(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱材を含む基材と、
前記基材に第１面が接着されたパワートランジスタと、
前記パワートランジスタの前記第１面と反対面の第２面に接着されたバスバーと、
前記バスバーに接続されて前記バスバーの熱を電気信号に変換する温度検知器と、
前記温度検知器に接続されて前記電気信号を送信するリードと、
前記基材と前記温度検知器との間と、前記パワートランジスタと前記温度検知器との間と、前記基材と前記バスバーとの間と、前記基材と前記リードとの間のそれぞれに充填された封止樹脂と、を備え、
前記バスバーの熱抵抗は前記封止樹脂の熱抵抗より小さい、
電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気素子、電力半導体素子およびサーミスタ等温度検知器が搭載された電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力半導体素子が搭載された電子装置においては、制御用集積回路内に集積されたダイオードなどの感温素子やサーミスタなどの温度センサによって電力半導体素子の発熱が検知され、電力半導体素子が過熱状態にある場合は制御用集積回路によってその駆動が速やかに停止させられる。【０００３】
上記のような電子装置においては、スイッチング素子で発生した熱を感温素子や温度センサに効率よく伝導し、精度よく温度を測定することが必要である。たとえば、特許文献１には放熱板に電力半導体素子とサーミスタが設置された構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５２５８８５号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の半導体装置には、図５のようにＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）チップ４およびフリーホールダイオード５を支持する放熱板１４の延伸部１５の上面に温度センサ７が設置されている。
【０００６】
この構成では、ＩＧＢＴチップ４で発生した熱は、リードフレーム２の第１フレーム部２ａおよび放熱板１４を介して放熱板１４の下面から短時間で大量に放出される。したがって、放熱板１４の延伸部１５に搭載された温度センサ７は、ＩＧＢＴチップ４の真の温度から大きく乖離した状態を測定してしまう課題があった。
【０００７】
本発明においては、放熱材を含む基材と、前記基材に第１面が接着されたパワートランジスタと、前記パワートランジスタの前記第１面と反対面の第２面に接着されたバスバーと、前記バスバーに接続されて前記バスバーの熱を電気信号に変換する温度検知器と、前記温度検知器に接続されて前記電気信号を送信するリードと、前記基材と前記温度検知器との間と、前記パワートランジスタと前記温度検知器との間と、前記基材と前記バスバーとの間と、前記基材と前記リードとの間のそれぞれに充填された封止樹脂と、を備え、前記バスバーの熱抵抗は前記封止樹脂の熱抵抗より小さい。
【０００８】
本発明の電子装置によれば、精度よく電気素子の温度を検知することができる。
【０００９】
また、電気素子が過熱状態になった場合において速やかにその駆動を停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第一の実施の形態にかかる電子装置の斜視図である。
【図２】図２は、第一の実施の形態にかかる電子装置の封止樹脂を不可視にした状態の斜視図である。
【図３】図３は、第一の実施の形態にかかる電子装置の封止樹脂を不可視にした状態の断面図である。
【図４】図４は、第二の実施の形態にかかる電子装置の封止樹脂を不可視にした状態の断面の模式図である。
【図５】図５は、従来の半導体装置を示す断面図である。
【図６】図６は、第一の実施の形態にかかる熱回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第一の実施の形態＞
本発明の第一の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１２】
図１は、第一の実施の形態にかかる電子装置の斜視図である。図２は、第一の実施の形態にかかる電子装置の封止樹脂を不可視にした状態の斜視図である。図３は、第一の実施の形態にかかる電子装置の封止樹脂を不可視にした状態の断面図である。図６は、第一の実施の形態にかかる熱回路の回路図である。
【００１３】
電子装置２１は、パワートランジスタ２５およびサーミスタ２６等が搭載され封止樹脂２２で保護されている。
【００１４】
２３は基板、２４はヒートスプレッダ、２７はバスバー、２８はサーミスタのリード、２９，３０，３１は接着シートである。
【００１５】
基板２３の一面（以降、下面）は、電子装置２１の封止樹脂２２から露出している。放熱材であるヒートスプレッダ２４は、基板２３の下面の反対側の面（以降、上面）と接着材である接着シート２９によって接着されており、基板２３とともに基材としてパワートランジスタ２５を支持している。電気素子であるパワートランジスタ２５とヒートスプレッダ２４とは、ヒートスプレッダ２４と基板２３との接着面の反対側の面に接着シート３０により接着されている。電源板であるバスバー２７とパワートランジスタ２５とは、パワートランジスタ２５とヒートスプレッダ２４との接着面の反対側の面に接着シート３１により接着されている。温度検知器であるサーミスタ２６は、伝導線であるリード２８に接続されており、基板２３の上面側に設置されている。基板２３の上面側に位置するパワートランジスタ２５に隣接した領域において、ヒートスプレッダ２４にサーミスタ２６より大きい欠除箇所が設けられサーミスタ２６が設置されている。つまり、電子装置の一態様として電子装置の上方から見て、前記温度検知器と前記基板が重なっている箇所では、前記放熱材は、欠除していてもよい。
【００１６】
また、サーミスタ２６の伝導線であるリード２８は、サーミスタ２６と基板２３が接着しないようにサーミスタ２６と伝導線との接着箇所付近で電子装置の上方に横から見てＳ字状に屈曲している。そして、リードの一部を露出しつつ部材間には封止樹脂２２が充填されることにより、電子装置２１は封止樹脂２２に包まれる。
【００１７】
上記のように構成された電子装置により、パワートランジスタ２５で発生した熱は、接着シート３０を通してヒートスプレッダ２４に伝熱され、さらに接着シート２９を通して基板２３に伝熱され、基板下面から放熱される。これにより、パワートランジスタ２５を冷却することができる。
【００１８】
サーミスタ２６は、パワートランジスタ２５の発熱がパワートランジスタ２５とサーミスタ２６との間の熱伝導体でもある封止樹脂２２に伝熱されて温度を検知する。
【００１９】
パワートランジスタ２５の温度Ｔｊとサーミスタ２６の温度Ｔｔｈは、比例関係にあることが望ましい。基板とパワートランジスタ２５との間の熱抵抗より大きければ、基板２３とサーミスタ２６との間の熱抵抗は、基板２３の温度Ｔｃの変化の影響に左右されにくい。さらに、パワートランジスタ２５とサーミスタ２６との間の熱抵抗は、基板２３とサーミスタ２６との間の熱抵抗より小さければ、さらに温度Ｔｃの変化の影響に左右されにくくなる。
【００２０】
パワートランジスタ２５の温度を精度よく検知するためには、サーミスタ２６は、パワートランジスタ２５にできる限り接近している方が良い。
【００２１】
パワートランジスタ２５とサーミスタ２６との距離を基板２３とサーミスタ２６との距離よりも近くすることにより、パワートランジスタ２５とサーミスタ２６との間の熱抵抗は、基板２３とサーミスタ２６との間の熱抵抗より小さくなる。もちろん、パワートランジスタ２５と基板２３は放熱のため接着シート３１を介して接触しており、パワートランジスタ２５と基板２３との間の熱抵抗は、パワートランジスタ２５とサーミスタ２６との間の熱抵抗および基板２３とサーミスタ２６との間の熱抵抗より小さくなる。
【００２２】
また、サーミスタ２６の熱は、基板２３には伝わりにくく、パワートランジスタ２５の熱はサーミスタ２６に伝わりやすい。
【００２３】
このことにより、サーミスタ２６の温度は下がりにくくなることで、精度よくパワートランジスタ２５の温度を検知することができる。
【００２４】
上記のような構成とした時に、電子装置２１の熱回路は、図６に示される。パワートランジスタ２５の温度Ｔｊ、サーミスタ２６の温度Ｔｔｈ、基板２３の温度Ｔｃ、パワートランジスタ２５とサーミスタ２６との間の熱抵抗θｊｔ、サーミスタ２６と基板２３との間の熱抵抗θｔｃとした時、各パラメータの関係は、
（Ｔｔｈ−Ｔｃ）＝θｔｂ×（Ｔｊ−Ｔｃ）／（θｔｃ＋θｊｔ）
の式であらわされる。この式からＴｊは、
Ｔｊ＝（（θｔｃ＋θｊｔ）Ｔｔｈ−θｊｔ・Ｔｃ）／θｔｃと導かれる。ここで、θｔｃとθｊｔは構造によって決定されるものであり、既知の値となることから、ＴｔｈとＴｂを測定することによって、Ｔｊが計算できることとなる。
【００２５】
更に、θｔｃ＞＞θｊｔとなるようにパワートランジスタ２５とサーミスタ２６と基板２３とを配置することによって、Ｔｊ≒Ｔｔｈとすることが出来、サーミスタ２６の温度Ｔｔｈを測定することで、正しくパワートランジスタ２５の温度Ｔｊを測定することができる。ここで、熱抵抗θは熱伝導率λ、有効面積Ａ、距離ｌとすると、θ＝ｌ／（λ×Ａ）であらわされる。したがって、θｔｃ＞＞θｊｔとなるようにパワートランジスタ２５とサーミスタ２６と基板２３とを配置するためには、パワートランジスタ２５とサーミスタ２６との間の距離を、サーミスタ２６と基板２３との間の距離に比べて、小さくすれば良い。
【００２６】
更に、サーミスタ２６とパワートランジスタ２５とを接するように配置すれば、θｊｔ≒０となり、Ｔｊ≒Ｔｔｈとすることが出来る。一方、従来例では、温度センサ７が放熱板１４と接していることから、θｔｃ≒０となり、ＴｔｈとＴｃからはＴｊを計算することは出来ない。
【００２７】
＜第二の実施の形態＞
本発明の第二の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２８】
図４は、第二の実施の形態にかかる電子装置の封止樹脂を不可視にした状態の断面の模式図である。第一の実施の形態と同じ部位については、説明を省略する。パワートランジスタ２５およびサーミスタ２６等は、封止樹脂（図示せず）により封止されている。電子装置４１の電子装置２１との大きな差異は、バスバー３７と、サーミスタのリード３８である。バスバー３７は、電源やグランドのような電圧を固定するためのパワートランジスタ２５の固定電極に接続されている。電圧が一定のため、サーミスタ２６の一方の電極を接続する事ができる。サーミスタ２６のもう一方の電極は、サーミスタが受けた熱が電気信号に変換され、その電気信号を送信するためのリード３８に接続されている。
【００２９】
リード３８は、第一の実施の形態のように上方に横から見てＳ字状に屈曲していても良いし、基板２３とサーミスタ２６が接触しなければ他の形状でも良い。
【００３０】
上記のように構成された電子装置により、パワートランジスタ２５で発生した熱は、接着シート３１を通してバスバー３７に伝熱される。パワートランジスタ２５の熱は、封止樹脂２２に伝熱された熱のみならず、バスバー３７に伝熱された熱もサーミスタ２６は、受けて温度を検知する。
【００３１】
バスバー３７の熱抵抗は、封止樹脂２２の熱抵抗より小さいため、本発明の第一の実施の形態よりもパワートランジスタ２５の熱は、バスバー３７を介してサーミスタ２６に伝わる。これにより、パワートランジスタ２５の温度をサーミスタ２６ですみやかかつ精度良く検知することができる。
【００３２】
これによりスイッチング素子が過熱状態になった場合において速やかにその駆動を停止させることができる。
【００３３】
なお、サーミスタ２６のもう一方の電極は、バスバー３７の代わりに、パワートランジスタ２５の信号線に接続されていても良い。
【００３４】
また、サーミスタ２６は、パワートランジスタ２５と上面あるいは、側面で接触していてもよい。その場合は、パワートランジスタ２５の熱がサーミスタ２６に直接伝熱される。サーミスタ２６がパワートランジスタ２５の上面で接触するほうが、接触面積が側面で接触するより大きくなるため、熱抵抗が下がる。一方、サーミスタ２６がパワートランジスタ２５の側面で接触すると、電子装置の厚みを薄型化できる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の電子装置は、電子素子、電力半導体素子等およびサーミスタ等温度検知器が搭載された電子装置、半導体装置等として有用である。
【符号の説明】
【００３６】
２１，４１    電子装置
２２    封止樹脂
２３    基板
２４    ヒートスプレッダ
２５    パワートランジスタ
２６    サーミスタ
２７，３７    バスバー
２８，３８    リード
２９，３０，３１    接着シート
【図１】
0006507372.tif 000002
【図２】
0006507372.tif 000003
【図３】
0006507372.tif 000004
【図４】
0006507372.tif 000005
【図５】
0006507372.tif 000006
【図６】
0006507372.tif 000007