JP5942713B2 - Semiconductor module - Google Patents

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Description

本発明は、第1の半導体素子と第2の半導体素子を備える半導体モジュールに関する。   The present invention relates to a semiconductor module including a first semiconductor element and a second semiconductor element.

複数の半導体素子を積層した半導体モジュールとしては、例えば、特許文献1に記載の積層型半導体装置が知られている。
特許文献1に記載の積層型半導体装置は、第1主面側に第1の主電極を有し、第2主面側に第2の主電極を有する半導体チップが複数積層されて構成されている。各半導体チップの第1主面及び第2主面は、それぞれ、金属配線層に電気的に接続され、半導体チップの間では、向かい合う主面側同士が共通の金属配線層に接合されている。これにより、上下に二つの半導体チップが設けられ、下側の半導体チップに対して上側の半導体チップが積層されている。そして、半導体チップの駆動時には、各半導体チップが発熱し、この熱は、金属配線層に伝導する。
As a semiconductor module in which a plurality of semiconductor elements are stacked, for example, a stacked semiconductor device described in Patent Document 1 is known.
The stacked semiconductor device described in Patent Document 1 is configured by laminating a plurality of semiconductor chips each having a first main electrode on the first main surface side and a second main electrode on the second main surface side. Yes. The first main surface and the second main surface of each semiconductor chip are electrically connected to the metal wiring layer, and the main surface sides facing each other are bonded to a common metal wiring layer between the semiconductor chips. Thus, two semiconductor chips are provided on the upper and lower sides, and the upper semiconductor chip is stacked on the lower semiconductor chip. When the semiconductor chip is driven, each semiconductor chip generates heat, and this heat is conducted to the metal wiring layer.

特許第4039202号公報Japanese Patent No. 4039202

ところで、積層型半導体装置においては、半導体チップが積層されていることから、それぞれの半導体チップが発した熱の影響を互いに受けやすく、半導体チップに対する冷却効率が低下するおそれがある。   By the way, in the stacked semiconductor device, since the semiconductor chips are stacked, the semiconductor chips are easily affected by the heat generated by the respective semiconductor chips, and the cooling efficiency of the semiconductor chips may be reduced.

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体素子に対する冷却効率を向上させることができる半導体モジュールを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object thereof is to provide a semiconductor module capable of improving the cooling efficiency for a semiconductor element.

上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、第1の半導体素子と、前記第1の半導体素子が接合された第1の配線層と、前記第1の半導体素子の前記第1の配線層に接合された面と反対側の面に接合された第2の配線層と、前記第2の配線層の前記第1の半導体素子が接合された面と反対側の面に接合された第2の半導体素子と、を備え、前記第2の半導体素子が発した熱を、前記第1の半導体素子を含む第1の伝熱経路を介して前記第1の配線層に伝導させる半導体モジュールであって、前記第2の半導体素子が発した熱が伝導され、前記第2の半導体素子に対して前記第2の配線層が配置される側に配置される伝熱層を備え、前記伝熱層と前記第2の配線層の間には、前記第1の配線層と絶縁されるとともに、前記第2の半導体素子が発した熱を前記伝熱層に伝導させる前記第1の伝熱経路とは異なる第2の伝熱経路が設けられ、前記第1の配線層の前記第1の半導体素子が接合された面と反対側の面には、絶縁層が設けられるとともに、前記絶縁層の前記第1の配線層が設けられる面と同一面上には、前記第1の配線層と電気的に分離された前記伝熱層が設けられ、前記伝熱層と前記第2の配線層の間には、出力電極が設けられ、前記出力電極が前記第2の伝熱経路を兼ねることを要旨とする。 In order to solve the above problem, the invention according to claim 1 is a first semiconductor element, a first wiring layer to which the first semiconductor element is bonded, and the first semiconductor element. A second wiring layer bonded to a surface opposite to the surface bonded to the wiring layer, and a surface opposite to the surface of the second wiring layer opposite to the surface where the first semiconductor element is bonded. And a second semiconductor element that conducts heat generated by the second semiconductor element to the first wiring layer through a first heat transfer path including the first semiconductor element. A heat transfer layer disposed on a side where the second wiring layer is disposed with respect to the second semiconductor element, wherein the heat generated by the second semiconductor element is conducted, Between the heat transfer layer and the second wiring layer, the second semiconductor layer is insulated from the first wiring layer and the second semiconductor layer. Child different second heat transfer path is provided between the first heat transfer path for conducting the heat transfer layer of heat emitted is, the first of said first semiconductor element wiring layers are joined An insulating layer is provided on the surface opposite to the surface, and the insulating layer is electrically separated from the first wiring layer on the same surface as the surface on which the first wiring layer is provided. The summary is that the heat transfer layer is provided, an output electrode is provided between the heat transfer layer and the second wiring layer, and the output electrode also serves as the second heat transfer path .

これによれば、第2の半導体素子が発熱すると、この熱は第1の伝熱経路を介して第1の配線層に伝導する。更に、第2の半導体素子で発した熱は、第2の伝熱経路を介して伝熱層に伝導する。このため、第2の半導体素子が発した熱を複数の伝熱経路で第1の配線層及び伝熱層に伝熱させることができ、第2の半導体素子に対する冷却効率を向上させることができる。また、第2の半導体素子に対する冷却効率が向上されることで、第1の伝熱経路を伝導する熱量が少なくなり、第1の半導体素子に対する冷却効率も向上させることができる。
また、これによれば、出力電極が第2の伝熱経路の一部を兼ねるため、第2の伝熱経路を形成するための部材を別途用意する必要がなく、部品点数の削減が図られる。
According to this, when the second semiconductor element generates heat, this heat is conducted to the first wiring layer through the first heat transfer path. Furthermore, the heat generated by the second semiconductor element is conducted to the heat transfer layer through the second heat transfer path. For this reason, the heat generated by the second semiconductor element can be transferred to the first wiring layer and the heat transfer layer through a plurality of heat transfer paths, and the cooling efficiency for the second semiconductor element can be improved. . Further, since the cooling efficiency for the second semiconductor element is improved, the amount of heat conducted through the first heat transfer path is reduced, and the cooling efficiency for the first semiconductor element can also be improved.
Also, according to this, since the output electrode also serves as a part of the second heat transfer path, it is not necessary to separately prepare a member for forming the second heat transfer path, and the number of parts can be reduced. .

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の半導体モジュールであって、前記第2の伝熱経路は、少なくとも一つの前記第2の半導体素子の複数方向に設けられることを要旨とする。   The invention described in claim 2 is the semiconductor module according to claim 1, wherein the second heat transfer path is provided in a plurality of directions of at least one of the second semiconductor elements. .

これによれば、第2の半導体素子が発する熱は、第2の半導体素子を中心として複数方向に拡散していくため、複数方向に第2の伝熱経路を設けることで、第2の半導体素子が発する熱を効率よく伝熱層に伝導させることができる。   According to this, since the heat generated by the second semiconductor element diffuses in a plurality of directions around the second semiconductor element, the second semiconductor element is provided by providing the second heat transfer path in the plurality of directions. Heat generated by the element can be efficiently conducted to the heat transfer layer.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の半導体モジュールであって、前記伝熱層には、前記伝熱層に伝導した熱の放熱を行う放熱部材が接合されることを特徴とする。   Invention of Claim 3 is a semiconductor module of Claim 1 or Claim 2, Comprising: The thermal radiation member which thermally radiates the heat | fever conducted to the said heat transfer layer is joined to the said heat transfer layer. It is characterized by that.

これによれば、伝熱層に伝導した熱は、放熱部材に伝導して放熱部材で放熱される。このため、第1の半導体素子及び第2の半導体素子に対する冷却効率が向上される According to this, the heat conducted to the heat transfer layer is conducted to the heat radiating member and radiated by the heat radiating member. For this reason, the cooling efficiency with respect to the first semiconductor element and the second semiconductor element is improved .

本発明によれば、半導体素子に対する冷却効率を向上させることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the cooling efficiency with respect to a semiconductor element can be improved.

第1の実施形態における半導体モジュールを示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the semiconductor module in 1st Embodiment. 第1の実施形態における第2の半導体素子と第2の伝熱経路の関係を示す平面図。The top view which shows the relationship between the 2nd semiconductor element and 2nd heat-transfer path | route in 1st Embodiment. 第1の実施形態における半導体モジュールを示す図1の3−3線断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 of FIG. 1 showing the semiconductor module according to the first embodiment. 第1の実施形態における半導体モジュールを示す図1の4−4線断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. 1 illustrating the semiconductor module according to the first embodiment. 第2の実施形態における半導体モジュールを示す分解斜視図。The disassembled perspective view which shows the semiconductor module in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における半導体モジュールを示す図5の6−6線断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line 6-6 of FIG. 5 illustrating the semiconductor module according to the second embodiment.

(第1の実施形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施形態について、図1〜図4にしたがって説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、半導体モジュール10は、絶縁層としての絶縁基板11と、絶縁基板11に積層された第1の配線金属板13に設けられた第1の半導体素子21,22と、第1の半導体素子21,22に積層された第2の配線金属板25に設けられた第2の半導体素子26,27とを有している。本実施形態の半導体モジュール10は、第1の半導体素子21,22に対して第2の半導体素子26,27を積層した積層型半導体モジュールである。   As shown in FIG. 1, the semiconductor module 10 includes an insulating substrate 11 as an insulating layer, first semiconductor elements 21 and 22 provided on a first wiring metal plate 13 stacked on the insulating substrate 11, And second semiconductor elements 26 and 27 provided on a second wiring metal plate 25 stacked on one semiconductor element 21 and 22. The semiconductor module 10 of the present embodiment is a stacked semiconductor module in which second semiconductor elements 26 and 27 are stacked on first semiconductor elements 21 and 22.

絶縁基板11は、矩形平板状をなしている。絶縁基板11としては、例えば窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等からなるセラミック基板が用いられる。絶縁基板11の上面には、第1の半導体素子21,22が接合される第1の配線層としての第1の配線金属板13と、第1の配線金属板13と電気的に分離して設けられた伝熱層としての金属板14が形成されている。第1の配線金属板13と金属板14は、同一面上に設けられている。   The insulating substrate 11 has a rectangular flat plate shape. As the insulating substrate 11, for example, a ceramic substrate made of aluminum nitride, alumina, silicon nitride, or the like is used. A first wiring metal plate 13 as a first wiring layer to which the first semiconductor elements 21 and 22 are bonded is electrically separated from the upper surface of the insulating substrate 11 and the first wiring metal plate 13. A metal plate 14 is formed as a provided heat transfer layer. The first wiring metal plate 13 and the metal plate 14 are provided on the same surface.

金属板14は、平面視L字状に形成されている。具体的にいえば、金属板14は、矩形平板状をなす第1の延設部14aと、第1の延設部14aから第1の延設部14aの短手方向に水平に延びる第2の延設部14bからなる。第1の延設部14aは、絶縁基板11の一つの角部から、絶縁基板11の長手方向に直線状に延びている。第2の延設部14bは、上記した角部から絶縁基板11の短手方向に直線状に延びている。第1の延設部14aの長さは、絶縁基板11の長手方向の長さよりも短い。第2の延設部14bの長さは、絶縁基板11の短手方向の長さよりも短い。   The metal plate 14 is formed in an L shape in plan view. Specifically, the metal plate 14 includes a first extending portion 14a having a rectangular flat plate shape, and a second extending horizontally from the first extending portion 14a in the short direction of the first extending portion 14a. The extending portion 14b. The first extending portion 14 a extends linearly from one corner of the insulating substrate 11 in the longitudinal direction of the insulating substrate 11. The second extending portion 14 b extends linearly from the corner portion described above in the short direction of the insulating substrate 11. The length of the first extending portion 14 a is shorter than the length of the insulating substrate 11 in the longitudinal direction. The length of the second extending portion 14 b is shorter than the length of the insulating substrate 11 in the short direction.

第1の配線金属板13は、略矩形平板状をなしている。第1の配線金属板13は、その長手方向が絶縁基板11の長手方向と一致し、短手方向が絶縁基板11の短手方向と一致するように設けられている。そして、第1の配線金属板13は、その短手方向の縁部が第1の延設部14aから若干離間して設けられるとともに、長手方向の縁部が第2の延設部14bから若干離間して設けられている。これにより、第1の配線金属板13と金属板14は、電気的に分離されている。また、第1の配線金属板13は、絶縁基板11の上面において、金属板14が設けられていない面の略全面に形成されている。   The first wiring metal plate 13 has a substantially rectangular flat plate shape. The first wiring metal plate 13 is provided such that its longitudinal direction coincides with the longitudinal direction of the insulating substrate 11 and its short direction coincides with the short direction of the insulating substrate 11. The first wiring metal plate 13 is provided with a short edge portion slightly spaced from the first extending portion 14a, and a long edge portion slightly extending from the second extending portion 14b. They are spaced apart. Thereby, the 1st wiring metal plate 13 and the metal plate 14 are electrically isolate | separated. Further, the first wiring metal plate 13 is formed on substantially the entire surface of the upper surface of the insulating substrate 11 where the metal plate 14 is not provided.

第1の配線金属板13の上面には、二つの第1の半導体素子21,22が第1の配線金属板13の長手方向に並んで設けられている。第1の半導体素子21,22は、半田などの接合材によって接合されている。第1の半導体素子21,22は、例えば、絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ(insulated gate bipolar transistor:IGBT)やパワーMOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)等のスイッチング素子や、ダイオードなどである。また、第1の配線金属板13の上面には、電源に接続される第1の入力電極31が接合されている。   On the upper surface of the first wiring metal plate 13, two first semiconductor elements 21 and 22 are provided side by side in the longitudinal direction of the first wiring metal plate 13. The first semiconductor elements 21 and 22 are bonded by a bonding material such as solder. The first semiconductor elements 21 and 22 are, for example, switching elements such as insulated gate bipolar transistors (IGBTs) and power MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors), diodes, and the like. A first input electrode 31 connected to a power source is joined to the upper surface of the first wiring metal plate 13.

図1及び図3に示すように、金属板14の上面には、出力電極32が半田などの接合材によって接合されている。出力電極32は、金属板14に接合される接合部33を有している。接合部33は、矩形平板状をなす第1の接合部33aと、第1の接合部33aから第1の接合部33aの短手方向に水平に延びる第2の接合部33bからなる。第1の接合部33aは、長手方向及び短手方向の寸法が、第1の延設部14aの長手方向及び短手方向の寸法と同一となっている。第2の接合部33bは、長手方向及び短手方向の寸法が、第2の延設部14bの長手方向及び短手方向の寸法と同一となっている。第1の接合部33aは、第1の延設部14aに接合され、第2の接合部33bは、第2の延設部14bに接合されている。第1の接合部33aには、第2の接合部33bが延びる方向と逆方向に水平に延びるとともに、負荷(例えば、電気自動車などに搭載される三相モータ)に接続される接続部34が形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 3, the output electrode 32 is bonded to the upper surface of the metal plate 14 by a bonding material such as solder. The output electrode 32 has a joint portion 33 that is joined to the metal plate 14. The joint portion 33 includes a first joint portion 33a having a rectangular flat plate shape and a second joint portion 33b extending horizontally from the first joint portion 33a in the lateral direction of the first joint portion 33a. The first joint portion 33a has the same longitudinal and lateral dimensions as those of the first extending portion 14a in the longitudinal and lateral directions. The dimensions of the second joint portion 33b in the longitudinal direction and the lateral direction are the same as the dimensions of the second extending portion 14b in the longitudinal direction and the lateral direction. The first joint portion 33a is joined to the first extension portion 14a, and the second joint portion 33b is joined to the second extension portion 14b. The first joint portion 33a has a connection portion 34 that extends horizontally in a direction opposite to the direction in which the second joint portion 33b extends and is connected to a load (for example, a three-phase motor mounted on an electric vehicle or the like). Is formed.

第1の半導体素子21,22の上面(第1の半導体素子21,22の第1の配線金属板13に接合された面と反対側の面)には、半田層23が設けられている。出力電極32の接合部33の上面には、接合部33と同一形状をなす半田層24が接合されている。それぞれの半田層23,24の上面には、第2の配線層としての第2の配線金属板25が接合されている。すなわち、第1の半導体素子21,22の上面には、半田層23,24によって第2の配線金属板25が接合されている。第2の配線金属板25の上面(第2の配線金属板25の第1の半導体素子21,22が接合された面と反対側の面)には、二つの第2の半導体素子26,27が半田などの接合材によって接合されている。第2の半導体素子26,27は、第1の半導体素子21,22に積層されている。金属板14(伝熱層)は、第2の半導体素子26,27に対して第2の配線金属板25が配置される側に配置されている。   A solder layer 23 is provided on the upper surfaces of the first semiconductor elements 21 and 22 (surfaces opposite to the surfaces bonded to the first wiring metal plate 13 of the first semiconductor elements 21 and 22). A solder layer 24 having the same shape as the bonding portion 33 is bonded to the upper surface of the bonding portion 33 of the output electrode 32. A second wiring metal plate 25 as a second wiring layer is joined to the upper surfaces of the respective solder layers 23 and 24. That is, the second wiring metal plate 25 is joined to the upper surfaces of the first semiconductor elements 21 and 22 by the solder layers 23 and 24. On the upper surface of the second wiring metal plate 25 (the surface opposite to the surface where the first semiconductor elements 21 and 22 of the second wiring metal plate 25 are joined), two second semiconductor elements 26 and 27 are provided. Are joined by a joining material such as solder. The second semiconductor elements 26 and 27 are stacked on the first semiconductor elements 21 and 22. The metal plate 14 (heat transfer layer) is disposed on the side where the second wiring metal plate 25 is disposed with respect to the second semiconductor elements 26 and 27.

図2に示すように、二つの第2の半導体素子26,27のうち、一方の第2の半導体素子26は、平面視したときに、第2の半導体素子26の一辺が出力電極32の第1の接合部33a上に位置し、この一辺と交わる辺が出力電極32の第2の接合部33b上に位置するように設けられている。第2の半導体素子27は、平面視したときに、第2の半導体素子27の一辺が出力電極32の第1の接合部33a上に位置するように設けられている。また、同時に第2の半導体素子26,27は、平面視したときに第1の半導体素子21,22上にも位置するように設けられている。   As shown in FIG. 2, of the two second semiconductor elements 26, 27, one second semiconductor element 26 has one side of the second semiconductor element 26 of the output electrode 32 when viewed in plan. It is located on the first joint 33 a and the side intersecting with this one side is located on the second joint 33 b of the output electrode 32. The second semiconductor element 27 is provided such that one side of the second semiconductor element 27 is positioned on the first joint portion 33 a of the output electrode 32 when viewed in plan. At the same time, the second semiconductor elements 26 and 27 are also provided so as to be positioned on the first semiconductor elements 21 and 22 when viewed in plan.

第2の半導体素子26,27は、第1の半導体素子21,22の発熱量を考慮して配置位置が決められる。二つの第1の半導体素子21,22の発熱量に偏りがあり、二つの第2の半導体素子26,27の発熱量にも偏りがある場合、二つの第2の半導体素子26,27のうち、発熱量の多い第2の半導体素子26,27が、二つの第1の半導体素子21,22のうち、発熱量の少ない第1の半導体素子21,22に積層される。また、発熱量の少ない第2の半導体素子26,27が発熱量の多い第1の半導体素子21,22に積層される。第2の半導体素子26,27は、例えば、絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ(insulated gate bipolar transistor:IGBT)やパワーMOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)等のスイッチング素子や、ダイオードなどである。   The arrangement positions of the second semiconductor elements 26 and 27 are determined in consideration of the heat generation amount of the first semiconductor elements 21 and 22. If the heat generation amounts of the two first semiconductor elements 21 and 22 are biased and the heat generation amounts of the two second semiconductor elements 26 and 27 are also biased, of the two second semiconductor elements 26 and 27 The second semiconductor elements 26 and 27 that generate a large amount of heat are stacked on the first semiconductor elements 21 and 22 that generate a small amount of heat, out of the two first semiconductor elements 21 and 22. Further, the second semiconductor elements 26 and 27 having a small heat generation amount are stacked on the first semiconductor elements 21 and 22 having a large heat generation amount. The second semiconductor elements 26 and 27 are, for example, switching elements such as insulated gate bipolar transistors (IGBTs) and power MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors), diodes, and the like.

図4に示すように、第2の半導体素子26,27が発する熱は、矢印Y1にしたがって第1の配線金属板13に伝導する。第2の半導体素子26,27で発した熱は、第2の配線金属板25に伝導し、半田層23及び第1の半導体素子21,22を介して第1の配線金属板13に伝導する。したがって、半田層23及び第1の半導体素子21,22が第1の配線金属板13に熱を伝導させる第1の伝熱経路を形成している。   As shown in FIG. 4, the heat generated by the second semiconductor elements 26 and 27 is conducted to the first wiring metal plate 13 in accordance with the arrow Y1. The heat generated by the second semiconductor elements 26 and 27 is conducted to the second wiring metal plate 25, and is conducted to the first wiring metal plate 13 through the solder layer 23 and the first semiconductor elements 21 and 22. . Therefore, the solder layer 23 and the first semiconductor elements 21 and 22 form a first heat transfer path for conducting heat to the first wiring metal plate 13.

また、第2の半導体素子26,27が発する熱は、矢印Y2にしたがって第2の配線金属板25に伝導し、半田層24及び出力電極32を介して金属板14にも伝導する。したがって、金属板14と第2の配線金属板25の間に設けられた半田層24及び出力電極32が第2の伝熱経路を形成している。第2の伝熱経路は、二つの第2の半導体素子26,27のうち、一方の第2の半導体素子26の二辺と重なり合うように設けられている。すなわち、第2の半導体素子26の複数方向(2方向)に第2の伝熱経路が設けられている。具体的にいえば、第1の接合部33aと第1の接合部33aの上面に設けられた半田層24からなる第2の伝熱経路と、第2の接合部33bと第2の接合部33bの上面に設けられた半田層24からなる第2の伝熱経路が第2の半導体素子26の2方向に位置する第2の伝熱経路となる。一方、第2の伝熱経路は、第2の半導体素子27の一方向に設けられている。しがたって、第2の半導体素子27は、第2の半導体素子26に比べて冷却されにくい。このため、第2の半導体素子26として、第2の半導体素子27よりも発熱量が多い半導体素子を使用することが望ましい。例えば、第2の半導体素子26として、IGBTを使用し、第2の半導体素子27としてダイオードを使用すればよい。なお、第2の伝熱経路は、絶縁基板11によって第1の配線金属板13と電気的に絶縁されている。   Further, the heat generated by the second semiconductor elements 26 and 27 is conducted to the second wiring metal plate 25 in accordance with the arrow Y2, and is also conducted to the metal plate 14 through the solder layer 24 and the output electrode 32. Therefore, the solder layer 24 and the output electrode 32 provided between the metal plate 14 and the second wiring metal plate 25 form a second heat transfer path. The second heat transfer path is provided so as to overlap two sides of one of the second semiconductor elements 26 and 27. That is, the second heat transfer path is provided in a plurality of directions (two directions) of the second semiconductor element 26. More specifically, the second heat transfer path composed of the first bonding portion 33a and the solder layer 24 provided on the upper surface of the first bonding portion 33a, the second bonding portion 33b, and the second bonding portion. The second heat transfer path formed of the solder layer 24 provided on the upper surface of 33 b is a second heat transfer path positioned in two directions of the second semiconductor element 26. On the other hand, the second heat transfer path is provided in one direction of the second semiconductor element 27. Therefore, the second semiconductor element 27 is less likely to be cooled than the second semiconductor element 26. Therefore, it is desirable to use a semiconductor element that generates more heat than the second semiconductor element 27 as the second semiconductor element 26. For example, an IGBT may be used as the second semiconductor element 26 and a diode may be used as the second semiconductor element 27. The second heat transfer path is electrically insulated from the first wiring metal plate 13 by the insulating substrate 11.

第2の半導体素子26,27の上面には、半田層28が設けられている。半田層28の上面には、電源と接続される第2の入力電極35が接合されている。
第1の配線金属板13の下面には、絶縁基板11を介して平板状の放熱部材36が接合されている。放熱部材36は、半田などの接合材によって接合されている。放熱部材36は、銅やアルミニウムなどの金属材料からなる。放熱部材36は、周囲に存在する空気と熱交換を行うことで、放熱部材36に伝導した熱を放熱する。
A solder layer 28 is provided on the upper surfaces of the second semiconductor elements 26 and 27. A second input electrode 35 connected to the power source is joined to the upper surface of the solder layer 28.
A flat heat dissipation member 36 is joined to the lower surface of the first wiring metal plate 13 via the insulating substrate 11. The heat radiating member 36 is joined by a joining material such as solder. The heat dissipation member 36 is made of a metal material such as copper or aluminum. The heat dissipating member 36 dissipates heat conducted to the heat dissipating member 36 by exchanging heat with the air present around it.

次に、本実施形態の半導体モジュール10の作用について説明する。
本実施形態の半導体モジュール10は、例えばインバータに適用される。このインバータは第1の入力電極31及び第2の入力電極35から入力されたバッテリの直流電力を交流電力に変換して出力電極32から負荷に出力するためのものである。本実施形態の半導体モジュール10は、3相インバータの1相分の上下アームを構成している。
Next, the operation of the semiconductor module 10 of this embodiment will be described.
The semiconductor module 10 of this embodiment is applied to an inverter, for example. This inverter is for converting the DC power of the battery input from the first input electrode 31 and the second input electrode 35 into AC power and outputting it from the output electrode 32 to the load. The semiconductor module 10 of this embodiment constitutes upper and lower arms for one phase of a three-phase inverter.

上述のとおり、第1の半導体素子21,22と第2の半導体素子26,27は積層構造であり、放熱部材36は、第1の半導体素子21,22側のみに配置されている。
半導体モジュール10が駆動するときには、第1の半導体素子21,22及び第2の半導体素子26,27が発熱する。第1の半導体素子21,22が発熱すると、この熱は、第1の配線金属板13に伝導する。第1の配線金属板13に伝導した熱は、絶縁基板11を介して放熱部材36に伝導し、これにより第1の半導体素子21,22で発した熱が放熱される。
As described above, the first semiconductor elements 21 and 22 and the second semiconductor elements 26 and 27 have a stacked structure, and the heat dissipation member 36 is disposed only on the first semiconductor elements 21 and 22 side.
When the semiconductor module 10 is driven, the first semiconductor elements 21 and 22 and the second semiconductor elements 26 and 27 generate heat. When the first semiconductor elements 21 and 22 generate heat, the heat is conducted to the first wiring metal plate 13. The heat conducted to the first wiring metal plate 13 is conducted to the heat radiating member 36 through the insulating substrate 11, whereby the heat generated by the first semiconductor elements 21 and 22 is radiated.

第2の半導体素子26,27が発熱すると、この熱は、第1の伝熱経路を介して第1の配線金属板13に伝導する。第1の配線金属板13に伝導した熱は、絶縁基板11を介して放熱部材36に伝導し、これにより第2の半導体素子26,27で発した熱が放熱される。   When the second semiconductor elements 26 and 27 generate heat, this heat is conducted to the first wiring metal plate 13 through the first heat transfer path. The heat conducted to the first wiring metal plate 13 is conducted to the heat radiating member 36 through the insulating substrate 11, whereby the heat generated by the second semiconductor elements 26 and 27 is radiated.

また、第2の半導体素子26,27が発した熱は、第2の伝熱経路を介して金属板14にも伝導する。金属板14に伝導した熱は、絶縁基板11を介して放熱部材36に伝導し、これにより第2の半導体素子26,27で発した熱が放熱される。すなわち、第2の半導体素子26,27で発した熱は、複数の伝熱経路を介して放熱部材36に伝導する。   Further, the heat generated by the second semiconductor elements 26 and 27 is also conducted to the metal plate 14 through the second heat transfer path. The heat conducted to the metal plate 14 is conducted to the heat radiating member 36 through the insulating substrate 11, whereby the heat generated by the second semiconductor elements 26 and 27 is radiated. That is, the heat generated by the second semiconductor elements 26 and 27 is conducted to the heat radiating member 36 through a plurality of heat transfer paths.

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)第2の半導体素子26,27が発した熱は、第1の伝熱経路を介して第1の配線金属板13に伝導するのに加えて、第2の伝熱経路を介して金属板14に伝導する。第2の半導体素子26,27が発した熱を第1の配線金属板13及び金属板14に伝導させる伝熱経路を複数設けることで、第1の半導体素子21,22側のみから放熱される積層構造でも、第2の半導体素子26,27に対する冷却効率を向上させることができる。また、第2の半導体素子26,27に対する冷却効率を向上させることで、第1の伝熱経路を伝導する熱量が少なくなり、第1の半導体素子21,22に伝導する熱量が少なくなる。このため、第1の半導体素子21,22に対する冷却効率も向上される。
Therefore, according to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The heat generated by the second semiconductor elements 26 and 27 is conducted to the first wiring metal plate 13 through the first heat transfer path, and also through the second heat transfer path. Conducted to the metal plate 14. By providing a plurality of heat transfer paths for conducting the heat generated by the second semiconductor elements 26 and 27 to the first wiring metal plate 13 and the metal plate 14, heat is radiated from only the first semiconductor elements 21 and 22 side. Even in the stacked structure, the cooling efficiency for the second semiconductor elements 26 and 27 can be improved. In addition, by improving the cooling efficiency for the second semiconductor elements 26 and 27, the amount of heat conducted through the first heat transfer path is reduced, and the amount of heat conducted to the first semiconductor elements 21 and 22 is reduced. For this reason, the cooling efficiency with respect to the 1st semiconductor elements 21 and 22 is also improved.

(2)第2の半導体素子26,27の複数方向に第2の伝熱経路を設けることで、第2の半導体素子26,27が発した熱が伝導しやすく、第2の半導体素子26,27に対する冷却効率が更に向上される。   (2) By providing the second heat transfer path in a plurality of directions of the second semiconductor elements 26 and 27, the heat generated by the second semiconductor elements 26 and 27 can be easily conducted. The cooling efficiency with respect to 27 is further improved.

(3)絶縁基板11には、放熱部材36が設けられている。このため、第1の配線金属板13及び金属板14に伝導した熱は、絶縁基板11を介して放熱部材36に伝導し、放熱部材36によってこの熱を適切に放熱することができる。したがって、第1の半導体素子21,22及び第2の半導体素子26,27に対する冷却効率が向上される。   (3) The heat radiating member 36 is provided on the insulating substrate 11. For this reason, the heat conducted to the first wiring metal plate 13 and the metal plate 14 is conducted to the heat radiating member 36 through the insulating substrate 11, and this heat can be appropriately radiated by the heat radiating member 36. Therefore, the cooling efficiency for the first semiconductor elements 21 and 22 and the second semiconductor elements 26 and 27 is improved.

(4)出力電極32は、第2の伝熱経路の一部を兼ねている。したがって、第2の伝熱経路を形成するための部材を別途用意する必要が無く、部品点数の削減が図られる。
(5)第1の半導体素子21,22の発熱量を考慮して第2の半導体素子26,27の位置を決めている。このため、第1の半導体素子21,22間の温度差及び第2の半導体素子26,27間の温度差が小さくなる。
(4) The output electrode 32 also serves as a part of the second heat transfer path. Therefore, it is not necessary to separately prepare a member for forming the second heat transfer path, and the number of parts can be reduced.
(5) The positions of the second semiconductor elements 26 and 27 are determined in consideration of the amount of heat generated by the first semiconductor elements 21 and 22. For this reason, the temperature difference between the first semiconductor elements 21 and 22 and the temperature difference between the second semiconductor elements 26 and 27 are reduced.

(6)半導体モジュール10を積層構造とすることで、第1の配線金属板13と第2の配線金属板25が、その厚み方向に対向している。第1の配線金属板13を流れる電流と第2の配線金属板25を流れる電流の向きは、逆向きとなるため、相互誘導作用によって半導体モジュール10のインダクタンスを低減させることができる。   (6) Since the semiconductor module 10 has a laminated structure, the first wiring metal plate 13 and the second wiring metal plate 25 face each other in the thickness direction. Since the direction of the current flowing through the first wiring metal plate 13 and the direction of the current flowing through the second wiring metal plate 25 are opposite, the inductance of the semiconductor module 10 can be reduced by the mutual induction action.

(7)半導体モジュール10を積層構造とすることで、半導体素子を水平方向に並べて配置した半導体モジュール10に比べると、平面視したときの面積を約3割小さくすることができる。   (7) Since the semiconductor module 10 has a laminated structure, the area when viewed in plan can be reduced by about 30% compared to the semiconductor module 10 in which semiconductor elements are arranged in a horizontal direction.

(第2の実施形態)
次に、本発明を具体化した第2の実施形態について図5及び図6にしたがって説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図5に示すように、半導体モジュール40は、絶縁層としての第1の絶縁基板41を有している。第1の絶縁基板41は矩形平板状をなしている。第1の絶縁基板41の上面には、第1の配線層及び伝熱層としての第1の配線金属板42が接合されている。   As shown in FIG. 5, the semiconductor module 40 has a first insulating substrate 41 as an insulating layer. The first insulating substrate 41 has a rectangular flat plate shape. A first wiring metal plate 42 serving as a first wiring layer and a heat transfer layer is bonded to the upper surface of the first insulating substrate 41.

第1の配線金属板42の上面には、第2の絶縁基板43が設けられている。第2の絶縁基板43は、第1の配線金属板42の長手方向に3つ並んで設けられている。各第2の絶縁基板43は、同一形状をなしている。第2の絶縁基板43は、矩形平板状をなす本体部44と、本体部44の長手方向両端から本体部44の短手方向両側に向けて延びる第1の延設部45及び第2の延設部46とからなる。第2の延設部46の一方は、他方よりも(上面が)広くなるように設けられている。また、第1の配線金属板42の上面には、電源に接続される第1の入力電極71が接合されている。   A second insulating substrate 43 is provided on the upper surface of the first wiring metal plate 42. Three second insulating substrates 43 are provided side by side in the longitudinal direction of the first wiring metal plate 42. Each second insulating substrate 43 has the same shape. The second insulating substrate 43 includes a main body 44 having a rectangular flat plate shape, a first extending portion 45 and a second extension extending from both longitudinal ends of the main body 44 toward both lateral sides of the main body 44. And an installation portion 46. One of the second extending portions 46 is provided so as to be wider (upper surface) than the other. A first input electrode 71 connected to the power source is joined to the upper surface of the first wiring metal plate 42.

第1の配線金属板42の上面には、第1の半導体素子61,62が接合されている。第1の半導体素子61は、各第2の絶縁基板43の本体部44と二つの第1の延設部45に囲まれる領域のそれぞれに、一個ずつ設けられている。第1の半導体素子62は、本体部44と二つの第2の延設部46に囲まれる領域のそれぞれに、一個ずつ設けられている。   First semiconductor elements 61 and 62 are joined to the upper surface of the first wiring metal plate 42. One first semiconductor element 61 is provided in each of the regions surrounded by the main body 44 and the two first extending portions 45 of each second insulating substrate 43. One first semiconductor element 62 is provided in each of the regions surrounded by the main body 44 and the two second extending portions 46.

第2の絶縁基板43の上面には、第2の絶縁基板43と相似の金属板47が設けられている。金属板47の上面には、金属板47と同一形状をなす半田層48が設けられている。また、各第1の半導体素子61,62の上面(第1の半導体素子61,62の第1の配線金属板42が接合された面と反対側の面)には、半田層49が設けられている。   A metal plate 47 similar to the second insulating substrate 43 is provided on the upper surface of the second insulating substrate 43. On the upper surface of the metal plate 47, a solder layer 48 having the same shape as the metal plate 47 is provided. Also, a solder layer 49 is provided on the upper surface of each first semiconductor element 61, 62 (the surface opposite to the surface where the first wiring metal plate 42 of the first semiconductor element 61, 62 is joined). ing.

それぞれの半田層48,49の上面には、第2の配線層としての第2の配線金属板50が一つずつ設けられている。すなわち、第1の半導体素子61,62、金属板47の上面には、半田層48,49を介して第2の配線金属板50が接合されている。それぞれの第2の配線金属板50は、電気的に分離されている。第2の配線金属板50の上面には、第2の半導体素子63,64が二個ずつ設けられている。第2の半導体素子63は、第1の半導体素子61に対して積層されている。第2の半導体素子64は、第1の半導体素子62に積層されている。本実施形態でも、第1の実施形態と同様に、発熱量の多い第1の半導体素子61に対して発熱量の少ない第2の半導体素子63が積層され、発熱量の少ない第1の半導体素子62に対して発熱量の多い第2の半導体素子64が積層される。第1の配線金属板42は、第2の半導体素子63,64に対して第2の配線金属板50が配置される側に配置されている。   On the upper surfaces of the solder layers 48 and 49, one second wiring metal plate 50 as a second wiring layer is provided. That is, the second wiring metal plate 50 is bonded to the upper surfaces of the first semiconductor elements 61 and 62 and the metal plate 47 via the solder layers 48 and 49. Each second wiring metal plate 50 is electrically separated. Two second semiconductor elements 63 and 64 are provided on the upper surface of the second wiring metal plate 50. The second semiconductor element 63 is stacked on the first semiconductor element 61. The second semiconductor element 64 is stacked on the first semiconductor element 62. Also in the present embodiment, as in the first embodiment, the second semiconductor element 63 having a small heat generation amount is stacked on the first semiconductor element 61 having a large heat generation amount, and the first semiconductor element having a small heat generation amount is stacked. A second semiconductor element 64 having a larger calorific value than 62 is stacked. The first wiring metal plate 42 is disposed on the side where the second wiring metal plate 50 is disposed with respect to the second semiconductor elements 63 and 64.

第2の半導体素子63は、平面視したときに、第2の半導体素子63の一辺に第2の絶縁基板43の本体部44が沿い、この一辺と交わる二辺に第1の延設部45が沿うように配置されている。第2の半導体素子64は、平面視したときに、第2の半導体素子64の一辺に本体部44が沿い、この一辺と交わる二辺に第2の延設部46が沿うように配置されている。また、発熱量の少ない第1の半導体素子62をオフセットして配置し、第2の延設部46の一方を他方より広く設け、発熱量の多い第2の半導体素子64を逆にオフセットして配置している。従って、オフセットしない場合より、平面視したときに発熱量の多い第2の半導体素子64が広く設けた第2の延設部46の上に広く配置されるとともに、第2の配線金属板50の上面に後述の出力電極51の配置スペースを確保している。   When the second semiconductor element 63 is viewed in plan, the main body portion 44 of the second insulating substrate 43 extends along one side of the second semiconductor element 63, and the first extending portion 45 is formed along two sides that intersect the one side. Is arranged along. When viewed in plan, the second semiconductor element 64 is arranged such that the main body portion 44 is along one side of the second semiconductor element 64 and the second extending portion 46 is along two sides that intersect the one side. Yes. In addition, the first semiconductor element 62 with a small amount of heat generation is offset and disposed, one of the second extending portions 46 is provided wider than the other, and the second semiconductor element 64 with a large amount of heat generation is reversely offset. It is arranged. Therefore, the second semiconductor element 64 that generates a large amount of heat when seen in a plan view is widely disposed on the second extending portion 46 that is widely provided, and the second wiring metal plate 50 has a larger amount than the case where it is not offset. An arrangement space for an output electrode 51 described later is secured on the upper surface.

図6に示すように、第2の半導体素子63,64が発する熱は、矢印Y3にしたがって第2の配線金属板50に伝導し、半田層49及び第1の半導体素子61,62を介して第1の配線金属板42に伝導する。したがって、第1の伝熱経路は、半田層49及び第1の半導体素子61,62から形成されている。   As shown in FIG. 6, the heat generated by the second semiconductor elements 63 and 64 is conducted to the second wiring metal plate 50 in accordance with the arrow Y <b> 3 and passes through the solder layer 49 and the first semiconductor elements 61 and 62. Conducted to the first wiring metal plate 42. Therefore, the first heat transfer path is formed by the solder layer 49 and the first semiconductor elements 61 and 62.

また、矢印Y4に示すように、第2の半導体素子63,64が発する熱は、矢印Y4にしたがって第2の配線金属板50に伝導し、半田層48、金属板47及び第2の絶縁基板43を介して第1の配線金属板42に伝導する。したがって、第2の伝熱経路は、半田層48、金属板47及び第2の絶縁基板43から形成されている。第2の伝熱経路は、全ての第2の半導体素子63,64の3方向に設けられている。具体的にいえば、本体部44と本体部44の上面に設けられた半田層48からなる第2の伝熱経路と、二つの第1の延設部45と第1の延設部45の上面に設けられた半田層48からなる第2の伝熱経路が第2の半導体素子63の3方向に位置する第2の伝熱経路となる。また、本体部44と本体部44の上面に設けられた半田層48からなる第2の伝熱経路と、二つの第2の延設部46と第2の延設部46の上面に設けられた半田層48からなる第2の伝熱経路が第2の半導体素子64の3方向に位置する第2の伝熱経路となる。なお、金属板47と第1の配線金属板42との間に、第2の絶縁基板43を介在させることで、金属板47と第1の配線金属板42との電気的な接続を防止し、第2の伝熱経路と第1の配線金属板42との電気的な絶縁を図っている。   Further, as indicated by the arrow Y4, the heat generated by the second semiconductor elements 63 and 64 is conducted to the second wiring metal plate 50 according to the arrow Y4, and the solder layer 48, the metal plate 47, and the second insulating substrate. Conducted to the first wiring metal plate 42 through 43. Therefore, the second heat transfer path is formed by the solder layer 48, the metal plate 47, and the second insulating substrate 43. The second heat transfer path is provided in three directions of all the second semiconductor elements 63 and 64. Specifically, the main body 44 and the second heat transfer path formed of the solder layer 48 provided on the upper surface of the main body 44, the two first extending portions 45, and the first extending portion 45 The second heat transfer path formed of the solder layer 48 provided on the upper surface becomes the second heat transfer path located in the three directions of the second semiconductor element 63. Further, the second heat transfer path including the main body 44 and the solder layer 48 provided on the upper surface of the main body 44, and the upper surfaces of the two second extending portions 46 and the second extending portion 46 are provided. The second heat transfer path formed of the solder layer 48 becomes the second heat transfer path located in the three directions of the second semiconductor element 64. The second insulating substrate 43 is interposed between the metal plate 47 and the first wiring metal plate 42 to prevent electrical connection between the metal plate 47 and the first wiring metal plate 42. The second heat transfer path and the first wiring metal plate 42 are electrically insulated.

各第2の配線金属板50の上面には、負荷に接続される出力電極51が接合されている。全ての第2の半導体素子63,64の上面には、半田層65が設けられている。半田層65の上面には、電源に接続される第2の入力電極72が接合されている。第2の入力電極72は、矩形平板状をなす本体部73と、本体部73の長手方向に沿って3箇所に形成されるとともに本体部73の短手方向に延びる接続部74とからなる。各接続部74は、各第2の配線金属板50に接合された二つの第2の半導体素子63,64の上面に接合されている。   An output electrode 51 connected to a load is joined to the upper surface of each second wiring metal plate 50. A solder layer 65 is provided on the upper surfaces of all the second semiconductor elements 63 and 64. A second input electrode 72 connected to a power source is joined to the upper surface of the solder layer 65. The second input electrode 72 includes a main body portion 73 having a rectangular flat plate shape, and connection portions 74 that are formed at three locations along the longitudinal direction of the main body portion 73 and extend in the short direction of the main body portion 73. Each connection portion 74 is joined to the upper surfaces of the two second semiconductor elements 63 and 64 joined to each second wiring metal plate 50.

第1の配線金属板42の下面には、第1の絶縁基板41を介して、放熱部材75が接合されている。放熱部材75の内部には、直線状に延びる複数の冷媒通路76が区画されている。放熱部材75には、図示しない冷媒流入部及び冷媒流出部が形成されており、冷媒流入部から流入した液状の冷媒が、冷媒通路76を流通して冷媒流出部から流出するように構成されている。   A heat dissipation member 75 is bonded to the lower surface of the first wiring metal plate 42 via the first insulating substrate 41. Inside the heat radiating member 75, a plurality of refrigerant passages 76 extending linearly are defined. The heat dissipating member 75 is formed with a refrigerant inflow portion and a refrigerant outflow portion (not shown), and the liquid refrigerant flowing from the refrigerant inflow portion flows through the refrigerant passage 76 and flows out from the refrigerant outflow portion. Yes.

次に、半導体モジュール40の作用について説明する。
本実施形態の半導体モジュール40は、3相インバータの3相分の上下アームを構成している。半導体モジュール40が駆動すると、第1の半導体素子61,62及び第2の半導体素子63,64が発熱する。第2の半導体素子63,64が発した熱は、第1の伝熱経路及び第2の伝熱経路を介して第1の配線金属板42に伝導する。したがって、本実施形態では、第1の配線金属板42が伝熱層としても機能している。すなわち、伝熱層は、配線層と個別に設けられていなくてもよく、配線層を伝熱層として兼用してもよい。第1の配線金属板42に伝導した熱は、第1の絶縁基板41を介して放熱部材75に伝導し、放熱部材75の内部(冷媒通路76)を流通する冷媒と熱交換される。
Next, the operation of the semiconductor module 40 will be described.
The semiconductor module 40 of this embodiment constitutes upper and lower arms for three phases of a three-phase inverter. When the semiconductor module 40 is driven, the first semiconductor elements 61 and 62 and the second semiconductor elements 63 and 64 generate heat. The heat generated by the second semiconductor elements 63 and 64 is conducted to the first wiring metal plate 42 through the first heat transfer path and the second heat transfer path. Therefore, in the present embodiment, the first wiring metal plate 42 also functions as a heat transfer layer. That is, the heat transfer layer may not be provided separately from the wiring layer, and the wiring layer may also be used as the heat transfer layer. The heat conducted to the first wiring metal plate 42 is conducted to the heat radiating member 75 through the first insulating substrate 41 and is heat-exchanged with the refrigerant flowing through the heat radiating member 75 (refrigerant passage 76).

したがって、上記実施形態によれば、第1の実施形態の効果(1)〜(3)、(5)(7)に加えて、以下のような効果を得ることができる。
(8)第2の伝熱経路は、全ての第2の半導体素子63,64の複数方向に設けられている。したがって、全ての第2の半導体素子63,64を冷却しやすく、第2の半導体素子63,64を効率よく冷却することができる。
Therefore, according to the above embodiment, in addition to the effects (1) to (3), (5) and (7) of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(8) The second heat transfer path is provided in a plurality of directions of all the second semiconductor elements 63 and 64. Therefore, it is easy to cool all the second semiconductor elements 63 and 64, and the second semiconductor elements 63 and 64 can be efficiently cooled.

(9)第1の配線金属板42と第2の入力電極72は、その厚み方向に対向している。第1の配線金属板42を流れる電流の向きと、第2の入力電極72に流れる電流の向きは、逆向きとなるため、相互誘導作用によって半導体モジュール40のインダクタンスを低減させることができる。   (9) The first wiring metal plate 42 and the second input electrode 72 are opposed to each other in the thickness direction. Since the direction of the current flowing through the first wiring metal plate 42 and the direction of the current flowing through the second input electrode 72 are opposite, the inductance of the semiconductor module 40 can be reduced by the mutual induction action.

(10)第1の配線金属板42は、配線層及び伝熱層として機能している。このため、伝熱層を別個に設ける必要がなく、部品点数の削減が図られている。
なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。
(10) The first wiring metal plate 42 functions as a wiring layer and a heat transfer layer. For this reason, it is not necessary to provide a heat transfer layer separately, and the number of parts is reduced.
In addition, you may change embodiment as follows.

○ 各実施形態において、半導体素子を更に積層してもよい。
○ 各実施形態において、それぞれの第1の半導体素子21,22,61,62の発熱量の偏りがない場合や、発熱量の偏りが無視できるほど小さい場合には、第1の半導体素子21,22,61,62の発熱量を考慮して第2の半導体素子26,27,63,64の位置を決めなくてもよい。また、第1の半導体素子、第2の半導体素子それぞれ2個ずつ用いたが、用途に応じて1個でも、3個以上用いてもよい。
In each embodiment, semiconductor elements may be further stacked.
In each embodiment, when there is no bias in the heat generation amount of each of the first semiconductor elements 21, 22, 61, 62, or when the bias in the heat generation amount is so small that it can be ignored, the first semiconductor elements 21, The positions of the second semiconductor elements 26, 27, 63, 64 may not be determined in consideration of the heat generation amounts 22, 61, 62. Further, although two each of the first semiconductor element and the second semiconductor element are used, one or three or more may be used depending on the application.

○ 各実施形態において、十分に放熱が行える場合には、放熱部材36,75を設けなくてもよい。
○ 各実施形態において、放熱部材36,75が絶縁性の材料から形成されている場合や、絶縁性の材料でコーティングされている場合には、絶縁基板11及び第1の絶縁基板41を設けず、第1の配線金属板13,42の下面に放熱部材36,75を直接接合してもよい。
In each embodiment, if sufficient heat dissipation can be performed, the heat dissipation members 36 and 75 may not be provided.
In each embodiment, when the heat radiating members 36 and 75 are formed of an insulating material or coated with an insulating material, the insulating substrate 11 and the first insulating substrate 41 are not provided. The heat radiating members 36 and 75 may be directly joined to the lower surfaces of the first wiring metal plates 13 and 42.

○ 各実施形態において、絶縁層として、絶縁性を有する樹脂からなるシートを用いてもよい。
○ 第1の実施形態において、第2の半導体素子27の複数方向に第2の伝熱経路を設けてもよい。
In each embodiment, a sheet made of an insulating resin may be used as the insulating layer.
In the first embodiment, second heat transfer paths may be provided in a plurality of directions of the second semiconductor element 27.

○ 第1の実施形態において、伝熱層として、金属板14以外を用いてもよい。例えば、熱伝導率の高い樹脂などを用いてもよい。
○ 第2の実施形態において、第2の半導体素子63,64の3方向に第2の伝熱経路を設けたが、第2の半導体素子63,64の4方向に第2の伝熱経路を設けてもよい。
In 1st Embodiment, you may use other than the metal plate 14 as a heat-transfer layer. For example, a resin having high thermal conductivity may be used.
In the second embodiment, the second heat transfer path is provided in the three directions of the second semiconductor elements 63 and 64. However, the second heat transfer path is provided in the four directions of the second semiconductor elements 63 and 64. It may be provided.

○ 第2の実施形態において、第2の絶縁基板43の下面にも金属板を接合しても良い。
○ 第1の実施形態において、半導体モジュール10は、3相インバータの1相分の上下アームを構成したが、絶縁基板11や放熱部材36を共通として3相分の上下アームのモジュールとしてもよい。また、第2の実施形態において、半導体モジュール40は、3相分の上下アームのモジュールであったが、第1の配線金属板42を分割し、第1の入力電極71、第2の入力電極72をそれぞれ設けて1相分の上下アームのモジュールとしてもよい。
In the second embodiment, a metal plate may be bonded to the lower surface of the second insulating substrate 43.
In the first embodiment, the semiconductor module 10 is configured as the upper and lower arms for one phase of the three-phase inverter. In the second embodiment, the semiconductor module 40 is a module having upper and lower arms for three phases. However, the first wiring metal plate 42 is divided into the first input electrode 71 and the second input electrode. 72 may be provided as upper and lower arm modules for one phase.

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(イ)前記配線層は、前記伝熱層を兼ねることを特徴とする請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の半導体モジュール。
Next, the technical idea that can be grasped from the above embodiment and other examples will be described below.
(A) The semiconductor module according to any one of claims 1 to 3, wherein the wiring layer also serves as the heat transfer layer.

10,40…半導体モジュール、11…絶縁基板、13,42…第1の配線金属板、14…金属板、21,22,61,62…第1の半導体素子、25,50…第2の配線金属板、26,27,63,64…第2の半導体素子、32…出力電極、36,75…放熱部材、41…第1の絶縁基板、47…金属板。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,40 ... Semiconductor module, 11 ... Insulating substrate, 13, 42 ... 1st wiring metal plate, 14 ... Metal plate, 21, 22, 61, 62 ... 1st semiconductor element, 25, 50 ... 2nd wiring Metal plate, 26, 27, 63, 64 ... second semiconductor element, 32 ... output electrode, 36, 75 ... heat dissipation member, 41 ... first insulating substrate, 47 ... metal plate.

Claims (3)

第1の半導体素子と、
前記第1の半導体素子が接合された第1の配線層と、
前記第1の半導体素子の前記第1の配線層に接合された面と反対側の面に接合された第2の配線層と、
前記第2の配線層の前記第1の半導体素子が接合された面と反対側の面に接合された第2の半導体素子と、を備え、前記第2の半導体素子が発した熱を、前記第1の半導体素子を含む第1の伝熱経路を介して前記第1の配線層に伝導させる半導体モジュールであって、
前記第2の半導体素子が発した熱が伝導され、前記第2の半導体素子に対して前記第2の配線層が配置される側に配置される伝熱層を備え、
前記伝熱層と前記第2の配線層の間には、前記第1の配線層と絶縁されるとともに、前記第2の半導体素子が発した熱を前記伝熱層に伝導させる前記第1の伝熱経路とは異なる第2の伝熱経路が設けられ
前記第1の配線層の前記第1の半導体素子が接合された面と反対側の面には、絶縁層が設けられるとともに、前記絶縁層の前記第1の配線層が設けられる面と同一面上には、前記第1の配線層と電気的に分離された前記伝熱層が設けられ、前記伝熱層と前記第2の配線層の間には、出力電極が設けられ、前記出力電極が前記第2の伝熱経路を兼ねることを特徴とする半導体モジュール。
A first semiconductor element;
A first wiring layer to which the first semiconductor element is bonded;
A second wiring layer bonded to a surface opposite to the surface bonded to the first wiring layer of the first semiconductor element;
A second semiconductor element bonded to a surface opposite to the surface where the first semiconductor element of the second wiring layer is bonded, and the heat generated by the second semiconductor element is A semiconductor module that conducts to the first wiring layer through a first heat transfer path including a first semiconductor element,
The heat generated by the second semiconductor element is conducted, and a heat transfer layer is provided on a side where the second wiring layer is arranged with respect to the second semiconductor element,
Between the heat transfer layer and the second wiring layer, the first wiring layer is insulated from the first wiring layer and conducts heat generated by the second semiconductor element to the heat transfer layer. A second heat transfer path different from the heat transfer path is provided ,
An insulating layer is provided on the surface of the first wiring layer opposite to the surface to which the first semiconductor element is bonded, and the same surface as the surface of the insulating layer on which the first wiring layer is provided. Above, the heat transfer layer electrically isolated from the first wiring layer is provided, and an output electrode is provided between the heat transfer layer and the second wiring layer, and the output electrode Also serves as the second heat transfer path .
前記第2の伝熱経路は、少なくとも一つの前記第2の半導体素子の複数方向に設けられ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。   The semiconductor module according to claim 1, wherein the second heat transfer path is provided in a plurality of directions of at least one of the second semiconductor elements. 前記伝熱層には、前記伝熱層に伝導した熱の放熱を行う放熱部材が接合されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体モジュール。   The semiconductor module according to claim 1, wherein a heat radiating member that radiates heat conducted to the heat transfer layer is joined to the heat transfer layer.
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