JP4595696B2 - Temperature measuring device and temperature measuring method - Google Patents

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Description

本発明は、電圧コンバータ装置に組み込まれて使用される複数のスイッチング素子からなるパワー半導体モジュールを加熱してその温度測定を行うための温度計測装置、および温度計測方法に関し、とくに車両用電圧コンバータ装置に組み込まれるＩＰＭ（Intelligent Power Module）などのパワー半導体モジュールの温度検出用ダイオードの温度特性決定に必要な温度計測装置および温度計測方法に関する。 The present invention is a temperature measuring device for carrying out the temperature measurement by heating Rupa word semiconductor module, such a plurality of switching elements used incorporated into the voltage converter apparatus, and to a temperature measuring method, in particular voltage vehicle IPM (Intelligent power Module) temperature measuring device and a temperature measuring method required temperature characterization of the power semiconductor module of the temperature detecting diode, such as about incorporated in the converter device.

最近の車両機器では、高効率化や省エネ対策として、大きな駆動力を生むことができる電動機駆動システムが採用されている。図１２は、車両機器における電動機駆動システムの一例を示すブロック図である。この電動機（Ｍ）４の駆動システムには、大別して電源１、昇降圧コンバータ２、およびインバータ３が含まれている。   In recent vehicle equipment, an electric motor drive system capable of generating a large driving force is adopted as a high efficiency and energy saving measure. FIG. 12 is a block diagram illustrating an example of an electric motor drive system in a vehicle device. The drive system of the electric motor (M) 4 includes a power source 1, a step-up / down converter 2, and an inverter 3.

ここでは、電源１は走行車両の架線などから給電される電圧、あるいは直列接続されたバッテリから構成されている。昇降圧コンバータ２では、車両駆動時に電源回路の２８０ボルトの電圧ＶLを、電動機４の駆動に適した７５０ボルトまで昇圧している。そして、車両の制動時には、電動機４が発電機となって、そこから生じる電圧ＶH（＝７５０ボルト）を電源回路の電圧ＶL（＝２８０ボルト）まで降圧して、電力の回生動作が行われる。さらに、車両駆動時には、インバータ３のスイッチング素子をオンオフ制御することにより、電動機４の各相に対して昇降圧コンバータ２で昇圧された電力から所定の電流を流すようにしている。このとき、車両の速度はスイッチング周波数に応じて変化する。車両の制動時には、各相に生じる交流電圧に同期してインバータ３のスイッチング素子をオンオフし、いわゆる整流動作によって直流電圧に変換して、昇降圧コンバータ２から電源１への回生動作が行われる。 Here, the power source 1 is composed of a voltage fed from an overhead wire of a traveling vehicle or a battery connected in series. In the step-up / down converter 2, the voltage VL of 280 volts of the power supply circuit is boosted to 750 volts suitable for driving the electric motor 4 when the vehicle is driven. When the vehicle is braked, the electric motor 4 serves as a generator, and the voltage V H (= 750 volts) generated therefrom is reduced to the voltage V L (= 280 volts) of the power supply circuit to perform a power regeneration operation. Is called. Further, when the vehicle is driven, on / off control of the switching element of the inverter 3 is performed to allow a predetermined current to flow from the electric power boosted by the step-up / down converter 2 to each phase of the electric motor 4. At this time, the speed of the vehicle changes according to the switching frequency. When the vehicle is braked, the switching element of the inverter 3 is turned on / off in synchronization with the AC voltage generated in each phase, converted into a DC voltage by a so-called rectifying operation, and the regenerative operation from the step-up / down converter 2 to the power source 1 is performed.

こうした車両用電圧コンバータ装置を含む電動機４の駆動システムには、スイッチング素子として半導体パワースイッチ、およびこれに並列に設けられたダイオードを一体に組み込んだ、ＩＰＭなどのパワー半導体モジュールが用いられる。このＩＰＭなどのパワー半導体モジュールにおいて、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）チップに内蔵された温度検出用ダイオードの温度特性をあらかじめ測定しておく必要がある。   In the drive system of the electric motor 4 including such a vehicle voltage converter device, a power semiconductor module such as an IPM, in which a semiconductor power switch as a switching element and a diode provided in parallel therewith are integrated, is used. In a power semiconductor module such as IPM, it is necessary to measure in advance the temperature characteristics of a temperature detecting diode built in an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) chip.

図１３は、従来の温度計測装置とパワー半導体モジュールの構成を示す側面断面図である。パワー半導体モジュール１００は金属ベース板１１を放熱板として備え、その上に複数に分割されたＩＧＢＴチップ１２がセラミック基板１３を介して載置されている。   FIG. 13 is a side cross-sectional view showing a configuration of a conventional temperature measuring device and a power semiconductor module. The power semiconductor module 100 includes a metal base plate 11 as a heat radiating plate, and a plurality of divided IGBT chips 12 are mounted on the ceramic substrate 13 via the ceramic substrate 13.

パワー半導体モジュール１００の放熱用の金属ベース板１１には、たとえば銅（Ｃｕ）ベースが用いられる。また、一対のＩＧＢＴチップ１２が、絶縁用の各セラミック基板１３上に固定されている。ここでは、ＩＧＢＴチップ１２には温度検出用のダイオードが複数個形成されている。   For example, a copper (Cu) base is used for the metal base plate 11 for heat dissipation of the power semiconductor module 100. A pair of IGBT chips 12 are fixed on each ceramic substrate 13 for insulation. Here, a plurality of temperature detection diodes are formed on the IGBT chip 12.

温度検出用のダイオードは、昇降圧動作においてＩＧＢＴチップ１２での損失が許容値を超過して熱的に破壊しないように、その温度を検出して、ＩＧＢＴチップ１２の破壊温度に至る手前でゲート信号を遮断するなどの過熱防止機構を構成している。このパワー半導体モジュール１００は、さらに樹脂などの外囲ケース１４によって保護され、その外部には複数の主端子１５が設けられる。   The diode for temperature detection detects the temperature so that the loss in the IGBT chip 12 does not exceed the allowable value and does not thermally break down in the step-up / step-down operation, and is gated before reaching the breakdown temperature of the IGBT chip 12. Overheat prevention mechanism such as blocking the signal is configured. The power semiconductor module 100 is further protected by an enclosing case 14 made of resin or the like, and a plurality of main terminals 15 are provided outside thereof.

このパワー半導体モジュール１００では、シリコンウェハにダイオードのみを形成する場合に比べて、温度検出用のダイオードがＩＧＢＴチップ１２内に形成されているため、ロット間で順方向降下電圧や温度係数のバラツキが大きく、ロット毎に温度検出ダイオードの温度特性に応じて後段回路によって補正しなければならない。そして、このダイオードの温度特性を補正する際には、正確にＩＧＢＴチップ１２の温度検出を行う必要がある。   In this power semiconductor module 100, since the diode for temperature detection is formed in the IGBT chip 12 as compared with the case where only the diode is formed on the silicon wafer, the forward voltage drop and the variation of the temperature coefficient vary between lots. It is large and must be corrected by a subsequent circuit according to the temperature characteristics of the temperature detection diode for each lot. When correcting the temperature characteristics of the diode, it is necessary to accurately detect the temperature of the IGBT chip 12.

そこで、パワー半導体モジュール１００を温度計測装置２００に載せて、金属ベース板１１の温度を測定していた。すなわち、パワー半導体モジュール１００はヒータ２１により加熱され、図１３に示すように温度制御された熱板２２との間に熱電対２３を挟み込んでおくことにより、金属ベース板１１の温度が熱電対２３によって測定できる。   Therefore, the power semiconductor module 100 is mounted on the temperature measuring device 200 and the temperature of the metal base plate 11 is measured. In other words, the power semiconductor module 100 is heated by the heater 21 and the thermocouple 23 is sandwiched between the temperature-controlled hot plate 22 as shown in FIG. Can be measured by.

このように、所定の温度まで加熱された時点で温度検出ダイオードの順方向降下電圧を測定すれば、ダイオードの温度特性が測定できる。しかし、このような従来の温度計測方法では、ヒータ２１により加熱・温度制御された熱板２２と、熱電対２３からなる温度計測装置２００を用いていることから、以下のような問題があった。   Thus, if the forward voltage drop of the temperature detection diode is measured when it is heated to a predetermined temperature, the temperature characteristic of the diode can be measured. However, such a conventional temperature measuring method has the following problems because the temperature measuring device 200 including the hot plate 22 heated and controlled by the heater 21 and the thermocouple 23 is used. .

第１に、熱電対２３は金属ベース板１１と熱板２２に対して線接触状態で温度測定を行っている。そのため、従来の温度計測装置２００では、熱電対２３がその接触状態の影響を受け易く、常に安定して正確な温度を測定することが難しかった。   First, the thermocouple 23 measures temperature in a line contact state with the metal base plate 11 and the heat plate 22. Therefore, in the conventional temperature measuring apparatus 200, the thermocouple 23 is easily affected by the contact state, and it is difficult to always measure the temperature stably and accurately.

第２に、パワー半導体モジュール１００に熱電対２３を挟み込むことによって、銅（Ｃｕ）などの金属ベース板１１の表面に僅かではあれ、傷が発生しやすい。そのため、金属ベース板１１の平坦度が損なわれる恐れがあった。   Second, by sandwiching the thermocouple 23 in the power semiconductor module 100, the surface of the metal base plate 11 made of copper (Cu) or the like is likely to be damaged, even if it is slightly. Therefore, the flatness of the metal base plate 11 may be impaired.

なお、後述する特許文献１には、トッププレートの下面の温度を非接触で検出して温度センサ信号を出力する非接触温度センサを用いた電磁誘導加熱調理器の発明が開示されている。   Patent Document 1 described below discloses an invention of an electromagnetic induction heating cooker using a non-contact temperature sensor that detects the temperature of the lower surface of the top plate in a non-contact manner and outputs a temperature sensor signal.

図１４は、パワー半導体モジュール各部の温度履歴を示す温度プロファイル図である。ここには、金属ベース板１１と熱板２２の隙間に挟み込んだ熱電対２３による温度プロファイルとともに、熱板２２を加熱した場合の金属ベース板１１のセラミック基板１３側、セラミック基板１３自体、およびＩＧＢＴチップ１２にそれぞれ接着された別の熱電対によって測定された温度履歴を記載している。   FIG. 14 is a temperature profile diagram showing the temperature history of each part of the power semiconductor module. Here, together with the temperature profile of the thermocouple 23 sandwiched in the gap between the metal base plate 11 and the hot plate 22, the ceramic base 13 side of the metal base plate 11 when the hot plate 22 is heated, the ceramic substrate 13 itself, and the IGBT The temperature history measured by separate thermocouples each bonded to the chip 12 is described.

これによると、金属ベース板１１の温度を測定する熱電対２３の接触状態が良い状態（図１４（Ａ））では、熱板２２と金属ベース板１１に挟み込まれた熱電対の指示温度が、ＩＧＢＴチップ１２が搭載されているセラミック基板１３の温度と概ね同一になる。これに対して、熱電対２３の接触状態が良くない状態（図１４（Ｂ））では、熱板２２と金属ベース板１１に挟み込まれた熱電対２３の指示温度だけが、ＩＧＢＴチップ１２を搭載しているセラミック基板１３の温度より低い値となっている。これは、熱板２２から金属ベース板１１への熱の伝導が行われているにもかかわらず、熱電対２３では正確に金属ベース板１１の温度を検出できていないことを示している。同時に、金属ベース板１１の温度が正確に測定できれば、ＩＧＢＴチップ１２の温度も概ね正確に測定できることを示している。
特開２００４−２２７８０４号公報（段落番号［０００２］〜［００１５］） According to this, when the contact state of the thermocouple 23 for measuring the temperature of the metal base plate 11 is good (FIG. 14A), the indicated temperature of the thermocouple sandwiched between the hot plate 22 and the metal base plate 11 is The temperature is substantially the same as the temperature of the ceramic substrate 13 on which the IGBT chip 12 is mounted. On the other hand, when the contact state of the thermocouple 23 is not good (FIG. 14B), only the indicated temperature of the thermocouple 23 sandwiched between the hot plate 22 and the metal base plate 11 is mounted with the IGBT chip 12. The temperature is lower than the temperature of the ceramic substrate 13 being used. This indicates that although the heat conduction from the hot plate 22 to the metal base plate 11 is performed, the thermocouple 23 cannot accurately detect the temperature of the metal base plate 11. At the same time, if the temperature of the metal base plate 11 can be measured accurately, the temperature of the IGBT chip 12 can also be measured approximately accurately.
JP 2004-227804 A (paragraph numbers [0002] to [0015])

このように、トッププレートの下面の温度を非接触で計測する方法であれば、熱板２２と金属ベース板１１との間に熱電対２３を挟み込んで行う温度測定における上述した問題は解決されるが、ＩＧＢＴチップ１２に形成された温度検出用のダイオードの温度特性を測定する従来の温度計測装置２００では、ヒータ２１により加熱・温度制御された熱板２２によって加熱を行っていたので、以下の課題が残っていた。   Thus, if the temperature of the lower surface of the top plate is measured in a non-contact manner, the above-described problems in the temperature measurement performed by sandwiching the thermocouple 23 between the hot plate 22 and the metal base plate 11 are solved. However, in the conventional temperature measuring apparatus 200 that measures the temperature characteristics of the temperature detecting diode formed on the IGBT chip 12, the heating plate 22 is heated and temperature-controlled by the heater 21. The problem remained.

第１に、金属ベース板１１と熱板２２を接触させて、熱板２２から金属ベース板１１に熱の伝導を行うとき、パワー半導体モジュール１００の金属ベース板１１には僅かながら反りが生じるから、熱板２２に完全には密着しなくなる。そのため、パワー半導体モジュール１００の温度計測時に、金属ベース板１１が設定温度に達するまで時間がかかる。   First, when heat conduction is performed from the hot plate 22 to the metal base plate 11 by bringing the metal base plate 11 and the hot plate 22 into contact, the metal base plate 11 of the power semiconductor module 100 is slightly warped. The heat plate 22 is not completely adhered. Therefore, when measuring the temperature of the power semiconductor module 100, it takes time until the metal base plate 11 reaches the set temperature.

第２に、熱板２２はその加熱対象である金属ベース板１１に比べて大面積であって、しかも熱板２２の全体が高温になるまで加熱する必要がある。したがって、このような熱板２２を用いた従来の温度計測装置２００は、パワー半導体モジュール１００の温度計測作業にとって危険なものであった。   Second, the hot plate 22 has a larger area than the metal base plate 11 to be heated, and it is necessary to heat the hot plate 22 until the entire hot plate 22 reaches a high temperature. Therefore, the conventional temperature measuring apparatus 200 using such a hot plate 22 is dangerous for the temperature measuring operation of the power semiconductor module 100.

第３に、パワー半導体モジュール１００の金属ベース板１１を均一に加熱することは困難であったために、金属ベース板１１の温度測定結果が不正確になりやすい。したがって、ＩＧＢＴチップ１２に埋め込まれた温度検出用ダイオードの出力（温度検出値）との比較も不正確となって、温度検出用ダイオードの出力の補償量を正確に決定することができなかった。   Third, since it is difficult to uniformly heat the metal base plate 11 of the power semiconductor module 100, the temperature measurement result of the metal base plate 11 tends to be inaccurate. Therefore, the comparison with the output (temperature detection value) of the temperature detection diode embedded in the IGBT chip 12 becomes inaccurate, and the compensation amount of the output of the temperature detection diode cannot be accurately determined.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、放熱用の金属ベース板を備えたパワー半導体モジュールの温度を非接触で測定できる温度計測装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of such a point, and it aims at providing the temperature measuring apparatus which can measure the temperature of the power semiconductor module provided with the metal base plate for thermal radiation in non-contact.

また、本発明の別の目的は、放熱用の金属ベース板を備えたパワー半導体モジュールの温度を安定して測定できる温度計測方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a temperature measurement method capable of stably measuring the temperature of a power semiconductor module provided with a metal base plate for heat dissipation .

本発明では、上記問題を解決するために、放熱用の金属ベース板を備え、温度検出用のダイオードを内蔵したパワー半導体モジュールを加熱してその温度測定を行うための温度計測装置において、エンジニアリングプラスチックからなるトッププレートと、前記トッププレートの上面に前記金属ベース板を密着させて前記パワー半導体モジュールを固定する固定手段と、前記トッププレートと前記パワー半導体モジュールの前記金属ベース板との隙間に挿入される被加熱材料と、前記被加熱材料を媒介にして前記パワー半導体モジュールの前記金属ベース板を加熱するための誘導加熱手段と、前記トッププレートを透過して前記被加熱材料から放射される赤外線に基づいて前記パワー半導体モジュールの温度を測定する放射温度測定手段と、を備えたことを特徴とする温度計測装置が提供される。 In the present invention, in order to solve the above problem, in a temperature measuring apparatus for heating and measuring a power semiconductor module including a metal base plate for heat dissipation and incorporating a temperature detecting diode , engineering is performed. A top plate made of plastic, a fixing means for fixing the power semiconductor module by bringing the metal base plate into close contact with the top surface of the top plate, and a gap between the top plate and the metal base plate of the power semiconductor module Heated material, induction heating means for heating the metal base plate of the power semiconductor module through the heated material, and infrared rays transmitted through the top plate and emitted from the heated material Radiation temperature measuring means for measuring the temperature of the power semiconductor module based on Temperature measurement apparatus characterized by comprising is provided.

温度計測装置に載置されたパワー半導体モジュールを加熱するとき、金属ベース板の部分だけが発熱することになるから、このような加熱手段を用いた温度計測装置による測定作業が安全に行える。   When the power semiconductor module placed on the temperature measuring device is heated, only the metal base plate portion generates heat, so that the measurement work using the temperature measuring device using such a heating means can be performed safely.

また、金属ベース板より電気抵抗率が高い金属微粉末や金属箔などの被加熱材料を金属ベース板との隙間に挿入してもよい。
このようにすれば、金属ベース板に反りが生じた場合でも、確実に被加熱材料から金属ベース板に熱を伝達させることが可能となる。 Moreover, you may insert to-be-heated materials, such as a metal fine powder and metal foil whose electrical resistivity is higher than a metal base board, in the clearance gap between a metal base board.
In this way, even when the metal base plate is warped, heat can be reliably transferred from the material to be heated to the metal base plate.

したがって、放熱用の金属ベース板を安定して加熱することができ、そこに載置されたＩＧＢＴチップの温度を非接触で、かつ安定して測定できる。
本発明の温度計測方法は、放熱用の金属ベース板を備え、温度検出用のダイオードを内蔵したパワー半導体モジュールを加熱してその温度測定を行うための温度計測方法において、エンジニアリングプラスチックからなるトッププレートの上面に前記パワー半導体モジュールを固定する際に、前記トッププレートと前記金属ベース板との隙間に被加熱材料を挿入して密着させ、前記被加熱材料を媒介にして前記パワー半導体モジュールの前記金属ベース板を加熱し、前記トッププレートを透過して前記被加熱材料から放射される赤外線に基づいて前記パワー半導体モジュールの温度を測定する、ことを特徴とする。 Therefore, the metal base plate for heat dissipation can be stably heated, and the temperature of the IGBT chip placed thereon can be stably measured without contact.
The temperature measurement method of the present invention is a temperature measurement method for measuring a temperature of a power semiconductor module that includes a metal base plate for heat dissipation and has a built-in temperature detection diode. When the power semiconductor module is fixed to the upper surface of the plate, a heated material is inserted into and closely adhered to the gap between the top plate and the metal base plate, and the power semiconductor module of the power semiconductor module is mediated by the heated material. The metal base plate is heated, and the temperature of the power semiconductor module is measured based on infrared rays transmitted through the top plate and radiated from the material to be heated.

本発明の温度計測装置によれば、金属ベース板が均一に加熱され、その温度計測結果が正確なものとなるとともに、パワー半導体モジュールに含まれているスイッチング素子の温度を正確に反映したものとなる。   According to the temperature measuring device of the present invention, the metal base plate is heated uniformly, the temperature measurement result becomes accurate, and accurately reflects the temperature of the switching element included in the power semiconductor module. Become.

また、本発明の温度計測方法によれば、放熱用の金属ベース板を安定して均一に加熱することができ、金属ベース板の温度計測結果が正確なものとなる。したがって、金属ベース板に載置されたＩＧＢＴチップの温度を非接触で、かつ安定して測定できるため、ＩＧＢＴチップに埋め込まれた温度検出用ダイオードの温度検出結果との差異、すなわち温度検出用ダイオードの温度特性が正確に決定でき、後段回路における精度のよい補正が可能になる。   Further, according to the temperature measurement method of the present invention, the metal base plate for heat dissipation can be stably and uniformly heated, and the temperature measurement result of the metal base plate becomes accurate. Accordingly, since the temperature of the IGBT chip mounted on the metal base plate can be stably measured without contact, the difference from the temperature detection result of the temperature detection diode embedded in the IGBT chip, that is, the temperature detection diode Thus, the temperature characteristic can be accurately determined, and accurate correction in the subsequent circuit becomes possible.

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るパワー半導体モジュールの構成を示す側面断面図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a side sectional view showing the configuration of the power semiconductor module according to the first embodiment.

このパワー半導体モジュール１０は、後述する誘導加熱による温度計測装置に対応した構造であって、一方の面にスイッチング素子が載置された放熱用の金属ベース板１１は、たとえば銅（Ｃｕ）ベース板として構成されている。この金属ベース板１１の一方の面には、樹脂などの外囲ケース１４によって保護されたＩＧＢＴチップが固定され、外囲ケース１４の外部に複数の主端子１５が突設されている。   This power semiconductor module 10 has a structure corresponding to a temperature measuring device using induction heating described later, and a heat-dissipating metal base plate 11 having a switching element placed on one surface is, for example, a copper (Cu) base plate It is configured as. An IGBT chip protected by an enclosing case 14 made of resin or the like is fixed to one surface of the metal base plate 11, and a plurality of main terminals 15 project from the enclosing case 14.

ＩＧＢＴチップには、温度検出用のダイオードなどが過熱防止機構として形成されていて、パワー半導体モジュール１０の昇降圧動作においてＩＧＢＴチップでの損失が許容値を超過して熱的に破壊しないように、その温度を検出してＩＧＢＴチップの破壊温度に至る手前でゲート信号を遮断する。また、金属ベース板１１の他方の面には、メッキまたはスパッタなどによって、たとえばクロム（Ｃｒ）など高い電気抵抗率ρ（=１７×１０-8Ωｍ）の金属膜１６が加熱体（被加熱材料）として成膜されている。 In the IGBT chip, a temperature detection diode or the like is formed as an overheat prevention mechanism, so that the loss in the IGBT chip does not exceed the allowable value in the step-up / step-down operation of the power semiconductor module 10 and is not thermally destroyed. The gate signal is cut off immediately before reaching the breakdown temperature of the IGBT chip by detecting the temperature. On the other surface of the metal base plate 11, a metal film 16 having a high electric resistivity ρ (= 17 × 10 −8 Ωm) such as chromium (Cr) is formed on the other surface by plating or sputtering. ).

図２は、パワー半導体モジュールと温度測定を行うための温度計測装置との位置関係を示す平面図である。
これは、温度計測装置２０１の筐体２０を上面から透視したものであり、パワー半導体モジュール１０の外形がほぼ四角形であって、その加熱温度を測定するための放射温度計２４は、温度計測装置２０１の筐体２０内の中央部分に位置する。また、この筐体２０内には、パワー半導体モジュール１０の外形に対応する直径であって、その軸線が一致するように円形の誘導加熱用コイル２５が設けられている。筐体２０のパワー半導体モジュール１０に接するトッププレートは、加熱される金属ベース板１１の高温に耐えうるように、たとえばポリイミドなどのエンジニアリングプラスチックが使用されている。したがって、金属膜１６が成膜された金属ベース板１１から放射され、トッププレートを通過した赤外線は放射温度計２４に入射し、金属ベース板１１の温度を放射温度計２４によって測定できる。 FIG. 2 is a plan view showing a positional relationship between the power semiconductor module and a temperature measuring device for performing temperature measurement.
This is a perspective view of the casing 20 of the temperature measuring device 201, and the power semiconductor module 10 has a substantially rectangular outer shape. The radiation thermometer 24 for measuring the heating temperature is a temperature measuring device. It is located in the central part in the housing 20 of 201. In addition, a circular induction heating coil 25 having a diameter corresponding to the outer shape of the power semiconductor module 10 and matching the axis thereof is provided in the housing 20. For the top plate in contact with the power semiconductor module 10 of the housing 20, for example, an engineering plastic such as polyimide is used so as to withstand the high temperature of the heated metal base plate 11. Therefore, the infrared rays radiated from the metal base plate 11 on which the metal film 16 is formed and passed through the top plate enter the radiation thermometer 24, and the temperature of the metal base plate 11 can be measured by the radiation thermometer 24.

この放射温度計２４の原理は、温度測定対象である金属ベース板１１の表面から放射される赤外線を集光レンズで赤外線センサに集光して、金属ベース板１１の表面から出る赤外線のエネルギー量に基づいて、その温度を測定する。放射温度計２４に用いられる赤外線センサでは、焦電素子やセレン化鉛（ＰｂＳｅ）、あるいは硫化鉛（ＰｂＳ）などの光伝導素子により赤外線のエネルギー量を測定している。なお、すでに図１２において説明したように、金属ベース板１１の温度は樹脂ケース内のＩＧＢＴチップ温度と概ね同一であるので、金属ベース板１１を放射温度計２４の測定対象として選択しても差し支えない。   The principle of the radiation thermometer 24 is that the infrared rays emitted from the surface of the metal base plate 11 that is the object of temperature measurement are condensed on the infrared sensor by the condenser lens, and the energy amount of infrared rays emitted from the surface of the metal base plate 11 is obtained. Measure the temperature based on In the infrared sensor used for the radiation thermometer 24, the amount of infrared energy is measured by a photoconductive element such as a pyroelectric element, lead selenide (PbSe), or lead sulfide (PbS). As already described with reference to FIG. 12, the temperature of the metal base plate 11 is substantially the same as the IGBT chip temperature in the resin case. Therefore, the metal base plate 11 may be selected as the measurement target of the radiation thermometer 24. Absent.

図３は、実施の形態１に係る温度計測装置の一例を示す構成説明図である。
この温度計測装置２０１は、パワー半導体モジュール１０がトッププレートの上面に配置され、その内部に放射温度計２４と誘導加熱用コイル２５が収納された筐体２０と、温度制御装置３０およびその電源３１とから構成される。温度制御装置３０では、放射温度計２４によって測定されたパワー半導体モジュール１０の温度計測値を、予め設定された指示値と比較して、電源３１をＰＩＤ制御することによって、誘導加熱用コイル２５の電流値と周波数を容易に変更できる。電源３１は、誘導加熱用コイル２５に高周波（１０〜２０ＫＨｚ）の大電流を流すインバータ装置であって、温度制御装置３０からの制御入力により誘導加熱用コイル２５に流す電流値と周波数が指令されている。 FIG. 3 is a configuration explanatory diagram illustrating an example of the temperature measurement device according to the first embodiment.
In this temperature measuring device 201, the power semiconductor module 10 is disposed on the top surface of the top plate, the housing 20 in which the radiation thermometer 24 and the induction heating coil 25 are housed, the temperature control device 30 and its power supply 31. It consists of. In the temperature control device 30, the temperature measurement value of the power semiconductor module 10 measured by the radiation thermometer 24 is compared with an instruction value set in advance, and the power supply 31 is PID-controlled, whereby the induction heating coil 25. The current value and frequency can be easily changed. The power source 31 is an inverter device that applies a high-frequency (10 to 20 KHz) high current to the induction heating coil 25, and a current value and a frequency to be supplied to the induction heating coil 25 are commanded by a control input from the temperature control device 30. ing.

このように構成された温度計測装置２０１では、誘導加熱用コイル２５に加えられる交番磁界によりクロム（Ｃｒ）など金属膜１６の表面に渦電流が流れるため、その電気抵抗に応じたエネルギー損失が熱となって、金属膜１６を成膜した金属ベース板１１だけが加熱される。したがって、温度検出用ダイオードの温度特性を決定する際に、放熱用の金属ベース板１１の温度を非接触で測定することで、パワー半導体モジュール１０の温度測定作業を安全に行うことができる。   In the temperature measuring apparatus 201 configured as described above, an eddy current flows on the surface of the metal film 16 such as chromium (Cr) by the alternating magnetic field applied to the induction heating coil 25, so that energy loss corresponding to the electric resistance is caused by heat. Thus, only the metal base plate 11 on which the metal film 16 is formed is heated. Therefore, when determining the temperature characteristics of the temperature detection diode, the temperature measurement operation of the power semiconductor module 10 can be performed safely by measuring the temperature of the metal base plate 11 for heat dissipation in a non-contact manner.

なお、パワー半導体モジュール１０の他の部分に銅（Ｃｕ）を材料とする構成部分があっても、それらの厚みがおよそ２０μｍ以上であれば電気抵抗は小さく、僅かな発熱しか生じないため、温度測定の誤差をもたらすものとはならない。   Even if there are constituent parts made of copper (Cu) in other parts of the power semiconductor module 10, if their thickness is about 20 μm or more, the electrical resistance is small, and only slight heat is generated. It does not lead to measurement errors.

（実施の形態２）
図４は、実施の形態２に係る温度計測装置のトッププレートとパワー半導体モジュールの関係を示す側面断面図である。 (Embodiment 2)
FIG. 4 is a side cross-sectional view showing the relationship between the top plate and the power semiconductor module of the temperature measuring device according to the second embodiment.

ここでは、実施の形態１で用いた加熱体として成膜された金属膜１６に代えて、金属微粉末１７が用いられる。すなわち、温度計測装置の筐体２０のトッププレート２７には、パワー半導体モジュール１０の外形よりやや大きな凹部２８を深さ数百μｍで形成し、そこにクロム（Ｃｒ）など高い電気抵抗率ρ（=１７×１０-8Ωｍ）の金属微粉末１７を満たしておく。パワー半導体モジュール１０の金属ベース板１１は、このトッププレート２７の凹部２８にボルト２９によって締め付けることによって固定される。これにより、温度計測装置のトッププレート２７とパワー半導体モジュール１０の間の金属微粉末１７に所定の荷重が加わって、金属ベース板１１と金属微粉末１７との密着性が良好になる。 Here, metal fine powder 17 is used in place of metal film 16 formed as the heating body used in the first embodiment. That is, a recess 28 that is slightly larger than the outer shape of the power semiconductor module 10 is formed on the top plate 27 of the housing 20 of the temperature measuring device with a depth of several hundreds μm, and a high electrical resistivity ρ (such as chromium (Cr)) is formed there. = 17 × 10 −8 Ωm) of metal fine powder 17. The metal base plate 11 of the power semiconductor module 10 is fixed to the recess 28 of the top plate 27 by tightening with a bolt 29. As a result, a predetermined load is applied to the metal fine powder 17 between the top plate 27 of the temperature measuring device and the power semiconductor module 10, and the adhesion between the metal base plate 11 and the metal fine powder 17 is improved.

このようなトッププレート２７を有する温度計測装置では、誘導加熱用コイルからの交番磁界が金属微粉末１７に作用して渦電流が流れ、その電気抵抗に応じたエネルギー損失が熱となって金属ベース板１１だけが加熱される。したがって、実施の形態１の場合と同様に、パワー半導体モジュール１０の温度測定作業を安全に行うことができる。   In such a temperature measuring device having the top plate 27, an alternating magnetic field from the induction heating coil acts on the metal fine powder 17, eddy current flows, and energy loss corresponding to the electric resistance becomes heat and becomes a metal base. Only the plate 11 is heated. Therefore, as in the case of the first embodiment, the temperature measurement work of the power semiconductor module 10 can be performed safely.

（実施の形態３）
図５は、実施の形態３に係る温度計測装置のトッププレートとパワー半導体モジュールの関係を示す側面断面図である。 (Embodiment 3)
FIG. 5 is a side sectional view showing the relationship between the top plate and the power semiconductor module of the temperature measuring device according to the third embodiment.

ここでは、実施の形態２の金属微粉末１７に代えて、金属箔１８が用いられている。パワー半導体モジュール１０の金属ベース板１１は、金属箔１８を挟んでトッププレート２７にボルト２９によって締め付けられる。これにより、温度計測装置の筐体２０とパワー半導体モジュール１０の間の金属箔１８に所定の荷重が加わって、金属ベース板１１と金属箔１８との密着性が良好になる。   Here, a metal foil 18 is used in place of the fine metal powder 17 of the second embodiment. The metal base plate 11 of the power semiconductor module 10 is fastened to the top plate 27 by bolts 29 with the metal foil 18 interposed therebetween. Thereby, a predetermined load is applied to the metal foil 18 between the housing 20 of the temperature measuring device and the power semiconductor module 10, and the adhesion between the metal base plate 11 and the metal foil 18 is improved.

（実施の形態４）
図６は、実施の形態４に係る温度計測装置を示す側面断面図である。この実施の形態４では、温度計測装置２０１の構成とともに、放射温度計２４を用いたパワー半導体モジュール１０の温度測定方法について説明する。 (Embodiment 4)
FIG. 6 is a side sectional view showing a temperature measuring apparatus according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, the temperature measuring method of the power semiconductor module 10 using the radiation thermometer 24 will be described together with the configuration of the temperature measuring device 201.

この温度計測装置２０１では、金属箔１８などの加熱体の温度を測定することによって、金属ベース板１１が熱板２２からの加熱により温度制御されながら、所定温度まで加熱され、パワー半導体モジュール１０に組み込まれた温度検出用のダイオードの温度特性を測定している。図１３の従来装置と異なる点は、熱板２２の中央部に上下面を貫通する測定窓２２ｈが形成されていること、およびこの測定窓２２ｈを介して金属ベース板１１から放射される赤外線強度を、放射温度計２４によって測定していることである。   In this temperature measuring device 201, the temperature of the heating body such as the metal foil 18 is measured, whereby the metal base plate 11 is heated to a predetermined temperature while being controlled by heating from the hot plate 22. The temperature characteristics of the built-in temperature detection diode are measured. The difference from the conventional apparatus of FIG. 13 is that a measurement window 22h penetrating the upper and lower surfaces is formed at the center of the hot plate 22, and the infrared intensity radiated from the metal base plate 11 through the measurement window 22h. Is measured by the radiation thermometer 24.

一般に赤外線センサが正確な温度測定を行うのに必要なセンシング領域は、放射温度計２４の測定対象までの距離や、光学系が光ファイバー式であるか、非光ファイバー式であるかなどによって異なる。ここでは、測定温度は２５〜２００℃の範囲であって、測定距離が１００ｍｍ以下とした場合、加熱手段となるヒータ２１の高さを考慮すると、放射温度計２４のセンシング領域としては直径２ｍｍ以上が必要である。このセンシング領域を確保するには、図６に示すように加熱体が金属箔１８の場合は測定窓２２ｈを形成すればよい。しかし、加熱体が実施の形態２において用いた金属微粉末１７の場合には、遮蔽壁を設ける必要がある。   In general, the sensing area required for the infrared sensor to perform accurate temperature measurement differs depending on the distance to the measurement target of the radiation thermometer 24 and whether the optical system is an optical fiber type or a non-optical fiber type. Here, when the measurement temperature is in the range of 25 to 200 ° C. and the measurement distance is 100 mm or less, the sensing region of the radiation thermometer 24 has a diameter of 2 mm or more in consideration of the height of the heater 21 serving as a heating means. is required. In order to secure this sensing region, the measurement window 22h may be formed when the heating element is a metal foil 18 as shown in FIG. However, when the heating body is the fine metal powder 17 used in Embodiment 2, it is necessary to provide a shielding wall.

図７は、昇降圧コンバータの回路構成を示す回路図である。
この昇降圧コンバータ２は、大別してリアクトルＬ、コンデンサＣ、駆動系のスイッチング素子２Ａ，２Ｂ、これらのスイッチング素子２Ａ，２Ｂを制御する制御回路ａ１，ｂ１から構成されるものであって、電源１の電圧ＶLを昇圧して、インバータ３（図１２）へ供給している。最近の車両機器では、それぞれ制御回路ａ１，ｂ１からのゲート信号によってオンオフされる半導体パワースイッチとしてＩＧＢＴＱ１，Ｑ２が用いられ、これらのＩＧＢＴＱ１，Ｑ２に並列にダイオードＤ１，Ｄ２を接続したスイッチング素子２Ａ，２Ｂが構成されている。なお、スイッチング素子２Ａ，２ＢのダイオードＤ１，Ｄ２は、ＩＧＢＴＱ１，Ｑ２に流れる電流とは逆方向に電流を流すように接続される。 FIG. 7 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the buck-boost converter.
This step-up / down converter 2 is roughly composed of a reactor L, a capacitor C, switching elements 2A and 2B of a driving system, and control circuits a1 and b1 for controlling these switching elements 2A and 2B. The voltage V L is boosted and supplied to the inverter 3 (FIG. 12). In recent vehicle equipment, IGBTs Q1 and Q2 are used as semiconductor power switches that are turned on and off by gate signals from the control circuits a1 and b1, respectively, and switching elements 2A, diodes D1 and D2 connected in parallel to the IGBTs Q1 and Q2, respectively. 2B is configured. The diodes D1 and D2 of the switching elements 2A and 2B are connected so that a current flows in a direction opposite to the current flowing through the IGBTs Q1 and Q2.

つぎに、上述した温度計測装置でパワー半導体モジュール１０を加熱し、温度検出用ダイオードの温度特性を決定する際の温度測定方法について説明する。
図８は、パワー半導体モジュールのＩＧＢＴチップの配置例を示す図である。 Next, a temperature measurement method for heating the power semiconductor module 10 with the above-described temperature measurement device and determining the temperature characteristics of the temperature detection diode will be described.
FIG. 8 is a diagram illustrating an arrangement example of IGBT chips of the power semiconductor module.

車両用電圧コンバータ装置などに用いられるパワー半導体モジュール１０は、数百Ａの電流をスイッチングするため、複数個のＩＧＢＴチップ１２が並列接続で使用されており、図８に示すように、ＩＧＢＴチップ１２はセラミック基板１３上で対称配置の構成となっている。そのため、温度計測装置２０１の熱板２２の中央にパワー半導体モジュール１０を載せれば、ＩＧＢＴチップ１２を避けて、セラミック基板１３の中央にその測定窓２２ｈが位置することになる。したがって、パワー半導体モジュール１０のＩＧＢＴチップ１２に対応する金属ベース板１１は熱板２２と接触することになるから、ＩＧＢＴチップ１２を確実に加熱できる。   In the power semiconductor module 10 used in a vehicle voltage converter device or the like, a plurality of IGBT chips 12 are used in parallel connection in order to switch a current of several hundred A. As shown in FIG. Are symmetrically arranged on the ceramic substrate 13. Therefore, if the power semiconductor module 10 is placed in the center of the hot plate 22 of the temperature measuring device 201, the measurement window 22h is located in the center of the ceramic substrate 13 avoiding the IGBT chip 12. Therefore, since the metal base plate 11 corresponding to the IGBT chip 12 of the power semiconductor module 10 comes into contact with the hot plate 22, the IGBT chip 12 can be reliably heated.

放射温度計２４は、図６に示すように金属ベース板１１面から必要な測定距離を隔てた底板２０ｂに、その光軸が熱板２２の測定窓２２ｈの中心を通る金属ベース板１１の法線と一致するように配置され、測定窓２２ｈを介して金属ベース板１１面の温度を測定する。なお、測定温度範囲２５〜２００℃、側板２０ｓによって規定される測定距離１００ｍｍ以下であれば、そのセンシング領域の直径２ｍｍを満足する放射温度計としては、（株）チノー製の赤外線センサ（型式ＩＲ−ＣＡＢ）が好ましい。この赤外線センサによれば、応答時間２秒で計測精度は±０．８℃、再現性０．２℃以内、分解能０．１℃である。   As shown in FIG. 6, the radiation thermometer 24 is a method of the metal base plate 11, whose optical axis passes through the center of the measurement window 22 h of the hot plate 22, on the bottom plate 20 b separated from the surface of the metal base plate 11 by a necessary measurement distance. It arrange | positions so that it may correspond with a line | wire, and measures the temperature of the metal base board 11 surface through the measurement window 22h. In addition, if the measurement temperature range is 25 to 200 ° C. and the measurement distance is 100 mm or less defined by the side plate 20s, an infrared sensor (model IR) manufactured by Chino Co., Ltd. is used as a radiation thermometer satisfying the diameter of 2 mm of the sensing region -CAB) is preferred. This infrared sensor has a response time of 2 seconds, a measurement accuracy of ± 0.8 ° C., reproducibility within 0.2 ° C., and resolution of 0.1 ° C.

放射温度計２４による測定では、同じ温度でも測定対象の材質や表面状態などにより、そこからの赤外線量は異なるので、あらかじめ放射率を設定しておく必要がある。放射率とは、黒体を１．０（１００パーセント）としたときの比率として表記され、放射率測定器で測定した放射率を用いて０．４〜０．９９の範囲で補正することができる。   In the measurement with the radiation thermometer 24, since the amount of infrared rays from the material varies depending on the material to be measured, the surface condition, etc. even at the same temperature, it is necessary to set the emissivity in advance. The emissivity is expressed as a ratio when the black body is 1.0 (100%), and can be corrected within the range of 0.4 to 0.99 using the emissivity measured by the emissivity measuring instrument. it can.

つぎに、図９に示した昇降圧コンバータ２での昇降圧動作の原理を簡単に説明する。図９は、ＩＧＢＴ素子のスイッチング動作で生じる損失を示す図である。
昇圧動作では、昇圧用のスイッチング素子２ＢのＩＧＢＴＱ２がオン（導通）のタイミングで、リアクトルＬには電流Ｉ１が流れて、そこにＬ（Ｉ１）2／２のエネルギーが蓄積される。その後、スイッチング素子２Ｂがオフ（非導通）したとき、スイッチング素子２ＡのダイオードＤ１に電流が流れて、リアクトルＬに蓄えられたエネルギーがコンデンサＣに送られる。 Next, the principle of the step-up / step-down operation in the step-up / step-down converter 2 shown in FIG. 9 will be briefly described. FIG. 9 is a diagram showing a loss caused by the switching operation of the IGBT element.
In boost operation, IGBT Q2 of the switching element 2B the step-up at the timing of the on (conductive), and the current I1 flows through the reactor L, which energy L (I1) 2/2 is stored in the. Thereafter, when the switching element 2B is turned off (non-conducting), a current flows through the diode D1 of the switching element 2A, and the energy stored in the reactor L is sent to the capacitor C.

降圧動作では、スイッチング素子２ＡのＩＧＢＴＱ１がオン（導通）すると、リアクトルＬには電流Ｉ２が流れて、そこにＬ（Ｉ２）2／２のエネルギーが蓄積される。その後に、スイッチング素子２Ａがオフ（非導通）すると、スイッチング素子２ＢのダイオードＤ２に電流が流れて、リアクトルＬに蓄えられたエネルギーが電源１へ回生される。 The step-down operation, IGBT Q1 of the switching element 2A is turned on (conducting) Then, the current I2 flows through the reactor L, which energy L (I2) 2/2 is stored in the. Thereafter, when the switching element 2A is turned off (non-conducting), a current flows through the diode D2 of the switching element 2B, and the energy stored in the reactor L is regenerated to the power source 1.

このような昇降圧動作において、ＩＧＢＴＱ１，Ｑ２に生ずる損失は、図９に示すようにスイッチング素子２Ａ，２Ｂの動作状態が、それぞれ活性領域（スイッチング時）と飽和領域で発生する。飽和領域では、スイッチング素子２Ａ，２Ｂのエミッタ・コレクタ間の電圧が低いため、大電流が流れても損失は比較的少ない。しかし、活性領域ではエミッタ・コレクタ間の電圧は低くないので大きな損失が発生し、これらの損失が許容値を超過するとＩＧＢＴＱ１，Ｑ２が熱的に破壊され、上述のような昇降圧動作ができなくなる。そして、車両などの輸送機器にこのような昇降圧コンバータ２が使用される場合には、ＩＧＢＴＱ１，Ｑ２の破壊による影響が大きい。   In such a step-up / step-down operation, the loss generated in the IGBTs Q1 and Q2 occurs in the active region (when switching) and the saturation region, respectively, as shown in FIG. In the saturation region, since the voltage between the emitter and collector of the switching elements 2A and 2B is low, the loss is relatively small even when a large current flows. However, since the emitter-collector voltage is not low in the active region, a large loss occurs. If these losses exceed the allowable values, the IGBTs Q1 and Q2 are thermally destroyed, and the above-described step-up / step-down operation cannot be performed. . And when such a buck-boost converter 2 is used for transportation equipment, such as a vehicle, the influence by destruction of IGBTQ1, Q2 is large.

図１０は、ＩＧＢＴチップに埋め込まれた温度検出用ダイオードの特性を示す図である。図１０（Ａ）に示すように、ＩＧＢＴチップには、温度検出用のダイオードが形成され、ＬＶ−ＩＣの電流源からの定電流（ＩＦ）を印加して、温度検出用のダイオードの端子間電圧ＶＦによって温度を検出するようにしている。図１０（Ｂ）は、ダイオードの順方向降下電圧と温度との比例関係を示す特性図である。このようにダイオードの順方向降下電圧と温度とが比例関係にあるので、ＩＧＢＴチップに埋め込まれた温度検出用ダイオードの端子間電圧を検出することによりＩＧＢＴチップの温度を検出することができる。   FIG. 10 is a diagram illustrating the characteristics of the temperature detection diode embedded in the IGBT chip. As shown in FIG. 10A, a temperature detection diode is formed on the IGBT chip, and a constant current (IF) from a current source of the LV-IC is applied between the terminals of the temperature detection diode. The temperature is detected by the voltage VF. FIG. 10B is a characteristic diagram showing a proportional relationship between the forward voltage drop of the diode and the temperature. Thus, since the forward voltage drop of the diode and the temperature are in a proportional relationship, the temperature of the IGBT chip can be detected by detecting the voltage between the terminals of the temperature detection diode embedded in the IGBT chip.

図１１はＩＧＢＴのゲートドライブに用いる制御回路の構成を示すブロック図である。
この制御回路４０では、ＰＷＭ信号が２値化回路４１に供給され、論理回路４２、およびＭＯＳＦＥＴドライバ４３を介してＩＧＢＴゲートドライブ信号が生成される。この制御回路４０は、ＩＧＢＴ温度信号が供給される温度信号比較器４５、ＩＧＢＴ電流信号が供給される電流信号比較器４６、およびアラーム信号を生成する論理回路４７を備える。温度検出用のダイオードでの順方向降下電圧が、ＩＧＢＴＱ１，Ｑ２が破壊温度に至る手前に設定された閾値電圧以下になると、ＩＧＢＴゲートドライブ信号を遮断し、単独でスイッチング動作を停止させる保護機能（過熱防止機能）が設けられている。 FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a control circuit used for the gate drive of the IGBT.
In the control circuit 40, the PWM signal is supplied to the binarization circuit 41, and an IGBT gate drive signal is generated via the logic circuit 42 and the MOSFET driver 43. The control circuit 40 includes a temperature signal comparator 45 to which an IGBT temperature signal is supplied, a current signal comparator 46 to which an IGBT current signal is supplied, and a logic circuit 47 that generates an alarm signal. Protective function that shuts off the IGBT gate drive signal and stops the switching operation independently when the forward voltage drop in the temperature detection diode is equal to or lower than the threshold voltage set before the IGBTs Q1 and Q2 reach the breakdown temperature. An overheat prevention function) is provided.

また、別途温度検出用のダイオードでの順方向降下電圧を、フォトカプラなどを介して上位システムに伝送することにより、上位システムでＩＧＢＴチップの温度を監視し、所定温度に到達すると、スイッチング周波数を低下させるようにしている。ここでは、さらに温度上昇が持続すると、ＩＧＢＴゲートドライブ信号を遮断することによって、システムとしてＩＧＢＴＱ１，Ｑ２の熱的破壊が防止できる。   In addition, by separately transmitting the forward voltage drop in the temperature detection diode to the host system via a photocoupler, etc., the host system monitors the temperature of the IGBT chip. I try to lower it. Here, if the temperature rise continues further, the IGBT Q1 and Q2 can be prevented from being thermally destroyed as a system by blocking the IGBT gate drive signal.

以上述べたように、この実施の形態４に係る温度計測装置２０１によれば、パワー半導体モジュール１０をヒータ２１により温度制御しながら、所定の温度に加熱して、金属ベース板１１の温度を正確に知ることができ、ＩＧＢＴチップ１２に埋め込まれた温度検出用ダイオードの出力と比較することにより、温度検出用ダイオードの温度特性を正確に知ることができる。したがって、温度検出用ダイオードの温度特性にバラツキがあっても、それに対応して後段回路において精度よく補正することができ、その温度測定に必要とする工数を削減できる。   As described above, according to the temperature measuring apparatus 201 according to the fourth embodiment, the power semiconductor module 10 is heated to a predetermined temperature while controlling the temperature by the heater 21, and the temperature of the metal base plate 11 is accurately adjusted. By comparing with the output of the temperature detection diode embedded in the IGBT chip 12, the temperature characteristics of the temperature detection diode can be accurately known. Therefore, even if there are variations in the temperature characteristics of the temperature detection diode, it can be accurately corrected in the subsequent circuit, and the man-hours required for the temperature measurement can be reduced.

また、温度検出用ダイオードの温度特性のバラツキを精度よく補正しているため、ＩＧＢＴチップ１２の温度を正確に監視することができ、所定温度に到達した際のスイッチング周波数を低下、さらに温度上昇が持続した際のＩＧＢＴゲートドライブ信号の遮断といった保護動作を正確なものとすることできる。   Moreover, since the variation in temperature characteristics of the temperature detection diode is accurately corrected, the temperature of the IGBT chip 12 can be monitored accurately, the switching frequency when the temperature reaches a predetermined temperature is lowered, and the temperature rise is further increased. The protection operation such as interruption of the IGBT gate drive signal when sustained can be made accurate.

実施の形態１に係るパワー半導体モジュールの構成を示す側面断面図である。2 is a side cross-sectional view showing the configuration of the power semiconductor module according to Embodiment 1. FIG. パワー半導体モジュールと温度測定を行うための温度計測装置との位置関係を示す平面図である。It is a top view which shows the positional relationship of a power semiconductor module and the temperature measurement apparatus for performing temperature measurement. 実施の形態１に係る温度計測装置の一例を示す構成説明図である。1 is a configuration explanatory diagram illustrating an example of a temperature measurement device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態２に係る温度計測装置のトッププレートとパワー半導体モジュールの関係を示す側面断面図である。FIG. 6 is a side cross-sectional view showing a relationship between a top plate and a power semiconductor module of a temperature measurement device according to a second embodiment. 実施の形態３に係る温度計測装置のトッププレートとパワー半導体モジュールの関係を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the relationship between the top plate of the temperature measuring device which concerns on Embodiment 3, and a power semiconductor module. 実施の形態４に係る温度計測装置を示す側面断面図である。FIG. 6 is a side cross-sectional view showing a temperature measurement device according to a fourth embodiment. 昇降圧コンバータの回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of a buck-boost converter. パワー半導体モジュールのＩＧＢＴチップの配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the IGBT chip | tip of a power semiconductor module. ＩＧＢＴ素子のスイッチング動作で生じる損失を示す図である。It is a figure which shows the loss which arises by the switching operation | movement of an IGBT element. ＩＧＢＴチップに埋め込まれた温度検出用ダイオードの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the diode for temperature detection embedded in the IGBT chip | tip. ＩＧＢＴのゲートドライブに用いる制御回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control circuit used for the gate drive of IGBT. 車両機器における電動機駆動システムの一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the electric motor drive system in vehicle equipment. 従来の温度計測装置とパワー半導体モジュールの構成を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the structure of the conventional temperature measuring apparatus and a power semiconductor module. パワー半導体モジュール各部の温度履歴を示す温度プロファイル図である。It is a temperature profile figure which shows the temperature history of each part of a power semiconductor module.

符号の説明Explanation of symbols

１００ パワー半導体モジュール
１１ 金属ベース板
１２ ＩＧＢＴチップ
１３ セラミック基板
１４ 外囲ケース
１５ 主端子
１６ 金属膜
１７ 金属微粉末
１８ 金属箔
２０ 筐体
２１ ヒータ
２２ 熱板
２２ｈ 測定窓
２４ 放射温度計
２５ 誘導加熱用コイル
２７ トッププレート
２８ 凹部
２９ ボルト
３０ 温度制御装置
３１ 電源
２０１ 温度計測装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Power semiconductor module 11 Metal base board 12 IGBT chip 13 Ceramic substrate 14 Outer case 15 Main terminal 16 Metal film 17 Metal fine powder 18 Metal foil 20 Case 21 Heater 22 Heat plate 22h Measurement window 24 Radiation thermometer 25 For induction heating Coil 27 Top plate 28 Recess 29 Bolt 30 Temperature control device 31 Power supply 201 Temperature measurement device

Claims (10)

放熱用の金属ベース板を備え、温度検出用のダイオードを内蔵したパワー半導体モジュールを加熱してその温度測定を行うための温度計測方法において、
エンジニアリングプラスチックからなるトッププレートの上面に前記パワー半導体モジュールを固定する際に、前記トッププレートと前記金属ベース板との隙間に被加熱材料を挿入して密着させ、
前記被加熱材料を媒介にして前記パワー半導体モジュールの前記金属ベース板を加熱し、
前記トッププレートを透過して前記被加熱材料から放射される赤外線に基づいて前記パワー半導体モジュールの温度を測定する、
ことを特徴とする温度計測方法。 In a temperature measurement method for measuring a temperature of a power semiconductor module that includes a metal base plate for heat dissipation and has a built-in temperature detection diode,
When fixing the power semiconductor module on the top surface of the top plate made of engineering plastic, insert the material to be heated into the gap between the top plate and the metal base plate,
Heating the metal base plate of the power semiconductor module through the material to be heated;
Measuring the temperature of the power semiconductor module based on infrared rays transmitted through the top plate and radiated from the heated material;
A temperature measurement method characterized by that. 前記被加熱材料から放射される赤外線に基づいて測定される温度を、前記温度検出用のダイオードによる温度計測結果と比較して、前記ダイオードの温度特性を補正することを特徴とする請求項１記載の温度計測方法。   The temperature characteristic of the diode is corrected by comparing a temperature measured based on infrared rays radiated from the material to be heated with a temperature measurement result by the temperature detection diode. Temperature measurement method. 前記被加熱材料は、前記金属ベース板より電気抵抗率が高い金属微粉末であることを特徴とする請求項１記載の温度計測方法。   The temperature measurement method according to claim 1, wherein the material to be heated is a metal fine powder having an electrical resistivity higher than that of the metal base plate. 前記被加熱材料は、前記金属ベース板より電気抵抗率が高い金属箔であることを特徴とする請求項１記載の温度計測方法。   The temperature measurement method according to claim 1, wherein the material to be heated is a metal foil having a higher electrical resistivity than the metal base plate. 放熱用の金属ベース板を備え、温度検出用のダイオードを内蔵したパワー半導体モジュールを加熱してその温度測定を行うための温度計測装置において、
エンジニアリングプラスチックからなるトッププレートと、
前記トッププレートの上面に前記金属ベース板を密着させて前記パワー半導体モジュールを固定する固定手段と、
前記トッププレートと前記パワー半導体モジュールの前記金属ベース板との隙間に挿入される被加熱材料と、
前記被加熱材料を媒介にして前記パワー半導体モジュールの前記金属ベース板を加熱するための誘導加熱手段と、
前記トッププレートを透過して前記被加熱材料から放射される赤外線に基づいて前記パワー半導体モジュールの温度を測定する放射温度測定手段と、
を備えたことを特徴とする温度計測装置。 In a temperature measurement device for measuring a temperature of a power semiconductor module that includes a metal base plate for heat dissipation and has a built-in temperature detection diode,
A top plate made of engineering plastic,
Fixing means for fixing the power semiconductor module by bringing the metal base plate into close contact with the upper surface of the top plate;
A material to be heated inserted into a gap between the top plate and the metal base plate of the power semiconductor module;
Induction heating means for heating the metal base plate of the power semiconductor module through the material to be heated;
Radiation temperature measuring means for measuring the temperature of the power semiconductor module based on infrared rays that are transmitted through the top plate and radiated from the heated material;
A temperature measuring device comprising: 前記被加熱材料は、前記金属ベース板より電気抵抗率が高い金属微粉末であることを特徴とする請求項５記載の温度計測装置。   6. The temperature measuring apparatus according to claim 5, wherein the material to be heated is a metal fine powder having an electric resistivity higher than that of the metal base plate. 前記被加熱材料は、前記金属ベース板より電気抵抗率が高い金属箔であることを特徴とする請求項５記載の温度計測装置。   The temperature measurement apparatus according to claim 5, wherein the material to be heated is a metal foil having an electric resistivity higher than that of the metal base plate. 前記トッププレートには、上下面を貫通する測定窓が形成されていることを特徴とする請求項５記載の温度計測装置。   6. The temperature measuring device according to claim 5, wherein a measurement window penetrating the top and bottom surfaces is formed in the top plate. 前記測定窓は、その直径５ｍｍ以内の大きさで、かつ前記トッププレートの中央部分に形成されていることを特徴とする請求項８記載の温度計測装置。   9. The temperature measuring device according to claim 8, wherein the measurement window has a diameter within 5 mm and is formed in a central portion of the top plate. 前記トッププレートは、前記測定窓が波長８〜１３μｍの赤外線を選択して透過する材料によって封止されていることを特徴とする請求項８記載の温度計測装置。   9. The temperature measuring apparatus according to claim 8, wherein the top plate is sealed with a material through which the measurement window selects and transmits infrared rays having a wavelength of 8 to 13 [mu] m.
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