(57)【要約】【課題】動作温度域が異なる回路を備えていても、高特性で信頼性の高い電力用半導体装置を得ることを目的とする。【解決手段】制御用電極を有する電力用半導体素子２、３が搭載された電力回路ＣＰと、電力用半導体素子２、３の主電流を流す電極に接合された第１の配線部材である配線部材９、１０と、電力用半導体素子２、３の動作を制御するための制御用半導体素子であるＩＣ４が搭載され、電力回路ＣＰと動作温度域が異なるとともに電力回路ＣＰと離れて配置された制御回路ＣＣと、電力用半導体素子３の制御用電極と制御回路ＣＣとの電気接続に、第１の配線部材９、１０の断面積よりも小さな断面積を有する第２の配線部材である金属細線１１を用いた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御用電極を有する電力用半導体素子が搭載された電力回路と、
前記電力用半導体素子の主電流を流す電極に接合された第１の配線部材と、
前記電力用半導体素子の動作を制御するための制御用半導体素子が搭載され、前記電力回路と動作温度域が異なるとともに前記電力回路と離れて配置された制御回路と、
前記電力用半導体素子の制御用電極と前記制御回路との電気接続に、前記第１の配線部材の断面積よりも小さな断面積を有する第２の配線部材を用いたことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
前記制御用電極に電気接続された前記第２の配線部材の一端が接合されるとともに、前記制御用半導体素子の電極と電気接続された第３の配線部材の一端が接合される、中継リード端子が前記制御回路内に形成され、
前記中継リード端子は、前記第２の配線部材との接合部と、前記第３の配線部材との接合部とを結ぶ直線を分断するように配置された貫通孔を迂回するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記第２の配線部材には、前記第３の配線部材と同じ材料を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記制御回路に熱的に接続されるとともに、前記電力回路と熱的に絶縁されたヒートシンクを備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
前記制御回路と前記電力回路は、それぞれの回路形成面が当該回路形成面に垂直な方向から見て離れて配置されているとともに、前記制御回路と前記電力回路とをまとめて封止する樹脂封止体を備え、
前記樹脂封止体には、前記第２の配線部材が接合された面の反対側の面から前記制御回路と前記電力回路との離間部分にむけて掘り下げられた溝が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項６】
前記電力用半導体素子がワイドバンドギャップ半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【請求項７】
前記ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化ケイ素、窒化ガリウム、またはダイヤモンド、のうちのいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の電力用半導体装置。
【請求項８】
前記制御用半導体素子は、シリコン半導体材料で構成された集積回路内に形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力用半導体装置に関し、特に動作温度域が異なる回路を備えた電力用半導体装置の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の中でも電力用半導体装置は、鉄道車両、ハイブリッドカー、電気自動車等の車両、家電機器、産業用機械等において、比較的大きな電力を制御、整流するために利用されている。従って、電力用半導体装置に使用される半導体素子は１００Ａ／ｃｍ２を超える高い電流密度で通電することが求められる。そのため、近年はシリコン（Ｓｉ）に代わる半導体材料としてワイドバンドギャップ半導体材料である炭化珪素（ＳｉＣ）が注目されており、ＳｉＣからなる半導体素子は５００Ａ／ｃｍ２を超える電流密度での動作が可能である。また、ＳｉＣは１５０℃〜３００℃の高温状態でも安定動作が可能であり、高電流密度動作と高温動作の両立が可能な半導体材料として期待されている。
【０００３】
一方、半導体装置内には、電力の主電流が流れる電力回路の他に、電力回路の動作を制御するための制御回路が必要であり、電力回路と制御回路がひとつのパッケージ内に収納されている。制御回路には、小型で集積化が容易な従来のシリコン系の半導体素子が用いられるが、シリコン系の半導体素子の動作温度域は１００℃前後であるので、ひとつのパッケージ内に動作温度域の異なる回路が存在することになる。その場合、ワイドバンドギャップ半導体の性能に合わせて動作温度を設定すると、制御回路の温度が動作温度域を超え、誤動作や劣化を招く恐れがあった。
【０００４】
そこで、動作温度域の異なる回路を分離し、高温側の回路から低温側の回路への熱の流入を防止する半導体装置（例えば、特許文献１参照。）や、分離した回路毎に独立した冷却経路を設けた電力用変換装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１７２２３９号公報（段落００１３、図１）
【特許文献２】特開２０００−３３２０６７号公報（段落００５０〜００５１、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記半導体装置や電力変換装置においては、高温側の回路部分と低温側の回路部分間に熱伝導率の低い材料を配置したり、空間を設けたりすることで高温側の回路と低温側の回路とを熱的に分離すると記載されている。しかしながら、高温側の回路と低温側の回路間を電気接続する配線については何ら考慮されていない。配線材料の熱伝導率は、パッケージに用いられる封止材料の熱伝導率と較べてひと桁以上高いので、配線を通じた熱の流入を無視する限り、低温側の回路への熱流入をじゅうぶんに抑制することができず、結果として低温側の回路の誤動作や劣化を防止することができなかった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、動作温度域が異なる回路を備えていても、高特性で信頼性の高い電力用半導体装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電力用半導体装置は、制御用電極を有する電力用半導体素子が搭載された電力回路と、前記電力用半導体素子の主電流を流す電極に接合された第１の配線部材と、前記電力用半導体素子の動作を制御するための制御用半導体素子が搭載され、前記電力回路と動作温度域が異なるとともに前記電力回路と離れて配置された制御回路と、前記電力用半導体素子の制御用電極と前記制御回路との電気接続に、前記第１の配線部材の断面積よりも小さな断面積を有する第２の配線部材を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体装置によれば、動作温度域の異なる回路を備えていても、高温側の回路から低温側の回路への熱流入を効果的に防止し、高特性で信頼性の高い電力用半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための外観図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための回路部分を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態１の変形例にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための回路部分を示す平面図である
【図５】本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための外観図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための外観図である。
【図８】本発明の実施の形態３にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための外観図である。
【図１０】本発明の実施の形態４にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１〜図３は、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置を説明するためのもので、図１は電力用半導体装置の外観を示しており、図１（ａ）は裏面の平面図、図１（ｂ）は長手方向の側面のうち、図１（ａ）のｂ方向からの側面図、図１（ｃ）は長手方向の側面のうち、図１（ａ）のｃ方向からの側面図、図１（ｄ）は短手方向の側面のうち、図１（ａ）のｄ方向からの側面図である。図２は図１（ａ）におけるII−II線図における断面図、図３は電力用半導体装置内部のうち、主要部分である電力回路部分と制御回路部分の部材構成を示す図である。はじめに、電力用半導体装置および部材の構成について説明する。
【００１２】
電力用半導体装置１は、図１に示すように、長手方向の両側面にパワーリード端子１０１と制御リード端子２０１を配置したＤＩＰ（Dual Inline Package）タイプの電力用半導体装置である。そして、図２、図３に示すように、銅板を打ち抜いて形成されたリードフレーム７のうち、パワーリード５部分に、たとえば炭化珪素（ＳｉＣ）のようなワイドバンドギャップ半導体材料で構成された整流素子であるダイオード２とスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect-Transistor）のトランジスタ３が搭載され、本電力用半導体装置での電力用の主電流の流れを制御する電力回路ＣＰが形成されている。また、リードフレーム７のうち、制御リード６部分に従来の半導体材料であるケイ素（Ｓｉ：シリコン）で構成された半導体素子の集積回路であるＩＣ４が搭載され、パワー半導体であるトランジスタ３の動作を制御するための制御回路ＣＣが形成されている。
【００１３】
パワーリード５には、ダイオード２やトランジスタ３を搭載するための第１のダイパッド１００と外部回路との主電流経路を形成するための接続端子であるパワーリード端子１０１とが形成され、制御リード６には、ＩＣ４を搭載するための第２のダイパッド２００と電力回路ＣＰとの電極部材として機能する中継リード端子３０と外部回路との接続端子である制御リード端子２０１とが形成されている。６組のダイオード２とトランジスタ３が、パワーリード５上のダイパッド１００表面に、それぞれはんだ８０、はんだ８１で接合され、ＩＣ４は制御リード６のダイパッド２００表面に導電性接着剤８で固着されている。なお、制御リード６やパワーリード５は、実際には、各部材に対応して分割されているが、図２（以降の各実施の形態の説明に用いる断面図でも同様）では、簡略化のために、つながった状態で描いている。
【００１４】
電力回路ＣＰ部のダイオード２、トランジスタ３は、上述したようにワイドバンドギャップ半導体材料であるＳｉＣを構成成分としており、実動作時に高温（２００〜３００℃）で使用するため、はんだ８０、８１には高融点のものが求められる。さらに、環境に配慮すると、Ｐｂを含まない、いわゆる鉛フリーのはんだが好ましく、例えば、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ａｕ−Ｓｎ系が好ましい。
【００１５】
なお、ダイオード２やトランジスタ３と各ダイパッド１００との接続は、はんだに限るものではなく、焼結性銀ペーストなどの導電性の接着剤など、導電性に優れる材料であればよいが、モールド時や実動作時の温度を考えると使用可能温度が２００℃以上で、かつある程度の接着力を有することが好ましい。
【００１６】
トランジスタ３の上部電極のうち、大電流となる電力用の主電流を流す電極（例えばソース電極）とダイオード２とは、アルミニウムのワイヤで構成される配線部材１０で電気的に接続され、ダイオード２とパワーリード端子１０１もアルミニウムのワイヤで構成される配線部材９で電気的に接続される。なお、配線部材９、１０は一体的に構成されていてもよい。また、配線部材９、１０には、アルミニウムにかぎらず、アルミニウムを主成分とする合金や、他の金属を用いても構わない。
【００１７】
一方、制御回路ＣＣ部のＩＣ４と制御リード端子２０１および中継リード端子３０とは、金で構成される金属細線１２で電気的に接続される。なお、金属細線１２は、制御用に電圧を印加するためのものであり、大きな電流を流す必要がなく、集積回路の狭い電極との接続が要求されるので、配線部材９、１０よりも線径の細いワイヤが好ましい。ＩＣ４との接合のしやすさから、材料としては金が好ましいが、これらの仕様を満たすのであれば、金を主成分とする合金や、他の金属、例えば銅やアルミニウム、あるいはその合金などを用いても構わない。
【００１８】
つぎに、制御回路ＣＣと電力回路ＣＰとの電気接続について説明する。
図２に示すように、制御回路ＣＣの一部として形成された中継リード端子３０と、トランジスタ３などのパワーチップとが物理的に隔てられている場合、電流を流す必要のないトランジスタ３のゲート電極と中継リード端子３０とを接続する配線材料にも、作業性の観点からパワーチップに接続する配線部材９や１０と同じ配線部材を用いる。ここで、電力用半導体装置１では大電流となる主電流を流すために、配線部材９や１０には断面積が大きなワイヤやリボン等を用いる。このためトランジスタ３と中継リード端子３０とを接続する配線材料の断面積も大きくなってしまう。
【００１９】
しかしながら、トランジスタ３（のゲート電極：以下省略）と中継リード端子３０とを接続する配線材料の断面積が大きくなると、トランジスタ３と中継リード端子３０間の熱抵抗（断面積に反比例）も小さくなり、トランジスタ３からの熱が容易に中継リード端子３０、およびＩＣ４に伝わってしまう。そこで、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置１では、トランジスタ３と中継リード端子３０とを接続する配線材料に、配線材料９や１０よりも断面積の小さな（線径の細い）金属細線１１を用いることとした。
【００２０】
具体的には、金属細線１１には、制御回路ＣＣ部のＩＣ４と制御リード端子２０１とを電気的に接続する金で構成される金属細線１２と同じワイヤを用いた。熱伝導のしやすさは断面積（あるいは線径の二乗）に比例するため、線径を小さくした金属細線１１を使用した時と較べて格段に小さくなる。そのため、高温になるパワーリード５やトランジスタ３からＩＣ４への熱の流入を抑制することができ、ＩＣ４の誤動作を防ぐことができる。
【００２１】
制御リード６の裏面のうち、制御回路ＣＣ部にあたる部分には、無機物フィラーを含有した放熱性と絶縁性に優れた絶縁膜２０が接着されており、絶縁膜２０を介してアルミニウム製のヒートシンク２１が接着されている。
【００２２】
そして、上記部材のうち、電力用リード端子１０１の一部、制御リード端子２０１の一部、ヒートシンク２１の絶縁膜２０との接着面の反対側を除いた部分を封止樹脂１３で封止することにより、パッケージング（成型）されている。これにより、電力用半導体装置１は、電力回路ＣＰとしては、いわゆる６  ｉｎ  １で、制御回路ＣＣにＩＣを内蔵したトランスファーモールド型のＩＰＭ（Intelligent Power Module）となる。なお、絶縁膜２０の熱伝導率は封止樹脂１３の熱伝導率よりも高い。
【００２３】
また、図１に戻り、電力用半導体装置１のヒートシンク２１の長手方向両端あるいはその近傍の封止樹脂部１３には、図示しない放熱フィンに取り付けるための取り付け穴１４を設けている。電力用半導体装置１を実使用する場合、必要に応じて電力用半導体装置１のヒートシンク２１に、外部の放熱フィンなどと熱伝導性グリスを介してネジ固定するためである。取り付け穴１４をヒートシンク２１両端あるいはその近傍に設置することにより、ヒートシンク２１と外部の放熱フィンを密着させた状態で確実に固定できるため、優れた放熱性を確保できる。
【００２４】
次に電力用半導体装置１の製造方法について説明する。
電力用半導体装置１の製造プロセスにおいて、あらかじめダイシングされたＩＣ４は、図２、３に示すように、リードフレーム７の制御リード６部分に形成された第２のダイパッド２００に裏面をそれぞれ導電性接着剤８で固着される。次にダイオード２と、トランジスタ３は、それぞれはんだ８０、８１（本実施の形態では同じもの）で、リードフレーム７のパワーリード５部分に形成された第１のダイパッド１００にダイボンディングされる。
【００２５】
はじめに、電力回路ＣＰ側のトランジスタ３とダイオード２とをアルミワイヤの配線部材１０を用いてワイヤボンディングにより電気的に接続し、ダイオード２とパワーリード端子１０１とをアルミワイヤの配線部材９を用いてワイヤボンディングにより電気的に接続する。つづいて、制御回路ＣＣ側のＩＣ４と制御リード端子２０１および中継リード端子３０とを、金からなる金属細線１２を用いてワイヤボンディングにより電気的に接続する。さらに、通常の半導体装置の製造においては、接続距離が短い場合に用いられる金属細線１２と同じ金からなる金属細線１１を用いて、トランジスタ３と中継リード端子３０間をワイヤボンディングにより電気的に接続する。
【００２６】
その後、トランスファーモールド技術を用いて封止樹脂１３により、上記部材をまとめて封止する。トランスファーモールドの際、絶縁膜２０を介してヒートシンク２１を制御リード６に同時に接着する。このときパワーリード端子１０１、制御リード端子２０１、ヒートシンク２１の接着面の反対側は封止樹脂１３から外部に露出している。その後封止樹脂から露出したパワーリード端子１０１、制御リード端子２０１を所定のリード形状になるようにリードフォーミングを行って電力用半導体装置１が完成する。なお、リードフレーム７の表面には、必要に応じメッキ等の技術により表面加工がなされる。
【００２７】
つぎに、動作について説明する。
炭化ケイ素などのワイドバンドギャップ半導体材料で構成されたダイオード２とトランジスタ３は、その性能を最大限に発揮するため、現状のシリコンで構成された半導体素子の動作温度域（１００℃前後）よりも高い、例えば２００℃以上の高温で動作させる場合が生じる。従来のように、電力回路ＣＰと制御回路ＣＣとを封止樹脂よりも熱伝導率の低い材料または空隙を介して離間させたり、制御回路ＣＣを電力回路ＣＰと別系統で冷却させたりするだけでは、ダイオード２やトランジスタ３が高温動作した場合、トランジスタ３の動作を制御するためにトランジスタ３の制御電極であるゲート電極と制御回路ＣＣ間を電気接続する配線部材を介して、トランジスタ３の熱がＩＣ４に流入してしまう。そのため、ＩＣ４の温度が動作温度域を超えて上昇し、ＩＣ４の誤動作や応力破壊といったいわゆる熱によるダメージが生じる可能性があった。
【００２８】
しかし、本実施の形態１にかかる電力用半導体装置１では、トランジスタ３と制御回路ＣＣの中継リード端子３０間を電気接続する配線部材に、電力回路ＣＰ内の電力用の主電流用の配線材料９や１０よりも断面積の小さな金属細線１１を用いることとしたので、配線部材１１を介してトランジスタ３の熱がＩＣ４に流入することがない。そのため、図２に示すように制御用フレーム６の制御回路ＣＣ部分の裏面に装着したヒートシンク２１により、各ＩＣ４を載置しているダイパッド２００を直接冷却することにより、ＩＣ４の温度上昇を小さく押さえることができる。このため、ＩＣ４の高温化による誤動作や応力破壊を生じることなく長期信頼性を確保することが可能になる。
【００２９】
また、電力回路ＣＰを構成する電力用半導体素子には、ワイドバンドギャップ半導体材料であるＳｉＣを用いており、高温動作が可能であり、シリコン半導体素子よりもロスを大きく減らすことができる。つまり、シリコン素子で電力回路を形成した時よりも高温でしかも発熱量が小さくなるので、例えば、電力回路ＣＰ部分を冷却するヒートシンクを設けずに、放熱性能を下げることが可能となる。このため本実施の形態１においては、ヒートシンクは制御回路ＣＣが形成されている制御リード６に対してのみ載置している。
【００３０】
なお、スイッチング素子であるトランジスタ３には、ＭＯＳＦＥＴを使用した場合を示したが、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を使用してもよい。また、ワイドバンドギャップ半導体素子材料として、炭化珪素以外に窒化ガリウム（ＧａＮ）、またはダイヤモンドといった材料を用いてもよい。さらに、ＭＯＳＦＥＴのみで、ダイオードのような整流素子が必要ない場合なども含め、電力回路ＣＰとしての動作温度域が制御回路ＣＣの動作温度域よりも高くなるようであれば、半導体素子の個数や組み合わせに制約はない。なぜならば、本発明は、高温動作のＳｉＣ半導体回路と、ＳｉＣよりも動作温度域が低いＳｉ半導体回路が一つのパッケージ内にあるときに低温側の回路への配線を介した熱の流入を抑制し、Ｓｉ半導体回路の高温による誤動作等の故障から防護するためのものである。つまり、一つのパッケージ内に収納され、電力を扱う回路を含む複数の回路のうち、一方の回路が他の回路と動作温度域が異なる場合に、一方の回路と他方の回路を電気接続する配線に、電力を扱う回路に用いる配線よりも細い配線を用いるように構成すればよい。これにより、高温側の回路から低温側の回路への熱の流入を抑制し、低温側の回路の故障を防止することができる。
【００３１】
実施の形態１の変形例．
図４は、本変形例に係る電力用半導体装置の主要回路部分を示す平面図で、実施の形態１の図３に対応するものである。なお、本変形例においては、中継リード端子部分の形状を変形させ、細線１１から中継リード端子を介したＩＣ４への熱の流入をさらに抑制するようにしたものであり、他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００３２】
図において、金属細線１１と、ＩＣ４からの金属細線１２が接続され、トランジスタ３とＩＣ４とを電気接続するための中継部となる中継リード端子３０Ｖにおいて、金属細線１１の接合部Ｊ１１と金属細線１２の接合部Ｊ１２との間に接合部Ｊ１１と接合部Ｊ１２とを結ぶ線分を分断するように貫通孔３１を設けている。貫通孔３１を設けて、中継リード端子３０Ｖにおける接合部Ｊ１１と接合部Ｊ１２間の断面積を減らすとともに、経路を遠回りさせる（迂回させる）ことによって、接合部Ｊ１１と接合部Ｊ１２間の伝熱抵抗が高くなる（伝熱係数が低下する）ので、金属細線１１から金属細線１２を経由してＩＣ４に流入する熱をさらに抑制することができる。そして中継リード端子３０のうち、貫通孔３１が設けられ、断面積が小さくなった狭部３２の熱は放熱性に優れた絶縁膜２０を通じてヒートシンク２１から放熱される。結果としてＩＣ４の温度上昇が抑えられる。このため、電力回路ＣＰ部分の動作温度をさらに高温にした場合でもＩＣ４を安定動作させることができる。
【００３３】
以上のように、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置１によれば、制御用電極（３の場合はゲート電極）を有する電力用半導体素子２、３が搭載された電力回路ＣＰと、電力用半導体素子２、３の主電流を流す電極（３の場合はソース電極）に接合された第１の配線部材である配線部材９、１０と、電力用半導体素子２、３の動作を制御するための制御用半導体素子であるＩＣ４が搭載され、電力回路ＣＰと動作温度域が異なるとともに電力回路ＣＰと離れて配置された制御回路ＣＣと、電力用半導体素子３の制御用電極（ゲート電極）と制御回路ＣＣとの電気接続に、第１の配線部材９、１０の断面積よりも小さな断面積を有する第２の配線部材である金属細線１１を用いるように構成したので、動作温度域の異なる電力回路ＣＰと制御回路ＣＣとを備えていても、高温側の回路である電力回路ＣＰから低温側の回路である制御回路ＣＣへの熱流入を効果的に防止し、高特性で信頼性の高い電力用半導体装置を得ることができる。
【００３４】
とくに、電力用半導体素子３の制御用電極（ゲート電極）と制御回路ＣＣとの電気接続のために、トランジスタ３の制御用電極（ゲート電極）に電気接続された第２の配線部材１１の一端が接合されるとともに、制御用半導体素子ＩＣ４の電極と電気接続された第３の配線部材１２の一端が接合される、中継リード端子３０、３０Ｖが制御回路内ＣＣに形成され、中継リード端子３０Ｖは、第２の配線部材１１との接合部Ｊ１１と第３の配線部材１２との接合部Ｊ１２とを結ぶ線分を分断するように配置された貫通孔３１を迂回するように形成されているようにしたので、中継リード端子３０Ｖにおける接合部Ｊ１１と接合部Ｊ１２間の断面積を減らすとともに、経路を遠回りさせることによって、接合部Ｊ１１と接合部Ｊ１２間の伝熱抵抗が高くなるので、第２の配線部材１１から中継リード端子３０Ｖを経由して制御回路ＣＣおよび制御回路ＣＣ内のＩＣ４に流入する熱をさらに抑制することができる。
【００３５】
また、第２の配線部材１１には、第３の配線部材１２と同じ材料を用いるようにしたので、制御回路ＣＣでのボンディング工程において第２の配線部材１１を同時に形成でき、工程が簡略化できる。
【００３６】
さらに、電力用半導体素子２、３がワイドバンドギャップ半導体材料により形成されていれば、電力回路ＣＰの動作温度域が１５０〜３００℃になり、制御回路ＣＣの温度域（１００℃前後）よりも格段に高くなるので、本発明の効果が如実にあらわれる。
【００３７】
とくに、制御用半導体素子としては、シリコン半導体材料で構成された集積回路であるＩＣ４内に形成されているようにしたので、制御回路ＣＣを簡単に形成できる。このとき、第２の配線部材１１には、第３の配線部材１２と同じ材料を用いるようすれば、集積回路用の細い金ボンディングワイヤを第２の配線部材１１に使用することになり、電力回路ＣＰから制御回路ＣＣへの熱流入をいっそう効果的に防止することができる。
【００３８】
また、制御回路ＣＣに熱的に接続されるとともに、電力回路ＣＰと熱的に絶縁されたヒートシンク２１を備えるようにしたので、制御回路ＣＣの温度を最適に制御することができる。
【００３９】
実施の形態２．
本実施の形態２にかかる電力用半導体装置においては、実施の形態１にかかる電力用半導体装置に対し、パッケージ部分（樹脂封止体１３）の形状を異なるようにしたものである。電力用半導体装置内に封止された部材については実施の形態１にかかる電力用半導体装置と同様であるので、説明を省略する。図５と図６は、本実施の形態２にかかる電力用半導体装置の構成を説明するためのもので、図５は電力用半導体装置の外観のうち裏面部分を示す平面図、図６は、図５におけるVI−VI線における切断面を示す断面図である。
【００４０】
図において、本実施の形態２にかかる電力用半導体装置２００１では、電力用半導体装置２００１の裏面ＲＳ側に溝４０が形成されている。溝４０は、裏面ＲＳからパワーリード５と制御リード６の離間部分Ｇ５６あたりまで掘り下げたもので、裏面ＲＳ側における長手方向の一端Ｅｅから他端Ｅｄ近傍にかけて形成され、電力回路ＣＰ領域のリードフレーム５から裏面ＲＳにかけての部分と制御回路ＣＣ領域のリードフレーム６から裏面ＲＳにかけての部分とを空間により隔てている。それ以外の部分は実施の形態1と同じである
。
【００４１】
このように、溝４０により、電力回路ＣＰの裏面ＲＳ側部分と、制御回路ＣＣの裏面ＲＳ側部分とが熱的に絶縁されたので、封止樹脂１３の裏面ＲＳ側部分を介しての電力回路ＣＰ側から制御回路ＣＣ側への熱の流入を防止し、電力回路ＣＰを動作温度の限界近くまで高温にして動作させた場合でも、熱が封止樹脂１３を伝導してヒートシンク２１や制御回路ＣＣに流入することはなく、安定してＩＣ４を動作させることができる。このため、電力回路ＣＰの動作温度をよりさらに高温にした場合でもＩＣ４を安定動作させることができる。
【００４２】
なお、溝は、電力用半導体装置２００１の表面側から形成することも可能であるが、細線１１はボンディングに伴って制御回路ＣＣや電力回路ＣＰの回路面より表側に向かって膨らむことになる。そのため、表側から溝を形成すると、裏側のときと比較して隙間Ｇ５６近づくまで掘り下げることができず、熱的な絶縁が不十分となる。したがって、細線１１が接合された面の反対側の面から掘り下げるのがよい。
【００４３】
以上のように、本実施の形態２にかかる電力用半導体装置２００１によれば、制御回路ＣＣと電力回路ＣＰは、それぞれの回路形成面が当該回路形成面に垂直な方向から見て離れて配置されているとともに、制御回路ＣＣと電力回路ＣＰとをまとめて封止する樹脂封止体１３を備え、樹脂封止体１３には、第２の配線部材１１が接合された面の反対側の面である電力用半導体装置２００１の裏面ＲＳから制御回路ＣＣと電力回路ＣＰとの離間部分Ｇ５６にむけて掘り下げられた溝４０が形成されているように構成したので、封止樹脂１３の裏面ＲＳ側部分を介しての電力回路ＣＰ側から制御回路ＣＣ側への熱の流入を防止し、電力回路ＣＰを動作温度の限界近くまで高温にして動作させた場合でも、熱が封止樹脂１３を伝導してヒートシンク２１や制御回路ＣＣに流入することはなく、安定してＩＣ４を動作させることができる。
【００４４】
実施の形態３．
本実施の形態３にかかる電力用半導体装置においては、実施の形態１にかかる電力用半導体装置に対し、電力回路の裏面にもヒートシンクを設けたものである。その他の構成については、実施の形態１にかかる電力用半導体装置と同様であるので、説明を省略する。図７と図８は、本実施の形態３にかかる電力用半導体装置の構成を説明するためのもので、図７は電力用半導体装置の外観のうち裏面部分を示す平面図、図８は、図７におけるVIII−VIII線における切断面を示す断面図である。
【００４５】
図において、本実施の形態３にかかる電力用半導体装置３００１では、電力回路ＣＰの裏面ＲＳ側にも、ヒートシンク２２が装着されている。ヒートシンク２２についても、放熱性に優れた絶縁膜２３を介してパワーリード５の裏面に接着され、長手方向の両端あるいはその近傍に取り付け穴１５を設けている。これにより電力回路ＣＰに搭載されたダイオード２やトランジスタ３といったワイドバンドギャップ半導体材料からなるパワーチップもＩＣ４とは別系統で同時に冷却することができ、ＩＣ４のみならずパワーチップも安定動作させることができる。また、取り付け穴１５も取り付け穴１４と同様にヒートシンク２２の長手方向の両端あるいはその近傍に設けているため、外部の放熱フィンに対してそれぞれ確実に密着固定させることで、確実に冷却できる。
【００４６】
実施の形態４．
本実施の形態４にかかる電力用半導体装置においては、上記実施の形態２にかかる電力用半導体装置における溝と実施の形態３にかかる電力用半導体装置における電力回路のヒートシンクの両方を取り入れたものである。その他の構成については、上記各実施の形態にかかる電力用半導体装置と同様であるので、説明を省略する。図９と１０は、本実施の形態４にかかる電力用半導体装置の構成を説明するためのもので、図９は電力用半導体装置の外観のうち裏面部分を示す平面図、図１０は、図９におけるX−X線における切断面を示す断面図である。
【００４７】
図において、本実施の形態４にかかる電力用半導体装置４００１では、電力回路ＣＰの裏面ＲＳ側にも、ヒートシンク２２が装着され、さらに、電力用半導体装置４００１の裏面ＲＳ側に溝４０４０が形成されている。溝４０４０は、裏面ＲＳからパワーリード５と制御リード６の隙間Ｇ５６あたりまで掘り下げたもので、裏面ＲＳ側における長手方向の一端Ｅｅから他端Ｅｄにかけて形成され、電力回路ＣＰ領域のリードフレーム５から裏面ＲＳにかけての部分と制御回路ＣＣ領域のリードフレーム６から裏面ＲＳにかけての部分とを空間により隔てている。
【００４８】
このように、溝４０４０により、電力回路ＣＰの裏面ＲＳ側部分と、制御回路ＣＣの裏面ＲＳ側部分とが熱的に絶縁され、さらに、電力回路ＣＰと制御回路ＣＣを異なる放熱系統で冷却するようにしたので、ＩＣ４、パワーチップそれぞれを最適な温度域で動作させることができ、性能が高く信頼性の高い電力用半導体装置を得ることができる。
【００４９】
なお、ヒートシンク２１をヒートシンク２２部分まで拡張し、一体化したヒートシンクで電力回路を冷却することも考えられるが、その場合、電力回路が高温になった時に、その熱がヒートシンクを介して制御回路に伝導し、ＩＣ４の温度が上昇してしまう可能性があるので、好ましくない。
【００５０】
なお、上記各実施の形態においては、整流素子（ダイオード）やスイッチング素子（トランジスタ）として機能する半導体素子２、３には、炭化ケイ素によって形成されたいわゆるワイドバンドギャップ半導体素子の例を示したが、これに限られることはなく、制御回路のＩＣ４よりも動作温度域が高い半導体材料であれば、ケイ素（Ｓｉ）で形成されたものであってもよい。しかし、ケイ素よりもバンドギャップが大きい、いわゆるワイドギャップ半導体を形成できる炭化ケイ素や、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドを用いた時の方が、制御回路に用いられる温度域よりも圧倒的に動作温度域が高いので、本発明による効果をより一層発揮することができる。
【００５１】
また、上記各実施の形態においては、樹脂封止体１３で封止されたパッケージタイプの電力用半導体装置について説明したが、パッケージタイプに限ることはなく、露出したタイプ（開放タイプ）に適用しても本発明による効果を発揮することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  電力用半導体装置、  ２  ダイオード（電力用半導体素子）、  ３  トランジスタ（電力用半導体素子）、  ４  ＩＣ（制御用半導体素子（の集積回路））、  ５  パワーリード、  ６  制御リード、  ７  リードフレーム、  ９，１０  配線部材（第１の配線部材）、  １１  金属細線（第２の配線部材）、  １２  金属細線（第３の配線部材）、
１３樹脂封止体、  ２１、２２  ヒートシンク、  ３０，３０Ｖ  中継リード端子  、３１  貫通孔、  ４０  溝、  １００  ダイパッド、  １０１  電力用リード端子、  ２００  ダイパッド、  ２０１  制御用リード端子。
ＣＣ  制御回路、  ＣＰ  電力回路、  Ｇ５６  電力回路と制御回路との離間部分、  Ｊ１１  中継リード端子での金属細線１１の接合部、  Ｊ１２  中継リード端子での金属細線１２の接合部。
千位の数字の違いは実施の形態による構成の相違を示す。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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