(57)【要約】【課題】本明細書では、基板基材が熱によって劣化することを抑制することができる構造の半導体モジュールを開示する。【解決手段】半導体モジュール２は、基板基材４内にＩＧＢＴ１０、ダイオード２０、プリント配線３０〜４４、及び、断熱部５０が配置されて形成されている。ＩＧＢＴ１０とダイオード２０は、基板基材４内に並べて配置されている。プリント配線３０は、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０と接続されている。同様に、プリント配線３４、３６は、ＩＧＢＴ１０と接続されている。また、プリント配線３８は、ダイオード２０と接続されている。プリント配線３０〜４４の一部は、基板基材４の表面に露出している。断熱部５０は、ＩＧＢＴ１０と基板基材４との間、ダイオード２０と基板基材４との間、及び、プリント配線３０、３４、３６、３８と基板基材４との間に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板基材と、
基板基材の内部に配置されている半導体素子と、
前記半導体素子に接続され、前記基板基材を貫通して前記基板基材の表面にまで伸びる導電部と、
前記半導体素子と前記基板基材との間、及び、前記導電部と前記基板基材との間に配置されている断熱部と、を有する半導体モジュール。
【請求項２】
前記断熱部は、当該断熱部が伸びる方向に沿って伸びる高熱伝導部材と、高熱伝導部材の表面を被覆し、高熱伝導部材より熱伝導率が低い低熱伝導部材とを含んでおり、
前記高熱伝導部材は、前記断熱部が伸びる方向への熱伝導率が、前記断熱部が伸びる方向と直交する方向への熱伝導率よりも低い、請求項１に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、電子素子と、電子素子に接続されている回路パターンとが基板基材内に内蔵されている半導体モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１９８９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の半導体モジュールでは、電子素子の作動時に電子素子が発する熱によって、電子素子及び回路パターンが高温となる場合がある。その場合に、電子素子及び回路パターンの周囲に配置されている基板基材が熱によって劣化するおそれがある。
【０００５】
本明細書では、基板基材が熱によって劣化することを抑制することができる半導体モジュールを開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示する半導体モジュールは、基板基材と、基板基材の内部に配置されている半導体素子と、半導体素子に接続され、基板基材を貫通して基板基材の表面にまで伸びる導電部と、半導体素子と基板基材との間、及び、導電部と基板基材との間に配置されている断熱部と、を有する。
【０００７】
上記の半導体モジュールでは、半導体素子と基板基材との間、及び、導電部と基板基材との間に断熱部が配置されている。そのため、半導体素子及び導電部が高温になる場合であっても、断熱部によって基板基材に熱が伝わりにくくなる。そのため、基板基材が熱によって劣化することを抑制することができる。
【０００８】
前記断熱部は、当該断熱部が伸びる方向に沿って伸びる高熱伝導部材と、高熱伝導部材の表面を被覆し、高熱伝導部材より熱伝導率が低い低熱伝導部材とを含んでいてもよい。高熱伝導部材は、断熱部が伸びる方向への熱伝導率が、断熱部が伸びる方向と直交する方向への熱伝導率よりも低くてもよい。この構成によると、半導体素子及び導電部が高温になる場合であっても、半導体素子及び導電部から、基板基材に熱がより伝わり難くなる。その結果、基板基材が熱によって劣化することをより効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施例の半導体モジュールを模式的に示す断面図。
【図２】第２実施例の半導体モジュールを模式的に示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施例）
図１に示すように、本実施例の半導体モジュール２は、基板基材４内に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１０、ダイオード２０、プリント配線３０〜４４、及び、断熱部５０の各要素が配置されて形成されている。ＩＧＢＴ１０とダイオード２０は、基板基材４内に並べて配置されている。プリント配線３０は、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０と接続されている。プリント配線３４、３６は、ＩＧＢＴ１０と接続されている。また、プリント配線３８は、ダイオード２０と接続されている。プリント配線３０〜４４の一部は、基板基材４の表面に露出している。断熱部５０は、ＩＧＢＴ１０と基板基材４との間、ダイオード２０と基板基材４との間、及び、プリント配線３０、３４、３６、３８と基板基材４との間にそれぞれ配置されている。以下、各部材について詳しく説明する。
【００１１】
基板基材４は、本実施例の半導体モジュール２の基板を構成するための基材である。基板基材４は、上記のＩＧＢＴ１０、ダイオード２０、各プリント配線３０〜４４、及び、断熱部５０を内蔵している。本実施例では、基板基材４には、ＦＲ−４（ガラス繊維製の布材にエポキシ樹脂を含ませて熱硬化処理を行ったもの）が用いられている。図１に示すように、基板基材４は、上記のＩＧＢＴ１０、ダイオード２０、各プリント配線３０〜４４、及び、断熱部５０の周囲を覆うように配置（形成）されている。
【００１２】
ＩＧＢＴ１０は、縦型のＩＧＢＴである。ＩＧＢＴ１０は、半導体基板１１の表面（図中の上面）にエミッタ電極１２及びゲート電極パッド１４を備え、半導体基板１１の裏面（図中の下面）にコレクタ電極１６を備える。本実施例では、半導体基板１１には、ＳｉＣ基板が用いられている。また、エミッタ電極１２、ゲート電極パッド１４、コレクタ電極１６には、それぞれ、Ａｌが用いられている。半導体基板１１には、図示しない半導体素子構造が形成されている。エミッタ電極１２は、半導体基板１１の表面側に形成されたエミッタ領域（図示省略）にオーミック接続している。ゲート電極パッド１４は、半導体基板１１の表面側に形成されたゲート電極（図示省略）に電気的に接続されている。コレクタ電極１６は、半導体基板１１の裏面側に形成されたコレクタ領域（図示省略）にオーミック接続している。ＩＧＢＴ１０は、スイッチング素子として機能する。本実施例では、ＩＧＢＴ１０が動作すると、ＩＧＢＴ１０が高温になる場合がある。
【００１３】
ダイオード２０は、縦型のダイオード素子である。本実施例では、ダイオード２０は、基板基材４内で、上記のＩＧＢＴ１０と並べて配置されている。ダイオード２０は、半導体基板２１の表面（図中の上面）にアノード電極２２を備え、裏面（図中の下面）にカソード電極２４を備える。本実施例では、半導体基板２１にはＳｉＣ基板が用いられている。半導体基板２１には、図示しない半導体素子構造が形成されている。アノード電極２２は、半導体基板２１の表面側（図中の上面側）に形成されたアノード領域（図示省略）にオーミック接続している。カソード電極２４は、半導体基板２１の裏面側（図中の下面側）に形成されたカソード領域（図示省略）にオーミック接続している。本実施例では、ダイオード２０が動作すると、ダイオード２０が高温になる場合がある。
【００１４】
プリント配線３０〜４４は、いずれも、導電性部材によって形成された部材である。本実施例では、プリント配線３０〜４４には、Ｃｕが用いられている。他の例では、プリント配線３０〜４４には、Ｗ等を用いることもできる。
【００１５】
プリント配線３０は、基部３０ａ及び貫通ビア部３０ｂ、３０ｃを有する。基部３０ａは、板状であって、その表面（図中の上面側）が、ＩＧＢＴ１０のコレクタ電極１６と、ダイオード２０のカソード電極２４とに電気的に接続される。基部３０ａの一端（図中の左側端部）は、基板基材４を貫通して基板基材４の側面（図中の左側面）に露出する。なお、基部３０ａの他端（図中の右側端部）は、断熱部５０によって覆われている。貫通ビア部３０ｂ、３０ｃは、基部３０ａの裏面（図中の下面側）に対して直交する向きに設けられている。貫通ビア部３０ｂ、３０ｃの端部（図中の下端部）は、基板基材４を貫通して基板基材４の裏面（図中の下側面）に露出する。
【００１６】
プリント配線３２は、図示しない位置において、図示しない他のプリント配線や素子等と接続されている。プリント配線３２は、ＩＧＢＴ１０とダイオード２０のいずれにも接続されていない。そのため、本実施例では、プリント配線３２の周囲には断熱部５０が配置されていない。
【００１７】
プリント配線３４は、基部３４ａ及び貫通ビア部３４ｂを有する。基部３４ａは、その裏面（図中の下面）がＩＧＢＴ１０のエミッタ電極１２に電気的に接続される。基部３４ａに対して直交する向きに設けられている貫通ビア部３４ｂの端部（図中の上端部）は、基板基材４を貫通して基板基材４の表面（図中の上面）に露出する。
【００１８】
プリント配線３６は、一端（図中の下端部）がゲート電極パッド１４と接続されている。プリント配線３６は、ゲート電極パッド１４に対して直交する方向に伸びている。プリント配線３６の他端（図中の上端部）は、基板基材４を貫通して基板基材４の表面（図中の上面）に露出する。
【００１９】
プリント配線３８は、基部３８ａ及び貫通ビア部３８ｂを有する。基部３８ａは、その裏面（図中の下面）がダイオード２０のアノード電極２２に電気的に接続される。基部３８ａに対して直交する向きに設けられている貫通ビア部３８ｂの端部（図中の上端部）は、基板基材４を貫通して基板基材４の表面（図中の上面）に露出する。なお、基部３８ａの端部（図中の右側端部）は、断熱部５０によって覆われている。
【００２０】
プリント配線４０は、一部が基板基材４の表面（図中の上面）に露出する位置に設けられている。また、プリント配線４２、４４は、一部が基板基材４の裏面（図中の下面）に露出する位置に設けられている。プリント配線４０〜４４は、いずれも、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０と接続されていない。そのため、本実施例では、プリント配線４０〜４４のいずれの周囲にも断熱部５０が配置されていない。
【００２１】
断熱部５０は、熱伝導率の低い低熱伝導部材によって形成されている。本実施例では、断熱部５０は、熱伝導率の低い低熱伝導部材であるポリイミドによって形成されている。本実施例では、断熱部５０は、主に、ＩＧＢＴ１０と基板基材４との間、ダイオード２０と基板基材４との間、及び、プリント配線３０、３４、３６、３８と各基板基材４との間に、それぞれ配置されている。また、断熱部５０は、並んで配置されているＩＧＢＴ１０とダイオード２０の間にも配置されている。さらに、断熱部５０は、ダイオード２０の端部（図中右側端部）、基部３０ａの端部、及び、基部３８ａの端部を覆うように配置されている。本実施例の半導体モジュール２では、断熱部５０を備えるため、ＩＧＢＴ１０、ダイオード２０、及び、プリント配線３０、３４、３６、３８が高温になる場合であっても、基板基材４に熱が伝わりにくくなる。
【００２２】
以上、本実施例の半導体モジュール２の構成を説明した。なお、本実施例では、図１に示すように、半導体モジュール２には、外部素子６０、６６が接続されている。外部素子６０は、例えばＩＣであって、端子６２、６４を備えている。端子６２は上記の貫通ビア部３４ｂの露出部分に接続され、端子６４は上記のプリント配線４０の露出部分に接続されている。これにより、外部素子６０が半導体モジュール２に接続される。また、外部素子６６は、例えば任意の電子部品であって、上記のプリント配線４２、４４の露出部分に接続されている。これにより、外部素子６６も半導体モジュール２に接続される。本実施例の半導体モジュール２では、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０が基板基材４内に配置されているため、図１のように、基板の両面に外部素子６０、６６を配置することができる。
【００２３】
本実施例の半導体モジュール２では、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０が作動すると、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０が発熱する。ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０で発生した熱は、プリント配線３０、３４、３６、３８に伝えられる。プリント配線３０、３４、３６、３８の一端は基板基材４の表面に露出しているため、プリント配線３０、３４、３６、３８に伝えられた熱は基板基材４の表面から外部に放熱される。ここで、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０が高温になると、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０と接続されているプリント配線３０、３４、３６、３８も高温となる。本実施例の半導体モジュール２では、上記の通り、断熱部５０が設けられている。そのため、ＩＧＢＴ１０、ダイオード２０、及び、プリント配線３０、３４、３６、３８が高温になる場合であっても、断熱部５０によって基板基材４に熱が伝わりにくくなる。そのため、基板基材４が熱によって劣化することを抑制することができる。なお、本実施例では、ＩＧＢＴ１０及びダイオード２０が「半導体素子」の一例である。また、プリント配線３０、３４、３６、３８が「導電部」の一例である。
【００２４】
（第２実施例）
第２実施例の半導体モジュールについて、図２を参照して、第１実施例と異なる点を中心に説明する。図２は、第２実施例の半導体モジュール２を示す部分拡大断面図であって、図１の一点鎖線部に相当する部分のみを拡大して図示したものである。第２実施例では、半導体モジュール２の基本的構成は第１実施例の半導体装置２（図１参照）と共通する。ただし、第２実施例の半導体モジュール２では、図２に示すように、断熱部５０の構造が第１実施例とは異なる。第２実施例では、図２に示すように、断熱部５０は、高熱伝導部材１００と、低熱伝導部材５２とを有している。
【００２５】
高熱伝導部材１００は、断熱部５０が伸びる方向に沿って伸びている。高熱伝導部材１００の表面は、高熱伝導部材１００より熱伝導率が低い低熱伝導部材５２によって被覆されている。低熱伝導部材５２は、上記の第１実施例の断熱部５０を構成する低熱伝導部材と同様の部材であり、ポリイミドにより形成されている。高熱伝導部材１００は、低熱伝導部材５２よりも熱伝導率が高い部材である。また、本実施例では、高熱伝導部材１００は、断熱部５０が伸びる方向（図２の矢印Ａ方向）への熱伝導率が、断熱部５０が伸びる方向と直交する方向（図２の矢印Ｂ方向）への熱伝導率よりも低い部材である。即ち、本実施例の高熱伝導部材１００は、熱伝導率の異方性を備える部材である。本実施例では、高熱伝導部材１００には、カーボンナノチューブが用いられている。
【００２６】
従って、高熱伝導部材１００は、ＩＧＢＴ１０、ダイオード２０、及び、プリント配線３０、３４、３６、３８から当該高熱伝導部材１００に伝導された熱の大部分を、断熱部５０が伸びる方向に伝導させることができる。同時に、高熱伝導部材１００は、当該高熱伝導部材１００に伝導された熱が、基板基材４に伝わることを抑制することもできる。なお、第２実施例では、図２に図示した部分以外の断熱部５０も、同様の構成を備えている。
【００２７】
以上、第２実施例の半導体モジュール２の構成を説明した。第２実施例の半導体モジュール２では、断熱部５０は、低熱伝導部材５２と高熱伝導部材１００とを備える。高熱伝導部材１００は、上記の通り、熱伝導率の異方性を備えている。そのため、第２実施例の半導体モジュール２では、ＩＧＢＴ１０、ダイオード２０、及び、プリント配線３０、３４、３６、３８が高温になる場合であっても、断熱部５０によって基板基材４に熱が伝わりにくくなる。そのため、基板基材４が熱によって劣化することをより効果的に抑制することができる。
【００２８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、以下の変形例を採用してもよい。
【００２９】
（変形例１）  半導体モジュール２には、上記のＩＧＢＴ１０及びダイオード２０に限らず、ＭＯＳＦＥＴ等、他の半導体素子が備えられていてもよい。また、備えられる半導体素子の数も、２個には限られない。また、ＩＧＢＴ１０の半導体基板１１及びダイオード２０の半導体基板２１も、上記のＳｉＣ製のものには限られず、Ｓｉ製のものやＧａＮ製のものであってもよい。
【００３０】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３１】
２：半導体モジュール
４：基板基材
１０：ＩＧＢＴ
１１：半導体基板
１２：エミッタ電極
１４：ゲート電極パッド
１６：コレクタ電極
２０：ダイオード
２１：半導体基板
２２：アノード電極
２４：カソード電極
３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４：プリント配線
５０：断熱部
５２：低熱伝導部材
６０、６６：外部素子
６２、６４：端子
１００：高熱伝導部材
【図１】
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【図２】
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