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公開番号2025169893
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-14
出願番号2025065867
出願日2025-04-11
発明の名称半導体モジュール
出願人台達電子工業股ふん有限公司,DELTA ELECTRONICS, INC.
代理人SK弁理士法人,個人,個人
主分類H01L 23/36 20060101AFI20251107BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】一部の錫層をフィンベースの熱伝導率の高い材質に替えることにより、放熱経路の熱抵抗を有効に低減し、全体的な放熱効率を向上させ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1において、基板10は、互いに対向する第1金属表面110及び第2金属表面120を有する。半導体素子20は、第1金属表面上に設けられる。フィンベース30は、互いに対向する第1表面301及び第2表面302を有する。複数の冷却フィン31は、フィンベースの第2表面上に設けられる。錫層40は、第2金属表面とフィンベースの第1表面との間に設けられ、フィンベースの第1表面が第2金属表面に近づいている。フィンベースは更にフィンベースの第1表面上に設けられる凸部32を含み、且つ、凸部の中心位置は、半導体素子と位置合わせられている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
空間において互いに対向している第１金属表面及び第２金属表面を有する基板と、
前記第１金属表面上に設けられる半導体素子と、
空間において互いに対向している第１表面及び第２表面を有するベースと、
前記ベースの前記第２表面上に設けられる複数の放熱フィンと、
前記第２金属表面と前記ベースの前記第１表面との間に設けられる錫層と、を含み、
前記ベースは、更に、前記第１表面上に突出する凸部を有し、且つ前記凸部の中心位置は、第１方向に沿って前記半導体素子と位置合わせられている、半導体モジュール。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記凸部の平面面積は、前記半導体素子の平面面積よりも大きく、且つ前記基板の平面面積よりも小さい、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記半導体素子の平面面積は、前記凸部の平面面積よりも大きく、且つ前記基板の平面面積よりも小さい、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記凸部の平面面積は、前記半導体素子の平面面積に等しく、且つ前記基板の平面面積よりも小さい、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記半導体素子、前記基板、前記錫層、前記凸部及び前記ベースは、前記第１方向に順に積層して設けられ、且つ前記第１方向に沿って見た時に、前記凸部は、正方形、長方形、三角形、円形、楕円形または台形である、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記凸部の断面は、第２方向から見た時に、長方形、三角形、鋸歯形、台形または円弧形であり、前記第２方向は、前記第１方向に垂直する、請求項５に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記錫層の厚さは、前記凸部の高さに応じて異なる、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記錫層の厚さ範囲は、０．２３ｍｍ～０．２８ｍｍである、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記凸部の高さ範囲は、０．１５ｍｍ～０．２５ｍｍである、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
前記基板は、ＤＢＡ（ＤｉｒｅｃｔＢｏｎｄｅｄＡｌｕｍｉｎｕｍ）セラミック基板またはＤＢＣ（ＤｉｒｅｃｔＢｏｎｄｅｄＣｏｐｐｅｒ）セラミック基板である、請求項１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】
本発明は、半導体モジュールに関し、特に冷却凸部（Ｃｏｏｌｉｎｇｓｔｅｐｓ）を設け、一部の錫層をフィンベースの熱伝導率の高い材質に替えることにより、放熱経路の熱抵抗を有効に低減し、全体的な放熱効率を向上する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体モジュールの作動周波数及び作動電流の増加に伴い、半導体素子の単位体積あたりの発熱量も増加する。従来の簡易的なアルミ押し出し式やダイキャスト式の冷却フィンは、機械加工のため放熱面積が非常に限られ、周囲の空気との熱交換できる面積も小さいため、ファンを取り付けても十分に放熱できず、半導体モジュールの放熱に適しない。そのため、半導体モジュールは、一般的に水冷式放熱を採用する。
【０００３】
従来技術において、半導体モジュールの放熱構造は、主に錫シートを用いて半導体モジュールと冷却フィンとを溶接により接合し、その後、冷却流体を用いて冷却フィンに直接接触させて放熱する。半導体素子は、発熱後に熱を下面の冷却フィンに伝導し、冷却流体が下面の冷却フィンを流過することにより熱を除去する。
【０００４】
このような構成では、半導体モジュールと冷却フィンとを接合する錫層は、溶接するための充分な強度が必要となる。しかし、錫層の熱伝導率が低いため、放熱基板の上面に設置された半導体素子から発生する熱が、放熱基板の下面の冷却フィンに迅速に伝導されて放熱することができず、放熱基板の放熱效果が低下する。
【０００５】
このため、上記の技術の欠点を解決するために、凸部を設け、一部の錫層をフィンベースの熱伝導率の高い材質に替えることにより、放熱経路の熱抵抗を有効に低減し、全体的な放熱効率を向上する半導体モジュールの放熱構造を提供する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、冷却凸部（Ｃｏｏｌｉｎｇｓｔｅｐｓ）を設け、一部の錫層をフィンベースの熱伝導率の高い材質に替えることにより、放熱経路の熱抵抗を有効に低減し、全体的な放熱効率を向上する、半導体モジュールを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、半導体モジュールを提供することである。半導体素子、基板、錫層及びフィンベースが順に積層されている場合、フィンベースの半導体素子に対向する表面に同じ数で対応して設けられる凸部を用いて、最適な放熱経路を形成する。凸部の高さが元の錫層の厚さよりも低いため、半導体素子の直下の下銅層とフィンベースとの間に錫層が残存し、錫層の接合力が維持される。半導体素子の下側の錫層の厚さが非半導体素子の下側の錫層の厚さ（即ち、元の錫層の厚さ）よりも小さく、熱伝導率の高い材料で形成される凸部で熱伝導効果が相対的に低い錫層を替えることによって、半導体素子領域の放熱性能を向上する。凸部の数と半導体素子の数は同じであり、凸部の平面面積と半導体素子の平面面積は例えば同じかまたは近くてもよい。積層される方向において、凸部は、例えば正方形、長方形、三角形、円形、楕円形または台形であり、凸部の水平断面は、例えば、長方形、三角形、ジグザグ形、台形または円弧形である。これにより、半導体素子の直下の下銅層が錫層を介してフィンベースに伝熱可能ように接合する熱抵抗を低減し、凸部の接合表面積（ｂｏｎｄｉｎｇｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ）を増加させる。言い換えると、半導体素子に対応する凸部を設けることによって、最適な放熱経路を形成するだけでなく、半導体モジュールの銅層とフィンベースとの接合強度の維持にも寄与する。また、半導体モジュールの銅層とフィンベースとの間に溶接する錫層の厚さ範囲が０.２３ｍｍ～０.２８ｍｍであり、凸部の高さ範囲が０.１５ｍｍ～０.２５ｍｍであり、凸部の最大高さを元の錫層厚さよりも小さく制限するため、錫層の銅層及びフィンベースとの接合強度を低下させることなく、錫層用量を低減し、放熱経路上の熱抵抗を改善することができる。これにより、半導体モジュールの接合強度を維持し、放熱効率を向上する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を実現するために、本発明は、基板、半導体素子、ベース、複数の冷却フィン、錫層を有する半導体モジュールを提供する。基板は、第１金属表面及び第２金属表面を有し、第１金属表面及び第２金属表面は、空間において互いに対向している。半導体素子は、第１金属表面上に設けられる。ベースは、第１表面及び第２表面を有し、第１表面及び第２表面は、空間において互いに対向している。複数の冷却フィンは、ベースの第２表面上に設けられる。錫層は、第２金属表面とベースの第１表面との間に設けられる。ベースは、更に、ベースの第１表面上に突出する凸部を有し、且つ凸部の中心位置は、第１方向に沿って半導体素子と位置合わせられている。
【０００９】
一実施例において、凸部の平面面積は、前記半導体素子の平面面積よりも大きく、且つ基板の平面面積よりも小さい。
【００１０】
一実施例において、前記半導体素子の平面面積は、前記凸部の平面面積よりも大きく、且つ前記基板の平面面積よりも小さい。
（【００１１】以降は省略されています）

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