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Die vorliegende Übersetzung bezieht sich auf eine
Verbundhalbleitervorrichtung zusammengesetzte
Halbleitervorrichtung, welche eine
Überstromerfassungsfunktion hat, und welche umfaßt: ein
isolierendes Substrat mit einer ersten leitfähigen Schicht
und einer zweiten leitfähigen Schicht darauf; ein
Halbleiterelement mit Hauptelektroden zum Hindurchlassen
eines Hauptstroms und welches auf der zweiten leitfähigen
Schicht über eine der Hauptelektroden montiert ist; ein
erster externer Anschluß, welcher elektrisch mit einem Ende
der ersten leitfähigen Schicht verbunden ist; einen zweiten
externen Anschluß; eine elektrische Verbindung, welche mit
der anderen der Hauptelektroden verbunden ist; und einen
Strompfad, welcher die Hauptelektroden, die elektrische
Verbindung und die ersten und zweiten leitfähigen Schichten
beinhaltet, welcher in Reihe zwischen den ersten und zweiten
externen Anschlüssen angeschlossen ist.
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Eine solche Vorrichtung wird in EP-A-0 088 312 besprochen.
EP-A-0 300 635 offenbart eine Stromerfassungsvorrichtung,
welche ein magnetostriktives Element in einer Ebene
verwendet, welche zwischen zwei Zweige einer U-förmigen
leitfähigen Schicht in zwei weiteren Ebenen sandwichartig
eingeschlossen ist.
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EP-A-0 278 432 beschreibt eine Invertierschaltung, welche
Freilaufdioden verwendet.
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IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) sind als
Hochleistungs-Halbleiterbauelemente in
Verbundhalbleitervorrichtungen, welche eine Funktion zur
Überstromerfassung haben, verwendet worden. Figur 5A ist
eine Perspektivansicht (der harzversiegelte Abschnitt wurde
weggelassen), welche die interne Struktur eines IGBTs zeigt,
Figur 5B ist eine Ansicht, welche das Aussehen des IGBTs
zeigt und Figur 5C ist eine Ansicht, welche ein
Äquivalentschaltbild zeigt. Wie in Figur 5A gezeigt, wird in
dem IGBT ein isolierendes Substrat 1 verwendet, welches
leitfähige Schichten 2, 3 und 4 verwendet, wie Kupferfolien,
die auf einem Keramiksubstrat vorgesehen sind. Ein
Halbleiterbauelementchip (IGBT) 5 hat eine Kollektorelektrode
(Hauptelektrode) auf einer Hauptfläche (untere Fläche) und
eine Emitterelektrode (Hauptelektrode) 6 und eine Gate-
Elektrode 7 auf der anderen Hauptfläche (obere Fläche). Die
Kollektorelektrode des Halbleiterelementes 5 ist auf der
leitfähigen Schicht 2 durch Löten oder dergleichen montiert,
und die leitfähigen Schichten 3 und 4 sind elektrisch mit der
Gate-Elektrode 7 und der Emitterelektrode 6 durch einen
Metalldraht oder dergleichen verbunden. Die leitfähigen
Schichten 2, 3 und 4 sind jeweils mit externen Anschlüssen 8,
9 und 10 eines Kollektors (C), eines Gates (G), und eines
Emitters (E) verbunden. Das oben beschriebene
Halbleiterelement wird schließlich harzvergossen und hat das
in Figur 5B gezeigte Aussehen.
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In dem Fall des Hochleistungs-Halbleiterbauelements ist zur
Verhinderung eines durch Überstrom verursachten Durchbruchs
des Halbleiterbauelementes, ein Widerstand 11 zur Erfassung
eines Stroms in Reihe mit dem Strompfad verbunden, wie in
Figur 6A gezeigt, oder ein Stromtransformator 12 ist mit der
Hauptstromleitung verbunden, wie in Figur 68 gezeigt, wodurch
eine Stromerfassung durchgeführt wird. Informationen über den
Überstromdurchgang werden dann aus der Stromerfassung
erhalten. Die Information wird von Anschlüssen T1 und T2 oder
T3 und T4 weggeführt, und wird zu einer Antriebsschaltung des
Halbleiterbauelementes zur Verminderung des Überstroms
zurückgekoppelt.
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Bei der Stromerfassung unter Verwendung des in 6A gezeigten
Widerstandes tritt jedoch ein Leistungsverlust aufgrund des
Produktes der über den Widerstand abfallenden Spannung und
des hindurchfließenden Stromes auf, sogar in einem
stationären Belastungszustand. Da der Leistungsverlust in
Übereinstimmung mit einer Zunahme des stationären Stromwertes
zunimmt, wird die Leistungseffizienz in einem
Halbleiterbauelement, welches einen hohen Strom verwendet,
vermindert. Zusätzlich, da ein hoher zulässiger Verlust
erforderlich ist, wird die Größe des Widerstandes groß. Daher
wird die Stromerfassung unter Verwendung eines Widerstandes
im allgemeinen nicht in Bauelementen verwendet, welche einen
hohen Strom benutzen.
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Ferner kann bei der Stromerfassung unter Verwendung des in
Figur 6B gezeigten Stromtransformators ein hoher Strom erfaßt
werden, da der Leistungsverlust im Gegensatz zu dem den
Widerstand verwendenden Verfahren nicht auftritt. Jedoch kann
bei diesem Verfahren ein theoretisch perfekter Gleichstrom
(di/dt = 0) nicht erfaßt werden. Ferner, wenn ein Pulsstrom
mit einer relativ langen Pulsbreite durch den
Stromtransformator zur Erfassung des Hochstromes fließt, muß
ein Stromtransformator verwendet werden, welcher relativ groß
ist.
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Wie oben beschrieben, ist es schwer den Stromdetektor, wie
eine Stromtransformator, Widerstand, usw. in das
Halbleiterbauelement einzubeziehen. Wenn das Hochleistungs-
Halbleiterbauelement praktisch eingesetzt wird, muß ein
Stromtransformator den Hochleitstungs-Halbleiterbauelemente
in dem Fall hinzugefügt werden, in welchem der Strom groß
ist, und ein Widerstand muß ebenfalls dem
Leistungshalbleiterbauelement in dem Fall eines
vergleichsweise niedrigen Stromes hinzugefügt werden.
Jedenfalls ist die Handhabung des Widerstandes oder
Strorntransformators sehr kompliziert. Eine
Stromerfassungsfunktion hat die oben beschriebenen Nachteile.
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Eine allgemein verwendete Verbundhalbleitervorrichtung mit
einer Überstromerfassungsfunktion wird in Figur 7A gezeigt.
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Die gleichen Bezugsziffern in Figur 7A bezeichnen gleiche
oder entsprechende Teile wie in den Figuren 5A bis 5C. Ein in
Figur 7A gezeigtes Halbleiterelement 25 hat eine
Stromerfassungselektrode 26, welche mit einem externen
Anschluß 28 zur Stromerfassung (Es) durch sowohl einen
Metalldraht als auch eine leitfähige Schicht 27 verbunden
ist. In der Verbundhalbleitervorrichtung kann durch den
externen Stromerfassungsanschluß ein Strom leicht erfaßt
werden. Figur 7B zeigt ein Äquivalentschaltbild der
Verbundhalbleitervorrichtung.
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In der oben beschriebenen Halbleitervorrichtung tritt die
erfaßte Ausgabe zwischen dem externen Stromerfassungsanschluß
28 (oder Es) und einem externen Emitteranschluß 10 (oder E)
auf. Wenn daher eine Vielzahl von in Reihe verbundenen
Halbleiterelementen verwendet werden (gewöhnlich Inverter für
Drei-Phasen-Motorantriebe oder dergleichen), sind die
elektrischen Potentiale der Erdanschlüsse (Emitter E) für die
Stromerfassungsausgaben in den Halbleiterelementen
verschieden voneinander, so daß der Entwurf der
Rückkoppelschaltung unerwünschterweise kompliziert wird. Wenn
die Halbleitervorrichtung, welche die oben beschriebene
Stromerfassungsfunktion hat, verwendet wird, muß ein
Halbleiterelement neu entworfen und entwickelt werden.
Zusätzlich wird in dem entwickelten Halbleiterelement die
Fläche des aktiven Gebietes vermindert aufgrund der
Elektrodenfläche, welche für die Stromerfassungsausgabe
vorgesehen ist. Wenn gleich gewählte Stromwerte erhalten
werden sollen, wird die Chipgröße des Halbleiterelementes
groß und erhöht somit die Chipkosten.
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Wie oben beschrieben, ist es wichtig zu verhindern, daß ein
Halbleiterbauelement, insbesondere ein Hochleistungs-
Halbleiterbauelement, durch einen Überstrom durchbricht. Aus
diesem Grund sind verschiedene Überstrom-
Erfassungsvorrichtungen vorgeschlagen worden. Wenn der
Stromerfassungswiderstand oder der Stromtransformator in
Reihe mit dem Hauptstrompfad des Halbleiterelements verbunden
wird, muß er extern dem Halbleiterelement hinzugefügt werden,
da diese Teile relativ groß sind. In dem Widerstand tritt der
Leistungsverlust auf, und der Stromtransformator ist für die
Gleichstromerfassung nicht geeignet. Daher sind diese
Vorrichtungen funktionell ungünstig. In der
Halbleitervorrichtung mit Stromerfassungsfunktion kann das
Problem vermindert werden. Wenn jedoch eine Vielzahl von
Halbleiterelementen in Reihen- oder Parallelverbindungen
verwendet werden, wie sie in Invertern zum Antrieb von Drei-
Phasen-Motoren benutzt werden, können oft unter den
Ausgabeanschlußpaaren für erfaßte Signale der jeweiligen
Elemente keine gemeinsamen Potentialanschlüsse nicht
vorgesehen werden, und der Entwurf der Rückkoppelschaltung
wird kompliziert. Zusätzlich, wenn eine
Stromerfassungsfunktion dem Halbleiterelement hinzugefügt
wird, wird die Chipgröße ungünstig erhöht.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Verbündhalbleitervorrichtung zu schaffen, welche eine
Stromerfassungsvorrichtung enthält, die einen niedrigen
Leistungsverlust und eine exzellente Erfassungscharakteristik
aufweist.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Verbundhalbleitervorrichtung zu schaffen, welche eine
Stromerfassungsvorrichtung enthält, die elektrisch von den
Elektrodenanschlüssen eines Halbleiterelementes isoliert ist.
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Gemäß der Erfindung ist die eingangs definierte
Verbundhalbleitervorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die
erste leitfähige Schicht einen U-förrnigen Abschnitt auf dem
isolierenden Substrat hat, um so ein Magnetfeld zu erzeugen,
wenn der Hauptstrom dort und durch das Halbleiterelement
hindurchfließt, daß ein Strorndetektor auf dem isolierenden
Substrat und zwischen den Armen des U-förmigen Abschnittes
auf solch eine Weise angeordnet ist, daß das Magnetfeld
erfaßbar ist, und daß einer der Enden der zweiten leitfähigen
Schicht elektrisch mit dem zweiten externen Anschluß
verbunden ist oder die zweite leitfähige Schicht eine
Fortsetzung der ersten leitfähigen Schicht bildet.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie
diese realisiert werden kann, wird nun beispielhaft Bezug
genommen auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen:
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Figur 1A eine Perspektivansicht ist, welche eine
Verbundhalbleitervorrichtung gemäß einer ersten
Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Figur 1B ist eine Perspektivansicht, welche ein Verhältnis
zwischen einem Strom und einem Magnetfeld der
Verbundhalbleitervorrichtung in Figur 1A zeigt;
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Figur 2 ist eine Perspektivansicht, welche eine
Verbundhalbleitervorrichtung gemäß einer zweiten
Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Figur 3 ist eine Perspektivansicht, welche ein Verhältnis
zwischen einem Strom und einem Magnetfeld der
Verbundhalbleitervorrichtung gemäß einer dritten
Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Figur 4 ist eine Perspektivansicht, welche eine
Verbundhalbleitervorrichtung gemäß einer vierten
Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Figur 5A ist eine Perspektivansicht, welche eine Anordnung
eines konventionellen Halbleiterelementes, durch
welches ein Hauptstrom fließt;
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Figur 5B ist eine Perspektivansicht, welche das Aussehen des
Halbleiterelements der Figur 5A zeigt;
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Figur 5C zeigt ein Äquivalentschaltbild des
Halbleiterelementes der Figur 5A;
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Figuren 6A und 6B sind Schaltungen zur Erklärung der
Stromerfassung in konventionellen
Verbundhalbleitervorrichtungen;
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Figur 7A ist eine Perspektivansicht, welche eine Anordnung
einer konventionellen Verbundhalbleitervorrichtung
mit einer Stromerfassungsfunktion zeigt; und
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Figur 7B ist ein Äquivalentschaltbild der
Verbundhalbleitervorrichtung der Figur 7A.
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Eine Verbundhalbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf
Figur 1A beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf Figur 1A wird als ein Halbleiterelement
durch welches ein Hauptstrom fließt, ein chipartiger IGBT 102
verwendet. Der IGBT 102 ist auf einem isolierenden Substrat
101 montiert, welches eine leitfähige Schicht 103 enthält,
die auf einem Keramiksubstrat vorgesehen ist, welches
beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid
besteht. Die untere Fläche des IGBT ist eine
Kollektorelektrode und auf der leitfähigen Schicht 103
gelötet. Ein externer Kollektoranschluß 104 ist auf der
leitfähigen Schicht 103 gelötet. Eine Gate-Elektrode 105, und
eine Emitterelektrode 106, welche als Hauptelektrode dient,
sind auf der oberen Fläche des Halbleiterelementes 102
vorgesehen, und ein Metalldraht ist durch Ultraschall-Bondung
oder dergleichen auf diese Elektroden gebondet und jeweils
mit den leitfähigen Schichten 107 und 108 verbunden. Ein
externer Gateanschluß 109 und ein externer Emitteranschluß
110 sind jeweils auf die leitfähigen Schichten 107 und 108
gelötet. Die leitfähige Schicht 108 ist als Muster so
ausgelegt, daß eine U-förmige Konfiguration geschaffen wird,
wie in Figur 1A gezeigt, und ein Hall-Sensor 111, eines
magneto-elektrischen Transducers ist auf einem Isolator auf
dem Substrat 101 innerhalb des U-förmigen Abschnittes
fixiert. Der Hall-Sensor 111 umfaßt ein Paar von Steuerstrom-
Eingabezuführungen und ein Paar von Hall-Spannung-
Ausgabezuführungen. Das Paar von Steuerstrom-
Eingabezuführungen ist mit den leitfähigen Schichten 112 und
113 verbunden, und externe Steuerstrom-Eingabeanschlüsse 116
und 117 sind jeweils auf den leitfähigen Schichten 112 und
113 gelötet. Das Paar von Hall-Spannung-Ausgabezuführungen
ist mit den leitfähigen Schichten 114 und 115 verbunden, und
externe Spannungsausgangszuführungen, d.h. externe
Stromerfassungsignal-Ausgabeanschlüsse 118 und 119 sind auf
den leitfähigen Schichten 114 und 115 gelötet. Schließlich
wird das Substrat, außer einem Teil jedes externen
Anschlusses, harzvergossen, um so eine
Verbundhalbleitervorrichtung zu erhalten. In der obigen
Ausführung werden der Metalldraht und die leitfähige Schicht
108 als die leitfähige Schicht zur Verbindung der
Hauptelektrode des Halbleiterelementes mit dem externen
Hauptstromanschluß mit dem Emitter verbunden, und die
leitfähige Schicht 103 wird mit dem Kollektor verbunden.
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Gemäß der obigen Anordnung, wie in Figur 1B gezeigt, wenn ein
Strom zwischen dem externen Kollektoranschluß 104 und dem
externen Emitteranschluß 110 in Richtung eines durchgezogenen
Pfeiles 120 fließt, wird ein durch eine gestrichelte Linie
121 angedeutetes Magnetfeld um die leitfähige Schicht 108
gemäß Ampere's Korkenzieher-Regel erzeugt. Da die leitfähige
Schicht 102 die U-förmige Konfiguration hat, wird ein
Magnetfluß, welcher vertikal durch die Substratoberfläche
tritt innerhalb des U-förmigen Abschnittes konzentriert. Eine
Markierung X in Figur 1B zeigt, daß ein Magnetfluß B von der
oberen Fläche zur unteren Fläche der Zeichnung gerichtet ist.
Der Hall-Sensor ist innerhalb des U-förmigen Abschnittes
angeordnet, welcher eine hohe magnetische Flußdichte hat, und
eine Spannung proportional zum Magnetfeld, d.h. zur Stärke
des zwischen dem Kollektor und dem Ernitter fließenden
Hauptstroms, liegt zwischen den externen Hall-Spannung-
Ausgabeanschlüssen 118 und 119 an. Man beachte, daß ein
Steuerstrom mit mehreren mA zwischen den externen
Steuerstrom-Eingabezufühgrungen 116 und 117 des Hall-Sensors
zugeführt wird.
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Wie oben beschrieben, da der durch das Halbleiterelement
fließende Strom in der Verbundhalbleitervorrichtung erfaßt
wird, muß kein Widerstand, Stromtransformator oder
dergleichen speziell zur Stromerfassung der
Halbleitervorrichtung hinzugefügt werden. Daher ist die
Verbundhalbleitervorrichtung leicht in der Handhabung.
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Zusätzlich, da das Magnetfeld, welches durch den durch die
leitfähige Schicht des Halbleiterelementes fließenden
Hauptstrom erzeugt wird, effektiv zur Durchführung der
Stromerfassung ausgenutzt wird, tritt fast kein
Leistungsverlust aufgrund der Stromerfassung auf. Die
Stromerfassung kann beim Betrieb des Halbleiterelementes bei
allen Frequenzbändern einschließlich eines Gleichstromes
durchgeführt werden, und die Stromerfassungssignal-
Ausgabeanschlüsse sind elektrisch von den Elektroden des
Halbleiterelementes isoliert. Aus diesem Grund kann die
Rückkoppelschaltung oder dergleichen leicht entworfen werden.
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Obwohl der Hauptstrom in der obigen ersten Ausführung durch
das von der leitfähigen Emitterschicht des
Halbleiterelementes erzeugte Magnetfeld erfaßt wird, kann der
Strom von einer leitfähigen Schicht auf der Kollektorseite
gemäß der zweiten Ausführung auf die gleiche Weise wie oben
beschrieben erfaßt werden, wie in Figur 2 gezeigt. Man
beachte, daß die gleichen Bezugsziffern in Figur 2 die
gleichen oder entsprechende Teile wie in den Figuren 1A und
1B bezeichnen. Die Kollektorelektrode der unteren Fläche des
Halbleiterelementes 102 ist durch Löten oder dergleichen auf
einer leitfähigen Schicht 203 fixiert, welche einen U-
förmigen Abschnitt 208 einschließt. Ein magneto-elektrischer
Transducer 211 ist innerhalb des U-förmigen Abschnittes
angeordnet.
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Der Hauptstrom kann durch eine Summe der von einer
leitfähigen Schicht auf der Emitterseite und einer
leitfähigen Schicht auf der Kollektorseite erzeugten
Magnetfelder erfaßt werden. Gemäß der dritten Ausführung, wie
in Figur 3 gezeigt, ist ein magneto-elektrischer Transducer
innerhalb eines U-förmigen Abschnittes angeordnet, welcher
von einem Teil 304 einer leitfähigen Schicht 303 einer
Kollektorseite und einer leitfähigen Schicht 308 einer
Emitterseite umgeben ist. Zur einfacheren Veranschaulichung,
obwohl der magneto-elektronische Transducer nicht abgebildet
ist, ist es wünschenswert einen Zwischenebenen-Isolator an
einem Schnittpunkt zwischen den Eingabe/Ausgabe-Zuführungen
des Transducers und einer leitfähigen Schicht vorzusehen.
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In der obigen Ausführung, obwohl ein Teil der leitfähigen
Schicht zum U-förmigen Abschnitt gebildet ist, kann er
zirkular sein und eine geschwungene Spule kann durch die
leitfähige Schicht gebildet werden. Wenn eine parasitäre
Reaktanz, welche nicht vernachlässigt werden kann, dem
Hauptstrompfad in Übereinstimmung mit einer Anzahl der
Windungen der Spule hinzugefügt wird, kann die
Schaltcharakteristik vermindert werden. Daher muß die
Erhöhung der Anzahl von Windungen sorgfältig abgewägt werden.
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Obwohl in den obigen Ausführungen das von der leitfähigen
Schicht erzeugte Magnetfeld verwendet wird, kann ein von
einem Teil des externen Anschlusses erzeugtes Magnetfeld oder
ein Magnetfeld, welches durch den Metalldraht erzeugt wird,
durch welchen der Haüptstrom fließt, verwendet werden. Der
Hall-Sensor muß jedoch geeignet plaziert sein.
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In den obigen Ausführungen, obwohl der Hall-Sensor als der
magneto-elektrische Transducer zur Stromerfassung verwendet
wird, kann ein Hall-IC mit einem Verstärker verwendet werden.
In diesem Fall kann ein relativ niedriger Strom mit hoher
Genauigkeit erfaßt werden. Als magneto-elektrischer
Transducer kann ein magneto-resistives Element oder
dergleichen verwendet werden. In diesem Fall, obwohl die
Linearität des Ausgabesignals des magneto-elektrischen
Transducers bezüglich des Hauptstroms des Halbleiterelements
erniedrigt ist, besteht kein Problem solange der Hauptstrom
und das Ausgabesignal sich Eins-zu-Eins entsprechen.
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Obwohl in den obigen Ausführungen ein IGBT als
Halbleiterelement verwendet wird, können auch andere
Hochleistungs-Halbleiterbauelemente verwendet werden.
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Obwohl in den obigen Ausführungen ein Halbleiterelement
(außer für den magneto-elektrischen Transducer) in der
Verbundhalbleitervorrichtung enthalten ist, kann, wie in der
vierten Ausführung gezeigt, eine Vielzahl von
Halbleiterelementen, wie Freilaufdioden in der
Verbundhalbleitervorrichtung enthalten sein. Diese Ausführung
wird in Figur 4 gezeigt. Unter Bezugnahme auf die Zeichnung,
bezeichnet die Bezugsziffer 408 eine leitfähige Schicht zur
Erzeugung eines Magnetfeldes, und die Bezugsziffer 320
bezeichnet eine Freilaufdiode. In diesem Fall, wenn eine
induktive Last angeschlossen wird, wird ein Magnetfeld,
welches durch einen durch die Diode fließenden Strom erzeugt
wird, nicht von dem Hall-Sensor erfaßt.
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Die Halbleitervorrichtung beinhaltet sogenannte
Leistungsmodule, welche eine Vielzahl von
Leistungsbauelementen enthalten, die zusammen mit anderen
elektrischen Teilen in einer Verpackung angeordnet sind, und
wird auch mit harz-vergossenen Halbleiterstukturen zu tun
haben, welche ein Leistungsbauelement einschließen, das einen
Zuführungsrahmen als Substrat verwendet, und ein
magnetoelektrisches Element.
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Obwohl in den obigen Ausführungen das chipartige Element als
Halbleiterelement verwendet wird, ist das Halbleiterelement
nicht hierauf beschränkt. Es können beispielsweise
harzvergossene Halbleiterbauelemente mit freiliegenden
äußeren Zuführungen verwendet werden.
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Wie oben beschrieben, wird gemäß der hier beschriebenen
Verbundhalbleitervorrichtung, das von dem durch die
leitfähige Schicht in der Vorrichtung fließenden Strom
erzeugte Magnetfeld von dem eingebauten magneto-elektrischen
Transducer erfaßt, und die Überstromsteuerung dann durch von
dem Transducer ausgegebenen Erfassungssignal durchgeführt
werden. Daher ist die externe Hinzufügung von Teilen zur
Stromerfassung, wie Widerständen, Stromtransformatoren, usw.
nicht erforderlich, und das von dem Hauptstrom erzeugte
Magnetfeld kann effektiv ausgenutzt werden. Daher wird der
Leistungsverlust aufgrund der Stromerfassung sehr klein, und
die Erfassungscharakteristik wird in allen Frequenzenbändern,
einschließlich für Gleichstrom, sehr gut sein. Zusätzlich, da
die Erfassungssignal-Ausgabeanschlüsse elektrisch von den
Elektrodenanschlüssen des Halbleiterelementes isoliert sind,
werden die Ausgabeanschlüsse der Vorrichtungen für die
Stromerfassung gemeinsam geerdet, wenn eine Vielzahl von
Halbleitervorrichtungen in einer Reihenschaltung miteinander
verwendet werden, was den Entwurf der Rückkoppelschaltung
erleichtert.
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Die Hauptelektrode des Halbleiterelementes ist eine Elektrode
durch welche ein gesteuerter Laststrom fließt. Beispielsweise
sind in einer Diode oder in einem allgemeinen Thyristor die
Anoden- und Kathodenelektroden Hauptelektroden. In einem
Bipolartransistor oder IGBT sind die Kollektor- und Emitter-
Elektroden Hauptelektroden, und in einem MOS-FET oder
dergleichen sind die Drain- und Source-Elektroden
Hauptelektroden.
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Eine leitfähige Schicht zu der Verbindung der Hauptelektrode
des Halbleiterelementes mit dem externen Hauptstromanschluß
bildet eine Strompfad für den Hauptstrom. Mit dem durch die
leitfähige Schicht fließenden Hauptstrom wird um die
leitfähige Schicht ein zur Größe des Hauptstroms
proportionales Magnetfeld erzeugt. Das Magnetfeld wird unter
Verwendung eines magneto-elektrischen Transducers, wie einem
Halleffekt-Element, magneto-resistiven Element, usw., erfaßt,
welches ein magnetisches Signal in eine elektrisches Signal
wandelt. Das bedeutet, daß die zur Größe des Hauptstromes
proportionale Magnetfeldstärke durch den magneto-elektrischen
Transducer in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, und
dieses elektrische Signal erscheint zwischen einem Paar von
Signalausgabeanschlüssen des Transducers.
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Vorzugsweise hat die leitfähige Schicht einen U-förmigen
Abschnitt, welcher den dem Hauptstrom entsprechenden
Magnetfluß zentriert, und der magneto-elektrische Transducer
befindet sich im Zentrum der U-förmigen leitfähigen Schicht.
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Wenn die Antriebsschaltung für das Halbleiterelement nicht in
dem Halbleiterbauelement enthalten ist, müssen externe
Anschlüsse zur Zuführung des elektrischen Signals des
magneto-elektrischen Transducers in dem Halbleiterbauelement
angeordnet sein.
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Das elektrische Signal, welches von dem magneto-elektrischen
Transducer geliefert wird, wird an die Antriebsschaltung des
Halbleiterbauelementes zurückgekoppelt. Wenn der Hauptstrom
einen vorbestimmten Stromwert erreicht, welcher nicht zum
Durchbruch des Halbleiterelementes führt, kurz bevor der
Hauptstrom den Überstromwert erreicht, welcher zum Durchbruch
führen kann, wird das erfaßte elektrische Signal des
magnetoelektrischen Transducers an die Antriebsschaltung
zurückgekoppelt, wodurch eine Zunahme des Hauptstromes
unterdrückt wird bzw. der Hauptstrom unterbrochen wird. Somit
kann der unerwünschte Durchbruch des Halbleiterbauelementes
verhindert werden.
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Ferner versteht der Fachmann, daß die vorhergehende
Beschreibung sich auf bevorzugte Ausführungen der offenbarten
Vorrichtung bezieht, und daß verschiedene Anderungen und
Abwandlungen der Erfindung durchgeführt werden können, ohne
sich dabei aus dem in den Ansprüchen definierten Schutzumfang
zu entfernen.