(57)【要約】【課題】圧接により半導体素子の電極層と電極端子とを電気的に接続する半導体モジュールを構成する各部材に偏った荷重がかかることを抑制する。【解決手段】スイッチング素子２、ＡＣ電極端子３、ＤＣ電極端子４、偏荷重抑制部材５を備える半導体モジュール１である。偏荷重抑制部材５は、ＤＣ電極端子４の溝部４ａに嵌設される。ＡＣ電極端子３は、スイッチング素子２の上面に設けられ、ＤＣ電極端子４は、スイッチング素子２の下面に偏荷重抑制部材５を介して設けられる。ＡＣ電極端子３の上面に絶縁板６を介して冷却器７を設け、ＤＣ電極端子４の下面に絶縁板６を介して冷却器８を設ける。偏荷重抑制部材５は、冷却器７，８間をボルト９で締結して半導体モジュール１を圧接するときに塑性変形する。【選択図】図１
2014053440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、前記半導体素子に形成された電極層と電気的に接続される電極端子と、を有し、前記半導体素子と前記電極端子が圧接により接続される半導体モジュールであって、
前記半導体素子と前記電極端子の間に圧接時の荷重により塑性変形する偏荷重抑制部材を設ける
ことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
半導体素子と、前記半導体素子に形成された電極層と電気的に接続される電極端子と、を有し、前記半導体素子と前記電極端子が圧接により接続される半導体モジュールであって、
前記電極端子を前記半導体素子方向に圧接する冷却器と、
前記電極端子と前記冷却器との間に設けられ、圧接時の荷重により塑性変形する偏荷重抑制部材と、
を有する
ことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項３】
前記偏荷重抑制部材は、アルミニウム板である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記アルミニウム板の純度は、９９．９％以上である
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記アルミニウム板の厚さは、前記半導体素子及び前記電極端子を積重した積層体間の厚みの誤差の１０倍以上である
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記偏荷重抑制部材が設けられる空間に不活性ガスを充填する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記電極端子には、並列動作する複数の半導体素子が設けられ、当該複数の半導体素子と前記電極端子との間に１枚の偏荷重抑制部材を設ける
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記偏荷重抑制部材の板面を貫通して貫通孔を形成する
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記締結部材と並列して積層される前記積層体の最大熱膨張量と前記締結部材の最大熱膨張量の差が、前記締結部材の締結時の長さの０．１％以下である
ことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
半導体素子と、
前記半導体素子に形成された電極層と電気的に接続される電極端子と、
前記電極端子を前記半導体素子方向に圧接する複数の締結部材と、
前記半導体素子と前記電極端子との間に設けられ、圧接時の荷重により塑性変形する偏荷重抑制部材と、
を有する半導体モジュールの製造方法であって、
前記締結部材の圧接力が等しくかつ圧接に必要な圧接力よりも小さい圧接力が作用するように前記締結部材を締結し、前記締結部材の圧接力が一定の値増加するようにすべての締結部材を締結する工程を、圧接に必要な圧接力に至るまで繰り返す
ことを特徴とする半導体モジュール製造方法。
【請求項１１】
半導体素子と、
前記半導体素子に形成された電極層と電気的に接続される電極端子と、
前記半導体素子を前記電極端子を介して冷却する冷却器と、
前記冷却器を半導体素子方向に圧接する複数の締結部材と、
前記電極端子と前記冷却器との間に設けられ、圧接時の荷重により塑性変形する偏荷重抑制部材と、
を有する半導体モジュールの製造方法であって、
前記締結部材の圧接力が等しくかつ圧接に必要な圧接力よりも小さい圧接力が作用するように前記締結部材を締結し、前記締結部材の圧接力が一定の値増加するようにすべての締結部材を締結する工程を、圧接に必要な圧接力に至るまで繰り返す
ことを特徴とする半導体モジュール製造方法。
【請求項１２】
前記半導体モジュールを加熱して、前記締結部材を締結する
ことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の半導体モジュール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧接により半導体素子の電極層と電極端子とを電気的に接続する半導体モジュール及びこの半導体モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用・車両用システム、変電設備やインバータなどの電力変換装置の分野に用いられる絶縁形パワー半導体モジュールに対して、高耐圧、大容量のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）の適用が行われている。このＩＧＢＴモジュールに代表される「絶縁形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】
一般的な絶縁形パワー半導体モジュールにおいて、ＩＧＢＴやダイオードなどの半導体素子は、半導体素子の下面に設けられた電極層を介してＤＢＣ（Direct Bond Copper）基板の銅回路箔上にはんだ付けされる（例えば、非特許文献１）。ＤＢＣ基板は、セラミックスなどの絶縁板に銅回路箔を直接接合したものである。
【０００４】
半導体素子の上面に設けられる電極層には、超音波ボンディングなどの方法によりアルミワイヤが接続される。このアルミワイヤは、例えば、ＤＢＣ基板上の銅回路箔に結線される。そして、ＤＢＣ基板の銅回路箔から外部へ接続するための銅端子（リードフレームやブスバー）は、銅回路箔とはんだ付けや超音波ボンディングにより接続される。さらに、この周りは（スーパー）エンジニアリングプラスチックのケースで囲まれ、その中を電気絶縁のためのシリコーンゲルが充填される。
【０００５】
近年、半導体素子の動作温度の高温化が進んでいる。次世代の半導体素子であるＳｉＣ半導体は、２５０〜３００℃での動作が報告されている。動作温度が１７５〜２００℃となると、この動作温度がはんだの融点に近く、従来のはんだ材料を用いることができなくなることが考えられる。そこで、従来のはんだ材料に置換する材料として、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）などが提案されている。
【０００６】
また、はんだを用いない半導体モジュール構造として平型圧接構造パッケージが提案されている（例えば、非特許文献１、２)。平型圧接構造パッケージは、圧接により半導体素子の電極層とコンタクト端子との電気的接続や、半導体素子の電極層と基板との電気的接続を行う。一般的な平型圧接構造パッケージでは、半導体素子の端部に半導体素子及びコンタクト端子の位置決めをするガイドが設けられる。そして、半導体素子の上面電極層がコンタクト端子に接触した状態で半導体素子がＭｏなどの基板上に設けられる。つまり、コンタクト端子と基板とが半導体素子を挟圧した状態で半導体モジュール内に設けられる。
【０００７】
平型圧接構造パッケージは、平型構造であることから半導体素子を両面から冷却することができる。このため、一般的に平型圧接構造パッケージの両端をヒートシンクで圧接することで、平型圧接構造パッケージの両面を冷却するとともに、そのヒートシンクを導電部材として用いる。さらに、平型圧接構造パッケージは、圧接により半導体素子と電極端子などを接続するので、はんだを用いることなく半導体素子が電気的、熱的に外部と接続される。
【０００８】
ヒートシンクと平型圧接構造パッケージの圧接は、主にユーザが実施する。平型圧接構造パッケージでは、平型圧接構造パッケージ上下のヒートシンクを電気的に絶縁したり、板バネで平型圧接構造パッケージを圧接するときに、この設計の圧接力が平型圧接構造パッケージの電極ポストに均等にかかるようにしたりする必要がある。これらにはノウハウがあり、圧接が不良であった場合は半導体素子の破壊の原因となるおそれがある。また、平型圧接構造の半導体モジュールは、回路を構成するのに、このヒートシンクや圧接のための板バネが小型化の妨げとなるなど、使いこなすのには熟練が要求される。このような理由により、平型圧接構造パッケージは限られた装置への適用となり、代わりに使い勝手の良い従来型の絶縁形パワー半導体モジュールが広く使われている。
【０００９】
近年、年々電力密度の増加や半導体素子内部の接合温度の上昇により、はんだのせん断応力やアルミワイヤにかかる応力が大きくなってきている。そこで、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に顕在化しないようにする必要がある。ＳｉＣ半導体や、ＧａＮ半導体のような高温で使用することができるワイドギャップ半導体素子の出現により、さらに熱膨張の低減が要求されている。また、ＳｉＣ半導体、ＧａＮ半導体など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、パワーサイクルなどの信頼性の向上が求められている。
【００１０】
そこで、半導体モジュールの高信頼性、環境性、利便性を同時に実現するために、はんだ接合、あるいはワイヤーボンドを用いず、かつ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モジュールが再び脚光を浴びてきた。
【００１１】
図１２（ａ），（ｂ）に示すように、両面冷却方式の半導体モジュール２４は、半導体モジュール２４の外周部をボルト９とねじ（あるいはスプリングなど）で締結して、半導体素子２とＡＣ電極端子３（またはＤＣ電極端子４）との接合部に均一な圧縮応力を作用させる。さらに、半導体モジュール２４内部では、はんだ２５（または、接着剤や樹脂材）を用いてＡＣ電極端子３（またはＤＣ電極端子４）と半導体素子２とを接合するとともに、冷却器７，８とケース１０で形成された空間を樹脂などで封止する。このようにして、半導体素子２を含む各部材にかかる応力が適正な範囲に収まり、すべての半導体素子２に対する圧接力のばらつきが大きくならないようにしている。つまり、機械的に圧接力を作用させる手段とは別に、はんだ２５などによる界面接合形成技術、さらに樹脂などによる封止技術を併用して、半導体モジュール２４の信頼性を確保している。
【００１２】
近年さらなる電力変換器の電力の高密度化、小型化、ＳｉＣ半導体などの採用により変換器の高温動作化が進み、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、そのための材料開発が進んでいる。しかし、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、高温材料は従来用いられる材料より高コストとなる。そこで、はんだ層、樹脂層などの接合、封止層を排除し、純粋な機械的機構のみで、モジュールを構成する複数の部材間の電気的、熱的接触を確保する完全圧接の半導体モジュールが求められている。半導体モジュールを完全圧接（界面接合部を有さない構造）にすると、半導体モジュールの寿命を決定する要因であったはんだがないため、半導体モジュールの信頼性を向上させることができる。また、半導体モジュールを構成する各部材間の接触熱を低減できれば、冷却器までの熱抵抗をさらに低減できる。その結果、半導体モジュールに大電流を流すことができ、半導体モジュールの電力変換密度を増大させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−９６００４号公報
【非特許文献】
【００１４】
【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、「パワーデバイス・パワーＩＣハンドブック」、コロナ社、１９９６年７月、ｐ２８９、ｐ３３６
【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、社団法人電気学会、１９９８年５月、Ｖｏｌ．１１８（５）、ｐｐ．２７４−２７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、圧接型モジュールでは、両面冷却器間に高い平行度が要求される。また、半導体モジュール内部に配置する複数の半導体素子間において、その厚みのばらつきが存在した場合、特定の半導体素子に圧接力が集中するおそれがある。圧接力が集中すると、圧接力が集中する部分に電流が流れることとなる。その結果、圧接力が集中する半導体素子の界面に電流が集中し、その界面が局所的に発熱するおそれがある。一方、圧接力が十分にかからない半導体素子では接触電気抵抗が増大し、電流が十分に流れないおそれがある。
【００１６】
そこで、並列する半導体素子を同時に圧接する場合、半導体モジュールを構成する他の材料に比べヤング率の小さい弾性体（例えば、ヤング率が数ＧＰａ以下の弾性体）を半導体素子に対して１：１に配置することで厚みのばらつきを吸収させている。この弾性体としては、小さい力にて大きな変形を起こす弾性材料が考えられ、具体例としては、ばね、ゴムまたはアモルファスカーボンなどのアモルファス材料が用いられる。このように、半導体素子ごとにばねを配置した場合、部品点数の増加により半導体モジュールの信頼性が低下するおそれがある。また、一般的に弾性体は熱伝導率が低いため、半導体モジュールの放熱性が低下するおそれがある。
【００１７】
上記事情に鑑み、本発明は、半導体モジュールを構成する各部材に偏った荷重がかかることを抑制する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成する本発明の半導体モジュールの一態様は、半導体素子と、前記半導体素子に形成された電極層と電気的に接続される電極端子と、を有し、前記半導体素子と前記電極端子が圧接により接続される半導体モジュールであって、前記半導体素子と前記電極端子の間に圧接時の荷重により塑性変形する偏荷重抑制部材を設けることを特徴としている。
【００１９】
また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュールの他の態様は、半導体素子と、前記半導体素子に形成された電極層と電気的に接続される電極端子と、を有し、前記半導体素子と前記電極端子が圧接により接続される半導体モジュールであって、前記電極端子を前記半導体素子方向に圧接する冷却器と、前記電極端子と前記冷却器との間に設けられ、圧接時の荷重により塑性変形する偏荷重抑制部材と、を有することを特徴としている。
【００２０】
また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュールの他の態様は、上記半導体モジュールにおいて、前記偏荷重抑制部材は、アルミニウム板であることを特徴としている。
【００２１】
また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュールの他の態様は、上記半導体モジュールにおいて、前記アルミニウム板の純度は、９９．９％以上であることを特徴としている。
【００２２】
また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュールの他の態様は、上記半導体モジュールにおいて、前記アルミニウム板の厚さは、前記半導体素子及び前記電極端子を積重した積層体間の厚みの誤差の１０倍以上であることを特徴としている。
【００２３】
また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュールの他の態様は、上記半導体モジュールにおいて、前記偏荷重抑制部材が設けられる空間に不活性ガスを充填することを特徴としている。
【００２４】
また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュールの他の態様は、上記半導体モジュールにおいて、前記電極端子には、並列動作する複数の半導体素子が設けられ、当該複数の半導体素子と前記電極端子との間に１枚の偏荷重抑制部材を設けることを特徴としている。
【００２５】
また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュールの他の態様は、上記半導体モジュールにおいて、前記偏荷重抑制部材の板面を貫通して貫通孔を形成することを特徴としている。
【００２６】
また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュールの他の態様は、上記半導体モジュールにおいて、前記締結部材と並列して積層される前記積層体の最大熱膨張量と前記締結部材の最大熱膨張量の差が、前記締結部材の締結時の長さの０．１％以下であることを特徴としている。
【００２７】
また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュール製造方法の一態様は、半導体素子と、前記半導体素子に形成された電極層と電気的に接続される電極端子と、前記電極端子を前記半導体素子方向に圧接する複数の締結部材と、前記半導体素子と前記電極端子との間に設けられ、圧接時の荷重により塑性変形する偏荷重抑制部材と、を有する半導体モジュールの製造方法であって、前記締結部材の圧接力が等しくかつ圧接に必要な圧接力よりも小さい圧接力が作用するように前記締結部材を締結し、前記締結部材の圧接力が一定の値増加するようにすべての締結部材を締結する工程を、圧接に必要な圧接力に至るまで繰り返すことを特徴としている。
【００２８】
また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュール製造方法の一態様は、半導体素子と、前記半導体素子に形成された電極層と電気的に接続される電極端子と、前記半導体素子を前記電極端子を介して冷却する冷却器と、前記冷却器を半導体素子方向に圧接する複数の締結部材と、前記電極端子と前記冷却器との間に設けられ、圧接時の荷重により塑性変形する偏荷重抑制部材と、を有する半導体モジュールの製造方法であって、前記締結部材の圧接力が等しくかつ圧接に必要な圧接力よりも小さい圧接力が作用するように前記締結部材を締結し、前記締結部材の圧接力が一定の値増加するようにすべての締結部材を締結する工程を、圧接に必要な圧接力に至るまで繰り返すことを特徴としている。
【００２９】
また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュール製造方法の他の態様は、上記半導体モジュール製造方法において、前記半導体モジュールを加熱して、前記締結部材を締結することを特徴としている。
【発明の効果】
【００３０】
以上の発明によれば、圧接により半導体素子の電極層と電極端子とを電気的に接続する半導体モジュールにおいて、半導体モジュールを構成する各部材に偏った荷重がかかることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】（ａ）本発明の実施形態１に係る半導体モジュールの要部断面図、（ｂ）本発明の実施形態１に係る半導体モジュールの上面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る偏荷重抑制部材の固定方法の一例を説明する説明図であり、（ａ）偏荷重抑制部材の上面図、（ｂ）偏荷重抑制部材の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る偏荷重抑制部材の固定方法の一例を説明する説明図であり、（ａ）偏荷重抑制部材の上面図、（ｂ）偏荷重抑制部材の断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る偏荷重抑制部材の一例であり、（ａ）断面円形の挿通孔が形成された偏荷重抑制部材の上面図、（ｂ）断面矩形の挿通孔が形成された偏荷重抑制部材の上面図、（ｃ）断面円形の挿通孔が形成された偏荷重抑制部材の断面図、（ｄ）断面矩形の挿通孔が形成された偏荷重抑制部材の断面図である。
【図５】熱収縮量の割合と偏荷重抑制部材にかかる最大圧縮応力との関係を示す特性図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る半導体モジュールの積層体を説明する説明図である。
【図７】各温度における偏荷重抑制部材にかかる応力とその応力により生じるひずみとの関係を示す特性図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る半導体モジュールの要部断面図である。
【図９】本発明の実施形態３に係る半導体モジュールの要部断面図である。
【図１０】本発明の実施形態３に係る半導体モジュールを３つ重ねた６ｉｎ１半導体モジュールの要部断面図である。
【図１１】本発明の実施形態４に係る半導体モジュールの要部断面図である。
【図１２】（ａ）従来技術に係る半導体モジュールの上面図、（ｂ）従来技術に係る半導体モジュールの要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の半導体モジュール及び半導体モジュール製造方法について、図を参照して詳細に説明する。なお、半導体モジュールを説明する説明図（断面図）は、本発明の実施形態に係る半導体モジュールを模式的に示したものであり、図面上の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致するものではない。
【００３３】
（実施形態１）
［半導体モジュール］
図１（ａ）は、本発明の実施形態１に係る半導体モジュール１の要部断面図である。また、図１（ｂ）は、本発明の実施形態１に係る半導体モジュール１の上面図である。図１（ｂ）に示すように、実施形態１に係る半導体モジュール１は、ＡＣ電極端子３とＤＣ電極端子４との間に４つのスイッチング素子２を並列に接続して一つのアームを構成する半導体モジュール１である。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、実施形態１に係る半導体モジュール１は、スイッチング素子２、ＡＣ電極端子３、ＤＣ電極端子４、偏荷重抑制部材５を備える。
【００３５】
スイッチング素子２は、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの半導体素子である。スイッチング素子２の下面には、ＤＣ電極端子４と電気的に接続されるドレイン電極層が設けられる。また、スイッチング素子２の上面には、ＡＣ電極端子３と電気的に接続されるソース電極層及びゲート電極端子（図示省略）と電気的に接続されるゲート電極層が設けられる。なお、実施形態の説明では、便宜上、上面及び下面とするが、上下方向は、本発明をなんら限定するものではない。
【００３６】
ＡＣ電極端子３は、導電性の板状部材であり、スイッチング素子２のソース電極層と電気的に接続される。ＡＣ電極端子３のスイッチング素子２との接触面には電極ポスト３ａが設けられる。ＡＣ電極端子３には、絶縁板６を介して冷却器７が設けられ、冷却器７によりＡＣ電極端子３がスイッチング素子２方向に押圧される。
【００３７】
ＤＣ電極端子４は、導電性の板状部材であり、スイッチング素子２のドレイン電極層と電気的に接続される。ＤＣ電極端子４のスイッチング素子２の接続面には、偏荷重抑制部材５が嵌合する嵌合溝４ａが形成される。ＤＣ電極端子４に絶縁板６を介して冷却器８が設けられ、冷却器８によりＤＣ電極端子４がスイッチング素子２方向に押圧される。
【００３８】
冷却器７，８は、ボルト９により固定される。ＡＣ電極端子３及びＤＣ電極端子４は、半導体モジュール１の側部であって冷却器７，８間に設けられるケース１０を貫通して外部回路と接続される。ケース１０のＡＣ電極端子３及びＤＣ電極端子４が貫通する部位はろう材などの封止材１０ａにより封止され、封止された空間内には窒素ガスなどの不活性ガスが充填される。
【００３９】
偏荷重抑制部材５は、例えば、高純度（９９．９％（３Ｎ）以上、より好ましくは９９．９９％（４Ｎ）以上）のアルミニウム板である。偏荷重抑制部材５は、ＤＣ電極端子４の嵌合溝４ａに嵌設され、ＤＣ電極端子４に固定される。なお、偏荷重抑制部材５をＤＣ電極端子４に固定する形態としては、図２（ａ），（ｂ）のように、偏荷重抑制部材５とＤＣ電極端子４を溶接部１１で溶接して固定する形態や、図３（ａ），（ｂ）のように、偏荷重抑制部材５とＤＣ電極端子４に孔を形成し、この孔を挿通して樹脂などの絶縁部材１２を設けて固定する形態がある。
【００４０】
図４（ａ）〜（ｄ）に偏荷重抑制部材５の一例を示す。図４（ａ），（ｂ）は、偏荷重抑制部材５の上面図であり、図４（ｃ），（ｄ）は、ＤＣ電極端子４に設けられた偏荷重抑制部材５の断面図である。図４（ａ）に示すように、偏荷重抑制部材５は、ＤＣ電極端子４（及びＡＣ電極端子３）に並列に接続されるすべてのスイッチング素子２に対して１枚設けられる。偏荷重抑制部材５のスイッチング素子２との接続面には、スイッチング素子２が嵌合する嵌合溝５ａが形成されており、スイッチング素子２の位置決め及び固定が行われる。また、偏荷重抑制部材５の主面であって、各スイッチング素子２，２間に位置する部分（つまり、嵌合溝５ａ，５ａ間）には、貫通穴５ｂが形成される。このように偏荷重抑制部材５に貫通孔５ｂを形成することで、偏荷重抑制部材５の水平方向の剛性（力の相互作用）が低下する。その結果、各スイッチング素子２の圧接により偏荷重抑制部材５が収縮することで生じる、偏荷重抑制部材５の板面方向の引張、圧縮応力が緩和される。つまり、貫通孔５ｂが偏荷重抑制部材５の応力緩和機構となる。貫通孔５ｂは、断面円形の貫通孔５ｂを形成することに限定されず、例えば、図４（ｂ）に示すように、断面矩形の貫通孔５ｃを形成してもよい。偏荷重抑制部材５に複数のスイッチング素子２を設け、スイッチング素子２間に貫通孔５ｂ（または貫通孔５ｃ）を形成することで、偏荷重抑制部材５をスイッチング素子２からの発熱をその面方向に拡散するヒートスプレッダ（半導体モジュール１を構成する各部材の積重方向と垂直な方向へ熱を拡散する熱拡散板）として機能させることができる。
【００４１】
偏荷重抑制部材５の厚さは、厚いほうがスイッチング素子２や電極端子３，４などを積重した積層体（以後、積層体という）間の厚さのばらつきを吸収しやすいので好ましいが、偏荷重抑制部材５の厚さが厚いほど半導体モジュール１の放熱性が低下すると考えられる。よって、偏荷重抑制部材５の厚さは、並列して設けられる積層体の厚さの誤差の最大値や、半導体モジュール１の動作中の温度変化に対して偏荷重抑制部材５（及びその他の構成材料）が弾性域で動作する条件から定められる。例えば、電極端子３，４、絶縁板６、冷却器７，８としてそれぞれ一般的な材料、銅合金、セラミックス、アルミニウム合金を用いた場合、偏荷重抑制部材５（例えば、アルミニウム板）が最も弾性域が狭い（１６０℃以上では、２０ＭＰａ以上かかると塑性変形する）。ゆえに、半導体モジュール１の所定の動作温度範囲において、偏荷重抑制部材５に常に（１０ＭＰａ以上かかり）２０ＭＰａ以上かからない条件であれば、積層体を構成する各部材が弾性域で動作する条件であると判断できる。具体的な偏荷重抑制部材５の厚さとしては、積層体間の最大厚みのばらつきが１０μｍである場合、その１０倍以上（例えば、１００μｍ以上５００μｍ以下）の厚さの偏荷重抑制部材５を挿入すれば、所定の動作温度範囲において、半導体モジュール１を構成する各部材を弾性域で動作させることができる。
【００４２】
発明者らは、ひずみゲージを用いた応力計測実験及び半導体モジュール１の構造解析を行い、半導体モジュール１動作時の半導体モジュール１内の不均一な温度分布に対して、偏荷重抑制部材５を含むすべての部材が弾性域で変形し、かつ一定範囲の圧接力を保持するための条件（つまり、熱応力や各部材の変形により特定の部材に２０ＭＰａ以上の強い圧縮応力がかかることがない条件）及び、ボルト９などの締め付け部分に過剰な力が加わらず、緩みも生じない条件を得た。この条件は、半導体モジュール１を圧接したときの積層体のボルト９と並列して積層された部分の厚さ（以後、締結部材分の厚さとする）に対する、ボルト９の最大熱収縮量と積層体の締結部材分の厚さの最大熱収縮量の差（半導体モジュールの動作温度範囲における最大温度変動時の熱収縮量の差）の割合によって定めることができる。つまり、この割合を熱収縮量の割合とすると、熱収縮量の割合は（１）式で示される。
【００４３】
【数１】
2014053440.tif 000003
【００４４】
図５に熱収縮量の割合と偏荷重抑制部材５にかかる最大圧縮応力との関係を示す。半導体モジュール１の圧接は、半導体モジュール１の動作温度範囲の最高温度でボルト９を締結して行った。図５に示すように、ボルト９と積層体の厚み方向の熱膨張量（若しくは、熱収縮量）のずれが、半導体モジュール１の圧接時の厚み（例えば、半導体モジュール１を圧接したときのボルト９の長さ）の０．１％を超えないように各部材の種類や厚さを設計すると、所定の動作温度範囲での半導体モジュール１を動作させたときに、偏荷重抑制部材５が弾性域で動作するようになる。
【００４５】
熱収縮量の割合に基づいて半導体モジュール１を構成する部材を検討する方法について具体例を挙げて説明する。ここでは、動作温度範囲が−４０〜１６０℃（ΔＴ＝２００℃）の半導体モジュール１を製造する際に、図６に示す半導体モジュール１を１６０℃に加熱して、ボルト９で締結した場合を例として説明する。表１に各部材の熱膨張係数及び１６０℃における厚さ（長さ）を示す。
【００４６】
【表１】
2014053440.tif 000004
【００４７】
図６に示すように、積層体の締結部材分の厚さは、冷却器７、ＡＣ電極端子３、ＤＣ電極端子４、絶縁板６，６（２枚）、スイッチング素子２、偏荷重抑制部材５の厚さの合計となる。この積層体の締結部分の厚さの最大熱変形量と、ボルトの長さの最大熱変形量との差が、ボルト締結時の積層体の締結部材分の厚さ（ボルト９の長さ）の０．１％以下となるように積層体を構成する部材の種類や厚さが設定される。
【００４８】
半導体モジュール１の動作温度範囲において、ボルト９の長さが締結時（１６０℃）から最も変位する温度は−４０℃であり、ボルト９は最大７２μｍ収縮する。よって、ボルト９と並列して積重される積層体の熱収縮量が４２〜１０２μｍ（つまり、７２μｍ±３０ｍｍ×０．１％）となるように積層体を構成する部材を選定することで、半導体モジュール１を任意の動作温度範囲で動作させた場合に、積層体を構成する各部材を弾性域で動作させることができる。
【００４９】
表１に示した各部材から構成される半導体モジュール１の場合、ボルト９と並列して積層される積層体の厚さ（冷却器７、ＡＣ電極端子３、ＤＣ電極端子４、２枚の絶縁板６，６、スイッチング素子２及び偏荷重抑制部材５の厚さの合計）は、ボルト９締結時はボルト９の長さと等しく３０ｍｍであるが、最大の収縮時（−４０℃の動作時）の変化量は、２００×（２３×１０-6×１６＋６×１０-6×５×２＋５×１０-6×３×２＋３×１０-6×０．５＋２３×１０-6×０．５）＝９４．２μｍとなり上記の条件を満たす。
【００５０】
［半導体モジュール製造方法］
本発明の実施形態に係る半導体モジュール１の製造方法について図１（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
【００５１】
まず、ＤＣ電極端子４の溝部４ａに偏荷重抑制部材５を嵌設する。次に、スイッチング素子２の上面にＡＣ電極端子３に設け、スイッチング素子２の下面に偏荷重抑制部材５を介してＤＣ電極端子４を設ける。さらに、ＡＣ電極端子３の上面に絶縁板６を介して冷却器７を設け、ＤＣ電極端子４の下面に絶縁板６を介して冷却器８を設け積層体を構成する。そして、冷却器７，８間をボルト９で締結する。
【００５２】
ボルト９を締結する際、半導体モジュール１を加熱してボルト９を締結する。例えば、半導体モジュール１の動作温度範囲が−４０〜１６０℃の範囲である場合、半導体モジュール１を高温槽やホットプレートなどにより加熱し、動作させる最高温度（１６０℃）に維持する。
【００５３】
図７は、高純度のアルミニウム（Ａ１０６０）の温度に対する機械特性の変化を示した図である。図７に示すように、高純度のアルミニウムは、高温になればなるほど少ない応力で塑性変形するようになることがわかる。例えば、温度が１６０℃で３０ＭＰａの圧縮応力を作用させた場合、アルミニウム板は５％以上塑性変形している。よって、このような性質を有するアルミニウム板を偏荷重抑制部材５として用い、半導体モジュール１を加熱して圧接すると、積層体を構成する各部材に所定の圧接力が作用するように、偏荷重抑制部材５を塑性変形させることができる。また、偏荷重抑制部材５が塑性変形することで、並列して積層される積層体間の厚さのずれが吸収される。
【００５４】
さらに、ボルト９を締結する際、まず半導体モジュール１を固定するすべてのボルト９（実施形態１の半導体モジュール１の場合は、半導体モジュール１の４隅に設けられたボルト９）を最終的に締め付ける力（本実施例では、一つのボルト９の締め付ける力が２０００Ｎであるとする）よりも十分に小さい力（例えば、最終的に締め付ける力の１／１０である２００Ｎ）でボルト９を締結する。ボルト９は、各ボルト９が締め付ける力が均一となるように締め付ける。例えば、図１（ｂ）に示すように、まず、ボルト９を対称（対角）に一周り最終締結力よりも小さい力で締結する（つまり、図中ボルト９に付された番号順にボルト９を締結する）。次に、ボルト９の締め付け力を一定値増加するようにボルト９を対称に締め付ける。つまり、ボルト９を１周り締め付けた後は、すべてのボルト９の圧接力が略等しくなるようにボルト９が締め付けられる。このように、ボルト９を対称に所定の力で一周締め付け、その後締め付け力を一定値増し、再度ボルトを対称に１周締め付ける工程を最終締め付け力に至るまで繰り返す。
【００５５】
このように、ボルト９の締め付ける力が徐々に増加するようにボルト９を締結することで、特定のスイッチング素子２が偏絞めにならないようにボルト９を締結することができる。つまり、スイッチング素子２を含む積層体の厚みにばらつきがあった場合、周囲の積層体に比べ最も厚い積層体の真下に位置する偏荷重抑制部材５にボルト９の圧縮応力が集中する。圧縮応力が集中することで偏荷重抑制部材５が塑性変形（例えば、偏荷重抑制部材５の厚さの数％から２０％の範囲で塑性変形）し、この塑性変形によりスイッチング素子２下の偏荷重抑制部材５の厚みが局所的に減少する。その結果、最も厚い積層体と２番目に厚い積層体との厚さの差が徐々に小さくなる。偏荷重抑制部材５の変形により最も厚い積層体と２番目に厚い積層体と厚さの差が無くなると、ボルト９による圧縮応力を最も厚い積層体と２番目に厚い積層体が分担するようになる。すなわち、偏荷重抑制部材５が塑性変形することで、最終的にすべての積層体に加わる圧接力が略等しくなる。
【００５６】
以上のように、本発明の実施形態１に係る半導体モジュール１及び半導体モジュール１の製造方法によれば、半導体モジュール１を構成する各部材にかかる偏荷重を抑制することができる。
【００５７】
つまり、半導体モジュール１の圧接時に、偏荷重抑制部材５が塑性変形することでスイッチング素子２を含む積層体の厚さの誤差を吸収することができる。また、半導体モジュール１の動作時に、偏荷重抑制部材５が動作温度に応じて弾性変形することで、半導体モジュール１を構成する各部材の接触面に必要十分な接触圧を与えることができる。その結果、半導体モジュール１の任意の使用環境及びその経時変化に対しても、初期に存在した積層体間の厚みの誤差を吸収したまま、任意の温度での均一圧接、均一電流分担動作が可能となる。すなわち、半導体モジュール１の部品点数の増大、動作信頼性の低下、放熱性の低下を起こすことなく、厚みが完全には一致しない複数のスイッチング素子２を同時に圧接し、バランスのとれた電流分担を実現することができる。
【００５８】
また、偏荷重抑制部材５を設けることで、スイッチング素子２と電極端子３，４間に応力緩和部材を設けない場合でも、スイッチング素子２に所定の圧接力を作用させることができる。よって、ＡＣ電極端子３（または、ＤＣ電極端子４）を一体材料として構成することができる。その結果、半導体モジュール１を構成する部品点数が減少するとともに、半導体モジュール１の動作信頼性及び放熱性が向上する。
【００５９】
また、半導体モジュール１の圧接時に半導体モジュール１を加熱してボルト９を締結することで、偏荷重抑制部材５が塑性変形しやすくなる。また、ボルト９の締結時に締め付け力を少しずつ高めていくことで、積層体（スイッチング素子２）に偏荷重がかかることを抑制することができる。
【００６０】
半導体モジュール１の加熱温度は、半導体モジュール１に設定される圧接力や半導体モジュール１に設けられる偏荷重抑制部材５に応じて適宜設定される。半導体モジュール１の加熱温度は、偏荷重抑制部材５が圧接に必要な圧力の最大値（例えば、圧接に必要な圧力が１０〜２０ＭＰａであるのであれば２０ＭＰａ）で塑性変形するような温度とする。つまり、この条件を満たすのであれば、常温で締結してもよい。特に、半導体モジュール１の動作温度範囲の最高温度近傍（動作温度範囲以上に加熱してもよい）で圧接することで、積層体（スイッチング素子２）に圧接時以上の圧力がかからず、半導体モジュール１の動作中に偏荷重抑制部材５が塑性変形することを防止できる。
【００６１】
また、偏荷重抑制部材５の厚さは、並列して積重される積層体の厚さの最大誤差の１０倍以上とすることで、半導体モジュール１の動作温度範囲において積層体に所定の圧接力を作用させることができる。
【００６２】
また、ボルト９と並設されかつボルト９の長さ分積層された積層体の最大熱膨張量とボルト９の最大熱膨張量の差が、半導体モジュール１の圧接時における積層体の締結部分の厚さの０．１％以下（または、ボルト９の長さの０．１％以下）となるように、積層体を構成する部材やこれら部材の厚さを設定することで、所定の動作温度範囲において積層体に予め設定された圧接力がかかるようにすることができる。
【００６３】
また、複数の積層体（スイッチング素子２）に対して１枚の偏荷重抑制部材５を設けることで、偏荷重抑制部材５が面方向（積層体の積層方向と垂直方向へ）熱を伝達する熱拡散板として作用し、半導体モジュール１の放熱性が向上する。このとき、偏荷重抑制部材５に貫通孔５ｂ（貫通孔５ｃ）を形成することで、偏荷重抑制部材５の面内方向の引張応力や圧縮応力を緩和することができる。
【００６４】
また、偏荷重抑制部材５としてビッカーズ硬さの低いアルミニウムを用いると、スイッチング素子２と電極端子３，４との接触熱抵抗、接触電気抵抗を低減することができる。なお、アルミニウムに合金成分を混合すると、アルミニウムの強度が向上するものの、アルミニウムの純度の低下により、低応力から塑性変形しやすいという高純度アルミニウムの特性が損なわれてしまう。よって、アルミニウムの純度は、９９％以上、より好ましくは９９．９％以上、さらに好ましくは９９．９９％以上とすると、偏荷重抑制部材５が低応力から塑性変形し、半導体モジュール１を構成する積層体の厚み誤差を吸収することができる。例えば、アルミニウムの純度が９９％以下である３０００番系（ＪＩＳ規格（日本工業規格）では、アルミニウム合金を、Ａという材料記号の次に組成に応じて４桁の数字を付して分類している。このため、この４桁の数字に基づいて、アルミニウム合金が数千番系と表現される）のアルミニウム合金では、０．２％耐力（塑性変形が始まる応力）が４０ＭＰａ、５０００番系では、１００ＭＰａ以上となる。これに対して、純度が９９％以上である１０００番系のアルミニウムは、０．２％耐力が２０ＭＰａ程度と低い特性を示すため、厚み誤差吸収材として用いることができる。
【００６５】
また、半導体モジュール１において、偏荷重抑制部材５が設けられる空間を窒素などの不活性ガスで充填することで、半導体モジュール１の動作時または保管時の偏荷重抑制部材５の劣化を防止し、半導体モジュール１の動作信頼性が向上する。
【００６６】
（実施形態２）
図８は、本発明の実施形態２に係る半導体モジュール１４の要部断面図である。実施形態２に係る半導体モジュール１４は、スイッチング素子２に圧接力を作用させる機構がボルト９とばね１５であること以外は、実施形態１に係る半導体モジュール１と同じである。よって、実施形態１に係る半導体モジュール１の構成と同様のものについては同じ符号を付し、その説明を省略する。また、実施形態２に係る半導体モジュール１４の製造方法は、実施形態１に係る半導体モジュール１の製造方法と同じであるので詳細な説明を省略する（実施形態３，４も同様である）。
【００６７】
図８に示すように、実施形態２に係る半導体モジュール１４は、スイッチング素子２、ＡＣ電極端子３、ＤＣ電極端子４、偏荷重抑制部材５を有する。
【００６８】
スイッチング素子２のソース電極層にはＡＣ電極端子３の電極ポスト３ａが接続される。また、スイッチング素子２のゲート電極層にはゲート電極端子１６が接続される。
【００６９】
偏荷重抑制部材５は、ＤＣ電極端子４の嵌合溝４ａに嵌設され、ＤＣ電極端子４は、偏荷重抑制部材５を介してスイッチング素子２のドレイン電極層と接続される。
【００７０】
それぞれの電極端子３，４をスイッチング素子２方向に圧接するように絶縁板６を介して冷却器７，８が設けられ、冷却器７，８間がボルト９で固定される。なお、冷却器７には絶縁板６をスイッチング素子２に圧接するばね１５が設けられる。ボルト９を締結することで、ばね１５に弾性エネルギーが蓄積され、ばね１５により所定の圧接力がＡＣ電極端子３とスイッチング素子２の接触面（及び偏荷重抑制部材５とスイッチング素子２の接触面）などに作用する。
【００７１】
以上のように、実施形態２に係る半導体モジュール１４は、各スイッチング素子２を圧接するばね１５を設けることで、実施形態１に係る半導体モジュール１の効果に加えて、さらに半導体モジュール１４の動作時にスイッチング素子２に所定の圧接力を作用させることができる。
【００７２】
（実施形態３）
図９は、本発明の実施形態３に係る半導体モジュール１７の要部断面図である。実施形態３に係る半導体モジュール１７は、一つの半導体モジュール１７に２つのアームが設けられる、いわゆる２ｉｎ１構造の半導体モジュール１７である。また、スイッチング素子２ａ，２ｂに圧接力を作用させる機構が、ボルト９とばね１８である。それ以外の構成は、実施形態１に係る半導体モジュール１と同じである。よって、実施形態１に係る半導体モジュール１の構成と同様のものについては同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００７３】
図９に示すように、実施形態３に係る半導体モジュール１７は、スイッチング素子２ａ，２ｂ、ＡＣ電極端子３、Ｐ側電極端子１９、Ｎ側電極端子２０、偏荷重抑制部材５を有する。
【００７４】
偏荷重抑制部材５は、ＡＣ電極端子３の下面（スイッチング素子２ａ，２ｂが接続される面）に設けられる。偏荷重抑制部材５にはスイッチング素子２ｂまたは応力緩和部材２１ａが嵌合する嵌合溝（図示せず）がそれぞれ形成され、スイッチング素子２ｂ及び応力緩和部材２１ａの位置決め、固定が行われる。
【００７５】
スイッチング素子２ａのエミッタには応力緩和部材２１ａ及び偏荷重抑制部材５を介してＡＣ電極端子３が接続され、スイッチング素子２ａのゲート電極層にはゲート電極端子１６が接続される。また、スイッチング素子２ａのコレクタにはＰ側電極端子１９が接続される。応力緩和部材２１ａ（及び応力緩和部材２１ｂ）は、例えばＭｏ（モリブデン）、ＣｕＷ（銅タングステン）、ＡｌＳiＣ（アルミニウム・シリコンカーバイド）などの低熱膨張材料部材であり、半導体モジュール１７を構成する各部材の熱膨張係数の違いから発生する応力を緩和する。
【００７６】
スイッチング素子２ｂのエミッタには応力緩和部材２１ｂを介してＮ側電極端子２０が接続される。また、スイッチング素子２ｂのコレクタには偏荷重抑制部材５を介してＡＣ電極端子３が接続され、スイッチング素子２ｂのゲート電極層にはゲート電極端子１６が接続される。
【００７７】
ＡＣ電極端子３の上面にはＡＣ電極端子３をスイッチング素子２ａ，２ｂ方向に圧接するように絶縁板６を介して冷却器７が設けられる。また、Ｐ側電極端子１９（及びＮ側電極端子２０）をスイッチング素子２ａ，２ｂ方向に圧接するように絶縁板６を介して冷却器８が設けられる。そして、冷却器７，８間がボルト９で固定される。なお、冷却器８には、絶縁板６をスイッチング素子２ａ，２ｂ方向に圧接するばね１８，１８が設けられる。ばね１８は、各スイッチング素子２ａ，２ｂに対してそれぞれ１つずつ設けられる。ボルト９を締結することで、ばね１８に弾性エネルギーが蓄積され、ばね１８により所定の圧接力がＰ側電極端子１９とスイッチング素子２ａとの接触面や応力緩和部材２１ａと偏荷重抑制部材５との接触面など（Ｎ側電極端子２０と応力緩和部材２１ｂとの接触面や偏荷重抑制部材５とスイッチング素子２ｂとの接触面など）に作用する。
【００７８】
以上のように、実施形態３に係る半導体モジュール１７は、各スイッチング素子２ａ，２ｂを圧接するばねを有することで、実施形態１に係る半導体モジュール１の効果に加えて、動作時にスイッチング素子２ａ，２ｂに所定の圧接力を作用させることができる。
【００７９】
なお、実施形態３に係る半導体モジュール１７を横方向（積層体が同一平面上に位置するように）３つ並べることで、６ｉｎ１の半導体モジュールを構成することができる。この場合、６ｉｎ１モジュールに対して、偏荷重抑制部材５は３枚用いられる。また、図１０に示すように、実施形態３に係る半導体モジュール１７を縦方向（積層体の積層方向）に３つ並べて６ｉｎ１の半導体モジュールを構成することができる。
【００８０】
（実施形態４）
図１１は、本発明の実施形態４に係る半導体モジュール２２の要部断面図である。実施形態４に係る半導体モジュール２２は、各スイッチング素子２ａ，２ｂに対して個々に偏荷重抑制部材２３，２３を設けたこと以外は、実施形態３に係る半導体モジュール１７と同じである。よって、実施形態３に係る半導体モジュール１７の構成と同様のものについては同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００８１】
図１１に示すように、実施形態４に係る半導体モジュール２２は、スイッチング素子２ａ，２ｂ、ＡＣ電極端子３、Ｐ側電極端子１９、Ｎ側電極端子２０、偏荷重抑制部材２３，２３を有する。
【００８２】
スイッチング素子２ａのエミッタには応力緩和部材２１ａを介してＡＣ電極端子３が接続され、スイッチング素子２ａのゲート電極層にはゲート電極端子１６が接続される。また、スイッチング素子２ａのコレクタには偏荷重抑制部材２３を介してＰ側電極端子１９が接続される。
【００８３】
スイッチング素子２ｂのエミッタには応力緩和部材２１ｂ及び偏荷重抑制部材２３を介してＮ側電極端子２０が接続される。また、スイッチング素子２ｂのコレクタにはＡＣ電極端子３が接続され、スイッチング素子２ｂのゲート電極層にはゲート電極端子１６が接続される。
【００８４】
以上のように、実施形態４に係る半導体モジュール２２のように各スイッチング素子２ａ，２ｂに対してそれぞれ偏荷重抑制部材２３を設けた場合でも、実施形態３に係る半導体モジュール１７と同様に、スイッチング素子２ａ，２ｂに所定の圧接力を作用させることができる。
【００８５】
また、実施形態３で説明したように、実施形態４に係る半導体モジュール２２を横方向や縦方向に３つ並べて、６ｉｎ１の半導体モジュールを構成することができる。
【００８６】
以上、本発明の半導体モジュール及び半導体モジュール製造方法について、具体例を示して詳細に説明したが、本発明の半導体モジュール及半導体モジュール製造方法は、上述した実施形態に限らず、本発明の特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、そのように変更された形態も本発明に技術的範囲に属する。
【００８７】
例えば、本発明は、圧接により半導体素子の電極層と外部（若しくは、内部の別の回路）に接続するための電極端子とを電気的に接続する半導体モジュールに適用可能であるので、半導体素子（スイッチング素子）の種類や数は、実施形態に限定されるものではない。よって、適宜周知の半導体素子を用い、所定の回路を構成するために必要な数の半導素子を用いて半導体モジュールを構成しても、同様の効果を得ることができる。
【００８８】
また、偏荷重抑制部材の配置位置は、半導体素子と電極端子との間に限定するものではない。例えば、電極端子と絶縁板との間に設ける形態や、半導体モジュール内に応力緩和部材を設けた場合には応力緩和部材と電極端子との間に設ける形態など、半導体素子にかかる偏荷重を抑制できる位置であればその配置形態は適宜設定可能である。さらに、一枚の偏荷重抑制部材で、同一平面上のすべての半導体素子の偏荷重を抑制する形態でもよい。なお、偏荷重抑制部材を応力緩和部材と電極端子間に設けた場合は、厚み方向の接触電気的抵抗と接触熱抵抗を低減することができる。また、偏荷重抑制部材を電極端子と絶縁板との間に設けると、接触熱抵抗を低減することができる。また、偏荷重抑制部材を半導体素子と接触する位置に設けると、接触電気抵抗や接触熱抵抗を低減する効果に加えて、平面方向の熱拡散効果が期待できる。
【００８９】
偏荷重抑制部材は、半導体素子の表裏両面あるいはどちらかの面に配置することで、半導体素子を含む積層体に所定の圧接力を作用させることができる。なお、半導体素子がＭＯＳＦＥＴ素子などのスイッチング素子の場合、ゲートパッドや微細表面トレンチ構造が形成されるソース電極面ではなく、略チップ全面に均一な厚みの電極パットが形成されているドレイン側面とそこに接触する電極（ドレイン電極）材料の間に配置することで、半導体モジュールの各構成部材にかかる偏荷重がより抑制される。
【００９０】
また、偏荷重抑制部材の作用により、応力緩和板を設けることなく半導体モジュールを構成する各部材に所定の圧接力を作用させることができるので、電極端子の形状や素材の選択肢が広がる。例えば、電極材料としては銅や銅合金を用いることができる。また、電極端子は、電極端子に電極ポストを形成した形態や、平板状の電極端子を用いることができる。なお、電極端子を平板状とすることで、電極端子の加工性が向上し、半導体モジュールの組立利便性が向上する。
【００９１】
また、半導体モジュールの圧接方法は、締結部材（締結部材と弾性部材）による圧接に限定されるものではなく、適宜周知の圧接方法で固定した場合においても、本発明の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９２】
１，１４，１７，２２，２４…半導体モジュール
２，２ａ，２ｂ…スイッチング素子（半導体素子）
３…ＡＣ電極端子
３ａ…電極ポスト
４…ＤＣ電極端子
４ａ…嵌合溝
５，２３…偏荷重抑制部材
５ａ…嵌合溝、５ｂ，５ｃ…貫通孔
６…絶縁板
７，８…冷却器
９…ボルト（締結部材）
１０…ケース
１１…溶接部
１２…絶縁部材
１５，１８…ばね（弾性部材）
１６…ゲート電極端子
１９…Ｐ側電極端子
２０…Ｎ側電極端子
２１ａ，２１ｂ…応力緩和部材
２５…はんだ
【図１】
2014053440.tif 000005
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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