JP5391162B2 - Power semiconductor device - Google Patents

Power semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP5391162B2
JP5391162B2 JP2010182086A JP2010182086A JP5391162B2 JP 5391162 B2 JP5391162 B2 JP 5391162B2 JP 2010182086 A JP2010182086 A JP 2010182086A JP 2010182086 A JP2010182086 A JP 2010182086A JP 5391162 B2 JP5391162 B2 JP 5391162B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor device
power semiconductor
heat
package
diode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010182086A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012043875A5 (en
JP2012043875A (en
Inventor
志織 井高
靖 中山
健史 大井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2010182086A priority Critical patent/JP5391162B2/en
Publication of JP2012043875A publication Critical patent/JP2012043875A/en
Publication of JP2012043875A5 publication Critical patent/JP2012043875A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5391162B2 publication Critical patent/JP5391162B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4911—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4911—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49113—Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting different bonding areas on the semiconductor or solid-state body to a common bonding area outside the body, e.g. converging wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203—Rectifying Diode
    • H01L2924/12032—Schottky diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

本発明は、電力用半導体装置に関するものであり、特に、ＳｉＣ製半導体素子を用いた電力用半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a power semiconductor device, and particularly to a power semiconductor device using a SiC semiconductor element.

スイッチング素子と、スイッチング素子と逆並列に接続されたダイオード素子とを内蔵した電力用半導体装置が、直流−交流の変換および直流−直流の変換を行う電力変換器等に広く用いられている。
従来の電力用半導体装置では、スイッチング素子およびダイオード素子にシリコン製の素子（Ｓｉ素子と記す）が用いられてきたが、最近は、シリコンカーバイド製の素子（ＳｉＣ素子と記す）を用いた電力用半導体装置の開発がすすめられている。 A power semiconductor device including a switching element and a diode element connected in reverse parallel to the switching element is widely used in a power converter that performs DC-AC conversion and DC-DC conversion.
In conventional power semiconductor devices, silicon elements (referred to as Si elements) have been used as switching elements and diode elements. Recently, power elements using silicon carbide elements (referred to as SiC elements) have been used. Development of semiconductor devices has been promoted.

ＳｉＣ素子を用いた電力用半導体装置は、ＳｉＣ素子がＳｉ素子に比べ、低損失、高温動作可能、高耐圧といった特徴があるので、電力用半導体装置の小型化、低損失化が可能となる。それゆえ、ＳｉＣ素子を用いた電力用半導体装置で形成された電力変換器は、冷却器の小型化と電力変換器の高効率化とを実現できる。
これらの効果は、スイッチング素子とダイオード素子との両方に、ＳｉＣ素子を用いることにより得られるのはもちろんであるが、いずれか一方の素子にＳｉＣ素子を用いても得ることができる。
そのため、スイッチング素子がＳｉ素子であり、ダイオード素子がＳｉＣ素子である電力用半導体装置が考案されている（例えば、特許文献１参照）。 A power semiconductor device using a SiC element has characteristics such as a low loss, high temperature operation, and a high breakdown voltage as compared with a Si element. Therefore, the power semiconductor device can be reduced in size and loss. Therefore, the power converter formed of the power semiconductor device using the SiC element can realize downsizing of the cooler and high efficiency of the power converter.
These effects can be obtained by using a SiC element for both the switching element and the diode element, but can also be obtained by using a SiC element for any one of the elements.
Therefore, a power semiconductor device in which the switching element is a Si element and the diode element is a SiC element has been devised (see, for example, Patent Document 1).

特開２００４−０９５６７０号公報（第１０頁、第１２頁、第８図、第１０図）JP 2004-095670 A (page 10, page 12, FIG. 8, FIG. 10)

ＳｉＣ素子を用いたダイオード素子（ＳｉＣダイオード素子と記す）は損失が小さいため高温動作が可能であるが、電力用半導体装置に用いるにあたってはＳｉＣダイオード素子から発生する熱に対する考慮が必要となる。
従来の電力用半導体装置では、Ｓｉ素子の真性半導体温度の制約から、使用温度の上限を約１５０℃に設定して、これを超えないような回路設計がなされており、電力用半導体装置の構成材料には、耐熱温度が２００℃程度のものを用いることができた。
これに対して、ＳｉＣダイオード素子を用いた電力用半導体装置では、ＳｉＣダイオード素子の特徴のひとつである高温動作（２００℃以上）を実現するのに、接合材や電力用半導体装置内部の絶縁を保つ封止材等の、電力用半導体装置に使用する材料の高耐熱化が必須となる。 A diode element using an SiC element (referred to as an SiC diode element) can operate at a high temperature because of its small loss. However, when used in a power semiconductor device, consideration must be given to heat generated from the SiC diode element.
In the conventional power semiconductor device, due to the limitation of the intrinsic semiconductor temperature of the Si element, the upper limit of the use temperature is set to about 150 ° C., and the circuit design is made so as not to exceed this, the configuration of the power semiconductor device A material having a heat resistant temperature of about 200 ° C. could be used.
On the other hand, in a power semiconductor device using a SiC diode element, in order to realize a high temperature operation (200 ° C. or more), which is one of the characteristics of the SiC diode element, insulation between the bonding material and the power semiconductor device is required. It is essential to increase the heat resistance of materials used for power semiconductor devices, such as sealing materials to be maintained.

しかし、特許文献１に記載のＳｉＣダイオード素子を用いた電力用半導体装置は、Ｓｉスイッチング素子を搭載した基板と複数のＳｉＣダイオード素子を搭載した基板とが、同一のパッケージに収納され、パッケージ内に熱伝導ゲルが充填されているものであり、ＳｉＣダイオード素子の高温動作を実現するには、電力用半導体装置に使用する材料に耐熱性の高いものが必要であり、コストアップになるとの問題があった。また、逆に電力用半導体装置に使用する材料に、従来の耐熱性のものを用いると、ＳｉＣダイオード素子の高温動作を犠牲にするとの問題があった。   However, in the power semiconductor device using the SiC diode element described in Patent Document 1, the substrate on which the Si switching element is mounted and the substrate on which the plurality of SiC diode elements are mounted are housed in the same package, In order to realize high temperature operation of the SiC diode element, which is filled with a heat conducting gel, a material having high heat resistance is required for a power semiconductor device, and there is a problem that the cost increases. there were. On the contrary, when a conventional heat-resistant material is used for the power semiconductor device, there is a problem that the high-temperature operation of the SiC diode element is sacrificed.

また、Ｓｉ素子を用いたスイッチング素子（Ｓｉスイッチング素子と記す）とＳｉＣダイオード素子とを同一基板上に実装する場合、ＳｉＣダイオード素子からＳｉスイッチング素子への熱干渉を避けるような部品配置の最適化が必要となる。
また、基板裏面からＳｉスイッチング素子を冷却するにも、冷却の必要がないＳｉＣダイオード素子がヒートシンクの熱容量を奪って冷却効率を低下させるため無駄に大きな冷却器が必要となる。
そして、特許文献１に記載のＳｉＣダイオード素子を用いた電力用の半導体装置は、Ｓｉ素子を搭載した基板とＳｉＣ素子を搭載した基板が同一の金属ベースに接合されたものであり、冷却の必要がないＳｉＣダイオード素子がヒートシンクの熱容量を奪って冷却効率を低下させるため無駄に大きな冷却器が必要となるとの上記問題があった。 Also, when switching elements using Si elements (referred to as Si switching elements) and SiC diode elements are mounted on the same substrate, optimizing component arrangement to avoid thermal interference from the SiC diode elements to the Si switching elements Is required.
Further, in order to cool the Si switching element from the back surface of the substrate, a SiC diode element that does not need to be cooled deprives the heat capacity of the heat sink and lowers the cooling efficiency, so that a large cooler is required.
And the semiconductor device for electric power using the SiC diode element of patent document 1 is the board | substrate which mounts the Si element, and the board | substrate which mounts an SiC element joined to the same metal base, and needs cooling There is the above-mentioned problem that a large-sized cooler is unnecessary because the SiC diode element without the heat sink takes away the heat capacity of the heat sink and lowers the cooling efficiency.

さらに、小型・小容量のＳｉＣダイオード素子を複数個並列に接続して大型・大容量素子の代替とする場合には、配線等の製造工程が煩雑になるとのデメリットと、素子間に所定の間隔が必要となり実装面積が大きくなるとのデメリットとがあった。
このようなことより、ダイオード素子のみにＳｉＣ素子が用いられた場合でも、従来の電力用半導体装置の構成とは全く異なる仕様となり、電力用半導体装置のコストアップや開発に長期間を要するとの問題があった。 Furthermore, when a plurality of small and small-capacity SiC diode elements are connected in parallel to replace a large and large-capacity element, the demerit that the manufacturing process of wiring and the like becomes complicated and a predetermined interval between the elements There is a demerit that the mounting area becomes large.
For this reason, even when a SiC element is used only for the diode element, the specifications are completely different from the configuration of the conventional power semiconductor device, and it takes a long time to increase the cost and develop the power semiconductor device. There was a problem.

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、その目的は、Ｓｉ素子のみの従来の電力用半導体装置に用いられたのと同じ耐熱性の部材を用いることができ、コストアップが抑えられ、さらに、必要以上に大きな冷却器が不要であり、装置の小型化が可能であるとともに、Ｓｉ素子のみを用いた従来の電力用半導体装置の構造をそのまま利用できる、低コストで、開発期間が短く、多様な構成に対応できる、ＳｉＣ素子等のワイドギャップ半導体の素子を搭載した電力用半導体装置を得ることである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and the purpose thereof is to use the same heat-resistant member as used in a conventional power semiconductor device using only Si elements. The cost increase is suppressed, and an excessively large cooler is unnecessary, the device can be downsized, and the structure of the conventional power semiconductor device using only the Si element can be used as it is. The object is to obtain a power semiconductor device equipped with a wide gap semiconductor element such as an SiC element, which is short in cost and has a short development period and can be applied to various configurations.

本発明に係わる第１の電力用半導体装置は、ベース板と、ベース板の一方の面に接合され、且つ回路用導体パターンが設けられた絶縁基板と、絶縁基板に実装されたＳｉスイッチング素子と、絶縁基板に実装された、複数のワイドバンドギャップ半導体素子を素子用封止材で封止した素子パッケージと、ベース板に覆設されるとともに、少なくとも、Ｓｉスイッチング素子と素子パッケージと絶縁基板とを収納したケースと、ケースの内部に充填されたケース用封止材とを備えた電力用半導体装置であって、Ｓｉスイッチング素子と素子パッケージとが、同一の絶縁基板の回路用導体パターンに搭載され、Ｓｉスイッチング素子の電極とワイドバンドギャップ半導体素子の電極とが、回路用導体パターンに電気的に導通され、素子用封止材にモールド樹脂が用いられたものである。   A first power semiconductor device according to the present invention includes a base plate, an insulating substrate bonded to one surface of the base plate and provided with a circuit conductor pattern, an Si switching element mounted on the insulating substrate, An element package mounted on an insulating substrate and encapsulating a plurality of wide band gap semiconductor elements with an element sealing material; and a base plate, and at least a Si switching element, an element package, and an insulating substrate A power semiconductor device comprising a case containing a case and a case sealing material filled in the case, wherein the Si switching element and the element package are mounted on a circuit conductor pattern on the same insulating substrate The electrode of the Si switching element and the electrode of the wide band gap semiconductor element are electrically connected to the circuit conductor pattern, and the element sealing material In which Rudo resin was used.

本発明に係わる第２の電力用半導体装置は、ベース板と、ベース板の一方の面に接合され、且つ回路用導体パターンが設けられた絶縁基板と、絶縁基板に実装されたＳｉスイッチング素子と、絶縁基板に実装された、複数のワイドバンドギャップ半導体素子を素子用封止体で封止した素子パッケージと、ベース板に覆設されるとともに、少なくとも、Ｓｉスイッチング素子と素子パッケージと絶縁基板とを収納したケースと、ケースの内部に充填されたケース用封止材とを備えた電力用半導体装置であって、Ｓｉスイッチング素子と素子パッケージとが、同一の絶縁基板の回路用導体パターンに搭載され、Ｓｉスイッチング素子の電極とワイドバンドギャップ半導体素子の電極とが、回路用導体パターンに電気的に導通され、素子用封止体に、セラミックの筐体が用いられたものである。   A second power semiconductor device according to the present invention includes a base plate, an insulating substrate bonded to one surface of the base plate and provided with a circuit conductor pattern, an Si switching element mounted on the insulating substrate, A device package mounted on an insulating substrate and encapsulating a plurality of wide band gap semiconductor devices with a device sealing body; and a base plate, and at least a Si switching device, a device package, and an insulating substrate A power semiconductor device comprising a case containing a case and a case sealing material filled in the case, wherein the Si switching element and the element package are mounted on a circuit conductor pattern on the same insulating substrate The electrode of the Si switching element and the electrode of the wide band gap semiconductor element are electrically connected to the circuit conductor pattern, and the element sealing body is formed. In which the ceramic casing were used.

本発明に係わる第３の電力用半導体装置は、ベース板と、ベース板の一方の面に接合され、且つ回路用導体パターンが設けられた絶縁基板と、絶縁基板の回路用導体パターンに接合されたＳｉスイッチング素子と、ベース板の絶縁基板が接合された側の面に搭載された、複数のワイドバンドギャップ半導体素子を素子用封止材で封止した素子パッケージと、ベース板に覆設されるとともに、少なくとも、Ｓｉスイッチング素子と素子パッケージと絶縁基板とを収納するケースと、ケースの内部に充填されたケース用封止材とを備えた電力用半導体装置であって、素子パッケージが、ワイドバンドギャップ半導体素子に接合された１個のヒートスプレッダの面を、ベース板と対向する側から露出させ、ヒートスプレッダの露出面とベース板との間に、ヒートスプレッダの露出面とベース板とに接して、電気絶縁性を有する伝熱部が設けられ、Ｓｉスイッチング素子の電極とワイドバンドギャップ半導体素子の電極とが、回路用導体パターンに電気的に導通され、素子用封止材に、モールド樹脂が用いられたものである。   A third power semiconductor device according to the present invention is joined to a base plate, an insulating substrate bonded to one surface of the base plate and provided with a circuit conductor pattern, and a circuit conductor pattern of the insulating substrate. Si switching element, element package mounted on the surface of the base plate where the insulating substrate is bonded, a plurality of wide band gap semiconductor elements sealed with element sealing material, and covered with the base plate And a power semiconductor device comprising at least a case for accommodating the Si switching element, the element package, and the insulating substrate, and a case sealing material filled in the case, wherein the element package has a wide width. The surface of one heat spreader joined to the band gap semiconductor element is exposed from the side facing the base plate, and the exposed surface of the heat spreader and the base plate are In addition, a heat transfer portion having electrical insulation is provided in contact with the exposed surface of the heat spreader and the base plate, and the electrode of the Si switching element and the electrode of the wide band gap semiconductor element are electrically connected to the circuit conductor pattern. Conduction is performed, and a mold resin is used as the element sealing material.

本発明に係わる第１の電力用半導体装置は、ベース板と、ベース板の一方の面に接合され、且つ回路用導体パターンが設けられた絶縁基板と、絶縁基板に実装されたＳｉスイッチング素子と、絶縁基板に実装された、複数のワイドバンドギャップ半導体素子を素子用封止材で封止した素子パッケージと、ベース板に覆設されるとともに、少なくとも、Ｓｉスイッチング素子と素子パッケージと絶縁基板とを収納したケースと、ケースの内部に充填されたケース用封止材とを備えた電力用半導体装置であって、Ｓｉスイッチング素子と素子パッケージとが、同一の絶縁基板の回路用導体パターンに搭載され、Ｓｉスイッチング素子の電極とワイドバンドギャップ半導体素子の電極とが、回路用導体パターンに電気的に導通され、素子用封止材にモールド樹脂が用いられたものであり、素子用封止材が断熱材となり、ワイドバンドギャップ半導体素子の熱が、ケースやケース用封止材や絶縁基板やベース板へ伝熱するのを抑制しているので、従来のＳｉ素子の電力用半導体装置の耐熱レベルの部材を用いることができ、装置のコストアップが抑えられる。さらに、必要以上に大きな冷却器が不要であり、装置の小型化が可能となる。また、従来のＳｉ素子の電力用半導体装置と同様な構造をとることができ、開発期間の短縮化と構成の多様化を実現できる。   A first power semiconductor device according to the present invention includes a base plate, an insulating substrate bonded to one surface of the base plate and provided with a circuit conductor pattern, an Si switching element mounted on the insulating substrate, An element package mounted on an insulating substrate and encapsulating a plurality of wide band gap semiconductor elements with an element sealing material; and a base plate, and at least a Si switching element, an element package, and an insulating substrate A power semiconductor device comprising a case containing a case and a case sealing material filled in the case, wherein the Si switching element and the element package are mounted on a circuit conductor pattern on the same insulating substrate The electrode of the Si switching element and the electrode of the wide band gap semiconductor element are electrically connected to the circuit conductor pattern, and the element sealing material It is made of molded resin, and the sealing material for the element becomes a heat insulating material, and the heat of the wide band gap semiconductor element is suppressed from being transferred to the case, the sealing material for the case, the insulating substrate, and the base plate. Therefore, it is possible to use a member having a heat resistance level of a conventional power semiconductor device having a Si element, and the cost of the device can be suppressed. Further, an unnecessarily large cooler is unnecessary, and the apparatus can be downsized. In addition, a structure similar to that of a conventional Si element power semiconductor device can be adopted, and the development period can be shortened and the configuration can be diversified.

本発明に係わる第２の電力用半導体装置は、ベース板と、ベース板の一方の面に接合され、且つ回路用導体パターンが設けられた絶縁基板と、絶縁基板に実装されたＳｉスイッチング素子と、絶縁基板に実装された、複数のワイドバンドギャップ半導体素子を素子用封止体で封止した素子パッケージと、ベース板に覆設されるとともに、少なくとも、Ｓｉスイッチング素子と素子パッケージと絶縁基板とを収納したケースと、ケースの内部に充填されたケース用封止材とを備えた電力用半導体装置であって、Ｓｉスイッチング素子と素子パッケージとが、同一の絶縁基板の回路用導体パターンに搭載され、Ｓｉスイッチング素子の電極とワイドバンドギャップ半導体素子の電極とが、回路用導体パターンに電気的に導通され、素子用封止体に、セラミックの筐体が用いられたものであり、素子用封止体が断熱部となり、ワイドバンドギャップ半導体素子の熱が、ケースやケース用封止材や絶縁基板やベース板へ伝熱するのを抑制しているので、従来のＳｉ素子の電力用半導体装置の耐熱レベルの部材を用いることができ、装置のコストアップが抑えられる。さらに、必要以上に大きな冷却器が不要であり、装置の小型化が可能となる。また、従来のＳｉ素子の電力用半導体装置と同様な構造をとることができ、開発期間の短縮化と構成の多様化を実現できる。   A second power semiconductor device according to the present invention includes a base plate, an insulating substrate bonded to one surface of the base plate and provided with a circuit conductor pattern, an Si switching element mounted on the insulating substrate, A device package mounted on an insulating substrate and encapsulating a plurality of wide band gap semiconductor devices with a device sealing body; and a base plate, and at least a Si switching device, a device package, and an insulating substrate A power semiconductor device comprising a case containing a case and a case sealing material filled in the case, wherein the Si switching element and the element package are mounted on a circuit conductor pattern on the same insulating substrate The electrode of the Si switching element and the electrode of the wide band gap semiconductor element are electrically connected to the circuit conductor pattern, and the element sealing body is formed. A ceramic housing is used, and the element sealing body becomes a heat insulating part, and the heat of the wide band gap semiconductor element is transferred to the case, the case sealing material, the insulating substrate, and the base plate. Therefore, the heat resistant member of the power semiconductor device of the conventional Si element can be used, and the cost of the device can be suppressed. Further, an unnecessarily large cooler is unnecessary, and the apparatus can be downsized. In addition, a structure similar to that of a conventional Si element power semiconductor device can be adopted, and the development period can be shortened and the configuration can be diversified.

本発明に係わる第３の電力用半導体装置は、ベース板と、ベース板の一方の面に接合され、且つ回路用導体パターンが設けられた絶縁基板と、絶縁基板の回路用導体パターンに接合されたＳｉスイッチング素子と、ベース板の絶縁基板が接合された側の面に搭載された、複数のワイドバンドギャップ半導体素子を素子用封止材で封止した素子パッケージと、ベース板に覆設されるとともに、少なくとも、Ｓｉスイッチング素子と素子パッケージと絶縁基板とを収納するケースと、ケースの内部に充填されたケース用封止材とを備えた電力用半導体装置であって、素子パッケージが、ワイドバンドギャップ半導体素子に接合された１個のヒートスプレッダの面を、ベース板と対向する側から露出させ、ヒートスプレッダの露出面とベース板との間に、ヒートスプレッダの露出面とベース板とに接して、電気絶縁性を有する伝熱部が設けられ、Ｓｉスイッチング素子の電極とワイドバンドギャップ半導体素子の電極とが、上記回路用導体パターンに電気的に導通され、素子用封止材に、モールド樹脂が用いられたものであり、ワイドバンドギャップ半導体素子の熱をベース板に直接伝達でき、素子パッケージのベース板への放熱性が向上しているので、ワイドバンドギャップ半導体素子からの発熱量が特に多い場合でも、素子パッケージが耐熱温度を超えてしまうのを防止できる。   A third power semiconductor device according to the present invention is joined to a base plate, an insulating substrate bonded to one surface of the base plate and provided with a circuit conductor pattern, and a circuit conductor pattern of the insulating substrate. Si switching element, element package mounted on the surface of the base plate where the insulating substrate is bonded, a plurality of wide band gap semiconductor elements sealed with element sealing material, and covered with the base plate And a power semiconductor device comprising at least a case for accommodating the Si switching element, the element package, and the insulating substrate, and a case sealing material filled in the case, wherein the element package has a wide width. The surface of one heat spreader joined to the band gap semiconductor element is exposed from the side facing the base plate, and the exposed surface of the heat spreader and the base plate are In addition, a heat transfer portion having electrical insulation is provided in contact with the exposed surface of the heat spreader and the base plate, and the electrode of the Si switching element and the electrode of the wide band gap semiconductor element are electrically connected to the circuit conductor pattern. In this case, a mold resin is used as the element sealing material, and heat from the wide band gap semiconductor element can be directly transferred to the base plate, improving heat dissipation to the base plate of the element package. Therefore, even when the amount of heat generated from the wide band gap semiconductor element is particularly large, the element package can be prevented from exceeding the heat resistance temperature.

本発明の実施の形態１に係わる電力用半導体装置の側面断面模式図である。1 is a schematic side sectional view of a power semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態１に係わる電力用半導体装置における、主電極と制御端子とケースとケース用封止材とを除いた状態を示す上面模式図である。FIG. 3 is a schematic top view showing a state in which a main electrode, a control terminal, a case, and a case sealing material are removed from the power semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態１に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the diode package used for the electric power semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態２に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the diode package used for the power semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the diode package used for the power semiconductor device concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態３に係わる電力用半導体装置に用いられる、ＳｉＣダイオード素子の一方の電極面のみにヒートスプレッダを設けたダイオードパッケージの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the diode package which provided the heat spreader only in one electrode surface of the SiC diode element used for the power semiconductor device concerning Embodiment 3 of this invention. ダイオードパッケージに用いられる、等方性熱伝導材料と異方性熱伝導材料とを組み合わせたヒートスプレッダの斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the heat spreader which used the isotropic heat conductive material and anisotropic heat conductive material used for a diode package. 本発明の実施の形態４に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the diode package used for the power semiconductor device concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態５に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図（ａ）と、ヒートスプレッダとリードフレームとＳｉＣダイオード素子との積層状態を示す斜視模式図（ｂ）とである。It is a cross-sectional schematic diagram (a) of the diode package used for the power semiconductor device concerning Embodiment 5 of this invention, and a perspective schematic diagram (b) which shows the lamination | stacking state of a heat spreader, a lead frame, and a SiC diode element. . 本発明の実施の形態６に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the diode package used for the power semiconductor device concerning Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態７に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the diode package used for the power semiconductor device concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態８に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the diode package used for the power semiconductor device concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態９に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the diode package used for the power semiconductor device concerning Embodiment 9 of this invention. 本発明の実施の形態１０に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the diode package used for the power semiconductor device concerning Embodiment 10 of this invention. 本発明の実施の形態１０に係わる電力用半導体装置における、主電極と制御端子とケースとケース用封止材とを除いた状態を示す上面模式図である。In the power semiconductor device concerning Embodiment 10 of this invention, it is a top schematic diagram which shows the state except the main electrode, the control terminal, the case, and the case sealing material. 本発明の実施の形態１１に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the diode package used for the power semiconductor device concerning Embodiment 11 of this invention. 本発明の実施の形態１２に係わる電力用半導体装置の側面断面模式図である。It is a side surface cross-section schematic diagram of the power semiconductor device concerning Embodiment 12 of this invention. 本発明の実施の形態１２に係わる電力用半導体装置における、主電極と制御端子とケースとケース用封止材とを除いた状態を示す上面模式図である。In the power semiconductor device concerning Embodiment 12 of this invention, it is an upper surface schematic diagram which shows the state except the main electrode, the control terminal, the case, and the case sealing material. 本発明の実施の形態１２に係わる電力用半導体装置における、ダイオードパッケージのヒートスプレッダの露出面とベース板との間に設ける第１の構造の伝熱部を示す模式図である。In the power semiconductor device concerning Embodiment 12 of this invention, it is a schematic diagram which shows the heat-transfer part of the 1st structure provided between the exposed surface of the heat spreader of a diode package, and a base plate. 本発明の実施の形態１２に係わる電力用半導体装置における、ダイオードパッケージのヒートスプレッダの露出面とベース板との間に設ける第２の構造の伝熱部を示す図である。It is a figure which shows the heat-transfer part of the 2nd structure provided between the exposed surface of a heat spreader of a diode package, and a base plate in the power semiconductor device concerning Embodiment 12 of this invention.

以下に、本発明による電力用半導体装置の好適な形態を、図面を用いて説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of a power semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わる電力用半導体装置の側面断面模式図である。
本発明の実施の形態１に係わる電力用半導体装置１００は、Ｓｉスイッチング素子５とダイオードパッケージ６とを備えた電力用半導体装置であり、図１に示すように、ベース板１の一方の平面に、絶縁基板２の導体パターン４ｂを設けた面がはんだ（図示せず）等で接合されている。絶縁基板２の導体パターン４ｂを設けた面の反対側の面には、電流経路となる回路用導体パターン４ａが形成されている。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic side sectional view of a power semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention.
A power semiconductor device 100 according to the first embodiment of the present invention is a power semiconductor device including a Si switching element 5 and a diode package 6, and is formed on one plane of a base plate 1 as shown in FIG. The surface of the insulating substrate 2 provided with the conductor pattern 4b is joined with solder (not shown) or the like. A circuit conductor pattern 4a serving as a current path is formed on the surface of the insulating substrate 2 opposite to the surface on which the conductor pattern 4b is provided.

そして、同一の絶縁基板２の回路用導体パターン４ａに、Ｓｉスイッチング素子５と、ＳｉＣダイオード素子７が封止されたダイオードパッケージ６とが、搭載されている。Ｓｉスイッチング素子５は、その電極面が回路用導体パターン４ａにハンダ３で接合されており、ダイオードパッケージ６は、リードフレーム１５のリード端子が回路用導体パターン４ａにハンダ３で接合されている。   Then, the Si switching element 5 and the diode package 6 in which the SiC diode element 7 is sealed are mounted on the circuit conductor pattern 4 a of the same insulating substrate 2. The electrode surface of the Si switching element 5 is joined to the circuit conductor pattern 4a by the solder 3, and the lead terminal of the lead frame 15 of the diode package 6 is joined to the circuit conductor pattern 4a by the solder 3.

Ｓｉスイッチング素子５にはワイヤ配線８が施されており、回路用導体パターン４ａおよびワイヤ配線８を介して電気的に主電極９，１０、ならびに制御端子１１，１２に接続されている。主電極９，１０は、外部回路に接続され、電力変換器等の主回路を構成する。制御端子１１，１２は、Ｓｉスイッチング素子５をＯＮーＯＦＦ制御する制御信号が外部回路から与えられる。なお、図１では回路構成をわかりやすくするために、主電極９，１０と、制御端子１１，１２とは、簡略化して記載している。
Ｓｉスイッチング素子５およびダイオードパッケージ６と、主電極９，１０および制御端子１１，１２との間の接続は、電気的に接続されていれば良く、ワイヤ配線やブスバーによる配線が用いられる。 The Si switching element 5 is provided with a wire wiring 8, and is electrically connected to the main electrodes 9 and 10 and the control terminals 11 and 12 through the circuit conductor pattern 4 a and the wire wiring 8. The main electrodes 9 and 10 are connected to an external circuit and constitute a main circuit such as a power converter. The control terminals 11 and 12 are supplied with a control signal for ON / OFF control of the Si switching element 5 from an external circuit. In FIG. 1, the main electrodes 9 and 10 and the control terminals 11 and 12 are illustrated in a simplified manner for easy understanding of the circuit configuration.
The connection between the Si switching element 5 and the diode package 6 and the main electrodes 9 and 10 and the control terminals 11 and 12 may be electrically connected, and wire wiring or bus bar wiring is used.

本実施の形態の電力用半導体装置１００では、Ｓｉスイッチング素子５やダイオードパッケージ６等の電力用半導体装置を構成する部品類は、ベース板１に覆設されたケース１３内に収納され、ケース１３内には、電力用半導体装置１００内部の絶縁を保つため、ケース内を封止する絶縁性の封止材（ケース用封止材と記す）１４が充填されている。   In the power semiconductor device 100 according to the present embodiment, the parts constituting the power semiconductor device such as the Si switching element 5 and the diode package 6 are housed in a case 13 covered by the base plate 1. In order to maintain insulation inside the power semiconductor device 100, an insulating sealing material (referred to as a case sealing material) 14 for sealing the inside of the case is filled.

図２は、本発明の実施の形態１に係わる電力用半導体装置における、主電極と制御端子とケースとケース用封止材とを除いた状態を示す上面模式図である。
図２に示すように、回路用導体パターン４ａには主電極取り付け点１６，１７と、制御端子取り付け点１８，１９とが設けられている。主電極取り付け点１６には、主電極９が接続され、主電極取り付け点１７には、主電極１０が接続され、制御端子取り付け点１８には、制御端子１１が接続され、制御端子取り付け点１９には、制御端子１２が接続される。 FIG. 2 is a schematic top view showing a state in which the main electrode, the control terminal, the case, and the case sealing material are removed from the power semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, main electrode attachment points 16 and 17 and control terminal attachment points 18 and 19 are provided on the circuit conductor pattern 4a. The main electrode 9 is connected to the main electrode attachment point 16, the main electrode 10 is connected to the main electrode attachment point 17, the control terminal 11 is connected to the control terminal attachment point 18, and the control terminal attachment point 19 is connected. Is connected to the control terminal 12.

また、Ｓｉスイッチング素子５とダイオードパッケージ６とは、回路用導体パターン４ａとワイヤ配線８とを介して、電気的に逆並列に接続されている。
例えば、後述するが、Ｓｉスイッチング素子５としてＩＧＢＴを用いた場合は、ＩＧＢＴのコレクタと、ＳｉＣダイオード素子７のカソードと導通するダイオードパッケージ６のリード端子が回路用導体パターン４ａを介して電気的に接続される。 The Si switching element 5 and the diode package 6 are electrically connected in reverse parallel via the circuit conductor pattern 4 a and the wire wiring 8.
For example, as will be described later, when an IGBT is used as the Si switching element 5, the lead terminal of the diode package 6 electrically connected to the collector of the IGBT and the cathode of the SiC diode element 7 is electrically connected via the circuit conductor pattern 4a. Connected.

また、ベース板１には取り付け孔２０が設けられており、この取り付け孔２０を利用して、外部の冷却器等を電力用半導体装置１００に取り付けることができる。
外部の冷却器は、ベース板１における絶縁基板２が接合される一方の平面の反対側の平面に接して設けられるので、ベース板１の他方の平面より、電力用半導体装置１００の内部で発生した熱が外部に放出される。 The base plate 1 is provided with an attachment hole 20, and an external cooler or the like can be attached to the power semiconductor device 100 using the attachment hole 20.
Since the external cooler is provided in contact with the plane opposite to the one plane to which the insulating substrate 2 is bonded in the base plate 1, the external cooler is generated inside the power semiconductor device 100 from the other plane of the base plate 1. Heat is released to the outside.

図３は、本発明の実施の形態１に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図３に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ６は、高い耐熱性と電気絶縁性を有する素子用封止材２３中に、複数のＳｉＣダイオード素子７が設けられており、ワイヤ配線８とリードフレーム１５により、各ＳｉＣダイオード素子７は、電気的に並列に接続されている。
すなわち、本実施の形態のダイオードパッケージ６は、複数のＳｉＣダイオード素子７が、素子用封止材２３で封止されている。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a diode package used in the power semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 3, the diode package 6 of the present embodiment is provided with a plurality of SiC diode elements 7 in an element sealing material 23 having high heat resistance and electrical insulation, and wire wiring 8 The SiC diode elements 7 are electrically connected in parallel by the lead frame 15.
That is, in the diode package 6 of the present embodiment, a plurality of SiC diode elements 7 are sealed with the element sealing material 23.

具体的には、複数のＳｉＣダイオード素子７は、一方側のリードフレーム１５のフレームタブ部２１ａに、高耐熱接合材２２で接合して搭載されている。この時、各ＳｉＣダイオード素子７の一方の同極の電極面が、フレームタブ部２１ａに接合されている。
また、各ＳｉＣダイオード素子７の、フレームタブ部２１ａに接合された面の反対側の面にある他方の電極の電極パッドに、ワイヤ配線８の一端が接続され、ワイヤ配線８の他端が、他方側のリードフレーム１５のリード先端部２１ｃに接続されている。
本実施の形態では、ワイヤ配線８が用いられているが、ワイヤ配線８に替えてリボンボンディングを用いても良い。 Specifically, the plurality of SiC diode elements 7 are mounted on the frame tab portion 21 a of the lead frame 15 on one side by bonding with a high heat-resistant bonding material 22. At this time, one homopolar electrode surface of each SiC diode element 7 is joined to the frame tab portion 21a.
Further, one end of the wire wiring 8 is connected to the electrode pad of the other electrode on the surface opposite to the surface joined to the frame tab portion 21a of each SiC diode element 7, and the other end of the wire wiring 8 is It is connected to the lead tip 21c of the other lead frame 15.
In the present embodiment, the wire wiring 8 is used, but ribbon bonding may be used instead of the wire wiring 8.

そして、リードフレーム１５における、フレームタブ部２１ａから素子用封止材２３の外部に導出された一方のリード端子２４ａと、リード先端部２１ｃから素子用封止材２３の外部に導出された他方のリード端子２４ｂとが、回路用導体パターン４ａに、ハンダ３により接合される。
すなわち、本実施の形態のダイオードパッケージ６は、ＳｉＣダイオード素子７とワイヤ配線８とリードフレーム１５の一部とが、素子用封止材２３で被覆保護されている。 In the lead frame 15, one lead terminal 24 a led out from the frame tab portion 21 a to the outside of the element sealing material 23 and the other lead terminal 24 a led out from the lead tip portion 21 c to the outside of the element sealing material 23. The lead terminal 24b is joined to the circuit conductor pattern 4a by the solder 3.
That is, in the diode package 6 of the present embodiment, the SiC diode element 7, the wire wiring 8, and a part of the lead frame 15 are covered and protected by the element sealing material 23.

本実施の形態で用いられるＳｉスイッチング素子５は、ＯＮーＯＦＦ制御が可能な半導体素子であれば良く、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等が用いられる。
本実施の形態では、ダイオード素子としてＳｉＣダイオード素子を用いたが、例えば、ショットキーバリアダイオードやＰｉＮダイオード等も用いられる。それと、低損失、高温動作可能といった特徴を有していれば良く、例えば、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンド等他のワイドバンドギャップ半導体のダイオード素子であれば良い。 The Si switching element 5 used in the present embodiment may be a semiconductor element capable of ON-OFF control, and for example, an IGBT or a MOSFET is used.
In the present embodiment, an SiC diode element is used as the diode element, but, for example, a Schottky barrier diode, a PiN diode, or the like is also used. In addition, it is only necessary to have characteristics such as low loss and high temperature operation. For example, other wide band gap semiconductor diode elements such as gallium nitride materials or diamond may be used.

本実施の形態で用いられるリードフレーム１５と高耐熱接合材２２と素子用封止材２３とは、ＳｉＣダイオード素子７の動作温度より高い耐熱性をもつ材料から選択される。
リードフレーム１５としては、無酸素銅のほか、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｉｎ等を添加して耐熱性を高めた銅合金が挙げられる。
また、高耐熱接合材２２は、接合部の固相線温度がＳｉＣダイオード素子の動作温度より高いものであれば良い。高耐熱接合材２２としては、Ｓｎ、Ｓｂ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｕ、Ｉｎの群から選択された２種以上の金属からなるろう材、金属焼結型接着剤、高耐熱性樹脂やガラスフリットと導電性フィラとからなる導電性接着剤等が挙げられる。 The lead frame 15, the high heat-resistant bonding material 22, and the element sealing material 23 used in the present embodiment are selected from materials having heat resistance higher than the operating temperature of the SiC diode element 7.
As the lead frame 15, in addition to oxygen-free copper, a copper alloy whose heat resistance is improved by adding Fe, Zr, Cr, Sn, Zn, Ni, Ag, Cd, Sb, Bi, In, or the like can be used.
Moreover, the high heat-resistant joining material 22 should just be a thing whose solidus line temperature of a junction part is higher than the operating temperature of a SiC diode element. As the high heat-resistant bonding material 22, a brazing material composed of two or more metals selected from the group of Sn, Sb, Ag, Cu, Ni, Bi, Zn, Au, and In, a metal sintered adhesive, and a high heat resistance For example, a conductive adhesive composed of a conductive resin or glass frit and a conductive filler can be used.

また、素子用封止材２３には、ＳｉＣダイオード素子７の動作温度で、分解等の著しい劣化がなく、耐熱性と電気絶縁性とを満足するモールド樹脂が用いられる。素子用封止材２３に用いられるモールド樹脂としては、耐熱性の、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、または、充填材等を含有する耐熱性の樹脂組成物が挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、トランスファーモールド等の公知の技術で成形できるエポキシ樹脂が好ましい。
また、熱可塑性樹脂としては、射出成形法により成形できるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等が好ましい。 The element sealing material 23 is made of a mold resin that does not undergo significant degradation such as decomposition at the operating temperature of the SiC diode element 7 and satisfies heat resistance and electrical insulation. Examples of the mold resin used for the element sealing material 23 include a heat-resistant, thermosetting resin, a thermoplastic resin, or a heat-resistant resin composition containing a filler.
The thermosetting resin is preferably an epoxy resin that can be molded by a known technique such as transfer molding.
The thermoplastic resin is preferably polyphenylene sulfide (PPS), polybutylene terephthalate (PBT), or the like that can be molded by an injection molding method.

電力用半導体装置をインバータとしてモータ駆動に用いる場合の、インバータ側からモータ側にエネルギーを供給する力行運転では、ダイオード素子に比べスイッチング素子の通電期間が長く、スイッチング素子の損失が大きくなる。
このような場合、ダイオードからの熱干渉の影響は小さく、スイッチング素子からの発熱を絶縁基板およびベース板の全体を使って放熱できるので、本実施の形態の電力用半導体装置のような、Ｓｉスイッチング素子とＳｉＣダイオード素子との両方を、同じベース板面の同じ絶縁基板に配置する構造でも問題がない。
このような構造では、部品点数を減らすことができ、且つ配線が容易になるとの利点がある。 In the power running operation in which energy is supplied from the inverter side to the motor side when the power semiconductor device is used as an inverter for driving the motor, the energization period of the switching element is longer than that of the diode element, and the loss of the switching element is increased.
In such a case, the influence of thermal interference from the diode is small, and the heat generated from the switching element can be dissipated using the entire insulating substrate and base plate, so that the Si switching as in the power semiconductor device of the present embodiment There is no problem with a structure in which both the element and the SiC diode element are arranged on the same insulating substrate on the same base plate surface.
Such a structure is advantageous in that the number of parts can be reduced and wiring becomes easy.

しかし、インバータとしてモータ駆動に用いる場合の、モータ側からインバータ側へエネルギーを供給する回生運動では、スイッチング素子に比べダイオードの通電時間が長く、ダイオードの損失が大きくなる。
このような場合、ダイオード素子にＳｉＣダイオード素子が用いられ、ＳｉＣダイオード素子とＳｉスイッチング素子とを、同じベース板面の同じ絶縁基板に配置した電力用半導体装置では、高温利用するＳｉＣダイオード素子からの熱干渉の影響が大きくなり、電力用半導体装置を構成する各材料の耐熱性を上げる必要があるとともに、大きな冷却器を用いる必要がある。 However, in the regenerative motion in which energy is supplied from the motor side to the inverter side when used as a motor for an inverter, the energization time of the diode is longer than that of the switching element, and the diode loss increases.
In such a case, an SiC diode element is used as the diode element, and the power semiconductor device in which the SiC diode element and the Si switching element are arranged on the same insulating substrate on the same base plate surface is different from the SiC diode element used at high temperature. The influence of thermal interference becomes large, and it is necessary to increase the heat resistance of each material constituting the power semiconductor device, and it is necessary to use a large cooler.

しかし、本実施の形態の電力用半導体装置１００では、ベース板１面に設けられた同じ絶縁基板２には、Ｓｉスイッチング素子５とＳｉＣダイオード素子７が封止されたダイオードパッケージ６とが、配置されている。
そして、ＳｉＣダイオード素子７は、ＳｉＣダイオード素子７の発熱に耐える耐熱性の素子用封止材２３で封止されている。この素子用封止材２３は、モールド樹脂であるので、熱伝導率が小さく、熱絶縁性に優れており、絶縁基板２およびベース板１を、ＳｉＣダイオード素子７から熱的に絶縁できる。 However, in the power semiconductor device 100 according to the present embodiment, the Si switching element 5 and the diode package 6 in which the SiC diode element 7 is sealed are arranged on the same insulating substrate 2 provided on the surface of the base plate 1. Has been.
The SiC diode element 7 is sealed with a heat-resistant element sealing material 23 that can withstand the heat generation of the SiC diode element 7. Since the element sealing material 23 is a mold resin, the thermal conductivity is small and the thermal insulation is excellent, and the insulating substrate 2 and the base plate 1 can be thermally insulated from the SiC diode element 7.

すなわち、本実施の形態の電力用半導体装置１００では、ダイオードパッケージ６において、耐熱性と電気絶縁性を有するモールド樹脂の素子用封止材２３が、断熱材となるので、ダイオードパッケージ６中のＳｉＣダイオード素子７が発生する熱が、ケース１３内や絶縁基板２やベース板１へ伝熱するのを抑制できる。   That is, in the power semiconductor device 100 of the present embodiment, in the diode package 6, the mold resin element sealing material 23 having heat resistance and electrical insulation serves as a heat insulating material. Heat generated by the diode element 7 can be prevented from being transferred to the case 13, the insulating substrate 2, and the base plate 1.

熱的な絶縁とは、実質的に熱絶縁されていれば良く、ＳｉＣダイオード素子からの熱が、Ｓｉスイッチング素子５、ケース用封止材１４、Ｓｉスイッチング素子５やダイオードパッケージ６や主電極９，１０や制御端子１１，１２を、回路用導体パターン４ａに接合する接合材、ベース板１と絶縁基板２との接合材等の、電力用半導体装置を構成する部材に悪影響を与えない程度に抑制される状態であれば良い。   The thermal insulation is only required to be substantially thermally insulated, and the heat from the SiC diode element is generated by the Si switching element 5, the case sealing material 14, the Si switching element 5, the diode package 6, and the main electrode 9. , 10 and the control terminals 11 and 12 to such an extent that they do not adversely affect members constituting the power semiconductor device, such as a bonding material for bonding the circuit conductor pattern 4a and a bonding material for the base plate 1 and the insulating substrate 2. Any state can be used as long as it is suppressed.

本実施の形態の電力用半導体装置１００は、ベース板１面に設けられた同じ絶縁基板２に、Ｓｉスイッチング素子５とＳｉＣダイオード素子７を封止したダイオードパッケージ６とが実装されている。
しかし、ＳｉＣダイオード素子７が、電気絶縁性と耐熱性とがあり、且つＳｉＣダイオード素子７を絶縁基板２に対して熱的に絶縁するモールド樹脂の素子用封止材２３で封止されているので、ＳｉＣダイオード素子７を高温で動作させる場合でも、ベース板１と絶縁基板２との接合、Ｓｉスイッチング素子５とダイオードパッケージ６との回路用導体パターン４ａへの実装、主電極９，１０や制御端子１１，１２の回路用導体パターン４ａへの接合等に、Ｓｎ−３．０Ａｇ−０．５Ｃｕ等の一般的なはんだを用いることができ、ケース１３に充填するケース用封止材１４に、シリコーンゲル等の安価な低耐熱の絶縁材料を用いることができる。 In power semiconductor device 100 of the present embodiment, a diode package 6 in which Si switching element 5 and SiC diode element 7 are sealed is mounted on the same insulating substrate 2 provided on the surface of base plate 1.
However, the SiC diode element 7 is electrically insulated and heat resistant, and is sealed with a molding resin element sealing material 23 that thermally insulates the SiC diode element 7 from the insulating substrate 2. Therefore, even when the SiC diode element 7 is operated at a high temperature, the base plate 1 and the insulating substrate 2 are joined, the Si switching element 5 and the diode package 6 are mounted on the circuit conductor pattern 4a, the main electrodes 9, 10 and General solder such as Sn-3.0Ag-0.5Cu can be used for joining the control terminals 11 and 12 to the circuit conductor pattern 4a, and the case sealing material 14 filled in the case 13 can be used. An inexpensive low heat insulating material such as silicone gel can be used.

すなわち、本実施の形態の電力用半導体装置１００は、Ｓｉ素子のみの従来の電力用半導体装置に用いられたのと同じ耐熱性の部材を用いることができ、電力用半導体装置のコストアップが抑えられる。さらに、必要以上に大きな冷却器が不要であり、装置の小型化が可能となる。   That is, the power semiconductor device 100 according to the present embodiment can use the same heat-resistant member as that used in a conventional power semiconductor device using only Si elements, thereby suppressing an increase in cost of the power semiconductor device. It is done. Further, an unnecessarily large cooler is unnecessary, and the apparatus can be downsized.

また、本実施の形態の電力用半導体装置１００は、ＳｉＣダイオード素子が用いられていても、Ｓｉスイッチング素子を搭載する基板とＳｉＣダイオード素子を搭載する基板とが、別々に用いられるのではなく、Ｓｉスイッチング素子とＳｉＣダイオード素子との両方を、同じベース板面の同じ絶縁基板に配置するとの、従来の、Ｓｉスイッチング素子とＳｉダイオード素子を用いた電力用半導体装置と同様な構造をとることができ、開発期間の短縮化と構成の多様化を実現できる。それと、部品点数を減らすことができ、且つ配線が容易になるので、この面からも低コスト化が図れる。   Moreover, in the power semiconductor device 100 of the present embodiment, even if the SiC diode element is used, the substrate on which the Si switching element is mounted and the substrate on which the SiC diode element is mounted are not used separately. A structure similar to a conventional power semiconductor device using a Si switching element and a Si diode element, in which both the Si switching element and the SiC diode element are arranged on the same insulating substrate on the same base plate surface, can be adopted. It is possible to shorten the development period and diversify the configuration. In addition, since the number of parts can be reduced and wiring becomes easy, the cost can be reduced also from this aspect.

本実施の形態の電力用半導体装置１００は、ベース板１面に設けられた同一の絶縁基板２に、Ｓｉスイッチング素子５と、ＳｉＣダイオード素子７を封止したダイオードパッケージ６とが実装された電力用半導体装置である。
しかし、ベース板面に設けられた同一の絶縁基板に、Ｓｉスイッチング素子と、ＳｉＣスイッチング素子をモールド樹脂の素子用封止材で封止したスイッチング素子パッケージとが実装された電力用半導体装置であっても良く、同様な効果が得られる。 In the power semiconductor device 100 of the present embodiment, the power in which the Si switching element 5 and the diode package 6 in which the SiC diode element 7 is sealed are mounted on the same insulating substrate 2 provided on the surface of the base plate 1. Semiconductor device.
However, this is a power semiconductor device in which a Si switching element and a switching element package in which a SiC switching element is sealed with a molding resin element sealing material are mounted on the same insulating substrate provided on the base plate surface. The same effect can be obtained.

本実施の形態の電力用半導体装置１００では、ダイオードパッケージに封止されるダイオード素子は、ＳｉＣダイオード素子のほか、例えば、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンド等の、他のワイドバンドギャップ半導体のダイオード素子であっても良い。
また、スイッチング素子パッケージに封止されるスイッチング素子も、ＳｉＣスイッチング素子のほか、例えば、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンド等の、他のワイドバンドギャップ半導体のスイッチング素子であっても良い。
すなわち、本実施の形態の電力用半導体装置は、ワイドギャップ半導体の素子が封止された素子パッケージが用いられる。 In power semiconductor device 100 of the present embodiment, the diode element sealed in the diode package is not only a SiC diode element but also another wide band gap semiconductor diode element such as a gallium nitride material or diamond. There may be.
In addition to the SiC switching element, the switching element sealed in the switching element package may also be another wide band gap semiconductor switching element such as a gallium nitride material or diamond.
That is, the power semiconductor device of the present embodiment uses an element package in which a wide gap semiconductor element is sealed.

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図４に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ６２は、複数のＳｉＣダイオード素子７が、モールド樹脂の素子用封止材２３で封止されており、各ＳｉＣダイオード素子７の一方の電極面（アノード側またはカソード側）が、高耐熱接合材２２で、一方側のリードフレーム１５のフレームタブ部２１ａに接合されており、各ＳｉＣダイオード素子７の他方の電極面が、他方側のリードフレーム１５のフレームタブ部２１ａに、高耐熱接合材２２で、接合されている。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a diode package used in the power semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 4, in the diode package 62 of the present embodiment, a plurality of SiC diode elements 7 are sealed with a molding resin element sealing material 23, and one electrode of each SiC diode element 7 is formed. The surface (anode side or cathode side) is bonded to the frame tab portion 21a of the lead frame 15 on one side by a high heat-resistant bonding material 22, and the other electrode surface of each SiC diode element 7 is connected to the lead on the other side. The frame tab portion 21 a of the frame 15 is bonded with a high heat-resistant bonding material 22.

本実施の形態のダイオードパッケージ６２は、実施の形態１のダイオードパッケージ６におけるワイヤ配線８に替えて、リードフレーム１５で配線されたものである。
すなわち、ダイオードパッケージ６２内の配線が、ダイレクトリードボンディング法で行われたものである。 The diode package 62 of the present embodiment is wired by a lead frame 15 instead of the wire wiring 8 in the diode package 6 of the first embodiment.
That is, wiring in the diode package 62 is performed by the direct lead bonding method.

本実施の形態の電力用半導体装置は、図４に示すダイオードパッケージ６２を用いた以外、実施の形態１の電力用半導体装置と同様であり、実施の形態１の電力用半導体装置と同様な効果を有する。
それと、本実施の形態の電力用半導体装置は、ダイオードパッケージ６２内の配線が、ダイレクトリードボンディング法で行われているので、多くのＳｉＣダイオード素子が封止されるダイオードパッケージの場合、ワイヤ配線に比べ、配線工程が少なくなり、生産性が向上する。 The power semiconductor device of the present embodiment is the same as the power semiconductor device of the first embodiment except that the diode package 62 shown in FIG. 4 is used, and the same effect as the power semiconductor device of the first embodiment. Have
In addition, in the power semiconductor device according to the present embodiment, the wiring in the diode package 62 is performed by the direct lead bonding method. Therefore, in the case of a diode package in which many SiC diode elements are sealed, wire wiring is used. In comparison, the number of wiring processes is reduced and productivity is improved.

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図５に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ６３ａは、複数のＳｉＣダイオード素子７が、モールド樹脂の素子用封止材２３で封止されており、各ＳｉＣダイオード素子７の各電極面（アノード側およびカソード側）に、ヒートスプレッダ２６が、高耐熱接合材２２により熱的および電気的に接続されている。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a diode package used in the power semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 5, in the diode package 63 a of the present embodiment, a plurality of SiC diode elements 7 are sealed with a molding resin element sealing material 23, and each electrode surface of each SiC diode element 7. A heat spreader 26 is thermally and electrically connected to the anode side and the cathode side by a high heat-resistant bonding material 22.

各ＳｉＣダイオード素子７の一方の電極面に接合されたヒートスプレッダ２６は、一方側のリードフレーム１５のリード先端部２１ｃと電気的に接続され、各ＳｉＣダイオード素子７の他方の電極面に接合されたヒートスプレッダ２６は、他方側のリードフレーム１５のリード先端部２１ｃと電気的に接続されている。
ヒートスプレッダ２６には、例えば、銅合金や鉄基合金を用いるのが好ましいが、これに限定されない。
また、本実施の形態のダイオードパッケージ６３ａでは、ＳｉＣダイオード素子７の各電極面に、ヒートスプレッダ２６が、高耐熱接合材２２により熱的および電気的に接続されているが、図６に示すように、各ＳｉＣダイオード素子７の一方の電極面のみに、ヒートスプレッダ２６を設けたダイオードパッケージ６３ｂであっても良い。 The heat spreader 26 bonded to one electrode surface of each SiC diode element 7 is electrically connected to the lead tip 21c of the lead frame 15 on one side and bonded to the other electrode surface of each SiC diode element 7. The heat spreader 26 is electrically connected to the lead tip 21c of the lead frame 15 on the other side.
For example, a copper alloy or an iron-based alloy is preferably used for the heat spreader 26, but the heat spreader 26 is not limited thereto.
In the diode package 63a of the present embodiment, the heat spreader 26 is thermally and electrically connected to each electrode surface of the SiC diode element 7 by the high heat-resistant bonding material 22, but as shown in FIG. The diode package 63b in which the heat spreader 26 is provided only on one electrode surface of each SiC diode element 7 may be used.

本実施の形態の電力用半導体装置は、図５に示すダイオードパッケージ６３ａ、または図６に示すダイオードパッケージ６３ｂを用いた以外、実施の形態１の電力用半導体装置と同様であり、実施の形態１の電力用半導体装置と同様な効果を有する。   The power semiconductor device of the present embodiment is the same as the power semiconductor device of the first embodiment except that the diode package 63a shown in FIG. 5 or the diode package 63b shown in FIG. 6 is used. This has the same effect as the power semiconductor device.

それと、本実施の形態の電力用半導体装置は、ダイオードパッケージが、ＳｉＣダイオード素子７の少なくとも一方の電極面に、ヒートスプレッダ２６が接続されているものであり、ＳｉＣダイオード素子７で発生した熱がヒートスプレッダ２６を介してダイオードパッケージ内に放散するので、リードフレーム１５のリード端子２４ａ，２４ｂからダイオードパッケージの外部に熱が流出するのを抑えることができ、より高い温度でのＳｉＣダイオード素子７の動作が可能になる。
また、本実施の形態の電力用半導体装置は、ダイオードパッケージ内の温度勾配が小さくなるので、ダイオードパッケージ自身の、耐ヒートサイクル性と耐パワーサイクル性とが優れている。 In addition, in the power semiconductor device of the present embodiment, the diode package is such that the heat spreader 26 is connected to at least one electrode surface of the SiC diode element 7, and the heat generated in the SiC diode element 7 is heat spreader. 26 is dissipated into the diode package through the lead frame 15, so that heat can be prevented from flowing out from the lead terminals 24a and 24b of the lead frame 15 to the outside of the diode package, and the operation of the SiC diode element 7 at a higher temperature can be suppressed. It becomes possible.
In addition, since the power semiconductor device of the present embodiment has a small temperature gradient in the diode package, the diode package itself has excellent heat cycle resistance and power cycle resistance.

本実施の形態では、ヒートスプレッダ２６に、銅合金や鉄基合金等の等方性熱伝導材料が用いられているが、ヒートスプレッダ２６は、等方性熱伝導材料で形成されたものばかりでなく、等方性熱伝導材料と異方性熱伝導材料とを組み合わせたものであっても良い。
図７は、ダイオードパッケージに用いられる、等方性熱伝導材料と異方性熱伝導材料とを組み合わせたヒートスプレッダの斜視模式図である。 In the present embodiment, an isotropic heat conductive material such as a copper alloy or an iron-based alloy is used for the heat spreader 26. However, the heat spreader 26 is not only made of an isotropic heat conductive material, A combination of an isotropic heat conductive material and an anisotropic heat conductive material may be used.
FIG. 7 is a schematic perspective view of a heat spreader used in a diode package, which is a combination of an isotropic heat conductive material and an anisotropic heat conductive material.

図７に示すように、等方性熱伝導材料２７ａと異方性熱伝導材料２７ｂとを組み合わせたヒートスプレッダ２６ａの構造は、両端がリードフレームと接合可能な等方性熱伝導材料２７ａであり、等方性熱伝導材料２７ａと異方性熱伝導材料２７ｂとが交互に並べて一体化された構造であり、異方性熱伝導材料２７ｂは、その熱伝導方向が、ＳｉＣダイオード素子７の電極面に対して垂直な方向になるように配設されている。
異方性熱伝導材料２７ｂとしては、例えば、特定な方向の熱伝導性が優れたカーボンファイバー等を一方向に配向させたものが利用できる。 As shown in FIG. 7, the structure of the heat spreader 26a in which the isotropic heat conductive material 27a and the anisotropic heat conductive material 27b are combined is an isotropic heat conductive material 27a whose both ends can be joined to the lead frame. The isotropic heat conductive material 27a and the anisotropic heat conductive material 27b are alternately arranged and integrated. The anisotropic heat conductive material 27b has a heat conduction direction on the electrode surface of the SiC diode element 7. It is arrange | positioned so that it may become a perpendicular | vertical direction.
As the anisotropic heat conductive material 27b, for example, a carbon fiber or the like having excellent heat conductivity in a specific direction oriented in one direction can be used.

このように、等方性熱伝導材料２７ａと異方性熱伝導材料２７ｂとで形成されたヒートスプレッダ２６ａは、その長手方向への熱伝導が抑制される。そのため、ダイオードパッケージに隣接する耐熱性の低い部品や素子への熱干渉を、さらに少なくできる。   As described above, the heat spreader 26a formed of the isotropic heat conductive material 27a and the anisotropic heat conductive material 27b is prevented from conducting heat in the longitudinal direction. Therefore, thermal interference with components and elements with low heat resistance adjacent to the diode package can be further reduced.

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図８に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ６４は、実施の形態２のダイオードパッケージ６２における、一方側のリードフレーム１５と他方側のリードフレーム１５との、各フレームタブ部２１ａの裏面にヒートスプレッダ２６が、高耐熱接合材２２で接合されたものである。
本実施の形態の電力用半導体装置は、図８に示すダイオードパッケージ６４を用いた以外、実施の形態２の電力用半導体装置と同様であり、実施の形態２の電力用半導体装置と同様な効果を有する。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a diode package used in the power semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 8, the diode package 64 of the present embodiment is the back surface of each frame tab portion 21a of the lead frame 15 on one side and the lead frame 15 on the other side in the diode package 62 of the second embodiment. The heat spreader 26 is joined with the high heat-resistant joining material 22.
The power semiconductor device of the present embodiment is the same as the power semiconductor device of the second embodiment except that the diode package 64 shown in FIG. 8 is used, and the same effect as the power semiconductor device of the second embodiment. Have

それと、本実施の形態の電力用半導体装置も、ダイオードパッケージ６４が、リードフレーム１５を介してではあるが、ＳｉＣダイオード素子７の各電極面とヒートスプレッダ２６とが連通しているものであり、ＳｉＣダイオード素子７で発生した熱はヒートスプレッダ２６を介してダイオードパッケージ６４内に放散するので、リードフレーム１５のリード端子２４ａ，２４ｂからダイオードパッケージ６４の外部に流出する熱を抑えることができ、より高い温度でのＳｉＣダイオード素子７の動作が可能になる。   In addition, in the power semiconductor device of the present embodiment, the diode package 64 is connected to the electrode surface of the SiC diode element 7 and the heat spreader 26 through the lead frame 15. Since the heat generated in the diode element 7 is dissipated into the diode package 64 via the heat spreader 26, heat flowing out from the lead terminals 24a and 24b of the lead frame 15 to the outside of the diode package 64 can be suppressed, and a higher temperature. The operation of the SiC diode element 7 can be performed.

また、本実施の形態のダイオードパッケージ６４も、ダイオードパッケージ６４内の温度勾配を小さくできるので、ダイオードパッケージ６４自身の、耐ヒートサイクル性と耐パワーサイクル性とが優れている。
また、本実施の形態のダイオードパッケージ６４は、ＳｉＣダイオード素子７と回路用導電性パターン４ａとの導通をリードフレーム１５で直接にできるので、ヒートスプレッダ２６は、導電性が不要であり、セラミックス等の絶縁材であっても良い。
また、本実施の形態のヒートスプレッダとして、等方性熱伝導材料２７ａと異方性熱伝導材料２７ｂとで形成されたヒートスプレッダ２６ａを用いても良い。 Also, the diode package 64 of the present embodiment can reduce the temperature gradient in the diode package 64, so that the diode package 64 itself is excellent in heat cycle resistance and power cycle resistance.
Further, since the diode package 64 of the present embodiment can directly connect the SiC diode element 7 and the circuit conductive pattern 4a with the lead frame 15, the heat spreader 26 does not need conductivity, and is made of ceramics or the like. An insulating material may be used.
Further, as the heat spreader of the present embodiment, a heat spreader 26a formed of an isotropic heat conductive material 27a and an anisotropic heat conductive material 27b may be used.

実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図（ａ）と、ヒートスプレッダとリードフレームとＳｉＣダイオード素子との積層状態を示す斜視模式図（ｂ）とである。
図９に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ６５は、実施の形態４のダイオードパッケージ６４において、複数の貫通孔２１ｄが設けられたフレームタブ部２１ｂを有するリードフレーム１５ａを用いたものである。 Embodiment 5 FIG.
9A is a schematic cross-sectional view of a diode package used in the power semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a schematic perspective view illustrating a stacked state of the heat spreader, the lead frame, and the SiC diode element. ).
As shown in FIG. 9, the diode package 65 of the present embodiment uses the lead frame 15a having the frame tab portion 21b provided with a plurality of through holes 21d in the diode package 64 of the fourth embodiment. is there.

本実施の形態の電力用半導体装置は、図９に示すダイオードパッケージ６５を用いた以外、実施の形態４の電力用半導体装置と同様であり、実施の形態４の電力用半導体装置と同様な効果を有する。   The power semiconductor device of the present embodiment is the same as the power semiconductor device of the fourth embodiment except that the diode package 65 shown in FIG. 9 is used, and the same effect as the power semiconductor device of the fourth embodiment. Have

それと、本実施の形態のダイオードパッケージ６５は、リードフレーム１５ａのフレームタブ部２１ｂに複数の貫通孔２１ｄが設けられており、ＳｉＣダイオード素子７とヒートスプレッダ２６とが、この貫通孔２１ｄに入った高耐熱接合材２２で直接に接合される部分があるので、実施の形態４のダイオードパッケージ６４より、ＳｉＣダイオード素子７からヒートスプレッダ２６への熱拡散が向上している。
すなわち、本実施の形態の電力用半導体装置は、実施の形態４の電力用半導体装置より高い温度でのＳｉＣダイオード素子７の動作が可能になる。 In addition, in the diode package 65 of the present embodiment, a plurality of through holes 21d are provided in the frame tab portion 21b of the lead frame 15a, and the SiC diode element 7 and the heat spreader 26 are placed in the through holes 21d. Since there is a portion that is directly bonded by the heat-resistant bonding material 22, the thermal diffusion from the SiC diode element 7 to the heat spreader 26 is improved as compared with the diode package 64 of the fourth embodiment.
That is, the power semiconductor device of the present embodiment can operate SiC diode element 7 at a higher temperature than the power semiconductor device of the fourth embodiment.

実施の形態６．
図１０は、本発明の実施の形態６に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図１０に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ６６は、実施の形態３のダイオードパッケージ６３において、高熱伝導材料２８で形成され、且つ内部に空間が設けられた中空体であり、この空間に蓄熱材料２９が充填されたヒートスプレッダ２６ｂを用いたものである。
そして、高熱伝導材料２８としては、例えば、銅、鉄、アルミニウムを主成分とする合金が挙げられ、蓄熱材料２９としては、例えば、ＳｉＣダイオード素子７の発熱温度近傍に融点を持つ、低融点金属、塩類、多糖類等の潜熱蓄熱材料が挙げられる。 Embodiment 6 FIG.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a diode package used in the power semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 10, the diode package 66 of the present embodiment is a hollow body that is formed of the high thermal conductivity material 28 and has a space provided in the diode package 63 of the third embodiment. The heat spreader 26b filled with the heat storage material 29 is used.
The high heat conductive material 28 includes, for example, an alloy mainly composed of copper, iron, and aluminum, and the heat storage material 29 includes, for example, a low melting point metal having a melting point near the heat generation temperature of the SiC diode element 7. And latent heat storage materials such as salts and polysaccharides.

本実施の形態の電力用半導体装置は、図１０に示すダイオードパッケージ６６を用いた以外、実施の形態３の電力用半導体装置と同様であり、実施の形態３の電力用半導体装置と同様な効果を有する。
それと、本実施の形態の電力用半導体装置は、ダイオードパッケージ６６に用いられたヒートスプレッダ２６ｂが、内部に蓄熱材料２９を内包しており、熱伝導性が高く、熱容量が大きいので、ヒートスプレッダとしての作用効果が大きく、ダイオードパッケージ６６内への熱の放散効率が高いので、さらに、高い温度でのＳｉＣダイオード素子７の動作が可能になる。
本実施の形態のヒートスプレッダ２６ｂは、実施の形態４と実施の形態５との電力用半導体装置におけるダイオードパッケージにも用いることができる。 The power semiconductor device of the present embodiment is the same as the power semiconductor device of the third embodiment except that the diode package 66 shown in FIG. 10 is used, and the same effect as the power semiconductor device of the third embodiment. Have
In addition, in the power semiconductor device according to the present embodiment, the heat spreader 26b used in the diode package 66 contains the heat storage material 29 therein, and has high thermal conductivity and large heat capacity. Therefore, the power spreader 26b used in the diode package 66 functions as a heat spreader. Since the effect is great and the efficiency of heat dissipation into the diode package 66 is high, the SiC diode element 7 can be operated at a higher temperature.
The heat spreader 26b of the present embodiment can also be used for the diode package in the power semiconductor device of the fourth and fifth embodiments.

実施の形態７．
図１１は、本発明の実施の形態７に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図１１に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ６７は、実施の形態３のダイオードパッケージ６３において、高熱伝導材料２８で形成され、且つ内部に複数の独立空間が設けられた中空体であり、この複数の独立空間に蓄熱材料２９が充填されたヒートスプレッダ２６ｃを用いたものである。
そして、高熱伝導材料２８と蓄熱材料２９とは、実施の形態６で用いたものと同様である。 Embodiment 7 FIG.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a diode package used in the power semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 11, the diode package 67 of the present embodiment is a hollow body that is formed of the high thermal conductivity material 28 in the diode package 63 of the third embodiment and that has a plurality of independent spaces therein. The heat spreader 26c in which the heat storage material 29 is filled in the plurality of independent spaces is used.
The high heat conductive material 28 and the heat storage material 29 are the same as those used in the sixth embodiment.

本実施の形態の電力用半導体装置は、図１１に示すダイオードパッケージ６７を用いた以外、実施の形態３の電力用半導体装置と同様であり、実施の形態３の電力用半導体装置と同様な効果を有する。
それと、ダイオードパッケージ６７に、高熱伝導材料２８で形成され、内部に蓄熱材料２９が充填された空間を有する中空体のヒートスプレッダ２６ｃを用いており、実施の形態６の電力用半導体装置と同様な効果を有する。 The power semiconductor device of the present embodiment is the same as the power semiconductor device of the third embodiment except that the diode package 67 shown in FIG. 11 is used, and the same effect as the power semiconductor device of the third embodiment. Have
In addition, a hollow heat spreader 26c having a space formed of a high thermal conductive material 28 and filled with a heat storage material 29 is used in the diode package 67, and the same effect as that of the power semiconductor device of the sixth embodiment is used. Have

また、本実施の形態のヒートスプレッダ２６ｃは、中空体の内部の空間が、複数の独立空間であり、この複数の独立空間に蓄熱材料２９が充填されているので、高熱伝導材料２８と蓄熱材料２９との熱伝達面積が増え、ヒートスプレッダとしての作用効果がさらに大きいものである。
本実施の形態のヒートスプレッダ２６ｃは、実施の形態４と実施の形態５との電力用半導体装置におけるダイオードパッケージにも用いることができる。 Further, in the heat spreader 26c of the present embodiment, the space inside the hollow body is a plurality of independent spaces, and the plurality of independent spaces are filled with the heat storage material 29. Therefore, the heat storage material 29 and the heat storage material 29 are filled. The heat transfer area increases and the effect as a heat spreader is even greater.
The heat spreader 26c of the present embodiment can also be used for the diode package in the power semiconductor device of the fourth and fifth embodiments.

実施の形態８．
図１２は、本発明の実施の形態８に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図１２に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ６８は、実施の形態３のダイオードパッケージにおいて、素子用封止材が２層構造になったものである。 Embodiment 8 FIG.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a diode package used in the power semiconductor device according to the eighth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 12, the diode package 68 of the present embodiment is the same as the diode package of the third embodiment, except that the element sealing material has a two-layer structure.

すなわち、素子用封止材は、内層側に、実施の形態３の素子用封止材２３と同様な材質のモールド樹脂で形成された内層側素子用封止材３５が用いられ、外層側に、内層側素子用封止材３５より断熱性が優れた外層側素子用封止材３６が用いられたものである。
そして、外層側素子用封止材３６には、中空フィラを添加した樹脂（熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂）や、樹脂の発泡体等が挙げられる。
また、内層側素子用封止材３５が、結晶性シリカを高充填したモールド樹脂の場合は、外層側素子用封止材３６に、グラスファイバや非晶質無機フィラを充填したモールド樹脂を用いることができる。 That is, as the element sealing material, an inner layer side element sealing material 35 formed of a mold resin of the same material as the element sealing material 23 of the third embodiment is used on the inner layer side, and on the outer layer side. The outer layer side element sealing material 36 having better heat insulation than the inner layer side element sealing material 35 is used.
The outer layer side element sealing material 36 includes a resin (thermosetting resin or thermoplastic resin) to which a hollow filler is added, a resin foam, and the like.
When the inner layer side element sealing material 35 is a mold resin highly filled with crystalline silica, a mold resin filled with glass fiber or amorphous inorganic filler is used for the outer layer side element sealing material 36. be able to.

本実施の形態の電力用半導体装置は、図１２に示すダイオードパッケージ６８を用いた以外、実施の形態３の電力用半導体装置と同様であり、実施の形態３の電力用半導体装置と同様な効果を有する。   The power semiconductor device of the present embodiment is the same as the power semiconductor device of the third embodiment except that the diode package 68 shown in FIG. 12 is used, and the same effect as the power semiconductor device of the third embodiment. Have

それと、本実施の形態の電力用半導体装置では、ダイオードパッケージ６８を、素子用封止材が、強度と電気絶縁性と耐熱性に優れたモールド樹脂の内層側素子用封止材３５と、ＳｉＣダイオード素子７を封止するには強度が不十分であるが、さらに断熱性に優れた外層側素子用封止材３６との２層構造にしているので、機械的および電気的信頼性を維持しながら、ダイオードパッケージ６８の熱的絶縁性をさらに向上でき、さらに高い温度でのＳｉＣダイオード素子７の動作が可能となる。
本実施の形態のような、２層構造の素子用封止材は、実施の形態１と実施の形態２、および、実施の形態４〜実施の形態７の電力用半導体装置におけるダイオードパッケージにも用いることができる。 In addition, in the power semiconductor device according to the present embodiment, the diode package 68 includes an element sealing material, a mold resin inner layer side element sealing material 35 having excellent strength, electrical insulation, and heat resistance, and SiC. Although the strength is insufficient to seal the diode element 7, it has a two-layer structure with the outer-layer-side element sealing material 36 having further excellent heat insulation properties, so that mechanical and electrical reliability is maintained. However, the thermal insulation of the diode package 68 can be further improved, and the SiC diode element 7 can be operated at a higher temperature.
The two-layer element sealing material as in the present embodiment is also applied to the diode package in the power semiconductor devices of the first and second embodiments and the fourth to seventh embodiments. Can be used.

実施の形態９．
図１３は、本発明の実施の形態９に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図１３に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ６９は、実施の形態３のダイオードパッケージにおいて、各ＳｉＣダイオード素子７の各電極面にヒートスプレッダ２６が接合され、各ヒートスプレッダ２６にリードフレーム１５が電気的に接続された状態で、ＳｉＣダイオード素子７とヒートスプレッダ２６とリードフレーム１５との表面に高耐熱絶縁体のコーティング３０を設けたものである。 Embodiment 9 FIG.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a diode package used in the power semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 13, in the diode package 69 of the present embodiment, the heat spreader 26 is bonded to each electrode surface of each SiC diode element 7 in the diode package of the third embodiment, and the lead frame 15 is attached to each heat spreader 26. In the electrically connected state, a coating 30 of a high heat-resistant insulator is provided on the surfaces of the SiC diode element 7, the heat spreader 26, and the lead frame 15.

高耐熱絶縁体のコーティング３０に用いられる材料としては、ポリイミドアミド、ポリイミド、フッ素系樹脂、セラミックス等が挙げられる。コーティング方法としては、スプレー、ディッピングのほか、めっきや電着による化学析出、ＣＶＤ、ＰＶＤ、蒸着、溶射など物理吸着による方法が利用できる。
本実施の形態の電力用半導体装置は、図１３に示すダイオードパッケージ６９を用いた以外、実施の形態３の電力用半導体装置と同様であり、実施の形態３の電力用半導体装置と同様な効果を有する。 Examples of the material used for the coating 30 of the high heat resistance insulator include polyimide amide, polyimide, fluorine resin, and ceramics. As a coating method, in addition to spraying and dipping, chemical adsorption such as chemical deposition by plating or electrodeposition, CVD, PVD, vapor deposition, and thermal spraying can be used.
The power semiconductor device of the present embodiment is the same as the power semiconductor device of the third embodiment except that the diode package 69 shown in FIG. 13 is used, and the same effect as the power semiconductor device of the third embodiment. Have

それと、本実施の形態の電力用半導体装置では、ダイオードパッケージ６９における、ＳｉＣダイオード素子７とヒートスプレッダ２６とリードフレーム１５との表面に高耐熱絶縁体のコーティング３０が設けられ、素子用封止材２３が、コーティング３０に接しているので、ＳｉＣダイオード素子７とヒートスプレッダ２６とリードフレーム１５との表面と、素子用封止材２３との間に温度勾配を生じる。
それゆえ、本実施の形態の電力用半導体装置は、発熱が大きく、ダイオードパッケージ６９における、ＳｉＣダイオード素子７とヒートスプレッダ２６とリードフレーム１５との表面温度が、素子用封止材２３の耐熱温度より高くなるような、さらに高い温度でのＳｉＣダイオードの動作を可能にする。 In addition, in the power semiconductor device of the present embodiment, the coating 30 of the high heat-resistant insulator is provided on the surfaces of the SiC diode element 7, the heat spreader 26, and the lead frame 15 in the diode package 69, and the element sealing material 23. However, since it is in contact with the coating 30, a temperature gradient is generated between the surfaces of the SiC diode element 7, the heat spreader 26, the lead frame 15, and the element sealing material 23.
Therefore, the power semiconductor device of the present embodiment generates a large amount of heat, and the surface temperature of the SiC diode element 7, the heat spreader 26, and the lead frame 15 in the diode package 69 is higher than the heat resistance temperature of the element sealing material 23. It allows operation of the SiC diode at higher temperatures, such as higher.

実施の形態１０．
図１４は、本発明の実施の形態１０に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図１５は、本発明の実施の形態１０に係わる電力用半導体装置における、主電極と制御端子とケースとケース用封止材とを除いた状態を示す上面模式図である。
図１４に示すように、本実施の形態の電力用半導体装置２００に用いられるダイオードパッケージ７０は、複数のＳｉＣダイオード素子７が、モールド樹脂の素子用封止材２３で封止されたものであって、各ＳｉＣダイオード素子７の、一方の同極の電極面にヒートスプレッダ２６が高耐熱接合材２２で接合され、各ＳｉＣダイオード素子７の他方の同極の電極面に導電層３１が高耐熱接合材２２で接合されている。 Embodiment 10 FIG.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a diode package used in the power semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic top view showing a state in which the main electrode, the control terminal, the case, and the case sealing material are removed from the power semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 14, the diode package 70 used in the power semiconductor device 200 of the present embodiment is one in which a plurality of SiC diode elements 7 are sealed with a molding resin element sealing material 23. The heat spreader 26 is bonded to one of the same polarity electrode surfaces of each SiC diode element 7 with a high heat resistant bonding material 22, and the conductive layer 31 is bonded to the other same polarity electrode surface of each SiC diode element 7. Bonded with a material 22.

そして、ヒートスプレッダ２６および導電層３１の、ＳｉＣダイオード素子７の電極面に接合された面の反対側の面が、素子用封止材２３から露出しており、ヒートスプレッダ２６の露出面は、はんだ３により、導体パターン４に接合される。また、導電層３１の露出面には、配線部材としてワイヤ配線８が接続される。この配線部材には、ブスバーを用いても良い。
本実施の形態の電力用半導体装置２００は、図１４に示すダイオードパッケージ７０を用いた以外、実施の形態１の電力用半導体装置と同様であり、実施の形態１の電力用半導体装置と同様な効果を有する。 And the surface of the heat spreader 26 and the conductive layer 31 opposite to the surface bonded to the electrode surface of the SiC diode element 7 is exposed from the element sealing material 23, and the exposed surface of the heat spreader 26 is solder 3. Thus, the conductor pattern 4 is joined. In addition, the wire wiring 8 is connected to the exposed surface of the conductive layer 31 as a wiring member. A bus bar may be used for this wiring member.
The power semiconductor device 200 of the present embodiment is the same as the power semiconductor device of the first embodiment except that the diode package 70 shown in FIG. 14 is used, and is the same as the power semiconductor device of the first embodiment. Has an effect.

本実施の形態の電力用半導体装置２００は、ダイオードパッケージ７０の電極形状がＳｉダイオード素子のベアチップと同じであるので、図１５に示すように、ＳｉＣダイオード素子７が封止されたダイオードパッケージ７０を、Ｓｉスイッチング素子とＳｉダイオード素子で構成されている既存の電力用半導体装置と同様な配線パターンに、組み立て方法の変更を伴わずに実装できる。   In the power semiconductor device 200 of the present embodiment, the electrode shape of the diode package 70 is the same as that of the bare chip of the Si diode element, so that the diode package 70 in which the SiC diode element 7 is sealed is provided as shown in FIG. It can be mounted on a wiring pattern similar to that of an existing power semiconductor device composed of a Si switching element and a Si diode element without changing the assembly method.

実施の形態１１．
図１６は、本発明の実施の形態１１に係わる電力用半導体装置に用いられるダイオードパッケージの断面模式図である。
図１６に示すように、本実施の形態のダイオードパッケージ７１では、複数のＳｉＣダイオード素子７を素子用封止体５０で封止したものである。この素子用封止体５０は、内部に空間部を有するセラミック筐体で形成されている。 Embodiment 11 FIG.
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a diode package used in the power semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 16, in the diode package 71 of the present embodiment, a plurality of SiC diode elements 7 are sealed with an element sealing body 50. The element sealing body 50 is formed of a ceramic casing having a space inside.

また、複数のＳｉＣダイオード素子７は、セラミック筐体内に配設された一方側のリードフレーム１５のフレームタブ部２１ａに、高耐熱接合材２２で接合して搭載されている。この時、各ＳｉＣダイオード素子７の一方の同極の電極面が、フレームタブ部２１ａに接合されている。   Further, the plurality of SiC diode elements 7 are mounted on the frame tab portion 21a of the lead frame 15 on one side disposed in the ceramic casing by bonding with a high heat-resistant bonding material 22. At this time, one homopolar electrode surface of each SiC diode element 7 is joined to the frame tab portion 21a.

また、各ＳｉＣダイオード素子７の、フレームタブ部２１ａに接合された面の反対側の面にある他方の電極の電極パッドに、ワイヤ配線８の一端が接続され、ワイヤ配線８の他端が、セラミック筐体内に配設された他方側のリードフレーム１５のリード先端部２１ｃに接続されている。
すなわち、各ＳｉＣダイオード素子７は、ワイヤ配線８とリードフレーム１５により、電気的に並列に接続されている。
本実施の形態では、ワイヤ配線８が用いられているが、ワイヤ配線８に替えてリボンボンディングを用いても良い。 Further, one end of the wire wiring 8 is connected to the electrode pad of the other electrode on the surface opposite to the surface joined to the frame tab portion 21a of each SiC diode element 7, and the other end of the wire wiring 8 is The lead end portion 21c of the lead frame 15 on the other side disposed in the ceramic casing is connected.
That is, each SiC diode element 7 is electrically connected in parallel by the wire wiring 8 and the lead frame 15.
In the present embodiment, the wire wiring 8 is used, but ribbon bonding may be used instead of the wire wiring 8.

また、リードフレーム１５における、フレームタブ部２１ａから素子用封止体５０の外部に導出された一方のリード端子２４ａと、リード先端部２１ｃから素子用封止体５０の外部に導出された他方のリード端子２４ｂとが、回路用導体パターン４ａに、ハンダ３により接合される。
すなわち、本実施の形態のダイオードパッケージ７１は、ＳｉＣダイオード素子７とワイヤ配線８とリードフレーム１５の一部とが素子用封止体５０で保護されている。 In the lead frame 15, one lead terminal 24 a led out from the frame tab portion 21 a to the outside of the element sealing body 50 and the other lead terminal 24 a led out from the lead tip 21 c to the outside of the element sealing body 50. The lead terminal 24b is joined to the circuit conductor pattern 4a by the solder 3.
That is, in the diode package 71 of the present embodiment, the SiC diode element 7, the wire wiring 8, and a part of the lead frame 15 are protected by the element sealing body 50.

本実施の形態の電力用半導体装置は、図１６に示すダイオードパッケージ７１を用いた以外、実施の形態１の電力用半導体装置と同様である。
本実施の形態のダイオードパッケージ７１は、ＳｉＣダイオード素子７を封止している素子用封止体５０がセラミック筐体であるので、セラミック筐体内に配設されたＳｉＣダイオード素子７の周囲に空間部があり、この空間部が断熱層となる。
すなわち、本実施の形態のダイオードパッケージ７１も、素子用封止体５０が断熱部となり、ＳｉＣダイオード素子７の熱が、ケース１３内や絶縁基板２やベース板１へ伝熱するのを抑制しており、このダイオードパッケージ７１を用いた本実施の形態の電力用半導体装置は、実施の形態１の電力用半導体装置と同様な効果を有する。 The power semiconductor device of the present embodiment is the same as the power semiconductor device of the first embodiment except that the diode package 71 shown in FIG. 16 is used.
In the diode package 71 of the present embodiment, since the element sealing body 50 that seals the SiC diode element 7 is a ceramic casing, there is a space around the SiC diode element 7 disposed in the ceramic casing. There is a part, and this space part becomes a heat insulation layer.
That is, also in the diode package 71 of the present embodiment, the element sealing body 50 becomes a heat insulating portion, and the heat of the SiC diode element 7 is suppressed from being transferred to the inside of the case 13, the insulating substrate 2, or the base plate 1. Thus, the power semiconductor device of the present embodiment using this diode package 71 has the same effect as the power semiconductor device of the first embodiment.

本実施の形態の電力用半導体装置は、実施の形態１の電力用半導体装置と同様な、ベース板１面に設けられた同一の絶縁基板２に、Ｓｉスイッチング素子５と、ＳｉＣダイオード素子７を封止したダイオードパッケージ７１とが実装された電力用半導体装置である。
しかし、ベース板面に設けられた同一の絶縁基板に、Ｓｉスイッチング素子と、ＳｉＣスイッチング素子をセラミック筐体の素子用封止体５０で封止したスイッチング素子パッケージとを実装した電力用半導体装置であっても良く、同様な効果が得られる。 The power semiconductor device according to the present embodiment is similar to the power semiconductor device according to the first embodiment in that the Si switching element 5 and the SiC diode element 7 are provided on the same insulating substrate 2 provided on the surface of the base plate 1. This is a power semiconductor device on which a sealed diode package 71 is mounted.
However, a power semiconductor device in which a Si switching element and a switching element package in which a SiC switching element is sealed with an element sealing body 50 of a ceramic housing are mounted on the same insulating substrate provided on the base plate surface. The same effect can be obtained.

本実施の形態の電力用半導体装置では、ダイオードパッケージに封止されるダイオード素子は、ＳｉＣダイオード素子のほか、例えば、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンド等の、他のワイドバンドギャップ半導体のダイオード素子であっても良い。
また、スイッチング素子パッケージに封止されるスイッチング素子も、ＳｉＣスイッチング素子のほか、例えば、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンド等の、他のワイドバンドギャップ半導体のスイッチング素子であっても良い。
すなわち、本実施の形態の電力用半導体装置も、ワイドバンドギャップ半導体の素子が封止された素子パッケージが用いられる。 In the power semiconductor device of the present embodiment, the diode element sealed in the diode package is not only a SiC diode element but also another wide band gap semiconductor diode element such as a gallium nitride material or diamond. May be.
In addition to the SiC switching element, the switching element sealed in the switching element package may also be another wide band gap semiconductor switching element such as a gallium nitride material or diamond.
That is, the power semiconductor device of this embodiment also uses an element package in which elements of a wide band gap semiconductor are sealed.

実施の形態１２．
図１７は、本発明の実施の形態１２に係わる電力用半導体装置の側面断面模式図である。
図１８は、本発明の実施の形態１２に係わる電力用半導体装置における、主電極と制御端子とケースとケース用封止材とを除いた状態を示す上面模式図である。
本発明の実施の形態１２に係わる電力用半導体装置３００も、Ｓｉスイッチング素子５と、ＳｉＣダイオード素子７が封止されたダイオードパッケージ７２とを備えた電力用半導体装置である。
図１７に示すように、本実施の形態の電力用半導体装置３００では、ベース板１の一方の平面に、絶縁基板２が搭載され、絶縁基板２の導体パターン４ｂを設けた面がはんだ（図示せず）等で接合されている。絶縁基板２の導体パターン４ｂを設けた面の反対側の面には、電流経路となる回路用導体パターン４ａが形成されている。 Embodiment 12 FIG.
FIG. 17 is a schematic side sectional view of the power semiconductor device according to the twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a schematic top view showing a state in which the main electrode, the control terminal, the case, and the case sealing material are removed from the power semiconductor device according to the twelfth embodiment of the present invention.
The power semiconductor device 300 according to the twelfth embodiment of the present invention is also a power semiconductor device including the Si switching element 5 and the diode package 72 in which the SiC diode element 7 is sealed.
As shown in FIG. 17, in the power semiconductor device 300 of the present embodiment, the insulating substrate 2 is mounted on one plane of the base plate 1, and the surface on which the conductive pattern 4b of the insulating substrate 2 is provided is solder (FIG. 17). (Not shown) or the like. A circuit conductor pattern 4a serving as a current path is formed on the surface of the insulating substrate 2 opposite to the surface on which the conductor pattern 4b is provided.

Ｓｉスイッチング素子５は、その電極面を回路用導体パターン４ａにハンダ３で接合することにより、絶縁基板２に実装されている。
図１７と図１８とに示すように、Ｓｉスイッチング素子５にはワイヤ配線８が施されており、回路用導体パターン４ａおよびワイヤ配線８を介して電気的に、主電極取り付け点１６，１７と、制御端子取り付け点１８，１９とに導通している。
ただし、図１７では、主電極９，１０、ならびに、制御端子１１，１２は図示していない。 The Si switching element 5 is mounted on the insulating substrate 2 by bonding its electrode surface to the circuit conductor pattern 4a with solder 3.
As shown in FIGS. 17 and 18, the Si switching element 5 is provided with wire wiring 8, and the main electrode attachment points 16, 17 are electrically connected via the circuit conductor pattern 4 a and the wire wiring 8. Are electrically connected to the control terminal mounting points 18 and 19.
However, in FIG. 17, the main electrodes 9 and 10 and the control terminals 11 and 12 are not shown.

図１７と図１８とに示すように、本実施の形態の電力用半導体装置３００では、ダイオードパッケージ７２は、ベース板１に、搭載されている。
そして、ダイオードパッケージ７２は、複数のＳｉＣダイオード素子７を、高い耐熱性と電気絶縁性を有する、モールド樹脂の素子用封止材２３で封止している。
また、各ＳｉＣダイオード素子７の一方の電極面には、一方側のリードフレーム１５のフレームタブ部２１が高耐熱接合材（図示せず）で接合され、他方の電極面には、他方側のリードフレーム１５のフレームタブ部２１が高耐熱接合材（図示せず）で接合されている。
また、各リードフレーム１５のリード端子２４ａ，２４ｂは、絶縁基板２の回路用導体パターン４ａに接合している。 As shown in FIGS. 17 and 18, in the power semiconductor device 300 of the present embodiment, the diode package 72 is mounted on the base plate 1.
In the diode package 72, the plurality of SiC diode elements 7 are sealed with a molding resin element sealing material 23 having high heat resistance and electrical insulation.
Further, the frame tab portion 21 of the lead frame 15 on one side is joined to one electrode surface of each SiC diode element 7 by a high heat-resistant joining material (not shown), and the other electrode surface is joined to the other side. The frame tab portion 21 of the lead frame 15 is bonded with a high heat-resistant bonding material (not shown).
Further, the lead terminals 24 a and 24 b of each lead frame 15 are joined to the circuit conductor pattern 4 a of the insulating substrate 2.

また、一方側のリードフレーム１５のフレームタブ部２１ａと、他方側のリードフレーム１５のフレームタブ部２１ａとの裏面には、ヒートスプレッダ２６が高耐熱接合材（図示せず）で接合されている。
そして、一方側のリードフレーム１５に接合された、ベース板１に近いヒートスプレッダ２６におけるリードフレーム１５との接合面の反対側の面が、素子用封止材２３から露出している。 Further, a heat spreader 26 is bonded to the back surface of the frame tab portion 21a of the lead frame 15 on one side and the frame tab portion 21a of the lead frame 15 on the other side with a high heat-resistant bonding material (not shown).
The surface opposite to the joint surface with the lead frame 15 in the heat spreader 26 close to the base plate 1 joined to the lead frame 15 on one side is exposed from the element sealing material 23.

すなわち、ベース板１に搭載したダイオードパッケージ７２のベース板１と対向する側は、ヒートスプレッダ２６の面を露出している。
また、ダイオードパッケージ７２におけるヒートスプレッダ２６の露出面とベース板１との間には、電気絶縁性を有する伝熱部４０が、ヒートスプレッダ２６の露出面とベース板１との各々と接して、設けられている。
本実施の形態のダイオードパッケージ７２では、ヒートスプレッダ２６は、一方側と他方側とのリードフレーム１５とに設けられているが、一方側のリードフレーム１５のみに設けたものであっても良い。 That is, the surface of the heat spreader 26 is exposed on the side of the diode package 72 mounted on the base plate 1 that faces the base plate 1.
Further, between the exposed surface of the heat spreader 26 and the base plate 1 in the diode package 72, a heat transfer section 40 having electrical insulation is provided in contact with each of the exposed surface of the heat spreader 26 and the base plate 1. ing.
In the diode package 72 of the present embodiment, the heat spreader 26 is provided on the lead frame 15 on one side and the other side, but may be provided only on the lead frame 15 on one side.

図１７に示すように、本実施の形態の電力用半導体装置３００も、Ｓｉスイッチング素子５やダイオードパッケージ７２等の電力用半導体装置を構成する部品類は、ケース１３内に収納され、ケース１３内には、電力用半導体装置３００の内部の絶縁を保つため、絶縁性を有するケース用封止材１４が充填されている。
また、ベース板１における絶縁基板２が接合される一方の平面の反対側の平面には、外部冷却器を接して設けることができる。 As shown in FIG. 17, in the power semiconductor device 300 of the present embodiment, the parts constituting the power semiconductor device such as the Si switching element 5 and the diode package 72 are housed in the case 13. In order to maintain insulation inside the power semiconductor device 300, the case sealing material 14 having an insulating property is filled.
Further, an external cooler can be provided in contact with the plane opposite to the one plane to which the insulating substrate 2 is bonded in the base plate 1.

本実施の形態の電力用半導体装置３００も、ダイオードパッケージ７２は、ＳｉＣダイオード素子７を高い耐熱性と電気絶縁性を有するモールド樹脂の素子用封止材２３で封止しているので、素子用封止材２３が断熱材となり、ＳｉＣダイオード素子７の熱が、ケース１３内や絶縁基板２へ伝熱するのを抑制している。
そのため、本実施の形態の電力用半導体装置３００も、Ｓｉ素子のみの従来の電力用半導体装置に用いられたのと同じ耐熱性の部材を用いることができ、電力用半導体装置のコストアップが抑えられる。 Also in the power semiconductor device 300 of the present embodiment, the diode package 72 has the SiC diode element 7 sealed with the mold resin element sealing material 23 having high heat resistance and electrical insulation. The sealing material 23 becomes a heat insulating material, and the heat of the SiC diode element 7 is suppressed from being transferred to the case 13 or the insulating substrate 2.
Therefore, the power semiconductor device 300 of the present embodiment can use the same heat-resistant member as that used in the conventional power semiconductor device including only Si elements, and the cost increase of the power semiconductor device can be suppressed. It is done.

また、本実施の形態の電力用半導体装置３００では、ベース板１に搭載されたダイオードパッケージ７２は、ヒートスプレッダ２６の露出面が、伝熱部４０を介してベース板１に積層されているので、ＳｉＣダイオード素子７の熱をベース板１に直接伝達でき、ＳｉＣダイオード素子７のベース板１への放熱性が向上しており、必要以上に大きな冷却器が不要であり、装置の小型化が可能となる。
それと、ＳｉＣダイオード素子７のベース板１への放熱性の向上は、ＳｉＣダイオード素子７が断続的に発熱する運転条件で使用され、発熱量が多い場合でも、ダイオードパッケージ７２が耐熱温度を超えてしまうのを防止できる。 Further, in the power semiconductor device 300 of the present embodiment, the diode package 72 mounted on the base plate 1 has the exposed surface of the heat spreader 26 laminated on the base plate 1 via the heat transfer section 40. The heat of the SiC diode element 7 can be directly transferred to the base plate 1, the heat dissipation of the SiC diode element 7 to the base plate 1 is improved, an unnecessarily large cooler is unnecessary, and the apparatus can be downsized. It becomes.
In addition, the improvement of the heat dissipation performance of the SiC diode element 7 to the base plate 1 is used under the operating conditions in which the SiC diode element 7 generates heat intermittently. Even when the heat generation amount is large, the diode package 72 exceeds the heat resistance temperature. Can be prevented.

また、本実施の形態の電力用半導体装置３００も、Ｓｉスイッチング素子を搭載する基板とＳｉＣダイオード素子を搭載する基板との、別々の基板が用いられていないので、従来の、Ｓｉスイッチング素子とＳｉダイオード素子を用いた電力用半導体装置と同様な構造をとることができ、開発期間の短縮化と構成の多様化を実現できる。それと、部品点数を減らすことができ、且つ配線が容易になるので、この面からも低コスト化が図れる。   In addition, since the power semiconductor device 300 of the present embodiment does not use separate substrates for the substrate on which the Si switching element is mounted and the substrate on which the SiC diode element is mounted, the conventional Si switching element and Si substrate are not used. A structure similar to that of a power semiconductor device using a diode element can be adopted, and the development period can be shortened and the configuration can be diversified. In addition, since the number of parts can be reduced and wiring becomes easy, the cost can be reduced also from this aspect.

図１９は、本発明の実施の形態１２に係わる電力用半導体装置における、ダイオードパッケージのヒートスプレッダの露出面とベース板との間に設ける第１の構造の伝熱部を示す模式図である。
図１９に示すように、第１の構造の伝熱部４０ａは、ヒートスプレッダ２６の露出面に接して設けた電気絶縁性を有する高熱伝導シート３２と、この高熱伝導シート３２とベース板１との間に介在させるグリース３３とからなるものである。高熱伝導シート３２としては、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化硼素等の高熱伝導性フィラが高充填された樹脂シートが挙げられる。
この第１の構造の伝熱部４０ａは、ヒートスプレッダ２６の露出面が、高熱伝導シート３２を介してベース板１と密着するので、ヒートスプレッダ２６とベース板１との間の熱抵抗を下げ、ＳｉＣダイオード素子７のベース板１への放熱性が向上する。 FIG. 19 is a schematic diagram showing a heat transfer section of the first structure provided between the exposed surface of the heat spreader of the diode package and the base plate in the power semiconductor device according to the twelfth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 19, the heat transfer section 40 a of the first structure includes an electrically insulating high thermal conductive sheet 32 provided in contact with the exposed surface of the heat spreader 26, and the high thermal conductive sheet 32 and the base plate 1. It consists of grease 33 interposed between them. Examples of the high thermal conductive sheet 32 include a resin sheet that is highly filled with a high thermal conductive filler such as alumina, aluminum nitride, or boron nitride.
Since the exposed surface of the heat spreader 26 is in close contact with the base plate 1 via the high thermal conductive sheet 32, the heat transfer section 40a having the first structure lowers the thermal resistance between the heat spreader 26 and the base plate 1, thereby reducing the SiC. The heat dissipation to the base plate 1 of the diode element 7 is improved.

図２０は、本発明の実施の形態１２に係わる電力用半導体装置における、ダイオードパッケージのヒートスプレッダの露出面とベース板との間に設ける第２の構造の伝熱部を示す図である。
図２０に示すように、第２の構造の伝熱部４０ｂは、ヒートスプレッダ２６の露出面に接して設けた電気絶縁性を有する高熱伝導シート３２と、ベース板１に接して搭載される小型の冷却モジュール３４と、高熱伝導シート３２と小型の冷却モジュール３４との間に介在させるグリース３３とからなるものである。小型の冷却モジュール３４としては、例えば、ペルチェ素子や熱電変換素子等が挙げられる。
この第２の構造の伝熱部４０ｂは、小型の冷却モジュール３４を備えており、ヒートスプレッダ２６とベース板１との間の熱抵抗を、さらに下げるものであり、ＳｉＣダイオード素子７のベース板１への放熱性をさらに向上させる。 FIG. 20 is a diagram showing a heat transfer section having a second structure provided between the exposed surface of the heat spreader of the diode package and the base plate in the power semiconductor device according to the twelfth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 20, the heat transfer section 40 b of the second structure is a small-sized and mounted on the base plate 1 and the high thermal conductive sheet 32 having electrical insulation provided in contact with the exposed surface of the heat spreader 26. The cooling module 34 includes a grease 33 interposed between the high thermal conductive sheet 32 and the small cooling module 34. Examples of the small cooling module 34 include a Peltier element and a thermoelectric conversion element.
The heat transfer section 40b having the second structure includes a small cooling module 34, which further reduces the thermal resistance between the heat spreader 26 and the base plate 1, and the base plate 1 of the SiC diode element 7. Further improve the heat dissipation.

本実施の形態のダイオードパッケージ７２は、少なくとも一方側のリードフレーム１５の、ＳｉＣダイオード素子７が搭載されたフレームタブ部２１ａの裏面に、ヒートスプレッダ２６が接合された構造であるが、ヒートスプレッダにＳｉＣダイオード素子を直接接合し、このヒートスプレッダに、一方側のリードフレームのリード先端部を電気的に接続した構造であっても良い。   The diode package 72 of the present embodiment has a structure in which the heat spreader 26 is bonded to the back surface of the frame tab portion 21a on which the SiC diode element 7 is mounted on at least one of the lead frames 15, but the SiC spreader is connected to the heat spreader. A structure in which the elements are directly joined and the lead end portion of the lead frame on one side is electrically connected to the heat spreader may be employed.

本実施の形態の電力用半導体装置３００は、ベース板１面に設けられた絶縁基板２に、Ｓｉスイッチング素子５が実装され、ベース板１に、ダイオードパッケージ７２が搭載された電力用半導体装置である。
しかし、ベース板１に、モールド樹脂の素子用封止材でＳｉＣスイッチング素子を封止したスイッチング素子パッケージが搭載された電力用半導体装置であっても良く、同様な効果が得られる。 The power semiconductor device 300 according to the present embodiment is a power semiconductor device in which the Si switching element 5 is mounted on the insulating substrate 2 provided on the surface of the base plate 1 and the diode package 72 is mounted on the base plate 1. is there.
However, a power semiconductor device in which a switching element package in which an SiC switching element is sealed with a mold resin element sealing material is mounted on the base plate 1 may be used, and similar effects can be obtained.

本実施の形態の電力用半導体装置３００では、ダイオードパッケージに封止されるダイオード素子は、ＳｉＣダイオード素子のほか、例えば、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンド等の、他のワイドバンドギャップ半導体のダイオード素子であっても良い。
また、スイッチング素子パッケージに封止されるスイッチング素子も、ＳｉＣスイッチング素子のほか、例えば、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンド等の、他のワイドバンドギャップ半導体のスイッチング素子であっても良い。
すなわち、本実施の形態の電力用半導体装置も、ワイドバンドギャップ半導体の素子が封止された素子パッケージが用いられる。 In the power semiconductor device 300 of the present embodiment, the diode element sealed in the diode package is not only an SiC diode element but also another wide band gap semiconductor diode element such as a gallium nitride-based material or diamond. There may be.
In addition to the SiC switching element, the switching element sealed in the switching element package may also be another wide band gap semiconductor switching element such as a gallium nitride material or diamond.
That is, the power semiconductor device of this embodiment also uses an element package in which elements of a wide band gap semiconductor are sealed.

本発明に係わる電力用半導体装置は、ワイドバンドギャップ半導体の素子を有する電力用半導体装置であるので、小型化や高効率化が要求される電力変換器に用いられる。   Since the power semiconductor device according to the present invention is a power semiconductor device having a wide bandgap semiconductor element, the power semiconductor device is used for a power converter that is required to be downsized and highly efficient.

１ ベース板、２ 絶縁基板、３ はんだ、４ａ 回路用導体パターン、
４ｂ 導体パターン、５ Ｓｉスイッチング素子、６ ダイオードパッケージ、
７ ＳｉＣダイオード素子、８ ワイヤ配線、９，１０ 主電極、
１１，１２ 制御端子、１３ ケース、１４ ケース用封止材、
１５，１５ａ リードフレーム、１６，１７ 主電極取り付け点、
１８，１９ 制御端子取り付け点、２０ 取り付け孔、
２１ａ，２１ｂ フレームタブ部、２１ｃ リード先端部、２１ｄ 貫通孔、
２２ 高耐熱接合材、２３ 素子用封止材、２４ａ，２４ｂ リード端子、
２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ ヒートスプレッダ、２７ａ 等方性熱伝導材料、
２７ｂ 異方性熱伝導材料、２８ 高熱伝導材料、２９ 蓄熱材料、
３０ コーティング、３１ 導電層、３２ 高熱伝導シート、３３ グリース、
３４ 冷却モジュール、３５ 内層側素子用封止材、３６ 外層側素子用封止材、
４０ 伝熱部、４０ａ 第１の構造の伝熱部、４０ｂ 第２の構造の伝熱部、
５０ 素子用封止体、６２，６３ａ，６３ｂ，６４ ダイオードパッケージ、
６５，６６，６７，６８，６９，７０，７１，７２ ダイオードパッケージ、
１００，２００，３００ 電力用半導体装置。 1 Base plate, 2 Insulating substrate, 3 Solder, 4a Circuit pattern for circuit,
4b Conductor pattern, 5 Si switching element, 6 Diode package,
7 SiC diode element, 8 wire wiring, 9,10 main electrode,
11, 12 control terminal, 13 case, 14 case sealing material,
15, 15a Lead frame, 16, 17 Main electrode attachment point,
18, 19 Control terminal mounting point, 20 mounting hole,
21a, 21b Frame tab part, 21c Lead tip part, 21d Through hole,
22 high heat-resistant bonding material, 23 element sealing material, 24a, 24b lead terminal,
26, 26a, 26b, 26c heat spreader, 27a isotropic heat conductive material,
27b anisotropic heat conductive material, 28 high heat conductive material, 29 heat storage material,
30 coating, 31 conductive layer, 32 high thermal conductivity sheet, 33 grease,
34 cooling module, 35 inner layer side element sealing material, 36 outer layer side element sealing material,
40 heat transfer section, 40a first structure heat transfer section, 40b second structure heat transfer section,
50 element sealing body, 62, 63a, 63b, 64 diode package,
65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72 diode package,
100, 200, 300 Power semiconductor device.

Claims (15)

ベース板と、上記ベース板の一方の面に接合され、且つ回路用導体パターンが設けられた絶縁基板と、上記絶縁基板に実装されたＳｉスイッチング素子と、上記絶縁基板に実装された、複数のワイドバンドギャップ半導体素子を素子用封止材で封止した素子パッケージと、上記ベース板に覆設されるとともに、少なくとも、上記Ｓｉスイッチング素子と上記素子パッケージと上記絶縁基板とを収納したケースと、上記ケースの内部に充填されたケース用封止材とを備えた電力用半導体装置であって、
上記Ｓｉスイッチング素子と上記素子パッケージとが、同一の上記絶縁基板の回路用導体パターンに搭載され、
上記Ｓｉスイッチング素子の電極と上記ワイドバンドギャップ半導体素子の電極とが、上記回路用導体パターンに電気的に導通され、
上記素子用封止材に、モールド樹脂が用いられた電力用半導体装置。 A base plate, an insulating substrate bonded to one surface of the base plate and provided with a circuit conductor pattern, a Si switching element mounted on the insulating substrate, and a plurality of mounted on the insulating substrate An element package in which a wide band gap semiconductor element is sealed with an element sealing material; and a case that covers the base plate, and at least houses the Si switching element, the element package, and the insulating substrate; A power semiconductor device comprising a case sealing material filled inside the case,
The Si switching element and the element package are mounted on a circuit conductor pattern of the same insulating substrate,
The electrode of the Si switching element and the electrode of the wide band gap semiconductor element are electrically connected to the circuit conductor pattern,
A power semiconductor device in which a mold resin is used for the element sealing material. 上記素子パッケージが、電気的に並列に接続された複数のＳｉＣダイオード素子を上記素子用封止材で封止したダイオードパッケージであり、上記ＳｉＣダイオード素子の電極にリードフレームが電気的に接続され、上記リードフレームのリード端子が、上記素子用封止材から導出され、且つ上記回路用導体パターンに接合されたものであることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。 It said element package, a plurality of SiC diode element electrically connected in parallel a diode package sealed with a sealing material for the element, the lead frame is electrically connected to the electrode of the SiC diode element, 2. The power semiconductor device according to claim 1 , wherein a lead terminal of the lead frame is derived from the element sealing material and joined to the circuit conductor pattern. 上記ダイオードパッケージが、上記各ＳｉＣダイオード素子の一方の電極面に、一方側の上記リードフレームのフレームタブ部が高耐熱接合材で接合され、上記各ＳｉＣダイオード素子の他方の電極面に、ワイヤ配線の一端が接続され、上記ワイヤ配線の他端が、他方側の上記リードフレームのリード先端部に接続されたものであることを特徴とする請求項２に記載の電力用半導体装置。 The diode package, the one electrode surface of each SiC diode element, whereas the frame tab portion of the lead frame side are joined by a high heat-resistant bonding material, the other electrode surface of each SiC diode element, the wire wiring the one end is connected, the other end of the wire wiring, power semiconductor device according to claim 2, characterized in that connected to the lead tip portions of the lead frame on the other side. 上記ダイオードパッケージが、上記各ＳｉＣダイオード素子の一方の電極面に、一方側の上記リードフレームのフレームタブ部が高耐熱接合材で接合され、上記各ＳｉＣダイオード素子の他方の電極面に、他方側の上記リードフレームのフレームタブ部が上記高耐熱接合材で接合されたものであることを特徴とする請求項２に記載の電力用半導体装置。 The diode package, the one electrode surface of each SiC diode element, whereas the frame tab portion of the lead frame side are joined by a high heat-resistant bonding material, the other electrode surface of each SiC diode element, the other side the power semiconductor device according to claim 2, wherein the frame tab portion of the lead frame has been joined by the high heat-resistant bonding material. 上記ダイオードパッケージが、上記各ＳｉＣダイオード素子の一方の電極面と他方の電極面とに、ヒートスプレッダが高耐熱接合材で接合され、上記一方の電極面に接合されたヒートスプレッダに、一方側の上記リードフレームのリード先端部が電気的に接続され、上記他方の電極面に接合されたヒートスプレッダに、他方側の上記リードフレームのリード先端部が電気的に接続されたものであることを特徴とする請求項２に記載の電力用半導体装置。 The diode package, the one electrode surface and the other electrode surface of each SiC diode element, the heat spreader is bonded with a high heat-resistant bonding material, a heat spreader is joined to one electrode surface above, one side of the lead claims lead tip portions of the frame are electrically connected to the heat spreader bonded to the other electrode surface, the lead distal end of the lead frame on the other side is characterized in that electrically connected Item 3. The power semiconductor device according to Item 2 . 上記ダイオードパッケージが、上記一方側のリードフレームのフレームタブ部における上記ＳｉＣダイオード素子との接合面の反対側の面と、上記他方側のリードフレームのフレームタブ部における上記ＳｉＣダイオード素子との接合面の反対側の面とに、ヒートスプレッダが上記高耐熱接合材で接合されたものであることを特徴とする請求項４に記載の電力用半導体装置。 The diode package, the bonding surface of the opposite side of the joint surface between the SiC diode element in the frame tab portion of the lead frame of the one side, and the SiC diode element in the frame tab portion of the lead frame of the other side of the the opposite surface, power semiconductor device according to claim 4, the heat spreader is characterized in that which has been joined by the high heat-resistant bonding material. 上記一方側のリードフレームのフレームタブ部と上記他方側のリードフレームのフレームタブ部とに複数の貫通孔が設けられ、上記貫通孔に入った上記高耐熱接合材が上記ＳｉＣダイオード素子と上記ヒートスプレッダとを直接に接合したことを特徴とする請求項６に記載の電力用半導体装置。 The frame tab portion of the lead frame of the frame tab portion and the other side of the lead frame of the one side a plurality of through holes are provided, the high heat-resistant bonding material said SiC diode element and the heat spreader has entered the above through hole The power semiconductor device according to claim 6 , wherein the power semiconductor device is directly joined to each other. 上記ヒートスプレッダが、両端を等方性熱伝導材料とし、上記等方性熱伝導材料と異方性熱伝導材料とを交互に並べて一体化した構造であり、上記異方性熱伝導材料が、その熱伝導方向を上記ＳｉＣダイオード素子の電極面に対して垂直な方向になるように配設されたことを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。 The heat spreader has a structure in which both ends are isotropic heat conductive materials and the isotropic heat conductive material and the anisotropic heat conductive material are alternately arranged and integrated. The power semiconductor device according to any one of claims 5 to 7, wherein a heat conduction direction is arranged to be a direction perpendicular to an electrode surface of the SiC diode element. 上記ヒートスプレッダが、高熱伝導材料で形成され、且つ内部に空間が設けられた中空体であり、上記中空体の空間に蓄熱材料が充填された構造であることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。 It said heat spreader is formed with the high thermal conductive material, and a hollow body which space is provided inside, claim 5 claims, characterized in that the heat storage material in the space of the hollow body is filled structure the power semiconductor device according to any one of 7. 上記素子用封止材が、内層側をモールド樹脂でなる内層側素子用封止材とし、外層側を上記内層側素子用封止材より断熱性が優れた樹脂材料でなる外層側素子用封止材とした２層構造であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。 The element sealing material is an inner layer side element sealing material made of a mold resin on the inner layer side, and the outer layer side is made of a resin material having better heat insulation than the inner layer side element sealing material. The power semiconductor device according to claim 1 , wherein the power semiconductor device has a two-layer structure as a stopper. 上記素子パッケージが、電気的に並列に接続された複数のＳｉＣダイオード素子を上記素子用封止材で封止したダイオードパッケージであり、上記各ＳｉＣダイオード素子の一方の電極面にヒートスプレッダが高耐熱接合材で接合され、上記各ＳｉＣダイオード素子の他方の電極面に導電層が上記高耐熱接合材で接合され、上記ヒートスプレッダおよび上記導電層の、上記ＳｉＣダイオード素子の電極面に接合された面の反対側の面が、上記素子用封止材から露出しており、上記ヒートスプレッダの露出面が上記回路用導体パターンに接合される面であり、上記導電層の露出面が、配線部材を接合する面であることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。 The element package is a diode package in which a plurality of SiC diode elements electrically connected in parallel are sealed with the element sealing material, and a heat spreader is bonded to one electrode surface of each SiC diode element with a high heat resistance. The conductive layer is bonded to the other electrode surface of each SiC diode element with the high heat-resistant bonding material, and is opposite to the surface of the heat spreader and the conductive layer bonded to the electrode surface of the SiC diode element. A side surface is exposed from the element sealing material, an exposed surface of the heat spreader is a surface to be bonded to the circuit conductor pattern, and an exposed surface of the conductive layer is a surface to which the wiring member is bonded. The power semiconductor device according to claim 1 , wherein the power semiconductor device is a power semiconductor device. ベース板と、上記ベース板の一方の面に接合され、且つ回路用導体パターンが設けられた絶縁基板と、上記絶縁基板に実装されたＳｉスイッチング素子と、上記絶縁基板に実装された、複数のワイドバンドギャップ半導体素子を素子用封止体で封止した素子パッケージと、上記ベース板に覆設されるとともに、少なくとも、上記Ｓｉスイッチング素子と上記素子パッケージと上記絶縁基板とを収納したケースと、上記ケースの内部に充填されたケース用封止材とを備えた電力用半導体装置であって、
上記Ｓｉスイッチング素子と上記素子パッケージとが、同一の上記絶縁基板の回路用導体パターンに搭載され、
上記Ｓｉスイッチング素子の電極と上記ワイドバンドギャップ半導体素子の電極とが、上記回路用導体パターンに電気的に導通され、
上記素子用封止体に、セラミックの筐体が用いられた電力用半導体装置。 A base plate, an insulating substrate bonded to one surface of the base plate and provided with a circuit conductor pattern, a Si switching element mounted on the insulating substrate, and a plurality of mounted on the insulating substrate An element package in which a wide band gap semiconductor element is sealed with an element sealing body, and a case that covers the base plate and at least contains the Si switching element, the element package, and the insulating substrate; A power semiconductor device comprising a case sealing material filled inside the case,
The Si switching element and the element package are mounted on a circuit conductor pattern of the same insulating substrate,
The electrode of the Si switching element and the electrode of the wide band gap semiconductor element are electrically connected to the circuit conductor pattern,
A power semiconductor device in which a ceramic casing is used for the element sealing body. 上記素子パッケージが、電気的に並列に接続された複数のＳｉＣダイオード素子を上記素子用封止体で封止したダイオードパッケージであり、上記各ＳｉＣダイオード素子の一方の電極面に、一方側のリードフレームのフレームタブ部が高耐熱接合材で接合され、上記各ＳｉＣダイオード素子の他方の電極面に、ワイヤ配線の一端が接続され、上記ワイヤ配線の他端が、他方側のリードフレームのリード先端部に接続され、上記リードフレームの、上記素子用封止体から導出されたリード端子が、上記回路用導体パターンに接合されたものであることを特徴とする請求項１２に記載の電力用半導体装置。 The element package is a diode package in which a plurality of SiC diode elements electrically connected in parallel are sealed with the element sealing body, and a lead on one side is formed on one electrode surface of each SiC diode element. The frame tab portion of the frame is bonded with a high heat-resistant bonding material, one end of the wire wiring is connected to the other electrode surface of each SiC diode element, and the other end of the wire wiring is connected to the leading end of the lead frame on the other side 13. The power semiconductor according to claim 12 , wherein a lead terminal of the lead frame that is connected to a portion and led out of the element sealing body is joined to the circuit conductor pattern. apparatus. ベース板と、上記ベース板の一方の面に接合され、且つ回路用導体パターンが設けられた絶縁基板と、上記絶縁基板の回路用導体パターンに接合されたＳｉスイッチング素子と、上記ベース板の上記絶縁基板が接合された側の面に搭載された、複数のワイドバンドギャップ半導体素子を素子用封止材で封止した素子パッケージと、上記ベース板に覆設されるとともに、少なくとも、上記Ｓｉスイッチング素子と上記素子パッケージと上記絶縁基板とを収納するケースと、上記ケースの内部に充填されたケース用封止材とを備えた電力用半導体装置であって、
上記素子パッケージが、上記ワイドバンドギャップ半導体素子に接合された１個のヒートスプレッダの面を、上記ベース板と対向する側から露出させ、
上記ヒートスプレッダの露出面と上記ベース板との間に、上記ヒートスプレッダの露出面と上記ベース板とに接して、電気絶縁性を有する伝熱部が設けられ、
上記Ｓｉスイッチング素子の電極と上記ワイドバンドギャップ半導体素子の電極とが、上記回路用導体パターンに電気的に導通され、
上記素子用封止材に、モールド樹脂が用いられた電力用半導体装置。 A base plate, an insulating substrate bonded to one surface of the base plate and provided with a circuit conductor pattern, a Si switching element bonded to the circuit conductor pattern of the insulating substrate, and the base plate An element package mounted on the surface to which the insulating substrate is bonded, in which a plurality of wide band gap semiconductor elements are sealed with an element sealing material, and is covered with the base plate and at least the Si switching A power semiconductor device comprising: a case for housing an element, the element package, and the insulating substrate; and a case sealing material filled in the case,
The element package exposes the surface of one heat spreader joined to the wide band gap semiconductor element from the side facing the base plate,
Between the exposed surface of the heat spreader and the base plate, a heat transfer portion having electrical insulation is provided in contact with the exposed surface of the heat spreader and the base plate,
The electrode of the Si switching element and the electrode of the wide band gap semiconductor element are electrically connected to the circuit conductor pattern,
A power semiconductor device in which a mold resin is used for the element sealing material. 上記素子パッケージが、電気的に並列に接続された複数のＳｉＣダイオード素子を上記素子用封止材で封止したダイオードパッケージであることを特徴とする請求項１４に記載の電力用半導体装置。 It said element package, a power semiconductor device according to a plurality of SiC diode element electrically connected in parallel to claim 14, characterized in that the diode package is sealed with a sealing material for the element.
JP2010182086A 2010-08-17 2010-08-17 Power semiconductor device Active JP5391162B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010182086A JP5391162B2 (en) 2010-08-17 2010-08-17 Power semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010182086A JP5391162B2 (en) 2010-08-17 2010-08-17 Power semiconductor device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2012043875A JP2012043875A (en) 2012-03-01
JP2012043875A5 JP2012043875A5 (en) 2012-11-29
JP5391162B2 true JP5391162B2 (en) 2014-01-15

Family

ID=45899873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010182086A Active JP5391162B2 (en) 2010-08-17 2010-08-17 Power semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5391162B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016009556A1 (en) 2014-07-18 2016-01-21 三菱電機株式会社 Vehicle-use auxiliary power source device
JP6381453B2 (en) * 2015-01-27 2018-08-29 三菱電機株式会社 Semiconductor device
JP6849660B2 (en) * 2016-04-01 2021-03-24 三菱電機株式会社 Semiconductor device
JP6852513B2 (en) * 2017-03-30 2021-03-31 株式会社オートネットワーク技術研究所 Circuit equipment
JP6877600B1 (en) * 2020-01-16 2021-05-26 三菱電機株式会社 Semiconductor device
JP2023183301A (en) * 2022-06-15 2023-12-27 日立Astemo株式会社 Power conversion device
WO2024018810A1 (en) * 2022-07-21 2024-01-25 ローム株式会社 Semiconductor device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03126055U (en) * 1990-03-30 1991-12-19
JP3130239B2 (en) * 1995-08-02 2001-01-31 松下電子工業株式会社 Resin-sealed semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2004095670A (en) * 2002-08-29 2004-03-25 Toshiba Corp Semiconductor device
CN100413060C (en) * 2003-09-04 2008-08-20 松下电器产业株式会社 Semiconductor device
JP2008060430A (en) * 2006-08-31 2008-03-13 Daikin Ind Ltd Power converter
CN109166833B (en) * 2010-01-15 2022-04-08 三菱电机株式会社 Power semiconductor module

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012043875A (en) 2012-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5391162B2 (en) Power semiconductor device
US11139278B2 (en) Low parasitic inductance power module and double-faced heat-dissipation low parasitic inductance power module
JP6300633B2 (en) Power module
JP4613077B2 (en) Semiconductor device, electrode member, and method for manufacturing electrode member
CN107195623B (en) Double-sided heat dissipation high-reliability power module
JP2007251076A (en) Power semiconductor module
WO2014097798A1 (en) Semiconductor device
JPWO2016136457A1 (en) Power module
JP5217884B2 (en) Semiconductor device
JP6308780B2 (en) Power module
JP2015095560A (en) Power module
WO2013171946A1 (en) Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device
JP2016197677A (en) Power semiconductor device and in-vehicle rotating electrical machine drive device
JP6777148B2 (en) Semiconductor device
JP2012209470A (en) Semiconductor device, semiconductor device module, and manufacturing method of the semiconductor device
KR20180087330A (en) Metal slug for double sided cooling of power module
JP5619232B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing electrode member
JP5485833B2 (en) Semiconductor device, electrode member, and method for manufacturing electrode member
US20230096381A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
KR101897304B1 (en) Power module
JP2012178589A (en) Semiconductor device
JP2024013570A (en) Semiconductor device, method for manufacturing semiconductor device, and power converter
KR20210141370A (en) Power module and manufacturing method thereof
KR20220004252A (en) Power module and manufacturing method thereof
KR20220003807A (en) Ceramic substrate and power module

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121016

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121016

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130808

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130917

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131011

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5391162

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250