JP7062071B2 - 電力用半導体装置およびその製造方法、ならびに電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は電力用半導体装置およびその製造方法、ならびに電力変換装置に関し、特に２つの基板の間に金属柱部を備える電力用半導体装置およびその製造方法、ならびに当該電力用半導体装置を備える電力変換装置に関するものである。

電力用半導体装置は、産業用機器、電気鉄道、家電製品などの幅広い分野における機器の主電力の制御に用いられる。特に産業用機器に搭載される電力用半導体装置は、小型化、高放熱性、高信頼性が求められる。電力用半導体装置においては、放熱性の高い絶縁基板にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）およびＦＷＤ（Free Wheeling Diode）などの電力用半導体素子が実装される。絶縁基板に実装された電力用半導体素子の表面電極には配線が接続される。これにより電力用半導体装置の回路が形成される。

このように電力用半導体装置は、絶縁基板上に配線が接続される。このため高価である絶縁基板の面積が大きくなる。これにより電力用半導体装置はコストが高騰する。また絶縁基板の面積が大きくなれば電力用半導体装置の外形が大きくなる。そこでたとえば特開２００９－３０２５５７号公報（特許文献１）においては、絶縁基板上に接合された半導体素子と、それに対向するように配置された基板上の回路パターンとが、接続導体であるはんだにより接続された構成を有する電力用半導体装置が開示されている。

特開２００９－３０２５５７号公報

特開２００９－３０２５５７号公報においては、半導体素子が接合された絶縁基板と、回路パターンが接合された基板とが互いに対向するように配置されている。このためたとえば両者が１つの平面上に並ぶように配置される場合に比べて絶縁基板の面積が小さくなっている。しかし特開２００９－３０２５５７号公報においては、２つの基板が、たとえば球形のはんだである接続導体により接続されている。すなわち接続導体が絶縁基板の表面上を自由に移動可能な状態で、２つの基板が接続される。このため接続導体の、基板の主表面に沿う位置を１点に定めるよう制御することが困難である。したがって特開２００９－３０２５５７号公報によれば、電力用半導体装置の安定した生産ができない可能性がある。

本発明は上記の課題に鑑みなされたものである。その目的は、互いに対向する２つの基板が高い位置精度で接合された電力用半導体装置、および当該電力用半導体装置を備える電力変換装置を提供することである。

本発明に係る電力用半導体装置は、絶縁基板と、半導体素子と、プリント基板とを備える。半導体素子は絶縁基板に接合される。プリント基板は半導体素子に対向するように接合される。半導体素子には主電極および信号電極が形成される。プリント基板は、コア材と、コア材の半導体素子側の第１の主表面に形成された第１の導体層と、コア材の第１の主表面と反対側の第２の主表面に形成された第２の導体層とを含む。プリント基板には、第１の導体層とコア材と第２の導体層とを貫通するように形成された第１の貫通孔が形成されている。第１の貫通孔内には、第１の貫通孔内からプリント基板の絶縁基板と反対側の第３の主表面を超えて、第１の貫通孔の外側まで、第１の主表面に交差する第１方向に延びる第１の金属柱部と、第１の貫通孔内における第１の導電性部材との双方が配置されている。第１の貫通孔内において、第１の金属柱部の第１方向に延びる表面とプリント基板とが第１の導電性部材を介して接続される。信号電極と、第１の金属柱部とが、第２の導電性部材を介して接続される。主電極とプリント基板とが第３の導電性部材を介して接続される。絶縁基板からプリント基板まで第１方向に延びる第２の金属柱部が複数配置されている。複数の第２の金属柱部のうちの１つは、平面視におけるプリント基板の中央を含むように配置される。

本発明に係る電力用半導体装置は、絶縁基板と、半導体素子と、プリント基板とを備える。半導体素子は絶縁基板に接合される。プリント基板は半導体素子に対向するように接合される。半導体素子には信号電極が形成される。プリント基板は、コア材と、第１の導体層と、第２の導体層とを含む。プリント基板の第１の導体層には第１の欠落部が形成されている。第１の欠落部内からその外側まで第１の主表面に交差する方向に延びる第１の金属柱部と、第１の欠落部内導電性部材との双方が配置される。欠落部外導電性部材が、第１の金属柱部と、信号電極との双方に接触している。

本発明に係る電力用半導体装置の製造方法では、信号電極が形成された半導体素子を一方の主表面上に接合した絶縁基板が準備される。コア材と、コア材の第１の主表面に形成された第１の導体層と、コア材の第１の主表面と反対側の第２の主表面に形成された第２の導体層とを含み、第１の導体層とコア材と第２の導体層とを貫通するように第１の貫通孔が形成されたプリント基板が準備される。第１の貫通孔内から第１の貫通孔の外側まで延びる第１の金属柱部が配置される。信号電極に第１の貫通孔外導電性部材を介して第１の金属柱部を接続し、絶縁基板の一方の主表面に第２の貫通孔外導電性部材を介して第２の金属柱部を接続するように、プリント基板を絶縁基板に対向させ接合する。第１の貫通孔内には、第１の金属柱部と、第１の貫通孔内導電性部材との双方が配置され、第１の貫通孔内において第１の金属柱部の第１の主表面に交差する第１方向に延びる表面とプリント基板とが第１の貫通孔内導電性部材を介して接続されるように形成される。絶縁基板からプリント基板まで第１方向に延びる第２の金属柱部が複数配置されている。複数の第２の金属柱部のうちの１つは、平面視におけるプリント基板の中央を含むように配置される。

本発明に係る電力用半導体装置の製造方法では、絶縁基板の一方の主表面上に、信号電極が形成された半導体素子が接合される。コア材と、第１の導体層と、第２の導体層とを含むプリント基板が準備される。プリント基板の第１の導体層に第１の欠落部を形成し、第１の欠落部内からその外側まで延びる第１の金属柱部が配置される。信号電極に欠落部外導電性部材を介して第１の金属柱部を接続するように、プリント基板が絶縁基板に対向され接合される。第１の欠落部内には、第１の金属柱部と、第１の欠落部内導電性部材との双方が配置されるように形成される。

本発明によれば、第１の欠落部内における第１の主表面から、第１の欠落部外の信号電極に接触するように、第１の金属柱部が配置される。第１の金属柱部は第１の欠落部内から延びるため、第１の欠落部の拘束により、第１の金属柱部の位置精度を高めることができる。このため、プリント基板を絶縁基板に対して高い位置精度で接合できる。

実施の形態１の第１例の電力用半導体装置の全体を平面視した態様を示す概略平面図である。 実施の形態１の第１例の電力用半導体装置のうち、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。 図１の電力用半導体装置のうち、特に半導体素子の配置された部分の概略平面図である。 図１の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向下側の導体層の態様を示す概略平面図である。 図１の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向上側の導体層の態様を示す概略平面図である。 実施の形態１における図２中の点線で囲まれた部分Ａの概略拡大断面図である。 実施の形態１における図２中の点線で囲まれた部分Ｂの概略拡大断面図である。 実施の形態１の第２例の電力用半導体装置の全体を平面視した態様を示す概略平面図である。 図８の電力用半導体装置のうち、特に半導体素子の配置された部分の概略平面図である。 図８の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向下側の導体層の態様を示す概略平面図である。 図８の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向上側の導体層の態様を示す概略平面図である。 実施の形態１の電力用半導体装置の製造方法の第１工程を示す、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。 実施の形態１の電力用半導体装置の製造方法の第２工程を示す、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。 実施の形態１の電力用半導体装置の製造方法の第３工程を示す、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。 実施の形態１の電力用半導体装置の製造方法の第４工程を示す、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。 実施の形態２における図２中の点線で囲まれた部分Ａの第１例の概略拡大断面図である。 実施の形態２における図２中の点線で囲まれた部分Ａの第２例の概略拡大断面図である。 実施の形態２における図２中の点線で囲まれた部分Ｂの第１例の概略拡大断面図である。 実施の形態２における図２中の点線で囲まれた部分Ｂの第２例の概略拡大断面図である。 実施の形態３における図２中の点線で囲まれた部分Ａの概略拡大断面図である。 実施の形態３における図２中の点線で囲まれた部分Ｂの概略拡大断面図である。 実施の形態４の電力用半導体装置のうち、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。 実施の形態４における図２２中の点線で囲まれた部分ＸＸＩＩＩの概略拡大断面図である。 実施の形態５の第１例の電力用半導体装置の全体を平面視した態様を示す概略平面図である。 実施の形態５の第１例の電力用半導体装置のうち、図２４のＸＸＶ－ＸＸＶ線に沿う部分の概略断面図である。 図２４の電力用半導体装置のうち、特に半導体素子の配置された部分の概略平面図である。 図２４の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向下側の導体層の態様を示す概略平面図である。 図２４の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向上側の導体層の態様を示す概略平面図である。 実施の形態５の第１例における図２５中の点線で囲まれた部分Ｃの概略拡大断面図である。 実施の形態５の第１例における図２５中の点線で囲まれた部分Ｄの概略拡大断面図である。 実施の形態５の第２例の電力用半導体装置の全体を平面視した態様を示す概略平面図である。 実施の形態５の第２例の電力用半導体装置のうち、図３１のＸＸＸＩＩ－ＸＸＸＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。 実施の形態５の第２例における図３２中の点線で囲まれた部分Ｅの概略拡大断面図である。 実施の形態５の第２例における図３２中の点線で囲まれた部分Ｆの概略拡大断面図である。 実施の形態５の第２例における図３２中の点線で囲まれた部分Ｆの第１変形例の概略拡大断面図である。 実施の形態５の第２例における図３２中の点線で囲まれた部分Ｆの第２変形例の概略拡大断面図である。 実施の形態５の第３例の電力用半導体装置の全体を平面視した態様を示す概略平面図である。 図３７の電力用半導体装置のうち、特に半導体素子の配置された部分の概略平面図である。 図３７の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向下側の導体層の態様を示す概略平面図である。 図３７の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向上側の導体層の態様を示す概略平面図である。 実施の形態５の第４例の電力用半導体装置の全体を平面視した態様を示す概略平面図である。 図４１の電力用半導体装置のうち、特に半導体素子の配置された部分の概略平面図である。 図４１の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向下側の導体層の態様を示す概略平面図である。 図４１の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向上側の導体層の態様を示す概略平面図である。 実施の形態５の電力用半導体装置の製造方法の第１工程を示す、図２４のＸＸＶ－ＸＸＶ線に沿う部分の概略断面図である。 実施の形態５の電力用半導体装置の製造方法の第２工程を示す、図２４のＸＸＶ－ＸＸＶ線に沿う部分の概略断面図である。 実施の形態５の電力用半導体装置の製造方法の第３工程を示す、図２４のＸＸＶ－ＸＸＶ線に沿う部分の概略断面図である。 実施の形態５の電力用半導体装置の製造方法の第４工程を示す、図２４のＸＸＶ－ＸＸＶ線に沿う部分の概略断面図である。 実施の形態６における図２５中の点線で囲まれた部分Ｆの概略拡大断面図である。 実施の形態６における図２５中の点線で囲まれた部分Ｇの概略拡大断面図である。 実施の形態７に係る電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。

以下、一実施の形態について図に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず本実施の形態の電力用半導体装置の構成について、図１～図７を用いて説明する。なお説明の便宜のため、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が導入されている。図１は実施の形態１の第１例の電力用半導体装置の全体を平面視した態様を示す概略平面図である。図２は実施の形態１の第１例の電力用半導体装置のうち、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。図３は図１の電力用半導体装置のうち、特に半導体素子の配置された部分の概略平面図である。図４は図１の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向下側の導体層の態様を示す概略平面図である。図５は図１の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向上側の導体層の態様を示す概略平面図である。図６は実施の形態１における図２中の点線で囲まれた部分Ａの概略拡大断面図である。図７は実施の形態１における図２中の点線で囲まれた部分Ｂの概略拡大断面図である。なお以下においてはＺ方向に関する下側すなわちＺ方向負側を単に下側、Ｚ方向に関する上側すなわちＺ方向正側を単に上側と呼ぶこととする。

図１および図２を参照して、本実施の形態の第１例の電力用半導体装置１００は、絶縁基板１０と、半導体チップ２０と、プリント基板３０と、導電性部材４０と、金属柱部５０と、ケース６０と、封止樹脂７０と、電極端子８０とを主に備えている。絶縁基板１０は平面視においてたとえば矩形状を有する平板状の部材である。絶縁基板１０は、絶縁層１１と、第４の導体層１２と、第３の導体層１３とを有している。

絶縁層１１は、たとえば厚みが０．１２５ｍｍである。絶縁層１１は、たとえば樹脂製の絶縁シートである。ただし絶縁層１１としてはこれに限らず、たとえばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、アルミナ、ＳｉＮ（窒化珪素）からなる群から選択されるいずれかのセラミック材料により形成されてもよい。第４の導体層１２は絶縁層１１の下側の面に接合されている。第４の導体層１２はたとえば厚みが２ｍｍである。第３の導体層１３は絶縁層１１の上側の面、すなわち絶縁基板１０のうち上側であるプリント基板３０側の面上に接合されるように配置されている。第３の導体層１３はたとえば厚みが０．５ｍｍである。第４の導体層１２および第３の導体層１３はたとえば銅により形成されている。

図３を参照して、第３の導体層１３は、たとえば平面視において矩形状を有し、Ｘ方向に関して互いに間隔をあけて複数並ぶように配置されている。なお図３においては第３の導体層１３はＸ方向に関して間隔をあけて２つ並んでいるが、第３の導体層１３の数および並ぶ態様は任意である。

半導体チップ２０としては、たとえば半導体素子２１としてのＩＧＢＴ、および他の素子としてのダイオード２２を有している。これらの半導体チップ２０すなわち半導体素子２１およびダイオード２２は、絶縁基板１０の一方の主表面すなわち上側の主表面に接合されている。より具体的には、半導体素子２１およびダイオード２２は、第３の導体層１３の上側の面に複数、Ｘ方向およびＹ方向に関して互いに間隔をあけて接合されている。なおダイオードとしてはたとえばＦＷＤが用いられることが好ましい。なおここでは半導体素子２１の一例としてＩＧＢＴを挙げている。しかし半導体素子２１としてはＩＧＢＴの代わりにたとえばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）が用いられてもよい。

図３においては、絶縁基板１０の２つの第３の導体層１３のそれぞれの上に、３つの半導体素子２１および３つのダイオード２２が１列に並ぶように接合されている。すなわち図３においては半導体素子２１およびダイオード２２が１対の、いわゆる１ｉｎ１となるように配置されたモジュール構成となっている。ただし半導体素子２１およびダイオード２２の数および並ぶ態様は任意である。たとえば半導体素子２１およびダイオード２２が２対の２ｉｎ１、あるいは６対の６ｉｎ１となるように配置されてもよい。さらに上記構成と、コンバータとなる電力用半導体素子と、ブレーキとなる電力用半導体素子とが搭載された構成であってもよい。

なお図３においては模式的に、半導体素子２１はチップ本体２１ａ上に主電極２１ｂおよび信号電極２１ｃを１つずつ有するように図示されている。なお主電極２１ｂはたとえばエミッタ電極であり、信号電極２１ｃはたとえばゲート電極である。また図３においては模式的に、ダイオード２２はチップ本体２２ａ上に電極２２ｂが１つ図示されている。

半導体素子２１は、チップ本体２１ａがたとえば縦８ｍｍ、横８ｍｍで厚みが０．０８ｍｍである。ダイオード２２は、チップ本体２２ａがたとえば縦６ｍｍ、横８ｍｍで厚みが０．０８ｍｍである。ＩＧＢＴとしての半導体素子２１の上側の表面には、たとえば縦１ｍｍで横２ｍｍの信号電極２１ｃとしてのゲート電極が形成されている。また上記の主電極２１ｂ、信号電極２１ｃおよびダイオード２２の電極２２ｂの数および並ぶ態様は任意である。これらの主電極２１ｂ、信号電極２１ｃおよび電極２２ｂは、いずれもたとえば金により形成された金属薄膜である。また半導体素子２１がＭＯＳＦＥＴである場合、そのチップ本体上には主電極２１ｂとしてソース電極が配置され、信号電極２１ｃとしてゲート電極が配置される。

図４および図５を参照して、プリント基板３０は平面視においてたとえば矩形状を有する平板状の部材である。図２に示すように、プリント基板３０は半導体素子２１、およびダイオード２２に対向するようにその上側に接合されている。具体的には、半導体素子２１およびダイオード２２の下面にははんだ層４１が、上面にははんだ層である第３の導電性部材４２が配置されている。半導体素子２１およびダイオード２２は、はんだ層４１により、その下側の絶縁基板１０の第３の導体層１３と接合されている。また半導体素子２１およびダイオード２２は、第３の導電性部材４２により、その上側のプリント基板３０の後述する第１の導体層３２と接合されている。言い換えれば主電極２１ｂとプリント基板３０とは、第３の導電性部材４２を介して接続されている。はんだ層４１および第３の導電性部材４２はいずれも既述の、導電性部材４０に含まれる。

はんだ層４１および第３の導電性部材４２は、いずれも厚みが約０．１ｍｍであり、Ｓｎ－Ａｇ－Ｃｕ系のはんだ材料により構成される。ただしここでははんだ層４１、第３の導電性部材４２に限らず、導電性部材を形成するための他の導電性材料が用いられてもよい。たとえば当該導電性部材として、はんだ層４１および第３の導電性部材４２の代わりに、銀フィラーをエポキシ樹脂に分散させた導電性接着剤、またはナノ粒子を低温焼成させる銀ナノパウダまたは銅ナノパウダなどが用いられてもよい。これらの材料により導電性部材が構成された場合においても、はんだ層４１および第３の導電性部材４２が構成された場合と同様の接合効果を有する。

このように半導体チップ２０の下側に絶縁基板１０が接合されている。このため絶縁基板１０は、半導体チップ２０の下側の面上の図示されない電極との電気的な接続を可能とする。なお導電性部材４０についてはさらに詳細な説明を後述する。

図２を参照して、プリント基板３０は、コア材３１と、第１の導体層３２と、第２の導体層３３とを有している。第１の導体層３２は、コア材３１の半導体素子２１側すなわち下側の第１の主表面に形成されている。また第２の導体層３３は、コア材３１の上記第１の主表面と反対側すなわち上側の第２の主表面に形成されている。上記のように第１の導体層３２は、第３の導電性部材４２を介して、半導体素子２１およびダイオード２２に接合されている。したがってプリント基板３０は、絶縁基板１０に実装された半導体素子２１などの上側に対向するように、半導体チップ２０の主表面に沿うように配置されている。

コア材３１は、たとえば厚みが０．５ｍｍである。コア材３１は、たとえば材質がＦＲ－４（Flame Retardant Type 4）と呼ばれる絶縁材料である。第１の導体層３２は、コア材３１のうち半導体チップ２０に近い下側の第１の主表面に形成された近位側導体層である。また第２の導体層３３は、コア材３１のうち半導体チップ２０から遠い上側の第２の主表面に形成された遠位側導体層である。第１の導体層３２および第２の導体層３３は、いずれも厚みがたとえば０．４ｍｍであり、たとえば銅により形成されている。

図４に示すように、たとえば第１の導体層３２は、たとえばＸ方向に互いに間隔をあけて２つ、比較的平面積の大きいものが配置されている。また第１の導体層３２は、上記の２つ配置される平面積の大きいパターンの他に、比較的平面積の小さいものが配置されている。この比較的平面積の小さい第１の導体層３２は、図４に示すようにＸ方向に関する左側（以下単に左側）の大きいパターンのＹ方向に関する奥側（以下単に奥側）に、Ｘ方向に関して互いに間隔をあけて３つ並んでいる。またこの比較的平面積の小さい第１の導体層３２は、図４に示すようにＸ方向に関する右側（以下単に右側）の大きいパターンのＹ方向に関する手前側（以下単に手前側）に、Ｘ方向に関して互いに間隔をあけて３つ並んでいる。小さい第１の導体層３２の数は、半導体素子２１（信号電極２１ｃ）の数と等しいことが好ましい。このため第１の導体層３２の数は半導体素子２１の設置される数に応じて変化する。以上のような配置を有するため、１対の大きいパターンの第１の導体層３２は、左側のものが右側のものよりもやや手前側にずれるように配置されている。

上記の２つの大きい第１の導体層３２のパターン、および６つの小さい第１の導体層３２のパターンのそれぞれは、端子としてコア材３１から部分的に突出した部分を有している。より具体的には、上記第１の導体層３２のパターンが部分的に突出した部分は、コア材３１と重なる領域からその外側の領域に向けて、いずれもＹ方向に延びている。すなわち図４の左側の大きい第１の導体層３２、および図４の右側の３つ並ぶ小さい第１の導体層３２のパターンが部分的に突出した部分は、手前側に向けて延びている。また図４の右側の大きい第１の導体層３２、および図４の左側の３つ並ぶ小さい第１の導体層３２のパターンが部分的に突出した部分は、奥側に向けて延びている。

また２つの大きい第１の導体層３２のパターンは、コア材３１から部分的に突出した部分を除く部分（Ｙ方向に延びる部分以外の部分）が、矩形の平面形状を有している。一方、６つの小さい第１の導体層３２のパターンは、コア材３１から部分的に突出した部分を除く部分（Ｙ方向に延びる部分以外の部分）が、Ｘ方向に沿って延びている。言い換えれば、６つの小さい第１の導体層３２のパターンは、２つの大きい第１の導体層３２のパターンに近い側の部分についてはＸ方向に沿って延び、その部分のＸ方向中央からコア材３１の外側に向かうようにＹ方向に延びている。いずれの第１の導体層３２も、Ｙ方向に延びる部分はその一部（Ｙ方向に延びる部分を除く部分に比較的近い部分）はコア材３１と重なる位置に配置されるが、他の一部はコア材３１と重ならない、すなわちコア材３１から突出した位置に配置される。これにより当該コア材３１から突出した部分は外部と電気的に接続可能な端子として機能し得る、平面視においてＴ字型形状を有している。なお各サイズの第１の導体層３２のＴ字型形状のパターンの数、および配置態様は上記に限らず任意である。

図５に示すように、第２の導体層３３は、Ｘ方向に関して互いに間隔をあけて２つ配置されている。これらの第２の導体層３３のパターンのそれぞれは、端子としてコア材３１から部分的に突出した部分を有している。より具体的には、上記第２の導体層３３のパターンが部分的に突出した部分は、コア材３１と重なる領域からその外側の領域に向けて、いずれもＸ方向に延びている。すなわち図５の左側の第２の導体層３３のパターンが部分的に突出した部分は、左側に向けて延びている。また図５の右側の第２の導体層３３のパターンが部分的に突出した部分は、右側に向けて延びている。

また２つの第２の導体層３３のパターンは、コア材３１から部分的に突出した部分を除く部分（Ｘ方向に延びる部分以外の部分）が、矩形の平面形状を有している。いずれの第２の導体層３３も、Ｘ方向に延びる部分はその一部（Ｘ方向に延びる部分を除く部分に比較的近い部分）はコア材３１と重なる位置に配置されるが、他の一部はコア材３１と重ならない、すなわちコア材３１から突出した位置に配置される。これにより当該コア材３１から突出した部分は外部と電気的に接続可能な端子として機能し得る。なお第２の導体層３３のパターンの数、および配置態様は上記に限らず任意である。

このように第１の導体層３２および第２の導体層３３は、平面視においてコア材３１と重ならずにコア材３１から突出する部分を有している。このため第１の導体層３２および第２の導体層３３は、いずれも図示されない接着シートによってコア材３１に接着されることが好ましい。以上の態様を有する第１の導体層３２および第２の導体層３３により、プリント基板３０の回路パターンが形成される。

図４および図５に示すように、第１の主表面から第２の主表面までコア材３１を貫通し、さらにそれと平面的に重なる第１の導体層３２および第２の導体層３３も同様に貫通するホール３４が形成されている。すなわちプリント基板３０の全体を厚み方向に貫通するホール３４が形成されている。ホール３４は、平面積の大きい２つの第１の導体層３２、および２つの第２の導体層３３のそれぞれの、突出した部分を除く矩形状のパターンの部分のうちＸ方向端部に近い領域に、Ｙ方向にたとえば４つずつ並ぶように配置される。ただしホール３４の形成される位置および数はこのような態様に限られない。本実施の形態においてはホール３４は、たとえばＸＹ平面に沿う円形状を底面とし、Ｚ方向に延びる円柱形状を有している。

ホール３４の内壁面には導体層が形成されている。より具体的には、ホール３４の内壁面には、第１の導体層３２と第２の導体層３３とを導通する導体層接合部３５Ａが形成されている。すなわち第１の導体層３２と第２の導体層３３とは、ホール３４の内壁面にて導体層接合部３５Ａにより導通されている。導体層接合部３５Ａは、ホール３４の内壁面にて第１の導体層３２と第２の導体層３３とを電気的および機械的に接合する銅などの導体薄膜により形成されている。より具体的には導体層接合部３５Ａは、第１の導体層３２および第２の導体層３３とは独立にホール３４の内壁面上に形成されたたとえば銅のめっき膜である。

図２、図４、図５および図６を参照して、プリント基板３０には、第１の導体層３２が部分的に欠落された第１の欠落部３６Ａが複数形成されている。図６においては第１の欠落部３６Ａは、その形成される領域において第１の導体層３２を貫通することにより、その真下のコア材３１の第１の主表面を露出するように形成されている。特に図４に示すように、第１の欠落部３６Ａは、第１の導体層３２のうち、特に比較的平面積の小さい６つのパターンに形成されている。なお第１の欠落部３６Ａは、上記小さい６つのパターンのそれぞれの、たとえばＸ方向に沿って延びる部分の中央部に１つずつ形成されることが好ましいが、これに限られない。

第１の欠落部３６Ａは、たとえばＸＹ平面に沿う円形状を底面とし、Ｚ方向に延びる円柱形状を有している。なお第１の欠落部３６Ａは、図６に示すようにコア材３１の第１の主表面に達するように形成されることによりコア材３１の第１の主表面を底面とする凹部を形成することが好ましい。しかし第１の欠落部３６Ａは少なくとも第１の導体層３２をその厚み方向に欠落させることにより凹部を形成すればよい。すなわち第１の欠落部３６Ａは第１の導体層３２を貫通せず、コア材３１を露出しないように形成されていてもよい。

特に図６を参照して、半導体素子２１の信号電極２１ｃの表面上には、導電性部材４０としての第２の導電性部材４３Ａが形成されている。第１の欠落部３６Ａ内には、導電性部材４０としての第１の導電性部材４４Ａが配置されている。さらに複数の第１の欠落部３６Ａのそれぞれの内部には第１の金属柱部５１Ａが配置されている。すなわち第１の欠落部３６Ａ内には、第１の金属柱部５１Ａと、第１の導電性部材４４Ａとの双方が配置されている。言い換えれば、第１の欠落部３６Ａ内は、第１の金属柱部５１Ａと、第１の導電性部材４４Ａとにより充填されている。第１の導電性部材４４Ａはたとえばはんだからなり、第１の金属柱部５１Ａの側面から第１の欠落部３６Ａの内壁面までの領域を充填する。第１の金属柱部５１Ａと第１の導体層３２とが第１の導電性部材４４Ａにより電気的に接続される。

第１の金属柱部５１Ａは、電気伝導率、熱伝導率、およびはんだとの接合性を考慮し、銅により形成されることが好ましい。第１の欠落部３６Ａが円柱形状を有する場合、第１の金属柱部５１Ａも円柱形状を有することが好ましい。なお第１の欠落部３６Ａが平面視にて多角形である多角柱形状を有する場合、それに合わせるように第１の金属柱部５１Ａも多角柱形状であることが好ましい。ただし第１の金属柱部５１Ａと第１の導電性部材４４Ａなどとの接合界面に生じる熱応力を低減する観点から、第１の金属柱部５１Ａは円柱形状であることがより好ましい。

図６において第１の金属柱部５１Ａは、第１の欠落部３６Ａ内にて露出するコア材３１の第１の主表面から、第１の欠落部３６Ａの外側まで、第１の主表面に交差する第１方向すなわちＺ方向に延びている。すなわち第１の金属柱部５１Ａは、プリント基板３０の第１の導体層３２をＺ方向に延びるように貫通している。より詳しくは、第１の欠落部３６Ａ内において、第１の金属柱部５１Ａの第１方向すなわちＺ方向に延びる表面と、プリント基板３０の第１の導体層３２とが、第１の導電性部材４４Ａを介して接続されている。特に図６では、第２の導電性部材４３Ａが、第１の金属柱部５１Ａと、信号電極２１ｃとの双方に接触している。言い換えれば図６では、第１の金属柱部５１Ａは、コア材３１の第１の主表面から、第１の欠落部３６Ａ外にある信号電極２１ｃ上の第２の導電性部材４３Ａまで、Ｚ方向に延びている。すなわちたとえばはんだからなる第２の導電性部材４３Ａにより、第１の金属柱部５１Ａと信号電極２１ｃとが接合されている。さらに言い換えれば、信号電極２１ｃと第１の金属柱部５１Ａとが、第２の導電性部材４３Ａを介して接続されている。したがって第１の金属柱部５１ＡのＺ方向についての絶縁基板１０側すなわち下側の端部は、信号電極２１ｃと間隔をあけて配置されている。

以上により第１の金属柱部５１Ａは、半導体素子２１の信号電極２１ｃと、これに対向するプリント基板３０の第１の導体層３２とを電気的に接続する導体として機能する。つまり半導体素子２１の信号電極２１ｃと、これに対向するプリント基板３０の第１の導体層３２とが、第２の導電性部材４３Ａ、第１の金属柱部５１Ａおよび第１の導電性部材４４Ａを介して、電気的に接続される。

図６のように第１の金属柱部５１Ａは、第１の欠落部３６Ａ内のコア材３１の第１の主表面に接触するように配置されることが好ましい。しかし第１の金属柱部５１Ａは第１の欠落部３６Ａ内のコア材３１の第１の主表面に接触しなくてもよい。

図６のように、第１の金属柱部５１Ａと信号電極２１ｃとの間に第２の導電性部材４３Ａが配置される。つまり第１の金属柱部５１Ａと信号電極２１ｃとは接触していない。言い換えれば電力用半導体装置１００が組み立てられた状態において、第１の金属柱部５１Ａと信号電極２１ｃとの間には一定の間隔が存在する。このため、第１の金属柱部５１Ａを信号電極２１ｃ上に載置する工程において信号電極２１ｃが第１の金属柱部５１Ａから衝撃を受けることによる、半導体素子２１の破損を抑制できる。

定格電圧が１２００Ｖ以下の電力用半導体装置１００の場合、互いに対向するプリント基板３０の第１の導体層３２の表面と、半導体素子に形成される電極（信号電極２１ｃなど）の表面との間隔Ｈ（図６参照）が０．３ｍｍ以上であることが好ましい。また、第１の金属柱部５１Ａと半導体素子２１の表面とが接触しないように、第１の金属柱部５１Ａと半導体素子２１との間に０．１ｍｍ以上のギャップを設けることが好ましい。信号電極２１ｃなどの電極の厚みはごく薄いものとし考慮しなければ、第２の導電性部材４３Ａの厚みが０．１ｍｍ以上であることが好ましい。間隔Ｈが０．３ｍｍ、第１の導体層３２の厚みが０．４ｍｍである場合、第２の導電性部材４３Ａの厚みが０．１ｍｍ以上であれば、第１の金属柱部５１ＡのＺ方向の高さ（厚み）は０．６ｍｍ以下とすることが好ましい。

図６に示すように、第１の金属柱部５１Ａの信号電極２１ｃに対面する部分（すなわち最下部である底面）の、絶縁基板１０の一方の主表面に沿う方向（図６でのＹ方向）の第１の幅ｙ１は、信号電極２１ｃの当該一方の主表面に沿う方向の第２の幅ｙ２よりも大きい。たとえば信号電極２１ｃがＹ方向寸法ｙ２が１ｍｍでＸ方向寸法が２ｍｍの矩形の平面形状である場合、第１の金属柱部５１Ａの最下部のＹ方向寸法ｙ１は１ｍｍを超えることが好ましい。このようにすれば、第１の金属柱部５１Ａと信号電極２１ｃとの相対的な位置ずれの許容範囲が広がる。すなわち第１の金属柱部５１Ａがｙ方向に関して信号電極２１ｃに対して多少位置ずれしても、第２の導電性部材４３Ａを介した信号電極２１ｃとの接続が可能となる。したがって第１の金属柱部５１Ａと信号電極２１ｃとの間のオープン不良を抑制できる。なお上記効果を奏する観点から、逆に第１の金属柱部５１Ａの第１の幅ｙ１が、信号電極２１ｃの第２の幅ｙ２よりも小さくてもよい。

本実施の形態では、半導体チップ２０とプリント基板３０との接続部について以下の特徴を有する。図６に示すように、半導体素子２１の信号電極２１ｃは第１の金属柱部５１Ａを介してプリント基板３０と接続されている。半導体素子２１の主電極２１ｂ（図３参照）と、ダイオード２２の図示されない表面電極とは、導電性部材４０で接続されている。仮に主電極２１ｂとダイオード２２の図示されない表面電極とが金属柱部５０で接続されれば、金属柱部５０には大電流が流れるため、複数の金属柱部５０を配置し電流を分散させる必要がある。複数の金属柱部５０を配置する場合には、プリント基板３０に複数の欠落部を狭ピッチで形成する必要がある。しかしこのような狭ピッチでの複数の欠落部の加工は困難であり、必要数を形成できない場合がある。そこで上記のように主電極２１ｂとダイオード２２の表面電極とを導電性部材４０で接続することにより、大電流を流すために必要な容積を導電性部材４０により容易に供給できる。

次に、図２、図４、図５および図７を参照して、プリント基板３０には、第１の導体層３２が部分的に欠落された第２の欠落部３７Ａが形成されている。図７においては第２の欠落部３７Ａは、その形成される領域において第１の導体層３２を貫通することにより、その真下のコア材３１の第１の主表面を露出するように形成されている。

図４に示すように、第２の欠落部３７Ａは第１の欠落部３６Ａと互いに間隔をあけて複数、形成されている。具体的には、第２の欠落部３７Ａは、第１の導体層３２のうち、特に比較的平面積の大きい２つのパターンに形成されている。なお第２の欠落部３７Ａは、上記大きい２つのパターンのそれぞれの、たとえばコア材３１から突出した部分以外の部分のうち突出した部分に隣接する領域に３つずつ、Ｘ方向に関して互いに間隔をあけて形成される。第２の欠落部３７Ａは第１の欠落部３６Ａの形成位置とＹ方向に関して対向するように（Ｘ方向に関して同じ位置に）、第１の欠落部３６Ａと同数形成されることが好ましい。ただしこれに限らず、第２の欠落部３７Ａは第１の欠落部３６Ａの形成位置とＸ方向に関して互いに異なる位置に形成されてもよい。また第１の欠落部３６Ａと第２の欠落部３７Ａとの数は同じであってもよいが、異なっていてもよい。

たとえば後述するように第２の欠落部３７Ａの内部には第２の金属柱部５２Ａが配置され、この部分には電流が流れる。図４の大きい２つの第１の導体層３２のパターンそれぞれに３本ずつの第２の金属柱部５２Ａが接続される。各第１の導体層３２のパターンから流れる電流容量を満たすことができる限り、各第１の導体層３２のパターンに接続される第２の金属柱部５２Ａの数、すなわち第２の欠落部３７Ａの数は第１の金属柱部５１Ａおよび第１の欠落部３６Ａの数とは無関係に設計可能である。つまり第２の欠落部３７Ａの数は任意である。当該電流容量は第２の金属柱部５２Ａの延在方向に交差する断面積および電流密度の積で算出できる。たとえば断面の円形の直径が２．０ｍｍの第２の金属柱部５２Ａを銅で形成した場合を考える。この場合、１本の第２の金属柱部５２Ａ当たりの電流容量は２００Ａ程度である。たとえば各第１の導体層３２のパターンに６００Ａの電流が流れる電力用半導体装置１００の場合、直径が２．０ｍｍの第２の金属柱部５２Ａであれば３本以上配置すればよい。図４の大きい第１の導体層３２に接続された３本の第２の金属柱部５２Ａは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応している。

また複数の第２の欠落部３７Ａのそれぞれは、平面視において絶縁基板１０の中心に関して互いに点対称となる位置に配置されることが好ましい。

第２の欠落部３７Ａは、たとえばＸＹ平面に沿う円形状を底面とし、Ｚ方向に延びる円柱形状を有している。ただし第２の欠落部３７Ａも第１の欠落部３６Ａと同様に、円柱形状に限らず、たとえば平面視にて多角形である多角柱形状であってもよい。なお第２の欠落部３７Ａは、図７に示すようにコア材３１の第１の主表面に達するように形成されることによりコア材３１の第１の主表面を底面とする凹部を形成することが好ましい。しかし第２の欠落部３７Ａは少なくとも第１の導体層３２をその厚み方向に欠落させることにより凹部を形成すればよい。すなわち第２の欠落部３７Ａは第１の導体層３２を貫通せず、コア材３１を露出しないように形成されていてもよい。

特に図７を参照して、絶縁基板１０の第３の導体層１３の表面上には、導電性部材４０としての第５の導電性部材４５Ａが形成されている。第２の欠落部３７Ａ内には、導電性部材４０としての第４の導電性部材４６Ａが配置されている。さらに第２の欠落部３７Ａ内には第２の金属柱部５２Ａが配置されている。すなわち第２の欠落部３７Ａ内には、第２の金属柱部５２Ａと、第４の導電性部材４６Ａとの双方が配置されている。言い換えれば、第２の欠落部３７Ａ内は、第２の金属柱部５２Ａと、第４の導電性部材４６Ａとにより充填されている。第４の導電性部材４６Ａはたとえばはんだからなり、第２の金属柱部５２Ａの側面から第２の欠落部３７Ａの内壁面までの領域を充填する。第２の金属柱部５２Ａと第１の導体層３２とが第４の導電性部材４６Ａにより電気的に接続される。より詳しくは、第２の欠落部３７Ａ内において、第２の金属柱部５２ＡのＺ方向に延びる表面とプリント基板３０とが、第４の導電性部材４６Ａを介して接続される。

第２の金属柱部５２Ａは、電気伝導率、熱伝導率、およびはんだとの接合性を考慮し、銅により形成されることが好ましい。第２の欠落部３７Ａが円柱形状を有する場合、第２の金属柱部５２Ａも円柱形状を有することが好ましい。なお第２の金属柱部５２Ａは多角柱形状であってもよいが円柱形状であることがより好ましい点は、第１の金属柱部５１Ａと同様である。第２の金属柱部５２Ａは第２の欠落部３７Ａ内に配置される。このため第２の欠落部３７Ａと同様に、第２の金属柱部５２Ａは複数配置される。複数の第２の金属柱部５２Ａは、平面視において絶縁基板１０の中心に関して互いに点対称となる位置に配置されることが好ましい。ここで絶縁基板１０の中心とは、絶縁基板１０の平面視における矩形状の対角線が交わるところを意味する。絶縁基板１０が矩形状以外の平面形状である場合、絶縁基板１０の中心とはその重心の位置を意味する。

図７に示すように、絶縁基板１０からプリント基板３０まで第１の主表面に交差する方向に延びる第２の金属柱部５２Ａが複数配置されている。より詳しくは、複数の第２の金属柱部５２Ａのそれぞれは、複数の第２の欠落部３７Ａのそれぞれの内部の、露出するコア材３１の第１の主表面から、第２の欠落部３７Ａの外側まで、第１の主表面に交差する方向すなわちＺ方向に延びている。すなわち第２の金属柱部５２Ａは、プリント基板３０の第１の導体層３２をＺ方向に延びるように貫通している。特に図７では、複数の第２の金属柱部５２Ａのそれぞれは、第２の欠落部３７Ａの外側に配置される絶縁基板１０の（たとえば第３の導体層１３の）主表面まで、第１の主表面に交差するＺ方向に延びている。すなわちたとえばはんだからなる第５の導電性部材４５Ａにより、第２の金属柱部５２Ａと第３の導体層１３とが接合されている。またこれにより、第２の金属柱部５２Ａは、Ｚ方向についての絶縁基板１０側の端部が絶縁基板１０の一方の主表面に接触している。ここでの絶縁基板１０の一方の主表面とはたとえば第３の導体層１３の最上面である。このように第２の金属柱部５２Ａの最下部と第３の導体層１３の最上面とが接合されることで、プリント基板３０のＺ方向の位置精度が向上する。

以上により第２の金属柱部５２Ａは、第３の導体層１３と、これに対向するプリント基板３０の第１の導体層３２とを電気的に接続する導体として機能する。つまり絶縁基板１０の第３の導体層１３と、これに対向するプリント基板３０の第１の導体層３２とが、第５の導電性部材４５Ａ、第２の金属柱部５２Ａおよび第４の導電性部材４６Ａを介して、電気的に接続される。

第２の金属柱部５２Ａは半導体素子２１にオン電流を流すための配線として用いられる。またそれと同時に、第２の金属柱部５２Ａは、第３の導体層１３と第１の導体層３２とのギャップ（Ｚ方向の間隔）が一定値となるように制御する。また特に図２に示すように、第１の主表面に交差するＺ方向に関して、第２の金属柱部５２Ａは第１の金属柱部５１Ａよりも寸法が大きいことが好ましい。なお複数の第１の金属柱部５１ＡのＺ方向の寸法はいずれもほぼ等しい。また複数の第２の金属柱部５２ＡのＺ方向の寸法もいずれもほぼ等しい。

ケース６０は絶縁基板１０の平面視における外縁部分を囲み、かつその上の半導体素子２１、ダイオード２２、プリント基板３０などを収納するように配置されている。つまり絶縁基板１０とケース６０とにより容器状の部材が形成され、当該容器状の部材内に半導体素子２１、ダイオード２２、プリント基板３０などが収容され、容器状の部材内が封止樹脂７０で充填された態様となっている。封止樹脂５はたとえばエポキシ樹脂により構成されている。

ケース６０は絶縁基板１０の特に絶縁層１１および第４の導体層１２の端面および第４の導体層１２の端面に隣接する主表面の領域に、図示されないシリコーン接着剤により接着されている。ケース６０は、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を主成分とする部材である。ただしケース６０はＰＰＳより耐熱性の高いＬＣＰ（液晶ポリマー）を用いて形成されてもよい。

図２に示すようにケース６０はその下側のＸ方向（および図示されないがＹ方向）の幅が比較的広い領域と、その上側のＸ方向（およびＹ方向）の幅が比較的狭い領域とを有している。ケース６０には、上記幅の広い領域のケース内側面６１から幅の広い領域を水平方向に延び、そこから屈曲して幅の狭い領域のケース内側面６２に沿うようにＺ方向に延びる溝が形成されている。当該溝内には、これと同様の形状を有する電極端子８０が嵌合するように配置されている。電極端子８０は、プリント基板３０の第１の導体層３２と電気的に接続されている。この電気的な接続は、図４に示す上記の第１の導体層３２が端子としてコア材３１から部分的に突出した部分によりなされている。第１の導体層３２は第１の金属柱部５１Ａを介して半導体素子２１の信号電極２１ｃに接続されている。このため電極端子８０は半導体素子２１の信号電極２１ｃおよび主電極２１ｂなどと電気的に接続されている。

図８は、実施の形態１の第２例の電力用半導体装置の全体を平面視した態様を示す概略平面図である。図９は、図８の電力用半導体装置のうち、特に半導体素子の配置された部分の概略平面図である。図１０は、図８の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向下側の導体層の態様を示す概略平面図である。図１１は、図８の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向上側の導体層の態様を示す概略平面図である。図８、図９、図１０、図１１は、それぞれ実施の形態１の第１例の図１、図３、図４、図５に対応する。

図８～図１１を参照して、実施の形態１の第２例の電力用半導体装置１０１は、基本的に第１例の電力用半導体装置１００と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の符号を付し、機能等が同一である限りその説明を繰り返さない。このことは以下の各例についても同様である。ただし図８～図１１においては、複数の第２の金属柱部５２Ａのうちの１つは、平面視におけるプリント基板３０の中央を含むように配置されている。つまり複数の第２の欠落部３７Ａのうちの１つが、平面視におけるプリント基板３０の中央を含むように形成されている。その中央の第２の欠落部３７Ａの内部から、絶縁基板１０まで、Ｚ方向に延びるように第２の金属柱部５２Ａが配置される。

電力用半導体装置１０１は、プリント基板３０のうち特に反りおよびうねりが大きくなる平面視での中央付近の変形が、当該中央を支持するように配置される第２の金属柱部５２Ａの剛性により抑制できる。

なお図８～図１１では、平面視での中央の第２の金属柱部５２Ａは、プリント基板３０および絶縁基板１０に形成された図示されない回路から独立している。このため当該第２の金属柱部５２Ａには電流が流れない。電流が流れない第２の金属柱部５２Ａは適宜当該回路内に組み込まれてもよい。

次に図１２～図１５を用いて、本実施の形態の電力用半導体装置１００の製造方法について説明する。なお以下においては、電力用半導体装置１００の製造方法のうち、特に絶縁基板１０とプリント基板３０とを形成し、絶縁基板１０とプリント基板３０とを接合する工程を中心に説明する。なお図１２～図１５はすべて図２と同様に図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う部分の概略断面図として示している。しかし図１２および図１３においては他の図と異なり、Ｚ方向すなわち上下が逆転している。

図１２は、実施の形態１の電力用半導体装置の製造方法の第１工程を示す、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。図１２を参照して、コア材３１と、コア材３１の第１の主表面に形成された第１の導体層３２と、コア材３１の第１の主表面と反対側の第２の主表面に形成された第２の導体層３３とを含む、プリント基板３０が準備される。

次に、プリント基板３０に、第１の導体層３２が部分的に欠落された第１の欠落部３６Ａ、および第２の欠落部３７Ａが形成される。第１の欠落部３６Ａおよび第２の欠落部３７Ａはたとえば図４に示す態様となる位置に（複数）形成される。第１の欠落部３６Ａおよび第２の欠落部３７Ａは、一般公知のエッチング工程または切削工程を用いて、第１の導体層３２を部分的に除去することにより形成される。本実施の形態においてはこの工程により、第１の導体層３２は貫通するように除去される。これにより、第１の欠落部３６Ａおよび第２の欠落部３７Ａが、コア材３１の第１の主表面を露出するように形成される。ただしそのような態様に限らず、第１の欠落部３６Ａおよび第２の欠落部３７Ａは、コア材３１を露出しないように形成されてもよい。このようにしてプリント基板３０が準備される工程においては、プリント基板３０を購入後に第１の欠落部３６Ａおよび第２の欠落部３７Ａが形成されてもよい。あるいはプリント基板３０が準備される工程では、第１の欠落部３６Ａおよび第２の欠落部３７Ａが形成されたプリント基板３０を購入してもよい。

次に、図１２に示すように、第１の欠落部３６Ａ内、すなわち第１の欠落部３６Ａの内壁面などに囲まれた空間部分には、第１の導電性部材４４Ａ（図２、図６参照）を形成するためのペースト状はんだ４４ｄが注入される。また第２の欠落部３７Ａ内、すなわち第２の欠落部３７Ａの内壁面などに囲まれた空間部分には、第４の導電性部材４６Ａ（図２、図７参照）を形成するためのペースト状はんだ４６ｄが注入される。なおペースト状はんだ４４ｄ、４６ｄはディスペンサなどにより供給される。

図１３は、実施の形態１の電力用半導体装置の製造方法の第２工程を示す、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。図１３を参照して、ペースト状はんだ４４ｄが注入された第１の欠落部３６Ａに、第１の金属柱部５１Ａが配置される。第１の欠落部３６ＡのＺ方向の深さよりも、第１の金属柱部５１ＡのＺ方向の高さ（厚み）の方が大きい。このため、第１の欠落部３６Ａ内から第１の欠落部３６Ａの外側まで延びるように、第１の金属柱部５１Ａが配置される。これにより、第１の欠落部３６Ａ内には、第１の金属柱部５１Ａと、ペースト状はんだ４４ｄとの双方が配置される。特に第１の欠落部３６Ａ内において、ペースト状はんだ４４ｄは、第１の金属柱部５１Ａの外側、すなわち第１の金属柱部５１Ａの側面から第１の欠落部３６Ａの内壁面までの領域に配置される。第１の欠落部３６Ａ内のほぼ全領域が第１の金属柱部５１Ａおよびペースト状はんだ４４ｄで充填されることが好ましい。したがって第１の欠落部３６Ａ内には、第１の欠落部３６Ａ内の空間の体積から、第１の金属柱部５１Ａが第１の欠落部３６Ａ内に配置される体積分を差し引いた体積以上の量のペースト状はんだ４４ｄが供給されることが好ましい。

上記と同様に、ペースト状はんだ４６ｄが注入された第２の欠落部３７Ａに、第２の金属柱部５２Ａが配置される。すなわち第２の欠落部３７Ａ内へのペースト状はんだ４６ｄおよび第２の金属柱部５２Ａの配置態様は、第１の欠落部３６Ａ内へのペースト状はんだ４４ｄおよび第１の金属柱部５１Ａの配置態様と同様である。このためここでは第２の金属柱部５２Ａおよびペースト状はんだ４６ｄの配置態様についての詳細な説明を省略する。

その後、上記のプリント基板３０に対しリフロー工程がなされる。これにより図１３に示すようにペースト状はんだ４４ｄは第１の導電性部材４４Ａとして固化し、ペースト状はんだ４６ｄは第４の導電性部材４６Ａとして固化する。このため第１の金属柱部５１Ａは第１の欠落部３６Ａ内からその外部まで延びるように、第１の導電性部材４４Ａを介して第１の欠落部３６Ａに固定され接合される。したがって第１の欠落部３６Ａ内には、第１の金属柱部５１Ａと、第１の導電性部材４４Ａとの双方が配置されるように形成される。これにより、第１の欠落部３６Ａ内において第１の金属柱部５１ＡのＺ方向に延びる表面とプリント基板３０とが第１の導電性部材４４Ａを介して接続されるように形成される。

同様に、第２の金属柱部５２Ａは第２の欠落部３７Ａ内からその外部まで延びるように、第４の導電性部材４６Ａを介して第２の欠落部３７Ａに固定され接合される。したがって第２の欠落部３７Ａ内には、第２の金属柱部５２Ａと、第４の導電性部材４６Ａとの双方が配置されるように形成される。

なお本実施の形態では、ペースト状はんだ４４ｄを注入する前に第１の金属柱部５１Ａが第１の欠落部３６Ａに配置されてもよい。また、ペースト状はんだ４４ｄを供給しリフロー工程を行なう代わりに、第１の金属柱部５１Ａを第１の欠落部３６Ａに配置した後に、はんだ付けロボットなどを用いて糸はんだによるはんだ付けがなされてもよい。

図１４は、実施の形態１の電力用半導体装置の製造方法の第３工程を示す、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。図１４を参照して、絶縁層１１と、その下側の面に形成された第４の導体層１２と、その上側の面に形成された第３の導体層１３とを含む、絶縁基板１０が準備される。絶縁基板１０の一方の主表面上、すなわち第３の導体層１３上に、たとえばゲート電極としての信号電極２１ｃ（図６参照）が形成された半導体素子２１が接合される。上記絶縁基板１０が準備される工程においては、絶縁基板１０を購入後に半導体素子２１が接合されてもよい。あるいは上記絶縁基板１０が準備される工程においては、既に半導体素子２１が接合された絶縁基板１０を購入してもよい。また同第３の導体層１３上には、半導体素子２１と間隔をあけて、ダイオード２２が接合される。このように絶縁基板１０の第３の導体層１３上に、半導体チップ２０としての半導体素子２１およびダイオード２２が、導電性部材４０としてのはんだ層４１により接合される。すなわち第３の導体層１３上にはんだ層４１としてのたとえばペースト状はんだを挟んで半導体素子２１およびダイオード２２が搭載された状態で、一度リフロー工程がなされ、固化されたはんだ層４１により半導体チップ２０が固定され接合される。

次に、図１４に示すように、半導体素子２１上に、第３の導電性部材４２（図２参照）を形成するためのペースト状はんだ４２ｄが、印刷またはディスペンサなどにより供給される。半導体素子２１の信号電極２１ｃ（図６参照）上に、第２の導電性部材４３Ａ（図２、図６参照）を形成するためのペースト状はんだ４３ｄが供給される。絶縁基板１０の第３の導体層１３上に、第５の導電性部材４５Ａ（図２、図７参照）を形成するためのペースト状はんだ４５ｄが供給される。

なお図１４の工程は、図１２および図１３の工程の後にされてもよいが、図１２および図１３の工程の前にされてもよい。

図１５は、実施の形態１の電力用半導体装置の製造方法の第４工程を示す、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。図１５を参照して、プリント基板３０が絶縁基板１０の上側に対向するように配置される。このとき、信号電極２１ｃ（図６参照）は、その上に塗布された第１の貫通孔外導電性部材としてのペースト状はんだ４３ｄを介して、図１３の工程にてプリント基板３０に接合された第１の金属柱部５１Ａの最下部を接続するようにされる。すなわち図１２および図１３と比較してプリント基板３０の上下が反転し、図２などと同じ向きとなるようにプリント基板３０が配置される。その状態で、第１の金属柱部５１Ａの最下部にペースト状はんだ４３ｄが付着する態様とされる。このとき同時に、第２の金属柱部５２Ａの最下部にペースト状はんだ４５ｄが付着する。さらに同時に、第１の導体層３２の最下部に半導体チップ２０上のペースト状はんだ４２ｄが付着する。この状態でリフロー工程がなされる。これにより、ペースト状はんだ４２ｄは第３の導電性部材４２として固定され半導体チップ２０と第１の導体層３２とが接合される。これと同時にペースト状はんだ４３ｄは第２の導電性部材４３Ａとして固定され第１の金属柱部５１Ａと信号電極２１ｃとが第１の貫通孔外導電性部材としての第２の導電性部材４３Ａを介して接合される。さらにこれと同時にペースト状はんだ４５ｄは第５の導電性部材４５Ａとして固定され、第２の金属柱部５２Ａと第３の導体層１３とが第２の貫通孔外導電性部材としての第５の導電性部材４５Ａを介して接合される。

なお図１５の工程において、信号電極２１ｃ上にペースト状はんだ４３ｄが塗布されその上に第１の金属柱部５１Ａが接触するように重ね合わせられる時点（リフロー工程前）においては、ペースト状はんだ４３ｄが柔らかいペースト状の状態である。このためＺ方向の第１の金属柱部５１Ａの位置は未だ固定されていない。このためこの時点で信号電極２１ｃと第１の金属柱部５１Ａとが接触し両者間が短絡することがないように留意することが好ましい。そのように留意したうえでリフロー工程を行なうことにより、信号電極２１ｃと第１の金属柱部５１Ａとが接触しないように両者間を固定することができる。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の電力用半導体装置１００およびその製造方法においては、プリント基板３０の第１の導体層３２に第１の欠落部３６Ａが形成される。厚み方向に第１の欠落部３６Ａ内から突出するように配置された第１の金属柱部５１Ａが、第１の導電性部材４４Ａにより第１の欠落部３６Ａ内に接合される。また第１の金属柱部５１Ａは、絶縁基板１０上の半導体素子２１に形成された信号電極２１ｃに接触するように、第２の導電性部材４３Ａにより接合されている。なお第１の導電性部材４４Ａは第１の欠落部３６Ａ内に配置されている。

このような構成を有するため、第１の金属柱部５１Ａは、第１の導電性部材４４Ａおよび第２の導電性部材４３Ａを介して、第１の欠落部３６Ａおよび絶縁基板１０に固定される。第１の金属柱部５１Ａは第１の欠落部３６Ａ内に配置される。第１の欠落部３６Ａがその内壁面の内側にて取り囲まれる第１の金属柱部５１Ａの位置を拘束する。これにより第１の金属柱部５１ＡのＸ方向およびＹ方向の配置位置が高精度に決められる。このため本実施の形態によれば、第１の金属柱部５１Ａと信号電極２１ｃとの相対的な位置ずれが減少し、両者間のオープン不良を抑制し、電力用半導体装置１００を安定に生産することができる。また第１の金属柱部５１Ａの位置精度を高めることにより、プリント基板３０を絶縁基板１０に対して高い位置精度で接合できる。

本実施の形態では、第１の欠落部３６Ａはコア材３１を露出するように形成される。このためコア材３１の露出された表面に接触するように第１の金属柱部５１Ａの端面を安定に接合することができる。

また第１の欠落部３６Ａ内から第１の金属柱部５１Ａが延びるため、平面上に金属柱部５０が配置される場合に比べて、第１の金属柱部５１Ａに導電性部材４０が付着し他の部材と接合する部分の面積が増加する。第１の欠落部３６Ａの底面のみならず側面にも導電性部材４０が付着することによる第１の金属柱部５１Ａとの接合が可能なためである。これにより、平面上に金属柱部５０が接合される場合に比べて、電力用半導体装置１００の温度サイクルの信頼性が向上する。

その上、第１の欠落部３６Ａは、コア材３１を露出するように形成されている。第１の金属柱部５１Ａが第１の欠落部３６Ａ内のコア材３１の第１の主表面と接触するように配置されれば、第１の金属柱部５１Ａはコア材３１の第１の主表面に対してほぼ垂直に延びるように固定される。言い換えれば、第１の金属柱部５１Ａが、コア材３１の第１の主表面に垂直な方向から大きく傾いた方向に延びるよう固定されることにより、プリント基板３０が絶縁基板１０に対して安定に固定されない不具合を抑制できる。

また仮に第１の金属柱部５１Ａの一方の端面がコア材３１の主表面に対して傾くように固定されれば、第１の金属柱部５１Ａの他方の端面すなわち半導体チップ２０側の端面が半導体チップ２０に対して部分的に浮かぶように固定される場合がある。このようになれば信号電極２１ｃと第１の金属柱部５１Ａとがオープン不良を起こす恐れがある。第１の金属柱部５１Ａの端面のほぼ全面がコア材３１の第１の主表面に接触するよう配置されることにより、第１の金属柱部５１Ａの傾きが抑制され、上記のオープン不良を抑制できる。

また第１の欠落部３６Ａは、コア材３１を露出するように形成されている。このため、第１の欠落部３６Ａはすべてコア材３１の最表面を底面とするように形成すれば、その深さのばらつきを少なくすることができる。たとえば第１の金属柱部５１Ａの一方の端部が第１の欠落部３６Ａ内にて露出するコア材３１の最表面に接触すれば、複数の第１の金属柱部５１Ａ自体のＺ方向寸法をすべて一定にすることで、第１の金属柱部５１Ａのプリント基板３０からＺ方向に延びる長さを一定にすることができる。言い換えれば、第１の金属柱部５１ＡのＸ方向およびＹ方向の位置精度のみならず、Ｚ方向の位置精度も高めることができる。これにより絶縁基板１０とプリント基板３０との間のギャップを一定とすることができる。したがって本実施の形態においては、第１の金属柱部５１Ａの端面は、第１の欠落部３６Ａ内のコア材３１の第１の主表面に接触するように配置されることが好ましい。なお複数の第１の金属柱部５１Ａ自体のＺ方向寸法の誤差は寸法平均の１％以下が好ましく、０．５％以下がより好ましい。

上記のように絶縁基板１０とプリント基板３０との間のギャップが一定となれば、第１の金属柱部５１Ａと信号電極２１ｃとの間にも一定の間隔が存在することとなる。このため、図１５の工程に示す組立時に第１の金属柱部５１Ａが信号電極２１ｃに接触することに起因する半導体素子２１の破損が抑制できる。

本実施の形態の電力用半導体装置１００は、第１の金属柱部５１Ａのみならず、第２の金属柱部５２Ａを有している。第２の金属柱部５２Ａは、絶縁基板１０からプリント基板３０まで第１の主表面に交差する方向に延びており、複数配置されている。このため治具を用いなくとも、複数の第２の金属柱部５２Ａを治具すなわちスペーサとして用い、第２の金属柱部５２Ａ自体のＺ方向寸法をすべて一定にすることができる。これにより、第２の金属柱部５２Ａを用いて、プリント基板３０と絶縁基板１０とのギャップを領域間でばらつかず一定とできる。なお複数の第２の金属柱部５２Ａ自体のＺ方向寸法の誤差は寸法平均の１％以下が好ましく、０．５％以下がより好ましい。

本実施の形態では第１の金属柱部５１Ａに加えて第２の金属柱部５２Ａが配置される。すなわち第１の金属柱部５１Ａと第２の金属柱部５２Ａとの双方が配置される。それら２種類の金属柱部のうち、複数の第２の金属柱部５２Ａを治具すなわちスペーサとして用い、第２の金属柱部５２Ａ自体のＺ方向寸法をすべて一定にできる。このため、図１５の工程に示す組立時に第１の金属柱部５１Ａが信号電極２１ｃに接触することに起因する半導体素子２１の破損が抑制できる。第１の金属柱部５１ＡよりもＺ方向の寸法の大きい第２の金属柱部５２Ａにより、第１の金属柱部５１Ａと半導体素子２１とのＺ方向のギャップを所望の値に確保することができるためである。

本実施の形態において、複数の第２の金属柱部５２Ａは、平面視において絶縁基板１０の中心に関して互いに点対称となる位置に配置されている。上記のように第２の金属柱部５２ＡはＺ方向に関するプリント基板３０と絶縁基板１０とのギャップを決定するための治具（スペーサ）として用いることができる。このため、プリント基板３０を絶縁基板１０上に傾きなく搭載できる。すなわちプリント基板３０と絶縁基板１０とのギャップが領域間でばらつかず一定となるように、プリント基板３０を絶縁基板１０上に固定接合させることができる。なお複数の第１の金属柱部５１Ａについても同様に、絶縁基板１０の中心に関して互いに点対称となるよう配置されることがより好ましい。これにより、プリント基板３０と半導体素子２１とのギャップが領域間でばらつかず一定となるように、プリント基板３０を絶縁基板１０上に固定接合させることができる。

第２の欠落部３７Ａはコア材３１を露出するように形成されている。複数の第２の金属柱部５２Ａのそれぞれは、第２の欠落部３７Ａ内のコア材３１の第１の主表面から、絶縁基板１０までＺ方向に延びている。言い換えれば複数の第２の金属柱部５２Ａは、コア材３１と絶縁基板１０とにその一対の端部が接触している。このため第２の金属柱部５２Ａは第１の主表面に垂直な方向に対して傾くことなく延びるように、プリント基板３０に固定される。すなわち、プリント基板３０と絶縁基板１０とのギャップが領域間でばらつかず一定となるように、プリント基板３０を絶縁基板１０上に傾きなく固定できる。また第２の金属柱部５２ＡのＸ方向、Ｙ方向の位置精度のみならず、Ｚ方向の位置精度を高めることができる。

また第２の欠落部３７Ａ内から第２の金属柱部５２Ａが延びるため、第１の欠落部３６Ａ内からの第１の金属柱部５１Ａと同様に、平面上に金属柱部５０が配置される場合に比べて、第２の金属柱部５２Ａに導電性部材４０が付着し他の部材と接合する部分の面積が増加する。第２の欠落部３７Ａの底面のみならず側面にも導電性部材４０が付着することによる第２の金属柱部５２Ａとの接合が可能なためである。これにより、平面上に金属柱部５０が接合される場合に比べて、電力用半導体装置１００の温度サイクルの信頼性が向上する。

第１の主表面に交差するＺ方向に関して、第２の金属柱部５２Ａは第１の金属柱部５１Ａよりも、それ自体の寸法が大きい。このため治具を用いなくとも、第１の金属柱部５１Ａよりも背の高い第２の金属柱部５２Ａを治具すなわちスペーサとして用いることで、プリント基板３０と絶縁基板１０とのギャップを第２の金属柱部５２ＡのＺ方向寸法と等しくなるように定めることができる。これにより電力用半導体装置１００の信頼性を向上させることができる。

以上の本実施の形態においては、第１の欠落部３６Ａのコア材３１が露出している面のＹ方向の幅と、第１の金属柱部５１Ａのコア材３１側の底面のＹ方向の幅との差が０．５ｍｍ以下であることが好ましい。第１の金属柱部５１Ａが第１の欠落部３６Ａ内に挿入された状態で、第１の導電性部材４４Ａと第１の金属柱部５１Ａとのいずれとも接触せず露出したコア材３１の領域が小さいほど、第１の金属柱部５１Ａと第１の導体層３２と第１の導電性部材４４Ａとの接合がより安定する。これにより第１の金属柱部５１ＡのＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の位置精度が向上する。

逆に、仮に第１の導電性部材４４Ａと第１の金属柱部５１Ａとのいずれとも接触せず露出したコア材３１の領域が大きければ、ペースト状はんだ４４ｄが溶融した際にコア材３１に第１の導電性部材４４Ａが接触しにくくなる。その結果、接合されなかった第１の導電性部材４４Ａが第１の導体層３２に引き寄せられるような動きが発生する。これに伴い第１の金属柱部５１ＡのＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の位置ずれが発生したり、第１の金属柱部５１Ａがコア材３１の第１の主表面に垂直な方向から傾いた方向に延びるように固定されたりする。

以上については第１の欠落部３６Ａおよび第１の金属柱部５１Ａの間のみならず、第２の欠落部３７Ａおよび第２の金属柱部５２Ａの間についても同様である。このためここでは第２の金属柱部５２Ａおよび第２の貫通孔３７Ｂの配置態様についての詳細な説明を省略する。

次に、本実施の形態にて想定される変形例について説明する。
まず、以上においては第１の金属柱部５１Ａと第２の金属柱部５２Ａとの双方を有する電力用半導体装置１００の例について説明している。しかし、たとえば以上の各図における第２の金属柱部５２Ａおよび第２の欠落部３７Ａを有さず、第１の金属柱部５１Ａおよび第１の欠落部３６Ａのみを有する構成としてもよい。当該構成においては複数の第２の金属柱部５２Ａおよび複数の第２の欠落部３７Ａを有さない点においてのみ上記の電力用半導体装置１００と異なり、他はすべて上記の電力用半導体装置１００と同様であるためその説明を繰り返さない。

第１の金属柱部５１Ａのみを有する構成であっても、第１の欠落部３６Ａ内から延びる第１の金属柱部５１Ａを有することによる作用効果は、第１の金属柱部５１Ａと第２の金属柱部５２Ａとの双方を有する構成と同様である。

次に、以上においては第１の金属柱部５１Ａのみを有し第２の金属柱部５２Ａを有さない例について説明している。しかし逆に、たとえば以上の各図における第１の金属柱部５１Ａおよび第１の欠落部３６Ａを有さず、第２の金属柱部５２Ａおよび第２の欠落部３７Ａのみを有する構成としてもよい。当該構成においては複数の第１の金属柱部５１Ａおよび複数の第１の欠落部３６Ａを有さない点においてのみ上記の電力用半導体装置１００と異なり、他はすべて上記の電力用半導体装置１００と同様であるためその説明を繰り返さない。

第２の金属柱部５２Ａのみを有する構成であっても、第２の欠落部３７Ａ内から延びる第２の金属柱部５２Ａを有することによる作用効果は、第１の金属柱部５１Ａと第２の金属柱部５２Ａとの双方を有する構成と同様である。

実施の形態２．
図１６は実施の形態２における図２中の点線で囲まれた部分Ａの第１例の概略拡大断面図である。図１７は実施の形態２における図２中の点線で囲まれた部分Ａの第２例の概略拡大断面図である。図１８は実施の形態２における図２中の点線で囲まれた部分Ｂの第１例の概略拡大断面図である。図１９は実施の形態２における図２中の点線で囲まれた部分Ｂの第２例の概略拡大断面図である。図１６～図１９を参照して、本実施の形態の電力用半導体装置の図２中の点線で囲まれた部分Ａおよび部分Ｂは、基本的に実施の形態１の図６および図７と同様の構成を有している。このため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし図１６および図１７に示すように、本実施の形態においては、第１の金属柱部５１Ａの内部には、プリント基板３０のコア材３１の第１の主表面に交差する図の上下方向に延びる第１の空洞５３が形成されている。

本実施の形態においても実施の形態１と同様に、第１の金属柱部５１Ａは、第１の欠落部３６Ａ内から第１の欠落部３６Ａの外側まで延びている。ただし第１の金属柱部５１Ａに第１の空洞５３が形成されるため、第１の空洞５３の内部に第１の導電性部材４４Ａの一部が進入する。このため第１の空洞５３の内部には第１の導電性部材４４Ａが配置されている。また第１の空洞５３内に第２の導電性部材４３Ａの一部が進入していてもよい。

図１６および図１７においては、第１の空洞５３の内部における第１の導電性部材４４Ａは、第１の空洞５３の内壁の第１の部分（たとえば図１６の左側の内壁）から、当該内壁の第１の部分に対向する内壁の第２の部分（たとえば図１６の右側の内壁）まで連続するように拡がる領域を含む。すなわち第１の空洞５３内において、第１の導電性部材４４Ａは、第１の空洞５３内の左端から右端まで、少なくとも一部において連続している。このように本実施の形態においては、第１の空洞５３のＹ方向に関する全領域に第１の導電性部材４４Ａおよび／または第２の導電性部材４３Ａが配置されてもよい。ただし第１の空洞５３のＹ方向に関する一部の領域のみに第１の導電性部材４４Ａおよび／または第２の導電性部材４３Ａが配置されてもよい。

また図１６の第１例に示すように、第１の空洞５３内に進入した第２の導電性部材４３Ａおよび第１の導電性部材４４Ａの一部は繋がっていなくてもよい。ただし図１７の第２例に示すように、第１の空洞５３内に進入した第２の導電性部材４３Ａおよび第１の導電性部材４４Ａの一部が繋がっていてもよい。

その他、図１６および図１７に示すように、第１の空洞５３の絶縁基板１０の一方の主表面に沿うＹ方向の寸法は、信号電極２１ｃの当該一方の主表面に沿うＹ方向の寸法よりも小さい。すなわち図１６に示すように、第１の空洞５３のＹ方向に沿う寸法ｙ３は、信号電極２１ｃのＹ方向に沿う寸法ｙ４よりも小さい。このようにすれば、第１の空洞５３を有する第１の金属柱部５１Ａを信号電極２１ｃに第２の導電性部材４３Ａではんだ付けすることができる。

図１８に示すように、本実施の形態においては、第２の金属柱部５２Ａの内部には、プリント基板３０のコア材３１の第１の主表面に交差する図の上下方向に延びる第２の空洞５４が形成されている。本実施の形態においても実施の形態１と同様に、第２の金属柱部５２Ａは、コア材３１の第１の主表面から絶縁基板１０の第３の導体層１３まで延びている。ただし第２の金属柱部５２Ａに第２の空洞５４が形成されるため、空洞５４内に第４の導電性部材４６Ａの一部が進入する。このため第２の空洞５４の内部には第４の導電性部材４６Ａが配置されている。また第１の空洞５３内に第５の導電性部材４５Ａの一部が進入していてもよい。

図１８および図１９においては、第２の空洞５４の内部における第４の導電性部材４６Ａは、第２の空洞５４の内壁の第３の部分（たとえば図１８の左側の内壁）から、当該内壁の第３の部分に対向する内壁の第４の部分（たとえば図１８の右側の内壁）まで連続するように拡がる領域を含む。すなわち第２の空洞５４内において、第４の導電性部材４６Ａは、第２の空洞５４内の左端から右端まで、少なくとも一部において連続している。このように本実施の形態においては、第２の空洞５４のＹ方向に関する全領域に第４の導電性部材４６Ａおよび／または第５の導電性部材４５Ａが配置されてもよい。ただし第２の空洞５４のＹ方向に関する一部の領域のみに第４の導電性部材４６Ａおよび／または第５の導電性部材４５Ａが配置されてもよい。

また図１８の第１例に示すように、第２の空洞５４内に進入した第５の導電性部材４５Ａおよび第４の導電性部材４６Ａの一部は繋がっていなくてもよい。ただし図１９の第２例に示すように、第２の空洞５４内に進入した第５の導電性部材４５Ａおよび第４の導電性部材４６Ａの一部が繋がっていてもよい。

図１８および図１９に示すように、第５の導電性部材４５Ａは下側に向けてＹ方向の幅が漸次広くなるようにフィレットが形成されていることが好ましい。ただしこのような態様に限られない。

次に本実施の形態の作用効果について説明する。なお以下では第１の金属柱部５１Ａの第１の空洞５３による効果を説明するが、第２の金属柱部５２Ａの第２の空洞５４による効果も同様である。

仮に第１の金属柱部５１Ａ内に第１の空洞５３が形成されれば、第１の欠落部３６Ａ内は当該空洞とその外側の第１の金属柱部５１Ａの本体部分と、第１の導電性部材４４Ａとにより充填される。このようにすれば、第１の金属柱部５１Ａを第１の導電性部材４４Ａと第２の導電性部材４３Ａとにより絶縁基板１０およびプリント基板３０に接合する際に、第１の導電性部材４４Ａと第２の導電性部材４３Ａとの一部を第１の空洞５３内に収めることができる。このため第１の導電性部材４４Ａと第２の導電性部材４３Ａとが拡がるべきでない領域にまで拡がり、信号電極２１ｃとその外部の配線パターンなどとが導電性部材４０で短絡する可能性を低減できる。拡がるべきでない領域に広がった導電性部材４０は、リフロー工程後に周囲に飛び散り、接続されるべきでない配線同士または回路パターン同士を短絡する不具合を発生させる恐れがある。しかし本実施の形態によればこのような不具合を抑制できる。このため配線パターンを高密度に設計することが容易となる。

また第１の金属柱部５１Ａの内壁に第１の導電性部材４４Ａおよび第２の導電性部材４３Ａのはんだフィレットが形成される。これにより導電性部材の表面積は、フィレットが形成されない場合に比べて増加する。このため電力用半導体装置１００の動作時に生じる熱応力が緩和される。その結果、電力用半導体装置１００の寿命が向上する。

また本実施の形態においては、第１の空洞５３の内部の第１の導電性部材４４Ａは、第１の空洞５３の内壁の第１の部分（左端）から第２の部分（右端）まで連続するように拡がる領域を含む。これは第１の部分から第２の部分まで連続していれば、必ずしも第１の導電性部材４４ＡがＹ方向に沿って延びている必要はない。このようにすれば、Ｙ方向に関して第１の導電性部材４４Ａが第１の空洞５３内の全領域を連続しない場合に比べて、第１の導電性部材４４Ａの熱抵抗および電気抵抗を低減できる。

実施の形態３．
図２０は実施の形態３における図２中の点線で囲まれた部分Ａの概略拡大断面図である。図２１は実施の形態３における図２中の点線で囲まれた部分Ｂの概略拡大断面図である。図２０および図２１を参照して、本実施の形態の電力用半導体装置の図２中の点線で囲まれた部分Ａおよび部分Ｂは、基本的に実施の形態１の図６および図７と同様の構成を有している。このため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし図２０に示すように、本実施の形態においては、第１の金属柱部５１Ａが、第１の主表面に交差するＺ方向に関する少なくとも一部において、プリント基板３０側から絶縁基板１０側に向けて、一方の主表面に沿うＹ方向（Ｘ方向）の寸法が漸次小さくなる。第１の金属柱部５１Ａは、第２の導電性部材４３Ａに接触するように配置されている。なお特に第１の金属柱部５１Ａは、少なくとも絶縁基板１０側の端部（最下部）において、Ｙ方向などの寸法が漸次小さくなるテーパ形状を有することが好ましい。ただしそのような態様に限らず、第１の金属柱部５１ＡのＺ方向に関する全体において、Ｙ方向などの寸法が漸次小さくなるテーパ形状を有してもよい。

なお図２０においては、第１の金属柱部５１Ａの信号電極２１ｃに接する部分（最下部）の、一方の主表面に沿うＹ方向（Ｘ方向）の第１の幅が、信号電極２１ｃの一方の主表面に沿うＹ方向（Ｘ方向）の第２の幅よりも小さくなっている。しかし本実施の形態においても、第１の幅が第２の幅より大きくてもよい。また本実施の形態においても実施の形態２と同様に、第１の金属柱部５１Ａに第１の空洞５３（図１６参照）が形成されていてもよいし、その内部に第１の導電性部材４４Ａが流入してもよい。その流入した第１の導電性部材４４Ａは第１の空洞５３内のＹ方向の全領域に亘り連続してもよい。

図２１に示すように、本実施の形態においては、第２の金属柱部５２Ａが、第１の主表面に交差するＺ方向に関する少なくとも一部において、プリント基板３０側から絶縁基板１０側に向けて、一方の主表面に沿うＹ方向（Ｘ方向）の寸法が漸次小さくなる。第２の金属柱部５２Ａは、第５の導電性部材４５Ａに接触するように配置されている。なお特に第２の金属柱部５２Ａは、少なくとも絶縁基板１０側の端部（最下部）において、Ｙ方向などの寸法が漸次小さくなるテーパ形状を有することが好ましい。ただしそのような態様に限らず、第２の金属柱部５２ＡのＺ方向に関する全体において、Ｙ方向などの寸法が漸次小さくなるテーパ形状を有してもよい。図２１の第２の金属柱部５２Ａにも実施の形態２と同様に第２の空洞５４（図１８参照）が形成されてもよいし、その内部に第４の導電性部材４６Ａが流入してもよい。その流入した第４の導電性部材４６Ａは第２の空洞５４内のＹ方向の全領域に亘り連続してもよい。

次に本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態では第１の金属柱部５１Ａおよび第２の金属柱部５２Ａが上記のように幅方向に関してテーパ形状を有する。このため第２の導電性部材４３Ａおよび第５の導電性部材４５Ａには下方に向けてＹ方向の幅が漸次広くなるフィレットが形成される。これにより、導電性部材４０の表面積は、フィレットが形成されない場合に比べて増加する。このため電力用半導体装置１００の動作時に生じる熱応力が緩和される。その結果、電力用半導体装置１００の寿命が向上する。

また本実施の形態においては、第１の金属柱部５１Ａのテーパ形状により上記第１の幅が第２の幅より大きく（または小さく）なるため、両者間に差が生じる。これにより、第１の金属柱部５１Ａがｙ方向に関して信号電極２１ｃに対して多少位置ずれしても、第２の導電性部材４３Ａを介した信号電極２１ｃとの接続が可能となる。したがって第１の金属柱部５１Ａと信号電極２１ｃとの間のオープン不良を抑制できる。

実施の形態４．
図２２は実施の形態４の電力用半導体装置のうち、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。図２３は実施の形態４における図２２中の点線で囲まれた部分ＸＸＩＩＩの概略拡大断面図である。図２２および図２３を参照して、本実施の形態の電力用半導体装置１１０は、基本的に実施の形態１の図２および図７と同様の構成を有している。このため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし図２３に示すように、本実施の形態においては、絶縁基板１０には、その一方すなわち上側の主表面に、第３の導体層１３が部分的に欠落された凹部３８Ａが形成されている。凹部３８Ａ内には、第２の金属柱部５２Ａと、第５の導電性部材４７Ａとの双方が配置されている。言い換えれば、凹部３８Ａ内は、第２の金属柱部５２Ａと、第５の導電性部材４７Ａとにより充填されている。第５の導電性部材４７Ａはたとえばはんだからなり、第２の金属柱部５２Ａの側面から凹部３８Ａの内壁面までの領域を充填する。第２の金属柱部５２Ａと第３の導体層１３とが第５の導電性部材４７Ａにより電気的に接続される。なお凹部３８Ａは、一般公知のエッチング工程または切削工程を用いて、第３の導体層１３を部分的に除去することにより形成される。一方、第１の導体層３２の欠落による第２の欠落部３７Ａ内には、実施の形態１～３と同様に第４の導電性部材４６Ａが配置される。

図２３においては凹部３８Ａは、その形成される領域において第３の導体層１３を貫通することにより、その真下の絶縁層１１の主表面を露出するように形成されている。これにより、凹部３８Ａ内の第２の金属柱部５２Ａは、その最下部が絶縁層１１と接触するように配置されることが好ましい。言い換えれば、第２の金属柱部５２ＡのＺ方向についての絶縁基板１０側すなわち下側の端部は、凹部３８Ａ内に配置されている。また第２の金属柱部５２Ａの最上部は、実施の形態１と同様に、第２の欠落部３７Ａにより露出されるコア材３１の第１の主表面に接触するように配置される。これにより、本実施の形態においても実施の形態１と同様に、複数の第２の金属柱部５２Ａのそれぞれは、コア材３１の第１の主表面から、絶縁基板１０まで第１の主表面に交差するＺ方向に延びている。そして第２の欠落部３７Ａ内には、第２の金属柱部５２Ａと、第４の導電性部材４６Ａとにより充填されている。第２の欠落部３７Ａ内の各部材の配置態様は、実施の形態１の図７と同様である。

なお上記のように凹部３８Ａは絶縁層１１を露出するように形成されることにより、絶縁層１１の表面を底面とする凹部を形成することが好ましい。しかし凹部３８Ａは少なくとも第３の導体層１３をその厚み方向に欠落させることにより凹部を形成すればよい。すなわち凹部３８Ａは第３の導体層１３を貫通せず、絶縁層１１を露出しないように形成されていてもよい。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては絶縁基板１０側にも欠落部が設けられ、そこに挿入されるように第２の金属柱部５２Ａが固定される。これにより、第２の金属柱部５２Ａは、プリント基板３０側と絶縁基板１０側の双方が欠落部内に配置されることになる。したがって第２の欠落部３７Ａおよび凹部３８Ａにより、第２の金属柱部５２ＡのＸ方向およびＹ方向の配置位置が、（プリント基板３０側のみに欠落部が形成される）実施の形態１よりもさらに高精度に決められる。

なお第２の金属柱部５２ＡのＸ方向およびＹ方向に関する位置は、第２の金属柱部５２Ａの最下部の底面の大きさと凹部３８Ａの大きさにより決まる。また第２の金属柱部５２ＡのＺ方向に関する位置は、第２の金属柱部５２Ａの長さと凹部３８ＡのＺ方向の深さで決めることができる。このような凹部３８Ａを有することにより、治具を用いなくてもプリント基板３０の配置位置を高精度に決めることができる。上記の各実施の形態と同様に、第２の金属柱部５２Ａはプリント基板３０と絶縁基板１０とのギャップを決定するための治具（スペーサ）として用いることができるためである。したがって第２の金属柱部５２Ａとたとえば第３の導体層１３との間のオープン不良を抑制して、安定した生産が可能となる。そのＺ方向の位置精度が、第２の金属柱部５２Ａの両端側が欠落部内に配置されＺ方向位置が固定されることにより、実施の形態１などよりいっそう高められる。

また凹部３８Ａが絶縁層１１を露出するように形成され、第２の金属柱部５２Ａが絶縁層１１と接触する。これにより、第２の金属柱部５２Ａは絶縁基板１０側にて、Ｘ方向およびＹ方向のみならずＺ方向についても位置決めされる。このため第２の金属柱部５２Ａに固定されたプリント基板３０の、絶縁基板１０に対するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向のすべての方向の位置が、高精度に決められる。したがってプリント基板３０の絶縁基板１０に対する傾きを抑制する。言い換えればプリント基板３０と絶縁基板１０とのギャップが領域間でばらつかず一定となるように、プリント基板３０を絶縁基板１０上に固定接合させることができる。

実施の形態５．
図２４は実施の形態５の第１例の電力用半導体装置の全体を平面視した態様を示す概略平面図である。図２５は実施の形態５の第１例の電力用半導体装置のうち、図２４のＸＸＶ－ＸＸＶ線に沿う部分の概略断面図である。図２６は図２４の電力用半導体装置のうち、特に半導体素子の配置された部分の概略平面図である。図２７は図２４の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向下側の導体層の態様を示す概略平面図である。図２８は図２４の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向上側の導体層の態様を示す概略平面図である。図２９は実施の形態５の第１例における図２５中の点線で囲まれた部分Ｃの概略拡大断面図である。図３０は実施の形態５の第１例における図２５中の点線で囲まれた部分Ｄの概略拡大断面図である。すなわちＸＸＶ－ＸＸＶ線は図１のＩＩ－ＩＩ線に対応する。図２５の点線で囲まれた部分Ｃは、図２の点線で囲まれた部分Ａに対応する。図２５の点線で囲まれた部分Ｄは、図２の点線で囲まれた部分Ｂに対応する。

図２４～図３０を参照して、本実施の形態の第１例の電力用半導体装置１２０は、基本的に実施の形態１の第１例の図１～図７と同様の構成を有している。すなわち電力用半導体装置１２０は、絶縁基板１０と、半導体素子２１と、プリント基板３０とを備える。半導体素子２１は絶縁基板１０の一方の主表面に接合される。半導体素子２１には主電極２１ｂおよび信号電極２１ｃが形成される。プリント基板３０は、コア材３１と、その半導体素子２１側つまり下側の第１の主表面に形成された第１の導体層３２と、その上側の第２の主表面に形成された第２の導体層３３とを含む。このため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない場合がある。またたとえば後述の第１の貫通孔３６Ｂについての、上記の同一名称であり同一番号が付される第１の欠落部３６Ａと同一の特徴についてはその説明を繰り返さない場合がある。このことは同様に名称および符号が付された他の各部材についても同様である。

ただし電力用半導体装置１２０においては、電力用半導体装置１００の第１の欠落部３６Ａの代わりに、プリント基板３０には複数の第１の貫通孔３６Ｂが形成されている。第１の貫通孔３６Ｂは、第１の導体層３２とコア材３１と第２の導体層３３とが部分的に欠落された領域が、第１の導体層３２とコア材３１と第２の導体層３３とを貫通する態様として、形成されている。この点において本実施の形態は、第１の欠落部３６Ａが第１の導体層３２を貫通しコア材３１を露出するように形成される実施の形態１と異なる。

特に図２９を参照して、半導体素子２１の信号電極２１ｃの表面上には、導電性部材４０としての第２の導電性部材４３Ｂが形成されている。第１の貫通孔３６Ｂ内には、導体層接合部３５Ｂと、導電性部材４０としての第１の導電性部材４４Ｂとが配置されている。さらに複数の第１の貫通孔３６Ｂのそれぞれの内部には第１の金属柱部５１Ｂが配置されている。すなわち第１の貫通孔３６Ｂ内には、第１の金属柱部５１Ｂと、第１の導電性部材４４Ｂとの双方が配置されており、さらに導体層接合部３５Ｂが配置されている。言い換えれば、第１の貫通孔３６Ｂ内は、第１の金属柱部５１Ｂと、第１の導電性部材４４Ｂと、導体層接合部３５Ｂとにより充填されている。

第１の金属柱部５１Ｂは、第１の貫通孔３６Ｂ内から、プリント基板３０の絶縁基板１０と反対側の第３の主表面を超えて、第１の貫通孔３６Ｂの外側まで、Ｚ方向に延びている。ここで絶縁基板１０と反対側の第３の主表面とは、プリント基板３０のＺ方向の最上面である第２の導体層３３の最上面である。

第１の導電性部材４４Ｂはたとえばはんだからなる。導体層接合部３５Ｂは、第１の導体層３２および第２の導体層３３とは独立に第１の貫通孔３６Ｂの内壁面上に形成されている。これにより導体層接合部３５Ｂは、第１の導体層３２と第２の導体層３３とを電気的および機械的に接合する。導体層接合部３５Ｂは導体層接合部３５Ａと同様に、たとえば銅のめっき膜である。第１の金属柱部５１Ｂと第１の導体層３２とが第１の導電性部材４４Ｂおよび導体層接合部３５Ｂにより電気的に接続される。つまり第１の貫通孔３６Ｂ内において、第１の金属柱部５１ＢのＺ方向に延びる表面とプリント基板３０とが第１の導電性部材４４Ｂを介して接続される。

図２９において第１の金属柱部５１Ｂは、第１の頭部５１Ｂ１と、第１の柱状部５１Ｂ２とを有している。第１の頭部５１Ｂ１は、第１の金属柱部５１Ｂのうち、第１の貫通孔３６Ｂの外部に配置され、絶縁基板１０の一方の主表面に沿うＸＹ方向に拡がる部分である。言い換えれば第１の頭部５１Ｂ１は、第１の金属柱部５１Ｂのうち、図２９の第２の導体層３３の上側を図の左右方向すなわちＹ方向に沿って延び拡がっている領域である。さらに言い換えれば第１の頭部５１Ｂ１は、Ｚ方向の上方に延びる第１の柱状部５１Ｂ２がプリント基板３０の第３の主表面をＺ方向の上側に超えて、第１の貫通孔３６Ｂの外側に配置された領域である。第１の柱状部５１Ｂ２は、第１の金属柱部５１Ｂのうち第１の頭部５１Ｂ１以外の領域である。第１の柱状部５１Ｂ２は、第１の頭部５１Ｂ１（の最下面）から、第１の貫通孔３６Ｂの内部の領域を含むように、第１の貫通孔３６Ｂに沿って延びる領域である。第１の柱状部５１Ｂ２はたとえば円柱形を有するがこれに限られない。なお第１の柱状部５１Ｂ２は金属材料からなる部分が筒状に延び、平面視における中央部が空洞となっていてもよい（図１６～図１９の第１の金属柱部５１Ａおよび第２の金属柱部５２Ａ参照）。あるいは第１の柱状部５１Ｂ２はその全体が金属材料からなり、平面視における中央部を含む全体が金属材料で充填された態様であってもよい。したがって第１の頭部５１Ｂ１は、第１の貫通孔３６Ｂの外部にて第１の柱状部５１Ｂ２の延びる方向における一方の端部（最上部）に繋がるように配置される。

すなわち第１の柱状部５１Ｂ２は、第１の頭部５１Ｂ１からその下側に延び、第１の貫通孔３６Ｂ内の領域を通るように形成されている。したがって第１の金属柱部５１Ｂは第１の柱状部５１Ｂ２により、プリント基板３０を、第２の導体層３３の最上面から第１の導体層３２の最下面まで貫通している。言い換えれば第１の金属柱部５１Ｂは、プリント基板３０の全体をＺ方向に延びるように貫通している。第１の柱状部５１Ｂ２は、第１の貫通孔３６Ｂ内に含まれていればよく、第１の貫通孔３６Ｂの下側（外側）の領域まで延びてもよい。第１の貫通孔３６ＢはＺ方向に沿って延びているため、第１の柱状部５１Ｂ２もＺ方向に沿って延びている。したがってここでは、第１の金属柱部５１Ｂのうち、第１の貫通孔３６Ｂより上側に配置される領域はその全体が第１の頭部５１Ｂ１である。またここでは、第１の金属柱部５１Ｂのうち、第１の貫通孔３６Ｂ内およびその下側に配置される領域はその全体が第１の柱状部５１Ｂ２である。

特に図２９では、第２の導電性部材４３Ｂが、第１の金属柱部５１Ｂと、信号電極２１ｃとの双方に接触している。言い換えれば図２９では、第１の金属柱部５１Ｂは、プリント基板３０の上側の第１の頭部５１Ｂ１から、第１の貫通孔３６Ｂ外（下側）にある信号電極２１ｃ上の第２の導電性部材４３Ｂまで、Ｚ方向に延びている。すなわちたとえばはんだからなる第２の導電性部材４３Ｂにより、第１の金属柱部５１Ｂと信号電極２１ｃとが接合されている。さらに言い換えれば図２９では、信号電極２１ｃと、第１の金属柱部５１Ｂとが、第２の導電性部材４３Ｂを介して接続される。このため第１の金属柱部５１ＢのＺ方向についての絶縁基板１０側の端部は信号電極２１ｃと間隔をあけて配置されている。また図２５では、主電極２１ｂとプリント基板３０とが、はんだ層としての第３の導電性部材４２を介して接続される。

以上により第１の金属柱部５１Ｂは、半導体素子２１の信号電極２１ｃと、これに対向するプリント基板３０の第１の導体層３２とを電気的に接続する導体として機能する。つまり半導体素子２１の信号電極２１ｃと、これに対向するプリント基板３０の第１の導体層３２とが、第２の導電性部材４３Ｂ、第１の金属柱部５１Ｂ、第１の導電性部材４４Ｂおよび導体層接合部３５Ｂを介して、電気的に接続される。

その他、第１の金属柱部５１Ｂにおいては、第１の頭部５１Ｂ１は、第１の柱状部５１Ｂ２よりも、一方の主表面に沿う図２９の左右方向の幅が大きい。言い換えれば第１の金属柱部５１Ｂは、第１の柱状部５１Ｂ２がたとえば円柱形である場合の外径、および第１の貫通孔３６Ｂがたとえば円筒形である場合の内径よりも平面視における径が大きい、第１の頭部５１Ｂ１が形成されている。なおこれは第１の頭部５１Ｂ１が円形の平面形状を有する場合の例である。また第１の金属柱部５１Ｂにおいては、第１の頭部５１Ｂ１は第２の導体層３３の表面と接触するように配置されている。これにより第１の頭部５１Ｂ１はプリント基板３０の上側に配置される。

次に、電力用半導体装置１２０においては、電力用半導体装置１００の第２の欠落部３７Ａの代わりに複数の第２の貫通孔３７Ｂが形成されている。第２の貫通孔３７Ｂは、第１の導体層３２とコア材３１と第２の導体層３３とが部分的に欠落された領域が、第１の導体層３２とコア材３１と第２の導体層３３とを貫通するように形成されている。この点において本実施の形態は、第１の欠落部３６Ａが第１の導体層３２を貫通しコア材３１を露出するように形成される実施の形態１と異なる。第２の貫通孔３７Ｂは、プリント基板３０において、第１の貫通孔３６Ｂと互いに間隔をあけて複数、形成されている。

特に図３０を参照して、絶縁基板１０の第３の導体層１３の表面上には、導電性部材４０としての第５の導電性部材４５Ｂが形成されている。第２の貫通孔３７Ｂ内には、導体層接合部３５Ｂｏと、導電性部材４０としての第４の導電性部材４６Ｂが配置されている。さらに複数の第２の貫通孔３７Ｂのそれぞれの内部には第２の金属柱部５２Ｂが配置されている。すなわち第２の貫通孔３７Ｂ内には、第２の金属柱部５２Ｂと、第４の導電性部材４６Ｂとの双方が配置されている。言い換えれば、第２の貫通孔３７Ｂ内は、第２の金属柱部５２Ｂと、第４の導電性部材４６Ｂと、導体層接合部３５Ｂｏとにより充填されている。複数の第２の金属柱部５２Ｂは、絶縁基板１０からプリント基板３０までＺ方向に延びている。より詳しくは、複数の第２の金属柱部５２Ｂのそれぞれは、複数の第２の貫通孔３７Ｂのそれぞれの内部から、プリント基板３０の絶縁基板１０と反対側の第３の主表面を超えて、第２の貫通孔３７Ｂの外側まで、Ｚ方向に延びている。第２の金属柱部５２Ｂは、Ｚ方向についての絶縁基板１０側の端部が、絶縁基板１０の一方の主表面（たとえば第３の導体層１３の最上面）に接触している。

第４の導電性部材４６Ｂはたとえばはんだからなる。導体層接合部３５Ｂｏは、第１の導体層３２および第２の導体層３３とは独立に第２の貫通孔３７Ｂの内壁面上に形成されている。これにより導体層接合部３５Ｂｏは、第１の導体層３２と第２の導体層３３とを電気的および機械的に接合する。導体層接合部３５Ｂｏは導体層接合部３５Ａ，３５Ｂと同様に、たとえば銅のめっき膜である。第２の金属柱部５２Ｂの側面から第２の貫通孔３７Ｂの内壁面までの領域は、第４の導電性部材４６Ｂおよび導体層接合部３５Ｂｏにより充填される。第２の金属柱部５２Ｂと第１の導体層３２とが第４の導電性部材４６Ｂおよび導体層接合部３５Ｂｏにより電気的に接続される。より詳しくは、第２の貫通孔３７Ｂ内において、第２の金属柱部５２ＢのＺ方向に延びる表面とプリント基板３０とが、第４の導電性部材４６Ｂを介して接続される。

図３０において第２の金属柱部５２Ｂは、第２の頭部５２Ｂ１と、第２の柱状部５２Ｂ２とを有している。第２の頭部５２Ｂ１は、第２の金属柱部５２Ｂのうち、第２の貫通孔３７Ｂの外部に配置され、絶縁基板１０の一方の主表面に沿うＸＹ方向に拡がる部分である。言い換えれば第２の頭部５２Ｂ１は、第２の金属柱部５２Ｂのうち、図３０の第２の導体層３３の上側を図の左右方向すなわちＹ方向に沿って延び拡がっている領域である。さらに言い換えれば第２の頭部５２Ｂ１は、Ｚ方向の上方に延びる第２の柱状部５２Ｂ２がプリント基板３０の第３の主表面をＺ方向の上側に超えて、第２の貫通孔３７Ｂの外側に配置された領域である。第２の柱状部５２Ｂ２は、第２の金属柱部５２Ｂのうち第２の頭部５２Ｂ１以外の領域である。第２の柱状部５２Ｂ２は、第２の頭部５２Ｂ１（の最下面）から、第２の貫通孔３７Ｂの内部の領域を含むように、第２の貫通孔３７Ｂに沿って延びる領域である。第２の柱状部５２Ｂ２はたとえば円柱形を有するがこれに限られない。したがって第２の頭部５２Ｂ１は、第２の貫通孔３７Ｂの外部にて第２の柱状部５２Ｂ２の延びる方向における一方の端部（最上部）に繋がるように配置される。

すなわち第２の柱状部５２Ｂ２は、第２の頭部５２Ｂ１からその下側に延び、第２の貫通孔３７Ｂ内の領域を通るように形成されている。したがって第２の金属柱部５２Ｂは第２の柱状部５２Ｂ２により、プリント基板３０を、第２の導体層３３の最上面から第１の導体層３２の最下面まで貫通している。言い換えれば第２の金属柱部５２Ｂは、プリント基板３０の全体をＺ方向に延びるように貫通している。第２の柱状部５２Ｂ２は、第２の貫通孔３７Ｂ内に含まれていればよく、第２の貫通孔３７Ｂの下側（外側）の領域まで延びてもよい。第２の貫通孔３７ＢはＺ方向に沿って延びているため、第２の柱状部５２Ｂ２もＺ方向に沿って延びている。したがってここでは、第２の金属柱部５２Ｂのうち、第２の貫通孔３７Ｂより上側に配置される領域はその全体が第２の頭部５２Ｂ１である。またここでは、第２の金属柱部５２Ｂのうち、第２の貫通孔３７Ｂ内およびその下側に配置される領域はその全体が第２の柱状部５２Ｂ２である。第２の柱状部５２Ｂ２の最下部には絶縁基板１０の第３の導体層１３が接合されている。

このように絶縁基板１０からプリント基板３０まで、コア材３１の第１の主表面に交差するＺ方向に延びる第２の金属柱部５２Ｂが複数配置されている。ここでは特に、第２の柱状部５２Ｂ２により、複数の第２の金属柱部５２Ｂのそれぞれは、複数の第２の貫通孔３７Ｂのそれぞれの内部から、第２の貫通孔３７Ｂの外側に配置される絶縁基板１０の第３の導体層１３まで、コア材３１の第１の主表面に交差するＺ方向に延びる。

特に図３０では、第５の導電性部材４５Ｂが、第２の金属柱部５２Ｂと、第３の導体層１３との双方に接触している。言い換えれば図３０では、第２の金属柱部５２Ｂは、プリント基板３０の上側の第２の頭部５２Ｂ１から、第２の貫通孔３７Ｂ外（下側）にある第３の導体層１３まで、Ｚ方向に延びている。すなわちたとえばはんだからなる第５の導電性部材４５Ｂにより、第２の金属柱部５２Ｂと第３の導体層１３とが接合されている。

以上により第２の金属柱部５２Ｂは、第３の導体層１３と、これに対向するプリント基板３０の第１の導体層３２とを電気的に接続する導体として機能する。つまり絶縁基板１０の第３の導体層１３と、これに対向するプリント基板３０の第１の導体層３２とが、第５の導電性部材４５Ｂ、第２の金属柱部５２Ｂ、第４の導電性部材４６Ｂおよび導体層接合部３５Ｂｏを介して、電気的に接続される。

その他、第２の金属柱部５２Ｂにおいては、第２の頭部５２Ｂ１は、第２の柱状部５２Ｂ２よりも、一方の主表面に沿う図３０の左右方向の幅が大きい。言い換えれば第２の金属柱部５２Ｂは、第２の柱状部５２Ｂ２がたとえば円柱形である場合の外径、および第２の貫通孔３７Ｂがたとえば円筒形である場合の内径よりも平面視における径が大きい、第２の頭部５２Ｂ１が形成されている。なおこれは第２の頭部５２Ｂ１が円形の平面形状を有する場合の例である。また第２の金属柱部５２Ｂにおいては、第２の頭部５２Ｂ１は第２の導体層３３の表面と接触するように配置されている。これにより第２の頭部５２Ｂ１はプリント基板３０の上側に配置される。

またその他、複数の第２の貫通孔３７Ｂのそれぞれは、平面視において絶縁基板１０の中心に関して互いに点対称となる位置に配置されることが好ましい。第２の金属柱部５２Ｂは第２の貫通孔３７Ｂ内に配置される。このため複数の第２の金属柱部５２Ｂは、平面視において絶縁基板１０の中心に関して互いに点対称となる位置に配置されることが好ましい。

さらに、特に図２５に示すように、第１の主表面に交差するＺ方向に関して、第２の金属柱部５２Ｂは第１の金属柱部５１Ｂよりも寸法が大きいことが好ましい。なお複数の第１の金属柱部５１ＢのＺ方向の寸法はいずれもほぼ等しい。また複数の第２の金属柱部５２ＢのＺ方向の寸法もいずれもほぼ等しい。

図３１は実施の形態５の第２例の電力用半導体装置の全体を平面視した態様を示す概略平面図である。図３２は実施の形態５の第２例の電力用半導体装置のうち、図３１のＸＸＸＩＩ－ＸＸＸＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。図３３は実施の形態５の第２例における図３２中の点線で囲まれた部分Ｅの概略拡大断面図である。図３４は実施の形態５の第２例における図３２中の点線で囲まれた部分Ｆの概略拡大断面図である。すなわちＸＸＸＩＩ－ＸＸＸＩＩ線は図１のＩＩ－ＩＩ線に対応する。図３２の点線で囲まれた部分Ｅは、図２の点線で囲まれた部分Ａに対応する。図３２の点線で囲まれた部分Ｆは、図２の点線で囲まれた部分Ｂに対応する。

図３１～図３４を参照して、本実施の形態の第２例の電力用半導体装置１３０は、基本的に実施の形態１の第１例の図１～図７と同様の構成を有している。すなわち電力用半導体装置１３０は、絶縁基板１０と、半導体素子２１と、プリント基板３０とを備える。半導体素子２１は絶縁基板１０の一方の主表面に接合される。半導体素子２１には主電極２１ｂおよび信号電極２１ｃが形成される。プリント基板３０は、コア材３１と、その半導体素子２１側つまり下側の第１の主表面に形成された第１の導体層３２と、その上側の第２の主表面に形成された第２の導体層３３とを含む。このため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない場合がある。またたとえば後述の第１の貫通孔３６Ｃについての、上記の同一名称であり同一番号が付される第１の貫通孔３６Ｂと同一の特徴についてはその説明を繰り返さない場合がある。このことは同様に名称および符号が付された他の各部材についても同様である。

ただし電力用半導体装置１３０においては、電力用半導体装置１００の第１の欠落部３６Ａの代わりに、プリント基板３０には複数の第１の貫通孔３６Ｃが形成されている。第１の貫通孔３６Ｃは、第１の導体層３２とコア材３１と第２の導体層３３とが部分的に欠落された領域が、第１の導体層３２とコア材３１と第２の導体層３３とを貫通する態様として、形成されている。この点において本実施の形態は、第１の欠落部３６Ａが第１の導体層３２を貫通しコア材３１を露出するように形成される実施の形態１と異なる。

特に図３３を参照して、半導体素子２１の信号電極２１ｃの表面上には、導電性部材４０としての第２の導電性部材４３Ｃが形成されている。第１の貫通孔３６Ｃ内には、導体層接合部３５Ｃと、導電性部材４０としての第１の導電性部材４４Ｃとが配置されている。さらに複数の第１の貫通孔３６Ｃのそれぞれの内部には第１の金属柱部５１Ｃが配置されている。すなわち第１の貫通孔３６Ｃ内には、第１の金属柱部５１Ｃと、第１の導電性部材４４Ｃとの双方が配置されており、さらに導体層接合部３５Ｃが配置されている。言い換えれば、第１の貫通孔３６Ｃ内は、第１の金属柱部５１Ｃと、第１の導電性部材４４Ｃと、導体層接合部３５Ｃとにより充填されている。

第１の金属柱部５１Ｃは、第１の貫通孔３６Ｃ内から、プリント基板３０の絶縁基板１０と反対側の第３の主表面を超えて、第１の貫通孔３６Ｃの外側まで、Ｚ方向に延びている。ここで絶縁基板１０と反対側の第３の主表面とは、プリント基板３０のＺ方向の最上面である第２の導体層３３の最上面である。

第１の導電性部材４４Ｃはたとえばはんだからなる。導体層接合部３５Ｃは、第１の導体層３２および第２の導体層３３とは独立に第１の貫通孔３６Ｃの内壁面上に形成されている。これにより導体層接合部３５Ｃは、第１の導体層３２と第２の導体層３３とを電気的および機械的に接合する。導体層接合部３５Ｃは導体層接合部３５Ａと同様に、たとえば銅のめっき膜である。第１の金属柱部５１Ｃと第１の導体層３２とが第１の導電性部材４４Ｃおよび導体層接合部３５Ｃにより電気的に接続される。つまり第１の貫通孔３６Ｃ内において、第１の金属柱部５１ＣのＺ方向に延びる表面とプリント基板３０とが第１の導電性部材４４Ｃを介して接続される。

図３３において第１の金属柱部５１Ｃは、絶縁基板１０の一方の主表面上から、第１の貫通孔３６Ｃ内を貫通し、そこから第１の貫通孔３６Ｃの外側であるプリント基板３０の第３の主表面のさらに上方に至るまで、そのＸ方向およびＹ方向の幅が一定である。すなわち第１の金属柱部５１Ｃは、第１の貫通孔３６Ｃ内と第１の貫通孔３６Ｃよりも上側の領域とで幅がほぼ同一となるようにＺ方向に沿ってまっすぐ延びている。さらに言い換えれば、図３３の第１の金属柱部５１Ｃは、その全体が第１例の電力用半導体装置１２０における第１の柱状部５１Ｂ２に相当し、第１の頭部５１Ｂ１に相当する領域を有さない。この点において電力用半導体装置１３０は電力用半導体装置１２０と構成上異なっている。

第１の金属柱部５１Ｃは、絶縁基板１０上から、第１の貫通孔３６Ｃ内を通り、第１の貫通孔３６Ｃの上側に突出する領域まで、その全体が第１の貫通孔３６Ｃに沿ってＺ方向に延びている。第１の金属柱部５１Ｃはたとえば円柱形を有するがこれに限られない。第１の金属柱部５１Ｃは金属材料からなる部分が筒状に延び、平面視における中央部が空洞となっていてもよい（図１６～図１９の第１の金属柱部５１Ａおよび第２の金属柱部５２Ａ参照）。あるいは第１の金属柱部５１Ｃはその全体が金属材料からなり、平面視における中央部を含む全体が金属材料で充填された態様であってもよい。

特に図３３では、第２の導電性部材４３Ｃが、第１の金属柱部５１Ｃと、信号電極２１ｃとの双方に接触している。言い換えれば図３３では、第１の金属柱部５１Ｃは、プリント基板３０の上側に突出した領域から、第１の貫通孔３６Ｃ外（下側）にある信号電極２１ｃ上の第２の導電性部材４３Ｃまで、Ｚ方向に延びている。すなわちたとえばはんだからなる第２の導電性部材４３Ｃにより、第１の金属柱部５１Ｃと信号電極２１ｃとが接合されている。さらに言い換えれば図３３では、信号電極２１ｃと、第１の金属柱部５１Ｃとが、第２の導電性部材４３Ｃを介して接続される。このため第１の金属柱部５１ＣのＺ方向についての絶縁基板１０側の端部は信号電極２１ｃと間隔をあけて配置されている。また図３２では、主電極２１ｂとプリント基板３０とが、はんだ層としての第３の導電性部材４２を介して接続される。

以上により第１の金属柱部５１Ｃは、半導体素子２１の信号電極２１ｃと、これに対向するプリント基板３０の第１の導体層３２とを電気的に接続する導体として機能する。つまり半導体素子２１の信号電極２１ｃと、これに対向するプリント基板３０の第１の導体層３２とが、第２の導電性部材４３Ｃ、第１の金属柱部５１Ｃ、第１の導電性部材４４Ｃおよび導体層接合部３５Ｃを介して、電気的に接続される。

次に、電力用半導体装置１２０においては、電力用半導体装置１００の第２の欠落部３７Ａの代わりに複数の第２の貫通孔３７Ｃが形成されている。第２の貫通孔３７Ｃは、第１の導体層３２とコア材３１と第２の導体層３３とが部分的に欠落された領域が、第１の導体層３２とコア材３１と第２の導体層３３とを貫通するように形成されている。この点において本実施の形態は、第１の欠落部３６Ａが第１の導体層３２を貫通しコア材３１を露出するように形成される実施の形態１と異なる。第２の貫通孔３７Ｃは、プリント基板３０において、第１の貫通孔３６Ｃと互いに間隔をあけて複数、形成されている。

特に図３４を参照して、絶縁基板１０の第３の導体層１３の表面上には、導電性部材４０としての第５の導電性部材４５Ｃが形成されている。第２の貫通孔３７Ｃ内には、導体層接合部３５Ｃｏと、導電性部材４０としての第４の導電性部材４６Ｃが配置されている。さらに複数の第２の貫通孔３７Ｃのそれぞれの内部には第２の金属柱部５２Ｃが配置されている。すなわち第２の貫通孔３７Ｃ内には、第２の金属柱部５２Ｃと、第４の導電性部材４６Ｃとの双方が配置されている。言い換えれば、第２の貫通孔３７Ｃ内は、第２の金属柱部５２Ｃと、第４の導電性部材４６Ｃと、導体層接合部３５Ｃｏとにより充填されている。複数の第２の金属柱部５２Ｃは、絶縁基板１０からプリント基板３０までＺ方向に延びている。より詳しくは、複数の第２の金属柱部５２Ｃのそれぞれは、複数の第２の貫通孔３７Ｃのそれぞれの内部から、プリント基板３０の絶縁基板１０と反対側の第３の主表面を超えて、第２の貫通孔３７Ｃの外側まで、Ｚ方向に延びている。第２の金属柱部５２Ｃは、Ｚ方向についての絶縁基板１０側の端部が、絶縁基板１０の一方の主表面（たとえば第３の導体層１３の最上面）に接触している。

第４の導電性部材４６Ｃはたとえばはんだからなる。導体層接合部３５Ｃｏは、第１の導体層３２および第２の導体層３３とは独立に第２の貫通孔３７Ｃの内壁面上に形成されている。これにより導体層接合部３５Ｃｏは、第１の導体層３２と第２の導体層３３とを電気的および機械的に接合する。導体層接合部３５Ｃｏは導体層接合部３５Ａ，３５Ｃと同様に、たとえば銅のめっき膜である。第２の金属柱部５２Ｃの側面から第２の貫通孔３７Ｃの内壁面までの領域は、第４の導電性部材４６Ｃおよび導体層接合部３５Ｃｏにより充填される。第２の金属柱部５２Ｃと第１の導体層３２とが第４の導電性部材４６Ｃおよび導体層接合部３５Ｃｏにより電気的に接続される。より詳しくは、第２の貫通孔３７Ｃ内において、第２の金属柱部５２ＣのＺ方向に延びる表面とプリント基板３０とが、第４の導電性部材４６Ｃを介して接続される。

図３４において第２の金属柱部５２Ｃは、絶縁基板１０の一方の主表面上から、第２の貫通孔３７Ｃ内を貫通し、そこから第２の貫通孔３７Ｃの外側であるプリント基板３０の第３の主表面のさらに上方に至るまで、そのＸ方向およびＹ方向の幅が一定である。すなわち第２の金属柱部５２Ｃは、第２の貫通孔３７Ｃ内と第２の貫通孔３７Ｃよりも上側の領域とで幅がほぼ同一となるようにＺ方向に沿ってまっすぐ延びている。さらに言い換えれば、図３４の第２の金属柱部５２Ｃは、その全体が第１例の電力用半導体装置１２０における第２の柱状部５２Ｂ２に相当し、第２の頭部５２Ｂ１に相当する領域を有さない。この点において電力用半導体装置１３０は電力用半導体装置１２０と構成上異なっている。

第２の金属柱部５２Ｃは、絶縁基板１０上から、第２の貫通孔３７Ｃ内を通り、第２の貫通孔３７Ｃの上側に突出する領域まで、その全体が第２の貫通孔３７Ｃに沿ってＺ方向に延びている。第２の金属柱部５２Ｃはたとえば円柱形を有するがこれに限られない。第２の金属柱部５２Ｃは金属材料からなる部分が筒状に延び、平面視における中央部が空洞となっていてもよい（図１６～図１９の第１の金属柱部５１Ａおよび第２の金属柱部５２Ａ参照）。あるいは第２の金属柱部５２Ｃはその全体が金属材料からなり、平面視における中央部を含む全体が金属材料で充填された態様であってもよい。

このように絶縁基板１０からプリント基板３０まで、コア材３１の第１の主表面に交差するＺ方向に延びる第２の金属柱部５２Ｃが複数配置されている。ここでは特に、複数の第２の金属柱部５２Ｃのそれぞれは、複数の第２の貫通孔３７Ｃのそれぞれの内部から、第２の貫通孔３７Ｃの外側に配置される絶縁基板１０の第３の導体層１３まで、コア材３１の第１の主表面に交差するＺ方向に延びる。

特に図３４では、第５の導電性部材４５Ｃが、第２の金属柱部５２Ｃと、第３の導体層１３との双方に接触している。言い換えれば図３４では、第２の金属柱部５２Ｃは、プリント基板３０の上側に突出した領域から、第２の貫通孔３７Ｃ外（下側）にある第３の導体層１３まで、Ｚ方向に延びている。すなわちたとえばはんだからなる第５の導電性部材４５Ｃにより、第２の金属柱部５２Ｃと第３の導体層１３とが接合されている。

以上により第２の金属柱部５２Ｃは、第３の導体層１３と、これに対向するプリント基板３０の第１の導体層３２とを電気的に接続する導体として機能する。つまり絶縁基板１０の第３の導体層１３と、これに対向するプリント基板３０の第１の導体層３２とが、第５の導電性部材４５Ｃ、第２の金属柱部５２Ｃ、第４の導電性部材４６Ｃおよび導体層接合部３５Ｃｏを介して、電気的に接続される。

またその他、複数の第２の貫通孔３７Ｃのそれぞれは、平面視において絶縁基板１０の中心に関して互いに点対称となる位置に配置されることが好ましい。第２の金属柱部５２Ｃは第２の貫通孔３７Ｃ内に配置される。このため複数の第２の金属柱部５２Ｃは、平面視において絶縁基板１０の中心に関して互いに点対称となる位置に配置されることが好ましい。

さらに、特に図３２に示すように、第１の主表面に交差するＺ方向に関して、第２の金属柱部５２Ｃは第１の金属柱部５１Ｃよりも寸法が大きいことが好ましい。なお複数の第１の金属柱部５１ＣのＺ方向の寸法はいずれもほぼ等しい。また複数の第２の金属柱部５２ＣのＺ方向の寸法もいずれもほぼ等しい。

その他、実施の形態５の第２例の電力用半導体装置１３０は以下の構成を有する。複数の第１の金属柱部５１Ｃおよび複数の第２の金属柱部５２ＣのそれぞれがＺ方向についてプリント基板３０の貫通孔のそれぞれの外側に配置される部分は、絶縁基板１０側つまり下側に延びる第１の長さよりも、プリント基板３０の貫通孔の外側にて絶縁基板１０と反対側つまり上側に延びる第２の長さの方が大きい。すなわち図３３において、第１の金属柱部５１Ｃがプリント基板３０の外側にてそのＺ方向の下側に延びる長さＨ１よりも、そのＺ方向の上側に延びる長さＨ２の方が大きい。具体的には、長さＨ１は０．５ｍｍ程度と短い。これに対し長さＨ２はたとえば１ｍｍ以上３ｍｍ以下程度であり、その中でも１．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることがより好ましい。同様に、図３４において、第２の金属柱部５２Ｃがプリント基板３０の外側にてそのＺ方向の下側に延びる長さＨ３よりも、そのＺ方向の上側に延びる長さＨ２の方が大きい。具体的には、長さＨ３は０．５ｍｍ程度、またはそれよりもさらに短い。これに対し長さＨ２はたとえば１ｍｍ以上３ｍｍ以下程度であり、その中でも１．５ｍｍ以上２ｍｍ以下であることがより好ましい。

ここでは第１の金属柱部５１Ｃと第２の金属柱部５２ＣとのＺ方向の最上部の高さがほぼ等しいことが好ましい。すなわち図３３に示すように、複数の第１の金属柱部５１Ｃのそれぞれがプリント基板３０の第３の主表面から第１の貫通孔３６Ｃの外側をＺ方向に延びる長さをＨ２とする。このとき図３４に示すように、複数の第２の金属柱部５２Ｃのそれぞれがプリント基板３０の第３の主表面から第２の貫通孔３７Ｃの外側をＺ方向に延びる長さもＨ２となる。このように第１の金属柱部５１Ｃと第２の金属柱部５２Ｃとがプリント基板３０から上方に突出する長さが等しいことが好ましい。

図３５は実施の形態５の第２例における図３２中の点線で囲まれた部分Ｆの第１変形例の概略拡大断面図である。図３５を参照して、当該第１変形例での電力用半導体装置１３０の部分Ｆの第２の金属柱部５２Ｃは、基本的に図３１～図３４と同様である。ただし図３５の第２の金属柱部５２Ｃは、たとえば図２１の第２の金属柱部５２Ａと同様の特徴を有している。すなわち第２の金属柱部５２Ｃは、Ｚ方向に関する少なくとも一部において、プリント基板３０側から絶縁基板１０側に向けて、一方の主表面に沿うＹ方向（Ｘ方向）の寸法が漸次小さくなる。一方、第１の導体層３２、コア材３１および第２の導体層３３の欠落による第２の貫通孔３７Ｃ内には、図３４と同様に導体層接合部３５Ｃｏと、導電性部材４０としての第４の導電性部材４６Ｃとが配置されている。このような構成であってもよい。

また図３５では第２の金属柱部５２Ｃについて説明したが、これに限らず、実施の形態５の第２例の第１変形例では、第１の金属柱部５１Ｃについても同様の構成を有してもよい。すなわち第１の金属柱部５１Ｃは、たとえば図２０の第１の金属柱部５１Ａと同様に、Ｚ方向に関する少なくとも一部において、プリント基板３０側から絶縁基板１０側に向けて、一方の主表面に沿うＹ方向（Ｘ方向）の寸法が漸次小さくなる。このような構成であってもよい。

図３６は実施の形態５の第２例における図３２中の点線で囲まれた部分Ｆの第２変形例の概略拡大断面図である。図３６を参照して、当該第２変形例での電力用半導体装置１３０の部分Ｆの第２の金属柱部５２Ｃは、基本的に図３１～図３４と同様である。ただし図３６の第２の金属柱部５２Ｃは、たとえば図２３の第２の金属柱部５２Ａと同様の特徴を有している。すなわち絶縁基板１０の一方すなわち上側の主表面に、たとえば第３の導体層１３が部分的に欠落された凹部３８Ｃが形成されている。なお凹部３８ＣはＺ方向について、絶縁層１１の少なくとも一部を欠落してもよいし、さらにその下の第４の導体層１２の少なくとも一部を欠落してもよい。第２の金属柱部５２ＣのＺ方向についての絶縁基板１０側（下側）の端部は凹部３８Ｃ内に配置されている。

凹部３８Ｃ内には、第２の金属柱部５２Ｃの他に、第５の導電性部材４７Ｃが配置されている。したがって凹部３８Ｃ内は、第２の金属柱部５２Ｃと、第５の導電性部材４７Ｃとにより充填されている。第５の導電性部材４７Ｃはたとえばはんだからなり、第２の金属柱部５２Ｃの側面から凹部３８Ｃの内壁面までの領域を充填する。第２の金属柱部５２Ｃと第３の導体層１３とが第５の導電性部材４７Ｃにより電気的に接続される。なお凹部３８Ｃは、一般公知のエッチング工程または切削工程を用いて、第３の導体層１３を部分的に除去することにより形成される。一方、第１の導体層３２、コア材３１および第２の導体層３３の欠落による第２の貫通孔３７Ｃ内には、図３５と同様に導体層接合部３５Ｃｏと、第４の導電性部材４６Ｃとが配置される。このような構成であってもよい。

なお図３５および図３６はいずれも実施の形態５の第２例の電力用半導体装置１３０を前提としている。しかし実施の形態５の第１例の電力用半導体装置１２０の第２の金属柱部５２Ｂおよび第１の金属柱部５１Ｂが、図３５および図３６と同様の特徴を有してもよい。

図３７は、実施の形態５の第３例の電力用半導体装置の全体を平面視した態様を示す概略平面図である。図３８は、図３７の電力用半導体装置のうち、特に半導体素子の配置された部分の概略平面図である。図３９は、図３７の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向下側の導体層の態様を示す概略平面図である。図４０は、図３７の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向上側の導体層の態様を示す概略平面図である。図３７、図３８、図３９、図４０は、それぞれ実施の形態１の第１例の図１、図３、図４、図５に対応するとともに、それぞれ実施の形態５の第１例の図２４、図２６、図２７、図２８に対応する。

図３７～図４０を参照して、実施の形態５の第３例の電力用半導体装置１２１は、基本的に第１例の電力用半導体装置１２０と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の符号を付し、機能等が同一である限りその説明を繰り返さない。ただし図８～図１１においては、複数の第２の金属柱部５２Ｂのうちの１つは、平面視におけるプリント基板３０の中央を含むように配置されている。つまり複数の第２の貫通孔３７Ｂのうちの１つが、平面視におけるプリント基板３０の中央を含むように形成されている。その中央の第２の貫通孔３７Ｂの内部から、絶縁基板１０まで、Ｚ方向に延びるように第２の金属柱部５２Ｂが配置される。このような構成であってもよい。

図４１は、実施の形態５の第４例の電力用半導体装置の全体を平面視した態様を示す概略平面図である。図４２は、図４１の電力用半導体装置のうち、特に半導体素子の配置された部分の概略平面図である。図４３は、図４１の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向下側の導体層の態様を示す概略平面図である。図４４は、図４１の電力用半導体装置のうち、特にプリント基板のコア材およびそのＺ方向上側の導体層の態様を示す概略平面図である。図４１、図４２、図４３、図４４は、それぞれ実施の形態５の第１例の図２４、図２６、図２７、図２８に対応するとともに、それぞれ実施の形態５の第３例の図３７、図３８、図３９、図４０に対応する。

図４１～図４４を参照して、実施の形態５の第４例の電力用半導体装置１３１は、基本的に第２例の電力用半導体装置１３０と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の符号を付し、機能等が同一である限りその説明を繰り返さない。このことは以下の各例についても同様である。ただし図４１～図４４においては、複数の第２の金属柱部５２Ｃのうちの１つは、平面視におけるプリント基板３０の中央を含むように配置されている。つまり複数の第２の貫通孔３７Ｃのうちの１つが、平面視におけるプリント基板３０の中央を含むように形成されている。その中央の第２の貫通孔３７Ｃの内部から、絶縁基板１０まで、Ｚ方向に延びるように第２の金属柱部５２Ｃが配置される。このような構成であってもよい。

次に図４５～図４８を用いて、本実施の形態の電力用半導体装置１２０の製造方法について説明する。なお以下においては、電力用半導体装置１２０の製造方法のうち、特に絶縁基板１０とプリント基板３０とを形成し、絶縁基板１０とプリント基板３０とを接合する工程を中心に説明する。なお図４５～図４８はすべて図２５と同様に図２４のＸＸＶ－ＸＸＶ線に沿う部分の概略断面図として示している。しかし図４５および図４６においては他の図と異なり、Ｚ方向すなわち上下が逆転している。

図４５は、実施の形態５の電力用半導体装置の製造方法の第１工程を示す、図２４のＸＸＶ－ＸＸＶ線に沿う部分の概略断面図である。図４５を参照して、コア材３１と、第１の導体層３２と、第２の導体層３３とを含むプリント基板３０が準備される。プリント基板３０には、第１の導体層３２、コア材３１および第２の導体層３３が部分的に欠落された第１の貫通孔３６Ｂおよび第２の貫通孔３７Ｂが形成される。本実施の形態においてはこの工程により、第１の導体層３２、コア材３１および第２の導体層３３からなるプリント基板３０の全体が貫通するように除去されることで、第１の貫通孔３６Ｂおよび第２の貫通孔３７Ｂが形成される。以上のようにプリント基板３０が準備される工程においては、プリント基板３０を購入後に第１の貫通孔３６Ｂおよび第２の貫通孔３７Ｂが形成されてもよい。あるいはプリント基板３０が準備される工程では、既に第１の貫通孔３６Ｂおよび第２の貫通孔３７Ｂが形成されたプリント基板３０を購入してもよい。

次に、図４５に示すように、第１の貫通孔３６Ｂの内壁面上に導体層接合部３５Ｂが形成される。これと同時に、第２の貫通孔３７Ｂの内壁面上に導体層接合部３５Ｃが形成される。導体層接合部３５Ｂ，３５Ｃは、ホール３４の内壁面上への導体層接合部３５Ａと同時に、たとえばめっき工程により形成される。導体層接合部３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃはたとえば銅の薄膜である。

次に、図４５に示すように、第１の貫通孔３６Ｂ内から第１の貫通孔３６Ｂの外側まで延びるように、第１の金属柱部５１Ｂが配置される。第１の金属柱部５１Ｂは、第１の頭部５１Ｂ１と第１の柱状部５１Ｂ２とを有する部材として形成される。形成された第１の金属柱部５１Ｂは、第１の頭部５１Ｂ１の平面視における外側の領域が第２の導体層３３に接触するように、第１の貫通孔３６Ｂ内に挿入される。

上記と同様に、図４５に示すように、第２の貫通孔３７Ｂ内から第２の貫通孔３７Ｂの外側まで延びるように、第２の金属柱部５２Ｂが配置される。第２の金属柱部５２Ｂは、第２の頭部５２Ｂ１と第２の柱状部５２Ｂ２とを有する部材として形成される。形成された第２の金属柱部５２Ｂは、第２の頭部５２Ｂ１の平面視における外側の領域が第２の導体層３３に接触するように、第２の貫通孔３７Ｂ内に挿入される。

なお第１の金属柱部５１Ｂの平面視における第１の柱状部５１Ｂ２の外周面は、第１の貫通孔３６Ｂの内壁面およびその上の導体層接合部３５Ｂと隙間をあけることが可能な程度に、第１の貫通孔３６Ｂの内壁面よりも小さいことが好ましい。第２の貫通孔３７Ｂと第２の金属柱部５２Ｂとの関係についても上記と同様である。

図４６は、実施の形態５の電力用半導体装置の製造方法の第２工程を示す、図２４のＸＸＶ－ＸＸＶ線に沿う部分の概略断面図である。図４６を参照して、次に、第１の貫通孔３６Ｂ内、すなわち第１の貫通孔３６Ｂの内壁面および第１の頭部５１Ｂ１に囲まれた空間部分には、第１の導電性部材４４Ｂ（図２５、図２９参照）を形成するためのペースト状はんだが注入される。また第２の貫通孔３７Ｂ内、すなわち第２の貫通孔３７Ｂの内壁面などに囲まれた空間部分には、第４の導電性部材４６Ｂ（図２５、図３０参照）を形成するためのペースト状はんだが注入される。

その後、上記のプリント基板３０に対し、はんだ付け装置などでリフロー工程がなされる。これにより図４６に示すように第１の貫通孔３６Ｂ内のペースト状はんだは第１の導電性部材４４Ｂとして固化し、第２の貫通孔３７Ｂ内のペースト状はんだは第４の導電性部材４６Ｂとして固化する。これにより第１の貫通孔３６Ｂ内には、第１の金属柱部５１Ｂと、第１の貫通孔内導電性部材としての第１の導電性部材４４Ｂと、導体層接合部３５Ｂとが配置されるように形成される。第１の貫通孔３６Ｂ内において第１の金属柱部５１ＢのＺ方向に延びる表面とプリント基板３０とが、第１の導電性部材４４Ｂを介して接続されるように形成される。同様に、第２の貫通孔３７Ｂ内には、第２の金属柱部５２Ｂと、第１の貫通孔内導電性部材としての第４の導電性部材４６Ｂと、導体層接合部３５Ｂｏとが配置されるように形成される。第２の貫通孔３７Ｂ内において第２の金属柱部５２ＢのＺ方向に延びる表面とプリント基板３０とが、第４の導電性部材４６Ｂを介して接続されるように形成される。

なお実施の形態１においては第１の欠落部３６Ａなどの内部に導体層接合部３５Ｂは形成されないのに対し、本実施の形態においては第１の貫通孔３６Ｂなどの内部に導体層接合部３５Ｂが形成される。この理由は以下の通りである。実施の形態１ではプリント基板３０のうち欠落されるのは第１の導体層３２のみであるため、コア材３１の露出部を底面とした空間領域に先にペースト状はんだ４４ｄを供給した後に第１の金属柱部５１Ａが配置されてもよい。これに対して本実施の形態ではプリント基板３０全体が貫通されるため、ペースト状はんだ４４ｄの供給領域を設けるために、ペースト状はんだの供給前に、第１の頭部５１Ｂ１を底面とする第１の金属柱部５１Ｂを挿入する必要がある。第１の金属柱部５１Ｂの挿入により第１の頭部５１Ｂ１が第１の貫通孔３６Ｂとしての底面となるため、底面および第１の貫通孔３６Ｂの内壁面とからなる収納領域に、ペースト状はんだなどを溜めることができる。

本実施の形態においては、第１の金属柱部５１Ｂがペースト状はんだの供給前に第１の貫通孔３６Ｂに挿入されるためには、第１の貫通孔３６Ｂの内壁面との隙間が必要となる。しかしあまり隙間が大きくなると多量のペースト状はんだでこれを埋めることが必要となるが、そのようなことは困難である。十分なペースト状はんだが供給されなければ、固化後に形成される第１の導電性部材４４Ｂなどに意図せぬ空洞が生じる恐れがある。仮に意図せぬ空洞が生じればその内部の空気が膨張して破壊の要因となり得る。さらに第１の金属柱部５１Ｂの表面積に対して第１の導電性部材４４Ｂの体積が少なければ、第１の導電性部材４４Ｂによる接合部の強度が弱くなる問題も生じ得る。そこで上記隙間を少なくし、意図せぬ空洞の発生を抑制し、接合部の強度を高めるために、第１の貫通孔３６Ｂの内壁面上にめっき膜としての導体層接合部３５Ｂが形成される。

また、固化後に形成される第１の導電性部材４４Ｂはコア材３１に接触しない。このため、第１の導電性部材４４Ｂとコア材３１との間に空洞が生じる恐れがある。そこでこのような空洞の発生を抑制するために、コア材３１を含むプリント基板３０全体の、第１の貫通孔３６Ｂなどの内壁面に導体層接合部３５Ｂなどが形成される。

さらに、たとえば上記実施の形態１の図１３の説明部に記した、糸はんだをはんだ付けロボットなどで供給する方式が本実施の形態に適用されてもよい。ただしその場合は以下の問題が生じ得る。このような方式では、溶融したはんだをたとえば第１の金属柱部５１Ｂと第１の貫通孔３６Ｂとの隙間に供給して第１の導電性部材４４Ｂを形成することになる。このためはんだが濡れないコア材３１が露出していれば、第１の金属柱部５１Ｂと第１の貫通孔３６Ｂとの隙間の全体にはんだを供給できなくなり、空洞が生じる恐れがある。そこでこのような空洞の発生を抑制するために、コア材３１を含むプリント基板３０全体の、第１の貫通孔３６Ｂなどの内壁面に導体層接合部３５Ｂなどが形成される。

図４７は、実施の形態５の電力用半導体装置の製造方法の第３工程を示す、図２４のＸＸＶ－ＸＸＶ線に沿う部分の概略断面図である。図４７を参照して、図１４と同様の処理がなされる。すなわち絶縁基板１０の一方の主表面上、すなわち第３の導体層１３上に、たとえばゲート電極としての信号電極２１ｃ（図２９参照）が形成された半導体素子２１が接合される。このような絶縁基板１０が準備される。上記絶縁基板１０が準備される工程においては、絶縁基板１０を購入後に半導体素子２１が接合されてもよく、あるいは既に半導体素子２１が接合された絶縁基板１０を購入してもよい。また同第３の導体層１３上には、半導体素子２１と間隔をあけて、ダイオード２２が接合される。基本的に図４７に示す処理は図１４と同様であるため詳細な説明を繰り返さない。

なお図４７の工程は、図４５および図４６の工程の後にされてもよいが、図４５および図４６の工程の前にされてもよい。

図４８は、実施の形態５の電力用半導体装置の製造方法の第４工程を示す、図２４のＸＸＶ－ＸＸＶ線に沿う部分の概略断面図である。図４８を参照して、図１５と同様の処理がなされる。すなわちプリント基板３０が絶縁基板１０の上側に対向するように配置される。このとき、信号電極２１ｃ（図６参照）は、その上に塗布された欠落部外導電性部材としてのペースト状はんだ４３ｄ（図４７参照）を介して、図４６の工程にてプリント基板３０に接合された第１の金属柱部５１Ｂの最下部を接続するようにされる。言い換えれば第１の金属柱部５１Ｂと信号電極２１ｃとが、第１の貫通孔外導電性部材としての第２の導電性部材４３Ｂを介して接合される。さらにこれと同時にペースト状はんだ４５ｄ（図４７参照）は第５の導電性部材４５Ｂとして固定される。これにより第２の金属柱部５２Ｂと、絶縁基板１０の一方の主表面としての第３の導体層１３とが、第２の貫通孔外導電性部材としての第５の導電性部材４５Ｂを介して接合される。ただし絶縁基板１０の上記一方の主表面は第３の導体層１３に限られない。たとえば第３の導体層１３に凹部が形成され絶縁層１１の主表面が露出する場合には、当該絶縁層１１の主表面が第５の導電性部材４５Ｂなどを介して第２の金属柱部５２Ｂと接続されてもよい。この場合、凹部内に第２の金属柱部５２Ｂの端部が挿入された態様となる。その他、基本的に図４８に示す処理は図１５と同様であるため詳細な説明を繰り返さない。

以上の図４５～図４８は、電力用半導体装置１２０の製造方法を示している。しかしたとえば電力用半導体装置１３０の製造方法についても、基本的には図４５～図４８と同様の工程が用いられる。電力用半導体装置１３０の製造方法においては、第１の金属柱部５１Ｂおよび第２の金属柱部５２Ｂの代わりに、第１の金属柱部５１Ｃおよび第２の金属柱部５２Ｃが用いられる。他の部材においても同様に、図４５～図４８中のＢが全てＣに置き換えられる。具体的には、図４５において、コア材３１と第１の導体層３２と第２の導体層３３とを含み、これらを貫通する第１の貫通孔３６Ｃが形成されたプリント基板３０が準備される。第１の貫通孔３６Ｃ内から第１の貫通孔３６Ｃの外部まで延びるように第１の金属柱部５１Ｃが配置される。プリント基板３０が準備される工程においては、プリント基板３０を購入後に第１の貫通孔３６Ｂおよび第２の貫通孔３７Ｂが形成されてもよい。あるいはプリント基板３０が準備される工程では、既に第１の貫通孔３６Ｂおよび第２の貫通孔３７Ｂが形成されたプリント基板３０を購入してもよい。図４６においては第１の貫通孔３６Ｃ内に第１の金属柱部５１Ｃと第１の導電性部材４４Ｃとの双方が配置される。第１の貫通孔３６Ｃ内において第１の金属柱部５１ＣのＺ方向に延びる表面とプリント基板３０とが第１の導電性部材４４Ｃを介して接続される。図４７においては、信号電極２１ｃが形成された半導体素子２１を一方の主表面上に接合した絶縁基板１０が準備される。上記絶縁基板１０が準備される工程においては、絶縁基板１０を購入後に半導体素子２１が接合されてもよく、既に半導体素子２１が接合された絶縁基板１０を購入してもよい。図４８においては信号電極２１ｃに第２の導電性部材４３Ｃを介して第１の金属柱部５１Ｃが接続され、絶縁基板１０の一方の主表面に第５の導電性部材４５Ｃを介して第２の金属柱部５２Ｃを接続するように、プリント基板３０が絶縁基板１０に対向され接合される。

ただし、第１の金属柱部５１Ｂには第１の頭部５１Ｂ１が存在し、第２の金属柱部５２Ｂには第２の頭部５２Ｂ１が存在する。これに対し、第１の金属柱部５１Ｃおよび第２の金属柱部５２Ｃには頭部が存在しないたとえば円柱形である。このため電力用半導体装置１３０の製造においては、ペースト状はんだ４４ｄの供給領域を設けるために、図示されない治具が用いられる。この治具は、図４６において第１の金属柱部５１Ｃおよび第２の金属柱部５２ＣがＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向について位置ずれしないよう拘束する。

また電力用半導体装置１３０の製造方法においては、ペースト状はんだ４４ｄを用いる以外の方法として、次の方法が用いられてもよい。第１の金属柱部５１Ｃと第２の金属柱部５２Ｃの配置されるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置が治具で拘束される。この状態で、はんだごてで糸状はんだを溶融した溶融状はんだが、供給される。当該溶融状はんだが自然空冷で凝固される。これにより、第１の金属柱部５１Ｃおよび第２の金属柱部５２Ｃがプリント基板３０に接続される。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の電力用半導体装置１２０においては、第１の貫通孔３６Ｂは、第１の導体層３２とコア材３１と第２の導体層３３とが部分的に欠落された領域が第１の導体層３２とコア材３１と第２の導体層３３とを貫通するように形成されている。このため実施の形態１のように第１の欠落部３６Ａが第１の導体層３２のみが部分的に欠落された構成である場合に比べ、第１の貫通孔３６Ｂ内からその外側までＺ方向に延びる第１の金属柱部５１Ｂの配置位置が高精度に決められる。ここでの配置位置とはＸ方向およびＹ方向の座標位置を意味する。第１の貫通孔３６Ｂは第１の欠落部３６ＡよりもＺ方向に長く、第１の金属柱部５１Ｂは第１の金属柱部５１ＡよりもＺ方向の長い距離を第１の貫通孔３６Ｂの内壁面に囲まれるためである。このため本実施の形態によれば、実施の形態１よりもさらに、第１の金属柱部５１Ｂと信号電極２１ｃとの相対的な位置ずれが減少し、両者間のオープン不良を抑制し、電力用半導体装置１２０を安定に生産することができる。また第１の金属柱部５１Ｂの位置精度を実施の形態１よりもさらに高めることにより、プリント基板３０を絶縁基板１０に対していっそう高い位置精度で接合できる。

本実施の形態においては第１の金属柱部５１Ｂが、第１の導体層３２のみならず、コア材３１および第２の導体層３３を貫通する。これにより、第１の金属柱部５１Ａが第１の導体層３２のみを貫通する実施の形態１に比べて、第１の金属柱部５１Ｂの第１の貫通孔３６Ｂ内への挿入および導体層接合部３５Ｂによる接合が容易となる。このため本実施の形態によれば実施の形態１などに比べて電力用半導体装置１２０の生産性を向上できる。

さらに第１の貫通孔３６Ｂは第１の欠落部３６ＡよりもＺ方向に長く延びる。このため本実施の形態では、実施の形態１に比べて、第１の金属柱部５１Ｂに第１の導電性部材４４Ｂが付着し他の部材と接合する部分の面積が増加する。これにより本実施の形態では実施の形態１に比べて、電力用半導体装置１００の温度サイクルの信頼性がいっそう向上する。

本実施の形態の第１の金属柱部５１Ｂは、第１の貫通孔３６Ｂの外部に配置され一方の主表面に沿う方向に拡がる第１の頭部５１Ｂ１と、第１の頭部５１Ｂ１以外の領域であり第１の頭部５１Ｂ１から第１の貫通孔３６Ｂの内部を含み第１の貫通孔３６Ｂに沿って延びる第１の柱状部５１Ｂ２とを含む。第１の頭部５１Ｂ１は第１の柱状部５１Ｂ２よりも一方の主表面に沿う図２９の左右方向の幅が大きい。これにより、第１の柱状部５１Ｂ２が第１の貫通孔３６Ｂ内を貫通するように配置された状態で、第１の頭部５１Ｂ１は第２の導体層３３の表面に接触することができる。第１の頭部５１Ｂ１が第１の柱状部５１Ｂ２に対して幅方向に突出した部分が第２の導体層３３の表面に接触できるためである。このため、第１の金属柱部５１Ｂの一方の端面、たとえば最下面がコア材３１の主表面に対して傾くように固定されることが抑制できる。

仮に第１の金属柱部５１Ｂの一方の端面、たとえば最下面がコア材３１の主表面に対して傾くように固定されれば、第１の金属柱部５１Ｂの第１の柱状部５１Ｂ２の最下面が、信号電極２１ｃに対して部分的に上側に浮かぶように固定される場合がある。このようになれば、第１の金属柱部５１Ｂと信号電極２１ｃとがオープン不良を起こす恐れがある。そこで第１の頭部５１Ｂ１の最も第１の柱状部５１Ｂ２側（図２９の下側）の端面が第２の導体層３３の表面に接触するように配置されれば、上記のような第１の柱状部５１Ｂ２のＺ方向に対する傾いた固定が抑制される。これにより、第１の金属柱部５１Ｂと信号電極２１ｃとの間のオープン不良が抑制される。

その他、第１の頭部５１Ｂ１は第２の導体層３３の表面と接触するように配置されることにより、以下のような効果も奏する。第１の頭部５１Ｂ１が第２の導体層３３の最上面に沿うように接触すれば、第１の柱状部５１Ｂ２が第１の貫通孔３６Ｂの外の第１の頭部５１Ｂ１からＺ方向に沿って延びる長さのばらつきを少なくすることができる。また複数の第１の金属柱部５１ＢのＺ方向寸法をすべて一定とすることにより、複数の第１の金属柱部５１Ｂのそれぞれがプリント基板３０から下側に延びる長さをすべて一定とすることができる。言い換えれば、第１の金属柱部５１ＢのＸ方向およびＹ方向のみならずＺ方向の位置精度も高めることができる。これにより絶縁基板１０とプリント基板３０との間のギャップを一定とすることができる。

本実施の形態においても第１の金属柱部５１Ｂのみならず、第２の金属柱部５２Ｂが複数配置される。プリント基板３０には、第１の導体層３２とコア材３１と第２の導体層３３とが部分的に欠落された領域が第１の導体層３２とコア材３１と第２の導体層３３とを貫通するように形成された第２の貫通孔３７Ｂが、第１の貫通孔３６Ｂと互いに間隔をあけて複数、形成されている。複数の第２の金属柱部５２Ｂのそれぞれは、複数の第２の貫通孔３７Ｂのそれぞれの内部から、第２の貫通孔３７Ｂの外側に配置される絶縁基板１０まで、コア材３１の第１の主表面に交差する方向に延びる。第２の金属柱部５２Ｂについても第１の金属柱部５１Ｂと同様に、実施の形態１のように第２の欠落部３７Ａが第１の導体層３２のみが部分的に欠落された構成である場合に比べ、第２の貫通孔３７Ｂ内からその外側までＺ方向に延びる第２の金属柱部５２Ｂの配置位置が高精度に決められる。

本実施の形態の第２の金属柱部５２Ｂは、第２の貫通孔３７Ｂの外部に配置され絶縁基板１０の一方の主表面に沿う方向に拡がる第２の頭部５２Ｂ１と、第２の頭部５２Ｂ１以外の領域であり第２の頭部５２Ｂ１から第２の貫通孔３７Ｂの内部を含み第２の貫通孔３７Ｂに沿って延びる第２の柱状部５２Ｂ２とを含む。第２の頭部５２Ｂ１は第２の柱状部５２Ｂ２よりも一方の主表面に沿う方向の幅が大きい。これにより、第２の金属柱部５２Ｂについても第１の金属柱部５１Ｂと同様に、第２の柱状部５２Ｂ２が第２の貫通孔３７Ｂ内を貫通するように配置された状態で、第２の頭部５２Ｂ１は第２の導体層３３の表面と接触するように配置されることができる。第２の頭部５２Ｂ１が第２の導体層３３の表面と接触するように配置されれば、第２の金属柱部５２Ｂの一方の端面、たとえば最下面がコア材３１の主表面に対して傾くように固定されることが抑制できる。さらに第１の金属柱部５１Ｂと同様に、複数の第２の金属柱部５２ＢのＺ方向寸法をすべて一定にすることにより、第２の金属柱部５２ＢのＸ方向およびＹ方向のみならずＺ方向の位置精度も高めることができる。これにより絶縁基板１０とプリント基板３０との間のギャップを一定とすることができる。

その他、本実施の形態における製造方法では、図４５および図４６の工程に示すように、先に第１の貫通孔３６Ｂを貫通するように第１の金属柱部５１Ｂが挿入され、第２の貫通孔３７Ｂを貫通するように第２の金属柱部５２Ｂが挿入される。その後に、第１の貫通孔３６Ｂ内および第２の貫通孔３７Ｂ内にペースト状はんだが注入されはんだ付けがなされる。第１の金属柱部５１Ｂおよび第２の金属柱部５２Ｂの挿入後に連続してはんだ付けする本実施の形態では、ペースト状はんだを欠落部内に供給した後に第１の金属柱部５１Ａなどを挿入する実施の形態１の製造方法に比べて、工数を削減できる。

また、本実施の形態における製造方法では、図４５に示すように、第１の金属柱部５１Ｂおよび第２の金属柱部５２Ｂの双方を、第１の貫通孔３６Ｂおよび第２の貫通孔３７Ｂのそれぞれの内部に、第２の導体層３３側から一括で挿入できる。これに対して実施の形態１の図１３の工程では、第１の欠落部３６Ａ内に第１の金属柱部５１Ａを設置する処理と第２の欠落部３７Ａ内に第２の金属柱部５２Ａを設置する処理とは別個になされる必要がある。このため本実施の形態によれば、第１の金属柱部５１Ｂおよび第２の金属柱部５２Ｂを設置する工程において、実施の形態１に比べて加工時間を短縮することができる。

以上においては本実施の形態の電力用半導体装置のうち、主に電力用半導体装置１２０の作用効果を説明している。以下においては上記と一部重複する箇所もあるが、電力用半導体装置１２０のみならず、電力用半導体装置１３０，１２０，１２１を含めた本実施の形態全体の電力用半導体装置１２０，１３０，１２０，１２１の作用効果を説明する。

本実施の形態の電力用半導体装置１２０，１３０は、絶縁基板１０と、半導体素子２１と、プリント基板３０とを備える。半導体素子２１は絶縁基板１０の一方の主表面に接合される。プリント基板３０は半導体素子２１に対向するように接合される。半導体素子２１には主電極２１ｂおよび信号電極２１ｃが形成される。プリント基板３０は、コア材３１と、コア材３１の半導体素子２１側の第１の主表面に形成された第１の導体層３２と、コア材３１の第１の主表面と反対側の第２の主表面に形成された第２の導体層３３とを含む。プリント基板３０には、第１の導体層３２とコア材３１と第２の導体層３３とを貫通するように形成された第１の貫通孔３６Ｂ，３６Ｃが形成されている。第１の貫通孔３６Ｂ，３６Ｃ内には、第１の貫通孔３６Ｂ，３６Ｃ内からプリント基板３０の絶縁基板１０と反対側の第３の主表面を超えて、第１の貫通孔３６Ｂ，３６Ｃの外側まで、第１の主表面に交差する第１方向としてのＺ方向に延びる第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃと、第１の貫通孔３６Ｂ，３６Ｃ内における第１の導電性部材４４Ｂ，４４Ｃとの双方が配置されている。第１の貫通孔３６Ｂ，３６Ｃ内において、第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃの第１方向に延びる表面とプリント基板３０とが第１の導電性部材４４Ｂ，４４Ｃを介して接続される。信号電極２１ｃと、第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃとが、第２の導電性部材４３Ｂ，４３Ｃを介して接続される。主電極２１ｂとプリント基板３０とが第３の導電性部材４２を介して接続される。

これにより上記のように、第１の貫通孔３６Ｂ，３６Ｃによる金属柱部と信号電極との位置ずれを減少させ、位置精度を向上させることができ、電力用半導体装置１２０，１３０を安定に生産できる。また第１の貫通孔３６Ｂ，３６Ｃにより、ここへの第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃの挿入、およびこれの第１の貫通孔３６Ｂ，３６Ｃとの接合が容易になるため、電力用半導体装置１２０，１３０の生産性が向上できる。

第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃとプリント基板３０とが第１の導電性部材４４Ｂ，４４Ｃを介して接続される。信号電極２１ｃと第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃとが第２の導電性部材４３Ｂ，４３Ｃを介して接続される。主電極２１ｂとプリント基板３０とが第３の導電性部材４２を介して接続される。これにより、各部材間が導電性部材により位置ずれなく確実に接合され、電力用半導体装置１２０，１３０の剛性を高めることができる。

第１の金属柱部５１Ｃが、第１の貫通孔３６Ｃ内からプリント基板３０の上側までＺ方向に延びている。このため特に電力用半導体装置１３０においては、第１の貫通孔３６Ｃ内の第１の導電性部材４４Ｃが第１の貫通孔３６Ｃ内からその上側の領域まで延びるフィレットを形成できる。これにより、電力用半導体装置１３０の使用時の温度サイクルに対する信頼性を向上できる。

上記電力用半導体装置１２０，１３０において、第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃの第１方向についての絶縁基板１０側の端部は信号電極２１ｃと間隔をあけて配置されていてもよい。このとき、第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃと信号電極２１ｃとは接触していない。言い換えれば電力用半導体装置１２０，１３０が組み立てられた状態において、第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃと信号電極２１ｃとの間には一定の間隔が存在する。このため、第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃを信号電極２１ｃ上に載置する工程において信号電極２１ｃが第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃから衝撃を受けることによる、半導体素子２１の破損を抑制できる。

上記電力用半導体装置１２０，１３０は、電力用半導体装置１２１，１３１のような構成とされてもよい。すなわち電力用半導体装置１２１，１３１においては、絶縁基板１０からプリント基板３０まで第１方向に延びる第２の金属柱部５２Ｂ，５２Ｃが複数配置されている。複数の第２の金属柱部５２Ｂ，５２Ｃのうちの１つは、平面視におけるプリント基板３０の中央を含むように配置される。複数の第２の金属柱部５２Ｂ，５２Ｃは、平面視において絶縁基板１０の中心に関して互いに点対称となる位置に配置されている。電力用半導体装置１２１，１３１は、プリント基板３０のうち特に反りおよびうねりが大きくなる平面視での中央付近の変形が、当該中央を支持するように配置される第２の金属柱部５２Ｂ，５２Ｃの剛性により抑制できる。

上記電力用半導体装置１２０，１３０において、プリント基板３０には、第１の導体層３２とコア材３１と第２の導体層３３とを貫通するように形成された第２の貫通孔３７Ｂ，３７Ｃが、第１の貫通孔３６Ｂ，３６Ｃと互いに間隔をあけて複数形成されている。複数の第２の金属柱部５２Ｂ，５２Ｃのそれぞれは、複数の第２の貫通孔３７Ｂ，３７Ｃ内からプリント基板３０の絶縁基板１０と反対側の第３の主表面を超えて第２の貫通孔３７Ｂ，３７Ｃの外側まで、第１方向に延びる。このような構成であってもよい。

第１の金属柱部５１Ｃが、第１の貫通孔３６Ｃ内からプリント基板３０の上側までＺ方向に延びている。このため特に電力用半導体装置１３０においては、第１の貫通孔３６Ｃ内の第１の導電性部材４４Ｃが第１の貫通孔３６Ｃ内からその上側の領域まで延びるフィレットを形成できる。これにより、電力用半導体装置１３０の使用時の温度サイクルに対する信頼性を向上できる。

上記電力用半導体装置１２０，１３０において、第２の貫通孔３７Ｂ，３７Ｃ内において、第２の金属柱部５２Ｂ，５２Ｃの第１方向に延びる表面とプリント基板３０とが第４の導電性部材４６Ｂ，４６Ｃを介して接続されてもよい。これにより、各部材間が導電性部材により位置ずれなく確実に接合され、電力用半導体装置１２０，１３０の剛性を高めることができる。

上記電力用半導体装置１２０，１２１において、第１の金属柱部５１Ｂは、第１の貫通孔３６Ｂの内部を含み第１の貫通孔３６Ｂに沿って延びる第１の柱状部５１Ｂ２と、第１の貫通孔３６Ｂの外部にて第１の柱状部５１Ｂ２の延びる方向における一方の端部に繋がるように配置される第１の頭部５１Ｂ１とを含む。第２の金属柱部５２Ｂは、第２の貫通孔３７Ｂの内部を含み第２の貫通孔３７Ｂに沿って延びる第２の柱状部５２Ｂ２と、第２の貫通孔３７Ｂの外部にて第２の柱状部５２Ｂ２の延びる方向における一方の端部に繋がるように配置される第２の頭部５２Ｂ１とを含む。このような構成であってもよい。このようにすれば、第１の頭部５１Ｂ１および第２の頭部５２Ｂ１は第２の導体層３３の表面に接触するように配置されることができる。第１の頭部５１Ｂ１おが第１の柱状部５１Ｂ２に対して幅方向に突出した部分が第２の導体層３３の表面に接触できるためである。第２の頭部５２Ｂ１および第２の柱状部５２Ｂ２についても同様である。このため、第１の金属柱部５１Ｂの第１方向に延びる表面が第１の貫通孔３６Ｂの延びる方向に対して傾くように固定されることが抑制できる。同様に、第２の金属柱部５２Ｂの第１方向に延びる表面が第２の貫通孔３７Ｂの延びる方向に対して傾くように固定されることが抑制できる。

上記電力用半導体装置１３０，１３１において、複数の第１の金属柱部５１Ｃおよび複数の第２の金属柱部５２Ｃのそれぞれが第１方向についてプリント基板３０の第１の貫通孔３６Ｃおよび第２の貫通孔３７Ｃのそれぞれの外側に配置される部分は、以下の関係が成り立つ。すなわち絶縁基板１０側である下側に延びる第１の長さＨ１，Ｈ３よりも、絶縁基板１０と反対側である上側に延びる第２の長さＨ２の方が大きい。このような構成であることが好ましい。

第１の金属柱部５１Ｃが第１の貫通孔３６Ｃから下側にはみ出た部分は短い。このため、たとえば製造工程におけるはんだ付け時にこの部分を図示しない治具で把持して第１の金属柱部５１Ｃを固定することは困難である。そこで第１の金属柱部５１Ｃが第１の貫通孔３６Ｃから上側にはみ出た部分を長くする。これにより、はんだ付け時などにその部分を治具で把持して第１の金属柱部５１Ｃを固定することが容易となる。第２の金属柱部５２Ｃについても上記と同様である。

上記電力用半導体装置１３０，１３１において、複数の第１の金属柱部５１Ｃのそれぞれがプリント基板３０の第３の主表面から第１の貫通孔３６Ｃの外側を第１方向に延びる長さを考える。また複数の第２の金属柱部５２Ｃのそれぞれがプリント基板３０の第３の主表面から第２の貫通孔３７Ｃの外側を第１方向に延びる長さを考える。このとき、これら両者の長さが同じであることが好ましい。このようにすれば、上記の治具による第１の金属柱部５１Ｃと第２の金属柱部５２Ｃとの把持がより容易になる。

上記電力用半導体装置１２０，１３０において、Ｚ方向に関して、第２の金属柱部５２Ｂ，５２Ｃは第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃよりも、それ自体の寸法が大きいことが好ましい。このようにすれば治具を用いなくとも、第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃよりも背の高い第２の金属柱部５２Ｂ，５２Ｃを治具すなわちスペーサとして用いることで、プリント基板３０と絶縁基板１０とのギャップを第２の金属柱部５２Ｂ，５２ＣのＺ方向寸法と等しくなるように定めることができる。また第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃは半導体素子２１の信号電極２１ｃ上に接合されるのに対し、第２の金属柱部５２Ｂ，５２Ｃはそれより下方の絶縁基板１０に接合される。このため第２の金属柱部５２Ｂ，５２Ｃを第１の金属柱部５１Ｂ，５１ＣよりもＺ方向寸法を大きくすることにより、図３３と図３４の寸法Ｈ２を等しくできる。以上により治具による第１の金属柱部５１Ｃと第２の金属柱部５２Ｃとの把持がより容易になる。また以上により、電力用半導体装置１２０，１３０の信頼性を向上させることができる。

上記電力用半導体装置１２０，１３０において、第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃおよび第２の金属柱部５２Ｂ，５２Ｃは、第１方向に関する少なくとも一部において、プリント基板３０側から絶縁基板１０側に向けて、一方の主表面に沿う方向の寸法が漸次小さくなる。以上の構成であってもよい。これにより、第２の導電性部材４３Ｂ，４３Ｃおよび第５の導電性部材４５Ｂ，４５Ｃには下方に向けてＹ方向の幅が漸次広くなるフィレットが形成される。これにより、導電性部材４０の表面積は、フィレットが形成されない場合に比べて増加する。このため電力用半導体装置１２０，１３０の動作時に生じる熱応力が緩和される。その結果、電力用半導体装置１２０，１３０の寿命が向上する。

上記電力用半導体装置１２０，１３０において、第２の金属柱部５２Ｂ，５２Ｃは、Ｚ方向についての絶縁基板１０側の端部が絶縁基板１０の一方の主表面に接触していることが好ましい。これにより、第２の金属柱部５２Ａが絶縁基板１０に確実に接合され、電力用半導体装置１２０，１３０の剛性を高めることができる。

上記電力用半導体装置１２０，１３０において、絶縁基板１０の一方の主表面には凹部３８Ｃが形成されている。第２の金属柱部５２Ｂ，５２Ｃの第１方向についての絶縁基板１０側の端部は凹部３８Ｃ内に配置されている。このような構成であってもよい。これにより、第２の金属柱部５２Ａが絶縁基板１０に確実に接合され、電力用半導体装置１２０，１３０の剛性を高めることができる。

本実施の形態の電力用半導体装置１２０，１３０の製造方法においては、信号電極２１ｃが形成された半導体素子２１を一方の主表面上に接合した絶縁基板１０が準備される。コア材３１と、コア材３１の第１の主表面に形成された第１の導体層３２と、コア材３１の第１の主表面と反対側の第２の主表面に形成された第２の導体層３３とを含み、第１の導体層３２とコア材３１と第２の導体層３３とを貫通するように第１の貫通孔３６Ｂ，３６Ｃが形成されたプリント基板３０が準備される。第１の貫通孔３６Ｂ，３６Ｃ内から第１の貫通孔３６Ｂ，３６Ｃの外側まで延びる第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃが配置される。信号電極２１ｃに第１の貫通孔外導電性部材としての第２の導電性部材４３Ｂ，４３Ｃを介して第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃを接続し、絶縁基板１０の一方の主表面に第２の貫通孔外導電性部材としての第５の導電性部材４５Ｂ，４５Ｃ，４７Ｃを介して第２の金属柱部５２Ｂ，５２Ｃを接続するように、プリント基板３０が絶縁基板１０に対向され接合される。第１の貫通孔３６Ｂ，３６Ｃ内には、第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃと、第１の貫通孔内導電性部材としての第１の導電性部材４４Ｂ，４４Ｃとの双方が配置される。第１の貫通孔３６Ｂ，３６Ｃ内において第１の金属柱部５１Ｂ，５１Ｃの第１の主表面に交差する第１方向に延びる表面とプリント基板３０とが第１の導電性部材４４Ｂ，４４Ｃを介して接続されるように形成される。プリント基板３０が準備される工程においては、プリント基板３０を購入後に第１の貫通孔３６Ｂおよび第２の貫通孔３７Ｂが形成されてもよい。あるいはプリント基板３０が準備される工程では、既に第１の貫通孔３６Ｂおよび第２の貫通孔３７Ｂが形成されたプリント基板３０を購入してもよい。上記絶縁基板１０が準備される工程においては、絶縁基板１０を購入後に半導体素子２１が接合されてもよく、既に半導体素子２１が接合された絶縁基板１０を購入してもよい。

たとえば製造工程におけるはんだ付け時にこの部分を図示しない治具で把持して第１の金属柱部５１Ｃを固定することは困難である。そこで第１の金属柱部５１Ｃが第１の貫通孔３６Ｃから上側にはみ出た部分を長くする。これにより、はんだ付け時などにその部分を治具で把持して第１の金属柱部５１Ｃを固定することが容易となる。第２の金属柱部５２Ｃについても上記と同様である。またこのようにすれば、上記の治具による第１の金属柱部５１Ｃと第２の金属柱部５２Ｃとの把持がより容易になる。

実施の形態６．
図４９は実施の形態６における図２５中の点線で囲まれた部分Ｆの概略拡大断面図である。図５０は実施の形態６における図２５中の点線で囲まれた部分Ｇの概略拡大断面図である。図４９および図５０を参照して、本実施の形態の電力用半導体装置の図２５中の点線で囲まれた部分Ｆおよび部分Ｇは、基本的に実施の形態５の図２９および図３０と同様の構成を有している。このため同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし図４９に示すように、本実施の形態においては、第１の金属柱部５１Ｂは、第１の柱状部５１Ｂ２と、第１の突起部５１Ｂ３とを有している。第１の柱状部５１Ｂ２は、第１の貫通孔３６Ｂの内部を含み第１の貫通孔３６Ｂに沿って延びている。言い換えれば第１の柱状部５１Ｂ２は、第１の金属柱部５１Ｂのうち、第１の貫通孔３６Ｂの内部およびそこからＺ方向に延長する（平面視にて重なる）第１の貫通孔３６Ｂの外側の部分とからなる。第１の柱状部５１Ｂ２はたとえば円筒形を有するがこれに限られない。第１の突起部５１Ｂ３は、第１の金属柱部５１Ｂのうち第１の柱状部５１Ｂ２以外の領域である。第１の突起部５１Ｂ３は、第１の柱状部５１Ｂ２の延在するＺ方向の側面すなわち外周面から、絶縁基板１０の一方の主表面に沿うＸ方向およびＹ方向に延びる領域である。すなわち第１の貫通孔３６Ｂの外側であり第１の貫通孔３６Ｂ内の第１の柱状部５１Ｂ２と平面的に重なる部分は、第１の突起部５１Ｂ３には含まれず第１の柱状部５１Ｂ２に含まれる。第１の突起部５１Ｂ３は、第１の柱状部５１Ｂ２の側面から、第１の柱状部５１Ｂ２に対して外向きに延びている。さらに言い換えれば、第１の突起部５１Ｂ３は、第１の柱状部５１Ｂ２のＺ方向に延びる側面から、これにほぼ直交する方向に延びている。第１の突起部５１Ｂ３は、第１の柱状部５１Ｂ２のうち第１の貫通孔３６Ｂ外の領域の側面から延びている。第１の突起部５１Ｂ３は第１の導体層３２の表面（最下面）と接触するように配置されている。

同様に、図５０に示すように、第２の金属柱部５２Ｂは、第２の柱状部５２Ｂ２と、第２の突起部５２Ｂ３とを有している。第２の柱状部５２Ｂ２は、第２の貫通孔３７Ｂの内部を含み第２の貫通孔３７Ｂに沿って延びている。言い換えれば第２の柱状部５２Ｂ２は、第２の金属柱部５２Ｂのうち、第２の貫通孔３７Ｂの内部およびそこからＺ方向に延長する（平面視にて重なる）第２の貫通孔３７Ｂの外側の部分とからなる。第２の柱状部５２Ｂ２はたとえば円筒形を有するがこれに限られない。第２の柱状部５２Ｂ２は第１の柱状部５１Ｂ２と同様に、平面視における中央部が空洞となっていてもよい（図１６～図１９参照）。あるいは第２の柱状部５２Ｂ２は平面視における中央部を含む全体が金属材料で充填された態様であってもよい。

第２の突起部５２Ｂ３は、第２の金属柱部５２Ｂのうち第２の柱状部５２Ｂ２以外の領域である。第２の突起部５２Ｂ３は、第２の柱状部５２Ｂ２の延在するＺ方向の側面すなわち外周面から、絶縁基板１０の一方の主表面に沿うＸ方向およびＹ方向に延びる領域である。すなわち第２の貫通孔３７Ｂの外側であり第２の貫通孔３７Ｂ内の第２の柱状部５２Ｂ２と平面的に重なる部分は、第２の突起部５２Ｂ３には含まれず第２の柱状部５２Ｂ２に含まれる。第２の突起部５２Ｂ３は、第２の柱状部５２Ｂ２の側面から、第２の柱状部５２Ｂ２に対して外向きに延びている。さらに言い換えれば、第２の突起部５２Ｂ３は、第２の柱状部５２Ｂ２のＺ方向に延びる側面から、これにほぼ直交する方向に延びている。第２の突起部５２Ｂ３は、第２の柱状部５２Ｂ２のうち第２の貫通孔３７Ｂ外の領域の側面から延びている。第２の突起部５２Ｂ３は第１の導体層３２の表面（最下面）と接触するように配置されている。

第１の柱状部５１Ｂ２および第２の柱状部５２Ｂ２の最上部は、第１の貫通孔３６Ｂおよび第２の貫通孔３７Ｂの内部に配置される。図４９および図５０に示すように、第１の柱状部５１Ｂ２および第２の柱状部５２Ｂ２の最上面は、第２の導体層３３の最上面とツライチになっていることが好ましい。第１の貫通孔３６Ｂ内の第１の柱状部５１Ｂ２の側面は、導電性部材４０としての第１の導電性部材４４Ｂで覆われる。第２の貫通孔３７Ｂ内の第２の柱状部５２Ｂ２の側面は、導電性部材４０としての第４の導電性部材４６Ｂで覆われる。これにより第１の貫通孔３６Ｂ内には、第１の金属柱部５１Ｂと、第１の導電性部材４４Ｂと、導体層接合部３５Ｂとが配置されるように形成される。同様に、第２の貫通孔３７Ｂ内には、第２の金属柱部５２Ｂと、第４の導電性部材４６Ｂと、導体層接合部３５Ｃとが配置されるように形成される。

なお以上は、実施の形態５の図２９および図３０の電力用半導体装置１２０に、第１の突起部５１Ｂ３および第２の突起部５２Ｂ３を設けている。しかしこれに限らず、たとえば実施の形態５の図３３および図３４に示す電力用半導体装置１３０に、図４９および図５０の第１の突起部５１Ｂ３および第２の突起部５２Ｂ３と同様の第１の突起部および第２の突起部が設けられてもよい。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。なお以下では第１の金属柱部５１Ｂにおける効果を説明するが、第２の金属柱部５２Ｂにおける効果も同様である。

本実施の形態においては、第１の金属柱部５１Ｂは、第１の貫通孔３６Ｂの内部を含み第１の貫通孔３６Ｂに沿って延びる第１の柱状部５１Ｂ２と、第１の柱状部５１Ｂ２以外の領域であり第１の柱状部５１Ｂ２の延在する方向の側面から一方の主表面に沿う方向に延びる第１の突起部５１Ｂ３とを含む。第１の突起部５１Ｂ３による作用効果は、実施の形態５の第１の頭部５１Ｂ１による作用効果と同様である。すなわち第１の柱状部５１Ｂ２が第１の貫通孔３６Ｂ内を貫通するように配置された状態で、第１の突起部５１Ｂ３は第１の導体層３２の表面と接触するように配置されることができる。これにより、第１の金属柱部５１Ｂのたとえば最下面がコア材３１の主表面に対して傾くように固定されることが抑制できる。これにより、第１の金属柱部５１Ｂと信号電極２１ｃとの間のオープン不良が抑制される。さらに複数の第１の金属柱部５１ＢのＺ方向寸法をすべて一定にすることにより、第１の金属柱部５１ＢのＸ方向およびＹ方向のみならずＺ方向の位置精度も高めることができる。これにより絶縁基板１０とプリント基板３０との間のギャップを一定とすることができる。

次に、仮に実施の形態５のように第１の金属柱部５１Ｂの第２の導体層３３側の端部が第１の貫通孔３６Ｂの外側に配置される場合、電力用半導体装置１２０と外部との絶縁性を確保するために、第１の貫通孔３６Ｂの最上部が封止樹脂７０で覆われている必要がある。つまりこの場合、第１の金属柱部５１Ｂの上端部であるたとえば第１の頭部５１Ｂ１が第１の貫通孔３６Ｂに対して外に延びている分だけ、このような延びている分を有さない場合に比べて封止樹脂７０を上側まで増量する必要がある。対して本実施の形態においては、第１の柱状部５１Ｂ２の最上部は第１の貫通孔３６Ｂの内部に配置され、側方から第１の導電性部材４４Ｂで覆われる。これにより、封止樹脂７０はプリント基板３０の表面が覆われるように配置されればよく、第１の金属柱部５１Ｂが第１の貫通孔３６Ｂから露出した分だけ封止樹脂７０を上側に増量する必要がなくなる。

また上記のように、第１の柱状部５１Ｂ２の最上面は、第２の導体層３３の最上面とツライチすなわちＺ方向にほぼ同じ高さとなっている。第１の柱状部５１Ｂ２のＺ方向寸法が大きくなれば、絶縁基板１０側すなわち電力用半導体装置１２０の下側の領域からプリント基板３０側すなわち電力用半導体装置１２０の上側の領域への放熱効果が高められる。第１の柱状部５１Ｂ２が第２の導体層３３の最上面まで上方に延びていれば、上記の放熱効果を高めるのに十分なＺ方向寸法を有するといえる。これにより半導体素子２１およびダイオード２２の発熱が抑制され、電力用半導体装置１２０の信頼性が向上される。なお、第１の貫通孔３６Ｂの内部における第１の柱状部５１Ｂ２および第１の導電性部材４４Ｂが、銅などの熱伝導率の高い金属材料により形成された領域が高ければ、当該放熱性が高くなる。

さらに、仮に第２の導体層３３側において第１の柱状部５１Ｂ２の端部が第１の貫通孔３６Ｂから上側にはみ出る場合には、導電性部材４０を印刷するためのスキージが、上側に突出した第１の柱状部５１Ｂ２の端部と干渉する。このためこのような場合には、印刷により導電性部材４０を供給することが困難であり、他の方法を用いる必要が生じる。しかし本実施の形態のように第１の柱状部５１Ｂ２の最上面が第２の導体層３３の最上面とツライチになっていれば、第２の導体層３３の表面から、第１の導電性部材４４Ｂおよび第４の導電性部材４６Ｂを印刷により供給することができる。上記のように印刷工程を用いることで、他の方法を用いる場合に比べて、生産に要する時間を短縮でき、生産性を改善できる。

実施の形態７．
本実施の形態は、上述した実施の形態１～６にかかる電力用半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本発明はある種の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態７として、三相のインバータに本発明を適用した場合について説明する。

図５１は、実施の形態７にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。図５１に示す電力変換システムは、電源４００、電力変換装置２００、負荷３００から構成される。電源４００は、直流電源であり、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源４００は、特に限定されないが、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やＡＣ／ＤＣコンバータで構成されてもよい。電源４００は、直流系統から出力される直流電力を意図する電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成されてもよい。

電力変換装置２００は、電源４００と負荷３００の間に接続された三相のインバータであり、電源４００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に交流電力を供給する。電力変換装置２００は、図５１に示すように、入力される直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１と、主変換回路２０１を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する制御回路２０３とを備えている。

負荷３００は、電力変換装置２００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷３００はある１つの用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。

以下、電力変換装置２００の詳細を説明する。主変換回路２０１は、スイッチング素子（図示せず）と還流ダイオード（図示せず）とを備えている。スイッチング素子が電源４００から供給される電圧をスイッチングすることによって、主変換回路２０１は、電源４００から供給される直流電力を交流電力に変換して、負荷３００に供給する。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態に係る主変換回路２０１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードとから構成され得る。主変換回路２０１の各スイッチング素子および各還流ダイオードとして、上述した実施の形態１～６のいずれかの電力用半導体装置１００，１１０，１２０に含まれる半導体素子２１およびダイオード２２が適用され得る。主変換回路２０１を構成するパワー半導体モジュール２０２として、上述した実施の形態１～６のいずれかの電力用半導体装置１００，１１０，１２０が適用され得る。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路２０１の３つの出力端子は、負荷３００に接続される。

また、主変換回路２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示せず）を備えている。駆動回路は、パワー半導体モジュール２０２に内蔵されていてもよいし、パワー半導体モジュール２０２の外部に設けられてもよい。駆動回路は、主変換回路２０１に含まれるスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成して、主変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に駆動信号を供給する。具体的には、制御回路２０３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。

上記のように本実施の形態に係る電力変換装置２００では、主変換回路２０１に含まれるパワー半導体モジュール２０２として、実施の形態１～６のいずれかに係る電力用半導体装置１００，１１０，１２０が適用される。このため、本実施の形態に係る電力変換装置２００は、第１の金属柱部５１Ａ，５１Ｂと信号電極２１ｃとの相対的な位置ずれを減少し、オープン不良なく安定して生産することができることによる信頼性向上を実現することができる。

本実施の形態では、２レベルの三相インバータに本発明を適用する例を説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では２レベルの電力変換装置としたが、３レベルの電力変換装置であってもよい。あるいはマルチレベルの電力変換装置であってもよい。電力変換装置が単相負荷に電力を供給する場合には、単相のインバータに本発明が適用されてもよい。電力変換装置が直流負荷等に電力を供給する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータまたはＡＣ／ＤＣコンバータに本発明が適用されてもよい。

本発明が適用された電力変換装置は、負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機もしくはレーザー加工機の電源装置、または、誘導加熱調理器もしくは非接触器給電システムの電源装置に組み込まれ得る。本発明が適用された電力変換装置は、太陽光発電システムまたは蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いられ得る。

以上に述べた各実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 絶縁基板、１１ 絶縁層、１２ 第４の導体層、１３ 第３の導体層、２０ 半導体チップ、２１ 半導体素子、２１ａ，２２ａ チップ本体、２１ｂ 主電極、２１ｃ 信号電極、２２ ダイオード、２２ｂ 電極、３０ プリント基板、３１ コア材、３２ 第１の導体層、３３ 第２の導体層、３４ ホール、３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｂｏ，３５Ｃ，３５Ｃｏ 導体層接合部、３６Ａ 第１の欠落部、３６Ｂ，３６Ｃ 第１の貫通孔、３７Ａ 第２の欠落部、３７Ｂ，３７Ｃ 第２の貫通孔、３８Ａ，３８Ｃ 凹部、４０ 導電性部材、４１ はんだ層、４２ 第３の導電性部材、４２ｄ，４３ｄ，４４ｄ，４５ｄ，４６ｄ ペースト状はんだ、４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ 第２の導電性部材、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ 第１の導電性部材、４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ，４７Ａ，４７Ｃ 第５の導電性部材、４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ 第４の導電性部材、５０ 金属柱部、５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ 第１の金属柱部、５１Ｂ１ 第１の頭部、５１Ｂ２ 第１の柱状部、５１Ｂ３ 第１の突起部、５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ 第２の金属柱部、５２Ｂ１ 第２の頭部、５２Ｂ２ 第２の柱状部、５２Ｂ３ 第２の突起部、５３ 第１の空洞、５４ 第２の空洞、６０ ケース、６１，６２ ケース内側面、７０ 封止樹脂、８０ 電極端子、１００，１０１，１１０，１２０，１２１，１３０，１３１ 電力用半導体装置、２００ 電力変換装置、２０１ 主変換回路、２０２ パワー半導体モジュール、２０３ 制御回路、３００ 負荷、４００ 電源。

Claims (15)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板の一方の主表面に接合される半導体素子と、
   前記半導体素子に対向するように接合されるプリント基板とを備え、
   前記半導体素子には主電極および信号電極が形成され、
   前記プリント基板は、コア材と、前記コア材の前記半導体素子側の第１の主表面に形成された第１の導体層と、前記コア材の前記第１の主表面と反対側の第２の主表面に形成された第２の導体層とを含み、
   前記プリント基板には、前記第１の導体層と前記コア材と前記第２の導体層とを貫通するように形成された第１の貫通孔が形成されており、
   前記第１の貫通孔内には、前記第１の貫通孔内から前記プリント基板の前記絶縁基板と反対側の第３の主表面を超えて、前記第１の貫通孔の外側まで、前記第１の主表面に交差する第１方向に延びる第１の金属柱部と、前記第１の貫通孔内における第１の導電性部材との双方が配置されており、
   前記第１の貫通孔内において、前記第１の金属柱部の前記第１方向に延びる表面と前記プリント基板とが前記第１の導電性部材を介して接続され、
   前記信号電極と、前記第１の金属柱部とが、第２の導電性部材を介して接続され、
   前記主電極と前記プリント基板とが第３の導電性部材を介して接続され、
   前記絶縁基板から前記プリント基板まで前記第１方向に延びる第２の金属柱部が複数配置されており、
   前記複数の第２の金属柱部のうちの１つは、平面視における前記プリント基板の中央を含むように配置される、電力用半導体装置。
2. 前記第１の金属柱部の前記第１方向についての前記絶縁基板側の端部は前記信号電極と間隔をあけて配置されている、請求項１に記載の電力用半導体装置。
3. 前記複数の第２の金属柱部は、平面視において前記絶縁基板の中心に関して互いに点対称となる位置に配置されている、請求項１または２に記載の電力用半導体装置。
4. 前記プリント基板には、前記第１の導体層と前記コア材と前記第２の導体層とを貫通するように形成された第２の貫通孔が、前記第１の貫通孔と互いに間隔をあけて複数形成されており、
   前記複数の第２の金属柱部のそれぞれは、前記複数の第２の貫通孔内から前記第３の主表面を超えて前記第２の貫通孔の外側まで、前記第１方向に延びる、請求項３に記載の電力用半導体装置。
5. 前記第２の貫通孔内において、前記第２の金属柱部の前記第１方向に延びる表面と前記プリント基板とが第４の導電性部材を介して接続される、請求項４に記載の電力用半導体装置。
6. 前記第１の金属柱部は、前記第１の貫通孔の内部を含み前記第１の貫通孔に沿って延びる第１の柱状部と、前記第１の貫通孔の外部にて前記第１の柱状部の延びる方向における一方の端部に繋がるように配置される第１の頭部とを含み、
   前記第２の金属柱部は、前記第２の貫通孔の内部を含み前記第２の貫通孔に沿って延びる第２の柱状部と、前記第２の貫通孔の外部にて前記第２の柱状部の延びる方向における一方の端部に繋がるように配置される第２の頭部とを含む、請求項４または５に記載の電力用半導体装置。
7. 前記第１の頭部および前記第２の頭部は前記第２の導体層の表面と接触するように配置される、請求項６に記載の電力用半導体装置。
8. 前記第１の金属柱部および前記複数の第２の金属柱部のそれぞれが前記第１方向について前記プリント基板の前記第１の貫通孔および前記第２の貫通孔のそれぞれの外側に配置される部分は、前記絶縁基板側に延びる第１の長さよりも、前記絶縁基板と反対側に延びる第２の長さの方が大きい、請求項４または５に記載の電力用半導体装置。
9. 前記第１の金属柱部が前記プリント基板の前記第３の主表面から前記第１の貫通孔の外側を前記第１方向に延びる長さと、前記複数の第２の金属柱部のそれぞれが前記プリント基板の前記第３の主表面から前記第２の貫通孔の外側を前記第１方向に延びる長さとが同じである、請求項４または５に記載の電力用半導体装置。
10. 前記第１方向に関して、前記第２の金属柱部は前記第１の金属柱部よりも寸法が大きい、請求項３～９のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
11. 前記第１の金属柱部および前記第２の金属柱部は、前記第１方向に関する少なくとも一部において、前記プリント基板側から前記絶縁基板側に向けて、前記一方の主表面に沿う方向の寸法が漸次小さくなる、請求項３～１０のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
12. 前記第２の金属柱部は、前記第１方向についての前記絶縁基板側の端部が前記絶縁基板の前記一方の主表面に接触している、請求項３～１１のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
13. 前記絶縁基板の前記一方の主表面には凹部が形成されており、
    前記第２の金属柱部の前記第１方向についての前記絶縁基板側の端部は前記凹部内に配置されている、請求項３～１１のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
14. 請求項１～１３のいずれか１項に記載の電力用半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
    前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と備えた電力変換装置。
15. 信号電極が形成された半導体素子を一方の主表面上に接合した絶縁基板を準備する工程と、
    コア材と、前記コア材の第１の主表面に形成された第１の導体層と、前記コア材の前記第１の主表面と反対側の第２の主表面に形成された第２の導体層とを含み、前記第１の導体層と前記コア材と前記第２の導体層とを貫通するように第１の貫通孔を形成されたプリント基板を準備する工程と、
    前記第１の貫通孔内から前記第１の貫通孔の外側まで延びる第１の金属柱部を配置する工程と、
    前記信号電極に第１の貫通孔外導電性部材を介して前記第１の金属柱部を接続し、前記絶縁基板の前記一方の主表面に第２の貫通孔外導電性部材を介して第２の金属柱部を接続するように、前記プリント基板を前記絶縁基板に対向させ接合する工程とを備え、
    前記第１の貫通孔内には、前記第１の金属柱部と、第１の貫通孔内導電性部材との双方が配置され、前記第１の貫通孔内において前記第１の金属柱部の前記第１の主表面に交差する第１方向に延びる表面と前記プリント基板とが前記第１の貫通孔内導電性部材を介して接続されるように形成され、
    前記絶縁基板から前記プリント基板まで前記第１方向に延びる第２の金属柱部が複数配置されており、
    前記複数の第２の金属柱部のうちの１つは、平面視における前記プリント基板の中央を含むように配置される、電力用半導体装置の製造方法。

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