JP2015002273A - 半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】圧接により半導体素子と電極端子を接続する半導体モジュールの小型化に貢献する。【解決手段】半導体素子２，３、エミッタ／ソース電極端子４、ドレイン／コレクタ電極端子５、ゲート電極端子６、筺体７及び冷却器８，９を備え、冷却器８，９間をボルト１４とナット１５で締結することで各電極端子４〜６を半導体素子２，３方向に圧接する半導体モジュール１である。半導体モジュール１内に、揺変性を有する絶縁性の接着剤１０を充填する。接着剤１０は、少なくとも冷却器８，９と該冷却器８，９と絶縁板１２を介して設けられる電極端子４，５との間に充填する。【選択図】図１

Description

本発明は、圧接により半導体素子の電極層と電極端子とを電気的に接続する半導体モジュールに関する。

近年、産業用・車両用システム、変電設備やインバータ等の電力変換装置の分野に用いられる絶縁形パワー半導体モジュールに対して、高耐圧、大容量のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）の適用が行われている。このＩＧＢＴモジュールに代表される「絶縁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。

一般的に、ＩＧＢＴやダイオード等の半導体素子は、半導体素子の下面に設けられた電極層を介してＤＢＣ（Direct Bond Copper）基板の銅回路箔上にはんだ付けされ、半導体モジュールを構成する（例えば、非特許文献１）。ＤＢＣ基板は、放熱性を向上させるために、はんだを介して銅ベース４上に設けられる。なお、ＤＢＣ基板は、セラミックス等の絶縁板に銅回路箔を直接接合したものである。

半導体素子の上面に設けられる電極層には、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る。このアルミワイヤは、例えば、ＤＢＣ基板上の銅回路箔に結線される。そして、ＤＢＣ基板の銅回路箔から外部へ接続するための銅端子（リードフレームやブスバー）は、銅回路箔とはんだ付けや超音波ボンディングにより接続される。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、その中を電気絶縁のためのシリコーンゲルが充填される。

はんだを用いた絶縁形パワー半導体モジュールの課題としては、ＲｏＨＳ（Restriction of Hazardous Substances）に対応するためのはんだの鉛フリー化に対応するという課題と、温度サイクルやパワーサイクル等の信頼性を向上するという課題の２つの課題がある。

はんだの鉛フリー化の課題に対しては、従来のはんだ材料に置換する材料である、金属系高温はんだ（Ｂｉ，Ｚｎ，Ａｕ）、化合物系高温はんだ（Ｓｎ−Ｃｕ）若しくは低温焼結金属（Ａｇナノペースト）等が提案されている。

一方、温度サイクルやパワーサイクル等の信頼性の向上の課題に対しては、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）の熱膨張の違いにより生じる課題を解決する必要がある。例えば、ＤＢＣ基板−銅ベース間、ＤＢＣ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、部材間に設けられるはんだにせん断応力が働き、はんだに亀裂が生じるおそれがある。その結果、熱抵抗が増大したり、端子が剥離したりするおそれが生じることとなる。さらに、半導体素子−ＤＢＣ基板間のはんだにも同様の理由により亀裂が生じるおそれがある。条件によっては、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との熱膨張係数の差から生じるせん断応力により、アルミワイヤが疲労破断することも考えられる。

この課題を解決する一つの方法として、はんだを用いない平型圧接構造パッケージが提案されている。平型圧接構造パッケージは、圧接により半導体素子と電極端子等を接続するので、はんだを用いることなく半導体素子が電気的、熱的に外部と接続される。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、平型圧接構造パッケージの一つである両面冷却方式の半導体モジュール１８は、半導体モジュール１８の外周部をボルト１４とナット１５（あるいはスプリング等）で締結して、半導体素子２，３とエミッタ／ソース電極端子４（若しくは、ドレイン／コレクタ電極端子５やゲート電極端子６）との接合部に均一な圧縮応力を作用させる。主電極４，５は、半導体素子２，３表面と対向する表面に直接あるいはモリブデン（Ｍｏ）板のような電極ポスト１１を介して設けられる。ゲート電極端子６は、半導体素子２表面に形成されたゲート電極層２ｂに設けられる。なお、主電極４，５とは、エミッタ／ソース電極端子４及びドレイン／コレクタ電極端子５の両方若しくはいずれかを意味するものとする。

平型圧接構造パッケージは、半導体素子２，３を両面から冷却することができる。このため、一般的に半導体素子２，３の両端に設けられる主電極４，５を冷却器１９，２０で圧接し、平型圧接構造パッケージの両面を冷却する。

冷却器１９，２０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。平型圧接構造パッケージでは、平型圧接構造パッケージ上下の冷却器１９，２０を電気的に絶縁したり、板バネで平型圧接構造パッケージを圧接するときに、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１１に均等にかかるようにしたりする必要がある。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２，３の破壊の原因となるおそれがある。また、平型圧接構造の半導体モジュール１８は、回路を構成するのに、この冷却器１９，２０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。このような理由により、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。

近年、電力密度の増加や半導体素子内部の接合温度の上昇により、はんだのせん断応力やアルミワイヤにかかる応力が年々大きくなってきている。そこで、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顕在化しないようにする必要がある。ＳｉＣ半導体や、ＧａＮ半導体のような高温で使用することができるワイドギャップ半導体素子の出現により、さらに熱膨張の低減が要求されている。

そこで、半導体モジュールの高信頼性、環境性、利便性を同時に実現するために、はんだ接合、あるいはワイヤーボンドを用いず、かつ両面冷却が容易に実現可能であり、放熱性の面で有利な圧接型絶縁形パワーモジュールの実現が求められている。また、ＳｉＣ半導体、ＧａＮ半導体等の高温で使用可能な半導体素子の性能を活かす半導体モジュールとしても、温度サイクル、パワーサイクル等の信頼性の向上が求められている。

圧接型絶縁形パワーモジュールは、半導体モジュールの寿命を決定する要因となり得るはんだやワイヤーボンドを用いずに半導体モジュールを構成することができるので、長寿命な半導体モジュールとなることが期待される。

特開２００２−１９８４７１号公報 特開２０００−２３６０４７号公報

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

しかしながら、両面冷却構造では、片面冷却構造の場合と比較して、上下の冷却器に対して絶縁性を確保するために、各冷却器と主電極との間で絶縁性を確保するための沿面距離を確保する必要がある。つまり、片面冷却構造と比較して２倍の沿面距離が必要となる。その結果、沿面距離を確保することにより、半導体モジュールの小型化、特に薄型化が妨げられるおそれがある。

電気機器を対象とする安全規格（例えば、ＩＥＣ ６０６６４−１、ＩＥＣ／ＥＮ ６０９５０、６１０１０、６０６０１等）では、対象となる機器に対する空間距離や沿面距離が規定されており、半導体モジュールの絶縁性を確実なものとするため、主電極と冷却器との間の空間距離及び沿面距離、及び主電極間の空間距離や沿面距離を規定の値以上に設計する必要がある。

例えば、図４（ｂ）に示すように、両面冷却の半導体モジュール１８で水冷を行う場合、主電極４，５と冷却器１９，２０との間に絶縁板１２を設け、冷却器１９，２０と主電極４，５とを絶縁する。このように絶縁板１２を設けることで、冷却水を通して電流が外部に流れることを防止している。この場合、パッケージ内部において、冷却器１９，２０と主電極４，５との間の沿面距離（図４（ｂ）中に、Ｄ１５，Ｄ１６で示す）を増やすために、冷却器１９，２０を小型にする必要も生じる場合がある。つまり、冷却器１９，２０の絶縁板１２と接する部分の幅は、絶縁板１２の幅よりも狭く形成されることとなり、半導体モジュール１８の冷却効率の低下を招くおそれがある。

また、絶縁形パワー半導体モジュールでは、パッケージ内部の空間距離を最小とする方法として、モジュール内部をシリコーンゲル等で封止することが行われる。しかしながら、この技術を圧接型半導体モジュールに適用すると、主電極等の積層体を構成する部材間にシリコーンゲルが浸透し、部材間の電気抵抗や熱抵抗が増大し、設計の定格を保障することができなくなるおそれがある。

上記事情に鑑み、本発明は、圧接型半導体モジュールの小型化に貢献する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の半導体モジュールの一態様は、半導体素子と、前記半導体素子に形成された電極層と電気的に接続される電極端子と、前記電極端子に絶縁板を介して設けられ、前記半導体素子を冷却する冷却器と、を有し、前記半導体素子と前記電極端子が圧接により接続される半導体モジュールであって、前記半導体モジュール内部に、揺変性を有する絶縁性の接着剤を充填したことを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュールの他の態様は、上記半導体モジュールにおいて、前記接着剤を、少なくとも前記冷却器と前記電極端子との間に充填したことを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の半導体モジュールの他の態様は、対向する一対の面に電極層が形成された半導体素子と、前記半導体素子の各電極層に電気的に接続される電極端子と、前記各電極端子に絶縁板を介して設けられ、該電極端子を前記半導体素子方向に圧接する冷却器と、該冷却器間に設けられる筺体とを有し、前記電極端子は前記筺体を挿通して外部の回路と接続される半導体モジュールであって、前記筺体の前記電極端子が挿通する挿通部を、前記筺体壁面よりも前記電極端子の挿通方向に突出して設け、前記半導体モジュールの内部であって、少なくとも、前記冷却器と前記電極端子との間に、揺変性を有する絶縁性の接着剤を充填したことを特徴としている。

以上の発明によれば、圧接により半導体素子の電極層と電極端子とを電気的に接続する半導体モジュールの小型化に貢献することができる。

（ａ）本発明の実施形態１に係る半導体モジュールの上面図、（ｂ）同半導体モジュールのＡ−Ａ断面図である。 （ａ）本発明の実施形態２に係る半導体モジュールの上面図、（ｂ）同半導体モジュールのＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施形態３に係る半導体モジュールの要部断面図である。 （ａ）従来技術に係る半導体モジュールの上面図、（ｂ）同半導体モジュールのＣ−Ｃ断面図である。

本発明の半導体モジュールについて、図を参照して詳細に説明する。なお、半導体モジュールを説明する図（上面図、断面図）は、本発明の実施形態に係る半導体モジュールを模式的に示したものであり、図面上の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致するものではない。

［実施形態１］
図１（ａ），（ｂ）に示すように、実施形態１に係る半導体モジュール１は、半導体素子２，３、エミッタ／ソース電極端子４、ドレイン／コレクタ電極端子５、ゲート電極端子６、筺体７及び冷却器８，９を備える。そして、半導体モジュール１内には、接着剤１０が充填される。

半導体素子２は、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等のスイッチング素子である。半導体素子２の上面には、ソース／エミッタ電極端子４と電気的に接続されるソース／エミッタ電極層２ａ及びゲート電極端子６と電気的に接続されるゲート電極層２ｂが設けられる。また、半導体素子２の下面には、ドレイン／コレクタ電極端子５と電気的に接続されるドレイン／コレクタ電極層２ｃが設けられる。なお、実施形態の説明では、便宜上、上面及び下面とするが、上下方向は、本発明をなんら限定するものではない。

半導体素子３は、例えば、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）であり、半導体素子２と逆並列に接続され、負荷電流を転流する。半導体素子３の上面にはアノード電極層３ａが設けられ、半導体素子３の下面にはカソード電極層３ｂが設けられる。

ソース／エミッタ電極端子４は、導電性の板状部材であり、半導体素子２のソース／エミッタ電極層２ａと電極ポスト１１（例えば、モリブデン製の熱応力緩和板）を介して電気的に接続され、半導体素子３のアノード電極層３ａと電極ポスト１１を介して電気的に接続される。ソース／エミッタ電極端子４の上面には絶縁板１２を介して冷却器８が設けられ、冷却器８によりソース／エミッタ電極端子４が半導体素子２，３方向に押圧される。

ドレイン／コレクタ電極端子５は、導電性の板状部材であり、半導体素子２のドレイン／コレクタ電極層２ｃと電気的に接続され、半導体素子３のカソード電極層３ｂと電気的に接続される。ドレイン／コレクタ電極端子５の下面には絶縁板１２を介して冷却器９が設けられ、冷却器９によりドレイン／コレクタ電極端子５が半導体素子２，３方向に押圧される。

ゲート電極端子６は、導電性の板状部材であり、半導体素子２のゲート電極層２ｂに電気的に接続される。ゲート電極端子６のゲート電極層２ｂと接続される接続部６ａは、例えば、板ばね状のような弾性を有する形状に形成される。接続部６ａの形状を弾性を有するように形成することで、ゲート電極端子６が、絶縁板１２、ソース／エミッタ電極端子４及び絶縁板１３を介して冷却器８により圧接された場合、ゲート電極端子６の接続部６ａが所定の圧接力でゲート電極層２ｂを押圧することとなる。

筺体７は、半導体モジュール１の側部であって、冷却器８，９間に設けられる。筺体７は、例えば、アルミナ等のセラミックスあるいはＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂等の絶縁体で形成され、冷却器８，９（及びソース／エミッタ電極端子４とドレイン／コレクタ電極端子５）の絶縁信頼性を確保し、半導体モジュール１内部に設けられる半導体素子２，３等の内部部品をほこり等から保護する。ソース／エミッタ電極端子４、ドレイン／コレクタ電極端子５及びゲート電極端子６は、筺体７を貫通して外部回路と接続される。筺体７のソース／エミッタ電極端子４、ドレイン／コレクタ電極端子５及びゲート電極端子６が貫通する部位はろう材等の封止材７ａにより封止される。

筺体７の冷却器８（または、冷却器９）と接触する接触部には、封止部材７ｂ（フッ素ゴム（商品名バイトン）製のＯリングやメタルＯリング等の金属シール）が嵌合する溝（図示せず）が形成され、この溝に封止部材７ｂが嵌合される。このように、筺体７に封止部材７ｂを介して冷却器８（または、冷却器９）を設けることで、筺体７と冷却器８（または、冷却器９）の気密性が確保される。なお、筺体７と冷却器８（または、冷却器９）とを電子ビームやレーザーを用いて溶接することで、両部材間の気密封止を行ってもよい。

冷却器８，９は、ボルト１４により固定される。ボルト１４は、半導体モジュール１の側部であって冷却器８，９を貫通して設けられる。つまり、ボルト１４にナット１５を締結することで、冷却器８がソース／エミッタ電極端子４を半導体素子２，３方向に押圧し、冷却器９がドレイン／コレクタ電極端子５を半導体素子２，３方向に押圧した状態で固定される。

冷却器８，９の絶縁板１２と接する部分の幅は、絶縁板１２の幅と略等しい。また、冷却器８，９の側端部には切り欠きが形成されており、この切り欠き部分に筺体７が設けられる。冷却器８，９に切り欠きを形成することで、冷却器８，９と冷却器８，９と対向配置される主電極（ソース／エミッタ電極端子４またはドレイン／コレクタ電極端子５）との内部沿面距離（図１（ｂ）中に、Ｄ１，Ｄ２で示す）や外部沿面距離（図１（ｂ）中に、Ｄ３，Ｄ４で示す）を確保することができる。なお、冷却器８，９には、冷媒が流通する冷媒経路８ａ，９ａがそれぞれ形成されており、冷媒経路８ａ，９ａに冷媒を流通させることで、半導体素子２，３が冷却される。

接着剤１０は、例えば、ポリアミド系、アクリル系、シアノクリレート系、エポキシ樹脂系、シリコーン系、ウレタン系の接着剤であり、絶縁性及び揺変性（ｔｈｉｘｏｔｒｏｐｙ）を有する（例えば、特許文献２）。揺変性は、チクソ性ともいわれ、力がかかっているときは粘度が下がり、力がかからなくなると粘度が上がる性質を意味する。接着剤１０は、半導体モジュール１の内部空間に充填される。すなわち、接着剤１０は、筺体７と冷却器８，９との間や主電極４，５間に充填される。

以上のように、本発明の実施形態１に係る半導体モジュール１によれば、半導体モジュール１内に絶縁性及び揺変性を有する接着剤１０を充填することにより、半導体モジュール１内の沿面距離が短い導体間の絶縁性を確保することができる。つまり、冷却器８，９と主電極４，５との間であって、絶縁板１２の側面側の沿面距離（図１（ｂ）中に、Ｄ５，Ｄ６で示す）を短くしても、冷却器８，９と主電極４，５との絶縁性が確保される。また、主電極４，５間の空間距離（最短距離）を短くしても、主電極４，５間の絶縁性が確保される。その結果、半導体モジュール１を小型化、薄型化することができる。

また、半導体モジュール１に接着剤１０を充填することで、充填された接着剤１０が主電極４，５等の積層体や筺体７の内面と接着し、各部材間の絶縁性や沿面距離の短い部分の絶縁性を確保する効果を得ることができる。

さらに、接着剤１０が揺変性を有することにより、半導体モジュール１に接着剤１０を充填するときは、接着剤１０の粘度が低く充填作業が容易であり、充填後は接着剤１０の粘度が高くなり積層された部材間に毛細管現象により接着剤１０が染み込むことを抑制する。例えば、絶縁板１２と冷却器８，９との間に熱伝導率の低い接着剤１０が染み込むことが抑制されることで、半導体モジュール１の熱抵抗の増大を抑制することができる。また、ソース／エミッタ電極端子４と電極ポスト１１との間や半導体素子２，３とドレイン／コレクタ電極端子５との間に熱伝導率が低く絶縁性を有する接着剤が染み込むことが抑制されることで、半導体モジュール１の熱抵抗の増大を抑制できるだけでなく電気抵抗の増大を抑制することができる。

また、主電極４，５間の空間距離または沿面距離（図１（ｂ）中に、Ｄ７，Ｄ８で示す）を短くしても主電極４，５間の絶縁性が確保されるので、主電極４，５間距離をより短くすることができ、半導体モジュール１の小型化だけでなく、寄生インダクタンス（内部インダクタンス）を低減することができる。寄生インダクタンスを低減することで、スイッチング時のサージ電圧が小さくなり、半導体モジュール１の損失の低減や逆バイアス安全動作領域を広くすることができる。

また、絶縁板１２と接する冷却器８，９の角部とこの冷却器８，９に絶縁板１２を介して設けられる主電極４，５との沿面距離を短くしても、主電極４，５と冷却器８，９との絶縁性が確保されるため、冷却器８，９の絶縁板１２と接する部分の幅を絶縁板１２の幅と等しくすることもできる。つまり、冷却器８，９の幅を広くすることができるので、半導体モジュール１の放熱性が向上する。

［実施形態２］
実施形態２に係る半導体モジュール１６は、接着剤１０が充填される部分を除き実施形態１に係る半導体モジュール１と同じである。よって、異なる部分である接着剤１０の充填箇所について詳細に説明する。ここでは、同一の構成は実施形態１と同じ符号を付して詳細に説明する。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、実施形態２に係る半導体モジュール１６は、半導体素子２，３、エミッタ／ソース電極端子４、ドレイン／コレクタ電極端子５、ゲート電極端子６、筺体７及び冷却器８，９を備える。そして、半導体モジュール１６内であって、冷却器８とエミッタ／ソース電極端子４との間及び冷却器９とドレイン／コレクタ電極端子５との間に、接着剤１０が充填される。

なお、半導体モジュール１６空間部であって接着剤１０が充填されない箇所には、ドライ窒素等の気体が封止される。つまり、半導体モジュール１６内を気密封止して、半導体モジュール１６内部をドライ窒素等で置換することで、内部部品が高温により酸化することが抑制され、モジュールの信頼性が向上する。例えば、半導体モジュールを２００℃以上の高温で動作させる場合においても信頼性を確保することができる。

実施形態２に係る半導体モジュール１６によれば、冷却器８と主電極４との間（冷却器９と主電極５との間）に接着剤１０を充填することで、冷却器８，９と主電極４，５との沿面距離が短くても、半導体モジュール１６の絶縁性を確保することができる。つまり、冷却器８，９と主電極４，５との間の沿面距離を考慮することなく、半導体モジュール１６を構成することができる。なお、接着剤１０は、少なくとも冷却器８，９から、冷却器８，９と主電極４，５との間に設けられる絶縁板１２までの空間に充填すれば、冷却器８，９と主電極４，５との間の沿面距離を考慮することなく半導体モジュール１６を構成することができる。

実施形態２に係る半導体モジュール１６は、主電極４，５間の絶縁性向上の効果を除いて、実施形態１に係る半導体モジュール１と同様の効果を得ることができる。つまり、半導体モジュール１６を小型化、薄型化することができる。

さらに、実施形態２に係る半導体モジュール１６によれば、すべての空間に接着剤１０を充填する工程と比較して作業性が高く、使用する接着剤の量も低減することができる。つまり、作業コスト及び接着剤のコストを低減して、半導体モジュール１６の絶縁性を向上させることができる。

［実施形態３］
実施形態３に係る半導体モジュール１７は、筺体７’の形状が異なることを除き実施形態２に係る半導体モジュール１６と同じである。よって、異なる部分である筺体７’の形状について詳細に説明する。ここでは、同一の構成は実施形態２と同じ符号を付して詳細に説明する。

図３に示すように、実施形態３に係る半導体モジュール１７は、半導体素子２，３、エミッタ／ソース電極端子４、ドレイン／コレクタ電極端子５、ゲート電極端子６、筺体７’及び冷却器８，９を備える。そして、半導体モジュール１７内であって、冷却器８とエミッタ／ソース電極端子４との間及び冷却器９とドレイン／コレクタ電極端子５との間に、接着剤１０が充填される。

筺体７’の側部であって、エミッタ／ソース電極端子４、ドレイン／コレクタ電極端子５、ゲート電極端子６が貫通する部分には、それぞれ突出部７ｃ〜７ｅが形成されている。突出部７ｃ〜７ｅは、エミッタ／ソース電極端子４、ドレイン／コレクタ電極端子５またはゲート電極端子６が筺体７’を貫通する方向に突設されている。

突出部７ｃ〜７ｅはその上面が下方に傾斜する一方で下面が上方に傾斜するテーパ状に形成され、その先端部に電極４〜６のいずれかが貫通した状態となっている。突出部７ｃ〜７ｅの内部（筺体７’の内壁面側）には電極４〜６と突出部７ｃ〜７ｅの内面との間で絶縁性を確保させる中空部が形成されている。例えば、筺体７’の内壁面と電極４〜６との空間距離Ｄ０は絶縁性が確保される０．５ｍｍ以上となるように規定される。

実施形態３に係る半導体モジュール１７によれば、冷却器８，９と電極４〜６の沿面距離（図３中に、Ｄ９〜Ｄ１２で示す）を長くすることができる。また、主電極４，５間の沿面距離（図３中に、Ｄ１３，Ｄ１４で示す）を長くすることができる。その結果、冷却器８，９と電極４〜６の空間距離や主電極４，５間の空間距離を短くすることができ、実施形態２に係る半導体モジュール１６の有する効果に加えて、半導体モジュール１７を小型化、薄型化することができる。

なお、実施形態３に係る半導体モジュール１７は、実施形態２に係る半導体モジュール１６と同様に、半導体モジュール１７内が気密封止され、接着剤１０が充填されていない空間部にはドライ窒素等が充填される。半導体モジュール１７を気密封止する場合、電極４〜６が貫通する筺体７’部分にろう付け等の封止材７ａが設けられる。実施形態３に係る半導体モジュール１７では、突出部７ｃ〜７ｅを形成することにより、封止材７ａが設けられる箇所から冷却器８，９までの沿面距離及び封止材７ａが設けられる箇所間の沿面距離を長くすることができる。その結果、封止材７ａが設けられる箇所と冷却器８，９間の絶縁性及び封止材７ａが設けられる箇所間の絶縁性を確保することができるので、主電極４，５と冷却器８，９と間の空間距離及び主電極４，５間の空間距離を短くして半導体モジュール１７をより小型化することができる。

以上、本発明の半導体モジュールについて、具体例を示して詳細に説明したが、本発明の半導体モジュールは、上述した実施形態に限らず、本発明の特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能である。

例えば、本発明は、半導体モジュールに絶縁性及び揺変性を有する接着剤を充填することを特徴とする発明であるので、半導体素子（スイッチング素子）の種類や数は、実施形態に限定されるものではない。よって、適宜周知の半導体素子を用い、所定の回路を構成するために必要な数の半導素子を用いて半導体モジュールを構成しても、同様の効果を得ることができる。

また、各実施形態の特徴となる構成を部分的に有するまたは組み合わせた半導体モジュールを構成することで、各実施形態の効果を部分的または組み合わせて奏する半導体モジュールを得ることができる。例えば、実施形態３に係る半導体モジュール１７において、実施形態１のようにモジュール内部に揺変性を有する接着剤１０を充填することで、主電極４，５間の絶縁性が向上し、主電極４，５間をより短くすることができる。

また、半導体モジュールの圧接方法は、締結部材（締結部材と弾性部材）による圧接に限定されるものではなく、適宜周知の圧接方法で固定した場合においても、本発明の効果を得ることができる。

１，１６，１７…半導体モジュール
２…半導体素子（スイッチング素子）
３…半導体素子（ＦＷＤ）
４…エミッタ／ソース電極端子
５…ドレイン／コレクタ電極端子
６…ゲート電極端子
７，７’…筺体
７ａ…封止材
７ｂ…封止部材
７ｃ〜ｅ…突出部（挿通部）
８，９…冷却器
１０…接着剤
１２，１３…絶縁板

Claims (3)

1. 半導体素子と、前記半導体素子に形成された電極層と電気的に接続される電極端子と、前記電極端子に絶縁板を介して設けられ、前記半導体素子を冷却する冷却器と、を有し、前記半導体素子と前記電極端子が圧接により接続される半導体モジュールであって、
   前記半導体モジュール内部に、揺変性を有する絶縁性の接着剤を充填した
   ことを特徴とする半導体モジュール。
2. 前記接着剤を、少なくとも前記冷却器と前記電極端子との間に充填した
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 対向する一対の面に電極層が形成された半導体素子と、前記半導体素子の各電極層に電気的に接続される電極端子と、前記各電極端子に絶縁板を介して設けられ、該電極端子を前記半導体素子方向に圧接する冷却器と、該冷却器間に設けられる筺体とを有し、前記電極端子は前記筺体を挿通して外部の回路と接続される半導体モジュールであって、
   前記筺体の前記電極端子が挿通する挿通部を、前記筺体壁面よりも前記電極端子の挿通方向に突出して設け、
   前記半導体モジュールの内部であって、少なくとも、前記冷却器と前記電極端子との間に、揺変性を有する絶縁性の接着剤を充填した
   ことを特徴とする半導体モジュール。

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