半導体モジュール及び押圧力分散部材
【課題】弾性部材の押圧力を、半導体モジュールを構成する各部材により均一に作用させることで、半導体モジュールの動作安定性を向上させる。
【解決手段】ＩＧＢＴ素子２、ＩＧＢＴ素子２の電極層と電気的に接続される電極端子３，４を備えた半導体モジュールにおいて、ＩＧＢＴ素子２と電極端子４との間にばね電極６を設ける。ばね電極６は、導電板部材８を折り返し、導電板部材８を折り返すことで形成される平板部８ａ，８ａ間に、皿ばね５を挟持して構成される。さらに、皿ばね５の押圧力を分散するために、平板部８ａと皿ばね５との間に、それぞれ分散板７，７（押圧力分散部材）を設ける。
【解決手段】ＩＧＢＴ素子２、ＩＧＢＴ素子２の電極層と電気的に接続される電極端子３，４を備えた半導体モジュールにおいて、ＩＧＢＴ素子２と電極端子４との間にばね電極６を設ける。ばね電極６は、導電板部材８を折り返し、導電板部材８を折り返すことで形成される平板部８ａ，８ａ間に、皿ばね５を挟持して構成される。さらに、皿ばね５の押圧力を分散するために、平板部８ａと皿ばね５との間に、それぞれ分散板７，７（押圧力分散部材）を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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及びこの半導体モジュールに備えられる押圧力分散部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用・車両用システムや変電設備、インバータ等電力変換装置といった分野等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、例えば、ＤＢＣ基板上の銅回路箔と電気的に結線される。そして、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）は、銅回路箔とはんだ付けにより接続される。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】
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り、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。このように、半導体素子の動作温度の高温化が進んでおり、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。なお、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には、ＲｏＨＳ（Restriction of Hazardous Substances）に対応するためにはんだの鉛フリー化を行うことや、温度サイクル、パワーサイクル等の信頼性の向上させるために各部材間に働く応力を低減させること等の課題がある。
【０００７】
はんだの鉛フリー化の課題に対して、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。例えば、鉛フリーはんだ材料として、上述のようなＳｎ−Ａｇ系やＳｎ−Ｃｕ系のものが検討されている。
【０００８】
一方、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。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。
【０００９】
この２つの課題を解決する半導体モジュールとして、はんだを用いない半導体モジュール構造、すなわち、平型圧接構造パッケージが提案されている（特許文献１、非特許文献１、２)。
【００１０】
この平型圧接構造パッケージにおいて、一般的に半導体素子（例えば、ＩＧＢＴ、ダイオード等）の端部には、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設けられる。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）上に設けられる。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内に設けられる。平型圧接構造パッケージでは、各部材は圧接により接続されるため、はんだを用いることがなく、さらに、各部材の熱膨張率の違いによる応力を緩和することができる。
【００１１】
このような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。よって、この平型圧接構造パッケージを使用するためには、半導体モジュールの外部から半導体モジュール内に備えられる両端の電極部（コンタクト端子及び外部接続端子）に力を加えて電極部と半導体素子の電極層との圧接を行う必要がある。そこで、一般的に平型の半導体モジュールには、半導体モジュールを圧接するために、ばね等の弾性部材が備えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６３２０２６８号明細書
【特許文献２】特開平９−１３９１４８号公報
【非特許文献】
【００１３】
【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】
【００１４】
この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。つまり、半導体モジュールを構成する各部材の圧接は圧接構造パッケージの上下の電極端子間とを電気的に絶緑し、弾性部材による圧接構造パッケージの圧接力が圧接構造パッケージの電極ポストに均等にかかるようにする必要がある。
【００１５】
そして、この圧接が不良であった場合にはオン抵抗の増加や半導体素子温度の上昇等により半導体素子の破壊の原因となるおそれがある。
【００１６】
そこで、本発明は、半導体モジュールに備えられる弾性部材の押圧力を半導体素子の電極面により均一に作用させることに貢献することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成する本発明の半導体モジュールは、半導体モジュールに備えられる弾性部材の押圧力を分散させる押圧力分散部材を備えたことを特徴としている。また、本発明の押圧力分散部材は、当該押圧力分散部材や弾性部材の位置を、当初備えられた位置を維持するよう位置制御を行うことを特徴としている。
【００１８】
すなわち、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、前記半導体素子の電極層と電気的に接続される電極端子とを備えた半導体モジュールであって、前記半導体素子と前記電極端子間に、導体平板を折り返し、この折り返した導体平板間に弾性部材を設けて構成される電極部材と、前記弾性部材の一端と前記導体平板との間に設けられる第１押圧力分散部材と、前記弾性部材の他端と前記導体平板との間に設けられる第２押圧力分散部材と、を備えたことを特徴としている。
【００１９】
また、上記目的を達成する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、前記第１押圧力分散部材は、前記第２押圧力分散部材に滑合する滑合部を有することを特徴としている。
【００２０】
また、上記目的を達成する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、前記第１押圧力分散部材は、前記第２押圧力分散部材に遊嵌する遊嵌部と、前記第２押圧力分散部材の側面に当接する当接部と、を有することを特徴としている。
【００２１】
また、上記目的を達成する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、前記当接部は、前記弾性部材が弾性変形した時に前記導体平板の側面と当接することを特徴としている。
【００２２】
また、上記目的を達成する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、前記第１押圧力分散部材と前記第２押圧力分散部材とを連結する中間部を有す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、前記第１押圧力分散部材及び前記第２押圧力分散部材に、前記弾性部材が嵌合する嵌合部を形成することを特徴としている。
【００２４】
また、上記目的を達成する本発明の押圧力分散部材は、弾性部材を挟持する１対の押圧力分散部材であって、一方の押圧力分散部材は、他方の押圧力分散部材に滑合する滑合部を有することを特徴としている。
【００２５】
また、上記目的を達成する本発明の押圧力分散部材は、弾性部材を挟持する一対の押圧力分散部材であって、一方の押圧力分散部材は、他方の押圧力分散部材に遊嵌する遊嵌部と、前記他方の押圧力分散部材に当接する当接部と、を有することを特徴としている。
【００２６】
また、上記目的を達成する本発明の押圧力分散部材は、弾性部材を挟持する一対の押圧力分散部材であって、一方の押圧力分散部材と、他方の押圧力分散部材とを連結する中間部を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２７】
以上の発明によれば、半導体モジュールに備えられる弾性部材の押圧力を半導体素子の電極面に対してより均一に作用させることに貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態１に係る半導体モジュールの要部断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る電極部材の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る電極部材の斜視図であり（ａ）電極部材にかかる圧力が弱い場合の状態を示す図、（ｂ）電極部材にかかる圧力が強い場合の状態を示す図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る電極部材の斜視図であり（ａ）電極部材にかかる圧力が弱い場合の状態を示す図、（ｂ）電極部材にかかる圧力が強い場合の状態を示す図である。
【図５】本発明の実施形態４に係る電極部材の側面図であり（ａ）電極部材にかかる圧力が弱い場合の状態を示す図、（ｂ）電極部材にかかる圧力が強い場合の状態を示す図である。
【図６】本発明の実施形態５に係る電極部材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る半導体モジュール及び押圧力分散部材について、図を参照して詳細に説明する。
【００３０】
図１に示すように、本発明の実施形態１に係る半導体モジュール１は、ＩＧＢＴ素子２（半導体素子）、ＩＧＢＴ素子２の電極層と電気的に接続されるコレクタ電極端子３、ＩＧＢＴ素子２の電極層と電気的に接続されるエミッタ電極端子４、及びＩＧＢＴ素子２とエミッタ電極端子４との間に設けられるばね電極６より構成される。
【００３１】
ばね電極６は、導電板部材８を折り返し、導電板部材８を折り返すことで形成される平板部８ａ，８ａ間に皿ばね５を挟持して構成される。さらに、皿ばね５の押圧力を分散させるために、平板部８ａと皿ばね５との間に、それぞれ分散板７，７（押圧力分散部材）が設けられる。
【００３２】
分散板７は、図２に示すように、皿ばね５が弾性変形する方向に一対設けられ、この皿ばね５を挟持した一対の分散板７，７が平板部８ａ，８ａ間に設けられる。分散板７は、平板部８ａと略同じ大きさであり、複数の皿ばね５が１つの分散板７を押圧し、この分散板７が平板部８ａを押圧する。分散板７としては、例えば、ステンレス板、モリブデン（Ｍｏ）板、タングステン（Ｗ）板等、既知の硬い金属からなる板を用いる（他の実施形態に係る分散板も同様である）。
【００３３】
導電板部材８は、銅、アルミニウム等の導電材料より構成される。この導電板部材８の折返し部分８ｂはＵ字状に折り返す形態の他に、導電板部材８の両端を折り返す形態等、皿ばね５及び分散板７を挟持できる形態であればどのように折り返してもよい。
【００３４】
ＩＧＢＴ素子２は、図１に示すように、コレクタ（カソード）電極端子３上にモリブデン製コンタクト電極９を介して設けられる。ＩＧＢＴ素子２には、図示省略するが、上面にエミッタ、ゲート（制御電極）が形成され、底面にコレクタが形成されている。つまり、コレクタ電極端子３は、コンタクト電極９を介してＩＧＢＴ素子２のコレクタと電気的に接続される。なお、実施形態の説明では、便宜上、上面及び底面とするが、上下方向は、本発明をなんら限定するものではない。また、ゲート（制御電極）と制御回路との接続については、従来の接続方法を用いればよいので図示省略する。
【００３５】
コレクタ電極端子３（及び、エミッタ電極端子４）は、周知の電極材料からなる電極端子を用いることができる。例えば、半導体モジュール１（ＩＧＢＴ素子２）の放熱性を向上させるために、コレクタ電極端子３（及び、エミッタ電極端子４）の材料に銅等の熱伝導性の良い金属を用いる。
【００３６】
コンタクト電極９（及び、後述のコンタクト電極１０）は、半導体モジュールに用いられるコンタクト電極を適宜選択して用いる。例えば、コンタクト電極９（コンタクト電極１０）の材料にＩＧＢＴ素子２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（例えば、ＭｏやＷ、その他化合物等）を用いると、コンタクト電極９（コンタクト電極１０）がＩＧＢＴ素子２とコレクタ電極端子３（ばね電極６）との熱応力の緩衝板として作用し、半導体モジュール１の温度サイクルに対する信頼性を向上させることができる。
【００３７】
ＩＧＢＴ素子２のエミッタには、コンタクト電極１０、ばね電極６を介してエミッタ電極端子４が設けられる。すなわち、エミッタ電極端子４は、コンタクト電極１０、ばね電極６を介してＩＧＢＴ素子２のエミッタと電気的に接続される。
【００３８】
さらに、コレクタ電極端子３とエミッタ電極端子４をＩＧＢＴ素子２方向に押圧するように、コレクタ電極端子３とエミッタ電極端子４のそれぞれに絶縁板１３、１３を介して冷却板１１、１２が設けられる。この冷却板１１、１２は、コレクタ電極端子３とエミッタ電極端子４をＩＧＢＴ素子２方向に押圧した状態で固定される。
【００３９】
冷却板１１、１２は、銅、アルミニウム等の金属板や熱伝導性の高いセラミックス板が用いられる。この冷却板１１、１２にヒートシンクを接続したり、冷却板１１、１２に直接冷却媒体（気体または液体）を接触させたりすることで半導体モジュール１を冷却する。この冷却板１１、１２を半導体モジュール１の筺体として用いることができるが、さらに図示省略の筺体に冷却板１１、１２に挟持されたＩＧＢＴ素子２を収納してもよい。また、絶縁板１３、１３を備えず、冷却板１１、１２を半導体モジュール１の外部回路と接続される外部接続用電極として用いることも可能である。
【００４０】
上記構成からなる半導体モジュール１は、コレクタ電極端子３とエミッタ電極端子４をＩＧＢＴ素子２方向に押圧するように冷却板１１、１２が設けられるので、ばね電極６の皿ばね５に弾性エネルギーが蓄積される。ばね電極６は、皿ばね５の弾性力により、エミッタ電極端子４と絶縁板１３とを冷却板１２方向に押圧し、コンタクト電極１０をＩＧＢＴ素子２（ＩＧＢＴ素子２のエミッタ）方向に押圧する。また、ばね電極６の押圧により、コレクタ電極端子３及び絶縁板１３は冷却板１１方向に押圧され、この押圧する力の反力によりコレクタ電極端子３がコンタクト電極９をＩＧＢＴ素子２（ＩＧＢＴ素子２のコレクタ）方向に押圧する。このように、半導体モジュール１内部で各部材を押圧する力のバランスが保たれ、各部材間に適当な圧接力が働く。
【００４１】
そして、皿ばね５と平板部８ａとの間に分散板７を設けることで、皿ばね５の押圧力が平板部８ａにより均等にかかるようになる。つまり、皿ばね５と接触する箇所は接触面積が減少するため、皿ばね５と接触している部分の押圧力が強くなり、皿ばね５と接触している部分に凹みが発生する場合がある。凹みが生じると、皿ばね５による押圧が相殺されてしまう。半導体モジュール１は、皿ばね５の両端に分散板７を設けることで、分散板７と皿ばね５との接触部で皿ばね５の弾性力が集中しても、分散板７が変形せず、皿ばね５の弾性力を損なうことなく、均等に平板部８ａに作用させることができる。
【００４２】
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、皿ばね５の両端に分散板７を設けることで、皿ばね５の弾性力が導電板部材８（平板部８ａ）の一部に集中せず、ばね電極６とエミッタ電極端子４（またはコンタクト電極１０）との接続面で押圧する力がより均一になる。
【００４３】
また、半導体モジュール１にばね電極６を備えるだけで、半導体素子の電極面等、半導体モジュール１に備えられる各部材に適切な圧接力を加えることができる。その結果、半導体モジュール１の組立て作業が容易になり、不適切な組立てによる半導体モジュール１の性能低下や半導体素子２の破壊の発生を防止することができる。さらに、半導体モジュール１を構成する各部材が圧接により接続されるため、はんだフリーな半導体モジュール１を得ることができる。
【００４４】
また、半導体モジュール１の保管または動作時において、半導体モジュール１の温度が低下または上昇した場合、内部部品の熱収縮や熱膨張による各部材間距離の変動幅を皿ばね５（ばね電極６）の形状変化によって緩和することができ、各部材間に働く圧接力を所定の圧接力に維持することができる。すなわち、ＩＧＢＴ素子２と各電極端子３、４との電気的な接続が良好に保たれることで半導体モジュール１の動作安定性が向上し、各電極端子３、４と冷却部材１１、１２との密着性が確保され、半導体モジュール１の放熱性が向上する。
【００４５】
そして、導電板部材８が皿ばね５を包むようにばね電極６を形成しているので、この導電板部材８が熱拡散板として作用し、半導体モジュール１の放熱性が向上する。
【００４６】
（実施形態２）
本発明の実施形態２に係る半導体モジュール及び押圧力分散部材について、図３を参照して詳細に説明する。実施形態２に係る半導体モジュールは、半導体モジュールに備えられる分散板１５，１６（押圧力分散部材）の形状が、実施形態１に係る分散板７と異なること以外は、図１を例示して説明した実施形態１に係る半導体モジュール１と同じである。よって、実施形態の説明では、分散板１５，１６（及び、ばね電極１４）について詳細に説明し、実施形態１と同様の構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する（実施形態３〜５についても同様である）。
【００４７】
図３（ａ）に示すように、本発明の実施形態２に係るばね電極１４は、導電板部材８を折り返し、導電板部材８を折り返すことで形成される平板部８ａ，８ａ間に皿ばね５を挟持して構成される。さらに、この平板部８ａと皿ばね５との間にそれぞれ分散板１５，１６（押圧力分散部材）が設けられる。すなわち、分散板１５，１６は、皿ばね５が弾性変形する方向に一対設けられ、この皿ばね５を挟持した一対の分散板１５，１６が平板部８ａ，８ａ間に設けられる。
【００４８】
皿ばね５の一端に設けられる分散板１５は、皿ばね５または平板部８ａと接触する中央部１５ａと中央部１５ａの側端に形成された一対の側部１５ｂ，１５ｂより構成される。側部１５ｂは、中央部１５ａと一体に形成され、側部１５ｂの厚さは中央部１５ａの厚さより薄く形成される。そして、側部１５ｂを皿ばね５方向に折り曲げることで、皿ばね５の他端に設けられる分散板１６が滑合する滑合部が形成される。
【００４９】
そして、分散板１５の滑合部が分散板１６に滑合した状態で、分散板１５と分散板１６との間に皿ばね５が設けられる。すなわち、分散板１５と分散板１６との間に皿ばね５が設けられるとともに、分散板１５の側部１５ｂ，１５ｂ間に分散板１６が設けられる。
【００５０】
上記構成からなる本発明の実施形態２に係る分散板１５，１６は、分散板１５の滑合部に分散板１６が滑合することで、分散板１５と分散板１６との相対的な位置関係が所定の位置に維持される。さらに、分散板１５と分散板１６との相対的な位置関係が所定の位置に維持されることで、分散板１５と分散板１６との間に設けられる皿ばね５に圧接方向と垂直方向の力が作用することが抑制され、皿ばね５の位置ずれが防止される。なお、側部１５ｂの内周面が皿ばね５の変位に伴い分散板１６の側面と滑動するので、側部１５ｂと分散板１６の側面との接触により皿ばね５の変位が妨げられることはない。
【００５１】
図３（ｂ）に示すように、平板部８ａ，８ａの間隔を狭めるような力がばね電極１４に作用した場合、側部１５ｂがさらに平板部８ａの側面と摺動するように側部１５ｂの長さを設定すると、皿ばね５の変位により、分散板１５と平板部８ａとの相対位置を当初備えられた位置を維持するよう制御することができる。また、分散板１５と平板部８ａの相対な位置にずれが生じていても、側部１５ｂが平板部８ａの側面に沿って摺動することで、分散板１５と平板部８ａとの相対位置を補正することができる。なお、分散板１６と平板部８ａとの境界で、側部１５ｂの移動が妨げられないように、側部１５ｂの端部をテーパ状（側部１５ｂの先端ほど、分散板１６の側面からの距離が広がるよう）に形成してもよい。
【００５２】
なお、滑合部を形成する時に、中央部１５ａと側部１５ｂとの間に間隙１５ｃを形成すると、側部１５ｂの分散板１６と接する面の法線方向の可撓性が向上する。よって、半導体モジュールを構成する各部材の熱膨張率により、側部１５ｂ，１５ｂとの間隔と分散板１６の幅とに差が生じた場合においても、側部１５ｂが皿ばね５の変位を妨げない。
【００５３】
以上のように、本発明の実施形態２に係る分散板１５，１６によれば、分散板１５と分散板１６との相対的な位置を、当初備えられた位置を維持するよう制御することができる。よって、分散板１５，１６や皿ばね５の位置ずれの発生を抑制し、皿ばね５による圧接力を半導体モジュールを構成する各部材に適切に作用させることができる。
【００５４】
よって、図１に示した半導体モジュール１において、ばね電極６の代わりに本発明の実施形態２に係るばね電極１４を設ける半導体モジュールは、ばね電極１４に備えられる皿ばね５（及び、分散板１５，１６）の位置ずれを防止することができる。その結果、実施形態１に係る半導体モジュール１の奏する効果に加えて、より均一な圧接力を半導体モジュールを構成する各部材（半導体素子の電極層等）に加えることができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、分散板１５に滑合部を形成した形態であるが、分散板１６に滑合部を形成し、この滑合部に分散板１５を滑合させる形態としてもよい。
【００５６】
（実施形態３）
本発明の実施形態３に係る半導体モジュール及び押圧力分散部材について、図４を参照して詳細に説明する。実施形態３に係る半導体モジュールは、半導体モジュールに備えられる分散板１８，１９（押圧力分散部材）の形状が、実施形態１に係る分散板７と異なること以外は、図１を例示して説明した実施形態１に係る半導体モジュール１と同じである。よって、実施形態の説明では分散板１８，１９が備えられるばね電極１７について詳細に説明する。
【００５７】
図４（ａ）に示すように、本発明の実施形態３に係るばね電極１７は、導電板部材８を折り返し、導電板部材８を折り返すことで形成される平板部８ａ，８ａ間に皿ばね５を挟持して構成される。さらに、この平板部８ａと皿ばね５との間にそれぞれ分散板１８，１９が設けられる。すなわち、分散板１８，１９は、皿ばね５が弾性変形する方向に一対設けられ、この皿ばね５を挟持した一対の分散板１８，１９が平板部８ａ，８ａ間に設けられる。
【００５８】
皿ばね５の一端に設けられる分散板１８は、皿ばね５または平板部８ａと接触する中央部１８ａと中央部１８ａの側端に形成された１対の側部１８ｂ，１８ｂより構成される。側部１８ｂは、中央部１８ａと一体に形成され、側部１８ｂの厚さは中央部１８ａの厚さより薄く形成される。そして、側部１８ｂを皿ばね５方向に折り曲げることで、皿ばね５の他端に設けられる分散板１９が遊嵌する遊嵌部が形成される。すなわち、折り曲げられた側部１８ｂ，１８ｂ間の距離が分散板１９の幅よりも広くなるように側部１８ｂ，１８ｂが折り返される。さらに、側部１８ｂは、分散板１９方向に凸となるように山折りされ、当接部１８ｃが形成される。このように当接部１８ｃを形成すると、側部１８ｂに斜面１８ｄ，１８ｅが形成される。
【００５９】
そして、分散板１８の当接部１８ｃが分散板１９の側面を摺動するように、分散板１８の遊嵌部に分散板１９が遊嵌され、さらに、分散板１８と分散板１９との間に皿ばね５が設けられる。すなわち、分散板１８と分散板１９との間に皿ばね５が設けられるとともに、分散板１８の側部１８ｂ，１８ｂ間に分散板１９が設けられる。
【００６０】
図４（ｂ）に示すように、平板部８ａ，８ａの間隔を狭めるような力が作用した場合、当接部１８ｃが平板部８ａの側面を摺動するように当接部１８ｃを形成する位置が設定される。
【００６１】
上記構成からなる本発明の実施形態３に係る分散板１８，１９によれば、皿ばね５の変位に伴って当接部１８ｃが分散板１９の側面を摺動することで、分散板１８と分散板１９との相対的な位置を所定の状態に維持することができる。また、皿ばね５の変位に伴い当接部１８ｃが平板部８ａの側面を摺動することで、分散板１８と平板部８ａの相対的な位置が、当初備えられた位置を維持するよう制御することができる。
【００６２】
さらに、当接部１８ｃは、皿ばね５方向に折り曲げられた側部１８ｂを、さらに分散板１９方向に凸となるよう山折りして形成されているので、当接部１８ｃと分散板１９（または、平板部８ａ）の側面との接触面積が小さく、当接部１８ｃと分散板１９（または、平板部８ａ）の摺動により皿ばね５の変位が妨げられない。
【００６３】
もし、分散板１８と平板部８ａとの相対位置にずれが生じた場合、当接部１８ｃが皿ばね５の変位に伴って移動することで平板部８ａが所定の状態に補正される。このとき、斜面１８ｅにより、平板部８ａが所定の位置となるように誘導される。同様に、分散板１８と分散板１９との相対位置にずれが生じた場合、斜面１８ｄにより分散板１９が所定の位置となるように誘導される。
【００６４】
以上のように、本発明の実施形態３に係る分散板１８，１９によれば、分散板１８と分散板１９（及び、平板部８ａ）との相対的な位置が、当初備えられた位置を維持するように制御することができる。よって、本発明の実施形態２と同様に、分散板１８，１９や皿ばね５の位置ずれの発生を抑制し、皿ばね５による圧接力を半導体モジュールを構成する各部材（半導体素子の電極層等）に適切に作用させることができる。
【００６５】
よって、図１に示した半導体モジュール１において、ばね電極６の代わりに本発明の実施形態３に係るばね電極１７を備えた半導体モジュールは、ばね電極１７に備えられる皿ばね５（及び、分散板１８，１９）の位置ずれを防止することができる。その結果、実施形態１に係る半導体モジュール１の奏する効果に加えて、より均一な圧接力を半導体モジュールを構成する各部材に作用させることができる。
【００６６】
なお、本実施形態では、分散板１８に遊嵌部及び当接部１８ｃを形成した形態であるが、分散板１９に遊嵌部及び当接部を形成する形態としても同様の効果を得ることができる。
【００６７】
また、分散板１８の側部１８ｂに皿ばね５の変位方向に当接部を複数形成し、個々の当接部が分散板１９の側面や平板部８ａの側面に当接する形態とすると、皿ばね５の変位にかかわらず分散板１８、分散板１９、平板部８ａの相対的な位置が所定の位置となるように維持することができる。
【００６８】
（実施形態４）
本発明の実施形態４に係る半導体モジュール及び押圧力分散部材について、図５を参照して詳細に説明する。実施形態４に係る半導体モジュールは、半導体モジュールに備えられる分散板２１，２２（押圧力分散部材）の形状が、実施形態１に係る分散板７と異なること以外は、図１を例示して説明した実施形態１に係る半導体モジュール１と同じである。よって、実施形態の説明では、分散板２１，２２が備えられるばね電極２０について詳細に説明する。
【００６９】
図５（ａ）に示すように、本発明の実施形態４に係るばね電極２０は、導電板部材８を折り返し、導電板部材８を折り返すことで形成される平板部８ａ，８ａ間に皿ばね５を挟持して構成される。さらに、この平板部８ａと皿ばね５との間にそれぞれ分散板２１，２２が設けられる。すなわち、分散板２１，２２は、皿ばね５が弾性変形する方向に一対設けられ、この皿ばね５を挟持した一対の分散板２１，２２が平板部８ａ，８ａ間に設けられる。
【００７０】
分散板２１と分散板２２は、中間部２３を介して接続されている。この分散板２１、中間部２３、及び分散板２２は、一体に形成され、さらに中間部２３の厚さは、分散板２１（分散板２２）の厚さより薄く形成される。そして、この中間部２３を折り返し、分散板２１と分散板２２間に皿ばね５を設ける。
【００７１】
以上のように、本発明の実施形態４に係る分散板２１，２２は、分散板２１と分散板２２とが中間部２３を介して一体に形成されているので、分散板２１と分散板２２の相対的な位置が予め固定されている。そして、分散板２１，２２の位置ずれが防止されているので、皿ばね５の圧接方向と垂直方向の力が皿ばね５に作用することを抑制し、皿ばね５の位置ずれを防止することができる。その結果、皿ばね５による圧接力を半導体モジュールを構成する各部材（半導体素子の電極層等）に適切に作用させることができる。
【００７２】
図５（ｂ）に示すように、中間部２３の厚さが分散板２１，２２の厚さより薄く形成されているので、平板部８ａ，８ａの間隔を狭めるような力が作用した場合、中間部２３が撓み、皿ばね５の変位が妨げられない。
【００７３】
よって、図１に示した半導体モジュール１において、ばね電極６の代わりに本発明の実施形態４に係るばね電極２０を備えた半導体モジュールは、ばね電極２０に備えられる分散板２１，２２（及び、皿ばね５）の位置ずれを防止することができる。その結果、実施形態１に係る半導体モジュール１の効果に加えて、より均一な圧接力を半導体モジュールを構成する各部材に加えることができる。
【００７４】
なお、本実施形態では、分散板２１と分散板２２とを接続する中間部２３を一体に形成した形態であるが、分散板２１と分散板２２を接続することができるものであれば、中間部２３の形状や材質等は特に限定されるものではない。また、中間部２３を形成する箇所も分散板２１と分散板２２の側面を接続する形態であれば特に限定されるものではなく、実施形態４で説明した半導体モジュールと同様の作用効果を得ることができる。
【００７５】
（実施形態５）
本発明の実施形態５に係る半導体モジュール及び押圧力分散部材について、図６を参照して詳細に説明する。実施形態５に係る半導体モジュールは、半導体モジュールに備えられる分散板２５，２６（押圧力分散部材）の形状が、実施形態１に係る分散板７と異なること以外は、図１を例示して説明した実施形態１に係る半導体モジュール１と同様である。よって、分散板２５，２６が備えられるばね電極２４について詳細に説明する。
【００７６】
図６に示すように、本発明の実施形態５に係るばね電極２４は、導電板部材８を折り返し、導電板部材８を折り返すことで形成される平板部８ａ，８ａ間に皿ばね５を挟持して構成される。さらに、この導電板部材８と皿ばね５との間にそれぞれ分散板２５，２６が設けられる。すなわち、分散板２５，２６は、皿ばね５が弾性変形する方向に一対設けられ、この皿ばね５を挟持した一対の分散板２５，２６が平板部８ａ，８ａ間に設けられる。
【００７７】
分散板２６は、分散板２６の皿ばね５と接する面に皿ばね５が嵌合する嵌合溝２６ａが形成される。そして、嵌合溝２６ａに皿ばね５を設けることで、皿ばね５が分散板２６に固定される。同様に、分散板２５の皿ばね５と接する面に皿ばね５が嵌合する嵌合溝２５ａを形成し、この嵌合溝２５ａに皿ばね５を設けると、皿ばね５により分散板２５と分散板２６の相対的な位置が所定の位置となるように制御できる。嵌合溝２５ａ，２６ａの幅及び形状は、皿ばね５の弾性変形を妨げない幅及び形状とする。
【００７８】
以上のように、本発明の実施形態５に係る分散板２５，２６によれば、分散板２６に皿ばね５が固定されるので皿ばね５の位置ずれを防止することができる。また、皿ばね５を基準として分散板２５と分散板２６との相対位置が所定の位置となるように維持することができる。その結果、皿ばね５による圧接力を半導体モジュールを構成する各部材（半導体素子等）に適切に作用させることができる。
【００７９】
よって、図１に示した半導体モジュール１において、ばね電極６の代わりに本発明の実施形態５に係るばね電極２４を備えた半導体モジュールは、ばね電極２４に備えられる皿ばね５（及び、分散板２５，２６）の位置ずれを防止することができる。その結果、実施形態１に係る半導体モジュール１の効果に加えて、より均一な圧接力を半導体モジュールを構成する各部材に加えることができる。
【００８０】
なお、実施形態５に係る分散板２５，２６を実施形態２〜４に記載の分散板と組み合わせることで、皿ばね５や分散板のずれの防止をさらに確実なものとすることができる。
【００８１】
以上のように、本発明の半導体モジュールによれば、半導体モジュールに備えられる弾性部材の両端に押圧力分散部材を設けることで、弾性部材の押圧力を半導体素子により均一に作用させることができる。
【００８２】
また、本発明の押圧力分散部材は、押圧力分散部材や弾性部材の位置を、当初備えられた位置を維持するよう制御することができるので、半導体モジュールを構成する各部材に作用する圧接力をより均一にすることができる。
【００８３】
なお、実施形態のように、導電板部材に弾性部材で包んで電極部材を構成した場合、半導体素子で発生した熱が導電板部材において拡散するので、半導体モジュールの放熱性が向上する。よって、ＳｉＣ、ＧａＮなどの高温で使用可能な半導体素子の性能を生かす半導体モジュールにおいて、温度サイクル、パワーサイクル等の信頼性を向上させることができる。
【００８４】
しかしながら、導電板部材を折り返すと、導電板部材を折り返すことで形成される折返し部と、導電板部材を折り返すことで形成される開口部とでは、同じ力に対する抗力が異なる場合がある。このような折返し部と開口部との抗力の違いは、弾性部材や押圧力分散部材の位置ずれの原因となる場合がある。
【００８５】
そして、半導体素子等の各部材を圧接により接続する半導体モジュールでは、振動や弾性部材の変位等の影響により、押圧力分散部材や弾性部材の位置が所定の位置からずれてしまうと、半導体モジュールを構成する各部材に作用する弾性部材の圧接力にばらつきが生じるおそれがある。
【００８６】
そこで、本発明の押圧力分散部材を備えた半導体モジュールは、押圧力分散部材や弾性部材が所定の位置となるように制御し、万が一押圧力分散部材や弾性部材が所定の位置からずれた場合でも、所定の位置となるように補正することができる。
【００８７】
よって、本発明の押圧力分散部材を備えた半導体モジュールは、押圧力分散部材や弾性部材が所定の位置となるように維持することで、半導体モジュールを構成する各部材に作用する圧接力をより均一にすることができる。
【００８８】
その結果、電極部材の弾性力により半導体モジュールに備えられる各部材を圧接する半導体モジュールの温度サイクル、パワーサイクル等の信頼性が向上する。つまり、はんだ接合あるいはワイヤーボンドを用いず、かつ使い勝手の良い絶縁形パワー半導体モジュールを得ることができ、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ことができる。
【００８９】
なお、本発明の半導体モジュール及び押圧力分散部材は、上述した実施形態１〜５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り、そのように変更された形態も本発明に係る半導体モジュール及び押圧力分散部材である。
【００９０】
例えば、実施形態ではＩＧＢＴ素子を備えた平型圧接構造の半導体モジュールを例示して説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、圧接により半導体素子の電極層と外部（若しくは、内部の別の回路）に接続するための電極端子とを電気的に接続する半導体モジュールに適用可能である。
【００９１】
また、半導体モジュールに備えられる半導体素子は、ＩＧＢＴ素子に限定されるものでなく、サイリスタ（ＧＴＯサイリスタ等）、トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ等）、ＦＷＤ素子等の半導体素子を適宜選択して用いることができる。
【００９２】
また、本発明の実施形態では、電極部材に設けられた弾性部材の弾性力を分散させる押圧力分散部材を例示して説明したが、弾性部材は、弾性部材の押圧力を分散させる作用を奏する場所であれば設置場所は特に限定しない。
【００９３】
また、弾性部材は、皿ばね５に限定されるものではなく、波板ばね、凸ばね、メッシュばね等を用いることができる。また、皿ばね５の数も特に限定されるものではなく、半導体モジュールを構成する各部材に作用させる圧接力に応じて、皿ばね５の数が設定される。
【００９４】
また、それぞれの皿ばね５に対して押圧分散板を設ける形態としてもよいが、それぞれの皿ばね５に対して一つの分散板を設けることで、それぞれの皿ばね５の特性や皿ばね５の設けられる位置の違いによる弾性力の差異にかかわらず、分散板が導電板部材８をより均等に押圧することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１…半導体モジュール
２…半導体素子
３…コレクタ電極端子（電極端子）
４…エミッタ電極端子（電極端子）
５…皿ばね（弾性部材）
６，１４，１７，２０，２４…ばね電極（電極部材）
７，１５，１６，１８，１９，２１，２２，２５，２６…分散板（押圧力分散部材）
８…導電板部材（導体平板）
８ａ…平板部
８ｂ…折返し部
１５ａ，１８ａ…中央部
１５ｂ，１８ｂ…側部
１８ｃ…当接部
２３…中間部
２５ａ，２６ａ…嵌合溝
【技術分野】
【０００１】
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及びこの半導体モジュールに備えられる押圧力分散部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業用・車両用システムや変電設備、インバータ等電力変換装置といった分野等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、例えば、ＤＢＣ基板上の銅回路箔と電気的に結線される。そして、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）は、銅回路箔とはんだ付けにより接続される。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】
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り、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。このように、半導体素子の動作温度の高温化が進んでおり、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。なお、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には、ＲｏＨＳ（Restriction of Hazardous Substances）に対応するためにはんだの鉛フリー化を行うことや、温度サイクル、パワーサイクル等の信頼性の向上させるために各部材間に働く応力を低減させること等の課題がある。
【０００７】
はんだの鉛フリー化の課題に対して、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。例えば、鉛フリーはんだ材料として、上述のようなＳｎ−Ａｇ系やＳｎ−Ｃｕ系のものが検討されている。
【０００８】
一方、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。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。
【０００９】
この２つの課題を解決する半導体モジュールとして、はんだを用いない半導体モジュール構造、すなわち、平型圧接構造パッケージが提案されている（特許文献１、非特許文献１、２)。
【００１０】
この平型圧接構造パッケージにおいて、一般的に半導体素子（例えば、ＩＧＢＴ、ダイオード等）の端部には、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設けられる。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）上に設けられる。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内に設けられる。平型圧接構造パッケージでは、各部材は圧接により接続されるため、はんだを用いることがなく、さらに、各部材の熱膨張率の違いによる応力を緩和することができる。
【００１１】
このような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。よって、この平型圧接構造パッケージを使用するためには、半導体モジュールの外部から半導体モジュール内に備えられる両端の電極部（コンタクト端子及び外部接続端子）に力を加えて電極部と半導体素子の電極層との圧接を行う必要がある。そこで、一般的に平型の半導体モジュールには、半導体モジュールを圧接するために、ばね等の弾性部材が備えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６３２０２６８号明細書
【特許文献２】特開平９−１３９１４８号公報
【非特許文献】
【００１３】
【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】
【００１４】
この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。つまり、半導体モジュールを構成する各部材の圧接は圧接構造パッケージの上下の電極端子間とを電気的に絶緑し、弾性部材による圧接構造パッケージの圧接力が圧接構造パッケージの電極ポストに均等にかかるようにする必要がある。
【００１５】
そして、この圧接が不良であった場合にはオン抵抗の増加や半導体素子温度の上昇等により半導体素子の破壊の原因となるおそれがある。
【００１６】
そこで、本発明は、半導体モジュールに備えられる弾性部材の押圧力を半導体素子の電極面により均一に作用させることに貢献することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成する本発明の半導体モジュールは、半導体モジュールに備えられる弾性部材の押圧力を分散させる押圧力分散部材を備えたことを特徴としている。また、本発明の押圧力分散部材は、当該押圧力分散部材や弾性部材の位置を、当初備えられた位置を維持するよう位置制御を行うことを特徴としている。
【００１８】
すなわち、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、前記半導体素子の電極層と電気的に接続される電極端子とを備えた半導体モジュールであって、前記半導体素子と前記電極端子間に、導体平板を折り返し、この折り返した導体平板間に弾性部材を設けて構成される電極部材と、前記弾性部材の一端と前記導体平板との間に設けられる第１押圧力分散部材と、前記弾性部材の他端と前記導体平板との間に設けられる第２押圧力分散部材と、を備えたことを特徴としている。
【００１９】
また、上記目的を達成する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、前記第１押圧力分散部材は、前記第２押圧力分散部材に滑合する滑合部を有することを特徴としている。
【００２０】
また、上記目的を達成する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、前記第１押圧力分散部材は、前記第２押圧力分散部材に遊嵌する遊嵌部と、前記第２押圧力分散部材の側面に当接する当接部と、を有することを特徴としている。
【００２１】
また、上記目的を達成する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、前記当接部は、前記弾性部材が弾性変形した時に前記導体平板の側面と当接することを特徴としている。
【００２２】
また、上記目的を達成する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、前記第１押圧力分散部材と前記第２押圧力分散部材とを連結する中間部を有す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、前記第１押圧力分散部材及び前記第２押圧力分散部材に、前記弾性部材が嵌合する嵌合部を形成することを特徴としている。
【００２４】
また、上記目的を達成する本発明の押圧力分散部材は、弾性部材を挟持する１対の押圧力分散部材であって、一方の押圧力分散部材は、他方の押圧力分散部材に滑合する滑合部を有することを特徴としている。
【００２５】
また、上記目的を達成する本発明の押圧力分散部材は、弾性部材を挟持する一対の押圧力分散部材であって、一方の押圧力分散部材は、他方の押圧力分散部材に遊嵌する遊嵌部と、前記他方の押圧力分散部材に当接する当接部と、を有することを特徴としている。
【００２６】
また、上記目的を達成する本発明の押圧力分散部材は、弾性部材を挟持する一対の押圧力分散部材であって、一方の押圧力分散部材と、他方の押圧力分散部材とを連結する中間部を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２７】
以上の発明によれば、半導体モジュールに備えられる弾性部材の押圧力を半導体素子の電極面に対してより均一に作用させることに貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態１に係る半導体モジュールの要部断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る電極部材の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態２に係る電極部材の斜視図であり（ａ）電極部材にかかる圧力が弱い場合の状態を示す図、（ｂ）電極部材にかかる圧力が強い場合の状態を示す図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る電極部材の斜視図であり（ａ）電極部材にかかる圧力が弱い場合の状態を示す図、（ｂ）電極部材にかかる圧力が強い場合の状態を示す図である。
【図５】本発明の実施形態４に係る電極部材の側面図であり（ａ）電極部材にかかる圧力が弱い場合の状態を示す図、（ｂ）電極部材にかかる圧力が強い場合の状態を示す図である。
【図６】本発明の実施形態５に係る電極部材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る半導体モジュール及び押圧力分散部材について、図を参照して詳細に説明する。
【００３０】
図１に示すように、本発明の実施形態１に係る半導体モジュール１は、ＩＧＢＴ素子２（半導体素子）、ＩＧＢＴ素子２の電極層と電気的に接続されるコレクタ電極端子３、ＩＧＢＴ素子２の電極層と電気的に接続されるエミッタ電極端子４、及びＩＧＢＴ素子２とエミッタ電極端子４との間に設けられるばね電極６より構成される。
【００３１】
ばね電極６は、導電板部材８を折り返し、導電板部材８を折り返すことで形成される平板部８ａ，８ａ間に皿ばね５を挟持して構成される。さらに、皿ばね５の押圧力を分散させるために、平板部８ａと皿ばね５との間に、それぞれ分散板７，７（押圧力分散部材）が設けられる。
【００３２】
分散板７は、図２に示すように、皿ばね５が弾性変形する方向に一対設けられ、この皿ばね５を挟持した一対の分散板７，７が平板部８ａ，８ａ間に設けられる。分散板７は、平板部８ａと略同じ大きさであり、複数の皿ばね５が１つの分散板７を押圧し、この分散板７が平板部８ａを押圧する。分散板７としては、例えば、ステンレス板、モリブデン（Ｍｏ）板、タングステン（Ｗ）板等、既知の硬い金属からなる板を用いる（他の実施形態に係る分散板も同様である）。
【００３３】
導電板部材８は、銅、アルミニウム等の導電材料より構成される。この導電板部材８の折返し部分８ｂはＵ字状に折り返す形態の他に、導電板部材８の両端を折り返す形態等、皿ばね５及び分散板７を挟持できる形態であればどのように折り返してもよい。
【００３４】
ＩＧＢＴ素子２は、図１に示すように、コレクタ（カソード）電極端子３上にモリブデン製コンタクト電極９を介して設けられる。ＩＧＢＴ素子２には、図示省略するが、上面にエミッタ、ゲート（制御電極）が形成され、底面にコレクタが形成されている。つまり、コレクタ電極端子３は、コンタクト電極９を介してＩＧＢＴ素子２のコレクタと電気的に接続される。なお、実施形態の説明では、便宜上、上面及び底面とするが、上下方向は、本発明をなんら限定するものではない。また、ゲート（制御電極）と制御回路との接続については、従来の接続方法を用いればよいので図示省略する。
【００３５】
コレクタ電極端子３（及び、エミッタ電極端子４）は、周知の電極材料からなる電極端子を用いることができる。例えば、半導体モジュール１（ＩＧＢＴ素子２）の放熱性を向上させるために、コレクタ電極端子３（及び、エミッタ電極端子４）の材料に銅等の熱伝導性の良い金属を用いる。
【００３６】
コンタクト電極９（及び、後述のコンタクト電極１０）は、半導体モジュールに用いられるコンタクト電極を適宜選択して用いる。例えば、コンタクト電極９（コンタクト電極１０）の材料にＩＧＢＴ素子２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（例えば、ＭｏやＷ、その他化合物等）を用いると、コンタクト電極９（コンタクト電極１０）がＩＧＢＴ素子２とコレクタ電極端子３（ばね電極６）との熱応力の緩衝板として作用し、半導体モジュール１の温度サイクルに対する信頼性を向上させることができる。
【００３７】
ＩＧＢＴ素子２のエミッタには、コンタクト電極１０、ばね電極６を介してエミッタ電極端子４が設けられる。すなわち、エミッタ電極端子４は、コンタクト電極１０、ばね電極６を介してＩＧＢＴ素子２のエミッタと電気的に接続される。
【００３８】
さらに、コレクタ電極端子３とエミッタ電極端子４をＩＧＢＴ素子２方向に押圧するように、コレクタ電極端子３とエミッタ電極端子４のそれぞれに絶縁板１３、１３を介して冷却板１１、１２が設けられる。この冷却板１１、１２は、コレクタ電極端子３とエミッタ電極端子４をＩＧＢＴ素子２方向に押圧した状態で固定される。
【００３９】
冷却板１１、１２は、銅、アルミニウム等の金属板や熱伝導性の高いセラミックス板が用いられる。この冷却板１１、１２にヒートシンクを接続したり、冷却板１１、１２に直接冷却媒体（気体または液体）を接触させたりすることで半導体モジュール１を冷却する。この冷却板１１、１２を半導体モジュール１の筺体として用いることができるが、さらに図示省略の筺体に冷却板１１、１２に挟持されたＩＧＢＴ素子２を収納してもよい。また、絶縁板１３、１３を備えず、冷却板１１、１２を半導体モジュール１の外部回路と接続される外部接続用電極として用いることも可能である。
【００４０】
上記構成からなる半導体モジュール１は、コレクタ電極端子３とエミッタ電極端子４をＩＧＢＴ素子２方向に押圧するように冷却板１１、１２が設けられるので、ばね電極６の皿ばね５に弾性エネルギーが蓄積される。ばね電極６は、皿ばね５の弾性力により、エミッタ電極端子４と絶縁板１３とを冷却板１２方向に押圧し、コンタクト電極１０をＩＧＢＴ素子２（ＩＧＢＴ素子２のエミッタ）方向に押圧する。また、ばね電極６の押圧により、コレクタ電極端子３及び絶縁板１３は冷却板１１方向に押圧され、この押圧する力の反力によりコレクタ電極端子３がコンタクト電極９をＩＧＢＴ素子２（ＩＧＢＴ素子２のコレクタ）方向に押圧する。このように、半導体モジュール１内部で各部材を押圧する力のバランスが保たれ、各部材間に適当な圧接力が働く。
【００４１】
そして、皿ばね５と平板部８ａとの間に分散板７を設けることで、皿ばね５の押圧力が平板部８ａにより均等にかかるようになる。つまり、皿ばね５と接触する箇所は接触面積が減少するため、皿ばね５と接触している部分の押圧力が強くなり、皿ばね５と接触している部分に凹みが発生する場合がある。凹みが生じると、皿ばね５による押圧が相殺されてしまう。半導体モジュール１は、皿ばね５の両端に分散板７を設けることで、分散板７と皿ばね５との接触部で皿ばね５の弾性力が集中しても、分散板７が変形せず、皿ばね５の弾性力を損なうことなく、均等に平板部８ａに作用させることができる。
【００４２】
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、皿ばね５の両端に分散板７を設けることで、皿ばね５の弾性力が導電板部材８（平板部８ａ）の一部に集中せず、ばね電極６とエミッタ電極端子４（またはコンタクト電極１０）との接続面で押圧する力がより均一になる。
【００４３】
また、半導体モジュール１にばね電極６を備えるだけで、半導体素子の電極面等、半導体モジュール１に備えられる各部材に適切な圧接力を加えることができる。その結果、半導体モジュール１の組立て作業が容易になり、不適切な組立てによる半導体モジュール１の性能低下や半導体素子２の破壊の発生を防止することができる。さらに、半導体モジュール１を構成する各部材が圧接により接続されるため、はんだフリーな半導体モジュール１を得ることができる。
【００４４】
また、半導体モジュール１の保管または動作時において、半導体モジュール１の温度が低下または上昇した場合、内部部品の熱収縮や熱膨張による各部材間距離の変動幅を皿ばね５（ばね電極６）の形状変化によって緩和することができ、各部材間に働く圧接力を所定の圧接力に維持することができる。すなわち、ＩＧＢＴ素子２と各電極端子３、４との電気的な接続が良好に保たれることで半導体モジュール１の動作安定性が向上し、各電極端子３、４と冷却部材１１、１２との密着性が確保され、半導体モジュール１の放熱性が向上する。
【００４５】
そして、導電板部材８が皿ばね５を包むようにばね電極６を形成しているので、この導電板部材８が熱拡散板として作用し、半導体モジュール１の放熱性が向上する。
【００４６】
（実施形態２）
本発明の実施形態２に係る半導体モジュール及び押圧力分散部材について、図３を参照して詳細に説明する。実施形態２に係る半導体モジュールは、半導体モジュールに備えられる分散板１５，１６（押圧力分散部材）の形状が、実施形態１に係る分散板７と異なること以外は、図１を例示して説明した実施形態１に係る半導体モジュール１と同じである。よって、実施形態の説明では、分散板１５，１６（及び、ばね電極１４）について詳細に説明し、実施形態１と同様の構成については同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する（実施形態３〜５についても同様である）。
【００４７】
図３（ａ）に示すように、本発明の実施形態２に係るばね電極１４は、導電板部材８を折り返し、導電板部材８を折り返すことで形成される平板部８ａ，８ａ間に皿ばね５を挟持して構成される。さらに、この平板部８ａと皿ばね５との間にそれぞれ分散板１５，１６（押圧力分散部材）が設けられる。すなわち、分散板１５，１６は、皿ばね５が弾性変形する方向に一対設けられ、この皿ばね５を挟持した一対の分散板１５，１６が平板部８ａ，８ａ間に設けられる。
【００４８】
皿ばね５の一端に設けられる分散板１５は、皿ばね５または平板部８ａと接触する中央部１５ａと中央部１５ａの側端に形成された一対の側部１５ｂ，１５ｂより構成される。側部１５ｂは、中央部１５ａと一体に形成され、側部１５ｂの厚さは中央部１５ａの厚さより薄く形成される。そして、側部１５ｂを皿ばね５方向に折り曲げることで、皿ばね５の他端に設けられる分散板１６が滑合する滑合部が形成される。
【００４９】
そして、分散板１５の滑合部が分散板１６に滑合した状態で、分散板１５と分散板１６との間に皿ばね５が設けられる。すなわち、分散板１５と分散板１６との間に皿ばね５が設けられるとともに、分散板１５の側部１５ｂ，１５ｂ間に分散板１６が設けられる。
【００５０】
上記構成からなる本発明の実施形態２に係る分散板１５，１６は、分散板１５の滑合部に分散板１６が滑合することで、分散板１５と分散板１６との相対的な位置関係が所定の位置に維持される。さらに、分散板１５と分散板１６との相対的な位置関係が所定の位置に維持されることで、分散板１５と分散板１６との間に設けられる皿ばね５に圧接方向と垂直方向の力が作用することが抑制され、皿ばね５の位置ずれが防止される。なお、側部１５ｂの内周面が皿ばね５の変位に伴い分散板１６の側面と滑動するので、側部１５ｂと分散板１６の側面との接触により皿ばね５の変位が妨げられることはない。
【００５１】
図３（ｂ）に示すように、平板部８ａ，８ａの間隔を狭めるような力がばね電極１４に作用した場合、側部１５ｂがさらに平板部８ａの側面と摺動するように側部１５ｂの長さを設定すると、皿ばね５の変位により、分散板１５と平板部８ａとの相対位置を当初備えられた位置を維持するよう制御することができる。また、分散板１５と平板部８ａの相対な位置にずれが生じていても、側部１５ｂが平板部８ａの側面に沿って摺動することで、分散板１５と平板部８ａとの相対位置を補正することができる。なお、分散板１６と平板部８ａとの境界で、側部１５ｂの移動が妨げられないように、側部１５ｂの端部をテーパ状（側部１５ｂの先端ほど、分散板１６の側面からの距離が広がるよう）に形成してもよい。
【００５２】
なお、滑合部を形成する時に、中央部１５ａと側部１５ｂとの間に間隙１５ｃを形成すると、側部１５ｂの分散板１６と接する面の法線方向の可撓性が向上する。よって、半導体モジュールを構成する各部材の熱膨張率により、側部１５ｂ，１５ｂとの間隔と分散板１６の幅とに差が生じた場合においても、側部１５ｂが皿ばね５の変位を妨げない。
【００５３】
以上のように、本発明の実施形態２に係る分散板１５，１６によれば、分散板１５と分散板１６との相対的な位置を、当初備えられた位置を維持するよう制御することができる。よって、分散板１５，１６や皿ばね５の位置ずれの発生を抑制し、皿ばね５による圧接力を半導体モジュールを構成する各部材に適切に作用させることができる。
【００５４】
よって、図１に示した半導体モジュール１において、ばね電極６の代わりに本発明の実施形態２に係るばね電極１４を設ける半導体モジュールは、ばね電極１４に備えられる皿ばね５（及び、分散板１５，１６）の位置ずれを防止することができる。その結果、実施形態１に係る半導体モジュール１の奏する効果に加えて、より均一な圧接力を半導体モジュールを構成する各部材（半導体素子の電極層等）に加えることができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、分散板１５に滑合部を形成した形態であるが、分散板１６に滑合部を形成し、この滑合部に分散板１５を滑合させる形態としてもよい。
【００５６】
（実施形態３）
本発明の実施形態３に係る半導体モジュール及び押圧力分散部材について、図４を参照して詳細に説明する。実施形態３に係る半導体モジュールは、半導体モジュールに備えられる分散板１８，１９（押圧力分散部材）の形状が、実施形態１に係る分散板７と異なること以外は、図１を例示して説明した実施形態１に係る半導体モジュール１と同じである。よって、実施形態の説明では分散板１８，１９が備えられるばね電極１７について詳細に説明する。
【００５７】
図４（ａ）に示すように、本発明の実施形態３に係るばね電極１７は、導電板部材８を折り返し、導電板部材８を折り返すことで形成される平板部８ａ，８ａ間に皿ばね５を挟持して構成される。さらに、この平板部８ａと皿ばね５との間にそれぞれ分散板１８，１９が設けられる。すなわち、分散板１８，１９は、皿ばね５が弾性変形する方向に一対設けられ、この皿ばね５を挟持した一対の分散板１８，１９が平板部８ａ，８ａ間に設けられる。
【００５８】
皿ばね５の一端に設けられる分散板１８は、皿ばね５または平板部８ａと接触する中央部１８ａと中央部１８ａの側端に形成された１対の側部１８ｂ，１８ｂより構成される。側部１８ｂは、中央部１８ａと一体に形成され、側部１８ｂの厚さは中央部１８ａの厚さより薄く形成される。そして、側部１８ｂを皿ばね５方向に折り曲げることで、皿ばね５の他端に設けられる分散板１９が遊嵌する遊嵌部が形成される。すなわち、折り曲げられた側部１８ｂ，１８ｂ間の距離が分散板１９の幅よりも広くなるように側部１８ｂ，１８ｂが折り返される。さらに、側部１８ｂは、分散板１９方向に凸となるように山折りされ、当接部１８ｃが形成される。このように当接部１８ｃを形成すると、側部１８ｂに斜面１８ｄ，１８ｅが形成される。
【００５９】
そして、分散板１８の当接部１８ｃが分散板１９の側面を摺動するように、分散板１８の遊嵌部に分散板１９が遊嵌され、さらに、分散板１８と分散板１９との間に皿ばね５が設けられる。すなわち、分散板１８と分散板１９との間に皿ばね５が設けられるとともに、分散板１８の側部１８ｂ，１８ｂ間に分散板１９が設けられる。
【００６０】
図４（ｂ）に示すように、平板部８ａ，８ａの間隔を狭めるような力が作用した場合、当接部１８ｃが平板部８ａの側面を摺動するように当接部１８ｃを形成する位置が設定される。
【００６１】
上記構成からなる本発明の実施形態３に係る分散板１８，１９によれば、皿ばね５の変位に伴って当接部１８ｃが分散板１９の側面を摺動することで、分散板１８と分散板１９との相対的な位置を所定の状態に維持することができる。また、皿ばね５の変位に伴い当接部１８ｃが平板部８ａの側面を摺動することで、分散板１８と平板部８ａの相対的な位置が、当初備えられた位置を維持するよう制御することができる。
【００６２】
さらに、当接部１８ｃは、皿ばね５方向に折り曲げられた側部１８ｂを、さらに分散板１９方向に凸となるよう山折りして形成されているので、当接部１８ｃと分散板１９（または、平板部８ａ）の側面との接触面積が小さく、当接部１８ｃと分散板１９（または、平板部８ａ）の摺動により皿ばね５の変位が妨げられない。
【００６３】
もし、分散板１８と平板部８ａとの相対位置にずれが生じた場合、当接部１８ｃが皿ばね５の変位に伴って移動することで平板部８ａが所定の状態に補正される。このとき、斜面１８ｅにより、平板部８ａが所定の位置となるように誘導される。同様に、分散板１８と分散板１９との相対位置にずれが生じた場合、斜面１８ｄにより分散板１９が所定の位置となるように誘導される。
【００６４】
以上のように、本発明の実施形態３に係る分散板１８，１９によれば、分散板１８と分散板１９（及び、平板部８ａ）との相対的な位置が、当初備えられた位置を維持するように制御することができる。よって、本発明の実施形態２と同様に、分散板１８，１９や皿ばね５の位置ずれの発生を抑制し、皿ばね５による圧接力を半導体モジュールを構成する各部材（半導体素子の電極層等）に適切に作用させることができる。
【００６５】
よって、図１に示した半導体モジュール１において、ばね電極６の代わりに本発明の実施形態３に係るばね電極１７を備えた半導体モジュールは、ばね電極１７に備えられる皿ばね５（及び、分散板１８，１９）の位置ずれを防止することができる。その結果、実施形態１に係る半導体モジュール１の奏する効果に加えて、より均一な圧接力を半導体モジュールを構成する各部材に作用させることができる。
【００６６】
なお、本実施形態では、分散板１８に遊嵌部及び当接部１８ｃを形成した形態であるが、分散板１９に遊嵌部及び当接部を形成する形態としても同様の効果を得ることができる。
【００６７】
また、分散板１８の側部１８ｂに皿ばね５の変位方向に当接部を複数形成し、個々の当接部が分散板１９の側面や平板部８ａの側面に当接する形態とすると、皿ばね５の変位にかかわらず分散板１８、分散板１９、平板部８ａの相対的な位置が所定の位置となるように維持することができる。
【００６８】
（実施形態４）
本発明の実施形態４に係る半導体モジュール及び押圧力分散部材について、図５を参照して詳細に説明する。実施形態４に係る半導体モジュールは、半導体モジュールに備えられる分散板２１，２２（押圧力分散部材）の形状が、実施形態１に係る分散板７と異なること以外は、図１を例示して説明した実施形態１に係る半導体モジュール１と同じである。よって、実施形態の説明では、分散板２１，２２が備えられるばね電極２０について詳細に説明する。
【００６９】
図５（ａ）に示すように、本発明の実施形態４に係るばね電極２０は、導電板部材８を折り返し、導電板部材８を折り返すことで形成される平板部８ａ，８ａ間に皿ばね５を挟持して構成される。さらに、この平板部８ａと皿ばね５との間にそれぞれ分散板２１，２２が設けられる。すなわち、分散板２１，２２は、皿ばね５が弾性変形する方向に一対設けられ、この皿ばね５を挟持した一対の分散板２１，２２が平板部８ａ，８ａ間に設けられる。
【００７０】
分散板２１と分散板２２は、中間部２３を介して接続されている。この分散板２１、中間部２３、及び分散板２２は、一体に形成され、さらに中間部２３の厚さは、分散板２１（分散板２２）の厚さより薄く形成される。そして、この中間部２３を折り返し、分散板２１と分散板２２間に皿ばね５を設ける。
【００７１】
以上のように、本発明の実施形態４に係る分散板２１，２２は、分散板２１と分散板２２とが中間部２３を介して一体に形成されているので、分散板２１と分散板２２の相対的な位置が予め固定されている。そして、分散板２１，２２の位置ずれが防止されているので、皿ばね５の圧接方向と垂直方向の力が皿ばね５に作用することを抑制し、皿ばね５の位置ずれを防止することができる。その結果、皿ばね５による圧接力を半導体モジュールを構成する各部材（半導体素子の電極層等）に適切に作用させることができる。
【００７２】
図５（ｂ）に示すように、中間部２３の厚さが分散板２１，２２の厚さより薄く形成されているので、平板部８ａ，８ａの間隔を狭めるような力が作用した場合、中間部２３が撓み、皿ばね５の変位が妨げられない。
【００７３】
よって、図１に示した半導体モジュール１において、ばね電極６の代わりに本発明の実施形態４に係るばね電極２０を備えた半導体モジュールは、ばね電極２０に備えられる分散板２１，２２（及び、皿ばね５）の位置ずれを防止することができる。その結果、実施形態１に係る半導体モジュール１の効果に加えて、より均一な圧接力を半導体モジュールを構成する各部材に加えることができる。
【００７４】
なお、本実施形態では、分散板２１と分散板２２とを接続する中間部２３を一体に形成した形態であるが、分散板２１と分散板２２を接続することができるものであれば、中間部２３の形状や材質等は特に限定されるものではない。また、中間部２３を形成する箇所も分散板２１と分散板２２の側面を接続する形態であれば特に限定されるものではなく、実施形態４で説明した半導体モジュールと同様の作用効果を得ることができる。
【００７５】
（実施形態５）
本発明の実施形態５に係る半導体モジュール及び押圧力分散部材について、図６を参照して詳細に説明する。実施形態５に係る半導体モジュールは、半導体モジュールに備えられる分散板２５，２６（押圧力分散部材）の形状が、実施形態１に係る分散板７と異なること以外は、図１を例示して説明した実施形態１に係る半導体モジュール１と同様である。よって、分散板２５，２６が備えられるばね電極２４について詳細に説明する。
【００７６】
図６に示すように、本発明の実施形態５に係るばね電極２４は、導電板部材８を折り返し、導電板部材８を折り返すことで形成される平板部８ａ，８ａ間に皿ばね５を挟持して構成される。さらに、この導電板部材８と皿ばね５との間にそれぞれ分散板２５，２６が設けられる。すなわち、分散板２５，２６は、皿ばね５が弾性変形する方向に一対設けられ、この皿ばね５を挟持した一対の分散板２５，２６が平板部８ａ，８ａ間に設けられる。
【００７７】
分散板２６は、分散板２６の皿ばね５と接する面に皿ばね５が嵌合する嵌合溝２６ａが形成される。そして、嵌合溝２６ａに皿ばね５を設けることで、皿ばね５が分散板２６に固定される。同様に、分散板２５の皿ばね５と接する面に皿ばね５が嵌合する嵌合溝２５ａを形成し、この嵌合溝２５ａに皿ばね５を設けると、皿ばね５により分散板２５と分散板２６の相対的な位置が所定の位置となるように制御できる。嵌合溝２５ａ，２６ａの幅及び形状は、皿ばね５の弾性変形を妨げない幅及び形状とする。
【００７８】
以上のように、本発明の実施形態５に係る分散板２５，２６によれば、分散板２６に皿ばね５が固定されるので皿ばね５の位置ずれを防止することができる。また、皿ばね５を基準として分散板２５と分散板２６との相対位置が所定の位置となるように維持することができる。その結果、皿ばね５による圧接力を半導体モジュールを構成する各部材（半導体素子等）に適切に作用させることができる。
【００７９】
よって、図１に示した半導体モジュール１において、ばね電極６の代わりに本発明の実施形態５に係るばね電極２４を備えた半導体モジュールは、ばね電極２４に備えられる皿ばね５（及び、分散板２５，２６）の位置ずれを防止することができる。その結果、実施形態１に係る半導体モジュール１の効果に加えて、より均一な圧接力を半導体モジュールを構成する各部材に加えることができる。
【００８０】
なお、実施形態５に係る分散板２５，２６を実施形態２〜４に記載の分散板と組み合わせることで、皿ばね５や分散板のずれの防止をさらに確実なものとすることができる。
【００８１】
以上のように、本発明の半導体モジュールによれば、半導体モジュールに備えられる弾性部材の両端に押圧力分散部材を設けることで、弾性部材の押圧力を半導体素子により均一に作用させることができる。
【００８２】
また、本発明の押圧力分散部材は、押圧力分散部材や弾性部材の位置を、当初備えられた位置を維持するよう制御することができるので、半導体モジュールを構成する各部材に作用する圧接力をより均一にすることができる。
【００８３】
なお、実施形態のように、導電板部材に弾性部材で包んで電極部材を構成した場合、半導体素子で発生した熱が導電板部材において拡散するので、半導体モジュールの放熱性が向上する。よって、ＳｉＣ、ＧａＮなどの高温で使用可能な半導体素子の性能を生かす半導体モジュールにおいて、温度サイクル、パワーサイクル等の信頼性を向上させることができる。
【００８４】
しかしながら、導電板部材を折り返すと、導電板部材を折り返すことで形成される折返し部と、導電板部材を折り返すことで形成される開口部とでは、同じ力に対する抗力が異なる場合がある。このような折返し部と開口部との抗力の違いは、弾性部材や押圧力分散部材の位置ずれの原因となる場合がある。
【００８５】
そして、半導体素子等の各部材を圧接により接続する半導体モジュールでは、振動や弾性部材の変位等の影響により、押圧力分散部材や弾性部材の位置が所定の位置からずれてしまうと、半導体モジュールを構成する各部材に作用する弾性部材の圧接力にばらつきが生じるおそれがある。
【００８６】
そこで、本発明の押圧力分散部材を備えた半導体モジュールは、押圧力分散部材や弾性部材が所定の位置となるように制御し、万が一押圧力分散部材や弾性部材が所定の位置からずれた場合でも、所定の位置となるように補正することができる。
【００８７】
よって、本発明の押圧力分散部材を備えた半導体モジュールは、押圧力分散部材や弾性部材が所定の位置となるように維持することで、半導体モジュールを構成する各部材に作用する圧接力をより均一にすることができる。
【００８８】
その結果、電極部材の弾性力により半導体モジュールに備えられる各部材を圧接する半導体モジュールの温度サイクル、パワーサイクル等の信頼性が向上する。つまり、はんだ接合あるいはワイヤーボンドを用いず、かつ使い勝手の良い絶縁形パワー半導体モジュールを得ることができ、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ことができる。
【００８９】
なお、本発明の半導体モジュール及び押圧力分散部材は、上述した実施形態１〜５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り、そのように変更された形態も本発明に係る半導体モジュール及び押圧力分散部材である。
【００９０】
例えば、実施形態ではＩＧＢＴ素子を備えた平型圧接構造の半導体モジュールを例示して説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、圧接により半導体素子の電極層と外部（若しくは、内部の別の回路）に接続するための電極端子とを電気的に接続する半導体モジュールに適用可能である。
【００９１】
また、半導体モジュールに備えられる半導体素子は、ＩＧＢＴ素子に限定されるものでなく、サイリスタ（ＧＴＯサイリスタ等）、トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ等）、ＦＷＤ素子等の半導体素子を適宜選択して用いることができる。
【００９２】
また、本発明の実施形態では、電極部材に設けられた弾性部材の弾性力を分散させる押圧力分散部材を例示して説明したが、弾性部材は、弾性部材の押圧力を分散させる作用を奏する場所であれば設置場所は特に限定しない。
【００９３】
また、弾性部材は、皿ばね５に限定されるものではなく、波板ばね、凸ばね、メッシュばね等を用いることができる。また、皿ばね５の数も特に限定されるものではなく、半導体モジュールを構成する各部材に作用させる圧接力に応じて、皿ばね５の数が設定される。
【００９４】
また、それぞれの皿ばね５に対して押圧分散板を設ける形態としてもよいが、それぞれの皿ばね５に対して一つの分散板を設けることで、それぞれの皿ばね５の特性や皿ばね５の設けられる位置の違いによる弾性力の差異にかかわらず、分散板が導電板部材８をより均等に押圧することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１…半導体モジュール
２…半導体素子
３…コレクタ電極端子（電極端子）
４…エミッタ電極端子（電極端子）
５…皿ばね（弾性部材）
６，１４，１７，２０，２４…ばね電極（電極部材）
７，１５，１６，１８，１９，２１，２２，２５，２６…分散板（押圧力分散部材）
８…導電板部材（導体平板）
８ａ…平板部
８ｂ…折返し部
１５ａ，１８ａ…中央部
１５ｂ，１８ｂ…側部
１８ｃ…当接部
２３…中間部
２５ａ，２６ａ…嵌合溝
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、前記半導体素子の電極層と電気的に接続される電極端子とを備えた半導体モジュールであって、
前記半導体素子と前記電極端子間に、導体平板を折り返し、この折り返した導体平板間に弾性部材を設けて構成される電極部材と、
前記弾性部材の一端と前記導体平板との間に設けられる第１押圧力分散部材と、
前記弾性部材の他端と前記導体平板との間に設けられる第２押圧力分散部材と、を備えた
ことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記第１押圧力分散部材は、前記第２押圧力分散部材に滑合する滑合部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記第１押圧力分散部材は、
前記第２押圧力分散部材に遊嵌する遊嵌部と、
前記第２押圧力分散部材の側面に当接する当接部と、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記当接部は、前記弾性部材が弾性変形した時に前記導体平板の側面と当接する
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記第１押圧力分散部材と前記第２押圧力分散部材とを連結する中間部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記第１押圧力分散部材及び前記第２押圧力分散部材に、前記弾性部材が嵌合する嵌合部を形成する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
弾性部材を挟持する１対の押圧力分散部材であって、
一方の押圧力分散部材は、他方の押圧力分散部材に滑合する滑合部を有する
ことを特徴とする押圧力分散部材。
【請求項８】
弾性部材を挟持する一対の押圧力分散部材であって、
一方の押圧力分散部材は、
他方の押圧力分散部材に遊嵌する遊嵌部と、
前記他方の押圧力分散部材に当接する当接部と、を有する
ことを特徴とする押圧力分散部材。
【請求項９】
弾性部材を挟持する一対の押圧力分散部材であって、
一方の押圧力分散部材と、他方の押圧力分散部材とを連結する中間部を有する
ことを特徴とする押圧力分散部材。
【請求項１】
半導体素子と、前記半導体素子の電極層と電気的に接続される電極端子とを備えた半導体モジュールであって、
前記半導体素子と前記電極端子間に、導体平板を折り返し、この折り返した導体平板間に弾性部材を設けて構成される電極部材と、
前記弾性部材の一端と前記導体平板との間に設けられる第１押圧力分散部材と、
前記弾性部材の他端と前記導体平板との間に設けられる第２押圧力分散部材と、を備えた
ことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記第１押圧力分散部材は、前記第２押圧力分散部材に滑合する滑合部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記第１押圧力分散部材は、
前記第２押圧力分散部材に遊嵌する遊嵌部と、
前記第２押圧力分散部材の側面に当接する当接部と、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記当接部は、前記弾性部材が弾性変形した時に前記導体平板の側面と当接する
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記第１押圧力分散部材と前記第２押圧力分散部材とを連結する中間部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記第１押圧力分散部材及び前記第２押圧力分散部材に、前記弾性部材が嵌合する嵌合部を形成する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
弾性部材を挟持する１対の押圧力分散部材であって、
一方の押圧力分散部材は、他方の押圧力分散部材に滑合する滑合部を有する
ことを特徴とする押圧力分散部材。
【請求項８】
弾性部材を挟持する一対の押圧力分散部材であって、
一方の押圧力分散部材は、
他方の押圧力分散部材に遊嵌する遊嵌部と、
前記他方の押圧力分散部材に当接する当接部と、を有する
ことを特徴とする押圧力分散部材。
【請求項９】
弾性部材を挟持する一対の押圧力分散部材であって、
一方の押圧力分散部材と、他方の押圧力分散部材とを連結する中間部を有する
ことを特徴とする押圧力分散部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２２２２３９（Ｐ２０１２−２２２２３９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８８３７５（Ｐ２０１１−８８３７５）
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１２日（２０１１．４．１２）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
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