JP2014166021A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】素子温度を反映させやすい検出値を出力できる半導体装置を提供する。
【解決手段】分圧抵抗Ｒ１は、電位供給点Ｖｃｃと、電位供給点Ｖｃｃよりも低い電位が印加される電位供給点ＧＮＤとの間に設けられる。温度検出抵抗Ｒｔｈ１は、温度の増大に応じて変化する抵抗値を有し、電位供給点Ｖｃｃ，ＧＮＤの間で分圧抵抗Ｒ１に直列に接続されて、半導体素子から第１距離、離れて設けられる。分圧抵抗Ｒ２は、電位供給点Ｖｃｃ，ＧＮＤの間で、分圧抵抗Ｒ１と温度検出抵抗Ｒｔｈ１とを含む直列体に直列に接続される。温度検出抵抗Ｒｔｈ２は、温度の増大に応じて温度検出抵抗Ｒｔｈ１の抵抗値と同じ方向に変化する抵抗値を有し、当該直列体と分圧抵抗Ｒ２との接続点から分岐して当該直列体を迂回する経路に設けられて、半導体素子から第１距離とは異なる第２距離、離れて設けられる。分圧抵抗Ｒ１の両端電圧Ｖ１が出力される。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体装置に関し、特に半導体モジュールに収納される半導体素子の温度に応じた電圧を出力する装置に関する。

スイッチングを行って直流電圧を他の電圧に変換する半導体スイッチング装置として、インバータや、チョッパが知られている。インバータは直流電圧を交流電圧に変換し、チョッパは直流電圧を昇圧／降圧して他の直流電圧に変換する。チョッパは力率改善回路として採用されることもある。

このような半導体スイッチング装置は半導体素子（例えばスイッチング素子又はダイオードなど）を有し、小型化或いは低コスト化を実現するため、パッケージに当該半導体素子を収納したモジュールとして製造されることが多い。

一方で、半導体素子の過熱を抑制するため、半導体スイッチング回路の温度を検知する要求がある。当該温度を検知する構成としては、これを簡易に実現すべく、抵抗（以下「温度検知用抵抗」）が採用される場合がる。温度検知用抵抗は、通常の抵抗であっても（その抵抗値が温度依存性を有するので）かまわないが、より感度が高いサーミスタ（正特性サーミスタ又は負特性サーミスタ）が採用されることが多い。

温度検知用抵抗は、半導体スイッチング装置の近くに設けることが要求される。そして温度検知用抵抗における温度変化は、温度検知用抵抗の抵抗値の温度変化として検出できるので、温度検知用抵抗に電流を供給し、当該温度検知用抵抗における電圧降下を検知する。

このような温度検出技術が特許文献１に記載されている。特許文献１では、インバータの端子に温度検知用抵抗を設けている。

特許第４６３９９５０号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、発熱体である半導体素子の素子温度を直接に測定していないので、検出値と素子温度との間には温度差が生じる。この温度差は半導体素子の発熱量に依存するところ、検出値は半導体素子の発熱量に加えて周囲の温度にも依存する。よって、一つの温度検知抵抗による検出値のみに基づいて、当該温度差を推定することは難しく、当該一つの温度検出抵抗のみと抵抗とで形成される温度測定回路では、素子温度を適切に反映した検出値を出力することは難しい。

そこで、本発明は、素子温度を反映させやすい検出値を出力できる半導体装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる半導体装置の第１の態様は、半導体素子（Ｑ１〜Ｑ６）を収納する半導体モジュール（１）と、第１電位供給点（Ｖｃｃ）と、前記第１電位供給点よりも低い電位が印加される第２電位供給点（ＧＮＤ）と、前記第１電位供給点と前記第２電位供給点との間に設けられる第１分圧抵抗（Ｒ１）と、温度の増大に応じて変化する抵抗値を有し、前記第１電位供給点と前記第２電位供給点との間で前記第１分圧抵抗に直列に接続されて、前記半導体素子から第１距離で離れて設けられる第１温度検出抵抗（Ｒｔｈ１）と、前記第１電位供給点と前記第２電位供給点との間で、前記第１分圧抵抗と前記第１温度検出抵抗とを含む直列体に直列に接続される第２分圧抵抗（Ｒ２）と、温度の増大に応じて前記第１温度検出抵抗の抵抗値と同じ方向に変化する抵抗値を有し、前記直列体と前記第２分圧抵抗との接続点から分岐して前記直列体を迂回する経路に設けられて、前記半導体素子から前記第１距離とは異なる第２距離で離れて設けられる第２温度検出抵抗（Ｒｔｈ２）とを備え、前記第１分圧抵抗（Ｒ１）の両端電圧（Ｖ１）を出力する。

本発明にかかる半導体装置の第２の態様は、第１の態様にかかる半導体装置であって、前記半導体モジュール（１）は前記半導体素子（Ｑ１〜Ｑ６）と金属導体を介して接続される端子（１１）を有し、前記第２温度検出抵抗（Ｒｔｈ２）は前記端子に接続される。

本発明にかかる半導体装置の第３の態様は、第２の態様にかかる半導体装置であって、前記端子（１１）と前記第２電位供給点（ＧＮＤ）との間に電流検出抵抗（Ｒ４）を更に備え、前記第２温度検出抵抗（Ｒｔｈ２）の前記接続点とは反対側の一端は前記端子と前記電流検出抵抗との間に接続される。

本発明にかかる半導体装置の第４の態様は、第１から第３のいずれか一つの態様にかかる半導体装置であって、前記半導体モジュール（１）は基板（２）上に設けられ、前記第１温度検出抵抗（Ｒｔｈ１）は前記基板に設けられる。

本発明にかかる半導体装置の第５の態様は、第１から第３のいずれか一つの態様にかかる半導体装置であって、前記半導体モジュール（１）を冷却する冷却部（５）を更に備え、前記第１温度検出抵抗（Ｒｔｈ１）は前記冷却部に設けられる。

本発明にかかる半導体装置の第６の態様は、第１から第３のいずれか一つの態様にかかる半導体装置であって、前記半導体モジュール（１）からの熱量を所定の熱媒体へと伝達する冷却部（５）を更に備え、前記第１温度検出抵抗（Ｒｔｈ１）は前記熱媒体に設けられる。

本発明にかかる半導体装置の第７の態様は、第１の態様にかかる半導体装置であって、半導体モジュール（１）は前記半導体素子（Ｑ１〜Ｑ６）を覆う樹脂部を備え、前記第２温度検出抵抗（Ｒｔｈ２）は前記樹脂部の内部に設けられる。

本発明にかかる半導体装置の第８の態様は、第１から第７のいずれか一つの態様にかかる半導体装置であって、前記両端電圧（Ｖ１）が予め定められた値よりも大きいか否かに基づいて、前記半導体素子（Ｑ１〜Ｑ６）が過熱状態であると判断する判断部（４０）を更に備える。

本発明にかかる半導体装置の第１の態様によれば、半導体素子の素子温度ＴＥを、半導体素子から離れた１点の温度ＴＨ１のみを用いて推定することは難しい。当該温度ＴＨ１のみから、温度ＴＨ１と素子温度ＴＥとの温度差ΔＴ１を把握できないからである。

一方で、温度差ΔＴ１は、理想的には半導体素子から離れた２点の温度ＴＨ１，ＴＨ２の温度差ΔＴ２と比例するので、温度差ΔＴ２に基づいて温度差ΔＴ１を把握することができる。したがって半導体素子の素子温度ＴＥは、温度差ΔＴ２と比例係数ｋとの積と、温度ＴＨ１との和｛ＴＨ１＋ｋ・（ＴＨ１−ＴＨ２）｝で表される。よって素子温度ＴＥは｛（１＋ｋ）・ＴＨ１−ｋ・ＴＨ２｝で表される。

かかる式から理解できるように、半導体素子の素子温度ＴＥは温度ＴＨ１が高いほど高く、温度ＴＨ２が高いほど低い。

他方、本半導体装置の第１の態様によれば、第１分圧抵抗の両端電圧Ｖ１は、第１温度検出抵抗の抵抗値ｒｔｈ１の増大に応じて低減し、第２温度検出抵抗の抵抗値ｒｔｈ２の増大に応じて増大する。しかも抵抗値ｒｔｈ１，ｒｔｈ２は温度の変化に対して互いに同じ方向に変化する。したがって、第１温度検出抵抗の温度ＴＨ１の増大に対する両端電圧Ｖ１の変化の方向と、第２温度検出抵抗の温度ＴＨ２に対する両端電圧Ｖ１の変化の方向とを互いに相違させることができる。例えば温度の増大に伴って抵抗値ｒｔｈ１，ｒｔｈ２が増大する第１温度検出抵抗及び第２温度検出抵抗を採用する場合、両端電圧Ｖ１は温度ＴＨ１が増大するほど低減し、温度ＴＨ２が増大するほど増大する。

以上のように第１の態様によれば、温度ＴＨ１，ＴＨ２に対する素子温度ＴＥの変化を反映させた両端電圧を出力することができる。よって各抵抗値を調整することで、素子温度ＴＥと対応する両端電圧Ｖ１を出力することができる。

本発明にかかる半導体装置の第２の態様によれば、端子は半導体素子からの熱を効率よく受け取ることができるので、第１温度検出抵抗の温度は素子温度に近い。よって両端電圧に素子温度を反映させやすい。したがって素子温度の推定精度の向上に資する。

本発明にかかる半導体装置の第３の態様によれば、電流検出抵抗の両端電圧の変動を受けにくい。

本発明にかかる半導体装置の第４の態様によれば、第２温度検出抵抗を基板に設けることは容易である。

本発明にかかる半導体装置の第５の態様によれば、半導体モジュールからの熱は主として冷却部に伝達される。よって両端電圧に素子温度を反映させやすい。したがって素子温度の推定精度の向上に資する。

本発明にかかる半導体装置の第６の態様によれば、半導体モジュールからの熱は主として冷却部を介して熱媒体へと伝達される。よって両端電圧に素子温度を反映させやすい。したがって素子温度の推定精度の向上に資する。

本発明にかかる半導体装置の第７の態様によれば、半導体素子に近い位置で温度を検出するので、両端電圧に素子温度を反映させやすい。したがって素子温度の推定精度の向上に資する。

本発明にかかる半導体装置の第８の態様によれば、って各抵抗値を調整することで、素子温度ＴＥと対応する両端電圧Ｖ１を出力することができるので、判定精度が高い。

半導体装置の概念的な構成の一例を示す回路図である。 半導体装置の概念的な一例を示す平面図である。 分圧抵抗の両端電圧の温度依存性の一例を示す模式的な図である。 半導体装置の概念的な構成の一例を示す回路図である。 半導体装置の概念的な一例を示す側面図である。 半導体装置の概念的な一例を示す側面図である。 半導体装置の概念的な一例を示す側面図である。 半導体装置の概念的な一例を示す側面図である。

＜温度測定の着眼点＞
図１には、温度測定の対象たる半導体素子の一例がスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６として示されおり、これらの半導体素子は半導体モジュール１に収納される。例えば半導体モジュール１はインバータモジュールである。図１には、インバータモジュール１の回路構成が例示されている。インバータモジュール１は直流電源線Ｌ１，Ｌ２の間の直流電圧Ｖｄｃを入力し、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のスイッチングによって当該直流電圧Ｖｄｃを三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗへ変換する。かかる変換動作において半導体素子（スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６）に電流が流れ、これによって当該半導体素子は発熱する。

素子温度ＴＥは半導体素子の発熱量が大きいほど高く、また周囲の温度が高いほど高い。よって次で説明するように、半導体モジュール１から離れた１点の温度ＴＨ１のみを用いて素子温度ＴＥを推定することは難しい。例えば温度ＴＨ１が２５度であったとしても、周囲の温度が２５度であれば素子温度ＴＥは２５度であると推定できる一方で、周囲の温度が例えば１５度であれば、半導体素子が発熱していると推定でき、ひいては素子温度ＴＥが２５度よりも高いと推定できる。このように、たとえ温度ＴＨ１が２５度であるからといって、素子温度ＴＥは決定されないのである。よって温度ＴＨ１のみから素子温度ＴＥを推定することは難しい。

そこで、周囲の温度の影響を抑制して素子温度ＴＥを推定することを企図する。ここでは半導体素子から離れた２点の温度ＴＨ１，ＴＨ２を用いる。このような温度ＴＨ１，ＴＨ２の温度差ΔＴ１は周囲の温度には依存せずに、理想的には半導体素子の発熱量に比例する。また半導体素子の素子温度ＴＥと温度ＴＨ２との温度差ΔＴ２も周囲の温度には依存せずに、理想的には半導体素子の発熱量に比例する。よって以下の式が成立する。

ΔＴ２＝ｋ・ΔＴ１ ・・・（１）

式（１）を変形すると以下の式が導かれる。

ＴＥ＝ＴＨ２＋ｋ・（ＴＨ２−ＴＨ１） ・・・（２）

式（２）によれば、素子温度ＴＥは温度ＴＨ２が増大するほど増大し、温度ＴＨ１が増大するほど低減する、ことが分かる。換言すれば、温度ＴＨ２の増大に対する素子温度ＴＥの変化の方向は、温度ＴＨ１の増大に対する素子温度ＴＥの変化の方向と相違する。

そこで、本実施の形態では、温度ＴＨ２の増大に対する検出値の変化の方向と、温度ＴＨ１の増大に対する変化の方向とが互いに逆となる測定回路を形成する。これにより、検出値に素子温度ＴＥを反映させやすい温度検出回路を提供することを企図する。

＜温度測定回路＞
本半導体装置には、半導体素子の温度を測定する温度測定回路３が設けられる。温度測定回路３は分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と温度検出抵抗Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２とを有する。

温度検出抵抗Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２の抵抗値ｒｔｈ１，ｒｔｈ２はいずれも温度に応じて比較的大きく変化する。例えば抵抗値ｒｔｈ１，ｒｔｈ２の温度に対する変化率のいずれもが、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値ｒ１，ｒ２の温度に対する変化率よりも大きい。また抵抗値ｒｔｈ１，ｒｔｈ２は、温度の増大に対して互いに同じ方向に変化する。例えば温度が増大すると、抵抗値ｒｔｈ１，ｒｔｈ２のいずれもが増大する。或いは温度が増大すると、抵抗値ｒｔｈ１，ｒｔｈ２のいずれもが低減する。前者はいわゆる正特性サーミスタとして機能し、後者はいわゆる負特性サーミスタとして機能する。

図１に示すように、分圧抵抗Ｒ１と温度検出抵抗Ｒｔｈ１とは、電位供給点Ｖｃｃ（直流電源の高電位が印加される点）と、電位供給点ＧＮＤ（直流電源の低電位（例えば接地電位ｇｎｄ）が印加される点）との間で互いに直列に接続される。分圧抵抗Ｒ２は、電位供給点Ｖｃｃ，ＧＮＤの間で、分圧抵抗Ｒ１と温度検出抵抗Ｒｔｈ１とを含む直列体に対して直列に接続される。

温度検出抵抗Ｒｔｈ２は電位供給点Ｖｃｃ，ＧＮＤの間で次の経路に設けられる。即ち、分圧抵抗Ｒ２と当該直列体との接続点から分岐して当該直列体を迂回する経路に、温度検出抵抗Ｒｔｈ２が設けられる。図１の例示では、電流検出抵抗Ｒ４が設けられており、この電流検出抵抗Ｒ４と温度検出抵抗Ｒｔｈ２とが電位供給点Ｖｃｃ，ＧＮＤの間で互いに直列に接続される。そして電流検出抵抗Ｒ４と温度検出抵抗Ｒｔｈ２とを含む直列体と、分圧抵抗Ｒ１と温度検出抵抗Ｒｔｈ１とを含む直列体とが、互いに並列に接続されている。

電流検出抵抗Ｒ４は電位供給点ＧＮＤと、半導体モジュール１の低電位側の入力端子１１との間に設けられる。また図１の例示では、電位供給点ＧＮＤは直流電圧Ｖｄｃの低電位が印加される点としても機能する。よって半導体モジュール１に入力する電流は電流検出抵抗Ｒ４を流れる。したがってこの電流検出抵抗Ｒ４の両端電圧を検出することで、半導体モジュール１の入力電流を検出できる。このような電流検出の方法は公知な技術であるので詳細な説明は省略する。

温度検出抵抗Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２は半導体モジュール１から互いに異なる距離、離れて設けられる。したがって、温度検出抵抗Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２の温度ＴＨ１，ＴＨ２は互いに相違する。

図２はこの実施の形態にかかる半導体装置の構成の一例を示す平面図である。温度検出抵抗Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２は例えば半導体モジュール１と同じ基板２に搭載される。図２の例示では、温度検出抵抗Ｒｔｈ１は温度検出抵抗Ｒｔｈ２よりも半導体モジュール１から遠い。なお、図２では分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２も基板２に搭載されている場合が例示されている。

図２の例示では、温度検出抵抗Ｒｔｈ２は基板２に形成された配線パターン２１を介して入力端子１１に接続されている。配線パターン２１は通常金属で形成され、熱抵抗が小さい。よって温度検出抵抗Ｒｔｈ２は半導体モジュール１からの熱を効率よく受け取ることができる。

また図２の例示では、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２および温度検出抵抗Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２は基板に形成された配線パターンによって接続されて温度測定回路３が形成される。このような配線パターンの形成および抵抗の配置は周知の製造装置を用いて容易に実現できる。

温度測定回路３は分圧抵抗Ｒ１の両端電圧Ｖ１を検出値として出力する。

かかる温度測定回路３において、電圧Ｖ１の抵抗値ｒｔｈ１に対する相関と、電圧Ｖ１の抵抗値ｒｔｈ２に対する相関とについて考察する。電位供給点Ｖｃｃ，ＧＮＤの間の直流電圧をＶｃとすると、電圧Ｖ１は以下の式で表される。

ただし、ここでは簡単のために、半導体モジュール１を流れる電流によって電流検出抵抗Ｒ４に生じる電圧降下Ｖ４を無視している。電圧降下Ｖ４については後に詳述する。

式（３）によれば、抵抗値ｒｔｈ２が増大するほど分母の第１項｛r4・(r1+rth1)/(rth2+r4)｝低減するので、当該分母は低減する。よって電圧Ｖ１は増大する。一方で、抵抗値ｒｔｈ１が増大するほど分母は増大するので、電圧Ｖ１は低減する。しかも、抵抗値ｒｔｈ１，ｒｔｈ２はそれぞれ温度の増大に対して互いに同じ方向に変化する。よって電圧Ｖ１の温度ＴＨ１に対する変化の方向と、電圧Ｖ１の温度ＴＨ２に対する変化の方向とを互いに異ならせることができる。したがって、検出値（両端電圧Ｖ１）に素子温度ＴＥを反映させやすい。

図３は電圧Ｖ１の温度ＴＨ２に対する関係を複数の曲線ＴＣ１〜ＴＣ３で示している。各曲線ＴＣ１〜ＴＣ３は温度ＴＨ１を固定したときの電圧Ｖ１を示しており、温度ＴＨ１が大きいほど電圧Ｖ１は大きい。また各曲線ＴＣ１〜ＴＣ３は温度ＴＨ２が大きいほど小さい。かかる曲線ＴＣ１〜ＴＣ３の形状は抵抗値ｒｔｈ１，ｒｔｈ２の温度特性および抵抗値ｒ１，ｒ２の温度特性に依存するので、これらを適宜に設定することで、所望の曲線を得ることができる。

ただし、必ずしも全ての温度範囲で素子温度ＴＥと両端電圧Ｖ１とが対応している必要はなく、必要な温度範囲でのみ素子温度ＴＥと両端電圧Ｖ１とが対応していれば良い。

たとえば図１では、判定部４０が設けられる。判定部４０は電圧Ｖ１が予め定められた基準値Ｖｒｅｆよりも大きいか否かに基づいて半導体素子の過熱状態を判定する。そして、判定部４０が過熱状態と判定した場合に、半導体モジュール１への電流の供給を遮断する。かかる遮断は例えばスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６をオフすることによって達成できる。これにより、半導体素子の素子温度ＴＥが基準値以上となることを防止できる。

このように過熱状態の判定に両端電圧Ｖ１が用いられる場合、電圧Ｖ１が基準値Ｖｒｅｆに近い領域において、電圧Ｖ１が素子温度ＴＥを精度よく反映していれば良い。素子温度ＴＥが基準値を超えたことを精度よく検出できれば良いからである。

かかる制御方法によれば、次に詳述するように従来に比して半導体モジュール１の通常動作可能な温度範囲を向上できる。即ち、例えば温度ＴＨ１に予め定められた所定値を加えて素子温度ＴＥを推定し、この素子温度ＴＥが基準値Ｔｒｅｆを超えたときに、半導体モジュール１へと流れる電流を低減（或いは遮断）する場合、推定された素子温度ＴＥは予め高めに見積もられることになる。したがって、このような制御方法では、本来動作可能な領域でも過熱状態と判断されて電流を低減することになる。一方、本実施の形態では抵抗値ｒ１，ｒ２，ｒｔｈ１，ｒｔｈ２の調整により、高い精度で素子温度ＴＥを推定できるので、通常動作可能な温度範囲を向上できるのである。

さて図１の例示では、温度検出抵抗Ｒｔｈ２は半導体モジュール１の入力端子１１に接続され、この入力端子１１は不図示の金属導体を介してスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（より詳細にはＱ４〜Ｑ６）と接続される。金属導体は熱抵抗が比較的小さいので、温度検出抵抗Ｒｔｈ２は半導体素子から熱を受け取りやすい。よって、温度検出抵抗Ｒｔｈ２の温度ＴＨ２を素子温度ＴＥに近づけることができる。したがって、温度検出抵抗Ｒｔｈ２が半導体素子から遠い位置に設けられる場合に比べて、電圧Ｖ１に素子温度ＴＥを反映させやすい。よって素子温度ＴＥの推定精度の向上に資する。

また図１の構造であれば、電圧Ｖ１は、半導体モジュール１を流れる電流による電流検出抵抗Ｒ４での電圧降下Ｖ４にも依存する。そこで、電圧Ｖ１が電圧降下Ｖ４の変動によってどの程度影響を受けるかを検討する。以下、電圧降下Ｖ４を考慮した電圧Ｖ１について考慮する。

電流検出抵抗Ｒ４に生じる電圧降下Ｖ４により温度検出抵抗Ｒｔｈ２の一端（入力端子１１側の一端）の電位は電位（Ｖ４＋ｇｎｄ）となる。接地電位ｇｎｄの電位は０であり、分圧抵抗Ｒ１と温度検出抵抗Ｒｔｈ１に流れる電流ｉ１、温度検出抵抗Ｒｔｈ２に流れる電流ｉ２が、いずれも電位供給点Ｖｃｃ側から流れるとすると、分圧抵抗Ｒ２と温度検出抵抗Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２とが共通して接続される点に電位Ｖ２が発生するとして、下記の式が成立する。

上記の式から、電圧Ｖ２を消去して下記の式が成立する。

ここでｒｔｈ１＝０、ｒ１＝∞とすれば、Ｖ１＝Ｖ２であり、特許文献１で示された構成と同様の構成が得られる。

このように電圧Ｖ１は電圧降下Ｖ４にも依存するところ、この依存性は小さいことが望ましい。そこで電圧Ｖ１の変動が電圧降下Ｖ４の変動によってどの程度の影響を受けるかを検討する。電圧Ｖ１を電圧降下Ｖ４で微分して下式の微分値が得られる。

上式の最右辺は、分圧抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１が他の抵抗の抵抗値に対して非常に大きい場合の微分値であり、特許文献１のように分圧抵抗Ｒ１と温度検出抵抗Ｒｔｈ１を設けない場合の微分値に相当する。分圧抵抗Ｒ１と温度検出抵抗Ｒｔｈ１を設けた場合の微分値の方が、設けない場合の微分値よりも小さいので、当該実施の形態で開示された技術の方が、特許文献１に開示された技術よりも、電圧降下Ｖ４の変動の影響を受けにくい測定量である。

ただし、必ずしも温度検出抵抗Ｒｔｈ２が入力端子１１に接続されている必要はなく、図４に示すように、温度測定回路３が半導体モジュール１と電気的に分離していても良い。この場合であっても、温度検出抵抗Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２を半導体モジュール１からの熱を受ける位置に設ければよい。以下では、温度検出抵抗Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２が設けられる位置の具体例について説明する。

図５の例示では、半導体装置の概念的な構成の一例を示す断面図である。半導体モジュール１は基板２に取り付けられる。より詳細には半導体モジュール１は、半導体素子１０（スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６に相当）と金属導体（図示省略）を介して接続される端子１１を有しており、当該端子１１が例えば半田付け等によって基板２と電気的に接続される。図５では端子１１が基板２を貫通した状態で、基板２に設けられる接続部（パッド）２１と電気的に接続されている。このように端子１１が基板２を貫通する半導体モジュール１はいわゆる挿入型電子部品の一種である。ただし半導体モジュール１は挿入型電子部品に限らず、端子１１が基板２を貫通しない表面取付型電子部品であってもよい。

また図５の例示では、冷却部５が設けられている。冷却部５は例えばヒートシンクであって、半導体モジュール１を冷却する。図５の例示では、冷却部５は半導体モジュール１に直接に接している。かかる冷却部５は半導体モジュール１からの熱を受け取って熱媒体（図５の例示では空気）へと放熱することで、半導体モジュール１を冷却する。

図５の例示では冷却部５が設けられるので、半導体モジュール１からの熱は主として冷却部５へと伝達され、基板２へは副次的に伝達される。図５では、半導体素子１０から冷却部５への熱の移動を破線の矢印で示し、半導体素子１０から基板２への熱の移動を一点差線の矢印で示している。なお冷却部５は必ずしも設けられている必要はない。

図５の例示では、温度検出抵抗Ｒｔｈ２は接続部２３に設けられる。ただし、ここでは温度検出抵抗Ｒｔｈ２と接続部２３との間の絶縁が確保される。例えば温度検出抵抗Ｒｔｈ２を樹脂で覆い、樹脂で覆われた温度検出抵抗Ｒｔｈ２が接続部２３に設けられる。

端子１１と接続部２３とは通常金属で形成されており、直接もしくは合金である半田９１を介して互いに接触するので、端子１１の温度と接続部２３の温度とは互いにほぼ等しい。よって温度検出抵抗Ｒｔｈ２は端子１１の温度を検出する、とも理解できる。

また温度検出抵抗Ｒｔｈ１も基板２に設けられる。かかる温度検出抵抗Ｒｔｈ１を基板２に設ける技術は周知の技術であって例えば図２のように形成される。よって温度検出抵抗Ｒｔｈ１を容易に取り付けやすい。

図６の例示では、温度検出抵抗Ｒｔｈ２は半導体モジュール１の表面に設けられる。この場合であっても、温度検出抵抗Ｒｔｈ２は半導体素子１０に近い位置の温度を検出するので、半導体モジュール１から熱的に遠く離れた位置で検出する場合に比して、素子温度ＴＥの推定精度を向上することができる。

また図６の例示では、温度検出抵抗Ｒｔｈ１は冷却部５の温度を検出する。なお図６の例示であっても温度検出抵抗Ｒｔｈ１は図５と同じく基板２に設けられて良いものの、図６の構造によれば次の効果を招来する。即ち、半導体モジュール１からの熱が主として伝達される経路（冷却部５）に温度検出抵抗Ｒｔｈ１が設けられることとなる。よって、半導体モジュール１からの熱が副次的に伝達される基板２上に温度検出抵抗Ｒｔｈ１が設けられる図６の構造に比して、素子温度ＴＥの推定精度を向上することができる。

図７の例示では、温度検出抵抗Ｒｔｈ１は冷却部５からの熱を受け取る熱媒体（図７の例示では空気）の温度を検出する。なお図７の例示に拘わらず、熱媒体は水であってもよい。また例えば冷媒回路が設けられる電気機器に本半導体装置が設けられる場合、冷媒回路を流れる冷媒を冷却部５の熱媒体として採用してもよい。半導体モジュール１からの熱は主として冷却部５を介して熱媒体へと伝達される。よって半導体モジュール１からの熱が副次的に伝達される基板２上に温度検出抵抗Ｒｔｈ１が設けられる図５の構造に比して、素子温度ＴＥの推定精度を向上することができる。

図８の例示では、半導体モジュール１は半導体素子１０を覆う樹脂部を有し、温度検出抵抗Ｒｔｈ２は当該樹脂部の内部に設けられる。温度検出抵抗Ｒｔｈ２は半導体モジュール１の表面に設けられる。この場合、温度検出抵抗Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２のいずれもが半導体素子１０に近い位置に設けられるので、温度検出抵抗Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２のいずれもが半導体モジュール１から熱的に遠い位置に設けられる場合に比して、素子温度ＴＥの推定精度を向上することができる。

なお本実施の形態では、温度検出抵抗Ｒｔｈ２が温度検出抵抗Ｒｔｈ１よりも半導体素子１０に近い場合が示されている。言い換えれば、温度ＴＨ２が温度ＴＨ１よりも高い場合が示されている。ただし、これに限らず、温度ＴＨ２が温度ＴＨ１よりも低くてもよい。例えば図１，４〜７において、温度検出抵抗Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２の位置が逆になってもよい。この場合であっても、式（１）のように抵抗値ｒｔｈ１，ｒｔｈ２の増大に対する両端電圧Ｖ１の変化の方向は互いに反対となるからである。

なお温度検出抵抗Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２が設けられる位置は、図１，４〜７のように、半導体モジュール１からの複数の伝熱経路（例えば破線矢印及び一点差線矢印）のうち一つの伝熱経路上に設けられることが望ましい。これらの位置が異なる伝熱経路に設けられた状況において、一方の伝熱経路における周囲温度が他方の伝熱経路における周囲温度とは異なるように変化した場合、周囲温度の変化が温度ＴＨ１，ＴＨ２へと別々に作用する。これは素子温度ＴＥの推定精度の低下を招きえる。これに対して、同一伝熱経路に温度検出抵抗Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２が設けられれば、周囲温度の変化が共通して温度ＴＨ１，ＴＨ２へと影響するので、かかる推定温度の精度の低下を抑制できる。

１ 半導体モジュール
２ 基板
３ 温度測定回路
１０ 半導体素子
Ｒ１，Ｒ２ 分圧抵抗
Ｒｔｈ１，Ｒｔｈ２ 温度検出抵抗

Claims (8)

1. 半導体素子（Ｑ１〜Ｑ６）を収納する半導体モジュール（１）と、
   第１電位供給点（Ｖｃｃ）と、
   前記第１電位供給点よりも低い電位が印加される第２電位供給点（ＧＮＤ）と、
   前記第１電位供給点と前記第２電位供給点との間に設けられる第１分圧抵抗（Ｒ１）と、
   温度の増大に応じて変化する抵抗値を有し、前記第１電位供給点と前記第２電位供給点との間で前記第１分圧抵抗に直列に接続されて、前記半導体素子から第１距離で離れて設けられる第１温度検出抵抗（Ｒｔｈ１）と、
   前記第１電位供給点と前記第２電位供給点との間で、前記第１分圧抵抗と前記第１温度検出抵抗とを含む直列体に直列に接続される第２分圧抵抗（Ｒ２）と、
   温度の増大に応じて前記第１温度検出抵抗の抵抗値と同じ方向に変化する抵抗値を有し、前記直列体と前記第２分圧抵抗との接続点から分岐して前記直列体を迂回する経路に設けられて、前記半導体素子から前記第１距離とは異なる第２距離で離れて設けられる第２温度検出抵抗（Ｒｔｈ２）と
   を備え、前記第１分圧抵抗（Ｒ１）の両端電圧（Ｖ１）を出力する、半導体装置。
2. 前記半導体モジュール（１）は前記半導体素子（Ｑ１〜Ｑ６）と金属導体を介して接続される端子（１１）を有し、
   前記第２温度検出抵抗（Ｒｔｈ２）は前記端子に接続される、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記端子（１１）と前記第２電位供給点（ＧＮＤ）との間に電流検出抵抗（Ｒ４）を更に備え、前記第２温度検出抵抗（Ｒｔｈ２）の前記接続点とは反対側の一端は前記端子と前記電流検出抵抗との間に接続される、請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記半導体モジュール（１）は基板（２）上に設けられ、
   前記第１温度検出抵抗（Ｒｔｈ１）は前記基板に設けられる、請求項１から３のいずれか一つに記載の半導体装置。
5. 前記半導体モジュール（１）を冷却する冷却部（５）を更に備え、
   前記第１温度検出抵抗（Ｒｔｈ１）は前記冷却部に設けられる、請求項１から３のいずれか一つに記載の半導体装置。
6. 前記半導体モジュール（１）からの熱量を所定の熱媒体へと伝達する冷却部（５）を更に備え、
   前記第１温度検出抵抗（Ｒｔｈ１）は前記熱媒体に設けられる、請求項１から３のいずれか一つに記載の半導体装置。
7. 半導体モジュール（１）は前記半導体素子（Ｑ１〜Ｑ６）を覆う樹脂部を備え、
   前記第２温度検出抵抗（Ｒｔｈ２）は前記樹脂部の内部に設けられる、請求項１に記載の半導体装置。
8. 前記両端電圧（Ｖ１）が予め定められた値よりも大きいか否かに基づいて、前記半導体素子（Ｑ１〜Ｑ６）が過熱状態であると判断する判断部（４０）を更に備える、請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の半導体装置。

Images