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WO2013061392A1 - 半導体モジュール - Google Patents

半導体モジュール Download PDF

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Publication number
WO2013061392A1
WO2013061392A1 PCT/JP2011/074409 JP2011074409W WO2013061392A1 WO 2013061392 A1 WO2013061392 A1 WO 2013061392A1 JP 2011074409 W JP2011074409 W JP 2011074409W WO 2013061392 A1 WO2013061392 A1 WO 2013061392A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
cover
semiconductor device
conductive member
cylindrical body
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/074409
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
青島　正貴
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by トヨタ自動車株式会社 filed Critical トヨタ自動車株式会社
Priority to DE112011105754.7T priority Critical patent/DE112011105754B4/de
Priority to JP2012518684A priority patent/JP5338979B1/ja
Priority to PCT/JP2011/074409 priority patent/WO2013061392A1/ja
Priority to CN201180033706.2A priority patent/CN103180942B/zh
Priority to US13/611,568 priority patent/US8581422B2/en
Publication of WO2013061392A1 publication Critical patent/WO2013061392A1/ja

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    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Definitions

  • the technology disclosed in this specification relates to a semiconductor module.
  • the semiconductor device When the semiconductor device generates heat, the semiconductor device and its peripheral members (solder, wiring, etc.) thermally expand. Stress is applied to the semiconductor device due to the difference in coefficient of thermal expansion of each member. Such stress shortens the lifetime of the semiconductor device and the semiconductor module.
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor module in which a semiconductor device and each electrode are stacked and the semiconductor device and each electrode are connected by pressurizing them. Has been. However, in this semiconductor module, the first electrode is disposed so as to extend downward from the semiconductor device, and the second electrode is disposed so as to extend upward from the semiconductor device. Thus, when the 1st electrode and the 2nd electrode are separated, the problem that the inductance between the 1st electrode and the 2nd electrode will become large arises. Therefore, the present specification provides a semiconductor module in which a semiconductor device and a conductive member are connected by pressurization and an inductance between the conductive members is small.
  • the semiconductor module disclosed in this specification includes a semiconductor device, a first conductive member, a second conductive member, a cylindrical body, and a cover.
  • the semiconductor device includes a semiconductor substrate, a first electrode formed on one surface of the semiconductor substrate, and a second electrode formed on the surface of the semiconductor substrate opposite to the one surface.
  • the first conductive member is in contact with the first electrode.
  • the second conductive member is in contact with the second electrode.
  • the cylinder surrounds the semiconductor device, is fixed to the first conductive member, and has a first thread groove on the outer peripheral surface or the inner peripheral surface.
  • the cover is formed with a second thread groove, and is fixed to the cylinder body by engaging the second thread groove with the first thread groove.
  • the semiconductor device and the second conductive member are fixed by being sandwiched between the first conductive member and the cover.
  • the second conductive member has an extending portion that passes through the outer peripheral wall of the cylindrical body that is closer to the first conductive member than the cover and is drawn out from the inner side of the cylindrical body.
  • the extending portion of the second conductive member passes through the outer peripheral wall of the cylinder and is drawn out from the inside of the cylinder.
  • an extension part can be arranged along the 1st conductive member in the outside of a cylinder.
  • the inductance between the first conductive member and the second conductive member is small.
  • the extension part has penetrated the outer peripheral wall of the cylinder which exists in the 1st electroconductive member side rather than a cover. That is, the extension part penetrates the outer peripheral wall of the cylinder without penetrating the cover. For this reason, it is possible to rotate the cover and attach it to the cylinder (that is, engage the second thread groove with the first thread groove). For this reason, this semiconductor module can be easily assembled.
  • a third electrode may be further formed on the one surface of the semiconductor substrate.
  • the semiconductor module is in contact with the third electrode, passes through the outer peripheral wall of the cylinder existing on the first conductive member side of the cover, and is drawn out from the inside of the cylinder to the outside. It is preferable to further have a member.
  • the wiring (for example, the second conductive member and the third conductive member) to the semiconductor device passes through the outer peripheral wall of the cylindrical body and is drawn to the outside of the cylindrical body. 1 It is not necessary to provide a wiring drawing structure on the conductive member and the cover. Therefore, a semiconductor device can be suitably cooled by connecting a cooler to the first conductive member and the cover. Therefore, in any one of the semiconductor modules described above, the first cooler is connected to the surface of the first conductive member opposite to the semiconductor device, and the second cooler is connected to the surface of the cover opposite to the semiconductor device. A cooler is preferably connected.
  • an insulating member is disposed between the third conductive member and the first conductive member, and the third conductive member is fixed by being sandwiched between the third electrode and the insulating member. It is preferable that
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a semiconductor module 10 according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the semiconductor module 10 taken along an arrow A1 in FIG. 1, in which an electrode plate 40a and coolers 62 and 72 are not shown.
  • the semiconductor module 10 shown in FIGS. 1 and 2 is an assembly in which the semiconductor device 20 is accommodated in a case 40 and a cover 50.
  • the case 40 is made of metal.
  • the case 40 has an electrode plate 40a and a cylindrical body 40b.
  • the electrode plate 40a is formed in a substantially planar shape.
  • the cylinder 40b is formed in a cylindrical shape whose central axis extends perpendicular to the electrode plate 40a.
  • the lower end of the cylinder 40b is connected to the electrode plate 40a. That is, the lower end of the center hole of the cylinder 40b is closed by the electrode plate 40a.
  • a part 40e of the electrode plate 40a is drawn outside the outer peripheral surface of the cylindrical body 40b.
  • a screw groove 40c is formed on the outer peripheral surface of the cylindrical body 40b. Through holes 40d and 40f are formed in the cylindrical body 40b below the screw groove 40c (on the electrode plate 40a side).
  • a metal plate 84, a semiconductor device 20, a metal plate 82, a bus bar 30, an insulating plate 80, and three pins 90 are installed on the electrode plate 40a.
  • the metal plate 84, the semiconductor device 20, the metal plate 82, and the insulating plate 80 are installed inside the cylinder 40b.
  • the bus bar 30 and the pin 90 are installed so as to penetrate the outer peripheral wall of the cylindrical body 40b.
  • the metal plate 84 is placed on the electrode plate 40a.
  • the metal plate 84 is made of a relatively soft metal such as tin or silver (silver paste).
  • the semiconductor device 20 is installed on the metal plate 84.
  • the semiconductor device 20 has a semiconductor substrate 24 made of SiC.
  • a MOSFET is formed on the semiconductor substrate 24.
  • a plurality of MOSFET source electrodes 26 and MOSFET gate electrodes 28 are formed on the lower surface of the semiconductor substrate 24.
  • the semiconductor substrate 24 is rectangular.
  • the plurality of gate electrodes 28 are arranged along one long side of the semiconductor substrate 24.
  • a MOSFET drain electrode 22 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 24.
  • the semiconductor device 20 is placed on the metal plate 84 so that the source electrode 26 is in contact with the metal plate 84. Each gate electrode 28 is not in contact with the metal plate 84.
  • the metal plate 82 is installed on the semiconductor device 20.
  • the metal plate 82 is made of a relatively soft metal such as tin.
  • the metal plate 82 is in contact with the drain electrode 22 of the semiconductor device 20.
  • Each of the three pins 90 is connected to the gate electrode 28.
  • Each pin 90 extends from the gate electrode 28 to the outside of the cylinder 40b through a through hole 40f formed in the outer peripheral wall of the cylinder 40b.
  • the pin 90 in the through hole 40f is covered with an insulator 92.
  • Each pin 90 is fixed to the case 40 via an insulator 92.
  • Each pin 90 is insulated from the case 40 by an insulator 92.
  • the bus bar 30 is composed of a bent metal plate.
  • the bus bar 30 has a first portion 30a, a second portion 30b, and a third portion 30c.
  • the first portion 30 a is placed on the metal plate 82.
  • the second portion 30b extends from the first portion 30a toward the electrode plate 40a side.
  • the third portion 30c extends from the second portion 30b along the electrode plate 40a.
  • the third portion 30c extends from the inside of the cylinder 40b to the outside through the through hole 40d formed in the outer peripheral wall of the cylinder 40b.
  • the bus bar 30 in the through hole 40d is covered with an insulator 32.
  • the bus bar 30 is insulated from the case 40 by an insulator 32.
  • the insulating plate 80 is placed on the first portion 30 a of the bus bar 30.
  • the cover 50 is made of metal. An insulating coating is applied to the outer surface of the cover 50.
  • the cover 50 includes a cylindrical side wall portion 50b and a flat plate portion 50a that closes one end of the center hole of the side wall portion 50b. That is, the cover 50 has a cup shape.
  • a screw groove 50c is formed on the inner peripheral surface of the side wall 50b. The screw groove 50 c of the cover 50 is engaged with the screw groove 40 c of the case 40. That is, the cover 50 is fastened to the case 40 using the screw grooves 40c and 50c.
  • the lower surface of the flat plate portion 50 a of the cover 50 is in contact with the insulating plate 80.
  • the laminate composed of the metal plate 84, the semiconductor device 20, the metal plate 82, the first portion 30 a of the bus bar 30, and the insulating plate 80 is sandwiched between the flat plate portion 50 a of the cover 50 and the electrode plate 40 a of the case 40.
  • the cover 50 is fastened to the case 40 with a high torque. Therefore, the laminate is pressurized by the flat plate portion 50a and the electrode plate 40a. With this pressure, each member constituting the laminate is fixed to the cover 50 and the case 40.
  • the contact portion between the electrode plate 40a of the case 40 and the metal plate 84, the contact portion between the metal plate 84 and the source electrode 26 of the semiconductor device 20, the contact portion between the drain electrode 22 of the semiconductor device 20 and the metal plate 82, and The contact portion between the metal plate 82 and the first portion 30a of the bus bar 30 is not joined by a brazing material or the like. Therefore, when the cover 50 is removed from the case 40, the members of the laminate can be separated from each other.
  • An insulating sheet 70 is fixed to the upper surface of the flat plate portion 50a of the cover 50.
  • a cooler 72 is fixed to the upper surface of the insulating sheet 70.
  • the cooler 72 is a liquid circulation type cooler. Note that grease is applied to a contact portion between the cover 50 and the insulating sheet 70 and a contact portion between the insulating sheet 70 and the cooler 72. Thereby, the thermal resistance between the cooler 72 and the cover 50 is reduced.
  • An insulating sheet 60 is fixed to the lower surface of the electrode plate 40 a of the case 40.
  • a cooler 62 is fixed to the lower surface of the insulating sheet 60. The cooler 62 is a liquid circulation type cooler.
  • the wiring for the source electrode 26 located on the lower surface side of the semiconductor substrate 24 is configured by the electrode plate 40 a of the case 40.
  • a wiring for the drain electrode 22 located on the upper surface side of the semiconductor substrate 24 is constituted by a bus bar 30.
  • the bus bar 30 passes through the outer peripheral wall of the cylindrical body 40b and is drawn to the outside of the cylindrical body 40b.
  • the extended portion 40e of the electrode plate 40a and the third portion 30c of the bus bar 30 are close to each other and are arranged substantially in parallel. Therefore, the inductance between them is reduced as compared with the conventional semiconductor module. That is, in the semiconductor module 10, the inductance between the wiring for the source electrode 26 and the wiring for the drain electrode 22 is reduced.
  • the third portion 30c of the bus bar 30 is disposed near the extending portion 40e of the electrode plate 40a, external wiring for these can be easily installed. That is, if the wiring member for the drain electrode 22 is drawn to the upper side of the semiconductor module 10, the external wiring for the drain electrode 22 must be connected at a position away from the electrode plate 40a. On the other hand, in the semiconductor module 10 of the present embodiment, the third portion 30c is disposed near the extending portion 40e, so that external wiring for these can be easily installed.
  • the pin 90 which is a wiring to the gate electrode 28 is also drawn out to the outside of the cylinder 40b through the outer peripheral wall of the cylinder 40b. That is, all the wirings except for the wiring constituted by the electrode plate 40a penetrate the outer peripheral wall of the cylindrical body 40b on the electrode plate 40a side with respect to the cover 50 and are drawn out from the inner side of the cylindrical body 40b. For this reason, the electrode plate 40 a and the cover 50 are not formed with a structure for drawing the wiring from the inside of the case 40 and the cover 50 to the outside. For this reason, it is realized that the lower surface of the electrode plate 40a and the upper surface of the cover 50 have a flat shape.
  • the cooler 62 is suitably connected to the electrode plate 40a. Therefore, the semiconductor device 20 can be efficiently cooled by the cooler 62. Further, since the upper surface of the cover 50 is flat, the cooler 72 is suitably connected to the cover 50. Therefore, the semiconductor device 20 can be efficiently cooled by the cooler 72. That is, according to the semiconductor module 10, the semiconductor device 20 can be efficiently cooled from both sides.
  • the semiconductor device 20 is fixed by pressure, and the semiconductor device 20 and the metal plates 82 and 84 are not joined by brazing or the like. Therefore, when the semiconductor device 20 and the metal plates 82 and 84 are thermally expanded due to heat generation of the semiconductor device 20, it is difficult to apply stress to the semiconductor device 20. Therefore, this semiconductor module 10 has a long life.
  • a method for manufacturing the semiconductor module 10 will be described.
  • a component in which the insulator 92 and the three pins 90 are integrated is prepared, and each pin 90 of the component is joined to each gate electrode 28 of the semiconductor device 20.
  • the metal plate 84 is placed on the electrode plate 40 a in the cylindrical body 40 b of the case 40.
  • the pins 90 and the semiconductor device 20 connected to each other are installed on the metal plate 84.
  • the semiconductor device 20 is placed on the metal plate 84 while inserting the pin 90 into the through hole 40f of the cylindrical body 40b.
  • the source electrode 26 is brought into contact with the metal plate 84.
  • the metal plate 82 is placed on the semiconductor device 20.
  • the bus bar 30 and the insulator 32 are integrated is installed on the metal plate 84.
  • the first portion 30a of the bus bar 30 is placed on the metal plate 82 while the third portion 30c of the bus bar 30 is inserted into the through hole 40d of the cylindrical body 40b.
  • the insulating plate 80 is placed on the first portion 30 a of the bus bar 30.
  • the cover 50 is fixed to the case 40 by engaging the screw groove 50 c of the cover 50 with the screw groove 40 c of the case 40. When the cover 50 is moved downward by rotating the cover 50 about its central axis, the flat plate portion 50 a of the cover 50 contacts the insulating plate 80.
  • the flat plate portion 50a of the cover 50 pressurizes the insulating plate 80 downward. That is, a laminated body sandwiched between the flat plate portion 50a of the cover 50 and the electrode plate 40a of the case 40 (that is, the metal plate 84, the semiconductor device 20, the metal plate 82, the first portion 30a of the bus bar 30, and the insulating plate 80). ) Is pressed in the stacking direction. Thereby, each member of the laminated body is fixed to the case 40 and the cover 50.
  • the metal plate 84 is softer than the adjacent source electrode 26 and the electrode plate 40a of the case 40. For this reason, when the laminate is pressurized, the upper surface of the metal plate 84 is plastically deformed in accordance with the surface shape of the source electrode 26, and the metal plate 84 is in close contact with the source electrode 26. Similarly, when the laminate is pressurized, the lower surface of the metal plate 84 is plastically deformed in accordance with the surface shape of the electrode plate 40a, and the metal plate 84 is in close contact with the electrode plate 40a. Thereby, the source electrode 26 and the electrode plate 40a are reliably electrically connected.
  • the metal plate 82 is softer than the adjacent drain electrode 22 and the bus bar 30. For this reason, when the laminate is pressurized, the lower surface of the metal plate 82 is plastically deformed in accordance with the surface shape of the drain electrode 22, and the metal plate 82 is in close contact with the drain electrode 22. Similarly, when the laminate is pressed, the upper surface of the metal plate 82 is plastically deformed in accordance with the surface shape of the bus bar 30, and the metal plate 82 is in close contact with the bus bar 30. Thereby, the drain electrode 22 and the bus bar 30 are reliably electrically connected.
  • the cooler 72 is attached to the cover 50 via the insulating sheet 70.
  • the cooler 62 is attached to the electrode plate 40 a via the insulating sheet 60. Thereby, the semiconductor module 10 shown in FIG. 1 is completed.
  • the bus bar 30 and the pin 90 which are wirings for the semiconductor device 20, pass through only the cylindrical body 40 b and do not pass through the cover 50. Therefore, the cover 50 can be freely rotated during assembly. Therefore, the cover 50 can be attached to the case 40 by engaging the screw groove 40c and the screw groove 50c. Further, the laminated body can be pressed and fixed by this screw structure. Therefore, the semiconductor module 10 can be easily assembled.
  • the electrode plate 40a and the metal plate 84 of the case 40 constitute the first conductive member in the claims.
  • the cylinder 40b constitutes the cylinder in the claims.
  • the cover 50 constitutes the cover in the claims.
  • the bus bar 30 and the metal plate 82 constitute the second conductive member in the claims.
  • the pin 90 constitutes the third conductive member in the claims.
  • the semiconductor module 100 of the second embodiment shown in FIG. 3 is different from the semiconductor module 10 of the first embodiment in the connection structure between the pin 90 and the gate electrode 28, and other structures are the same as those of the semiconductor module of the first embodiment.
  • the same reference numerals as those of the first embodiment are assigned to members corresponding to the respective members constituting the semiconductor module 10 of the first embodiment.
  • each pin 90 is not bonded to the gate electrode 28 but is only in contact therewith. Further, in the semiconductor module 100 of the second embodiment, an insulating block 88 is installed on the upper surface of the electrode plate 40 a at a position facing the gate electrode 28. The pin 90 is sandwiched and fixed between the insulating block 88 and the gate electrode 28. As a result, the pin 90 is electrically connected to the gate electrode 28.
  • the semiconductor module 100 of the second embodiment First, the case 40 is prepared, and the metal plate 84 and the insulating block 88 are placed on the electrode plate 40a in the cylindrical body 40b. Next, a component in which the insulator 92 and the three pins 90 are integrated is installed. At this time, this component is inserted into the through hole 40f, and the inner end portion of the cylindrical body 40b of each pin 90 is placed on the insulating block 88. Next, the semiconductor device 20 is placed on the metal plate 84. At this time, the source electrode 26 is brought into contact with the metal plate 84, and each gate electrode 28 is brought into contact with a portion of each pin 90 on the insulating block 88.
  • the metal plate 82, the bus bar 30, and the insulating plate 80 are installed, and then the cover 50 is fixed to the case 40.
  • the cover 50 is rotated to pressurize the stacked body, the pressure is also applied to the pin 90 sandwiched between the gate electrode 28 and the insulating block 88. With this pressure, the pin 90 is fixed to the gate electrode 28.
  • the coolers 62 and 72 are attached in the same manner as in the first embodiment, whereby the semiconductor module 100 of the second embodiment is completed.
  • each pin 90 is fixed to the gate electrode 28 by pressure. That is, each pin 90 is not joined to the gate electrode 28. Therefore, stress on the semiconductor device 20 is reduced around the contact point between the pin 90 and the gate electrode 28. Thereby, the reliability of the semiconductor device 20 is further improved.
  • the insulating block 88 is formed of a member different from the electrode plate 40a.
  • the insulating block 88 may be fixed to the electrode plate 40a in advance.
  • the cover 50 is fixed to the cooler 72 via the insulating sheet 70.
  • an insulating film may be formed on the surface of the cover 50, and the cover 50 may be fixed to the cooler 72 through the insulating film.
  • the electrode plate 40 a is fixed to the cooler 62 via the insulating sheet 60.
  • an insulating film may be formed on the surface of the electrode plate 40a, and the electrode plate 40a may be fixed to the cooler 62 via the insulating film.
  • the cover 50 may be covered with an insulating cap 74, and the cover 50 may be fixed to the cooler 72 through the cap 74.
  • the entire periphery of the case 40 and the cover 50 may be covered with an insulating resin 76 and the coolers 62 and 72 may be fixed to the resin 76.
  • the cylindrical body 40b and the cover 50 are made of metal, but they may be made of an insulator.

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Abstract

　半導体モジュールであって、半導体装置と、第１導電部材と、第２導電部材と、筒体と、カバーを有している。半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の一方の表面に形成されている第１電極と、前記一方の表面と反対の半導体基板の表面に形成されている第２電極を有する。第１導電部材は、第１電極と接している。第２導電部材は、第２電極と接している。筒体は、半導体装置を取り囲んでおり、第１導電部材に固定されており、外周面または内周面に第１ネジ溝が形成されている。カバーには、第２ネジ溝が形成されている。カバーは、第２ネジ溝が第１ネジ溝に係合していることによって筒体に固定されている。半導体装置と第２導電部材が、第１導電部材とカバーに挟まれることによって固定されている。第２導電部材が、カバーよりも第１導電部材側に存在する筒体の外周壁を貫通して筒体の内側から外側に引き出されている延出部を有している。

Description

半導体モジュール
　本明細書に開示の技術は、半導体モジュールに関する。
　半導体装置が発熱すると、半導体装置とその周辺の部材（はんだ、配線等）が熱膨張する。各部材の熱膨張率の違いにより、半導体装置にストレスが加わる。このようなストレスは、半導体装置及び半導体モジュールの寿命を短くする。
　上述したストレスを低減するために、はんだ等のろう材による接合を用いることなく、半導体装置を導電部材に接続することが検討されている。例えば、日本国特許公開公報Ｈ９－２５２０６７号（以下、特許文献１という）には、半導体装置と各電極を積層し、これらを加圧することで半導体装置と各電極とを接続した半導体モジュールが開示されている。しかしながら、この半導体モジュールでは、第１の電極が半導体装置から下側に伸びるように配置されており、第２の電極が半導体装置から上側に伸びるように配置されている。このように第１の電極と第２の電極が離れていると、第１の電極と第２の電極の間のインダクタンスが大きくなるという問題が生じる。したがって、本明細書では、加圧により半導体装置と導電部材が接続されているとともに、各導電部材の間のインダクタンスが小さい半導体モジュールを提供する。
　本明細書が開示する半導体モジュールは、半導体装置と、第１導電部材と、第２導電部材と、筒体と、カバーを有している。半導体装置は、半導体基板と、半導体基板の一方の表面に形成されている第１電極と、前記一方の表面と反対の半導体基板の表面に形成されている第２電極を有する。第１導電部材は、第１電極と接している。第２導電部材は、第２電極と接している。筒体は、半導体装置を取り囲んでおり、第１導電部材に固定されており、外周面または内周面に第１ネジ溝が形成されている。カバーは、第２ネジ溝が形成されており、第２ネジ溝が第１ネジ溝に係合していることによって筒体に固定されている。半導体装置と第２導電部材は、第１導電部材とカバーに挟まれることによって固定されている。第２導電部材は、カバーよりも第１導電部材側に存在する筒体の外周壁を貫通して筒体の内側から外側に引き出されている延出部を有している。
　この半導体モジュールでは、第２導電部材の延出部が、筒体の外周壁を貫通して筒体の内側から外側に引き出されている。このため、筒体の外側において、延出部を第１導電部材に沿って配置することができる。このため、この半導体モジュールでは、第１導電部材と第２導電部材の間のインダクタンスが小さい。また、延出部は、カバーよりも第１導電部材側に存在する筒体の外周壁を貫通している。すなわち、延出部は、カバーを貫通することなく、筒体の外周壁を貫通している。このため、カバーを回転させて筒体に取り付ける（すなわち、第２ネジ溝を第１ネジ溝に係合させる）ことが可能である。このため、この半導体モジュールは、容易に組み立てることができる。
　上述した半導体モジュールは、半導体基板の前記一方の表面に、第３電極がさらに形成されていてもよい。この場合に、半導体モジュールが、第３電極に接しており、カバーよりも第１導電部材側に存在する筒体の外周壁を貫通して筒体の内側から外側に引き出されている第３導電部材をさらに有していることが好ましい。
　また、上述した何れかの半導体モジュールでは、半導体装置に対する配線（例えば、第２導電部材、第３導電部材）が筒体の外周壁を貫通して筒体の外側に引き出されているので、第１導電部材及びカバーには配線の引出し構造を設ける必要がない。したがって、第１導電部材及びカバーに冷却器を接続して、好適に半導体装置を冷却することができる。このため、上述したいずれかの半導体モジュールは、第１導電部材の半導体装置と反対側の表面に第１の冷却器が接続されており、カバーの半導体装置と反対側の表面に、第２の冷却器が接続されていることが好ましい。
　また、上述した何れかの半導体モジュールは、第３導電部材と第１導電部材の間に、絶縁部材が配置されており、第３導電部材が、第３電極と絶縁部材に挟まれることによって固定されていることが好ましい。
　このような構成によれば、第３導電部材と第３電極が加圧により接続されるので、第３電極近傍で半導体装置に加わるストレスが軽減される。
第１実施例の半導体モジュール１０の縦断面図。 図１の矢印Ａ１に沿って半導体モジュール１０を見た平面図であって、電極板４０ａと冷却器６２、７２の図示を省略した図。 第２実施例の半導体モジュール１００の縦断面図。 変形例の半導体モジュールの縦断面図。 変形例の半導体モジュールの縦断面図。
（第１実施例）
　図１、２に示す半導体モジュール１０は、ケース４０とカバー５０内に半導体装置２０を収容したアセンブリである。
　ケース４０は、金属により構成されている。ケース４０は、電極板４０ａと、筒体４０ｂを有している。電極板４０ａは、略平面状に形成されている。筒体４０ｂは、電極板４０ａに対して垂直に中心軸が伸びる円筒形状に形成されている。筒体４０ｂの下端は、電極板４０ａに接続されている。すなわち、筒体４０ｂの中心孔の下端は、電極板４０ａによって塞がれている。電極板４０ａの一部４０ｅは、筒体４０ｂの外周面よりも外側に引き出されている。筒体４０ｂの外周面には、ネジ溝４０ｃが形成されている。ネジ溝４０ｃの下側（電極板４０ａ側）の筒体４０ｂには、貫通孔４０ｄ、４０ｆが形成されている。
　電極板４０ａ上には、金属板８４、半導体装置２０、金属板８２、バスバー３０、絶縁板８０、及び、３つのピン９０が設置されている。金属板８４、半導体装置２０、及び、金属板８２、及び、絶縁板８０は、筒体４０ｂの内側に設置されている。バスバー３０及びピン９０は、筒体４０ｂの外周壁を貫通するように設置されている。
　金属板８４は、電極板４０ａ上に載置されている。金属板８４は、すず、銀（銀ペースト）等の比較的柔らかい金属により構成されている。
　金属板８４上には、半導体装置２０が設置されている。半導体装置２０は、ＳｉＣにより構成された半導体基板２４を有している。半導体基板２４には、ＭＯＳＦＥＴが形成されている。半導体基板２４の下面には、ＭＯＳＦＥＴのソース電極２６と、ＭＯＳＦＥＴのゲート電極２８の複数個が形成されている。図２に示すように、半導体基板２４は、長方形である。複数のゲート電極２８は、半導体基板２４の１つの長辺に沿って配列されている。図１に示すように、半導体基板２４の上面には、ＭＯＳＦＥＴのドレイン電極２２が形成されている。半導体装置２０は、ソース電極２６が金属板８４と接触するように、金属板８４上に載置されている。各ゲート電極２８は、金属板８４と接触していない。
　金属板８２は、半導体装置２０上に設置されている。金属板８２は、すず等の比較的柔らかい金属により構成されている。金属板８２は、半導体装置２０のドレイン電極２２と接触している。
　３つのピン９０のそれぞれは、ゲート電極２８に接続されている。各ピン９０は、筒体４０ｂの外周壁に形成されている貫通孔４０ｆを通って、ゲート電極２８から筒体４０ｂの外側まで延びている。貫通孔４０ｆ内のピン９０は、絶縁体９２によって覆われている。各ピン９０は、絶縁体９２を介してケース４０に固定されている。各ピン９０は、絶縁体９２によってケース４０から絶縁されている。
　バスバー３０は、折り曲げられた金属板により構成されている。バスバー３０は、第１部分３０ａ、第２部分３０ｂ、第３部分３０ｃを有している。第１部分３０ａは、金属板８２上に載置されている。第２部分３０ｂは、第１部分３０ａから電極板４０ａ側に向かって伸びている。第３部分３０ｃは、第２部分３０ｂから電極板４０ａに沿って伸びている。第３部分３０ｃは、筒体４０ｂの外周壁に形成されている貫通孔４０ｄを通って、筒体４０ｂの内側から外側まで延びている。貫通孔４０ｄ内のバスバー３０は、絶縁体３２によって覆われている。バスバー３０は、絶縁体３２によってケース４０から絶縁されている。
　絶縁板８０は、バスバー３０の第１部分３０ａ上に載置されている。
　カバー５０は、金属により構成されている。カバー５０の外表面には、絶縁塗装が施されている。カバー５０は、円筒形状の側壁部５０ｂと、その側壁部５０ｂの中心孔の一端を閉塞する平板部５０ａとを有している。すなわち、カバー５０は、カップ形状を備えている。側壁部５０ｂの内周面には、ネジ溝５０ｃが形成されている。カバー５０のネジ溝５０ｃは、ケース４０のネジ溝４０ｃに係合している。すなわち、ネジ溝４０ｃ、５０ｃを用いて、カバー５０がケース４０に締結されている。カバー５０の平板部５０ａの下面は、絶縁板８０と接している。すなわち、カバー５０の平板部５０ａとケース４０の電極板４０ａによって、金属板８４、半導体装置２０、金属板８２、バスバー３０の第１部分３０ａ、及び、絶縁板８０からなる積層体が挟まれている。カバー５０はケース４０に対して高いトルクで締結されている。したがって、前記積層体は、平板部５０ａと電極板４０ａによって加圧されている。この圧力によって、前記積層体を構成する各部材が、カバー５０とケース４０に対して固定されている。なお、ケース４０の電極板４０ａと金属板８４との接触部分、金属板８４と半導体装置２０のソース電極２６との接触部分、半導体装置２０のドレイン電極２２と金属板８２との接触部分、及び、金属板８２とバスバー３０の第１部分３０ａとの接触部分は、ろう材等によって接合されていない。したがって、カバー５０をケース４０から取り外すと、前記積層体の各部材を互いに分離させることができる。
　カバー５０の平板部５０ａの上面には、絶縁シート７０が固定されている。絶縁シート７０の上面には、冷却器７２が固定されている。冷却器７２は、液循環式の冷却器である。なお、カバー５０と絶縁シート７０との接触部分、及び、絶縁シート７０と冷却器７２の接触部分には、グリースが塗布されている。これによって、冷却器７２とカバー５０の間における熱抵抗が低減されている。また、ケース４０の電極板４０ａの下面には、絶縁シート６０が固定されている。絶縁シート６０の下面には、冷却器６２が固定されている。冷却器６２は、液循環式の冷却器である。なお、電極板４０ａと絶縁シート６０との接触部分、及び、絶縁シート６０と冷却器６２の接触部分には、グリースが塗布されている。これによって、電極板４０ａと絶縁シート６０の間における熱抵抗が低減されている。
　以上に説明したように、この半導体モジュール１０では、半導体基板２４の下面側に位置するソース電極２６に対する配線が、ケース４０の電極板４０ａによって構成されている。また、半導体基板２４の上面側に位置するドレイン電極２２に対する配線が、バスバー３０によって構成されている。バスバー３０は、筒体４０ｂの外周壁を貫通して筒体４０ｂの外側に引き出されている。これによって、電極板４０ａの延出部４０ｅとバスバー３０の第３部分３０ｃが、互いに接近しており、かつ、略平行に配置されている。したがって、これらの間におけるインダクタンスが、従来の半導体モジュールよりも低減されている。すなわち、この半導体モジュール１０では、ソース電極２６に対する配線とドレイン電極２２に対する配線の間のインダクタンスが低減される。
　また、バスバー３０の第３部分３０ｃが電極板４０ａの延出部４０ｅの近くに配置されているので、これらに対する外部の配線を容易に設置することができる。すなわち、仮に、ドレイン電極２２に対する配線部材が半導体モジュール１０の上側に引き出されている場合には、電極板４０ａから離れた位置でドレイン電極２２に対する外部配線を接続しなければならない。これに対し、本実施例の半導体モジュール１０では、第３部分３０ｃが延出部４０ｅの近くに配置されているので、これらに対する外部の配線を容易に設置することができる。
　また、半導体モジュール１０では、ゲート電極２８に対する配線であるピン９０も、筒体４０ｂの外周壁を貫通して筒体４０ｂの外側に引き出されている。すなわち、電極板４０ａにより構成されている配線を除く全ての配線が、カバー５０よりも電極板４０ａ側の筒体４０ｂの外周壁を貫通して筒体４０ｂの内側から外側に引き出されている。このため、電極板４０ａ及びカバー５０に、ケース４０とカバー５０の内側から外側に配線を引き出すための構造が形成されていない。このため、電極板４０ａの下面とカバー５０の上面を平坦な形状とすることが実現されている。電極板４０ａの下面が平坦であるので、電極板４０ａに対して冷却器６２が好適に接続されている。したがって、冷却器６２によって効率的に半導体装置２０を冷却することができる。また、カバー５０の上面が平坦であるので、カバー５０に対して冷却器７２が好適に接続されている。したがって、冷却器７２によって効率的に半導体装置２０を冷却することができる。すなわち、この半導体モジュール１０によれば、両面から半導体装置２０を効率的に冷却することができる。
　また、この半導体モジュール１０では、半導体装置２０が圧力によって固定されており、半導体装置２０と金属板８２、８４とがろう付け等によって接合されていない。したがって、半導体装置２０が発熱することで半導体装置２０と金属板８２、８４が熱膨張した場合に、半導体装置２０にストレスが加わり難い。したがって、この半導体モジュール１０は寿命が長い。
　次に、半導体モジュール１０の製造方法について説明する。最初に、絶縁体９２と３つのピン９０が一体になっている部品を用意し、その部品の各ピン９０を半導体装置２０の各ゲート電極２８に接合する。次に、ケース４０の筒体４０ｂ内の電極板４０ａ上に金属板８４を載置する。次に、互いに接続されているピン９０と半導体装置２０を、金属板８４上に設置する。このとき、ピン９０を筒体４０ｂの貫通孔４０ｆに挿入しながら、半導体装置２０を金属板８４上に載置する。半導体装置２０を金属板８４上に載置する際には、ソース電極２６を金属板８４に接触させる。次に、半導体装置２０上に、金属板８２を載置する。次に、バスバー３０と絶縁体３２が一体になっている部品を、金属板８４上に設置する。ここでは、バスバー３０の第３部分３０ｃを筒体４０ｂの貫通孔４０ｄに挿入しながら、バスバー３０の第１部分３０ａを金属板８２上に載置する。次に、バスバー３０の第１部分３０ａ上に、絶縁板８０を載置する。次に、カバー５０のネジ溝５０ｃをケース４０のネジ溝４０ｃと係合させることで、カバー５０をケース４０に固定する。カバー５０をその中心軸回りに回転させることでカバー５０を下側に移動させると、カバー５０の平板部５０ａが絶縁板８０と接触する。そこから、さらにカバー５０を回転させると、カバー５０の平板部５０ａが絶縁板８０を下側に向かって加圧する。すなわち、カバー５０の平板部５０ａとケース４０の電極板４０ａに挟まれている積層体（すなわち、金属板８４、半導体装置２０、金属板８２、バスバー３０の第１部分３０ａ、及び、絶縁板８０）が、その積層方向に加圧される。これによって、積層体の各部材がケース４０及びカバー５０に対して固定される。
　なお、金属板８４は、隣接するソース電極２６及びケース４０の電極板４０ａよりも柔らかい。このため、積層体が加圧されると、金属板８４の上面がソース電極２６の表面形状に合わせて塑性変形し、金属板８４がソース電極２６と密着する。同様に、積層体が加圧されると、金属板８４の下面が電極板４０ａの表面形状に合わせて塑性変形し、金属板８４が電極板４０ａと密着する。これによって、ソース電極２６と電極板４０ａとが確実に電気的に接続される。
　また、金属板８２は、隣接するドレイン電極２２及びバスバー３０よりも柔らかい。このため、積層体が加圧されると、金属板８２の下面がドレイン電極２２の表面形状に合わせて塑性変形し、金属板８２がドレイン電極２２と密着する。同様に、積層体が加圧されると、金属板８２の上面がバスバー３０の表面形状に合わせて塑性変形し、金属板８２がバスバー３０と密着する。これによって、ドレイン電極２２とバスバー３０とが確実に電気的に接続される。
　カバー５０をケース４０に固定したら、カバー５０に、絶縁シート７０を介して冷却器７２を取り付ける。次に、電極板４０ａに、絶縁シート６０を介して冷却器６２を取り付ける。これによって、図１に示す半導体モジュール１０が完成する。
　この半導体モジュール１０では、半導体装置２０に対する配線であるバスバー３０とピン９０が、筒体４０ｂのみを貫通しており、カバー５０を貫通していない。したがって、組立時にカバー５０を自由に回転させることができる。したがって、ネジ溝４０ｃとネジ溝５０ｃとを係合させて、カバー５０をケース４０に取り付けることができる。また、このネジ構造によって、前記積層体を加圧して固定することができる。したがって、この半導体モジュール１０は、容易に組み立てることができる。
　なお、第１実施例の半導体モジュール１０では、請求項の各構成要素に対して以下のように対応する。ケース４０の電極板４０ａと金属板８４によって、請求項における第１導電部材が構成されている。筒体４０ｂによって、請求項における筒体が構成されている。カバー５０によって、請求項におけるカバーが構成されている。バスバー３０と金属板８２によって、請求項における第２導電部材が構成されている。ピン９０によって、請求項における第３導電部材が構成されている。
（第２実施例）
　次に、図３に示す第２実施例の半導体モジュール１００について説明する。なお、第２実施例の半導体モジュール１００は、ピン９０とゲート電極２８との接続構造が第１実施例の半導体モジュール１０と異なり、その他の構造は第１実施例の半導体モジュールと等しい。なお、第２実施例の半導体モジュール１００についての以下の説明では、第１実施例の半導体モジュール１０を構成する各部材に対応する部材に、第１実施例と同じ参照番号を付している。
　第２実施例の半導体モジュール１００では、各ピン９０がゲート電極２８に対して接合されておらず、接触しているのみである。また、第２実施例の半導体モジュール１００では、ゲート電極２８に対向する位置の電極板４０ａの上面に、絶縁ブロック８８が設置されている。ピン９０は、絶縁ブロック８８とゲート電極２８によって挟まれ固定されている。これによって、ピン９０がゲート電極２８に対して電気的に接続されている。
　次に、第２実施例の半導体モジュール１００の製造方法について説明する。最初に、ケース４０を用意し、筒体４０ｂ内の電極板４０ａ上に金属板８４と絶縁ブロック８８を載置する。次に、絶縁体９２と３つのピン９０が一体になっている部品を設置する。このとき、この部品を貫通孔４０ｆに挿入するとともに、各ピン９０の筒体４０ｂの内側の端部を絶縁ブロック８８上に載置する。次に、金属板８４上に、半導体装置２０を載置する。このとき、ソース電極２６を金属板８４に接触させるとともに、各ゲート電極２８を各ピン９０の絶縁ブロック８８上の部分に接触させる。その後は、第１実施例と同様にして、金属板８２、バスバー３０、絶縁板８０を設置し、その後、カバー５０をケース４０に固定する。カバー５０を回転させて積層体を加圧すると、その圧力がゲート電極２８と絶縁ブロック８８に挟まれているピン９０にも加わる。この圧力によって、ピン９０がゲート電極２８に対して固定される。その後、第１実施例と同様にして冷却器６２、７２を取り付けることで、第２実施例の半導体モジュール１００が完成する。
　上記の通り、第２実施例の半導体モジュール１００では、各ピン９０が圧力によってゲート電極２８に固定される。すなわち、各ピン９０がゲート電極２８に接合されない。このため、ピン９０とゲート電極２８との接点周辺において、半導体装置２０に対するストレスが軽減される。これにより、半導体装置２０の信頼性がより向上する。
　なお、上述した第２実施例では、絶縁ブロック８８が電極板４０ａとは別の部材によって構成されていたが、予め絶縁ブロック８８が電極板４０ａに固定されていてもよい。
　また、上述した第１実施例及び第２実施例では、カバー５０が絶縁シート７０を介して冷却器７２に固定されていた。しかしながら、カバー５０の表面に絶縁膜が形成されており、その絶縁膜を介してカバー５０が冷却器７２に固定されていてもよい。同様に、第１実施例及び第２実施例では電極板４０ａが、絶縁シート６０を介して冷却器６２に固定されていた。しかしながら、電極板４０ａの表面に絶縁膜が形成されており、その絶縁膜を介して電極板４０ａが冷却器６２に固定されていてもよい。また、図４に示すように、カバー５０に絶縁性のキャップ７４を被せて、キャップ７４を介してカバー５０を冷却器７２に固定してもよい。また、図５に示すように、ケース４０とカバー５０の周囲全体を絶縁性の樹脂７６で覆い、樹脂７６に冷却器６２、７２を固定してもよい。
　また、上述した第１実施例及び第２実施例では、筒体４０ｂ及びカバー５０が金属製であったが、これらは絶縁体により構成されていてもよい。
　以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
　本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (4)

  1. 　半導体モジュールであって、
    　半導体基板と、半導体基板の一方の表面に形成されている第１電極と、前記一方の表面と反対の半導体基板の表面に形成されている第２電極を有する半導体装置と、
    　第１電極と接している第１導電部材と、
    　第２電極と接している第２導電部材と、
    　半導体装置を取り囲んでおり、第１導電部材に固定されており、外周面または内周面に第１ネジ溝が形成されている筒体と、
    　第２ネジ溝が形成されており、第２ネジ溝が第１ネジ溝に係合していることによって筒体に固定されているカバー、
    　を有しており、
    　半導体装置と第２導電部材が、第１導電部材とカバーに挟まれることによって固定されており、
    　第２導電部材が、カバーよりも第１導電部材側に存在する筒体の外周壁を貫通して筒体の内側から外側に引き出されている延出部を有している、
    　半導体モジュール。
  2. 　半導体基板の前記一方の表面に、第３電極がさらに形成されており、
    　第３電極と接しており、カバーよりも第１導電部材側に存在する筒体の外周壁を貫通して筒体の内側から外側に引き出されている第３導電部材をさらに有している、
    　請求項１に記載の半導体モジュール。
  3. 　第１導電部材の半導体装置と反対側の表面に、第１の冷却器が接続されており、
    　カバーの半導体装置と反対側の表面に、第２の冷却器が接続されている、
    　請求項１または２に記載の半導体モジュール。
  4. 　第３導電部材と第１導電部材の間に、絶縁部材が配置されており、
    　第３導電部材が、第３電極と絶縁部材に挟まれることによって固定されている、
    　請求項１～３の何れか一項に記載の半導体モジュール。
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