JP5391162B2 - 電力用半導体装置 - Google Patents
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Description
従来の電力用半導体装置では、スイッチング素子およびダイオード素子にシリコン製の素子(Si素子と記す)が用いられてきたが、最近は、シリコンカーバイド製の素子(SiC素子と記す)を用いた電力用半導体装置の開発がすすめられている。
これらの効果は、スイッチング素子とダイオード素子との両方に、SiC素子を用いることにより得られるのはもちろんであるが、いずれか一方の素子にSiC素子を用いても得ることができる。
そのため、スイッチング素子がSi素子であり、ダイオード素子がSiC素子である電力用半導体装置が考案されている(例えば、特許文献1参照)。
従来の電力用半導体装置では、Si素子の真性半導体温度の制約から、使用温度の上限を約150℃に設定して、これを超えないような回路設計がなされており、電力用半導体装置の構成材料には、耐熱温度が200℃程度のものを用いることができた。
これに対して、SiCダイオード素子を用いた電力用半導体装置では、SiCダイオード素子の特徴のひとつである高温動作(200℃以上)を実現するのに、接合材や電力用半導体装置内部の絶縁を保つ封止材等の、電力用半導体装置に使用する材料の高耐熱化が必須となる。
また、基板裏面からSiスイッチング素子を冷却するにも、冷却の必要がないSiCダイオード素子がヒートシンクの熱容量を奪って冷却効率を低下させるため無駄に大きな冷却器が必要となる。
そして、特許文献1に記載のSiCダイオード素子を用いた電力用の半導体装置は、Si素子を搭載した基板とSiC素子を搭載した基板が同一の金属ベースに接合されたものであり、冷却の必要がないSiCダイオード素子がヒートシンクの熱容量を奪って冷却効率を低下させるため無駄に大きな冷却器が必要となるとの上記問題があった。
このようなことより、ダイオード素子のみにSiC素子が用いられた場合でも、従来の電力用半導体装置の構成とは全く異なる仕様となり、電力用半導体装置のコストアップや開発に長期間を要するとの問題があった。
図1は、本発明の実施の形態1に係わる電力用半導体装置の側面断面模式図である。
本発明の実施の形態1に係わる電力用半導体装置100は、Siスイッチング素子5とダイオードパッケージ6とを備えた電力用半導体装置であり、図1に示すように、ベース板1の一方の平面に、絶縁基板2の導体パターン4bを設けた面がはんだ(図示せず)等で接合されている。絶縁基板2の導体パターン4bを設けた面の反対側の面には、電流経路となる回路用導体パターン4aが形成されている。
Siスイッチング素子5およびダイオードパッケージ6と、主電極9,10および制御端子11,12との間の接続は、電気的に接続されていれば良く、ワイヤ配線やブスバーによる配線が用いられる。
図2に示すように、回路用導体パターン4aには主電極取り付け点16,17と、制御端子取り付け点18,19とが設けられている。主電極取り付け点16には、主電極9が接続され、主電極取り付け点17には、主電極10が接続され、制御端子取り付け点18には、制御端子11が接続され、制御端子取り付け点19には、制御端子12が接続される。
例えば、後述するが、Siスイッチング素子5としてIGBTを用いた場合は、IGBTのコレクタと、SiCダイオード素子7のカソードと導通するダイオードパッケージ6のリード端子が回路用導体パターン4aを介して電気的に接続される。
外部の冷却器は、ベース板1における絶縁基板2が接合される一方の平面の反対側の平面に接して設けられるので、ベース板1の他方の平面より、電力用半導体装置100の内部で発生した熱が外部に放出される。
図3に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ6は、高い耐熱性と電気絶縁性を有する素子用封止材23中に、複数のSiCダイオード素子7が設けられており、ワイヤ配線8とリードフレーム15により、各SiCダイオード素子7は、電気的に並列に接続されている。
すなわち、本実施の形態のダイオードパッケージ6は、複数のSiCダイオード素子7が、素子用封止材23で封止されている。
また、各SiCダイオード素子7の、フレームタブ部21aに接合された面の反対側の面にある他方の電極の電極パッドに、ワイヤ配線8の一端が接続され、ワイヤ配線8の他端が、他方側のリードフレーム15のリード先端部21cに接続されている。
本実施の形態では、ワイヤ配線8が用いられているが、ワイヤ配線8に替えてリボンボンディングを用いても良い。
すなわち、本実施の形態のダイオードパッケージ6は、SiCダイオード素子7とワイヤ配線8とリードフレーム15の一部とが、素子用封止材23で被覆保護されている。
本実施の形態では、ダイオード素子としてSiCダイオード素子を用いたが、例えば、ショットキーバリアダイオードやPiNダイオード等も用いられる。それと、低損失、高温動作可能といった特徴を有していれば良く、例えば、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンド等他のワイドバンドギャップ半導体のダイオード素子であれば良い。
リードフレーム15としては、無酸素銅のほか、Fe、Zr、Cr、Sn、Zn、Ni、Ag、Cd、Sb、Bi、In等を添加して耐熱性を高めた銅合金が挙げられる。
また、高耐熱接合材22は、接合部の固相線温度がSiCダイオード素子の動作温度より高いものであれば良い。高耐熱接合材22としては、Sn、Sb、Ag、Cu、Ni、Bi、Zn、Au、Inの群から選択された2種以上の金属からなるろう材、金属焼結型接着剤、高耐熱性樹脂やガラスフリットと導電性フィラとからなる導電性接着剤等が挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、トランスファーモールド等の公知の技術で成形できるエポキシ樹脂が好ましい。
また、熱可塑性樹脂としては、射出成形法により成形できるポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)等が好ましい。
このような場合、ダイオードからの熱干渉の影響は小さく、スイッチング素子からの発熱を絶縁基板およびベース板の全体を使って放熱できるので、本実施の形態の電力用半導体装置のような、Siスイッチング素子とSiCダイオード素子との両方を、同じベース板面の同じ絶縁基板に配置する構造でも問題がない。
このような構造では、部品点数を減らすことができ、且つ配線が容易になるとの利点がある。
このような場合、ダイオード素子にSiCダイオード素子が用いられ、SiCダイオード素子とSiスイッチング素子とを、同じベース板面の同じ絶縁基板に配置した電力用半導体装置では、高温利用するSiCダイオード素子からの熱干渉の影響が大きくなり、電力用半導体装置を構成する各材料の耐熱性を上げる必要があるとともに、大きな冷却器を用いる必要がある。
そして、SiCダイオード素子7は、SiCダイオード素子7の発熱に耐える耐熱性の素子用封止材23で封止されている。この素子用封止材23は、モールド樹脂であるので、熱伝導率が小さく、熱絶縁性に優れており、絶縁基板2およびベース板1を、SiCダイオード素子7から熱的に絶縁できる。
しかし、SiCダイオード素子7が、電気絶縁性と耐熱性とがあり、且つSiCダイオード素子7を絶縁基板2に対して熱的に絶縁するモールド樹脂の素子用封止材23で封止されているので、SiCダイオード素子7を高温で動作させる場合でも、ベース板1と絶縁基板2との接合、Siスイッチング素子5とダイオードパッケージ6との回路用導体パターン4aへの実装、主電極9,10や制御端子11,12の回路用導体パターン4aへの接合等に、Sn−3.0Ag−0.5Cu等の一般的なはんだを用いることができ、ケース13に充填するケース用封止材14に、シリコーンゲル等の安価な低耐熱の絶縁材料を用いることができる。
しかし、ベース板面に設けられた同一の絶縁基板に、Siスイッチング素子と、SiCスイッチング素子をモールド樹脂の素子用封止材で封止したスイッチング素子パッケージとが実装された電力用半導体装置であっても良く、同様な効果が得られる。
また、スイッチング素子パッケージに封止されるスイッチング素子も、SiCスイッチング素子のほか、例えば、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンド等の、他のワイドバンドギャップ半導体のスイッチング素子であっても良い。
すなわち、本実施の形態の電力用半導体装置は、ワイドギャップ半導体の素子が封止された素子パッケージが用いられる。
図4は、本発明の実施の形態2に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図4に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ62は、複数のSiCダイオード素子7が、モールド樹脂の素子用封止材23で封止されており、各SiCダイオード素子7の一方の電極面(アノード側またはカソード側)が、高耐熱接合材22で、一方側のリードフレーム15のフレームタブ部21aに接合されており、各SiCダイオード素子7の他方の電極面が、他方側のリードフレーム15のフレームタブ部21aに、高耐熱接合材22で、接合されている。
すなわち、ダイオードパッケージ62内の配線が、ダイレクトリードボンディング法で行われたものである。
それと、本実施の形態の電力用半導体装置は、ダイオードパッケージ62内の配線が、ダイレクトリードボンディング法で行われているので、多くのSiCダイオード素子が封止されるダイオードパッケージの場合、ワイヤ配線に比べ、配線工程が少なくなり、生産性が向上する。
図5は、本発明の実施の形態3に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図5に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ63aは、複数のSiCダイオード素子7が、モールド樹脂の素子用封止材23で封止されており、各SiCダイオード素子7の各電極面(アノード側およびカソード側)に、ヒートスプレッダ26が、高耐熱接合材22により熱的および電気的に接続されている。
ヒートスプレッダ26には、例えば、銅合金や鉄基合金を用いるのが好ましいが、これに限定されない。
また、本実施の形態のダイオードパッケージ63aでは、SiCダイオード素子7の各電極面に、ヒートスプレッダ26が、高耐熱接合材22により熱的および電気的に接続されているが、図6に示すように、各SiCダイオード素子7の一方の電極面のみに、ヒートスプレッダ26を設けたダイオードパッケージ63bであっても良い。
また、本実施の形態の電力用半導体装置は、ダイオードパッケージ内の温度勾配が小さくなるので、ダイオードパッケージ自身の、耐ヒートサイクル性と耐パワーサイクル性とが優れている。
図7は、ダイオードパッケージに用いられる、等方性熱伝導材料と異方性熱伝導材料とを組み合わせたヒートスプレッダの斜視模式図である。
異方性熱伝導材料27bとしては、例えば、特定な方向の熱伝導性が優れたカーボンファイバー等を一方向に配向させたものが利用できる。
図8は、本発明の実施の形態4に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図8に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ64は、実施の形態2のダイオードパッケージ62における、一方側のリードフレーム15と他方側のリードフレーム15との、各フレームタブ部21aの裏面にヒートスプレッダ26が、高耐熱接合材22で接合されたものである。
本実施の形態の電力用半導体装置は、図8に示すダイオードパッケージ64を用いた以外、実施の形態2の電力用半導体装置と同様であり、実施の形態2の電力用半導体装置と同様な効果を有する。
また、本実施の形態のダイオードパッケージ64は、SiCダイオード素子7と回路用導電性パターン4aとの導通をリードフレーム15で直接にできるので、ヒートスプレッダ26は、導電性が不要であり、セラミックス等の絶縁材であっても良い。
また、本実施の形態のヒートスプレッダとして、等方性熱伝導材料27aと異方性熱伝導材料27bとで形成されたヒートスプレッダ26aを用いても良い。
図9は、本発明の実施の形態5に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図(a)と、ヒートスプレッダとリードフレームとSiCダイオード素子との積層状態を示す斜視模式図(b)とである。
図9に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ65は、実施の形態4のダイオードパッケージ64において、複数の貫通孔21dが設けられたフレームタブ部21bを有するリードフレーム15aを用いたものである。
すなわち、本実施の形態の電力用半導体装置は、実施の形態4の電力用半導体装置より高い温度でのSiCダイオード素子7の動作が可能になる。
図10は、本発明の実施の形態6に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図10に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ66は、実施の形態3のダイオードパッケージ63において、高熱伝導材料28で形成され、且つ内部に空間が設けられた中空体であり、この空間に蓄熱材料29が充填されたヒートスプレッダ26bを用いたものである。
そして、高熱伝導材料28としては、例えば、銅、鉄、アルミニウムを主成分とする合金が挙げられ、蓄熱材料29としては、例えば、SiCダイオード素子7の発熱温度近傍に融点を持つ、低融点金属、塩類、多糖類等の潜熱蓄熱材料が挙げられる。
それと、本実施の形態の電力用半導体装置は、ダイオードパッケージ66に用いられたヒートスプレッダ26bが、内部に蓄熱材料29を内包しており、熱伝導性が高く、熱容量が大きいので、ヒートスプレッダとしての作用効果が大きく、ダイオードパッケージ66内への熱の放散効率が高いので、さらに、高い温度でのSiCダイオード素子7の動作が可能になる。
本実施の形態のヒートスプレッダ26bは、実施の形態4と実施の形態5との電力用半導体装置におけるダイオードパッケージにも用いることができる。
図11は、本発明の実施の形態7に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図11に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ67は、実施の形態3のダイオードパッケージ63において、高熱伝導材料28で形成され、且つ内部に複数の独立空間が設けられた中空体であり、この複数の独立空間に蓄熱材料29が充填されたヒートスプレッダ26cを用いたものである。
そして、高熱伝導材料28と蓄熱材料29とは、実施の形態6で用いたものと同様である。
それと、ダイオードパッケージ67に、高熱伝導材料28で形成され、内部に蓄熱材料29が充填された空間を有する中空体のヒートスプレッダ26cを用いており、実施の形態6の電力用半導体装置と同様な効果を有する。
本実施の形態のヒートスプレッダ26cは、実施の形態4と実施の形態5との電力用半導体装置におけるダイオードパッケージにも用いることができる。
図12は、本発明の実施の形態8に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図12に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ68は、実施の形態3のダイオードパッケージにおいて、素子用封止材が2層構造になったものである。
そして、外層側素子用封止材36には、中空フィラを添加した樹脂(熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂)や、樹脂の発泡体等が挙げられる。
また、内層側素子用封止材35が、結晶性シリカを高充填したモールド樹脂の場合は、外層側素子用封止材36に、グラスファイバや非晶質無機フィラを充填したモールド樹脂を用いることができる。
本実施の形態のような、2層構造の素子用封止材は、実施の形態1と実施の形態2、および、実施の形態4〜実施の形態7の電力用半導体装置におけるダイオードパッケージにも用いることができる。
図13は、本発明の実施の形態9に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図13に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ69は、実施の形態3のダイオードパッケージにおいて、各SiCダイオード素子7の各電極面にヒートスプレッダ26が接合され、各ヒートスプレッダ26にリードフレーム15が電気的に接続された状態で、SiCダイオード素子7とヒートスプレッダ26とリードフレーム15との表面に高耐熱絶縁体のコーティング30を設けたものである。
本実施の形態の電力用半導体装置は、図13に示すダイオードパッケージ69を用いた以外、実施の形態3の電力用半導体装置と同様であり、実施の形態3の電力用半導体装置と同様な効果を有する。
それゆえ、本実施の形態の電力用半導体装置は、発熱が大きく、ダイオードパッケージ69における、SiCダイオード素子7とヒートスプレッダ26とリードフレーム15との表面温度が、素子用封止材23の耐熱温度より高くなるような、さらに高い温度でのSiCダイオードの動作を可能にする。
図14は、本発明の実施の形態10に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図15は、本発明の実施の形態10に係わる電力用半導体装置における、主電極と制御端子とケースとケース用封止材とを除いた状態を示す上面模式図である。
図14に示すように、本実施の形態の電力用半導体装置200に用いられるダイオードパッケージ70は、複数のSiCダイオード素子7が、モールド樹脂の素子用封止材23で封止されたものであって、各SiCダイオード素子7の、一方の同極の電極面にヒートスプレッダ26が高耐熱接合材22で接合され、各SiCダイオード素子7の他方の同極の電極面に導電層31が高耐熱接合材22で接合されている。
本実施の形態の電力用半導体装置200は、図14に示すダイオードパッケージ70を用いた以外、実施の形態1の電力用半導体装置と同様であり、実施の形態1の電力用半導体装置と同様な効果を有する。
図16は、本発明の実施の形態11に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図16に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ71では、複数のSiCダイオード素子7を素子用封止体50で封止したものである。この素子用封止体50は、内部に空間部を有するセラミック筐体で形成されている。
すなわち、各SiCダイオード素子7は、ワイヤ配線8とリードフレーム15により、電気的に並列に接続されている。
本実施の形態では、ワイヤ配線8が用いられているが、ワイヤ配線8に替えてリボンボンディングを用いても良い。
すなわち、本実施の形態のダイオードパッケージ71は、SiCダイオード素子7とワイヤ配線8とリードフレーム15の一部とが素子用封止体50で保護されている。
本実施の形態のダイオードパッケージ71は、SiCダイオード素子7を封止している素子用封止体50がセラミック筐体であるので、セラミック筐体内に配設されたSiCダイオード素子7の周囲に空間部があり、この空間部が断熱層となる。
すなわち、本実施の形態のダイオードパッケージ71も、素子用封止体50が断熱部となり、SiCダイオード素子7の熱が、ケース13内や絶縁基板2やベース板1へ伝熱するのを抑制しており、このダイオードパッケージ71を用いた本実施の形態の電力用半導体装置は、実施の形態1の電力用半導体装置と同様な効果を有する。
しかし、ベース板面に設けられた同一の絶縁基板に、Siスイッチング素子と、SiCスイッチング素子をセラミック筐体の素子用封止体50で封止したスイッチング素子パッケージとを実装した電力用半導体装置であっても良く、同様な効果が得られる。
また、スイッチング素子パッケージに封止されるスイッチング素子も、SiCスイッチング素子のほか、例えば、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンド等の、他のワイドバンドギャップ半導体のスイッチング素子であっても良い。
すなわち、本実施の形態の電力用半導体装置も、ワイドバンドギャップ半導体の素子が封止された素子パッケージが用いられる。
図17は、本発明の実施の形態12に係わる電力用半導体装置の側面断面模式図である。
図18は、本発明の実施の形態12に係わる電力用半導体装置における、主電極と制御端子とケースとケース用封止材とを除いた状態を示す上面模式図である。
本発明の実施の形態12に係わる電力用半導体装置300も、Siスイッチング素子5と、SiCダイオード素子7が封止されたダイオードパッケージ72とを備えた電力用半導体装置である。
図17に示すように、本実施の形態の電力用半導体装置300では、ベース板1の一方の平面に、絶縁基板2が搭載され、絶縁基板2の導体パターン4bを設けた面がはんだ(図示せず)等で接合されている。絶縁基板2の導体パターン4bを設けた面の反対側の面には、電流経路となる回路用導体パターン4aが形成されている。
図17と図18とに示すように、Siスイッチング素子5にはワイヤ配線8が施されており、回路用導体パターン4aおよびワイヤ配線8を介して電気的に、主電極取り付け点16,17と、制御端子取り付け点18,19とに導通している。
ただし、図17では、主電極9,10、ならびに、制御端子11,12は図示していない。
そして、ダイオードパッケージ72は、複数のSiCダイオード素子7を、高い耐熱性と電気絶縁性を有する、モールド樹脂の素子用封止材23で封止している。
また、各SiCダイオード素子7の一方の電極面には、一方側のリードフレーム15のフレームタブ部21が高耐熱接合材(図示せず)で接合され、他方の電極面には、他方側のリードフレーム15のフレームタブ部21が高耐熱接合材(図示せず)で接合されている。
また、各リードフレーム15のリード端子24a,24bは、絶縁基板2の回路用導体パターン4aに接合している。
そして、一方側のリードフレーム15に接合された、ベース板1に近いヒートスプレッダ26におけるリードフレーム15との接合面の反対側の面が、素子用封止材23から露出している。
また、ダイオードパッケージ72におけるヒートスプレッダ26の露出面とベース板1との間には、電気絶縁性を有する伝熱部40が、ヒートスプレッダ26の露出面とベース板1との各々と接して、設けられている。
本実施の形態のダイオードパッケージ72では、ヒートスプレッダ26は、一方側と他方側とのリードフレーム15とに設けられているが、一方側のリードフレーム15のみに設けたものであっても良い。
また、ベース板1における絶縁基板2が接合される一方の平面の反対側の平面には、外部冷却器を接して設けることができる。
そのため、本実施の形態の電力用半導体装置300も、Si素子のみの従来の電力用半導体装置に用いられたのと同じ耐熱性の部材を用いることができ、電力用半導体装置のコストアップが抑えられる。
それと、SiCダイオード素子7のベース板1への放熱性の向上は、SiCダイオード素子7が断続的に発熱する運転条件で使用され、発熱量が多い場合でも、ダイオードパッケージ72が耐熱温度を超えてしまうのを防止できる。
図19に示すように、第1の構造の伝熱部40aは、ヒートスプレッダ26の露出面に接して設けた電気絶縁性を有する高熱伝導シート32と、この高熱伝導シート32とベース板1との間に介在させるグリース33とからなるものである。高熱伝導シート32としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化硼素等の高熱伝導性フィラが高充填された樹脂シートが挙げられる。
この第1の構造の伝熱部40aは、ヒートスプレッダ26の露出面が、高熱伝導シート32を介してベース板1と密着するので、ヒートスプレッダ26とベース板1との間の熱抵抗を下げ、SiCダイオード素子7のベース板1への放熱性が向上する。
図20に示すように、第2の構造の伝熱部40bは、ヒートスプレッダ26の露出面に接して設けた電気絶縁性を有する高熱伝導シート32と、ベース板1に接して搭載される小型の冷却モジュール34と、高熱伝導シート32と小型の冷却モジュール34との間に介在させるグリース33とからなるものである。小型の冷却モジュール34としては、例えば、ペルチェ素子や熱電変換素子等が挙げられる。
この第2の構造の伝熱部40bは、小型の冷却モジュール34を備えており、ヒートスプレッダ26とベース板1との間の熱抵抗を、さらに下げるものであり、SiCダイオード素子7のベース板1への放熱性をさらに向上させる。
しかし、ベース板1に、モールド樹脂の素子用封止材でSiCスイッチング素子を封止したスイッチング素子パッケージが搭載された電力用半導体装置であっても良く、同様な効果が得られる。
また、スイッチング素子パッケージに封止されるスイッチング素子も、SiCスイッチング素子のほか、例えば、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンド等の、他のワイドバンドギャップ半導体のスイッチング素子であっても良い。
すなわち、本実施の形態の電力用半導体装置も、ワイドバンドギャップ半導体の素子が封止された素子パッケージが用いられる。
4b 導体パターン、5 Siスイッチング素子、6 ダイオードパッケージ、
7 SiCダイオード素子、8 ワイヤ配線、9,10 主電極、
11,12 制御端子、13 ケース、14 ケース用封止材、
15,15a リードフレーム、16,17 主電極取り付け点、
18,19 制御端子取り付け点、20 取り付け孔、
21a,21b フレームタブ部、21c リード先端部、21d 貫通孔、
22 高耐熱接合材、23 素子用封止材、24a,24b リード端子、
26,26a,26b,26c ヒートスプレッダ、27a 等方性熱伝導材料、
27b 異方性熱伝導材料、28 高熱伝導材料、29 蓄熱材料、
30 コーティング、31 導電層、32 高熱伝導シート、33 グリース、
34 冷却モジュール、35 内層側素子用封止材、36 外層側素子用封止材、
40 伝熱部、40a 第1の構造の伝熱部、40b 第2の構造の伝熱部、
50 素子用封止体、62,63a,63b,64 ダイオードパッケージ、
65,66,67,68,69,70,71,72 ダイオードパッケージ、
100,200,300 電力用半導体装置。
Claims (15)
- ベース板と、上記ベース板の一方の面に接合され、且つ回路用導体パターンが設けられた絶縁基板と、上記絶縁基板に実装されたSiスイッチング素子と、上記絶縁基板に実装された、複数のワイドバンドギャップ半導体素子を素子用封止材で封止した素子パッケージと、上記ベース板に覆設されるとともに、少なくとも、上記Siスイッチング素子と上記素子パッケージと上記絶縁基板とを収納したケースと、上記ケースの内部に充填されたケース用封止材とを備えた電力用半導体装置であって、
上記Siスイッチング素子と上記素子パッケージとが、同一の上記絶縁基板の回路用導体パターンに搭載され、
上記Siスイッチング素子の電極と上記ワイドバンドギャップ半導体素子の電極とが、上記回路用導体パターンに電気的に導通され、
上記素子用封止材に、モールド樹脂が用いられた電力用半導体装置。 - 上記素子パッケージが、電気的に並列に接続された複数のSiCダイオード素子を上記素子用封止材で封止したダイオードパッケージであり、上記SiCダイオード素子の電極にリードフレームが電気的に接続され、上記リードフレームのリード端子が、上記素子用封止材から導出され、且つ上記回路用導体パターンに接合されたものであることを特徴とする請求項1に記載の電力用半導体装置。
- 上記ダイオードパッケージが、上記各SiCダイオード素子の一方の電極面に、一方側の上記リードフレームのフレームタブ部が高耐熱接合材で接合され、上記各SiCダイオード素子の他方の電極面に、ワイヤ配線の一端が接続され、上記ワイヤ配線の他端が、他方側の上記リードフレームのリード先端部に接続されたものであることを特徴とする請求項2に記載の電力用半導体装置。
- 上記ダイオードパッケージが、上記各SiCダイオード素子の一方の電極面に、一方側の上記リードフレームのフレームタブ部が高耐熱接合材で接合され、上記各SiCダイオード素子の他方の電極面に、他方側の上記リードフレームのフレームタブ部が上記高耐熱接合材で接合されたものであることを特徴とする請求項2に記載の電力用半導体装置。
- 上記ダイオードパッケージが、上記各SiCダイオード素子の一方の電極面と他方の電極面とに、ヒートスプレッダが高耐熱接合材で接合され、上記一方の電極面に接合されたヒートスプレッダに、一方側の上記リードフレームのリード先端部が電気的に接続され、上記他方の電極面に接合されたヒートスプレッダに、他方側の上記リードフレームのリード先端部が電気的に接続されたものであることを特徴とする請求項2に記載の電力用半導体装置。
- 上記ダイオードパッケージが、上記一方側のリードフレームのフレームタブ部における上記SiCダイオード素子との接合面の反対側の面と、上記他方側のリードフレームのフレームタブ部における上記SiCダイオード素子との接合面の反対側の面とに、ヒートスプレッダが上記高耐熱接合材で接合されたものであることを特徴とする請求項4に記載の電力用半導体装置。
- 上記一方側のリードフレームのフレームタブ部と上記他方側のリードフレームのフレームタブ部とに複数の貫通孔が設けられ、上記貫通孔に入った上記高耐熱接合材が上記SiCダイオード素子と上記ヒートスプレッダとを直接に接合したことを特徴とする請求項6に記載の電力用半導体装置。
- 上記ヒートスプレッダが、両端を等方性熱伝導材料とし、上記等方性熱伝導材料と異方性熱伝導材料とを交互に並べて一体化した構造であり、上記異方性熱伝導材料が、その熱伝導方向を上記SiCダイオード素子の電極面に対して垂直な方向になるように配設されたことを特徴とする請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
- 上記ヒートスプレッダが、高熱伝導材料で形成され、且つ内部に空間が設けられた中空体であり、上記中空体の空間に蓄熱材料が充填された構造であることを特徴とする請求項5〜請求項7のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
- 上記素子用封止材が、内層側をモールド樹脂でなる内層側素子用封止材とし、外層側を上記内層側素子用封止材より断熱性が優れた樹脂材料でなる外層側素子用封止材とした2層構造であることを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。
- 上記素子パッケージが、電気的に並列に接続された複数のSiCダイオード素子を上記素子用封止材で封止したダイオードパッケージであり、上記各SiCダイオード素子の一方の電極面にヒートスプレッダが高耐熱接合材で接合され、上記各SiCダイオード素子の他方の電極面に導電層が上記高耐熱接合材で接合され、上記ヒートスプレッダおよび上記導電層の、上記SiCダイオード素子の電極面に接合された面の反対側の面が、上記素子用封止材から露出しており、上記ヒートスプレッダの露出面が上記回路用導体パターンに接合される面であり、上記導電層の露出面が、配線部材を接合する面であることを特徴とする請求項1に記載の電力用半導体装置。
- ベース板と、上記ベース板の一方の面に接合され、且つ回路用導体パターンが設けられた絶縁基板と、上記絶縁基板に実装されたSiスイッチング素子と、上記絶縁基板に実装された、複数のワイドバンドギャップ半導体素子を素子用封止体で封止した素子パッケージと、上記ベース板に覆設されるとともに、少なくとも、上記Siスイッチング素子と上記素子パッケージと上記絶縁基板とを収納したケースと、上記ケースの内部に充填されたケース用封止材とを備えた電力用半導体装置であって、
上記Siスイッチング素子と上記素子パッケージとが、同一の上記絶縁基板の回路用導体パターンに搭載され、
上記Siスイッチング素子の電極と上記ワイドバンドギャップ半導体素子の電極とが、上記回路用導体パターンに電気的に導通され、
上記素子用封止体に、セラミックの筐体が用いられた電力用半導体装置。 - 上記素子パッケージが、電気的に並列に接続された複数のSiCダイオード素子を上記素子用封止体で封止したダイオードパッケージであり、上記各SiCダイオード素子の一方の電極面に、一方側のリードフレームのフレームタブ部が高耐熱接合材で接合され、上記各SiCダイオード素子の他方の電極面に、ワイヤ配線の一端が接続され、上記ワイヤ配線の他端が、他方側のリードフレームのリード先端部に接続され、上記リードフレームの、上記素子用封止体から導出されたリード端子が、上記回路用導体パターンに接合されたものであることを特徴とする請求項12に記載の電力用半導体装置。
- ベース板と、上記ベース板の一方の面に接合され、且つ回路用導体パターンが設けられた絶縁基板と、上記絶縁基板の回路用導体パターンに接合されたSiスイッチング素子と、上記ベース板の上記絶縁基板が接合された側の面に搭載された、複数のワイドバンドギャップ半導体素子を素子用封止材で封止した素子パッケージと、上記ベース板に覆設されるとともに、少なくとも、上記Siスイッチング素子と上記素子パッケージと上記絶縁基板とを収納するケースと、上記ケースの内部に充填されたケース用封止材とを備えた電力用半導体装置であって、
上記素子パッケージが、上記ワイドバンドギャップ半導体素子に接合された1個のヒートスプレッダの面を、上記ベース板と対向する側から露出させ、
上記ヒートスプレッダの露出面と上記ベース板との間に、上記ヒートスプレッダの露出面と上記ベース板とに接して、電気絶縁性を有する伝熱部が設けられ、
上記Siスイッチング素子の電極と上記ワイドバンドギャップ半導体素子の電極とが、上記回路用導体パターンに電気的に導通され、
上記素子用封止材に、モールド樹脂が用いられた電力用半導体装置。 - 上記素子パッケージが、電気的に並列に接続された複数のSiCダイオード素子を上記素子用封止材で封止したダイオードパッケージであることを特徴とする請求項14に記載の電力用半導体装置。
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