WO2023171768A1 - 半導体モジュール、電力変換装置、および半導体モジュールの製造方法 - Google Patents

半導体モジュール、電力変換装置、および半導体モジュールの製造方法 Download PDF

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Abstract

本開示の一態様による半導体モジュールは、第１基板と、第２基板と、導電性板とを備える。第１基板は、一方の主面に少なくとも１つの第１半導体素子と第１半導体素子に接続された第１電極とが配置される。第２基板は、第１基板に対して対向配置され、第１基板における第１半導体素子および第１電極が配置された主面に面する方の主面に、少なくとも１つの第２半導体素子と第２半導体素子に接続された第２電極とが配置される。導電性板は、第１基板および第２基板間を支持するとともに、第１電極および第２電極間を電気的に接続する。

Description

半導体モジュール、電力変換装置、および半導体モジュールの製造方法
　本開示は、半導体モジュール、電力変換装置、および半導体モジュールの製造方法に関する。
　特許文献１には、電力変換装置に用いられる半導体モジュールが開示されている。具体的には、特許文献１には、複数のスイッチング素子および還流ダイオードなどの半導体素子が実装された基板を有する半導体モジュールが開示されている。
国際公開第２０１８／０７３９６５号
　上述した従来技術には、半導体モジュールの占有面積を縮小するという点で更なる改善の余地がある。
　本開示は、半導体モジュールの占有面積を縮小することができる技術を提供する。
　本開示の一態様による半導体モジュールは、第１基板と、第２基板と、導電性板とを備える。第１基板は、一方の主面に少なくとも１つの第１半導体素子と前記第１半導体素子に接続された第１電極とが配置される。第２基板は、前記第１基板に対して対向配置され、前記第１基板における前記第１半導体素子および前記第１電極が配置された主面に面する方の主面に、少なくとも１つの第２半導体素子と前記第２半導体素子に接続された第２電極とが配置される。導電性板は、前記第１基板および前記第２基板間を支持するとともに、前記第１電極および前記第２電極間を電気的に接続する。
　本開示によれば、半導体モジュールの占有面積を縮小することができる。
図１は、第１実施形態に係る半導体モジュールの回路構成を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る半導体モジュールの斜視図である。 図３は、第１実施形態に係る半導体モジュールの分解斜視図である。 図４は、第１実施形態に係る半導体モジュールの模式的な断面図である。 図５は、第１実施形態の変形例に係る半導体モジュールの模式的な断面図である。 図６は、第１実施形態に係る半導体モジュールの側面図である。 図７は、第２実施形態に係る半導体モジュールを備える電力変換装置の回路構成を示す図である。 図８は、第２実施形態に係る半導体モジュールの斜視図および分解斜視図である。 図９は、第２実施形態の変形例に係る半導体モジュールの斜視図および分解斜視図である。 図１０は、第３実施形態に係る半導体モジュールの斜視図および分解斜視図である。
　以下に、本開示による半導体モジュール、電力変換装置、および半導体モジュールの製造方法を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において、同一の機能を担う構成要素については、同一の符号を付することにより、重複する説明を省略する。
　また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、例えば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。
　また、以下参照する各図面では、説明を分かりやすくするために、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を規定し、Ｚ軸正方向を鉛直上向き方向とする直交座標系を示す場合がある。
　特許文献１に記載の半導体モジュールは、６つのスイッチング素子および６つの還流ダイオードが実装された回路基板と、この回路基板にはんだ等の接合材を介して接合された冷却板とを、封止樹脂により一体化した構成を有する。このような構成を有する半導体モジュールは、比較的大きなモールド金型が必要となる。しかしながら、モールド金型には、寸法に制限がある。また、スイッチング素子および還流ダイオード等の半導体素子が実装されるＤＢＣ（Direct　Bonded　Copper）基板およびＡＭＢ（Active　Metal　Brazing）基板には、寸法の制限がある。このため、半導体モジュールの寸法を縮小して占有面積を縮小できる技術が望まれている。
＜第１実施形態＞
＜第１実施形態に係る半導体モジュールの回路構成＞
　まず、第１実施形態に係る半導体モジュールの回路構成について図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る半導体モジュール１の回路構成を示す図である。
　第１実施形態に係る半導体モジュール１は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置の一部を構成する。
　図１に示すように、実施形態に係る半導体モジュール１は、電源端子３と、回路部５と、入出力端子７とを備える。
　電源端子３は、図示しない直流電源に接続される端子である。具体的には、電源端子３は、直流電源の正極側に接続される正極端子３１と負極側に接続される負極端子３２とを備える。
　回路部５は、第１半導体素子の一例であるトランジスタ５１と、第２半導体素子の一例であるトランジスタ５２と、２つのダイオード５３，５４とを含む。２つのトランジスタ５１，５２は、正極端子３１と負極端子３２との間に直列に接続される。ダイオード５３は、トランジスタ５１に逆並列に接続される。ダイオード５４は、トランジスタ５２に逆並列に接続される。
　トランジスタ５１，５２は、例えば、ＩＧＢＴである。また、ダイオード５３，５４は、ＩＧＢＴを保護するための還流ダイオードである。なお、トランジスタ５１，５２は、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal　Oxide　Semiconductor　Field　Effect　Transistor）またはＧＴＯ（Gate　Turn-Off）サイリスタなどであってもよい。
　入出力端子７は、負荷端子７１と、制御端子７２とを含む。負荷端子７１は、モータ等の負荷に対して交流電力を出力するための出力端子である。負荷端子７１は、２つのトランジスタ５１，５２の間の接続ノードに接続される。制御端子７２は、トランジスタ５１，５２を駆動させるための駆動信号が入力される入力端子である。
　上記のように構成された半導体モジュール１は、制御端子７２から入力される駆動信号に従って２つのトランジスタ５１，５２を交互にオンすることにより、正極端子３１と負極端子３２との間に入力された直流電力を交流電力に変換して負荷端子７１から出力する。なお、２つの半導体モジュール１を並列に接続した場合、単相交流電力を生成することができ、３つの半導体モジュール１を並列に接続した場合には、３相交流電力を生成することができる。３相交流電力を生成する半導体モジュールについては、第２実施形態において説明する。
＜第１実施形態に係る半導体モジュールの構造＞
　次に、図２および図３を参照して、第１実施形態に係る半導体モジュール１の構造について説明する。図２は、第１実施形態に係る半導体モジュール１の斜視図である。図３は、第１実施形態に係る半導体モジュール１の分解斜視図である。
　図２に示すように、半導体モジュール１は、第１基板８と、第１基板８に対して対向配置される第２基板９と、第１基板８および第２基板９間を支持する導電性板１０とを備える。第１基板８は、第２基板９に面する面とは反対側の面に冷却板４１が設けられる。第２基板９は、第１基板８に面する面とは反対側の面に冷却板４２が設けられる。冷却板４１，４２は、例えば、銅板である。冷却板４１，４２は、放熱性を有する材料であれば、銅以外のアルミニウムや、銅やアルミニウムを主成分とする材料によって構成されてもよい。
　第１基板８および第２基板９は、対向配置された状態で冷却板４１，４２が外部に露出し、正極端子３１、負極端子３２、負荷端子７１、および制御端子７２が外部に突出するように封止樹脂４によって樹脂封止される。
　これにより、半導体モジュール１は、内部で発生する熱を上下両面に設けられる冷却板４１，４２から外部へ放出することによって、封止樹脂４の内部を効率的に冷却することができる。
　また、図３に示すように、第１基板８は、第２基板９に面する一方の主面に、少なくとも１つのトランジスタ５１と、第１電極８２と、ダイオード５３とが配置される。第１電極８２は、トランジスタ５１に接続される。
　第２基板９は、第１基板８におけるトランジスタ５１および第１電極８２が配置された主面に面する主面に、少なくとも１つのトランジスタ５２と、第２電極９２と、ダイオード５４とが配置される。第２電極９２は、トランジスタ５２に接続される。
　導電性板１０は、アーチ形状をした板体である。導電性板１０は、アーチの両端部において第１電極８２に当接し、アーチの中央部において第２電極９２に当接することによって、第１基板８および第２基板９間を支持するとともに、第１電極８２および第２電極９２間を電気的に接続する。
　これにより、半導体モジュール１は、図３に太線矢印および太点線矢印で示されるように、正極端子３１から、トランジスタ５２、第２電極９２、導電性板１０、第１電極８２、およびトランジスタ５１を経由して負極端子３２へ至る電流経路が形成される。
　また、導電性板１０は、例えば、銅板をプレス加工することによって形成される。そして、導電性板１０は、可撓性を有する板バネである。これにより、導電性板１０は、例えば、第１基板８および第２基板９に形状のバラツキがあっても、対向配置された第１基板８および第２基板９が厚さ方向に押圧されることによって弾性変形するので、確実に第１電極８２と第２電極９２とを電気的に接続できる。
　次に、図４を参照して、第１実施形態に係る半導体モジュール１の断面構造について、より具体的に説明する。図４は、第１実施形態に係る半導体モジュール１の模式的な断面図である。なお、図４では、第１基板８が配置されるベース板、第２基板９が配置されるベース板、および各ベース板に貼合される冷却板４１，４２、および封止樹脂４の図示を省略している。
　図４に示すように、半導体モジュール１は、対向配置される第１基板８と第２基板９とを備える。これにより、半導体モジュール１は、第１基板８と第２基板９とが同一平面上に平置きされる場合と比べて占有面積を低減でき、占有面積の縮小が可能となる。
　また、第１基板８は、絶縁基板８０と、銅パターン８１Ａ，８１Ｂと、銅板８３とを含む。絶縁基板８０は、例えば、アルミナまたは窒化シリコンなどの絶縁体によって構成される基板である。銅パターン８１Ａ，８１Ｂは、絶縁基板８０における第２基板９と対向する側の主面に設けられる。銅パターン８１Ａは、第１電極８２を含む。第１電極８２は、第１基板８における縁部８４に設けられる。銅板８３は、絶縁基板８０における銅パターン８１Ａ，８１Ｂが設けられる側の主面とは反対側の主面に設けられる。
　銅パターン８１Ａの表面には、トランジスタ５１およびダイオード５３が配置される。トランジスタ５１および銅パターン８１Ａは、例えば、はんだなどの接続部材を介して電気的に接続される。また、銅パターン８１Ａは、第１基板８における縁部８４において負荷端子７１に電気的に接続される。銅パターン８１Ａおよび負荷端子７１は、はんだによって接続されてもよいが、好ましくは超音波接合によって接続される。
　銅パターン８１Ｂは、第１基板８における縁部において負極端子３２と電気的に接続される。銅パターン８１Ｂおよび負極端子３２は、はんだによって接続されてもよいが、好ましくは超音波接合によって接続される。また、トランジスタ５１および銅パターン８１Ｂは、バスバー２０によって電気的に接続される。
　バスバー２０およびトランジスタ５１は、はんだなどの接続部材によって電気的に接続される。バスバー２０および銅パターン８１Ｂは、特に限定されないが、例えば、はんだによる接続や超音波接合によって接続される。
　また、第２基板９は、絶縁基板９０と、銅パターン９１Ａ，９１Ｂと、銅板９３とを含む。絶縁基板９０は、例えば、アルミナまたは窒化シリコンなどの絶縁体によって構成される基板である。銅パターン９１Ａ，９１Ｂは、絶縁基板９０における第１基板８と対向する側の主面に設けられる。銅パターン９１Ａは、第２電極９２を含む。銅板９３は、絶縁基板９０における銅パターン９１Ａ，９１Ｂが設けられる側の主面とは反対側の主面に設けられる。
　銅パターン９１Ｂの表面には、トランジスタ５２およびダイオード５４が配置される。トランジスタ５２および銅パターン９１Ｂは、例えば、はんだなどの接続部材を介して電気的に接続される。また、銅パターン９１Ｂは、第２基板９における縁部において正極端子３１に電気的に接続される。銅パターン９１Ｂおよび正極端子３１は、はんだによって接続されてもよいが、好ましくは超音波接合によって接続される。
　導電性板１０は、第１固定支持面１１と、第２固定支持面１２とを備える。第１固定支持面１１は、第１電極８２に当接して第１基板８を支持する。第１固定支持面１１および第１電極８２は、はんだによって接続されてもよいが、好ましくは超音波接合によって接続される。
　第２固定支持面１２は、第２電極９２に当接して第２基板９を支持する。第２固定支持面１２および第２電極９２は、はんだ、または、超音波接合によって接続される。これにより、導電性板１０は、第１基板８および第２基板９間を支持するとともに、第１電極８２および第２電極９２間を電気的に接続できる。
　さらに、導電性板１０は、第２電極９２とトランジスタ５２とを電気的に接続する。トランジスタ５２および導電性板１０は、例えば、はんだなどの接続部材を介して電気的に接続される。
　これにより、半導体モジュール１は、正極端子３１から、銅パターン９１Ｂ、トランジスタ５２、第２電極９２、導電性板１０、第１電極８２、銅パターン８１Ａ、トランジスタ５１、バスバー２０、銅パターン８１Ｂを経由して負極端子３２へ至る電流経路が形成される。また、半導体モジュール１は、正極端子３１から、銅パターン９１Ｂ、トランジスタ５２、第２電極９２、導電性板１０および第１電極８２を経由して負荷端子７１へ至る電流経路が形成される。
　また、第１基板８は、第２基板９よりも面積が大きい。そして、第２固定支持面１２は、第２基板９の縁部に設けられる第２電極９２に当接する。第１固定支持面１１は、第１基板８および第２基板９における主面の法線方向において第２基板９と重ならない第１基板８の縁部８４に設けられる第１電極８２に当接する。
　これにより、半導体モジュール１の製造工程において、導電性板１０が取り付けられた第２基板９を第１基板８に対向配置したときに、導電性板１０の第１固定支持面１１を当接させる第１電極８２の位置が鉛直上方から視認可能な状態になる。したがって、第１基板８に第２基板９を積層する工程において、導電性板１０の第１固定支持面１１と、第１基板８の第１電極８２との位置合わせが容易になる。
　さらに、第２基板９が干渉することなく、超音波接合時の接合ツールを、第１固定支持面１１の直上にある導電性板１０に押し当てることが可能になり、超音波接合ができるようになる。なお、第１固定支持面１１は、１つの第１基板８に対して複数個所に設けられてもよい。また、第２固定支持面１２は、１つの第２基板９に対して複数個所に設けられてもよい。
＜第１実施形態の変形例に係る半導体モジュールの構造＞
　次に、図５を参照して、第１実施形態の変形例に係る半導体モジュール１Ａについて説明する。図５は、第１実施形態の変形例に係る半導体モジュール１Ａの模式的な断面図である。変形例に係る半導体モジュール１Ａは、第１基板８と第２基板９との間に絶縁層６をさらに備える構成が図４に示す半導体モジュール１とは異なる。
　具体的には、絶縁層６は、バスバー２０におけるトランジスタ５１に当接する側の面とは反対側の面と、導電性板１０におけるトランジスタ５２に当接する側の面とは反対側の面との間に挿入される。これにより、変形例に係る半導体モジュール１Ａは、トランジスタ５１，５２から発生する熱を絶縁層６によって吸収することにより、トランジスタ５１，５２を効率的に冷却できる。
　絶縁層６は、伝熱性導体を内包した絶縁基板である。絶縁層６は、例えば、銅またはアルミニウムなどの吸熱性に優れた金属製の伝熱性導体６１の表面が絶縁皮膜６２によって被覆された絶縁基板である。伝熱性導体６１の熱伝導性は、２０［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上であり、好ましくは、１００［Ｗ／ｍ・Ｋ］以上である。また、絶縁皮膜６２は、有機物であってもよい。絶縁皮膜６２の膜厚は、１００［μｍ］以下であることが望ましい。
　なお、伝熱性導体６１は、金属に限定されない。例えば、伝熱性導体６１は、ＣＦＲＰ（グラファイト繊維の入った熱硬化樹脂）、ＣＦＲＴＰ（グラファイト繊維の入った熱可塑樹脂）、または伝熱性導電粒子を含むバインダー樹脂であってもよい。伝熱性導電粒子は、例えば、銀、銅、アルミニウム、ダイヤモンド、およびカーボンナノフィラーのうち、少なくともいずれか一つを含む。
　次に、図６を参照して、第１実施形態に係る半導体モジュール１が備える電極の配置について説明する。図６は、第１実施形態に係る半導体モジュール１の側面図である。図６に示すように、第１基板８に接続されて封止樹脂４の外部に突出する電極と、第２基板９に接続されて封止樹脂４の外部に突出する電極とを備える。
　第１基板８に接続される電極は、一端が第１半導体素子に接続されて第１基板８における第１半導体素子が配置される主面の高さ位置から、その主面の面方向に延伸して他端が封止樹脂４の外部に突出する。例えば、第１基板８に接続される電極は、負荷端子７１および負極端子３２などである。
　また、第２基板９に接続される電極は、一端が第２半導体素子に接続されて第２基板９における第２半導体素子が配置される主面の高さ位置から、第１基板８に接続される電極と同じ方向に延伸して他端が封止樹脂４の外部に突出する。第２基板９に接続される電極は、例えば、制御端子７２および正極端子３１などである。
　このように、半導体モジュール１では、負荷端子７１および負極端子３２と、制御端子７２および正極端子３１とが、鉛直方向における高さ位置の異なる平面上に配置される。これにより、半導体モジュール１は、例えば、負荷端子７１、負極端子３２、制御端子７２、および正極端子３１が同一平面上に配置される場合に比べて、封止樹脂４から突出する電極部分も含めて全体の占有面積を縮小できる。
＜第１実施形態に係る半導体モジュールの製造方法＞
　次に、半導体モジュール１の製造方法について説明する。半導体モジュール１を製造する場合には、まず、冷却板４１が貼合された第１基板８の一方の主面に、第１半導体素子の一例であるトランジスタ５１を配置する。そして、第１基板８の一方の主面に、第１電極８２を配置して第１電極８２とトランジスタ５１とを接続する。さらに、第１基板８の一方の主面に、ダイオード５３を配置してダイオード５３とトランジスタ５１とを接続する。
　続いて、冷却板４２が貼合された第２基板９の一方の主面に、第２半導体素子の一例であるトランジスタ５２を配置する。そして、第２基板９の一方の主面に、第２電極９２を配置して第２電極９２とトランジスタ５２とを接続する。さらに、第２基板９の一方の主面に、ダイオード５４を配置してダイオード５４とトランジスタ５２とを接続する。
　その後、トランジスタ５１、ダイオード５３、および第１電極８２が配置された一方の主面と、トランジスタ５２、ダイオード５４、および第２電極９２が配置された一方の主面とが向い合うように第１基板８および第２基板９を対向配置する。
　そして、第１基板８に第２基板９を積層し、第１基板８および第２基板９を厚さ方向に押圧し、導電性板１０によって第１基板８および第２基板９間を支持するとともに、導電性板１０によって第１電極８２および第２電極９２間を電気的に接続する。
　最後に、冷却板４１，４２が外部に露出し、正極端子３１、負極端子３２、負荷端子７１、および制御端子７２が外部に突出するように、第１基板８および第２基板９を封止樹脂４によって樹脂封止することによって、図１に示す半導体モジュール１が完成する。
＜第２実施形態＞
＜第２実施形態に係る半導体モジュールの回路構成＞
　次に、図７を参照して、第２実施形態に係る半導体モジュール１Ｂを備える電力変換装置１００について説明する。図７は、第２実施形態に係る半導体モジュール１Ｂを備える電力変換装置１００の回路構成を示す図である。
　図７に示すように、電力変換装置１００は、直流電源２００と負荷４００との間に接続される。直流電源２００は、例えば、バッテリ（蓄電池）である。なお、直流電源２００は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、太陽電池、燃料電池、ＤＣ－ＤＣコンバータ、ＡＣ－ＤＣコンバータ、キャパシタなどであってもよい。負荷４００は、例えば、３相モータである。電力変換装置１００は、直流電源２００から供給される直流電力を３相の交流電力に変換して負荷４００に供給する。
　電力変換装置１００は、コンデンサ３００と、半導体モジュール１Ｂと、駆動回路５００と、制御回路５５０とを含む。コンデンサ３００は、半導体モジュール１Ｂと直流電源２００との間に並列に接続される。コンデンサ３００は、例えばフィルムコンデンサである。コンデンサ３００は、直流電源２００から入力される電源電圧を平滑化する。
　半導体モジュール１Ｂは、並列に接続された３つの回路部５Ｕ，５Ｖ，５Ｗを備える。各回路部５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、図１に示した回路部５と同様の回路である。隣り合う回路部５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、互いの正極端子３１同士および負極端子３２同士で接続される。このように並列に接続された３つの回路部５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、３相ブリッジ回路を構成する。
　回路部５Ｕの負荷端子７１Ｕは、負荷４００のＵ相のコイルに接続される。回路部５Ｖの負荷端子７１Ｖは、負荷４００のＶ相のコイルに接続される。回路部５Ｗの負荷端子７１Ｗは、負荷４００のＷ相のコイルに接続される。
　半導体モジュール１Ｂは、駆動回路５００から供給される駆動信号に従って複数のトランジスタ５１，５２をオンおよびオフさせることにより、直流電源２００から供給される直流電力を３相の交流電力に変換して負荷４００に供給する。駆動回路５００は、制御回路５５０から出力される制御信号に基づいて、トランジスタ５１，５２をオン状態にする駆動信号およびトランジスタ５１，５２をオフ状態にする駆動信号を制御端子７２経由でトランジスタ５１，５２に供給する。
　一例として、電力変換装置１００は、車両の車輪を回転させる３相モータに対して３相の交流電力を供給するインバータとして用いられる。この場合、直流電源２００は、一例として、車両に搭載されたバッテリである。なお、電力変換装置１００は、上記の用途に限定されない。
＜第２実施形態に係る半導体モジュールの構造＞
　次に、図８を参照して、第２実施形態に係る半導体モジュール１Ｂの構造について説明する。図８は、第２実施形態に係る半導体モジュール１Ｂの斜視図および分解斜視図である。図８における中央には、半導体モジュール１Ｂの斜視図を示している。
　図８における左側には、半導体モジュール１Ｂを上下に分解した下側の第１ベース板８Ａおよび第１ベース板８Ａ上に配置される構成要素の斜視図を示している。図８における右側には、半導体モジュール１Ｂを上下に分解した上側の表裏反転させた第２ベース板９Ａおよび第２ベース板９Ａ上に配置される構成要素の斜視図を示している。
　図８に示すように、第１ベース板８Ａは、一方の主面に第１基板８が３枚配置される。第１基板８上には、図３に示したものと同一の構成要素が配置される。つまり、各第１基板８には、第１半導体素子の一例であるトランジスタ５１と、トランジスタ５１に接続された第１電極８２と、ダイオード５３とが配置される。
　また、第２ベース板９Ａは、第１ベース板８Ａに対して対向配置される。第２ベース板９Ａは、第１基板８におけるトランジスタ５１および第１電極８２などが配置された主面に面する方の主面に、第２基板９が３枚配置される。第２基板９上には、図３に示したものと同一の構成要素が配置される。つまり、各第２基板９には、第２半導体素子の一例であるトランジスタ５２と、トランジスタ５２に接続された第２電極９２と、ダイオード５４とが配置される。
　また、半導体モジュール１Ｂは、導電性板１０を備える。導電性板１０は、図３に示す導電性板１０と同一のものである。導電性板１０は、各第２基板９に取付けられる。各導電性板１０は、第１基板８および第２基板９間を支持するとともに、第１電極８２および第２電極９２間を電気的に接続する。そして、負荷端子７１Ｕは、負荷４００のＵ相に接続される。負荷端子７１Ｖは、負荷４００のＶ相に接続される。負荷端子７１Ｗは、負荷４００のＷ相に接続される。
　このように、半導体モジュール１Ｂは、互いに対向する第１ベース板８Ａに配置される１つのトランジスタ５１と第２ベース板９Ａに配置される１つのトランジスタ５２とが相毎に設けられる。半導体モジュール１Ｂでは、相の数はＵＶＷの３相である。そして、各導電性板１０は、３相の相毎に第１電極８２および第２電極９２間を電気的に接続する。
　半導体モジュール１Ｂによれば、１枚のベース板上に１つのトランジスタ５１が配置された第１基板８と、１つのトランジスタ５２が配置された第２基板９とが３枚ずつ平置き配置される場合に比べて、専有面積を縮小できる。
　また、第２実施形態においても、第１基板８は、第２基板９よりも面積が大きい。そして、導電性板１０の第２固定支持面１２は、第２基板９の縁部に設けられる第２電極９２に当接する。導電性板１０の第１固定支持面１１は、第１基板８および第２基板９における主面の法線方向において第２基板９と重ならない第１基板８の縁部８４に設けられる第１電極８２に当接する。
　これにより、半導体モジュール１Ｂの製造工程において、導電性板１０が取り付けられた第２基板９を第１基板８に対向配置したときに、導電性板１０の第１固定支持面１１を当接させる第１電極８２の位置が鉛直上方から視認可能な状態になる。したがって、第１基板８に第２基板９を積層する工程において、導電性板１０の第１固定支持面１１と、第１基板８の第１電極８２との位置合わせが容易になる。
＜第２実施形態の変形例に係る半導体モジュールの構造＞
　次に、図９を参照して、第２実施形態の変形例に係る半導体モジュール１Ｃについて説明する。図９は、第２実施形態の変形例に係る半導体モジュール１Ｃの斜視図および分解斜視図である。図９における中央には、半導体モジュール１Ｃの斜視図を示している。
　図９における左側には、半導体モジュール１Ｃを上下に分解した下側の第１ベース板８Ａおよび第１ベース板８Ａ上に配置される構成要素の斜視図を示している。図９における右側には、半導体モジュール１Ｃを上下に分解した上側の表裏反転させた第２ベース板９Ａおよび第２ベース板９Ａ上に配置される構成要素の斜視図を示している。
　図９に示すように、半導体モジュール１Ｃは、第１基板８上におけるトランジスタ５１、ダイオード５３、制御端子７２、および負極端子３２の配置と、第２基板９に取付けられる導電性板１０Ａの形状とが、図８に示す半導体モジュール１Ｂと異なる。
　図８に示す導電性板１０がアーチ形状の板体であったのに対して、変形例に係る導電性板１０Ａは、階段形状をした板体である。具体的には、導電性板１０Ａは、図８に示すアーチ形状をした導電性板１０から、一方の第１固定支持面１１の部分と、一方の第１固定支持面１１からアーチ中央までの接続部分とを除外した形状になっている。
　そして、導電性板１０Ａは、階段状をした板体の一端部において、第１基板８の第１電極８２に当接し、他端部において第２基板９の第２電極９２に当接する。導電性板１０Ａは、材料として使用される導電性部材の量が図８に示す導電性板１０に比べて少なくて済むため、製造コストの低減が可能になる。
　また、第２実施形態の変形例においても、第１基板８は、第２基板９よりも面積が大きい。そして、導電性板１０Ａの第２固定支持面１２は、第２基板９の縁部に設けられる第２電極９２に当接する。導電性板１０Ａの第１固定支持面１１は、第１基板８および第２基板９における主面の法線方向において第２基板９と重ならない第１基板８の縁部８４に設けられる第１電極８２に当接する。
　これにより、半導体モジュール１Ｃの製造工程において、導電性板１０Ａが取り付けられた第２基板９を第１基板８に対向配置したときに、導電性板１０Ａの第１固定支持面１１を当接させる第１電極８２の位置が鉛直上方から視認可能な状態になる。したがって、第１基板８に第２基板９を積層する工程において、導電性板１０Ａの第１固定支持面１１と、第１基板８の第１電極８２との位置合わせが容易になる。
＜第３実施形態＞
＜第３実施形態に係る半導体モジュールの構造＞
　次に、図１０を参照して、第３実施形態に係る半導体モジュール１Ｄの構造について説明する。図１０は、第３実施形態に係る半導体モジュール１Ｄの斜視図および分解斜視図である。図１０における中央には、半導体モジュール１Ｄの斜視図を示している。
　図１０における左側には、半導体モジュール１Ｄを上下に分解した下側の第１ベース板８Ｂおよび第１ベース板８Ｂ上に配置される構成要素の斜視図を示している。図１０における右側には、半導体モジュール１Ｄを上下に分解した上側の表裏反転させた第２ベース板９Ｂおよび第２ベース板９Ｂ上に配置される構成要素の斜視図を示している。
　第１ベース板８Ｂ上には、ＵＶＷの各相に対して、３枚の第１基板８Ｃが配置される。各第１基板８Ｃには、それぞれ６つずつのトランジスタ５１およびダイオード５３が配置される。つまり、第１ベース板８Ｂ上には、１８のトランジスタ５１と、１８のダイオード５３が配置される。
　また、第２ベース板９Ｂ上には、ＵＶＷの各相に対して、３枚の第２基板９Ｃが配置される。各第２基板９Ｃには、それぞれ６つずつのトランジスタ５２およびダイオード５４が配置される。つまり、第２ベース板９Ｂ上には、１８のトランジスタ５２と、１８のダイオード５４が配置される。
　また、半導体モジュール１Ｄの導電性板１０Ｂは、アーチ形状をした板体である。導電性板１０Ｂは、ＵＶＷの相毎に設けられる。導電性板１０Ｂは、第２ベース板９Ｂの長手方向を横切るように配置される。
　導電性板１０Ｂは、アーチの両端部において第１基板８Ｃの縁部に配置される第１電極８２に当接し、第２基板９Ｃの縁部に配置される第２電極９２に当接することによって、第１基板８Ｃおよび第２基板９Ｃ間を支持するとともに、第１電極８２および第２電極９２間を電気的に接続する。
　半導体モジュール１Ｄは、第２実施形態の半導体モジュール１Ｂ，１Ｃに比べて、６倍の数のトランジスタ５１，５２を備えるため、負荷４００に供給する電流を増加できる。
　また、第３実施形態においても、第１基板８Ｃは、第２基板９Ｃよりも面積が大きい。そして、導電性板１０Ｂの第２固定支持面１２は、第２基板９Ｃの縁部に設けられる第２電極９２に当接する。導電性板１０Ｂの第１固定支持面１１は、第１基板８Ｃおよび第２基板９Ｃにおける主面の法線方向において第２基板９Ｃと重ならない第１基板８Ｃの縁部８４に設けられる第１電極８２に当接する。
　これにより、半導体モジュール１Ｄの製造工程において、導電性板１０Ｂが取り付けられた第２基板９Ｃを第１基板８Ｃに対向配置したときに、導電性板１０Ｂの第１固定支持面１１を当接させる第１電極８２の位置が鉛直上方から視認可能な状態になる。したがって、第１基板８Ｃに第２基板９Ｃを積層する工程において、導電性板１０Ｂの第１固定支持面１１と、第１基板８Ｃの第１電極８２との位置合わせが容易になる。
　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ　半導体モジュール
　３　電源端子
　３１　正極端子
　３２　負極端子
　４　封止樹脂
　５，５Ｕ，５Ｖ，５Ｗ　回路部
　６　絶縁層
　６１　伝熱性導体
　６２　絶縁皮膜
　７　入出力端子
　７１，７１Ｕ，７１Ｖ，７１Ｗ　負荷端子
　７２　制御端子
　８，８Ｃ　第１基板
　８Ａ，８Ｂ　第１ベース板
　９，９Ｃ　第２基板
　９Ａ，９Ｂ　第２ベース板
　１０，１０Ａ，１０Ｂ　導電性板
　１１　第１固定支持面
　１２　第２固定支持面
　２０　バスバー
　４１，４２　冷却板
　５１，５２　トランジスタ
　５３，５４　ダイオード
　８０，９０　絶縁基板
　８１Ａ，８１Ｂ，９１Ａ，９１Ｂ　銅パターン
　８２　第１電極
　９２　第２電極
　８３，９３　銅板
　８４　縁部
　１００　電力変換装置
　２００　直流電源
　３００　コンデンサ
　４００　負荷
　５００　駆動回路
　５５０　制御回路

Claims (16)

  1. 　一方の主面に少なくとも１つの第１半導体素子と前記第１半導体素子に接続された第１電極とが配置される第１基板と、
    　前記第１基板に対して対向配置され、前記第１基板における前記第１半導体素子および前記第１電極が配置された主面に面する方の主面に、少なくとも１つの第２半導体素子と前記第２半導体素子に接続された第２電極とが配置される第２基板と、
    　前記第１基板および前記第２基板間を支持するとともに、前記第１電極および前記第２電極間を電気的に接続する導電性板とを備える
    　ことを特徴とする半導体モジュール。
  2. 　前記第１半導体素子は、
    　トランジスタを含み、
    　前記第２半導体素子は、
    　トランジスタを含む
    　ことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  3. 　前記第１基板に設けられ、前記第１半導体素子に含まれる前記トランジスタに逆並列に接続されたダイオードをさらに備え、
    　前記第２基板に設けられ、前記第２半導体素子に含まれる前記トランジスタに逆並列に接続されたダイオードをさらに備える
    　ことを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュール。
  4. 　互いに対向する前記第１半導体素子と前記第２半導体素子とが相毎に設けられ、
    　前記相の数は３相であり、
    　前記導電性板は、
    　前記３相の相毎に前記第１電極および前記第２電極間を電気的に接続する
    　ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載の半導体モジュール。
  5. 　一方の主面に第１半導体素子と前記第１半導体素子に接続された第１電極とが配置される第１基板が３枚配置される第１ベース板と、
    　前記第１ベース板に対して対向配置され、前記第１基板における前記第１半導体素子および前記第１電極が配置された主面に面する方の主面に第２半導体素子と前記第２半導体素子に接続された第２電極とが配置される第２基板が３枚配置される第２ベース板と、
    　前記第１基板および前記第２基板間を支持するとともに、前記第１電極および前記第２電極間を電気的に接続する導電性板とを備える
    　ことを特徴とする半導体モジュール。
  6. 　互いに対向する前記第１ベース板に配置される１つの前記第１半導体素子と前記第２ベース板に配置される１つの前記第２半導体素子とが相毎に設けられ、
    　前記相の数は３相であり、
    　前記導電性板は、
    　前記３相の相毎に前記第１電極および前記第２電極間を電気的に接続する
    　ことを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュール。
  7. 　前記導電性板は、
    　可撓性を有する板バネである
    　ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の半導体モジュール。
  8. 　前記導電性板は、
    　前記第１電極に当接して前記第１基板を支持する第１固定支持面と、
    　前記第２電極に当接して前記第２基板を支持する第２固定支持面とを備える
    　ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載の半導体モジュール。
  9. 　前記第１基板は、
    　前記第２基板よりも面積が大きく、
    　前記第２固定支持面は、
    　前記第２基板の縁部に設けられる前記第２電極に当接し、
    　前記第１固定支持面は、
    　前記第１基板および前記第２基板における主面の法線方向において前記第２基板と重ならない前記第１基板の縁部に設けられる前記第１電極に当接する
    　ことを特徴とする請求項８に記載の半導体モジュール。
  10. 　前記導電性板は、
    　階段形状をした板体であり、前記板体の一端部において前記第１電極に当接し、他端部において前記第２電極に当接する
    　ことを特徴とする請求項９に記載の半導体モジュール。
  11. 　前記導電性板は、
    　アーチ形状をした板体であり、前記板体の両端部において前記第１電極に当接し、前記板体の中央部において前記第２電極に当接する
    　ことを特徴とする請求項９に記載の半導体モジュール。
  12. 　前記第１基板および前記第２基板を封止する封止樹脂と、
    　一端が前記第１半導体素子に接続されて前記第１基板における前記第１半導体素子が配置される主面の高さ位置から当該主面の面方向に延伸して他端が前記封止樹脂の外部に突出する電極と、
    　一端が前記第２半導体素子に接続されて前記第２基板における前記第２半導体素子が配置される主面の高さ位置から前記電極と同じ方向に延伸して他端が前記封止樹脂の外部に突出する電極とを備える
    　ことを特徴とする請求項１～１１のいずれか一つに記載の半導体モジュール。
  13. 　前記第１基板と前記第２基板との間に絶縁層を備える
    　ことを特徴とする請求項１～１２のいずれか一つに記載の半導体モジュール。
  14. 　前記絶縁層は、
    　伝熱性導体を内包した絶縁基板である
    　ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体モジュール。
  15. 　請求項１～１４のいずれか一つに記載の半導体モジュールを備える
    　ことを特徴とする電力変換装置。
  16. 　第１基板の一方の主面に、第１半導体素子と前記第１半導体素子に接続された第１電極とを配置し、
    　第２基板の一方の主面に、第２半導体素子と前記第２半導体素子に接続された第２電極とを配置し、
    　前記一方の主面同士が向い合うように前記第１基板および前記第２基板を対向配置し、
    　導電性板によって前記第１基板および前記第２基板間を支持するとともに、前記導電性板によって前記第１電極および前記第２電極間を電気的に接続することを含む
    　ことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
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