WO2024080042A1 - 半導体モジュール - Google Patents

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WO2024080042A1
WO2024080042A1 PCT/JP2023/032471 JP2023032471W WO2024080042A1 WO 2024080042 A1 WO2024080042 A1 WO 2024080042A1 JP 2023032471 W JP2023032471 W JP 2023032471W WO 2024080042 A1 WO2024080042 A1 WO 2024080042A1
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WO
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insulating member
terminal
semiconductor module
case
positive
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PCT/JP2023/032471
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Inventor
絵理 亀田
Original Assignee
富士電機株式会社
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor module including a switching element.
  • Semiconductor modules including switching elements such as insulated gate bipolar transistors (IGBTs) and power metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) are used in power conversion devices that use high voltages and large currents.
  • IGBTs insulated gate bipolar transistors
  • MOSFETs power metal oxide semiconductor field effect transistors
  • some modules have a structure in which the positive terminal and the negative terminal (or the wire connected to the positive terminal and the wire connected to the negative terminal) are placed in close proximity with an insulating material such as insulating paper sandwiched between them.
  • the width of the insulating member sandwiched between the positive and negative terminals may be made wider than the width of the positive and negative terminals.
  • the insulating member has a protruding portion that protrudes from between the positive and negative terminals.
  • the protrusion may be deformed. Deformation may include bending or curling of the protrusion due to the influence of resin pressure, etc. Such deformation may make it impossible to ensure the insulation distance between the positive terminal and the negative terminal, resulting in a deterioration of insulation performance.
  • the insulating material when a thin material such as insulating paper is used as the insulating material as described above, the insulating material is more likely to deform, and it may take time to fix the terminal structure to the mold during integral molding.
  • the present invention was made in consideration of these points, and aims to provide a semiconductor module that can suppress deformation of the insulating member that insulates the positive and negative terminals.
  • a semiconductor module having a terminal structure including a positive terminal electrically connected to a positive electrode end of a first switching element of an upper arm, a negative terminal electrically connected to a negative electrode end of a second switching element of a lower arm, and a first insulating member sandwiched between the positive terminal and the negative terminal and including a protruding portion, a portion of which protrudes from between the positive terminal and the negative terminal, second insulating members and third insulating members sandwiching the terminal structure from above and below and covering the front and back surfaces of at least a portion of the protruding portion, and a case molded integrally with the terminal structure sandwiched between the second insulating member and the third insulating member.
  • At least one of the second insulating member and the third insulating member may have a recess in the surface facing the terminal structure into which the positive terminal or the negative terminal is fitted.
  • the second insulating member or the third insulating member may have a first protrusion on a surface facing the terminal structure, which positions the first insulating member.
  • the first protrusions may be arranged opposite a portion of the outer edge of the first insulating member.
  • One of the second insulating member or the third insulating member may have one or more pillars on a first side of a surface facing the terminal structure and a second side facing the first side, and the other of the second insulating member or the third insulating member may have a fitting portion that fits with the one or more pillars.
  • a third edge of either the second insulating member or the third insulating member, on the surface facing the terminal structure, that is located toward the inside of the case, may have one or more second protrusions, and at least a portion of the other side surface of the second insulating member or the third insulating member may abut against the one or more second protrusions.
  • the corner of the protrusion of the first insulating member located toward the outside of the case may not be sandwiched between the second insulating member and the third insulating member and may extend to the outside of the case.
  • the end of the protrusion of the first insulating member facing outward from the case may be covered by the second insulating member and the third insulating member and extend outward from the case.
  • the second insulating member, and the third insulating member may be made of a thermoplastic resin.
  • the first insulating member may be insulating paper.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of a semiconductor module according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an equivalent circuit of the semiconductor module according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of a terminal structure
  • 13 is a perspective view showing an example in which a terminal structure is sandwiched between a second insulating member and a third insulating member.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating an example of a second insulating member.
  • 11A and 11B are diagrams illustrating an example of arrangement of a positive terminal on a second insulating member.
  • 11A and 11B are diagrams illustrating an example of arrangement of a first insulating member on a second insulating member.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of the arrangement of a negative terminal.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example of a third insulating member.
  • FIG. 11 is a perspective view showing an example of a back surface of a third insulating member.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a modified example of the second insulating member.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a modified example of the positive terminal.
  • 13A and 13B are diagrams illustrating an example of arrangement of a positive terminal on a second insulating member according to a modified example.
  • 13A and 13B are diagrams illustrating an example of arrangement of a first insulating member to a second insulating member according to a modified example.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a modified example of the negative terminal.
  • FIG. 13A and 13B are diagrams showing an example of the arrangement of a negative terminal when a second insulating member of a modified example is used.
  • 13A and 13B are diagrams illustrating an example of the arrangement of a third insulating member when a second insulating member of a modified example is used.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating an example of a semiconductor module according to a second embodiment.
  • 11 is a perspective view showing an example of a terminal structure sandwiched between a second insulating member and a third insulating member.
  • front surface and “upper surface” refer to the surface facing upward in the semiconductor module 10 of FIG. 1.
  • up refers to the upward direction in the semiconductor module 10 of FIG. 1.
  • back surface and “lower surface” refer to the surface facing downward in the semiconductor module 10 of FIG. 1.
  • lower refers to the downward direction in the semiconductor module 10 of FIG. 1. Similar orientations are used in other drawings as necessary.
  • front surface “upper surface,” “upper,” “back surface,” “lower surface,” “lower,” and “side surface” are merely convenient expressions for identifying relative positional relationships and do not limit the technical concept of the present invention.
  • “upper” and “lower” do not necessarily mean the vertical direction relative to the ground. In other words, the directions of “upper” and “lower” are not limited to the direction of gravity.
  • Fig. 1 is a perspective view showing an example of a semiconductor module according to a first embodiment
  • Fig. 2 is a diagram showing an example of an equivalent circuit of the semiconductor module according to the first embodiment
  • Fig. 3 is a perspective view showing an example of a terminal structure.
  • the semiconductor module 10 has three semiconductor units (not shown) and a case 11 for housing the semiconductor units.
  • the semiconductor units have a ceramic circuit board and a semiconductor chip provided on the ceramic circuit board.
  • the ceramic circuit board has an insulating plate, a heat sink formed on the back surface of the insulating plate, and a circuit pattern formed on the front surface of the insulating plate.
  • the insulating plate is made of ceramics with excellent thermal conductivity.
  • Such ceramics are high-temperature conductive aluminum oxide, aluminum nitride, silicon nitride, etc.
  • the heat sink is made of metal with excellent thermal conductivity.
  • Such metals are aluminum, iron, silver, copper, or alloys containing at least one of these.
  • the circuit pattern is made of metal with excellent electrical conductivity.
  • Such metals are copper or copper alloys, etc.
  • the number and shape of the circuit patterns are appropriately selected according to the specifications of the semiconductor module 10.
  • a ceramic circuit board having such a configuration for example, a DCB (Direct Copper Bonding) board or an AMB (Active Metal Brazed) board can be used.
  • the semiconductor chip includes a switching element such as a power MOSFET or an IGBT, which is made of silicon or silicon carbide.
  • a switching element such as a power MOSFET or an IGBT, which is made of silicon or silicon carbide.
  • Such a semiconductor chip includes, for example, a drain electrode (or collector electrode) as a main electrode on the back surface, and a gate electrode and a source electrode (or emitter electrode) as main electrodes on the front surface.
  • the semiconductor chip also includes an SBD (Schottky Barrier Diode), a PiN (P-intrinsic-N) diode, or another FWD (Free Wheeling Diode) as necessary.
  • Such a semiconductor chip includes a cathode electrode as a main electrode on the back surface, and an anode electrode as a main electrode on the front surface.
  • the semiconductor chip may also be an RC (Reverse-Conducting)-IGBT, which has both the functions of an IGBT and an FWD. The number and
  • the case 11 includes storage areas 11c1, 11c2, and 11c3 that store the semiconductor units described above.
  • the storage areas 11c1, 11c2, and 11c3 are spaces provided in the middle of the case 11 along the longitudinal direction of the case 11 in a plan view.
  • the semiconductor units are electrically connected to various terminals as shown below within the storage areas 11c1, 11c2, and 11c3.
  • wiring members such as bonding wires and lead frames are used.
  • the wiring members are made of a material with excellent conductivity. Such materials are metals such as aluminum and copper, or alloys containing at least one of these.
  • the case 11 further includes terminal structures 15a, 15b, and 15c.
  • the terminal structure 15a has a positive terminal 12a, a negative terminal 13a, and a first insulating member 14a sandwiched between the positive terminal 12a and the negative terminal 13a.
  • the terminal structure 15b has a positive terminal 12b, a negative terminal 13b, and a first insulating member 14b sandwiched between the positive terminal 12b and the negative terminal 13b.
  • the terminal structure 15c has a positive terminal 12c, a negative terminal 13c, and a first insulating member 14c sandwiched between the positive terminal 12c and the negative terminal 13c.
  • the positive terminals 12a, 12b, and 12c and the negative terminals 13a, 13b, and 13c are made of a metal having excellent electrical conductivity, such as copper or a copper alloy. 1, one end of the front surface of each of the positive terminals 12a, 12b, 12c and the negative terminals 13a, 13b, 13c is exposed along the longitudinal direction on the first side 11a of the case 11. At least the first side 11a side of each of the positive terminals 12a, 12b, 12c and the negative terminals 13a, 13b, 13c has a flat plate shape.
  • the exposed portions of the positive terminals 12a, 12b, 12c and the negative terminals 13a, 13b, 13c are connected to wiring that electrically connects, for example, a capacitor functioning as a power source to the semiconductor unit.
  • the other ends of the positive terminals 12a, 12b, 12c and the negative terminals 13a, 13b, 13c are electrically connected to the semiconductor unit inside the case 11.
  • the positive terminals 12a, 12b, and 12c are denoted as P(12a), P(12b), and P(12c), and the negative terminals 13a, 13b, and 13c are denoted as N(13a), N(13b), and N(13c).
  • the positive terminal 12a of the terminal structure 15a is electrically connected to the positive terminal of the first switching element 21a1 of the upper arm as shown in Fig. 2 of the semiconductor unit housed in the storage region 11c1.
  • the negative terminal 13a of the terminal structure 15a is electrically connected to the negative terminal of the second switching element 21a2 of the lower arm as shown in Fig. 2 of the semiconductor unit housed in the storage region 11c1.
  • the positive terminal is the collector electrode of the first switching element 21a1 and the negative terminal is the emitter electrode of the second switching element 21a2.
  • the positive terminal 12b of the terminal structure 15b is electrically connected to the positive terminal of the first switching element 21b1 of the upper arm as shown in FIG. 2 of the semiconductor unit stored in the storage area 11c2.
  • the negative terminal 13b of the terminal structure 15b is electrically connected to the negative terminal of the second switching element 21b2 of the lower arm as shown in FIG. 2 of the semiconductor unit stored in the storage area 11c2.
  • the positive terminal 12c of the terminal structure 15c is electrically connected to the positive terminal of the first switching element 21c1 of the upper arm as shown in FIG. 2 of the semiconductor unit stored in the storage area 11c3.
  • the negative terminal 13c of the terminal structure 15c is electrically connected to the negative terminal of the second switching element 21c2 of the lower arm as shown in FIG. 2 of the semiconductor unit stored in the storage area 11c3.
  • the first insulating members 14a, 14b, and 14c are, for example, insulating paper.
  • the insulating paper that can be used include insulating paper made of a wholly aromatic polyamide polymer, and sheet-shaped insulating paper made of a fluorine-based or polyimide-based resin material.
  • the first insulating members 14a, 14b, and 14c may be ceramic substrates made of aluminum oxide, silicon nitride, or the like.
  • the tip ends of the first insulating members 14a, 14b, and 14c on the first side portion 11a are located between the tip ends of the positive terminals 12a, 12b, and 12c and the tip ends of the negative terminals 13a, 13b, and 13c, thereby maintaining the insulation between the positive terminals 12a, 12b, and 12c and the negative terminals 13a, 13b, and 13c.
  • the positive terminal 12a and the negative terminal 13a are provided with openings 12a1 and 13a1.
  • the openings 12a1 and 13a1 are holes through which position fixing pins extending from a mold used when integrally molding the case 11 pass.
  • the portion 12a2 of the positive terminal 12a extends from the rear surface of the first insulating member 14a toward the inside of the case 11.
  • the portion 12a2 has a step. For example, the lowest step at the tip of the portion 12a2 is connected to the positive electrode of the semiconductor unit via a wiring member such as a bonding wire or a lead frame.
  • the negative terminal 13a is divided into two parts 13a2 and 13a3 on the first insulating member 14a toward the inside of the case 11.
  • the parts 13a2 and 13a3 extend from the front surface of the first insulating member 14a toward the inside of the case 11.
  • the parts 13a2 and 13a3 have a step.
  • the lowest step at the tip of the parts 13a2 and 13a3 is connected to the negative electrode of the semiconductor unit via a wiring member such as a bonding wire or a lead frame.
  • the width of the first insulating member 14a (the length in the longitudinal direction of the case 11) is wider than the width of the positive terminal 12a and the negative terminal 13a in order to ensure an insulating distance between the positive terminal 12a and the negative terminal 13a and prevent dielectric breakdown. Therefore, a part of the first insulating member 14a forms a protrusion 14a1 that protrudes from between the positive terminal 12a and the negative terminal 13a.
  • Terminal structures 15b and 15c have the same configuration as terminal structure 15a shown in Figure 3.
  • the protrusion 14a1 as shown in FIG. 3 may deform when the terminal structure 15a and the case 11 are molded together, which may result in a decrease in insulation performance. Furthermore, if a thin material such as insulating paper is used as the first insulating member 14a, the first insulating member 14a is more likely to deform, and it may take time to fix the terminal structure 15a to the mold during the integral molding process.
  • each of the terminal structures 15a, 15b, and 15c described above is sandwiched from above and below by a second insulating member and a third insulating member that cover at least a portion of the front and back surfaces of the protrusions.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an example in which a terminal structure is sandwiched between a second insulating member and a third insulating member.
  • the second insulating member 18 and the third insulating member 19 sandwich the terminal structure 15a from above and below, and cover at least a portion of the front and back surfaces of the protruding portion of the first insulating member 14a (for example, the protruding portion 14a1 in FIG. 3).
  • the terminal structure 15a is molded integrally with the case 11 while being sandwiched between the second insulating member 18 and the third insulating member 19 in this manner.
  • the terminal structures 15b and 15c are also molded integrally with the case 11 while being sandwiched between the second insulating member and the third insulating member in a similar manner.
  • the second insulating member 18 and the third insulating member 19 are made of a thermoplastic resin, similar to the material of the case 11. This makes it possible to prevent the resin from flowing into the terminal structure 15a during integral molding. Specific configuration examples of the second insulating member 18 and the third insulating member 19 will be described later (see FIGS. 5, 9, and 10).
  • the case 11 further has control terminals 16a, 16b, and 16c attached to the sides of the storage areas 11c1, 11c2, and 11c3, respectively.
  • the control terminals 16a, 16b, and 16c are made of a metal having excellent electrical conductivity, such as copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy.
  • the control terminal 16a is electrically connected to the gate terminal of the first switching element 21a1 or the second switching element 21a2 shown in Fig. 2 of the semiconductor unit housed in the storage region 11c1.
  • the control terminal 16b is electrically connected to the gate terminal of the first switching element 21b1 or the second switching element 21b2 shown in Fig. 2 of the semiconductor unit housed in the storage region 11c2.
  • the control terminal 16c is electrically connected to the gate terminal of the first switching element 21c1 or the second switching element 21c2 shown in Fig. 2 of the semiconductor unit housed in the storage region 11c3.
  • case 11 includes a U-terminal 17a, a V-terminal 17b, and a W-terminal 17c.
  • One end of each of the U terminal 17a, V terminal 17b, and W terminal 17c is exposed on the second side 11b of the case 11 along the longitudinal direction of the case 11.
  • the U terminal 17a, V terminal 17b, and W terminal 17c are made of a metal with excellent conductivity. Such a metal is, for example, copper or a copper alloy.
  • the other ends of the U terminal 17a, V terminal 17b, and W terminal 17c are electrically connected to the semiconductor unit inside the case 11 as follows.
  • the U terminal 17a, the V terminal 17b, and the W terminal 17c are represented as U(17a), V(17b), and W(17c).
  • the U-terminal 17a is electrically connected to the negative terminal of the first switching element 21a1 and the positive terminal of the second switching element 21a2 shown in Fig. 2 of the semiconductor unit housed in the storage area 11c1.
  • the V-terminal 17b is electrically connected to the negative terminal of the first switching element 21b1 and the positive terminal of the second switching element 21b2 shown in Fig. 2 of the semiconductor unit housed in the storage area 11c2.
  • the W-terminal 17c is electrically connected to the negative terminal of the first switching element 21c1 and the positive terminal of the second switching element 21c2 shown in Fig. 2 of the semiconductor unit housed in the storage area 11c3.
  • the case 11 is molded integrally with the terminal structures 15a, 15b, 15c, the control terminals 16a, 16b, 16c, the U terminal 17a, the V terminal 17b, and the W terminal 17c, which are sandwiched between the second insulating member and the third insulating member.
  • the molding is performed by injection molding using a thermoplastic resin, for example.
  • the thermoplastic resin is, for example, polyphenylene sulfide (PPS) resin, polybutylene terephthalate (PBT) resin, polybutylene succinate (PBS) resin, polyamide (PA) resin, or acrylonitrile butadiene styrene (ABS) resin.
  • thermosetting resin is an epoxy resin, a phenolic resin, a maleimide resin, etc.
  • the filler is silicon oxide, aluminum oxide, boron nitride, or aluminum nitride.
  • the semiconductor module 10 has been described above as including three semiconductor units, this is not limited thereto.
  • the semiconductor module 10 may include one, two, or four or more semiconductor units.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an example of the second insulating member.
  • the second insulating member 18 has a recess 18a in which the positive terminal 12a is fitted on the surface facing the terminal structure 15a. Furthermore, the second insulating member 18 has first protrusions 18b1 and 18b2 for positioning the first insulating member 14a on the surface facing the terminal structure 15a. The first protrusions 18b1 and 18b2 are disposed opposite to parts of the outer edge of the first insulating member 14a (see FIG. 7).
  • supports 18c1 and 18c2 are provided on a first side, and supports 18c3 and 18c4 are provided on a second side facing the first side. Note that the number of supports is not limited to two on each of the first and second sides, and may be one or three or more.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the arrangement of the positive terminal on the second insulating member. As shown in FIG. 6, a portion of the positive terminal 12a is fitted into the recess 18a of the second insulating member 18. This prevents the positive terminal 12a from shifting out of position.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the arrangement of the first insulating member on the second insulating member.
  • the first insulating member 14a is arranged on a part of the upper surface of the positive terminal 12a that is fitted into the recess 18a of the second insulating member 18.
  • the first protrusions 18b1 and 18b2 of the second insulating member 18 protrude toward the inside of the first insulating member 14a so as to engage with the side edge of the first insulating member 14a.
  • the side surface of the side edge of the first insulating member 14a that faces the first protrusions 18b1 and 18b2 is recessed inward.
  • the first insulating member 14a is positioned by the first protrusions 18b1 and 18b2 of the second insulating member 18. This prevents the first insulating member 14a from shifting out of position.
  • FIG. 8 shows an example of the arrangement of the negative terminal.
  • the negative terminal 13a is arranged on the front surface of the first insulating member 14a. As described above, the portions 13a2 and 13a3 extend from the front surface of the first insulating member 14a toward the inside of the case 11.
  • the third insulating member 19 has fitting portions 19a1 and 19a2 that fit with the supports 18c2 and 18c3 of the second insulating member 18. By providing such fitting portions 19a1 and 19a2, it is possible to suppress misalignment of the third insulating member 19 in the longitudinal direction of the case 11 and in the outward direction of the case 11. Moreover, the third insulating member 19 has protrusions 19b1, 19b2 that abut against the supports 18c1, 18c4 of the second insulating member 18 in the longitudinal direction of the case 11. By providing such protrusions 19b1, 19b2, it is possible to further suppress misalignment of the third insulating member 19 in the longitudinal direction of the case 11.
  • FIG. 10 is a perspective view showing an example of the back surface of the third insulating member.
  • the back surface of the third insulating member 19 (the surface facing the terminal structure 15a) is provided with a recess 19c into which the negative terminal 13a is fitted. This prevents the negative terminal 13a from shifting out of position.
  • both the second insulating member 18 and the third insulating member 19 have the recesses 18a, 19c into which the positive terminal 12a and the negative terminal 13a are fitted, but this is not limiting.
  • Either the second insulating member 18 or the third insulating member 19 may have a recess into which the positive terminal 12a or the negative terminal 13a is fitted.
  • the second insulating member 18 includes the first protrusions 18b1 and 18b2 for positioning the first insulating member 14a, but is not limited to this.
  • the third insulating member 19 may be provided with a first protrusion for positioning the first insulating member 14a on a surface facing the terminal structure 15a (the back surface shown in FIG. 10).
  • the second insulating member 18 is provided with the pillars 18c1 to 18c4, and the third insulating member 19 is provided with the fitting portions 19a1, 19a2 and the protrusions 19b1, 19b2, but this is not limited to the above.
  • the third insulating member 19 may be provided with pillars similar to the pillars 18c1 to 18c4, and the second insulating member 18 may be provided with fitting portions and protrusions similar to the fitting portions 19a1, 19a2 and the protrusions 19b1, 19b2.
  • FIGS. 11 to 17 elements similar to those shown in FIGS. 5 to 9 are given the same reference numerals as those given to the elements shown in FIGS. 11 is a perspective view showing a modified second insulating member.
  • the modified second insulating member 30 has supports 18c1 and 18c2 on a first side of the surface facing the terminal structure 15a, and supports 18c3 and 18c4 on a second side facing the first side, similar to the second insulating member 18. Furthermore, the modified second insulating member 30 has second protrusions 30a1 and 30a2 on a third side located toward the inside of the case 11 on the surface facing the terminal structure 15a.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a modified example of the positive terminal 12a.
  • the positive terminal 12a is provided with recesses 12a3 and 12a4 that fit into the portions of the second protrusions 30a1 and 30a2 shown in Fig. 11 that are formed on the recess 18a of the second insulating member 30.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of the arrangement of a positive terminal on the second insulating member of a modified example.
  • the positive terminal 12a is fitted into the recess 18a of the second insulating member 30. Furthermore, the recesses 12a3 and 12a4 of the positive terminal 12a as shown in FIG. 12 are fitted into parts of the second protrusions 30a1 and 30a2. This prevents the positive terminal 12a from shifting out of position.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of the arrangement of the first insulating member on the second insulating member of the modified example.
  • the first insulating member 14a is arranged on a part of the upper surface of the positive terminal 12a that is fitted into the recess 18a of the second insulating member 30.
  • the first insulating member 14a is positioned by the first protrusions 18b1 and 18b2 of the second insulating member 30.
  • the side surface of the first insulating member 14a facing the inside of the case 11 abuts against the second protrusions 30a1 and 30a2. This prevents the first insulating member 14a from shifting in position toward the inside of the case 11.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a modified example of the negative terminal 13a.
  • the negative terminal 13a is provided with recesses 13a4 and 13a5 into which the second protrusions 30a1 and 30a2 shown in FIG.
  • Fig. 16 is a diagram showing an example of the arrangement of the negative terminal when the second insulating member of the modified example is used.
  • the negative terminal 13a is arranged on the front surface of the first insulating member 14a.
  • the recesses 13a4 and 13a5 of the negative terminal 13a as shown in Fig. 15 are fitted into the second protrusions 30a1 and 30a2. This prevents the negative terminal 13a from being displaced.
  • FIG. 17 shows an example of the arrangement of the third insulating member when a modified second insulating member is used. Part of the side surface of the third insulating member 31 abuts against the second protrusions 30a1 and 30a2. This prevents the third insulating member 31 from shifting inward toward the inside of the case 11.
  • the second insulating member 30 has the second protrusions 30a1 and 30a2, but the third insulating member 31 may have a second protrusion similar to the second protrusions 30a1 and 30a2. In that case, at least a part of the side surface of the second insulating member 30 abuts against the second protrusion provided on the third insulating member 31.
  • Fig. 18 is a perspective view showing an example of a semiconductor module according to the second embodiment.
  • Fig. 19 is a perspective view showing an example of a terminal structure sandwiched between a second insulating member and a third insulating member.
  • the same elements as those shown in Figs. 1 and 17 are denoted by the same reference numerals.
  • the corner of the protrusion 14a1 of the first insulating member 14a located toward the outside of the case 11 is not sandwiched between the second insulating member 18 and the third insulating member 19, and extends outside the case 11.
  • the ends 14a2, 14a3 of the protrusion of the first insulating member 14a facing outward from the case 11 are covered by the second insulating member 50 and the third insulating member 51, and extend outward from the case 11. This can further suppress deformation of the protruding portion 14a1 of the first insulating member 14a, and can prevent deterioration of the insulating performance.
  • the second insulating member 50 has the second protrusions 30a1, 30a2 as shown in FIG. 11, but it does not have to have the second protrusions 30a1, 30a2 as in the second insulating member 18 shown in FIG. 5.
  • the positive terminals 12a, 12b, and 12c may be connected as negative terminals to the negative terminal of the second switching element of the lower arm, and the negative terminals 13a, 13b, and 13c may be connected as positive terminals to the positive terminal of the first switching element of the upper arm.
  • the lower terminal of the terminal structures 15a, 15b, and 15c is described as a positive terminal and the upper terminal is described as a negative terminal, but the positive and negative terminals may be reversed.
  • the foregoing merely illustrates the principles of the present invention.

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Abstract

正端子と負端子とを絶縁する絶縁部材の変形を抑制する。　半導体モジュールは、正端子（１２ａ）と、負端子（１３ａ）と、正端子（１２ａ）と負端子（１３ａ）との間に挟み込まれ、一部が正端子（１２ａ）と負端子（１３ａ）の間から突出している突出部を含む第１絶縁部材（１４ａ）と、を有する端子構造体（１５ａ）を有する。さらに、半導体モジュールは、端子構造体（１５ａ）を上下方向から挟み込み、上記突出部の少なくとも一部のおもて面と裏面とを覆う第２絶縁部材（１８）及び第３絶縁部材（１９）と、第２絶縁部材（１８）及び第３絶縁部材（１９）に挟まれた端子構造体（１５ａ）と一体的に成形されたケースと、を有する。

Description

半導体モジュール
　本発明は、スイッチング素子を含む半導体モジュールに関する。
　ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などのスイッチング素子を含む半導体モジュールは、高電圧、大電流を用いる電力変換装置などに用いられている。
　半導体モジュールの低インダクタンス化を図るため、正端子と負端子（または正端子に接続された配線と負端子に接続された配線）とを絶縁紙などの絶縁部材を挟んで近接させた構造を備えたものがある。
　このような構造は、たとえば特許文献１の段落〔００９６〕、特許文献２の段落〔００２１〕、特許文献３の段落〔００４６〕、図４（ａ）、特許文献４の段落〔００１９〕、図１（ａ）、特許文献５の段落〔００１２〕、図１、特許文献６，７の段落〔００１８〕、図５、特許文献８の段落〔００３３〕、図１、特許文献９の段落〔００１８〕、図２、特許文献１０，１１の段落〔０１６２〕、図３６（Ａ）、特許文献１２の段落〔００２３〕、図９、特許文献１３の段落〔００５４〕、図３４などに示されている。
特開２０２０－９８３４号公報 特開２０１６－６６９７４号公報 特開２０１３－９５０１号公報 特開２００６－８６４３８号公報 国際公開第２０２２／０９１２８８号 特開２０２１－１０６２３５号公報 特開２０２２－６８７６号公報 国際公開第２０１９／０９８３６８号 特開２０１６－６８３４号公報 特開２００９－８１９９３号公報 特開２００８－２９１１７号公報 特開２０１０－１５７５６５号公報 国際公開第２０２０／０３５９３１号
　正端子と負端子との間の絶縁距離を確保して絶縁破壊を防ぐため、正端子と負端子との間に挟み込む絶縁部材の幅を正端子と負端子の幅よりも広げることがある。この場合、絶縁部材は、正端子と負端子との間から突出する突出部をもつようになる。
　このような突出部をもつ絶縁部材を正端子と負端子で挟んだ端子構造体と、半導体モジュールのケースを一体成形するとき、突出部が変形してしまう場合がある。変形には、たとえば、樹脂圧などの影響による突出部の折れ曲がりや丸まりなどがある。このような変形により、正端子と負端子との間の絶縁距離を確保できなくなり、絶縁性能が低下してしまう可能性がある。
　また、上記のような絶縁部材として絶縁紙のような薄い部材を用いる場合、絶縁部材はより変形しやすく、一体成形時に端子構造体を金型に固定するときにも時間がかかる場合がある。
　本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、正端子と負端子とを絶縁する絶縁部材の変形を抑制可能な半導体モジュールを提供することを目的とする。
　本発明の一観点によれば、上アームの第１スイッチング素子の正極端に電気的に接続された正端子と、下アームの第２スイッチング素子の負極端に電気的に接続された負端子と、前記正端子と前記負端子との間に挟み込まれ、一部が前記正端子と前記負端子の間から突出している突出部を含む第１絶縁部材と、を有する端子構造体と、前記端子構造体を上下方向から挟み込み、前記突出部の少なくとも一部のおもて面と裏面とを覆う第２絶縁部材及び第３絶縁部材と、前記第２絶縁部材及び前記第３絶縁部材に挟まれた前記端子構造体と一体的に成形されたケースと、を有する半導体モジュールが提供される。
　前記第２絶縁部材または前記第３絶縁部材の少なくとも一方において、前記端子構造体と対向する面には、前記正端子または前記負端子が嵌合される凹部を備えていてよい。
　前記第２絶縁部材または前記第３絶縁部材の一方において、前記端子構造体と対向する面には、前記第１絶縁部材を位置決めする第１突起部を備えていてよい。
　複数の前記第１突起部は、前記第１絶縁部材の外縁の一部と対向して配置されていてよい。
　前記第２絶縁部材または前記第３絶縁部材の一方において、前記端子構造体と対向する面の、第１の辺と、前記第１の辺に対向する第２の辺には、それぞれ１または複数の支柱を備え、前記第２絶縁部材または前記第３絶縁部材の他方には、前記１または複数の支柱と嵌合する嵌合部を備えていてよい。
　前記第２絶縁部材または前記第３絶縁部材の一方において、前記端子構造体と対向する面において、前記ケースの内側方向に位置する第３の辺には、１または複数の第２突起部を備え、前記第２絶縁部材または前記第３絶縁部材の他方の側面の少なくとも一部は、前記１または複数の第２突起部に突き当たっていてよい。
　前記第１絶縁部材の前記ケースの外側方向に位置する前記突出部の角は、前記第２絶縁部材及び前記第３絶縁部材に挟まれておらず、前記ケースの外側へ延出していてよい。
　前記第１絶縁部材の前記突出部の前記ケースの外側方向の端部は、前記第２絶縁部材及び前記第３絶縁部材に覆われており、かつ、前記ケースの外側へ延出していてよい。
　前記ケースと、前記第２絶縁部材及び前記第３絶縁部材の材質は、熱可塑性樹脂であってよい。
　前記第１絶縁部材は、絶縁紙であってよい。
　なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
　開示の技術によれば、正端子と負端子とを絶縁する絶縁部材の変形を抑制できる。
　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の実施の形態の半導体モジュールの一例を示す斜視図である。 第１の実施の形態の半導体モジュールの等価回路の一例を示す図である。 端子構造体の一例を示す斜視図である。 第２絶縁部材及び第３絶縁部材にて端子構造体が挟み込まれた例を示す斜視図である。 第２絶縁部材の一例を示す斜視図である。 第２絶縁部材への正端子の配置例を示す図である。 第２絶縁部材への第１絶縁部材の配置例を示す図である。 負端子の配置例を示す図である。 第３絶縁部材の一例を示す斜視図である。 第３絶縁部材の裏面の例を示す斜視図である。 第２絶縁部材の変形例を示す斜視図である。 正端子の変形例を示す斜視図である。 変形例の第２絶縁部材への正端子の配置例を示す図である。 変形例の第２絶縁部材への第１絶縁部材の配置例を示す図である。 負端子の変形例を示す斜視図である。 変形例の第２絶縁部材を用いた場合の負端子の配置例を示す図である。 変形例の第２絶縁部材を用いた場合の第３絶縁部材の配置例を示す図である。 第２の実施の形態の半導体モジュールの一例を示す斜視図である。 第２絶縁部材と第３絶縁部材によって挟み込まれた端子構造体の例を示す斜視図である。
　以下、発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、「おもて面」及び「上面」とは、図１の半導体モジュール１０において、上側を向いた面を表す。同様に、「上」とは、図１の半導体モジュール１０において、上側の方向を表す。「裏面」及び「下面」とは、図１の半導体モジュール１０において、下側を向いた面を表す。同様に、「下」とは、図１の半導体モジュール１０において、下側の方向を表す。必要に応じて他の図面でも同様の方向性を意味する。「おもて面」、「上面」、「上」、「裏面」、「下面」、「下」、「側面」は、相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。たとえば、「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。
　（第１の実施の形態）
　図１は、第１の実施の形態の半導体モジュールの一例を示す斜視図である。また、図２は、第１の実施の形態の半導体モジュールの等価回路の一例を示す図である。また、図３は、端子構造体の一例を示す斜視図である。
　半導体モジュール１０は、３つの半導体ユニット（図示を省略）と当該半導体ユニットを収納するケース１１とを有している。半導体ユニットは、セラミック回路基板と当該セラミック回路基板上に設けられた半導体チップとを有する。セラミック回路基板は、絶縁板と当該絶縁板の裏面に形成された放熱板と当該絶縁板のおもて面に形成された回路パターンとを有している。絶縁板は、熱伝導性に優れたセラミックスにより構成されている。このようなセラミックスは、高温伝導性の酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などである。放熱板は、熱伝導性に優れた金属により構成されている。このような金属は、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金などである。回路パターンは、導電性に優れた金属で構成されている。このような金属は、銅あるいは銅合金などである。なお、回路パターンの数及び形状は、半導体モジュール１０の仕様などに応じて適宜選択される。このような構成を有するセラミック回路基板として、たとえば、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板、ＡＭＢ（Active Metal Brazed）基板を用いることができる。
　半導体チップは、シリコンまたは炭化シリコンから構成される、たとえば、パワーＭＯＳＦＥＴ、またはＩＧＢＴなどのスイッチング素子を含んでいる。このような半導体チップは、たとえば、裏面に主電極としてドレイン電極（または、コレクタ電極）を、おもて面に、主電極としてゲート電極及びソース電極（または、エミッタ電極）をそれぞれ備えている。また、半導体チップは、必要に応じて、ＳＢＤ（Schottky Barrier Diode）、ＰｉＮ（Ｐ-intrinsic-Ｎ）ダイオードなどのＦＷＤ（Free Wheeling Diode）などを含んでいる。このような半導体チップは、裏面に主電極としてカソード電極を、おもて面に主電極としてアノード電極をそれぞれ備えている。また、半導体チップとして、ＩＧＢＴとＦＷＤの機能を合わせ持つＲＣ（Reverse-Conducting）－ＩＧＢＴを用いてもよい。このような半導体チップの個数、種類もまた、半導体モジュール１０の仕様に応じて適宜選択される。
　ケース１１は、上記のような半導体ユニットを収納する収納領域１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３を含んでいる。収納領域１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３は、平面視でケース１１の中間部にケース１１の長手方向に沿ってそれぞれ設けられた空間である。半導体ユニットは、収納領域１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３内で、以下に示すような各種端子と電気的に接続される。この際の電気的接続は、ボンディングワイヤ、リードフレームなどの配線部材が用いられる。配線部材は、導電性に優れた材質により構成される。このような材質は、アルミニウムや銅などの金属、または、少なくともこれらの一種を含む合金などである。
　ケース１１は、さらに端子構造体１５ａ，１５ｂ，１５ｃを含んでいる。端子構造体１５ａは、正端子１２ａ及び負端子１３ａと、正端子１２ａと負端子１３ａに挟み込まれた第１絶縁部材１４ａを有する。端子構造体１５ｂは、正端子１２ｂ及び負端子１３ｂと、正端子１２ｂと負端子１３ｂに挟み込まれた第１絶縁部材１４ｂを有する。端子構造体１５ｃは、正端子１２ｃ及び負端子１３ｃと、正端子１２ｃと負端子１３ｃに挟み込まれた第１絶縁部材１４ｃを有する。
　正端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃと負端子１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、たとえば、銅あるいは銅合金である。
　正端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃと負端子１３ａ，１３ｂ，１３ｃのおもて面の一端部は、図１に示すようにケース１１の第１側部１１ａに、長手方向に沿ってそれぞれ露出されている。なお、正端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃと負端子１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、少なくとも第１側部１１ａ側は平板状を成している。
　このような正端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃと負端子１３ａ，１３ｂ，１３ｃの露出部分に、たとえば、電源として機能するキャパシタと、半導体ユニットとを電気的に接続する配線が接続される。なお、正端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃと負端子１３ａ，１３ｂ，１３ｃの他端部は、ケース１１の内部で半導体ユニットに電気的に接続されている。
　図２の等価回路では、正端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃが、Ｐ（１２ａ）、Ｐ（１２ｂ）、Ｐ（１２ｃ）と表記されている。また、負端子１３ａ，１３ｂ，１３ｃが、Ｎ（１３ａ）、Ｎ（１３ｂ）、Ｎ（１３ｃ）と表記されている。
　端子構造体１５ａの正端子１２ａは、収納領域１１ｃ１内に収納される半導体ユニットの、図２に示されているような上アームの第１スイッチング素子２１ａ１の正極端に電気的に接続されている。端子構造体１５ａの負端子１３ａは、収納領域１１ｃ１内に収納される半導体ユニットの、図２に示されているような下アームの第２スイッチング素子２１ａ２の負極端に電気的に接続されている。たとえば、第１スイッチング素子２１ａ１と第２スイッチング素子２１ａ２がＩＧＢＴの場合、正極端は第１スイッチング素子２１ａ１のコレクタ電極であり、負極端は第２スイッチング素子２１ａ２のエミッタ電極である。
　同様に、端子構造体１５ｂの正端子１２ｂは、収納領域１１ｃ２内に収納される半導体ユニットの、図２に示されているような上アームの第１スイッチング素子２１ｂ１の正極端に電気的に接続されている。端子構造体１５ｂの負端子１３ｂは、収納領域１１ｃ２内に収納される半導体ユニットの、図２に示されているような下アームの第２スイッチング素子２１ｂ２の負極端に電気的に接続されている。同様に、端子構造体１５ｃの正端子１２ｃは、収納領域１１ｃ３内に収納される半導体ユニットの、図２に示されているような上アームの第１スイッチング素子２１ｃ１の正極端に電気的に接続されている。端子構造体１５ｃの負端子１３ｃは、収納領域１１ｃ３内に収納される半導体ユニットの、図２に示されているような下アームの第２スイッチング素子２１ｃ２の負極端に電気的に接続されている。
　第１絶縁部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、たとえば、絶縁紙である。絶縁紙として、たとえば、全芳香族ポリアミドポリマーによる絶縁紙、フッ素系、ポリイミド系の樹脂材料により形成されたシート状のものが適用可能である。第１絶縁部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、酸化アルミニウムまたは窒化ケイ素などの材質によるセラミック基板であってもよい。
　第１絶縁部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃの第１側部１１ａ側の先端部は、正端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃの先端部と、負端子１３ａ，１３ｂ，１３ｃの先端部との間に位置している。これにより、正端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃとの負端子１３ａ，１３ｂ，１３ｃとの絶縁性が維持される。
　図３に示されているように、端子構造体１５ａにおいて、正端子１２ａと負端子１３ａには、開口部１２ａ１，１３ａ１が設けられている。開口部１２ａ１，１３ａ１は、ケース１１の一体的な成形時に用いられる金型から延びる位置固定用のピンが通る孔である。
　正端子１２ａの部分１２ａ２は、第１絶縁部材１４ａの裏面から、ケース１１内側方向に延出している。部分１２ａ２には段差が設けられている。たとえば、部分１２ａ２の先端の一番低い段が、ボンディングワイヤ、リードフレームなどの配線部材を介して半導体ユニットの正電極と接続される。
　負端子１３ａは、第１絶縁部材１４ａ上で、ケース１１内側方向に向けて２つの部分１３ａ２，１３ａ３に分かれている。部分１３ａ２，１３ａ３は、第１絶縁部材１４ａのおもて面から、ケース１１内側方向に延出している。また、部分１３ａ２，１３ａ３には段差が設けられている。たとえば、部分１３ａ２，１３ａ３の先端の一番低い段が、ボンディングワイヤ、リードフレームなどの配線部材を介して半導体ユニットの負電極と接続される。
　第１絶縁部材１４ａの幅（ケース１１の長手方向の長さ）は、正端子１２ａと負端子１３ａとの間の絶縁距離を確保して絶縁破壊を防ぐため、正端子１２ａと負端子１３ａの幅よりも広い。このため、第１絶縁部材１４ａの一部は、正端子１２ａと負端子１３ａの間から突出している突出部１４ａ１となっている。
　端子構造体１５ｂ，１５ｃについても、図３に示すような端子構造体１５ａと同様の構成となっている。
　図３に示すような突出部１４ａ１は、端子構造体１５ａとケース１１を一体成形するとき、変形してしまい絶縁性能が低下してしまう可能性がある。また、第１絶縁部材１４ａとして絶縁紙のような薄い部材を用いる場合、第１絶縁部材１４ａはより変形しやすく、一体成形時に端子構造体１５ａを金型に固定するときにも時間がかかる場合がある。
　そこで、第１の実施の形態の半導体モジュール１０において、上記のような端子構造体１５ａ，１５ｂ，１５ｃのそれぞれは、上記突出部の少なくとも一部のおもて面と裏面とを覆う第２絶縁部材及び第３絶縁部材により、上下方向から挟み込まれている。
　図４は、第２絶縁部材及び第３絶縁部材にて端子構造体が挟み込まれた例を示す斜視図である。
　第２絶縁部材１８と第３絶縁部材１９は、端子構造体１５ａを上下方向から挟み込み、第１絶縁部材１４ａの突出部（たとえば、図３の突出部１４ａ１）の少なくとも一部のおもて面と裏面とを覆っている。端子構造体１５ａは、このように第２絶縁部材１８と第３絶縁部材１９に挟み込まれた状態で、ケース１１と一体的に成形される。図示を省略しているが、端子構造体１５ｂ，１５ｃについても同様に第２絶縁部材と第３絶縁部材により挟み込まれた状態で、ケース１１と一体的に成形される。
　これにより、成形時における、第１絶縁部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃの突出部の変形を抑制でき、絶縁性能の低下を防止できる。
　また、第１絶縁部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃの突出部の変形を抑制できることにより、一体成形時に、端子構造体１５ａ，１５ｂ，１５ｃを金型に固定する際の時間を短縮できる。また、第１絶縁部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃの突出部の変形を抑えるためのピンなどを金型に設けなくてもよくなり、金型の構成を簡素化できる。
　なお、第２絶縁部材１８と第３絶縁部材１９の材質は、ケース１１の材質と同様に、熱可塑性樹脂が用いられる。これにより、一体成形時に、端子構造体１５ａへの樹脂の流れ込みを防げる。
　なお、第２絶縁部材１８及び第３絶縁部材１９の具体的な構成例については後述する（図５、図９、図１０参照）。
　図１に示すように、ケース１１には、さらに、制御端子１６ａ，１６ｂ，１６ｃが収納領域１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３の側部にそれぞれ取り付けられている。
　制御端子１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、たとえば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などである。
　制御端子１６ａは、収納領域１１ｃ１内に収納される半導体ユニットの、図２に示した第１スイッチング素子２１ａ１または第２スイッチング素子２１ａ２のゲート端子に電気的に接続されている。制御端子１６ｂは、収納領域１１ｃ２内に収納される半導体ユニットの、図２に示した第１スイッチング素子２１ｂ１または第２スイッチング素子２１ｂ２のゲート端子に電気的に接続されている。制御端子１６ｃは、収納領域１１ｃ３内に収納される半導体ユニットの、図２に示した第１スイッチング素子２１ｃ１または第２スイッチング素子２１ｃ２のゲート端子に電気的に接続されている。
　さらに、ケース１１は、Ｕ端子１７ａとＶ端子１７ｂとＷ端子１７ｃとを含んでいる。
　Ｕ端子１７ａとＶ端子１７ｂとＷ端子１７ｃとの一端部は、ケース１１の第２側部１１ｂにケース１１の長手方向に沿ってそれぞれ露出されている。Ｕ端子１７ａとＶ端子１７ｂとＷ端子１７ｃとは、導電性に優れた金属により構成されている。このような金属は、たとえば、銅あるいは銅合金である。Ｕ端子１７ａとＶ端子１７ｂとＷ端子１７ｃの他端部は、以下のように、ケース１１内部で半導体ユニットに電気的に接続されている。
　図２の等価回路では、Ｕ端子１７ａとＶ端子１７ｂとＷ端子１７ｃが、Ｕ（１７ａ）、Ｖ（１７ｂ）、Ｗ（１７ｃ）と表記されている。
　Ｕ端子１７ａは、収納領域１１ｃ１内に収納される半導体ユニットの、図２に示した第１スイッチング素子２１ａ１の負極端と第２スイッチング素子２１ａ２の正極端に電気的に接続されている。Ｖ端子１７ｂは、収納領域１１ｃ２内に収納される半導体ユニットの、図２に示した第１スイッチング素子２１ｂ１の負極端と第２スイッチング素子２１ｂ２の正極端に電気的に接続されている。Ｗ端子１７ｃは、収納領域１１ｃ３内に収納される半導体ユニットの、図２に示した第１スイッチング素子２１ｃ１の負極端と第２スイッチング素子２１ｃ２の正極端に電気的に接続されている。
　ケース１１は、第２絶縁部材及び第３絶縁部材に挟まれた端子構造体１５ａ，１５ｂ，１５ｃ、制御端子１６ａ，１６ｂ，１６ｃ、Ｕ端子１７ａ、Ｖ端子１７ｂ、Ｗ端子１７ｃと一体的に成形されている。成形は、たとえば、熱可塑性樹脂を用いて射出成形により行われる。熱可塑性樹脂は、たとえば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリブチレンサクシネート（ＰＢＳ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、または、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂などである。
　さらに、収納領域１１ｃ１，１１ｃ２，１１ｃ３に、半導体ユニットが収納され、上記各種端子と電気的接続が図られた後、封止樹脂によりケース１１の内部が封止される。封止部材は、熱硬化性樹脂と当該熱硬化性樹脂に含まれる充填剤とを含んでいる。熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、マレイミド樹脂などである。充填剤は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化ホウ素または窒化アルミニウムである。
　なお、上記では半導体モジュール１０は、３つの半導体ユニットを含むものとして説明したが、これに限定されない。半導体モジュール１０は、１つ、２つ、または４つ以上の半導体ユニットを含むものであってもよい。
　次に、端子構造体１５ａ，１５ｂ，１５ｃのそれぞれを上下方向から挟み込む第２絶縁部材及び第３絶縁部材の例をより具体的に説明する。なお、以下の説明では、端子構造体１５ａを上下方向から挟み込む第２絶縁部材及び第３絶縁部材の例を説明するが、端子構造体１５ｂ，１５ｃを上下方向から挟み込む第２絶縁部材及び第３絶縁部材についても同様の構成である。
　図５は、第２絶縁部材の一例を示す斜視図である。
　第２絶縁部材１８において、端子構造体１５ａと対向する面には、正端子１２ａが嵌合される凹部１８ａが備えられている。さらに、第２絶縁部材１８において、端子構造体１５ａと対向する面には、第１絶縁部材１４ａを位置決めする第１突起部１８ｂ１，１８ｂ２が備えられている。第１突起部１８ｂ１，１８ｂ２は、第１絶縁部材１４ａの外縁の一部と対向して配置されている（図７参照）。
　また、第２絶縁部材１８において、端子構造体１５ａと対向する面の、第１の辺には支柱１８ｃ１，１８ｃ２が設けられており、第１の辺に対向する第２の辺には支柱１８ｃ３，１８ｃ４が設けられている。なお、支柱の数は、第１の辺と第２の辺のそれぞれにおいて２本に限定されず、１本でもよいし３本以上であってもよい。
　図６は、第２絶縁部材への正端子の配置例を示す図である。図６に示されているように、第２絶縁部材１８の凹部１８ａに、正端子１２ａの一部が嵌合されている。これにより、正端子１２ａの位置ずれが抑制される。
　図７は、第２絶縁部材への第１絶縁部材の配置例を示す図である。第２絶縁部材１８の凹部１８ａに嵌合された正端子１２ａの上面の一部に、第１絶縁部材１４ａが配置されている。第２絶縁部材１８の第１突起部１８ｂ１，１８ｂ２は、第１絶縁部材１４ａの側辺に係合するように第１絶縁部材１４ａの内側に向かって突出している。第１絶縁部材１４ａの側辺の第１突起部１８ｂ１，１８ｂ２に対向する側面は、内側に窪んでいる。第１絶縁部材１４ａは、第２絶縁部材１８の第１突起部１８ｂ１，１８ｂ２によって位置決めされている。これにより、第１絶縁部材１４ａの位置ずれが抑制される。
　図８は、負端子の配置例を示す図である。負端子１３ａは、第１絶縁部材１４ａのおもて面に配置されている。前述のように部分１３ａ２，１３ａ３は、第１絶縁部材１４ａのおもて面から、ケース１１内側方向に延出している。
　図９は、第３絶縁部材の一例を示す斜視図である。第３絶縁部材１９は、第２絶縁部材１８の支柱１８ｃ２，１８ｃ３と嵌合する嵌合部１９ａ１，１９ａ２を備えている。このような嵌合部１９ａ１，１９ａ２を備えることで、第３絶縁部材１９の、ケース１１の長手方向とケース１１の外側方向への位置ずれを抑制できる。
　また、第３絶縁部材１９は、第２絶縁部材１８の支柱１８ｃ１，１８ｃ４に対して、ケース１１の長手方向に突き当たる突起部１９ｂ１，１９ｂ２を備えている。このような突起部１９ｂ１，１９ｂ２を備えることで、第３絶縁部材１９の、ケース１１の長手方向の位置ずれをさらに抑制できる。
　図１０は、第３絶縁部材の裏面の例を示す斜視図である。第３絶縁部材１９の裏面（端子構造体１５ａと対向する面）には、負端子１３ａが嵌合される凹部１９ｃが備えられている。これにより、負端子１３ａの位置ずれが抑制される。
　なお、上記の例では、第２絶縁部材１８と第３絶縁部材１９の両方が、正端子１２ａと負端子１３ａが嵌合される凹部１８ａ，１９ｃを備えているが、これに限定されない。第２絶縁部材１８と第３絶縁部材１９の一方が、正端子１２ａまたは負端子１３ａが嵌合される凹部を備えていてもよい。
　また、上記の例では、第２絶縁部材１８が、第１絶縁部材１４ａを位置決めする第１突起部１８ｂ１，１８ｂ２を備えているが、これに限定されない。第３絶縁部材１９において、端子構造体１５ａと対向する面（図１０に示されている裏面）に、第１絶縁部材１４ａを位置決めする第１突起部が設けられていてもよい。
　また、上記の例では、第２絶縁部材１８に、支柱１８ｃ１～１８ｃ４が備えられており、第３絶縁部材１９に、嵌合部１９ａ１，１９ａ２、突起部１９ｂ１，１９ｂ２が備えられているが、これに限定されない。第３絶縁部材１９に、支柱１８ｃ１～１８ｃ４と同様の支柱が備えられており、第２絶縁部材１８に、嵌合部１９ａ１，１９ａ２、突起部１９ｂ１，１９ｂ２と同様の嵌合部、突起部が備えられていてもよい。
　（変形例）
　以下の図１１～図１７において、図５～図９に示した要素と同様の要素については、図５～図９に示した要素に付した符号と同一符号が付されている。
　図１１は、第２絶縁部材の変形例を示す斜視図である。変形例の第２絶縁部材３０は、第２絶縁部材１８と同様に、端子構造体１５ａと対向する面の、第１の辺に支柱１８ｃ１，１８ｃ２、第１の辺に対向する第２の辺に支柱１８ｃ３，１８ｃ４が設けられている。さらに、変形例の第２絶縁部材３０は、端子構造体１５ａと対向する面の、ケース１１の内側方向に位置する第３の辺に、第２突起部３０ａ１，３０ａ２を備えている。
　第２突起部３０ａ１，３０ａ２の一部は、凹部１８ａ上に設けられている。
　図１２は、正端子の変形例を示す斜視図である。正端子１２ａには、図１１に示した第２突起部３０ａ１，３０ａ２の、第２絶縁部材３０の凹部１８ａ上に形成されている部分に嵌合する凹部１２ａ３，１２ａ４が設けられている。
　図１３は、変形例の第２絶縁部材への正端子の配置例を示す図である。第２絶縁部材３０の凹部１８ａに、正端子１２ａが嵌合されている。さらに、図１２に示したような正端子１２ａの凹部１２ａ３，１２ａ４が、第２突起部３０ａ１，３０ａ２の一部に嵌合されている。これにより、正端子１２ａの位置ずれが防止される。
　図１４は、変形例の第２絶縁部材への第１絶縁部材の配置例を示す図である。第２絶縁部材３０の凹部１８ａに嵌合された正端子１２ａの上面の一部に、第１絶縁部材１４ａが配置されている。第１絶縁部材１４ａは、第２絶縁部材３０の第１突起部１８ｂ１，１８ｂ２によって位置決めされている。さらに、第１絶縁部材１４ａの、ケース１１内側方向の側面が、第２突起部３０ａ１，３０ａ２に突き当たっている。このため、第１絶縁部材１４ａの、ケース１１内側方向への位置ずれが防止される。
　図１５は、負端子の変形例を示す斜視図である。負端子１３ａには、図１１に示した第２突起部３０ａ１，３０ａ２に嵌合する凹部１３ａ４，１３ａ５が設けられている。
　図１６は、変形例の第２絶縁部材を用いた場合の負端子の配置例を示す図である。負端子１３ａは、第１絶縁部材１４ａのおもて面に配置されている。第２絶縁部材３０を用いた場合、図１５に示したような負端子１３ａの凹部１３ａ４，１３ａ５が、第２突起部３０ａ１，３０ａ２に嵌合されている。このため、負端子１３ａの位置ずれが防止される。
　図１７は、変形例の第２絶縁部材を用いた場合の第３絶縁部材の配置例を示す図である。第３絶縁部材３１の側面の一部は、第２突起部３０ａ１，３０ａ２に突き当たっている。これにより、第３絶縁部材３１の、ケース１１内側方向への位置ずれが防止される。
　なお、上記の例では、第２絶縁部材３０が第２突起部３０ａ１，３０ａ２を備えているが、第３絶縁部材３１が、第２突起部３０ａ１，３０ａ２と同様の第２突起部を備えていてもよい。その場合、第２絶縁部材３０の側面の少なくとも一部が、第３絶縁部材３１に備えられた第２突起部に突き当たる。
　（第２の実施の形態）
　図１８は、第２の実施の形態の半導体モジュールの一例を示す斜視図である。図１９は、第２絶縁部材と第３絶縁部材によって挟み込まれた端子構造体の例を示す斜視図である。図１８、図１９において、図１、図１７に示した要素と同じ要素については同一符号が付されている。
　前述の第１の実施の形態の半導体モジュール１０では、図４に示したように、第１絶縁部材１４ａのケース１１の外側方向に位置する突出部１４ａ１の角は、第２絶縁部材１８及び第３絶縁部材１９に挟まれておらず、ケース１１の外側へ延出している。
　これに対して、第２の実施の形態の半導体モジュール４０では、第１絶縁部材１４ａの突出部のケース１１の外側方向の端部１４ａ２，１４ａ３は、第２絶縁部材５０及び第３絶縁部材５１に覆われており、かつ、ケース１１の外側へ延出している。
　これにより、第１絶縁部材１４ａの突出部１４ａ１の変形をさらに抑制でき、絶縁性能の低下を防止できる。
　なお、図１９の例では、第２絶縁部材５０は、図１１に示したような第２突起部３０ａ１，３０ａ２を備えたものであるが、図５に示した第２絶縁部材１８のように、第２突起部３０ａ１，３０ａ２を備えていなくてもよい。
　以上、実施の形態に基づき、本発明の半導体モジュールの一観点について説明してきたが、これらは一例にすぎず、上記の記載に限定されるものではない。
　たとえば、正端子１２ａ，１２ｂ，１２ｃを負端子として、下アームの第２スイッチング素子の負極端に接続し、負端子１３ａ，１３ｂ，１３ｃを正端子として、上アームの第１スイッチング素子の正極端に接続してもよい。つまり、上記の例では端子構造体１５ａ，１５ｂ，１５ｃの下側の端子を正端子、上側の端子を負端子として説明したが、正負を入れ替えてもよい。
　上記については単に本発明の原理を示すものである。更に、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、対応する全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。
　１０，４０　半導体モジュール
　１１　ケース
　１１ａ　第１側部
　１１ｂ　第２側部
　１１ｃ１～１１ｃ３　収納領域
　１２ａ，１２ｂ，１２ｃ　正端子
　１２ａ１，１３ａ１　開口部
　１２ａ２，１３ａ２，１３ａ３　部分
　１２ａ３，１２ａ４，１３ａ４，１３ａ５　凹部
　１３ａ，１３ｂ，１３ｃ　負端子
　１４ａ，１４ｂ，１４ｃ　第１絶縁部材
　１４ａ１　突出部
　１４ａ２，１４ａ３　端部
　１５ａ，１５ｂ，１５ｃ　端子構造体
　１６ａ，１６ｂ，１６ｃ　制御端子
　１７ａ　Ｕ端子
　１７ｂ　Ｖ端子
　１７ｃ　Ｗ端子
　２１ａ１，２１ｂ１，２１ｃ１　第１スイッチング素子
　２１ａ２，２１ｂ２，２１ｃ２　第２スイッチング素子
　１８，３０，５０　第２絶縁部材
　１８ａ　凹部
　１８ｂ１，１８ｂ２　第１突起部
　１８ｃ１～１８ｃ４　支柱
　１９，３１，５１　第３絶縁部材
　１９ａ１，１９ａ２　嵌合部
　１９ｂ１，１９ｂ２　突起部
　１９ｃ　凹部
　３０ａ１，３０ａ２　第２突起部

Claims (10)

  1. 　上アームの第１スイッチング素子の正極端に電気的に接続された正端子と、下アームの第２スイッチング素子の負極端に電気的に接続された負端子と、前記正端子と前記負端子との間に挟み込まれ、一部が前記正端子と前記負端子の間から突出している突出部を含む第１絶縁部材と、を有する端子構造体と、
    　前記端子構造体を上下方向から挟み込み、前記突出部の少なくとも一部のおもて面と裏面とを覆う第２絶縁部材及び第３絶縁部材と、
    　前記第２絶縁部材及び前記第３絶縁部材に挟まれた前記端子構造体と一体的に成形されたケースと、
    　を有する半導体モジュール。
  2. 　前記第２絶縁部材または前記第３絶縁部材の少なくとも一方において、前記端子構造体と対向する面には、前記正端子または前記負端子が嵌合される凹部を備える、請求項１に記載の半導体モジュール。
  3. 　前記第２絶縁部材または前記第３絶縁部材の一方において、前記端子構造体と対向する面には、前記第１絶縁部材を位置決めする第１突起部を備える、請求項１に記載の半導体モジュール。
  4. 　複数の前記第１突起部は、前記第１絶縁部材の外縁の一部と対向して配置されている、請求項３に記載の半導体モジュール。
  5. 　前記第２絶縁部材または前記第３絶縁部材の一方において、前記端子構造体と対向する面の、第１の辺と、前記第１の辺に対向する第２の辺には、それぞれ１または複数の支柱を備え、
    　前記第２絶縁部材または前記第３絶縁部材の他方には、前記１または複数の支柱と嵌合する嵌合部を備えている、
    　請求項１に記載の半導体モジュール。
  6. 　前記第２絶縁部材または前記第３絶縁部材の一方において、前記端子構造体と対向する面において、前記ケースの内側方向に位置する第３の辺には、１または複数の第２突起部を備え、
    　前記第２絶縁部材または前記第３絶縁部材の他方の側面の少なくとも一部は、前記１または複数の第２突起部に突き当たっている、
    　請求項１に記載の半導体モジュール。
  7. 　前記第１絶縁部材の前記ケースの外側方向に位置する前記突出部の角は、前記第２絶縁部材及び前記第３絶縁部材に挟まれておらず、前記ケースの外側へ延出している、請求項１に記載の半導体モジュール。
  8. 　前記第１絶縁部材の前記突出部の前記ケースの外側方向の端部は、前記第２絶縁部材及び前記第３絶縁部材に覆われており、かつ、前記ケースの外側へ延出している、請求項１に記載の半導体モジュール。
  9. 　前記ケースと、前記第２絶縁部材及び前記第３絶縁部材の材質は、熱可塑性樹脂である、請求項１に記載の半導体モジュール。
  10. 　前記第１絶縁部材は、絶縁紙である請求項１に記載の半導体モジュール。
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