JP2001358282A - 半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体モジュールの温度変化によらず、電流
を正確に検出できる半導体モジュールを提供する。 【解決手段】 半導体スイッチ素子４と、表面にアノー
ド電極７が形成され半導体スイッチ素子４と逆並列に電
気的に接続された還流用ダイオード素子５と、半導体ス
イッチ素子４と還流用ダイオード素子とを電気的に接続
するアルミニウムワイヤ１２ａと、還流用ダイオード素
子５と外部電極１１とを電気的に接続するアルミニウム
ワイヤ１２ｂとを有する半導体モジュールにおいて、還
流用ダイオード素子５のアノード電極７の一部を半導体
スイッチ素子に流れる主電流を検出するための電流検出
抵抗８として使用する。半導体スイッチ素子に流れる主
電流は電流検出抵抗８の両端の電位差に基いて検出され
る。
を正確に検出できる半導体モジュールを提供する。 【解決手段】 半導体スイッチ素子４と、表面にアノー
ド電極７が形成され半導体スイッチ素子４と逆並列に電
気的に接続された還流用ダイオード素子５と、半導体ス
イッチ素子４と還流用ダイオード素子とを電気的に接続
するアルミニウムワイヤ１２ａと、還流用ダイオード素
子５と外部電極１１とを電気的に接続するアルミニウム
ワイヤ１２ｂとを有する半導体モジュールにおいて、還
流用ダイオード素子５のアノード電極７の一部を半導体
スイッチ素子に流れる主電流を検出するための電流検出
抵抗８として使用する。半導体スイッチ素子に流れる主
電流は電流検出抵抗８の両端の電位差に基いて検出され
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力変換装置に使用
される半導体モジュールに関し、特に、半導体スイッチ
素子と還流用ダイオード素子とを備え、それらの電極間
を配線導体により電気的に接続した半導体モジュールに
関する。
される半導体モジュールに関し、特に、半導体スイッチ
素子と還流用ダイオード素子とを備え、それらの電極間
を配線導体により電気的に接続した半導体モジュールに
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、複数の電力用素子が一体化し
てパッケージングされ、インバータ装置等の電力変換装
置に使用される半導体モジュールがある。半導体モジュ
ールには、ＭＯＳＦＥＴ素子とダイオード素子をそれぞ
れ複数搭載したＭＯＳＦＥＴモジュールや、ＩＧＢＴ素
子とダイオード素子をそれぞれ複数個搭載したＩＧＢＴ
モジュール等がある。
てパッケージングされ、インバータ装置等の電力変換装
置に使用される半導体モジュールがある。半導体モジュ
ールには、ＭＯＳＦＥＴ素子とダイオード素子をそれぞ
れ複数搭載したＭＯＳＦＥＴモジュールや、ＩＧＢＴ素
子とダイオード素子をそれぞれ複数個搭載したＩＧＢＴ
モジュール等がある。
【０００３】このような半導体モジュールに使用され得
る電力用トランジスタにおいては、過電流から回路及び
素子を保護するため、電流検出機能を備えることが多
い。電流検出機能を有するトランジスタについては、例
えば、特開平２−３０１１５１号公報に開示されたもの
がある。図９（ａ）はこの公報に開示された電流検出機
能を有するトランジスタの概略図である。この図に示す
トランジスタＴは半導体チップ上に形成され、アルミニ
ウム等からなる櫛歯状のソース電極１００及びアルミニ
ウム等からなるゲート電極１０１を有する。ドレイン電
極（図示せず）はチップ裏面全面に形成されている。こ
のトランジスタでは、ソース電極１００の一部を電流検
出用抵抗１０２として使用し、その一両端に電流検出用
端子１０３ａ、１０３ｂが設けられている。
る電力用トランジスタにおいては、過電流から回路及び
素子を保護するため、電流検出機能を備えることが多
い。電流検出機能を有するトランジスタについては、例
えば、特開平２−３０１１５１号公報に開示されたもの
がある。図９（ａ）はこの公報に開示された電流検出機
能を有するトランジスタの概略図である。この図に示す
トランジスタＴは半導体チップ上に形成され、アルミニ
ウム等からなる櫛歯状のソース電極１００及びアルミニ
ウム等からなるゲート電極１０１を有する。ドレイン電
極（図示せず）はチップ裏面全面に形成されている。こ
のトランジスタでは、ソース電極１００の一部を電流検
出用抵抗１０２として使用し、その一両端に電流検出用
端子１０３ａ、１０３ｂが設けられている。
【０００４】図９（ｂ）は以上のように構成されるトラ
ンジスタの回路図である。上記構成を有するトランジス
タＴでは、ゲート電極１０１を介して流れるゲート電流
に応じて、ドレイン電極にはドレイン電流が流れると共
に、ソース電極１００にはソース電流Ｉsが流れる。こ
の時、ソース電極１００の一部である電流検出抵抗１０
２にも電流検出端子１０３ａから電流検出端子１０３ｂ
にかけて電流Ｉsが流れるので、電流検出抵抗１０２の
電圧降下、すなわち電流検出端子間の電圧Ｖssを測定す
ることにより、主電流の大きさを検出することができ
る。
ンジスタの回路図である。上記構成を有するトランジス
タＴでは、ゲート電極１０１を介して流れるゲート電流
に応じて、ドレイン電極にはドレイン電流が流れると共
に、ソース電極１００にはソース電流Ｉsが流れる。こ
の時、ソース電極１００の一部である電流検出抵抗１０
２にも電流検出端子１０３ａから電流検出端子１０３ｂ
にかけて電流Ｉsが流れるので、電流検出抵抗１０２の
電圧降下、すなわち電流検出端子間の電圧Ｖssを測定す
ることにより、主電流の大きさを検出することができ
る。
【０００５】また、別の従来の技術において、ＩＧＢＴ
素子内の多数個並列に接続されたセルのうち１／１００
０〜１／２０００を分離して電流検出端子に接続し、こ
の電流検出端子で微小電流を検出し、エミッタ電極に流
れる電流を測定する方法がある。
素子内の多数個並列に接続されたセルのうち１／１００
０〜１／２０００を分離して電流検出端子に接続し、こ
の電流検出端子で微小電流を検出し、エミッタ電極に流
れる電流を測定する方法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ソース電極１００の電
流検出用抵抗１０２に流れる電流は、トランジスタの大
きさや電気特性、外部電極と電気的に接続する配線電極
のソース電極面の接続位置等によって変化する。また、
トランジスタ等の半導体素子は動作中（通電中）に発熱
し、温度上昇する。このため、ソース電極１００の一部
を電流検出抵抗１０２とすると、ソース電極の材料とし
て使用されるアルミニウムの抵抗率が温度によって変化
するため、電流を正確に測定できない。また、半導体素
子は発熱によって素子内に温度分布が発生するため、こ
れによってトランジスタ内部に流れる電流密度が変化
し、電流検出抵抗１０２に流れる電流も変化する。
流検出用抵抗１０２に流れる電流は、トランジスタの大
きさや電気特性、外部電極と電気的に接続する配線電極
のソース電極面の接続位置等によって変化する。また、
トランジスタ等の半導体素子は動作中（通電中）に発熱
し、温度上昇する。このため、ソース電極１００の一部
を電流検出抵抗１０２とすると、ソース電極の材料とし
て使用されるアルミニウムの抵抗率が温度によって変化
するため、電流を正確に測定できない。また、半導体素
子は発熱によって素子内に温度分布が発生するため、こ
れによってトランジスタ内部に流れる電流密度が変化
し、電流検出抵抗１０２に流れる電流も変化する。
【０００７】以上のように、ソース電極１００の一部で
ある電流検出抵抗１０２両端の電流検出端子１０３ａ、
１０３ｂ間の電圧から得られる電流値は、トランジスタ
に流れる電流を正確に測定できないという問題があっ
た。
ある電流検出抵抗１０２両端の電流検出端子１０３ａ、
１０３ｂ間の電圧から得られる電流値は、トランジスタ
に流れる電流を正確に測定できないという問題があっ
た。
【０００８】また、ＩＧＢＴ素子の電流検出端子に流れ
る微小電流から、エミッタ電極に流れる電流を測定する
方法についても上記と同様の問題がある。
る微小電流から、エミッタ電極に流れる電流を測定する
方法についても上記と同様の問題がある。
【０００９】本発明は上記課題を解決すべくなされたも
のであり、その目的とするところは、半導体モジュール
の温度変化によらず、電流を正確に検出できる半導体モ
ジュールを提供することにある。
のであり、その目的とするところは、半導体モジュール
の温度変化によらず、電流を正確に検出できる半導体モ
ジュールを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の半導
体モジュールは、表面に電極が形成された半導体スイッ
チ素子と、表面にアノード電極が形成され上記半導体ス
イッチ素子と逆並列に電気的に接続された還流用ダイオ
ード素子と、外部電極と、半導体スイッチ素子と還流用
ダイオード素子とをそれらの電極を介して電気的に接続
する第１の配線導体と、還流用ダイオード素子と外部電
極とを電気的に接続する第２の配線導体とを有する半導
体モジュールであって、還流用ダイオード素子のアノー
ド電極の一部分からなり、アノード電極の一部分を抵抗
として使用し、抵抗の両端の電位差に基いて半導体スイ
ッチ素子に流れる主電流を検出する電流検出手段を有す
る。
体モジュールは、表面に電極が形成された半導体スイッ
チ素子と、表面にアノード電極が形成され上記半導体ス
イッチ素子と逆並列に電気的に接続された還流用ダイオ
ード素子と、外部電極と、半導体スイッチ素子と還流用
ダイオード素子とをそれらの電極を介して電気的に接続
する第１の配線導体と、還流用ダイオード素子と外部電
極とを電気的に接続する第２の配線導体とを有する半導
体モジュールであって、還流用ダイオード素子のアノー
ド電極の一部分からなり、アノード電極の一部分を抵抗
として使用し、抵抗の両端の電位差に基いて半導体スイ
ッチ素子に流れる主電流を検出する電流検出手段を有す
る。
【００１１】本発明に係る第２の半導体モジュールは、
表面に電極が形成された半導体スイッチ素子と、表面に
アノード電極が形成され半導体スイッチ素子と逆並列に
電気的に接続された還流用ダイオード素子と、外部電極
と、上記半導体スイッチ素子と還流用ダイオード素子と
をそれらの電極を介して電気的に接続する第１の配線導
体と、還流用ダイオード素子と外部電極とを電気的に接
続する第２の配線導体とを有する半導体モジュールであ
って、略コの字状に折り返した形状の平行平板導体から
なり、その導体の両端部が上記還流用ダイオード素子の
アノード電極に電気的に接続された電流検出手段を備え
る。半導体スイッチ素子に流れる主電流は、電流検出手
段の両端の電位差により検出される。
表面に電極が形成された半導体スイッチ素子と、表面に
アノード電極が形成され半導体スイッチ素子と逆並列に
電気的に接続された還流用ダイオード素子と、外部電極
と、上記半導体スイッチ素子と還流用ダイオード素子と
をそれらの電極を介して電気的に接続する第１の配線導
体と、還流用ダイオード素子と外部電極とを電気的に接
続する第２の配線導体とを有する半導体モジュールであ
って、略コの字状に折り返した形状の平行平板導体から
なり、その導体の両端部が上記還流用ダイオード素子の
アノード電極に電気的に接続された電流検出手段を備え
る。半導体スイッチ素子に流れる主電流は、電流検出手
段の両端の電位差により検出される。
【００１２】本発明に係る第２の半導体モジュールにお
いて、略コの字状に折り返した形状の平行平板導体の両
端部は導電性接合材を用いて上記還流用ダイオード素子
のアノード電極上に接合されてもよい。
いて、略コの字状に折り返した形状の平行平板導体の両
端部は導電性接合材を用いて上記還流用ダイオード素子
のアノード電極上に接合されてもよい。
【００１３】本発明に係る第２の半導体モジュールにお
いて、略コの字状に折り返した形状の平行平板導体の端
部の一方に第１の配線導体を、また、その端部の他方に
第２の配線導体を直接的に接続してもよい。
いて、略コの字状に折り返した形状の平行平板導体の端
部の一方に第１の配線導体を、また、その端部の他方に
第２の配線導体を直接的に接続してもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照し、本発
明に係る半導体モジュールの実施の形態を詳細に説明す
る。
明に係る半導体モジュールの実施の形態を詳細に説明す
る。
【００１５】実施の形態１．図１は、本発明の実施の形
態１にかかる半導体モジュールの主要部の構成図であ
る。図１において、半導体モジュールは、アルミニウム
や銅等からなる放熱板１と、アルミナや窒化アルミニウ
ム等からなる絶縁基板２と、絶縁基板２上に形成された
銅等からなる電極パターン３と、電極パターン３上にハ
ンダ付けされた半導体素子であるＩＧＢＴ素子４とダイ
オード素子５とを含む。ＩＧＢＴ素子４はエミッタ電極
６を有し、ダイオード素子５はアノード電極７を有す
る。さらに、半導体モジュールは、絶縁基板であるエミ
ッタ中継基板９と、エミッタ中継基板９上に形成された
銅等からなる電極パターン１０と、外部と接続され主電
流が流れる経路の一部となるモジュール電極１１とを含
む。
態１にかかる半導体モジュールの主要部の構成図であ
る。図１において、半導体モジュールは、アルミニウム
や銅等からなる放熱板１と、アルミナや窒化アルミニウ
ム等からなる絶縁基板２と、絶縁基板２上に形成された
銅等からなる電極パターン３と、電極パターン３上にハ
ンダ付けされた半導体素子であるＩＧＢＴ素子４とダイ
オード素子５とを含む。ＩＧＢＴ素子４はエミッタ電極
６を有し、ダイオード素子５はアノード電極７を有す
る。さらに、半導体モジュールは、絶縁基板であるエミ
ッタ中継基板９と、エミッタ中継基板９上に形成された
銅等からなる電極パターン１０と、外部と接続され主電
流が流れる経路の一部となるモジュール電極１１とを含
む。
【００１６】本実施形態の半導体モジュールでは、ダイ
オード素子５のアノード電極７の一部を電流検出抵抗８
として使用する。電流検出抵抗８の両端には電流検出端
子１３ａ、１３ｂが接続され、それらの端子１３ａ、１
３ｂには過電流・短絡電流保護回路１４が接続される。
過電流・短絡電流保護回路１４は、電流検出端子１３
ａ、１３ｂを通じて電流検出抵抗８からの電流検出信号
を受け、過電流を検出したときには保護のための動作を
行なう。図２は、ＩＧＢＴ素子４と、ダイオード素子５
と、ダイオード素子のアノード電極の一部である電流検
出抵抗８との電気的接続関係を示した回路図である。
オード素子５のアノード電極７の一部を電流検出抵抗８
として使用する。電流検出抵抗８の両端には電流検出端
子１３ａ、１３ｂが接続され、それらの端子１３ａ、１
３ｂには過電流・短絡電流保護回路１４が接続される。
過電流・短絡電流保護回路１４は、電流検出端子１３
ａ、１３ｂを通じて電流検出抵抗８からの電流検出信号
を受け、過電流を検出したときには保護のための動作を
行なう。図２は、ＩＧＢＴ素子４と、ダイオード素子５
と、ダイオード素子のアノード電極の一部である電流検
出抵抗８との電気的接続関係を示した回路図である。
【００１７】ＩＧＢＴ素子４のエミッタ電極６とダイオ
ード素子５のアノード電極７の一部である電流検出抵抗
８の一端とはアルミニウムワイヤ１２ａにより電気的に
接続される。ダイオード素子５のアノード電極７の一部
である電流検出抵抗８の他端と、エミッタ中継基板９上
の電極パターン１０とはアルミニウムワイヤ１２ｂによ
り電気的に接続される。アルミニウムワイヤ１２ａ、１
２ｂは実際には複数のアルミニウム導線からなるワイヤ
束である。
ード素子５のアノード電極７の一部である電流検出抵抗
８の一端とはアルミニウムワイヤ１２ａにより電気的に
接続される。ダイオード素子５のアノード電極７の一部
である電流検出抵抗８の他端と、エミッタ中継基板９上
の電極パターン１０とはアルミニウムワイヤ１２ｂによ
り電気的に接続される。アルミニウムワイヤ１２ａ、１
２ｂは実際には複数のアルミニウム導線からなるワイヤ
束である。
【００１８】次に、ダイオード素子５のアノード電極７
に設けられた電流検出抵抗８の動作について説明する。
に設けられた電流検出抵抗８の動作について説明する。
【００１９】図３の（ａ）はＩＧＢＴ素子４の通電時の
ダイオード素子５のアノード電極７における主電流の電
流経路、図３の（ｂ）はダイオード素子５の通電時のダ
イオード素子５のアノード電極７における主電流の電流
経路を示す図である。図３の（ａ）に示すように、ＩＧ
ＢＴ素子４の通電時に半導体モジュールに流れる主電流
は、ＩＧＢＴ素子４のエミッタ電極６からアルミニウム
ワイヤ１２ａ、ダイオード素子５のアノード電極７の一
部である電流検出抵抗８、アルミニウムワイヤ１２ｂを
通り、エミッタ中継基板９の電極パターン１０を介して
モジュール電極１１へ流れる。電流検出抵抗８の両端で
は主電流によって電圧降下が生じ、その電圧降下は検出
端子１３ａ、１３ｂによって検出される。過電流・短絡
電流保護回路１４は検出端子１３ａ、１３ｂを介して入
力した電圧降下の大きさによって主電流の電流値を検出
することができる。一方、ダイオード素子５の通電時に
半導体モジュールに流れる主電流は、図３の（ｂ）に示
すように、モジュール電極１１からエミッタ中継基板９
の電極パターン１０を介して、アルミニウムワイヤ１２
ｂからダイオード素子５のアノード電極７、ダイオード
素子５に流れる。従って、電流検出抵抗８に電流が流れ
るのはＩＧＢＴ素子４の通電時だけで、ダイオード素子
５の通電時に電流検出抵抗８に流れる電流は小さい。
ダイオード素子５のアノード電極７における主電流の電
流経路、図３の（ｂ）はダイオード素子５の通電時のダ
イオード素子５のアノード電極７における主電流の電流
経路を示す図である。図３の（ａ）に示すように、ＩＧ
ＢＴ素子４の通電時に半導体モジュールに流れる主電流
は、ＩＧＢＴ素子４のエミッタ電極６からアルミニウム
ワイヤ１２ａ、ダイオード素子５のアノード電極７の一
部である電流検出抵抗８、アルミニウムワイヤ１２ｂを
通り、エミッタ中継基板９の電極パターン１０を介して
モジュール電極１１へ流れる。電流検出抵抗８の両端で
は主電流によって電圧降下が生じ、その電圧降下は検出
端子１３ａ、１３ｂによって検出される。過電流・短絡
電流保護回路１４は検出端子１３ａ、１３ｂを介して入
力した電圧降下の大きさによって主電流の電流値を検出
することができる。一方、ダイオード素子５の通電時に
半導体モジュールに流れる主電流は、図３の（ｂ）に示
すように、モジュール電極１１からエミッタ中継基板９
の電極パターン１０を介して、アルミニウムワイヤ１２
ｂからダイオード素子５のアノード電極７、ダイオード
素子５に流れる。従って、電流検出抵抗８に電流が流れ
るのはＩＧＢＴ素子４の通電時だけで、ダイオード素子
５の通電時に電流検出抵抗８に流れる電流は小さい。
【００２０】次に、ダイオード素子５のアノード電極７
のうち電流検出抵抗８として用いる部分の大きさについ
て図４を参照して説明する。
のうち電流検出抵抗８として用いる部分の大きさについ
て図４を参照して説明する。
【００２１】アノード電極５の抵抗率をρ、アノード電
極５の厚さをｔ、電流検出抵抗８の長さ（アノード電極
５に接続する側のアルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂの
各端間の距離と等しい）をｄ、電流検出抵抗８の幅（ア
ルミニウムワイヤ束の幅と等しい）をａとすると、ＩＧ
ＢＴ素子４に主電流Ｉが流れる場合に電流検出抵抗８で
発生する電圧Ｖは、次式で計算できる。 Ｖ＝ρ*ｄ*Ｉ／（ａ*ｔ） （１） 例えば、アノード電極７の材料をアルミニウムとし抵抗
率ρを約２．７５×１０ -6Ω・ｃｍ、アノード電極７の
厚さｔを４μｍ、アルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂそ
れぞれの両端のアルミニウムワイヤ間距離ａをとし、定
格電流Ｉが流れた場合に電流検出抵抗８で発生する電圧
を0.1Ｖに設定したい場合、電流検出抵抗８の長さｄは
次式で求められる。 ｄ＝１４．５５×ａ／Ｉ （２） 上式より、Ｉ＝１００Ａ、ａ＝１０ｍｍの場合、電流検
出抵抗８の長さｄは約１．５ｍｍとなる。
極５の厚さをｔ、電流検出抵抗８の長さ（アノード電極
５に接続する側のアルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂの
各端間の距離と等しい）をｄ、電流検出抵抗８の幅（ア
ルミニウムワイヤ束の幅と等しい）をａとすると、ＩＧ
ＢＴ素子４に主電流Ｉが流れる場合に電流検出抵抗８で
発生する電圧Ｖは、次式で計算できる。 Ｖ＝ρ*ｄ*Ｉ／（ａ*ｔ） （１） 例えば、アノード電極７の材料をアルミニウムとし抵抗
率ρを約２．７５×１０ -6Ω・ｃｍ、アノード電極７の
厚さｔを４μｍ、アルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂそ
れぞれの両端のアルミニウムワイヤ間距離ａをとし、定
格電流Ｉが流れた場合に電流検出抵抗８で発生する電圧
を0.1Ｖに設定したい場合、電流検出抵抗８の長さｄは
次式で求められる。 ｄ＝１４．５５×ａ／Ｉ （２） 上式より、Ｉ＝１００Ａ、ａ＝１０ｍｍの場合、電流検
出抵抗８の長さｄは約１．５ｍｍとなる。
【００２２】以上のように、ＩＧＢＴ素子４に流れる主
電流をダイオード素子５のアノード電極７面の一部を電
流検出抵抗８として使用して、ＩＧＢＴ素子４に流れる
主電流を十分検出できる。また、ＩＧＢＴ素子４に主電
流が流れている場合、ダイオード素子５には電流が流れ
ないため、ダイオード素子５は発熱せず、また電流検出
抵抗の発熱もダイオード素子を通して放熱されるので電
流検出抵抗の温度上昇を抑制できる。
電流をダイオード素子５のアノード電極７面の一部を電
流検出抵抗８として使用して、ＩＧＢＴ素子４に流れる
主電流を十分検出できる。また、ＩＧＢＴ素子４に主電
流が流れている場合、ダイオード素子５には電流が流れ
ないため、ダイオード素子５は発熱せず、また電流検出
抵抗の発熱もダイオード素子を通して放熱されるので電
流検出抵抗の温度上昇を抑制できる。
【００２３】従って、ダイオード素子５のアノード電極
７の一部を電流検出抵抗８とし、その両端の検出端子１
３ａ、１３ｂ間の電圧降下を検出することによって、従
来技術の課題であった温度やダイオード素子の大きさ、
電気特性の影響を抑制でき、検出精度の良い電流検出器
を得ることができる。また、主電流が流れる経路に新た
に抵抗体を付加して電流を検出する必要もない。
７の一部を電流検出抵抗８とし、その両端の検出端子１
３ａ、１３ｂ間の電圧降下を検出することによって、従
来技術の課題であった温度やダイオード素子の大きさ、
電気特性の影響を抑制でき、検出精度の良い電流検出器
を得ることができる。また、主電流が流れる経路に新た
に抵抗体を付加して電流を検出する必要もない。
【００２４】実施の形態２．図５は、本発明に係る実施
の形態２の半導体モジュールの主要部の構成図である。
図５に示す半導体モジュールは、平行平板導体を折り返
した形状の導体からなる電流検出器２０を備えている。
すなわち、電流検出器２０は図６に示すように平行平板
導体を略コの字状に折り返し、その両端に脚部２０ａ、
２０ｂを設けた形状を有する。電流検出器２０はその脚
部２０ａ、２０ｂがダイオード素子５のアノード電極７
上に電気的に接続されるように設けられる。ＩＧＢＴ素
子４のエミッタ電極６とダイオード素子５のアノード電
極７との間はアルミニウムワイヤ１２ａにより電気的に
接続される。このアルミニウムワイヤ１２ａは、電流検
出器２０のＩＧＢＴ素子側の脚部の外側の領域において
アノード電極７と接合されている。ダイオード素子５の
アノード電極７とエミッタ中継基板９上の電極パターン
１０間はアルミニウムワイヤ１２ｂにより電気的に接続
される。このアルミニウムワイヤ１２ｂは、電流検出器
８のモジュール電極１１側の脚部の外側の領域において
アノード電極７と接合されている。
の形態２の半導体モジュールの主要部の構成図である。
図５に示す半導体モジュールは、平行平板導体を折り返
した形状の導体からなる電流検出器２０を備えている。
すなわち、電流検出器２０は図６に示すように平行平板
導体を略コの字状に折り返し、その両端に脚部２０ａ、
２０ｂを設けた形状を有する。電流検出器２０はその脚
部２０ａ、２０ｂがダイオード素子５のアノード電極７
上に電気的に接続されるように設けられる。ＩＧＢＴ素
子４のエミッタ電極６とダイオード素子５のアノード電
極７との間はアルミニウムワイヤ１２ａにより電気的に
接続される。このアルミニウムワイヤ１２ａは、電流検
出器２０のＩＧＢＴ素子側の脚部の外側の領域において
アノード電極７と接合されている。ダイオード素子５の
アノード電極７とエミッタ中継基板９上の電極パターン
１０間はアルミニウムワイヤ１２ｂにより電気的に接続
される。このアルミニウムワイヤ１２ｂは、電流検出器
８のモジュール電極１１側の脚部の外側の領域において
アノード電極７と接合されている。
【００２５】ここで、図７の（ａ）に示すように、アノ
ード電極７上において電流検出器２０の各脚部が接合さ
れる接合部分の間には、抵抗８’が存在する。この抵抗
８’の抵抗値は電流検出器２０の脚部間の距離に応じて
変化する。また、電流検出器２０の抵抗値はそのサイズ
に応じて変化する。電流検出器２０により半導体モジュ
ールを流れる主電流を検出するときは、主電流のほとん
どが電流検出器２０を流れ、抵抗８’を流れないように
電流検出器の抵抗値及び接続位置を決定する必要があ
る。つまり、電流検出器２０の抵抗値がアノード電極７
内の抵抗８’の値に対してできる限り小さくなるように
する必要がある。
ード電極７上において電流検出器２０の各脚部が接合さ
れる接合部分の間には、抵抗８’が存在する。この抵抗
８’の抵抗値は電流検出器２０の脚部間の距離に応じて
変化する。また、電流検出器２０の抵抗値はそのサイズ
に応じて変化する。電流検出器２０により半導体モジュ
ールを流れる主電流を検出するときは、主電流のほとん
どが電流検出器２０を流れ、抵抗８’を流れないように
電流検出器の抵抗値及び接続位置を決定する必要があ
る。つまり、電流検出器２０の抵抗値がアノード電極７
内の抵抗８’の値に対してできる限り小さくなるように
する必要がある。
【００２６】例えば、電流検出器２０の抵抗値を１ｍΩ
にしたい場合を考える。実施の形態１の場合と同様にダ
イオード素子５のアノード電極７をアルミニウムとし、
アノード電極７の厚さｔを４μｍ、電流検出器２０の幅
をａ、電流検出器２０両端の距離（すなわち、電流検出
器２０の一の脚部から他の脚部までの距離）をｄとする
と、電流検出器２０の両脚部が接合されるアノード電極
７の接合部分間の抵抗８’の抵抗値ＲＡｌは次式で求め
られる。 ＲＡｌ＝６．８８×１０-3ｄ／ａ （３） そこで、ｄ／ａがダイオード素子５の大きさに応じて１
ｍΩに対してできる限り大きくなるように電流検出器２
０のサイズを決定すると、主電流の大部分は電流検出器
２０側に流れるようになる。このとき、電流検出器２０
に電流が流れるのは、図７に示すように実施の形態１と
同様にＩＧＢＴ素子４の通電時のみであり、ダイオード
素子５の通電時に電流検出抵抗８に流れる電流は小さく
なる。
にしたい場合を考える。実施の形態１の場合と同様にダ
イオード素子５のアノード電極７をアルミニウムとし、
アノード電極７の厚さｔを４μｍ、電流検出器２０の幅
をａ、電流検出器２０両端の距離（すなわち、電流検出
器２０の一の脚部から他の脚部までの距離）をｄとする
と、電流検出器２０の両脚部が接合されるアノード電極
７の接合部分間の抵抗８’の抵抗値ＲＡｌは次式で求め
られる。 ＲＡｌ＝６．８８×１０-3ｄ／ａ （３） そこで、ｄ／ａがダイオード素子５の大きさに応じて１
ｍΩに対してできる限り大きくなるように電流検出器２
０のサイズを決定すると、主電流の大部分は電流検出器
２０側に流れるようになる。このとき、電流検出器２０
に電流が流れるのは、図７に示すように実施の形態１と
同様にＩＧＢＴ素子４の通電時のみであり、ダイオード
素子５の通電時に電流検出抵抗８に流れる電流は小さく
なる。
【００２７】以上のように、電流検出器２０のサイズを
適宜決定することにより、電流検出器２０の抵抗値をア
ノード電極７内の抵抗８’の抵抗値よりも十分に小さく
することができ、その結果、電流検出器２０のみに主電
流が流れるようにでき、主電流の大きさを検出すること
ができる。
適宜決定することにより、電流検出器２０の抵抗値をア
ノード電極７内の抵抗８’の抵抗値よりも十分に小さく
することができ、その結果、電流検出器２０のみに主電
流が流れるようにでき、主電流の大きさを検出すること
ができる。
【００２８】また、電流検出器２０のサイズを適宜決定
し、電流検出器２０側に主電流が流れ、アノード電極７
側にはほとんど流れないようにしているため、電流検出
器２０を絶縁基板２の電極パターン３等に電流検出器２
０の両端を絶縁して設ける必要がない。これにより、電
流検出器２０をダイオード素子５のアノード電極７面上
にハンダ等の導電性接合材または導電性接着剤等を用い
て簡単に接合することが可能となり、モジュールの小型
化が図れる。
し、電流検出器２０側に主電流が流れ、アノード電極７
側にはほとんど流れないようにしているため、電流検出
器２０を絶縁基板２の電極パターン３等に電流検出器２
０の両端を絶縁して設ける必要がない。これにより、電
流検出器２０をダイオード素子５のアノード電極７面上
にハンダ等の導電性接合材または導電性接着剤等を用い
て簡単に接合することが可能となり、モジュールの小型
化が図れる。
【００２９】また、電流検出器２０は平行部分を含む略
コの字状に折り返した形状を有していることにより、電
流検出器２０の両端間のインダクタンスを小さくするこ
とができ、主電流の周波数に依存することなく、主電流
に比例した出力が電流検出器２０両端から得ることがで
きる。
コの字状に折り返した形状を有していることにより、電
流検出器２０の両端間のインダクタンスを小さくするこ
とができ、主電流の周波数に依存することなく、主電流
に比例した出力が電流検出器２０両端から得ることがで
きる。
【００３０】実施の形態３．半導体モジュールに流れる
主電流により、ダイオード素子５の通電時ではダイオー
ド素子５は発熱し、温度が上昇する。一方、半導体モジ
ュールの運転停止時やＩＧＢＴ素子４の通電時等では、
ダイオード素子５の温度は低下する。このため、ダイオ
ード素子５やアルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂ、電流
検出器２０の接合部では温度変化によって熱応力が発生
する。この熱応力はアルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂ
とアノード電極７間の接続の切断の原因となり、半導体
モジュールの耐久性低下の要因となる。
主電流により、ダイオード素子５の通電時ではダイオー
ド素子５は発熱し、温度が上昇する。一方、半導体モジ
ュールの運転停止時やＩＧＢＴ素子４の通電時等では、
ダイオード素子５の温度は低下する。このため、ダイオ
ード素子５やアルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂ、電流
検出器２０の接合部では温度変化によって熱応力が発生
する。この熱応力はアルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂ
とアノード電極７間の接続の切断の原因となり、半導体
モジュールの耐久性低下の要因となる。
【００３１】そこで、電流検出器２０とアルミニウムワ
イヤ１２ａ、１２ｂの接続に関して、図８に示すような
接合を行なうのがより好ましい。すなわち、図７ではア
ルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂはアノード電極７に接
続されていたが、ここでは、アルミニウムワイヤ１２
ａ、１２ｂをアノード電極７を介さず、直接的に電流検
出器２０に接合して電気的接続を得るようにする。この
ような接続により、アルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂ
の寿命、すなわち、半導体モジュールの耐久性を向上さ
せることができる。
イヤ１２ａ、１２ｂの接続に関して、図８に示すような
接合を行なうのがより好ましい。すなわち、図７ではア
ルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂはアノード電極７に接
続されていたが、ここでは、アルミニウムワイヤ１２
ａ、１２ｂをアノード電極７を介さず、直接的に電流検
出器２０に接合して電気的接続を得るようにする。この
ような接続により、アルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂ
の寿命、すなわち、半導体モジュールの耐久性を向上さ
せることができる。
【００３２】この場合、電流検出器２０として、線膨張
係数がアルミニウムワイヤ（約２２×１０-6／Ｋ）より
小さく、ダイオード素子（約３×１０-6／Ｋ）より大き
い材料のものを使用する。すなわち、線膨張係数が約３
×１０-6〜２２×１０-6／Ｋである例えば、銅−ニッケ
ル合金等を使用する。つまり、線膨張係数が約３×１０
-6〜２２×１０-6／Ｋである材料からなる電流検出器２
０にアルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂを直接接合す
る。このときのアルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂと電
流検出器２０間や、電流検出器２０とダイオード素子間
の線膨張係数の差は、アルミニウムワイヤ１２ａ、１２
ｂをアノード電極７に接合した場合の両材料間の線膨張
係数の差よりも小さくなる。したがって、ダイオード素
子５の通電時にダイオード素子５の発熱による熱応力を
低減できるので、アルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂの
寿命、すなわち半導体モジュールを長寿命化することが
できる。
係数がアルミニウムワイヤ（約２２×１０-6／Ｋ）より
小さく、ダイオード素子（約３×１０-6／Ｋ）より大き
い材料のものを使用する。すなわち、線膨張係数が約３
×１０-6〜２２×１０-6／Ｋである例えば、銅−ニッケ
ル合金等を使用する。つまり、線膨張係数が約３×１０
-6〜２２×１０-6／Ｋである材料からなる電流検出器２
０にアルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂを直接接合す
る。このときのアルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂと電
流検出器２０間や、電流検出器２０とダイオード素子間
の線膨張係数の差は、アルミニウムワイヤ１２ａ、１２
ｂをアノード電極７に接合した場合の両材料間の線膨張
係数の差よりも小さくなる。したがって、ダイオード素
子５の通電時にダイオード素子５の発熱による熱応力を
低減できるので、アルミニウムワイヤ１２ａ、１２ｂの
寿命、すなわち半導体モジュールを長寿命化することが
できる。
【００３３】
【発明の効果】本発明の第１の半導体モジュールによれ
ば、還流用ダイオードのアノード電極の一部の抵抗を電
流検出手段として使用する。これにより、半導体スイッ
チ素子の通電時には還流用ダイオード素子に電流が流れ
ず、半導体素子の電気特性や発熱の影響はなく、かつ、
放熱性が高いことにより、電流検出手段の温度変化を抑
制でき、検出精度の良い電流検出手段を新たに抵抗体を
付加せずに実現することができる。
ば、還流用ダイオードのアノード電極の一部の抵抗を電
流検出手段として使用する。これにより、半導体スイッ
チ素子の通電時には還流用ダイオード素子に電流が流れ
ず、半導体素子の電気特性や発熱の影響はなく、かつ、
放熱性が高いことにより、電流検出手段の温度変化を抑
制でき、検出精度の良い電流検出手段を新たに抵抗体を
付加せずに実現することができる。
【００３４】本発明の第２の半導体モジュールによれ
ば、略コの字状に折り返した形状の平行平板導体が還流
用ダイオード素子のアノード電極上に接合されてなる電
流検出手段を備える。電流検出手段は平行平板を略コの
字状に折り返した形状を有するので、そのインダクタン
スが低減され、高周波の主電流を精度良く検出すること
ができ、また電流検出器を設ける面積が不要でモジュー
ルを小型化できる。
ば、略コの字状に折り返した形状の平行平板導体が還流
用ダイオード素子のアノード電極上に接合されてなる電
流検出手段を備える。電流検出手段は平行平板を略コの
字状に折り返した形状を有するので、そのインダクタン
スが低減され、高周波の主電流を精度良く検出すること
ができ、また電流検出器を設ける面積が不要でモジュー
ルを小型化できる。
【００３５】本発明の第２の半導体モジュールにおい
て、電流検出手段の略コの字形状の導体の両端部を導電
性接合材を用いて還流用ダイオード素子のアノード電極
上に接合してもよい。これによって、電流検出手段の接
合が簡単かつ安価に実現できる。
て、電流検出手段の略コの字形状の導体の両端部を導電
性接合材を用いて還流用ダイオード素子のアノード電極
上に接合してもよい。これによって、電流検出手段の接
合が簡単かつ安価に実現できる。
【００３６】本発明の第２の半導体モジュールにおい
て、電流検出手段の略コの字形状の導体の両端部に配線
導体を直接接続してもよい。これにより、略コの字形状
の導体と、配線導体との線膨張係数差を小さくすること
ができるので、発熱による熱応力を低減でき、半導体モ
ジュールを長寿命化することができる。
て、電流検出手段の略コの字形状の導体の両端部に配線
導体を直接接続してもよい。これにより、略コの字形状
の導体と、配線導体との線膨張係数差を小さくすること
ができるので、発熱による熱応力を低減でき、半導体モ
ジュールを長寿命化することができる。
【図１】 本発明の実施の形態１の半導体モジュールの
主要部の構成図（（ａ）は上から見た図、（ｂ）は横か
ら見た図）。
主要部の構成図（（ａ）は上から見た図、（ｂ）は横か
ら見た図）。
【図２】 実施の形態１の半導体モジュールについて、
ＩＧＢＴ素子とダイオード素子と電流検出抵抗との電気
的な接続を説明した回路図。
ＩＧＢＴ素子とダイオード素子と電流検出抵抗との電気
的な接続を説明した回路図。
【図３】 実施の形態１の半導体モジュールについて、
（ａ）ＩＧＢＴ素子導通時のダイオード素子のアノード
電極における主電流の電流経路を説明した図、及び、
（ｂ）ダイオード素子導通時のダイオード素子のアノー
ド電極における主電流の電流経路を説明した図。
（ａ）ＩＧＢＴ素子導通時のダイオード素子のアノード
電極における主電流の電流経路を説明した図、及び、
（ｂ）ダイオード素子導通時のダイオード素子のアノー
ド電極における主電流の電流経路を説明した図。
【図４】 実施の形態１の半導体モジュールにおける電
流検出抵抗の大きさについて説明するための図。
流検出抵抗の大きさについて説明するための図。
【図５】 本発明の実施の形態２の半導体モジュールの
主要部の構成図（（ａ）は上から見た図、（ｂ）は横か
ら見た図）。
主要部の構成図（（ａ）は上から見た図、（ｂ）は横か
ら見た図）。
【図６】 実施の形態２の半導体モジュールにおける電
流検出器の斜視図。
流検出器の斜視図。
【図７】 実施の形態２の半導体モジュールについて、
（ａ）ＩＧＢＴ素子導通時のダイオード素子のアノード
電極における主電流の電流経路を説明した図、及び、
（ｂ）ダイオード素子導通時のダイオード素子のアノー
ド電極における主電流の電流経路を説明した図。
（ａ）ＩＧＢＴ素子導通時のダイオード素子のアノード
電極における主電流の電流経路を説明した図、及び、
（ｂ）ダイオード素子導通時のダイオード素子のアノー
ド電極における主電流の電流経路を説明した図。
【図８】 実施の形態３の半導体モジュールにおける電
流検出器とアルミニウムワイヤの接続の様子を説明した
図。
流検出器とアルミニウムワイヤの接続の様子を説明した
図。
【図９】 （ａ）従来の電流検出機能を有するトランジ
スタの構成図、及び、（ｂ）その回路図。
スタの構成図、及び、（ｂ）その回路図。
【符号の説明】 ４ ＩＧＢＴ素子、 ５ ダイオード素子、 ６ ＩＧ
ＢＴ素子のエミッタ電極、 ７ ダイオード素子のアノ
ード電極、 ８ 電流検出抵抗、 １０ 電極パター
ン、 １１ モジュール電極、 １２ａ，１２ｂ アル
ミニウムワイヤ、１３ａ，１３ｂ 電流検出端子、 ２
０ 電流検出器。
ＢＴ素子のエミッタ電極、 ７ ダイオード素子のアノ
ード電極、 ８ 電流検出抵抗、 １０ 電極パター
ン、 １１ モジュール電極、 １２ａ，１２ｂ アル
ミニウムワイヤ、１３ａ，１３ｂ 電流検出端子、 ２
０ 電流検出器。
Claims (4)
- 【請求項１】 表面に電極が形成された半導体スイッチ
素子と、表面にアノード電極が形成され上記半導体スイ
ッチ素子と逆並列に電気的に接続された還流用ダイオー
ド素子と、外部電極と、上記半導体スイッチ素子と上記
還流用ダイオード素子とをそれらの電極を介して電気的
に接続する第１の配線導体と、上記還流用ダイオード素
子と上記外部電極とを電気的に接続する第２の配線導体
とを有する半導体モジュールにおいて、 上記還流用ダイオード素子のアノード電極の一部分から
なり、該アノード電極の一部分を抵抗として使用し、該
抵抗の両端の電位差に基いて上記半導体スイッチ素子に
流れる主電流を検出する電流検出手段を有することを特
徴とする半導体モジュール。 - 【請求項２】 表面に電極が形成された半導体スイッチ
素子と、表面にアノード電極が形成され上記半導体スイ
ッチ素子と逆並列に電気的に接続された還流用ダイオー
ド素子と、外部電極と、上記半導体スイッチ素子と上記
還流用ダイオード素子とをそれらの電極を介して電気的
に接続する第１の配線導体と、上記還流用ダイオード素
子と上記外部電極とを電気的に接続する第２の配線導体
とを有する半導体モジュールにおいて、 略コの字状に折り返した形状の平行平板導体からなり、
その導体の両端部が上記還流用ダイオード素子のアノー
ド電極に電気的に接続された電流検出手段を備え、 上記半導体スイッチ素子に流れる主電流が該電流検出手
段の両端の電位差により検出されることを特徴とする半
導体モジュール。 - 【請求項３】 上記略コの字状に折り返した形状の平行
平板導体の両端部は導電性接合材で上記還流用ダイオー
ド素子のアノード電極上に接合されたことを特徴とする
請求項２に記載の半導体モジュール。 - 【請求項４】 上記略コの字状に折り返した形状の平行
平板導体の端部の一方に上記第１の配線導体を、上記端
部の他方に上記第２の配線導体を直接的に接続したこと
を特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体モ
ジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000176869A JP2001358282A (ja) | 2000-06-13 | 2000-06-13 | 半導体モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000176869A JP2001358282A (ja) | 2000-06-13 | 2000-06-13 | 半導体モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001358282A true JP2001358282A (ja) | 2001-12-26 |
Family
ID=18678537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000176869A Pending JP2001358282A (ja) | 2000-06-13 | 2000-06-13 | 半導体モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001358282A (ja) |
-
2000
- 2000-06-13 JP JP2000176869A patent/JP2001358282A/ja active Pending
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