JP5626087B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、産業機器のモータ制御などに用いられる半導体装置に関する。
特許文献１には、金属パターンを介して電力端子とパワーチップが接続された半導体装置が開示されている。
特開２０００−３０７０５８号公報
パワーチップで発生した熱が金属パターンを介して電力端子に伝わり、電力端子が高温になることがあった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電力端子が高温になることを防止できる半導体装置を提供することを目的とする。
本願の発明に係る半導体装置は、絶縁基板と、該絶縁基板の上に形成された金属パターンと、該金属パターンの上に固定された電力端子と、該金属パターンの上に固定された複数のパワーチップと、該電力端子と該複数のパワーチップの間の該金属パターンの上に形成された、部品が固定されず表面に露出したはんだと、を備える。そして、該複数のパワーチップのすべてが、該電力端子と熱絶縁される距離だけ該電力端子から離れたことを特徴とする。
本発明によれば、電力端子とパワーチップを熱絶縁するので電力端子が高温になることを防止できる。
本発明の実施の形態に半導体装置の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面矢示図である。 電力端子の温度と距離Ｌとの関係を示すグラフである。 電力端子とＩＧＢＴチップの間に、はんだを介して放熱体を固定したことを示す断面図である。
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の平面図である。半導体装置１０は、ケース１２を備えている。ケース１２にはＣｕベース１４が固定されている。Ｃｕベース１４の上には複数の絶縁基板１６が固定されている。絶縁基板１６はＡｌＮセラミックで形成されている。絶縁基板１６の上には金属パターン１８が形成されている。金属パターン１８は銅で形成されたパターンである。
金属パターン１８の上にはＩＧＢＴチップ２０が固定されている。また、金属パターン１８の上にはダイオードチップ２２が固定されている。これらははんだにより固定されている。金属パターン１８、ＩＧＢＴチップ２０、及びダイオードチップ２２はワイヤ２４により電気的に接続されている。ＩＧＢＴチップ２０とダイオードチップ２２をパワーチップと称することがある。金属パターン１８の表面のはんだのうち、パワーチップの固定に用いられず表面に露出したものは、はんだ１９で示されている。
金属パターン１８の上にははんだ２５を介して電力端子２６が固定されている。電力端子２６は半導体装置１０の主電流を流す端子である。ケース１２の側面には信号端子２８が固定されている。信号端子２８はＩＧＢＴチップ２０のゲートと接続されている。
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面矢示図である。電力端子２６ははんだ２５を介して金属パターン１８に固定されている。ＩＧＢＴチップ２０ははんだ２１を介して金属パターン１８に固定されている。電力端子２６と、電力端子２６に最も近接するパワーチップ（ＩＧＢＴチップ２０）は５ｍｍだけ離れている。図２では電力端子２６とパワーチップの最短距離は距離Ｌ（５ｍｍ）で示されている。本発明の実施の形態１に係る半導体装置はパワーチップを複数有するが、その全てのパワーチップが、最も近接する電力端子２６と５ｍｍ以上離れている。
図３は、電力端子２６の温度と距離Ｌとの関係を示すグラフである。距離Ｌが５ｍｍより小さいと、距離Ｌが小さくなるほどパワーチップの発熱の影響を受け電力端子２６の温度が上がる。一方、距離Ｌが５ｍｍ以上であると、電力端子２６の温度と距離Ｌの有意な相関が無くなる。従って、距離Ｌが５ｍｍ以上であると電力端子２６とＩＧＢＴチップ２０を熱絶縁できる。なお、本発明における「熱絶縁」とは完全に伝熱を遮断するものではなく、伝熱を実用上十分に抑制するものである。
電力端子２６の温度上昇の要因は、電力端子２６に流す大電流と、パワーチップからの熱伝導である。これらの要因により電力端子の温度が上昇し電力端子が高温となることがあった。ところが、本発明の実施の形態に係る半導体装置１０によれば、電力端子２６とパワーチップを熱絶縁しているのでパワーチップからの熱伝導による電力端子２６の温度上昇を抑制できる。よって、電力端子２６が高温になることを防止できる。
本発明は、複数のパワーチップのすべてが、電力端子２６と熱絶縁される距離だけ電力端子２６から離れていることを特徴とするものである。ゆえに、パワーチップはＩＧＢＴチップ２０とダイオードチップ２２に限定されず、これらのうちの一方であってもよいし、他の発熱するチップであってもよい。また、金属パターン１８の材料もＣｕに限定されない。
また、本発明は、電力端子と、これに最も近接するパワーチップの距離が５ｍｍ以上であることに限定されない。パワーチップと電力端子を熱絶縁するために必要な距離は、金属パターンの材質やパワーチップの到達温度などを考慮して定めればよい。
本発明の実施の形態に係る半導体装置１０は図２に示すように、電力端子２６とＩＧＢＴチップ２０の間は、はんだ１９が形成されているものの部品が固定されないデッドスペースとしたが本発明はこれに限定されない。たとえば、電力端子２６とパワーチップの間の金属パターン１８に放熱体を固定してもよい。図４は、電力端子２６とＩＧＢＴチップ２０の間の金属パターン１８に、はんだ１９を介して放熱体４０を固定したことを示す断面図である。放熱体４０は冷却フィンで形成されている。放熱体４０により距離Ｌを短くしつつ電力端子２６とＩＧＢＴチップ２０の熱絶縁できる。
１０ 半導体装置、 １２ ケース、 １４ Ｃｕベース、 １６ 絶縁基板、 １８ 金属パターン、 １９ はんだ、 ２０ ＩＧＢＴチップ、 ２２ ダイオードチップ、 ２４ ワイヤ、 ２６ 電力端子

Claims (2)

  1. 絶縁基板と、
    前記絶縁基板の上に形成された金属パターンと、
    前記金属パターンの上に固定された電力端子と、
    前記金属パターンの上に固定された複数のパワーチップと、
    前記電力端子と前記複数のパワーチップの間の前記金属パターンの上に形成された、部品が固定されず表面に露出したはんだと、を備え、
    前記複数のパワーチップのすべてが、前記電力端子と熱絶縁される距離だけ前記電力端子から離れたことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記金属パターンは銅で形成されており、
    前記パワーチップはＩＧＢＴチップ又はダイオードチップであり、
    前記電力端子と、前記複数のパワーチップのうち前記電力端子と最も近接するパワーチップとの距離は、５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
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