(57)【要約】【課題】小型化、信頼性の向上を図ることができるとともに、密に並べて設置することが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、第１乃至第４導電体と、第１乃至第４半導体素子と、第１乃至第３電力端子と、第１及び第２信号端子と、第１乃至第４導電体を覆う絶縁体とを備え、絶縁体は、第１乃至第４半導体素子に対して垂直に延びていると共に第１乃至第４導電体の各底面が露出した平坦な底面と、底面に対して垂直な第１側面と、底面に対して垂直で第１側面と対向する第２側面と、底面と対向する天井面と、底面及び第１、第２側面の一端と交差して延びる第１端面と、底面及び第１、第２側面の他端と交差して延びる第２端面と、を有し、第１乃至第３電力端子、第１及び第２信号端子は天井面から外方に延出し、第１乃至第３電力端子は絶縁体より露出している部分が天井面と平行に折曲げられていることを特徴とする。【選択図】図４
2015179702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１接合面および第１接合面と直交する第１底面を有する直方体形状の第１導電体と、
前記第１接合面と対向する第２接合面および第２接合面と直交し前記第１底面と同一平面に位置する第２底面を有する直方体形状の第２導電体と、
前記第１導電体と第２導電体との間に配置され、一方の電極が前記第１導電体の第１接合面に接合され、他方の電極が前記第２導電体の第２接合面に接続された板状の第１半導体素子と、
前記第１導電体と第２導電体との間に配置され、一方の電極が前記第１導電体の第１接合面に接合され、他方の電極が前記第２導電体の第２接合面に接続された板状の第２半導体素子と、
第３接合面および第３接合面と直交する第３底面を有する直方体形状の第３導電体と、
前記第３接合面と対向する第４接合面および第４接合面と直交し前記第３底面と同一平面に位置する第４底面を有する直方体形状の第４導電体と、
前記第３導電体と第４導電体との間に配置され、一方の電極が前記第３導電体の第３接合面に接合され、他方の電極が前記第４導電体の第４接合面に接続された板状の第３半導体素子と、
前記第３導電体と第４導電体との間に配置され、一方の電極が前記第３導電体の第３接合面に接合され、他方の電極が前記第４導電体の第４接合面に接続された板状の第４半導体素子と、
前記第２接合面から前記第２導電体の外側に延出する第１電力端子と、
前記第１導電体と第４導電体とを接続し、第４導電体の外側に延出する第２電力端子と、
前記第３接合面から前記第３導電体の外側に延出する第３電力端子と、
前記第１半導体素子に接続された第１信号端子と、
前記第３半導体素子に接続された第２信号端子と、
前記第１電力端子の基端部、第２電力端子の基端部、第３電力端子の基端部、第１信号端子の基端部、第２信号端子の基端部、並びに、前記第１、第２、第３および第４導電体を覆う直方体形状の絶縁体と、を備え、
前記絶縁体は、前記第１、第２、第３および第４半導体素子に対して垂直に延びているとともに前記第１導電体の第１底面、前記第２導電体の第２底面、前記第３導電体の第３底面および前記第４導電体の第４底面が露出した平坦な底面と、前記底面に対して垂直に延びる平坦な第１側面と、前記底面に対して垂直に延びているとともに前記第１側面と平行に対向する第２側面と、前記第１側面および第２側面間に位置し前記底面と対向する天井面と、前記底面および第１、第２側面の一端と交差して延びる第１端面と、前記底面および第１、第２側面の他端と交差して延びる第２端面と、を有し、
前記第１電力端子、第２電力端子、第３電力端子、第１信号端子および第２信号端子は前記天井面から外方に延出して、
前記第１、第２および第３電力端子、は前記絶縁体より露出している部分において天井面と平行に折曲げられている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記絶縁体の前記第１端面、天井面、および第２端面にわたって、パーティングライン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】
前記第３導電体の前記第１導電体に近接する面と、前記第４導電体の前記第２導電体に近接する面とが、同一平面にないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２導電体の前記第４導電体に近接する面と、前記第１導電体の前記第３導電体に近接する面とが、同一平面にないことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１導電体の長手方向の幅と、前記第２導電体の長手方向の幅とが、異なることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第３導電体の長手方向の幅と、前記第４導電体の長手方向の幅とが、異なることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１半導体素子に垂直な方向から見たときに、前記第１導電体の少なくとも一部と前記第４導電体の少なくとも一部とが、重なっていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第１、第２および第３電力端子の長さが異なることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項９】
半導体装置の製造方法であって、
第１導電体の第１接合面上に第１接続体と第２接続体を搭載し、
表裏面に異なる電極を有する板状の第１半導体素子を一方の電極が前記第１接続体に接触するように前記第１接続体上に搭載し、
表裏面に異なる電極を有する板状の第２半導体素子を一方の電極が前記第２接続体に接触するように前記第２接続体上に搭載し、
前記第１半導体素子の他方の電極上に第３接続体を搭載し、前記第２半導体素子の他方の電極上に第４接続体を搭載し、
前記第１導電体の第１接合面上に第５接続体を搭載し、
凸部を有する第１凸型導電体を前記第３接続体上に搭載し、
凸部を有する第２凸型導電体を前記第４接続体上に搭載し、
第３導電体の第３接合面上に第６接続体と第７接続体を搭載し、
表裏面に異なる電極を有する板状の第３半導体素子を一方の電極が前記第６接続体に接触するように前記第６接続体上に搭載し、
表裏面に異なる電極を有する板状の第４半導体素子を一方の電極が前記第７接続体に接触するように前記第７接続体上に搭載し、
前記第３半導体素子の他方の電極上に第８接続体を搭載し、
前記第４半導体素子の他方の電極上に第９接続体を搭載し、
前記第３導体の第３接合面上に第１０接続体を搭載し、
凸部を有する第３凸型導電体を前記第８接続体上に搭載し、
凸部を有する第４凸型導電体を前記第９接続体上に搭載し、
前記第１凸型導電体の凸部が係合可能な第１開口、前記第２凸型導電体の凸部が係合可能な第２開口、前記第３凸型導電体の凸部が係合可能な第３開口および前記第４凸型導電体の凸部が係合可能な第４開口を有する板状の接続部と、第１電力端子と、第２電力端子と、第３電力端子と、第１信号端子と、第２信号端子を有するリードフレームを、前記第１凸型導電体の凸部に前記第１開口を、前記第２凸型導電体の凸部に前記第２開口を、前記第３凸型導電体の凸部に前記第３開口を、前記第４凸型導電体の凸部に前記第４開口を嵌め合わせ、前記第５接続体上に前記第２電力端子を搭載し、
前記第１０接続体上に前記第３電力端子を搭載し、
前記リードフレームの接続部上で、前記第１凸型導体および第２凸型導電体の凸部に重ねて、第１１接続体を搭載し、
第２接合面を有する第２導電体を、その第２接合面が前記第１導電体の第１接合面と対向するように前記第１１接続体上に搭載し、
前記リードフレームの接続部上で、前記第３凸型導体および第４凸型導電体の凸部に重ねて、第１２接続体を搭載し、
第４接合面を有する第４導電体を、その第４接合面が前記第３導電体の第３接合面と対向するように前記第１２接続体上に搭載し、
前記第１ないし第１２接続体を一括溶融させた後に固化して前記第１導電体、第１および第２半導体素子、第１および第２凸型導電体、第１および第２電力端子、接続部、第２導電体を接合し、
前記第３導電体、第３および第４半導体素子、第３および第４凸型導電体、第２および第３電力端子、接続部、第４導電体を接合し、
前記第１半導体素子の接続端子と前記第１信号端子との間を導線で接続し、
前記第３半導体素子の接続端子と前記第２信号端子との間を導線で接続し、
前記第１、第２および第３電力端子の基端部、前記第１および第２信号端子の基端部、および前記他の全ての構成部材を絶縁材で覆って絶縁体を形成し、
前記リードフレームの前記接続部、第１電力端子、第２電力端子、第３電力端子、および前記第１および第２信号端子を残して、前記リードフレームの他の部分を切除し、
前記絶縁体を研削して、前記第１、第２、第３および第４半導体素子に対して垂直に延び、かつ、前記第１導電体の第１底面、第２導電体の第２底面、第３導電体の第３底面および第４導電体の第４底面が露出する底面を形成し、
前記第１、第２および第３電力端子と前記第１および第２信号端子を折り曲げてフォーミングする
ことを特徴する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の燃費向上を目的とし、内燃機関とモーターを併用したハイブリッド車の普及が急速に進んでいる。また一方で、モーターだけで走行可能な電気自動車の製品化も進んでいる。これら自動車を実現するためには、バッテリーとモーター間に、直流電力から交流電力への変換および交流電力から直流電力への変換を行なう電力変換装置が必要となる。
【０００３】
ハイブリッド車および電気自動車では、電力変換装置の小型化、高信頼性が要求されている。電力変換装置の小型化、高信頼性を図るためには、冷却効率が良い半導体装置（半導体モジュール）が必要となる。これを実現する方法としては、半導体素子の表裏面に導電体を接続し、それぞれの導電体から冷却器へ放熱させる両面放熱型の電力変換装置構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２５８１６６号公報
【特許文献２】特開２００７−０６８３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体電力変換装置においては、半導体装置（半導体モジュール）を複数個並べて使用する必要がある。自動車の車軸の駆動に電気を用いる場合、大電力が必要となるため半導体装置の発熱が大きくなる。また、各半導体装置の端子間の電気絶縁も考慮する必要がある。このことから、半導体装置の実装密度を高めることが困難となっている。
【０００６】
本発明の実施形態の目的は、小型化、信頼性の向上を図ることができるとともに、密に並べて設置することが可能な半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る半導体装置は、第１接合面および第１接合面と直交する第１底面を有する直方体形状の第１導電体と、前記第１接合面と対向する第２接合面および第２接合面と直交し前記第１底面と同一平面に位置する第２底面を有する直方体形状の第２導電体と、前記第１導電体と第２導電体との間に配置され、一方の電極が前記第１導電体の第１接合面に接合され、他方の電極が前記第２導電体の第２接合面に接続された板状の第１半導体素子と、前記第１導電体と第２導電体との間に配置され、一方の電極が前記第１導電体の第１接合面に接合され、他方の電極が前記第２導電体の第２接合面に接続された板状の第２半導体素子と、第３接合面および第３接合面と直交する第３底面を有する直方体形状の第３導電体と、前記第３接合面と対向する第４接合面および第４接合面と直交し前記第３底面と同一平面に位置する第４底面を有する直方体形状の第４導電体と、前記第３導電体と第４導電体との間に配置され、一方の電極が前記第３導電体の第３接合面に接合され、他方の電極が前記第４導電体の第４接合面に接続された板状の第３半導体素子と、前記第３導電体と第４導電体との間に配置され、一方の電極が前記第３導電体の第３接合面に接合され、他方の電極が前記第４導電体の第４接合面に接続された板状の第４半導体素子と、前記第２接合面から前記第２導電体の外側に延出する第１電力端子と、前記第１導電体と第４導電体とを接続し、第４導電体の外側に延出する第２電力端子と、前記第３接合面から前記第３導電体の外側に延出する第３電力端子と、前記第１半導体素子に接続された第１信号端子と、前記第３半導体素子に接続された第２信号端子と、前記第１電力端子の基端部、第２電力端子の基端部、第３電力端子の基端部、第１信号端子の基端部、第２信号端子の基端部、並びに、前記第１、第２、第３および第４導電体を覆う直方体形状の絶縁体と、を備え、前記絶縁体は、前記第１、第２、第３および第４半導体素子に対して垂直に延びているとともに前記第１導電体の第１底面、前記第２導電体の第２底面、前記第３導電体の第３底面および前記第４導電体の第４底面が露出した平坦な底面と、前記底面に対して垂直に延びる平坦な第１側面と、前記底面に対して垂直に延びているとともに前記第１側面と平行に対向する第２側面と、前記第１側面および第２側面間に位置し前記底面と対向する天井面と、前記底面および第１、第２側面の一端と交差して延びる第１端面と、前記底面および第１、第２側面の他端と交差して延びる第２端面と、を有し、前記第１電力端子、第２電力端子、第３電力端子、第１信号端子および第２信号端子は前記天井面から外方に延出して、前記第１、第２および第３電力端子、は前記絶縁体より露出している部分において天井面と平行に折曲げられている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る電力変換装置の回路図である。
【図２】図１の電力変換装置を同実施形態に係る半導体装置を用いて構成した場合の配線図である。
【図３】同実施形態に係る半導体装置を冷却器上に載置した場合の断面図である。
【図４】同実施形態に係る半導体モジュールの構成部品を示す分解斜視図である。
【図５】同実施形態に係る半導体モジュールを示す斜視図である。
【図６】同実施形態に係る半導体モジュールを示す斜視図である。
【図７】同実施形態に係る半導体モジュールの断面図である。
【図８】同実施形態に係る半導体モジュールのモールド樹脂体を透視して内部構造を示す正面図である。
【図９】同実施形態に係る半導体モジュールのモールド樹脂体を透視して内部構造を示す斜視図である。
【図１０】同実施形態に係る半導体モジュールのモールド樹脂体を透視して内部構造を示す斜視図である。
【図１１】同実施形態に係る半導体モジュールを示す平面図である。
【図１２】同実施形態に係る半導体モジュールを示す正面図である。
【図１３】同実施形態に係る半導体モジュールを示す側面図である。
【図１４】同実施形態に係る半導体モジュールに用いるリードフレームを示す斜視図である。
【図１５】第２の実施形態に係る半導体モジュールの断面図である。
【図１６】第３の実施形態に係る半導体モジュールの斜視図である。
【図１７】同実施形態に係る半導体モジュールの接続例を示す図である。
【図１８】第４の実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、図面を参照しながら、実施形態に係る半導体装置とその製造方法について詳細に説明する。なお、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
【００１０】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の回路図である。具体的には、直流電源から３相交流モーターを駆動する回路を示している。
【００１１】
図２は、図１の電力変換装置を第１の実施形態に係る半導体装置１を用いて構成した場合の配線図を示している。図２に示すように、例えば、３個の半導体装置１を用いて、図１に示す電力変換装置を実現することができる。
【００１２】
図３は、本実施形態に係る半導体装置１を冷却器２上に載置し、絶縁材３を介して冷却器２の受熱面に接続した場合の断面図を示している。半導体装置１の信号端子４は、図示しない制御基板と電気的に接続され、半導体装置１の電気の流れを制御して、モーターが駆動するための３相交流を生み出している。半導体装置１の電力端子５は、図示しない外部配線と電気的に接続され、３本の電力端子５のうち２本がバッテリーのＰとＮに接続され、残りの１本がモーターに交流電流を供給している。
【００１３】
次に、電力変換装置を構成する半導体モジュール（半導体装置）１について詳細に説明する。図４は、半導体モジュール１の構成部品を示す分解斜視図である。図５および図６は、半導体モジュール１を示す斜視図、図７は、半導体モジュール１の断面図、図８、図９、図１０は、半導体モジュール１のモールド樹脂体を透視して内部構造を示す正面図および斜視図、図１１、図１２、図１３は、半導体モジュール１を示す側面図、平面図、正面図である。
【００１４】
図４ないし図１３に示すように、半導体モジュール１は、いわゆる両面放熱型および垂直実装型の装置として構成されている。すなわち、半導体モジュール１は、例えば、銅により形成された角柱形状の第１導電体（コレクタ）１１と、同じく、銅により形成された角柱形状の第２導電体（エミッタ）２１と、これら第１および第２導電体間に挟まれてこれらの導電体に接合された第１半導体素子１２および第２半導体素子２２と、を備えている。
【００１５】
半導体モジュール１はさらに、銅により形成された角柱形状の第３導電体（コレクタ）３１と、同じく、銅により形成された角柱形状の第４導電体（エミッタ）４１と、これら第３および第４導電体間に挟まれてこれらの導電体に接合された第３半導体素子３２および第４半導体素子４２と、を備えている。ここで、第１導電体１１と第４導電体４１を電気的に接続することにより、図１に示す３相交流のうちの１相を提供する装置とすることができる。
【００１６】
第１導電体１１は、１つの主面（側面）が矩形状の接合面（第１接合面）１１ａを構成し、更に、この第１接合面１１ａと直交する底面（第１底面）１１ｂが放熱面を構成している。第２導電体２１も同様に、１つの主面（側面）が矩形状の接合面（第２接合面）２１ａを構成し、更に、この第２接合面２１aと直交する底面（第２底面）２１ｂが放熱面を構成している。第２導電体２１は、その第２接合面２１ａが第１導電体１１の第１接合面１１ａと平行に対向し、かつ、第２底面２１ｂが第１導電体１１の第１底面１１ｂと同一平面上に位置するように配置されている。なお、第１および第２導電体１１、２１において、接合面と底面とは直交するように、すなわち、互いに垂直に形成されているが、これに限らず、直角以外の異なる角度で交差するように形成することも可能である。
【００１７】
第３導電体３１は、１つの主面（側面）が矩形状の接合面（第３接合面）３１ａを構成し、更に、この第３接合面３１ａと直交する底面（第１底面）３１ｂが放熱面を構成している。第４導電体４１も同様に、１つの主面（側面）が矩形状の接合面（第４接合面）４１ａを構成し、更に、この第４接合面と直交する底面（第４底面）４１ｂが放熱面を構成している。第４導電体４１は、その第４接合面４１ａが第３導電体３１の第３接合面３１ａと平行に対向し、かつ、第４底面４１ｂが第３導電体３１の第３底面３１ｂと同一平面上に位置するように配置されている。なお、第３および第４導電体３１、４１において、接合面と底面とは直交するように、すなわち、互いに垂直に形成されているが、これに限らず、直角以外の異なる角度で交差するように形成することも可能である。
【００１８】
第１半導体素子１２および第３半導体素子３２は、パワー半導体素子、例えば、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)であり、第２半導体素子２２および第４半導体素子４２は、ダイオードを用いている。第１半導体素子１２および第３半導体素子３２は、矩形板状に形成され、表面および裏面に異なる電極を構成している。また、第１半導体素子１２および第３半導体素子３２の一方の表面に、複数、例えば、４つの接続端子が形成されている。そして、第１半導体素子１２の表面は、電極部分および接続端子部分を除いて、絶縁膜、例えば、ポリイミドのフィルムで覆われている。
【００１９】
第２半導体素子２２および第４半導体素子４２は、矩形板状に形成され、表面および裏面に異なる電極を構成している。第２半導体素子２２および第４半導体素子４２の表面は、矩形状の電極部分を除いて、絶縁膜、例えば、ポリイミドのフィルムで覆われている。
【００２０】
第１半導体素子１２は、第１導電体１１の第１接合面１１aと平行に配置され、一方の電極が第１接続体１０１、例えば、矩形状の半田シートにより第１導電体１１の第１接合面１１aに接合されている。第２半導体素子２２は、第１導電体１１の第１接合面１１aと平行に配置され、更に、第１導電体１１の長手方向に隙間を置いて第１半導体素子１２と並んで配置されている。第２半導体素子２２は、一方の電極が第２接続体１０２、例えば、矩形状の半田シートにより第１導電体１１の第１接合面１１aに接合されている。
【００２１】
このように、第１半導体素子１２および第２半導体素子２２は、第１導電体１１の第１接合面１１aと平行に、かつ、第１導電体１１の第１底面１１ｂに対して垂直に配置されている。また、第１導電体１１の第１接合面１１aには、第５接続体１０５、例えば、矩形状の半田シートが設けられ、第１半導体素子１２の側方に並んで位置している。
【００２２】
第１半導体素子１２の他方の電極上に第３接続体１０３、例えば、矩形状の半田シートを介して、位置決め用の第１凸型導電体２０１が接合されている。第１凸型導電体２０１は、例えば、銅により形成され、扁平な直方体形状の本体と、本体の一方の主面から突出し、本体よりも小径で扁平な直方体形状の凸部と、を一体に有している。そして、第１凸型導電体２０１は、本体の平坦な主面側が半田シートにより第１半導体素子１２の電極に電気的かつ機械的に接合されている。
【００２３】
第２半導体素子２２の他方の電極上に第４接続体１０４、例えば、矩形状の半田シートを介して、位置決め用の第２凸型導電体２０２が接合されている。第２凸型導電体２０２は、例えば、銅により形成され、扁平な直方体形状の本体と、本体の一方の主面から突出し、本体よりも小径で扁平な直方体形状の凸部と、を一体に有している。そして、第２凸型導電体２０２は、本体の平坦な主面側が半田シートにより第２半導体素子２２の電極に電気的かつ機械的に接合されている。なお、第１凸型導電体２０１および第２凸型導電体２０２は、別体に限らず、２つの本体を一体に形成し、２つの凸部を共通の本体上に設ける構成としてもよい。
【００２４】
第３半導体素子３２は、第３導電体３１の第３接合面３１aと平行に配置され、一方の電極が第６接続体１０６、例えば、矩形状の半田シートにより第３導電体３１の第３接合面３１aに接合されている。第４半導体素子４２は、第３導電体３１の第３接合面３１aと平行に配置され、更に、第３導電体３１の長手方向に隙間を置いて第３半導体素子３２と並んで配置されている。第４半導体素子４２は、一方の電極が第７接続体１０７、例えば、矩形状の半田シートにより第３導電体３１の第３接合面３１aに接合されている。
【００２５】
このように、第３半導体素子３２および第４半導体素子４２は、第３導電体３１の第３接合面３１aと平行に、かつ、第３導電体３１の第３底面３１ｂに対して垂直に配置されている。また、第３導電体３１の第３接合面３１aには、第１０接続体１１０、例えば、矩形状の半田シートが設けられ、第３半導体素子３２の側方に並んで位置している。
【００２６】
第３半導体素子３２の他方の電極上に第８接続体１０８、例えば、矩形状の半田シートを介して、位置決め用の第３凸型導電体２０３が接合されている。第３凸型導電体２０３は、例えば、銅により形成され、扁平な直方体形状の本体と、本体の一方の主面から突出し、本体よりも小径で扁平な直方体形状の凸部と、を一体に有している。そして、第３凸型導電体２０３は、本体の平坦な主面側が半田シートにより第３半導体素子３２の電極に電気的かつ機械的に接合されている。
【００２７】
第４半導体素子４２の他方の電極上に第９接続体１０９、例えば、矩形状の半田シートを介して、位置決め用の第４凸型導電体２０４が接合されている。第４凸型導電体２０４は、例えば、銅により形成され、扁平な直方体形状の本体と、本体の一方の主面から突出し、本体よりも小径で扁平な直方体形状の凸部と、を一体に有している。そして、第４凸型導電体２０４は、本体の平坦な主面側が半田シートにより第４半導体素子４２の電極に電気的かつ機械的に接合されている。なお、第３凸型導電体２０３および第３凸型導電体２０３は、別体に限らず、２つの本体を一体に形成し、２つの凸部を共通の本体上に設ける構成としてもよい。
【００２８】
図４ないし図１３に示すように、半導体モジュール１は、図１４に示す導電金属板からなるリードフレームによりそれぞれ構成された第１電力端子４０１、第２電力端子４０２、第３電力端子４０３、第１電力端子４０１に連続する、例えば、５本の第１信号端子４０４、第２電力端子４０２に連続する、例えば、５本の第２信号端子４０５、を備えている。  
第１電力端子４０１は、その基端部が半田シートにより第２導電体２１の第２接合面２１aに接合されている。また、第１電力端子４０１は、第１導電体１１の長手方向一端から半導体モジュール１の外側に突出している。第２電力端子４０２は、その基端部が半田シートにより第１導電体１１の第１接合面１１aに接合されている。また、第２電力端子４０２は、第３導電体３１の長手方向一端から半導体モジュール１の外側に突出している。第３電力端子４０３は、その基端部が半田シートにより第３導電体３１の第３接合面３１aに接合されている。また、第３電力端子４０３は、第３導電体３１の長手方向一端から半導体モジュール１の外側に突出している。
【００２９】
リードフレームは接続部５０を有し、接続部５０には位置決め用の矩形状の第１開口３０１、第２開口３０２、第３開口３０３および第４開口３０４が並んで形成されている。第１開口３０１は、第１凸型導電体２０１の凸部が嵌合可能な大きさで、かつ、第１凸型導電体２０１の本体よりも小さく形成されている。同様に、第２開口３０２は、第２凸型導電体２０２の凸部が嵌合可能な大きさで、かつ、第２凸型導電体２０２の本体よりも小さく形成されている。同様に、第３開口３０３は、第３凸型導電体２０３の凸部が嵌合可能な大きさで、かつ、第３凸型導電体２０３の本体よりも小さく形成されている。同様に、第４開口３０４は、第４凸型導電体２０４の凸部が嵌合可能な大きさで、かつ、第４凸型導電体２０４の本体よりも小さく形成されている。
【００３０】
接続部５０の第２導電体２１側の表面には、第１開口３０１および第２開口３０２を含む領域に亘って浅い矩形状の凹所が形成されている。接続部５０および第２電力端子４０２は、第１凸型導電体２０１および第２凸型導電体２０２の凸部が第１開口３０１、第２開口３０２にそれぞれ係合した状態で、第１凸型導電体２０１および第２凸型導電体２０２に接合されている。更に、接続部５０および第１凸型導電体２０１および第２凸型導電体２０２の凸部は、接続部５０の凹所内に配置された第１１接続体１１１、例えば、矩形状の半田シートにより、第２導電体２１の第２接合面２１aに電気的および機械的に接合されている。すなわち、接続部５０、第１凸型導電体２０１および第２凸型導電体２０２、および第２導電体２１は、半田シートにより相互に接合されている。
【００３１】
接続部５０の第４導電体４１側の表面には、第３開口３０３および第４開口３０４を含む領域に亘って浅い矩形状の凹所が形成されている。接続部５０および第４電力端子４０４は、第３凸型導電体２０３および第４凸型導電体２０４の凸部が第３開口３０３、第４開口３０４にそれぞれ係合した状態で、第３凸型導電体２０３および第４凸型導電体２０４に接合されている。更に、接続部５０および第３凸型導電体２０３および第４凸型導電体２０４の凸部は、接続部５０の凹所内に配置された第１２接続体１１２、例えば、矩形状の半田シートにより、第４導電体４１の第４接合面４１aに電気的および機械的に接合されている。すなわち、接続部５０、第３凸型導電体２０３および第４凸型導電体２０４、および第４導電体４１は、半田シートにより相互に接合されている。
【００３２】
以上により、第１半導体素子１２の電極は、第１凸型導電体２０１を介して、第２導電体２１の第２接合面２１aに電気的に接合されている。第２半導体素子２２の電極は、第２凸型導電体２０２を介して、第２導電体２１の第２接合面２１aに電気的に接合されている。第１半導体素子１２および第２半導体素子２２は、第１導電体１１と第２導電体２１と間に挟まれ、接合面と平行に、かつ、第１導電体１１および第２導電体２１の底面に対して垂直に配置されている。
【００３３】
同様に、第３半導体素子３２の電極は、第３凸型導電体２０３を介して、第４導電体４１の第４接合面４１aに電気的に接合されている。第４半導体素子４２の電極は、第４凸型導電体２０４を介して、第４導電体４１の第４接合面４１aに電気的に接合されている。第３半導体素子３２および第４半導体素子４２は、第３導電体３１と第４導電体４１と間に挟まれ、接合面と平行に、かつ、第３導電体３１および第４導電体４１の底面に対して垂直に配置されている。
【００３４】
第１信号端子４０４及び第２信号端子４０５は、半導体モジュール１から突出し、第１導電体１１の第１接合面１１aおよび第３導電体３１の第３接合面３１aと平行に延びている。第１信号端子４０４の基端は、例えばボンディングワイヤにより、第１半導体素子１２の接続端子に接続されている。第２信号端子４０５の基端は、例えばボンディングワイヤにより、第３半導体素子３２の接続端子に接続されている。
【００３５】
図５ないし図１３に示すように、半導体モジュール１は、上述した構成部材を被覆した絶縁材、例えば、モールド樹脂体（絶縁体）６０を備えている。モールド樹脂体６０は、ほぼ直方体形状に形成されている。モールド樹脂体６０は、第１ないし第４半導体素子１２〜４２に対して垂直に延びているとともに第１導電体１１の底面１１ｂおよび第２導電体２１の底面２１ｂが露出した平坦な底面６１と、底面６１に対して垂直に延びる平坦な第１側面６２と、底面に対して垂直に延びているとともに第１側面６２と平行に対向する第２側面６３と、第１側面６２および第２側面６３間に位置し底面６１と対向する天井面６４と、底面６１および第１側面６２、第２側面６３の一端と交差して延びる第１端面６５と、底面６１および第１側面６２、第２側面６３の他端と交差して延びる第２端面６６と、を有している。本実施形態において、第１側面６２および第２側面６３は、第１導電体１１の第１接合面１１aおよび第２導電体２１の第２接合面２１aと平行に位置している。
【００３６】
モールド樹脂体６０は、成形型を型抜きする際に形成されるパーティングライン６７を有している。このパーティングライン６７は、モールド樹脂体６０の第１端面６５、天井面６４、第２端面６６に亘って形成され、第１側面６２および第２側面６３と平行に延びている。また、パーティングライン６７は、モールド樹脂体６０の短手方向の中心よりも、第１側面６２側にずれて位置し、リードフレームの接続部５０、第１ないし第３電力端子４０１〜４０３の基端部（本体）を含む平面内に位置している。
【００３７】
モールド樹脂体６０の天井面６４において、パーティングライン６７と第１側面６２との間の部分は、パーティングライン６７から第１側面６２に向かって底面６１側へ僅かに傾斜して延び、パーティングライン６７と第２側面６３との間の部分は、パーティングライン６７から第２側面６３に向かって底面６１側へ僅かに傾斜して延びている。
【００３８】
モールド樹脂体６０の各端面において、パーティングライン６７と第１側面６２との間の部分は、パーティングライン６７から第１側面６２に向かって他方の端面側へ僅かに傾斜して延び、パーティングライン６７と第２側面６３との間の部分は、パーティングライン６７から第２側面６３に向かって他方の端面側へ僅かに傾斜して延びている。
【００３９】
図５ないし図１３に示すように、第１電力端子４０１ないし第３電力端子４０３は、パーティングライン６７の位置でモールド樹脂体６０の一方の端面からモールド樹脂体６０の短手方向外方に突出し、第１側面６２と平行に位置する本体と、天井面６４と平行に折り曲げられた接触部と、を一体に有している。接触部は、例えばネジ留めのための穴が設けられている。また、接触部は、例えば溶接のための溶け混み部分を設けていてもよい。
【００４０】
第１信号端子４０４及び第２信号端子４０５において、５本の信号端子は、細長い棒状に形成され、パーティングライン６７の位置でモールド樹脂体６０の天井面６４から上方に突出している。５本の信号端子は、互いに平行に延びている。各信号端子は、天井面６４上においてパーティングライン６７の位置から第１側面６２と平行に延出する基端部と、基端部に対して長手方向に離間した２箇所で折曲げられ折曲げ部と、折曲げ部から延出する接続端部とを有している。接続端部は、モールド樹脂体６０の厚さ方向Ｈの中央に位置している。
【００４１】
また、図１１に示すように、これら５本の信号端子は、モールド樹脂体６０の長手方向中央に位置する中心線Ｌに対して、左右対称に配置されている。信号端子の少なくとも接続端部の外面に、図示しない導電膜が形成されている。
【００４２】
以上のように構成された半導体モジュール１の底面６１は、絶縁シート３を介して冷却器２の受熱面上に設置されている。これにより、第１ないし第４導電体１１〜４１は、冷却器２に熱的に接続され、第１ないし第４半導体素子１２〜４２で発生した熱を第１ないし第４導電体１１〜４１を介して冷却器２に放熱することができる。半導体モジュール１の第１ないし第３電力端子４０１〜４０３の接触部は、それぞれ外部配線の接続端子に接触し、電気的に接続されている。また、半導体モジュール１の第１信号端子４０４及び第２信号端子４０５は、上方へ突出している。
【００４３】
一列に並んだ複数の半導体モジュール１において、隣り合う２つの半導体モジュール１は、モールド樹脂体６０の側面同志が隣接対向して、あるいは、互いに当接した状態で配置されてもよい。隣り合う２つの半導体モジュール１の内、一方は、他方に対して１８０度反転した向きで配置してもよい。いずれの向きで配置した場合でも、第１電力端子４０１乃至第３電力端子４０３の長さや曲げ方向を変えることにより、バスバーの接続端子に確実に係合する。
【００４４】
また、図１８に示すように、半導体モジュール１の製造過程において、モールド樹脂体６０の底面６１を研削して平坦に加工する。その際、モールド樹脂体６０の第１側面６２および第２側面６３は、それぞれ平坦に、かつ互いに平行に形成されているため、クランパにより第１側面６２及び第２側面を挟んで押圧することにより、半導体モジュール１を強固に保持することができる。そして、このように半導体モジュール１を強固に保持した状態で、底面６１を研削することにより、高い平面度を有する底面６１を形成することが可能となる。モールド樹脂体６０の底面６１の平面度を高くすることにより、半導体モジュール１の底面６１を冷却器２の受熱面に密着させ、熱抵抗を低減することができる。これにより、半導体モジュール１の冷却効率を向上することができ、また、その分、第１導電体１１ないし第４導電体４１を小さくすることが可能となる。
【００４５】
更に、前述したように半導体モジュール１を第１側面６２および第２側面６３の両側から強固に把持した状態で、底面６１を研削することにより、研削によるモールド樹脂体６０と第１導電体１１ないし第４導電体４１との間の剥離を防止することができる。これにより、信頼性の向上した半導体モジュールが得られる。
【００４６】
また、本実施形態の半導体モジュール１によれば、１つのモジュール内に４つの導電体、すなわち第１導電体１１ないし第４導電体４１を収めることができるので、例えば、１つのモジュール内に２つの導電体を収めた半導体モジュールと比較して高い放熱性を有し、１つのモジュールで取り扱う電力を大きくすることができる。
【００４７】
さらに、本実施形態の半導体モジュール１と、１つのモジュール内に２つの導電体を収めた半導体モジュールとをそれぞれ複数個用いて、同等の電力変換効率を得ようとしたときに、本実施形態の半導体モジュール１を用いた場合の方が、少ない半導体モジュール数で済む。すなわち、半導体モジュール間を接続する外部配線も少なくて済む。従って、本実施形態の半導体モジュールは、より密に並べることが可能であり、本実施形態の半導体モジュール１を用いれば、より小型な半導体電力変換装置を得ることができる。
【００４８】
以上、本実施形態によれば、小型化、信頼性の向上を図ることができるとともに、密に並べて設置することが可能な半導体装置（半導体モジュール）が得られる。
【００４９】
（第２の実施形態）
図１５は、第２の実施形態に係る半導体モジュールの断面図である。本実施形態の半導体モジュールの基本的な構造は、第１の実施形態で説明した半導体モジュールと同じである。以下に述べる第２の実施形態において、上述した第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に詳細に説明する。
【００５０】
第１の実施形態で説明した半導体モジュールと異なる点は、本実施形態に係る半導体モジュールは、第３導電体３１の第１導電体１１に近接する面Ａと、第４導電体４１の第２導電体２１に近接する面Ｂとが、同一平面にない点である。あるいは、第２導電体２１の第４導電体４１に近接する面Ｃと、第１導電体１１の第３導電体３１に近接する面Ｄとが、同一平面にない構造でもよい。
【００５１】
言い換えると、本実施形態に係る半導体モジュールは、第１導電体１１の長手方向の幅Ｗ１と、第２導電体２１の長手方向の幅Ｗ２とが、異なっている。あるいは、第３導電体の長手方向の幅Ｗ３と、前記第４導電体の長手方向の幅Ｗ４とが、異なっている構造でもよい。
【００５２】
あるいは、本実施形態に係る半導体モジュールは、第１半導体素子１２に垂直な方向Ｘから見たときに、第１導電体１１の少なくとも一部と第４導電体４１の少なくとも一部とが、重なっている構造でもよい。
【００５３】
第１の実施形態で説明した半導体モジュール１は、第１導電体１１および第２導電体２１と、第３導電体３１および第４導電体４１の間には、ほぼモールド樹脂しか存在しておらず、例えば導電体の材質を銅とした場合には、導電体の強度よりもモールド樹脂の強度の方が低いため、機械的な負荷が加わった時にはこの部分で破損が発生する恐れがある。
【００５４】
これに対し、本実施形態の半導体モジュールは、第１導電体１１および第２導電体２１の間部分と、第３導電体３１および第４導電体４１の間部分とが、第１半導体素子１２に垂直な方向Ｘから見たときに、重ならないように第１導電体１１ないし第４導電体４１の形状あるいは配置を変更することで、半導体モジュールの強度を確保することができる。
【００５５】
特に、第１導電体１１と第３導電体３１間、および第２導電体２１と第４導電体間４１間は、絶縁を確保するため一定距離を空ける必要がある。また、半導体モジュールは過渡熱抵抗を低くすることが要求される。従って、半導体モジュールは、絶縁性を確保しつつ、第１導電体１１ないし第４導電体４１のサイズが最大となるような構造が望ましい。
【００５６】
また、半導体モジュールを本実施形態のような構造にすることで、電気の流れる経路長、特に、Ｎ端子側の電流経路を短くすることができる。これにより、Ｐ端子側とＮ端子側の電流経路の差が小さくなり、電気特性の改善を図ることができる。
【００５７】
（第３の実施形態）
図１６は、第３の実施形態に係る半導体モジュールの斜視図である。また、図１７は、本実施形態に係る半導体モジュールの接続例を示す図である。本実施形態の半導体モジュールの基本的な構造は、第１の実施形態あるいは第２の実施形態で説明した半導体モジュールと同じである。以下に述べる第３の実施形態において、上述した第１の実施形態あるいは第２の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に詳細に説明する。
【００５８】
第１の実施形態あるいは第２の実施形態で説明した半導体モジュールと異なる点は、本実施形態に係る半導体モジュールは、第１電力端子４０１ないし第３電力端子４０３の長さが異なることである。
【００５９】
半導体モジュールから露出する３本の電力端子のうちＮ端子とＰ端子の２本はバッテリーからの入力を、残りのＡＣ端子にてモーターへの出力を担う。図１６においては、第１電力端子４０１がＮ端子に、第２電力端子４０２がＡＣ端子に、第３電力端子４０３がＰ端子に相当する。
【００６０】
ここで、各電力端子は、それぞれバッテリーからの外部配線あるいはモーターへの外部配線と電気的に接続される。例えば、ハイブリッド車および電気自動車のインバータとして使用する電流は１００Ａ以上となるため、一般的に外部配線の厚さが１ｍｍ以上の銅板が使用される。このような状況において、複雑な配線を形成することは困難である。
【００６１】
そこで、本実施形態の半導体モジュールでは、図１７に示すように、半導体モジュールの３本の電力端子の長さが異なる構造にすることにより、直線で形成された外部配線で簡便に接続することが可能になる。
【００６２】
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、第１の実施形態で説明した半導体モジュールの製造方法について説明する。ここで製造する半導体モジュールは、第１の実施形態で説明した半導体モジュール１と同じものである。
【００６３】
図１８は、第４の実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明する図である。
【００６４】
まず、（ａ）において、第１導電体１１ないし第４導電体４１の間に、各部品およびはんだを搭載する。そして、熱をかけることではんだを溶かし、各部品と第１導電体１１ないし第４導電体４１とが接合される。
【００６５】
詳細には、第１導電体１１の第１接合面１１ａ上に第１接続体１０１と第２接続体１０２を搭載し、表裏面に異なる電極を有する板状の第１半導体素子１２を一方の電極が前記第１接続体に接触するように第１接続体１０１上に搭載し、表裏面に異なる電極を有する板状の第２半導体素子２２を一方の電極が第２接続体１０２に接触するように第２接続体１０２上に搭載し、第１半導体素子１２の他方の電極上に第３接続体１０３を搭載し、第２半導体素子２２の他方の電極上に第４接続体１０４を搭載し、第１導電体１１の第１接合面１１ａ上に第５接続体１０５を搭載し、凸部を有する第１凸型導電体２０１を第３接続体１０３上に搭載し、凸部を有する第２凸型導電体２０２を第４接続体１０４上に搭載する。
【００６６】
同様に、第３導電体３１の第３接合面３１ａ上に第６接続体１０６と第７接続体１０７を搭載し、表裏面に異なる電極を有する板状の第３半導体素子３２を一方の電極が第６接続体１０６に接触するように第６接続体１０６上に搭載し、表裏面に異なる電極を有する板状の第４半導体素子４２を一方の電極が第７接続体１０７に接触するように第７接続体１０７上に搭載し、第３半導体素子３２の他方の電極上に第８接続体１０８を搭載し、第４半導体素子４２の他方の電極上に第９接続体１０９を搭載し、第３導体３１の第３接合面３１ａ上に第１０接続体１１０を搭載し、凸部を有する第３凸型導電体２０３を第８接続体１０８上に搭載し、凸部を有する第４凸型導電体２０４を第９接続体１０９上に搭載する。
【００６７】
第１凸型導電体２０１の凸部が係合可能な第１開口３０１、第２凸型導電体２０２の凸部が係合可能な第２開口３０２、第３凸型導電体２０３の凸部が係合可能な第３開口３０３および第４凸型導電体２０４の凸部が係合可能な第４開口３０４を有する板状の接続部５０と、第１電力端子４０１と、第２電力端子４０２と、第３電力端子４０３と、第１信号端子４０４と、第２信号端子４０５を有するリードフレームを、第１凸型導電体２０１の凸部に第１開口３０１を、第２凸型導電体２０２の凸部に第２開口３０２を、第３凸型導電体２０３の凸部に第３開口３０３を、第４凸型導電体２０４の凸部に第４開口３０４を嵌め合わせ、第５接続体１０５上に第２電力端子４０２を搭載し、第１０接続体１１０上に第３電力端子４０３を搭載する。
【００６８】
また、リードフレームの接続部５０上で、第１凸型導体２０１および第２凸型導電体２０２の凸部に重ねて、第１１接続体１１１を搭載し、第２接合面２１ａを有する第２導電体２１を、その第２接合面２１ａが第１導電体１１の第１接合面１１ａと対向するように第１１接続体１１１上に搭載し、リードフレームの接続部５０上で、第３凸型導体２０３および第４凸型導電体２０４の凸部に重ねて、第１２接続体１１２を搭載し、第４接合面４１ａを有する第４導電体４１を、その第４接合面４１ａが第３導電体３１の第３接合面３１ａと対向するように第１２接続体１１２上に搭載する。
【００６９】
そして、第１接続体１０１ないし第１２接続体１１２を一括溶融させた後に固化して第１導電体１１、第１半導体素子１２および第２半導体素子２２、第１凸型導電体２０１および第２凸型導電体２０２、第１電力端子４０１および第２電力端子４０２、接続部５０、第２導電体２１を接合する。同様に、第３導電体３１、第３半導体素子３２および第４半導体素子４２、第３凸型導電体２０３および第４凸型導電体２０４、第２電力端子４０２および第３電力端子４０３、接続部５０、第４導電体４１を接合する。
【００７０】
次に、（ｂ）において、リードフレームと半導体素子間をワイヤボンディングにより接続する。具体的には、第１半導体素子１２の接続端子と第１信号端子４０４との間を導線で接続し、第３半導体素子３２の接続端子と第２信号端子４０５との間を導線で接続する。
【００７１】
続いて、（ｃ）において、全体をモールド樹脂体６０によりモールドする。具体的には、第１電力端子４０１ないし第３電力端子４０３の基端部、第１信号端子４０４および第２信号端子４０５の基端部、および他の全ての構成部材を絶縁材で覆って絶縁体を形成する。
【００７２】
その後、（ｄ）において、モールド樹脂体６０の底面６１を切削し、第１導電体１１ないし第４導電体４１を露出させる。具体的には、リードフレームの接続部５０、第１電力端子４０１、第２電力端子４０２、第３電力端子４０３、および第１信号端子４０４および第２信号端子４０５を残して、リードフレームの他の部分を切除し、絶縁体を研削して、第１半導体素子１２ないし第４半導体素子４２に対して垂直に延び、かつ、第１導電体１１の第１底面１１ｂ、第２導電体２１の第２底面２１ｂ、第３導電体３１の第３底面３１ｂおよび第４導電体４１の第４底面４１ｂが露出する底面を形成する。
【００７３】
そして、（ｅ）において、第１電力端子４０１ないし第３電力端子４０３、第１信号端子４０４及び第２信号端子４０５をリードカットし、折り曲げてフォーミングする。
【００７４】
最後に、はんだの濡れ性を良くするために、第１信号端子４０４及び第２信号端子４０５の先端にめっきを施す。
【００７５】
以上のような製造方法によって、第１の実施形態で説明した半導体モジュールを製造することができる。すなわち、小型化、信頼性の向上を図ることができるとともに、密に並べて設置することが可能な半導体装置（半導体モジュール）を得ることができる。
【００７６】
本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７７】
１：半導体装置（半導体モジュール）、２：冷却器、３：絶縁材、４：信号端子、５：電力端子、
１１：第１導電体、２１：第２導電体、３１：第３導電体、４１：第４導電体、
１１a：第１接合面、２１a：第２接合面、３１a：第３接合面、４１a：第４接合面、
１１ｂ：第１底面、２１ｂ：第２底面、３１ｂ：第３底面、４１ｂ：第４底面、
１２：第１半導体素子、２２：第２半導体素子、３２：第３半導体素子、４２：第４半導体素子、
５０：接続部、６０：モールド樹脂体、６１：底面、６２：第１側面、６３：第２側面、６４：天井面、６５：第１端面、６６：第２端面、６７：パーティングライン、
１０１：第１接続体、１０２：第２接続体、１０３：第３接続体、１０４：第４接続体、１０５：第５接続体、１０６：第６接続体、１０７：第７接続体、１０８：第８接続体、１０９：第９接続体、１１０：第１０接続体、１１１：第１１接続体、１１２：第１２接続体、
２０１：第１凸型導電体、２０２：第２凸型導電体、２０３：第３凸型導電体、２０４：第４凸型導電体、
３０１：第１開口、３０２：第２開口、３０３：第３開口、３０４：第４開口、
４０１：第１電力端子、４０２：第２電力端子、４０３：第３電力端子、
４０４：第１信号端子、４０５：第２信号端子、
Ａ：第３導電体の面、Ｂ：第４導電体の面、Ｃ：第１導電体の面、Ｄ：第２導電体の面、
Ｗ１：第１導電体の長手方向の幅、Ｗ２：第２導電体の長手方向の幅、Ｗ３：第３導電体の長手方向の幅、Ｗ４：第４導電体の長手方向の幅、Ｌ：中心線、Ｈ：厚さ方向
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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