JP2005150419A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２つの半導体素子を一対のヒートシンクで挟み込んでなる半導体装置において、ヒートシンクおよび半導体素子のサイズに応じて良好な放熱特性を得られるような最適な半導体素子の間隔を規定する。
【解決手段】 ２つの半導体素子１０、２０を、同一サイズの一対のヒートシンク３０、４０で挟み込んでなる半導体装置において、第１の半導体素子１０と第２の半導体素子２０とが配列している配列方向に沿った第１の半導体素子１０の幅、第２の半導体素子２０の幅をそれぞれｗ１、ｗ２とし、両半導体素子１０、２０の間隔をｘとし、上記の配列方向に沿った両ヒートシンク３０、４０の幅をＷ、厚さをｔとしたとき、上記各寸法ｗ１、ｗ２、ｘ、Ｗ、ｔについて、２ｔ≦ｘ≦Ｗ−（ｗ１＋ｗ２＋２ｔ）、Ｗ＞ｗ１＋ｗ２＋４ｔ、という関係が満足されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２つの半導体素子を一対の金属体で挟み込んでなる両面放熱型半導体モジュールとしての半導体装置に関する。

この種の半導体装置は、一般に、第１の半導体素子の一面および第２の半導体素子の一面が、電極と放熱体とを兼ねる第１の金属体に電気的および熱的に接合され、第１の半導体素子の他面および第２の半導体素子の他面が、電極と放熱体とを兼ねる第２の金属体に電気的および熱的に接合されてなるものである（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００３−４６０３６号公報

しかしながら、従来では、この種の半導体装置においては、２つの半導体素子の適切な間隔すなわち適切な素子間隔が規定されておらず、当該素子間隔が小さい場合には、金属体の内部における両半導体素子同士の熱流れの干渉により放熱特性（冷却性能）が低下してしまう可能性がある。

また、この種の半導体装置においては小型化が望まれており、金属体のサイズ増大化に制約があることから、当該素子間隔が大きすぎる場合には、半導体素子が金属体の端部に近くなる。すると、金属体の端部により半導体素子からの熱流れが阻害されてしまうため、放熱特性（冷却性能）が低下する可能性がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、２つの半導体素子を一対の金属体で挟み込んでなる両面放熱型半導体モジュールとしての半導体装置において、金属体および半導体素子のサイズに応じて良好な放熱特性を得られるような最適な半導体素子の間隔を規定することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、第１の半導体素子（１０）の一面および第２の半導体素子（２０）の一面が、電極と放熱体とを兼ねる第１の金属体（３０）に電気的および熱的に接合され、第１の半導体素子（１０）の他面および第２の半導体素子（２０）の他面が、電極と放熱体とを兼ねる第２の金属体（４０）に電気的および熱的に接合されてなる半導体装置において、次のような特徴点を有する。

・第１の半導体素子（１０）と第２の半導体素子（２０）とが配列している配列方向に沿った第１の半導体素子（１０）の幅および第２の半導体素子（２０）の幅を、それぞれｗ１、ｗ２とし、第１の半導体素子（１０）と第２の半導体素子（２０）との間隔をｘとすること。

・上記の配列方向に沿った第１の金属体（３０）の幅をＷ、第１の金属体（３０）の厚さをｔとし、上記の配列方向に沿った第２の金属体（４０）の幅、第２の金属体（４０）の厚さを、それぞれ第１の金属体（３０）の幅Ｗ、厚さｔと同一寸法であるものとすること。

・上記各寸法ｗ１、ｗ２、ｘ、Ｗ、ｔについて、
２ｔ≦ｘ≦Ｗ−（ｗ１＋ｗ２＋２ｔ）、
Ｗ＞ｗ１＋ｗ２＋４ｔ、という関係が満足されていること。本発明の半導体装置では、これらの点を特徴としている。

このように、上記した各寸法ｗ１、ｗ２、ｘ、Ｗ、ｔについて、２ｔ≦ｘ≦Ｗ−（ｗ１＋ｗ２＋２ｔ）、Ｗ＞ｗ１＋ｗ２＋４ｔ、という寸法関係を満足させることにより、金属体（３０、４０）および半導体素子（１０、２０）のサイズに応じて実用上、十分なレベルの放熱特性を得ることができる。

２つの半導体素子（１０、２０）の間隔ｘが２ｔよりも小さいと、金属体（３０、４０）内部における２つの半導体素子（１０、２０）同士の熱流れの干渉により放熱特性が低下してしまう。

一方、２つの半導体素子（１０、２０）の間隔ｘがＷ−（ｗ１＋ｗ２＋２ｔ）よりも大きいと、金属体（３０、４０）の端部により熱流れが阻害されてしまい放熱特性が低下してしまう。

つまり、本発明によれば、２つの半導体素子（１０、２０）を一対の金属体（３０、４０）で挟み込んでなる両面放熱型半導体モジュールとしての半導体装置において、金属体（３０、４０）および半導体素子（１０、２０）のサイズに応じて良好な放熱特性を得られるような最適な半導体素子（１０、２０）の間隔ｘを規定することができる。

また、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の半導体装置においては、上記した２つの半導体素子の配列方向および第１および第２の金属体（３０、４０）の厚さ方向と直交する奥行き方向において、第１の金属体（３０）の中心、第２の金属体（４０）の中心、第１の半導体素子（１０）の中心および第２の半導体素子（２０）の中心が一致していることが好ましい。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、装置のほぼ全体が樹脂（９０）にてモールドされていることを特徴としている。

請求項１または請求項２に記載の半導体装置としては、このような樹脂モールドパッケージタイプのものにすることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。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、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る両面放熱型半導体モジュールとしての半導体装置Ｓ１の全体構成を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。

［構成等］
図１に示されるように、本実施形態の半導体装置Ｓ１は、第１の半導体素子１０と、第２の半導体素子２０と、第１の金属体としての下側ヒートシンク３０と、第２の金属体としての上側ヒートシンク４０と、放熱ブロックとしてのヒートシンクブロック５０と、これらの間に介在する接合材６０とを備えて構成されている。

この構成の場合、第１および第２の半導体素子１０、２０の下面と下側ヒートシンク３０の上面との間は、たとえば、はんだ等からなる接合材６０によって接合されている。そして、第１および第２の半導体素子１０、２０の上面とヒートシンクブロック５０の下面との間も、接合材６０によって接合されている。

さらに、ヒートシンクブロック５０の上面と上側ヒートシンク４０の下面との間も、接合材６０によって接合されている。なお、接合材６０としては、はんだ以外にも、たとえば導電性接着剤等であってもよい。

これにより、上記構成においては、第１および第２の半導体素子１０、２０の上面では、接合材６０、ヒートシンクブロック５０、接合材６０および上側ヒートシンク４０を介して放熱が行われ、第１および第２の半導体素子１０、２０の下面では、接合材６０から下側ヒートシンク３０を介して放熱が行われる構成となっている。

なお、第１および第２の半導体素子１０、２０としては、特に限定されるものではないが、本実施形態において用いられている上記半導体素子１０、２０は、たとえばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やサイリスタ等のパワー半導体素子やＦＷＤ（フリーホイールダイオード）等から構成されている。

本例では、第１の半導体素子１０をＩＧＢＴ、第２の半導体素子２０をＦＷＤとしている。これら第１および第２の半導体素子１０、２０の形状は、たとえば矩形状の薄板状とすることができる（図１（ａ）参照）。

また、下側ヒートシンク３０、上側ヒートシンク４０およびヒートシンクブロック５０は、電極および放熱体の機能を兼ねたものであり、たとえば銅合金もしくはアルミ合金等の熱伝導性及び電気伝導性の良い金属で構成されている。また、ヒートシンクブロック５０としては、一般的な鉄合金を用いてもよい。

この構成の場合、下側ヒートシンク３０および上側ヒートシンク４０は、各半導体素子１０、２０の図示しない各主電極（たとえば、コレクタ電極やエミッタ電極等）に接合材６０を介して電気的にも接続されている。

また、下側ヒートシンク３０は、たとえば、全体としてほぼ長方形状の板材とすることができる。また、この下側ヒートシンク３０には、端子部３１が突設されている。

また、ヒートシンクブロック５０は、たとえば、各半導体素子１０、２０よりも１回り小さい程度の大きさの矩形状の板材とすることができる。

さらに、上側ヒートシンク４０も、たとえば、全体としてほぼ長方形状の板材で構成されており、下側ヒートシンク３０と同じ形状、同じ寸法のものである。この上側ヒートシンク４０にも、端子部４１が突設されている。

ここで、下側ヒートシンク３０の端子部３１および上側ヒートシンク４０の端子部４１は、各半導体素子１０、２０の上記コレクタ電極やエミッタ電極と電気的に接続されている。そして、それぞれの端子部３１、４１は、たとえばブスバーや回路基板等の外部配線部材との接続を行うために設けられているものである。

さらに、図１に示されるように、第１の半導体素子１０の周囲には、リードフレーム等からなる端子部（制御用端子）７０が設けられており、この端子部７０と半導体素子１０の図示しないゲート電極等とがワイヤ８０によって結線され、電気的に接続されている。このワイヤ８０は、ワイヤボンディング等により形成され、金やアルミ等からなるものである。

このような半導体装置Ｓ１において、本実施形態では、各半導体素子１０、２０および各ヒートシンク３０、４０における寸法関係について、次のような独自の構成を採用している。

図１（ｂ）に示されるように、第１の半導体素子１０と第２の半導体素子１０とが配列している配列方向（図１（ｂ）中の左右方向）に沿った第１の半導体素子１０の幅および第２の半導体素子２０の幅を、それぞれｗ１、ｗ２とし、第１の半導体素子１０と第２の半導体素子２０との間隔をｘとする。

また、上記配列方向に沿った下側ヒートシンク（第１の金属体）３０の幅をＷ、下側ヒートシンク３０の厚さをｔとする。

さらに、本実施形態では、上側ヒートシンク（第２の金属体）４０は、下側ヒートシンク３０と同一サイズのものである。すなわち、上記配列方向に沿った上側ヒートシンク４０の幅、上側ヒートシンク４０の厚さは、それぞれ下側ヒートシンク３０の幅Ｗ、厚さｔと同一寸法である。

なお、両ヒートシンク３０、４０の幅Ｗとは、最大寸法部分の幅である。したがって、両ヒートシンク３０、４０が同一形状である必要はない。また、ここでいう同一寸法とは完全な同一のみを意味するものではなく、通常許容される設計上の誤差、例えば、±１０％程度の誤差を含むものである。

そして、これら各寸法ｗ１、ｗ２、ｘ、Ｗ、ｔについて、本実施形態では、
２ｔ≦ｘ≦Ｗ−（ｗ１＋ｗ２＋２ｔ）、
Ｗ＞ｗ１＋ｗ２＋４ｔ、
という関係が満足されている。

また、本実施形態では、好ましい形態として、図１（ｃ）に示されるように、上記２つの半導体素子１０、２０の配列方向および両ヒートシンク３０、４０の厚さ方向と直交する奥行き方向（つまり、図１（ｂ）中の紙面垂直方向）において、下側ヒートシンク３０の中心、上側ヒートシンク４０の中心、第１の半導体素子１０の中心および第２の半導体素子２０の中心が一致している。これらの中心の一致については、図１（ｃ）中の中心線Ｋにより示されている。

［製造方法等］
次に、上記した構成の半導体装置Ｓ１の製造方法について、図１を参照して、簡単に説明する。ここでは、接合材６０として、はんだを用いた例を述べる。まず、下側ヒートシンク３０の上面に、第１および第２の半導体素子１０、２０のそれぞれとヒートシンクブロック５０とをはんだ付けする工程を実行する。

この場合、下側ヒートシンク３０の上面に、たとえば、はんだ箔を介して半導体素子１０、２０を積層するとともに、この半導体素子１０、２０の上にはんだ箔を介してヒートシンクブロック５０を積層する。この後、加熱装置（リフロー装置）によって上記はんだ箔を溶融させてから、硬化させる。

続いて、第１の半導体素子１０の制御電極（例えばゲート電極等）と端子部７０とをワイヤボンディングする工程を実行する。これにより、上記ワイヤ８０が形成され、このワイヤ８０によって、第１の半導体素子１０の制御電極と端子部７０とが結線され電気的に接続される。

次いで、ヒートシンクブロック５０の上に上側ヒートシンク４０をはんだ付けする工程を実行する。この場合、ヒートシンクブロック５０の上にはんだ箔を介して上側ヒートシンク４０を搭載する。そして、加熱装置によって上記はんだ箔を溶融させてから、硬化させる。

こうして溶融したはんだ箔が硬化すれば、硬化したはんだが接合材６０として構成されることになる。そして、この接合材６０を介して、下側ヒートシンク３０、各半導体素子１０、２０、ヒートシンクブロック５０、上側ヒートシンク４０間の接合および電気的・熱的接続が完了する。こうして、上記半導体装置Ｓ１が完成する。

［特徴点等］
ところで、本実施形態によれば、２つの半導体素子１０、２０を一対のヒートシンク（金属体）３０、４０で挟み込んでなる両面放熱型半導体モジュールとしての半導体装置において、次のような特徴点を有するものとしている。

本半導体装置Ｓ１は、第１の半導体素子１０の一面および第２の半導体素子２０の一面が、電極と放熱体とを兼ねる第１の金属体としての下側ヒートシンク３０に電気的および熱的に接合され、第１の半導体素子１０の他面および第２の半導体素子２０の他面が、電極と放熱体とを兼ねる第２の金属体としての上側ヒートシンク４０に電気的および熱的に接合されてなるものである。

この半導体装置Ｓ１において、上記図１（ｂ）中に示される各寸法すなわち第１の半導体素子の幅ｗ１、第２の半導体素子の幅ｗ２、第１の半導体素子１０と第２の半導体素子２０との間隔ｘ、下側ヒートシンク３０の幅（上側ヒートシンク４０の幅）Ｗ、下側ヒートシンク３０の厚さ（上側ヒートシンク４０の厚さ）ｔについて、
２ｔ≦ｘ≦Ｗ−（ｗ１＋ｗ２＋２ｔ）、
Ｗ＞ｗ１＋ｗ２＋４ｔ、
という関係が満足されていることを特徴としている。

本実施形態のように、上記各寸法ｗ１、ｗ２、ｘ、Ｗ、ｔについて、２ｔ≦ｘ≦Ｗ−（ｗ１＋ｗ２＋２ｔ）、Ｗ＞ｗ１＋ｗ２＋４ｔ、という寸法関係を満足させることにより、金属体３０、４０および半導体素子１０、２０のサイズに応じて実用上、十分なレベルの放熱特性を得ることができる。

このような寸法関係とすることで十分なレベルの放熱特性を得ることのできる効果については、本発明者がシミュレーション等により検討した結果に基づいて確認されたものである。この検討結果の一例について、次に述べておく。

ここで、図２は、この検討に用いた本実施形態の半導体装置の概略断面構成を示す図である。

この図２に示される半導体装置は、上記図１に示される半導体装置Ｓ１に対して、さらに下側ヒートシンク３０の下面（放熱面）および上側ヒートシンク４０の上面（放熱面）の外側に、それぞれ、ヒートシンク３０、４０を冷却するための冷却器としての冷却ブロック１００を設けたものである。

より具体的には、この図２に示される半導体装置では、上記図１に示される半導体装置Ｓ１において、両ヒートシンク３０、４０の放熱面の外側に、図示しない電気的絶縁性を有する絶縁部材を介して冷却ブロック１００を設け、各ヒートシンク３０、４０と冷却ブロック１００とを熱的に接続したものである。

この冷却ブロック１００は、内部に冷却水が流れる冷却水流路１００ａが設けられており、ヒートシンク３０、４０からの熱は、この冷却水流路１００ａ内の冷却水にて冷却され、熱交換が行われるようになっている。なお、冷却ブロック１００はネジ部材等により、半導体装置本体を挟み付けるようにして固定されている。

このように、図２に示される半導体装置は、放熱性をさらに高めるようにしたものである。また、上記した図示しない絶縁部材としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の電気絶縁性を有する板材を用いたり、これらの板材とともに電気絶縁性を有する伝熱グリス等も用いることができる。

ここで、図２に示される半導体装置では、第１の半導体素子１０の幅ｗ１を１３．４ｍｍ、第２の半導体素子２０の幅ｗ２を１０ｍｍとし、下側ヒートシンク３０および上側ヒートシンク４０の幅Ｗを３５ｍｍ、下側ヒートシンク３０および上側ヒートシンク４０の厚さｔを１．６ｍｍとした。

そして、第１の半導体素子１０と第２の半導体素子２０との間隔（以下、素子間隔という）ｘを変えて放熱特性をシミュレーションにて調査した。シミュレーションにおける計算条件は、次のようなものとした。

各半導体素子１０、２０は駆動により発熱するが、第１の半導体素子１０をＩＧＢＴ、第２の半導体素子２０をＦＷＤとして、これら両者の発熱比は、ＩＧＢＴ：ＦＷＤ＝８５Ｗ（ワット）：１５Ｗ（ワット）とした。

上記絶縁部材としては、窒化アルミニウムからなる厚さ３ｍｍの板材を用い、また、冷却ブロック１００と絶縁部材との間、および絶縁部材とヒートシンク３０、４０との間に、厚さ１０μｍの伝熱グリスを介在させたものとした。

また、熱伝達率は８４０Ｗ／ｍ²・Ｋとした。この熱伝達率は、冷却ブロック１００の冷却水流路１００ａを流れる冷却水の流量が６リットル／ｍｉｎである場合に相当する境界条件である。また、当該冷却水の水温は４０℃とした。

そして、放熱特性としては、ＩＧＢＴである第１の半導体素子１０の熱抵抗（単位：Ｋ／Ｗ）を用いた。この熱抵抗は、第１の半導体素子１０から両ヒートシンク３０、４０、上記絶縁部材を通って、冷却ブロック１００の冷却水流路１００ａに至るまでの放熱経路における熱抵抗である。

具体的には、第１の半導体素子１０の温度をＴｃ、冷却水の温度をＴｗ、第１の半導体素子１０の発熱量をＱとすると、熱抵抗は（Ｔｃ−Ｔｗ）／Ｑ（単位：Ｋ／Ｗ（ケルビン／ワット））で表される。

そして、上述した条件にて、素子間隔ｘ（単位：ｍｍ）と上記熱抵抗との関係を調べた。その結果が図３に示される。ここでは、上記熱抵抗として０．１７６５Ｋ／Ｗ以下であることを目標とした。この値以下であれば、実用上、十分な放熱特性を実現できていると言える。

図３に示される結果から、素子間隔ｘが３．２ｍｍ以上８．４ｍｍ以下であれば、実用上、十分な放熱特性を実現できていると言える。

ここで、本検討例における半導体装置において、素子間隔ｘが３．２ｍｍであるとは、素子間隔ｘが２ｔであることであり、素子間隔ｘが８．４ｍｍであるとは、素子間隔ｘがＷ−（ｗ１＋ｗ２＋２ｔ）であることである。

また、素子間隔ｘが２ｔよりも小さいと、金属体すなわちヒートシンク３０、４０内部における２つの半導体素子１０、２０同士の熱流れの干渉により放熱特性が低下してしまう。一方、素子間隔ｘがＷ−（ｗ１＋ｗ２＋２ｔ）よりも大きいと、ヒートシンク３０、４０の端部で熱の広がりが阻害されてしまうため放熱特性が低下してしまう。

つまり、素子間隔ｘが２ｔ以上であってＷ−（ｗ１＋ｗ２＋２ｔ）以下ならば、２つの半導体素子１０、２０からの熱は、互いに干渉することなく、且つ金属体３０、４０の端面で熱の広がりが妨げられることなく、金属体３０、４０内部で有効に広がる。そして、金属体３０、４０および半導体素子１０、２０のサイズがいかなる場合においても、最適な熱流れとなるため、冷却性能に優れる。

なお、素子間隔ｘを２ｔ以上であってＷ−（ｗ１＋ｗ２＋２ｔ）以下とするには、金属体３０、４０の幅Ｗがｗ１＋ｗ２＋４ｔよりも大きいことが必要である。そのため、Ｗ＞ｗ１＋ｗ２＋４ｔ、という関係が採用される。

このような検討結果から、本実施形態では、上記各寸法ｗ１、ｗ２、ｘ、Ｗ、ｔについて、２ｔ≦ｘ≦Ｗ−（ｗ１＋ｗ２＋２ｔ）、Ｗ＞ｗ１＋ｗ２＋４ｔ、という関係を満足している構成を採用しており、それによれば、ヒートシンク（金属体）３０、４０および半導体素子１０、２０のサイズに応じて良好な放熱特性を得られるような最適な素子間隔ｘを規定することができる。

また、本実施形態によれば、限られたサイズで最大の冷却効果が得られるので、半導体装置の小型・軽量化、低コスト化に寄与することができる。たとえば、本半導体装置Ｓ１をＨＶ車のインバータ用のＩＧＢＴモジュール等に適用すれば、限られたサイズで最大の冷却性能を実現できるため、インバータの小型・軽量化、低コスト化が図れる。

なお、上述したように、２つの半導体素子１０、２０の配列方向および両ヒートシンク３０、４０の厚さ方向と直交する奥行き方向において、各ヒートシンク３０、４０の中心と各半導体素子１０、２０の中心とが一致していることが好ましい。それにより、上記した本実施形態の効果を適切に実現できる。

（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る両面放熱型半導体モジュールとしての半導体装置Ｓ２の全体構成を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ線に沿った概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＤ−Ｄ線に沿った概略断面図である。

本実施形態が上記実施形態と相違するところは、装置のほぼ全体が樹脂９０にてモールドされていることである。ここでは、この相違点を中心に述べる。

本実施形態の半導体装置Ｓ１も、上記実施形態と同様に、第１の半導体素子１０と、第２の半導体素子２０と、第１の金属体としての下側ヒートシンク３０と、第２の金属体としての上側ヒートシンク４０と、放熱ブロックとしてのヒートシンクブロック５０と、これらの間に介在する接合材６０とを備えるとともに、端子部７０およびワイヤ８０を備えて構成されている。

ここで、本実施形態では、図４に示されるように、一対のヒートシンク３０、４０の隙間、並びに、両半導体素子１０、２０およびヒートシンクブロック５０の周囲部分には、樹脂９０が充填封止されている。また、ワイヤ８０およびワイヤ８０と端子部７０との接続部分も樹脂９０にて封止されている。

この樹脂９０はたとえばエポキシ樹脂等の通常のモールド材料を採用することができる。また、ヒートシンク３０、４０等を樹脂９０でモールドするにあたっては、上下型からなる成形型（図示しない）を使用し、トランスファーモールド法によって容易に行うことができる。

この半導体装置Ｓ２は次のようにして製造される。まず、上記実施形態の半導体装置Ｓ１の製造方法において、接合材６０を介して、下側ヒートシンク３０、半導体素子１０、２０、ヒートシンクブロック５０、上側ヒートシンク４０間の接合および電気的・熱的接続を完了させる工程までを行う。

しかる後、図示しない成形型を使用して、ヒートシンク３０、４０の隙間および外周部に樹脂９０を充填する工程（モールド工程）を実行する。これにより、図４に示されるように、ヒートシンク３０、４０の隙間および外周部等に、樹脂９０が充填され、装置Ｓ２のほぼ全体が樹脂９０によって封止される。

そして、樹脂９０が硬化した後、上記成形型内から半導体装置を取り出せば、本実施形態の半導体装置Ｓ２が完成する。

なお、本半導体装置Ｓ２においては、下側ヒートシンク３０の下面及び上側ヒートシンク４０の上面が、それぞれ露出するように樹脂モールドされている。これにより、ヒートシンク３０、４０の放熱性が高められている。

このような本実施形態においても、２つの半導体素子１０、２０を一対のヒートシンク（金属体）３０、４０で挟み込んでなる両面放熱型半導体モジュールとしての半導体装置において、図４（ｂ）中に示される各寸法すなわち第１の半導体素子の幅ｗ１、第２の半導体素子の幅ｗ２、第１の半導体素子１０と第２の半導体素子２０との間隔ｘ、下側ヒートシンク３０の幅（上側ヒートシンク４０の幅）Ｗ、下側ヒートシンク３０の厚さ（上側ヒートシンク４０の厚さ）ｔについて、、
２ｔ≦ｘ≦Ｗ−（ｗ１＋ｗ２＋２ｔ）、
Ｗ＞ｗ１＋ｗ２＋４ｔ、
という関係が満足されていることを特徴とする半導体装置Ｓ２が提供される。

それにより、本実施形態でも上記実施形態と同様に、ヒートシンク（金属体）３０、４０および半導体素子１０、２０のサイズに応じて良好な放熱特性を得られるような最適な素子間隔ｘを規定することができる。

なお、本実施形態においても、２つの半導体素子１０、２０の配列方向および両ヒートシンク３０、４０の厚さ方向と直交する奥行き方向において、各ヒートシンク３０、４０の中心と各半導体素子１０、２０の中心とが一致していることが好ましい。これらの中心の一致については、図４（ｃ）中の中心線Ｋにより示されている。

また、本実施形態によれば、樹脂モールドパッケージとすることにより、発熱時に半導体素子１０、２０に加わる熱応力が低減されるため、より信頼性に優れた半導体装置Ｓ２を提供することができる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、ヒートシンクブロック５０が各半導体素子１０、２０と上側ヒートシンク４０との間に介在しているが、このヒートシンクブロックは、半導体素子とヒートシンク（金属体）とを熱的および電気的に接続するとともに、半導体素子からボンディングワイヤを引き出す際の当該ワイヤの高さを確保する等のために、半導体素子とヒートシンクとの間の高さを確保する役割を有しているものである。

ここで、ヒートシンクブロックが不要な構成である場合には、もちろんヒートシンクブロックを省略した構成であってもよい。たとえば、上記図１において、第１の半導体素子１０の上面および第２の半導体素子２０の上面を直接、接合材６０を介して上側ヒートシンク４０に接合してもよい。

以上述べてきたように、本発明は、２つの半導体素子１０、２０を一対のヒートシンク（金属体）３０、４０で挟み込んでなる両面放熱型半導体モジュールとしての半導体装置において、それぞれの半導体素子１０、２０からの熱流れに着目し、電極と放熱を兼ねる金属体３０、４０および半導体素子１０、２０のサイズに応じた最適な素子間隔ｘを規定したことを要部とするものである。そして、その他の細部については、適宜設計変更が可能である。

本発明の第１実施形態に係る半導体装置の全体構成を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。 本発明者が行った検討に用いた半導体装置の概略断面構成を示す図である。 素子間隔ｘと熱抵抗との関係を調べた結果を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体装置の全体構成を示す図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ線に沿った概略断面図、（ｃ）は（ａ）中のＤ−Ｄ線に沿った概略断面図である。

符号の説明

１０…第１の半導体素子、２０…第２の半導体素子、
３０…第１の金属体としての下側ヒートシンク、
４０…第２の金属体としての上側ヒートシンク、
９０…樹脂。

Claims (3)

1. 第１の半導体素子（１０）の一面および第２の半導体素子（２０）の一面が、電極と放熱体とを兼ねる第１の金属体（３０）に電気的および熱的に接合され、
   第１の半導体素子（１０）の他面および第２の半導体素子（２０）の他面が、電極と放熱体とを兼ねる第２の金属体（４０）に電気的および熱的に接合されてなる半導体装置において、
   前記第１の半導体素子（１０）と前記第２の半導体素子（２０）とが配列している配列方向に沿った前記第１の半導体素子（１０）の幅および前記第２の半導体素子（２０）の幅を、それぞれｗ１、ｗ２とし、
   前記第１の半導体素子（１０）と前記第２の半導体素子（２０）との間隔をｘとし、
   前記配列方向に沿った前記第１の金属体（３０）の幅をＷ、前記第１の金属体（３０）の厚さをｔとし、
   前記配列方向に沿った前記第２の金属体（４０）の幅、前記第２の金属体（４０）の厚さを、それぞれ前記第１の金属体（３０）の前記幅Ｗ、前記厚さｔと同一寸法であるものとしたとき、
   前記各寸法ｗ１、ｗ２、ｘ、Ｗ、ｔについて、
   ２ｔ≦ｘ≦Ｗ−（ｗ１＋ｗ２＋２ｔ）、
   Ｗ＞ｗ１＋ｗ２＋４ｔ、
   の関係が満足されていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記配列方向および前記第１および第２の金属体（３０、４０）の厚さ方向と直交する奥行き方向において、
   前記第１の金属体（３０）の中心、前記第２の金属体（４０）の中心、前記第１の半導体素子（１０）の中心および前記第２の半導体素子（２０）の中心が一致していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 装置のほぼ全体が樹脂（９０）にてモールドされていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
   

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