JP7345445B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本開示は、半導体装置に関する。

電力半導体装置は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等の半導体素子を内蔵している。電力半導体装置の動作時には、それら半導体素子が発熱する。その放熱のため、電力半導体装置には、一般的に、熱伝導性のグリスを介して冷却フィンが取りつけられている。

電力半導体装置の寿命および特性は、発熱温度と密接に関係している。パワーサイクル試験等の信頼性評価および発熱異常のモニタリング等において、半導体素子のジャンクション温度Ｔｊおよびケース温度Ｔｃを精度よく求めることが必要である。例えば、特許文献１には、パワー半導体装置の評価のための温度測定装置が開示されている。

特開平１１－１４８９６１号公報

半導体素子のジャンクション温度Ｔｊを直接測定することは難しい。そのため、ケース温度Ｔｃ、予め計測された熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ－ｃ）、半導体素子に流れる電流Ｉｃおよび半導体素子に印加される電圧Ｖｃｅに基づいて、仮想ジャンクション温度Ｔｖｊが算出される。その算出式は、Ｔｖｊ＝Ｔｃ＋Ｉｃ×Ｖｃｅ×Ｒｔｈ（ｊ－ｃ）である。ケース温度Ｔｃとして、半導体素子を保持するベース板の温度が適用される場合がある。ベース板の温度は、半導体素子を保持している上面とは反対側の下面から測定される。ベース板の下面はヒートシンクに取り付けられているため、そのベース板の下面の温度を、熱電対等によって正確に測定することは難しい。

本開示は、上記の課題を解決するためのものであり、ケース温度を正確に測定することが可能な半導体装置を提供する。

本開示に係る半導体装置は、半導体素子、ベース板、温度モニタ部および熱伝導材を含む。ベース板は、上面に半導体素子を保持し、下面に穴を含む。温度モニタ部は、穴の内部に取り付けられる温度検出部と、温度検出部から導出される配線と、を含む。熱伝導材は、ベース板の下面にパターンを有して設けられる。熱伝導材のパターンは、穴からベース板の端部まで延在する溝を含む。温度モニタ部の配線は、溝に設けられている。

本開示の半導体装置は、ケース温度を正確に測定することを可能にする。

本開示の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白になる。

実施の形態１における半導体装置の構成を示す正面図である。 図１に示される領域Ａの拡大断面図である。 実施の形態１における半導体装置の構成を示す底面図である。 実施の形態２における半導体装置の構成を示す正面図である。 図４に示される領域Ａの拡大断面図である。 実施の形態２における半導体装置の構成を示す側面図である。 実施の形態２における半導体装置の構成を示す底面図である。 実施の形態３における半導体装置の構成を示す正面図である。 図８に示される領域Ａの拡大断面図である。 実施の形態３における半導体装置の構成を示す底面図である。 実施の形態４における半導体装置の構成を示す正面図である。 図１１に示される領域Ａの拡大断面図である。 実施の形態４における半導体装置の構成を示す底面図である。 実施の形態５における半導体装置の構成を示す正面図である。 図１４に示される領域Ａの拡大断面図である。 実施の形態５における半導体装置の構成を示す底面図である。 実施の形態６における半導体装置の構成を示す正面図である。 実施の形態６における半導体装置の構成を示す側面図である。

＜実施の形態１＞
（半導体装置の構成）
図１は、実施の形態１における半導体装置の構成を示す正面図である。その正面図の一部には、半導体装置の断面が示されている。図２は、図１に示される領域Ａの拡大断面図である。図３は、実施の形態１における半導体装置の構成を示す底面図である。

半導体装置は、ベース板１、絶縁層２、回路パターン３、半導体素子５、封止材７、ケース８、熱伝導材９、温度モニタ部１１および電極端子１２を含む。

半導体素子５は、例えば、Ｓｉ等の半導体、または、ＳｉＣ、ＧａＮ等のいわゆるワイドバンドギャップ半導体によって形成されている。半導体素子５は、パワー半導体素子、そのパワー半導体素子を制御するための制御ＩＣ（Integrated Circuit）等である。例えば、半導体素子５は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ショットキーバリアダイオード等である。または、半導体素子５は、ＩＧＢＴおよび還流ダイオードが１つの半導体基板内に形成されたＲＣ－ＩＧＢＴ（Reverse-Conducting IGBT）であってもよい。

ベース板１は、上面に半導体素子５を保持している。実施の形態１においては、ベース板１の上面に絶縁層２と回路パターン３とが設けられている。半導体素子５は、はんだ等の接合材４を介して回路パターン３上に接合されている。すなわち、ベース板１は、絶縁層２、回路パターン３および接合材４を介して、半導体素子５を上面に保持している。

ベース板１は、下面に穴１０を含む。穴１０は、好ましくは、半導体素子５の直下に位置する。言い換えると、穴１０と半導体素子５とは、平面視において互いに重なっている。さらに好ましくは、穴１０は半導体素子５の中心の直下に設けられる。図３に示されるように、実施の形態１においては、複数の半導体素子５が設けられているため、それら半導体素子５の直下に対応する位置に複数の穴１０がそれぞれ設けられている。穴１０は、後述する温度検出部１１Ａの幅に対して１．０以上１．３倍以下の幅を有する。穴１０は、ベース板１を貫通していない。例えば、温度検出部１１Ａの幅が０．１０ｍｍである場合、穴１０の直径は０．１２ｍｍである。また、穴１０の深さは、例えば約１ｍｍである。穴１０は、ベース板１の下面から内部にかけて側面が傾斜するテーパー部を有していてもよい。テーパー部は例えば、ザグリ加工の後、４５°の面取り加工によって形成される。またはテーパー部に代えて、穴１０の開口端が任意の半径の湾曲面によって形成されていてもよい。そのような湾曲面は、面取り加工によって形成される。

ベース板１は、下面における端部に配線保持部１３をさらに含む。ここで、ベース板１の端部とは、平面視におけるベース板１の外縁部に対応する。配線保持部１３は、例えば、ベース板１の下面の端部に形成された凹部１３Ａである。配線保持部１３は、切り欠き等であってもよい。

ベース板１は、例えば銅、アルミニウム等で形成されている。ベース板１、絶縁層２および回路パターン３は、例えば、互いに一体化された１つの部品として形成される。絶縁層２および回路パターン３が互いに一体化されている場合、絶縁層２は例えば樹脂で形成される。または、絶縁層２と回路パターン３とが回路基板を構成し、その回路基板が接合材を介してベース板１の上面に設けられていてもよい。絶縁層２と回路パターン３とが回路基板を構成する場合、絶縁層２は例えばセラミック等で形成される。

ケース８は、平面視において枠形状を有する。ケース８は、その枠形状の内側に半導体素子５を収容している。ケース８は、例えば樹脂で形成されている。

封止材７は、ケース８の内側の空間に充填されており、半導体素子５を封止している。封止材７は、絶縁性の材料で形成されている。

電極端子１２は、外部と接続可能に構成されている。電極端子１２は、回路パターン３または半導体素子５に、内部配線６によって接続されている。電極端子１２は、例えばケース８と一体に形成されている。電極端子１２は、主電極端子１２Ａと信号電極端子１２Ｂとを含む。

内部配線６の詳細な構成の図示は省略されているが、内部配線６は、ケース８の内側において、電極端子１２、半導体素子５、回路パターン３等を接続している。実施の形態１における内部配線６は、導電性の金属ワイヤである。または、内部配線６は、電極端子１２からケース８の内側に延在しかつ平板形状を有する導電体であってもよい。

熱伝導材９は、半導体素子５で発生する熱を、ベース板１の下面に取り付けられるヒートシンク（図示せず）に伝導させる。熱伝導材９は、ベース板１の下面に選択的に設けられている。つまり、熱伝導材９はパターンを有する。熱伝導材９のパターンは、ベース板１の穴１０からベース板１の端部の配線保持部１３まで延在する溝１５Ａを含む。溝１５Ａには、熱伝導材９が設けられていない。熱伝導材９は、後述する温度モニタ部１１の配線１１Ｂの直径に対して１．０以上１．３倍以下の厚さを有する。言い換えると、溝１５Ａは、温度モニタ部１１の配線１１Ｂの径に対して１．０以上１．３倍以下の深さを有する。また、溝１５Ａの幅は、温度モニタ部１１の配線１１Ｂの直径よりも大きい。実施の形態１における熱伝導材９は、ＴＩＭ（Thermal Interface Material）である。溝１５Ａを含むパターンは、ＴＩＭが選択的に塗布されることによって形成される、あるいは、シート状のＴＩＭが選択的に貼り付けられることによって形成される。シート状のＴＩＭは、例えば、グラファイトＴＩＭシートである。シート状のＴＩＭは、熱変形に対する耐性を有する。

温度モニタ部１１は、温度検出部１１Ａと配線１１Ｂとを含む。温度検出部１１Ａは、ベース板１の穴１０の内部に取り付けられている。図２においては、温度検出部１１Ａは、ベース板１に接していないが、ベース板１に接するように設けられていてもよい。図示は省略するが、実施の形態１においては、ベース板１の複数の穴１０に複数の温度検出部１１Ａがそれぞれ取り付けられている。実施の形態１における温度検出部１１Ａは、熱電対の測温接点である。熱電対の先端に設けられた測温接点は、ベース板１の穴１０に挿入されている。熱電対の測温接点を形成している先端部の直径、つまり、温度検出部１１Ａの幅は、約０．０８ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下である。熱電対は、例えばシース型熱電対である。

温度モニタ部１１の配線１１Ｂは、温度検出部１１Ａから導出されている。その配線１１Ｂは、熱伝導材９のパターンによって形成された溝１５Ａに設けられている。溝１５Ａの深さは配線１１Ｂの直径よりも深いため、配線１１Ｂは溝１５Ａに収容される。さらに、配線１１Ｂは、ベース板１の溝１５Ａから配線保持部１３に通されている。配線１１Ｂは、配線保持部１３にて保持される。例えば、配線１１Ｂは、配線保持部１３の凹部１３Ａに引っ掛かっている。または配線１１Ｂは、凹部１３Ａに嵌合する。または配線１１Ｂは、凹部１３Ａにて接着材で固定されていてもよい。実施の形態１における配線１１Ｂは、熱電対素線が被覆された被覆熱電対線、あるいは被覆された補償導線等である。

（温度モニタ部の取り付け方法）
温度モニタ部１１の取り付け方法を説明する。ベース板１の下面にＴＩＭが塗布される。この際、熱電対の配線１１Ｂが通される位置に溝１５Ａが設けられるようにＴＩＭがパターニングされる。熱伝導材９がＴＩＭシートの場合、溝１５Ａが形成されるようにＴＩＭシートが選択的に貼付される。熱電対の測温接点を形成している先端部が折り曲げられ、ベース板１の穴１０に差し込まれる。先端部の固定方法は、隙間嵌めであってもよいし、締まり嵌めであってもよい。例えば、高熱伝導グリスが塗布された先端部が穴１０に挿入される。または、先端部がロウ付けによって穴１０の内部に固定されてもよい。さらに先端部が穴１０から抜けることを防止するため、先端部の手前に位置するテーパー部に接合材１４が充填される。その接合材１４は、テーパー部の使用温度領域に応じて選定される。接合材１４は、例えば、グラファイトペースト、Ａｇペースト、はんだ、Ｉｎなどである。熱電対の配線１１ＢがＴＩＭパターンの溝１５Ａに通される。また、熱電対の配線１１Ｂはベース板１の配線保持部１３に通される。配線１１Ｂは、その配線保持部１３にて、接着材または嵌合（かしめ）により固定される。ベース板１がヒートシンクに取り付けられる場合には、配線１１Ｂが溝１５Ａの内側に保持された状態で、ベース板１がヒートシンクに組み付けられる。

（作用および効果）
以上をまとめると、実施の形態１における半導体装置は、半導体素子５、ベース板１、温度モニタ部１１および熱伝導材９を含む。ベース板１は、上面に半導体素子５を保持し、下面に穴１０を含む。温度モニタ部１１は、穴１０の内部に取り付けられる温度検出部１１Ａと、温度検出部１１Ａから導出される配線１１Ｂと、を含む。熱伝導材９は、ベース板１の下面にパターンを有して設けられる。熱伝導材９のパターンは、穴１０からベース板１の端部まで延在する溝１５Ａを含む。温度モニタ部１１の配線１１Ｂは、溝１５Ａに設けられている。実施の形態１における温度モニタ部１１は熱電対であり、温度検出部１１Ａは測温接点であり、熱伝導材９はＴＩＭである。

このような構成によれば、ベース板１の温度がケース温度Ｔｃとして正確に測定される。

温度検出部１１Ａは、ベース板１に予め設けられた穴１０の内部に固定される。そのため、半導体素子５の発熱によってベース板１が変形する場合であっても、温度検出部１１Ａの位置が安定する。ベース板１の温度つまりケース温度Ｔｃの測定結果のばらつきが低減する。また、ヒートシンクがベース板１に取り付けられる場合であっても、ヒートシンクの上面の温度がベース板１の温度として誤って検出されることがない。正確に測定されたケース温度Ｔｃに基づいて、仮想ジャンクション温度Ｔｖｊが算出される。そのため、半導体素子５の寿命が正確に求められる。

温度モニタ部１１の配線１１Ｂは熱伝導材９のパターンの溝１５Ａに収容される。そのため、ヒートシンクがベース板１の下面に熱伝導材９を介して取り付けられる場合、ベース板１とヒートシンクとの接触性が向上する。その接触性の向上により、ベース板１の下面の面内における温度測定精度のばらつきが低減する。半導体装置の実際の使用状態と同様の状態、つまり半導体装置がヒートシンクに取り付けられた状態において、ベース板１の温度が正確に測定される。

実施の形態１における熱伝導材９は、グリスよりも変形しにくいＴＩＭである。温度モニタ部１１の配線１１Ｂは、そのＴＩＭが設けられていない溝１５Ａに配置される。このような構成は、ヒートシンクがベース板１に組み付けられる際の応力による配線１１Ｂの断線を防止する。さらに、このような構成は、ベース板１とヒートシンクとの組み立て時に、互いの位置がばらつくことを防止し、組み立て性を向上させる。半導体装置とヒートシンクとの位置関係が安定するため、ケース温度Ｔｃの測定結果も安定する。

また、実施の形態１におけるベース板１の穴１０は、半導体素子５の直下に位置する。

このような構成により、熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ－ｃ）の影響が最小限に抑えられ、精度のよい仮想ジャンクション温度Ｔｖｊが算出される。そのため、半導体素子５の寿命が正確に求められる。

また、実施の形態１におけるベース板１は、配線１１Ｂを保持する配線保持部１３を含む。配線保持部１３は、ベース板１の下面の端部に設けられる。配線１１Ｂは、ベース板１の下面の溝１５Ａから配線保持部１３に通されている。

このような構成は、温度モニタ部１１の配線１１Ｂの位置ずれを防止する。

（実施の形態１の変形例）
実施の形態１においては、温度検出部１１Ａが熱電対の測温接点であり、配線１１Ｂが被覆熱電対線、補償導線等である一例が示された。温度検出部１１Ａおよび配線１１Ｂは、それぞれ、サーミスタおよびリード線であってもよい。リード線は、耐熱性の絶縁物で被覆されている。サーミスタは、ベース板１とリード線とに電気的に接続されている。リード線は、熱伝導材９の溝１５Ａを通される。このような構成であっても、上記と同様の効果を奏する。

＜実施の形態２＞
実施の形態２における半導体装置および半導体装置を説明する。実施の形態２において、実施の形態１と同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。

（半導体装置の構成）
図４は、実施の形態２における半導体装置の構成を示す正面図である。その正面図の一部には、半導体装置の断面が示されている。図５は、図４に示される領域Ａの拡大断面図である。図６は、実施の形態２における半導体装置の構成を示す側面図である。図７は、実施の形態２における半導体装置の構成を示す底面図である。

半導体装置は、ベース板１、絶縁層２、回路パターン３、半導体素子５、ケース８、封止材７、温度モニタ部１１および電極端子１２を含む。絶縁層２、回路パターン３、半導体素子５、封止材７、ケース８および電極端子１２の構成は、実施の形態１に示されたそれらと同様である。熱伝導材９は設けられていない。また、ベース板１の構成が、実施の形態１とは異なる。

ベース板１は、下面に穴１０と溝１５Ｂとを含む。穴１０の構成は、実施の形態１と同様である。溝１５Ｂは、穴１０からベース板１の端部まで延在している。溝１５Ｂは、温度モニタ部１１の配線１１Ｂの直径に対して１．０以上１．２倍以下の深さを有する。また、溝１５Ｂの幅は、温度モニタ部１１の配線１１Ｂの直径よりも大きい。

ベース板１は、配線保持部１３として、側孔１３Ｂを有する。側孔１３Ｂは、ベース板１の側面に開口を有する。側孔１３Ｂは、ベース板１の下面の端部で溝１５Ｂに繋がっている。側孔１３Ｂの大きさは、温度モニタ部１１の配線１１Ｂの直径よりも大きい。側孔１３Ｂの大きさは、側孔１３Ｂの内壁と配線１１Ｂとの摩擦によって、配線１１Ｂの延在方向の位置が固定される程度の大きさであることが好ましい。

温度モニタ部１１は、温度検出部１１Ａと配線１１Ｂとを含む。温度検出部１１Ａは、熱電対の測温接点であり、配線１１Ｂは被覆熱電対線あるいは補償導線等である。実施の形態２における熱電対の配線１１Ｂは、実施の形態１とは異なり、溝１５Ｂに設けられている。溝１５Ｂの深さは配線１１Ｂの直径よりも深いため、配線１１Ｂは溝１５Ｂに収容される。さらに、配線１１Ｂは、ベース板１の下面の穴１０からベース板１の溝１５Ｂを介して、側孔１３Ｂを通されている。配線１１Ｂは、側孔１３Ｂにて保持される。配線１１Ｂの端部は、側孔１３Ｂから外部に導出されている。

（作用および効果）
以上をまとめると、実施の形態２における半導体装置は、半導体素子５、ベース板１および温度モニタ部１１を含む。ベース板１は、上面に半導体素子５を保持し、下面に穴１０を含む。温度モニタ部１１は、穴１０の内部に取り付けられる温度検出部１１Ａと、温度検出部１１Ａから導出される配線１１Ｂと、を含む。ベース板１は、穴１０からベース板１の端部まで延在する溝１５Ｂを含む。温度モニタ部１１の配線１１Ｂは、溝１５Ｂに設けられている。実施の形態２における温度検出部１１Ａは熱電対の測温接点であり、配線１１Ｂが被覆熱電対線、補償導線等である。ただし、温度検出部１１Ａおよび配線１１Ｂは、それぞれ、サーミスタおよび絶縁物で被覆されたリード線であってもよい。

このような構成により、温度モニタ部１１の配線１１Ｂはベース板１の溝１５Ｂに収容される。そのため、ヒートシンクがベース板１の下面に取り付けられる場合、ベース板１とヒートシンクとの接触性が向上する。その接触性の向上により、ベース板１の下面における温度測定精度のばらつきが低減する。つまり、ケース温度Ｔｃが正確に測定される。

また、このような構成は、ヒートシンクがベース板１に組み付けられる際の応力による配線１１Ｂの断線を防止する。また、実施の形態１に示されたＴＩＭが経年劣化によりフェーズチェンジした場合、ベース板１とヒートシンクとの隙間が狭くなる。その結果、温度モニタ部１１の配線１１Ｂが圧迫される可能性がある。実施の形態２においては、溝１５Ｂがベース板１の下面に設けられているため、ＴＩＭの劣化に起因した配線１１Ｂの断線が防止される。

また、実施の形態２における配線保持部１３は、ベース板１の側面に開口を有する側孔１３Ｂである。側孔１３Ｂは、ベース板１の下面の端部で溝１５Ｂに繋がっている。温度モニタ部１１の配線１１Ｂは、溝１５Ｂから側孔１３Ｂに通されている。

このような構成は、温度モニタ部１１の配線１１Ｂの位置ずれを防止する。特に、配線１１Ｂが側孔１３Ｂに通されることにより、ベース板１の端部の延在方向すなわち外周方向だけでなく、配線１１Ｂの延在方向においても、配線１１Ｂの位置が固定される。そのため、ベース板１をヒートシンクに取り付ける工程が容易となる。実施の形態１のベース板１に側孔１３Ｂが設けられる場合も、上記と同様の効果を奏する。

＜実施の形態３＞
実施の形態３における半導体装置および半導体装置を説明する。実施の形態３は実施の形態２の下位概念である。実施の形態３において、実施の形態１または２と同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。

（半導体装置の構成）
図８は、実施の形態３における半導体装置の構成を示す正面図である。その正面図の一部には、半導体装置の断面が示されている。図９は、図８に示される領域Ａの拡大断面図である。図１０は、実施の形態３における半導体装置の構成を示す底面図である。

半導体装置は、実施の形態２と同様に、ベース板１、絶縁層２、回路パターン３、半導体素子５、封止材７、ケース８、温度モニタ部１１および電極端子１２を含む。実施の形態３における半導体装置は、ベース板１の溝１５Ｂの内部の空間を埋める充填材１６をさらに含む。

充填材１６は、配線１１Ｂと溝１５Ｂとの隙間に充填されている。配線１１Ｂは、その充填材１６によって溝１５Ｂの内部に固定される。充填材１６は、例えば、はんだ、Ａｇペースト等の高熱伝導材料である。充填材１６は、フェーズチェンジが生じにくい材料であることが好ましい。充填材１６は、半導体装置の動作環境温度、半導体素子５の動作時の最低温度および最高温度に基づいて、選定される。

（作用および効果）
ベース板１の下面にヒートシンクが取り付けられる場合であっても、溝１５Ｂに充填された充填材１６を介してベース板１からヒートシンクに熱が伝導する。充填材１６がない場合と比較して、放熱効率が向上する。特に、多数の地点におけるケース温度Ｔｃの測定を目的として、複数の溝１５Ｂがベース板１の下面に設けられた場合、溝１５Ｂの面積の増加に伴って放熱性は低下する。しかし、実施の形態３においては、充填材１６が溝１５Ｂの隙間を埋めるため、ベース板１とヒートシンクとが接触する面積は、溝１５Ｂの面積に関係しない。多数の地点においてケース温度Ｔｃが測定される場合であっても、放熱性の低下が防止される。なお、実施の形態３において、配線保持部１３は設けられていないが、配線保持部１３が設けられていても、上記の効果を奏する。

＜実施の形態４＞
実施の形態４における半導体装置および半導体装置を説明する。実施の形態４は実施の形態２の下位概念である。実施の形態４において、実施の形態１から３のいずれかと同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。

（半導体装置の構成）
図１１は、実施の形態４における半導体装置の構成を示す正面図である。その正面図の一部には、半導体装置の断面が示されている。図１２は、図１１に示される領域Ａの拡大断面図である。図１３は、実施の形態４における半導体装置の構成を示す底面図である。

半導体装置は、実施の形態２と同様に、ベース板１、絶縁層２、回路パターン３、半導体素子５、封止材７、ケース８、温度モニタ部１１および電極端子１２を含む。実施の形態４における半導体装置は、熱伝導材９とヒートシンク２０とをさらに含む。実施の形態４における半導体装置は、ヒートシンク一体型の構造を有する。

熱伝導材９は、ベース板１の下面に設けられる。熱伝導材９は、半導体素子５で発生する熱を、ベース板１の下面に取り付けられるヒートシンク２０に伝導させる。実施の形態４における熱伝導材９は、溝１５Ｂ以外の領域だけでなく、配線１１Ｂと溝１５Ｂとの隙間にも充填されている。配線１１Ｂは、その熱伝導材９によって溝１５Ｂの内部に固定される。つまり、熱伝導材９は、実施の形態３に示された充填材１６の機能も兼ねる。熱伝導材９は、例えば、ＴＩＭ、はんだ、Ａｇペースト等の高い熱伝導特性を有する材料である。

ヒートシンク２０は、熱伝導材９を介して、ベース板１の下面に対向するように設けられる。実施の形態４におけるヒートシンク２０は、プレートおよび複数のフィンを有する。ベース板１の下面に接着されるプレートの接着面には、ベース板１の溝１５Ｂと対向する位置に溝１５Ｂ（図示せず）が設けられていてもよい。または、プレートの接着面は、平坦であってもよい。

（作用および効果）
実施の形態４における半導体装置はヒートシンク２０と一体化された状態で流通する。半導体装置の使用時つまりシステムへの実装時に、ベース板１をヒートシンク２０に取り付ける作業が必要ない。実装時に、想定外の応力が温度モニタ部１１に加わることがなく、温度モニタ部１１の位置ずれが発生しない。

熱伝導材９でベース板１とヒートシンク２０とが接着される。ベース板１とヒートシンク２０とがネジで固定される構造と比較して、ベース板１とヒートシンク２０との間に隙間が生じにくい。また、ネジの締め付け力によって生じるベース板１またはヒートシンク２０の反りが防止される。そのため、ベース板１からヒートシンク２０への放熱性が向上する。なおヒートシンク２０は水冷式であってもよい。

実施の形態４において、配線保持部１３は設けられていないが、配線保持部１３が設けられていても、上記の効果を奏する。また、実施の形態１に示された半導体装置が、ヒートシンク２０を備える場合も、上記と同様の効果を奏する。

＜実施の形態５＞
実施の形態５における半導体装置および半導体装置を説明する。実施の形態５は実施の形態２の下位概念である。実施の形態５において、実施の形態１から４のいずれかと同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。

（半導体装置の構成）
図１４は、実施の形態５における半導体装置の構成を示す正面図である。その正面図の一部には、半導体装置の断面が示されている。図１５は、図１４に示される領域Ａの拡大断面図である。図１６は、実施の形態５における半導体装置の構成を示す底面図である。

半導体装置は、ベース板１、絶縁層２、回路パターン３、半導体素子５、封止材７、ケース８および電極端子１２を含む。温度モニタ部２１の構成が、実施の形態１から４に示された温度モニタ部１１の構成とは異なる。また、実施の形態５における半導体装置は、温度モニタ用端子２５をさらに含む。

ベース板１は、実施の形態２と同様に、下面に穴１０と溝１５Ｂとを含む。穴１０の深さは約１ｍｍである。溝１５Ｂは、温度モニタ部２１の配線２１Ｂの直径に対して１．５以上２．０倍以下の深さを有する。

温度モニタ部２１の温度検出部２１Ａは、サーミスタであり、温度モニタ部２１の配線２１Ｂは、絶縁物で被覆されたリード線である。サーミスタは、例えば縦型サーミスタチップである。サーミスタの一方の端子（第１端子）は、導電性接合材２２によって穴１０の内部でベース板１に固定される。導電性接合材２２は、耐熱性を有する。導電性接合材２２は、例えば、グラファイトペースト、Ａｇペースト、はんだ、Ｉｎ等である。サーミスタの他方の端子（第２端子）は、例えば、金属ワイヤ２３によってリード線に接合される。または第２端子は、導電性接合材によってリード線に接合される。接合手法は、例えば、ワイヤボンディング、ろう付け、溶接、はんだ付け等である。このように、サーミスタは、ベース板１とリード線とに、電気的に接続されている。

リード線を被覆する絶縁物は、耐熱性の樹脂である。ベース板１の穴１０の内部の隙間は、高耐熱性絶縁物２４で埋められる。高耐熱性絶縁物２４には、熱伝導性に優れた素材が用いられる。高耐熱性絶縁物２４は、例えば、ＰＥＥＫ樹脂、ＰＰＳ樹脂等である。高耐熱性絶縁物２４によって、リード線とベース板１とは互いに絶縁される。

温度モニタ用端子２５は、ケース８の上面に設けられる。ここでは、２つの温度モニタ用端子２５が設けられている。一方の温度モニタ用端子２５は、リード線およびベース板１を介してサーミスタの第１端子に電気的に接続されている。もう一方の温度モニタ用端子２５は、温度モニタ部２１のリード線を介してサーミスタの第２端子に電気的に接続されている。

（作用および効果）
温度モニタ用端子２５を介して半導体素子５の直下のケース温度Ｔｃが測定される。温度検出部２１Ａがサーミスタであることにより、温度検出部２１Ａとベース板１との接触部の熱抵抗が安定する。また、配線２１Ｂの断線等による温度測定の不能が防止される。実施の形態５において、配線保持部１３は設けられていないが、配線保持部１３が設けられていても、上記の効果を奏する。

なお、半導体素子５が温度検知機能を有していてもよい。サーミスタによってベース板１の温度が常時測定され、半導体素子５の温度検知機能によって半導体素子５の上面の温度が常時測定される。また、実施の形態４に示されたように、ヒートシンク２０が、熱伝導材９を介してベース板１の下面に取り付けられていてもよい。実施の形態１に示された半導体装置が上記の温度モニタ用端子２５を備え、その温度検出部１１Ａがサーミスタであってもよい。

＜実施の形態６＞
実施の形態６における半導体装置および半導体装置を説明する。実施の形態６は実施の形態２の下位概念である。実施の形態６において、実施の形態１から５のいずれかと同様の構成要素には、同一の参照符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。

（半導体装置の構成）
図１７は、実施の形態６における半導体装置の構成を示す正面図である。その正面図の一部には、半導体装置の断面が示されている。図１８は、実施の形態６における半導体装置の構成を示す側面図である。

半導体装置は、ベース板１、絶縁層２、回路パターン３、半導体素子５、封止材７、ケース８、温度モニタ部１１および電極端子１２を含む。実施の形態６における半導体装置は、温度モニタ用端子２５をさらに含む。

図示は省略するが、ベース板１の下面には、２つの穴１０と、それら２つの穴１０にそれぞれ繋がっている２つの溝１５Ｂとが設けられている。また、ベース板１の側面には、図１８に示されるように、２つの開口が設けられている。一方の開口は、一方の溝１５Ｂの端部に対応する。他方の開口は、もう一方の溝１５Ｂ（図示せず）に繋がっている配線保持部１３としての側孔１３Ｂに対応する。

ケース８は、側面に縦方向に延在する溝として縦溝２６を含む。ここでは、２つの縦溝２６が設けられている。２つの縦溝２６の位置は、ベース板１の側面に設けられた２つの開口の直上に対応する。縦溝２６は、温度モニタ部１１の配線１１Ｂの直径に対して、１．０以上１．２倍以下の深さを有する。

実施の形態６においては、図１８に示されるように２つの温度モニタ部１１が設けられている。温度モニタ部１１は、熱電対である。２つの温度モニタ部１１の測温接点は、それぞれ異なる穴１０に挿入されている。つまり、２つの温度モニタ部１１は、それぞれ異なる位置の温度を測定する。一方の配線１１Ｂは、穴１０および溝１５Ｂを介して縦溝２６に通されている。もう一方の配線１１Ｂは、穴１０、溝１５Ｂおよび側孔１３Ｂを介して縦溝２６に通されている。

ケース８の上面には、２つの温度モニタ用端子２５を１組として、２組の温度モニタ用端子２５Ａ，２５Ｂが設けられている。温度モニタ用端子２５は、熱電対の材料に対応する補償導線の材料で形成されている。１組の温度モニタ用端子２５Ａおよびもう１組の温度モニタ用端子２５Ｂには、それぞれ異なる熱電対の配線１１Ｂが電気的に接続される。熱電対の配線１１Ｂと温度モニタ用端子２５とは、例えば、導電性接合材によって接合される。接合手法は、例えば、ろう付け、溶接、はんだ付け等である。熱電対の測温接点とは反対側の端部に、先端コネクタが取り付けられている場合、その先端コネクタがケース８の縦溝２６にはめ込まれていてもよい。

（作用および効果）
このような半導体装置は、ケース８の上面における温度モニタ用端子２５を介してベース板１の温度つまりケース温度Ｔｃを検出することを可能にする。ケース８の上面に温度モニタ用端子２５が設けられているため、温度モニタ用端子２５と配線１１Ｂとの接合工程が容易となる。また、ベース板１の下面の溝１５Ｂに通された配線１１Ｂと、ベース板１が組み付けられる相手方の部品または装置との間において、配線１１Ｂの巻き込みの発生が低減し、組付け作業が容易化される。

実施の形態１の半導体装置に、上記の温度モニタ用端子２５が設けられていてもよい。その場合、温度モニタ部１１の配線１１Ｂは、ベース板１の穴１０、熱伝導材９の溝１５Ａおよびケース８の縦溝２６を介して、温度モニタ用端子２５に電気的に接続される。そのような構成であっても、上記と同様の効果を奏する。

なお、本開示は、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

本開示は詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であり、限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、想定され得る。

１ ベース板、２ 絶縁層、３ 回路パターン、４ 接合材、５ 半導体素子、６ 内部配線、７ 封止材、８ ケース、９ 熱伝導材、１０ 穴、１１ 温度モニタ部、１１Ａ 温度検出部、１１Ｂ 配線、１２ 電極端子、１２Ａ 主電極端子、１２Ｂ 信号電極端子、１３ 配線保持部、１３Ａ 凹部、１３Ｂ 側孔、１４ 接合材、１５Ａ 溝、１５Ｂ 溝、１６ 充填材、２０ ヒートシンク、２１ 温度モニタ部、２１Ａ 温度検出部、２１Ｂ 配線、２２ 導電性接合材、２３ 金属ワイヤ、２４ 高耐熱性絶縁物、２５ 温度モニタ用端子、２５Ａ 温度モニタ用端子、２５Ｂ 温度モニタ用端子、２６ 縦溝。

Claims (11)

1. 半導体素子と、
   上面に前記半導体素子を保持し、下面に穴を含むベース板と、
   前記穴の内部に取り付けられる温度検出部と、前記温度検出部から導出される配線と、を含む温度モニタ部と、
   前記ベース板の前記下面にパターンを有して設けられる熱伝導材と、を備え、
   前記熱伝導材の前記パターンは、前記穴から前記ベース板の端部まで延在する溝を含み、
   前記温度モニタ部の前記配線は、前記溝に設けられている、半導体装置。
2. 前記熱伝導材を介して、前記ベース板の前記下面に対向するように設けられるヒートシンクをさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。
3. 半導体素子と、
   上面に前記半導体素子を保持し、下面に穴を含むベース板と、
   前記穴の内部に取り付けられる温度検出部と、前記温度検出部から導出される配線と、を含む温度モニタ部と、を備え、
   前記ベース板は、前記穴から前記ベース板の端部まで延在する溝を含み、
   前記温度モニタ部の前記配線は、前記溝に設けられている、半導体装置。
4. 前記溝の内部の空間を埋める充填材をさらに備える、請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記ベース板の前記下面に設けられる熱伝導材をさらに備え、
   前記熱伝導材を介して、前記ベース板の前記下面に対向するように設けられるヒートシンクをさらに備える、請求項３または請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記穴は、前記半導体素子の直下に位置する、請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の半導体装置。
7. 前記ベース板は、前記配線を保持する配線保持部をさらに含み、
   前記配線保持部は、前記ベース板の前記下面の前記端部に設けられ、
   前記配線は、前記ベース板の前記溝から前記配線保持部に通されている、請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の半導体装置。
8. 前記配線保持部は、前記ベース板の側面に開口を有する側孔であり、
   前記側孔は、前記ベース板の前記下面の前記端部で前記溝に繋がっており、
   前記温度モニタ部の前記配線は、前記溝から前記側孔に通されている、請求項７に記載の半導体装置。
9. 前記温度検出部は、サーミスタであり、
   前記配線は、絶縁物で被覆されたリード線であり、
   前記サーミスタは、前記ベース板と前記リード線とに、電気的に接続されている、請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の半導体装置。
10. 前記温度検出部は、熱電対の測温接点である、請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の半導体装置。
11. 枠形状を有し、前記半導体素子を前記枠形状の内側に収容するケースと、
    前記ケースの上面に設けられ、前記配線と電気的に接続される温度モニタ用端子と、をさらに備え、
    前記温度モニタ用端子は、前記熱電対の材料に対応する補償導線の材料で形成されている、請求項１０に記載の半導体装置。

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