(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体素子の温度を高精度かつ高速に検出することができ、装置の異常や劣化を高精度かつ高速に検出することができる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１０において、金属板３３Ｃ１を表面に有する積層基板と、金属板上に導電性接合材により接合された半導体素子１１と、絶縁板２３及び温度検出素子２４からなり、温度検出素子が絶縁板を介して金属板に接合された少なくとも１つの温度センサ２１と、を有する。同一金属板上に配置しているため、半導体素子の温度を高精度、高速に測定する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板を絶縁板の表面に有する積層基板と、
前記金属板上に導電性接合材により接合された半導体素子と、
絶縁板及び温度検出素子からなり、前記温度検出素子が前記絶縁板を介して前記金属板に接合された少なくとも１つの温度センサと、
を有する半導体装置。
【請求項２】
前記金属板上に複数の前記温度センサが接合され、
当該複数の温度センサのうち少なくとも１つは他の温度センサよりも前記半導体素子に近い位置に配されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
複数の前記半導体素子と、各々が絶縁板を介して前記金属板に接合された複数の前記温度センサとが、前記金属板上に整列して載置された、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記金属板は少なくとも、互いに隣接する前記半導体素子及び前記温度センサの載置領域を含み前記載置領域の両者に外接する矩形領域からなる領域の全体に亘って延在している、請求項２又は３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記複数の半導体素子及び前記複数の温度センサはマトリクス配列され、
前記金属板は少なくとも、前記マトリクス配列の前記複数の半導体素子及び前記複数の温度センサの載置領域を含み前記載置領域に外接する矩形領域の全体に亘って延在している、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記複数の温度検出素子のうち少なくとも１つは他の温度センサよりも前記矩形領域の中心に近い位置に配されている、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記複数の温度センサのうち少なくとも２つは前記半導体素子の１つに隣接して配されている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記絶縁板は、絶縁層及び導電層が積層された絶縁積層基板である、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記絶縁板は、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板またはＡＭＢ（Active Metal Brazing）基板であり、前記温度センサの正負両電極を互いに電気的に分離して接続可能な配線構造を有する、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、電力用半導体素子及び当該電力用半導体素子の温度検出のための温度検出素子を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用半導体装置では、電力用半導体素子（パワー半導体素子）からの熱を放散するため、銅などの熱伝導率の高い金属板上にパワー半導体素子を接合などによって実装することが行われている。
【０００３】
このような半導体装置では、発熱源であるパワー半導体素子の温度監視、温度異常検出、パワー半導体素子の制御等のために温度検出素子を設けることが行われている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、絶縁基板上に形成された金属配線層の上面に、半導体素子及び温度センサが半田によって接合された半導体装置が開示されている。半導体素子及び温度センサは金属配線層上で所定間隔をおいて配置されていることが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、絶縁基板の上に形成された銅板上に、半田層を介して半導体チップが実装された半導体装置が開示されている。当該半導体チップ上には、当該半導体チップの温度を検出するダイオードが形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１６０６０２号公報
【特許文献２】特開２００９−４３７８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体素子、特にパワー半導体素子を有する半導体装置においては、熱源となるパワー半導体素子の温度を高精度に計測し、パワー半導体素子及び半導体装置の状態を正確に検出できることが求められる。
【０００８】
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、半導体素子、特にパワー半導体素子の温度を高精度かつ高速に検出することができ、装置の異常や劣化を高精度かつ高速に検出することができる半導体装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、高い熱伝導特性及び放熱効果を有し、高性能で、劣化の小さい高信頼度の半導体装置を提供することを目的とする。また、マルチチップ構成などの高密度な半導体装置においても、高効率で高い信頼度の半導体装置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】
【００１０】
本発明の半導体装置は、金属板を表面に有する絶縁基板と、金属板上に導電性接合材により接合された半導体素子と、絶縁板及び温度検出素子からなり、前記温度検出素子が前記絶縁板を介して当該金属板に接合された少なくとも１つの温度センサと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】、実施例１の半導体装置１０の上面を模式的に示す平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ線に沿った半導体装置１０の断面を模式的に示す断面図である。
【図１Ｃ】図１ＡのＢ−Ｂ線に沿った半導体装置１０の断面を模式的に示す断面図である。
【図２】実施例２の半導体装置１０の上面を模式的に示す平面図である。
【図３】実施例３の半導体装置１０の上面を模式的に示す平面図である。
【図４】実施例４の半導体装置１０の上面を模式的に示す平面図である。
【図５】実施例５の半導体装置１０の上面を模式的に示す平面図である。
【図６Ａ】半導体素子１１及び温度センサ２１が共通に載置された金属板３３Ｃ１の形成領域を説明する図である。
【図６Ｂ】半導体素子１１及び温度センサ２１が共通に載置された金属板３３Ｃ１の形成領域を説明する図である。
【図６Ｃ】半導体素子１１及び温度センサ２１が共通に載置された金属板３３Ｃ１の形成領域を説明する図である。
【図６Ｄ】半導体素子１１及び温度センサ２１が共通に載置された金属板３３Ｃ１の形成領域を説明する図である。
【図６Ｅ】半導体素子１１及び温度センサ２１が共通に載置された金属板３３Ｃ１の形成領域を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。
【実施例１】
【００１３】
図１Ａは、実施例１の半導体装置１０の上面を模式的に示す平面図である。また、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ線に沿った半導体装置１０の断面を模式的に示す断面図であり、図１Ｃは、図１ＡのＢ−Ｂ線に沿った半導体装置１０の断面を模式的に示す断面図である。
【００１４】
図１Ａに示すように、パワートランジスタなどの半導体素子１１及び温度センサ２１が、積層基板３３の上層である金属板３３Ｃ１上に実装されて構成されている。
【００１５】
図１Ｂに示すように、半導体装置１０は、金属等からなる冷却体３０、冷却体３０上にサーマルコンパウンド３１によって密着され、金属等からなる支持基板３２、支持基板３２上に接合材によって接合された積層基板３３、及び、積層基板３３上に実装されさた半導体素子１１及び温度センサ２１からなる。
【００１６】
なお、以下においては、半導体素子１１がパワー半導体素子である場合を例に説明するが、本発明は、パワー半導体素子に限らず、発熱する半導体素子について適用することができる。
【００１７】
また、図１Ｂに示すように、金属板３３Ｃ１は積層基板３３の上面の金属層（銅回路板）３３Ｃの一部である。より詳細には、積層基板３３は、絶縁基板（セラミック基板）３３Ｂに銅回路板をＤＣＢ（Direct Copper Bond）法、若しくはＡＭＢ（Active Metal Brazing）法、によって接合した放熱用積層基板であり、高熱伝導性及び高電気導電性を兼ね備えた、高絶縁耐圧の積層基板である。積層基板３３の下面には金属層（銅回路板）３３Ａが接合されている。前記セラミック基板は、熱伝導度の高いセラミックス、例えば酸化アルミニウム（アルミナ）や窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素などが用いられる。なお、ＤＣＢ法で製造した積層基板をＤＣＢ基板、ＡＭＢ法で製造した積層基板をＡＭＢ基板という。
【００１８】
図１Ｃに示すように、金属板３３Ｃ２は金属層３３Ｃの他の一部であり、金属板３３Ｃ１とは間隙２５によって離間して形成されている。なお、金属板３３Ｃ２は、金属板３３Ｃ１と物理的に接続されていても、また接続されていなくとも良い。間隙２５は、パターニングした銅板を接合することにより、又は銅板を全面に接合した後にエッチング等によりパターニングして形成される。
【００１９】
なお、以下においては、積層基板３３の上層である回路板を金属層３３Ｃとして、パワー半導体素子１１及び温度センサ２１が共通に接合された回路板の部分を金属板３３Ｃ１として説明する。
【００２０】
なお、接合層１２、２２等に用いられる接合材又は接合層としては、はんだ材や銀（Ａｇ）などの金属粒子含有低温焼結材や銀ナノペースト等を用いることができる。
【００２１】
以下に、パワー半導体素子１１及び温度センサ２１の構成及び配置について詳細に説明する。
【００２２】
上記したように、パワー半導体素子１１及び温度センサ２１が、共通の金属板である金属板３３Ｃ１に接合されて実装されている。パワー半導体素子１１は、金属板３３Ｃ１に接合材によって接合されている。
【００２３】
パワー半導体素子１１は、これには限定されないが、縦型半導体素子であることが好ましく、例えば縦型ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。例えば、パワー半導体素子１１が、縦型ＭＯＳＦＥＴである場合はドレインが金属板３３Ｃ１に接合され、縦型ＩＧＢＴである場合はコレクタが金属板３３Ｃ１に導電性の接合材からなる接合層１２によって接合されている。
【００２４】
温度センサ２１は温度検出素子（sensing element）２４と、温度検出素子２４が接合材からなる接合層２２によって接合された絶縁板２３とからなる。温度検出素子は例えば、ダイオード、トランジスタ、サーミスタなどが可能である。温度検出素子は、パワー半導体素子（裏面電極）と電気的に絶縁される必要がある。従って、温度検出素子が金属板３３Ｃ上に配置される場合は、絶縁板２３を介して金属板３３Ｃ上に温度検出素子は配置される。また、金属板３３Ｃと特に素子の上面、底面に電極を有する素子（縦型温度検出素子）は、素子の接する箇所の温度検出感度が高いので好ましい。絶縁板２３が接合層２２によって金属板３３Ｃ１に接合されることによって、温度センサ２１が金属板３３Ｃ１に接合されている。以下においても、絶縁板２３を介して金属板３３Ｃ１に接合された温度検出素子２４、すなわち絶縁板２３及び温度検出素子２４を合わせて温度センサ２１と称して説明する。接合層２２は、熱導電性を有する材料で、はんだ材や銀（Ａｇ）などの金属粒子含有低温焼結材や銀ナノペースト等を用いることができる。また、樹脂を含有していてもよい。
【００２５】
絶縁板２３として例えばセラミック基板等が用いられている。温度検出素子２４は、これらには限定されないが、例えばｐｎダイオード、又は表面実装型のサーミスタである。絶縁板２３は、熱伝導度の高いセラミックス、例えば酸化アルミニウム（アルミナ）セラミックや窒化アルミニウムセラミック等の高熱伝導性のセラミック基板、又はセラミック基板等の絶縁基板の表裏に銅などの導電性板が形成されたＤＣＢ基板などの積層基板が好適である。また、耐熱性樹脂を含有した基板でもよい。具体的には、窒化アルミニウム等のセラミックス絶縁基板の両面に銅板等の導電性板がＤＣＢ法により接合されたＤＣＢ基板を用いることができる。セラミックス絶縁基板の両面に銅板等が形成されているため、温度センサや積層基板の金属層３３Ｃと接合する際に、密着性の高い接合が容易であり、接合層２２として、銀（Ａｇ）などの金属粒子含有低温焼結材の他にもはんだ材も利用できるため好ましい。絶縁基板２３がセラミック基板である場合は、銀（Ａｇ）などの金属粒子含有低温焼結材や樹脂を含有した接合材などが用いることができる。なお、以下の実施例ではＤＣＢ基板を記しているがこれに限定されるもものではない。
【００２６】
図１Ａには、金属層３３Ｃが間隙（金属層非形成領域又は分離領域）２５を有し、２つの部分（金属板）からなる場合を例に説明したが、１つの金属板として形成されていても良い。例えば、金属層３３Ｃが絶縁体３３Ｂの全体を覆うように形成され、その上にパワー半導体素子１１及び温度センサ２１が実装されていても良い。
【００２７】
本発明によれば、温度検出素子２４は絶縁板２３によって金属板３３Ｃ１と電気的に絶縁され、パワー半導体素子１１及び温度センサ２１が、共通の金属板である金属板３３Ｃ１に接合されて実装されている。
【００２８】
温度検出素子の裏面とパワー半導体素子の裏面が同一の金属板上に配置されると、少なくともどちらかの素子が正常に稼働できなくなってしまう。そのため、温度検出素子とパワー半導体素子は、電気的に絶縁されて配置される必要がある。このようにするためには、積層基板３３の金属板は、エッチング等でパターニング（分離）され、絶縁基板が露出した状態で、温度検出素子とパワー半導体素子とは、分離された金属板に配置される場合がある（従来構造）。この場合、共通の前記金属板上に配置されない構造となり、パワー半導体素子及び温度検出素子が互いに熱的に分離された金属板上に設けられる。
【００２９】
一方、本発明はパワー半導体素子及び温度検出素子が互いに熱的に分離された金属板上に設けられた場合と異なり、パワー半導体素子１１と温度検出素子２４との間の熱抵抗が小さいので、パワー半導体素子１１の温度を高精度かつ高速に検出することができる。また、パワー半導体素子１１及び半導体装置の異常や劣化を高精度かつ高速に検出することができる。
【００３０】
また、金属層３３Ｃのパターニングによる分離部が無いので、パワー半導体素子１１からの金属板中における水平方向の熱伝達が阻害されず熱抵抗が小さく、ひいては支持基板３２や冷却体３０への熱の伝達が良好に行われ、高い放熱効果が得られる。
【００３１】
さらに、高い放熱効果が得られるため、支持基板３２や冷却体３０との接合に用いられている半田のクラックや、サーマルコンパウンドの枯渇などの不具合を防止することができ、高性能で、劣化の小さい高信頼度の半導体装置を実現することができる。
【００３２】
このように、早期に異常を検出することができるので、電力を調整して半導体装置の寿命を延ばすことができる。従って、温度検出素子２４の検出温度に基づいて異常や劣化を検出し、パワー半導体素子１１及び半導体装置を制御する構成の装置とすることができる。
【００３３】
具体的には、温度センサ信号から異常であるか否かの判定をする判定部と、異常と判定された場合にパワー半導体素子１１の電力を抑制し、正常に戻った判定された場合に通常の電力とするよう制御する制御部とを有する半導体装置とすることができる。
【実施例２】
【００３４】
図２は、実施例２の半導体装置１０の上面を模式的に示す平面図である。半導体装置１０は、１つのパワー半導体素子１１と、２つの温度センサ２１Ａ及び２１Ｂを有している。温度センサ２１Ａは絶縁板２３Ａと、絶縁板２３Ａを介して金属板３３Ｃ１に接合された温度検出素子２４Ａとからなり、同様に、温度センサ２１Ｂは絶縁板２３Ｂと、絶縁板２３Ｂを介して金属板３３Ｃ１に接合されたと温度検出素子２４Ｂとからなる。なお、以下において、複数の温度センサについて、これらを特に区別しない場合には、温度センサ２１と総称して説明する。
【００３５】
図２に示すように、パワー半導体素子１１及び温度センサ２１Ａの間隔Ｄ１は、パワー半導体素子１１及び温度センサ２１Ｂの間隔Ｄ２よりも小さい（Ｄ１＜Ｄ２）。
【００３６】
本実施例においては、パワー半導体素子１１との間隔（距離）が互いに異なる温度センサ２１Ａ（第１の温度センサ）と温度センサ２１Ｂ（第２の温度センサ）とが設けられている。
【００３７】
例えば、温度センサ２１Ａをパワー半導体素子１１の近傍（隣接した位置）に、温度センサ２１Ｂをパワー半導体素子１１より離れた金属板３３Ｃ１の端部に配置することができる。上記構成によれば、金属板中における面内方向の熱伝導が阻害されないので、これらの温度をモニタすることによってパワー半導体素子１１及び半導体装置１０の温度、及び劣化状態や素子寿命を、高精度かつ高速に測定又は推定することができる。具体的には、発熱体であるパワー半導体素子１１から発する熱により、パワー半導体素子１１からの距離に対して温度分布を有する。パワー半導体素子１１からの距離の異なる複数の場所に温度センサ２１が配置されると、その測定温度から温度勾配を把握することができる。
【００３８】
この配置により、単に、ある箇所の温度を測定するのではわからない故障の前兆も把握することができる。例えば、モジュールの内部で、パワー半導体素子１１の下部の、はんだ接合部やセラミック基板などでクラックが生じる場合である。はんだやセラミック基板の内部にクラックが生じると冷却器方向への放熱が悪くなり、熱は水平方向に伝わるので、温度勾配が通常よりなだらかになる。
【００３９】
一方、従来構造の場合は、金属板が分離されているので、横方向への熱の伝わりは少なく、温度勾配の変化は小さい。そのため、検出感度は低い。また、パワー半導体素子やその周辺の通電部に過電流が流れる場合（電気的なショートなど）は、パワー半導体素子等に発熱が生じて、温度が上昇する。そのため、周辺の温度勾配は急峻になる。
【実施例３】
【００４０】
図３は、実施例３の半導体装置１０の上面を模式的に示す平面図である。半導体装置１０において、複数のパワー半導体素子１１と、複数の温度センサ２１とがこれらに共通の金属板３３Ｃ１上に接合されて載置されている。
【００４１】
より詳細には、複数のパワー半導体素子１１及び複数の温度センサ２１が金属板３３Ｃ１上に整列して載置されている。本実施例においては、複数のパワー半導体素子１１及び複数の温度センサ２１が、第１方向（ｘ方向）とこれに垂直な第２方向（ｙ方向）にマトリクス配置されている。
【００４２】
また、複数のパワー半導体素子１１及び複数の温度センサ２１の載置領域（フットプリント）の各々は矩形形状を有し、当該矩形の各辺はｘ方向及びｙ方向に沿って配列されている。
【００４３】
第１の温度センサ２１Ａは他の温度センサ（すなわち、第２の温度センサ２１Ｂ）よりも当該マトリクス配置領域の中心に近い位置に配されている。
【００４４】
例えば、図３に示すように、第１の温度センサ２１Ａが金属板３３Ｃ１の中央部に、他の温度センサ２１Ｂが金属板３３Ｃ１の端部に配置されることが好適である。
【００４５】
本実施例においては、パワー半導体素子１１がマルチチップ実装された大容量の半導体装置１０を、パワー半導体素子１１及び温度センサ２１が接合される金属板をパターン分離すること無く実現される。
【００４６】
過電流通電などによる発熱異常（発熱源の異常）、あるいは接合層の破損やクラックの発生時（冷却状態の異常）、など異常状態に応じて異なる温度分布プロファイルが生じる。本発明によれば、金属板中における熱伝導が阻害されないので、これらの異常状態を、高精度かつ高速に計測し、識別することができる。
【００４７】
加えて、本実施例においては、パワー半導体素子１１に対して近接配置した温度センサ２１Ａと、温度センサ２１Ａとは当該パワー半導体素子１１からの距離の異なる温度センサ２１が構成されてもよい。これにより、特定のパワー半導体素子１１の動作における温度状態と熱拡散によって生じる温度勾配の検出が可能となる。
【００４８】
具体的な配置としては、温度センサ２１Ａ、２１Ｂの他に、図３の３行３列の配置の場合、１行目（上段）中央、２行目（中段）左右、３行（下段）の中央の少なくとも一か所に配置されることが好ましい。また、この場合、温度センサ２１Ｂがなくても良い。
【００４９】
例えば、温度センサ２１Ａと１行目（上段）中央に温度センサ２１とが配置される場合は、いずれのパワー半導体素子１１からも距離の異なる２つの温度センサ２１を配置することができる。
【００５０】
なお、一部のパワー半導体素子１１に関しては近接した温度センサ２１の対のみを有するものもあるが、図３に示す例においては、熱干渉の影響で高温化する中心部、パワー半導体素子１１の配置外縁部に相当する配置構成例を示しており、発熱源近傍の温度と、発熱源から離れた位置で温度を検出することにより、前述した異常の種別に応じた状態の切り分けを比較的効率良く行える構成を有する。
【実施例４】
【００５１】
図４は、実施例４の半導体装置１０の上面を模式的に示す平面図である。半導体装置１０において、複数のパワー半導体素子１１と、複数の温度センサ２１とがこれらに共通の金属板３３Ｃ１上に接合されて載置されている。
【００５２】
実施例４においては、当該複数の温度センサのうち少なくとも２つがパワー半導体素子１１の１つに隣接して配されている。具体的には、３つの温度センサ２１Ａが、装置の中央に配されたパワー半導体素子１１に隣接して配されている。また、温度センサ２１Ｂが装置の端部に配されている。例えば、このように配置することにより、パワー半導体素子１１からｘ方向に伝わる熱（温度）とｙ方向に伝わる熱（温度）を把握することができる。そのため、パワー半導体素子１１のどの場所に異常が生じたかを推定することができる。
【００５３】
本発明によれば、マルチチップ実装された大容量の半導体装置１０においても、複数の温度センサが隣接して置かれた発熱源の異常あるいは冷却状態の異常など異常状態に応じた異常を、高精度かつ高速に計測し、識別することができる。
【００５４】
実施例３の場合と同様に、本実施例において、パワー半導体素子１１に対して近接配置した温度センサ２１Ａと、温度センサ２１Ａとは当該パワー半導体素子１１からの距離の異なる温度センサ２１が構成されてもよい。これにより、特定のパワー半導体素子１１の動作における温度状態と熱拡散によって生じる温度勾配の検出が可能となる。
【００５５】
すなわち、特定のパワー半導体素子１１からの距離の異なる少なくとも２つの温度センサ２１を有するように構成されるのが好ましい。発熱源近傍の温度と、発熱源から離れた位置での温度を検出することにより、前述した異常や不具合の種別や状態の切り分けを迅速かつ高精度に行うことができる。
【実施例５】
【００５６】
図５は、実施例５の半導体装置１０の上面を模式的に示す平面図である。本実施例において、温度センサ２１が接合された絶縁板２３としてＤＣＢ基板が用いられている。
【００５７】
図５に示すように、パワー半導体素子１１がマルチチップ実装された配置領域の中央部に配置された温度検出素子２４Ａ及び端部に配置された温度検出素子２４Ｂは、それぞれＤＣＢ基板である絶縁板２３Ａ、２３Ｂに接合され、載置されている。すなわち、温度センサ２１Ａは温度検出素子２４Ａ及び絶縁板２３Ａからなり、温度センサ２１Ｂは温度検出素子２４Ｂ及び絶縁板２３Ｂからなる。
【００５８】
温度検出素子２４が載置されたＤＣＢ基板（絶縁板２３）の上層（導電層）には互いに電気的に分離された回路配線２３Ｃ１及び２３Ｃ２が形成されている。すなわち、回路配線２３Ｃ１及び２３Ｃ２はＤＣＢ基板の絶縁基板上の銅板等の導電性板の一部であり、互いに絶縁されて同一絶縁基板上に隣接して配置されている。
【００５９】
温度検出素子２４の底面の電極は配線２３Ｃ１に電気的に接続されており、温度検出素子２４の上面の電極は配線２３Ｃ２に接続し得るようになっている。すなわち、温度検出素子２４の両電極（正電極及び負電極）を互いに電気的に分離して接続可能な配線構造を有している。
【００６０】
従って、特に素子の上面、底面に電極を有する素子（縦型温度検出素子）の場合は、上記構成によれば、ＤＣＢ基板（絶縁板２３）の配線幅を縮小することができ、特にマルチチップ実装の場合のパワー半導体素子１１の実装可能エリアを増大させることができる。従って、パワー半導体素子１１を高密度で実装可能で、放熱に優れた半導体装置１０を実現することができる。また、実装されたパワー半導体素子１１の温度を高精度に計測することが可能である。
【００６１】
なお、本実施例の改変例として、温度検出素子２４が載置されたＤＣＢ基板（絶縁板２３）の回路配線上に更にＤＣＢ基板を載置することによって、金属板３３Ｃ１上の配線幅を更に低減することができるので、高密度で実装可能で、放熱に優れた半導体装置１０を実現することができる。
【実施例６】
【００６２】
図６Ａ―６Ｄは、パワー半導体素子１１及び温度センサ２１が共通に載置された金属板３３Ｃ１の好適な形成領域を示している。
【００６３】
図６Ａは、図１Ａに示した場合について、金属板３３Ｃ１の基本的な形成領域を模式的に示す平面図である。金属板３３Ｃ１は少なくとも、パワー半導体素子１１の載置領域の全体及び温度センサ２１の載置領域の全体を含み、当該載置領域（フットプリント）の両者に外接する矩形領域ＭＲの全体に亘って延在していることが好ましい。当該矩形領域ＭＲの金属板部分がパワー半導体素子１１と温度センサ２１との間の主たる熱伝導に寄与するからである。
【００６４】
図６Ｂは、図２に示した場合と同様に複数の温度センサ２１を有する半導体装置１０について、金属板３３Ｃ１の基本的な形成領域を模式的に示す平面図である。この場合、金属板３３Ｃ１は少なくとも、パワー半導体素子１１及びパワー半導体素子１１に隣接する温度センサ２１Ａの載置領域の全体を含み、当該載置領域の両者に外接する矩形領域ＭＲ１と、パワー半導体素子１１及びパワー半導体素子１１に隣接する温度センサ２１Ｂの載置領域の全体を含み、当該載置領域の両者に外接する矩形領域ＭＲ２との合成領域の全体に亘って延在していることが好ましい。
【００６５】
すなわち、金属板３３Ｃ１は少なくとも、矩形領域ＭＲ１と矩形領域ＭＲ２との合成領域であるＬ字上の領域の全体に亘って延在していることが好ましい。
【００６６】
図６Ｃは、図３に示した場合と同様に複数の半導体素子１１及び複数の温度センサ２１がマトリクス配列された場合の金属板３３Ｃ１の形成領域を模式的に示す平面図である。この場合、金属板３３Ｃ１は少なくとも、マトリクス配列された複数の半導体素子１１及び複数の温度センサ２１の全体の載置領域を含み、当該載置領域に外接する矩形領域ＭＲ３の全体に亘って延在していることが好ましい。
【００６７】
図６Ｄは、図６Ｃの場合と同様な、複数の半導体素子１１及び複数の温度センサ２１がマトリクス配列された場合の金属板３３Ｃ１の形成領域を模式的に示す平面図である。
【００６８】
図６Ｄに示すように、複数の半導体素子１１及び複数の温度センサ２１の全体の載置領域は矩形である必要はない。また、複数の半導体素子１１及び複数の温度センサ２１がマトリクス配列されていることが好ましいが、互いにずれて配列されていてもよい。
【００６９】
これらの場合においても、金属板３３Ｃ１は少なくとも、複数の半導体素子１１及び複数の温度センサ２１の全体の載置領域を含み、当該載置領域に外接する矩形領域ＭＲ４の全体に亘って延在していることが好ましい。なお、金属板３３Ｃ１の形成領域ＭＲが矩形の場合について説明したが、円状又は楕円状でも構わない。
【００７０】
図６Ｅは、半導体素子１１又は温度センサ２１の全体の載置領域が矩形ではない場合の改変例を示している。半導体素子１１又は温度センサ２１の全体の載置領域は任意の形状を有していてもよい。また、半導体素子１１及び温度センサ２１の載置領域の何れかが大きいかは問わない。
【００７１】
例えば、図６Ｅは、複数の半導体素子１１及び複数の温度センサ２１の全体の載置領域の端部に位置する温度センサ２１Ｂの形状（載置領域）が円形である場合を示している。この場合においても、金属板３３Ｃ１は少なくとも、複数の半導体素子１１及び複数の温度センサ２１の全体の載置領域を含み、当該載置領域に外接する矩形領域ＭＲ５の全体に亘って延在していることが好ましい。
【００７２】
上記構成によれば、金属板中における熱伝導が阻害されないので、半導体素子１１の温度を温度センサ２１によってモニタすることによってパワー半導体素子１１及び半導体装置１０の温度、及び劣化状態や素子寿命を、高精度かつ高速に測定又は推定することができる。
【００７３】
上記したように、パワー半導体素子１１は、縦型半導体素子であることが好ましいが、これには限定されない。特に、パワー半導体素子１１は、表面領域に部分絶縁領域の形成が困難なＳｉＣ、ＧａＯ2、ＧａＮ、ダイヤモンドなどのワイドギャップ（ＷＢＧ）半導体素子であることが好適である。
【００７４】
これらのパワー半導体素子１１に、製造が容易で低コストのＳｉ製のダイオードを温度検出素子２４として組み合わせて用いることで、高効率で高密度な、劣化の少ない高信頼性の半導体装置１０を低コストで実現することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１０：半導体装置、１１：半導体素子、２１，２１Ａ，２１Ｂ：温度センサ、２３：絶縁板、２４：温度検出素子、３０：冷却体、３２：支持基板、３３：絶縁基板、３３Ａ：金属層、３３Ｂ：絶縁体、３３Ｃ：金属層、３３Ｃ１：金属板
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2020205326.tif 000011
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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