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
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
した電力用半導体モジュールに関するものである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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回路図。
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。
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