JP2002181631A - 電力用半導体装置 - Google Patents
電力用半導体装置Info
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- JP2002181631A JP2002181631A JP2000383692A JP2000383692A JP2002181631A JP 2002181631 A JP2002181631 A JP 2002181631A JP 2000383692 A JP2000383692 A JP 2000383692A JP 2000383692 A JP2000383692 A JP 2000383692A JP 2002181631 A JP2002181631 A JP 2002181631A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度検出部の取り付けが比較的簡単でかつ半
導体素子の温度検出が高精度で行える電力用半導体装置
を得る。 【解決手段】 GTOサイリスタ1は、駆動回路5との
接続用のゲート端子2及びカソード端子3aに加え、外
部から接続可能なカソード端子3b及びアノード端子4
をさらに有している。オンゲート回路8内に存在する温
度検出回路15は、GTOサイリスタ1に定電流が流れ
るモニタ期間において、ゲート端子2,カソード端子3
aより得られるゲート−カソード間電圧VGEに基づ
き、GTOサイリスタ1の温度を検出する。
導体素子の温度検出が高精度で行える電力用半導体装置
を得る。 【解決手段】 GTOサイリスタ1は、駆動回路5との
接続用のゲート端子2及びカソード端子3aに加え、外
部から接続可能なカソード端子3b及びアノード端子4
をさらに有している。オンゲート回路8内に存在する温
度検出回路15は、GTOサイリスタ1に定電流が流れ
るモニタ期間において、ゲート端子2,カソード端子3
aより得られるゲート−カソード間電圧VGEに基づ
き、GTOサイリスタ1の温度を検出する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は電力用半導体装置
に関し、特にサイリスタ等の半導体素子の温度検出機能
を有する圧接型電力用半導体装置に関する。
に関し、特にサイリスタ等の半導体素子の温度検出機能
を有する圧接型電力用半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】圧接型電力用半導体装置は、工業用,電
力用電気設備に使用され、制御保護上の立場から半導体
素子の温度を監視することが重要となっている。従来の
圧接型電力用半導体装置における半導体素子の温度検出
装置として、例えば特開平5−322662号公報に開
示されたサイリスタの温度検出装置がある。
力用電気設備に使用され、制御保護上の立場から半導体
素子の温度を監視することが重要となっている。従来の
圧接型電力用半導体装置における半導体素子の温度検出
装置として、例えば特開平5−322662号公報に開
示されたサイリスタの温度検出装置がある。
【0003】図9は上記公報に開示されたサイリスタの
温度検出装置の一例を示す構成図である。同図に示すよ
うに、サイリスタバルブ101にアノードリアクトル1
21,122、サイリスタ141〜143が直列に接続
されており、サイリスタ141,142及び143の両
面には冷却フィン131〜134がそれぞれ配置されて
いる。
温度検出装置の一例を示す構成図である。同図に示すよ
うに、サイリスタバルブ101にアノードリアクトル1
21,122、サイリスタ141〜143が直列に接続
されており、サイリスタ141,142及び143の両
面には冷却フィン131〜134がそれぞれ配置されて
いる。
【0004】サイリスタ141,412間の冷却フィン
132及びサイリスタ142、143間の冷却フィン1
33には温度センサ151及び152がそれぞれ取り付
けられてており、圧接することにより温度センサ151
及び152がサイリスタ141及び142にそれぞれ接
触し、サイリスタ141及び142の表面温度を検出す
る構造となっている。
132及びサイリスタ142、143間の冷却フィン1
33には温度センサ151及び152がそれぞれ取り付
けられてており、圧接することにより温度センサ151
及び152がサイリスタ141及び142にそれぞれ接
触し、サイリスタ141及び142の表面温度を検出す
る構造となっている。
【0005】温度センサ151,152には直列に発光
素子161,162が接続されている。その駆動電力は
電源回路171,172からそれぞれ供給される。電源
回路171(172)は、抵抗器91,抵抗器92及び
ツェナーダイオード93で構成される。発光素子16
1,162の光はライトガイド181,182それぞれ
を通して、光電変換回路191,192に入力される。
素子161,162が接続されている。その駆動電力は
電源回路171,172からそれぞれ供給される。電源
回路171(172)は、抵抗器91,抵抗器92及び
ツェナーダイオード93で構成される。発光素子16
1,162の光はライトガイド181,182それぞれ
を通して、光電変換回路191,192に入力される。
【0006】上述した温度センサ151,152は温度
が設定値より低い/高い場合にインピーダンスが高く/
低くなる性質を有している。すなわち、サイリスタ14
1(142)の温度が設定値より低いと温度センサ15
1(152)のインピーダンスが高くなり発光素子16
1(162)に電流が流れず、発光素子161は発光し
ない。一方、サイリスタ141の温度が設定値より高い
と温度センサ151のインピーダンスが低くなり発光素
子161に電流が流れ、発光素子161は発光する。
が設定値より低い/高い場合にインピーダンスが高く/
低くなる性質を有している。すなわち、サイリスタ14
1(142)の温度が設定値より低いと温度センサ15
1(152)のインピーダンスが高くなり発光素子16
1(162)に電流が流れず、発光素子161は発光し
ない。一方、サイリスタ141の温度が設定値より高い
と温度センサ151のインピーダンスが低くなり発光素
子161に電流が流れ、発光素子161は発光する。
【0007】したがって、発光素子161(162)の
有無を光電変換回路191(192)によって光電変換
された出力a(b)に基づき、サイリスタ141(14
2)の温度が設定値以上であるか以下であるを検出する
ことができる。
有無を光電変換回路191(192)によって光電変換
された出力a(b)に基づき、サイリスタ141(14
2)の温度が設定値以上であるか以下であるを検出する
ことができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図9で
示したサイリスタの温度検出装置では、冷却フィンに温
度センサを取り付ける等、温度センサの取り付け処理が
複雑であるという問題点があった。
示したサイリスタの温度検出装置では、冷却フィンに温
度センサを取り付ける等、温度センサの取り付け処理が
複雑であるという問題点があった。
【0009】加えて、温度センサの電気的絶縁性を維持
させながら、温度センサとサイリスタとの高接触精度が
要求されるため、正確な温度検出が行うことが困難であ
るという問題点があった。
させながら、温度センサとサイリスタとの高接触精度が
要求されるため、正確な温度検出が行うことが困難であ
るという問題点があった。
【0010】この発明は上記問題点を解決するためにな
されたもので、温度検出部の取り付けが比較的簡単でか
つ半導体素子の温度検出が高精度で行える電力用半導体
装置を得ることを目的とする。
されたもので、温度検出部の取り付けが比較的簡単でか
つ半導体素子の温度検出が高精度で行える電力用半導体
装置を得ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる請求項
1記載の電力用半導体装置は、半導体基板に作り込まれ
た半導体素子と、前記半導体基板の一方主面上に形成さ
れ、前記半導体素子に電気的に接続される主電極と、前
記主電極上に当接して設けられた電極補助部とを備え、
前記電極補助部は前記半導体素子の温度を検出する温度
検出部を有し、前記温度検出部は前記電極補助部が前記
主電極に圧接可能に設けられている。
1記載の電力用半導体装置は、半導体基板に作り込まれ
た半導体素子と、前記半導体基板の一方主面上に形成さ
れ、前記半導体素子に電気的に接続される主電極と、前
記主電極上に当接して設けられた電極補助部とを備え、
前記電極補助部は前記半導体素子の温度を検出する温度
検出部を有し、前記温度検出部は前記電極補助部が前記
主電極に圧接可能に設けられている。
【0012】また、請求項2の発明は、請求項1記載の
電力用半導体装置であって、前記温度検出部は、前記主
電極の略中心部に対応する領域に設けられる温度検出部
を含む。
電力用半導体装置であって、前記温度検出部は、前記主
電極の略中心部に対応する領域に設けられる温度検出部
を含む。
【0013】また、請求項3の発明は、請求項2記載の
電力用半導体装置であって、前記温度検出部は、前記電
極補助部の前記主電極との接合面側に、当該接合面の高
さを越えないように設けられる温度検出部を含む。
電力用半導体装置であって、前記温度検出部は、前記電
極補助部の前記主電極との接合面側に、当該接合面の高
さを越えないように設けられる温度検出部を含む。
【0014】また、請求項4の発明は、請求項2記載の
電力用半導体装置であって、前記電極補助部は表面に溝
を有し、前記温度検出部は前記溝内に、前記電極補助部
の表面高さを越えないように設けられる温度検出部を含
む。
電力用半導体装置であって、前記電極補助部は表面に溝
を有し、前記温度検出部は前記溝内に、前記電極補助部
の表面高さを越えないように設けられる温度検出部を含
む。
【0015】また、請求項5の発明は、請求項1記載の
電力用半導体装置であって、前記電極補助部は、平面形
状が円状の電極補助部を含み、前記温度検出部は複数の
温度検出部を含み、前記複数の温度検出部は前記電極補
助部の中心から所定距離に位置するよう円周方向に沿っ
てほぼ等間隔に配置されている。
電力用半導体装置であって、前記電極補助部は、平面形
状が円状の電極補助部を含み、前記温度検出部は複数の
温度検出部を含み、前記複数の温度検出部は前記電極補
助部の中心から所定距離に位置するよう円周方向に沿っ
てほぼ等間隔に配置されている。
【0016】また、請求項6の発明は、請求項5記載の
電力用半導体装置であって、前記複数の温度検出部は、
前記電極補助部の前記主電極との接合面側に、前記接合
面の高さを越えないようにそれぞれ設けられる。
電力用半導体装置であって、前記複数の温度検出部は、
前記電極補助部の前記主電極との接合面側に、前記接合
面の高さを越えないようにそれぞれ設けられる。
【0017】また、請求項7の発明は、半導体素子と、
前記半導体素子に電気的に接続され、前記半導体素子の
動作を駆動する駆動回路とを備え、前記半導体素子はP
N接合部を有し、前記駆動回路は、前記半導体素子の前
記PN接合部において定電流が流れる時の電位差を検出
し、当該電位差に基づき前記半導体素子の温度を検出す
る温度検出回路を有している。
前記半導体素子に電気的に接続され、前記半導体素子の
動作を駆動する駆動回路とを備え、前記半導体素子はP
N接合部を有し、前記駆動回路は、前記半導体素子の前
記PN接合部において定電流が流れる時の電位差を検出
し、当該電位差に基づき前記半導体素子の温度を検出す
る温度検出回路を有している。
【0018】また、請求項8の発明は、半導体基板に作
り込まれた半導体素子と、前記半導体基板の一方主面上
に形成され、前記半導体素子に電気的に接続される主電
極と、前記主電極の表面に設けられ、前記半導体素子の
温度を検出する温度検出部とを備え、前記温度検出部は
前記主電極上における圧接が可能に設けられている。
り込まれた半導体素子と、前記半導体基板の一方主面上
に形成され、前記半導体素子に電気的に接続される主電
極と、前記主電極の表面に設けられ、前記半導体素子の
温度を検出する温度検出部とを備え、前記温度検出部は
前記主電極上における圧接が可能に設けられている。
【0019】さらに、請求項9の発明は、請求項8記載
の電力用半導体装置であって、前記主電極は第1の領域
と前記第1の領域より形成高さが低い第2の領域とを有
し、前記温度検出部は前記第2の領域上に、前記第1の
領域の形成高さを越えることなく設けられる。
の電力用半導体装置であって、前記主電極は第1の領域
と前記第1の領域より形成高さが低い第2の領域とを有
し、前記温度検出部は前記第2の領域上に、前記第1の
領域の形成高さを越えることなく設けられる。
【0020】
【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であるGTO(ゲートターンオフ)サイ
リスタを半導体素子として内蔵する圧接型の電力用半導
体装置の回路構成を示すブロック図である。
の実施の形態1であるGTO(ゲートターンオフ)サイ
リスタを半導体素子として内蔵する圧接型の電力用半導
体装置の回路構成を示すブロック図である。
【0021】同図に示すように、GTOサイリスタ1
に、GTOサイリスタ1のオン,オフ動作を駆動する駆
動回路5が電気的に接続される。駆動回路5は駆動回路
用電源6a(順方向バイアス様),6b(逆方向バイア
ス様)、ハイゲート回路7、オンゲート回路8、オフゲ
ート回路9、入力信号回路10、スイッチ11〜13、
及びオフ用コンデンサ18から構成され、オンゲート回
路8は内部に温度検出回路15を有している。
に、GTOサイリスタ1のオン,オフ動作を駆動する駆
動回路5が電気的に接続される。駆動回路5は駆動回路
用電源6a(順方向バイアス様),6b(逆方向バイア
ス様)、ハイゲート回路7、オンゲート回路8、オフゲ
ート回路9、入力信号回路10、スイッチ11〜13、
及びオフ用コンデンサ18から構成され、オンゲート回
路8は内部に温度検出回路15を有している。
【0022】ハイゲート回路7は駆動回路用電源6aよ
り電源供給を受け、スイッチ11を介してGTOサイリ
スタ1のゲート端子2にハイゲート電流I7を供給す
る。オンゲート回路8は駆動回路用電源6aより電源供
給を受け、スイッチ12を介してゲート端子2にオンゲ
ート電流I8を供給する。
り電源供給を受け、スイッチ11を介してGTOサイリ
スタ1のゲート端子2にハイゲート電流I7を供給す
る。オンゲート回路8は駆動回路用電源6aより電源供
給を受け、スイッチ12を介してゲート端子2にオンゲ
ート電流I8を供給する。
【0023】オフゲート回路9は駆動回路用電源6bよ
り電源供給を受け、スイッチ13を介してゲート端子2
からオフゲート電流I9を引き抜く。
り電源供給を受け、スイッチ13を介してゲート端子2
からオフゲート電流I9を引き抜く。
【0024】入力信号回路10は入力信号INをスイッ
チ11〜13に共通に付与することにより、スイッチ1
1〜13それぞれのオン/オフを制御する。
チ11〜13に共通に付与することにより、スイッチ1
1〜13それぞれのオン/オフを制御する。
【0025】駆動回路用電源6a,6bは直列に接続さ
れ、駆動回路用電源6a,6b間のノードN1がGTO
サイリスタ1のカソード端子3a接続される。オフ用コ
ンデンサ18の一方電極(+側)はノードN1(駆動回
路用電源6bの正極)に接続され、他方電極は駆動回路
用電源6bの負極に接続される。
れ、駆動回路用電源6a,6b間のノードN1がGTO
サイリスタ1のカソード端子3a接続される。オフ用コ
ンデンサ18の一方電極(+側)はノードN1(駆動回
路用電源6bの正極)に接続され、他方電極は駆動回路
用電源6bの負極に接続される。
【0026】GTOサイリスタ1は、駆動回路5との接
続用のゲート端子2及びカソード端子3aに加え、外部
から接続可能なカソード端子3b及びアノード端子4を
さらに有している。
続用のゲート端子2及びカソード端子3aに加え、外部
から接続可能なカソード端子3b及びアノード端子4を
さらに有している。
【0027】オンゲート回路8内に存在する温度検出回
路15は、後述するモニタ期間TSにおいて、ゲート端
子2,カソード端子3aより得られるゲート−カソード
間電圧VGEに基づき、GTOサイリスタ1の温度を検
出する。
路15は、後述するモニタ期間TSにおいて、ゲート端
子2,カソード端子3aより得られるゲート−カソード
間電圧VGEに基づき、GTOサイリスタ1の温度を検
出する。
【0028】図2は実施の形態1の電力用半導体装置に
おけるGTOサイリスタ1のゲート電流IGの変化を示
す波形図である。以下、同図を参照して、実施の形態1
の電力用半導体装置の動作を説明する。
おけるGTOサイリスタ1のゲート電流IGの変化を示
す波形図である。以下、同図を参照して、実施の形態1
の電力用半導体装置の動作を説明する。
【0029】入力信号INの“H”のオン指令開始から
ハイゲート電流期間T1において、スイッチ11及びス
イッチ12が共にオンして導通状態となり、スイッチ1
3がオフして非導通状態となる。その結果、ハイゲート
電流I7及びオンゲート電流I8がゲート電流IGとし
て同時にゲート端子2に流れ込むことにより、GTOサ
イリスタ1がオン状態となる。
ハイゲート電流期間T1において、スイッチ11及びス
イッチ12が共にオンして導通状態となり、スイッチ1
3がオフして非導通状態となる。その結果、ハイゲート
電流I7及びオンゲート電流I8がゲート電流IGとし
て同時にゲート端子2に流れ込むことにより、GTOサ
イリスタ1がオン状態となる。
【0030】そして、ハイゲート電流期間T1後のオン
ゲート電流期間T2において、スイッチ11(内部にタ
イマ機能を有している)はオフし、スイッチ12のみが
オン状態となる。その結果、オンゲート電流I8のみが
ゲート電流IGとしてゲート端子2に流れ込むことによ
り、GTOサイリスタ1のオン状態を維持させる。
ゲート電流期間T2において、スイッチ11(内部にタ
イマ機能を有している)はオフし、スイッチ12のみが
オン状態となる。その結果、オンゲート電流I8のみが
ゲート電流IGとしてゲート端子2に流れ込むことによ
り、GTOサイリスタ1のオン状態を維持させる。
【0031】そして、入力信号INがオン指令からオフ
指令(“L”)に変化した後のオフゲート電流期間T3
のおいて、スイッチ12がオフし、スイッチ13がオン
する。その結果、オフ用コンデンサ18の一方電極から
GTOサイリスタ1のカソード端子3a、ゲート端子
2、スイッチ13、及びオフ用コンデンサ18の他方電
極にかけてゲート電流IGが流れる。すなわち、図2に
示すように、逆方向電流が流れることにより、GTOサ
イリスタ1はオフ状態となる。
指令(“L”)に変化した後のオフゲート電流期間T3
のおいて、スイッチ12がオフし、スイッチ13がオン
する。その結果、オフ用コンデンサ18の一方電極から
GTOサイリスタ1のカソード端子3a、ゲート端子
2、スイッチ13、及びオフ用コンデンサ18の他方電
極にかけてゲート電流IGが流れる。すなわち、図2に
示すように、逆方向電流が流れることにより、GTOサ
イリスタ1はオフ状態となる。
【0032】駆動回路5は図2のようなゲート電流IG
をGTOサイリスタ1に与えることにより、GTOサイ
リスタ1はオン,オフ動作を駆動することができる。
をGTOサイリスタ1に与えることにより、GTOサイ
リスタ1はオン,オフ動作を駆動することができる。
【0033】このとき、GTOサイリスタ1のゲート−
カソード間は、ダイオード16が存在するのと等価な構
造(PN接合部)となっており、ゲート端子2側がアノ
ード、カソード端子3(3a,3b)側がカソードとな
っている。
カソード間は、ダイオード16が存在するのと等価な構
造(PN接合部)となっており、ゲート端子2側がアノ
ード、カソード端子3(3a,3b)側がカソードとな
っている。
【0034】オンゲート電流I8を定電流とし、オンゲ
ート電流期間T2内において、ハイゲート電流I7の影
響がほとんどない期間をモニタ期間TSに設定すると、
このモニタ期間TS中にゲート−カソード間電圧VGE
をモニタすることにより、GTOサイリスタ1の温度変
化を検出することができる。
ート電流期間T2内において、ハイゲート電流I7の影
響がほとんどない期間をモニタ期間TSに設定すると、
このモニタ期間TS中にゲート−カソード間電圧VGE
をモニタすることにより、GTOサイリスタ1の温度変
化を検出することができる。
【0035】以下、ゲート−カソード間電圧VGEに基
づくGTOサイリスタ1の温度検出について詳述する。
所定温度で定電流を流している時のダイオードのアノー
ド−カソード間電圧VAKは温度が高くなると低くなる
性質を有している。温度に対するアノード−カソード間
電圧VAKの変化量(傾き)はほぼ直線状となり、傾き
に関して素子の個体差は少ない。
づくGTOサイリスタ1の温度検出について詳述する。
所定温度で定電流を流している時のダイオードのアノー
ド−カソード間電圧VAKは温度が高くなると低くなる
性質を有している。温度に対するアノード−カソード間
電圧VAKの変化量(傾き)はほぼ直線状となり、傾き
に関して素子の個体差は少ない。
【0036】このダイオードの性質を利用して、モニタ
期間TSにおいて、温度検出回路15はゲート端子2及
びカソード端子3aより得たゲート−カソード間電圧V
GEに基づき、GTOサイリスタ1の温度を精度良く検
出することができる。
期間TSにおいて、温度検出回路15はゲート端子2及
びカソード端子3aより得たゲート−カソード間電圧V
GEに基づき、GTOサイリスタ1の温度を精度良く検
出することができる。
【0037】ここで、温度検出回路15は、ゲート−カ
ソード間電圧VGEを温度に換算するための基礎データ
は(温度−VGE特性)を、GTOサイリスタ1から前
もって取り込んでおく必要がある。
ソード間電圧VGEを温度に換算するための基礎データ
は(温度−VGE特性)を、GTOサイリスタ1から前
もって取り込んでおく必要がある。
【0038】例えば、25℃でのゲート−カソード間電
圧VGEは素子によるバラツキがあるため、GTOサイ
リスタ1毎に個別に測定しておき、その値を温度検出回
路15内に取り込んでおけば、より正確な基礎データを
得ることができる。
圧VGEは素子によるバラツキがあるため、GTOサイ
リスタ1毎に個別に測定しておき、その値を温度検出回
路15内に取り込んでおけば、より正確な基礎データを
得ることができる。
【0039】このように、実施の形態1の電力用半導体
装置は、オンゲート電流期間T2中におけるゲート電流
IGが一定のモニタ期間TS期間に、GTOサイリスタ
1のゲート−カソード間電圧VGEを温度検出回路15
によってモニタすることにより、GTOサイリスタ1の
連続動作時における素子温度を精度よく検出することが
できる。この素子温度はPN接合による接合部温度(ジ
ャンクション温度)により近い温度として得られる。
装置は、オンゲート電流期間T2中におけるゲート電流
IGが一定のモニタ期間TS期間に、GTOサイリスタ
1のゲート−カソード間電圧VGEを温度検出回路15
によってモニタすることにより、GTOサイリスタ1の
連続動作時における素子温度を精度よく検出することが
できる。この素子温度はPN接合による接合部温度(ジ
ャンクション温度)により近い温度として得られる。
【0040】しかも、温度検出回路15は低電圧で動作
可能な駆動回路5内の回路であるため、GTOサイリス
タ1に比較して低電圧で動作可能である。
可能な駆動回路5内の回路であるため、GTOサイリス
タ1に比較して低電圧で動作可能である。
【0041】その結果、実施の形態1の電力用半導体装
置は、冷却系の異常時における素子加熱、圧接力不足に
よる素子加熱等の現象も、検出した素子温度から容易に
認識することができる。
置は、冷却系の異常時における素子加熱、圧接力不足に
よる素子加熱等の現象も、検出した素子温度から容易に
認識することができる。
【0042】また、GTOサイリスタ1内に存在するゲ
ート−カソード間のダイオード構造(PN接合部)を利
用することにより、外部温度検出用の温度センサ等の温
度検出機構が不要となるため、温度検出機構の取り付け
による手間は全く不要となる効果を奏する。
ート−カソード間のダイオード構造(PN接合部)を利
用することにより、外部温度検出用の温度センサ等の温
度検出機構が不要となるため、温度検出機構の取り付け
による手間は全く不要となる効果を奏する。
【0043】<実施の形態2>図3はGTOサイリスタ
を半導体素子とした一般的な圧接型の電力用半導体装置
の構成を示す説明図である。同図において、(a) はカソ
ードカップを示し、(b) はGTOサイリスタ本体を示
し、(c) は(a) のカソードカップのA−A断面構造を示
している。
を半導体素子とした一般的な圧接型の電力用半導体装置
の構成を示す説明図である。同図において、(a) はカソ
ードカップを示し、(b) はGTOサイリスタ本体を示
し、(c) は(a) のカソードカップのA−A断面構造を示
している。
【0044】図3の(b) に示すように、GTOサイリス
タ20において、円筒状の絶縁筒24で周囲が覆われて
いる、半導体基板である半導体ウェハ(図示せず)内に
半導体素子であるサイリスタ(図示せず)が作り込まれ
ている。そして、半導体ウェハの一方主面上にカソード
電極23が設けられ、他方主面上にアノード電極26が
設けられる。カソード電極23はGTOサイリスタ20
のカソード領域(図示せず)に電気的に接続され、アノ
ード電極26はGTOサイリスタ20のカソード領域
(図示せず)に電気的に接続される。
タ20において、円筒状の絶縁筒24で周囲が覆われて
いる、半導体基板である半導体ウェハ(図示せず)内に
半導体素子であるサイリスタ(図示せず)が作り込まれ
ている。そして、半導体ウェハの一方主面上にカソード
電極23が設けられ、他方主面上にアノード電極26が
設けられる。カソード電極23はGTOサイリスタ20
のカソード領域(図示せず)に電気的に接続され、アノ
ード電極26はGTOサイリスタ20のカソード領域
(図示せず)に電気的に接続される。
【0045】カソード電極23は、中心部に他の領域よ
り上方に突出したカソード電極突出領域23aを有して
おり、絶縁筒24の側面からはサイリスタのゲート領域
(図示せず)に電気的に接続されたゲート端子25が突
出して設けられる。
り上方に突出したカソード電極突出領域23aを有して
おり、絶縁筒24の側面からはサイリスタのゲート領域
(図示せず)に電気的に接続されたゲート端子25が突
出して設けられる。
【0046】カソード電極23上には、同図(a) で示す
カソードカップ21が配置される。すなわち、カソード
カップ21はカソード電極23(カソード電極突出領域
23a)上に当接して形成される。カソードカップ21
は周辺部の一部にカソード端子22を有しており、電極
補助部として機能する。
カソードカップ21が配置される。すなわち、カソード
カップ21はカソード電極23(カソード電極突出領域
23a)上に当接して形成される。カソードカップ21
は周辺部の一部にカソード端子22を有しており、電極
補助部として機能する。
【0047】そして、カソード電極23上にカソードカ
ップ21を配置後、カソードカップ21上及びアノード
電極26下からそれぞれ放熱フィンで圧接することによ
り、GTOサイリスタ20を有する電力用半導体装置が
完成する。
ップ21を配置後、カソードカップ21上及びアノード
電極26下からそれぞれ放熱フィンで圧接することによ
り、GTOサイリスタ20を有する電力用半導体装置が
完成する。
【0048】図4はGCT(Gate Commutated Turn-off)
サイリスタを半導体素子とした一般的な圧接型の電力用
半導体装置の構成を示す説明図である。同図において、
(a)はカソードカップを示し、(b) はGCTサイリスタ
本体を示し、(c) は(a) のカソードカップの側面(A−
A断面)方向から見た図を示している。
サイリスタを半導体素子とした一般的な圧接型の電力用
半導体装置の構成を示す説明図である。同図において、
(a)はカソードカップを示し、(b) はGCTサイリスタ
本体を示し、(c) は(a) のカソードカップの側面(A−
A断面)方向から見た図を示している。
【0049】図4の(b) に示すように、GCTサイリス
タ30において、円筒状の絶縁筒34で周囲が覆われて
いる、半導体基板である半導体ウェア(図示せず)内に
半導体素子であるサイリスタ(図示せず)が作り込まれ
ている。そして、半導体ウェハの一方主面上にカソード
電極33が設けられ、他方主面上にアノード電極36が
設けられる。カソード電極33はGCTサイリスタ30
のカソード領域(図示せず)に電気的に接続され、アノ
ード電極36はGCTサイリスタ30のアノード領域
(図示せず)に電気的に接続される。
タ30において、円筒状の絶縁筒34で周囲が覆われて
いる、半導体基板である半導体ウェア(図示せず)内に
半導体素子であるサイリスタ(図示せず)が作り込まれ
ている。そして、半導体ウェハの一方主面上にカソード
電極33が設けられ、他方主面上にアノード電極36が
設けられる。カソード電極33はGCTサイリスタ30
のカソード領域(図示せず)に電気的に接続され、アノ
ード電極36はGCTサイリスタ30のアノード領域
(図示せず)に電気的に接続される。
【0050】カソード電極33は、中心部に他の領域よ
り上方に突出したカソード電極突出領域33aを有して
おり、絶縁筒34の側面からはサイリスタのゲート領域
(図示せず)に電気的に接続された複数のゲート端子3
5が突出して設けられる。
り上方に突出したカソード電極突出領域33aを有して
おり、絶縁筒34の側面からはサイリスタのゲート領域
(図示せず)に電気的に接続された複数のゲート端子3
5が突出して設けられる。
【0051】カソード電極33上には、同図(a) のカソ
ードカップ31が配置される。すなわち、カソードカッ
プ31はカソード電極33上に当接して形成される。カ
ソードカップ31は周辺部の複数のカソード端子32を
有しており、電極補助部として機能する。
ードカップ31が配置される。すなわち、カソードカッ
プ31はカソード電極33上に当接して形成される。カ
ソードカップ31は周辺部の複数のカソード端子32を
有しており、電極補助部として機能する。
【0052】そして、カソード電極33上にカソードカ
ップ31を配置後、カソードカップ31上及びアノード
電極36下から放熱フィン等を介してそれぞれ圧接する
ことにより、GCTサイリスタ30を有する電力用半導
体装置が完成する。
ップ31を配置後、カソードカップ31上及びアノード
電極36下から放熱フィン等を介してそれぞれ圧接する
ことにより、GCTサイリスタ30を有する電力用半導
体装置が完成する。
【0053】図5はこの発明の実施の形態2である圧接
型の電力用半導体装置におけるカソードカップ構造を示
す説明図であり、同図(a) が斜視図、同図(b) が(a) の
B−B断面図、同図(c) のカソードカップに接着され
た、温度センサを有するラミネート基板の平面図であ
る。
型の電力用半導体装置におけるカソードカップ構造を示
す説明図であり、同図(a) が斜視図、同図(b) が(a) の
B−B断面図、同図(c) のカソードカップに接着され
た、温度センサを有するラミネート基板の平面図であ
る。
【0054】なお、GTOサイリスタ20自体の構造は
図3の(b) で示した構造と同様であり、温度センサ内蔵
カソードカップ41がカソード電極23上に当接して設
けられる。
図3の(b) で示した構造と同様であり、温度センサ内蔵
カソードカップ41がカソード電極23上に当接して設
けられる。
【0055】駆動回路の内部構成は、温度検出回路15
が不要になる点、温度センサ45より得られる温度検出
信号を受信可能にした点を除き、図1で示した駆動回路
5の構成と同様である。
が不要になる点、温度センサ45より得られる温度検出
信号を受信可能にした点を除き、図1で示した駆動回路
5の構成と同様である。
【0056】図5に示すように、カソードカップ41は
周辺部の一部にカソード端子42を有しており、電極補
助部として機能する。
周辺部の一部にカソード端子42を有しており、電極補
助部として機能する。
【0057】そして、温度センサ内蔵カソードカップ4
1の中心部に円状の穴部49aが形成され、穴部49か
ら半径方向に伸びて穴部50が形成される。図5の(b)
に示すように、穴部50の上部領域50aはせいぜい配
線パターン46が形成可能なレベルの比較的狭い形成幅
W1で形成され、下部領域50bはラミネート基板43
が収納可能な比較的広い形成幅W2で形成される。
1の中心部に円状の穴部49aが形成され、穴部49か
ら半径方向に伸びて穴部50が形成される。図5の(b)
に示すように、穴部50の上部領域50aはせいぜい配
線パターン46が形成可能なレベルの比較的狭い形成幅
W1で形成され、下部領域50bはラミネート基板43
が収納可能な比較的広い形成幅W2で形成される。
【0058】下部領域50bを形成する際、例えば、温
度センサ内蔵カソードカップ41の裏面から、ラミネー
ト基板43の膜厚分研磨することにより、凹凸のないフ
ラットなラミネート基板43との接着面を得られるよう
にしている。フラットな接着面を形成することにより、
カソード電極23と温度センサ内蔵カソードカップ41
とを圧接する際に、温度センサ内蔵カソードカップ41
にかかる圧接力を均一にすることができる。
度センサ内蔵カソードカップ41の裏面から、ラミネー
ト基板43の膜厚分研磨することにより、凹凸のないフ
ラットなラミネート基板43との接着面を得られるよう
にしている。フラットな接着面を形成することにより、
カソード電極23と温度センサ内蔵カソードカップ41
とを圧接する際に、温度センサ内蔵カソードカップ41
にかかる圧接力を均一にすることができる。
【0059】ラミネート基板43は平面形状が穴部50
の下部領域50bと同程度で少し小さい形状を呈してお
り、温度センサ内蔵カソードカップ41の裏面に接着剤
44によって周辺領域表面が接着されることにより、穴
部50の下部領域50b内に密着される。
の下部領域50bと同程度で少し小さい形状を呈してお
り、温度センサ内蔵カソードカップ41の裏面に接着剤
44によって周辺領域表面が接着されることにより、穴
部50の下部領域50b内に密着される。
【0060】そして、温度センサ内蔵カソードカップ4
1の穴部49内に対応するラミネート基板43の表面上
に温度センサ取り付けパッド(図示せず)を介して温度
検出部である、温度センサ45が設けられる。なお、温
度センサ45として、サーミスタ(温度変化により抵抗
値が変わる素子)等が挙げられる。
1の穴部49内に対応するラミネート基板43の表面上
に温度センサ取り付けパッド(図示せず)を介して温度
検出部である、温度センサ45が設けられる。なお、温
度センサ45として、サーミスタ(温度変化により抵抗
値が変わる素子)等が挙げられる。
【0061】したがって、温度センサ45は温度センサ
内蔵カソードカップ41の中心部、すなわち、カソード
電極23(カソード電極突出領域23a)の中心部に対
応するラミネート基板43上に配置される。
内蔵カソードカップ41の中心部、すなわち、カソード
電極23(カソード電極突出領域23a)の中心部に対
応するラミネート基板43上に配置される。
【0062】温度センサ取り付けパッドを介して温度セ
ンサ45に電気的に接続される配線パターン46は、穴
部50の上部領域50aに対応するラミネート基板43
の表面上にカップ41の半径方向に沿って設けられる。
そして、配線パターン46の端部(温度センサ内蔵カソ
ードカップ41の外周端部に対応)にリード線接続用端
子(外部引き出し用リード線取り付けパッド)48が設
けられ、このリード線接続用端子48にリード線47が
電気的に接続される。
ンサ45に電気的に接続される配線パターン46は、穴
部50の上部領域50aに対応するラミネート基板43
の表面上にカップ41の半径方向に沿って設けられる。
そして、配線パターン46の端部(温度センサ内蔵カソ
ードカップ41の外周端部に対応)にリード線接続用端
子(外部引き出し用リード線取り付けパッド)48が設
けられ、このリード線接続用端子48にリード線47が
電気的に接続される。
【0063】このリード線47より得られる温度検出信
号を受信可能な駆動回路は、温度検出信号に基づきGT
Oサイリスタ20の温度を検出することができる。
号を受信可能な駆動回路は、温度検出信号に基づきGT
Oサイリスタ20の温度を検出することができる。
【0064】このような構成の実施の形態2の電力用半
導体装置は、温度センサ45を有する温度センサ内蔵カ
ソードカップ41をカソード電極23上に当接して構成
することにより、GTOサイリスタ20の素子温度を検
出することができる。
導体装置は、温度センサ45を有する温度センサ内蔵カ
ソードカップ41をカソード電極23上に当接して構成
することにより、GTOサイリスタ20の素子温度を検
出することができる。
【0065】したがって、実施の形態2の電力用半導体
装置を使用するユーザが別途にフィン等に温度検出部を
取り付ける必要はない。すなわち、温度検出機能という
付加価値が付けられた電力用半導体装置としてユーザに
提供することができる。
装置を使用するユーザが別途にフィン等に温度検出部を
取り付ける必要はない。すなわち、温度検出機能という
付加価値が付けられた電力用半導体装置としてユーザに
提供することができる。
【0066】この際、ラミネート基板43及び温度セン
サ45は温度センサ内蔵カソードカップ41のカソード
電極23との接合面を越えないように配置されており、
温度センサ内蔵カソードカップ41とGTOサイリスタ
20のカソード電極23との圧接に悪影響を与えること
はなく、温度センサ内蔵カソードカップ41とカソード
電極23との電気的接触は確実に行える。したがって、
温度センサ45によってGTOサイリスタ20の素子温
度を精度良く検出することができる。
サ45は温度センサ内蔵カソードカップ41のカソード
電極23との接合面を越えないように配置されており、
温度センサ内蔵カソードカップ41とGTOサイリスタ
20のカソード電極23との圧接に悪影響を与えること
はなく、温度センサ内蔵カソードカップ41とカソード
電極23との電気的接触は確実に行える。したがって、
温度センサ45によってGTOサイリスタ20の素子温
度を精度良く検出することができる。
【0067】加えて、温度センサ45はカソード電極2
3の中心部に対応する領域に配置されるため、放熱され
にくく温度上昇の最も高い領域であるカソード電極23
の中心部の温度を検出することができる。
3の中心部に対応する領域に配置されるため、放熱され
にくく温度上昇の最も高い領域であるカソード電極23
の中心部の温度を検出することができる。
【0068】さらに、温度センサ45は温度センサ内蔵
カソードカップ41の裏面(カソード電極23との接合
面)側にカソード電極23の近傍に配置されることによ
り、GTOサイリスタ20の温度検出をより精度良く行
うことができる。
カソードカップ41の裏面(カソード電極23との接合
面)側にカソード電極23の近傍に配置されることによ
り、GTOサイリスタ20の温度検出をより精度良く行
うことができる。
【0069】また、ラミネート基板43を温度センサ内
蔵カソードカップ41の裏面に貼り付けて、そのラミネ
ート基板43上に温度センサ45を設けるという加工処
理は、冷却フィンに温度センサを取り付けるという従来
の加工に比べて比較的簡単に済ますことができる。
蔵カソードカップ41の裏面に貼り付けて、そのラミネ
ート基板43上に温度センサ45を設けるという加工処
理は、冷却フィンに温度センサを取り付けるという従来
の加工に比べて比較的簡単に済ますことができる。
【0070】<実施の形態3>図6はこの発明の実施の
形態3である圧接型の電力用半導体装置におけるカソー
ドカップ構造を示す説明図であり、同図の(a) が斜視
図、同図の(b) が(a) のC−C断面図、同図(c) はラミ
ネート基板の表面を示す平面図である。
形態3である圧接型の電力用半導体装置におけるカソー
ドカップ構造を示す説明図であり、同図の(a) が斜視
図、同図の(b) が(a) のC−C断面図、同図(c) はラミ
ネート基板の表面を示す平面図である。
【0071】なお、GTOサイリスタ20自体の構造は
図3の(b) で示した構造と同様であり、温度センサ内蔵
カソードカップ51がカソード電極23上に当接して設
けられる。
図3の(b) で示した構造と同様であり、温度センサ内蔵
カソードカップ51がカソード電極23上に当接して設
けられる。
【0072】また、駆動回路の内部構成は、温度検出回
路15が不要になる点、温度センサ55より得られる温
度検出信号を受信可能にした点を除き、図1で示した駆
動回路5の構成と同様である。
路15が不要になる点、温度センサ55より得られる温
度検出信号を受信可能にした点を除き、図1で示した駆
動回路5の構成と同様である。
【0073】図6に示すように、カソードカップ51は
周辺部の一部にカソード端子52を有しており、電極補
助部として機能する。
周辺部の一部にカソード端子52を有しており、電極補
助部として機能する。
【0074】そして、温度センサ内蔵カソードカップ5
1の中心部から距離d1離れた位置に円周方向に沿って
穴部60が等間隔(90゜間隔)で4個形成される。穴
部60は温度センサ55が形成される円状の領域から半
径方向に矩形状に伸びて形成される。
1の中心部から距離d1離れた位置に円周方向に沿って
穴部60が等間隔(90゜間隔)で4個形成される。穴
部60は温度センサ55が形成される円状の領域から半
径方向に矩形状に伸びて形成される。
【0075】穴部60の上部領域60aはせいぜい配線
パターン56が形成可能なレベルの比較的狭い形成幅W
1で形成され、下部領域60bはラミネート基板53が
収納可能な比較的広い形成幅W2で形成される。また、
下部領域60bは実施の形態2の下部領域50b同様に
凹凸のないフラットなラミネート基板53との接着面を
有している。
パターン56が形成可能なレベルの比較的狭い形成幅W
1で形成され、下部領域60bはラミネート基板53が
収納可能な比較的広い形成幅W2で形成される。また、
下部領域60bは実施の形態2の下部領域50b同様に
凹凸のないフラットなラミネート基板53との接着面を
有している。
【0076】各ラミネート基板53は平面形状が温度セ
ンサ形成領域51aと同程度で少し小さい形状を呈して
おり、温度センサ内蔵カソードカップ51の裏面に接着
剤54によって周辺領域表面が接着されることにより、
穴部60の下部領域60b内に密着される。
ンサ形成領域51aと同程度で少し小さい形状を呈して
おり、温度センサ内蔵カソードカップ51の裏面に接着
剤54によって周辺領域表面が接着されることにより、
穴部60の下部領域60b内に密着される。
【0077】そして、温度センサ内蔵カソードカップ5
1の穴部59内に対応するラミネート基板53の表面上
に温度センサ取り付けパッド(図示せず)を介して温度
センサ55が設けられる。すなわち、各温度センサ55
は温度センサ内蔵カソードカップ51の中心部から距離
d1離れた位置に円周方向に沿って等間隔になるよう
に、ラミネート基板53上に配置される。
1の穴部59内に対応するラミネート基板53の表面上
に温度センサ取り付けパッド(図示せず)を介して温度
センサ55が設けられる。すなわち、各温度センサ55
は温度センサ内蔵カソードカップ51の中心部から距離
d1離れた位置に円周方向に沿って等間隔になるよう
に、ラミネート基板53上に配置される。
【0078】温度センサ取り付けパッドを介して温度セ
ンサ55に電気的に接続される各配線パターン56は、
穴部60の上部領域60aに対応するラミネート基板5
3の表面上にカップ51の半径方向に沿って設けられ
る。そして、各配線パターン56の端部にリード線接続
用端子58が設けられ、このリード線接続用端子58に
リード線57が電気的に接続される。
ンサ55に電気的に接続される各配線パターン56は、
穴部60の上部領域60aに対応するラミネート基板5
3の表面上にカップ51の半径方向に沿って設けられ
る。そして、各配線パターン56の端部にリード線接続
用端子58が設けられ、このリード線接続用端子58に
リード線57が電気的に接続される。
【0079】4本のリード線57より得られる4つの温
度検出信号を受信可能な駆動回路は、4つの温度検出信
号に基づきGTOサイリスタ20の温度を総合的に検出
することができる。
度検出信号を受信可能な駆動回路は、4つの温度検出信
号に基づきGTOサイリスタ20の温度を総合的に検出
することができる。
【0080】このような構成の実施の形態3の電力用半
導体装置は、実施の形態2同様、温度センサを内蔵した
温度センサ内蔵カソードカップ51をカソード電極23
上に当接配置することにより、GTOサイリスタ20の
素子温度を精度良く検出することができる。
導体装置は、実施の形態2同様、温度センサを内蔵した
温度センサ内蔵カソードカップ51をカソード電極23
上に当接配置することにより、GTOサイリスタ20の
素子温度を精度良く検出することができる。
【0081】この際、各ラミネート基板53及び温度セ
ンサ55は温度センサ内蔵カソードカップ51のカソー
ド電極23との接合面を越えないように設けられている
ため、温度センサ内蔵カソードカップ51とカソード電
極23との圧接に悪影響を与えることはなく、温度セン
サ内蔵カソードカップ51とカソード電極23との電気
的接触は確実に行える。
ンサ55は温度センサ内蔵カソードカップ51のカソー
ド電極23との接合面を越えないように設けられている
ため、温度センサ内蔵カソードカップ51とカソード電
極23との圧接に悪影響を与えることはなく、温度セン
サ内蔵カソードカップ51とカソード電極23との電気
的接触は確実に行える。
【0082】また、4個のラミネート基板53を温度セ
ンサ内蔵カソードカップ51の裏面に貼り付けて、各ラ
ミネート基板53上に温度センサ55を設けるという加
工処理は、冷却フィンに温度センサを取り付けるという
従来の加工に比べて比較的簡単に済ますことができる。
ンサ内蔵カソードカップ51の裏面に貼り付けて、各ラ
ミネート基板53上に温度センサ55を設けるという加
工処理は、冷却フィンに温度センサを取り付けるという
従来の加工に比べて比較的簡単に済ますことができる。
【0083】加えて、温度センサ55を温度センサ内蔵
カソードカップ41内に等間隔で4個配置することによ
り、各温度センサ55の検出温度を比較してGTOサイ
リスタ20全体に均等な圧接力が加わっているか否かを
検証することができる。
カソードカップ41内に等間隔で4個配置することによ
り、各温度センサ55の検出温度を比較してGTOサイ
リスタ20全体に均等な圧接力が加わっているか否かを
検証することができる。
【0084】例えば、均等の圧接力が加わっていない場
合、実動作時に圧接力の弱い部分の素子が熱暴走して破
壊してしまう問題が時々起こるが、実施の形態3の電力
用半導体装置では4箇所の温度センサ55による温度検
出により、素子温度が高い部分を前もって認識すること
により、圧接が不均一に行われている電力用半導体装置
を事前に発見して、上記問題を未然に防ぐことができ
る。
合、実動作時に圧接力の弱い部分の素子が熱暴走して破
壊してしまう問題が時々起こるが、実施の形態3の電力
用半導体装置では4箇所の温度センサ55による温度検
出により、素子温度が高い部分を前もって認識すること
により、圧接が不均一に行われている電力用半導体装置
を事前に発見して、上記問題を未然に防ぐことができ
る。
【0085】<実施の形態4>図7はこの発明の実施の
形態4である圧接型の電力用半導体装置におけるカソー
ドカップ構造を示す説明図であり、同図(a) が斜視図、
同図(b) が(a) のD−D断面図である。
形態4である圧接型の電力用半導体装置におけるカソー
ドカップ構造を示す説明図であり、同図(a) が斜視図、
同図(b) が(a) のD−D断面図である。
【0086】なお、GTOサイリスタ20自体の構造は
図3で示した構造と同様であり、温度センサ内蔵カソー
ドカップ61がカソード電極23上に当接して設けられ
る。
図3で示した構造と同様であり、温度センサ内蔵カソー
ドカップ61がカソード電極23上に当接して設けられ
る。
【0087】駆動回路の内部構成は、温度検出回路15
が不要になる点、温度センサ55より得られる温度検出
信号を受信可能にした点を除き、図1で示した駆動回路
5の構成と同様である。
が不要になる点、温度センサ55より得られる温度検出
信号を受信可能にした点を除き、図1で示した駆動回路
5の構成と同様である。
【0088】図7に示すように、カソードカップ61は
周辺部の一部にカソード端子62を有しており、電極補
助部として機能する。
周辺部の一部にカソード端子62を有しており、電極補
助部として機能する。
【0089】そして、温度センサ内蔵カソードカップ6
1の表面に、中心部から半径方向に伸びて矩形の温度セ
ンサ形成用溝64が形成され、温度センサ形成用溝64
の底面上に絶縁層63が蒸着される。
1の表面に、中心部から半径方向に伸びて矩形の温度セ
ンサ形成用溝64が形成され、温度センサ形成用溝64
の底面上に絶縁層63が蒸着される。
【0090】温度センサ内蔵カソードカップ61の中心
部に対応する絶縁層63上に温度センサ取り付けパッド
(図示せず)を介して温度センサ65が形成される。温
度センサ65は温度センサ内蔵カソードカップ61の表
面高さを越えないように設けられる。
部に対応する絶縁層63上に温度センサ取り付けパッド
(図示せず)を介して温度センサ65が形成される。温
度センサ65は温度センサ内蔵カソードカップ61の表
面高さを越えないように設けられる。
【0091】そして、温度センサ取り付けパッドを介し
て温度センサ65に電気的に接続される配線パターン6
6は、絶縁層63上に半径方向に沿って設けられる。そ
して、配線パターン66の端部に、実施の形態2,実施
の形態3と同様、リード線接続用端子(図示せず)が設
けられ、このリード線接続用端子にリード線(図示せ
ず)が電気的に接続される。なお、配線パターン66上
にさらに絶縁層を蒸着しても良い。
て温度センサ65に電気的に接続される配線パターン6
6は、絶縁層63上に半径方向に沿って設けられる。そ
して、配線パターン66の端部に、実施の形態2,実施
の形態3と同様、リード線接続用端子(図示せず)が設
けられ、このリード線接続用端子にリード線(図示せ
ず)が電気的に接続される。なお、配線パターン66上
にさらに絶縁層を蒸着しても良い。
【0092】リード線67より得られる温度検出信号を
受信可能な駆動回路は、温度検出信号に基づきGTOサ
イリスタ20の温度を検出することができる。
受信可能な駆動回路は、温度検出信号に基づきGTOサ
イリスタ20の温度を検出することができる。
【0093】このような構成の実施の形態4の電力用半
導体装置は、実施の形態2及び実施の形態3同様、温度
センサを内蔵した温度センサ内蔵カソードカップ61を
用いて構成することにより、GTOサイリスタ20の素
子温度を精度良く検出することができる。
導体装置は、実施の形態2及び実施の形態3同様、温度
センサを内蔵した温度センサ内蔵カソードカップ61を
用いて構成することにより、GTOサイリスタ20の素
子温度を精度良く検出することができる。
【0094】この際、温度センサ65は温度センサ内蔵
カソードカップ61の表面高さを越えないよう温度セン
サ形成用溝64内に設けられるため、温度センサ内蔵カ
ソードカップ61の圧接に何ら悪影響を与えない。
カソードカップ61の表面高さを越えないよう温度セン
サ形成用溝64内に設けられるため、温度センサ内蔵カ
ソードカップ61の圧接に何ら悪影響を与えない。
【0095】また、温度センサ形成用溝64内に絶縁層
63及び温度センサ65を設けるという加工処理は、冷
却フィンに温度センサを取り付けるという従来の加工に
比べて比較的簡単に済ますことができる。さらに、実施
の形態2及び実施の形態3のように、ラミネート基板4
3及び53を温度センサ内蔵カソードカップ41及び5
3に接着する必要がない分、実施の形態2及び実施の形
態3より加工処理を簡単に済ますことができる。
63及び温度センサ65を設けるという加工処理は、冷
却フィンに温度センサを取り付けるという従来の加工に
比べて比較的簡単に済ますことができる。さらに、実施
の形態2及び実施の形態3のように、ラミネート基板4
3及び53を温度センサ内蔵カソードカップ41及び5
3に接着する必要がない分、実施の形態2及び実施の形
態3より加工処理を簡単に済ますことができる。
【0096】加えて、実施の形態2及び実施の形態3の
ように、温度センサ内蔵カソードカップ41及び51に
穴部を設ける必要がないため、温度センサ内蔵カソード
カップ61による熱伝導性は温度センサ内蔵カソードカ
ップ41及び51に優る分、検出温度の精度向上を図る
ことができる。
ように、温度センサ内蔵カソードカップ41及び51に
穴部を設ける必要がないため、温度センサ内蔵カソード
カップ61による熱伝導性は温度センサ内蔵カソードカ
ップ41及び51に優る分、検出温度の精度向上を図る
ことができる。
【0097】<実施の形態5>図8はこの発明の実施の
形態5である圧接型の電力用半導体装置における装置構
造を示す説明図であり、同図(a) が斜視図、同図(b) が
(a) のE−E断面図である。ただし、同図(b) では絶縁
筒24の内部断面のサイリスタ構造等の図示は省略して
いる。
形態5である圧接型の電力用半導体装置における装置構
造を示す説明図であり、同図(a) が斜視図、同図(b) が
(a) のE−E断面図である。ただし、同図(b) では絶縁
筒24の内部断面のサイリスタ構造等の図示は省略して
いる。
【0098】なお、駆動回路の内部構成は、温度検出回
路15が不要になる点、温度センサ55より得られる温
度検出信号を受信可能にした点を除き、図1で示した駆
動回路5の構成と同様である。
路15が不要になる点、温度センサ55より得られる温
度検出信号を受信可能にした点を除き、図1で示した駆
動回路5の構成と同様である。
【0099】図8に示すように、実施の形態5の温度セ
ンサ内蔵GTO70のカソード電極23におけるのカソ
ード電極突出領域23aの周辺領域23bの一部上に、
絶縁層73及び温度センサ取り付けパッド(図示せず)
を介して温度センサ75が形成される。温度センサ75
はカソード電極突出領域23aの形成高さを越えないよ
うに設けられる。
ンサ内蔵GTO70のカソード電極23におけるのカソ
ード電極突出領域23aの周辺領域23bの一部上に、
絶縁層73及び温度センサ取り付けパッド(図示せず)
を介して温度センサ75が形成される。温度センサ75
はカソード電極突出領域23aの形成高さを越えないよ
うに設けられる。
【0100】この温度センサ取り付けパッドを介して温
度センサ75に電気的に接続される配線パターン76が
絶縁層73上に設けられる。そして、配線パターン76
の端部に、実施の形態2〜実施の形態4と同様、リード
線接続用端子78が設けられ、このリード線接続用端子
78にリード線(図示せず)が電気的に接続される。
度センサ75に電気的に接続される配線パターン76が
絶縁層73上に設けられる。そして、配線パターン76
の端部に、実施の形態2〜実施の形態4と同様、リード
線接続用端子78が設けられ、このリード線接続用端子
78にリード線(図示せず)が電気的に接続される。
【0101】リード線(図示せず)より得られる温度検
出信号を受信可能な駆動回路は、温度検出信号に基づき
GTOサイリスタ20の温度を検出することができる。
なお、他の構成は図3の(b) で示したGTOサイリスタ
20の構成と同様である。
出信号を受信可能な駆動回路は、温度検出信号に基づき
GTOサイリスタ20の温度を検出することができる。
なお、他の構成は図3の(b) で示したGTOサイリスタ
20の構成と同様である。
【0102】このような構成の実施の形態5の電力用半
導体装置は、温度センサ75をカソード電極23の周辺
領域23bの表面上に設けることにより、GTOサイリ
スタ70の素子温度を精度良く検出することができる。
導体装置は、温度センサ75をカソード電極23の周辺
領域23bの表面上に設けることにより、GTOサイリ
スタ70の素子温度を精度良く検出することができる。
【0103】この際、温度センサ75はカソード電極突
出領域23aの表面高さを越えないように設けられるた
め、カソード電極23の圧接に何ら悪影響を与えない。
出領域23aの表面高さを越えないように設けられるた
め、カソード電極23の圧接に何ら悪影響を与えない。
【0104】また、周辺領域23bに絶縁層73及び温
度センサ75等を設けるという加工処理は、冷却フィン
に温度センサを取り付けるという従来の加工に比べて比
較的簡単に済ますことができる。
度センサ75等を設けるという加工処理は、冷却フィン
に温度センサを取り付けるという従来の加工に比べて比
較的簡単に済ますことができる。
【0105】加えて、実施の形態2〜実施の形態4のよ
うに、カソードカップとGTOサイリスタとの組合せ構
造ではなく、温度センサ内蔵GTO70単体で電力用半
導体装置を実現することにより、カソードカップを用い
ない従来通りの構造で電力用半導体装置を提供すること
ができる。
うに、カソードカップとGTOサイリスタとの組合せ構
造ではなく、温度センサ内蔵GTO70単体で電力用半
導体装置を実現することにより、カソードカップを用い
ない従来通りの構造で電力用半導体装置を提供すること
ができる。
【0106】<その他>なお、実施の形態2〜実施の形
態5では温度センサ(45,55,65,75)がサー
ミスタである場合を想定して、2本の配線パターン(4
6,56,66,76)を示したが、温度センサIC
等、他のセンサを用いてもよい。この際、配線パターン
の本数は温度センサによって変わるのは勿論である。
態5では温度センサ(45,55,65,75)がサー
ミスタである場合を想定して、2本の配線パターン(4
6,56,66,76)を示したが、温度センサIC
等、他のセンサを用いてもよい。この際、配線パターン
の本数は温度センサによって変わるのは勿論である。
【0107】なお、実施の形態2〜実施の形態4では、
温度センサ内蔵カソードカップ(41,51,61)が
設けられる対象がGTOサイリスタ20の場合について
説明したが、GTOサイリスタ20に代えて図4で示し
たGCTサイリスタ30と温度センサ内蔵カソードカッ
プ61とによって電力用半導体装置を構成しても、上述
と同様な効果を奏することは勿論である。また、実施の
形態5のGTOサイリスタ20に代えてGCTサイリス
タ30のカソード電極33の表面上に温度センサを設け
る構成も同様な効果を奏することは勿論である。
温度センサ内蔵カソードカップ(41,51,61)が
設けられる対象がGTOサイリスタ20の場合について
説明したが、GTOサイリスタ20に代えて図4で示し
たGCTサイリスタ30と温度センサ内蔵カソードカッ
プ61とによって電力用半導体装置を構成しても、上述
と同様な効果を奏することは勿論である。また、実施の
形態5のGTOサイリスタ20に代えてGCTサイリス
タ30のカソード電極33の表面上に温度センサを設け
る構成も同様な効果を奏することは勿論である。
【0108】
【発明の効果】以上説明したように、この発明における
請求項1記載の電力用半導体装置の電極補助部は温度検
出部を有し、温度検出部は電極補助部が主電極に圧接可
能に設けられため、冷却フィン等の装置以外の外部構成
部に温度検出部を別途取り付ける必要はなく、電極補助
部を主電極上に当接して設けるという比較的簡単な作業
を経ただけで半導体素子の温度検出を行うことができ
る。
請求項1記載の電力用半導体装置の電極補助部は温度検
出部を有し、温度検出部は電極補助部が主電極に圧接可
能に設けられため、冷却フィン等の装置以外の外部構成
部に温度検出部を別途取り付ける必要はなく、電極補助
部を主電極上に当接して設けるという比較的簡単な作業
を経ただけで半導体素子の温度検出を行うことができ
る。
【0109】加えて、温度検出部を内蔵する電極補助部
は主電極上に当接して設けられるため、温度検出部によ
って半導体素子の温度検出を高精度に行うことができ
る。
は主電極上に当接して設けられるため、温度検出部によ
って半導体素子の温度検出を高精度に行うことができ
る。
【0110】請求項2記載の電力用半導体装置の温度検
出部は主電極の略中心部に対応する領域に設けられるた
め、放熱されにくく温度上昇の最も高い領域である主電
極の略中心部の温度を検出することができる。
出部は主電極の略中心部に対応する領域に設けられるた
め、放熱されにくく温度上昇の最も高い領域である主電
極の略中心部の温度を検出することができる。
【0111】さらに、請求項3記載の電力用半導体装置
は、電極補助部における主電極との接合面側にその接合
面の高さを越えないように温度検出部を設けることによ
り、電極補助部の圧接に悪影響を与えることなく、主電
極の近傍に温度検出部を配置することができるため、半
導体素子の温度検出をより精度良く行うことができる。
は、電極補助部における主電極との接合面側にその接合
面の高さを越えないように温度検出部を設けることによ
り、電極補助部の圧接に悪影響を与えることなく、主電
極の近傍に温度検出部を配置することができるため、半
導体素子の温度検出をより精度良く行うことができる。
【0112】また、請求項4記載の電力用半導体装置に
おける温度検出部を電極補助部の表面の溝内にその表面
高さを越えることなく設けることにより、電極補助部の
圧接に悪影響を与えることなく比較的簡単に温度検出部
を電極補助部に内蔵することができる。
おける温度検出部を電極補助部の表面の溝内にその表面
高さを越えることなく設けることにより、電極補助部の
圧接に悪影響を与えることなく比較的簡単に温度検出部
を電極補助部に内蔵することができる。
【0113】請求項5記載の電力用半導体装置は複数の
温度検出部を電極補助部の円周方向に沿ってほぼ等間隔
に配置することにより、複数の温度検出部で検出される
複数の検出温度間のバラツキに基づく様々な状態を検出
することができる。例えば、主電極が半導体基板に圧接
される場合、複数の検出温度を参照することにより、主
電極の圧接が均一に行われているか否かを検出すること
ができる。
温度検出部を電極補助部の円周方向に沿ってほぼ等間隔
に配置することにより、複数の温度検出部で検出される
複数の検出温度間のバラツキに基づく様々な状態を検出
することができる。例えば、主電極が半導体基板に圧接
される場合、複数の検出温度を参照することにより、主
電極の圧接が均一に行われているか否かを検出すること
ができる。
【0114】請求項6記載の電力用半導体装置は、電極
補助部における主電極との接合面側に接合面の高さを越
えないように複数の温度検出部を設けることにより、電
極補助部の圧接に悪影響を与えることはない。
補助部における主電極との接合面側に接合面の高さを越
えないように複数の温度検出部を設けることにより、電
極補助部の圧接に悪影響を与えることはない。
【0115】請求項7記載の電力用半導体装置における
駆動回路は、半導体素子のPN接合部における電位差に
基づき半導体素子の温度を検出する温度検出回路を有す
ることにより、特別な温度検出機構を必要とすることな
い分、安価に半導体素子の温度を検出することができ
る。
駆動回路は、半導体素子のPN接合部における電位差に
基づき半導体素子の温度を検出する温度検出回路を有す
ることにより、特別な温度検出機構を必要とすることな
い分、安価に半導体素子の温度を検出することができ
る。
【0116】請求項8記載の電力用半導体装置における
温度検出部は、主電極の表面に主電極上における圧接が
可能に設けられるため、比較的簡単に温度検出部を設
け、かつ半導体素子の温度検出を精度良く行うことがで
きる。
温度検出部は、主電極の表面に主電極上における圧接が
可能に設けられるため、比較的簡単に温度検出部を設
け、かつ半導体素子の温度検出を精度良く行うことがで
きる。
【0117】請求項9記載の電力用半導体装置は、温度
検出部を第2の領域上に第1の領域の形成高さを越える
ことなく設けることにより、主電極の圧接に悪影響を与
えることはない。
検出部を第2の領域上に第1の領域の形成高さを越える
ことなく設けることにより、主電極の圧接に悪影響を与
えることはない。
【図1】 この発明の実施の形態1であるGTOサイリ
スタを内蔵する電力用半導体装置の回路構成を示すブロ
ック図である。
スタを内蔵する電力用半導体装置の回路構成を示すブロ
ック図である。
【図2】 実施の形態1におけるGTOサイリスタのゲ
ート電流の変化を示す波形図である。
ート電流の変化を示す波形図である。
【図3】 GTOサイリスタを半導体素子とした一般的
な電力用半導体装置の構成を示す説明図である。
な電力用半導体装置の構成を示す説明図である。
【図4】 GCTサイリスタを半導体素子とした一般的
な電力用半導体装置の構成を示す説明図である。
な電力用半導体装置の構成を示す説明図である。
【図5】 この発明の実施の形態2である電力用半導体
装置におけるカソードカップ構造を示す説明図である。
装置におけるカソードカップ構造を示す説明図である。
【図6】 この発明の実施の形態3である電力用半導体
装置におけるカソードカップ構造を示す説明図である。
装置におけるカソードカップ構造を示す説明図である。
【図7】 この発明の実施の形態4である電力用半導体
装置におけるカソードカップ構造を示す説明図である。
装置におけるカソードカップ構造を示す説明図である。
【図8】 この発明の実施の形態5である電力用半導体
装置における装置構造を示す説明図である。
装置における装置構造を示す説明図である。
【図9】 従来のサイリスタの温度検出装置の一例を示
す構成図である。
す構成図である。
1,20 GTOサイリスタ、5 駆動回路、30 G
CTサイリスタ、41,51,61 温度センサ内蔵カ
ソードカップ、43,53 ラミネート基板、45,5
5,65,75 温度センサ、70 温度センサ内蔵G
TO。
CTサイリスタ、41,51,61 温度センサ内蔵カ
ソードカップ、43,53 ラミネート基板、45,5
5,65,75 温度センサ、70 温度センサ内蔵G
TO。
Claims (9)
- 【請求項1】 半導体基板に作り込まれた半導体素子
と、 前記半導体基板の一方主面上に形成され、前記半導体素
子に電気的に接続される主電極と、 前記主電極上に当接して設けられた電極補助部とを備
え、 前記電極補助部は前記半導体素子の温度を検出する温度
検出部を有し、前記温度検出部は前記電極補助部が前記
主電極に圧接可能に設けられたことを特徴とする、電力
用半導体装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の電力用半導体装置であっ
て、 前記温度検出部は、前記主電極の略中心部に対応する領
域に設けられる温度検出部を含む、電力用半導体装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の電力用半導体装置であっ
て、 前記温度検出部は、前記電極補助部の前記主電極との接
合面側に、当該接合面の高さを越えないように設けられ
る温度検出部を含む、電力用半導体装置。 - 【請求項4】 請求項2記載の電力用半導体装置であっ
て、 前記電極補助部は表面に溝を有し、 前記温度検出部は前記溝内に、前記電極補助部の表面高
さを越えないように設けられる温度検出部を含む、電力
用半導体装置。 - 【請求項5】 請求項1記載の電力用半導体装置であっ
て、 前記電極補助部は、平面形状が円状の電極補助部を含
み、 前記温度検出部は複数の温度検出部を含み、 前記複数の温度検出部は前記電極補助部の中心から所定
距離に位置するよう円周方向に沿ってほぼ等間隔に配置
されたことを特徴とする、電力用半導体装置。 - 【請求項6】 請求項5記載の電力用半導体装置であっ
て、 前記複数の温度検出部は、前記電極補助部の前記主電極
との接合面側に、前記接合面の高さを越えないようにそ
れぞれ設けられる、電力用半導体装置。 - 【請求項7】 半導体素子と、 前記半導体素子に電気的に接続され、前記半導体素子の
動作を駆動する駆動回路とを備え、 前記半導体素子はPN接合部を有し、 前記駆動回路は、前記半導体素子の前記PN接合部にお
いて定電流が流れる時の電位差を検出し、当該電位差に
基づき前記半導体素子の温度を検出する温度検出回路を
有することを特徴とする、電力用半導体装置。 - 【請求項8】 半導体基板に作り込まれた半導体素子
と、 前記半導体基板の一方主面上に形成され、前記半導体素
子に電気的に接続される主電極と、 前記主電極の表面に設けられ、前記半導体素子の温度を
検出する温度検出部とを備え、前記温度検出部は前記主
電極上における圧接が可能に設けられたことを特徴とす
る、を備える電力用半導体装置。 - 【請求項9】 請求項8記載の電力用半導体装置であっ
て、 前記主電極は第1の領域と前記第1の領域より形成高さ
が低い第2の領域とを有し、 前記温度検出部は前記第2の領域上に、前記第1の領域
の形成高さを越えることなく設けられる、電力用半導体
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000383692A JP2002181631A (ja) | 2000-12-18 | 2000-12-18 | 電力用半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000383692A JP2002181631A (ja) | 2000-12-18 | 2000-12-18 | 電力用半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002181631A true JP2002181631A (ja) | 2002-06-26 |
Family
ID=18851308
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000383692A Pending JP2002181631A (ja) | 2000-12-18 | 2000-12-18 | 電力用半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002181631A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008093742A (ja) * | 2006-10-06 | 2008-04-24 | Nitta Haas Inc | 研磨状況モニタシステム |
CN103776553A (zh) * | 2014-02-17 | 2014-05-07 | 国家电网公司 | 变压器或电抗器油温检测及模拟装置 |
JP2014182086A (ja) * | 2013-03-21 | 2014-09-29 | Mitsubishi Materials Corp | 温度センサ |
-
2000
- 2000-12-18 JP JP2000383692A patent/JP2002181631A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008093742A (ja) * | 2006-10-06 | 2008-04-24 | Nitta Haas Inc | 研磨状況モニタシステム |
JP2014182086A (ja) * | 2013-03-21 | 2014-09-29 | Mitsubishi Materials Corp | 温度センサ |
CN103776553A (zh) * | 2014-02-17 | 2014-05-07 | 国家电网公司 | 变压器或电抗器油温检测及模拟装置 |
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