KR100536115B1 - 전력 반도체장치 - Google Patents

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KR100536115B1
KR100536115B1 KR10-2003-0015645A KR20030015645A KR100536115B1 KR 100536115 B1 KR100536115 B1 KR 100536115B1 KR 20030015645 A KR20030015645 A KR 20030015645A KR 100536115 B1 KR100536115 B1 KR 100536115B1
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semiconductor device
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silicon carbide
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키요시 아라이
노부히사 혼다
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

고온측으로부터 저온측으로의 열전도를 억제한, 전력 반도체소자를 구비하는 전력 반도체장치를 제공한다. 전력 반도체장치(10)는, 탄화실리콘을 기재로서 사용하는 전력 반도체소자(1, 2)가 탑재된 유닛(7)과, 유닛의 패키지부(8)보다 열전도율이 낮은 재질로 이루어지고, 유닛을 덮는 외측 패키지(9)를 구비한다. 또한, 다른 전력 반도체장치(20)로서는, 탄화실리콘을 기재로서 사용하는 전력 반도체소자(1, 2)가 탑재된 제1 유닛(26)과, 실리콘을 기재로서 사용하는 반도체소자(12a, 12b)가 탑재되고, 제1 유닛과 전기적으로 접속된 제2 유닛(28)을 구비한다. 또한, 제1 유닛과 상기 제2 유닛과의 사이에 끼워진 단열부재(18)를 구비한다.

Description

전력 반도체장치{POWER SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 탄화실리콘을 기재로서 사용하는 전력 반도체소자를 탑재하는 전력 반도체장치에 관한 것이다.
전력 반도체장치는, 일반적으로 파워모듈이라고도 부르고 있다. 이 파워모듈을 구성하는 전력 반도체소자로서, 실리콘 Si를 기재로서 사용한 파워 MOSFET, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), 다이오드 등의 반도체소자가 사용되고 있다. 예를 들면, 종래의 전력 반도체장치(50)는(도 11에 나타내는 바와 같이, 금속제조의 방열 베이스판(65) 상에, 회로패턴부 세라믹기판(63)이 배치되어 있다. 또한, 그 회로패턴부 세라믹기판(63) 상에 실리콘을 기재로 하는 전력 반도체소자(51, 52)가 땜납 및 알루미늄 와이어(66)로 접속되어 회로를 구성한다. 또한, 소자(51, 52)는, 컬렉터전극(53), 에미터전극(54), 제어신호단자(72), 에미터 신호단자(74) 등의 외부단자와 접속되어 있다. 또한, 이 전력 반도체장치는, 소자(51, 52) 및 회로를 보호하기 위해 측면 케이스(60)와 뚜껑(61)으로 구성되는 케이스 내를 겔(62)로 충전되어 있다. 즉, 이 전력 반도체장치(50)에서는, 실리콘을 기재로 하는 전력 반도체소자(51, 52)는, 땜납 및 알루미늄 와이어(66)로 접속되어 회로를 구성하고 있다.
반도체소자로서, 실리콘 대신에 탄화실리콘(SiC)을 기재로서 사용한 반도체소자가 실용화되어 있다. 이 탄화실리콘을 기재로서 사용한 반도체소자는, 동작보증온도는 150℃ 이상으로, 약 300℃ 정도까지의 고온으로 동작시킬 수 있다는 특징이 있다.
전력 반도체장치로는, 전술한 바와 같이 IGBT나 플라이휠(flywheel) 다이오드 등의 각 소자와 회로패턴 사이를 땜납으로 접속하고 있다. 이 때문에, 150℃ 이상의 고온, 또한 300℃ 정도까지 고온동작시킨 경우에는, 소자 사이의 땜납이 녹아 버린다. 정지시에는 땜납이 응고하고, 고온에서의 동작과 정지를 반복하면, 땜납의 용융, 응고라는 현상을 반복하기 때문에 접합부의 신뢰성을 잃어버린다. 한편, 소자의 에미터부 및 게이트부에서는, 알루미늄 와이어 본딩으로 접속되어 있다. 와이어 본딩의 경우, 고온동작시와 정지시에 있어서, 와이어와 소자와의 접합부에서의 온도차가 커져, 와이어에 과대한 응력이 생긴다. 또한, 소자와 알루미늄 와이어와의 열팽창률차에 의한 열응력이 생기기 때문에, 접합부의 신뢰성이 저하한다. 또한, 종래의 패키지 구조로서는, 방열 베이스판(65)이 약 300℃라는 고온이 되어, 그 열전도로 전력 반도체장치 전체가 고온이 된다. 그 때문에, 전력 반도체장치가 인버터에 삽입된 경우, 인버터를 구성하는 주변부품도 또 고온에 노출되므로, 인버터 전체의 수명이 짧아진다.
또한, 전력 반도체장치에는, 최근, 파워보드라고도 부르는 전력용 프린트기판이 사용되고 있다. 탑재되는 전력 반도체소자가 고온이 되면, 접합부에서의 열전도에 의해 전력용 프린트기판도 고온에 노출된다. 전력용 프린트기판은 고온에는 약하기 때문에, 전력 반도체소자와 프린트기판과의 접합부의 고온화를 피할 필요가 있다. 또한, 고온측으로부터 저온측으로의 열전도를 억제할 필요가 있다.
그래서, 본 발명의 목적은, 고온측으로부터 저온측으로의 열전도를 억제한, 탄화실리콘을 기재로서 사용하는 전력 반도체소자를 탑재한 전력 반도체장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 전력 반도체장치는, 탄화실리콘을 기재로서 사용하는 전력 반도체소자가 탑재된 유닛과,
상기 유닛의 패키지부보다 열전도율이 낮은 재질로 이루어지고, 상기 유닛을 덮는 외측 패키지를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 전력 반도체장치는, 탄화실리콘을 기재로서 사용하는 전력 반도체소자가 탑재된 제1 유닛과,
실리콘을 기재로서 사용하는 반도체소자가 탑재되고, 상기 제1 유닛과 전기적으로 접속된 제2 유닛을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 전력 반도체장치는, 상기 전력 반도체장치에 있어서, 상기 제1 유닛과 상기 제2 유닛과의 사이에 끼워진 단열부재를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
더욱이, 본 발명에 관한 전력 반도체장치는, 상기 전력 반도체장치에 있어서, 단열부재를 통해 상기 제2 유닛의 내부에 상기 제1 유닛을 감싸고 있는 것을 특징으로 한다.
또한 더욱이, 본 발명에 관한 전력 반도체장치는, 상기 전력 반도체장치에 있어서, 상기 단열부재는, 상기 제1 및 제2 유닛의 사이에 충전된 몰드수지로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 전력 반도체장치는, 상기 전력 반도체장치에 있어서, 상기 제1 유닛으로부터 상기 제2 유닛으로 열전도하는 열을 흡수하는 열버퍼부를 구비한 것을 특징으로 한다.
더욱이, 본 발명에 관한 전력 반도체장치는, 상기 전력 반도체장치에 있어서, 상기 제2 유닛으로부터 외부로 방열시키는 방열부를 구비하고,
상기 제1 유닛과 상기 방열부와의 사이에 저열전도부를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한 더욱이, 본 발명에 관한 전력 반도체장치는, 상기 전력 반도체장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 유닛과 공통하는 전극을 구비하고, 상기 전극은, 부분적으로 폭이 넓어진 부분을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 관한 전력 반도체장치는, 상기 전력 반도체장치에 있어서, 상기 탄화실리콘을 기재로서 사용하는 전력 반도체소자는, 압접구조로 상기 제1 유닛에 탑재되어 있는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 본 발명에 관한 전력 반도체장치는, 상기 전력 반도체장치에 있어서, 상기 탄화실리콘을 기재로서 사용하는 전력 반도체소자는, 다이오드 또는 트랜지스터인 것을 특징으로 한다.
[발명의 실시예]
본 발명의 실시예에 관한 전력 반도체장치에 대하여, 첨부도면을 사용하여 설명한다. 또한, 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
(실시예 1)
본 발명의 실시예 1에 관한 전력 반도체장치에 대하여, 도 1을 사용하여 설명한다. 도 1은, 이 전력 반도체장치(10)의 (a) 평면도, (b) 정면도, (c) 측면도로 이루어진다. 이 전력 반도체장치(10)는, 탄화실리콘을 기재로 하는 전력 반도체소자(1, 2)를 탑재하는 유닛(7)과, 그 유닛 내에 충전된 수지(24)와, 열전도율이 그 유닛(7)의 패키지부(8)보다 낮은 외측 패키지부(9)를 구비하고 있다. 외측 패키지부(9)가 저열전도율의 재료로 이루어지므로, 외측 패키지부(9)의 표면온도를 낮게 할 수 있다. 또한, 전체로서 소형의 전력 반도체장치(10)를 제공할 수 있다. 또한, 상기 유닛(7) 내에 충전된 수지(24)는, 열전도율이 상기 외측 패키지(9)보다 낮다. 또한, 상기 탄화실리콘을 기재로 하는 전력 반도체소자(1, 2)는, 동작보증 온도가 150℃ 이상이며, 약 150℃ 이상의 고온에서의 동작도 가능하므로, 유닛(7)은, 약 150℃ 이상으로 동작시킬 수 있다. 더욱이, 이 유닛(7)은, 전력반도체소자(1,2)를 내포하는 패키지부(8)를 가지고 있고, 이 패키지부(8)의 외측을 감싸도록 외측 패키지부(9)가 설치되어 있다. 외측 패키지부(9)는, 단열부재에 의해 유닛(7)과 단열되어 있다. 이것에 의해, 고온의 유닛(7)으로부터 외측 패키지부(9)로의 열전도를 억제할 수 있다. 또한, 이 외측 패키지부(9)로서, 예를 들면, 열전도율이 10W/(m·K) 이하, 더 바람직하게는 2W/(m·K) 이하의 저열전도성의 재료를 사용할 수 있다. 이 단열부재로서는, 예를 들면, 에폭시수지 등의 몰드수지를 사용할 수 있다.
다음에, 이 전력 반도체장치에서 사용하는 탄화실리콘을 기재로서 사용하는 전력 반도체소자(1, 2)에 대하여 설명한다. 이 탄화실리콘을 기재로 하는 전력 반도체소자(1, 2)는, 150℃ 이상, 또 300℃ 정도에서의 고온동작에서도 손실이 커지지 않는다는 특징을 가지고 있다. 그래서, 칩 사이즈를 작게 하여 소자 자체의 발열에 의해 고온으로 된 경우에서도 손실을 크게 하지 않고 고온동작시킬 수 있다. 또, 실리콘을 기재로 하는 반도체소자는, 통상, 125℃ 이하의 동작이 보증되어 있다. 그 동작보증온도는 최대 150℃로 되어 있다. 150℃ 이상의 고온으로 동작시킨 경우에는, 반도체소자에서의 전력손실의 증가가 현저하다. 또한, 통상의 반도체소자로서는, 칩 사이즈를 크게 해 놓고, 발열한 경우에도 고온이 되지 않도록 하고 있다.
여기서, 전력 반도체소자의 사이즈와 발열과의 관계에 대하여 설명한다. 전력 반도체소자(1, 2)는, 대전류, 고전압으로 동작시키기 위해 소자 자체에 의한 발열이 크고, 이면측에서 방열계에 접속되어 있다. 전력 반도체소자(1, 2)로부터 방열계로의 열회로를 생각한 경우, 열전도의 용이함을 나타내는 열저항의 대소에 의해 소자 자체의 온도가 결정된다. 열전도방향은, 소자의 이면으로부터 면의 법선방향에 따른 종방향과, 면에 평행한 횡방향이 있다. 종방향의 열전도는, 소자 이면으로부터 방열계까지의 구성부재의 재질이나 두께 등에 의존한다. 또한, 횡방향의 열전도는, 각 구성부재의 열확산면적, 즉, 소자의 사이즈 등에 의존한다. 따라서 소자의 면적이 작을 수록 열전도하기 어려워지므로 고온이 되기 쉽다.
또한, 이 전력 반도체장치에서의 전력 반도체소자(1, 2)의 접속부에 대하여 설명한다. 이 전력 반도체소자(1, 2)는, 압접구조로 유닛(7)에 탑재되어 있다. 압접구조로서는 접속부에 땜납을 사용하지 않기 때문에, 150℃ 이상, 또 300℃ 이상으로 고온동작시킨 경우에도, 접속부에서 땜납의 용융 등은 생기지 않는다. 예를 들면, 유닛(7)을 트랜스퍼 몰드법으로 형성하는 경우에는, 몰드성형시의 금형압력을 이용하여 압력을 인가한 상태로 몰드를 행함으로써 전력 반도체소자(1, 2)의 압접구조를 실현할 수 있다. 또한, 전력 반도체소자의 전기적 접속의 방법은, 상기 압접구조에 한정되지 않고, 동작온도에서의 내열성을 확보할 수 있으면 다른 접속방법을 사용해도 된다. 예를 들면, 은납, 금납 등의 경납(hard solder)에 의한 접속을 행해도 된다. 또한, 보조적으로 원뿐형 스프링(conical spring)을 사용해도 된다. 또한, 소자의 양면에 얇은 리본형의 전극을 초음파 접합해도 된다. 이밖에, 상하를 나사로 체결하는 구조를 사용해도 된다.
또한 더욱이, 전극(3, 4)의 구조에 대하여 설명한다. 컬렉터전극(3)은, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 고온의 유닛(7)측으로부터 외부기기로의 접합부로의 도중에서 전극의 폭이 부분적으로 확장되어 있다. 또, 에미터전극(4)은 도시하지 않고 있지만, 컬렉터전극(3)과 동일한 구조를 사용할 수 있다. 이것에 의해 고온의 유닛(7)으로부터 저온의 외측 패키지(9), 더욱이 외부기기와의 접속부에 걸쳐서 전해지는 열을 확장부분으로 방열하고, 저온측으로의 열전도를 억제할 수 있다. 이 컬렉터전극(3), 에미터전극(4) 등에는, 통상, 전기전도도가 큰 강재가 사용된다.
또한, 이 전력 반도체장치(10)에서는, 몰드수지의 절연에서는 시간경과 열화가 생각되므로, 세라믹기판(6)을 사용하여 일정한 절연내량을 확보하고 있다.
다음에, 이 전력 반도체장치(10)의 제조방법에 대하여 설명한다. 이 전력 반도체장치(10)는, 다음 순서로 제작된다.
(a) 유닛(7) 내에 수지(24)를 충전한다. 이때, 동시에 유닛(7)에 탄화실리콘을 기재로 하는 전력 반도체소자(1, 2)를 압접구조로 배치한다. 트랜스퍼 몰드법을 사용하는 경우, 몰드성형의 금형압력을 이용하여 압력을 인가한 상태로 몰드성형을 행함으로써, 전력 반도체소자(1, 2)의 압접구조를 실현할 수 있다.
(b) 외측 패키지(9)로 유닛(7)을 감싸도록 몰드성형을 행한다. 이 경우, 외측 패키지(9)에는, 유닛(7)의 패키지부(8)보다 열전도율이 낮은 수지를 사용한다. 저열전도성으로서, 내열성이 있는 수지로 몰드성형함으로써, 유닛(7)을 덮는 외측 패키지(9)의 수지두께를 얇게 할 수 있다.
이상의 순서에 의해 제작된 전력 반도체장치(10)에서는, 유닛(7)과 외측 패키지(9)와의 사이를 단열적으로 접속할 수 있다. 이것에 의해, 유닛(7)으로부터 외측 패키지(9)로의 열전도를 억제할 수 있다.
(실시예 2)
본 발명의 실시예 2에 관한 전력 반도체장치에 대하여, 도 2를 사용하여 설명한다. 도 2는, 이 전력 반도체장치(10a)의 (a) 평면도, (b) 정면도, (c) 측면도로 이루어진다. 이 전력 반도체장치(10a)는, 실시예 1에 관한 전력 반도체장치와 비교하면, 도 2b, 2c에 나타내는 바와 같이, 유닛(7)을 덮는 외측 패키지(9)의 내부에 열용량이 큰 열버퍼 플레이트(11)를 설치한 점에서 서로 다르다. 이 열버퍼 플레이트(11)는 유닛(7)으로부터 외측 패키지(9)로 열전도하는 열을 흡수한다. 이것에 의해, 열버퍼 플레이트(11)를 사용하지 않은 경우에 비해, 외측 패키지(9)의 열저항을 크게 할 수 있으므로, 유닛(7)의 탄화실리콘·트랜지스터(1), 탄화실리콘 ·다이오드(2)의 동작에 의해 발생한 열을 외부에 전달하기 어렵게 할 수 있다. 또한, 이 열버퍼 플레이트(11)를 사용함으로써 열을 풀(pool)할 수 있고, 외부로의 열전도를 억제할 수 있다. 예를 들면, 제2 유닛(8)의 내부온도가 100℃인 경우, 열버퍼 플레이트를 사용하지 않은 경우에는 외부 표면온도가 약 80℃이다. 한편, 열버퍼 플레이트(11)를 사용한 경우에는, 외부 표면온도를 약 60℃ 정도로 감소시킬 수 있다. 또한, 이 열버퍼 플레이트(11)에는, 예를 들면, 은, 구리 등의 금속 외, 산화 알루미늄 등의 세라믹 등을 사용할 수 있다.
(실시예 3)
본 발명의 실시예 3에 관한 전력 반도체장치에 대하여, 도 3으로부터 도 6을 사용하여 설명한다. 도 3은, 이 전력 반도체장치(20)의 (a) 평면도, (b) 정면도로 이루어진다. 이 전력 반도체장치(20)는, 실시예 1에 관한 전력 반도체장치와 비교하면, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 유닛(26)과 제2 유닛(28)을 병렬하여 배치하고 있는 점에서 서로 다르다. 즉, 탄화실리콘을 기재로 하는 전력 반도체소자(2)를 포함하는 고온동작부의 제1 유닛(26)과, 실리콘을 기재로 하는 반도체소자(12a, 12b)를 포함하는 저온동작부인 제2 유닛(28)을 단열적으로 접속하고 있다. 이것에 의해 고온동작하는 제1 유닛(26)으로부터 저온동작하는 제2 유닛(28)으로의 열전도를 억제할 수 있다. 또한, 방열 베이스판(15)은, 제2 유닛(28)으로부터 외부로 방열시키는 역할을 담당하고 있다.
도 4는, 컬렉터전극(3)의 배치를 나타내는 사시도이며, 도 5는, 에미터전극(4)의 배치를 나타내는 사시도이다. 컬렉터전극(3)의 제1 유닛(26)측에는 탄화실리콘을 기재로 하는 전력 반도체소자(2)가 설치되고, 제2 유닛(28)측에는 실리콘을 기재로 하는 반도체소자(12a, 12b)가 설치되어 있다. 에미터전극(4)은, 제1 유닛(26)측에서 빗형 형상의 단자를 가지며, 제2 유닛(28)측으로 알루미늄(16)에 의한 와이어 본딩용의 단자를 갖는다.
또한, 다른 형태의 전력 반도체장치는, 도 6a에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 유닛과의 사이에 충전된 몰드수지로 이루어지는 단열부(18)를 구비한다. 이 몰드수지로 이루어지는 단열부(18)에 의해, 고온동작하는 제1 유닛(26)으로부터 저온동작하는 제2 유닛(28)으로의 열전도를 억제할 수 있다. 이 단열부(18)는, 제1 유닛(26)으로부터의 열의 축적과 방산과의 역할을 담당하고 있고, 제2 유닛(28)으로의 열전도를 억제할 수 있다.
또 다른 형태의 전력 반도체장치로는, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 제1 유닛(26)과 방열 베이스판(15)과의 사이에서 저열전도성 재료를 충전한 저열전도부(19)를 구비한다. 이 방열 베이스판(15)은, 제2 유닛(28)으로부터 방열시키는 역할을 담당하고 있다. 또한, 이 저열전도성의 재료의 열전도율은, 10W/(m·K) 이하, 더 바람직하게는 2W/(m·K) 이하이다. 저열전도성의 재료로서는, 예를 들면, 에폭시수지 등을 사용할 수 있다. 이 저열전도부(19)에 의해, 제1 유닛(26)으로부터 방열 베이스판(15)을 통해 제2 유닛(28)으로의 열전도를 억제할 수 있다.
(실시예 4)
본 발명의 실시예 4에 관한 전력 반도체장치에 대하여, 도 7을 사용하여 설명한다. 이 전력 반도체장치(20a)는, 실시예 3에 관한 전력 반도체장치와 비교하면, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제2 유닛(28)측에서 실리콘을 기재로 하는 반도체소자로서 실리콘·트랜지스터(12a)만을 탑재하는 점에서 서로 다르다. 이밖에, 여러가지의 소자의 조합을 탑재해도 된다.
(실시예 5)
본 발명의 실시예 5에 관한 전력 반도체장치에 대하여, 도 8을 사용하여 설명한다. 이 전력 반도체장치(20b)는, 실시예 4에 관한 전력 반도체장치와 비교하면, 탄화실리콘을 기재로 하는 전력 반도체소자와 실리콘을 기재로 하는 반도체소자와의 하이브리드 구성에서, 제1 유닛(26)측에 탄화실리콘·트랜지스터(1)를 탑재하고, 제2 유닛(28)측에 실리콘 다이오드(12b)를 탑재하고 있는 점에서 서로 다르다. 탄화실리콘·트랜지스터(1)를 사용함으로써 실리콘·트랜지스터에 비해 칩 사이즈를 작게 할 수 있으므로, 전력 반도체장치를 소형화할 수 있다.
(실시예 6)
본 발명의 실시예 6에 관한 전력 반도체장치에 대하여, 도 9를 사용하여 설명한다. 이 전력 반도체장치(30)는, 실시예 3에 관한 전력 반도체장치와 비교하면, 도 9에 나타내는 바와 같이, 전력 반도체소자 등의 파워디바이스를 제어하기 위한 IC 등의 기능디바이스를 탑재한 점에서 서로 다른다. 이것에 의해 종래의 인텔리전트 파워모듈의 기술을 유효하게 활용하여 실리콘을 기재로 하는 반도체소자와 탄화실리콘을 기재로 하는 전력 반도체소자의 하이브리드 모듈을 실현할 수 있다.
(실시예 7)
본 발명의 실시예 7에 관한 전력 반도체장치에 대하여, 도 10을 사용하여 설명한다. 이 전력 반도체장치(30a)는, 실시예 6에 관한 전력 반도체장치와 비교하면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 전력 반도체소자 등의 파워디바이스를 제어하기 위한 IC에 다른 부품을 탑재하는 프린트기판(23)을 내장하는 점에서 서로 다른다. 이 프린트기판(23)을 추가, 변경함으로써 여러가지 기능추가를 용이하게 행할 수 있다.
본 발명에 관한 전력 반도체장치에 의하면, 탄화실리콘을 기재로서 사용하는 전력 반도체소자가 탑재된 유닛과, 그 유닛의 패키지부보다 열전도율이 낮은 재질로 이루어지고, 그 유닛을 덮는 외측 패키지부를 구비한다. 이 외측 패키지부는 저열전도율의 재료로 이루어지므로, 외측 패키지부의 표면온도를 낮게 할 수 있다. 또한, 전체로서 소형의 전력 반도체장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 관한 전력 반도체장치에 의하면, 탄화실리콘을 기재로서 사용하는 전력 반도체소자가 탑재된 제1 유닛과, 실리콘을 기재로서 사용하는 반도체소자가 탑재되고, 제1 유닛과 전기적으로 접속되어 있는 제2 유닛을 구비한다. 탄화실리콘을 기재로 하는 전력 반도체소자는 고온으로 동작가능하므로, 고온동작 가능한 제1 유닛과, 저온으로 동작시키는 제2 유닛을 복합시킬 수 있다. 이것에 의해 탄화실리콘을 기재로 하는 전력 반도체소자의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 전력 반도체장치에 의하면, 제1 유닛과 제2 유닛과의 사이에 끼워진 단열부재를 더 구비한다. 이것에 의해, 제1 및 제2 유닛을 단열적으로 접속할 수 있고, 고온동작하는 제1 유닛으로부터 저온동작하는 제2 유닛으로의 열전도를 억제할 수 있다. 그래서, 제2 유닛의 과승온을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 전력 반도체장치에 의하면, 제2 유닛은, 그 내부에 제1 유닛을 단열부재로 덮어 감싸고 있다. 이것에 의해, 고온의 제1 유닛으로부터 제2 유닛으로의 열전도를 억제할 수 있다.
또한 더욱이, 상기 단열부재는, 제1 및 제2 유닛의 사이에 걸쳐 충전된 몰드수지로 이루어진다. 이것에 의해 제1 유닛으로부터 제2 유닛으로의 열전도를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 전력 반도체장치에 의하면, 제1 유닛으로부터 제2 유닛으로의 열전도를 흡수하는 열버퍼부를 구비한다. 이 열버퍼부를 구비함으로써 제2 유닛은 열용량이 커지거나, 열저항이 높아지므로, 제1 유닛으로부터의 열전도에 의해서도 제2 유닛에서의 과승온을 억제할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 관한 전력 반도체장치에 의하면, 제2 유닛으로부터 외부로 방열시키는 방열부를 구비하고, 제1 유닛과 그 방열부와의 사이에 저열전도부를 구비함으로써 제1 유닛으로부터 방열부를 통해 제2 유닛으로의 열전도를 억제할 수 있다.
또한 더욱이, 본 발명에 관한 전력 반도체장치에 의하면, 제1 및 제2 유닛과 공통하는 전극을 구비하고, 상기 전극은, 부분적으로 폭이 넓어진 부분을 갖는다. 이것에 의해, 전극의 폭이 넓은 부분으로부터 방열할 수 있고, 제1 유닛으로부터 제2 유닛으로의 열전도를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 전력 반도체장치에 의하면, 탄화실리콘을 기재로 하는 전력 반도체소자는, 압접구조로 제1 유닛에 탑재되어 있다. 이것에 의해 고온동작시킨 경우에도 접속부에 땜납을 사용하고 있지 않으므로 땜납의 용융이 일어나지 않기 때문에, 신뢰성의 열화를 방지할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 관한 전력 반도체장치에 의하면, 탄화실리콘을 기재로 하는 전력 반도체소자로서 다이오드, 트랜지스터 등을 사용할 수 있다. 이것에 의해 여러가지의 소자의 조합을 탑재할 수 있다. 또한, 탄화실리콘·트랜지스터의 경우에는, 실리콘·트랜지스터에 비교하여 칩 사이즈를 작게 할 수 있고, 전력 반도체장치를 소형화할 수 있다.
도 1a는, 본 발명의 실시예 1에 관한 전력 반도체장치의 평면도이고, 도 1b는 정면도이며, 도 1c는 측면도이다.
도 2a는, 본 발명의 실시예 2에 관한 전력 반도체장치의 평면도이고, 도 2b는 정면도이며, 도 2c는 측면도이다.
도 3a는, 본 발명의 실시예 3에 관한 전력 반도체장치의 평면도이고, 도 3b는 정면도이다.
도 4는 도 3의 컬렉터전극의 배치를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 3의 전력 반도체장치의 에미터전극의 배치를 나타내는 사시도이다.
도 6a는, 본 발명의 실시예 3에 관한 전력 반도체장치에 있어서, 제1 유닛과 제2 유닛과의 사이의 단열적인 접속을 나타내는 평면도이고, 도 6b는 정면도이다.
도 7a는, 본 발명의 실시예 4에 관한 전력용 반도체장치의 평면도이고, 도 7b는 정면도이다.
도 8a는, 본 발명의 실시예 5에 관한 전력용 반도체장치의 평면도이고, 도 8b는 정면도이다.
도 9a는, 본 발명의 실시예 6에 관한 전력용 반도체장치의 평면도이고, 도 9b는 정면도이다.
도 10a는, 본 발명의 실시예 7에 관한 전력용 반도체장치의 평면도이고, 도 10b는 정면도이다.
도 11a는, 종래의 전력용 반도체장치의 평면도이고, 도 11b는 정면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : SiC 트랜지스터 2 : SiC 다이오드
3, 3a, 3b : 컬렉터전극 4, 4a, 4b : 에미터전극
5 : 게이트전극 6 : 세라믹기판
7 : 유닛 8 : 패키지부
9 : 외측 패키지부
10, 10a, 20, 20a, 20b, 30, 30a : 전력용 반도체장치
11 : 열버퍼 플레이트 12a : Si 트랜지스터
12b : Si다이오드 13 : 패턴부 세라믹기판
14 : 땜납 15 : 방열 베이스판
16 : 알루미늄 와이어 17 : 제2 땜납
18 : 단열부 19 : 저열전도부
21 : 제어소자 22 : 제어신호단자
23 : 프린트기판 24 : 수지
26 : 제1 유닛 28 : 제2 유닛
50 : 전력 반도체장치 51 : Si 트랜지스터
52 : Si다이오드 53 : 컬렉터전극
54 : 에미터전극 60 : 케이스
61 : 뚜껑 62 : 겔
63 : 패턴부 세라믹기판 64 : 땜납
65 : 방열 베이스판 66 : 알루미늄 와이어
72 : 제어신호단자 74 : 에미터 신호단자

Claims (3)

  1. 탄화실리콘을 기재로서 사용하는 전력 반도체소자가 탑재된 유닛과,
    상기 유닛의 패키지부보다 열전도율이 낮은 재질로 이루어지고, 상기 유닛을 덮는 외측 패키지를 구비한 것을 특징으로 하는 전력 반도체장치.
  2. 탄화실리콘을 기재로서 사용하는 전력 반도체소자가 탑재된 제1 유닛과,
    실리콘을 기재로서 사용하는 반도체소자가 탑재되고, 상기 제1 유닛과 전기적으로 접속된 제2 유닛을 구비한 것을 특징으로 하는 전력 반도체장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 유닛과 상기 제2 유닛과의 사이에 끼워진 단열부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 전력 반도체장치.
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