WO2023074501A1 - 半導体モジュール - Google Patents

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隆宏 荒木
健 徳山
滋久 青柳
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    • H10W76/40—Fillings or auxiliary members in containers, e.g. centering rings
    • H10W76/42—Fillings

Definitions

  • the present invention relates to semiconductor modules.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which a heat dissipation member is arranged on the entire surface of a power module substrate and a power module.
  • a semiconductor module of the present invention comprises: a circuit body having a semiconductor element; a plurality of external terminals connected to the semiconductor element; a substrate having a power wiring layer connected to the plurality of external terminals; An insulating filling member covering a connection portion between the external terminal and the power wiring layer, a cooler having the circuit body and the substrate mounted on one side thereof, and disposed between the cooler and the substrate.
  • a heat dissipating member formed on the cooler, the heat dissipating member forming a frame so as to surround the outer periphery of the area in which the circuit body is mounted, and the inner periphery of the frame includes: The filling member is filled.
  • FIG. 1 is a top overall view of a substrate-integrated semiconductor module;
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' in FIG. 1;
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line B-B' of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a first modified example of FIG. 3 ;
  • FIG. 4 is a second example of FIG. 3;
  • FIG. 4 is a third modified example of FIG. 3;
  • a substrate-integrated semiconductor module 100 is a circuit module that constitutes a power conversion circuit of a power converter.
  • a semiconductor module 100 has a circuit body 1 , a power wiring layer 3 , a heat dissipation member 4 and a substrate 5 .
  • the board 5 is a resin printed board (control circuit board).
  • a heat radiating member 4 is formed in a sheet shape on the substrate 5 and is arranged so as to surround each circuit body 1 .
  • the power wiring layer 3 is connected to the circuit bodies 1 via the external terminals 2 of each circuit body 1 .
  • the heat dissipating member 4 is sheet-like is that a large amount of the heat dissipating member 4 is required corresponding to the amount of current in the main circuit section of the power converter.
  • the frame portion 4a is formed around the circuit body 1 and the external terminals 2 of the circuit body 1 by a large amount of the heat radiating member 4, so that the filling member filled around the circuit body 1 is filled. Leakage can be prevented.
  • the power wiring layer 3 is formed on the upper and lower surfaces of the substrate 5 .
  • the circuit body 1 is arranged on the inner peripheral side of the through hole 14 provided in the substrate 5 .
  • the side surface of the circuit body 1 is fixed to the substrate 5 via the insulating filling member 12, so that the vibration resistance is improved.
  • the circuit body 1 has a conductive member 9 and a semiconductor element 10 , each of which is covered with a sealing resin 11 . As a result, the semiconductor element 10 and the conductive member 9 are insulated from surrounding electrical components and protected from foreign matter.
  • an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) element, a MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) element, a diode element, or the like is used as the semiconductor element 10.
  • the semiconductor element 10 is electrically connected to the conductive member 9 via a connection wiring such as a bonding wire or a bonding material such as solder.
  • the conductive member 9 has external terminals 2 that connect the circuit body 1 to electrical components such as the substrate 5 .
  • the external terminals 2 are connected to the semiconductor element 10 and electrically connected to the power wiring layer 3 (lower side in the figure) of the substrate 5 by a bonding material such as solder.
  • the substrate 5 is composed of the power wiring layer 3 and an insulating resin layer.
  • the circuit body 1 is connected to other electrical components (not shown) through the external terminals 2 and the substrate 5 to form a power conversion circuit.
  • a filling member 12 is filled so as to cover the connecting portions between the circuit body 1 and the external terminals 2 and the power wiring layer 3 through the through holes 14 formed in the substrate 5 .
  • the filling member 12 is an insulating material such as resin, and when filled, insulates between the external terminal 2 of the circuit body 1 and between the power wiring layer 3 and the cooler 7 .
  • the filling state of the filling member 12 presence or absence of air bubbles, filling rate, etc.
  • the reliability of the filling result of the filling member 12 is high. can be improved.
  • a heat transfer member 13 is provided below the conductive member 9, and an insulating member 6 is provided further below.
  • the insulating member 6 is composed of a ceramic substrate, an insulating resin sheet, or the like, and is fixed to the cooler 7 by brazing or crimping.
  • the insulating member 6 is in contact with the heat radiating member 4 , the filling member 12 and the heat transfer member 13 at its upper side.
  • the heat dissipation member 4 is in contact with the power wiring layer 3 on the lower side of the substrate 5 . That is, the heat radiating member 4 is arranged between the substrate 5 and the cooler 7 , and the power wiring layer 3 and the cooler 7 are in contact with each other through the heat radiating member 4 and the insulating member 6 .
  • the power wiring layer 3 can dissipate heat to the coolant 8 flowing inside the cooler 7, and the temperature of the substrate 5 is reduced.
  • the heat radiating member 4 is made of a resin sheet or the like having high thermal conductivity and elasticity (stretchability) capable of following the steps and warpage of the substrate 5 .
  • the insulating member 6 is arranged between the cooler 7 and the circuit body 1 and between the cooler 7 and the board 5 to insulate between the cooler 7 and the circuit body 1 and between the cooler 7 and the board 5 .
  • the heat dissipation member 4 is formed on the cooler 7, the cooling effect of the circuit body 1 is enhanced through the filling member 12 filled in the inner region (the region surrounded by the frame portion 4a). be able to.
  • the area surrounded by the heat radiating member 4 forming the frame portion 4a on the insulating member 6 on the bottom surface is filled with the filling member 12 from the through hole 14 without any gap as described above, and the circuit body 1 is mounted.
  • a filling member 12 is filled so as to surround the outer periphery of the area.
  • the filling member 12 functions as a potting mold for the circuit body 1, and while the insulating coating material (filling member 12) is prevented from flowing out, the circuit body 1 is reliably insulated from the substrate 5 and the power wiring layer 3. be done. Therefore, it becomes possible to use a low-viscosity filling member 12 at the time of filling, and the filling process becomes easier than before.
  • a low-viscosity filling member is used, bubbles generated in the filling member 12 can be easily eliminated, and by suppressing the inclusion of bubbles, the insulation reliability of the semiconductor module 100 can be improved.
  • the filling member 12 is filled on the inner peripheral side of the frame portion 4a formed by the sheet-shaped heat radiating member 4. As shown in FIG. As a result, the necessary insulating distance between the external terminals 2 projecting from the same direction of the circuit body 1 and having different potentials is shortened, so that the external terminals 2 can be brought close to each other.
  • the entire integrated semiconductor module 100 can be miniaturized.
  • the cooler 7 is arranged as a cooler for the circuit body 1 and the substrate 5, and cools the circuit body 1 and the substrate 5 via the heat transfer member 13, the heat radiation member 4, or the insulating member 6.
  • the cooler 7 is made of a material with excellent thermal conductivity, such as aluminum or copper. Since the cooler 7 has fins or pins on the surface that contacts the coolant 8 , the surface area that contacts the coolant 8 can be increased, and the cooling performance of the cooler 7 can be improved.
  • the coolant 8 is liquid such as cooling water, and is pressure-fed from the outside to the flow path of the cooler 7 by a pump (not shown) and flows through the internal flow path of the cooler 7 .
  • the external terminals 2 and the power wiring layer 3 are arranged so that their parts are in contact with each other (Fig. 3).
  • the reason for this arrangement is that the width of the wiring layer 3 of the substrate 5 varies depending on the amount of current applied when making an actual circuit. This is because it is necessary to improve the degree of freedom of arrangement of 1. Therefore, a countermeasure is considered to prevent component displacement at the contact portion with the external terminal 2 by making the power wiring layer 3 partially thin and forming a stepped portion, while leaving the layer of the external terminal 2 as it is. can.
  • the circuit body 1 (external terminals 2) and the substrate 5 may be vertically shifted from each other in consideration of design convenience when arranging them.
  • the substrate 5 has a through-hole 14 , and is shaped to serve as a lid for the circuit body 1 by disposing a part of the substrate 5 so as to cover the circuit body 1 . Further, the through hole 14 is arranged on the inner peripheral side of the frame portion 4a formed by the heat radiating member 4. As shown in FIG. This facilitates adjustment of the filling amount of the filling member 12 and improves the reliability of setting the filling member 12 to an appropriate amount. Also, by providing a plurality of through-holes 14, the filling speed can be improved and the removal of air bubbles can be facilitated.
  • the fixing member 15 fastens the substrate 5 and the cooler 7 through a fixing hole provided in the substrate 5 and a fixing hole provided in the cooler 7 for passing the fixing member 15 .
  • a bolt, a screw, or the like is used as the fixing member 15 .
  • the fixing member 15 is arranged on the inner peripheral side of the frame portion 4 a formed by the heat radiating member 4 . By arranging the fixing member 15 near the heat radiating member 4, it is possible to improve the adhesion between the substrate 5 and the heat radiating member 4 and between the insulating member 6 and the heat radiating member 4, thereby suppressing the outflow of the filling member 12. can be done. Further, the through hole 14 of the insulating member 6 generated (formed) by the fixing member 15 is filled with the filling member 12, and the cooler 7 and the substrate 5 are insulated, and the cooler 7 and the circuit body 1 are each insulated.
  • the cooler 7 is arranged not only on the lower surface of the circuit body 1 but also on the upper surface thereof, and cools both sides of the semiconductor element 10 of the circuit body 1 .
  • the cooler arranged on the upper surface is a cooler 7a.
  • the second insulating member 6a in contact with the cooler 7a is made of a ceramic substrate, an insulating resin sheet, or the like, and is fixed to the second cooler 7a by brazing or crimping.
  • the second insulating member 6a is arranged between the second cooler 7a and the circuit body 1, and between the second cooler 7a and the substrate 5, so that the second cooler 7a and the circuit body 1 and the second cooler 7a and the substrate 5 are insulated from each other.
  • the second heat transfer member 13a is arranged between the circuit body 1 and the second insulating member 6a, and heat dissipation grease or the like having high heat conductivity and capable of suppressing contact heat resistance is used.
  • the second cooler 7a is arranged at a position not overlapping the through hole 14 of the substrate 5 filled with the filling member 12 .
  • the filling member 12 can be filled with the cooler 7 and the second cooler 7a attached to the substrate 5 and the circuit body 1, and the filling state of the filling member 12 can be visually confirmed.
  • the semiconductor module 100 includes a circuit body 1 having a semiconductor element 10 and a plurality of external terminals 2 connected to the semiconductor element 10, and a substrate having a power wiring layer 3 connected to the plurality of external terminals 2. 5, an insulating filling member 12 covering the connecting portions between the plurality of external terminals 2 and the power wiring layer 3, a cooler 7 on which the circuit body 1 and the substrate 5 are mounted on one surface side, and a cooler 7 and a heat dissipating member 4 arranged between the substrate 5, the heat dissipating member 4 forming a frame portion 4a so as to surround the outer periphery of the area where the circuit body 1 is mounted on the cooler 7, The inner peripheral side of the frame portion 4a is filled with the filling member 4. As shown in FIG. By doing so, it is possible to provide the semiconductor module 100 that achieves both improved cooling performance of the substrate 5 and increased wiring density of the terminal portion.
  • the substrate 5 has a through hole 14 for filling the filling member 12 on the inner peripheral side of the frame portion 4a.
  • the circuit body 1 is arranged inside the through hole 14 provided in the substrate. By doing so, the circuit body 1 is insulated from surrounding electrical components and protected from foreign matter by the filling member 12 that fills the through holes 14 .
  • the substrate 5 has a shape that serves as a lid for the circuit body 1, and the filling member 12 from the through holes 14 provided in the remaining substrate 5 is easily filled, and the reliability of the filling result is increased. improve sexuality.
  • a fixing member 15 for fastening the substrate 5 and the cooler 7 is provided, and the fixing member 15 is arranged on the inner peripheral side of the frame portion 4a. By doing so, it is possible to improve the adhesion between the substrate 5 and the heat radiating member 4 and between the insulating member 6 and the heat radiating member 4 , thereby suppressing the outflow of the filling member 12 . Further, the through hole 14 of the insulating member 6 generated (formed) by the fixing member 15 is filled with the filling member 12, and the cooler 7 and the substrate 5 are insulated, and the cooler 7 and the circuit body 1 are each insulated.
  • a second cooler 7 a is provided on the upper surface of the circuit body 1 , and the second cooler 7 a is arranged at a position not overlapping the through hole 14 of the substrate 5 filled with the filling member 12 . Since the circuit body 1 is also cooled from the upper surface by doing so, the temperature rise of the semiconductor element inside the circuit body 1 is further suppressed, and the reliability of the circuit body 1 is improved. In addition, the filling member 12 can be filled with the cooler 7 and the second cooler 7a attached to the substrate 5 and the circuit body 1, and the filling state of the filling member 12 can be visually confirmed.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and other configurations can be combined without departing from the scope of the invention. Moreover, the present invention is not limited to those having all the configurations described in the above embodiments, and includes those having some of the configurations omitted.
  • circuit body 2 external terminal 3: power wiring layer 4: heat dissipation member 4a: frame 5: substrate 6: insulating member 6a: second insulating member 7: cooler 7a: second cooler 8: refrigerant 9: conductive Thermal member 10: Semiconductor element 11: Sealing resin 12: Filling member 13: Heat transfer member 13a: Second heat transfer member 14: Through hole 15: Fixing member 100: Substrate integrated semiconductor module

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

半導体モジュールは、半導体素子と、前記半導体素子と接続される複数の外部端子と、を有する回路体と、前記複数の外部端子と接続される電力配線層を有する基板と、前記複数の外部端子と前記電力配線層との接続部を覆う絶縁性の充填部材と、一方の面側に前記回路体および前記基板が搭載される冷却器と、前記冷却器と前記基板との間に配置される放熱部材と、を備え、前記放熱部材は、前記冷却器上において、前記回路体が搭載される領域の外周を囲むように枠部を形成し、前記枠部の内周側には、前記充填部材が充填される。

Description

半導体モジュール
　本発明は、半導体モジュールに関する。
　本願発明の背景技術として、下記の特許文献１では、パワーモジュール用基板及びパワーモジュールにおいて、放熱部材が全面に配置されている構成が開示されている。
特許６４８１４０９号公報
　大電流化に向けた基板冷却性能の向上と、生産性向上に向けたパワーモジュール部の個別パッケージ化との観点を考慮すると、特許文献１の技術では、半導体モジュールと基板の高さが異なることによる同時冷却が難しく、さらに、スプレー塗布可能な絶縁コーティングを用いた場合は低粘度のため厚膜化（高耐圧化）が難しく、基板下面側は絶縁コーティングを充填するためのポッティング型も配置困難である課題が生まれる。これを踏まえて本発明では、基板の冷却性能向上と端子部配線の高密度化を両立した半導体モジュールを提供することが目的である。
　本発明の半導体モジュールは、半導体素子と、前記半導体素子と接続される複数の外部端子と、を有する回路体と、前記複数の外部端子と接続される電力配線層を有する基板と、前記複数の外部端子と前記電力配線層との接続部を覆う絶縁性の充填部材と、一方の面側に前記回路体および前記基板が搭載される冷却器と、前記冷却器と前記基板との間に配置される放熱部材と、を備え、前記放熱部材は、前記冷却器上において、前記回路体が搭載される領域の外周を囲むように枠部を形成し、前記枠部の内周側には、前記充填部材が充填される。
　基板の冷却性能向上と端子部配線の高密度化を両立した半導体モジュールを提供できる。
基板一体型半導体モジュールの上方全面図である。 図１のＡ－Ａ’断面図である。 図１のＢ－Ｂ’断面図である。 図３の第１変形例である。 図３の第２形例である。 図３の第３変形例である。
（本発明の一実施形態と全体構成）
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
　図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
（図１）
　基板一体型の半導体モジュール１００は、電力変換装置の電力変換回路を構成する回路モジュールである。半導体モジュール１００は、回路体１、電力配線層３、放熱部材４、基板５を有している。基板５は、樹脂状のプリント基板（制御回路基板）である。基板５の上には放熱部材４がシート状に形成されており、それぞれの回路体１を囲うような配置である。電力配線層３は、それぞれの回路体１が有する外部端子２を介して回路体１に接続している。
　放熱部材４がシート状であるのは、電力変換装置の主回路部の電流量に対応して、多量の放熱部材４が必要になるためである。後述で詳細を説明するが、多量の放熱部材４によって回路体１および回路体１が有する外部端子２の周囲に枠部４ａが形成されることで、回路体１周囲に充填される充填部材の漏れを防ぐことができる。
（図２、図３）
　電力配線層３は、基板５の上下面に形成されている。回路体１は、基板５に設けられた貫通孔１４の内周側に配置されている。回路体１は、絶縁性の充填部材１２を介してその側面が基板５に固定されていることで、耐振性が向上している。回路体１は、導電性部材９、半導体素子１０、を有しており、それぞれが封止樹脂１１で覆われている。これにより、半導体素子１０と導電性部材９が周囲の電気部品に対して絶縁されるとともに、異物から保護される。
　半導体素子１０は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）素子、ダイオード素子などが用いられる。半導体素子１０は、ボンディングワイヤーなどの接続配線や、はんだなどの接合材を介して導電性部材９と電気的に接続されている。
　導電性部材９は、回路体１を基板５などの電気部品と接続する外部端子２を有する。外部端子２は半導体素子１０と接続され、はんだなどの接合材により基板５の電力配線層３（図では下方側）と電気的に接続される。基板５は、電力配線層３と、絶縁樹脂層と、によって構成されている。回路体１は、外部端子２と基板５を介して図示されていないほかの電気部品と接続され、電力変換回路を構成する。
　基板５に形成された貫通孔１４により、回路体１や外部端子２と電力配線層３の接続部を覆うように充填部材１２が充填される。充填部材１２は、樹脂などの絶縁材であり、充填されることで、回路体１の外部端子２との間や、電力配線層３と冷却器７との間が絶縁される。この充填部材１２の充填状態（気泡の有無、充填率等）は、貫通孔１４があることで基板５の上面から容易に確認することが可能となるため、充填部材１２の充填結果の信頼性を向上させることができる。
　導電性部材９の下方には伝熱部材１３が設けられ、さらに下方には絶縁部材６が設けられている。絶縁部材６は、セラミック基板や絶縁樹脂シートなどにより構成され、冷却器７にろう付けや圧着により固定される。絶縁部材６は、上方を放熱部材４と充填部材１２と伝熱部材１３と、接している。放熱部材４は、基板５において下方側の電力配線層３と接している。つまり、放熱部材４は、基板５と冷却器７の間に配置されており、さらに、電力配線層３と冷却器７は、放熱部材４と絶縁部材６を介して接している。これにより、電力配線層３は冷却器７の内部に流れる冷媒８に放熱することができ、基板５の温度が低減される。
　伝熱部材１３は、熱伝導率が高く、接触熱抵抗も抑制できる放熱グリスなどが用いられる。放熱部材４は、熱伝導率が高く、かつ基板５の段差や反りに追従可能な弾性（伸縮性）を有す樹脂シートなどにより構成される。
　また、絶縁部材６は、冷却器７と回路体１および冷却器７と基板５の間に配置されることで、冷却器７と回路体１および冷却器７と基板５の間を絶縁する。また、放熱部材４は、冷却器７上に形成されていることで、内側の領域（枠部４ａで囲まれた領域）に充填された充填部材１２を介した回路体１の冷却効果を高めることができる。
　底面の絶縁部材６の上に枠部４ａを形成している放熱部材４によって囲われた領域に、前述したように貫通孔１４から隙間なく充填部材１２が充填され、回路体１が搭載される領域の外周を囲むように充填部材１２で満たされる。これにより、充填部材１２が回路体１のポッティング型として機能し、絶縁コーティング材（充填部材１２）の流出が防がれつつ、基板５および電力配線層３に対して回路体１が確実に絶縁される。そのため、充填の際には低粘度の充填部材１２を用いることができるようになり、従来よりも充填プロセスが容易となる。低粘度の充填部材を用いた場合、充填部材１２内に生じる気泡の消泡が容易となり、気泡の混入を抑制することで半導体モジュール１００の絶縁信頼性を向上させることができる。
　充填部材１２は、シート状の放熱部材４により形成される枠部４ａの内周側に充填されている。これにより、回路体１の同方向から突出する電位が異なる外部端子２同士の間において、必要な絶縁距離が短縮されるため、外部端子２同士を近接させることが可能となり、回路体１および基板一体半導体モジュール１００全体を小型化することができる。
　これについて、回路体１から同方向に突出している２つの外部端子２の間の幅は、電圧が高いことやそれぞれの外部端子２は異なる電圧の信号であり絶縁が必要であることを考慮すると、たとえば３ｍｍ～４ｍｍ程度開ける必要がある。しかしながら、本発明のように放熱部材４によって囲われた領域に充填部材１２が隙間なく満たされることで、２つの端子の間の幅をさらに狭めても絶縁距離を保つことが可能になり、小型化に貢献できる。
　冷却器７は、回路体１と基板５の冷却器として配置され、伝熱部材１３、または放熱部材４、または絶縁部材６、を介して回路体１と基板５を冷却する。冷却器７は、アルミや銅などの熱伝導性に優れる材料で構成される。冷却器７は、冷媒８と接触する面にフィンやピンを設けていることで、冷媒８との接触する表面積を増加させ、冷却器７の冷却性能を向上させることができる。冷媒８は、冷却水などの液体であり、図示されていないポンプにより外部から冷却器７の流路まで圧送され、冷却器７の内部流路を流れる。
　外部端子２と電力配線層３は、それぞれの一部が接触するように配置されている（図３）。このように配置する理由は、実際の回路を作る上で、流す電流量によって基板５の配線層３の幅が変わるため、回路体１の配置は場所によっては離れたりすることがあり、回路体１の配置自由度を向上させる必要があるためである。そのため、電力配線層３が一部薄くなるようにして一部を段差状にすることで、外部端子２の層はそのままに、外部端子２との接触部分において部品ずれを防止する対応策を検討できる。なお、配置の際に設計の都合を踏まえて、回路体１（外部端子２）と基板５とを上下にずらして配置してもよい。
（第１変形例）
（図４）
　基板５は、貫通孔１４を有し、基板５の一部が回路体１を覆うように配置されることで、回路体１に対して蓋になるような形状である。また、貫通孔１４は、放熱部材４により形成される枠部４ａの内周側に配置される。これにより、充填部材１２の充填量の調整が容易になり、充填部材１２を適量にする信頼度が向上する。また複数の貫通孔１４を設けることにより充填速度を向上させ、さらに気泡の除去が容易となる。
（第２変形例）
（図５）
　固定部材１５は、固定部材１５を通すために基板５に設けられた固定穴と冷却器７に設けられた固定穴とを通して、基板５と冷却器７を締結する。固定部材１５はボルトやねじなどが用いられる。固定部材１５は、放熱部材４により形成される枠部４ａの内周側に配置される。固定部材１５は、放熱部材４の近傍に配置することによって、基板５と放熱部材４および絶縁部材６と放熱部材４の密着性を向上させることが可能となり、充填部材１２の流出を抑制することができる。また、固定部材１５により生じる（形成される）絶縁部材６の貫通孔１４が充填部材１２により充填され、冷却器７と基板５および冷却器７と回路体１はそれぞれ絶縁される。
（第３変形例）
（図６）
　冷却器７は、回路体１の下面だけでなく上面にも配置され、回路体１の半導体素子１０を両面冷却する。上面に配置された冷却器は冷却器７ａとする。冷却器７ａと接している第２絶縁部材６ａは、セラミック基板や絶縁樹脂シートなどにより構成され、第２冷却器７ａにろう付けや圧着により固定される。第２絶縁部材６ａは、第２冷却器７ａと回路体１、および第２冷却器７ａと基板５との間に配置されることで、第２冷却器７ａと回路体１および第２冷却器７ａと基板５との間をそれぞれ絶縁する。第２伝熱部材１３ａは、回路体１と第２絶縁部材６ａの間に配置され、熱伝導率が高く、接触熱抵抗も抑制できる放熱グリスなどが用いられる。第２冷却器７ａは、充填部材１２が充填される基板５の貫通孔１４と重ならない位置に配置される。
　これにより、回路体１が上面からも冷却されるため、回路体１内部の半導体素子の温度上昇がさらに抑制され、回路体１の信頼性が向上する。また、冷却器７と第２冷却器７ａを基板５および回路体１に組み付けた状態で充填部材１２の充填が可能となり、さらに、充填部材１２の充填状態の目視確認も可能となる。
　以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）半導体モジュール１００は、半導体素子１０と、半導体素子１０と接続される複数の外部端子２と、を有する回路体１と、複数の外部端子２と接続される電力配線層３を有する基板５と、複数の外部端子２と電力配線層３との接続部を覆う絶縁性の充填部材１２と、一方の面側に回路体１および基板５が搭載される冷却器７と、冷却器７と基板５との間に配置される放熱部材４と、を備え、放熱部材４は、冷却器７上において、回路体１が搭載される領域の外周を囲むように枠部４ａを形成し、枠部４ａの内周側には、充填部材４が充填される。このようにしたことで、基板５の冷却性能向上と端子部配線の高密度化を両立した半導体モジュール１００を提供できる。
（２）基板５は、枠部４ａの内周側に充填部材１２を充填するための貫通孔１４を有する。このようにしたことで、充填部材１２の充填結果の信頼性を向上させることができる。
（３）回路体１が基板に設けられた貫通孔１４の内側に配置されている。このようにしたことで、回路体１は、貫通孔１４に充填される充填部材１２によって、周囲の電気部品に対して絶縁されるとともに、異物から保護される。
（４）基板５の一部が回路体１を覆うように配置されている。このようにしたことで、基板５が回路体１に対して蓋になるような形状になり、残りの基板５に設けられた貫通孔１４からの充填部材１２が充填されやすく、充填結果の信頼性が向上する。
（５）基板５と冷却器７とを締結する固定部材１５を備え、固定部材１５は、枠部４ａの内周側に配置されている。このようにしたことで、基板５と放熱部材４および絶縁部材６と放熱部材４の密着性を向上させることが可能となり、充填部材１２の流出を抑制することができる。また、固定部材１５により生じる（形成される）絶縁部材６の貫通孔１４が充填部材１２により充填され、冷却器７と基板５および冷却器７と回路体１はそれぞれ絶縁される。
（６）回路体１の上面には第２冷却器７ａを備え、第２冷却器７ａは、充填部材１２が充填される基板５の貫通孔１４とは重ならない位置に配置される。このようにしたことで、回路体１が上面からも冷却されるため、回路体１内部の半導体素子の温度上昇がさらに抑制され、回路体１の信頼性が向上する。また、冷却器７と第２冷却器７ａを基板５および回路体１に組み付けた状態で充填部材１２の充填が可能となり、さらに、充填部材１２の充填状態の目視確認も可能となる。
　なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や他の構成を組み合わせることができる。また本発明は、上記の実施形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。
１：回路体
２：外部端子
３：電力配線層
４：放熱部材
　４ａ：枠部
５：基板
６：絶縁部材
　６ａ：第２絶縁部材
７：冷却器
　７ａ：第２冷却器
８：冷媒
９：導電性部材
１０：半導体素子
１１：封止樹脂
１２：充填部材
１３：伝熱部材
　１３ａ：第２伝熱部材
１４：貫通孔
１５：固定部材
１００：基板一体半導体モジュール

Claims (6)

  1. 　半導体素子と、前記半導体素子と接続される複数の外部端子と、を有する回路体と、
    　前記複数の外部端子と接続される電力配線層を有する基板と、
    　前記複数の外部端子と前記電力配線層との接続部を覆う絶縁性の充填部材と、
    　一方の面側に前記回路体および前記基板が搭載される冷却器と、
    　前記冷却器と前記基板との間に配置される放熱部材と、を備え、
    　前記放熱部材は、前記冷却器上において、前記回路体が搭載される領域の外周を囲むように枠部を形成し、
    　前記枠部の内周側には、前記充填部材が充填される
    　半導体モジュール。
  2. 　請求項１に記載の半導体モジュールであって、
    　前記基板は、前記枠部の内周側に前記充填部材を充填するための貫通孔を有する
    　半導体モジュール。
  3. 　請求項２に記載の半導体モジュールであって、
    　前記回路体が前記基板に設けられた前記貫通孔の内側に配置された
    　半導体モジュール。
  4. 　請求項３に記載の半導体モジュールであって、
    　前記基板の一部が前記回路体を覆うように配置された
    　半導体モジュール。
  5. 　請求項１に記載の半導体モジュールであって、
    　前記基板と前記冷却器とを締結する固定部材を備え、
    　前記固定部材は、前記枠部の内周側に配置された
    　半導体モジュール。
  6. 　請求項１に記載の半導体モジュールであって、
    　前記回路体の上面には第２冷却器を備え、
    　前記第２冷却器は、前記充填部材が充填される前記基板の貫通孔とは重ならない位置に配置される
    　半導体モジュール。
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