(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側に第１の主電極及び制御電極を有し、裏面側に第２の主電極を有する複数の半導体素子と、
前記複数の半導体素子を表面上に配列し、この複数の半導体素子の第２の主電極に電気的に接続された第２の共通主電源板と、
前記複数の半導体素子の表面上に配置され、この複数の半導体素子の第１の主電極に電気的に接続された第１の共通主電源板と、
前記複数の半導体素子間に配設され、前記制御電極に電気的に接続される制御信号配線層及び前記第１の主電極に電気的に接続される主電流配線層を少なくとも備えた共通制御信号／主電流板と、
前記主電流配線層と第１の共通主電源板との間を少なくとも電気的に接続する導電性接続体と、
前記主電流配線層と導電性接続体との間、又は前記第１の共通主電源板と導電性接続体との間を弾性力により電気的に接続する導電性弾性体と
を少なくとも備えたことを特徴とする圧接型半導体装置。
【請求項２】
前記共通制御信号／主電流板は、
少なくとも制御信号配線層と主電流配線層とを絶縁層を介在させて積層した配線基板であることを特徴とする請求項１に記載の圧接型半導体装置。
【請求項３】
前記導電性接続体は、前記共通制御信号／主電流板を第１の共通主電源板に取り付けるネジ部材であり、
前記導電性弾性体は、前記ネジ部材と共通制御信号／主電流板との間に介在させるワッシャー又は皿バネであることを特徴とする請求項２に記載の圧接型半導体装置。
【請求項４】
前記共通制御信号／主電流板と第１の共通主電源板との間に、前記主電流配線層と第１の共通主電源板との間を弾性力により電気的に接続する第２の導電性弾性体をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の圧接型半導体装置。
【請求項５】
前記第１の共通主電源板に、前記主電流配線層に電気的に接続する突起状接続部をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の圧接型半導体装置。
【請求項６】
前記導電性接続体は、前記共通制御信号／主電流板に装着され、前記共通制御信号／主電流板を第１の共通主電源板に取り付ける棒状部材であり、
前記導電性弾性体は、前記棒状部材と第１の共通主電源板との間に介在させるバナナプラグであることを特徴とする請求項２に記載の圧接型半導体装置。
【請求項７】
前記導電性接続体は、前記共通制御信号／主電流板に装着され、前記共通制御信号／主電流板を第１の共通主電源板に取り付ける棒状部材であり、
前記導電性弾性体は、前記棒状部材と第１の共通主電源板との間に介在させる板バネ部材であることを特徴とする請求項２に記載の圧接型半導体装置。
【請求項８】
前記導電性接続体は、前記第１の共通主電源板に装着され、前記共通制御信号／主電流板を第１の共通主電源板に取り付ける棒状部材であり、
前記導電性弾性体は、前記棒状部材と共通制御信号／主電流板との間に介在させる板バネ部材であることを特徴とする請求項２に記載の圧接型半導体装置。
【請求項９】
前記共通制御信号／主電流板の制御信号配線層と前記半導体素子の制御電極との間を電気的に接続する制御電極プローブをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の圧接型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧接型半導体装置に関し、特に複数の半導体素子を有するマルチチップモジュール構造の圧接型半導体装置に関する。さらに、本発明は、車両のモータ制御等、電力供給制御に使用される圧接型半導体装置に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２に示すように、圧接型半導体装置１００は、共通エミッタ電源板（下部電極ポスト）１０１上に複数の半導体素子１０３Ａ、１０３Ｂを搭載し、この複数の半導体素子１０３Ａ、１０３Ｂを共通エミッタ電源板１０１と共通コレクタ電源板１０５とで挟み込み圧接した状態において構成されている。半導体素子１０３Ａ、１０３Ｂはいずれも絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の電力用スイッチング素子である。半導体素子１０３Ａ、１０３Ｂのそれぞれの表面にはエミッタ電極１３１及びゲート電極１３２が配設され、それぞれの裏面にはコレクタ電極１３３が配設されている。半導体素子１０３Ａ、１０３Ｂはフェイスダウン方式において搭載されており、図１２中、下側にエミッタ電極１３１及びゲート電極１３２が配設され、上側にコレクタ電極１３３が配設されている。半導体素子１０３Ａ、１０３Ｂのそれぞれのエミッタ電極１３１、ゲート電極１３２、コレクタ電極１３３は、いずれも電気的に並列に接続されている。
【０００３】
共通エミッタ電源板１０１及び共通コレクタ電源板１０５は電気伝導性に優れ、かつ熱伝導性に優れた銅、銅合金等を主体に構成され、半導体素子１０３Ａ、１０３Ｂはシリコンにより形成されている。熱膨張係数差が考慮され、共通エミッタ電源板１０１と半導体素子１０３Ａ、１０３Ｂのそれぞれとの間には熱緩衝板１０２が配設され、共通コレクタ電源板１０５と半導体素子１０３Ａ、１０３Ｂのそれぞれとの間にも熱緩衝板１０４が配設されている。
【０００４】
共通エミッタ電源板１０１、半導体素子１０３Ａ、１０３Ｂ及び共通コレクタ電源板１０５の各々の周縁部には側囲体１０６が配設されている。この側囲体１０６は、共通エミッタ電源板１０１と共通コレクタ電源板１０５との間の電気的な短絡を避けるために、例えばセラミックス等の絶縁体により形成されている。
【０００５】
このように構成される圧接型半導体装置１００においては、半導体素子１０３Ａ、１０３Ｂのそれぞれのゲート電極１３２に外部電源１１０からスイッチング電圧Ｖを供給することにより、共通コレクタ電源板１０５から共通エミッタ電源板１０１に流れる電流Ｉの遮断制御を行うようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の圧接型半導体装置１００においては、以下の点について配慮がなされていなかった。
【０００７】
上記圧接型半導体装置１００において、スイッチング電圧Ｖの基準電位にはエミッタ電位が使用されている。つまり、図１２に示すように、圧接型半導体装置１００の共通エミッタ電源板１０１の外部端子１０１Ｐが外部電源１１０の基準電位端子に接続され、この外部電源１１０の回路動作電位端子がゲート電極１３２にスイッチング電圧Ｖを供給するゲート端子１３２Ｐに接続されている。このため、半導体素子１０３Ａ、１０３Ｂのそれぞれのゲート電極１３２とエミッタ電極１３１との間の回路にインダクタンスＬｓ１〜Ｌｓ４及びＬｇ１〜Ｌｇ３が発生する。
【０００８】
インダクタンスＬｓ１、Ｌｓ２は、スイッチング電圧Ｖに電流Ｉの変化量ｄＩ／ｄｔによる誘導電圧を加えるために、半導体素子１０３Ａ、１０３Ｂのそれぞれに誤動作を生じさせる。また、インダクタンスＬｓ１、Ｌｓ２は電流集中の原因になる。インダクタンスＬｓ２、Ｌｓ３、Ｌｇ１は、半導体素子１０３Ａ、１０３ＢのＯＮ／ＯＦＦスイッチング動作のタイミングを遅延させるので、電力損失の原因になる。また、複数の半導体素子１０３Ａ、１０３Ｂのスイッチング動作のタイミングにばらつきが生じる。インダクタンスＬｇ２、Ｌｇ３は、半導体素子１０３Ａと１０３Ｂとの間において発振の原因になり、電流Ｉの振動を生じる。また、インダクタンスＬｇ２、Ｌｇ３は電流集中の原因になる。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明の目的は、インダクタンスを減少することができ、かつ組立性の向上に優れた圧接型半導体装置を提供することである。
【００１０】
さらに、本発明の目的は、上記目的を達成しつつ、電流集中、電力損失、電流振動等の不具合を改善することができ、電気的特性の安定性に優れた圧接型半導体装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の特徴は、表面側に第１の主電極及び制御電極を有し、裏面側に第２の主電極を有する複数の半導体素子と、複数の半導体素子を表面上に配列し、この複数の半導体素子の第２の主電極に電気的に接続された第２の共通主電源板と、複数の半導体素子の表面上に配置され、この複数の半導体素子の第１の主電極に電気的に接続された第１の共通主電源板と、複数の半導体素子間に配設され、制御電極に電気的に接続される制御信号配線層及び第１の主電極に電気的に接続される主電流配線層を少なくとも備えた共通制御信号／主電流板と、主電流配線層と第１の共通主電源板との間を少なくとも電気的に接続する導電性接続体と、主電流配線層と導電性接続体との間、又は第１の共通主電源板と導電性接続体との間を弾性力により電気的に接続する導電性弾性体とを少なくとも備えた圧接型半導体装置としたことである。
【００１２】
ここで、「半導体素子」としては、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）、バイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）、静電誘導サイリスタ（ＳＩサイリスタ）、ＧＴＯサイリスタ、インジェクションエンハンスドゲート型トランジスタ（ＩＥＧＴ）等の半導体素子が好適である。従って、「第１の主電極」とは、ＳＩサイリスタ又はＧＴＯサイリスタにおいてはアノード領域若しくはカソード領域のいずれか一方、ＢＪＴ又はＩＧＢＴにおいてはエミッタ領域若しくはコレクタ領域のいずれか一方、ＭＯＳＦＥＴやＳＩＴにおいてはソース領域若しくはドレイン領域のいずれか一方を意味する。「第２の主電極」とは、ＳＩサイリスタ又はＧＴＯサイリスタにおいては第１の主電極とはならないアノード領域若しくはカソード領域のいずれか一方、ＢＪＴ又はＩＧＢＴにおいては第１の主電極とはならないエミッタ領域若しくはコレクタ領域のいずれか一方、ＭＯＳＦＥＴやＳＩＴにおいては第１の主電極とはならないソース領域若しくはドレイン領域のいずれか一方を意味する。すなわち、ＳＩサイリスタ又はＧＴＯサイリスタにおいては、第１の主電極がアノード領域であれば、第２の主電極はカソード領域である。ＢＪＴ又はＩＧＢＴにおいては、第１の主電極がエミッタ領域であれば、第２の主電極はコレクタ領域である。ＭＯＳＦＥＴやＳＩＴにおいては、第１の主電極がソース領域であれば、第２の主電極はドレイン領域である。また、「制御電極」とは、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＳＩＴ等においては、ゲート電極を意味し、ＢＪＴにおいてはベース電極を意味することは勿論である。
【００１３】
さらに、「共通制御信号／主電流板」とは、複数の半導体素子の制御電極に供給される電位（スイッチング電圧）の基準電位として使用することができる、第１の主電極の電位により近い電位を生成するための共通信号板という意味で使用される。この「共通制御信号／主電流板」には、板状で適度な剛性を有するもの、板状若しくはフィルム状で変形可能な柔軟性を有するもの等が少なくとも含まれる。「共通制御信号／主電流板」は、各々の半導体素子に接触しない程度で（絶縁分離を確保した状態で）、複数の半導体素子の配列間のほぼ全域に渡って配設されることが好ましい。つまり、共通制御信号／主電流板においては、制御信号配線層の断面積並びに主電流配線層の断面積を稼ぐようになっている。「共通制御信号／主電流板」は、少なくとも制御信号配線層と主電流配線層とを絶縁層を介在させて積層した配線基板、さらには複数層の制御信号配線層及び複数層の主電流配線層を有する多層配線基板であることが好ましい。この「共通制御信号／主電流板」には、例えばプリント配線基板を実用的に使用することができる。さらに、「共通制御信号／主電流板」は、複数の半導体素子のそれぞれに対応する領域に電極開口を有する平面メッシュ形状で構成されることが好ましい。
【００１４】
さらに、「導電性接続体」とは、共通制御信号／主電流板の主電流配線層と第１の共通主電源板との間を少なくとも電気的に接続する接続部材という意味で使用される。「少なくとも電気的に接続する」とは、最低限、電気的に接続されていれば、機械的な接続形態を問わない表現を意味する。この「導電性接続体」は、少なくとも半導体素子毎に複数個配設され、主電流配線層と第１の共通主電源板との間を多数接点構造において接続するようになっている。「導電性弾性体」とは、主電流配線層と導電性接続体との間、又は第１の共通主電源板と導電性接続体との間の少なくともいずれか一方を弾性力により確実に電気的に接続する弾性部材という意味で使用される。この「導電性弾性体」により電気的な接続が確保されるようになっているので、「導電性接続体」自体は、機械的な接合の合わせ余裕（遊び）を充分に確保することができ、又半田等の接合金属の使用をなくすことができる。
【００１５】
このように構成される本発明の第１の特徴に係る圧接型半導体装置においては、第１の共通主電源板と半導体素子の第１の主電極との間に、第１の共通主電源板とは別の主電流配線層を有する共通制御信号／主電流板を備えたので、半導体素子の第１の主電極と制御電極との間の回路上に発生するインダクタンスを減少させることができる。さらに、共通制御信号／主電流板には、主電流配線層とこれに対応させて制御信号配線層とを備えたので、相互インダクタンス効果を高め、より一層インダクタンスを減少させることができる。そして、さらに本発明の第１の特徴に係る圧接型半導体装置においては、導電性接続体及び導電性弾性体を備え、導電性接続体により共通制御信号／主電流板の主電流配線層と第１の共通主電源板との間を電気的に接続し、しかも多数接点構造としたので、インダクタンスを減少することができ、導電性弾性体により主電流配線層又は第１の共通主電源板との間の電気的な接続の安定性を向上することができる。さらに、導電性弾性体により電気的な接続の安定性を充分に確保することができるので、第１の共通主電源板に共通制御信号／主電流板を組み立てる組立性を向上することができる。
【００１６】
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係る圧接型半導体装置の導電性接続体が共通制御信号／主電流板を第１の共通主電源板に取り付けるネジ部材であり、導電性弾性体がネジ部材と共通制御信号／主電流板との間に介在させるワッシャー、皿バネ等である圧接型半導体装置としたことである。「ネジ部材」には、第１の共通主電源板に配設された雌ネジに嵌合される雄ネジを一端側に有し、共通制御信号／主電流板を保持するネジ頭を他端側に有するビス、ボルト等を実用的に使用することができる。この「ネジ部材」には、電気伝導性に優れた金属製ネジ部材を実用的に使用することができる。「ワッシャー、皿バネ等」には、リング形状の金属製ワッシャー、金属製皿バネ又はそれらと同様の機能を有するものを実用的に使用することができる。また、本発明の第２の特徴に係る圧接型半導体装置においては、共通制御信号／主電流板と第１の共通主電源板との間に、主電流配線層と第１の共通主電源板との間を弾性力により電気的に接続する第２の導電性弾性体をさらに備えることができる。「第２の導電性弾性体」には、上記「ワッシャー、皿バネ等」と同様のものを使用することができる。また、本発明の第２の特徴に係る圧接型半導体装置においては、第１の共通主電源板に、主電流配線層に電気的に接続する突起状接続部をさらに備えることができる。この「突起状接続部」は、第１の共通主電源板と一体的に形成されていることが好ましい。
【００１７】
このように構成される本発明の第２の特徴に係る圧接型半導体装置においては、本発明の第１の特徴に係る圧接型半導体装置により得られる効果に加えて、導電性接続体にネジ部材を使用することにより、第１の共通主電源板に共通制御信号／主電流板を強固かつ確実に取り付けることができるとともに、導電性弾性体にワッシャー、皿バネ等を使用することにより、ネジ締めでは得られない、常時、接点に力が加わった状態において、導電性接続体を第１の共通主電源板又は共通制御信号／主電流板に電気的に接続することができる。また、本発明の第２の特徴に係る圧接型半導体装置において、第２の導電性弾性体や突起状接続部を備えることにより、導電性接続体とは別の主電流の電流経路を構築することができるので、より一層インダクタンスを減少することができる。
【００１８】
本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴に係る圧接型半導体装置の導電性接続体が、共通制御信号／主電流板に装着され、共通制御信号／主電流板を第１の共通主電源板に取り付ける棒状部材であり、導電性弾性体が棒状部材と第１の共通主電源板との間に介在させるバナナプラグである圧接型半導体装置としたことである。この本発明の第３の特徴に係る圧接型半導体装置においては、導電性接続体の「バナナプラグ」を「板バネ部材」に代えることができ、又導電性接続体を第１の共通主電源板に装着しかつ導電性弾性体を共通制御信号／主電流板に装着することができる。
【００１９】
このように構成される本発明の第３の特徴に係る圧接型半導体装置においては、本発明の第１の特徴に係る圧接型半導体装置により得られる効果に加えて、導電性接続体に棒状部材を使用することにより、第１の共通主電源板に共通制御信号／主電流板を簡易に取り付けることができるとともに、導電性弾性体にバナナプラグ、板バネ部材等を使用することにより、ネジ締めでは得られない、常時、接点に力が加わった状態において、導電性接続体を第１の共通主電源板又は共通制御信号／主電流板に簡易に電気的に接続することができる。
【００２０】
本発明の第４の特徴は、本発明の第１の特徴乃至第３の特徴のいずれかに係る圧接型半導体装置において、共通制御信号／主電流板の制御信号配線層と半導体素子の制御電極との間を電気的に接続する制御電極プローブをさらに備えた圧接型半導体装置としたことである。
【００２１】
このように構成される本発明の第４の特徴に係る圧接型半導体装置においては、共通制御信号／主電流板の制御信号配線層と半導体素子の制御電極との間を制御電極プローブにより簡易に電気的に接続することができるので、組立性を向上することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明に係る圧接型半導体装置を、本発明の複数の実施の形態により説明する。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。但し、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。従って、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。また、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勿論である。
【００２３】
（第１の実施の形態）
［圧接型半導体装置の全体構造］
図１乃至図３に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１は、表面側に第１の主電極７１０及び制御電極７１１を有し、裏面側に第２の主電極７１２を有する複数の半導体素子７０と、複数の半導体素子７０を表面上に配列し、この複数の半導体素子７０の第２の主電極７１２に電気的に接続された第２の共通主電源板（コレクタ圧接電極板）９０と、複数の半導体素子７０の表面上に配置され、この複数の半導体素子７０の第１の主電極７１０に電気的に接続された第１の共通主電源板（エミッタ圧接電極板）１０と、複数の半導体素子７０間に配設され、制御電極７１１に電気的に接続される制御信号配線層３２１、３２３（図５参照。）及び第１の主電極７１０に電気的に接続される主電流配線層３２０、３２２、３２４を少なくとも備えた共通制御信号／主電流板３０と、主電流配線層３２０、３２２、３２４と第１の共通主電源板１０との間を少なくとも電気的に接続する導電性接続体４０と、主電流配線層３２０、３２２、３２４と導電性接続体４０との間を弾性力により電気的に接続する導電性弾性体４５とを少なくとも備えて構築されている。
【００２４】
図３に示す半導体素子７０は、表面側（図３中、上側）に第１の主電極７１０及び制御電極７１１を配設し、裏面側（図３中、下側）に第２の主電極７１２を配設している。この半導体素子７０は、圧接型半導体装置１にフェイスダウン方式で組み込まれているので、図１及び図２に示す圧接型半導体装置１においては図中下側に第１の主電極７１０及び制御電極７１１が配設され、図中上側に第２の主電極７１２が配設されている。すなわち、図１及び図２において、圧接型半導体装置１にフェイスダウン方式で組み込まれる半導体素子７０の表面上には図中下側に位置する第１の共通主電源板１０が配設され、半導体素子７０の裏面上には図中上側に位置する第２の共通主電源板９０が配設されるようになっている。
【００２５】
そして、圧接型半導体装置１には、さらに側囲体１５、第１の素子保持体５０、複数の第１の熱緩衝板６０、第２の素子保持体（チップフレーム）５１、第２の熱緩衝板８０、熱緩衝板保持体５２を少なくとも備えて構築されている。
【００２６】
［半導体素子（ＩＧＢＴ）の構造］
図３及び図４に示すように、複数の半導体素子７０は、高耐圧、大容量化に優れ、かつ高速なスイッチング動作が可能なＩＧＢＴでいずれも構成されている。半導体素子７０はシリコン単結晶基板（シリコン単結晶チップ）７００を主体に構成されており、このシリコン単結晶基板７００にＩＧＢＴが構成されている。
【００２７】
ＩＧＢＴは、第１の主電極領域として使用される高不純物密度のｎ型エミッタ領域７０４と、第２の主電極領域として使用される低不純物密度のｐ型コレクタ領域７０１と、制御電極領域として使用されるゲート電極７０６、高不純物密度のｐ型ベース領域７０３及び低不純物密度のｎ型ベース領域７０２とを備えて構成されている。
【００２８】
ｐ型コレクタ領域７０１はシリコン単結晶基板７００の裏面側に配設され、ｎ型ベース領域７０２はシリコン単結晶基板７００の表面側に配設されている。なお、ｎ型ベース領域７０２は高不純物密度に設定してもよい。ｐ型ベース領域７０３はｎ型ベース領域７０２の主面部に配設され、ｎ型エミッタ領域７０４はｐ型ベース領域７０３の主面部に配設されている。ゲート電極７０６はシリコン単結晶基板７００の表面上にゲート絶縁膜７０５を介在して形成されている。ゲート電極７０６は例えばシリコン多結晶膜で形成されており、このシリコン多結晶膜には抵抗値を調節する不純物が導入されている。ゲート絶縁膜７０５は例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等で形成されている。ＩＧＢＴは、微少な複数のＩＧＢＴセルを行列状に配列し、これらのＩＧＢＴセルを電気的に並列に接続することにより構成されている。
【００２９】
このように構成されるＩＧＢＴのｎ型エミッタ領域（第１の主電極領域）７０４に第１の主電極（エミッタ電極）７１０が電気的に接続されている。ゲート電極（制御電極領域）７０６には制御電極７１１が電気的に接続されている。ｐ型コレクタ領域（第２の主電極領域）７０１には第２の主電極（コレクタ電極又は裏面電極）７１２が電気的に接続されている。第１の主電極７１０及び制御電極７１１は、シリコン単結晶基板７００上に層間絶縁膜７０８を介在して、同一導電層（同一平面上）において同一導電性材料により形成されている。第１の主電極７１０及び制御電極７１１は例えばアルミニウム（Ａｌ）膜、アルミニウム合金（Ａｌ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ等）膜等の電気伝導性に優れた材料により形成されている。一方、第２の主電極７１２は、シリコン単結晶基板７００の裏面上のほぼ全域に形成されており、例えばアルミニウム膜、アルミニウム合金膜等の電気伝導性に優れた材料で形成されている。
【００３０】
なお、本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１においては、１種類の複数個の半導体素子７０のみを備えているが、この半導体素子７０に加えて別の半導体素子を半導体素子７０と同一平面上に配設することができる。ここで、別の半導体素子には、例えばフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）を実用的に使用することができる。この種の別の半導体素子においては、半導体素子７０と同様に、表面側、裏面側のそれぞれに主電極、例えばカソード電極、アノード電極を備えるようになっている。
【００３１】
［第１の共通主電源板の構造］
平面構造を図示していないが、図１及び図２に示すように、圧接型半導体装置１の第１の共通主電源板１０は、平面円盤形状で構成されており、複数の半導体素子７０に共通の主電極板として形成されている。さらに、第１の共通主電源板１０は、複数の半導体素子７０の回路動作で発生する熱を外部に放出する放熱板としての機能も備えている。
【００３２】
この第１の共通主電源板１０の表面（半導体素子７０側の表面）には、複数の半導体素子７０にそれぞれ対応する領域に突起電極部１１が配設されている。この突起電極部１１は、第１の熱緩衝板６０を介在させて半導体素子７０の第１の主電極７１０を圧接するようになっており、この第１の主電極７１０に電気的に接続されるようになっている。突起電極部１１の平面形状は、半導体素子７０の平面形状（第１の主電極７１０の平面形状）とほぼ同様の正方形形状で、制御電極７１１の部分を切り欠いた形状で構成されている。
【００３３】
第１の共通主電源板１０は、本発明の第１の実施の形態において、電気伝導性に優れかつ熱伝導性に優れた銅（Ｃｕ）板、銅合金板等の金属材料で形成されている。突起電極部１１は第１の共通主電源板１０に一体的に形成されている。この第１の共通主電源板１０自体は切削加工により形成することが実用的である。
【００３４】
［側囲体の構造］
図１及び図２に示すように、第１の共通主電源板１０の外周縁部には、金属製のリングフレーム１５Ｒを介在させて、円筒形状の側囲体１５が取り付けられている。この側囲体１５には円周方向に凹凸形状を有する沿面増加部１５Ｆが配設されている。沿面増加部１５Ｆは、側囲体１５の第１の共通主電源板１０と第２の共通主電源板９０との間の表面距離を稼ぎ（長くし）、第１の共通主電源板１０と第２の共通主電源板９０との間の電気の流れを遮断し（短絡を防止し）、絶縁耐性を高める機能を有している。
【００３５】
図１中及び図２中、第１の共通主電源板１０は側囲体１５の下側端部に取り付けられている。第２の共通主電源板９０は側囲体１５の上側端部に取り付けられている。側囲体１５は、機械的強度に優れ、かつ絶縁性に優れた、例えばセラミックスで形成されている。さらに、側囲体１５には、複数の半導体素子７０の制御電極７１１に制御信号（ゲート電圧又はスイッチング電圧）を供給するためのゲート端子１５Ｇが配設されるようになっている。
【００３６】
［共通制御信号／主電流板の構造］
図１、図２及び図５に示すように、共通制御信号／主電流板３０は、複数の半導体素子７０のそれぞれの制御電極７１１に供給される電位（スイッチング電圧又はゲート電圧）の基準電位として使用することができる、第１の主電極７１０の電位により近い電位を生成するための共通信号板として使用されている。本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１において、共通制御信号／主電流板３０は、主電流配線層３２０、絶縁層３１０、制御信号配線層３２１、絶縁層３１１、主電流配線層３２２、絶縁層３１２、制御信号配線層３２３（及び主電流配線層３２４）のそれぞれを順次積層した多層配線基板、好ましくは多層配線構造のプリント配線基板により形成されている。
【００３７】
絶縁層３１０、３１１、３１２のそれぞれには、例えばガラスエポキシ樹脂を実用的に使用することができる。また、絶縁層３１１をガラスエポキシ樹脂により形成し、絶縁層３１０、３１２のそれぞれをシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の絶縁層により形成することができる。主電流配線層３２０、制御信号配線層３２１、主電流配線層３２２、制御信号配線層３２３、主電流配線層３２４のそれぞれには、銅薄膜、銅合金薄膜等の導電性及び熱伝導性に優れた薄膜を実用的に使用することができる。最下層の主電流配線層３２０、最上層の制御信号配線層３２３及び最上層の主電流配線層３２４の表面上には、酸化防止を目的として、例えばニッケル（Ｎｉ）薄膜等の薄膜が被覆されていることが好ましい。  この層数並びに厚さに必ずしも限定されるものではないが、本発明の第１の実施の形態に係る共通制御信号／主電流板３０は、主電流配線層３２０、３２２、制御信号配線層３２１、３２３のそれぞれの膜厚を６０μｍ〜８０μｍに設定し、主電流配線層としての合計の膜厚を稼ぎ（厚くし）、制御信号配線層としての合計の膜厚を稼ぐ（厚くする）ようになっている。
【００３８】
主電流配線層３２０と主電流配線層３２２との間は、絶縁層３１０及び３１１に形成されたスルーホール配線３３０により電気的に接続されている。主電流配線層３２２と主電流配線層３２４との間は、絶縁層３１２に形成されたスルーホール配線３３２により電気的に接続されている。さらに、制御信号配線層３２１と制御信号配線層３２３との間は、絶縁層３１１及び３１２に形成されたスルーホール配線３３１により電気的に接続されている。スルーホール配線３３０、３３１、３３２はいずれも銅、銅合金等の導電性及び熱伝導性に優れた導体を実用的に使用することができる。
【００３９】
さらに、他の導電体との間の電気的な短絡を防止するために、最下層の絶縁層３１０の表面（裏面）上には、主電流配線層３２０を覆うソルダーレジスト膜３４０が配設されている。同様に、最上層の絶縁層３１２の表面上には、制御信号配線層３２３及び主電流配線層３２４を覆うソルダーレジスト膜３４１が配設されている。
【００４０】
平面形状を図示していないが、共通制御信号／主電流板３０は、複数の半導体素子（ＩＧＢＴ）７０のそれぞれに対応する領域に電極開口３６を有する平面メッシュ形状により形成されている。電極開口３６の平面形状は、第１の共通主電源板１０の突起電極部１１を通過させるように、この突起電極部１１の平面形状に相似形状で、突起電極部１１の平面形状よりも一回り大きい寸法の形状で構成されている。
【００４１】
共通制御信号／主電流板３０の主電流配線層３２０、３２２、３２４、制御信号配線層３２１、３２３のそれぞれの薄膜はスパッタリング法による成膜により、又はラミネートにより形成する場合が一般的であり、単層の薄膜の膜厚を充分に厚くすることは難しい。本発明の第１の実施の形態に係る共通制御信号／主電流板３０は、複数の主電流配線層３２０、３２２及び３２４を備えて多層化し、これらをスルーホール配線３３０及び３３２により相互に電気的に接続することにより、実効的な主電流配線層つまり主電流経路の膜厚（断面積）を稼ぐようになっている。同様に複数の制御信号配線層３２１及び３２３を備えて多層化し、これらをスルーホール配線３３１により相互に電気的に接続することにより、実効的な制御信号配線層つまり制御信号経路の膜厚（断面積）を稼ぐようになっている。
【００４２】
さらに、共通制御信号／主電流板３０においては、主電流配線層３２０、３２２のそれぞれと制御信号配線層３２１とを向かい合わせ、かつ主電流配線層３２２と制御信号配線層３２１とを向かい合わせて配設している（これらは実効的に平行に配設されている）ので、双方の間の相互インダクタンス効果を高め、第１の主電極（エミッタ電極）７１０と制御電極（ゲート電極）７１１との間の回路上のインダクタンスを減少することができる。
【００４３】
さらに、主電流配線層３２０、３２２、３２４、制御信号配線層３２１、３２３のそれぞれは、複数の半導体素子７０間において、これらの半導体素子７０に接触しない（電気的に短絡を生じない）程度に広範囲に配設され、主電流経路並びに制御信号経路の断面積を稼ぐようになっている。すなわち、圧接型半導体装置１においては、複数の半導体素子７０を挟み込むように第１の共通主電源板１０と第２の共通主電源板９０とが配設され、複数の半導体素子７０の表面側及び裏面側には基本的に電極板スペースを確保することができないので、本発明の第１の実施の形態に係る共通制御信号／主電流板３０は、複数の半導体素子７０間の空きスペースを有効に利用して、できる限り主電流経路並びに制御信号経路の断面積を増加できるように構成されている。本発明の第１の実施の形態に係る共通制御信号／主電流板３０の実効的な厚さは約０．４ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲に設定されている。なお、この共通制御信号／主電流板３０に例えば抵抗素子等の素子を別途実装した場合においては、この共通制御信号／主電流板３０の全体的な厚さは１．５ｍｍ又はそれよりも若干薄くなる。
【００４４】
さらに、図示していないが、本発明の第１の実施の形態に係る共通制御信号／主電流板３０においては、主電流配線層３２０、３２２、３２４、制御信号配線層３２１、３２３のいずれか、好ましくは最下層の主電流配線層３２０又は最上層の制御信号配線層３２３若しくは最上層の主電流配線層３２４を利用してこの圧接型半導体装置１の回路に必要な少なくとも抵抗素子を構成することができる。このような抵抗素子は主電流配線層３２０、３２４や制御信号配線層３２３と一体的に形成することができる（平面パターンの変更のみで形成することができる）。
【００４５】
［導電性導体及び導電性弾性体の構造］
図１、図２及び図６に示すように、導電性接続体４０は、共通制御信号／主電流板３０を第１の共通主電源板１０に取り付けるネジ部材により構成されている。導電性弾性体４５は、導電性接続体４０と共通制御信号／主電流板３０との間に介在させるワッシャー、皿バネ又はこれらと同様の機能を有するものにより構成されている。本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１において、導電性弾性体４５にワッシャーが使用されている。
【００４６】
第１の共通主電源板１０の表面部分の数カ所には止め穴１２及びこの止め穴１２の内壁に雌ネジ１３が配設されており、導電性接続体（ネジ部材）４０の一端（図６中、下側）には雌ネジ１３に結合可能な雄ネジ４０１が配設されている。導電性接続体４０の他端（図６中、上側）には、共通制御信号／主電流板３０の最上層の主電流配線層３２４に導電性弾性体４５を介在させて電気的に接続されるとともに、この共通制御信号／主電流板３０を機械的に保持する（第１の共通主電源板１０に共通制御信号／主電流板３０を装着する）ことができるネジ頭４０２が配設されている。導電性接続体４０には、少なくとも電気伝導性に優れた鉄（Ｆｅ）、鉄ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）合金、ステンレス鋼（例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ）、銅、銅合金等の金属製ビス、金属製ボルト等を実用的に使用することができる。
【００４７】
導電性弾性体４５は、導電性接続体４０の雄ネジ４０１を貫通させることができ、導電性接続体４０のネジ頭４０２と接触するような、平面リング形状により形成されている。この導電性弾性体４５には、導電性接続体４０と同様に、例えば金属製ワッシャーを実用的に使用することができる。
【００４８】
図２に示すように、導電性接続体４０は、導電性弾性体４５を介在させ、共通制御信号／主電流板３０の通し穴３１を通して、その雄ネジ４０１を第１の共通主電源板１０の雌ネジ１３にはめ込むことにより、第１の共通主電源板３０に共通制御信号／主電流板３０を簡易にかつ強固に装着することができるとともに、第１の共通主電源板３０と共通制御信号／主電流板３０の主電流配線層３２０、３２２及び３２４との間を簡易に電気的に接続することができる。さらに、導電性接続体４０と共通制御信号／主電流板３０との間に導電性弾性体４５を介在させることにより、導電性弾性体４５の弾性力によって、ネジ締めでは得られない、常時、接点に力が加わった状態において、導電性接続体４０を共通制御信号／主電流板３０の主電流配線層３２４に電気的に接続することができる。従って、共通制御信号／主電流板３０によりインダクタンスを充分に減少することができるとともに、導電性接続体４０と共通制御信号／主電流板３０の主電流配線層３２４との間に安定な電気的接続を確保することができる。
【００４９】
さらに、導電性接続体４０自体及び導電性弾性体４５自体に導電性を備えることにより、これら導電性接続体４０及び導電性弾性体４５を主電流経路（エミッタ電流経路）として使用することができ、より一層、インダクタンスを減少することができる。
【００５０】
さらに、導電性接続体４０及び導電性弾性体４５を複数備えることにより、共通制御信号／主電流板３０の主電流配線層３２４と第１の共通主電源板１０との間を多数接点構造により電気的に接続することができるので、より一層、インダクタンスを減少することができる。
【００５１】
一方、図１及び図２に示すように、共通制御信号／主電流板３０の周囲の一部の領域において、この共通制御信号／主電流板３０の制御信号配線層３２３は、前述と同様の導電性接続体４０及び導電性弾性体４５を使用してゲート端子１５Ｇのゲートリード１５Ｌに電気的かつ機械的に接続されている。制御信号配線層３２３とゲートリード１５Ｌとの接続構造は、基本的には主電流配線層３２４と第１の共通主電源板１０との接続構造と同一であるので、ここでの説明は説明が重複するので省略する。
【００５２】
なお、本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１においては、第１の共通制御信号／主電流板３０と第１の共通主電源板１０との間には、双方の間を電気的に分離するための絶縁体２０が配設されている。絶縁体２０には、例えばガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等の樹脂基板や樹脂フィルムを実用的に使用することができる。
【００５３】
［素子保持体の構造］
図１、図２及び図５に示すように、共通制御信号／主電流板３０上には第１の素子保持体５０が配設されている。この第１の素子保持体５０は、複数の半導体素子７０を保持した第２の素子保持体５１を装着するようになっている。第１の素子保持体５０、第２の素子保持体５１は、いずれも、基本的には絶縁性を有しており、例えばガラスエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等の樹脂材料を成型したものを実用的に使用することができる。
【００５４】
第１の素子保持体５０には、第２の素子保持体５１を保持する保持部５０１、第１の熱緩衝板６０を個別に配設する熱緩衝板開口部５０２、制御電極プローブ３７を保持するプローブ保持部５０３を少なくとも備えている。
【００５５】
［制御電極プローブの構造］
図１、図２及び図５に示すように、第１の素子保持体５０のプローブ保持部５０３に保持される制御電極プローブ３７においては、図中、下側の一端が共通制御信号／主電流板３０の最上層の制御信号配線層３２３に接触により電気的に接続され、上側の他端が半導体素子７０の制御電極７１１に接触により電気的に接続されるようになっている。すなわち、制御電極プローブ３７は、半導体素子７０の制御電極７１１と共通制御信号／主電流板３０の制御信号配線層３２３との間を電気的に接続するようになっている。制御電極プローブ３７は、複数の半導体素子７０のそれぞれに配設されており、半導体素子７０の個数と同等の本数が使用されるようになっている。なお、プローブ保持部５０３は、制御電極プローブ３７の外径寸法よりも若干大きな内径寸法を有する貫通穴で形成されており、制御電極プローブ３７をプローブ保持部５０３に差し込むことにより、簡単に制御電極プローブ３７を第１の素子保持体５０に装着することができる。
【００５６】
図５に示すように、制御電極プローブ３７は、一端側の中空のシリンダ３７０と、シリンダ３７０の底部の基板接触部３７１と、シリンダ３７０の内部に配設された弾性体３７２と、他端側の可動可能なピストン３７５と、ピストン３７５の上部の素子接触部３７６とを備えて構成されている。基板接触部３７１は、制御電極プローブ３７と共通制御信号／主電流板３０の制御信号配線層３２３との間の接触面積が各々の接触箇所において均一になるように、半円球形状により形成されている。素子接触部３７６は、同様に、制御電極プローブ３７と半導体素子７０の制御電極７１１との間の接触面積が各々の接触箇所において均一になるように、半円球形状により形成されている。弾性体３７２は、シリンダ３７０に対して相対的にピストン３７５を適度な弾性力を伴い垂直方向（軸方向）に可動させることができ、各々の接触箇所において均一な接触力を得ることができるようになっている。
【００５７】
制御電極プローブ３７のシリンダ３７０、ピストン３７６には、例えば、電気伝導性に優れ、適度な機械的強度を有する、銅、銅合金、鉄ニッケル合金等の金属材料を実用的に使用することができる。銅、銅合金等の導電性材料を使用する場合には、酸化防止を目的として、表面に例えばニッケルめっきを行うことが好ましい。弾性体３７２には、例えばコイルスプリングを実用的に使用することができる。
【００５８】
［第１の熱緩衝板の構造］
図１、図２及び図５に示すように、第１の共通主電源板３０の突起電極部１１は、第１の熱緩衝板６０を介在させて半導体素子７０の第１の主電極７１０を圧接し、この第１の主電極７１０に電気的に接続されるようになっている。第１の熱緩衝板６０は、半導体素子７０と第１の共通主電源板１０特に突起電極部１１との間の熱膨張係数差で発生する応力を減少させることを目的として、半導体素子７０毎に配設されている。すなわち、複数の第１の熱緩衝板６０は、半導体素子７０又は突起電極部１１の平面形状と類似する平面形状を有するチップ形状において構成されている。
【００５９】
第１の熱緩衝板６０には、例えばシリコン単結晶（半導体素子７０）の熱膨張係数と銅（第１の共通主電源板１０）の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有し、導電性に優れた１ｍｍ〜２ｍｍの板厚を有するモリブデン（Ｍｏ）板を実用的に使用することができる。また、第１の熱緩衝板６０には、モリブデン以外に、タングステン（Ｗ）板等の高融点金属板を実用的に使用することができる。
【００６０】
なお、半導体素子７０以外に別の機能を有する半導体素子、例えばフリーホイールダイオードが搭載された半導体素子を同一平面上に配設する場合、第１の熱緩衝板６０を高さ調節用のスペーサとして兼用させることができる。例えば、半導体素子７０の厚さが薄く、別の半導体素子の厚さが厚い場合には、板厚の厚い第１の熱緩衝板６０上に半導体素子７０を搭載し、板厚の薄い第１の熱緩衝板６０上に別の半導体素子を搭載し、全体として高さを均一に調節することができる。
【００６１】
［第２の熱緩衝板の構造］
さらに、図１及び図２に示すように、第２の共通主電源板９０は、第２の熱緩衝板８０を介在させて複数の半導体素子７０の第２の主電極７１２を圧接し、この第２の主電極７１２に電気的に接続されるようになっている。第２の熱緩衝板８０は、第１の熱緩衝板６０とは異なり、複数の半導体素子７０に共通の一枚の熱緩衝板として構成されている。すなわち、第２の熱緩衝板８０は、第１の共通主電源板１０の平面形状又は第２の共通主電源板９０の平面形状とほぼ同様な円盤形状において構成されている。
【００６２】
第２の熱緩衝板８０は、基本的には第１の熱緩衝板６０と同様な機能を有し、複数の半導体素子７０と第２の共通主電源板９０との間の熱膨張係数差で発生する応力を減少させることができるようになっている。従って、第２の熱緩衝板８０は、適度な熱膨張係数を有し、導電性に優れた１ｍｍ〜２ｍｍの板厚を有するモリブデン板を実用的に使用することができる。
【００６３】
第２の熱緩衝板８０は、その周辺部分において熱緩衝板保持体５２により保持されるようになっている。そして、第２の熱緩衝板８０は、この熱緩衝板保持体５２を介在させて、第１の素子保持体５０と第２の共通主電源板９０との間において挟持され、保持されている。熱緩衝板保持体５２は、例えば第１の素子保持体５０と同様の樹脂材料により成型されることが好ましい。
【００６４】
なお、本発明の第１の実施の形態に係る第２の熱緩衝板８０は、平面形状を円盤形状としているが、必ずしもこのような形状に限定されるものではなく、第１の熱緩衝板６０と同様に半導体素子７０又は突起電極部１１の平面形状と類似する平面形状を有するチップ状で構成してもよい。
【００６５】
［第２の共通主電源板の構造］
図１及び図２に示すように、第２の共通主電源板９０は、第１の共通主電源板１０の平面形状と同様な平面円盤形状で構成されており、複数の半導体素子７０のそれぞれに共通の主電極板として構成されている。さらに、第２の共通主電源板９０は、複数の半導体素子７０の動作で発生する熱を外部に放出する放熱板としての機能も備えている。この第２の共通主電源板９０は、周縁において第２の熱緩衝板８０を介在させて複数の半導体素子７０の第２の主電極７１２に電気的に接続されている。
【００６６】
第２の共通主電源板９０は、本発明の第１の実施の形態において、第１の共通主電源板１０と同様な金属材料で形成されており、例えば切削加工により形成することが実用的である。
【００６７】
第２の共通主電源板９０の外周縁部には金属製のリングフレーム９０Ｒが取り付けられている。第２の共通主電源板９０はリングフレーム９０Ｒを介在させて側囲体１５の上部に取り付けられるようになっている。符号は付けないが、本発明の第１の実施の形態においては、図１及び図２に示すように、側囲体１５の上部に配設された金属製のリングフレームに第２の共通主電源板９０のリングフレーム９０Ｒが溶接により接合されるようになっている。
【００６８】
［圧接型半導体装置の特徴］
このような各構成部品を有する圧接型半導体装置１においては、第１の共通主電源板１０の突起電極部１１上に第１の熱緩衝板６０を介在させて複数の半導体素子７０が搭載され、これらの複数の半導体素子７０の第１の主電極７１０が第１の共通主電源板１０に電気的に接続されるようになっている。さらに、複数の半導体素子７０上には第２の熱緩衝板８０を介在させて第２の共通主電源板９０が配設され、複数の半導体素子７０の第２の主電極７１２が第２の共通主電源板９０に電気的に接続されるようになっている。つまり、圧接型半導体装置１は、複数の半導体素子７０を第１の共通主電源板１０と第２の共通主電源板９０との間に挟み込み、複数の半導体素子７０を第１の共通主電源板１０と第２の共通主電源板９０とで圧接した状態で電気的な導通がとられるようになっている。そして、圧接型半導体装置１においては、複数の半導体素子７０の制御電極７１１に、ゲート端子１５Ｒのゲートリード１５Ｌ、共通制御信号／主電流板３０の制御信号配線層３２１、３２３、制御電極プローブ３７のそれぞれを通して制御信号が供給されるようになっている。一方、複数の半導体素子７０の第１の主電極７１０には、第１の共通主電源板１０の突起電極部１１、第１の熱緩衝板６０のそれぞれを含む主電流経路を通して主電流を供給する（主電流を取り出す）ことができるとともに、導電性接続体４０、導電性弾性体４５、共通制御信号／主電流板３０の主電流配線層３２０、３２２、３２４のそれぞれを含む補強用主電流経路を通して主電流を供給することができるようになっている。
【００６９】
このように構成される本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１においては、第１の共通主電源板１０と半導体素子７０の第１の主電極７１０との間に、第１の共通主電源板１０とは別の主電流配線層３２０、３２２及び３２４を有する共通制御信号／主電流板３０を備えたので、半導体素子７０の第１の主電極７１０と制御電極７１１との間の回路上に発生するインダクタンスを減少させることができる。さらに、共通制御信号／主電流板３０には、主電流配線層３２０、３２２及び３２４とこれに対応させて制御信号配線層３２１及び３２３とを備えたので、相互インダクタンス効果を高め、より一層インダクタンスを減少させることができる。そして、さらに本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１においては、導電性接続体４０及び導電性弾性体４５を備え、導電性接続体４０により共通制御信号／主電流板３０の少なくとも主電流配線層３２０と第１の共通主電源板１０との間を電気的に接続し、しかも多数接点構造としたので、インダクタンスを減少することができ、導電性弾性体４５により主電流配線層３２４と導電性接続体４０との間の電気的な接続の安定性を向上することができる。さらに、導電性弾性体４５により電気的な接続の安定性を確保することができるので、第１の共通主電源板１０に共通制御信号／主電流板３０を組み立てる組立性を向上することができる。
【００７０】
さらに、本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１においては、導電性接続体４０にネジ部材を使用することにより、第１の共通主電源板１０に共通制御信号／主電流板３０を強固にかつ簡易に取り付けることができるとともに、導電性弾性体４５にワッシャーを使用することにより、ネジ締めでは得られない、常時、接点に力が加わった状態において、導電性接続体４０を共通制御信号／主電流板３０に電気的に接続することができる。
【００７１】
さらに、本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１においては、共通制御信号／主電流板３０の少なくとも制御信号配線層３２３と半導体素子７０の制御電極７１１との間を制御電極プローブ３７により簡易に電気的に接続することができるので、組立性を向上することができる。
【００７２】
圧接型半導体装置の第１の変形例：
本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１の第１の変形例並びに後述する第２の変形例は、第１の共通主電源板１０と共通制御信号／主電流板３０との間の他の接続構造を説明するものである。
【００７３】
図７に示す圧接型半導体装置１は、共通制御信号／主電流板３０の主電流配線層３２４上の導電性弾性体４５と導電性接続体４０との間に双方の間を弾性力により電気的に接続する第３の導電性弾性体４６を配設するとともに、共通制御信号／主電流板３０の主電流配線層３２０と第１の共通主電源板１０との間に双方の間を弾性力により電気的に接続する第２の導電性弾性体４７を配設することにより構築されている。その他の構成は、前述の本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１の構成と同一である。
【００７４】
第３の導電性弾性体４６には、皿バネ、特に導電性弾性体４５と同等の金属材料により形成された金属製皿バネを実用的に使用することができる。第３の導電性弾性体４６を使用することにより、主電流配線層３２４と導電性接続体４０との間の電気的な安定性をより一層向上することができる。なお、本発明の第１の変形例に係る圧接型半導体装置１においては、第３の導電性弾性体４６は必ずしも配設しなくてもよい。
【００７５】
第２の導電性弾性体４７には、導電性弾性体４５と同様に、金属製ワッシャーを使用することができる。この第２の導電性弾性体４７を配設することにより、導電性接続体４０を経由した主電流経路に加えて、さらに共通制御信号／主電流板３０の主電流配線層３２０から、直接、第１の共通主電源板３０に電気的に接続する主電流経路を備えることができる。すなわち、より一層、インダクタンスを減少することができる。本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１においては、第１の共通主電源板１０と共通制御信号／主電流板３０との間に絶縁体２０を配設しているので、第２の導電性弾性体４７の厚さは絶縁体２０の厚さと同等か、又は許容量を考慮して若干厚く設定されることが好ましい。
【００７６】
また、圧接型半導体装置１の組立性を向上することを目的として、導電性弾性体４５及び第２の導電性弾性体４７を予め共通制御信号／主電流板３０上に半田等の接合金属により取り付けておき、この後、第３の導電性弾性体４６及び導電性接続体４０を使用して共通制御信号／主電流板３０を第１の共通主電源板１０に装着するようにしてもよい。
【００７７】
このように構成される本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る圧接型半導体装置１においては、さらに第２の導電性弾性体４７を備え、第１の共通主電源板３０と共通制御信号／主電流板３０の主電流配線層３２０との間に主電流経路を確保したので、より一層、インダクタンスを向上することができる。
【００７８】
圧接型半導体装置の第２の変形例：
図８に示す圧接型半導体装置１は、図７に示す圧接型半導体装置１の第２の導電性弾性体４７に代えて、共通制御信号／主電流板３０の主電流配線層３２０に電気的に接続する突起状接続部１５を第１の共通主電源板１０にさらに備えて構築されている。突起状接続部１５は、第１の共通主電源板１０と一体に構成され、同一材料により形成されている。
【００７９】
このように構成される本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る圧接型半導体装置１においては、前述の第１の変形例に係る圧接型半導体装置１と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１の第１の共通主電源板１０と共通制御信号／主電流板３０との間の他の接続構造を説明するものである。
【００８１】
図９に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る圧接型半導体装置１は、共通制御信号／主電流板３０の主電流配線層３２０、３２２、３２４と第１の共通主電源板１０との間を少なくとも電気的に接続する導電性接続体４０Ａと、少なくとも主電流配線層３２０と第１の共通主電源板１０との間を弾性力により電気的に接続する導電性弾性体４５Ａとを少なくとも備えて構築されている。その他の構成は、本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１の構成と同一である。
【００８２】
導電性接続体４０Ａは、共通制御信号／主電流板３０に装着され、共通制御信号／主電流板３０を第１の共通主電源板１０に取り付ける棒状部材、好ましくはＴ型ピンのような部材により構成されている。この導電性接続体４０Ａの図中上側（他端側）は共通制御信号／主電流板３０の最下層の主電流配線層３２０に少なくとも電気的に接続されるようになっている。例えば、導電性接続体４０Ａと主電流配線層３２０との間は半田等の接合金属により接続されることが好ましい。導電性接続体４０Ａの図中下側（一端側）は、第１の共通主電源板１０の表面部分に配設された止め穴１２に少なくとも水平方向に適度なクリアランス（組立作業上の遊び）を持って差し込まれるようになっている。導電性接続体４０Ａは、例えば本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１の導電性接続体４０と同様に金属材料により形成されている。
【００８３】
導電性弾性体４５Ａは、共通制御信号／主電流板３０の主電流配線層３２０に少なくとも電気的に接続され、導電性接続体４０Ａと第１の共通主電源板１０（詳細には止め穴１２の内壁）との間に介在させるバナナプラグにより構成されている。バナナプラグとは、バナナのような形状を有し、水平方向に弾性力が作用するバネ部材である。導電性弾性体４５Ａは、導電性接続体４０Ａとともに止め穴１２内部に差し込まれ、その弾性力により、止め穴１２内部に導電性接続体４０Ａを保持するとともに導電性接続体４０Ａと第１の共通主電源板１０との間の電気的な接続を行うようになっている。導電性弾性体４５Ａは、例えば本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１の導電性弾性体４５と同様に金属材料により形成されることが好ましい。
【００８４】
このように構成される本発明の第２の実施の形態に係る圧接型半導体装置１においては、本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置１により得られる効果に加えて、導電性接続体４０Ａに棒状部材を使用することにより、第１の共通主電源板１０に共通制御信号／主電流板３０を簡易に取り付けることができるとともに、導電性弾性体４５Ａにバナナプラグを使用することにより、ネジ締めでは得られない、常時、接点に力が加わった状態において、導電性接続体４０Ａを共通制御信号／主電流板３０に電気的に接続することができる。従って、インダクタンスを減少することができるとともに、組立性に優れた圧接型半導体装置１を提供することができる。
【００８５】
さらに、導電性接続体４０Ａの直径に対して、適度なクリアランスを持って第１の共通主電源板１０の止め穴１２を形成するようにしたので、第１の共通主電源板１０に対する共通制御信号／主電流板３０の位置決め作業を容易に行うことができるとともに、導電性弾性体４５Ｂにより第１の共通主電源板１０と共通制御信号／主電流板３０との間の位置精度を補足向上させることができる。従って、組立性に優れ、かつ第１の共通主電源板１０と共通制御信号／主電流板３０との間を確実に電気的に接続することができる信頼性に優れた圧接型半導体装置１を提供することができる。
【００８６】
圧接型半導体装置の第１の変形例：
本発明の第２の実施の形態に係る圧接型半導体装置１の第１の変形例並びに後述する第２の変形例は、第１の共通主電源板１０と共通制御信号／主電流板３０との間の他の接続構造を説明するものである。
【００８７】
図１０に示す圧接型半導体装置１は、共通制御信号／主電流板３０の主電流配線層３２０、３２２、３２４と第１の共通主電源板１０との間を少なくとも電気的に接続する導電性接続体４０Ｂと、導電性接続体４０Ｂと第１の共通主電源板１０との間を弾性力により電気的に接続する導電性弾性体４５Ｂとを少なくとも備えて構築されている。その他の構成は、本発明の第２の実施の形態に係る圧接型半導体装置１の構成と同一である。
【００８８】
導電性接続体４０Ｂは、共通制御信号／主電流板３０に装着され、共通制御信号／主電流板３０を第１の共通主電源板１０に取り付ける棒状部材、好ましくはＩ型ピンのような部材により構成されている。この導電性接続体４０Ｂの図中上側は共通制御信号／主電流板３０の最下層の主電流配線層３２０に少なくとも電気的に接続されるようになっている。導電性接続体４０Ｂは、例えば共通制御信号／主電流板３０のスルーホール配線３３０等を形成するスルーホール内に差し込むようになっており、差し込みと同時に主電流配線層３２０に電気的に接続されるようになっている。必要に応じて、導電性接続体４０Ｂと主電流配線層３２０との間を半田等の接合金属により接続することができる。導電性接続体４０Ａの図中下側は、第１の共通主電源板１０の表面部分に配設された止め穴１２に少なくとも水平方向に適度なクリアランスを持って差し込まれるようになっている。導電性接続体４０Ｂは、例えば本発明の第２の実施の形態に係る圧接型半導体装置１の導電性接続体４０Ａと同様に金属材料により形成されている。
【００８９】
導電性弾性体４５Ｂは、第１の共通主電源板１０の止め穴１２の内部に配設され、少なくともこの第１の共通主電源板１０と導電性接続体４０Ｂとの間に介在させる板バネ部材により構成されている。導電性弾性体４５Ｂは、導電性接続体４０Ｂが止め穴１２内部に差し込まれると、その弾性力により、止め穴１２内部に導電性接続体４０Ｂを保持するとともに導電性接続体４０Ｂと第１の共通主電源板１０との間の電気的な接続を行うようになっている。導電性弾性体４５Ｂは、例えば本発明の第２の実施の形態に係る圧接型半導体装置１の導電性弾性体４５Ａと同様に金属材料により形成されることが好ましい。
【００９０】
なお、導電性弾性体４５Ｂは、必ずしも板バネ部材に限られるものではなく、例えば第１の変形例の導電性弾性体４５Ａと同様に、バナナプラグにより形成してもよい。
【００９１】
このように構成される本発明の第２の実施の形態の第１の変形例に係る圧接型半導体装置１においては、本発明の第２の実施の形態に係る圧接型半導体装置１により得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
圧接型半導体装置の第２の変形例：
図１１に示す圧接型半導体装置１は、共通制御信号／主電流板３０の主電流配線層３２０、３２２、３２４と第１の共通主電源板１０との間を少なくとも電気的に接続する導電性接続体４０Ｃと、共通制御信号／主電流板３０と導電性接続体４０Ｃとの間を弾性力により電気的に接続する導電性弾性体４５Ｃとを少なくとも備えて構築されている。その他の構成は、本発明の第２の実施の形態に係る圧接型半導体装置１の構成と同一である。
【００９３】
導電性接続体４０Ｃは、第１の共通主電源板１０に装着され、共通制御信号／主電流板３０を第１の共通主電源板１０に取り付ける棒状部材、好ましくはＩ型ピンのような部材により構成されている。この導電性接続体４０Ｃの図中上側は共通制御信号／主電流板３０の最上層の主電流配線層３２４に少なくとも電気的に接続されるようになっている。導電性接続体４０Ｃは、例えば第１の共通主電源板１０の表面部分に差し込まれ、この第１の共通主電源板１０と電気的に接続されるようになっている。導電性接続体４０Ｃは、例えば本発明の第２の実施の形態に係る圧接型半導体装置１の導電性接続体４０Ａと同様に金属材料により形成されている。
【００９４】
導電性弾性体４５Ｃは、共通制御信号／主電流板３０の最上層の主電流配線層３２４上に配設され、この主電流配線層３２４と導電性接続体４０Ｃの図中上側との間に介在させる板バネ部材により構成されている。導電性弾性体４５Ｃと主電流配線層３２４との間は例えば半田等の接合金属により電気的かつ機械的に接続されるようになっている。共通制御信号／主電流板３０に配設された通し穴３１を通して導電性弾性体４５Ｃに導電性接続体４０Ｃを差し込むことにより、導電性弾性体４５Ｃの弾性力により、導電性接続体４０Ｃに共通制御信号／主電流板３０が保持されるとともに、主電流配線層３２４と第１の共通主電源板３０との間が電気的に接続されるようになっている。導電性弾性体４５Ｃは、例えば本発明の第２の実施の形態に係る圧接型半導体装置１の導電性弾性体４５Ａと同様に金属材料により形成されることが好ましい。
【００９５】
このように構成される本発明の第２の実施の形態の第２の変形例に係る圧接型半導体装置１においては、本発明の第２の実施の形態に係る圧接型半導体装置１により得られる効果と同様の効果を得ることができる。
【００９６】
（その他の実施の形態）
本発明は上記複数の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００９７】
例えば、上記実施の形態は、圧接型半導体装置１の共通制御信号／主電流板３０を複数層の主電流配線層３２０、３２２、３２４及び複数層の制御信号配線層３２１、３２３により構成した場合を説明したが、本発明は、絶縁体上に単層の主電流配線層及び単層の制御信号配線層を形成した共通制御信号／主電流板としてもよい。さらに、本発明は、４層以上の多層の主電流配線層及び３層以上の多層の制御信号配線層により共通制御信号／主電流板３０を構成してもよい。
【００９８】
さらに、上記実施の形態は、共通制御信号／主電流板３０の絶縁層３１０等をガラスエポキシ樹脂とし、板状で適度な剛性を有する共通制御信号／主電流板３０として構成したが、本発明は、絶縁層３１０等を耐熱性に優れたポリイミド樹脂等、変形可能な柔軟性を有する板状又はフィルム状の共通制御信号／主電流板３０として構成してもよい。
【００９９】
また、本発明は、半導体素子７０が必ずしもＩＧＢＴである必要はなく、ＭＯＳＦＥＴ、ＳＩＴ、ＢＪＴ、ＳＩサイリスタ、ＧＴＯサイリスタ、ＩＥＧＴ等の半導体素子を使用することができる。
【０１００】
さらに、本発明は、圧接型半導体装置１の平面形状、特に第１の共通主電源板１０の平面形状及び第２の共通主電源板９０の平面形状が必ずしも円盤形状である必要はなく、例えば正方形形状、長方形形状、５角形以上の多角形形状等で構成することができる。
【０１０１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明は、インダクタンスを減少することができ、かつ組立性の向上に優れた圧接型半導体装置を提供することができる。
【０１０３】
さらに、本発明は、上記目的を達成しつつ、電流集中、電力損失、電流振動等の不具合を改善することができ、電気的特性の安定性に優れた圧接型半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る各部品毎に分解した圧接型半導体装置の分解断面構造図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置の断面構造図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置の内部に配列される半導体素子の斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る半導体素子の要部拡大断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置の半導体素子、制御電極プローブ、共通制御信号／主電流板等の一部断面拡大構成図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る圧接型半導体装置の導電性接続体及び導電性弾性体の拡大構成図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の第１の変形例に係る圧接型半導体装置の導電性接続体及び導電性弾性体の拡大構成図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の第２の変形例に係る圧接型半導体装置の導電性接続体及び導電性弾性体の拡大構成図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る圧接型半導体装置の導電性接続体及び導電性弾性体の拡大構成図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の第１の変形例に係る圧接型半導体装置の導電性接続体及び導電性弾性体の拡大構成図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の第２の変形例に係る圧接型半導体装置の導電性接続体及び導電性弾性体の拡大構成図である。
【図１２】本発明の先行技術に係る圧接型半導体装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１  圧接型半導体装置
１１  突起電極部
１５  側囲体
１５Ｇ  ゲート端子
２０  絶縁体
３０  共通制御信号／主電流板
３１  通し穴
３２０，３２２，３２４  主電流配線層
３２１，３２３  制御信号配線層
３１０，３１１，３１２  絶縁層
３３０，３３１，３３２  スルーホール配線
３７  制御電極プローブ
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ  導電性接続体
４５，４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ  導電性弾性体
４６  第３の導電性弾性体
４７  第２の導電性弾性体
５０  第１の素子保持体
５１  第２の素子保持体
５２  熱緩衝板保持体
６０  第１の熱緩衝板
７０  半導体素子
７１０  第１の主電極
７１１  制御電極
７１２  第２の主電極
８０  第２の熱緩衝板
９０  第２の共通主電源板
【図１】
0003954314.tif 000002
【図２】
0003954314.tif 000003
【図３】
0003954314.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003954314.tif 000006
【図６】
0003954314.tif 000007
【図７】
0003954314.tif 000008
【図８】
0003954314.tif 000009
【図９】
0003954314.tif 000010
【図１０】
0003954314.tif 000011
【図１１】
0003954314.tif 000012
【図１２】
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