半導体装置
【課題】絶縁基板と金属基板とを接合する接合部材および絶縁基板と放熱部材とを接合する接合部材の接合性を別々の温度検出素子を用いて評価していたことから、モジュールの大型化という課題が生じていた。
【解決手段】本発明の一態様に係る半導体装置は、絶縁基体に埋設された、絶縁基体の温度を検出する複数の温度検出素子を備え、複数の温度検出素子が、絶縁基体の上面に第１の接合部材で接合された半導体素子の中心と上下に重なり合う部分に位置する第１の温度検出素子と、半導体素子の外周縁と上下に重なり合う部分に位置する少なくとも１つの第２の温度検出素子とを有している。
【解決手段】本発明の一態様に係る半導体装置は、絶縁基体に埋設された、絶縁基体の温度を検出する複数の温度検出素子を備え、複数の温度検出素子が、絶縁基体の上面に第１の接合部材で接合された半導体素子の中心と上下に重なり合う部分に位置する第１の温度検出素子と、半導体素子の外周縁と上下に重なり合う部分に位置する少なくとも１つの第２の温度検出素子とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、特にＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴのようなパワー半導体素子が載置された半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴのようなパワー半導体素子が載置された半導体装置としては、たとえば特許文献１に記載のパワーモジュールが知られている。パワー半導体素子には大電流が流されるため、半導体装置における発熱量が増大する傾向にある。半導体素子で生じた熱は、基板に伝わる。また、基板に伝わった熱は基板の下面に接合される放熱フィン、あるいは配線基板のような放熱部材を介して外部に放出される。
【０００３】
上述のように、パワー半導体素子が載置された半導体装置においては、パワー半導体素子に大電流が流されるため、半導体素子が載置される基板とを接合する接合部材などに非常に多くの熱が伝わる。そのため、接合部材による接合性が低下して、半導体素子からの放熱が十分でなくなる可能性がある。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載のパワーモジュールにおいては、半導体素子の表面に温度検出素子として複数のダイオードを固着し、これらのダイオードを用いて半導体素子の温度を測定している。具体的には、接合部材に亀裂が生じて熱伝達が低下した場合に半導体素子の温度勾配が変化することから、複数のダイオードを用いて上記の温度勾配の変化を検出することによって、パワーモジュールの寿命を判断して半導体素子への通電を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１１４５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体素子が載置される基板は一般的に放熱フィン、あるいは配線基板のような放熱部材に接合されている。特許文献１に記載のパワーモジュールにおける温度検出素子は半導体素子の表面に固着されることによって半導体素子の温度を測定していることから、基板と放熱部材とを接合する接合部材に亀裂が生じることによって熱伝導性が低下した場合、放熱性の低下を正確に検出することが困難であった。
【０００７】
そこで、特許文献１に記載のパワーモジュールにおいては、放熱部材である金属ベース板の表面に別途、温度検出素子を固着することによって基板と放熱部材とを接合する接合部材の接合性を評価している。しかしながら、温度検出素子を別途用いる必要があることから、温度検出素子を固着するためのスペースを確保することによるモジュールの大型化という課題が生じていた。
【０００８】
本発明は、このような従来技術に鑑みてなされたものであり、モジュールを小型化しつつ、半導体素子と基板とを接合する接合部材および基板と放熱部材とを接合する接合部材の接合性を良好に評価することが可能な半導体装置およびこのような半導体装置に用いられる素子載置用基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る半導体装置は、上面および下面を有する絶縁基体と、該絶縁基体の上面に下面が第１の接合部材で接合された金属基体と、該金属基体の上面に配設された半導体素子と、前記絶縁基体および前記金属基体を介して前記半導体素子と上下に重なり合うように、前記絶縁基体の下面に上面が第２の接合部材で接合された放熱基板と、前記絶縁基体に埋設された、前記絶縁基体の温度を検出する複数の温度検出素子とを備えている。そして、前記複数の温度検出素子が、前記半導体素子の中心と上下に重なり合う部分に位置する第１の温度検出素子と、前記半導体素子の外周縁と上下に重なり合う部分に位置する少なくとも１つの第２の温度検出素子とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
半導体装置の製造時の不良あるいは長期間の半導体装置の使用によって、金属基体の下面を絶縁基体の上面に接合する第１の接合部材および放熱基板の上面を絶縁基体の下面に接合する第２の接合部材が剥離する場合のように、第１の接合部材および第２の接合部材における熱伝達が低下した場合、このような熱伝達の低下は第１の接合部材および第２の接合部材の外周縁部分から生じ易い。そして、このような熱伝達の低下が半導体素子の直下まで進んだ場合に、金属基体から絶縁基体への放熱が阻害され、絶縁基体の温度勾配に変化が生じるようになる。
【００１１】
上記の態様に係る半導体装置においては、温度検出素子を半導体素子の表面に固着することによって半導体素子の温度を測定するのではなく、絶縁基体に埋設することによって絶縁基体の温度を測定している。しかも、複数の温度検出素子が単に絶縁基体に埋設されているのではなく、複数の温度検出素子が、半導体素子の中心と上下に重なり合う部分に位置する第１の温度検出素子と、半導体素子の外周縁と上下に重なり合う部分に位置する少なくとも１つの第２の温度検出素子とを有している。
【００１２】
そのため、第１の接合部材における熱伝達の低下が半導体素子の直下まで進行することによって絶縁基体の温度勾配に変化が生じた場合および第２の接合部材における熱伝達の低下が半導体素子の直下まで進行することによって絶縁基体の温度勾配に変化が生じた場合のいずれにおいても、複数の温度検出素子によってこれらの温度勾配の変化を即座に検出することが可能となる。
【００１３】
このように、第１の接合部材における熱伝達の低下による絶縁基体の温度勾配の変化および第２の接合部材における熱伝達の低下による絶縁基体の温度勾配の変化を別々の温度検出素子によって測定するのではなく、同じ温度検出素子によって測定できる。従って、半導体装置を小型化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の半導体装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す半導体装置の平面透視図である。
【図３】図２に示す半導体装置におけるＸ−Ｘ断面での断面図である。
【図４Ａ】図３に示す半導体装置における平常時の温度検出素子の位置と温度との関係を示す概念図である。
【図４Ｂ】図３に示す半導体装置における第１の接合部材の熱伝達が低下した場合の温度検出素子の位置と温度との関係を示す概念図である。
【図４Ｃ】図３に示す半導体装置における第２の接合部材の熱伝達が低下した場合の温度検出素子の位置と温度との関係を示す概念図である。
【図５】図２に示す半導体装置の変形例を示す平面透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態の半導体装置について、図面を用いて詳細に説明する。但し
、以下で参照する各図は、説明の便宜上、下記の実施形態を構成する部材のうち、特徴的な構成を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、下記の実施形態の半導体装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００１６】
図１〜４に示すように、本実施形態の半導体装置１は、上面および下面を有する基体３と、基体３の上面に配設された半導体素子７と、基体３を介して半導体素子７と上下に重なり合うように、基体３の下面に上面が第２の接合性部材９で接合された放熱基板１１と、基体３に埋設された、基体３の温度を検出する複数の温度検出素子１３とを備えている。基体３は、上面および下面を有する絶縁基体４ａと、絶縁基体４ａの上面に下面が第１の接合部材で接合された金属基体４ｂを備えている。複数の温度検出素子１３は絶縁基体４ａに埋設され、絶縁基体４ａの温度を検出する。
【００１７】
そして、複数の温度検出素子１３が、半導体素子７の中心と上下に重なり合う部分に位置する第１の温度検出素子１３ａと、半導体素子７の外周縁と上下に重なり合う部分に位置する少なくとも１つの第２の温度検出素子１３ｂとを有している。
【００１８】
本実施形態の半導体装置１においては、温度検出素子１３を半導体素子７の表面に固着することによって半導体素子７の温度を測定するのではなく、絶縁基体４ａに埋設することによって絶縁基体４ａの温度を測定している。しかも、複数の温度検出素子１３が単に絶縁基体４ａに埋設されているのではなく、複数の温度検出素子１３が、半導体素子７の中心と上下に重なり合う部分に位置する第１の温度検出素子１３ａと、半導体素子７の外周縁と上下に重なり合う部分に位置する少なくとも１つの第２の温度検出素子１３ｂとを有している。
【００１９】
そのため、例えば、第１の接合部材５の側面に生じた、第１の接合部材５または絶縁基体４ａの表面近傍において生じる熱伝達の低下をもたらすクラックや剥離による空隙が半導体素子７の直下まで進行することによって基体３の温度勾配に変化が生じた場合に、第１の温度検出素子１３ａおよび第２の温度検出素子１３ｂによってこれらの温度勾配の変化を即座に検出することが可能となる。
【００２０】
また、例えば、第２の接合性部材９の側面に生じた、第２の接合性部材９における熱伝達の低下をもたらす剥離などが半導体素子７の直下まで進行することによって基体３の温度勾配に変化が生じた場合にも、第１の温度検出素子１３ａおよび第２の温度検出素子１３ｂによってこれらの温度勾配の変化を即座に検出することが可能となる。
【００２１】
このように、第１の接合部材５および第２の接合性部材９における熱伝達の低下が半導体素子７の直下まで進行することによって絶縁基体４ａの温度勾配に変化が生じた場合のいずれにおいても、複数の温度検出素子１３によってこれらの温度勾配の変化を即座に検出することが可能となる。
【００２２】
すなわち、第１の接合部材５における熱伝達の低下による絶縁基体４ａの温度勾配の変化および第２の接合性部材９における熱伝達の低下による絶縁基体４ａの温度勾配の変化を別々の温度検出素子１３によって測定するのではなく、同じ温度検出素子１３によって測定できる。従って、半導体装置１を小型化させることが可能となる。
【００２３】
本実施形態の半導体装置１は、上面および下面を有する基体３を備えている。基体３を構成する金属基体４ｂは、上面に半導体素子７が載置される載置領域３ａを有している。本実施形態において載置領域３ａとは、基体３を平面視した場合に半導体素子７と重なり
合う領域を意味している。
【００２４】
基体３は、上面および下面を有する絶縁基体４ａと、絶縁基体４ａの上面に下面が第１の接合部材で接合された金属基体４ｂを備えている。基体３の下面に接合された放熱基板１１が後述のように金属材料からなる場合、絶縁性基体４ａを構成する材料の熱膨張係数と放熱基板１１を構成する熱膨張係数との差によって基体３に大きな反りが生じる可能性がある。しかしながら、基体３として、放熱基板１１と同様に金属材料からなる金属基体４ｂが絶縁基体４ａの上面に配設された構成とすることによって、絶縁基体４ａが金属基体４ｂおよび放熱基板１１によって上下に挟まれた構成となる。そのため、基体３に大きな反りが生じる可能性を小さくできる。
【００２５】
絶縁基体４ａとしては、高い絶縁性を有する部材を用いることができる。絶縁性を有する部材としては、例えば、熱伝導率が２０〜１５０［Ｗ／ｍ・Ｋ］のセラミックス材料を用いることができ、具体的には、各種のガラスセラミック、Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，Ｓｉ３Ｎ４およびＳｉＣのようなセラミックス材料を用いることができる。金属基体４ｂとしては、例えば、熱伝導率が５０〜５００［Ｗ／ｍ・Ｋ］の金属材料を用いることができ、具体的には、Ｗ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ａｌ，ＡｇまたはＣｕのような金属材料、これらの金属からなる合金または複合材料を用いることができる。
【００２６】
このようなセラミック材料を含有する原料粉末、有機溶剤ならびにバインダを混ぜることによって混合部材が作製される。混合部材をシート状に成形することによってグリーンシートが作製される。これらのグリーンシートを複数積層することによって生積層体が作製される。そして、この生積層体を焼成することによって絶縁基体４ａが作製される。
【００２７】
基体３の形状としては、例えば、略四角板形状とすることができる。基体３が平板形状である場合、その大きさを、例えば一辺５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定することができる。また、基体３の厚みとしては、例えば、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定することができる。
【００２８】
金属基体４ｂの下面は、絶縁基体４ａの上面に第１の接合部材５で接合されている。半導体装置１の使用時において半導体素子７から放熱基板１１への熱伝導性が低下した場合、半導体素子７に過度の熱が溜まることによって、半導体素子７の耐久性が低下する可能性がある。そのため、金属基体４ｂを絶縁基体４ａに接合する第１の接合部材５としては、接合性が良好であると同時に、熱伝導性が良好であることが求められる。第１の接合部材５としては、Ａｇロウのような単一の金属材料からなるロウ材、Ａｇ−Ｃｕロウ、Ａｇ−ＳｎロウまたはＡｕ−Ｓｎロウのような合金材料からなるロウ材、或いは、半田を用いることができる。
【００２９】
本実施形態の半導体装置１は、基体３の上面に配設された半導体素子７を備えている。本実施形態における半導体素子７は矩形状であって、平面視した場合の形状が四角形である。半導体素子７としては、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴのようなパワー半導体素子７が用いられる。半導体素子７は半導体装置１の使用時において発熱する。特に、半導体素子７として上記のようなパワー半導体素子７を用いている場合、多くの熱が生じる。半導体素子７で生じた熱は基体３を介して放熱基板１１へと伝わり、放熱基板１１において外部に放熱される。そのため、半導体装置１には、半導体素子７から放熱基板１１への熱伝導が良好であることが求められる。
【００３０】
本実施形態の半導体装置１は、基体３（絶縁基体４ａ）の下面に上面が第２の接合性部材９で接合された放熱基板１１を備えている。なお、本実施形態の半導体装置１においては、放熱基板１１の上面が基体３の下面全体に第２の接合性部材９で接合されているが、
特にこれに限られるものではない。放熱基板１１は、基体３を介して半導体素子７と上下に重なり合うように位置していることが肝要であり、必ずしも基体３の下面全体に接合される必要はない。
【００３１】
本実施形態における放熱基板１１は、基体３の下面に接合される平板の形状の部位１１ａと、この部位１１ａの下面側に位置する複数のフィン１１ｂとを有している。平板の形状の部位１１ａと複数のフィン１１ｂとは、別々に作製した後で、平板の形状の部位１１ａの下面にフィン１１ｂを接合してもよい。また、平板の形状の部位１１ａと複数のフィン１１ｂとは、一体的に形成してもよい。放熱基板１１としては、例えば、Ｗ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ａｌ，ＡｇまたはＣｕのような金属材料、これらの金属からなる合金または複合材料を用いることができる。無論、放熱基板１１として上記の構成に限定されることはなく、例えば、平板の形状の部位１１ａのみからなる構成であっても良い。
【００３２】
平板の形状の部位１１ａの厚みとしては、例えば、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定できる。また、複数のフィン１１ｂの、基体３の上面に垂直な方向の長さとしては、例えば、０．５ｍｍ〜２０ｍｍに設定できる。このような放熱基板１１を備えていることによって、半導体素子７から生じた熱を、放熱基板１１を介して外部に効率良く放熱することができる。
【００３３】
放熱基板１１の上面は、基体３の下面に第２の接合性部材９で接合されている。半導体装置１の使用時において半導体素子７から放熱基板１１への熱伝導性が低下した場合、上述の通り、半導体素子７の耐久性が低下する可能性がある。そのため、放熱基板１１を基体３に接合する第２の接合性部材９としては、接合性が良好であると同時に、熱伝導性が良好であることが求められる。第２の接合性部材９としては、第１の接合部材５と同様に、Ａｇロウのような単一の金属材料からなるロウ材、Ａｇ−Ｃｕロウ、Ａｇ−ＳｎロウまたはＡｕ−Ｓｎロウのような合金材料からなるロウ材、或いは、半田を用いることができる。
【００３４】
本実施形態の半導体装置１は、第１の温度検出素子１３ａおよび少なくとも１つの第２の温度検出素子１３ｂを含む複数の温度検出素子１３を備えている。複数の温度検出素子１３は、基体３の温度を検出するための部材であり、それぞれ基体３に埋設されている。温度検出素子１３としては、例えば、サーミスタ、熱電対または温度特性を備えた抵抗体などを用いることができる。
【００３５】
絶縁基体４ａに孔部を形成して、この孔部内に温度検出素子１３を配設することによって、温度検出素子１３を絶縁基体４ａに埋設させることができる。また、上述のように、絶縁基体４ａがグリーンシートを複数積層するとともに焼成することによって形成される場合、下記のようにして温度検出素子１３を絶縁基体４ａに埋設させることもできる。
【００３６】
温度検出素子１３として、複数の金属ペーストを焼成することによって形成される熱電対や抵抗体を用いる場合、グリーンシートを積層する際に、温度検出素子１３となる金属ペーストを複数のグリーンシートの間に挟めばよい。具体的には、例えば、タングステンやモリブデンからなる金属ペーストをグリーンシートに印刷すればよい。金属ペーストが間に挟まれたグリーンシートを焼成することによって、温度検出素子１３を絶縁基体４ａに埋設することができる。
【００３７】
第１の温度検出素子１３ａは、半導体素子７の中心と上下に重なり合う部分に位置している。なお、半導体素子７の中心とは、半導体素子７を平面視した場合における面の中心を意味しており、下記のようにして示すことができる。例えば、平面視した場合の半導体素子７の形状が四角形である場合、対角線の交点が半導体素子７の中心である。また、平
面視した場合の半導体素子７の形状が円形である場合、円心が半導体素子７の中心である。
【００３８】
第２の温度検出素子１３ｂは、半導体素子７の外周縁と上下に重なり合う部分に位置している。なお、半導体素子７の外周縁と上下に重なり合うとは、具体的には、下記のようにして示すことができる。図３に示すように、半導体素子７の外周縁を下方に引き伸ばした場合に、この引き伸ばした仮想線上に第２の温度検出素子１３ｂの少なくとも一部が位置していることを意味している。なお、本実施形態の半導体装置１は２つの温度検出素子１３を有しており、左右それぞれの仮想線上に第２の温度検出素子１３ｂが位置している。
【００３９】
第１の温度検出素子１３ａおよび第２の温度検出素子１３ｂは、それぞれ絶縁基体４ａに埋設されているが、このとき、第１の温度検出素子１３ａおよび第２の温度検出素子１３ｂが、それぞれ絶縁基体４ａの厚み方向の中央に位置していることが好ましい。
【００４０】
例えば、温度検出素子１３が第１の接合部材５における熱伝達の低下に起因する絶縁基体４ａの温度勾配の変化を検出するためのものである場合、絶縁基体４ａと第１の接合部材５との接合面に近い箇所に位置していることが好ましい。また、温度検出素子１３が第２の接合性部材９における熱伝達の低下に起因する絶縁基体４ａの温度勾配の変化を検出するためのものである場合、絶縁基体４ａと第２の接合性部材９との接合面に近い箇所に位置していることが好ましい。
【００４１】
しかしながら、本実施形態における温度検出素子１３は、第１の接合部材５および第２の接合性部材９における熱伝達の低下に起因する絶縁基体４ａの温度勾配の変化を検出している。そのため、第１の接合部材５および第２の接合性部材９における熱伝達の低下に起因する絶縁基体４ａの温度勾配の変化をそれぞれ良好に検出するために、第１の温度検出素子１３ａおよび第２の温度検出素子１３ｂが、それぞれ絶縁基体４ａの厚み方向の中央に位置していることが好ましい。
【００４２】
本実施形態の半導体装置１は、上記の第１の温度検出素子１３ａおよび第２の温度検出素子１３ｂを有していることから、第１の接合部材５および第２の接合性部材９における熱伝達の低下が半導体素子７の直下まで進行することによって絶縁基体４ａの温度勾配に変化が生じた場合のいずれにおいても、複数の温度検出素子１３によってこれらの温度勾配の変化を即座に検出することが可能となる。
【００４３】
具体的には、第１の接合部材５によって金属基体４ｂが良好に絶縁基体４ａに接合されるとともに、第２の接合性部材９によって放熱基板１１が良好に絶縁基体４ａに接合されている場合、平常時として、図４Ａに示すような温度分布を示す。
【００４４】
第１の接合部材５が金属基体４ｂから剥離する場合、このような剥離は、第１の接合部材５と金属基体４ｂとの接合面の周縁部分からこの接合面の中心部分へと進行する。また、第１の接合部材５が絶縁基体４ａから剥離する場合、このような剥離は、第１の接合部材５と絶縁基体４ａとの接合面の周縁部分からこの接合面の中心部分へと進行する。また、第１の接合部材５の側面にクラックが生じた場合、このクラックは第１の接合部材５の側面から中心へと第１の接合部材５の中を伝播する形態にて進行する。
【００４５】
金属基体４ｂの下面が絶縁基体４ａの上面に接合されていることから、これらの剥離またはクラックが半導体素子７と上下に重なり合う位置よりも外側に留まっている場合、半導体素子７から基体３への熱伝導性が受ける影響は小さい。そのため、図４Ａに示すように、平常時とほぼ同様の良好な熱伝導性を示す。
【００４６】
しかしながら、これらの剥離またはクラックが半導体素子７と上下に重なり合う位置に達した場合、半導体素子７の周縁部分の下面から絶縁基体４ａへ伝わる熱の量が少なくなる。そのため、図４Ｂに示すように、第２の温度検出素子１３ｂの検出する温度が低下する。一方、この半導体素子７の周縁部分の下面から絶縁基体４ａへの熱伝導性の低下に伴って、半導体素子７の周縁部分の下面から絶縁基体４ａへ伝わる熱の量が多くなる。そのため、図４Ｂに示すように、第１の温度検出素子１３ａの検出する温度が上昇する。
【００４７】
また、第２の接合性部材９が放熱基板１１から剥離する場合、このような剥離は、第２の接合性部材９と放熱基板１１との接合面の周縁部分からこの接合面の中心部分へと進行する。また、第２の接合性部材９が基体３から剥離する場合、このような剥離は、第２の接合性部材９と基体３との接合面の周縁部分からこの接合面の中心部分へと進行する。また、第２の接合性部材９の側面にクラックが生じた場合、このクラックは第２の接合性部材９の側面から中心へと進行する。
【００４８】
金属基体４ｂの下面が絶縁基体４ａの上面に接合されていることから、第１の接合部材５の場合と同様に、これらの剥離またはクラックが半導体素子７と上下に重なり合う位置よりも外側に留まっている場合、基体３から放熱基板１１への熱伝導性が受ける影響は小さい。そのため、図４Ａに示すように、平常時とほぼ同様の良好な熱伝導性を示す。
【００４９】
しかしながら、これらの剥離またはクラックが半導体素子７と上下に重なり合う位置に達した場合、基体３の下面における半導体素子７の外周縁と上下に重なり合う部分から放熱基板１１へ伝わる熱の量が少なくなる。そのため、図４Ｃに示すように、第２の温度検出素子１３ｂの検出する温度が上昇する。また、この半導体素子７の周縁部分の下面から基体３への熱伝導性の低下に伴って、基体３全体の温度が上昇することから、図４Ｃに示すように、第１の温度検出素子１３ａの検出する温度も上昇する。
【００５０】
このように、第１の接合部材５における熱伝達の低下および第２の接合性部材９における熱伝達の低下を別々の温度検出素子１３を用いて検出するのではなく、本実施形態の半導体装置１においては、同じ温度検出素子１３によって測定できる。従って、第１の接合部材５または第２の接合性部材９における熱伝達の低下に起因する絶縁基体４ａにおける温度勾配の変化を即座に検出しつつも、半導体装置１を小型化させることが可能となる。
【００５１】
上述のように、本実施形態の半導体装置１においては、半導体素子７が矩形状である。また、第２の温度検出素子１３ｂを２つ以上備え、図２に示すように、半導体素子７の外周縁をなす四辺における対向する二辺のそれぞれにおいて上下に重なり合う位置に第２の温度検出素子１３ｂが位置している。
【００５２】
このような場合、図３に示すように、左右それぞれに位置する半導体素子７の外周縁を下方に引き伸ばした仮想線上にそれぞれ第２の温度検出素子１３ｂを位置させることができる。そのため、第１の接合部材５および第２の接合性部材９における熱伝達の低下がそれぞれの右側端部または左側端部のいずれから生じて半導体素子７の直下まで進行した場合であっても、２つの第２の温度検出素子１３ｂによって温度勾配の変化を即座に検出することが可能となる。
【００５３】
具体的には、第１の接合部材５の金属基体４ｂからの剥離、第１の接合部材５の絶縁基体４ａからの剥離、または第１の接合部材５の側面におけるクラック、或いは、第２の接合性部材９の放熱基板１１からの剥離、第２の接合性部材９の基体３からの剥離、または第２の接合性部材９の側面におけるクラックが半導体素子７の右側方および左側方のいずれから起きた場合であっても、２つの第２の温度検出素子１３ｂによって精度良く検出す
ることができる。
【００５４】
さらには、図５に示すように、半導体装置１が第２の温度検出素子１３ｂを４つ以上備え、半導体素子７の外周縁をなす四辺のそれぞれにおいて上下に重なり合う位置に第２の温度検出素子１３ｂが位置していることが好ましい。
【００５５】
このような場合、図５に示すように、半導体素子７の外周縁を成す上下左右に位置する四辺のそれぞれと重なり合う位置に第２の温度検出素子１３ｂが位置していることから、第１の接合部材５および第２の接合性部材９における熱伝達の低下がそれぞれの平面視した場合の上下左右のいずれの端部から生じて半導体素子７の直下まで進行した場合であっても、４つの第２の温度検出素子１３ｂによって温度勾配の変化を精度良く検出することが可能となる。
【００５６】
上述の通り、本実施形態の半導体装置１について説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、種々の変更や実施の形態の組み合わせを施すことは何等差し支えない。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・半導体装置
３・・・基体
３ａ・・・載置領域
４ａ・・・絶縁基体
４ｂ・・・金属基体
５・・・第１の接合部材
７・・・半導体素子
９・・・第２の接合部材
１１・・・放熱基板
１１ａ・・・平板の形状の部位
１１ｂ・・・フィン
１３・・・温度検出素子
１３ａ・・・第１の温度検出素子
１３ｂ・・・第２の温度検出素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、特にＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴのようなパワー半導体素子が載置された半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴのようなパワー半導体素子が載置された半導体装置としては、たとえば特許文献１に記載のパワーモジュールが知られている。パワー半導体素子には大電流が流されるため、半導体装置における発熱量が増大する傾向にある。半導体素子で生じた熱は、基板に伝わる。また、基板に伝わった熱は基板の下面に接合される放熱フィン、あるいは配線基板のような放熱部材を介して外部に放出される。
【０００３】
上述のように、パワー半導体素子が載置された半導体装置においては、パワー半導体素子に大電流が流されるため、半導体素子が載置される基板とを接合する接合部材などに非常に多くの熱が伝わる。そのため、接合部材による接合性が低下して、半導体素子からの放熱が十分でなくなる可能性がある。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載のパワーモジュールにおいては、半導体素子の表面に温度検出素子として複数のダイオードを固着し、これらのダイオードを用いて半導体素子の温度を測定している。具体的には、接合部材に亀裂が生じて熱伝達が低下した場合に半導体素子の温度勾配が変化することから、複数のダイオードを用いて上記の温度勾配の変化を検出することによって、パワーモジュールの寿命を判断して半導体素子への通電を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１１４５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体素子が載置される基板は一般的に放熱フィン、あるいは配線基板のような放熱部材に接合されている。特許文献１に記載のパワーモジュールにおける温度検出素子は半導体素子の表面に固着されることによって半導体素子の温度を測定していることから、基板と放熱部材とを接合する接合部材に亀裂が生じることによって熱伝導性が低下した場合、放熱性の低下を正確に検出することが困難であった。
【０００７】
そこで、特許文献１に記載のパワーモジュールにおいては、放熱部材である金属ベース板の表面に別途、温度検出素子を固着することによって基板と放熱部材とを接合する接合部材の接合性を評価している。しかしながら、温度検出素子を別途用いる必要があることから、温度検出素子を固着するためのスペースを確保することによるモジュールの大型化という課題が生じていた。
【０００８】
本発明は、このような従来技術に鑑みてなされたものであり、モジュールを小型化しつつ、半導体素子と基板とを接合する接合部材および基板と放熱部材とを接合する接合部材の接合性を良好に評価することが可能な半導体装置およびこのような半導体装置に用いられる素子載置用基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る半導体装置は、上面および下面を有する絶縁基体と、該絶縁基体の上面に下面が第１の接合部材で接合された金属基体と、該金属基体の上面に配設された半導体素子と、前記絶縁基体および前記金属基体を介して前記半導体素子と上下に重なり合うように、前記絶縁基体の下面に上面が第２の接合部材で接合された放熱基板と、前記絶縁基体に埋設された、前記絶縁基体の温度を検出する複数の温度検出素子とを備えている。そして、前記複数の温度検出素子が、前記半導体素子の中心と上下に重なり合う部分に位置する第１の温度検出素子と、前記半導体素子の外周縁と上下に重なり合う部分に位置する少なくとも１つの第２の温度検出素子とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
半導体装置の製造時の不良あるいは長期間の半導体装置の使用によって、金属基体の下面を絶縁基体の上面に接合する第１の接合部材および放熱基板の上面を絶縁基体の下面に接合する第２の接合部材が剥離する場合のように、第１の接合部材および第２の接合部材における熱伝達が低下した場合、このような熱伝達の低下は第１の接合部材および第２の接合部材の外周縁部分から生じ易い。そして、このような熱伝達の低下が半導体素子の直下まで進んだ場合に、金属基体から絶縁基体への放熱が阻害され、絶縁基体の温度勾配に変化が生じるようになる。
【００１１】
上記の態様に係る半導体装置においては、温度検出素子を半導体素子の表面に固着することによって半導体素子の温度を測定するのではなく、絶縁基体に埋設することによって絶縁基体の温度を測定している。しかも、複数の温度検出素子が単に絶縁基体に埋設されているのではなく、複数の温度検出素子が、半導体素子の中心と上下に重なり合う部分に位置する第１の温度検出素子と、半導体素子の外周縁と上下に重なり合う部分に位置する少なくとも１つの第２の温度検出素子とを有している。
【００１２】
そのため、第１の接合部材における熱伝達の低下が半導体素子の直下まで進行することによって絶縁基体の温度勾配に変化が生じた場合および第２の接合部材における熱伝達の低下が半導体素子の直下まで進行することによって絶縁基体の温度勾配に変化が生じた場合のいずれにおいても、複数の温度検出素子によってこれらの温度勾配の変化を即座に検出することが可能となる。
【００１３】
このように、第１の接合部材における熱伝達の低下による絶縁基体の温度勾配の変化および第２の接合部材における熱伝達の低下による絶縁基体の温度勾配の変化を別々の温度検出素子によって測定するのではなく、同じ温度検出素子によって測定できる。従って、半導体装置を小型化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の半導体装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す半導体装置の平面透視図である。
【図３】図２に示す半導体装置におけるＸ−Ｘ断面での断面図である。
【図４Ａ】図３に示す半導体装置における平常時の温度検出素子の位置と温度との関係を示す概念図である。
【図４Ｂ】図３に示す半導体装置における第１の接合部材の熱伝達が低下した場合の温度検出素子の位置と温度との関係を示す概念図である。
【図４Ｃ】図３に示す半導体装置における第２の接合部材の熱伝達が低下した場合の温度検出素子の位置と温度との関係を示す概念図である。
【図５】図２に示す半導体装置の変形例を示す平面透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態の半導体装置について、図面を用いて詳細に説明する。但し
、以下で参照する各図は、説明の便宜上、下記の実施形態を構成する部材のうち、特徴的な構成を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、下記の実施形態の半導体装置は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００１６】
図１〜４に示すように、本実施形態の半導体装置１は、上面および下面を有する基体３と、基体３の上面に配設された半導体素子７と、基体３を介して半導体素子７と上下に重なり合うように、基体３の下面に上面が第２の接合性部材９で接合された放熱基板１１と、基体３に埋設された、基体３の温度を検出する複数の温度検出素子１３とを備えている。基体３は、上面および下面を有する絶縁基体４ａと、絶縁基体４ａの上面に下面が第１の接合部材で接合された金属基体４ｂを備えている。複数の温度検出素子１３は絶縁基体４ａに埋設され、絶縁基体４ａの温度を検出する。
【００１７】
そして、複数の温度検出素子１３が、半導体素子７の中心と上下に重なり合う部分に位置する第１の温度検出素子１３ａと、半導体素子７の外周縁と上下に重なり合う部分に位置する少なくとも１つの第２の温度検出素子１３ｂとを有している。
【００１８】
本実施形態の半導体装置１においては、温度検出素子１３を半導体素子７の表面に固着することによって半導体素子７の温度を測定するのではなく、絶縁基体４ａに埋設することによって絶縁基体４ａの温度を測定している。しかも、複数の温度検出素子１３が単に絶縁基体４ａに埋設されているのではなく、複数の温度検出素子１３が、半導体素子７の中心と上下に重なり合う部分に位置する第１の温度検出素子１３ａと、半導体素子７の外周縁と上下に重なり合う部分に位置する少なくとも１つの第２の温度検出素子１３ｂとを有している。
【００１９】
そのため、例えば、第１の接合部材５の側面に生じた、第１の接合部材５または絶縁基体４ａの表面近傍において生じる熱伝達の低下をもたらすクラックや剥離による空隙が半導体素子７の直下まで進行することによって基体３の温度勾配に変化が生じた場合に、第１の温度検出素子１３ａおよび第２の温度検出素子１３ｂによってこれらの温度勾配の変化を即座に検出することが可能となる。
【００２０】
また、例えば、第２の接合性部材９の側面に生じた、第２の接合性部材９における熱伝達の低下をもたらす剥離などが半導体素子７の直下まで進行することによって基体３の温度勾配に変化が生じた場合にも、第１の温度検出素子１３ａおよび第２の温度検出素子１３ｂによってこれらの温度勾配の変化を即座に検出することが可能となる。
【００２１】
このように、第１の接合部材５および第２の接合性部材９における熱伝達の低下が半導体素子７の直下まで進行することによって絶縁基体４ａの温度勾配に変化が生じた場合のいずれにおいても、複数の温度検出素子１３によってこれらの温度勾配の変化を即座に検出することが可能となる。
【００２２】
すなわち、第１の接合部材５における熱伝達の低下による絶縁基体４ａの温度勾配の変化および第２の接合性部材９における熱伝達の低下による絶縁基体４ａの温度勾配の変化を別々の温度検出素子１３によって測定するのではなく、同じ温度検出素子１３によって測定できる。従って、半導体装置１を小型化させることが可能となる。
【００２３】
本実施形態の半導体装置１は、上面および下面を有する基体３を備えている。基体３を構成する金属基体４ｂは、上面に半導体素子７が載置される載置領域３ａを有している。本実施形態において載置領域３ａとは、基体３を平面視した場合に半導体素子７と重なり
合う領域を意味している。
【００２４】
基体３は、上面および下面を有する絶縁基体４ａと、絶縁基体４ａの上面に下面が第１の接合部材で接合された金属基体４ｂを備えている。基体３の下面に接合された放熱基板１１が後述のように金属材料からなる場合、絶縁性基体４ａを構成する材料の熱膨張係数と放熱基板１１を構成する熱膨張係数との差によって基体３に大きな反りが生じる可能性がある。しかしながら、基体３として、放熱基板１１と同様に金属材料からなる金属基体４ｂが絶縁基体４ａの上面に配設された構成とすることによって、絶縁基体４ａが金属基体４ｂおよび放熱基板１１によって上下に挟まれた構成となる。そのため、基体３に大きな反りが生じる可能性を小さくできる。
【００２５】
絶縁基体４ａとしては、高い絶縁性を有する部材を用いることができる。絶縁性を有する部材としては、例えば、熱伝導率が２０〜１５０［Ｗ／ｍ・Ｋ］のセラミックス材料を用いることができ、具体的には、各種のガラスセラミック、Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，Ｓｉ３Ｎ４およびＳｉＣのようなセラミックス材料を用いることができる。金属基体４ｂとしては、例えば、熱伝導率が５０〜５００［Ｗ／ｍ・Ｋ］の金属材料を用いることができ、具体的には、Ｗ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ａｌ，ＡｇまたはＣｕのような金属材料、これらの金属からなる合金または複合材料を用いることができる。
【００２６】
このようなセラミック材料を含有する原料粉末、有機溶剤ならびにバインダを混ぜることによって混合部材が作製される。混合部材をシート状に成形することによってグリーンシートが作製される。これらのグリーンシートを複数積層することによって生積層体が作製される。そして、この生積層体を焼成することによって絶縁基体４ａが作製される。
【００２７】
基体３の形状としては、例えば、略四角板形状とすることができる。基体３が平板形状である場合、その大きさを、例えば一辺５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定することができる。また、基体３の厚みとしては、例えば、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定することができる。
【００２８】
金属基体４ｂの下面は、絶縁基体４ａの上面に第１の接合部材５で接合されている。半導体装置１の使用時において半導体素子７から放熱基板１１への熱伝導性が低下した場合、半導体素子７に過度の熱が溜まることによって、半導体素子７の耐久性が低下する可能性がある。そのため、金属基体４ｂを絶縁基体４ａに接合する第１の接合部材５としては、接合性が良好であると同時に、熱伝導性が良好であることが求められる。第１の接合部材５としては、Ａｇロウのような単一の金属材料からなるロウ材、Ａｇ−Ｃｕロウ、Ａｇ−ＳｎロウまたはＡｕ−Ｓｎロウのような合金材料からなるロウ材、或いは、半田を用いることができる。
【００２９】
本実施形態の半導体装置１は、基体３の上面に配設された半導体素子７を備えている。本実施形態における半導体素子７は矩形状であって、平面視した場合の形状が四角形である。半導体素子７としては、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴのようなパワー半導体素子７が用いられる。半導体素子７は半導体装置１の使用時において発熱する。特に、半導体素子７として上記のようなパワー半導体素子７を用いている場合、多くの熱が生じる。半導体素子７で生じた熱は基体３を介して放熱基板１１へと伝わり、放熱基板１１において外部に放熱される。そのため、半導体装置１には、半導体素子７から放熱基板１１への熱伝導が良好であることが求められる。
【００３０】
本実施形態の半導体装置１は、基体３（絶縁基体４ａ）の下面に上面が第２の接合性部材９で接合された放熱基板１１を備えている。なお、本実施形態の半導体装置１においては、放熱基板１１の上面が基体３の下面全体に第２の接合性部材９で接合されているが、
特にこれに限られるものではない。放熱基板１１は、基体３を介して半導体素子７と上下に重なり合うように位置していることが肝要であり、必ずしも基体３の下面全体に接合される必要はない。
【００３１】
本実施形態における放熱基板１１は、基体３の下面に接合される平板の形状の部位１１ａと、この部位１１ａの下面側に位置する複数のフィン１１ｂとを有している。平板の形状の部位１１ａと複数のフィン１１ｂとは、別々に作製した後で、平板の形状の部位１１ａの下面にフィン１１ｂを接合してもよい。また、平板の形状の部位１１ａと複数のフィン１１ｂとは、一体的に形成してもよい。放熱基板１１としては、例えば、Ｗ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ａｌ，ＡｇまたはＣｕのような金属材料、これらの金属からなる合金または複合材料を用いることができる。無論、放熱基板１１として上記の構成に限定されることはなく、例えば、平板の形状の部位１１ａのみからなる構成であっても良い。
【００３２】
平板の形状の部位１１ａの厚みとしては、例えば、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定できる。また、複数のフィン１１ｂの、基体３の上面に垂直な方向の長さとしては、例えば、０．５ｍｍ〜２０ｍｍに設定できる。このような放熱基板１１を備えていることによって、半導体素子７から生じた熱を、放熱基板１１を介して外部に効率良く放熱することができる。
【００３３】
放熱基板１１の上面は、基体３の下面に第２の接合性部材９で接合されている。半導体装置１の使用時において半導体素子７から放熱基板１１への熱伝導性が低下した場合、上述の通り、半導体素子７の耐久性が低下する可能性がある。そのため、放熱基板１１を基体３に接合する第２の接合性部材９としては、接合性が良好であると同時に、熱伝導性が良好であることが求められる。第２の接合性部材９としては、第１の接合部材５と同様に、Ａｇロウのような単一の金属材料からなるロウ材、Ａｇ−Ｃｕロウ、Ａｇ−ＳｎロウまたはＡｕ−Ｓｎロウのような合金材料からなるロウ材、或いは、半田を用いることができる。
【００３４】
本実施形態の半導体装置１は、第１の温度検出素子１３ａおよび少なくとも１つの第２の温度検出素子１３ｂを含む複数の温度検出素子１３を備えている。複数の温度検出素子１３は、基体３の温度を検出するための部材であり、それぞれ基体３に埋設されている。温度検出素子１３としては、例えば、サーミスタ、熱電対または温度特性を備えた抵抗体などを用いることができる。
【００３５】
絶縁基体４ａに孔部を形成して、この孔部内に温度検出素子１３を配設することによって、温度検出素子１３を絶縁基体４ａに埋設させることができる。また、上述のように、絶縁基体４ａがグリーンシートを複数積層するとともに焼成することによって形成される場合、下記のようにして温度検出素子１３を絶縁基体４ａに埋設させることもできる。
【００３６】
温度検出素子１３として、複数の金属ペーストを焼成することによって形成される熱電対や抵抗体を用いる場合、グリーンシートを積層する際に、温度検出素子１３となる金属ペーストを複数のグリーンシートの間に挟めばよい。具体的には、例えば、タングステンやモリブデンからなる金属ペーストをグリーンシートに印刷すればよい。金属ペーストが間に挟まれたグリーンシートを焼成することによって、温度検出素子１３を絶縁基体４ａに埋設することができる。
【００３７】
第１の温度検出素子１３ａは、半導体素子７の中心と上下に重なり合う部分に位置している。なお、半導体素子７の中心とは、半導体素子７を平面視した場合における面の中心を意味しており、下記のようにして示すことができる。例えば、平面視した場合の半導体素子７の形状が四角形である場合、対角線の交点が半導体素子７の中心である。また、平
面視した場合の半導体素子７の形状が円形である場合、円心が半導体素子７の中心である。
【００３８】
第２の温度検出素子１３ｂは、半導体素子７の外周縁と上下に重なり合う部分に位置している。なお、半導体素子７の外周縁と上下に重なり合うとは、具体的には、下記のようにして示すことができる。図３に示すように、半導体素子７の外周縁を下方に引き伸ばした場合に、この引き伸ばした仮想線上に第２の温度検出素子１３ｂの少なくとも一部が位置していることを意味している。なお、本実施形態の半導体装置１は２つの温度検出素子１３を有しており、左右それぞれの仮想線上に第２の温度検出素子１３ｂが位置している。
【００３９】
第１の温度検出素子１３ａおよび第２の温度検出素子１３ｂは、それぞれ絶縁基体４ａに埋設されているが、このとき、第１の温度検出素子１３ａおよび第２の温度検出素子１３ｂが、それぞれ絶縁基体４ａの厚み方向の中央に位置していることが好ましい。
【００４０】
例えば、温度検出素子１３が第１の接合部材５における熱伝達の低下に起因する絶縁基体４ａの温度勾配の変化を検出するためのものである場合、絶縁基体４ａと第１の接合部材５との接合面に近い箇所に位置していることが好ましい。また、温度検出素子１３が第２の接合性部材９における熱伝達の低下に起因する絶縁基体４ａの温度勾配の変化を検出するためのものである場合、絶縁基体４ａと第２の接合性部材９との接合面に近い箇所に位置していることが好ましい。
【００４１】
しかしながら、本実施形態における温度検出素子１３は、第１の接合部材５および第２の接合性部材９における熱伝達の低下に起因する絶縁基体４ａの温度勾配の変化を検出している。そのため、第１の接合部材５および第２の接合性部材９における熱伝達の低下に起因する絶縁基体４ａの温度勾配の変化をそれぞれ良好に検出するために、第１の温度検出素子１３ａおよび第２の温度検出素子１３ｂが、それぞれ絶縁基体４ａの厚み方向の中央に位置していることが好ましい。
【００４２】
本実施形態の半導体装置１は、上記の第１の温度検出素子１３ａおよび第２の温度検出素子１３ｂを有していることから、第１の接合部材５および第２の接合性部材９における熱伝達の低下が半導体素子７の直下まで進行することによって絶縁基体４ａの温度勾配に変化が生じた場合のいずれにおいても、複数の温度検出素子１３によってこれらの温度勾配の変化を即座に検出することが可能となる。
【００４３】
具体的には、第１の接合部材５によって金属基体４ｂが良好に絶縁基体４ａに接合されるとともに、第２の接合性部材９によって放熱基板１１が良好に絶縁基体４ａに接合されている場合、平常時として、図４Ａに示すような温度分布を示す。
【００４４】
第１の接合部材５が金属基体４ｂから剥離する場合、このような剥離は、第１の接合部材５と金属基体４ｂとの接合面の周縁部分からこの接合面の中心部分へと進行する。また、第１の接合部材５が絶縁基体４ａから剥離する場合、このような剥離は、第１の接合部材５と絶縁基体４ａとの接合面の周縁部分からこの接合面の中心部分へと進行する。また、第１の接合部材５の側面にクラックが生じた場合、このクラックは第１の接合部材５の側面から中心へと第１の接合部材５の中を伝播する形態にて進行する。
【００４５】
金属基体４ｂの下面が絶縁基体４ａの上面に接合されていることから、これらの剥離またはクラックが半導体素子７と上下に重なり合う位置よりも外側に留まっている場合、半導体素子７から基体３への熱伝導性が受ける影響は小さい。そのため、図４Ａに示すように、平常時とほぼ同様の良好な熱伝導性を示す。
【００４６】
しかしながら、これらの剥離またはクラックが半導体素子７と上下に重なり合う位置に達した場合、半導体素子７の周縁部分の下面から絶縁基体４ａへ伝わる熱の量が少なくなる。そのため、図４Ｂに示すように、第２の温度検出素子１３ｂの検出する温度が低下する。一方、この半導体素子７の周縁部分の下面から絶縁基体４ａへの熱伝導性の低下に伴って、半導体素子７の周縁部分の下面から絶縁基体４ａへ伝わる熱の量が多くなる。そのため、図４Ｂに示すように、第１の温度検出素子１３ａの検出する温度が上昇する。
【００４７】
また、第２の接合性部材９が放熱基板１１から剥離する場合、このような剥離は、第２の接合性部材９と放熱基板１１との接合面の周縁部分からこの接合面の中心部分へと進行する。また、第２の接合性部材９が基体３から剥離する場合、このような剥離は、第２の接合性部材９と基体３との接合面の周縁部分からこの接合面の中心部分へと進行する。また、第２の接合性部材９の側面にクラックが生じた場合、このクラックは第２の接合性部材９の側面から中心へと進行する。
【００４８】
金属基体４ｂの下面が絶縁基体４ａの上面に接合されていることから、第１の接合部材５の場合と同様に、これらの剥離またはクラックが半導体素子７と上下に重なり合う位置よりも外側に留まっている場合、基体３から放熱基板１１への熱伝導性が受ける影響は小さい。そのため、図４Ａに示すように、平常時とほぼ同様の良好な熱伝導性を示す。
【００４９】
しかしながら、これらの剥離またはクラックが半導体素子７と上下に重なり合う位置に達した場合、基体３の下面における半導体素子７の外周縁と上下に重なり合う部分から放熱基板１１へ伝わる熱の量が少なくなる。そのため、図４Ｃに示すように、第２の温度検出素子１３ｂの検出する温度が上昇する。また、この半導体素子７の周縁部分の下面から基体３への熱伝導性の低下に伴って、基体３全体の温度が上昇することから、図４Ｃに示すように、第１の温度検出素子１３ａの検出する温度も上昇する。
【００５０】
このように、第１の接合部材５における熱伝達の低下および第２の接合性部材９における熱伝達の低下を別々の温度検出素子１３を用いて検出するのではなく、本実施形態の半導体装置１においては、同じ温度検出素子１３によって測定できる。従って、第１の接合部材５または第２の接合性部材９における熱伝達の低下に起因する絶縁基体４ａにおける温度勾配の変化を即座に検出しつつも、半導体装置１を小型化させることが可能となる。
【００５１】
上述のように、本実施形態の半導体装置１においては、半導体素子７が矩形状である。また、第２の温度検出素子１３ｂを２つ以上備え、図２に示すように、半導体素子７の外周縁をなす四辺における対向する二辺のそれぞれにおいて上下に重なり合う位置に第２の温度検出素子１３ｂが位置している。
【００５２】
このような場合、図３に示すように、左右それぞれに位置する半導体素子７の外周縁を下方に引き伸ばした仮想線上にそれぞれ第２の温度検出素子１３ｂを位置させることができる。そのため、第１の接合部材５および第２の接合性部材９における熱伝達の低下がそれぞれの右側端部または左側端部のいずれから生じて半導体素子７の直下まで進行した場合であっても、２つの第２の温度検出素子１３ｂによって温度勾配の変化を即座に検出することが可能となる。
【００５３】
具体的には、第１の接合部材５の金属基体４ｂからの剥離、第１の接合部材５の絶縁基体４ａからの剥離、または第１の接合部材５の側面におけるクラック、或いは、第２の接合性部材９の放熱基板１１からの剥離、第２の接合性部材９の基体３からの剥離、または第２の接合性部材９の側面におけるクラックが半導体素子７の右側方および左側方のいずれから起きた場合であっても、２つの第２の温度検出素子１３ｂによって精度良く検出す
ることができる。
【００５４】
さらには、図５に示すように、半導体装置１が第２の温度検出素子１３ｂを４つ以上備え、半導体素子７の外周縁をなす四辺のそれぞれにおいて上下に重なり合う位置に第２の温度検出素子１３ｂが位置していることが好ましい。
【００５５】
このような場合、図５に示すように、半導体素子７の外周縁を成す上下左右に位置する四辺のそれぞれと重なり合う位置に第２の温度検出素子１３ｂが位置していることから、第１の接合部材５および第２の接合性部材９における熱伝達の低下がそれぞれの平面視した場合の上下左右のいずれの端部から生じて半導体素子７の直下まで進行した場合であっても、４つの第２の温度検出素子１３ｂによって温度勾配の変化を精度良く検出することが可能となる。
【００５６】
上述の通り、本実施形態の半導体装置１について説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、種々の変更や実施の形態の組み合わせを施すことは何等差し支えない。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・半導体装置
３・・・基体
３ａ・・・載置領域
４ａ・・・絶縁基体
４ｂ・・・金属基体
５・・・第１の接合部材
７・・・半導体素子
９・・・第２の接合部材
１１・・・放熱基板
１１ａ・・・平板の形状の部位
１１ｂ・・・フィン
１３・・・温度検出素子
１３ａ・・・第１の温度検出素子
１３ｂ・・・第２の温度検出素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面および下面を有する絶縁基体と、
該絶縁基体の上面に下面が第１の接合部材で接合された金属基体と、
該金属基体の上面に配設された半導体素子と、
前記絶縁基体および前記金属基体を介して前記半導体素子と上下に重なり合うように、前記絶縁基体の下面に上面が第２の接合部材で接合された放熱基板と、
前記絶縁基体に埋設された、前記絶縁基体の温度を検出する複数の温度検出素子とを備えた半導体装置であって、
前記複数の温度検出素子は、前記半導体素子の中心と上下に重なり合う部分に位置する第１の温度検出素子と、前記半導体素子の外周縁と上下に重なり合う部分に位置する少なくとも１つの第２の温度検出素子とを有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子が矩形状であって、
前記第２の温度検出素子を２つ以上備え、
前記半導体素子の外周縁をなす四辺における対向する二辺のそれぞれにおいて上下に重なり合う位置に前記第２の温度検出素子が位置していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の温度検出素子を４つ以上備え、
前記半導体素子の外周縁をなす四辺のそれぞれにおいて上下に重なり合う位置に前記第２の温度検出素子が位置していることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記複数の温度検出素子が、それぞれ前記絶縁基体の厚み方向の中央に位置していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１】
上面および下面を有する絶縁基体と、
該絶縁基体の上面に下面が第１の接合部材で接合された金属基体と、
該金属基体の上面に配設された半導体素子と、
前記絶縁基体および前記金属基体を介して前記半導体素子と上下に重なり合うように、前記絶縁基体の下面に上面が第２の接合部材で接合された放熱基板と、
前記絶縁基体に埋設された、前記絶縁基体の温度を検出する複数の温度検出素子とを備えた半導体装置であって、
前記複数の温度検出素子は、前記半導体素子の中心と上下に重なり合う部分に位置する第１の温度検出素子と、前記半導体素子の外周縁と上下に重なり合う部分に位置する少なくとも１つの第２の温度検出素子とを有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子が矩形状であって、
前記第２の温度検出素子を２つ以上備え、
前記半導体素子の外周縁をなす四辺における対向する二辺のそれぞれにおいて上下に重なり合う位置に前記第２の温度検出素子が位置していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の温度検出素子を４つ以上備え、
前記半導体素子の外周縁をなす四辺のそれぞれにおいて上下に重なり合う位置に前記第２の温度検出素子が位置していることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記複数の温度検出素子が、それぞれ前記絶縁基体の厚み方向の中央に位置していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−３０６２８（Ｐ２０１３−３０６２８Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６５８２２（Ｐ２０１１−１６５８２２）
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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