JP2015225918A - Semiconductor module and semiconductor switch - Google Patents

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勝也 岡村
健 高山
Takeshi Takayama
健 高山
正芳 和気
Masayoshi Wake
正芳 和気
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor module in which heat dissipation performance is enhanced compared with prior art.SOLUTION: A drain surface side thermal diffusion member 41 has a conductor block 41a connected electrically with a drain electrode of a semiconductor element. A gate-source surface side thermal diffusion member 42 has a conductor block 42a connected electrically with a source electrode of the semiconductor element, and a conductor pin 42b insulated from the conductor block 42a and connected electrically with a gate electrode of the semiconductor element. A wiring board 20 arranged on one side of the semiconductor element has a drain wiring 22 connected electrically with the conductor block 41a of the drain surface side thermal diffusion member 41. A wiring board 60 arranged on the other side of the semiconductor element has an intermediate wiring 62 connected with the conductor block 42a of the gate-source surface side thermal diffusion member 42, and a gate wiring 63 connected with the conductor pin 42b.

Description

開示の技術は、半導体モジュールおよび半導体スイッチに関する。   The disclosed technology relates to a semiconductor module and a semiconductor switch.

パワートランジスタ等のパワーデバイスは、高圧および大電流にて駆動されるパワースイッチやインバータなどの用途に好適に用いられる。パワーデバイスは、通常大量の熱を発生させることから、パワーデバイスから発せられた熱を効率的に外部に放出させることが重要である。   A power device such as a power transistor is suitably used for applications such as a power switch and an inverter driven with a high voltage and a large current. Since a power device usually generates a large amount of heat, it is important to efficiently release the heat generated from the power device to the outside.

パワーデバイスの放熱性を高めるための技術として、複数のパワーデバイスの上面側と下面側に接触する両面ヒートシンクを備えたパワー半導体パッケージが知られている。   As a technique for improving the heat dissipation of a power device, a power semiconductor package including a double-sided heat sink that contacts upper and lower surfaces of a plurality of power devices is known.

特開2013−58733号公報JP 2013-58733 A 特開2001−156225号公報JP 2001-156225 A 特開2012−33864号公報JP 2012-33864 A

次世代パワーデバイスの材料として炭化ケイ素(SiC)が注目されている。SiCは従来のシリコン(Si)に比べて高耐圧、低損失で素子の消費電力を低減することが可能である。また、SiCは、Siに比べてバンドギャップ幅が広く、絶縁破壊に至る電界強度が約10倍程度大きいという特徴を持つ。また、SiCはバンド幅が広いので熱によって励起されるキャリヤが少なく、高温動作が可能である。また、SiCによれば、絶縁破壊電界強度が高いことから耐圧部を薄型化できるためオン抵抗を低減できる。SiCデバイスは、以上のような利点を有することから、モジュールの小型化や電力損失の低減に寄与できるものと期待されている。   Silicon carbide (SiC) has attracted attention as a material for next-generation power devices. SiC can reduce the power consumption of the device with higher breakdown voltage and lower loss than conventional silicon (Si). In addition, SiC has a feature that it has a wider band gap than Si and an electric field strength that leads to dielectric breakdown is about 10 times larger. Also, since SiC has a wide bandwidth, few carriers are excited by heat, and high temperature operation is possible. In addition, according to SiC, since the breakdown electric field strength is high, the withstand voltage portion can be thinned, so that the on-resistance can be reduced. Since SiC devices have the advantages as described above, they are expected to contribute to miniaturization of modules and reduction of power loss.

SiCデバイスを製造する上での最大の問題は、欠陥である。SiCウェーハの欠陥が形成された部分に作り込んだSiCデバイスは、欠陥のない部分に作り込んだSiCデバイスよりも不良品になる確率が高い。このため、欠陥の数が多いSiCウェーハを用いてSiCデバイスを製造すると歩留まりが低下してしまう。SiCデバイスの電流容量を大きくするには、デバイス1個当たりの面積を大きくする必要がある。しかしながら、欠陥数の多いSiCウェーハ上で面積の大きなデバイスを製造すれば、より面積の小さなデバイスを製造するよりも、デバイス内に欠陥が存在する可能性は高くなり、歩留まりは低下してしまう。このような事情から現状SiCデバイスのサイズは、Siデバイスと比較して小さい。これにより、SiCデバイスにおける面積あたりの発熱量は、Siデバイスと比較して大きくなり易く、デバイスパッケージの放熱性を従来のSiデバイスにおけるパッケージよりも向上させることが望ましい。   The biggest problem in manufacturing SiC devices is defects. A SiC device fabricated in a portion of a SiC wafer where a defect is formed has a higher probability of being a defective product than a SiC device fabricated in a portion without a defect. For this reason, if a SiC device is manufactured using a SiC wafer with many defects, a yield will fall. In order to increase the current capacity of the SiC device, it is necessary to increase the area per device. However, if a device with a large area is manufactured on a SiC wafer having a large number of defects, the possibility that a defect exists in the device is higher than a device with a smaller area, and the yield is reduced. Under such circumstances, the size of the current SiC device is smaller than that of the Si device. Thereby, the calorific value per area in a SiC device tends to become large compared with a Si device, and it is desirable to improve the heat dissipation of a device package compared with the package in the conventional Si device.

本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、放熱性能を従来よりも向上させた半導体モジュールを提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of an above-described point, and it aims at providing the semiconductor module which improved the thermal radiation performance rather than before.

本発明に係る半導体モジュールは、第1の面に第1の電極を有し、前記第1の面とは反対側の第2の面に第2の電極および制御電極を有し、前記制御電極に供給される制御信号に応じて前記第1の電極と前記第2の電極との間を導通させる半導体素子と、前記半導体素子の前記第1の面に接合され、前記第1の電極に電気的に接続された導体部分を有する第1の熱拡散部材と、前記半導体素子の前記第2の面に接合され、前記第2の電極に電気的に接続された第1の導体部分および前記第1の導体部分から絶縁され且つ前記制御電極に電気的に接続された第2の導体部分を有する第2の熱拡散部材と、前記第1の熱拡散部材の前記半導体素子との接合面とは反対側の面に接合された少なくとも1層の配線基板であって、前記第1の熱拡散部材の前記導体部分に電気的に接続された第1の配線を含む第1の配線パターンを備えた第1の配線基板と、前記第2の熱拡散部材の前記半導体素子との接合面とは反対側の面に接合された少なくとも1層の配線基板であって、前記第2の熱拡散部材の前記第1の導体部分に電気的に接続された第2の配線および前記第2の熱拡散部材の前記第2の導体部分に電気的に接続された第3の配線を含む第2の配線パターンを備えた第2の配線基板と、を含む。   The semiconductor module according to the present invention includes a first electrode on a first surface, a second electrode and a control electrode on a second surface opposite to the first surface, and the control electrode. A semiconductor element that conducts between the first electrode and the second electrode in response to a control signal supplied to the first electrode, and is bonded to the first surface of the semiconductor element and electrically connected to the first electrode. A first heat diffusion member having an electrically connected conductor portion, a first conductor portion joined to the second surface of the semiconductor element and electrically connected to the second electrode, and the first A second heat diffusion member having a second conductor portion insulated from one conductor portion and electrically connected to the control electrode; and a bonding surface of the first heat diffusion member to the semiconductor element A wiring board of at least one layer bonded to the opposite surface, wherein the first heat diffusion member The first wiring board having the first wiring pattern including the first wiring electrically connected to the conductor portion, and the side opposite to the bonding surface between the second heat diffusion member and the semiconductor element A wiring board having at least one layer bonded to the surface of the second heat diffusion member, the second wiring electrically connected to the first conductor portion of the second heat diffusion member, and the second heat diffusion member. And a second wiring board having a second wiring pattern including a third wiring electrically connected to the second conductor portion.

また、本発明に係る半導体スイッチは、前記半導体モジュールを複数備え、当該複数の半導体モジュールをヒートシンクを間に挟んで積層するとともに、当該複数の半導体モジュールの各々の前記半導体素子を直列接続して構成された直列ユニットを含む。   The semiconductor switch according to the present invention includes a plurality of the semiconductor modules, the plurality of semiconductor modules are stacked with a heat sink therebetween, and the semiconductor elements of each of the plurality of semiconductor modules are connected in series. Including serialized units.

本発明によれば、放熱性能を従来よりも向上させた半導体モジュールを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor module which improved heat dissipation performance compared with the past can be provided.

本発明の実施形態に係る半導体モジュールの等価回路図である。1 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor module according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る半導体モジュール10の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor module 10 which concerns on embodiment of this invention. 図2における3A−3A線に沿った断面を矢印Aの方向から眺めた平面図である。FIG. 3 is a plan view of a cross section taken along line 3A-3A in FIG. 図2における3B−3B線に沿った断面を矢印Bの方向から眺めた平面図である。FIG. 3 is a plan view of a cross section taken along line 3B-3B in FIG. 本発明の実施形態に係る半導体素子の下面側に配置される2つの配線基板の貼り合わせ前の状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state before bonding of the two wiring boards arrange | positioned at the lower surface side of the semiconductor element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体素子の下面側に配置される2つの配線基板の貼り合わせ後の状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state after bonding of the two wiring boards arrange | positioned at the lower surface side of the semiconductor element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体素子の上面側に配置される2つの配線基板の貼り合わせ前の状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state before bonding of the two wiring boards arrange | positioned at the upper surface side of the semiconductor element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体素子の上面側に配置される2つの配線基板の貼り合わせ後の状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state after bonding of the two wiring boards arrange | positioned at the upper surface side of the semiconductor element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体素子Qの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the semiconductor element Q which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体素子、ドレイン面側熱拡散部材41およびゲート・ソース面側熱拡散部材を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the semiconductor element which concerns on embodiment of this invention, the drain surface side thermal-diffusion member 41, and the gate-source surface side thermal-diffusion member. 本発明の実施形態に係るゲート・ソース面側熱拡散部材の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the gate-source-surface side thermal diffusion member which concerns on embodiment of this invention. 図8Aにおける8B−8B線に沿った断面図である。It is sectional drawing which followed the 8B-8B line | wire in FIG. 8A. 本発明の実施形態に係る半導体素子、ゲート・ソース面側熱拡散部材および配線パターンの相互間の接続状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the connection state among the semiconductor element which concerns on embodiment of this invention, a gate / source surface side thermal diffusion member, and a wiring pattern. 本発明の実施形態に係る半導体モジュールの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the semiconductor module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体モジュールにおける放熱経路を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the thermal radiation path | route in the semiconductor module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体モジュールに流れる電流の方向を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the direction of the electric current which flows into the semiconductor module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体モジュールをインバータとして使用する場合における構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the structural example in the case of using the semiconductor module which concerns on embodiment of this invention as an inverter. 本発明の実施形態に係る半導体モジュールのドレイン端子およびソース端子を図12における矢印Xの方向からみた側面図である。It is the side view which looked at the drain terminal and source terminal of the semiconductor module which concern on embodiment of this invention from the direction of the arrow X in FIG. 本発明の実施形態に係る半導体モジュールの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor module which concerns on embodiment of this invention. 複数の半導体モジュールを含んで構成される本発明の実施形態に係る半導体スイッチの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor switch which concerns on embodiment of this invention comprised including a several semiconductor module. 複数の半導体モジュール10を含んで構成される本発明の実施形態に係る半導体スイッチの構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of a semiconductor switch according to an embodiment of the present invention configured to include a plurality of semiconductor modules 10. 本実施形態に係る半導体スイッチの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the semiconductor switch concerning this embodiment.

以下、開示の技術の実施形態の一例を図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。   Hereinafter, an exemplary embodiment of the disclosed technology will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent components and parts are denoted by the same reference numerals.

[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体モジュール10の等価回路図である。半導体モジュール10は、4つの半導体素子Q11、Q12、Q21およびQ22を含んで構成されている。なお、以降において、4つの半導体素子Q11、Q12、Q21およびQ22を区別しない場合またはこれらを総称する場合には、半導体素子Qと表記する。
[First embodiment]
FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor module 10 according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor module 10 includes four semiconductor elements Q11, Q12, Q21, and Q22. Hereinafter, when the four semiconductor elements Q11, Q12, Q21, and Q22 are not distinguished or collectively referred to, they are referred to as a semiconductor element Q.

本実施形態において、各半導体素子Qは、大電流容量かつ高耐圧のNチャネル型の電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)である。しかしながら、これに限定されるものではなく、各半導体素子Qは、IGBTやバイポーラトランジスタ等の他のデバイスであってもよい。また、半導体素子QとしてSiCデバイスを使用することを想定しているが、これに限定されるものではなく、Si、Ge、GaN等の他の材料からなる半導体デバイスを使用することも可能である。   In the present embodiment, each semiconductor element Q is an N-channel field effect transistor (FET) having a large current capacity and a high breakdown voltage. However, the present invention is not limited to this, and each semiconductor element Q may be another device such as an IGBT or a bipolar transistor. In addition, it is assumed that a SiC device is used as the semiconductor element Q. However, the present invention is not limited to this, and a semiconductor device made of another material such as Si, Ge, or GaN can also be used. .

半導体モジュール10において、半導体素子Q11とQ12とが並列に接続され、半導体素子Q21とQ22とが並列に接続されている。半導体素子Q11およびQ12からなるペアは、半導体素子Q21およびQ22からなるペアと直列接続されている。すなわち、半導体モジュール10において、複数の半導体素子Qは、所謂2in1構成とされている。複数の半導体素子を並列接続したペア同士を直列することで、単一の半導体素子同士を直列接続した場合と比較して電流容量を増大させることが可能である。   In the semiconductor module 10, the semiconductor elements Q11 and Q12 are connected in parallel, and the semiconductor elements Q21 and Q22 are connected in parallel. The pair consisting of semiconductor elements Q11 and Q12 is connected in series with the pair consisting of semiconductor elements Q21 and Q22. That is, in the semiconductor module 10, the plurality of semiconductor elements Q have a so-called 2-in-1 configuration. By serially connecting pairs in which a plurality of semiconductor elements are connected in parallel, it is possible to increase the current capacity as compared with the case where single semiconductor elements are connected in series.

半導体素子Q11およびQ12のゲートは、ゲート端子G1に接続されている。半導体素子Q11およびQ12のドレインは、ドレイン端子D1に接続されている。半導体素子Q11およびQ12のソースは、中間端子C、制御信号基準端子SG1および半導体素子Q21およびQ22のドレインに接続されている。半導体素子Q11およびQ12は、制御信号基準端子SG1およびゲート端子G1を介して外部から供給される制御信号に応じて互いに同じタイミングでオンオフする。   The gates of the semiconductor elements Q11 and Q12 are connected to the gate terminal G1. The drains of the semiconductor elements Q11 and Q12 are connected to the drain terminal D1. The sources of the semiconductor elements Q11 and Q12 are connected to the intermediate terminal C, the control signal reference terminal SG1, and the drains of the semiconductor elements Q21 and Q22. The semiconductor elements Q11 and Q12 are turned on and off at the same timing according to a control signal supplied from the outside via the control signal reference terminal SG1 and the gate terminal G1.

半導体素子Q21およびQ22のゲートは、ゲート端子G2に接続されている。半導体素子Q21およびQ22のソースは、ソース端子S2に接続されるとともに制御信号基準端子SG2に接続されている。半導体素子Q21およびQ22は、制御信号基準端子SG2およびゲート端子G2を介して外部から供給される制御信号に応じて互いに同じタイミングでオンオフする。   The gates of the semiconductor elements Q21 and Q22 are connected to the gate terminal G2. The sources of the semiconductor elements Q21 and Q22 are connected to the source terminal S2 and to the control signal reference terminal SG2. The semiconductor elements Q21 and Q22 are turned on and off at the same timing according to a control signal supplied from the outside via the control signal reference terminal SG2 and the gate terminal G2.

半導体モジュール10を例えば、インバータ用途で使用する場合には、複数の半導体モジュール10を用いる。複数の半導体モジュール10の各ドレイン端子D1を電源の正極に接続し、各ソース端子S2を電源の負極に接続し、各中間端子Cを負荷に接続する。そして、各半導体モジュール10において半導体素子Q11およびQ12からなるペアと、半導体素子Q21およびQ22からなるペアを互いに異なるタイミングでオンオフさせる。   For example, when the semiconductor module 10 is used for an inverter, a plurality of semiconductor modules 10 are used. Each drain terminal D1 of the plurality of semiconductor modules 10 is connected to the positive electrode of the power supply, each source terminal S2 is connected to the negative electrode of the power supply, and each intermediate terminal C is connected to the load. Then, in each semiconductor module 10, the pair consisting of the semiconductor elements Q11 and Q12 and the pair consisting of the semiconductor elements Q21 and Q22 are turned on and off at different timings.

一方、半導体モジュール10を半導体スイッチとして使用する場合には、ドレイン端子D1を電流経路の高圧側に接続し、ソース端子S2を電流経路の低圧側に接続し、半導体素子Q11およびQ12からなるペアと、半導体素子Q21およびQ22からなるペアを同時にオンオフさせる。   On the other hand, when the semiconductor module 10 is used as a semiconductor switch, the drain terminal D1 is connected to the high voltage side of the current path, the source terminal S2 is connected to the low voltage side of the current path, and a pair of semiconductor elements Q11 and Q12 is connected. The pair of semiconductor elements Q21 and Q22 is turned on / off simultaneously.

図2は、半導体モジュール10の構成を示す断面図である。図3Aは、図2における3A−3A線に沿った断面を矢印Aの方向から眺めた平面図である。図3Bは、図2における3B−3B線に沿った断面を矢印Bの方向から眺めた平面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor module 10. 3A is a plan view of a cross section taken along line 3A-3A in FIG. 3B is a plan view of a cross section taken along line 3B-3B in FIG.

半導体モジュール10において、各半導体素子Qの上面および下面には、導体を含んで構成されるドレイン面側熱拡散部材41またはゲート・ソース面側熱拡散部材42が接合されている。具体的には、図2に示すように、半導体素子Q11の下面(ドレイン面P2)にドレイン面側熱拡散部材41が接合され、上面(ゲート・ソース面P2)にゲート・ソース面側熱拡散部材42が接合されている。また、半導体素子Q21の下面(ゲート・ソース面P1)にゲート・ソース面側熱拡散部材42が接合され、上面(ドレイン面P2)にドレイン面側熱拡散部材41が接合されている。半導体素子Q12およびQ22は、図2には示されていないが、図3Aおよび図3Bから明らかなように、半導体素子Q12の下面(ドレイン面P2)にドレイン面側熱拡散部材41が接合され、上面(ゲート・ソース面P1)にゲート・ソース面側熱拡散部材42が接合されている。半導体素子Q22の下面(ゲート・ソース面P1)にゲート・ソース面側熱拡散部材42が接合され、上面(ドレイン面P2)にドレイン面側熱拡散部材41が接合されている。   In the semiconductor module 10, a drain surface side heat diffusion member 41 or a gate / source surface side heat diffusion member 42 including a conductor is joined to the upper surface and the lower surface of each semiconductor element Q. Specifically, as shown in FIG. 2, a drain surface side thermal diffusion member 41 is joined to the lower surface (drain surface P2) of the semiconductor element Q11, and gate / source surface side thermal diffusion is performed to the upper surface (gate / source surface P2). The member 42 is joined. The gate / source surface side heat diffusion member 42 is bonded to the lower surface (gate / source surface P1) of the semiconductor element Q21, and the drain surface side heat diffusion member 41 is bonded to the upper surface (drain surface P2). The semiconductor elements Q12 and Q22 are not shown in FIG. 2, but as is apparent from FIGS. 3A and 3B, the drain surface side heat diffusion member 41 is joined to the lower surface (drain surface P2) of the semiconductor element Q12. The gate / source surface side thermal diffusion member 42 is joined to the upper surface (gate / source surface P1). The gate / source surface side heat diffusion member 42 is bonded to the lower surface (gate / source surface P1) of the semiconductor element Q22, and the drain surface side heat diffusion member 41 is bonded to the upper surface (drain surface P2).

半導体素子Qの下面に接合されたドレイン面側熱拡散部材41またはゲート・ソース面側熱拡散部材42の、半導体素子Qとの接合面とは反対側の面は、配線基板20に接合されている。配線基板20は、絶縁基板21と、絶縁基板21の表裏に形成された配線を含んで構成されている。絶縁基板21の半導体素子Q側の面には、ドレイン配線22、ソース配線23およびゲート配線24が設けられている。絶縁基板21の半導体素子Q側の面とは反対側の面にはスルーホール25を介してソース配線23と電気的に接続された裏面配線26が設けられている。   The surface of the drain surface side heat diffusion member 41 or the gate / source surface side heat diffusion member 42 bonded to the lower surface of the semiconductor element Q opposite to the bonding surface with the semiconductor element Q is bonded to the wiring substrate 20. Yes. The wiring board 20 includes an insulating substrate 21 and wirings formed on the front and back of the insulating substrate 21. A drain wiring 22, a source wiring 23 and a gate wiring 24 are provided on the surface of the insulating substrate 21 on the semiconductor element Q side. A back surface wiring 26 electrically connected to the source wiring 23 through a through hole 25 is provided on the surface of the insulating substrate 21 opposite to the surface on the semiconductor element Q side.

配線基板20の裏面配線26は、配線基板30に接合されている。配線基板30は、絶縁基板31と、絶縁基板31の表裏に形成された配線を含んで構成されている。絶縁基板31の半導体素子Q側の面には、ソース配線32が設けられ、ソース配線32は裏面配線26に接続されている。絶縁基板31の半導体素子Q側の面とは反対側の面には半導体モジュール10のいずれの端子にも電気的に接続されていないダミー配線33が設けられている。   The back surface wiring 26 of the wiring substrate 20 is bonded to the wiring substrate 30. The wiring substrate 30 includes an insulating substrate 31 and wirings formed on the front and back of the insulating substrate 31. A source wiring 32 is provided on the surface of the insulating substrate 31 on the semiconductor element Q side, and the source wiring 32 is connected to the back surface wiring 26. A dummy wiring 33 that is not electrically connected to any terminal of the semiconductor module 10 is provided on the surface of the insulating substrate 31 opposite to the surface on the semiconductor element Q side.

一方、半導体素子Qの上面に接合されたドレイン面側熱拡散部材41またはゲート・ソース面側熱拡散部材42の、半導体素子Qとの接合面とは反対側の面は、配線基板60に接合されている。配線基板60は、絶縁基板61と、絶縁基板61の表裏に形成された配線を含んで構成されている。絶縁基板61の半導体素子Q側の面には、中間配線62およびゲート配線63が設けられている。絶縁基板61の半導体素子Q側の面とは反対側の面には半導体モジュール10のいずれの端子にも電気的に接続されていないダミー配線64が設けられている。   On the other hand, the surface of the drain surface side heat diffusing member 41 or the gate / source surface side heat diffusing member 42 bonded to the upper surface of the semiconductor element Q is bonded to the wiring substrate 60 on the side opposite to the bonding surface with the semiconductor element Q. Has been. The wiring substrate 60 includes an insulating substrate 61 and wirings formed on the front and back surfaces of the insulating substrate 61. An intermediate wiring 62 and a gate wiring 63 are provided on the surface of the insulating substrate 61 on the semiconductor element Q side. A dummy wiring 64 that is not electrically connected to any terminal of the semiconductor module 10 is provided on the surface of the insulating substrate 61 opposite to the surface on the semiconductor element Q side.

配線基板60のダミー配線64は、配線基板70に接合されている。配線基板70は、絶縁基板71と、絶縁基板71の表裏に形成された配線を含んで構成されている。絶縁基板71の半導体素子Q側の面には、半導体モジュール10のいずれの端子にも電気的に接続されていないダミー配線72が設けられている。絶縁基板71の半導体素子Q側の面とは反対側の面には半導体モジュール10のいずれの端子にも電気的に接続されていないダミー配線73が設けられている。   The dummy wiring 64 of the wiring board 60 is bonded to the wiring board 70. The wiring substrate 70 includes an insulating substrate 71 and wirings formed on the front and back of the insulating substrate 71. A dummy wiring 72 that is not electrically connected to any terminal of the semiconductor module 10 is provided on the surface of the insulating substrate 71 on the semiconductor element Q side. A dummy wiring 73 that is not electrically connected to any terminal of the semiconductor module 10 is provided on the surface of the insulating substrate 71 opposite to the surface on the semiconductor element Q side.

このように、半導体モジュール10において、各半導体素子Qの上面側および下面側には、それぞれ、2層構成の配線基板が設けられている。各半導体素子Qの下面側に配置されたドレイン配線22、ソース配線23、裏面配線26およびソース配線32と、各半導体素子Qの上面側に配置された中間配線62とが平行に対向するように、配線基板20、30、60および70は、互いに平行に配置されている。   As described above, in the semiconductor module 10, the two-layer wiring board is provided on each of the upper surface side and the lower surface side of each semiconductor element Q. The drain wiring 22, the source wiring 23, the back wiring 26 and the source wiring 32 disposed on the lower surface side of each semiconductor element Q and the intermediate wiring 62 disposed on the upper surface side of each semiconductor element Q are opposed in parallel. The wiring boards 20, 30, 60 and 70 are arranged in parallel to each other.

各半導体素子Qを間に挟んで対向配置された配線基板20と配線基板60との間には、各半導体素子Qの外周を囲む環状の枠体80が設けられている。配線基板20、60および枠体80によって画定される空間には、高熱伝導性および高絶縁性を兼ね備えた固体粒子81を含有するゲル状の絶縁樹脂82が充填されている。すなわち、各半導体素子Qは、固体粒子81を含有するゲル状の絶縁樹脂82の内部に埋設されている。固体粒子81として例えばダイアモンドパウダーを好適に用いることができる。固体粒子81は、粒径が異なる少なくとも2種類の粒子の混合物であることが好ましい。固体粒子81が異なる複数の粒径を含むことで、絶縁樹脂82内に分散される固体粒子81同士の隙間を小さくすることができ、固体粒子81の含有率を高くすることができる。これにより、固体粒子81同士の接触面積が増加するので、各半導体素子Qから発せられた熱を効率的に外部に放出させることができる。   An annular frame 80 surrounding the outer periphery of each semiconductor element Q is provided between the wiring board 20 and the wiring board 60 that face each other with each semiconductor element Q interposed therebetween. A space defined by the wiring boards 20 and 60 and the frame body 80 is filled with a gel-like insulating resin 82 containing solid particles 81 having both high thermal conductivity and high insulation. That is, each semiconductor element Q is embedded in a gel-like insulating resin 82 containing solid particles 81. For example, diamond powder can be suitably used as the solid particles 81. The solid particles 81 are preferably a mixture of at least two types of particles having different particle sizes. When the solid particles 81 include a plurality of different particle sizes, the gap between the solid particles 81 dispersed in the insulating resin 82 can be reduced, and the content rate of the solid particles 81 can be increased. Thereby, since the contact area of the solid particles 81 increases, the heat generated from each semiconductor element Q can be efficiently released to the outside.

以下に、各半導体素子Qの下面側に設けられた配線基板20および30の構成について説明する。図4Aは、配線基板20と配線基板30の貼り合わせ前の状態を示す斜視図、図4Bは、配線基板20と配線基板30の貼り合わせ後の状態を示す斜視図である。   Below, the structure of the wiring boards 20 and 30 provided in the lower surface side of each semiconductor element Q is demonstrated. 4A is a perspective view showing a state before the wiring board 20 and the wiring board 30 are bonded together, and FIG. 4B is a perspective view showing a state after the wiring board 20 and the wiring board 30 are bonded together.

図3A、図4Aおよび図4Bに示すように、配線基板20は、セラミック等の絶縁体からなる絶縁基板21を有する。絶縁基板21の表面(半導体素子Q側の面)には、銅などの導電率および熱伝導率の比較的高い導体によって構成されるドレイン配線22、ソース配線23およびゲート配線24が形成されている。ドレイン配線22を配線基板20の外部に引き出すことによりドレイン端子D1が形成されている。すなわちドレイン端子D1は、ドレイン配線22と一体的に形成されている。また、ゲート配線24を配線基板20の外部に引き出すことによりゲート端子G2が形成されている。すなわち、ゲート端子G2は、ゲート配線24と一体的に形成されている。本実施形態において、ゲート端子G2の引き出し方向は、ドレイン端子D1の引き出し方向とは反対方向となるように構成されている。ソース配線23は、図2に示すように、絶縁基板21に設けられたスルーホール25を介して絶縁基板21の裏面(半導体素子Q側とは反対側の面)に形成された裏面配線26に接続されている。裏面配線26は、絶縁基板21の表面側に設けられたドレイン配線22、ソース配線23およびゲート配線24と同じ導体によって構成されており、絶縁基板21の裏面の略全体を覆うように設けられている。絶縁基板21の表面および裏面の各配線を構成する導体は、絶縁基板21の表裏で略同じ厚さおよび略同じ面積となるように構成されている。これにより、絶縁基板21と、各配線を構成する導体との間の熱膨張係数差による絶縁基板21の反りを抑制することができる。   As shown in FIGS. 3A, 4A, and 4B, the wiring substrate 20 includes an insulating substrate 21 made of an insulator such as ceramic. On the surface of the insulating substrate 21 (the surface on the semiconductor element Q side), a drain wiring 22, a source wiring 23 and a gate wiring 24 made of a conductor having a relatively high conductivity and thermal conductivity such as copper are formed. . A drain terminal D1 is formed by pulling out the drain wiring 22 to the outside of the wiring board 20. That is, the drain terminal D1 is formed integrally with the drain wiring 22. Further, the gate terminal G <b> 2 is formed by pulling out the gate wiring 24 to the outside of the wiring substrate 20. That is, the gate terminal G2 is formed integrally with the gate wiring 24. In the present embodiment, the drawing direction of the gate terminal G2 is configured to be opposite to the drawing direction of the drain terminal D1. As shown in FIG. 2, the source wiring 23 is connected to a back surface wiring 26 formed on the back surface (surface opposite to the semiconductor element Q side) of the insulating substrate 21 through a through hole 25 provided in the insulating substrate 21. It is connected. The back surface wiring 26 is composed of the same conductor as the drain wiring 22, the source wiring 23, and the gate wiring 24 provided on the front surface side of the insulating substrate 21, and is provided so as to cover substantially the entire back surface of the insulating substrate 21. Yes. The conductors constituting the wirings on the front and back surfaces of the insulating substrate 21 are configured to have substantially the same thickness and the same area on the front and back of the insulating substrate 21. Thereby, the curvature of the insulated substrate 21 by the thermal expansion coefficient difference between the insulated substrate 21 and the conductor which comprises each wiring can be suppressed.

一方、配線基板30は、図4Aに示すように、セラミック等の絶縁体からなる絶縁基板31を有する。絶縁基板31の表面(半導体素子Q側の面)には、銅などの導電率および熱伝導率の比較的高い導体によって構成され、当該表面の略全体を覆うソース配線32が形成されている。ソース配線32を配線基板30の外部に引き出すことによりソース端子S2および制御信号基準端子SG2が形成されている。すなわち、ソース端子S2および制御信号基準端子SG2は、ソース配線32と一体的に形成されている。本実施形態において、ソース端子S2は、図3Aに示すように、半導体素子Q21の搭載位置に対応する位置および半導体素子Q22の搭載位置に対応する位置の2箇所から引き出されている。   On the other hand, as shown in FIG. 4A, the wiring substrate 30 has an insulating substrate 31 made of an insulator such as ceramic. On the surface of the insulating substrate 31 (the surface on the semiconductor element Q side), a source wiring 32 made of a conductor having a relatively high conductivity and thermal conductivity such as copper and covering substantially the entire surface is formed. A source terminal S2 and a control signal reference terminal SG2 are formed by drawing the source wiring 32 to the outside of the wiring board 30. That is, the source terminal S2 and the control signal reference terminal SG2 are formed integrally with the source line 32. In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the source terminal S2 is drawn out from two places, a position corresponding to the mounting position of the semiconductor element Q21 and a position corresponding to the mounting position of the semiconductor element Q22.

絶縁基板31の裏面(半導体素子Q側とは反対側の面)には、半導体モジュール10のいずれの端子にも電気的に接続されないダミー配線33(図2参照)が形成されている。ダミー配線33は、絶縁基板31の表面側に設けられたソース配線32と同じ導体によって構成されており、絶縁基板31の裏面の略全体を覆うように設けられている。絶縁基板31の表面および裏面の各配線を構成する導体は、絶縁基板31の表裏で略同じ厚さおよび略同じ面積となるように構成されている。これにより、絶縁基板31と、各配線を構成する導体との間の熱膨張係数差による絶縁基板31の反りを抑制することができる。   Dummy wirings 33 (see FIG. 2) that are not electrically connected to any terminal of the semiconductor module 10 are formed on the back surface (the surface opposite to the semiconductor element Q side) of the insulating substrate 31. The dummy wiring 33 is configured by the same conductor as the source wiring 32 provided on the front surface side of the insulating substrate 31, and is provided so as to cover substantially the entire back surface of the insulating substrate 31. The conductors constituting the wirings on the front and back surfaces of the insulating substrate 31 are configured to have substantially the same thickness and the same area on the front and back of the insulating substrate 31. Thereby, the curvature of the insulated substrate 31 by the thermal expansion coefficient difference between the insulated substrate 31 and the conductor which comprises each wiring can be suppressed.

また、各半導体素子Qから近い側に配置された配線基板20における導体の厚さは、各半導体素子Qから遠い側に配置された配線基板30における導体の厚さよりも厚くなっている。このように、発熱源である半導体素子Qから近い側に配置された配線基板20の導体を、半導体素子Qから遠い側に配置された配線基板30の導体よりも厚くすることで、放熱経路の上流側での熱拡散が促進され、放熱性が向上する。   Further, the thickness of the conductor in the wiring board 20 disposed on the side closer to each semiconductor element Q is larger than the thickness of the conductor in the wiring board 30 disposed on the side far from each semiconductor element Q. Thus, by making the conductor of the wiring board 20 disposed on the side closer to the semiconductor element Q, which is a heat generation source, thicker than the conductor of the wiring board 30 disposed on the side far from the semiconductor element Q, the heat dissipation path Thermal diffusion at the upstream side is promoted, and heat dissipation is improved.

図4Aおよび図4Bに示すように、配線基板20と配線基板30は、配線基板20の裏面配線26と配線基板30のソース配線32とが接するように貼り合わせられる。図4Bに示すように、配線基板20と配線基板30とを貼り合わせたときに、ドレイン端子D1と2つのソース端子S2の各々とが平行となるように、これらの端子は互いに同じ方向に引き出されている。また、ゲート端子G2と制御信号基準端子GS2とが平行となるように、これらの端子は互いに同じ方向に引き出されている。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the wiring board 20 and the wiring board 30 are bonded together so that the back surface wiring 26 of the wiring board 20 and the source wiring 32 of the wiring board 30 are in contact with each other. As shown in FIG. 4B, when the wiring board 20 and the wiring board 30 are bonded together, these terminals are drawn out in the same direction so that the drain terminal D1 and each of the two source terminals S2 are parallel to each other. It is. Further, these terminals are drawn out in the same direction so that the gate terminal G2 and the control signal reference terminal GS2 are parallel to each other.

以下に、各半導体素子Qの上面側に設けられた配線基板60および70の構成について説明する。図5Aは、配線基板60と配線基板70の貼り合わせ前の状態を示す斜視図、図5Bは、配線基板60と配線基板70の貼り合わせ後の状態を示す斜視図である。   Below, the structure of the wiring boards 60 and 70 provided on the upper surface side of each semiconductor element Q will be described. FIG. 5A is a perspective view showing a state before the wiring board 60 and the wiring board 70 are bonded together, and FIG. 5B is a perspective view showing a state after the wiring board 60 and the wiring board 70 are bonded together.

半導体素子Q側に設けられる配線基板60は、図3B、図5Aおよび図5Bに示すように、セラミック等の絶縁体からなる絶縁基板61を有する。絶縁基板61の表面(半導体素子Q側の面)には、銅などの導電率および熱伝導率の比較的高い導体によって構成される中間配線62およびゲート配線63が形成されている。中間配線62を配線基板60の外部に引き出すことにより中間端子Cおよび制御信号基準端子SG1が形成されている。すなわち、中間端子Cおよび制御信号基準端子SG1は、中間配線62と一体的に形成されている。本実施形態において中間端子Cは、引き出し方向が互いに逆方向となるように中間配線62の異なる2箇所から引き出されている。   As shown in FIGS. 3B, 5A, and 5B, the wiring substrate 60 provided on the semiconductor element Q side includes an insulating substrate 61 made of an insulator such as ceramic. On the surface of the insulating substrate 61 (the surface on the semiconductor element Q side), an intermediate wiring 62 and a gate wiring 63 made of a conductor having a relatively high conductivity and thermal conductivity such as copper are formed. An intermediate terminal C and a control signal reference terminal SG1 are formed by pulling out the intermediate wiring 62 to the outside of the wiring board 60. That is, the intermediate terminal C and the control signal reference terminal SG1 are formed integrally with the intermediate wiring 62. In the present embodiment, the intermediate terminal C is drawn from two different locations of the intermediate wiring 62 so that the drawing directions are opposite to each other.

一方、ゲート配線63を、絶縁基板61の裏面(半導体素子Q側とは反対側の面)を経由して配線基板60の外部に引き出すことによりゲート端子G1が形成されている。ゲート端子G1と制御信号基準端子GS1とが平行となるように、これらの端子は互いに同じ方向に引き出されている。絶縁基板61の裏面には、ゲート配線63の引き出し配線の他、半導体モジュール10のいずれの端子にも電気的に接続されないダミー配線64(図2参照)が形成されている。ダミー配線64は、絶縁基板61の表面側に設けられた中間配線62およびゲート配線63と同じ導体によって構成されており、絶縁基板61の裏面の略全体を覆うように設けられている。絶縁基板61の表面および裏面の各配線を構成する導体は、絶縁基板61の表裏で略同じ厚さおよび略同じ面積となるように構成されている。これにより、絶縁基板61と、配線を構成する導体との間の熱膨張係数差による絶縁基板61の反りを抑制することができる。   On the other hand, the gate terminal G1 is formed by drawing the gate wiring 63 to the outside of the wiring substrate 60 via the back surface of the insulating substrate 61 (the surface opposite to the semiconductor element Q side). These terminals are drawn out in the same direction so that the gate terminal G1 and the control signal reference terminal GS1 are parallel to each other. On the back surface of the insulating substrate 61, a dummy wiring 64 (see FIG. 2) that is not electrically connected to any terminal of the semiconductor module 10 is formed in addition to the lead wiring of the gate wiring 63. The dummy wiring 64 is configured by the same conductor as the intermediate wiring 62 and the gate wiring 63 provided on the front surface side of the insulating substrate 61, and is provided so as to cover substantially the entire back surface of the insulating substrate 61. The conductors constituting the wirings on the front and back surfaces of the insulating substrate 61 are configured to have substantially the same thickness and the same area on the front and back of the insulating substrate 61. Thereby, the curvature of the insulated substrate 61 by the thermal expansion coefficient difference between the insulated substrate 61 and the conductor which comprises wiring can be suppressed.

一方、配線基板70は、図5Aに示すように、セラミック等の絶縁体からなる絶縁基板71を有する。絶縁基板71の表面(半導体素子Q側の面)には、銅などの導電率および熱伝導率の比較的高い導体によって構成され且つ半導体モジュール10のいずれの端子にも電気的に接続されないダミー配線72が形成されている。ダミー配線72は、配線基板60と配線基板70とを貼り合せたときに、配線基板60に設けられたゲート配線63の引き出し配線とダミー配線72とが接触しないように導体を切り欠いた切り欠き部72aを有する。   On the other hand, the wiring board 70 has an insulating substrate 71 made of an insulator such as ceramic as shown in FIG. 5A. Dummy wiring that is formed on the surface of the insulating substrate 71 (the surface on the semiconductor element Q side) by a conductor having a relatively high conductivity and thermal conductivity such as copper and is not electrically connected to any terminal of the semiconductor module 10 72 is formed. The dummy wiring 72 is a notch formed by cutting a conductor so that the dummy wiring 72 does not contact the lead-out wiring of the gate wiring 63 provided on the wiring board 60 when the wiring board 60 and the wiring board 70 are bonded together. Part 72a.

絶縁基板71の裏面(半導体素子Q側とは反対側の面)には、半導体モジュール10のいずれの端子にも電気的に接続されないダミー配線73が形成されている。ダミー配線73は、絶縁基板71の表面側に設けられたダミー配線72と同じ導体によって構成されており、絶縁基板71の裏面の略全体を覆うように設けられている。絶縁基板71の表面および裏面の各配線を構成する導体は、絶縁基板71の表裏で略同じ厚さおよび略同じ面積となるように構成されている。これにより、絶縁基板71と、配線を構成する導体との間の熱膨張係数差による絶縁基板71の反りを抑制することができる。   A dummy wiring 73 that is not electrically connected to any terminal of the semiconductor module 10 is formed on the back surface of the insulating substrate 71 (the surface opposite to the semiconductor element Q side). The dummy wiring 73 is configured by the same conductor as the dummy wiring 72 provided on the front surface side of the insulating substrate 71, and is provided so as to cover substantially the entire back surface of the insulating substrate 71. The conductors constituting the wirings on the front and back surfaces of the insulating substrate 71 are configured to have substantially the same thickness and the same area on the front and back of the insulating substrate 71. Thereby, the curvature of the insulated substrate 71 by the thermal expansion coefficient difference between the insulated substrate 71 and the conductor which comprises wiring can be suppressed.

また、各半導体素子Qから近い側に配置された配線基板60における導体の厚さは、半導体素子Qから遠い側に配置された配線基板70における導体の厚さよりも厚くなっている。このように、発熱源である半導体素子Qから近い側に配置された配線基板60の導体を、半導体素子Qから遠い側に配置された配線基板70の導体よりも厚くすることで、放熱経路の上流側での熱拡散が促進され、放熱性が向上する。   Further, the thickness of the conductor in the wiring board 60 arranged on the side closer to each semiconductor element Q is thicker than the thickness of the conductor in the wiring board 70 arranged on the side far from the semiconductor element Q. Thus, by making the conductor of the wiring board 60 disposed on the side closer to the semiconductor element Q that is the heat source thicker than the conductor of the wiring board 70 disposed on the side far from the semiconductor element Q, the heat dissipation path Thermal diffusion at the upstream side is promoted, and heat dissipation is improved.

図5Aおよび図5Bに示すように、配線基板60と配線基板70は、ダミー配線64とダミー配線72とが接するように貼り合わせられる。   As shown in FIGS. 5A and 5B, the wiring board 60 and the wiring board 70 are bonded together so that the dummy wiring 64 and the dummy wiring 72 are in contact with each other.

図6は、半導体素子Qの構成を示す斜視図である。各半導体素子Qは、一方の面にソース電極Eおよびゲート電極Eを有し、他方の面にドレイン電極Eを有する。以降において、半導体素子Qのソース電極Eおよびゲート電極Eが設けられた面をゲート・ソース面P1と表記し、ドレイン電極Eが設けられた面をドレイン面P2と表記する。ゲート電極Eは、ゲート・ソース面P1の中央に配置され、ソース電極Eは、ゲート電極Eの周囲を囲み且つゲート・ソース面P1の略全域に延在するように設けられている。ドレイン電極Eは、ドレイン面P2の略全域に延在するように設けられている。 FIG. 6 is a perspective view showing the configuration of the semiconductor element Q. Each semiconductor element Q is on one side and a source electrode E S and the gate electrode E G, a drain electrode E D on the other surface. In the following, a surface source electrode E S and the gate electrode E G is provided in the semiconductor device Q is denoted as the gate-source surface P1, it denoted a surface drain electrode E D is provided with a drain surface P2. Gate electrode E G is disposed at the center of the gate-source plane P1, the source electrode E S is provided so as to extend in substantially the entire region of and the gate-source plane P1 surrounds the gate electrode E G . Drain electrode E D is provided so as to extend in substantially the entire region of the drain surface P2.

図7は、半導体素子Q11、半導体素子Q11のドレイン面P2に接合されたドレイン面側熱拡散部材41、半導体素子Q11のゲート・ソース面P1に接合されたゲート・ソース面側熱拡散部材42を示す斜視図である。図8Aは、ゲート・ソース面側熱拡散部材42の構成を示す平面図、図8Bは、図8Aにおける8B−8B線に沿った断面図である。   7 shows a semiconductor element Q11, a drain surface side heat diffusion member 41 bonded to the drain surface P2 of the semiconductor element Q11, and a gate / source surface side heat diffusion member 42 bonded to the gate / source surface P1 of the semiconductor element Q11. It is a perspective view shown. 8A is a plan view showing the configuration of the gate / source surface side thermal diffusion member 42, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line 8B-8B in FIG. 8A.

ドレイン面側熱拡散部材41は、導電率および熱伝導率の比較的高い銅などの導体からなる導体ブロック41aを含んで構成されている。半導体素子Q11のドレイン電極Eは、ドレイン面側熱拡散部材41の導体ブロック41aに電気的および熱的に接続されている。 The drain surface side heat diffusing member 41 includes a conductor block 41a made of a conductor such as copper having a relatively high electrical conductivity and thermal conductivity. Drain electrode E D of the semiconductor element Q11 is electrically and thermally connected to the conductor block 41a of the drain side heat diffusion member 41.

ゲート・ソース面側熱拡散部材42は、導電率および熱伝導率の比較的高い銅などの導体を含んで構成される導体ブロック42aと導体ピン42bとを含んで構成されている。
導体ブロック42aの中央部には、半導体素子Qとの接合面と配線基板60との接合面との間を貫通する貫通孔42dが設けられている。導体ピン42bは、角柱状または円柱状の形状を有する柱状体であり、貫通孔42dの内部に挿入されている。導体ピン42bの一方の端部は、半導体素子との接合面に表出し、他方の端部は、配線基板60との接合面に表出している。導体ピン42bと導体ブロック42aとの間には、絶縁樹脂42cが充填されており、導体ピン42bは導体ブロック42aから絶縁されている。半導体素子Q11のソース電極Eは、ゲート・ソース面側熱拡散部材42の導体ブロック42aに電気的および熱的に接続されている。半導体素子Q11のゲート電極Eは、ゲート・ソース面側熱拡散部材42の導体ピン42bに電気的および熱的に接続されている。導体ブロック42aの配線基板60との接合面には、配線基板60のゲート配線63と、導体ブロック42aとの接触を回避するための凹部42eが設けられている。
The gate / source surface side heat diffusing member 42 includes a conductor block 42a including a conductor such as copper having a relatively high conductivity and a relatively high heat conductivity, and a conductor pin 42b.
A through-hole 42d is provided in the central portion of the conductor block 42a so as to penetrate between the bonding surface with the semiconductor element Q and the bonding surface with the wiring substrate 60. The conductor pin 42b is a columnar body having a prismatic or columnar shape, and is inserted into the through hole 42d. One end of the conductor pin 42 b is exposed on the bonding surface with the semiconductor element, and the other end is exposed on the bonding surface with the wiring substrate 60. An insulating resin 42c is filled between the conductor pin 42b and the conductor block 42a, and the conductor pin 42b is insulated from the conductor block 42a. The source electrode E S of the semiconductor element Q11 is electrically and thermally connected to the conductor block 42a of the gate-source side heat diffusion member 42. Gate electrode E G of the semiconductor element Q11 is electrically and thermally connected to the conductive pin 42b of the gate-source side heat diffusion member 42. A recess 42e for avoiding contact between the gate wiring 63 of the wiring substrate 60 and the conductor block 42a is provided on the joint surface of the conductor block 42a with the wiring substrate 60.

半導体素子Q12、Q21およびQ22も、同様に、ドレイン面P2にドレイン面側熱拡散部材41が接合され、ゲート・ソース面P1にゲート・ソース面側熱拡散部材42が接合されている。   Similarly, in the semiconductor elements Q12, Q21, and Q22, the drain surface side heat diffusion member 41 is bonded to the drain surface P2, and the gate / source surface side heat diffusion member 42 is bonded to the gate / source surface P1.

図3Aに示すように、半導体素子Q11およびQ12のドレイン面P2に一方の面が接合されたドレイン面側熱拡散部材41の他方の面は、配線基板20のドレイン配線22に電気的および熱的に接続されている。すなわち、半導体素子Q11およびQ12のドレイン電極Eは、ドレイン面側熱拡散部材41の導体ブロック41aを介して配線基板20のドレイン配線22に電気的および熱的に接続されている。 As shown in FIG. 3A, the other surface of the drain surface side heat diffusing member 41 having one surface bonded to the drain surface P2 of the semiconductor elements Q11 and Q12 is electrically and thermally connected to the drain wiring 22 of the wiring board 20. It is connected to the. That is, the drain electrode E D of the semiconductor element Q11 and Q12 are electrically and thermally connected to the drain wiring 22 of the wiring board 20 via a conductor block 41a of the drain side heat diffusion member 41.

半導体素子Q21およびQ22のゲート・ソース面P1に一方の面が接合されたゲート・ソース面側熱拡散部材42の他方の面は、配線基板20のソース配線23およびゲート配線24に電気的および熱的に接続されている。   The other surface of the gate / source surface side thermal diffusion member 42 joined to the gate / source surface P1 of the semiconductor elements Q21 and Q22 is electrically and thermally connected to the source wiring 23 and the gate wiring 24 of the wiring substrate 20. Connected.

図9は、半導体素子Q21(Q22)、ゲート・ソース面側熱拡散部材42、配線基板20の相互間の接続状態を示す断面図である。半導体素子Q21(Q22)のソース電極Eは、ゲート・ソース面側熱拡散部材42の導体ブロック42aに電気的および熱的に接続され、ゲート電極Eは、ゲート・ソース面側熱拡散部材42の導体ピン42bに電気的および熱的に接続されている。導体ブロック42aは、配線基板20のソース配線23に電気的および熱的に接続され、導体ピン42bは、配線基板20のゲート配線24に電気的および熱的に接続されている。すなわち、半導体素子Q21(Q22)のソース電極Eは、導体ブロック42aを介してソース配線23に電気的および熱的に接続され、半導体素子Q21(Q22)のゲート電極Eは、導体ピン42bを介してゲート配線24に電気的および熱的に接続されている。 FIG. 9 is a cross-sectional view showing a connection state among the semiconductor element Q21 (Q22), the gate / source surface side thermal diffusion member 42, and the wiring board 20. The source electrode E S of the semiconductor element Q21 (Q22) is electrically and thermally connected to the conductor block 42a of the gate-source side heat diffusion member 42, the gate electrode E G is the gate-source side heat diffusion member It is electrically and thermally connected to 42 conductor pins 42b. The conductor block 42 a is electrically and thermally connected to the source wiring 23 of the wiring board 20, and the conductor pin 42 b is electrically and thermally connected to the gate wiring 24 of the wiring board 20. That is, the source electrode E S of the semiconductor element Q21 (Q22) is electrically and thermally connected to the source line 23 via the conductor block 42a, the gate electrode E G of the semiconductor element Q21 (Q22) is conductive pin 42b Is electrically and thermally connected to the gate wiring 24 via

図3Bに示すように、半導体素子Q11およびQ12のゲート・ソース面P1に一方の面が接合されたゲート・ソース面側熱拡散部材42の他方の面は、配線基板60の中間配線62およびゲート配線63に電気的および熱的に接続されている。   As shown in FIG. 3B, the other surface of the gate / source surface side thermal diffusion member 42, one surface of which is joined to the gate / source surface P1 of the semiconductor elements Q11 and Q12, is the intermediate wiring 62 and the gate of the wiring substrate 60. The wiring 63 is electrically and thermally connected.

半導体素子Q11およびQ12、ゲート・ソース面側熱拡散部材42、配線基板60の相互間の接続状態は、図9に示したものと同様である。すなわち、半導体素子Q11およびQ12のソース電極Eは、ゲート・ソース面側熱拡散部材42の導体ブロック42aを介して配線基板60の中間配線62に電気的および熱的に接続され、半導体素子Q11およびQ12のゲート電極Eは、ゲート・ソース面側熱拡散部材42の導体ピン42bを介して配線基板60のゲート配線63に電気的および熱的に接続されている。 The connection state among the semiconductor elements Q11 and Q12, the gate / source surface side thermal diffusion member 42, and the wiring board 60 is the same as that shown in FIG. That is, the source electrode E S of the semiconductor elements Q11 and Q12 are electrically and thermally connected to the intermediate wire 62 of the wiring board 60 via a conductor block 42a of the gate-source side heat diffusion member 42, the semiconductor element Q11 and the gate electrode E G of Q12 is electrically and thermally connected to the gate wiring 63 of the wiring board 60 through the conductive pin 42b of the gate-source side heat diffusion member 42.

半導体素子Q21およびQ22のドレイン面P2に一方の面が接合されたドレイン面側熱拡散部材41の他方の面は、配線基板60の中間配線62に電気的および熱的に接続されている。すなわち、半導体素子Q21およびQ22のドレイン電極Eは、ドレイン面側熱拡散部材41の導体ブロック41aを介して配線基板60の中間配線62に電気的および熱的に接続されている。 The other surface of the drain surface side heat diffusing member 41 whose one surface is joined to the drain surface P2 of the semiconductor elements Q21 and Q22 is electrically and thermally connected to the intermediate wiring 62 of the wiring substrate 60. That is, the drain electrode E D of the semiconductor element Q21 and Q22 are electrically and thermally connected to the intermediate wire 62 of the wiring board 60 via a conductor block 41a of the drain side heat diffusion member 41.

半導体素子Q11とQ12とは、配線基板20のドレイン配線22および配線基板60の中間配線62によって並列接続され、半導体素子Q21とQ22とは、配線基板20のソース配線23および配線基板60の中間配線62によって並列接続されている。半導体素子Q11およびQ12のソース電極Eは、半導体素子Q21およびQ22のドレイン電極Eと、中間配線62によって電気的に接続されている。 The semiconductor elements Q11 and Q12 are connected in parallel by the drain wiring 22 of the wiring board 20 and the intermediate wiring 62 of the wiring board 60, and the semiconductor elements Q21 and Q22 are the source wiring 23 of the wiring board 20 and the intermediate wiring of the wiring board 60. 62 are connected in parallel. The source electrode E S of the semiconductor elements Q11 and Q12 has a drain electrode E D of the semiconductor element Q21 and Q22, are electrically connected by the intermediate wiring 62.

図3Aおよび図3Bに示すように、配線基板20(絶縁基板21)および配線基板60(絶縁基板61)の外形は、略正方形とされており、半導体素子Q11、Q12、Q21およびQ22は、配線基板20と配線基板60の間で、これらの配線基板の中心点に対して点対称となるように配置されている。このように、半導体素子Q11、Q12、Q21、Q22を配線基板20および60の中心点に対して点対称となるように配置することで、各半導体素子Qを両面から押し付けるように作用する押圧力が半導体素子間で均一とすることができ、半導体モジュール10の信頼性を向上させることができる。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the outer shape of the wiring substrate 20 (insulating substrate 21) and the wiring substrate 60 (insulating substrate 61) is substantially square, and the semiconductor elements Q11, Q12, Q21, and Q22 Between the board | substrate 20 and the wiring board 60, it arrange | positions so that it may become point symmetrical with respect to the center point of these wiring boards. Thus, by arranging the semiconductor elements Q11, Q12, Q21, and Q22 so as to be point-symmetric with respect to the center points of the wiring boards 20 and 60, the pressing force that acts to press each semiconductor element Q from both sides is provided. Can be made uniform among the semiconductor elements, and the reliability of the semiconductor module 10 can be improved.

図10は、半導体モジュール10の外観を示す斜視図である。半導体モジュール10は、各半導体素子Qの上面および下面にドレイン面側熱拡散部材41またはゲート・ソース面側熱拡散部材42を接合したものを、配線基板20および30からなる積層基板と配線基板60および70からなる積層基板で挟むことによって形成される。   FIG. 10 is a perspective view showing the appearance of the semiconductor module 10. The semiconductor module 10 is obtained by joining a drain surface side heat diffusion member 41 or a gate / source surface side heat diffusion member 42 to the upper surface and the lower surface of each semiconductor element Q, and a wiring substrate 60 and a wiring substrate 60 composed of the wiring substrates 20 and 30. And 70 are sandwiched between the laminated substrates.

図11は、半導体モジュール10における放熱経路を示す断面図である。図11において、熱の主な放出方向が矢印で示されている。図11に示すように、半導体モジュール10は、上面側および下面側にヒートシンク110を取り付けて使用することが可能である。各半導体素子Qから発せられた熱は、各半導体素子Qの上面に接合されたドレイン面側熱拡散部材41またはゲート・ソース面側熱拡散部材42、配線基板60および70を介して上面側のヒートシンク110に放出されるとともに、各半導体素子Qの下面に接合されたドレイン面側熱拡散部材41またはゲート・ソース面側熱拡散部材42、配線基板20および30を介して下面側のヒートシンク110に放出される。このように、本実施形態に係る半導体モジュール10によれば、各半導体素子Qの上面側および下面側にそれぞれ放熱経路を有するので、片側にのみ放熱経路を有する従来のパッケージと比較して放熱性能を向上させることができる。   FIG. 11 is a cross-sectional view showing a heat dissipation path in the semiconductor module 10. In FIG. 11, the main direction of heat release is indicated by arrows. As shown in FIG. 11, the semiconductor module 10 can be used with the heat sink 110 attached to the upper surface side and the lower surface side. The heat generated from each semiconductor element Q is transferred to the upper surface side through the drain surface side heat diffusion member 41 or the gate / source surface side heat diffusion member 42 bonded to the upper surface of each semiconductor element Q and the wiring substrates 60 and 70. The heat sink 110 is discharged to the heat sink 110 and is also transferred to the heat sink 110 on the lower surface side through the drain surface side heat diffusion member 41 or the gate / source surface side heat diffusion member 42 bonded to the lower surface of each semiconductor element Q and the wiring substrates 20 and 30. Released. As described above, according to the semiconductor module 10 according to the present embodiment, since each of the semiconductor elements Q has the heat dissipation path on the upper surface side and the lower surface side, the heat dissipation performance as compared with the conventional package having the heat dissipation path only on one side. Can be improved.

また、本実施形態に係る半導体モジュール10において、各半導体素子Qのゲート・ソース面P1に接合されるゲート・ソース面側熱拡散部材42は、半導体素子Qのゲート電極Eに当接される部分に半導体素子Qのソース電極Eに当接される導体ブロック42aから絶縁された導体ピン42bを有する。このように、ゲート・ソース面側熱拡散部材42にゲート接続用の導体ピン42bを設けることで、各半導体素子Qに対するワイヤボンディングが不要となり、製造工程を簡略化することが可能となる。また、ワイヤボンディングが不要となることで、半導体素子Qのゲート・ソース面P1の全体を熱拡散部材42に接合させることが可能となる。すなわち、仮にゲート電極Eに対するワイヤボンディングが必要とされる場合には、半導体素子Qのゲート・ソース面P1のワイヤボンディング部の周囲には熱拡散部材を当接させることができなくなる。その結果、半導体素子Qと熱拡散部材との接合面積が制限され、放熱性が低下する。本実施形態に係る半導体モジュール10によれば、ゲート・ソース面側熱拡散部材42にゲート接続用の導体ピン42bを設けたことにより、ゲート電極Eに対するワイヤボンディングが不要となるので、半導体素子Qのゲート・ソース面P1の全体をゲート・ソース面側熱拡散部材42に接合することが可能である。このように、本実施形態に係る半導体モジュールによれば、両面ヒートシンク構造を有する従来のパッケージよりも更に高い放熱性能を得ることができる。 In the semiconductor module 10 according to this embodiment, the gate-source side heat diffusion member 42 which is joined to the gate-source surface P1 of the semiconductor device Q is in contact with the gate electrode E G of the semiconductor device Q having a conductive pin 42b which is insulated from the conductor block 42a which is brought into contact with the source electrode E S of the semiconductor elements Q moiety. In this way, by providing the gate / source surface side thermal diffusion member 42 with the gate connection conductor pin 42b, wire bonding to each semiconductor element Q becomes unnecessary, and the manufacturing process can be simplified. Further, since wire bonding is not necessary, the entire gate / source surface P1 of the semiconductor element Q can be bonded to the thermal diffusion member 42. That is, if in the case where wire bonding for gate electrode E G is required, can not be brought into contact with the heat diffusion member around the wire bonding portion of the gate-source surface P1 of the semiconductor device Q. As a result, the bonding area between the semiconductor element Q and the heat diffusing member is limited, and heat dissipation is reduced. According to the semiconductor module 10 according to this embodiment, by providing the conductive pin 42b for gate connected to the gate-source side heat diffusion member 42, the wire bonding for gate electrode E G becomes unnecessary, the semiconductor element It is possible to join the entire gate / source surface P1 of Q to the gate / source surface side thermal diffusion member 42. Thus, according to the semiconductor module according to the present embodiment, higher heat dissipation performance can be obtained than the conventional package having the double-sided heat sink structure.

また、本実施形態に係る半導体モジュール10において、半導体素子Qの下面側において、半導体素子Qから近い側に配置された配線基板20における導体の厚さは、半導体素子Qから遠い側に配置された配線基板30における導体の厚さよりも厚くなっている。同様に、半導体素子Qの上面側において、半導体素子Qから近い側に配置された配線基板60における導体の厚さは、半導体素子Qから遠い側に配置された配線基板70における導体の厚さよりも厚くなっている。このように、発熱源である半導体素子Qから近い側に配置された配線基板20および60の導体を、半導体素子Qから遠い側に配置された配線基板30および70の導体よりも厚くすることで、放熱経路の上流側での熱拡散が促進され、放熱性が向上する。   In the semiconductor module 10 according to the present embodiment, the thickness of the conductor in the wiring board 20 disposed on the side closer to the semiconductor element Q on the lower surface side of the semiconductor element Q is disposed on the side far from the semiconductor element Q. The wiring board 30 is thicker than the conductor. Similarly, on the upper surface side of the semiconductor element Q, the thickness of the conductor in the wiring board 60 arranged on the side closer to the semiconductor element Q is larger than the thickness of the conductor in the wiring board 70 arranged on the side far from the semiconductor element Q. It is thick. In this way, by making the conductors of the wiring boards 20 and 60 arranged on the side closer to the semiconductor element Q, which is a heat source, thicker than the conductors of the wiring boards 30 and 70 arranged on the side far from the semiconductor element Q, The heat diffusion on the upstream side of the heat dissipation path is promoted, and the heat dissipation is improved.

図12は、各半導体素子Qが制御信号に応じて導通状態となっているときの半導体モジュール10に流れる電流Iの方向を示す断面図である。半導体モジュール10は、例えば、ドレイン配線22に接続されたドレイン端子D1に電源の正極が接続され、配線基板20上のソース配線23に接続されたソース端子S2に電源の負極が接続される。この場合において、各半導体素子Qがオン状態となると、電流Iは、ドレイン端子D1からドレイン配線22に流れ、ドレイン面側熱拡散部材41を介して半導体素子Q11およびQ12のドレイン電極Eに入力される。電流Iは、半導体素子Q11およびQ12のソース電極Eから出力され、ゲート・ソース面側熱拡散部材42を介して配線基板60の中間配線62に流れる。その後、電流Iはドレイン面側熱拡散部材41を介して半導体素子Q21およびQ22のドレイン電極Eに入力され、ソース電極Eから出力される。半導体素子Q21およびQ22から出力された電流Iは、配線基板20のソース配線23、スルーホール25および配線基板30のソース配線32を介してソース端子S2から出力される。 FIG. 12 is a cross-sectional view showing the direction of the current I flowing through the semiconductor module 10 when each semiconductor element Q is in a conducting state according to the control signal. In the semiconductor module 10, for example, the positive terminal of the power source is connected to the drain terminal D 1 connected to the drain wiring 22, and the negative terminal of the power source is connected to the source terminal S 2 connected to the source wiring 23 on the wiring substrate 20. In this case, when the semiconductor elements Q is turned on, current I flows from the drain terminal D1 to the drain wiring 22, an input to the drain electrode E D of the semiconductor element Q11 and Q12 through the drain side heat diffusion member 41 Is done. Current I is output from the source electrode E S of the semiconductor elements Q11 and Q12, it flows into the intermediate wiring 62 of the wiring board 60 via a gate-source side heat diffusion member 42. Then, current I is input to the drain electrode E D of the semiconductor element Q21 and Q22 through the drain side heat diffusion member 41, is output from the source electrode E S. The current I output from the semiconductor elements Q21 and Q22 is output from the source terminal S2 via the source wiring 23 of the wiring board 20, the through hole 25, and the source wiring 32 of the wiring board 30.

半導体モジュール10をインバータ用途で使用する場合、各半導体素子Qは高速でオンオフを繰り返すことから、電流経路上の配線インダクタンスが大きいと、オーバーシュートによる過電圧が発生する。したがって、配線インダクタンスを低減し、過電圧の発生を抑制することが好ましい。   When the semiconductor module 10 is used for an inverter, each semiconductor element Q is repeatedly turned on and off at high speed. Therefore, if the wiring inductance on the current path is large, an overvoltage due to overshoot occurs. Therefore, it is preferable to reduce the wiring inductance and suppress the occurrence of overvoltage.

本実施形態に係る半導体モジュール10の構成によれば、図12に示すように、各半導体素子Qの上面側を流れる電流と、各半導体素子Qの下面側を流れる電流とが逆方向に流れる。すなわち、半導体素子Qの上面側に設けられた中間配線62に流れる電流の方向は、中間配線62に対して対向配置されたソース配線23および32に流れる電流の方向とは逆方向となる。これにより、中間配線62に流れる電流によって生じる磁場と、ソース配線23および32に流れる電流によって生じる磁場とが互いに打ち消し合うように作用するので、電流入力端子であるドレイン端子D1および電流出力端子であるソース端子S2からみたパッケージ内部の配線インダクタンスを低減することができる。これにより、各半導体素子Qを高速でオンオフさせた場合におけるオーバーシュートによる過電圧を抑制することができる。   According to the configuration of the semiconductor module 10 according to the present embodiment, as shown in FIG. 12, the current flowing through the upper surface side of each semiconductor element Q and the current flowing through the lower surface side of each semiconductor element Q flow in opposite directions. That is, the direction of the current flowing through the intermediate wiring 62 provided on the upper surface side of the semiconductor element Q is opposite to the direction of the current flowing through the source wirings 23 and 32 disposed opposite to the intermediate wiring 62. Thus, the magnetic field generated by the current flowing through the intermediate wiring 62 and the magnetic field generated by the current flowing through the source wirings 23 and 32 act so as to cancel each other, so that the drain terminal D1 and the current output terminal, which are current input terminals. The wiring inductance inside the package viewed from the source terminal S2 can be reduced. Thereby, it is possible to suppress overvoltage due to overshoot when each semiconductor element Q is turned on and off at high speed.

図13は、半導体モジュール10をインバータとして使用する場合における構成例を示す平面図である。半導体モジュール10をインバータとして使用する場合、負荷の構成に応じた数の半導体モジュール10を用いる。図13では、2つの半導体モジュール10を使用する場合が例示されている。2つの半導体モジュール10は、図13に示すように面方向に並置される。直流電源(図示しない)の正極に接続されたP母線121は、各半導体モジュール10のドレイン端子D1に接続され、直流電源の負極に接続されたN母線122は、各半導体モジュール10のソース端子S2に接続される。ゲート端子G1、G2、制御信号基準端子GS1、GS2は、半導体モジュール10毎に設けられたゲート基板123に接続される。ゲート端子G1と制御信号基準端子GS1との間、ゲート端子G2と制御信号基準端子GS2との間には、ゲート基板123を介して制御信号が供給され、これによって各半導体素子Qのオンオフが制御される。   FIG. 13 is a plan view showing a configuration example when the semiconductor module 10 is used as an inverter. When the semiconductor module 10 is used as an inverter, the number of semiconductor modules 10 corresponding to the load configuration is used. FIG. 13 illustrates the case where two semiconductor modules 10 are used. The two semiconductor modules 10 are juxtaposed in the plane direction as shown in FIG. A P bus 121 connected to the positive electrode of a DC power source (not shown) is connected to the drain terminal D1 of each semiconductor module 10, and an N bus 122 connected to the negative electrode of the DC power source is a source terminal S2 of each semiconductor module 10. Connected to. The gate terminals G 1 and G 2 and the control signal reference terminals GS 1 and GS 2 are connected to a gate substrate 123 provided for each semiconductor module 10. A control signal is supplied via the gate substrate 123 between the gate terminal G1 and the control signal reference terminal GS1, and between the gate terminal G2 and the control signal reference terminal GS2, thereby controlling on / off of each semiconductor element Q. Is done.

各半導体モジュール10の中間端子Cには、モータ等の負荷(図示せず)に接続された負荷線124および125が接続される。例えば、図中左側の半導体モジュール10の中間端子CにはU相に対応する負荷線124が接続され、図中右側の半導体モジュール10の中間端子CにはV相に対応する負荷線125が接続されている。本実施形態に係る半導体モジュール10において、中間端子Cは、配線基板60の対向する2辺から互いに逆方向に引き出されているので、負荷線124および125を、2つの半導体モジュール10の間に集約させることができる。これにより、負荷線124および125の引き回しが容易となる。   Load wires 124 and 125 connected to a load (not shown) such as a motor are connected to the intermediate terminal C of each semiconductor module 10. For example, a load line 124 corresponding to the U phase is connected to the intermediate terminal C of the semiconductor module 10 on the left side in the figure, and a load line 125 corresponding to the V phase is connected to the intermediate terminal C of the semiconductor module 10 on the right side in the figure. Has been. In the semiconductor module 10 according to the present embodiment, since the intermediate terminal C is drawn in the opposite direction from the two opposite sides of the wiring board 60, the load lines 124 and 125 are collected between the two semiconductor modules 10. Can be made. This facilitates routing of the load lines 124 and 125.

図14は、半導体モジュールのドレイン端子D1およびソース端子S2を図13における矢印Xの方向からみた側面図である。ソース端子S2およびドレイン端子D1は、半導体モジュール10の同じ辺から同じ方向に引き出されている。また、ソース端子S2の引き出し長さは、ドレイン端子D1の引き出し長さよりも長くなっている。更に、ドレイン端子D1およびソース端子S2は、それぞれ、配線基板20、30の主面と平行な引き出し方向から配線基板20、30の主面に対して垂直な方向上向きに曲げられている。なお、ドレイン端子D1およびソース端子S2の曲げ方向は、配線基板20、30の主面に対して垂直方向下向きであってもよい。また曲げ角度は、厳密に垂直でなくてもよく、配線基板20、30の主面に対して概略上向きまたは下向きとなっていればよい。ドレイン端子D1およびソース端子S2を、このように構成することにより、図13に示すように、P母線121およびN母線122を直線的に配置することが可能であり、P母線121およびN母線122の引き回しが容易となる。また、P母線121およびN母線122を平行且つ近接させて配置することが可能である。これにより、P母線121に流れる電流の方向とN母線122に流れる電流の方向を逆方向とすることができ、P母線121に流れる電流によって生じる磁場と、N母線122に流れる電流によって生じる磁場とが互いに打ち消し合うように作用させることができる。これにより、ドレイン端子D1およびソース端子S2からみたP母線121およびN母線122の配線インダクタンスを低減することができ、半導体素子Qを高速でオンオフさせた場合におけるオーバーシュートによる過電圧を抑制することができる。   FIG. 14 is a side view of the drain terminal D1 and the source terminal S2 of the semiconductor module as seen from the direction of the arrow X in FIG. The source terminal S2 and the drain terminal D1 are drawn from the same side of the semiconductor module 10 in the same direction. Further, the lead length of the source terminal S2 is longer than the lead length of the drain terminal D1. Furthermore, the drain terminal D1 and the source terminal S2 are bent upward in a direction perpendicular to the main surface of the wiring boards 20 and 30 from a drawing direction parallel to the main surfaces of the wiring boards 20 and 30, respectively. The bending direction of the drain terminal D1 and the source terminal S2 may be downward in the vertical direction with respect to the main surfaces of the wiring boards 20 and 30. Further, the bending angle may not be strictly perpendicular, and may be approximately upward or downward with respect to the main surfaces of the wiring boards 20 and 30. By configuring the drain terminal D1 and the source terminal S2 in this way, as shown in FIG. 13, the P bus 121 and the N bus 122 can be arranged linearly, and the P bus 121 and the N bus 122 are arranged. Is easy to route. Further, the P bus 121 and the N bus 122 can be arranged in parallel and close to each other. Thereby, the direction of the current flowing in the P bus 121 and the direction of the current flowing in the N bus 122 can be reversed, and the magnetic field generated by the current flowing in the P bus 121 and the magnetic field generated by the current flowing in the N bus 122 Can be made to cancel each other. Thereby, the wiring inductance of the P bus 121 and the N bus 122 viewed from the drain terminal D1 and the source terminal S2 can be reduced, and overvoltage due to overshoot when the semiconductor element Q is turned on / off at high speed can be suppressed. .

なお、本実施形態においては、4つの半導体素子Q11、Q12、Q21およびQ22を用いて所謂2in1構成とする場合を例示したが、直列接続された2つの半導体素子を用いた2in1構成としてもよい。   In the present embodiment, a case where a so-called 2-in-1 configuration is formed using four semiconductor elements Q11, Q12, Q21, and Q22 is illustrated, but a 2-in-1 configuration using two semiconductor elements connected in series may be used.

また、本実施形態において、各半導体素子Qの上面側および下面側にそれぞれ2つの配線基板を設けているが、各半導体素子Qの上面側および下面側に設けられる配線基板を1つとしてもよい。この場合、ソース端子S2を配線基板20の裏面配線26から引き出して、配線基板30を廃止する。配線基板70にはダミー配線72、73しか設けられていないので、配線基板70を省略できる。配線基板20の裏面配線26からソース端子S2を引き出すよりも、配線基板20とは別の配線基板30からソース端子S2を引き出す方が、配線のパターニングが容易である。このため、本実施形態では、半導体素子Qの下面側の配線基板を2層構成としている。半導体素子Qの上面側の配線基板を2層構成としているのは、下面側の配線基板の構成に合わせるためである。これにより、半導体素子Qの上面側および下面側における放熱性能を均一することができる。   In this embodiment, two wiring boards are provided on the upper surface side and the lower surface side of each semiconductor element Q. However, one wiring board may be provided on the upper surface side and the lower surface side of each semiconductor element Q. . In this case, the source terminal S2 is pulled out from the back surface wiring 26 of the wiring board 20, and the wiring board 30 is abolished. Since only the dummy wirings 72 and 73 are provided on the wiring board 70, the wiring board 70 can be omitted. The patterning of the wiring is easier if the source terminal S2 is drawn from a wiring board 30 different from the wiring board 20, rather than the source terminal S2 is drawn from the back surface wiring 26 of the wiring board 20. For this reason, in this embodiment, the wiring board on the lower surface side of the semiconductor element Q has a two-layer structure. The reason why the wiring substrate on the upper surface side of the semiconductor element Q has a two-layer configuration is to match the configuration of the wiring substrate on the lower surface side. Thereby, the heat dissipation performance on the upper surface side and the lower surface side of the semiconductor element Q can be made uniform.

なお、半導体素子Qは、本発明における半導体素子および他の半導体素子の一例である。ドレイン電極Eは、本発明における第1の電極の一例である。ソース電極Eは本発明における第2の電極の一例である。ゲート電極Eは、本発明における制御電極の一例である。ドレイン面側熱拡散部材41は、本発明における第1の熱拡散部材の一例である。ゲート・ソース面側熱拡散部材42は、本発明における第2の熱拡散部材の一例である。導体ブロック42aは、本発明における第2の熱拡散部材の第1の導体部分の一例である。導体ピン42bは、本発明における第2の熱拡散部材の第1の導体部分の一例である。配線基板20および30は、本発明における第1の配線基板の一例である。ドレイン配線22は、本発明における第1の配線の一例である。配線基板60および70は、本発明における第2の配線基板の一例である。中間配線62は、本発明における第2の配線の一例である。ゲート配線63は、本発明における第3の配線の一例である。ドレイン端子D1は、本発明における第1の端子の一例である。ソース端子S2は、本発明における第2の端子の一例である。 The semiconductor element Q is an example of the semiconductor element and other semiconductor elements in the present invention. Drain electrode E D is an example of a first electrode in the present invention. The source electrode E S is an example of a second electrode in the present invention. Gate electrode E G is an example of a control electrode in the present invention. The drain surface side heat diffusion member 41 is an example of the first heat diffusion member in the present invention. The gate / source surface side thermal diffusion member 42 is an example of a second thermal diffusion member in the present invention. The conductor block 42a is an example of the first conductor portion of the second heat diffusing member in the present invention. The conductor pin 42b is an example of the first conductor portion of the second heat diffusing member in the present invention. The wiring boards 20 and 30 are examples of the first wiring board in the present invention. The drain wiring 22 is an example of a first wiring in the present invention. The wiring boards 60 and 70 are examples of the second wiring board in the present invention. The intermediate wiring 62 is an example of a second wiring in the present invention. The gate wiring 63 is an example of a third wiring in the present invention. The drain terminal D1 is an example of the first terminal in the present invention. The source terminal S2 is an example of a second terminal in the present invention.

[第2の実施形態]
図15は、本発明の第2の実施形態に係る半導体モジュール11の構成を示す断面図である。なお、図15において、上記した第1の実施形態に係る半導体モジュール10と同一または対応する構成要素には同一の参照符号を付与し、重複する説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor module 11 according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 15, the same or corresponding components as those of the semiconductor module 10 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

上記した第1の実施形態に係る半導体モジュール10は、パッケージ内に4つの半導体素子Q11、Q12、Q21、Q22を設け、直列回路を形成するものであった。これに対して、第2の実施形態に係る半導体モジュール11は、単一の半導体素子Q11を含んで構成されている。また、第1の実施形態に係る半導体モジュール10では、半導体素子Qの上面側および下面側にそれぞれ2つの配線基板が設けられていたが、第2の実施形態に係る半導体モジュール11では半導体素子Qの上面側および下面側の配線基板を1つとしている。   In the semiconductor module 10 according to the first embodiment described above, four semiconductor elements Q11, Q12, Q21, and Q22 are provided in a package to form a series circuit. On the other hand, the semiconductor module 11 according to the second embodiment is configured to include a single semiconductor element Q11. In the semiconductor module 10 according to the first embodiment, two wiring boards are provided on each of the upper surface side and the lower surface side of the semiconductor element Q. However, in the semiconductor module 11 according to the second embodiment, the semiconductor element Q is provided. One wiring board is provided on the upper surface side and the lower surface side.

半導体素子Q11のドレイン面P2は、ドレイン面側熱拡散部材41に接合されており、ドレイン電極Eがドレイン面側熱拡散部材41の導体ブロック41aを介して配線基板20のドレイン配線22に電気的に接続されている。電流入力端子であるドレイン端子D1は、ドレイン配線22から引き出されている。半導体素子Q11のゲート・ソース面P1は、ゲート・ソース面側熱拡散部材42に接合されており、ソース電極Eが導体ブロック42aを介して配線基板60のソース配線66に電気的に接続されている、ゲート電極Eが導体ピン42bを介して配線基板60のゲート配線63に電気的に接続されている。電流出力端子であるソース端子S1は、ソース配線66に接続されている。ドレイン端子D1とソース端子S1とは、半導体モジュール11の同じ辺から同じ方向に引き出されている。 Drain surface P2 of the semiconductor element Q11 is joined to the drain side heat diffusion member 41, electricity to the drain wiring 22 of the wiring board 20 drain electrode E D via the conductor block 41a of the drain side heat diffusion member 41 Connected. A drain terminal D <b> 1 that is a current input terminal is drawn from the drain wiring 22. The gate-source surface P1 of the semiconductor element Q11 is joined to the gate-source side heat diffusion member 42 is electrically connected to the source wiring 66 of the wiring board 60 source electrode E S via the conductor block 42a and has a gate electrode E G is electrically connected to the gate wiring 63 of the wiring board 60 through the conductive pin 42b. A source terminal S 1 that is a current output terminal is connected to the source wiring 66. The drain terminal D1 and the source terminal S1 are drawn from the same side of the semiconductor module 11 in the same direction.

絶縁基板21および絶縁基板61の裏面側(半導体素子Q11側とは反対側)にはそれぞれ、ダミー配線27および67が設けられている。絶縁基板21の表面および裏面の各配線を構成する導体は、絶縁基板21の表裏で略同じ厚さおよび略同じ面積となるように構成されている。これにより、絶縁基板21と導体との間の熱膨張係数差による絶縁基板21の反りを抑制することができる。同様に、絶縁基板61の表面および裏面の各配線を構成する導体は、絶縁基板61の表裏で略同じ厚さおよび略同じ面積となるように構成されている。これにより、絶縁基板61と導体との間の熱膨張係数差による絶縁基板61の反りを抑制することができる。   Dummy wirings 27 and 67 are provided on the back side of the insulating substrate 21 and the insulating substrate 61 (on the side opposite to the semiconductor element Q11 side), respectively. The conductors constituting the wirings on the front and back surfaces of the insulating substrate 21 are configured to have substantially the same thickness and the same area on the front and back of the insulating substrate 21. Thereby, the curvature of the insulated substrate 21 by the thermal expansion coefficient difference between the insulated substrate 21 and a conductor can be suppressed. Similarly, the conductors constituting the respective wirings on the front and back surfaces of the insulating substrate 61 are configured to have substantially the same thickness and substantially the same area on the front and back of the insulating substrate 61. Thereby, the curvature of the insulated substrate 61 by the thermal expansion coefficient difference between the insulated substrate 61 and a conductor can be suppressed.

図15には、半導体素子Q11が制御信号に応じて導通状態となっているときの半導体モジュール11に流れる電流Iの方向が示されている。第2の実施形態に係る半導体モジュール11によれば、第1の実施形態の場合と同様、半導体素子Q11の上面側のソース配線66に流れる電流と、半導体素子Q11の下面側のドレイン配線22を流れる電流とが対向し且つ逆方向に流れる。これにより、ソース配線66に流れる電流によって生じる磁場と、ドレイン配線22に流れる電流によって生じる磁場とが互いに打ち消し合うように作用するので、ドレイン端子D1およびソース端子S1からみたパッケージ内部の配線インダクタンスを低減することができる。これにより、半導体素子Q11を高速でオンオフさせた場合におけるオーバーシュートによる過電圧を抑制することができる。   FIG. 15 shows the direction of the current I flowing through the semiconductor module 11 when the semiconductor element Q11 is in a conducting state according to the control signal. According to the semiconductor module 11 according to the second embodiment, the current flowing through the source wiring 66 on the upper surface side of the semiconductor element Q11 and the drain wiring 22 on the lower surface side of the semiconductor element Q11 are the same as in the first embodiment. The flowing current is opposite and flows in the opposite direction. As a result, the magnetic field generated by the current flowing through the source wiring 66 and the magnetic field generated by the current flowing through the drain wiring 22 act so as to cancel each other, thereby reducing the wiring inductance inside the package as viewed from the drain terminal D1 and the source terminal S1. can do. Thereby, overvoltage due to overshoot when the semiconductor element Q11 is turned on and off at high speed can be suppressed.

また、半導体素子Q11のドレイン面P2には、ドレイン面側熱拡散部材41が接合され、半導体素子Q11のゲート・ソース面P1には、ゲート・ソース面側熱拡散部材42が接合されている。これにより、第1の実施形態の場合と同様、半導体素子Q11から発せられた熱を半導体素子Q11の両面から放出させることが可能となる。   Further, the drain surface side heat diffusion member 41 is joined to the drain surface P2 of the semiconductor element Q11, and the gate / source surface side heat diffusion member 42 is joined to the gate / source surface P1 of the semiconductor element Q11. As a result, as in the case of the first embodiment, heat generated from the semiconductor element Q11 can be released from both sides of the semiconductor element Q11.

[第3の実施形態]
図16は、複数の半導体モジュール10を含んで構成される本発明の第3の実施形態に係る半導体スイッチ200の構成を示す図である。複数の半導体モジュール10は、ヒートシンク210を間に挟んで、半導体素子Qのゲート・ソース面P1およびドレイン面P2に対して垂直な方向に沿って積層されている。すなわち、複数の半導体モジュール10は、内部に形成された放熱経路の方向(図11に示す矢印の方向)に沿って積層されている。なお、最上段の半導体モジュールの上面にもヒートシンク210を取り付けることが好ましい。ヒートシンク210として例えば空冷式や水冷式の方熱器を用いることが可能である。最下段の半導体モジュール10の下面は、熱伝導率の高い部材によって構成される基台220の表面に当接されている。
[Third Embodiment]
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a semiconductor switch 200 according to the third embodiment of the present invention configured to include a plurality of semiconductor modules 10. The plurality of semiconductor modules 10 are stacked along a direction perpendicular to the gate / source surface P1 and the drain surface P2 of the semiconductor element Q with the heat sink 210 interposed therebetween. That is, the plurality of semiconductor modules 10 are stacked along the direction of the heat dissipation path formed inside (the direction of the arrow shown in FIG. 11). In addition, it is preferable to attach the heat sink 210 also to the upper surface of the uppermost semiconductor module. For example, an air-cooled or water-cooled heater can be used as the heat sink 210. The lower surface of the lowermost semiconductor module 10 is in contact with the surface of a base 220 made of a member having high thermal conductivity.

複数の半導体モジュール10の各々は、ドレイン端子D1およびソース端子S2が互いに同じ方向を向くように配置されている。この場合、複数の半導体モジュール10のゲート端子G1、G2および制御信号基準端子GS1、GS2は、ドレイン端子D1およびソース端子S2とは反対方向を向くことになる。   Each of the plurality of semiconductor modules 10 is arranged such that the drain terminal D1 and the source terminal S2 face the same direction. In this case, the gate terminals G1 and G2 and the control signal reference terminals GS1 and GS2 of the plurality of semiconductor modules 10 face in the opposite direction to the drain terminal D1 and the source terminal S2.

半導体スイッチ200において、複数の半導体モジュール10は直列接続されている。すなわち、最上段に配置された半導体モジュール10のドレイン端子D1は、電流経路の高圧ラインHVに接続され、ソース端子S2は2段目の半導体モジュールのドレイン端子D1に接続されている。同様に、各半導体モジュール10のソース端子S2は、1つ下段の半導体モジュール10のドレイン端子D1に接続されている。最下段の半導体モジュール10のソース端子S2は、リターン導体230を介して電流経路の低圧ラインLVに接続されている。   In the semiconductor switch 200, the plurality of semiconductor modules 10 are connected in series. That is, the drain terminal D1 of the semiconductor module 10 arranged at the uppermost stage is connected to the high-voltage line HV of the current path, and the source terminal S2 is connected to the drain terminal D1 of the second-stage semiconductor module. Similarly, the source terminal S2 of each semiconductor module 10 is connected to the drain terminal D1 of the semiconductor module 10 one level lower. The source terminal S2 of the lowermost semiconductor module 10 is connected to the low-voltage line LV of the current path via the return conductor 230.

複数の半導体モジュール10の各々のゲート端子G1、G2および制御信号基準端子GS1、GS2は、半導体モジュール10の各々に対応して設けられた別個の制御回路241〜246に接続されている。複数の半導体モジュール10の各々の半導体素子Qは、自身に対応する制御回路241〜246から供給される制御信号に応じてオンオフする。複数の半導体モジュール10を半導体スイッチとして用いる場合には、通常、複数の半導体モジュール10内の全ての半導体素子Qを互いに同じタイミングでオンオフさせる。複数の半導体モジュール10を直列に接続することで、各半導体素子Qに印加される電圧が小さくなるので、高耐圧の半導体スイッチを構成することができる。なお、図16では、6つの半導体モジュール10を直列に接続した例が示されているが、半導体スイッチ200を構成する半導体モジュール10の数は、必要とされる耐圧に応じて適宜増減することが可能である。また、本実施形態では、第1の実施形態に係る半導体モジュール10を用いて半導体スイッチ200を構成しているが、第2の実施形態に係る半導体モジュール11を用いることも可能である。   The gate terminals G1 and G2 and the control signal reference terminals GS1 and GS2 of the plurality of semiconductor modules 10 are connected to separate control circuits 241 to 246 provided corresponding to each of the semiconductor modules 10. Each semiconductor element Q of the plurality of semiconductor modules 10 is turned on / off in accordance with a control signal supplied from the control circuits 241 to 246 corresponding to the semiconductor element Q. When a plurality of semiconductor modules 10 are used as semiconductor switches, all the semiconductor elements Q in the plurality of semiconductor modules 10 are normally turned on / off at the same timing. By connecting a plurality of semiconductor modules 10 in series, the voltage applied to each semiconductor element Q is reduced, so that a high-breakdown-voltage semiconductor switch can be configured. FIG. 16 shows an example in which six semiconductor modules 10 are connected in series, but the number of semiconductor modules 10 constituting the semiconductor switch 200 may be appropriately increased or decreased according to the required withstand voltage. Is possible. In the present embodiment, the semiconductor switch 200 is configured using the semiconductor module 10 according to the first embodiment, but the semiconductor module 11 according to the second embodiment can also be used.

本実施形態に係る半導体スイッチ200によれば、複数の半導体モジュール10が、ヒートシンク210を間に挟んで半導体モジュール10の内部に形成された放熱経路の方向に沿って積層されるので、効率的な放熱を実現するとともに半導体スイッチの高耐圧化を図ることができる。また、複数の半導体モジュール10を積層することで、装置の面方向におけるサイズを小さくすることができる。   According to the semiconductor switch 200 according to the present embodiment, the plurality of semiconductor modules 10 are stacked along the direction of the heat dissipation path formed inside the semiconductor module 10 with the heat sink 210 interposed therebetween, which is efficient. It is possible to achieve heat dissipation and increase the breakdown voltage of the semiconductor switch. Further, by stacking a plurality of semiconductor modules 10, the size in the surface direction of the device can be reduced.

また、ドレイン端子D1およびソース端子S2が半導体モジュール10の同じ側に引き出されるとともに、これらの端子が半導体モジュール10の積層方向に並んでいるので、積層された半導体モジュール間を直列接続するための配線の引き回しが容易となる。すなわち、図16に示すように、複数の半導体モジュール10を積層したときに、上段の半導体モジュール10のソース端子S2と、下段の半導体モジュール10のドレイン端子D1とが隣り合うように配置されるので、これらの配線接続が容易である。   In addition, since the drain terminal D1 and the source terminal S2 are drawn out to the same side of the semiconductor module 10 and these terminals are arranged in the stacking direction of the semiconductor module 10, wiring for connecting the stacked semiconductor modules in series is provided. Is easy to route. That is, as shown in FIG. 16, when a plurality of semiconductor modules 10 are stacked, the source terminal S2 of the upper semiconductor module 10 and the drain terminal D1 of the lower semiconductor module 10 are disposed adjacent to each other. These wiring connections are easy.

[第4の実施形態]
図17は、複数の半導体モジュール10を含んで構成される本発明の第4の実施形態に係る半導体スイッチ201の構成を示す図である。図17において、図16に示す半導体スイッチ200と同一または対応する構成要素には同一の参照符号を付与し、重複する説明は省略する。また、図17において、図16における制御回路241〜246の図示を省略している。
[Fourth Embodiment]
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a semiconductor switch 201 according to the fourth embodiment of the present invention configured to include a plurality of semiconductor modules 10. In FIG. 17, the same reference numerals are given to the same or corresponding components as those of the semiconductor switch 200 shown in FIG. In FIG. 17, the control circuits 241 to 246 in FIG. 16 are not shown.

第4の実施形態に係る半導体スイッチ201において、複数の直列ユニット251、252および253が構成されている。各直列ユニット251、252、253の構成は、上記した第3の実施形態に係る半導体スイッチ200と等価である。すなわち、直列ユニット251、252、253は、それぞれ、複数の半導体モジュール10を、ヒートシンク210を間に挟んで積層するとともに、当該複数の半導体モジュールの各々の半導体素子Qを直列接続して構成されている。   In the semiconductor switch 201 according to the fourth embodiment, a plurality of series units 251, 252, and 253 are configured. The configuration of each of the series units 251, 252, 253 is equivalent to the semiconductor switch 200 according to the third embodiment described above. That is, each of the series units 251, 252, and 253 is configured by stacking a plurality of semiconductor modules 10 with the heat sink 210 interposed therebetween and connecting the semiconductor elements Q of the plurality of semiconductor modules in series. Yes.

直列ユニット251、252、253を構成する各段の半導体モジュール10は、他の直列ユニットを構成する対応する段の半導体モジュール10の各々に並列接続されている。例えば、直列ユニット251の最上段の半導体モジュール10は、直列ユニット252の最上段の半導体モジュール10に並列接続されるとともに、直列ユニット253の最上段の半導体モジュール10に並列接続されている。同様に、直列ユニット251の2段目の半導体モジュール10は、直列ユニット252の2段目の半導体モジュール10に並列接続されるとともに、直列ユニット253の2段目の半導体モジュール10に並列接続されている。   Each stage of the semiconductor module 10 constituting the series units 251, 252, and 253 is connected in parallel to each of the corresponding stages of the semiconductor modules 10 constituting the other series units. For example, the uppermost semiconductor module 10 of the series unit 251 is connected in parallel to the uppermost semiconductor module 10 of the series unit 252 and is connected in parallel to the uppermost semiconductor module 10 of the series unit 253. Similarly, the second-stage semiconductor module 10 of the series unit 251 is connected in parallel to the second-stage semiconductor module 10 of the series unit 252 and connected in parallel to the second-stage semiconductor module 10 of the series unit 253. Yes.

図18は、本実施形態に係る半導体スイッチ201の等価回路図である。本実施形態に係る半導体スイッチ201において、複数の半導体モジュールは、マトリックスアレイを形成している。このように、マトリックスアレイを形成することで、高耐圧および大電流容量の半導体スイッチを実現することができる。なお、本実施形態では、6×3のマトリックスアレイを構成した場合を例示しているが、これに限定されるものではなく、必要とされる耐圧および電流容量に応じて適宜変更することが可能である。また、本実施形態では、第1の実施形態に係る半導体モジュール10を用いて半導体スイッチ201を構成しているが、第2の実施形態に係る半導体モジュール11を用いることも可能である。   FIG. 18 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor switch 201 according to the present embodiment. In the semiconductor switch 201 according to the present embodiment, the plurality of semiconductor modules form a matrix array. Thus, by forming a matrix array, a semiconductor switch having a high breakdown voltage and a large current capacity can be realized. In the present embodiment, a case where a 6 × 3 matrix array is configured is illustrated, but the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed according to required withstand voltage and current capacity. It is. In the present embodiment, the semiconductor switch 201 is configured using the semiconductor module 10 according to the first embodiment, but the semiconductor module 11 according to the second embodiment can also be used.

10、11 半導体モジュール
20、30、60、70 配線基板
22 ドレイン配線
23 ソース配線
41 ドレイン面側熱拡散部材
42 ゲート・ソース面側熱拡散部材
42a 導体ブロック
42b 導体ピン
62 中間配線
63 ゲート配線63
81 固体粒子
82 絶縁樹脂
200、201 半導体スイッチ
C 中間端子
D1 ドレイン端子
S2 ソース端子
Q11、Q12、Q21、Q22 半導体素子
ドレイン電極
ソース電極
ゲート電極
ゲート・ソース面
ドレイン面
10, 11 Semiconductor module 20, 30, 60, 70 Wiring board 22 Drain wiring 23 Source wiring 41 Drain surface side heat diffusion member 42 Gate / source surface side heat diffusion member 42a Conductor block 42b Conductor pin 62 Intermediate wiring 63 Gate wiring 63
81 solid particles 82 insulating resin 200, 201 semiconductor switch C intermediate terminals D1 drain terminal S2 source terminal Q11, Q12, Q21, Q22 semiconductor element E D drain electrode E S source electrode E G gate electrode P 1 gate-source surface P 2 drain surface

Claims (15)

第1の面に第1の電極を有し、前記第1の面とは反対側の第2の面に第2の電極および制御電極を有し、前記制御電極に供給される制御信号に応じて前記第1の電極と前記第2の電極との間を導通させる半導体素子と、
前記半導体素子の前記第1の面に接合され、前記第1の電極に電気的に接続された導体部分を有する第1の熱拡散部材と、
前記半導体素子の前記第2の面に接合され、前記第2の電極に電気的に接続された第1の導体部分および前記第1の導体部分から絶縁され且つ前記制御電極に電気的に接続された第2の導体部分を有する第2の熱拡散部材と、
前記第1の熱拡散部材の前記半導体素子との接合面とは反対側の面に接合された少なくとも1層の配線基板であって、前記第1の熱拡散部材の前記導体部分に電気的に接続された第1の配線を有する第1の配線基板と、
前記第2の熱拡散部材の前記半導体素子との接合面とは反対側の面に接合された少なくとも1層の配線基板であって、前記第2の熱拡散部材の前記第1の導体部分に電気的に接続された第2の配線および前記第2の熱拡散部材の前記第2の導体部分に電気的に接続された第3の配線を有する第2の配線基板と、
を含む半導体モジュール。
The first surface has a first electrode, the second surface opposite to the first surface has a second electrode and a control electrode, and corresponds to a control signal supplied to the control electrode A semiconductor element that conducts between the first electrode and the second electrode;
A first heat diffusion member having a conductor portion joined to the first surface of the semiconductor element and electrically connected to the first electrode;
A first conductor portion joined to the second surface of the semiconductor element and electrically connected to the second electrode and insulated from the first conductor portion and electrically connected to the control electrode A second heat diffusion member having a second conductor portion;
A wiring board having at least one layer bonded to a surface of the first heat diffusing member opposite to a surface to be bonded to the semiconductor element, and electrically connected to the conductor portion of the first heat diffusing member; A first wiring board having a connected first wiring;
A wiring board having at least one layer bonded to a surface of the second heat diffusing member opposite to a surface to be bonded to the semiconductor element, wherein the second heat diffusing member is formed on the first conductor portion of the second heat diffusing member; A second wiring board having a second wiring electrically connected and a third wiring electrically connected to the second conductor portion of the second heat diffusion member;
Including semiconductor modules.
前記第2の熱拡散部材の前記第1の導体部分は、前記半導体素子との接合面と前記第2の配線基板との接合面との間を貫通する貫通孔を有し、
前記第2の熱拡散部材の前記第2の導体部分は、前記貫通孔内に設けられ、一方の端部が前記半導体素子との接合面に表出し、他方の端部が前記第2の配線基板との接合面に表出した柱状体である
請求項1に記載の半導体モジュール。
The first conductor portion of the second heat diffusing member has a through-hole penetrating between a bonding surface with the semiconductor element and a bonding surface with the second wiring board,
The second conductor portion of the second heat diffusing member is provided in the through-hole, one end portion is exposed on the joint surface with the semiconductor element, and the other end portion is the second wiring. The semiconductor module according to claim 1, wherein the semiconductor module is a columnar body exposed on a joint surface with a substrate.
前記第1の配線基板は、前記第2の配線に対向し且つ前記半導体素子の導通に伴って前記第2の配線に流れる電流の方向とは逆方向の電流が流れる配線部分を有する
請求項1または請求項2に記載の半導体モジュール。
The first wiring board includes a wiring portion that faces the second wiring and through which a current in a direction opposite to a direction of a current flowing through the second wiring flows when the semiconductor element is conducted. Or the semiconductor module of Claim 2.
前記第1の配線基板および前記第2の配線基板の間に設けられ、前記半導体素子に電気的に接続された少なくとも1つの他の半導体素子を含み、
前記他の半導体素子は、一方の面に接合された熱拡散部材および他方の面に接合された熱拡散部材を介して前記第1の配線基板の前記配線部分および前記第2の配線基板の前記第2の配線に電気的に接続されている
請求項3に記載の半導体モジュール。
Including at least one other semiconductor element provided between the first wiring board and the second wiring board and electrically connected to the semiconductor element;
The other semiconductor element includes the heat diffusion member bonded to one surface and the heat diffusion member bonded to the other surface, and the wiring portion of the first wiring substrate and the second wiring substrate. The semiconductor module according to claim 3, wherein the semiconductor module is electrically connected to the second wiring.
前記半導体素子は、トランジスタであり、
前記他の半導体素子は、前記第2の配線を介して前記半導体素子に直列接続されたトランジスタを含む
請求項4に記載の半導体モジュール。
The semiconductor element is a transistor,
The semiconductor module according to claim 4, wherein the other semiconductor element includes a transistor connected in series to the semiconductor element via the second wiring.
前記第2の配線に接続された2つの端子が前記第2の配線基板から互いに逆方向に引き出されている
請求項5に記載の半導体モジュール。
The semiconductor module according to claim 5, wherein two terminals connected to the second wiring are led out in opposite directions from the second wiring board.
前記半導体素子および前記他の半導体素子を含む複数の半導体素子が前記第1の配線基板および前記第2の配線基板の中心点に対して点対称となるように配置されている
請求項4から請求項6のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
The plurality of semiconductor elements including the semiconductor element and the other semiconductor elements are arranged so as to be point-symmetric with respect to the center points of the first wiring board and the second wiring board. 7. The semiconductor module according to any one of items 6.
前記第1の配線基板および前記第2の配線基板は、それぞれ、両面に略同じ厚さ且つ略同面積の導体からなる配線を有する
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
8. The semiconductor according to claim 1, wherein each of the first wiring board and the second wiring board has a wiring made of a conductor having substantially the same thickness and the same area on both surfaces. module.
前記第1の配線基板および前記第2の配線基板は、それぞれ、2層の配線基板によって構成され、前記2層の配線基板のうちの前記半導体素子から近い側に配置された配線基板の配線を形成する導体の厚さが、前記2層の配線基板のうちの前記半導体素子から遠い側に配置された配線基板の配線を形成する導体の厚さよりも厚い
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
Each of the first wiring board and the second wiring board is constituted by a two-layer wiring board, and the wiring of the wiring board disposed on the side closer to the semiconductor element of the two-layer wiring board The thickness of the conductor to form is thicker than the thickness of the conductor which forms the wiring of the wiring board arrange | positioned in the side far from the said semiconductor element among the said two layers of wiring boards. 2. The semiconductor module according to item 1.
前記第1の配線基板と前記第2の配線基板との間に熱伝導性および絶縁性を有する固体粒子を含有するゲル状の樹脂が充填されている
請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
10. The gel-like resin containing solid particles having thermal conductivity and insulating properties is filled between the first wiring board and the second wiring board. The semiconductor module according to item.
前記固体粒子はダイアモンドパウダーである
請求項10に記載の半導体モジュール。
The semiconductor module according to claim 10, wherein the solid particles are diamond powder.
前記固体粒子は、粒径が異なる少なくとも2種類の粒子を含む
請求項10または請求項11に記載の半導体モジュール。
The semiconductor module according to claim 10 or 11, wherein the solid particles include at least two types of particles having different particle sizes.
前記半導体素子および前記少なくとも1つの他の半導体素子を含む複数の半導体素子に電力を供給するための第1の端子および第2の端子を更に含み、
前記第1の端子および前記第2の端子は、前記第1の配線基板または前記第2の配線基板から互いに同じ方向に異なる引き出し長さで引き出され、前記第1の配線基板および前記第2の配線基板の主面と交差する方向に曲げられている
請求項5に記載の半導体モジュール。
A first terminal and a second terminal for supplying power to a plurality of semiconductor elements including the semiconductor element and the at least one other semiconductor element;
The first terminal and the second terminal are drawn out from the first wiring board or the second wiring board in different directions in the same direction, and the first wiring board and the second terminal The semiconductor module according to claim 5, wherein the semiconductor module is bent in a direction intersecting with a main surface of the wiring board.
請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の半導体モジュールを複数備え、当該複数の半導体モジュールをヒートシンクを間に挟んで積層するとともに、当該複数の半導体モジュールの各々の前記半導体素子を直列接続して構成された直列ユニットを含む
半導体スイッチ。
A plurality of the semiconductor modules according to any one of claims 1 to 13, wherein the plurality of semiconductor modules are stacked with a heat sink interposed therebetween, and the semiconductor elements of each of the plurality of semiconductor modules are connected in series. A semiconductor switch that includes a series unit configured to be connected.
前記直列ユニットを複数備え、当該複数の直列ユニットを構成する複数の半導体モジュールがマトリックスアレイを形成するように、各直列ユニットを構成する複数の半導体モジュールの各々を、他の直列ユニットを構成する対応する半導体モジュールの各々と並列接続して構成された
請求項14に記載の半導体スイッチ。
Corresponding to each of the plurality of semiconductor modules constituting each series unit, comprising the plurality of series units, and each of the plurality of semiconductor modules constituting each series unit corresponding to another series unit so that the plurality of semiconductor modules constituting the plurality of series units form a matrix array. The semiconductor switch according to claim 14, wherein the semiconductor switch is configured to be connected in parallel to each of the semiconductor modules.
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