(57)【要約】【課題】外部配線の面積増大に対応し、主配線の低インダクタンス化を実現することができ、複数の定格系列化が望まれる半導体装置の低コスト生産を可能とする半導体装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】圧接型半導体モジュールは、第１面に形成された第１電極１３と、第１面に対向する第２面に形成された第２電極１８と、該第２電極に接続された電極板２３とを有する複数の半導体ユニット２Ａ，２Ｂと、各半導体ユニットの電極板に個別に螺合されて圧接力を受ける被圧接面３１ｃを基準圧接面に一致するように調整可能な複数の圧接用調整部材３Ａ，３Ｂとを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面に形成された第１電極と、
第１面に対向する第２面に形成された第２電極と、
該第２電極に接続された電極板と、
を有する複数の半導体ユニットと、
各半導体ユニットの電極板に個別に螺合されて、被圧接面を基準圧接面に一致するように調整可能な複数の圧接用調整部材と、
を備えたこと
を特徴とする圧接型半導体モジュール。
【請求項２】
前記電極板は雄ねじ部を有し、前記圧接用調整部材は前記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を有すること
を特徴とする請求項１に記載の圧接型半導体モジュール。
【請求項３】
前記電極板は、
前記第２電極に接続された有底筒状の電極板部と、
該電極板部の内周面に形成された雌ねじ部に螺合する雄ねじ部を有する雄ねじ部材と、
で構成されていること
を特徴とする請求項１に記載の圧接型半導体モジュール。
【請求項４】
前記圧接用調整部材は、
前記電極板の雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を有するリング状に形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の圧接型半導体モジュール。
【請求項５】
前記電極板は、
雌ねじ部を有し、前記圧接用調整部材は、前記電極板の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部を有すること
を特徴とする請求項１に記載の圧接型半導体モジュール。
【請求項６】
前記各半導体ユニットの第１電極に雄ねじ部が形成され、該雄ねじ部に個別に螺合する雌ねじ部が形成された第１圧接電極板と、
前記各圧接用調整部材の外周面に雄ねじ部が形成され、該雄ねじ部に個別に螺合する雌ねじ部を有する第２圧接電極板と、
をさらに備え、
前記各圧接用調整部材は、前記被圧接面が前記第２圧接電極板の前記第１圧接電極板とは反対側の面に突出していること
を特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の圧接型半導体モジュール。
【請求項７】
前記第１圧接電極板の前記半導体ユニットとは反対側に接触される第１引出電極板と、前記第２圧接電極板より突出する各圧接用調整部材の被圧接面に接触される第２引出電極板と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載の圧接型半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体チップを搭載した圧接型半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置、無停電電源装置、工作機械、産業用ロボット等では、パワー半導体モジュールが使用される。
【０００３】
従来のパワー半導体モジュールとしては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。
【０００４】
特許文献１に記載のパワー半導体モジュールは、互いに対向する第１面から第２面まで貫通する複数の貫通孔を有する支持板と、この支持板の第１面に固定され、半導体チップ及び突出した金属ブロックを有し、金属ブロックが貫通孔を通じて第２面まで貫通している複数の半導体ユニットとを備えている。半導体ユニットには、金属ブロックとは反対側に突出する接続端子を備えている。
【０００５】
このように、パワー半導体モジュール内に複数の半導体ユニットを備え、複数の半導体ユニットの接続端子を金属ブロックとは反対側で纏めて配線することで大容量化を成し遂げている。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたパワー半導体モジュールでは、金属ブロックとは反対側に全ての接続端子を突出させるので、金属ブロックに近い側の電極の配線長さが長くなり、配線インダクタンスが大きくなってしまう。このため、サージ電圧等で半導体チップが破壊される恐れがあるという未解決の課題がある。
【０００７】
この配線インダクタンスを低減する低インダクタンス構造の半導体モジュールとして特許文献２及び特許文献３に記載された圧接型の半導体モジュールが提案されている。
【０００８】
特許文献２に記載された圧接型の半導体モジュールは、半導体チップの上下に、それぞれ厚み調整板の役割をする３層の半田板を配置している。この３層の半田板を介して半導体チップの上下にそれぞれ熱緩衝板を固着し、これらをコレクタ電極板である圧接接触板とエミッタ電極板である圧接接触板の間に挟持する。そして、３層の半田板を加圧しながら溶融・固化することにより、半導体チップと熱緩衝板を固着すると同時に、半導体チップと多層の半田板と熱緩衝板の全体の厚さを揃え、圧接電極板間に配置された複数個の半導体チップに均等な加圧力が加わるようにしている。
【０００９】
また、特許文献３に記載された圧接形の半導体モジュールは、複数の半導体素子と複数の半導体チップのそれぞれを表裏の両面から加圧接触する２つの端子板とを備え、各半導体チップの電極の表面に複数の柱状電極部が形成されている。２つの端子板の各々を加圧状態で保持する放熱板を備え、複数の柱状電極部を塑性変形して端子板に摺接するようにしている。
このように圧接型の半導体モジュールでは、上下に電極板が配置されているため、上下の一方のみに電極板を配置する場合に比較して配線距離が短くなる。このため配線のインダクタンスは小さくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０２５４４７号
【特許文献２】特開２００２−１７６１３３号公報
【特許文献３】特開２００９―２６７２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１に記載されている圧接型のパワー半導体モジュールでは、３層の半田板を加圧状態で溶融・固化させるので、半導体チップと多層の半田板と熱緩衝板の全体の厚さの高さを高精度では揃えにくく、より均一な加圧を行なうことができないという未解決の課題がある。
【００１２】
また、上記特許文献３に記載されている圧接型のパワー半導体モジュールでは、柱状電極部を塑性変形させるので、半導体チップの電極の表面に局部的なストレスが掛かるという未解決の課題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、上記従来例の課題に着目してなされたものであり、複数の半導体ユニットの被圧接面を同一平面に正確に揃えることが可能な圧接型半導体モジュール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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係る接合型半導体モジュールの一態様は、第１面に形成された第１電極と、第１面に対向する第２面に形成された第２電極と、この第２電極に接続された電極板とを有する複数の半導体ユニットと、各半導体ユニットの電極板に個別に螺合されて被圧接面を基準圧接面に一致するように調整可能な複数の圧接用調整部材とを備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、半導体ユニット毎の被圧接面の高さ調整を螺合によって正確に行なうことができ、複数の半導体ユニットの被圧接面を同一平面に正確に揃えることが可能となる。したがって、各半導体ユニットに掛かる圧接力が局所的に高くなることがなく均等に加圧することができ、圧接荷重も軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る圧接型半導体モジュールの第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の半導体装置を示す拡大断面図である。
【図３】図１の半導体ユニットを示す拡大断面図である。
【図４】本発明に係る圧接型半導体モジュールの第２の実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１８】
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１９】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明に係る圧接型半導体モジュールの第１の実施形態について図面を伴って説明する。
【００２０】
図１に示すように、本発明に係る圧接型半導体モジュールは、半導体装置１と、この半導体装置１を圧接する外部圧接機構８０とを備えている。
【００２１】
半導体装置１は、図２に示すように、例えば同一構成を有する２つの半導体ユニット２Ａ及び２Ｂと、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂと、制御電極板４と、第１圧接電極板５と、第２圧接電極板６と、樹脂封止材７とを備えている。
【００２２】
［半導体ユニットの構成］
半導体ユニット２Ａ及び２Ｂのそれぞれは、図２及び図３に示すように、ベース基板１１を有する。このベース基板１１は、比較的厚みが厚い銅製の配線パターン用板部１２と、この配線パターン用板部１２の下面に形成された同様に銅製の第１電極１３とを備えている。
【００２３】
配線パターン用板部１２上には例えばＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体で構成される絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、パワーＭＯＳＦＴ(Power Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)等のパワー半導体チップ１５が実装されている。
【００２４】
第１電極１３は、直径が高さより長い円柱状に形成され、外周面に機械加工によって雄ねじ部１３ａが形成されている。
【００２５】
また、半導体チップ１５の上方には、所定間隔を保って、配線基板１６が平行に配置されている。配線基板１６には、半導体チップ１５の配線接続を行う配線パターン１６ａ及び１６ｂが形成されている。また、配線基板１６には、半導体チップ１５の上面に形成されたエミッタやソース電極に電気的に接続するポスト電極１７ａと、半導体チップ１５の上面に形成されたゲート電極に直接接触するポスト電極１７ｂとが形成されている。
さらに、配線基板１６の上面側の配線パターン１６ａに上方に延長する第２電極となる柱状導体１８が形成されている。さらに、配線基板１６の上面側の配線パターン１６ｂに上方に延長する制御電極となる柱状導体１９が形成されている。
【００２６】
さらに、ベース基板１１、半導体チップ１５、配線基板１６がエポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂材による樹脂封止材２０で覆われている。この樹脂封止材２０は、ベース基板１１の第１電極１３の上部側の外周を覆って上方に延長し、外側面に寸法制約のために沿面距離を確保する凹凸部２０ａが形成されている。この樹脂封止材２０の外周面には、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２、ＢＮなどの無機材料で構成される表面保護膜２１を形成することが好ましい。なお、外側面に寸法制約のために沿面距離を確保するための形状は凹凸部２０ａに加えて、樹脂封止材７との密着力を高めるための貫通孔を形成してもよい。
ここで、第１電極１３は樹脂封止材２０の下面より下方に突出され、第２電極となる柱状導体１８は、樹脂封止材２０の上面より上方に所定長さ突出している。柱状導体１９は樹脂封止材２０の上面と面一に露出されている。この柱状導体１９には、樹脂封止材２０の上面に形成された円環状電極パターン２２が電気的に接続されている。
【００２７】
半導体ユニット２Ａ及び２Ｂのそれぞれは、樹脂封止材２０上に配置されて柱状導体１８に電気的に接続された電極板２３を備えている。この電極板２３は、図２及び図３に示すように、電極板部２４と、雄ねじ部材２５とを備えている。
電極板部２４は、図３に示すように、導電性金属材を用いて、円筒部２４ａとその下端を閉塞する底板部２４ｂとで上端を開放した有底筒状に形成されている。円筒部２４ａの内周面には雌ねじ部２４ｃが形成されている。底板部２４ｂの中心位置には、底板部２４ｂの下面から上面に貫通する固定孔２４ｄが形成されている。この固定孔２４ｄには、樹脂封止材２０から突出されている柱状導体１８が挿通されて固定されている。ここで、底板部２４ｂの厚みが柱状導体１８の樹脂封止材２０からの突出長さ以上に設定されている。また、固定孔２４ｄの上端側には座繰り部２４ｅが形成されている。
【００２８】
そして、電極板部２４は、図３に示すように、樹脂封止材２０の上面に、固定孔２４ｄに柱状導体１８を挿通して柱状導体１８の先端を座繰り部２４ｅ内に突出させた状態で載置し、座繰り部２４ｅ内で柱状導体１８の先端と電極板部２４とがレーザー溶接等の局所加熱溶接によって溶接されて一体化され、電気的に接続されている。
【００２９】
雄ねじ部材２５は、図２及び図３に示すように、外周面に形成された雄ねじ部２５ａが電極板部２４の雌ねじ部２４ｃに螺合されている。
【００３０】
［圧接用調整部材の構成］
圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂは、図１及び図２に示すように、下側の小径部３１ａと上側の大径部３１ｂとが連接されて逆凸形状のリング状に形成されている。大径部３１ｂの上面が外部圧接機構８０からの圧接力を受ける被圧接面３１ｃとされている。大径部３１ｂには上面側から凹部３１ｄが形成され、小径部３１ａには下面中心部から凹部３１ｄに達する貫通孔３１ｅが形成されている。この貫通孔３１ｅの内周面に電極板２３の雄ねじ部材２５に螺合する雌ねじ部３１ｆが形成されている。さらに、大径部３１ｂの外周面に雄ねじ部３１ｇが形成されている。
【００３１】
そして、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂは、雌ねじ３１ｅが半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの電極板２３における雄ねじ部材２５の雄ねじ部２５ａに螺合されて、被圧接面３１ｃの電極板２３からの高さが調整可能とされている。
【００３２】
［制御電極板の構成］
制御電極板４は、図２及び図３に示すように、導電性金属材で薄い平板状に形成され、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの電極板２３の電極板部２４を非接触で挿通可能な貫通孔４１Ａ及び４１Ｂを有する。この制御電極板４は、貫通孔４１Ａ及び４１Ｂ内に半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの電極板部２４を非接触状態で挿通し、下面を半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの円環状電極パターン２２上に接触させて配置されている。
【００３３】
［第１圧接電極板の構成］
第１圧接電極板５は、図１及び図２に示すように、導電性金属材で平板状に形成されている。この第１圧接電極板５は、上面側に左右方向に所定間隔を保って半導体ユニット２Ａ及び２Ｂを接合する接合用凹部５１Ａ及び５１Ｂが形成されている。各接合用凹部５１Ａ及び５１Ｂの内周面には、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの第１電極１３の雄ねじ部１３ａと螺合する雌ねじ部５１ａが形成されている。そして、両接合用凹部５１Ａ及び５１Ｂの雌ねじ部５１ａに半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの第１電極１３の雄ねじ部１３ａが螺合されている。
【００３４】
［第２圧接電極板の構成］
第２圧接電極板６は、図１及び図２に示すように、第１圧接電極板５に接合された半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの上面に配置された圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂを接合する接合用取付穴６１Ａ及び６１Ｂが形成されている。両接合用取付穴６１Ａ及び６１Ｂは、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの小径部３１ａを挿通する小径部６１ａと、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの大径部３１ｂを挿通する大径部６１ｂとが形成されている。大径部６１ｂには、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの雄ねじ部３１ｇに螺合する雌ねじ部６１ｃが形成されている。
【００３５】
そして、第２圧接電極板６が、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂを介して半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの電極板２３に接合されている。この接合は、先ず、第２圧接電極板６の接合用取付穴６１Ａ及び６１Ｂ内に電極板２３の雄ねじ部材２５を同軸となるように挿入した状態に保持する。この状態で、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂを第２圧接電極板６の上方から雌ねじ部３１ｆを雄ねじ部材２５の雄ねじ部２５ａに螺合させるとともに、雄ねじ部３１ｇを第２圧接電極板６の雌ねじ部６１ｃに螺合させて、第２圧接電極板６を圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂを介して半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの電極板２３に接合する。
【００３６】
そして、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂ、制御電極板４、第１圧接電極板５及び第２圧接電極板６の周囲を、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの被圧接面３１ｃ、第１圧接電極板５の下面及び第２圧接電極板６の上面を露出させた状態で樹脂封止材７によって樹脂封止して半導体装置１が構成される。
【００３７】
この半導体装置１は、樹脂封止材７によって樹脂封止した状態で、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの被圧接面３ｃと第２圧接電極板６の上面が樹脂封止材７に対して上方に露出している。しかも、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂは、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの電極板２３を構成する雄ねじ部材２５と第２圧接電極板６との双方に螺合している。このため、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂは、平面から見て時計方向及び反時計方向に回転可能であり、被圧接面３１ｃの突出高さを調整することができる。すなわち、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂを時計方向に回転させることにより、被圧接面３１ｃが下降し、反時計方向に回転させることにより、被圧接面３１ｃが上昇する。
【００３８】
したがって、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂを調整することにより、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの被圧接面３１ｃの双方を、第１圧接電極板５の底面から所定距離とった予め設定した図２に一点鎖線で示す基準圧接面ＢＦに正確に一致させることができる。この被圧接面３１ｃの高さ調整が完了したら、半導体装置１を、図１に示すように、第１圧接電極板５の下面に大面積の第１引出電極板７１Ｌを接触させ、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの被圧接面に断面積の第２引出電極板７１Ｕを接触させた状態で、外部圧接機構８０で加圧接合して半導体スタックを構成する。
【００３９】
ここで、第１引出電極板７１Ｌは、半導体装置１の第１圧接電極板５の下面に接触する。この第１引出電極板７１Ｌは、厚みの厚い厚肉電極部７１ａと、この厚肉電極部７１ａの例えば右側面から右方に突出する厚みの薄い引出電極部７１ｂとで構成されている。
【００４０】
第２引出電極板７１Ｕは、半導体装置１の圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの被圧接面３１ｃに接触する。この第２引出電極板７１Ｕも第１引出電極板７１Ｌと同様に、厚みの厚い厚肉電極部７１ａと、この厚肉電極部７１ａの例えば右側面から右方に突出する厚みの薄い引出電極部７１ｂとで構成されている。
【００４１】
この第２引出電極板７１Ｕには、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの凹部３１ｄに係合する係合凸部７１Ａ及び７１Ｂが形成されている。これら係合凸部７１Ａ及び７１Ｂを圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの凹部３１ｄに係合させることにより半導体装置１の圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂと第２引出電極板７１Ｕとの位置決めを行うことができる。
また、制御電極板４には、水平方向に延長する引出電極板７１Ｍが接合されている。
【００４２】
外部圧接機構８０は、第１加圧支持板８１Ｌ及び第２加圧支持板８１Ｕと、これら第１加圧支持板８１Ｌ及び第２加圧支持板８１Ｕを、半導体装置１を挟んで連結するスタッドボルト８３とを備えている。
【００４３】
第１加圧支持板８１Ｌは、第１引出電極板７１Ｌより大きい面積の平板状に構成され、絶縁板８２Ｌを介して第１引出電極板７１Ｌの下面に接触する。
【００４４】
第２加圧支持板８１Ｕは、第２引出電極板７１Ｕより大きい平板状に構成され、絶縁板８２Ｕを介して第２引出電極板７１Ｕの上面に接触する。
【００４５】
スタッドボルト８３は、第１加圧支持板８１Ｌ及び第２加圧支持板８１Ｕの４隅を貫通し、半導体装置１の外側を通って配置されている。各スタッドボルト８３の第２加圧支持板８１Ｕから突出する先端に固定ナット８４が螺合されている。各固定ナット８４を所定トルクで締付けることにより、第１加圧支持板８１Ｌ及び第２加圧支持板８１Ｕ間で半導体装置１に対して必要な圧接力を作用させている。
【００４６】
この第１の実施形態によると、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの互いに対向する一対の面の一方に第１電極１３が突出され、他方に第２電極となる柱状導体１８が突出され、柱状導体１８に電極板２３が接合されている。そして、第１電極１３が第１圧接電極板５に接合され、電極板２３が第２圧接電極板６に接合されている。
【００４７】
したがって、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの対向面に第１圧接電極板５及び第２圧接電極板６が配置されることになり、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂ内の第１圧接電極板５及び第２圧接電極板６に対する配線長さを短くすることができ、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂ内の配線インダクタンスを低減することができる。
【００４８】
また、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの樹脂封止材２０から突出する柱状導体１８に電極板２３を接続し、この電極板２３に圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂを接合するので、この圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂを介して第２圧接電極板６及び第２引出電極板７１Ｕを容易に接合することが可能となり、大容量化に必要な配線の増大に対応することができる。
【００４９】
しかも、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂが半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの電極板２３に螺合しているので、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂに形成し被圧接面３１ｃを予め設定した基準圧接面に数十μ単位の高精度で一致させることができる。このため、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの被圧接面３１ｃと第２引出電極板７１Ｕとを高精度で均等に接触させることができ、各圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの被圧接面３１ｃに対する圧接力が局所的に大きくなることを防止することができる。
したがって、圧接荷重を軽減した状態で、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｇの被圧接面３１ｃと第２引出電極板とを均等に圧接することができるとともに、動特性の改善に必要な配線の低インダクタンス化が可能な構成を実現することができる。さらに内部の半導体ユニットの共通化が図れる構造であるため、複数の定格系列化が望まれる半導体装置の低コスト生産を可能とすることができる。
【００５０】
そして、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの第１電極１３の雄ねじ部１３ａを第１圧接電極板５に形成した接合用凹部５１Ａ及び５１Ｂの内周面に形成した雌ねじ部５１ａに螺合させることにより、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂを大面積の第１圧接電極板５に電気的且つ機械的に接合することができる。
【００５１】
一方、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの樹脂封止材２０から突出する柱状導体１８に電極板２３をレーザー溶接等の局所加熱溶接で接合するので、溶接時に半導体ユニット２Ａ及び２Ｂに伝達される加熱量を抑制しながら、柱状導体１８と電極板２３とを強固に一体に接合することができる。
【００５２】
しかも、柱状導体１８と電極板２３との溶接が、座繰り部２４ｅ内で行われるので、局所加熱溶接時の肉盛り部が底板部２４ｂの上面に盛り上がることがなく、電極板２３の円筒部２４ａ内に雄ねじ部材２５を螺合させる際に雄ねじ部材２５の先端を底板部２４ｂの上面に確実に当接させることができる。このため、雄ねじ部材２５の電極板２３からの突出高さを一定にすることができる。
【００５３】
そして、雄ねじ部材２５と第２圧接電極板６の接合用取付穴６１Ａ及び６１Ｂとの間に圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂを螺合させることにより、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂと第２圧接電極板６とを電気的に確実に接続した状態で、高さ調整可能な状態で機械的に接合することができる。
【００５４】
したがって、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの第１電極１３及び第２電極となる柱状導体１８を大面積の第１圧接電極板５及び第２圧接電極板６に電気的且つ機械的に接合することができる。これにより、大容量系統に不可欠な大面積の外部電極構成を有する圧接型半導体モジュールを構成することができる。
【００５５】
なお、上記第１の実施形態では、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの柱状導体１８に接合される電極板２３の電極板部２４の内周面に雌ね２４ｃ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い。
例えば、電極板部２４の外周面に雄ねじ部を形成し、これに応じて雄ねじ部材２５を省略して圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの雌ねじ部３１ｆを直接電極板部２４の雄ねじ部に螺合させるようにしてもよい。また、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂに下方に突出する雄ねじ部を形成し、この雄ねじ部を電極板２３の電極板部２４の雌ねじ部２４ｃに螺合するようにしてもよい。要は、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂが電極板２３に螺合されていればよいものである。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施形態について図４を伴って説明する。
【００５７】
この第４の実施形態では、外部圧接機構による加圧接合を行うことなく半導体スタックを構成できるようにしたものである。
【００５８】
すなわち、第３の実施形態では、第１の実施形態の圧接型半導体モジュールの構成において、外部圧接機構８０、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの電極板２３を構成する雄ねじ部材２５が省略されている。また、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂが、図４に示すように、電極板２３の電極板部２４の円筒部２４ａの雌ねじ部２４ｃに螺合する雄ねじ部９１ａと、この雄ねじ部９１ａの一端に形成された帽部９１ｂとを有するボルト形状に形成されている。圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの帽部９１ｂの外周面には雄ねじ部９１ｃが形成され、上面が被圧接面９１ｄとされている。
【００５９】
また、第２圧接電極板６の接合用取付穴６１Ａ及び６１Ｂが圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの雄ねじ部９１ａを挿通する小径部６１ａと、帽部９１ｂを挿通する大径部６１ｂとで構成されている。ここで、大径部６１ｂの深さが圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの帽部９１ｂの高さより浅く形成されている。大径部６１ｂの内周面には圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの帽部９１ｂの外周面に形成された雄ねじ部９１ｃに螺合する雌ねじ部６１ｃが形成されている。
【００６０】
そして、第１圧接電極板５の半導体ユニット２Ａ及び２Ｂとは反対側に第１引出電極板７１Ｌが固定ボルト９２によってボルト締めされている。この第１引出電極板７１Ｌの第１圧接電極板５とは反対側に絶縁層９３を介して冷却フィン９４が連結されている。
【００６１】
一方、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの電極板２３上に第２圧接電極板６を接合用取付穴６１Ａ及び６１Ｂが同軸となるように載置した状態で、第２圧接電極板６の上方側から圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの雄ねじ部９１ａを、接合用取付穴６１Ａ及び６１Ｂ内を通じて電極板２３の電極板部２４における円筒部２４ａの雌ねじ部２４ｃに螺合させる。この状態で、第２圧接電極板６の上方に引出電極板７１Ｕを圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの被圧接面９１ｃ上に接触するように載置し、引出電極板７１Ｕに形成した透孔７１ｃに上方から固定ボルト９５を挿通して第２圧接電極板６に形成した雌ねじ部６５に螺合させてボルト締めする。
【００６２】
これにより、第２圧接電極板６と引出電極板７１Ｕとで圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの帽部９１ｂを挟持することになり、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの被圧接面９１ｃに第２引出電極板７１Ｕが圧接されている。したがって、下側から第１引出電極板７１Ｌ、第１圧接電極板５、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂ、圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂ、第２圧接電極板６及び第２引出電極板７１Ｕが一体化されて半導体スタックが構成されている。
【００６３】
この第２の実施形態によると、外部圧接機構を使用することなく、第２圧接電極板６と第２引出電極板７１Ｕとを固定ボルト９５によって締結するのみで圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの被圧接面９１ｃに必要な圧接力を付与して一体化することができ、大電流通電が可能な半導体スタックを簡易な構成で容易に製作することができる。したがって、前述した第１の実施形態に比較してより簡易な構成とすることができる。
【００６４】
なお、第２の実施形態では、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂの円筒部２４ａの内周面に雌ねじ部２４ｃ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、円筒部２４ａの外周面に雄ねじ部を形成し、これに応じて圧接用調整部材３Ａ及び３Ｂの雄ねじ部９１ａに代えて内周面に雌ねじ部を形成した円筒部を設け、この円筒部の雌ねじ部を円筒部２４ａの雄ねじ部に螺合させるようにしてもよい。
【００６５】
また、上記第１及び第２の実施形態では、半導体ユニット２Ａ及び２Ｂ内の半導体チップ１５に内蔵するパワー半導体チップをワイドバンドギャップ半導体で構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、Ｓｉによるパワー半導体を適用することができる。
【００６６】
また、第１及び第２の実施形態では、２つの半導体ユニット２Ａ及び２Ｂを設け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、１つの半導体ユニット又は３つ以上の半導体ユニットを第１圧接電極板５及び第２圧接電極板６間に配置するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１…半導体装置、２Ａ，２Ｂ…半導体ユニット、３Ａ，３Ｂ…圧接用調整部材、４…制御電極板、５…第１圧接電極板、６…第２圧接電極板、７…樹脂封止材、１１…ベース基板、１２…配線パターン用板部、１３…第１電極、１３ａ…雄ねじ部、１５…半導体チップ、１６…配線基板、１６ａ、１６ｂ…配線パターン、１７ａ，１７ｂ…ポスト電極、１８…柱状導体（第２電極）、１９…柱状導体、２０…樹脂封止材、２１…表面保護膜、２２…円環状電極パターン、２３…電極板、２４…電極板部、２４ａ…円筒部、２４ｂ…底板部、２４ｃ…雌ねじ部、２４ｄ…固定孔、２４ｅ…座繰り部、２５…雄ねじ部材、２５ａ…雄ねじ部、３１ａ…小径部、３１ｂ…大径部、３１ｃ…被圧接面、３１ｄ…凹部、３１ｅ…貫通孔、３１ｆ…雌ねじ部、３１ｇ…雄ねじ部、４１Ａ，４１Ｂ…貫通孔、５１Ａ，５１Ｂ…接合用凹部、５１ａ…雌ねじ部、６１Ａ，６１Ｂ…接合用取付穴、６１ａ…小径部、６１ｂ…大径部、６１ｃ…雌ねじ部、７１Ｌ…第１引出電極板、７１Ｕ…第２引出電極板、７１Ａ，７１Ｂ…係合凸部、８０…外部圧接機構、８１Ｌ…第１加圧支持板、８１Ｕ…第２加圧支持板、８２Ｌ，８２Ｕ…絶縁板、８３…スタッドボルト、８４…固定ナット、９１ａ…雄ねじ部、９１ｂ…帽部、９１ｃ…被圧接面、９２…固定ボルト、９３…絶縁層、９４…冷却フィン、９５…固定ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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