JP4950274B2 - Power semiconductor module - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power semiconductor module using a semiconductor element adapted to be small-sized and precisely detecting deterioration of a metal junction. <P>SOLUTION: A surface electrode of the power semiconductor element 2 and a metal plate 3 for an electrode are connected through metal junction with a metal wire 8. A junction-characteristic detecting circuit 20 detects characteristics of a joined portion of the metal junction and predicts deterioration of the joined portion using a threshold VL determined from a relation between an increase in a resistance RT8 caused by deterioration and a life time of the joined portion. A first terminal transmits information relating to a potential of an electrode plane formed on the other major surface of the power semiconductor element 2 so as to detect the characteristics of the joined portions at one and the other end of a first metal wire, and a second terminal transmits information relating to a potential of the metal plate so as to detect the characteristics of the joined portions at the one and the other end of the first metal wire. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、半導体素子を用いたパワー半導体モジュールに関する。   The present invention relates to a power semiconductor module using a semiconductor element.

近年、パワー半導体素子を用いたパワー半導体モジュールで構成された電力変換装置は、モータ等の負荷に効率良く電力を供給することができるため、電車,自動車等の移動体のモータ駆動に幅広く利用されている。特に、最近では、自動車用の燃費向上のためのアイドルストップ後の再始動用のモータの駆動に使われつつある。   In recent years, a power conversion device composed of a power semiconductor module using a power semiconductor element can efficiently supply power to a load such as a motor, and thus is widely used for driving a motor of a moving body such as a train and an automobile. ing. In particular, recently, it is being used to drive a motor for restarting after idle stop for improving fuel efficiency for automobiles.

パワー半導体素子は、電力変換装置の運転によるスイッチング、定常通電により発熱する。このため、異材間の接合部,例えば、単結晶シリコンからなるパワー半導体素子と、アルミからなるボンディングワイヤとの接合部では、線膨張係数の相違により、熱疲労による歪が生じる。そこで、従来は、長寿命化策として、温度上昇の少ない運転制御方法,パワー半導体モジュールを並列接続し電流密度を低減した構成,温度を低減するために冷却能力を拡大する方法,低熱抵抗の材料選定などにより、パワー半導体素子の温度上昇を抑え、温度マージンを大きくとることで、パワーモジュールの長寿命化、高信頼化を図ってきた。   The power semiconductor element generates heat by switching due to operation of the power conversion device and steady energization. For this reason, in a joint part between different materials, for example, a joint part between a power semiconductor element made of single crystal silicon and a bonding wire made of aluminum, distortion due to thermal fatigue occurs due to a difference in linear expansion coefficient. Therefore, in the past, as a measure to extend the service life, an operation control method with a small temperature rise, a configuration in which power semiconductor modules are connected in parallel to reduce the current density, a method of expanding the cooling capacity to reduce the temperature, and a material with low thermal resistance By selecting, etc., the temperature rise of the power semiconductor element is suppressed, and the temperature margin is increased to extend the life and reliability of the power module.

一方では、突然の破壊で装置停止することによる損害を防ぐため、例えば、特開平7−14948号公報に記載されるように、熱電対等の温度センサをパワー半導体モジュールに内蔵し、各接合部劣化による熱抵抗変化を使用中の温度モニターにより把握するものが知られている。また、特開平8−275586号公報に記載されるように、寿命をスイッチング動作の開始回数で置き換え、動作の開始回数をカウントすることにより寿命を把握する方法も知られている。さらには、特開2002−101668号公報に記載されるように、パワー半導体モジュールに温度検出器をとりつけ、毎運転時の温度上昇から累積被害率を計算し、寿命を算出する方法も知られている。   On the other hand, in order to prevent damage caused by the sudden shutdown of the apparatus, for example, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-14948, a temperature sensor such as a thermocouple is built in the power semiconductor module, and each junction deteriorates. It is known that a change in thermal resistance due to temperature can be grasped by a temperature monitor during use. Further, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-275586, there is also known a method of grasping a lifetime by replacing the lifetime with the number of start times of the switching operation and counting the number of start times of the operation. Furthermore, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-101668, a method is known in which a temperature detector is attached to a power semiconductor module, a cumulative damage rate is calculated from a temperature rise during each operation, and a lifetime is calculated. Yes.

特開平7−14948号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-14948 特開平8−275586号公報JP-A-8-275586 特開2002−101668号公報JP 2002-101668 A

しかしながら、従来の温度上昇の少ない運転制御方法等の長寿命化方法では、パワー半導体モジュールや冷却装置が大型化するという問題があった。   However, the conventional method for extending the life such as the operation control method with a small temperature rise has a problem that the power semiconductor module and the cooling device are increased in size.

また、特開平7−14948号公報等に記載された寿命予測方法では、温度センサの精度や、予測精度をこれまで以上に向上させる必要がある。パワー半導体モジュールは基本的に低い熱抵抗材料で構成されているため、亀裂による金属接合部の熱抵抗増加を、温度検知するためには1℃以下の精度が必要で、冷却能力の変化、環境温度の変化を考慮すると、実現が厳しい。特に、ワイヤボンディング等の金属接合部の劣化は、パワー半導体素子による発熱に対して劣化部の発熱、放熱が少ないため温度検知が非常に厳しいという問題があった。   Further, in the life prediction method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-14948, etc., it is necessary to improve the accuracy of the temperature sensor and the prediction accuracy more than ever. Since power semiconductor modules are basically made of low thermal resistance materials, an accuracy of 1 ° C or less is required to detect the temperature increase of the thermal resistance of metal joints due to cracks. Realization is difficult considering the change of temperature. In particular, deterioration of a metal joint such as wire bonding has a problem that temperature detection is very severe because heat generation and heat dissipation of the deteriorated part are less than heat generated by a power semiconductor element.

本発明の目的は、小型で、しかも、金属接合部の劣化を精度良く検知できる、半導体素子を用いたパワー半導体モジュールを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a power semiconductor module using a semiconductor element that is small in size and that can accurately detect deterioration of a metal joint.

上記目的を達成するために、本発明は、金属製の配線パターンを有する絶縁板と、一方の主面に形成された電極面が前記配線パターンと対向して、かつ当該電極面が当該配線パターンと電気的に接続されるパワー半導体素子と、外部電極と電気的に接続される金属板と、前記パワー半導体素子の他方の主面に形成された電極面の電位を検出するための第1端子と、前記金属板の電位を検出するための第2端子と、一端が前記パワー半導体素子の他方の前記電極面と接合され、かつ他端が前記金属板と接合され、さらに当該パワー半導体素子の主電流が流れる第1金属製ワイヤと、一端が前記パワー半導体素子の他方の前記電極面と接合され、かつ他端が前記第1端子と接合される第2金属製ワイヤと、一端が前記金属板と接合され、かつ他端が前記第2端子と電気的に接続される第3金属製ワイヤと、を備え、前記第1端子は、前記第1金属製ワイヤの一端及び他端の接続部の特性を検出するために前記パワー半導体素子の他方の主面に形成された前記電極面の電位に係る情報を伝達し、前記第2端子は、前記第1金属製ワイヤの一端及び他端の接続部の特性を検出するために前記金属板の電位に係る情報を伝達するようにしたものである。
かかる構成により、小型で、しかも、金属接合部の劣化を精度良く検知できるものとなる。
In order to achieve the above object, the present invention provides an insulating plate having a metal wiring pattern, an electrode surface formed on one main surface facing the wiring pattern, and the electrode surface is the wiring pattern. A power semiconductor element electrically connected to the external electrode, a metal plate electrically connected to the external electrode, and a first terminal for detecting the potential of the electrode surface formed on the other main surface of the power semiconductor element A second terminal for detecting the potential of the metal plate, one end is joined to the other electrode surface of the power semiconductor element, and the other end is joined to the metal plate, and the power semiconductor element A first metal wire through which a main current flows, a second metal wire having one end joined to the other electrode surface of the power semiconductor element and the other end joined to the first terminal, and one end being the metal Bonded to the plate and the other end A third metal wire electrically connected to the second terminal, wherein the first terminal is configured to detect the characteristics of the connection portion at one end and the other end of the first metal wire. In order to transmit information related to the potential of the electrode surface formed on the other main surface of the semiconductor element, the second terminal detects the characteristics of the connection portion of one end and the other end of the first metal wire Information relating to the potential of the metal plate is transmitted.
With such a configuration, it is small in size and can accurately detect deterioration of the metal joint.

本発明によれば、小型で、しかも、金属接合部の劣化を精度良く検知できるパワー半導体モジュールを得ることができる。
According to the present invention, it is possible to obtain a power semiconductor module that is small in size and that can accurately detect deterioration of a metal joint.

本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールの回路図である。It is a circuit diagram of the power semiconductor module by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールの外観構成を示す断面斜視図である。It is a section perspective view showing appearance composition of a power semiconductor module by one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールに用いる接合部特性検出回路20によって検出される接合部の特性図である。It is a characteristic view of the junction part detected by the junction part characteristic detection circuit 20 used for the power semiconductor module by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールの第2の回路図である。It is a 2nd circuit diagram of the power semiconductor module by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールの第3の回路図である。It is a 3rd circuit diagram of the power semiconductor module by one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態によるパワー半導体モジュールの外観構成を示す断面斜視図である。It is a cross-sectional perspective view which shows the external appearance structure of the power semiconductor module by other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態によるパワー半導体モジュールの回路図である。It is a circuit diagram of the power semiconductor module by other embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールを用いた電力変換装置の回路図である。It is a circuit diagram of a power converter using a power semiconductor module by one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールを用いた電力変換装置のシステム構成図である。It is a system configuration figure of a power converter using a power semiconductor module by one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールを用いた電力変換装置の第2の回路図である。It is a 2nd circuit diagram of the power converter device using the power semiconductor module by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールを用いた電力変換装置による寿命予測の原理説明図である。It is principle explanatory drawing of the lifetime prediction by the power converter device using the power semiconductor module by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールを用いた電力変換装置の第3の回路図である。It is a 3rd circuit diagram of the power converter device using the power semiconductor module by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による電力変換装置を用いた移動体のブロック図である。It is a block diagram of the moving body using the power converter device by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による電力変換装置を用いた移動体のブロック図である。It is a block diagram of the moving body using the power converter device by one Embodiment of this invention.

以下、図1〜図5を用いて、本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールの構成及び動作について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態によるパワー半導体モジュールの回路構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールの回路図である。
Hereinafter, the configuration and operation of a power semiconductor module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the circuit configuration of the power semiconductor module according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a circuit diagram of a power semiconductor module according to an embodiment of the present invention.

パワー半導体素子2は、ここでは、IGBTを例にして説明する。パワー半導体素子2は、上面電圧端子11と、ゲート端子12と、下面電圧端子13とを備えている。パワー半導体素子2のエミッタは、図2を用いて後述するように、複数の金属ワイヤ8および金属板3を介して、アースに接続される。また、パワー半導体素子2のコレクタは、ハンダを介して下面電圧端子13に接続される。ここで、パワー半導体素子2のエミッタと金属ワイヤ8は、超音波接合されるため、複数の第1の接合部が形成され、また、金属ワイヤ8と金属板3も、超音波接合されるため、複数の第2の接合部が形成される。抵抗Rt8は、これらの第1および第2の接合部の抵抗を示している。また、抵抗Rt9は、パワー半導体素子2のコレクタと下面電圧端子13を接合するハンダによる接合部の抵抗を示している。   Here, the power semiconductor element 2 will be described using an IGBT as an example. The power semiconductor element 2 includes an upper surface voltage terminal 11, a gate terminal 12, and a lower surface voltage terminal 13. As will be described later with reference to FIG. 2, the emitter of the power semiconductor element 2 is connected to the ground via a plurality of metal wires 8 and a metal plate 3. The collector of the power semiconductor element 2 is connected to the lower surface voltage terminal 13 via solder. Here, since the emitter of the power semiconductor element 2 and the metal wire 8 are ultrasonically bonded, a plurality of first bonding portions are formed, and the metal wire 8 and the metal plate 3 are also ultrasonically bonded. A plurality of second joints are formed. A resistor Rt8 indicates the resistance of the first and second junctions. Further, the resistor Rt9 indicates the resistance of the joint portion by the solder that joins the collector of the power semiconductor element 2 and the lower surface voltage terminal 13.

接合部特性検出回路20は、上面電圧端子11と、新たに設けられた電圧端子10に接続され、抵抗Rt8の両端電圧を検出する。接合部特性検出回路20は、検出された電圧値,若しくは電圧値から求められた抵抗値により、接合部の特性を検出し、接合部の寿命等を判定する。寿命の判定方法については、図3を用いて後述する。判定した結果は、表示器30に表示され、接合部の寿命が短くなると警報器32により警報し、また、接合部の特性や寿命を記憶部34に記憶する。記憶部34に記憶された情報は、携帯端末40を接続することにより、外部から読み出すことができる。パワー半導体モジュールを電動車両等に用いる場合は、カーディーラや自動車の修理工場が携帯端末40を有しており、この携帯端末40を用いて、接合部の寿命に関するデータを読み出すことができる。   The junction characteristic detection circuit 20 is connected to the upper surface voltage terminal 11 and the newly provided voltage terminal 10, and detects the voltage across the resistor Rt8. The junction characteristic detection circuit 20 detects the characteristic of the junction based on the detected voltage value or the resistance value obtained from the voltage value, and determines the lifetime of the junction. The method for determining the lifetime will be described later with reference to FIG. The determined result is displayed on the display 30, and when the life of the joint is shortened, an alarm is given by the alarm device 32, and the characteristics and life of the joint are stored in the storage unit 34. The information stored in the storage unit 34 can be read from the outside by connecting the portable terminal 40. When the power semiconductor module is used for an electric vehicle or the like, a car dealer or a car repair shop has a portable terminal 40, and the portable terminal 40 can be used to read data on the life of the joint.

次に、図2を用いて、本実施形態によるパワー半導体モジュールの外観構成について説明する。
図2は、本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールの外観構成を示す断面斜視図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the external configuration of the power semiconductor module according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a cross-sectional perspective view showing an external configuration of a power semiconductor module according to an embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.

パワー半導体モジュール1は、表面に電極を持つパワー半導体素子2と、外部電極用の金属板3と、放熱用の金属板4と、両面が金属メッキ6され電極ともなる絶縁板5と、これらを支える絶縁樹脂の構造材7とを備えている。パワー半導体素子2の下面は、スイッチング時や定常通電時の発熱を放熱するため、放熱用の金属板4に、絶縁板5を介して、ハンダ9で金属接合されている。また、パワー半導体素子2の上面と外部電極用の金属板3は、複数の金属ワイヤ8により超音波接合されている。金属板3は、接地される。図1の回路図から理解されるように、パワー半導体素子2の上面電極(エミッタ)からアースに大電流が流れるため、金属ワイヤ8は複数本用いている。各電圧端子として、パワー半導体素子の上面電圧端子11,ゲート端子12,下面電圧端子13が設けられている。上面電圧端子11は、パワー半導体素子2のエミッタ電極に接続される。ゲート端子12は、パワー半導体素子2のゲート電極に接続される。下面電圧端子13は、パワー半導体素子2のコレクタ電極に接続される。   The power semiconductor module 1 includes a power semiconductor element 2 having electrodes on the surface, a metal plate 3 for external electrodes, a metal plate 4 for heat dissipation, an insulating plate 5 that is metal-plated 6 on both sides and also serves as an electrode, And a structural material 7 of supporting insulating resin. The lower surface of the power semiconductor element 2 is metal-bonded to the heat-dissipating metal plate 4 via the insulating plate 5 with solder 9 in order to dissipate heat generated during switching or steady-state energization. Further, the upper surface of the power semiconductor element 2 and the metal plate 3 for external electrodes are ultrasonically bonded by a plurality of metal wires 8. The metal plate 3 is grounded. As understood from the circuit diagram of FIG. 1, a large current flows from the upper surface electrode (emitter) of the power semiconductor element 2 to the ground, and therefore a plurality of metal wires 8 are used. As each voltage terminal, an upper surface voltage terminal 11, a gate terminal 12, and a lower surface voltage terminal 13 of the power semiconductor element are provided. The upper surface voltage terminal 11 is connected to the emitter electrode of the power semiconductor element 2. The gate terminal 12 is connected to the gate electrode of the power semiconductor element 2. The lower surface voltage terminal 13 is connected to the collector electrode of the power semiconductor element 2.

ここで、パワー半導体素子2のエミッタ電極と金属ワイヤ8との間に、複数の第1の接合部が形成され、金属ワイヤ8と金属板3との間に、複数の第2の接合部が形成され、これらの合成抵抗が、図1に示した抵抗Rt8である。また、パワー半導体素子2のコレクタ電極と下面電圧端子13を接合するハンダ9による接合部が形成され、この抵抗が、図1に示した抵抗Rt9である。   Here, a plurality of first joints are formed between the emitter electrode of the power semiconductor element 2 and the metal wire 8, and a plurality of second joints are formed between the metal wire 8 and the metal plate 3. The resultant combined resistance is the resistance Rt8 shown in FIG. Also, a joint portion is formed by the solder 9 that joins the collector electrode of the power semiconductor element 2 and the lower surface voltage terminal 13, and this resistance is the resistance Rt9 shown in FIG.

さらに、本実施形態では、第1の接合部の劣化の程度を判定するために、外部電極の電圧端子10を新たに設けている。パワー半導体素子2は、通電により発熱し、温度が上昇・下降を繰り返す。例えば、パワー半導体素子2は、主に単結晶シリコンからなり、線膨張係数は約4.2×10−6/℃であるのに対して、金属ワイヤ8は、純アルミまたは数ppmのニッケル含有のアルミからなり、線膨張係数は約23×10−6/℃で、約5倍の違いがある。このため、長い間の使用により、線膨張係数の違いによる歪が生じ、パワー半導体素子2の上面で接合された金属ワイヤ8の接合部には亀裂の発生・進展が生じる。この亀裂・進展により、金属ワイヤ8の接合面積は、長い間の使用により、徐々に小さくなり、この部分は電気抵抗が徐々に大きくなる。そして、図1に示したように、電圧端子10および上面端子11を用いて、第1の接合部の両端電圧を測定するようにしている。同様にして、下面の接合部であるハンダ9も電気抵抗が徐々に大きくなる。したがって、ハンダ9の接合部の抵抗によっても、接合部の劣化を判定することができる。   Furthermore, in the present embodiment, the voltage terminal 10 of the external electrode is newly provided in order to determine the degree of deterioration of the first joint portion. The power semiconductor element 2 generates heat when energized, and the temperature repeatedly rises and falls. For example, the power semiconductor element 2 is mainly made of single crystal silicon and has a linear expansion coefficient of about 4.2 × 10 −6 / ° C., whereas the metal wire 8 contains pure aluminum or nickel of several ppm. The linear expansion coefficient is about 23 × 10 −6 / ° C., which is a difference of about 5 times. For this reason, distortion due to a difference in linear expansion coefficient occurs due to long-term use, and cracks are generated and propagated in the joint portion of the metal wire 8 joined on the upper surface of the power semiconductor element 2. Due to the cracks / progress, the joint area of the metal wire 8 gradually decreases with use for a long time, and the electrical resistance of this portion gradually increases. Then, as shown in FIG. 1, the voltage across the first junction is measured using the voltage terminal 10 and the upper surface terminal 11. Similarly, the electrical resistance of the solder 9 which is the joint portion on the lower surface gradually increases. Therefore, it is possible to determine the deterioration of the joint portion based on the resistance of the joint portion of the solder 9.

なお、以上の説明では、パワー半導体素子2として、IGBTを例にしているが、MOSFETを用いた場合についても同様である。   In the above description, an IGBT is used as an example of the power semiconductor element 2, but the same applies to the case where a MOSFET is used.

次に、図3を用いて、本実施形態によるパワー半導体モジュールに用いる接合部特性検出回路20によって検出される接合部の特性について説明する。
図3は、本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールに用いる接合部特性検出回路20によって検出される接合部の特性図である。
Next, the characteristics of the junction detected by the junction characteristic detection circuit 20 used in the power semiconductor module according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a characteristic diagram of the junction detected by the junction characteristic detection circuit 20 used in the power semiconductor module according to the embodiment of the present invention.

図3において、横軸は、耐久回数,すなわち、パワー半導体素子のスイッチング回数を示している。縦軸は、接合部特性検出回路20によって検出される接合部の電圧を示している。なお、接合部を流れる電流を検出することができるので、接合部の抵抗であってもよいものである。   In FIG. 3, the horizontal axis indicates the number of endurance times, that is, the number of switching times of the power semiconductor element. The vertical axis represents the voltage at the junction detected by the junction characteristic detection circuit 20. In addition, since the electric current which flows through a junction part is detectable, the resistance of a junction part may be sufficient.

図3に示すように、耐久回数が増加するに従って、接合部の電圧は次第に増加する。パワー半導体素子の長い間の使用により、線膨張係数の違いによる歪が生じ、パワー半導体素子2の上面で接合された金属ワイヤ8の接合部には亀裂の発生・進展が生じる。この亀裂・進展により、金属ワイヤ8の接合面積は、長い間の使用により、徐々に小さくなり、この部分は電気抵抗が徐々に大きくなる。   As shown in FIG. 3, as the number of endurances increases, the voltage at the junction gradually increases. The use of the power semiconductor element for a long time causes distortion due to the difference in linear expansion coefficient, and cracks are generated and propagated in the joint portion of the metal wire 8 joined on the upper surface of the power semiconductor element 2. Due to the cracks / progress, the joint area of the metal wire 8 gradually decreases with use for a long time, and the electrical resistance of this portion gradually increases.

この中で、点D1,D2,D3においては、特性を示す曲線が屈曲し、各点において、電圧値が急激に増加している。これは、図2に示したように複数本ある金属ワイヤ8の複数の接合部の内の、1カ所ないし数カ所が切断され、パワー半導体素子2のエミッタ電極と金属板3とを接続する金属ワイヤ8の本数が減少して、金属ワイヤ8の合成抵抗値が急激に増加したことを示している。   Among these, at points D1, D2, and D3, the curve indicating the characteristics is bent, and the voltage value increases rapidly at each point. This is because, as shown in FIG. 2, one or several of the plurality of joint portions of the metal wire 8 are cut to connect the emitter electrode of the power semiconductor element 2 and the metal plate 3. This shows that the number of 8 decreases and the combined resistance value of the metal wire 8 increases rapidly.

点D4では、全ての金属ワイヤ8の接合部が切断され、電圧値は無限大に上昇することを示している。したがって、点D1におけるように、接合部の最初の破壊を検出することにより、半導体パワーモジュールの寿命を知ることができる。点D1におけるしきい値VLを求めるには、予め、寿命時の金属接合部の抵抗を試験、または、面積計算によりもとめ、設計マージンをとった寿命時の金属接合部の抵抗、または電圧のしきい値を決定する。   At the point D4, all the metal wires 8 are disconnected, and the voltage value increases to infinity. Therefore, the lifetime of the semiconductor power module can be known by detecting the first breakdown of the joint as at the point D1. In order to obtain the threshold value VL at the point D1, the resistance of the metal junction at the end of the lifetime or the voltage of the metal junction at the end of the design margin is obtained by testing or area calculation in advance. Determine the threshold.

図1に示した回路構成では、初期状態においては、金属ワイヤ8と金属板3の抵抗は小さく、初期電圧VO、殆ど0Vである。一方、しきい値VLは、例えば、100mV程度となる。もちろん、このしきい値の値は、回路構成によって異なるものである。   In the circuit configuration shown in FIG. 1, in the initial state, the resistance of the metal wire 8 and the metal plate 3 is small and the initial voltage VO is almost 0V. On the other hand, the threshold value VL is, for example, about 100 mV. Of course, the threshold value differs depending on the circuit configuration.

さらに、上述の考え方から、現在の寿命を次のようにして求めることができる。すなわち、現在の寿命=(現在の金属接合部の電圧V−初期の金属接合部電圧VO)/(しきい値VL−初期の金属接合部電圧値VO)として、寿命(%)を求めることができる。   Furthermore, from the above-mentioned concept, the current life can be obtained as follows. That is, the lifetime (%) can be obtained as current lifetime = (current metal junction voltage V−initial metal junction voltage VO) / (threshold VL−initial metal junction voltage value VO). it can.

接合部特性検出回路20は、求められた寿命を表示器30に表示する。また、接合部特性検出回路20は、検出された接合部の電圧がしきい値VLとなるか、しきい値VLに近接した場合に、警報器32から警報を出力する。さらに、接合部特性検出回路20は、検出された接合部の電圧値若しくは求められた接合部の寿命を記憶部34に記憶する。記憶された内容は、外部端末40を用いることにより、記憶部34から読み出すことができる。   The junction characteristic detection circuit 20 displays the obtained life on the display 30. The junction characteristic detection circuit 20 outputs an alarm from the alarm device 32 when the detected voltage at the junction becomes the threshold value VL or approaches the threshold value VL. Further, the junction characteristic detection circuit 20 stores the detected voltage value of the junction or the obtained lifetime of the junction in the storage unit 34. The stored contents can be read from the storage unit 34 by using the external terminal 40.

次に、図4を用いて、本実施形態によるパワー半導体モジュールの第2の回路構成について説明する。
図4は、本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールの第2の回路図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the second circuit configuration of the power semiconductor module according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
FIG. 4 is a second circuit diagram of the power semiconductor module according to the embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.

接合部特性検出回路20Aは、下面電圧端子13と、新たに設けられた電圧端子10に接続され、抵抗Rt8および抵抗Rt9の両端電圧を検出する。すなわち、接合部特性検出回路20Aは、金属ワイヤ8の接合部の抵抗Rt8とハンダ9の接合部の抵抗Rt9をモニターする。   The junction characteristic detection circuit 20A is connected to the lower surface voltage terminal 13 and the newly provided voltage terminal 10, and detects the voltage across the resistors Rt8 and Rt9. That is, the junction characteristic detection circuit 20A monitors the resistance Rt8 at the junction of the metal wire 8 and the resistance Rt9 at the junction of the solder 9.

ただし、この場合、パワー半導体素子2の電圧も含むことになる。そして、パワー半導体素子2は、温度により電圧が変化する。そこで、パワー半導体素子2の温度を検出する温度センサ52と、温度センサ52によって検出されたパワー半導体素子2の温度に基づいて、温度特性を補正する温度補正回路50を備える。接合部特性検出回路20Aは、温度補正回路50の出力によって温度補正し、接合部の特性を検出し、接合部の寿命等を判定する。判定した結果は、図1に示したように、表示器30,警報器32,記憶部34に出力する。   However, in this case, the voltage of the power semiconductor element 2 is also included. The voltage of the power semiconductor element 2 changes with temperature. Therefore, a temperature sensor 52 that detects the temperature of the power semiconductor element 2 and a temperature correction circuit 50 that corrects temperature characteristics based on the temperature of the power semiconductor element 2 detected by the temperature sensor 52 are provided. The junction characteristic detection circuit 20A performs temperature correction based on the output of the temperature correction circuit 50, detects the characteristic of the junction, and determines the life of the junction. The determined result is output to the display device 30, the alarm device 32, and the storage unit 34 as shown in FIG.

なお、パワー半導体素子モジュールの使用開始直後のように、通電による発熱がまだ殆どなく、外気温と同じ状態であれば、毎回ほぼ同じ温度の状態で測定することができるので、金属接合部の抵抗による電圧の測定が可能となる。したがって、通電直後のようなほぼ同じ温度の状態で測定すれば、温度センサ52や、温度補正回路50は不要となる。   It should be noted that the resistance of the metal junction can be measured at almost the same temperature each time as long as there is almost no heat generation due to energization and it is in the same state as the outside air temperature just after the start of use of the power semiconductor element module. The voltage can be measured by Therefore, the temperature sensor 52 and the temperature correction circuit 50 are not required if the measurement is performed at substantially the same temperature immediately after energization.

次に、図5を用いて、本実施形態によるパワー半導体モジュールの第3の回路構成について説明する。
図5は、本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールの第3の回路図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the third circuit configuration of the power semiconductor module according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
FIG. 5 is a third circuit diagram of the power semiconductor module according to the embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.

接合部特性検出回路20Aは、下面電圧端子13と、上面電圧端子11に接続され、抵抗Rt9の両端電圧を検出する。すなわち、接合部特性検出回路20Aは、ハンダ9の接合部の抵抗Rt9をモニターする。   The junction characteristic detection circuit 20A is connected to the lower surface voltage terminal 13 and the upper surface voltage terminal 11, and detects the voltage across the resistor Rt9. That is, the junction characteristic detection circuit 20A monitors the resistance Rt9 at the junction of the solder 9.

ただし、この場合、パワー半導体素子2の電圧も含むことになるので、温度センサ52と温度補正回路50とにより温度補正する。接合部特性検出回路20Aは、温度補正回路50の出力によって温度補正し、接合部の特性を検出し、接合部の寿命等を判定する。判定した結果は、図1に示したように、表示器30,警報器32,記憶部34に出力する。   However, in this case, since the voltage of the power semiconductor element 2 is included, the temperature is corrected by the temperature sensor 52 and the temperature correction circuit 50. The junction characteristic detection circuit 20A performs temperature correction based on the output of the temperature correction circuit 50, detects the characteristic of the junction, and determines the life of the junction. The determined result is output to the display device 30, the alarm device 32, and the storage unit 34 as shown in FIG.

なお、パワー半導体素子モジュールの使用開始直後のように、通電による発熱がまだ殆どなく、外気温と同じ状態であれば、毎回ほぼ同じ温度の状態で測定することができるので、金属接合部の抵抗による電圧の測定が可能となる。したがって、通電直後のようなほぼ同じ温度の状態で測定すれば、温度センサ52や、温度補正回路50は不要となる。   It should be noted that the resistance of the metal junction can be measured at almost the same temperature each time as long as there is almost no heat generation due to energization and it is in the same state as the outside air temperature just after the start of use of the power semiconductor element module. The voltage can be measured by Therefore, the temperature sensor 52 and the temperature correction circuit 50 are not required if the measurement is performed at substantially the same temperature immediately after energization.

以上説明したように、本実施形態によれば、外部端子を設けて、接合部の電圧を測定するだけでよいため、小型で、しかも、金属接合部の劣化を精度良く検知できるものとなる。   As described above, according to the present embodiment, since it is only necessary to provide an external terminal and measure the voltage at the junction, the size is small, and deterioration of the metal junction can be accurately detected.

次に、図6および図7を用いて、本発明の他の実施形態によるパワー半導体モジュールの構成及び動作について説明する。
最初に、図6を用いて、本実施形態によるパワー半導体モジュールの外観構成について説明する。
図6は、本発明の他の実施形態によるパワー半導体モジュールの外観構成を示す断面斜視図である。なお、図2と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration and operation of a power semiconductor module according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the external configuration of the power semiconductor module according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional perspective view showing an external configuration of a power semiconductor module according to another embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same parts.

本実施形態において、図2に示した実施形態と異なる点は、外部電極側の電圧端子10Aをパワー半導体素子の電極11,12,13と同様の形状で設けたところである。電圧端子10Aは、金属ワイヤ8Bによって外部電極3と接続されている。   In the present embodiment, the difference from the embodiment shown in FIG. 2 is that the voltage terminal 10A on the external electrode side is provided in the same shape as the electrodes 11, 12, and 13 of the power semiconductor element. The voltage terminal 10A is connected to the external electrode 3 by a metal wire 8B.

次に、図7を用いて、本実施形態によるパワー半導体モジュールの回路構成について説明する。
図7は、本発明の他の実施形態によるパワー半導体モジュールの回路図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the circuit configuration of the power semiconductor module according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a circuit diagram of a power semiconductor module according to another embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.

本実施形態において、図1に示した実施形態と異なる点は、接合部特性検出回路20は、上面電圧端子11と、電圧端子10Aに接続され、抵抗Rt8の両端電圧を検出することである。接合部特性検出回路20は、検出された電圧値,若しくは電圧値から求められた抵抗値により、接合部の特性を検出し、接合部の寿命等を判定する。判定した結果は、図1と同様に、表示器30,警報器32,記憶部34に出力される。   In the present embodiment, the difference from the embodiment shown in FIG. 1 is that the junction characteristic detection circuit 20 is connected to the upper surface voltage terminal 11 and the voltage terminal 10A and detects the voltage across the resistor Rt8. The junction characteristic detection circuit 20 detects the characteristic of the junction based on the detected voltage value or the resistance value obtained from the voltage value, and determines the lifetime of the junction. The result of the determination is output to the display device 30, the alarm device 32, and the storage unit 34, as in FIG.

本実施形態では、図2に示した例に対して、図2の外部電極3が発生する電圧の影響、図2の電圧端子10の接触抵抗による影響が除外され、ワイヤ接合部の抵抗による電圧を精度良く測定可能となる。   In this embodiment, the influence of the voltage generated by the external electrode 3 of FIG. 2 and the influence of the contact resistance of the voltage terminal 10 of FIG. 2 are excluded from the example shown in FIG. Can be measured with high accuracy.

アイドルストップ等の極短時間に大電流を通電する運転モードで、放熱用の金属板4があまり温度上昇せず、ハンダ9の接合部よりも金属ワイヤ8の接合部の劣化進行が早い場合は、本例が有効である。   In an operation mode in which a large current is applied in an extremely short time such as idle stop, the temperature of the metal plate 4 for heat dissipation does not increase so much, and the deterioration of the joint of the metal wire 8 is faster than the joint of the solder 9 This example is effective.

以上説明したように、本実施形態によれば、外部端子を設けて、接合部の電圧を測定するだけでよいため、小型で、しかも、金属接合部の劣化を精度良く検知できるものとなる。   As described above, according to the present embodiment, since it is only necessary to provide an external terminal and measure the voltage at the junction, the size is small, and deterioration of the metal junction can be accurately detected.

次に、図8および図9を用いて、本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールを用いた電力変換装置の構成及び動作について説明する。
図8は、本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールを用いた電力変換装置の回路図である。図9は、本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールを用いた電力変換装置のシステム構成図である。
Next, the configuration and operation of a power conversion device using a power semiconductor module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 8 is a circuit diagram of a power conversion device using a power semiconductor module according to an embodiment of the present invention. FIG. 9 is a system configuration diagram of a power conversion device using a power semiconductor module according to an embodiment of the present invention.

図8に示すように、電力変換装置16は、3相交流モータ17を制御する場合、6個のパワー半導体素子2a,2b,2c,2d,2e,2fを備えており、バッテリ19の直流電流を3相交流電流に変換して、モータ17に供給する。例えば、パワー半導体素子2a,2bは、U相交流電流を生成し、パワー半導体素子2c,2dは、V相交流電流を生成し、パワー半導体素子2e,2fは、W相交流電流を生成する。パワー半導体素子2a,2b,2c,2d,2e,2fは、モータコントロールユニット(MCU)60によりゲート電圧を制御され、スイッチング動作する。なお、コンデンサ18は、フィルタコンデンサとして用いられている。   As shown in FIG. 8, when controlling the three-phase AC motor 17, the power conversion device 16 includes six power semiconductor elements 2 a, 2 b, 2 c, 2 d, 2 e, 2 f, and direct current from the battery 19. Is converted into a three-phase alternating current and supplied to the motor 17. For example, the power semiconductor elements 2a and 2b generate a U-phase alternating current, the power semiconductor elements 2c and 2d generate a V-phase alternating current, and the power semiconductor elements 2e and 2f generate a W-phase alternating current. The power semiconductor elements 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, and 2f are controlled by a gate voltage by a motor control unit (MCU) 60 and perform a switching operation. The capacitor 18 is used as a filter capacitor.

上側パワー半導体素子2a,2c,2eは高電圧に接続され、下側パワー半導体素子2b,2d,2fはグランドに接続されている。この場合、電圧測定しやすい、グランド側に接続されているパワー半導体モジュール2b,2d,2fのうち、さらにモジュール内で最も温度が高くなるパワー半導体素子の金属接合部の電圧を取り出すことにより、高電圧を考慮しなくても簡単に電圧を取り出すことができる。具体的には、下側パワー半導体素子2b,2fは両端部に配置されるために比較的放熱状態がよいの対して、中央の下側パワー半導体素子2dは放熱状態が悪く、高温になりやすい。そこで、接合部特性検出回路20は、中央の下側パワー半導体素子2dの金属ワイヤ接合部の両端電圧を、図1に示した構成により、検出する。   Upper power semiconductor elements 2a, 2c, 2e are connected to a high voltage, and lower power semiconductor elements 2b, 2d, 2f are connected to ground. In this case, among the power semiconductor modules 2b, 2d, and 2f connected to the ground side, which is easy to measure the voltage, by extracting the voltage at the metal junction of the power semiconductor element having the highest temperature in the module, The voltage can be easily extracted without considering the voltage. Specifically, since the lower power semiconductor elements 2b and 2f are disposed at both ends, the heat dissipation state is relatively good, whereas the center lower power semiconductor element 2d is in a poor heat dissipation state and tends to become high temperature. . Therefore, the junction characteristic detection circuit 20 detects the voltage at both ends of the metal wire junction of the lower power semiconductor element 2d at the center by the configuration shown in FIG.

図9に示すように、モータコントロールユニット60は、運転者の加速の程度のような意図を検出するセンサ62の出力に応じて、電力変換装置16を構成するパワー半導体素子をスイッチング駆動する。これによって、バッテリ19からモータ17に供給されるモータ駆動電流が制御される。ここで、センサ62としては、例えば、アクセル開度センサが用いられる。   As shown in FIG. 9, the motor control unit 60 performs switching driving of the power semiconductor elements constituting the power conversion device 16 according to the output of the sensor 62 that detects an intention such as the degree of acceleration of the driver. As a result, the motor drive current supplied from the battery 19 to the motor 17 is controlled. Here, as the sensor 62, for example, an accelerator opening sensor is used.

接合部特性検出回路20は、図1に示したようにして、接合部電圧Vとして、金属ワイヤの接合部の抵抗Rt8の両端電圧を検出する。なお、モータ駆動電流Iをモニタすることにより、接合部特性検出回路20は、接合部の抵抗値により劣化の具合を判定するようにすることもできる。接合部特性検出回路20は、検出された電圧値,若しくは電圧値から求められた抵抗値により、接合部の特性を検出し、接合部の寿命等を判定する。判定した結果は、表示器30に表示され、接合部の寿命が短くなると警報器32により警報し、また、接合部の特性や寿命を記憶部34に記憶する。記憶部34に記憶された情報は、携帯端末を接続することにより、外部から読み出すことができる。   As shown in FIG. 1, the junction characteristic detection circuit 20 detects the voltage across the resistor Rt8 at the junction of the metal wire as the junction voltage V. By monitoring the motor drive current I, the junction characteristic detection circuit 20 can also determine the degree of deterioration based on the resistance value of the junction. The junction characteristic detection circuit 20 detects the characteristic of the junction based on the detected voltage value or the resistance value obtained from the voltage value, and determines the lifetime of the junction. The determined result is displayed on the display 30, and when the life of the joint is shortened, an alarm is given by the alarm device 32, and the characteristics and life of the joint are stored in the storage unit 34. Information stored in the storage unit 34 can be read from the outside by connecting a portable terminal.

次に、図10および図11を用いて、本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールを用いた電力変換装置の第2の構成及び動作について説明する。
図10は、本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールを用いた電力変換装置の第2の回路図である。なお、図8と同一符号は、同一部分を示している。図11は、本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールを用いた電力変換装置による寿命予測の原理説明図である。
Next, a second configuration and operation of the power conversion device using the power semiconductor module according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
FIG. 10 is a second circuit diagram of the power conversion device using the power semiconductor module according to the embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol as FIG. 8 has shown the same part. FIG. 11 is a diagram for explaining the principle of life prediction by the power conversion device using the power semiconductor module according to one embodiment of the present invention.

図10に示すように、本例では、図8に示した構成に加えて、寿命予測回路22を備えている。寿命予測回路22は、図11に示すように、これまでの寿命推移から、直線近似で将来の寿命を予測する。この予測結果を表示器30に表示する。表示内容は、例えば、「本装置の寿命は、x年y月z日です」というようにする。これにより、使用者は、時間で寿命を把握することが出来る。   As shown in FIG. 10, in this example, a life prediction circuit 22 is provided in addition to the configuration shown in FIG. As shown in FIG. 11, the life prediction circuit 22 predicts the future life by linear approximation from the life transition so far. The prediction result is displayed on the display 30. The display content is, for example, “the lifetime of this apparatus is x year y month z day”. Thereby, the user can grasp | ascertain a lifetime by time.

次に、図12を用いて、本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールを用いた電力変換装置の第3の構成及び動作について説明する。
図12は、本発明の一実施形態によるパワー半導体モジュールを用いた電力変換装置の第3の回路図である。なお、図8と同一符号は、同一部分を示している。
Next, a third configuration and operation of the power conversion device using the power semiconductor module according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 12 is a third circuit diagram of the power conversion device using the power semiconductor module according to the embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol as FIG. 8 has shown the same part.

本実施形態では、接合部特性検出回路20Bは、判定された半導体パワーモジュールの寿命が所定に寿命になると、モータコントロールユニット60に対して、パワーセーブ信号PSを出力する。モータコントロールユニット60は、パワーセーブ信号が入力すると、モータ17に供給する電流を減少させ、モータの出力トルクを小さくして、パワーセーブ運転とする。モータ電流が小さくなることにより、接合部に流れる電流も小さくなるため、接合部の寿命を長くすることができる。パワーセーブ信号を出力するときの寿命は、例えば、95%とする。また、パワーセーブ信号を出力したときは、表示器30に、「現在寿命xx%。パワーセーブ運転中」というような表示をする。これにより寿命に近づくと、運転が制限され、モータの停止による損害を防ぐことができる。   In the present embodiment, the junction characteristic detection circuit 20B outputs a power save signal PS to the motor control unit 60 when the determined life of the semiconductor power module reaches a predetermined life. When the power save signal is input, the motor control unit 60 reduces the current supplied to the motor 17 and decreases the output torque of the motor, thereby performing the power save operation. Since the motor current is reduced, the current flowing through the joint is also reduced, so that the life of the joint can be extended. The lifetime when outputting the power save signal is, for example, 95%. When the power save signal is output, a display such as “current life xx%, during power save operation” is displayed on the display 30. As a result, when the service life approaches, the operation is limited, and damage due to the stop of the motor can be prevented.

次に、図13を用いて、本発明の一実施形態による電力変換装置を用いた移動体の構成について説明する。
図13は、本発明の一実施形態による電力変換装置を用いた移動体のブロック図である。なお、図12と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the configuration of the moving body using the power conversion device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 13 is a block diagram of a mobile unit using the power conversion device according to the embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 12 denote the same parts.

移動体70は、モータ17のみによって駆動される電気自動車や、モータとエンジンによって駆動されるハイブリット自動車等の電動車両である。モータ17は、図12に示した電力変換システムによって駆動される。接合部特性検出回路20Bがパワーセーブ信号を出力したときは、表示器30に、「現在寿命xx%。パワーセーブ運転中。点検してください」というような表示をする。これにより、電力変換装置の交換時期の把握ができるため、コストを低減が可能で、移動体に搭載することができる。特に、自動車用の燃費向上のためのアイドルストップ用のモータ駆動のような、通電モードの電力変換装置として有効である。   The moving body 70 is an electric vehicle such as an electric vehicle driven only by the motor 17 or a hybrid vehicle driven by a motor and an engine. The motor 17 is driven by the power conversion system shown in FIG. When the junction characteristic detection circuit 20B outputs a power save signal, a display such as “Current life xx%. During power save operation. Check.” Is displayed on the display 30. Thereby, since the exchange time of a power converter device can be grasped | ascertained, cost can be reduced and it can mount in a mobile body. In particular, it is effective as a power conversion device in an energization mode, such as a motor drive for idling stop for improving fuel efficiency for automobiles.

ここで、図14を用いて、本発明の一実施形態による電力変換装置を用いた移動体の構成について説明する。
図14は、本発明の一実施形態による電力変換装置を用いた移動体のブロック図である。なお、図13と同一符号は、同一部分を示している。
Here, the configuration of the moving body using the power conversion device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 14 is a block diagram of a mobile unit using the power conversion device according to the embodiment of the present invention. Note that the same reference numerals as those in FIG. 13 denote the same parts.

本実施形態は、モータ17に加えて、エンジン80を備えているハイブリット自動車に適用した場合を示している。例えば、モータ17によって前輪を駆動し、エンジン80によって後輪を駆動する。なお、モータ17によって後輪を駆動し、エンジン80によって前輪を駆動するものでもよく、モータ17及びエンジン80によって前輪若しくは後輪を駆動するものであってもよいものである。   This embodiment shows a case where the present invention is applied to a hybrid vehicle including an engine 80 in addition to the motor 17. For example, the front wheels are driven by the motor 17 and the rear wheels are driven by the engine 80. The rear wheel may be driven by the motor 17 and the front wheel may be driven by the engine 80, or the front wheel or the rear wheel may be driven by the motor 17 and the engine 80.

エンジンコントロールユニット(ECU)70は、クランク角センサ92によって検出されたエンジン回転数や、空気流量センサ93によって検出された吸入空気量等に応じて、エンジン80に対する燃料噴射量や点火時期を制御する。ECU70は、例えば、ブレーキペダルセンサ94によってブレーキが踏まれていることを検出し、しかも、車速センサ95によって車速が0km/hであり停止状態にあることを検出するなどの所定の条件を満たされると、エンジン80を停止して、アイドルストップする。その後、ブレーキペダルセンサ94によってブレーキの踏込みが中止され、アクセルペダルセンサ96によってアクセルペダルが踏み込まれたことを検出するなどの所定の条件を満たされると、MCU60にモータ駆動の指令を送る。MCU60によってモータ17が駆動されると、移動体が移動を始める。ECU70は、車速センサ95によって検出される車速が0km/hより早くなり、移動体が移動し始めたことを検出すると、燃料噴射制御や点火時期制御を開始して、エンジン80を再始動する。以上のようにして、アイドルストップ時には、モータ17により移動体を移動開始するとともに、その後はエンジン70を再始動する。   The engine control unit (ECU) 70 controls the fuel injection amount and ignition timing for the engine 80 in accordance with the engine speed detected by the crank angle sensor 92, the intake air amount detected by the air flow sensor 93, and the like. . The ECU 70 satisfies a predetermined condition such as detecting that the brake is depressed by the brake pedal sensor 94 and detecting that the vehicle speed is 95 km / h and the vehicle is stopped by the vehicle speed sensor 95. Then, the engine 80 is stopped and idling is stopped. Thereafter, when the brake pedal sensor 94 stops the depression of the brake and the accelerator pedal sensor 96 detects that the accelerator pedal is depressed, a command for driving the motor is sent to the MCU 60. When the motor 17 is driven by the MCU 60, the moving body starts moving. When the ECU 70 detects that the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 95 is faster than 0 km / h and the moving body starts to move, the ECU 70 starts fuel injection control and ignition timing control and restarts the engine 80. As described above, at the time of idling stop, the motor 17 starts moving the moving body, and thereafter the engine 70 is restarted.

以上説明したように、本発明の各実施形態によれば、金属接合部の劣化を、その抵抗上昇や電圧上昇により検知することで、パワー半導体モジュール,それを用いた電力変換装置,電気自動車等の移動体において、保守費用のコストダウンや、小型化,軽量化による燃費等のユーザメリットの拡大、予期せぬ破壊による損害の低減を実現できる。   As described above, according to each embodiment of the present invention, a power semiconductor module, a power conversion device using the power semiconductor device, an electric vehicle, and the like are detected by detecting the deterioration of the metal joint by the resistance increase or the voltage increase. In this mobile body, it is possible to reduce maintenance costs, increase user merits such as fuel efficiency by reducing size and weight, and reduce damage due to unexpected destruction.

Claims (6)

  1. 金属製の配線パターンを有する絶縁板と、
    一方の主面に形成された電極面が前記配線パターンと対向して、かつ当該電極面が当該配線パターンと電気的に接続されるパワー半導体素子と、
    外部電極と電気的に接続される金属板と、
    前記パワー半導体素子の他方の主面に形成された電極面の電位を検出するための第1端子と、
    前記金属板の電位を検出するための第2端子と、
    一端が前記パワー半導体素子の他方の前記電極面と接合され、かつ他端が前記金属板と接合され、さらに当該パワー半導体素子の主電流が流れる第1金属製ワイヤと、
    一端が前記パワー半導体素子の他方の前記電極面と接合され、かつ他端が前記第1端子と接合される第2金属製ワイヤと、
    一端が前記金属板と接合され、かつ他端が前記第2端子と電気的に接続される第3金属製ワイヤと、を備え、
    前記第1端子は、前記第1金属製ワイヤの一端及び他端の接続部の特性を検出するために前記パワー半導体素子の他方の主面に形成された前記電極面の電位に係る情報を伝達し、
    前記第2端子は、前記第1金属製ワイヤの一端及び他端の接続部の特性を検出するために前記金属板の電位に係る情報を伝達することを特徴とするパワー半導体モジュール。
    An insulating plate having a metal wiring pattern;
    A power semiconductor element in which an electrode surface formed on one main surface is opposed to the wiring pattern and the electrode surface is electrically connected to the wiring pattern;
    A metal plate electrically connected to the external electrode;
    A first terminal for detecting a potential of an electrode surface formed on the other main surface of the power semiconductor element;
    A second terminal for detecting the potential of the metal plate;
    A first metal wire having one end joined to the other electrode surface of the power semiconductor element and the other end joined to the metal plate, and a main current of the power semiconductor element flows;
    A second metal wire having one end bonded to the other electrode surface of the power semiconductor element and the other end bonded to the first terminal;
    A third metal wire having one end joined to the metal plate and the other end electrically connected to the second terminal;
    The first terminal transmits information related to the potential of the electrode surface formed on the other main surface of the power semiconductor element in order to detect the characteristics of the connection portion between one end and the other end of the first metal wire. And
    The power semiconductor module, wherein the second terminal transmits information related to a potential of the metal plate in order to detect characteristics of a connection portion between one end and the other end of the first metal wire.
  2. 請求項1に記載されたパワー半導体モジュールにおいて、
    前記金属板を固定するための樹脂製構造体と、を備え、
    前記第1金属製ワイヤと前記金属板との接合部の高さは、前記パワー半導体素子の他方の前記電極面の高さと異なるように、前記金属板が前記樹脂製構造体に固定されることを特徴とするパワー半導体モジュール。
    The power semiconductor module according to claim 1,
    A resin structure for fixing the metal plate,
    The metal plate is fixed to the resin structure such that the height of the joint between the first metal wire and the metal plate is different from the height of the other electrode surface of the power semiconductor element. Power semiconductor module characterized by
  3. 請求項2に記載されたパワー半導体モジュールにおいて、
    前記パワー半導体素子のスイッチング動作を制御するための電極と電気的に接続された第3端子と、を備え、
    前記第1端子と前記第2端子と前記第3端子は、前記樹脂製構造体の側壁に沿って、一列に並べて配置されることを特徴とするパワー半導体モジュール。
    In the power semiconductor module according to claim 2,
    A third terminal electrically connected to the electrode for controlling the switching operation of the power semiconductor element,
    The power semiconductor module, wherein the first terminal, the second terminal, and the third terminal are arranged in a line along a side wall of the resin structure.
  4. 請求項1ないし3に記載されたいずれかのパワー半導体モジュールにおいて、
    前記パワー半導体素子の他方の前記電極面と前記第1金属製ワイヤは、超音波によって接合され、
    前記金属板と前記第1金属製ワイヤは超音波によって接合されることを特徴とするパワー半導体モジュール。
    The power semiconductor module according to any one of claims 1 to 3,
    The other electrode surface of the power semiconductor element and the first metal wire are joined by ultrasonic waves,
    The power semiconductor module, wherein the metal plate and the first metal wire are joined by ultrasonic waves.
  5. 請求項1ないし4に記載されたいずれかのパワー半導体モジュールにおいて、
    前記パワー半導体素子の一方の主面に形成された前記電極面と前記配線パターンと電気的に接続するための第1はんだ材と、
    前記絶縁板を介して、前記パワー半導体素子が配置された側とは反対側に配置され、かつ前記パワー半導体素子の発生熱を放熱するための放熱金属板と、
    前記絶縁板と前記放熱金属板を接合するための第2はんだ材と、を備えることを特徴とするパワー半導体モジュール。
    The power semiconductor module according to any one of claims 1 to 4,
    A first solder material for electrically connecting the electrode surface and the wiring pattern formed on one main surface of the power semiconductor element;
    A heat dissipating metal plate for dissipating the generated heat of the power semiconductor element, on the side opposite to the side where the power semiconductor element is disposed via the insulating plate;
    A power semiconductor module comprising: a second solder material for joining the insulating plate and the heat dissipation metal plate.
  6. 請求項1ないし5のいずれかに記載のパワー半導体モジュールにおいて、
    前記パワー半導体素子は、IGBTであり、
    前記パワー半導体素子の一方の主面に形成された前記電極面は、コレクタ電極を形成し、
    前記パワー半導体素子の他方の主面に形成された前記電極面は、エミッタ電極を形成することを特徴とするパワー半導体モジュール。
    The power semiconductor module according to any one of claims 1 to 5,
    The power semiconductor element is an IGBT,
    The electrode surface formed on one main surface of the power semiconductor element forms a collector electrode;
    The power semiconductor module according to claim 1, wherein the electrode surface formed on the other main surface of the power semiconductor element forms an emitter electrode.
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