(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に第１表面電極を有し、裏面に第１裏面電極を有する第１半導体素子と、
前記第１裏面電極と接触している第１底部材と、
絶縁体で構成されており、筒状に形成され、前記第１半導体素子を取り囲んでおり、前記第１底部材に固定されており、外周面又は内周面に第１ネジ溝が形成されている第１筒体と、
導電体で構成されており、前記第１表面電極と接しており、前記第１ネジ溝と係合する第２ネジ溝を有している蓋部材と、
導電体で構成されており、前記第１筒体の外側に備えられ、前記蓋部材に接している第１導電部材と、
導電体で構成されており、前記第１筒体の外側に備えられ、前記第１底部材に接している第２導電部材と、
前記第１導電部材と前記第２導電部材との間を絶縁している第１絶縁部材と、
を備え、
前記蓋部材は、前記第２ネジ溝が前記第１ネジ溝に係合していることによって、前記第１筒体に固定されており、
前記第１導電部材と前記第２導電部材とは、前記第１筒体に固定された前記蓋部材と前記第１底部材との間に挟まれることによって、前記蓋部材と前記第１底部材に対して固定されており、
前記第１半導体素子は、前記蓋部材と前記第１底部材との間に挟まれることによって、前記蓋部材と前記第１底部材に対して固定されており、
前記第１導電部材は、前記第１筒体が挿入される第１貫通孔と、前記第１筒体の外周面から外側に向かって伸びる第１伸長部とを有しており、
前記第１筒体の外周面と前記第１貫通孔の内面の一方には第１凸部が形成されており、前記第１筒体の外周面と前記第１貫通孔の内面の他方には、前記第１凸部と係合可能な第１凹部が形成されており、
前記第１貫通孔に前記第１筒体が挿入されると、前記第１凸部と前記第１凹部が係合して前記第１筒体に対して前記第１導電部材が位置決めされ、
前記第１凸部が周方向の少なくとも１箇所に形成される一方で、前記第１凹部が周方向の複数箇所に形成されることで、前記第１筒体に対する前記第１導電部材の位置決め位置が周方向に複数設けられており、
前記第１伸長部が、前記第１導電部材の複数の位置決め位置に対応して、前記第１筒体の周方向の複数方向のうちのいずれか１方向に伸びている、
半導体モジュール。
【請求項２】
前記第２導電部材は、前記第１筒体が挿入される第２貫通孔と、前記第１筒体の外周面から外側に向かって伸びる第２伸長部とを有しており、
前記第１筒体の外周面と前記第２貫通孔の内面の一方には第２凸部が形成されており、前記第１筒体の外周面と前記第２貫通孔の内面の他方には、前記第２凸部と係合可能な第２凹部が形成されており、
前記第２貫通孔に前記第１筒体が挿入されると、前記第２凸部と前記第２凹部が係合して前記第１筒体に対して前記第２導電部材が位置決めされ、
前記第２凸部が周方向の少なくとも１箇所に形成される一方で、前記第２凹部が周方向の複数箇所に形成されることで、前記第１筒体に対する前記第２導電部材の位置決め位置が周方向に複数設けられており、
前記第２伸長部は、前記第２導電部材の複数の位置決め位置に対応して、前記第１筒体の周方向の複数方向のうちのいずれか１方向に伸びている、
請求項１記載の半導体モジュール。
【請求項３】
半導体基板の表面に第２表面電極を有し、裏面に第２裏面電極を有する第２半導体素子と、
前記第２裏面電極と接触している第２底部材と、
絶縁体で構成されており、前記第２半導体素子を取り囲んでおり、前記第２底部材と前記第１底部材のいずれか一方に固定されている第２筒体と、
導電体で構成されており、前記第２筒体の外側に備えられ、前記第２底部材に接している第３導電部材と、
前記第３導電部材と前記第１底部材との間を絶縁している第２絶縁部材と、
をさらに備え、
前記第２表面電極は、前記第１底部材のうち、前記第１裏面電極が接触している面と反対側の面と接触しており、
前記第３導電部材は、前記第１底部材と前記第２底部材との間に挟まれることによって、前記第１底部材と前記第２底部材に対して固定されており、
前記第２半導体素子は、前記第１底部材と前記第２底部材との間に挟まれることによって、前記第１底部材と前記第２底部材に対して固定されている、
請求項１又は請求項２記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する技術は、半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子が発熱すると、半導体素子とその周辺の部材（はんだ、配線等）が熱膨張する。各部材の熱膨張率の違いにより、半導体素子にストレスが加わる。このようなストレスは、半導体素子の寿命を短くする。このようなストレスを低減するために、はんだ等のろう材による接合を用いることなく、半導体素子を配線に接続することが検討されている。例えば、特許文献１には、半導体素子と各電極板を積層し、これらを加圧することで半導体素子と各電極板とを接続した半導体モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２５２０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の半導体モジュールでは、陽極板が半導体モジュールの下面に配置され、陰極板が半導体モジュールの上面に配置される。このため、この半導体モジュールを機器に取り付ける際には、半導体モジュールの上面側（すなわち、陰極板側）と半導体モジュールの下面側（すなわち、陽極板側）にそれぞれ配線を接続する必要がある。しかしながら、半導体モジュールの取り付け環境によっては、配線を引き出す空間を半導体モジュールの上面側及び／又は下面側に確保することが難しい場合があった。したがって、取り付け環境に応じて、配線の引き出し方向を調整することができる技術が望まれている。
【０００５】
本明細書では、取り付け環境に応じて、配線の引き出し方向を調整することが可能な半導体モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示する半導体モジュールは、第１半導体素子と、第１底部材と、第１筒体と、蓋部材と、第１導電部材と、第２導電部材と、第１絶縁部材とを備える。第１半導体素子は、表面に第１表面電極を有し、裏面に第１裏面電極を有する。第１底部材は、第１裏面電極と接触している。第１筒体は、絶縁体で構成されており、筒状に形成され、第１半導体素子を取り囲んでおり、第１底部材に固定されており、外周面又は内周面に第１ネジ溝が形成されている。前記蓋部材は、導電体で構成されており、第１表面電極と接しており、第１ネジ溝と係合する第２ネジ溝を有している。第１導電部材は、導電体で構成されており、前記第１筒体の外側に備えられ、前記蓋部材に接している。第２導電部材は、導電体で構成されており、第１筒体の外側に備えられ、第１底部材に接している。第１絶縁部材は、第１導電部材と第２導電部材との間を絶縁している。蓋部材は、第２ネジ溝が第１ネジ溝に係合していることによって、第１筒体に固定されている。第１導電部材と第２導電部材とは、第１筒体に固定された蓋部材と第１底部材との間に挟まれることによって、蓋部材と第１底部材に対して固定されている。第１半導体素子は、蓋部材と第１底部材との間に挟まれることによって、蓋部材と第１底部材に対して固定されている。第１導電部材は、第１筒体が挿入される第１貫通孔と、第１筒体の外周面から外側に向かって伸びる第１伸長部とを有している。第１筒体の外周面と第１貫通孔の内面の一方には第１凸部が形成されている。第１筒体の外周面と第１貫通孔の内面の他方には、第１凸部と係合可能な第１凹部が形成されている。第１貫通孔に第１筒体が挿入されると、第１凸部と第１凹部が係合して第１筒体に対して第１導電部材が位置決めされる。第１凸部が周方向の少なくとも１箇所に形成される一方で、第１凹部が周方向の複数箇所に形成されることで、第１筒体に対する第１導電部材の位置決め位置が周方向に複数設けられている。第１伸長部が、第１導電部材の複数の位置決め位置に対応して、第１筒体の周方向の複数方向のうちのいずれか１方向に伸びている。
【０００７】
上記の半導体モジュールでは、第１半導体素子は、蓋部材と第１底部材との間に挟まれることによって、蓋部材と第１底部材に対して固定されている。即ち、圧力によって第１半導体素子が固定されている。この半導体モジュールでは、ろう材による接合を用いていないため、第１半導体素子の発熱時に、第１半導体素子にストレスが加わり難い。また、第１伸長部は、第１筒体の外周面から外側に向かって伸びている。さらに、蓋部材に接続される第１導電部材と第１底部材に接続される第２導電部材は、第１筒体の外側に設けられている。すなわち、第１導電部材と第２導電部材は、半導体素子の側方に引き出される。また、第１筒体の外周面と第１貫通孔の内面に第１凸部と第１凹部がそれぞれ形成され、第１凹部が周方向の複数個所に形成されている。このため、第１筒体に対する第１導電部材の位置決め位置が周方向に複数設けられており、第１導電部材の第１伸長部が伸びる方向が第１筒体の周方向に調整可能となっている。従って、この半導体モジュールは、取り付け環境等に応じて、配線の引き出し方向を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施例の半導体モジュールの概略断面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】第２実施例の半導体モジュールの概略断面図。
【図４】第３実施例の半導体モジュールの概略断面図。
【図５】第３実施例の半導体モジュールにおいて、各バスバーの伸びる方向を変更した様子を示す平面図。
【図６】第４実施例の半導体モジュールの概略断面図。
【図７】第５実施例の半導体モジュールの概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。
【００１０】
（特徴１）第２導電部材は、第１筒体が挿入される第２貫通孔と、第１筒体の外周面から外側に向かって伸びる第２伸長部とを有していてもよい。第１筒体の外周面と第２貫通孔の内面の一方には第２凸部が形成されていてもよい。第１筒体の外周面と第２貫通孔の内面の他方には、第２凸部と係合可能な第２凹部が形成されていてもよい。第２貫通孔に第１筒体が挿入されると、第２凸部と第２凹部が係合して第１筒体に対して第２導電部材が位置決めされてもよい。第２凸部が周方向の少なくとも１箇所に形成される一方で、第２凹部が周方向の複数箇所に形成されることで、第１筒体に対する第２導電部材の位置決め位置が周方向に複数設けられていてもよい。第２伸長部は、第２導電部材の複数の位置決め位置に対応して、第１筒体の周方向の複数方向のうちのいずれか１方向に伸びていてもよい。この構成によると、第１導電部材の第１伸長部に加えて、第２導電部材の第２伸長部が伸びる方向も、第１筒体の周方向に調整可能となる。そのため、第１伸長部に加えて、第２伸長部も、配線を設け易い方向に向けて伸びるように配置することができる。従って、この半導体モジュールは、配線の引き出し方向をより調整し易くなる。
【００１１】
（特徴２）第２半導体素子と、第２底部材と、第２筒体と、第３導電部材と、第２絶縁部材とをさらに備えてもよい。第２半導体素子は、表面に第２表面電極を有し、裏面に第２裏面電極を有していてもよい。第２底部材は、第２裏面電極と接触していてもよい。第２筒体は、絶縁体で構成されており、第２半導体素子を取り囲んでおり、第２底部材と第１底部材のいずれか一方に固定されていてもよい。第３導電部材は、導電体で構成されており、第２筒体の外側に備えられ、第２底部材に接していてもよい。第２絶縁部材は、第３導電部材と第１底部材との間を絶縁していてもよい。第２表面電極は、第１底部材のうち、第１裏面電極が接触している面と反対側の面と接触していてもよい。第３導電部材は、第１底部材と第２底部材との間に挟まれることによって、第１底部材と第２底部材に対して固定されていてもよい。第２半導体素子は、第１底部材と第２底部材との間に挟まれることによって、第１底部材と第２底部材に対して固定されていてもよい。この構成によると、１個の半導体モジュール内に、第１半導体素子と第２半導体素子とを積層して備えることができる。
【００１２】
（特徴３）本明細書に開示する他の実施例では、第１筒体の外周面と、第１貫通孔の内面とには、凸部と凹部が複数箇所に形成されていなくてもよい。すなわち、第１筒体に対して第１導電部材及び／又は第２導電部材が回転可能とされていてもよい。このような構成によると、導電部材の伸長部が伸びる方向を第１筒体の周方向の任意の位置に調整することができる。
【実施例】
【００１３】
（第１実施例）
図１に示す半導体モジュール１０は、半導体素子２０と、ケース部材３０と、筒体４０と、蓋部材５０と、バスバー６０と、絶縁板７０を備えている。半導体モジュール１０は、ケース部材３０と、筒体４０と、蓋部材５０の内側に、半導体素子２０を収容して構成されている。
【００１４】
半導体素子２０は、縦型のＭＯＳＦＥＴである。図１に示すように、半導体素子２０は、ＳｉＣによって構成されている半導体基板２１を有している。半導体基板２１の下側の面には、ソース電極２２と、複数個のゲート電極パッド２４とが備えられている。半導体基板２１の上側の面には、ドレイン電極２６が備えられている。半導体基板２１は方形に形成されている。複数個のゲート電極パッド２４は、半導体基板２１の一辺に沿って配列されている。
【００１５】
ケース部材３０は、金属によって構成されている。ケース部材３０は、底部３２と、伸長部３４とを有している。底部３２は、円板状に形成されている。底部３２には、通孔３６が形成されている。通孔３６は、一端が底部３２の上面に開口し、他端が底部３２の側面に開口している。通孔３６には、後で説明するように、ゲート配線１００が挿通されている。伸長部３４は、底部３２の外周面から外側に向けて伸長している。伸長部３４は、方形に形成されている（図２参照）。底部３２と伸長部３４とは、同じ厚さに形成されている。
【００１６】
筒体４０は、フェノール樹脂等の高強度エンジニアリングプラスチックにより構成されている。筒体４０は、その下端部が、ケース部材３０の底部３２に埋め込まれて固定されている。即ち、筒体４０は、底部３２に対して垂直に中心軸が伸びる円筒体である。筒体４０の上端部付近の外周面には、ネジ溝４２が形成されている。ネジ溝４２の下側には、凸部４４が形成されている。図２に示すように、本実施例では、筒体４０の外周面の周方向に等間隔をあけて８個の凸部４４が形成されている。図１に示すように、凸部４４は、筒体４０の軸線方向に伸びている。凸部４４の上端は、ネジ溝４２の下端近傍に達している。凸部４４の下端は、底部３２の上面に達している。
【００１７】
底部３２上には、筒体４０の内側に、金属板９４、半導体素子２０、金属板９２、保持部材８０が設置されている。また、底部３２の通孔３６内には、ゲート配線１００が挿通されている。
【００１８】
金属板９４は、底部３２上に設置されている。金属板９４は、すず等の比較的柔らかい金属により構成されている。
【００１９】
金属板９４上には、半導体素子２０が設置されている。半導体素子２０は、ソース電極２２が金属板９４と接触するように設置されている。各ゲート電極パッド２４は、金属板９４と接続していない。
【００２０】
金属板９２は、半導体素子２０上に設置されている。金属板９２は、すず等の比較的柔らかい金属により構成されている。金属板９２は、半導体素子２０のドレイン電極２６と接触している。
【００２１】
ゲート配線１００は、底部３２の通孔３６内に挿通されている。通孔３６内のゲート配線１００は、絶縁部材３８によって固定されている。ゲート配線１００は、複数本の金属製のピン１０２と、ピン１０２を被覆する絶縁部材１０４とを有している。絶縁部材１０４の一部は、筒体４０内に入り込んでおり、金属板９４の周囲に配置されている。複数本のピン１０２は、複数個のゲート電極パッド２４と対向する位置に備えられている。各ピン１０２の一端は、底部３２の外側に引き出されている。各ピン１０２の他端は、絶縁部材１０４から外側に突出しており、対応するゲート電極パッド２４と接続している。各ピン１０２のうち、絶縁部材１０４から外側に突出している端部は、弾性変形するバネ部１０２ａである。各バネ部１０２ａは、湾曲した状態で、対応するゲート電極パッド２４と接触している。各ピン１０２は、周囲を被覆する絶縁部材１０４によって、底部３２から絶縁されている。
【００２２】
保持部材８０は、フェノール樹脂等の高強度エンジニアリングプラスチックにより構成されている。保持部材８０は、筒体４０の内周面と、筒体４０内に積層配置される金属板９４、半導体素子２０、金属板９２（以下「積層体」と呼ぶ場合がある）との間に配置される。保持部材８０の外周面は、筒体４０の内周面に対して固定されている。保持部材８０は、その内側に、積層体を位置決めするための位置決め空間８２を有している。位置決め空間８２は、配置される金属板９４、半導体素子２０、及び、金属板９２の各形状に適合する形状に形成されている。位置決め空間８２内に、積層体を積層配置することにより、積層体を、筒体４０内において位置決めして配置することができる。
【００２３】
蓋部材５０は、金属により構成されている。蓋部材５０は、円筒形状の側壁部５２と、その側壁部５２の上側の開口部を閉塞する平板部５４とを有している。即ち、蓋部材５０はカップ形状を備えている。側壁部５２の内周面には、ネジ溝５６が形成されている。蓋部材５０のネジ溝５６は、筒体４０のネジ溝４２に係合している。即ち、ネジ溝４２、５６を用いて、蓋部材５０が筒体４０に係合している。蓋部材５０の平板部５４の下面は、金属板９２と接している。すなわち、蓋部材５０の平板部５４と、底部３２とによって、金属板９４、半導体素子２０、金属板９２からなる積層体が挟まれている。蓋部材５０は、筒体４０に対して高いトルクで締結されている。従って、上記の積層体は、平板部５４と底部３２とによって加圧されている。この圧力によって、積層体を構成する各部材が固定されている。なお、底部３２と金属板９４との接触部分、金属板９４と半導体素子２０のソース電極２２との接触部分、半導体素子２０のドレイン電極２６と金属板９２との接触部分、金属板９２と蓋部材５０の平板部５４との接触部分、及び、ピン１０２と半導体素子２０のゲート電極パッド２４との接触部分は、はんだ等のろう材によって接合されていない。したがって、蓋部材５０を筒体４０から取り外すと、積層体の各部材を互いに分離させることができる。
【００２４】
また、半導体モジュール１０は、バスバー６０及び絶縁板７０を有している。バスバー６０は、金属により構成されている。バスバー６０は、リング部６２と、リング部６２から外側に引き出されている伸長部６４とを有している。リング部６２は、伸長部６４よりも薄い。図２に示すように、リング部６２の中心孔の内面には、中心孔の内周面の周方向に等間隔をあけて８個の凹部６８が形成されている。図１に示すように、凹部６８は、リング部６２の軸線方向に伸び、リング部６２の上面から下面まで形成されている。リング部６２の中心孔には、筒体４０が挿入されている。リング部６２の８個の凹部６８には、それぞれ、筒体４０の凸部４４が係合している。本実施例では、伸長部６４は、ケース部材３０の伸長部３４と平行に伸びている。
【００２５】
絶縁板７０も、バスバー６０とほぼ同様の形状を有している。絶縁板７０は、絶縁体によって構成されており、リング部７２と、リング部７２から外側に引き出されている伸長部７４とを有している。図２に示すように、リング部７２の外径は、バスバー６０のリング部６２の外径よりも大きい。リング部７２の中心孔の内径は、バスバー６０のリング部６２の中心孔の内径と同じである。また、伸長部７４も、バスバー６０の伸長部６４よりも幅広に形成されている。図２では詳しく図示していないが、リング部７２の中心孔の内面にも、バスバー６０の凹部６８と同様に８個の凹部が形成されている。この凹部も、リング部７２の軸線方向に伸び、リング部７２の上面から下面まで形成されている。リング部７２の中心孔には、筒体４０が挿入されている。リング部７２の８個の凹部には、それぞれ、筒体４０の凸部４４が係合している。本実施例では、伸長部７４は、ケース部材３０の伸長部３４と平行に伸びている。本実施例では、図１に示すように、絶縁板７０は、ケース部材３０の底部３２と伸長部３４の上に配置され、バスバー６０は、絶縁板７０の上に配置されている。絶縁板７０は、バスバー６０とケース部材３０とを絶縁可能な厚さに形成されている。
【００２６】
バスバー６０のリング部６２の上面は、蓋部材５０の側壁部５２の下端と接している。リング部６２の下面は、絶縁板７０のリング部７２と接している。バスバー６０のリング部６２と、絶縁板７０のリング部７２とは、蓋部材５０と底部３２とによって上下方向に挟まれている。上記の通り、蓋部材５０は、筒体４０に対して高いトルクで締結されている。従って、バスバー６０のリング部６２と絶縁板７０のリング部７２とは、蓋部材５０と底部３２とによって加圧されている。この圧力によって、バスバー６０及び絶縁板７０が、蓋部材５０及び底部３２に対して固定される。これにより、バスバー６０と蓋部材５０とが電気的に接続される一方で、バスバー６０とケース部材３０とが電気的に絶縁される。従って、蓋部材５０を筒体４０から取り外すと、バスバー６０と、絶縁板７０とを、筒体４０から分離させることができる。従って、バスバー６０の各凹部６８と筒体４０の各凸部４４との係合位置を変えることもできる。その場合、バスバー６０の伸長部６４を、図１、図２に示す向きとは異なる方向に伸ばすことができる。
【００２７】
本実施例の半導体モジュール１０では、半導体素子２０のドレイン電極２６は、金属板９２を介して蓋部材５０と電気的に接続している。また、蓋部材５０の側壁部５２の下端は、加圧により、バスバー６０のリング部６２と電気的に接続している。即ち、バスバー６０は、ドレイン電極２６と電気的に接続している。また、半導体素子２０のソース電極２２は、金属板９４を介して、ケース部材３０と電気的に接続している。
【００２８】
次いで、図１の半導体モジュール１０の製造方法について説明する。最初に、上面に筒体４０を固定したケース部材３０を用意する。次に、ゲート配線１００と絶縁部材３８とが一体化した部品を、底部３２の通孔３６に設置する。なお、他の例では、ゲート配線１００と絶縁部材３８が個別に形成されていてもよい。その場合、絶縁部材３８は、粘土状又は液状の絶縁材料を固めて形成することもできる。次いで、筒体４０内に、保持部材８０を挿入して固定する。次いで、筒体４０内（保持部材８０内）の底部３２上に金属板９４を載置する。次いで、金属板９４上に半導体素子２０を載置する。このとき、ソース電極２２を金属板９４に接触させ、各ゲート電極パッド２４を対応するピン１０２のバネ部１０２ａに接触させる。次に、半導体素子２０上に、金属板９２を載置する。
【００２９】
次に、筒体４０に絶縁板７０の中心孔を貫通させ、絶縁板７０のリング部７２が底部３２上に配置されるように絶縁板７０を配置する。この際、絶縁板７０のリング部７２の内周面の凹部を、筒体４０の凸部４４に係合させる。このとき、図１に示すように、絶縁板７０は、その伸長部７４が、図１の右方向（以下では「所定の方向」と呼ぶ）に向かって伸びるように配置する。
【００３０】
次いで、筒体４０にバスバー６０の中心孔を貫通させ、バスバー６０のリング部６２が、絶縁板７０のリング部７２上に配置されるように、バスバー６０を配置する。この場合も、バスバー６０のリング部６２の内周面の凹部６８を、筒体４０の凸部４４に係合させる。このとき、図１に示すように、バスバー６０は、その伸長部６４が、上記所定の方向に向かって伸びるように配置する。
【００３１】
次に、蓋部材５０のネジ溝５６を筒体４０のネジ溝４２と係合させることで、蓋部材５０を筒体４０に固定する。蓋部材５０をその中心軸周りに回転させることで、蓋部材５０を下側に移動させると、蓋部材５０の平板部５４が金属板９２と接触する。また、蓋部材５０の側壁部５２の下端が、バスバー６０のリング部６２と接触する。そこから、蓋部材５０を回転させると、蓋部材５０の平板部５４が金属板９２を半導体素子２０に向かって加圧する。すなわち、蓋部材５０の平板部５４と底部３２とに挟まれている積層体（すなわち、金属板９４、半導体素子２０、金属板９２）が、その積層方向に加圧される。これによって、積層体の各部材が、底部３２及び蓋部材５０に対して固定される。同時に、蓋部材５０の側壁部５２がバスバー６０のリング部６２及び絶縁板７０のリング部７２を底部３２に向かって加圧する。すなわち、側壁部５２と底部３２とに挟まれているリング部６２、７２が加圧される。これによって、バスバー６０及び絶縁板７０が、底部３２及び蓋部材５０に対して固定される。この際、バスバー６０と蓋部材５０とが電気的に接続される一方で、バスバー６０とケース部材３０とが電気的に絶縁される。なお、上記の通り、バスバー６０の凹部６８と、絶縁板７０の凹部とは、筒体４０の凸部４４と係合している。そのため、蓋部材５０が筒体４０に締結される際の蓋部材５０の回転に伴って、バスバー６０及び絶縁板７０が回転してしまうことがない。
【００３２】
なお、金属板９４は、隣接するソース電極２２及び底部３２よりも柔らかい。このため、積層体が加圧されると、金属板９４が塑性変形し、金属板９４とソース電極２２、及び、金属板９４と底部３２とが、それぞれ密着する。これによって、ソース電極２２と底部３２とが電気的に接続される。同様に、金属板９２は、隣接するドレイン電極２６及び蓋部材５０よりも柔らかい。このため、積層体が加圧されると、金属板９２が塑性変形し、金属板９２とドレイン電極２６、及び、金属板９２と蓋部材５０とが、それぞれ密着する。これによって、ドレイン電極２６と蓋部材５０とが電気的に接続される。
【００３３】
また、積層体が加圧されると、ピン１０２のバネ部１０２ａが撓む。これによって、ピン１０２とゲート電極パッド２４との間に適切な圧力が加わり、ピン１０２とゲート電極パッド２４とが電気的に接続される。この結果、図１に示す半導体モジュール１０が完成する。
【００３４】
以上、本実施例の半導体モジュール１０の構成と製造方法を説明した。本実施例の半導体モジュール１０では、半導体素子２０が圧力によって固定されており、半導体素子２０と周囲の部材とがろう付け等によって接合されていない。したがって、半導体素子２０が発熱することで半導体素子２０とその周囲の部材が熱膨張した場合に、半導体素子２０にストレスが加わり難い。したがって、この半導体モジュール１０は寿命が長い。
【００３５】
また、本実施例の半導体モジュール１０では、蓋部材５０を筒体４０から取り外すと、バスバー６０と、絶縁板７０とを、筒体４０から分離させることができる。従って、バスバー６０の各凹部６８と筒体４０の各凸部４４との係合位置を変えることもできる。凹部６８と凸部４４との係合位置を変えることにより、バスバー６０の伸長部６４を、図１、図２に示す向きとは異なる方向に伸ばすことができる。すなわち、バスバー６０の伸長部６４が伸びる方向を、筒体４０の周方向に調整することができる。そのため、本実施例の半導体モジュール１０では、バスバー６０の伸長部６４を、配線を設け易い方向に向けて伸びるように配置することができる。従って、本実施例の半導体モジュール１０は、取り付け環境に応じて伸長部６４が伸びる方向を調整でき、配線を容易に行って外部機器に接続することができる。
【００３６】
本実施例と特許請求の範囲の記載との対応関係を説明する。半導体素子２０が「第１半導体素子」の一例である。バスバー６０が「第１導電部材」の一例である。底部３２が「第１底部材」の一例である。伸長部３４が「第２導電部材」の一例である。絶縁板７０が「第１絶縁部材」の一例である。バスバー６０の中心孔が「第１貫通孔」の一例である。筒体４０の凸部４４とバスバー６０の凹部６８とが、それぞれ、「第１凸部」、「第１凹部」の一例である。
【００３７】
（第２実施例）
次いで、図３を参照して、第２実施例の半導体モジュール１１０とその製造方法について、第１実施例と異なる点を中心に説明する。図３に示すように、本実施例の半導体モジュール１１０は、第１実施例のケース部材３０（図１参照）に代えて、底部材１３２と、バスバー１２０とを個別に備える点において、第１実施例とは異なる。なお、図３では、図１と同様の構成を有する部材（半導体素子２０、筒体４０、蓋部材５０、バスバー６０、絶縁板７０、ゲート配線１００等）は、第１実施例と同様の符号を用いて示す。
【００３８】
底部材１３２は、金属によって構成されており、第１実施例の底部３２と同様の形状の円板状に形成されている。底部材１３２の上面には、筒体４０が固定されている。また、底部材１３２には、一端が上面に、他端が側面に開口している通孔１３６が設けられている。通孔１３６の開口部では、絶縁部材１３８によって、ゲート配線１００が固定されている。
【００３９】
バスバー１２０は、金属によって構成されている。バスバー１２０は、バスバー６０と同様の構成を有している。即ち、バスバー１２０は、リング部１２２と、リング部１２２から外側に引き出されている伸長部１２４とを有している。リング部１２２は、伸長部１２４よりも薄い。詳しく図示しないが、リング部１２２の中心孔の内面にも、周方向に等間隔をあけて８個の凹部が形成されている。この凹部も、リング部１２２の軸線方向に伸び、リング部１２２の上面から下面まで形成されている。リング部１２２の中心孔には、筒体４０が挿入されている。リング部１２２の８個の凹部には、それぞれ、筒体４０の凸部４４が係合している。本実施例では、バスバー１２０は、底部材１３２と絶縁板７０との間に備えられている。本実施例では、図３に示すように、バスバー６０の伸長部６４と、絶縁板７０の伸長部７４と、バスバー１２０の伸長部１２４とは、同じ方向（図３の右方向）に伸びている。
【００４０】
次いで、図３の半導体モジュール１１０の製造方法について説明する。本実施例の半導体モジュール１１０の製造方法も、基本的には第１実施例と共通する。本実施例では、絶縁板７０を配置する前に、バスバー１２０を配置する点が第１実施例と異なる。
【００４１】
即ち、本実施例では、筒体４０内に、金属板９４、半導体素子２０、金属板９２を順に配置すると、次に、筒体４０にバスバー１２０の中心孔を貫通させ、リング部１２２が底部材１３２上に配置されるようにバスバー１２０を配置する。この際、バスバー１２０のリング部１２２の内周面の凹部を、筒体４０の凸部４４に係合させる。このとき、図３に示すように、バスバー１２０は、その伸長部１２４が、図３の右方向（所定の方向）に向かって伸びるように配置される。
【００４２】
次いで、筒体４０に絶縁板７０の中心孔を貫通させ、絶縁板７０のリング部７２が、バスバー１２０のリング部１２２上に配置されるように、絶縁板７０を配置する。絶縁板７０の配置方法は第１実施例と同様である。その後、第１実施例と同様に、バスバー６０を配置する。
【００４３】
次いで、第１実施例と同様に、蓋部材５０のネジ溝５６を筒体４０のネジ溝４２と係合させることで、蓋部材５０を筒体４０に固定する。これにより、側壁部５２と底部材１３２とによって、リング部６２、７２、１２２が加圧される。これによって、バスバー６０、絶縁板７０、及び、バスバー１２０が、底部材１３２及び蓋部材５０に対して固定される。これにより、バスバー６０と蓋部材５０とが電気的に接続され、バスバー１２０と底部材１３２とが電気的に接続される一方で、バスバー６０とバスバー１２０とが電気的に絶縁される。
【００４４】
以上、本実施例の半導体モジュール１１０の構成と製造方法を説明した。本実施例の半導体モジュール１１０も、第１実施例と同様の効果を発揮することができる。さらに、本実施例の半導体モジュール１１０は、蓋部材５０を筒体４０から取り外すと、バスバー６０と絶縁板７０に加えて、バスバー１２０も筒体４０から分離させることができる。従って、バスバー１２０の各凹部と筒体４０の各凸部４４との係合位置を変えることができる。これにより、バスバー６０の伸長部６４に加えて、バスバー１２０の伸長部１２４も、図３に示す向きとは異なる方向に伸ばすことができる。すなわち、バスバー１２０の伸長部１２４が伸びる方向も、筒体４０の周方向に調整することができる。そのため、本実施例の半導体モジュール１１０では、バスバー６０の伸長部６４に加えて、バスバー１２０の伸長部１２４も、配線を設け易い方向に向けて伸びるように配置することができる。従って、本実施例の半導体モジュール１１０は、取り付け環境に応じて伸長部６４及び伸長部１２４が伸びる方向を調整でき、配線を容易に行って外部機器に接続することができる。
【００４５】
本実施例と特許請求の範囲の記載との対応関係を説明する。半導体素子２０が「第１半導体素子」の一例である。バスバー６０が「第１導電部材」の一例である。底部材１３２が「第１底部材」の一例である。バスバー１２０が「第２導電部材」の一例である。絶縁板７０が「第１絶縁部材」の一例である。バスバー６０の中心孔が「第１貫通孔」の一例である。筒体４０の凸部４４とバスバー６０の凹部６８とが、それぞれ、「第１凸部」、「第１凹部」の一例である。バスバー１２０の中心孔が「第２貫通孔」の一例である。筒体４０の凸部４４とバスバー１２０の凹部とが、それぞれ、「第２凸部」、「第２凹部」の一例である。
【００４６】
（第３実施例）
次いで、図４を参照して、第３実施例の半導体モジュール２００とその製造方法について、第１、第２実施例と異なる点を中心に説明する。図４に示すように、本実施例の半導体モジュール２００は、半導体素子２０を含む上層部２０１と、半導体素子２２０を含む下層部２０２とを有している。半導体モジュール２００は、半導体素子２０と、半導体素子２２０とを直列に接続する構成を有している。上層部２０１は、第２実施例の半導体モジュール１１０とほぼ同様の構成を有する。ただし、本実施例の底部材２３２の構成は、第２実施例とは異なる。
【００４７】
図４に示すように、底部材２３２は、金属によって構成されており、円板状に形成されている。底部材２３２の上面には、筒体４０が固定されている。また、底部材２３２の下面には、後で説明する筒体２４０が固定されている。底部材２３２には、上面と、下面と、側面と、に開口している通孔２３６が設けられている。底部材２３２の側面に形成されている開口部では、絶縁部材２３８によって、ゲート配線１００、３００が固定されている。
【００４８】
本実施例では、上層部２０１と下層部２０２は、上記の底部材２３２を共用している。図４に示すように、下層部２０２は、半導体素子２２０、底部材２３２、筒体２４０、蓋部材２５０、バスバー２６０、絶縁板２７０、保持部材２８０、金属板２９２、２９４、ゲート配線３００を備えている。
【００４９】
半導体素子２２０は、半導体素子２０と同様の構成を有している。即ち、半導体基板２２１と、ソース電極２２２と、複数個のゲート電極パッド２２４と、ドレイン電極２２６とを備える。
【００５０】
筒体２４０も、筒体４０と同様の構成を有している。ただし、筒体２４０は、その上端部が、底部材２３２の下面に埋め込まれて固定されている。筒体２４０の下端部付近の外周面には、ネジ溝２４２が形成されている。ネジ溝２４２の上側には、筒体４０と同様に、８個の凸部２４４が、筒体２４０の外周面の周方向に等間隔をあけて形成されている。凸部２４４は、筒体２４０の軸線方向に伸びている。凸部２４４の下端は、ネジ溝２４２の上端近傍に達している。凸部２４４の上端は、底部２３２の下面に達している。
【００５１】
蓋部材２５０は、金属により構成されている。蓋部材２５０は、円筒形状の側壁部２５２と、その側壁部２５２の下側の開口部を閉塞する平板部２５４とを有している。即ち、蓋部材２５０は、蓋部材５０とほぼ同様のカップ形状を備えている。側壁部２５２の内周面には、ネジ溝２５６が形成されている。蓋部材２５０のネジ溝２５６は、筒体２４０のネジ溝２４２に係合している。即ち、ネジ溝２４２、２５６を用いて、蓋部材２５０が筒体２４０に係合している。
【００５２】
図４に示すように、蓋部材２５０の平板部２５４上には、筒体２４０の内側に、金属板２９４、半導体素子２２０、金属板２９２、保持部材２８０が設置されている。また、蓋部材２５０の平板部２５４上には、ゲート配線３００の端部も配置されている。
【００５３】
金属板２９４、金属板２９２は、金属板９４、９２と同様である。金属板２９４は、蓋部材２５０の平板部２５４の上面に設置されている。金属板２９４上には、上記の半導体素子２２０が設置されている。半導体素子２２０は、ソース電極２２２が金属板２９４と接触するように設置されている。各ゲート電極パッド２２４は、金属板２９４と接続していない。金属板２９２は、半導体素子２２０上に設置されている。金属板２９２は、半導体素子２２０のドレイン電極２２６と接触している。
【００５４】
底部材２３２の下面は、金属板２９２と接している。すなわち、筒体２４０が固定されている底部材２３２の下面と、蓋部材２５０の平板部２５４とによって、金属板２９４、半導体素子２２０、金属板２９２からなる積層体が挟まれている。
【００５５】
ゲート配線３００は、底部材２３２の通孔２３６内、及び、後で説明する保持部材２８０の通孔２８４に挿通されて、筒体２４０内に配置されている。ゲート配線３００は、ゲート配線１００と同様の構成を有しており、複数本のピン３０２と、絶縁部材３０４を備える。絶縁部材３０４の一部は、蓋部材２５０の平板部２５４上に配置され、金属板２９４の周囲に配置されている。複数本のピン３０２は、複数個のゲート電極パッド２２４と対向する位置に備えられている。各ピン３０２は、一端が通孔２３６の外側に配置されている。各ピン３０２の他端は、絶縁部材３０４から外側に突出しており、対応するゲート電極パッド２２４と接続している。各ピン３０２のうち、絶縁部材３０４から外側に突出している端部は、弾性変形するバネ部３０２ａである。各バネ部３０２ａは、湾曲した状態で、対応するゲート電極パッド２２４と接触している。各ピン３０２は、周囲を被覆する絶縁部材３０４によって、蓋部材２５０及び底部材２３２から絶縁されている。
【００５６】
保持部材２８０は、保持部材８０とほぼ同様の構成を有する。即ち、保持部材２８０は、その外周面が、筒体２４０の内周面に対して固定されている。保持部材２８０は、その内側に、金属板２９４、半導体素子２２０、及び、金属板２９２（積層体）を位置決めするための位置決め空間を有している。また、保持部材２８０には、上記のゲート配線３００を挿通させるための通孔２８４が形成されている。位置決め空間内に、上記積層体の各部材を配置することにより、上記積層体の各部材を、筒体２４０内において位置決めして配置することができる。
【００５７】
蓋部材２５０は、筒体２４０に対して高いトルクで締結されている。従って、上記の積層体は、底部材２３２との下面と平板部２５４とによって加圧されている。この圧力によって、前記積層体を構成する各部材が固定されている。なお、蓋部材２５０の平板部２５４と金属板２９４との接触部分、金属板２９４と半導体素子２２０のソース電極２２２との接触部分、半導体素子２２０のドレイン電極２２６と金属板２９２との接触部分、金属板２９２と底部材２３２の下面、及び、ピン３０２と半導体素子２２０のゲート電極パッド２２４との接触部分は、はんだ等のろう材によって接合されていない。したがって、蓋部材２５０を筒体２４０から取り外すと、上記積層体の各部材を互いに分離させることができる。
【００５８】
また、半導体モジュール２００は、バスバー２６０及び絶縁板２７０を有している。バスバー２６０は、金属により構成されている。バスバー２６０は、バスバー６０とほぼ同様の構成を有する。即ち、バスバー２６０は、リング部２６２と、リング部２６２から外側に引き出されている伸長部２６４とを有している。図４では詳しく図示していないが、リング部２６２の中心孔の内面には、中心孔の内周面の周方向に等間隔に８個の凹部が形成されている。凹部は、リング部２６２の軸線方向に伸び、リング部２６２の上面から下面まで形成されている。リング部２６２の中心孔には、筒体２４０が挿入されている。リング部２６２の８個の凹部には、それぞれ、筒体２４０の凸部２４４が係合している。本実施例では、伸長部２６４は、バスバー６０の伸長部６４及びバスバー１２０の伸長部１２４と平行に伸びている。
【００５９】
絶縁板２７０は、絶縁体によって構成されている。絶縁板２７０は、リング状に形成されている。リング状の絶縁板２７０の外径は、バスバー２６０のリング部２６２の外径よりも大きい。絶縁板２７０の中心孔の内径は、バスバー２６０のリング部２６２の中心孔の内径と同じである。絶縁板２７０の中心孔の内面にも、バスバー２６０の凹部と同様に８個の凹部が形成されている。この凹部も、リング状の絶縁板２７０の軸線方向に伸び、絶縁板２７０の上面から下面まで形成されている。絶縁板２７０の中心孔には、筒体２４０が挿入されている。絶縁板２７０の８個の凹部には、それぞれ、筒体２４０の凸部２４４が係合している。本実施例では、図４に示すように、絶縁板２７０は、バスバー２６０と底部材２３２との間に配置されている。
【００６０】
バスバー２６０のリング部２６２の下面は、蓋部材２５０の側壁部２５２の上端と接している。リング部２６２の上面は、絶縁板２７０と接している。バスバー２６０のリング部２６２及び絶縁板２７０は、蓋部材２５０の側壁部２５２と、底部材２３２の下面とによって上下方向に挟まれている。上記の通り、蓋部材２５０は、筒体２４０に対して高いトルクで締結されている。従って、バスバー２６０のリング部２６２と絶縁板２７０とは、蓋部材２５０の側壁部２５２と、底部材２３２の下面とによって加圧されている。この圧力によって、バスバー２６０及び絶縁板７０が、蓋部材２５０及び底部材２３２に対して固定されている。これにより、バスバー２６０は、蓋部材２５０と電気的に接続する。一方、バスバー２６０は、絶縁板２７０によって、底部材２３２から絶縁されている。従って、蓋部材２５０を筒体２４０から取り外すと、バスバー２６０と、絶縁板２７０とを、筒体２４０から分離させることができる。従って、バスバー２６０の各凹部と筒体２４０の各凸部２４４との係合位置を変えることもできる。その場合、バスバー２６０の伸長部２６４を、図４に示す向きとは異なる方向に伸ばすことができる。
【００６１】
本実施例の半導体モジュール２００では、半導体素子２０を備える上層部２０１と、半導体素子２２０を備える下層部２０２とを積層して備えている。また、半導体素子２０のソース電極２２と、半導体素子２２０のドレイン電極２２６とが、共用の底部材２３２を介して接続されることによって、半導体素子２０と半導体素子２２０とが直列に接続されている。この半導体モジュール２００では、バスバー６０が正極端子、バスバー２６０が負極端子、バスバー１２０が出力端子として、それぞれ機能する。
【００６２】
また、本実施例の半導体モジュール２００では、図５に示すように、バスバー６０、１２０、２６０の伸びる方向を、図４に示す向きとは異なる方向に変更することもできる。図５の例では、２つのゲート配線１００、３００が、同じ方向に伸びている。また、図５の例では、正極端子として機能するバスバー６０と、負極端子として機能するバスバー２６０とが、同じ方向に伸びている。このため、図５の例では、バスバー６０とバスバー２６０とを上下に対向させて配線することができる。バスバー６０、１２０は、ゲート配線１００、３００に対して、筒部４０、２４０の周方向において右に９０度回転した方向に伸びている。また、バスバー１２０は、バスバー６０、２６０に対して、筒部４０、２４０の周方向において、１８０度回転した方向に伸びている。即ち、バスバー１２０は、バスバー６０、２６０とは真逆の方向に伸びている。図５の例に示すように、本実施例の半導体モジュール２００は、バスバー６０、１２０、２６０を、取り付け環境に応じて任意の方向に引き出すことができる。
【００６３】
次いで、図４の半導体モジュール２００の製造方法について説明する。本実施例の半導体モジュール２００の製造方法では、先に上層部２０１を形成し、その後、下層部２０２を形成して、半導体モジュール２００を完成させる。上層部２０１の形成方法は、第２実施例の半導体モジュール１１０の製造方法と共通する。
【００６４】
上層部２０１を形成すると、次いで、保持部材２８０（図４参照）の内側に金属板２９２を配置し、その保持部材２８０を筒体２４０内に挿入して固定する。次いで、図４の底部材２３２の下面が上向きになるように、モジュールを上下反転させる。次いで、筒体２４０内（保持部材２８０内）に、半導体素子２２０を配置する。次いで、ゲート配線３００を、底部材２３２の通孔２３６、及び、保持部材２８０の通孔２８４を通して、筒体２４０内に配置する。この際、各ゲート電極パッド２２４を対応するピン３０２のバネ部３０２ａに接触させる。次いで、金属板２９４を配置する。この際、ソース電極２２２を金属板２９４に接触させる。
【００６５】
次に、筒体２４０に、リング状の絶縁板２７０の中心孔を貫通させ、絶縁板７０が底部材２３２の上側の面（図４の下面）と接するように配置する。この際、絶縁板７０の内周面の凹部を、筒体２４０の外周面の凸部２４４に係合させる。
【００６６】
次いで、筒体２４０にバスバー２６０の中心孔を貫通させ、バスバー２６０のリング部２６２が、絶縁板２７０の上側の面（図４の下面）に接するように、バスバー２６０を配置する。この場合も、バスバー２６０のリング部２６２の内周面の凹部を、筒体２４０の外周面の凸部２４４に係合させる。このとき、図４に示すように、バスバー２６０は、その伸長部２６４が、伸長部６４、１２４と同様に、図４の右方向（所定の方向）に向かって伸びるように配置される。
【００６７】
次に、蓋部材２５０のネジ溝２５６を筒体２４０のネジ溝２４２と係合させることで、蓋部材２５０を筒体２４０に固定する。蓋部材２５０をその中心軸周りに回転させることで、蓋部材２５０を下側（図４中の上側）に移動させると、蓋部材２５０の平板部２５４が金属板２９４と接触する。また、蓋部材２５０の側壁部２５２の下端（図４中の上端）が、バスバー２６０のリング部２６２と接触する。そこから、蓋部材２５０を回転させると、蓋部材２５０の平板部２５４が金属板２９４を半導体素子２２０に向かって加圧する。すなわち、蓋部材２５０の平板部２５４と底部材２３２とに挟まれている積層体（すなわち、金属板２９４、半導体素子２２０、金属板２９２）が、その積層方向に加圧される。これによって、積層体の各部材が、底部材２３２及び蓋部材２５０に対して固定される。
【００６８】
同時に、蓋部材２５０の側壁部５２がバスバー２６０のリング部２６２及び絶縁板２７０を底部材２３２に向かって加圧する。すなわち、側壁部２５２と底部材２３２とに挟まれているリング部２６２と、絶縁板２７０とが加圧される。これによって、バスバー２６０及び絶縁板２７０が、底部材２３２及び蓋部材２５０に対して固定される。これにより、バスバー２６０と蓋部材２５０とが電気的に接続される一方で、バスバー２６０と底部材２３２とが電気的に絶縁される。
【００６９】
また、この際、金属板２９４が塑性変形することにより、ソース電極２２２と蓋部材２５０とが電気的に接続される。また、金属板２９２が塑性変形することにより、ドレイン電極２２６と底部材２３２とが電気的に接続される。
【００７０】
また、積層体が加圧されると、ピン３０２のバネ部３０２ａが撓む。これによって、ピン３０２とゲート電極パッド２２４との間に適切な圧力が加わり、ピン３０２とゲート電極パッド２２４とが確実に電気的に接続される。これにより、下層部２０２が形成される。その後、図４の底部材２３２の下面が下向きになるように、再びモジュールを上下反転させると、図４に示す半導体モジュール２００が完成する。
【００７１】
以上、本実施例の半導体モジュール２００の構成と製造方法を説明した。本実施例の半導体モジュール２００も、第１、第２実施例と同様の効果を発揮することができる。さらに、本実施例の半導体モジュール２００では、半導体素子２０を備える上層部２０１と、半導体素子２２０を備える下層部２０２とを積層して備えている。従って、本実施例の半導体モジュール２００は、１個の半導体モジュール内に、２個の半導体素子２０、２２０を直列に接続するとともに、積層して備えることができる。
【００７２】
本実施例と特許請求の範囲の記載との対応関係を説明する。半導体素子２０、半導体素子２２０が、それぞれ「第１半導体素子」「第２半導体素子」の一例である。筒体４０、筒体２４０が、それぞれ、「第１筒体」、「第２筒体」の一例である。バスバー６０、バスバー１２０、バスバー２６０が、それぞれ、「第１導電部材」、「第２導電部材」、「第３導電部材」の一例である。底部材２３２、蓋部材２５０が、それぞれ、「第１底部材」、「第２底部材」の一例である。絶縁板７０、絶縁板２７０が、それぞれ「第１絶縁部材」、「第２絶縁部材」の一例である。バスバー６０の中心孔、バスバー１２０の中心孔が、それぞれ、「第１貫通孔」、「第２貫通孔」の一例である。筒体４０の凸部４４とバスバー６０の凹部６８とが、それぞれ、「第１凸部」、「第１凹部」の一例である。筒体４０の凸部４４とバスバー１２０の凹部とが、それぞれ、「第２凸部」、「第２凹部」の一例である。
【００７３】
（第４実施例）
次いで、図６を参照して、第４実施例の半導体モジュール４００とその製造方法について、上記各実施例と異なる点を中心に説明する。図６に示すように、本実施例の半導体モジュール４００も、上記第３実施例と同様に、半導体素子２０を含む上層部４０１と、半導体素子２２０を含む下層部４０２とを有している。本実施例の半導体モジュール４００も、半導体素子２０と、半導体素子２２０とを直列に接続する構成を有している。上層部４０１は、第２実施例の半導体モジュール１１０（図３参照）とほぼ同様の構成を有する。ただし、本実施例の底部材４３２の構成は、第２実施例とは異なる。
【００７４】
図６に示すように、底部材４３２は、金属によって構成されており、円板状に形成されている。底部材４３２の上面には、筒体４０が固定されている。また、底部材４３２には、上面と側面とに開口している通孔４３６が設けられている。通孔４３６には、ゲート配線１００が挿通されている。また、底部材４３２は、その下面側に、円筒形状の側壁部４３８を有している。即ち、底部材４３２の下面側は、カップ形状を備えている。側壁部４３８の内周面には、ネジ溝４３９が形成されている。ネジ溝４３９は、後で説明する筒体４４０のネジ溝４４２と係合している。即ち、ネジ溝４３９、４４２を用いて、底部材４３２が筒体４４０に係合している。
【００７５】
本実施例では、上層部４０１と下層部４０２は、上記の底部材４３２を共用している。図６に示すように、下層部４０２は、半導体素子２２０、底部材４３２、蓋部材４６０、筒体４４０、バスバー２６０、絶縁板２７０、保持部材８０、金属板２９２、２９４、ゲート配線３００を備えている。
【００７６】
半導体素子２２０、金属板２９２、２９４、ゲート配線３００は、上記第３実施例（図４参照）の各部材と同様の構成を有する。また、保持部材８０も、上層部４０１の保持部材８０と同様の構成を有する。
【００７７】
蓋部材４６０は、第２実施例の底部材１３２（図３参照）と同様の構成を有する。即ち、蓋部材４６０は、円板状に形成されており、上面に筒体４４０が固定されている。また、蓋部材４６０には、一端が上面に、他端が側面に開口している通孔４６２が設けられている。通孔４６２の開口部では、絶縁部材４６４によって、ゲート配線３００が固定されている。
【００７８】
筒体４４０は、筒体４０とほぼ同様の構成を有している。筒体４４０の下端部は、蓋部材４６０の上面に埋め込まれて固定されている。筒体４４０の上端部付近の外周面には、ネジ溝４４２が形成されている。上記の通り、ネジ溝４４２は、底部材４３２のネジ溝４３９と係合している。また、本実施例の筒体４４０は、ネジ溝４４２の下側に、凸部を備えていない点で、筒体４０とは異なる。
【００７９】
蓋部材４６０の上面であって、筒体４４０の内側には、金属板２９４、半導体素子２２０、金属板２９２、保持部材８０、及び、ゲート配線３００の端部が配置されている。本実施例では、筒体４４０が固定されている蓋部材４６０の上面と、底部材４３２の下面とによって、金属板２９４、半導体素子２２０、金属板２９２からなる積層体が挟まれている。
【００８０】
バスバー２６０は、第３実施例のバスバー２６０（図４参照）とほぼ同様の構成を有している。ただし、本実施例では、リング部２６２の中心孔の内面には、凹部が形成されていない点で、第３実施例のバスバー２６０とは異なる。バスバー２６０のリング部２６２の下面は、蓋部材４６０の上面と接している。絶縁板２７０も、第３実施例の絶縁板２７０（図４参照）とほぼ同様の構成を有している。ただし、本実施例では、リング状の絶縁板２７０の中心孔の内面に凹部が形成されていない点で、第３実施例の絶縁板２７０とは異なる。絶縁板２７０は、バスバー２６０と蓋部材４６０との間に配置されている。
【００８１】
バスバー２６０のリング部２６２と、絶縁板２７０とは、底部材４３２の側壁部４３８の下端と、蓋部材４６０の上面とによって上下方向に挟まれている。上記の通り、底部材４３２は、筒体４４０に対して高いトルクで締結されている。従って、バスバー２６０のリング部２６２と絶縁板２７０とは、底部材４３２の側壁部４３８と、蓋部材４６０の上面とによって加圧されている。この圧力によって、バスバー２６０及び絶縁板２７０が、底部材４３２及び蓋部材４６０に対して固定されている。これにより、バスバー２６０は、蓋部材４６０と電気的に接続する一方、底部材４３２から絶縁される。従って、底部材４３２を筒体４４０から取り外すと、バスバー２６０と、絶縁板２７０とを、筒体４４０から分離させることができる。また、本実施例では、筒体４４０が凸部を備えておらず、バスバー２６０が凹部を備えていないため、バスバー２６０の伸長部２６４の伸長方向を、筒体４４０の周方向の任意の方向に設定することができる。
【００８２】
本実施例の半導体モジュール４００も、半導体素子２０を備える上層部４０１と、半導体素子２２０を備える下層部４０２とを積層して備えている。また、半導体素子２０のソース電極２２と、半導体素子２２０のドレイン電極２２６とが、共用の底部材４３２を介して接続されることによって、半導体素子２０と半導体素子２２０とが直列に接続されている。この半導体モジュール４００でも、バスバー６０が正極端子、バスバー２６０が負極端子、バスバー１２０が出力端子として、それぞれ機能する。
【００８３】
次いで、図６の半導体モジュール４００の製造方法について説明する。本実施例の半導体モジュール４００の製造方法でも、先に上層部４０１を形成し、その後、下層部４０２を形成して、半導体モジュール４００を完成させる。上層部４０１の形成方法は、第２実施例の半導体モジュール１１０（図３参照）の製造方法と共通する。
【００８４】
上層部４０１を形成すると、次いで、上面に筒体４４０を固定した蓋部材４６０を用意し、筒体４４０内の蓋部材４６０の上面に、上層部４０１を形成する場合と同様に、金属板２９４、半導体素子２２０、金属板２９２、ゲート配線３００、保持部材８０を配置する。
【００８５】
次に、筒体４４０にバスバー２６０の中心孔を貫通させ、バスバー２６０のリング部２６２を蓋部材４６０上に配置する。さらに、筒体４４０にリング状の絶縁板２７０の中心孔を貫通させ、絶縁板２７０をバスバー２６０のリング部２６２上に配置する。
【００８６】
次いで、底部材４３２のネジ溝４３９を筒体４４０のネジ溝４４２と係合させることで、底部材４３２を筒体４４０に固定する。底部材４３２をその中心軸周りに回転させることで、底部材４３２を下側に移動させると、底部材４３２の下面が金属板２９２と接触する。また、底部材４３２の側壁部４３８の下端が、絶縁板２７０と接触する。そこから、底部材４３２を回転させると、底部材４３２の下面と蓋部材４６０の上面とに挟まれている積層体（すなわち、金属板２９４、半導体素子２２０、金属板２９２）が、その積層方向に加圧される。これによって、積層体の各部材が、蓋部材４６０及び底部材４３２に対して固定される。
【００８７】
同時に、底部材４３２の側壁部４３８が、絶縁板２７０及びバスバー２６０のリング部２６２を蓋部材４６０に向かって加圧する。すなわち、側壁部４３８と蓋部材４６０とに挟まれている絶縁板２７０及びリング部２６２が加圧される。上記の通り、本実施例では、バスバー２６０には凹部が設けられておらず、筒体４４０には凸部が設けられていない。そのため、底部材４３２が筒体４４０に締結される際の底部材４３２の回転に伴って、バスバー６０が回転してしまう。そのため、本実施例では、底部材４３２と筒体４４０とを完全に締結する前に、バスバー２６０のリング部２６２を、筒体４４０の外周面に沿って左右に回転させることにより、バスバー２６０の伸長部２６４が、伸長部６４、１２４と同じ方向に伸びるように調整する。底部材４３２と筒体４４０とを完全に締結すると、バスバー２６０及び絶縁板２７０が、底部材４３２及び蓋部材４６０に対して固定される。これにより、バスバー２６０は、蓋部材４６０と電気的に接続する一方、底部材４３２から絶縁される。
【００８８】
また、金属板２９４が塑性変形することにより、ソース電極２２２と蓋部材４６０とが電気的に接続される。また、金属板２９２が塑性変形することにより、ドレイン電極２２６と底部材４３２とが電気的に接続される。
【００８９】
また、積層体が加圧されると、ピン３０２のバネ部３０２ａが撓む。これによって、ピン３０２とゲート電極パッド２２４との間に適切な圧力が加わり、ピン３０２とゲート電極パッド２２４とが確実に電気的に接続される。これにより、下層部４０２が形成され、図６に示す半導体モジュール４００が完成する。
【００９０】
以上、本実施例の半導体モジュール４００の構成と製造方法を説明した。本実施例の半導体モジュール４００も、上記の第１、第２実施例と同様の効果を発揮することができる。また、本実施例の半導体モジュール４００も、半導体素子２０を備える上層部４０１と、半導体素子２２０を備える下層部４０２とを積層して備えている。従って、本実施例の半導体モジュール４００も、１個の半導体モジュール内に、２個の半導体素子２０、２２０を直列に接続し、積層して備えることができる。
【００９１】
本実施例と特許請求の範囲の記載との対応関係を説明する。半導体素子２０、半導体素子２２０が、それぞれ「第１半導体素子」「第２半導体素子」の一例である。筒体４０、筒体４４０が、それぞれ、「第１筒体」、「第２筒体」の一例である。バスバー６０、バスバー１２０、バスバー２６０が、それぞれ、「第１導電部材」、「第２導電部材」、「第３導電部材」の一例である。底部材４３２、蓋部材４６０が、それぞれ、「第１底部材」、「第２底部材」の一例である。絶縁板７０、絶縁板２７０が、それぞれ「第１絶縁部材」、「第２絶縁部材」の一例である。バスバー６０の中心孔、バスバー１２０の中心孔が、それぞれ、「第１貫通孔」、「第２貫通孔」の一例である。筒体４０の凸部４４とバスバー６０の凹部６８とが、それぞれ、「第１凸部」、「第１凹部」の一例である。筒体４０の凸部４４とバスバー１２０の凹部とが、それぞれ、「第２凸部」、「第２凹部」の一例である。
【００９２】
（第５実施例）
次いで、図７を参照して、第５実施例の半導体モジュール５００とその製造方法について、上記各実施例と異なる点を中心に説明する。図７に示すように、本実施例の半導体モジュール５００も、上記第３、第４実施例と同様に、上層部５０１、下層部５０２を有している。上層部５０１は、第２実施例の半導体モジュール１１０（図３参照）と同じ構成を有している。また、下層部５０２も、上層部５０１とほぼ同じ構成を有している。ただし、下層部５０２は、バスバー６０を備えていない点、及び、絶縁板７０に代えて絶縁板２７０が備えられている点において、上層部５０１とは異なる。絶縁板２７０は、第３実施例の絶縁板２７０（図４参照）と同様である。なお、図７では、上層部５０１と下層部５０２とで同じ構成を有する部材を、同じ符号を用いて示している。
【００９３】
上層部５０１の底部材１３２と、下層部５０２の蓋部材５０は、はんだ等のろう材を介することなく、電気的に接合されている。上層部５０１の底部材１３２と、下層部５０２の蓋部材５０の接合は、図示しないクランプ機器により、上層部５０１と下層部５０２とを上下方向からクランプすることによって行うことができる。その結果、上層部５０１の半導体素子２０のソース電極２２と、下層部５０２の半導体素子２０のドレイン電極２６とが、電気的に接続される。これにより、本実施例の半導体モジュール５００では、上層部５０１の半導体素子２０と下層部５０２の半導体素子２０とが直列に接続されている。この半導体モジュール５００でも、上層部５０１のバスバー６０が正極端子、下層部５０２のバスバー１２０が負極端子、上層部５０１のバスバー１２０が出力端子として、それぞれ機能する。
【００９４】
次いで、図７の半導体モジュール５００の製造方法について説明する。本実施例では、上層部５０１と下層部５０２とを個別に形成し、その後、下層部５０２の蓋部材５０の上に、上層部５０１の底部材１３２を積層して接合させることにより、図７の半導体モジュール５００が完成する。上層部５０１及び下層部５０２の形成方法は、いずれも、第２実施例の半導体モジュール１１０（図３参照）の製造方法と共通する。
【００９５】
以上、本実施例の半導体モジュール５００の構成と製造方法を説明した。本実施例の半導体モジュール５００も、上記の第１、第２実施例と同様の効果を発揮することができる。また、本実施例の半導体モジュール５００も、上層部５０１と下層部５０２とを積層して備えている。従って、本実施例の半導体モジュール５００も、１個の半導体モジュール内に、２個の半導体素子を直列に接続し、積層して備えることができる。
【００９６】
本実施例と特許請求の範囲の記載との対応関係を説明する。上層部５０１の半導体素子２０、下層部５０２の半導体素子２０が、それぞれ「第１半導体素子」「第２半導体素子」の一例である。上層部５０１の筒体４０、下層部５０２の筒体４０が、それぞれ、「第１筒体」、「第２筒体」の一例である。バスバー６０、上層部５０１のバスバー１２０、下層部５０２のバスバー２６０が、それぞれ、「第１導電部材」、「第２導電部材」、「第３導電部材」の一例である。上層部５０１の底部材１３２、下層部５０２の底部材１３２が、それぞれ、「第１底部材」、「第２底部材」の一例である。絶縁板７０、絶縁板２７０が、それぞれ「第１絶縁部材」、「第２絶縁部材」の一例である。
【００９７】
以上、本明細書に開示の技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、以下の変形例を採用してもよい。
【００９８】
（変形例１）上記の第２実施例では、バスバー６０と、バスバー１２０との間に、絶縁板７０を備えることにより、バスバー６０と、バスバー１２０とを絶縁している（図３参照）。この場合、絶縁板７０は、バスバー６０と、ケース部材３０とを確実に絶縁できる厚さに形成している。これに代えて、例えば、筒体４０の外周面に、絶縁体製のフランジ部を形成し、そのフランジ部の外周にバスバー１２０のリング部１２２を配置するようにしてもよい。その場合、そのフランジ部の上に、絶縁板７０のリング部７２を配置し、絶縁板７０のリング部７２の上に、バスバー６０のリング部６２を配置する。フランジ部を備えることにより、バスバー１２０のリング部１２２の内周面と、バスバー６０のリング部６２の内周面との間に、十分な距離（いわゆる沿面絶縁距離）を確保し易くなる。そのため、絶縁板７０が薄く形成されている場合であっても、バスバー６０とバスバー１２０とを絶縁することができる。また、バスバー１２０のリング部１２２の内周面に絶縁領域を形成してもよい。この場合、絶縁領域の上に、絶縁板７０のリング部７２を配置し、絶縁板７０のリング部７２の上に、バスバー６０のリング部６２を配置する。バスバー１２０のリング部１２２の内周面に絶縁領域を備えることにより、バスバー６０のリング部６２の内周面と、バスバー１２０との間に、十分な距離（沿面絶縁距離）を確保し易くなる。そのため、この場合も、絶縁板７０が薄く形成されている場合であっても、バスバー６０とバスバー１２０とを絶縁することができる。本変形例は、他の実施例についても適用することができる。
【００９９】
（変形例２）上記の第１実施例では、図２に示すように、筒体４０は、８個の凸部４４を有しており、バスバー６０は、８個の凹部６８を有している。筒体４０とバスバー６０とを位置決めするための構造は、これに限られない。従って、例えば、筒体４０が凸部４４を１個のみ有し、バスバー６０が８個の凹部６８を有していてもよい。その場合、バスバー６０の８個の凹部のうち、いずれか１個の凹部を、筒体４０の１個の凸部と係合させることにより、筒体４０とバスバー６０とを位置決めする。また、筒体４０の凸部の数、及び、バスバー６０の凹部の数も、図２に示すように、８個には限られず、８個より少なくても、８個より多くてもよい。
【０１００】
（変形例３）上記の第１実施例において、筒体４０には凸部４４が形成されていなくてもよい。また、バスバー６０にも、凹部６８が形成されていなくてもよい。この構成によると、バスバー６０の伸長部６４の伸びる方向を、筒体４０の外周面の周方向の任意の方向に備えることができる。
【０１０１】
（変形例４）上記の各実施例では、半導体素子として、縦型のＭＯＳＦＥＴを使用しているが、半導体素子は、これらには限られず、縦型のＩＧＢＴ等、他の縦型半導体素子を用いてもよい。また、上記の各実施例では、半導体素子の信号線としてゲート配線を使用しているが、半導体素子の信号線は、ゲート配線には限られず、その他の信号線（例えば、温度センス用の信号線等）を使用してもよい。
【０１０２】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【０１０３】
１０：半導体モジュール
２０：半導体素子
２１：半導体基板
２２：ソース電極
２４：ゲート電極パッド
２６：ドレイン電極
３０：ケース部材
３２：底部
３４：伸長部
３６：通孔
３８：絶縁部材
４０：筒体
４２：ネジ溝
４４：凸部
５０：蓋部材
５２：側壁部
５４：平板部
５６：ネジ溝
６０：バスバー
６２：リング部
６４：伸長部
６８：凹部
７０：絶縁板
７２：リング部
７４：伸長部
８０：保持部材
８２：位置決め空間
９２、９４：金属板
１００：ゲート配線
１０２：ピン
１０２ａ：バネ部
１０４：絶縁部材
１１０：半導体モジュール
１２０：バスバー
１２２：リング部
１２４：伸長部
１３２：底部材
１３６：通孔
１３８：絶縁部材
２００：半導体モジュール
２０１：上層部
２０２：下層部
２２０：半導体素子
２２１：半導体基板
２２２：ソース電極
２２４：ゲート電極パッド
２２６：ドレイン電極
２３２：底部材
２３６：通孔
２３８：絶縁部材
２４０：筒体
２４２：ネジ溝
２４４：凸部
２５０：蓋部材
２５２：側壁部
２５４：平板部
２５６：ネジ溝
２６０：バスバー
２６２：リング部
２６４：伸長部
２７０：絶縁板
２８０：保持部材
２９２、２９４：金属板
３００：ゲート配線
３０２：ピン
３０２ａ：バネ部
３０４：絶縁部材
４００：半導体モジュール
４０１：上層部
４０２：下層部
４３２：底部材
４３６：通孔
４３８：側壁部
４３９：ネジ溝
４４０：筒体
４４２：ネジ溝
４６０：蓋部材
４６２：通孔
４６４：絶縁部材
５００：半導体モジュール
５０１：上層部
５０２：下層部
【図１】
0005637156.tif 000002
【図２】
0005637156.tif 000003
【図３】
0005637156.tif 000004
【図４】
0005637156.tif 000005
【図５】
0005637156.tif 000006
【図６】
0005637156.tif 000007
【図７】
0005637156.tif 000008