JP7363587B2 - semiconductor equipment - Google Patents

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Description

この明細書における開示は、半導体装置に関する。 The disclosure in this specification relates to a semiconductor device.

特許文献1は、半導体装置を開示している。この半導体装置は、両面に主電極を有する半導体素子を備えている。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。 Patent Document 1 discloses a semiconductor device. This semiconductor device includes a semiconductor element having main electrodes on both sides. The contents of the prior art documents are incorporated by reference as explanations of technical elements in this specification.

特開2004-40899号公報Japanese Patent Application Publication No. 2004-40899

特許文献1において、半導体素子の熱は、第1主電極に接合された導電性部材を介する経路と、第2主電極に接合された導電性部材を介する経路により、絶縁部材に伝達される。導電性部材のそれぞれは、導電性接着剤を用いて絶縁部材に接合されており、熱抵抗が大きい。また、下アームを構成する半導体チップを、上下アーム回路の上アームを構成する半導体チップに対して、上下を反転させて実装している。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、電力変換装置にはさらなる改良が求められている。 In Patent Document 1, heat from a semiconductor element is transmitted to an insulating member through a path via a conductive member bonded to a first main electrode and a path via a conductive member bonded to a second main electrode. Each of the conductive members is bonded to an insulating member using a conductive adhesive and has a high thermal resistance. Further, the semiconductor chip forming the lower arm is mounted upside down with respect to the semiconductor chip forming the upper arm of the upper and lower arm circuits. Further improvements in power conversion devices are required in the above-mentioned aspects or in other aspects not mentioned.

開示されるひとつの目的は、放熱性に優れた半導体装置を提供することにある。 One object of the disclosure is to provide a semiconductor device with excellent heat dissipation.

開示される他のひとつの目的は、高い放熱性を有しつつ、構造が簡素化された半導体装置を提供することにある。 Another object of the disclosure is to provide a semiconductor device with a simplified structure while having high heat dissipation.

ここに開示された半導体装置は、
セラミックを材料として構成され、表面および表面と板厚方向において反対の裏面を有する絶縁基材(51)と、表面に設けられた表面金属体(52)と、を有する配線基板(50)と、
表面との対向面に設けられた第1主電極(41C)と、対向面とは反対の面に設けられた第2主電極(41E)と、をそれぞれ有し、上下アーム回路を構成する複数の半導体素子(40)と、
第2主電極に接合された複数の導電部材(60)と、を備える。
The semiconductor device disclosed herein is
A wiring board (50) made of ceramic and having an insulating base material (51) having a front surface and a back surface opposite to the front surface in the thickness direction, and a surface metal body (52) provided on the front surface;
A plurality of electrodes each having a first main electrode (41C) provided on a surface facing the front surface and a second main electrode (41E) provided on a surface opposite to the facing surface, and forming an upper and lower arm circuit. a semiconductor element (40);
A plurality of conductive members (60) joined to the second main electrode.

複数の半導体素子は、上下アーム回路の上アームを構成する上アーム素子(40H)と、下アームを構成する下アーム素子(40L)と、を含み、
表面金属体は、上アーム素子の第1主電極に接合された第1金属部(521)と、第1金属部とは電気的に分離された少なくともひとつの第2金属部(522)と、下アーム素子の第1主電極に接合された第3金属部(523)と、第1金属部、第2金属部、および第3金属部とは電気的に分離された少なくともひとつの第4金属部(524)と、を有し、
導電部材は、上アーム素子の第2主電極と第2金属部とに接合されるとともに、第3金属部に電気的に接続された第1導電部材(61)と、下アーム素子の第2主電極と第4金属部とに接合された第2導電部材(62)と、を含
第2金属部は、第3金属部と電気的に分離された、配線機能を提供しないダミー配線部であり、
第1導電部材は、表面金属体のうち、第2金属部および第3金属部に接合されている。
The plurality of semiconductor elements includes an upper arm element (40H) that constitutes an upper arm of the upper and lower arm circuit, and a lower arm element (40L) that constitutes a lower arm,
The surface metal body includes a first metal part (521) joined to the first main electrode of the upper arm element, at least one second metal part (522) electrically separated from the first metal part, The third metal part (523) joined to the first main electrode of the lower arm element, and at least one fourth metal part electrically separated from the first metal part, second metal part, and third metal part. (524);
The conductive member is joined to the second main electrode and the second metal part of the upper arm element, and the first conductive member (61) electrically connected to the third metal part, and the second conductive member (61) of the lower arm element. a second conductive member (62) joined to the main electrode and the fourth metal part;
The second metal part is a dummy wiring part that is electrically isolated from the third metal part and does not provide a wiring function,
The first conductive member is joined to the second metal portion and the third metal portion of the surface metal body.

開示された半導体装置によると、上アーム素子の熱は、第1主電極に接合された第1金属部を介して、セラミックを材料とする絶縁基材に伝達される。また、第2主電極に接合された第1導電部材および第2金属部を介して、絶縁基材に伝達される。第1金属部および第2金属部は、配線基板の表面金属体として提供されており、絶縁基材との接合界面の熱抵抗が小さい。よって、上アーム素子の生じた熱を効果的に放熱することができる。 According to the disclosed semiconductor device, heat from the upper arm element is transmitted to the insulating base material made of ceramic through the first metal part joined to the first main electrode. Further, the power is transmitted to the insulating base material via the first conductive member and the second metal part joined to the second main electrode. The first metal part and the second metal part are provided as surface metal bodies of the wiring board, and have low thermal resistance at the bonding interface with the insulating base material. Therefore, the heat generated by the upper arm element can be effectively dissipated.

同様に、下アーム素子の熱は、第1主電極に接合された第3金属部を介して、セラミックを材料とする絶縁基材に伝達される。また、第2主電極に接合された第2導電部材および第4金属部を介して、絶縁基材に伝達される。第3金属部および第4金属部も表面金属体として提供されており、絶縁基材との接合界面の熱抵抗が小さい。よって、下アーム素子の生じた熱を効果的に放熱することができる。この結果、放熱性に優れた半導体装置を提供することができる。 Similarly, the heat of the lower arm element is transmitted to the insulating base material made of ceramic through the third metal part joined to the first main electrode. Further, the power is transmitted to the insulating base material via the second conductive member and the fourth metal part joined to the second main electrode. The third metal part and the fourth metal part are also provided as surface metal bodies, and have low thermal resistance at the bonding interface with the insulating base material. Therefore, the heat generated by the lower arm element can be effectively radiated. As a result, it is possible to provide a semiconductor device with excellent heat dissipation.

開示された半導体装置によると、上アーム素子および下アーム素子のいずれも、第1主電極が表面金属体に接合され、第2主電極が導電部材に接合されている。すなわち、上アーム素子および下アーム素子において、板厚方向における同じ側の面に第1主電極を設けている。主電極の配置が互いに同じであるため、構造を簡素化することができる。この結果、高い放熱性を有しつつ、構造が簡素化された半導体装置を提供することができる。 According to the disclosed semiconductor device, in both the upper arm element and the lower arm element, the first main electrode is joined to the surface metal body, and the second main electrode is joined to the conductive member. That is, in the upper arm element and the lower arm element, the first main electrode is provided on the same side surface in the plate thickness direction. Since the main electrodes are arranged in the same way, the structure can be simplified. As a result, it is possible to provide a semiconductor device with a simplified structure while having high heat dissipation.

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。 The multiple aspects disclosed in this specification employ different technical means to achieve their respective objectives. The claims and the reference numerals in parentheses described in this section exemplarily indicate correspondence with parts of the embodiment described later, and are not intended to limit the technical scope. The objects, features, and advantages disclosed in this specification will become more apparent by reference to the subsequent detailed description and accompanying drawings.

半導体装置が適用される電力変換装置の回路構成を示す図である。1 is a diagram showing a circuit configuration of a power conversion device to which a semiconductor device is applied. 第1実施形態に係る半導体装置を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a semiconductor device according to a first embodiment. 半導体装置において、配線基板を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a wiring board in the semiconductor device. 半導体装置において、封止樹脂体および延設部を省略した平面図である。FIG. 2 is a plan view of the semiconductor device in which a sealing resin body and an extending portion are omitted. 図4のV-V線に沿う半導体装置の断面図である。5 is a cross-sectional view of the semiconductor device along line V-V in FIG. 4. FIG. 図4のVI-VI線に沿う半導体装置の断面図である。5 is a cross-sectional view of the semiconductor device taken along line VI-VI in FIG. 4. FIG. 変形例を示す断面図である。It is a sectional view showing a modification. 変形例を示す断面図である。It is a sectional view showing a modification. 変形例を示す断面図である。It is a sectional view showing a modification. 第2実施形態に係る半導体装置において、配線基板を示す平面図である。FIG. 7 is a plan view showing a wiring board in a semiconductor device according to a second embodiment. 半導体装置において、封止樹脂体および延設部を省略した平面図である。FIG. 2 is a plan view of the semiconductor device in which a sealing resin body and an extending portion are omitted. 図11のXII-XII線に沿う半導体装置の断面図である。12 is a cross-sectional view of the semiconductor device taken along line XII-XII in FIG. 11. FIG. 第3実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a third embodiment. 変形例を示す断面図である。It is a sectional view showing a modification. 第4実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a fourth embodiment. 変形例を示す断面図である。It is a sectional view showing a modification. 変形例を示す平面図である。It is a top view which shows a modification. 第5実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a fifth embodiment.

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび/または構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。 A plurality of embodiments will be described with reference to the drawings. In several embodiments, functionally and/or structurally corresponding parts are provided with the same reference numerals.

本実施形態の半導体装置は、たとえば、回転電機を駆動源とする移動体の電力変換装置に適用される。移動体は、たとえば、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HV)、燃料電池車(FCV)などの電動車両、ドローンなどの飛行体、船舶、建設機械、農業機械である。以下では、車両に適用される例について説明する。 The semiconductor device of this embodiment is applied, for example, to a power converter device for a moving object that uses a rotating electric machine as a drive source. The moving object is, for example, an electric vehicle such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HV), or a fuel cell vehicle (FCV), a flying object such as a drone, a ship, a construction machine, or an agricultural machine. An example applied to a vehicle will be described below.

(第1実施形態)
先ず、図1に基づき、車両の駆動システムの概略構成について説明する。
(First embodiment)
First, based on FIG. 1, a schematic configuration of a vehicle drive system will be described.

<車両の駆動システム>
図1に示すように、車両の駆動システム1は、直流電源2と、モータジェネレータ3と、電力変換装置4を備えている。
<Vehicle drive system>
As shown in FIG. 1, a vehicle drive system 1 includes a DC power supply 2, a motor generator 3, and a power conversion device 4.

直流電源2は、充放電可能な二次電池で構成された直流電圧源である。二次電池は、たとえばリチウムイオン電池、ニッケル水素電池である。モータジェネレータ3は、三相交流方式の回転電機である。モータジェネレータ3は、車両の走行駆動源、すなわち電動機として機能する。モータジェネレータ3は、回生時に発電機として機能する。電力変換装置4は、直流電源2とモータジェネレータ3との間で電力変換を行う。 The DC power supply 2 is a DC voltage source composed of a rechargeable and dischargeable secondary battery. The secondary battery is, for example, a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery. The motor generator 3 is a three-phase AC rotating electric machine. The motor generator 3 functions as a driving source for the vehicle, that is, an electric motor. The motor generator 3 functions as a generator during regeneration. Power conversion device 4 performs power conversion between DC power supply 2 and motor generator 3 .

<電力変換装置>
次に、図1に基づき、電力変換装置4の回路構成について説明する。電力変換装置4は、平滑コンデンサ5と、インバータ6を備えている。
<Power converter>
Next, the circuit configuration of the power conversion device 4 will be explained based on FIG. 1. The power converter 4 includes a smoothing capacitor 5 and an inverter 6.

平滑コンデンサ5は、主として、直流電源2から供給される直流電圧を平滑化する。平滑コンデンサ5は、高電位側の電力ラインであるPライン7と低電位側の電力ラインであるNライン8とに接続されている。Pライン7は直流電源2の正極に接続され、Nライン8は直流電源2の負極に接続されている。平滑コンデンサ5の正極は、直流電源2とインバータ6との間において、Pライン7に接続されている。同じく負極は、直流電源2とインバータ6との間において、Nライン8に接続されている。平滑コンデンサ5は、直流電源2に並列に接続されている。 The smoothing capacitor 5 mainly smoothes the DC voltage supplied from the DC power supply 2. The smoothing capacitor 5 is connected to a P line 7 which is a power line on the high potential side and an N line 8 which is a power line on the low potential side. The P line 7 is connected to the positive pole of the DC power supply 2, and the N line 8 is connected to the negative pole of the DC power supply 2. A positive terminal of the smoothing capacitor 5 is connected to a P line 7 between the DC power supply 2 and the inverter 6. Similarly, the negative electrode is connected to the N line 8 between the DC power supply 2 and the inverter 6. Smoothing capacitor 5 is connected in parallel to DC power supply 2 .

インバータ6は、DC-AC変換回路である。インバータ6は、図示しない制御回路によるスイッチング制御にしたがって、直流電圧を三相交流電圧に変換し、モータジェネレータ3へ出力する。これにより、モータジェネレータ3は、所定のトルクを発生するように駆動する。インバータ6は、車両の回生制動時、車輪からの回転力を受けてモータジェネレータ3が発電した三相交流電圧を、制御回路によるスイッチング制御にしたがって直流電圧に変換し、Pライン7へ出力する。このように、インバータ6は、直流電源2とモータジェネレータ3との間で双方向の電力変換を行う。 Inverter 6 is a DC-AC conversion circuit. Inverter 6 converts the DC voltage into three-phase AC voltage and outputs it to motor generator 3 according to switching control by a control circuit (not shown). Thereby, the motor generator 3 is driven to generate a predetermined torque. During regenerative braking of the vehicle, the inverter 6 converts the three-phase AC voltage generated by the motor generator 3 in response to the rotational force from the wheels into a DC voltage under switching control by the control circuit, and outputs the DC voltage to the P line 7. In this way, the inverter 6 performs bidirectional power conversion between the DC power supply 2 and the motor generator 3.

インバータ6は、三相分の上下アーム回路9を備えて構成されている。上下アーム回路9は、レグと称されることがある。上下アーム回路9は、上アーム9Hと、下アーム9Lをそれぞれ有している。上アーム9Hと下アーム9Lは、上アーム9HをPライン7側として、Pライン7とNライン8との間で直列接続されている。上アーム9Hと下アーム9Lとの接続点は、出力ライン10を介して、モータジェネレータ3における対応する相の巻線に接続されている。インバータ6は、6つのアームを有している。 The inverter 6 includes upper and lower arm circuits 9 for three phases. The upper and lower arm circuits 9 are sometimes referred to as legs. The upper and lower arm circuits 9 each have an upper arm 9H and a lower arm 9L. The upper arm 9H and the lower arm 9L are connected in series between the P line 7 and the N line 8, with the upper arm 9H on the P line 7 side. A connection point between upper arm 9H and lower arm 9L is connected to a corresponding phase winding of motor generator 3 via output line 10. Inverter 6 has six arms.

本実施形態では、各アームを構成するスイッチング素子として、nチャネル型の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ11(以下、IGBT11と示す)を採用している。IGBT11のそれぞれには、還流用のダイオード12が逆並列に接続されている。上アーム9Hにおいて、IGBT11のコレクタが、Pライン7に接続されている。下アーム9Lにおいて、IGBT11のエミッタが、Nライン8に接続されている。そして、上アーム9HにおけるIGBT11のエミッタと、下アーム9LにおけるIGBT11のコレクタが相互に接続されている。ダイオード12のアノードは対応するIGBT11のエミッタに接続され、カソードはコレクタに接続されている。 In this embodiment, an n-channel type insulated gate bipolar transistor 11 (hereinafter referred to as IGBT 11) is employed as a switching element constituting each arm. A freewheeling diode 12 is connected in antiparallel to each of the IGBTs 11. In the upper arm 9H, the collector of the IGBT 11 is connected to the P line 7. In the lower arm 9L, the emitter of the IGBT 11 is connected to the N line 8. The emitter of the IGBT 11 in the upper arm 9H and the collector of the IGBT 11 in the lower arm 9L are connected to each other. The anode of the diode 12 is connected to the emitter of the corresponding IGBT 11, and the cathode is connected to the collector.

電力変換装置4は、電力変換回路として、コンバータをさらに備えてもよい。コンバータは、直流電圧を異なる値の直流電圧に変換するDC-DC変換回路である。コンバータは、直流電源2と平滑コンデンサ5との間に設けられる。コンバータは、たとえばリアクトルと、上記した上下アーム回路9を備えて構成される。電力変換装置4は、直流電源2からの電源ノイズを除去するフィルタコンデンサを備えてもよい。フィルタコンデンサは、直流電源2とコンバータとの間に設けられる。 The power conversion device 4 may further include a converter as a power conversion circuit. A converter is a DC-DC conversion circuit that converts DC voltage to DC voltages of different values. A converter is provided between DC power supply 2 and smoothing capacitor 5. The converter includes, for example, a reactor and the above-mentioned upper and lower arm circuits 9. The power conversion device 4 may include a filter capacitor that removes power supply noise from the DC power supply 2. A filter capacitor is provided between the DC power supply 2 and the converter.

電力変換装置4は、インバータ6などを構成するスイッチング素子の駆動回路を備えてもよい。駆動回路は、制御回路の駆動指令に基づいて、対応するアームのIGBT11のゲートに駆動電圧を供給する。駆動回路は、駆動電圧の印加により、対応するIGBT11を駆動、すなわちオン駆動、オフ駆動させる。駆動回路は、ドライバと称されることがある。 The power conversion device 4 may include a drive circuit for switching elements that constitute the inverter 6 and the like. The drive circuit supplies a drive voltage to the gate of the IGBT 11 of the corresponding arm based on a drive command from the control circuit. The drive circuit drives the corresponding IGBT 11 by applying a drive voltage, that is, turns it on and turns it off. A drive circuit is sometimes referred to as a driver.

電力変換装置4は、スイッチング素子の制御回路を備えてもよい。制御回路は、IGBT11を動作させるための駆動指令を生成し、駆動回路に出力する。制御回路は、図示しない上位ECUから入力されるトルク要求、各種センサにて検出された信号に基づいて、駆動指令を生成する。各種センサとして、たとえば電流センサ、回転角センサ、電圧センサがある。電流センサは、各相の巻線に流れる相電流を検出する。回転角センサは、モータジェネレータ3の回転子の回転角を検出する。電圧センサは、平滑コンデンサ5の両端電圧を検出する。制御回路は、駆動指令としてPWM信号を出力する。制御回路は、たとえばマイコン(マイクロコンピュータ)を備えて構成されている。ECUは、Electronic Control Unitの略称である。PWMは、Pulse Width Modulationの略称である。 The power conversion device 4 may include a control circuit for switching elements. The control circuit generates a drive command for operating the IGBT 11 and outputs it to the drive circuit. The control circuit generates a drive command based on a torque request input from a host ECU (not shown) and signals detected by various sensors. Various sensors include, for example, a current sensor, a rotation angle sensor, and a voltage sensor. The current sensor detects the phase current flowing through the windings of each phase. The rotation angle sensor detects the rotation angle of the rotor of the motor generator 3. The voltage sensor detects the voltage across the smoothing capacitor 5. The control circuit outputs a PWM signal as a drive command. The control circuit includes, for example, a microcomputer. ECU is an abbreviation for Electronic Control Unit. PWM is an abbreviation for Pulse Width Modulation.

<半導体装置>
次に、図2~図6に基づき、電力変換装置4(インバータ6)を構成する半導体装置について説明する。図2は、半導体装置20の斜視図である。図2では、便宜上、封止樹脂体30内の要素および封止樹脂体30により隠れる要素を示すために、封止樹脂体30を部分的に透過させている。図3は、配線基板50を示す平面図である。図3では、半導体素子40および接合部材80を合わせて図示している。ただし、半導体素子40のエミッタ電極41E上の接合部材80については、便宜上、記載を省略している。図4は、封止樹脂体30および延設部621を省略した半導体装置20の平面図である。図5は、図4のV-V線に沿う半導体装置20の断面図である。図6は、図4のVI-VI線に沿う半導体装置20の断面図である。
<Semiconductor device>
Next, a semiconductor device constituting the power conversion device 4 (inverter 6) will be described based on FIGS. 2 to 6. FIG. 2 is a perspective view of the semiconductor device 20. In FIG. 2, for convenience, the sealing resin body 30 is partially transparent to show elements inside the sealing resin body 30 and elements hidden by the sealing resin body 30. FIG. 3 is a plan view showing the wiring board 50. In FIG. 3, the semiconductor element 40 and the bonding member 80 are illustrated together. However, the description of the bonding member 80 on the emitter electrode 41E of the semiconductor element 40 is omitted for convenience. FIG. 4 is a plan view of the semiconductor device 20 with the sealing resin body 30 and the extending portion 621 omitted. FIG. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor device 20 taken along line VV in FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor device 20 taken along line VI-VI in FIG.

以下では、配線基板50(絶縁基材51)の板厚方向をZ方向と示す。Z方向に直交する方向であって、半導体素子40の並び方向をX方向と示す。Z方向およびX方向の両方向に直交する方向をY方向と示す。特に断わりのない限り、Z方向から平面視した形状、換言すればX方向およびY方向により規定されるXY面に沿う形状を平面形状とする。Z方向からの平面視を、単に平面視と示すことがある。 Hereinafter, the thickness direction of the wiring board 50 (insulating base material 51) will be referred to as the Z direction. The direction perpendicular to the Z direction and the direction in which the semiconductor elements 40 are arranged is referred to as the X direction. A direction perpendicular to both the Z direction and the X direction is referred to as the Y direction. Unless otherwise specified, the planar shape is the shape viewed from the Z direction, in other words, the shape along the XY plane defined by the X direction and the Y direction. A planar view from the Z direction may be simply referred to as a planar view.

図2~図6に示すように、半導体装置20は、封止樹脂体30と、複数の半導体素子40と、配線基板50と、複数の導電部材60と、複数の外部接続端子70を備えている。本実施形態の半導体装置20は、一相分の上下アーム回路9を構成する。たとえば3つの半導体装置20により、インバータ6が構成される。 As shown in FIGS. 2 to 6, the semiconductor device 20 includes a sealing resin body 30, a plurality of semiconductor elements 40, a wiring board 50, a plurality of conductive members 60, and a plurality of external connection terminals 70. There is. The semiconductor device 20 of this embodiment constitutes an upper and lower arm circuit 9 for one phase. For example, the inverter 6 is composed of three semiconductor devices 20.

封止樹脂体30は、半導体装置20を構成する他の要素の一部を封止している。他の要素の残りの部分は、封止樹脂体30の外に露出している。封止樹脂体30は、たとえばエポキシ系樹脂を材料として形成されている。封止樹脂体30は、たとえばトランスファモールド法により成形されている。封止樹脂体30は平面略矩形状をなしている。封止樹脂体30は、一面30aと、Z方向において一面30aとは反対の面である裏面30bを有している。一面30aおよび裏面30bは、たとえば平坦面となっている。 The sealing resin body 30 seals some of the other elements constituting the semiconductor device 20. The remaining parts of the other elements are exposed outside the sealing resin body 30. The sealing resin body 30 is made of, for example, epoxy resin. The sealing resin body 30 is molded, for example, by a transfer molding method. The sealing resin body 30 has a substantially rectangular shape in plan view. The sealing resin body 30 has one surface 30a and a back surface 30b which is the opposite surface to the one surface 30a in the Z direction. One side 30a and back side 30b are, for example, flat surfaces.

半導体素子40は、シリコン(Si)、シリコンよりもバンドギャップが広いワイドバンドギャップ半導体などを材料とする半導体基板に、素子が形成されてなる。ワイドバンドギャップ半導体としては、たとえばシリコンカーバイド(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、酸化ガリウム(Ga)、ダイヤモンドがある。半導体素子40は、半導体チップと称されることがある。 The semiconductor element 40 is formed on a semiconductor substrate made of silicon (Si), a wide bandgap semiconductor having a wider bandgap than silicon, or the like. Examples of wide bandgap semiconductors include silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), and diamond. The semiconductor element 40 is sometimes referred to as a semiconductor chip.

素子は、Z方向に主電流が流れるように縦型構造をなしている。縦型素子として、IGBT、MOSFET、ダイオードなどを採用することができる。本実施形態では、縦型素子として、ひとつのアームを構成するIGBT11およびダイオード12が形成されている。縦型素子は、RC(Reverse Conducting)-IGBTである。半導体素子40は、図示しないゲート電極を有している。ゲート電極は、たとえばトレンチ構造をなしている。 The element has a vertical structure so that the main current flows in the Z direction. IGBT, MOSFET, diode, etc. can be used as the vertical element. In this embodiment, an IGBT 11 and a diode 12 forming one arm are formed as vertical elements. The vertical element is an RC (Reverse Conducting)-IGBT. The semiconductor element 40 has a gate electrode (not shown). The gate electrode has, for example, a trench structure.

半導体素子40は、自身の板厚方向、すなわちZ方向における両面に、素子の主電極を有している。具体的には、主電極として、配線基板50に対向する一面側にコレクタ電極41Cを有し、コレクタ電極41Cの形成面とは反対の面にエミッタ電極41Eを有している。コレクタ電極41Cはダイオード12のカソード電極を兼ねており、エミッタ電極41Eはダイオード12のアノード電極を兼ねている。コレクタ電極41Cが第1主電極に相当し、エミッタ電極41Eが第2主電極に相当する。 The semiconductor element 40 has main electrodes on both sides in the thickness direction, that is, in the Z direction. Specifically, as a main electrode, a collector electrode 41C is provided on one side facing the wiring board 50, and an emitter electrode 41E is provided on a surface opposite to the surface on which the collector electrode 41C is formed. The collector electrode 41C also serves as the cathode electrode of the diode 12, and the emitter electrode 41E also serves as the anode electrode of the diode 12. The collector electrode 41C corresponds to the first main electrode, and the emitter electrode 41E corresponds to the second main electrode.

半導体素子40は、平面略矩形状をなしている。コレクタ電極41Cは、半導体基板の一面のほぼ全面に形成されている。半導体素子40は、裏面においてエミッタ電極41Eとは異なる位置に形成されたパッド41Pを有している。エミッタ電極41Eおよびパッド41Pは、半導体基板の裏面に設けられた図示しない保護膜からそれぞれ露出している。エミッタ電極41Eは、半導体素子40の裏面の一部分に形成されている。パッド41Pは、信号用の電極である。パッドは、IGBT11用のゲートパッドなどを含んでいる。裏面において、X方向の一端側にエミッタ電極41Eが形成され、他端側にパッド41Pが形成されている。 The semiconductor element 40 has a substantially rectangular shape in plan view. The collector electrode 41C is formed on almost the entire surface of the semiconductor substrate. The semiconductor element 40 has a pad 41P formed at a different position from the emitter electrode 41E on the back surface. The emitter electrode 41E and the pad 41P are exposed from a protective film (not shown) provided on the back surface of the semiconductor substrate. The emitter electrode 41E is formed on a portion of the back surface of the semiconductor element 40. The pad 41P is a signal electrode. The pads include a gate pad for the IGBT 11 and the like. On the back surface, an emitter electrode 41E is formed at one end in the X direction, and a pad 41P is formed at the other end.

半導体装置20は、上記した構成の半導体素子40を複数備えている。半導体装置20は、半導体素子40として、上アーム9Hを構成する半導体素子40Hと、下アーム9Lを構成する半導体素子40Lを含んでいる。半導体素子40Hが上アーム素子に相当し、半導体素子40Lが下アーム素子に相当する。本実施形態の半導体装置20は、2つの半導体素子40、すなわち半導体素子40Hおよび半導体素子40Lをそれぞれひとつ備えている。 The semiconductor device 20 includes a plurality of semiconductor elements 40 having the configuration described above. The semiconductor device 20 includes, as the semiconductor elements 40, a semiconductor element 40H forming an upper arm 9H and a semiconductor element 40L forming a lower arm 9L. The semiconductor element 40H corresponds to an upper arm element, and the semiconductor element 40L corresponds to a lower arm element. The semiconductor device 20 of this embodiment includes two semiconductor elements 40, one semiconductor element 40H and one semiconductor element 40L.

半導体素子40H、40Lは、互いに同じ構成を有しており、Z方向において互いにほぼ同じ高さに位置している。半導体素子40H、40Lは、お互いのコレクタ電極41CがZ方向における同じ側となり、お互いにエミッタ電極41EがZ方向における同じ側となるように配置されている。半導体素子40H、40Lは、X方向に並んで配置されている。本実施形態では、X方向においてエミッタ電極41E側の端部が向き合うように配置されている。 The semiconductor elements 40H and 40L have the same configuration and are located at substantially the same height in the Z direction. The semiconductor elements 40H and 40L are arranged such that their collector electrodes 41C are on the same side in the Z direction, and their emitter electrodes 41E are on the same side in the Z direction. Semiconductor elements 40H and 40L are arranged side by side in the X direction. In this embodiment, the emitter electrodes 41E are arranged so that their ends facing each other in the X direction face each other.

配線基板50は、絶縁基材51と、金属体52、53を有している。絶縁基材51は、セラミックを材料として形成された板状の部材である。絶縁基材51は、セラミック基板と称されることがある。セラミックとしては、熱伝導性が良好な、酸化物系セラミック、窒化物系セラミックを採用することができる。より詳しくは、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化シリコン(シリコンナイトライド)などを採用することができる。絶縁基材51は、平面略矩形状をなしている。 The wiring board 50 has an insulating base material 51 and metal bodies 52 and 53. The insulating base material 51 is a plate-shaped member made of ceramic. The insulating base material 51 is sometimes referred to as a ceramic substrate. As the ceramic, oxide ceramics and nitride ceramics having good thermal conductivity can be used. More specifically, alumina, aluminum nitride, silicon nitride (silicon nitride), etc. can be used. The insulating base material 51 has a substantially rectangular planar shape.

配線基板50は、Z方向において、半導体素子40の一面側、すなわちコレクタ電極41C側に配置されている。絶縁基材51は、表面51aと、配線基板50(絶縁基材51)の板厚方向であるZ方向において表面51aとは反対の面である裏面51bを有している。絶縁基材51の表面51aに金属体52が設けられ、裏面51bに金属体53が設けられている。金属体52が表面金属体に相当し、金属体53が裏面金属体に相当する。 The wiring board 50 is arranged on one surface side of the semiconductor element 40, that is, on the collector electrode 41C side in the Z direction. The insulating base material 51 has a front surface 51a and a back surface 51b, which is the opposite surface to the front surface 51a in the Z direction, which is the thickness direction of the wiring board 50 (insulating base material 51). A metal body 52 is provided on the front surface 51a of the insulating base material 51, and a metal body 53 is provided on the back surface 51b. The metal body 52 corresponds to the front metal body, and the metal body 53 corresponds to the back metal body.

金属体52、53は、たとえば、金属板、金属箔、金属膜として提供される。本実施形態では、配線基板50として、DBC(Direct Bonded Copper)基板を採用している。金属体52、53は、銅(Cu)板、または、銅箔として提供される。金属体52、53の厚みは、たとえば0.2mm~0.8mm程度である。金属体52、53のそれぞれは、絶縁基材51(たとえばアルミナ)に直接接合されている。配線基板50は、銅が貼り付けられた厚銅基板である。 The metal bodies 52 and 53 are provided as, for example, a metal plate, metal foil, or metal film. In this embodiment, a DBC (Direct Bonded Copper) board is used as the wiring board 50. The metal bodies 52 and 53 are provided as copper (Cu) plates or copper foils. The thickness of the metal bodies 52 and 53 is, for example, about 0.2 mm to 0.8 mm. Each of the metal bodies 52 and 53 is directly bonded to an insulating base material 51 (eg, alumina). The wiring board 50 is a thick copper board to which copper is pasted.

金属体52の少なくとも一部は、配線機能を提供する。金属体52は、第1金属部521と、第2金属部522と、第3金属部523と、第4金属部524を有している。以下では、単に、金属部521、522、523、524と称することがある。 At least a portion of the metal body 52 provides a wiring function. The metal body 52 has a first metal part 521 , a second metal part 522 , a third metal part 523 , and a fourth metal part 524 . Below, they may be simply referred to as metal parts 521, 522, 523, and 524.

第1金属部521上には、半導体素子40Hが配置されている。第1金属部521は、半導体素子40Hと積層体を形成している。積層体の積層方向は、Z方向に略平行である。第1金属部521は、接合部材80を介して、半導体素子40Hのコレクタ電極41Cに接続されている。第1金属部521は、コレクタ電極41Cに接合されている。第1金属部521は、配線機能を提供する。 A semiconductor element 40H is arranged on the first metal part 521. The first metal portion 521 forms a stacked body with the semiconductor element 40H. The stacking direction of the laminate is approximately parallel to the Z direction. The first metal portion 521 is connected to the collector electrode 41C of the semiconductor element 40H via the bonding member 80. The first metal portion 521 is joined to the collector electrode 41C. The first metal part 521 provides a wiring function.

同様に、第3金属部523上には、半導体素子40Lが配置されている。第3金属部523は、半導体素子40Lと積層体を形成している。第3金属部523は、接合部材80を介して、半導体素子40Lのコレクタ電極41Cに接続されている。第3金属部523は、コレクタ電極41Cに接合されている。第3金属部523は、配線機能を提供する。 Similarly, the semiconductor element 40L is arranged on the third metal portion 523. The third metal portion 523 forms a stacked body with the semiconductor element 40L. The third metal portion 523 is connected to the collector electrode 41C of the semiconductor element 40L via the bonding member 80. The third metal portion 523 is joined to the collector electrode 41C. The third metal part 523 provides a wiring function.

第2金属部522は、導電部材60のひとつである第1導電部材61に接合されている。第2金属部522も、接合部材80を介して、第1導電部材61に接続されている。第2金属部522は、第1導電部材61にはんだ接合されている。本実施形態の第2金属部522は、配線機能を提供しないダミー配線部である。第2金属部522は、第3金属部523と電気的に分離されている。 The second metal part 522 is joined to the first conductive member 61, which is one of the conductive members 60. The second metal part 522 is also connected to the first conductive member 61 via the joining member 80. The second metal part 522 is soldered to the first conductive member 61. The second metal part 522 of this embodiment is a dummy wiring part that does not provide a wiring function. The second metal part 522 is electrically isolated from the third metal part 523.

第4金属部524は、導電部材60のひとつである第2導電部材62に接合されている。第4金属部524も、接合部材80を介して、第2導電部材62に接続されている。第4金属部524は、第2導電部材62にはんだ接合されている。本実施形態の第4金属部524は、配線機能を提供しないダミー配線部である。第4金属部524は、他の金属部521、522、523と電気的に分離されている。 The fourth metal portion 524 is joined to a second conductive member 62, which is one of the conductive members 60. The fourth metal portion 524 is also connected to the second conductive member 62 via the joining member 80. The fourth metal part 524 is soldered to the second conductive member 62. The fourth metal part 524 of this embodiment is a dummy wiring part that does not provide a wiring function. The fourth metal part 524 is electrically isolated from the other metal parts 521, 522, and 523.

接合部材80は、金属体52、53と絶縁基材51との接合に較べて、低温での接合が可能な部材である。たとえば、はんだや、銀(Ag)、銅などの金属焼結体を採用することができる。本実施形態では、接合部材80として、はんだを採用している。第1金属部521および第3金属部523は、対応するコレクタ電極41Cにはんだ接合されている。第2金属部522および第4金属部524は、対応する導電部材60にはんだ接合されている。 The joining member 80 is a member that can be joined at a lower temperature than the joining between the metal bodies 52 and 53 and the insulating base material 51. For example, solder or a sintered body of metal such as silver (Ag) or copper can be used. In this embodiment, solder is used as the joining member 80. The first metal part 521 and the third metal part 523 are soldered to the corresponding collector electrode 41C. The second metal part 522 and the fourth metal part 524 are soldered to the corresponding conductive members 60.

たとえば図3に示すように、絶縁基材51の表面51aには、ひとつの第1金属部521と、2つの第2金属部522と、ひとつの第3金属部523と、2つの第4金属部524が配置されている。金属部521、522、523、524のそれぞれは、X方向を長手方向、Y方向を短手方向とする平面略形状をなしている。 For example, as shown in FIG. 3, the surface 51a of the insulating base material 51 includes one first metal portion 521, two second metal portions 522, one third metal portion 523, and two fourth metal portions. 524 is arranged. Each of the metal parts 521, 522, 523, and 524 has a substantially planar shape with the X direction as the longitudinal direction and the Y direction as the lateral direction.

Y方向において、2つの第2金属部522の間に第1金属部521が配置され、第2金属部522、第1金属部521、第2金属部522の順に並んでいる。第2金属部522のそれぞれと第1金属部521との間には、電気的に分離するための所定の隙間が設けられている。第1金属部521は、平面視において半導体素子40Hを内包するように設けられている。金属部521、522のX方向の長さは、半導体素子40Hよりも長く、互いに略等しい。Y方向の長さは、半導体素子40Hが配置される第1金属部521のほうが、第2金属部522のそれぞれよりも長い。 In the Y direction, the first metal part 521 is arranged between two second metal parts 522, and the second metal part 522, first metal part 521, and second metal part 522 are arranged in this order. A predetermined gap is provided between each of the second metal parts 522 and the first metal part 521 for electrical isolation. The first metal portion 521 is provided so as to enclose the semiconductor element 40H in plan view. The lengths of the metal parts 521 and 522 in the X direction are longer than the semiconductor element 40H and are substantially equal to each other. Regarding the length in the Y direction, the first metal part 521 where the semiconductor element 40H is arranged is longer than each of the second metal parts 522.

同様に、X方向において、2つの第4金属部524の間に第3金属部523が配置され、第4金属部524、第3金属部523、第4金属部524の順に並んでいる。第4金属部524のそれぞれと第3金属部523との間には、電気的に分離するための所定の隙間が設けられている。第3金属部523は、平面視において半導体素子40Lを内包するように設けられている。金属部523、524のX方向の長さは、半導体素子40Lよりも長く、互いに略等しい。Y方向の長さは、半導体素子40Lが配置される第3金属部523のほうが、第4金属部524のそれぞれよりも長い。 Similarly, in the X direction, the third metal part 523 is arranged between the two fourth metal parts 524, and the fourth metal part 524, the third metal part 523, and the fourth metal part 524 are arranged in this order. A predetermined gap is provided between each of the fourth metal parts 524 and the third metal part 523 for electrical isolation. The third metal portion 523 is provided so as to enclose the semiconductor element 40L in plan view. The lengths of the metal parts 523 and 524 in the X direction are longer than the semiconductor element 40L and are substantially equal to each other. Regarding the length in the Y direction, the third metal part 523 where the semiconductor element 40L is arranged is longer than each of the fourth metal parts 524.

本実施形態では、金属部521、523のY方向の長さが、互いに略等しい。また、金属部522、524のY方向の長さが、互いに略等しい。金属部521、523は、X方向に並んでいる。同様に、金属部522、524は、X方向に並んでいる。金属体52は、X方向において絶縁基材51を二等分する仮想的な中心線CLに対して、線対称配置となっている。金属体52のZ方向の長さ、すなわち厚みは、面内で略等しい。すなわち、金属部521、522、523、524の厚み、互いに略等しい。 In this embodiment, the lengths of the metal parts 521 and 523 in the Y direction are substantially equal to each other. Further, the lengths of the metal parts 522 and 524 in the Y direction are substantially equal to each other. The metal parts 521 and 523 are arranged in the X direction. Similarly, the metal parts 522 and 524 are arranged in the X direction. The metal bodies 52 are arranged symmetrically with respect to a virtual center line CL that bisects the insulating base material 51 in the X direction. The length of the metal body 52 in the Z direction, that is, the thickness thereof, is approximately equal within the plane. That is, the thicknesses of the metal parts 521, 522, 523, and 524 are substantially equal to each other.

金属体53は、絶縁基材51によって、金属体52とは電気的に分離されている。金属体53は、放熱板(ヒートシンク)として機能する。金属体53の平面形状は特に限定されない。金属体52とは異なる平面形状(パターン)にしてもよい。本実施形態では、金属体53を、平面視において金属体52と略一致するように構成している。金属体53の厚みは、金属体52の厚み以上である。本実施形態では、金属体52、53の厚みが略等しい。金属体53における絶縁基材51との接合面と反対の面は、裏面30bと略面一の状態で、封止樹脂体30から露出している。金属体53が露出面53aを有することで、半導体装置20の外へ効果的に放熱することができる。 The metal body 53 is electrically isolated from the metal body 52 by the insulating base material 51. The metal body 53 functions as a heat sink. The planar shape of the metal body 53 is not particularly limited. It may have a planar shape (pattern) different from that of the metal body 52. In this embodiment, the metal body 53 is configured to substantially match the metal body 52 in plan view. The thickness of the metal body 53 is greater than or equal to the thickness of the metal body 52. In this embodiment, the thicknesses of the metal bodies 52 and 53 are approximately equal. The surface of the metal body 53 opposite to the bonding surface with the insulating base material 51 is exposed from the sealing resin body 30 and is substantially flush with the back surface 30b. Since the metal body 53 has the exposed surface 53a, heat can be effectively radiated to the outside of the semiconductor device 20.

導電部材60は、配線機能および放熱(伝熱)機能を提供すべく、導電性、熱伝導性に優れた導電材料を用いて形成されている。本実施形態では、銅、銅合金などの金属を材料として平板状をなしている。導電部材60は、接合部材80を介してエミッタ電極41Eに接続されている。導電部材60は、エミッタ電極41Eに、はんだ接合されている。半導体装置20は、導電部材60として、第1導電部材61と、第2導電部材62を含んでいる。 The conductive member 60 is formed using a conductive material with excellent electrical conductivity and thermal conductivity in order to provide a wiring function and a heat dissipation (heat transfer) function. In this embodiment, the material is a flat plate made of metal such as copper or copper alloy. The conductive member 60 is connected to the emitter electrode 41E via the bonding member 80. The conductive member 60 is soldered to the emitter electrode 41E. The semiconductor device 20 includes a first conductive member 61 and a second conductive member 62 as the conductive member 60 .

第1導電部材61は、半導体素子40Hのエミッタ電極41Eに、接合部材80を介して接続されている。第1導電部材61は、ダミー配線部である第2金属部522、および、配線機能を提供する第3金属部523に、接合部材80を介して接合されている。第1導電部材61は、対応するエミッタ電極41E、第2金属部522、および第3金属部523に、はんだ接合されている。第1導電部材61は、半導体素子40Hの生じた熱を、第2金属部522に伝達する機能を果たす。第1導電部材61は、半導体素子40Hのエミッタ電極41Eと半導体素子40Lのコレクタ電極41Cとを、電気的に中継する機能を果たす。 The first conductive member 61 is connected to the emitter electrode 41E of the semiconductor element 40H via a bonding member 80. The first conductive member 61 is bonded to a second metal portion 522, which is a dummy wiring portion, and a third metal portion 523, which provides a wiring function, via a bonding member 80. The first conductive member 61 is soldered to the corresponding emitter electrode 41E, second metal portion 522, and third metal portion 523. The first conductive member 61 functions to transmit heat generated by the semiconductor element 40H to the second metal portion 522. The first conductive member 61 functions to electrically relay the emitter electrode 41E of the semiconductor element 40H and the collector electrode 41C of the semiconductor element 40L.

図4に示すように、第1導電部材61は、Y方向を長手方向、X方向を短手方向とする平面略矩形状をなしている。平面視において、第1導電部材61は、半導体素子40Hを内包している。Y方向において、第1導電部材61の一方の端部が、第2金属部522のひとつに接合され、他方の端部が第2金属部522の他のひとつに接合されている。そして、第1導電部材61の中央部が、エミッタ電極41Eに接合されている。また、X方向において、第1導電部材61は、金属部521、523を跨ぐように配置されている。第1導電部材61は、平面視において、第1金属部521において半導体素子40Hが配置された部分を含む一部分と、第3金属部523において半導体素子40Lが配置された部分よりも金属部521寄りの一部分とに重なるように、配置されている。理想的な実装状態において、第1導電部材61も、中心線CLを対称軸として線対称である。 As shown in FIG. 4, the first conductive member 61 has a substantially rectangular planar shape with the Y direction as the longitudinal direction and the X direction as the lateral direction. In plan view, the first conductive member 61 includes the semiconductor element 40H. In the Y direction, one end of the first conductive member 61 is joined to one of the second metal parts 522, and the other end is joined to another one of the second metal parts 522. The center portion of the first conductive member 61 is joined to the emitter electrode 41E. Further, in the X direction, the first conductive member 61 is arranged so as to straddle the metal parts 521 and 523. In plan view, the first conductive member 61 includes a part of the first metal part 521 including a part where the semiconductor element 40H is arranged, and a part of the third metal part 523 which is closer to the metal part 521 than the part where the semiconductor element 40L is arranged. It is arranged so that it overlaps a part of the In an ideal mounting state, the first conductive member 61 is also line symmetrical with the center line CL as the axis of symmetry.

第2導電部材62は、半導体素子40Lのエミッタ電極41Eに、接合部材80を介して接続されている。第2導電部材62は、ダミー配線部である第4金属部524に、接合部材80を介して接続されている。第2導電部材62は、対応するエミッタ電極41Eおよび第4金属部524に、はんだ接合されている。第2導電部材62は、半導体素子40Lの生じた熱を、第4金属部524に伝達する機能を果たす。 The second conductive member 62 is connected to the emitter electrode 41E of the semiconductor element 40L via a bonding member 80. The second conductive member 62 is connected to a fourth metal portion 524, which is a dummy wiring portion, via a bonding member 80. The second conductive member 62 is soldered to the corresponding emitter electrode 41E and fourth metal portion 524. The second conductive member 62 functions to transmit heat generated by the semiconductor element 40L to the fourth metal portion 524.

第2導電部材62は、本体部620と、延設部621を有している。本体部620は、エミッタ電極41Eおよび第4金属部524に、はんだ接合されている。本体部620は、第1導電部材61同様、Y方向を長手方向、X方向を短手方向とする平面略矩形状をなしている。平面視において、本体部620は、半導体素子40Lを内包している。Y方向において、本体部620の一方の端部が、第4金属部524のひとつに接合され、他方の端部が第4金属部524の他のひとつに接合されている。そして、本体部620の中央部が、エミッタ電極41Eに接合されている。なお、図6に示すように、第1導電部材61および本体部620のZ方向の長さ(厚み)は、金属体52よりも厚い。 The second conductive member 62 has a main body portion 620 and an extension portion 621. The main body portion 620 is soldered to the emitter electrode 41E and the fourth metal portion 524. Like the first conductive member 61, the main body portion 620 has a generally rectangular planar shape with the Y direction as the longitudinal direction and the X direction as the lateral direction. In plan view, the main body portion 620 includes the semiconductor element 40L. In the Y direction, one end of the main body 620 is joined to one of the fourth metal parts 524, and the other end is joined to another one of the fourth metal parts 524. The center portion of the main body portion 620 is joined to the emitter electrode 41E. Note that, as shown in FIG. 6, the length (thickness) of the first conductive member 61 and the main body portion 620 in the Z direction is thicker than the metal body 52.

延設部621は、本体部620から延びた部分である。延設部621は、たとえば接合により、本体部620に連なっている。延設部621は、一体的な構成により、本体部620に連なってもよい。本体部620および延設部621は、共通する部材を加工することで一体的に構成される。延設部621は、本体部620と後述する負極端子70Nとを電気的に中継している。図2および図5に示すように、本実施形態の延設部621は、第1導電部材61をX方向に横切っている。延設部621は、第1導電部材61との間に所定の間隔を有して対向配置されている。延設部621は、本体部620における半導体素子40Lとの接合面と反対の面において、第1導電部材61側の端部付近に接続されている。 The extension portion 621 is a portion extending from the main body portion 620. The extending portion 621 is connected to the main body portion 620 by, for example, joining. The extending portion 621 may be connected to the main body portion 620 by an integral configuration. The main body portion 620 and the extension portion 621 are integrally formed by processing common members. The extension portion 621 electrically relays the main body portion 620 and a negative electrode terminal 70N, which will be described later. As shown in FIGS. 2 and 5, the extending portion 621 of this embodiment crosses the first conductive member 61 in the X direction. The extending portion 621 is arranged to face the first conductive member 61 with a predetermined distance therebetween. The extending portion 621 is connected to the vicinity of the end on the first conductive member 61 side on the surface of the main body portion 620 that is opposite to the bonding surface with the semiconductor element 40L.

外部接続端子70は、銅、銅合金などの金属材料を用いて形成されている。外部接続端子70は、主電極に接続された主端子として、正極端子70Pと、負極端子70Nと、出力端子70Aを含んでいる。正極端子70Pは、平滑コンデンサ5の正極、すなわちPライン7に電気的に接続される。正極端子70Pは、高電位側の直流端子、高電位電源端子、P端子と称されることがある。負極端子70Nは、平滑コンデンサ5の負極、すなわちNライン8に電気的に接続される。負極端子70Nは、低電位側の直流端子、低電位電源端子、N端子と称されることがある。出力端子70Aは、出力ライン10を介してモータジェネレータ3の巻線に電気的に接続される。出力端子70Aは、交流端子と称されることがある。 The external connection terminal 70 is formed using a metal material such as copper or copper alloy. The external connection terminal 70 includes a positive terminal 70P, a negative terminal 70N, and an output terminal 70A as main terminals connected to the main electrode. The positive terminal 70P is electrically connected to the positive electrode of the smoothing capacitor 5, that is, the P line 7. The positive terminal 70P is sometimes referred to as a high-potential side DC terminal, a high-potential power supply terminal, or a P terminal. The negative terminal 70N is electrically connected to the negative electrode of the smoothing capacitor 5, that is, the N line 8. The negative electrode terminal 70N is sometimes referred to as a low potential side DC terminal, a low potential power supply terminal, or an N terminal. Output terminal 70A is electrically connected to the windings of motor generator 3 via output line 10. The output terminal 70A is sometimes referred to as an AC terminal.

正極端子70Pは、第1金属部521に接合されている。正極端子70Pは、第1金属部521を介して、半導体素子40Hのコレクタ電極41Cに電気的に接続されている。本実施形態の正極端子70Pは、X方向において、封止樹脂体30の内外にわたって延設されている。正極端子70Pは、封止樹脂体30のひとつの側面30cから外部に突出している。封止樹脂体30内において、正極端子70Pの一端は、はんだなどの図示しない接合部材を介して、第1金属部521に接合されている。図4に示すように、正極端子70Pは、第1金属部521において第1導電部材61が重ならない部分(一端)に接合されている。正極端子70Pの他端は、封止樹脂体30の外に位置している。 The positive electrode terminal 70P is joined to the first metal portion 521. The positive electrode terminal 70P is electrically connected to the collector electrode 41C of the semiconductor element 40H via the first metal portion 521. The positive electrode terminal 70P of this embodiment extends both inside and outside the sealing resin body 30 in the X direction. The positive electrode terminal 70P protrudes from one side surface 30c of the sealing resin body 30 to the outside. Inside the sealing resin body 30, one end of the positive electrode terminal 70P is bonded to the first metal portion 521 via a bonding member (not shown) such as solder. As shown in FIG. 4, the positive electrode terminal 70P is joined to a portion (one end) of the first metal portion 521 where the first conductive member 61 does not overlap. The other end of the positive electrode terminal 70P is located outside the sealing resin body 30.

負極端子70Nは、第2導電部材62に接合されている。負極端子70Nは、第2導電部材62を介して、半導体素子40Lのエミッタ電極41Eに電気的に接続されている。本実施形態の負極端子70Nは、X方向において、封止樹脂体30の内外にわたって延設されている。負極端子70Nは、Y方向において正極端子70Pに並設されており、正極端子70Pと同じ側面30cから外部に突出している。正極端子70Pおよび負極端子70Nの並設により、配線インダクタンスを低減することができる。負極端子70Nは、封止樹脂体30内において、第2導電部材62に連なっている。負極端子70Nは、第2導電部材62に対して一体的に設けられることで連なってもよいし、別部材として設けられ、接合により連なってもよい。本実施形態では、負極端子70Nの一端が、図示しない接合部材を介して、第2導電部材62の延設部621に接合されている。負極端子70Nの他端は、封止樹脂体30の外に位置している。 The negative electrode terminal 70N is joined to the second conductive member 62. The negative electrode terminal 70N is electrically connected to the emitter electrode 41E of the semiconductor element 40L via the second conductive member 62. The negative electrode terminal 70N of this embodiment extends both inside and outside the sealing resin body 30 in the X direction. The negative electrode terminal 70N is arranged in parallel with the positive electrode terminal 70P in the Y direction, and protrudes to the outside from the same side surface 30c as the positive electrode terminal 70P. By arranging the positive terminal 70P and the negative terminal 70N in parallel, wiring inductance can be reduced. The negative electrode terminal 70N is connected to the second conductive member 62 within the sealing resin body 30. The negative electrode terminal 70N may be connected to the second conductive member 62 by being provided integrally therewith, or may be provided as a separate member and connected to the second conductive member 62 by joining. In this embodiment, one end of the negative electrode terminal 70N is joined to the extending portion 621 of the second conductive member 62 via a joining member (not shown). The other end of the negative electrode terminal 70N is located outside the sealing resin body 30.

出力端子70Aは、半導体素子40Hのエミッタ電極41Eおよび半導体素子40Lのコレクタ電極41Cに電気的に接続されている。本実施形態の出力端子70Aは、X方向において、封止樹脂体30の内外にわたって延設されている。出力端子70Aは、側面30dとは反対の側面30dから外部に突出している。封止樹脂体30内において、出力端子70Aの一端は、図示しない接合部材を介して、第3金属部523に接合されている。出力端子70A、第3金属部523において第2導電部材62が重ならない部分(一端)に接合されている。出力端子70Aの他端は、封止樹脂体30の外に位置している。 The output terminal 70A is electrically connected to the emitter electrode 41E of the semiconductor element 40H and the collector electrode 41C of the semiconductor element 40L. The output terminal 70A of this embodiment extends both inside and outside the sealing resin body 30 in the X direction. The output terminal 70A protrudes to the outside from a side surface 30d opposite to the side surface 30d. Inside the sealing resin body 30, one end of the output terminal 70A is bonded to the third metal portion 523 via a bonding member (not shown). The second conductive member 62 is bonded to a portion (one end) of the output terminal 70A and the third metal portion 523 that does not overlap. The other end of the output terminal 70A is located outside the sealing resin body 30.

外部接続端子70は、半導体素子40のパッド41Pに接続された信号端子70Sを含んでいる。信号端子70Sは、たとえば、ボンディングワイヤなどを介して、パッド41Pに電気的に接続されている。信号端子70Sは、正極端子70P、負極端子70N、および出力端子70Aと共通のリードフレームに構成されている。本実施形態の半導体装置20は、ひとつの半導体素子40に対して、3本の信号端子70Sを備えている。半導体素子40Hに対応する信号端子70Sは、Y方向において負極端子70Nとの間に正極端子70Pを挟むように配置され、側面30cから外部に突出している。半導体素子40Lに対応する信号端子70Sは、Y方向において出力端子70Aと並んで配置され、側面30dから外部に突出している。 The external connection terminal 70 includes a signal terminal 70S connected to the pad 41P of the semiconductor element 40. The signal terminal 70S is electrically connected to the pad 41P via, for example, a bonding wire. The signal terminal 70S is configured on a common lead frame with the positive terminal 70P, the negative terminal 70N, and the output terminal 70A. The semiconductor device 20 of this embodiment includes three signal terminals 70S for one semiconductor element 40. The signal terminal 70S corresponding to the semiconductor element 40H is arranged to sandwich the positive terminal 70P between it and the negative terminal 70N in the Y direction, and protrudes outward from the side surface 30c. The signal terminal 70S corresponding to the semiconductor element 40L is arranged in line with the output terminal 70A in the Y direction, and protrudes to the outside from the side surface 30d.

なお、外部接続端子は、必要に応じて屈曲部を有してもよい。たとえば、制御回路や駆動回路が形成された回路基板が、Z方向において一面30aの上方に配置される場合、信号端子70Sは、封止樹脂体30の外に屈曲部を有し、屈曲部よりも先端側の部分は、Z方向に延設されて回路基板に実装される。 Note that the external connection terminal may have a bent portion as necessary. For example, when a circuit board on which a control circuit and a drive circuit are formed is arranged above one surface 30a in the Z direction, the signal terminal 70S has a bent part outside the sealing resin body 30, and the signal terminal 70S has a bent part outside the sealing resin body 30, and The tip end side portion extends in the Z direction and is mounted on the circuit board.

<第1実施形態のまとめ>
図6において、二点鎖線の矢印は、半導体素子40Lから配線基板50への伝熱経路を示している。本実施形態の半導体装置20によると、通電により半導体素子40Lが生じた熱は、コレクタ電極41Cに接合された第3金属部523を介して、セラミックを材料とする絶縁基材51に伝達される。第3金属部523は配線基板50の金属体52として提供されており、第3金属部523と絶縁基材51との接合界面の熱抵抗が小さい。
<Summary of the first embodiment>
In FIG. 6, the two-dot chain arrow indicates a heat transfer path from the semiconductor element 40L to the wiring board 50. According to the semiconductor device 20 of this embodiment, the heat generated in the semiconductor element 40L by energization is transmitted to the insulating base material 51 made of ceramic through the third metal part 523 joined to the collector electrode 41C. . The third metal part 523 is provided as the metal body 52 of the wiring board 50, and the thermal resistance of the bonding interface between the third metal part 523 and the insulating base material 51 is small.

また、半導体素子40Lの熱は、エミッタ電極41Eに接合された第2導電部材62(導電部材60)および第4金属部524を介して、絶縁基材51に伝達される。第4金属部524も金属体52として提供されており、第4金属部524と絶縁基材51との接合界面の熱抵抗が小さい。両面側から半導体素子40Lの熱を逃がしつつ、半導体装置20のひとつの面(裏面30b)側から放熱することができる。 Further, the heat of the semiconductor element 40L is transmitted to the insulating base material 51 via the second conductive member 62 (conductive member 60) and the fourth metal portion 524 joined to the emitter electrode 41E. The fourth metal part 524 is also provided as the metal body 52, and the thermal resistance of the bonding interface between the fourth metal part 524 and the insulating base material 51 is small. Heat can be radiated from one surface (back surface 30b) of the semiconductor device 20 while radiating heat from the semiconductor element 40L from both surfaces.

半導体素子40Hから配線基板50への伝熱経路についても、半導体素子40Lの伝熱経路と同様である。通電により半導体素子40Hが生じた熱は、コレクタ電極41Cに接合された第1金属部521を介して、セラミックを材料とする絶縁基材51に伝達される。第1金属部521は配線基板50の金属体52として提供されており、第1金属部521と絶縁基材51との接合界面の熱抵抗が小さい。 The heat transfer path from the semiconductor element 40H to the wiring board 50 is also similar to the heat transfer path of the semiconductor element 40L. Heat generated in the semiconductor element 40H by energization is transmitted to the insulating base material 51 made of ceramic through the first metal part 521 joined to the collector electrode 41C. The first metal part 521 is provided as the metal body 52 of the wiring board 50, and the thermal resistance of the bonding interface between the first metal part 521 and the insulating base material 51 is small.

また、半導体素子40Hの熱は、エミッタ電極41Eに接合された第1導電部材61(導電部材60)、第2金属部522、および第3金属部523を介して、絶縁基材51に伝達される。金属部522、523も金属体52として提供されており、金属部522、523と絶縁基材51との接合界面の熱抵抗が小さい。両面側から半導体素子40Hの熱を逃がしつつ、半導体装置20のひとつの面(裏面30b)側から放熱することができる。この結果、導電性接着剤による接着接合に較べて、放熱性に優れた半導体装置20を提供することができる。 Further, the heat of the semiconductor element 40H is transmitted to the insulating base material 51 via the first conductive member 61 (conductive member 60), the second metal part 522, and the third metal part 523 joined to the emitter electrode 41E. Ru. The metal parts 522 and 523 are also provided as the metal body 52, and the thermal resistance of the bonding interface between the metal parts 522 and 523 and the insulating base material 51 is small. Heat can be released from one surface (back surface 30b) of the semiconductor device 20 while radiating heat from the semiconductor element 40H from both surfaces. As a result, it is possible to provide a semiconductor device 20 with superior heat dissipation compared to adhesive bonding using a conductive adhesive.

また、半導体素子40H、40Lは、お互いのコレクタ電極41CがZ方向における同じ側となり、お互いにエミッタ電極41EがZ方向における同じ側となるように配置されている。よって、反転配置の構成に較べて、半導体装置20の構造を簡素化することができる。半導体素子40(40H、40L)は、同じ側の面にパッド41Pを有しているため、パッド41Pへの電気的な接続(たとえばワイヤボンディング)が容易である。この結果、接続構造を簡素化することができる。 Furthermore, the semiconductor elements 40H and 40L are arranged such that their collector electrodes 41C are on the same side in the Z direction, and their emitter electrodes 41E are on the same side in the Z direction. Therefore, the structure of the semiconductor device 20 can be simplified compared to an inverted configuration. Since the semiconductor elements 40 (40H, 40L) have pads 41P on the same side, electrical connection (for example, wire bonding) to the pads 41P is easy. As a result, the connection structure can be simplified.

特に本実施形態では、金属部521、522、523、524を含む金属体52と、絶縁基材51とが、直接接合されている。接合材を用いないため、接合界面の熱抵抗をより小さくし、放熱性を高めることができる。 In particular, in this embodiment, the metal body 52 including the metal parts 521, 522, 523, and 524 and the insulating base material 51 are directly joined. Since no bonding material is used, the thermal resistance of the bonding interface can be lowered and heat dissipation can be improved.

さらに本実施形態では、配線基板50が、絶縁基材51の裏面51bに接合された金属体53を有している。半導体素子40(40H、40L)の熱は、絶縁基材51を介して金属体53に伝達される。よって、放熱性を高めることができる。また、裏面51b側にも金属を配置することで、半導体装置20に反りが生じるのを抑制することができる。絶縁基材51の表面51a側には、金属体52だけでなく、半導体素子40や導電部材60が配置されている。よって、表面51a側の構造体とのバランスがとれるように、金属体53を金属体52よりも厚くしてもよい。 Furthermore, in this embodiment, the wiring board 50 has a metal body 53 joined to the back surface 51b of the insulating base material 51. Heat from the semiconductor element 40 (40H, 40L) is transferred to the metal body 53 via the insulating base material 51. Therefore, heat dissipation can be improved. Further, by disposing metal on the back surface 51b side, it is possible to suppress warping of the semiconductor device 20. On the surface 51a side of the insulating base material 51, not only the metal body 52 but also the semiconductor element 40 and the conductive member 60 are arranged. Therefore, the metal body 53 may be made thicker than the metal body 52 so as to maintain a balance with the structure on the surface 51a side.

厚銅基板である配線基板50において、絶縁基材51と金属体52との接合方法は、上記した直接接合に限定されない。図7に示す変形例のように、活性金属を含むろう材54により接合してもよい。図7は、図6に対応している。ろう材54は、チタン(Ti)などの活性金属を含んだAg系、Cu系、Ag-Cu系の接合材である。図7では、金属体53も、ろう材54により絶縁基材51に接合されている。ろう材54は、窒化物セラミックを材料とする絶縁基材51に好適である。ろう材54を用いることで、接合界面での濡れ性が良好となり、熱抵抗を小さくすることができる。また、金属体52がアルミニウムの場合、アルミ溶湯接合法を用いてもよい。 In the wiring board 50 which is a thick copper board, the method of joining the insulating base material 51 and the metal body 52 is not limited to the above-described direct joining. As in a modification shown in FIG. 7, bonding may be performed using a brazing filler metal 54 containing an active metal. FIG. 7 corresponds to FIG. 6. The brazing filler metal 54 is an Ag-based, Cu-based, or Ag-Cu-based bonding material containing an active metal such as titanium (Ti). In FIG. 7 , the metal body 53 is also bonded to the insulating base material 51 with a brazing material 54 . The brazing material 54 is suitable for the insulating base material 51 made of nitride ceramic. By using the brazing filler metal 54, wettability at the bonding interface is improved, and thermal resistance can be reduced. Furthermore, when the metal body 52 is made of aluminum, a molten aluminum bonding method may be used.

いずれの接合方法でも、絶縁基材51と金属体52(53)を接合して厚銅基板を形成する際には、高温状態にする必要である。たとえば、直接接合法の場合、銅の融点直下、具体的には1000~1100℃程度の加熱が必要である。半導体素子のコレクタ電極と金属体との接合部、エミッタ電極と導電部材との接合部、導電部材と金属体との接合部にも、上記した高温での接合を採用すると、加熱状態から常温に戻したときの温度差による残留歪が半導体素子に作用してしまう。 In any of the bonding methods, when bonding the insulating base material 51 and the metal body 52 (53) to form a thick copper substrate, a high temperature state is required. For example, in the case of a direct bonding method, heating is required just below the melting point of copper, specifically about 1000 to 1100°C. If the above-mentioned high-temperature bonding is applied to the joints between the collector electrode and the metal body of a semiconductor element, the joint between the emitter electrode and the conductive member, and the joint between the conductive member and the metal body, the temperature will change from the heated state to room temperature. Residual strain due to the temperature difference upon returning acts on the semiconductor element.

これに対し、本実施形態では、配線基板50を形成する接合よりも低温での接合が可能な接合部材80(たとえば、はんだ)を用いている。接合部材80は、200~300℃での接合が可能である。したがって、半導体素子40に作用する残留歪、すなわち素子歪を低減することができる。また、金属体52と絶縁基材51との接合には、厚銅基板を形成する接合法(たとえば、直接接合法)を用いるため、上記したように熱抵抗を小さくすることができる。また、絶縁基材51(セラミック)と金属体52(53)との接合部において、接続信頼性を確保することができる。 In contrast, in this embodiment, a bonding member 80 (for example, solder) that can be bonded at a lower temperature than the bonding that forms the wiring board 50 is used. The joining member 80 can be joined at 200 to 300°C. Therefore, residual strain acting on the semiconductor element 40, that is, element strain, can be reduced. Moreover, since the metal body 52 and the insulating base material 51 are bonded together using a bonding method (for example, a direct bonding method) that forms a thick copper substrate, the thermal resistance can be reduced as described above. Furthermore, connection reliability can be ensured at the joint between the insulating base material 51 (ceramic) and the metal body 52 (53).

さらに本実施形態では、第2金属部522が、第3金属部523とは電気的に分離された、配線機能を提供しないダミー配線部である。第1導電部材61は、金属部522、523に接合されている。配線基板50において回路が形成される表面51a側に、配線機能を提供しない第2金属部522を敢えて設けることで、絶縁基材51との接合界面の熱抵抗を小さくし、これにより放熱性を高めることができる。 Furthermore, in this embodiment, the second metal part 522 is a dummy wiring part that is electrically isolated from the third metal part 523 and does not provide a wiring function. The first conductive member 61 is joined to the metal parts 522 and 523. By intentionally providing the second metal portion 522 that does not provide a wiring function on the surface 51a side of the wiring board 50 where the circuit is formed, the thermal resistance at the bonding interface with the insulating base material 51 is reduced, thereby improving heat dissipation. can be increased.

さらに本実施形態では、第1導電部材61が、平面視において第1金属部521と半導体素子40Hとの積層体を跨ぐように配置されている。第1導電部材61において、2つの第2金属部522との接合部の間に、半導体素子40H(エミッタ電極41E)との接合部が位置している。これにより、半導体素子40Hの熱が、第1導電部材61においてZ方向と直交する方向(X方向)に拡散する。したがって、放熱性を高めることができる。本実施形態では、中心線CLに対して線対称配置である。対称性がよいため、反りを抑制することができる。 Furthermore, in this embodiment, the first conductive member 61 is arranged so as to straddle the stack of the first metal part 521 and the semiconductor element 40H in plan view. In the first conductive member 61, a joint part with the semiconductor element 40H (emitter electrode 41E) is located between the joint parts with the two second metal parts 522. Thereby, the heat of the semiconductor element 40H is diffused in the first conductive member 61 in the direction (X direction) orthogonal to the Z direction. Therefore, heat dissipation can be improved. In this embodiment, the arrangement is line symmetrical with respect to the center line CL. Since the symmetry is good, warpage can be suppressed.

同様に、第2導電部材62が、平面視において第3金属部523と半導体素子40Lとの積層体を跨ぐように配置されている。第2導電部材62において、2つの第4金属部524との接合部の間に、半導体素子40L(エミッタ電極41E)との接合部が位置している。これにより、半導体素子40Lの熱が、第2導電部材62においてZ方向と直交する方向(X方向)に拡散する。したがって、放熱性を高めることができる。本実施形態では、中心線CLに対して線対称配置である。対称性がよいため、反りを抑制することができる。 Similarly, the second conductive member 62 is arranged so as to straddle the stack of the third metal portion 523 and the semiconductor element 40L in plan view. In the second conductive member 62, a joint portion with the semiconductor element 40L (emitter electrode 41E) is located between the two joint portions with the fourth metal portions 524. Thereby, the heat of the semiconductor element 40L is diffused in the second conductive member 62 in the direction (X direction) orthogonal to the Z direction. Therefore, heat dissipation can be improved. In this embodiment, the arrangement is line symmetrical with respect to the center line CL. Since the symmetry is good, warpage can be suppressed.

導電部材60の厚みは、上記した例に限定されない。導電部材60の厚みを、金属体52の厚み以下にしてもよい。本実施形態では、導電部材60が金属体52よりも厚いため、導電部材60においてZ方向と直交する方向に熱が拡散しやすい。これによっても、放熱性を高めることができる。なお、第2導電部材62の厚みとは、本体部620の厚みである。また、導電部材60の線膨張係数を、金属体52と異ならせてもよい。たとえば、導電部材60の線膨張係数を、少なくともZ方向において金属体52よりも小さくすることで、素子歪を低減することができる。 The thickness of the conductive member 60 is not limited to the above example. The thickness of the conductive member 60 may be less than or equal to the thickness of the metal body 52. In this embodiment, since the conductive member 60 is thicker than the metal body 52, heat is easily diffused in the conductive member 60 in a direction perpendicular to the Z direction. This also makes it possible to improve heat dissipation. Note that the thickness of the second conductive member 62 is the thickness of the main body portion 620. Further, the linear expansion coefficient of the conductive member 60 may be made different from that of the metal body 52. For example, element strain can be reduced by making the linear expansion coefficient of the conductive member 60 smaller than that of the metal body 52 at least in the Z direction.

導電部材60の形状は、平板状に限定されない。たとえば、図8に示す変形例のように、第2導電部材62が、基部63と、基部63に連なる凸部64a、64bを有してもよい。図8は、図6に対応している。第2導電部材62は、異形条である。凸部64a、64bは、基部63における半導体素子40L側の面から突出している。凸部64aは、平面視においてエミッタ電極41Eと重なる位置に設けられており、凸部64aの先端がエミッタ電極41Eに接合されている。凸部64bは、平面視において第4金属部524と重なる位置に設けられており、凸部64bの先端が第4金属部524に接合されている。凸部64aを設けることで、信号端子70Sを半導体素子40Lのパッド41Pに接続しやすくなる。凸部64bを設けることで、第2導電部材62と第4金属部524との間に介在する接合部材80を薄くし、放熱性を高めることができる。凸部64a、64bの一方のみを有する構成としてもよい。 The shape of the conductive member 60 is not limited to a flat plate shape. For example, as in a modification shown in FIG. 8, the second conductive member 62 may have a base 63 and convex portions 64a and 64b continuous to the base 63. FIG. 8 corresponds to FIG. 6. The second conductive member 62 is a deformed strip. The protrusions 64a and 64b protrude from the surface of the base 63 on the semiconductor element 40L side. The convex portion 64a is provided at a position overlapping the emitter electrode 41E in a plan view, and the tip of the convex portion 64a is joined to the emitter electrode 41E. The convex portion 64b is provided at a position overlapping the fourth metal portion 524 in plan view, and the tip of the convex portion 64b is joined to the fourth metal portion 524. By providing the convex portion 64a, it becomes easier to connect the signal terminal 70S to the pad 41P of the semiconductor element 40L. By providing the convex portion 64b, the joining member 80 interposed between the second conductive member 62 and the fourth metal portion 524 can be made thinner, and heat dissipation can be improved. A configuration having only one of the protrusions 64a and 64b may be used.

図9に示す変形例のように、凸部64aを基部63から分離してもよい。このような凸部64aは、ターミナルと称されることがある。図9は、図6に対応している。凸部64aは、接合部材64cを介して基部63に連なっている。接合部材64cとしては、接合部材80と同じ材料を用いることができる。これによれば、図8と同等の効果を奏することができる。接合部材64cが介在する分、図8の構成に較べて、エミッタ側の伝熱経路において熱抵抗が大きくなる。凸部64bを、基部63から分離してもよい。なお、図8および図9では、一例として第2導電部材62について示したが、第1導電部材61にも同様の構成を用いることができる。 The convex portion 64a may be separated from the base portion 63 as in a modification shown in FIG. Such a convex portion 64a is sometimes called a terminal. FIG. 9 corresponds to FIG. 6. The convex portion 64a is connected to the base portion 63 via a joining member 64c. The same material as the joining member 80 can be used as the joining member 64c. According to this, the same effect as in FIG. 8 can be achieved. Due to the presence of the bonding member 64c, the thermal resistance in the heat transfer path on the emitter side is increased compared to the configuration shown in FIG. 8. The convex portion 64b may be separated from the base portion 63. Note that although FIGS. 8 and 9 show the second conductive member 62 as an example, a similar configuration can be used for the first conductive member 61 as well.

(第2実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、第2金属部522をダミー配線部とした。これに代えて、第2金属部522に配線機能をもたせてもよい。先行実施形態では、第1導電部材61を金属部522、523に接合していた。これに代えて、第2金属部522のみに接合するようにしてもよい。
(Second embodiment)
This embodiment is a modification based on the previous embodiment, and the description of the previous embodiment can be used. In the preceding embodiment, the second metal portion 522 was used as a dummy wiring portion. Alternatively, the second metal portion 522 may have a wiring function. In the previous embodiment, the first conductive member 61 was joined to the metal parts 522 and 523. Alternatively, it may be joined only to the second metal portion 522.

図10は、本実施形態の半導体装置20において、配線基板50を示す平面図であり、図3に対応している。図10では、図3同様、半導体素子40および接合部材80を合わせて図示している。ただし、半導体素子40のエミッタ電極41E上の接合部材80については、便宜上、記載を省略している。図11は、封止樹脂体30および延設部621を省略した半導体装置20の平面図であり、図4に対応している。図12は、図11のXII-XII線に沿う半導体装置20の断面図であり、図5に対応している。 FIG. 10 is a plan view showing the wiring board 50 in the semiconductor device 20 of this embodiment, and corresponds to FIG. 3. In FIG. 10, like FIG. 3, the semiconductor element 40 and the bonding member 80 are shown together. However, the description of the bonding member 80 on the emitter electrode 41E of the semiconductor element 40 is omitted for convenience. FIG. 11 is a plan view of the semiconductor device 20 with the sealing resin body 30 and the extension portion 621 omitted, and corresponds to FIG. 4. 12 is a cross-sectional view of the semiconductor device 20 taken along the line XII-XII in FIG. 11, and corresponds to FIG. 5.

2つの第2金属部522は、第3金属部523に連なっている。一体的に構成された金属部522、523は、略Y字状をなしている。第1導電部材61は、Y方向に延設されており、両端付近において第2金属部522のそれぞれに接合されている。そして、第2金属部522との接合部の間で、半導体素子40Lのエミッタ電極41Eに接合されている。第1導電部材61は、平面視において金属部523、524とは重なっておらず、第3金属部523との間に接合部を形成していない。第1導電部材61は、第2金属部522を介して、第3金属部523に電気的に接続されている。それ以外の構成は、先行実施形態に記載の構成(たとえば図4参照)と同じである。よって、先行実施形態に記載の効果を奏することができる。 The two second metal parts 522 are continuous with the third metal part 523. The integrally constructed metal parts 522 and 523 have a substantially Y-shape. The first conductive member 61 extends in the Y direction, and is joined to each of the second metal parts 522 near both ends. It is then bonded to the emitter electrode 41E of the semiconductor element 40L between the bonding portion with the second metal portion 522. The first conductive member 61 does not overlap the metal parts 523 and 524 in plan view, and does not form a joint with the third metal part 523. The first conductive member 61 is electrically connected to the third metal part 523 via the second metal part 522. The other configurations are the same as those described in the preceding embodiment (see, for example, FIG. 4). Therefore, the effects described in the preceding embodiment can be achieved.

<第2実施形態のまとめ>
上記したように、第2金属部522が第3金属部523に連なっている。そして、第1導電部材61が、第2金属部522のみに接合されている。これにより、第1導電部材61(導電部材60)と配線基板50の金属体52との接合数を低減することができる。具体的には、先行実施形態の5つに対して、本実施形態では4つになる。したがって、製造工程の簡素化、コストの低減を図ることができる。
<Summary of the second embodiment>
As described above, the second metal portion 522 is continuous with the third metal portion 523. The first conductive member 61 is bonded only to the second metal portion 522. Thereby, the number of connections between the first conductive member 61 (conductive member 60) and the metal body 52 of the wiring board 50 can be reduced. Specifically, there are four in this embodiment, compared to five in the previous embodiment. Therefore, it is possible to simplify the manufacturing process and reduce costs.

先行実施形態では、半導体素子40Hのエミッタ電極41Eから、第1導電部材61を介して第3金属部523に電流が流れる。これに対し、本実施形態では、半導体素子40Hのエミッタ電極41Eから、第1導電部材61を介して2つの第2金属部522のそれぞれに電流が流れる。このように、2つの電流経路が形成される。よって、配線インダクタンスを低減することができる。 In the preceding embodiment, a current flows from the emitter electrode 41E of the semiconductor element 40H to the third metal portion 523 via the first conductive member 61. In contrast, in this embodiment, a current flows from the emitter electrode 41E of the semiconductor element 40H to each of the two second metal parts 522 via the first conductive member 61. In this way, two current paths are formed. Therefore, wiring inductance can be reduced.

(第3実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、Y方向において、2つの第2金属部522の間に第1金属部521を設け、2つの第4金属部524の間に第3金属部523を設けた。これに対し、金属体52を、上記した例とは異なる配置にしてもよい。先行実施形態では、出力端子70Aを、半導体素子40の並び方向であるX方向であって、正極端子70Pおよび負極端子70Nとは反対向きに延設した。これに対し、外部接続端子70を、上記した例とは異なる配置にしてもよい。先行実施形態では、第2導電部材62が延設部621を有していた。これに代えて、延設部621を排除した構成としてもよい。
(Third embodiment)
This embodiment is a modification based on the previous embodiment, and the description of the previous embodiment can be used. In the preceding embodiment, the first metal part 521 was provided between the two second metal parts 522 and the third metal part 523 was provided between the two fourth metal parts 524 in the Y direction. On the other hand, the metal body 52 may be arranged differently from the example described above. In the preceding embodiment, the output terminal 70A is provided to extend in the X direction, which is the direction in which the semiconductor elements 40 are arranged, and in the opposite direction to the positive electrode terminal 70P and the negative electrode terminal 70N. On the other hand, the external connection terminals 70 may be arranged differently from the above example. In the preceding embodiment, the second conductive member 62 had the extending portion 621. Instead of this, a configuration may be adopted in which the extension portion 621 is excluded.

図13は、本実施形態の半導体装置20において、封止樹脂体30を省略した平面図である。配線基板50は、金属体52として、金属部521、522、523、524をそれぞれひとつ有している。こいの配線基板50は、先行実施形態(図4参照)に対して、金属部522、524をひとつずつ排除した構成となっている。第1導電部材61は、金属部522、523に接合されている。第2導電部材62は、第4金属部524に接合されている。第2導電部材62は、延設部621を有しておらず、先行実施形態に記載の本体部620に相当する部分のみを有している。 FIG. 13 is a plan view of the semiconductor device 20 of this embodiment, with the sealing resin body 30 omitted. The wiring board 50 has one metal portion 521 , 522 , 523 , and 524 as the metal body 52 . The carp wiring board 50 has a configuration in which metal parts 522 and 524 are removed one by one compared to the previous embodiment (see FIG. 4). The first conductive member 61 is joined to the metal parts 522 and 523. The second conductive member 62 is joined to the fourth metal portion 524. The second conductive member 62 does not have the extending portion 621 and only has a portion corresponding to the main body portion 620 described in the preceding embodiment.

正極端子70Pは、一端が第1金属部521に接合され、Y方向に延設されている。負極端子70Nは、第2導電部材62に連なっており、Y方向であって正極端子70Pと同じ側に延設されている。正極端子70Pおよび負極端子70Nは、X方向において並んで配置されている。出力端子70Aは、先行実施形態同様、第3金属部523に接合されて、X方向に延設されている。 The positive electrode terminal 70P has one end joined to the first metal part 521 and extends in the Y direction. The negative electrode terminal 70N is connected to the second conductive member 62 and extends on the same side as the positive electrode terminal 70P in the Y direction. The positive electrode terminal 70P and the negative electrode terminal 70N are arranged side by side in the X direction. As in the previous embodiment, the output terminal 70A is joined to the third metal portion 523 and extends in the X direction.

<第3実施形態のまとめ>
上記した構成によっても、先行実施形態に記載の構成同様、高い放熱性を有しつつ、パッド41Pへの接続が容易な半導体装置20を提供することができる。正極端子70Pと負極端子70NがX方向に並んで配置されているため、配線インダクタンスを低減することができる。また、第2導電部材62の延設部621を排除できるため、導電部材60の構成を簡素化することができる。なお、第2実施形態(図11参照)に対して、金属部522、524をひとつずつ排除した構成とし、正極端子70Pおよび負極端子70Nを図13同様の配置としてもよい。
<Summary of the third embodiment>
With the above-described configuration, as in the configuration described in the preceding embodiment, it is possible to provide the semiconductor device 20 that has high heat dissipation properties and is easy to connect to the pad 41P. Since the positive electrode terminal 70P and the negative electrode terminal 70N are arranged side by side in the X direction, wiring inductance can be reduced. Further, since the extending portion 621 of the second conductive member 62 can be eliminated, the configuration of the conductive member 60 can be simplified. Note that, compared to the second embodiment (see FIG. 11), the metal parts 522 and 524 may be removed one by one, and the positive electrode terminal 70P and the negative electrode terminal 70N may be arranged in the same manner as in FIG. 13.

図14に示す変形例では、金属体52が、2つの第2金属部522と、2つの第4金属部524を有している。第2金属部522のひとつは第1金属部521に対してY方向に並設されており、他のひとつは第1金属部521に対してX方向に並設されている。同様に、第4金属部524のひとつは第3金属部523に対してY方向に並設されており、他のひとつは第3金属部523に対してX方向に並設されている。X方向において、第2金属部522、第1金属部521、第3金属部523、第4金属部524の順に並んでいる。Y方向に並設された金属部522、524は、X方向に並んでいる。第1導電部材61は、平面略L字状をなしており、第1金属部521と半導体素子40Hとの積層体を跨ぐように配置され、その両端付近で第2金属部522に接合されている。 In the modification shown in FIG. 14, the metal body 52 has two second metal parts 522 and two fourth metal parts 524. One of the second metal parts 522 is arranged in parallel with the first metal part 521 in the Y direction, and the other one is arranged in parallel with the first metal part 521 in the X direction. Similarly, one of the fourth metal parts 524 is arranged in parallel with the third metal part 523 in the Y direction, and the other one is arranged in parallel with the third metal part 523 in the X direction. In the X direction, the second metal part 522, the first metal part 521, the third metal part 523, and the fourth metal part 524 are arranged in this order. The metal parts 522 and 524 arranged in parallel in the Y direction are arranged in the X direction. The first conductive member 61 has a substantially L-shape in plan, is arranged to straddle the stack of the first metal part 521 and the semiconductor element 40H, and is joined to the second metal part 522 near both ends thereof. There is.

第2導電部材62は、図13同様、延設部621を有していない。負極端子70Nは、第2導電部材62に連なっている。正極端子70P、負極端子70N、および出力端子70Aは、Y方向であって互いに同じ側に延設されている。X方向において、正極端子70P、負極端子70N、および出力端子70Aの順に並んでいる。図14の構成も、図13同様の効果を奏することできる。また、金属部522、524をそれぞれ2つ有するため、図13に示す構成よりも、放熱性を高めることができる。なお、図14からY方向に並設された金属部522、524を排除した構成としてもよい。 The second conductive member 62 does not have the extending portion 621 as in FIG. 13 . The negative electrode terminal 70N is connected to the second conductive member 62. The positive terminal 70P, the negative terminal 70N, and the output terminal 70A extend on the same side in the Y direction. In the X direction, the positive terminal 70P, the negative terminal 70N, and the output terminal 70A are arranged in this order. The configuration in FIG. 14 can also produce the same effects as in FIG. 13. Furthermore, since there are two metal parts 522 and 524 each, heat dissipation can be improved more than the configuration shown in FIG. 13. Note that a configuration may be adopted in which the metal parts 522 and 524 arranged in parallel in the Y direction from FIG. 14 are excluded.

(第4実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、導電部材60として、金属部材の例を示した。すなわち、導電部材60が熱伝導等方性を有していた。これに代えて、熱伝導異方性を有する導電部材を用いてもよい。
(Fourth embodiment)
This embodiment is a modification based on the previous embodiment, and the description of the previous embodiment can be used. In the preceding embodiment, a metal member was used as the conductive member 60. That is, the conductive member 60 had isotropy in thermal conduction. Instead of this, a conductive member having heat conduction anisotropy may be used.

図15は、本実施形態の半導体装置20を示す断面図であり、図6に対応している。半導体装置20は、熱伝導異方性を有する第2導電部材62(導電部材60)を備えている。第2導電部材62の本体部620は、グラファイトを材料とする板材65をその板厚方向に複数枚積層し、一体化して構成されている。第2導電部材62は、たとえば、複数の板材65を積層した後に焼付けすることによって、或いは、ガス状とした材料(グラファイト材料)を平面の上に順次吹き付けていくことで、形成される。 FIG. 15 is a cross-sectional view showing the semiconductor device 20 of this embodiment, and corresponds to FIG. 6. The semiconductor device 20 includes a second conductive member 62 (conductive member 60) having thermal conduction anisotropy. The main body 620 of the second conductive member 62 is constructed by laminating a plurality of plates 65 made of graphite in the thickness direction and integrating them. The second conductive member 62 is formed, for example, by laminating a plurality of plate materials 65 and then baking them, or by sequentially spraying a gaseous material (graphite material) onto a flat surface.

グラファイトは、炭素原子が隣接の炭素原子と平面内で3方向に共有結合を形成し、縮合六員環を形成した構造(層状構造)を有しており、各層間をファンデルワールス力で結び付けた異方性を有している。この層状構造のため、層に対して平行方向と垂直方向で性質が異なっている。具体的には、互いに直交する関係にある3軸方向のうち、2軸方向、すなわち上記平行方向に高熱伝導性(1000W/mK程度)を有し、残りの1軸方向、すなわち上記垂直方向に平行方向よりも低い熱伝導性(5~200W/mK程度)を有する。すなわち、熱伝導の異方性を有している。 Graphite has a structure (layered structure) in which carbon atoms form covalent bonds with adjacent carbon atoms in three directions within a plane to form a condensed six-membered ring, and each layer is connected by van der Waals forces. It has anisotropy. Because of this layered structure, the properties are different in the parallel and perpendicular directions to the layers. Specifically, it has high thermal conductivity (approximately 1000 W/mK) in two of the three axes that are orthogonal to each other, that is, the above-mentioned parallel direction, and has high thermal conductivity (about 1000 W/mK) in the remaining one axis direction, that is, the above-mentioned perpendicular direction. It has lower thermal conductivity (approximately 5 to 200 W/mK) than in the parallel direction. That is, it has anisotropy of heat conduction.

板材65は平面長方形をなしており、その板厚方向が、グラファイトの上記垂直方向と一致し、平面長方向の長手方向および短手方向がグラファイトの上記平行方向と一致している。よって、第2導電部材62は、X方向およびY方向に高熱伝導性を有している。 The plate material 65 has a rectangular planar shape, and its thickness direction coincides with the above-mentioned vertical direction of the graphite, and the longitudinal direction and the lateral direction of the plane long direction coincide with the above-mentioned parallel direction of the graphite. Therefore, the second conductive member 62 has high thermal conductivity in the X direction and the Y direction.

第2導電部材62の本体部620は、板材65による積層体の表面に、接合部材80との接合性を向上させるための金属層66を有している。金属層66は、スパッタや蒸着などの物理的堆積法やめっき法により形成されるものであり、積層体において少なくとも半導体素子40L側の面に形成されている。本実施形態では、延設部621との接合性を向上させるために、半導体素子40L側の面と反対の面にも、金属層66が形成されている。金属層66は、単層構造でもよいし、多層構造でもよい。それ以外の構成は、先行実施形態に記載の構成(図6参照)と同じである。 The main body portion 620 of the second conductive member 62 has a metal layer 66 on the surface of a laminate made of plate materials 65 to improve bondability with the bonding member 80 . The metal layer 66 is formed by a physical deposition method such as sputtering or vapor deposition, or a plating method, and is formed at least on the surface of the stacked body facing the semiconductor element 40L. In this embodiment, in order to improve bondability with the extension portion 621, a metal layer 66 is also formed on the surface opposite to the surface on the semiconductor element 40L side. The metal layer 66 may have a single layer structure or a multilayer structure. The other configurations are the same as those described in the preceding embodiment (see FIG. 6).

図示を省略するが、第1導電部材61も、本体部620と同様の構成である。第1導電部材61は、グラファイトの板材65による積層体の表面であって、少なくとも半導体素子40H側の面に金属層66を有している。 Although not shown, the first conductive member 61 also has the same configuration as the main body portion 620. The first conductive member 61 is a surface of a stacked body made of graphite plates 65, and has a metal layer 66 on at least the surface on the semiconductor element 40H side.

<第4実施形態のまとめ>
本実施形態の導電部材60は、Z方向に直交する方向の熱伝導率が、Z方向の熱伝導率よりも高くなるように、配置されている。これにより、半導体素子40のエミッタ電極41E側から伝達された熱を、Z方向に直交する方向、すなわちXY平面内に効果的に拡散することができる。半導体素子40の熱が、半導体素子40の直上から、半導体素子40と重ならない位置に拡がる。よって、放熱性を向上することができる。
<Summary of the fourth embodiment>
The conductive member 60 of this embodiment is arranged so that the thermal conductivity in the direction orthogonal to the Z direction is higher than the thermal conductivity in the Z direction. Thereby, the heat transferred from the emitter electrode 41E side of the semiconductor element 40 can be effectively diffused in a direction perpendicular to the Z direction, that is, in the XY plane. Heat from the semiconductor element 40 spreads from directly above the semiconductor element 40 to a position that does not overlap with the semiconductor element 40. Therefore, heat dissipation can be improved.

導電部材60の構成材料は、グラファイトに限定されない。熱伝導異方性を有するものであれば採用することができる。熱伝導異方性を有する導電部材60は、先行実施形態に示した種々の構成との組み合わせが可能である。熱伝導異方性を有する導電部材60を、第1導電部材61および第2導電部材62のいずれかに適用してもよいし、両方に適用してもよい。延設部621を有する第2導電部材62の本体部620に適用してもよいし、延設部621を有さない第2導電部材62に適用してもよい。 The constituent material of the conductive member 60 is not limited to graphite. Any material having heat conduction anisotropy can be used. The conductive member 60 having heat conduction anisotropy can be combined with various configurations shown in the preceding embodiments. The conductive member 60 having heat conduction anisotropy may be applied to either the first conductive member 61 or the second conductive member 62, or to both. The present invention may be applied to the main body portion 620 of the second conductive member 62 having the extending portion 621, or may be applied to the second conductive member 62 not having the extending portion 621.

グラファイトの板材65を積層した導電部材60の場合、上記したように、Z方向の熱伝導率が、Z方向に直交する方向の熱伝導率よりも低い。そこで、図16に示す変形例のように、導電部材60に金属柱67を設けてもよい。図16は、図15に対応している。金属柱67は、板材65に形成された貫通孔内に、金属が配置されて形成されている。貫通孔は、板材65による積層体を、Z方向に貫通している。貫通孔は、金属層66を底としてもよいし、積層体を金属層66ごと貫通してもよい。 In the case of the conductive member 60 made of laminated graphite plates 65, the thermal conductivity in the Z direction is lower than the thermal conductivity in the direction perpendicular to the Z direction, as described above. Therefore, as in a modification shown in FIG. 16, a metal column 67 may be provided on the conductive member 60. FIG. 16 corresponds to FIG. 15. The metal column 67 is formed by placing metal in a through hole formed in the plate material 65. The through hole penetrates the laminate of the plate materials 65 in the Z direction. The through hole may have the metal layer 66 as the bottom, or may penetrate the laminate together with the metal layer 66.

金属は、積層体の貫通孔を少なからず埋めている。貫通孔を完全に埋めていてもよいし、孔中心付近に空洞部を有してもよい。金属柱67は、導電部材60を実装する前に、予め形成されてもよいし、実装時に形成されてもよい。本実施形態では、貫通孔の壁面に、接合部材80に対する濡れ性が良好な金属薄膜が設けられ、貫通孔内に接合部材80(たとえば、はんだ)が濡れ拡がって、金属柱67が形成されている。導電部材60は、複数の金属柱67を有している。金属柱67の一部は、平面視において、エミッタ電極41Eと重なる位置に形成されている。別の金属柱67は、平面視において、第2金属部522または第4金属部524と重なる位置に形成されている。 The metal fills a considerable amount of the through holes in the laminate. The through hole may be completely filled, or a hollow portion may be provided near the center of the hole. The metal pillar 67 may be formed in advance before mounting the conductive member 60, or may be formed at the time of mounting. In this embodiment, a metal thin film having good wettability with respect to the bonding member 80 is provided on the wall surface of the through hole, and the bonding member 80 (for example, solder) spreads in the through hole to form the metal column 67. There is. The conductive member 60 has a plurality of metal columns 67. A portion of the metal column 67 is formed at a position overlapping the emitter electrode 41E in plan view. Another metal column 67 is formed at a position overlapping with the second metal part 522 or the fourth metal part 524 in plan view.

このように、導電部材60に金属柱67を設けることで、Z方向に直交する方向へ拡散した熱を、金属柱67によりZ方向に伝達することができる。よって、エミッタ電極41E側の伝熱経路による放熱性を高めることができる。 By providing the metal pillar 67 on the conductive member 60 in this way, the heat diffused in the direction orthogonal to the Z direction can be transmitted in the Z direction by the metal pillar 67. Therefore, heat dissipation through the heat transfer path on the emitter electrode 41E side can be improved.

グラファイトの板材65を有する導電部材60の配置は、上記した例に限定されない。たとえば、図17に示す変形例のように、複数の板材65をX方向に積層した構成としてもよい。図17は、図4のうち半導体素子40L側の部分に対応しており、便宜上、外部接続端子70を省略している。この場合、板厚方向であるX方向において熱伝導性が低く、Y方向およびZ方向において熱伝導性が高い。よって、半導体素子40Lの熱を、第2導電部材62においてZ方向およびY方向に伝達し、第4金属部524に伝えることができる。第1導電部材61に適用した場合も、同等の効果を奏する。 The arrangement of the conductive member 60 having the graphite plate 65 is not limited to the above example. For example, as in a modified example shown in FIG. 17, a configuration in which a plurality of plate materials 65 are stacked in the X direction may be used. 17 corresponds to the portion of FIG. 4 on the semiconductor element 40L side, and for convenience, the external connection terminal 70 is omitted. In this case, the thermal conductivity is low in the X direction, which is the plate thickness direction, and the thermal conductivity is high in the Y direction and the Z direction. Therefore, the heat of the semiconductor element 40L can be transmitted in the Z direction and the Y direction in the second conductive member 62, and can be transmitted to the fourth metal part 524. Even when applied to the first conductive member 61, the same effect can be achieved.

(第5実施形態)
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、熱伝導異方性の導電部材60を用いた。これに代えて、ヒートパイプを用いてもよい。
(Fifth embodiment)
This embodiment is a modification based on the previous embodiment, and the description of the previous embodiment can be used. In the preceding embodiment, a conductive member 60 having anisotropic thermal conductivity was used. Alternatively, a heat pipe may be used.

図18は、本実施形態の半導体装置20を示す断面図であり、図6に対応している。半導体装置20は、第2導電部材62(導電部材60)を備えている。第2導電部材62の本体部620は、密閉パイプ68と、密閉パイプ68内に配置された液体69を有している。このような第2導電部材62(本体部620)は、ヒートパイプと称されることがある。密閉パイプ68は密閉容器である。密閉パイプ68は、たとえば溶接により、端部が閉じられてなる。液体69は、水などの、動作環境において蒸発(気化)と凝縮(液化)可能な液体である。それ以外の構成は、先行実施形態に記載の構成(図6参照)と同じである。図示を省略するが、第1導電部材61も、本体部620と同様の構成である。 FIG. 18 is a cross-sectional view showing the semiconductor device 20 of this embodiment, and corresponds to FIG. 6. The semiconductor device 20 includes a second conductive member 62 (conductive member 60). The main body portion 620 of the second conductive member 62 includes a sealed pipe 68 and a liquid 69 disposed within the sealed pipe 68 . Such a second conductive member 62 (main body portion 620) is sometimes referred to as a heat pipe. The closed pipe 68 is a closed container. The closed pipe 68 has an end closed by, for example, welding. The liquid 69 is a liquid that can evaporate (vaporize) and condense (liquefy) in the operating environment, such as water. The other configurations are the same as those described in the preceding embodiment (see FIG. 6). Although not shown, the first conductive member 61 also has the same configuration as the main body portion 620.

<第5実施形態のまとめ>
図18中の一点鎖線の矢印は、液体69およびその蒸気の移動を示している。導電部材60(ヒートパイプ)によれば、半導体素子40の熱により、半導体素子40の直上部分の温度が上昇し、液体69が蒸発する。このとき、蒸発潜熱を吸収する。蒸気は、導電部材60において温度が低い部分に高速で移動する。導電部材60は、接合部材80を介して配線基板50の金属体52に接続されている。よって、導電部材60において、金属体52との接合部の温度が低い。
<Summary of the fifth embodiment>
The dashed-dotted arrows in FIG. 18 indicate the movement of the liquid 69 and its vapor. According to the conductive member 60 (heat pipe), the temperature of the portion directly above the semiconductor element 40 increases due to the heat of the semiconductor element 40, and the liquid 69 evaporates. At this time, the latent heat of vaporization is absorbed. The vapor moves at a high speed to a portion of the conductive member 60 where the temperature is lower. The conductive member 60 is connected to the metal body 52 of the wiring board 50 via the bonding member 80 . Therefore, in the conductive member 60, the temperature at the joint with the metal body 52 is low.

蒸気は低温部、すなわち金属体52との接合部で凝縮する。このとき、蒸発潜熱を放出する。熱は、接合部材80および金属体52を経由して、絶縁基材51、ひいては金属体53に伝達される。凝縮した液体69は、半導体素子40の直上に還流される。よって、熱輸送量を増やすことができる。これにより、放熱性を向上することができる。 The vapor condenses at the low temperature section, ie at the junction with the metal body 52. At this time, latent heat of vaporization is released. The heat is transferred to the insulating base material 51 and eventually to the metal body 53 via the joining member 80 and the metal body 52. The condensed liquid 69 is returned directly above the semiconductor element 40 . Therefore, the amount of heat transport can be increased. Thereby, heat dissipation can be improved.

上記した導電部材60は、先行実施形態に示した種々の構成との組み合わせが可能である。ヒートパイプを、第1導電部材61および第2導電部材62のいずれかに適用してもよいし、両方に適用してもよい。延設部621を有する第2導電部材62の本体部620に適用してもよいし、延設部621を排除した第2導電部材62に適用してもよい。 The above-described conductive member 60 can be combined with various configurations shown in the preceding embodiments. The heat pipe may be applied to either the first conductive member 61 or the second conductive member 62, or to both. The present invention may be applied to the main body portion 620 of the second conductive member 62 having the extended portion 621, or may be applied to the second conductive member 62 from which the extended portion 621 is excluded.

(他の実施形態)
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
(Other embodiments)
The disclosure in this specification, drawings, etc. is not limited to the illustrated embodiments. The disclosure includes the illustrated embodiments and variations thereon by those skilled in the art. For example, the disclosure is not limited to the combinations of parts and/or elements illustrated in the embodiments. The disclosure can be implemented in various combinations. The disclosure may have additional parts that can be added to the embodiments. The disclosure includes those in which parts and/or elements of the embodiments are omitted. The disclosure encompasses any substitutions or combinations of parts and/or elements between one embodiment and other embodiments. The disclosed technical scope is not limited to the description of the embodiments. The technical scope of some of the disclosed technical scopes is indicated by the description of the claims, and should be understood to include equivalent meanings and all changes within the scope of the claims.

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。 The disclosure in the specification, drawings, etc. is not limited by the scope of the claims. The disclosure in the specification, drawings, etc. includes the technical ideas described in the claims, and further extends to a more diverse and broader range of technical ideas than the technical ideas described in the claims. Therefore, various technical ideas can be extracted from the disclosure of the specification, drawings, etc. without being restricted by the claims.

電力変換回路(インバータ6)を構成するスイッチング素子は、IGBT11に限定されない。たとえば、MOSFETを用いてもよい。 The switching elements that constitute the power conversion circuit (inverter 6) are not limited to the IGBT 11. For example, a MOSFET may be used.

半導体素子40H、40Lの数は、上記した例に限定されない。複数の半導体素子40Hを第1金属部521と第1導電部材61との間に配置し、互いに並列接続してもよい。同様に、複数の半導体素子40Lを第3金属部523と第2導電部材62との間に配置し、互いに並列接続してもよい。 The number of semiconductor elements 40H and 40L is not limited to the above example. A plurality of semiconductor elements 40H may be arranged between the first metal part 521 and the first conductive member 61 and connected in parallel to each other. Similarly, a plurality of semiconductor elements 40L may be arranged between the third metal part 523 and the second conductive member 62 and connected in parallel to each other.

配線基板50として銅貼り基板の例を示したが、これに限定されない。たとえば、めっき、スパッタ、蒸着などにより、金属体52、53が形成されてもよい。金属体52、53を有する両面基板の例を示したが、これに限定されない。配線基板50は、少なくとも金属体52を有せばよい。金属体53を排除した構成の場合、たとえば、絶縁基材51から、外部の熱交換部に放熱してもよい。 Although a copper-clad board is shown as an example of the wiring board 50, the present invention is not limited thereto. For example, the metal bodies 52 and 53 may be formed by plating, sputtering, vapor deposition, or the like. Although an example of a double-sided substrate having metal bodies 52 and 53 has been shown, the present invention is not limited thereto. The wiring board 50 only needs to have at least the metal body 52. In the case of a configuration in which the metal body 53 is excluded, heat may be radiated from the insulating base material 51 to an external heat exchange section, for example.

半導体装置20が、封止樹脂体30を備える例を示したが、これに限定されない。封止樹脂体30を排除した構成としてもよい。 Although an example has been shown in which the semiconductor device 20 includes the sealing resin body 30, the present invention is not limited thereto. It is also possible to adopt a configuration in which the sealing resin body 30 is excluded.

配線基板50は、金属体52として、半導体素子40Hが接合される第1金属部521と、少なくともひとつの第2金属部522と、半導体素子40Lが接合される第3金属部523と、少なくともひとつの第4金属部524を有せばよい。第1導電部材61は、半導体素子40Hのエミッタ電極41Eおよび第2金属部522に接合され、第3金属部523に電気的に接続されればよい。第2導電部材62は、半導体素子40Lのエミッタ電極41Eおよび第4金属部524に接合されればよい。 The wiring board 50 includes, as the metal body 52, a first metal part 521 to which the semiconductor element 40H is bonded, at least one second metal part 522, and at least one third metal part 523 to which the semiconductor element 40L is bonded. The fourth metal portion 524 may be provided. The first conductive member 61 may be joined to the emitter electrode 41E and the second metal portion 522 of the semiconductor element 40H, and may be electrically connected to the third metal portion 523. The second conductive member 62 may be bonded to the emitter electrode 41E and the fourth metal portion 524 of the semiconductor element 40L.

コレクタ電極41Cを第1主電極、エミッタ電極41Eを第2主電極にする例を示したが、これに限定されない。たとえば、エミッタ電極41Eを第1主電極、コレクタ電極41Cを第2主電極にしてもよい。この場合、エミッタ電極41Eが対応する金属部521、523に接合され、コレクタ電極41Cが対応する導電部材60に接合される。 Although an example has been shown in which the collector electrode 41C is the first main electrode and the emitter electrode 41E is the second main electrode, the present invention is not limited thereto. For example, the emitter electrode 41E may be used as the first main electrode, and the collector electrode 41C may be used as the second main electrode. In this case, the emitter electrode 41E is joined to the corresponding metal parts 521 and 523, and the collector electrode 41C is joined to the corresponding conductive member 60.

1…駆動システム、2…直流電源、3…モータジェネレータ、4…電力変換装置、5…平滑コンデンサ、6…インバータ、7…Pライン、8…Nライン、9…上下アーム回路、9H…上アーム、9L…下アーム、10…出力ライン、11…IGBT、12…ダイオード、20…半導体装置、30…封止樹脂体、30a…一面、30b…裏面、30c、30d…側面、40、40H、40L…半導体素子、41C…コレクタ電極、41E…エミッタ電極、41P…パッド、50…配線基板、51…絶縁基材、51a…表面、51b…裏面、52、53…金属体、521…第1金属部、522、522A、522B…第2金属部、523…第3金属部、524…第4金属部、53a…露出面、54…ろう材、60…導電部材、61…第1導電部材、62…第2導電部材、620…本体部、621…延設部、63…基部、64a、64b…凸部、64c…接合部材、65…板材、66…金属層、67…金属柱、68…密閉パイプ、69…液体、70…外部接続端子、70A…出力端子、70N…負極端子、70P…正極端子、70S…信号端子、80…接合部材 1... Drive system, 2... DC power supply, 3... Motor generator, 4... Power converter, 5... Smoothing capacitor, 6... Inverter, 7... P line, 8... N line, 9... Upper and lower arm circuit, 9H... Upper arm , 9L...lower arm, 10...output line, 11...IGBT, 12...diode, 20...semiconductor device, 30...sealing resin body, 30a...one side, 30b...back side, 30c, 30d...side surface, 40, 40H, 40L ... Semiconductor element, 41C... Collector electrode, 41E... Emitter electrode, 41P... Pad, 50... Wiring board, 51... Insulating base material, 51a... Front surface, 51b... Back surface, 52, 53... Metal body, 521... First metal part , 522, 522A, 522B...second metal part, 523...third metal part, 524...fourth metal part, 53a...exposed surface, 54...brazing material, 60...conductive member, 61...first conductive member, 62... 2nd conductive member, 620... Main body part, 621... Extension part, 63... Base, 64a, 64b... Convex part, 64c... Joining member, 65... Plate material, 66... Metal layer, 67... Metal column, 68... Sealed pipe , 69...Liquid, 70...External connection terminal, 70A...Output terminal, 70N...Negative terminal, 70P...Positive terminal, 70S...Signal terminal, 80...Joining member

Claims (10)

セラミックを材料として構成され、表面および前記表面と板厚方向において反対の裏面を有する絶縁基材(51)と、前記表面に設けられた表面金属体(52)と、を有する配線基板(50)と、
前記表面との対向面に設けられた第1主電極(41C)と、前記対向面とは反対の面に設けられた第2主電極(41E)と、をそれぞれ有し、上下アーム回路を構成する複数の半導体素子(40)と、
前記第2主電極に接合された複数の導電部材(60)と、
を備え、
前記複数の半導体素子は、前記上下アーム回路の上アームを構成する上アーム素子(40H)と、下アームを構成する下アーム素子(40L)と、を含み、
前記表面金属体は、前記上アーム素子の前記第1主電極に接合された第1金属部(521)と、前記第1金属部とは電気的に分離された少なくともひとつの第2金属部(522)と、前記下アーム素子の前記第1主電極に接合された第3金属部(523)と、前記第1金属部、前記第2金属部、および前記第3金属部とは電気的に分離された少なくともひとつの第4金属部(524)と、を有し、
前記導電部材は、前記上アーム素子の前記第2主電極と前記第2金属部とに接合されるとともに、前記第3金属部に電気的に接続された第1導電部材(61)と、前記下アーム素子の前記第2主電極と前記第4金属部とに接合された第2導電部材(62)と、を含
前記第2金属部は、前記第3金属部と電気的に分離された、配線機能を提供しないダミー配線部であり、
前記第1導電部材は、前記表面金属体のうち、前記第2金属部および前記第3金属部に接合されている半導体装置。
A wiring board (50) that is made of ceramic and has an insulating base material (51) having a front surface and a back surface opposite to the front surface in the thickness direction, and a surface metal body (52) provided on the front surface. and,
A first main electrode (41C) provided on a surface opposite to the surface, and a second main electrode (41E) provided on a surface opposite to the opposing surface, forming an upper and lower arm circuit. a plurality of semiconductor elements (40),
a plurality of conductive members (60) joined to the second main electrode;
Equipped with
The plurality of semiconductor elements include an upper arm element (40H) forming an upper arm of the upper and lower arm circuit, and a lower arm element (40L) forming a lower arm,
The surface metal body includes a first metal part (521) joined to the first main electrode of the upper arm element, and at least one second metal part (521) electrically separated from the first metal part. 522), a third metal part (523) joined to the first main electrode of the lower arm element, the first metal part, the second metal part, and the third metal part are electrically connected to each other. at least one separated fourth metal part (524),
The conductive member is joined to the second main electrode and the second metal part of the upper arm element, and also includes a first conductive member (61) electrically connected to the third metal part; a second conductive member (62) joined to the second main electrode and the fourth metal part of the lower arm element;
The second metal part is a dummy wiring part that is electrically isolated from the third metal part and does not provide a wiring function,
In the semiconductor device, the first conductive member is joined to the second metal part and the third metal part of the surface metal body.
第1導電部材は、前記第1金属部と前記上アーム素子との積層体を跨ぐように配置され、
前記第1導電部材は、2つの前記第2金属部のそれぞれに接合されている請求項1に記載の半導体装置。
a first conductive member is arranged to straddle the stack of the first metal part and the upper arm element,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first conductive member is joined to each of the two second metal parts.
前記導電部材の厚みが、前記表面金属体よりも厚い請求項1または請求項2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the conductive member is thicker than the surface metal body. 前記表面金属体と、前記絶縁基材とが、直接接合されている請求項1~3いずれか1項に記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the surface metal body and the insulating base material are directly bonded. 前記表面金属体と、前記絶縁基材とが、活性金属を含むろう材(54)により接合されている請求項1~3いずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface metal body and the insulating base material are joined by a brazing material (54) containing an active metal. 前記配線基板は、前記裏面に設けられた裏面金属体(53)を有している請求項1~5いずれか1項に記載の半導体装置。 6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the wiring board has a back metal body (53 ) provided on the back surface. 前記導電部材の少なくともひとつは、熱伝導異方性を有しており、前記板厚方向に直交する方向の熱伝導率が、前記板厚方向の熱伝導率よりも高くなるように、配置されている請求項1~6いずれか1項に記載の半導体装置。 At least one of the electrically conductive members has heat conduction anisotropy, and is arranged such that the thermal conductivity in a direction perpendicular to the plate thickness direction is higher than the thermal conductivity in the plate thickness direction. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6 . 前記導電部材は、グラファイトを材料とする板材(65)と、前記導電部材において前記半導体素子側の表面に設けられた金属層(66)と、を有している請求項7に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7 , wherein the conductive member includes a plate material (65) made of graphite, and a metal layer (66) provided on a surface of the conductive member on the semiconductor element side. . 前記導電部材は、前記板材に形成された貫通孔内に金属が配置されてなる金属柱(67)を有している請求項8に記載の半導体装置。 9. The semiconductor device according to claim 8 , wherein the conductive member has a metal column (67) in which metal is placed in a through hole formed in the plate material. 前記導電部材の少なくともひとつは、密閉パイプ(68)と、前記密閉パイプ内に配置された液体(69)と、を有している請求項1~6いずれか1項に記載の半導体装置。 7. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the conductive members includes a sealed pipe (68) and a liquid (69) disposed within the sealed pipe.
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