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技術 半導体装置

出願人 三菱電機株式会社
発明者 吉瀬幸司池田孟和久宏之
出願日 2011年4月21日 (9年8ヶ月経過) 出願番号 2011-095098
公開日 2012年11月15日 (8年1ヶ月経過) 公開番号 2012-227424
状態 特許登録済
技術分野 半導体または固体装置の組立体
主要キーワード 仕切り蓋 導電体板 制御用半導体素子 ブスバ ワイドバンドギャップ半導体素子 高熱伝導性樹脂 複数本並列 制御配線
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年11月15日)のものです。
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図面 (10)

課題

パワー半導体素子を使用する半導体装置において、高い放熱性を有し、制御用半導体素子及び制御回路基板に熱的な悪影響を与えない半導体装置を提供することを目的としている。

解決手段

パワー半導体素子2と、パワー半導体素子2を制御する制御用半導体素子4が搭載された制御回路基板5と、パワー半導体素子2及び制御回路基板5が収容される筐体9と、パワー半導体素子2と制御回路基板5とを電気的に接続するとともに、制御回路基板5側の先端部6tが延伸され、筐体9に設けられた貫通孔13を通して、先端部6tが外部に突出された制御配線6と、により構成され、パワー半導体素子2から制御配線6を通して制御用半導体素子4及び制御回路基板5に伝わる熱を抑制、制御用半導体素子4及び制御回路基板5を保護することができる。

概要

背景

従来、パワー半導体素子により構成されるインバータ装置では、パワー半導体素子を安定して動作させるために、パワー半導体素子の温度上昇を抑制するため効率よく冷却する対策が講じられている。

例えば、特許文献1に示されるインバータ装置では、パワー半導体素子と冷媒間の熱抵抗を低減することを目的として、パワー半導体素子と、電極板表裏接合されパワー半導体素子が搭載された絶縁基板及び端子などからなるパワー回路部と、冷却媒体流路が形成されたケースと、制御回路部分とを備えていて、電極板が接合された絶縁基板の裏面を冷却媒体によって冷却し、流路の両端部で絶縁基板とケースが接合されている。絶縁基板の裏面が冷媒によって直接冷却されることによりパワー半導体素子と冷媒間の熱抵抗が低減されるとともに、流路の両端部で絶縁基板とケースが接合されているため流路形成時のばらつきが小さく流路を再現性よく形成でき、冷媒の内圧による流路の変形が小さく低熱抵抗化が安定に達成される。また、インバータ装置を小型化できる。

また、特許文献2に示される半導体装置では、パワー部と、パワー部の上方に位置する制御部との間に、パワー部封止樹脂熱伝導率の異なる絶縁体を介在させている。制御回路基板が、一つのモジュールとして半導体装置内に組み込まれた場合、制御回路部の熱流入を抑制するため、制御回路部に仕切り蓋を設置し、熱伝導率の異なる絶縁体を介在させることで、パワー半導体素子で発生した熱が主回路部に流入することを抑制できる構造になっている。

概要

パワー半導体素子を使用する半導体装置において、高い放熱性を有し、制御用半導体素子及び制御回路基板に熱的な悪影響を与えない半導体装置を提供することを目的としている。パワー半導体素子2と、パワー半導体素子2を制御する制御用半導体素子4が搭載された制御回路基板5と、パワー半導体素子2及び制御回路基板5が収容される筐体9と、パワー半導体素子2と制御回路基板5とを電気的に接続するとともに、制御回路基板5側の先端部6tが延伸され、筐体9に設けられた貫通孔13を通して、先端部6tが外部に突出された制御配線6と、により構成され、パワー半導体素子2から制御配線6を通して制御用半導体素子4及び制御回路基板5に伝わる熱を抑制、制御用半導体素子4及び制御回路基板5を保護することができる。

目的

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、発熱量の大きいパワー半導体素子を使用する半導体装置においても、高い放熱性を有し、制御用半導体素子
及び制御回路基板に熱的な悪影響を与えない半導体装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

パワー半導体素子と、前記パワー半導体素子を制御する制御用半導体素子が搭載された制御回路基板と、前記パワー半導体素子及び前記制御回路基板が収容される筐体と、前記パワー半導体素子と前記制御回路基板とを電気的に接続する制御配線と、を備え、前記制御配線は、前記制御回路基板側の先端部が延伸され、当該先端部が前記筐体の内壁と接触、もしくは前記筐体に設けられた貫通孔に少なくとも達するように配置されていることを特徴とする半導体装置

請求項2

前記先端部が、前記筐体の外部にまで延伸されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。

請求項3

前記先端部が、絶縁樹脂被覆されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。

請求項4

前記絶縁樹脂の表面には、導電体キャップが設置されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。

請求項5

前記貫通孔内に絶縁樹脂が充填されており、前記先端部が前記絶縁樹脂内にあることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。

請求項6

前記筐体の外壁に前記貫通孔を覆う導電体板が設置されていることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。

請求項7

前記先端部が、L字状に屈曲され、前記筐体の内壁に接触されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。

請求項8

前記絶縁樹脂が、熱伝導性樹脂であることを特徴とする請求項3または請求項5に記載の半導体装置。

請求項9

前記制御回路基板もしくは前記制御用半導体素子の耐熱温度が前記パワー半導体素子の耐熱温度よりも低いことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の半導体装置。

請求項10

前記パワー半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体素子によって形成されていることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の半導体装置。

請求項11

前記ワイドバンドギャップ半導体素子は、炭化珪素窒化ガリウム又はダイアモンドを材料とするものであることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。

請求項12

前記半導体装置は、インバータ装置であることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の半導体装置。

技術分野

0001

本発明は、パワー半導体素子を搭載し、放熱対策を講じた半導体装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、パワー半導体素子により構成されるインバータ装置では、パワー半導体素子を安定して動作させるために、パワー半導体素子の温度上昇を抑制するため効率よく冷却する対策が講じられている。

0003

例えば、特許文献1に示されるインバータ装置では、パワー半導体素子と冷媒間の熱抵抗を低減することを目的として、パワー半導体素子と、電極板表裏接合されパワー半導体素子が搭載された絶縁基板及び端子などからなるパワー回路部と、冷却媒体流路が形成されたケースと、制御回路部分とを備えていて、電極板が接合された絶縁基板の裏面を冷却媒体によって冷却し、流路の両端部で絶縁基板とケースが接合されている。絶縁基板の裏面が冷媒によって直接冷却されることによりパワー半導体素子と冷媒間の熱抵抗が低減されるとともに、流路の両端部で絶縁基板とケースが接合されているため流路形成時のばらつきが小さく流路を再現性よく形成でき、冷媒の内圧による流路の変形が小さく低熱抵抗化が安定に達成される。また、インバータ装置を小型化できる。

0004

また、特許文献2に示される半導体装置では、パワー部と、パワー部の上方に位置する制御部との間に、パワー部封止樹脂熱伝導率の異なる絶縁体を介在させている。制御回路基板が、一つのモジュールとして半導体装置内に組み込まれた場合、制御回路部の熱流入を抑制するため、制御回路部に仕切り蓋を設置し、熱伝導率の異なる絶縁体を介在させることで、パワー半導体素子で発生した熱が主回路部に流入することを抑制できる構造になっている。

先行技術

0005

特開2002−315357号公報
特開2000−228492号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、このような半導体装置にあっては、パワー半導体素子の動作を制御するために、制御回路基板とパワー半導体素子間で制御信号送受信するための制御配線が存在している。この制御配線には、パワー半導体素子と周辺機器間に介在する電極に流れるような大電流は流れないが、パワー半導体素子と直接電気的に接続されているため、熱の伝わり方も良いので、制御回路基板と制御配線との接続部の温度が局所的に上昇して、信頼性を損ねるという問題点があった。

0007

また、特に、パワー半導体素子として、SiC等を用いて、パワー半導体素子を高温動作させた場合、パワー半導体素子温度が制御回路基板の耐熱温度制御用半導体素子の耐熱温度より高い場合、制御配線と制御回路基板の接続部の温度が局所的に上昇する場合があるという問題点があった。

0008

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、発熱量の大きいパワー半導体素子を使用する半導体装置においても、高い放熱性を有し、制御用半導体素子
及び制御回路基板に熱的な悪影響を与えない半導体装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0009

上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、パワー半導体素子と、前記パワー半導体素子を制御する制御用半導体素子が搭載された制御回路基板と、前記パワー半導体素子及び前記制御回路基板が収容される筐体と、前記パワー半導体素子と前記制御回路基板とを電気的に接続する制御配線と、を備え、前記制御配線は、前記制御回路基板側の先端部が延伸され、当該先端部が前記筐体の内壁と接触、もしくは前記筐体に設けられた貫通孔に少なくとも達するように配置されていることを特徴とするものである。

発明の効果

0010

本発明の半導体装置によれば、パワー半導体素子と制御回路基板とを接続する制御配線の一端を筐体に近傍もしくは筐体外に露出させることにより、発熱量の大きいパワー半導体の熱により生じる制御回路基板や制御用半導体素子の温度上昇を抑制することができ、熱的な損傷から保護することができ半導体装置の信頼性を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0011

実施の形態1に係る半導体装置を示す模式断面図である。
実施の形態1における制御配線部の要部を示す部分模式断面図である。
実施の形態1における制御配線の構成例を示す模式斜視図である。
実施の形態1に係る半導体装置の他の実施態様を示す模式断面図である。
実施の形態1に係る半導体装置のさらに他の実施態様を示す模式断面図である。
実施の形態2における制御配線の要部を示す部分模式断面図である。
実施の形態3における制御配線の要部を示す部分模式断面図である。
実施の形態4に係る半導体装置であるインバータを示す模式断面図である。
実施の形態4におけるインバータの他の実施態様を示す模式断面図である。

実施例

0012

以下、本発明の実施の形態に係る半導体装置について図1図9に基づいて説明する。

0013

実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る半導体装置を示す模式断面図であり、図2は、この制御配線部の要部を示す部分模式断面図であり、また、図3は、制御配線の構造例を示す模式斜視図である。

0014

図1に示すように、半導体装置1は、パワー半導体素子2と、このパワー半導体素子2が載置される銅パターンが両面に形成された絶縁体3と、このパワー半導体素子2を制御する制御用半導体素子4と、この制御用半導体素子4が搭載された制御回路基板5と、パワー半導体素子2と制御回路基板5とを電気的に接続する制御配線6(リード(薄い導電性の板)で構成された6a,6bとアルミワイヤで構成された6c,6d)と、パワー半導体素子2の大電流を取り出す電極7(7a,7b)と、このパワー半導体素子2と電極7を接続するアルミワイヤ8(8a,8b)と、これらを収容する筐体9(ここで、筐体9は、絶縁体3が載置され熱伝導体で形成される熱拡散板9aと、絶縁体で形成される側部9b及び天板9cとで構成されている)と、パワー半導体2の周囲を覆うゲル状の絶縁樹脂10と、制御信号を制御回路基板5に送る制御信号入力端子11と、この制御信号入力端子11を補強する補強部材12とで構成されている。また、図2の制御配線6a、6bの先端部6tの詳細図に示すようには、制御配線6a、6bの先端部6tは、天板9cに設けられた貫通孔13を通り筐体9の外部に突出されており、さらに絶縁材である熱伝
導性樹脂14で被覆され、熱伝導性樹脂14の表面に導電体キャップ15が設置されている。筐体9の天板9cには、導電体キャップ15を取り付けるためのネジ16用の溝16aが設けられている。また、図3に、リードで構成された制御配線6a,6bの構造例を示す。

0015

なお、絶縁体3の上にパワー半導体素子2が配設されており、接触面は半田で接合されている。熱拡散板9aは通常、導電体である銅板で作製されるが、パワー半導体素子2が高温になる場合、ヒートサイクルによる半田部の破壊を抑制するため、AlSiCやCuMo合金等を用いてもよい。また、筐体9の側部9b、天板9には耐熱性を有し、絶縁体であるPPSが用いられる。アルミワイヤ8(8a,8b)の代わりに、アルミ、銅等で作製された電気抵抗の小さいリードを用いてもよい。また、制御配線6におけるアルミワイヤ6c、6dを、リードで形成してもよい。あるいは、リード6aとアルミワイヤ6c、リード6bとアルミワイヤ6dとがそれぞれリードで一体に形成されたものであってもよい。

0016

ここで、パワー半導体素子2としては、例えば、IGBT(InsuIated Gate BipoIar Transistor)、もしくはMOSFET(Metal Oxide Semiconductor FieId Effect Transistor)がある。

0017

次に、半導体装置1の動作を図1及び図2を用いて説明する。
まず、制御回路基板5上の制御用半導体素子4は、制御信号入力端子11からの入力信号に従って、制御配線6(6a,6b,6c,6d)を通してパワー半導体素子2に制御信号を送る。これによりパワー半導体素子2は、オンオフ動作を行い、接続されたアルミワイヤ8a,8bを通して電極7a,7b間での大電流の流れを制御する。これに伴ってパワー半導体素子2が発熱し、この熱は絶縁体3を介して、熱拡散板9aから外部へ放散され、パワー半導体素子2が冷却される。しかし、この熱の一部が制御配線6(6a,6b,6c,6d)を通して、制御回路基板5及び制御用半導体素子4の温度を上昇させる。この熱によって、これら制御回路基板5及び制御用半導体素子4の温度が耐熱温度を超える場合には不具合が発生する。制御回路基板5及び制御用半導体素子4をこの熱から守るため、制御配線6a,6bの先端部6tは、貫通孔13を通して筐体9の天板9cから外部に突出されている。

0018

露出されている制御配線6a,6bの先端部6tは、図2に示すように絶縁材の熱伝導樹脂14で被覆され、さらにその表面には、導電体キャップ15が天板9cにネジ16により取り付けられている。この導電体キャップ15の材料は金属材料であれば、熱が拡散しやすく、制御配線6の冷却能力アップにつながる。また、外部の電気的なノイズ遮断して、安定動作が可能になる。さらに、熱伝導樹脂14が絶縁材料で構成されておれば、万一、内部で短絡が発生した場合でも、大電流が制御配線6を経由して外部に漏れることを防ぐことができる効果もある。これにより制御配線6a,6bを伝ってきた熱は放散、冷却され、制御回路基板5及び制御用半導体素子4の温度上昇を低く抑えることができ、制御回路基板5及び制御用半導体素子4は熱的に保護される。

0019

なお、熱伝導樹脂14として、高熱伝導性樹脂が使用され、導電体キャップ15と制御配線6間に高熱伝導性樹脂が挿入されている場合に、制御配線6の冷却能力を強化することが可能である。ここで、高熱伝導性樹脂とは、樹脂に良熱伝導粒子混入された材料であり、通常の樹脂の熱伝導率の約0.2W/mKより、1桁以上高い(2W/mK)材料をいう。このような構成を採ることにより、制御配線6の放熱性を向上させることができる。

0020

また、制御配線6が図3に示す様に複数本並列に並んでいる場合、この熱伝導樹脂14が、1つの部品で構成されていると、部品点数減少に有効である。

0021

また、導電体キャップ15は、天板9cに固定するのに接着や半田等ネジ以外の方法で接合されていてもよい。

0022

図4は、実施の形態1に係る半導体装置の他の実施態様を示す模式断面図である。図1及び図2に示す半導体装置では、制御配線6の先端部6tが、筐体9の天板9cを貫通して外部に露出される場合について説明したが、図4に示すように、制御配線6の先端部6tが、筐体9の側部9bを貫通して外部に露出させる場合であっても、同様の効果を奏するものである。

0023

また、図5は、実施の形態1に係る半導体装置のさらに他の実施態様を示す模式断面図である。図1及び図2に示す半導体装置では、制御配線6は、制御回路基板5を貫通していたが、この実施態様では、制御配線6と制御回路基板5とは、分離されて配置されており、制御配線6と制御回路基板5とは細い導線7e,7fで接続されている。この導線7e,7fは、通常、アルミワイヤで構成されるが、電気を通す材料であれば、他の素材でも使用可能である。また、リードであってもよい。このような構造にすることで、制御配線6の冷却を促進させるとともに、パワー半導体素子2から制御回路基板5までの信号経路に細い導線が挿入されることで熱が伝わりにくくなり、制御回路基板5の局所的温度上昇を抑制することが可能である。また、制御配線6は、一端筐体9外部で露出された後、再度筐体内部に戻る構造であってもよい。このように、実施の形態1では、制御配線6の一部が筐体9を貫通して外気に露出する構造に対するものであり、制御配線6が露出される筐体の位置には当然のことながら依存しない。

0024

これにより、制御配線6が筐体9を貫通して、外部に露出されているため制御配線6a,6bの先端部6tが冷却されるので、制御配線6と制御回路基板5の接続部の局所的な温度上昇を抑制することができる。特に、パワー半導体素子2がSiC等のワイドバンドギャップ半導体で構成され、制御回路基板5及び制御用半導体素子(IC)4の耐熱温度より高温で動作する場合でもあっても、従来と同様の仕様の制御回路基板及び制御用半導体素子を使用することができ、半導体装置を特別な仕様で製作することが不要となる。

0025

このように、実施の形態1における半導体装置によれば、パワー半導体素子と制御回路基板とを接続する制御配線の一端を筐体外に露出させることにより、発熱量の大きいパワー半導体の熱により生じる制御回路基板や制御用半導体素子の温度上昇を抑制することができ、これらを熱的な損傷から保護することができるので半導体装置の信頼性を向上させることができるという顕著な効果がある。

0026

実施の形態2.
図6は、実施の形態2における制御配線の要部を示す部分模式断面図である。
図1の実施の形態1と異なる点は、実施の形態2では、熱伝導樹脂14が貫通孔13に充填されており、また、制御配線6a,6bの先端部6tを筐体9から突出させず貫通孔13内に留まらせ、貫通孔内にある熱伝導樹脂14と接触させている点であり、その他の構成要素については同様であり、説明を省略する。

0027

筐体9の天板9cの貫通孔13内に熱伝導樹脂14が充填されており、制御配線6a,6bの先端部6tは、この熱伝導樹脂14内で接触されている。熱伝導樹脂14の上部は、導電体板17で覆われ、この導電体板17はネジ16で天板9cに固定されている。制御配線6a,6bの熱は、熱伝導樹脂14を通して導電体板17に伝達され冷却される。これにより、パワー半導体素子2の熱が、制御配線6a,6bを伝わって制御回路基板5や制御用半導体素子4の温度を上昇させることを軽減、抑制することができる。

0028

このような構成によれば、冷却効果は、実施の形態1の制御配線6a,6bの先端部6tを筐体9から貫通させた場合と比較して小さいが、制御配線6が筐体9の天板9cより外部に突出していないため、外観シンプルになるとともに、使用方法ミスによる突出した制御配線6a,6bの先端部6tの座屈等を防ぐという利点がある。

0029

このように、実施の形態2に係る半導体装置によれば、パワー半導体素子と制御回路基板とを接続する制御配線の一端を筐体の貫通孔の熱伝導樹脂に接触させることにより、発熱量の大きいパワー半導体素子の熱により生じる制御回路基板や制御用半導体素子の温度上昇を抑制することができ、これらを熱的な損傷から保護することができるので半導体装置の信頼性を向上させることができるという顕著な効果がある。

0030

実施の形態3.
図7は、実施の形態3における制御配線の要部を示す部分模式断面図である。
図1の実施の形態1と異なる点は、実施の形態3では、制御配線6a,6bの先端部6tを筐体9から突出させず、屈曲させて筐体9の内壁に接触させている点であり、その他の構成要素については同様であり、説明を省略する。

0031

図7に示すように、制御配線6a,6bの先端部6tは、L字形に屈曲されており、一定の力で筐体9の天板9cの内壁に接触されている。貫通孔13内に熱伝導樹脂14が充填されており、この熱伝導樹脂14内で接触されている。これにより、パワー半導体素子の熱は、制御配線6a,6bを伝わり、先端部6tから接触している筐体9の天板9cに伝達され冷却される。これにより、パワー半導体素子2の熱が、制御配線6a,6bを伝わって制御回路基板5や制御用半導体素子4の温度を上昇させることを軽減、抑制することができる。

0032

L字形に屈曲させて筐体9の天板9cに接触させることにより、組立時に筐体9の天板9cが閉じられたときに必ず確実に制御配線6a,6bの先端部6tを接触させることができる。なお、筐体9の天板9cの温度は、外気温度に近くなっており、制御配線6a,6bの先端部6tを接触させることにより充分冷却することができる。例え、接触していなくても制御配線6a,6bの先端部6tが、天板9c近傍にあれば冷却効果はあり、一般に、1mm程度の近傍であれば充分、冷却効果は認められる。

0033

このような構成によれば、冷却効果は、実施の形態1や実施の形態2の場合と比較して小さいが、実施の形態2と同様、制御配線6が筐体9の天板9cより外部に突出していないため、外観上シンプルになるとともに、使用方法ミスによる突出した制御配線6a,6bの先端部6tの座屈等を防ぐという利点がある。

0034

このように、実施の形態3に係る半導体装置によれば、パワー半導体素子と制御回路基板とを接続する制御配線の一端を筐体の内壁に接触させることにより、発熱量の大きいパワー半導体素子の熱により生じる制御回路基板や制御用半導体素子の温度上昇を抑制することができ、これらを熱的な損傷から保護することができるので半導体装置の信頼性を向上させることができるという顕著な効果がある。

0035

実施の形態4.
図8は、実施の形態4に係る半導体装置がインバータである場合を示す模式断面図である。
図8に示すように、インバータ18は、パワー半導体素子2と、このパワー半導体素子2が載置される銅パターンが両面に形成された絶縁体3と、熱拡散板9aと、このパワー
半導体素子2を制御する制御用半導体素子4と、この制御用半導体素子4が搭載された制御回路基板5と、パワー半導体素子2と制御回路基板5とを電気的に接続する制御配線6(薄い導電性の板で構成された6aとアルミワイヤで構成された6c)と、パワー半導体素子2の大電流を取り出す電極7と、この電極7にブスバ20を介して接続されたコンデンサ21と、パワー半導体2の周囲を覆う封止樹脂材料23と、制御信号を制御回路基板5に送る制御信号入力端子11と、この制御信号入力端子11を補強する補強部材12と、これらを収容する筐体9(ここで、筐体9は、天板9cと、側部9bと、グリースを介して熱拡散板9aを取り付ける取付板19で構成されている)と、で構成されている。取付板19には、冷却流路22が設けられており、パワー半導体素子2で発生した熱は冷却流路22に流す冷媒で放熱される。また取付板19には、コンデンサ21が取り付けられている(ただし、コンデンサを取り付ける際、グリースは必ずしも必要ではない)。制御配線6の先端部6tは、実施の形態1と同様、図2の詳細図に示すように、天板9cに設けられた貫通孔13を通り筐体9の外部に突出されており、さらに絶縁材である熱伝導性樹脂14で被覆され、熱伝導性樹脂14の表面に導電体キャップ15が設置されている。

0036

なお、図1の実施の形態1では、金属の熱拡散板9aが筐体9の一部になっているが、図8では、取付板19が筐体9の一部となっている。また、筐体9は、例えば、Alダイキャスト等で作製した金属であっても構わない。

0037

また、図9は、インバータの他の実施態様を示す模式断面図である。図9に示すように、インバータ24は、パワー半導体素子2と、パワー半導体素子2と半田で接合された熱拡散板9aと、熱拡散板9aの他方の面に取り付けられた絶縁性の樹脂3b、銅箔25と、このパワー半導体素子2を制御する制御用半導体素子4と、この制御用半導体素子4が搭載された制御回路基板5と、パワー半導体素子2と制御回路基板5とを電気的に接続する制御配線6(薄い導電性の板で構成された6a)と、パワー半導体素子2の大電流を取り出す電極7と、この電極7にブスバ20を介して接続されたコンデンサ21と、パワー半導体や熱拡散板9aの周囲を覆う封止樹脂材料23と、制御信号を制御回路基板5に送る制御信号入力端子11と、この制御信号入力端子11を補強する補強部材12と、これらを収容する筐体9(天板9cと、側部9bと、取付板19で構成されている)と、で構成されている。制御配線6の先端部6tは、実施の形態1と同様、図2の詳細図に示すように、天板9cに設けられた貫通孔13を通り、筐体9の外部に突出されており、さらに絶縁材である熱伝導性樹脂14で被覆され、熱伝導性樹脂14の表面に導電体キャップ15が設置されている。なお、樹脂3bは絶縁性を有していればよく、例えばセラミック等でもよい。この他の実施態様においても、上述した実施の形態4と同様の効果がある。

0038

このようなインバータの場合であっても、パワー半導体素子2の動作を制御するため、制御配線6(アルミワイヤ6c、リード6a)と制御回路基板5との接続部は温度が上昇するため、特に、パワー半導体素子がSiC等であり、高温動作する場合には問題となる。

0039

このような構成によれば、制御配線6の先端部6tが、筐体9の天板9cから突出されて、外部に露出されて冷却されることにより、制御配線6と制御回路基板5の接続部の局所的な温度上昇を抑制することができる。特に、パワー半導体素子2がSiC等であり、制御回路基板5、制御用半導体素子4の耐熱温度より高温で動作する場合であっても、従来と同様の制御用半導体素子、制御回路基板を使用することができ、特別な仕様が不要となる効果がある。

0040

また、図4に示された実施の形態1の他の実施態様のように、制御配線6の先端部6tが、筐体9の側面部を貫通して外部に露出される場合であってもよい。また、実施の形態2あるいは実施の形態3と同様に、制御配線6の先端部6tが、筐体9から突出していな
い場合であってもよい。

0041

このように、実施の形態4に係るインバータによれば、パワー半導体素子と制御回路基板とを接続する制御配線の一端を筐体の外部に突出させることにより、発熱量の大きいパワー半導体素子の熱により生じる制御回路基板や制御用半導体素子の温度上昇を抑制することができ、これらを熱的な損傷から保護することができるので半導体装置であるインバータの信頼性を向上させることができるという顕著な効果がある。

0042

なお、パワー半導体素子2の半導体材料としては、シリコン半導体の他、SiC(Silicon Carbide)を始め、窒化ガリウム(GaN)、ダイアモンドといった珪素(Si)に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体により形成されたパワー半導体素子であってもよい。

0043

また、ワイドバンドギャップ半導体によるパワー半導体素子では、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、素子の小型化が可能であり、小型化されたパワー半導体素子を組み込んだ半導体装置の小型化が可能になる。

0044

なお、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。

0045

1半導体装置
2パワー半導体素子
3,3b絶縁体
4制御用半導体素子
5制御回路基板
6制御配線
6a,6bリード
6c,6dアルミワイヤ
9筐体(9a熱拡散板、9b 側部、9c天板、19取付板)
13貫通孔
14熱伝導樹脂
15導電体キャップ
17導電体板
18,24 インバータ

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