JP2003188336A - サーミスタ内蔵電力用半導体モジュール - Google Patents
サーミスタ内蔵電力用半導体モジュールInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のＩＧＢＴやＦＥＴの電力用半導体チッ
プを複数個，銅回路に固着してインバータ等を構成した
電力用半導体モジュールに於いては，通電電流が大きく
なると半導体チップの温度が高くなる。チップ温度が高
くなるとスイッチング損失が大きくなり，益々温度が高
くなる欠点があった。温度が高くなってもスイッチング
損失が大きくならないように改良することが課題であっ
た。 【解決手段】 銅回路上の電力用半導体チップに近い位
置にサーミスタを配置してゲートに電気接続して形成す
ることによって，温度が高くなればゲート抵抗値が小さ
くなる方向に回路を構成した。温度が高くなってゲート
抵抗値が小さくなればスイッチング損失が小さくなるの
で従来の欠点を排除した。
プを複数個，銅回路に固着してインバータ等を構成した
電力用半導体モジュールに於いては，通電電流が大きく
なると半導体チップの温度が高くなる。チップ温度が高
くなるとスイッチング損失が大きくなり，益々温度が高
くなる欠点があった。温度が高くなってもスイッチング
損失が大きくならないように改良することが課題であっ
た。 【解決手段】 銅回路上の電力用半導体チップに近い位
置にサーミスタを配置してゲートに電気接続して形成す
ることによって，温度が高くなればゲート抵抗値が小さ
くなる方向に回路を構成した。温度が高くなってゲート
抵抗値が小さくなればスイッチング損失が小さくなるの
で従来の欠点を排除した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，サーミスタを内蔵
した電力用半導体モジュールに関するものである。
した電力用半導体モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＩＧＢＴまたはＦＥＴの電力用半導体チ
ップを複数個，銅回路に固着して電気回路たとえばイン
バータを形成し，放熱用金属ベース下面及び端子金具の
先端を除く全体を樹脂モールドした電力用半導体モジュ
ールでは，通電する電流が大きくなりＩＧＢＴ又はＦＥ
Ｔの温度が高くなるほどスイッチング損失が大きくなっ
て，この損失が熱となって益々高温になり遂に半導体チ
ップを焼損することがあった。このため上記半導体チッ
プに通電する電流が制限値を越えるときはこれを検出す
るための電流検出手段と電流を停止する為の電流遮断手
段を必要とした。使用環境の温度が高い場合には，負荷
電流の変化が起こったとき使用中突然に電流が停止する
事態も発生した。
ップを複数個，銅回路に固着して電気回路たとえばイン
バータを形成し，放熱用金属ベース下面及び端子金具の
先端を除く全体を樹脂モールドした電力用半導体モジュ
ールでは，通電する電流が大きくなりＩＧＢＴ又はＦＥ
Ｔの温度が高くなるほどスイッチング損失が大きくなっ
て，この損失が熱となって益々高温になり遂に半導体チ
ップを焼損することがあった。このため上記半導体チッ
プに通電する電流が制限値を越えるときはこれを検出す
るための電流検出手段と電流を停止する為の電流遮断手
段を必要とした。使用環境の温度が高い場合には，負荷
電流の変化が起こったとき使用中突然に電流が停止する
事態も発生した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなＩＧＢＴ
又はＦＥＴなど半導体チップの温度が高くなるほどスイ
ッチング損失が大きくなって，遂に半導体チップを焼損
する従来の欠点を排除し，温度が高くなっても，これに
伴ってスイッチング損失が大きくならない電力用半導体
モジュールに改良することが本発明の目的である。
又はＦＥＴなど半導体チップの温度が高くなるほどスイ
ッチング損失が大きくなって，遂に半導体チップを焼損
する従来の欠点を排除し，温度が高くなっても，これに
伴ってスイッチング損失が大きくならない電力用半導体
モジュールに改良することが本発明の目的である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め，半導体チップの接合温度とスイッチング損失の関係
を究明した。一方でＩＧＢＴまたはＦＥＴのゲート抵抗
値とスイッチング損失の関係を究明し，スイッチング損
失はゲート抵抗値の減少と共に小さくなる特性を見出し
たので，この特性を応用して以下に述べる構成とした。
金属ベース上面に絶縁層を介して銅回路を形成し,該銅
回路上に複数個のＩＧＢＴ又はＦＥＴなどの電力用半導
体チップを固着して，インバータ等の電気回路を形成し
た電力用半導体モジュールに於いて，電気回路を構成す
る要素である複数のＩＧＢＴまたはＦＥＴのゲートに直
列にサーミスタを接続し，該サーミスタはＩＧＢＴまた
はＦＥＴの電力用半導体チップの近傍に配置して該半導
体チップの温度と略同等になるようにした。該半導体チ
ップのゲートに該サーミスタが直列に接続されて制御端
子金具に接続されて外部に導出される。該半導体チップ
の電力を外部へ接続するための電力端子金具を具備し，
銅回路と該半導体チップとサーミスタ及び，電力端子金
具と制御端子金具の先端を除く部分とを覆う充填材によ
って充填され，上記金属ベースの下面を露出して電力用
半導体モジュールが形成される。
め，半導体チップの接合温度とスイッチング損失の関係
を究明した。一方でＩＧＢＴまたはＦＥＴのゲート抵抗
値とスイッチング損失の関係を究明し，スイッチング損
失はゲート抵抗値の減少と共に小さくなる特性を見出し
たので，この特性を応用して以下に述べる構成とした。
金属ベース上面に絶縁層を介して銅回路を形成し,該銅
回路上に複数個のＩＧＢＴ又はＦＥＴなどの電力用半導
体チップを固着して，インバータ等の電気回路を形成し
た電力用半導体モジュールに於いて，電気回路を構成す
る要素である複数のＩＧＢＴまたはＦＥＴのゲートに直
列にサーミスタを接続し，該サーミスタはＩＧＢＴまた
はＦＥＴの電力用半導体チップの近傍に配置して該半導
体チップの温度と略同等になるようにした。該半導体チ
ップのゲートに該サーミスタが直列に接続されて制御端
子金具に接続されて外部に導出される。該半導体チップ
の電力を外部へ接続するための電力端子金具を具備し，
銅回路と該半導体チップとサーミスタ及び，電力端子金
具と制御端子金具の先端を除く部分とを覆う充填材によ
って充填され，上記金属ベースの下面を露出して電力用
半導体モジュールが形成される。
【０００５】上記半導体チップの近傍にサーミスタを配
置し，該半導体チップのゲートに該サーミスタを直列接
続して該サーミスタに直列に抵抗器を接続したり，更に
該サーミスタと直列抵抗を接続したものに並列に抵抗器
を接続して制御用端子に接続し導出されることも有効で
ある。
置し，該半導体チップのゲートに該サーミスタを直列接
続して該サーミスタに直列に抵抗器を接続したり，更に
該サーミスタと直列抵抗を接続したものに並列に抵抗器
を接続して制御用端子に接続し導出されることも有効で
ある。
【０００６】上記ＩＧＢＴ又はＦＥＴのゲートに直列に
サーミスタが接続されると温度が高くなるにつれて抵抗
値が小さくなるサーミスタの特性の影響を受けて，全合
成抵抗のゲート抵抗値は高温になればなるほど小さくな
る方向に作用する。従って上記のようにゲート抵抗が小
であるとき，スイッチング損失が小であるから，高温に
なるにつれてスイッチング損失が小さくなる。
サーミスタが接続されると温度が高くなるにつれて抵抗
値が小さくなるサーミスタの特性の影響を受けて，全合
成抵抗のゲート抵抗値は高温になればなるほど小さくな
る方向に作用する。従って上記のようにゲート抵抗が小
であるとき，スイッチング損失が小であるから，高温に
なるにつれてスイッチング損失が小さくなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明による実施の形態を図１と
図２によって説明する。図２おいて，５，６，７，８は
ＩＧＢＴまたはＦＥＴの電力用半導体素子で，電力用半
導体素子５と６は直列に接続され，電力用半導体素子７
と８は直列に接続されている。この電力用半導体素子の
直列回路は並列に接続されてインバータの機能を持つ電
気回路が構成されている。それぞれの電力用半導体素子
５，６，７，８のゲートには，直列にサーミスタ９が接
続され，このサーミスタ９と直列に抵抗１０が接続さ
れ，さらにサーミスタ９と抵抗１０との直列回路と並列
に抵抗１１が接続されて，電力用半導体素子のスイッチ
ング損失が大きくならないにしている。
図２によって説明する。図２おいて，５，６，７，８は
ＩＧＢＴまたはＦＥＴの電力用半導体素子で，電力用半
導体素子５と６は直列に接続され，電力用半導体素子７
と８は直列に接続されている。この電力用半導体素子の
直列回路は並列に接続されてインバータの機能を持つ電
気回路が構成されている。それぞれの電力用半導体素子
５，６，７，８のゲートには，直列にサーミスタ９が接
続され，このサーミスタ９と直列に抵抗１０が接続さ
れ，さらにサーミスタ９と抵抗１０との直列回路と並列
に抵抗１１が接続されて，電力用半導体素子のスイッチ
ング損失が大きくならないにしている。
【０００８】図１はインバータの機能を持つ電気回路を
構成した場合の電力用半導体モジュールの構造図を示
す。金属ベース１の表面に絶縁層２を介して銅回路３が
形成されている回路基板に電力用半導体チップ５，６，
７，８やサーミスタ９，抵抗器１０、１１などのチップ
部品が固着され，半導体チップ間は金属片１２で電気接
続されたり銅回路３で電気接続されている。サーミスタ
９は該半導体チップに近い位置の銅回路３に配置され，
半導体チップ温度に略同等になるように固着されてい
る。該半導体チップのゲートはボンディングワイヤ１５
で電気接続されて，抵抗器１０を介して制御端子金具１
３に接続されて導出される。抵抗器１０を省いて制御端
子金具１３に直接接続される場合も有効であり，抵抗器
１１がゲートと制御端子金具１３との中間に接続される
ことも有効である。金属ベース１の部品搭載側全体を図
示しない充填材で覆って電力用半導体モジュールが形成
される。充填材は例えばエポキシ樹脂などの充填用絶縁
物である。
構成した場合の電力用半導体モジュールの構造図を示
す。金属ベース１の表面に絶縁層２を介して銅回路３が
形成されている回路基板に電力用半導体チップ５，６，
７，８やサーミスタ９，抵抗器１０、１１などのチップ
部品が固着され，半導体チップ間は金属片１２で電気接
続されたり銅回路３で電気接続されている。サーミスタ
９は該半導体チップに近い位置の銅回路３に配置され，
半導体チップ温度に略同等になるように固着されてい
る。該半導体チップのゲートはボンディングワイヤ１５
で電気接続されて，抵抗器１０を介して制御端子金具１
３に接続されて導出される。抵抗器１０を省いて制御端
子金具１３に直接接続される場合も有効であり，抵抗器
１１がゲートと制御端子金具１３との中間に接続される
ことも有効である。金属ベース１の部品搭載側全体を図
示しない充填材で覆って電力用半導体モジュールが形成
される。充填材は例えばエポキシ樹脂などの充填用絶縁
物である。
【０００９】電力用半導体チップ５，６，７，８は銅回
路３にそれぞれ固着されていて該銅回路に接続された電
力端子金具１４によって外部に導出されている。制御端
子金具１３と電力用半導体チップ５，６，７，８のゲー
トの中間に接続されたサーミスタ９に直列接続の抵抗器
１０は抵抗値ゼロの場合もある，すなわちサーミスタ単
体で要求される抵抗値が得られる場合には抵抗器１０も
抵抗器１１も不要でありサーミスタ９から制御端子金具
に直接接続される銅回路を形成することも有効である。
以上に述べた実施例は基本回路に対してのみ図示してい
るが，半導体の保護回路部品を組み込んで一体化してし
まう場合や，交流を直流に整流する回路などの周辺回路
を構成する回路部品を組み込んで総合的な機能を持つ電
力用半導体モジュールとして形成されることも実施例の
範囲に含むものとする。
路３にそれぞれ固着されていて該銅回路に接続された電
力端子金具１４によって外部に導出されている。制御端
子金具１３と電力用半導体チップ５，６，７，８のゲー
トの中間に接続されたサーミスタ９に直列接続の抵抗器
１０は抵抗値ゼロの場合もある，すなわちサーミスタ単
体で要求される抵抗値が得られる場合には抵抗器１０も
抵抗器１１も不要でありサーミスタ９から制御端子金具
に直接接続される銅回路を形成することも有効である。
以上に述べた実施例は基本回路に対してのみ図示してい
るが，半導体の保護回路部品を組み込んで一体化してし
まう場合や，交流を直流に整流する回路などの周辺回路
を構成する回路部品を組み込んで総合的な機能を持つ電
力用半導体モジュールとして形成されることも実施例の
範囲に含むものとする。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば，ＩＧＢＴまたはＦＥＴ
など電力用半導体チップの温度が高くなるほどスイッチ
ング損失が大きくなって，益々高温になり遂に半導体チ
ップを焼損するという従来の欠点を排除することが出来
たので，電流検出手段や電流遮断手段を必要とした従来
の電力半導体モジュールより小型に形成することが可能
となり製作工数が低減出来たほか材料の削減により安価
に提供でき，そのうえ省資源，省エネルギーにも寄与で
きたので工業的価値が大きい。
など電力用半導体チップの温度が高くなるほどスイッチ
ング損失が大きくなって，益々高温になり遂に半導体チ
ップを焼損するという従来の欠点を排除することが出来
たので，電流検出手段や電流遮断手段を必要とした従来
の電力半導体モジュールより小型に形成することが可能
となり製作工数が低減出来たほか材料の削減により安価
に提供でき，そのうえ省資源，省エネルギーにも寄与で
きたので工業的価値が大きい。
【図１】 本発明による一実施形態を示すサーミスタ内
蔵電力用半導体モジュールの構造斜視図。
蔵電力用半導体モジュールの構造斜視図。
【図２】 本発明による一実施形態を示すサーミスタ内
蔵電力用半導体モジュールの回路図。
蔵電力用半導体モジュールの回路図。
１ 金属ベース
２ 絶縁層
３ 銅回路
４ 回路基板
５，６，７，８ 電力用半導体チップ
９ サーミスタ
１０，１１ 抵抗器
１２ 金属片
１３ 制御端子金具
１４ 電力端子金具
１５ ボンディングワイヤ
１６ 充填材
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 田中 成治
大阪府大阪市東淀川区西淡路３丁目１番56
号 株式会社三社電機製作所内
Ｆターム(参考） 5H740 BA11 BB01 BB05 MM08 PP03
Claims (2)
- 【請求項１】 金属ベースの上面に絶縁層を介して銅回
路を形成し該銅回路上に複数個のＩＧＢＴ又はＦＥＴの
電力用半導体チップを固着して，電気回路を構成し，該
電気回路の電力を外部へ接続するための電力端子金具を
具備し，銅回路と該電力用半導体チップ及び先端を除く
電力端子金具を覆う充填材によって充填され該電力端子
金具を導出するとともに上記金属ベースの下面を露出し
て充填され形成される電力用半導体モジュールにおい
て，上記電力用半導体チップの近傍にサーミスタを配置
し，該半導体チップのゲートに該サーミスタを直列接続
して制御用端子として導出されたことを特徴とするサー
ミスタ内蔵電力用半導体モジュール。 - 【請求項２】 上記半導体チップのゲートに対して直列
接続されているサーミスタに置き替えて，サーミスタに
直列抵抗を接続したものに並列抵抗を接続した合成抵抗
を接続する請求項１記載のサーミスタ内蔵電力用半導体
モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001383927A JP4024531B2 (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | サーミスタ内蔵電力用半導体モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001383927A JP4024531B2 (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | サーミスタ内蔵電力用半導体モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003188336A true JP2003188336A (ja) | 2003-07-04 |
| JP4024531B2 JP4024531B2 (ja) | 2007-12-19 |
Family
ID=27593795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001383927A Expired - Fee Related JP4024531B2 (ja) | 2001-12-18 | 2001-12-18 | サーミスタ内蔵電力用半導体モジュール |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP4024531B2 (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006041407A (ja) * | 2004-07-30 | 2006-02-09 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd | 半導体素子の温度検出方法及び電力変換装置 |
| JP2006191774A (ja) * | 2005-01-07 | 2006-07-20 | Toyota Motor Corp | パワー制御回路および車両 |
| JP2007259576A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Hitachi Ltd | スイッチング素子の駆動回路 |
| US8423317B2 (en) | 2004-03-05 | 2013-04-16 | Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. | Temperature detection method of semiconductor device and power conversion apparatus |
| US8420987B2 (en) | 2008-11-18 | 2013-04-16 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Thermistor with 3 terminals, thermistor-transistor, circuit for controlling heat of power transistor using the thermistor-transistor, and power system including the circuit |
| KR101312267B1 (ko) * | 2008-11-18 | 2013-09-25 | 한국전자통신연구원 | 3 단자 써미스터, 써미스터-트랜지스터, 그 써미스터-트랜지스터를 이용한 전력 트랜지스터 발열 제어회로 및 그 발열 제어회로를 포함한 전력 시스템 |
| JP2014057006A (ja) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置 |
| US8975663B2 (en) | 2012-09-13 | 2015-03-10 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
| EP2871776A1 (de) * | 2013-11-07 | 2015-05-13 | SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG | Leistungshalbleiterschaltung |
| US11239131B2 (en) | 2019-10-15 | 2022-02-01 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor module |
| US11309883B2 (en) | 2020-08-26 | 2022-04-19 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor module |
| US11380608B2 (en) | 2020-02-28 | 2022-07-05 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor module |
| DE102011007271B4 (de) | 2010-04-19 | 2022-08-11 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Feldeffekttransistor mit variablem Gate |
| US11863166B2 (en) | 2019-08-27 | 2024-01-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Power semiconductor module and power converter |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9917435B1 (en) | 2016-09-13 | 2018-03-13 | Ford Global Technologies, Llc | Piecewise temperature compensation for power switching devices |
| US10122357B2 (en) | 2016-11-14 | 2018-11-06 | Ford Global Technologies, Llc | Sensorless temperature compensation for power switching devices |
-
2001
- 2001-12-18 JP JP2001383927A patent/JP4024531B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| DE102011007271B4 (de) | 2010-04-19 | 2022-08-11 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Feldeffekttransistor mit variablem Gate |
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