JP7471458B2 - 半導体装置、電力変換装置、および移動体 - Google Patents
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Description
図13は後述する各実施の形態の比較例としての半導体装置70を示す。
<A-1.構成>
図1は本実施の形態の半導体装置71を示す。
半導体素子1が動作すると、熱が発生する。半導体素子1から発生した熱は、放熱板6を通って、金属電極2と絶縁基板3との接合材5による接合部に伝わるが、放熱板6が狭窄部40を有することにより、半導体素子1から発生した熱が放熱板6を通って金属電極2と絶縁基板3との接合材5による接合部に伝わる度合い、が抑制される。これにより、半導体装置71の動作時に金属電極2と絶縁基板3との接合材5による接合部に発生する熱応力が抑制され、半導体装置71の信頼性が向上する。
図2は本実施の形態の半導体装置72を示す。
図4は本実施の形態の半導体装置73を示す。
図5は本実施の形態の半導体装置74を示す。
実施の形態1、3、4の半導体装置に対し、穴10を放熱板6に複数設けるように変更を加えてもよいし、実施の形態2の半導体装置に対し内部空洞11を複数設けるようにし変更を加えてもよい。また、放熱板6に、貫通穴、止まり穴、および内部空洞のうちのいずれか複数または全部が設けられていてもよい。
実施の形態1から5において、半導体素子1が接合されている領域と、金属電極2が接合されている領域と、の間の領域に狭窄部40を形成するものであれば、穴10または内部空洞11は、円柱状に限らず、四角柱状または三角柱状またはその他の任意の形状であってよい。穴10または内部空洞11の形状は、放熱板6の形状および材質に応じて加工しやすい形状であってよい。
図8は、本実施の形態の半導体装置77を示す図である。
放熱板6に設けられる凹部は、半導体素子1が接合されている領域と、金属電極2が接合されている領域と、の間の領域に、狭窄部40が形成されるものであれば、形状に制限はなく、放熱板6の形状および材質に応じて加工しやすい形状であってよい。凹部は、実施の形態7の半導体装置77のように断面が矩形状の凹部でなくてもよく、断面がV字状の凹部または断面が半円状の凹部であってもよい。また、凹部は複数設けられていてもよい。図9には、本実施の形態の半導体装置78として、放熱板6に、断面がV字状の凹部13bと断面が半円状の凹部13cが設けられている半導体装置が示されている。凹部13bおよび凹部13cは、半導体素子1が接合されている領域と、金属電極2が接合されている領域と、を繋ぐ方向と交差する方向に延在している。
実施の形態1から8のいずれかの半導体装置において、半導体素子1は、例えばシリコン半導体素子であるとして説明したが、実施の形態1から8のいずれかの半導体装置において、半導体素子1がワイドバンドギャップ半導体を用いたワイドバンドギャップ半導体素子であってもよい。つまり、半導体素子1はワイドバンドギャップ半導体を含んでいてもよい。
本実施の形態は、上述した実施の形態1~9のいずれかにかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。実施の形態1~9のいずれかにかかる半導体装置の適用は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態10として、三相のインバータに実施の形態1~9のいずれかにかかる半導体装置を適用した場合について説明する。
図12は本実施の形態の移動体20を示す。移動体20は実施の形態10の電力変換装置15を備える。移動体20は、外部から入力された直流電力を電力変換装置15により交流電力に変換し、当該交流電力を用いて動作する。電力変換装置15の出力する交流電力によって動作するモーターにより、移動する。
Claims (19)
- 放熱板と、
少なくとも1つの絶縁基板と、
半導体素子と、
金属電極と、
を備え、
前記少なくとも1つの絶縁基板は前記放熱板の一方主面上に接合されており、
前記半導体素子は前記放熱板の前記一方主面上に前記少なくとも1つの絶縁基板のいずれかを介して接合されており、
前記金属電極は前記放熱板の前記一方主面上に前記少なくとも1つの絶縁基板のいずれかを介して接合されており、
前記放熱板は、前記半導体素子が接合されている領域と、前記金属電極が接合されている領域と、の間の領域において、厚み方向における幅が他の箇所より狭い狭窄部を有し、
前記放熱板には、内部空洞または前記放熱板の側面に開口を有する貫通穴もしくは止まり穴、が少なくとも1つ設けられており、
前記狭窄部は、前記少なくとも1つの前記内部空洞または前記貫通穴または前記止まり穴により、前記厚み方向における幅が他の箇所より狭くなっており、
前記放熱板は、複数の独立した部分を組み合わせて形成されており、
前記少なくとも1つの前記内部空洞または前記貫通穴または前記止まり穴のうちの少なくともいずれかは、前記複数の独立した部分のうちの2つ以上の部分の側面の凹部を合わせて形成されている、
半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置であって、
前記少なくとも1つの前記内部空洞または前記貫通穴または前記止まり穴のいずれかは、前記半導体素子が接合されている領域と、前記金属電極が接合されている領域と、を繋ぐ方向と交差する方向に延在している、
半導体装置。 - 請求項1または2に記載の半導体装置であって、
前記放熱板には、前記少なくとも1つの前記内部空洞または前記貫通穴または前記止まり穴として、複数の内部空洞または貫通穴または止まり穴が設けられている、
半導体装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記少なくとも1つの前記内部空洞または前記貫通穴または前記止まり穴のうちのいずれかは、円柱状、四角柱状、または三角柱状の内部空洞または貫通穴または止まり穴である、
半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置であって、
前記放熱板の前記一方主面に少なくとも1つの凹部が設けられており、
前記狭窄部は前記少なくとも1つの凹部により前記厚み方向における幅が狭くなっている、
半導体装置。 - 請求項5に記載の半導体装置であって、
前記放熱板には、前記少なくとも1つの凹部として、複数の凹部が設けられている、
半導体装置。 - 請求項5または6に記載の半導体装置であって、
前記少なくとも1つの凹部のいずれかは、前記半導体素子が接合されている領域と、前記金属電極が接合されている領域と、を繋ぐ方向と交差する方向に延在している、
半導体装置。 - 請求項5から7のいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記少なくとも1つの凹部のいずれかは、断面が矩形状またはV字状または半円状である、
半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置であって、
前記放熱板の前記一方主面とは逆側の主面に少なくとも1つの凹部が設けられており、
前記狭窄部は前記少なくとも1つの凹部により前記厚み方向における幅が狭くなっている、
半導体装置。 - 請求項9に記載の半導体装置であって、
前記放熱板には、前記少なくとも1つの凹部として、複数の凹部が設けられている、
半導体装置。 - 請求項9または10に記載の半導体装置であって、
前記少なくとも1つの凹部のいずれかは、前記半導体素子が接合されている領域と、前記金属電極が接合されている領域と、を繋ぐ方向と交差する方向に延在している、
半導体装置。 - 請求項9から11のいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記少なくとも1つの凹部のいずれかは、断面が矩形状またはV字状または半円状である、
半導体装置。 - 請求項5から8のいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記半導体素子は前記放熱板の前記一方主面上に前記少なくとも1つの絶縁基板のいずれかである第1の絶縁基板を介して接合されており、
前記金属電極は前記放熱板の前記一方主面上に前記第1の絶縁基板を介して接合されており、
前記第1の絶縁基板は前記少なくとも1つの凹部の少なくともいずれかと対向する位置で前記放熱板とはんだで接合されており、
前記第1の絶縁基板が対向している前記凹部の内部にはんだを含む、
半導体装置。 - 請求項1から12のいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記半導体素子は前記放熱板の前記一方主面上に前記少なくとも1つの絶縁基板のいずれかである第2の絶縁基板を介して接合されており、
前記金属電極は前記放熱板の前記一方主面上に前記少なくとも1つの絶縁基板のいずれかであって前記第2の絶縁基板とは異なる第3の絶縁基板を介して接合されている、
半導体装置。 - 請求項1から14のいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記放熱板は銅またはアルミニウムまたはその両方を含む、
半導体装置。 - 請求項1から15のいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記半導体素子はワイドバンドギャップ半導体を含む、
半導体装置。 - 請求項16に記載の半導体装置であって、
前記ワイドバンドギャップ半導体は炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドである、
半導体装置。 - 請求項1から17のいずれか1項に記載の半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、
を備える、
電力変換装置。 - 請求項18に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置の出力する電力により駆動される電動機と、
を備える、
移動体。
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