(57)【要約】【課題】本発明は、温度検出精度を高めることができると共に、熱電対の取り付けについての作業性が良く、低コストの半導体装置を提供する。【解決手段】本発明は、発熱体である半導体素子１を支持する支持体（パワーモジュール２）と、支持体の第１の平面部と接する第２の平面部を有するヒートシンク３と、ヘッド部４を有する熱電対５とを備える半導体装置である。そして、熱電対５は、ヘッド部４が第１の平面部及び第２の平面部の少なくとも一方に形成された凹部６に収納され、支持体とヒートシンク３とに圧接される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体となる素子を支持する支持体と、
前記支持体の第１の平面部と接する第２の平面部を有するヒートシンクと、
接点を被うヘッド部を有する熱電対とを備え、
前記熱電対は、前記ヘッド部が前記第１の平面部及び前記第２の平面部の少なくとも一方に形成された凹部に収納され、前記支持体と前記ヒートシンクとに圧接されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ヘッド部は、円柱状であ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】
前記ヘッド部は、半球状であり、当該前記ヘッド部の球面と前記凹部の球面とが接するように収納され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４】
発熱体となる素子を支持する支持体と、
接点を被う平板状のヘッド部を有する熱電対と、
前記ヘッド部を介して前記支持体の第１の平面部と接する第２の平面部を有するヒートシンクとを備え、
前記熱電対は、前記支持体と前記ヒートシンクとに圧接されることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記支持体又は前記ヒートシンクの少なく一方は、前記熱電対の配線を外部に導出する溝又は貫通孔をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記溝又は前記貫通孔は、前記熱電対の前記配線を前記第２の平面部の鉛直方向に導出するように設けられていることを特徴とする請求項５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、半導体装置に係る発明であって、特に、温度センサが設けられた半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュール等の半導体装置では、半導体素子からの発熱が大きく、ヒートシンクを利用して冷却する必要があった。また、半導体装置の温度を管理する必要性から温度センサである熱電対を設ける場合もあった。従来、熱電対を半導体装置に取り付ける場合、半導体素子の支持体又はヒートシンクの部分に溝を設けて、当該溝に熱電対の接点を取り付けていた。
【０００３】
ここで、温度センサとして利用される熱電対の例として、例えば特許文献１に記載されたものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１８８７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のように、溝を設けて熱電対の接点を取り付ける場合、半導体素子の支持体又はヒートシンクの部分に溝を加工する必要があり作業性が悪かった。具体的には、熱電対の接点を含む先端部分の厚みが０．７２ｍｍ程度あり、１ｍｍ程度の溝を精度良く掘る必要があった。この溝を掘るためには、電動ドリルで支持体又はヒートシンクの表面を数十回削る特注の加工が必要であった。そのため、熱電対の取り付けには、多くの作業の手間と時間が必要で作業性が悪かった。
【０００６】
また、溝を精度良く掘るために特注の加工が必要となり製造コストが高くなる問題や、外部の専門業者に加工を依頼する場合には、加工時間に加えて輸送時間等の付随する時間が多く必要となり作業のスループットを低下させる問題があった。
【０００７】
さらに、溝に対して直角に熱電対の接点を取り付ける場合、配線を大きく折り曲げる必要があり、配線に係る応力が大きくなる問題があった。また、折り曲げられた配線が、取り付け部分の金属と接触して配線の皮膜を破ることもあり、正しく温度測定できない問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は、温度検出精度を高めることができると共に、熱電対の取り付けについての作業性が良く、低コストの半導体装置を提供することを目的とする。また、本発明は、熱電対の取り付けに際し、配線を大きく曲げる必要がない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】
【０００９】
本発明に係る解決手段は、発熱体である素子を支持する支持体と、支持体の第１の平面部と接する第２の平面部を有するヒートシンクと、接点を被うヘッド部を有する熱電対とを備え、熱電対は、ヘッド部が第１の平面部及び第２の平面部の少なくとも一方に形成された凹部に収納され、支持体とヒートシンクとに圧接される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に記載の半導体装置は、発熱体である素子を支持する支持体と、支持体の第１の平面部と接する第２の平面部を有するヒートシンクと、接点を被うヘッド部を有する熱電対とを備え、熱電対は、ヘッド部が第１の平面部及び第２の平面部の少なくとも一方に形成された凹部に収納され、支持体とヒートシンクとに圧接されるので、熱電対による温度検出精度を高めることができると共に、熱電対の取り付けについての作業性が良く、低コストの半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態に係る半導体装置の断面図を示す。図１では、発熱体である半導体素子１を支持する支持体がパワーモジュール２である。このパワーモジュール２の断面図を図２に示す。図２に示すパワーモジュール２では、銅のベース板２１上にセラミック基板２２が設けられ、さらにセラミック基板２２上に半導体素子１が設けられている。つまり、図２に示すレベルでは、半導体素子１が銅のベース板２１及びセラミック基板２２によって指示されていることが分かる。半導体素子１は、Ａｌワイヤ２４でケース２５に埋め込まれている端子２６と接続されている。そして、半導体素子１上には、絶縁性を確保するためシリコンゲル２７とエポキシ樹脂２８が注入され、蓋２９で密封されている。
【００１２】
本実施の形態に係る半導体装置では、パワーモジュール２で発生する熱を外部に放出するためにヒートシンク３が設けられている。図１では、パワーモジュール２の底面を、ヒートシンク３の上面に接するように配置することで、パワーモジュール２で発生する熱をヒートシンク３に伝え冷却している。さらに、本実施の形態では、ヒートシンク３にヘッド部４を有する熱電対５が設けられている。ヘッド部４は、熱電対５の接点を被うように設けられており、熱伝導性の高い材料で形成されている。なお、図１に示すヘッド部４は、三角錐の形状をしている。
【００１３】
ヒートシンク３の上面には、ヘッド部４を収納する凹部６が設けられている。当該凹部６は、ヘッド部４の形状に合わせて三角錐の形状に加工されている。そして、当該凹部６を設けることで、ヘッド部４とパワーモジュール２の底面とが接合する接合面７が、ヒートシンク３の上面と同一面上に位置することになる。そのため、ヒートシンク３とパワーモジュール２とでヘッド部４を圧接することができ、熱電対５による温度検出精度を高めることができる。また、熱電対５は、三角錐のヘッド部４を設けているので、先端部の接点を単に測定対象物に取り付けた場合に比べ、測定対象物との接触面を多く取ることができる。
【００１４】
図１に示す半導体装置では、熱電対５の配線が、ヒートシンク３に設けられた貫通孔８を通って外部に導出されている。この貫通孔８は、ヒートシンク３の上面（接合面７）に対して鉛直方向に設けられており、凹部６と繋がっている。そのため、熱電対５の配線は、ヘッド部４から真っ直ぐ貫通孔８を通って外部に導出されるので、従来のように大きく折り曲げる必要がない。つまり、熱電対５の配線に負担を掛けることも、金属部分と接触して皮膜が剥がれることもない。なお、配線を通す貫通孔８に替えて、ヒートシンク３に溝を設けて、当該溝に配線を通す構成でも良い。
【００１５】
また、本実施の形態では、ヒートシンク３に設けられる凹部６が、熱電対の接点を取り付ける従来の溝のようにミリ単位の精度が要求されることはなく、ヘッド部４が収納できる程度に加工されていれば良い。そのため、本実施の形態では、従来に比べ、熱電対５を取り付ける際の加工の作業性が向上し、特注の加工も不要となりコストを低減できる。さらに、本実施の形態では、熱電対５のヘッド部４を凹部６にはめ込む作業のみで熱電対５を取り付けることができるので、従来の場合に比べて組立作業の効率化も図れる。
【００１６】
図１に示すヘッド部４は、三角錐であったが、本発明はこれに限られず他の形状のヘッド部４であっても良い。例えば、図３に示すような円柱状のヘッド部４であっても良い。図３では、ヘッド部４を円柱状としているため、ヒートシンク３に設けられる凹部６も円柱状に加工されている。なお、図３に示す半導体装置について、図１に示す半導体装置と同じ部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００１７】
図３に示す半導体装置は、ヘッド部４が円柱状に加工されている点が図１に示す半導体装置と異なるが、図１に示した半導体装置の効果と同様の効果を得ることができる。さらに、図３に示す半導体装置は、ヘッド部４を円柱状に加工することで平面に対して方向性を持たないので、凹部６に取り付ける際に特定の方向にヘッド部４を移動させる必要がなくなり、取り付けミスを低減することができる。
【００１８】
以上のように、本実施の形態に記載の半導体装置では、ヘッド部４を有する熱電対５を備え、ヘッド部４がヒートシンク３の上面に形成された凹部６に収納され、パワーモジュール２とヒートシンク３とに圧接されるので、熱電対５による温度検出精度を高めることができると共に、熱電対５の取り付けについての作業性が良く、低コストの半導体装置を提供することができる。なお、本実施の形態では、凹部６をヒートシンク３の上面に設けたが、本発明はこれに限られずパワーモジュール２のベース板２１にある程度の厚みを持たせ、当該ベース板２１に凹部６を設けても良い。
【００１９】
また、本実施の形態に記載の半導体装置では、熱電対５の配線を外部に導出する溝又は貫通孔８をさらに備えているので、熱電対５の配線が半導体素子１からの熱の影響を受けにくく、熱電対５による温度検出精度を高めることができる。さらに、本実施の形態に記載の半導体装置では、溝又は貫通孔８が、熱電対５の配線をヒートシンクの上面（接合面７）の鉛直方向に導出するように設けられているので、熱電対５の配線を大きく曲げる必要がなくなる。特に、ヘッド部４と熱電対５の配線との境界部分における応力を緩和することができる。なお、本実施の形態では、貫通孔８がヒートシンク３に設けられているが、本発明はこれに限られずパワーモジュール２のベース板２１にある程度の厚みを持たせ、当該ベース板２１に溝又は貫通孔を設けても良い。
【００２０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、パワーモジュール２の底面がわずかに傾斜した部分を有している場合を考える。この場合、パワーモジュール２の底面とヒートシンク３の上面とを接合すると傾斜した部分で隙間が生じることになる。この傾斜した部分がベッド部４の近傍であれば、パワーモジュール２の底面とベッド部４とは接合せずに隙間が生じことになる。その結果、熱電対５は、精度良く温度測定をすることができなくなる問題があった。
【００２１】
そこで、本実施の形態では、ヘッド部４を半球状に加工し、ヘッド部４の上面（平面部分）が傾斜したパワーモジュール２の底面に接合するように構成する。図４に、本実施の形態に係る半導体装置の断面図を示す。図４に示す半導体装置では、ヘッド部４が半球状に加工されると共に、ヒートシンク３の上面に設けられた凹部６も球面状に加工されている。そして、ヘッド部４の球面が凹部６の球面と接するように、ヘッド部４が凹部６に収納されている。そのため、ヘッド部４は、凹部６に沿って移動可能となる。
【００２２】
図４では、ヘッド部４の上面がパワーモジュール２の底面の傾斜沿ってわずかに傾いている様子が示されている。そして、ヘッド部４の上面は、パワーモジュール２の底面と接合し、接合面７を有している。これにより、熱電対５は、精度良く温度測定をすることができるようになる。
【００２３】
なお、図４に示す半導体装置において、図１に示す半導体装置と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明については省略する。また、図４に示す半導体装置においても、熱電対５の配線を外部に導出する貫通孔８をヒートシンク３が設けているが、パワーモジュール２のベース板２１にある程度の厚みを持たせ、当該ベース板２１に貫通孔８を設けても良い。さらに、貫通孔８に替えて溝を設けても良い。
【００２４】
以上のように、本実施の形態に記載の半導体装置は、ヘッド部４が半球状であり、ヘッド部４の球面と凹部６の球面とが接するように収納されているので、パワーモジュール２の底面が傾斜していても、ヘッド部４の上面（平面部分）をパワーモジュール２の底面に接合することができ、精度良く温度測定を行うことが可能となる。
【００２５】
（実施の形態３）
図５に、本実施の形態に係る半導体装置の断面図を示す。図５に示す半導体装置では、発熱体である半導体素子１を支持するパワーモジュール２が、熱電対５のベッド部４を介してヒートシンク３と接合している。つまり、図５に示す半導体装置では、平板状に加工された熱電対５のベッド部４がパワーモジュール２とヒートシンク３との間に挟み込まれる構成である。なお、ヘッド部４は、熱電対５の先端部分に設けられており、熱伝導性の高い材料で形成されている。
【００２６】
図５に示す半導体装置でも、ヘッド部４は、ヒートシンク３とパワーモジュール２とに圧接されるので、熱電対５による温度検出精度を高めることができる。また、図１に示す三角錐のヘッド部４に比べて、パワーモジュール２との接合面７の面積が大きくなるので、温度測定の測定精度をさらに向上させることができる。
【００２７】
また、図５に示す半導体装置でも、熱電対５の配線が、ヒートシンク３に設けられた貫通孔８を通って外部に導出されている。この貫通孔８は、ヒートシンク３の上面に対して鉛直方向に設けられている。そのため、熱電対５の配線は、ヘッド部４から真っ直ぐ貫通孔８を通って外部に導出されるので、従来のように大きく折り曲げる必要がない。なお、配線を通す貫通孔８に替えて、ヒートシンク３に溝を設けて、当該溝に配線を通す構成でも良い。
【００２８】
なお、図５に示す半導体装置において、図１に示す半導体装置と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明については省略する。また、図５に示す半導体装置においても、熱電対５の配線を外部に導出する貫通孔８をヒートシンク３に設けているが、パワーモジュール２のベース板２１にある程度の厚みを持たせ、当該ベース板２１に貫通孔８を設けても良い。
【００２９】
以上のように、本実施の形態に記載の半導体装置は、ヘッド部４が平板状であり、パワーモジュール２とヒートシンク３とに圧接されるので、パワーモジュール２との接合面７の面積を大きく取ることができ、精度良く温度測定を行うことができる。また、ヘッド部４の形状が平板状であるので加工が容易であり、パワーモジュール２とヒートシンク３との間に取り付ける際にも凹部を設ける必要がない場合も考えられるので、生産性に優れ安価は半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  半導体素子、２  パワーモジュール、３  ヒートシンク、４  ヘッド部、５  熱電対、６  凹部、７  接合面、８  貫通孔、２１  ベース板、２２  セラミック基板、２４  Ａｌワイヤ、２５  ケース、２６  端子、２７  シリコンゲル、２８  エポキシ樹脂、２９  蓋。
【図１】
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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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