(57)【要約】  複数の半導体モジュールの組付作業を容易に行うことができるとともに、隣接する半導体モジュール間の間隔を任意に調整することができる半導体装置を提供する。少なくとも一つ以上の半導体チップが実装された回路基板を有する半導体回路を内部に備えた半導体モジュール(２Ａ)〜(２Ｃ)と、前記半導体モジュールを複数並列させた状態で格納するモジュール格納ケース(４)とを備え、前記モジュール格納ケースは、前記半導体モジュールを位置決め案内する一対の位置決め案内部材(５４)を、前記半導体モジュールを格納するモジュール格納領域を形成する対向面に、互いに対向して内方に突出形成し、長手方向に前記複数の半導体モジュール間の間隔を選択可能に複数配置され、前記半導体モジュールは、長手方向の両端に前記一対の位置決め案内部材に係合する一対の係合凹部(３０ｄ)が形成されている。
2013145620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つ以上の半導体チップが実装された回路基板を有する半導体回路を内部に備えた半導体モジュールと、
前記半導体モジュールを複数並列させた状態で格納するモジュール格納ケースと
を備え、
前記モジュール格納ケースは、前記半導体モジュールを位置決め案内する一対の位置決め案内部材を、前記半導体モジュールを格納するモジュール格納領域を形成する対向面に、互いに対向して内方に突出形成し、長手方向に前記複数の半導体モジュール間の間隔を選択可能に複数配置され、
前記半導体モジュールは、長手方向の両端に前記一対の位置決め案内部材に係合する一対の係合凹部が形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記複数の半導体モジュールのそれぞれは、長手方向の両端側に一方の面にキャップ装着凹部が形成され、該キャップ装着凹部の底面から他方の面に貫通して固定具を挿通する取付孔が形成され、前記キャップ装着凹部に当該固定具の絶縁距離を確保する絶縁用キャップが装着され、該絶縁用キャップに前記位置決め案内部材に係合する前記係合凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁用キャップは、前記キャップ装着凹部内に装着される両端を開放した内筒部と、該内筒部の外側に連結されて当該内筒部と同軸状に形成された下端面を開放する外筒部とで構成され、前記外筒部に前記係合凹部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記モジュール格納ケースの係合突部は、前記絶縁用キャップの外筒部における開口部側に対向する位置にスナップフィット用係合凸部が形成され、前記絶縁用キャップの前記外筒部の前記係合凹部に前記スナップフィット用係合凸部に係合するスナップフィット用係合凹部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記モジュール格納ケースは、前記複数の半導体モジュールを、当該複数の半導体モジュールに形成された前記放熱部を前記開口部側として格納し、前記放熱部を冷却体に接触させた状態で、前記各取付用挿通孔を通じて当該取付用挿通孔に対向する前記半導体モジュールの取付孔に固定具を挿通して前記複数の半導体モジュールを当該冷却体に固定することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーデバイスなどを備えた複数の半導体モジュールによって構成された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換用インバータ装置は、電力変換装置のひとつとして広く用いられている。例えば、電気自動車やハイブリッド車などの駆動源には通常電動モータが用いられるが、インバータ装置はこの種のモータを制御するうえで多く利用されている。
このような電力変換装置には、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やＦＷＤ（フリーホイーリングダイオード）などのパワーデバイスをモールド樹脂材料で所定形状に封止した半導体モジュールが用いられている。
そして、複数の半導体モジュールを組み合わせて電力変換装置を構成するようにしている。【０００３】
従来、電気装置を囲繞する２つのモールドケースのようなモジュール型ブロックを並設して組み付ける際に、２つのモールドケースをヒンジ式に結合し、且つケースの一方を旋回させて他方のケースに当接させたときに、一方のケースに設けた舌状部の突出端が他方のケースの外面に係合して２つのモールドケースが相互に結合される相互結合手段を設けるようにしたモジュール型電気装置付ロックが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
また、他の組付方法として、インバータ装置の１つのアームを構成するモジュール化された主スイッチング素子を６個用意し、これらを２個ずつ３組に並べた状態で、各組の主スイッチング素子をＵ相主回路基板、Ｖ相主回路基板及びＷ相主回路基板で連結するようにしたインバータ装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。【０００５】
さらに、他の組付方法としては、ヒートシンクの上面に３つの半導体モジュールを載置し、これらの半導体モジュールの上面に各半導体モジュールを横切って配置された板状バネを介して補強梁を配置し、ねじを補強梁の上から板状バネ及び半導体モジュールを挿通してヒートシンクに螺合させることにより、ヒートシンク上に３つの半導体モジュールを固定するようにした半導体装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。【０００６】
また、半導体チップを樹脂封止した半導体装置ユニットを冷却体上に２つずつ３列に配置し、これらの行方向の両端にボルト締めユニットを配置し、各半導体装置ユニット及びボルト締めユニットの上面に配線基板を配置し、配線基板の上側からボルトをボルト締めユニットを介して冷却体に螺合させることにより、半導体装置ユニットを冷却体上に固定するようにした半導体装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−８６９００号公報
【特許文献２】特許第３４３０１９２号公報
【特許文献３】特許第４１２９０２７号公報
【特許文献４】国際公開第２０１１／０８３７３７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、電気装置を内蔵した２つのモールドケースを結合する場合に、ヒンジ部と舌状部とで構成されに相互結合手段によって結合するようにしているが、両モールドケース間に例えば冷却効率を考慮して所望の隙間を開けて接続することはできないという未解決の課題がある。【０００９】
また、特許文献２に記載された従来例にあっては、インバータ装置を構成する３つの上アーム用主素子と３つの下アーム用主素子とが個別に放熱フィンにねじ止めされ、その後に、対応する上アーム用主素子及び下アーム用主素子の上面に個別の主回路基板を載置して端子部同士をねじ止めして固定され、各主回路基板が電源基板にコネクタ接続されている。このため、特許文献２では各主回路基板の配置位置が電源基板によって決まってしまい、例えば冷却効率を考慮して主回路基板間すなわち隣接する上アーム用主素子及び下アーム用主素子間の間隔を所望間隔に設定することはできないという未解決の課題がある。【００１０】
さらに、特許文献３に記載された従来例にあっては、ヒートシンク上に３つの半導体モジュールと押え用板バネと補強梁とを配置し、補強梁、押え用板バネ及び半導体モジュールをボルトでヒートシンクに共締めするようにしている。このため、特許文献３では、例えば冷却効率を考慮して半導体モジュールの間隔を所望間隔に設定することはできないという未解決の課題がある。【００１１】
また、特許文献４に記載された従来例にあっては、６個の半導体装置用ユニットをボルト締めユニットで挟み、これら半導体装置用ユニットとボルト締めユニットとを配線基板で覆い、配線基板の４隅の上からボルト締めユニットを通じてボルトを冷却体に螺合させることにより、半導体装置用ユニットを冷却体に固定するようにしている。このため、特許文献４では、６個の半導体装置用ユニットの配置が配線基板によって決まってしまい、例えば冷却効率を考慮して各半導体装置用ユニットの間隔を所望間隔に設定することができないという未解決の課題がある。【００１２】
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、複数の半導体モジュールを、隣接するモジュール間の間隔を調整することを可能とするとともに、組付作業を容易に行うことができる半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の第１の態様は、少なくとも一つ以上の半導体チップが実装された回路基板を有する半導体回路を内部に備えた半導体モジュールと、前記半導体モジュールを複数並列させた状態で格納するモジュール格納ケースとを備えている。そして、前記モジュール格納ケースは、前記半導体モジュールを位置決め案内する一対の位置決め案内部材を、前記半導体モジュールを格納するモジュール格納領域を形成する対向面に、互いに対向して内方に突出形成し、長手方向に前記複数の半導体モジュール間の間隔を選択可能に複数配置されている。また、前記半導体モジュールは、長手方向の両端に前記一対の位置決め案内部材に係合する一対の係合凹部が形成されている。【００１４】
また、本発明に係る半導体装置の第２の態様は、前記複数の半導体モジュールのそれぞれが、長手方向の両端側に一方の面にキャップ装着凹部を形成し、該キャップ装着凹部の底面から他方の面に貫通して固定具を挿通する取付孔を形成し、前記キャップ装着凹部に当該固定具の絶縁距離を確保する絶縁用キャップを装着し、該絶縁用キャップに前記位置決め案内部材に係合する前記係合凹部が形成されている。【００１５】
また、本発明に係る半導体装置の第３の態様は、前記絶縁用キャップが、前記キャップ装着凹部内に装着される両端を開放した内筒部と、該内筒部の外側に連結されて当該内筒部と同軸状に形成された下端面を開放する外筒部とで構成され、前記外筒部に前記係合凹部が形成されている。【００１６】
また、本発明に係る半導体装置の第４の態様は、前記モジュール格納ケースの係合突部が、前記絶縁用キャップの外筒部における開口部側に対向する位置にスナップフィット用係合凸部を形成し、前記絶縁用キャップの前記外筒部の前記係合凹部に前記スナップフィット用係合凸部に係合するスナップフィット用係合凹部を形成している。【００１７】
また、本発明に係る半導体装置の第５の態様は、前記モジュール格納ケースが、前記複数の半導体モジュールを、当該複数の半導体モジュールに形成された前記放熱部を前記開口部側として格納し、前記放熱部を冷却体に接触させた状態で、前記各取付用挿通孔を通じて当該取付用挿通孔に対向する前記半導体モジュールの取付孔に固定具を挿通して前記複数の半導体モジュールを当該冷却体に固定している。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、半導体チップを内蔵する複数の半導体モジュールを、隣接するモジュール間の間隔を所望間隔に設定してモジュール格納ケースに容易に格納することができ、交換も容易に行うことができる。このため、冷却効率等を考慮した半導体モジュールのレイアウトの自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の平面側を示す斜視図である。
【図２】図１の半導体装置の底面図である。
【図３】半導体装置の分解斜視図である。
【図４】半導体装置の平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線上の断面図である。
【図６】パワー半導体モジュールの平面側を示す斜視図である。
【図７】パワー半導体モジュールの底面側を示す斜視図である。
【図８】パワー半導体モジュールの平面図である。
【図９】絶縁用キャップを示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は正面図である。
【図１０】パワー半導体モジュールの内部構成を示す断面図である。
【図１１】パワー半導体モジュールの等価回路を示す回路図である。
【図１２】パワー半導体モジュールを主端子板で結合したモジュール集合体とモジュール格納ケースとを示す斜視図である。
【図１３】半導体装置の等価回路を示す回路図である。
【図１４】半導体装置を冷却体に連結した状態を示す斜視図である。
【図１５】半導体装置を冷却体に連結した状態を示す断面図である。
【図１６】パワー半導体モジュール間隔とチップ温度、モジュール格納ケース温度及びフィン温度との関係を示す特性線図である。
【図１７】１チップ当たりの組立て不良率とモジュール組立て良品率との関係を示す特性線図である。
【図１８】本発明の他の実施形態を示す半導体装置の分解斜視図である。
【図１９】図１８の等価回路を示す回路図である。
【図２０】パワー半導体モジュールの変形例を示す斜視図である。
【図２１】図２０の複数のパワー半導体モジュールに主端子板を接続した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２は、本発明の一実施形態を示す半導体装置の平面側斜視図及び底面図である。図３は半導体装置の分解斜視図、図４は半導体装置の平面図、図５は図４のＡ−Ａ線上の断面図である。
半導体装置１は、図３に示すように、複数個、例えば３個のパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃと、これらパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの接続端子間を個別に接続する３枚の主端子板３Ａ〜３Ｃと、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃと主端子板３Ａ〜３Ｃとを格納するモジュール格納ケース４とを備えている。
【００２１】
パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのそれぞれの一例は、図１０で特に明らかなように、絶縁基板１１Ａ，１１Ｂ上にそれぞれ半導体チップ１２Ａ、１２Ｂを実装して構成される２組の半導体回路１３Ａ、１３Ｂと、これら半導体回路１３Ａ、１３Ｂの上方で共通の配線回路を構成する配線基板１４とを備えている。
これらの半導体回路１３Ａ、１３Ｂは、それぞれ半導体チップ１２Ａ、１２Ｂが絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor，ＩＧＢＴ）またはパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やフリー・ホイーリング・ダイオード（Free Wheeling Diode，ＦＷＤ）など のパワーデバイスにより構成されている。
【００２２】
なお、図示をわかりやすくするために、図１０においては、一つの絶縁基板１１Ａ、１１Ｂ上に一つの半導体チップ１２Ａ、１２Ｂのみを表示している。実際は、一つの絶縁基板１１Ａ、１１Ｂのおもて面側の導体層上に、ＩＧＢＴなどのスイッチングデバイスとＦＷＤを配置して、図１１の等価回路に示すように接続している。
また、これらの半導体チップ１２Ａ，１２Ｂは、上記のような各種パワーデバイスであるが、シリコン基板上に形成したものでもよいし、ＳｉＣ基板上に形成したものでもよい。
【００２３】
絶縁基板１１Ａ、１１Ｂは、伝熱性の良いアルミナ等のセラミックスで構成され、その表裏面には導体層を構成する銅箔１５ａ、１５ｂが貼り付けられている。絶縁基板１１Ａのおもて面側の導体層（銅箔１５ａ）には、導体層上に配置された複数のパワーデバイスの間を接続するための所定の回路パターンが形成されている。そして、絶縁基板１１Ａのおもて面側の銅箔１５ａには、銅ブロック１６Ａを介して半導体チップ１２Ａが配置されている。同様に、絶縁基板１１Ｂのおもて面側の銅箔１５ａにも、導体層上に配置された複数のパワーデバイスの間を接続するための所定の回路パターンが形成されている。そして、絶縁基板１１Ｂの表面側の銅箔１５ａには、銅ブロック１６Ｂを介して半導体チップ１２Ｂが配置されている。
【００２４】
図１１に示す等価回路図から分かるように、絶縁基板１１Ａ、１１Ｂの銅箔１５ａ、１５ｂには、スイッチングデバイス（以下、単にトランジスタという）Ｑ１とＦＷＤ（以下、ダイオードという）Ｄ１の逆並列接続回路と、トランジスタＱ２とダイオードＤ２との逆並列回路とが、直列に接続されている。
ここで、一つの絶縁基板１１Ａ、１１Ｂ上に配置される半導体チップ（パワーデバイス）は、図１１に示すトランジスタとダイオードの逆並列回路を等価的に構成すればよいので、トランジスタとダイオードは、どちらかあるいは双方が同定格の複数個の半導体チップを搭載するようにしてもよい。
【００２５】
図１０では、絶縁基板１１Ａの銅箔１５ａ上で、トランジスタＱ１を構成する半導体チップ１２Ａと、その背後にダイオードＤ１を構成する半導体チップ（図示せず）とが前後方向に配置された状態を示している。同様に、絶縁基板１１Ｂの銅箔１５ａ上では、トランジスタＱ２を構成する半導体チップ１２Ｂと、その背後にダイオードＤ２を構成する半導体チップ（図示せず）とが、前後方向に配置されている。すなわち、トランジスタＱ１とダイオードＤ１、トランジスタＱ２とダイオードＤ２は、絶縁基板１１Ａ、１１Ｂ上の銅箔１５ａ，１５ａと配線基板１４とによって、それぞれ逆並列に接続されている。そして、一対のトランジスタＱ１、Ｑ２とダイオードＤ１、Ｄ２とからなる２組の逆並列回路は、さらに上面に配置された配線基板１４とポスト状の電極用部材１７Ａ、１７Ｂを介して直列に接続される。
【００２６】
なお、図１０のように２つの半導体チップ１２Ａを絶縁基板１１Ａの銅箔１５ａ上で前後方向に配置せずに、左右方向に並べて配置することもできる。また、半導体チップ１２Ｂについても、同様に左右方向に並べて配置することもできる。
【００２７】
ここでは、一方の半導体チップ１２Ａの下面にはトランジスタＱ１のコレクタ電極が形成され、銅ブロック１６Ａを介してピン状導電体（ピン端子）１８に接続されている。ピン状導電体１８は、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの主用端子（コレクタ端子Ｃ１）である。他方の半導体チップ１２Ｂの裏面に形成されたトランジスタＱ２のコレクタ電極も、銅ブロック１６Ｂを介してピン状導電体（ピン端子）１９に接続されている。ピン状導電体１９は、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの主端子（コレクタ兼エミッタ端子Ｃ２／Ｅ１）である。また、半導体チップ１２Ａ、１２Ｂのおもて面には、トランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ電極及びゲート電極が形成され、それぞれ電極用部材１７Ａ、１７Ｂを介して配線基板１４に接続される。このうちトランジスタＱ１のエミッタ電極は、配線基板１４を介してピン状導電体（ピン端子）１９と接続され、トランジスタＱ２のエミッタ電極は配線基板１４を介してピン状導電体（ピン端子）２０に接続されている。ピン状導電体２０は、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｄの主端子（エミッタ端子Ｅ２）である。ピン状導電体１８，１９，２０はいずれも後述する帯状の端子板本体に接続するための接続端子である。
【００２８】
これらのピン状導電体１８〜２０は、図６に示すようにパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの幅方向の中心線に対して対称の位置に２本ずつ形成されている。また、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃはピン状導電体１９の長手方向外側に片側２本ずつ計４本のピン状導電体（ピン端子）２１ａ，２１ｂ及び２２ａ，２２ｂをさらに有している。これらのピン状導電体２１ａ，２１ｂは配線基板１４に接続されて、ハーフブリッジ回路のトランジスタＱ１、Ｑ２のゲート電極にゲート制御信号を供給するゲート端子Ｇ１、Ｇ２を構成している。また、残りの２本のピン状導電体２２ａ，２２ｂは制御（補助）端子であって、トランジスタＱ１、Ｑ２のコレクタ―エミッタ間に流れる電流をセンシングするトランジスタＱ１のコレクタ及びトランジスタＱ２のエミッタに接続されてセンス信号を出力するセンスコレクタ端子ＳＣ１及びセンスエミッタ端子ＳＥ２を構成している。
【００２９】
主端子用のピン状導電体１８〜２０及び補助端子用のピン状導電体２１ａ，２１ｂ及び２２ａ，２２ｂのそれぞれは、図７に示すように、平坦な上面を有する円錐台形状の絶縁台座２４ｂから上方に突出されている。この絶縁台さ２４ｂの上面に後述する主端子板３Ａ〜３Ｃの接続端子保持部３３の底面が当接する。
また、絶縁基板１１Ａ、１１Ｂの裏面側の銅箔１５ｂには、図７及び図１０に示すように、放熱部材となる方形板状の銅ブロック２３Ａ、２３Ｂが連結され、これら銅ブロック２３Ａ、２３Ｂの下面がパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの底面と面一か底面より僅かに突出している。
【００３０】
パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの各構成要素は、例えば熱硬化性樹脂のエポキシ樹脂材料によってモールド成型され、内部に備えたスイッチングデバイスやＦＷＤなどの要素が保護される。その結果、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの外形は、全体として図６〜図８に示すように平面視で矩形形状をなす直方体状のモールド成型体２４として形成されている。
【００３１】
そして、モールド成型体２４には、その長手方向の両端部側に、図６及び図７に示すように、絶縁用壁部２５Ａ、２５Ｂが形成されている。これら絶縁用壁部２５Ａ、２５Ｂは、モールド成型体２４の長手方向端面より内方側に形成されて表面から突出する比較的大径の半円筒よりは角度の大きいＣ字状突出部２６ａと、このＣ字状突出部２６ａの内周面に連接してモールド成型体２４の約半分の厚みまで掘り込まれて端面側を開放した開円筒状内面を有するキャップ装着凹部２６ｂとで形成されている。
【００３２】
これら絶縁用壁部２５Ａ、２５Ｂを構成するキャップ装着凹部２６ｂの底部に、例えばＣ字状突出部２６ａの中心軸を中心とする取付孔２７がモールド成型体２４の底面に貫通して形成されている。ここで、絶縁用壁部２５Ａ、２５ＢのＣ字状突出部２６ａの内径は、取付孔２７に挿通される取付ボルト、取付ねじ等の固定具の頭部より大きな径に設定され、且つ隣接するピン状導電体１８、１９，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂと固定具の頭部との間に必要とする沿面距離を十分確保可能な壁面高さに設定されている。
【００３３】
また、絶縁用壁部２５Ａ及び２５Ｂには、絶縁用キャップ３０が嵌合される。この絶縁用キャップ３０は、図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、絶縁用壁部２５Ａ及び２５Ｂのキャップ装着凹部２６ｂに装着される軸方向の両端を開放した円筒状の内筒部３０ａを有する。また、絶縁用キャップ３０は、内筒部３０ａの上端に連結部３０ｂを介して連結された下端を開放した円筒状の外筒部３０ｃとで構成されている。
【００３４】
そして、絶縁用キャップ３０が、図５に示すように、内筒部３０ａの外周面を絶縁用壁部２５Ａ及び２５Ｂのキャップ装着凹部２６ｂの内面に嵌合させ、内筒部３０ａ及び外筒部３０ｃ間でＣ字状突出部２６ａを挟持するように装着されている。
この絶縁用キャップ３０には、図２に示すように、外筒部３０ｃの外周面に、軸方向に延長して後述するモジュール格納ケース４の幅方向の内面に長手方向に所定間隔で形成された一対の位置決め案内部材５４に係合する係合凹部３０ｄが形成されている。この係合凹部３０ｄには、図５で拡大図示するように、その下端部近傍にスナップフィット用係合凹部３０ｅが形成されている。
【００３５】
また、絶縁用キャップ３０には、図９で点線図示のように、係合凹部３０ｄと中心軸を挟んで反対側の外筒部３０ｃの内面に軸方向に延長する係合凸部３０ｆが形成されている。この係合凸部３０ｆは、パワー半導体モジュール２Ａ〜２ＣのＣ字状突出部２６ａに形成された係合凹部３０ｇに係合して絶縁用キャップ３０の回り止めが行われる。
【００３６】
主端子板３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは、例えば３つのパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを、図３に示すように所定間隔を開けて並列配置する場合には、ピン状導電体１８〜２２ｂを上方に向けた状態で、ピン状導電体１９、２０及び１８を個別に接続するように構成されている。すなわち、主端子板３Ａ〜３Ｃのそれぞれは、帯状の端子板本体３１と、折曲用板部３２Ａ〜３２Ｃと接続端子保持部３３とで構成されている。
【００３７】
端子板本体３１は、並列配置したパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを横切る方向に延長し、板面がパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの取付孔２７の中心軸、ピン状導電体１８〜２０、２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂの延長方向と平行となる帯状板に形成されている。
折曲用板部３２Ａ〜３２Ｃは、端子板本体３１の上面側から上方に突出し、後述するモジュール格納ケース４から突出する部分を折り曲げたときに主端子セグメントとなる。これら折曲用板部３２Ａ〜３２Ｃには、ボルト挿通孔３２ａが形成されている。
【００３８】
接続端子保持部３３は、端子板本体３１の下面から左右方向の一方に突出して各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体１９、２０及び１８を挿通保持する挿通孔３４が多数形成されている。ここで、主端子板３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの挿通孔３４は、パワー半導体モジュール２Ａ、２Ｂ及び２Ｃを後述するモジュール格納ケース４の一対の位置決め案内部材５４のそれぞれに位置決め案内させたときのピン状導電体１９、２０及び１８を挿通するように形成されている。
【００３９】
そして、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを、図１２に示すように、冷却効率を考慮して隣接するパワー半導体モジュール間の間隔を所望距離隔て、且つ絶縁用キャップ３０の係合凹部３０ｄが後述するモジュール格納ケース４の一対の位置決め用案内部材５４に係合するように並列配置する。この状態で、主端子板３Ａの接続端子保持部３３に形成された挿通孔３４内にピン状導電体１９を挿通させる。同様に、主端子板３Ｂの接続端子保持部３３に形成された挿通孔３４内にピン状導電体２０を挿通させる。さらに、主端子板３Ｃの接続端子保持部３３に形成された挿通孔３４内にピン状導電体１８を挿通させる。そして、主端子板３Ａ〜３Ｃの接続端子保持部３３の底面を絶縁台座２４ｂの平坦な上面に当接させることにより、主端子板３Ａ〜３Ｃとパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃとの位置決めが行われる。この状態で、主端子板３Ａ〜３Ｃの接続端子保持部３３とピン状導電体１９、２０及び１８とを電気的に連結する。これによって、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃが主端子板３Ａ〜３Ｃを介して連結されモジュール集合体４０を形成する。
【００４０】
これら主端子板３Ａ、３Ｂ及び３Ｃと各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体１８、２０及び１９との接合に際しては、例えば錫（Ｓｎ）を含む鉛（Ｐｂ）フリーはんだを用いる場合、図１２に示す形状に組み立てた後、ピン状導電体１８、２０及び１９にペーストはんだを塗布し、加熱して接合することができる。このような接合では、通常のフローはんだを用いて行ってもよいが、以下の方法によれば強固に接着することができる。
【００４１】
すなわち、ピン状導電体１８、２０及び１９の材質は、導電性に優れた銅（Ｃｕ）、あるいはアルミニウム（Ａｌ）系のものであることが望ましい。しかし、はんだ接合の容易さを考慮するとき、ピン状導電体１８、２０及び１９にはニッケル（Ｎｉ）あるいは錫系の表面処理を施して、はんだ接合の濡れ性を改善することによって、実装効率を高めることが可能である。
【００４２】
また、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの個別のピン状導電体１８、２０及び１９に励起されたレーザ光をスポット投射して局部加熱を行うことで、主端子板３Ａ〜３Ｃを接合してもよい。この場合は、導電性に優れた銅、あるいはアルミニウム系の母材構成に加えて、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）系の合金材料等を用いることができる。銅、アルミニウム、銀を用いた場合は、局部的な同種拡散接合の形態となるが、短時間での受熱安定性を考慮すると、伝導性に優れた銀が最適である。さらに、金を用いる場合はピン端子の表面に錫系の被膜構成を施すことで、錫−金系の接合が低融点の構成となって、銅、アルミニウム、銀の構成と比較して接合パワーが少なくて済むメリットが生じる。しかも、凝固後には錫−金の共晶成分が接合部を形成するために、一般的なはんだ接合より高耐熱性が期待できる。
【００４３】
また、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体１８、２０及び１９と主端子板３Ａ〜３Ｃとを連結する際に、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体２１ａ及び２１ｂを図３及び図１２に示すプリント基板４１に形成したスルーホール４２内に挿通する。そして、スルーホール４２とピン状導電体２１ａ及び２１ｂ２とを例えば半田付けによって電気的に接続する。また、プリント基板４１に形成したパッド４３とピン状導電体２２ａ及び２２ｂとを図１２に示すように導電性ワイヤ４４をワイヤボンディングによって電気的に接続する。
【００４４】
このプリント基板４１には、図示しないが、半導体チップ１２Ａ及び１２Ｂに形成されたＩＧＢＴのゲートにゲート信号を供給する導電パターンが形成されているとともに、センス電流を外部に出力する導電パターンが形成されている。
そして、プリント基板４１には、表面側にピン状の外部接続端子４５ａ，４５ｂ及び４６ａ，４６ｂが突出形成されている。これら外部接続端子４５ａ，４５ｂ及び４６ａ，４６ｂはプリント基板４１に形成された導電パターンに接続されて、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体２１ａ，２１ｂ及び２２ａ，２２ｂに電気的に接続されている。
【００４５】
また、複数３個のパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃが主端子板３Ａ〜３Ｃによって一体化されたモジュール集合体４０がモジュール格納ケース４内に格納される。このモジュール格納ケース４は、図２〜図５及び図１２に示すように、熱可塑性樹脂を射出成形して比較的薄肉で可撓性を有する側面からみて凸形状を有し、下端面を開口部５１とした箱型に形成されている。
このモジュール格納ケース４は、内面側にパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを開口部５１から挿入して保持する直方体状のモジュール格納領域５２と、このモジュール格納領域５２の前後方向中央部から上方に突出して主端子板３Ａ〜３Ｃを格納する主端子板格納領域５３とを備えている。
【００４６】
モジュール格納領域５２には、図２に示すように、前後側面板５２ａ及び５２ｂの内面に、前後一対の位置決め案内部材５４が上下方向に延長して多数例えば９組形成されている。これら一対の位置決め案内部材５４は、互いに対向しパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを所望の間隔を保って個別に格納可能に配置されている。
これら一対の位置決め案内部材５４は、前述したパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃに装着する絶縁用キャップ３０に形成した係合凹部３０ｄが係合可能な上面視で略三角形断面を有する突条とされている。
【００４７】
また、一対の位置決め案内部材５４の配列ピッチＬｇは、図８に示すパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体１８〜２０同士の中心間距離Ｌｃと等しく設定することが好ましい。このように位置決め案内部材５４の配列ピッチを設定することにより、パワー半導体モジュール２ｉ（ｉ＝Ａ〜Ｃ）を一対の位置決め案内部材５４に装着した状態と、隣接する位置決め案内部材５４にパワー半導体モジュール２ｉを装着した状態とで、両パワー半導体モジュール２ｉのピン状導電体１８〜２０の位置が重なることになる。このため、上述した主端子板３Ａ〜３Ｃの接続端子保持部３３に形成された挿通孔３４の数を位置決め案内部材５４の数に“１”を加えた数とすることができ、挿通孔数を減少させることができる。同様に、プリント基板４１に形成するピン状導電体２１ａ，２１ｂ及び２２ａ，２２ｂを挿通するスルーホール数及びバッド数も減少させることができる。
【００４８】
しかしながら、一対の位置決め案内部材５４の配列ピッチＬｇをパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体１８〜２０同士の中心間距離Ｌｃと等しく設定すると、２つのパワー半導体モジュールを隣接して装着する場合の両者間の最小距離がピン状導電体１８〜２０同士の中心間距離Ｌｃよりは狭くなるが、比較的広い距離となってしまう。
【００４９】
このため、隣接するパワー半導体モジュール間の距離を最小とするには、一対の位置決め案内部材５４の配列ピッチＬｇをパワー半導体モジュールの幅の１／２又はこれに余裕分を加えた値に設定することが好ましい。
そして、各位置決め案内部材５４の上下方向の中間部には、絶縁用キャップ３０に形成したスナップフィット用係合凹部３０ｅに係合するスナップフィット用係合凸部５５が形成されている。
【００５０】
さらにまた、モジュール格納領域５２には、上面板５１ａの前後方向両端部側に、一対の位置決め案内部材５４に案内されてパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを格納した状態で絶縁用キャップ３０の内筒部３０ａに対向する位置に左右方向に延長する長孔５６が形成されている。また、モジュール格納領域５２の上面板５２ｃに、モジュール集合体４０のプリント基板４１に形成された外部接続端子４５ａ，４５ｂ及び４６ａ，４６ｂに対向して、これらを外部に突出させるピン挿通孔６０が形成されている。
【００５１】
さらに、主端子板格納領域５３には、図５に示すように、上面板６１ａから下方に突出し、主端子板３Ｂ及び３Ｃ間に挿入される絶縁隔壁６２が形成されている。また、主端子板格納領域５３には、前側面板６１ｂから下方に突出し、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体１９とピン状導電体２１ａ，２１ｂとの間にソ挿入される絶縁隔壁６３が形成されている。
【００５２】
さらに、主端子板格納領域５３には、上面板６１ａにおける前後方向の略中央位置における主端子板３Ａ〜３Ｃの折曲用板部３２Ａ〜３２Ｃと対応する位置に形成されたナット６５を収納するナット収納凹部６６が形成されている。また、主端子板格納領域５３には、ナット収納凹部６６の底面に連接してボルト先端を挿通するボルト挿通凹部６７が形成されている。さらに主端子板格納領域５３には、上面板６１ａから下方に突出し、ナット収納凹部６６及びボルト挿通凹部６７の外周面に沿って下方に延長してピン状導電体１８及び２０間を絶縁する絶縁隔壁６８が形成されている。
また、主端子板格納領域５３には、その上面板５１ａに各主端子板３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの折曲用板部３２を外部に突出させる挿通孔６９ａ、６９ｂ及び６９ｃが形成されている。
【００５３】
そして、上記構成を有するモジュール格納ケース４に、図１２に示すモジュール集合体４０を開口部５１側から挿入して保持する。すなわち、図１２に示すように、モジュール集合体４０を載置台（図示せず）の平坦面に載置した状態で、モジュール格納ケース４を上方から下降させる。これにより、主端子板３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの折曲用板部３２Ａ、３２Ｂ及び３２Ｃをモジュール格納ケース４の主端子板格納領域５３における挿通孔６９ａ、６９ｂ及び６９ｃに挿通させる。これと同時に、プリント基板４１の外部接続端子４５ａ，４５ｂ及び４６ａ，４６ｂをモジュール格納ケースのモジュール格納領域５２における挿通孔６０に挿通する。さらに、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃに装着した前後の絶縁用キャップ３０の係合凹部３０ｄ内に一対の位置決め用案内部材５４を係合させる。
【００５４】
その後、モジュール格納ケース４の一対の位置決め案内部材５４の上下方向の中間部に形成されたスナップフィット用係合凸部５５が各絶縁用キャップ３０に形成された係合凹部３０ｄに接触する状態となる。
この状態からモジュール格納ケース４をさらに下降させると、前後側面板５２ａ及び５２ｂを外側に撓ませながら下降することになる。そして、開口部５１がパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの下端に到達すると、スナップフィット用係合凸部５５が絶縁用キャップ３０に形成されたスナップフィット用係合凹部３０ｅに対向することになる。このため、スナップフィット用係合凸部５５が前後側面板５２ａ及び５２ｂの弾性によって絶縁用キャップ３０のスナップフィット用係合凹部３０ｅに係合する。
【００５５】
したがって、モジュール格納ケース４のモジュール格納領域５２内にパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃが、図２に示すように、隣接するパワー半導体モジュール間に所望の間隔を開けた状態で格納保持される。この状態で、モジュール格納ケース４を載置台から持ち上げたときに各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃがモジュール格納ケース４から脱落することなく保持される。
【００５６】
その後、モジュール格納ケース４のナット収納凹部６６内にナット６５を収納してからモジュール格納ケース４の上面板６１ａから突出している主端子板３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの折曲用板部３２Ａ，３２Ｂ及び３２Ｃを、図１、図４及び図５に示すように折り曲げる。これにより、折曲用板部３２Ａ、３２Ｂ及び３２Ｃの先端がナット収納凹部６６を覆うことになり、ナット６５の抜け出しを防止することができる。
【００５７】
このとき、主端子板３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体１９、２０及び１８と半田付け等によって固定されているので、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのモジュール格納ケース４からの抜け出しも防止することができる。
また、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃ間の間隔を調整するには、モジュール集合体４０を構成する際に、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの配置位置をモジュール格納ケース４の一対の位置決め案内部材５４の間隔に合わせて調整すればよい。
【００５８】
また、モジュール格納ケース４に装着するパワー半導体モジュールの数も任意に設定することができる。上記実施形態の場合、一対の位置決め案内部材５４が９組形成されているので、一対の位置決め案内部材５４の配列ピッチをパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの幅の１／２又はこれより僅かに大きく設定することにより、隣接するパワー半導体モジュール間に僅かな間隙を開けた状態で、最大５個のパワー半導体モジュールをモジュール格納ケース４に装着することが可能となる。
【００５９】
なお、主端子板３Ａ〜３Ｃの折曲用板部３２Ａ〜３２Ｃは、モジュール格納ケース４の挿通孔６９ａ〜６９ｃから突出させた状態で突出部を折り曲げる際に、図５及び図６に示すように、モジュール格納ケース４の主端子板格納領域５３の上面板６１ａに対して例えば０．５ｍｍ以上でナット６５の抜け出しを防止可能な所定の隙間を形成することが好ましい。このように、折曲用板部３２Ａ〜３２Ｃとモジュール格納ケース４の主端子板格納領域５３の上面板６１ａとの間に隙間を設けることにより、この分モジュール集合体４０の上下方向の移動が可能となり、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの上下方向の自由度を確保することができる。
【００６０】
このモジュール集合体４０へのモジュール格納ケース４の装着状態では、図４に示すように、平面視で、モジュール格納ケース４の長孔５６とパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの取付孔２７とが連通する状態となっている。
このようにして、モジュール格納ケース４内にモジュール集合体４０が格納保持されて半導体装置１が構成される。
この半導体装置１は図１０の等価回路構成を有する３つのパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃが主端子板３Ａ〜３Ｃで接続されているので、全体の等価回路は、図１３で表されるように、図１０に示す等価回路を３組並列に接続された構成となる。
【００６１】
すなわち、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのコレクタ端子Ｃ１となるピン状導電体１８が主端子板３Ａで電気的に接続して直流電源の正極端子Ｐに接続され、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのエミッタ端子Ｅ２となるピン状導電体２０を主端子板３Ｂで電気的に接続して直流電源の負極端子Ｎに接続され、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの相出力端子Ｕ（Ｃ２／Ｅ１）となるピン状導電体１９が主端子板３Ｃで電気的に接続して外部出力端子Ｕ（Ｃ２／Ｅ１）に接続されている。
【００６２】
また、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２ＣのＩＧＢＴＱ１及びＱ２のゲート端子となるピン状導電体２１ａ，２１ｂがプリント基板４１の導電パターンで互いに接続されて外部接続端子４５ａ，４５ｂからゲート接続端子Ｇ１，Ｇ２に接続されている。さらに、ＩＧＢＴＱ１及びＱ２のセンス端子となるピン状導電体２２ａ及び２２ｂがプリント基板４１の導電パターンで互いに接続されて外部接続端子４６ａ，４６ｂからセンスコレクタ端子ＳＣ１及びセンスエミッタ端子ＳＥ２に接続されている。
【００６３】
したがって、半導体装置１で例えば電力変換装置としてのインバータ装置の１相分を構成することができる。ここで、モジュール格納ケース４内に格納するパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの数は構成するインバータ装置で扱う電流量に応じて設定することができる。すなわち、フル装備の５つのパワー半導体モジュールを使用したフル装備の電流量に比較して４／５の電流量である場合には、上述した実施形態の４つのパワー半導体モジュール２Ａ，２Ｂを主端子板３Ａ〜３Ｃで接続してモジュール集合体４０としてモジュール格納ケース４に装着保持させればよい。同様に、フル装備の電流量の３／５であるときには上述した実施形態のように３つのパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃに主端子板３Ａ〜３Ｃを接続してモジュール格納ケース４に格納保持すればよい。さらに、フル装備の２／５の電流量でよい場合には、２つのパワー半導体モジュール２Ａ，２Ｂに主端子板３Ａ〜３Ｃを接続してモジュール格納ケース４に格納保持すればよい。さらに、フル装備の電流量の１／５の電流量でよい場合には、１つのパワー半導体モジュール２Ａに主端子板３Ａ〜３Ｃを接続してモジュール格納ケース４に格納保持すればよい。
【００６４】
このような半導体装置１では、主端子板３Ａ〜３Ｃに高電圧が印加されるとともに、高電流が流れることになる。このため、主端子板３Ａ〜３Ｃの絶縁が問題となるが、本実施形態では、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃに固定具となる取付ねじ７５とこれに近接するピン状導電体１８との沿面距離等の絶縁距離を絶縁用キャップ３０で確保することができる。
【００６５】
また、主端子板格納領域５３には、図５に示すように、絶縁隔壁６８及び６２が形成されて、これら絶縁隔壁６８及び６２によって、主端子板３Ａ、３Ｂ及び３Ｃ間の絶縁距離を確保している。このとき、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体１８〜２０がパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのモールド成型体２４の上面から突出された絶縁台座２４ｂ上から突出されている。このため、主端子板３Ａ〜３Ｃ及びピン状導電体１８〜２０間の絶縁を確実に行うことができる。
【００６６】
上記構成を有する半導体装置１は、複数のパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃをモジュール格納ケース４内に格納しているので、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを構成するＩＧＢＴやＦＷＤを含む半導体チップ１２Ａ及び１２Ｂで発熱する。この発熱を放熱するために、熱伝導率の高い銅ブロック１６Ａ，１６Ｂ及び２４Ａ，２４Ｂが設けられている。半導体チップ１２Ａ及び１２Ｂの発熱は銅ブロック１６Ａ，１６Ｂ及び２４Ａ．２４Ｂを通じてパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの下面に伝達される。
【００６７】
ここで、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの下面に配置された銅ブロック２３Ａ及び２３Ｂは、図２に示すように、モジュール格納ケース４の開口部５１から露出している。このため、図１４及び図１５に示すようにパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの下面から露出する銅ブロック２３Ａ及び２３Ｂをヒートシンク等の冷却体７０にサーマルコンパウンド７１を介して接触させることにより、発熱する半導体チップ１２Ａ及び１２Ｂを効率良く冷却することができる。
【００６８】
この冷却体７０は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅等の熱伝導率の高い金属材料で直方体のブロック上に形成されている。この冷却体７０は、図１４に示すように、上面に半導体装置１を装着する装着面７２が形成され、この装着面に半導体装置１の各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの取付孔２７に対向する位置に雌ねじ部７３が形成されている。また、冷却体７０の下面側には所定間隔で下方に延長する冷却フィン７４が形成されている。
【００６９】
そして、図１５に示すように、冷却体７０の装着面７２に半導体装置１を装着して固定する。この半導体装置１の固定は、モジュール格納ケース４の長孔５６を通じ、さらにパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの取付孔２７を通じて固定具としての取付ねじ７５を挿通し、その雄ねじ部を冷却体７０の装着面７２に形成された雌ねじ部７３に螺合させて締め付けることにより行う。
【００７０】
このとき、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃは、モジュール格納ケース４のモジュール格納領域５２に対して上下方向に位置調整可能な取付自由度を持って格納されているとともに、サーマルコンパウンド７１を介した状態で、取付ねじ７５で冷却体７０の装着面７２に固定される。したがって、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのモジュール格納ケース４の開口部５１から露出されている銅ブロック２３Ａ及び２３Ｂは冷却体７０のサーマルコンパウンド７１を介して装着面７２に確実に高熱伝導率を持って固定される。
【００７１】
このため、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの発熱体となる半導体チップ１２Ａ及び１２Ｂの発熱を銅ブロック１６Ａ及び１６Ｂ、絶縁基板１１Ａ及び１１Ｂの導体パターン及び銅ブロック２３Ａ及び２３Ｂを通じ、さらにサーマルコンパウンド７１を介して冷却体７０に確実に放熱することができ、半導体チップ１２Ａ及び１２Ｂの過熱を防止することができる。
【００７２】
ここで、モジュール格納ケース４に格納するパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのモジュール間間隔を調整することにより、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃで発生する熱が隣接するパワー半導体モジュールに干渉する熱干渉の影響を抑制することができる。
パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃに内蔵されるチップ温度Ｔｃｈ、モジュール格納ケース４のケース温度Ｔｃａ、冷却体７０の冷却フィン７４の下端面のフィン温度Ｔｆとモジュール間隔との関係を測定したところ、図１６に示すように、チップ温度Ｔｃｈ、ケース温度Ｔｃａ及びフィン温度Ｔｆは、ともにモジュール間隔が“０”から広くなるにつれて温度が低下することが確認された。
【００７３】
このため、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを装着する位置決め案内部材５４の位置を選択することにより、モジュール間隔を調整することにより、チップ温度やフィン温度を自由に設計することが可能となる。この温度調整の自由度を確保するためには、モジュール格納ケース４に形成した位置決め案内部材５４のピッチＬｇをできる限り狭くして、モジュール間隔の選択幅を広げることが好ましい。
【００７４】
なお、上記実施形態では、モジュール格納ケース４自体は冷却体７０に直接固定されていないが、冷却体７０に間接的に固定されており、冷却体７０からモジュール格納ケース４が離脱することはない。すなわち、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃがモジュール格納ケース４にスナップフィットされているので、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを冷却体７０に固定することにより、モジュール格納ケース４も固定されることになる。しかも、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体１８、２０及び１９に例えば半田付けされた主端子板３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの折曲用板部３２Ａ、３２Ｂ及び３２Ｃが挿通孔６９ａ、６９ｂ及び６９ｃを通じてモジュール格納ケース４の上方に突出されて折曲られて主端子セグメントとされている。この点でもモジュール格納ケース４の離脱防止が行われる。
【００７５】
また、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを冷却体７０に固定する際に、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの長手方向の両端部の取付孔２７に取付ねじ７５を挿通して固定する。このとき、取付孔２７はＣ字状突出部２６ａ及びキャップ装着凹部２６ｂで構成される絶縁用壁部２５Ａ，２５Ｂで囲まれているとともに、これら絶縁用壁部２５Ａ，２５Ｂに絶縁用キャップ３０が嵌合されている。このため、取付ねじ７５とピン状導電体１８，１９及び主端子板３Ａ，３Ｃとの絶縁を確実に行うことができる。
【００７６】
以上説明したように、上記実施形態によると、複数のパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃをモジュール集合体４０として一体化できる。これによって、１つの基本容量のパワー半導体モジュールを作っておけば、それを組み合わせて様々な容量のモジュールに展開可能であるため、従来のように容量ごとに個別モジュールを１からつくる必要がなく、生産を効率化できる。
【００７７】
しかも、複数のパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃをモジュール格納ケース４に格納保持する際に、モジュールを装着する一対の位置決め案内部材５４を選択することによって、冷却効果を考慮したモジュール間隔の調整を行うことができ、チップ温度やフィン温度を自由に設計することが可能となる。
このように半導体装置１の基本構成を共通化することにより、必要定格に応じた一体化が容易となって、様々な定格のニーズに即した回路構成を簡易に実現できる。また、冷却体への伝熱効率を考慮してモジュール間隔を調整することができ、マウントサイズが大径化した場合に顕在化する熱変形も容易に回避できる。したがって、半導体装置の生産効率向上、特性向上、信頼性向上が実現できる。
【００７８】
また、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの絶縁用壁部２５Ａ，２５Ｂに絶縁用キャップ３０を嵌合させ、この絶縁用キャップ３０に係合凹部３０ｄを形成したので、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃ側には装着のための特別な加工を施す必要がない。このため、絶縁用キャップ３０に対応する絶縁部をモジュール格納領域５２に形成したモジュール格納ケースを形成することにより、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを直接装着することができる。したがって、汎用性の高いパワー半導体モジュールとすることができる。
【００７９】
ところで、最近注目されるＳｉＣなどのワイドバンドギャップ素子は、高効率ではあるものの、基板の結晶欠陥による歩留まりの関係からＳｉ素子ほど大型化が困難であるため、大容量化に当たっては、複数チップを並列接続して用いる。また、Ｓｉ素子であっても、定格の大きい大型チップを使うより、生産数の多い小型チップを複数並列接続して用いる方がコスト的に有利な場合もある。本発明の構造は、このような場合、更に有効である。
【００８０】
例えば、１半導体チップ当たりの組み立て中に不良になる確率αとモジュール組み立て良品率βとの関係式は、搭載チップ数をｎとしたときに、β＝（１−α）ｎで表される。
この１半導体チップ当たりの組み立て不良率αとモジュール組み立て良品率βとの関係をチップ数１０、２０、４０及び８０をパラメータとして表すと図１６に示すようになる。
【００８１】
この図１６から明らかなように、全組立工程を通して半導体チップ１個当たりの不良率が０．１％である場合にはモジュール組立て良品率βは搭載チップ数にかかわらず９０％以上となる。しかしながら、半導体チップ１個あたりの不良率が１％となると、半導体チップ数が８０の場合にはモジュール組立て良品率βが５０％に低下する一方、半導体チップ数が１０の場合には、モジュール組立て良品率βが９０％を維持する。
【００８２】
従って、本実施形態のように、パワー半導体モジュール内の半導体チップ数は、極力少なくし、良品となったパワー半導体モジュールを複数個組み合わせて大容量化する方が、コスト的に有利である。すなわち、パワー半導体モジュール内の半導体チップ数を多くした場合には、そのうちの一部の半導体チップが不良になってもパワー半導体モジュール自体が不良品となるため、パワー半導体モジュール内の半導体チップ数が増えれば増えるほど歩留りが低下することになる。
【００８３】
なお、上記実施形態においては、モジュール集合体４０をモジュール格納ケース４に格納して主端子板３Ａ〜３Ｃの折曲用板部３２Ａ〜３２Ｃを折り曲げた状態でパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを冷却体７０に固定する場合について説明した。しかしながら、本発明は、上記組付順序に限定されるものではなく、半導体装置１を冷却体７０に固定する場合に、主端子板３Ａ〜３Ｃの折曲用板部３２Ａ〜３２Ｃを折り曲げない状態で、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを冷却体７０に固定してから折曲用板部３２Ａ〜３２Ｃを折り曲げるようにしてもよい。
【００８４】
また、上記実施形態においては、絶縁用キャップ３０を円筒状に形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、平面視で三角形、四角形等の多角筒形状としたり、円筒面の一部を平坦面としたり、任意の形状とすることができる。このように、多角筒形状や円筒面の一部を平坦面とする場合には、これに応じてパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの絶縁用壁部２５Ａ及び２５Ｂの形状を変更すればよく、この場合には、回り止め用の突起、凹部等を省略することができる。
【００８５】
また、上記実施形態では、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃに絶縁用キャップ３０を嵌合させる場合について説明したが、絶縁用キャップ３０パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃに接着するようにしてもよい。さらには、絶縁用キャップ３０をパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃと一体に射出成形するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、係合凹部３０ｄ及び位置決め案内部材５４にスナップフィット用の係合凹部３０ｅ及び係合凸部５５を形成した場合について説明したが、係合凹部３０ｅ及び係合凸部５５を省略してパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃをモジュール格納ケースに嵌合保持させるようにしてもよい。
【００８６】
なお、上記実施形態では、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体２１ａ，２１ｂ及び２２ａ，２２ｂをプリント基板４１に形成した導電パターンを介して外部接続端子４３ａ，４３ｂ及び４４ａ，４４ｂに接続した場合について説明した。本発明は、上構成に限定されるものではなく、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体２１ａ，２１ｂ及び２２ａ，２２ｂを個別にモジュール格納ケース４から突出させるようにしてもよい。さらには、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体２１ａ，２１ｂ及び２２ａ，２２ｂをプリント基板４１に代えてワイヤーハーネスや他の端子板等で接続するようにしてもよい。
【００８７】
また、上記実施形態においては、モジュール格納ケース４に複数のパワー半導体モジュールを格納してインバータ装置の一相分を構成する場合について説明した。しかしながら、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、図１８に示すように、３つのパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを使用し、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体１９に個別の主端子板３Ｕ、３Ｖ及び３Ｗを半田付け、溶接、ロウ付け等の固定手段で固定する。これに対応してモジュール格納ケース４に図１８に示すように主端子板３Ｕ、３Ｖ及び３Ｗを挿通する挿通孔６９ｕ、６９ｖ及び６９ｗを形成し、これら挿通孔６９ｕ、６９ｖ及び６９ｗから折曲用板部３２Ｕ、３２Ｖ及び３２Ｗを突出させることにより、３相インバータ装置を構成することもできる。このとき、プリント基板４１を省略し、これに代えて各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体２１ａ，２１ｂ及び２２ａ，２２ｂの長さを長くしてモジュール格納ケース４の上面板５２ｃに形成した貫通孔８１から直接モジュール格納ケース４の上方に突出させる。
【００８８】
この場合の、等価回路構成は、図１９に示すように、前述した図１３の等価回路構成を並列に接続して、例えばパワー半導体モジュール２ＡがＵ相用アームを構成し、パワー半導体モジュール２ＢがＶ相用アームを構成し、パワー半導体モジュール２ＣがＷ相用アームを構成する。そして、各パワー半導体モジュール２Ａ、２Ｂ及び２Ｃの主端子板３Ｕ、３Ｖ及び３ＷがＵ相出力端子Ｕ、Ｖ相出力端子Ｖ及びＷ相出力端子Ｗとして引出されている。また、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体２１ａ，２１ｂに接続するゲート端子Ｇ１，Ｇ２も個別に引き出され、ピン状導電体２２ａ，２２ｂに接続するセンス電流端子ＳＣ１，ＳＥ２も個別に引き出されている。
【００８９】
また、上記実施形態においては、主端子板３Ａ〜３Ｃとパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｄとの位置決めを各々の接続片３４の底面を絶縁台座２４ｂの上面に当接させることにより行う場合について説明した。しかしながら、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、図２０に示すように、位置決め部を変更することができる。
【００９０】
すなわち、図２０では、モールド成型体２４の上面における主端子となる一対のピン状導電体１８、２０及び１９間に上面を平坦面とした位置決め用台座８０ａ、８０ｂ及び８０ｃを突出形成している。この場合には、図２１に示すように、主端子板３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの接続片３４に形成した挿通孔３４ａ内にピン状導電体１８、２０及び１９を挿通した状態で、接続片３４の底面を位置決め用台座８０ａ、８０ｂ及び８０ｃの上面に当接させることにより、位置決めを行うことができる。このように、位置決め用台座８０ａ〜８０ｃを形成することにより、ピン状導電体１８、２０及び１９を突出させる絶縁台座２４ｂのピン状導電体１８、２０及び１９が突出する上面に位置決め用の平坦面を形成する必要がなくなる。このため、絶縁台座２４ｂの成型を高精度に行う必要がなくなり、モールド成型体２４の成型容易性を向上させることができる。
【００９１】
また、上記実施形態では、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｄの長手方向の両端に取付孔２７を形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、取付孔の設置位置や設置個数については任意に設定することができる。これに応じて、モジュール格納ケース４の取付用挿通孔５９の設置位置及び設置個数を変更すればよい。
また、本発明は、パワー半導体モジュールの端子接続の組み合わせだけで所望する回路構成が得られることから、本発明は上述した電力変換用インバータ装置に限定されるものではなく、パワー半導体モジュールを使用する他の電力変換装置や高周波用途のスイッチングＩＣ等の他の半導体装置に本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明によれば、複数の半導体モジュールを、隣接するモジュール間の間隔を調整することを可能とするとともに、組付作業を容易に行うことができる半導体装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１…半導体装置、２Ａ〜２Ｃ…パワー半導体モジュール、３Ａ〜３Ｃ…主端子板、４…モジュール格納ケース、１１Ａ，１１Ｂ…絶縁基板、１２Ａ，１２Ｂ…半導体チップ、１３Ａ，１３Ｂ…半導体回路、１４…配線基板、１６Ａ，１６Ｂ…銅ブロック、１８〜２０、２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ…ピン状導電体、２３Ａ，２３Ｂ…銅ブロック、２４…モールド成型体、２４ｂ…絶縁台座、２５Ａ，２５Ｂ…絶縁用壁部、２６ａ…Ｃ字状突出部、２６ｂ…キャップ装着凹部、２７…取付孔、３０…絶縁用キャップ、３０ａ…内筒部、３０ｂ…連結部、３０ｃ…外筒部、３０ｄ…係合凹部、３０ｅ…スナップフィット用係合凹部、３１…端子板本体、３２Ａ〜３２Ｃ…折曲用板部、３Ｕ〜３Ｗ…主端子板、３２Ｕ〜３２Ｗ…折曲用板部、３３…接続端子保持部、３４…挿通孔、４０…モジュール集合体、４１…プリント基板、４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ…外部接続端子、５１…開口部、５２…モジュール格納領域、５３…主端子板格納領域、５４…位置決め案内部材、５５…スナップフィット用係合凸部、５６…長孔、６２，６３，６８…絶縁隔壁、６５…ナット、６９ａ〜６９ｃ…挿通孔、７０…冷却体、７１…サーマルコンパウンド、７２…装着面、７３…雌ねじ部、７４…冷却フィン、７５…取付ねじ
【図１】
2013145620.tif 000003
【図２】
2013145620.tif 000004
【図３】
2013145620.tif 000005
【図４】
2013145620.tif 000006
【図５】
2013145620.tif 000007
【図６】
2013145620.tif 000008
【図７】
2013145620.tif 000009
【図８】
2013145620.tif 000010
【図９】
2013145620.tif 000011
【図１０】
2013145620.tif 000012
【図１１】
2013145620.tif 000013
【図１２】
2013145620.tif 000014
【図１３】
2013145620.tif 000015
【図１４】
2013145620.tif 000016
【図１５】
2013145620.tif 000017
【図１６】
2013145620.tif 000018
【図１７】
2013145620.tif 000019
【図１８】
2013145620.tif 000020
【図１９】
2013145620.tif 000021
【図２０】
2013145620.tif 000022
【図２１】
2013145620.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月24日(2013.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体モジュールと、
複数の前記半導体モジュールを格納するモジュール格納ケースと
を備え、
前記モジュール格納ケースは、前記半導体モジュールを位置決め案内する位置決め案内部材が、前記半導体モジュールを格納するモジュール格納領域を形成する面に、前記複数の半導体モジュール間の間隔を選択可能に複数配置され、
前記半導体モジュールは、前記位置決め案内部材に係合する係合部が形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体モジュールは、少なくとも一つ以上の半導体チップが実装された回路基板を有する半導体回路を内部に備え、
前記モジュール格納ケースは、複数の前記半導体モジュールを並列させた状態で格納し、前記半導体モジュールを位置決め案内する一対の前記位置決め案内部材が、前記半導体モジュールを格納するモジュール格納領域を形成する対向面に、互いに対向して内方に突出形成されるとともに、長手方向に前記複数の半導体モジュール間の間隔を選択可能に複数配置され、
前記半導体モジュールは、長手方向の両端に前記一対の位置決め案内部材に係合する一対の係合凹部が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記複数の半導体モジュールのそれぞれは、長手方向の両端側に一方の面にキャップ装着凹部が形成され、該キャップ装着凹部の底面から他方の面に貫通して固定具を挿通する取付孔が形成され、前記キャップ装着凹部に当該固定具の絶縁距離を確保する絶縁用キャップが装着され、該絶縁用キャップに前記位置決め案内部材に係合する前記係合凹部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁用キャップは、前記キャップ装着凹部内に装着される両端を開放した内筒部と、該内筒部の外側に連結されて当該内筒部と同軸状に形成された下端面を開放する外筒部とで構成され、前記外筒部に前記係合凹部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記モジュール格納ケースの係合突部は、前記絶縁用キャップの外筒部における開口部側に対向する位置にスナップフィット用係合凸部が形成され、前記絶縁用キャップの前記外筒部の前記係合凹部に前記スナップフィット用係合凸部に係合するスナップフィット用係合凹部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記モジュール格納ケースは、前記複数の半導体モジュールを、当該複数の半導体モジュールに形成された前記放熱部を前記開口部側として格納し、前記放熱部を冷却体に接触させた状態で、前記各取付用挿通孔を通じて当該取付用挿通孔に対向する前記半導体モジュールの取付孔に固定具を挿通して前記複数の半導体モジュールを当該冷却体に固定することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月8日(2014.8.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
従来、電気装置を囲繞する２つのモールドケースのようなモジュール型ブロックを並設して組み付ける際に、２つのモールドケースをヒンジ式に結合し、且つケースの一方を旋回させて他方のケースに当接させたときに、一方のケースに設けた舌状部の突出端が他方のケースの外面に係合して２つのモールドケースが相互に結合される相互結合手段を設けるようにしたモジュール型電気装置付ブロックが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の第１の態様は、半導体モジュールと、複数の前記半導体モジュールを格納するモジュール格納ケースとを備えている。そして、前記モジュール格納ケースは、前記半導体モジュールを位置決め案内する位置決め案内部材が、前記半導体モジュールを格納するモジュール格納領域を形成する面に、前記複数の半導体モジュール間の間隔を選択可能に複数配置されている。また、前記半導体モジュールは、前記位置決め案内部材に係合する係合部が形成されている。
また、本発明に係る半導体装置の第２の態様は、前記半導体モジュールが、少なくとも一つ以上の半導体チップが実装された回路基板を有する半導体回路を内部に備えている。そして、前記モジュール格納ケースは、複数の前記半導体モジュールを並列させた状態で格納し、前記半導体モジュールを位置決め案内する一対の前記位置決め案内部材が、前記半導体モジュールを格納するモジュール格納領域を形成する対向面に、互いに対向して内方に突出形成されるとともに、長手方向に前記複数の半導体モジュール間の間隔を選択可能に複数配置されている。また、前記半導体モジュールは、長手方向の両端に前記一対の位置決め案内部材に係合する一対の係合凹部が形成されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、本発明に係る半導体装置の第３の態様は、前記複数の半導体モジュールのそれぞれが、長手方向の両端側に一方の面にキャップ装着凹部が形成され、該キャップ装着凹部の底面から他方の面に貫通して固定具を挿通する取付孔が形成され、前記キャップ装着凹部に当該固定具の絶縁距離を確保する絶縁用キャップが装着され、該絶縁用キャップに前記位置決め案内部材に係合する前記係合凹部が形成されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、本発明に係る半導体装置の第４の形態は、前記絶縁用キャップが、前記キャップ装着凹部内に装着される両端を開放した内筒部と、該内筒部の外側に連結されて当該内筒部と同軸状に形成された下端面を開放する外筒部とで構成され、前記外筒部に前記係合凹部が形成されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、本発明に係る半導体装置の第５の態様は、前記モジュール格納ケースの係合突部が、前記絶縁用キャップの外筒部における開口部側に対向する位置にスナップフィット用係合凸部が形成され、前記絶縁用キャップの前記外筒部の前記係合凹部に前記スナップフィット用係合凸部に係合するスナップフィット用係合凹部が形成されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、本発明に係る半導体装置の第６の態様は、前記モジュール格納ケースが、前記複数の半導体モジュールを、当該複数の半導体モジュールに形成された前記放熱部を前記開口部側として格納し、放熱部を冷却体に接触させた状態で、各取付用挿通孔を通じて当該取付用挿通孔に対向する前記半導体モジュールの取付孔に固定具を挿通して前記複数の半導体モジュールを当該冷却体に固定している。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
図１１に示す等価回路図から分かるように、絶縁基板１１Ａ、１１Ｂの銅箔１５ａ、１５ｂには、スイッチングデバイス（以下、単にトランジスタという）Ｑ１とＦＷＤ（以下、ダイオードという）Ｄ１の逆並列回路と、トランジスタＱ２とダイオードＤ２との逆並列回路とが、直列に接続されている。
ここで、一つの絶縁基板１１Ａ、１１Ｂ上に配置される半導体チップ（パワーデバイス）は、図１１に示すトランジスタとダイオードの逆並列回路を等価的に構成すればよいので、トランジスタとダイオードは、どちらかあるいは双方が同定格の複数個の半導体チップを搭載するようにしてもよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
ここでは、一方の半導体チップ１２Ａの下面にはトランジスタＱ１のコレクタ電極が形成され、銅ブロック１６Ａを介してピン状導電体（ピン端子）１８に接続されている。ピン状導電体１８は、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの主端子（コレクタ端子Ｃ１）である。他方の半導体チップ１２Ｂの裏面に形成されたトランジスタＱ２のコレクタ電極も、銅ブロック１６Ｂを介してピン状導電体（ピン端子）１９に接続されている。ピン状導電体１９は、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの主端子（コレクタ兼エミッタ端子Ｃ２／Ｅ１）である。また、半導体チップ１２Ａ、１２Ｂのおもて面には、トランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ電極及びゲート電極が形成され、それぞれ電極用部材１７Ａ、１７Ｂを介して配線基板１４に接続される。このうちトランジスタＱ１のエミッタ電極は、配線基板１４を介してピン状導電体（ピン端子）１９と接続され、トランジスタＱ２のエミッタ電極は配線基板１４を介してピン状導電体（ピン端子）２０に接続されている。ピン状導電体２０は、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの主端子（エミッタ端子Ｅ２）である。ピン状導電体１８，１９，２０はいずれも後述する帯状の端子板本体に接続するための接続端子である。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
主端子用のピン状導電体１８〜２０及び補助端子用のピン状導電体２１ａ，２１ｂ及び２２ａ，２２ｂのそれぞれは、図７に示すように、平坦な上面を有する円錐台形状の絶縁台座２４ｂから上方に突出されている。この絶縁台座２４ｂの上面に後述する主端子板３Ａ〜３Ｃの接続端子保持部３３の底面が当接する。
また、絶縁基板１１Ａ、１１Ｂの裏面側の銅箔１５ｂには、図７及び図１０に示すように、放熱部材となる方形板状の銅ブロック２３Ａ、２３Ｂが連結され、これら銅ブロック２３Ａ、２３Ｂの下面がパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの底面と面一か底面より僅かに突出している。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
そして、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを、図１２に示すように、冷却効率を考慮して隣接するパワー半導体モジュール間の間隔を所望距離隔て、且つ絶縁用キャップ３０の係合凹部３０ｄが後述するモジュール格納ケース４の一対の位置決め用案内部材５４に係合するように並列配置する。この状態で、主端子板３Ａの接続端子保持部３３に形成された挿通孔３４内にピン状導電体１８を挿通させる。同様に、主端子板３Ｂの接続端子保持部３３に形成された挿通孔３４内にピン状導電体２０を挿通させる。さらに、主端子板３Ｃの接続端子保持部３３に形成された挿通孔３４内にピン状導電体１９を挿通させる。そして、主端子板３Ａ〜３Ｃの接続端子保持部３３の底面を絶縁台座２４ｂの平坦な上面に当接させることにより、主端子板３Ａ〜３Ｃとパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃとの位置決めが行われる。この状態で、主端子板３Ａ〜３Ｃの接続端子保持部３３とピン状導電体１９、２０及び１８とを電気的に連結する。これによって、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃが主端子板３Ａ〜３Ｃを介して連結されモジュール集合体４０を形成する。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
また、一対の位置決め案内部材５４の配列ピッチＬｇは、図８に示すパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体１８〜２０同士の中心間距離Ｌｃと等しく設定することが好ましい。このように位置決め案内部材５４の配列ピッチを設定することにより、パワー半導体モジュール２ｉ（ｉ＝Ａ〜Ｃ）を一対の位置決め案内部材５４に装着した状態と、隣接する位置決め案内部材５４にパワー半導体モジュール２ｉを装着した状態とで、両パワー半導体モジュール２ｉのピン状導電体１８〜２０の位置が重なることになる。このため、上述した主端子板３Ａ〜３Ｃの接続端子保持部３３に形成された挿通孔３４の数を位置決め案内部材５４の数に“１”を加えた数とすることができ、挿通孔数を減少させることができる。同様に、プリント基板４１に形成するピン状導電体２１ａ，２１ｂ及び２２ａ，２２ｂを挿通するスルーホール数及びパッド数も減少させることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
さらにまた、モジュール格納領域５２には、上面板５２ｃの前後方向両端部側に、一対の位置決め案内部材５４に案内されてパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを格納した状態で絶縁用キャップ３０の内筒部３０ａに対向する位置に左右方向に延長する長孔５６が形成されている。また、モジュール格納領域５２の上面板５２ｃに、モジュール集合体４０のプリント基板４１に形成された外部接続端子４５ａ，４５ｂ及び４６ａ，４６ｂに対向して、これらを外部に突出させるピン挿通孔６０が形成されている。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
さらに、主端子板格納領域５３には、図５に示すように、上面板６１ａから下方に突出し、主端子板３Ｂ及び３Ｃ間に挿入される絶縁隔壁６２が形成されている。また、主端子板格納領域５３には、前側面板６１ｂから下方に突出し、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体１９とピン状導電体２１ａ，２１ｂとの間に挿入される絶縁隔壁６３が形成されている。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
さらに、主端子板格納領域５３には、上面板６１ａにおける前後方向の略中央位置における主端子板３Ａ〜３Ｃの折曲用板部３２Ａ〜３２Ｃと対応する位置に形成されたナット６５を収納するナット収納凹部６６が形成されている。また、主端子板格納領域５３には、ナット収納凹部６６の底面に連接してボルト先端を挿通するボルト挿通凹部６７が形成されている。さらに主端子板格納領域５３には、上面板６１ａから下方に突出し、ナット収納凹部６６及びボルト挿通凹部６７の外周面に沿って下方に延長してピン状導電体１８及び２０間を絶縁する絶縁隔壁６８が形成されている。
また、主端子板格納領域５３には、その上面板６１ａに各主端子板３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの折曲用板部３２を外部に突出させる挿通孔６９ａ、６９ｂ及び６９ｃが形成されている。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
すなわち、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのコレクタ端子Ｃ１となるピン状導電体１８が主端子板３Ａで電気的に接続して直流電源の正極端子Ｐに接続され、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのエミッタ端子Ｅ２となるピン状導電体２０を主端子板３Ｂで電気的に接続して直流電源の負極端子Ｎに接続され、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２ＣのＵ相出力端子Ｕ（Ｃ２／Ｅ１）となるピン状導電体１９が主端子板３Ｃで電気的に接続して外部出力端子Ｕ（Ｃ２／Ｅ１）に接続されている。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
上記構成を有する半導体装置１は、複数のパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃをモジュール格納ケース４内に格納しているので、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを構成するＩＧＢＴやＦＷＤを含む半導体チップ１２Ａ及び１２Ｂで発熱する。この発熱を放熱するために、熱伝導率の高い銅ブロック１６Ａ，１６Ｂ及び２３Ａ，２３Ｂが設けられている。半導体チップ１２Ａ及び１２Ｂの発熱は銅ブロック１６Ａ，１６Ｂ及び２３Ａ．２３Ｂを通じてパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの下面に伝達される。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
また、上記実施形態では、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃに絶縁用キャップ３０を嵌合させる場合について説明したが、絶縁用キャップ３０をパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃに接着するようにしてもよい。さらには、絶縁用キャップ３０をパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃと一体に射出成形するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、係合凹部３０ｄ及び位置決め案内部材５４にスナップフィット用の係合凹部３０ｅ及び係合凸部５５を形成した場合について説明したが、係合凹部３０ｅ及び係合凸部５５を省略してパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃをモジュール格納ケースに嵌合保持させるようにしてもよい。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
また、上記実施形態においては、モジュール格納ケース４に複数のパワー半導体モジュールを格納してインバータ装置の一相分を構成する場合について説明した。しかしながら、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、図１８に示すように、３つのパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃを使用し、各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体１８に個別の主端子板３Ａを半田付け、溶接、ロウ付け等の固定手段で固定する。これに対応してモジュール格納ケース４に図１８に示すように主端子板３Ａを挿通する挿通孔（図示せず）を形成し、これら挿通孔から折曲用板部３２Ｕ、３２Ｖ及び３２Ｗを突出させることにより、３相インバータ装置を構成することもできる。このとき、プリント基板４１を省略し、これに代えて各パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃのピン状導電体２１ａ，２１ｂ及び２２ａ，２２ｂの長さを長くしてモジュール格納ケース４の上面板５２ｃに形成した貫通孔８１から直接モジュール格納ケース４の上方に突出させる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
また、上記実施形態においては、主端子板３Ａ〜３Ｃとパワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃとの位置決めを各々の接続片３４の底面を絶縁台座２４ｂの上面に当接させることにより行う場合について説明した。しかしながら、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、図２０に示すように、位置決め部を変更することができる。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９０】
すなわち、図２０では、モールド成型体２４の上面における主端子となる一対のピン状導電体１８、２０及び１９間に上面を平坦面とした位置決め用台座８０ａ、８０ｂ及び８０ｃを突出形成している。この場合には、図２１に示すように、主端子板３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの接続端子保持部３３に形成した挿通孔３４内にピン状導電体１８、２０及び１９を挿通した状態で、接続端子保持部３３の底面を位置決め用台座８０ａ、８０ｂ及び８０ｃの上面に当接させることにより、位置決めを行うことができる。このように、位置決め用台座８０ａ〜８０ｃを形成することにより、ピン状導電体１８、２０及び１９を突出させる絶縁台座２４ｂのピン状導電体１８、２０及び１９が突出する上面に位置決め用の平坦面を形成する必要がなくなる。このため、絶縁台座２４ｂの成型を高精度に行う必要がなくなり、モールド成型体２４の成型容易性を向上させることができる。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９１】
また、上記実施形態では、パワー半導体モジュール２Ａ〜２Ｃの長手方向の両端に取付孔２７を形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、取付孔の設置位置や設置個数については任意に設定することができる。これに応じて、モジュール格納ケース４の長孔５６の設置位置及び設置個数を変更すればよい。
また、本発明は、パワー半導体モジュールの端子接続の組み合わせだけで所望する回路構成が得られることから、本発明は上述した電力変換用インバータ装置に限定されるものではなく、パワー半導体モジュールを使用する他の電力変換装置や高周波用途のスイッチングＩＣ等の他の半導体装置に本発明を適用することができる。
【手続補正２２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体モジュールと、
複数の前記半導体モジュールを格納するモジュール格納ケースと
を備え、
前記モジュール格納ケースは、前記半導体モジュールを位置決め案内する位置決め案内部材が、前記半導体モジュールを格納するモジュール格納領域を形成する面に、前記複数の半導体モジュール間の間隔を選択可能に複数配置され、
前記半導体モジュールは、前記位置決め案内部材に係合する係合部が形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体モジュールは、少なくとも一つ以上の半導体チップが実装された回路基板を有する半導体回路を内部に備え、
前記モジュール格納ケースは、複数の前記半導体モジュールを並列させた状態で格納し、前記半導体モジュールを位置決め案内する一対の前記位置決め案内部材が、前記半導体モジュールを格納するモジュール格納領域を形成する対向面に、互いに対向して内方に突出形成されるとともに、長手方向に前記複数の半導体モジュール間の間隔を選択可能に複数配置され、
前記半導体モジュールは、長手方向の両端に前記一対の位置決め案内部材に係合する一対の係合凹部が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記複数の半導体モジュールのそれぞれは、長手方向の両端側に一方の面にキャップ装着凹部が形成され、該キャップ装着凹部の底面から他方の面に貫通して固定具を挿通する取付孔が形成され、前記キャップ装着凹部に当該固定具の絶縁距離を確保する絶縁用キャップが装着され、該絶縁用キャップに前記位置決め案内部材に係合する前記係合凹部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁用キャップは、前記キャップ装着凹部内に装着される両端を開放した内筒部と、該内筒部の外側に連結されて当該内筒部と同軸状に形成された下端面を開放する外筒部とで構成され、前記外筒部に前記係合凹部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記モジュール格納ケースの係合突部は、前記絶縁用キャップの外筒部における開口部側に対向する位置にスナップフィット用係合凸部が形成され、前記絶縁用キャップの前記外筒部の前記係合凹部に前記スナップフィット用係合凸部に係合するスナップフィット用係合凹部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記モジュール格納ケースは、前記複数の半導体モジュールを、当該複数の半導体モジュールに形成された放熱部を前記開口部側として格納し、前記放熱部を冷却体に接触させた状態で、各取付用挿通孔を通じて当該取付用挿通孔に対向する前記半導体モジュールの取付孔に固定具を挿通して前記複数の半導体モジュールを当該冷却体に固定することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２１】
2013145620.tif 000024
【国際調査報告】
2013145620.tif 000025
2013145620.tif 000026