特許 5942713 半導体モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5942713

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年6月29日

(54)【発明の名称】半導体モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20160616BHJP

   H01L 25/065 20060101ALI20160616BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20160616BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20160616BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/36 D

   H01L25/08 Z

   H01L25/04 C

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-197105(P2012-197105)

(22)【出願日】2012年9月7日

(65)【公開番号】特開2014-53457(P2014-53457A)

(43)【公開日】2014年3月20日

【審査請求日】2014年11月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】増谷 宗彦

(72)【発明者】

【氏名】東元 繁和

【審査官】 原田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／０６４８４１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１１４１７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｈ０１Ｌ ２５／０６５、２５／０７、２５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の半導体素子と、
前記第１の半導体素子が接合された第１の配線層と、
前記第１の半導体素子の前記第１の配線層に接合された面と反対側の面に接合された第２の配線層と、
前記第２の配線層の前記第１の半導体素子が接合された面と反対側の面に接合された第２の半導体素子と、を備え、前記第２の半導体素子が発した熱を、前記第１の半導体素子を含む第１の伝熱経路を介して前記第１の配線層に伝導させる半導体モジュールであって、
前記第２の半導体素子が発した熱が伝導され、前記第２の半導体素子に対して前記第２の配線層が配置される側に配置される伝熱層を備え、
前記伝熱層と前記第２の配線層の間には、前記第１の配線層と絶縁されるとともに、前記第２の半導体素子が発した熱を前記伝熱層に伝導させる前記第１の伝熱経路とは異なる第２の伝熱経路が設けられ、
前記第１の配線層の前記第１の半導体素子が接合された面と反対側の面には、絶縁層が設けられるとともに、前記絶縁層の前記第１の配線層が設けられる面と同一面上には、前記第１の配線層と電気的に分離された前記伝熱層が設けられ、前記伝熱層と前記第２の配線層の間には、出力電極が設けられ、前記出力電極が前記第２の伝熱経路を兼ねることを特徴とする半導体モジュール。

【請求項2】

前記第２の伝熱経路は、少なくとも一つの前記第２の半導体素子の複数方向に設けられることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。

【請求項3】

前記伝熱層には、前記伝熱層に伝導した熱の放熱を行う放熱部材が接合されることを特徴とする請求項１又は請求項２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、第１の半導体素子と第２の半導体素子を備える半導体モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

複数の半導体素子を積層した半導体モジュールとしては、例えば、特許文献１に記載の積層型半導体装置が知られている。
特許文献１に記載の積層型半導体装置は、第１主面側に第１の主電極を有し、第２主面側に第２の主電極を有する半導体チップが複数積層されて構成されている。各半導体チップの第１主面及び第２主面は、それぞれ、金属配線層に電気的に接続され、半導体チップの間では、向かい合う主面側同士が共通の金属配線層に接合されている。これにより、上下に二つの半導体チップが設けられ、下側の半導体チップに対して上側の半導体チップが積層されている。そして、半導体チップの駆動時には、各半導体チップが発熱し、この熱は、金属配線層に伝導する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４０３９２０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、積層型半導体装置においては、半導体チップが積層されていることから、それぞれの半導体チップが発した熱の影響を互いに受けやすく、半導体チップに対する冷却効率が低下するおそれがある。

【0005】

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体素子に対する冷却効率を向上させることができる半導体モジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、第１の半導体素子と、前記第１の半導体素子が接合された第１の配線層と、前記第１の半導体素子の前記第１の配線層に接合された面と反対側の面に接合された第２の配線層と、前記第２の配線層の前記第１の半導体素子が接合された面と反対側の面に接合された第２の半導体素子と、を備え、前記第２の半導体素子が発した熱を、前記第１の半導体素子を含む第１の伝熱経路を介して前記第１の配線層に伝導させる半導体モジュールであって、前記第２の半導体素子が発した熱が伝導され、前記第２の半導体素子に対して前記第２の配線層が配置される側に配置される伝熱層を備え、前記伝熱層と前記第２の配線層の間には、前記第１の配線層と絶縁されるとともに、前記第２の半導体素子が発した熱を前記伝熱層に伝導させる前記第１の伝熱経路とは異なる第２の伝熱経路が設けられ、前記第１の配線層の前記第１の半導体素子が接合された面と反対側の面には、絶縁層が設けられるとともに、前記絶縁層の前記第１の配線層が設けられる面と同一面上には、前記第１の配線層と電気的に分離された前記伝熱層が設けられ、前記伝熱層と前記第２の配線層の間には、出力電極が設けられ、前記出力電極が前記第２の伝熱経路を兼ねることを要旨とする。

【0007】

これによれば、第２の半導体素子が発熱すると、この熱は第１の伝熱経路を介して第１の配線層に伝導する。更に、第２の半導体素子で発した熱は、第２の伝熱経路を介して伝熱層に伝導する。このため、第２の半導体素子が発した熱を複数の伝熱経路で第１の配線層及び伝熱層に伝熱させることができ、第２の半導体素子に対する冷却効率を向上させることができる。また、第２の半導体素子に対する冷却効率が向上されることで、第１の伝熱経路を伝導する熱量が少なくなり、第１の半導体素子に対する冷却効率も向上させることができる。
また、これによれば、出力電極が第２の伝熱経路の一部を兼ねるため、第２の伝熱経路を形成するための部材を別途用意する必要がなく、部品点数の削減が図られる。

【0008】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の半導体モジュールであって、前記第２の伝熱経路は、少なくとも一つの前記第２の半導体素子の複数方向に設けられることを要旨とする。

【0009】

これによれば、第２の半導体素子が発する熱は、第２の半導体素子を中心として複数方向に拡散していくため、複数方向に第２の伝熱経路を設けることで、第２の半導体素子が発する熱を効率よく伝熱層に伝導させることができる。

【0010】

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の半導体モジュールであって、前記伝熱層には、前記伝熱層に伝導した熱の放熱を行う放熱部材が接合されることを特徴とする。

【0011】

これによれば、伝熱層に伝導した熱は、放熱部材に伝導して放熱部材で放熱される。このため、第１の半導体素子及び第２の半導体素子に対する冷却効率が向上される。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、半導体素子に対する冷却効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１の実施形態における半導体モジュールを示す分解斜視図。

【図2】第１の実施形態における第２の半導体素子と第２の伝熱経路の関係を示す平面図。

【図3】第１の実施形態における半導体モジュールを示す図１の３−３線断面図。

【図4】第１の実施形態における半導体モジュールを示す図１の４−４線断面図。

【図5】第２の実施形態における半導体モジュールを示す分解斜視図。

【図6】第２の実施形態における半導体モジュールを示す図５の６−６線断面図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態について、図１〜図４にしたがって説明する。

【0016】

図１に示すように、半導体モジュール１０は、絶縁層としての絶縁基板１１と、絶縁基板１１に積層された第１の配線金属板１３に設けられた第１の半導体素子２１，２２と、第１の半導体素子２１，２２に積層された第２の配線金属板２５に設けられた第２の半導体素子２６，２７とを有している。本実施形態の半導体モジュール１０は、第１の半導体素子２１，２２に対して第２の半導体素子２６，２７を積層した積層型半導体モジュールである。

【0017】

絶縁基板１１は、矩形平板状をなしている。絶縁基板１１としては、例えば窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等からなるセラミック基板が用いられる。絶縁基板１１の上面には、第１の半導体素子２１，２２が接合される第１の配線層としての第１の配線金属板１３と、第１の配線金属板１３と電気的に分離して設けられた伝熱層としての金属板１４が形成されている。第１の配線金属板１３と金属板１４は、同一面上に設けられている。

【0018】

金属板１４は、平面視Ｌ字状に形成されている。具体的にいえば、金属板１４は、矩形平板状をなす第１の延設部１４ａと、第１の延設部１４ａから第１の延設部１４ａの短手方向に水平に延びる第２の延設部１４ｂからなる。第１の延設部１４ａは、絶縁基板１１の一つの角部から、絶縁基板１１の長手方向に直線状に延びている。第２の延設部１４ｂは、上記した角部から絶縁基板１１の短手方向に直線状に延びている。第１の延設部１４ａの長さは、絶縁基板１１の長手方向の長さよりも短い。第２の延設部１４ｂの長さは、絶縁基板１１の短手方向の長さよりも短い。

【0019】

第１の配線金属板１３は、略矩形平板状をなしている。第１の配線金属板１３は、その長手方向が絶縁基板１１の長手方向と一致し、短手方向が絶縁基板１１の短手方向と一致するように設けられている。そして、第１の配線金属板１３は、その短手方向の縁部が第１の延設部１４ａから若干離間して設けられるとともに、長手方向の縁部が第２の延設部１４ｂから若干離間して設けられている。これにより、第１の配線金属板１３と金属板１４は、電気的に分離されている。また、第１の配線金属板１３は、絶縁基板１１の上面において、金属板１４が設けられていない面の略全面に形成されている。

【0020】

第１の配線金属板１３の上面には、二つの第１の半導体素子２１，２２が第１の配線金属板１３の長手方向に並んで設けられている。第１の半導体素子２１，２２は、半田などの接合材によって接合されている。第１の半導体素子２１，２２は、例えば、絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（insulated gate bipolar transistor：ＩＧＢＴ）やパワーＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）等のスイッチング素子や、ダイオードなどである。また、第１の配線金属板１３の上面には、電源に接続される第１の入力電極３１が接合されている。

【0021】

図１及び図３に示すように、金属板１４の上面には、出力電極３２が半田などの接合材によって接合されている。出力電極３２は、金属板１４に接合される接合部３３を有している。接合部３３は、矩形平板状をなす第１の接合部３３ａと、第１の接合部３３ａから第１の接合部３３ａの短手方向に水平に延びる第２の接合部３３ｂからなる。第１の接合部３３ａは、長手方向及び短手方向の寸法が、第１の延設部１４ａの長手方向及び短手方向の寸法と同一となっている。第２の接合部３３ｂは、長手方向及び短手方向の寸法が、第２の延設部１４ｂの長手方向及び短手方向の寸法と同一となっている。第１の接合部３３ａは、第１の延設部１４ａに接合され、第２の接合部３３ｂは、第２の延設部１４ｂに接合されている。第１の接合部３３ａには、第２の接合部３３ｂが延びる方向と逆方向に水平に延びるとともに、負荷（例えば、電気自動車などに搭載される三相モータ）に接続される接続部３４が形成されている。

【0022】

第１の半導体素子２１，２２の上面（第１の半導体素子２１，２２の第１の配線金属板１３に接合された面と反対側の面）には、半田層２３が設けられている。出力電極３２の接合部３３の上面には、接合部３３と同一形状をなす半田層２４が接合されている。それぞれの半田層２３，２４の上面には、第２の配線層としての第２の配線金属板２５が接合されている。すなわち、第１の半導体素子２１，２２の上面には、半田層２３，２４によって第２の配線金属板２５が接合されている。第２の配線金属板２５の上面（第２の配線金属板２５の第１の半導体素子２１，２２が接合された面と反対側の面）には、二つの第２の半導体素子２６，２７が半田などの接合材によって接合されている。第２の半導体素子２６，２７は、第１の半導体素子２１，２２に積層されている。金属板１４（伝熱層）は、第２の半導体素子２６，２７に対して第２の配線金属板２５が配置される側に配置されている。

【0023】

図２に示すように、二つの第２の半導体素子２６，２７のうち、一方の第２の半導体素子２６は、平面視したときに、第２の半導体素子２６の一辺が出力電極３２の第１の接合部３３ａ上に位置し、この一辺と交わる辺が出力電極３２の第２の接合部３３ｂ上に位置するように設けられている。第２の半導体素子２７は、平面視したときに、第２の半導体素子２７の一辺が出力電極３２の第１の接合部３３ａ上に位置するように設けられている。また、同時に第２の半導体素子２６，２７は、平面視したときに第１の半導体素子２１，２２上にも位置するように設けられている。

【0024】

第２の半導体素子２６，２７は、第１の半導体素子２１，２２の発熱量を考慮して配置位置が決められる。二つの第１の半導体素子２１，２２の発熱量に偏りがあり、二つの第２の半導体素子２６，２７の発熱量にも偏りがある場合、二つの第２の半導体素子２６，２７のうち、発熱量の多い第２の半導体素子２６，２７が、二つの第１の半導体素子２１，２２のうち、発熱量の少ない第１の半導体素子２１，２２に積層される。また、発熱量の少ない第２の半導体素子２６，２７が発熱量の多い第１の半導体素子２１，２２に積層される。第２の半導体素子２６，２７は、例えば、絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（insulated gate bipolar transistor：ＩＧＢＴ）やパワーＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）等のスイッチング素子や、ダイオードなどである。

【0025】

図４に示すように、第２の半導体素子２６，２７が発する熱は、矢印Ｙ１にしたがって第１の配線金属板１３に伝導する。第２の半導体素子２６，２７で発した熱は、第２の配線金属板２５に伝導し、半田層２３及び第１の半導体素子２１，２２を介して第１の配線金属板１３に伝導する。したがって、半田層２３及び第１の半導体素子２１，２２が第１の配線金属板１３に熱を伝導させる第１の伝熱経路を形成している。

【0026】

また、第２の半導体素子２６，２７が発する熱は、矢印Ｙ２にしたがって第２の配線金属板２５に伝導し、半田層２４及び出力電極３２を介して金属板１４にも伝導する。したがって、金属板１４と第２の配線金属板２５の間に設けられた半田層２４及び出力電極３２が第２の伝熱経路を形成している。第２の伝熱経路は、二つの第２の半導体素子２６，２７のうち、一方の第２の半導体素子２６の二辺と重なり合うように設けられている。すなわち、第２の半導体素子２６の複数方向（２方向）に第２の伝熱経路が設けられている。具体的にいえば、第１の接合部３３ａと第１の接合部３３ａの上面に設けられた半田層２４からなる第２の伝熱経路と、第２の接合部３３ｂと第２の接合部３３ｂの上面に設けられた半田層２４からなる第２の伝熱経路が第２の半導体素子２６の２方向に位置する第２の伝熱経路となる。一方、第２の伝熱経路は、第２の半導体素子２７の一方向に設けられている。しがたって、第２の半導体素子２７は、第２の半導体素子２６に比べて冷却されにくい。このため、第２の半導体素子２６として、第２の半導体素子２７よりも発熱量が多い半導体素子を使用することが望ましい。例えば、第２の半導体素子２６として、ＩＧＢＴを使用し、第２の半導体素子２７としてダイオードを使用すればよい。なお、第２の伝熱経路は、絶縁基板１１によって第１の配線金属板１３と電気的に絶縁されている。

【0027】

第２の半導体素子２６，２７の上面には、半田層２８が設けられている。半田層２８の上面には、電源と接続される第２の入力電極３５が接合されている。
第１の配線金属板１３の下面には、絶縁基板１１を介して平板状の放熱部材３６が接合されている。放熱部材３６は、半田などの接合材によって接合されている。放熱部材３６は、銅やアルミニウムなどの金属材料からなる。放熱部材３６は、周囲に存在する空気と熱交換を行うことで、放熱部材３６に伝導した熱を放熱する。

【0028】

次に、本実施形態の半導体モジュール１０の作用について説明する。
本実施形態の半導体モジュール１０は、例えばインバータに適用される。このインバータは第１の入力電極３１及び第２の入力電極３５から入力されたバッテリの直流電力を交流電力に変換して出力電極３２から負荷に出力するためのものである。本実施形態の半導体モジュール１０は、３相インバータの１相分の上下アームを構成している。

【0029】

上述のとおり、第１の半導体素子２１，２２と第２の半導体素子２６，２７は積層構造であり、放熱部材３６は、第１の半導体素子２１，２２側のみに配置されている。
半導体モジュール１０が駆動するときには、第１の半導体素子２１，２２及び第２の半導体素子２６，２７が発熱する。第１の半導体素子２１，２２が発熱すると、この熱は、第１の配線金属板１３に伝導する。第１の配線金属板１３に伝導した熱は、絶縁基板１１を介して放熱部材３６に伝導し、これにより第１の半導体素子２１，２２で発した熱が放熱される。

【0030】

第２の半導体素子２６，２７が発熱すると、この熱は、第１の伝熱経路を介して第１の配線金属板１３に伝導する。第１の配線金属板１３に伝導した熱は、絶縁基板１１を介して放熱部材３６に伝導し、これにより第２の半導体素子２６，２７で発した熱が放熱される。

【0031】

また、第２の半導体素子２６，２７が発した熱は、第２の伝熱経路を介して金属板１４にも伝導する。金属板１４に伝導した熱は、絶縁基板１１を介して放熱部材３６に伝導し、これにより第２の半導体素子２６，２７で発した熱が放熱される。すなわち、第２の半導体素子２６，２７で発した熱は、複数の伝熱経路を介して放熱部材３６に伝導する。

【0032】

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第２の半導体素子２６，２７が発した熱は、第１の伝熱経路を介して第１の配線金属板１３に伝導するのに加えて、第２の伝熱経路を介して金属板１４に伝導する。第２の半導体素子２６，２７が発した熱を第１の配線金属板１３及び金属板１４に伝導させる伝熱経路を複数設けることで、第１の半導体素子２１，２２側のみから放熱される積層構造でも、第２の半導体素子２６，２７に対する冷却効率を向上させることができる。また、第２の半導体素子２６，２７に対する冷却効率を向上させることで、第１の伝熱経路を伝導する熱量が少なくなり、第１の半導体素子２１，２２に伝導する熱量が少なくなる。このため、第１の半導体素子２１，２２に対する冷却効率も向上される。

【0033】

（２）第２の半導体素子２６，２７の複数方向に第２の伝熱経路を設けることで、第２の半導体素子２６，２７が発した熱が伝導しやすく、第２の半導体素子２６，２７に対する冷却効率が更に向上される。

【0034】

（３）絶縁基板１１には、放熱部材３６が設けられている。このため、第１の配線金属板１３及び金属板１４に伝導した熱は、絶縁基板１１を介して放熱部材３６に伝導し、放熱部材３６によってこの熱を適切に放熱することができる。したがって、第１の半導体素子２１，２２及び第２の半導体素子２６，２７に対する冷却効率が向上される。

【0035】

（４）出力電極３２は、第２の伝熱経路の一部を兼ねている。したがって、第２の伝熱経路を形成するための部材を別途用意する必要が無く、部品点数の削減が図られる。
（５）第１の半導体素子２１，２２の発熱量を考慮して第２の半導体素子２６，２７の位置を決めている。このため、第１の半導体素子２１，２２間の温度差及び第２の半導体素子２６，２７間の温度差が小さくなる。

【0036】

（６）半導体モジュール１０を積層構造とすることで、第１の配線金属板１３と第２の配線金属板２５が、その厚み方向に対向している。第１の配線金属板１３を流れる電流と第２の配線金属板２５を流れる電流の向きは、逆向きとなるため、相互誘導作用によって半導体モジュール１０のインダクタンスを低減させることができる。

【0037】

（７）半導体モジュール１０を積層構造とすることで、半導体素子を水平方向に並べて配置した半導体モジュール１０に比べると、平面視したときの面積を約３割小さくすることができる。

【0038】

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態について図５及び図６にしたがって説明する。

【0039】

図５に示すように、半導体モジュール４０は、絶縁層としての第１の絶縁基板４１を有している。第１の絶縁基板４１は矩形平板状をなしている。第１の絶縁基板４１の上面には、第１の配線層及び伝熱層としての第１の配線金属板４２が接合されている。

【0040】

第１の配線金属板４２の上面には、第２の絶縁基板４３が設けられている。第２の絶縁基板４３は、第１の配線金属板４２の長手方向に３つ並んで設けられている。各第２の絶縁基板４３は、同一形状をなしている。第２の絶縁基板４３は、矩形平板状をなす本体部４４と、本体部４４の長手方向両端から本体部４４の短手方向両側に向けて延びる第１の延設部４５及び第２の延設部４６とからなる。第２の延設部４６の一方は、他方よりも（上面が）広くなるように設けられている。また、第１の配線金属板４２の上面には、電源に接続される第１の入力電極７１が接合されている。

【0041】

第１の配線金属板４２の上面には、第１の半導体素子６１，６２が接合されている。第１の半導体素子６１は、各第２の絶縁基板４３の本体部４４と二つの第１の延設部４５に囲まれる領域のそれぞれに、一個ずつ設けられている。第１の半導体素子６２は、本体部４４と二つの第２の延設部４６に囲まれる領域のそれぞれに、一個ずつ設けられている。

【0042】

第２の絶縁基板４３の上面には、第２の絶縁基板４３と相似の金属板４７が設けられている。金属板４７の上面には、金属板４７と同一形状をなす半田層４８が設けられている。また、各第１の半導体素子６１，６２の上面（第１の半導体素子６１，６２の第１の配線金属板４２が接合された面と反対側の面）には、半田層４９が設けられている。

【0043】

それぞれの半田層４８，４９の上面には、第２の配線層としての第２の配線金属板５０が一つずつ設けられている。すなわち、第１の半導体素子６１，６２、金属板４７の上面には、半田層４８，４９を介して第２の配線金属板５０が接合されている。それぞれの第２の配線金属板５０は、電気的に分離されている。第２の配線金属板５０の上面には、第２の半導体素子６３，６４が二個ずつ設けられている。第２の半導体素子６３は、第１の半導体素子６１に対して積層されている。第２の半導体素子６４は、第１の半導体素子６２に積層されている。本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、発熱量の多い第１の半導体素子６１に対して発熱量の少ない第２の半導体素子６３が積層され、発熱量の少ない第１の半導体素子６２に対して発熱量の多い第２の半導体素子６４が積層される。第１の配線金属板４２は、第２の半導体素子６３，６４に対して第２の配線金属板５０が配置される側に配置されている。

【0044】

第２の半導体素子６３は、平面視したときに、第２の半導体素子６３の一辺に第２の絶縁基板４３の本体部４４が沿い、この一辺と交わる二辺に第１の延設部４５が沿うように配置されている。第２の半導体素子６４は、平面視したときに、第２の半導体素子６４の一辺に本体部４４が沿い、この一辺と交わる二辺に第２の延設部４６が沿うように配置されている。また、発熱量の少ない第１の半導体素子６２をオフセットして配置し、第２の延設部４６の一方を他方より広く設け、発熱量の多い第２の半導体素子６４を逆にオフセットして配置している。従って、オフセットしない場合より、平面視したときに発熱量の多い第２の半導体素子６４が広く設けた第２の延設部４６の上に広く配置されるとともに、第２の配線金属板５０の上面に後述の出力電極５１の配置スペースを確保している。

【0045】

図６に示すように、第２の半導体素子６３，６４が発する熱は、矢印Ｙ３にしたがって第２の配線金属板５０に伝導し、半田層４９及び第１の半導体素子６１，６２を介して第１の配線金属板４２に伝導する。したがって、第１の伝熱経路は、半田層４９及び第１の半導体素子６１，６２から形成されている。

【0046】

また、矢印Ｙ４に示すように、第２の半導体素子６３，６４が発する熱は、矢印Ｙ４にしたがって第２の配線金属板５０に伝導し、半田層４８、金属板４７及び第２の絶縁基板４３を介して第１の配線金属板４２に伝導する。したがって、第２の伝熱経路は、半田層４８、金属板４７及び第２の絶縁基板４３から形成されている。第２の伝熱経路は、全ての第２の半導体素子６３，６４の３方向に設けられている。具体的にいえば、本体部４４と本体部４４の上面に設けられた半田層４８からなる第２の伝熱経路と、二つの第１の延設部４５と第１の延設部４５の上面に設けられた半田層４８からなる第２の伝熱経路が第２の半導体素子６３の３方向に位置する第２の伝熱経路となる。また、本体部４４と本体部４４の上面に設けられた半田層４８からなる第２の伝熱経路と、二つの第２の延設部４６と第２の延設部４６の上面に設けられた半田層４８からなる第２の伝熱経路が第２の半導体素子６４の３方向に位置する第２の伝熱経路となる。なお、金属板４７と第１の配線金属板４２との間に、第２の絶縁基板４３を介在させることで、金属板４７と第１の配線金属板４２との電気的な接続を防止し、第２の伝熱経路と第１の配線金属板４２との電気的な絶縁を図っている。

【0047】

各第２の配線金属板５０の上面には、負荷に接続される出力電極５１が接合されている。全ての第２の半導体素子６３，６４の上面には、半田層６５が設けられている。半田層６５の上面には、電源に接続される第２の入力電極７２が接合されている。第２の入力電極７２は、矩形平板状をなす本体部７３と、本体部７３の長手方向に沿って３箇所に形成されるとともに本体部７３の短手方向に延びる接続部７４とからなる。各接続部７４は、各第２の配線金属板５０に接合された二つの第２の半導体素子６３，６４の上面に接合されている。

【0048】

第１の配線金属板４２の下面には、第１の絶縁基板４１を介して、放熱部材７５が接合されている。放熱部材７５の内部には、直線状に延びる複数の冷媒通路７６が区画されている。放熱部材７５には、図示しない冷媒流入部及び冷媒流出部が形成されており、冷媒流入部から流入した液状の冷媒が、冷媒通路７６を流通して冷媒流出部から流出するように構成されている。

【0049】

次に、半導体モジュール４０の作用について説明する。
本実施形態の半導体モジュール４０は、３相インバータの３相分の上下アームを構成している。半導体モジュール４０が駆動すると、第１の半導体素子６１，６２及び第２の半導体素子６３，６４が発熱する。第２の半導体素子６３，６４が発した熱は、第１の伝熱経路及び第２の伝熱経路を介して第１の配線金属板４２に伝導する。したがって、本実施形態では、第１の配線金属板４２が伝熱層としても機能している。すなわち、伝熱層は、配線層と個別に設けられていなくてもよく、配線層を伝熱層として兼用してもよい。第１の配線金属板４２に伝導した熱は、第１の絶縁基板４１を介して放熱部材７５に伝導し、放熱部材７５の内部（冷媒通路７６）を流通する冷媒と熱交換される。

【0050】

したがって、上記実施形態によれば、第１の実施形態の効果（１）〜（３）、（５）（７）に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（８）第２の伝熱経路は、全ての第２の半導体素子６３，６４の複数方向に設けられている。したがって、全ての第２の半導体素子６３，６４を冷却しやすく、第２の半導体素子６３，６４を効率よく冷却することができる。

【0051】

（９）第１の配線金属板４２と第２の入力電極７２は、その厚み方向に対向している。第１の配線金属板４２を流れる電流の向きと、第２の入力電極７２に流れる電流の向きは、逆向きとなるため、相互誘導作用によって半導体モジュール４０のインダクタンスを低減させることができる。

【0052】

（１０）第１の配線金属板４２は、配線層及び伝熱層として機能している。このため、伝熱層を別個に設ける必要がなく、部品点数の削減が図られている。
なお、実施形態は、以下のように変更してもよい。

【0053】

○ 各実施形態において、半導体素子を更に積層してもよい。
○ 各実施形態において、それぞれの第１の半導体素子２１，２２，６１，６２の発熱量の偏りがない場合や、発熱量の偏りが無視できるほど小さい場合には、第１の半導体素子２１，２２，６１，６２の発熱量を考慮して第２の半導体素子２６，２７，６３，６４の位置を決めなくてもよい。また、第１の半導体素子、第２の半導体素子それぞれ２個ずつ用いたが、用途に応じて１個でも、３個以上用いてもよい。

【0054】

○ 各実施形態において、十分に放熱が行える場合には、放熱部材３６，７５を設けなくてもよい。
○ 各実施形態において、放熱部材３６，７５が絶縁性の材料から形成されている場合や、絶縁性の材料でコーティングされている場合には、絶縁基板１１及び第１の絶縁基板４１を設けず、第１の配線金属板１３，４２の下面に放熱部材３６，７５を直接接合してもよい。

【0055】

○ 各実施形態において、絶縁層として、絶縁性を有する樹脂からなるシートを用いてもよい。
○ 第１の実施形態において、第２の半導体素子２７の複数方向に第２の伝熱経路を設けてもよい。

【0056】

○ 第１の実施形態において、伝熱層として、金属板１４以外を用いてもよい。例えば、熱伝導率の高い樹脂などを用いてもよい。
○ 第２の実施形態において、第２の半導体素子６３，６４の３方向に第２の伝熱経路を設けたが、第２の半導体素子６３，６４の４方向に第２の伝熱経路を設けてもよい。

【0057】

○ 第２の実施形態において、第２の絶縁基板４３の下面にも金属板を接合しても良い。
○ 第１の実施形態において、半導体モジュール１０は、３相インバータの１相分の上下アームを構成したが、絶縁基板１１や放熱部材３６を共通として３相分の上下アームのモジュールとしてもよい。また、第２の実施形態において、半導体モジュール４０は、３相分の上下アームのモジュールであったが、第１の配線金属板４２を分割し、第１の入力電極７１、第２の入力電極７２をそれぞれ設けて１相分の上下アームのモジュールとしてもよい。

【0058】

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記配線層は、前記伝熱層を兼ねることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の半導体モジュール。

【符号の説明】

【0059】

１０，４０…半導体モジュール、１１…絶縁基板、１３，４２…第１の配線金属板、１４…金属板、２１，２２，６１，６２…第１の半導体素子、２５，５０…第２の配線金属板、２６，２７，６３，６４…第２の半導体素子、３２…出力電極、３６，７５…放熱部材、４１…第１の絶縁基板、４７…金属板。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】