JP2021052026A - Manufacturing method for power module - Google Patents

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JP2021052026A JP2019172006A JP2019172006A JP2021052026A JP 2021052026 A JP2021052026 A JP 2021052026A JP 2019172006 A JP2019172006 A JP 2019172006A JP 2019172006 A JP2019172006 A JP 2019172006A JP 2021052026 A JP2021052026 A JP 2021052026A
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優太 鈴木
Yuta Suzuki
優太 鈴木
健 徳山
Takeshi Tokuyama
健 徳山
将利 大久保
Masatoshi Okubo
将利 大久保
通 上原
Toru Uehara
通 上原
歩 畑中
Ayumi Hatanaka
歩 畑中
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Abstract

To suppress wrong detection of excess current.SOLUTION: A manufacturing method for a power module including two power semiconductor elements that are connected in parallel to each other includes a reading step of reading characteristic values of a plurality of power semiconductor elements, a selecting step of selecting two power semiconductor elements from the plurality of power semiconductor elements on the basis of the characteristic values, and a manufacturing step of manufacturing a power module by connecting the two semiconductor elements selected in the selecting step in parallel to each other. The characteristic values include a first voltage value that is the voltage value between a gate and an emitter in a designated collector current, which is not zero, when a designated voltage, which is not zero, between the gate and the emitter is applied, a second voltage value that is the voltage between the gate and the emitter that becomes the designated collector current, which is not zero, when the designated voltage, which is not zero, between the gate and the emitter is applied, and an energy loss value that is an integral value of the product of the voltage between the collector and the emitter and the collector current at the turn-off time.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、パワーモジュールの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a power module.

複数のパワー半導体素子を内部で並列に接続することで、大電流へ対応するパワーモジュールの構成が知られている。特許文献1には、電力変換用の複数の半導体素子を、前記半導体素子の電圧特性が設計値を含む所定範囲内に収まっている第1グループと、前記電圧特性が前記所定範囲より大きい第2グループと、前記電圧特性が前記所定範囲よりも小さい第3グループに仕分けする仕分工程と、少なくとも1個の前記半導体素子を前記第1グループから抽出し、残りを前記第2グループと前記第3グループの中から抽出して合計で所定の偶数個の前記半導体素子を集める抽出工程と、前記抽出工程で集められた前記半導体素子を2個1組で並列接続する工程であって、前記第2グループの半導体素子は前記第2グループの別の半導体素子又は前記第1グループの半導体素子と並列に接続し、前記第3グループの半導体素子は前記第3グループの別の半導体素子又は前記第1グループの半導体素子と並列に接続する接続工程と、を備える電力変換装置の製造方法が開示されている。 It is known that a power module can handle a large current by connecting a plurality of power semiconductor elements in parallel internally. Patent Document 1 describes a plurality of semiconductor elements for power conversion as a first group in which the voltage characteristics of the semiconductor elements are within a predetermined range including a design value, and a second group in which the voltage characteristics are larger than the predetermined range. A sorting step of sorting into groups and a third group whose voltage characteristics are smaller than the predetermined range, and at least one of the semiconductor elements are extracted from the first group, and the rest are the second group and the third group. A step of extracting from the above and collecting a predetermined even number of the semiconductor elements in total, and a step of connecting the semiconductor elements collected in the extraction step in a set of two in parallel, the second group. The semiconductor element of the third group is connected in parallel with another semiconductor element of the second group or the semiconductor element of the first group, and the semiconductor element of the third group is another semiconductor element of the third group or the semiconductor element of the first group. A method for manufacturing a power conversion device including a connection step for connecting in parallel with a semiconductor element is disclosed.

特開2018−143030号公報JP-A-2018-143030

特許文献1に記載されている発明では、過電流の誤検知について考慮されていない。 In the invention described in Patent Document 1, false detection of overcurrent is not considered.

本発明の第1の態様によるパワーモジュールの製造方法は、並列に接続される2つのパワー半導体素子を含むパワーモジュールの製造方法であって、複数の前記パワー半導体素子の特性値を読み込む読み込み工程と、前記特性値に基づいて、前記複数のパワー半導体素子から前記2つのパワー半導体素子を選定する選定工程と、前記選定工程により選定された前記2つのパワー半導体素子を並列に接続して前記パワーモジュールを製造する製造工程とを含み、前記特性値には、ゼロではない指定のゲート・エミッタ間電圧を印加しゼロではない指定のコレクタ電流におけるゲート・エミッタ間の電圧値である第1電圧値、ゼロではない指定のコレクタ・エミッタ間電圧を印加しゼロではない指定のコレクタ電流となるゲート・エミッタ間電圧である第2電圧値、およびターンオフ時のコレクタ電流とコレクタ・エミッタ間電圧との積の積分値であるエネルギー損失値が含まれる。 The method for manufacturing a power module according to the first aspect of the present invention is a method for manufacturing a power module including two power semiconductor elements connected in parallel, and includes a reading step of reading characteristic values of the plurality of the power semiconductor elements. The power module is connected in parallel to a selection step of selecting the two power semiconductor elements from the plurality of power semiconductor elements based on the characteristic values and the two power semiconductor elements selected by the selection step. The first voltage value, which is the voltage value between the gate and emitter at the specified collector current that is not zero, is applied to the characteristic value by applying a non-zero specified gate-emitter voltage. The product of the second voltage value, which is the gate-emitter voltage that becomes the specified non-zero collector current when a non-zero specified collector-emitter voltage is applied, and the collector current at turn-off and the collector-emitter voltage. The energy loss value, which is the integrated value, is included.

本発明によれば、過電流の誤検知を抑制できる。 According to the present invention, false detection of overcurrent can be suppressed.

組合せシステムの概要図Schematic diagram of combination system 1相分のパワーモジュールの概略図Schematic diagram of power module for one phase 特性値テーブルの一例を示す図The figure which shows an example of the characteristic value table パワー半導体の出力特性の一例を示す図The figure which shows an example of the output characteristic of a power semiconductor 選定工程を示すフローチャートFlowchart showing the selection process

―第1の実施の形態―
以下、図1〜図5を参照して、本発明に係る組合せシステムの第1の実施の形態を説明する。組合せシステムは、パワー半導体素子の組合せおよびパワーモジュールの製造を行う。なお以下では、パワー半導体素子のことを「素子」とも呼ぶ。
-First Embodiment-
Hereinafter, the first embodiment of the combination system according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. The combination system combines power semiconductor elements and manufactures power modules. In the following, the power semiconductor element is also referred to as an "element".

(構成)
図1は、本発明に係る組合せシステムSの概要図である。組合せシステムSは、演算装置10と、カメラ20と、ロボットハンド30とを備える。組合せシステムSによるパワーモジュールの製造は、読み込み工程と選定工程と製造工程とを含む。読み込み工程および選定工程は演算装置10により実行され、製造工程はロボットハンド30を利用して実行される。
(Constitution)
FIG. 1 is a schematic view of a combination system S according to the present invention. The combination system S includes an arithmetic unit 10, a camera 20, and a robot hand 30. The production of the power module by the combination system S includes a reading process, a selection process, and a manufacturing process. The reading process and the selection process are executed by the arithmetic unit 10, and the manufacturing process is executed by using the robot hand 30.

演算装置10は、中央演算装置であるCPU11と、読み出し専用の記憶装置であるROM12と、読み書き可能な記憶装置であるRAM13と、記憶部14と、通信部15とを備える。CPU11がROM12に格納されるプログラムをRAM13に展開して実行することで後述する複数の機能を実現する。 The arithmetic unit 10 includes a CPU 11 which is a central arithmetic unit, a ROM 12 which is a read-only storage device, a RAM 13 which is a readable / writable storage device, a storage unit 14, and a communication unit 15. The CPU 11 expands the program stored in the ROM 12 into the RAM 13 and executes the program to realize a plurality of functions described later.

記憶部14は不揮発性の記憶装置、たとえばハードディスクドライブやフラッシュメモリである。記憶部14には特性値テーブル19が格納される。特性値テーブル19には、あらかじめ測定されたそれぞれのパワー半導体素子の特性値が格納される。通信部15は所定の通信プロトコル、たとえばシリアル通信によりカメラ20およびロボットハンド30と通信を行う通信モジュールである。 The storage unit 14 is a non-volatile storage device, for example, a hard disk drive or a flash memory. The characteristic value table 19 is stored in the storage unit 14. The characteristic value table 19 stores the characteristic values of each power semiconductor element measured in advance. The communication unit 15 is a communication module that communicates with the camera 20 and the robot hand 30 by a predetermined communication protocol, for example, serial communication.

カメラ20は、供給トレー401の中にあるそれぞれのパワー半導体素子を認識し、それぞれのパワー半導体素子の位置および製造番号の情報を演算装置10に出力する。パワー半導体素子の位置とは、たとえば供給トレー401の左上の点を基準とする二次元座標や三次元座標である。製造番号とは、それぞれのパワー半導体素子を識別するための識別情報であり、識別が可能であればどのような情報でもよい。製造番号は、たとえば複数桁の数字、複数桁のアルファベット、アルファベットと数字の組合せなどである。製造番号は、パワー半導体素子の表面に文字情報として印刷してもよいし、コード化して印刷してもよい。コード化された製造番号は、たとえばバーコードや二次元コードとしてパワー半導体素子の表面に印刷できる。 The camera 20 recognizes each power semiconductor element in the supply tray 401, and outputs information on the position and serial number of each power semiconductor element to the arithmetic unit 10. The position of the power semiconductor element is, for example, two-dimensional coordinates or three-dimensional coordinates with reference to the upper left point of the supply tray 401. The serial number is identification information for identifying each power semiconductor element, and may be any information as long as it can be identified. The serial number is, for example, a multi-digit number, a multi-digit alphabet, a combination of alphabets and numbers, and the like. The serial number may be printed as character information on the surface of the power semiconductor element, or may be coded and printed. The coded serial number can be printed on the surface of the power semiconductor element as, for example, a bar code or a two-dimensional code.

ロボットハンド30は、演算装置10から受ける動作指令に基づきパワー半導体素子を供給トレー401からペアトレー402に移動させる。具体的には、演算装置10はロボットハンド30に対してピックアップ位置である供給トレー401内のパワー半導体素子の位置と、ドロップオフ位置であるペアトレー402内の位置をロボットハンド30を送信する。ロボットハンド30は、これらの位置情報を受け取ると、ピックアップ位置からパワー半導体素子をピックアップし、ドロップオフ位置にパワー半導体素子をドロップオフする。ロボットハンド30の先端は、パワー半導体素子のピッキングのために一時的にパワー半導体素子を固定可能に構成されている。ロボットハンド30は、たとえば圧縮空気を用いた吸引によりパワー半導体素子を固定してもよいし、摘まむ動作によりパワー半導体素子を固定してもよい。 The robot hand 30 moves the power semiconductor element from the supply tray 401 to the pair tray 402 based on the operation command received from the arithmetic unit 10. Specifically, the arithmetic unit 10 transmits the robot hand 30 to the robot hand 30 at the position of the power semiconductor element in the supply tray 401, which is the pickup position, and the position in the pair tray 402, which is the drop-off position. Upon receiving these position information, the robot hand 30 picks up the power semiconductor element from the pickup position and drops off the power semiconductor element at the drop-off position. The tip of the robot hand 30 is configured so that the power semiconductor element can be temporarily fixed for picking the power semiconductor element. The robot hand 30 may fix the power semiconductor element by suction using compressed air, for example, or may fix the power semiconductor element by a pinching operation.

ペアトレー402には、ロボットハンド30により2個1組のパワー半導体素子が複数組配置される。たとえば3相交流のUVWの各相の上アームおよび下アームに対応するように、ペアトレー402には合計で6組、すなわち12個のパワー半導体素子が配置される。以下では、2個1組のパワー半導体素子を「ペア素子」と呼ぶ。また、ペア素子を構成する2つのパワー半導体素子を、「基準素子」および「選択素子」と呼ぶ。ただし基準素子と選択素子は便宜的な区別である。詳しくは後述するが、ペア素子の候補として先に選択した素子を基準素子と呼び、基準素子と組み合わされる素子を選択素子と呼ぶ。 A plurality of sets of power semiconductor elements, each set of two, are arranged on the pair tray 402 by the robot hand 30. For example, a total of 6 sets, that is, 12 power semiconductor elements are arranged in the pair tray 402 so as to correspond to the upper arm and the lower arm of each phase of the three-phase AC UVW. Hereinafter, a set of two power semiconductor elements will be referred to as a "pair element". Further, the two power semiconductor elements constituting the pair element are referred to as a "reference element" and a "selection element". However, the reference element and the selection element are for convenience. Although the details will be described later, the element selected first as a candidate for the pair element is called a reference element, and the element combined with the reference element is called a selection element.

本実施の形態では詳細を説明しないが、ロボットハンド30が配置したそれぞれの組のパワー半導体素子を用いてパワーモジュールが製造される。たとえばペアトレー402にU相の上アーム用のパワー半導体素子であるU1とU2、U相の下アーム用のパワー半導体素子であるU3とU4が配されると、既知である製造工程によりU1〜U4を用いてU相用のパワーモジュールが作成される。パワーモジュールを製造する製造工程は、ロボットハンド30によるペアトレー402へのペア素子の配置を含むが、それ以外は特に限定されない。たとえばペアトレー402に配置されたペア素子を別途用意された回路基板に組み付ける工程が製造工程にさらに含まれてもよいし、ペアトレー402そのものが回路基板であってもよい。 Although details will not be described in this embodiment, a power module is manufactured using each set of power semiconductor elements arranged by the robot hand 30. For example, when U1 and U2, which are power semiconductor elements for the U-phase upper arm, and U3 and U4, which are power semiconductor elements for the U-phase lower arm, are arranged on the pair tray 402, U1 to U4 are arranged by a known manufacturing process. A power module for the U phase is created using. The manufacturing process for manufacturing the power module includes the arrangement of the pair elements on the pair tray 402 by the robot hand 30, but is not particularly limited to the rest. For example, the manufacturing process may further include a step of assembling the pair elements arranged on the pair tray 402 to a separately prepared circuit board, or the pair tray 402 itself may be a circuit board.

(パワーモジュールの概略)
図2は、1相分のパワーモジュールPWの概略図である。パワーモジュールPWは、上アームHと下アームLのそれぞれに2つのパワー半導体素子およびドライバICを備える。具体的には、上アームHには、第1のパワー半導体素子である第1素子P1、第2のパワー半導体素子である第2素子P2、および第1のドライバICであるIC1が含まれる。下アームLには、第3のパワー半導体素子である第3素子P3、第4のパワー半導体素子である第4素子P4、および第2のドライバICであるIC2が含まれる。第1素子P1と第2素子P2は並列に接続され、第3素子P3と第4素子P4は並列に接続される。
(Outline of power module)
FIG. 2 is a schematic view of a power module PW for one phase. The power module PW includes two power semiconductor elements and a driver IC in each of the upper arm H and the lower arm L. Specifically, the upper arm H includes a first element P1 which is a first power semiconductor element, a second element P2 which is a second power semiconductor element, and an IC1 which is a first driver IC. The lower arm L includes a third element P3 which is a third power semiconductor element, a fourth element P4 which is a fourth power semiconductor element, and an IC2 which is a second driver IC. The first element P1 and the second element P2 are connected in parallel, and the third element P3 and the fourth element P4 are connected in parallel.

すなわち第1素子P1と第2素子P2の組合せはペア素子である。また、第3素子P3と第4素子P4の組合せは別のペア素子である。なお図2における矢印つきの破線は、のちの説明において言及する。 That is, the combination of the first element P1 and the second element P2 is a pair element. Further, the combination of the third element P3 and the fourth element P4 is another pair element. The broken line with an arrow in FIG. 2 will be referred to later in the description.

IC1は第1素子P1および第2素子P2のゲートに電圧を印加する。IC2は第3素子P3および第4素子P4のゲートに電圧を印加する。パワーモジュールPWに4つのパワー半導体素子のうち、第1素子P1と第2素子P2とが1つの組み合わせであり、第3素子P3と第4素子P4とが別の1つの組合せである。後述するように演算装置10がパワー半導体素子を選定して組合せを決定するので、第1素子P1と第2素子P2は電気的な特性が類似しており、第3素子P3と第4素子P4は電気的な特性が類似している。ただし第1素子P1と第3素子P3の電気的な特性の類似性や、第1素子P1と第4素子P4の電気的な特性の類似性は不問である。 IC1 applies a voltage to the gates of the first element P1 and the second element P2. The IC2 applies a voltage to the gates of the third element P3 and the fourth element P4. Of the four power semiconductor elements in the power module PW, the first element P1 and the second element P2 are one combination, and the third element P3 and the fourth element P4 are another combination. As will be described later, since the arithmetic unit 10 selects the power semiconductor element and determines the combination, the first element P1 and the second element P2 have similar electrical characteristics, and the third element P3 and the fourth element P4 Are similar in electrical properties. However, the similarity of the electrical characteristics of the first element P1 and the third element P3 and the similarity of the electrical characteristics of the first element P1 and the fourth element P4 are irrelevant.

図3は、特性値テーブル19の一例を示す図である。特性値テーブル19は複数のレコードから構成され、各レコードは製造番号191、第1電圧値192、第2電圧値193、およびエネルギー損失値194のフィールドを有する。各レコードには個々のパワー半導体素子に特有の情報が格納される。製造番号191のフィールドにはパワー半導体素子を識別する製造番号が格納される。第1電圧値192のフィールドには、製造番号191のフィールドの値で特定されるパワー半導体素子の第1電圧値が格納される。第2電圧値193のフィールドには、製造番号191のフィールドの値で特定されるパワー半導体素子の第2電圧値が格納される。エネルギー損失値194のフィールドには、製造番号191のフィールドの値で特定されるパワー半導体素子のエネルギー損失値が格納される。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the characteristic value table 19. The characteristic value table 19 is composed of a plurality of records, and each record has fields of serial number 191 and first voltage value 192, second voltage value 193, and energy loss value 194. Information specific to each power semiconductor element is stored in each record. A serial number for identifying a power semiconductor element is stored in the field of serial number 191. The field of the first voltage value 192 stores the first voltage value of the power semiconductor element specified by the value of the field of serial number 191. The field of the second voltage value 193 stores the second voltage value of the power semiconductor element specified by the value of the field of serial number 191. The field of the energy loss value 194 stores the energy loss value of the power semiconductor device specified by the value of the field of serial number 191.

特性値テーブル19に格納される値は、それぞれのパワー半導体素子を実際に測定して得られるが、この測定は自動処理により行われてもよいし人間により行われてもよい。第1電圧値、第2電圧値、およびエネルギー損失値のそれぞれは次に説明するが、それぞれの測定方法は既知なので本実施の形態では説明しない。またそれぞれのパワー半導体素子の特性値はあらかじめ測定が完了している。 The values stored in the characteristic value table 19 are obtained by actually measuring each power semiconductor element, and this measurement may be performed by automatic processing or by a human being. Each of the first voltage value, the second voltage value, and the energy loss value will be described below, but since the measurement methods for each are known, they will not be described in the present embodiment. Further, the characteristic values of each power semiconductor element have been measured in advance.

(特性値)
パワー半導体素子の特性値である第1電圧値、第2電圧値、およびエネルギー損失値を説明する。なお以下の説明において、ターンオンとは、ゲート・エミッタ間電圧が所定の閾値を超えることである。またターンオフとは、ゲート・エミッタ間電圧が所定の閾値を下回ることである。
(Characteristic value)
The first voltage value, the second voltage value, and the energy loss value, which are the characteristic values of the power semiconductor element, will be described. In the following description, turn-on means that the gate-emitter voltage exceeds a predetermined threshold value. Turn-off means that the gate-emitter voltage falls below a predetermined threshold value.

第1電圧値とは、指定のゲート・エミッタ間電圧X1を印加し、指定のコレクタ電流X2におけるコレクタ・エミッタ間電圧である。第2電圧値とは、指定のコレクタ・エミッタ間電圧X3を印加し、指定のコレクタ電流X4となるゲート・エミッタ間電圧である。第1電圧値と第2電圧値を代表して第1電圧値を詳しく説明する。 The first voltage value is a collector-emitter voltage at a designated collector current X2 when a designated gate-emitter voltage X1 is applied. The second voltage value is a gate-emitter voltage at which a designated collector-emitter voltage X3 is applied and a designated collector current X4 is obtained. The first voltage value will be described in detail on behalf of the first voltage value and the second voltage value.

図4は、パワー半導体の出力特性の一例、具体的には所定のコレクタ電流Icを流しているときのコレクタ・エミッタ間電圧Vceの例を示す図である。ただしこの特性は、ゲート・エミッタ間電圧により異なるので、図4にはゲート・エミッタ間電圧が9V〜13Vの場合を示している。いずれのゲート・エミッタ間電圧の場合にも、コレクタ電流Icが大きくなるほどゲート・エミッタ間電圧Vceが大きくなる傾向にある。 FIG. 4 is a diagram showing an example of output characteristics of a power semiconductor, specifically, an example of a collector-emitter voltage Vce when a predetermined collector current Ic is flowing. However, since this characteristic differs depending on the gate-emitter voltage, FIG. 4 shows the case where the gate-emitter voltage is 9V to 13V. In any of the gate-emitter voltages, the gate-emitter voltage Vce tends to increase as the collector current Ic increases.

たとえばゲート・エミッタ間電圧が13Vの場合において、コレクタ電流がゼロの場合にはゲート・エミッタ間電圧もゼロであるが、コレクタ電流の増加とともにゲート・エミッタ間電圧も増加する。たとえばゲート・エミッタ間電圧が13Vの場合に、コレクタ電流がY21であればコレクタ・エミッタ間電圧はY11であり、コレクタ電流がY22であればコレクタ・エミッタ間電圧はY13である。また、コレクタ電流が同じY21であっても、ゲート・エミッタ間電圧が12Vであればコレクタ・エミッタ間電圧はY12である。 For example, when the gate-emitter voltage is 13V and the collector current is zero, the gate-emitter voltage is also zero, but the gate-emitter voltage also increases as the collector current increases. For example, when the gate-emitter voltage is 13V, if the collector current is Y21, the collector-emitter voltage is Y11, and if the collector current is Y22, the collector-emitter voltage is Y13. Even if the collector current is Y21, the collector-emitter voltage is Y12 if the gate-emitter voltage is 12V.

ペア素子は電気的な特性が似ていることが望ましく、可能であれば図4で示す特性の全てが同一、すなわち、任意のゲート・エミッタ間電圧において任意のコレクタ電流におけるコレクタ・エミッタ間電圧の値が同一であることが望ましい。しかし図4に示す特性の全てが同一であることを確認するためには煩雑な手順が必要となり高コストとなる。そこで、あらかじめ定めた特定の条件下での特性を比較してペア素子を選定する。このような考えに基づき設定したパラメータの1つが第1電圧値であり、具体的には前述のとおり、指定のゲート・エミッタ間電圧X1を印加し、指定のコレクタ電流X2におけるコレクタ・エミッタ間電圧である。 It is desirable that the paired elements have similar electrical characteristics, and if possible, all of the characteristics shown in FIG. 4 are the same, that is, at any gate-emitter voltage, at any collector current, and at any collector-emitter voltage. It is desirable that the values are the same. However, in order to confirm that all the characteristics shown in FIG. 4 are the same, a complicated procedure is required and the cost is high. Therefore, the pair elements are selected by comparing the characteristics under specific predetermined conditions. One of the parameters set based on this idea is the first voltage value. Specifically, as described above, the specified gate-emitter voltage X1 is applied and the collector-emitter voltage at the specified collector current X2. Is.

ただしX1およびX2は使用するパワー半導体の特性に合わせて適切に設定する必要があり、少なくともX1およびX2はゼロではない。ゲート・エミッタ間電圧X1は最大定格以下であり、コレクタ電流X2は予め定められたゲート・エミッタ間電圧X1における最大のコレクタ電流以下である。たとえば図4に示す例において、ゲート・エミッタ間電圧X1が13Vに設定された場合には、指定のコレクタ電流X2はY22以下に設定される。 However, X1 and X2 need to be set appropriately according to the characteristics of the power semiconductor used, and at least X1 and X2 are not zero. The gate-emitter voltage X1 is equal to or less than the maximum rating, and the collector current X2 is equal to or less than the maximum collector current at the predetermined gate-emitter voltage X1. For example, in the example shown in FIG. 4, when the gate-emitter voltage X1 is set to 13V, the designated collector current X2 is set to Y22 or less.

エネルギー損失値とは、ターンオフ時のコレクタ電流とコレクタ・エミッタ間電圧の積の積分値である。具体的には、ゲート電流が遮断されコレクタ・エミッタ間電圧が立ち上がり始める時点から、パワー半導体素子が完全にオフ状態へ移行する期間で測定される。 The energy loss value is the integral value of the product of the collector current and the collector-emitter voltage at turn-off. Specifically, it is measured in the period from the time when the gate current is cut off and the collector-emitter voltage starts to rise to the period when the power semiconductor element completely shifts to the off state.

(選定工程による選定の意義)
ドライバICが動作して、それぞれのパワー半導体素子のゲートに電圧が印加された際にエミッタへ電流が流れるタイミングは、ゲート容量、第一電圧値、および第二電圧値によって決定される。したがって、並列に接続された2つのパワーモジュール間のゲート容量、第一電圧値、および第二電圧値に差がある場合には、パワーモジュールから電流が出力されるタイミングにずれが発生する。
(Significance of selection by selection process)
When the driver IC operates and a voltage is applied to the gate of each power semiconductor element, the timing at which the current flows to the emitter is determined by the gate capacitance, the first voltage value, and the second voltage value. Therefore, if there is a difference in the gate capacitance, the first voltage value, and the second voltage value between the two power modules connected in parallel, the timing at which the current is output from the power module is deviated.

ところで、ターンオフ時の電流および電圧によって決まるエネルギー損失値は、ゲート容量Cgにより決定される。そのため、ターンオフ時の電流および電圧によって決まるエネルギー損失値を評価することで、ゲート容量Cgを等価的に評価できる。 By the way, the energy loss value determined by the current and voltage at the time of turn-off is determined by the gate capacitance Cg. Therefore, the gate capacitance Cg can be evaluated equivalently by evaluating the energy loss value determined by the current and voltage at the time of turn-off.

第一電圧値は、パワーモジュールのキャリア伝導特性を示しており、並列に接続された2つのパワーモジュール間の第一電圧値に差がある場合には、キャリア量に違いが生じ、スイッチング速度の差が生じる。ここでは具体例を示すために、図2に示す回路において第1素子P1の方が第2素子P2よりもスイッチング速度が速く先に電流が流れるとして説明する。 The first voltage value indicates the carrier conduction characteristics of the power module, and if there is a difference in the first voltage value between two power modules connected in parallel, the carrier amount will be different and the switching speed will be increased. There is a difference. Here, in order to show a specific example, in the circuit shown in FIG. 2, the first element P1 will be described as having a faster switching speed than the second element P2 and the current will flow first.

パワーモジュールから電流が出力されるタイミングにずれが発生すると、対アームダイオード、すなわち第2素子P2のリカバリ電流が流れるタイミング、およびリカバリ電流のピーク値に差が発生する。これらの差が発生すると、図2に破線で示すような電流経路を通り、第2素子P2のエミッタ電位が持ち上がる事象が発生する。第2素子P2のエミッタ電位が持ち上がると、ドライバICに接続される素子が誤動作を起こし、過電流誤検知が発生する可能性がある。しかし本実施の形態では、選定工程により適切なペア素子を選定するのでスイッチング速度の差が生じにくく、過電流の誤検知を抑制できる。 If the timing at which the current is output from the power module is deviated, there will be a difference between the timing at which the recovery current of the anti-arm diode, that is, the second element P2 flows, and the peak value of the recovery current. When these differences occur, an event occurs in which the emitter potential of the second element P2 rises through the current path as shown by the broken line in FIG. If the emitter potential of the second element P2 rises, the element connected to the driver IC may malfunction, resulting in overcurrent erroneous detection. However, in the present embodiment, since an appropriate pair element is selected by the selection process, a difference in switching speed is unlikely to occur, and false detection of overcurrent can be suppressed.

また、半導体素子は、ゲート電圧が上昇し、第2電圧値に至るタイミングでコレクタ電流が流れ、コレクタ電位が下がる。そのため、並列に接続された2つのパワーモジュール間の第2電圧値に違いが発生した場合には、2つのパワーモジュール間のダイオードリカバリー電流が流れるタイミングにずれが生じる。2つのパワーモジュールに実装されるダイオード素子のリカバリ電流値の差異が大きい時も、同様に図2におけるパワーモジュール間電位差を発生させるため好ましくない。本実施の形態の手法では、この問題を防止できる。 Further, in the semiconductor element, the collector current flows at the timing when the gate voltage rises and reaches the second voltage value, and the collector potential falls. Therefore, if there is a difference in the second voltage value between the two power modules connected in parallel, the timing at which the diode recovery current flows between the two power modules will be different. Even when the difference in the recovery current values of the diode elements mounted on the two power modules is large, the potential difference between the power modules in FIG. 2 is similarly generated, which is not preferable. The method of this embodiment can prevent this problem.

(フローチャート)
図5は、ペア素子を選定する選定工程を示すフローチャートである。ただし正確には図5には選定工程以外の処理も含まれている。以下に説明する各ステップの実行主体は演算装置10のCPU11である。
(flowchart)
FIG. 5 is a flowchart showing a selection process for selecting a pair element. However, to be precise, FIG. 5 includes processes other than the selection process. The execution subject of each step described below is the CPU 11 of the arithmetic unit 10.

ステップS301ではCPU11は、カメラ20から供給トレー401に配されているパワー半導体素子の情報、すなわちパワー半導体素子の位置および製造番号の情報を取得する。続くステップS302ではCPU11は、・・から特性値テーブル19を読み込む。このステップS302が読み込み工程である。また以下に説明するステップS303〜S307まで、すなわちステップS303からステップS308の直前までが選定工程である。 In step S301, the CPU 11 acquires information on the power semiconductor element arranged in the supply tray 401 from the camera 20, that is, information on the position and serial number of the power semiconductor element. In the following step S302, the CPU 11 reads the characteristic value table 19 from ... This step S302 is a reading process. Further, steps S303 to S307 described below, that is, from step S303 to immediately before step S308 are selection steps.

続くステップS303ではCPU11は、ペア素子の1つ目の素子である基準素子を決定する。この決定方法は特に限定されず、カメラから取得した製造番号を有するパワー半導体素子であればいずれでもよい。すなわち供給トレー401に配されているパワー半導体素子であればいずれでもよい。この決定方法を例示すると、製造番号を辞書順でソートした際の先頭のパワー半導体素子を基準素子としてもよいし、供給トレー401における位置が供給トレー401の中心に最も近いパワー半導体素子を基準素子としてもよい。 In the following step S303, the CPU 11 determines a reference element which is the first element of the pair element. This determination method is not particularly limited, and any power semiconductor device having a serial number obtained from the camera may be used. That is, any power semiconductor element arranged in the supply tray 401 may be used. To exemplify this determination method, the first power semiconductor element when the serial numbers are sorted in dictionary order may be used as the reference element, or the power semiconductor element whose position in the supply tray 401 is closest to the center of the supply tray 401 may be used as the reference element. May be.

続くステップS304ではCPU11は、基準素子を基準として条件に合致する素子を検索する。この条件とは、第1電圧値の差が所定の閾値以下であり、第2電圧値の差が所定の閾値以下であり、かつエネルギー損失値の差が所定の閾値以下であることである。基準素子の第1電圧値をV1B、基準素子の第2電圧値をV2B、基準素子のエネルギー損失値をEBとおき、第1電圧値の閾値をTH_1、第2電圧値の閾値をTH_2、エネルギー損失値の閾値をTH_Eとおくと、選択素子は次の式1〜式3の全ての条件を満たす素子である。ただし選択素子の第1電圧値をV1S、選択素子の第2電圧値をV2S、選択素子のエネルギー損失値をESとおいた。また式1〜式3における「ABS」は絶対値の算出を意味する。 In the following step S304, the CPU 11 searches for an element that matches the condition with the reference element as a reference. This condition means that the difference between the first voltage values is equal to or less than a predetermined threshold value, the difference between the second voltage values is equal to or less than a predetermined threshold value, and the difference between the energy loss values is equal to or less than a predetermined threshold value. The first voltage value of the reference element is V1B, the second voltage value of the reference element is V2B, the energy loss value of the reference element is EB, the threshold value of the first voltage value is TH_1, the threshold value of the second voltage value is TH_2, and the energy. Assuming that the threshold value of the loss value is TH_E, the selection element is an element that satisfies all the conditions of the following equations 1 to 3. However, the first voltage value of the selection element is V1S, the second voltage value of the selection element is V2S, and the energy loss value of the selection element is ES. Further, "ABS" in the formulas 1 to 3 means the calculation of the absolute value.

ABS(V1B−V1S)≦TH_1・・・式1
ABS(V2B−V2S)≦TH_2・・・式2
ABS(EB−ES)≦TH_E・・・式3
ABS (V1B-V1S) ≤ TH_1 ... Equation 1
ABS (V2B-V2S) ≤ TH_2 ... Equation 2
ABS (EB-ES) ≤ TH_E ... Equation 3

なお上述した3つの閾値は、たとえばあらかじめ実行される統計処理により求めることができる。実際に作成して過電流の誤検知が発生していないパワーモジュールを対象として、第1電圧値の差、第2電圧値の差、およびエネルギー損失値の差の統計をとり、それぞれの最小値やそれぞれの3シグマ値を閾値とする。 The above-mentioned three threshold values can be obtained by, for example, statistical processing executed in advance. For power modules that were actually created and did not cause false detection of overcurrent, statistics were taken for the difference in the first voltage value, the difference in the second voltage value, and the difference in the energy loss value, and the minimum values for each. And each of the three sigma values is used as the threshold value.

続くステップS305ではCPU11は、ステップS304の検索結果、すなわち条件に該当する素子が存在するか否かを判断する。CPU11は、該当する素子が存在すると判断する場合にステップS306に進み、該当する素子が存在しないと判断する場合にステップS307に進む。ステップS306ではCPU11は、条件に該当する素子からいずれか1つの素子を選択素子として選択する。念のために記載すると、該当する素子が1つの場合には無条件にその素子を選択素子とする。選択素子の選択方法は特に限定されず、たとえば条件に該当する素子の製造番号を辞書順でソートした際の先頭のパワー半導体素子を選択素子としてもよい。また、条件に該当する素子のうち供給トレー401における位置が基準素子に最も近いパワー半導体素子を選択素子としてもよい。 In the following step S305, the CPU 11 determines the search result of step S304, that is, whether or not an element corresponding to the condition exists. The CPU 11 proceeds to step S306 when it determines that the corresponding element exists, and proceeds to step S307 when it determines that the corresponding element does not exist. In step S306, the CPU 11 selects any one of the elements corresponding to the conditions as the selection element. As a reminder, if there is only one applicable element, that element is unconditionally selected as the selection element. The selection method of the selection element is not particularly limited, and for example, the first power semiconductor element when the serial numbers of the elements corresponding to the conditions are sorted in dictionary order may be used as the selection element. Further, among the elements satisfying the conditions, the power semiconductor element whose position on the supply tray 401 is closest to the reference element may be selected.

ステップS307ではCPU11は、基準素子を変更してステップS304に戻る。ステップS307において新たに設定される基準素子は、ステップS303において決定した基準素子と異なるパワー半導体素子であればいずれのパワー半導体素子でもよい。ステップS306の次に実行されるステップS308ではCPU11は、ペア素子、すなわち基準素子および選択素子の位置情報をロボットハンド30に送信して図5に示す処理を終了する。 In step S307, the CPU 11 changes the reference element and returns to step S304. The reference element newly set in step S307 may be any power semiconductor element as long as it is a power semiconductor element different from the reference element determined in step S303. In step S308, which is executed after step S306, the CPU 11 transmits the position information of the pair element, that is, the reference element and the selection element to the robot hand 30, and ends the process shown in FIG.

上述した第1の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)本実施の形態におけるパワーモジュールの製造方法は、並列に接続される2つのパワー半導体素子、すなわちペア素子を含むパワーモジュールの製造方法である。この製造方法は、複数のパワー半導体素子の特性値を特性値テーブル19から読み込む読み込み工程(図5のステップS302)と、特性値に基づいて、複数のパワー半導体素子から2つのパワー半導体素子を選定する選定工程(図5のステップS303〜S307)と、選定工程により選定された2つのパワー半導体素子を並列に接続してパワーモジュールを製造する製造工程とを含む。特性値には、ゼロではない指定のゲート・エミッタ間電圧を印加しゼロではない指定のコレクタ電流におけるゲート・エミッタ間の電圧値である第1電圧値、ゼロではない指定のコレクタ・エミッタ間電圧を印加しゼロではない指定のコレクタ電流となるゲート・エミッタ間電圧である第2電圧値、およびターンオフ時のコレクタ電流とコレクタ・エミッタ間電圧との積の積分値であるエネルギー損失値が含まれる。
According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) The method for manufacturing a power module in the present embodiment is a method for manufacturing a power module including two power semiconductor elements connected in parallel, that is, a pair element. In this manufacturing method, a reading step (step S302 in FIG. 5) of reading the characteristic values of a plurality of power semiconductor elements from the characteristic value table 19 and two power semiconductor elements are selected from the plurality of power semiconductor elements based on the characteristic values. This includes a selection step (steps S303 to S307 in FIG. 5) and a manufacturing step of connecting two power semiconductor elements selected by the selection step in parallel to manufacture a power module. A non-zero specified gate-emitter voltage is applied to the characteristic value, and the first voltage value, which is the voltage value between the gate and emitter at the non-zero specified collector current, and the non-zero specified collector-emitter voltage. Includes the second voltage value, which is the gate-emitter voltage that results in a non-zero specified collector current when is applied, and the energy loss value, which is the integral of the product of the collector current and collector-emitter voltage at turn-off. ..

パワー半導体素子のゲートに電圧が印加された際にエミッタへ電流が流れるタイミングは、ゲート容量、第一電圧値、および第二電圧値によって決定され、ゲート容量はエネルギー損失値により評価可能である。したがって、第1電圧値、第2電圧値、およびエネルギー損失値に基づきパワー半導体素子を選定することで、スイッチング速度を均一化して過電流の誤検知を抑制できる。 The timing at which a current flows to the emitter when a voltage is applied to the gate of a power semiconductor element is determined by the gate capacitance, the first voltage value, and the second voltage value, and the gate capacitance can be evaluated by the energy loss value. Therefore, by selecting the power semiconductor element based on the first voltage value, the second voltage value, and the energy loss value, the switching speed can be made uniform and false detection of overcurrent can be suppressed.

(2)選定工程では、選定される2つのパワー半導体素子は、第1電圧値の差が所定の閾値以下であり、第2電圧値の差が所定の閾値以下であり、かつエネルギー損失値の差が所定の閾値以下であることを条件とする。 (2) In the selection step, the difference between the first voltage values of the two power semiconductor elements selected is equal to or less than a predetermined threshold value, the difference between the second voltage values is equal to or less than a predetermined threshold value, and the energy loss value is the same. The condition is that the difference is less than or equal to a predetermined threshold.

(変形例1)
第1電圧値は、ターンオン時後の過渡状態において一時的に変化が緩やかになるゲート・エミッタ間の電圧Vgeの最小値、または最大値でもよい。
(Modification example 1)
The first voltage value may be the minimum value or the maximum value of the voltage Vge between the gate and the emitter whose change is temporarily slow in the transient state after the turn-on.

(変形例2)
演算装置10は、CPU11、ROM12、およびRAM13の組み合わせの代わりに書き換え可能な論理回路であるFPGA(Field Programmable Gate Array)や特定用途向け集積回路であるASIC(Application Specific Integrated Circuit)により実現されてもよい。また演算装置10は、CPU11、ROM12、およびRAM13の組み合わせの代わりに、異なる構成の組み合わせ、たとえばCPU11、ROM12、RAM13とFPGAの組み合わせにより実現されてもよい。
(Modification 2)
Even if the arithmetic unit 10 is realized by FPGA (Field Programmable Gate Array) which is a rewritable logic circuit instead of the combination of CPU 11, ROM 12 and RAM 13, and ASIC (Application Specific Integrated Circuit) which is an integrated circuit for specific applications. Good. Further, the arithmetic unit 10 may be realized by a combination of different configurations, for example, a combination of the CPU 11, ROM 12, RAM 13 and FPGA, instead of the combination of the CPU 11, ROM 12, and RAM 13.

(変形例3)
図1に示したシステム構成は一例であり、同様の機能を実現できれば異なる構成でもよい。たとえば、特性値テーブル19が演算装置10の外部に保存され、通信により演算装置10が外部から特性値テーブル19を読み込んでもよい。また、演算装置10とロボットハンド30が直接通信を行う構成ではなく、演算装置10がPLCに動作指令を出力し、PLCからロボットハンド30に電圧値などを出力してもよい。
(Modification example 3)
The system configuration shown in FIG. 1 is an example, and different configurations may be used as long as the same functions can be realized. For example, the characteristic value table 19 may be stored outside the arithmetic unit 10, and the arithmetic unit 10 may read the characteristic value table 19 from the outside by communication. Further, instead of the configuration in which the arithmetic unit 10 and the robot hand 30 directly communicate with each other, the arithmetic unit 10 may output an operation command to the PLC and output a voltage value or the like from the PLC to the robot hand 30.

上述した各実施の形態および変形例において、プログラムはROM12に格納されるとしたが、プログラムは記憶部14に格納されていてもよい。また、演算装置10が不図示の入出力インタフェースを備え、必要なときに入出力インタフェースと演算装置10が利用可能な媒体を介して、他の装置からプログラムが読み込まれてもよい。ここで媒体とは、例えば入出力インタフェースに着脱可能な記憶媒体、または通信媒体、すなわち有線、無線、光などのネットワーク、または当該ネットワークを伝搬する搬送波やディジタル信号、を指す。また、プログラムにより実現される機能の一部または全部がハードウエア回路やFPGAにより実現されてもよい。 In each of the above-described embodiments and modifications, the program is stored in the ROM 12, but the program may be stored in the storage unit 14. Further, the arithmetic unit 10 may include an input / output interface (not shown), and a program may be read from another device when necessary via the input / output interface and a medium in which the arithmetic unit 10 can be used. Here, the medium refers to, for example, a storage medium that can be attached to and detached from an input / output interface, or a communication medium, that is, a network such as wired, wireless, or optical, or a carrier wave or digital signal that propagates in the network. In addition, some or all of the functions realized by the program may be realized by the hardware circuit or FPGA.

本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 The present invention is not limited to these contents. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.

10…演算装置
14…記憶部
15…通信部
19…特性値テーブル
10 ... Arithmetic logic unit 14 ... Storage unit 15 ... Communication unit 19 ... Characteristic value table

Claims (2)

並列に接続される2つのパワー半導体素子を含むパワーモジュールの製造方法であって、
複数の前記パワー半導体素子の特性値を読み込む読み込み工程と、
前記特性値に基づいて、前記複数のパワー半導体素子から前記2つのパワー半導体素子を選定する選定工程と、
前記選定工程により選定された前記2つのパワー半導体素子を並列に接続して前記パワーモジュールを製造する製造工程とを含み、
前記特性値には、ゼロではない指定のゲート・エミッタ間電圧を印加しゼロではない指定のコレクタ電流におけるゲート・エミッタ間の電圧値である第1電圧値、ゼロではない指定のコレクタ・エミッタ間電圧を印加しゼロではない指定のコレクタ電流となるゲート・エミッタ間電圧である第2電圧値、およびターンオフ時のコレクタ電流とコレクタ・エミッタ間電圧との積の積分値であるエネルギー損失値が含まれる、パワーモジュールの製造方法。
A method for manufacturing a power module including two power semiconductor elements connected in parallel.
A reading process for reading the characteristic values of a plurality of the power semiconductor elements, and
A selection step of selecting the two power semiconductor elements from the plurality of power semiconductor elements based on the characteristic values, and a selection process.
Including a manufacturing step of manufacturing the power module by connecting the two power semiconductor elements selected by the selection step in parallel.
A non-zero specified gate-emitter voltage is applied to the characteristic value, and the first voltage value, which is the voltage value between the gate and emitter at the non-zero specified collector current, and the non-zero specified collector-emitter voltage value. Includes the second voltage value, which is the gate-emitter voltage that is the specified collector current that is not zero when a voltage is applied, and the energy loss value, which is the integrated value of the product of the collector current and collector-emitter voltage at turn-off. How to manufacture the power module.
請求項1に記載のパワーモジュールの製造方法において、
前記選定工程では、選定される2つのパワー半導体素子は、前記第1電圧値の差が所定の閾値以下であり、前記第2電圧値の差が所定の閾値以下であり、かつ前記エネルギー損失値の差が所定の閾値以下であることを条件とするパワーモジュールの製造方法。

In the method for manufacturing a power module according to claim 1,
In the selection step, the two power semiconductor elements selected have the difference between the first voltage values and less than a predetermined threshold value, the difference between the second voltage values and less than a predetermined threshold value, and the energy loss value. A method for manufacturing a power module, provided that the difference between the two is equal to or less than a predetermined threshold value.

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