变动至从端子vs供给的电源电位为止的电位为基准而进行电路设计，因此需要与半导体基板(端子vss)分离地形成。具体而言，高压侧驱动电路hdc采用高耐圧的浮动结构，因此使用独立于低压侧驱动电路ldc的“浮岛结构”。而且，该“浮岛结构”在与低压侧驱动电路ldc进行信号的收发方面存在限制，只能通过电平转换电路lsc而仅传递脉冲信号。由于该原因，高压侧驱动电路hdc所需要的焊盘需要形成为“浮岛结构”。如以上所述，在形成有栅极控制电路gcc的半导体芯片上形成“浮岛结构”。

接下来，对本实施方式1的半导体模块sa的电路方框结构进行说明。图16是示出图1的半导体模块中的电路方框结构的图，是实现图10所示的逆变电路inv的电路方框结构。在图16中，本实施方式1中的半导体模块sa具有6个igbt、6个二极管和栅极控制电路gcc，并且具备25个外部端子。编号1、编号13～17和编号25的端子是无触点的端子nc。此外，编号2～4的端子是与栅极控制电路gcc相连接的端子vb1～vb3，编号5～7的端子是向栅极控制电路gcc输入输入信号的端子hin1～hin3。另外，编号8的端子是向栅极控制电路gcc供给低圧电源的端子vdd，编号9的端子是向栅极控制电路gcc供给接地电位的端子vss。此外，编号10～12的端子是向栅极控制电路gcc输入输入信号的端子lin1～lin3。另一方面，编号18的端子是与接地电位相连接的端子nw(端子com)，编号19的端子也是与接地电位相连接的端子nv(端子com)，编号20的端子也是与接地电位相连接的端子nu(端子com)。此外，编号21的端子是与三相电动机的w相相连接的端子w(端子vs3)，编号22的端子是与三相电动机的v相相连接的端子v(端子vs2)，编号23的端子是与三相电动机的u相相连接的端子u(端子vs1)。另外，编号24的端子是与高圧电源相连接的端子p(端子vcc)。

图17是示出图16所示的栅极控制电路gcc的内部方框结构的图。如图17所示，栅极控制电路gcc中，对应于u相、v相和w相的各相而设置图15所示的单位方框结构。此时，在图17中，图15所示的单位方框结构中示出的符号的末尾标注了“1”的结构对应于u相，图15所示的单位方框结构中示出的符号的末尾标注了“2”的结构对应于v相，图15所示的单位方框结构中示出的符号的末尾标注了“3”的结构对应于w相。

接下来，对使本实施方式1的半导体模块sa的栅极控制电路具体化的半导体芯片的结构进行说明。

图18是示出实现图17所示的栅极控制电路gcc的半导体芯片chp3的结构的示意图。如图18所示，在半导体芯片chp3上形成有：形成了与u相相对应的高压侧驱动电路hdc1的“浮岛结构”、形成了与v相相对应的高压侧驱动电路hdc2的“浮岛结构”、形成了与w相相对应的高压侧驱动电路hdc2的“浮岛结构”。此时，在本实施方式1中的半导体芯片chp3中，3个“浮岛结构”以在y方向上排列的方式被布图配置。而且，在“浮岛结构”以外的区域中，形成有低压侧驱动电路ldc1～3、电平转换电路lsc1～3和输入信号处理电路isc1～3。

根据如此构成的本实施方式1中的半导体芯片chp3，能够将构成三相逆变电路的栅极控制电路gcc汇集地形成于1个半导体芯片chp3中，因此，能够获得可以削减构成三相逆变电路的半导体模块sa的制造成本的优点。另外，由于无需考虑芯片间的性能差异，因此，通过使用本实施方式1中的半导体芯片chp3，能够通过栅极控制电路gcc而实现igbt的控制性的提高。

<半导体模块的制造方法>

1.准备引线框架

图19是示出图1所示的半导体模块的装配中使用的引线框架的结构的俯视图，图20是示出沿图19的a-a线剖切的结构的剖视图，图21是示出沿图19的b-b线剖切的结构的剖视图。

首先，准备图19所示这样的引线框架90。在整个引线框架上形成有多个能够形成图1所示的1个半导体模块sa的制品形成区域90a，但是在本实施方式1中，作为代表而仅采用1个制品形成区域90a来进行说明。在该制品形成区域90a设置有：芯片搭载部tab1～5、配置于芯片搭载部tab5的周围的多根引线ld1、配置于芯片搭载部tab1～4附近的多根引线ld2和对芯片搭载部tab5进行支承的2根悬吊引线hl。而且，多根引线ld1、ld2以及2根悬吊引线hl与框部90b连结。

另外，如图20所示，芯片搭载部tab1～4各自具有搭载半导体芯片的面即表面(第一主面)fs3或fs4以及上述表面的相反侧的面即背面(第二主面)bs3或bs4等。此外，芯片搭载部tab1～4分别具有相同高度。另一方面，如图21所示，芯片搭载部tab5具有搭载半导体芯片的面即表面(第三主面)fs5以及该表面的相反侧的面即背面(第四主面)bs5。另外，如图20、图21所示，芯片搭载部tab5为与芯片搭载部tab1～4不同的高度。具体而言，芯片搭载部tab5配置在比芯片搭载部tab1～4高的位置。

在此，引线框架90例如通过以铜(cu)为主要成分的基材而形成，图19所示的引线图案通过蚀刻加工或冲压加工而形成。

2.芯片焊接

图22是示出图1所示的半导体模块的装配中igbt芯片和二极管芯片的芯片焊接结束时的结构的俯视图，图23是示出沿图22的a-a线剖切的结构的剖视图，图24是示出沿图22的b-b线剖切的结构的剖视图，图25是示出图1所示的半导体模块的装配中控制芯片的芯片焊接结束时的结构的俯视图。

首先，准备图11所示这样的igbt芯片10、图13所示这样的二极管芯片20、和图18所示这样的控制芯片30。另外，例如，芯片搭载部tab1上所搭载的第一半导体芯片是igbt芯片10。而且，该igbt芯片10内置有功率晶体管，在图3所示的表面(第一面)fs1上形成有与功率晶体管的发射极电极(第一电极)电连接的发射极端子(第一端子)ep。另外，在表面fs1上形成有与功率晶体管的栅极电极电连接的栅极端子gp。另一方面，虽然未进行图示，但在位于表面fs1的相反侧的背面(第二面)bs1上形成有集电极端子(第二端子)。集电极端子与功率晶体管的集电极电极(第二电极)电连接。

此外，例如，芯片搭载部tab2上所搭载的第二半导体芯片也同样为igbt芯片10。而且，该igbt芯片(第二半导体芯片)10也内置有功率晶体管，在表面(第一面)fs2上形成有与功率晶体管的发射极电极(第三电极)电连接的发射极端子(第三端子)ep。另外，在表面fs2上，形成有与功率晶体管的栅极电极电连接的栅极端子gp。另一方面，同样未进行图示，但是在位于表面fs2的相反侧的背面(第二面)bs2上形成有集电极端子(第四端子)。集电极端子与功率晶体管的集电极电极(第四电极)电连接。

此外，如图13所示，在二极管芯片20在其表面上形成有阳极端子adp。另一方面，虽然未进行图示，但是在位于表面的相反侧的背面上形成有阴极端子。

而且，在准备了图22所示的引线框架90后，进行芯片焊接。在本实施方式1中，作为粘着各半导体芯片的芯片焊接材料(图3所示的导电性的接合材料60)，例如使用银膏等。

首先，如图22～图24所示，在引线框架90的芯片搭载部tab1上经由上述导电性的接合材料60而搭载3个igbt芯片10，另外，在芯片搭载部tab2～4的各个搭载部上同样分别经由导电性的接合材料60而各搭载1个igbt芯片10。

接下来，同样，在芯片搭载部tab1上经由导电性的接合材料60而搭载3个二极管芯片20，另外，在芯片搭载部tab2～4的各个搭载部上分别经由导电性接合材料60而各搭载1个二极管芯片20。

在搭载了igbt芯片10以及二极管芯片20之后，如图25所示，在引线框架90的芯片搭载部tab5上搭载控制芯片30。另外，控制芯片30经由图4所示的非导电性的接合材料65而搭载于芯片搭载部tab5上。

此外，igbt芯片10、二极管芯片20以及控制芯片30例如分别施加热和载荷来进行芯片焊接。

3.引线接合

图26是示出图1所示的半导体模块的装配中铝线的引线接合结束时的结构的俯视图，图27是示出图1所示的半导体模块的装配中金线的引线接合结束时的结构的俯视图。

在芯片焊接后，如图26以及图27所示进行引线接合。首先，如图26所示，利用铝线50而将igbt芯片10与二极管芯片20电连接，进而经由铝线50而与连结于芯片搭载部的引线ld2(图26中，配置于下边侧的引线ld2的内侧部)电连接。或者，利用铝线50而将igbt芯片10与二极管芯片20电连接，进而经由铝线50而与未连结于芯片搭载部的单独的引线ld2的内侧部电连接。另外，铝线50是指，以铝(al)为主要成分的导电性部件。

在使用了铝线50的igbt芯片10与二极管芯片20及引线ld2的接合结束后，如图27所示，利用比铝线50线径小(细)的金线40进行引线接合。首先，利用金线40而将igbt芯片10各自与控制芯片30电连接。进而，同样利用该金线40而将控制芯片30与引线ld1(图27中，配置于上边侧的引线ld1的内侧部)电连接。另外，金线40是指，以金(au)为主要成分的导电性部件。

4.树脂密封(树脂模制)

图28是示出对在图1所示的半导体模块的装配中将引线接合完成的引线框架配置于模制模具的型腔内的结构沿图22的a-a线进行了剖切的结构的剖视图。此外，图29是示出对在图1所示的半导体模块的装配中将引线接合完成的引线框架配置于模制模具的型腔内的结构沿图22的b-b线进行了剖切的结构的剖视图，图30是示出在图28所示的结构中开始向型腔内注入树脂的状态的剖视图。另外，图31是示出在图29所示的结构中开始向型腔内注入树脂的状态的剖视图，图32是示出在图28所示的结构中树脂向型腔内的注入结束了的状态的剖视图，图33是示出在图29所示的结构中树脂向型腔内的注入结束了的状态的剖视图。此外，图34是示出将模制完毕的引线框架从模制模具中取出的结构的俯视图，图35是示出沿图34的a-a线剖切的结构的剖视图，图36是示出沿图34的b-b线剖切的结构的剖视图。

在引线接合后，进行树脂密封。在此，通过密封体mr而覆盖多个igbt芯片10、多个二极管芯片20、控制芯片30、多个芯片搭载部tab1～4的一部分、芯片搭载部tab5、多条金线40、多条铝线50、多根引线ld1的内侧部、和多根引线ld2的内侧部。此时，以多个芯片搭载部tab1～4各自的背面(第二面)从具有表面(第一面)fs6和其相反侧的背面(第二面)bs6的密封体mr的背面bs6露出的方式，利用图30所示的密封树脂120而进行密封(形成密封体mr)。

首先，如图28所示，将具有多个制品形成区域90a(图19参照)的引线框架90收纳于由上模110a和下模110b构成的模制模具110的下模110b的型腔110c中。

在收纳后，将上模110a和下模110b闭合，如图29所示，用上模110a和下模110b夹入引线框架90。此时，如图28以及图29所示，使芯片搭载部tab1～4各自的背面(背面bs3、背面bs4等)紧贴下模110b的型腔110c的底面110d。另一方面，如图29所示，芯片搭载部tab5成为从型腔110c的底面110d浮起(离开)的状态。

如此，在使芯片搭载部tab1～4各自的背面紧贴于下模110b的型腔110c的底面110d的状态下，如图30所示，从模制模具110的浇口110e(图28参照)注入密封树脂120。如图30以及图31所示，在型腔110c中即使密封树脂120向排气孔110f的填充开始，由于芯片搭载部tab1～4各自的背面紧贴下模110b的型腔110c的底面110d，因此，密封树脂120也不会流入芯片搭载部tab1～4与型腔110c的底面110d之间。

在该状态下，如图32以及图33所示，密封树脂120向型腔110c的填充结束。另外，密封树脂120例如是环氧类树脂等热可塑性树脂。

在此，例如，当在将绝缘层70和tim层80粘贴于从密封体mr露出的芯片搭载部tab1～4各自的背面上的状态下进行树脂模制时，绝缘层70以及tim层80由于模制模具110的热会劣化，将无法装配出所需品质的半导体模块sa。

因此，在本实施方式1的半导体模块sa的装配中，在进行形成密封体mr的树脂模制时，绝缘层70和tim层80不配置模制模具110中而进行树脂模制。即，在本实施方式1的半导体模块sa的装配中，绝缘层70和tim层80在树脂模制结束后粘贴(接合)于密封体mr的背面bs6上。如此，通过在树脂模制结束后将绝缘层70和tim层80粘贴于密封体mr的背面bs6，能够防止因模制模具110的热所导致的绝缘层70以及tim层80的劣化，从而在半导体模块sa的装配中能够获得所需的品质。

在模制结束后，如图34所示，从图33的模制模具110中取出引线框架90。在引线框架90的制品形成区域90a(图19参照)形成有密封体mr。而且，如图35以及图36所示，成为芯片搭载部tab1～4的背面(背面bs3、背面bs4等)在密封体mr的背面bs6露出的结构。

5.镀层形成

图37是示出图1所示的半导体模块的装配中镀层形成后的结构的俯视图，图38是示出沿图37的a-a线剖切的结构的剖视图，图39是示出沿图37的b-b线剖切的结构的剖视图。

在树脂密封后进行镀层形成。

在镀层形成工序中，如图37所示在从密封体mr露出的各引线的外侧引线(外部端子)1a、2a和框部90b以及在如图38和图39所示从该密封体mr的背面bs6(第二面)露出的包括芯片搭载部tab1～4的背面bs3、bs4(第二面)在内的各个背面上，作为外装镀层而形成作为金属膜的镀层膜130。

6.引线切割、成形

图40是示出图1所示的半导体模块的装配中引线切割、成形后的结构的俯视图，图41是示出图40的半导体模块的结构的背面图，图42是示出沿图40的a-a线剖切的结构的剖视图，图43是示出沿图40的b-b线剖切的结构的剖视图。

在镀层形成后进行引线切割、成形。

在引线切割、成形工序中，如图40、图41所示，将图1所示的半导体模块sa与图19所示的引线框架90的框部90b分割而使之单片化(切割)，并且如图42、图43所示，对各外侧引线(外部端子)1a、2a进行弯曲成形。此时，各外侧引线1a、2a朝向芯片搭载部tab1～4的露出侧的相反侧(密封体mr的表面fs6侧)弯曲成形。

7.绝缘层、tim层粘贴

图44是示出图1所示的半导体模块的装配中绝缘层以及tim层粘贴后的结构的背面图，图45是示出沿图44的a-a线剖切的结构的剖视图，图46是示出沿图44的b-b线剖切的结构的剖视图。

在引线切割、成形后，进行绝缘层、tim层粘贴。

在上述引线切割、成形后，首先，在密封体mr的背面(第二面)bs6以覆盖包括芯片搭载部tab1的背面(第二面)bs3和芯片搭载部tab2的背面(第二面)bs4在内的芯片搭载部1～4的各背面的方式粘贴绝缘层70。绝缘层70例如是由陶瓷或绝缘性的树脂材料形成的绝缘性树脂片，并通过热压接而被粘贴于密封体mr的背面bs6上。

在此，绝缘层70具有与芯片搭载部tab1的背面bs3、芯片搭载部tab2的背面bs4、密封体mr的背面bs6分别相向的表面(第一面)70a以及表面70a的相反侧的背面(第二面)70b。因而，在此，将绝缘层70的表面70a粘贴于密封体mr的背面bs6上以覆盖在该背面bs6露出的芯片搭载部tab1～4的各背面。

在将绝缘层70粘贴于密封体mr上之后，在绝缘层70上粘贴tim层(传热材料层)80。换言之，使tim层80以层叠的方式与绝缘层70相接合。另外，tim层80例如为含有碳粒子树脂片材、含有金属或陶瓷的硅树脂层或者散热性油脂层等。

此外，如图44所示，在俯视图(背面视图)下，tim层80的区域被包含于绝缘层70的区域中。即，俯视图中的tim层80的大小小于绝缘层70的大小，tim层80的端部(外周部)位于比绝缘层70的外周部进入内侧的位置。换言之，成为在四边形的tim层80的4条边的每条边上绝缘层70突出的结构。其结果为，通过绝缘层70能够确保tim层80与(具有电位的)露出的芯片搭载部tab1～4间的绝缘耐圧(细节在后述的图50中说明)。

此外，如图45、图46所示，作为第一半导体芯片和所述第二半导体芯片的多个igbt芯片10及多个二极管芯片20各自位于tim层80的区域的内侧。

另外，在图44所示的俯视图中，密封体mr具有分别从图45所示的密封体mr的表面(第一面)fs6贯穿至背面(第二面)bs6的貫通孔(第一貫通孔)mr1以及貫通孔(第二貫通孔)mr2。貫通孔mr1和貫通孔mr2位于密封体mr的长方形的背面(第二面)bs6的相向的2条短边各自的中央部。而且，在半导体模块sa的装配中，以绝缘层70以及tim层80位于貫通孔mr1与貫通孔mr2之间的方式粘贴(接合)绝缘层70和tim层80。

另外，在本实施方式1的半导体模块sa的装配中，优选为，在通过树脂模制而形成密封体mr之后且将绝缘层70粘贴于密封体mr上之前，对从密封体mr露出的多根引线各自的外侧引线(一部分)1a、2a进行切割、成形。即，优选为，在通过树脂模制而形成了密封体mr后进一步对各外侧引线1a、2a进行切割、成形之后，在密封体mr上粘贴绝缘层70和tim层80。

如此，通过在各外侧引线1a、2a的切割、成形后，进行在密封体mr上粘贴绝缘层70和tim层80的装配，从而也能够在出厂后由客户(用户)来粘贴绝缘层70和tim层80。由此，能够增加半导体模块sa的装配流程的变化。

但是，绝缘层70和tim层80的粘贴只要在树脂模制后，则在任何时机均可，例如也可以在镀层形成工序等之后。

通过以上方式，结束图1所示的半导体模块sa的装配。

接下来，对本实施方式1的半导体模块sa的安装结构进行说明。图47是示出对将图44所示的半导体模块安装于散热板上的结构沿图44的a-a线进行了剖切的剖视图，图48是示出对将图44所示的半导体模块安装于散热板上的结构沿图44的b-b线进行了剖切的结构的剖视图。此外，图49是示出本发明发明人进行了比较研究的半导体模块的结构的局部剖视图，图50是示出本实施方式1的半导体模块的结构的局部剖视图。

如图47所示，半导体模块sa由于具有多个功率晶体管，因此其动作时的发热大。因此，如图47所示，在将半导体模块sa安装于pcb(printedcircuitboard)基板160等安装基板上时，在半导体模块sa上安装散热板140。换言之，将半导体模块sa安装于散热板140上。此时，如图47、图48所示，在图44的貫通孔mr1和貫通孔mr2各自中安装螺栓部件150，通过螺栓部件150而将密封体mr与散热板140接合。即，通过螺栓部件150的紧固，而将半导体模块sa的密封体mr安装在散热板140上。

由此，当芯片搭载部tab1～4之中的任一搭载部的露出部分与散热板140之间的距离过近时，无法确保半导体模块sa与散热板140之间的绝缘耐圧。作为在图49所示的本申请发明人进行了比较研究的结构，是粘贴于密封体mr的背面bs6上的绝缘层70于tim层80的大小大致相等的情况。在图49所示的结构中，例如，芯片搭载部tab的边缘部与散热板140之间的沿面距离l1较短。

另一方面，在图50所示的本实施方式1的半导体模块sa的结构中，绝缘层70以覆盖芯片搭载部tab1(在此，仅图示了芯片搭载部tab1，但芯片搭载部tab1～4也同样)的方式被粘贴于密封体mr的背面bs6，tim层80的大小小于绝缘层70的大小(绝缘层70的大小>tim层80的大小)。由此，芯片搭载部tab1的边缘部与散热板140之间的沿面距离l2远长于图49的结构的沿面距离l1(l2>l1)。

即，通过使绝缘层70的大小>tim层80的大小，并且以在俯视图中绝缘层70从四边形的tim层80的所有边突出的方式粘贴绝缘层70和tim层80，从而能够使芯片搭载部tab1的边缘部与散热板140之间的沿面距离l2较长，能够使半导体模块sa与散热板140之间的绝缘耐圧量増加。其结果为，能够确保半导体模块sa的绝缘耐圧。

接下来，关于本实施方式1的半导体模块sa中的模块尺寸和绝缘层与tim层的大小的关系，对具体例进行说明。图51是示出本实施方式1的半导体模块的背面侧的结构中芯片搭载部的露出部的各部尺寸的一例的背面图，图52是示出本实施方式1的半导体模块的背面侧的结构的背面图。

图51所示的半导体模块sa是示出了其背面视角下的各尺寸的一例的模块，密封体mr的背面bs6的俯视图中的大小例如为横向长度p＝38.0mm、纵向长度q＝24.0mm。此外，密封体mr中的从貫通孔mr1至貫通孔mr2的距离例如为t＝31.8mm。另外，芯片搭载部tab1～4的所有的露出部的大小例如为s＝29.9mm、r＝10.4mm。但是，这些尺寸是一例，而并不限定于上述的数值，这是不言而喻的。

图52示出了相对于图51的背面结构的、绝缘层70和tim层80各自的大小和粘贴位置。如图52所示，在本实施方式1的半导体模块sa中，将绝缘层70的大小设为，绝缘层70的大小≥芯片搭载部tab1～4的露出部的大小。即，绝缘层70与芯片搭载部tab1～4的露出部的大小为相同尺寸，或者绝缘层70大于芯片搭载部tab1～4的露出部的大小。

通过使绝缘层70的大小成为绝缘层70的大小≥芯片搭载部tab1～4的露出部的大小，从而能够形成考虑了绝缘层70粘贴时的位置偏移的大小(能够增大对位置偏移的裕度)。

此外，绝缘层70的大小成为绝缘层70的大小>tim层80的大小。由此，如图50的结构所示，能够使将半导体模块sa安装于散热板140上时的芯片搭载部tab1的边缘部与散热板140之间的沿面距离l2较长，进而能够确保绝缘耐圧。

接下来，对本实施方式1的变形例的半导体模块sa中的绝缘层70和tim层80各自的最小的大小进行说明。

图53是示出本实施方式1的变形例的半导体模块的背面侧的结构中芯片搭载部的露出结构的背面图，图54是示出本实施方式1的变形例的半导体模块的背面侧的结构的背面图。

半导体模块sa中的绝缘层70由于以绝缘为目的，因此至少需要覆盖芯片搭载部tab1～4的露出部(图53所示的区域u1)。即，绝缘层70的最小尺寸与芯片搭载部tab1～4的露出部(区域u1)的尺寸相同(绝缘层70的最小尺寸＝芯片搭载部的露出部的尺寸)。因此，如图54所示，至少在与图53的区域u1对应的区域粘贴绝缘层70。

另一方面，tim层80以散热为目的。由此，tim层80的最小尺寸为至少覆盖发热体(例如，igbt芯片10)的区域。即，tim层80的最小尺寸与图53所示的区域v1的尺寸相同(tim层80的最小尺寸＝芯片全体的区域的尺寸)。因此，如图54所示，至少在与图53的区域v1对应的区域上粘贴tim层80。

另外，通过减小绝缘层70以及tim层80的大小，能够实现半导体模块sa的装配中的部件成本的降低。

此外，在设为“绝缘层70的大小>tim层80的大小”且“在俯视图中tim层80的区域被包含于绝缘层70的区域中”的情况下，虽然未图示，但是也存在tim层80的区域的边缘与绝缘层70的区域的边缘相接的情况。然而，在确保沿面距离l2这方面，图52、图54所示这样的绝缘层70和tim层80的大小、位置关系为优选。具体而言，在俯视图中，绝缘层70具有沿第一方向(x方向)延伸的第一边71、第一边71的相对侧的第二边72、沿与第一方向(x方向)交叉的第二方向(y方向)延伸的第三边73以及第三边73的相对侧的第四边74。此外，tim层80具有沿第一方向(x方向)延伸的第五边81、第五边81的相对侧的第六边82、沿第二方向(y方向)延伸的第七边83以及第七边83的相对侧的第八边84。而且，在俯视图中，tim层80的第五边81位于绝缘层70的第一边71与绝缘层70的第二边72之间，tim层80的第六边82位于绝缘层70的第二边72与tim层80的第五边81之间。而且，优选为，tim层80的第七边83位于绝缘层70的第三边73与绝缘层70的第四边74之间，tim层80的第八边84位于绝缘层70的第四边74与tim层80的第七边83之间，绝缘层70与tim层80为上述的大小、位置关系。即，最优选为，“绝缘层70的大小>tim层80的大小”且“在俯视图中tim层80的区域被包含于绝缘层70的区域中”且“在俯视图中tim层80的区域的边缘以间隔开的方式配置于比绝缘层70的区域的边缘靠内侧”。

另外，在本实施方式1中，如图52、图54所示记载了tim层80的平面形状和绝缘层70的平面形状各自为大致长方形，但tim层80的平面形状和绝缘层70的平面形状各自并不限于此，也可以是大致圆形，也可以是大致多边形。

<効果>

根据本实施方式1的半导体模块sa，由于能够从芯片搭载部tab1～4经由绝缘层70以及tim层80而直接向散热板140等传热，因此，能够提高半导体模块sa的散热性。由此，能够提高半导体模块sa的可靠性(性能)。

此外，通过以使tim层80被包含于绝缘层70中的方式即使tim层80小于绝缘层70，能够提高半导体模块sa的密封体mr与散热板140之间的绝缘性。即，能够确保半导体模块sa的绝缘耐圧，其结果为，能够提高半导体模块sa的可靠性。

另外，通过以使tim层80包含于绝缘层70中的方式粘贴tim层80，能够防止在安装于散热板140等上时芯片搭载部tab1～4间发生短路。

此外，通过将tim层80粘贴于与发热体(例如igbt芯片10)的区域对应的区域，能够提高半导体模块sa的散热性。

此外，在半导体模块sa的装配中，通过在树脂模制之后在密封体mr的背面bs6上粘贴绝缘层70以及tim层80，与使陶瓷板或金属基板露出的结构的半导体模块相比能够使元件成本低廉。其结果为，能够实现半导体模块sa的装配成本的降低。

以上，基于实施方式具体地对由本发明发明人作出的发明进行了说明，但本发明不限于到此所记载的实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内进行各种变更，这是不言而喻的。

(实施方式2)

图55是示出本实施方式2的半导体模块的背面侧的结构中芯片搭载部的露出结构的背面图，图56是示出本实施方式2的半导体模块的背面侧的结构的背面图。

如图55所示，在半导体模块sa中，搭载对igbt芯片10进行控制的控制芯片30。此时，控制芯片30由于搭载于igbt芯片10等发热体的附近，因此容易受到热的影响。因此，以绝缘层70覆盖包括控制芯片30用的芯片搭载部tab5在内的所有的芯片搭载部tab1～5的区域w1并且tim层80覆盖所有的半导体芯片的区域w2的方式，分别如图56所示在对应的区域粘贴绝缘层70以及tim层80。由此，在图56所示的结构中，在透视俯视图中，控制芯片30位于绝缘层70的区域和tim层80的区域。

通过以覆盖所有的半导体芯片的区域w2的方式粘贴tim层80，能够缓和热对控制芯片30的影响。

另外，即使在图56所示的结构中，也满足绝缘层70的尺寸>tim层80的尺寸、绝缘层70的尺寸≥芯片搭载部的露出部的尺寸、tim层80的尺寸≥整个半导体芯片的区域。

此外，在半导体模块sa中，由于通过螺栓部件150而固定于图47所示的散热板140上，因此存在封装件裂开等固定时的损伤的顾虑。因此，在本实施方式2的图56所示的结构中，在俯视图中(背面视图)中，绝缘层70和tim层80跨假想线170的两侧而配置，该假想线170是连结密封体mr的貫通孔mr1和貫通孔mr2各自的中心的线。换言之，绝缘层70和tim层80配置于上述假想线170上。

由此，通过将绝缘层70和tim层80配置于上述假想线170上，能够缓和螺栓固定时的损伤。

另外，优选为，在俯视图(背面视图)中，在沿着上述假想线170的方向上所配置的绝缘层70的一个端部(长边)与假想线170之间距离l3和绝缘层70的另一个(相对侧)的端部(长边)与假想线170之间距离l4相同。即，在图56所示的结构中，优选为l3＝l4。通过设为l3＝l4，能够提高半导体模块sa向散热板140螺栓固定时的稳定性。

另外，能够在不脱离上述实施方式1、2中所说明的技术思想的主旨的范围内将实施例和变形例组合地使用。

在上述实施方式1、2中，作为装入于半导体模块中的功率元件，示出双极功率晶体管(bipolartransistor)等igbt为例而进行了说明，但作为装入的元件，也可以为功率mosfet等。

此外，在上述实施方式1中，对绝缘层70和tim层80是单独的部件且分别各自粘贴于密封体mr上的情况进行了说明，但是也可以准备预先将绝缘层70和tim层80接合而形成的片结构体180(参见图50)，并将上述片结构体180粘贴在通过树脂模制而形成的密封体mr上。此时，以绝缘层70覆盖芯片搭载部tab1～4的各背面的露出部的方式将上述片结构体180粘贴于密封体mr的背面bs6上。

另外，即使在该情况下，在俯视图(背面视图)中片结构体180中的tim层80的区域也被包含在绝缘层70的区域中。

此外，绝缘层70以及tim层80可以按照每个芯片搭载部或者按照每个半导体芯片而分割地粘贴于密封体mr上，即使在该情况下，也能够获得与实施方式1的半导体模块sa同样的効果。

即，即使是绝缘层70以及tim层80按照每个芯片搭载部或每个半导体芯片而被分割并将该被分割的绝缘层70以及tim层80粘贴于密封体mr上的结构，也只要满足绝缘层70的尺寸>tim层80的尺寸、绝缘层70的尺寸≥芯片搭载部的露出部的尺寸、tim层80的尺寸≥整个半导体芯片的区域即可。由此，能够获得与实施方式1的半导体模块sa同样的效果。

此外，实施方式包括以下的方式。

(附注1)

一种片结构体，粘贴于具备内置有功率晶体管的半导体芯片的半导体模块上，该片结构体中，搭载所述半导体芯片的芯片搭载部的一部分在所述半导体模块的密封体的背面露出，并具有：以覆盖在所述密封体的所述背面所露出的所述芯片搭载部的一部分的方式粘贴于所述密封体上的绝缘层以及与所述绝缘层以层叠的方式相结合的传热材料层，俯视图中所述传热材料层的区域被包含于所述绝缘层的区域中。

附图标记说明

1a、2a外侧引线

10igbt芯片

20二极管芯片

30控制芯片

40金线

50铝线

60导电性的接合材料

65非导电性的接合材料

70绝缘层

70a表面(第一面)

70b背面(第二面)

71第一边

72第二边

73第三边

74第四边

80tim层(传热材料层)

81第五边

82第六边

83第七边

84第八边

90引线框架

90a制品形成区域

90b框部

100半导体模块

110模制模具

110a上模

110b下模

110c型腔

110d底面

110e浇口

110f排气孔

120密封树脂

130镀层膜

140散热板

150螺栓部件

160pcb基板

170假想线

180片结构体

chp1(hu)半导体芯片(第一半导体芯片、高压侧用半导体芯片)

chp1(hv)半导体芯片(第一半导体芯片、高压侧用半导体芯片)

chp1(hw)半导体芯片(第一半导体芯片、高压侧用半导体芯片)

chp1(lu)半导体芯片(第二半导体芯片、低压侧用半导体芯片)

chp1(lv)半导体芯片(低压侧用半导体芯片)

chp1(lw)半导体芯片(低压侧用半导体芯片)

chp2(hu)半导体芯片

chp2(hv)半导体芯片

chp2(hw)半导体芯片

chp2(lu)半导体芯片

chp2(lv)半导体芯片

chp2(lw)半导体芯片

chp3半导体芯片

fs1表面(第一面)

bs1背面(第二面)

fs2表面(第一面)

bs2背面(第二面)

fs3表面(第一面)

bs3背面(第二面)

fs4表面(第一面)

bs4背面(第二面)

fs5表面(第一面)

bs5背面(第二面)

fs6表面(第一面)

bs6背面(第二面)

hl悬吊引线

ld1引线

ld2引线

mr密封体

mr1貫通孔(第一貫通孔)

mr2貫通孔(第二貫通孔)

sa半导体模块

ss1侧面

tab芯片搭载部

tab1～4芯片搭载部

tab5芯片搭载部

w导线。