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公開番号2025038815
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-19
出願番号2023145650
出願日2023-09-07
発明の名称半導体モジュール
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人ゆうあい特許事務所
主分類H01L 25/00 20060101AFI20250312BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】半導体チップの許容温度内において半導体チップから出力できる電流の低下を抑制する半導体モジュールを提供する。
【解決手段】半導体モジュールは、基板と、基板表面に実装されている表側第1半導体チップ201と、基板裏面に実装されている裏側第1半導体チップ251と、裏側第1半導体チップ251と接続されている筐体305と、表側第1半導体チップ201および裏側第1半導体チップ251によって整流された電流を平滑にするチョークコイル300とを備え、表側第1半導体チップ201および裏側第1半導体チップ251は、チョークコイル300に対して並列接続されており、表側第1半導体チップ201の表側第1ドレイン電極2012からチョークコイル300に流れる電流についての電気抵抗は、裏側第1半導体チップ251の裏側第1ドレイン電極2512からチョークコイル300に流れる電流についての電気抵抗よりも大きくなっている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
半導体モジュールであって、
厚み方向（ＤＴ）と交差する面である基板表面（２００６）と、前記基板表面とは反対側の面である基板裏面（２００７）と、を有する基板（２００）と、
前記基板表面に実装されているとともに、第１電極（２０１１）に流れる電流を整流し、整流した電流を第２電極（２０１２）から出力する表側半導体チップ（２０１）と、
前記基板裏面に実装されているとともに、第３電極（２５１１）に流れる電流を整流し、整流した電流を第４電極（２５１２）から出力する裏側半導体チップ（２５１）と、
前記裏側半導体チップのうち前記基板とは反対側と接続されている筐体（３０５）と、
前記表側半導体チップおよび前記裏側半導体チップによって整流された電流を平滑にする素子（３００）と、
を備え、
前記表側半導体チップは、前記表側半導体チップの温度の上昇に伴って前記表側半導体チップの抵抗が増加する特性を有しており、
前記裏側半導体チップは、前記裏側半導体チップの温度の上昇に伴って前記裏側半導体チップの抵抗が増加する特性を有しており、
前記表側半導体チップおよび前記裏側半導体チップは、前記素子に対して並列接続されており、
前記第２電極から前記素子に流れる電流についての電気抵抗（Ｒｆｃ１）は、前記第４電極から前記素子に流れる電流についての電気抵抗（Ｒｂｃ１）よりも大きくなっている半導体モジュール。
続きを表示（約 2,500 文字）【請求項２】
前記基板表面および前記第２電極と接続されている表側配線（２２１）と、
前記表側配線と接続されているとともに、前記表側配線の電気抵抗よりも電気抵抗が大きい抵抗器（４０１）と、
をさらに備え、
前記抵抗器により、前記第２電極から前記素子に流れる電流についての電気抵抗は、前記第４電極から前記素子に流れる電流についての電気抵抗よりも大きくなっている請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記表側半導体チップおよび前記裏側半導体チップは、トランジスタを有し、
前記表側半導体チップのオン抵抗をＲｏｎ＿ｆとし、
前記裏側半導体チップのオン抵抗をＲｏｎ＿ｂとし、
前記抵抗器の電気抵抗をＲｒとすると、
前記表側半導体チップ、前記裏側半導体チップおよび前記抵抗器は、
Ｒｏｎ＿ｆ×０．５≦Ｒｒ≦Ｒｏｎ＿ｆ×１０．０
Ｒｏｎ＿ｂ×０．５≦Ｒｒ≦Ｒｏｎ＿ｂ×１０．０
が成立するように形成されている請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記表側半導体チップは、表側第１半導体チップであって、
前記裏側半導体チップは、裏側第１半導体チップであって、
前記半導体モジュールは、
前記基板表面に実装されているとともに、第５電極（２０２１）に流れる電流を整流し、整流した電流を第６電極（２０２２）から出力する表側第２半導体チップ（２０２）と、
前記基板裏面に実装されているとともに、第７電極（２５２１）に流れる電流を整流し、整流した電流を第８電極（２５２２）から出力する裏側第２半導体チップ（２５２）と、
前記基板表面および前記第２電極と接続されている表側第１配線（２２１）と、
前記基板表面および前記第６電極と接続されている表側第２配線（２２２）と、
前記基板表面、前記表側第１配線および前記表側第２配線と接続されている共通配線（４０３）と、
前記表側第２配線と接続されているとともに、前記表側第２配線の電気抵抗よりも電気抵抗が大きい抵抗器（４０５）と、
をさらに備え、
前記共通配線および前記抵抗器により、前記第２電極から前記素子に流れる電流についての電気抵抗は、前記第４電極から前記素子に流れる電流についての電気抵抗よりも大きくなっており、
前記抵抗器により、前記第６電極から前記素子に流れる電流についての電気抵抗（Ｒｆｃ２）は、前記第８電極から前記素子に流れる電流についての電気抵抗（Ｒｂｃ２）よりも大きくなっている請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記基板表面および前記第２電極と接続されている表側配線（２２１）と、
前記基板裏面および前記第４電極と接続されている裏側配線（２８１）と、
前記裏側配線および前記筐体に接続されているとともに、ビア（２００５）を介して前記表側配線と接続されており、前記表側配線および前記裏側配線の電気抵抗よりも電気抵抗が大きい抵抗器（４０５）と、
をさらに備え、
前記抵抗器により、前記第２電極から前記素子に流れる電流についての電気抵抗は、前記第４電極から前記素子に流れる電流についての電気抵抗よりも大きくなっている請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記基板裏面および前記第４電極と接続されている裏側配線（２８１）と、
前記基板裏面、前記裏側配線および前記素子と接続されている第１合流配線（２２５）と、
前記第１合流配線と接続されているとともに前記厚み方向に延びているビア（２００５）と、
前記基板表面および前記基板裏面の間に形成されているとともに、前記ビアを介して前記第１合流配線と接続されている第２合流配線（２２５）と、
をさらに備える請求項１、２、４のいずれか１つに記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記半導体モジュールは、前記表側半導体チップおよび前記裏側半導体チップを駆動させる駆動回路（２４１）をさらに備え、
前記表側半導体チップおよび前記裏側半導体チップは、トランジスタを有し、
前記駆動回路から前記表側半導体チップのゲート電極（２０１３）までの距離は、前記駆動回路から前記裏側半導体チップのゲート電極（２５１３）までの距離と同じとされている請求項１、２、４、５のいずれか１つに記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記表側半導体チップは、トランジスタを有し、
前記半導体モジュールは、
前記表側半導体チップのゲート電極（２０１３）と接続されているゲート配線（２３１）をさらに備え、
前記ゲート配線は、前記厚み方向と直交する一方向（Ｄａ）に延びており、
前記第２電極から前記素子に流れる電流の少なくとも一部における方向（Ｄｆ１）は、前記一方向と直交する請求項１、２、４、５のいずれか１つに記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記裏側半導体チップは、トランジスタを有し、
前記半導体モジュールは、
前記裏側半導体チップのゲート電極（２５１３）と接続されているゲート配線（２９１）をさらに備え、
前記ゲート配線は、前記厚み方向と直交する一方向（Ｄａ）に延びており、
前記第４電極から前記素子に流れる電流の少なくとも一部における方向（Ｄｂ１）は、前記一方向と直交する請求項１、２、４、５のいずれか１つに記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
前記表側半導体チップのうち前記基板表面とは反対側と接続されている放熱部材（４１０）をさらに備える請求項１、２、４、５のいずれか１つに記載の半導体モジュール。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体モジュールに関するものである。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載されているように、半導体チップを有する半導体パッケージがプリント基板の一面とは反対側の他面に複数配置されている半導体モジュールが知られている。また、この半導体チップは、放熱材を介して筐体と接続されている。これにより、半導体チップの熱が筐体に伝導される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１６７６０５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に記載されるような半導体モジュールにおいて、半導体チップの損失低減や半導体モジュールの体格小型化等のために、プリント基板の一面および他面のそれぞれに半導体チップを配置して並列接続することがある。しかし、プリント基板の一面に半導体チップが配置されると、プリント基板の熱伝導率が比較的低いため、プリント基板の一面に配置された半導体チップの熱は、プリント基板の他面に配置された半導体チップの熱と比較して、筐体に伝導されにくい。これにより、プリント基板の一面に配置された半導体チップの温度が上昇しやすい。このため、プリント基板の一面に配置された半導体チップの温度が許容温度になりやすいとともに、プリント基板の一面に配置された半導体チップのオン抵抗が大きくなりやすい。したがって、プリント基板の一面に配置された半導体チップに流れる電流は、低下しやすい。よって、半導体チップの許容温度内においてプリント基板の一面に配置された半導体チップから出力できる電流が低下する。また、プリント基板の一面に配置された半導体チップの温度が制約となるため、プリント基板の他面に配置された半導体チップから出力できる電流が低下する。
【０００５】
本開示は、半導体チップの許容温度内において半導体チップから出力できる電流の低下を抑制する半導体モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、半導体モジュールであって、厚み方向（ＤＴ）と交差する面である基板表面（２００６）と、基板表面とは反対側の面である基板裏面（２００７）と、を有する基板（２００）と、基板表面に実装されているとともに、第１電極（２０１１）に流れる電流を整流し、整流した電流を第２電極（２０１２）から出力する表側半導体チップ（２０１）と、基板裏面に実装されているとともに、第３電極（２５１１）に流れる電流を整流し、整流した電流を第４電極（２５１２）から出力する裏側半導体チップ（２５１）と、裏側半導体チップのうち基板とは反対側と接続されている筐体（３０５）と、表側半導体チップおよび裏側半導体チップによって整流された電流を平滑にする素子（３００）と、を備え、表側半導体チップは、表側半導体チップの温度の上昇に伴って表側半導体チップの抵抗が増加する特性を有しており、裏側半導体チップは、裏側半導体チップの温度の上昇に伴って裏側半導体チップの抵抗が増加する特性を有しており、表側半導体チップおよび裏側半導体チップは、素子に対して並列接続されており、第２電極から素子に流れる電流についての電気抵抗（Ｒｆｃ１）は、第４電極から素子に流れる電流についての電気抵抗（Ｒｂｃ１）よりも大きくなっている半導体モジュールである。
【０００７】
これにより、表側半導体チップに電流が流れにくくなる。このため、表側半導体チップの温度上昇が抑制される。したがって、表側半導体チップの温度が許容温度になることが抑制されるとともに、表側半導体チップのオン抵抗の増加が抑制される。よって、表側半導体チップの許容温度内において表側半導体チップから出力できる電流の低下が抑制される。また、表側半導体チップの温度が許容温度になることが抑制されることにより、裏側半導体チップから出力できる電流の低下が抑制される。
【０００８】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１実施形態の半導体モジュールが用いられるＤＣＤＣコンバータの回路図。
半導体モジュールの断面図。
図２のＩＩＩから見た矢視図。
図２のＩＶ－ＩＶ線断面図。
図２のＶ－Ｖ線断面図。
図２のＶＩから見た矢視図。
図３のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図。
比較例の半導体モジュールにおける電流および温度の関係図。
第１実施形態の半導体モジュールにおける電流および温度の関係図。
第２実施形態の半導体モジュールが用いられるＤＣＤＣコンバータの回路図。
半導体モジュールの断面図。
第３実施形態の半導体モジュールが用いられるＤＣＤＣコンバータの回路図。
半導体モジュールの上面図。
第４実施形態の半導体モジュールが用いられるＤＣＤＣコンバータの回路図。
半導体モジュールの断面図。
図１５のＸＶＩから見た矢視図。
図１５のＸＶＩＩから見た矢視図。
第５実施形態の半導体モジュールの断面図。
図１８のＸＩＸから見た矢視図。
図１９のＸＸ－ＸＸ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
（【００１１】以降は省略されています）

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