JP2000353778A - パワー半導体モジュール - Google Patents

パワー半導体モジュール

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JP2000353778A JP2000059713A JP2000059713A JP2000353778A JP 2000353778 A JP2000353778 A JP 2000353778A JP 2000059713 A JP2000059713 A JP 2000059713A JP 2000059713 A JP2000059713 A JP 2000059713A JP 2000353778 A JP2000353778 A JP 2000353778A
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浩隆 武藤
Toshiyuki Kikunaga
敏之 菊永
Takeshi Oi
健史 大井
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Goji Horiguchi
剛司 堀口
Osamu Usui
修 碓井
Tatsuya Okuda
達也 奥田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 主電流の検出を、高周波領域まで、精度良く
行える電流検出センサ部を備える。 【解決手段】 平行平板状に折り返した形状の電流検出
センサ部２８を用いる。第１、第２の平板状部分２８
ａ、２８ｃが互いに対向しているので、電流検出センサ
部２８のインダクタンスが小さくなり、検出端子３４、
３５からの出力は周波数依存性が大幅に低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、インバータやコ
ンバータ等の電力変換機器に利用されるパワー半導体モ
ジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】パワー半導体モジュールにはＭＯＳＦＥ
Ｔ(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transisto
r)素子を複数個搭載したＭＯＳＦＥＴモジュール、ダイ
オード素子を複数個搭載したダイオードモジュール、Ｉ
ＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)素子とダ
イオード素子それぞれを複数個搭載したＩＧＢＴモジュ
ールなどがある。ここでは、半導体素子であるＩＧＢＴ
素子とダイオード素子が複数個並列に接続されたＩＧＢ
Ｔモジュールを例としてパワー半導体モジュールの内部
構造を説明する。図１０は従来技術のＩＧＢＴモジュー
ル（以下、モジュールと称する）の半導体素子部を中心
とした平面図、図１１は、ＩＧＢＴモジュール内部のＩ
ＧＢＴ素子とダイオード素子の部分を中心とした断面図
である。本モジュールではＩＧＢＴ素子が４個、ダイオ
ード素子が４個並列に接続されてひとつのモジュールを
構成している。ＩＧＢＴ素子とダイオード素子が逆並
列、すなわち、ＩＧＢＴ素子のエミッタとダイオード素
子のアノードが同電位に、また、ＩＧＢＴ素子のコレク
タとダイオード素子のカソードが同電位となるように接
続されている。
【０００３】図１０および図１１において、１は銅から
なり、半導体素子を冷却するための放熱板、２は絶縁基
板である窒化アルミニウム基板、２１は窒化アルミニウ
ム基板２の両面に張り付けられた電極パターン、３はＩ
ＧＢＴ素子、４はダイオード素子であり、電極パターン
２１上にはＩＧＢＴ素子３とダイオード素子４が隣り合
わせではんだ付けされている。また、窒化アルミニウム
基板２は放熱板１上にはんだづけにより接合されてい
る。
【０００４】ＩＧＢＴ素子３の表面にパターニングされ
ているエミッタ電極３１とダイオード素子４の表面にパ
ターニングされているアノード電極４１はアルミニウム
ワイヤ５１で接続され、さらにエミッタ中継基板７に接
続されている。ＩＧＢＴ素子３とダイオード素子４とが
はんだづけされている窒化アルミニウム基板２上の電極
パターン２１と、コレクタ中継基板８がアルミニウムワ
イヤ５２により接続されている。２５は樹脂材料からな
る筐体であり、放熱板１に固定されている。コレクタ中
継基板８上の電極パターンにはモジュールコレクタ電極
９が接続され、エミッタ中継基板７にはモジュールエミ
ッタ電極１０が接続されている。モジュールエミッタ電
極１０とモジュールコレクタ電極９は、モジュールの筐
体２５外部において、負荷等に配線、接続される。ま
た、ＩＧＢＴ素子３をオンオフするゲート電位を制御す
るために、アルミニウムワイヤ５３が配線基板１１から
ＩＧＢＴ素子３のゲート端子３２に接続されている。１
９はモジュールゲート電極であり、モジュール内部にお
いて、配線基板１１を介して各ＩＧＢＴ素子３のゲート
端子３２に接続されている。３３はＩＧＢＴ素子３上に
形成された電流センス端子であり、ＩＧＢＴ素子３のエ
ミッタ電極３１を流れる電流に比例した微小な電流が流
れる。
【０００５】このようなＩＧＢＴ素子を用いたモジュー
ルにおいて、動作中に定格電流を越える過電流が流れた
り、負荷側での短絡事故によりモジュールに過大な電流
が流れることがある。モジュールに定格を越える過大な
電流が流れるとＩＧＢＴ素子が熱的に破壊し、モジュー
ルを交換する必要が生ずる。過電流によるモジュールの
破壊を防ぐためには、ＩＧＢＴ素子に流れる電流を検出
し、過大な電流が流れる直前にＩＧＢＴ素子をオフにす
る必要がある。このような過電流や負荷側短絡時に生ず
る可能性のあるＩＧＢＴ素子の破壊を防ぐために保護回
路が設けられる。図１２はそのような保護回路のブロッ
ク図である。１２はモジュール、１３はモジュール１２
内に配置されたＩＧＢＴ素子３の一つであり、電流セン
ス端子３３を利用してモジュールエミッタ電極１０に流
れる主電流を検出する。モジュール１２内に設置されて
いる４個のＩＧＢＴ素子３の内、一つのＩＧＢＴ素子１
３に流れる電流を検出する電流センス端子３３の電流
が、過電流・短絡電流保護回路１６に入力され、ゲート
電圧制御回路１７によりＩＧＢＴ素子３がオフとなるよ
うなゲート電圧が出力され、モジュール１２全体が保護
される。
【０００６】ＩＧＢＴ素子３の内部は複数の微細なＩＧ
ＢＴセル（図示せず）が多数個並列に接続された構造に
なっている。エミッタ電極３１と電流センス端子３３に
はＩＧＢＴ素子３内部においてそれぞれに複数の微細な
ＩＧＢＴセルが接続されている。エミッタ電極３１と電
流センス端子３３に接続されているＩＧＢＴセルの数を
１０００対１程度とし、互いに分離することにより、電
流センス端子３３を流れる電流からエミッタ電極３１に
流れる電流を測定するようになっている。また従来技術
の他の例として、主電流の経路の何れかの位置に抵抗体
（図示せず）を挿入しその抵抗体での電圧降下から主電
流の電流値を測定する方法があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】電流センス端子を流れ
る電流とエミッタ電極を流れる電流は、それぞれの端子
に接続されているＩＧＢＴセルの数の比には必ずしもな
らないことがあった。その理由は、ＩＧＢＴ素子は動作
中に発熱し、素子面内において温度分布を持つが、電流
センス端子に接続されているＩＧＢＴセルは素子面の特
定の位置に存在するので、電流センス端子に接続されて
いるＩＧＢＴセル部の温度とエミッタ電極に接続されて
いるＩＧＢＴセル部の温度が異なるからである。従っ
て、電流センス端子の電流値が実際にモジュールエミッ
タ電極に流れている電流を正確に反映しないことがあっ
た。また、素子の製造上のばらつきにより電流センス端
子を流れる電流がばらつくという問題があった。
【０００８】また、主電流の流れる経路に抵抗体を挿入
する方法では、抵抗体による電圧降下を検出するので検
出値がばらつくようなことは少ない。しかし、従来技術
による平板状抵抗体では挿入した抵抗体のインダクタン
スが大きく、高周波特性が悪いという問題があった。Ｉ
ＧＢＴモジュールのようなパワー半導体モジュールで
は、例えばＩＧＢＴ素子１個あたり１００Ａ程度の大き
な電流を測定することになる。抵抗挿入による電力損失
を低くするために、抵抗体の抵抗値としてはミリオーム
程度の低い値が必要とされる。このような抵抗値をもつ
平板抵抗は１００ｋＨｚから１ＭＨｚといった高周波に
おいては抵抗よりもインダクタンスによるインピーダン
スが支配的となり、検出特性が周波数依存性を持つとい
う問題があった。
【０００９】本発明の目的とするところは、主電流を高
周波領域まで、精度良く検出できる電流センサ部を備え
たパワー半導体モジュールを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に係るパワー半
導体モジュールは、主電流が流れる電流経路中に、平行
平板状に折り返した形状の導電体で構成されて、内部の
電位差から主電流を検出する電流センサ部を設けたもの
である。請求項２に係るパワー半導体モジュールは、電
流センサ部をモジュール電極と一体にしたものである。
請求項３に係るパワー半導体モジュールは、電流センサ
部を絶縁基板上に設けたものである。請求項４に係るパ
ワー半導体モジュールは、電流センサ部の平行平板状の
導電体間に密着して絶縁膜を設けるとともに、一方の平
板状部分を絶縁基板に密着して設けたものである。請求
項５に係るパワー半導体モジュールは、電流センサ部の
平行平板状の導電体間に密着して絶縁膜を設けるととも
に、一方の平板状部分を半導体素子上に設けたものであ
る。請求項６に係るパワー半導体モジュールは、インダ
クタンスが同等の２つの電流センサ部を設け、各電流セ
ンサ部の内部の電位差の差分から主電流を検出するよう
にしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１を示すパワー半導体モジュールの斜視図
である。図１のものは、実際には図８、図９に示したの
と同様に放熱板１に取り付けられて筐体２５で覆われて
いるが、ここではそれらの図示を省略し、内部のＩＧＢ
Ｔ素子と電流センサ部を中心に示している。図１におい
て、２は絶縁基板である窒化アルミニウム基板、２１は
窒化アルミニウム基板２上に形成された電極パターン、
３、４は電極パターン２１上にはんだ付けされた半導体
素子であるＩＧＢＴ素子とダイオード素子、２６は絶縁
基板であるエミッタ中継基板、２９はエミッタ中継基板
２６上に形成された電極パターン、２７は外部と接続し
て主電流を流すためのモジュール電極であるモジュール
エミッタ電極で、図示を一部省略している。２８は平行
平板状に折り返した形状の導電体（ここでは銅）からな
る電流センサ部であり、平行平板をなす第１、第２の平
板状部分２８ａ、２８ｃおよびこれら第１、第２の平板
状部分２８ａ、２８ｃの一方の端部を互いにつなぐ折れ
曲がり部２８ｂで構成されている。そして第１の平板状
部分２８ａのもう一方の端部が電極パターン２９にはん
だ付けにより接続されて一方の検出端子３４となるとと
もに、第２の平板状部分２８ｃのもう一方の端部はモジ
ュールエミッタ電極２７と一体になってつながり、もう
一方の検出端子３５となっている。エミッタ中継基板２
６上の電極パターン２９はアルミニウムワイヤ５１によ
りダイオード素子４のアノード電極４１およびＩＧＢＴ
素子３のエミッタ電極３１と接続されている。１６は過
電流・短絡電流保護回路である。
【００１２】次に、動作について説明する。パワー半導
体モジュール（以下、モジュールと称す）を流れる主電
流は、ＩＧＢＴ素子３のエミッタ電極３１を通り、次に
アルミニウムワイヤ５１を通り、エミッタ中継基板２６
上の電極パターン２９から電流センサ部２８を通過して
モジュールエミッタ電極２７へ流れる。電流センサ部２
８内部の電位差、すなわち両検出端子３４、３５間の主
電流による電圧降下が検出され、過電流・短絡電流保護
回路１６に入力される。電流センサ部２８においては電
流経路が平行平板状に対向しているので、両検出端子３
４、３５間のインダクタンスが小さく、検出電圧は検出
端子３４、３５間の抵抗で決まる。従って、検出端子３
４、３５間には周波数特性が平坦な、主電流に比例した
出力が得られ、モジュールの保護を所定の電流値で正確
に行うことができる。このことについて、以下でさらに
説明する。
【００１３】図２は、抵抗挿入による電流検出方法で用
いる電流センサ部について説明するための斜視図であ
り、（ａ）は従来から電流検出用として使用されている
平板状抵抗体、（ｂ）はこの発明で抵抗体として用いる
平行平板状の折り返し形状の電流センサ部を示す。Ａ、
ＢおよびＣ、Ｄは端子であり、太矢印は電流の流れを示
す。抵抗体のインピーダンスは、等価的に抵抗成分とイ
ンダクタンス成分の直列接続となる。この回路に電流が
流れた際の端子間電圧Ｖは Ｖ＝（Ｒ＋ｊωＬ）Ｉ である。Ｒは端子間の抵抗、ｊは虚数単位、ωは角周波
数、Ｌは端子間のインダクタンス、Ｉは電流である。図
２（ａ）で、板の厚さをｔ、幅をｗ、長さをＬeとす
る。このような構造体の抵抗は Ｒ＝Ｒ0×Ｌe／（ｔ×ｗ） となる。ここでＲ0は板材の抵抗率である。今、ｔを0.1
mm、Ｌeを10mm、ｗを10mmとする。また、板材を銅とす
ると抵抗率Ｒ0は約1.5×10-6Ω・cmである。よって、
Ａ、Ｂ間の抵抗は0.3×10-3Ωとなる。また、Ａ、Ｂ間
のインダクタンスＬABは近似的に次式で表わされる。 ＬAB＝ｕ（log(2Ｌe／（ｗ＋ｔ）＋0.5））／2π ここで、ｕは真空の透磁率である。従って、Ａ、Ｂ間の
インピーダンスＺABは ＺAB＝0.3×10-3＋ｊ2×3.14×ｆ×2.4×10-7Ω となる。上式において、ｆは周波数である。一方、図２
（ｂ）に示した折り返し構造の平行平板のインダクタン
スＬCDは近似的に次式で表される。 ＬCD＝ｕ×ｄ×Ｌe／ｗ ここで、ｄは折り返した平板間の間隔である。またＬCD
の計算においては簡略化のために板の厚さを無視した。
ｄを0.1mmとすると、インダクタンスＬCDは1.3×10-10
Ｈとなる。従って、Ｃ、Ｄ間のインピーダンスＺCDは ＺCD＝0.6×10-3＋ｊ2×3.14×ｆ×1.3×10-10Ω となる。なお、簡略化のため、高周波電流による表皮効
果は無視した。
【００１４】以上の２種類のそれぞれの場合のインピー
ダンスの絶対値の周波数特性の計算結果を図３に示し
た。図２（ａ）に示した従来一般的に用いられてきた平
板状抵抗体では図３（ａ）に示すように300Hzから周波
数に依存する。一方、図２（ｂ）に示したような本発明
の構造、すなわち平行平板状構造として折り返すことに
より、図３（ｂ）に示すように600kHzの高周波領域まで
周波数に依存しない平坦な特性となる。このように折り
返し平行平板状構造にすることでインダクタンスは抵抗
分に比較して小さくなり、検出端子間電圧の周波数依頼
性が大きく改善される。以上のように電流の経路を平行
平板状に折り返した形状にすることにより、周波数特性
が平坦で検出精度の良い電流センサを得ることができ
る。また、本電流センサは主電流による導体での電圧降
下を検出しているので、電流センス端子を利用した従来
技術のように実際にＩＧＢＴ素子のエミッタを流れてい
る電流と検出値とが異なることはない。
【００１５】実施の形態２．図４は、この発明の実施の
形態２を示すモジュールの斜視図である。図において、
４４、４５はエミッタ中継基板２６上に形成された第
１、第２の電極パターンであり、互いに少し離隔して配
置されている。３８は電流センサ部２８の第１、第２の
平板状部分２８ａ、２８ｃ間に設けられた絶縁体であ
る。第１の平板状部分２８ａの一端が第１の電極パター
ン４４に、そして第２の平板状部分２８ｃの一端が第２
の電極パターン４５にそれぞれはんだ付けされている。
また、モジュールエミッタ電極２７が第２の電極パター
ン４５にはんだ付けされている。第１の電極パターン４
４はアルミニウムワイヤ５１によりダイオード素子４の
アノード電極４１およびＩＧＢＴ素子３のエミッタ電極
３１と接続されている。その他は実施の形態１の場合と
同様であるので説明を省略する。
【００１６】ＩＧＢＴ素子３を流れる主電流はエミッタ
中継基板２６上の第１の電極パターン４４から電流セン
サ２８を通過し、第２の電極パターン４５に流れ、モジ
ュールエミッタ電極２７に流れ込む。電流センサ部２８
両端の検出端子３４、３５間の主電流による電圧降下が
検出され、過電流、短絡電流保護回路１６に入力され
る。
【００１７】この実施の形態でも実施の形態１と同様
に、電流センサ２８において主電流の流れる電流経路が
平行平板状に対向しているので、検出端子３４、３５間
のインダクタンスが小さく、検出電圧は検出端子３４、
３５間の抵抗で決まる。従って、周波数特性が平坦な、
主電流に比例した出力が得られる。また、この実施の形
態では電流センサ部２８をモジュールエミッタ電極２７
とは別個の構造体としてエミッタ中継基板２６上に配置
したことにより、電流センサ部２８の配置に関して自由
度が増し、異なる構造のモジュールに汎用的にこの電流
センサ部２８が適用できる。
【００１８】実施の形態３．図５は、この発明の実施の
形態３を示すモジュールの平面図、図６は、図５のVI−
VI線に沿ったモジュールの断面図である。この実施の形
態においては、エミッタ中継基板２６上に、薄膜形成プ
ロセスで平行平板状に折り返した形状の電流センサ部２
８が形成されている。すなわち、６１はエミッタ中継基
板２６上の電極パターン２９の上に形成された第１の絶
縁膜であり、その上に電流センサ部２８の第１の平板状
部分２８ａが金属膜で形成され、第１の平板状部分２８
ａの一端が電極パターン２９につながっている。６２は
第１の平板状部分２８ａ上に形成された第２の絶縁膜で
あり、その上に第２の平板状部分２８ｃが金属膜で形成
されている。第１、第２の平板状部分２８ａ、２８ｃは
互いに対向して配置され、折れ曲がり部２８ｂによって
つながっている。第１、第２の平板状部分２８ａ、２８
ｃの側部の互いに対向する位置に検出端子３４、３５が
設けられている。モジュールエミッタ電極２７がエミッ
タ中継基板２６上に設けられ、第２の平板状部分２８ｃ
につながっている。これらのエミッタ中継基板２６、電
極パターン２９、第１の絶縁膜６１、第１の平板状部分
２８ａ、第２の絶縁膜６２および第２の平板状部分２８
ｃは順次密着して積層されている。上記において金属膜
としてはアルミニウムを、また絶縁膜としてはシリコン
酸化膜などを用いている。その他については実施の形態
１の場合と同様であるので説明を省略する。
【００１９】この実施の形態では平行平板状の電流セン
サ部２８をエミッタ中継基板２６上に密着するように形
成した。通常、エミッタ中継基板２６の裏面には図８、
図９のように放熱板１が設置されるので冷却効率が高く
なる。従って、電流センサ部２８自身の発熱による破壊
がなく、大きな主電流が流れる電流領域においても測定
が可能となる。また、平行平板状構造のインダクタンス
は前述したように２つの平板の互いに対向している面間
の距離に比例する。すなわち、第１、第２の平板状部分
２８ａ、２８ｃ間の距離を決める第２の絶縁膜６２の厚
さが薄いほど電流センサ部２８のインダクタンスは小さ
くなる。この実施の形態のようにエミッタ中継基板２６
上に平行に密着するような構造としたことにより蒸着等
の薄膜形成技術により絶縁膜および金属膜を形成し、第
１、第２の平板状部分２８ａ、２８ｃ間の距離をきわめ
て小さくすることができる。現在の蒸着等の薄膜形成技
術を用いれば、マイクロメートルレベルの非常に薄い絶
縁膜、金属膜を作ることができる。従って、電流センサ
部のインダクタンスを低減でき、より高周波まで使用可
能な電流センサ部を得ることができる。
【００２０】実施の形態４．図７は、この発明の実施の
形態４におけるモジュールのＩＧＢＴ素子の部分を示す
平面図、図８は、図７のVIII−VIII線に沿った断面図で
ある。この実施の形態ではＩＧＢＴ素子３の表面に、実
施の形態３の場合と同様の、薄膜形成プロセスで平行平
板状に折り返した形状の電流センサ部２８が形成されて
いる。図７、図８において、９１は電流センサ部２８の
第１、第２の平板状部分２８ａ、２８ｃ間に設けた絶縁
膜であり、第１の平板状部分２８ａがＩＧＢＴ素子３上
に密着して形成され、その上に絶縁膜９１と第２の平板
状部分２８ｃが順次密着して積層されて、第１、第２の
平板状部分２８ａ、２８ｃは互いに対向するように形成
されている。第１、第２の平板状部分２８ａ、２８ｃ
は、折れ曲がり部２８ｂによって互いにつながり、また
第１の平板状部分２８ａはＩＧＢＴ素子３のエミッタ電
極３１と一体になってつながっている。９２は、検出端
子３４、３５から図示外の過電流・短絡電流保護回路に
接続するアルミニウムワイヤである。その他については
実施の形態３の場合と同様であるので説明を省略する。
【００２１】この実施の形態では、実施の形態３と同様
に、電流センサ部２８の第１、第２の平板状部分２８
ａ、２８ｃが、絶縁膜９１を挟んで密着するように形成
したので、実施の形態３で説明したように、電流センサ
部２８のインダクタンスを小さくすることができ、より
高周波まで使用できる。さらに、この実施の形態では、
電流センサ部２８をＩＧＢＴ素子３上に設けたので、モ
ジュール内部に電流センサ部２８のための新たな設置面
積が不要であり、モジュールを小形化できる。なお、上
記では電流センサ部２８をＩＧＢＴ素子３上に設置した
が、モジュール内部のダイオード素子（図１中に４で示
す）上に配置してもよく、同様の効果が得られる。ま
た、ＭＯＳＦＥＴモジュールの場合は、ＭＯＳＦＥＴ上
にソース電極とつながって電流センサ部を設けても同様
の効果が得られる。
【００２２】実施の形態５．図９は、この発明の実施の
形態５を示すモジュールの斜視図である。この実施の形
態では、主電流が流れる経路中に電流センサ部を２つ挿
入し両者の検出出力の差分から主電流の値を測定する。
図において、７３はエミッタ中継基板２６上に形成され
た第３の電極パターンであり、第１、第２の電極パター
ン４４、４５の間にこれらと少し離隔して配置されてい
る。７５は平行平板状に折り返した形状の第１の電流セ
ンサ部であり、第１、第２の平板状部分７５ａ、７５ｃ
および第１、第２の平板状部分７５ａ、７５ｃを互いに
つなぐ折れ曲がり部７５ｂからなっている。７６は同様
の第２電流センサ部であり、第１、第２平板状部分７６
ａ、７６ｃおよび第１、第２の平板状部分７６ａ、７６
ｃを互いにつなぐ折れ曲がり部７６ｂからなっている。
第１の電流センサ部７５の第１、第２の平板状部分７５
ａ、７５ｃの一端がそれぞれ第１、第３の電極パターン
４４、７３にはんだ付けされるとともに、第２の電流セ
ンサ部７６の第１、第２の平板状部分７６ａ、７６ｃの
一端がそれぞれ第３、第２の電極パターン７３、４５に
はんだ付けされている。
【００２３】ここで、第１、第２の電流センサ部７５、
７６は互いにインダクタンスが同じで、抵抗が異なるよ
うにする。具体的には、両電流センサ部７５、７６の形
状は同一で、材料が異なるようにする。例えば第１の電
流センサ部７５の構成材料として銅を用い、第２の電流
センサ７６にはアルミニウムを用いる。そして第１の電
流センサ部７５の両端部の検出端子８１、８２から電位
差Ｖ１を出力するとともに、第２の電流センサ部７６の
両端部の検出端子８３、８４から電位差Ｖ２を出力する
ようになっている。７８は第１、第２の電流センサ７
５、７６の検出端子８１〜８４から電位差Ｖ1、Ｖ2が入
力されてその差分を過電流、短絡電流保護回路１６へ出
力する差動増幅回路である。その他は実施の形態２の場
合と同様であるので説明を省略する。
【００２４】ＩＧＢＴ素子３を流れる主電流はアルミニ
ウムワイヤ５１、第１、第２の電流センサ部７５、７６
およびモジュールエミッタ電極２７の経路を流れる。第
１の電流センサ部７５から出力された電位差Ｖ1と、第
２の電流センサ部７６から出力された電位差Ｖ2が差動
増幅回路７８に入力され、それら２つの電位差の差分
が、過電流・短絡電流保護回路１６に入力される。第１
の電流センサ部７５のインダクタンスをＬ1、抵抗をＲ1
とし、第２の電流センサ部７６のインダクタンスをＬ
2、抵抗をＲ2とする。主電流ｉが２つの電流センサ部を
流れたときの第１、第２電流センサ部７５、７６の出力
電圧Ｖ1、Ｖ2は Ｖ1＝Ｒ1・ｉ＋Ｌ1・di/dt Ｖ2＝Ｒ2・ｉ＋Ｌ2・di/dt 両者の差分ΔＶは ΔＶ＝Ｖ1−Ｖ2＝（Ｒ1−Ｒ2）ｉ＋（Ｌ1−Ｌ2）di/dt となる。第１、第２電流センサ部７５、７６の形状は同
一としているので２つの電流センサ部７５、７６のイン
ダクタンスは同じ値となる。従ってΔＶ＝（Ｒ1−Ｒ2）
ｉとなり、出力電圧は２つの電流センサ部７５、７６の
インダクタンスとは無関係となり、抵抗差のみで決ま
る。差動増幅後の出力電圧は周波数依存性をもたず、よ
り高周波まで正確な主電流の測定が可能となる。
【００２５】なお、以上の実施の形態１から実施の形態
５で、電流センサ部３を構成する導電性材料に関し、温
度による抵抗の変化を考慮する場合は、モジュールの動
作温度である−４０℃から１２５℃の温度範囲で抵抗の
温度依存性の低い材料の方が好ましい。この場合、銅−
ニッケル合金、銅−マンガン−ニッケル合金、銅−ニッ
ケル−亜鉛合金などの材料を用いればよい。
【００２６】
【発明の効果】請求項１に係るパワー半導体モジュール
によれば、主電流経路中に、平行平板状に折り返した形
状を有し、その内部の電位差から主電流を検出する電流
センサ部を設けたので、電流センサ部のインダクタンス
が大幅に低減し、従って高周波領域まで精度良く主電流
を検出できる効果がある。請求項２に係るパワー半導体
モジュールによれば、電流センサ部をモジュール電極と
一体にしたので構造が単純になる。
【００２７】請求項３に係るパワー半導体モジュールに
よれば、電流センサ部を絶縁基板上に設けたので、電流
センサ部の配置についての自由度が大きくなり、種々の
構造のモジュールに汎用的に適用できる。請求項４に係
るパワー半導体モジュールによれば、電流センサ部の平
行平板状の導電体間に密着して絶縁膜を設けるととも
に、一方の平板状部分を絶縁基板に密着させたので、電
流センサ部で生じる熱が絶縁基板を経て放散されて、放
熱効果が良くなる。また平行平板状導電体間の絶縁膜を
薄くすることが可能であり、そうすることにより、電流
センサ部のインダクタンスを低減でき、より高周波まで
精度良い主電流の測定が可能となる。請求項５に係るパ
ワー半導体モジュールによれば、電流センサ部の平行平
板状の導体間に密着して絶縁膜を設けるとともに、一方
の平板状部分を半導体素子に設けたので、絶縁膜を薄く
して電流センサ部のインダクタンスを小さくすることが
でき、また設置のための新たな面積が不要で、モジュー
ルを小形化できる。請求項６に係るパワー半導体モジュ
ールによれば、インダクタンスが同等の２つの電流セン
サ部を設けたので、２つの電流センサ部の組み合わせに
より、インダクタンスの影響を軽減あるいは無くすこと
ができ、より高周波まで精度良い主電流の測定が可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示すパワー半導体
モジュールの斜視図である。
【図２】 この発明の実施の形態１におけるパワー半導
体モジュールの電流センサ部を説明するための斜視図で
ある。
【図３】 この発明の実施の形態１におけるパワー半導
体モジュールの電流センサ部の周波数特性図である。
【図４】 この発明の実施の形態２を示すパワー半導体
モジュールの斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態３を示すパワー半導体
モジュールの平面図である。
【図６】 図５のVI−VI線に沿った断面図である。
【図７】 この発明の実施の形態４におけるパワー半導
体モジュールのＩＧＢＴ素子の部分を示す平面図であ
る。
【図８】 図７のVIII−VIII線に沿った断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態５を示すパワー半導体
モジュールの斜視図である。
【図１０】 従来のパワー半導体モジュールの平面図で
ある。
【図１１】 従来のパワー半導体モジュールの断面図で
ある。
【図１２】 従来のパワー半導体モジュールの保護回路
を示すブロック図である。
【符号の説明】
３ ＩＧＢＴ素子、４ ダイオード素子、２６ エミッ
タ中継基板、２７ モジュールエミッタ電極、２８ 電
流センサ部、２８ａ 第１の平板状部分、２８ｂ 折れ
曲がり部、２８ｃ 第２の平板状部分、６２ 第２の絶
縁膜、７５ 第１の電流センサ部、７６ 第２の電流セ
ンサ部、９１ 絶縁膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大井 健史 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 木ノ内 伸一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 堀口 剛司 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 碓井 修 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 奥田 達也 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の半導体素子およびモジュール電極
    が絶縁基板上に取り付けられ、これらの半導体素子とモ
    ジュール電極が接続されてなるパワー半導体モジュール
    において、主電流が流れる電流経路中に、平行平板状に
    折り返した形状の導電体で構成されて、内部の電位差か
    ら上記主電流を検出する電流センサ部を設けたことを特
    徴とするパワー半導体モジュール。
  2. 【請求項２】 電流センサ部を、モジュール電極と一体
    にしたことを特徴とする請求項１記載のパワー半導体モ
    ジュール。
  3. 【請求項３】 電流センサ部を、絶縁基板上に設けたこ
    とを特徴とする請求項１記載のパワー半導体モジュー
    ル。
  4. 【請求項４】 電流センサ部の平行平板状の導電体間に
    密着して絶縁膜を設けるとともに、一方の平板状部分を
    絶縁基板上に密着して設けたことを特徴とする請求項３
    記載のパワー半導体モジュール。
  5. 【請求項５】 電流センサ部の平行平板状の導電体間に
    密着して絶縁膜を設けるとともに、一方の平板状部分を
    半導体素子上に設けたことを特徴とする請求項１記載の
    パワー半導体モジュール。
  6. 【請求項６】 インダクタンスが同等の２つの電流セン
    サ部を設け、各電流センサ部の内部の電位差の差分から
    主電流を検出するようにしたことを特徴とする請求項１
    から請求項５のいずれかに記載のパワー半導体モジュー
    ル。
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