JP2010056333A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体装置は、絶縁基板21〜26に半田付けにより実装されたIGBT11〜16を有する6つの構造体S11,S12,S13,S21,S22,S23が、放熱板51の同一平面上に半田付けによって隣接配置されるかたちで一体にモジュール化されている。この半導体装置を構成する絶縁基板21〜26の四隅のうち、隣接する他の構造体S11,S12,S13,S21,S22,S23の数が最も多い角部、及び当該絶縁基板21〜26に実装されてこの角部からの距離が最も小さいIGBT11〜16の角部に、当該部分の温度を検出する第1あるいは第2サーマルダイオード31〜38,41〜48を設ける。
【選択図】図1
Description
請求項1に記載の発明は、絶縁基板に半田付けにより実装された電力用半導体素子を有する構造体の複数が、支持体の同一平面上に半田付けによって隣接配置されてなる半導体装置において、前記絶縁基板の四隅のうち、隣接する他の構造体の数が最も多い角部、及び当該絶縁基板に実装されてこの角部からの距離が最も小さい前記電力用半導体素子の角部の少なくとも一方に、当該部分の温度を検出する温度検出素子を備えることをその要旨とする。
個」隣接配置された半導体装置であって、第1列の構造体を順にS11,S12、また、第2列の構造体を順にS21,S22とし、第1列の構造体S11,S12の右側に第2列の構造体S21,S22が配置されている、すなわち構造体S11と構造体S21とが、そして構造体S12と構造体S22とがそれぞれ隣合うように配置されたものを考える。これら構造体のうちの構造体S11に着目すれば、この構造体S11の備える絶縁基板は、その左上隅、左下隅、右上隅、右下隅においてそれぞれ0個、1個(構造体S12)、1個(構造体S21)、3個(構造体S12,S21,S22)の構造体と隣接している。よって、構造体S11についてはその絶縁基板の右下隅、及び電力用半導体素子の右下隅の少なくとも一方に温度検出素子を設けるようにすればよい。また、構造体S11以外の構造体S12,S21,S22についてはそれぞれ、その絶縁基板及び電力用半導体の少なくとも一方の右上隅、左下隅、左上隅に上記温度検出素子を設けるようにすればよい。こうした構成により、半導体装置のうち、半田層の最も亀裂の生じやすい部位に対応した位置に必要最小限の温度検出素子が設けられることとなるため、上述した半田層の劣化に伴う電力用半導体素子あるいは絶縁基板の過度の温度上昇を簡易に、しかも的確に検出することが可能となる。
図1は、半導体素子とこれが実装された絶縁基板を備える構造体が、単一の支持体に「2列×3個」隣接配置された半導体装置の平面構造を示す平面図である。
S12はその絶縁基板22及びIGBT12の右上下隅、構造体S13はその絶縁基板23及びIGBT13の右上隅、構造体S21はその絶縁基板24及びIGBT14の左下隅、構造体S22はその絶縁基板25及びIGBT15の左上下隅、構造体S23はその絶縁基板26及びIGBT16の左上隅に、それぞれ第2あるいは第1サーマルダイオード42〜48,32〜38が設けられている。
同図2に示されるように、第1サーマルダイオード35とともに半導体基板上に形成されているIGBT14は、第2サーマルダイオード45の形成されている絶縁基板24上に半田付けによって実装されている。すなわち、IGBT14は第1半田層61を介して絶縁基板24上に固定されている。また、これらIGBT14と絶縁基板24とを備える構造体S21も、放熱板51上に半田付けによって取り付けられている。すなわち、構造体S21は第2半田層62を介して放熱板51上に固定されている。
同図3に示すように、上記6つの構造体S11,S12,S13,S21,S22,S23の各四隅は、隣接する他の構造体の数によって各々3つの領域に分類することが可能である。この3つの領域とはすなわち、3つの構造体と隣接する、換言すれば4つの角部が隣接しているa領域と、1つの構造体と隣接する、換言すれば2つの角部が隣接しているb領域と、他の構造体とは全く隣接していないc領域とである。そして、これら3つの領域のうち、隣接する他の構造体の数が最も多いa領域において熱干渉の度合いが最も大きく、他の構造体と全く隣接しないc領域では熱干渉はほとんどない。よって、温度変化ΔTの度合いもこれに対応したものとなり、a領域での温度変化度合いは、c領域よりも凡そ10%大きくなり、また、b領域での温度変化度合いは、c領域よりも凡そ4%大きくなることが発明者らによって確認されている。
図5は、制御装置70を通じて実行される半田クラックの発生判定に係る診断手順の一例を示すフローチャートである。この判定に係る処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。
2に記憶されている。そしてここでは、絶縁基板温度T2が異常判定値T2TH以上であると判断された場合には(ステップS511:YES)、第2半田層に半田クラックが発生していると判定される(ステップS512)。上述のように、IGBT温度T1及び絶縁基板温度T2が共に上昇傾向となって各々その異常判定値T1THあるいは異常判定値T2TH以上となるときには第2半田層(図2の例では第2半田層62)にクラックが生じている可能性が高い。
(1)6つの構造体S11,S12,S13,S21,S22,S23において、本来はIGBT11〜16あるいは絶縁基板21〜26の各四隅にサーマルダイオード等の温度検出素子を配設して半田クラックの発生の有無を監視すべきところ、必要最低限の数の温度検出素子を通じて同半田クラックの発生の有無を監視するようにした。すなわち、IGBT11〜16及び絶縁基板21〜26の四隅のうち、最も熱干渉の度合いが大きい角部に各々第1サーマルダイオード31〜38あるいは第2サーマルダイオード41〜48を設けるようにした。これにより、簡易な構成でありながら第1及び第2半田層に発生したクラック、さらにはこのクラックに起因するIGBT11〜16あるいは絶縁基板21〜26の過度の温度上昇を的確に検出することが可能となる。
。
・上記実施の形態に係る半田クラック発生判定に係る診断処理では、そのステップS514において半田クラックが発生している旨の情報が、その発生部位の別に、すなわち第1及び第2半田層の別にバックアップRAM72に記憶されるようにした。これに限らず、同ステップS514においては、半田クラックが発生している旨の情報のみがバックアップRAM72に記憶されるようにしてもよい。
・絶縁基板として、窒化アルミニウムを採用したが、これに限らず窒化ケイ素や酸化アルミニウム等のセラミック基板も適宜採用可能である。また、セラミック基板に限らず、絶縁性を有する他の材料によって形成された基板であってもよい。ただし、それら基板であっても、予め半田付け可能に表面処理されていることが望ましい。
にも、この発明は同様に適用することができる。
・温度検出素子をIGBTと絶縁基板の両方に設けるようにしたが、同温度検出素子は、IGBTのみ、若しくは絶縁基板のみに設けるようにしてもよい。
Claims (5)
- 絶縁基板に半田付けにより実装された電力用半導体素子を有する構造体の複数が、支持体の同一平面上に半田付けによって隣接配置されてなる半導体装置において、
前記絶縁基板の四隅のうち、隣接する他の構造体の数が最も多い角部、及び当該絶縁基板に実装されてこの角部からの距離が最も小さい前記電力用半導体素子の角部の少なくとも一方に、当該部分の温度を検出する温度検出素子を備えることを特徴とする半導体装置。 - 前記温度検出素子が、温度上昇にともなって所定電流あたりの電圧値が低下するサーマルダイオードからなる
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記絶縁基板に実装される電力用半導体素子には絶縁ゲート型バイポーラトランジスタが含まれてなり、当該半導体装置が、前記支持体の同一平面上にこの絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを含む構造体が「2列×3個」隣接配置されて直流電流を三相交流電流に変換する三相交流インバータからなる
請求項1又は2に記載の半導体装置。 - 前記絶縁基板が半田付け可能に表面処理されたセラミック基板からなる
請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記支持体が半田付け可能に表面処理されたアルミニウムからなる放熱板である
請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置。
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