JP6065995B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、パワーデバイス等を備えた半導体モジュールによって構成され、外部接続を共通化した半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
電力用インバータ装置は、電力変換装置のひとつとして広く用いられている。例えば、電気自動車等の駆動源には通常モータが用いられるが、インバータ装置はこの種のモータを制御するうえで多く利用されている。
このような電力変換装置には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やＦＷＤ（Free Wheeling Diode：フリーホイーリングダイオード）等のパワーデバイスを備えた半導体モジュールが用いられている。
図１９は、従来の半導体モジュールの一例を示す断面図である。
図に示す従来の半導体モジュールは、ＩＧＢＴやＦＷＤ等の半導体チップ１１が絶縁基板１２に接合される。絶縁基板１２は、セラミック基板等で形成され、その表裏両面にそれぞれ導体層１２ａ，１２ｂが形成されている。半導体チップは第１の主面としてのおもて面の導体層１２ａに接合されている。また、絶縁基板１２の第２の主面として裏面の導体層１２ｂは熱伝導性の高い材質で構成されるベース板１３に接合されている。また、ベース板１３の絶縁基板１２が接合された面とは反対側の面は、接触界面の隙間にコンパウンドが充填され、または、熱伝導性のシート等を介して放熱フィン１４に固定される。
また、絶縁基板１２のおもて面側では、導体層１２ａが回路パターンを構成しており、導体層１２ａと半導体チップ１１の裏面の電極が接合されるとともに、導体層１２ａと半導体チップ１１のおもて面電極とが、通常アルミワイヤ１５等の配線によって接合される。また、絶縁基板１２の導体層１２ａには、複数の外部端子１６ａ〜１６ｃも接続されている。
さらに、上記の絶縁基板１２を囲むように、ベース板１３上に枠状の樹脂ケース１７が接着剤等で固着される。このような樹脂ケース１７及びベース板１３との内部では、上記の半導体チップ１１等を覆うようにシリコーンゲル等の封止材１８が充填される。そして、樹脂ケース１７の開口を塞ぐように蓋体１７ａが固着され、半導体チップ１１や内部の配線構成が外部環境から保護された構成を有する。
近年の、省電力を志向した再生可能な発電設備の普及に付随して、電力変換用の半導体装置に対するニーズが高まっている。そこでは、特に前述のような半導体モジュールでは大容量化あるいは高耐圧化が課題となっている。
即ち、上記のような半導体装置では、絶縁基板１２上の導体層１２ａに複数の半導体チップ１１を配置し、半導体チップ１１との間をアルミワイヤ１５で相互に接続することで並列、あるいは直列の接続構成を実現し、大容量化あるいは高耐圧化を図る。さらに、ベース板１３上に、複数の絶縁基板１２を載置し、これらの絶縁基板１２上の導体層１２ａと半導体チップ１１との間をアルミワイヤ１５で相互に接続する。これにより並列、あるいは直列の回路構成を実現して、大容量化あるいは高耐圧化を図る。このような半導体モジュールは、所望の容量や耐圧を持った回路構成として形成される大型の半導体モジュールとなる。
ここで、半導体チップ１１の発生熱（損失）をベース板１３に伝熱させ、それらを効率よく系外に放熱するために、ベース板１３は複数本のボルト１９によって放熱フィン１４と締結され、それらが互いに圧接された状態に保持される必要があった（例えば、特許文献１参照）。
また、特許文献２，３には、ウェハの結晶欠陥による歩留まり低下を起こすワイドバンドギャップ半導体を用いて、高い歩留まりを確保しつつ、低コストで製造することが可能な半導体デバイスが開示されている。ここでは、半導体モジュールは、ＳｉＣ（炭化ケイ素）基板上に、個別に動作することが可能なセグメント（半導体素子）を備え、相隣接するセグメント同士間を電気的に分離するためのトレンチ、ショットキーダイオード等の素子分離領域が形成されている。このような半導体モジュールでは、検査で良品であることが確認されたセグメントの電極パッドのみを電極端子に接続している。
特許文献４の電力変換装置は、電力変換回路と外部の機器を接続するブスバーと、少なくともパワーモジュールと制御基板とを固定するベースとを備え、１アーム分のモジュールを共通のベースに固定し、ブスバーによって互いに接続したものである。ここでは、電力変換装置を取付け空間の事情に応じた最適の構成として、空間制約の多い車両のとくにエンジン室等への搭載の自由度が増す。しかも、制御基板の剛性が高くなり耐振性を高め、且つ冷却効果を高めることができる。
特許文献５は、複数のパワーモジュールを含むパワードライブユニットに関する技術が開示されている。このようなパワードライブユニットは、複数のパワーモジュールと電流検出部が並列に固定される放熱板を備えている。さらに、当該パワードライブユニットは、パワーモジュールに配置される位置決めピン、及び電子回路基板に穿設された、位置決めピンが挿通される挿通孔を備えている。ここでは、１枚の電子回路基板と複数のパワーモジュールを１度に（同時に）接続可能であり、それらを容易に組付けることができるので、組付け作業効率が向上する。
特許文献６，７には、モジュールの外部端子間にまたがって、ブスバー等の接続導体により外部端子間を締結するものが示されている。
特開２００７−１９４４４２号公報 特開２００４−２８９１０３号公報 特開２０１０−２５１７７２号公報 特開２００７−２０９１８４号公報 特開２００６−８１３０８号公報 特開平０５−２１８２５２号公報 特開平０７−１２３７３８号公報 特開２００８−１９３７７９号公報
図１９に示す半導体装置を用いて、例えばフルブリッジ回路を以下のように構成する必要がある。即ち、図１９に示す半導体装置では、蓋体１７ａ上に露出した外部端子１６ａ〜１６ｃを半導体装置外部の配線基板やバスバーのような外付け接続導体で接続し、個別の半導体装置間を配線して、出力及び入力電源用の外部導出端子を構成する（例えば、特許文献６参照）。
ところが、単体のモジュールとしての半導体装置では、用途に応じた前述の半導体装置の内部構造に付随して、その絶縁基板１２の枚数や外部端子１６ａ〜１６ｃの内部配置が定まる一方で、半導体装置外部では外付け接続導体や装置全体の外形上の制約がある。そのため、定格別に型式を充実させるためには、半導体チップ１１と、絶縁基板１２、外部端子１６ａ〜１６ｃ、樹脂ケース１７、その蓋体１７ａは、その定格上必要とされる電流容量に応じて種々に用意する必要があり、生産効率が低下するという問題があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、電流定格に応じてモジュール化することで生産効率の向上を図ることができる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明では、上記問題を解決するために、回路基板と、前記回路基板上に搭載された少なくとも一つの半導体回路とを有し、第１貫通孔が形成された半導体モジュールと、少なくとも二つの前記半導体モジュール間において、前記半導体モジュールの外部に前記半導体回路からそれぞれ引き出された端子間を電気的に接続し、外部配線と接続される接続端子部が形成された主端子板と、前記主端子板により前記端子間が接続されて少なくとも二つの前記半導体モジュールが一体化され、前記第１貫通孔が中央部に配列された複合モジュールを収納し、前記接続端子部が前記複合モジュールの外部に挿通される挿通孔と、配列された前記第１貫通孔に対応する位置に形成された第２貫通孔とを有し、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とがねじ止めされた保護ケースと、を備えている半導体装置が提供される。
本発明は、さらに回路基板と、前記回路基板上に搭載された少なくとも一つの半導体回路とを有する、少なくとも二つの、第１貫通孔が形成された半導体モジュールの外部に前記半導体回路からそれぞれ引き出された端子の表面に局部レーザ光を照射して昇温加熱し、加熱溶融させた前記端子と、少なくとも二つの前記半導体モジュールに共通する主端子板とを接合し、前記主端子板により前記端子間が接続されて少なくとも二つの前記半導体モジュールが一体化され、前記第１貫通孔が中央部に配列された複合モジュールを、配列された前記第１貫通孔に対応する位置に形成された第２貫通孔を有する保護ケースに収納して、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とをねじ止めし、少なくとも二つの前記半導体モジュール相互の導電路を構成する半導体装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、電流定格に応じてモジュール化して、その生産効率の向上を図る半導体装置及び半導体装置の製造方法が提供できる。
本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
第１の実施の形態に係るパワー半導体モジュールを示す断面及び平面図である。 図１のパワー半導体モジュールによって構成される半導体回路を示す等価回路図である。 図１のパワー半導体モジュールを複合化した複合モジュールを示す平面図である。 図３の複合モジュールを保護ケースに収納したものであって、（Ａ）は主端子形成前の状態、（Ｂ）は主端子形成後の状態を示す平面図である。 図４（Ｂ）のＶ−Ｖ断面に沿って示す断面矢視図である。 図３の複合モジュールによって構成される半導体回路を示す等価回路図である。 第２の実施の形態に係るパワー半導体モジュールを示す断面及び平面図である。 図７のパワー半導体モジュールを複合化した複合モジュールを示す平面図である。 図８のＸ−Ｘ断面に沿って示す断面矢視図である。 第３の実施の形態に係る複合モジュールであって、（Ａ）は保護ケースへの収納前の半導体モジュールを示す図、（Ｂ）は保護ケース表面で主端子用セグメントを折り曲げた状態を示す図である。 図１０の複合モジュールによって構成される半導体回路を示す等価回路図である。 図３の複合モジュールをさらに複合化した上位複合モジュールであって、（Ａ）は保護ケースへの収納前の半導体モジュールを示す図、（Ｂ）は保護ケース表面で主端子用セグメントを折り曲げた状態を示す図である。 第５の実施の形態に係るパワー半導体モジュールを複合化した複合モジュールを示す平面図である。 図１３の複合モジュールの保護ケースに収納した主端子形成後の状態を示す平面図である。 図１３の複合モジュールによって構成される半導体回路を示す等価回路図である。 第６の実施の形態に係るパワー半導体モジュールを複合化した複合モジュールを示す平面図である。 図１６の複合モジュールの保護ケースに収納した主端子形成後の状態を示す平面図である。 図１６の複合モジュールによって構成される半導体回路を示す等価回路図である。 従来の半導体モジュールの一例を示す断面図である。
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るパワー半導体モジュールを示す断面及び平面図である。また、図２は、図１のパワー半導体モジュールによって構成される半導体回路を示す等価回路図である。
パワー半導体モジュール１は、半導体チップ２１ａ，２１ｂをそれぞれの絶縁基板２２，２２上に搭載して構成される２組の半導体回路と、それらの上方で共通の配線回路を構成する配線基板２３とを備えている。これらの半導体回路は、それぞれ半導体チップ２１ａ，２１ｂがＩＧＢＴまたはパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：電界効果トランジスタ）やＦＷＤ等のパワーデバイスにより構成されている。なお、図示をわかりやすくするために、図１においては、一つの絶縁基板２２上に一つの半導体チップ２１ａ（２１ｂ）のみを表示している。実際は、一つの絶縁基板２２のおもて面側の導体層上に、ＩＧＢＴ等のスイッチングデバイスとＦＷＤを配置して、図２の等価回路に示すように接続している。
なお、これらの半導体チップ２１ａ，２１ｂは、上記のような各種パワーデバイスであるが、シリコン基板上に形成したものでもよいし、ＳｉＣ基板上に形成したものでもよい。
絶縁基板２２は、伝熱性の良いアルミナ等のセラミックスで構成され、その表裏面には導体層を構成する銅箔２２ａ，２２ｂが貼り付けられている。おもて面側の導体層（銅箔２２ａ）には、導体層上に配置された複数のパワーデバイスの間を接続するための所定の回路パターンが形成されている。
図２に示す等価回路図から分かるように、絶縁基板２２，２２の銅箔２２ａ，２２ｂには、スイッチングデバイス（以下、単にトランジスタという）Ｑ１とＦＷＤ（以下、ダイオードという）Ｄ１の逆並列回路と、トランジスタＱ２とダイオードＤ２との逆並列回路とが、直列に接続されている。
ここで、一つの絶縁基板２２上に配置される半導体チップ（パワーデバイス）は、図２に示すトランジスタとダイオードの逆並列回路を等価的に構成すればよい。このため、トランジスタとダイオードは、どちらかあるいは双方が同定格の複数個の半導体チップを搭載するようにしてもよい。
図１では、絶縁基板２２の銅箔２２ａ上で、トランジスタＱ１を構成する半導体チップ２１ａと、その背後にダイオードＤ１を構成する半導体チップ（図示せず）が前後方向に配置された状態を示している。同様に、絶縁基板２２の銅箔２２ｂ上では、トランジスタＱ２を構成する半導体チップ２１ｂと、その背後にダイオードＤ２を構成する半導体チップとが、前後して並んでいる。即ち、トランジスタＱ１とダイオードＤ１、トランジスタＱ２とダイオードＤ２は、絶縁基板２２，２２上の銅箔２２ａ，２２ｂと配線基板２３とによって、それぞれ逆並列に接続されている。そして、一対のトランジスタＱ１，Ｑ２とダイオードＤ１，Ｄ２からなる２組の逆並列回路は、さらに上面に配置された配線基板２３とポスト状の電極用部材２４を介して直列に接続される。
なお、図１のように２つの半導体チップ２１ａを絶縁基板２２の銅箔２２ａ上で前後方向に配置せずに、左右方向に並べて配置することもできる。また、半導体チップ２１ｂについても、同様に左右方向に並べて配置することもできる。
ここでは、一方の半導体チップ２１ａの下面にはトランジスタＱ１のコレクタ電極が形成され、銅箔２２ａを介してパワー半導体モジュール１の外部入力用端子（コレクタ端子Ｃ１）を構成するピン状導電体（ピン端子）２５に接続されている。他方の半導体チップ２１ｂの裏面に形成されたトランジスタＱ２のコレクタ電極も、銅箔２２ａを介して外部出力用端子（コレクタ兼エミッタ端子Ｃ２／Ｅ１）を構成するピン状導電体（ピン端子）２６に接続されている。また、半導体チップ２１ａ，２１ｂのおもて面には、トランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ電極及びゲート電極が形成され、それぞれ電極用部材２４を介して配線基板２３に接続される。このうちトランジスタＱ１のエミッタ電極は、配線基板２３を介してピン端子２６と接続され、トランジスタＱ２のエミッタ電極は配線基板２３を介して外部入力用端子（エミッタ端子Ｅ２）を構成するピン状導電体（ピン端子）２７に接続されている。
これらのピン状導電体２５〜２７は、図１（Ｂ）に示すようにパワー半導体モジュール１のＡ−Ａ線に対して対称の位置に２本ずつ形成されている。また、パワー半導体モジュール１はピン状導電体２５〜２７以上に先端が長く突起している４本のピン状導電体（ピン端子）２８をさらに有している。これらのピン状導電体２８のうちの２本は配線基板２３に接続されて、ハーフブリッジ回路のトランジスタＱ１，Ｑ２のゲート電極にゲート制御信号を供給するゲート端子Ｇ１，Ｇ２を構成している。また、残りの２本は制御（補助）端子であって、トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間に流れる電流をセンシングするセンス信号を出力する検査端子Ｃ１Ａｕｘ，Ｅ２Ａｕｘ等を構成している。
パワー半導体モジュール１の各構成要素は、例えば熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂材料によってモールドされ、保護される。その結果、パワー半導体モジュール１の外形は、全体として図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように平面視で矩形形状をなす直方体に形成されるとともに、その中央部分には、所定の径を有する円筒形状の貫通孔２９が設けられている。１０本のピン状導電体２５〜２８は、その端部がパワー半導体モジュール１の上面から突出している。パワー半導体モジュール１の底面には、各絶縁基板２２の底面側の銅箔２２ｂに対応して、複数の銅板３０がそれぞれ面一となるように配置されている。これらの銅板３０は、パワー半導体モジュール１のおもて面側から貫通孔２９にボルト等を挿通して底面に放熱フィンを締着したとき、それぞれ放熱フィンと密着してパワー半導体モジュール１の放熱面を構成するものである。
こうした樹脂材料による封止構造のパワー半導体モジュール１は、図１９に示された従来のモジュールと同一の機能を有するものである。また、パワー半導体モジュール１は、以下で説明する一体化された半導体装置（複合モジュール）の単位ユニットを成し、個別の半導体回路要素の状態で全体が封止樹脂によって保護されている。パワー半導体モジュール１は、貫通孔２９にボルトを挿入して締結することにより、図１９に示すような放熱フィン１４に対して、絶縁基板２２の底面を確実に密着させることが可能である。
なお、上記の例では、ピン状導電体（ピン端子）２５〜２７に、それぞれ、コレクタ端子Ｃ１、コレクタ兼エミッタ端子Ｃ２／Ｅ１、エミッタ端子Ｅ２を対応させているが、これに限定されない。ピン状導電体（ピン端子）２５〜２７に、絶縁基板２２の銅箔２２ａ，２２ｂ及び配線基板２３の配線に応じて、コレクタ端子Ｃ１、コレクタ兼エミッタ端子Ｃ２／Ｅ１、エミッタ端子Ｅ２を任意に対応付けることができる。
つぎに、パワー半導体モジュール１を単位ユニットとして構成される、複合化された半導体装置の一例を説明する。
図３は、図１のパワー半導体モジュールを複合化した複合モジュールを示す平面図である。
図３の複合モジュールは、三つのパワー半導体モジュール１が同一平面内に並べられ、パワー半導体モジュール１から外部に引き出されたピン状導電体２５〜２７がそれぞれ３枚の主端子板２Ａ〜２Ｃと接続されることで、それらが一体に構成される。主端子板２Ａには、三つのパワー半導体モジュール１の外部入力用端子（コレクタ端子Ｃ１）を構成するピン状導電体２５が挿入される六つの貫通孔３１ａ〜３１ｆが形成される。また、主端子板２Ｂには、三つのパワー半導体モジュール１の外部出力用端子（コレクタ兼エミッタ端子Ｃ２／Ｅ１）を構成するピン状導電体２７が挿入される六つの貫通孔３２ａ〜３２ｆが形成される。さらに、主端子板２Ｃには、三つのパワー半導体モジュール１の外部入力用端子（エミッタ端子Ｅ２）を構成するピン状導電体２６が挿入される六つの貫通孔３３ａ〜３３ｆが形成されている。
主端子板２Ａ〜２Ｃは、いずれも各パワー半導体モジュール１を跨いで設けられる導電体であって、それぞれ内部の半導体回路の間を接続する。また、主端子板２Ａ〜２Ｃは、一部が折り曲げられた起立片３Ａ〜３Ｃを有している。これらの起立片３Ａ〜３Ｃは、後述する保護ケース３（後述する図４，５参照）から外部の主端子用セグメントとして引き出されるべく、所定の位置に所定の長さで形成されている。また、起立片３Ａ〜３Ｃは、先端部近傍にはそれぞれ丸孔３ｈ（後述する図５参照）が設けられている。
これら主端子板２Ａ〜２Ｃは、その貫通孔３１ａ〜３３ｆにパワー半導体モジュール１のピン状導電体２５〜２７が挿入される。これにより主端子板２Ａ〜２Ｃは各パワー半導体モジュール１と相互に接合されて、三つのパワー半導体モジュール１内の半導体回路相互の導電路が構成される。また、これら主端子板２Ａ〜２Ｃとピン状導電体２５〜２７の接合は、例えば錫（Sn）を含む鉛（Pb）フリーはんだを用いる場合、図３の形状に組み立てた後、ピン状導電体２５〜２７にペーストはんだを後塗布し、加熱して接合することができる。このような接合では、通常のフローはんだを用いて行ってもよいが、以下の方法によれば強固に接着することができる。
即ち、ピン状導電体２５〜２７の材質は、導電性に優れた銅（Cu）、あるいはアルミニウム（Al）系のものであることが望ましい。はんだ接合の容易さを考慮するとき、ピン状導電体２５〜２７にはニッケル（Ni）あるいは錫系の表面処理を施して、はんだ接合の濡れ性を改善することによって、実装効率を高めることが可能である。
また、パワー半導体モジュール１の個別のピン端子（ピン状導電体２５〜２７）に励起されたレーザ光をスポット投射して局部加熱を行うことで、外部の主端子板２Ａ〜２Ｃを接合してもよい。この場合は、導電性に優れた銅、あるいはアルミニウム系の母材構成に加えて、銀（Ag）、金（Au）系の合金材料等を用いることができる。銅、アルミニウム、銀を用いた場合は、局部的な同種拡散接合の形態となるが、短時間での受熱安定性を考慮すると、伝導性に優れた銀が最適である。さらに、金を用いる場合はピン端子の表面に錫系の被膜構成を施すことで、錫−金系の接合が低融点の構成となって、銅、アルミニウム、銀の構成と比較して接合パワーが少なくて済むメリットが生じる。しかも、凝固後には錫−金の共晶成分が接合部を形成するために、一般的なはんだ接合より高耐熱性が期待できる。
つぎに、上述した半導体装置を複合化された状態で所定の保護ケースに収納し、一体化する手順について説明する。
図４は、図３の複合モジュールを保護ケースに収納したものであって、（Ａ）は主端子形成前の状態、（Ｂ）は主端子形成後の状態を示す平面図である。また、図５は、図４（Ｂ）のＶ−Ｖ断面に沿って示す断面矢視図である。
保護ケース３は絶縁性を有する樹脂ケースであって、三つのパワー半導体モジュール１が図３に示すように主端子板２Ａ〜２Ｃによって複合化された状態で収納可能な開口を底面に備えた外囲器として構成されている。保護ケース３には、主端子板２Ａ〜２Ｃの起立片３Ａ〜３Ｃの断面形状に対応した大きさで、その表面から内部まで貫通する挿通孔３１〜３３と、起立片３Ａ〜３Ｃに形成された丸孔３ｈに対応する大きさの座繰り穴３４Ａ〜３４Ｃとが設けられている。
また、保護ケース３の表面には、各パワー半導体モジュール１の貫通孔２９に対応して、直径が貫通孔２９より大きな開口部３５〜３７と、各パワー半導体モジュール１のピン状導電体２８を外部に引き出すための開口部３８も形成されている。さらに、図４（Ｂ）に示すように、１２本のピン状導電体２８に対応する貫通孔３９ｈが形成された制御基板３９が保護ケース３の表面に配置され、保護ケース３内の複合モジュールによって構成される半導体回路に対する所望の制御回路を形成している。
三つのパワー半導体モジュール１は、主端子板２Ａ〜２Ｃにより複合化された状態で保護ケース３に収納されると、起立片３Ａ〜３Ｃの保護ケース３の上方から外部に突出する先端部分が折り曲げられる。これにより、ボルトやねじの締結用の丸孔３ｈを有する主端子用セグメント４Ａ〜４Ｃは、保護ケース３の上面と並行する形状で、それぞれ正極端子、負極端子、及び出力端子を構成する。このとき、保護ケース３の座繰り穴３４Ａ〜３４Ｃは、折り曲げられた主端子用セグメント４Ａ〜４Ｃの丸孔３ｈに対応する位置にあって、主端子板２Ａ〜２Ｃを外部接続板（バスバー等）と締結する際に、締結用のボルト穴として機能する。
図６は、図３の複合モジュールによって構成される半導体回路を示す等価回路図である。
三つのパワー半導体モジュール１によって構成された半導体回路Ｃａ〜Ｃｃは、それぞれ正極端子Ｐ（Ｃ１）、負極端子Ｎ（Ｅ２）の間で並列接続されたハーフブリッジ回路を構成している。これにより、複合モジュールとしての半導体回路Ｃａ〜Ｃｃは、パワー半導体モジュール１の単体での電流容量を３倍に向上した機能を持つことになる。また、図３の複合モジュールは、保護ケース３の上面の開口部３５〜３７からそれぞれのパワー半導体モジュール１の貫通孔２９に挿入されるボルトによって、保護ケース３と一体化される。その際に、保護ケース３の下面には、パワー半導体モジュール１の放熱面を構成する銅板３０（図１参照）が外部に露出する。したがって、保護ケース３の開口部３５〜３７に挿入された３本のボルトを用いて、保護ケース３の下面に放熱フィンを装着すれば、各パワー半導体モジュール１の底面と密着させることができる。
以上に説明したように、実施の形態１の半導体装置は、複数のパワー半導体モジュール１からなる半導体回路が主端子板２Ａ〜２Ｃによって一体のものとして集約されて、複合モジュールとして保護ケース３内に一体化できる。また、個別のパワー半導体モジュール１毎に冷却フィンにマウントする必要がない。保護ケース３内で一体化された複合モジュールに対して一枚の冷却フィンを最小限のボルトで一括して締結するだけで、当該冷却フィンを確実に装着できる。したがって、製品種別ごとの生産設備が低減できる。それにより、治具、工具類の種類を低減することができるうえ、製品種別の整理によって品質管理のコストを低減でき、量産効率を高めることも可能である。
即ち、個々のパワー半導体モジュール１にそれぞれ締結用の貫通孔２９が設けられている。そのため、主端子板２Ａ〜２Ｃで接続された複数個のパワー半導体モジュール１に対して、それぞれ確実に冷却フィンとの間の熱伝導路が安定して確保できる。したがって、従来の半導体装置の構成と比較して、電流密度増大への対応に優れた構造となり、個別の半導体装置の小型化が可能となり、複合モジュールを構成する各半導体チップ２１ａ，２１ｂの放熱効率、冷却フィンの面積効率等の高い半導体装置を提供できる。
また、従来の半導体装置では、冷却時の放熱フィン側の熱変形も含めて、放熱フィンにマウントされる半導体モジュールの接触界面に変動を与える場合があり、ベース板とフィンとの密着性を高めて、放熱効率を確保することが容易ではなかった。一方、上述した実施の形態では、従来のものと比較してモジュール構成自体が小型化され、かつ個別のパワー半導体モジュール１がそれぞれ固有の締結手段によって保持されている。そのために、複合モジュールはその構成部材の変形、変位に追従する作用が得られる。即ち、半導体回路の電流容量が大きくなって、放熱フィンにマウントされる半導体モジュールのサイズが大型化した場合でも、実機動作の際の冷却状態が安定しているために信頼性向上の観点でも優れた特性が期待できる。
このように半導体装置の基本構成を共通化することにより、必要定格に応じた一体化が容易となって、様々な定格のニーズに即した回路構成を簡易に実現できる。また、冷却体への伝熱効率を向上させて、マウントサイズが大径化した場合に顕在化する熱変形も容易に回避できる。したがって、半導体装置の生産効率向上、特性向上、信頼性向上が実現できる。なお、上述した複合モジュールは三つのパワー半導体モジュール１によって構成されるものとしたが、その用途に応じて四つ以上であってもよいし、あるいは二つであってもよい。
（実施の形態２）
図７は、第２の実施の形態に係るパワー半導体モジュールを示す断面及び平面図である。
図７に示すパワー半導体モジュール１０は、実施の形態１で説明したパワー半導体モジュール１のピン状導電体２５〜２７を板状導電体４１〜４３に置き換えたものである。
これらの板状導電体４１〜４３は、外部入力用端子（コレクタ端子Ｃ１）、外部入力用端子（エミッタ端子Ｅ２）、外部出力用端子（コレクタ兼エミッタ端子Ｃ２／Ｅ１）を構成するものであって、先端部分には締結用開口部４ｈを有している。即ち、パワー半導体モジュール１０の各構成要素が熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂材料によってモールドされた後、板状導電体４１〜４３はその先端部を９０°折り曲げることにより、締結用開口部４ｈを備えた三つの端子部４４〜４６となる。
なお、実施の形態２でも、板状導電体４１〜４３に、絶縁基板２２の銅箔２２ａ，２２ｂ及び配線基板２３の配線に応じて、コレクタ端子Ｃ１、コレクタ兼エミッタ端子Ｃ２／Ｅ１、エミッタ端子Ｅ２を任意に対応付けることができる。
樹脂モールドに際して、パワー半導体モジュール１０の樹脂表面には座繰り穴４７〜４９が、各端子部４４〜４６の締結用開口部４ｈと対応する位置に設けられる。これらの座繰り穴４７〜４９は、締結時に使用されるボルト、あるいはねじの長さに応じた深さに形成される。
図８は、図７のパワー半導体モジュールを複合化した複合モジュールを示す平面図である。また、図９は、図８のＸ−Ｘ断面に沿って示す断面矢視図である。
保護ケース３の内部に収納される三つのパワー半導体モジュール１０Ａ〜１０Ｃには、それぞれ三つの端子部４４〜４６が形成されている。このうち、パワー半導体モジュール１０Ａ〜１０Ｃの各端子部４４には、それぞれ締結用開口部４ｈに挿入されるボルト５４によって主端子板２Ｄが固着されて導電路が形成される。この主端子板２Ｄは、端子部４４に形成された締結用開口部４ｈと一体に締結可能な大きさで、所定位置にボルト挿通穴５５を備えている。同様に、パワー半導体モジュール１０Ａ〜１０Ｃの各端子部４５には主端子板２Ｅが固着され、各端子部４６には主端子板２Ｆが固着され、それぞれの間に導電路が形成される。これらの主端子板２Ｄ〜２Ｆは、実施の形態１で用いられている主端子板２Ａ〜２Ｃと同様、その一部が折り曲げられて形成された起立片３Ｄ〜３Ｆを有している。
図１に示すパワー半導体モジュール１はコンパクトで小容量の用途に対応していた。これに対して、実施の形態２のパワー半導体モジュール１０では、通電能力の大きな板状導電体４１〜４３を用いて、各板状導電体４１〜４３と主端子板２Ｄ〜２Ｆとの間が、ねじあるいはボルトによって強固に締結可能な構成となっている。
ここで、保護ケース３は絶縁性を有する樹脂ケースであり、三つのパワー半導体モジュール１０Ａ〜１０Ｃが主端子板２Ｄ〜２Ｆによって複合化された状態で収納可能な開口を底面に備えた外囲器として構成されている。制御基板３９には、ピン状導電体２８に対応する貫通孔３９ｈが形成され、保護ケース３の上面に配置されている。なお、制御基板３９は、図５（実施の形態１）に示したものと同様であって、対応する部分は同じ符号をつけて詳細な説明を省略する。なお、主端子板２Ｄ〜２Ｆをボルト５４によってそれぞれ端子部４４〜４６と接続する際には、必要に応じて端子部４４〜４６の裏面の、パワー半導体モジュール１０Ａ〜１０Ｃとの隙間に座金５１〜５３を挟み込むとよい。
これにより、三つのパワー半導体モジュール１０Ａ〜１０Ｃが互いに連結されるとともに、各主端子板２Ｄ〜２Ｆに形成された起立片３Ｄ〜３Ｆが保護ケース３の外部に引き出され、それぞれ折り曲げられることによって主端子用セグメント４Ｄ〜４Ｆとされる。したがって、実施の形態２の半導体装置は、パワー半導体モジュール１０Ａ〜１０Ｃによって形成された半導体回路の間が通電能力の大きな板状導電体４１〜４３によって接続でき、複合モジュールとしての電流容量が増大した場合にも確実に対応できる。
（実施の形態３）
図１０は、第３の実施の形態に係る複合モジュールであって、（Ａ）は保護ケースへの収納前の半導体モジュールを示す図、（Ｂ）は保護ケース表面で主端子用セグメントを折り曲げた状態を示す図である。
ここに示す複合モジュールは、三つのパワー半導体モジュール１Ａ〜１Ｃと、主端子板２Ｂ，２Ｃ及び２Ｇ（２ＧＵ，２ＧＶ，２ＧＷ）とから構成される。
各パワー半導体モジュール１Ａ〜１Ｃは、実施の形態１のパワー半導体モジュール１と同様、外部入出力端子となるピン状導電体２５〜２７と制御（補助）端子を構成するピン状導電体２８を備えたもの（図１参照）が使用される。実施の形態１のものと異なる点は、それぞれパワー半導体モジュール１Ａ〜１Ｃの外部入力用端子（コレクタ端子Ｃ１）を構成するピン状導電体（ピン端子）から、保護ケース５の外側に独立した主端子用セグメント４Ｇ（４ＧＵ，４ＧＶ，４ＧＷ）が引き出されていることである。
このために、パワー半導体モジュール１Ａ〜１Ｃは、その内部の半導体回路の導電路が２本の主端子板２Ｂ，２Ｃだけで構成され、それぞれ保護ケース５の外側で主端子用セグメント４Ｂ，４Ｃとして取り出されている。パワー半導体モジュール１Ａ〜１Ｃには、それぞれ主端子板２Ｇがピン状導電体に接続され、それぞれの起立片３Ｇ（３ＧＵ，３ＧＶ，３ＧＷ）が保護ケース５から引き出されて、三つの独立した主端子用セグメント４Ｇを構成している。
図１１は、図１０の複合モジュールによって構成される半導体回路を示す等価回路図である。
三つのパワー半導体モジュール１Ａ〜１Ｃによって構成された半導体回路は、それぞれ正極端子Ｐ（Ｃ１）、負極端子Ｎ（Ｅ２）の間で並列接続された３相のフルブリッジ回路を構成している。パワー半導体モジュール１Ａにより構成された半導体回路Ｃａでは、主端子用セグメント４ＧＵがブリッジの中間端子からのＵ端子として引き出される。そして、パワー半導体モジュール１Ｂ，１Ｃによりそれぞれ構成された半導体回路Ｃｂ，Ｃｃからは、主端子用セグメント４ＧＶ，４ＧＷがブリッジの中間端子からのＶ端子、Ｗ端子として、それぞれ独立して引き出されている。
なお、図１１に示した回路構成は一例であって、実施の形態３の半導体装置では、どのように主端子用セグメント４Ｂ，４Ｃ及び４Ｇを引き出すかに応じて、各種の半導体回路が構成できる。
（実施の形態４）
図１２は、図３の複合モジュールをさらに複合化した上位複合モジュールであって、（Ａ）は保護ケースへの収納前の半導体モジュールを示す図、（Ｂ）は保護ケース表面で主端子用セグメントを折り曲げた状態を示す図である。
図１２（Ａ）に示す上位複合モジュールは、それぞれ保護ケース３に収納された三つの複合モジュールが第２の主端子板６Ａ〜６Ｃによって上位の半導体回路として接続され、半導体素子の電流容量を向上させたフルブリッジ回路として構成されたものである。ここでは、複合モジュールとして例えば図９に示すものが想定されているが、図５に示す複合モジュールであってもよい。
第２の主端子板６Ａは、三つの保護ケース３に形成された主端子用セグメント４Ｄとボルト５８によって相互に接続されるものであって、その所定の位置に起立片７Ａを備えている。また、それぞれの保護ケース３の第２の主端子板６Ｂは、主端子用セグメント４Ｅとボルト５８によって接続されていて、それぞれが互いに独立した上位の主端子用セグメント８Ｂを構成する起立片７Ｂを備えている。さらに、第２の主端子板６Ｃは、三つの保護ケース３の主端子用セグメント４Ｆとボルト５８によって相互に接続されるものであって、その所定の位置に起立片７Ｃを備えている。ここで、第２の主端子板６Ａ〜６Ｃの形状や配置については、各保護ケース３の開口部３５〜３７を塞がないようにする必要がある。
図１２（Ｂ）には、三つの保護ケース３を上位の保護ケース７に収納し、上位の主端子用セグメント８Ａ〜８Ｃとして折り曲げた状態を示している。上位の保護ケース７の表面には、五つの上位の主端子用セグメント８Ａ，８Ｂ（×３），８Ｃと、３枚の制御基板６０が配置される。また、上位の保護ケース７を貫通する９個の開口部６１〜６９が、各保護ケース３の開口部３５〜３７に連通するように形成されている。
開口部６１〜６９は、それぞれ三つの保護ケース３に配置された合計９個のパワー半導体モジュールの貫通孔と同形状に構成されている。これらの開口部６１〜６９にボルトを挿入し、最小限のボルト締結によって、上位の保護ケース７の底面で放熱フィンが固着できる。しかも、それぞれが複合モジュールを構成する三つのパワー半導体モジュールが上位の保護ケース７によって簡単に一体化され、かつ放熱フィンと確実に圧接される。
（実施の形態５）
図１３は、第５の実施の形態に係るパワー半導体モジュールを複合化した複合モジュールを示す平面図、図１４は、図１３の複合モジュールの保護ケースに収納した主端子形成後の状態を示す平面図である。
ここに示す複合モジュールは、三つのパワー半導体モジュール１Ｄ〜１Ｆと、主端子板２Ｈ〜２Ｋと、導電部材により構成された配線板２Ｌ，２Ｍとから構成される。図１３において、配線部分２Ｉａ〜２Ｋａは、主端子板２Ｉ〜２Ｋの一部であり、主端子板が後述するパワー半導体モジュールのピン状導電体と接続される部分と、後述する起立片３Ｈ〜３Ｋとを結ぶものである。
各パワー半導体モジュール１Ｄ〜１Ｆは、実施の形態１のパワー半導体モジュール１と同様、外部入出力端子となるピン状導電体２５〜２７と制御（補助）端子を構成するピン状導電体２８を備えた同じ構成のもの（図１参照）が使用される。
図１３の複合モジュールでは、パワー半導体モジュール１Ｄ，１Ｅのピン状導電体２５に主端子板２Ｈが接続され、パワー半導体モジュール１Ｆのピン状導電体２５に主端子板２Ｉが接続されている。主端子板２Ｈには起立片３Ｈが、主端子板２Ｉには配線部分２Ｉａを介して起立片３Ｉがそれぞれ形成されている。
また、図１３の複合モジュールでは、パワー半導体モジュール１Ｄのピン状導電体２７に主端子板２Ｊが接続されている。主端子板２Ｊには配線部分２Ｊａを介して、起立片３Ｊが形成されている。
また、図１３の複合モジュールでは、パワー半導体モジュール１Ｄのピン状導電体２６に主端子板２Ｋが接続されている。主端子板２Ｋには配線部分２Ｋａを介して、起立片３Ｋが形成されている。
パワー半導体モジュール１Ｅ，１Ｆのピン状導電体２６に配線板２Ｌが接続され、同じくパワー半導体モジュール１Ｅ，１Ｆのピン状導電体２７に配線板２Ｍが接続されている。
また、上記起立片３Ｈ〜３Ｋは、図１３に示すように、直線状に配置されるようにそれぞれ形成されている。
なお、主端子板２Ｈ〜２Ｋ、配線板２Ｌ，２Ｍと、ピン状導電体２５〜２７との接続は、実施の形態１で説明したように主端子板２Ｈ〜２Ｋ、配線板２Ｌ，２Ｍに形成した貫通孔３１ａ〜３３ｆにパワー半導体モジュール１Ｄ〜１Ｆのピン状導電体２５〜２７が挿入される。これにより主端子板２Ｈ〜２Ｋ、配線板２Ｌ，２Ｍと、各パワー半導体モジュール１Ｄ〜１Ｆは相互に接合される。
このような複合モジュールを、起立片３Ｈ〜３Ｋに対応して形成された貫通孔に当該起立片３Ｈ〜３Ｋをそれぞれ引き出して保護ケース８に収納し、起立片３Ｈ〜３Ｋを折り曲げる。これにより、図１４に示されるように、出力端子Ｕ（４Ｈ）、負極端子Ｎ（４Ｊ）、中間端子Ｍ（４Ｉ）、正極端子Ｐ（４Ｋ）である主端子用セグメントが直線状に配置されて構成される。
このような図１３の複合モジュールで実現される等価回路について図１５を用いて説明する。
図１５は、図１３の複合モジュールによって構成される半導体回路を示す等価回路図である。
図１３の三つのパワー半導体モジュール１Ｄ〜１Ｆにより構成される半導体回路は、正極端子Ｐ（Ｃ１）、負極端子Ｎ（Ｅ２）の間でトランジスタＱ１とダイオードＤ１の逆並列回路と、トランジスタＱ２とダイオードＤ２との逆並列回路とが直列に接続されている。パワー半導体モジュール１Ｄにより構成される半導体回路Ｃａはハーフブリッジ回路であり、出力端子Ｕが逆並列回路が直列に接続された中間点ｍ１から引き出される。
パワー半導体モジュール１Ｅ，１Ｆは、パワー半導体モジュール１Ｄと同様に逆並列回路が直列に接続されて半導体回路（ハーフブリッジ回路）Ｃｂ，Ｃｃを構成する。さらに、半導体回路ＣｂのトランジスタＱ１とダイオードＤ１の逆並列接続回路と半導体回路ＣｃのトランジスタＱ１とダイオードＤ１の逆並列接続回路とが、逆極性で直列接続されている。図１５の例では、半導体回路ＣｂのトランジスタＱ１のコレクタと半導体回路ＣｃのトランジスタＱ１のコレクタが接続されている。同様に、半導体回路ＣｂのトランジスタＱ２とダイオードＤ２の逆並列接続回路と半導体回路ＣｃのトランジスタＱ２とダイオードＤ２の逆並列接続回路とが、逆極性で直列接続されている。図１５の例では、半導体回路ＣｂのトランジスタＱ２のエミッタと半導体回路ＣｃのトランジスタＱ２のエミッタが接続されている。
半導体回路Ｃｂの逆並列回路が直列に接続された中間点ｍ２と半導体回路Ｃａの中間点ｍ１とが接続され、半導体回路Ｃｃは逆並列回路が直列に接続された中間点ｍ３から中間端子Ｍが引き出されている。
このように接続することで、出力端子Ｕ（４Ｈ）と中間端子Ｍ（４Ｉ）との間に、上記の逆極性で直列接続された回路が接続される。
このように、同一の構成であるパワー半導体モジュールを３個用いて、図１３，図１５に示すように接続して複合モジュールを構成し、これを１相分とすることにより、特開２００８−１９３７７９号公報（特許文献８）で知られる３レベルインバータに適用可能な半導体装置を構成することが可能となる。
（実施の形態６）
実施の形態６では、実施の形態５の複合モジュールの半導体回路について、逆阻止（ＲＢ（Reverse Blocking））ＩＧＢＴを利用した場合について説明する。
図１６は、第６の実施の形態に係るパワー半導体モジュールを複合化した複合モジュールを示す平面図、図１７は、図１６の複合モジュールの保護ケースに収納した主端子形成後の状態を示す平面図である。
ここに示す複合モジュールは、二つのパワー半導体モジュール１Ｇ，１Ｈと、主端子板２Ｑ〜２Ｔから構成される。図１６において、配線部分２Ｑａ〜２Ｔａは、主端子板２Ｑ〜２Ｔの一部であり、主端子板が後述するパワー半導体モジュールのピン状導電体と接続される部分と、後述する起立片３Ｑ〜３Ｔとを結ぶものである。
パワー半導体モジュール１Ｇは、実施の形態１のパワー半導体モジュール１と同様、外部入出力端子となるピン状導電体２５〜２７と制御（補助）端子を構成するピン状導電体２８を備えたもの（図１参照）が使用される。
一方、パワー半導体モジュール１Ｈは、実施の形態１のパワー半導体モジュール１と同形状であり、外部入出力端子となるピン状導電体２５〜２７と制御（補助）端子を構成するピン状導電体２８を備えるが、後述するように、スイッチングデバイスとして逆阻止ＩＧＢＴが用いられている。
図１６の複合モジュールでは、パワー半導体モジュール１Ｇのピン状導電体２５と、パワー半導体モジュール１Ｇのピン状導電体２６，２７に主端子板２Ｑが接続される。また、パワー半導体モジュール１Ｈのピン状導電体２５に主端子板２Ｓが接続されている。主端子板２Ｑには配線部分２Ｑａを介して起立片３Ｑが形成されている。また、主端子板２Ｓには配線部分２Ｓａを介して起立片３Ｓが形成されている。
また、図１６の複合モジュールでは、パワー半導体モジュール１Ｇのピン状導電体２７に主端子板２Ｒが接続されている。主端子板２Ｒには配線部分２Ｒａを介して、起立片３Ｒが接続されている。
さらに、図１６の複合モジュールでは、パワー半導体モジュール１Ｇのピン状導電体２６に主端子板２Ｔが接続されている。主端子板２Ｔには配線部分２Ｔａを介して、起立片３Ｔが形成されている。
また、上記起立片３Ｑ〜３Ｔは、図１６に示すように、直線状に配置されるようにそれぞれ形成されている。
なお、主端子板２Ｑ〜２Ｔと、ピン状導電体２５〜２７との接続は、実施の形態１で説明したように主端子板２Ｑ〜２Ｔに形成した貫通孔３１ａ〜３３ｆにパワー半導体モジュール１Ｇ，１Ｈのピン状導電体２５〜２７が挿入される。これにより主端子板２Ｑ〜２Ｔと各パワー半導体モジュール１Ｇ，１Ｈは相互に接合される。
このような複合モジュールを、起立片３Ｑ〜３Ｔに対応して形成された貫通孔に当該起立片３Ｑ〜３Ｔをそれぞれ引き出して保護ケース９に収納し、起立片３Ｑ〜３Ｔを折り曲げる。これにより、図１７に示されるように、出力端子Ｕ（４Ｑ）、負極端子Ｎ（４Ｒ）、中間端子Ｍ（４Ｓ）、正極端子Ｐ（４Ｔ）である主端子用セグメントが直線状に配置されて構成される。
このような図１６の複合モジュールで実現される等価回路について図１８を用いて説明する。
図１８は、図１６の複合モジュールによって構成される半導体回路を示す等価回路図である。
図１６のパワー半導体モジュール１Ｇにより構成される半導体回路は、正極端子Ｐ（Ｃ１）、負極端子Ｎ（Ｅ２）の間でトランジスタＱ１とダイオードＤ１の逆並列回路と、トランジスタＱ２とダイオードＤ２との逆並列回路とが直列に接続されている。パワー半導体モジュール１Ｇにより構成される半導体回路Ｃａでは、出力端子Ｕが逆並列回路が直列に接続された中間点ｍ１から引き出される。
パワー半導体モジュール１Ｈは、トランジスタ（逆阻止ＩＧＢＴ）Ｑ３，Ｑ４が直列に接続されて、半導体回路Ｃｄを構成する。半導体回路Ｃｄの直列に接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４の中間点ｍ２から中間端子Ｍが引き出されている。
さらに、半導体回路ＣｄのトランジスタＱ３，Ｑ４の直列回路の両端は、ともにパワー半導体モジュール１Ｇにより構成される半導体回路Ｃａの中間点ｍ１に接続され、出力端子Ｕに接続される。
このように、外形状が同一のパワー半導体モジュール１Ｇ，１Ｈを用いて、図１６，図１７に示すように接続して複合モジュールを構成し、これを１相分とすることにより、特許文献８で知られる３レベルインバータに適用可能な半導体装置を構成することが可能となる。
以上、本発明を図面に示した実施の形態１〜６に基づいて説明したが、これらのものに限られない。とくに、本発明の複合モジュール構成では、保護ケース３，７等を順次に上位の形態として用意しておくだけで、必要な電流容量を有する回路を実現することができる。即ち、実施の形態４は、保護ケース３を上位の保護ケース７により一体化して半導体回路を構成したものであるが、さらに上位の保護ケースを用いて再帰的に素子集約を行うことによって、より大きな電流容量の半導体回路が簡単に実現できる。
また、半導体モジュールの端子接続の組み合わせだけで所望する回路構成が得られることから、本発明は上述したパワー半導体モジュール１等による電力用インバータ装置だけに限定されるものではない。
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成及び応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例及び均等物は、添付の請求項及びその均等物による本発明の範囲とみなされる。
１，１Ａ〜１Ｈ，１０，１０Ａ〜１０Ｃ パワー半導体モジュール
２Ａ〜２Ｋ，２Ｑ〜２Ｔ 主端子板
２Ｌ，２Ｍ 配線板
２Ｉａ〜２Ｋａ，２Ｑａ〜２Ｔａ 配線部分
３，５，７〜９ 保護ケース
３Ａ〜３Ｋ，３Ｑ〜３Ｔ，７Ａ〜７Ｃ 起立片
３ｈ 丸孔
４Ａ〜４Ｋ 主端子用セグメント
４ｈ 締結用開口部
６Ａ〜６Ｃ 第２の主端子板
８Ａ〜８Ｃ 上位の主端子用セグメント
１４ 放熱フィン
２１ａ，２１ｂ 半導体チップ
２２ 絶縁基板
２２ａ，２２ｂ 銅箔
２３ 配線基板
２４ 電極用部材
２５〜２８ ピン状導電体（ピン端子）
２９，３９ｈ，３１ａ〜３３ｆ 貫通孔
３０ 銅板
３１〜３３ 挿通孔
３４Ａ〜３４Ｃ，４７〜４９ 座繰り穴
３５〜３８，６１〜６９ 開口部
３９，６０ 制御基板
４１〜４３ 板状導電体
４４〜４６ 端子部
５１〜５３ 座金
５４，５８ ボルト
５５〜５７ ボルト挿通穴
Ｃａ〜Ｃｄ 半導体回路
ｍ１〜ｍ３ 中間点

Claims (15)

  1. 回路基板と、前記回路基板上に搭載された少なくとも一つの半導体回路とを有し、第１貫通孔が形成された半導体モジュールと、
    少なくとも二つの前記半導体モジュール間において、前記半導体モジュールの外部に前記半導体回路からそれぞれ引き出された端子間を電気的に接続し、外部配線と接続される接続端子部が形成された主端子板と、
    前記主端子板により前記端子間が接続されて少なくとも二つの前記半導体モジュールが一体化され、前記第１貫通孔が中央部に配列された複合モジュールを収納し、前記接続端子部が前記複合モジュールの外部に挿通される挿通孔と、配列された前記第１貫通孔に対応する位置に形成された第２貫通孔とを有し、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とがねじ止めされた保護ケースと、
    を備えていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記半導体モジュールの外面には、前記半導体回路の前記端子とそれぞれ接続する、複数のピン端子が引き出されて形成され、
    前記主端子板は、前記各半導体モジュールを跨いで前記半導体回路の間を接続する導電体となる板体であって、前記ピン端子がそれぞれ挿入可能な大きさで前記板体に形成された複数の貫通穴を有し、
    前記接続端子部は前記板体の一部を折り曲げて形成された起立片を有し、
    前記起立片が前記挿通孔から前記保護ケースの外部に引き出されて、主端子用セグメントを構成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  3. 前記半導体モジュールの外面には締結用の開口部を有する、前記半導体回路の前記端子とそれぞれ接続する、複数の端子板が引き出されて形成され、
    前記主端子板は、前記各半導体モジュールを跨いで前記半導体回路の間を接続する導電体となる板体であって、前記端子板とそれぞれ前記締結用の開口部で一体に締結可能な大きさで前記板体に形成された複数のボルト挿通穴を有し、
    前記接続端子部は前記板体の一部を折り曲げて形成された起立片を有し、
    前記起立片が前記挿通孔から前記保護ケースの外部に引き出されて、主端子用セグメントを構成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  4. 前記保護ケースは、前記複数の半導体モジュールに対して共通する放熱フィンが取り付け可能な開口を備え、
    前記保護ケースに前記複数の半導体モジュールを収納し、前記放熱フィンを前記保護ケースと固着することによって、前記半導体モジュールと前記放熱フィンとを圧接するようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  5. 前記半導体モジュールには、前記保護ケースの外部に露出するように、前記回路基板と熱的に接続された金属板が配置されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  6. 前記半導体モジュールの外部に引き出された前記半導体回路の前記端子、及び前記主端子板の主端子用セグメントをなす部分は、銅（Cu）、アルミニウム（Al）、銀（Ag）あるいは金（Au）、もしくはこれらのいずれかの合金材料によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  7. 前記半導体回路は、前記回路基板上でＩＧＢＴ及びフリーホイーリングダイオードから構成されたハーフブリッジ回路を形成していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  8. 回路基板と、前記回路基板上に搭載された少なくとも一つの半導体回路とを有する、少なくとも二つの、第１貫通孔が形成された半導体モジュールの外部に前記半導体回路からそれぞれ引き出された端子の表面に局部レーザ光を照射して昇温加熱し、
    加熱溶融させた前記端子と、少なくとも二つの前記半導体モジュールに共通する主端子板とを接合し、
    前記主端子板により前記端子間が接続されて少なくとも二つの前記半導体モジュールが一体化され、前記第１貫通孔が中央部に配列された複合モジュールを、配列された前記第１貫通孔に対応する位置に形成された第２貫通孔を有する保護ケースに収納して、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とをねじ止めし、
    少なくとも二つの前記半導体モジュール相互の導電路を構成することを特徴とした半導体装置の製造方法。
  9. 回路基板と、前記回路基板上に搭載された少なくとも一つの半導体回路とを有する、少なくとも二つの、第１貫通孔が形成された半導体モジュールの外部に前記半導体回路からそれぞれ引き出された端子の表面に、ニッケル（Ni）系あるいは錫（Sn）系の合金被膜を形成し、
    前記端子に、前記合金被膜に鉛（Pb）フリーはんだを後塗布形成してから、少なくとも二つ以上の前記半導体モジュールに共通する主端子板を接合して、
    前記主端子板により前記端子間が接続されて少なくとも二つの前記半導体モジュールが一体化され、前記第１貫通孔が中央部に配列された複合モジュールを、配列された前記第１貫通孔に対応する位置に形成された第２貫通孔を有する保護ケースに収納して、前記第１貫通孔と前記第２貫通孔とをねじ止めし、
    少なくとも二つの前記半導体モジュール相互の導電路を構成することを特徴とした半導体装置の製造方法。
  10. 前記複合モジュールは、三つの前記半導体モジュールからなり、前記ハーフブリッジ回路の一端に接続される第１の端子、前記ハーフブリッジ回路の中点に接続される第２の端子及び前記ハーフブリッジ回路の他端に接続される第３の端子が前記半導体モジュールからそれぞれ引き出されて、
    第１の接続端子部が形成された第１の主端子板を、三つの前記半導体モジュールの前記第１の端子間を電気的に接続し、
    第２の接続端子部が形成された第２の主端子板を、三つの前記半導体モジュールの前記第３の端子間を電気的に接続し、
    第３の接続端子部が形成された第３の主端子板、第４の接続端子部が形成された第４の主端子板、第５の接続端子部が形成された第５の主端子板を、前記第２の端子に個々に接続する、
    ことを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
  11. 三つの前記半導体モジュールが一体化された複合モジュールの前記第３，４，５の接続端子部が直線状に配置されている、
    ことを特徴とする請求項１０記載の半導体装置。
  12. 前記複合モジュールは、三つの前記半導体モジュールからなり、前記ハーフブリッジ回路の一端に接続される第１の端子、前記ハーフブリッジ回路の中点に接続される第２の端子及び前記ハーフブリッジ回路の他端に接続される第３の端子が前記半導体モジュールからそれぞれ引き出されて、
    第１の接続端子部が形成された第１の主端子板を、三つの前記半導体モジュールのうち一つの前記半導体モジュールの前記第１の端子に接続し、
    第２の接続端子部が形成された第２の主端子板を、前記一つの半導体モジュールの前記第３の端子に接続し、
    第３の接続端子部が形成された第３の主端子板を、前記一つの半導体モジュールと他の一つの半導体モジュールの第２の端子間に接続し、
    第４の接続端子部が形成された第４の主端子板を、残る一つの半導体モジュールの前記第２の端子に接続し、
    第５の主端子板が、残る２つの前記第１の端子間を接続し、
    第６の主端子板が、残る２つの前記第３の端子間を接続する、
    ことを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
  13. 前記複合モジュールは、前記半導体回路として、前記回路基板上でＩＧＢＴ及びフリーホイーリングダイオードから構成されたハーフブリッジ回路が形成された第１の半導体モジュールと、前記半導体回路として、前記回路基板上で逆阻止ＩＧＢＴの直列回路が形成された第２の半導体モジュールと、からなり、
    前記ハーフブリッジ回路の一端に接続される第１の端子、前記ハーフブリッジ回路の中点に接続される第２の端子及び前記ハーフブリッジ回路の他端に接続される第３の端子が前記第１の半導体モジュールから引き出され、
    前記直列回路の一端に接続される第１の端子、前記直列回路の中点に接続される第２の端子及び前記直列回路の他端に接続される第３の端子が前記第２の半導体モジュールから引き出され、
    第１の接続端子部が形成された第１の主端子板を、前記第１の半導体モジュールの前記第１の端子と、前記第２の半導体モジュールの前記第１の端子並びに第３の端子とに接続し、
    第２の接続端子部が形成された第２の主端子板を、前記第１の半導体モジュールの前記第３の端子に接続し、
    第３の接続端子部が形成された第３の主端子板を、前記第２の半導体モジュールの前記第２の端子に接続し、
    第４の接続端子部が形成された第４の主端子板を、前記第１の半導体モジュールの前記第３の端子に接続する、
    ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  14. 前記半導体モジュールは、放熱フィンが取り付け可能な貫通孔を備えることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
  15. 前記保護ケースは、主面に前記貫通孔に対応して前記放熱フィンが取り付け可能な開口を備えることを特徴とする請求項１４記載の半導体装置。
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