(57)【要約】【課題】複数の半導体素子を備えた圧接型の半導体モジュールにおいて半導体素子間の温度差を低減させて半導体モジュールの信頼性を向上させる。【解決手段】半導体モジュール１は半導体素子３ａ，３ｂを備える。そして、冷媒を流通させる冷却器２ａを半導体素子３ａの陽極部５，交流電極部６に絶縁層７ａを介して備える。同様に冷媒を流通させる冷却器２ｂを半導体素子３ｂの陰極部８，交流電極部６に絶縁層７ｂを介して備える。冷却器２ａ，２ｂは、半導体素子３ａ，３ｂから冷却器２ａ，２ｂまでの間の熱抵抗が小さい側に対応した冷却器２ａ，２ｂ内の部位を流通する冷媒との熱交換係数が、前記熱抵抗の大きい側に対応した部位を流通する冷媒との熱交換係数よりも大きくなっている。【選択図】図１
2014127538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を複数備えた半導体モジュールにおいて、
前記複数の半導体素子と電気的に接続された交流電極部に絶縁層を介して一方の冷却部材が配置され、前記各半導体素子と電気的に各々接続された直流電極部に絶縁層を介して他の冷却部材が配置され、
前記一方または他の冷却部材は、前記半導体素子から当該冷却部材までの間の熱抵抗が小さい側に対応した当該冷却部材内の部位を流通する冷媒との熱交換係数が、前記熱抵抗の大きい側に対応した部位を流通する冷媒との熱交換係数よりも大きいこと
を特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記一方または他の冷却部材内には当該冷却部材の蓋の押圧を受ける圧接部材が具備され、この圧接部材は前記熱抵抗の大きい側に対応して配置されたこと
を特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記圧接部材が配置される部位以外の部分にフィンが複数設けられたこと
を特徴とする請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
一つの前記半導体素子と電気的に接続される陽極部及びこの電極部と同一平面上に配置され他の前記半導体素子と電気的に接続される陰極部と対向し当該両者の半導体素子と電気的に接続される交流電極部において、
前記陽極部と対向した面と前記陰極部と対向した面とに挟まれた領域にて当該陽極部の端子と当該陰極部の端子との間隔と同等幅以下の切り欠き部が形成されたこと
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記一方の冷却部材から排出された冷媒が前記他の冷却部材に供給され、この他の冷却部材から排出された冷媒が前記冷却部材に返送されること
を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体モジュールの圧接及び冷却の構造に関する。特に、高温動作が要求される絶縁形パワー半導体モジュールの圧接及び冷却の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な絶縁型パワー半導体モジュールとして、インバータ等の電力変換装置に用いられるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）モジュールがある。また、このＩＧＢＴモジュールに代表される「絶縁型パワー半導体モジュール」若しくは「Isolated power semiconductor devices」はそれぞれＪＥＣ−２４０７−２００７、ＩＥＣ６０７４７−１５にて規格が制定されている。
【０００３】
非特許文献１に開示された一般的な絶縁型パワー半導体モジュールの構造について説明する。図４（ａ）に示された絶縁型パワー半導体モジュール４０において、図４（ｂ）に示されたスイッチング素子であるＩＧＢＴやダイオード等の半導体素子４１はその下面電極層を介してＤＢＣ（Direct Bond Copper）基板４２の銅回路箔４３上にはんだ付けされる。ＤＢＣ基板４２はセラミックス等からなる絶縁板４４の両面に銅回路箔４３を直接接合したものである。ＤＢＣ基板４２はその放熱のために銅ベース４５に対してはんだ部４６を介して接続される。
【０００４】
半導体素子４１の上面電極層はアルミワイヤー４７を超音波でボンディングされ、例えばＤＢＣ基板４２上のもう一つの銅回路箔４３と電気的に接続される。そして、ＤＢＣ基板４２の銅回路箔４３から外部へ電気を接続するための銅端子４８は銅回路箔４３とはんだ付けにより接続されている。さらにこの周りをプラスチックのケース４９で囲み、その中を電気絶縁のためのシリコーンゲル等が充填されている。ここで、一般に半導体素子４１，ＤＢＣ基板４２間のはんだ接合部はＤＢＣ基板４２，銅ベース４５間のはんだ接合部に対し、融点が高く、２回のリフローにより接合されている。
【０００５】
近年、半導体素子の動作温度の高温化が進んでおり、動作温度が１７５℃〜２００℃となっており、汎用的なはんだ材料の融点に近い。このため、代替的な材料として金属系高温はんだ（Ｂｉ，Ｚｎ，Ａｕ）、化合物系高温はんだ（Ｓｎ−Ｃｕ）、低温焼結金属（Ａｇナノペースト）等が提案されている。また、次世代の半導体素子であるＳｉＣは２５０〜３００℃での動作が報告されている。
【０００６】
一方、はんだ接続を採用していない半導体モジュールとして図５（ａ）に例示した平型圧接構造パッケージ５０が知られている（非特許文献１，２等）。図５（ｂ）に示したように平型圧接構造パッケージ５０内の半導体素子５１の上面電極層はコンタクト端子５２に接触した状態でＭｏ板５３上に備えられている。そして、半導体素子５１の端部には半導体素子５１及びコンタクト端子５２の位置決めをするガイド５４が備えられている。
【０００７】
平型圧接構造パッケージ５０は半導体素子５１を両面から冷却できると共にはんだを用いないで電気的、熱的に外部と接続できる。このため、一般的に平型圧接構造パッケージ５０の両端をヒートシンクで圧接することで当該パッケージ５０の両面を冷却すると共にそのヒートシンクを導電部材として用いている。
【０００８】
前記圧接は平型圧接構造パッケージ５０の上下のヒートシンク間とで電気的に絶縁する必要があること、当該圧接は板バネで行うがその設計圧接力が平型圧接構造パッケージ５０の電極ポストに均等にかかるようにする必要がある。圧接が不良であった場合は半導体素子５１の破壊につながる。また、回路を構成するのに、このヒートシンクや圧接のため板バネが小型化の妨げとなるなど使いこなすには熟練を要する。
【０００９】
このことから平型圧接構造パッケージ５０は限られた装置への適用となり、代わりに使い勝手のよい前記絶縁型パワー半導体モジュールが広く用いられていた。
【００１０】
温度サイクル、パワーサイクル等への信頼性を向上するには半導体モジュールを構成する各部材（半導体、金属、セラミックス等）の熱膨張の違いにより生じる課題がある。すなわち、ＤＢＣ基板‐銅ベース間、ＤＢＣ基板‐銅端子間において、銅とセラミックスの熱膨張係数の差から間のはんだにせん断応力が働き、はんだに亀裂が生じて熱抵抗が増大し、端子が剥離する虞がある。さらに、半導体素子‐ＤＢＣ基板間のはんだにも亀裂が生じる場合がある。条件によっては半導体素子上のアルミワイヤーの接続部でも、アルミニウムと半導体素子の熱膨張の差で応力が発生してアルミワイヤーが疲労破断する。
【００１１】
近年、年々電力密度が増すこと及び半導体素子内部の接合温度が高くなっていることから、はんだ接合部のせん断応力、アルミワイヤーにかかる応力が大きくなってきている。これに対して熱膨張の影響が半導体モジュールの設計寿命に至るまでの期間の間は顕在化しないようにする必要がある。ＳｉＣやＧａＮのような高温で使用できるワイドバンドキャップ半導体素子の出現によりさらに熱膨張の影響の低減が要求される。
【００１２】
高信頼性、環境性、利便性を同時に実現するために、圧接のようにはんだ接合、あるいはワイヤーボンドを用いず、且つ使い勝手の良い絶縁形パワー半導体モジュールの実現が求められている。また、ＳｉＣ、ＧａＮ等の高温で使用可能な半導体素子の性能を活かす半導体モジュールとしても、温度サイクル、パワーサイクル等の信頼性の向上が求められている。
【００１３】
そこで、高信頼性、環境性、利便性を同時に実現するために、はんだ接合またはワイヤー接続を採用しないで、両面冷却が容易に実現可能であり放熱性の面で有利な圧接型絶縁形パワー半導体モジュールが発案されている（例えば特許文献１等）。
【００１４】
また、図６に例示された従来の両面冷却方式の圧接型半導体モジュール６０は、半導体素子６２を有する積層部材６１を収納したケース６３の上下端に冷却部材７２をボルト，ナット等の固定部材６６によって均一な圧縮応力を印加した状態で備える。ケース６３内には、半導体素子６２，はんだ層６４，配線層６５ａ，６５ｂから成る複数の積層部材６１が同一平面上に配置されるように収納されている。半導体素子６２の上面に配置された配線層６５ａは交流電極部６７と電気的に接続されている。一方の半導体素子６２の下面に配置された配線層６５ｂは直流陽極部６８と電気的に接続されている。他方の半導体素子６２の下面に配置された配線層６５ｂは直流陰極部６９と電気的に接続されている。また、積層部材６１と冷却部材７２との間には絶縁部材７０を介在させている。そして、積層部材６１を有する空間には樹脂からなる封止材７１が充填される。これにより、積層部材６１にかかる応力が適正な範囲に収まり、また全ての半導体素子６２に対する圧接力のばらつきが大きくならないようになっている。以上のように機械的に圧接を実現させる方式とは別にはんだ等による界面接合形成技術と樹脂等による封止技術とを併用した方式で圧接型半導体モジュールの信頼性を確保している。
【００１５】
近年さらなる電力変換器の電力の高密度化、小型化、ＳｉＣ素子等の採用により高温化（冷却機構の小型化）が進むにつれ、はんだや樹脂の接合、封止材料にも高温（例えば２００℃以上）への耐性、信頼性が要求されるようになり、材料開発が進んでいる。
【００１６】
しかしながら、高温材料の実装時の信頼性はまだ評価され始めたばかりであり、また材料は従来と比べて高コストとなる。これまでの両面冷却圧接構造ははんだ層、樹脂層等の接合、封止層を排除した純粋に両面から加える圧力のみで全ての接合を形成する構成の場合、高温動作時には高温動作時には熱膨張の違いによる応力集中が避けられない。
【００１７】
また、図６の圧接型半導体モジュール６０においては積層部材６１の上下冷却面間で平行度を維持することが困難となる。その結果、モジュール６０を構成する部材の特定の界面で接触圧力が過大または過小となる。
【００１８】
スプリング等の機械的な機構のみで接合材、封止材の使用をできるだけ抑えつつ、同時に信頼性があるモジュールを構成できれば、材料面での制約、信頼性を毀損する要因が減り、高温対応が可能な信頼性の高いモジュールの構築が可能となると思われる。
【００１９】
一方、モジュールの小型化を実現するためにはモジュールの放熱性を高める必要がある。さらに、半導体チップを並列動作させ電流容量を確保する必要があるが、その場合には、並列動作するチップの温度ができるだけ均一となるようにする必要がある。というのは、放熱バランスが悪く、チップごと定常的、過渡的（瞬間的）に温度が異なる場合、半導体チップの特性の温度依存性により、特定のチップに電流が集中し、特定のチップの故障、すなわち、モジュールの信頼性が低下する原因となる。さらに、高速にスイッチング動作させた場合に過大なサージ電圧を生じさせないために、直流陽極部→半導体素子→中間電位（交流電極部）→半導体素子→直流陰極部という配線のインダクタンスをできるだけ低減する必要がある。
【００２０】
そこで、図７に例示された半導体素子モジュール８０のように、直流陽極部６８、直流陰極部６９が一方の冷却部材７２に絶縁層７０を介して接触し、交流電極部６７が他方の冷却部材７２に絶縁層７０を介して接触する形で構成される２ｉｎ１モジュールの態様が考えられる。本モジュールは、交流電極部６７、直流陽極部６８、直流陰極部６９が冷却部材７２に近接しているので、電極部を冷やし易く、これら電極を介して接続する外部機器（例えば、平滑コンデンサ、ＡＣ駆動機器、ゲート回路基板等）に熱が伝達しにくく、外部機器への耐熱性の要求が軽減するという利点がある。また、直流陽極部６８と直流陰極部６９とを近接させること、さらには、交流電極部６７と直流陽極部６８，直流陰極部６９と間の距離を最短にすることで配線インダクタンスも小さくできる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２１】
【非特許文献１】電気学会高性能高機能パワーデバイス・パワーＩＣ調査専門委員会編,「パワーデバイス・パワーＩＣハンドブック」，コロナ社，１９９６．７，ｐ.２８９，ｐ.３３６
【非特許文献２】森  睦宏、関  康和，「大容量ＩＧＢＴの最近の進歩」，電気学会誌Ｖｏｌ．１１８，１９９８，ｐ２７６
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００１−２６７４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
図７の両面冷却圧接型のモジュール８０の構成においては、半導体素子（スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ））６２のソース（またはエミッタ）側に制御配線８１が接続される制御信号取り出し部（ゲートパッド領域）が形成されている。この制御信号取り出し部に与える電気信号（制御信号）が主回路と電磁的に干渉するのを防止するために、制御配線８１と主回路部間に物理的な距離を確保させる等の制約がある。
【００２４】
上記の制約から、半導体素子６２のソース（またはエミッタ）側のコンタクト層（＝半導体素子６２と交流電極部６７との間に配置する低熱膨張材料例えばＭｏから成る層）８２ａの放熱方向（厚み方向）厚みは、ドレイン（またはコレクタ）側のコンタクト層８２ｂに比べ厚くなる。さらに、ソース側のコンタクト層８２ａの断面積はドレイン側のコンタクト層８２ｂの断面積に比べ小さくなる。
【００２５】
以上の影響により、ソース側のコンタクト層８２ａ自身の上下面間の熱抵抗及び半導体素子６２のソース面とコンタクト層８２ａ間の接触熱抵抗は、ドレイン側のそれら（コンタクト層８２ｂ自身の熱抵抗及び半導体素子６２のドレイン面とドレイン側のコンタクト層８２ｂ間の接触熱抵抗）に比べ大きくなる。その結果、ソース側の半導体素子６２と冷却部材７２との間の熱抵抗は、ドレイン側の半導体素子６２と冷却部材７２との間の熱抵抗に比べて大きくなる。すなわち、両面冷却方式であっても、ソース面側からの放熱性能はドレイン面側からの放熱性能に比べ低下する。
【００２６】
図７の２ｉｎ１構造の半導体モジュール８０においては、陽極部６８，交流電極部６７間のコンタクト層８２ａ，８２ｂと交流電極部６７，陰極部６９間のコンタクト８２ａ，８２ｂの配置が互いに反転している。このため、半導体素子６２のソース面とソース側の冷却部材７２との間の熱抵抗が同素子６２のドレイン面とドレイン側の冷却部材７２との間の熱抵抗と異なる場合、冷却部材７２の放熱性能が場所（図７の放熱部材７２の左右方向の位置）に依らず均一であるときには、両者の半導体素子６２の温度が異なる結果となる。半導体素子６２のソース面とこれと対向する冷却部材７２との間の熱抵抗が同素子６２のドレイン面とこれと対向する冷却部材７２の熱抵抗に比べて大きくなる場合、陽極部６８側の半導体素子６２の温度が高くなる。
【００２７】
なぜなら、図７の絶縁層７０の材料として、窒化ケイ素等の熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ程度の高い放熱性を有するものを適用した場合でも、厚みが薄いため（例えば３００μｍ）、横方向の熱拡散効果（ヒートスプレッド効果）が小さくなる。一方、電極部６７〜６９の材料の熱伝導率は銅の場合、３９０Ｗ／ｍＫと高くなる。そのため、両者の半導体素子６２が共有する交流電極部６７の温度はほぼ均一になるが、陽極部６８と陰極部６９の温度は差異が現れ、素子６２面からの熱抵抗が小さい陽極部６８側の方が高くなる。その結果、両者の半導体素子６２間で温度差が生じる。特に、陽極部６８側の半導体素子６２の方が高温となる。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
そこで、本発明の半導体モジュールは、半導体素子を複数備えた半導体モジュールにおいて、前記複数の半導体素子と電気的に接続された交流電極部に絶縁層を介して一方の冷却部材が配置され、前記各半導体素子と電気的に各々接続された直流電極部に絶縁層を介して他の冷却部材が配置され、前記一方または他の冷却部材は、前記半導体素子から当該冷却部材までの間の熱抵抗が小さい側に対応した当該冷却部材内の部位を流通する冷媒との熱交換係数が、前記熱抵抗の大きい側に対応した部位を流通する冷媒との熱交換係数よりも大きくなっている。本発明によれば、半導体素子から一方の冷却部材及び他の冷却部材までの間の熱抵抗が小さい側に対応した当該冷却部材内の部位を流通する冷媒との熱交換係数が、前記熱抵抗の大きい側に対応した部位を流通する冷媒との熱交換係数よりも大きくなっているので、半導体素子間の温度差を低減させることができる。
【００２９】
前記半導体モジュールにおいては、前記冷却部材内には当該冷却部材の蓋の押圧を受ける圧接部材が具備され、この圧接部材は前記熱抵抗の大きい側に対応して配置されるとよい。本態様によれば前記半導体素子に対する圧接機構と冷却機能を同一面上で実現できる。
【００３０】
また、前記半導体モジュールにおいては、前記圧接部材が配置される部位以外の部分にフィンが複数設けられるとよい。本態様によれば放熱効果が冷媒と冷却器との間の熱交換率が高まる。
【００３１】
さらに、前記半導体モジュールにおいては、一つの前記半導体素子と電気的に接続される陽極部及びこの電極部と同一平面上に配置され他の前記半導体素子と電気的に接続される陰極部と対向し当該両者の半導体素子と電気的に接続される交流電極部において、前記陽極部と対向した面と前記陰極部と対向した面とに挟まれた領域にて当該陽極部の端子と当該陰極部の端子との間隔と同等幅以下の切り欠き部が形成されるとよい。本態様によれば、半導体素子間の温度差をさらに低減させることができる。さらには、並列配置された半導体素子を経由する陽極部の端子と陰極部の端子との間の配線インダクタンス、配線抵抗のばらつきを低減させることできる。
【００３２】
また、前記半導体モジュールにおいて、前記一方の冷却部材から排出された冷媒が前記他の冷却部材に供給され、この他の冷却部材から排出された冷媒が前記冷却部材に返送されるとよい。本態様によれば、前記冷却部材，前記他の冷却部材間での冷媒の循環的な供給により冷媒を有効利用できる。
【発明の効果】
【００３３】
以上の発明によれば、複数の半導体素子を備えた圧接型の半導体モジュールにおいて、半導体素子間の温度差が低減し、半導体モジュールの信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態における半導体モジュールの概略構成を示した縦断面図。
【図２】同半導体モジュールの冷却器の内部構造を示した平面図。
【図３】同半導体モジュールの陽極面，陰極面と交流電極面と半導体素子との配置関係を示した平面図。
【図４】（ａ）ははんだ接続型半導体モジュールの斜視図，（ｂ）は同モジュールにおける半導体素子上の電極パッド周辺の縦断面図。
【図５】（ａ）は圧接型半導体モジュールの斜視図，（ｂ）は同モジュールの縦断面図。
【図６】従来の両面冷却圧接型半導体モジュールの概略構成を示した縦断面図。
【図７】従来の両面冷却圧接型半導体モジュールの概略構成を示した縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態の半導体モジュールについて説明する。尚、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく特許請求の範囲内で種々変形して実施することができる。
【００３６】
（実施形態１）
図１に示された本実施形態の半導体モジュール１は、両面冷却圧接型の半導体モジュールであって、冷媒を流通させる冷却器２を半導体素子３の両面の電極部に絶縁層５を介して配置させている。
【００３７】
半導体モジュール１は半導体素子３ａ，３ｂを備える。この両者の半導体素子はソース面（またはエミッタ面）とドレイン面（またはコレクタ面）が互いに反転した関係で配置されている。
【００３８】
すなわち、半導体素子３ａのドレイン面には低熱膨張材料（例えばＭｏ）からなるコンタクト層４ａを介して陽極部５が配置され、同素子３ａのソース面には前記材料からなるコンタクト層４ｂを介して交流電極部６が配置されている。
【００３９】
一方、半導体素子３ｂのソース面には前記材料からなるコンタクト層４ｃを介して陰極部８が配置され、同素子３ｂのドレイン面には同材料からなるコンタクト層４ｄを介して交流電極部６が電気的に接続した状態となっている。
【００４０】
陽極部５と陰極部８は同一平面上に配置され、絶縁層７ａを介して冷却器２ａと熱的に接触した状態となっている。絶縁層７ａは、半導体素子３ａ，３ｂ，冷却器２ａ間の熱抵抗が小さい側の電極部（例えば半導体素子３ａの陽極部５）と冷却器２ａとの間にて、均一の厚さとなるように配置されている。
【００４１】
また、交流電極部６は絶縁層７ｂを介して冷却器２ｂと熱的に接触した状態となっている。絶縁層７ｂも絶縁層７ａと同様に前記熱抵抗が小さい側の電極部（半導体素子３ｂのドレイン面と対向した交流電極部６の領域）と冷却器２ｂとの間にて均一の厚さで配置されている。
【００４２】
半導体素子３ａ，３ｂにはそれぞれ制御配線９が接続され、半導体素子３ａ，３ｂ、コンタクト層４ａ，４ｂ、電極部５，６，８、絶縁層７ａ，７ｂから成る積層体を収納させるケース１０の壁部から外部に引き出されている。また、陽極部５，陰極部８，交流電極部６にはそれぞれ図示省略の陽極端子，陰極端子，交流端子が接続され、これらの端子もケース１０の壁部から外部に引き出されている。
【００４３】
冷却器２ａ，２ｂはアルミ合金等に例示される放熱性に優れた周知の材料から成る。冷却器２ａ，２ｂ内には、前記熱抵抗が小さい側に対応した冷却器２ａ，２ｂの部位を流通する冷媒との熱交換係数が前記熱抵抗の大きい側に対応した部位を流通する冷媒との熱交換係数よりも大きくなるように、フィン２１が設けられている。フィン２１は図２に例示したように冷却器２ａ，２ｂ内において後述の圧接部材１１が配置される部位以外の部分に複数設けられることで、冷媒と冷却器２ａ，２ｂとの間の熱交換率が高められている。
【００４４】
また、冷却器２ａ，２ｂ内にはその蓋部２２の押圧を受ける圧接部材１１が具備される。圧接部材１１は半導体素子３ａの熱抵抗の大きい方の部位（陰極部の位置）に対応して配置されている。圧接部材１１としては皿バネ，コイルバネ，板バネ等が例示される。そして、圧接部材１１の冷媒による腐食を防ぐため、さらには、圧接部材１１を冷媒の流通領域から隔離するために、冷却器２ａ，２ｂ内の圧接部材１１の周囲には隔壁部材１２が配置される。隔壁部材１２としては耐薬剤性，耐熱性の周知の材料から成るＯリングやパッキンが例示される。
【００４５】
さらに、図２に示したように冷却器２ａ，２ｂにおいて冷媒の流入口２３と排出口２４は冷却器２ａ，２ｂの底面の略対角線方向に配置されることで冷媒の滞留時間の増大が図られている。そして、図１に示したように、冷却器２ａの排出口２４から排出された冷媒は冷却器２ｂの冷媒の流入口２３に供給され、冷却器２ｂの排出口２４から排出された冷媒は冷却器２ａの流入口２３に再度供給される。この冷却器２ａ，２ｂ間での冷媒の循環的な供給により冷媒を有効利用でき最大限の放熱効果が得られる。
【００４６】
蓋部２２は圧接部材１１を押圧した状態で冷却器２ａ，２ｂに固定される。蓋部２２はボルト，ナットに例示される固定部材１３によって冷却器２ａ，２ｂに固定される。固定部材１３にボルト，ナットが採用された場合、ボルトが冷却器２ａ、ケース１０、冷却器２ｂに挿通され、ナットが当該ボルトに螺着される。このように蓋部２２が冷却部材２ａ，２ｂに固定されることにより、圧接部材１１は前記積層体に対する一定の垂直応力を常時伝達した状態となる。
【００４７】
以上の半導体モジュール１によれば、冷却器２ｂにおいては交流電極部６が半導体素子３ａ，３ｂの共有の電極であるので電極部が分離している陽極部５，陰極部８と比べて水平方向の熱拡散が拡大したものとなる。
【００４８】
したがって、冷却器２ｂ内のコンタクト層４ｂの位置に対応した部位に圧接部材１１が配置されていても、半導体素子３ａ，３ｂとも略同等の放熱性能を発揮できる。また、陽極部５と陰極部８との間の配線インダクタンスを低減させることができる。一方、冷却器２ａにおいてはフィン２１によって陽極部５の放熱性能を陰極部８の放熱性能よりも高く維持させることができるので半導体素子３ａの放熱性能のみを高めさせることができる。以上のように半導体素子３ａと半導体素子３ｂの温度差を低減させることができる。
【００４９】
また、冷却器内２ａ，２ｂ内においては、その蓋２２の押圧を受ける圧接部材１１が半導体素子３ａ，３ｂの熱抵抗の大きい方の部位に対応して配置されることで、半導体素子３ａ，３ｂに対する圧接機構と冷却機能を同一面上で実現できる。これにより、冷却器２ａ，２ｂの厚みの低減さらには半導体モジュール１の小型化が実現する。そして、冷却器２ａ，２ｂの形状は半導体素子３ａ，３ｂの両面とも同じ形状を採ることができるので、冷却器２ａ，２ｂの製造コストを削減できる。
【００５０】
上記の実施の態様は半導体素子３が二つ具備された構造（２ｉｎ１構造）となっているが、本発明は上記の態様に限定することなく二つ以上の半導体素子３を備えたモジュール例えば半導体素子３を６つ備えた６ｉｎ１構造のモジュールにも適用できる。
【００５１】
また、交流電極部６側の冷却器２ｂ内においては、前記熱抵抗が小さい側に対応する部位の熱交換係数を大きくしたほうが半導体素子３ａ，３ｂ間の熱バランスは向上するが、必ずしも熱交換係数に偏りがある状態を形成する必要はない。したがって、冷却器２ａ，２ｂ内に圧接部材１１を圧接配置しないで、冷却器２ａ，２ｂの外側から圧接する態様においては、冷却器２ｂ内にフィン２１を適宜に配置することで熱交換係数の偏りのない状態を形成させてもよい。
【００５２】
一方、陽極部５，陰極部８側の冷却器２ａ内において、熱交換係数に偏りがある状態が形成されていればよいので、例えば、フィン２１の配置並びに間隔や冷媒の流路を適宜に設定することで、冷却器２ａ内に熱交換係数の偏り状態を形成させる。
【００５３】
（実施形態２）
図３に例示された本実施形態の交流電極部６においては、陽極部５と対向した面と陰極部８と対向した面とに挟まれた領域にて陽極部５，陰極部８の端子５０１，８０１の間隔と同等幅以下の切り欠き部６０１が形成されている。交流電極部６の端子６０２は切り欠き部６０１が形成されていない同電極部６の長辺中央部から吐出形成されている。尚、切り欠き部６０１の幅及び深さは半導体素子３ａと半導体素子３ｂとの温度差が最小限となるように設定される。
【００５４】
上記の交流電極６の態様を採用した半導体モジュール１によれば、実施形態１の効果に加えて、半導体素子３ａ，３ｂ間の温度差をさらに低減させることができる（特に、半導体素子３ａの温度を低減させることができる）。また、並列配置された半導体素子３ａ，３ｂを経由する陽極部５の端子と陰極部８の端子との間の配線インダクタンス、配線抵抗のばらつきを低減させることでき、定常時、スイッチング時における半導体素子３ａ，３ｂへの電流集中を防止できる。以上のように半導体モジュール１の信頼性が一層向上する。
【符号の説明】
【００５５】
１…半導体モジュール
２ａ，２ｂ…冷却器、２１…フィン
３…半導体素子
５…陽極部
６…交流電極部、６１…切り欠き部
７ａ，７ｂ…絶縁層
８…陰極部
１１…圧接部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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