JP2013038309A - Semiconductor module and semiconductor device including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放熱基板を介し放熱が行われる半導体パワー素子が形成された半導体チップと放熱基板とを樹脂封止して一体構造とした半導体モジュールおよびそれを備えた半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor module in which a semiconductor chip on which a semiconductor power element that performs heat dissipation through a heat dissipation substrate is formed and a heat dissipation substrate are sealed with a resin, and a semiconductor device including the same.
従来、特許文献1において、半導体パワー素子が形成された半導体チップと放熱基板とを樹脂封止して一体構造とした半導体モジュールに冷却機構を構成するフィンが備えられたヒートシンクを取り付けた半導体装置が提案されている。
Conventionally, in
図15は、この半導体装置の断面図である。図15に示すように、半導体パワー素子が形成された半導体チップJ1、J2に対して、所望パターンの銅箔J3aと絶縁基板J3bおよび銅箔J3cが形成された放熱基板J3の銅箔J3aを接合し、放熱基板J3のうち銅箔J3c側にフィンJ4aが備えられたヒートシンクJ4を固定している。半導体チップJ1、J2は、半導体パワー素子として絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下、IGBTという)が形成された半導体チップJ1と、フリーホイールダイオード(以下、FWDという)が形成された半導体チップJ2とされている。半導体チップJ1のゲート電極を含む信号線電極は、銅箔J3aを通じてリードフレームJ5に接続されており、半導体チップJ1のエミッタ電極および半導体チップJ2のアノード電極は銅箔J3aを通じてリードフレームJ6に接続されている。そして、半導体チップJ1のコレクタ電極や半導体チップJ2のカソード電極は、導体で構成されたスペーサJ7、J8を介して銅箔J9aと絶縁基板J9bおよび銅箔J9cが形成された放熱基板J9の銅箔J9aに接続され、この銅箔J9aを介してリードフレームJ10に接続されている。 FIG. 15 is a cross-sectional view of this semiconductor device. As shown in FIG. 15, the copper foil J3a of the heat dissipation board J3 on which the copper foil J3a having the desired pattern and the insulating board J3b and the copper foil J3c are joined to the semiconductor chips J1 and J2 on which the semiconductor power elements are formed. And the heat sink J4 provided with the fin J4a is being fixed to the copper foil J3c side among the thermal radiation board | substrates J3. The semiconductor chips J1 and J2 are a semiconductor chip J1 in which an insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as IGBT) is formed as a semiconductor power element, and a semiconductor chip J2 in which a free wheel diode (hereinafter referred to as FWD) is formed. ing. The signal line electrode including the gate electrode of the semiconductor chip J1 is connected to the lead frame J5 through the copper foil J3a, and the emitter electrode of the semiconductor chip J1 and the anode electrode of the semiconductor chip J2 are connected to the lead frame J6 through the copper foil J3a. ing. The collector electrode of the semiconductor chip J1 and the cathode electrode of the semiconductor chip J2 are the copper foil of the heat dissipation board J9 in which the copper foil J9a, the insulating board J9b, and the copper foil J9c are formed through the spacers J7 and J8 made of conductors. It is connected to J9a and connected to the lead frame J10 through this copper foil J9a.
しかしながら、上記特許文献1に記載の半導体装置では、放熱基板J3に反りが発生し、銅箔J3aと第1、第2半導体チップJ1、J2との接合が困難であったり、銅箔J3cとヒートシンクJ4との接合が困難になるという問題が発生する。
However, in the semiconductor device described in
図16は、放熱基板J3の拡大図と放熱基板J3が反った様子を示した拡大断面図である。図15および図16(a)に示すように、放熱基板J3の銅箔J3aは、パターニングされており、第1半導体チップJ1のゲート電極を含む信号線電極に接続される部分と、第1半導体チップJ1のエミッタ電極や第2半導体チップJ2のアノード電極に接続される部位とに分割されて絶縁される。このため、放熱基板J3の表裏面において、銅箔J3a、J3cのパターンが対称形状にならず、製造時の高温から室温に低下させる際に放熱基板J3に反りが発生するのである。実験結果によれば、200〜400μmという大きな反りが確認されている。このため、図16(b)に示すように、例えば銅箔J3aと第1半導体チップJ1の信号線電極上に配置されたバンプJ11とが接続できなくなったり、これらの間が接続できたとしても、接合が弱くなってしまう。 FIG. 16 is an enlarged view of the heat dissipation board J3 and an enlarged cross-sectional view showing the heat dissipation board J3 being warped. As shown in FIGS. 15 and 16 (a), the copper foil J3a of the heat dissipation board J3 is patterned, a portion connected to the signal line electrode including the gate electrode of the first semiconductor chip J1, and the first semiconductor It is divided and insulated from the part connected to the emitter electrode of the chip J1 and the anode electrode of the second semiconductor chip J2. For this reason, the patterns of the copper foils J3a and J3c are not symmetrical on the front and back surfaces of the heat dissipation board J3, and warpage occurs in the heat dissipation board J3 when the temperature is lowered from a high temperature during manufacturing to room temperature. According to the experimental results, a large warp of 200 to 400 μm has been confirmed. For this reason, as shown in FIG. 16B, for example, even if the copper foil J3a and the bump J11 disposed on the signal line electrode of the first semiconductor chip J1 cannot be connected or can be connected to each other. , Bonding becomes weak.
また、銅箔J3aと第1半導体チップJ1の信号線電極もしくは半導体チップJ1のエミッタ電極および半導体チップJ2のアノード電極との接合が取れたとしても、銅箔J3cとヒートシンクJ4との接合が行えなくなり、熱抵抗が悪化すると言う問題が生じる。 Further, even if the copper foil J3a and the signal line electrode of the first semiconductor chip J1 or the emitter electrode of the semiconductor chip J1 and the anode electrode of the semiconductor chip J2 can be joined, the copper foil J3c and the heat sink J4 cannot be joined. The problem that heat resistance deteriorates arises.
本発明は上記点に鑑みて、放熱基板の反りを抑制できる構造の半導体モジュールおよびそれを備えた半導体装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the semiconductor module of the structure which can suppress the curvature of a thermal radiation board | substrate, and a semiconductor device provided with the same in view of the said point.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、半導体チップ(7a)の両面に第1リードフレーム(9)と第2リードフレーム(10)を配置し、さらに第1リードフレーム(9)に第1放熱基板(12)を接合すると共に、第2リードフレーム(10)に第2放熱基板(13)を接合し、これらを樹脂部(16)にて樹脂封止した半導体モジュールであって、第1、第2放熱基板(12、13)は、共に、第1、第2リードフレーム(9、10)に接合される面を構成する第1導体部(12a、13a)と、樹脂部(16)から露出させられる面を構成する第2導体部(12c、13c)、および、これらの第1、第2導体部(12a、13a、12c、13c)に挟まれた絶縁基板(12b、13b)を備えており、第1導体部(12a、13a)および第2導体部(12c、13c)は、分割されていないベタ構造とされていると共に対称形状とされていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the first lead frame (9) and the second lead frame (10) are arranged on both surfaces of the semiconductor chip (7a), and the first lead frame (9 The first heat dissipation substrate (12) is bonded to the second lead frame (10) and the second heat dissipation substrate (13) is bonded to the second lead frame (10), and these are resin-sealed with a resin portion (16). The first and second heat radiating substrates (12, 13) are both a first conductor portion (12a, 13a) constituting a surface to be joined to the first and second lead frames (9, 10), and a resin. A second conductor portion (12c, 13c) constituting a surface exposed from the portion (16), and an insulating substrate (12b) sandwiched between the first and second conductor portions (12a, 13a, 12c, 13c) 13b), the
このように、半導体チップ(7a)を第1、第2リードフレーム(9、10)に対して直接接続し、第1、第2放熱基板(12、13)の第1導体部(12a、13a)を介して接続される構造としていない。このため、第1導体部(12a、13a)を分割されていないベタ構造とすることができ、第2導体部(12c、13c)と対称形状にできる。したがって、高温とされる樹脂封止の後などに高温から室温に低下させる際に第1、第2放熱基板(12、13)に反りが発生することを抑制することが可能となる。したがって、半導体チップ(7a)と第1、第2リードフレーム(9、10)との間の接続や、第1、第2リードフレーム(9、10)と第1、第2放熱基板(12、13)との接続が良好に行われるようにできる。 In this way, the semiconductor chip (7a) is directly connected to the first and second lead frames (9, 10), and the first conductor portions (12a, 13a) of the first and second heat dissipation substrates (12, 13). ) Is not connected through the structure. For this reason, the 1st conductor part (12a, 13a) can be made into the solid structure which is not divided | segmented, and it can be made symmetrical with the 2nd conductor part (12c, 13c). Accordingly, it is possible to suppress the warpage of the first and second heat dissipation substrates (12, 13) when the temperature is lowered from high temperature to room temperature after resin sealing at high temperature. Therefore, the connection between the semiconductor chip (7a) and the first and second lead frames (9, 10), and the first and second lead frames (9, 10) and the first and second heat dissipation substrates (12, 13) can be connected well.
請求項2に記載の発明では、半導体チップ(7a)を挟んだ両側のうちの一方が第1リードフレーム(9)と第1放熱基板(12)が配置された部品構成とされ、他方が第2リードフレーム(10)と第2放熱基板(13)が配置された部品構成とされることで、半導体チップ(7a)を挟んだ両側の部品構成が対称構成になっていることを特徴としている。 According to the second aspect of the present invention, one of the two sides sandwiching the semiconductor chip (7a) has a component configuration in which the first lead frame (9) and the first heat dissipation substrate (12) are arranged, and the other is the first. Since the two lead frame (10) and the second heat radiating substrate (13) are arranged in a component configuration, the component configurations on both sides of the semiconductor chip (7a) are symmetrical. .
このように、半導体チップ(7a)を挟んで両側に配置される部品構成が対称構成となるようにしている。このため、非対称性に基づく反りを低減することが可能となる。特に、第1、第2放熱基板(12、13)の第1導体部(12a、13a)をベタ構造にできることから、第1、第2放熱基板(12、13)を共に同じ構造にすることができるため、半導体チップ(7a)を挟んで両側の構造がより対称的な構造となるようにできる。したがって、さらに非対称性に基づく反りを低減することが可能となる。 In this way, the components arranged on both sides of the semiconductor chip (7a) are symmetrical. For this reason, it becomes possible to reduce the curvature based on asymmetry. In particular, since the first conductor portions (12a, 13a) of the first and second heat radiating boards (12, 13) can have a solid structure, both the first and second heat radiating boards (12, 13) have the same structure. Therefore, the structures on both sides of the semiconductor chip (7a) can be made more symmetrical. Therefore, it is possible to further reduce warping based on asymmetry.
請求項3に記載の発明では、第1半導体チップ(7a)の両面に第1リードフレーム(9)と第2リードフレーム(10)を配置すると共に第2半導体チップ(7b)の両面に第2リードフレーム(10)と第3リードフレーム(11)を配置し、さらに第1リードフレーム(9)に第1放熱基板(12)、第2リードフレーム(10)に第2、第3放熱基板(13、14)、第3リードフレーム(11)に第4放熱基板(15)を接合し、これらを樹脂部(16)にて樹脂封止した半導体モジュールであって、第1〜第4放熱基板(12〜15)は、共に、第1〜第3リードフレーム(9〜11)に接合される面を構成する第1導体部(12a〜15a)と、樹脂部(16)から露出させられる面を構成する第2導体部(12c〜15c)、および、これらの第1、第2導体部(12a〜15a、12c〜15c)に挟まれた絶縁基板(12b〜15b)を備えており、第1導体部(12a〜15a)および第2導体部(12c〜15c)は、分割されていないベタ構造とされていると共に対称形状とされていることを特徴としている。 In the third aspect of the present invention, the first lead frame (9) and the second lead frame (10) are arranged on both surfaces of the first semiconductor chip (7a) and the second semiconductor chip (7b) is second on both surfaces. A lead frame (10) and a third lead frame (11) are arranged. Further, the first lead frame (9) has a first heat dissipation substrate (12), and the second lead frame (10) has second and third heat dissipation substrates ( 13, 14), a semiconductor module in which a fourth heat dissipation substrate (15) is joined to a third lead frame (11), and these are resin-sealed with a resin portion (16), wherein the first to fourth heat dissipation substrates (12 to 15) are surfaces exposed from the first conductor portions (12a to 15a) and the resin portion (16) that form surfaces joined to the first to third lead frames (9 to 11). 2nd conductor part (12c-15c) which constitutes And an insulating substrate (12b-15b) sandwiched between the first and second conductor portions (12a-15a, 12c-15c), and the first conductor portion (12a-15a) and the second conductor portion. (12c to 15c) are characterized by being a solid structure that is not divided and having a symmetrical shape.
このように、第1、第2半導体チップ(7a、7b)が備えられるような構造の半導体モジュールにおいても、第1、第2半導体チップ(7a、7b)を第1〜第3リードフレーム(9〜11)に対して直接接続し、第1〜第4放熱基板(12〜15)の第1導体部(12a〜15a)を介して接続される構造としていない。このため、第1導体部(12a〜15a)を分割されていないベタ構造とすることができ、第2導体部(12c〜15c)と対称形状にできる。したがって、高温とされる樹脂封止の後などに高温から室温に低下させる際に第1〜第4放熱基板(12〜15)に反りが発生することを抑制することが可能となる。したがって、第1、第2半導体チップ(7a、7b)と第1〜第3リードフレーム(9〜11)との間の接続や、第1〜第3リードフレーム(9〜11)と第1〜第4放熱基板(12〜15)との接続が良好に行われるようにできる。 Thus, even in a semiconductor module having a structure in which the first and second semiconductor chips (7a, 7b) are provided, the first and second semiconductor chips (7a, 7b) are connected to the first to third lead frames (9). To 11) are not directly connected to each other via the first conductor portions (12a to 15a) of the first to fourth heat dissipation substrates (12 to 15). For this reason, the 1st conductor part (12a-15a) can be made into the solid structure which is not divided | segmented, and it can be made symmetrical with the 2nd conductor part (12c-15c). Therefore, it is possible to suppress the occurrence of warping in the first to fourth heat dissipation substrates (12 to 15) when the temperature is lowered from high temperature to room temperature after resin sealing at high temperature. Therefore, the connection between the first and second semiconductor chips (7a, 7b) and the first to third lead frames (9 to 11), the first to third lead frames (9 to 11) and the first to first lead frames (9 to 11). Connection with the fourth heat dissipation substrate (12 to 15) can be performed satisfactorily.
請求項4に記載の発明では、第1半導体チップ(7a)を挟んだ両側のうちの一方が第1リードフレーム(9)と第1放熱基板(12)が配置された部品構成とされ、他方が第2リードフレーム(10)と第2放熱基板(13)が配置された部品構成とされることで、第1半導体チップ(7a)を挟んだ両側の部品構成が対称構成になっており、第2半導体チップ(7b)を挟んだ両側のうちの一方が第2リードフレーム(10)と第3放熱基板(14)が配置された部品構成とされ、他方が第3リードフレーム(11)と第4放熱基板(15)が配置された部品構成とされることで、第2半導体チップ(7b)を挟んだ両側の部品構成が対称構成になっていることを特徴としている。
In the invention according to
このように、第1、第2半導体チップ(7a、7b)を挟んで両側に配置される部品構成が対称構成となるようにしている。このため、非対称性に基づく反りを低減することが可能となる。特に、第1〜第4放熱基板(12〜15)の第1導体部(12a〜15a)をベタ構造にできることから、第1〜第4放熱基板(12〜15)を同じ構造にすることができるため、第1、第2半導体チップ(7a、7b)を挟んで両側の構造がより対称的な構造となるようにできる。したがって、さらに非対称性に基づく反りを低減することが可能となる。 In this way, the component configurations arranged on both sides of the first and second semiconductor chips (7a, 7b) are symmetrical. For this reason, it becomes possible to reduce the curvature based on asymmetry. In particular, since the first conductor portions (12a to 15a) of the first to fourth heat radiating substrates (12 to 15) can have a solid structure, the first to fourth heat radiating substrates (12 to 15) can have the same structure. Therefore, the structures on both sides of the first and second semiconductor chips (7a, 7b) can be made more symmetrical. Therefore, it is possible to further reduce warping based on asymmetry.
請求項5に記載の発明では、第2リードフレーム(10)のうち、第1半導体チップ(7a)が配置される場所と第2半導体チップ(7b)が配置される場所との間には、開口部(10d)が備えられていることを特徴としている。
In the invention according to
このように、第1、第2半導体チップ(7a、7b)を挟んで対称形状とならない部分、つまり第2リードフレーム(10)のうち、第1半導体チップ(7a)が配置される場所と第2半導体チップ(7b)が配置される場所との間に開口部(10d)を備えるようにしている。これにより、第2リードフレーム(10)の部分を少なくし、少しでも非対称部を低減することができる。したがって、さらに第1、第2半導体チップ(7a、7b)を挟んだ両側の対称性が高くなり、さらに非対称性に基づく反りを低減することが可能となる。 As described above, the portion that is not symmetrical with respect to the first and second semiconductor chips (7a, 7b), that is, the place where the first semiconductor chip (7a) is arranged in the second lead frame (10) and the first. 2 An opening (10d) is provided between the semiconductor chip (7b) and the place where the semiconductor chip (7b) is disposed. Thereby, the part of the second lead frame (10) can be reduced and the asymmetric part can be reduced as much as possible. Therefore, the symmetry on both sides of the first and second semiconductor chips (7a, 7b) is further increased, and the warp based on the asymmetry can be further reduced.
請求項6に記載の発明では、第1リードフレーム(9)と第3リードフレーム(11)との間には、スナバ回路(40)が備えられていることを特徴としている。 The invention according to claim 6 is characterized in that a snubber circuit (40) is provided between the first lead frame (9) and the third lead frame (11).
このように、第1リードフレーム(9)と第3リードフレーム(11)との間にスナバ回路(40)を備えることで、更なるインダクタンスの低減が可能となり、スイッチング損失低減やサージ電圧の抑制に効果的である。 Thus, by providing the snubber circuit (40) between the first lead frame (9) and the third lead frame (11), it is possible to further reduce the inductance, thereby reducing the switching loss and suppressing the surge voltage. It is effective.
請求項7に記載の発明では、第1端子(P)と第3端子(N)は正極端子と負極端子であり、これら正極端子と負極端子が隣り合って配置されていることを特徴としている。
The invention according to
このように、正極端子と負極端子とを隣り合わせに配置した構造では、正極端子と負極端子の距離が近くなる。このため、電源閉ループ内面積が小さくなり、インダクタンスLを比較的小さくすることができる。これは、近い位置で電流を互いに異なる方向に流すことで磁束の打ち消しが働き、結果インダクタンスが小さくなるからである。 As described above, in the structure in which the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are arranged adjacent to each other, the distance between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is reduced. For this reason, the area in the power supply closed loop is reduced, and the inductance L can be made relatively small. This is because magnetic flux cancellation works by passing currents in different directions at close positions, resulting in a small inductance.
請求項8に記載の発明では、第1〜第3端子(P)それぞれの間において、樹脂部(16)には凹部(16a)もしくは凸部(16b)が形成されていることを特徴としている。
The invention according to
このように、樹脂部(16)に凹部(16a)や凸部(16b)を設けることにより、沿面距離を稼ぎ、かつ正極・負極端子間の距離を近づける事が可能なり、結果インダクタンス低減に寄与する。このことは、第1〜第3端子(P、O、N)の間の間隔を狭めることを意味し、結果半導体モジュールの小型化を図ることもできる。 Thus, by providing the concave portion (16a) and the convex portion (16b) in the resin portion (16), it is possible to increase the creeping distance and to reduce the distance between the positive electrode and the negative electrode terminal, thereby contributing to the reduction of inductance. To do. This means that the interval between the first to third terminals (P, O, N) is narrowed, and as a result, the semiconductor module can be reduced in size.
請求項9に記載の発明では、樹脂部(16)を構成する樹脂は、第1〜第4放熱基板(12〜15)に備えられる第1、第2導体部(12a〜15a、12c〜15c)よりも線膨張率が小さい材料であることを特徴としている。
In the invention according to
このようにすれば、樹脂部(16)によって第1、第2導体部(12a〜15a、12c〜15c)の伸縮を押さえることができ、より第1〜第4放熱基板(12〜15)の反りを抑制することが可能となる。 If it does in this way, expansion and contraction of the 1st and 2nd conductor parts (12a-15a, 12c-15c) can be suppressed by the resin part (16), and more of the 1st-4th heat dissipation board (12-15) can be suppressed. Warpage can be suppressed.
請求項10に記載の発明では、請求項1ないし9のいずれか1つに記載の半導体モジュールのうち、第1、第4放熱基板(12、15)が露出させられる面と、第2、第3放熱基板(13、14)が露出させられる面の両面に、内部に冷媒が還流させられるヒートシンク(51、61)が備えられていることを特徴としている。 According to a tenth aspect of the present invention, in the semiconductor module according to any one of the first to ninth aspects, a surface on which the first and fourth heat dissipation substrates (12, 15) are exposed, a second, a second, 3 The heat dissipation board (13, 14) is provided with heat sinks (51, 61) in which the refrigerant is circulated on both sides of the surface where the heat dissipation board (13, 14) is exposed.
このように、半導体モジュールの両面にヒートシンク(51、61)を配置することで、冷却機構を備えた半導体装置とすることができる。 As described above, by disposing the heat sinks (51, 61) on both surfaces of the semiconductor module, a semiconductor device having a cooling mechanism can be obtained.
請求項11に記載の発明では、ヒートシンク(61)は、第1、第4放熱基板(12、15)が露出させられる面と、第2、第3放熱基板(13、14)が露出させられる面に直接取り付けられ、冷媒を第1〜第4放熱基板(12〜15)の露出面に直接触れさせた直接冷却方式の冷却を行うことを特徴としている。
In the invention according to
上記したように、第1導体部(12a〜15a)と第2導体部(12c〜15c)との間に絶縁基板(12b〜15b)を挟み込んだ第1〜第4放熱基板(12〜15)を各リードフレーム(9〜11)に接合している。このため、絶縁基板(12b〜15b)により、第1導体部(12a〜15a)と第2導体部(12c〜15c)と間を電気的に分離できる。したがって、第1〜第4放熱基板(12〜15)の露出面に直接ヒートシンク(61)を取り付けることも可能となり、その露出面に直接冷媒を触れさせる直接冷却方式による冷却が可能となる。 As described above, the first to fourth heat dissipation substrates (12 to 15) in which the insulating substrates (12b to 15b) are sandwiched between the first conductor portions (12a to 15a) and the second conductor portions (12c to 15c). Are joined to each lead frame (9 to 11). For this reason, between the 1st conductor part (12a-15a) and the 2nd conductor part (12c-15c) can be electrically isolate | separated by the insulated substrate (12b-15b). Therefore, it becomes possible to attach the heat sink (61) directly to the exposed surfaces of the first to fourth heat dissipation substrates (12 to 15), and cooling by the direct cooling method in which the refrigerant directly touches the exposed surfaces.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態では、本発明の一実施形態にかかる半導体モジュールが備えられたインバータを例に挙げて説明する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, an inverter provided with a semiconductor module according to an embodiment of the present invention will be described as an example.
図1は、インバータの回路図、図2は、インバータに備えられる半導体モジュールを示した図であり、(a)は上面レイアウト図、(b)は(a)のA−A’断面図、(c)は(a)のB−B’断面図である。また、図3は、半導体モジュールを構成する各部の分解図である。 1 is a circuit diagram of an inverter, FIG. 2 is a diagram showing a semiconductor module provided in the inverter, (a) is a top layout view, (b) is a cross-sectional view taken along line AA ′ of (a), c) is a BB ′ cross-sectional view of (a). FIG. 3 is an exploded view of each part constituting the semiconductor module.
図1に示すように、インバータ1は、直流電源2に基づいて負荷である三相モータ3を交流駆動するためのもので、直列接続した上下アームが三相分並列接続された構成とされ、上アームと下アームとの中間電位を三相モータ3のU相、V相、W相の各相に順番に入れ替えながら印加する。このインバータ1における上アームと下アームの一相分が、1つの半導体モジュール4とされ、図2および図3に示す半導体モジュール4が3つ備えられることでインバータ1が構成されている。例えば、3つの半導体モジュール4がユニット化されて一体化されることでインバータ1が構成されている。なお、インバータ1に対して並列接続されたコンデンサ1aは、平滑コンデンサであり、インダクタンス低減のために挿入してある。
As shown in FIG. 1, the
また、図1に示すように、各上アームと各下アームは、それぞれ、半導体パワー素子であるIGBT5とFWD6とによって構成されている。本実施形態では、IGBT5が形成された半導体チップ7とFWD6を形成した半導体チップ8(共に図2、図3参照)を別チップとしており、IGBT5のエミッタ−コレクタ間とFWD6のアノード−カソードとを電気的に接続している。また、各半導体モジュール4の上アームの正極端子P、負極端子N、出力端子Oおよび信号線端子S1、S2が、図2に示すように外部露出するように突き出た状態とされている。そして、正極端子P、負極端子Nおよび出力端子Oに、直流電源2の正極と負極および三相モータ3がそれぞれ接続されることによって図1に示す回路構成が構成されている。このような構成において、信号線端子S1、S2への入力電圧を制御してIGBT5のゲート電圧を制御することにより、インバータ1を駆動する。
Moreover, as shown in FIG. 1, each upper arm and each lower arm are comprised by IGBT5 and FWD6 which are semiconductor power elements, respectively. In this embodiment, the
次に、このように構成されるインバータ1に備えられる半導体モジュール4の詳細構造について説明する。
Next, the detailed structure of the
図2および図3に示すように、半導体モジュール4は、半導体チップ7、8と、リードフレーム9、10、11と、放熱基板12〜15等を備え、これらが図2(b)、(c)に示すように樹脂部16によって樹脂封止されることで一体化された構造とされている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
半導体チップ7、8は、Si、SiC、GaNなどを母材基板として構成されている。半導体チップ7は、上アーム側のIGBT5が形成された半導体チップ7aと下アーム側のIGBT5が形成された半導体チップ7bとによって構成されている。また、半導体チップ8は、上アーム側のFWD6が形成された半導体チップ8aと下アーム側のFWD6が形成された半導体チップ8bとによって構成されている。半導体チップ7a、7bは、共に、IGBT5を基板垂直方向に電流を流す縦型素子として構成したものであり、半導体チップ8a、8bは、共に、FWD6を基板垂直方向に電流を流す縦型素子として構成したものである。例えば、半導体チップ7a、7bは、表面側にゲート電極を含む信号線電極71およびエミッタ電極72が配置され、裏面側にコレクタ電極73が一面に配置された構造とされている。また、半導体チップ8a、8bは、表面側にアノード電極81、裏面側一面にカソード電極82が形成された構造とされている。
The semiconductor chips 7 and 8 are configured using Si, SiC, GaN or the like as a base material substrate. The
本実施形態の場合、図2(a)、(b)の紙面左側が上アーム、紙面右側が下アームとされている。このため、半導体チップ7aは、紙面上方にゲート電極を含む信号線電極71およびエミッタ電極72が向けられ、紙面下方にコレクタ電極73が向けられて配置されている。また、半導体チップ7bは、半導体チップ7aと上下裏返しとされ、紙面下方にゲート電極を含む信号線電極71およびエミッタ電極72が向けられ、紙面上方にコレクタ電極73が向けられて配置されている。同様に、半導体チップ8aは、紙面上方にアノード電極が向けられ、紙面下方にカソード電極が向けられて配置されている。また、半導体チップ8bは、紙面上方にカソード電極が向けられ、紙面下方にアノード電極が向けられて配置されている。そして、図2(a)に示されるように、上アームの半導体チップ7a、8aが紙面上下方向に並べられ、下アームの半導体チップ7b、8bが紙面上下方向に並べられて配置されている。
In the case of this embodiment, the left side of the paper in FIGS. 2A and 2B is the upper arm, and the right side of the paper is the lower arm. For this reason, the
リードフレーム9〜11は、正極端子Pが含まれるリードフレーム9と、出力端子Oおよび上アームの半導体チップ7aに接続される信号線端子S1が含まれるリードフレーム10と、負極端子Nおよび上アームの半導体チップ7aに接続される信号線端子S2が含まれるリードフレーム11がある。
The lead frames 9 to 11 include a
リードフレーム9は、板状導体で構成され、Cu、Al、Feなどを主成分とし、放熱基板12に接続される面積を有する金属板にて構成され、例えば金属板をプレス加工することで形成される。このリードフレーム9には、上アームの半導体チップ7a、8aが搭載され、接合材20、21を介して半導体チップ7aのコレクタ電極73側の面および半導体チップ8aのカソード電極82側の面が全面接合されている。また、リードフレーム9には正極端子Pが備えられており、四角板状部9aより半導体チップ7a、8aの配列方向の一方に延設され、樹脂部16の外部に引き出されている。
The
リードフレーム10も、板状導体で構成され、例えばCu、Al、Feなどを主成分とし、放熱基板13、14に接続される面積を有する金属板にて構成され、例えば金属板をプレス加工することで形成される。このリードフレーム10には、上アームの半導体チップ7a、8aと下アームの半導体チップ7b、8bのすべてが接続される。具体的には、リードフレーム10に対して、上アームの半導体チップ7aのゲート電極を含む信号線電極71およびエミッタ電極72が接続されると共に半導体チップ8aのアノード電極81が接続され、下アームの半導体チップ7bのコレクタ電極73が接続されると共に半導体チップ8bのカソード電極82が接続される。図2(c)に示すように、上アームについては、半導体チップ7aは、ゲート電極を含む信号線電極71が接合材22、エミッタ電極72が接合材23を介してリードフレーム10に接続され、半導体チップ8aは、アノード電極81が接合材24を介してリードフレーム10に接続されている。また、図3に示すように、下アームについては、半導体チップ7bは、コレクタ電極73が接合材25を介してリードフレーム10に接続され、半導体チップ8bは、カソード電極82が接合材26を介してリードフレーム10に接続されている。
The
リードフレーム10には、出力端子Oと信号線端子S1が備えられており、樹脂部16の外部に引き出されている。
The
出力端子Oは、リードフレーム10のうち、半導体チップ7aのエミッタ電極72や半導体チップ8aのアノード電極81が接続される部分および半導体チップ7bのコレクタ電極73や半導体チップ8bのカソード電極82が接続される部分となる広面積の四角板状部10aから延設されている。具体的には、四角板状部10aの四隅のうち半導体チップ8bが配置される隅から延設されており、正極端子Pと同方向に引き出されている。また、出力端子Oは、途中で折り曲げられており、リードフレーム9の正極端子Pと同じ高さにされている。
The output terminal O is connected to the portion of the
信号線端子S1は、四角板状部10aの四隅のうち、出力端子Oが配置されている隅とは対角に位置している隅に配置されている。この信号線端子S1は、複数本備えられており、最終製品としては四角板状部10aから切り離せる構造とされている。すなわち、各信号線端子S1は、半導体チップ7a、8aの配列方向が長手方向とされ、四角板状部10a側の端部が四角板状部10aから離間しており、長手方向の途中位置において四角板状部10aから伸ばされたフレーム部10bに連結されている。このフレーム部10bが最終的に切断されて切り離されることで、信号線端子S1が四角板状部10aから分離されるようになっている。なお、信号線端子S1のうち四角板状部10aと反対側の端部においてもフレーム部10cによって繋げられているが、このフレーム部10cも最終的に切断されて切り離される。このため、各信号線端子S1は、最終的には、それぞれが分離された状態となる。
The signal line terminal S1 is disposed at a corner located diagonally to the corner where the output terminal O is disposed, among the four corners of the square plate-
また、信号線端子S1における四角板状部10a側の端部は、四角板状部10aの板厚よりも薄くされている。具体的には、図2(c)に示すように、信号線端子S1における四角板状部10a側の端部のうち半導体チップ7a側の面は四角板状部10aと同一平面とされているが、その反対側の面は四角板状部10bよりも低い位置とされている。このため、図中矢印で示したように、信号線端子S1と放熱基板13との間に空間が空くようにされている。
Further, the end of the signal line terminal S1 on the square plate-
さらに、信号線端子S1における四角板状部10a側の端部、つまり半導体チップ7aのゲート電極を含む信号線電極71に接続される側の端部には、表裏を貫通する貫通孔17が形成されており、この貫通孔17内に接合材22が入り込んだ状態となっている。このため、接合材22が貫通孔17に入り込むことで確実に接合できると共に、貫通孔17がアンカーとして機能し、接合材22が貫通孔17から抜け難くなるようにできる。これにより、接合材22と信号線端子S1との接合をより強固に行うことが可能となる。また、信号線端子S1は長手方向の途中位置において屈曲させられており、四角板状部10aと反対側の端部がリードフレーム9と同じ高さにされている。
Further, a through
なお、信号線端子S1における貫通孔17よりも半導体チップ7aから離れる側にも貫通孔19が形成されている。この貫通孔19により、樹脂部16にて樹脂封止を行う際に樹脂を流動させられるため、より樹脂の充填性(回り込み)を良くすることが可能となる。
A through
リードフレーム11も、板状導体で構成され、例えばCu、Al、Feなどを主成分とし、放熱基板15に接続される面積を有する金属板にて構成され、例えば金属板をプレス加工することで形成される。このリードフレーム11には、下アームの半導体チップ7b、8bが接続される。具体的には、半導体チップ7bは、ゲート電極を含む信号線電極71が図示しない接合材を介して、また、エミッタ電極72が接合材27を介してリードフレーム11に接続されている。半導体チップ8bは、アノード電極81が接合材28を介してリードフレーム11に接続されている。
The
リードフレーム11には、負極端子Nと信号線端子S2が備えられており、樹脂部16の外部に引き出されている。
The
負極端子Nは、リードフレーム11のうち、半導体チップ7bのエミッタ電極72や半導体チップ8bのアノード電極81が接続される部分となる広面積の四角板状部11aから延設されている。具体的には、負極端子Nは、リードフレーム9に備えられた正極端子Pとリードフレーム10に備えられた出力端子Oとの間の位置において、半導体チップ7b、8bの配列方向の一方に延設され、樹脂部16の外部に引き出されている。
The negative electrode terminal N extends from a wide-area square plate-
信号線端子S2は、四角板状部11aのうち、負極端子Nが配置されている方とは反対側に配置されている。この信号線端子S2も、複数本備えられており、最終製品としては四角板状部11aから切り離せる構造とされている。すなわち、各信号線端子S2は、半導体チップ7b、8bの配列方向が長手方向とされ、四角板状部11a側の端部が四角板状部11aから離間しており、長手方向の途中位置において四角板状部11aから伸ばされたフレーム部11bに連結されている。このフレーム部11bが最終的に切断されて切り離されることで、信号線端子S2が四角板状部11aから分離されるようになっている。なお、信号線端子S2のうち四角板状部11aと反対側の端部においてもフレーム部11cによって繋げられているが、このフレーム部11cも最終的に切断されて切り離される。このため、各信号線端子S2は、最終的には、それぞれが分離された状態となる。
The signal line terminal S2 is arranged on the opposite side to the side where the negative electrode terminal N is arranged in the square plate-
また、信号線端子S2における四角板状部11a側の先端、つまり半導体チップ7bのゲート電極を含む信号線電極71と接続される部分には、信号線端子S2の表裏を貫通する貫通孔18が形成されている。この貫通孔18は、信号線端子S1における貫通孔17と同じ役割を果たす。この貫通孔18内に信号線端子S2と信号線電極71との間を接続する図示しない接合材が入り込んだ状態とされている。
Further, a through
なお、断面では表していないが、信号線端子S2についても、信号線端子S1と同様に、ゲート電極を含む信号線電極71に接続される側、つまり四角板状部11a側の厚みを四角板状部11aと比較して薄くしてある。また、信号線端子S2における貫通孔18よりも半導体チップ7aから離れる側にも貫通孔19を形成しており、樹脂封止の際の樹脂の充填性(回り込み)が良くなるようにしている。
Although not shown in the cross section, the thickness of the signal line terminal S2 on the side connected to the
放熱基板12〜15は、四角板状とされ、各リードフレーム9〜11のうち半導体チップ7、8が配置される面と反対側の面に接合されることで、半導体チップ7a、7bなどで発した熱の放熱を行うものである。各放熱基板12〜15は、導体部12a〜15aと、絶縁基板12b〜15bおよび導体部12c〜15cを有した構成とされている。各放熱基板12〜15に備えられる導体部12a〜15aと導体部12c〜15cは、共に、絶縁基板12b〜15bに対して分割されてないベタ構造によって構成されており、絶縁基板12b〜15bを挟んで対称的に形成されている。すなわち、四角板状の放熱基板12〜15の交差する二辺をX軸とY軸と見立てたときに、X軸方向とY軸方向共に、導体部12a〜15aと導体部12c〜15cが基本的には対称形状とされており、厚みも等しくされている。なお、導体部12a〜15aと導体部12c〜15cは、基本的には全く対称形状になっていることが好ましいが、導体部12a〜15aと導体部12c〜15cは、放熱基板12〜15の法線方向から見て少なくとも80%、好ましくは95%以上の面積がオーバラップするように配置場所が一致させられていればよい。
The
導体部12a〜15aは、絶縁基板12b〜15bに対してリードフレーム9〜11側に配置された部分であり、それぞれ、接合材29、30、31、32を介して各リードフレーム9〜11に接続されている。また、絶縁基板12b〜15bは、導体部12a〜15aと導体部12c〜15cの間に挟まれた配置とされ、これらの間を絶縁している。導体部12c〜15cは、絶縁基板12b〜15bに対して各リードフレーム9〜11と反対側に配置されており、絶縁基板12b〜15bと反対側の面が樹脂部16から露出した状態となっている。導体部12a〜15aおよび導体部12c〜15cは、Cu、Al、Feなどを主成分とする材料で構成され、例えば厚さ0.3〜0.8mmのCu厚膜によって構成されている。また、絶縁基板12b〜15bは、例えば厚さ0.1〜0.5mmのSiN、AlN、Al2O3等によって構成されている。
The
樹脂部16は、線膨張率が放熱基板12〜15に備えられる導体部12a〜15a、12c〜15cの構成材料よりも線膨張率の低い材料で構成されている。このようにすれば、樹脂部16によって導体部12a〜15a、12c〜15cの伸縮を押さえることができ、より放熱基板12〜15の反りを抑制することが可能となる。
The
以上のような構造により、本実施形態にかかる半導体モジュール4が構成されている。続いて、このように構成される半導体モジュール4の製造方法について説明する。図4は、本実施形態にかかる半導体モジュール4の製造工程を示した断面図であり、図2(c)に対応する断面での製造工程を示している。
The
〔図4(a)に示す工程〕
金属板を打ち抜くことなどによって形成したリードフレーム9〜11を用意する(ただし、図中には、リードフレーム9、10のみ記載してある。以下の図でも、図2(c)に対応する断面しか記載していないが、各工程の説明としては、図2(c)の断面以外の部分についても行うものとする)。そして、リードフレーム9、11の表面における半導体チップ7a、7b、8a、8bの搭載予定箇所に接合材20、21、27、28を設置する。また、リードフレーム10の表面における半導体チップ7a、7b、8a、8bと対応する場所にはんだ23〜26を設置すると共に、信号線端子S1に接合材22を設置し、信号線端子S2にも図示しない接合材を設置する。さらに、放熱基板12〜15(図中には、放熱基板12、13のみ記載してある)を用意し、各放熱基板12〜15のうち各リードフレーム9〜11との接続箇所と対応する部分にも接合材29〜32を設置する。
[Step shown in FIG. 4 (a)]
Lead frames 9 to 11 formed by punching a metal plate or the like are prepared (however, only the lead frames 9 and 10 are shown in the drawing. In the following drawings, the cross section corresponding to FIG. 2C) Although only described, the description of each step is also performed for portions other than the cross section of FIG. Then, the
例えば、接合材20、21、23〜26、29〜32については、はんだ箔のような固形物、焼結型Agペースト等を印刷もしくはディスペンス等によって塗布することで形成している。信号線端子S1の接合材22や信号線端子S2の接合材については、はんだボール等を該当場所に搭載した後、リフロー処理により一次固定することで設置している。このときのリフロー処理によって、接合材20、21、23〜26、29〜32の仮付けを同時に行っても良い。
For example, the
また、信号線端子S1の接合材22や信号線端子S2の接合材については、接合材20、21、23〜28と比べて高く、かつ低融点(好ましくは10℃程度低融点)のものによって構成されるようにしている。例えば、信号線端子S1の接合材22や信号線端子S2の接合材をSnAgCu系(融点218℃)にて構成し、接合材20、21、23〜28をSnCuNi系(融点228℃)にて構成している。なお、接合材29〜32については高さや融点について特に制限はないが、これらもSnCuNi系(融点228℃)によって構成している。
Further, the
〔図4(b)に示す工程〕
接合材29〜32を介して各放熱基板12〜15と各リードフレーム9〜11とを接合する。そして、放熱基板12を接合したリードフレーム9と放熱基板15を接合したリードフレーム11を並べて配置したのち、接合材20、21、27、28の上に半導体チップ7a、7b、8a、8bを搭載する。その後、その上に放熱基板13、14を接合したリードフレーム10を裏返して、つまりリードフレーム10側がリードフレーム9、11側に向けられるようにして搭載する。
[Step shown in FIG. 4B]
The
〔図4(c)に示す工程〕
リフロー処理を行う。図4(b)に示したように、放熱基板13、14を接合したリードフレーム10を搭載したときには、信号線端子S1の接合材22や信号線端子S2の接合材が接合材20、21、23〜28よりも高くしてあることから、リードフレーム10が傾斜してガタツキが生じる。
[Step shown in FIG. 4 (c)]
Perform reflow processing. As shown in FIG. 4B, when the
しかしながら、リフロー処理によって各接合材20〜32が溶融すると、リードフレーム10の傾斜が修正され、水平となるため、ガタツキを無くすことができる。特に、上記したように、接合材22を接合材20、21、23〜28よりも低融点の材料で構成すれば、リードフレーム10の傾斜要因となっている接合材22をまず溶融させて荷重を掛かられるため、接合材22の高さが接合材20、21、23〜28の高さと揃うようにできる。本実施形態の場合、信号線端子S1、S2に貫通孔17、18を形成しているため、この貫通孔17、18内に接合材22の余剰分が逃げ、より接合材22の高さが接合材20、21、23〜28の高さと揃うようにできる。そして、接合材20〜28の高さが揃ってから更にリフロー処理の温度を上げることで、すべての接合材20〜32が溶融され、各接合材20〜32によって各部の接合が行われる。
However, when each of the
〔図4(d)に示す工程〕
必要に応じてポリイミドやポリアミドなどによるプライマー処理を行った後、接合材20〜32によって接合された各部を図示しない成形型内に設置し、樹脂注入を行うことで、樹脂部16にて樹脂封止する。これにより、図2に示した構造の半導体モジュール4が構成される。この後、フレーム部10b、10c、11b、11cなどの不要部分を切断する。このとき、フレーム部10b、11bの切断箇所が樹脂部16から露出することになるため、低温硬化可能な絶縁性樹脂で被覆するようにすると好ましい。このようにして、本実施形態にかかる半導体モジュール4が完成する。
[Step shown in FIG. 4 (d)]
After performing primer treatment with polyimide, polyamide, or the like as necessary, each part joined by the joining
以上説明したような半導体モジュール4や半導体モジュール4の製造方法によれば、以下の効果を奏することが可能となる。
According to the
(1)本実施形態では、放熱基板12〜15を各リードフレーム9〜11に接続した構造にしているが、半導体チップ7a、7b、8a、8bをリードフレーム9〜11に対して直接接続し、放熱基板12〜15の導体部12a〜15aを介して接続される構造としていない。このため、次の効果を得ることができる。図5を参照して、この効果について説明する。
(1) In this embodiment, the
図5(a)は、従来の半導体チップJ1と放熱基板J3との接続部分の拡大図、図5(b)は、本実施形態にかかる半導体モジュール4の半導体チップ7aとリードフレーム10および放熱基板13の近傍の断面図である。
FIG. 5A is an enlarged view of a connection portion between the conventional semiconductor chip J1 and the heat dissipation substrate J3, and FIG. 5B is a
図5(a)に示されるように、従来では、半導体チップJ1の信号線電極を放熱基板J3の銅箔J3aを介してリードフレームJ5に接続し、エミッタ電極も放熱基板J3の銅箔J3aを介してリードフレームJ6に接続した構造としている。このため、銅箔J3aを分割した構造にしなければならなず、絶縁基板J3bの表裏に配置された銅箔J3aおよび銅箔J3cが対称的なパターンにならない。これにより、放熱基板J3に反りが発生してしまう。 As shown in FIG. 5A, conventionally, the signal line electrode of the semiconductor chip J1 is connected to the lead frame J5 via the copper foil J3a of the heat dissipation board J3, and the emitter electrode is also connected to the copper foil J3a of the heat dissipation board J3. And connected to the lead frame J6. For this reason, the copper foil J3a must be divided, and the copper foil J3a and the copper foil J3c arranged on the front and back of the insulating substrate J3b do not have a symmetrical pattern. Thereby, a curvature will generate | occur | produce in the thermal radiation board | substrate J3.
これに対して、図5(b)に示されるように、本実施形態では、半導体チップ7aが放熱基板12、13の導体部12a、13aを通じてリードフレーム10に接続される構造ではない。このため、導体部12a、13aを分割されていないベタ構造とすることができる。したがって、高温とされる樹脂封止の後などに高温から室温に低下させる際に放熱基板12、13に反りが発生することを抑制することが可能となる。したがって、半導体チップ7aとリードフレーム9、10との間の接続や、リードフレーム9、10と放熱基板12、13との接続が良好に行われるようにできる。なお、図5(b)では、放熱基板12、13を例に挙げているが、放熱基板14、15についても同様のことが言える。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, in this embodiment, the
(2)また、従来の半導体モジュールでは、半導体チップJ1、J2を挟んで両側の部品構成が対称構造になっていない。すなわち、図15に示したように、半導体チップJ1のゲート電極を含む信号線電極やエミッタ電極側および半導体チップJ2のアノード電極側は放熱基板J3に直接接続されるが、それらの反対側はスペーサJ7、J8を介して放熱基板J9に接続された構造とされている。このため、半導体チップJ1、J2を挟んで両側の部品構成が対称構造になっていないことによる非対称性に基づく反りが発生する。 (2) Further, in the conventional semiconductor module, the component configurations on both sides of the semiconductor chips J1 and J2 are not symmetrical. That is, as shown in FIG. 15, the signal line electrode including the gate electrode of the semiconductor chip J1, the emitter electrode side, and the anode electrode side of the semiconductor chip J2 are directly connected to the heat radiating substrate J3. The structure is connected to the heat dissipation board J9 via J7 and J8. For this reason, warping based on asymmetry occurs due to the fact that the component configurations on both sides of the semiconductor chips J1 and J2 are not symmetrical.
これに対して、本実施形態の半導体モジュール4では、半導体チップ7、8を挟んで両側に配置される部品構成が対称構成となっている。このため、非対称性に基づく反りを低減することが可能となる。特に、本実施形態の場合、放熱基板13の導体部13aをベタ構造にできることから、放熱基板12、13を共に同じ構造にすることができるため、半導体チップ7、8を挟んで両側の部品構成がより対称構造となるようにできる。したがって、さらに非対称性に基づく反りを低減することが可能となる。
On the other hand, in the
なお、本実施形態の半導体モジュール4の場合、機能上、リードフレーム10に接続される放熱基板13、14については分割せずに一枚の基板で構成することもできる。また、放熱基板12、15についても、導体部12a、15aを絶縁分離して異なる電位にできるようにすれば、分割せずに一枚の基板で構成することができる。しかしながら、放熱基板12〜15を別々の基板としているため、半導体チップ7、8を挟んで両側の構造を対称的な構造にすることができる。このため、上記のような非対称性に基づく反りを低減することが可能となる。
In the case of the
また、放熱基板12〜15を別々の基板にて構成する場合、各放熱基板12〜15を最小サイズに個片化すると好ましい。つまり、反りは、各放熱基板12〜15の寸法が大きいほど大きくなるため、放熱基板12〜15をできるだけ最小サイズにすることで、反りを低減することが可能となる。また、一枚の基板にする場合と比較して樹脂の入り込むスペースが多くなるため、樹脂流れ性(回り込み性)を良くすることが可能となり、樹脂の充填性をより良好にすることが可能となる。ただし、放熱基板12〜15は、各半導体チップ7、8の放熱を行っていることから、各半導体チップ7、8からの熱が拡散する範囲を考慮し、熱干渉が生じない寸法とするのが好ましい。図6は、半導体チップ7、8からの熱が拡散する範囲を示した模式図である。この図に示すように、半導体チップ7、8から45°の角度で熱が拡散することになる。これを加味して、熱が拡散する範囲が重ならないように放熱基板12〜15の寸法を決定すると良い。
Moreover, when comprising the thermal radiation boards 12-15 by a separate board | substrate, it is preferable to divide each thermal radiation board | substrate 12-15 into the minimum size. That is, the warpage increases as the size of each of the heat dissipation boards 12-15 increases, so that the warpage can be reduced by making the heat dissipation boards 12-15 as small as possible. In addition, since the space for the resin to enter increases compared to the case of using a single substrate, the resin flowability (wraparound property) can be improved, and the resin filling property can be improved. Become. However, since the
(3)さらに、本実施形態の半導体モジュール4では、正極端子Pと負極端子Nと出力端子Oとが、その順番に並ぶように配置され、正極端子Pと負極端子Nとが隣り合って配置されるようにしている。図1に示したように、インダクタンス低減のために、インバータ1に対して並列的に平滑用のコンデンサ1aを挿入するようにしているが、更なるインダクタンス低減のためには、正極端子Pと負極端子Nとが近い配置にされていると好ましい。
(3) Furthermore, in the
図7は、正極端子Pと負極端子Nおよび出力端子Oの配置を変えた場合の様子を示した半導体モジュール4の正面レイアウト図である。図7(b)に示すように、正極端子Pと出力端子Oと負極端子Nが、その順番に並ぶように配置されていると、正極端子Pと出力端子Oとの距離が離れてしまう。このため、図中に示した電源閉ループ内面積が大きくなり、インダクタンスLが比較的大きくなってしまう。これに対して、図7(a)に示すように、本実施形態のような正極端子Pと負極端子Nとを隣り合わせに配置した構造では、正極端子Pと負極端子Nの距離が近くなる。このため、図中に示した電源閉ループ内面積が小さくなり、インダクタンスLを比較的小さくすることができる。これは、近い位置で電流を互いに異なる方向に流すことで磁束の打ち消しが働き、結果インダクタンスが小さくなるからである。
FIG. 7 is a front layout view of the
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してリードフレーム10の構造を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the structure of the
図8は、本実施形態にかかる半導体モジュール4の正面レイアウト図である。この図に示すように、本実施形態では、リードフレーム10のうち上アームの各半導体チップ7a、8aが配置される領域と下アームの各半導体チップ7b、8bが配置される領域との間に複数の開口部10dを備えた構造としている。
FIG. 8 is a front layout view of the
上記したように、半導体モジュール4は、半導体チップ7、8を挟んだ両側が対称的な構造になっているのが好ましい。しかしながら、図2(b)の断面図から分かるように、唯一、リードフレーム10のうち上アームの各半導体チップ7a、8aが配置される領域と下アームの各半導体チップ7b、8bが配置される領域との間は非対称部となる。
As described above, the
このため、本実施形態では、この部分に複数の開口部10dを備えることにより、リードフレーム10の部分を少なくし、少しでも非対称部を低減するようにしている。これにより、さらに半導体チップ7、8を挟んだ両側の対称性が高くなり、さらに非対称性に基づく反りを低減することが可能となる。
For this reason, in this embodiment, by providing a plurality of
(第2実施形態の変形例)
上記第2実施形態において、開口部10dの数については任意であり、どのような数としても構わない。すなわち、図8では、開口部10dが7個形成されたものを記載したが、例えば、図9に示すように、開口部10dを3個としても良い。勿論、1つであっても良いし、3個や7個以外の複数であっても良い。ただし、リードフレーム10のうち上アームの各半導体チップ7a、8aが配置される領域と下アームの各半導体チップ7b、8bが配置される領域との間は、上アームと下アームを接続する配線として機能し、この配線には大電流が流れることになる。このため、開口部10dの数を多くしたり、開口部10dの大きさを大きくすると、上アームと下アームを接続する配線の断面積を減少させて配線抵抗を高くすることになるため、配線抵抗を加味して開口部10dの数などを設計すると良い。
(Modification of the second embodiment)
In the second embodiment, the number of
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して樹脂部16の構造を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the structure of the
図10は、本実施形態にかかる半導体モジュール4の断面図である。この図に示すように、本実施形態では、リードフレーム9とリードフレーム11との間に、スナバ回路40を備えている。スナバ回路40は、抵抗R、コンデンサC、ダイオードDi等で構成される回路であり、リードフレーム9とリードフレーム11との間に構成されるインダクタンスLを低減させる役割を果たす。
FIG. 10 is a cross-sectional view of the
半導体モジュール4では、リードフレーム9→半導体チップ7a、8a→リードフレーム10→半導体チップ7b、8b→リードフレーム11の順となる電流経路を通じて電流を流す。このとき、リードフレーム9とリードフレーム11との間には大きな電位差が発生することになる。そして、インダクタンスLに対して電流時間変化di/dtを掛けた値がサージ電圧ΔVとなり、このサージ電圧ΔVが大きいと絶縁保証やスイッチング損失増大が課題となることから、インダクタンスLをできるだけ小さくするのが好ましい。
In the
したがって、本実施形態のように、リードフレーム9とリードフレーム11との間にスナバ回路40を備えることで、これらの間のインダクタンスLを低減すれば、更なるインダクタンスの低減が可能となり、スイッチング損失低減やサージ電圧の抑制に効果的である。
Therefore, by providing the
このようなスナバ回路40は、リードフレーム9とリードフレーム11との間において、どのような形態で配置されていても良いが、本実施形態では、リードフレーム9とリードフレーム11との対向する端面同士の間に挟み込まれるようにスナバ回路40を配置している。このようにすれば、リードフレーム9とリードフレーム11との間のスペースを有効活用でき、スナバ回路40を配置するためのスペースを別途用意しなくても済むようにできる。
Such a
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して樹脂部16の構造を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the structure of the
図11は、本実施形態にかかる半導体モジュール4の部分拡大図である。この図に示すように、本実施形態では、樹脂部16のうち正極端子Pと負極端子Nとの間に凹部16aを設けたり、負極端子Nと出力端子Oとの間に凸部16bを設けるようにしている。
FIG. 11 is a partially enlarged view of the
上記第1、第2実施形態のような半導体モジュール4では、露出している放熱基板12〜15の導体部12c〜15cは絶縁基板12b〜15bによって内部絶縁されており、電位差が発生する部位が樹脂部16内である。このため、導体部12cと導体部15cの間や導体部13cと導体部14cの間が仮に電気的に繋がったとしても問題がなく、これらの間を狭くしても良い。
In the
しかしながら、樹脂部16から露出されている正極端子Pと負極端子Nおよび出力端子Oについては、正極端子Pと負極端子Nとの間および負極端子Nと出力端子Oとの間に電位差が発生した状態となる。このため、これらの間の沿面距離を稼ぐことが必要になる。これに対して、本実施形態のように、これらの間に凹部16aや凸部16bを設けるようにすれば、沿面距離を稼ぎ、かつ正極・負極端子間の距離を近づける事が可能なり、結果インダクタンス低減に寄与する。このことは、正極端子Pと負極端子Nとの間および負極端子Nと出力端子Oとの間の間隔を狭めることを意味し、結果半導体モジュール4の小型化を図ることもできる。また、電源閉ループ内面積が小さくなり、インダクタンスLを比較的小さくすることができるし、近い位置で電流を互いに異なる方向に流すことで磁束の打ち消しが得られ易く、尚更インダクタンスLを低くすることが可能となる。
However, with respect to the positive terminal P, the negative terminal N, and the output terminal O exposed from the
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態では、第1〜第4実施形態で説明した半導体モジュール4を適用した半導体装置について説明する。なお、ここでは第3実施形態に示す半導体モジュール4を適用した半導体装置を例に挙げて説明するが、勿論、第1、第2、第4実施形態に示す半導体モジュール4を適用した半導体装置としても良い。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a semiconductor device to which the
図12は、本実施形態にかかる半導体装置の断面図である。この図に示すように、グリス50を介してヒートシンク51が半導体モジュール4の両面に備えられている。ヒートシンク51の内部にはフィン50が備えられていると共に、図示しない冷却装置を通じて冷却水などの冷媒が還流されている。このような構成により、グリス50を介して半導体モジュール4で発した熱を間接的に冷却する間接冷却方式での冷却が行えるようになっている。このように、半導体モジュール4の両面にヒートシンク51を配置することで、冷却機構を備えた半導体装置とすることができる。
FIG. 12 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment. As shown in this figure,
(第6実施形態)
本発明の第6実施形態について説明する。本実施形態は、第5実施形態に対して冷却機構の構造を変更したものであり、その他に関しては第5実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the structure of the cooling mechanism is changed with respect to the fifth embodiment, and the other parts are the same as those in the fifth embodiment, and therefore only different parts will be described.
図13は、本実施形態にかかる半導体装置の断面図である。この図に示すように、一面側を底面としてその周囲を囲む側壁を有し、底面の反対面が開口していて、底部からフィン60が突き出したケース61が半導体モジュール4の両面に配置されている。ケース61内には、図示しない冷却装置を通じて冷却水などの冷媒が還流されている。ケース61は、フィン60が放熱基板12〜15に突き刺さるようにして配置され、ケース61の側壁と樹脂部16との間にシールリング62が配置されることにより、冷媒漏れが防止できるようにしてある。
FIG. 13 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment. As shown in this figure, a
このような構成とすれば、冷媒によって半導体モジュール4を直接冷却する直接冷却方式での冷却が行えるようになっている。
With such a configuration, it is possible to perform cooling by a direct cooling method in which the
放熱基板12〜15の露出面側にヒートシンク61を取り付けることで冷却機能を高める構造にすることができるが、露出面がリードフレーム9〜11と導通した状態になっていると、露出面に絶縁膜などを備えた状態で冷却機器などを取り付けることになる。つまり、第5実施形態で説明したような間接冷却方式しか採用できない。しかしながら、第1〜第4実施形態で説明した半導体モジュール4では、導体部12a〜15aと導体部12c〜15cとの間に絶縁基板12b〜15bを挟み込んだ放熱基板12〜15を各リードフレーム9〜11に接合している。このため、絶縁基板12b〜15bにより、導体部12a〜15aと導体部12c〜15cと間を電気的に分離できる。したがって、放熱基板12〜15の露出面に直接ヒートシンク61を取り付けることも可能となり、その露出面に直接冷媒を触れさせる直接冷却方式による冷却が可能となる。
The
図14は、第5実施形態の間接冷却方式の半導体装置と本実施形態の直接冷却方式の半導体装置との冷却能力を比較したグラフである。この図に示されるように、直接冷却方式によれば、間接冷却方式と比較して約15%熱抵抗を低減することが可能となる。このため、本実施形態のような直接冷却方式を採用できることで、冷却能力を向上することが可能となる。 FIG. 14 is a graph comparing the cooling capacities of the indirect cooling semiconductor device of the fifth embodiment and the direct cooling semiconductor device of the present embodiment. As shown in this figure, according to the direct cooling method, it is possible to reduce the thermal resistance by about 15% as compared with the indirect cooling method. For this reason, it becomes possible to improve a cooling capability by being able to employ | adopt a direct cooling system like this embodiment.
なお、ここでは第3実施形態に示す半導体モジュール4を適用した半導体装置を例に挙げて説明したが、勿論、第1、第2、第4実施形態に示す半導体モジュール4を適用した半導体装置としても良い。
Here, the semiconductor device to which the
(他の実施形態)
上記各実施形態では、2in1構造の半導体モジュール4を例に挙げて説明した。しかしながら、1in1構造であっても良いし、三つの上アームおよび下アームの六つの半導体パワー素子を一つの樹脂部に封止した6in1構造などに対しても、本発明を適用することができる。
なお、上記各実施形態は、2in1構造であるため、上アームと下アームそれぞれで本発明が適用されていると把握することができる。すなわち、本発明でいう第1端子が正極端子Pで第1リードフレームがリードフレーム9の場合、第2端子が出力端子Oで第2リードフレームがリードフレーム10となるが、第1端子が出力端子Oで第1リードフレームがリードフレーム10の場合、第2端子が負極端子Nで第2リードフレームがリードフレーム11となる。
(Other embodiments)
In the above embodiments, the
In addition, since each said embodiment is 2in1 structure, it can be grasped | ascertained that this invention is applied to each of an upper arm and a lower arm. That is, in the present invention, when the first terminal is the positive terminal P and the first lead frame is the
また、上記各実施形態では、IGBTが形成された半導体チップ7aとFWDが形成された半導体チップ8aとを別チップにすると共に、IGBTが形成された半導体チップ7
bとFWDが形成された半導体チップ8bとを別チップにした。しかしながら、これらをそれぞれ1チップとしても良い。
In each of the above embodiments, the
b and the
また、上記実施形態では、半導体パワー素子として縦型構造のIGBTを例に挙げたが、縦型構造のパワーMOSFETであっても良い。すなわち、半導体チップ7a、7bとして、表面側に信号線電極が形成されていると共に表面電極が形成され、裏面側に裏面電極が形成された構造のものを用いた半導体モジュール4に対して本発明を適用することができる。
In the above embodiment, a vertical structure IGBT is taken as an example of the semiconductor power element, but a vertical structure power MOSFET may be used. That is, the present invention is applied to the
また、上記各実施形態で説明した半導体モジュール4に備えられる各種部品の形状等については適宜設計変更可能である。例えば、リードフレーム9〜11のうち半導体チップ7、8に接合される部分を四角板状部9a〜11aとしたが、必ずしも四角でなくても良い。
In addition, the design and the like of various parts provided in the
1 インバータ
2 直流電源
3 三相モータ
4 半導体モジュール
5 IGBT
6 FWD
7(7a、7b) 半導体チップ
8(8a、8b) 半導体チップ
9、10、11 リードフレーム
9a、10a、11a 四角板状部
10b、10c、11b、11c フレーム部
12〜15 放熱基板
12a〜15a、12c〜15c 導体部
12b〜15b 絶縁基板
16 樹脂部
17、18、19 貫通孔
20〜32 接合材
71 信号線電極
72 エミッタ電極(表面電極)
73 コレクタ電極(裏面電極)
81 アノード電極
82 カソード電極
1
6 FWD
7 (7a, 7b) Semiconductor chip 8 (8a, 8b)
73 Collector electrode (back electrode)
81
Claims (11)
前記半導体チップ(7a)の裏面電極(73)に接続されると共に第1端子(P)が備えられる第1リードフレーム(9)と、
前記半導体チップ(7a)の前記信号線電極(71)に接続される信号線端子(S1)および前記表面電極(72)に接続されると共に第2端子(O)が延設された板状部(10a)が備えられる第2リードフレーム(10)と、
前記第1リードフレーム(9)のうち前記半導体チップ(7a)が配置される面と反対側の面に接合された第1放熱基板(12)と、
前記第2リードフレーム(10)のうち前記半導体チップ(7a)が配置される面と反対側の面に接合された第2放熱基板(13)と、
前記第1端子(P)および前記第2端子(O)を露出させつつ、前記第1、第2放熱基板(12、13)における前記第1、第2リードフレーム(9、10)に接合される面と反対側の面を露出させるように、前記半導体チップ(7a)と前記第1、第2リードフレーム(9、10)および前記第1、第2放熱基板(12、13)を封止する樹脂部(16)とを有し、
前記第1、第2放熱基板(12、13)は、共に、前記第1、第2リードフレーム(9、10)に接合される面を構成する第1導体部(12a、13a)と、前記樹脂部(16)から露出させられる面を構成する第2導体部(12c、13c)、および、これらの第1、第2導体部(12a、13a、12c、13c)に挟まれた絶縁基板(12b、13b)を備えており、前記第1導体部(12a、13a)および前記第2導体部(12c、13c)は、分割されていないベタ構造とされていると共に対称形状とされていることを特徴とする半導体モジュール。 A semiconductor power element having a front surface and a back surface and having a vertical structure is formed, a signal line electrode (71) is formed on the front surface side, a front surface electrode (72) is formed, and a back surface electrode (73) is formed on the back surface side. A semiconductor chip (7a) formed with
A first lead frame (9) connected to the back electrode (73) of the semiconductor chip (7a) and provided with a first terminal (P);
A plate-like portion connected to the signal line electrode (71) and the surface electrode (72) connected to the signal line electrode (71) of the semiconductor chip (7a) and extended with the second terminal (O). A second lead frame (10) provided with (10a);
A first heat dissipation substrate (12) joined to a surface of the first lead frame (9) opposite to a surface on which the semiconductor chip (7a) is disposed;
A second heat dissipating substrate (13) joined to a surface of the second lead frame (10) opposite to the surface on which the semiconductor chip (7a) is disposed;
The first and second lead frames (9, 10) of the first and second heat dissipation substrates (12, 13) are joined while exposing the first terminal (P) and the second terminal (O). The semiconductor chip (7a), the first and second lead frames (9, 10), and the first and second heat dissipation substrates (12, 13) are sealed so that the surface opposite to the surface to be exposed is exposed. A resin part (16) to be
The first and second heat radiating substrates (12, 13) are both first conductor portions (12a, 13a) constituting surfaces to be joined to the first and second lead frames (9, 10); The second conductor portions (12c, 13c) constituting the surface exposed from the resin portion (16), and the insulating substrate (12a, 13a, 12c, 13c) sandwiched between the first and second conductor portions (12a, 13a, 12c, 13c) 12b, 13b), and the first conductor portions (12a, 13a) and the second conductor portions (12c, 13c) have a solid structure that is not divided and are symmetrical. A semiconductor module characterized by the following.
前記第1半導体チップ(7a)の前記裏面電極(73)に接続されると共に第1端子(P)が備えられる第1リードフレーム(9)と、
前記第1半導体チップ(7a)の前記信号線電極(71)に接続される信号線端子(S1)と、前記第1半導体チップ(7a)の前記表面電極(72)および前記第2半導体チップ(7b)の前記裏面電極(73)に接続されると共に第2端子(O)が延設された板状部(10a)が備えられる第2リードフレーム(10)と、
前記第2半導体チップ(7b)の前記信号線電極(71)に接続される信号線端子(S2)と、前記第2半導体チップ(7b)の前記表面電極(72)に接続されると共に第3端子(N)が延設された板状部(11a)が備えられる第3リードフレーム(11)と、
前記第1リードフレーム(9)のうち前記第1半導体チップ(7a)が配置される面と反対側の面に接合された第1放熱基板(12)と、
前記第2リードフレーム(10)のうち前記第1、第2半導体チップ(7a、7b)が配置される面と反対側の面に接合された第2、第3放熱基板(13、14)と、
前記第3リードフレーム(11)のうち前記第2半導体チップ(7b)が配置される面と反対側の面に接合された第4放熱基板(15)と、
前記第1〜第3端子(P、O、N)を露出させつつ、前記第1〜第4放熱基板(12〜15)における前記第1〜第3リードフレーム(9〜11)に接合される面と反対側の面を露出させるように、前記第1、第2半導体チップ(7a、7b)と前記第1〜第3リードフレーム(9、10)および前記第1〜第4放熱基板(12〜15)を封止する樹脂部(16)とを有し、
前記第1〜第4放熱基板(12〜15)は、共に、前記第1〜第3リードフレーム(9〜11)に接合される面を構成する第1導体部(12a〜15a)と、前記樹脂部(16)から露出させられる面を構成する第2導体部(12c〜15c)、および、これらの第1、第2導体部(12a〜15a、12c〜15c)に挟まれた絶縁基板(12b〜15b)を備えており、前記第1導体部(12a〜15a)および前記第2導体部(12c〜15c)は、分割されていないベタ構造とされていると共に対称形状とされていることを特徴とする半導体モジュール。 A semiconductor power element having a front surface and a back surface and having a vertical structure is formed, a signal line electrode (71) is formed on the front surface side, a front surface electrode (72) is formed, and a back surface electrode (73) is formed on the back surface side. First and second semiconductor chips (7a, 7b) formed with
A first lead frame (9) connected to the back electrode (73) of the first semiconductor chip (7a) and provided with a first terminal (P);
The signal line terminal (S1) connected to the signal line electrode (71) of the first semiconductor chip (7a), the surface electrode (72) of the first semiconductor chip (7a), and the second semiconductor chip ( A second lead frame (10) provided with a plate-like portion (10a) connected to the back electrode (73) of 7b) and extended with a second terminal (O);
A signal line terminal (S2) connected to the signal line electrode (71) of the second semiconductor chip (7b) and a third electrode connected to the surface electrode (72) of the second semiconductor chip (7b). A third lead frame (11) provided with a plate-like portion (11a) with terminals (N) extended;
A first heat dissipation substrate (12) joined to a surface of the first lead frame (9) opposite to a surface on which the first semiconductor chip (7a) is disposed;
Second and third heat dissipating substrates (13, 14) joined to the surface of the second lead frame (10) opposite to the surface on which the first and second semiconductor chips (7a, 7b) are disposed; ,
A fourth heat dissipation substrate (15) joined to a surface of the third lead frame (11) opposite to the surface on which the second semiconductor chip (7b) is disposed;
The first to third lead frames (9 to 11) of the first to fourth heat dissipation substrates (12 to 15) are joined while exposing the first to third terminals (P, O, N). The first and second semiconductor chips (7a, 7b), the first to third lead frames (9, 10), and the first to fourth heat dissipation substrates (12) so as to expose the surface opposite to the surface. To 15) and a resin part (16) for sealing,
The first to fourth heat radiating substrates (12 to 15) are both first conductor portions (12a to 15a) constituting surfaces to be joined to the first to third lead frames (9 to 11), and A second conductor portion (12c to 15c) that constitutes a surface exposed from the resin portion (16), and an insulating substrate sandwiched between these first and second conductor portions (12a to 15a, 12c to 15c) 12b to 15b), and the first conductor portions (12a to 15a) and the second conductor portions (12c to 15c) have a solid structure that is not divided and have a symmetrical shape. A semiconductor module characterized by the following.
前記第2半導体チップ(7b)を挟んだ両側のうちの一方が前記第2リードフレーム(10)と前記第3放熱基板(14)が配置された部品構成とされ、他方が前記第3リードフレーム(11)と前記第4放熱基板(15)が配置された部品構成とされることで、前記第2半導体チップ(7b)を挟んだ両側の部品構成が対称構成になっていることを特徴とする請求項3に記載の半導体モジュール。 One of the two sides sandwiching the first semiconductor chip (7a) has a component configuration in which the first lead frame (9) and the first heat dissipation substrate (12) are arranged, and the other is the second lead frame. (10) and the second heat dissipating substrate (13) are arranged in a component configuration, so that the component configurations on both sides of the first semiconductor chip (7a) are symmetrical,
One of the two sides sandwiching the second semiconductor chip (7b) has a component configuration in which the second lead frame (10) and the third heat dissipation substrate (14) are arranged, and the other is the third lead frame. (11) and the fourth heat dissipation substrate (15) are arranged as a component configuration, and the component configurations on both sides of the second semiconductor chip (7b) are symmetrical. The semiconductor module according to claim 3.
前記半導体モジュールのうち、前記第1、第4放熱基板(12、15)が露出させられる面と、前記第2、第3放熱基板(13、14)が露出させられる面の両面に、内部に冷媒が還流させられるヒートシンク(51、61)が備えられていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor module according to any one of claims 1 to 9,
Inside the semiconductor module, on both sides of the surface where the first and fourth heat dissipation substrates (12, 15) are exposed and the surface where the second and third heat dissipation substrates (13, 14) are exposed. A semiconductor device comprising a heat sink (51, 61) through which a refrigerant is circulated.
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