JP2014033060A - 電力用半導体装置モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】外部端子をできる限り削減して、電力用半導体装置モジュールを小型化すると共に、配線インダクタンスを低減する。
【解決手段】第１の電位と第２の電位との間に直列に介挿され、それぞれ相補的に動作する第１のトランジスタおよび第２のトランジスタを有した複数のインバータを備え、それらがモジュール化された電力用半導体装置モジュールであって、複数のインバータのうち所定の１つのインバータにおいてのみ第１および第２のトランジスタの温度を検出する構成を有し、第１および第２のトランジスタの温度検出のための制御端子がモジュールの側面から突出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の電圧駆動型の半導体装置が搭載された電力用半導体装置モジュールに関する。
電力用半導体装置モジュールにおいて、搭載された半導体装置に接続する電気配線は、一般的に電気抵抗が小さく、安価な銅などが使用されており、電流通電時の発熱が半導体装置や電力用半導体装置モジュールを構成する部材の耐熱温度を越えないように電流密度が設計されている。
一方、電力用半導体装置モジュールは、年々、搭載される半導体装置の損失低減や冷却性能、絶縁性能の向上により小型化が進み、これに伴い、複数の半導体装置を内蔵する集積化や、過電流、過熱から半導体装置を保護する機能を内蔵したインテリジェント化も進んでいる。
このため、電力用半導体装置モジュールの外部端子数は大幅に増加し、主電流配線の小型化も限界に達しており、電力用半導体装置モジュールの小型化を進めるには無駄な空間をできる限り削減して電気配線を配置する必要がある。特に外部配線と接続する外部端子は、空気中に露出するため、絶縁物で覆われた電力用半導体装置モジュール内部の電気配線より絶縁距離を確保する必要があり、電力用半導体装置モジュールを小型化するためには、外部端子をできる限り削減すると共に、露出位置を十分考慮する必要がある。
集積化された電力用半導体装置モジュールの従来技術としては、例えば特許文献１の図１１に開示されるように、６個の半導体装置をモジュール化した６ｉｎ１構造の電力用半導体装置モジュールが挙げられる。
特開２０１１−２４９３６４号公報
特許文献１に示された電力用半導体装置モジュールでは、６個の半導体装置のそれぞれからボンディングワイヤを介して５本の制御端子が外部に引き出された構成を採っている。５本の制御端子は、一般的に、半導体装置の通電を制御するゲート端子、エミッタセンス端子、過電流から半導体装置を保護するための電流センス端子、過熱から半導体装置を保護するための温度センスダイオードのアノード端子およびカソード端子で構成されている。このため、特許文献１に示された電力用半導体装置モジュールでは制御端子数が多く、小型化することが困難であった。
また、直流高電圧側配線と、直流低電圧側配線とが離れた位置に配設されているため、配線インダクタンスが大きいという問題があった。
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、外部端子をできる限り削減して、電力用半導体装置モジュールを小型化すると共に、配線インダクタンスを低減することを目的とする。
本発明に係る電力用半導体装置モジュールの態様は、第１の電位と第２の電位との間に直列に介挿され、相補的に動作する第１のトランジスタおよび第２のトランジスタをそれぞれ有した複数のインバータを備え、それらがモジュール化された電力用半導体装置モジュールであって、前記複数のインバータのうち所定の１つにおいてのみ前記第１および第２のトランジスタの温度を検出する構成を有し、前記第１および第２のトランジスタの温度検出のための制御端子がモジュールの側面から突出することを特徴とする。
本発明に係る電力用半導体装置モジュールによれば、温度検出のための制御端子数を削減することができるので、電力用半導体装置モジュールを小型化できる。
本発明に係る実施の形態１の電力用半導体装置モジュールの構成を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態１の電力用半導体装置モジュールの構成を示す側面図である。 本発明に係る実施の形態１の電力用半導体装置モジュールの構成を示す回路図である。 本発明に係る実施の形態２の電力用半導体装置モジュールの構成を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態２の電力用半導体装置モジュールの構成を示す側面図である。 本発明に係る実施の形態２の電力用半導体装置モジュールの構成を示す回路図である。 本発明に係る実施の形態３の電力用半導体装置モジュールの構成を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態３の電力用半導体装置モジュールの構成を示す側面図である。 本発明に係る実施の形態４の電力用半導体装置モジュールの構成を示す平面図である。 本発明に係る実施の形態４の電力用半導体装置モジュールの構成を示す側面図である。
＜実施の形態１＞
図１は本発明に係る実施の形態１の電力用半導体装置モジュール１００の構成を示す平面図であり、図２は直流高電圧端子２側から見た側面図であり、何れもモールド樹脂８を省略して示している。また、図３は電力用半導体装置モジュール１００の構成を示す回路図である。
図３に示すように、電力用半導体装置モジュール１００は、温度検出機能を有するＩＧＢＴチップ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅおよび９ｆと、ＩＧＢＴチップ９ａ〜９ｆのそれぞれに逆並列に接続されたダイオードチップ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆとで構成される６組の半導体チップ群１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅおよび１１ｆを備えている。
半導体チップ群１１ａおよび１１ｂ、半導体チップ群１１ｃおよび１１ｄ、半導体チップ群１１ｅおよび１１ｆの組はそれぞれ直列接続され、それぞれの接続ノードに出力端子４、５、６が接続される構成となっている。
また、半導体チップ群１１ａ、１１ｃおよび１１ｅのそれぞれのＩＧＢＴチップ９ａ、９ｃおよび９ｅのコレクタ側（ダイオードチップ１０ａ、１０ｃおよび１０ｅのカソード側）は並列接続され、接続ノードに直流高電圧端子２が接続される構成となっている。
また、半導体チップ群１１ｂ、１１ｄおよび１１ｆのそれぞれのＩＧＢＴチップ９ｂ、９ｄおよび９ｆのエミッタ側（ダイオードチップ１０ｂ、１０ｄおよび１０ｆのアノード側）は並列接続され、接続ノードに直流低電圧端子３が接続される構成となっている。
ＩＧＢＴチップ９ａ〜９ｆには、それぞれ制御端子群７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅおよび７ｆが接続されている。
上記構成より、半導体チップ群１１ａと１１ｂは、直流高電圧端子２（第１の電位を与える）と直流低電圧端子３（第２の電位を与える）との間に直列に介挿され、相補的に動作するトランジスタと、フリーホイールダイオードとで構成される１つのインバータであると言える。
また、半導体チップ群１１ｃと１１ｄは、直流高電圧端子２と直流低電圧端子３との間に直列に介挿され、相補的に動作するトランジスタと、フリーホイールダイオードとで構成される１つのインバータであると言える。
また、半導体チップ群１１ｅと１１ｆは、直流高電圧端子２と直流低電圧端子３との間に直列に介挿され、相補的に動作するトランジスタと、フリーホイールダイオードとで構成される１つのインバータであると言える。
制御端子群７ａは、ＩＧＢＴチップ９ａを駆動させるためのゲート電圧を印加するゲート端子７１１、エミッタの出力を検出するエミッタセンス端子７１２およびＩＧＢＴチップ９ａの主電流を検出するための電流センス端子７１３を含んでいる。
制御端子群７ｂは、ＩＧＢＴチップ９ｂを駆動させるためのゲート電圧を印加するゲート端子７２１、エミッタの出力を検出するエミッタセンス端子７２２およびＩＧＢＴチップ９ｂの主電流を検出するための電流センス端子７２３を含んでいる。
制御端子群７ｃは、ＩＧＢＴチップ９ｃを駆動させるためのゲート電圧を印加するゲート端子７３１、エミッタの出力を検出するエミッタセンス端子７３２およびＩＧＢＴチップ９ｃの主電流を検出するための電流センス端子７３３、ＩＧＢＴチップ９ｃの温度を検出するための温度センスダイオード５１のアノード端子７３４およびカソード端子７３５を含んでいる。
制御端子群７ｄは、ＩＧＢＴチップ９ｄを駆動させるためのゲート電圧を印加するゲート端子７４１、エミッタの出力を検出するエミッタセンス端子７４２およびＩＧＢＴチップ９ｄの主電流を検出するための電流センス端子７４３、ＩＧＢＴチップ９ｄの温度を検出するための温度センスダイオード５２のアノード端子７４４およびカソード端子７４５を含んでいる。
なお、温度センスダイオード５１および５２は、それぞれＩＧＢＴチップ９ｃおよび９ｄの内部に設けられ、アノードパッドやカソードパッドのみがＩＧＢＴチップの上面に露出する構成となっている、なお、他のＩＧＢＴチップにも温度センスダイオードが内蔵されているが、後に説明するように他のＩＧＢＴチップでは温度センスダイオードを使用しないので、図３においては図示されていない。
制御端子群７ｅは、ＩＧＢＴチップ９ｅを駆動させるためのゲート電圧を印加するゲート端子７５１、エミッタの出力を検出するエミッタセンス端子７５２およびＩＧＢＴチップ９ｅの主電流を検出するための電流センス端子７５３を含んでいる。
制御端子群７ｆは、ＩＧＢＴチップ９ｆを駆動させるためのゲート電圧を印加するゲート端子７６１、エミッタの出力を検出するエミッタセンス端子７６２およびＩＧＢＴチップ９ｆの主電流を検出するための電流センス端子７６３を含んでいる。
図１および図２に示すように、ゲート端子７１１、７２１、７３１、７４１、７５１および７６１は、それぞれＩＧＢＴチップ９ａ〜９ｆのゲートパッド（図示せず）にアルミニウムなどのワイヤＷＲを介して電気的に接続され、エミッタセンス端子７１２、７２２、７３２、７４２、７５２および７６２は、それぞれＩＧＢＴチップ９ａ〜９ｆのエミッタ電極（図示せず）にアルミニウムなどのワイヤＷＲを介して電気的に接続されている。
また、電流センス端子７１３、７２３、７３３、７４３、７５３および７６３は、それぞれＩＧＢＴチップ９ａ〜９ｆの電流センスパッド（図示せず）にアルミニウムなどのワイヤＷＲを介して電気的に接続されている。
アノード端子７４４およびカソード端子７４５は、それぞれ温度センスダイオード５１のアノードパッド（図示せず）およびカソードパッド（図示せず）にアルミニウムなどのワイヤＷＲを介して電気的に接続され、アノード端子７５４およびカソード端子７５５は、それぞれ温度センスダイオード５２のアノードパッド（図示せず）およびカソードパッド（図示せず）にアルミニウムなどのワイヤＷＲを介して電気的に接続されている。
このように電力用半導体装置モジュール１００は、三相のインバータ回路として構成されると共に、過電流や過熱からＩＧＢＴチップを保護するために電流や温度を検出するための制御端子も備えている。
図１に示されるように高電圧側となるＩＧＢＴチップ９ａ、９ｃおよび９ｅと、ダイオードチップ１０ａ、１０ｃおよび１０ｅは、電極パターン１２ａ上に、ＩＧＢＴチップ９ａ、９ｃおよび９ｅの順に一列に配設され、また、これらに並列して、ダイオードチップ１０ａ、１０ｃおよび１０ｅが、この順に一列に配設されている。なお、ＩＧＢＴチップ９ａ、９ｃおよび９ｅは、電力用半導体装置モジュール１００の外側よりの位置に配列され、ダイオードチップ１０ａ、１０ｃおよび１０ｅは、電力用半導体装置モジュール１００の中央よりの位置に配列されている。
なお、図２に示されるように、ＩＧＢＴチップ９ｅおよびダイオードチップ１０ｅは、それぞれ半田層１４ａおよび１４ｂを介して電極パターン１２ａ上に搭載され、それはＩＧＢＴチップ９ａ、９ｃおよびダイオードチップ１０ａおよび１０ｃにおいても同じである。
また、低電圧側となるＩＧＢＴチップ９ｂおよびダイオードチップ１０ｂは、電極パターン１２ｂ上に並列して配設され、電極パターン１２ｂ上においてダイオードチップ１０ｂは電力用半導体装置モジュール１００の中央よりの位置に配列され、ＩＧＢＴチップ９ｂは外側よりの位置に配列されている。
低電圧側となるＩＧＢＴチップ９ｄおよびダイオードチップ１０ｄは、電極パターン１２ｃ上に並列して配設され、電極パターン１２ｃ上においてダイオードチップ１０ｄは電力用半導体装置モジュール１００の中央よりの位置に配列され、ＩＧＢＴチップ９ｄは外側よりの位置に配列されている。
低電圧側となるＩＧＢＴチップ９ｆおよびダイオードチップ１０ｆは、電極パターン１２ｄ上に並列して配設され、電極パターン１２ｄ上においてダイオードチップ１０ｆは電力用半導体装置モジュール１００の中央よりの位置に配列され、ＩＧＢＴチップ９ｆは外側よりの位置に配列されている。
なお、図２に示されるように、ＩＧＢＴチップ９ｆおよびダイオードチップ１０ｆは、それぞれ半田層１４ｃおよび１４ｄを介して電極パターン１２ｄ上に搭載されるが、搭載される電極パターンが変わるだけで、ＩＧＢＴチップ９ｂ、９ｄおよびダイオードチップ１０ｂおよび１０ｄにおいても同じである。
なお、電極パターン１２ａ〜１２ｄは、銅等の金属で構成され、フィラーが充填されたエポキシ樹脂やセラミック等で構成される絶縁基板１３上に配列され、電極パターン１２ｂ〜１２ｄは、電極パターン１２ａに隣り合うように電極パターン１２ｂ〜１２ｄの順に一列に配設されている。
以上のように、ＩＧＢＴチップ９ｃは、ＩＧＢＴチップ９ａと９ｅとの間に挟まれており、ＩＧＢＴ９ａおよび９ｅより冷却性が低く、電流通電による発熱でＩＧＢＴ９ａおよび９ｅより温度が上昇する可能性がある。同様に、ＩＧＢＴチップ９ｄは、ＩＧＢＴチップ９ｂと９ｆとの間に挟まれており、ＩＧＢＴチップ９ｄおよび９ｆより冷却性が低く、電流通電による発熱でＩＧＢＴチップ９ｄおよび９ｆより温度が上昇する可能性がある。
従って、ＩＧＢＴチップの過熱保護動作用として温度を監視する箇所は、温度が最も上昇する可能性のあるＩＧＢＴチップ９ｃおよび９ｄのみとしている。
出力端子４〜６の一方端と、ＩＧＢＴチップ９ａ、９ｃおよび９ｅのそれぞれの制御端子群７ａ、７ｃおよび７ｅの一方端は、平面視形状が矩形のモールド樹脂８の側面の１つから外部へ同方向に突出し、出力端子４と制御端子群７ａ、出力端子５と制御端子群７ｃおよび出力端子６と制御端子群７ｅは、それぞれ近接して外部に突出している。
なお、出力端子４は、ＩＧＢＴチップ９ａおよびダイオードチップ１０ａのそれぞれの上面のエミッタパッド（図示せず）およびアノードパッド（図示せず）にそれぞれ接続されると共に、他方端は電極パターン１２ｂに接続される構成となっている。
また、出力端子５は、ＩＧＢＴチップ９ｃおよびダイオードチップ１０ｃのそれぞれの上面のエミッタパッド（図示せず）およびアノードパッド（図示せず）に接続されると共に、他方端は電極パターン１２ｃに接続される構成となっている。
また、出力端子６は、ＩＧＢＴチップ９ｅおよびダイオードチップ１０ｅのそれぞれの上面のエミッタパッド（図示せず）およびアノードパッド（図示せず）に接続されると共に、他方端は電極パターン１２ｄに接続される構成となっている。
また、直流高電圧端子２は、電極パターン１２ａのダイオードチップ１０ｅに隣接する部分に一方端が接続され、他方端は出力端子４〜６および制御端子群７ａ、７ｃおよび７ｅが突出している方向とは反対側のモールド樹脂８の側面から外部へ突出している。
一方、直流低電圧端子３は、ＩＧＢＴチップ９ｂ、９ｄ、および９ｆのそれぞれの上面のエミッタパッド（図示せず）と、ダイオードチップ１０ｂ、１０ｄおよび１０ｆのそれぞれの上面のアノードパッド（図示せず）に共通に接続され、その一方端と、ＩＧＢＴチップ９ｂ、９ｄ、および９ｆのそれぞれの制御端子群７ｂ、７ｄおよび７ｆの一方端は、出力端子４〜６および制御端子群７ａ、７ｃおよび７ｅが突出している方向とは反対側の側面から外部へ同方向に突出している。なお、直流低電圧端子３は、制御端子群７ｆに隣接する位置から突出し、直流高電圧端子２の他方端は、制御端子群７ｆとは反対側において直流低電圧端子３と隣り合うように突出している。
以上説明した電力用半導体装置モジュール１００においては、ゲートパッド、電流センスパッド、温度センスダイオードのアノードパッド、カソードパッドおよびエミッタ電極間に印加される電圧は非常に小さく、最大でも１５〜２０Ｖ程度である。このため、これらに接続される制御端子群７ａ〜７ｆにおける制御端子間の絶縁距離は小さくでき、近接して配置することが可能である。
また、出力端子４はＩＧＢＴチップ９ａのエミッタ電極に相当し、出力端子５はＩＧＢＴチップ９ｃのエミッタ電極に相当し、出力端子６はＩＧＢＴチップ９ｅのエミッタ電極に相当する。このため、出力端子４とＩＧＢＴチップ９ａの制御端子群７ａ間、出力端子５とＩＧＢＴチップ９ｃの制御端子群７ｃ間、出力端子６とＩＧＢＴチップ９ｅの制御端子群９ｅ間に印加される電圧も非常に小さいため、絶縁距離を小さくでき、近接して配置することが可能である。
また、直流低電圧端子３は、ＩＧＢＴチップ９ｂ、９ｄおよび９ｆのエミッタ電極に相当するので、直流低電圧端子３とＩＧＢＴチップ９ｂ、９ｄおよび９ｆの制御端子群７ｂ、７ｄおよび７ｆ間に印加される電圧も非常に小さいため、絶縁距離を小さくでき、近接して配置することが可能である。また、制御端子群７ｂ、７ｄおよび７ｆ間に印加される電圧も非常に小さいため、絶縁距離を小さくでき、近接して配置することが可能である。
このように、温度が最も上昇する可能性のあるＩＧＢＴチップ９ｃおよび９ｄのみで、それぞれ温度センスダイオード５１および５２を使用し、温度センスダイオード５１にはアノード端子７３４およびカソード端子７３５を接続し、温度センスダイオード５２にはアノード端子７４４およびカソード端子７４５を接続する構成とすることで、温度制御を行うことが可能であり、かつ、制御端子数を削減して電力用半導体装置モジュール１００を小型化することができる。
また、直流高電圧端子２と直流低電圧端子３とが隣り合うように近接して外部に突出させることによって、直流高電圧端子２と直流低電圧端子３との間の配線インダクタンスを低減することができる。
＜実施の形態２＞
図４は本発明に係る実施の形態２の電力用半導体装置モジュール２００の構成を示す平面図であり、図５は直流高電圧端子２１側から見た側面図であり、何れもモールド樹脂２５を省略して示している。また、図６は電力用半導体装置モジュール２００の構成を示す回路図である。
図６に示すように、電力用半導体装置モジュール２００は、温度検出機能を有するＩＧＢＴチップ２６ａ、２６ｂ、２６ｃおよび２６ｄと、ＩＧＢＴチップ２６ａ〜２６ｄのそれぞれに逆並列に接続されたダイオードチップ２７ａ、２７ｂ、２７ｃおよび２７ｄとで構成される、４組の半導体チップ群２８ａ、２８ｂ、２８ｃおよび２８ｄを備えている。
半導体チップ群２８ａおよび２８ｂ、半導体チップ群２８ｃおよび２８ｄの組はそれぞれ並列接続されると共に、半導体チップ群２８ａおよび２８ｂの組と、半導体チップ群２８ｃおよび２８ｄの組は直列接続される。
この直列接続された接続ノードには出力端子２３が接続され、半導体チップ群２８ａおよび２８ｂのＩＧＢＴチップ２６ａおよび２６ｂのコレクタ側（ダイオードチップ２７ａおよび２７ｂのカソード側）の接続ノードには直流高電圧端子２１が接続される。
また、半導体チップ群２８ｃおよび２８ｄのＩＧＢＴチップ２６ｃおよび２６ｄのエミッタ側（ダイオードチップ２７ｃおよび２７ｄのアノード側）の接続ノードには直流低電圧端子２２が接続されている。
上記構成より、半導体チップ群２８ａと２８ｃは、直流高電圧端子２１（第１の電位を与える）と直流低電圧端子２２（第２の電位を与える）との間に直列に介挿され、相補的に動作するトランジスタと、フリーホイールダイオードとで構成される１つのインバータであると言え、半導体チップ群２８ｂと２８ｄは、直流高電圧端子２１と直流低電圧端子２２との間に直列に介挿され、相補的に動作するトランジスタと、フリーホイールダイオードとで構成される１つのインバータであると言える。
そして２つのインバータの出力端子が共通化され、半導体チップ群２８ａおよび２８ｂのＩＧＢＴチップ２６ａおよび２６ｂの組が共通して動作し、半導体チップ群２８ｃおよび２８ｄのＩＧＢＴチップ２６ｃおよび２６ｄの組が共通して動作し、ＩＧＢＴチップ２６ａおよび２６ｂの組と、ＩＧＢＴチップ２６ｃおよび２６ｄの組とが相補的に動作することでハーフブリッジ回路を構成する。
また、ＩＧＢＴチップ２６ａ〜２６ｄには、それぞれ制御端子群２４ａ、２４ｂ、２４ｃおよび２４ｄが接続される。
制御端子群２４ａは、ＩＧＢＴチップ２６ａを駆動させるためのゲート電圧を印加するゲート端子２４１１、エミッタの出力を検出するエミッタセンス端子２４１２およびＩＧＢＴチップ２６ａの主電流を検出するための電流センス端子２４１３、ＩＧＢＴチップ２６ａの温度を検出するための温度センスダイオード６１のアノード端子２４１４およびカソード端子２４１５を含んでいる。
制御端子群２４ｂは、ＩＧＢＴチップ２６ｂを駆動させるためのゲート電圧を印加するゲート端子２４２１、エミッタの出力を検出するエミッタセンス端子２４２２およびＩＧＢＴチップ２６ｂの主電流を検出するための電流センス端子２４２３を含んでいる。
制御端子群２４ｃは、ＩＧＢＴチップ２６ｃを駆動させるためのゲート電圧を印加するゲート端子２４３１、エミッタの出力を検出するエミッタセンス端子２４３２およびＩＧＢＴチップ２６ｃの主電流を検出するための電流センス端子２４３３、ＩＧＢＴチップ２６ｃの温度を検出するための温度センスダイオード６２のアノード端子２４３４およびカソード端子２４３５を含んでいる。
制御端子群２４ｄは、ＩＧＢＴチップ２６ｄを駆動させるためのゲート電圧を印加するゲート端子２４４１、エミッタの出力を検出するエミッタセンス端子２４４２およびＩＧＢＴチップ２６ｄの主電流を検出するための電流センス端子２４４３を含んでいる。
図４および図５に示すように、ゲート端子２４１１、２４２１、２４３１および２４４１は、それぞれＩＧＢＴチップ２６ａ〜２６ｄのゲートパッド（図示せず）にアルミニウムなどのワイヤＷＲを介して電気的に接続され、エミッタセンス端子２４１２、２４２２、２４３２および２４４２は、それぞれＩＧＢＴチップ２６ａ〜２６ｄのエミッタ電極（図示せず）にアルミニウムなどのワイヤＷＲを介して電気的に接続されている。
また、電流センス端子２４１３、２４２３、２４３３および２４４３は、それぞれＩＧＢＴチップ２６ａ〜２６ｄの電流センスパッド（図示せず）にアルミニウムなどのワイヤＷＲを介して電気的に接続されている。
アノード端子２４１４およびカソード端子２４１５は、それぞれ温度センスダイオード６１のアノードパッド（図示せず）およびカソードパッド（図示せず）にアルミニウムなどのワイヤＷＲを介して電気的に接続され、アノード端子２４３４およびカソード端子２４３５は、それぞれ温度センスダイオード６２のアノードパッド（図示せず）およびカソードパッド（図示せず）にアルミニウムなどのワイヤＷＲを介して電気的に接続されている。
このように電力用半導体装置モジュール２００は、半導体チップ群が２並列接続されたハーフブリッジ回路を構成し、過電流や過熱からＩＧＢＴチップを保護するために電流や温度を検出するための制御端子を備えている。
図４に示されるように高電圧側となるＩＧＢＴチップ２６ａ、２６ｂおよびダイオードチップ２７ａ、２７ｂは、電極パターン２９ａ上に、ＩＧＢＴチップ２６ａおよび２６ｂの順に一列に配設され、また、これらに並列して、ダイオードチップ２７ａおよび２７ｂが、この順に一列に配設されている。なお、直流高電圧端子２１は、電極パターン２９ａのダイオードチップ２７ｂに隣接する部分に一方端が接続され、電極パターン２９ｂのＩＧＢＴチップ２６ｄおよびダイオードチップ２７ｄ側の端縁部の上方を通って、他方端がモールド樹脂２５の側面から突出している。
なお、図５に示されるように、ＩＧＢＴチップ２６ｂおよびダイオードチップ２７ｂは、それぞれ半田層１４ａおよび１４ｂを介して電極パターン２９ａ上に搭載されるが、これはＩＧＢＴチップ２６ａおよびダイオードチップ２７ａにおいても同じである。
また、ＩＧＢＴチップ２６ｄおよびダイオードチップ２７ｄは、それぞれ半田層１４ｃおよび１４ｄを介して電極パターン２９ｂ上に搭載されるが、これはＩＧＢＴチップ２６ｃおよびダイオードチップ２７ｃにおいても同じである。
また、電極パターン２９ａおよび２９ｂは、銅等の金属で構成され、フィラーが充填されたエポキシ樹脂やセラミック等で構成される絶縁基板３３上に配列されている。
ＩＧＢＴチップ２６ａ、２６ｂ、ダイオードチップ２７ａ、２７ｂは、直流高電圧端子２１の電極パターン２９ａへの接続場所を確保するため、電極パターン２９ａの中心より上方向にずらした位置に接続される。このため、電極パターン２９ａ端部により近い位置に接続されたＩＧＢＴチップ２６ａは、ＩＧＢＴチップ２６ｂより冷却性が低下し、電流通電による発熱でＩＧＢＴチップ２６ａはＩＧＢＴチップ２６ｂより温度が上昇する可能性がある。これは、ＩＧＢＴチップ２６ａが電極パターン２９ａ端部に近い位置にあるため、伝熱面積が小さくなるためである。
また、低電圧側となるＩＧＢＴチップ２６ｃ、２６ｄおよびダイオードチップ２７ｃ、２７ｄは、電極パターン２９ａと並列して配設された電極パターン２９ｂ上に、ＩＧＢＴチップ２６ｃおよび２６ｄの順に一列に配設され、また、これらに並列して、ダイオードチップ２７ｃおよび２７ｄが、この順に一列に配設されている。
なお、ＩＧＢＴチップ２６ｃ、２６ｄ、ダイオードチップ２７ｃ、２７ｄも、直流高電圧端子２１の配設ルートを確保するため、電極パターン２９ｂの中心より上方向にずらした位置に接続される。このため、電極パターン２９ｂ端部により近い位置に接続されたＩＧＢＴチップ２６ｃは、ＩＧＢＴチップ２６ｄより冷却性が低下し、電流通電による発熱でＩＧＢＴチップ２６ｃはＩＧＢＴチップ２６ｄより温度が上昇する可能性がある。これは、ＩＧＢＴチップ２６ｃが電極パターン２９ｂ端部に近い位置にあるため、伝熱面積が小さくなるためである。
従って、ＩＧＢＴチップの過熱保護動作用として温度を監視する箇所は、温度が最も上昇する可能性のあるＩＧＢＴチップ２６ａおよび２６ｃのみとしている。
出力端子２３の一方端と、ＩＧＢＴチップ２６ａおよび２６ｂのそれぞれの制御端子群２４ａおよび２４ｂの一方端は、平面視形状が矩形のモールド樹脂２５の側面の１つから外部へ同方向に突出している。なお、出力端子２３と制御端子群２４ａおよび２４ｂは、近接して外部に突出している。
なお、出力端子２３は、ＩＧＢＴチップ２６ａ、２６ｂおよびダイオードチップ２７ａ、２７ｂのそれぞれの上面のエミッタパッド（図示せず）およびアノードパッド（図示せず）にそれぞれ共通に接続されると共に、他方端は電極パターン２９ｂに接続される構成となっている。
一方、直流低電圧端子２２は、一方端がＩＧＢＴチップ２６ｃ、２６ｄおよびダイオードチップ２７ｃ、２７ｄのそれぞれの上面のエミッタパッド（図示せず）およびアノードパッド（図示せず）にそれぞれ共通に接続されると共に、他方端は、ＩＧＢＴチップ２６ｃおよび２６ｄの制御端子群２４ｃおよび２４ｄと共に、出力端子２３、制御端子群２４ａおよび２４ｂが突出している方向とは反対側のモールド樹脂２５の側面から外部へ近接して同方向に突出している。
なお、直流低電圧端子２２は、制御端子群２４ｄに隣接する位置から突出し、直流高電圧端子２１の他方端は、制御端子群２４ｄとは反対側において直流低電圧端子２２と隣り合うように突出している。
以上説明した電力用半導体装置モジュール２００においては、温度が最も上昇する可能性のあるＩＧＢＴチップ２６ａおよび２６ｃのみで、それぞれ温度センスダイオード６１および６２を使用し、温度センスダイオード６１にはアノード端子２４１４およびカソード端子２４１５を接続し、温度センスダイオード６２にはアノード端子２３３４およびカソード端子２４３５を接続する構成とすることで、温度制御を行うことが可能であり、かつ、制御端子数を削減して電力用半導体装置モジュール２００を小型化することができる。
また、直流高電圧端子２１と直流低電圧端子２２とが隣り合うように近接して外部に突出させることによって、直流高電圧端子２１と直流低電圧端子２２との間の配線インダクタンスを低減することができる。
＜実施の形態３＞
図７は本発明に係る実施の形態３の電力用半導体装置モジュール３００の構成を示す平面図であり、図８は直流高電圧端子３１および直流低電圧端子３２側から見た側面図であり、何れもモールド樹脂８を省略して示している。
なお、電力用半導体装置モジュール３００は、実施の形態１の電力用半導体装置モジュール１００と回路構成は同じであり、三相のインバータ回路として構成されると共に、過電流や過熱からＩＧＢＴチップを保護するために電流や温度を検出するための制御端子を備えている。なお、図１および図２に示した電力用半導体装置モジュール１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図７に示すように電力用半導体装置モジュール３００においては、直流高電圧端子２および直流低電圧端子３の代わりに直流高電圧端子３１および直流低電圧端子３２が設けられ、直流高電圧端子３１および直流低電圧端子３２は、制御端子群７ａ〜７ｆがモールド樹脂８から外部へ突出している側面とは９０度異なる方向の側面から外部に突出する構成となっている。
すなわち、直流高電圧端子３１は、電極パターン１２ａのダイオードチップ１０ｅに隣接する部分に一方端が接続され、他方端が直近のモールド樹脂８の側面から突出している。また、直流低電圧端子３２は、その一方端が、直流高電圧端子３１と近接して隣り合うように、直流高電圧端子３１が突出するモールド樹脂８の側面から突出している。
一般的に、三相インバータ用の電力用半導体装置モジュールでは、直流高電圧端子と直流低電圧端子に直流電圧源が接続され、三相の出力端子に三相モータなどの負荷が接続される。このような構成により、ＩＧＢＴチップ９ａ〜９ｆとダイオードチップ１０ａ〜１０ｆのスイッチ動作（ＯＮ／ＯＦＦ動作）の繰り返しによって、負荷に三相の交流電流が供給される。
このスイッチ動作による電流の時間変化（ｄｉ／ｄｔ）によって、近傍の電気回路に電磁誘導による誘導起電力が発生する可能性があり、このような誘導起電力が、ＩＧＢＴチップのゲート駆動回路や温度センサなどの信号回路に重畳すると、安定したスイッチ動作や確実な保護動作に影響を与える可能性がある。
電力用半導体装置モジュール３００においては、直流高電圧端子３１および直流低電圧端子３２が、制御端子群７ａ〜７ｆがモールド樹脂８から外部へ突出している側面とは９０度異なる方向の側面から外部に突出しているので、直流高電圧端子３１と直流低電圧端子３２との間で発生する磁束は制御端子群７ａ〜７ｆに鎖交せず、電磁誘導を防止できる。
図７には、直流高電圧端子３１と直流低電圧端子３２の近傍で発生する磁界の方向を記号で示している。直流高電圧端子３１および直流低電圧端子３２のそれぞれに流れる電流（矢印で示す）は互いに逆の方向であるので、各電流により直流高電圧端子３１および直流低電圧端子３２のそれぞれの周囲に発生する磁界は、直流高電圧端子３１と直流低電圧端子３２との間およびその近傍にのみ存在し、充分遠方においては互いにキャンセルしあう。
このため、ＩＧＢＴチップのゲート駆動回路や温度センサ回路などに誘導起電力を発生させることなく、安定したＩＧＢＴチップの動作と保護動作を得ることができる。
＜実施の形態４＞
図９は本発明に係る実施の形態４の電力用半導体装置モジュール４００の構成を示す平面図であり、図１０は直流高電圧端子４１および直流低電圧端子４２側から見た側面図であり、何れもモールド樹脂２５を省略して示している。なお、電力用半導体装置モジュール４００は、実施の形態２の電力用半導体装置モジュール２００と回路構成は同じであり、半導体チップ群が２並列接続されたハーフブリッジ回路を構成すると共に、過電流や過熱からＩＧＢＴチップを保護するために電流や温度を検出するための制御端子を備えている。なお、図４および図５に示した電力用半導体装置モジュール２００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図９に示すように電力用半導体装置モジュール４００においては、直流高電圧端子２１および直流低電圧端子２２の代わりに直流高電圧端子４１および直流低電圧端子４２が設けられ、直流高電圧端子４１および直流低電圧端子４２は、制御端子群２４ａ〜２４ｄがモールド樹脂２５から外部へ突出している側面とは９０度異なる方向の側面から外部に突出する構成となっている。
直流高電圧端子４１は、電極パターン２９ａのダイオードチップ２７ｂに隣接する部分に一方端が接続され、他方端が直近のモールド樹脂２５の側面から突出している。また、直流低電圧端子４２は、その一方端が、直流高電圧端子４１と近接して隣り合うように、直流高電圧端子４１が突出するモールド樹脂２５の側面から突出している。
このように構成することにより、実施の形態４と同様に、直流高電圧端子４１と直流低電圧端子４２の近傍で発生する磁束が、制御端子群２４ａ〜２４ｄに鎖交せず、電磁誘導を防止できる。このため、ＩＧＢＴチップのゲート駆動回路や温度センサ回路などに誘導起電力を発生させることなく、安定したＩＧＢＴチップの動作と保護動作を得ることができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
２，２１，３１，４１ 直流高電圧端子、３，２２，３２，４２ 直流低電圧端子。

Claims (6)

  1. 第１の電位と第２の電位との間に直列に介挿され、相補的に動作する第１のトランジスタおよび第２のトランジスタをそれぞれ有した複数のインバータを備え、それらがモジュール化された電力用半導体装置モジュールであって、
    前記複数のインバータのうち所定の１つのインバータにおいてのみ前記第１および第２のトランジスタの温度を検出する構成を有し、前記第１および第２のトランジスタの温度検出のための制御端子がモジュールの側面から突出することを特徴とする、電力用半導体装置モジュール。
  2. 前記複数のインバータは、それらの出力端子を共通とし、
    前記第１の電位側となる前記第１のトランジスタの組が共通して動作し、
    前記第２の電位側となる前記第２のトランジスタの組が共通して動作し、
    前記第１のトランジスタの組と前記第２のトランジスタの組とが相補的に動作する、請求項１記載の電力用半導体装置モジュール。
  3. 前記第１の電位を与える第１の端子と、前記第２の電位を与える第２の端子とが近接してモジュール側面から外部に突出する、請求項１または請求項２記載の電力用半導体装置モジュール。
  4. 前記第１および第２の端子は、
    前記第２の電位側となる前記第２のトランジスタの制御端子群が突出するモジュール側面から外部に突出し、
    前記第２の端子は、前記モジュール側面において前記制御端子群よりの位置から突出する、請求項３記載の電力用半導体装置モジュール。
  5. 前記第１および第２の端子は、
    前記第１の電位側となる前記第１のトランジスタの第１の制御端子群が突出する第１のモジュール側面および、前記第２の電位側となる前記第２のトランジスタの第２の制御端子群が突出する第２のモジュール側面に対して９０度異なる方向の側面から外部に突出する、請求項３記載の電力用半導体装置モジュール。
  6. 前記所定の１つのインバータは、前記複数のインバータのうち、動作時に最も温度が高くなる可能性のある第１および第２のトランジスタを含むインバータである、請求項１記載の電力用半導体装置モジュール。
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