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半導体モジュールおよび半導体スイッチ

国内特許コード P160012763
整理番号 S2014-1036-N0
掲載日 2016年2月5日
出願番号 特願2014-109072
公開番号 特開2015-225918
出願日 平成26年5月27日(2014.5.27)
公開日 平成27年12月14日(2015.12.14)
発明者
  • 岡村 勝也
  • 高山 健
  • 和気 正芳
出願人
  • 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構
発明の名称 半導体モジュールおよび半導体スイッチ
発明の概要 【課題】放熱性能を従来よりも向上させた半導体モジュールを提供する。
【解決手段】ドレイン面側熱拡散部材41は、半導体素子のドレイン電極に電気的に接続された導体ブロック41aを有する。ゲート・ソース面側熱拡散部材42は、半導体素子のソース電極に電気的に接続された導体ブロック42aと、導体ブロック42aから絶縁され且つ半導体素子のゲート電極に電気的に接続された導体ピン42bと、を有する。半導体素子の一方の面側に配置された配線基板20は、ドレイン面側熱拡散部材41の導体ブロック41aに電気的に接続されたドレイン配線22を有する。半導体素子の他方の面側に配置された配線基板60は、ゲート・ソース面側熱拡散部材42の導体ブロック42aに接続された中間配線62と、導体ピン42bに接続されたゲート配線63とを有する。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


パワートランジスタ等のパワーデバイスは、高圧および大電流にて駆動されるパワースイッチやインバータなどの用途に好適に用いられる。パワーデバイスは、通常大量の熱を発生させることから、パワーデバイスから発せられた熱を効率的に外部に放出させることが重要である。



パワーデバイスの放熱性を高めるための技術として、複数のパワーデバイスの上面側と下面側に接触する両面ヒートシンクを備えたパワー半導体パッケージが知られている。

産業上の利用分野


開示の技術は、半導体モジュールおよび半導体スイッチに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
第1の面に第1の電極を有し、前記第1の面とは反対側の第2の面に第2の電極および制御電極を有し、前記制御電極に供給される制御信号に応じて前記第1の電極と前記第2の電極との間を導通させる半導体素子と、
前記半導体素子の前記第1の面に接合され、前記第1の電極に電気的に接続された導体部分を有する第1の熱拡散部材と、
前記半導体素子の前記第2の面に接合され、前記第2の電極に電気的に接続された第1の導体部分および前記第1の導体部分から絶縁され且つ前記制御電極に電気的に接続された第2の導体部分を有する第2の熱拡散部材と、
前記第1の熱拡散部材の前記半導体素子との接合面とは反対側の面に接合された少なくとも1層の配線基板であって、前記第1の熱拡散部材の前記導体部分に電気的に接続された第1の配線を有する第1の配線基板と、
前記第2の熱拡散部材の前記半導体素子との接合面とは反対側の面に接合された少なくとも1層の配線基板であって、前記第2の熱拡散部材の前記第1の導体部分に電気的に接続された第2の配線および前記第2の熱拡散部材の前記第2の導体部分に電気的に接続された第3の配線を有する第2の配線基板と、
を含む半導体モジュール。

【請求項2】
前記第2の熱拡散部材の前記第1の導体部分は、前記半導体素子との接合面と前記第2の配線基板との接合面との間を貫通する貫通孔を有し、
前記第2の熱拡散部材の前記第2の導体部分は、前記貫通孔内に設けられ、一方の端部が前記半導体素子との接合面に表出し、他方の端部が前記第2の配線基板との接合面に表出した柱状体である
請求項1に記載の半導体モジュール。

【請求項3】
前記第1の配線基板は、前記第2の配線に対向し且つ前記半導体素子の導通に伴って前記第2の配線に流れる電流の方向とは逆方向の電流が流れる配線部分を有する
請求項1または請求項2に記載の半導体モジュール。

【請求項4】
前記第1の配線基板および前記第2の配線基板の間に設けられ、前記半導体素子に電気的に接続された少なくとも1つの他の半導体素子を含み、
前記他の半導体素子は、一方の面に接合された熱拡散部材および他方の面に接合された熱拡散部材を介して前記第1の配線基板の前記配線部分および前記第2の配線基板の前記第2の配線に電気的に接続されている
請求項3に記載の半導体モジュール。

【請求項5】
前記半導体素子は、トランジスタであり、
前記他の半導体素子は、前記第2の配線を介して前記半導体素子に直列接続されたトランジスタを含む
請求項4に記載の半導体モジュール。

【請求項6】
前記第2の配線に接続された2つの端子が前記第2の配線基板から互いに逆方向に引き出されている
請求項5に記載の半導体モジュール。

【請求項7】
前記半導体素子および前記他の半導体素子を含む複数の半導体素子が前記第1の配線基板および前記第2の配線基板の中心点に対して点対称となるように配置されている
請求項4から請求項6のいずれか1項に記載の半導体モジュール。

【請求項8】
前記第1の配線基板および前記第2の配線基板は、それぞれ、両面に略同じ厚さ且つ略同面積の導体からなる配線を有する
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の半導体モジュール。

【請求項9】
前記第1の配線基板および前記第2の配線基板は、それぞれ、2層の配線基板によって構成され、前記2層の配線基板のうちの前記半導体素子から近い側に配置された配線基板の配線を形成する導体の厚さが、前記2層の配線基板のうちの前記半導体素子から遠い側に配置された配線基板の配線を形成する導体の厚さよりも厚い
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の半導体モジュール。

【請求項10】
前記第1の配線基板と前記第2の配線基板との間に熱伝導性および絶縁性を有する固体粒子を含有するゲル状の樹脂が充填されている
請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の半導体モジュール。

【請求項11】
前記固体粒子はダイアモンドパウダーである
請求項10に記載の半導体モジュール。

【請求項12】
前記固体粒子は、粒径が異なる少なくとも2種類の粒子を含む
請求項10または請求項11に記載の半導体モジュール。

【請求項13】
前記半導体素子および前記少なくとも1つの他の半導体素子を含む複数の半導体素子に電力を供給するための第1の端子および第2の端子を更に含み、
前記第1の端子および前記第2の端子は、前記第1の配線基板または前記第2の配線基板から互いに同じ方向に異なる引き出し長さで引き出され、前記第1の配線基板および前記第2の配線基板の主面と交差する方向に曲げられている
請求項5に記載の半導体モジュール。

【請求項14】
請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の半導体モジュールを複数備え、当該複数の半導体モジュールをヒートシンクを間に挟んで積層するとともに、当該複数の半導体モジュールの各々の前記半導体素子を直列接続して構成された直列ユニットを含む
半導体スイッチ。

【請求項15】
前記直列ユニットを複数備え、当該複数の直列ユニットを構成する複数の半導体モジュールがマトリックスアレイを形成するように、各直列ユニットを構成する複数の半導体モジュールの各々を、他の直列ユニットを構成する対応する半導体モジュールの各々と並列接続して構成された
請求項14に記載の半導体スイッチ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014109072thum.jpg
出願権利状態 公開
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