半導体装置モジュール
【課題】高温動作が可能であるとともに、小型化、軽量化を実現することが可能な半導体装置モジュールを提供する。
【解決手段】Ｐ側回路とＮ側回路とがケース１８で囲まれ、ケース１８と放熱板４とで構成される筐体内には絶縁性の封止材１６が充填されてＰ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０が樹脂封止されている。Ｐ側回路ユニット２１０の第２の主電極端子６ＡおよびＮ側回路ユニット２２０の第１の主電極端子７Ａの形状は、上端部が２段階に曲げられて断面がＺ字状となっている。第２の主電極端子６Ａと第１の主電極端子７Ａとの間の接続部材９Ａは、長辺に沿った方向の両端部が同じ方向に９０度よりもやや小さな角度となるように曲げられているとともに、中央部がカーブした断面形状を有している。
【解決手段】Ｐ側回路とＮ側回路とがケース１８で囲まれ、ケース１８と放熱板４とで構成される筐体内には絶縁性の封止材１６が充填されてＰ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０が樹脂封止されている。Ｐ側回路ユニット２１０の第２の主電極端子６ＡおよびＮ側回路ユニット２２０の第１の主電極端子７Ａの形状は、上端部が２段階に曲げられて断面がＺ字状となっている。第２の主電極端子６Ａと第１の主電極端子７Ａとの間の接続部材９Ａは、長辺に沿った方向の両端部が同じ方向に９０度よりもやや小さな角度となるように曲げられているとともに、中央部がカーブした断面形状を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置モジュールに関し、特に、高温動作可能な半導体装置モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置には多くの電子部品が搭載され、これらの電子部品と配線部材とを接続することにより、電気回路を形成している。これらの電子部品の配設、配線部材の接続は、従来は、ネジ締めや、はんだ付け等のロウ付けにより行っていた。例えば、特許文献１には、半導体チップの内部リードを外部導出導体板にクリームはんだで接続する構成が開示されている。
【０００３】
最近の半導体装置は、高機能化に従って、より多くの、かつ多種類に及ぶ部品が必要となっているが、一方で、民生用電機製品、車載用電子機器に使用される観点から、小型化および軽量化も要求されている。
【０００４】
昨今は、シリコン基板に代わる半導体基板として炭化珪素（ＳｉＣ）基板を用いた半導体素子（炭化珪素半導体素子）の開発がなされている。
【０００５】
炭化珪素半導体素子は、これまでのシリコン半導体素子よりも高温な環境下での動作が可能とされている。シリコン半導体素子においては、１７５℃以上のジャンクション温度（Ｔｊ）を保証するいわゆる高Ｔｊ対応の半導体装置を得ることは困難であった。
【０００６】
この点、炭化珪素半導体素子は、高Ｔｊ対応が可能とされているが、そのためには半導体装置モジュール内の配線の接続箇所においても、その耐久性を確保しなければならない。
【０００７】
また、シリコン半導体素子では、放熱性を高める必要上、配置に制約が大きく、半導体装置モジュールの小型化に限界があった。例えば、特許文献２においては、半導体チップを平面的に配置し、半導体チップの両主面に放熱部材を押し当てることで放熱性を高める構成が開示されている。
【０００８】
一方、高Ｔｊ対応が可能な炭化珪素半導体素子では、この制約が小さくなり、より半導体装置モジュールの小型化が可能であるが、これまでは十分な小型化を達成できていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１４５０１１号公報
【特許文献２】特開２００１−１５６２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、高温動作が可能であるとともに、小型化、軽量化を実現することが可能な半導体装置モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る半導体装置モジュールの態様は、半導体素子が搭載された回路基板と、前記回路基板を搭載する第１の放熱板と、前記半導体素子の主電極に電気的に接続される主電極端子と、を有した少なくとも１つの回路ユニットと、前記少なくとも１つの回路ユニットを搭載する第２の放熱板とを備え、前記第１の放熱板は、その主面が、前記第２の放熱板の主面に対して垂直となるように前記第２の放熱板上に搭載され、前記主電極端子は、一方端が前記回路基板に接続され、前記第１の放熱板の前記主面に対して平行な方向に延在して他方端が前記第１の放熱板上から突出し、前記第２の放熱板上に搭載され、前記主電極端子の前記他方端を除いて前記少なくとも１つの回路ユニットの周囲を囲むケースを備え、前記ケースと前記第２の放熱板とで構成される筐体内に、絶縁性の封止材が充填されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る半導体装置モジュールの態様によれば、第１の放熱板は、その主面が、第２の放熱板の主面に対して垂直となるように第２の放熱板上に搭載され、主電極端子は、一方端が回路基板に接続され、第１の放熱板の主面に対して平行な方向に延在して他方端が第１の放熱板上から突出するように構成されるので、小型化され軽量化された半導体装置モジュールを得ることができる。また、少なくとも１つの回路ユニットの周囲を囲むケースを設けて封止材を充填する構成を採ることで、製造工程を簡略化でき、また、少なくとも１つの回路ユニットの主電極端子の他方端を除いて封止材で覆うことにより、溶接時に接合部以外の部分に不具合が発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの構成を示す斜視図である。
【図２】半導体装置モジュールの回路構成を示す図である。
【図３】Ｐ側パッケージユニットの構成を示す図である。
【図４】Ｎ側パッケージユニットの構成を示す図である。
【図５】溶接前の半導体装置モジュールの構成を示す断面図である。
【図６】溶接後の半導体装置モジュールの構成を示す断面図である。
【図７】溶接部の接合強度を説明する図である。
【図８】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図９】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１５】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１６】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１７】本発明に係る実施の形態２の半導体装置モジュールの構成を示す断面図である。
【図１８】本発明に係る実施の形態３の半導体装置モジュールの構成を示す断面図である。
【図１９】本発明に係る実施の形態３のＰ側回路ユニットの構成を示す図である。
【図２０】本発明の変形例に係る半導体装置モジュールの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜実施の形態１＞
＜装置構成＞
図１〜図１６を用いて本発明に係る実施の形態１について説明する。図１は半導体装置モジュール１００の構成を示す斜視図である。
【００１５】
図１に示すように、半導体装置モジュール１００は、半導体素子（図示せず）が、シリコンまたはエポキシ等の樹脂によって樹脂封止されたＰ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２を有し、Ｐ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２は、金属の放熱板４の主面上に、金属の放熱板３の主面が垂直となるように配置されている。
【００１６】
Ｐ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２は、放熱板４の主面上に配設されたレール状のユニット装着部５０に放熱板３の端縁部が挟まれることで固定される構成となっている。
【００１７】
すなわち、ユニット装着部５０は、放熱板４の長辺に沿って間隔を開けて並行して延在する２本の長尺材で１対のレール状構造をなし、レールの隙間に放熱板３の長辺側端縁部を挟み込む構成となっている。
【００１８】
Ｐ側パッケージユニット２１の、ユニット装着部５０に挟まれた側とは反対側の長辺においては、直方体状に成形された樹脂パッケージ１５の側面から、第１の主電極端子５、第２の主電極端子６および信号端子１３が突出し、Ｎ側パッケージユニット２２のユニット装着部５０に挟まれた側とは反対側の長辺においては、樹脂パッケージ１５の側面から、第１の主電極端子７、第２の主電極端子８および信号端子１３が突出している。
【００１９】
Ｐ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２は、それぞれが半導体装置モジュールにおける１つの回路ユニットを構成するが、主電極端子の配置が異なっており、放熱板３どうしが対向するように配置することで、それぞれの第１の主電極端子と第２の主電極端子とが向かい合うように構成されている。
【００２０】
そして、第２の主電極端子６および第１の主電極端子７は導電性の接続部材９によって互いに電気的かつ機械的に接続される構成となっている。なお、第１の主電極端子５、第２の主電極端子８および信号端子１３も、それぞれ電源や電気機器、制御回路といった外部機器へと接続されるが図示は省略している。
【００２１】
次に、図２を用いて半導体装置モジュール１００の回路構成について説明する。図２は３相インバータＩＶの回路図を示しており、３相インバータＩＶは３つのインバータＩＶ１〜ＩＶ３で構成されている。インバータＩＶ１は、電源電圧ＶＤＤが与えられる電源線Ｐと、接地電位に接続される電源線Ｎ間に直列に接続されたＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor：以後、単にトランジスタと呼称する場合もあり）Ｔ１ＬおよびＴ１Ｕと、トランジスタＴ１ＬおよびＴ１Ｕにそれぞれに逆並列接続されたフリーホイールダイオードＤ１ＬおよびＤ１Ｕとを備えている。そして、トランジスタＴ１ＬおよびＴ１Ｕの接続ノードはＵ相出力となっている。
【００２２】
インバータＩＶ２も同様の構成であり、電源線Ｐ−Ｎ間に直列に接続されたトランジスタＴ２ＬおよびＴ２Ｕと、トランジスタＴ２ＬおよびＴ２Ｕにそれぞれに逆並列接続されたフリーホイールダイオードＤ２ＬおよびＤ２Ｕとを備え、トランジスタＴ２ＬおよびＴ２Ｕの接続ノードはＶ相出力となっている。
【００２３】
インバータＩＶ３は、電源線Ｐ−Ｎ間に直列に接続されたトランジスタＴ３ＬおよびＴ３Ｕと、トランジスタＴ３ＬおよびＴ３Ｕにそれぞれに逆並列接続されたフリーホイールダイオードＤ３ＬおよびＤ３Ｕとを備え、トランジスタＴ３ＬおよびＴ３Ｕの接続ノードはＷ相出力となっている。
【００２４】
なお、図中においてはインバータＩＶ１のトランジスタＴ１ＬおよびＴ１Ｕにおいて、エミッタ、コレクタ、ゲートをそれぞれ、Ｅ、Ｃ、Ｇとして示す。
【００２５】
半導体装置モジュール１００は、例えばインバータＩＶ１を構成し、Ｐ側パッケージユニット２１は、トランジスタＴ１ＵおよびフリーホイールダイオードＤ１Ｕを有して構成され、トランジスタＴ１ＵのコレクタＣに第１の主電極端子５が接続され、エミッタＥに第２の主電極端子６が接続され、ゲートＧに信号端子１３が接続される。同様に、Ｎ側パッケージユニット２２は、トランジスタＴ１ＬおよびフリーホイールダイオードＤ１Ｌを有して構成され、トランジスタＴ１ＬのコレクタＣに第１の主電極端子７が接続され、エミッタＥに第２の主電極端子８が接続され、ゲートＧに信号端子１３が接続される。この場合、接続部材９によって互いに接続された第２の主電極端子６および第１の主電極端子７がＵ相出力となる。
【００２６】
このように、半導体装置モジュール１００を１つのインバータ回路とした場合、３つの半導体装置モジュール１００を組み合わせることで、図２に示す３相インバータＩＶが構成される。
【００２７】
次に、図３〜図５を用いて、半導体装置モジュール１００の内部構成について説明する。図３は、Ｐ側パッケージユニット２１を樹脂パッケージ１５側から見た場合に、樹脂パッケージ１５を省略して示した図である。
【００２８】
放熱板３の主面上に回路基板２が搭載され、回路基板２の主面上に形成された細長形状の導体パターンＰ１上に、一辺の長さが２〜５ｍｍで、厚さが０．０６〜０．２５ｍｍの半導体素子１ａおよび１ｂが、それぞれ２個ずつ、計４個が直列的に配設されている。
【００２９】
半導体素子１ａおよび１ｂは、炭化珪素基板に形成された炭化珪素半導体素子であり、半導体素子１ａは、ＩＧＢＴあるいはＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）などのスイッチング素子、半導体素子１ｂは、ＳＢＤ（schottky barrier diode）などである。
【００３０】
炭化珪素半導体素子を使用することで、シリコン半導体素子を使用する場合に比べて、小型、かつ耐熱性に優れた半導体装置モジュールを得ることができる。
【００３１】
図３に示す構成では、半導体素子１ａとしてＩＧＢＴ１ａを使用し、半導体素子１ｂとしてＳＢＤ１ｂを使用している。なお、図２を用いて説明した、トランジスタＴ１ＵおよびフリーホイールダイオードＤ１Ｕが、それぞれＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂに該当するが、図３の例では、それぞれが２個ずつ並列して接続された回路構成となっている。
【００３２】
また、上記は一例であり、半導体素子の種類は上記に限定されるものではなく、また個数に関しては各１個ずつでもさらに多くでも良く、求められる電流、電圧等の製品スペックにより種類、個数、組み合わせを選択して搭載すれば良い。なお、部品を共通化することで、コストを削減することができる。
【００３３】
ＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの導体パターンＰ１への接続は、その裏面側の電極（ＩＧＢＴであればコレクタ、ダイオードであればカソード）が導体パターンＰ１に高温はんだ等のロウ材もしくは導電性接着材等の接合材１１（図示せず）で接合されることで接続される。
【００３４】
また、ＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの上面側の電極（ＩＧＢＴであればエミッタ、ダイオードであればアノード）は、良導電性を有した金属、例えば銅やその合金材料で形成された厚さ０．３〜１．５ｍｍの配線部材１０を、ＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの上面の渡るように配置し、高温はんだ等のロウ材もしくは導電性接着剤等の接合材１１で素子の上面と接合している。
【００３５】
ここで、接合材１１として、高温はんだを使用する場合は、Ｓｎ（スズ）を主成分とした１７５℃以上の耐熱性を有したはんだ材を用いる。また、接合材１１として、導電性接着剤を使用する場合は、例えば、直径２〜３０ｎｍの銀の粒子（銀ナノ粒子）を有機分子膜で覆った銀ナノ粒子ペーストを使用し、これをＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの上面に塗布してその上に配線部材１０を渡し、焼結することで、熱伝導率２０〜９０Ｗ／ｍＫで１７５℃以上の耐熱性を有した接合部を形成することができる。
【００３６】
また、導体パターンＰ１の端縁部には、第１の主電極端子５も接合され、導体パターンＰ１の延在方向であって第１の主電極端子５が接合された側とは反対側には、独立した導体パターンＰ２が配設されており、当該導体パターンＰ２には、配線部材１０が接合されるとともに、第２の主電極端子６も接合されている。
【００３７】
ここで、第１の主電極端子５および第２の主電極端子６は、良導電性を有した金属、例えば銅やその合金材料で形成され、その厚さは０．３〜１．５ｍｍ、長辺の長さは５〜２０ｍｍである。
【００３８】
また、第１の主電極端子５、第２の主電極端子６および配線部材１０には貫通孔ＴＨが設けられており、そこには接合材１１が満たされている。このような構成を採ることで、第１の主電極端子５、第２の主電極端子６および配線部材１０の表面が、対向する面と接合材１１で接合されるとともに、貫通孔ＴＨの内壁面も接合材１１で接合されるので、信頼性の高い接合部を得ることができる。なお、第１の主電極端子５および第２の主電極端子６に設ける貫通孔ＴＨは、図３の例では、それぞれ１箇所となっているが、これに限定されるものではない。
【００３９】
また、導体パターンＰ１の延在方向に並行して、独立した導体パターンＰ３が設けられており、当該導体パターンＰ３には、信号端子１３が接合されるとともに、ＩＧＢＴ１ａのゲートとの間がリード１４によって接合されている。リード１４は、アルミニウム等の金属製のワイヤによって構成し、ワイヤボンディングや超音波ボンディングを用いて圧接により接合しても良いし、導体板を用いて接合材１１を用いて接合しても良い。
【００４０】
ここで、接合材１１を用いてのＩＧＢＴ１ａ、ＳＢＤ１ｂおよび第１の主電極端子５の導体パターンＰ１への接合、第２の主電極端子６および配線部材１０の導体パターンＰ２への接合、配線部材１０とＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの上面側の電極との接合を接合材１１を用いて接合する場合、あるいは導電性接着剤を用いて接合する場合には、これら全てを、共通の熱処理工程を経て同時に接合することができるので、生産性の向上を図ることができる。
【００４１】
また、第２の主電極端子６を、ＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの主電極に直接に接続するのではなく、一旦、導体パターンＰ２に接続した後、配線部材１０を介して、ＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの主電極と電気的に接続する構成を採るので、後述する主電極端子先端の溶接時や、樹脂封止時に半導体素子に無用のモーメントが与えられることを防止できる。
【００４２】
回路基板２は、ＡｌＮ（窒化アルミ）、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）およびＳｉ2Ｎ3の何れかで構成された絶縁性を有した絶縁基板であり、厚さ０．６〜３ｍｍ、長辺の長さが１０〜１５０ｍｍとなっている。なお、長辺の長さは、搭載する半導体素子の個数によって任意に変更される。
【００４３】
回路基板２の一方の主面には、図３に示したように導電パターンＰ１〜Ｐ３が形成されており、反対側の他方の主面には、ほぼ全面に渡って導体パターン（図示せず）が形成されており、当該導体パターンは放熱板３の主面に接合され、半導体素子が発する熱を、放熱板３へと伝え、放熱する役割を果たしている。
【００４４】
ここで、放熱板３は、厚さ０．８〜４ｍｍのアルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金で構成され、熱容量を確保するため回路基板２の長辺の長さよりも長い長辺サイズを有している。
【００４５】
そして、放熱板３の長辺側端縁部が、放熱板４の主面上に形成されたレール状構造のユニット装着部５０に挟み込まれることで、放熱板４の主面に対して放熱板３の主面が垂直に位置することとなる。
【００４６】
ユニット装着部５０は、その隙間に放熱板３の長辺側端縁部が挿入された後、プレス機にてかしめられることで、放熱板３を固定している。このような構成を採ることで、半導体装置モジュール１００の外形サイズをできるだけ小さくするとともに、熱容量を大きくすることができる。このため半導体装置モジュール１００の駆動時に発熱する半導体素子の放熱性を向上させることができる。
【００４７】
ここで、放熱板４は、厚さ０．８〜４ｍｍのアルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金で構成され、熱容量を確保するため回路基板２の長辺の長さよりも長い長辺サイズを有している。
【００４８】
また、後述するように、主電極端子先端の溶接時にはアーク放電を利用した局所溶接、いわゆるマイクロ溶接を行うが、その際に発生する熱を、放熱板３および４を介して放熱させることができる。このため、各部の接合に使用される接合材１１に融点以上の熱が加わることが防止され、接合材１１の軟化、溶融による接合部の品質低下を防止することができる。
【００４９】
また、放熱板４の裏面側（放熱板３が設けられる側とは反対側の主面側）に、放熱フィンを設けても良い。これにより放熱性をさらに向上させることができるが、これを用いるかは半導体素子の発熱量に応じて、また、半導体装置モジュール１００の使用形態や取り付け状態に応じて決定すれば良い。
【００５０】
また、放熱フィンの代わりに冷却ファンを設けて強制空冷しても良いし、水冷により強制冷却しても良い。これらの方法は、半導体装置モジュール１００の高温動作域での動作を保証するために有効である。
【００５１】
図３には示されていないが、放熱板３の回路基板２が接合された側の主面上は、ＩＧＢＴ１ａ、ＳＢＤ１ｂ、第１の主電極端子５、第２の主電極端子６および配線部材１０が接合された状態の回路基板２を樹脂封止する樹脂パッケージ１５（図１）が形成されている。なお、放熱板３の裏面（回路基板２が接合された側とは反対側の主面）側は露出している。
【００５２】
樹脂パッケージ１５の樹脂材料は、シリコン樹脂や、エポキシ樹脂を主成分とした樹脂であり、半導体素子や配線部材１０を接合した後、絶縁性を確保するとともに、第１の主電極端子５、第２の主電極端子６を固定保持し、回路基板２との接合の耐久性を確保する。なお、樹脂封止の方法は、例えば型枠を用いたポッティング法を用い、８０〜１５０℃の加熱により成型する。
【００５３】
次に、Ｎ側パッケージユニット２２の構成について説明する。図４は、Ｎ側パッケージユニット２２を樹脂パッケージ１５側から見た場合に、樹脂パッケージ１５を省略して示した図である。
【００５４】
図３示したＰ側パッケージユニット２１と比較して、Ｎ側パッケージユニット２２は、両パッケージ間に設定した仮想線に対して線対象な構造を採り、互いの放熱板３の裏面が対向する構成となっている。これは、半導体装置モジュール１００の冷却能力を上げ、各パッケージに含まれる半導体素子の安定した動作を実現するために有効な構成である。
【００５５】
図３に示したＰ側パッケージユニット２１と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略するが、Ｎ側パッケージユニット２２においては、導体パターンＰ１の端縁部に、第１の主電極端子７が接合され、第１の主電極端子７が接合された側とは反対側の導体パターンＰ２には、配線部材１０が接合されるとともに、第２の主電極端子８が接合されている。
【００５６】
ここで、第１の主電極端子７および第２の主電極端子８は、良導電性を有した金属、例えば銅やその合金材料で形成され、その厚さは０．３〜１．５ｍｍである。
【００５７】
また、第１の主電極端子７、第２の主電極端子８および配線部材１０には貫通孔ＴＨが設けられており、そこには接合材１１が満たされている。このような構成を採ることで、第１の主電極端子７、第２の主電極端子８および配線部材１０の表面が、対向する面と接合材１１で接合されるとともに、貫通孔ＴＨの内壁面も接合材１１で接合されるので、信頼性の高い接合部を得ることができる。なお、第１の主電極端子７および第２の主電極端子８に設ける貫通孔ＴＨは、図４の例では、それぞれ１箇所となっているが、これに限定されるものではない。
【００５８】
また、導体パターンＰ１の延在方向に並行して、独立した導体パターンＰ３が設けられており、当該導体パターンＰ３には、信号端子１３が接合されるとともに、ＩＧＢＴ１ａのゲートとの間がリード１４によって接合されている。
【００５９】
図４には示されていないが、放熱板３の回路基板２が接合された側の主面上は、ＩＧＢＴ１ａ、ＳＢＤ１ｂ、第１の主電極端子７、第２の主電極端子８および配線部材１０が接合された状態の回路基板２を樹脂封止する樹脂パッケージ１５（図１）が形成されている。なお、放熱板３の裏面（回路基板２が接合された側とは反対側の主面）側は露出している。
【００６０】
次に、図３および図４におけるＡ−Ａ線での断面矢視図を図５に示す。図５に示すように、Ｐ側パッケージユニット２１の第２の主電極端子６と、Ｎ側パッケージユニット２２の第１の主電極端子７との間に、導電性の接続部材９が挿入されている。
【００６１】
このように、回路基板２、ＩＧＢＴ１ａ、ＳＢＤ１ｂ、および配線部材１０は樹脂パッケージ１５内に樹脂封止されているが、第１の主電極端子５、７および第２の主電極端子６、８は、長辺の長さのうち、２〜１５ｍｍが樹脂パッケージ１５から突出している。そして、突出した各主電極端子の先端は、平坦ではなく図３および図４に示すように短辺の中央部が凹んで凹凸を有する形状となっている。
【００６２】
このような形状とすることで、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７とを接続部材９に溶接する際に溶接部どうしが接触することを防止できる。
【００６３】
ここで、各主電極端子の短辺に沿った方向を幅方向と呼称すると、凹凸形状の凹部と凸部の寸法は、主電極端子の幅をＡ（ｍｍ）とし、凹部の幅をＸ（ｍｍ）とすると、Ｘ≧０．４Ａの関係を満たすように設定される。
【００６４】
このように、凹凸形状の寸法を設定するのは、凹部の幅が狭いと、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７とを接続部材９に溶接する際に、隣合う溶接部どうしが接したり、あるいは接合する可能性が生じるので、それを防止するためである。
【００６５】
溶接部どうしが接合してしまうと、溶接部の形状が略半球形状といった安定した形状ではなく、不安定な形状になってしまい、信頼性が低下する可能性がある。一方で、半導体装置モジュール１００は、小型化、軽量化が要求されており、主電極端子幅を無制限に広げることはできず、接合部の信頼性向上および製品品質の確保も考慮すると、上記関係を満たすことが望ましいということになる。
【００６６】
なお、凹部の幅を広げ過ぎると、凸部の幅が狭くなり、溶接作業に支障を来すとともに接合強度が低下するので、凹部の幅の上限は、凸部の幅の０．５倍程度が望ましい。
【００６７】
ここで、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７とを接続部材９にアーク放電を利用した局所溶接により接合した状態の断面図を図６に示す。樹脂パッケージ１５が形成された後のＰ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２を、放熱板４上に設けられたユニット装着部５０に装着して、プレス機等にてかしめた後、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７との間に接続部材９を挿入すると、図５に示した状態となる。
【００６８】
ここで、接続部材９は、長辺に沿った方向の両端部が同じ方向にほぼ９０度に折れ曲がった形状を有し、折れ曲がった先の先端部は主電極端子と同じ凹凸を有する形状となっている。また、接続部材９の短辺に沿った方向を幅方向と呼称すると、接続部材９の幅は第２の主電極端子６および第１の主電極端子７の幅と同じ長さに設定され、凹部および凸部の寸法も第２の主電極端子６および第１の主電極端子７と同じである。このような構成とすることで、組立および溶接を容易行うことができる。
【００６９】
接続部材９を、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７との間に挿入する際には、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７の先端部と、接続部材９の折れ曲がった先の先端部とが一致するように挿入する。
【００７０】
その後、アーク放電を利用した局所溶接により、第２の主電極端子６および第１の主電極端子７の先端部と、接続部材９の先端部とを溶接する。アーク放電の熱により、互いの先端が溶融し、ほぼ半球状の溶接部ＢＬが形成される。
【００７１】
ここで、溶接部ＢＬの最大幅は、接合前の第２の主電極端子６および第１の主電極端子７の先端部の凸部の幅より１．１倍以上の大きさを有した構造となっている。これにより接合部の信頼性を高め、製品品質を高めることができる。
【００７２】
この理由について、図７を用いて説明する。図７は、横軸に、主電極端子の凸部の幅に対する接合幅（溶接部ＢＬの最大幅）の比率を取り、縦軸に破断強度（Ｎ）を取った場合の接合強度試験結果を示している。
【００７３】
図７より、溶接部ＢＬの最大幅が、主電極端子の凸部の幅より１．１倍以上となることで、破断強度が１０Ｎ（ニュートン）を越え、必要な接合強度を有することが判る。破断強度は、横軸の比率が１を越える辺りから急速に高まるが、比率が１．１より小さい場合には、十分な接合強度を得ることは難しい。
【００７４】
また、この１．１倍というのは、電極の接合部の信頼性を最小エネルギーで確保するものであり、このような構造を最小接合構造と呼称する。そして、最小接合構造を採ることで、生産コストを削減できるとともに、小型化、軽量化を実現することができる。
【００７５】
なお、図７より、溶接部ＢＬの最大幅が、主電極端子の凸部の幅より１．１倍以上であれば必要な接合強度が得られるが、上限は、先に説明した主電極端子の凹部の幅との関係から、主電極端子の凸部の幅の２倍程度と考えられる。
【００７６】
ここで、溶接方法についてはアーク放電を利用した局所溶接に替えて電子ビーム溶接、またはレーザ溶接を用いても良く、この場合も、ほぼ半球状の溶接部ＢＬが形成することができる。
【００７７】
また、樹脂パッケージ１５が形成された後のＰ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２を、ユニット装着部５０に装着してかしめた後に、アーク放電を利用した局所溶接を行うので、半導体素子は封止樹脂に覆われており、スカート状に広がるアーク放電が、半導体素子にダメージを与えることはない。これは、電子ビーム溶接またはレーザ溶接を用いる場合も同様である。
【００７８】
第２の主電極端子６と第１の主電極端子７とを接続部材９により接合することで、Ｐ側パッケージユニット２１とＮ側パッケージユニット２２とが電気的に接続されて図２に示した１組のインバータ回路が形成される。
【００７９】
＜製造方法＞
次に、製造工程を順に示す図８〜図１６を用いて、半導体装置モジュール１００の製造方法について説明する。なお、以下の説明においては図３に示したＰ側パッケージユニット２１の製造方法を例に採って説明する。
【００８０】
まず、図８に示す工程において、一方の主面上に導体パターンＰ１〜Ｐ３が形成された回路基板２を準備し、導体パターンＰ１上の半導体素子が搭載される領域に接合材１１を配置する。
【００８１】
次に、図９に示す工程において、ＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂを準備し、接合材１１が配置された領域に搭載する。
【００８２】
次に、図１０に示す工程において、ＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの上面、導体パターンＰ１およびＰ２上の、それぞれ第１の主電極端子５および第２の主電極端子６が接合される領域および導体パターンＰ２上の配線部材１０が接合される領域に接合材１１を配置する。
【００８３】
次に、図１１に示す工程において、配線部材１０および第１の主電極端子５および第２の主電極端子６を準備し、接合材１１が配置された領域に搭載する。その後、回路基板２を所定の温度条件下で加熱して、接合材１１を固化（または硬化）させることで、各構成を回路基板２上に接合（固着）する。
【００８４】
次に、図１２に示す工程において、放熱板３を準備し、一方の主面上の回路基板２が接合される領域に接合材１１を配置する。
【００８５】
次に、図１３に示す工程において、半導体素子が実装された回路基板２を、接合材１１が配置された領域に搭載し、所定の温度条件下で加熱して、接合材１１を固化（または硬化）させることで、回路基板２を放熱板３上に接合（固着）する。
【００８６】
次に、図１４に示す工程において、ＩＧＢＴ１ａのゲートを導体パターンＰ３に電気的に接続するため、ワイヤボンドまたは超音波ボンディングによりリード１４の接合を行う。また、信号端子１３もワイヤボンドまたは超音波ボンディングにより導体パターンＰ３に接続する。この工程までを完了した構成を便宜的に回路ユニットと呼称する。
【００８７】
次に、図１５に示す工程において、半導体素子が実装された回路基板２を放熱板３上で樹脂封止する。具体的な封止方法は、回路基板２が完全に覆われるとともに、第１の主電極端子５および第２の主電極端子６の端部が突出する型枠に放熱板３を嵌め込み、当該型枠内に熱硬化性の封止樹脂を導入し、８０〜１５０℃で加熱して樹脂を硬化させて樹脂パッケージ１５を成形する。これにより、Ｐ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２が完成する。
【００８８】
次に、図１６に示す工程において、放熱板４を準備し、Ｐ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２における放熱板３の長辺（主電極端子が設けられていない側の長辺）を、それぞれユニット装着部５０のレールの隙間に挿入し、プレス機を用いてレールを構成する長尺材をかしめることで固定する。これにより、放熱板４の主面に対して、放熱板３の主面が垂直に位置するように固定される。
【００８９】
その後、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７との間に接続部材９を挿入し、アーク放電を利用した局所溶接により、第２の主電極端子６および第１の主電極端子７の先端部と、接続部材９の先端部とを溶接することで、図６に示した溶接部ＢＬが形成され、半導体装置モジュール１００が完成する。
【００９０】
＜効果＞
以上説明したように半導体装置モジュール１００においては、第２の主電極端子６および第１の主電極端子７と接続部材９との接合において、被接合材（主電極端子）と異なる金属で構成される接合材（例えばはんだ材）を使用することなく、母材である第２の主電極端子６、第１の主電極端子７および接続部材９を溶融し、凝固させることで金属原子どうしを結合させ接合するので、母材と接合材との線膨張係数のミスマッチが発生することがない。
【００９１】
すなわち、半導体装置モジュールは、温度差（ΔＴ）２２５℃以上といった温度変化が大きい極めて厳しい環境下での使用が要求されるので、はんだ材のように異なった線膨張係数を有した材料を介して接合すると、母材との線膨張係数のミスマッチにより接合部に大きな熱歪みや熱応力が発生し、亀裂を生じさせる可能性がある。そして、主電極端子の厚みが０．３〜１．５ｍｍと薄いため、一旦亀裂が生じると亀裂が進展する可能性がある。
【００９２】
しかしながら、本発明においてはアーク放電を利用した局所溶接を使用することで、数ｍｓｅｃ〜数秒で溶接が終了して熱歪みの発生を抑制できるとともに、線膨張係数のミスマッチが発生せず、線膨張係数の違いに起因する亀裂の発生を抑制することができる。このため、信頼性の高い接合部を得ることができる。
【００９３】
また、接合材１１として、１７５℃以上の耐熱性を有したはんだ材や銀ナノ粒子ペーストを使用することで、樹脂パッケージ１５内部の接合部においても１７５℃以上の耐熱性を確保でき、半導体素子として炭化珪素半導体素子を使用することと併せて半導体装置モジュール１００自体の信頼性および製品品質を高めることができる。
【００９４】
また、放熱板３の長辺側端縁部が、放熱板４の主面上に形成されたレール状構造のユニット装着部５０に挟み込むことで、放熱板４を固定する構成を採るので、放熱板４の固定が確実かつ強固にできる。
【００９５】
また、放熱板４の主面に対して放熱板３の主面が垂直に位置する構成を採ることで、樹脂パッケージ１５の側面から主電極端子を突出させる構成と相俟って小型化、軽量化を図ることができる。
【００９６】
また、放熱板３および４を組み合わせることで熱容量を大きくすることができるとともに、放熱板３の裏面が、空気に曝されることで、放熱板３の裏面においても放熱することができ、半導体装置モジュール１００の駆動時に発熱する半導体素子の放熱性を向上させることができ、より高い温度でも正常な動作が可能となる。
【００９７】
＜実施の形態２＞
次に、図１７を用いて本発明に係る実施の形態２の半導体装置モジュール２００の構成について説明する。なお、図３および図４に示した半導体装置モジュール１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９８】
図１７は、図３および図４に示した半導体装置モジュール１００と同様の部分における断面矢視図であり、半導体素子１ｂが回路基板２の上に接合され、放熱板３は放熱板４の主面上に接合材１２を用いて接合されている。
【００９９】
そして、Ｐ側回路とＮ側回路とがケース１８で囲まれ、ケース１８と放熱板４とで構成される筐体内には絶縁性の封止材１６が充填されてＰ側回路およびＮ側回路が樹脂封止されている。ケース１８は、ＰＰＳ、ＰＢＴ、ＳＰＳおよびエポキシなどの絶縁材で構成され、その厚さは０．５〜１．５ｍｍである。
【０１００】
このように、半導体装置モジュール２００では、Ｐ側回路とＮ側回路とが共通して樹脂封止された構成であり、樹脂パッケージは１つであるので、便宜的にＰ側回路をＰ側回路ユニット２１０、Ｎ側回路をＮ側回路ユニット２２０と呼称する。
【０１０１】
Ｐ側回路ユニット２１０の第２の主電極端子６ＡおよびＮ側回路ユニット２２０の第１の主電極端子７Ａの形状は、上端部が２段階に曲げられて断面がＺ字状となっている。すなわち、一旦、主電極端子の主面に垂直な方向に曲げられることで第１の屈曲部が形成され、再び、主電極端子の主面と並行な方向に曲げ戻されることで第２の屈曲部が形成された構成を有している。そして、第１および第２の屈曲部が、直角よりもやや小さな角度となるように曲げられることで、Ｚ字状の断面形状となっている。これは、第１の主電極端子７Ａにおいても同じであるとともに、Ｐ側回路ユニット２１０の第１の主電極端子（図示せず）およびＮ側回路ユニット２２０の第２の主電極端子（図示せず）においても同じである。
【０１０２】
また、第２の主電極端子６Ａと第１の主電極端子７Ａとの間の接続部材９Ａは、長辺に沿った方向の両端部が同じ方向に９０度よりもやや小さな角度となるように曲げられているとともに、中央部がカーブした断面形状を有している。
【０１０３】
このような構成を採ることで、各主電極端子の接合部において発生する熱応力、熱歪みを屈曲部において吸収できるので、信頼性および製品品質をさらに高めることができる。
【０１０４】
すなわち、半導体装置モジュール２００が厳しい環境下にて使用される場合、例えば寒冷地での使用、車載での使用等において特に効果がある。
【０１０５】
また、各主電極端子の形状を曲げ形状とすることで電極長を短くすることができ、さらなる小型化、軽量化を実現することができる。
【０１０６】
すなわち、主電極端子の材料である銅あるいは銅合金の密度は、約８９３３ｋｇ／ｍ3であり、半導体装置モジュールの全重量に占める主電極端子の材料の重量比は、放熱板に次いで大きいからである。なお、各主電極端子の曲げ加工はプレス機等を用いて順送金型にて生産効率よく実行される。
【０１０７】
また、半導体装置モジュール２００では、放熱板３は放熱板４の主面上に接合材１２を用いて接合されているが、接合材１２はＳｎを主成分とした１７５℃以上の耐熱性を有した高温はんだ等のロウ材もしくは銀ナノ粒子ペースト等の導電性接着剤を用いる。これにより、半導体装置モジュール２００が１７５℃以上となる高温下でも耐久性が確保でき、また接合材１２は熱伝導率が２０〜９０Ｗ／ｍＫであるため、動作時に半導体素子が発する熱を放熱板３を介して放熱板４へと効率よく熱伝達することができる。
【０１０８】
なお、図３に示した半導体装置モジュール１００と同様に、ユニット装着部５０を用いてかしめにより放熱板３を固定する構成としても良い。逆に、半導体装置モジュール１００においては、半導体装置モジュール２００と同様に、接合材１２を用いて放熱板３を接合する構成としても良い。
【０１０９】
半導体装置モジュール２００の製造においては、放熱板４の一方の主面上にＰ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０の放熱板３の長辺（主電極端子が設けられていない側の長辺）の側面を接合材１２を用いて接合した後、無底無蓋のケース１８を、Ｐ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０囲むように接着剤（図示せず）を用いて放熱板４の主面上に固定する。
【０１１０】
その後、ケース１８と放熱板４とで構成される筐体内に、封止材１６として、例えば、シリコーンゲルまたはエポキシ樹脂を充填する。
【０１１１】
このように、筐体を設けて封止材１６を充填する構成を採ることで、製造工程を簡略化でき、また、Ｐ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０を、主電極端子の先端部除いて封止材１６で覆うことで、溶接時に接合部以外の部分に不具合が発生することを防止できる。
【０１１２】
その後、封止材１６から突出している第２の主電極端子６と第１の主電極端子７との間に接続部材９を挿入し、アーク放電を利用した局所溶接により、第２の主電極端子６および第１の主電極端子７の先端部と、接続部材９の先端部とを溶接することで半導体装置モジュール２００が完成する。
【０１１３】
なお、第２の主電極端子６Ａ、第１の主電極端子７Ａおよび接続部材９Ａを、実施の形態１の半導体装置モジュール１００において第２の主電極端子６、第１の主電極端子７および接続部材９の代わりに用いても良い。
【０１１４】
＜実施の形態３＞
次に、図１８および図１９を用いて本発明に係る実施の形態３の半導体装置モジュール３００の構成について説明する。なお、図３および図４に示した半導体装置モジュール１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１５】
図１８は、図３および図４に示した半導体装置モジュール１００と同様の部分における断面矢視図であり、半導体素子１ｂが回路基板２の上に接合され、放熱板３は放熱板４の主面上に接合材１２を用いて接合されている。
【０１１６】
そして、Ｐ側回路およびＮ側回路の上方には、図示されないＩＧＢＴ１ａのゲートへの制御信号を生成する制御回路を含む制御基板１９が配置され、当該制御基板１９を含めて、Ｐ側回路およびＮ側回路全体が樹脂パッケージ１７内に収納された構成となっている。
【０１１７】
このように、半導体装置モジュール３００では、Ｐ側回路とＮ側回路とが共通して樹脂封止された構成であり、樹脂パッケージは１つであるので、便宜的にＰ側回路をＰ側回路ユニット２１０、Ｎ側回路をＮ側回路ユニット２２０と呼称する。
【０１１８】
図１９に示すように、Ｐ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０は、互いの回路基板２が向かい合うように放熱板４上に搭載され、それぞれの放熱板３の裏面は、樹脂パッケージ１７の側面において露出するように構成されている。
【０１１９】
Ｐ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０のそれぞれの放熱板３は、長辺（主電極端子が設けられていない側の長辺）の側面が、放熱板４の長辺側の端縁部に沿って設けられた段差部に接合材１２によって接合されている。接合材１２はＳｎを主成分とした１７５℃以上の耐熱性を有した高温はんだ等のロウ材もしくは銀ナノ粒子ペースト等の導電性接着剤を用いる。
【０１２０】
Ｐ側回路ユニット２１０の第２の主電極端子６およびＮ側回路ユニット２２０の第１の主電極端子７は、上方に配置された制御基板１９を貫通して延在し、第２の主電極端子６および第１の主電極端子７の先端部は、間に挿入された接続部材９の先端部と、アーク放電を利用した局所溶接により溶接されて、溶接部ＢＬが形成されている。
【０１２１】
また、Ｐ側回路ユニット２１０の第１の主電極端子５（図示せず）およびＮ側回路ユニット２２０の第２の主電極端子８（図示せず）は、上方に配置された制御基板１９を貫通して延在し、それぞれの先端部は、外部端子３０および３１にアーク放電を利用した局所溶接により溶接されている。外部端子３０および３１の端部は、樹脂パッケージ１７の上面から突出し、それぞれ電源や電気機器などに接続される。
【０１２２】
図１９は、Ｐ側回路ユニット２１０を回路基板２側から見た場合に、Ｐ側回路ユニット２１０上の樹脂パッケージ１７を省略して示した図である。なお、図１９におけるＢ−Ｂ線での断面矢視図が図１８に対応する。
【０１２３】
図１９に示すように、導体パターンＰ３に接続された信号端子１３は、上方の制御基板１９に向けて延在し、制御基板１９の制御回路（図示せず）に接続されることで制御信号が与えられる構成となっている。
【０１２４】
また、Ｐ側回路ユニット２１０の第２の主電極端子６およびＮ側回路ユニット２２０の第１の主電極端子７（図示せず）は、図示されない接続部材９に接続されているが、接続部材９はさらに外部端子３２に接続され、外部端子３２の端部は、樹脂パッケージ１７の上面から突出する構成となっている。なお、外部端子３２は接続部材９と一体で設けられた構成であっても良い。
【０１２５】
このように、半導体装置モジュール３００では、Ｐ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０のそれぞれの放熱板３の裏面が、樹脂パッケージ１７の側面において露出し、放熱板４の裏面も露出しているため、放熱に関わる３つの面（放熱面）が外部に露出することとなり、より高い放熱性を得ることができる。これにより、半導体素子が持つ特性を十分に発揮することができる。
【０１２６】
なお、露出した放熱面を自然冷却で冷却しても良いが、各放熱面に空冷フィンを取り付けても良く、また水冷フィンを取り付けても良い。
【０１２７】
半導体装置モジュール３００の製造においては、長辺側の端縁部に沿って段差部が設けられた放熱板４の主面上にＰ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０の放熱板３の長辺（主電極端子が設けられていない側の長辺）の側面を接合材１２を用いて接合した後、各主電極端子が、制御基板１９に設けた開口部を貫通するとともに、Ｐ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０のそれぞれの信号端子１３が、制御基板１９上の所定の制御回路に接続されるように制御基板１９を配置する。このとき、信号端子１３を制御回路に、例えばはんだ付けで接続することで、制御基板１９を支える構成としても良い。
【０１２８】
次に、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７との間に接続部材９を挿入し、アーク放電を利用した局所溶接により、第２の主電極端子６および第１の主電極端子７の先端部と、接続部材９の先端部とを溶接する。このとき、外部端子３２と一体となった接続部材９を用いる場合には外部端子３２を接続部材９に溶接する手間が省ける。
【０１２９】
また、Ｐ側回路ユニット２１０の第１の主電極端子５およびＮ側回路ユニット２２０の第２の主電極端子８（図示せず）に、それぞれ外部端子３０および３１をアーク放電を利用した局所溶接により溶接する。なお、外部端子３０および３１の、それぞれ第１の主電極端子５および第２の主電極端子８と接続される端部の形状は、第１の主電極端子５および第２の主電極端子８の端部と同様に凹凸を有する形状とすれば良い。
【０１３０】
その後、外部端子３０〜３２の先端部以外の部分が完全に樹脂封止されるように樹脂パッケージ１７を形成する。
【０１３１】
具体的な封止方法は、放熱板４上に、Ｐ側回路ユニット２１０、Ｎ側回路ユニット２２０および先端部以外の外部端子３０〜３２を囲むような型枠を配置し、当該型枠内に熱硬化性の封止樹脂を導入し、８０〜１５０℃で加熱して樹脂を硬化させて樹脂パッケージ１７を成形する。
【０１３２】
このような構成を採ることで、各主電極端子と回路基板２との接合箇所も、樹脂パッケージ１７で覆われているため、信頼性および製品品質を高めることができる。
【０１３３】
さらには、樹脂封止作業が金型を用いた一括成形によりなされるので、大量に製造するような場合などは、安価で生産性が非常に良い構造となる。
【０１３４】
なお、実施の形態２の半導体装置モジュール２００において用いた、第２の主電極端子６Ａ、第１の主電極端子７Ａおよび接続部材９Ａを、実施の形態３の半導体装置モジュール３００において第２の主電極端子６、第１の主電極端子７および接続部材９の代わりに用いても良い。
【０１３５】
＜変形例１＞
図２０には、図１に示した半導体装置モジュール１００の周囲を樹脂ケース４０で囲んだ構成を示す。なお、図１に示した半導体装置モジュール１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１３６】
図２０に示すように、無底無蓋の樹脂ケース４０が、Ｐ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２を囲むように放熱板４の主面上に固定されている。
【０１３７】
樹脂ケース４０は、長辺に沿った方向の両側に、それぞれ外側に向けて延在するように設けられた台座部４１および４２を有している。
【０１３８】
そして、台座部４１上には、接続部材９から外部端子ＡＣＴが延在しており、台座部４２には、Ｐ側パッケージユニット２１の第１の主電極端子５に溶接された外部端子ＰＴおよびＮ側パッケージユニット２２の第２の主電極端子８に溶接された外部端子ＮＴが延在する構成となっている。
【０１３９】
接続部材９と外部端子ＡＣＴとは一体的に形成されており、接続部材９を第２の主電極端子６および第１の主電極端子７に溶接することで、外部端子ＡＣＴに第２の主電極端子６および第１の主電極端子７が電気的に接続されることとなる。
【０１４０】
また、Ｐ側パッケージユニット２１の第１の主電極端子５と外部端子ＰＴとの溶接、Ｎ側パッケージユニット２２の第２の主電極端子８と外部端子ＮＴとの溶接にもアーク放電を利用した局所溶接を使用する。
【０１４１】
なお、外部端子ＰＴおよびＮＴの、それぞれ第１の主電極端子５および第２の主電極端子８と接続される端部の形状は、第１の主電極端子５および第２の主電極端子８の端部と同様に凹凸を有する形状とすれば良い。
【０１４２】
このように、Ｐ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２を囲むように樹脂ケース４０を配設することで、半導体装置モジュール１００が１つのユニットとしてより強固な構造となる。
【０１４３】
また、外部端子ＡＣＴ、ＰＴおよびＮＴを設けることで、電源や電気機器などとの接続を容易にできるという効果がある。
【０１４４】
＜変形例２＞
以上説明した半導体装置モジュール１００〜３００においては、図２に示した３相インバータＩＶのうち、インバータＩＶ１を構成する２つの回路ユニットを備えるものとして説明した。このように複数の回路ユニットで１つのモジュールを構成することで、組立性が向上する。
【０１４５】
しかし、１組のインバータのうち、一方の電位側のトランジスタおよびフリーホイールダイオードの回路ユニットだけでモジュールを構成しても良い。その場合は、６つの半導体装置モジュールを組み合わせることで、図２に示す３相インバータＩＶが構成されることとなる。
【０１４６】
また、１組のインバータでなく３組のインバータ、すなわち、図２に示した３相インバータＩＶを構成する全ての回路ユニットを含むようにモジュールを構成しても良い。その場合は、１つの半導体装置モジュールだけで、図２に示す３相インバータＩＶが構成されることとなる。１つの放熱板４上に３相インバータを構成するための全ての回路ユニットを配設する方が、組立性の観点からは有利である。
【符号の説明】
【０１４７】
１ａ ＩＧＢＴ、１ｂ ＳＢＤ、２ 回路基板、３，４ 放熱板、５，７，７Ａ 第１の主電極端子、６，６Ａ，８ 第２の主電極端子、９，９Ａ 接続部材、１０ 配線部材、１１，１２ 接合材、１５，１７ 樹脂パッケージ、１６ 封止材、１８ ケース、Ｐ１〜Ｐ３ 導体パターン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置モジュールに関し、特に、高温動作可能な半導体装置モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置には多くの電子部品が搭載され、これらの電子部品と配線部材とを接続することにより、電気回路を形成している。これらの電子部品の配設、配線部材の接続は、従来は、ネジ締めや、はんだ付け等のロウ付けにより行っていた。例えば、特許文献１には、半導体チップの内部リードを外部導出導体板にクリームはんだで接続する構成が開示されている。
【０００３】
最近の半導体装置は、高機能化に従って、より多くの、かつ多種類に及ぶ部品が必要となっているが、一方で、民生用電機製品、車載用電子機器に使用される観点から、小型化および軽量化も要求されている。
【０００４】
昨今は、シリコン基板に代わる半導体基板として炭化珪素（ＳｉＣ）基板を用いた半導体素子（炭化珪素半導体素子）の開発がなされている。
【０００５】
炭化珪素半導体素子は、これまでのシリコン半導体素子よりも高温な環境下での動作が可能とされている。シリコン半導体素子においては、１７５℃以上のジャンクション温度（Ｔｊ）を保証するいわゆる高Ｔｊ対応の半導体装置を得ることは困難であった。
【０００６】
この点、炭化珪素半導体素子は、高Ｔｊ対応が可能とされているが、そのためには半導体装置モジュール内の配線の接続箇所においても、その耐久性を確保しなければならない。
【０００７】
また、シリコン半導体素子では、放熱性を高める必要上、配置に制約が大きく、半導体装置モジュールの小型化に限界があった。例えば、特許文献２においては、半導体チップを平面的に配置し、半導体チップの両主面に放熱部材を押し当てることで放熱性を高める構成が開示されている。
【０００８】
一方、高Ｔｊ対応が可能な炭化珪素半導体素子では、この制約が小さくなり、より半導体装置モジュールの小型化が可能であるが、これまでは十分な小型化を達成できていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１４５０１１号公報
【特許文献２】特開２００１−１５６２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、高温動作が可能であるとともに、小型化、軽量化を実現することが可能な半導体装置モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る半導体装置モジュールの態様は、半導体素子が搭載された回路基板と、前記回路基板を搭載する第１の放熱板と、前記半導体素子の主電極に電気的に接続される主電極端子と、を有した少なくとも１つの回路ユニットと、前記少なくとも１つの回路ユニットを搭載する第２の放熱板とを備え、前記第１の放熱板は、その主面が、前記第２の放熱板の主面に対して垂直となるように前記第２の放熱板上に搭載され、前記主電極端子は、一方端が前記回路基板に接続され、前記第１の放熱板の前記主面に対して平行な方向に延在して他方端が前記第１の放熱板上から突出し、前記第２の放熱板上に搭載され、前記主電極端子の前記他方端を除いて前記少なくとも１つの回路ユニットの周囲を囲むケースを備え、前記ケースと前記第２の放熱板とで構成される筐体内に、絶縁性の封止材が充填されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る半導体装置モジュールの態様によれば、第１の放熱板は、その主面が、第２の放熱板の主面に対して垂直となるように第２の放熱板上に搭載され、主電極端子は、一方端が回路基板に接続され、第１の放熱板の主面に対して平行な方向に延在して他方端が第１の放熱板上から突出するように構成されるので、小型化され軽量化された半導体装置モジュールを得ることができる。また、少なくとも１つの回路ユニットの周囲を囲むケースを設けて封止材を充填する構成を採ることで、製造工程を簡略化でき、また、少なくとも１つの回路ユニットの主電極端子の他方端を除いて封止材で覆うことにより、溶接時に接合部以外の部分に不具合が発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの構成を示す斜視図である。
【図２】半導体装置モジュールの回路構成を示す図である。
【図３】Ｐ側パッケージユニットの構成を示す図である。
【図４】Ｎ側パッケージユニットの構成を示す図である。
【図５】溶接前の半導体装置モジュールの構成を示す断面図である。
【図６】溶接後の半導体装置モジュールの構成を示す断面図である。
【図７】溶接部の接合強度を説明する図である。
【図８】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図９】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１５】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１６】本発明に係る実施の形態１の半導体装置モジュールの製造工程を示す図である。
【図１７】本発明に係る実施の形態２の半導体装置モジュールの構成を示す断面図である。
【図１８】本発明に係る実施の形態３の半導体装置モジュールの構成を示す断面図である。
【図１９】本発明に係る実施の形態３のＰ側回路ユニットの構成を示す図である。
【図２０】本発明の変形例に係る半導体装置モジュールの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜実施の形態１＞
＜装置構成＞
図１〜図１６を用いて本発明に係る実施の形態１について説明する。図１は半導体装置モジュール１００の構成を示す斜視図である。
【００１５】
図１に示すように、半導体装置モジュール１００は、半導体素子（図示せず）が、シリコンまたはエポキシ等の樹脂によって樹脂封止されたＰ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２を有し、Ｐ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２は、金属の放熱板４の主面上に、金属の放熱板３の主面が垂直となるように配置されている。
【００１６】
Ｐ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２は、放熱板４の主面上に配設されたレール状のユニット装着部５０に放熱板３の端縁部が挟まれることで固定される構成となっている。
【００１７】
すなわち、ユニット装着部５０は、放熱板４の長辺に沿って間隔を開けて並行して延在する２本の長尺材で１対のレール状構造をなし、レールの隙間に放熱板３の長辺側端縁部を挟み込む構成となっている。
【００１８】
Ｐ側パッケージユニット２１の、ユニット装着部５０に挟まれた側とは反対側の長辺においては、直方体状に成形された樹脂パッケージ１５の側面から、第１の主電極端子５、第２の主電極端子６および信号端子１３が突出し、Ｎ側パッケージユニット２２のユニット装着部５０に挟まれた側とは反対側の長辺においては、樹脂パッケージ１５の側面から、第１の主電極端子７、第２の主電極端子８および信号端子１３が突出している。
【００１９】
Ｐ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２は、それぞれが半導体装置モジュールにおける１つの回路ユニットを構成するが、主電極端子の配置が異なっており、放熱板３どうしが対向するように配置することで、それぞれの第１の主電極端子と第２の主電極端子とが向かい合うように構成されている。
【００２０】
そして、第２の主電極端子６および第１の主電極端子７は導電性の接続部材９によって互いに電気的かつ機械的に接続される構成となっている。なお、第１の主電極端子５、第２の主電極端子８および信号端子１３も、それぞれ電源や電気機器、制御回路といった外部機器へと接続されるが図示は省略している。
【００２１】
次に、図２を用いて半導体装置モジュール１００の回路構成について説明する。図２は３相インバータＩＶの回路図を示しており、３相インバータＩＶは３つのインバータＩＶ１〜ＩＶ３で構成されている。インバータＩＶ１は、電源電圧ＶＤＤが与えられる電源線Ｐと、接地電位に接続される電源線Ｎ間に直列に接続されたＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor：以後、単にトランジスタと呼称する場合もあり）Ｔ１ＬおよびＴ１Ｕと、トランジスタＴ１ＬおよびＴ１Ｕにそれぞれに逆並列接続されたフリーホイールダイオードＤ１ＬおよびＤ１Ｕとを備えている。そして、トランジスタＴ１ＬおよびＴ１Ｕの接続ノードはＵ相出力となっている。
【００２２】
インバータＩＶ２も同様の構成であり、電源線Ｐ−Ｎ間に直列に接続されたトランジスタＴ２ＬおよびＴ２Ｕと、トランジスタＴ２ＬおよびＴ２Ｕにそれぞれに逆並列接続されたフリーホイールダイオードＤ２ＬおよびＤ２Ｕとを備え、トランジスタＴ２ＬおよびＴ２Ｕの接続ノードはＶ相出力となっている。
【００２３】
インバータＩＶ３は、電源線Ｐ−Ｎ間に直列に接続されたトランジスタＴ３ＬおよびＴ３Ｕと、トランジスタＴ３ＬおよびＴ３Ｕにそれぞれに逆並列接続されたフリーホイールダイオードＤ３ＬおよびＤ３Ｕとを備え、トランジスタＴ３ＬおよびＴ３Ｕの接続ノードはＷ相出力となっている。
【００２４】
なお、図中においてはインバータＩＶ１のトランジスタＴ１ＬおよびＴ１Ｕにおいて、エミッタ、コレクタ、ゲートをそれぞれ、Ｅ、Ｃ、Ｇとして示す。
【００２５】
半導体装置モジュール１００は、例えばインバータＩＶ１を構成し、Ｐ側パッケージユニット２１は、トランジスタＴ１ＵおよびフリーホイールダイオードＤ１Ｕを有して構成され、トランジスタＴ１ＵのコレクタＣに第１の主電極端子５が接続され、エミッタＥに第２の主電極端子６が接続され、ゲートＧに信号端子１３が接続される。同様に、Ｎ側パッケージユニット２２は、トランジスタＴ１ＬおよびフリーホイールダイオードＤ１Ｌを有して構成され、トランジスタＴ１ＬのコレクタＣに第１の主電極端子７が接続され、エミッタＥに第２の主電極端子８が接続され、ゲートＧに信号端子１３が接続される。この場合、接続部材９によって互いに接続された第２の主電極端子６および第１の主電極端子７がＵ相出力となる。
【００２６】
このように、半導体装置モジュール１００を１つのインバータ回路とした場合、３つの半導体装置モジュール１００を組み合わせることで、図２に示す３相インバータＩＶが構成される。
【００２７】
次に、図３〜図５を用いて、半導体装置モジュール１００の内部構成について説明する。図３は、Ｐ側パッケージユニット２１を樹脂パッケージ１５側から見た場合に、樹脂パッケージ１５を省略して示した図である。
【００２８】
放熱板３の主面上に回路基板２が搭載され、回路基板２の主面上に形成された細長形状の導体パターンＰ１上に、一辺の長さが２〜５ｍｍで、厚さが０．０６〜０．２５ｍｍの半導体素子１ａおよび１ｂが、それぞれ２個ずつ、計４個が直列的に配設されている。
【００２９】
半導体素子１ａおよび１ｂは、炭化珪素基板に形成された炭化珪素半導体素子であり、半導体素子１ａは、ＩＧＢＴあるいはＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）などのスイッチング素子、半導体素子１ｂは、ＳＢＤ（schottky barrier diode）などである。
【００３０】
炭化珪素半導体素子を使用することで、シリコン半導体素子を使用する場合に比べて、小型、かつ耐熱性に優れた半導体装置モジュールを得ることができる。
【００３１】
図３に示す構成では、半導体素子１ａとしてＩＧＢＴ１ａを使用し、半導体素子１ｂとしてＳＢＤ１ｂを使用している。なお、図２を用いて説明した、トランジスタＴ１ＵおよびフリーホイールダイオードＤ１Ｕが、それぞれＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂに該当するが、図３の例では、それぞれが２個ずつ並列して接続された回路構成となっている。
【００３２】
また、上記は一例であり、半導体素子の種類は上記に限定されるものではなく、また個数に関しては各１個ずつでもさらに多くでも良く、求められる電流、電圧等の製品スペックにより種類、個数、組み合わせを選択して搭載すれば良い。なお、部品を共通化することで、コストを削減することができる。
【００３３】
ＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの導体パターンＰ１への接続は、その裏面側の電極（ＩＧＢＴであればコレクタ、ダイオードであればカソード）が導体パターンＰ１に高温はんだ等のロウ材もしくは導電性接着材等の接合材１１（図示せず）で接合されることで接続される。
【００３４】
また、ＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの上面側の電極（ＩＧＢＴであればエミッタ、ダイオードであればアノード）は、良導電性を有した金属、例えば銅やその合金材料で形成された厚さ０．３〜１．５ｍｍの配線部材１０を、ＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの上面の渡るように配置し、高温はんだ等のロウ材もしくは導電性接着剤等の接合材１１で素子の上面と接合している。
【００３５】
ここで、接合材１１として、高温はんだを使用する場合は、Ｓｎ（スズ）を主成分とした１７５℃以上の耐熱性を有したはんだ材を用いる。また、接合材１１として、導電性接着剤を使用する場合は、例えば、直径２〜３０ｎｍの銀の粒子（銀ナノ粒子）を有機分子膜で覆った銀ナノ粒子ペーストを使用し、これをＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの上面に塗布してその上に配線部材１０を渡し、焼結することで、熱伝導率２０〜９０Ｗ／ｍＫで１７５℃以上の耐熱性を有した接合部を形成することができる。
【００３６】
また、導体パターンＰ１の端縁部には、第１の主電極端子５も接合され、導体パターンＰ１の延在方向であって第１の主電極端子５が接合された側とは反対側には、独立した導体パターンＰ２が配設されており、当該導体パターンＰ２には、配線部材１０が接合されるとともに、第２の主電極端子６も接合されている。
【００３７】
ここで、第１の主電極端子５および第２の主電極端子６は、良導電性を有した金属、例えば銅やその合金材料で形成され、その厚さは０．３〜１．５ｍｍ、長辺の長さは５〜２０ｍｍである。
【００３８】
また、第１の主電極端子５、第２の主電極端子６および配線部材１０には貫通孔ＴＨが設けられており、そこには接合材１１が満たされている。このような構成を採ることで、第１の主電極端子５、第２の主電極端子６および配線部材１０の表面が、対向する面と接合材１１で接合されるとともに、貫通孔ＴＨの内壁面も接合材１１で接合されるので、信頼性の高い接合部を得ることができる。なお、第１の主電極端子５および第２の主電極端子６に設ける貫通孔ＴＨは、図３の例では、それぞれ１箇所となっているが、これに限定されるものではない。
【００３９】
また、導体パターンＰ１の延在方向に並行して、独立した導体パターンＰ３が設けられており、当該導体パターンＰ３には、信号端子１３が接合されるとともに、ＩＧＢＴ１ａのゲートとの間がリード１４によって接合されている。リード１４は、アルミニウム等の金属製のワイヤによって構成し、ワイヤボンディングや超音波ボンディングを用いて圧接により接合しても良いし、導体板を用いて接合材１１を用いて接合しても良い。
【００４０】
ここで、接合材１１を用いてのＩＧＢＴ１ａ、ＳＢＤ１ｂおよび第１の主電極端子５の導体パターンＰ１への接合、第２の主電極端子６および配線部材１０の導体パターンＰ２への接合、配線部材１０とＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの上面側の電極との接合を接合材１１を用いて接合する場合、あるいは導電性接着剤を用いて接合する場合には、これら全てを、共通の熱処理工程を経て同時に接合することができるので、生産性の向上を図ることができる。
【００４１】
また、第２の主電極端子６を、ＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの主電極に直接に接続するのではなく、一旦、導体パターンＰ２に接続した後、配線部材１０を介して、ＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの主電極と電気的に接続する構成を採るので、後述する主電極端子先端の溶接時や、樹脂封止時に半導体素子に無用のモーメントが与えられることを防止できる。
【００４２】
回路基板２は、ＡｌＮ（窒化アルミ）、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）およびＳｉ2Ｎ3の何れかで構成された絶縁性を有した絶縁基板であり、厚さ０．６〜３ｍｍ、長辺の長さが１０〜１５０ｍｍとなっている。なお、長辺の長さは、搭載する半導体素子の個数によって任意に変更される。
【００４３】
回路基板２の一方の主面には、図３に示したように導電パターンＰ１〜Ｐ３が形成されており、反対側の他方の主面には、ほぼ全面に渡って導体パターン（図示せず）が形成されており、当該導体パターンは放熱板３の主面に接合され、半導体素子が発する熱を、放熱板３へと伝え、放熱する役割を果たしている。
【００４４】
ここで、放熱板３は、厚さ０．８〜４ｍｍのアルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金で構成され、熱容量を確保するため回路基板２の長辺の長さよりも長い長辺サイズを有している。
【００４５】
そして、放熱板３の長辺側端縁部が、放熱板４の主面上に形成されたレール状構造のユニット装着部５０に挟み込まれることで、放熱板４の主面に対して放熱板３の主面が垂直に位置することとなる。
【００４６】
ユニット装着部５０は、その隙間に放熱板３の長辺側端縁部が挿入された後、プレス機にてかしめられることで、放熱板３を固定している。このような構成を採ることで、半導体装置モジュール１００の外形サイズをできるだけ小さくするとともに、熱容量を大きくすることができる。このため半導体装置モジュール１００の駆動時に発熱する半導体素子の放熱性を向上させることができる。
【００４７】
ここで、放熱板４は、厚さ０．８〜４ｍｍのアルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金で構成され、熱容量を確保するため回路基板２の長辺の長さよりも長い長辺サイズを有している。
【００４８】
また、後述するように、主電極端子先端の溶接時にはアーク放電を利用した局所溶接、いわゆるマイクロ溶接を行うが、その際に発生する熱を、放熱板３および４を介して放熱させることができる。このため、各部の接合に使用される接合材１１に融点以上の熱が加わることが防止され、接合材１１の軟化、溶融による接合部の品質低下を防止することができる。
【００４９】
また、放熱板４の裏面側（放熱板３が設けられる側とは反対側の主面側）に、放熱フィンを設けても良い。これにより放熱性をさらに向上させることができるが、これを用いるかは半導体素子の発熱量に応じて、また、半導体装置モジュール１００の使用形態や取り付け状態に応じて決定すれば良い。
【００５０】
また、放熱フィンの代わりに冷却ファンを設けて強制空冷しても良いし、水冷により強制冷却しても良い。これらの方法は、半導体装置モジュール１００の高温動作域での動作を保証するために有効である。
【００５１】
図３には示されていないが、放熱板３の回路基板２が接合された側の主面上は、ＩＧＢＴ１ａ、ＳＢＤ１ｂ、第１の主電極端子５、第２の主電極端子６および配線部材１０が接合された状態の回路基板２を樹脂封止する樹脂パッケージ１５（図１）が形成されている。なお、放熱板３の裏面（回路基板２が接合された側とは反対側の主面）側は露出している。
【００５２】
樹脂パッケージ１５の樹脂材料は、シリコン樹脂や、エポキシ樹脂を主成分とした樹脂であり、半導体素子や配線部材１０を接合した後、絶縁性を確保するとともに、第１の主電極端子５、第２の主電極端子６を固定保持し、回路基板２との接合の耐久性を確保する。なお、樹脂封止の方法は、例えば型枠を用いたポッティング法を用い、８０〜１５０℃の加熱により成型する。
【００５３】
次に、Ｎ側パッケージユニット２２の構成について説明する。図４は、Ｎ側パッケージユニット２２を樹脂パッケージ１５側から見た場合に、樹脂パッケージ１５を省略して示した図である。
【００５４】
図３示したＰ側パッケージユニット２１と比較して、Ｎ側パッケージユニット２２は、両パッケージ間に設定した仮想線に対して線対象な構造を採り、互いの放熱板３の裏面が対向する構成となっている。これは、半導体装置モジュール１００の冷却能力を上げ、各パッケージに含まれる半導体素子の安定した動作を実現するために有効な構成である。
【００５５】
図３に示したＰ側パッケージユニット２１と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略するが、Ｎ側パッケージユニット２２においては、導体パターンＰ１の端縁部に、第１の主電極端子７が接合され、第１の主電極端子７が接合された側とは反対側の導体パターンＰ２には、配線部材１０が接合されるとともに、第２の主電極端子８が接合されている。
【００５６】
ここで、第１の主電極端子７および第２の主電極端子８は、良導電性を有した金属、例えば銅やその合金材料で形成され、その厚さは０．３〜１．５ｍｍである。
【００５７】
また、第１の主電極端子７、第２の主電極端子８および配線部材１０には貫通孔ＴＨが設けられており、そこには接合材１１が満たされている。このような構成を採ることで、第１の主電極端子７、第２の主電極端子８および配線部材１０の表面が、対向する面と接合材１１で接合されるとともに、貫通孔ＴＨの内壁面も接合材１１で接合されるので、信頼性の高い接合部を得ることができる。なお、第１の主電極端子７および第２の主電極端子８に設ける貫通孔ＴＨは、図４の例では、それぞれ１箇所となっているが、これに限定されるものではない。
【００５８】
また、導体パターンＰ１の延在方向に並行して、独立した導体パターンＰ３が設けられており、当該導体パターンＰ３には、信号端子１３が接合されるとともに、ＩＧＢＴ１ａのゲートとの間がリード１４によって接合されている。
【００５９】
図４には示されていないが、放熱板３の回路基板２が接合された側の主面上は、ＩＧＢＴ１ａ、ＳＢＤ１ｂ、第１の主電極端子７、第２の主電極端子８および配線部材１０が接合された状態の回路基板２を樹脂封止する樹脂パッケージ１５（図１）が形成されている。なお、放熱板３の裏面（回路基板２が接合された側とは反対側の主面）側は露出している。
【００６０】
次に、図３および図４におけるＡ−Ａ線での断面矢視図を図５に示す。図５に示すように、Ｐ側パッケージユニット２１の第２の主電極端子６と、Ｎ側パッケージユニット２２の第１の主電極端子７との間に、導電性の接続部材９が挿入されている。
【００６１】
このように、回路基板２、ＩＧＢＴ１ａ、ＳＢＤ１ｂ、および配線部材１０は樹脂パッケージ１５内に樹脂封止されているが、第１の主電極端子５、７および第２の主電極端子６、８は、長辺の長さのうち、２〜１５ｍｍが樹脂パッケージ１５から突出している。そして、突出した各主電極端子の先端は、平坦ではなく図３および図４に示すように短辺の中央部が凹んで凹凸を有する形状となっている。
【００６２】
このような形状とすることで、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７とを接続部材９に溶接する際に溶接部どうしが接触することを防止できる。
【００６３】
ここで、各主電極端子の短辺に沿った方向を幅方向と呼称すると、凹凸形状の凹部と凸部の寸法は、主電極端子の幅をＡ（ｍｍ）とし、凹部の幅をＸ（ｍｍ）とすると、Ｘ≧０．４Ａの関係を満たすように設定される。
【００６４】
このように、凹凸形状の寸法を設定するのは、凹部の幅が狭いと、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７とを接続部材９に溶接する際に、隣合う溶接部どうしが接したり、あるいは接合する可能性が生じるので、それを防止するためである。
【００６５】
溶接部どうしが接合してしまうと、溶接部の形状が略半球形状といった安定した形状ではなく、不安定な形状になってしまい、信頼性が低下する可能性がある。一方で、半導体装置モジュール１００は、小型化、軽量化が要求されており、主電極端子幅を無制限に広げることはできず、接合部の信頼性向上および製品品質の確保も考慮すると、上記関係を満たすことが望ましいということになる。
【００６６】
なお、凹部の幅を広げ過ぎると、凸部の幅が狭くなり、溶接作業に支障を来すとともに接合強度が低下するので、凹部の幅の上限は、凸部の幅の０．５倍程度が望ましい。
【００６７】
ここで、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７とを接続部材９にアーク放電を利用した局所溶接により接合した状態の断面図を図６に示す。樹脂パッケージ１５が形成された後のＰ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２を、放熱板４上に設けられたユニット装着部５０に装着して、プレス機等にてかしめた後、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７との間に接続部材９を挿入すると、図５に示した状態となる。
【００６８】
ここで、接続部材９は、長辺に沿った方向の両端部が同じ方向にほぼ９０度に折れ曲がった形状を有し、折れ曲がった先の先端部は主電極端子と同じ凹凸を有する形状となっている。また、接続部材９の短辺に沿った方向を幅方向と呼称すると、接続部材９の幅は第２の主電極端子６および第１の主電極端子７の幅と同じ長さに設定され、凹部および凸部の寸法も第２の主電極端子６および第１の主電極端子７と同じである。このような構成とすることで、組立および溶接を容易行うことができる。
【００６９】
接続部材９を、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７との間に挿入する際には、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７の先端部と、接続部材９の折れ曲がった先の先端部とが一致するように挿入する。
【００７０】
その後、アーク放電を利用した局所溶接により、第２の主電極端子６および第１の主電極端子７の先端部と、接続部材９の先端部とを溶接する。アーク放電の熱により、互いの先端が溶融し、ほぼ半球状の溶接部ＢＬが形成される。
【００７１】
ここで、溶接部ＢＬの最大幅は、接合前の第２の主電極端子６および第１の主電極端子７の先端部の凸部の幅より１．１倍以上の大きさを有した構造となっている。これにより接合部の信頼性を高め、製品品質を高めることができる。
【００７２】
この理由について、図７を用いて説明する。図７は、横軸に、主電極端子の凸部の幅に対する接合幅（溶接部ＢＬの最大幅）の比率を取り、縦軸に破断強度（Ｎ）を取った場合の接合強度試験結果を示している。
【００７３】
図７より、溶接部ＢＬの最大幅が、主電極端子の凸部の幅より１．１倍以上となることで、破断強度が１０Ｎ（ニュートン）を越え、必要な接合強度を有することが判る。破断強度は、横軸の比率が１を越える辺りから急速に高まるが、比率が１．１より小さい場合には、十分な接合強度を得ることは難しい。
【００７４】
また、この１．１倍というのは、電極の接合部の信頼性を最小エネルギーで確保するものであり、このような構造を最小接合構造と呼称する。そして、最小接合構造を採ることで、生産コストを削減できるとともに、小型化、軽量化を実現することができる。
【００７５】
なお、図７より、溶接部ＢＬの最大幅が、主電極端子の凸部の幅より１．１倍以上であれば必要な接合強度が得られるが、上限は、先に説明した主電極端子の凹部の幅との関係から、主電極端子の凸部の幅の２倍程度と考えられる。
【００７６】
ここで、溶接方法についてはアーク放電を利用した局所溶接に替えて電子ビーム溶接、またはレーザ溶接を用いても良く、この場合も、ほぼ半球状の溶接部ＢＬが形成することができる。
【００７７】
また、樹脂パッケージ１５が形成された後のＰ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２を、ユニット装着部５０に装着してかしめた後に、アーク放電を利用した局所溶接を行うので、半導体素子は封止樹脂に覆われており、スカート状に広がるアーク放電が、半導体素子にダメージを与えることはない。これは、電子ビーム溶接またはレーザ溶接を用いる場合も同様である。
【００７８】
第２の主電極端子６と第１の主電極端子７とを接続部材９により接合することで、Ｐ側パッケージユニット２１とＮ側パッケージユニット２２とが電気的に接続されて図２に示した１組のインバータ回路が形成される。
【００７９】
＜製造方法＞
次に、製造工程を順に示す図８〜図１６を用いて、半導体装置モジュール１００の製造方法について説明する。なお、以下の説明においては図３に示したＰ側パッケージユニット２１の製造方法を例に採って説明する。
【００８０】
まず、図８に示す工程において、一方の主面上に導体パターンＰ１〜Ｐ３が形成された回路基板２を準備し、導体パターンＰ１上の半導体素子が搭載される領域に接合材１１を配置する。
【００８１】
次に、図９に示す工程において、ＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂを準備し、接合材１１が配置された領域に搭載する。
【００８２】
次に、図１０に示す工程において、ＩＧＢＴ１ａおよびＳＢＤ１ｂの上面、導体パターンＰ１およびＰ２上の、それぞれ第１の主電極端子５および第２の主電極端子６が接合される領域および導体パターンＰ２上の配線部材１０が接合される領域に接合材１１を配置する。
【００８３】
次に、図１１に示す工程において、配線部材１０および第１の主電極端子５および第２の主電極端子６を準備し、接合材１１が配置された領域に搭載する。その後、回路基板２を所定の温度条件下で加熱して、接合材１１を固化（または硬化）させることで、各構成を回路基板２上に接合（固着）する。
【００８４】
次に、図１２に示す工程において、放熱板３を準備し、一方の主面上の回路基板２が接合される領域に接合材１１を配置する。
【００８５】
次に、図１３に示す工程において、半導体素子が実装された回路基板２を、接合材１１が配置された領域に搭載し、所定の温度条件下で加熱して、接合材１１を固化（または硬化）させることで、回路基板２を放熱板３上に接合（固着）する。
【００８６】
次に、図１４に示す工程において、ＩＧＢＴ１ａのゲートを導体パターンＰ３に電気的に接続するため、ワイヤボンドまたは超音波ボンディングによりリード１４の接合を行う。また、信号端子１３もワイヤボンドまたは超音波ボンディングにより導体パターンＰ３に接続する。この工程までを完了した構成を便宜的に回路ユニットと呼称する。
【００８７】
次に、図１５に示す工程において、半導体素子が実装された回路基板２を放熱板３上で樹脂封止する。具体的な封止方法は、回路基板２が完全に覆われるとともに、第１の主電極端子５および第２の主電極端子６の端部が突出する型枠に放熱板３を嵌め込み、当該型枠内に熱硬化性の封止樹脂を導入し、８０〜１５０℃で加熱して樹脂を硬化させて樹脂パッケージ１５を成形する。これにより、Ｐ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２が完成する。
【００８８】
次に、図１６に示す工程において、放熱板４を準備し、Ｐ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２における放熱板３の長辺（主電極端子が設けられていない側の長辺）を、それぞれユニット装着部５０のレールの隙間に挿入し、プレス機を用いてレールを構成する長尺材をかしめることで固定する。これにより、放熱板４の主面に対して、放熱板３の主面が垂直に位置するように固定される。
【００８９】
その後、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７との間に接続部材９を挿入し、アーク放電を利用した局所溶接により、第２の主電極端子６および第１の主電極端子７の先端部と、接続部材９の先端部とを溶接することで、図６に示した溶接部ＢＬが形成され、半導体装置モジュール１００が完成する。
【００９０】
＜効果＞
以上説明したように半導体装置モジュール１００においては、第２の主電極端子６および第１の主電極端子７と接続部材９との接合において、被接合材（主電極端子）と異なる金属で構成される接合材（例えばはんだ材）を使用することなく、母材である第２の主電極端子６、第１の主電極端子７および接続部材９を溶融し、凝固させることで金属原子どうしを結合させ接合するので、母材と接合材との線膨張係数のミスマッチが発生することがない。
【００９１】
すなわち、半導体装置モジュールは、温度差（ΔＴ）２２５℃以上といった温度変化が大きい極めて厳しい環境下での使用が要求されるので、はんだ材のように異なった線膨張係数を有した材料を介して接合すると、母材との線膨張係数のミスマッチにより接合部に大きな熱歪みや熱応力が発生し、亀裂を生じさせる可能性がある。そして、主電極端子の厚みが０．３〜１．５ｍｍと薄いため、一旦亀裂が生じると亀裂が進展する可能性がある。
【００９２】
しかしながら、本発明においてはアーク放電を利用した局所溶接を使用することで、数ｍｓｅｃ〜数秒で溶接が終了して熱歪みの発生を抑制できるとともに、線膨張係数のミスマッチが発生せず、線膨張係数の違いに起因する亀裂の発生を抑制することができる。このため、信頼性の高い接合部を得ることができる。
【００９３】
また、接合材１１として、１７５℃以上の耐熱性を有したはんだ材や銀ナノ粒子ペーストを使用することで、樹脂パッケージ１５内部の接合部においても１７５℃以上の耐熱性を確保でき、半導体素子として炭化珪素半導体素子を使用することと併せて半導体装置モジュール１００自体の信頼性および製品品質を高めることができる。
【００９４】
また、放熱板３の長辺側端縁部が、放熱板４の主面上に形成されたレール状構造のユニット装着部５０に挟み込むことで、放熱板４を固定する構成を採るので、放熱板４の固定が確実かつ強固にできる。
【００９５】
また、放熱板４の主面に対して放熱板３の主面が垂直に位置する構成を採ることで、樹脂パッケージ１５の側面から主電極端子を突出させる構成と相俟って小型化、軽量化を図ることができる。
【００９６】
また、放熱板３および４を組み合わせることで熱容量を大きくすることができるとともに、放熱板３の裏面が、空気に曝されることで、放熱板３の裏面においても放熱することができ、半導体装置モジュール１００の駆動時に発熱する半導体素子の放熱性を向上させることができ、より高い温度でも正常な動作が可能となる。
【００９７】
＜実施の形態２＞
次に、図１７を用いて本発明に係る実施の形態２の半導体装置モジュール２００の構成について説明する。なお、図３および図４に示した半導体装置モジュール１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９８】
図１７は、図３および図４に示した半導体装置モジュール１００と同様の部分における断面矢視図であり、半導体素子１ｂが回路基板２の上に接合され、放熱板３は放熱板４の主面上に接合材１２を用いて接合されている。
【００９９】
そして、Ｐ側回路とＮ側回路とがケース１８で囲まれ、ケース１８と放熱板４とで構成される筐体内には絶縁性の封止材１６が充填されてＰ側回路およびＮ側回路が樹脂封止されている。ケース１８は、ＰＰＳ、ＰＢＴ、ＳＰＳおよびエポキシなどの絶縁材で構成され、その厚さは０．５〜１．５ｍｍである。
【０１００】
このように、半導体装置モジュール２００では、Ｐ側回路とＮ側回路とが共通して樹脂封止された構成であり、樹脂パッケージは１つであるので、便宜的にＰ側回路をＰ側回路ユニット２１０、Ｎ側回路をＮ側回路ユニット２２０と呼称する。
【０１０１】
Ｐ側回路ユニット２１０の第２の主電極端子６ＡおよびＮ側回路ユニット２２０の第１の主電極端子７Ａの形状は、上端部が２段階に曲げられて断面がＺ字状となっている。すなわち、一旦、主電極端子の主面に垂直な方向に曲げられることで第１の屈曲部が形成され、再び、主電極端子の主面と並行な方向に曲げ戻されることで第２の屈曲部が形成された構成を有している。そして、第１および第２の屈曲部が、直角よりもやや小さな角度となるように曲げられることで、Ｚ字状の断面形状となっている。これは、第１の主電極端子７Ａにおいても同じであるとともに、Ｐ側回路ユニット２１０の第１の主電極端子（図示せず）およびＮ側回路ユニット２２０の第２の主電極端子（図示せず）においても同じである。
【０１０２】
また、第２の主電極端子６Ａと第１の主電極端子７Ａとの間の接続部材９Ａは、長辺に沿った方向の両端部が同じ方向に９０度よりもやや小さな角度となるように曲げられているとともに、中央部がカーブした断面形状を有している。
【０１０３】
このような構成を採ることで、各主電極端子の接合部において発生する熱応力、熱歪みを屈曲部において吸収できるので、信頼性および製品品質をさらに高めることができる。
【０１０４】
すなわち、半導体装置モジュール２００が厳しい環境下にて使用される場合、例えば寒冷地での使用、車載での使用等において特に効果がある。
【０１０５】
また、各主電極端子の形状を曲げ形状とすることで電極長を短くすることができ、さらなる小型化、軽量化を実現することができる。
【０１０６】
すなわち、主電極端子の材料である銅あるいは銅合金の密度は、約８９３３ｋｇ／ｍ3であり、半導体装置モジュールの全重量に占める主電極端子の材料の重量比は、放熱板に次いで大きいからである。なお、各主電極端子の曲げ加工はプレス機等を用いて順送金型にて生産効率よく実行される。
【０１０７】
また、半導体装置モジュール２００では、放熱板３は放熱板４の主面上に接合材１２を用いて接合されているが、接合材１２はＳｎを主成分とした１７５℃以上の耐熱性を有した高温はんだ等のロウ材もしくは銀ナノ粒子ペースト等の導電性接着剤を用いる。これにより、半導体装置モジュール２００が１７５℃以上となる高温下でも耐久性が確保でき、また接合材１２は熱伝導率が２０〜９０Ｗ／ｍＫであるため、動作時に半導体素子が発する熱を放熱板３を介して放熱板４へと効率よく熱伝達することができる。
【０１０８】
なお、図３に示した半導体装置モジュール１００と同様に、ユニット装着部５０を用いてかしめにより放熱板３を固定する構成としても良い。逆に、半導体装置モジュール１００においては、半導体装置モジュール２００と同様に、接合材１２を用いて放熱板３を接合する構成としても良い。
【０１０９】
半導体装置モジュール２００の製造においては、放熱板４の一方の主面上にＰ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０の放熱板３の長辺（主電極端子が設けられていない側の長辺）の側面を接合材１２を用いて接合した後、無底無蓋のケース１８を、Ｐ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０囲むように接着剤（図示せず）を用いて放熱板４の主面上に固定する。
【０１１０】
その後、ケース１８と放熱板４とで構成される筐体内に、封止材１６として、例えば、シリコーンゲルまたはエポキシ樹脂を充填する。
【０１１１】
このように、筐体を設けて封止材１６を充填する構成を採ることで、製造工程を簡略化でき、また、Ｐ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０を、主電極端子の先端部除いて封止材１６で覆うことで、溶接時に接合部以外の部分に不具合が発生することを防止できる。
【０１１２】
その後、封止材１６から突出している第２の主電極端子６と第１の主電極端子７との間に接続部材９を挿入し、アーク放電を利用した局所溶接により、第２の主電極端子６および第１の主電極端子７の先端部と、接続部材９の先端部とを溶接することで半導体装置モジュール２００が完成する。
【０１１３】
なお、第２の主電極端子６Ａ、第１の主電極端子７Ａおよび接続部材９Ａを、実施の形態１の半導体装置モジュール１００において第２の主電極端子６、第１の主電極端子７および接続部材９の代わりに用いても良い。
【０１１４】
＜実施の形態３＞
次に、図１８および図１９を用いて本発明に係る実施の形態３の半導体装置モジュール３００の構成について説明する。なお、図３および図４に示した半導体装置モジュール１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１５】
図１８は、図３および図４に示した半導体装置モジュール１００と同様の部分における断面矢視図であり、半導体素子１ｂが回路基板２の上に接合され、放熱板３は放熱板４の主面上に接合材１２を用いて接合されている。
【０１１６】
そして、Ｐ側回路およびＮ側回路の上方には、図示されないＩＧＢＴ１ａのゲートへの制御信号を生成する制御回路を含む制御基板１９が配置され、当該制御基板１９を含めて、Ｐ側回路およびＮ側回路全体が樹脂パッケージ１７内に収納された構成となっている。
【０１１７】
このように、半導体装置モジュール３００では、Ｐ側回路とＮ側回路とが共通して樹脂封止された構成であり、樹脂パッケージは１つであるので、便宜的にＰ側回路をＰ側回路ユニット２１０、Ｎ側回路をＮ側回路ユニット２２０と呼称する。
【０１１８】
図１９に示すように、Ｐ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０は、互いの回路基板２が向かい合うように放熱板４上に搭載され、それぞれの放熱板３の裏面は、樹脂パッケージ１７の側面において露出するように構成されている。
【０１１９】
Ｐ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０のそれぞれの放熱板３は、長辺（主電極端子が設けられていない側の長辺）の側面が、放熱板４の長辺側の端縁部に沿って設けられた段差部に接合材１２によって接合されている。接合材１２はＳｎを主成分とした１７５℃以上の耐熱性を有した高温はんだ等のロウ材もしくは銀ナノ粒子ペースト等の導電性接着剤を用いる。
【０１２０】
Ｐ側回路ユニット２１０の第２の主電極端子６およびＮ側回路ユニット２２０の第１の主電極端子７は、上方に配置された制御基板１９を貫通して延在し、第２の主電極端子６および第１の主電極端子７の先端部は、間に挿入された接続部材９の先端部と、アーク放電を利用した局所溶接により溶接されて、溶接部ＢＬが形成されている。
【０１２１】
また、Ｐ側回路ユニット２１０の第１の主電極端子５（図示せず）およびＮ側回路ユニット２２０の第２の主電極端子８（図示せず）は、上方に配置された制御基板１９を貫通して延在し、それぞれの先端部は、外部端子３０および３１にアーク放電を利用した局所溶接により溶接されている。外部端子３０および３１の端部は、樹脂パッケージ１７の上面から突出し、それぞれ電源や電気機器などに接続される。
【０１２２】
図１９は、Ｐ側回路ユニット２１０を回路基板２側から見た場合に、Ｐ側回路ユニット２１０上の樹脂パッケージ１７を省略して示した図である。なお、図１９におけるＢ−Ｂ線での断面矢視図が図１８に対応する。
【０１２３】
図１９に示すように、導体パターンＰ３に接続された信号端子１３は、上方の制御基板１９に向けて延在し、制御基板１９の制御回路（図示せず）に接続されることで制御信号が与えられる構成となっている。
【０１２４】
また、Ｐ側回路ユニット２１０の第２の主電極端子６およびＮ側回路ユニット２２０の第１の主電極端子７（図示せず）は、図示されない接続部材９に接続されているが、接続部材９はさらに外部端子３２に接続され、外部端子３２の端部は、樹脂パッケージ１７の上面から突出する構成となっている。なお、外部端子３２は接続部材９と一体で設けられた構成であっても良い。
【０１２５】
このように、半導体装置モジュール３００では、Ｐ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０のそれぞれの放熱板３の裏面が、樹脂パッケージ１７の側面において露出し、放熱板４の裏面も露出しているため、放熱に関わる３つの面（放熱面）が外部に露出することとなり、より高い放熱性を得ることができる。これにより、半導体素子が持つ特性を十分に発揮することができる。
【０１２６】
なお、露出した放熱面を自然冷却で冷却しても良いが、各放熱面に空冷フィンを取り付けても良く、また水冷フィンを取り付けても良い。
【０１２７】
半導体装置モジュール３００の製造においては、長辺側の端縁部に沿って段差部が設けられた放熱板４の主面上にＰ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０の放熱板３の長辺（主電極端子が設けられていない側の長辺）の側面を接合材１２を用いて接合した後、各主電極端子が、制御基板１９に設けた開口部を貫通するとともに、Ｐ側回路ユニット２１０およびＮ側回路ユニット２２０のそれぞれの信号端子１３が、制御基板１９上の所定の制御回路に接続されるように制御基板１９を配置する。このとき、信号端子１３を制御回路に、例えばはんだ付けで接続することで、制御基板１９を支える構成としても良い。
【０１２８】
次に、第２の主電極端子６と第１の主電極端子７との間に接続部材９を挿入し、アーク放電を利用した局所溶接により、第２の主電極端子６および第１の主電極端子７の先端部と、接続部材９の先端部とを溶接する。このとき、外部端子３２と一体となった接続部材９を用いる場合には外部端子３２を接続部材９に溶接する手間が省ける。
【０１２９】
また、Ｐ側回路ユニット２１０の第１の主電極端子５およびＮ側回路ユニット２２０の第２の主電極端子８（図示せず）に、それぞれ外部端子３０および３１をアーク放電を利用した局所溶接により溶接する。なお、外部端子３０および３１の、それぞれ第１の主電極端子５および第２の主電極端子８と接続される端部の形状は、第１の主電極端子５および第２の主電極端子８の端部と同様に凹凸を有する形状とすれば良い。
【０１３０】
その後、外部端子３０〜３２の先端部以外の部分が完全に樹脂封止されるように樹脂パッケージ１７を形成する。
【０１３１】
具体的な封止方法は、放熱板４上に、Ｐ側回路ユニット２１０、Ｎ側回路ユニット２２０および先端部以外の外部端子３０〜３２を囲むような型枠を配置し、当該型枠内に熱硬化性の封止樹脂を導入し、８０〜１５０℃で加熱して樹脂を硬化させて樹脂パッケージ１７を成形する。
【０１３２】
このような構成を採ることで、各主電極端子と回路基板２との接合箇所も、樹脂パッケージ１７で覆われているため、信頼性および製品品質を高めることができる。
【０１３３】
さらには、樹脂封止作業が金型を用いた一括成形によりなされるので、大量に製造するような場合などは、安価で生産性が非常に良い構造となる。
【０１３４】
なお、実施の形態２の半導体装置モジュール２００において用いた、第２の主電極端子６Ａ、第１の主電極端子７Ａおよび接続部材９Ａを、実施の形態３の半導体装置モジュール３００において第２の主電極端子６、第１の主電極端子７および接続部材９の代わりに用いても良い。
【０１３５】
＜変形例１＞
図２０には、図１に示した半導体装置モジュール１００の周囲を樹脂ケース４０で囲んだ構成を示す。なお、図１に示した半導体装置モジュール１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１３６】
図２０に示すように、無底無蓋の樹脂ケース４０が、Ｐ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２を囲むように放熱板４の主面上に固定されている。
【０１３７】
樹脂ケース４０は、長辺に沿った方向の両側に、それぞれ外側に向けて延在するように設けられた台座部４１および４２を有している。
【０１３８】
そして、台座部４１上には、接続部材９から外部端子ＡＣＴが延在しており、台座部４２には、Ｐ側パッケージユニット２１の第１の主電極端子５に溶接された外部端子ＰＴおよびＮ側パッケージユニット２２の第２の主電極端子８に溶接された外部端子ＮＴが延在する構成となっている。
【０１３９】
接続部材９と外部端子ＡＣＴとは一体的に形成されており、接続部材９を第２の主電極端子６および第１の主電極端子７に溶接することで、外部端子ＡＣＴに第２の主電極端子６および第１の主電極端子７が電気的に接続されることとなる。
【０１４０】
また、Ｐ側パッケージユニット２１の第１の主電極端子５と外部端子ＰＴとの溶接、Ｎ側パッケージユニット２２の第２の主電極端子８と外部端子ＮＴとの溶接にもアーク放電を利用した局所溶接を使用する。
【０１４１】
なお、外部端子ＰＴおよびＮＴの、それぞれ第１の主電極端子５および第２の主電極端子８と接続される端部の形状は、第１の主電極端子５および第２の主電極端子８の端部と同様に凹凸を有する形状とすれば良い。
【０１４２】
このように、Ｐ側パッケージユニット２１およびＮ側パッケージユニット２２を囲むように樹脂ケース４０を配設することで、半導体装置モジュール１００が１つのユニットとしてより強固な構造となる。
【０１４３】
また、外部端子ＡＣＴ、ＰＴおよびＮＴを設けることで、電源や電気機器などとの接続を容易にできるという効果がある。
【０１４４】
＜変形例２＞
以上説明した半導体装置モジュール１００〜３００においては、図２に示した３相インバータＩＶのうち、インバータＩＶ１を構成する２つの回路ユニットを備えるものとして説明した。このように複数の回路ユニットで１つのモジュールを構成することで、組立性が向上する。
【０１４５】
しかし、１組のインバータのうち、一方の電位側のトランジスタおよびフリーホイールダイオードの回路ユニットだけでモジュールを構成しても良い。その場合は、６つの半導体装置モジュールを組み合わせることで、図２に示す３相インバータＩＶが構成されることとなる。
【０１４６】
また、１組のインバータでなく３組のインバータ、すなわち、図２に示した３相インバータＩＶを構成する全ての回路ユニットを含むようにモジュールを構成しても良い。その場合は、１つの半導体装置モジュールだけで、図２に示す３相インバータＩＶが構成されることとなる。１つの放熱板４上に３相インバータを構成するための全ての回路ユニットを配設する方が、組立性の観点からは有利である。
【符号の説明】
【０１４７】
１ａ ＩＧＢＴ、１ｂ ＳＢＤ、２ 回路基板、３，４ 放熱板、５，７，７Ａ 第１の主電極端子、６，６Ａ，８ 第２の主電極端子、９，９Ａ 接続部材、１０ 配線部材、１１，１２ 接合材、１５，１７ 樹脂パッケージ、１６ 封止材、１８ ケース、Ｐ１〜Ｐ３ 導体パターン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が搭載された回路基板と、
前記回路基板を搭載する第１の放熱板と、
前記半導体素子の主電極に電気的に接続される主電極端子と、を有した少なくとも１つの回路ユニットと、
前記少なくとも１つの回路ユニットを搭載する第２の放熱板とを備え、
前記第１の放熱板は、その主面が、前記第２の放熱板の主面に対して垂直となるように前記第２の放熱板上に搭載され、
前記主電極端子は、一方端が前記回路基板に接続され、前記第１の放熱板の前記主面に対して平行な方向に延在して他方端が前記第１の放熱板上から突出し、
前記第２の放熱板上に搭載され、前記主電極端子の前記他方端を除いて前記少なくとも１つの回路ユニットの周囲を囲むケースを備え、
前記ケースと前記第２の放熱板とで構成される筐体内に、絶縁性の封止材が充填される、半導体装置モジュール。
【請求項２】
半導体素子が搭載された回路基板と、
前記回路基板を搭載する第１の放熱板と、
前記半導体素子の主電極に電気的に接続される主電極端子と、を有した少なくとも１つの回路ユニットと、
前記少なくとも１つの回路ユニットを搭載する第２の放熱板とを備え、
前記第１の放熱板は、その主面が、前記第２の放熱板の主面に対して垂直となるように前記第２の放熱板上に搭載され、
前記主電極端子は、一方端が前記回路基板に接続され、前記第１の放熱板の前記主面に対して平行な方向に延在して他方端が前記第１の放熱板上から突出し、
前記第１の放熱板は、
前記回路基板が搭載された側とは反対側となる裏面が外側となるように、前記主電極端子が突出する側とは反対側の端面が前記第２の放熱板の端縁部に接合材によって接合され、
前記少なくとも１つの回路ユニットは、
前記第１の放熱板の前記裏面を除いて、前記少なくとも１つの回路ユニット全体を樹脂封止する樹脂パッケージを備える、半導体装置モジュール。
【請求項３】
前記主電極端子は、板状部材で構成され、前記他方端側が、一旦、その主面に垂直な方向に曲げられることで第１の屈曲部が形成され、再び、主面と並行な方向に曲げ戻されることで第２の屈曲部が形成されたＺ字状の断面形状を有する、請求項１記載の半導体装置モジュール。
【請求項４】
前記第１の放熱板は、
前記主電極端子が突出する側とは反対側の端面が、前記第２の放熱板上に接合材によって接合される、請求項１記載の半導体装置モジュール。
【請求項５】
前記半導体素子は、炭化珪素半導体素子である、請求項１または請求項２記載の半導体装置モジュール。
【請求項１】
半導体素子が搭載された回路基板と、
前記回路基板を搭載する第１の放熱板と、
前記半導体素子の主電極に電気的に接続される主電極端子と、を有した少なくとも１つの回路ユニットと、
前記少なくとも１つの回路ユニットを搭載する第２の放熱板とを備え、
前記第１の放熱板は、その主面が、前記第２の放熱板の主面に対して垂直となるように前記第２の放熱板上に搭載され、
前記主電極端子は、一方端が前記回路基板に接続され、前記第１の放熱板の前記主面に対して平行な方向に延在して他方端が前記第１の放熱板上から突出し、
前記第２の放熱板上に搭載され、前記主電極端子の前記他方端を除いて前記少なくとも１つの回路ユニットの周囲を囲むケースを備え、
前記ケースと前記第２の放熱板とで構成される筐体内に、絶縁性の封止材が充填される、半導体装置モジュール。
【請求項２】
半導体素子が搭載された回路基板と、
前記回路基板を搭載する第１の放熱板と、
前記半導体素子の主電極に電気的に接続される主電極端子と、を有した少なくとも１つの回路ユニットと、
前記少なくとも１つの回路ユニットを搭載する第２の放熱板とを備え、
前記第１の放熱板は、その主面が、前記第２の放熱板の主面に対して垂直となるように前記第２の放熱板上に搭載され、
前記主電極端子は、一方端が前記回路基板に接続され、前記第１の放熱板の前記主面に対して平行な方向に延在して他方端が前記第１の放熱板上から突出し、
前記第１の放熱板は、
前記回路基板が搭載された側とは反対側となる裏面が外側となるように、前記主電極端子が突出する側とは反対側の端面が前記第２の放熱板の端縁部に接合材によって接合され、
前記少なくとも１つの回路ユニットは、
前記第１の放熱板の前記裏面を除いて、前記少なくとも１つの回路ユニット全体を樹脂封止する樹脂パッケージを備える、半導体装置モジュール。
【請求項３】
前記主電極端子は、板状部材で構成され、前記他方端側が、一旦、その主面に垂直な方向に曲げられることで第１の屈曲部が形成され、再び、主面と並行な方向に曲げ戻されることで第２の屈曲部が形成されたＺ字状の断面形状を有する、請求項１記載の半導体装置モジュール。
【請求項４】
前記第１の放熱板は、
前記主電極端子が突出する側とは反対側の端面が、前記第２の放熱板上に接合材によって接合される、請求項１記載の半導体装置モジュール。
【請求項５】
前記半導体素子は、炭化珪素半導体素子である、請求項１または請求項２記載の半導体装置モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１３−５８８０９（Ｐ２０１３−５８８０９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２８２３７４（Ｐ２０１２−２８２３７４）
【出願日】平成２４年１２月２６日（２０１２．１２．２６）
【分割の表示】特願２０１０−１４９１２（Ｐ２０１０−１４９１２）の分割
【原出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１２月２６日（２０１２．１２．２６）
【分割の表示】特願２０１０−１４９１２（Ｐ２０１０−１４９１２）の分割
【原出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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