JP2002181631A - 電力用半導体装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【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。
8. 【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。
9. 【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。