JPH03209756A - 電力モジュール - Google Patents

電力モジュール

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JPH03209756A
JPH03209756A JP2312575A JP31257590A JPH03209756A JP H03209756 A JPH03209756 A JP H03209756A JP 2312575 A JP2312575 A JP 2312575A JP 31257590 A JP31257590 A JP 31257590A JP H03209756 A JPH03209756 A JP H03209756A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体デバイスの電力モジュールに関し、更
に詳しくは、駆動及び制御回路を内蔵した新規な絶縁ゲ
ート・バイポーラ・トランジスタ（”１ｎｓｕｌａｔｅ
ｄ　　ｇａｔｅ　　ｂｉｐｏｌａｒ　ｔｒａｎｓｉｓｔ
ｏｒ”以下ｒｌＧＢＴＪと略称する。）を備えた電力モ
ジュールに関するものである。
従来の技術 公知のように、半導体デバイスの電力モジュールは、一
般には、連続的な電源、モータ装置の制御装置、スイッ
チング電源及び高周波溶接機等のように高い電力を適用
する要素のための複数のダイのパッケージからなる。上
記電力モジュールは、半波ブリッジ、全波ブリッジ及び
並列接続等の予め定めた回路関係で接続したダイオード
、サイリスク、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ形電界効果トラン
ジスタ）、ダーリントン接続のトランジスタ・ダイ、あ
るいは、上記のダイの組合わせ等の２個又はそれ以上の
デバイス・ダイを備えている。上記ダイは、通常堅固な
ヒート・シンクに熱的に結合するが、電気的には該ヒー
ト・シンクと絶縁している。
また、上記電力モジュールでは、上記ダイ及びダイの結
線を閉鎖する絶縁ハウジングを備え、交流ターミナル、
直流ターミナル及び制御ターミナルのターミナル接続を
、該絶縁ハウジングの表面で行えるようにしている。
インターナショナル・レクチファイヤ−・コーポレーシ
ョン（本発明の出願人）のデータ・シートＮＯ，ＰＤ−
９，４５３Ｂには、典型的な電力モジュールが開示され
ており、該データ・シートでは、共通のハウジング内に
収容されると共に、堅固なヒート・シンクに対して良好
なターミナル関係で接続した２つの電力ＭＯＳＦＥＴを
備えた半波ブリッジ構造が示されている。上記データ・
シートは、１９８７年９月にインターナショナル・レク
チファイヤ−・コーポレーションが出版した“ＨＥＸＦ
ＥＴ電力ＭＯＳＦＥＴの設計者用マニュアル”の第４版
のＦ−３９ページからＦ−４４ページに掲載されている
。上記のようなデバイスの内部構造は、米国特許４，０
４７，１９７に示されている。
発明が解決しようとする課題 今日の電力モジュールでは、ハウジング内の電力デバイ
スから制御回路を絶縁するための外部駆動回路、外部絶
縁体、及び、出力電流において感知される障害電流や他
の電流状態に反応する電流制限及び電流ドリッピング回
路のように電力モジュール用に設計された適切な制御回
路が要求される。
そのため、相当数の外部回路が上記電力モジュールのユ
ーザーにより設計されたり、提供されたりしている。
また、特に、モータ駆動に適用する電力モジュールでは
、例えばバイポーラ・ダーリントン・トランジスタ・ダ
イの代わりに上記Ｉ　ＧＢＴダイを使用することが望ま
しい。しかしながら、モータ駆動に適用する場合には、
少なくとも１０から２０マイクロセカンドの短絡容量が
必要であるにも拘わらず、通常のＩＧＢＴの短絡容量は
、一般にわずか数マイクロセカンドしかない。
ＩＧＥＴの特徴は、他の装置の重要な特徴をほとんど犠
牲にすることなく、高い短絡能力を有するように変更す
ることができることにある。
課題を解決するための手段 従って、本発明は、伝導性のヒート・シンクと、それぞ
れオン、オフの切換を可能とする一対の主電力ターミナ
ルと一つの制御ターミナルを備え、上記伝導性のヒート
・シンクと熱的に伝導するように取付けた複数の電力半
導体ダイと、入力ターミナルと、少なくともそれぞれの
電力半導体ダイの主電力ターミナルの一つと制御ターミ
ナルの間に接続される出力ターミナルとを備える上記電
力半導体ダイ用の制御回路半導体デバイスと、絶縁入力
ターミナルと、上記それぞれの制御回路半導体デバイス
の入力ターミナルと接続する絶縁出力ターミナルを備え
た上記それぞれの制御回路半導体デバイス用の絶縁カッ
プラ・デバイスと、上記電力半導体ダイの選択した主電
力ターミナル間に接続すると共に該主電力ターミナルに
エネルギを供給される上記それぞれの制御回路半導体デ
バイス用の局部電力供給要素と、上記伝導性のヒート・
シンクに接続して、電力半導体ダイ、制御回路半導体デ
バイス、絶縁カップラ・デバイス、局部電力供給要素及
び、それらの相互接続を閉鎖する絶縁ハウジングと該絶
縁ハウジングの外部表面に固定されると共に、上記電力
半導体ダイの主電力ターミナルヘ電気的に接続した外部
電力接続ターミナルと、絶縁ハウジングの外部表面に固
定すると共に、上記絶縁カップラ・デバイスの絶縁入力
ターミナルヘ電気的に接続した外部制御ターミナルとか
らなる半導体デバイスの電力モジュールを提供するもの
である。
好適には、上記電力半導体ダイはそれぞれ上記一対の主
電力ターミナル間の電流とほぼ比例する出力電流を有す
る電流センサ・ターミナルを備え、上記制御回路半導体
デバイスはそれぞれ電流反応制御回路及び電流反応制御
ターミナルを備え、上記電力半導体ダイの電流センサ・
ターミナルをそれぞれの制御回路半導体デバイスの電流
反応制御回路へ結合している。
さらに、ダイ形状の複数の電力ダイオードを備え、該電
力ダイオードはそれぞれ上記ヒート・シンクに熱的に結
合すると共に、それぞれ上記電力半導体ダイの一つと並
列に接続して電力半導体ダイのフリーホイーリング・ダ
イオードとして作動する構成としてもよい。
上記局部電力供給要素としては、好適には、例えば、ツ
ェナダイオードを使用する。
上記外部電力接続ターミナルは、少なくとも、第１及び
第２の電力半導体ダイと接続する第１及び第２の直流タ
ーミナルと、それぞれ該第１及び第２の電力半導体ダイ
と接続する交流ターミナルを備え、少なくとも半波ブリ
ッジ構造を構成するようにしてもよい。
上記電力半導体ダイとしは、例えば、 〜ｌ０ＳＦＥＴ、　　夏ＧＢＴ、サイリスク、ダーリン
トン接続サイリスク及び電力トランジスタの内の一つを
使用する。
本発明の第１の特徴は、Ｉ　ＧＥＴデバイスは、例えば
、バイポーラ・デバイスが複雑な高電力駆動回路を必要
とするのと比較して、比較的簡単で低電力消費の駆動回
路により駆動することができることにある。本発明によ
れば、電流制限及び電流トリップの機能を有する統合さ
れた駆動回路を備えた個々の小形の半導体チップを電力
モジュールのハウジング内に収容している。外部から印
加される駆動信号の電気的絶縁は、上記電力モジュール
のハウジング内に収容可能な小形の光結合素子あるいは
絶縁トランスにより達成される。そのため、本発明に係
る電力モジュールのユーザーは、もはや補助の絶縁、駆
動用の回路の設計をする必要がなくなると共に、単に、
電力モジュールを駆動回路へ上記モジュールの電力ター
ミナルを接続して、上記モジュール絶縁入力ターミナル
を直接制御ロジックやマイクロプロフェッサに接続して
インターフェイスすればよい。その結果、電力モジュー
ルは、非常に堅固となり、過電流に対して自己防御する
ことができると共に、システム全体の信頼性が向上する
。
更に、本発明の特徴は、使用されるＩ　ＧＥＴチップが
、電流センサ機能を備えていることである。
そのため、マルチセル型のデバイスである電力ＭＯ９Ｆ
ＥＴは、セルの内の幾つかをセルの本体主要部から絶縁
することができる。
上記の電流センサ型の電力ＭＯ８ＦＥＴは、インターナ
ショナル・レクチファイヤ−・コーポレーションが１９
８７年９月に出版した上記ｒＨＥＸＦＥＴ電力ＭＯＳＦ
ＥＴ設計者用マニュアル」のｌ−１５１ページからｌ−
１５６ページに記載されたインターナショナル・レクチ
ファイヤ−・コーポレーションの出願番号９５９に記載
されている。
Ｉ　ＧＢＴは、電力ＭＯＳＦＥＴと同様のマルチセル型
であるが、デバイスを規定するマルチセル型の構造を含
むエピタキシャル形成層に対向して配置した伝導タイプ
のサブストレートを備えている。その結果、単に電流セ
ンセ型のＭＯＳＰＥＴを製造する際に使用する方法と同
じ方法によりＩＧＢＴデバイスの選択したセルを絶縁す
ることにより、センサ・ターミナルが有効となり、Ｉ　
ＧＢＴの主ターミナルを流れる総電流に対して直接に比
例する小電流を流す。市販されている電流センサ型のＩ
ＧＢＴデバイスとしては、ゼネラル・エレクトリック・
カンパニ（Ｇ　ｅｎｅｒａｌＥ　１ｅｃｔｏｒｉｃ　Ｃ
ｏｍｐａｎｙ）製のＯ８＋５２５タイプのデバイスがあ
る。センサ・ターミナルはメインのＩ　ＧＢＴダイと同
じパッケージに収容した駆動チップのモニタ回路に実質
的に接続している。上記のような電流調整機能を備えて
いるため、モータ駆動のような電力駆動に適用する場合
にわずか数マイクロセカンドの短絡容量しかないＩＧＢ
Ｔデバイスを使用することができると共に、故障状態が
生じた場合に過電流を感知すると直ちにゲートを調整す
ることにより上記ＩＧＢＴデバイスと負荷をダメージか
ら保護することができる。例えば、［ＧＢＴの限度のあ
る短絡容量について考慮することなく、Ｉ（１；ＢＴ駆
動モジュールを安全にモータ駆動に適用することができ
るように、ＩＧＩ３Ｔの内部電流を通常のピーク時の電
流の約２倍に制限することができる。
本発明の特徴及び利点は、添付した図面を参照とする下
記の本発明の詳細な説明により明らかになる。
寒廠剋 第１図及び第２図に示すように、典型的な電力モノュー
ル１０は相当の伝導性を有する基板１１を備え、該基板
１１はヒート・シンクにボルト止めできる。絶縁ハウジ
ング１２は、被覆していない半導体ダイや接点を収納し
、該半導体ダイや接点を上記基板１１に熱的に接続する
と共に、例えば半波ブリッジや全波ブリッジ等の予め定
めたバクーンで互いに接続している。例えば、第１図及
び第２図の絶縁ハウジング１２は、半波ブリッジ構造を
構成するのに適しており、直列に配置した互いに同じ接
合極性の２つの半導体チップを備え、該直列回路の外側
の端部がそれぞれ正及び負のターミナルを構成する一方
、２つの半導体チップの間の接続点が交流出力リードを
構成する。上記絶縁ハウジングｔ２の外１１電力接続タ
ーミナルは、ねじターミナルからなる交流ターミナル１
３、直流ターミナルを構成する正のターミナル１４、負
のターミナル１４からなり、内部あるいはダイと接続す
る。上記電力モジュール１１の交流ターミナル１３、正
のターミナル１４、負のターミナル１５に加え、絶縁ハ
ウジング１２の表面には、該絶縁ハウジング１２内のダ
イの制御電極、即ち、後述する絶縁カップラ・デバイス
の絶縁入力ターミナルと電気的に接続する外部制御ター
ミナル１６．１７．１８を備えている。
上記絶縁ハウジンング１２のパッケージはＪＥＤＥＣア
ウトラインＴｏ−２４ＯＡ（ＪＥＤＥＣ０ｕｔｌｉｎｅ
　ＴＯ−２４０ＡＡ）と同様の外形を有する。即ち、上
記絶縁パッケージ１２は、全長が約９２ミリメートル、
幅が約２０ミリメートル、高さが約３２ミリメートルで
ある。上記デバイスは抵抗が約２００ミリオームで出力
電圧が約５００ボルトで、出力電流か約２２アンペアで
ある。電流容量は、所望の数の電力ダイを互いに並列に
配置することにより、実質的に増加させることができる
。
後述するように、本発明では、Ｉ　ＧＢＴは比較的低い
駆動電力しか必要としないため、ＩＧＢＴ用の電流モニ
タ回路と光結合素子のチップ又は絶縁パルストランスを
備えた駆動チップは極めて小さく、そのため、第１図及
び第２図の絶縁ハウジング１２内に複数のＩ　ＧＥＴに
沿って上記駆動チップを備えることができる 第３図は、ＩＧＢＴの一部分を示し、該Ｉ　ＧＢＴの複
数のセルがどのようにして絶縁され電流センサ・ターミ
ナルを構成するかを示している。即ち、第３図のＴＧＢ
、Ｔは、Ｐタイプのサブストレート２０を備え、該サブ
ストレート２０上にＮ（−）エピタキシャル層２１を形
成したＮチャンネルＩＧＥＴである。多数の同一のセル
２２から２７は、それぞれソース領域を備えている。実
際には、一つのダイは約１／４インチ×ｌ／４インチの
面積のチップ上に上記のようセルを敗千備えている。使
用可能な実際のチップのサイズは、本発明の出願人によ
り市販されるＨＥＸＳサイズ・ＭＯ８ＦＥＴダイである
がＭＯＳＦＥＴの代わりにＩ　ＧＢＴを使用してもよい
。
ゲート・セグメント２８を備えたポリシリコン・ゲート
・セグメントは、頂上に通常のゲート酸化層を備えると
共に、Ｉ　ＧＥＴのオン、オフを制御する手段を備えて
いる。エミッタ接地（又はソース）電極２９は、ダイの
上側表面の大部分を被覆し、デバイスの種々のソース領
域に対して電気的に接続している。
第３図に示すように、公知の技術により、エミッタ接地
電極２９を絶縁して、該エミッタ接地電極２９からより
小さい絶縁セグメントを形成してセンサ電極３０とする
ことができる。第３図に示すように、センサ電極３０は
電流センサ・ターミナルＳに接続することができる一方
、図示のように、エミッタ接地電極２９の本体の大部分
は主電力ターミナルを構成するエミッタ・ターミナルＥ
及びターミナルＫに接続している。
作動時に、上記ＩＧ［３Ｔがオンすると、それぞれのセ
ルは、Ｉ　ＧＥＴの総電流の内それぞれの持分を流す。
結果的には、センサ電極３０とＰタイプ領域の底部に固
定した主電力ターミナルを構成するコレクタ電極Ｃとの
間１こ流れる電流は、エミッタ接地電極２９とコレクタ
電極Ｃとの間の主電流に対して一定の割合となる。
上記第３図に示すような電流センサ型のＩ　ＧＢＴは本
発明のＩ　ＧＢＴデバイスとして好適に使用される。
第４図は本発明の実施例の回路図を示し、該回路図では
、デバイスの主な要素を第４図中点線で概略的に示す絶
縁ハウジング１２内に収容している。
第４図に示す新規な半波ブリッジ・モジュール回路は、
電力半導体ダイとして２つのＩ　ＧＢＴ４０．４１を備
え、該ＩＧＢＴ、４０．４１はそれぞれ第３図において
述べたターミナルを備えている。該Ｉ　ＧＢＴ４０．４
１はそれぞれ絶縁ハウジング１２の正のターミナル１４
及び負のターミナル１５と接続し、これらの間の接続点
は交流ターミナル１３と接続している。また、デバイス
の電流定格を増加さ仕るために、所望の数のＩＧＢＴ４
０．４１を並列に接続して使用してもよい。
上記ＩＧＢＴ４０．４１には、電力ダイオードとしてそ
れぞれフリーホイーリング・ダイオード４２．４３を公
知の方法により並列に接続しており、該フリーホイーリ
ング・ダイオード４２．４３は、好適にはＩ　ＧＢＴと
実質的に同じ定格電圧及び電流定格を備えたファスト・
リカバリ・ダイオード（ｆｉｒｓｔ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ
　ｄｉｏｄｅ）を使用する。上記フリーホイーリング・
ダイオード４２．４３はダイ形状であり、Ｉ　ＧＢＴ４
０．４１を備えた第１図及び第２図に示すヒート・シン
クＩｔと熱的に結合すると共に支持されている。
ある種の出力電流状態に反応して、それぞれ上記ＩＧＢ
Ｔ４０．４１を駆動及び制御する集積回路からなり制御
回路半導体デバイスを構成する制御駆動チップ４４．４
５を備えている。上記駆動チップ４４．４５はそれぞれ
、非常に小さい集積回路の形態をとる共に、上記ＩＧＢ
Ｔ４０．４１に取付けるか、または、望むならば上記絶
縁ハウジング１２内に自由に懸架することができる。上
記駆動チップ４４．４５の駆動回路は１９８８年６月付
のシーン・ヤング（ｓｅａｎ　　ｙｏｕｎｇ）による出
願番号ＡＮ−９７８“ＨＥＸＦＥＴまたはＩＧＢＴ用の
高速、高電圧ＩＣ駆動要素”に開示された構造としても
よい。
上記駆動チップ４４．４５はそれぞれ、絶縁カップラ・
デバイスとして、通常の形態の光結合素子回路４６．４
７を備え、該光結合素子４６．４７の絶縁出力ターミナ
ルと駆動チップ４４．４５の入力ターミナルが接続して
いる。該光結合素子回路４６．４７はそれぞれ、それ自
体のハウジング内に配置されると共に上記絶縁ハウジン
グ１２内に収容されている。上記光結合素子回路４６．
４７の代わりに絶縁カップラ・デバイスとして小形の絶
縁パルストランスを使用してもよい。
第４図に示す外部制御ターミナル１６．１７．１８は、
上側のデバイス制御用の外部制御ターミナル１６がＩＧ
Ｂ’ｌ’４０に対応し、下側のデバイス制御用の外部制
御ターミナル１７がＩ　ＧＢＴ４１に対応し、さらに、
外部制御ターミナル１８はグランド・ターミナルである
。上記外部制御ターミナル１６及び１７はそれぞれ光結
合素子回路４６．４７のＬＥＤ（発光ダイオード）と接
続している。上記外部制御ターミナル１６．１７及び１
８は、それぞれユーザーの制御ロジック、マイクロプロ
フェッサ等と接続するようになっている。
上記したように、高い定格を得るために多数のＩ　ＧＢ
Ｔを並列に接続することができる。例えば、それぞれ１
／４ｘｌ／４インチの面積を有する６個のＩ　ＧＥＴを
並列に接続すると、５キロヘルツで、６００ボルト、１
５０から２００アンペアの電力を供給するように作動す
る。
駆動チップ４４．４５の制御電力は降下抵抗５０及びツ
ェナダイオード５１を備えた局部電力供給要素を構成す
る回路から得られる。上記降下抵抗５０は、並列に配列
したそれぞれのＩ　ＧＢＴ４０．４１に対して約１ワツ
トの定格を備えている。上記ツェナダイオード５０は、
上記−つのＩＧＢＴ４０．４１の代わりに並列に接続し
た６つの［ＧＢＴ４０を使用した場合、実際の散逸か０
．０３ワツトとすると定格のツェナ電圧か１８ボルトで
ある。また、好適な電流制御機能を有するように実質的
に改良された１９８９年５月１５日に出願された同時継
続出願シリアルＮｏ、０７／　３６６．６８９の「電力
ロスを低減する直列ＢＵＣＫコンバータ回路（“ＣＡＳ
ＣＡＤＥＤ　ＢＵＣＫ　Ｃ０ＮＶＥＲＴＥＲＣＩＲＣＵ
ＩＴ　ＶＩＴＨＲＥＤＵＣＥＤ　ＰＯＷＥＲＬｏｓｓ“
）Ｊ（ｌＲ９５５）に開示されたような局部電力供給要
素から得るようにしてもよい。
さらに、ブーツ・ストラップ回路を構成するコンデンサ
６０及びダイオード６１を備え、該コンデンサ６０は３
０ボルトにおいて、ｌから１０マイクロフアラデーの静
電容量を有している。下側のＩ　ＧＢＴ４１は同じく３
０ボルトでＩＯマイクロファラデーの静電容量を宵する
コンデンサ６２を備えている。
上記ブーツ・ストラップ回路は下記のように作動する。
ＩＧＢＴ４１がオンとなると、ブーツ・ストラップ回路
のコンデンサ６０は、ツェナダイオード５１が生み出す
バイアス電圧によりブーツ・ストラップ回路のダイオー
ド６１を介して充電される。
ＩＧＢＴ４１がオフとなりＩＧＢＴ４１がオンとなり始
めると、ＩＧＢＴ４０の電圧源が立ち上がり、コンデン
サ６０の電圧がそれにつれて上昇し、逆電圧がブーツ・
ストラップのダイオード６１をバイアスし、ＩＧＢＴダ
イ４０の電圧源に対してフローティング・バイアス電源
を供給する。駆動チップ４４内の低電圧バッファ（図示
せず）がＩ　ＧＢＴ４０に対して使用されている。コン
デンサ６０はＧＢＴ４１の切換により定期的に再充電さ
れる。
上茜己Ｉ　ＧＢＴ４０．４１の接続方向は、それぞれセ
ンサ抵抗７０．７１に直列であり、６つの並列に接続し
たＩＧＢＴを備える場合１こは、センサ抵抗７０．７１
は、約０．２ワツトの定格を備え上記センサ抵抗７０．
７１を通る際の電圧の増大はそれぞれＩＧＩ３Ｔ４０．
４１を通る総パワーｆｆｉ流に関数的に関係し、該電流
に比例する信号がが駆動チップ４５．４５の電流反応制
御回路にフィードバックされる。典型的には、上記駆動
チップ４４．４５は２アンペアの出力の３０ボルトの駆
動チップである。上記駆動チップ４４．４５はそれぞれ
タイミング・コンデンサ８０．８１を備え、該タイミン
グ・コンデンサ８０．８１は３０ボルトで０．００１マ
イクロフアラデーの静電容量を有するデバイスである。
上記駆動チップ４４．４５はそれぞれＩ　ＧＢＴ４０．
４１のゲートＧと接続する出力ターミナルを備え、該Ｉ
ＧＢＴ４０．４１のオン、オフを制御する構成としてい
る。また、駆動チップ４４．４５は、センサ抵抗７０．
７１を通じて調整された信号に応答し電流反応制御回路
を構成する短絡電流制限回路及び電流トリップ回路を備
えている。上記短絡電流制限回路及び電流トリップ回路
は、回路設計者にとって公知の方法により、通常の使用
電流のピークの２倍を越えないように、センサ電流がこ
の値を越えようとした時にゲート信号を調整している。
また、上記短絡電流制限回路及び電流トリップは、電流
が長時間公称電流を越えた場合に、ｌＯから１５マイク
ロセカンド後に（この時間は、上記タイミング・コンデ
ンサ８０．８１によりセットする。）作動するようにセ
ットした内部電流トリップを備えている。
第５図に示す本発明の他の実施例は、電力モジュール内
の第４図の回路を収容するためのものであり、特に、該
電力モジュールの内部を示している。
電力モジュールの構成要素は、２つの隔たった平面上に
配置され、電力デバイス面１１０は高電力部品を備える
一方、制御回路平面１１１は低電力制御部品を備えてい
る。一つの矩形箱体１１２は底部が開口しており、絶縁
ハウジングの本体を構成している。上記絶縁ハウジング
の底部の両側には、−又は−以上の取付孔１１３．１１
４を設けている。
種々の制御構成要素を支持するプリント制御基板１１５
は、上記制御回路平面２１に配置され、駆動チップ４４
．４５及び光結合素子回路４６．４７等の制御構成要素
を支持し、個々の部品は、下方の電力制御回路と協働す
る。第４図のデバイス制御用の外部制御ターミナル１６
．１７及びグランド用の外部制御ターミナル１８は、第
５図に示すようにプリント制御基板１１５上の構成要素
から延在し、例えば、第５図のデバイス制御用の外部制
御ターミナル１６のように絶縁ハウジング１１２を貫通
して、プラグを差し込むタイプのタイプのターミナルを
構成する。
上記絶縁ハウジング１１２の底部の開口部は、銅製のヒ
ート・シンク１２０を備え、該ヒート・シンク１２０は
、上記開口部を完全に閉鎖するように固定している。上
記ヒート・シンク１２０は、２つの薄い銅製シート１２
１Ｓ　１２２と該銅製シート１２２に直接固着した絶縁
材料からなる層１２３を備えている。層１２４に直接数
けられた銅は、上記したように、種々の電力デバイス用
の絶縁電極を設けるためにパターンを設けることができ
る。例えば、Ｉ　ＧＢＴ４０．４１、フリーホイーリン
グ・ダイオード４２．４３、ツェナダイオード５１、ダ
イオード６１は、全部ダイ形状であり、後側面を上記し
た層１２４の絶縁伝導セグメントにはんだ付けしている
。上記のように電力デバイスの制御ターミナルは相互に
接続している。
図示していない複数のデバイスを図面に示した一つのデ
バイス毎に並行に接続して使用することもできる。
絶縁ハウジング１１２内への電力の伝導体（図示仕ず）
は該ハウジング１１２を介して外部ターミナル・ナツト
からなる外部電力接続ターミナルを構成する交流ターミ
ナル１３、正のターミナル１４及び負のターミナル１５
と接続している。ターミナル１３０．１３１及び１３２
及びそれぞれの押さえ棒１３３．１３４．１３５に上記
伝導体を接続することができる。
上記特定の実施例を基に本発明の詳細な説明したが、本
発明は種々の変形及び変更が可能であり当業者にとって
明らかな他の用途がある。例えば、上記電力半導体ダイ
は、上記ＩＧＥＴに限定されるものではなく、ＭＯＳＦ
ＥＴ、サイリスク、ダーリントン接続サイリスタ、電力
トランジスタ等を選択してもよい。即ち、本発明の技術
的範囲は上記実施例により限定されるものではなく、特
許請求の範囲により定まる。
【図面の簡単な説明】
第１図はＩＧＢＴとアイソレータや駆動装置を内蔵する
本発明に係る電力モジュールのパッケージの外形を示す
正面図、第２図は第１図の電力モジュールの平面図、第
３図は電流センサ機能を有するＩＧＢＴ本体のセルから
絶縁した数個のセルを示す概略断面図、第４図は電流セ
ンサ装置を組込んだ本発明に係る電力モジュールの概略
回路図、第５図は第４図の回路用の電力モジュールの他
の実施例を示す部分断面図である。 １２・・・絶縁ハウジング、１３・・・交流ターミナル
、１４・・・正のターミナル（直流ターミナル）、１５
・・・負のターミナル（直流ターミナル）、１６．１７
．１８・・・外部制御ターミナル、４０．４１・・・Ｉ
ＧＢＴ（電力半導体ダイ）、４２４３・・・フリーホイ
ーリング・ダイオード（電力ダイオード）、 ４４．４５・・・駆動チップ （制御回路半導体デバイス）、 ４６．４７・・・光結合素子回路 （絶縁カップラ・デバイス）、 ５Ｉ・・・ツェナダイオード、 １２０・・・ヒート・シンク、 Ｓ・・・電流センサ・ターミナル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、伝導性のヒート・シンクと、 それぞれオン、オフの切換を可能とする一対の主電力タ
    ーミナルと一つの制御ターミナルを備え、上記伝導性の
    ヒート・シンクと熱的に伝導するように取付けた複数の
    電力半導体ダイと、 入力ターミナルと、少なくともそれぞれの電力半導体ダ
    イの主電力ターミナルの一つと制御ターミナルの間に接
    続される出力ターミナルとを備える上記電力半導体ダイ
    用の制御回路半導体デバイスと、 絶縁入力ターミナルと、上記それぞれの制御回路半導体
    デバイスの入力ターミナルと接続する絶縁出力ターミナ
    ルを備えた上記それぞれの制御回路半導体デバイス用の
    絶縁カップラ・デバイスと、上記電力半導体ダイの選択
    した主電力ターミナル間に接続すると共に該主電力ター
    ミナルにエネルギを供給される上記それぞれの制御回路
    半導体デバイス用の局部電力供給要素と、 上記伝導性のヒート・シンクに接続して、電力半導体ダ
    イ、制御回路半導体デバイス、絶縁カップラ・デバイス
    、局部電力供給要素及びそれらの相互接続を閉鎖する絶
    縁ハウジングと、 該絶縁ハウジングの外部表面に固定されると共に、上記
    電力半導体ダイの主電力ターミナルへ電気的に接続した
    外部電力接続ターミナルと、絶縁ハウジングの外部表面
    に固定すると共に、上記絶縁カップラ・デバイスの絶縁
    入力ターミナルヘ電気的に接続した外部制御ターミナル
    とからなる半導体デバイスの電力モジュール。 ２、上記電力半導体ダイはそれぞれ上記一対の主電力タ
    ーミナル間の電流とほぼ比例する出力電流を有する電流
    センサ・ターミナルを備え、上記制御回路半導体デバイ
    スはそれぞれ電流反応制御回路及び電流反応制御ターミ
    ナルを備え、上記電力半導体デバイスの電流センサ・タ
    ーミナルをそれぞれの制御回路半導体ダイの電流反応制
    御回路へ結合している請求項１に記載の電力モジュール
    。 ３、上記電力半導体ダイはそれぞれＩＧＢＴである請求
    項２に記載の電力モジュール。 ４、ダイ形状の複数の電力ダイオードを備え、該電力ダ
    イオードはそれぞれ上記ヒート・シンクに熱的に結合す
    ると共に、それぞれ上記電力半導体ダイの一つと並列に
    接続して電力半導体ダイのフリーホイーリング・ダイオ
    ードとして作動する請求項３記載の電力モジュール。 ５、上記局部電力供給要素はツェナダイオードを備える
    請求項１に記載の電力モジュール。 ６、上記局部電力供給要素はツェナダイオードを備える
    請求項２に記載の電力モジュール。 ７、上記局部電力供給要素はツェナダイオードを備える
    請求項３に記載の電力モジュール。 ８、上記局部電力供給要素はツェナダイオードを備える
    請求項４に記載の電力モジュール。 ９、上記外部電力接続ターミナルは、少なくとも、第１
    及び第２の電力半導体ダイと接続する第１及び第２の直
    流ターミナルと、それぞれ該第１及び第２の電力半導体
    ダイと接続する交流ターミナルを備え、少なくとも半波
    ブリッジ構造を構成する請求項１に記載の電力モジュー
    ル。 １０、上記外部電力接続ターミナルは、少なくとも、第
    １及び第２の電力半導体ダイと接続する第１及び第２の
    直流ターミナルと、それぞれ該第１及び第２の電力半導
    体ダイと接続する交流ターミナルを備え、少なくとも半
    波ブリッジ構造を構成する請求項２に記載の電力モジュ
    ール。 １１、上記外部電力接続ターミナルは、少なくとも、第
    １及び第２の電力半導体ダイと接続する第１及び第２の
    直流ターミナルと、それぞれ該第１及び第２の電力半導
    体ダイと接続する交流ターミナルを備え、少なくとも半
    波ブリッジ構造を構成する請求項３に記載の電力モジュ
    ール。 １２、上記外部電力接続ターミナルは、少なくとも、第
    １及び第２の電力半導体ダイと接続する第１及び第２の
    直流ターミナルと、それぞれ該第１及び第２の電力半導
    体ダイと接続する交流ターミナルを備え、少なくとも半
    波ブリッジ構造を構成する請求項４に記載の電力モジュ
    ール。 １３、上記外部電力接続ターミナルは、少なくとも、第
    １及び第２の電力半導体ダイと接続する第１及び第２の
    直流ターミナルと、それぞれ該第１及び第２の電力半導
    体ダイと接続する交流ターミナルを備え、少なくとも半
    波ブリッジ構造を構成する請求項６に記載の電力モジュ
    ール。 １４、上記外部電力接続ターミナルは、少なくとも、第
    １及び第２の電力半導体ダイと接続する第１及び第２の
    直流ターミナルと、それぞれ該第１及び第２の電力半導
    体ダイと接続する交流ターミナルを備え、少なくとも半
    波ブリッジ構造を構成する請求項８に記載の電力モジュ
    ール。 １５、上記電力半導体ダイは、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ
    、サイリスタ、ダーリントン接続サイリスタ及び電力ト
    ランジスタの内の一つを選択したものである請求項１に
    記載の電力モジュール。 １６、上記電力半導体ダイは、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ
    、サイリスタ、ダーリントン接続サイリスタ及び電力ト
    ランジスタの内の一つを選択したものである請求項５に
    記載の電力モジュール。 １７、上記電力半導体ダイは、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ
    、サイリスタ、ダーリントン接続サイリスタ及び電力ト
    ランジスタの内の一つを選択したものである請求項９に
    記載の電力モジュール。
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