(57)【要約】  周辺回路の受動素子を封止樹脂内に封止し、半導体モジュールの高機能化をはかる。  半導体スイッチング素子１、２と受動素子１０とを、第１リード端子層１Ｌ、第２リード端子層２Ｌ、第３リード端子層３Ｌの３層に分けて配置されたリード端子５１ａ〜５３ｂに接合したうえで、封止樹脂１１に封止した構造からなり、第１リード端子層１Ｌと第２リード端子層２Ｌの間の第１封止樹脂層１Ｍに封止された受動素子１０の高さを、半導体スイッチング素子１の高さと、金属ブロック８ａの高さの合計よりも小さくした。
2016125673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体スイッチング素子と、少なくとも１つの受動素子とが、それぞれリード端子に接合されたうえで、封止樹脂に封止された半導体モジュールであって、
前記リード端子は、前記封止樹脂内において、少なくとも、第１リード端子層と、第２リード端子層と、第３リード端子層との３層に分けて配置され、
前記封止樹脂は、少なくとも、前記第１リード端子層と前記第２リード端子層とに挟まれた第１封止樹脂層と、前記第２リード端子層と前記第３リード端子層とに挟まれた第２封止樹脂層とを有し、
前記半導体スイッチング素子は、両主面を有し、一方の主面に信号電極パッドと一方の電源電極パッドとが形成され、他方の主面に他方の電源電極パッドが形成され、
前記第２リード端子層に配置された１つの前記リード端子は、両主面を有し、一方の主面に、第１の前記半導体スイッチング素子の他方の前記電源電極パッドが接合され、他方の主面に、金属ブロックを介して第２の前記半導体スイッチング素子の一方の前記電源電極パッドが接合され、
第１の前記半導体スイッチング素子の一方の前記電源電極パッドは、金属ブロックを介して前記第１リード端子層に配置された前記リード端子に接合され、第１の前記半導体スイッチング素子の前記信号電極パッドは、接続用導体を介して前記第２リード端子層に配置された前記リード端子に接続され、
第２の前記半導体スイッチング素子の他方の前記電源電極パッドは、前記第３リード端子層に配置された前記リード端子に接合され、第２の前記半導体スイッチング素子の前記信号電極パッドは、接続用導体を介して前記第３リード端子層に配置された前記リード端子に接続され、
少なくとも１つの前記受動素子が前記第１封止樹脂層に封止され、かつ／または、少なくとも１つの前記受動素子が前記第２封止樹脂層に封止され、
前記第１封止樹脂層に封止された前記受動素子のうち最も大きな高さを有するものの高さが、第１の前記半導体スイッチング素子の高さと、第１の前記半導体スイッチング素子の一方の前記電源電極パッドに接合された前記金属ブロックの高さの合計よりも小さく、かつ／または、前記第２封止樹脂層に封止された前記受動素子のうち最も大きな高さを有するものの高さが、第２の前記半導体スイッチング素子の高さと、第２の前記半導体スイッチング素子の一方の前記電源電極パッドに接合された前記金属ブロックの高さの合計よりも小さい半導体モジュール。
【請求項２】
複数の半導体スイッチング素子と、少なくとも１つの受動素子とが、それぞれリード端子に接合されたうえで、封止樹脂に封止された半導体モジュールであって、
前記リード端子は、前記封止樹脂内において、少なくとも、第１リード端子層と、第２  リード端子層と、第３リード端子層との３層に分けて配置され、
前記封止樹脂は、少なくとも、前記第１リード端子層と前記第２リード端子層とに挟まれた第１封止樹脂層と、前記第２リード端子層と前記第３リード端子層とに挟まれた第２封止樹脂層とを有し、
前記半導体スイッチング素子は、両主面を有し、一方の主面に信号電極パッドと一方の電源電極パッドとが形成され、他方の主面に他方の電源電極パッドが形成され、
前記第２リード端子層に配置された１つの前記リード端子は、両主面を有し、一方の主面に、第１の前記半導体スイッチング素子の他方の前記電源電極パッドが接合され、他方の主面に、金属ブロックを介して第２の前記半導体スイッチング素子の一方の前記電源電極パッドが接合され、
第１の前記半導体スイッチング素子の一方の前記電源電極パッドは、金属ブロックを介して前記第１リード端子層に配置された前記リード端子に接合され、第１の前記半導体スイッチング素子の前記信号電極パッドは、接続用導体を介して前記第２リード端子層に配置された前記リード端子に接続され、第２の前記半導体スイッチング素子の他方の前記電源電極パッドは、前記第３リード端子層に配置された前記リード端子に接合され、第２の前記半導体スイッチング素子の前記信号電極パッドは、接続用導体を介して前記第３リード端子層に配置された前記リード端子に接続され、
少なくとも１つの前記受動素子が、前記第１リード端子層または前記第３リード端子層に配置された前記リード端子に接合されたうえ、前記第２リード端子層を貫いて、前記第１封止樹脂層および前記第２封止樹脂層に亘って封止され、
封止された前記受動素子のうち最も大きな高さを有するものの高さが、第１の前記半導体スイッチング素子の高さと、第１の前記半導体スイッチング素子の一方の前記電源電極パッドに接合された前記金属ブロックの高さと、前記第２リード端子層に配置された前記リード端子の厚さと、第２の前記半導体スイッチング素子の高さと、第２の前記半導体スイッチング素子の一方の前記電源電極パッドに接合された前記金属ブロックの高さの合計よりも小さい半導体モジュール。
【請求項３】
第３の半導体スイッチング素子をさらに備え、
前記受動素子は、前記第１封止樹脂層に封止されるか、または、前記第２封止樹脂層に封止されており、
第３の前記半導体スイッチング素子は、前記受動素子が前記第１封止樹脂層に封止された場合には前記第２封止樹脂層に封止され、前記受動素子が前記第２封止樹脂層に封止された場合には前記第１封止樹脂層に封止されている、請求項１に記載された半導体モジュール。
【請求項４】
前記封止樹脂層を垂直方向に透視したとき、
第１の前記半導体スイッチング素子と第２の前記半導体スイッチング素子とが完全には重なっていない、請求項１に記載された半導体モジュール。
【請求項５】
前記半導体スイッチング素子を含む電源回路の構成要素である前記受動素子が、前記第１リード端子層または前記第３リード端子層に配置された前記リード端子に接合されている、請求項１、３、４のいずれか１項に記載された半導体モジュール。
【請求項６】
前記封止樹脂の線膨張率が、前記半導体モジュールを構成する前記半導体スイッチング素子、前記受動素子、前記リード端子、前記金属ブロック、前記接続用導体のそれぞれの線熱膨張率のうち、最も大きい線膨張率と、最も小さい線膨張率の中間の値である、請求項１ないし５のいずれか１項に記載された半導体モジュール。
【請求項７】
前記受動素子が検出素子である、請求項１ないし６のいずれか１項に記載された半導体モジュール。
【請求項８】
前記検出素子が、シャント抵抗素子、および／または、サーミスタ素子である、請求項７に記載された半導体モジュール。
【請求項９】
更に、セラミックス板を備え、前記リード端子が、少なくとも、セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金を介して、前記セラミックス基板に取付けられた、請求項１ないし８のいずれか１項に記載された半導体モジュール。
【請求項１０】
更に、熱硬化性の樹脂板を備え、前記リード端子が、接着剤を介することなく直接に前記樹脂板に取付けられた、請求項１ないし８のいずれか１項に記載された半導体モジュール。
【請求項１１】
更に、前記封止樹脂の表面から露出した放熱板を備え、前記放熱板の外周縁が、前記封止樹脂の内部に埋め込まれた、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載された半導体モジュール。
【請求項１２】
前記第２リード端子層に配置された前記リード端子の厚みが、前記第１リード端子層に配置された前記リード端子および前記第３リード端子層に配置された前記リード端子の厚みよりも大きい、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載された半導体モジュール。
【請求項１３】
前記半導体スイッチング素子と並列にスナバ回路が接続された、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載された半導体モジュール。
【請求項１４】
Ｐ側端子と、Ｎ側端子と、中間端子と、２個の前記半導体スイッチング素子と、前記受動素子としてシャント抵抗素子とを備え、
前記Ｐ側端子に、１個の前記半導体スイッチング素子のドレインが接続され、当該半導体スイッチング素子のソースに、もう１個の前記半導体スイッチング素子のドレインが接続され、当該半導体スイッチング素子のソースに、前記シャント抵抗素子の一端が接続され、当該シャント抵抗素子の他端に前記Ｎ側端子が接続されるとともに、
２個の前記半導体スイッチング素子の接続点に、中間端子が接続された等価回路を備えた、請求項１、２、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３のいずれか１項に記載された半導体モジュール。
【請求項１５】
Ｐ側端子と、Ｎ側端子と、中間端子と、３個の前記半導体スイッチング素子と、前記受動素子としてシャント抵抗素子とを備え、
前記Ｐ側端子に、１個の前記半導体スイッチング素子のドレインが接続され、当該半導体スイッチング素子のソースに、もう１個の前記半導体スイッチング素子のドレインが接続され、当該半導体スイッチング素子のソースに、前記シャント抵抗素子の一端が接続され、当該シャント抵抗素子の他端に前記Ｎ側端子が接続されるとともに、
２個の前記半導体スイッチング素子の接続点に、残りの１個の前記半導体スイッチング素子のソースが接続され、当該半導体スイッチング素子のドレインに中間端子が接続された等価回路を備えた、請求項３、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３のいずれか１項に記載された半導体モジュール。
【請求項１６】
Ｐ側端子と、Ｎ側端子と、３個の中間端子とを備え、
前記Ｐ側端子と前記Ｎ側端子との間に、請求項１４に記載された半導体モジュール、または、請求項１５に記載された半導体モジュールが、３個、並列に接続された半導体モジュール。
【請求項１７】
前記半導体モジュールがインバータの電力変換部を構成している、請求項１ないし１６のいずれか１項に記載された半導体モジュール。
【請求項１８】
ケースに、請求項１ないし１７のいずれか１項に記載された前記半導体モジュールが、複数個、同心円状に取付けられたパワーコントロールユニット。
【請求項１９】
ケースに、請求項１ないし１７のいずれか１項に記載された前記半導体モジュールが、２個、対向して取付けられたパワーコントロールユニット。
【請求項２０】
複数の前記半導体モジュールの上側主面に、それぞれ個別ヒートシンクが取付けられた、または、１つの共通ヒートシンクが取付けられた、請求項１８または１９に記載されたパワーコントロールユニット。
【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に関し、さらに詳しくは、周辺回路の受動素子を封止樹脂内に封止し、高機能化をはかった半導体モジュールに関する。【０００２】
また、本発明は、本発明の半導体モジュールを使用したパワーコントロールユニットに関する。
【背景技術】
【０００３】
インバータ等に対応する電力変換用の半導体モジュールが、車載機器、産業用機器等の電源に使用されている。【０００４】
半導体モジュールは、特許文献１（特開２０１４−１８３０７８号公報）や特許文献２（特許第４２３９５８０号公報）に開示されるように、複数の半導体スイッチング素子の組合せ、あるいは、複数のスイッチング素子と複数の還流ダイオードとの組合せで回路を構成することができる。【０００５】
たとえば、特許文献１には、３つの層に分けて配置されたリード端子（電極）の間に、半導体スイッチング素子として２個のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）と、２個の還流ダイオードとを接続し、全体を封止樹脂で封止した半導体モジュールが開示されている。【０００６】
また、特許文献２には、３つの層に分けて配置されたリード端子の間に、それぞれ上面に金属ブロック（導体ブロック）が取付けられた２個のＩＧＢＴと、同じくそれぞれ上面に金属ブロックが取付けられた２個の還流ダイオードとを接続し、全体を封止樹脂で封止した半導体モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１８３０７８号公報
【特許文献２】特許第４２３９５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
車載機器や産業用機器等の電源に使用される半導体モジュールは、安全性の確保のためにも、誤作動は許されない。そのため、半導体モジュールの周辺に、異常電流を検知するための検知素子としてシャント抵抗素子や、異常発熱を検知するための検知素子としてサーミスタ素子等を配置して、半導体モジュールが正常に作動していることを常時監視する場合がある。【０００９】
また、半導体モジュールの周辺回路として、抵抗素子、コンデンサ素子、インダクタ素子等の受動素子により、電源の効率を向上させるため等の回路を構成する場合がある。【００１０】
これらの受動素子（検知素子を含む）を半導体モジュールの封止樹脂内に封止することができれば、半導体モジュールの高機能化をはかることができる。また、車載機器や産業用機器においては、使用する部品点数を削減することができ、生産性が向上する。しかしながら、これまで、これらの受動素子は、半導体モジュールの周辺回路部品として用意され、半導体モジュールには組込まれてこなかった。【００１１】
また、異常発熱を検知するための検知素子を、半導体モジュールの封止樹脂内に組込むことができれば、半導体モジュールに組込まれた半導体スイッチング素子の異常発熱を高い精度で検知することができる。しかしながら、これまで、当該検出素子は、半導体モジュールには組込まれてこなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述した従来の問題を解決するためになされたものであり、受動素子（検知素子を含む）を、封止樹脂内に、機能的、合理的に組込んだ半導体モジュールを提供することを目的とする。【００１３】
その手段として、本発明の半導体モジュール（請求項１に記載された半導体モジュール）は、複数の半導体スイッチング素子と、少なくとも１つの受動素子とが、それぞれリード端子に接合されたうえで、封止樹脂に封止され、リード端子は、封止樹脂内において、少なくとも、第１リード端子層と、第２リード端子層と、第３リード端子層との３層に分けて配置され、封止樹脂は、少なくとも、第１リード端子層と第２リード端子層とに挟まれた第１封止樹脂層と、第２リード端子層と第３リード端子層とに挟まれた第２封止樹脂層とを有し、半導体スイッチング素子は、両主面を有し、一方の主面に信号電極パッドと一方の電源電極パッドとが形成され、他方の主面に他方の電源電極パッドが形成され、第２リード端子層に配置された１つのリード端子は、両主面を有し、一方の主面に、第１の半導体スイッチング素子の他方の電源電極パッドが接合され、他方の主面に、金属ブロックを介して第２の半導体スイッチング素子の一方の電源電極パッドが接合され、第１の半導体スイッチング素子の一方の電源電極パッドは、金属ブロックを介して第１リード端子層に配置されたリード端子に接合され、第１の半導体スイッチング素子の信号電極パッドは、接続用導体を介して第２リード端子層に配置されたリード端子に接続され、第２の半導体スイッチング素子の他方の電源電極パッドは、第３リード端子層に配置されたリード端子に接合され、第２の半導体スイッチング素子の信号電極パッドは、接続用導体を介して第３リード端子層に配置されたリード端子に接続され、少なくとも１つの受動素子が第１封止樹脂層に封止され、かつ／または、少なくとも１つの受動素子が第２封止樹脂層に封止され、第１封止樹脂層に封止された受動素子のうち最も大きな高さを有するものの高さが、第１の半導体スイッチング素子の高さと、第１の半導体スイッチング素子の一方の電源電極パッドに接合された金属ブロックの高さの合計よりも小さく、かつ／または、第２封止樹脂層に封止された受動素子のうち最も大きな高さを有するものの高さが、第２の半導体スイッチング素子の高さと、第２の半導体スイッチング素子の一方の電源電極パッドに接合された金属ブロックの高さの合計よりも小さくなるようにした。【００１４】
この半導体モジュール（請求項１に記載された半導体モジュール）は、第３の半導体スイッチング素子をさらに備え、受動素子は、第１封止樹脂層に封止されるか、または、第２封止樹脂層に封止されており、第３の半導体スイッチング素子は、受動素子が第１封止樹脂層に封止された場合には第２封止樹脂層に封止され、受動素子が第２封止樹脂層に封止された場合には第１封止樹脂層に封止されたものとしても良い。この場合には、さらに第３の半導体スイッチング素子を、封止樹脂内に封止することができる。【００１５】
また、この半導体モジュール（請求項１に記載された半導体モジュール）は、封止樹脂層を垂直方向に透視したとき、第１の半導体スイッチング素子と第２の半導体スイッチング素子とが完全には重なっていないものとすることができる。すなわち、第１の半導体スイッチング素子と第２の半導体スイッチング素子とが全く重なっていないか、重なっているとしても部分的に重なったものとすることができる。この場合には、第１および第２の半導体スイッチング素子が発生させる熱を、効率よく放散させることができる。【００１６】
また、本発明のもう１つの半導体モジュール（請求項２に記載された半導体モジュール）は、複数の半導体スイッチング素子と、少なくとも１つの受動素子とが、それぞれリード端子に接合されたうえで、封止樹脂に封止され、リード端子は、封止樹脂内において、少なくとも、第１リード端子層と、第２リード端子層と、第３リード端子層との３層に分けて配置され、封止樹脂は、少なくとも、第１リード端子層と第２リード端子層とに挟まれた第１封止樹脂層と、第２リード端子層と第３リード端子層とに挟まれた第２封止樹脂層とを有し、半導体スイッチング素子は、両主面を有し、一方の主面に信号電極パッドと一方の電源電極パッドとが形成され、他方の主面に他方の電源電極パッドが形成され、第２リード端子層に配置された１つのリード端子は、両主面を有し、一方の主面に、第１の半導体スイッチング素子の他方の電源電極パッドが接合され、他方の主面に、金属ブロックを介して第２の半導体スイッチング素子の一方の電源電極パッドが接合され、第１の半導体スイッチング素子の一方の電源電極パッドは、金属ブロックを介して第１リード端子層に配置されたリード端子に接合され、第１の半導体スイッチング素子の信号電極パッドは、接続用導体を介して第２リード端子層に配置されたリード端子に接続され、第２の半導体スイッチング素子の他方の電源電極パッドは、第３リード端子層に配置されたリード端子に接合され、第２の半導体スイッチング素子の信号電極パッドは、接続用導体を介して第３リード端子層に配置されたリード端子に接続され、少なくとも１つの受動素子が、第１リード端子層または第３リード端子層に配置されたリード端子に接合されたうえ、第２リード端子層を貫いて、第１封止樹脂層および第２封止樹脂層に亘って封止され、封止された受動素子のうち最も大きな高さを有するものの高さが、第１の半導体スイッチング素子の高さと、第１の半導体スイッチング素子の一方の電源電極パッドに接合された金属ブロックの高さと、第２リード端子層に配置されたリード端子の厚さと、第２の半導体スイッチング素子の高さと、第２の半導体スイッチング素子の一方の電源電極パッドに接合された金属ブロックの高さの合計よりも小さくなるようにした。【００１７】
本発明の半導体モジュール（請求項１や２に記載された半導体モジュール）は、封止樹脂の線膨張率が、半導体モジュールを構成する半導体スイッチング素子、受動素子、リード端子、金属ブロック、接続用導体のそれぞれの線熱膨張率のうち、最も大きい線膨張率と、最も小さい線膨張率の中間の値であることが好ましい。以下にその理由を説明する。半導体モジュールを構成する部材には、線膨張率の大きい部材や小さい部材が混在している。そのため、半導体モジュールの内部には、これら部材間の線膨張率差による熱応力が発生する。この熱応力に起因する熱疲労により、半導体スイッチング素子や受動素子とリード端子との接合部、半導体スイッチング素子と接続用導体の接合部、半導体スイッチング素子と金属ブロックの接合部が破断したり、半導体スイッチング素子や受動素子等の実装素子が破壊してしまったりする虞があった。【００１８】
そこで、半導体モジュールの空間に、半導体モジュールを構成する各部材の線膨張率のうち、最も大きい線膨張率と最も小さい線膨張率の中間の値の線膨張率を有する封止樹脂を充填することが好ましく、そのようにすれば、前記接合部の破断や、実装素子の破壊を抑制することができるのである。【００１９】
なお、半導体スイッチング素子や受動素子を階層化した構造である場合、半導体モジュールの空間を封止樹脂で充填することで、半導体モジュールの機械的構造強度を維持することが可能となる。すなわち、封止樹脂が弾性体であると該機械的構造強度を維持できなくなるため、封止樹脂は、その弾性率が１ＧＰａ以上であることが好ましい。【００２０】
さらに、本発明の半導体モジュール（請求項１に記載された半導体モジュール）は、半導体スイッチング素子を含む電源回路（半導体スイッチング素子のゲートの開閉を制御する回路を「制御回路」、半導体スイッチング素子により電力の流れが制御される回路を「電源回路」とする）の構成要素である受動素子が、第１リード端子層または第３リード端子層に配置されたリード端子に接合されていることが好ましい。以下に、その理由を説明する。【００２１】
半導体スイッチング素子を含む電源回路の構成要素である受動素子は、該受動素子が抵抗素子である場合はもとより、コンデンサ素子、インダクタ素子であっても、微小の抵抗成分を有するため、該電源回路を含む半導体モジュールが作動する際には、半導体スイッチング素子のみならず、該受動素子も自己発熱する。本発明の半導体モジュールは、インバータ等に対応する電力変換用の半導体モジュールであり、電源回路に大電力が掛かる用途に用いられる場合がある。その場合、電源回路の構成要素である受動素子は、その抵抗成分が微小であっても大きく自己発熱し、機能保証温度を超える状況に至ることもある。よって、電源回路の構成要素である受動素子に対しては、半導体スイッチング素子と同様に放熱対策が必要となる。【００２２】
本発明の半導体モジュールにおいて、該モジュールの内部で発せられる熱は、リード端子を伝わって放熱させると同時に、該モジュールの両主面に配置された後述の放熱板から放熱させる構造を採っている。よって、電源回路の構成要素である受動素子は、第１リード端子層または第３リード端子層に配置されたリード端子に接合されていることが好ましいのである。これにより、電源回路の構成要素である受動素子から発せられた熱は、接合された第１リード端子層または第３リード端子層に配置されたリード端子を伝わって平面方向に放熱されると同時に、該受動素子が接合された第１のリード端子層または第３のリード端子層に配置されたリード端子から、後述の樹脂板を、それぞれの厚み方向に伝わり、放熱板から外部に放出される。電源回路の構成要素である受動素子は、前記二つの経路を伝わって放熱され、十分な放熱経路が確保されることで、過度な温度上昇が防止されることになる。これにより、受動素子の機能保証温度の範囲内で、正常に作動し続けることが可能となる。【００２３】
これに対し、電源回路の構成要素である受動素子が、第２のリード端子層に配置されたリード端子に接合されると、該受動素子から発せられた熱は、第２のリード端子層に配置されたリード端子のみを伝わった平面方向のみの放熱となり、十分な放熱経路が確保できない。そのため、電源回路を構成する受動素子が、過度に温度上昇し、該受動素子の機能保証温度を超え、半導体モジュールの動作不良が発生する状況に至る場合がある。【００２４】
以上説明したように、電源回路の構成要素である受動素子が抵抗素子である場合は、該抵抗成分による電力損失に起因した発熱量が大きくなるため、該受動素子は、第１のリード端子層または第３のリード端子層に配置されたリード端子に接合することが特に好ましい。【００２５】
なお、第２のリード端子層に配置されたリード端子には、第１の半導体スイッチング素子が接合されているが、第１の半導体スイッチング素子から発せられた熱は、第２のリード端子層に配置されたリード端子を伝わって平面方向に放熱されると同時に、金属ブロックを介して、第1のリード端子層に配置されたリード端子から、後述の樹脂板を、それぞれの厚み方向に伝わり、放熱板から外部に放出される。すなわち、第１の半導体スイッチング素子においては、第２のリード端子層に配置されたリード端子に接合された状態であっても、前記二つの経路を伝わって放熱されるため、十分な放熱経路が確保されていることになる。【００２６】
本発明の半導体モジュールにおいては、検出素子を、封止樹脂層に封止される受動素子とすることができる。たとえば、シャント抵抗素子やサーミスタ素子等の検出素子を封止樹脂層に封止すれば、半導体モジュールの高機能化をはかることができる。また、サーミスタ素子を封止樹脂に封止した場合には、半導体スイッチング素子の異常発熱を高い精度で検知することができる。【００２７】
また、セラミックス板を備え、リード端子が、少なくとも、セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金を介して、セラミックス基板に取付けられたものとしても良い。この場合には、高い強度を備えたセラミックス板に、リード端子を強固に取付けることができる。【００２８】
あるいは、熱硬化性の樹脂板を備え、リード端子が、接着剤を介することなく直接に樹脂板に取付けられたものとしても良い。この場合には、未硬化状態の樹脂板に、リード端子を熱圧着し、更に加熱して樹脂板を硬化させて、リード端子を樹脂板に取付けることができる。【００２９】
更に、封止樹脂の表面から露出した放熱板を備え、放熱板の外周縁が、封止樹脂の内部に埋め込まれたものとしても良い。この場合には、放熱板により、半導体スイッチング素子により発生した熱を効率的に放散させることができる。また、放熱板の外周縁が封止樹脂の内部に埋め込まれているため、放熱板と封止樹脂との剥離が起こりにくく、この部分からの水分の内部への混入が抑制されているため、放熱板を封止樹脂の表面に露出させているにも関わらず、高い耐湿性、高い信頼性を維持することができる。【００３０】
また、第２リード端子層に配置されたリード端子の厚みを、第１リード端子層に配置されたリード端子および第３リード端子層に配置されたリード端子の厚みよりも大きくすることが好ましい。この場合には、半導体スイッチング素子の最高ジャンクション温度を低く抑えることができる。また、半導体スイッチング素子の間の温度ばらつきを小さく抑えることができる。【００３１】
また、半導体スイッチング素子と並列にスナバ回路を接続することが好ましい。この場合には、スイッチング時に配線やワイヤーボンディング等におい発生する寄生インダクタンスや寄生抵抗を低減させ、低ノイズ化をはかることができる。【００３２】
本発明の半導体モジュールにより、種々の等価回路を構成することができる。【００３３】
たとえば、本発明の1つの半導体モジュール（請求項１に記載された半導体モジュール）では、Ｐ側端子と、Ｎ側端子と、中間端子と、２個の半導体スイッチング素子と、受動素子としてシャント抵抗素子とを備え、Ｐ側端子に、１個の半導体スイッチング素子のドレインまたはコレクタ（以下においては両者を合わせて「ドレイン」と表記するが、当該「ドレイン」は「コレクタ」と読み替えることができるものとする）が接続され、その半導体スイッチング素子のソースまたはエミッタ（以下においては両者を合わせて「ソース」と表記するが、当該「ソース」は「エミッタ」と読み替えることができるものとする）に、もう１個の半導体スイッチング素子のドレインが接続され、その半導体スイッチング素子のソースに、シャント抵抗素子の一端が接続され、そのシャント抵抗素子の他端にＮ側端子が接続されるとともに、２個の半導体スイッチング素子の接続点に、中間端子が接続された等価回路を構成することができる。【００３４】
また、本発明の他の半導体モジュール（請求項３に記載された半導体モジュール）では、Ｐ側端子と、Ｎ側端子と、中間端子と、３個の半導体スイッチング素子と、受動素子としてシャント抵抗素子とを備え、Ｐ側端子に、１個の半導体スイッチング素子のドレインが接続され、その半導体スイッチング素子のソースに、もう１個の半導体スイッチング素子のドレインが接続され、その半導体スイッチング素子のソースに、シャント抵抗素子の一端が接続され、そのシャント抵抗素子の他端にＮ側端子が接続されるとともに、２個の半導体スイッチング素子の接続点に、残りの１個の半導体スイッチング素子のソースが接続され、その半導体スイッチング素子のドレインに中間端子が接続された等価回路を構成することができる。【００３５】
本発明の半導体モジュールを、複数個、並列に接続し、大規模化された等価回路を備えた半導体モジュールを構成しても良い。【００３６】
本発明の半導体モジュールは、たとえば、インバータの電力変換部として用いることができる。【００３７】
また、複数個（たとえば６個）の本発明の半導体モジュールを、ケースに同心円状に取付け、パワーコントロールユニットを構成することができる。あるいは、２個の本発明の半導体モジュールを対向させてケースに取付け、パワーコントロールユニットを構成することができる。本発明の半導体モジュールは小型であるので、パワーコントロールユニットの小型化をはかることができる。【００３８】
また、パワーコントロールユニットは、取付けられた半導体モジュールの上面に、ヒートシンクを取付けることが好ましい。この場合には、半導体モジュールが発生させた熱を効率的に放散させることができる。なお、ヒートシンクは、半導体モジュールごとに個別ヒートシンクを取付けても良いし、あるいは、複数の半導体モジュールに１つの共通ヒートシンクを取付けても良い。【００３９】
なお、必要に応じて、取付けられた半導体モジュールのコーナー部に切欠きを設けても良い。この場合には、パワーコントロールユニットを更に小型化することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の半導体モジュールは、半導体スイッチング素子に加えて、受動素子が封止樹脂内に封止されており、高機能化されている。【００４１】
本発明のパワーコントロールユニットは、小型化された半導体モジュールを使用しているので、小型化されている。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１（Ａ）は、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００を示す断面図である。図１（Ｂ）は、半導体モジュール１００を示す要部断面図である。
【図２】図２は、第２実施形態にかかる半導体モジュール２００を示す断面図である。
【図３】図３は、第３実施形態にかかる半導体モジュール３００を示す断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、第４実施形態にかかる半導体モジュール４００を示す平面図である。図４（Ｂ）は、半導体モジュール４００を示す断面図であり、図４（Ａ）のＸ-Ｘ部分を示している。
【図５】図５は、第５実施形態にかかる半導体モジュール５００を示す等価回路図である。
【図６】図６は、第６実施形態にかかる半導体モジュール６００を示す等価回路図である。
【図７】図７は、第７実施形態にかかる半導体モジュール７００を示す等価回路図である。
【図８】図８は、第８実施形態にかかる半導体モジュール８００を示す等価回路図である。
【図９】図９は、第９実施形態にかかる半導体モジュール９００を示す等価回路図である。
【図１０】図１０は、第１０実施形態にかかる半導体モジュール１０００を示す等価回路図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、第１３実施形態にかかる半導体モジュール１３００を示す断面図である。図１１（Ｂ）は、半導体モジュール１３００の製造方法を示す断面図である。
【図１２】第１５実施形態にかかる半導体モジュール１５００を示す等価回路図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、第１６実施形態にかかる半導体モジュール１６００を示す分解平面図である。図１３（Ｂ）は、半導体モジュール１６００を示す平面図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、第１７実施形態にかかる半導体モジュール１７００を示す分解平面図である。図１４（Ｂ）は、半導体モジュール１７００を示す平面図である。
【図１５】図１５（Ａ）は、第１８実施形態にかかる半導体モジュール１８００を示す分解平面図である。図１５（Ｂ）は、半導体モジュール１８００を示す平面図である。
【図１６】図１６（Ａ）は、第１９実施形態にかかる半導体モジュール１９００を示す分解平面図である。図１６（Ｂ）は、半導体モジュール１９００を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、図面とともに、本発明を実施するための形態を説明する。
【００４４】
［第１実施形態］
図１（Ａ）、（Ｂ）に、本発明の第１実施形態にかかる半導体モジュール１００を示す。
【００４５】
図１（Ａ）は、半導体モジュール１００の断面図である。図１（Ｂ）は、半導体モジュール１００の要部断面図である。ただし、図１（Ｂ）では、封止樹脂１１の図示を省略している。
【００４６】
半導体モジュール１００は、銅系金属、アルミニウム系金属、鉄系金属等からなる板状の複数のリード端子５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂを備える。
【００４７】
リード端子５１ａ〜５３ｂは、第１リード端子層１Ｌ、第２リード端子層２Ｌ、第３リード端子層３Ｌの３層に分けて配置されている。
【００４８】
第１リード端子層１Ｌに配置されたリード端子５１ａ、５１ｂ、５１ｃは、予め樹脂板６ａと接している。また、第３リード端子層３Ｌに配置されたリード端子５３ａ、５３ｂは、予め樹脂板６ｂと接している。樹脂板６ａ、６ｂは、たとえば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ビスマレイミド系樹脂、シリコーン系樹脂等からなる。なお、樹脂板６ａ、６ｂは、半導体スイッチング素子で発生する熱を半導体モジュール１００の両表面から放熱させるための熱伝達経路に位置する。よって、樹脂板６ａ、６ｂには、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素等の高熱伝導率のフィラーを充填した熱抵抗の低い樹脂板を用いることが好ましい。
【００４９】
なお、樹脂板６ａには、放熱板７ａも接している。また、樹脂板６ｂには、放熱板７ｂも接している。放熱板７ａ、７ｂは、たとえば、銅系金属、アルミニウム系金属、鉄系金属等の熱伝導率の高い金属板からなる。
【００５０】
半導体モジュール１００は、第１の半導体スイッチング素子１と、第２の半導体スイッチング素子２とを備える。
【００５１】
図１（Ｂ）に示すように、第１の半導体スイッチング素子１は、両主面を有し、一方の主面に信号電極パッド１ａと一方の電源電極パッド１ｂとが形成され、他方の主面に他方の電源電極パッド１ｃが形成されている。同じく、図１（Ｂ）に示すように、第２の半導体スイッチング素子２は、両主面を有し、一方の主面に信号電極パッド２ａと一方の電源電極パッド２ｂとが形成され、他方の主面に他方の電源電極パッド２ｃが形成されている。
【００５２】
第１の半導体スイッチング素子１の他方の電源電極パッド１ｃは、はんだ、ナノ焼結金属、導電性樹脂等からなる接合材４により、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ａの一方の主面に接合されている。第１の半導体スイッチング素子１の一方の電源電極パッド１ａには、接合材４により、金属ブロック８ａが接合されている。金属ブロック８ａの電源電極パッド１ａに接合されていない側の主面は、接合材４により、第１リード端子層１Ｌに配置されたリード端子５１ｃに接合されている。第１の半導体スイッチング素子１の信号電極パッド１ａは、金属ワイヤーからなる接続用導体９ａにより、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ｂに電気的に接続されている。
【００５３】
第２の半導体スイッチング素子２の他方の電源電極パッド２ｃは、接合材４により、第３リード端子層３Ｌに配置されたリード端子５３ａの一方の主面に接合されている。第２の半導体スイッチング素子２の一方の電源電極パッド２ｂには、接合材４により、金属ブロック８ｂが接合されている。金属ブロック８ｂの電源電極パッド２ａに接合されていない側の主面は、接合材４により、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ａの他方の主面に接合されている。第２の半導体スイッチング素子２の信号電極パッド２ａは、金属ワイヤーからなる接続用導体９ｂにより、第３リード端子層３Ｌに配置されたリード端子５３ｂに電気的に接続されている。
【００５４】
なお、上述したように、接合材４には、たとえば、はんだ、ナノ焼結金属、導電性樹脂等が使用されるが、電気損失量が大きくなる電源経路や、半導体スイッチング素子で発生する熱を半導体モジュール１００の両表面から放熱させるための熱伝達経路に位置する接合部にあっては、比抵抗が低く、熱伝導率の高い、銀、銅、金等からなるナノ焼結金属を使用することが好ましい。ただし、接合材４は、接合材４が位置する全部位で、同一の接合材とする必要はなく、各部位で要求される接合材の特性を考慮して、種々ある接合材の中から好適なものを選択すれば良い。
【００５５】
また、信号電極パッド１ａとリード端子５２ｂの接続、および信号電極パッド２ａとリード端子５３ｂの接続は、電気的導通をもって接続されるならば、形態の如何を問わない。本実施形態においては、接続用導体９ａ、９ｂとして金属ワイヤーを使用しているが、接続用導体９ａ、９ｂは金属ワイヤーには限られず、これに代えて金属クリップ等を使用するようにしても良い。
【００５６】
図１（Ａ）に示すように、半導体モジュール１００は、受動素子１０を備える。受動素子１０は、たとえば、抵抗素子、サーミスタ素子、コンデンサ素子、インダクタンス素子等からなる。受動素子１０は、異常電流や異常発熱を検出する検出素子であっても良い。受動素子１０は、一方の主面に１対の電極パッド（図示せず）が形成され、一方の電極パッドが、接合材４により、第１リード端子層１Ｌに配置されたリード端子５１ａに接合され、他方の電極パッドが、接合材４により、第１リード端子層１Ｌに配置されたリード端子５１ｂに接合されている。
【００５７】
第１の半導体スイッチング素子１、第２の半導体スイッチング素子２、金属ブロック８ａ、８ｂ、受動素子１０は、リード端子５１ａ〜５３ｂ、樹脂板６ａ、６ｂ、接続用導体９ａ、９ｂとともに、封止樹脂１１に封止されている。リード端子５１ａ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂは、その先端が封止樹脂１１から導出されている。また、放熱板７ａ、７ｂが、封止樹脂１１の両主面から露出されている。
【００５８】
封止樹脂１１は、たとえば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ビスマレイミド系樹脂、シリコーン系樹脂等からなる。封止樹脂１１は、第１リード端子層１Ｌと第２リード端子層２Ｌとの間の第１封止樹脂層１Ｍと、第２リード端子層２Ｌと第３リード端子層３Ｌとの間の第２封止樹脂層２Ｍとを有する。
【００５９】
第１リード端子層１Ｌと第２リード端子層２Ｌとの間の第１封止樹脂層１Ｍには、接合材４により一方の主面に金属ブロック８ａが取付けられた第１の半導体スイッチング素子１と、受動素子１０とが封止されている。
【００６０】
受動素子１０の高さは、半導体スイッチング素子１の高さと金属ブロック８ａの高さとの合計よりも小さくなるように設計されている。 
【００６１】
受動素子１０の高さが、１の半導体スイッチング素子１の高さと金属ブロック８ａの高さとの合計よりも大きいと、受動素子１０が、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ａに支える虞があるからである。そして、受動素子１０が、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ａに支えると、半導体モジュール１００の主面が部分的に膨れたり、傾いたりすることで、外観不良を起こしたり、半導体モジュール１００を機器、装置内に組み込む際に不具合が生じる虞があるからである。また、第１の半導体スイッチング素子１と金属ブロック８ａとを相互に接合する接合材４や、第１の半導体スイッチング素子１をリード端子５２ａに接合する接合材４や、金属ブロック８ａをリード端子５１ｃに接合する接合材４が外れて導通不良を起こす虞があるからである。
【００６２】
また、受動素子１０の高さが、半導体スイッチング素子１の高さと金属ブロック８ａの高さとの合計と同じであっても、製造誤差により、受動素子１０の高さが設計よりも大きい場合や、半導体スイッチング素子１や金属ブロック８ａの高さが設計よりも小さい場合に、受動素子１０が、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ａに支える虞があるからである。そして、受動素子１０が、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ａに支えると、半導体モジュール１００の主面が部分的に膨れたり、傾いたりすることで、外観不良を起こしたり、半導体モジュール１００を機器、装置内に組み込む際に不具合が生じる虞があるからである。また、第１の半導体スイッチング素子１と金属ブロック８ａとを相互に接合する接合材４や、第１の半導体スイッチング素子１をリード端子５２ａに接合する接合材４や、金属ブロック８ａをリード端子５１ｃに接合する接合材４が外れて導通不良を起こす虞があるからである。
【００６３】
なお、厳密には、第１の半導体スイッチング素子１をリード端子５２ｂに、金属ブロック８ａをリード端子５１ｃに、受動素子１０をリード端子５１ａ、５１ｂにそれぞれ接合する接合材４の厚みや、第１の半導体スイッチング素子１と金属ブロック８ａとを接合する接合材４の厚みを考慮する必要がある。しかしながら、これらの接合材４の厚みは、受動素子１０や半導体スイッチング素子１や金属ブロック８ａの高さに比べて非常に小さく、少なくとも、受動素子１０の高さを、半導体スイッチング素子１の高さと金属ブロック８ａの高さとの合計よりも小さくしておけば、半導体モジュール１００の主面が部分的に膨れたり、傾いたりすることで、半導体モジュール１００を機器、装置内に組み込む際に不具合が生じることや、内部で接合材４が外れて導通不良を起こすことを防止することができる。
【００６４】
なお、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００においては、第１リード端子層１Ｌと第２リード端子層２Ｌとの間の第１封止樹脂層１Ｍに、１個の受動素子１０のみを封止しているが、第１封止樹脂層１Ｍに複数個の受動素子１０を封止するようにしても良い。この場合には、第１封止樹脂層１Ｍに封止された受動素子１０のうち最も大きな高さを有するものの高さを、半導体スイッチング素子１の高さと金属ブロック８ａの高さとの合計よりも小さくなるように設計すれば良い。
【００６５】
また、受動素子１０を、第１封止樹脂層１Ｍに封止するのではなく、第２封止樹脂層２Ｍに封止するようにしても良い。あるいは、第１封止樹脂層１Ｍだけに封止した受動素子１０に加えて、別の受動素子１０を、第２封止樹脂層２Ｍにも封止するようにしても良い。
【００６６】
また、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００においては、封止樹脂１１として、その熱膨張率が、半導体スイッチング素子１、２（線膨張率：４ｐｐｍ／Ｋ）、受動素子１０（線膨張率：１９ｐｐｍ／Ｋ）、リード端子５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂ（線膨張率：１７ｐｐｍ／Ｋ）、金属ブロック８ａ、８ｂ（線膨張率：１７ｐｐｍ／Ｋ）、接続用導体９ａ、９ｂ（線膨張率：２４ｐｐｍ／Ｋ）のうち、最も大きい線膨張率と、最も小さい線膨張率の中間の値を有するものを用いた。具体的には、前記構成部材のうち、線膨張率の最も大きい接続用導体９ａ、９ｂ（線膨張率：２４ｐｐｍ／Ｋ）と、線膨張率の最も小さい半導体スイッチング素子１、２（線膨張率：４ｐｐｍ／Ｋ）の中間の値である、線膨張率が８〜２０ｐｐｍ/Ｋの封止樹脂を用いた。なお、
前記構成部材の線膨張率は、適用した構成部材の材質により変わるものである。すなわち、適用した構成部材の材質によっては、最も大きい線膨張率を有する部材、最も小さい線膨張率を有する部材、およびそれら線膨張率の値が変わるものであり、これに従い、封止樹脂１１の線膨張率の選択範囲は適宜変更されるものである。
【００６７】
上述のとおり、半導体モジュール１００を構成する部材には、線膨張率の大きい部材や小さい部材が混在している。そのため、半導体モジュール１００の内部には、これら部材間の線膨張率差による熱応力が発生する。
【００６８】
この熱応力に起因する熱疲労により、次の問題が発生する虞があった。まず、半導体スイッチング素子１とリード端子５２ｂとの接合部、半導体スイッチング素子２とリード端子５３ｂとの接合部、受動素子１０とリード端子５１ａ、５１ｂとの接合部、半導体スイッチング素子１と接続用導体９ａとの接合部、半導体スイッチング素子２と接続用導体９ｂとの接合部、半導体スイッチング素子１と金属ブロック８ａとの接合部、半導体スイッチング素子２と金属ブロック８ｂとの接合部が破断する虞があった。また、半導体スイッチング素子１、２や受動素子１０等の実装素子が破壊する虞があった。
【００６９】
そこで、半導体モジュール１００の空間に、半導体モジュール１００を構成する各部材の線膨張率のうち、最も大きい線膨張率と最も小さい線膨張率の中間の値の線膨張率を有する封止樹脂１１を充填することで、前記接合部の破断や、実装素子（半導体スイッチング素子１，２や受動素子１０）の破壊を抑制することができる。
【００７０】
さらに、実施形態１にかかる半導体モジュール１００においては、受動素子を第１リード端子層または第３リード端子層に配置されたリード端子に接合した。
【００７１】
受動素子は、該受動素子が抵抗素子である場合はもとより、コンデンサ素子、インダクタ素子であっても、微小の抵抗成分を有するため、半導体モジュールが作動する際には、半導体スイッチング素子のみならず、受動素子も自己発熱する場合がある。このように自己発熱する受動素子に対しては、半導体スイッチング素子と同様に放熱対策が必要となる。
【００７２】
第１の実施形態にかかる半導体モジュール１００においては、受動素子１０を、第１のリード端子層に配置されたリード端子５１ａ、５１ｂに接合する。これにより、受動素子から発せられた熱は、第１リード端子層に配置されたリード端子５１ａを平面方向に伝わって外部に放出されると同時に、第１のリード端子層に配置されたリード端子５１ａ、５１ｂから、樹脂板６ａを、それぞれの厚み方向に伝わり、放熱板から外部に放出される。前記二つの放熱経路が確保されることで、受動素子は、過度に温度上昇することなく、機能保証温度の範囲内で、正常に作動し続けることが可能となる。
【００７３】
以上の構造からなる、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００は、たとえば、次の方法で製造することができる。
【００７４】
まず、樹脂板６ａに、第１リード端子層１Ｌに配置されるリード端子５１ａ、５１ｂ、５１ｃと、放熱板７ａを取付ける。具体的には、樹脂板６ａの一方の主面に、予めリードフレーム（図示せず）で繋がったリード端子５１ａ、５１ｂ、５１ｃを接着剤により接着し、他方の主面に放熱板７ａを接着剤により接着する。あるいは、未硬化樹脂体の一方の主面にリード端子５１ａ、５１ｂ、５１ｃを、他方の主面に放熱板７ａを配置して熱間プレスし、前記未硬化樹脂シートを熱硬化させて樹脂板６ａとすることで、樹脂板６ａの一方の主面に、予めリードフレーム（図示せず）で繋がったリード端子５１ａ、５１ｂ、５１ｃを、他方の主面に放熱板７ａを、接着剤を介さずに接着することもできる。
【００７５】
同様に、樹脂板６ｂに、予めリードフレーム（図示せず）で繋がった第３リード端子層３Ｌに配置されるリード端子５３ａ、５３ｂと、放熱板７ｂを取付ける。具体的には、樹脂板６ｂの一方の主面にリード端子５３ａ、５３ｂを接着剤により接着し、他方の主面に放熱板７ｂを接着剤により接着する。あるいは、未硬化樹脂体の一方の主面にリード端子５３ａ、５３ｂを、他方の主面に放熱板７ｂを配置して熱間プレスし、前記未硬化樹脂シートを熱硬化させて樹脂板６ｂとすることで、樹脂板６ｂの一方の主面に、予めリードフレーム（図示せず）で繋がったリード端子５３ａ、５３ｂ、５３ｃを、他方の主面に放熱板７ｂを、接着剤を介さずに接着することもできる。
【００７６】
第２リード端子層２Ｌに配置されるリード端子５２ａとリード端子５２ｂは、本実施形態においては樹脂板と接していない。しかしながら、リード端子５２ａとリード端子５２ｂが、樹脂板と接するようにしても良い。なお、本実施形態においては、リード端子５２ａとリード端子５２ｂとは樹脂板には接していないが、製造初期の段階においては、リード端子５２ａとリード端子５２ｂとはリードフレーム（図示せず）により繋がっている。
【００７７】
次に、第１の半導体スイッチング素子１を、接合材４により、リード端子５２ａに接合する。同様に、第２の半導体スイッチング素子２を、接合材４により、リード端子５３ａに接合する。この場合の接合材４には、ナノ焼結金属、はんだ、導電性樹脂等を用いる。
【００７８】
次に、第１の半導体スイッチング素子１の信号電極パッド１ａと、リード端子５２ｂとを、接続用導体９ａにより接続する。同様に、第２の半導体スイッチング素子２の信号電極パッド２ａと、リード端子５３ｂとを、接続用導体９ｂにより接続する。接続用導体９ａ、９ｂに金属ワイヤーを用いる場合は、ワイヤーボンディングで接続する。また、接続用導体９ａ、９ｂに金属クリップを用いる場合は、信号電極パッド１ａ、２ａ、リード端子５２ｂ、５３ｂと、ナノ焼結金属、はんだ、導電性樹脂等で接続する。
【００７９】
次に、第１の半導体スイッチング素子１の電源電極パッド１ｂに、接合材４により、金属ブロック８ａを接合する。同様に、第２の半導体スイッチング素子２の電源電極パッド２ａに、接合材４により、金属ブロック８ｂを接合する。この場合の接合材４には、ナノ焼結金属、はんだ、導電性樹脂等を用いる。
【００８０】
次に、受動素子１０の１対の電極パッド（図示せず）を、接合材４により、樹脂板６ａに取付けられたリード端子５１ａ、５１ｂに接合する。この場合の接合材４には、ナノ焼結金属、はんだ、導電性樹脂等を用いる。
【００８１】
次に、第１の半導体スイッチング素子１の電源電極パッド１ｂに接合された金属ブロック８ａ（の該接合面とは反対の面）を、接合材４により、リード端子５１ｃに接続する。さらに、第２の半導体スイッチング素子２の電源電極パッド２ａに接合された金属ブロック８ｂ（の該接合面とは反対の面）を、接合材４により、リード端子５２ａに接合する。この場合の接合材４には、ナノ焼結金属、はんだ、導電性樹脂等を用いる。
【００８２】
次に、一体化された、第１の半導体スイッチング素子１、第２の半導体スイッチング素子２、金属ブロック８ａ、８ｂ、受動素子１０、リード端子５１ａ〜５３ｂ、樹脂板６ａ、６ｂ、放熱板７ａ、７ｂ、接続用導体９ａ、９ｂを金型（図示せず）内に収容する。続いて、金型内に樹脂を注入し、硬化させて、第１の半導体スイッチング素子１、第２の半導体スイッチング素子２、金属ブロック８ａ、８ｂ、受動素子１０、リード端子５１ａ〜５３ｂ、樹脂板６ａ、６ｂ、接続用導体９ａ、９ｂを、封止樹脂１１内に封止する。なお、リード端子５１ａ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂの先端は、封止樹脂１１から導出されている。また、放熱板７ａ、７ｂが、封止樹脂１１の両主面から露出されている。
【００８３】
最後に、封止樹脂１１から導出されたリード端子５１ａ〜５３ｂの必要な部分だけを残し、不要なリードフレームを切り落として、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００を完成させる。
【００８４】
［第２実施形態］
図２に、本発明の第２実施形態にかかる半導体モジュール２００を示す。ただし、図２は、半導体モジュール２００の断面図である。
【００８５】
第２実施形態にかかる半導体モジュール２００は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示した、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００の、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ａと、受動素子１０とを別のものに変更した。半導体モジュール２００の他の構成は、半導体モジュール１００と同じにした。以下に説明する。
【００８６】
半導体モジュール２００は、第２リード端子層２Ｌに、リード端子５２ｃを備える。リード端子５２ｃは、幅広の板状の金属からなり、両主面間を貫通して、貫通孔５２ｃ-ｈが形成されている。 
【００８７】
リード端子５２ｃの一方の主面には、接合材４により、第１の半導体スイッチング素子１の他方の電源電極パッド（図示せず）が接合されている。また、リード端子５２ｃの他方の主面には、第２の半導体スイッチング素子２の一方の電源電極パッド（図示せず）に接合された金属ブロック８ｂが、接合材４により、接合されている。
【００８８】
また、半導体モジュール２００は、高さの大きい受動素子２０を備える。受動素子２０は、たとえば、抵抗素子、サーミスタ素子、コンデンサ素子、インダクタンス素子等からなる。
【００８９】
受動素子２０は、一方の主面に１対の電極パッド（図示せず）が形成され、一方の電極パッドが、接合材４により、第１リード端子層１Ｌに配置されたリード端子５１ａに接合され、他方の電極パッドが、接合材４により、第１リード端子層１Ｌに配置されたリード端子５１ｂに接合されている。
【００９０】
また、受動素子２０は、リード端子５２ｃに形成された貫通孔５２ｃ-ｈを貫通して配置されている。
【００９１】
第１の半導体スイッチング素子１、第２の半導体スイッチング素子２、金属ブロック８ａ、８ｂ、受動素子２０は、リード端子５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、樹脂板６ａ、６ｂ、接続用導体９ａ、９ｂとともに、封止樹脂１１に封止されている。また、放熱板７ａ、７ｂが、封止樹脂１１の両主面から露出されている。
【００９２】
受動素子２０の高さは、第１の半導体スイッチング素子１の高さと、第１の半導体スイッチング素子１の一方の電源電極パッドに接合された金属ブロック８ａの高さと、第２リード端子層に配置されたリード端子５２ｃの高さと、第２の半導体スイッチング素子２の高さと、第２の半導体スイッチング素子２の一方の電源電極パッドに接合された金属ブロック８ｂの高さの合計よりも小さくなるように設計されている。受動素子２０が、第３リード端子層３Ｌに配置されたリード端子５３ａに支え、半導体モジュール２００の主面が部分的に膨れたり、傾いたりすることで、半導体モジュール２００を機器、装置内に組み込む際に不具合が生じたり、内部で接合材４が外れて導通不良を起こしたりすることを防止するためである。
【００９３】
また、半導体モジュール２００においては、封止樹脂１１の線膨張率を、半導体スイッチング素子１、２、受動素子２０、リード端子５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、金属ブロック８ａ、８ｂ、接続用導体９ａ、９ｂのうち、最も大きい線膨張率と、最も小さい線膨張率の中間の値とした。半導体モジュール２００が高温、低温に曝された場合においても、前記部材間の接合部の破断や、実装素子（半導体スイッチング素子１、２や受動素子２０）の破壊を防止するためである。
【００９４】
［第３実施形態］
図３に、本発明の第３実施形態にかかる半導体モジュール３００を示す。ただし、図３は、半導体モジュール３００の断面図である。
【００９５】
第３実施形態にかかる半導体モジュール３００は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示した、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００に、第３の半導体スイッチング素子３、金属ブロック８ｃ、接続用導体９ｃを追加した。そして、第３の半導体スイッチング素子３、金属ブロック８ｃ、接続用導体９ｃを追加したことにともない、第３リード端子層３Ｌに配置されたリード端子の構成を変更した。半導体モジュール３００の他の構成は、半導体モジュール１００と同じにした。以下に説明する。
【００９６】
半導体モジュール３００は、第３リード端子層３Ｌに、リード端子５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅを備える。なお、リード端子５３ｃ、５３ｄ、５３ｅを備えたことにより、半導体モジュール１００が備えていたリード端子５３ａは備えていない。
【００９７】
リード端子５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅは、樹脂板６ｂと接している。
【００９８】
リード端子５３ｅには、接合材４により、第２の半導体スイッチング素子２の他方の電源電極パッド（図示せず）が接合されている。
【００９９】
上述したように、半導体モジュール３００は、第３の半導体スイッチング素子３と、金属ブロック８ｃと、接続用導体９ｃとが追加されている。
【０１００】
第３の半導体スイッチング素子３は、両主面を有し、一方の主面に信号電極パッド（図示せず）と一方の電源電極パッド（図示せず）とが形成され、他方の主面に他方の電源電極パッド（図示せず）が形成されている。
【０１０１】
第３の半導体スイッチング素子３の他方の電源電極パッドは、接合材４により、リード端子５３ｃに接合されている。第３の半導体スイッチング素子３の一方の電源電極パッドには、接合材４により、金属ブロック８ｃが接合されている。金属ブロック８ｃの反対側の主面は、接合材４により、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ａに接合されている。第３の半導体スイッチング素子３の信号電極パッドは、接続用導体９ｃにより、リード端子５３ｄと電気的に接続されている。
【０１０２】
また、半導体モジュール３００においては、封止樹脂１１の線膨張率を、半導体スイッチング素子１、２、３、受動素子１０、リード端子５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅ、金属ブロック８ａ、８ｂ、８ｃ、接続用導体９ａ、９ｂ、９ｃのうち、最も大きい線膨張率と、最も小さい線膨張率の中間の値とした。半導体モジュール３００が高温、低温に曝された場合においても、前記部材間の接合部の破断や、実装素子（半導体スイッチング素子１、２、３や受動素子１０）の破壊を防止するためである。
【０１０３】
また、半導体モジュール３００においては、受動素子１０を第１リード端子層に配置されたリード端子５１ａ、５１ｂに接合した。受動素子１０からの放熱経路を十分に確保し、受動素子１０の過度な温度上昇を防止するためである。
【０１０４】
［第４実施形態］
図４（Ａ）、（Ｂ）に、本発明の第４実施形態にかかる半導体モジュール４００を示す。ただし、図４（Ａ）は、半導体モジュール４００の平面図である。また、図４（Ｂ）は、半導体モジュール４００の断面図であり、図４（Ａ）のＸ-Ｘ部分を示している。
【０１０５】
第４実施形態にかかる半導体モジュール４００は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示した、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００の、第２の半導体スイッチング素子２の封止位置をずらした。そして、第２の半導体スイッチング素子２の封止位置をずらしたことにともない、第３リード端子層３Ｌに配置されたリード端子の構成を変更した。半導体モジュール４００の他の構成は、半導体モジュール１００と同じにした。以下に説明する。
【０１０６】
半導体モジュール４００は、第３リード端子層３Ｌに、リード端子５３ｆ、５３ｇを備える。リード端子５３ｆは、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００のリード端子５３ａに代わるものであり、リード端子５３ａよりも短い。リード端子５３ｇは、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００のリード端子５３ｂに代わるものであり、リード端子５３ｂよりも長い。
【０１０７】
半導体モジュール４００においては、第２の半導体スイッチング素子２の他方の電源電極パッド（図示せず）が、接合材４により、リード端子５３ｆに接合されている。また、第２の半導体スイッチング素子２の信号電極パッドが、接続用導体９ｂにより、リード端子５３ｇにと電気的に接続されている。
【０１０８】
半導体モジュール４００においては、封止樹脂層１Ｍ、２Ｍを垂直方向に透視した場合に、第１の半導体スイッチング素子１と第２の半導体スイッチング素子２とが、完全には重ならないように配置されている。本実施形態では、第１の半導体スイッチング素子１と第２の半導体スイッチング素子２とは僅かに重なっているが、全く重ならないようにしても良い。
【０１０９】
第１の実施形態にかかる半導体モジュール１００は、第１の半導体スイッチング素子１と、第２の半導体スイッチング素子２が発生させる熱が、第１の半導体スイッチング素子１と第２の半導体スイッチング素子２との中間部にある金属ブロック８ｂ、リード端子５２ａ近傍で蓄積され、該近辺の温度が過度に上昇する場合がある。
【０１１０】
これに対し、半導体モジュール４００は、第１の半導体スイッチング素子１と第２の半導体スイッチング素子２とが、完全には重ならないように配置されているため、半導体モジュール１００よりも、使用時に、第１の半導体スイッチング素子１および第２の半導体スイッチング素子２が発生させる熱を、効率よく放散させることができる。また、半導体モジュール４００においては、封止樹脂１１の線膨張率を、半導体スイッチング素子１、２、受動素子１０、リード端子５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５３ｆ、５３ｇ、金属ブロック８ａ、８ｂ、接続用導体９ａ、９ｂのうち、最も大きい線膨張率と、最も小さい線膨張率の中間の値とした。半導体モジュール４００が高温、低温に曝された場合においても、前記部材間の接合部の破断や、実装素子（半導体スイッチング素子１、２や受動素子１０）の破壊を防止するためである。
【０１１１】
［第５実施形態］
図５に、本発明の第５実施形態にかかる半導体モジュール５００の等価回路を示す。
半導体モジュール５００は、Ｐ側端子Ｐと、Ｎ側端子Ｎと、中間端子Ｕ１と、２個の半導体スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と、受動素子としてシャント抵抗素子ＲＳとを備える。
【０１１２】
半導体モジュール５００は、Ｐ側端子Ｐに、半導体スイッチング素子Ｓ１のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ１のソースに、半導体スイッチング素子Ｓ２のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ２のソースに、シャント抵抗素子ＲＳの一端が接続され、シャント抵抗素子ＲＳの他端にＮ側端子Ｎが接続されている。
【０１１３】
また、半導体モジュール５００は、半導体スイッチング素子Ｓ１と半導体スイッチング素子Ｓ２との接続点に、中間端子Ｕ１が接続されている。
【０１１４】
半導体モジュール５００は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示した、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００の構造により実現することができる。すなわち、半導体スイッチング素子Ｓ１を半導体モジュール１００の第１の半導体スイッチング素子１、半導体スイッチング素子Ｓ２を半導体モジュール１００の第２の半導体スイッチング素子２、シャント抵抗素子ＲＳを半導体モジュール１００の受動素子１０で構成するとともに、所定のリード端子間を接続することにより、半導体モジュール５００の等価回路を、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００の構造により実現することができる。
【０１１５】
［第６実施形態］
図６に、本発明の第６実施形態にかかる半導体モジュール６００の等価回路を示す。半導体モジュール６００は、Ｐ側端子Ｐと、Ｎ側端子Ｎと、中間端子Ｕ１と、３個の半導体スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３と、受動素子としてシャント抵抗素子ＲＳとを備える。
【０１１６】
半導体モジュール６００は、Ｐ側端子Ｐに、半導体スイッチング素子Ｓ１のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ１のソースに、半導体スイッチング素子Ｓ２のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ２のソースに、シャント抵抗素子ＲＳの一端が接続され、シャント抵抗素子ＲＳの他端にＮ側端子Ｎが接続されている。
【０１１７】
また、半導体モジュール６００は、半導体スイッチング素子Ｓ１と半導体スイッチング素子Ｓ２との接続点に、半導体スイッチング素子Ｓ３のソースが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ３のドレインに中間端子Ｕ１が接続されている。
【０１１８】
半導体モジュール６００は、図３に示した、第３実施形態にかかる半導体モジュール３００の構造により実現することができる。すなわち、半導体スイッチング素子Ｓ１を半導体モジュール３００の第１の半導体スイッチング素子１、半導体スイッチング素子Ｓ２を半導体モジュール３００の第２の半導体スイッチング素子２、半導体スイッチング素子Ｓ３を半導体モジュール３００の第３の半導体スイッチング素子３、シャント抵抗素子ＲＳを半導体モジュール３００の受動素子１０で構成するとともに、所定のリード端子間を接続することにより、半導体モジュール６００の等価回路を、第３実施形態にかかる半導体モジュール３００の構造により実現することができる。
【０１１９】
［第７実施形態］
図７に、本発明の第７実施形態にかかる半導体モジュール７００の等価回路を示す。
【０１２０】
半導体モジュール７００は、インバータの電力変換部を構成している。
【０１２１】
半導体モジュール７００は、Ｐ側端子Ｐと、Ｎ側端子Ｎと、３個の中間端子Ｕ１〜Ｕ３とを備える。
【０１２２】
半導体モジュール７００は、Ｐ側端子Ｐと、Ｎ側端子Ｎとの間に、図５に示した第５実施形態にかかる半導体モジュール５００を、３個、並列に接続した構成からなる。したがって、半導体モジュール７００は、第５実施形態の説明からも分かるように、図１（Ａ）、（Ｂ）に示した、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００を３個複合化し、かつ、所定の個所の間を接続することにより実現することができる。
【０１２３】
［第８実施形態］
図８に、本発明の第８実施形態にかかる半導体モジュール８００の等価回路を示す。
【０１２４】
半導体モジュール８００は、インバータの電力変換部を構成している。
【０１２５】
半導体モジュール８００は、Ｐ側端子Ｐと、Ｎ側端子Ｎと、３個の中間端子Ｕ１〜Ｕ３とを備える。
【０１２６】
半導体モジュール８００は、Ｐ側端子Ｐと、Ｎ側端子Ｎとの間に、図６に示した第６実施形態にかかる半導体モジュール６００を、３個、並列に接続した構成からなる。
【０１２７】
したがって、半導体モジュール８００は、第６実施形態の説明からも分かるように、図３に示した、第３実施形態にかかる半導体モジュール３００を３個複合化し、かつ、所定の個所の間を接続することにより実現することができる。
【０１２８】
［第９実施形態］
図９に、本発明の第９実施形態にかかる半導体モジュール９００の等価回路を示す。
【０１２９】
半導体モジュール９００は、インバータの電力変換部を構成している。
【０１３０】
半導体モジュール９００は、Ｐ側端子Ｐと、Ｎ側端子Ｎと、３個の中間端子Ｕ１〜Ｕ３と、６個の信号端子Ｖ１〜Ｖ６と、６個の半導体スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６と、スナバーコンデンサＣＳと、サーミスタＴｈｍと、３個のシャント抵抗ＲＳと、６個のゲート抵抗ＲＧとを備える。
【０１３１】
半導体モジュール９００においては、Ｐ側端子Ｐに、半導体スイッチング素子Ｓ１のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ１のソースに、半導体スイッチング素子Ｓ２のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ２のソースに、シャント抵抗素子ＲＳの一端が接続され、シャント抵抗ＲＳの他端にＮ側端子Ｎが接続されている。そして、半導体スイッチング素子Ｓ１のソースと半導体スイッチング素子Ｓ２のドレインとの接続点が、中間端子Ｕ１に接続されている。また、半導体スイッチング素子Ｓ１のゲートが、ゲート抵抗ＲＧを介して、信号端子Ｖ１に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ２のゲートが、ゲート抵抗ＲＧを介して、信号端子Ｖ２に接続されている。
【０１３２】
同様に、Ｐ側端子Ｐに、半導体スイッチング素子Ｓ３のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ３のソースに、半導体スイッチング素子Ｓ４のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ４のソースに、シャント抵抗素子ＲＳの一端が接続され、シャント抵抗ＲＳの他端にＮ側端子Ｎが接続されている。そして、半導体スイッチング素子Ｓ３のソースと半導体スイッチング素子Ｓ４ドレインとの接続点が、中間端子Ｕ２に接続されている。また、半導体スイッチング素子Ｓ３のゲートが、ゲート抵抗ＲＧを介して、信号端子Ｖ３に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ４のゲートが、ゲート抵抗ＲＧを介して、信号端子Ｖ４に接続されている。
【０１３３】
同様に、Ｐ側端子Ｐに、半導体スイッチング素子Ｓ５のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ５のソースに、半導体スイッチング素子Ｓ６のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ６のソースに、シャント抵抗素子ＲＳの一端が接続され、シャント抵抗ＲＳの他端にＮ側端子Ｎが接続されている。そして、半導体スイッチング素子Ｓ５のソースと半導体スイッチング素子Ｓ６ドレインとの接続点が、中間端子Ｕ３に接続されている。また、半導体スイッチング素子Ｓ５のゲートが、ゲート抵抗ＲＧを介して、信号端子Ｖ５に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ６のゲートが、ゲート抵抗ＲＧを介して、信号端子Ｖ６に接続されている。
【０１３４】
そして、Ｐ側端子ＰとＮ側端子Ｎとの間には、スナバーコンデンサＣＳも接続されている。
【０１３５】
また、半導体モジュール９００においては、独立した回路系統により、半導体スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の近傍に、サーミスタＴｈｍが配置されている。
【０１３６】
半導体モジュール９００においては、シャント抵抗ＲＳの両端間の電圧を監視することにより、異常電流を検知することができる。また、サーミスタＴｈｍにより、半導体スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の異常発熱を検知することができる。
【０１３７】
半導体モジュール９００においては、６個の半導体スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６とともに、スナバーコンデンサＣＳ、サーミスタＴｈｍ、シャント抵抗ＲＳ、ゲート抵抗ＲＧのうちの少なくとも１種類が、受動素子として、封止樹脂内に封止されている。
【０１３８】
［第１０実施形態］
図１０に、本発明の第１０実施形態にかかる半導体モジュール１０００の等価回路を示す。
【０１３９】
半導体モジュール１０００は、インバータの電力変換部を構成している。
【０１４０】
半導体モジュール１０００は、Ｐ側端子Ｐと、Ｎ側端子Ｎと、３個の中間端子Ｕ１〜Ｕ３と、９個の信号端子Ｖ１〜Ｖ９と、９個の半導体スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ９と、スナバーコンデンサＣＳと、サーミスタＴｈｍと、３個のシャント抵抗ＲＳと、９個のゲート抵抗ＲＧとを備える。
【０１４１】
半導体モジュール１０００においては、Ｐ側端子Ｐに、半導体スイッチング素子Ｓ１のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ１のソースに、半導体スイッチング素子Ｓ２のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ２のソースに、シャント抵抗素子ＲＳの一端が接続され、シャント抵抗ＲＳの他端にＮ側端子Ｎが接続されている。そして、半導体スイッチング素子Ｓ１のソースと半導体スイッチング素子Ｓ２のドレインとの接続点に、半導体スイッチング素子Ｓ７のソースが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ７のドレインに中間端子Ｕ１が接続されている。また、半導体スイッチング素子Ｓ１のゲートが、ゲート抵抗ＲＧを介して、信号端子Ｖ１に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ２のゲートが、ゲート抵抗ＲＧを介して、信号端子Ｖ２に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ７のゲートが、ゲート抵抗ＲＧを介して、信号端子Ｖ７に接続されている。
【０１４２】
同様に、Ｐ側端子Ｐに、半導体スイッチング素子Ｓ３のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ３のソースに、半導体スイッチング素子Ｓ４のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ４のソースに、シャント抵抗素子ＲＳの一端が接続され、シャント抵抗ＲＳの他端にＮ側端子Ｎが接続されている。そして、半導体スイッチング素子Ｓ３のソースと半導体スイッチング素子Ｓ４ドレインとの接続点に、半導体スイッチング素子Ｓ８のソースが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ８のドレインに中間端子Ｕ２が接続されている。また、半導体スイッチング素子Ｓ３のゲートが、ゲート抵抗ＲＧを介して、信号端子Ｖ３に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ４のゲートが、ゲート抵抗ＲＧを介して、信号端子Ｖ４に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ８のゲートが、ゲート抵抗ＲＧを介して、信号端子Ｖ８に接続されている。
【０１４３】
同様に、Ｐ側端子Ｐに、半導体スイッチング素子Ｓ５のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ５のソースに、半導体スイッチング素子Ｓ６のドレインが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ６のソースに、シャント抵抗素子ＲＳの一端が接続され、シャント抵抗ＲＳの他端にＮ側端子Ｎが接続されている。そして、半導体スイッチング素子Ｓ５のソースと半導体スイッチング素子Ｓ６ドレインとの接続点に、半導体スイッチング素子Ｓ９のソースが接続され、半導体スイッチング素子Ｓ９のドレインに中間端子Ｕ３が接続されている。また、半導体スイッチング素子Ｓ５のゲートが、ゲート抵抗ＲＧを介して、信号端子Ｖ５に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ６のゲートが、ゲート抵抗ＲＧを介して、信号端子Ｖ６に接続され、半導体スイッチング素子Ｓ９のゲートが、ゲート抵抗ＲＧを介して、信号端子Ｖ９に接続されている。
【０１４４】
そして、Ｐ側端子ＰとＮ側端子Ｎとの間には、スナバーコンデンサＣＳも接続されている。
【０１４５】
また、半導体モジュール１０００においては、独立した回路系統により、半導体スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ９の近傍に、サーミスタＴｈｍが配置されている。
【０１４６】
半導体モジュール１０００においては、シャント抵抗ＲＳの両端間の電圧を監視することにより、異常電流を検知することができる。また、サーミスタＴｈｍにより、半導体スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ９の異常発熱を検知することができる。
【０１４７】
半導体モジュール１０００においては、９個の半導体スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ９とともに、スナバーコンデンサＣＳ、サーミスタＴｈｍ、シャント抵抗ＲＳ、ゲート抵抗ＲＧのうちの少なくとも１種類が、受動素子として、封止樹脂内に封止されている。
【０１４８】
［第１１実施形態］
第１１実施形態にかかる半導体モジュール１１００は、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００の構成要素の材質、および構成要素間の取付け方法に一部変更を加えた。構造そのものには変更がないので、半導体モジュール１００を説明した図１（Ａ）、（Ｂ）を援用して半導体モジュール１１００を説明する。
【０１４９】
半導体モジュール１００では、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ビスマレイミド系樹脂、シリコーン系樹脂等に、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素等の高熱伝導率のフィラーを充填した樹脂板６ａ、６ｂを使用した。半導体モジュール１１００では、これに代えて、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナなどを主成分とするセラミックス製のセラミックス板（便宜上、符号を６ａ、６ｂとして援用する）を使用した。
【０１５０】
また、半導体モジュール１００では、リード端子５１ａ〜５１ｃ、放熱板７ａの樹脂板６ａへの取付け、および、リード端子５３ａ、５３ｂ、放熱板７ｂの樹脂板６ｂへの取付けに接着剤を用いた。半導体モジュール１１００では、これに代えて、この部分の取付けに、少なくとも、セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金（図示せず）を用いた。本実施形態においては、具体的には、セラミックスの構成成分と反応する活性な金属として、合金にＴｉを含有させた。ただし、セラミックに含まれる成分と反応する活性な金属はＴｉには限定されず、Ｚｒなど、他の金属であっても良い。なお、セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金は、活性金属ロウ材と呼ばれる場合がある。
【０１５１】
セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金には、必要に応じて、融点を調整するために、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｄなどから選ばれる金属が、１種または複数種、添加される場合がある。なお、本実施形態においては、セラミックに含まれる成分と反応する活性成分として添加されたＴｉは、融点を調整する役割も果たしている。
【０１５２】
なお、合金にＴｉを添加する場合には、Ｔｉの添加量は、合金の全重量に対して３重量％以下であることが好ましい。Ｔｉの含有量が３重量％を超えると、合金自体が脆化する虞があるからである。本実施形態においては、合金６の配合比率を、Ａｇ６０〜８０重量％、Ｃｕ２０〜４０重量％、Ｔｉ１〜３重量％とした。
【０１５３】
半導体モジュール１１００の他の構成は、半導体モジュール１００と同じにした。
【０１５４】
リード端子５１ａ〜５１ｃ、５３ａ、５３ｂ、放熱板７ａ、７ｂのセラミックス板６ａ、６ｂへの取付けは、予め、リード端子５１ａ〜５１ｃ、５３ａ、５３ｂ、放熱板７ａ、７ｂに活性金属ロウ材からなるペーストを塗布しておき、その塗布面をセラミックス板６ａ、６ｂへ当接させて、その活性金属ロウ材の融点以上の温度で熱処理することによりおこなうことができる。
【０１５５】
セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金は、リード端子５１ａ〜５１ｃ、５３ａ、５３ｂ、放熱板７ａ、７ｂをセラミックス板６ａ、６ｂへ強固に接合する。たとえば、セラミックス板６ａ、６ｂに窒化珪素を用い、リード端子５１ａ〜５１ｃ、５３ａ、５３ｂ、放熱板７ａ、７ｂにＣｕを用い、両者を、Ｔｉが添加されたＡｇとＣｕとを含む合金によって接合した場合、合金のセラミックス板（窒化珪素基板）６ａ、６ｂの近傍には、ＴｉＮや、ＭＮが形成される（ただしＭはＳｉ、Ｃｕ、Ｔｉの合金）。すなわち、合金のセラミックス板６ａ、６ｂ近傍のＴｉの濃度が、合金のその他の部分のＴｉの濃度よりも高くなっている。この結果、リード端子５１ａ〜５１ｃ、５３ａ、５３ｂ、放熱板７ａ、７ｂとセラミックス板６ａ、６ｂとは、高い強度で接合されている。
【０１５６】
また、セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金は、一般に、接着剤よりも熱伝導率が高い。そのため、半導体モジュール１１００は、半導体スイッチング素子1、２が発生させた熱を、金属ブロック８ａ、リード端子５１ｃ、５３ａ等を経由し、更にセラミックス板６ａ、６ｂ、放熱板７ａ、７ｂを経由して、より効率的に放散させることがきる。
【０１５７】
第１１実施形態にかかる半導体モジュール１１００は、高い強度を備えたセラミックス板６ａ、６ｂに、リード端子５１ａ〜５１ｃ、５３ａ、５３ｂ、放熱板７ａ、７ｂが、セラミックスの構成成分と反応する活性な金属と、Ａｇと、Ｃｕとを含む合金を介して強固に接合されているため、高い強度を備えている。また、放熱性においても優れている。
【０１５８】
［第１２実施形態］
第１２実施形態にかかる半導体モジュール１２００は、第１実施形態にかかる半導体モジュール１００の構成要素間の取付け方法に一部変更を加えた。構造そのものには変更がないので、半導体モジュール１００を説明した図１（Ａ）、（Ｂ）を援用して半導体モジュール１２００を説明する。
【０１５９】
半導体モジュール１００では、成型体の樹脂板６ａに、リード端子５１ａ〜５１ｃ、放熱板７ａを接着剤によって取付け、同じく成形体の樹脂板６ｂに、リード端子５３ａ、５３ｂ、放熱板７ｂを接着剤により取付けた。半導体モジュール１００では、これに変更を加え、未硬化状態の樹脂板６ａ、６ｂに、リード端子５１ａ〜５１ｃ、５３ａ、５３ｂ、放熱板７ａ、７ｂを熱圧着し、更に加熱して樹脂板６ａ、６ｂを硬化させて、リード端子５１ａ〜５１ｃ、５３ａ、５３ｂ、放熱板７ａ、７ｂを、樹脂板６ａ、６ｂに取付けた。すなわち、半導体モジュール１２００は、リード端子５１ａ〜５１ｃ、５３ａ、５３ｂ、放熱板７ａ、７ｂの樹脂板６ａ、６ｂへの取付けに、接着剤を使用しなかった。半導体モジュール１２００の他の構造および製造工程は、半導体モジュール１００と同じにした。以下に、半導体モジュール１２００について、詳細に説明する。
【０１６０】
リード端子５１ａ〜５３ｂは、信号経路や電源経路となる。よって、電気的損失を低減するために、比抵抗が低い金属により形成されたものである必要がある。また、リード端子５１ａ〜５３ｂは、実装される半導体スイッチング素子で発生する熱をモジュール外部に排出する放熱経路となる。よって、リード端子５１ａ〜５３ｂは、熱抵抗を小さくするために、熱伝導率が高い金属である必要がある。これら要求を満たすためには、無酸素銅やタフピッチ銅など、高純度の銅が、リード端子５１ａ〜５３ｂの材質として選択される。ただし、封止樹脂１１から外部に出たリード端子部は、外部接続端子となり、ある程度の強度が要求される場合がある。その場合、強度の低い高純度の銅を適用するのは不適であるため、比抵抗や熱伝導率が大きく変化しない範囲で若干の不純物を添加することで高強度化した銅が、リード端子５１ａ〜５３ｂの材質として選択される。このような銅材の代表的なものとして、株式会社神戸製鋼所製の「ＫＦＣ（登録商標）」をあげることができる。
【０１６１】
樹脂板６ａ、６ｂには、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ビスマレイミド系樹脂などからなる熱硬化性樹脂が使用される。樹脂板６ａ、６ｂは、リード端子５１ｃ、５２ａ、５３ａに実装された半導体スイッチング素子１、２で発生する熱を、放熱板７ａ、７ｂから排出するための放熱経路となる。よって、樹脂板６ａ、６ｂの熱抵抗を小さくするため、熱伝導率が高い材質が選択される。具体的には、樹脂中に、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの熱伝導率の高いセラミックフィラーが充填された、熱伝導率が３Ｗ／ｍ・Ｋ以上の樹脂を選択するのが好ましい。更には、前記セラミックフィラーを粒配することで、より高充填化した５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の樹脂を選択するのがより好ましい。また、樹脂板６ａ、６ｂの熱抵抗の小さくするためには、樹脂板厚を小さく必要があり、厚みは０．２ｍｍ以下であるのが好ましく、更には０．１５ｍｍ以下であることがより好ましい。
【０１６２】
なお、樹脂板６ａ、６ｂとリード端子５１ａ〜５１ｃ、５３ａ、５３ｂとの接合面は、樹脂板６ａ、６ｂ表面からの押込み深さが０．０１ｍｍ（１０μｍ）以下であることが好ましく、更には０．００５ｍｍ（５μｍ）以下であることがより好ましい。０．０１ｍｍを超えて押込まれると、押込まれた樹脂がリード端子間に気泡を多く内包した状態で盛り上がった形状となる。この内包された気泡は封止樹脂で封止されても残るため、リード端子間の絶縁信頼性が劣化するという問題が生じるからである。
【０１６３】
放熱板７ａ、７ｂは、リード端子５１ａ〜５１ｃ、５３ａ、５３ｂとは樹脂板７ａ、７ｂを介して絶縁されており、電気的な役割を有するものではなく、専らモジュール内部で発生した熱を外部に放出するための役割を有する。よって、無酸素銅やタフピッチ銅など、高純度の銅からなる材質が選択される。また、熱を外部に放出する際に放熱板７ａ、７ｂの水平方向に熱を拡散させると高い放熱性が得られるため、放熱板７ａ、７ｂの厚みは０．３ｍｍ以上とすることが好ましく、更には０．５ｍｍ以上とすることがより好ましい。
【０１６４】
上記構成の絶縁配線板は、放熱板７ａ、７ｂと、絶縁層となる樹脂板６ａ、６ｂと、リード端子５１ａ〜５１ｃ、５３ａ、５３ｂとが一体形成されている。従来の絶縁配線板として、放熱板と絶縁層となる樹脂板と、配線からなるものがあるが、これに外部接続端子を取付けようとすると、外部接続端子用のリードフレームを別途用意し、該リードフレームと前記配線とをワイヤーボンディングするか、はんだで接合する必要がある。上記構成の絶縁配線板は、外部接続端子と配線端子が一つのリードフレームで構成されるため、前記接合箇所が存在しない。
【０１６５】
具体的な半導体モジュール１２００の製造方法の一例につき、以下に詳細に説明する。
【０１６６】
まず、厚み０．８ｍｍの無酸素銅（Ｃ１０２０）からなる放熱板７ａ、７ｂを用意する。
【０１６７】
次に、放熱板７ａ、７ｂに、厚み０．１ｍｍの未硬化の熱硬化性樹脂シートを載せ、７０℃〜１００℃で熱圧着する。熱硬化性樹脂は、アルミナフィラーを充填したエポキシ系樹脂であり、たとえば熱伝導率が５．５Ｗ／ｍ・Ｋのものを用いる。
【０１６８】
次に、熱硬化性樹脂の放熱板７ａ、７ｂ圧着面とは反対の面に、ＫＦＣ（登録商標）からなるリードフレーム（リード端子が繋がったもの）を載せ、１７０℃〜１９０℃で熱圧着する。これを１７０℃〜１９０℃で硬化させ、リード端子５１ａ〜５１ｃ、樹脂板６ａ、および放熱板７ａからなる絶縁配線板、およびリード端子５３ａ、５３ｂ、樹脂板６ｂ、および放熱板７ｂからなる絶縁配線板を製造する。
【０１６９】
なお、熱硬化性樹脂シートは、リードフレームを載せて熱圧着する際に、シートへの押込み深さが０．０１ｍｍ（１０μｍ）以下、更に好ましくは０．００５ｍｍ（５μｍ）以下である、熱圧着時での流動性の低いものを選択しなければならない。
【０１７０】
このように未硬化の熱硬化性樹脂シートを介して放熱板７ａ、７ｂとリード端子５１ａ〜５１ｃ、５３ａ、５３ｂとを接続しているので、樹脂の弾性によって複数のリードフレームごとの高さのばらつきが抑制され、美観を損ねることがない。また、接続箇所が水分を吸ってしまい絶縁性が悪くなることも抑制されるという効果がある。
【０１７１】
第１２実施形態にかかる半導体モジュール１２００は、上記形態の絶縁配線板を上下２枚配置して構成されるものである。しかし、上記形態の絶縁配線板は、本願発明の半導体モジュールへの適用に限定されるものではない。例えば、上記形態の絶縁配線板を１枚のみ用いた半導体モジュールを構成することも可能である。
【０１７２】
［第１３実施形態］
図１１（Ａ）に、第１３実施形態にかかる半導体モジュール１３００を示す。ただし、図１１（Ａ）は、半導体モジュール１３００の断面図である。
【０１７３】
半導体モジュール１３００は、第１実施形態の半導体モジュール１００の構造に、一部、変更を加えた。
【０１７４】
具体的には、半導体モジュール１００では、封止樹脂１１の上側の主面から露出した放熱板７ａは、その外周縁が封止樹脂１１の上側の主面に露出していた。同様に、半導体モジュール１００では、封止樹脂１１の下側の主面から露出した放熱板７ｂは、その外周縁が封止樹脂１１の下側の主面に露出していた。
【０１７５】
半導体モジュール１３００では、これに変更を加え、図１１（Ａ）に符号１１Ｘで示すように、放熱板７ａおよび放熱板７ｂの外周縁を封止樹脂１１の内部に埋め込んだ。また、この構造を容易に実現するために、半導体モジュール１３００では、一部のリード端子を屈曲させる、あるいは、補助リード端子を接続するなどの方法により、リード端子５１ａ、５１ｃ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂを、半導体モジュール１３００の同じ高さ位置から、封止樹脂１１の外部に導出させた。なお、リード端子５１ａ〜５３ｂを半導体モジュール１３００の同じ高さ位置から導出させる方法は、本実施形態の重要部分ではないので、詳しい説明は省略する。
【０１７６】
半導体モジュール１３００が、放熱板７ａおよび放熱板７ｂの外周縁を封止樹脂１１の内部に埋め込んだ理由は、以下のとおりである。すなわち、放熱板７ａ、７ｂ周辺は、スイッチングオン・オフに伴う温度変化が激しく、たとえば銅である放熱板７ａ、７ｂと、封止樹脂１１の界面に、熱膨張係数差による剥離が起きやすい。そして、この部分に剥離が生じると、剥離部分から内部に水分が混入するなどして、電気的にショートする虞がある。半導体モジュール１３００は、放熱板７ａ、７ｂの外周縁を封止樹脂１１の内部に埋め込み、密着性を向上させることにより、この部分の剥離を抑制し、耐湿性、信頼性を向上させたのである。
【０１７７】
放熱板７ａ、７ｂの外周縁を封止樹脂１１の内部に埋め込むためには、図１１（Ｂ）に示すように、半導体スイッチング素子１、２、金属ブロック８ａ、８ｂ、受動素子１０、リード端子５１ａ〜５３ｂ、放熱板７ａ、７ｂなどが一体化された半導体モジュールのベースとなる構造物を、放熱板７ａ、７ｂの表面に、放熱板７ａ、７ｂより一回り小さなスペーサ８１ａ、８１ｂを配置した状態で金型８２ａ、８２ｂにセットし、トランスファーモールド成型すれば良い。なお、スペーサ８１ａ、８１ｂは、完成した半導体モジュール１３００を金型８２ａ、８２ｂから取出した後に、放熱板７ａ、７ｂの表面から取外せば良い。
【０１７８】
第１３実施形態にかかる半導体モジュール１３００は、放熱板７ａ、７ｂを備えているため放熱性に優れている。しかも、半導体モジュール１３００は、放熱板７ａ、７ｂの外周縁が封止樹脂１１の内部に埋め込まれているため、高い耐湿性、高い信頼性を維持している。
【０１７９】
［第１４実施形態］
第１４実施形態にかかる半導体モジュール１４００は、第３実施形態にかかる半導体モジュール３００の構成要素の寸法に一部変更を加えた。構造そのものには変更がないので、半導体モジュール３００を説明した図３を援用して半導体モジュール１４００を説明する。
【０１８０】
半導体モジュール３００では、特に言及しなかったが、第１リード端子層１Ｌに配置されたリード端子５１ａ〜５３ｃと、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ａ、５２ｂと、第３リード端子層３Ｌに配置されたリード端子５３ａ、５３ｂとを、相互に同一の厚みにしていた。半導体モジュール１４００では、これに変更を加え、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ａ、５２ｂの厚みを、第１リード端子層１Ｌに配置されたリード端子５１ａ〜５１ｃおよび第３リード端子層３Ｌに配置されたリード端子５３ａ、５３ｂの厚みよりも大きくした。たとえば、第１リード端子層１Ｌに配置されたリード端子５１ａ〜５３ｃの厚みを０．３ｍｍにし、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ａ、５２ｂの厚みを０．８ｍｍにし、第３リード端子層３Ｌに配置されたリード端子５３ａ、５３ｂの厚みを０．３ｍｍにした。
【０１８１】
以下に、図３を参照しながら、上記の厚みにした理由について説明する。
【０１８２】
第１リード端子層１Ｌに配置されたリード端子５１ａ〜５３ｃの厚みと、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ａ、５２ｂの厚みと、第３リード端子層３Ｌに配置されたリード端子５３ａ、５３ｂの厚みは、半導体スイッチング素子１、２、３の、それぞれのジャンクション温度に影響を与える。その影響度合いは、第１リード端子層１Ｌと、２リード端子層２Ｌと、第３リード端子層３Ｌとで異なる。具体的には、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ａは、第１の半導体スイッチン素子１と第２の半導体スイッチング素子２とが上下両側に接合された部分と、第３の半導体スイッチング素子３が下側に接合された部分とを繋ぐ形状であり、最も温度が高くなる第１の半導体スイッチン素子１と第２の半導体スイッチング素子２とが上下両側に接合された部分から、それに比べて温度が低い第３の半導体スイッチング素子３が下側に接合された部分へ、熱を伝達する主要な伝達経路となっている。そのため、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ａの厚みを大きくすれば、高温になりやすい第１の半導体スイッチン素子１と第２の半導体スイッチング素子２とが発生させる熱を、それに比べて温度の低い第３の半導体スイッチング素子３へ伝達する効果が大きくなる。すなわち、第１の半導体スイッチン素子１、第２の半導体スイッチング素子２、第３の半導体スイッチング素子３の温度ばらつきを小さくし、かつ、第１の半導体スイッチン素子１および第２の半導体スイッチング素子２の温度を下げる効果が大きくなる。
【０１８３】
以下の実験をおこなった。まず、厚み０．３ｍｍと、厚み０．８ｍｍと、厚み０．４６７ｍｍの３種類のリード端子を用意した。これらのリード端子を組み合わせて使用して、第１リード端子層１Ｌのリード端子５１ａ〜５１ｃの厚みと、２リード端子層２Ｌのリード端子５２ａ、５２ｂの厚みと、第３リード端子層３Ｌのリード端子５３ａ、５３ｂの厚みの合計厚みが１．４ｍｍとなる、試料１〜試料４にかかる４種類の半導体モジュールを作製した。各半導体モジュールのリード端子以外の構造は、第３実施形態にかかる半導体モジュール３００と同じにした。そして、各試料にかかる半導体モジュールを作動させ、最高ジャンクション温度と、第１の半導体スイッチン素子１〜第３の半導体スイッチング素子３のジャンクション温度のばらつきを調べた。表１に、調べた結果を示す。
【０１８４】
【表１】
2016125673.tif 000003
表１から分かるように、最高ジャンクション温度を低く抑えるには、あるいは、温度ばらつきを小さくするには、第２リード端子層２Ｌのリード端子５２ａ、５２ｂの厚みを、第１リード端子層１Ｌのリード端子５１ａ〜５１ｃおよび第３リード端子層３Ｌのリード端子５３ａ、５３ｂの厚みよりも大きくすれば良い。
【０１８５】
以上の理由より、第１４実施形態にかかる半導体モジュール１４００は、第２リード端子層２Ｌに配置されたリード端子５２ａ、５２ｂの厚みを、第１リード端子層１Ｌに配置されたリード端子５１ａ〜５１ｃおよび第３リード端子層３Ｌに配置されたリード端子５３ａ、５３ｂの厚みよりも大きくした。
【０１８６】
第１４実施形態にかかる半導体モジュール１４００は、最高ジャンクション温度が低く抑制されている。また、半導体モジュール１４００は、半導体スイッチン素子１、２、３の間の温度ばらつきが小さく抑制されている。
【０１８７】
［第１５実施形態］
図１２に、第１５実施形態にかかる半導体モジュール１５００を示す。ただし、図１２は、半導体モジュール１５００の等価回路図である。
【０１８８】
半導体モジュール１５００は、第７実施形態に半導体モジュール７００の回路に、一部、変更を加えた。
【０１８９】
具体的には、半導体モジュール１５００は、図１２に示すように、３個が並列に接続された各半導体モジュール５００の各２つの半導体スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２に対して、並列に、抵抗とコンデンサとが直列に接続されたスナバ回路８３を接続した。
【０１９０】
以下に、半導体モジュール１５００が、半導体スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２に対して、並列に、スナバ回路８３を接続した理由を説明する。
【０１９１】
半導体モジュールにおいては、配線やワイヤーボンディング等において、回路には現れない、寄生インダクタンスや寄生抵抗が発生する。そして、この寄生インダクタンスや寄生抵抗は、スイッチィング時のノイズ発生源になってしまう。そこで、半導体モジュール１５００は、各半導体スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と並列にスナバ回路８３を接続することにより、配線やワイヤーボンディング等で発生する寄生インダクタンスや寄生抵抗を低減させ、低ノイズ化をはかった。
【０１９２】
第１５実施形態にかかる半導体モジュール１５００は、スイッチング時の低ノイズ化がはかられている。また、半導体モジュール１５００は、低ノイズ化により、必要となる耐電圧スペックを下げることができるため、高速スイッチング化、小型化、高効率化も可能になっている。
【０１９３】
［第１６実施形態］
図１３（Ａ）、（Ｂ）に、第１６実施形態にかかるパワーコントロールユニット１６００を示す。ただし、図１３（Ａ）は、パワーコントロールユニット１６００から個別ヒートシンク８５を省略した状態を示す分解平面図である。図１３（Ｂ）は、パワーコントロールユニット１６００の平面図である。
【０１９４】
パワーコントロールユニット１６００は、円筒状で、有底のケース８４を備えている。ケース８４の中心には、孔８４ａが形成されている。孔８４ａは、たとえば、モーターの軸を通すために設けられている。
【０１９５】
ケース８４には、第１０実施形態にかかる半導体モジュール１０００が、６個、同心円状に取付けられている。図面には現れていないが、半導体モジュール１０００どうしの間に、整流コンデンサが取付けられる場合がある。
【０１９６】
各半導体モジュール１０００の上面には、それぞれ、個別ヒートシンク８５が取付けられている。
【０１９７】
近年、車載電装機器市場においては、パワーコントロールユニット冗長化のために、２系統の半導体モジュールを備えることが要求されている。すなわち、半導体モジュールを６個配列することが求められている。しかしながら、従来においては、既存のケースに６個の半導体モジュールを配列するスペースを確保することが難しかった。そのため、ケースの大型化をはからねばならず、機器の小型化の流れに逆行してしまうことになっていた。
【０１９８】
パワーコントロールユニット１６００は、取付けた半導体モジュール１０００が小型であるため、既存のケースに６個の半導体モジュール１０００を配置することができた。パワーコントロールユニット１６００は、ケース８４を大型化させることなく、２系統化に対応することができる。
【０１９９】
［第１７実施形態］
図１４（Ａ）、（Ｂ）に、第１７実施形態にかかるパワーコントロールユニット１７００を示す。ただし、図１４（Ａ）は、パワーコントロールユニット１７００から個別ヒートシンク８６を省略した状態を示す分解平面図である。図１４（Ｂ）は、パワーコントロールユニット１７００の平面図である。
【０２００】
第１７実施形態にかかるパワーコントロールユニット１７００は、第１６実施形態にかかるパワーコントロールユニット１６００に変更を加えた。すなわち、パワーコントロールユニット１６００では、ケース８４に６個の第１０実施形態にかかる半導体モジュール１０００が同心円状に取り付けられていた。パワーコントロールユニット１７００は、これに代えて、ケース８４に、第１１実施形態にかかる半導体モジュール１１００を対向させて２個取り付けた。そして、各半導体モジュール１１００上面に、それぞれ、個別ヒートシンク８６を取付けた。パワーコントロールユニット１７００の他の構成は、パワーコントロールユニット１６００と同じにした。
【０２０１】
パワーコントロールユニット１７００も、ケース８４を大型化させることなく、２系統化に対応することができる。
【０２０２】
［第１８実施形態］
図１５（Ａ）、（Ｂ）に、第１８実施形態にかかるパワーコントロールユニット１８００を示す。ただし、図１５（Ａ）は、パワーコントロールユニット１８００から個別ヒートシンク８６を省略した状態を示す分解平面図である。図１５（Ｂ）は、パワーコントロールユニット１８００の平面図である。
【０２０３】
第１８実施形態にかかるパワーコントロールユニット１８００は、第１７実施形態にかかるパワーコントロールユニット１７００に、更に変更を加えた。具体的には、取付けられた各半導体モジュール１１００の２カ所のコーナー部に切欠きＣを設けた。同様に、取付けられた各個別ヒートシンク８６の２カ所のコーナー部に切欠きＣを設けた。そして、パワーコントロールユニット１８００は、切欠きＣを設けたことにより余裕がでた分だけ、ケース８４の直径を小さくした。パワーコントロールユニット１８００のケース８４の直径は、パワーコントロールユニット１７００のケース８４の直径よりも小さい。パワーコントロールユニット１８００の他の構成は、パワーコントロールユニット１７００と同じにした。
【０２０４】
パワーコントロールユニット１８００は、半導体モジュール１１００および個別ヒートシンク８６に、それぞれ、切欠きＣを設けたため、更にケース８４の小型化、更にはパワーコントロールユニット１８００自体の小型化がはかられている。
【０２０５】
［第１９実施形態］
図１６（Ａ）、（Ｂ）に、第１９実施形態にかかるパワーコントロールユニット１９００を示す。ただし、図１６（Ａ）は、パワーコントロールユニット１９００から共通ヒートシンク８７を省略した状態を示す分解平面図である。図１９（Ｂ）は、パワーコントロールユニット１９００の平面図である。
【０２０６】
第１９実施形態にかかるパワーコントロールユニット１９００は、第１６実施形態にかかるパワーコントロールユニット１６００に、更に変更を加えた。すなわち、パワーコントロールユニット１６００では、各半導体モジュール１０００の上面に、それぞれ、個別ヒートシンク８５が取付けられていた。パワーコントロールユニット１９００は、これに代えて、６個の半導体モジュール１０００の上面に、ドーナツ形状の１つの共通ヒートシンク８７を取付けた。具体的には、ケース８４に複数のヒートシンク取付け孔８４ｂを形成しておき、ネジ８８を使って共通ヒートシンク８７を取付けた。なお、共通ヒートシンク８７には、予め、放熱用の複数の開口８７ａが形成されている。パワーコントロールユニット１９００の他の構成は、パワーコントロールユニット１６００と同じにした。
【０２０７】
パワーコントロールユニット１９００は、ケース８４を大型化させることなく、２系統化に対応することができる。更に、パワーコントロールユニット１９００は、放熱効率が向上するとともに、半導体モジュール１０００間の熱ばらつきが低減されている。
【０２０８】
以上、第１実施形態〜第１５実施形態にかかる半導体モジュール１００〜１５００および第１６実施形態〜第１９実施形態にかかるパワーコントロールユニット１６００〜１９００について説明した。しかしながら、各実施形態は、本発明の実施の形態を例示的に示したものであり、本発明が実施形態の内容に限定されることはなく、発明の趣旨に沿って種々の変更を成すことができる。また、異なる実施形態に記載された内容を組合せて実施することも可能であり、その場合の実施内容も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０２０９】
１・・・第１の半導体スイッチング素子
２・・・第２の半導体スイッチング素子
３・・・第３の半導体スイッチング素子
４・・・接合材
１Ｌ・・・第１リード端子層
２Ｌ・・・第２リード端子層
３Ｌ・・・第３リード端子層
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ・・・リード端子（第１リード端子層１Ｌに配置されたもの）
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ・・・リード端子（第２リード端子層２Ｌに配置されたもの）
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅ、５３ｆ、５３ｇ・・・リード端子（第３リード端子層３Ｌに配置されたもの）
５２ｃ-ｈ・・・貫通孔（リード端子５２ｃに形成されたもの）
６ａ、６ｂ・・・樹脂板
７ａ、７ｂ・・・放熱板
８ａ、８ｂ・・・金属ブロック
９ａ、９ｂ・・・接続用導体
１０、２０・・・受動素子
１Ｍ・・・第１封止樹脂層
２Ｍ・・・第２封止樹脂層
１１・・・封止樹脂
Ｐ・・・Ｐ側端子
Ｎ・・・Ｎ側端子
Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３・・・中間端子
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６・・・ゲート端子
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９・・・半導体スイッチング素子ＲＳ・・・シャント抵抗
ＣＳ・・・スナバーコンデンサ
Ｔｈｍ・・・サーミスタ
ＲＧ・・・ゲート抵抗
８１ａ、８１ｂ・・・スペーサ
８２ａ、８２ｂ・・・金型
８３・・・スナバ回路
８４・・・ケース
８５、８６・・・個別ヒートシンク
８７・・・共通ヒートシンク
８８・・・ネジ
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００・・・半導体モジュール
１６００、１７００、１８００、１９００・・・パワーコントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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】
2016125673.tif 000014
【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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【国際調査報告】
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2016125673.tif 000021
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