(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022162304
(43)【公開日】2022-10-24
(54)【発明の名称】半導体モジュール及び半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 23/28 20060101AFI20221017BHJP
H01L 25/07 20060101ALI20221017BHJP
H01L 23/473 20060101ALI20221017BHJP
H01L 23/50 20060101ALI20221017BHJP
【ＦＩ】
H01L23/28 A
H01L25/04 C
H01L23/46 Z
H01L23/50 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021067071
(22)【出願日】2021-04-12
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003177
【氏名又は名称】特許業務法人旺知国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 悠司
【テーマコード（参考）】
4M109
5F067
5F136
【Ｆターム（参考）】
4M109BA01
4M109CA21
4M109DA07
4M109DA10
4M109EA02
4M109EB12
4M109FA06
5F067AA03
5F067CC05
5F067CC07
5F136BB04
5F136CB06
5F136DA27
5F136EA02
5F136FA02
5F136FA03
(57)【要約】
【課題】絶縁性を確保しつつ、パワー半導体素子で発生する熱を主電流端子から放熱する。
【解決手段】半導体モジュール１Ａは、主電流電極を有するパワー半導体素子と、上面Ｕ、上面と連なる側面Ｓ１、及び上面Ｕに対して反対側の面であり冷却器２１に固定可能な底面Ｄを有し、パワー半導体素子を収納する本体１１と、第１面と第１面に対して反対側の面である第２面とを有し、主電流電極と接続され、側面Ｓ１から突出する主電流端子１２Ｍとを備え、本体１１は、絶縁部材１４Ｍの端部が収納される凹部を側面Ｓ１に有し、第２面は、側面Ｓ１において第１面よりも底面Ｄに近く、凹部は、側面Ｓ１のうち底面Ｄと第２面との間において、底面Ｄから離間する位置に存在する。
【選択図】図１
【解決手段】半導体モジュール１Ａは、主電流電極を有するパワー半導体素子と、上面Ｕ、上面と連なる側面Ｓ１、及び上面Ｕに対して反対側の面であり冷却器２１に固定可能な底面Ｄを有し、パワー半導体素子を収納する本体１１と、第１面と第１面に対して反対側の面である第２面とを有し、主電流電極と接続され、側面Ｓ１から突出する主電流端子１２Ｍとを備え、本体１１は、絶縁部材１４Ｍの端部が収納される凹部を側面Ｓ１に有し、第２面は、側面Ｓ１において第１面よりも底面Ｄに近く、凹部は、側面Ｓ１のうち底面Ｄと第２面との間において、底面Ｄから離間する位置に存在する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
主電流電極を有するパワー半導体素子と、
上面、前記上面と連なる側面、及び前記上面に対して反対側の面であり冷却器に固定可能な底面を有し、前記パワー半導体素子を収納する本体と、
第１面と前記第１面に対して反対側の面である第２面とを有し、前記主電流電極と接続され、前記側面から突出する主電流端子とを備え、
前記本体は、絶縁部材の端部が収納される凹部を前記側面に有し、
前記第２面は、前記側面において前記第１面よりも前記底面に近く、
前記凹部は、前記側面のうち前記底面と前記第２面との間において、前記底面から離間する位置に存在する、
半導体モジュール。
上面、前記上面と連なる側面、及び前記上面に対して反対側の面であり冷却器に固定可能な底面を有し、前記パワー半導体素子を収納する本体と、
第１面と前記第１面に対して反対側の面である第２面とを有し、前記主電流電極と接続され、前記側面から突出する主電流端子とを備え、
前記本体は、絶縁部材の端部が収納される凹部を前記側面に有し、
前記第２面は、前記側面において前記第１面よりも前記底面に近く、
前記凹部は、前記側面のうち前記底面と前記第２面との間において、前記底面から離間する位置に存在する、
半導体モジュール。
【請求項2】
主電流電極を有するパワー半導体素子と、
上面、前記上面と連なる側面、及び前記上面に対して反対側の面であり冷却器に固定可能な底面とを有し、前記パワー半導体素子を収納する本体と、
第１面と前記第１面に対して反対側の面である第２面とを有し、前記主電流電極と接続され、前記側面から突出する主電流端子と、
絶縁部材とを備え、
前記第１面は、前記絶縁部材によって覆われておらず、
前記第２面は、前記側面において前記第１面よりも前記底面に近く、
前記絶縁部材うち前記側面と最も近い部分は、前記側面に垂直な方向からの側面視において、前記底面と前記第２面との間において、前記底面から離間する位置に存在する、
半導体モジュール。
上面、前記上面と連なる側面、及び前記上面に対して反対側の面であり冷却器に固定可能な底面とを有し、前記パワー半導体素子を収納する本体と、
第１面と前記第１面に対して反対側の面である第２面とを有し、前記主電流電極と接続され、前記側面から突出する主電流端子と、
絶縁部材とを備え、
前記第１面は、前記絶縁部材によって覆われておらず、
前記第２面は、前記側面において前記第１面よりも前記底面に近く、
前記絶縁部材うち前記側面と最も近い部分は、前記側面に垂直な方向からの側面視において、前記底面と前記第２面との間において、前記底面から離間する位置に存在する、
半導体モジュール。
【請求項3】
前記主電流端子のうち前記側面から突出する部分と、前記絶縁部材の前記本体の外部に位置する部分の一部又は全部とは、前記上面に垂直な方向からの平面視において重なり、
前記制御端子のうち前記側面から突出する部分と、前記絶縁部材の全部とは、前記平面視において重ならない、
請求項２に記載の半導体モジュール。
前記制御端子のうち前記側面から突出する部分と、前記絶縁部材の全部とは、前記平面視において重ならない、
請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項4】
前記絶縁部材と、
前記主電流端子のうち前記側面から突出する部分と、前記絶縁部材の前記本体の外部に位置する部分の一部又は全部とは、前記上面に垂直な方向からの平面視において重なり、
前記制御端子のうち前記側面から突出する部分と、前記絶縁部材の全部とは、前記平面視において重ならない、
請求項１に記載の半導体モジュール。
前記主電流端子のうち前記側面から突出する部分と、前記絶縁部材の前記本体の外部に位置する部分の一部又は全部とは、前記上面に垂直な方向からの平面視において重なり、
前記制御端子のうち前記側面から突出する部分と、前記絶縁部材の全部とは、前記平面視において重ならない、
請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項5】
前記主電流端子は、前記側面から突出する部分に、前記絶縁部材を固定する固定部を有する請求項１から４までのうちいずれか1項に記載の半導体モジュール。
【請求項6】
前記主電流端子は、
前記本体に内在する第１部分と、
前記第１部分と連結され、前記本体の外部に突出する第２部分と、
前記第２部分に対して、前記冷却器から離れる方向に角度をなす第３部分とを有し、
前記第３部分は、前記固定部を備える、
請求項５に記載の半導体モジュール。
前記本体に内在する第１部分と、
前記第１部分と連結され、前記本体の外部に突出する第２部分と、
前記第２部分に対して、前記冷却器から離れる方向に角度をなす第３部分とを有し、
前記第３部分は、前記固定部を備える、
請求項５に記載の半導体モジュール。
【請求項7】
前記固定部は、前記主電流端子に設けられた開口部であり、
前記開口部には、前記絶縁部材が挿入される、
請求項５又は６に記載の半導体モジュール。
前記開口部には、前記絶縁部材が挿入される、
請求項５又は６に記載の半導体モジュール。
【請求項8】
前記固定部は、前記主電流端子に設けられた第１開口部であり、
前記絶縁部材には、第２開口部が設けられており、
前記第１開口部と前記第２開口部とを挿通する螺子によって、前記主電流端子と前記絶縁部材とが固定される、
請求項５又は６に記載の半導体モジュール。
前記絶縁部材には、第２開口部が設けられており、
前記第１開口部と前記第２開口部とを挿通する螺子によって、前記主電流端子と前記絶縁部材とが固定される、
請求項５又は６に記載の半導体モジュール。
【請求項9】
前記主電流端子は貫通孔を有するバスバーと前記絶縁部材との間に位置し、
前記螺子が前記貫通孔と前記第１開口部と前記第２開口部とを挿通することによって、前記主電流端子の前記第１面と前記バスバーとが電気的に接続される、
請求項８に記載の半導体モジュール。
前記螺子が前記貫通孔と前記第１開口部と前記第２開口部とを挿通することによって、前記主電流端子の前記第１面と前記バスバーとが電気的に接続される、
請求項８に記載の半導体モジュール。
【請求項10】
前記固定部は、凹部及び突起部の一方であり、
前記絶縁部材には、凹部及び突起部の他方が設けられており、
前記主電流端子の凹部及び突起部の一方と、前記絶縁部材の凹部及び突起部の他方とが連結される、
請求項５又は６に記載の半導体モジュール。
前記絶縁部材には、凹部及び突起部の他方が設けられており、
前記主電流端子の凹部及び突起部の一方と、前記絶縁部材の凹部及び突起部の他方とが連結される、
請求項５又は６に記載の半導体モジュール。
【請求項11】
前記固定部は、前記上面に垂直な方向からの平面視において前記冷却器と重ならない位置に配置される、請求項５から１０までのうちいずれか1項に記載の半導体モジュール。
【請求項12】
前記上面に垂直な方向からの平面視において、前記主電流端子のうち前記側面から突出する部分と前記冷却器とが重なる領域の全部が、前記絶縁部材とが重なる、請求項５から１１までのうちいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項13】
前記絶縁部材の全部は、前記上面に垂直な方向からの平面視において前記冷却器と重なる、請求項５から１０までのうちいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項14】
前記パワー半導体素子は第１パワー半導体素子であり、前記主電流端子は第１主電流端子であり、
第２パワー半導体素子を備え、
前記本体は、第２パワー半導体素子を収納し、
第３面と第４面とを有し、前記第２パワー半導体素子の主電流電極と接続され、前記側面から外部へ突出する第２主電流端子とを備え、
前記第３面は、前記第４面の反対側の面であり、前記絶縁部材によって覆われておらず、
前記第４面は、前記第３面よりも前記冷却器に近く
前記絶縁部材の少なくとも一部は、前記第４面と前記冷却器との間に位置する、
請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
第２パワー半導体素子を備え、
前記本体は、第２パワー半導体素子を収納し、
第３面と第４面とを有し、前記第２パワー半導体素子の主電流電極と接続され、前記側面から外部へ突出する第２主電流端子とを備え、
前記第３面は、前記第４面の反対側の面であり、前記絶縁部材によって覆われておらず、
前記第４面は、前記第３面よりも前記冷却器に近く
前記絶縁部材の少なくとも一部は、前記第４面と前記冷却器との間に位置する、
請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
【請求項15】
前記絶縁部材は、絶縁紙、絶縁シート又は絶縁板である、請求項１から１４までのうちいずれか1項に記載の半導体モジュール。
【請求項16】
請求項１から請求項１５までのうちいずれか1項に記載の半導体モジュールと、
前記冷却器とを、
備える半導体装置。
前記冷却器とを、
備える半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、半導体モジュール及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より電動機等を制御するパワー半導体モジュールが知られている。パワー半導体モジュールは、大電流のスイッチングに用いられるパワー半導体素子を収納する。パワー半導体モジュールのリード端子は本体の側面から突出していることが多い。パワー半導体素子は動作時に発熱するため、パワー半導体モジュールは冷却器を装着して使用されるのが通常である。リード端子と冷却器との間には空間距離及び沿面距離等の絶縁距離を一定程度確保する必要がある。
【0003】
特許文献１には、パワー半導体モジュールにおいて、全てのリード端子に対して本体から突出する部分を樹脂でコーティングする技術が開示されている。このパワー半導体モジュールは、リード端子が樹脂でコーティングされているため、冷却器との間の絶縁距離を確保できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２０－５３６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、従来のパワー半導体モジュールは、リード端子が樹脂でコーティングされているため、リード端子の表面から十分に放熱できないといった問題がある。
本開示は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、端子と冷却器との間の絶縁を確保しつつ、放熱特性を向上することを解決課題とする。
本開示は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、端子と冷却器との間の絶縁を確保しつつ、放熱特性を向上することを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために本開示の半導体モジュールは、主電流電極を有するパワー半導体素子と、上面、前記上面と連なる側面、及び前記上面に対して反対側の面であり冷却器に固定可能な底面を有し、前記パワー半導体素子を収納する本体と、第１面と前記第１面に対して反対側の面である第２面とを有し、前記主電流電極と接続され、前記側面から突出する主電流端子とを備え、前記本体は、絶縁部材の端部が収納される凹部を前記側面に有し、前記第２面は、前記側面において前記第１面よりも前記底面に近く、前記凹部は、前記側面のうち前記底面と前記第２面との間において、前記底面から離間する位置に存在する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１実施形態に係る半導体装置１Ａの構成例を示す側面図である。
【図2】制御基板３０を除いた半導体装置１Ａの平面図である。
【図3】主電流端子１２Ｍと絶縁部材１４Ｍとの配置を模式的に示す斜視図である。
【図4】半導体モジュール１０ＡをＺ２方向に平面視した平面図である。
【図6A】主電流端子１２ＭをＺ２方向に平面視した場合、主電流端子１２Ｍ、絶縁部材１４Ｍ、及び冷却器２１の配置の一例を模式的に示す平面図である。
【図6B】主電流端子１２Ｍ、絶縁部材１４Ｍ、及び冷却器２１の配置の他の例を模式的に示す平面図である。
【図6D】主電流端子１２Ｍ、絶縁部材１４Ｍ、及び冷却器２１の配置例を示す側面図である。
【図7】本開示の第２実施形態に係る半導体装置１Ｂの構成例を示す側面図である。
【図8】制御基板３０を除いた半導体装置１Ｂの平面図である。
【図9A】絶縁部材１４Ｐを主電流端子１２Ｐに固定する他の構成例１を示す側面図である。
【図11】本開示の第３実施形態に係る半導体装置１Ｃの構成例を示す分解側面図である。
【図12】制御基板３０を除いた半導体装置１Ｃの平面図である。
【図13】変形例１に係る半導体装置１Ｄの構成例を示す平面図である。
【図14】変形例２に係る半導体装置１Ｅの構成例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図面を参照しながら本開示に係る実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法及び縮尺は実際のものと適宜異なる。また、以下に記載する実施形態は、本開示の好適な具体例である。このため、以下の実施形態には、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかし、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【0009】
１．第１実施形態
図１は、本開示の第１実施形態に係る半導体装置１Ａの構成例を示す側面図である。図２は、制御基板３０を除いた半導体装置１Ａの平面図である。図１に示されるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、相互に直交する。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、以降の説明で例示される全図において共通である。任意の地点からみてＸ軸に沿う一方向をＸ１方向と表記し、Ｘ１方向と反対の方向をＸ２方向と表記する。任意の地点からＹ軸に沿って相互に反対の方向をＹ１方向及びＹ２方向と表記する。任意の地点からＺ軸に沿って相互に反対の方向をＺ１方向及びＺ２方向と表記する。また、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面をＸＹ面と表記する。上面に対して反対側の面が底面である。上面は底面よりもＺ１方向に位置する。おもて面に対して反対側の面が裏面である。おもて面は裏面よりもＺ１方向に位置する。本明細書において、上面、底面、おもて面、及び裏面は、特に断らない限り、ＸＹ面と平行な面である。また、上面と底面とをつなぐ面を側面と表記する。また、本明細書において、平面視とは、Ｚ２方向から対象物を見ることを意味し、後述する本体１１の上面Ｕと垂直な方向から対象物を見ることと同義である。
図１は、本開示の第１実施形態に係る半導体装置１Ａの構成例を示す側面図である。図２は、制御基板３０を除いた半導体装置１Ａの平面図である。図１に示されるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、相互に直交する。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、以降の説明で例示される全図において共通である。任意の地点からみてＸ軸に沿う一方向をＸ１方向と表記し、Ｘ１方向と反対の方向をＸ２方向と表記する。任意の地点からＹ軸に沿って相互に反対の方向をＹ１方向及びＹ２方向と表記する。任意の地点からＺ軸に沿って相互に反対の方向をＺ１方向及びＺ２方向と表記する。また、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面をＸＹ面と表記する。上面に対して反対側の面が底面である。上面は底面よりもＺ１方向に位置する。おもて面に対して反対側の面が裏面である。おもて面は裏面よりもＺ１方向に位置する。本明細書において、上面、底面、おもて面、及び裏面は、特に断らない限り、ＸＹ面と平行な面である。また、上面と底面とをつなぐ面を側面と表記する。また、本明細書において、平面視とは、Ｚ２方向から対象物を見ることを意味し、後述する本体１１の上面Ｕと垂直な方向から対象物を見ることと同義である。
【0010】
図１に示される半導体装置１Ａは、半導体モジュール１０Ａ、冷却器２１、制御基板３０、並びにバスバー４０Ｐ及び４０Ｍを備える。半導体モジュール１０Ａは、本体１１、主電流端子１２Ｐ及び１２Ｍ、制御端子１３、絶縁部材１４Ｐ及び１４Ｍ、並びに連結部材１５を備える。なお、図１は側面図であるため図示されていないが、半導体装置１Ａは、Ｙ１方向から主電流端子１２Ｐを側面視した場合に、主電流端子１２Ｐと重なる主電流端子１２Ｎ、絶縁部材１４Ｐと重なる絶縁部材１４Ｎを備える（図２参照）。
【0011】
本体１１は、概略直方体の外形を有し、上面Ｕ、側面Ｓ１、側面Ｓ２、及び底面Ｄを有する。側面Ｓ１及び側面Ｓ２は上面Ｕと連なる。側面Ｓ２は側面Ｓ１の反対側の面である。側面Ｓ１は側面Ｓ２よりＸ１方向に位置する。底面Ｄは、上面Ｕに対して反対側の面であり、冷却器２１と固定可能である。本体１１は、後述する半導体チップを収納する。本体１１が収納する半導体チップの数は任意である。この例では、本体１１は２個の半導体チップを収納する。半導体チップには、大電流をスイッチング可能なパワー半導体素子が形成される。パワー半導体素子は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳ電界効果トランジスタ（MOSFET:metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）、還流ダイオード（FWD:Free Wheeling Diode）、及び逆導通ＩＧＢＴ（RC-IGBT：Reverse Conducting IGBT）等を含み得る。
【0012】
半導体チップは、２個の主電流電極と、１個の制御電極とを有する。主電流電極は、パワー半導体素子に対して制御対象となる電流を入力又は出力する電極である。主電流電極は、例えば、ＲＣ－ＩＧＢＴ及びＩＧＢＴにおけるコレクター電極及びエミッター電極が該当し、ＭＯＳＦＥＴにおけるドレイン電極及びソース電極が該当する。制御電極は、パワー半導体素子のオン又はオフを制御するための電圧を印加する電極である。制御電極は、例えば、ＲＣ－ＩＧＢＴ、ＩＧＢＴ及びＭＯＳＦＥＴにおけるゲート電極が該当する。また、制御電極は、例えば、ＲＣ－ＩＧＢＴ、ＩＧＢＴ及びＭＯＳＦＥＴにおける電流センス、温度センス等のセンス電極を含み得る。
【0013】
主電流端子１２Ｐ、１２Ｎ、及び１２Ｍは、本体１１の外部でＸＹ面と平行な主面を有する平板形状をなし、Ｘ軸に沿って延在する。主電流端子１２Ｐ、１２Ｎ、及び１２Ｍは、本体１１の内部でパワー半導体素子の主電流電極と電気的に接続される。主面は、一方の面と、一方の面と反対側の面である他方の面を有する。制御端子１３は、主電流端子１２Ｐ、１２Ｎ、及び１２ＭよりもＹ１方向の幅が狭い角柱形状をなす。制御端子１３は、本体１１の外部でＸ軸に沿って延在する水平部と、水平部に対して折り曲げられてＺ軸に沿って延在する垂直部とを備える。制御端子１３はＹ１方向からの側面視でＬ字形状である。制御端子１３は、本体１１の内部でパワー半導体素子の制御電極と電気的に接続される。主電流端子１２Ｐ、１２Ｎ、及び１２Ｍ、並びに制御端子１３は、銅等の導体で構成される。主電流端子１２Ｍ及び制御端子１３は、本体１１の側面Ｓ１からＸ１方向に突出する。主電流端子１２Ｐ及び１２Ｎは、本体１１の側面Ｓ２からＸ２方向に突出する。つまり、主電流端子１２Ｍ及び制御端子１３と、主電流端子１２Ｐ及び１２Ｎとは、本体１１の対向する側面Ｓ１及びＳ２からそれぞれ反対のＸ１方向及びＸ２方向に突出する。主電流端子１２Ｐ、１２Ｎ、及び１２Ｍの各々は、本体１１から離れた先端部分に、第１開口部１２Ｐｈ、１２Ｎｈ、及び１２Ｍｈを各々有する。主電流端子１２Ｐ、１２Ｎ、及び１２Ｍの各先端部分には、第１開口部１２Ｐｈ、１２Ｎｈ、及び１２Ｍｈと１対１に対応するバスバー４０Ｐ、４０Ｎ及び４０Ｍが接続される。バスバー４０Ｐ、４０Ｎ及び４０Ｍは、図示しない電源及び駆動装置などの外部機器と電気的に接続される。なお、締結部分の詳細は後述する。
【0014】
制御端子１３の本体１１から離れた先端部分には、制御基板３０が接続される。例えば、制御端子１３の先端部分が、制御基板３０のスルーホールを貫通し、制御基板３０に形成された回路パターンに電気的に接続される。制御端子１３の先端部分は、制御基板３０のスルーホールにはんだ接合されていてもよいし、又は圧入されていてもよい。また、制御端子１３の折り曲げ箇所は、側面Ｓ１から所定距離離れている。前記所定距離は、側面Ｓ１と主電流端子１２Ｍの第１開口部４０Ｍｈと間の長さより短い。つまり、Ｙ１方向からの側面視で、第１開口部４０Ｍｈと制御端子１３は重ならない。この例では、制御基板３０とバスバー４０Ｐ、４０Ｎ及び４０ＭとがＺ１方向に異なる位置に配置されるので、お互いに緩衝されることがない。また、制御端子１３とバスバー４０ＭとがＸ１方向に異なる位置に配置されるので、お互いに緩衝されることがない。従って、制御配線と主電流配線が良好に絶縁される。
【0015】
主電流端子１２Ｐ、１２Ｎ、及び１２Ｍには、制御端子１３と比較して、大電流が流れる。また、パワー半導体素子は動作時に発熱するため、パワー半導体素子を保護する観点より、主電流端子１２Ｐ、１２Ｎ、及び１２Ｍから放熱することが好ましい。
【0016】
本体１１は、樹脂によってモールドされる。樹脂モールドには各種の手法があるが、樹脂モールドに、例えば、以下の示すトランスファーモールド法を採用できる。第１工程は、主電流端子１２Ｐ、１２Ｎ、及び１２Ｍ、並びに制御端子１３が形成されたリードフレームに半導体チップ等とを接合し、配線された状態で、固定側の金型に配置する。第２工程は、固定側の金型と可動側の金型とを連結する。第３工程は、金型の注入口より樹脂を注入して、樹脂を硬化させる。第４工程は、金型から半導体モジュール１０Ａを取り出し、不要な樹脂を取り除き、リードフレームのタイバーなどを切断する。樹脂には、耐熱性が高く硬質な熱硬化性樹脂等の樹脂材料が使用可能である。樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、マレイミド樹脂、及びシアネート樹脂等であってもよい。本体１１は、このような樹脂に、さらに、絶縁性の無機フィラーが加えられていてよい。無機フィラーは、例えば、珪素、アルミニウム、硼素等の酸化物、窒化物あるいは炭化物であってもよい。
【0017】
この例では、半導体モジュール１０Ａを樹脂モールドによって成形するが、本開示は、これに限定されない。例えば、筐体に全ての部品を電気的及び機械的に接続した後に、筐体をシリコーンゲルやエポキシ樹脂等の封止樹脂で封止してもよい。
【0018】
本体１１の上面Ｕには、上面Ｕの四隅に４個の連結部材１５が固定される。制御基板３０は４個の連結部材１５と固定される。上面Ｕと４個の連結部材１５、及び４個の連結部材１５と制御基板３０は、例えば、接着剤を用いて固定される。制御基板３０には、制御端子１３に供給する制御信号を生成する回路が配置される。
【0019】
本体１１の底面Ｄは、放熱面を有する。放熱面は、パワー半導体素子の裏面と平行であって、パワー半導体素子からＺ２方向に絶縁板１２１などの絶縁層を介して、本体１１の底面Ｄに露出した領域であってよい。例えば、放熱面は、後述する積層基板１２０の金属層１２３であってよい（図５参照）。また、放熱面は、本体１１と同じ材料からなる絶縁層で構成されていてもよい。または、放熱面は、銅などの金属ベース板であってもよい。このような本体１１の底面Ｄには、冷却器２１が固定される。この例では、放熱性の接着シートを用いて冷却器２１と底面Ｄとが固定されるが、固定方法は任意である。例えば、螺子止めによって冷却器２１と半導体モジュール１０Ａとが固定されてもよい。または、はんだやろう材を用いて接合されてもよい。この例において、放熱面は、底面Ｄから放熱面を除いた部分からＺ２方向に突出する。従って、底面ＤはＸＹ面に平行ではない。但し、Ｚ２方向の放熱面の位置と、Ｚ２方向の底面Ｄから放熱面を除いた部分の位置とが一致してもよい。この場合、底面Ｄは、ＸＹ面と平行になる。
【0020】
図３は、主電流端子１２Ｍと絶縁部材１４Ｍとの配置を模式的に示す斜視図である。主電流端子１２Ｍ及び制御端子１３は、本体１１の側面Ｓ１からＸ１方向に突出する。主電流端子１２Ｐ及び１２Ｎは、本体１１の側面Ｓ２からＸ２方向に突出する。主電流端子１２Ｍは、第１面１２Ｕと、第１面１２Ｕと反側の面である第２面１２Ｄとを備える。第２面１２Ｄは、第１面１２Ｕよりも冷却器２１に近い。
【0021】
冷却器２１は、半導体モジュール１０Ａを冷却する。冷却器２１は、例えば、ヒートシンクであるが、水等の冷媒を循環させる水冷式の装置であってもよい。冷却器２１は、熱抵抗の小さい材料で構成される。熱抵抗の小さい材料としては、例えば、アルミニウム及び銅等の金属が該当する。一方、主電流端子１２Ｍの電圧は、例えば、１２００Ｖである。このため、冷却器２１と主電流端子１２Ｍとの間を十分絶縁する必要がある。
【0022】
絶縁部材１４Ｍは、主電流端子１２Ｍと冷却器２１とを良好に絶縁するために用いられる。絶縁部材１４Ｍは、絶縁材料によって構成される。絶縁部材１４Ｍは、本体１１とは別に設けられる。絶縁部材１４Ｍは、厚さが薄く、幅および長さが大きい。絶縁部材１４Ｍは、厚さが１００μｍ以上、４ｍｍ以下であってよい。また、絶縁部材１４Ｍは、簡便に折り曲げられてもよい。絶縁部材１４Ｍは、例えば、絶縁紙、絶縁シートあるいは絶縁板であってよい。絶縁紙は、例えば、天然繊維、化学繊維あるいはガラス繊維を絡ませながら薄く平らに成形したものであって簡便に曲げることが可能である。絶縁シートは、例えば、ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、及び合成ゴム等で構成されていてよい。絶縁板は、例えば、セラミック、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂等で構成されていてよい。また、絶縁紙と絶縁シートとをラミネートしたものであってもよい。この例の絶縁材料は、本体１１をモールドする樹脂とは異なる。
【0023】
本体１１の側面Ｓ１には、凹部１１ａが形成される。凹部１１ａは、側面Ｓ１のうち上面Ｕと主電流端子１２Ｍの第１面１２Ｕとの間に存在せず、側面Ｓ１のうち底面Ｄと主電流端子１２Ｍの第２面１２Ｄとの間において、底面Ｄから離間する位置に存在する。この例の凹部１１ａの形状は、略直方体である。凹部１１ａには絶縁部材１４Ｍの端部が収納される。主電流端子１２Ｍの第２面１２Ｄの一部は、凹部１１ａを画する面となる。この例では、絶縁部材１４Ｍの形状が直方体であるため、凹部１１ａの形状が略直方体となっているが、本開示はこれに限定されない。凹部１１ａの形状は、要は、絶縁部材１４Ｍの端部を収納できるのであれば、どのような形状であってもよい。
【0024】
図３に示される絶縁部材１４Ｍを凹部１１ａに嵌めこむことによって、絶縁部材１４Ｍの一部が凹部１１ａに収納される。そのため、絶縁部材１４Ｍは、一端部が本体１１の凹部１１ａに収納されることで本体１１の内部に延在する。そして、絶縁部材１４Ｍは、側面Ｓ１から本体１１の外部へ突出している。この例の凹部１１ａは、主電流端子１２Ｍの第２面１２Ｄに接して形成されている。そのため、側面Ｓ１において、絶縁部材１４Ｍの上面は、主電流端子１２Ｍの第２面１２Ｄに接している。
【0025】
主電流端子１２Ｍの側面Ｓ１から突出する部分には、第１開口部１２Ｍｈが形成される。絶縁部材１４Ｍには、第２開口部１４Ｍｈが形成される。図１に示されるように、ボルト４１Ｍは、バスバー４０Ｍの貫通孔４０Ｍｈ、主電流端子１２Ｍの第１開口部１２Ｍｈ、及び絶縁部材１４Ｍの第２開口部１４Ｍｈに挿通される。ボルト４１Ｍは、ナット４２Ｍによって固定される。これにより、バスバー４０Ｍ、主電流端子１２Ｍ、及び絶縁部材１４Ｍが共締めされる。主電流端子１２Ｍの第１開口部１２Ｍｈは、絶縁部材１４Ｍを固定する固定部として機能する。なお、主電流端子１２Ｐ及び１２Ｎ、絶縁部材１４Ｐ及び１４Ｎ、並びにバスバー４０Ｐ及び４０Ｎは、バスバー４０Ｍ、主電流端子１２Ｍ、及び絶縁部材１４Ｍと同様に構成されている。即ち、ボルト４１Ｐが、バスバー４０Ｐの貫通孔４０Ｐｈ、主電流端子１２Ｐの第１開口部１２Ｐｈ、及び絶縁部材１４Ｐの第２開口部１４Ｐｈを挿通され、ボルト４１Ｐによって共締めされる。また、バスバー４０Ｎ、主電流端子１２Ｎ、及び絶縁部材１４Ｎは、ボルト４１Ｎを用いて共締めされる。
【0026】
バスバー４０Ｐ、４０Ｍ及び４０Ｎは、例えば、半導体装置１Ａの筐体に固定される。上述したように、バスバー４０Ｐ、４０Ｍ及び４０Ｎは、１対１に主電流端子１２Ｐ、１２Ｍ及び１２Ｎと固定される。ここで、図１に示されるバスバー４０Ｐ及び４０Ｍの位置がＺ２方向にずれる場合を想定する。この場合、主電流端子１２Ｐは矢印Ｊの方向に変位し、主電流端子１２Ｍは矢印Ｑの方向に変位する。換言すれば、半導体モジュール１０Ａとバスバー４０Ｐ、４０Ｍ及び４０Ｎとの相対位置に応じて、主電流端子１２Ｐ、１２Ｍ及び１２Ｎと冷却器２１との間の絶縁距離が短くなることがある。一方、制御端子１３は制御基板３０と固定されるが、制御基板３０と制御端子１３との相対位置は、制御基板３０を連結部材１５に取り付ける際に容易に調整できる。従って、制御基板３０の取り付けに伴って、制御端子１３がＺ２方向に変位することが殆ど無い。そこで、半導体モジュール１０Ａは、主電流端子１２Ｐ、１２Ｍ、及び１２Ｎと１対１に対応する絶縁部材１４Ｐ、１４Ｍ、及び１４Ｎを設ける一方、制御端子１３と冷却器２１との間に絶縁部材を設けない。このため、制御端子１３のうち本体１１の側面Ｓ１から突出する部分は、絶縁部材１４Ｐ、１４Ｍ、及び１４Ｎの全部と平面視において重ならない。
【0027】
このように絶縁部材１４Ｍの一部は、主電流端子１２Ｍの第２面１２Ｄと冷却器２１との間に位置するので、絶縁部材１４Ｍが無い場合と比較して、主電流端子１２Ｍと冷却器２１との間の絶縁性が向上する。一方、主電流端子１２Ｍの第１面１２Ｕは、絶縁部材１４Ｍによって覆われておらず、空間に露出している。従って、主電流端子１２Ｍは、パワー半導体素子で発生する熱を、主電流端子１２Ｍの側面Ｓ１から突出した部分から放熱できる。
【0028】
次に、半導体モジュール１０Ａの内部構造について説明する。図４は、半導体モジュール１０ＡをＺ２方向に平面視した平面図である。但し、図４においてモールドに用いる樹脂は省略されている。図５は、図４に示される線Ａ－Ａ’で半導体モジュール１０Ａを切断した断面図である。
【0029】
【0030】
積層基板１２０は、上面と上面の反対側の面である下面とを有する絶縁板１２１、配線層１２２、及び金属層１２３を備える。下面は上面よりもＺ２方向に位置する。絶縁板１２１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、及び窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等のセラミックス材料を用いて形成されてよい。
【0031】
配線層１２２は、絶縁板１２１の上面に設けられる。配線層１２２には、銅又は銅合金等の導体を材料とする配線パターンが形成される。金属層１２３は、絶縁板１２１の裏面に設けられる。金属層１２３は、半導体チップ１４１及び１４２で発生する熱を冷却器２１に伝導する機能を有する、金属層１２３は、例えば、銅及びアルミ等の熱抵抗の小さい金属を用いることができる。積層基板１２０は、例えば、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板又はＡＭＢ（Active Metal Brazing）基板であってよい。
【0032】
積層基板１２０の金属層１２３は、放熱シートによって冷却器２１に固定される。また、積層基板１２０の配線層１２２は、接合部材１３０を介して半導体チップ１４１及び１４２に電気的及び機械的に接続される。接合部材１３０は、例えば、半田等が用いられる。
【0033】
半導体チップ１４１には、ローサイドのＲＣ－ＩＧＢＴ（以下、第１ＲＣ－ＩＧＢＴと称する）が少なくとも形成される。第１ＲＣ－ＩＧＢＴは、第１パワー半導体素子の一例である。また、半導体チップ１４２には、ハイサイドのＲＣ－ＩＧＢＴ（以下、第２ＲＣ－ＩＧＢＴと称する）が少なくとも形成される。第２ＲＣ－ＩＧＢＴは、第２パワー半導体素子の一例である。
【0034】
半導体チップ１４１及び１４２の各々は、おもて面とおもて面の反対側の面である裏面とを備える。裏面はおもて面よりもＺ２方向に位置する。半導体チップ１４１及び１４２の裏面にはコレクター電極が形成される。半導体チップ１４１及び１４２の裏面にはコレクター電極が形成される。半導体チップ１４１のおもて面には、エミッター電極Ｅ１、ゲート電極と電気的に接続される接続電極Ｇ１、及び４個の接続電極１６１が配置される。半導体チップ１４１と同様に、半導体チップ１４２のおもて面には、エミッター電極Ｅ２、ゲート電極と電気的に接続される接続電極Ｇ２、及び４個の接続電極１６２が配置される。４個の接続電極１６１は、半導体チップ１４１に形成される温度センサ及び電流センサに電気的に接続される。４個の接続電極１６２は、半導体チップ１４２に形成される温度センサ及び電流センサに電気的に接続される。また、接続電極Ｇ１、Ｇ２、１６１、及び１６２は、ワイヤー１１３を介して各制御端子１３に電気的及び機械的に接続される。
【0035】
主電流端子１２Ｐは、配線層１２２を介して第２ＲＣ－ＩＧＢＴのコレクター電極と電気的に接続される。第２ＲＣ－ＩＧＢＴは、接続電極Ｇ２に供給される制御信号に基づいて、オン又はオフに制御される。第２ＲＣ－ＩＧＢＴのエミッター電極Ｅ２は接合部材１５０を介して配線１１４と電気的及び機械的に接続される。配線１１４は、銅又は銅合金で構成される。配線１１４は、図４の左側に示される配線層１２２を介して、主電流端子１２Ｍ及び第１ＲＣ－ＩＧＢＴのコレクター電極と電気的に接続される。第１ＲＣ－ＩＧＢＴは、接続電極Ｇ１に供給される制御信号に基づいて、オン又はオフに制御される。第１ＲＣ－ＩＧＢＴのエミッター電極Ｅ１は、接合部材１５０を介して主電流端子１２Ｎと電気的及び機械的に接続される。
【0036】
次に、主電流端子１２Ｍと冷却器２１との間の絶縁性について検討する。図６Ａは、主電流端子１２Ｍを平面視した場合、主電流端子１２Ｍ、絶縁部材１４Ｍ、及び冷却器２１の配置を模式的に示す平面図である。図６Ａに示されるように、主電流端子１２Ｍのうち、本体１１の側面Ｓ１から突出する部分Ｒと絶縁部材１４Ｍの一部とが、重なる。ここで、冷却器２１と主電流端子１２Ｍとの間の絶縁を考慮すべきなのは、本体１１の側面Ｓ１から突出する部分Ｒと、冷却器２１とが重なる範囲Ｋである。この例では、範囲Ｋの全部が絶縁部材１４Ｍと重なるので、冷却器２１と主電流端子１２Ｍとの間が良好に絶縁される。
【0037】
また、範囲Ｋの全部が絶縁部材１４Ｍと重なるのであれば、絶縁部材１４Ｍは図６Ａに示される態様よりも小さくてよい。例えば、図６Ｂに示されるように、Ｙ２方向における冷却器２１の端面の位置と、Ｙ２方向における絶縁部材１４Ｍの端面の位置とが一致するように、絶縁部材１４Ｍを配置してもよい。この場合、絶縁部材１４Ｍの側面Ｓ１から突出する部分の全部と冷却器２１とが平面視において重なる。なお、絶縁部材１４Ｍのうち本体１１に内在する部分は、平面視において冷却器２１と重なるので、図６Ｂに示される態様では、絶縁部材１４Ｍの全部が、平面視において冷却器２１と重なる。この結果、主電流端子１２Ｍのうち、本体１１の側面Ｓ１から突出する部分Ｒと絶縁部材１４Ｍの一部とが、平面視において重なる。図６Ｂに示される態様では、絶縁部材１４Ｍが、平面視において冷却器２１の範囲を超えてＹ２方向に延在する場合と比較して、絶縁部材１４Ｍの面積を縮小しつつ、冷却器２１と主電流端子１２Ｍとの間が良好に絶縁される。
【0038】
図６Ｃは、図６Ｂに示される絶縁部材１４Ｍを採用した場合、半導体装置１ＡをＹ１方向に側面視した側面図である。この場合、絶縁部材１４Ｍの端部は、凹部１１ａに収納されることによって支持される。しかし、絶縁部材１４Ｍを主電流端子１２Ｍに固定するためには十分でない。そこで、絶縁部材１４Ｍは、接着剤を用いて、主電流端子１２Ｍの第２面１２Ｄに固定されてよい。接着剤を用いて絶縁部材１４Ｍを主電流端子１２Ｍの第２面１２Ｄに固定する態様では、絶縁部材１４Ｍの一部を凹部１１ａに収納することは必須ではない。換言すれば、絶縁部材１４Ｍは本体１１の内部に延在する必要はなく、本体１１の外部に延在すればよい。この場合、絶縁部材１４Ｍは、良好な絶縁性を確保する観点から、側面Ｓ１に接触することが好ましい。但し、絶縁部材１４Ｍが側面Ｓ１と離間してもよい。絶縁部材１４Ｍが側面Ｓ１と離間する場合、絶縁部材１４Ｍうち側面Ｓ１と最も近い部分は、第２開口部１４ＭｈよりＸ２方向に位置する絶縁部材１４Ｍの端面となる。絶縁部材１４Ｍの端面は、側面Ｓ１に垂直な方向からの側面視において、底面Ｄと第２面１２Ｄとの間において、底面Ｄから離間する位置に存在する。
【0039】
また、絶縁部材１４Ｍは、冷却器２１と主電流端子１２Ｍとの間の絶縁を目的として設けられる。このため、絶縁部材１４Ｍは、主電流端子１２Ｍと必ずしも接触する必要はない。絶縁部材１４Ｍと主電流端子１２Ｍとに間に隙間があってもよい。即ち、絶縁部材１４Ｍの一部が、第２面１２Ｄと冷却器２１との間に位置すればよい。また、本例では、絶縁部材１４Ｍは、冷却器２１と接触しない。また、本体１１の底面Ｄと冷却器２１の上面との間に絶縁部材１４Ｍが嵌め込んで配置されない。そのため、冷却器２１の上面からの放熱性の低下や、本体１１から冷却器２１への伝熱性の低下を抑制し、本体１１の放熱性を高めることができる。また、好ましくは、隙間は、本体１１の側面Ｓ１，Ｓ２において、冷却器２１側より第２面１２Ｄ側に位置する。即ち、好ましくは、絶縁部材１４Ｍの一部は、本体１１の側面Ｓ１，Ｓ２において、冷却器２１側より第２面１２Ｄ側に位置する。こうすることで、絶縁部材１４Ｍの面積を縮小しつつ、主電流端子１２Ｍをより確実に絶縁することができる。
【0040】
図６Ｄは、主電流端子１２Ｍ、絶縁部材１４Ｍ、及び冷却器２１の配置例を示す側面図である。図６Ｄでは、半導体装置１ＡがＹ１方向に側面視される。同図に示される配置例では、図３に示される凹部１１ａと比較して、Ｚ１方向にずれた位置に凹部１１ｂが設けられる。この場合、絶縁部材１４Ｍの一端は、凹部１１ｂに収納される。また、ボルト４１Ｍとナット４２Ｍとを用いて、バスバー４０Ｍ、主電流端子１２Ｍ、ワッシャー４３Ｍ、及び絶縁部材１４Ｍが共締めされる。この態様では、主電流端子１２Ｍの第２面１２Ｄから放熱させることができる。以上、主電流端子１２Ｍ、絶縁部材１４Ｍ、及び冷却器２１の配置について説明したが、主電流端子１２Ｐ及び１２Ｎ、絶縁部材１４Ｐ及び１４Ｎ、並びに冷却器２１の配置についても同様である。
【0041】
上述したように、第１実施形態に係る半導体モジュール１０Ａは、半導体チップ１４１と、側面Ｓ１と冷却器２１に固定される底面Ｄとを有し、半導体チップ１４１を収納する本体１１と、主電流端子１２Ｍとを備える。本体１１は、上面Ｕ、上面Ｕと連なる側面Ｓ１及びＳ２、並びに上面Ｕに対して反対側の面であり冷却器２１に固定可能な底面Ｄを備える。半導体チップ１４１には、主電流電極を有するパワー半導体素子が形成される。また、主電流端子１２Ｍは、第１面１２Ｕと第２面１２Ｄとを有し、主電流電極と接続され、側面Ｓ１から突出する。本体１１は、絶縁部材１４Ｍの端部が収納される凹部１１ａを側面Ｓ１に有する。凹部１１ａは、側面Ｓ１のうち底面Ｄと第２面１２Ｄとの間において、底面Ｄから離間する位置に存在する。絶縁部材１４Ｍうち側面Ｓ１と最も近い部分は、側面Ｓ１に開口する凹部１１ａの縁部となる。絶縁部材１４Ｍうち側面Ｓ１と最も近い部分は、側面Ｓ１に垂直な方向であるＸ２方向からの側面視において、底面Ｄと第２面１２Ｄとの間において、底面Ｄから離間して位置する。第１面１２Ｕは、第２面１２Ｄの反対側の面であり、絶縁部材１４Ｍによって覆われていない。第２面１２Ｄは、第１面１２Ｕよりも冷却器２１に近い。また、絶縁部材１４Ｍの少なくとも一部は、第２面１２Ｄと冷却器２１との間に位置する。
【0042】
この半導体モジュール１０Ａによれば、絶縁部材１４Ｍの少なくとも一部は、第２面１２Ｄと冷却器２１との間に位置するので、絶縁部材１４Ｍを設けない場合と比較して、主電流端子１２Ｍと冷却器２１との間の絶縁性が向上する。また、主電流端子１２Ｍの第１面１２Ｕは絶縁部材１４Ｍによって覆われていないので、第１面１２Ｕを絶縁部材１４Ｍで覆う場合と比較して、第１面１２Ｕから放熱する熱量を大きくできる。この結果、半導体モジュール１０Ａによれば、主電流端子１２Ｍと冷却器２１との間の絶縁性を向上させつつ、パワー半導体素子で発生する熱を第１面１２Ｕから効率よく放熱できる。
【0043】
また、主電流端子１２Ｍと本体１１との境界に応力が集中するので、絶縁部材１４Ｍを主電流端子１２Ｍの第２面１２Ｄに接着剤で固着する場合、主電流端子１２Ｍと本体１１との境界から絶縁部材１４Ｍが剥離し易くなる。これに対して、半導体モジュール１０Ａは、凹部１１ａに絶縁部材１４Ｍの端部を収納するので、絶縁部材１４Ｍを主電流端子１２Ｍに接着剤で固定する場合と比較して、応力が集中する主電流端子１２Ｍと本体１１との境界から絶縁部材１４Ｍが剥離することが無くなる。
【0044】
また、半導体モジュール１０Ａにおいて、主電流端子１２Ｍのうち側面Ｓ１から突出する部分は、絶縁部材１４Ｍの一部又は全部と平面視において重なり、制御端子１３のうち側面Ｓ１から突出する部分は、絶縁部材１４Ｍの全部と平面視において重ならない。つまり、本体１１の外部において、主電流端子１２Ｍと冷却器２１との間には絶縁部材１４Ｍが介在するが、制御端子１３と冷却器２１との間には絶縁部材１４Ｍが介在しない。複数の制御端子１３にそれぞれ絶縁部材１４Ｍを形成するのは作業性が良くない。一方で、制御端子１３と主電流端子１２Ｍとに絶縁部材１４Ｍをまとめて形成したり、複数の制御端子１３に絶縁部材１４Ｍをまとめて形成すると、絶縁部材１３に粉塵が堆積され、主電流端子１２Ｍと制御端子１３の間、あるいは、複数の制御端子１３間の絶縁性が低下する恐れがある。また、本体１１に内在する半導体チップ１４１で発生する熱は、半導体チップ１４１を保護する観点より制御端子１３から放熱することが好ましい。半導体モジュール１０Ａは、制御端子１３を絶縁材料でコーティングする場合と比較して、制御端子１３の表面から放熱できるといった利点がある。
【0045】
また、主電流端子１２Ｍは、側面Ｓ１から突出する部分に、絶縁部材１４Ｍを固定する固定部として機能する第１開口部１２Ｍｈを備える。この態様によれば、絶縁の対象となる主電流端子１２Ｍに固定部を備えるので、他の部材に固定部を設ける場合と比較して、構成が簡素化される。また、本体１１の側面Ｓ１に凹部１１ａを設け、絶縁部材１４Ｍの一方の端部を凹部１１ａに収納する場合、本体１１によって絶縁部材１４Ｍの一方の端部が支持される。加えて、固定部によって絶縁部材１４Ｍを主電流端子１２Ｍに固定することによって、２箇所で絶縁部材１４Ｍが固定される。
【0046】
また、半導体モジュール１０Ａにおいて、主電流端子１２Ｍに設けられた第１開口部１２Ｍｈは固定部の一例であり、絶縁部材１４Ｍには、第２開口部１４Ｍｈが設けられている。そして、第１開口部１２Ｍｈと第２開口部１４Ｍｈとを挿通するボルト４１Ｍ（螺子の一例）によって、主電流端子１２Ｍと絶縁部材１４Ｍとが固定される。この態様によれば、主電流端子１２Ｍと絶縁部材１４Ｍとを螺子止めできるので、簡易な構成で主電流端子１２Ｍと絶縁部材１４Ｍとが固定される。
【0047】
また、主電流端子１２Ｍは貫通孔４０Ｍｈを有するバスバー４０Ｍと絶縁部材１４Ｍとの間に位置し、ボルト４１Ｍ（螺子の一例）が貫通孔４０Ｍｈと第１開口部１２Ｍｈと第２開口部１４Ｍｈとを挿通することによって、主電流端子１２Ｍの第１面１２Ｕとバスバー４０Ｍとが電気的に接続される。この態様によれば、バスバー４０Ｍ、主電流端子１２Ｍ、及び絶縁部材１４Ｍが共締めされるので、バスバー４０Ｍ及び主電流端子１２Ｍを固定する構成と、絶縁部材１４Ｍ及び主電流端子１２Ｍとを固定する構成とを兼用できる。
【0048】
また、固定部の一例である第１開口部１２Ｍｈは、平面視において冷却器２１と重ならない位置に配置されるので、第１開口部１２Ｍｈが冷却器２１と重なる位置に配置される場合と比較して、主電流端子１２Ｍと冷却器２１との間の絶縁性が向上する。とりわけ、ボルト４１Ｍを用いる場合には、ボルト４１Ｍの端部が絶縁部材１４Ｍから突出するので、ボルト４１Ｍと冷却器２１との間の絶縁距離を十分確保する必要がある。この態様では、第１開口部１２Ｍｈは、平面視において冷却器２１と重ならないので、絶縁距離を確保するために冷却器２１と主電流端子１２Ｍとを十分離間させる必要が無くなる。この結果、半導体モジュール１０Ａが小型化される。
【0049】
また、絶縁部材１４Ｍを絶縁紙、絶縁シートあるいは絶縁板で構成するので、絶縁部材１４Ｍを主電流端子１２Ｍへ塗工する場合と比較して、絶縁部材１４Ｍの取り扱いが容易となり、且つ絶縁部材１４Ｍを本体１１と一体成形により構成する場合と比較して、本体１１の成形を簡便に行える。従って、コストを削減できる。
【0050】
２．第２実施形態
第１実施形態の半導体装置１Ａにおいて、主電流端子１２Ｐ及び１２Ｎは、平板形状をなし、水平面に沿って延在した。これに対して、第２実施形態の半導体装置１Ｂは、主電流端子１２Ｐ及び１２ＮがＬ字型の形状である点、及び冷却器２１の替わりに冷却器２２を用いる点で相違する。以下相違点を中心に、第２実施形態に係る半導体装置１Ｂを説明する。
第１実施形態の半導体装置１Ａにおいて、主電流端子１２Ｐ及び１２Ｎは、平板形状をなし、水平面に沿って延在した。これに対して、第２実施形態の半導体装置１Ｂは、主電流端子１２Ｐ及び１２ＮがＬ字型の形状である点、及び冷却器２１の替わりに冷却器２２を用いる点で相違する。以下相違点を中心に、第２実施形態に係る半導体装置１Ｂを説明する。
【0051】
図７は、本開示の第２実施形態に係る半導体装置１Ｂの構成例を示す側面図である。図８は、制御基板３０を除いた半導体装置１Ｂの平面図である。半導体装置１Ｂは、主電流端子１２Ｐ及び主電流端子１２Ｎの形状、並びにバスバー４０Ｐ及び４０Ｎの配置を除き、図１及び図２に示される半導体装置１Ａと同様に構成される。
【0052】
図７及び図８に示されるように、主電流端子１２Ｐは、第１部分Ｐ１、第２部分Ｐ２、及び第３部分Ｐ３を備える。第１部分Ｐ１は、本体１１に内在する。第２部分Ｐ２は、第１部分Ｐ１と連結され、本体１１の外部に突出する。第３部分Ｐ３は、第２部分Ｐ２に対して、冷却器２１から離れる方向に角度をなす。この例の第３部分Ｐ３は、第２部分Ｐ２に対して、約９０度の角度をなす。そして、第３部分Ｐ３に第１開口部１２Ｐｈが形成される。第１開口部１２Ｐｈは、絶縁部材１４Ｐを主電流端子１２Ｐに固定する固定部の一例である。
【0053】
絶縁部材１４Ｐは、主電流端子１２Ｐと同様にＬ字型の形状をしており、主電流端子１２Ｐの第２面１２Ｄに沿って設けられる。ボルト４１Ｐは、絶縁部材１４Ｐの第２開口部１４Ｐｈ、主電流端子１２Ｐの第１開口部１２Ｐｈ、及びバスバー４０Ｐの貫通孔４０ＰｈをＸ１方向に挿通し、Ｘ２方向に螺子止めされるナット４２Ｐを用いて固定される。
【0054】
図８に示されるように、冷却器２２を平面視した場合、主電流端子１２Ｐのうち、本体１１の外部に位置する部分は、冷却器２２と重なる。また、上記平面視において、上記部分は絶縁部材１４Ｐと重なる。更に、上記平面視において第１開口部１２Ｐｈは冷却器２２と重なる。第１実施形態の主電流端子１２Ｐは、ＸＹ面に沿って設けられたので、ボルト４１Ｐから底面Ｄを含む平面までの距離が短い。このため、平面視において第１開口部１２Ｐｈと冷却器２１とが重ならないように、主電流端子１２Ｐが配置された（図１参照）。一方、半導体装置１Ｂにおいて、主電流端子１２Ｐの第３部分Ｐ３は、第２部分Ｐ２に対して、冷却器２１から離れる方向に角度をなす。従って、ボルト４１Ｐに対応する第１開口部１２Ｐｈは、上記平面視において、冷却器２２と重なっても、ボルト４１Ｐと冷却器２１との間の絶縁距離を十分確保できる。この結果、半導体装置１Ｂは、冷却器２１よりも大型の冷却器２２を用いることができるので、本体１１を効率的に冷却できる。
【0055】
次に、絶縁部材１４Ｐを主電流端子１２Ｐに固定する他の構成例１を説明する。図９Ａは、絶縁部材１４Ｐを主電流端子１２Ｐに固定する他の構成例１を示す側面図である。同図に示されるように、絶縁部材１４Ｐの主電流端子１２Ｐへの固定は、主電流端子１２Ｐをバスバー４０Ｐへ固定する箇所と異なる固定箇所Ｐでなされる。主電流端子１２Ｐとバスバー４０Ｐとの固定は、上述したボルト４１Ｐとナット４２Ｐが用いられる。なお絶縁部材１４Ｐは、第１実施形態と同様に、例えば、絶縁紙によって構成される
【0056】
図９Ｂは、図９Ａに示される固定箇所ＰをＸ２方向に側面視した側面図であり、図９Ｃは、図９Ｂに示される線Ｂ－Ｂ’で固定箇所Ｐを切断した断面図である。図９Ｂ及び図９Ｃに示されるように、主電流端子１２Ｐの第３部分Ｐ３には、開口部１２ｈが設けられている。開口部１２ｈは、側面視において長方形の形状である。一方、絶縁部材１４Ｐは、主電流端子１２Ｐと接触する面からＸ１方向に突出する凸部４０１を有する。この例の凸部４０１は、直方体の形状をしている。開口部１２ｈには絶縁部材１４Ｐの凸部４０１が挿入される。これにより、絶縁部材１４Ｐが主電流端子１２Ｐに固定される。この例では、主電流端子１２Ｐと接触する面から凸部４０１の端部までに高さは、主電流端子１２Ｐの厚さと略一致させたが、凸部４０１の高さを主電流端子１２Ｐの厚さ以上としてよい。この場合、図９Ｂに示される開口部１２ｈから凸部４０１がＸ１方向に突出するが、凸部４０１のうち突出した部分は折り曲げてもよい。また、絶縁部材１４Ｐの端部に気切れ込みを２箇所設け、切込み部分をＸ１方向に折り曲げることによって、凸部４０１が構成されてよい。
【0057】
このように他の構成例１では、開口部１２ｈに絶縁部材１４Ｐが挿入されることにより絶縁部材１４Ｐと主電流端子１２Ｐとを固定できる。従って、構成例１では、絶縁部材１４Ｐに開口部１２ｈを形成し、絶縁部材１４Ｐの端部に凸部４０１を設ければよいので、既存の構造を大幅に変更することなく、絶縁性が向上する。
【0058】
次に、他の構成例２について説明する。他の構成例２も図９Ａに示される他の構成例１と同様に固定箇所Ｐが、主電流端子１２Ｐをバスバー４０Ｐへ固定する箇所と異なる。図１０Ａは、他の構成例２が適用される図９Ａに示される固定箇所ＰをＸ２方向に側面視した側面図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示される線Ｃ－Ｃ’で固定箇所Ｐを切断した断面図である。図１０Ａ及び図１０Ｂに示されるように、主電流端子１２Ｐの第３部分Ｐ３には、凹部１２ｄが設けられている。凹部１２ｄの外縁は、側面視において長方形の形状である。一方、絶縁部材１４Ｐは、主電流端子１２Ｐと接触する面からＸ１方向に突出する突起部４０２を有する。この例の突起部４０２は、鉤形状をなす。凹部１２ｄに突起部４０２が挿入されることによって、主電流端子１２Ｐの凹部１２ｄと絶縁部材１４Ｐの突起部４０２とが連結する。なお、絶縁部材１４Ｐに凹部を設ける一方、主電流端子１２Ｐに突起部を設け、絶縁部材１４Ｐに凹部に主電流端子１２Ｐに突起部を嵌め込むことによって、絶縁部材１４Ｐと主電流端子１２Ｐとを連結してもよい。
【0059】
このように構成例２では、凹部１２ｄに突起部４０２を嵌め込まれることにより絶縁部材１４Ｐと主電流端子１２Ｐとを固定できる。従って、構成例２では、絶縁部材１４Ｐに凹部１２ｄを形成し、絶縁部材１４Ｐの端部に突起部４０２を設ければよいので、既存の構造を大幅に変更することなく、絶縁性が向上する。
【0060】
３．第３実施形態
上述した第１実施形態及び第２実施形態では、主電流端子１２Ｐ、１２Ｍ、及び１２Ｎの第２面１２Ｄに、絶縁部材１４Ｐ、１４Ｍ、及び１４Ｎを設けることによって、主電流端子１２Ｐ、１２Ｍ、及び１２Ｎと冷却器２１又は２２との間の絶縁を確保した。これに対して、第３実施形態の半導体装置１Ｃは、底面Ｄと接する冷却器２３の面に絶縁部材１００を設ける点で、半導体装置１Ａ及び１Ｂと相違する、以下、相違点を中心に説明する。
上述した第１実施形態及び第２実施形態では、主電流端子１２Ｐ、１２Ｍ、及び１２Ｎの第２面１２Ｄに、絶縁部材１４Ｐ、１４Ｍ、及び１４Ｎを設けることによって、主電流端子１２Ｐ、１２Ｍ、及び１２Ｎと冷却器２１又は２２との間の絶縁を確保した。これに対して、第３実施形態の半導体装置１Ｃは、底面Ｄと接する冷却器２３の面に絶縁部材１００を設ける点で、半導体装置１Ａ及び１Ｂと相違する、以下、相違点を中心に説明する。
【0061】
図１１は、本開示の第３実施形態に係る半導体装置１Ｃの構成例を示す分解側面図である。同図においてバスバー４０Ｍ及び４０Ｐは省略されている。図１２は、制御基板３０を除いた半導体装置１Ｃの平面図である。半導体装置１Ｃは、絶縁部材１４Ｐ、１４Ｍ、及び１４Ｎを除いた点、本体１１の側面Ｓ１に凹部１１ａを形成しない点、絶縁部材１００を設ける点、及び冷却器２１の替わりに冷却器２３を用いる点を除いて、第１実施形態の半導体装置１Ａと同様に構成される。
【0062】
図１１に示される絶縁部材１００は、平板形状をなし、中央部に開口部Ｈを備える。絶縁部材１００は、冷却器２３と接触する下面と、下面の反対側の面である上面を備える。絶縁部材１００の下面にはＺ２方向に突出する凸部１０１及び１０２が設けられる。凸部１０１及び１０２は、絶縁部材１００を冷却器２３に取り付けるための位置決めに用いられる。
【0063】
冷却器２３は、絶縁部材１００と接触する接触面に、凹部２３１及び２３２が形成される。凹部２３１及び２３２は、１対１に凸部１０１及び１０２に対応する。凹部２３１及び２３２の底面は平面である。凹部２３１及び２３２の深さは、凸部１０１及び１０２の高さよりも小さい。従って、絶縁部材１００の凸部１０１及び１０２が冷却器２３の凹部２３１及び２３２に挿入されるように組み立てた場合、冷却器２３の接触面と絶縁部材１００の下面が接触する。
【0064】
半導体装置１Ｃの組み立て工程では、第１に、接着剤を用いて冷却器２３に絶縁部材１００を固定する。第２に、開口部Ｈに接着剤を流し込む。第３に、開口部Ｈに本体１１を載置することによって、本体１１を冷却器２３に固定する。図１２に示されるように、本体１１を平面視した場合、主電流端子１２Ｐ、１２Ｍ及び１２Ｎは、冷却器２３と重なる領域において絶縁部材１００と重なる。即ち、冷却器２３と主電流端子１２Ｐ、１２Ｍ及び１２Ｎとの間には、絶縁部材１００が位置する。よって、冷却器２３と主電流端子１２Ｐ、１２Ｍ及び１２Ｎとの間の絶縁を確保できる。更に、開口部Ｈに本体１１を収容するので、絶縁部材１００は、冷却器２３と本体１１とを位置決めすることができる。このように絶縁部材１００は、絶縁性を確保する機能と位置決め機能を兼用するので、半導体装置１Ｃの個性を簡素化しつつ、絶縁性の向上が図られる。
【0065】
４．変形例
本開示は、上述した第１乃至第３実施形態に限定されるものではなく、以下に述べる各種の変形が可能である。また、各種の変形及び各実施形態を適宜組み合わせてもよいことは、勿論である。
本開示は、上述した第１乃至第３実施形態に限定されるものではなく、以下に述べる各種の変形が可能である。また、各種の変形及び各実施形態を適宜組み合わせてもよいことは、勿論である。
【0066】
（１）変形例１
上述した第１実施形態及び第２実施形態では、主電流端子１２Ｐに対応する絶縁部材１４Ｐと、主電流端子１２Ｎに対応する絶縁部材１４Ｎとを独立して設けたが、本開示はこれに限定されない。
上述した第１実施形態及び第２実施形態では、主電流端子１２Ｐに対応する絶縁部材１４Ｐと、主電流端子１２Ｎに対応する絶縁部材１４Ｎとを独立して設けたが、本開示はこれに限定されない。
【0067】
図１３は変形例１に係る半導体装置１Ｄの平面図である。半導体装置１Ｄは、半導体モジュール１０Ａの替わりに半導体モジュール１０Ｄを用いる点で、第１実施形態の半導体装置１Ａと相違する。
【0068】
半導体モジュール１０Ｄは、絶縁部材１４Ｐ及び１４Ｎの替わりに絶縁部材１４ＰＮを用いる点、並びに絶縁部材１４Ｍの替わりに絶縁部材１４Ｗを用いる点を除いて、第１実施形態の半導体モジュール１０Ａと同様に構成される。
【0069】
図１３に示される主電流端子１２Ｎは、本体１１に収納される第１ＲＣ－ＩＧＢＴのエミッター電極Ｅ１に接続される（図４参照）。主電流端子１２Ｐは、本体１１に収納される第２ＲＣ－ＩＧＢＴのコレクター電極に接続される。第１ＲＣ－ＩＧＢＴは第１パワー半導体素子の一例であり、第２ＲＣ－ＩＧＢＴは第１パワー半導体素子の一例である。また、エミッター電極Ｅ１及びコレクター電極は、主電流電極の一例である。
【0070】
主電流端子１２Ｎは、第１面と第１面の反対側の面である第２面を有する。第２面は第１面よりも冷却器２１に近い。主電流端子１２Ｐは、第３面と第３面の反対側の面である第４面を有する。第４面は第３面よりも冷却器２１に近い。
【0071】
主電流端子１２Ｎ及び１２Ｐは、本体１１の側面Ｓ２から外部に突出する。主電流端子１２Ｎの第１面と、主電流端子１２Ｐの第３面とは、絶縁部材１４ＰＮによって覆われていない。第１ＲＣ－ＩＧＢＴで発生する熱は、主電流端子１２Ｎの第１面から放熱され、第２ＲＣ－ＩＧＢＴで発生する熱は、主電流端子１２Ｐの第３面から放熱される。
【0072】
また、絶縁部材１４ＰＮの端部は、側面Ｓ２に設けられた凹部に収納される。絶縁部材１４ＰＮは、本体１１の側面Ｓ２からＸ２方向に突出する。絶縁部材１４ＰＮの一部は、主電流端子１２Ｎの第２面と冷却器２１との間に位置し、且つ主電流端子１２Ｐの第３面と冷却器２１との間に位置する。絶縁部材１４ＰＮを平面視した場合、主電流端子１２Ｐのうち本体１１から突出する部分及び主電流端子１２Ｎのうち本体１１から突出する部分は、絶縁部材１４ＰＮが本体１１から突出する部分と重なる。従って、１つの絶縁部材１４ＰＮを用いることによって、主電流端子１２Ｐ及び１２Ｎと冷却器２１との間を良好に絶縁できる。
【0073】
また、絶縁部材１４Ｗの端部は、側面Ｓ１に設けられた凹部に収納される。絶縁部材１４Ｗは、本体１１の側面Ｓ１からＸ１方向に突出する。絶縁部材１４Ｗを平面視した場合、主電流端子１２Ｍのうち本体１１から突出する部分及び制御端子１３のうち本体１１から突出する部分は、絶縁部材１４Ｗが本体１１から突出する部分と重なる。従って、１つの絶縁部材１４Ｗを用いることによって、主電流端子１２Ｍ及び複数の制御端子１３と冷却器２１との間を良好に絶縁できる。
【0074】
以上、説明したように半導体装置１Ｄは、２つの主電流端子１２Ｐ及び１２Ｎを、１つの絶縁部材１４ＰＮを用いることによって、冷却器２１と絶縁したので、半導体装置１Ｄの構成が簡素化される。また、半導体装置１Ｄは、主電流端子１２Ｍ及び複数の制御端子１３を、１つの絶縁部材１４Ｗを用いることによって、冷却器２１と絶縁したので、半導体装置１Ｄの構成が簡素化される。
【0075】
（２）変形例２
上述した各実施形態及び変形例１では、１つの半導体モジュールに１つの冷却器を設けたが、本開示はこれに限定されず、複数の半導体モジュールに１つの冷却器を設けてもよい。図１４は、変形例２に係る半導体装置１Ｅの構成例を示す平面図である。半導体装置１Ｅは、例えば、電気自動車等に用いられる三相の交流電動機を駆動するインバータに用いられる。
上述した各実施形態及び変形例１では、１つの半導体モジュールに１つの冷却器を設けたが、本開示はこれに限定されず、複数の半導体モジュールに１つの冷却器を設けてもよい。図１４は、変形例２に係る半導体装置１Ｅの構成例を示す平面図である。半導体装置１Ｅは、例えば、電気自動車等に用いられる三相の交流電動機を駆動するインバータに用いられる。
【0076】
図１４に示されるように、半導体装置１Ｅは、半導体モジュールＭ１、Ｍ２、及びＭ３、冷却器２４、Ｕ相用のバスバー４０Ｍ_U、Ｖ相用のバスバー４０Ｍ_V、Ｗ相用のバスバー４０Ｍ_W、バスバー４０Ｎ、及び４０Ｐ、並びに絶縁シート２００を備える。
【0077】
半導体モジュールＭ１、Ｍ２、及びＭ３は、変形例１の半導体モジュール１０Ｄと同一の構成である。半導体モジュールＭ１、Ｍ２、及びＭ３の主電流端子１２Ｍは、１対１にバスバー４０Ｍ_U、バスバー４０Ｍ_V、及びバスバー４０Ｍ_Wと接続される。
【0078】
バスバー４０Ｎは、半導体モジュールＭ１、Ｍ２、及びＭ３の主電流端子１２Ｎと接続される。バスバー４０Ｐは、半導体モジュールＭ１、Ｍ２、及びＭ３の主電流端子１２Ｐと接続される。バスバー４０Ｎとバスバー４０Ｐとの間に絶縁シート２００が配置される。絶縁シート２００よって、バスバー４０Ｎとバスバー４０Ｐとの間が絶縁される。半導体モジュールＭ１、Ｍ２、及びＭ３は、接着剤を用いて、冷却器２４と固定される。
【0079】
半導体装置１Ｅは、３個の半導体モジュールＭ１～Ｍ３に共通のバスバー４０Ｎ及び４０Ｐを備え、３個の半導体モジュールＭ１～Ｍ３に共通の冷却器２４を備えるので、個別の構成要素を用いる場合と比較して、半導体装置１Ｅの構成を簡素化できる。
【符号の説明】
【0080】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ,１Ｅ…半導体装置、１０Ａ，１０Ｄ，Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…半導体モジュール、１１…本体、１１ａ，１１ｂ…凹部、１２Ｕ…第１面、１２Ｄ…第２面、１２Ｍ，１２Ｎ，１２Ｐ…主電流端子、１３…制御端子、１２Ｍｈ，１２Ｐｈ…第１開口部、１２ｈ…開口部、１４Ｗ，１４Ｍ，１４Ｎ，１４Ｐ，１４ＰＮ…絶縁部材、１４Ｍｈ，１４Ｐｈ…第２開口部、２１，２２，２３，２４…冷却器、４０Ｍ，４０Ｍ_U，４０Ｍ_V，４０Ｍ_W，４０Ｎ，４０Ｐ…バスバー、４０Ｍｈ，４０Ｐｈ…貫通孔、Ｄ…底面、Ｐ１…第１部分、Ｐ２…第２部分、Ｐ３…第３部分、Ｓ１，Ｓ２…側面。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】