JPWO2018087800A1 - 半導体モジュールおよび半導体装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は様々な定格電流に対応可能な半導体モジュールおよび半導体装置の提供を目的とする。半導体モジュール１００は、リードフレーム３と、リードフレーム３に接合された半導体素子１と、を備え、リードフレーム３は、第１接合構造１１と、第２接合構造１２と、を備え、第１接合構造１１は、リードフレーム３の第１の辺Ｓ１に配置され、第２接合構造１２は、リードフレーム３の第１の辺Ｓ１と対向する第２の辺Ｓ２に配置され、第１接合構造１１は、リードフレーム３が存在しない部分である空隙部分１１ｂを有し、第２接合構造１２は、リードフレーム３が存在しない部分である空隙部分１２ｂを有し、第１接合構造１１と第２接合構造１２とを重ねたと仮定した場合、第１接合構造１１および第２接合構造１２は、互いの空隙部分１１ｂ，１２ｂの少なくとも一部を相互に補完する形状である。

Description

本発明は半導体モジュールおよび半導体装置に関する。
リードフレーム上にスイッチング素子としての半導体素子を接合し、半導体素子のオン、オフを制御することにより電力を変換する半導体モジュールが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
従来の半導体モジュールにおいては、定格電流の異なる半導体モジュールを製造する場合、半導体モジュールごとに、リードフレーム等の部材を専用に設計する必要があった。異なる定格電流ごとに専用の部材を設計する必要があったため、開発コストおよび製造コストの増大、開発期間の増大などの問題があった。なお、定格電流とは半導体モジュールの仕様で定められた電流値である。
国際公開第２０１１／１５５１６５号
従来の半導体モジュールは以上のように、異なる定格電流ごとに部材を専用設計する必要があり、部材を共通化できないため、開発コストおよび製造コストの増大、開発期間の増大などの問題があった。また、複数の定格電流の半導体モジュールを製造する際の製造工程も複雑化する問題があった。
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、様々な定格電流に対応可能な半導体モジュールおよび半導体装置の提供を目的とする。
本発明に係る半導体モジュールは、リードフレームと、リードフレームに接合された半導体素子と、を備え、リードフレームは、第１接合構造と、第２接合構造と、を備え、第１接合構造は、リードフレームの第１の辺に配置され、第２接合構造は、リードフレームの第１の辺と対向する第２の辺に配置され、第１接合構造は、リードフレームが存在しない部分である空隙部分を有し、第２接合構造は、リードフレームが存在しない部分である空隙部分を有し、第１接合構造と第２接合構造とを重ねたと仮定した場合、第１接合構造および第２接合構造は、互いの空隙部分の少なくとも一部を相互に補完する形状である。
本発明に係る半導体モジュールは、第１接合構造および第２接合構造を備えるため、複数の半導体モジュールを一列に任意の個数連結することが可能である。つまり、複数の半導体モジュールを並列に接続することが可能であるため、連結する個数に応じて、連結された複数の半導体モジュール全体の定格電流値を変化させることが可能である。従って、異なる定格電流値ごとに半導体モジュールを専用に設計する必要がなく、半導体モジュールを共通して利用することが可能となる。これにより、開発コストおよび製造コストを抑制することが可能である。また、製造工程も簡易化することが可能である。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによってより明白となる。
実施の形態１に係る半導体モジュールの斜視図である。 実施の形態１に係る半導体モジュールの断面図である。 実施の形態１に係る半導体装置の斜視図である。 実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体モジュールの断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態２に係る半導体モジュールの斜視図である。 実施の形態２に係る半導体モジュールの断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の斜視図である。 実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態３に係る半導体モジュールの斜視図である。 実施の形態３に係る半導体モジュールの断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置の斜視図である。 実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態４に係る半導体モジュールの斜視図である。 実施の形態４に係る半導体モジュールの断面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の斜視図である。 実施の形態４に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態５に係る半導体モジュールの斜視図である。 実施の形態５に係る半導体モジュールの断面図である。 実施の形態５の変形例に係る半導体モジュールの斜視図である。 実施の形態５の変形例に係る半導体モジュールの断面図である。 実施の形態６に係る半導体モジュールの斜視図である。 実施の形態６の変形例に係る半導体モジュールの斜視図である。 実施の形態７に係る半導体モジュールの斜視図である。 実施の形態７に係る半導体モジュールの断面図である。 実施の形態７の変形例に係る半導体モジュールの斜視図である。 実施の形態８に係る半導体装置の斜視図である。 実施の形態８に係る半導体装置の内部の斜視図である。
＜実施の形態１＞
図１は本実施の形態１における半導体モジュール１００の斜視図である。また、図２は、図１の線分Ａ１−Ａ１に沿った半導体モジュール１００の断面図である。図１および図２に示すように、半導体モジュール１００は、リードフレーム３と、リードフレーム３に接合された半導体素子１を備える。
半導体素子１はリードフレーム３に、例えばはんだ２により接合されている。半導体素子１は、パワー半導体素子である。半導体素子１は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子である。また、半導体素子１は還流ダイオードであってもよい。また、半導体素子１は、ＳｉＣ、ＧａＮ、ダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体を含んでもよい。
半導体素子１の上面および下面（即ち、＋ｚ方向側の面および−ｚ方向側の面）のそれぞれには、主電極が設けられている。また、例えば半導体素子１の上面の一部には制御用電極が設けられている。
導電性を有するリードフレーム３は、例えば銅又はアルミニウムで形成されている。リードフレーム３は、銅又はアルミニウムを主成分とする合金で形成されていてもよい。図１および図２に示すように、リードフレーム３の＋ｘ方向側の辺を第１の辺Ｓ１と定義する。また、リードフレーム３の−ｘ方向側の辺を第２の辺Ｓ２と定義する。第１の辺Ｓ１と第２の辺Ｓ２は互いに対向している。
リードフレーム３は、第１接合構造１１と第２接合構造１２を備える。第１接合構造１１はリードフレーム３の第１の辺Ｓ１に配置される。第２接合構造１２はリードフレーム３の第２の辺Ｓ２に配置される。第１接合構造１１は、リードフレーム３が存在する部分である実体部分１１ａと、リードフレーム３が存在しない部分である空隙部分１１ｂを有する。第２接合構造１２は、リードフレーム３が存在する部分である実体部分１２ａと、リードフレーム３が存在しない部分である空隙部分１２ｂを有する。
第１接合構造１１と第２接合構造１２とを重ねたと仮定した場合、第１接合構造１１および第２接合構造１２は、互いの空隙部分１１ｂ，１２ｂの少なくとも一部を相互に補完する形状である。つまり、図２において、第２接合構造１２をｘ方向に平行移動させて第１接合構造１１に重ねたと仮定した場合、第１接合構造１１の実体部分１１ａが第２接合構造１２の空隙部分１２ｂを補完し、第２接合構造１２の実体部分１２ａが第１接合構造１１の空隙部分１１ｂを補完する。
なお、半導体モジュール１００は、実施の形態５で示すように絶縁部材４をさらに備えてもよい。また、半導体モジュール１００は、実施の形態５の変形例で示すように冷却器５をさらに備えてもよい。また、実施の形態６で示すように電極端子６をさらに備えてもよい。また、実施の形態７で示すようにリードフレーム３にヒートパイプを内蔵してもよい。また、実施の形態８で示すように封止樹脂１５で封止されてもよい。
図３は本実施の形態１における半導体装置１１０の斜視図である。また、図４は、図３の線分Ａ２−Ａ２に沿った半導体装置１１０の断面図である。図３および図４に示すように、半導体装置１１０は２つの半導体モジュール１００が互いに連結された構成である。なお、説明上２つの半導体モジュール１００を区別するために、それぞれ半導体モジュール１００Ａ，１００Ｂと記載する。
図３および図４に示すように、隣接する半導体モジュール１００Ａ，１００Ｂに関して、半導体モジュール１００Ｂの第１の辺Ｓ１と、半導体モジュール１００Ａの第２の辺Ｓ２とが対向するように配置されている。半導体モジュール１００Ｂの第１の接合構造１１と、半導体モジュール１００Ａの第２接合構造１２とが、はんだ１０により電気的に接合されている。
図３および図４に示すように、半導体モジュール１００Ａ，１００Ｂそれぞれのリードフレーム３が電気的に接合されることにより、半導体素子１の並列接続が可能となる。つまり、連結する半導体モジュール１００の個数に応じて、半導体装置１１０の定格電流値を変化させることができる。
半導体装置１１０に備わる半導体モジュール１００の数は２つに限定されない。半導体装置１１０の定格電流に応じて、任意の数の半導体モジュール１００を±ｘ方向に連結することが可能である。
＜効果＞
本実施の形態１に係る半導体モジュール１００は、リードフレーム３と、リードフレーム３に接合された半導体素子１と、を備え、リードフレーム３は、第１接合構造１１と、第２接合構造１２と、を備え、第１接合構造１１は、リードフレーム３の第１の辺Ｓ１に配置され、第２接合構造１２は、リードフレーム３の第１の辺Ｓ１と対向する第２の辺Ｓ２に配置され、第１接合構造１１は、リードフレーム３が存在しない部分である空隙部分１１ｂを有し、第２接合構造１２は、リードフレーム３が存在しない部分である空隙部分１２ｂを有し、第１接合構造１１と第２接合構造１２とを重ねたと仮定した場合、第１接合構造１１および第２接合構造１２は、互いの空隙部分１１ｂ，１２ｂの少なくとも一部を相互に補完する形状である。
本実施の形態１における半導体モジュール１００は、第１接合構造１１および第２接合構造１２を備えるため、複数の半導体モジュール１００を一列に任意の個数連結することが可能である。つまり、複数の半導体モジュール１００を並列に接続することが可能であるため、連結する個数に応じて、連結された複数の半導体モジュール１００全体の定格電流値を変化させることが可能である。このように、本実施の形態１においては、連結する個数に応じて、連結された複数の半導体モジュール１００全体の定格電流値を変化させることが可能な半導体モジュール１００を得ることが可能である。従って、異なる定格電流値ごとに半導体モジュールを専用に設計する必要がなく、半導体モジュール１００を共通して利用することが可能となる。これにより、開発コストおよび製造コストを抑制することが可能である。また、製造工程も簡易化することが可能である。
また、本実施の形態１における半導体モジュール１００において、リードフレーム３は、銅又はアルミニウムを含む。従って、リードフレーム３の熱伝導効率を向上させることが可能である。
また、本実施の形態１における半導体装置１１０は、半導体モジュール１００を複数備え、複数の半導体モジュール１００において、互いに隣接する一方の半導体モジュール１００の第１の辺Ｓ１と、互いに隣接する他方の半導体モジュール１００の第２の辺Ｓ２とが対向するように配置され、互いに隣接する一方の半導体モジュール１００の第１の接合構造１１と、互いに隣接する他方の半導体モジュール１００の第２接合構造１２とが電気的に接合されている。
従って、半導体モジュール１００の連結数を変えることで、半導体装置１１０の定格電流値を変化させることができるため、異なる定格電流値ごとに専用の形状のリードフレーム３を設計する必要が無く、低コストで半導体モジュール１００を製造することが可能である。また、同一の構造の半導体モジュール１００を複数連結して半導体装置１１０を製造するため、様々な定格電流値を有する半導体装置１１０が容易に製造可能である。
また、本実施の形態１における半導体装置１１０において、互いに隣接する一方の半導体モジュール１００の第１接合構造１１と、互いに隣接する他方の半導体モジュール１００の第２接合構造１２とが、はんだ接合により電気的に接合されている。
従って、互いに隣接する半導体モジュール１００の第１接合構造１１と第２接合構造１２とをはんだ接合することにより、電流の伝導性に優れ、かつ強固に接合することが可能である。
＜実施の形態１の変形例＞
図５は、実施の形態１の変形例における半導体モジュール１０１の断面図である。また、図６は、実施の形態１の変形例における半導体装置１１１の断面図である。図５に示すように、半導体モジュール１０１の第２接合部２１は、接合に利用されない空隙部分１２ｃを有する。つまり、図６に示すように、接合に利用されない空隙部分１２ｃには第１接合構造１１の実態部分により補完されない。
＜実施の形態２＞
図７は本実施の形態２における半導体モジュール２００の斜視図である。また、図８は、図７の線分Ｂ１−Ｂ１に沿った半導体モジュール２００の断面図である。半導体モジュール２００は、第１接合構造２１および第２接合構造２２の形状以外は、半導体モジュール１００（図１および図２）と同じ構成である。
半導体モジュール２００のリードフレーム３は、第１接合構造２１と第２接合構造２２を備える。第１接合構造２１はリードフレーム３の第１の辺Ｓ１に配置される。第２接合構造２２はリードフレーム３の第２の辺Ｓ２に配置される。第１接合構造２１は、リードフレーム３が存在する部分である実体部分２１ａと、リードフレーム３が存在しない部分である空隙部分２１ｂを有する。第２接合構造２２は、リードフレーム３が存在する部分である実体部分２２ａと、リードフレーム３が存在しない部分である空隙部分２２ｂを有する。
さらに、第１接合構造２１は、実体部分２１ａに貫通穴２１ｃを備える。また、第２接合構造２２は、実体部分２２ａに穴２２ｃを備える。穴２２ｃの内側には、雌ねじが形成されている。
第１接合構造２１と第２接合構造２２とを重ねたと仮定した場合、第１接合構造２１および第２接合構造２２は、互いの空隙部分２１ｂ，２２ｂの少なくとも一部を相互に補完する形状である。つまり、図８において、第２接合構造２２をｘ方向に平行移動させて第１接合構造２１に重ねたと仮定した場合、第１接合構造２１の実体部分２１ａが第２接合構造２２の空隙部分２２ｂを補完し、第２接合構造２２の実体部分２２ａが第１接合構造２１の空隙部分２１ｂを補完する。
また、図８において、第２接合構造２２をｘ方向に平行移動させて第１接合構造２１に重ねたと仮定した場合、第１接合構造２１の貫通穴２１ｃと、第２接合構造２２の穴２２ｃとが直線上に配置される。
図９は本実施の形態２における半導体装置２１０の斜視図である。また、図１０は、図９の線分Ｂ２−Ｂ２に沿った半導体装置２１０の断面図である。図９および図１０に示すように、半導体装置２１０は２つの半導体モジュール２００が互いに連結された構成である。なお、説明上２つの半導体モジュール２００を区別するために、それぞれ半導体モジュール２００Ａ，２００Ｂと記載する。
図９および図１０に示すように、隣接する半導体モジュール２００Ａ，２００Ｂに関して、半導体モジュール２００Ｂの第１の辺Ｓ１と、半導体モジュール２００Ａの第２の辺Ｓ２とが対向するように配置されている。半導体モジュール２００Ｂの第１の接合構造２１と、半導体モジュール２００Ａの第２接合構造２２とが、ネジ留めにより電気的に接合されている。
つまり、半導体モジュール２００Ｂの第１接合構造２１に設けられた貫通穴２１ｃと、半導体モジュール２００Ａの第２接合構造２２に設けられた穴２２ｃとが、ネジ２０でネジ留めされている。
図９および図１０に示すように、半導体モジュール２００Ａ，２００Ｂそれぞれのリードフレーム３が電気的に接合されることにより、半導体素子１の並列接続が可能となる。つまり、連結する半導体モジュール２００の個数に応じて、半導体装置２１０の定格電流値を変化させることができる。
半導体装置２１０に備わる半導体モジュール２００の数は２つに限定されない。半導体装置２１０の定格電流に応じて、任意の数の半導体モジュール２００を±ｘ方向に連結することが可能である。
なお、半導体モジュール２００において、第２接合構造２２に設けられた穴２２ｃの内側には雌ねじが形成されず、貫通穴としてもよい。この場合、半導体装置２１０において、第１接合構造２１に設けられた貫通穴２１ｃと、第２接合構造２２に設けられた穴２２ｃとが、ボルトとナットによりネジ留めされる。
＜効果＞
本実施の形態２における半導体モジュール２００において、第１接合構造２１は貫通穴２１ｃを備え、第２接合構造２２は穴２２ｃを備え、第１接合構造２１と第２接合構造２２とを重ねたと仮定した場合、貫通穴２１ｃと穴２２ｃが直線上に配置される。
従って、互いに隣接する半導体モジュール２００の第１接合構造２１の貫通穴２１ｃと第２接合構造２２の穴２２ｃとを、ねじ等の棒状の部材により接合することが可能となる。
本実施の形態２における半導体装置２１０において、互いに隣接する一方の半導体モジュール２００の第１の接合構造２１と、互いに隣接する他方の半導体モジュール２００の第２接合構造２２とがネジ留めされることにより電気的に接合されている。
互いに隣接する半導体モジュール２００の第１接合構造２１と第２接合構造２２とをネジ留めにより接合することにより、容易に接合することが可能である。
＜実施の形態３＞
図１１は本実施の形態３における半導体モジュール３００の斜視図である。また、図１２は、図１１の線分Ｃ１−Ｃ１に沿った半導体モジュール３００の断面図である。半導体モジュール３００は、第１接合構造３１および第２接合構造３２の形状以外は、半導体モジュール１００（図１および図２）と同じ構成である。
半導体モジュール３００のリードフレーム３は、第１接合構造３１と第２接合構造３２を備える。第１接合構造３１はリードフレーム３の第１の辺Ｓ１に配置される。第２接合構造３２はリードフレーム３の第２の辺Ｓ２に配置される。第１接合構造３１は、リードフレーム３が存在する部分である実体部分３１ａと、リードフレーム３が存在しない部分である空隙部分３１ｂを有する。第２接合構造３２は、リードフレーム３が存在する部分である実体部分３２ａと、リードフレーム３が存在しない部分である空隙部分３２ｂを有する。
本実施の形態３において、第１接合構造３１はオス型の継手を備える。また、第２接合構造３２はメス型の継手を備える。図１１および図１２に示すように、例えば継手は蟻形継手である。蟻形継手はダブテールジョイントとも呼ばれる。
第１接合構造３１と第２接合構造３２とを重ねたと仮定した場合、第１接合構造３１および第２接合構造３２は、互いの空隙部分３１ｂ，３２ｂの少なくとも一部を相互に補完する形状である。つまり、図１２において、第２接合構造３２をｘ方向に平行移動させて第１接合構造３１に重ねたと仮定した場合、第１接合構造３１の実体部分３１ａが第２接合構造３２の空隙部分３２ｂを補完し、第２接合構造３２の実体部分３２ａが第１接合構造３１の空隙部分３１ｂを補完する。
本実施の形態３においては、第２接合構造３２をｘ方向に平行移動させて第１接合構造３１に重ねたと仮定した場合、第１接合構造３１のオス型の継手と、第２接合構造３２のメス型の継手が嵌合する。
図１３は本実施の形態３における半導体装置３１０の斜視図である。また、図１４は、図１３の線分Ｃ２−Ｃ２に沿った半導体装置３１０の断面図である。図１３および図１４に示すように、半導体装置３１０は２つの半導体モジュール３００が互いに連結された構成である。なお、説明上２つの半導体モジュール３００を区別するために、それぞれ半導体モジュール３００Ａ，３００Ｂと記載する。
図１３および図１４に示すように、隣接する半導体モジュール３００Ａ，３００Ｂに関して、半導体モジュール３００Ｂの第１の辺Ｓ１と、半導体モジュール３００Ａの第２の辺Ｓ２とが対向するように配置されている。半導体モジュール３００Ｂの第１接合構造３１と、半導体モジュール３００Ａの第２接合構造３２とが嵌合することにより電気的に接合されている。
つまり、半導体モジュール３００Ｂの第１接合構造３１に設けられたオス型の継手と、半導体モジュール３００Ａの第２接合構造３２に設けられたメス型の継手とが嵌合している。半導体モジュール３００Ａに対して、半導体モジュール３００Ｂをｙ方向にスライドさせながら、オス型の継手とメス型の継手が嵌合される。
図１３および図１４に示すように、半導体モジュール３００Ａ，３００Ｂそれぞれのリードフレーム３が電気的に接合されることにより、半導体素子１の並列接続が可能となる。つまり、連結する半導体モジュール３００の個数に応じて、半導体装置３１０の定格電流値を変化させることができる。
半導体装置３１０に備わる半導体モジュール３００の数は２つに限定されない。半導体装置３１０の定格電流に応じて、任意の数の半導体モジュール３００を±ｘ方向に連結することが可能である。
＜効果＞
本実施の形態３における半導体モジュール３００において、第１接合構造３１はオス型の継手を備え、第２接合構造３２はメス型の継手を備え、第１接合構造３１と前記第２接合構造３２とを重ねたと仮定した場合、オス型の継手とメス型の継手が嵌合する。
従って、互いに隣接する半導体モジュール３００の第１接合構造３１と第２接合構造２２とを、オス型の継手とメス型の継手の嵌合により接合することが可能となる。
また、本実施の形態３における半導体モジュール３００において、オス型の継手およびメス型の継手は蟻形継手である。
従って、継手を蟻形継手とすることにより、互いに隣接する半導体モジュール３００のそれぞれのリードフレーム３を高い強度で一体化することが可能である。
また、本実施の形態３における半導体装置３１０において、互いに隣接する一方の半導体モジュール３００の第１接合構造３１と、互いに隣接する他方の半導体モジュール３００の第２接合構造３２とが嵌合することにより電気的に接合されている。
互いに隣接する半導体モジュール３００の第１接合構造３１と第２接合構造３２とを嵌合により接合することにより、はんだ、ねじ等の接合部材を用いずに接合することが可能である。
＜実施の形態４＞
図１５は本実施の形態４における半導体モジュール４００の斜視図である。また、図１６は、図１５の線分Ｄ１−Ｄ１に沿った半導体モジュール４００の断面図である。半導体モジュール４００は、第１接合構造４１および第２接合構造４２の形状以外は、半導体モジュール１００（図１および図２）と同じ構成である。
半導体モジュール４００のリードフレーム３は、第１接合構造４１と第２接合構造４２を備える。第１接合構造４１はリードフレーム３の第１の辺Ｓ１に配置される。第２接合構造４２はリードフレーム３の第２の辺Ｓ２に配置される。第１接合構造４１は、リードフレーム３が存在する部分である実体部分４１ａと、リードフレーム３が存在しない部分である空隙部分４１ｂを有する。第２接合構造４２は、リードフレーム３が存在する部分である実体部分４２ａと、リードフレーム３が存在しない部分である空隙部分４２ｂを有する。
さらに、第１接合構造４１は、実体部分４１ａに複数の凹部４１ｃを備える。凹部４１ｃはリードフレーム３の主面に対して垂直方向（即ちｚ方向）に陥没している。また、第２接合構造４２は、実体部分４２ａに複数の凸部４２ｃを備える。凸部４２ｃはリードフレーム３の主面に対して垂直方向（即ちｚ方向）に突出している。なお、凸部４２ｃは根元よりも頭の方が太くなっている。また、凹部４１ｃは、入口よりも奥側の方が広くなっている。
第１接合構造４１と第２接合構造４２とを重ねたと仮定した場合、第１接合構造４１および第２接合構造４２は、互いの空隙部分４１ｂ，４２ｂの少なくとも一部を相互に補完する形状である。つまり、図１６において、第２接合構造４２をｘ方向に平行移動させて第１接合構造４１に重ねたと仮定した場合、第１接合構造４１の実体部分４１ａが第２接合構造４２の空隙部分４２ｂを補完し、第２接合構造４２の実体部分４２ａが第１接合構造４１の空隙部分４１ｂを補完する。
本実施の形態４においては、第２接合構造４２をｘ方向に平行移動させて第１接合構造４１に重ねたと仮定した場合、第１接合構造４１の凹部４１ｃと、第２接合構造４２の凸部４２ｃが嵌合する。
図１７は本実施の形態４における半導体装置４１０の斜視図である。また、図１８は、図１７の線分Ｄ２−Ｄ２に沿った半導体装置４１０の断面図である。図１７および図１８に示すように、半導体装置４１０は２つの半導体装モジュール４００が互いに連結された構成である。なお、説明上２つの半導体モジュール４００を区別するために、それぞれ半導体モジュール４００Ａ，４００Ｂと記載する。
図１７および図１８に示すように、隣接する半導体モジュール４００Ａ，４００Ｂに関して、半導体モジュール４００Ｂの第１の辺Ｓ１と、半導体モジュール４００Ａの第２の辺Ｓ２とが対向するように配置されている。半導体モジュール４００Ｂの第１の接合構造４１と、半導体モジュール４００Ａの第２接合構造４２とが嵌合することにより電気的に接合されている。
つまり、半導体モジュール４００Ｂの第１接合構造４１に設けられた凹部４１ｃと、半導体モジュール４００Ａの第２接合構造４２に設けられた凸部４２ｃとが嵌合している。半導体モジュール４００Ａの凸部４２ｃに対して、半導体モジュール４００Ｂの凹部４１ｃを−ｚ方向に押圧することにより、凸部４２ｃと凹部４１ｃとが嵌合される。
図１７および図１８に示すように、半導体モジュール４００Ａ，４００Ｂそれぞれのリードフレーム３が電気的に接合されることにより、半導体素子１の並列接続が可能となる。つまり、連結する半導体モジュール４００の個数に応じて、半導体装置４１０の定格電流値を変化させることができる。
半導体装置４１０に備わる半導体モジュール４００の数は２つに限定されない。半導体装置４１０の定格電流に応じて、任意の数の半導体モジュール４００を±ｘ方向に連結することが可能である。
＜効果＞
本実施の形態４における半導体モジュール４００において、第１接合構造４１はリードフレーム３の主面に対して垂直方向に陥没した凹部４１ｃを備え、第２接合構造４２はリードフレーム３の主面に対して垂直方向に突出した凸部４２ｃを備え、第１接合構造４１と第２接合構造４２とを重ねたと仮定した場合、凹部４１ｃと凸部４２ｃが嵌合する。
従って、互いに隣接する半導体モジュール４００の第１接合構造４１と第２接合構造４２とを、凹部４１ｃと凸部４２ｃの嵌合により接合することが可能となる。
本実施の形態４における半導体装置４１０において、互いに隣接する一方の半導体モジュール４００の第１接合構造４１と、互いに隣接する他方の半導体モジュール４００の第２接合構造４２とが嵌合することにより電気的に接合されている。
互いに隣接する半導体モジュール４００の第１接合構造４１と第２接合構造４２とを嵌合により接合することにより、はんだ、ねじ等の接合部材を用いずに接合することが可能である。
＜実施の形態５＞
図１９は本実施の形態５における半導体モジュール５００の斜視図である。また、図２０は、図１９の線分Ｅ−Ｅに沿った半導体モジュール５００の断面図である。半導体モジュール５００は、半導体モジュール１００（図１および図２）に対して絶縁部材４をさらに備える。
絶縁部材４は平板状である。絶縁部材４は、有機系絶縁材料又はセラミック系絶縁材料で形成されている。絶縁部材４は、リードフレーム３の半導体素子１が接合された面と反対側の面に接合されている。
＜効果＞
本実施の形態５における半導体モジュール５００は、絶縁部材４をさらに備え、絶縁部材４は、リードフレーム３の半導体素子１が接合された面と反対側の面に配置される。
従って、リードフレーム３の半導体素子１が接合された面と反対側の面に絶縁部材４を配置することにより、例えば半導体素子１およびリードフレーム３から冷却器などを絶縁することが可能となる。
＜実施の形態５の変形例＞
図２１は実施の形態５の変形例における半導体モジュール５０１の斜視図である。また、図２２は、図２１の線分Ｆ−Ｆに沿った半導体モジュール５０１の断面図である。半導体モジュール５０１は、半導体モジュール５００（図１９および図２０）に対して冷却器５をさらに備える。
冷却器５は絶縁部材４のリードフレーム３が配置された面と反対側の面に接合される。冷却器５は熱伝導に優れる銅などの材料で形成される。冷却器５はベースプレート５ａと冷却フィン５ｂを有する。
＜効果＞
実施の形態５の変形例における半導体モジュール５０１は、冷却器５をさらに備え、冷却器５は、絶縁部材４のリードフレーム３が配置された面と反対側の面に接合される。
従って、冷却器５をさらに設けることにより、絶縁材４を介して半導体素子１およびリードフレーム３を冷却することが可能である。
＜実施の形態６＞
図２３は本実施の形態６における半導体モジュール６００の斜視図である。半導体モジュール６００は、半導体モジュール１００（図１および図２）に対して電極端子６をさらに備える。電極端子６はリードフレーム３に電気的に接合されている。つまり、電極端子６はリードフレーム３を介して半導体素子１の主電極と接続される。電極端子６は半導体モジュール６００の外部との電気的接続に利用される。
電極端子６は、例えばリードフレーム３と同じ材料により形成される。電極端子６の形状は図２３に示した形状に限定されない。また、複数の電極端子６をリードフレーム３に接合してもよい。
＜効果＞
実施の形態６における半導体モジュール６００は、電極端子６をさらに備え、電極端子６はリードフレーム３に電気的に接合されている。従って、電極端子６を介して半導体モジュール１０３を外部と電気的に接続することが可能である。
＜実施の形態６の変形例＞
図２４は本実施の形態６の変形例における半導体モジュール６０１の斜視図である。半導体モジュール６０１において、電極端子６の先端に穴６ａが設けられている。それ以外の構成は半導体モジュール６００（図２３）と同じである。
電極端子６の先端に設けられた穴６ａは、外部配線との接続に利用される。例えば、穴６ａの内側には雌ねじが形成されており、外部配線をネジ留めすることが可能である。
＜効果＞
実施の形態６の変形例における半導体モジュール６０１において、電極端子６の先端に外部配線接続用の穴６ａが設けられている。従って、穴６ａにネジ留めするなどにより、電極端子６に外部配線を容易に接続することが可能である。
＜実施の形態７＞
図２５は実施の形態７の変形例における半導体モジュール７００の斜視図である。また、図２６は、図２５の線分Ｇ−Ｇに沿った半導体モジュール７００の断面図である。半導体モジュール７００は、半導体モジュール１００（図１および図２）に対してヒートパイプをさらに備える。
半導体モジュール７００において、ヒートパイプはリードフレーム３に内蔵されている。つまり、リードフレーム３には空洞７が設けられ、空洞７の内部には差動液が封入されている。なお、図２５および図２６に示すように、リードフレーム３に内蔵したヒートパイプを電極端子６内部に延在させてもよい。
＜効果＞
本実施の形態７における半導体モジュール７００において、リードフレーム３にヒートパイプが内蔵されている。リードフレーム３にヒートパイプを内蔵することにより、リードフレーム３の熱伝導効率を向上させることが可能である。
＜実施の形態７の変形例＞
図２７は実施の形態７の変形例における半導体モジュール７０１の斜視図である。半導体モジュール７０１において、電極端子６の先端の上面には絶縁部材８が配置されている。それ以外の構成は半導体モジュール７００（図２５および図２６）と同じである。
電極端子６の先端の上面に絶縁部材８を配置することにより、電極端子６との絶縁を維持しまま、冷却器などにより電極端子６を冷却することが可能となる。なお、絶縁部材８を配置する位置は、電極端子６に限定されない。絶縁部材８はリードフレーム３上の任意の位置に配置してもよい。
＜効果＞
実施の形態７の変形例における半導体モジュール７０１において、リードフレーム３から電極端子６にかけてヒートパイプが内蔵されていて、電極端子６に絶縁部材８が配置される。
従って、電極端子６に絶縁部材８を配置することにより、電極端子６との絶縁を維持しまま、冷却器などにより電極端子６を冷却することが可能となる。
＜実施の形態８＞
図２８は、本実施の形態８における半導体装置８００の斜視図である。また、図２９は、半導体装置８００内部の斜視図、即ち、半導体装置８００の封止樹脂１５を取り除いた状態の斜視図である。
図２９に示すように、半導体装置８００は、互いに連結された２つの半導体モジュール１００を備える。半導体モジュール１００のそれぞれのリードフレーム３には電極端子６が接合されている。また、半導体モジュール１００のそれぞれに備わる半導体素子１の上面の主電極には、電極端子９が接合されている。また、半導体モジュール１００のそれぞれに備わる半導体素子１の制御用電極には、ワイヤ１４を介して制御端子１３が接続されている。また、半導体モジュール１００のそれぞれのリードフレーム３の半導体素子１が搭載された側の面とは反対側の面には、絶縁部材４が配置されている。さらに、図２８に示すように、半導体モジュール１００のそれぞれにおいて、リードフレーム３の半導体素子１が搭載された側の面および半導体素子１が封止樹脂１５により樹脂封止されている。
なお、本実施の形態８では、半導体装置８００は、互いに連結された２つの半導体モジュール１００を備える構成としたが、半導体モジュールの個数を２つに限定されない。また、半導体モジュール１００の代わりに、半導体モジュール２００，３００，４００，１５００，６００，７００のいずれかの半導体モジュールが複数連結された構成であってもよい。
＜効果＞
本実施の形態８における半導体装置８００において、複数の半導体モジュール１００のそれぞれにおいて、少なくともリードフレーム３の半導体素子１が搭載された側の面および半導体素子１が樹脂封止されている。互いに連結した複数の半導体モジュール１００を樹脂封止することにより、複数の半導体モジュール１００の連結が強化され、かつ、複数の半導体モジュール１００を外部環境から保護することが可能となる。
また、以上で述べた各実施形態において、半導体素子１は、ワイドバンドギャップ半導体を含んでもよい。ワイドバンドギャップ半導体とは例えば、ＳｉＣ、ＧａＮ、ダイヤモンド等である。半導体素子をワイドバンドギャップ半導体で形成することにより、半導体モジュールを複数連結して定格電流を大きく設定した場合であっても、大電流を高温でスイッチングすることが可能である。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
１ 半導体素子、２，１０ はんだ、３ リードフレーム、４，８ 絶縁部材、５ 冷却器、６，９ 電極端子、６ａ 穴、７ 空洞、７ａ 差動液、１３ 制御端子、１４ ワイヤ、１５ 封止樹脂、２０ ネジ、１１，２１，３１，４１ 第１接合構造、１２，２２，３２，４２ 第２接合構造、１１ａ，１２ａ，２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａ，４１ａ，４２ａ 実体部分、１１ｂ，１２ｂ，２１ｂ，２２ｂ，３１ｂ，３２ｂ，４１ｂ，４２ｂ 空隙部分、２１ｃ 貫通穴、２２ｃ 穴、４１ｃ 凹部、４２ｃ 凸部、Ｓ１ 第１の辺、Ｓ２ 第２の辺、１００，１０１，２００，３００，４００，５００，６００，７００ 半導体モジュール、１１０，２１０，３１０，４１０，８００ 半導体装置。

Claims (18)

  1. リードフレーム（３）と、
    前記リードフレーム（３）に接合された半導体素子（１）と、
    を備え、
    前記リードフレーム（３）は、
    第１接合構造（１１）と、
    第２接合構造（１２）と、
    を備え、
    前記第１接合構造（１１）は、前記リードフレームの第１の辺（Ｓ１）に配置され、
    前記第２接合構造（１２）は、前記リードフレーム（３）の前記第１の辺（Ｓ１）と対向する第２の辺（Ｓ２）に配置され、
    前記第１接合構造（１１）は、前記リードフレーム（３）が存在しない部分である空隙部分（１１ｂ）を有し、
    前記第２接合構造（１２）は、前記リードフレーム（３）が存在しない部分である空隙部分（１２ｂ）を有し、
    前記第１接合構造（１１）と前記第２接合構造（１２）とを重ねたと仮定した場合、前記第１接合構造（１１）および前記第２接合構造（１２）は、互いの前記空隙部分（１１ｂ，１２ｂ）の少なくとも一部を相互に補完する形状である、
    半導体モジュール。
  2. 前記第１接合構造（２１）は貫通穴（２１ｃ）を備え、
    前記第２接合構造（２２）は穴（２２ｃ）を備え、
    前記第１接合構造（２１）と前記第２接合構造（２２）とを重ねたと仮定した場合、前記貫通穴（２１ｃ）と前記穴（２２）が直線上に配置される、
    請求項１に記載の半導体モジュール。
  3. 前記第１接合構造（３１）はオス型の継手を備え、
    前記第２接合構造（３２）はメス型の継手を備え、
    前記第１接合構造（３１）と前記第２接合構造（３２）とを重ねたと仮定した場合、前記オス型の継手と前記メス型の継手が嵌合する、
    請求項１に記載の半導体モジュール。
  4. 前記オス型の継手および前記メス型の継手は蟻形継手である、
    請求項３に記載の半導体モジュール。
  5. 前記第１接合構造（４１）は前記リードフレーム（３）の主面に対して垂直方向に陥没した凹部（４１ｃ）を備え、
    前記第２接合構造（４２）は前記リードフレーム（３）の主面に対して垂直方向に突出した凸部（４２ｃ）を備え、
    前記第１接合構造（４１）と前記第２接合構造（４２）とを重ねたと仮定した場合、前記凸部（４２ｃ）と前記凹部（４１ｃ）が嵌合する、
    請求項１に記載の半導体モジュール。
  6. 前記リードフレーム（３）は、銅又はアルミニウムを含む、
    請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  7. 絶縁部材（４）をさらに備え、
    前記絶縁部材（４）は、前記リードフレーム（３）の前記半導体素子（１）が接合された面と反対側の面に配置される、
    請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  8. 冷却器（５）をさらに備え、
    前記冷却器（５）は、前記絶縁部材（４）の前記リードフレーム（３）が配置された面と反対側の面に接合される、
    請求項７に記載の半導体モジュール。
  9. 電極端子（６）をさらに備え、
    前記電極端子（６）は前記リードフレーム（３）に電気的に接合されている、
    請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  10. 前記電極端子（６）の先端に外部配線接続用の穴（６ａ）が設けられている、
    請求項９に記載の半導体モジュール。
  11. 前記リードフレーム（３）にヒートパイプが内蔵されている、
    請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  12. 前記リードフレーム（３）から前記電極端子（６）にかけてヒートパイプが内蔵されていて、
    前記電極端子に絶縁部材（８）が配置される、
    請求項９に記載の半導体モジュール。
  13. 前記半導体素子（１）は、ワイドバンドギャップ半導体を含む、
    請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  14. 請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の半導体モジュールを複数備え、
    複数の前記半導体モジュールにおいて、互いに隣接する一方の前記半導体モジュールの前記第１の辺（Ｓ１）と、互いに隣接する他方の前記半導体モジュールの前記第２の辺（Ｓ２）とが対向するように配置され、
    互いに隣接する一方の前記半導体モジュールの前記第１接合構造（１１）と、互いに隣接する他方の前記半導体モジュールの前記第２接合構造（１２）とが電気的に接合されている、
    半導体装置。
  15. 互いに隣接する一方の前記半導体モジュールの前記第１接合構造（１１）と、互いに隣接する他方の前記半導体モジュールの前記第２接合構造（１２）とが、はんだ接合により電気的に接合されている、
    請求項１４に記載の半導体装置。
  16. 互いに隣接する一方の前記半導体モジュールの前記第１接合構造（２１）と、互いに隣接する他方の前記半導体モジュールの前記第２接合構造（２２）とがネジ留めされることにより電気的に接合されている、
    請求項１４に記載の半導体装置。
  17. 互いに隣接する一方の前記半導体モジュールの第１接合構造（３１，４１）と、互いに隣接する他方の前記半導体モジュールの前記第２接合構造（３２，４２）とが嵌合することにより電気的に接合されている、
    請求項１４に記載の半導体装置。
  18. 複数の前記半導体モジュールのそれぞれにおいて、少なくとも前記リードフレーム（３）の前記半導体素子（１）が搭載された側の面および前記半導体素子（１）が樹脂封止されている、
    請求項１４から請求項１７のいずれか一項に記載の半導体装置。
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