JP2001244407A - 半導体装置 - Google Patents
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- H01L2924/191—Disposition
- H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
- H01L2924/19105—Disposition of discrete passive components in a side-by-side arrangement on a common die mounting substrate
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】熱を有効に放散しつつ半導体素子の実装密度を
向上させて設置面積を縮小する。 【解決手段】複数の半導体素子１１ａ，１１ｂが積層さ
れ、最下位の半導体素子１１ａが主ヒートシンク１２の
上面に接着されたパワーモジュール用基板１３の回路パ
ターン１３ａに積層され、最下位の半導体素子１１ａ以
外の他の半導体素子１１ｂが最下位の半導体素子１１ａ
にそれぞれ補助ヒートシンク１６を介して順次積層され
る。補助ヒートシンク１６の下面に下位の半導体素子１
１ａの端子部分に搭載する電極用基板１７が接着され、
補助ヒートシンク１６の上面に上位の半導体素子１１ｂ
を搭載する絶縁性基板１８が接着される。最上位の半導
体素子１１ｂの端子部分に電極用基板１７が搭載され、
その電極用基板１７に補助ヒートシンク１６が更に搭載
される。
向上させて設置面積を縮小する。 【解決手段】複数の半導体素子１１ａ，１１ｂが積層さ
れ、最下位の半導体素子１１ａが主ヒートシンク１２の
上面に接着されたパワーモジュール用基板１３の回路パ
ターン１３ａに積層され、最下位の半導体素子１１ａ以
外の他の半導体素子１１ｂが最下位の半導体素子１１ａ
にそれぞれ補助ヒートシンク１６を介して順次積層され
る。補助ヒートシンク１６の下面に下位の半導体素子１
１ａの端子部分に搭載する電極用基板１７が接着され、
補助ヒートシンク１６の上面に上位の半導体素子１１ｂ
を搭載する絶縁性基板１８が接着される。最上位の半導
体素子１１ｂの端子部分に電極用基板１７が搭載され、
その電極用基板１７に補助ヒートシンク１６が更に搭載
される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の半導体素子
が積層された半導体装置に関する。更に詳しくは、積層
された複数の半導体素子が比較的多くの熱を発生する半
導体装置に関するものである。
が積層された半導体装置に関する。更に詳しくは、積層
された複数の半導体素子が比較的多くの熱を発生する半
導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６に示すように、従来複数の半導体素
子３を搭載する半導体装置１では、セラミック基板２の
上面にそれら複数の半導体素子３を並列に搭載するもの
が知られている。このセラミック基板２にはＣｕ箔が接
着され、半導体素子３を搭載する上面のＣｕ箔はエッチ
ング加工され、そのセラミック基板２の上面には所定の
回路パターン２ａが形成される。半導体素子３の搭載
は、この回路パターン２ａにはんだ付することにより行
われ、半導体素子３の端子部分はワイヤ４又は平板によ
りそれらの回路パターン２ａに接続される。また、回路
パターン２ａには端子６が設けられ、この端子６は回路
パターン２ａを介して複数の半導体素子のそれぞれの端
子部分に電気的に接続するように構成される。
子３を搭載する半導体装置１では、セラミック基板２の
上面にそれら複数の半導体素子３を並列に搭載するもの
が知られている。このセラミック基板２にはＣｕ箔が接
着され、半導体素子３を搭載する上面のＣｕ箔はエッチ
ング加工され、そのセラミック基板２の上面には所定の
回路パターン２ａが形成される。半導体素子３の搭載
は、この回路パターン２ａにはんだ付することにより行
われ、半導体素子３の端子部分はワイヤ４又は平板によ
りそれらの回路パターン２ａに接続される。また、回路
パターン２ａには端子６が設けられ、この端子６は回路
パターン２ａを介して複数の半導体素子のそれぞれの端
子部分に電気的に接続するように構成される。
【０００３】一方、発熱量が比較的多い半導体素子３を
搭載する半導体装置１では、このセラミック基板２をヒ
ートシンク７に積層するのが一般的である。このセラミ
ック基板２のヒートシンク７への積層は、複数の半導体
素子３をセラミック基板２とともに一体的にモールドし
たものをねじ８により機械的に積層するものや、図示し
ないが、表面にニッケルメッキが施された銅により形成
されたヒートシンクに、セラミック基板下面に接着され
たＣｕ箔をはんだ付けすることによりセラミック基板を
ヒートシンクに積層すること等が知られている。このよ
うにヒートシンク７にセラミック基板２を接着した半導
体装置１では、半導体素子３が発した熱が回路パターン
２ａ、セラミック基板２及びヒートシンク７を介して外
部に放散されるようになっている。
搭載する半導体装置１では、このセラミック基板２をヒ
ートシンク７に積層するのが一般的である。このセラミ
ック基板２のヒートシンク７への積層は、複数の半導体
素子３をセラミック基板２とともに一体的にモールドし
たものをねじ８により機械的に積層するものや、図示し
ないが、表面にニッケルメッキが施された銅により形成
されたヒートシンクに、セラミック基板下面に接着され
たＣｕ箔をはんだ付けすることによりセラミック基板を
ヒートシンクに積層すること等が知られている。このよ
うにヒートシンク７にセラミック基板２を接着した半導
体装置１では、半導体素子３が発した熱が回路パターン
２ａ、セラミック基板２及びヒートシンク７を介して外
部に放散されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、セラミック基
板２の上面に形成された所定の回路パターン２ａに半導
体素子３を並列に搭載する従来の半導体装置１では、半
導体素子３の数によりセラミック基板２の大きさが定め
られ、比較的多くの半導体素子３が搭載される半導体装
置１では比較的広い面積を有するセラミック基板２を用
いる必要があり、半導体装置１の設置面積が拡大する不
具合がある。この不具合を解消するために、複数の半導
体素子３を積み上げて半導体装置１の設置面積を縮小す
ることも考えられるが、半導体素子３の発熱量が比較的
多い場合には、積み上げられた半導体素子３から発する
熱の放散が妨げられる問題点がある。本発明の目的は、
熱を有効に放散しつつ半導体素子の実装密度を向上させ
て設置面積を縮小し得る半導体装置を提供することにあ
る。
板２の上面に形成された所定の回路パターン２ａに半導
体素子３を並列に搭載する従来の半導体装置１では、半
導体素子３の数によりセラミック基板２の大きさが定め
られ、比較的多くの半導体素子３が搭載される半導体装
置１では比較的広い面積を有するセラミック基板２を用
いる必要があり、半導体装置１の設置面積が拡大する不
具合がある。この不具合を解消するために、複数の半導
体素子３を積み上げて半導体装置１の設置面積を縮小す
ることも考えられるが、半導体素子３の発熱量が比較的
多い場合には、積み上げられた半導体素子３から発する
熱の放散が妨げられる問題点がある。本発明の目的は、
熱を有効に放散しつつ半導体素子の実装密度を向上させ
て設置面積を縮小し得る半導体装置を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、複数の半導体素子１１ａ，１１ｂが
積層された半導体装置である。その特徴ある点は、最下
位の半導体素子１１ａが主ヒートシンク１２の上面に接
着されたパワーモジュール用基板１３の回路パターン１
３ａに積層され、最下位の半導体素子１１ａ以外の他の
半導体素子１１ｂが最下位の半導体素子１１ａにそれぞ
れ補助ヒートシンク１６を介して順次積層されたところ
にある。この請求項１に係る半導体装置１０では、半導
体素子１１ａ，１１ｂから発せられた熱が主ヒートシン
ク１２又は補助ヒートシンク１６から外部に放散され
る。この結果、複数の半導体素子１１ａ，１１ｂを積層
しても、積み上げられた半導体素子１１ａ，１１ｂが発
する熱の放散は妨げられない。
図１に示すように、複数の半導体素子１１ａ，１１ｂが
積層された半導体装置である。その特徴ある点は、最下
位の半導体素子１１ａが主ヒートシンク１２の上面に接
着されたパワーモジュール用基板１３の回路パターン１
３ａに積層され、最下位の半導体素子１１ａ以外の他の
半導体素子１１ｂが最下位の半導体素子１１ａにそれぞ
れ補助ヒートシンク１６を介して順次積層されたところ
にある。この請求項１に係る半導体装置１０では、半導
体素子１１ａ，１１ｂから発せられた熱が主ヒートシン
ク１２又は補助ヒートシンク１６から外部に放散され
る。この結果、複数の半導体素子１１ａ，１１ｂを積層
しても、積み上げられた半導体素子１１ａ，１１ｂが発
する熱の放散は妨げられない。
【０００６】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明であって、補助ヒートシンク１６の下面に下位の半導
体素子１１ａの端子部分に搭載する電極用基板１７が接
着され、補助ヒートシンク１６の上面に上位の半導体素
子１１ｂを搭載する絶縁性基板１８が接着された半導体
装置である。この請求項２に係る発明では、下位の半導
体素子１１ａと、補助ヒートシンク１６と、その上位の
半導体素子１１ｂの積層がはんだ付により行うことがで
き、その積層が比較的容易になる。請求項３に係る発明
は、請求項２に係る発明であって、最上位の半導体素子
１１ｂの端子部分に電極用基板１７が搭載された半導体
装置である。この請求項３に係る発明では、電極用基板
１７を介して最上位の半導体素子１１ｂの端子部分を配
線することにより、その配線の自由度が向上する。請求
項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、最上
段の半導体素子１１ｂに搭載された電極用基板１７に補
助ヒートシンク１６が搭載された半導体装置である。こ
の請求項４に係る発明では、最上位の半導体素子１１ｂ
が比較的多くの熱を発するものであっても、その熱を有
効に外部に放散することができる。
明であって、補助ヒートシンク１６の下面に下位の半導
体素子１１ａの端子部分に搭載する電極用基板１７が接
着され、補助ヒートシンク１６の上面に上位の半導体素
子１１ｂを搭載する絶縁性基板１８が接着された半導体
装置である。この請求項２に係る発明では、下位の半導
体素子１１ａと、補助ヒートシンク１６と、その上位の
半導体素子１１ｂの積層がはんだ付により行うことがで
き、その積層が比較的容易になる。請求項３に係る発明
は、請求項２に係る発明であって、最上位の半導体素子
１１ｂの端子部分に電極用基板１７が搭載された半導体
装置である。この請求項３に係る発明では、電極用基板
１７を介して最上位の半導体素子１１ｂの端子部分を配
線することにより、その配線の自由度が向上する。請求
項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、最上
段の半導体素子１１ｂに搭載された電極用基板１７に補
助ヒートシンク１６が搭載された半導体装置である。こ
の請求項４に係る発明では、最上位の半導体素子１１ｂ
が比較的多くの熱を発するものであっても、その熱を有
効に外部に放散することができる。
【０００７】請求項５に係る発明は、請求項２ないし４
いずれかに係る発明であって、電極用基板１７は両面に
Ａｌ板１７ａ，１７ｂが積層接着されたＡｌＮ又はＳｉ
3Ｎ4であり、端子２１が内周面に設けられた枠部材１９
が補助ヒートシンク１６及び複数の半導体素子１１ａ，
１１ｂを包囲するように主ヒートシンク１２の上面に取
付けられ、複数の半導体素子１１ａ，１１ｂのそれぞれ
の端子部分が端子部分に接触するＡｌ板１７ａを介して
直接又は接続部材２２により端子２１に接続された半導
体装置である。この請求項５に係る発明では、電極用基
板１７を介して最上位の半導体素子１１ｂの端子部分を
端子２１配線することにより、その配線の自由度が向上
するとともにその配線自体が比較的容易になり、放熱特
性を向上させることができる。ここで、接続部材２２に
は導電性のあるワイヤ又は平板若しくは箔が挙げられ
る。請求項６に係る発明は、請求項２ないし５いずれか
に係る発明であって、主ヒートシンク１２及び補助ヒー
トシンク１６のいずれか一方又は双方が冷却水を内部に
循環可能に構成された水冷式ヒートシンクである半導体
装置である。この請求項６に係る発明では、主ヒートシ
ンク１２又は補助ヒートシンク１６又はその双方を水冷
式ヒートシンクで構成することにより半導体素子１１
ａ，１１ｂが発する熱を効果的にかつ効率的に外部に放
散することができる。
いずれかに係る発明であって、電極用基板１７は両面に
Ａｌ板１７ａ，１７ｂが積層接着されたＡｌＮ又はＳｉ
3Ｎ4であり、端子２１が内周面に設けられた枠部材１９
が補助ヒートシンク１６及び複数の半導体素子１１ａ，
１１ｂを包囲するように主ヒートシンク１２の上面に取
付けられ、複数の半導体素子１１ａ，１１ｂのそれぞれ
の端子部分が端子部分に接触するＡｌ板１７ａを介して
直接又は接続部材２２により端子２１に接続された半導
体装置である。この請求項５に係る発明では、電極用基
板１７を介して最上位の半導体素子１１ｂの端子部分を
端子２１配線することにより、その配線の自由度が向上
するとともにその配線自体が比較的容易になり、放熱特
性を向上させることができる。ここで、接続部材２２に
は導電性のあるワイヤ又は平板若しくは箔が挙げられ
る。請求項６に係る発明は、請求項２ないし５いずれか
に係る発明であって、主ヒートシンク１２及び補助ヒー
トシンク１６のいずれか一方又は双方が冷却水を内部に
循環可能に構成された水冷式ヒートシンクである半導体
装置である。この請求項６に係る発明では、主ヒートシ
ンク１２又は補助ヒートシンク１６又はその双方を水冷
式ヒートシンクで構成することにより半導体素子１１
ａ，１１ｂが発する熱を効果的にかつ効率的に外部に放
散することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいて詳しく説明する。図１に示すように、本発明の
半導体装置１０は、複数の半導体素子１１ａ，１１ｂが
積層されたものであって、最下位の半導体素子１１ａは
主ヒートシンク１２の上面に接着されたパワーモジュー
ル用基板１３の回路パターン１３ａに積層される。回路
パターン１３ａはパワーモジュール用基板１３の両面に
接着された金属箔のうちの、上面側の金属箔をエッチン
グ加工することにより作られる。パワーモジュール用基
板１３への金属箔の接着は、金属箔がＣｕであってパワ
ーモジュール用基板１３がＡｌ2Ｏ3又はＡｌＮ若しくは
Ｓｉ3Ｎ4により形成される場合には活性金属法により行
われる。金属箔がＡｌであってパワーモジュール用基板
１３がＡｌ2Ｏ3又はＡｌＮ若しくはＳｉ3Ｎ4により形成
される場合には、ろう材を介して積層接着される。この
パワーモジュール用基板１３に接着された上側の金属箔
をエッチング加工することにより作られた回路パターン
１３ａには、最下位の半導体素子１１ａがはんだにより
搭載される。
基づいて詳しく説明する。図１に示すように、本発明の
半導体装置１０は、複数の半導体素子１１ａ，１１ｂが
積層されたものであって、最下位の半導体素子１１ａは
主ヒートシンク１２の上面に接着されたパワーモジュー
ル用基板１３の回路パターン１３ａに積層される。回路
パターン１３ａはパワーモジュール用基板１３の両面に
接着された金属箔のうちの、上面側の金属箔をエッチン
グ加工することにより作られる。パワーモジュール用基
板１３への金属箔の接着は、金属箔がＣｕであってパワ
ーモジュール用基板１３がＡｌ2Ｏ3又はＡｌＮ若しくは
Ｓｉ3Ｎ4により形成される場合には活性金属法により行
われる。金属箔がＡｌであってパワーモジュール用基板
１３がＡｌ2Ｏ3又はＡｌＮ若しくはＳｉ3Ｎ4により形成
される場合には、ろう材を介して積層接着される。この
パワーモジュール用基板１３に接着された上側の金属箔
をエッチング加工することにより作られた回路パターン
１３ａには、最下位の半導体素子１１ａがはんだにより
搭載される。
【０００９】一方、主ヒートシンク１２は冷却水１２ａ
を内部に循環可能に構成された水冷式ヒートシンクであ
って、Ａｌ，Ｃｕ又はＡｌＳｉＣ若しくはＣｕ−Ｍｏに
より構成される。この主ヒートシンク１２の表面にはＮ
ｉめっきが施され、パワーモジュール用基板１３の下面
に接着された金属箔１３ｂをこの主ヒートシンク１２に
はんだ付することにより、パワーモジュール用基板１３
は主ヒートシンク１２の表面に接着される。この主ヒー
トシンク１２にはドリル等の加工工具を用いた機械加工
により、後述する枠部材１９を取付けるための雌ねじ孔
１２ｂがパワーモジュール用基板１３を挟むようにそれ
ぞれ形成される。なお、パワーモジュール用基板１３の
主ヒートシンク１２への接着は、図２に示すように、ね
じ止めにより行ってもよい。図２ではＡｌ，Ｃｕ又はＡ
ｌＳｉＣ若しくはＣｕ−Ｍｏにより構成されかつ表面に
Ｎｉめっきが施されたパワーモジュール用基板１３に最
下位の半導体素子１１ａがはんだ付され、この半導体素
子１１ａがはんだ付けされたパワーモジュール用基板１
３を図示しない放熱用のグリースを介在させて主ヒート
シンク１２にねじ止めしたものである。
を内部に循環可能に構成された水冷式ヒートシンクであ
って、Ａｌ，Ｃｕ又はＡｌＳｉＣ若しくはＣｕ−Ｍｏに
より構成される。この主ヒートシンク１２の表面にはＮ
ｉめっきが施され、パワーモジュール用基板１３の下面
に接着された金属箔１３ｂをこの主ヒートシンク１２に
はんだ付することにより、パワーモジュール用基板１３
は主ヒートシンク１２の表面に接着される。この主ヒー
トシンク１２にはドリル等の加工工具を用いた機械加工
により、後述する枠部材１９を取付けるための雌ねじ孔
１２ｂがパワーモジュール用基板１３を挟むようにそれ
ぞれ形成される。なお、パワーモジュール用基板１３の
主ヒートシンク１２への接着は、図２に示すように、ね
じ止めにより行ってもよい。図２ではＡｌ，Ｃｕ又はＡ
ｌＳｉＣ若しくはＣｕ−Ｍｏにより構成されかつ表面に
Ｎｉめっきが施されたパワーモジュール用基板１３に最
下位の半導体素子１１ａがはんだ付され、この半導体素
子１１ａがはんだ付けされたパワーモジュール用基板１
３を図示しない放熱用のグリースを介在させて主ヒート
シンク１２にねじ止めしたものである。
【００１０】図１に戻って、最下位の半導体素子１１ａ
以外の他の半導体素子１１ｂは、その最下位の半導体素
子１１ａに補助ヒートシンク１６を介して順次積層され
る。補助ヒートシンク１６の下面には下位の半導体素子
１１ａの端子部分に搭載する電極用基板１７が接着さ
れ、補助ヒートシンク１６の上面には上位の半導体素子
１１ｂを搭載する絶縁性基板１８が接着される。電極用
基板１７及び絶縁性基板１８は両面にＡｌ板１７ａ，１
７ｂ，１８ａ，１８ｂがそれぞれ積層接着されたＡｌＮ
又はＳｉ3Ｎ4であり、下位の半導体素子１１ａに対向す
る電極用基板１７のＡｌ板１７ａは、その半導体素子１
１ａの端子部分に接続するように積層接着される。
以外の他の半導体素子１１ｂは、その最下位の半導体素
子１１ａに補助ヒートシンク１６を介して順次積層され
る。補助ヒートシンク１６の下面には下位の半導体素子
１１ａの端子部分に搭載する電極用基板１７が接着さ
れ、補助ヒートシンク１６の上面には上位の半導体素子
１１ｂを搭載する絶縁性基板１８が接着される。電極用
基板１７及び絶縁性基板１８は両面にＡｌ板１７ａ，１
７ｂ，１８ａ，１８ｂがそれぞれ積層接着されたＡｌＮ
又はＳｉ3Ｎ4であり、下位の半導体素子１１ａに対向す
る電極用基板１７のＡｌ板１７ａは、その半導体素子１
１ａの端子部分に接続するように積層接着される。
【００１１】電極用基板１７及び絶縁性基板１８の両面
に接着されたＡｌ板１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ
は、この実施の形態ではＡｌ純度が９９．９８重量％以
上であって、融点が６６０℃のものが使用される。Ａｌ
板１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂはこのＡｌ板より融
点が低いＡｌ−Ｓｉ系ろう材を介して電極用基板１７及
び絶縁性基板１８にそれぞれ積層接着される。即ち、Ａ
ｌ−Ｓｉ系ろう材は８４〜９７重量％のＡｌと３〜１
３．５重量％のＳｉを含み、このろう材の溶解温度範囲
は５７７〜６２０℃である。積層接着は電極用基板１７
及び絶縁性基板１８とＡｌ板１７ａ，１７ｂ，１８ａ，
１８ｂとの間にろう材であるＡｌ−Ｓｉろう材の箔を挟
んだ状態でこれらに荷重０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ2を加
え、真空中で６００〜６５０℃に加熱することにより行
われる。
に接着されたＡｌ板１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ
は、この実施の形態ではＡｌ純度が９９．９８重量％以
上であって、融点が６６０℃のものが使用される。Ａｌ
板１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂはこのＡｌ板より融
点が低いＡｌ−Ｓｉ系ろう材を介して電極用基板１７及
び絶縁性基板１８にそれぞれ積層接着される。即ち、Ａ
ｌ−Ｓｉ系ろう材は８４〜９７重量％のＡｌと３〜１
３．５重量％のＳｉを含み、このろう材の溶解温度範囲
は５７７〜６２０℃である。積層接着は電極用基板１７
及び絶縁性基板１８とＡｌ板１７ａ，１７ｂ，１８ａ，
１８ｂとの間にろう材であるＡｌ−Ｓｉろう材の箔を挟
んだ状態でこれらに荷重０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ2を加
え、真空中で６００〜６５０℃に加熱することにより行
われる。
【００１２】下位の半導体素子１１ａに対向する電極用
基板１７のＡｌ板１７ａは、ハーフエッチングされ、下
位の半導体素子１１ａの端子部分に接続する複数の突起
１７ｃが形成される。図示しないが、ハーフエッチング
は半導体素子１１ａの端子部分に相応するようにＡｌ板
１７ａにレジスト膜でマスキングを行い、この状態でＡ
ｌ板１７ａをエッチング液に浸漬してマスキングされて
いない部分におけるＡｌ板１７ａの表面を貫通しない程
度にエッチング除去することにより行われる。その後レ
ジスト膜を除去することによりそのレジスト膜により覆
われていた部分が他のエッチングされた部分から突出し
てマスキングした部分の数だけ複数の突起１７ｃが形成
される。
基板１７のＡｌ板１７ａは、ハーフエッチングされ、下
位の半導体素子１１ａの端子部分に接続する複数の突起
１７ｃが形成される。図示しないが、ハーフエッチング
は半導体素子１１ａの端子部分に相応するようにＡｌ板
１７ａにレジスト膜でマスキングを行い、この状態でＡ
ｌ板１７ａをエッチング液に浸漬してマスキングされて
いない部分におけるＡｌ板１７ａの表面を貫通しない程
度にエッチング除去することにより行われる。その後レ
ジスト膜を除去することによりそのレジスト膜により覆
われていた部分が他のエッチングされた部分から突出し
てマスキングした部分の数だけ複数の突起１７ｃが形成
される。
【００１３】一方、補助ヒートシンク１６は冷却水を内
部に循環可能に構成された主ヒートシンク１２より小型
の水冷式ヒートシンクであって、Ａｌ，Ｃｕ又はＡｌＳ
ｉＣ若しくはＣｕ−Ｍｏにより構成される。この補助ヒ
ートシンク１６の表面にはＮｉめっきが施され、電極用
基板１７の上面に接着されたＡｌ板１７ｂを下面に、絶
縁性基板１８の下面に接着されたＡｌ板１８ａを上面に
それぞれはんだにより接着することにより、補助ヒート
シンク１６の下面には下位の半導体素子１１ａの端子部
分に搭載する電極用基板１７が接着され、補助ヒートシ
ンク１６の上面には上位の半導体素子１１ｂを搭載する
絶縁性基板１８が接着される。なお、電極用基板１７及
び絶縁性基板１８の補助ヒートシンク１６への接着は、
図２に示すように、ねじ止めにより行ってもよい。図２
ではＡｌ，Ｃｕ又はＡｌＳｉＣ若しくはＣｕ−Ｍｏによ
り構成された補助ヒートシンク１６に貫通した雌ねじ孔
１６ａ、１６ａが形成され、電極用基板１７を下面に及
び絶縁性基板１８を上面にそれぞれ図示しない放熱用の
グリースを介在させて積層させ、この状態で雄ねじ２４
をその雌ねじ孔１６ａにそれぞれ螺合させることにより
ねじ止めしたものである。
部に循環可能に構成された主ヒートシンク１２より小型
の水冷式ヒートシンクであって、Ａｌ，Ｃｕ又はＡｌＳ
ｉＣ若しくはＣｕ−Ｍｏにより構成される。この補助ヒ
ートシンク１６の表面にはＮｉめっきが施され、電極用
基板１７の上面に接着されたＡｌ板１７ｂを下面に、絶
縁性基板１８の下面に接着されたＡｌ板１８ａを上面に
それぞれはんだにより接着することにより、補助ヒート
シンク１６の下面には下位の半導体素子１１ａの端子部
分に搭載する電極用基板１７が接着され、補助ヒートシ
ンク１６の上面には上位の半導体素子１１ｂを搭載する
絶縁性基板１８が接着される。なお、電極用基板１７及
び絶縁性基板１８の補助ヒートシンク１６への接着は、
図２に示すように、ねじ止めにより行ってもよい。図２
ではＡｌ，Ｃｕ又はＡｌＳｉＣ若しくはＣｕ−Ｍｏによ
り構成された補助ヒートシンク１６に貫通した雌ねじ孔
１６ａ、１６ａが形成され、電極用基板１７を下面に及
び絶縁性基板１８を上面にそれぞれ図示しない放熱用の
グリースを介在させて積層させ、この状態で雄ねじ２４
をその雌ねじ孔１６ａにそれぞれ螺合させることにより
ねじ止めしたものである。
【００１４】図１に戻って、他の半導体素子１１ｂの積
層はこの補助ヒートシンク１６を介して行われ、下位の
半導体素子１１ａの端子部分に複数の突起１７ｃを対向
させた状態で電極用基板１７下面のＡｌ板１７ａをその
半導体素子１１ａの上面にはんだ又は接着剤で接着し、
絶縁性基板１８上面のＡｌ板１８ｂに上位の半導体素子
１１ｂの下面をはんだ又は接着剤で接着することによ
り、他の半導体素子１１ｂは最下位の半導体素子１１ａ
に補助ヒートシンク１６を介して順次積層される。この
図１に示す実施の形態では２個の半導体素子１１ａ，１
１ｂを積層する場合を示し、最上位の半導体素子１１ｂ
の端子部分にも電極用基板１７が同様にして搭載され、
この電極用基板１７には補助ヒートシンク１６が同様に
して更に搭載される。
層はこの補助ヒートシンク１６を介して行われ、下位の
半導体素子１１ａの端子部分に複数の突起１７ｃを対向
させた状態で電極用基板１７下面のＡｌ板１７ａをその
半導体素子１１ａの上面にはんだ又は接着剤で接着し、
絶縁性基板１８上面のＡｌ板１８ｂに上位の半導体素子
１１ｂの下面をはんだ又は接着剤で接着することによ
り、他の半導体素子１１ｂは最下位の半導体素子１１ａ
に補助ヒートシンク１６を介して順次積層される。この
図１に示す実施の形態では２個の半導体素子１１ａ，１
１ｂを積層する場合を示し、最上位の半導体素子１１ｂ
の端子部分にも電極用基板１７が同様にして搭載され、
この電極用基板１７には補助ヒートシンク１６が同様に
して更に搭載される。
【００１５】主ヒートシンク１２の表面には半導体素子
１１ａ、１１ｂを包囲するように枠部材１９が取付けら
れる。この枠部材１９は絶縁材料からなる樹脂成型品で
あって、パワーモジュール用基板１３とともに複数の半
導体素子１１ａ、１１ｂを包囲する包囲部１９ａと、主
ヒートシンク１２の表面に接着されるフランジ部１９ｂ
とを有する。フランジ部１９ｂには、主ヒートシンク１
２の雌ねじ孔１２ｂに連通する連通孔１９ｃが形成さ
れ、包囲部１９ａの内周面には複数の端子２１，２１が
設けられる。なお、枠部材１９の取付けは、包囲部１９
ａで複数の半導体素子１１ａ、１１ｂを包囲させた状態
で、連通孔１９ｃを介して主ヒートシンク１２の雌ねじ
孔１２ｂに雄ねじ２３を螺合することにより行われる。
なお、図示しないが枠部材１９は主ヒートシンク１２に
接着してもよく、図２に示すように、枠部材１９をパワ
ーモジュール用基板１３に接着し、そのパワーモジュー
ル用基板１３を主ヒートシンク１２にねじ止めしてもよ
い。
１１ａ、１１ｂを包囲するように枠部材１９が取付けら
れる。この枠部材１９は絶縁材料からなる樹脂成型品で
あって、パワーモジュール用基板１３とともに複数の半
導体素子１１ａ、１１ｂを包囲する包囲部１９ａと、主
ヒートシンク１２の表面に接着されるフランジ部１９ｂ
とを有する。フランジ部１９ｂには、主ヒートシンク１
２の雌ねじ孔１２ｂに連通する連通孔１９ｃが形成さ
れ、包囲部１９ａの内周面には複数の端子２１，２１が
設けられる。なお、枠部材１９の取付けは、包囲部１９
ａで複数の半導体素子１１ａ、１１ｂを包囲させた状態
で、連通孔１９ｃを介して主ヒートシンク１２の雌ねじ
孔１２ｂに雄ねじ２３を螺合することにより行われる。
なお、図示しないが枠部材１９は主ヒートシンク１２に
接着してもよく、図２に示すように、枠部材１９をパワ
ーモジュール用基板１３に接着し、そのパワーモジュー
ル用基板１３を主ヒートシンク１２にねじ止めしてもよ
い。
【００１６】最下位の半導体素子１１ａの端子部分に接
触するＡｌ板１７ａは電極用基板１７から端子２１に向
って側方に突出するようにその電極用基板１７に接着さ
れ、最上位の半導体素子１１ｂの端子部分に接触するＡ
ｌ板１７ａの端子２１に対応する側部には、接続部材２
２，２２であるＡｌからなるワイヤ又は平板の一端が予
め超音波により接合される。一方、接続部材２２，２２
の他端は枠部材１９の内周面に設けられた端子２１，２
１にそれぞれ接続され、これにより半導体素子１１ａ，
１１ｂの図示しない端子部分はＡｌ板１７ａを介して直
接又は接続部材２２，２２により端子２１，２１にそれ
ぞれ接続される。
触するＡｌ板１７ａは電極用基板１７から端子２１に向
って側方に突出するようにその電極用基板１７に接着さ
れ、最上位の半導体素子１１ｂの端子部分に接触するＡ
ｌ板１７ａの端子２１に対応する側部には、接続部材２
２，２２であるＡｌからなるワイヤ又は平板の一端が予
め超音波により接合される。一方、接続部材２２，２２
の他端は枠部材１９の内周面に設けられた端子２１，２
１にそれぞれ接続され、これにより半導体素子１１ａ，
１１ｂの図示しない端子部分はＡｌ板１７ａを介して直
接又は接続部材２２，２２により端子２１，２１にそれ
ぞれ接続される。
【００１７】このように構成された半導体装置１０で
は、半導体素子１１ａ，１１ｂから発せられた熱はパワ
ーモジュール用基板１３又は絶縁性基板１８若しくは電
極用基板１７を介して主ヒートシンク１２又は補助ヒー
トシンク１６から外部に放散される。また、接続部材２
２，２２が比較的太い場合には端子部分からＡｌ板１７
ａに伝導した熱の一部がこの接続部材２２，２２を介し
て端子２１，２１に伝導し、この端子２１，２１から外
部に放散される。また、このように構成された半導体装
置１０では、複数の半導体素子１１ａ，１１ｂを積層す
るため、複数の半導体素子を並列に搭載した従来の半導
体装置に比較して半導体素子１１ａ，１１ｂの実装密度
を高めるとともに、半導体装置１０の設置面積を従来よ
り大幅に縮小することができる。
は、半導体素子１１ａ，１１ｂから発せられた熱はパワ
ーモジュール用基板１３又は絶縁性基板１８若しくは電
極用基板１７を介して主ヒートシンク１２又は補助ヒー
トシンク１６から外部に放散される。また、接続部材２
２，２２が比較的太い場合には端子部分からＡｌ板１７
ａに伝導した熱の一部がこの接続部材２２，２２を介し
て端子２１，２１に伝導し、この端子２１，２１から外
部に放散される。また、このように構成された半導体装
置１０では、複数の半導体素子１１ａ，１１ｂを積層す
るため、複数の半導体素子を並列に搭載した従来の半導
体装置に比較して半導体素子１１ａ，１１ｂの実装密度
を高めるとともに、半導体装置１０の設置面積を従来よ
り大幅に縮小することができる。
【００１８】なお、上述した実施の形態では２個の半導
体素子１１ａ，１１ｂを積層した半導体装置１０を示し
たが、図５に示す概念図のように半導体装置１０は半導
体素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃを３個積層したものであ
ってもよく、図示しないが４個、５個、又は６個以上積
層したものであってもよい。また、上述した実施の形態
では、最上位の半導体素子１１ｂの端子部分に電極用基
板１７を搭載し、その電極用基板１７に補助ヒートシン
ク１６を更に搭載した半導体装置１０を示したが、半導
体素子１１ａ，１１ｂが発する熱を放散し得る限り、図
３に示すように、最上位の半導体素子１１ｂに何ら搭載
することなく最上位の半導体素子の端子部分を枠部材に
設けられた端子２１，２１に接続部材２２，２２により
直接接続してもよく、図４に示すように、電極用基板１
７のみをその最上位の半導体素子１１ｂに搭載してもよ
い。電極用基板１７のみを最上位の半導体素子１１ｂに
搭載した場合には、電極用基板１７を搭載することなく
端子部分を端子２１，２１に接続部材２２，２２で直接
接続する場合に比較して配線の自由度が向上しかつその
接続自体が容易になり、放熱特性も向上させることがで
きる。
体素子１１ａ，１１ｂを積層した半導体装置１０を示し
たが、図５に示す概念図のように半導体装置１０は半導
体素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃを３個積層したものであ
ってもよく、図示しないが４個、５個、又は６個以上積
層したものであってもよい。また、上述した実施の形態
では、最上位の半導体素子１１ｂの端子部分に電極用基
板１７を搭載し、その電極用基板１７に補助ヒートシン
ク１６を更に搭載した半導体装置１０を示したが、半導
体素子１１ａ，１１ｂが発する熱を放散し得る限り、図
３に示すように、最上位の半導体素子１１ｂに何ら搭載
することなく最上位の半導体素子の端子部分を枠部材に
設けられた端子２１，２１に接続部材２２，２２により
直接接続してもよく、図４に示すように、電極用基板１
７のみをその最上位の半導体素子１１ｂに搭載してもよ
い。電極用基板１７のみを最上位の半導体素子１１ｂに
搭載した場合には、電極用基板１７を搭載することなく
端子部分を端子２１，２１に接続部材２２，２２で直接
接続する場合に比較して配線の自由度が向上しかつその
接続自体が容易になり、放熱特性も向上させることがで
きる。
【００１９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、最
下位の半導体素子を主ヒートシンクの上面に接着された
パワーモジュール用基板の回路パターンに積層し、最下
位の半導体素子以外の他の半導体素子を最下位の半導体
素子にそれぞれ補助ヒートシンクを介して順次積層した
ので、それぞれの半導体素子から発せられた熱は主ヒー
トシンク又は補助ヒートシンクから外部に放散される。
この結果、複数の半導体素子を積層しても、積み上げら
れた半導体素子が発する熱の放散が妨げられることはな
く、熱を有効に放散しつつ半導体素子の実装密度を向上
させることができる。
下位の半導体素子を主ヒートシンクの上面に接着された
パワーモジュール用基板の回路パターンに積層し、最下
位の半導体素子以外の他の半導体素子を最下位の半導体
素子にそれぞれ補助ヒートシンクを介して順次積層した
ので、それぞれの半導体素子から発せられた熱は主ヒー
トシンク又は補助ヒートシンクから外部に放散される。
この結果、複数の半導体素子を積層しても、積み上げら
れた半導体素子が発する熱の放散が妨げられることはな
く、熱を有効に放散しつつ半導体素子の実装密度を向上
させることができる。
【００２０】また、補助ヒートシンクの下面に下位の半
導体素子の端子部分に搭載する電極用基板を接着し、補
助ヒートシンクの上面に上位の半導体素子を搭載する絶
縁性基板を接着すれば、複数の半導体素子と補助ヒート
シンクの積層が比較的容易になり、最上位の半導体素子
の端子部分に電極用基板を搭載すれば、電極用基板を介
して最上位の半導体素子の端子部分を配線することが可
能になり、その配線の自由度が向上する。また、この電
極用基板に補助ヒートシンクを更に搭載すれば、最上位
の半導体素子が比較的多くの熱を発するものであって
も、その熱を有効に外部に放散することができる。更
に、電極用基板として両面にＡｌ板が積層接着されたＡ
ｌＮ又はＳｉ3Ｎ4を使用し、端子が内周面に設けられた
枠部材を主ヒートシンクの上面に取付け、複数の半導体
素子のそれぞれの端子部分をそのＡｌ板を介して直接又
は接続部材によりその端子に接続すれば、その配線の自
由度が向上しかつ容易になる。また、主ヒートシンク及
び補助ヒートシンクを水冷式ヒートシンクにすれば、半
導体素子が発する熱を効果的にかつ効率的に外部に放散
することができる。
導体素子の端子部分に搭載する電極用基板を接着し、補
助ヒートシンクの上面に上位の半導体素子を搭載する絶
縁性基板を接着すれば、複数の半導体素子と補助ヒート
シンクの積層が比較的容易になり、最上位の半導体素子
の端子部分に電極用基板を搭載すれば、電極用基板を介
して最上位の半導体素子の端子部分を配線することが可
能になり、その配線の自由度が向上する。また、この電
極用基板に補助ヒートシンクを更に搭載すれば、最上位
の半導体素子が比較的多くの熱を発するものであって
も、その熱を有効に外部に放散することができる。更
に、電極用基板として両面にＡｌ板が積層接着されたＡ
ｌＮ又はＳｉ3Ｎ4を使用し、端子が内周面に設けられた
枠部材を主ヒートシンクの上面に取付け、複数の半導体
素子のそれぞれの端子部分をそのＡｌ板を介して直接又
は接続部材によりその端子に接続すれば、その配線の自
由度が向上しかつ容易になる。また、主ヒートシンク及
び補助ヒートシンクを水冷式ヒートシンクにすれば、半
導体素子が発する熱を効果的にかつ効率的に外部に放散
することができる。
【図１】本発明の半導体装置の縦断面図。
【図２】ねじ止めを併用した本発明の半導体装置の縦断
面図。
面図。
【図３】本発明の別の半導体装置の縦断面図。
【図４】本発明の更に別の半導体装置の縦断面図。
【図５】３個の半導体素子を積層した半導体装置の概念
図。
図。
【図６】従来例の半導体装置の縦断面図。
１０ 半導体装置 １１ａ，１１ｂ 半導体素子 １２ 主ヒートシンク １３ パワーモジュール用基板 １３ａ 回路パターン １６ 補助ヒートシンク １７ 電極用基板 １７ａ，１７ｂ Ａｌ板 １８ 絶縁性基板 １９ 枠部材 ２１ 端子 ２２ 平板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 23/40 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｄ // Ｈ０１Ｌ 23/12 23/12 Ｊ (72)発明者 島村 正一 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA10 BA23 BB01 BB21 BC03 BC05 BD01 BD13
Claims (6)
- 【請求項１】 複数の半導体素子(11a,11b)が積層され
た半導体装置(10)であって、 最下位の半導体素子(11a)が主ヒートシンク(12)の上面
に接着されたパワーモジュール用基板(13)の回路パター
ン(13a)に積層され、 前記最下位の半導体素子(11a)以外の他の半導体素子(11
b)が前記最下位の半導体素子(11a)にそれぞれ補助ヒー
トシンク(16)を介して順次積層されたことを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項２】 補助ヒートシンク(16)の下面に下位の半
導体素子(11a)の端子部分に搭載する電極用基板(17)が
接着され、前記補助ヒートシンク(16)の上面に上位の半
導体素子(11b)を搭載する絶縁性基板(18)が接着された
請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項３】 最上位の半導体素子(11b)の端子部分に
電極用基板(17)が搭載された請求項２記載の半導体装
置。 - 【請求項４】 最上段の半導体素子(11b)に搭載された
電極用基板(17)に補助ヒートシンク(16)が搭載された請
求項３記載の半導体装置。 - 【請求項５】 電極用基板(17)は両面にＡｌ板(17a,17
b)が積層接着されたＡｌＮ又はＳｉ3Ｎ4であり、端子(2
1)が内周面に設けられた枠部材(19)が補助ヒートシンク
及(16)び複数の半導体素子(11a,11b)を包囲するように
主ヒートシンク(12)の上面に取付けられ、前記複数の半
導体素子(11a,11b)のそれぞれの端子部分が前記端子部
分に接触する前記Ａｌ板(17a)を介して直接又は接続部
材(22)により前記端子(21)に接続された請求項２ないし
４いずれか記載の半導体装置。 - 【請求項６】 主ヒートシンク(12)及び補助ヒートシン
ク(16)のいずれか一方又は双方が冷却水を内部に循環可
能に構成された水冷式ヒートシンクである請求項１ない
し５いずれか記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000049909A JP3775152B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000049909A JP3775152B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001244407A true JP2001244407A (ja) | 2001-09-07 |
| JP3775152B2 JP3775152B2 (ja) | 2006-05-17 |
Family
ID=18571771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000049909A Expired - Lifetime JP3775152B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3775152B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009171732A (ja) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Nissan Motor Co Ltd | 電力変換装置 |
| JP2018207747A (ja) * | 2017-06-09 | 2018-12-27 | 新電元工業株式会社 | 電源装置 |
| WO2023249000A1 (ja) * | 2022-06-23 | 2023-12-28 | ニデック株式会社 | 半導体モジュール |
-
2000
- 2000-02-25 JP JP2000049909A patent/JP3775152B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009171732A (ja) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Nissan Motor Co Ltd | 電力変換装置 |
| JP2018207747A (ja) * | 2017-06-09 | 2018-12-27 | 新電元工業株式会社 | 電源装置 |
| WO2023249000A1 (ja) * | 2022-06-23 | 2023-12-28 | ニデック株式会社 | 半導体モジュール |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3775152B2 (ja) | 2006-05-17 |
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