JP2020088056A

JP2020088056A - Semiconductor device

Info

Publication number: JP2020088056A
Application number: JP2018217308A
Authority: JP
Inventors: 亮高竹; Ryo Takatake
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2020-06-04

Abstract

To detect an overcurrent generated in a semiconductor module, while realizing a reduction in size of a semiconductor device.SOLUTION: A semiconductor device comprises a semiconductor module and a detector. The semiconductor module includes multiple semiconductor elements connected in parallel and each having a temperature sensitive element and a current sense signal pad, multiple temperature sense signal terminals each connected with the temperature sensitive element of corresponding to one semiconductor element, and a common current sense signal terminal connected with all current sense signal pads of the multiple semiconductor elements. Each semiconductor element outputs a current signal, proportional to a current flowing through itself, from the current sense signal pad. The detector is connected with the common current sense signal terminal and the multiple temperature sense signal terminals, and determines that an overcurrent has flown through at least one semiconductor element, when the current signal outputted from the common current sense signal terminal goes above a prescribed current threshold level, or when the temperature of at least one of the multiple semiconductor elements goes above a prescribed temperature threshold level.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。 The technique disclosed in this specification relates to a semiconductor device.

特許文献１に、半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体モジュールと、半導体モジュールの動作を制御するコントローラとを備える。半導体モジュールは、並列に接続された複数の半導体素子を内蔵するとともに、コントローラに接続された複数の信号端子を有する。複数の信号端子には、半導体素子に流れる電流を示す信号を出力する電流センス信号端子が含まれる。コントローラは、電流センス信号端子から出力される信号を監視することによって、例えば半導体モジュールで生じた過電流を検出することができる。 Patent Document 1 discloses a semiconductor device. This semiconductor device includes a semiconductor module and a controller that controls the operation of the semiconductor module. The semiconductor module includes a plurality of semiconductor elements connected in parallel and has a plurality of signal terminals connected to the controller. The plurality of signal terminals include a current sense signal terminal that outputs a signal indicating a current flowing through the semiconductor element. The controller can detect, for example, an overcurrent generated in the semiconductor module by monitoring the signal output from the current sense signal terminal.

特開２０１６−０９２９７６号公報JP, 2016-092976, A

上記した半導体装置では、一つの半導体素子について、一つの電流センス信号端子が設けられている。このような構成によると、各々の半導体素子に流れる電流をそれぞれ監視することで、半導体モジュールで生じた過電流を正しく検出することができる。しかしながら、半導体素子の数に応じて必要とされる電流センス信号端子の数も増大し、半導体装置は大型化する。本明細書は、半導体装置の小型化を図りつつ、半導体モジュールに生じた過電流を正しく検出し得る技術を提供する。 In the above semiconductor device, one current sense signal terminal is provided for one semiconductor element. With such a configuration, it is possible to correctly detect the overcurrent generated in the semiconductor module by monitoring the current flowing in each semiconductor element. However, the number of current sense signal terminals required according to the number of semiconductor elements also increases, and the size of the semiconductor device increases. The present specification provides a technique capable of correctly detecting an overcurrent generated in a semiconductor module while reducing the size of the semiconductor device.

本明細書が開示する半導体装置は、半導体モジュールと、半導体モジュールに生じた過電流を検出する検出装置とを備える。半導体モジュールは、並列に接続された複数の半導体素子と、複数の温度センス信号端子と、共通電流センス信号端子とを有する。複数の半導体素子の各々は、感温素子及び電流センス信号パッドを有している。各々の温度センス信号端子は、対応する一つの半導体素子の感温素子に接続されている。共通電流センス信号端子は、複数の半導体素子の全ての電流センス信号パッドに接続されている。各々の半導体素子は、自己に流れる電流に比例する電流信号を電流センス信号パッドから出力する。検出装置は、共通電流センス信号端子と複数の温度センス信号端子とに接続されており、共通電流センス信号端子から出力される電流信号が所定の電流閾値以上であるか、複数の半導体素子の少なくとも一つの温度が所定の温度閾値以上であるときに、当該少なくとも一つの半導体素子に過電流が流れたと判定する。 A semiconductor device disclosed in the present specification includes a semiconductor module and a detection device that detects an overcurrent generated in the semiconductor module. The semiconductor module has a plurality of semiconductor elements connected in parallel, a plurality of temperature sense signal terminals, and a common current sense signal terminal. Each of the plurality of semiconductor elements has a temperature sensitive element and a current sense signal pad. Each temperature sense signal terminal is connected to the temperature sensitive element of the corresponding one semiconductor element. The common current sense signal terminal is connected to all the current sense signal pads of the plurality of semiconductor elements. Each semiconductor element outputs a current signal proportional to the current flowing through itself from the current sense signal pad. The detection device is connected to the common current sense signal terminal and the plurality of temperature sense signal terminals, and the current signal output from the common current sense signal terminal is equal to or higher than a predetermined current threshold value, or at least a plurality of semiconductor elements. When one temperature is equal to or higher than a predetermined temperature threshold value, it is determined that an overcurrent has flown into the at least one semiconductor element.

上記した半導体装置では、半導体モジュールが、共通電流センス信号端子を有している。共通電流センス信号端子は、複数の半導体素子の全ての電流センス信号パッドに接続されているので、共通電流センス信号端子からは、複数の半導体素子に流れる電流の合計値に比例する電流信号が出力される。検出装置は、共通電流センス信号端子から出力される電流信号に基づいて、複数の半導体素子に流れる電流の合計値を監視する。このような構成によると、各々の半導体素子に対して個別の電流センス信号端子を設ける必要がなく、それらの出力信号をそれぞれ監視する必要もない。従って、半導体装置の小型化を図ることができる。但し、複数の半導体素子の間には製造上の個体差が存在することから、複数の半導体素子に流れる電流は必ずしも均等ではなく、そのうちの一つの半導体素子のみに過電流が生じることもある。このような場合に、複数の半導体素子に流れる電流の合計値を監視するだけでは、その過電流を正しく検出できないおそれがある。そのことから、検出装置は、半導体モジュールに設けられた複数の温度信号端子にも接続されており、各々の半導体素子の温度をさらに監視する。そして、検出装置は、複数の半導体素子に流れる電流の合計値が所定の電流閾値以上であるか、複数の半導体素子の少なくとも一つの温度が所定の温度閾値以上であるときに、少なくとも一つの半導体素子に過電流が流れたと判定する。これにより、複数の半導体素子の間で個体差が存在する場合でも、半導体モジュールで生じた過電流を正しく検出することができる。 In the semiconductor device described above, the semiconductor module has a common current sense signal terminal. Since the common current sense signal terminal is connected to all the current sense signal pads of the plurality of semiconductor elements, the common current sense signal terminal outputs a current signal proportional to the total value of the currents flowing in the plurality of semiconductor elements. To be done. The detection device monitors the total value of the currents flowing through the plurality of semiconductor elements based on the current signal output from the common current sense signal terminal. With such a configuration, it is not necessary to provide an individual current sense signal terminal for each semiconductor element, and it is not necessary to monitor the output signals of these terminals. Therefore, the size of the semiconductor device can be reduced. However, since there are individual differences in manufacturing among the plurality of semiconductor elements, the currents flowing through the plurality of semiconductor elements are not necessarily equal, and overcurrent may occur in only one of the semiconductor elements. In such a case, the overcurrent may not be correctly detected only by monitoring the total value of the currents flowing through the plurality of semiconductor elements. Therefore, the detection device is also connected to the plurality of temperature signal terminals provided in the semiconductor module, and further monitors the temperature of each semiconductor element. Then, the detection device, when the total value of the currents flowing through the plurality of semiconductor elements is equal to or higher than a predetermined current threshold value, or the temperature of at least one of the plurality of semiconductor elements is equal to or higher than a predetermined temperature threshold value, at least one semiconductor It is determined that an overcurrent has flown into the element. Thereby, even when there are individual differences among the plurality of semiconductor elements, the overcurrent generated in the semiconductor module can be correctly detected.

実施例の半導体装置１００の内部構造を示す回路図。3 is a circuit diagram showing the internal structure of the semiconductor device 100 of the embodiment. 第１半導体モジュール１０の内部構造を示す平面図。FIG. 3 is a plan view showing the internal structure of the first semiconductor module 10. 温度センスダイオード１２ｄ、１４ｄ、１６ｄの温度Ｔに対する順方向電圧Ｖ_ｆを示すグラフ。The graph which shows the forward voltage _Vf with respect to the temperature T of temperature sense diode 12d, 14d, 16d.

図面を参照して、実施例の半導体装置１００について説明する。半導体装置１００は、例えば電気自動車、ハイブリッド車、燃料電池車といった電動自動車におけるインバータ回路に採用することができる。図１に示すように、半導体装置１００は、互いに直列に接続された第１半導体モジュール１０及び第２半導体モジュール２０とコントローラ３０とを備える。第１半導体モジュール１０及び第２半導体モジュール２０は対を成しており、インバータ回路の三相のうちの一相の回路を構成することができる。コントローラ３０は、第１半導体モジュール１０の過電流を検出し、その検出結果に基づいて、第１半導体モジュール１０の動作を制御する装置である。第２半導体モジュール２０は不図示のコントローラに接続されており、そのコントローラによって、第１半導体モジュール１０と同様に制御される。あるいは、コントローラ３０が第１半導体モジュール１０及び第２半導体モジュール２０の両方を制御するように構成されていてもよい。ここで、コントローラ３０は、本明細書が開示する技術における「検出装置」の一例である。 A semiconductor device 100 according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The semiconductor device 100 can be used for an inverter circuit in an electric vehicle such as an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a fuel cell vehicle. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 100 includes a first semiconductor module 10, a second semiconductor module 20, and a controller 30, which are connected in series with each other. The first semiconductor module 10 and the second semiconductor module 20 form a pair, and can form a one-phase circuit of the three phases of the inverter circuit. The controller 30 is a device that detects an overcurrent of the first semiconductor module 10 and controls the operation of the first semiconductor module 10 based on the detection result. The second semiconductor module 20 is connected to a controller (not shown), and is controlled by the controller in the same manner as the first semiconductor module 10. Alternatively, the controller 30 may be configured to control both the first semiconductor module 10 and the second semiconductor module 20. Here, the controller 30 is an example of a “detection device” in the technology disclosed in this specification.

図２に示すように、第１半導体モジュール１０について説明する。第１半導体モジュール１０は、複数の半導体素子１２、１４、１６と、複数の導体スペーサ５２、５４、５６と、第１導体板５８及び第２導体板６０と、封止体２と、複数の外部接続端子６２、６４、６６とを備える。各々の半導体素子１２、１４、１６は、互いに並列に接続されており、封止体２の内部に封止されている。封止体２は、例えばエポキシ樹脂といった熱硬化性樹脂を用いて構成されている。第１導体板５８と第２導体板６０は、複数の半導体素子１２、１４、１６を挟んで対向している。複数の半導体素子１２は、第１導体板５８及び第２導体板６０の長手方向に沿って並んで配置されている。また、半導体素子１２、１４、１６の各々と第２導体板６０との間には、対応する一つの導体スペーサ５２、５４、５６が介挿されている。第１導体板５８と第２導体板６０と導体スペーサ５２、５４、５６は、銅又はその他の金属といった導体で形成されている。複数の外部接続端子６２、６４、６６は、複数の半導体素子１２、１４、１６の少なくとも一つと接続されており、封止体２の内部から外部に向かって突出して延びている。複数の外部接続端子６２、６４、６６は、銅、アルミニウム又はその他の金属といった導体によって形成されている。 As shown in FIG. 2, the first semiconductor module 10 will be described. The first semiconductor module 10 includes a plurality of semiconductor elements 12, 14, 16, a plurality of conductor spacers 52, 54, 56, a first conductor plate 58 and a second conductor plate 60, a sealing body 2, and a plurality of sealers 2. The external connection terminals 62, 64, 66 are provided. The semiconductor elements 12, 14, 16 are connected in parallel with each other and are sealed inside the sealing body 2. The sealing body 2 is made of, for example, a thermosetting resin such as an epoxy resin. The first conductor plate 58 and the second conductor plate 60 face each other with the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16 interposed therebetween. The plurality of semiconductor elements 12 are arranged side by side along the longitudinal direction of the first conductor plate 58 and the second conductor plate 60. Further, one corresponding conductor spacer 52, 54, 56 is interposed between each of the semiconductor elements 12, 14, 16 and the second conductor plate 60. The first conductor plate 58, the second conductor plate 60, and the conductor spacers 52, 54, 56 are formed of a conductor such as copper or another metal. The plurality of external connection terminals 62, 64, 66 are connected to at least one of the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16 and extend from the inside of the sealing body 2 to the outside. The plurality of external connection terminals 62, 64, 66 are formed of a conductor such as copper, aluminum or other metal.

第１半導体モジュール１０について、複数の半導体素子１２、１４、１６は、スイッチング素子であり、詳しくは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）とダイオード素子とを内蔵するＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting IGBT）素子である。但し、半導体素子１２、１４、１６は、ＲＣ−ＩＧＢＴ素子に限定されず、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）素子といった他のスイッチング素子であってもよい。複数の半導体素子１２、１４、１６に用いられる半導体材料については、特に限定されず、例えばシリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、又は、窒化ガリウム（ＧａＮ）といった窒化物半導体であってよい。 In the first semiconductor module 10, the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16 are switching elements, and more specifically, RC-IGBT (Reverse Conducting IGBT) elements including an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a diode element. is there. However, the semiconductor elements 12, 14, and 16 are not limited to RC-IGBT elements, and may be other switching elements such as MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) elements. The semiconductor material used for the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16 is not particularly limited, and may be a nitride semiconductor such as silicon (Si), silicon carbide (SiC), or gallium nitride (GaN).

複数の半導体素子１２、１４、１６には、第１半導体素子１２と第２半導体素子１４、第３半導体素子１６が含まれる。複数の半導体素子１２、１４、１６は、並列に接続されている。第１半導体素子１２は、主電極である表面電極（図示省略）及び裏面電極（図示省略）と複数の信号パッド１２ｐとを有する。第１半導体素子１２の表面電極と信号パッド１２ｐは、第１半導体素子１２の上面に位置し、第１半導体素子１２の裏面電極は、第１半導体素子１２の下面に位置する。第２半導体素子１４は、主電極の表面電極（図示省略）及び裏面電極（図示省略）と複数の信号パッド１４ｐとを有する。第２半導体素子１４の表面電極と信号パッド１４ｐは、第２半導体素子１４の上面に位置し、第２半導体素子１４の裏面電極は、第２半導体素子１４の下面に位置する。第３半導体素子１６は、主電極の表面電極（図示省略）及び裏面電極（図示省略）と複数の信号パッド１６ｐとを有する。第３半導体素子１６の表面電極と信号パッド１６ｐは、第３半導体素子１６の上面に位置し、第３半導体素子１６の裏面電極は、第３半導体素子１６の下面に位置する。各々の半導体素子１２、１４、１６の各電極を構成する材料には、特に限定されないが、アルミニウム系又はその他の金属を採用することができる。 The plurality of semiconductor elements 12, 14, 16 include a first semiconductor element 12, a second semiconductor element 14, and a third semiconductor element 16. The plurality of semiconductor elements 12, 14, 16 are connected in parallel. The first semiconductor element 12 has a front electrode (not shown) and a back electrode (not shown) that are main electrodes, and a plurality of signal pads 12p. The front surface electrode of the first semiconductor element 12 and the signal pad 12p are located on the upper surface of the first semiconductor element 12, and the back surface electrode of the first semiconductor element 12 is located on the lower surface of the first semiconductor element 12. The second semiconductor element 14 has a front electrode (not shown) and a back electrode (not shown) which are main electrodes, and a plurality of signal pads 14p. The front surface electrode of the second semiconductor element 14 and the signal pad 14p are located on the upper surface of the second semiconductor element 14, and the back surface electrode of the second semiconductor element 14 is located on the lower surface of the second semiconductor element 14. The third semiconductor element 16 has a main surface electrode (not shown) and a back electrode (not shown), and a plurality of signal pads 16p. The front surface electrode of the third semiconductor element 16 and the signal pad 16p are located on the upper surface of the third semiconductor element 16, and the back surface electrode of the third semiconductor element 16 is located on the lower surface of the third semiconductor element 16. The material forming each electrode of each semiconductor element 12, 14, 16 is not particularly limited, but aluminum-based or other metal can be adopted.

第１半導体素子１２は、第１温度センスダイオード１２ｄと、第１温度センスダイオード１２ｄに接続された一対の温度センス信号パッド（Ａ、Ｋ）を有する。第１温度センスダイオード１２ｄは、第１半導体素子１２に内蔵されており、第１半導体素子１２の温度を検出する。一例ではあるが、図３に示すように、第１温度センスダイオード１２ｄは、負の温度特性を有する感温素子の一例であり、その順方向電圧Ｖ_ｆは温度に対して強く相関する。即ち、第１半導体素子１２の温度が上昇して、第１温度センスダイオード１２ｄの温度Ｔが上昇すると、その順方向電圧Ｖ_ｆ（即ち、一対の温度センス信号パッド（Ａ、Ｋ）間の電圧）は低下する。同様に、第２半導体素子１４は、第２温度センスダイオード１４ｄと、第２温度センスダイオード１４ｄに接続された一対の温度センス信号パッド（Ａ、Ｋ）を有し、第３半導体素子１６は、第３温度センスダイオード１６ｄと、第３温度センスダイオード１６ｄに接続された一対の温度センス信号パッド（Ａ、Ｋ）を有する。 The first semiconductor element 12 has a first temperature sense diode 12d and a pair of temperature sense signal pads (A, K) connected to the first temperature sense diode 12d. The first temperature sense diode 12d is built in the first semiconductor element 12 and detects the temperature of the first semiconductor element 12. As an example, as shown in FIG. 3, the first temperature sense diode 12d is an example of a temperature sensitive element having a negative temperature characteristic, and its forward voltage V _f has a strong correlation with temperature. That is, when the temperature of the first semiconductor element 12 rises and the temperature T of the first temperature sense diode 12d rises, the forward voltage V _f (that is, the voltage between the pair of temperature sense signal pads (A, K)). ) Decreases. Similarly, the second semiconductor element 14 has a second temperature sense diode 14d and a pair of temperature sense signal pads (A, K) connected to the second temperature sense diode 14d, and the third semiconductor element 16 is It has a third temperature sense diode 16d and a pair of temperature sense signal pads (A, K) connected to the third temperature sense diode 16d.

第１半導体モジュール１０は、複数の外部接続端子６２、６４、６６を有する。複数の外部接続端子６２、６４、６６には、電力用の低電位端子（Ｎ端子）６２及び出力端子（Ｏ端子）６４と、複数の信号端子６６が含まれる。本実施例の複数の信号端子６６には、複数の第１信号端子１２ｃと、複数の第２信号端子１４ｃと、複数の第３信号端子１６ｃと、共通電流センス信号端子１０ｓｅとが含まれる。複数の第１信号端子１２ｃは、第１半導体素子１２の信号パッド１２ｐに接続されており、複数の第２信号端子１４ｃは、第２半導体素子１４の信号パッド１４ｐに接続されており、複数の第３信号端子１６ｃは、第３半導体素子１６の信号パッド１６ｐに接続されている。 The first semiconductor module 10 has a plurality of external connection terminals 62, 64, 66. The plurality of external connection terminals 62, 64, 66 include a low potential terminal (N terminal) 62 for power, an output terminal (O terminal) 64, and a plurality of signal terminals 66. The plurality of signal terminals 66 of this embodiment include a plurality of first signal terminals 12c, a plurality of second signal terminals 14c, a plurality of third signal terminals 16c, and a common current sense signal terminal 10se. The plurality of first signal terminals 12c are connected to the signal pad 12p of the first semiconductor element 12, and the plurality of second signal terminals 14c are connected to the signal pad 14p of the second semiconductor element 14, The third signal terminal 16c is connected to the signal pad 16p of the third semiconductor element 16.

複数の第１信号端子１２ｃには、ゲート信号端子１２ｇと、一対の温度センス信号端子１２ａ、１２ｋとが含まれる。ゲート信号端子１２ｇは、信号パッド１２ｐを介して第１半導体素子１２のゲート（ここでは、ＩＧＢＴのゲート）に接続されている。一対の温度センス信号端子１２ａ、１２ｋは、一対の信号パッド１２ｐを介して第１温度センスダイオード１２ｄに接続されている。詳しくは、一方の温度センス信号端子１２ａが、第１温度センスダイオード１２ｄのアノードに接続されており、他方の温度センス信号端子１２ｋは、第１温度センスダイオード１２ｄのカソードに接続されている。複数の第２信号端子１４ｃ及び複数の第３信号端子１６ｃについても同様であり、ゲート信号端子１４ｇ、１６ｇと、一対の温度センス信号端子１４ａ、１４ｋ、１６ａ、１６ｋとが含まれている。 The plurality of first signal terminals 12c include a gate signal terminal 12g and a pair of temperature sense signal terminals 12a and 12k. The gate signal terminal 12g is connected to the gate of the first semiconductor element 12 (here, the gate of the IGBT) via the signal pad 12p. The pair of temperature sense signal terminals 12a and 12k are connected to the first temperature sense diode 12d via the pair of signal pads 12p. Specifically, one temperature sense signal terminal 12a is connected to the anode of the first temperature sense diode 12d, and the other temperature sense signal terminal 12k is connected to the cathode of the first temperature sense diode 12d. The same applies to the plurality of second signal terminals 14c and the plurality of third signal terminals 16c, which includes the gate signal terminals 14g and 16g and the pair of temperature sense signal terminals 14a, 14k, 16a and 16k.

共通電流センス信号端子１０ｓｅは、複数の半導体素子１２、１４、１６の全ての電流センス信号パッド（ＳＥ）に接続されている。各々の半導体素子１２、１４、１６は、自己に流れる電流に比例する電流信号を、電流センス信号パッド（ＳＥ）から出力する。従って、共通電流センス信号端子１０ｓｅからは、複数の半導体素子１２、１４、１６に流れる電流の合計値に比例する電流信号が出力される。 The common current sense signal terminal 10se is connected to all the current sense signal pads (SE) of the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16. Each of the semiconductor elements 12, 14 and 16 outputs a current signal proportional to the current flowing therethrough from the current sense signal pad (SE). Therefore, the common current sense signal terminal 10se outputs a current signal proportional to the total value of the currents flowing through the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16.

コントローラ３０は、第１半導体モジュール１０の複数の信号端子６６に接続されている。コントローラ３０は、複数の信号端子６６を介して、第１半導体モジュール１０の状態（温度や電流）を監視しながら、第１半導体モジュール１０の動作を制御する。例えば、コントローラ３０は、ゲート制御部４０を備えている。ゲート制御部４０は、各々のゲート信号端子１２ｇ、１４ｇ、１６ｇへ駆動制御信号を出力することによって、各々の半導体素子１２、１４、１６の動作を個別に制御することができる。 The controller 30 is connected to the plurality of signal terminals 66 of the first semiconductor module 10. The controller 30 controls the operation of the first semiconductor module 10 while monitoring the state (temperature and current) of the first semiconductor module 10 via the plurality of signal terminals 66. For example, the controller 30 includes a gate controller 40. The gate control unit 40 can individually control the operation of each of the semiconductor elements 12, 14, 16 by outputting a drive control signal to each of the gate signal terminals 12g, 14g, 16g.

コントローラ３０は、電流監視部３２をさらに備える。電流監視部３２は、第１半導体モジュール１０の共通電流センス信号端子１０ｓｅに接続されている。前述したように、共通電流センス信号端子１０ｓｅからは、複数の半導体素子１２、１４、１６に流れる電流の合計値に比例する電流信号が出力される。電流監視部３２は、共通電流センス信号端子１０ｓｅから出力される電流信号が所定の電流閾値以上となったときに、異常信号を出力するように構成されている。即ち、電流監視部３２は、複数の半導体素子１２、１４、１６に流れる電流の合計値が所定の閾値以上であるときに、異常信号を出力する。電流監視部３２が出力する異常信号は、ゲート制御部４０に入力される。ゲート制御部４０は、電流監視部３２から異常信号が入力されると、複数の半導体素子１２、１４、１６の少なくとも一つに過電流が流れたと判定する。この場合、例えば駆動制御信号の出力を中止又は制限するといった、所定の保護動作を実行する。 The controller 30 further includes a current monitoring unit 32. The current monitoring unit 32 is connected to the common current sense signal terminal 10se of the first semiconductor module 10. As described above, the common current sense signal terminal 10se outputs a current signal proportional to the total value of the currents flowing through the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16. The current monitoring unit 32 is configured to output an abnormal signal when the current signal output from the common current sense signal terminal 10se exceeds a predetermined current threshold value. That is, the current monitoring unit 32 outputs the abnormal signal when the total value of the currents flowing through the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16 is equal to or more than the predetermined threshold. The abnormal signal output by the current monitoring unit 32 is input to the gate control unit 40. When the abnormal signal is input from the current monitoring unit 32, the gate control unit 40 determines that an overcurrent has flown into at least one of the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16. In this case, a predetermined protection operation such as stopping or limiting the output of the drive control signal is executed.

このように、本実施例の半導体装置１００では、第１半導体モジュール１０が共通電流センス信号端子１０ｓｅを有しており、コントローラ３０の電流監視部３２は、共通電流センス信号端子１０ｓｅから出力される信号に基づいて、複数の半導体素子１２、１４、１６に流れる電流の合計値を監視する。このような構成によると、各々の半導体素子１２、１４、１６に対して個別の電流センス信号端子を設ける必要がなく、それらの出力信号をそれぞれ監視する必要もないので、半導体装置１００の小型化を図ることができる。 As described above, in the semiconductor device 100 of this embodiment, the first semiconductor module 10 has the common current sense signal terminal 10se, and the current monitoring unit 32 of the controller 30 outputs from the common current sense signal terminal 10se. Based on the signal, the total value of the currents flowing through the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16 is monitored. With such a configuration, it is not necessary to provide individual current sense signal terminals for each of the semiconductor elements 12, 14 and 16, and it is not necessary to monitor the output signals of each of them, so that the semiconductor device 100 can be miniaturized. Can be planned.

但し、複数の半導体素子１２、１４、１６の間には製造上の個体差が存在することから、複数の半導体素子１２、１４、１６に流れる電流は必ずしも均等ではなく、そのうちの一つの半導体素子のみに過電流が生じることもある。このような場合に、複数の半導体素子１２、１４、１６に流れる電流の合計値を監視するだけでは、その過電流を正しく検出できないおそれがある。そのことから、本実施例の半導体装置１００では、コントローラ３０が複数の半導体素子１２、１４、１６の温度をそれぞれ監視しており、それを併用することによって、半導体モジュール１０に生じた過電流をより正しく検出するように構成されている。 However, since there are individual differences in manufacturing among the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16, the currents flowing through the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16 are not necessarily equal, and one of the semiconductor elements is not the same. An overcurrent may occur only in this case. In such a case, the overcurrent may not be correctly detected only by monitoring the total value of the currents flowing through the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16. Therefore, in the semiconductor device 100 of the present embodiment, the controller 30 monitors the temperatures of the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16 respectively, and by using them together, the overcurrent generated in the semiconductor module 10 can be prevented. It is configured to detect more correctly.

そのために、コントローラ３０は、温度監視部３６と温度検出部３８をさらに備える。温度監視部３６は、各々の半導体素子１２、１４、１６の温度センスダイオード１２ｄ、１４ｄ、１６ｄと接続されている。温度監視部３６は、各々の半導体素子１２、１４、１６の温度が所定の温度閾値以上である場合に、異常信号を温度検出部３８に出力する。温度検出部３８は、少なくとも一つの半導体素子の温度が所定の温度閾値以上である場合に、ゲート制御部４０へ異常信号を出力する。ゲート制御部４０は、温度検出部３８から異常信号が入力されると、複数の半導体素子１２、１４、１６の少なくとも一つに過電流が流れたと判定する。この場合でも、例えば駆動制御信号の出力を中止又は制限するといった、所定の保護動作を実行する。このように、本実施例のコントローラ３０は、複数の半導体素子１２、１４、１６に流れる電流の合計値が所定の電流閾値以上であるか、複数の半導体素子１２、１４、１６の少なくとも一つの温度が所定の温度閾値以上であるときに、少なくとも一つの半導体素子に過電流が流れたと判定する。これにより、複数の半導体素子１２、１４、１６の間で個体差が存在する場合でも、第１半導体モジュール１０で生じた過電流を正しく検出することができる。 For that purpose, the controller 30 further includes a temperature monitoring unit 36 and a temperature detection unit 38. The temperature monitoring unit 36 is connected to the temperature sense diodes 12d, 14d, 16d of the respective semiconductor elements 12, 14, 16. The temperature monitoring unit 36 outputs an abnormal signal to the temperature detection unit 38 when the temperature of each semiconductor element 12, 14, 16 is equal to or higher than a predetermined temperature threshold. The temperature detector 38 outputs an abnormal signal to the gate controller 40 when the temperature of at least one semiconductor element is equal to or higher than a predetermined temperature threshold. When the abnormal signal is input from the temperature detection unit 38, the gate control unit 40 determines that an overcurrent has flown into at least one of the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16. Even in this case, for example, a predetermined protection operation such as stopping or limiting the output of the drive control signal is executed. As described above, the controller 30 of the present embodiment is configured such that the total value of the currents flowing through the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16 is equal to or more than the predetermined current threshold value, or at least one of the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16 is provided. When the temperature is equal to or higher than a predetermined temperature threshold value, it is determined that an overcurrent has flown through at least one semiconductor element. As a result, even if there are individual differences among the plurality of semiconductor elements 12, 14, 16, it is possible to correctly detect the overcurrent generated in the first semiconductor module 10.

第２半導体モジュール２０及びそのコントローラ（不図示）についても、上述した第１半導体モジュール１０及びそのコントローラ３０と同様の構成が採用されている。そのことから、第２半導体モジュール２０及びそのコントローラについての重複する説明は省略する。本実施例における半導体装置１００は、第２半導体モジュール２０において過電流が生じたときでも、それを正しく検出することができる。 The second semiconductor module 20 and its controller (not shown) have the same configuration as the above-described first semiconductor module 10 and its controller 30. Therefore, redundant description of the second semiconductor module 20 and its controller will be omitted. The semiconductor device 100 according to the present embodiment can correctly detect an overcurrent generated in the second semiconductor module 20.

以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。 Although some specific examples have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations.

２：封止体
１０：第１半導体モジュール
１０ｓｅ：共通電流センス信号端子
１２、１４、１６：半導体素子
１２ａ、１２ｋ、１４ａ、１４ｋ、１６ａ、１６ｋ：温度センス信号端子
１２ｃ：第１信号端子
１２ｄ、１４ｄ、１６ｄ：温度センスダイオード
１２ｇ、１４ｇ、１６ｇ：ゲート信号端子
１２ｐ、１４ｐ、１６ｐ：信号パッド
１４ｃ：第２信号端子
１６ｃ：第３信号端子
２０：第２半導体モジュール
３０：コントローラ
３２：電流監視部
３６：温度監視部
３８：温度検出部
４０：ゲート制御部
５２、５４、５６：導体スペーサ
５８、６０：導体板
６２：Ｎ端子
６４：Ｏ端子
１００：半導体装置
Ｔ：温度センスダイオードの温度
Ｖ_ｆ：順方向電圧 2: Sealing body 10: First semiconductor module 10se: Common current sense signal terminals 12, 14, 16: Semiconductor elements 12a, 12k, 14a, 14k, 16a, 16k: Temperature sense signal terminal 12c: First signal terminal 12d, 14d, 16d: temperature sense diodes 12g, 14g, 16g: gate signal terminals 12p, 14p, 16p: signal pad 14c: second signal terminal 16c: third signal terminal 20: second semiconductor module 30: controller 32: current monitoring unit 36: Temperature monitoring unit 38: Temperature detection unit 40: Gate control units 52, 54, 56: Conductor spacers 58, 60: Conductor plate 62: N terminal 64: O terminal 100: Semiconductor device T: Temperature sense diode temperature V _f : Forward voltage

Claims

A semiconductor module,
A detection device for detecting an overcurrent generated in the semiconductor module,
The semiconductor module is
A plurality of semiconductor elements that are connected in parallel and each have a temperature sensitive element and a current sense signal pad;
A plurality of temperature sense signal terminals each connected to the temperature sensitive element of the corresponding one semiconductor element,
A common current sense signal terminal connected to all current sense signal pads of the plurality of semiconductor elements,
Each of the semiconductor elements outputs a current signal proportional to a current flowing thereinto from the current sense signal pad,
The detection device is connected to the common current sense signal terminal and the plurality of temperature sense signal terminals, the current signal output from the common current sense signal terminal is a predetermined current threshold or more, or the plurality of When at least one temperature of the semiconductor element of is a predetermined temperature threshold or more, it is determined that an overcurrent has flowed to the at least one semiconductor element,
Semiconductor device.