(57)【要約】【課題】半導体モジュールの動作信頼性を向上する。【解決手段】半導体素子７の電極層８、９と、この半導体素子７を制御する制御回路（駆動回路）とを電気的に接続する電極端子１、２、この電極端子１、２と半導体素子７とを備えた半導体モジュールである。電極端子１、２は、接続部３、３と電極接続部４、４とを中間部６を介して一体に形成する。接続部３、３は、制御回路（駆動回路）と接続する。また、電極接続部４、４を、ばね状に形成し、半導体素子７の電極層８、９に接続する。そして、このばね状の電極接続部４、４が半導体素子７を押圧した状態で、電極端子１、２を半導体モジュール内に備える。また、ゲート電極層８に接続される電極端子１の中間部６を、１０〜５０００μΩｃｍの固有抵抗を有する材料により形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子のゲート電極に接続される電極接続部と、前記半導体素子を制御する制御回路と接続される接続部とを備える電極端子であって、
前記電極接続部及び前記接続部との間には、固有抵抗が１０〜５０００μΩｃｍの材料からなる抵抗部が一体に備えられる
ことを特徴とする電極端子。
【請求項２】
前記抵抗部の断面積若しくは長さを制御することで、前記抵抗部の抵抗を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の電極端子。
【請求項３】
前記電極接続部を複数備え、
これらの電極接続部と前記接続部との間にそれぞれ前記抵抗部を備え、
前記電極接続部と前記接続部との間の抵抗が略等しくなるように、前記抵抗部の断面積若しくは長さを各々制御する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電極端子。
【請求項４】
前記電極接続部は、ばね状に形成される
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電極端子。
【請求項５】
半導体素子のゲート電極層または制御用エミッタ若しくはソースの電極層と接続される電極接続部と、前記半導体素子を制御する制御回路と接続される接続部とを備える電極端子であって、
前記電極接続部は、ばね状に形成され、
前記電極接続部と前記接続部との間に形成される中間部には、前記電極端子を固定する絶縁材料からなる固定部材を備える
ことを特徴とする電極端子。
【請求項６】
前記ゲート電極に接続される電極端子の中間部は、固有抵抗が１０〜５０００μΩｃｍである材料で形成された
ことを特徴とする請求項５に記載の電極端子。
【請求項７】
前記中間部の断面積若しくは長さを制御して、前記中間部の抵抗を制御する
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電極端子。
【請求項８】
前記接続部１つに対して、前記中間部及び前記電極接続部を複数備え、前記各電極接続部と前記接続部との間の抵抗が略等しくなるように、前記中間部の断面積若しくは長さを各々制御する
ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の電極端子。
【請求項９】
半導体素子と、
この半導体素子の制御用ゲート電極に接続される電極接続部と、前記半導体素子を制御する制御回路と接続される接続部と、前記電極接続部及び前記接続部との間に備えられ固有抵抗が１０〜５０００μΩｃｍの材料からなる抵抗部と、が一体に形成された電極端子とを備える
ことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１０】
前記電極接続部が、ばね状である
ことを特徴とする請求項９に記載の半導体モジュール。
【請求項１１】
前記抵抗部の断面積若しくは長さを制御することで、前記抵抗部の抵抗を制御する
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の半導体モジュール。
【請求項１２】
複数の半導体素子と、
前記半導体素子のゲート電極それぞれに接続される電極接続部と、前記半導体素子を制御する制御回路と接続される接続部と、これらの電極接続部と前記接続部との間にそれぞれ備えられ固有抵抗が１０〜５０００μΩｃｍの材料からなる抵抗部と、が一体に形成された電極端子とを備え、
前記それぞれの電極接続部と前記接続部との間の抵抗が略等しくなるように、前記抵抗部の断面積若しくは長さを各々制御する
ことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項１３】
半導体素子と、
ばね状に形成され、前記半導体素子のゲート電極または制御用エミッタ若しくはソースの電極を押圧した状態で前記電極に接続される電極接続部と、前記半導体素子を制御する制御回路と接続される接続部が、一体に形成された電極端子と、
を備える
ことを特徴とする半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の電極に接続される電極端子、この電極端子を備えた半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
代表的な絶縁形パワー半導体モジュールとして、インバータ等電力変換装置に用いられるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）モジュールがある。また、このＩＧＢＴモジュールに代表される「絶緑形パワー半導体モジュール」若しくは「Isolated power semiconductor devices」は、それぞれＪＥＣ−２４０７−２００７、ＩＥＣ６０７４７−１５にて規格が制定されている。
【０００３】
一般的な絶緑形パワー半導体モジュールにおいて、スイッチング素子であるＩＧＢＴやダイオード等の半導体素子は、半導体素子の下面に備えられた電極層をＤＢＣ（Direct Bond Copper）基板（或いはＤＣＢ基板）の銅回路箔上にはんだ付けすることにより備えられる（例えば、非特許文献１）。ＤＢＣ基板とは、セラミックス等からなる絶縁板に銅回路箔を直接接合したものである。
【０００４】
半導体素子の上面に備えられる電極層は、例えば、超音波ボンディング等の方法によりアルミワイヤが接続されてＤＢＣ基板上の銅回路箔と電気的に結線される。そして、はんだ付け等によりＤＢＣ基板の銅回路箔から外部へ電気を接続するための銅端子（リードフレームやブスバー）が銅回路箔と接続される。さらに、この周りは（スーパー）エンジニアリングプラスチックのケースで囲まれ、その中を電気絶緑のためのシリコンゲル等が充填される。
【０００５】
近年、半導体素子の動作温度の高温化が進んでいる。動作温度が、１７５℃〜２００℃となると、この温度がはんだ材料の融点に近いため、従来のはんだ材料を用いることができない場合がある。そこで、はんだに置換する材料として、例えば、金属系高温はんだ（Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｕ）、化合物系高温はんだ（Ｓｎ−Ｃｕ）、低温焼結金属（Ａｇ粉、ｎａｎｏＡｇ）等が提案されている。また、次世代の半導体素子であるＳｉＣは、２５０〜３００℃での動作が報告されている。
【０００６】
はんだを用いた絶緑形パワー半導体モジュールの課題としては、以下の２つの課題がある。
１．ＲｏＨＳ（Restriction of Hazardous Substances）に対応するため、はんだの鉛フリー化
２．温度サイクル、パワーサイクル等の信頼性の向上
はんだの鉛フリー化の課題に対しては、鉛フリーはんだを用いることやはんだを用いない半導体モジュール構造が検討されている。鉛フリーはんだ材料としては、例えば、上述のようなＳｎ−Ａｇ系やＳｎ−Ｃｕ系のものが検討されている。また、はんだを用いない半導体モジュール構造として平型圧接構造パッケージが提案されている（非特許文献１、２)。
【０００７】
一般的な平型圧接構造パッケージでは、半導体素子（例えば、ＩＧＢＴ、ダイオード）の端部に半導体素子及びコンタクト端子の位置決めをするガイドが備えられている。そして、半導体素子の上面電極層がコンタクト端子に接触した状態で半導体素子が基板（Ｍｏ基板やＤＢＣ基板等）上に備えられる。そして、これらコンタクト端子と基板が半導体素子を挟持するように押圧された状態で半導体モジュールの筺体内に備えられる。このように、平型圧接構造パッケージでは、圧接によりコンタクト端子と半導体素子との接続、及び半導体素子と基板との接続が行われる。
【０００８】
このような平型圧接構造パッケージは、平型構造であることから半導体素子を両面から冷却できる。さらに、圧接により半導体素子や電極端子等を接続するので、はんだを用いないで半導体素子が電気的、熱的に外部と接続できる。このため、一般的に平型圧接構造パッケージの両端をヒートシンクで圧接することで、平型圧接構造パッケージの両面を冷却するとともに、そのヒートシンクを導電部材として用いる。
【０００９】
この平型圧接構造の半導体モジュールでは、圧接力が各半導体素子等に均等にかかるように半導体モジュールを組み立てる必要がある。例えば、圧接は平型圧接構造パッケージの上下のヒートシンク間とを電気的に絶緑する必要があること、板バネで平型圧接構造パッケージを圧接するがこの設計の圧接力が平型圧接構造パッケージの電極ポストに均等に掛かるようにする必要がある。これらにはノウハウがあり、圧接が不良であった場合は半導体素子の破壊の原因となるおそれがある。なお、ヒートシンクと平型圧接構造パッケージの圧接は、主にユーザが実施する。また、回路を構成するのに、このヒートシンクや圧接のための板バネが小型化の妨げとなる等、使いこなすのには熟練が要求される。このことから平型圧接構造パッケージは限られた装置への適用となり、代わりに使い勝手の良い従来型の絶縁形パワー半導体モジュールが広く使われている。
【００１０】
また、温度サイクル、パワーサイクル等の信頼性を向上させる課題に対しては、半導体モジュールを構成する各部材（半導体、金属、セラミックス等）の熱膨張率の違いより生じる課題を改善する必要がある（例えば、特許文献１、２）。すなわち、基板−銅ベース間、基板−銅端子間において、銅とセラミックスの熱膨張係数の差から間のはんだにせん断応力が働き、はんだに亀裂が生じて熱抵抗が増大したり端子が剥離したりするおそれがある。さらに、半導体素子−基板間のはんだにも亀裂が生じる場合がある。その他、半導体素子上のアルミワイヤの接続部でもアルミニウムと半導体素子の熱膨張の差で応力が発生してアルミワイヤが疲労破断する場合がある。
【００１１】
年々電力密度の増加に伴い半導体素子上の電極とアルミワイヤ間等の接合温度が高くなることから、はんだのせん断応力、アルミワイヤの応力が大きくなってきている。これに対して熱膨張の影響が半導体モジュールの設計寿命に至るまでの期間に亘って顕在化しないように半導体モジュールの構造を設計する必要がある。ＳｉＣやＧａＮのような高温で使用できるワイドバンドキャップ半導体素子の出現により、さらに熱膨張の影響の低減が要求されている。
【００１２】
半導体モジュールに用いられる絶縁ゲート型の半導体素子、例えばＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）等は、制御用のゲート端子及び、制御用のエミッタ端子または制御用のソース端子とが半導体モジュールの外部へ引き出されている。従来は、図６に示すように、半導体素子７、７、７の上面電極層のゲート電極層８とエミッタ電極層９（またはソース電極層）からアルミワイヤ２３を超音波ボンディングすることで、制御用ゲート端子外部取出し部４０及び制御用エミッタ端子（ソース端子）外部取出し部４１を介して、半導体モジュールの外部（図示省略）へ引き出している。
【００１３】
この制御用のゲート電極層８に入力される信号は、半導体素子７のゲート−エミッタ間またはゲート−ソース間の容量と内部ゲート抵抗と制御回路に設置されるゲート抵抗によってゲート入力電圧波形の傾きｄｖGE／ｄｔまたはｄｖGS／ｄｔが変わり、半導体素子のスイッチング時間を決めている。すなわち、制御回路のゲート抵抗を大きくすると半導体素子のスイッチング時間が長くなり、小さくするとスイッチング時間が短くなる。半導体素子７、７、７を並列接続して使う場合は、一般的には内部ゲート抵抗のバラツキなどが各半導体素子のスイッチング時間のばらつきに影響しないように、制御回路に設置されるゲート抵抗の他に、ある程度の大きさのチップ状のゲート抵抗４２、４２、４２をゲート電極層８、８、８と制御用のゲート端子４０との間の半導体モジュール内に設けている。このチップ状のゲート抵抗４２として、シリコン等の材料が用いられる。そして、このチップ状のゲート抵抗（チップ抵抗）４２も底面部は基板上の銅回路箔１９にはんだ付けされ、上面部はワイヤーボンド２３で接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−１７０８７号公報
【特許文献２】特開２００４−３１９９９１号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】電気学会高性能高機能パワーデバイス・パワーＩＣ調査専門委員会、「パワーデバイス・パワーＩＣハンドブック」、コロナ社、１９９６年７月、ｐ２８９、ｐ３３６
【非特許文献２】森睦宏、関康和、「大容量ＩＧＢＴの最近の進歩」、電気学会誌、社団法人電気学会、１９９８年５月、Ｖｏｌ．１１８（５）、ｐｐ．２７４−２７７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記半導体モジュールにおいて、絶縁ゲート型の半導体素子のターンオン時間、ターンオフ時間は半導体素子のゲート・エミッタ間容量と直列抵抗値（内部ゲート抵抗、チップ抵抗、モジュール外付けのゲート抵抗の合成抵抗値）との積で決まる時定数に依存する。半導体素子のターンオン・ターンオフ動作を均一に行わせるためには、この時定数を各半導体素子で一致させるようにする必要がある。
【００１７】
つまり、各半導体素子に対する制御回路とゲート、エミッタ若しくはソースをつなぐ電流経路の長さの違いにより回路でのインピーダンスの大きさが異なると、このインピーダンスの違いにより主電流の分流アンバランスが発生するおそれがある。そして、このアンバランスにより一つの半導体素子に大電流が流れることで半導体素子が破壊されるおそれがあった。
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明は、半導体モジュールの動作信頼性の向上に貢献する電極端子を提供することを目的とする。そして、この電極端子を備えた半導体モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成する本発明の電極端子は、半導体素子のゲート電極に接続される電極接続部と、前記半導体素子を制御する制御回路と接続される接続部とを備える電極端子であって、前記電極接続部及び前記接続部との間には、固有抵抗が１０〜５０００μΩｃｍの材料からなる抵抗部が一体に備えられることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の電極端子は、上記電極端子において、前記抵抗部の断面積若しくは長さを制御することで、抵抗部の抵抗を所定のゲート抵抗となるように調整することを特徴としている。
【００２１】
また、本発明の電極端子は、上記電極端子において、前記電極接続部を複数備え、これらの電極接続部と前記接続部との間にそれぞれ抵抗部を備え、前記電極接続部と前記接続部との間の抵抗が略等しくなるように、前記抵抗部の断面積若しくは長さを各々制御することを特徴としている。
【００２２】
また、本発明の電極端子は、上記電極端子において、前記電極接続部をばね状に形成することを特徴としている。すなわち、電極端子の電極接続部が半導体素子を押圧した状態で、電極端子を半導体モジュールに備えることを特徴としている。
【００２３】
また、上記目的を達成する本発明の電極端子は、半導体素子のゲート電極層または制御用エミッタ若しくはソースの電極層と接続される電極接続部と、前記半導体素子を制御する制御回路と接続される接続部とを備える電極端子であって、前記電極接続部は、ばね状に形成され、前記電極接続部と前記接続部との間に形成される中間部には、前記電極端子を固定する絶縁材料からなる固定部材を備えることを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の電極端子は、上記電極端子において、前記ゲート電極に接続される電極端子の中間部が、固有抵抗が１０〜５０００μΩｃｍである材料で形成されたことを特徴としている。
【００２５】
また、本発明の電極端子は、上記電極端子において、前記中間部の断面積若しくは長さを制御して、前記中間部の抵抗を制御することを特徴としている。
【００２６】
また、本発明の電極端子は、上記電極端子において、前記接続部１つに対して、前記中間部及び前記電極接続部を複数備え、前記各電極接続部と前記接続部との間の抵抗が略等しくなるように、前記中間部の断面積若しくは長さを各々制御することを特徴としている。
【００２７】
また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュールは、半導体素子と、この半導体素子の制御用ゲート電極に接続される電極接続部と、前記半導体素子を制御する制御回路（前記半導体素子を駆動する駆動回路）と接続される接続部と、前記電極接続部及び前記接続部との間に備えられ固有抵抗が１０〜５０００μΩｃｍの材料からなる抵抗部と、が一体に形成された電極端子とを備えたことを特徴としている。すなわち、電極端子のインピーダンスを、ゲート抵抗として用いることを特徴としている。
【００２８】
また、本発明の半導体モジュールは、上記半導体モジュールにおいて、前記電極接続部が、ばね状であることを特徴としている。すなわち、電極接続部が半導体素子を押圧した状態で、電極端子を半導体モジュールに備えることを特徴としている。
【００２９】
また、本発明の半導体モジュールは、上記半導体モジュールにおいて、前記抵抗部の断面積若しくは長さを制御することで抵抗部の抵抗を所定のゲート抵抗となるように調整することを特徴としている。
【００３０】
また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュールは、複数の半導体素子と、前記半導体素子のゲート電極それぞれに接続される電極接続部と、前記半導体素子を制御する制御回路と接続される接続部と、これらの電極接続部と前記接続部との間にそれぞれ備えられ固有抵抗が１０〜５０００μΩｃｍの材料からなる抵抗部と、が一体に形成された電極端子とを備え、前記それぞれの電極接続部と前記接続部との間の抵抗が略等しくなるように、前記抵抗部の断面積若しくは長さを各々制御することを特徴としている。
【００３１】
また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュールは、半導体素子と、ばね状に形成され、前記半導体素子のゲート電極または制御用エミッタ若しくはソースの電極を押圧した状態で前記電極に接続される電極接続部と、前記半導体素子を制御する制御回路と接続される接続部とが一体に形成された電極端子と、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３２】
以上の発明によれば、半導体モジュールの動作における信頼性の向上に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の電極端子の実施形態１を示す概略図である。
【図２】本発明の電極端子の実施形態１における電極接続部の形状を例示する図であり、（ａ）ジグザグばね形状、（ｂ）半楕円ばね形状、（ｃ）円錐コイルばね形状の図である。
【図３】本発明の電極端子の実施形態２を示す概略図である。
【図４】（ａ）本発明の半導体モジュールの実施形態１の要部断面図、（ｂ）本発明の半導体モジュールの実施形態１のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の半導体モジュールの実施形態２の要部断面図である。
【図６】従来技術に係る半導体素子が半導体モジュールに備えられた状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（１）電極端子
（実施形態１）
本発明の実施形態に係る電極端子について、図１、２を参照して詳細に説明する。なお、実施形態１に係る電極端子は、それぞれの構成に優れた効果を有するものである。よって、実施の形態においてはすべての構成を備えた電極端子について説明するが、個々の構成を備える、またはその構成を組み合わせた電極端子も本発明の実施形態に係る電極端子である（実施形態２に係る電極端子についても同様）。
【００３５】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る電極端子１、２は、半導体モジュール（図示省略）に備えられる半導体素子７の制御電極層８、９と半導体モジュールの制御回路（駆動回路）とを電気的に接続する電極端子１、２であって、電極端子１、２の接続部３、３から電極接続部４、４までが一体に形成されていることを特徴としている。
【００３６】
接続部３は、半導体素子７を制御する制御回路（すなわち、半導体素子７を駆動する駆動回路）と電気的に接続され制御信号を授受する。制御回路（駆動回路）は、パワーモジュールのように半導体モジュールの外部に備えられる場合と、インテリジェントパワーモジュールのようにモジュール内部に備えられる場合がある。接続部３が接続される制御回路（駆動回路）は、このいずれの場合の制御回路であってもよい。また、接続部３の形状及び材質は、特に限定されるものではなく既知の形状及び材質を適宜選択して用いればよい。
【００３７】
電極接続部４は、半導体素子８の制御用電極層（ゲート電極層８、エミッタ電極層９（若しくはソース電極層））と電気的に接続される。電極接続部４の形状を板ばねや線ばね等のばね状に形成し、電極接続部４が半導体素子７を押圧するように電極端子１、２及び半導体素子７が半導体モジュールに備えられる。例えば、図２に示すように、電極接続部４はジグザグばね状４ａや板ばね状４ｂや円錐ばね状４ｃに形成される。なお、電極接続部４a〜４ｃを形成する材料は、半導体素子７が使用される環境を考慮するとともに、ばねに適した材料を適宜選択して用いる。
【００３８】
図１に示すように、接続部３、３と電極接続部４、４の間に形成される中間部５、６は、棒状、薄板状等に形成するとよい。電極端子２をエミッタ電極層９（若しくはソース電極層）と接続する場合は、従来通り、中間部５の材質は銅等の導電材料を用いればよい。一方、電極端子１をゲート電極層８と接続する場合は、中間部６を形成する材料を、固有抵抗が１０〜５０００μΩｃｍである材料を用いる。中間部６を形成する材料としては、例えば、鉄（１４．７ at １００℃）、スズ（１５．８ at １００℃）、クロム（１６．１ at １００℃）、チタン（４２．７）、マンガニン（登録商標）（４１．５ at ０℃）、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４（７２））、二クロム（登録商標）（１０８ at １００℃）、オーステナイト（１１０〜１６０）、コバール（登録商標）（４４）、シルバニア（９４）、インコネル（登録商標）（１００〜１５０）等を挙げることができる（括弧内は固有抵抗：単位はμΩｃｍ）。固有抵抗は、温度や不純物の量によって変化するものであるので、半導体モジュールの使用温度において上記の固有抵抗の値を有する材料を適宜選択して用いればよい。
【００３９】
そして、中間部６の抵抗が設計のゲート抵抗値となるように、中間部６の断面積または長さを調節する。例えば、０．３Ωのゲート抵抗を電極端子１に内蔵したい場合、中間部６を形成する材料に極低温から高温まで使用可能なニッケル基合金（例えば、インコネルＸ７５０）を用いると、インコネルX７５０の固有抵抗が１２５μΩｃｍであることから抵抗部分の長さを１ｃｍに設計すると必要な断面積は４．２×１０-4ｃｍ2で、厚さ０．１ｍｍの板で幅を０．４２ｍｍとすることで得ることができる。同じ設計で、中間部６の材料に銅を用いると、銅の固有抵抗が１．７２μΩｃｍであることから中間部の抵抗が４ｍΩとなり、スイッチング時間のばらつきを低減する効果を得ることができない。
【００４０】
なお、電極端子１と電極端子２は、電極端子１と電極端子２が短絡しないように所定の間隔をあけて半導体モジュール内に備えられる。
【００４１】
以上のように、本発明の実施形態１に係る電極端子１、２によれば、電極端子１、２の接続部３から電極接続部４までが一体に形成されているので、電極端子１、２の固定と、電極端子１、２の電極接続部４と半導体素子７の電極層８、９との位置決め（及び接続）とを同時に行うことができる。
【００４２】
また、電極端子１、２の中間部５、６の断面積や長さを制御することで、電極端子１、２の接続部３、３から電極接続部４、４までの抵抗を制御することができ、主電流の分流アンバランスを緩和することができる。特に、半導体素子７のゲート電極層８と接続される電極端子１においては、中間部６を構成する材料を固有抵抗が１０〜５０００μΩｃｍである材料を用いることで、中間部６をゲート抵抗として作用させることができる。すなわち、従来のようにチップ抵抗を備えたりチップ抵抗を接続したりする必要がないので、半導体モジュールの組立て利便性が向上する。
【００４３】
また、電極端子１、２の電極接続部４、４をばね状に形成することで、電極接続部４、４が半導体素子７を押圧した状態で半導体モジュールに備えられる。よって、超音波ボンディング若しくははんだ付けすることなく、電極接続部４、４と半導体素子７の電極層８、９とを電気的に接続することができる。
【００４４】
また、電極端子１、２の中間部５、６や接続部３、３を薄板状に形成すると、電極端子１、２を後述の固定部材に固定する際に、電極端子１、２の固定が確実になるとともに、電極端子１、２の位置決めを容易に行うことができる。
【００４５】
なお、電極端子１、２の接続部３、３、電極接続部４、４、及び中間部５、６を構成する材料は、それぞれ各機能に応じて適宜選択すればよいが、同じ材料で接続部３、３、電極接続部４、４、及び中間部５、６を作成してもよい（第２の実施形態に係る電極端子についても同様）。
【００４６】
（実施形態２）
本発明の他の実施形態に係る電極端子について図３を参照して詳細に説明するが、上記の実施形態１に係る電極端子１、２の構成と同じものについては、同じ符号を付しその詳細な説明は省略する。
【００４７】
図３に示すように、本発明の他の実施形態に係る電極端子１０、１１は、半導体モジュール（図示省略）に備えられる複数の半導体素子７…７の制御電極層８、９と、図示省略の半導体モジュールの制御回路（駆動回路）とを電気的に接続する電極端子１０、１１である。そして、電極端子１０、１１の接続部３、３から電極接続部４、４までが一体に形成されていることを特徴とする。
【００４８】
接続部３は、半導体素子７…７を制御する制御回路（駆動回路）と電気的に接続され制御信号を授受する。
【００４９】
電極接続部４…４は、半導体素子７…７の制御用電極層（ゲート電極層８、エミッタ電極層９（若しくはソース電極層））と電気的に各々接続される。電極接続部４…４の形状を板ばねや線ばね等のばね状に形成し、電極接続部４…４が半導体素子７…７を押圧するように電極端子１０、１１及び半導体素子７を半導体モジュールに備える。
【００５０】
接続部３、３と電極接続部４、４の間に形成される中間部５、６は、棒状、薄板状等に形成するとよい。中間部５、６の形状を板状に形成すると、電極端子１０、１１を後述の固定部材に固定する際に電極端子１０、１１の電極接続部４…４と半導体素子７…７の電極８、９との位置決めが容易になる。電極端子１１をエミッタ電極層９…９（またはソース電極層）と接続する場合は、従来通り、中間部５…５の材質は銅等の導電材料を用いればよい。一方、電極端子１０をゲート電極層８…８と接続する場合は、中間部６…６を形成する材料を、固有抵抗が１０〜５０００μΩｃｍである材料を用いる。
【００５１】
図３に例示するように電極端子１０、１１が電極接続部４…４を複数備える場合、接続部３と各電極接続部４…４間の回路の長さがそれぞれ異なる。接続部３から電極接続部４…４の回路の長さが長くなるほど、接続部３‐電極接続部４…４間の抵抗が大きくなる。例えば、図３に示したゲート抵抗が形成された電極端子１０では、接続部３‐中央の電極接続部４間の抵抗が最も抵抗が小さくなる。そこで、中央の中間部６の配線幅を他の中間部６の配線幅より細くすることで、接続部３‐各電極接続部４…４間の抵抗値が同じになるように電極端子１０を設計することができる。なお、電極端子１０の抵抗値の制御は中間部６…６の長さや断面積を変化させてもよいが、中間部６…６の幅を制御すると電極端子１０を半導体モジュールに備える際の設計変更への影響が少ない。
【００５２】
上記のゲート抵抗が形成された電極端子１０と同様に、制御用のエミッタまたはソース電極層９と接続される電極端子１１の形状も、接続部３‐各電極接続部４…４間の抵抗の不均一が各半導体素子７…７の動作に影響を与えないように、電極端子１１の中間部５…５の幅（若しくは断面積や長さ）を制御する。よって、それぞれの半導体モジュールの接続部３から電極接続部４…４に至るまでの間の抵抗値を略一定にすることができる。なお、電極端子１１の抵抗は電極端子１０の抵抗値に比べ無視できる程度に小さく設計される。
【００５３】
この電極端子１０、１１によれば、例えば、複数の半導体素子７…７と制御回路（駆動回路）とを電気的に接続し、これらの半導体素子７…７を並列動作させることができる。そして、上記実施形態１に係る電極端子１、２の効果に加えて、複数の半導体素子７…７を並列運転する場合において、各半導体素子７…７のゲート抵抗を略均一にできることから各半導体素子７…７の動作も略均一となり、半導体素子７…７の定格電流、ＲＢ−ＳＯＡ（逆バイアス安全動作領域：Reverse Bias Safe Operating Area）等の設定する際に考慮するマージンを小さくできる。よって、高い定格電流とＲＢ−ＳＯＡを得ることができる。なお、電極接続部４…４の数は、図３に示した３つに限定されるものではなく、半導体モジュールに備えられる半導体素子７…７の数に応じた数を適宜設定すればよい。
【００５４】
また、電極端子１０と電極端子１１を備える場合は、電極端子１０と電極端子１１間に高分子材料等の絶縁材料からなる絶縁シート１２を備えるだけで、電極端子１０と電極端子１１とが短絡しない状態で半導体モジュール内に電極端子１０、１１を備えることができる。すなわち、半導体モジュールの組立て利便性が向上する。
【００５５】
（２）半導体モジュール
（実施形態１）
本発明の実施形態に係る半導体モジュールについて、具体的な実施形態を例示して詳細に説明する。以下、半導体モジュール１４に、上記（１）で説明した電極端子１、２を備えた例を示して説明するが、半導体モジュール１４に、電極端子１０、１１を備える形態のものであってもよい。また、本発明の半導体モジュールは、電極端子に特徴を有するものである。よって、電極端子１、２が接続される半導体素子７、１７は、実施形態に限定されるものではなく、絶緑形パワー半導体モジュール等に用いられる半導体素子を適宜選択して用いればよい。なお、電極端子１０、１１を備える形態においても、電極端子１、２を備える場合と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する（下記の実施形態２に係る半導体モジュールについても同様である）。
【００５６】
図４（ａ）に示すように、本発明の実施形態に係る半導体モジュール１４は、樹脂等の絶縁材料からなるケース１５と、良好な熱伝導性を有する放熱板１６とを有する。
【００５７】
放熱板１６は、銅、アルミ等の金属板や熱伝導性の高いセラミック基板が用いられ、半導体素子７、１７で発生する熱を放熱する。そして、ケース１５は、放熱板１６に接着剤やねじ（図示せず）等を用いて固定される。
【００５８】
放熱板１６の上面であってケース１５内部には、絶縁層１８と導体層１９からなる基板２０が設けられており、その基板２０の上部には、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）及びフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）等の少なくとも１つの半導体素子７、１７が実装される。そして、半導体素子７の上面電極９及び下面電極（図示省略）と接続された回路１９には、半導体モジュール外部の回路（図示省略）に接続される主端子２１、２２がそれぞれはんだ付け等によって備えられる。アルミワイヤ２３を超音波ボンディングすることで、半導体素子７のエミッタ電極層９（若しくはソース電極層）とダイオード１７の電極２４とが電気的に接続される。同様に、アルミワイヤ２３を超音波ボンディングすることで、電極２４と導体層１９とが電気的に接続される。
【００５９】
電極端子１は、その中間部６が樹脂等の絶縁材料からなる固定部材２５の固定部に固定されて半導体モジュール１４内に備えられる。そして、電極端子１の電極接続部４はばね状に形成され、電極接続部４のばねによる圧力が所定の圧力となるように、半導体素子７の電極層８と固定部材２５の距離が制御される。すなわち、電極端子１の電極接続部４が半導体素子７を押圧した状態で固定され、電極端子１の電極接続部４と半導体素子７の制御電極層８（例えば、ゲート電極層８）とが電気的に接続される。そして、電極端子１は、その接続部３が図示省略の制御回路（駆動回路）と電気的に接続できるように備えられる。電極端子２（図示せず）を備える場合も、電極端子１を備える場合と同様の方法で半導体モジュール１４に備えることができる。
【００６０】
図４（ｂ）に示すように、ゲート電極層８に接続される電極端子１と、エミッタ電極層９（若しくはソース電極層）と接続される電極端子２とを固定部材２５の固定部に固定する場合、各電極端子１、２が短絡しないように、各電極端子１、２は一定の間隔をあけて固定される。そして、この固定部材２５は、固定枠部材２６により基板２０上に固定される。
【００６１】
以上のように、本発明の実施形態に係る半導体モジュール１４によれば、電極端子１、２の接続部３、３から電極接続部４、４までが一体に形成されているので、電極端子１、２の固定と、電極端子１、２の電極接続部４と半導体素子７の電極８、９との位置決めとを同時に行うことができる。
【００６２】
また、電極端子１、２は、上記（１）で詳細に説明したように、中間部５、６の断面積や長さを制御することができるので、電極端子１、２の接続部３、３から電極接続部４、４までの抵抗を制御することができる。よって、半導体モジュール１４内の主電流の分流アンバランスを緩和することができる。特に、電極端子１においては、中間部６をゲート抵抗として作用させることができるので、半導体モジュール１４にチップ状のゲート抵抗（チップ抵抗）を備える作業を省略することができる。よって、半導体モジュール１４の組立て利便性が向上する。さらに、ゲート電極層８と制御用のゲート端子との間のチップ抵抗を用いないことから、部品点数を低減することができる。また、チップ抵抗を接続する接続部（図６に示すような、アルミワイヤ２３やはんだを用いた接続部）を省略することができるので半導体モジュール１４の動作信頼性が向上する。
【００６３】
また、電極端子１、２の電極接続部４、４がばね状に形成されているので、電極端子１、２が半導体モジュール１４に備えられた際に電極接続部４、４が半導体素子７を押圧する。よって、半導体素子７の電極層８、９と電極接続部４、４を超音波ボンディングやはんだ付けすることなく電極接続部４、４と半導体素子７の電極層８、９とを電気的に接続することができ、半導体モジュール１４の組立て利便性の向上及び半導体モジュール１４の鉛フリー化に貢献する。さらに、半導体素子７の電極層８、９からの制御信号の取り出しにワイヤーボンドを用いず、半導体素子７の電極層８、９が電極接続部４のばねにより付勢された状態で備えられている。この構造により、パワーサイクル等での電極取り出し部分の半導体素子の素材であるシリコンとワイヤの素材であるアルミニウムの熱膨張差による応力の影響を受けず、電極接続部４、４−電極層８、９間の温度変化の影響を緩和することができる。ゆえに、半導体モジュール１４の動作信頼性（温度サイクル、パワーサイクル等の信頼性）が向上する。特に、ＳｉＣやＧａＮのようなワイドバンドギャップ半導体素子のように高温での動作が期待される半導体素子を本発明に係る半導体モジュールに適用すると、温度サイクル、パワーサイクル等の信頼性が向上し、半導体モジュールの長寿命化を図ることができる。
【００６４】
（実施形態２）
本発明の他の実施形態に係る半導体モジュールについて図５を参照して詳細に説明する。
【００６５】
本発明の他の実施形態に係る半導体モジュール２７の説明において、電極端子１、２を備えた例を示して説明する。また、半導体モジュール２７は、半導体素子７、１７の電極９、２４と主端子２２とをばね部材２８、２８を介して接続したものである。よって、上記（２）の実施形態１で示した半導体モジュール１４を構成する構成要素と同様のものについては同じ符合を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６６】
半導体モジュール２７は、絶縁材料からなるケース１５と、放熱板１６とを有する。ケース１５は、放熱板１６に接着剤やねじ（図示せず）等を用いて固定される。放熱板１６は、銅、アルミ等の金属板や熱伝導性の高いセラミック基板が用いられ、半導体素子７、１７で発生する熱を放熱する。
【００６７】
放熱板１６の上面であってケース１５内部には、絶縁層１８と導体層１９とからなる基板２０が設けられており、その基板２０の上部には、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）及びフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）等の少なくとも１つの半導体素子７、１７が実装される。また、半導体素子７、１７の下面に接続される回路（導体層１９）には主端子２１が接続されている。
【００６８】
半導体素子７、１７の上面電極層９、２４には、熱緩衝板２９、２９を介してばね部材２８、２８が備えられこのばね部材２８、２８を半導体素子７、１７方向に押圧するように主電極２２が備えられる。熱緩衝板２９は、半導体素子７、１７の上面電極９、１４を構成する材料（例えば、ＳｉやＳｉＣ、ＧａＮ）に比較的熱膨張係数が近い材料からなる板を用いればよく、ＭｏやＷ、その他化合物等からなる板を例示することができる。ばね部材２８は、半導体モジュール２７の使用環境を考慮して、既知のばね部材を適宜選択して用いればよい。そして、ばね部材２８、２８が半導体素子７、１７を押圧するように、且つ主端子２２が半導体モジュール２７の外部回路（図示省略）と電気的に接続できるように、主端子２２が固定された主端子固定部材３０をねじ３１、３１等により基板２０または放熱板１６に固定する。なお、主端子固定部材３０の固定方法としては、ケース１５内に主端子固定部材３０係止する係止部を備えた係止部材（図示省略）を固定し、ばね部材２８、２８が主端子固定部材３０を係止部に押圧することで主端子固定部材３０を係止部材に固定してもよい。
【００６９】
主端子固定部材３０には、固定部材２５を介して電極端子１が固定されている。つまり、電極端子１は、その中間部６が固定部材２５の固定部に固定されて半導体モジュール２７内に備えられる。そして、電極端子１の電極接続部４は、ばね状に形成され、電極接続部４のばねによる圧力が所定の圧力となるように、半導体素子７の電極層８と固定部材２５の距離が制御される。すなわち、電極端子１の電極接続部４が半導体素子７を押圧するよう固定され、電極端子１の電極接続部４と半導体素子７の制御電極層８（例えば、ゲート電極層８）とが電気的に接続される。そして、電極端子１は、その接続部３が半導体モジュール２７の制御回路（駆動回路）と電気的に接続できるように備えられる。図示省略しているが、電極端子１と同様に、半導体素子７のエミッタ電極層９（若しくはソース電極層）と接続される電極端子２が半導体モジュール２７に備えられている。なお、主端子２２と電極端子１を別々に固定してもよいが、電極端子１を主端子電力固定部材３０に固定することで、主端子２２と電極端子１の固定を同時に行うことができる。この場合、電極端子１の中間部６が平板状に形成されていると、電極端子１が固定部材２５により確実に固定されるので、電極端子１の電極接続部６と半導体素子７の制御電極８と位置決めが容易となる。
【００７０】
以上のように、本発明の他の実施形態に係る半導体モジュール２７によれば、実施形態１に係る半導体モジュール１４の効果に加えて、半導体素子７、１７の上面電極９、２４と主端子２２との接続がばね部材２８、２８を介して行われるため、半導体素子７、１７の上面電極９、２４と主端子２２との接合温度が高くなった場合にも、はんだのせん断応力やアルミワイヤの応力の影響がない。すなわち、半導体モジュール２７の動作により、半導体素子７、１７と主端子２２の接合部の環境が温度変化を繰り返す場合でも、半導体素子７、１７と主端子２２間に生じる応力を緩和することができる。ゆえに、半導体モジュール２７の動作信頼性（温度サイクル、パワーサイクル等の信頼性）が向上する。
【符号の説明】
【００７１】
１、２、１０、１１…電極端子
３…接続部
４…電極接続部
５…中間部
６…中間部（抵抗部）
７…半導体素子
８…ゲート電極層
９…エミッタ電極層（ソース電極層）
１７…半導体素子（ダイオード）
１４、２７…半導体モジュール
２５…固定部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012084621.tif 000006
【図５】
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【図６】
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