CN111095547B - 功率半导体装置以及使用其的电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种功率半导体装置,能够抑制因功率半导体装置的绝缘层和其他构件剥离而引起的可靠性降低。本发明的功率半导体装置具备：功率半导体元件；导体部，其向该功率半导体元件传递电流；绝缘层，其与所述导体部的配置有所述功率半导体元件的一侧的相反侧的表面接触；金属制散热部，其夹着所述绝缘层地所述导体部相对，所述绝缘层具有：绝缘部；以及导体层，其隔着该绝缘部而被所述导体部和所述金属制散热部夹持，所述功率半导体装置还具有输出端子，其与所述导体层连接，并且根据该绝缘部的接触状态而输出不同的信号。

Description

功率半导体装置以及使用其的电力转换装置
技术领域
本发明涉及功率半导体装置及使用其的电力转换装置。
背景技术
近年来，地球规模的环境门问题和资源问题已经得到了关注，为了有效利用资源、促进节能化、抑制地球温室化气体的排出，使用了功率半导体元件的电力转换装置被广泛应用于民用、车载用、铁道用、产业用、基础设施用等领域。
例如，从车载用途来看，有用电动机驱动的电动汽车(EV)、组合了电动机驱动和发动机驱动的混合动力汽车(HEV)等。在这些EV和HEV中，通过对功率半导体元件进行开关控制，使电池的直流电压产生模拟的交流电压，高效率地驱动电动机。
该功率半导体元件由于通电而发热，因此要求高散热性。通常，功率半导体元件的散热使用具有散热片的金属制的散热体，并且以功率半导体元件的电位的稳定化和防止触电为目的接地(GND)。因此，在功率半导体元件和散热体之间需要绝缘构件，绝缘构件需要具有优异的热传导性和高的绝缘可靠性。
作为提高散热性的手段，已知有例如专利文献1、专利文献2所示那样的、在内置有功率半导体元件的电路体与散热体之间配置绝缘层、使功率半导体元件的发热经由绝缘层向散热体逃逸的结构的功率半导体装置。
专利文献1及专利文献2所记载的功率半导体装置通过在内置有功率半导体元件的电路体与散热体之间配置绝缘片，从而具有功率半导体元件与散热体之间的热传导性和绝缘性。
在专利文献1所记载的功率半导体装置中，通过对包含冷却体的金属壳体构件的结构进行研究，来谋求抑制散热体与电路体的分离。
另外，在专利文献2所记载的功率半导体装置中，通过在与电路体的功率半导体元件电连接的导体部和散热体之间的绝缘层中形成中间导体层，利用夹着中间导体层的上下绝缘层对施加在导体部和散热体之间的电压进行电容分压，从而防止电路体和散热体分离时的局部放电发生。
功率半导体装置中的问题是导体部和绝缘层、绝缘层和散热体的分离、剥离。功率半导体元件发热，由于向功率元件传递电流的导体部、散热体、绝缘层各自的热膨胀不同而发生剥离。
如果发生剥离，则剥离部分的局部放电的发生引起的绝缘可靠性的降低和冷却性能降低，在最差的情况下，功率半导体装置的功能停止。
在功率半导体装置以及使用其的电力转换装置中，正在推进小型化、高功率化，要求将功率半导体元件使用到更高的温度。另外，关于预测今后会继续普及的SiC功率半导体元件，与Si功率半导体元件相比，能够在更高温度区域中使用，因此认为导体部和绝缘层、绝缘层和散热体的剥离的问题变大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2016-39224号公报
专利文献2:日本专利特开2016-59147号公报
发明内容
发明要解决的问题
因此，本发明的课题在于，抑制因绝缘层和其他构件剥离而引起的可靠性降低。
解决问题的技术手段
本发明的功率半导体装置具备：功率半导体元件；导体部，其向该功率半导体元件传递电流；绝缘层，其与所述导体部的配置有所述功率半导体元件的一侧的相反侧的表面接触；金属制散热部，其夹着所述绝缘层地所述导体部相对，所述绝缘层具有：绝缘部；以及导体层，其隔着该绝缘部而被所述导体部和所述金属制散热部夹持，所述功率半导体装置还具有输出端子，其与所述导体层连接，并且根据该绝缘部的接触状态而输出不同的信号。
发明的效果
根据本发明，能够抑制功率半导体装置以及使用其的电力转换装置的可靠性降低。
附图说明
图1是本实施方式的功率半导体装置1000的剖面图。
图2是本实施方式的功率半导体装置1000的俯视图。
图3是本实施方式的由绝缘层111A等构成的绝缘部110的平面透视图。
图4是沿图3的平面AA剖开的绝缘部110的剖面图。
图5是表示本实施方式的电路体100的制造过程的剖面图。
图6是表示本实施方式的功率半导体装置1000的制造过程的剖面图。
图7是说明通过使用了本实施方式的功率半导体装置1000的输出端子107的电容测定来评价、诊断绝缘部110的与导体部和散热部的接触状态、剥离状态的原理的剖面图。
图8是表示导体部103和绝缘层的接触状态(剥离率)与导体部侧的绝缘层111B的电容的关系的图表。
图9是说明在使用本实施方式的功率半导体装置1000的输出端子107的电压测定中评价、诊断绝缘层的与导体部和散热部的接触状态的原理的剖面图。
图10是表示导体部和绝缘层剥离时的导体部侧绝缘部、散热部侧绝缘部各自的电压分担的图表。
图11是表示在使用本实施方式的功率半导体装置1000的输出端子107的电压测定中，用于检测电压的一电路的形态的电路图。
图12是使用电压检测电路监视功率半导体装置1000的输出端子107的电压所得的结果。
具体实施方式
以下，基于实施例说明本发明的实施方式。
图1是本实施方式的功率半导体装置1000的剖面图。
功率半导体装置1000具备：功率半导体元件101及102；导体部103，其向功率半导体元件101及102传递电流；绝缘层111A及111B，其与导体部103的配置有功率半导体元件101及102的一侧的相反侧的表面接触；以及金属制散热部131，其以夹着绝缘层111A及111B的方式与导体部103相对。在本实施方式中，功率半导体元件101是IGBT，功率半导体元件102是二极管。
在绝缘层111A与绝缘层111B之间设置有导体层112。输出端子107与导体层112连接，并且根据绝缘层111A、绝缘层111B与其他构件的接触状态而输出不同的信号。
图2是本实施方式的功率半导体装置1000的俯视图。图3是本实施方式的由绝缘层111A等构成的绝缘部110的平面透视图。图4是沿图3的平面AA剖开的绝缘部110的剖面图。
绝缘部110由与金属制散热部131接触的一侧的绝缘层111A、与导体部103接触的一侧的绝缘层111B、被绝缘层111A和绝缘层111B夹持的导体层112构成。另外，绝缘部110具有用于与输出端子107电连接的连接用电极112C和从导体层103向连接用电极112C连接的路径布线112B。
使用图5的(A)至(E)说明本实施方式的电路体100的制造过程。
在图5的(A)中，在导体部103上通过接合材料104接合功率半导体元件101及102。在此，一般导体部103使用铜或铝等导电性高的金属，接合材料104使用焊料等。
另外，在图5的(A)中，设有从导体部103延伸的功率端子105。导体部103和功率端子105可以形成为一体，也可以分别用接合材料连接彼此。在将功率半导体元件101接合到导体部103上之后，用金属细线连接功率半导体元件101上的栅电极和控制端子106之间(为了简化图示，未图示金属细线)。
在图5的(B)中，将功率半导体元件101和102的另一个表面同样通过接合材料104接合在导体部103上，成为图5的(C)所示的状态。
在图5的(D)中，用模制树脂108密封功率半导体元件101及102和导体部103。根据需要，以导体部103的配置有功率半导体元件的一侧的相反侧的表面露出的方式对模制树脂108进行研磨。
进一步地，在图5的(E)中，在露出于电路体100的表面的输出端子107和连接用电极112C之间配置导电性粘接构件120，将输出端子107和连接用电极112C电连接。
这里，作为导电性粘接构件120，可以使用在树脂中分散有金属粒子的导电性粘接材料、各向异性导电膏、各向异性导电膜等。在本工序中，进行电路体100和绝缘部110的固定、导体层112和输出端子107的电连接。
使用图6的(A)至(D)说明本实施方式的功率半导体装置1000的制造过程。
在图6的(B)中，将与绝缘部110一体化的电路体100插入到具有金属制散热部131和散热片132的壳体130的内部。
然后，在图6的(C)中，用真空压力机按压金属制散热部131，使壳体130的薄壁部变形，将金属制散热部131的内侧的表面与绝缘部110之间、绝缘层与电路体100之间接合。
然后，在图6的(D)中，在壳体130内侧的与电路体110间的空间中注入灌封树脂140，以规定的温度、时间使灌封树脂140固化，完成功率半导体装置1000。
接着，对本实施方式的功率半导体装置1000的导体部103与绝缘部110之间、绝缘部110与金属制散热部131之间的剥离状态的诊断方法进行说明。(功率半导体装置完成后的检查)。
图7是说明通过使用了本实施方式的功率半导体装置1000的输出端子107的电容测定来评价、诊断绝缘部110的与导体部和散热部的接触状态、剥离状态的原理的剖面图。
在图7的(A)中，将导体部103与绝缘层111B之间、绝缘层111A与金属制散热部131之间没有剥离的正常状态下的导体部103侧的绝缘层111B的电容设为C1，将金属制散热部131侧的绝缘层111A的电容设为C2。如果将绝缘层111A和绝缘层111B的材料(相对介电常数)和厚度形成为相同，则C1和C2成为大致相同的值。
图7的(B)表示导体部103和绝缘层111B之间存在剥离的状态。在导体部103和绝缘层111B之间存在剥离的情况下，导体部103和导体层112的距离扩大，并且在绝缘部上加入空气层(相对介电常数为1)，所以导体部103侧的电容C1’比没有剥离的正常状态的电容C1小。
图7的(C)表示在绝缘层111A和金属制散热部131之间存在剥离的状态。在该情况下，由于导体层112和金属制散热部131的距离扩大，并且在绝缘部上加入空气层(相对介电常数为1)，所以金属制散热部131侧的电容C2’比没有剥离的正常状态的电容C2小。
图8是表示导体部103和绝缘层的接触状态(剥离率)与导体部侧的绝缘层111B的电容的关系的图表。
这里，剥离率是指将导体部103和绝缘层111B之间没有剥离的正常状态下的导体部103和导体层112相对的表面的面积作为基准、以导体部103和绝缘层111B的剥离部分的面积与该基准之比所表示的数值。
从图8可知，如果在导体部103和绝缘层111B之间存在剥离，则导体部侧绝缘部的电容根据其剥离面积、剥离率而降低。
在图8中，是表示导体部103和绝缘层111B剥离了的情况下的电容变化的图表，但如果在金属制散热部131和绝缘层111A之间存在剥离，则同样散热部侧的绝缘部的电容降低。
根据以上说明的原理，在功率半导体装置1000完成后，使用LCR测量仪、阻抗分析器等计测器，测定功率端子105与输出端子107之间、金属制散热部131与输出端子107之间的电容，由此，能够检查、诊断导体部103与绝缘层111B、绝缘层111A与金属制散热部131的接触状态。
(电力转换装置工作时的诊断和诊断结果的利用)
图9是说明在使用本实施方式的功率半导体装置1000的输出端子107的电压测定中评价、诊断绝缘层的与导体部和散热部的接触状态的原理的剖面图。
在图9的(A)中，将导体部103和绝缘层111B之间、绝缘层111A和金属制散热部131之间没有剥离的正常状态下的导体部103侧的绝缘层111B的电容设为C1，将金属制散热部131侧的绝缘层111A的电容设为C2。
如果将导体部103侧的绝缘部和金属制散热部131侧的绝缘部的绝缘层的材料(相对介电常数)和厚度形成为相同，则C1和C2成为大致相同的值。因此，没有剥离的正常状态下的导体层112的电压成为施加在导体部103和金属制散热部131之间的电压的大致一半的电压，导体部103侧的绝缘层111B的电压V1和金属制散热部131侧的绝缘层111A的电压V2成为大致相同的值。
图9的(B)表示导体部和绝缘层之间有剥离的状态。在导体部和绝缘层之间有剥离的情况下，导体部和导体层的距离扩大，并且在绝缘部上加入空气层(相对介电常数为1)，所以导体部侧的电容C1’比没有分离的正常状态的电容C1小。结果，施加于导体部侧绝缘部的电压V1’变大，施加于散热部侧绝缘部的电压V2’变小。
图9的(C)表示在绝缘层和散热部之间有剥离的状态。在该情况下，由于导体层和散热部的距离扩大，并且在绝缘部上加入空气层(相对介电常数为1)，所以散热部侧的电容C2”比没有剥离的正常状态的电容C2小。结果，施加于导体部侧绝缘部的电压V1”变小，施加于散热部侧绝缘部的电压V2”变大。
图10是表示导体部侧绝缘部的电压分担与散热部侧绝缘部的电压分担的比率根据导体部和绝缘层的接触状态(剥离率)而变化的关系的图表。在此，剥离率是指将导体部和绝缘层之间没有剥离的正常状态下的导体部和导体层相对的表面的面积作为基准、以导体部和绝缘层的剥离部分的面积与该基准之比所表示的数值。从图10可知，如果在导体部和绝缘层之间存在剥离，则导体部侧绝缘部的电压分担根据该剥离率而增加，散热部侧绝缘部的电压分担相应地减少。
在图10中，是表示导体部和绝缘层剥离了的情况下的导体部侧绝缘部、散热部侧绝缘部各自的电压分担的图表，但若散热部和绝缘层之间剥离，则相反地导体部侧绝缘部的电压分担减少，散热部侧绝缘部的电压分担增加。
图11是表示在使用本实施方式的功率半导体装置1000的输出端子107的电压测定中，用于检测电压的一电路的形态的电路图。
在使用了本实施方式的功率半导体装置1000的功率转换装置中，形成图12所示那样的电压检测电路。在图11中，粗线所示的电路部分是电力转换装置的主电路，细线所示的电路部分是电压的检测电路。
由于本实施方式的功率半导体装置1000的输出端子107的电压VM成为主电路电压的一半左右的高电压，所以作为由电阻分压后的电压VM进行A/D变换，并作为电压值输出。
图12是使用电压检测电路监视功率半导体装置1000的输出端子107的电压所得的结果。
用虚线表示导体部和绝缘层、绝缘层和散热部之间没有剥离的正常状态下的输出端子的电压变化，用实线表示导体部和绝缘层之间存在剥离的情况下的输出端子的电压变化。通过功率半导体元件的开关，输出端子的电压随时间变化。因此，为了正确地诊断导体部和绝缘层、绝缘层和散热部的剥离状态，需要在开关时检测电压。例如，与驱动电路的信号同步，检测开关接通时和断开时各自的电压，取各自的电压值的差分，通过该差分的电压从初始正常状态的变化，能够进行剥离状态的诊断。
另外，也可以根据来自输出端子107的信号，检测功率半导体元件的开关状态为导通时和断开时的各自的电位，在导通时和上述断开时的电位差达到规定的阈值时，降低功率半导体元件的开关频率。
另外，也可以在上述导通时和上述断开时的电位差达到规定的阈值时，降低向功率半导体装置的正极端子和负极端子之间的输入电压。
也可以在上述导通时和上述断开时的电位差达到规定的阈值时，使功率半导体装置的输出降低。
在上述导通时和上述断开时的电位差达到规定的阈值时，可以输出用于向操作者发出警告的信号。
根据本实施方式的功率半导体装置，能够诊断向功率半导体元件传递电流的导体部和绝缘层之间、绝缘层和金属制散热部之间的剥离状态，能够在功率半导体装置的功能停止之前事先检测异常。另外，由于能够进行剥离状态的诊断、异常检测，所以能够将电力转换装置的突发的故障防患于未然，另外，在异常检测后，通过抑制功率半导体装置及电力转换装置的输出，能够延长到功能停止为止的运转时间。总之，能够提高功率半导体装置及电力转换装置的可靠性。
符号说明
100…电路体、101…功率半导体元件、102…功率半导体元件、103…导体部、104…接合材料、105…功率端子、106…控制端子、107…输出端子、108…模制树脂、110…绝缘部111A…绝缘层、111B…绝缘层112…导体层、112C…连接用电极、120…导电性粘接构件130…壳体、131…金属制散热部、132…散热片、140…灌封树脂、1000…功率半导体装置。

Claims (6)

1.一种功率半导体装置，其特征在于，具备：
功率半导体元件；
导体部，其向所述功率半导体元件传递电流；
绝缘部，其与所述导体部的配置有所述功率半导体元件的一侧的相反侧的表面接触；
金属制散热部，其夹着所述绝缘部地与所述导体部相对，
所述绝缘部具有第一绝缘层、第二绝缘层和导体层，所述第一绝缘层与所述导体部的表面接触，所述第二绝缘层与所述金属制散热部的表面接触，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层夹持所述导体层，所述功率半导体装置具有输出端子，所述输出端子与所述导体层电连接，并且根据所述导体部与所述第一绝缘层、所述第二绝缘层与所述金属制散热部的接触状态输出不同的电压或电容信号。
2.一种电力转换装置，其特征在于，
所述电力转换装置使用如权利要求1所述的功率半导体装置，
根据来自所述输出端子的信号，检测所述功率半导体元件的开关状态为导通时和断开时各自的电位，
所述电力转换装置具有诊断部，所述诊断部根据所述导通时和所述断开时的电位差，将开始使用该电力转换装置的时刻的电位差作为初始值，在规定时间后检测该电力转换装置运转时的导通时和断开时的电位差，通过与所述初始值的比较，诊断所述导体部与所述第一绝缘层、所述第二绝缘层与所述金属制散热部的接触状态。
3.一种电力转换装置，其特征在于，
所述电力转换装置使用如权利要求1所述的功率半导体装置，
根据来自所述输出端子的信号，检测所述功率半导体元件的开关状态为导通时和断开时各自的电位，
在所述导通时和所述断开时的电位差达到规定的阈值时，使所述功率半导体元件的开关频率降低。
4.一种电力转换装置，其特征在于，
所述电力转换装置使用如权利要求1所述的功率半导体装置，
根据来自所述输出端子的信号，检测所述功率半导体元件的开关状态为导通时和断开时各自的电位，
在所述导通时和所述断开时的电位差达到规定的阈值时，使向所述功率半导体装置的正极端子和负极端子之间的输入电压降低。
5.一种电力转换装置，其特征在于，
所述电力转换装置使用如权利要求1所述的功率半导体装置，
根据来自所述输出端子的信号，检测所述功率半导体元件的开关状态为导通时和断开时各自的电位，
当所述导通时和断开时的电位差达到规定的阈值时，使该功率半导体装置的输出降低。
6.一种电力转换装置，其特征在于，
所述电力转换装置使用如权利要求1所述的功率半导体装置，
根据来自所述输出端子的信号，检测所述功率半导体元件的开关状态为导通时和断开时各自的电位，
当所述导通时和所述断开时的电位差达到规定的阈值时，输出用于向操作者发出警告的信号。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020133622A1 (de) 2020-12-15 2022-06-15 Danfoss Power Electronics A/S Kühlkörperanordnung für einen Stromrichter

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001330643A (ja) * 2000-03-15 2001-11-30 Nissan Motor Co Ltd 絶縁劣化センサおよびこのセンサを用いた絶縁劣化検出装置
JP2015092140A (ja) * 2013-11-08 2015-05-14 株式会社明電舎 半導体モジュールの検査方法及び半導体システム
JP2016059147A (ja) * 2014-09-09 2016-04-21 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュール

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4009056B2 (ja) * 2000-05-25 2007-11-14 三菱電機株式会社 パワーモジュール
EP1376696B1 (en) * 2001-03-30 2012-01-25 Hitachi, Ltd. Semiconductor device
JP2009246006A (ja) * 2008-03-28 2009-10-22 Shinko Electric Ind Co Ltd 半導体装置およびその製造方法ならびに半導体装置の実装構造
WO2009125779A1 (ja) 2008-04-09 2009-10-15 富士電機デバイステクノロジー株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP5557441B2 (ja) 2008-10-31 2014-07-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置および電動車両
JP5926654B2 (ja) * 2012-08-29 2016-05-25 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワー半導体モジュールおよびパワー半導体モジュールの製造方法
JP6075128B2 (ja) * 2013-03-11 2017-02-08 株式会社ジェイテクト 駆動回路装置
JP2015133402A (ja) 2014-01-14 2015-07-23 トヨタ自動車株式会社 半導体モジュールの製造方法
JP6286320B2 (ja) 2014-08-07 2018-02-28 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュール
JP7040032B2 (ja) * 2018-01-17 2022-03-23 株式会社デンソー 半導体装置
JP2020047725A (ja) * 2018-09-18 2020-03-26 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP7491043B2 (ja) * 2020-05-13 2024-05-28 富士電機株式会社 半導体モジュール

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001330643A (ja) * 2000-03-15 2001-11-30 Nissan Motor Co Ltd 絶縁劣化センサおよびこのセンサを用いた絶縁劣化検出装置
JP2015092140A (ja) * 2013-11-08 2015-05-14 株式会社明電舎 半導体モジュールの検査方法及び半導体システム
JP2016059147A (ja) * 2014-09-09 2016-04-21 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュール

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