JP2017216350A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子の温度を測定する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device for measuring the temperature of a semiconductor element.
従来より、半導体装置においては、半導体素子を動作中の過熱から保護する機能が必要である。半導体素子の温度を測定する装置としては、プリント基板と、温度センサと、パワー素子を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照)。プリント基板は、内部に半田が侵入した多数のスルーホールを備える。温度センサは、各スルーホールを介してパワー素子と熱的に結合し、パワー素子の温度を測定する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor device needs a function of protecting a semiconductor element from overheating during operation. As an apparatus for measuring the temperature of a semiconductor element, an apparatus including a printed circuit board, a temperature sensor, and a power element is known (see, for example, Patent Document 1). The printed circuit board has a large number of through holes into which solder has entered. The temperature sensor is thermally coupled to the power element through each through hole, and measures the temperature of the power element.
しかしながら、上記のような従来の装置にあっては、多数のスルーホールは、夫々が互いに接触しないように隙間を介して配置されていた。このため、パワー素子の発する熱が温度センサに至る途中で隙間の部分から拡散してしまう。これにより、温度センサは精度良くパワー素子の実温度を測定することができない、という問題があった。 However, in the conventional apparatus as described above, a large number of through holes are arranged via gaps so that they do not contact each other. For this reason, the heat generated by the power element diffuses from the gap portion on the way to the temperature sensor. As a result, there is a problem that the temperature sensor cannot accurately measure the actual temperature of the power element.
本発明の目的は、上記問題に着目してなされたもので、精度良く半導体素子の実温度を測定することができる半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can measure the actual temperature of a semiconductor element with high accuracy.
上記目的を達成するため、本発明が適用される半導体装置において、半導体素子と、半導体素子の温度を測定する温度測定素子と、半導体素子から温度測定素子への熱の拡散経路となる熱拡散部材と、を備えている。熱拡散部材は、複数の熱伝導板を層状に積層して構成される。半導体素子及び温度測定素子の夫々は、少なくとも共通の熱伝導板と接触させた状態で熱拡散部材に対して接合されている。 In order to achieve the above object, in a semiconductor device to which the present invention is applied, a semiconductor element, a temperature measuring element for measuring the temperature of the semiconductor element, and a heat diffusion member serving as a heat diffusion path from the semiconductor element to the temperature measuring element And. The heat diffusing member is configured by laminating a plurality of heat conductive plates in layers. Each of the semiconductor element and the temperature measuring element is bonded to the heat diffusing member in a state where it is in contact with at least a common heat conduction plate.
この結果、精度良く半導体素子の実温度が測定される半導体装置を提供することができる。 As a result, a semiconductor device in which the actual temperature of the semiconductor element can be accurately measured can be provided.
以下、本発明の半導体装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１〜９に基づいて説明する。 Hereinafter, the best mode for realizing a semiconductor device of the present invention will be described based on Examples 1 to 9 shown in the drawings.
まず、構成を説明する。
実施例１における半導体装置は、走行用駆動源等として車両に搭載されるモータジェネレータのインバータに適用したものである。以下、実施例１における半導体装置の構成を、「全体構成」と、「配置構成」に分けて説明する。
First, the configuration will be described.
The semiconductor device according to the first embodiment is applied to an inverter of a motor generator mounted on a vehicle as a driving source for traveling. Hereinafter, the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment will be described by dividing it into an “overall configuration” and an “arrangement configuration”.
［全体構成］
図１は実施例１における半導体装置の全体構成図を示し、図２は側面図を示し、図３は積層構造を示す。以下、図１〜図３に基づいて、実施例１における半導体装置の全体構成を説明する。
[overall structure]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a semiconductor device in Example 1, FIG. 2 is a side view, and FIG. 3 is a stacked structure. The overall configuration of the semiconductor device according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS.
以下では、説明の便宜上、ＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係を説明する。詳細には、半導体装置の幅方向をＸ軸方向（＋Ｘ方向)とする。また、Ｘ軸方向に直交して、半導体装置の前後方向をＹ軸方向（＋Ｙ方向)、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交し、半導体装置の高さ方向をＺ軸方向（＋Ｚ方向)とする。なお、＋Ｘ方向を右方向（−Ｘ方向を左方向)、＋Ｙ方向を前方向（−Ｙ方向を後方向)、＋Ｚ方向を上方向（−Ｚ方向を下方向)として、適宜使用する。 Below, for convenience of explanation, the positional relationship of each member will be described with reference to an XYZ orthogonal coordinate system. Specifically, the width direction of the semiconductor device is defined as an X-axis direction (+ X direction). In addition, the front-rear direction of the semiconductor device is perpendicular to the Y-axis direction (+ Y direction), the X-axis direction and the Y-axis direction are perpendicular to the X-axis direction, and the height direction of the semiconductor device is Z-axis direction (+ Z direction). To do. It should be noted that the + X direction is appropriately used as the right direction (the -X direction is the left direction), the + Y direction is the forward direction (the -Y direction is the backward direction), and the + Z direction is the upward direction (the -Z direction is the downward direction).
半導体装置１（半導体装置)は、図１及び図２に示すように、縦型素子２（半導体素子)と、温度測定素子３と、グラファイト４（熱拡散部材)と、を備えている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor device 1 (semiconductor device) includes a vertical element 2 (semiconductor element), a temperature measuring element 3, and a graphite 4 (thermal diffusion member).
縦型素子２は、例えばＩＧＢＴ及びＭＯＳＦＥＴ等の発熱量の大きいパワー系半導体素子である。縦型素子２は、図３に示すように、Ｚ軸方向の両端夫々に電極（パッド)を有する素子である。縦型素子２は、Ｚ軸方向に電流を流す素子として形成される。縦型素子２は、図３に示すように、電極（パッド)を介してグラファイト４と電気的に接続される。縦型素子２は、導電性のペースト樹脂にて接合する手法により、グラファイト４の上面４Ｕに接合される。 The vertical element 2 is a power semiconductor element that generates a large amount of heat, such as an IGBT and a MOSFET. As shown in FIG. 3, the vertical element 2 is an element having electrodes (pads) at both ends in the Z-axis direction. The vertical element 2 is formed as an element for passing a current in the Z-axis direction. As shown in FIG. 3, the vertical element 2 is electrically connected to the graphite 4 via an electrode (pad). The vertical element 2 is joined to the upper surface 4U of the graphite 4 by a technique of joining with a conductive paste resin.
温度測定素子３（例えば、ダイオード)は、縦型素子２の温度を測定する機能を有する素子である。温度測定素子３は、図２に示すように、導電性のペースト樹脂にて接合する手法により、グラファイト４の上面４Ｕに接合される。不図示の温度測定素子３の入出力端子は、不図示の制御回路に接続される。温度測定素子３は、不図示の制御回路からの指令を受けて駆動する。温度測定素子３は、その入出力端子が制御回路へ接続される際に、制御回路の側でグラファイト４と絶縁される。 The temperature measuring element 3 (for example, a diode) is an element having a function of measuring the temperature of the vertical element 2. As shown in FIG. 2, the temperature measuring element 3 is joined to the upper surface 4U of the graphite 4 by a technique of joining with a conductive paste resin. An input / output terminal of the temperature measuring element 3 (not shown) is connected to a control circuit (not shown). The temperature measuring element 3 is driven in response to a command from a control circuit (not shown). The temperature measuring element 3 is insulated from the graphite 4 on the control circuit side when its input / output terminal is connected to the control circuit.
グラファイト４は、図１に示すように、縦型素子２から温度測定素子３への熱の拡散経路となる部材である。グラファイト４の上面４Ｕには、縦型素子２及び温度測定素子３を接合するための金属めっきが施されている。グラファイト４は、図２に示すように、長尺状に延びる複数のグラフェン４１〜４８（熱伝導板）を＋Ｙ方向に層状に積層して構成される。グラフェン４１〜４８の夫々は、図２に示すように、導電性のペースト樹脂にて接合する手法により相互に接合される。ここで、グラファイト４において、Ｙ軸方向に隣り合う夫々のグラフェン同士を接合する部位を接合部とする。グラファイト４の熱伝導率は、Ｙ軸方向と比べて各接合部のＸ軸方向及びＺ軸方向に高い熱伝導率を有している（異方性熱伝導体）。 As shown in FIG. 1, the graphite 4 is a member serving as a heat diffusion path from the vertical element 2 to the temperature measuring element 3. Metal plating for joining the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 is applied to the upper surface 4U of the graphite 4. As shown in FIG. 2, the graphite 4 is configured by laminating a plurality of graphenes 41 to 48 (heat conduction plates) extending in a long shape in a layered manner in the + Y direction. As shown in FIG. 2, the graphenes 41 to 48 are bonded to each other by a method of bonding with a conductive paste resin. Here, in the graphite 4, a part where each graphene adjacent in the Y-axis direction is joined is defined as a joint part. The thermal conductivity of the graphite 4 has a higher thermal conductivity in the X-axis direction and the Z-axis direction of each joint than in the Y-axis direction (anisotropic thermal conductor).
［配置構成］
以下、図１に基づいて、配置構成を説明する。
[Configuration]
Hereinafter, an arrangement configuration will be described with reference to FIG.
縦型素子２及び温度測定素子３の夫々は、少なくとも共通のグラフェン４４,４５と接触させた状態でグラファイト４に対して接合されている。
ここで、「少なくとも共通のグラフェンと接触させた状態」とは、共通する一枚もしくは複数枚のグラフェンの全部又は一部に縦型素子２及び温度測定素子３の双方を接触させた状態を意味する。
Each of the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 is joined to the graphite 4 in a state where it is in contact with at least the common graphene 44, 45.
Here, “at least in contact with common graphene” means a state in which both the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 are in contact with all or a part of one or more common graphenes. To do.
縦型素子２及び温度測定素子３は、グラファイト４の上面４Ｕにおいて、Ｘ軸方向に離間した位置に配置される。縦型素子２及び温度測定素子３のＸ軸方向における離間距離は、予め製造工程における寸法公差（バラツキ)を考慮して設定されている。縦型素子２及び温度測定素子３は、グラフェン４４，４５の接合部と接触している。 The vertical element 2 and the temperature measuring element 3 are disposed on the upper surface 4U of the graphite 4 at positions separated in the X-axis direction. The distance between the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 in the X-axis direction is set in advance in consideration of dimensional tolerance (variation) in the manufacturing process. The vertical element 2 and the temperature measuring element 3 are in contact with the joints of the graphenes 44 and 45.
縦型素子２は、グラフェン４４,４５夫々をＹ軸方向に跨ぐ位置に配置されている。即ち、縦型素子２の＋Ｙ方向端部２ＦＲは、グラフェン４５の＋Ｙ方向端部４５ＦＲよりも＋Ｙ方向に配置される。縦型素子２の−Ｙ方向端部２ＲＲは、グラフェン４４の−Ｙ方向端部４４ＲＲよりも−Ｙ方向に配置される。 The vertical element 2 is disposed at a position straddling the graphenes 44 and 45 in the Y-axis direction. That is, the + Y direction end portion 2FR of the vertical element 2 is arranged in the + Y direction with respect to the + Y direction end portion 45FR of the graphene 45. The −Y direction end 2RR of the vertical element 2 is arranged in the −Y direction with respect to the −Y direction end 44RR of the graphene 44.
温度測定素子３は、グラフェン４４,４５夫々のＹ軸方向内側に収まる間に設けられている。即ち、温度測定素子３の＋Ｙ方向端部３ＦＲは、グラフェン４５の＋Ｙ方向端部４５ＦＲよりも−Ｙ方向に配置される。温度測定素子３の−Ｙ方向端部３ＲＲは、グラフェン４４の−Ｙ方向端部４４ＲＲよりも＋Ｙ方向に配置される。 The temperature measuring element 3 is provided between the graphene 44 and 45 within the Y axis direction inside. That is, the + Y direction end portion 3FR of the temperature measuring element 3 is arranged in the −Y direction with respect to the + Y direction end portion 45FR of the graphene 45. The −Y direction end 3RR of the temperature measuring element 3 is arranged in the + Y direction with respect to the −Y direction end 44RR of the graphene 44.
次に、作用を説明する。
例えば、半導体素子を用いた半導体装置において、半導体の動作中に半導体の故障となる最大温度を超えないように半導体の温度を測定し、最大温度に到達した場合に半導体の動作を停止する機能が必要である。この半導体の温度を測定する手法として、半導体内部に温度測定素子を作製し温度を測定する手法がある。この場合、半導体の温度を正確に測定することが可能である。しかし、温度測定素子を作製する為の半導体製造工程が追加になる場合があり、温度測定素子の入出力端子（パッド）を設けることによる半導体チップサイズの増大といった、コスト増加の要因となる。特にSiCやGaNといったワイドバンドギャップ半導体はSi半導体より製造コストが高い。このため、半導体内部に温度測定素子を設けることによるコスト増加の影響はより大きくなる。
Next, the operation will be described.
For example, in a semiconductor device using a semiconductor element, the function of measuring the temperature of a semiconductor so as not to exceed a maximum temperature that causes a semiconductor failure during the operation of the semiconductor and stopping the operation of the semiconductor when the maximum temperature is reached. is necessary. As a method for measuring the temperature of this semiconductor, there is a method of manufacturing a temperature measuring element inside the semiconductor and measuring the temperature. In this case, it is possible to accurately measure the temperature of the semiconductor. However, a semiconductor manufacturing process for manufacturing the temperature measuring element may be added, which causes an increase in cost such as an increase in the size of the semiconductor chip by providing input / output terminals (pads) of the temperature measuring element. In particular, wide band gap semiconductors such as SiC and GaN have higher manufacturing costs than Si semiconductors. For this reason, the influence of the cost increase by providing a temperature measuring element inside a semiconductor becomes larger.
このような問題を解決するために、従来では、絶縁材及び配線パターン上に実装された半導体と、別個の温度センサをモールド樹脂によって離間して配置する手法が知られている（特許第５５４９６１１号公報参照）。また、プリント基板に形成した多数のスルーホールを介してパワー素子と温度センサとを熱的に結合し、パワー素子の温度を測定する手法も知られている。
しかし、上記のような半導体と温度センサを離間して配置する手法では、半導体の発する熱が絶縁材及び配線パターンへ放射上に伝搬されるので、温度測定素子と半導体の温度差が大きくなる。そのため、温度測定素子は精度良く半導体の温度を測定することができない、という課題がある。
また、上記のような多数のスルーホールを介してパワー素子と温度センサとを熱的に結合する手法では、多数のスルーホールは、隙間を介して配置される。このため、パワー素子の発する熱が温度センサに至る途中で隙間の部分から拡散してしまう。これにより、温度センサは精度良くパワー素子の実温度を測定することができない。
In order to solve such a problem, conventionally, there has been known a technique in which a semiconductor mounted on an insulating material and a wiring pattern and a separate temperature sensor are spaced apart by a mold resin (Japanese Patent No. 5549611). See the official gazette). Also known is a method of measuring the temperature of the power element by thermally coupling the power element and the temperature sensor through a number of through holes formed in the printed circuit board.
However, in the method in which the semiconductor and the temperature sensor are arranged apart from each other as described above, the heat generated by the semiconductor is radiated to the insulating material and the wiring pattern, so that the temperature difference between the temperature measuring element and the semiconductor increases. Therefore, there is a problem that the temperature measuring element cannot accurately measure the temperature of the semiconductor.
Further, in the method of thermally coupling the power element and the temperature sensor through the large number of through holes as described above, the large number of through holes are arranged via gaps. For this reason, the heat generated by the power element diffuses from the gap portion on the way to the temperature sensor. As a result, the temperature sensor cannot accurately measure the actual temperature of the power element.
これに対し、実施例１では、縦型素子２および温度測定素子３の夫々は、Ｙ軸方向に層状に積層された共通のグラフェン４４,４５と接触するようにグラファイト４に対して接合される。
即ち、グラファイト４のＸ軸方向は、グラファイト４のＹ軸方向よりも熱伝導率が高い。このため、縦型素子２の発する熱は、Ｙ軸方向への拡散が抑制される。これにより、縦型素子２の発する熱は、グラフェン４４,４５を介して温度測定素子３へと集中して伝導される。つまり、縦型素子２から温度測定素子３への熱伝導方向に、指向性（Ｘ軸方向）を持たせることができる。
その結果、精度良く縦型素子２の実温度を測定することができる。
On the other hand, in Example 1, each of the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 is joined to the graphite 4 so as to be in contact with the common graphenes 44 and 45 laminated in layers in the Y-axis direction. .
That is, the X-axis direction of the graphite 4 has higher thermal conductivity than the Y-axis direction of the graphite 4. For this reason, the diffusion of the heat generated by the vertical element 2 in the Y-axis direction is suppressed. Thereby, the heat generated by the vertical element 2 is concentrated and conducted to the temperature measuring element 3 through the graphene 44 and 45. That is, directivity (X-axis direction) can be provided in the heat conduction direction from the vertical element 2 to the temperature measuring element 3.
As a result, the actual temperature of the vertical element 2 can be accurately measured.
実施例１では、温度測定素子３は、縦型素子２に設けられる。
即ち、温度測定素子を縦型素子の内部に作製する為の製造工程を追加する必要がない。
従って、温度測定素子を縦型素子の内部に設ける場合と比べて製造コストを低下できる。
In the first embodiment, the temperature measuring element 3 is provided in the vertical element 2.
That is, there is no need to add a manufacturing process for manufacturing the temperature measuring element inside the vertical element.
Accordingly, the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where the temperature measuring element is provided inside the vertical element.
次に、効果を説明する。
実施例１の半導体装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
Next, the effect will be described.
In the semiconductor device of Example 1, the effects listed below can be obtained.
(1)半導体素子（縦型素子２)と、半導体素子（縦型素子２)の温度を測定する温度測定素子（温度測定素子３)と、半導体素子（縦型素子２)から温度測定素子（温度測定素子３)への熱の拡散経路となる熱拡散部材（グラファイト４)と、を備える半導体装置（半導体装置１)において、
熱拡散部材（グラファイト４)は、複数の熱伝導板（グラフェン４１〜４８)を層状に積層して構成され、
半導体素子（縦型素子２)及び温度測定素子（温度測定素子３)の夫々は、少なくとも共通の熱伝導板（グラフェン４４,４５)と接触させた状態で熱拡散部材（グラファイト４)に対して接合されている（図１)。
このため、精度良く半導体素子（縦型素子２）の実温度を測定することができる半導体装置を提供することができる。
(1) a semiconductor element (vertical element 2), a temperature measuring element (temperature measuring element 3) for measuring the temperature of the semiconductor element (vertical element 2), and a temperature measuring element (from the semiconductor element (vertical element 2)) In a semiconductor device (semiconductor device 1) comprising a heat diffusion member (graphite 4) serving as a heat diffusion path to the temperature measuring element 3)
The thermal diffusion member (graphite 4) is configured by laminating a plurality of thermal conductive plates (graphene 41 to 48) in layers,
Each of the semiconductor element (vertical element 2) and the temperature measuring element (temperature measuring element 3) is at least in contact with the heat diffusion member (graphite 4) in contact with the common heat conduction plate (graphene 44, 45). They are joined (FIG. 1).
For this reason, the semiconductor device which can measure the actual temperature of a semiconductor element (vertical element 2) with sufficient accuracy can be provided.
実施例２は、半導体素子を熱拡散部材の下面に配置した例である。また、温度測定素子を熱拡散部材の上面に配置した例である。 Example 2 is an example in which a semiconductor element is disposed on the lower surface of a heat diffusing member. Moreover, it is the example which has arrange | positioned the temperature measuring element on the upper surface of a thermal-diffusion member.
まず、構成を説明する。
以下、実施例２の半導体装置における「配置構成」について説明する。なお、実施例２の半導体装置における「全体構成」については、実施例１と同様であるので説明を省略する。
First, the configuration will be described.
The “arrangement configuration” in the semiconductor device of the second embodiment will be described below. Note that the “overall configuration” in the semiconductor device of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
図４は実施例２における半導体装置の全体構成図を示し、図５は側面図を示し、図６は積層構造を示す。以下、図４〜図６に基づいて、実施例２の配置構成を説明する。 4 shows an overall configuration diagram of the semiconductor device according to the second embodiment, FIG. 5 shows a side view, and FIG. 6 shows a laminated structure. Hereinafter, the arrangement configuration of the second embodiment will be described with reference to FIGS.
縦型素子２（半導体素子)は、図５に示すように、グラフェン４４,４５（熱伝導板）と接触させた状態でグラファイト４の下面４Ｄに接合される。縦型素子２において下面４Ｄに接合されていない側の面２Ｄ（図５参照）には、不図示の金属部品や配線基板が接合されている。 As shown in FIG. 5, the vertical element 2 (semiconductor element) is bonded to the lower surface 4 </ b> D of the graphite 4 in a state where it is in contact with the graphene 44, 45 (heat conduction plate). On the surface 2D (see FIG. 5) of the vertical element 2 that is not bonded to the lower surface 4D, a metal component (not shown) and a wiring board are bonded.
温度測定素子３は、図４及び図５に示すように、グラフェン４４,４５と接触させた状態でグラファイト４の上面４Ｕに接合される。 As shown in FIGS. 4 and 5, the temperature measuring element 3 is joined to the upper surface 4 </ b> U of the graphite 4 in a state of being in contact with the graphene 44 and 45.
縦型素子２及び温度測定素子３は、図５に示すように、グラファイト４を介してグラフェン４４,４５の接合部と接触している。要するに、縦型素子２及び温度測定素子３の夫々は、同一の接合部に接触する位置にあれば良い。縦型素子２及び温度測定素子３の夫々は、図６に示すように、グラファイト４を介してＺ軸方向で重ならない位置に配置される。
ここで、「Ｚ軸方向で重ならない位置」とは、グラファイト４をＺ軸方向に透視したとき、縦型素子２及び温度測定素子３同士が干渉しない位置を意味する。
As shown in FIG. 5, the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 are in contact with the joints of the graphenes 44 and 45 through the graphite 4. In short, each of the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 only needs to be in a position in contact with the same joint. As shown in FIG. 6, each of the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 is arranged at a position where it does not overlap in the Z-axis direction via the graphite 4.
Here, the “position not overlapping in the Z-axis direction” means a position where the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 do not interfere with each other when the graphite 4 is seen through in the Z-axis direction.
次に、作用を説明する。
実施例２では、縦型素子２は、グラファイト４の下面４Ｄに接合され、温度測定素子３は、グラファイト４の上面４Ｕに接合される。グラフェン４４,４５の接合部は、グラファイト４のＹ軸方向と比べて、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に高い熱伝導率を有している。
即ち、グラファイト４のＸ軸方向及びＺ軸方向は、グラファイト４のＹ軸方向よりも熱伝導率が高い。このため、縦型素子２の発する熱は、Ｙ軸方向への拡散が抑制される。これにより、下面４Ｄに接合された縦型素子２の発する熱は、グラファイト４を介して、上面４Ｕに接合された温度測定素子３へと集中して伝導される。つまり、縦型素子２から温度測定素子３への熱伝導方向に、指向性（Ｘ軸方向及びＺ軸方向）を持たせることができる。
従って、下面４Ｄにある縦型素子２の実温度を、上面４Ｕにある温度測定素子３で精度良く測定することができる。
加えて、温度測定素子３は、縦型素子２が接合されている下面４Ｄと反対側の上面４Ｕに接合される。このため、縦型素子２及び温度測定素子３の双方を上面４Ｕに接合できない場合でも、何れか一方の素子（実施例２では縦型素子２）を下面４Ｄに接合できる。その逆の場合、即ち、縦型素子２及び温度測定素子３の双方を下面４Ｄに接合できない場合でも、何れか一方の素子（実施例２では温度測定素子３）を上面４Ｕに接合できる。さらに、設計の制約上、夫々の素子をＺ軸方向で重なる位置に配置できない場合でも、夫々の素子を重ならない位置に相対的にずらして配置できる。これにより、縦型素子２及び温度測定素子３の夫々をグラファイト４に接合する際の設計自由度を向上させることができる。
従って、設計自由度を向上しつつ、正確に縦型素子２の実温度を測定することができる。
Next, the operation will be described.
In the second embodiment, the vertical element 2 is bonded to the lower surface 4D of the graphite 4 and the temperature measuring element 3 is bonded to the upper surface 4U of the graphite 4. Compared with the Y-axis direction of the graphite 4, the joints of the graphenes 44 and 45 have higher thermal conductivity in the X-axis direction and the Z-axis direction.
That is, the X-axis direction and the Z-axis direction of the graphite 4 have higher thermal conductivity than the Y-axis direction of the graphite 4. For this reason, the diffusion of the heat generated by the vertical element 2 in the Y-axis direction is suppressed. As a result, the heat generated by the vertical element 2 bonded to the lower surface 4D is concentrated and conducted via the graphite 4 to the temperature measuring element 3 bonded to the upper surface 4U. That is, directivity (X-axis direction and Z-axis direction) can be provided in the heat conduction direction from the vertical element 2 to the temperature measuring element 3.
Therefore, the actual temperature of the vertical element 2 on the lower surface 4D can be accurately measured by the temperature measuring element 3 on the upper surface 4U.
In addition, the temperature measuring element 3 is bonded to the upper surface 4U opposite to the lower surface 4D to which the vertical element 2 is bonded. For this reason, even when both the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 cannot be bonded to the upper surface 4U, either one of the elements (the vertical element 2 in Example 2) can be bonded to the lower surface 4D. In the opposite case, that is, when both the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 cannot be bonded to the lower surface 4D, either one of the elements (the temperature measuring element 3 in the second embodiment) can be bonded to the upper surface 4U. Furthermore, even if the respective elements cannot be arranged at the overlapping position in the Z-axis direction due to design constraints, the respective elements can be relatively shifted to the non-overlapping positions. Thereby, the design freedom at the time of joining each of the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 to the graphite 4 can be improved.
Accordingly, it is possible to accurately measure the actual temperature of the vertical element 2 while improving the degree of freedom in design.
次に、効果を説明する。
実施例２の半導体装置にあっては、実施例１の(1)と同様の効果を得ることができる。
Next, the effect will be described.
In the semiconductor device of the second embodiment, the same effect as (1) of the first embodiment can be obtained.
実施例３は、熱拡散部材と温度測定素子との間に絶縁体を配置した例である。 Example 3 is an example in which an insulator is disposed between the thermal diffusion member and the temperature measuring element.
まず、構成を説明する。
以下、実施例３の半導体装置における「配置構成」について説明する。なお、実施例３の半導体装置における「全体構成」については、実施例１と同様であるので説明を省略する。
First, the configuration will be described.
Hereinafter, the “arrangement configuration” in the semiconductor device of Example 3 will be described. Note that the “overall configuration” in the semiconductor device of the third embodiment is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
図７は実施例３における半導体装置の全体構成図を示し、図８は積層構造を示す。以下、図７及び図８に基づいて、実施例３の配置構成を説明する。 FIG. 7 shows an overall configuration diagram of the semiconductor device in Example 3, and FIG. 8 shows a laminated structure. Hereinafter, an arrangement configuration of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
温度測定素子３は、図７及び図８に示すように、絶縁体５（例えば、窒化珪素)を介してグラファイト４（熱拡散部材)に対して接合されている。 As shown in FIGS. 7 and 8, the temperature measuring element 3 is joined to the graphite 4 (heat diffusion member) via an insulator 5 (for example, silicon nitride).
絶縁体５は、温度測定素子３をグラファイト４と絶縁する。絶縁体５は、図８に示すように、導電性のペースト樹脂にて接合する手法により温度測定素子３とグラファイト４との間に接合される。 The insulator 5 insulates the temperature measuring element 3 from the graphite 4. As shown in FIG. 8, the insulator 5 is bonded between the temperature measuring element 3 and the graphite 4 by a method of bonding with a conductive paste resin.
次に、作用を説明する。
実施例３では、温度測定素子３をグラファイト４と絶縁する絶縁体５が、温度測定素子３とグラファイト４との間に設けられる。
即ち、温度測定素子３は、絶縁体５によりグラファイト４と絶縁される。
従って、温度測定素子３の入出力端子を制御回路へ接続する際に制御回路の側で、温度測定素子３をグラファイト４と絶縁する必要がなくなる。
なお、他の作用は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
Next, the operation will be described.
In Example 3, an insulator 5 that insulates the temperature measuring element 3 from the graphite 4 is provided between the temperature measuring element 3 and the graphite 4.
That is, the temperature measuring element 3 is insulated from the graphite 4 by the insulator 5.
Therefore, it is not necessary to insulate the temperature measuring element 3 from the graphite 4 on the control circuit side when connecting the input / output terminals of the temperature measuring element 3 to the control circuit.
Since other operations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
次に、効果を説明する。
実施例３の半導体装置にあっては、実施例１の(1)の効果に加え、下記の効果が得られる。
Next, the effect will be described.
In the semiconductor device of the third embodiment, in addition to the effect (1) of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(2)温度測定素子（温度測定素子３)は、絶縁体（絶縁体５)を介して熱拡散部材（グラファイト４)に対して接合されている（図７及び図８)。
このため、温度測定素子を制御する回路の側で、温度測定素子を熱拡散部材と絶縁する必要がなくなる。
(2) The temperature measuring element (temperature measuring element 3) is joined to the heat diffusion member (graphite 4) via an insulator (insulator 5) (FIGS. 7 and 8).
For this reason, it is not necessary to insulate the temperature measuring element from the heat diffusion member on the side of the circuit that controls the temperature measuring element.
実施例４は、熱拡散部材と半導体素子との間に金属板を配置した例である。 Example 4 is an example in which a metal plate is disposed between a heat diffusion member and a semiconductor element.
まず、構成を説明する。
以下、実施例４の半導体装置における「配置構成」について説明する。なお、実施例４の半導体装置における「全体構成」については、実施例１と同様であるので説明を省略する。
First, the configuration will be described.
The “arrangement configuration” in the semiconductor device of the fourth embodiment will be described below. Note that the “overall configuration” in the semiconductor device of the fourth embodiment is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
図９は実施例４における半導体装置の全体構成図を示し、図１０は積層構造を示す。以下、図９及び図１０に基づいて、実施例４の配置構成を説明する。 FIG. 9 is an overall configuration diagram of the semiconductor device according to the fourth embodiment, and FIG. 10 illustrates a stacked structure. Hereinafter, an arrangement configuration of the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
縦型素子２（半導体素子)は、図１０に示すように、金属板６（例えば、銅)を介してグラファイト４（熱拡散部材)に対して接合されている。縦型素子２では、図１０に示す上面２Ｕと、この上面２ＤとＺ軸方向に対向する下面２Ｕとの間で電流が流れる。 As shown in FIG. 10, the vertical element 2 (semiconductor element) is bonded to the graphite 4 (heat diffusion member) via a metal plate 6 (for example, copper). In the vertical element 2, a current flows between the upper surface 2U shown in FIG. 10 and the lower surface 2U facing the upper surface 2D in the Z-axis direction.
金属板６は、縦型素子２を流れる電流を通電する際の電流経路となる。金属板６は、図１０に示すように、導電性のペースト樹脂にて接合する手法により、縦型素子２に接合される。金属板６は、図１０に示すように、グリースを塗布する手法により、グラファイト４に接合される。金属板６の上面６Ｕには、図９に示すように、縦型素子２及び電極７（例えば、銅)がＸ軸方向に離間した位置に配置される。 The metal plate 6 serves as a current path when a current flowing through the vertical element 2 is applied. As shown in FIG. 10, the metal plate 6 is joined to the vertical element 2 by a technique of joining with a conductive paste resin. As shown in FIG. 10, the metal plate 6 is joined to the graphite 4 by a method of applying grease. On the upper surface 6U of the metal plate 6, as shown in FIG. 9, the vertical element 2 and the electrode 7 (for example, copper) are arranged at positions separated in the X-axis direction.
電極７は、金属板６を介して縦型素子２を流れる電流を通電する際の電流経路となる。電極７の一端７ａは、図１０に示すように、金属板６の上面６Ｕに金属接合されている。電極７の他端７ｂは、図１０に示すように、外部部品１２（例えば、バッテリー）に接続される。 The electrode 7 serves as a current path when a current flowing through the vertical element 2 is passed through the metal plate 6. One end 7a of the electrode 7 is metal-bonded to the upper surface 6U of the metal plate 6 as shown in FIG. The other end 7b of the electrode 7 is connected to an external component 12 (for example, a battery) as shown in FIG.
次に、作用を説明する。
実施例４では、縦型素子２を流れる電流を通電する際の電流経路となる金属板６が、縦型素子２と電極７との間に設けられる。
即ち、金属板６は電流経路として用いられる。具体的には、金属板６が、縦型素子２から電極７に至るまでの電流経路となる。
このため、縦型素子２を流れる電流は、金属板６を介して電極７へと通電される。
従って、縦型素子２の導電性能を向上できる。
なお、他の作用は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
Next, the operation will be described.
In the fourth embodiment, a metal plate 6 serving as a current path when a current flowing through the vertical element 2 is applied is provided between the vertical element 2 and the electrode 7.
That is, the metal plate 6 is used as a current path. Specifically, the metal plate 6 becomes a current path from the vertical element 2 to the electrode 7.
For this reason, the current flowing through the vertical element 2 is energized to the electrode 7 through the metal plate 6.
Therefore, the conductive performance of the vertical element 2 can be improved.
Since other operations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
次に、効果を説明する。
実施例４の半導体装置にあっては、実施例１の(1)の効果に加え、下記の効果が得られる。
Next, the effect will be described.
In the semiconductor device of the fourth embodiment, in addition to the effect (1) of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(3)半導体素子（縦型素子２)は、金属板（金属板６)を介して熱拡散部材（グラファイト４)に対して接合されている（図１０)。
このため、半導体素子を流れる導電性能を向上できる。
(3) The semiconductor element (vertical element 2) is joined to the heat diffusing member (graphite 4) via the metal plate (metal plate 6) (FIG. 10).
For this reason, the conductive performance which flows through a semiconductor element can be improved.
実施例５は、熱拡散部材を冷却部材に対して接合した例である。 Example 5 is an example in which a heat diffusion member is bonded to a cooling member.
まず、構成を説明する。
以下、実施例５の半導体装置における「配置構成」について説明する。なお、実施例５の半導体装置における「全体構成」については、実施例１と同様であるので説明を省略する。
First, the configuration will be described.
The “arrangement configuration” in the semiconductor device of Example 5 will be described below. Note that the “overall configuration” in the semiconductor device of the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
図１１は実施例５における半導体装置の全体構成図を示し、図１２は側面図を示す。以下、図１１及び図１２に基づいて、実施例５の配置構成を説明する。 FIG. 11 is an overall configuration diagram of the semiconductor device according to the fifth embodiment, and FIG. 12 is a side view. Hereinafter, based on FIG.11 and FIG.12, the arrangement structure of Example 5 is demonstrated.
グラファイト４（熱拡散部材)は、図１２に示すように、ヒートシンク８（冷却部材)に対して接合されている。 The graphite 4 (thermal diffusion member) is joined to the heat sink 8 (cooling member) as shown in FIG.
ヒートシンク８は、縦型素子２の発する熱を熱交換により放熱する。ヒートシンク８は、図１１に示すように、グラファイト４において縦型素子２（半導体素子)が配置されている上面４Ｕと反対側の下面４Ｄに配置されている。ヒートシンク８は、図１２に示すように、グラファイト４を介して縦型素子２と熱的に結合される。ヒートシンク８は、図１２に示すように、不図示の絶縁体を介したグリースの塗布による手法により、グラファイト４に接合される。 The heat sink 8 radiates heat generated by the vertical element 2 by heat exchange. As shown in FIG. 11, the heat sink 8 is disposed on the lower surface 4 </ b> D opposite to the upper surface 4 </ b> U where the vertical element 2 (semiconductor element) is disposed in the graphite 4. As shown in FIG. 12, the heat sink 8 is thermally coupled to the vertical element 2 through the graphite 4. As shown in FIG. 12, the heat sink 8 is joined to the graphite 4 by a technique of applying grease through an insulator (not shown).
次に、作用を説明する。
実施例５では、グラファイト４の下面４Ｄは、ヒートシンク８に接合される。
即ち、縦型素子２は、グラファイト４を介してヒートシンク８に接続される。
このため、縦型素子２の熱は、熱伝導によってグラファイト４を介してヒートシンク８へ伝達される。縦型素子２の熱は、ヒートシンク８において熱交換される。これにより、縦型素子２の熱が放熱される。
従って、縦型素子２の放熱性を改善できる。
なお、他の作用は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
Next, the operation will be described.
In the fifth embodiment, the lower surface 4 </ b> D of the graphite 4 is joined to the heat sink 8.
That is, the vertical element 2 is connected to the heat sink 8 via the graphite 4.
For this reason, the heat of the vertical element 2 is transmitted to the heat sink 8 through the graphite 4 by heat conduction. The heat of the vertical element 2 is exchanged in the heat sink 8. Thereby, the heat of the vertical element 2 is dissipated.
Therefore, the heat dissipation of the vertical element 2 can be improved.
Since other operations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
次に、効果を説明する。
実施例５の半導体装置にあっては、実施例１の(1)の効果に加え、下記の効果が得られる。
Next, the effect will be described.
In the semiconductor device according to the fifth embodiment, in addition to the effect (1) of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(4)熱拡散部材（グラファイト４)は、冷却部材（ヒートシンク８)に対して接合されている（図１１及び図１２)。
このため、半導体素子の放熱性を改善できる。
(4) The heat diffusing member (graphite 4) is joined to the cooling member (heat sink 8) (FIGS. 11 and 12).
For this reason, the heat dissipation of a semiconductor element can be improved.
実施例６は、半導体素子、温度測定素子及び熱拡散部材からなる組を複数組設け、夫々の組を冷却部材に対して接合した例である。 Example 6 is an example in which a plurality of sets each including a semiconductor element, a temperature measurement element, and a heat diffusion member are provided, and each set is bonded to a cooling member.
まず、構成を説明する。
以下、実施例６の半導体装置における「配置構成」について説明する。なお、実施例６の半導体装置における「全体構成」については、実施例５と同様であるので説明を省略する。
First, the configuration will be described.
The “arrangement configuration” in the semiconductor device of Example 6 will be described below. Note that the “overall configuration” in the semiconductor device of the sixth embodiment is the same as that of the fifth embodiment, and a description thereof will be omitted.
図１３は実施例６における半導体装置の全体構成図を示し、図１４は側面図を示す。以下、図１３及び図１４に基づいて、実施例６の配置構成を説明する。 FIG. 13 is an overall configuration diagram of the semiconductor device according to the sixth embodiment, and FIG. 14 is a side view. Hereinafter, an arrangement configuration of the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 13 and 14.
ヒートシンク８（冷却部材)の上面８Ｕには、図１３に示すように、縦型素子２（半導体素子)、温度測定素子３及びグラファイト４（熱拡散部材)の組が二組設けられる。二組のグラファイト４は、図１４に示すように、Ｙ軸方向に並んで配置されている。実施例６では、図１３に示すように、ヒートシンク８の上面８Ｕにおいて＋Ｙ方向寄りに配置されたグラファイト４を第１グラファイト４ＦＲとする。第１グラファイト４ＦＲは、図１４に示すように、長尺状に延びる複数のグラフェン４１ＦＲ〜４８ＦＲ（熱伝導板）を＋Ｙ方向に層状に積層して構成される。また、図１３に示すように、ヒートシンク８の上面８Ｕにおいて−Ｙ方向寄りに配置されたグラファイト４を第２グラファイト４ＲＲとする。第２グラファイト４ＲＲは、図１４に示すように、長尺状に延びる複数のグラフェン４１ＲＲ〜４８ＲＲ（熱伝導板）を＋Ｙ方向に層状に積層して構成される。 As shown in FIG. 13, two sets of the vertical element 2 (semiconductor element), the temperature measuring element 3 and the graphite 4 (thermal diffusion member) are provided on the upper surface 8U of the heat sink 8 (cooling member). As shown in FIG. 14, the two sets of graphite 4 are arranged side by side in the Y-axis direction. In Example 6, as shown in FIG. 13, the graphite 4 disposed closer to the + Y direction on the upper surface 8U of the heat sink 8 is defined as a first graphite 4FR. As shown in FIG. 14, the first graphite 4FR is configured by laminating a plurality of graphenes 41FR to 48FR (heat conduction plates) extending in the shape of a layer in the + Y direction. Further, as shown in FIG. 13, the graphite 4 disposed near the −Y direction on the upper surface 8U of the heat sink 8 is defined as a second graphite 4RR. As shown in FIG. 14, the second graphite 4RR is configured by laminating a plurality of graphenes 41RR to 48RR (heat conduction plates) extending in a layer shape in the + Y direction.
第１グラファイト４ＦＲの下面４Ｄは、図１４に示すように、ヒートシンク８に接合される。第２グラファイト４ＲＲの下面４Ｄは、図１４に示すように、ヒートシンク８に接合される。 The lower surface 4D of the first graphite 4FR is joined to the heat sink 8 as shown in FIG. The lower surface 4D of the second graphite 4RR is joined to the heat sink 8 as shown in FIG.
第１縦型素子２ＦＲ及び第１温度測定素子３ＦＲは、図１４に示すように、第１グラファイト４ＦＲにおいてヒートシンク８が配置されている下面４Ｄと反対側の上面４Ｕに配置されている。 As shown in FIG. 14, the first vertical element 2FR and the first temperature measuring element 3FR are arranged on the upper surface 4U opposite to the lower surface 4D where the heat sink 8 is arranged in the first graphite 4FR.
第２縦型素子２ＲＲ及び第２温度測定素子３ＲＲは、図１４に示すように、第２グラファイト４ＲＲにおいてヒートシンク８が配置されている下面４Ｄと反対側の上面４Ｕに配置されている。 As shown in FIG. 14, the second vertical element 2RR and the second temperature measuring element 3RR are arranged on the upper surface 4U opposite to the lower surface 4D where the heat sink 8 is arranged in the second graphite 4RR.
第１縦型素子２ＦＲ及び第２縦型素子２ＲＲは、不図示の駆動回路の指令に従って駆動可能な不図示のハーフブリッジ回路を構成する。第１縦型素子２ＦＲ及び第２縦型素子２ＲＲの夫々は異なる動作をする。即ち、第１縦型素子２ＦＲは、ハーフブリッジ回路の上アームとして動作する。第２縦型素子２ＲＲは、ハーフブリッジ回路の下アームとして動作する。
ここで、「上アーム」とは、直流電源のプラス側に配置された回路を意味し、「下アーム」とは、直流電源のマイナス側に配置された回路を意味する。
The first vertical element 2FR and the second vertical element 2RR constitute a half bridge circuit (not shown) that can be driven in accordance with a command from a drive circuit (not shown). The first vertical element 2FR and the second vertical element 2RR each operate differently. That is, the first vertical element 2FR operates as the upper arm of the half bridge circuit. The second vertical element 2RR operates as the lower arm of the half bridge circuit.
Here, the “upper arm” means a circuit arranged on the plus side of the DC power supply, and the “lower arm” means a circuit arranged on the minus side of the DC power supply.
次に、作用を説明する。
実施例６では、第１グラファイト４ＦＲの下面４Ｄは、ヒートシンク８に接合される。また、第２グラファイト４ＲＲの下面４Ｄは、ヒートシンク８に接合される。
即ち、第１縦型素子２ＦＲは、第１グラファイト４ＦＲを介してヒートシンク８に接続される。また、第２縦型素子２ＲＲは、第２グラファイト４ＲＲを介してヒートシンク８に接続される。
このため、第１縦型素子２ＦＲの熱は、熱伝導によって第１グラファイト４ＦＲを介してヒートシンク８へ伝達される。同様に、第２縦型素子２ＲＲの熱は、熱伝導によって第２グラファイト４ＲＲを介してヒートシンク８へ伝達される。
これにより、第１縦型素子２ＦＲ及び第２縦型素子２ＲＲの熱が放熱される。
従って、異なる動作をする縦型素子２ＦＲ及び縦型素子２ＲＲ夫々においても、夫々の素子の放熱性を改善できる。
なお、他の作用は、実施例１及び実施例５と同様であるので、説明を省略する。
Next, the operation will be described.
In Example 6, the lower surface 4D of the first graphite 4FR is joined to the heat sink 8. Further, the lower surface 4D of the second graphite 4RR is joined to the heat sink 8.
That is, the first vertical element 2FR is connected to the heat sink 8 via the first graphite 4FR. The second vertical element 2RR is connected to the heat sink 8 via the second graphite 4RR.
For this reason, the heat of the first vertical element 2FR is transmitted to the heat sink 8 through the first graphite 4FR by heat conduction. Similarly, the heat of the second vertical element 2RR is transferred to the heat sink 8 through the second graphite 4RR by heat conduction.
Thereby, the heat of the first vertical element 2FR and the second vertical element 2RR is dissipated.
Therefore, in each of the vertical element 2FR and the vertical element 2RR that operate differently, the heat dissipation of each element can be improved.
Since other operations are the same as those of the first and fifth embodiments, the description thereof is omitted.
次に、効果を説明する。
実施例６の半導体装置にあっては、実施例１の(1)と実施例５の(4)の効果に加え、下記の効果が得られる。
Next, the effect will be described.
In the semiconductor device of the sixth embodiment, in addition to the effects of (1) of the first embodiment and (4) of the fifth embodiment, the following effects can be obtained.
(5)半導体素子（縦型素子２ＦＲ，２ＲＲ)、温度測定素子（温度測定素子３ＦＲ，３ＲＲ)及び熱拡散部材（グラファイト４ＦＲ，４ＲＲ)の組は複数組が設けられ、
複数組における夫々の熱拡散部材（グラファイト４ＦＲ，４ＲＲ)は、冷却部材（ヒートシンク８)に対して接合されている（図１３及び図１４)。
このため、異なる動作をする夫々の半導体素子においても、夫々の半導体素子の放熱性を改善できる。
(5) A plurality of sets of semiconductor elements (vertical elements 2FR, 2RR), temperature measuring elements (temperature measuring elements 3FR, 3RR) and thermal diffusion members (graphite 4FR, 4RR) are provided,
Each heat diffusion member (graphite 4FR, 4RR) in the plurality of sets is joined to the cooling member (heat sink 8) (FIGS. 13 and 14).
For this reason, also in each semiconductor element which carries out different operation | movement, the heat dissipation of each semiconductor element can be improved.
実施例７は、半導体素子と温度測定素子との間及び半導体素子と冷却部材との間の夫々に熱抵抗を設けた例である。 Example 7 is an example in which thermal resistance is provided between the semiconductor element and the temperature measuring element and between the semiconductor element and the cooling member.
まず、構成を説明する。
以下、実施例７の半導体装置における「配置構成」について説明する。なお、実施例７の半導体装置における「全体構成」については、実施例５と同様であるので説明を省略する。
First, the configuration will be described.
The “arrangement configuration” in the semiconductor device of Example 7 will be described below. Note that the “overall configuration” in the semiconductor device of the seventh embodiment is the same as that of the fifth embodiment, and a description thereof will be omitted.
図１５は実施例７における半導体装置の全体構成図を示し、図１６は積層構造を示す。以下、図１５及び図１６に基づいて、実施例７の配置構成を説明する。なお、図１５においては、熱抵抗９の外形を、グラファイト４の上面４Ｕから−Ｚ方向に透視した破線によって仮想的に表している。 FIG. 15 is an overall configuration diagram of a semiconductor device in Example 7, and FIG. 16 shows a stacked structure. Hereinafter, the arrangement configuration of the seventh embodiment will be described with reference to FIGS. 15 and 16. In FIG. 15, the outer shape of the thermal resistor 9 is virtually represented by a broken line seen through the upper surface 4U of the graphite 4 in the −Z direction.
熱抵抗９は、図１６に示すように、グラファイト４及びヒートシンク８の内部において縦型素子２（半導体素子)と温度測定素子３との間に設けられる。熱抵抗９は、図１６に示すように、第１端子９ａと、第２端子９ｂと、第３端子９ｃと、第４端子９ｄと、第１抵抗器１０と、第２抵抗器１１と、を有している。第１端子９ａは、図１６に示すように、縦型素子２に接続される。第２端子９ｂは、図１６に示すように、温度測定素子３に接続される。第３端子９ｃは、図１６に示すように、ヒートシンク８に接続される。第４端子９ｄは、図１６に示すように、第１端子９ａに接続される。 As shown in FIG. 16, the thermal resistance 9 is provided between the vertical element 2 (semiconductor element) and the temperature measuring element 3 inside the graphite 4 and the heat sink 8. As shown in FIG. 16, the thermal resistor 9 includes a first terminal 9a, a second terminal 9b, a third terminal 9c, a fourth terminal 9d, a first resistor 10, a second resistor 11, have. The first terminal 9a is connected to the vertical element 2 as shown in FIG. The second terminal 9b is connected to the temperature measuring element 3 as shown in FIG. The third terminal 9c is connected to the heat sink 8 as shown in FIG. As shown in FIG. 16, the fourth terminal 9d is connected to the first terminal 9a.
第１抵抗器１０は、第２端子９ｂと第４端子９ｄの間に接続される。第２抵抗器１１は、第３端子９ｃと第４端子９ｄの間に接続される。第１抵抗器１０の熱抵抗値Rtは、第２抵抗器１１の熱抵抗値Rhよりも低く設定される。即ち、熱抵抗値Rtが熱抵抗値Rhよりも低くなるように、図１５及び図１６に示す縦型素子２、温度測定素子３及びヒートシンク８の間には不図示の絶縁材料や金属板等が介在している。
ここで、「熱抵抗値」とは、抵抗器における熱の通りにくさを表す数値を意味する。
The first resistor 10 is connected between the second terminal 9b and the fourth terminal 9d. The second resistor 11 is connected between the third terminal 9c and the fourth terminal 9d. The thermal resistance value Rt of the first resistor 10 is set to be lower than the thermal resistance value Rh of the second resistor 11. That is, an insulating material (not shown), a metal plate, or the like between the vertical element 2, the temperature measuring element 3, and the heat sink 8 shown in FIGS. 15 and 16 so that the thermal resistance value Rt is lower than the thermal resistance value Rh. Is intervening.
Here, the “thermal resistance value” means a numerical value representing the difficulty of the heat in the resistor.
次に、作用を説明する。
実施例７では、縦型素子２と温度測定素子３の間にある第１抵抗器１０の熱抵抗値Rtは、縦型素子２とヒートシンク８の間にある第２抵抗器１１の熱抵抗値Rhよりも低い。
即ち、第１抵抗器１０は第２抵抗器１１と比べて熱が通り易い。このため、縦型素子２の発する熱は、ヒートシンク８よりも温度測定素子３の方へ伝わり易い。これにより、温度測定素子３の測定温度を縦型素子２の実温度に近づけることができる。
従って、縦型素子２の放熱性を改善できる。
なお、他の作用は、実施例１及び実施例５と同様であるので、説明を省略する。
Next, the operation will be described.
In Example 7, the thermal resistance value Rt of the first resistor 10 between the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 is the thermal resistance value of the second resistor 11 between the vertical element 2 and the heat sink 8. Lower than Rh.
That is, the first resistor 10 is easier to pass heat than the second resistor 11. For this reason, the heat generated by the vertical element 2 is more easily transmitted to the temperature measuring element 3 than to the heat sink 8. Thereby, the measurement temperature of the temperature measuring element 3 can be brought close to the actual temperature of the vertical element 2.
Therefore, the heat dissipation of the vertical element 2 can be improved.
Since other operations are the same as those of the first and fifth embodiments, the description thereof is omitted.
次に、効果を説明する。
実施例７の半導体装置にあっては、実施例１の(1)と実施例５の(4)の効果に加え、下記の効果が得られる。
Next, the effect will be described.
In the semiconductor device of the seventh embodiment, in addition to the effects of (1) of the first embodiment and (4) of the fifth embodiment, the following effects can be obtained.
(6)半導体素子（縦型素子２)と温度測定素子（温度測定素子３)との間の熱抵抗（第１抵抗器１０)の値（Rt)は、半導体素子（縦型素子２)と冷却部材（ヒートシンク８)との間の熱抵抗（第２抵抗器１１)の値（Rh)よりも低く設定される。
このため、半導体素子の放熱性を改善できる。
(6) The value (Rt) of the thermal resistance (first resistor 10) between the semiconductor element (vertical element 2) and the temperature measuring element (temperature measuring element 3) is the same as that of the semiconductor element (vertical element 2). It is set lower than the value (Rh) of the thermal resistance (second resistor 11) between the cooling member (heat sink 8).
For this reason, the heat dissipation of a semiconductor element can be improved.
実施例８は、半導体素子及び温度測定素子からなる組を複数組設け、夫々の組を熱拡散部材に対して接合した例である。 Example 8 is an example in which a plurality of sets each including a semiconductor element and a temperature measurement element are provided, and each set is bonded to a heat diffusion member.
まず、構成を説明する。
以下、実施例８の半導体装置における「配置構成」について説明する。なお、実施例８の半導体装置における「全体構成」については、実施例１と同様であるので説明を省略する。
First, the configuration will be described.
The “arrangement configuration” in the semiconductor device of Example 8 will be described below. The “overall configuration” in the semiconductor device of the eighth embodiment is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
図１７は実施例８における半導体装置の全体構成図を示し、図１８は側面図を示す。以下、図１７及び図１８に基づいて、実施例８の配置構成を説明する。 FIG. 17 is an overall configuration diagram of the semiconductor device according to the eighth embodiment, and FIG. 18 is a side view. Hereinafter, the arrangement configuration of the eighth embodiment will be described with reference to FIGS. 17 and 18.
グラファイト４（熱拡散部材)の上面４Ｕには、図１７に示すように、縦型素子２（半導体素子)及び温度測定素子３の組が二組設けられる。二組の縦型素子２及び二組の温度測定素子３は、図１８に示すように、Ｙ軸方向に並んで配置されている。実施例８では、図１７に示すように、グラファイト４の上面４Ｕにおいて＋Ｙ方向寄りに配置された縦型素子２及び温度測定素子３を、第１縦型素子２ＦＲ及び第１温度測定素子３ＦＲとする。また、図１７に示すように、グラファイト４の上面４Ｕにおいて−Ｙ方向寄りに配置された縦型素子２及び温度測定素子３を、第２縦型素子２ＲＲ及び第２温度測定素子３ＲＲとする。 As shown in FIG. 17, two sets of vertical elements 2 (semiconductor elements) and temperature measuring elements 3 are provided on the upper surface 4U of the graphite 4 (thermal diffusion member). The two sets of vertical elements 2 and the two sets of temperature measurement elements 3 are arranged side by side in the Y-axis direction, as shown in FIG. In Example 8, as shown in FIG. 17, the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 arranged closer to the + Y direction on the upper surface 4U of the graphite 4 are replaced with the first vertical element 2FR and the first temperature measuring element 3FR. To do. As shown in FIG. 17, the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 arranged closer to the −Y direction on the upper surface 4U of the graphite 4 are referred to as a second vertical element 2RR and a second temperature measuring element 3RR.
第１縦型素子２ＦＲ及び第２縦型素子２ＲＲは、不図示の駆動回路の指令に従って同じ動作をする。第１縦型素子２ＦＲ及び第１温度測定素子３ＦＲの夫々は、図１７に示すように、共通のグラフェン４６，４７（熱伝導板）と接触している。第２縦型素子２ＲＲ及び第２温度測定素子３ＲＲの夫々は、図１７に示すように、共通のグラフェン４２，４３（熱伝導板）と接触している。 The first vertical element 2FR and the second vertical element 2RR perform the same operation according to a command from a drive circuit (not shown). As shown in FIG. 17, each of the first vertical element 2FR and the first temperature measurement element 3FR is in contact with common graphene 46, 47 (heat conduction plate). As shown in FIG. 17, each of the second vertical element 2RR and the second temperature measuring element 3RR is in contact with common graphenes 42 and 43 (heat conduction plates).
次に、作用を説明する。
実施例８では、第１縦型素子２ＦＲ及び第１温度測定素子３ＦＲの夫々は、グラフェン４６，４７と接触している。第２縦型素子２ＲＲ及び第２温度測定素子３ＲＲの夫々は、グラフェン４２，４３と接触している。
即ち、第１縦型素子２ＦＲ及び第１温度測定素子３ＦＲの夫々が接触するグラフェンと、第２縦型素子２ＲＲ及び第２温度測定素子３ＲＲの夫々が接触するグラフェンは異なる。
このため、第１縦型素子２ＦＲ及び第２縦型素子２ＲＲ同士の熱干渉が抑制される。これにより、第１温度測定素子３ＦＲは、精度良く第１縦型素子２ＦＲの実温度を測定することができる。同様に、第２温度測定素子３ＲＲは、精度良く第２縦型素子２ＲＲの実温度を測定することができる。
従って、各組ごとに温度測定素子３の測定精度を向上できる。
なお、他の作用は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
Next, the operation will be described.
In Example 8, the first vertical element 2FR and the first temperature measurement element 3FR are in contact with the graphenes 46 and 47, respectively. Each of the second vertical element 2RR and the second temperature measurement element 3RR is in contact with the graphene 42, 43.
That is, the graphene in which the first vertical element 2FR and the first temperature measuring element 3FR are in contact is different from the graphene in which the second vertical element 2RR and the second temperature measuring element 3RR are in contact.
For this reason, thermal interference between the first vertical element 2FR and the second vertical element 2RR is suppressed. Thereby, the first temperature measuring element 3FR can accurately measure the actual temperature of the first vertical element 2FR. Similarly, the second temperature measuring element 3RR can accurately measure the actual temperature of the second vertical element 2RR.
Therefore, the measurement accuracy of the temperature measuring element 3 can be improved for each group.
Since other operations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
次に、効果を説明する。
実施例８の半導体装置にあっては、実施例１の(1)の効果に加え、下記の効果が得られる。
Next, the effect will be described.
In the semiconductor device according to the eighth embodiment, in addition to the effect (1) of the first embodiment, the following effects can be obtained.
(7)半導体素子（縦型素子２)及び温度測定素子（温度測定素子３)の組は複数組が設けられ、
少なくとも共通の熱伝導板（グラフェン４２，４３及びグラフェン４６，４７)は複数組ごとに異なる（図１７及び図１８)。
このため、各組ごとに温度測定素子３の測定精度を向上できる。
(7) A plurality of sets of semiconductor elements (vertical elements 2) and temperature measuring elements (temperature measuring elements 3) are provided.
At least the common heat conduction plate (graphene 42, 43 and graphene 46, 47) is different for each of a plurality of sets (FIGS. 17 and 18).
For this reason, the measurement accuracy of the temperature measuring element 3 can be improved for each group.
実施例９は、材料の異なる熱伝導板を交互に積層して熱拡散部材を構成した例である。 Example 9 is an example in which a heat diffusion member is configured by alternately laminating heat conductive plates of different materials.
まず、構成を説明する。
以下、実施例９における半導体装置の構成を、「全体構成」と、「配置構成」に分けて説明する。
First, the configuration will be described.
Hereinafter, the configuration of the semiconductor device according to the ninth embodiment will be described by dividing it into an “overall configuration” and an “arrangement configuration”.
［全体構成］
図１９は実施例９における半導体装置の全体構成図を示す。以下、図１９に基づいて、実施例９における半導体装置の全体構成を説明する。
[overall structure]
FIG. 19 is an overall configuration diagram of the semiconductor device according to the ninth embodiment. The overall configuration of the semiconductor device according to the ninth embodiment will be described below with reference to FIG.
半導体装置１ａ（半導体装置)は、縦型素子２ａ（半導体素子)と、温度測定素子３ａと、熱拡散部材４ａと、を備えている。 The semiconductor device 1a (semiconductor device) includes a vertical element 2a (semiconductor element), a temperature measuring element 3a, and a heat diffusion member 4a.
縦型素子２ａは、実施例１と同様のパワー系半導体素子である。縦型素子２ａは、Ｚ軸方向の両端夫々に電極（パッド)を有する素子である。縦型素子２ａは、Ｚ軸方向に電流を流す素子として形成される。縦型素子２ａは、電極（パッド)を介して熱拡散部材４ａと電気的に接続される。縦型素子２ａは、導電性のペースト樹脂にて接合する手法により、熱拡散部材４ａの上面４Ｕａに接合される。 The vertical element 2a is a power semiconductor element similar to that of the first embodiment. The vertical element 2a is an element having electrodes (pads) at both ends in the Z-axis direction. The vertical element 2a is formed as an element that allows current to flow in the Z-axis direction. The vertical element 2a is electrically connected to the heat diffusion member 4a through an electrode (pad). The vertical element 2a is joined to the upper surface 4Ua of the heat diffusion member 4a by a technique of joining with a conductive paste resin.
温度測定素子３ａ（例えば、ダイオード)は、縦型素子２ａの温度を測定する機能を有する素子である。温度測定素子３ａは、導電性のペースト樹脂にて接合する手法により、熱拡散部材４ａの上面４Ｕａに接合される。不図示の温度測定素子３ａの入出力端子は、不図示の制御回路に接続される。温度測定素子３ａは、不図示の制御回路からの指令を受けて駆動する。温度測定素子３ａは、その入出力端子が制御回路へ接続される際に、制御回路の側で熱拡散部材４ａと絶縁される。 The temperature measuring element 3a (for example, a diode) is an element having a function of measuring the temperature of the vertical element 2a. The temperature measuring element 3a is joined to the upper surface 4Ua of the heat diffusion member 4a by a technique of joining with a conductive paste resin. An input / output terminal of a temperature measuring element 3a (not shown) is connected to a control circuit (not shown). The temperature measuring element 3a is driven in response to a command from a control circuit (not shown). The temperature measuring element 3a is insulated from the thermal diffusion member 4a on the control circuit side when its input / output terminal is connected to the control circuit.
熱拡散部材４ａは、縦型素子２ａから温度測定素子３ａへの熱の拡散経路となる部材である。熱拡散部材４ａの上面４Ｕａには、縦型素子２ａ及び温度測定素子３ａを接合するための接合処理が施されている。熱拡散部材４ａは、銅４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａ（熱伝導板）と、ポリエチレン４２ａ，４４ａ，４６ａ（熱伝導板）とを＋Ｙ方向に交互に積層して構成される。銅４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａとポリエチレン４２ａ，４４ａ，４６ａは、導電性のペースト樹脂にて接合する手法により相互に接合される。銅４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａの熱伝導率は、ポリエチレン４２ａ，４４ａ，４６ａの熱伝導率よりも高い。
ここで、「熱伝導率」とは、物質の熱伝導のし易さを示すパラメータを意味する。
The heat diffusion member 4a is a member serving as a heat diffusion path from the vertical element 2a to the temperature measurement element 3a. The upper surface 4Ua of the heat diffusion member 4a is subjected to a bonding process for bonding the vertical element 2a and the temperature measuring element 3a. The heat diffusion member 4a is configured by alternately laminating copper 41a, 43a, 45a, 47a (heat conduction plate) and polyethylene 42a, 44a, 46a (heat conduction plate) in the + Y direction. Copper 41a, 43a, 45a, 47a and polyethylene 42a, 44a, 46a are joined together by the technique of joining with conductive paste resin. The thermal conductivity of copper 41a, 43a, 45a, 47a is higher than the thermal conductivity of polyethylene 42a, 44a, 46a.
Here, “thermal conductivity” means a parameter indicating the ease of thermal conduction of a substance.
［配置構成］
以下、図１９に基づいて、配置構成を説明する。
[Configuration]
Hereinafter, the arrangement configuration will be described with reference to FIG.
縦型素子２ａ及び温度測定素子３ａの夫々は、少なくとも共通の銅４５ａと接触させた状態で熱拡散部材４ａに対して接合されている。
ここで、「少なくとも共通の銅と接触させた状態」とは、共通する銅の全部又は一部に縦型素子２ａ及び温度測定素子３ａの双方を接触させた状態を意味する。
Each of the vertical element 2a and the temperature measuring element 3a is joined to the heat diffusion member 4a in a state where it is in contact with at least the common copper 45a.
Here, "at least in contact with common copper" means a state in which both the vertical element 2a and the temperature measuring element 3a are in contact with all or a part of the common copper.
縦型素子２ａ及び温度測定素子３ａは、熱拡散部材４ａの上面４Ｕａにおいて、Ｘ軸方向に離間した位置に配置される。縦型素子２ａ及び温度測定素子３ａのＸ軸方向における離間距離は、予め製造工程における寸法公差（バラツキ)を考慮して設定されている。縦型素子２ａ及び温度測定素子３ａは、銅４５ａと接触している。 The vertical element 2a and the temperature measuring element 3a are arranged at positions separated in the X-axis direction on the upper surface 4Ua of the heat diffusion member 4a. The separation distance between the vertical element 2a and the temperature measuring element 3a in the X-axis direction is set in advance in consideration of dimensional tolerance (variation) in the manufacturing process. The vertical element 2a and the temperature measuring element 3a are in contact with the copper 45a.
縦型素子２ａは、ポリエチレン４４ａ，４６ａに挟まれた銅４５ａのＹ軸方向内側に収まる間に設けられている。即ち、縦型素子２ａの＋Ｙ方向端部２ＦＲａは、銅４５ａの＋Ｙ方向端部４５ＦＲａよりも−Ｙ方向に配置される。縦型素子２ａの−Ｙ方向端部２ＲＲａは、銅４５ａの−Ｙ方向端部４５ＲＲａよりも＋Ｙ方向に配置される。 The vertical element 2a is provided while being accommodated inside the Y axis direction of the copper 45a sandwiched between the polyethylenes 44a and 46a. That is, the + Y direction end portion 2FRa of the vertical element 2a is arranged in the −Y direction with respect to the + Y direction end portion 45FRa of the copper 45a. The −Y direction end 2RRa of the vertical element 2a is arranged in the + Y direction with respect to the −Y direction end 45RRa of the copper 45a.
温度測定素子３ａは、ポリエチレン４４ａ，４６ａに挟まれた銅４５ａのＹ軸方向内側に収まる間に設けられている。即ち、温度測定素子３ａの＋Ｙ方向端部３ＦＲａは、銅４５ａの＋Ｙ方向端部４５ＦＲａよりも−Ｙ方向に配置される。温度測定素子３ａの−Ｙ方向端部３ＲＲａは、銅４５ａの−Ｙ方向端部４５ＲＲａよりも＋Ｙ方向に配置される。 The temperature measuring element 3a is provided while being accommodated inside the copper 45a sandwiched between the polyethylenes 44a and 46a in the Y-axis direction. That is, the + Y direction end 3FRa of the temperature measuring element 3a is arranged in the −Y direction with respect to the + Y direction end 45FRa of the copper 45a. The −Y direction end portion 3RRa of the temperature measuring element 3a is arranged in the + Y direction with respect to the −Y direction end portion 45RRa of the copper 45a.
次に、作用を説明する。
実施例９では、縦型素子２ａ及び温度測定素子３ａの夫々は、少なくとも共通の銅４５ａと接触させた状態で熱拡散部材４ａに対して接合されている。
即ち、銅４５ａの熱伝導率は、ポリエチレン４４ａ，４６ａの熱伝導率よりも高い。このため、縦型素子２ａの発する熱は、銅４５ａからポリエチレン４４ａ，４６ａ（Ｙ軸方向）への拡散が抑制される。これにより、縦型素子２ａの発する熱は、銅４５ａを介して温度測定素子３ａへと集中して伝導される。つまり、縦型素子２ａから温度測定素子３ａへの熱伝導方向に、指向性（Ｘ軸方向）を持たせることができる。
従って、精度良く縦型素子２ａの実温度を測定することができる。
Next, the operation will be described.
In Example 9, each of the vertical element 2a and the temperature measuring element 3a is joined to the heat diffusing member 4a in a state where it is in contact with at least the common copper 45a.
That is, the thermal conductivity of the copper 45a is higher than that of the polyethylenes 44a and 46a. For this reason, the diffusion of the heat generated by the vertical element 2a from the copper 45a to the polyethylenes 44a and 46a (Y-axis direction) is suppressed. Thereby, the heat generated by the vertical element 2a is concentrated and conducted to the temperature measuring element 3a through the copper 45a. That is, directivity (X-axis direction) can be provided in the heat conduction direction from the vertical element 2a to the temperature measuring element 3a.
Therefore, the actual temperature of the vertical element 2a can be measured with high accuracy.
実施例９では、温度測定素子３ａは、縦型素子２ａに設けられる。
即ち、温度測定素子を縦型素子の内部に作製する為の製造工程を追加する必要がない。
従って、温度測定素子を縦型素子の内部に設ける場合と比べて製造コストを低下できる。
In Example 9, the temperature measuring element 3a is provided in the vertical element 2a.
That is, there is no need to add a manufacturing process for manufacturing the temperature measuring element inside the vertical element.
Accordingly, the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where the temperature measuring element is provided inside the vertical element.
次に、効果を説明する。
実施例９の半導体装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
Next, the effect will be described.
In the semiconductor device of Example 9, the effects listed below can be obtained.
(9)半導体素子（縦型素子２ａ)と、半導体素子（縦型素子２ａ)の温度を測定する温度測定素子（温度測定素子３ａ)と、半導体素子（縦型素子２ａ)から温度測定素子（温度測定素子３ａ)への熱の拡散経路となる熱拡散部材（熱拡散部材４ａ)と、を備える半導体装置（半導体装置１ａ)において、
熱拡散部材（熱拡散部材４ａ)は、複数の熱伝導板（銅４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａとポリエチレン４２ａ，４４ａ，４６ａ)を層状に積層して構成され、
半導体素子（縦型素子２ａ)及び温度測定素子（温度測定素子３ａ)の夫々は、少なくとも共通の熱伝導板（銅４５ａ)と接触させた状態で熱拡散部材（熱拡散部材４ａ)に対して接合されている（図１９)。
このため、精度良く半導体素子（縦型素子２ａ）の実温度を測定することができる半導体装置を提供することができる。
(9) A semiconductor element (vertical element 2a), a temperature measuring element (temperature measuring element 3a) for measuring the temperature of the semiconductor element (vertical element 2a), and a semiconductor element (vertical element 2a) to a temperature measuring element ( In a semiconductor device (semiconductor device 1a) comprising a heat diffusion member (heat diffusion member 4a) serving as a heat diffusion path to the temperature measuring element 3a),
The heat diffusion member (heat diffusion member 4a) is configured by laminating a plurality of heat conduction plates (copper 41a, 43a, 45a, 47a and polyethylene 42a, 44a, 46a) in layers,
Each of the semiconductor element (vertical element 2a) and the temperature measuring element (temperature measuring element 3a) is in contact with the heat diffusing member (heat diffusing member 4a) at least in contact with the common heat conducting plate (copper 45a). They are joined (FIG. 19).
For this reason, the semiconductor device which can measure the actual temperature of a semiconductor element (vertical element 2a) with high precision can be provided.
以上、本発明の半導体装置を実施例１〜９に基づいて説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。 The semiconductor device of the present invention has been described based on the first to ninth embodiments. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and the invention according to each claim of the claims. Design changes and additions are permitted without departing from the gist of the present invention.
実施例１〜９では、半導体素子を縦型素子とする例を示した。しかし、半導体素子はこれに限られない。例えば、半導体素子が横型素子から構成されても良い。要するに、半導体素子としての役目を果たす半導体材料であれば、どのような材料で半導体素子を構成しても良い。 In Examples 1-9, the example which makes a semiconductor element a vertical type element was shown. However, the semiconductor element is not limited to this. For example, the semiconductor element may be composed of a lateral element. In short, the semiconductor element may be made of any material as long as it is a semiconductor material that serves as a semiconductor element.
実施例１〜９では、温度測定素子をダイオードとする例を示した。しかし、温度測定素子はこれに限られない。例えば、温度測定素子がトランジスタ、サーミスタもしくは熱電対等で構成されても良い。 In Examples 1-9, the example which uses a temperature measuring element as a diode was shown. However, the temperature measuring element is not limited to this. For example, the temperature measuring element may be composed of a transistor, a thermistor, a thermocouple, or the like.
実施例１〜９では、半導体素子、温度測定素子及び熱拡散部材の夫々が平面視矩形状の外形を有する例を示した。夫々の素子の外形はこれに限られない。例えば、夫々の素子は、平面視楕円状または平面視円状等種々の形状に形成されても良い。 In Examples 1 to 9, the example in which each of the semiconductor element, the temperature measuring element, and the heat diffusing member has a rectangular shape in plan view is shown. The external shape of each element is not limited to this. For example, each element may be formed in various shapes such as an elliptical shape in plan view or a circular shape in plan view.
実施例１〜９では、本発明の半導体装置を、モータジェネレータの交流/直流の変換装置として用いられるインバータに適用する例を示した。しかし、本発明の半導体装置は、発熱デバイスを用い、電圧・電流・周波数・位相・相数・波形等の電気特性のうち、一つ以上を実質的な電力損失を抑えて変換するインバータ以外の様々な電力変換装置（例えば充電器）に対しても適用することができる。 In the first to ninth embodiments, the semiconductor device of the present invention is applied to an inverter used as an AC / DC converter of a motor generator. However, the semiconductor device of the present invention uses a heat generating device, and other than an inverter that converts one or more of electrical characteristics such as voltage, current, frequency, phase, number of phases, and waveforms while suppressing substantial power loss. The present invention can also be applied to various power conversion devices (for example, a charger).
実施例１〜８では、導電性のペースト樹脂にて接合する手法により縦型素子２がグラファイト４に対して接合される例を示した。また、実施例１〜８では、導電性のペースト樹脂にて接合する手法により温度測定素子３がグラファイト４に対して接合される例を示した。さらに、実施例１〜９では、夫々の熱伝導板が導電性のペースト樹脂にて接合する手法により相互に接合される例を示した。しかし、これらの接合手法はこれに限定されるものではない。例えば、接合手法として、圧接又は半田付け等の金属接合による手法により接合されても良い。 In Examples 1 to 8, the example in which the vertical element 2 is bonded to the graphite 4 by the method of bonding with a conductive paste resin is shown. Moreover, in Examples 1-8, the example in which the temperature measuring element 3 was joined with respect to the graphite 4 by the method of joining with a conductive paste resin was shown. Furthermore, in Examples 1-9, the example in which each heat conductive board was mutually joined by the method of joining with electroconductive paste resin was shown. However, these joining methods are not limited to this. For example, as a joining technique, joining may be performed by a technique such as pressure welding or soldering.
実施例１〜８では、熱拡散部材をグラファイトとする例を示した。しかし、熱拡散部材はこれに限られず、熱伝導性材料であれば良い。例えば、熱拡散部材が銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル、白金等の金属や、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂から構成されても良い。また、これらの熱伝導性材料は、熱拡散部材に単独で使用することができるほか、複数種の材料を組み合わせて使用することもできる。 In Examples 1-8, the example which uses a heat-diffusion member as a graphite was shown. However, the heat diffusing member is not limited to this and may be a heat conductive material. For example, the heat diffusion member may be made of a metal such as silver, copper, gold, aluminum, nickel, or platinum, or a resin such as an acrylic resin or an epoxy resin. Moreover, these heat conductive materials can be used alone for the heat diffusing member, and can also be used in combination of plural kinds of materials.
実施例２では、縦型素子２がグラファイト４の下面４Ｄに接合され、温度測定素子３がグラファイト４の上面４Ｕに接合される例を示した。しかし、縦型素子２及び温度測定素子３の接合位置はこれに限定されるものではない。例えば、縦型素子２がグラファイト４の上面４Ｕに接合され、温度測定素子３がグラファイト４の下面４Ｄに接合されても良い。また、縦型素子２及び温度測定素子３の夫々が、グラファイト４を介して対向する位置に配置されても良い。 In the second embodiment, the vertical element 2 is bonded to the lower surface 4D of the graphite 4 and the temperature measuring element 3 is bonded to the upper surface 4U of the graphite 4. However, the joining position of the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 is not limited to this. For example, the vertical element 2 may be bonded to the upper surface 4U of the graphite 4 and the temperature measuring element 3 may be bonded to the lower surface 4D of the graphite 4. Further, each of the vertical element 2 and the temperature measuring element 3 may be disposed at a position facing each other with the graphite 4 interposed therebetween.
実施例３では、導電性のペースト樹脂にて接合する手法により絶縁体５が温度測定素子３とグラファイト４との間に接合される例を示した。しかし、接合手法はこれに限定されるものではない。例えば、圧接やはんだ付け等の金属接合による手法により絶縁体５が温度測定素子３とグラファイト４との間に接合されても良い。 In the third embodiment, an example in which the insulator 5 is bonded between the temperature measuring element 3 and the graphite 4 by a method of bonding with a conductive paste resin is shown. However, the joining method is not limited to this. For example, the insulator 5 may be bonded between the temperature measuring element 3 and the graphite 4 by a technique using metal bonding such as pressure welding or soldering.
実施例３では、絶縁体５を窒化珪素とする例を示した。しかし、絶縁体５はこれに限られない。例えば、窒化アルミニウム、アルミナ（酸化アルミニウム）や、絶縁性を有する樹脂シート等で構成されても良い。 In Example 3, an example in which the insulator 5 is silicon nitride is shown. However, the insulator 5 is not limited to this. For example, it may be made of aluminum nitride, alumina (aluminum oxide), an insulating resin sheet, or the like.
実施例４では、導電性のペースト樹脂にて接合する手法により金属板６が縦型素子２に接合される例を示した。また、実施例４では、グリースを塗布する手法により金属板６がグラファイト４に接合される例を示した。しかし、これらの接合手法はこれに限定されるものではない。接合方法として、例えば、圧接やはんだ付け等の金属接合による手法により接合されても良い。 In Example 4, the example in which the metal plate 6 is joined to the vertical element 2 by the technique of joining with a conductive paste resin was shown. Moreover, in Example 4, the example which the metal plate 6 was joined to the graphite 4 by the method of apply | coating grease was shown. However, these joining methods are not limited to this. As a joining method, for example, joining may be performed by a technique using metal joining such as pressure welding or soldering.
実施例４では、グラファイト４の上面４Ｕの側に電極７を配置する例を示した。しかし、電極７の位置はこれに限定されるものではない。例えば、グラファイト４の下面４Ｄの側に電極７を配置しても良い。 In Example 4, the example which arrange | positions the electrode 7 in the upper surface 4U side of the graphite 4 was shown. However, the position of the electrode 7 is not limited to this. For example, the electrode 7 may be disposed on the lower surface 4D side of the graphite 4.
実施例５〜７では、絶縁体を介したグリースの塗布による手法によりヒートシンク８がグラファイト４に接合される例を示した。しかし、接合手法はこれに限定されるものではない。例えば、絶縁体を介した圧接やはんだ付け等の金属接合による手法によりヒートシンク８がグラファイト４に接合されても良い。 In Examples 5 to 7, the example in which the heat sink 8 is joined to the graphite 4 by a technique by applying grease through an insulator is shown. However, the joining method is not limited to this. For example, the heat sink 8 may be joined to the graphite 4 by a metal joining technique such as pressure welding via an insulator or soldering.
実施例５〜７では、冷却部材をヒートシンクとする例を示した。しかし、冷却部材はこれに限られず、縦型素子２の発する熱を放熱できれば良い。例えば、冷却部材が、ヒートパイプから構成されても良い。その他にも、冷却部材として、空冷式の放熱フィンや、水冷式の冷却器等が例示される。 In Examples 5-7, the example which uses a cooling member as a heat sink was shown. However, the cooling member is not limited to this, as long as the heat generated by the vertical element 2 can be dissipated. For example, the cooling member may be composed of a heat pipe. In addition, examples of the cooling member include an air-cooled radiating fin, a water-cooled cooler, and the like.
実施例６では、二組の熱拡散部材が冷却部材に対して接合される例を示した。しかし、熱拡散部材の組数は二組に限定されるものではない。例えば、三組以上の熱拡散部材が冷却部材に対して接合されても良い。 In Example 6, an example in which two sets of heat diffusion members are joined to a cooling member has been described. However, the number of heat diffusion members is not limited to two. For example, three or more sets of heat diffusion members may be bonded to the cooling member.
実施例８では、二組の半導体素子及び温度測定素子が、熱拡散部材に対して接合される例を示した。しかし、半導体素子及び温度測定素子の組数は二組に限定されるものではない。例えば、三組以上の半導体素子及び温度測定素子が熱拡散部材に対して接合されても良い。 In Example 8, an example in which two sets of semiconductor elements and temperature measuring elements are bonded to the heat diffusing member has been described. However, the number of pairs of semiconductor elements and temperature measuring elements is not limited to two. For example, three or more sets of semiconductor elements and temperature measuring elements may be bonded to the heat diffusion member.
実施例８では、第１縦型素子２ＦＲ及び第２縦型素子２ＲＲが同じ動作をする例を示した。しかし、縦型素子２ＦＲ及び縦型素子２ＲＲはこれに限らず、異なる動作をしても良い。 In the eighth embodiment, the example in which the first vertical element 2FR and the second vertical element 2RR perform the same operation has been described. However, the vertical element 2FR and the vertical element 2RR are not limited to this, and may perform different operations.
実施例９では、熱伝導板４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａを銅とする例を示した。しかし、熱伝導板４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａを構成する材料は銅に限られない。例えば、銀、金、アルミニウム、ニッケル、白金等の金属を用いて熱伝導板４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａを構成しても良い。実施例９では、熱伝導板４２ａ，４４ａ，４６ａをポリエチレンとする例を示した。しかし、熱伝導板４２ａ，４４ａ，４６ａを構成する材料は、熱伝導板４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａを構成する材料よりも熱伝導性の点で劣っていれば良い。具体的には、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の樹脂を用いて熱伝導板４２ａ，４４ａ，４６ａを構成しても良い。 In Example 9, the heat conductive plates 41a, 43a, 45a, and 47a are made of copper. However, the material constituting the heat conductive plates 41a, 43a, 45a, 47a is not limited to copper. For example, the heat conductive plates 41a, 43a, 45a, and 47a may be configured using a metal such as silver, gold, aluminum, nickel, or platinum. In the ninth embodiment, the heat conductive plates 42a, 44a, and 46a are made of polyethylene. However, the material constituting the heat conductive plates 42a, 44a, 46a only needs to be inferior in terms of heat conductivity to the material constituting the heat conductive plates 41a, 43a, 45a, 47a. Specifically, the heat conductive plates 42a, 44a, and 46a may be configured using a resin such as polypropylene, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, or polyvinylidene chloride.
Rh，Rt 熱抵抗値
１、１ａ 半導体装置（半導体装置)
２，２ａ 縦型素子（半導体素子)
２ＦＲ 第１縦型素子（半導体素子)
２ＲＲ 第２縦型素子（半導体素子)
３，３ａ 温度測定素子
３ＦＲ 第１温度測定素子（温度測定素子)
３ＲＲ 第２温度測定素子（温度測定素子)
４ グラファイト（熱拡散部材)
４ａ 熱拡散部材
４ＦＲ 第１熱拡散部材（熱拡散部材)
４ＲＲ 第２熱拡散部材（熱拡散部材)
５ 絶縁体
６ 金属板
７ 電極
８ ヒートシンク（冷却部材)
９ 熱抵抗
４１,４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８，４１ＦＲ，４２ＦＲ，４３ＦＲ，４４ＦＲ，４５ＦＲ，４６ＦＲ，４７ＦＲ，４８ＦＲ，４１ＲＲ，４２ＲＲ，４３ＲＲ，４４ＲＲ，４５ＲＲ，４６ＲＲ，４７ＲＲ，４８ＲＲ グラフェン（熱伝導板）
４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａ 銅（熱伝導板）
４２ａ，４４ａ，４６ａ ポリエチレン（熱伝導板）
Rh, Rt Thermal resistance value 1, 1a Semiconductor device (semiconductor device)
2,2a Vertical element (semiconductor element)
2FR 1st vertical element (semiconductor element)
2RR Second vertical element (semiconductor element)
3, 3a Temperature measuring element 3FR First temperature measuring element (temperature measuring element)
3RR Second temperature measuring element (temperature measuring element)
4 Graphite (thermal diffusion member)
4a Thermal diffusion member 4FR First thermal diffusion member (thermal diffusion member)
4RR Second heat diffusion member (heat diffusion member)
5 Insulator 6 Metal plate 7 Electrode 8 Heat sink (cooling member)
9 Thermal resistance 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 41FR, 42FR, 43FR, 44FR, 45FR, 46FR, 47FR, 48FR, 41RR, 42RR, 43RR, 44RR, 45RR, 46RR, 47RR, 48RR Graphene (heat conduction plate)
41a, 43a, 45a, 47a Copper (heat conduction plate)
42a, 44a, 46a Polyethylene (heat conduction plate)
Claims (7)
前記熱拡散部材は、複数の熱伝導板を層状に積層して構成され、
前記半導体素子及び前記温度測定素子の夫々は、少なくとも共通の前記熱伝導板と接触させた状態で前記熱拡散部材に対して接合されている
ことを特徴とする半導体装置。 In a semiconductor device comprising: a semiconductor element; a temperature measuring element that measures the temperature of the semiconductor element; and a heat diffusion member that serves as a heat diffusion path from the semiconductor element to the temperature measuring element.
The heat diffusing member is configured by laminating a plurality of heat conducting plates in layers,
Each of the said semiconductor element and the said temperature measurement element is joined with respect to the said heat-diffusion member in the state contacted with the said common heat conductive board at least. The semiconductor device characterized by the above-mentioned.
前記温度測定素子は、絶縁体を介して前記熱拡散部材に対して接合されている
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The temperature measuring element is bonded to the heat diffusing member through an insulator. A semiconductor device, wherein:
前記半導体素子は、金属板を介して前記熱拡散部材に対して接合されている
ことを特徴とする半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 1 or 2,
The semiconductor device is bonded to the thermal diffusion member via a metal plate.
前記熱拡散部材は、冷却部材に対して接合されている
ことを特徴とする半導体装置。 In the semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor device, wherein the heat diffusion member is bonded to a cooling member.
前記半導体素子、前記温度測定素子及び前記熱拡散部材の組は複数組が設けられ、
前記複数組における夫々の前記熱拡散部材は、前記冷却部材に対して接合されている
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4,
A plurality of sets of the semiconductor element, the temperature measuring element, and the heat diffusion member are provided,
Each of the heat diffusing members in the plurality of sets is bonded to the cooling member. A semiconductor device, wherein:
前記半導体素子と前記温度測定素子との間の熱抵抗の値は、前記半導体素子と前記冷却部材との間の熱抵抗の値よりも低く設定される
ことを特徴とする半導体装置。 In the semiconductor device according to claim 4 or 5,
A value of a thermal resistance between the semiconductor element and the temperature measuring element is set lower than a value of a thermal resistance between the semiconductor element and the cooling member.
前記半導体素子及び前記温度測定素子の組は複数組が設けられ、
前記少なくとも共通の前記熱伝導板は前記複数組ごとに異なる
ことを特徴とする半導体装置。 In the semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
A plurality of sets of the semiconductor element and the temperature measuring element are provided,
The at least common heat conduction plate is different for each of the plurality of sets.
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