JP2013172112A - 半導体装置およびそれを用いたインバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の周囲温度が外因により上昇したとしても、端子接合部の剥離を抑制した半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置３００は、複数の半導体モジュール２００ａ，２００ｂと、複数の半導体モジュール２００ａ，２００ｂのそれぞれを固定する１つの筐体１０８と、筐体１０８に搭載される蓋１２０と、を有し、半導体モジュール２００ａ，２００ｂは、金属ベースと、当該金属ベースに搭載されるセラミックス板と、当該セラミックス板に設けられた配線パターンに接続される端子１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，１１２ｂ，１１５〜１１７、及び前記配線パターンに接続される半導体素子と、を有し、端子１１１ａ，１１１ｂ，１１２ａ，１１２ｂ，１１５〜１１７に設けられた突起部に蓋１０８が直接接触して搭載される。
【選択図】図５

Description

本発明は、大電流、高耐圧のスイッチング用半導体素子を複数搭載した半導体装置に関する。

大電流をスイッチング制御するＩＧＢＴパワーデバイスと、スイッチング時に発生する逆電圧を解放するダイオードから構成されるパワー半導体モジュールは、電力変換器（インバータ）の主要構成部品として家電から車両用等の幅広い分野で用いられている。特に、車両用等の分野に用いられるパワー半導体モジュールは、使用される環境が厳しくなっており、冷却を十分に行えない高温雰囲気下であったり、制御する電流容量が増大する方向にある。

従って、パワー半導体モジュールの性能として、温度変化の大きい使用環境で長期間に渡り正常動作を確保できる高い信頼性や、大電流通電に伴う素子からの発熱量増大によるデバイスの高温化に耐える高耐熱性が求められる。

特許文献１では、高温雰囲気下での金属ベースの反り量を低減するために、半導体装置の金属ベースを２枚以上に分割した半導体装置を開示している。当該構成にすることによって、高温雰囲気下での金属ベース１枚の反り量を低減することが可能となる。また、当該文献に記載の半導体装置は、複数の端子と、半導体装置上面の一部を形成するケース材を一体化させた端子ブロックを、半導体モジュールの回路部に電気的に接続することで、半導体装置内部の配線を構成している。この構造では、複数の端子間を樹脂で固めてブロック化していることから、電位の異なる端子間の接触を防ぐことができると言う効果もある。

特開平１０−９３０１６号公報

しかし、上述した特許文献１に記載の半導体装置では、複数の端子を同時に回路部へ接合する必要があり、端子長のばらつき、各半導体モジュール間での金属ベースの反り量のばらつきや、回路基板面の高さばらつき等の影響で、未接合端子または、剥離が生じやすくなる。また、半導体装置上面がブロックで覆われていることから、端子の半導体モジュールに対する位置合わせが容易でないことにより接合部に残留応力が残り、高温環境下で接合部の剥離を生じる可能性がある。また、端子の接合方法が低融点のはんだ、または機械的な圧接法を用いることになり、高温動作する半導体装置での接合部保持が困難になる。さらに、端子の一部がブロックの内部に埋め込まれるため、ブロック内部での断線または、部分放電の要因となる空隙を発見できない可能性もある。

そこで、本発明の目的は、半導体装置の周囲温度が外因により上昇したとしても、端子接合部の剥離を抑制した半導体装置を提供することである。

本発明に係る半導体装置は、複数の半導体モジュールと、前記複数の半導体モジュールのそれぞれを固定する１つの筐体と、前記筐体に搭載される蓋と、を有し、前記半導体モジュールは、金属ベースと、当該金属ベースに搭載されるセラミックス板と、当該セラミックス板に設けられた配線パターンに接続される端子、及び前記配線パターンに接続される半導体素子と、を有し、前記端子には突起部が設けられ、当該端子の突起部に前記蓋が直接接触して搭載されることを特徴とする。

本発明によれば、半導体装置の周囲温度が外因により上昇したとしても、端子接合部の剥離を抑制した半導体装置を提供することすることができる。

本発明に係る基板１０１の詳細を説明する図である。 本発明に係る半導体モジュール２００の詳細を示す図である。 本発明に係る半導体モジュール２００にケース１０８を搭載した図である。 本発明に係る半導体装置３００に各端子を搭載する様子を示した図である。 本発明に係る半導体装置３００に蓋１２０を搭載する様子を示した図である。 本発明に係る半導体装置３００に蓋１２０を搭載した様子を示した図である。 本発明に係る半導体装置３００の完成体の斜視図である。 本発明に係る半導体モジュール２００の回路パターンの詳細図である。 本発明に係る半導体装置３００に、エミッタ端子１１２を搭載する様子を示したものである。 本発明に係る半導体装置３００に、コレクタ端子１１１を搭載する様子を示したものである。 本発明に係る半導体モジュール２００で、コレクタ端子１１１を超音波接合した図である。 本発明に係る半導体装置３００に、各補助端子を搭載する様子を示す図である。 本発明に係る蓋１２０の詳細を示す図である。 本発明に係る実施形態１における半導体装置３００の回路図である。 本発明に係る実施形態２における半導体装置４００の回路図である。 本発明に係る実施形態３における半導体装置５００の回路図である。

本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本実施形態に関わる半導体装置の基板１０１の詳細を示したものである。

図１に示すように、基板１０１は、金属ベース１０２上に回路パターン１０４が形成されたセラミックス板１０３が搭載されて構成されている。さらに、当該回路パターン１０４には、ＩＧＢＴ１０５及びダイオード１０６が搭載されている。これらＩＧＢＴ１０５のコレクタ電極面とダイオード１０６のカソード電極面が同電位となる回路パターン１０４上に、図示しない接合層を介して接合する。ここで、金属ベース１０２は後述する方法によって、セラミックス板１０３と接合層を介さずに直接接合されている。このように構成することによって、金属ベース１０２の反りの影響を最も受ける金属ベース１０２とセラミック板１０３の間の接合層をなくすことができ、反りによってセラミックス板１０３が剥離するのを防止することが可能となる。さらに、接合層を介さず直接セラミックス板１０３と金属ベース１０２が接するため、放熱性も向上し、金属ベース１０２自体の反りも抑制することが可能となる。なお、詳細については後述するが、この回路パターン１０４は、ＩＧＢＴ１０５の正（コレクタ）電極、負（エミッタ）電極、及びゲート電極とが、それぞれ電気的に接することのないよう、加工されている。

図２は、基板１０１に配線１０７が搭載された半導体モジュール２００を示したものである。配線１０７は、ＩＧＢＴ１０５のエミッタ電極とダイオード１０６のアノード電極が同電位となるように、回路パターン１０４上に接合される。なお、ＩＧＢＴ１０５のゲート電極は、コレクタ電極及びエミッタ電極とは異なる電位となっている回路パターン１０４上に配線１０７を介して接合することで、半導体モジュール２００が得られる。

次に、図３に２個の半導体モジュール２００ａと２００ｂを並べて、ケース１０８を上方より被せて接着固定したものを示す。なお、ここでは図面を見やすくするために配線１０７は省略されている。半導体モジュール２００ａ及び２００ｂには、それぞれ、基板凹部１２１（１２１ａ１〜１２１ａ４、及び１２１ｂ１〜１２１ｂ４）が設けられている。この基板凹部１２１は、例えば図示するように半導体モジュール２００ａの基板凹部１２１ａ４と、半導体モジュール２００ｂの基板凹部１２１ｂ１が互いに連結されたときに孔となるように構成されている。半導体モジュール２００ａ及び２００ｂが連結されたときにできるこの孔は、ケース１０８に設けられたケース孔１０９とネジ止め等されてケース１０８と一体化される。

通常は１枚の金属ベースからなる半導体モジュール２００を、このように半導体モジュール２００ａ及び２００ｂと分割することによって、高温雰囲気下であったとしても、金属ベースの反りを低減した半導体装置が提供可能となる。また、半導体モジュール２００にこのような基板凹部１２１を設けることによって、互いに隣接する半導体モジュール２００の密着する面を十分に取り、隣接するパワーモジュールへの熱伝導を確保しつつ、半導体モジュール２００同士が連結可能となる。そのため、半導体モジュール２００ａ、２００ｂが互いの金属ベース１０２を放熱に利用することが可能となり、放熱性が向上する。

次に、図４〜図７に、半導体装置３００が完成するまでの各過程を示す。図４に示すようにケース１０８と一体となった半導体モジュール２００には、コレクタ端子１１１ａ、１１１ｂ及びエミッタ端子１１２ａ、１１２ｂの４個の主端子が接続される。このコレクタ端子１１１及びエミッタ端子１１２は互いに対向するように配置されてケース１０８の外部まで突出することによって、配線インダクタンスを低減し、半導体素子に発生する熱を低減できる。そのため、発熱による金属ベース１０２の反りを低減することが抑制することが可能となる。

さらに、当該半導体装置３００には、半導体モジュール２００ａ、２００ｂのエミッタ電位を同電位に保ち、かつエミッタ側の電位を測定可能とするエミッタ補助端子１１５、半導体モジュール２００ａ、２００ｂに搭載されたＩＧＢＴ１０５の動作を制御するゲート端子１１６、及び半導体モジュール２００ａの電位を測定するためのコレクタ補助端子１１７の３つの補助端子を有する。後述するように、これら４つの主端子及び３つの補助端子は、ケース１０８に設けられた固定部（３０１、３０２、３２４、３２５等）に摺動可能に配置されて、その後接合される。そのため、主端子と半導体モジュールにおける接合部、及び補助端子と半導体モジュールにおける接合部の歪みが低減された接合状態となっている。

また、本実施形態の半導体モジュール２００ａ、２００ｂのように、分割された２つの半導体モジュール２００を接合する際には、特に半導体モジュール２００ごとでの校差があるため、２つの半導体モジュール２００ａ、２００ｂと接合される補助端子を端子固定部材に保持された後に接合すると、端子固定部が無い場合と比較して、補助端子と半導体モジュールに生じる応力を低減することが可能となる。このような構成にすることによって、製造時に発生する接合部の残留応力を低減することが可能となるため、高温時に発生する膨張、収縮による歪みを低減することが可能となる。

コレクタ端子１１１、エミッタ端子１１２、エミッタ補助端子１１５、ゲート端子１１６、及びコレクタ補助端子１１７がそれぞれの半導体モジュール２００における回路パターン１０４と接合された後にケース１０８内に図示していないゲルを流し込む。そして、図５に示すように、ゲルを流し込んだ半導体装置３００の上方より、蓋１２０を被せて接着固定することで、図６に示す半導体装置３００が得られる。

図５を用いて蓋１２０について説明する。蓋１２０には、コレクタ端子外部引出し孔２１１、エミッタ端子外部引出し孔２１２、エミッタ補助端子外部引出し孔２１５、ゲート端子外部引出し孔２１６、及びコレクタ補助端子外部引出し孔２１７が設けられており、主端子及び補助端子がそれぞれの孔から外部に突出するように構成されている。さらに、当該蓋１２０には、コレクタ端子固定孔２１３、エミッタ端子固定孔２１４、エミッタ補助端子固定孔２１８、ゲート端子固定孔２１９、コレクタ補助端子固定孔２２０が設けられ、図６に示すように突出した主端子及び補助端子が図７に示すように折り曲げられたときにネジ止めするための孔が設けられている。

また、図６に示すようにコレクタ端子１１１、エミッタ端子１１２には、それぞれコレクタ端子孔部１１３及びエミッタ端子孔部１１４が設けられており、これらの孔は前述したコレクタ端子固定孔２１３及びエミッタ端子固定孔２１４にそれぞれネジで固定される。同様にエミッタ補助端子１１５、ゲート端子１１６、及びコレクタ補助端子１１７にも、それぞれエミッタ補助端子孔部１２２、ゲート端子孔部１２３、コレクタ補助端子孔部１２４が設けられており、これらの孔は前述したエミッタ補助端子固定孔２１８、ゲート端子固定孔２１９、コレクタ補助端子固定孔２２０にそれぞれネジで固定される。最終的には、ネジは省略されているが、図７に示すような半導体装置３００として完成される。

図８は、本実施形態の半導体モジュール２００に形成された回路パターン１０４の詳細を説明する図である。なお、見やすくするために配線１０７は省略している。回路パターン１０４は、コレクタ端子１１１と接続されるコレクタ側回路パターン１０４ａ、エミッタ端子１１２と接続されるエミッタ側回路パターン１０４ｂ、エミッタ補助端子１１５と接続されるエミッタ補助端子側回路パターン１０４ｄ、及びゲート端子１１６と接続されるゲート端子側回路パターン１０４ｃから構成される。コレクタ側回路パターン１０４ａは、ＩＧＢＴ１０５のコレクタ電極面とダイオード１０６のカソード電極面が接する領域である。

また、当該コレクタ側回路パターン１０４ａは、ＩＧＢＴ１０５及びダイオード１０６を搭載する素子搭載部１０４ａ１、素子搭載部１０４ａ１からセラミックス板１０３の短辺方向と平行な方向に突出して構成されるコレクタ端子接続部１０４ａ２、及び素子搭載部１０４ａ１からセラミックス板１０３の長辺方向と平行な方向にコレクタ補助端子接続部１０４ａ３から構成される。この素子搭載部１０４ａ１は、エミッタ側回路パターン１０４ｂ（１０４ｂ１、１０４ｂ２）と、エミッタ補助端子側回路パターン１０４ｄに挟まれるような形で配置されている。このようにコレクタ側回路パターン１０４ａ、及びエミッタ側回路パターン１０４ｂを配置することによって、主に２つの効果がある。１つは、コレクタ端子接続部１０４ａ２からＩＧＢＴ１０５（もしくはダイオード１０６）及び配線１０７を介してエミッタ側回路パターン１０４ｂ（１０４ｂ１、１０４ｂ２）に至るまでの電流経路１３０が、図８に示すとおり折り返すような経路となり、電流の流れが互いに逆向きとなる。そのため、それぞれの向きで流れる電流によって発生する磁界を打ち消すことができ、低インダクタンスを実現することができる。このように電流によって発生する磁界を低減できるため、当該磁界によって金属ベース１０２に発生する渦電流を抑制でき、渦電流による発熱が抑制され、金属ベース１０２に発生する反りを抑えることが可能となる。

もう１つの効果については、後に詳細に説明するが、コレクタ端子１１１とエミッタ端子１１２を積層させた状態で、セラミックス板１０３の一辺側まで引き延ばすことが可能となることによって、コレクタ端子１１１とエミッタ端子１１２を互いに積層して配線される面積を増加させることができるため、半導体モジュール２００としてさらに低インダクタンスを実現することができる。コレクタ端子１１１とエミッタ端子１１２でのインダクタンスを低減することによって、素子で発生する熱を低減することが可能となり、当該素子から回路パターン１０４を介して端子接合部に伝わる熱を抑制することが可能となる。従って、端子接合部の温度上昇を抑制することができ、端子接合部の剥離を抑制することが可能となる。

従って上述した回路構成にすることによって、金属ベース１０２の反り抑制と、端子接合部での温度上昇の抑制が可能となり、相乗的に端子接合部の剥離を抑制することが可能となる。

エミッタ補助端子側回路パターン１０４ｄは、エミッタ補助端子接続部１０４ｄ１と串歯状に形成されたエミッタ補助端子側主回路パターン１０４ｄ２から構成され、ゲート端子側回路パターン１０４ｃは、ゲート端子接続部１０４ｃ１と串歯状に形成されたゲート端子側主回路パターン１０４ｃ２から構成される。エミッタ補助端子側主回路パターン１０４ｄ２とゲート端子側主回路パターン１０４ｃ２とは、互いに串歯部分がかみ合うような形で配置されている。エミッタ補助端子側回路パターン１０４ｄと、ゲート補助端子側回路パターン１０４ｃをこのように構成することによって、セラミックス板１０３を小型にすることができ、ひいては金属ベース１０２の小型化につながり、全体的に金属ベース１０２の反り量を低減できる。

次に、図９を用いて、エミッタ端子１１２の固定方法を説明する。まず始めに、２台の半導体モジュール２００ａ、２００ｂの回路パターン１０４ｂと接合するエミッタ端子１１２をケース１０８に配置する。ケース１０８には、太い径の固定部３０１（３０１ａ、３０１ｂ）と細い径の固定部３０２（３０２ａ、３０２ｂ）が一体となった凸部が設けられており、エミッタ端子１１２設けられた穴３１１（３１１ａ、３１１ｂ）が当該凸部にはめ込まれる。固定部３０１、３０２は図示するように、蓋１２０が搭載される方向に突出している。なお、この穴３１１の径は、太い径の固定部３０１にはめ込み可能となるように構成される。このように構成することによって、エミッタ端子１１２を回路パターン１０４に接合するまでは、当該エミッタ端子が摺動可能となる。そのため、エミッタ端子１１２と回路パターン１０４の接合時に余計な応力が残ることなく接合が可能となる。

また、後に説明するが、エミッタ端子１１２（１１２ａ、１１２ｂ）には、蓋１２０が搭載されたときに、当該蓋１２０を支えることができる蓋体保持部３１６（３１６ａ、３１６ｂ）が設けられている。この蓋体保持部３１６によって、エミッタ端子１１２を蓋１２０と半導体モジュール２００に挟み込むことが可能となり、外部からの振動による端子の剥離を防止することが可能となる。

続いて図１０を用いて、コレクタ端子１１１の固定方法を示す。コレクタ端子１１１には、ケース１０８に設けられた前述の凸部にはめ込むための穴３１２が設けられている。この穴３１２の径は、固定部３０２にはめ込み可能なように形成されており、かつ固定部３０１よりも径が細くなっている。このように穴３１２を形成することによって、当該コレクタ端子１１１とエミッタ端子１１２とが直接接触しないで一定の距離を保てるようになる。また、当該コレクタ端子１１１には、蓋１２０に設けられた凸部と嵌め合わされる接続穴３１３、３１４が設けられている。さらにこのコレクタ端子１１１には、エミッタ端子１１２同様、蓋１２０が搭載されたときに当該蓋を支えることができる蓋体保持部３１７が設けられている。これらの構成によって、コレクタ端子１１１も蓋１２０と半導体モジュール２００に挟み込むことが可能となり、外部からの振動による端子の剥離を防止することが可能となる。

なお、コレクタ端子１１１がケース１０８に搭載されたときには、コレクタ端子１１１とエミッタ端子の面間の距離として、固定部３０１の高さからエミッタ端子の厚さ分を引いた距離を最低限の距離として確保することが可能となる。そのため、この固定部３０１の高さからエミッタ端子の厚さ分を引いた距離を、コレクタ端子１１１とエミッタ端子１１２間の絶縁が十分取れる距離とすることによって、半導体モジュール３００を作成する際に端子間の沿面距離が十分に取れていないことによる歩留まりを抑制することが可能となる。

また、蓋体保持部３１６及び３１７は、コレクタ端子１１１及びエミッタ端子１１２が搭載されたときに互いの高さが揃うように設けられる。このように構成することによって、蓋１２０によってコレクタ端子１１１及びエミッタ端子１１２が十分に押し付けられるため、振動によって端子接続部の剥離防止が可能となる。

半導体装置３００として完成したときには、コレクタ端子１１１の端部はコレクタ端子接続部１０４ａ１に接続され、エミッタ端子１１２の端部はエミッタ端子接続部１０４ｂ１、１０４ｂ２に接続される。このとき、図１０に示すように、コレクタ端子１１１の端部とエミッタ端子１１２の端部が半導体モジュール２００の一端側に集められているため、コレクタ端子１１１とエミッタ端子１１２が対向した部分を大きく取ることが可能となる。このような構成とすることによって、配線インダクタンスをより低減することが可能となり、インダクタンスの増加による素子の発熱を抑制することができる。

なお、上述したコレクタ端子１１１の端部やエミッタ端子１１２の端部は、超音波接合によって回路パターン１０４と接合することが可能である。一例として、コレクタ端子１１１を超音波接合した跡を、上方より観察した状態を図１１に示す。超音波接合では、超音波振動を加えるツールを上方より押し当て、荷重を与えながら超音波振動を与える。結果として、ツール先端部の形状７０１が端子接合部の上面に転写され、超音波接合の痕跡が残る。

図１２は、エミッタ補助端子１１５、ゲート端子１１６、及びコレクタ補助端子１１７をそれぞれケース１０８に配置する方法について説明する。エミッタ補助端子１１５と当該エミッタ補助端子１１５の底部３２３ａを、ケース１０８に設けた凹部３２４（３２４ａ）、３２５（３２５ａ）にはめ込むことで、エミッタ補助端子１１５の横ずれを防止することが可能になる。さらにエミッタ補助端子１１５の搭載方向、言い換えると上下方向に摺動可能な状態で２つの半導体モジュール２００（２００ａ、２００ｂ）と接合できるため、接合時に無理な応力がかかることなく、エミッタ補助端子１１５を接合することが可能となる。また、外部からの振動によって、近傍に設けられているゲート端子１１６と直接の接触を防止することが可能となる。さらに、凹部３２４、３２５に搭載された後、エミッタ補助端子１１５は、半導体モジュール２００ａ、２００ｂのそれぞれのエミッタ補助端子側回路パターン１０４ｄと超音波接合される。このような工程を経て独立した半導体モジュール２００ａ、２００ｂ上に接続されたＩＧＢＴ１０５のエミッタ電極を、１個の補助端子で電気的に接続してセンシングする端子が設けられる。

続いてゲート端子１１６について説明する。ゲート端子１１６及び当該ゲート端子の底部３２３ｂを、ケース１０８に設けた凹部３２４（３２４ｂ）、３２５（３２５ｂ）にはめ込むことで、ゲート端子１１６の横ずれを防止することが可能となる。さらにゲート端子１１６の搭載方向、言い換えると上下方向に摺動可能な状態で２つの半導体モジュール２００（２００ａ、２００ｂ）と接合できるため、接合時に無理な応力がかかることなく、ゲート端子１１６を接合することが可能となる。さらに、凹部３２４、３２５に搭載された後、ゲート端子１１６は、半導体モジュール２００ａ、２００ｂのそれぞれのとゲート端子側回路パターン１０４ｃと超音波接合される。このような工程を経て、独立した半導体モジュール２００ａ、２００ｂ上に接続したＩＧＢＴ１０５のゲート電極を、１個の補助端子で電気的に接続される。このように構成することによって、配線数を増やすことなく、複数の半導体モジュールを制御することが可能となる。

最後にコレクタ補助端子１１７について説明する。コレクタ補助端子１１７の底部３２１を、ケース１０８に設けたＬ型の凹部３２２にはめ込むことで、コレクタ補助端子１１７の横ずれを防止できる。さらにコレクタ補助端子１１７の搭載方向、言い換えると上下方向に摺動可能な状態で半導体モジュール２００と接合できるため、接合時に無理な応力がかかることなく、コレクタ補助端子１１７を接合することが可能となる。さらに、凹部３２２に搭載された後、コレクタ補助端子１１７と回路パターン１０４ａが超音波接合で接合され、コレクタ電流をセンシングする端子が設けられる。

以上の過程で接続したエミッタ補助端子１１５、及びゲート端子１１６は、回路パターン１０４と超音波接合されており、さらに凹部３２４、３２５に保持されているため、製造工程や、外部からの振動で位置ずれすることが無くなり、半導体装置を製造する際の歩留まりを抑制することができる。また、当該構成によって半導体装置３００に強い振動が加わったとしても、凹部３２４、３２５に保持されているため、当該端子にかかる応力を分散することが可能となり、使用時にこれらの端子の剥離を抑制することが可能となる。さらに、エミッタ補助端子１１５、ゲート端子１１６、コレクタ補助端子１１７を蓋１２０で押さえつけるように構成しても良い。このように構成することによって、より振動に強い半導体装置３００を作成することができる。

続いて、図１３を用いて、蓋１２０の詳細を説明する。蓋１２０には接続穴３１３と接続するための突起部３１８（３１８ａ、３１８ｂ）、及び接続穴３１４と接続するための突起部３１９（３１９ａ、３１９ｂ）が設けられている。これらの突起部３１８、３１９は、蓋１２０を搭載する方向に突出しており、蓋１２０をケース１０８に搭載する際に、それぞれ突起部と対応する接続穴３１３、３１４と嵌め合わされる。このように蓋１２０を構成することによって、コレクタ端子１１１、及びエミッタ端子１１２はケース１０８に固定されるだけでなく、蓋１２０にも固定されることになる。そのため、外部から強い振動が加わっても横ずれすることを防止することが可能となる。

また、蓋１２０は、コレクタ端子１１１に形成された蓋体保持部３１７、及びエミッタ端子１１２に形成された蓋体保持部３１６に搭載されるような形となり、蓋１２０の自重でそれぞれの端子を押さえつけるような形となる。したがって、それぞれの端子がケース１０８（もしくは半導体モジュール２００）と蓋１２０に挟み込まれる形となり、ケース１０８や蓋１２０に振動で発生する応力を逃がすことができ、超音波接合部の負荷を軽減できる。そのため、外的な振動による各端子の剥離を防止することができる。

このように、半導体装置３００に設けられた全ての端子が横ずれを防止する構成を取っており、またインダクタンスを低減して発生する熱を低減できる構成とし、さらに金属ベース１０２を分割して小さく構成していることにより、使用時における端子の剥離を抑制した半導体装置３００を作成することが可能となる。

本実施形態では、金属ベース１０２の材質を述べなかったが、熱伝導性の良い金属材料が好ましい。例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｌを含む複合材料、Ｃｕを含む複合材料が挙げられる。厚さは強度を考慮して３〜１０mmが望ましい。

また、本実施形態では、金属ベース１０２とセラミックス板１０３が、互いに接合層を介することなく接合している。具体的には、金属の溶湯を型中に流し込み、固める際に、セラミックス板と一緒に固め、接合する。溶湯金属として、熱伝導性の良いＡｌまたはＣｕが良い。特に、融点が１０００℃以下であり、セラミックス板形成時の焼成温度よりも低いＡｌの方が望ましい。

さらに、セラミックス板１０３の材料の熱膨張係数が１×１０^-6〜１０×１０^-6／Ｋであることから、金属ベース１０２も熱膨張係数も同等にするのが望ましい。このような材料をえらぶことによって、セラミックス板１０３と金属ベース１０２の間で熱によって発生する応力を抑制することが可能となるため、金属ベース１０２の反りを抑制することが可能となる

セラミックス板１０３として、熱伝導率の高い窒化物系材料を選ぶと良い。特に、ＡｌＮまたはＳｉＮが望ましい。厚さは強度、放熱性、耐電圧、を考慮して０.１〜１mmが望ましい。

さらに、本実施形態では、セラミックス板１０３上に積層した回路パターン１０４の形成方法について言及しなかったが、接合部の温度が外因により上昇して応力が増加しても、回路パターン１０４が剥離しない接合方法であれば良い。例えば、ろう材、はんだ材、焼結金属体等が挙げられる。この焼結体の金属材料にはナノオーダーの金属粒子が用いられる。この材料は、ナノオーダーのサイズの粒子で当該粒子の体積に対する表面積比が増大することを利用して、これらの金属の融点以下で接合を可能とするものである。特に、ＡｇやＣｕのナノ粒子を用いることが好ましく、接合温度が３５０℃以下、耐熱性が５００℃以上となるＡｇまたはＣｕを含む焼結体が望ましい。このような焼結体を形成する材料は、熱伝導率がはんだよりも優れており放熱性が向上するため、金属ベース１０２の温度上昇を抑制できることから、反りも低減することができる。

また、セラミックス板１０３上に回路パターン１０４の形成方法として、金属ベース１０２を溶湯金属で形成する際に、放熱ベースを接合するセラミックス板の対面にも、金属の溶湯を流し込み、回路板を形成しても良い。

回路パターン１０４に形成する回路パターン１０４ａ〜１０４ｄは、平坦な回路板を形成した後、周知のエッチング技術で加工すれば良い。また、ろう材、はんだ材、焼結金属体等でセラミックス板に接合する場合は、各回路パターン１０４ａ〜１０４ｄに対応して加工された回路板をそれぞれ貼り付けても良い。また、溶湯金属で接合する場合は、パターン加工された型に金属の溶湯を流し込んで形成しても良い。

回路パターン１０４上にＩＧＢＴ１０５とダイオード１０６の半導体素子を接合する接合材料は、はんだ材、焼結金属体等、接合温度が４００℃以下であることが望ましい。特に、接合温度が３５０℃以下、耐熱性が５００℃以上となるＡｇまたはＣｕを含む焼結体が望ましい。

ＩＧＢＴ１０５のエミッタ電極とダイオード１０６のアノード電極を接続する配線１０７は、電気伝導率の良いＡｌ、ＣｕまたはＡｌかＣｕを含む複合材料が適している。また、断面が円形の、または矩形のリボンを適用できる。配線と電極との接合には、超音波接合を適用すれば良い。

コレクタ端子１１１、エミッタ端子１１２、エミッタ補助端子１１５、ゲート端子１１６、及びコレクタ補助端子１１７は、高電気伝導かつ高熱伝導性を有するＣｕまたはＡｌ、またはこれらを含む金属材料で構成される。とりわけ、ＣｕまたはＣｕを含む複合材料が高電気伝導かつ高熱伝導性に優れている。

また、主端子および補助端子は、回路パターン１０４と接合する端部と、半導体装置の外部とを接続する端部を有しており、その形状は金属材料を切断または折り曲げ加工することで形成される。ただし、切断または折り曲げ加工だけでの形成が困難な場合、複数の金属片を焼結金属、溶接、超音波して一体化すれば良い。

本実施形態では、半導体素子の正極、負極それぞれと電気的に接続されている主電極端子を半導体モジュール毎に接続したが、半導体装置外部での接続方法によっては半導体モジュール間を１本ずつの主端子で接続しても良い。

本実施形態で用いたケース１０８および蓋１２０は、高絶縁、高強度、高耐熱な材料で構成すると良い。例えば、エポキシ等の熱硬化性樹脂や、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の熱可塑性樹脂、あるいはこれらの樹脂にガラスやセラミックス等の絶縁性フィラーを混ぜた複合樹脂であれば、成形性にも優れていてよい。

また、ケース１０８および蓋１２０の接着固定で使用する接着は、硬化後に絶縁性、耐熱性、耐衝撃性を兼ね備え接着剤が好ましい。例えば、シリコーン系の接着剤が良い。

本実施形態では、各端子に設けた穴に、ケース１０８と蓋１２０に設けた凸部を挿入し、ケースとフタで挟み込むことで保持したが、この方法に限るものではない。例えば、端子の一面または段差部に、蓋１２０の一部を接触させて保持しても良い。

本実施形態では、蓋１２０を接着固定する前に、ケース１０８にゲルを流し込んだが、蓋１２０を接着固定した後にゲルを流し込んでも良い。この場合、蓋１２０の一部にゲルを流し込む穴を設けておき、ゲルを流し込んだ後に穴を封止する。

本実施形態では、各半導体モジュール毎に、エミッタ電極およびコレクタ電極それぞれの独立した主端子を接続し、計４個の主端子を配置したが、これに限ることはない。半導体装置の外部での接続点が、各電極毎に１点ずつでよければ、各半導体モジュールと半導体装置外部とを１個ずつ（半導体装置として計２個）の主端子で接続できるのも、本発明の特徴である。

本実施形態では、２個の半導体モジュール２００ａ、２００ｂを１個のケース１０８に納めたが、半導体装置に要求される電流容量に応じて、半導体モジュールの数を増やせば良い。例えば、電流容量４００Ａの半導体モジュールで、電流容量１２００Ａの半導体装置を構成する場合、半導体モジュール３個を１個のケースに納めれば良い。このとき、エミッタ電極、ゲート電極と接続する補助端子は、それぞれの電極に対して１個ずつであり、各半導体モジュールと半導体装置外部とを同電位で接続することができる。

本発明の半導体装置は、家電、自動車、風力・太陽光発電、鉄道、産業機器向け電力変換システムに用いる電流・電圧制御装置として用いることができる。

〔実施形態１〕

図１から、図７に示す半導体装置３００の製造手順を説明する図である。作製する半導体装置３００は、電圧３.３ｋＶ、電流１２００Ａの容量を有するものとした。半導体装置の等価回路を図１４に表す。電流容量６００Ａの半導体モジュール２００ａ、２００ｂの２個で構成した。エミッタ電極主端子Ｅ１（上述のエミッタ端子１１２ａに対応）、Ｅ２（上述のエミッタ端子１１２ｂに対応）、コレクタ電極主端子Ｃ１（上述のコレクタ端子１１１ａに対応）、Ｃ２（上述のコレクタ端子１１１ｂに対応）、ゲート電極補助端子Ｇ（上述のゲート端子１１６に対応）、モニタリング用エミッタ補助端子Ｅ′（上述のエミッタ補助端子１１５に対応）、コレクタ補助端子Ｃ′（上述のコレクタ補助端子１１７に対応）の計７端子に半導体装置に設けた。ゲート電極補助端子Ｇ、モニタリング用エミッタ補助端子Ｅ′は、上述したように半導体装置内部でそれぞれ連続した１本の端子で形成されている。

図１に示すように、基板１０１は、金属ベース１０２、セラミックス板１０３、回路パターン１０４の積層構造とした。金属ベース１０２は、Ａｌ−ＳｉＣ複合材料であり、１３７mm×５７mm×５mmに加工した。また、図７の半導体装置３００を、図示しない電力変換装置等に固定するのに必要な半径４mmのネジが通るように、金属ベース１０２の４隅には半径４.２５mmの半円が加工した（上述の基板凹部１２１に対応）。セラミックス板１０３は、ＡｌＮであり、４７mm×１０５mm×０.６３５mmに加工した。金属ベース１０２とセラミックス板１０３は、Ａｌ−ＳｉＣ複合材料形成時に含浸する溶湯Ａｌを介して接合した。回路パターン１０４は、無酸素銅（Ｃｕ）であり、最外形が４３mm×１０１mm×０.５mmとなるようにパターンを加工した。回路パターン１０４は、金属ベース１０２とセラミックス板１０３を一体化した後に、平坦なＣｕ板を、セラミックス板１０３の表面にＡｇを含む焼結体を介して接合した。このとき、接合温度のピーク値は２５０℃とした。そして、周知のエッチング技術でＣｕ板と接合層をパターン加工した。さらに、ＩＧＢＴ１０５のコレクタ電極面とダイオード１０６のカソード電極面が同電位となるように、回路パターン１０４にＡｇを含む焼結体を介して接合した。接合温度のピーク値は２５０℃とした。

次に、図２に示すように、ＩＧＢＴ１０５のエミッタ電極とダイオード１０６のアノード電極が同電位となるように、配線１０７を介して回路パターン上に接合した。ここで用いたＩＧＢＴはＳｉチップ、最外形１４.５mm×１７mm×０.４mmとし、許容電流密度は約６５Ａ／cm²とした。また、ダイオードはＳｉチップ、最外形１４.５mm×１０.２mm×０.４mmであり、電流密度は約１２０Ａ／cm²とした。

さらに、図２に示すように、ＩＧＢＴ１０５のエミッタ電極とダイオード１０６のアノード電極が同電位となるように、配線１０７を介して回路パターン１０４上に接合した。配線１０７として、幅１mm、厚さ０.３mmのＣｕリボンを使用した。各半導体素子に対して、１０本ずつＣｕリボンを超音波接合した。さらに、エミッタセンス用配線として、ＩＧＢＴ１０５のエミッタ電極の一部と、回路板とを直径０.３mmのＣｕワイヤ１本で超音波接合した。また、ＩＧＢＴ１０５のゲート電極と回路パターン１０４とを直径０.３mmのＣｕワイヤ１本で超音波接合した。結果として、耐圧３.３ｋＶ、電量容量６００Ａの半導体モジュール２００が得られた。本実施形態では、電流容量が１２００Ａの半導体装置を作製することから、半導体装置１台につき２個の半導体モジュールを作製した。

次に、図３に示すように、半導体モジュール２００ａと２００ｂを並べて、ケース１０８を上方より被せて接着固定した。ケース１０８は、市販のＰＰＳ製、最外形部で１３０mm×１４０mm×２４mmとなるように成形加工した。接着剤として、シリコーン一液型を用いた。半導体モジュール２００ａ、２００ｂと接するケース１０８の部位に接着剤を塗布した後、１５０℃で１時間保持して硬化した。

次に、図４に示すように、４個の主端子であるコレクタ端子１１１ａ、１１１ｂ、及びエミッタ端子１１２ａ、１１２ｂと、３個の補助端子であるエミッタ補助端子１１５、ゲート端子１１６、コレクタ端子１１７を、半導体モジュール２００ａ、２００ｂと、ケース１０８の所定の位置に接するように、ケース１０８の上方より配置し、各端子と半導体モジュールの回路板とを超音波接合した。各端子は、厚さ１mmの無酸素銅（Ｃｕ）板を切断、折り曲げ加工して作製した。超音波接合は市販の接合装置を使用した。

ここで、各端子の接続方法を、図９〜図１３を用いて説明する。図９に示すように、２台の半導体モジュール２００ａ、２００ｂとケース１０８を接着した半導体装置３００に、エミッタ側回路パターン１０４ｂと接合するエミッタ端子１１２ａ、１１２ｂをケース１０８内に配置した。このとき、ケース１０８には固定部３０１ａ、３０１ｂが設けており、エミッタ端子１１２ａ、１１２ｂに加工した穴３１１ａ、３１１ｂをはめ込むことで、エミッタ端子１１２ａ、１１２ｂの横ずれと、外部からの振動による基板との接触を防ぐことができる。さらに、エミッタ端子１１２ａ、１１２ｂとエミッタ側回路パターン１０４ｂが接する部位に、半導体モジュール２００上方より超音波接合装置のツールを押し当て超音波を発生することで、ＩＧＢＴ１０５のエミッタ電極と電気的に接続されたエミッタ端子１１２ａ、１１２ｂを接合した。次に、図１０に示すように、コレクタ端子１１１ａ、１１１ｂをケース１０８内に配置した。このとき、ケース１０８に設けた凸部３０２ａ、３０２ｂの上段部に、コレクタ端子１１１ａ、１１１ｂに加工した穴３１２ａ、３１２ｂをはめ込むことで、コレクタ端子１１１ａ、１１１ｂの横ずれ防止と、先に取り付けたエミッタ端子１１２ａ、１１２ｂとの間隔を保持することができ、半導体装置３００を作成する際の歩留まりを抑制することができる。さらに、コレクタ端子１１１ａ、１１１ｂとコレクタ側回路パターン１０４ａが接する部位を半導体モジュール２００上方より超音波接合装置のツールを押し当て超音波を発生することで、ＩＧＢＴ１０５のコレクタ電極と電気的に接続された、コレクタ主端子が形成された。このとき、コレクタ端子１１１ａ、１１１ｂにおけるコレクタ側回路パターン１０４ａとの接合時には図１１に示すような接合痕が残る。

次に、図１２に示すように、エミッタ補助端子１１５、ゲート端子１１６、コレクタ補助端子１１７をケース１０８内に配置した。エミッタ補助端子１１５の底部３２３ａを、ケース１０８に設けた凹部３２４ａにはめ込むことで、エミッタ補助端子１１５の横ずれと、外部からの振動による基板との接触を防ぐことができる。さらに、エミッタ補助端子１１５とエミッタ補助端子側回路パターン１０４ｄが接する部位を超音波接合することで、独立した半導体モジュール２００ａ、２００ｂ上に接続したＩＧＢＴのエミッタ電極を１個の補助端子で電気的に接続するエミッタ電流センシング端子を設けた。

また、ゲート端子１１６の底部３２３ｂを、ケース１０８に設けた凹部３２４ｂにはめ込むことで、ゲート端子１１６の横ずれ、外部からの振動による基板および近接するエミッタ補助端子１１５との接触を防ぐことができる。さらに、ゲート端子１１６とゲート側回路パターン１０４ｄが接する部位を超音波接合することで、独立した半導体モジュール２００ａ、２００ｂ上に接続したＩＧＢＴのゲート電極を１個の補助端子で電気的に接続するゲート端子１１６を設けた。

さらに、コレクタ補助端子１１７との底部３２１を、ケース１０８に設けたＬ型の凹部３２２にはめ込むことで、コレクタ補助端子１１７の横ずれと、外部からの振動による基板との接触を防ぐことができる。さらに、コレクタ補助端子１１７とコレクタ側回路パターン１０４ａが接する部位を超音波接合することで、コレクタ電流をセンシングする端子を設けた。

次に、ケース１０８内に市販されている高電圧対応のゲルを流し込んだ。ゲルは、ケース１０８の上面から約５mm下の深さまで流し込んだ。そして、真空脱法を行い、ゲル中に含まれている気泡を取りのぞいた。

次に、蓋１２０を被せて接着固定する。接着剤として、シリコーン一液型を用いた。ケース１０８と蓋１２０の部位に接着剤を塗布した後、１５０℃で１時間保持して硬化した。この最、ゲルも同時に加熱硬化されている。

ここで、蓋１２０によるコレクタ端子１１１、エミッタ端子１１２、エミッタ補助端子１１５、ゲート端子１１６、及びコレクタ補助端子１１７の支え方を説明する。図１３に示すように、蓋１２０に設けた突起部３１７ａをコレクタ端子１１１ａの穴３１３ａに、突起部３１７ｂをコレクタ端子１１１ｂの穴３１３ｂに、突起部３１８ａをコレクタ端子１１１ａの穴３１４ａに、突起部３１８ｂをコレクタ端子１１１ｂの穴３１４ｂに通して、さらにこれらの突起部３１７、３１８でエミッタ端子１１２を押さえつけることで、コレクタ端子１１１、及びエミッタ端子基板１０１、ケース１０８、蓋１２０で挟み込む。

また、エミッタ補助端子１１５とゲート端子１１６は、それぞれ蓋１２０と凹部３２４、３２５によって挟み込まれる形で固定され、コレクタ補助端子１１７は、蓋１２０とＬ型の凹部３２２に挟み込まれる形で固定される。

このように構成することによって、外部からの振動に対して、接合部の接合信頼性が高い半導体装置３００を作成することが可能となる。

最後に図７に示すように蓋１２０をケース１０８に搭載する。半導体装置３００の蓋１２０上面のコレクタ端子固定孔２１３ａ、２１３ｂ、エミッタ端子固定孔２１４ａ、２１４ｂにはＭ８のネジを締める六角ボルトを、エミッタ補助端子固定孔２１８、ゲート端子固定孔２１９、コレクタ補助端子固定孔２２０にはＭ４のネジを締める六角ボルトをそれぞれ挿入した。そして、ナットの穴と端子の穴が一致するように、端子を折り曲げることで半導体装置３００が完成する。

作製した半導体装置３００は、電圧３.３ｋＶ、電流１２００Ａの容量を有するものである。この半導体装置３００は、図示しない電圧制御装置（インバータ）とバズバーを介してコレクタ端子１１１、及びエミッタ端子１１２が接続される。さらに、エミッタ補助端子１１５、ゲート端子１１６、およびコレクタ補助端子１１７は、半導体装置３００を駆動する制御装置と電気的に接続される。半導体装置５００を、−４０℃〜１５０℃（各温度で３０分保持）の温度サイクル試験に投入したところ、１０００サイクル後でもモジュールが破損せず、電気的な特性も初期状態とほぼ同じであった。さらに、ＩＧＢＴのＯＮ／ＯＦＦを連続して行うパワーサイクル試験（ジャンクション温度１５０℃、ケース外温度５０℃）を行ったところ、５０、０００サイクル経過しても、電気的な特性が初期状態をほぼ維持した。比較のため、既存モジュールで同様のパワーサイクル試験を行ったところ、３６、０００サイクルで動作しなくなった。また、本パワーサイクル試験を行う際、半導体装置３００の下面と、図示しない冷却板との間に熱伝導性を維持するためにグリースを塗ったが、本発明の半導体装置３００ではグリースが装置の外周部に漏れることは無かった。一方、既存の半導体装置の場合、装置の外周部にグリースの漏れが確認された。これは、金属ベースの反り変動によってグリースが流出したためである。グリースの流出によって、半導体装置の下面と、冷却板との間に非接触部が生じて放熱性が劣化したことが、既存の半導体装置が動作しなくなった一因と考えられた。さらに、動作不能となった既存の半導体装置を分解したところ、金属ベースと絶縁回路基板を接合するはんだ接合界面の一部でクラックが観察された。クラックによって、絶縁回路基板から金属ベースへの熱伝導が劣化したことも、既存の半導体装置が動作しなくなった一因である。以上の結果から、本発明の熱や高信頼化を確認できた。

〔実施形態２〕

本実施形態では、電圧３.３ｋＶ、電流１８００Ａの容量を有する半導体装置４００の作製方法を説明する。半導体装置の等価回路を図１５に表す。電流容量６００Ａの半導体モジュール２００ａ、２００ｂ、２００ｃの３個で構成した。エミッタ電極主端子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３（上述のエミッタ端子１１２に対応）、コレクタ電極主端子Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３（上述のコレクタ端子１１１に対応）、ゲート電極補助端子Ｇ（上述のゲート端子１１６に対応）、モニタリング用エミッタ補助端子Ｅ′（上述のエミッタ補助端子１１５に対応）、コレクタ補助端子Ｃ′（上述のコレクタ補助端子１１７に対応）の計９端子を半導体装置４００に設けた。ゲート電極補助端子Ｇ、モニタリング用エミッタ補助端子Ｅ′は、半導体装置４００内部でそれぞれ連続した１本の端子で形成されている。

以下、実施形態１とは異なる部分のみ記載する。基板１０１の構成は実施形態１と同じである。また、ＩＧＢＴ１０５、ダイオード１０６の大きさ、許容電流密度は実施形態１と同じである。ＩＧＢＴ１０５とダイオード１０６を回路パターン１０４に接合する際には、Ｃｕを含む焼結体で接合した。接合温度のピーク値は３００℃とした。

次に、実施形態１と同様に、配線１０７を配線することで、耐圧３.３ｋＶ、電量容量６００Ａの半導体モジュール２００が得られた。本実施形態では、電流容量が１８００Ａの半導体装置を作製することから、半導体装置１台につき３個の半導体モジュールを作製した。

次に、３個の半導体モジュール２００ａ、２００ｂ、２００ｃを並べて、ケース１０８を上方より被せて接着固定した。ケースは、市販のＰＰＳ製、最外形部で１９０mm×１４０mm×２４mmとなるように成形加工した。

次に、３対のコレクタ端子１１１とエミッタ端子１１２及びエミッタ補助端子１１５、ゲート端子１１６、コレクタ端子１１７を、３個の半導体モジュール２００ａ、２００ｂ、２００ｃとケース１０８の所定の位置に接するように、ケース１０８の上方より配置し、各端子と半導体モジュール２００の回路パターン１０４とを超音波接合した。そして、実施形態１と同様にゲルを流し込み、蓋１２０の接着を行った。最後に、六角ボルトを配置して各端子を折り曲げることで、電圧３.３ｋＶ、電流１８００Ａの容量を有する半導体装置４００が得られた。

この半導体装置４００は、図示しない電圧制御装置（インバータ）とバズバーを介して３個のコレクタ端子１１１、及び３個のエミッタ端子１１２が接続される。さらに、エミッタ補助端子１１５、ゲート端子１１６、およびコレクタ補助端子１１７は、半導体装置４００を駆動する制御装置と電気的に接続される。

作製した半導体装置４００を、−４０℃〜１５０℃（各温度で３０分保持）の温度サイクル試験に投入したところ、１０００サイクル後でもモジュールが破損せず、電気的な特性も初期状態とほぼ同じであった。さらに、ＩＧＢＴ１０５のＯＮ／ＯＦＦを連続して行うパワーサイクル試験（ジャンクション温度１５０℃、ケース外温度５０℃）を行ったところ、５０、０００サイクル経過しても、電気的な特性が初期状態をほぼ維持した。

〔実施形態３〕

図１６は、実施形態２の半導体装置４００を使って構成した電動機駆動回路用インバータ装置の一例を示す。２個の半導体装置４００ａ、４００ｂが直列に接続されて３相分のインバータ駆動回路を構成した。２個の半導体装置４００ａ、４００ｂの半導体モジュール２００ａ同士、２００ｂ同士、２００ｃ同士の直列接続点は、それぞれ交流端子Ｕ、Ｖ、Ｗに接続する。各交流端子８１０、８１１、８１２と３相誘導電動機８０６とは、配線８０７により接続した。上アーム側の半導体装置４００ａのコレクタは、３個とも共通であり、直流端子Ａにおいて整流回路８０３の高電位側と接続する。下アーム側の半導体装置４００ｂのエミッタは、３個とも共通であり、直流端子Ｂにおいて整流回路８０３の低電位側と接続する。整流回路８０３は、交流電源８０２を整流し、半導体装置５００に直流を供給する。半導体装置５００はこの電流を再度交流に変換し、３相誘導電動機８０６を駆動する。上アーム側のゲートとエミッタ間には、上アーム駆動回路８０４を形成した。また、上アーム駆動回路には、モニタリング用のエミッタ電極補助端子Ｅ′（上述のエミッタ補助端子１１５に対応）と、コレクタ電極補助端子Ｃ′（上述のコレクタ補助端子１１７に対応）も接続する。下アーム側のゲートとエミッタ間には、下アーム駆動回路８０５を形成した。また、下アーム駆動回路には、モニタリング用のエミッタ電極補助端子Ｅ′（上述のエミッタ補助端子１１５に対応）と、コレクタ電極補助端子Ｃ′（上述のコレクタ補助端子１１７に対応）も接続する。このように、本発明に係る半導体装置４００を用いて大型のモーターでも駆動させることが可能となる。

１０１ 基板
１０２ 金属ベース
１０３ セラミックス板
１０４ 回路パターン
１０５ ＩＧＢＴ
１０６ ダイオード
１０７ 配線
１０８ ケース
１０９ ケース孔
１１１ａ、１１１ｂ コレクタ端子
１１２ａ、１１２ｂ エミッタ端子
１１５ エミッタ補助端子
１１６ ゲート端子
１１７ コレクタ補助端子
１２０ 蓋
１２１ 基板凹部
２００、２００ａ、２００ｂ、２００ｃ 半導体モジュール

Claims (14)

1. 複数の半導体モジュールと、前記複数の半導体モジュールのそれぞれを固定する１つの筐体と、前記筐体に搭載される蓋と、を有する半導体装置において、
   前記半導体モジュールは、金属ベースと、当該金属ベースに搭載されるセラミックス板と、当該セラミックス板に設けられた配線パターンに接続される端子、及び前記配線パターンに接続される半導体素子と、を有し、
   前記端子には突起部が設けられ、当該端子の突起部に前記蓋が直接接触して搭載されることを特徴とする半導体装置。
2. 前記金属ベースと前記セラミックス板は接合層を介することなく、直接接続されていることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項２に記載の半導体装置において、
   前記セラミックス板と前記金属ベースは、溶湯アルミニウムが固まって当該金属ベースを形成されるときに当該セラミックス板と直接接続されることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置において、
   前記配線パターンは、前記半導体素子のコレクタと電気的に接続されるコレクタ配線パターンと、前記半導体素子のエミッタと電気的に接続されるエミッタ配線パターンと、を有し、
   前記端子は、前記コレクタ配線パターンと接続されるコレクタ端子と、前記エミッタ配線パターンと接続されるエミッタ端子であり、
   前記コレクタ端子と前記エミッタ端子は互いに対向して配置されることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項４に記載の半導体装置において、
   前記コレクタ端子と前記エミッタ端子は互いに対向した状態で、前記セラミックス板の一辺まで引き伸ばされていることを特徴とする半導体装置。
6. 請求項４又は５に記載の半導体装置において、
   前記筐体は、前記蓋が搭載される方向と平行な方向に突出した固定部を有し、
   前記コレクタ端子及び前記エミッタ端子は、それぞれ穴を有し、
   当該コレクタ端子の穴及び前記エミッタ端子の穴は、前記固定部に固定されることを特徴とする半導体装置。
7. 請求項６に記載の半導体装置において、
   前記固定部は、第一の柱部と、当該第一の柱部よりも径が太い第二の柱部からなり、
   前記エミッタ端子の穴は前記第二の柱部に嵌めあわされ、
   前記コレクタ端子の穴は前記第一の柱部に嵌めあわされることを特徴とする半導体装置。
8. 請求項４又は５に記載の半導体装置において、
   前記蓋は、当該蓋が搭載される方向に突出した固定部を有し、
   前記コレクタ端子は穴を有し、
   当該コレクタ端子の穴は、前記蓋に設けられた固定部に嵌めあわされることを特徴とする半導体装置。
9. 請求項４乃至８のいずれかに記載の半導体装置において、
   前記セラミックス板には、さらに前記半導体素子のゲートと電気的に接続されるゲート配線パターンを有し、
   当該半導体装置は、複数の前記半導体モジュールにおける前記ゲート配線パターンと接続されるゲート補助端子を有し、
   当該ゲート補助端子は、前記筐体に設けられた保持部にされることを特徴とする半導体装置。
10. 請求項４乃至９のいずれかに記載の半導体装置において、
    前記コレクタ端子と前記コレクタ配線パターンは互いに超音波接合で接合され、
    前記エミッタ端子と前記エミッタ配線パターンは互いに超音波接合で接合されることを特徴とする半導体装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の半導体装置において、
    前記金属ベース及び前記セラミックス基板の熱膨張係数は、１×１０〜１０×１０^-6／Ｋであることを特徴とする半導体装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載の半導体装置において、
    前記金属ベースは、ＡｌとＳｉの複合材料であり、
    前記セラミックス板はＡｌＮ、又はＳｉＮであることを特徴とする半導体装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の半導体装置において、
    前記半導体素子と前記配線パターンとは接合層を介して接合されており、
    前記接合層は、Ａｇ又はＣｕを含む焼結体で構成されることを特徴とする半導体装置。
14. 請求項１乃至１２のいずれかに記載の半導体装置において、
    前記半導体素子と前記配線パターンとは接合層を介して接合されており、
    前記接合層が形成される温度は、当該接合層を形成する接合材の融点よりも低いことを特徴とする半導体装置。