(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を介在させた積層部材と、
この積層部材の両面に接触配置される一対の冷却部材と
を備え、
前記各冷却部材の内部には当該冷却部材と前記積層部材との接触面と重複しないように冷媒流路が形成され、
少なくとも前記一方の冷却部材は付勢部材により前記積層部材に圧接し、
前記積層部材は同一平面上に複数配置され、
前記各冷却部材は、前記接触面と重複しない壁部の壁厚が当該接触面と重複する壁部の壁厚よりも薄く設定されたことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記各積層部材間の空間には、当該部材間の電気的な短絡を防止すると共に当該部材間の放熱を遮断する絶縁熱分離部材が備えら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】
前記絶縁熱分離部材は板状に形成され、前記一対の冷却部材によって狭持さ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】
前記付勢部材は前記接触面と重複する壁部の面を押圧するように前記一方の冷却部材に設けら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は前記付勢部材を収納させる収納部を有し、この収納部は前記接触面と重複する当該接触面とは反対側の壁部にて形成されたことを特徴とする請求項４に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記一方の冷却部材は前記付勢部材を有する空間を密閉させる密閉部材を備え、
この密閉部材は当該付勢部材をその付勢方向に押圧するように当該冷却部材に固定されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記積層部材は前記半導体素子を複数備え、
この各半導体素子間の電気的な短絡を防止する絶縁分離層をさらに備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記冷却部材はヤング率が１００ＧＰａ以下である材料からなることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記材料はアルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣのいずれかであることを特徴とする請求項８に記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
前記付勢部材はコイルバネ、板バネ、皿バネのいずれかであることを特徴とする請求項１から９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及びこれを備えた電力変換装置に適用される圧接型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は放熱のための銅ベース４５にはんだ付け（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】
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）。
【００１３】
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内にははんだ層６４，半導体素子６２，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の上方側に配置された配線層６５ａはＡＣ側端子６７と電気的に接続されている。一方の半導体素子６２の下方側に配置された配線層６５ｂは陽極側ＤＣ端子６８と電気的に接続されている。他方の半導体素子６２の下方側に配置された配線層６５ｂは陰極側ＤＣ端子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。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】パワーデバイス・パワーＩＣハンドブック，コロナ社，ｐ.２８９，ｐ.３３６
【非特許文献２】森、関，「大容量ＩＧＢＴの最近の進歩」，電気学会誌Ｖｏｌ．１１８，１９９８，ｐ２７６
【特許文献】
【００１５】
【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】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
また、図６に例示したタイプ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。
【００１９】
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。
【００２０】
但し、両面から圧接、冷却するモジュールを実現する場合、大電流モジュールを実現するために半導体チップの並列化が必要となる。例えば、フルブリッジの３相インバータを実現するためには２ｉｎ１の単相インバータを３個並列に配置するなど半導体素子の数がモジュール全体では多数となる。そのためには半導体チップに対し１：１で圧接するような構成にすると圧接力を負荷するための機構（例えばばね等）が多数必要となり、部品点数が増える結果、信頼性の低下、大型化、高コスト化が懸念される。
【００２１】
以上のようにＳｉＣ，ＧａＮ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において、温度サイクル、パワーサイクル等の信頼性のさらなる向上が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
そこで、請求項１の半導体モジュールは、半導体素子を介在させた積層部材と、この積層部材の両面に接触配置される一対の冷却部材とを備え、前記各冷却部材の内部には当該冷却部材と前記積層部材との接触面と重複しないように冷媒流路が形成され、少なくとも前記一方の冷却部材は付勢部材により前記積層部材に圧接し、前記積層部材は同一平面上に複数配置され、前記各冷却部材は、前記接触面と重複しない壁部の壁厚が当該接触面と重複する壁部の壁厚よりも薄く設定されている。
【００２３】
請求項２の半導体モジュールは、請求項１の半導体モジュールにおいて、前記各積層部材間の空間には、当該部材間の電気的な短絡を防止すると共に当該部材間の放熱を遮断する絶縁熱分離部材が備えられている。
【００２４】
請求項３の半導体モジュールは、請求項２の半導体モジュールにおいて、前記絶縁熱分離部材は板状に形成され、前記一対の冷却部材によって狭持されている。
【００２５】
請求項４の半導体モジュールは、請求項１から３のいずれかの半導体モジュールにおいて、前記付勢部材は前記接触面と重複する壁部の面を押圧するように前記一方の冷却部材に設けられている。
【００２６】
請求項５の半導体モジュールは、請求項４の半導体モジュールにおいて、前記一方の冷却部材は前記付勢部材を収納させる収納部を有し、この収納部は前記接触面と重複する当該接触面とは反対側の壁部にて形成されている。
【００２７】
請求項６の半導体モジュールは、請求項１から５のいずれかの半導体モジュールにおいて、前記一方の冷却部材は前記付勢部材を有する空間を密閉させる密閉部材を備え、この密閉部材は当該付勢部材をその付勢方向に押圧するように当該冷却部材に固定されている。
【００２８】
請求項７の半導体モジュールは、請求項１から６のいずれかの半導体モジュールにおいて、前記積層部材は前記半導体素子を複数備え、この各半導体素子間の電気的な短絡を防止する絶縁分離層をさらに備えている。
【００２９】
請求項８の半導体モジュールは、請求項１から７のいずれかの半導体モジュールにおいて、前記冷却部材はヤング率が１００ＧＰａ以下である材料からなる。
【００３０】
請求項９の半導体モジュールは、請求項８の半導体モジュールにおいて、前記材料はアルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣのいずれかである。
【００３１】
請求項１０の半導体モジュールは、請求項１から９のいずれかの半導体モジュールにおいて、前記付勢部材はコイルバネ、板バネ、皿バネのいずれかである。
【発明の効果】
【００３３】
以上の発明によれば圧接型の半導体モジュールにおいて複数の半導体素子を備えた場合でも半導体素子と冷却部材との熱的接触性及び当該冷却部材の放熱性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態１に係る半導体モジュールの概略断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る冷却部材の平面図。
【図３】本発明の実施形態２に係る半導体モジュールの概略断面図。
【図４】はんだ接続を採用した従来の半導体モジュールの斜視図（ａ），当該半導体モジュールの冷却部材の接続形態を示した断面図（ｂ）。
【図５】従来の両面冷却方式の圧接型半導体モジュールの斜視図（ａ），当該半導体モジュールの冷却部材の接続形態を示した断面図（ｂ）。
【図６】従来の両面冷却方式の圧接型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】
【００３５】
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態に係る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に示された本発明の実施形態１に係る半導体モジュール１は、圧接型半導体モジュールであって、積層部材２とこの積層部材２の両面に接触配置される一対の冷却部材３ａ，３ｂとを備える。
【００３７】
積層部材２は半導体素子（例えばパワー半導体スイッチング素子）４を介在させている。すなわち、積層部材２は半導体素子４の両面にそれぞれ応力緩和層５ａ，５ｂを介して配線層６ａ，６ｂを備える。そして、配線層６ａ，６ｂと冷却部材３ａ，３ｂとの間にはそれぞれ絶縁層７ａ，７ｂを介在させている。半導体素子４はそれぞれ導体８，９を介してゲート回路１０と電気的に接続されている。ゲート回路１０は半導体モジュール１の外部に具備されている。
【００３８】
応力緩和層５ａ，５ｂはＭｏ，ＣｕＭｏ，Ｃｕ−Ｗ，ＡｌＳｉＣに例示される低熱膨張係数、高熱伝導率を有する材料から成る。応力緩和層５ａ，５ｂは半導体素子４の上下面に設けられた図示省略の電極層（例えばＭＯＳＦＥＴの場合はソース、ドレインパッド）から放熱パスを拡大させるヒートスプレッダーとしても機能する。
【００３９】
配線層６ａ，６ｂは銅に例示される導電性の材料から成る。一方の配線層６ａは導体１１ａを介してＡＣ端子１２に電気的に接続されている。他方の配線層６ｂは導体１１ｂを介してＰ極（陽極）側またはＮ極（陰極）側のＤＣ端子１３に電気的に接続されている。
【００４０】
ＡＣ端子１２，ＤＣ端子１３は積層部材２を収納させるケース１４の壁部に形成された穴１４１，１４２からそれぞれ露出した状態となっている。ケース１４はＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）樹脂に例示される耐熱性の材料から成る。また、ＡＣ端子１２，ＤＣ端子１３と穴１４１，１４２との隙間はエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等から成る封止部材によって封止されることでケース１４内の部品（例えば半導体素子４）の汚染や腐食の防止が図られている。
【００４１】
絶縁層７ａ，７ｂは窒化アルミニウムに例示される周知の絶縁性の材料から成る。絶縁層７ａ，７ｂはそれぞれ冷却部材３ａ，３ｂとの間で絶縁耐圧を確保できるように層厚が設定されると共に層厚を均等にするために適宜に表面処理が施される。
【００４２】
積層部材２は図１に示されたように同一平面上に複数配置されている。そして、個々の積層部材２間の空間には当該部材２間の電気的な短絡を防止すると共に当該部材２間の放熱を遮断する絶縁熱分離が設けられている。絶縁熱分離部材１５は板状に形成され、冷却部材３ａ，３ｂによって狭持されている。また、絶縁熱分離部材１５は接着剤によって冷却部材３ａ，３ｂに適宜に接着される。尚、絶縁熱分離部材１５は絶縁性の周知の樹脂によって構成すればよい。
【００４３】
冷却部材３ａ，３ｂは積層部材２を冷却するための部材である。冷却部材３ａ，３ｂは放熱性に優れると共にヤング率が１００ＧＰａ以下である材料からなる。当該材料としてはアルミニウム、アルミニウム合金、ＡｌＳｉＣが例示される。
【００４４】
冷却部材３ａ，３ｂは図１に示したようにその内部に冷媒流路３１が形成されている。冷媒流路３１は図２に示したように冷却部材３ａ，３ｂと積層部材２とのそれぞれの接触面３０ａ，３０ｂと重複しないように形成されている。冷媒流路３１に供される冷媒には従来の絶縁形パワー半導体モジュールの冷却に採用されている周知の冷媒が適用される。
【００４５】
冷却部材３ａ，３ｂは接触面３０ａ，３０ｂとそれぞれ重複しない壁部３２ａ，３２ｂの壁厚が接触面３０ａ，３０ｂとそれぞれ重複する壁部３３ａ，３３ｂの壁厚よりも薄く設定されている。例えば図１に示された冷却部材３ａ，３ｂの最大高さ（冷却部材３ａの場合は接触面３０ａと付勢部材１６の設置面３２ａとの距離、冷却部材３ｂの場合は接触面３０ｂと冷却部材３ｂの下端面３２ｂとの距離）ｈが１０ｍｍである場合に領域ａ１，ａ２における壁部３２ａ，３２ｂの最小厚みｄは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲となるように設定される。
【００４６】
上記のように冷却部材３ａは壁部３３ａの壁厚が壁部３２ａの壁厚よりも厚くなっているので後述の付勢部材１６からの圧縮応力が接触面３０ａにかかると当該応力を効率的に絶縁層７ａの面内に対して均等に伝達できる。
【００４７】
一方、壁部３２ａ，３２ｂはその壁厚が壁部３３ａ，３３ｂの壁厚よりも薄くなっているので剛性が低減して変形しやすくなっている。これにより各々の積層部材２間の高さ寸法の誤差、ケース１４と積層部材２の高さ寸法の誤差、積層部材２の上下の水平度のずれ等を吸収できる。
【００４８】
上記の効果は冷却部材３ａ，３ｂの材料として上記のヤング率の材料が採用されることでより確実なものとなる。さらに、放熱性の観点からも複数の積層部材２間の厚みの誤差を調整する緩衝材が不要となり、放熱部（冷媒流路３１）を低熱抵抗で積層部材２と連結できるので放熱性が向上する。
【００４９】
また、冷却部材３ａは付勢部材１６により積層部材２に対して圧接した状態となっている。付勢部材１６は壁部３３ａの上面（すなわち、接触面３０ａとは反対側の壁部３３ａの面）を押圧するように冷却部材３ａに設けられている。付勢部材１６としてはコイルバネ、板バネ、皿バネ等に例示される態様の周知の材料からなる弾性部材が挙げられる。
【００５０】
付勢部材１６は接触面３０ａの広さに応じて単一または複数設けられる。付勢部材１６の配置は半導体素子４の真上である必要はないが、配置位置が半導体素子４上から水平方向に大きくずれると圧縮応力（半導体素子４の厚み方向の力）以外に滑り方向（半導体素子４の面内方向）の力がかかるので適当ではない。
【００５１】
付勢部材１６は前記一方の冷却部材３ａ上に形成された収納部３４に収納されている。収納部３４は接触面３０ａとは反対側の壁部３３ａに形成されている。そして、冷却部材３ａ上の収納部３４を有する空間３５は密閉部材１７によって密閉される。密閉部材１７はステンレスに例示される放熱性の材料から成り、厚さが例えば３ｍｍ程度のものが採用されている。密閉部材１７は付勢部材１６をその付勢方向に押圧するように冷却部材３ａに固定される。密閉部材１７はボルト，ナットに例示される固定部材１８によって冷却部材３ａ，３ｂに固定される。固定部材１８にボルト，ナットが採用された場合、ボルトが冷却部材３ａ、ケース１４、冷却部材３ｂに挿通され、ナットが当該ボルトに螺着される。また、頭付きボルトタイプの固定部材１８が冷却部材３ａ上の適宜の箇所で螺着される。このように密閉部材１７が冷却部材３ａに固定されることにより、付勢部材１６は積層部材２に対する一定の垂直応力を常時伝達した状態となる。
【００５２】
以上の半導体モジュール１によれば複数の半導体素子４を備えた場合でも半導体素子４と冷却部材３ａ，３ｂとの熱的接触性及び冷却部材３ａ，３ｂの放熱性を維持できる。
【００５３】
すなわち、半導体素子４で発生した損失を逃す主な放熱パスは積層部材２の上下面にそれぞれ配置された冷却部材３ａ，３ｂ内の冷媒に伝わるので冷媒流路３１を有する壁厚３２ａ，３２ｂにおける放熱性の低下が小さくなる。
【００５４】
また、冷却部材３ａ，３ｂにおいては、壁部３３ａ，３３ｂはその壁厚が壁部３２ａ，３２ｂよりも大きいので、付勢部材１６が密閉部材１７の押圧を受けて壁部３３ａ，３３ｂに圧接すると、付勢部材１６の圧縮応力は個々の積層部材２に対して拡散する。これにより、積層部材２の真上に１対１に対応するような態様で付勢部材１６を設置させる必要がなくなり半導体モジュール１内の付勢部材１６の数を減らすことができる。
【００５５】
一方、壁部３２ａ，３２ｂは少なくとも壁部３３ａ，３３ｂの壁厚よりも薄くなっていることにより、付勢部材１６からの圧縮応力を緩和させることができ、積層部材２内の部材間の密着性が向上する（積層部材２間の接触抵抗の低減する）。また、積層部材２毎の高さの誤差、ケース１４と積層部材２の高さの誤差、各部材の温度に違いにより発生する各部材の高さ方向の熱膨張、熱収縮による歪みを吸収できる。これにより、冷却部材３ａ，３ｂの間に積層部材２が複数並列に配置または増設された場合でも全ての積層部材２を均一な圧力で圧接できる。
【００５６】
そして、付勢部材１６は収納部３４に収納されているので半導体モジュール１の動作時での付勢部材１６本体の温度変化が小さくなり付勢部材１６の信頼性を維持させることができる。このことは冷却部材３ａ，３ｂの信頼性、しいては半導体モジュール１の信頼性の維持に繋がる。
【００５７】
さらに、冷却部材３ａ，３ｂ内においては冷媒流路３１が接触面３０ａ，３０ｂと重複しないように形成されているので、個々の半導体素子４と冷媒との間の熱抵抗のばらつきが低減し、半導体素子４毎の温度の不均一性を軽減できる。
【００５８】
また、本実施形態のように半導体素子４が同一平面上に並列配置され、半導体モジュール１が定常動作すなわちスイッチング動作時に全ての半導体素子４が同時に動作する場合でも、特定の半導体素子４への電流集中がなくなる。したがって、半導体モジュール１の信頼性が向上、維持される。
【００５９】
（実施形態２）
図３に例示された実施形態２に係る半導体モジュール２０の積層部材２は半導体素子４を複数備えていること以外は実施形態１に係る半導体モジュール１と同じ構成となっている。図示されたように単一の積層部材２は半導体素子４ａ，４ｂを介在させている。
【００６０】
半導体素子４ａ，４ｂは同一平面上に配置されている。半導体素子４ａは導体８ａ，９ａを介して図示省略されたゲート回路と電気的に接続されている。同様に半導体素子４ｂは導体８ｂ，９ｂを介して図示省略されたゲート回路と電気的に接続されている。前記ゲート回路は半導体モジュール２０の外部に具備されている。
【００６１】
半導体素子４ａ，４ｂの上下面にはそれぞれ応力緩和層５ａ，５ｂを介して配線層６ａ，６ｂを備える。配線層６ａ，６ｂと冷却部材３ａ，３ｂとの間に絶縁層７ａ，７ｂを介在させている。配線層６ａは導体１１ａを介してＡＣ端子１２に電気的に接続されている。また、一方の半導体素子４ａの下方側の配線層６ｂは導体１１１ｂを介してＰ極（陽極）側のＤＣ端子１３に電気的に接続されている。他方の半導体素子４ｂの下方側の配線層６ｂは導体１１２ｂを介して図示省略のＮ極（陰極）側のＤＣ端子に電気的に接続されている。この構成により、ＡＣ端子１２，Ｐ極側のＤＣ端子１３，Ｎ極側のＤＣ端子間の配線インダクタンスを軽減でき、半導体素子４ａ，４ｂをスイッチングする際に発生するサージ電圧を低減できる。また、実施形態１の半導体モジュール１と比べて小型化（集積化）が可能となる。
【００６２】
積層部材２は半導体素子４ａ，４ｂの電気的な短絡を防止する絶縁分離層２１を備えている。絶縁分離層２１も絶縁性の周知の樹脂から構成すればよい。例えば、絶縁分離層２１は高温対応の周知の絶縁性の樹脂から成る板状の部材から成る。絶縁分離層２１は配線層６ａと絶縁層７ｂとで狭持されている。絶縁分離層２１と配線層６ａ，絶縁層７ｂとは適宜に接着剤によって接着される。また、絶縁分離層２１は配線層６ａと応力緩和層５ａ，５ｂと半導体素子４ａ，４ｂと絶縁層７ｂの間隙２２に高温対応の周知の絶縁性の樹脂を充填させることで構成してもよい。
【００６３】
冷却部材３ａ上には密閉部材１７の押圧を受けて積層部材２に圧接する付勢部材２３が備えられている。付勢部材２３は図３に例示されたように皿バネタイプのものが採用され、接触面３０ａとは反対側の冷却部材３ａの壁部に形成された収納部３４に収納されている。付勢部材２３は図示されたように複数の積層部材２を覆うように収納される。密閉部材１７は付勢部材２３をその付勢方向に押圧するように固定部材１８によって冷却部材３ａ，３ｂに固定され、空間３５が密閉される。
【００６４】
以上のように半導体モジュール２０によれば、単一の積層部材２においてＤＣ側端子（Ｐ極側端子，Ｎ極側端子）を近接して配置させているので、上述の半導体モジュール１の作用効果に加えて、スイッチング時のサージ電圧の発生を抑制できる。また、小型化が実現する。そして、このことにより例えば３相インバータなど集積したモジュールへの拡張が容易となる。
【符号の説明】
【００６５】
１，２０…半導体モジュール
４，４ａ，４ｂ…半導体素子
２…積層部材
３ａ，３ｂ…冷却部材
３１…冷媒流路
１６，２３…付勢部材
１７…密閉部材
１５…絶縁熱分離部材
２１…絶縁分離層
３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ…壁部
３０ａ，３０ｂ…接触面
３４…収納部
３５…空間
【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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