温度センサーを具えたデュアルコンパートメント半導体パッケージ
【課題】デバイス動作時のリスクを低減し高信頼性を実現した温度センサーを具えたデュアルコンパートメント半導体パッケージを提供する。
【解決手段】デュアルコンパートメント半導体パッケージ２００は、第１及び第２コンパートメント２２２、２２８を有する導電性クリップ２１６を具える。第１コンパートメント２２２は、ＩＧＢＴである第１ダイ２０２と、また第２コンパートメント２２８は、ダイオードである第２ダイ２０４と電気的、機械的に接続される。デュアルコンパートメント半導体パッケージ２００は、第１ダイ２０２及び第２ダイ２０４とを電気的に接続するとともに、第１及び第２コンパートメント２２２、２２８の間に溝２４０を具え、第１ダイ２０２と第２ダイ２０４との間の電気的な接触を防止している。デュアルコンパートメント半導体パッケージ２００の温度を測定するため、溝２４０の上、又は内側に温度センサーを設置することが可能である。
【解決手段】デュアルコンパートメント半導体パッケージ２００は、第１及び第２コンパートメント２２２、２２８を有する導電性クリップ２１６を具える。第１コンパートメント２２２は、ＩＧＢＴである第１ダイ２０２と、また第２コンパートメント２２８は、ダイオードである第２ダイ２０４と電気的、機械的に接続される。デュアルコンパートメント半導体パッケージ２００は、第１ダイ２０２及び第２ダイ２０４とを電気的に接続するとともに、第１及び第２コンパートメント２２２、２２８の間に溝２４０を具え、第１ダイ２０２と第２ダイ２０４との間の電気的な接触を防止している。デュアルコンパートメント半導体パッケージ２００の温度を測定するため、溝２４０の上、又は内側に温度センサーを設置することが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に半導体分野に関するものであり、特には半導体ダイのパッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
３相電動機駆動のような、高出力用途において電源スイッチを実行する際、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）はフリーホイールダイオードに接続される。ＩＧＢＴとダイオードとを接続する方法の１つとして、デバイスを共通又は共同のパッケージに含める。例えば、共同パッケージに、ごく接近した共通基板上のＩＧＢＴとダイオードとを含めることができる。しかしながら、ＩＧＢＴやダイオードが動作すると、不要の接触を生じ、信頼性の低下を招く。例えば、ＩＧＢＴやダイオードが過度に熱くなり、共通基板との接触不良を起こす。別の方法として、ＩＧＢＴ及びダイオードを別のパッケージに含め、ＩＧＢＴ及びダイオードの動作時のリスクを低減させる。しかしながら、別のパッケージを用いることは、ＩＧＢＴとダイオードとの間の距離を大きくし、デバイス間の接続においてより高いインダクタンスを生じる。さらに、通常はボンドワイヤが相互接続に使用されており、結果として電流通過容量が減少し、より高いインダクタンス及びより高い抵抗をもたらす。
【０００３】
過度の温度上昇を防止するため、温度センサーがＩＧＢＴの温度を監視し、ヒートシンクがＩＧＢＴ及びダイオードから熱を逃がしている。ＩＧＢＴが外部の温度センサーを具える場合、温度センサーをＩＧＢＴと良好な熱的接触のある位置に取り付けることは困難であり、またヒートシンクや他の部品の設置を妨げる。このため、内部の温度センサーが通常ＩＧＢＴに含まれる。内部の温度センサーはＩＧＢＴとともに形成されることで、温度センサーはＩＧＢＴと良好に熱的接触する一方で、ヒートシンクや他の部品の設置の妨げとならない。しかしながら、ＩＧＢＴに内部の温度センサーを含めることは、ＩＧＢＴのサイズを増大させ、また、ＩＧＢＴの切替により発生するノイズ環境を原因として、温度信号の正確な測定が困難になる。さらに、内部の温度センサーは、ＩＧＢＴの製造工程において追加のマスク層を必要とし、そのため、製造コストが増加する。
【０００４】
それ故、デバイスが動作した際のリスクを低減し、より高い信頼性のパッケージにダイオードとともにＩＧＢＴを設けることが望まれている。さらには、ヒートシンクや他の部品の設置の妨げとならない温度センサーを具えることが望まれている。
【発明の概要】
【０００５】
温度センサーを具えたデュアルコンパートメント半導体パッケージ、実質的には、少なくとも１つの図面と関連して表されるもの及び／又は示されるもの、完全には、特許請求の範囲に記載のものである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】典型的な回路を示し、該回路は本発明の１つの実施形態によるデュアルコンパートメント半導体パッケージを使用して実施される。
【図２】本発明の１つの実施形態による典型的なデュアルコンパートメント半導体パッケージの断面図を示す。
【図３】本発明の１つの実施形態による典型的なデュアルコンパートメント半導体パッケージの上面図を示す。
【図４】本発明の１つの実施形態による基板に取り付けられた典型的なデュアルコンパートメント半導体パッケージの断面図を示す。
【図５】本発明の１つの実施形態による基板に取り付けられた典型的なデュアルコンパートメント半導体パッケージの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は、温度センサーを具えたデュアルコンパートメント半導体パッケージを対象とするものである。次の説明には、本発明の実施に関連する特別な情報を含んでいる。当業者であれば、本願で論じられた特別な方法とは異なる方法により、本発明が実施されることを理解するであろう。また、発明の具体的詳細のいくつかについては、発明をわかりやすくするため論じていない。本願で述べていない具体的詳細は、ごく普通の当業者がもつ知識の範囲内のものである。
【０００８】
本願における図面及びそれらに付随する詳細な説明は、本発明の典型的な実施形態を対象とするものにすぎない。簡潔にするため、本発明の原理を使用した他の実施形態は、本願では特に言及しておらず、図面でも特段説明していない。
【０００９】
図１は回路１００を示し、該回路１００は本発明の１つの実施形態によるデュアルコンパートメント半導体パッケージを使用して実行される。回路１００は、ＩＧＢＴ１０２及びダイオード１０４を具える。図１に示すように、ダイオード１０４はＩＧＢＴ１０２と並列に接続される。ダイオード１０４は、カソードＣＤとアノードＡＤとを有する。ＩＧＢＴ１０２は、コレクタＣＩＧＢＴとエミッタＥＩＧＢＴとを有する。回路１００において、ダイオード１０４のカソードＣＤは、ノード１０６においてＩＧＢＴ１０２のコレクタＣＩＧＢＴと接続され、該ノード１０６は端子１１０と接続される。また、回路１００において、ダイオード１０４のアノードＡＤは、ノード１０８においてＩＧＢＴ１０２のエミッタＥＩＧＢＴと接続され、該ノード１０８は端子１１２と接続される。ＩＧＢＴ１０２は、端子１１４と接続されるゲートＧＩＧＢＴを有するが、他の実施形態では、回路１００においてＩＧＢＴ１０２とダイオード１０４が逆平行、すなわちカソードＣＤがエミッタＥＩＧＢＴと接続され、アノードＡＤがコレクタＣＩＧＢＴと接続される。１つの実施形態では、ＩＧＢＴ１０２が電源スイッチを有し、ダイオード１０４がフリーホイールダイオードを有することもできる。例えば、回路１００が、３相電動機駆動の一相に高圧側又は低圧側の電源スイッチを有することができる。
【００１０】
図２は、本発明の１つの実施形態によるパッケージ２００の断面図を示したものである。パッケージ２００は、デュアルコンパートメント半導体パッケージである。図２に示すように、パッケージ２００は導電性クリップ２１６、ＩＧＢＴダイ２０２及びダイオードダイ２０４を具える。本実施形態では、導電性クリップ２１６は金属のクリップであり、詳しくは銅のクリップである。導電性クリップ２１６は、コンパートメント２２２、２２８、ウェブ２２４、２３０、壁２２６ａ、２２６ｂ、２３２ａ、２３２ｂ、拡張部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄ、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃ及び溝２４０を有する。
【００１１】
ＩＧＢＴダイ２０２は、下面２４４にゲート電極２５８及びエミッタ電極２６０、並びに、上面２４２に接続されたコレクタ電極２４６を有する。ＩＧＢＴダイ２０２は、図１におけるＩＧＢＴ１０２に相当する。それ故、ゲート電極２５８は図１におけるゲートＧＩＧＢＴ、エミッタ電極２６０は図１におけるエミッタＥＩＧＢＴ、接続されたコレクタ電極２４６は図１におけるコレクタＣＩＧＢＴにそれぞれ相当する。いくつかの実施形態では、ＩＧＢＴダイ２０２は、複数個のゲート電極、エミッタ電極及びコレクタ電極をそれぞれ有する場合がある。また、いくつか実施形態では、下面２４４がはんだ付け可能な金属（ＳＦＭ）を有することもある。
【００１２】
ダイオードダイ２０４は、下面２５２にアノード電極２６２を、上面２５０に接続されたカソード電極２５４を有する。ダイオードダイ２０４は、図１におけるダイオード１０４に相当する。それ故、アノード電極２６２は図１におけるアノードＡＤ、接続されたカソード電極２５４は図１におけるカソードＣＤにそれぞれ相当する。いくつかの実施形態においては、ダイオードダイ２０４はそれぞれ複数個のアノード電極及びカソード電極を有する場合がある。また、いくつかの実施形態においては、下面２５２がはんだ付け可能な金属（ＳＦＭ）を有する場合がある。
【００１３】
パッケージ２００は、ＩＧＢＴダイ２０２の上面２４２及びダイオードダイ２０４の上面２５０とそれぞれ電気的に接続する。より詳しくは、ＩＧＢＴダイ２０２のコレクタが、ＩＧＢＴダイ２０２の上面２４２を介しコンパートメント２２２と電気的に接続され、ダイオードダイ２０４のカソードが、ダイオードダイ２０４の上面２５０を介し、コンパートメント２２８と電気的に接続される。
【００１４】
図２に示すように、壁２２６ａ、２２６ｂがウェブ２２４の両端から下方に伸び、コンパートメント２２２の境界を定めている。コンパートメント２２２は、ＩＧＢＴダイ２０２の上面２４２と電気的、機械的に接続される。図２に示すように、パッケージ２００は、コンパートメント２２２と電気的及び機械的に接続され、はんだ又は導電性エポキシ樹脂（例えば、銀添加エポキシ樹脂）のような導電性材料からなる、接続されたコレクタ電極２４６、並びに、上面２４２及びコンパートメント２２２と機械的に接続するダイ接着材２４８を具える。いくつかの実施形態では、ＩＧＢＴダイ２０２が上面２４２に複数個の接続されたコレクタ電極を有する場合がある。
【００１５】
また、図２に示すように、壁２３２ａ、２３２ｂがウェブ２３０の両端から下方に伸び、コンパートメント２２８の境界を定めている。コンパートメント２２８は、ダイオードダイ２０４の上面２５０と電気的、機械的に接続される。図２に示すように、パッケージ２００は、コンパートメント２２８と電気的及び機械的に接続され、はんだ又は導電性エポキシ樹脂（例えば、銀添加エポキシ樹脂）のような導電性材料からなる、接続されたカソード電極２５４、並びに、上面２５０及びコンパートメント２２８と機械的に接続するダイ接着材２５６を具える。本実施形態では、導電層２５４がコンパートメント２２８及びダイオードダイ２０４のカソードと電気的に接続している。いくつかの実施形態においては、ダイオードダイ２０４が上面２５０で複数個の接続されたカソード電極を有する場合がある。
【００１６】
導電性クリップ２１６において、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃは通常それぞれ平面からなる接触面を有し、基板とパッケージ２００を接続するために使われる。いくつかの実施形態においては、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃがそれぞれ基板上の導電トレースと電気的及び機械的に接続する。他の実施形態では、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃの少なくとも１つ、特に接触部２３６ｂが、電気的及び／又は機械的に導電トレースと接続しない。また、本実施形態では接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃが同一平面状にある一方、いくつかの実施形態では接触部２３６ａ、２３６ｃのみが同一平面状にある場合がある。例えば、接触部２３６ｂが下面２４４、２５２及び接触部２３６ａ、２３６ｃより高い位置に配置される場合がある。また、いくつかの実施形態では、拡張部２３４ｂ、２３４ｃ及び接触部２３６ｂが連続になり、単一化する場合がある。また、現在の実施形態においては、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃの下面は互いに同一平面上にあり、ＩＧＢＴダイ２０２の下面２４４及びダイオードダイ２０４の下面２５２とも同一平面上にある。いくつかの実施形態においては、下面２４４及び下面２５２が、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃの下面のうち少なくとも１つよりも高い位置に配置される場合がある。
【００１７】
現在の実施形態においては、導電性クリップ２１６は、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃと、壁２２６ａ、２２６ｂ、２３２ａ、２３２ｂとを接続し、横方向に分離する拡張部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄを有する。例えば、拡張部２３４ｂは、接触部２３６ｂ及び壁２２６ｂと接続し、横方向に分離する。拡張部２３４ｃは、接触部２３６ｂ及び壁２２６ａと接続し、横方向に分離する。いくつかの実施形態においては、パッケージ２００が拡張部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄのうち少なくとも１つを含まない。例えば、接触部２３６ａが、壁２２６ａと直接的に接続され、接触部２３６ｂが壁２２６ｂ、２３２ａと直接的に接続され、接触部２３６ｃが壁２３２ｂと直接的に接続される場合がある。また、いくつかの実施形態では、図２に示すように接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃが壁２２６ａ、２２６ｂ、２３２ａ、２３２ｂの横には配置されない場合がある。例えば、接触部２３６ａが壁２２６ａの下に配置され、壁２２６ａと連続になり、単一化する場合もある。
【００１８】
導電性クリップ２１６において、溝２４０がコンパートメント２２２と２２８の間に形成され、ＩＧＢＴダイ２０２の下面２４４及びダイオードダイ２０４の下面２５２の間の電気的な接触を防止している。図２に示すように、溝２４０は接触部２３６ｂ、拡張部２３４ｂ、２３４ｃ、コンパートメント２２２の壁２２６ｂ及びコンパートメント２２８の壁２３２ａにより境界を定められた窪みからなる。接触部２３６ｂは溝２４０の下にある。図２について示され、述べられた溝２４０の特定の構造は、該溝２４０に限定することを意図するものではない。例えば、他の実施形態においては、溝２４０は、具体的な例として、丸いものでも三角形のものでもよい。いくつかの実施形態においては、溝２４０は、接触部２３６ｂ、拡張部２３４ｂ、２３４ｃの両方、又はいずれか一方を含まない。本実施形態では、ウェブ２２４、２３０の上面が同一平面上にあり、溝２４０はウェブ２２４、２３０の下に拡張されている。
【００１９】
コンパートメント２２２と２２８の間に溝２４０を形成することにより、溝２４０がＩＧＢＴダイ２０２の下面２４４とダイオードダイ２０４の下面２５２との間の電気的な接触を防止することができる。例えば、溝２４０がＩＧＢＴダイ２０２とダイオードダイ２０４との間の隔離を維持している。それ故、デバイスの相互接続不良並びにＩＧＢＴダイ２０２及びダイオードダイ２０４の動作による短絡のリスクは、従来の方法と比較して大幅に低減される。ＩＧＢＴが外部に温度センサーを有する場合、温度センサーをＩＧＢＴと良好な熱的接触のある位置に取り付けるのは困難となり、ヒートシンクや他の部品の設置を妨げることにもなる。コンパートメント２２２とＩＧＢＴダイ２０２の上面２４２とを電気的、機械的に接続し、コンパートメント２２８とダイオードダイ２０４の上面２５０とを電気的、機械的に接続することにより、ＩＧＢＴダイ２０２とダイオードダイ２０４とを、ボンドワイヤを使用せず、短いリード長で、デバイスの間隔をとりつつ、相互に接続することができる。それ故、パッケージ２００は省スペース、高い電流通過容量、低インダクタンス、低抵抗という特徴を有する。また、パッケージ２００は、任意の外部の温度センサー及び／又はヒートシンクの簡便な設置を可能とする。ボンドワイヤを使用することなく、ヒートシンクは、ＩＧＢＴダイ２０２及び／又はダイオードダイ２０４と、それぞれその上面２４２、２５０を介して良好に熱的接触するように配置される。
【００２０】
他の実施形態では、ＩＧＢＴダイ２０２及び／又はダイオードダイ２０４が、図２に関して示されて、説明された実施形態とは異なる方法で、それぞれコンパートメント２２２、２２８と電気的、機械的に接続することができることに注意が必要である。例として、１つの実施形態では、アノード電極２６２がダイオードダイ２０４の上面２５０にある場合がある。さらに、図２ではＩＧＢＴダイ２０２、ダイオードダイ２０４を示しているが、他の実施形態ではＩＧＢＴダイ２０２、ダイオードダイ２０４が他の電気部品を有する場合があり、それぞれにＩＧＢＴ及びダイオードを有する必要はない。
【００２１】
ここで、図３について言及するが、図３は本発明の１つの実施形態によるパッケージ３００の上面を示したものである。図３で示される２−２断面は、図２で示したパッケージ２００の断面に相当する。図３には、導電性クリップ３１６、ウェブ３２４、３３０、壁３２６ａ、３２６ｂ、３３２ａ、３３２ｂ、拡張部３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３３４ｄ、接触部３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、ＩＧＢＴダイ３０２及びダイオードダイ３０４を示しており、それぞれ図２に示された、導電性クリップ２１６、ウェブ２２４、２３０、壁２２６ａ、２２６ｂ、２３２ａ、２３２ｂ、拡張部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄ、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃ、ＩＧＢＴダイ２０２及びダイオードダイ２０４に相当する。図３では、ＩＧＢＴダイ３０２及びダイオードダイ３０４がそれぞれウェブ３２４、３３０の下に配置されており、それぞれ点線で示されている。
【００２２】
１つの実施形態によれば、パッケージ３００は缶３６４、３６６を有するデュアル缶封止半導体パッケージである。缶３６４は、ウェブ３２４及び壁３２６ａ、３２６ｂ、３２６ｃ、３２６ｄを有し、該壁３２６ａ、３２６ｂ、３２６ｃ、３２６ｄはウェブ３２４から下に伸ばされ、ＩＧＢＴダイ３０２を取り囲んでいる。缶３６６は、ウェブ３３０及び壁３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃ、３３２ｄを有し、該壁３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃ、３３２ｄはウェブ３３０から下に伸ばされ、ダイオードダイ３０４を取り囲んでいる。図３における破線は、壁３２６ａ、３２６ｂ、３２６ｃ、３２６ｄ、３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃ、３３２ｄの内側の境界を示している。
【００２３】
図３に示すように、溝３４０は缶３６４と缶３６６との間に形成される。溝３４０は、ＩＧＢＴダイ３０２とダイオードダイ３０４とを隔離することができる。本実施形態においては、溝３４０は缶３６４、３６６の長さに従って伸びている。いくつかの実施形態では、溝３４０が、図３に示すようには連続せず、缶３６４と缶３６６とを完全には分離しないことがある。図３では同じサイズで缶３６４と缶３６６とを示しているが、缶３６４と缶３６６とを互いに異なるサイズとすることも可能である。その上、ＩＧＢＴダイ３０２とダイオードダイ３０４についても、それぞれ缶３６４、３６６に応じて異なるサイズとすることも可能である。また、いくつかの実施形態では、パッケージ３００が、壁３２６ｃ、３２６ｄ、３３２ｃ、３３２ｄを有さず、壁３２６ａ、３２６ｂ、３３２ａ、３３２ｂを有する場合もあることに注意が必要である。
【００２４】
次に図４について言及するが、図４は本発明の１つの実施形態に従った、基板４７０に取り付けられたパッケージ４００の断面を示すものである。パッケージ４００は、基板に取り付けられたパッケージ２００に相当する。図４は、ＩＧＢＴダイ４０２、ダイオードダイ４０４及び導電性クリップ４１６を示しており、それぞれ図２におけるＩＧＢＴダイ２０２、ダイオードダイ２０４及び導電性クリップ２１６に相当する。また、図４は基板４７０を示しており、該基板４７０はその上に形成された導電トレース４７２ａ、４７２b、４７２ｃ、４７２ｄ、４７２ｅ、４７２ｆ（ここでは導電トレース４７２ａ−ｆともいう。）を有する。基板４７０は、例えばセラミック、アルミナイトライド又は他の基板材料からなる。本実施形態では、導電トレース４７２ａ−ｆは基板４７０に接合された銅からなり、銅が直接接合された構造（ＤＢＣ構造）を形成する。図４は、ＤＢＣ構造を具えたパッケージ４００を示す。
【００２５】
また、図４には、接続された接触部４７４ａ、４７４ｄ、４７４ｆを示しており、それぞれ図２における接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃに相当する。接続された接触部４７４ａ、４７４ｄ、４７４ｆは、それぞれ導電トレース４７２ａ、４７２ｄ、４７２ｆに接続される。接続された接触部４７４ａ、４７４ｄ、４７４ｆは、電気的、機械的に基板４７０と接続され、はんだ又は導電性エポキシ樹脂（例えば、銀添加エポキシ樹脂）のような導電性材料を含む。図４は、接続されたゲート電極４７４ｂ、接続されたエミッタ電極４７４ｃ及び接続されたノード電極４７４ｅについても示しており、それぞれ図２における、ゲート電極２５８、エミッタ電極２６０及びアノード電極２６２に相当する。接続されたゲート電極４７４ｂ、接続されたエミッタ電極４７４ｃ及び接続されたアノード電極４７４ｅは、導電トレース４７２ｂ、４７２ｃ、４７２ｅに接続される。接続されたゲート電極４７４ｂ、接続されたエミッタ電極４７４ｃ及び接続されたアノード電極４７４ｅは、基板４７０と電気的、機械的に接続され、はんだ又は導電性エポキシ樹脂（例えば、銀添加エポキシ樹脂）のような導電性材料を含む。いくつかの実施形態では、ＩＧＢＴダイ４０２及びダイオードダイ４０４はＳＦＭを有する場合がある。
【００２６】
パッケージ４００は、ＩＧＢＴダイ４０２とダイオードダイ４０４とを、短いリード長及びデバイス間隔で、相互に接続することを可能とする。本実施形態では、導電性クリップ４１６が図１におけるノード１０６に相当する。導電トレース４７２ｃ、４７２ｅは電気的に接続されるとともに、基板４７０上の単一の導電トレースからなる場合があり、その集合で図１におけるノード１０８に相当する。また、導電トレース４７２bは図１における端子１１４に相当する。それ故、ＩＧＢＴダイ４０２とダイオードダイ４０４とは相互に接続され、図１における回路１００を形成する。本実施形態では、接続された接触部４７４ｄが溝４４０の下にあり、基板４７０に接続されている。図４では、接続された接触部４７４ｄが溝４４０の下にあり、基板４７０上の導電トレース４７２ｄと電気的に接続され、パッケージ４００の電気的な接続部として設定され、有利に接触抵抗を低減させている。
【００２７】
ＩＧＢＴダイ４０２とダイオードダイ４０４は、例えば電源スイッチとして動作する場合、過度に温度が上昇する場合がある。結果として、接続されたゲート電極４７４ｂ、接続されたエミッタ電極４７４ｃ及び接続されたアノード電極４７４ｅは、ＩＧＢＴダイ４０２及びダイオードダイ４０４を動かせない。しかしながら、溝４４０がＩＧＢＴダイ４０２とダイオードダイ４０４との間の隔離状態を有効に維持している。それ故、溝４４０がＩＧＢＴダイ４０２及びダイオードダイ４０４の各下面間の電気的な接触を防止することができる。そのようなことから、デバイスの相互接続不良並びにＩＧＢＴダイ２０２及びダイオードダイ２０４の動作による短絡のリスクを、最小限にすることができる。
【００２８】
図２に関して上述したように、パッケージ２００は任意の外部の温度センサーを簡便に設置することを可能にする。本実施形態においては、パッケージ４００は温度センサー４７６を有し、該温度センサー４７６が、溝４４０の内側で、パッケージ４００の上面より下に配置されている（いくつかの実施形態では、温度センサー４７６が、溝４４０の上又は一般的には溝４４０に隣接して設置される）。温度センサー４７６は導電性クリップ４１６と良好に温度接続しており、また該導電性クリップ４１６自体がＩＧＢＴダイ４０２と良好に温度接続しているため、温度センサー４７６はＩＧＢＴダイ４０２の温度を測定することができる。いくつかの実施形態では、温度センサー４７６がダイオードダイ４０４の温度を測定する場合もある。温度センサー４７６は、正温度係数（ＰＴＣ）サーミスタ、負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタ、チップレジスタのような、適切な温度センサーからなる。
【００２９】
図４は、充填材料４７８の中に埋め込まれた温度センサー４７６を示しており、該充填材料４７８は溝４４０を満たしている。充填材料４７８は温度センサー４７６の上に配置され、平坦化される。いくつかの実施形態では、充填材料４７８は熱伝導性材料からなる。いくつかの実施形態では、充填材料４７８は導電性材料からなる。また、いくつかの実施形態では、充填材料４７８は、熱的に及び／又は電気的に絶縁性の材料からなる。
【００３０】
それ故、図４に示すように、パッケージ４００はＩＧＢＴダイ４０２の外側に温度センサー４７６を有し、該温度センサー４７６はＩＧＢＴダイ４０２の温度を監視するように設定される。温度センサー４７６がＩＧＢＴダイ４０２の外側にあると、ＩＧＢＴダイ４０２のサイズ及び製造コストを低減することができる。加えて、温度センサー４７６はＩＧＢＴの切替により発生するノイズ環境にほぼ干渉されることなく正確に温度を測定するこができる。また、溝４４０を具えることにより、パッケージ４００のサイズを大きくすることなく、また他の部品の設置を妨げることなく、容易に温度センサー４７６が設置される。例えば、溝４４０の内側に温度センサー４７６を具えることにより、任意のヒートシンクを容易にパッケージ４００に接続することができる。より詳しくは図５に関する記載にて説明する。
【００３１】
次に、図５について言及するが、図５は本発明の一実施形態に従った、基板５７０に取り付けられたパッケージ５００の断面を示すものである。パッケージ５００は、図２におけるパッケージ２００及び図４におけるパッケージ４００に相当する。図５には、ＩＧＢＴダイ５０２、ダイオードダイ５０４、導電性クリップ５１６、ウェブ５２４、５３０、コンパートメント５２２、５２８、溝５４０、上面５４２、５５０、接続されたコレクタ電極５４６及び接続されたカソード電極５５４を示しており、これらはそれぞれ図２におけるＩＧＢＴダイ２０２、ダイオードダイ２０４、導電性クリップ２１６、ウェブ２２４、２３０、コンパートメント２２２、２２８、溝２４０、上面２４２、２５０、接続されたコレクタ電極２４６、接続されたカソード電極２５４に相当する。図５には、基板５７０を示しており、これは図４における基板４７０に相当する。
【００３２】
また、図５には溝５４０の上方に置かれたヒートシンク５８０を示している。本実施形態では、ヒートシンク５８０は下面５８４を有し、該下面５８４はウェブ５２４、５３０の上面と同一平面状にある。ヒートシンク５８０は適切なヒートシンクからなり、金属、合金、金属酸化物、金属窒化物、セラミック材料、有機材料及びこれらを組み合わせたものを含む１又は１以上の層からなる。１つの実施形態においては、ヒートシンク５８０はＤＢＣヒートシンクからなる。ヒートシンク５８０は導電性クリップ５１６のコンパートメント５２２、５２８と熱的に接続される。また、ＩＧＢＴダイ５０２及びダイオードダイ５０４は導電性クリップ５１６のコンパートメント５２２、５２８と熱的に接続される。本実施形態においては、接続されたコレクタ電極５４６及び接続されたカソード電極５５４は、熱伝導性材料からなり、上面５４２、５５０それぞれの大部分をそれぞれ覆うことができる。それ故、ＩＧＢＴダイ５０２及びダイオードダイ５０４は、導電性クリップ５１６及びヒートシンク５８０と良好に熱的接触する。
【００３３】
本実施形態では、ＩＧＢＴダイ５０２及び温度センサー５７６がそれぞれ導電性クリップ５１６と良好に熱的接触するので、温度センサー５７６はＩＧＢＴダイ５０２の外部にありながら、ＩＧＢＴダイ５０２の温度を測定することもできる。その上、温度センサー５７６は溝５４０の内側にあるため、ヒートシンク５８０は容易にパッケージ５００と接続できる。図５に示すように、ヒートシンク５８０は温度センサー５７６の上方にある。図５には、溝５４０の内側にある充填材料５７８、５８２を示している。本実施形態では、充填材料５７８は熱伝導性である一方、絶縁性を有する場合もある。それ故、導電性クリップ５１６との熱的接触は向上され得る。しかしながら、充填材料５８２は断熱性であり、温度センサー５７６とヒートシンク５８０とを断熱するように作られている。そのように、充填材料５８２がＩＧＢＴダイ５０２の温度測定の精度を向上させている。いくつかの実施形態においては、温度センサー５７６が、空洞部分により、ヒートシンク５８０と断熱及び絶縁される（但し、図５に示されていない）。それ故、上記のとおり、ヒートシンク５８０は導電性クリップ５１６と熱的に接続し、温度センサー５７０とは断熱される。いくつかの実施形態では、温度センサー５７６がなくヒートシンク５８０を有するものがあることに注意が必要である。しかしながら、溝５４０は充填材料５８２、５７８の両方又はいずれか一方を任意に有することができる。
【００３４】
本実施形態では、ヒートシンク５８０は導電性クリップ５１６と電気的に接続されない一方、該ヒートシンク５８０はウェブ５２４、５３０の上にある。それ故、ヒートシンク５８０は、ウェブ５２４、５３０を覆うことで電気的にパッケージ５００を保護している。また、ウェブ５２４、５３０は導電性である。さらに、ヒートシンク５８０はパッケージ５００に剛性を持たせる一方、パッケージ５００の過熱を抑え、相互接続不良のリスクを低減させる。
【００３５】
それ故、図１乃至５の実施形態おいて上述したとおり、本発明は、ＩＧＢＴ及びダイオードのためのデュアルコンパートメント半導体パッケージを提供するものである。デュアルコンパートメント半導体パッケージは、第１及び第２コンパートメントの間に形成される溝を具え、該溝が、ＩＧＢＴとダイオードとの間の隔離を維持することにより、ＩＧＢＴ下面とダイオード下面との間での電気的な接触を防止している。そのように、デバイスの相互接続不良並びにＩＧＢＴ及びダイオードの動作による短絡のリスクを、最小限にすることができる。また、デュアルコンパートメント半導体パッケージはボンドワイヤを使用せずに、ＩＧＢＴとダイオードとの間の相互接続を可能にしている。デュアルコンパートメント半導体パッケージの温度を測定するため、外部の温度センサーが任意に溝の上に設置される場合がある。外部の温度センサーは、デュアルコンパートメント半導体パッケージのサイズを大きくすることなく、簡便に設置される。また、任意のヒートシンクは、ＩＧＢＴ及びダイオードと容易に熱的接触させることができる。
【００３６】
上記の本発明の説明より、その範囲から外れることなく本発明の概念を実施するために、様々な技術が使用される得ることは明らかである。その上、本発明についてはいくつかの実施形態への具体的な言及をしてきた一方、当業者は、発明の精神及び範囲から外れることなく、形式や細部を変えることを理解できるであろう。それ故、説明された実施形態は、実施例となるものであり、制限されるものではないということを、あらゆる点で考慮されるべきである。本発明は、ここで述べられた特定の実施形態に限定されず、本発明の範囲を外れることなく多様な再配置、変更及び置換が可能であることも理解されるべきである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に半導体分野に関するものであり、特には半導体ダイのパッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
３相電動機駆動のような、高出力用途において電源スイッチを実行する際、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）はフリーホイールダイオードに接続される。ＩＧＢＴとダイオードとを接続する方法の１つとして、デバイスを共通又は共同のパッケージに含める。例えば、共同パッケージに、ごく接近した共通基板上のＩＧＢＴとダイオードとを含めることができる。しかしながら、ＩＧＢＴやダイオードが動作すると、不要の接触を生じ、信頼性の低下を招く。例えば、ＩＧＢＴやダイオードが過度に熱くなり、共通基板との接触不良を起こす。別の方法として、ＩＧＢＴ及びダイオードを別のパッケージに含め、ＩＧＢＴ及びダイオードの動作時のリスクを低減させる。しかしながら、別のパッケージを用いることは、ＩＧＢＴとダイオードとの間の距離を大きくし、デバイス間の接続においてより高いインダクタンスを生じる。さらに、通常はボンドワイヤが相互接続に使用されており、結果として電流通過容量が減少し、より高いインダクタンス及びより高い抵抗をもたらす。
【０００３】
過度の温度上昇を防止するため、温度センサーがＩＧＢＴの温度を監視し、ヒートシンクがＩＧＢＴ及びダイオードから熱を逃がしている。ＩＧＢＴが外部の温度センサーを具える場合、温度センサーをＩＧＢＴと良好な熱的接触のある位置に取り付けることは困難であり、またヒートシンクや他の部品の設置を妨げる。このため、内部の温度センサーが通常ＩＧＢＴに含まれる。内部の温度センサーはＩＧＢＴとともに形成されることで、温度センサーはＩＧＢＴと良好に熱的接触する一方で、ヒートシンクや他の部品の設置の妨げとならない。しかしながら、ＩＧＢＴに内部の温度センサーを含めることは、ＩＧＢＴのサイズを増大させ、また、ＩＧＢＴの切替により発生するノイズ環境を原因として、温度信号の正確な測定が困難になる。さらに、内部の温度センサーは、ＩＧＢＴの製造工程において追加のマスク層を必要とし、そのため、製造コストが増加する。
【０００４】
それ故、デバイスが動作した際のリスクを低減し、より高い信頼性のパッケージにダイオードとともにＩＧＢＴを設けることが望まれている。さらには、ヒートシンクや他の部品の設置の妨げとならない温度センサーを具えることが望まれている。
【発明の概要】
【０００５】
温度センサーを具えたデュアルコンパートメント半導体パッケージ、実質的には、少なくとも１つの図面と関連して表されるもの及び／又は示されるもの、完全には、特許請求の範囲に記載のものである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】典型的な回路を示し、該回路は本発明の１つの実施形態によるデュアルコンパートメント半導体パッケージを使用して実施される。
【図２】本発明の１つの実施形態による典型的なデュアルコンパートメント半導体パッケージの断面図を示す。
【図３】本発明の１つの実施形態による典型的なデュアルコンパートメント半導体パッケージの上面図を示す。
【図４】本発明の１つの実施形態による基板に取り付けられた典型的なデュアルコンパートメント半導体パッケージの断面図を示す。
【図５】本発明の１つの実施形態による基板に取り付けられた典型的なデュアルコンパートメント半導体パッケージの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は、温度センサーを具えたデュアルコンパートメント半導体パッケージを対象とするものである。次の説明には、本発明の実施に関連する特別な情報を含んでいる。当業者であれば、本願で論じられた特別な方法とは異なる方法により、本発明が実施されることを理解するであろう。また、発明の具体的詳細のいくつかについては、発明をわかりやすくするため論じていない。本願で述べていない具体的詳細は、ごく普通の当業者がもつ知識の範囲内のものである。
【０００８】
本願における図面及びそれらに付随する詳細な説明は、本発明の典型的な実施形態を対象とするものにすぎない。簡潔にするため、本発明の原理を使用した他の実施形態は、本願では特に言及しておらず、図面でも特段説明していない。
【０００９】
図１は回路１００を示し、該回路１００は本発明の１つの実施形態によるデュアルコンパートメント半導体パッケージを使用して実行される。回路１００は、ＩＧＢＴ１０２及びダイオード１０４を具える。図１に示すように、ダイオード１０４はＩＧＢＴ１０２と並列に接続される。ダイオード１０４は、カソードＣＤとアノードＡＤとを有する。ＩＧＢＴ１０２は、コレクタＣＩＧＢＴとエミッタＥＩＧＢＴとを有する。回路１００において、ダイオード１０４のカソードＣＤは、ノード１０６においてＩＧＢＴ１０２のコレクタＣＩＧＢＴと接続され、該ノード１０６は端子１１０と接続される。また、回路１００において、ダイオード１０４のアノードＡＤは、ノード１０８においてＩＧＢＴ１０２のエミッタＥＩＧＢＴと接続され、該ノード１０８は端子１１２と接続される。ＩＧＢＴ１０２は、端子１１４と接続されるゲートＧＩＧＢＴを有するが、他の実施形態では、回路１００においてＩＧＢＴ１０２とダイオード１０４が逆平行、すなわちカソードＣＤがエミッタＥＩＧＢＴと接続され、アノードＡＤがコレクタＣＩＧＢＴと接続される。１つの実施形態では、ＩＧＢＴ１０２が電源スイッチを有し、ダイオード１０４がフリーホイールダイオードを有することもできる。例えば、回路１００が、３相電動機駆動の一相に高圧側又は低圧側の電源スイッチを有することができる。
【００１０】
図２は、本発明の１つの実施形態によるパッケージ２００の断面図を示したものである。パッケージ２００は、デュアルコンパートメント半導体パッケージである。図２に示すように、パッケージ２００は導電性クリップ２１６、ＩＧＢＴダイ２０２及びダイオードダイ２０４を具える。本実施形態では、導電性クリップ２１６は金属のクリップであり、詳しくは銅のクリップである。導電性クリップ２１６は、コンパートメント２２２、２２８、ウェブ２２４、２３０、壁２２６ａ、２２６ｂ、２３２ａ、２３２ｂ、拡張部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄ、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃ及び溝２４０を有する。
【００１１】
ＩＧＢＴダイ２０２は、下面２４４にゲート電極２５８及びエミッタ電極２６０、並びに、上面２４２に接続されたコレクタ電極２４６を有する。ＩＧＢＴダイ２０２は、図１におけるＩＧＢＴ１０２に相当する。それ故、ゲート電極２５８は図１におけるゲートＧＩＧＢＴ、エミッタ電極２６０は図１におけるエミッタＥＩＧＢＴ、接続されたコレクタ電極２４６は図１におけるコレクタＣＩＧＢＴにそれぞれ相当する。いくつかの実施形態では、ＩＧＢＴダイ２０２は、複数個のゲート電極、エミッタ電極及びコレクタ電極をそれぞれ有する場合がある。また、いくつか実施形態では、下面２４４がはんだ付け可能な金属（ＳＦＭ）を有することもある。
【００１２】
ダイオードダイ２０４は、下面２５２にアノード電極２６２を、上面２５０に接続されたカソード電極２５４を有する。ダイオードダイ２０４は、図１におけるダイオード１０４に相当する。それ故、アノード電極２６２は図１におけるアノードＡＤ、接続されたカソード電極２５４は図１におけるカソードＣＤにそれぞれ相当する。いくつかの実施形態においては、ダイオードダイ２０４はそれぞれ複数個のアノード電極及びカソード電極を有する場合がある。また、いくつかの実施形態においては、下面２５２がはんだ付け可能な金属（ＳＦＭ）を有する場合がある。
【００１３】
パッケージ２００は、ＩＧＢＴダイ２０２の上面２４２及びダイオードダイ２０４の上面２５０とそれぞれ電気的に接続する。より詳しくは、ＩＧＢＴダイ２０２のコレクタが、ＩＧＢＴダイ２０２の上面２４２を介しコンパートメント２２２と電気的に接続され、ダイオードダイ２０４のカソードが、ダイオードダイ２０４の上面２５０を介し、コンパートメント２２８と電気的に接続される。
【００１４】
図２に示すように、壁２２６ａ、２２６ｂがウェブ２２４の両端から下方に伸び、コンパートメント２２２の境界を定めている。コンパートメント２２２は、ＩＧＢＴダイ２０２の上面２４２と電気的、機械的に接続される。図２に示すように、パッケージ２００は、コンパートメント２２２と電気的及び機械的に接続され、はんだ又は導電性エポキシ樹脂（例えば、銀添加エポキシ樹脂）のような導電性材料からなる、接続されたコレクタ電極２４６、並びに、上面２４２及びコンパートメント２２２と機械的に接続するダイ接着材２４８を具える。いくつかの実施形態では、ＩＧＢＴダイ２０２が上面２４２に複数個の接続されたコレクタ電極を有する場合がある。
【００１５】
また、図２に示すように、壁２３２ａ、２３２ｂがウェブ２３０の両端から下方に伸び、コンパートメント２２８の境界を定めている。コンパートメント２２８は、ダイオードダイ２０４の上面２５０と電気的、機械的に接続される。図２に示すように、パッケージ２００は、コンパートメント２２８と電気的及び機械的に接続され、はんだ又は導電性エポキシ樹脂（例えば、銀添加エポキシ樹脂）のような導電性材料からなる、接続されたカソード電極２５４、並びに、上面２５０及びコンパートメント２２８と機械的に接続するダイ接着材２５６を具える。本実施形態では、導電層２５４がコンパートメント２２８及びダイオードダイ２０４のカソードと電気的に接続している。いくつかの実施形態においては、ダイオードダイ２０４が上面２５０で複数個の接続されたカソード電極を有する場合がある。
【００１６】
導電性クリップ２１６において、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃは通常それぞれ平面からなる接触面を有し、基板とパッケージ２００を接続するために使われる。いくつかの実施形態においては、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃがそれぞれ基板上の導電トレースと電気的及び機械的に接続する。他の実施形態では、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃの少なくとも１つ、特に接触部２３６ｂが、電気的及び／又は機械的に導電トレースと接続しない。また、本実施形態では接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃが同一平面状にある一方、いくつかの実施形態では接触部２３６ａ、２３６ｃのみが同一平面状にある場合がある。例えば、接触部２３６ｂが下面２４４、２５２及び接触部２３６ａ、２３６ｃより高い位置に配置される場合がある。また、いくつかの実施形態では、拡張部２３４ｂ、２３４ｃ及び接触部２３６ｂが連続になり、単一化する場合がある。また、現在の実施形態においては、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃの下面は互いに同一平面上にあり、ＩＧＢＴダイ２０２の下面２４４及びダイオードダイ２０４の下面２５２とも同一平面上にある。いくつかの実施形態においては、下面２４４及び下面２５２が、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃの下面のうち少なくとも１つよりも高い位置に配置される場合がある。
【００１７】
現在の実施形態においては、導電性クリップ２１６は、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃと、壁２２６ａ、２２６ｂ、２３２ａ、２３２ｂとを接続し、横方向に分離する拡張部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄを有する。例えば、拡張部２３４ｂは、接触部２３６ｂ及び壁２２６ｂと接続し、横方向に分離する。拡張部２３４ｃは、接触部２３６ｂ及び壁２２６ａと接続し、横方向に分離する。いくつかの実施形態においては、パッケージ２００が拡張部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄのうち少なくとも１つを含まない。例えば、接触部２３６ａが、壁２２６ａと直接的に接続され、接触部２３６ｂが壁２２６ｂ、２３２ａと直接的に接続され、接触部２３６ｃが壁２３２ｂと直接的に接続される場合がある。また、いくつかの実施形態では、図２に示すように接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃが壁２２６ａ、２２６ｂ、２３２ａ、２３２ｂの横には配置されない場合がある。例えば、接触部２３６ａが壁２２６ａの下に配置され、壁２２６ａと連続になり、単一化する場合もある。
【００１８】
導電性クリップ２１６において、溝２４０がコンパートメント２２２と２２８の間に形成され、ＩＧＢＴダイ２０２の下面２４４及びダイオードダイ２０４の下面２５２の間の電気的な接触を防止している。図２に示すように、溝２４０は接触部２３６ｂ、拡張部２３４ｂ、２３４ｃ、コンパートメント２２２の壁２２６ｂ及びコンパートメント２２８の壁２３２ａにより境界を定められた窪みからなる。接触部２３６ｂは溝２４０の下にある。図２について示され、述べられた溝２４０の特定の構造は、該溝２４０に限定することを意図するものではない。例えば、他の実施形態においては、溝２４０は、具体的な例として、丸いものでも三角形のものでもよい。いくつかの実施形態においては、溝２４０は、接触部２３６ｂ、拡張部２３４ｂ、２３４ｃの両方、又はいずれか一方を含まない。本実施形態では、ウェブ２２４、２３０の上面が同一平面上にあり、溝２４０はウェブ２２４、２３０の下に拡張されている。
【００１９】
コンパートメント２２２と２２８の間に溝２４０を形成することにより、溝２４０がＩＧＢＴダイ２０２の下面２４４とダイオードダイ２０４の下面２５２との間の電気的な接触を防止することができる。例えば、溝２４０がＩＧＢＴダイ２０２とダイオードダイ２０４との間の隔離を維持している。それ故、デバイスの相互接続不良並びにＩＧＢＴダイ２０２及びダイオードダイ２０４の動作による短絡のリスクは、従来の方法と比較して大幅に低減される。ＩＧＢＴが外部に温度センサーを有する場合、温度センサーをＩＧＢＴと良好な熱的接触のある位置に取り付けるのは困難となり、ヒートシンクや他の部品の設置を妨げることにもなる。コンパートメント２２２とＩＧＢＴダイ２０２の上面２４２とを電気的、機械的に接続し、コンパートメント２２８とダイオードダイ２０４の上面２５０とを電気的、機械的に接続することにより、ＩＧＢＴダイ２０２とダイオードダイ２０４とを、ボンドワイヤを使用せず、短いリード長で、デバイスの間隔をとりつつ、相互に接続することができる。それ故、パッケージ２００は省スペース、高い電流通過容量、低インダクタンス、低抵抗という特徴を有する。また、パッケージ２００は、任意の外部の温度センサー及び／又はヒートシンクの簡便な設置を可能とする。ボンドワイヤを使用することなく、ヒートシンクは、ＩＧＢＴダイ２０２及び／又はダイオードダイ２０４と、それぞれその上面２４２、２５０を介して良好に熱的接触するように配置される。
【００２０】
他の実施形態では、ＩＧＢＴダイ２０２及び／又はダイオードダイ２０４が、図２に関して示されて、説明された実施形態とは異なる方法で、それぞれコンパートメント２２２、２２８と電気的、機械的に接続することができることに注意が必要である。例として、１つの実施形態では、アノード電極２６２がダイオードダイ２０４の上面２５０にある場合がある。さらに、図２ではＩＧＢＴダイ２０２、ダイオードダイ２０４を示しているが、他の実施形態ではＩＧＢＴダイ２０２、ダイオードダイ２０４が他の電気部品を有する場合があり、それぞれにＩＧＢＴ及びダイオードを有する必要はない。
【００２１】
ここで、図３について言及するが、図３は本発明の１つの実施形態によるパッケージ３００の上面を示したものである。図３で示される２−２断面は、図２で示したパッケージ２００の断面に相当する。図３には、導電性クリップ３１６、ウェブ３２４、３３０、壁３２６ａ、３２６ｂ、３３２ａ、３３２ｂ、拡張部３３４ａ、３３４ｂ、３３４ｃ、３３４ｄ、接触部３３６ａ、３３６ｂ、３３６ｃ、ＩＧＢＴダイ３０２及びダイオードダイ３０４を示しており、それぞれ図２に示された、導電性クリップ２１６、ウェブ２２４、２３０、壁２２６ａ、２２６ｂ、２３２ａ、２３２ｂ、拡張部２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃ、２３４ｄ、接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃ、ＩＧＢＴダイ２０２及びダイオードダイ２０４に相当する。図３では、ＩＧＢＴダイ３０２及びダイオードダイ３０４がそれぞれウェブ３２４、３３０の下に配置されており、それぞれ点線で示されている。
【００２２】
１つの実施形態によれば、パッケージ３００は缶３６４、３６６を有するデュアル缶封止半導体パッケージである。缶３６４は、ウェブ３２４及び壁３２６ａ、３２６ｂ、３２６ｃ、３２６ｄを有し、該壁３２６ａ、３２６ｂ、３２６ｃ、３２６ｄはウェブ３２４から下に伸ばされ、ＩＧＢＴダイ３０２を取り囲んでいる。缶３６６は、ウェブ３３０及び壁３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃ、３３２ｄを有し、該壁３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃ、３３２ｄはウェブ３３０から下に伸ばされ、ダイオードダイ３０４を取り囲んでいる。図３における破線は、壁３２６ａ、３２６ｂ、３２６ｃ、３２６ｄ、３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃ、３３２ｄの内側の境界を示している。
【００２３】
図３に示すように、溝３４０は缶３６４と缶３６６との間に形成される。溝３４０は、ＩＧＢＴダイ３０２とダイオードダイ３０４とを隔離することができる。本実施形態においては、溝３４０は缶３６４、３６６の長さに従って伸びている。いくつかの実施形態では、溝３４０が、図３に示すようには連続せず、缶３６４と缶３６６とを完全には分離しないことがある。図３では同じサイズで缶３６４と缶３６６とを示しているが、缶３６４と缶３６６とを互いに異なるサイズとすることも可能である。その上、ＩＧＢＴダイ３０２とダイオードダイ３０４についても、それぞれ缶３６４、３６６に応じて異なるサイズとすることも可能である。また、いくつかの実施形態では、パッケージ３００が、壁３２６ｃ、３２６ｄ、３３２ｃ、３３２ｄを有さず、壁３２６ａ、３２６ｂ、３３２ａ、３３２ｂを有する場合もあることに注意が必要である。
【００２４】
次に図４について言及するが、図４は本発明の１つの実施形態に従った、基板４７０に取り付けられたパッケージ４００の断面を示すものである。パッケージ４００は、基板に取り付けられたパッケージ２００に相当する。図４は、ＩＧＢＴダイ４０２、ダイオードダイ４０４及び導電性クリップ４１６を示しており、それぞれ図２におけるＩＧＢＴダイ２０２、ダイオードダイ２０４及び導電性クリップ２１６に相当する。また、図４は基板４７０を示しており、該基板４７０はその上に形成された導電トレース４７２ａ、４７２b、４７２ｃ、４７２ｄ、４７２ｅ、４７２ｆ（ここでは導電トレース４７２ａ−ｆともいう。）を有する。基板４７０は、例えばセラミック、アルミナイトライド又は他の基板材料からなる。本実施形態では、導電トレース４７２ａ−ｆは基板４７０に接合された銅からなり、銅が直接接合された構造（ＤＢＣ構造）を形成する。図４は、ＤＢＣ構造を具えたパッケージ４００を示す。
【００２５】
また、図４には、接続された接触部４７４ａ、４７４ｄ、４７４ｆを示しており、それぞれ図２における接触部２３６ａ、２３６ｂ、２３６ｃに相当する。接続された接触部４７４ａ、４７４ｄ、４７４ｆは、それぞれ導電トレース４７２ａ、４７２ｄ、４７２ｆに接続される。接続された接触部４７４ａ、４７４ｄ、４７４ｆは、電気的、機械的に基板４７０と接続され、はんだ又は導電性エポキシ樹脂（例えば、銀添加エポキシ樹脂）のような導電性材料を含む。図４は、接続されたゲート電極４７４ｂ、接続されたエミッタ電極４７４ｃ及び接続されたノード電極４７４ｅについても示しており、それぞれ図２における、ゲート電極２５８、エミッタ電極２６０及びアノード電極２６２に相当する。接続されたゲート電極４７４ｂ、接続されたエミッタ電極４７４ｃ及び接続されたアノード電極４７４ｅは、導電トレース４７２ｂ、４７２ｃ、４７２ｅに接続される。接続されたゲート電極４７４ｂ、接続されたエミッタ電極４７４ｃ及び接続されたアノード電極４７４ｅは、基板４７０と電気的、機械的に接続され、はんだ又は導電性エポキシ樹脂（例えば、銀添加エポキシ樹脂）のような導電性材料を含む。いくつかの実施形態では、ＩＧＢＴダイ４０２及びダイオードダイ４０４はＳＦＭを有する場合がある。
【００２６】
パッケージ４００は、ＩＧＢＴダイ４０２とダイオードダイ４０４とを、短いリード長及びデバイス間隔で、相互に接続することを可能とする。本実施形態では、導電性クリップ４１６が図１におけるノード１０６に相当する。導電トレース４７２ｃ、４７２ｅは電気的に接続されるとともに、基板４７０上の単一の導電トレースからなる場合があり、その集合で図１におけるノード１０８に相当する。また、導電トレース４７２bは図１における端子１１４に相当する。それ故、ＩＧＢＴダイ４０２とダイオードダイ４０４とは相互に接続され、図１における回路１００を形成する。本実施形態では、接続された接触部４７４ｄが溝４４０の下にあり、基板４７０に接続されている。図４では、接続された接触部４７４ｄが溝４４０の下にあり、基板４７０上の導電トレース４７２ｄと電気的に接続され、パッケージ４００の電気的な接続部として設定され、有利に接触抵抗を低減させている。
【００２７】
ＩＧＢＴダイ４０２とダイオードダイ４０４は、例えば電源スイッチとして動作する場合、過度に温度が上昇する場合がある。結果として、接続されたゲート電極４７４ｂ、接続されたエミッタ電極４７４ｃ及び接続されたアノード電極４７４ｅは、ＩＧＢＴダイ４０２及びダイオードダイ４０４を動かせない。しかしながら、溝４４０がＩＧＢＴダイ４０２とダイオードダイ４０４との間の隔離状態を有効に維持している。それ故、溝４４０がＩＧＢＴダイ４０２及びダイオードダイ４０４の各下面間の電気的な接触を防止することができる。そのようなことから、デバイスの相互接続不良並びにＩＧＢＴダイ２０２及びダイオードダイ２０４の動作による短絡のリスクを、最小限にすることができる。
【００２８】
図２に関して上述したように、パッケージ２００は任意の外部の温度センサーを簡便に設置することを可能にする。本実施形態においては、パッケージ４００は温度センサー４７６を有し、該温度センサー４７６が、溝４４０の内側で、パッケージ４００の上面より下に配置されている（いくつかの実施形態では、温度センサー４７６が、溝４４０の上又は一般的には溝４４０に隣接して設置される）。温度センサー４７６は導電性クリップ４１６と良好に温度接続しており、また該導電性クリップ４１６自体がＩＧＢＴダイ４０２と良好に温度接続しているため、温度センサー４７６はＩＧＢＴダイ４０２の温度を測定することができる。いくつかの実施形態では、温度センサー４７６がダイオードダイ４０４の温度を測定する場合もある。温度センサー４７６は、正温度係数（ＰＴＣ）サーミスタ、負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタ、チップレジスタのような、適切な温度センサーからなる。
【００２９】
図４は、充填材料４７８の中に埋め込まれた温度センサー４７６を示しており、該充填材料４７８は溝４４０を満たしている。充填材料４７８は温度センサー４７６の上に配置され、平坦化される。いくつかの実施形態では、充填材料４７８は熱伝導性材料からなる。いくつかの実施形態では、充填材料４７８は導電性材料からなる。また、いくつかの実施形態では、充填材料４７８は、熱的に及び／又は電気的に絶縁性の材料からなる。
【００３０】
それ故、図４に示すように、パッケージ４００はＩＧＢＴダイ４０２の外側に温度センサー４７６を有し、該温度センサー４７６はＩＧＢＴダイ４０２の温度を監視するように設定される。温度センサー４７６がＩＧＢＴダイ４０２の外側にあると、ＩＧＢＴダイ４０２のサイズ及び製造コストを低減することができる。加えて、温度センサー４７６はＩＧＢＴの切替により発生するノイズ環境にほぼ干渉されることなく正確に温度を測定するこができる。また、溝４４０を具えることにより、パッケージ４００のサイズを大きくすることなく、また他の部品の設置を妨げることなく、容易に温度センサー４７６が設置される。例えば、溝４４０の内側に温度センサー４７６を具えることにより、任意のヒートシンクを容易にパッケージ４００に接続することができる。より詳しくは図５に関する記載にて説明する。
【００３１】
次に、図５について言及するが、図５は本発明の一実施形態に従った、基板５７０に取り付けられたパッケージ５００の断面を示すものである。パッケージ５００は、図２におけるパッケージ２００及び図４におけるパッケージ４００に相当する。図５には、ＩＧＢＴダイ５０２、ダイオードダイ５０４、導電性クリップ５１６、ウェブ５２４、５３０、コンパートメント５２２、５２８、溝５４０、上面５４２、５５０、接続されたコレクタ電極５４６及び接続されたカソード電極５５４を示しており、これらはそれぞれ図２におけるＩＧＢＴダイ２０２、ダイオードダイ２０４、導電性クリップ２１６、ウェブ２２４、２３０、コンパートメント２２２、２２８、溝２４０、上面２４２、２５０、接続されたコレクタ電極２４６、接続されたカソード電極２５４に相当する。図５には、基板５７０を示しており、これは図４における基板４７０に相当する。
【００３２】
また、図５には溝５４０の上方に置かれたヒートシンク５８０を示している。本実施形態では、ヒートシンク５８０は下面５８４を有し、該下面５８４はウェブ５２４、５３０の上面と同一平面状にある。ヒートシンク５８０は適切なヒートシンクからなり、金属、合金、金属酸化物、金属窒化物、セラミック材料、有機材料及びこれらを組み合わせたものを含む１又は１以上の層からなる。１つの実施形態においては、ヒートシンク５８０はＤＢＣヒートシンクからなる。ヒートシンク５８０は導電性クリップ５１６のコンパートメント５２２、５２８と熱的に接続される。また、ＩＧＢＴダイ５０２及びダイオードダイ５０４は導電性クリップ５１６のコンパートメント５２２、５２８と熱的に接続される。本実施形態においては、接続されたコレクタ電極５４６及び接続されたカソード電極５５４は、熱伝導性材料からなり、上面５４２、５５０それぞれの大部分をそれぞれ覆うことができる。それ故、ＩＧＢＴダイ５０２及びダイオードダイ５０４は、導電性クリップ５１６及びヒートシンク５８０と良好に熱的接触する。
【００３３】
本実施形態では、ＩＧＢＴダイ５０２及び温度センサー５７６がそれぞれ導電性クリップ５１６と良好に熱的接触するので、温度センサー５７６はＩＧＢＴダイ５０２の外部にありながら、ＩＧＢＴダイ５０２の温度を測定することもできる。その上、温度センサー５７６は溝５４０の内側にあるため、ヒートシンク５８０は容易にパッケージ５００と接続できる。図５に示すように、ヒートシンク５８０は温度センサー５７６の上方にある。図５には、溝５４０の内側にある充填材料５７８、５８２を示している。本実施形態では、充填材料５７８は熱伝導性である一方、絶縁性を有する場合もある。それ故、導電性クリップ５１６との熱的接触は向上され得る。しかしながら、充填材料５８２は断熱性であり、温度センサー５７６とヒートシンク５８０とを断熱するように作られている。そのように、充填材料５８２がＩＧＢＴダイ５０２の温度測定の精度を向上させている。いくつかの実施形態においては、温度センサー５７６が、空洞部分により、ヒートシンク５８０と断熱及び絶縁される（但し、図５に示されていない）。それ故、上記のとおり、ヒートシンク５８０は導電性クリップ５１６と熱的に接続し、温度センサー５７０とは断熱される。いくつかの実施形態では、温度センサー５７６がなくヒートシンク５８０を有するものがあることに注意が必要である。しかしながら、溝５４０は充填材料５８２、５７８の両方又はいずれか一方を任意に有することができる。
【００３４】
本実施形態では、ヒートシンク５８０は導電性クリップ５１６と電気的に接続されない一方、該ヒートシンク５８０はウェブ５２４、５３０の上にある。それ故、ヒートシンク５８０は、ウェブ５２４、５３０を覆うことで電気的にパッケージ５００を保護している。また、ウェブ５２４、５３０は導電性である。さらに、ヒートシンク５８０はパッケージ５００に剛性を持たせる一方、パッケージ５００の過熱を抑え、相互接続不良のリスクを低減させる。
【００３５】
それ故、図１乃至５の実施形態おいて上述したとおり、本発明は、ＩＧＢＴ及びダイオードのためのデュアルコンパートメント半導体パッケージを提供するものである。デュアルコンパートメント半導体パッケージは、第１及び第２コンパートメントの間に形成される溝を具え、該溝が、ＩＧＢＴとダイオードとの間の隔離を維持することにより、ＩＧＢＴ下面とダイオード下面との間での電気的な接触を防止している。そのように、デバイスの相互接続不良並びにＩＧＢＴ及びダイオードの動作による短絡のリスクを、最小限にすることができる。また、デュアルコンパートメント半導体パッケージはボンドワイヤを使用せずに、ＩＧＢＴとダイオードとの間の相互接続を可能にしている。デュアルコンパートメント半導体パッケージの温度を測定するため、外部の温度センサーが任意に溝の上に設置される場合がある。外部の温度センサーは、デュアルコンパートメント半導体パッケージのサイズを大きくすることなく、簡便に設置される。また、任意のヒートシンクは、ＩＧＢＴ及びダイオードと容易に熱的接触させることができる。
【００３６】
上記の本発明の説明より、その範囲から外れることなく本発明の概念を実施するために、様々な技術が使用される得ることは明らかである。その上、本発明についてはいくつかの実施形態への具体的な言及をしてきた一方、当業者は、発明の精神及び範囲から外れることなく、形式や細部を変えることを理解できるであろう。それ故、説明された実施形態は、実施例となるものであり、制限されるものではないということを、あらゆる点で考慮されるべきである。本発明は、ここで述べられた特定の実施形態に限定されず、本発明の範囲を外れることなく多様な再配置、変更及び置換が可能であることも理解されるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２コンパートメントを有し、該第１コンパートメントが第１ダイの上面と電気的及び機械的に接続され、該第２コンパートメントが第２ダイの上面と電気的及び機械的に接続された、導電性クリップと、
前記第１及び第２コンパートメントの間に形成され、前記第１ダイと第２ダイとの接触を防ぐ溝とを具え、
前記第１ダイの上面と前記第２ダイの上面とを電気的に接続するデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項２】
前記第１ダイが絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を有する請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項３】
前記第２ダイがダイオードを有する請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項４】
前記第１ダイがＩＧＢＴを有し、
前記第２ダイがダイオードを有する請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項５】
前記第１ダイがＩＧＢＴを有し、
前記第１ダイの前記上面に該ＩＧＢＴのコレクタ電極があり、前記第１ダイの下面に該ＩＧＢＴのゲート電極及びエミッタ電極がある請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項６】
前記第１ダイがＩＧＢＴを有し、前記第２ダイがダイオードを有し、
前記ＩＧＢＴのコレクタが前記第１ダイの前記上面を介して電気的に前記第１コンパートメントと接続され、前記ダイオードのカソードが前記第２ダイの前記上面を介して電気的に前記第２コンパートメントと接続される請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項７】
前記導電性クリップが前記溝の下に接触部を有し、
前記接触部が基板と接続するために設けられる請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項８】
前記デュアルコンパートメント半導体パッケージの温度を測定するため、前記溝の上にある温度センサーを具える請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項９】
前記溝の上にヒートシンクを具える請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１０】
前記第１及び前記第２コンパートメントと熱的に接続されるヒートシンクを具える請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１１】
前記第１コンパートメントの上面が前記第２コンパートメントの上面と同一平面上にある請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１２】
第１及び第２コンパートメントを有し、該第１コンパートメントが第１ダイの上面と電気的及び機械的に接続され、該第２コンパートメントが第２ダイの上面と電気的及び機械的に接続された、導電性クリップと、
前記第１及び第２コンパートメントの間に形成され、前記第１ダイと第２ダイとの接触を防ぐ溝と、
デュアルコンパートメント半導体パッケージの温度を測定するため、前記溝と隣接する温度センサーとを具えるデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１３】
前記第１ダイがＩＧＢＴを有する請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１４】
前記第２ダイがダイオードを有する請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１５】
前記第１ダイがＩＧＢＴを有し、
前記第２ダイがダイオードを有する請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１６】
前記温度センサーが前記第１ダイの外側にあり、前記第１ダイの温度を測定するために設定される請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１７】
前記温度センサーが前記溝の中にある請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１８】
前記温度センサーの上にヒートシンクを具える請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１９】
前記第１及び前記第２コンパートメントと熱的に接続されるヒートシンクを具える請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項２０】
前記導電性クリップと熱的に接続し、前記温度センサーから断熱されるヒートシンクを具える請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１】
第１及び第２コンパートメントを有し、該第１コンパートメントが第１ダイの上面と電気的及び機械的に接続され、該第２コンパートメントが第２ダイの上面と電気的及び機械的に接続された、導電性クリップと、
前記第１及び第２コンパートメントの間に形成され、前記第１ダイと第２ダイとの接触を防ぐ溝とを具え、
前記第１ダイの上面と前記第２ダイの上面とを電気的に接続するデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項２】
前記第１ダイが絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を有する請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項３】
前記第２ダイがダイオードを有する請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項４】
前記第１ダイがＩＧＢＴを有し、
前記第２ダイがダイオードを有する請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項５】
前記第１ダイがＩＧＢＴを有し、
前記第１ダイの前記上面に該ＩＧＢＴのコレクタ電極があり、前記第１ダイの下面に該ＩＧＢＴのゲート電極及びエミッタ電極がある請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項６】
前記第１ダイがＩＧＢＴを有し、前記第２ダイがダイオードを有し、
前記ＩＧＢＴのコレクタが前記第１ダイの前記上面を介して電気的に前記第１コンパートメントと接続され、前記ダイオードのカソードが前記第２ダイの前記上面を介して電気的に前記第２コンパートメントと接続される請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項７】
前記導電性クリップが前記溝の下に接触部を有し、
前記接触部が基板と接続するために設けられる請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項８】
前記デュアルコンパートメント半導体パッケージの温度を測定するため、前記溝の上にある温度センサーを具える請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項９】
前記溝の上にヒートシンクを具える請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１０】
前記第１及び前記第２コンパートメントと熱的に接続されるヒートシンクを具える請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１１】
前記第１コンパートメントの上面が前記第２コンパートメントの上面と同一平面上にある請求項１記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１２】
第１及び第２コンパートメントを有し、該第１コンパートメントが第１ダイの上面と電気的及び機械的に接続され、該第２コンパートメントが第２ダイの上面と電気的及び機械的に接続された、導電性クリップと、
前記第１及び第２コンパートメントの間に形成され、前記第１ダイと第２ダイとの接触を防ぐ溝と、
デュアルコンパートメント半導体パッケージの温度を測定するため、前記溝と隣接する温度センサーとを具えるデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１３】
前記第１ダイがＩＧＢＴを有する請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１４】
前記第２ダイがダイオードを有する請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１５】
前記第１ダイがＩＧＢＴを有し、
前記第２ダイがダイオードを有する請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１６】
前記温度センサーが前記第１ダイの外側にあり、前記第１ダイの温度を測定するために設定される請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１７】
前記温度センサーが前記溝の中にある請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１８】
前記温度センサーの上にヒートシンクを具える請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項１９】
前記第１及び前記第２コンパートメントと熱的に接続されるヒートシンクを具える請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【請求項２０】
前記導電性クリップと熱的に接続し、前記温度センサーから断熱されるヒートシンクを具える請求項１２記載のデュアルコンパートメント半導体パッケージ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２１２８６３（Ｐ２０１２−２１２８６３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−４２３４６（Ｐ２０１２−４２３４６）
【出願日】平成２４年２月２８日（２０１２．２．２８）
【出願人】（５９７１６１１１５）インターナショナル レクティフィアー コーポレイション (71)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−４２３４６（Ｐ２０１２−４２３４６）
【出願日】平成２４年２月２８日（２０１２．２．２８）
【出願人】（５９７１６１１１５）インターナショナル レクティフィアー コーポレイション (71)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]