JP6028666B2 - 過昇温検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子の過昇温を検出する過昇温検出装置に関するものである。

従来、半導体素子の過昇温を検出する過昇温検出装置の一例として特許文献１に開示された半導体装置がある。

特許文献１の半導体装置は、半導体素子（パワー素子としてのＩＧＢＴチップ）と、駆動回路（制御素子としてのＩＣチップ）とを含む。駆動回路は、半導体素子の作動を制御するもので、ワイヤにより半導体素子に接続されている。一方、半導体素子は、感温ダイオードを内蔵している。この感温ダイオードは、半導体素子の温度を検出し、それに対応する電圧を、ワイヤを介して駆動回路（コンパレータ）に送る。そして、駆動回路は、感温ダイオードに発生する電圧の温度特性から半導体素子の過昇温を検出する。

特開２００６−１９７００号公報

ところで、感温ダイオードと駆動回路とを接続しているワイヤは、ノイズが重畳しやすい。ワイヤにノイズが重畳した場合、ワイヤを介して感温ダイオードから駆動回路に送られる電圧値が変動することになる。このように電圧値が変動した場合、駆動回路が電圧値に基づいて算出した半導体素子の温度と、実際の半導体素子の温度とにズレが生じる。このため、上述の半導体装置は、駆動回路による、半導体素子の過昇温検出の検出精度が低下する可能性がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、半導体素子の過昇温を検出する際の検出精度が低下することを抑制できる過昇温検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、
半導体素子（１０）と、半導体素子を駆動するものであり半導体素子と隣り合って設けられた駆動回路（２０）とを備えた半導体装置における半導体素子の過昇温を検出する過昇温検出装置であって、
半導体素子に設けられており、ワイヤ（３０）を介して半導体素子の温度に対応する第１温度信号を駆動回路に出力する第１感温素子（１１）と、
駆動回路に設けられており、半導体素子から熱が伝達された駆動回路の温度に対応する第２温度信号を出力する第２感温素子（２１）と、
駆動回路に設けられており、ワイヤにノイズが重畳しているか否かを判定するノイズ判定部（２６ａ〜２６ｄ）と、
駆動回路に設けられており、ノイズ判定部によってノイズが重畳していないと判定されている場合は、第１温度信号に基づいて半導体素子が過昇温であるか否かを判定し、ノイズ判定部によってノイズが重畳していると判定されている場合は、第２温度信号に基づいて半導体素子が過昇温であるか否かを判定する過昇温判定部（２４，２５，２８）と、を備えることを特徴とするものである。

このように、本発明は、ノイズ判定部を設けることによって、第１感温素子から出力された第１温度信号がノイズの影響を受けているのか否かを検出することができる。

そこで、本発明は、ノイズ判定部によって、ワイヤにノイズが重畳していないと判定されている場合、第１温度信号に基づいて半導体素子の過昇温を検出する。この第１温度信号は、半導体素子に設けられている第１感温素子が出力する信号である。このため、過昇温検出装置は、精度良く半導体素子の過昇温を検出することができる。

また、本発明は、ノイズ判定部によって、ワイヤにノイズが重畳していると判定されている場合、第２温度信号に基づいて半導体素子の過昇温を検出する。この第２温度信号は、駆動回路に設けられている第２感温素子が出力する信号である。駆動回路は、半導体素子と隣り合って設けられているため、半導体素子が発した熱が伝達される。よって、第２感温素子は、半導体素子から熱が伝達された駆動回路の温度に対応する第２温度信号を出力することになる。また、第２感温素子は、過昇温判定部と共に、駆動回路に設けられているものである。このため、第２温度信号は、ワイヤにノイズが重畳した場合であっても、ノイズの影響を受けにくい。

よって、本発明は、ワイヤにノイズが重畳した場合であっても、第２温度信号に基づいて半導体素子の過昇温を検出するので、半導体素子の過昇温を検出する際の検出精度が低下することを抑制できる。つまり、本発明は、ワイヤにノイズが重畳した場合、ノイズによって変動した第１温度信号ではなく、ノイズの影響を受けにくい第２温度信号に基づいて半導体素子の過昇温を検出するので、検出精度が低下することを抑制できる。

なお、第１温度信号は、ワイヤを介して半導体素子から駆動回路に送信される。一方、第２温度信号は、駆動回路に設けられている第２感温素子が出力する信号である。よって、ワイヤにノイズが重畳した場合、第１温度信号はノイズによって変動するが、第２温度信号は変動しない。このため、ワイヤにノイズが重畳することによって、第１温度信号と第２温度信号との差分が変動することになる。

そこで、ノイズ判定部（２６ａ，２６ｄ）は、第１温度信号と第２温度信号との差分が所定値以上である場合、ワイヤにノイズが重畳していると判定するようにしてもよい。このようにすることで、ワイヤにノイズが重畳しているか否かを判定することができる。

実施形態における半導体装置の概略構成を示す断面図である。 実施形態における半導体装置の概略構成を示す回路図である。 第１感温素子と第２感温素子で検出した温度と時間との関係を示すグラフである。 ワイヤにノイズが重畳した場合の温度と時間との関係を示すグラフである。 変形例１における半導体装置の概略構成を示す回路図である。 変形例２における半導体装置の概略構成を示す回路図である。 第１感温素子と第２感温素子で検出した温度の差分と時間との関係を示すグラフである。 差分の傾きと時間との関係を示すグラフである。 変形例３における半導体装置の概略構成を示す回路図である。 変形例４における半導体装置の概略構成を示す断面図である。 変形例５における半導体装置の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図４を用いて説明する。本発明は、半導体素子１０と、半導体素子１０を駆動するものであり半導体素子１０と隣り合って設けられた駆動回路２０とを備えた半導体装置における半導体素子１０の過昇温を検出する過昇温検出装置である。

この半導体素子１０と駆動回路２０とは、図１に示すように、積層されて上下に隣り合って設けられている。つまり、半導体装置は、半導体素子１０と駆動回路２０とが積層されたスタック構造をなすものである。この半導体素子１０と駆動回路２０とは、例えば接着シート４０を介して接続されている。さらに、駆動回路２０は、例えば接続部材６０を介して台座５０上に配置されている。なお、台座５０は、例えばリードフレーム等を採用することができる。このように、本実施形態の過昇温検出装置は、半導体素子１０と駆動回路２０とが積層された半導体装置における半導体素子１０の過昇温を検出するものである。

なお、本実施形態では、半導体素子１０上に駆動回路２０を配置した例を採用している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。駆動回路２０上に半導体素子１０が配置されていてもよい。つまり、半導体素子１０と駆動回路２０とは、体格が大きい方を下側に配置すると好ましい。

まず、半導体素子１０の構成に関して説明する。半導体素子１０は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳなどのパワー素子を含むものである。この半導体素子１０は、例えばスイッチング動作等によりアクチュエータを駆動するものである。ただし、本発明は、これに限定されるものではない。

この半導体素子１０は、図１に示すように、第１感温素子１１が設けられている。言い換えると、半導体素子１０は、第１感温素子１１が内蔵されている。ここでは、第１感温素子１１として、感温ダイオードを採用している。この第１感温素子１１は、ワイヤ３０を介して、駆動回路２０と電気的に接続されている。また、第１感温素子１１は、ワイヤ３０を介して、駆動回路２０に設けられた第１定電流源２３から定電流が供給される構成となっている。

第１感温素子１１は、定電流が供給されると、半導体素子１０の温度に対応する第１温度信号（電圧値）を、ワイヤ３０を介して駆動回路２０に出力する。つまり、第１感温素子１１は、定電流が供給されると、半導体素子１０の温度に応じた電圧を発生するので、この電圧値を第１温度信号として駆動回路２０に出力することになる。より具体的には、第１感温素子１１は、駆動回路２０に設けられた第２コンパレータ２５及び第３コンパレータ２６ａに第１温度信号を出力する。このように、半導体素子１０には、半導体素子１０の温度を検知するための第１感温素子１１が設けられている。

なお、このワイヤ３０は、通常、半導体基板内に設けられた配線などに比べてノイズが重畳しやすい。また、以下の説明においては、ワイヤ３０にノイズが重畳している状態をノイズ発生時、ワイヤ３０にノイズが重畳していない状態を通常時と称することもある。

次に、駆動回路２０の構成及び処理動作に関して説明する。駆動回路２０は、例えば外部からの信号により半導体素子１０を駆動する（オンさせたり、オフさせたりする）回路である。つまり、駆動回路２０は、例えば制御ＩＣチップと言い換えることもできる。

この駆動回路２０は、図１に示すように、第２感温素子２１、第２定電流源２２、第１定電流源２３が設けられている。言い換えると、駆動回路２０は、第２感温素子２１、第２定電流源２２、第１定電流源２３が内蔵されている。また、図２に示すように、駆動回路２０は、第１コンパレータ２４、第２コンパレータ２５、第３コンパレータ２６ａ、第１抵抗２７ａ、第２抵抗２７ｂ、判定回路２８などの回路部を備えて構成されている。さらに、駆動回路２０は、ワイヤ３０にノイズが重畳しているか否かを判定するノイズ判定機能（ノイズ判定部）と、半導体素子１０が過昇温であるか否かを判定する過昇温判定機能（過昇温判定部）と、を備えていると言い換えることもできる。

第２感温素子２１は、駆動回路２０に設けられた第２定電流源２２から定電流が供給される構成となっている。そして、第２感温素子２１は、定電流が供給されると、駆動回路２０の温度に対応する第２温度信号（電圧値）を出力する。つまり、第２感温素子２１は、定電流が供給されると、駆動回路２０の温度に応じた電圧を発生するので、この電圧値を第２温度信号として出力することになる。より具体的には、第２感温素子２１は、駆動回路２０に設けられた第１コンパレータ２４に第２温度信号を出力する。

ところで、駆動回路２０は、上述のように、半導体素子１０と隣り合って設けられている。よって、駆動回路２０には、半導体素子１０が発した熱が伝達される。また、半導体素子１０の発熱部（パワー素子）と第１感温素子１１とは、半導体素子１０の内部における異なる位置に設けられている。このため、半導体素子１０が発熱した時の温度分布は、図３に示すように、半導体素子１０の発熱部＞半導体素子１０の第１感温素子１１＞駆動回路２０の第２感温素子２１の関係にある。言い換えると、半導体素子１０が発熱したある時間における各部の温度の関係は、半導体素子１０の発熱部＞半導体素子１０の第１感温素子１１が設けられている部位＞駆動回路２０の第２感温素子２１が設けられている部位となる。なお、図３は、過渡時（半導体素子１０の温度が瞬間的に上昇した時）の各部における温度変化の関係を示すグラフである。

第１感温素子１１と第２感温素子２１がこのような温度分布になるのは、半導体素子１０と駆動回路２０とが接着シート４０を介して接続されているためである。つまり、半導体素子１０から駆動回路２０への熱伝達は、接着シート４０によって抑えられている。

このように、半導体素子１０の発熱部と、第１感温素子１１が設けられている部位と、第２感温素子２１が設けられている部位とでは、多少の温度差はあるものの、同じ傾向で温度変化する。従って、第２感温素子２１は、半導体素子１０から熱が伝達された状態の駆動回路２０の温度に対応する第２温度信号を出力することになる。つまり、駆動回路２０には、半導体素子１０の温度を間接的に検知するための第２感温素子２１が設けられていると言い換えることができる。

半導体素子１０と駆動回路２０は、共に半導体素子１０の温度を検知するための感温素子（１１，２１）が設けられている。また、第１感温素子１１は、ワイヤ３０を介して、第１温度信号を駆動回路２０に出力する。つまり、駆動回路２０は、自身に設けられた第２感温素子２１からの第２温度信号に基づいて駆動回路２０の温度を検知すると共に、半導体素子１０に設けられた第１感温素子１１からの第１温度信号に基づいて半導体素子１０の温度を検知する。言い換えると、駆動回路２０は、第２温度信号に基づいて半導体素子１０の温度を間接的に検知すると共に、第１温度信号に基づいて半導体素子１０の温度を検知する。

なお、ワイヤ３０にノイズが重畳したことによって、発熱部の温度や第２感温素子２１から出力される第２温度信号は変動しないが、ワイヤ３０を介して第１感温素子１１から駆動回路２０に送られる第１温度信号は変動する（正側と負側に振れる）。よって、ワイヤ３０にノイズが重畳した場合、図４に示すように、発熱部の温度や第２温度信号が示す温度は変動しないが、第１温度信号が示す温度は変動することになる。

このように、ワイヤ３０にノイズが重畳した場合、第１温度信号は、半導体素子１０の実際の温度は高温時保護温度に達していないにもかかわらず、高温時保護温度を超えた温度を示すことがありうる。言い換えると、ワイヤ３０にノイズが重畳した場合、第１温度信号と第２温度信号との差分は、通常時における第１温度信号と第２温度信号との差分と異なる可能性がある。

ここで、図２を用いて、駆動回路２０の回路部に関して説明する。まず、第１コンパレータ２４は、第１感温素子１１の所定温度を検出するものである。第１コンパレータ２４は、一方の入力端子に基準電圧Ｖ１が印加されており、他方の入力端子に第１感温素子１１が接続されている。そして、第１コンパレータ２４は、出力端子が判定回路２８に接続されている。

この基準電圧Ｖ１は、半導体素子１０の高温時保護温度に対応する値である。よって、第１温度信号が基準電圧Ｖ１に達していない場合は、半導体素子１０の温度が高温時保護温度に達しておらず、半導体素子１０が正常に動作可能とみなすことができる。一方、第１温度信号が基準電圧Ｖ１に達した場合は、半導体素子１０の温度が高温時保護温度に達しており、半導体素子１０が正常に動作できない可能性があるとみなすことができる。また、半導体素子１０の温度が高温時保護温度に達した場合、半導体素子１０が過昇温であるとみなすことができる。

そして、第１コンパレータ２４は、第１温度信号が基準電圧Ｖ１に達した場合、半導体素子１０が高温保護温度に達したことを示す過昇温感知信号を判定回路２８に出力し、第１温度信号が基準電圧Ｖ１に達していない場合、過昇温感知信号を出力しない。言い換えると、第１コンパレータ２４は、第１温度信号が基準電圧Ｖ１に達していない状態から第１温度信号が基準電圧Ｖ１に達した場合に出力信号が切替わる。同様に、第１コンパレータ２４は、第１温度信号が基準電圧Ｖ１に達している状態から第１温度信号が基準電圧Ｖ１に達しなくなった場合に出力信号が切替わる。なお、基準電圧Ｖ１には、ヒステリシスを持たせてもよい。このようにすることによって、僅かな（誤差程度の）ノイズなどによって出力が頻繁に切替わることを抑制することができる。

よって、第１コンパレータ２４の出力によって、半導体素子１０の温度が高温時保護温度に達しているか否かを判定することができる。言い換えると、第１コンパレータ２４の出力によって、半導体素子１０が過昇温（半導体素子１０の温度が過昇温）であるか否かを判定することができる。

第２コンパレータ２５は、第２感温素子２１の所定温度を検出するものである。第２コンパレータ２５は、一方の入力端子に基準電圧Ｖ２が印加されており、他方の入力端子に第２感温素子２１が接続されている。そして、第２コンパレータ２５は、出力端子が判定回路２８に接続されている。

この基準電圧Ｖ２は、図３や図４に示すような半導体素子１０と駆動回路２０との温度差を見越して設定された、半導体素子１０の高温時保護温度に対応する値である。基準電圧Ｖ２は、駆動回路２０の温度が、基準電圧Ｖ２が示す温度に達すると、半導体素子１０の温度が高温時保護温度に達しているとみなすことができる値である。よって、基準電圧Ｖ２は、基準電圧Ｖ１よりも小さい値である。つまり、基準電圧Ｖ２が示す温度は、基準電圧Ｖ１が示す温度よりも低い。

よって、第２温度信号が基準電圧Ｖ２に達していない場合は、半導体素子１０の温度が高温時保護温度に達しておらず、半導体素子１０が正常に動作可能とみなすことができる。一方、第２温度信号が基準電圧Ｖ２に達した場合は、半導体素子１０の温度が高温時保護温度に達しており、半導体素子１０が正常に動作できない可能性があるとみなすことができる。

そして、第２コンパレータ２５は、第２温度信号が基準電圧Ｖ２に達した場合、半導体素子１０が高温保護温度に達したことを示す過昇温感知信号を判定回路２８に出力し、第２温度信号が基準電圧Ｖ２に達していない場合、過昇温感知信号を出力しない。言い換えると、第２コンパレータ２５は、第２温度信号が基準電圧Ｖ２に達していない状態から第２温度信号が基準電圧Ｖ２に達した場合に出力信号が切替わる。同様に、第２コンパレータ２５は、第２温度信号が基準電圧Ｖ２に達している状態から第２温度信号が基準電圧Ｖ２に達しなくなった場合に出力信号が切替わる。なお、基準電圧Ｖ２には、ヒステリシスを持たせてもよい。このようにすることによって、僅かな（誤差程度の）ノイズなどによって出力が頻繁に切替わることを抑制することができる。

よって、第２コンパレータ２５の出力によって、半導体素子１０の温度が高温時保護温度に達しているか否かを判定することができる。言い換えると、第２コンパレータ２５の出力によって、半導体素子１０が過昇温であるか否かを判定することができる。

第３コンパレータ２６ａは、ワイヤ３０にノイズが重畳しているか否かを判定するためのものである（ノイズ判定部）。第３コンパレータ２６ａは、一方の入力端子に第１温度信号を抵抗分割した抵抗分割値が入力され、他方の入力端子に第２温度信号が入力される。このように、第３コンパレータ２６ａは、第１温度信号の抵抗分割値と、第２温度信号とを比較するものである。なお、第３コンパレータ２６ａは、他方の入力端子に第２温度信号を抵抗分割した抵抗分割値が入力されるようにしてもよい。つまり、第３コンパレータ２６ａは、第１温度信号の抵抗分割値と、第２温度信号の抵抗分割値とを比較するものであっても採用することができる。

抵抗分割値は、第１温度信号を第１抵抗２７ａと第２抵抗２７ｂとで抵抗分割した値である。抵抗分割値は、一例として、通常時に第１温度信号が示す温度が高温時保護温度に達したときに、通常時に第１温度信号が示す温度が高温時保護温度に達したときの第２温度信号が示す温度を目安に設定することができる。つまり、抵抗分割値は、通常時に第１温度信号が示す温度が高温時保護温度に達したときに、通常時に第１温度信号が示す温度が高温時保護温度に達したときの第２温度信号が示す温度に基づいて設定された値を採用することができる。以下、通常時に、第１温度信号が示す温度が高温時保護温度に達したときの第２温度信号に基づいた値を設定値とも称する。

この設定値は、詳述すると、通常時に、第１温度信号が示す温度が高温時保護温度に達したときの第２温度信号が示す温度（値）を採用することができる。しかしながら、設定値は、通常時に、第１温度信号が示す温度が高温時保護温度に達したときの第２温度信号が示す温度（値）に限定されるものではない。設定値は、例えば、通常時に、第１温度信号が示す温度が高温時保護温度に達したときの第２温度信号が示す温度から少し下側に設定し、通常時に第２温度信号が示す温度を超えない値とすると好ましい。

このように抵抗値を設定する際には、予め設定値を確認しておく。そして、通常時に第１温度信号が示す温度が高温時保護温度に達したときに、抵抗分割値が設定値となるにように、第１抵抗２７ａの抵抗値と第２抵抗２７ｂの抵抗値とを設定しておく。また、この抵抗分割値は、通常時、第２温度信号よりも小さい値である。

また、第１温度信号は、ワイヤ３０を介して半導体素子１０から駆動回路２０に送信される。更に、抵抗分割値は、第１温度信号を第１抵抗２７ａと第２抵抗２７ｂとで抵抗分割した値である。このため、抵抗分割値は、半導体素子１０の温度に伴って変化するとともに、ワイヤ３０にノイズが重畳することでも変化する。つまり、抵抗分割値は、ワイヤ３０に重畳したノイズによって第１温度信号が変化すると、通常時とは異なる値になる。

一方、第２温度信号は、駆動回路２０に設けられている第２感温素子２１が出力する信号である。よって、ワイヤ３０にノイズが重畳した場合、第１温度信号はノイズによって変動するが、第２温度信号は変動しない。このため、ワイヤ３０にノイズが重畳することによって、第１温度信号と第２温度信号との差分が変動することになる。

よって、抵抗分割値が第２温度信号よりも小さい場合、第１温度信号と第２温度信号との差分は所定値以上ではなく、ワイヤ３０にノイズは重畳していないとみなすことができる。一方、抵抗分割値が第２温度信号よりも大きい場合、第１温度信号と第２温度信号との差分が所定値以上であり、ワイヤ３０にノイズが重畳しているとみなすことができる。つまり、抵抗分割値が第２温度信号よりも大きい場合、第１温度信号と第２温度信号との差分は、通常時の第１温度信号と第２温度信号との差分よりも大きく、ワイヤ３０にノイズが重畳しているとみなすことができる。

なお、所定値とは、通常時の第１温度信号と第２温度信号との差分よりも大きい値であり、ノイズ発生時に温度が正側に振れた際の第１温度信号と第２温度信号との差分に相当する値である。よって、所定値は、ワイヤ３０にノイズが重畳したこととみなせる程度の値である。

そして、第３コンパレータ２６ａは、抵抗分割値が第２温度信号に達した場合、ワイヤ３０にノイズが重畳したことを示すノイズ感知信号を判定回路２８に出力する。また、第３コンパレータ２６ａは、抵抗分割値が第２温度信号に達していない場合、ノイズ感知信号を出力しない。言い換えると、第３コンパレータ２６ａは、抵抗分割値が第２温度信号に達していない状態から抵抗分割値が第２温度信号に達した場合に出力信号が切替わる。同様に、第３コンパレータ２６ａは、抵抗分割値が第２温度信号に達している状態から抵抗分割値が第２温度信号に達しなくなった場合に出力信号が切替わる。

更に、第３コンパレータ２６ａは、抵抗分割値が第２温度信号よりも小さい場合、第１温度信号と第２温度信号との差分は所定値以上ではなく、ワイヤ３０にノイズは重畳していないと判定すると言い換えることができる。同様に、第３コンパレータ２６ａは、抵抗分割値が第２温度信号よりも大きい場合、第１温度信号と第２温度信号との差分が所定値以上であり、ワイヤ３０にノイズが重畳していると判定すると言い換えることができる。このように、本実施形態の第３コンパレータ２６ａは、第１温度信号と第２温度信号との差分が所定値以上である場合、ワイヤ３０にノイズが重畳していると判定する（ノイズ判定部）。

判定回路２８は、３つのコンパレータ２４，２５，２６ａの出力を判定するものである。ここで、判定回路２８の処理に関して説明する。判定回路２８は、第３コンパレータ２６ａの出力に応じて、温度検出するルート、すなわち半導体素子１０が過昇温に達しているか否かを判定するルートを切替える。つまり、判定回路２８は、ワイヤ３０にノイズが重畳しているか否かによって、半導体素子１０が過昇温に達しているか否かを判定するルートを切替える。

判定回路２８は、第３コンパレータ２６ａからノイズ感知信号が出力されていない場合はワイヤ３０にノイズが重畳していないとみなして、第１温度信号に基づいて半導体素子１０が過昇温であるか否かを判定する。つまり、判定回路２８は、通常時は第１コンパレータ２４の出力に基づいて、半導体素子１０が過昇温であるか否かを判定する。このとき、判定回路２８は、第２コンパレータ２５の出力をマスクして、第１コンパレータ２４の出力を有効とする。そして、判定回路２８は、第１コンパレータ２４から過昇温感知信号が出力されていない場合、半導体素子１０の温度は過昇温ではないと判定し、第１コンパレータ２４から過昇温感知信号が出力されている場合、半導体素子１０の温度は過昇温であると判定する。

一方、判定回路２８は、第３コンパレータ２６ａからノイズ感知信号が出力されている場合はワイヤ３０にノイズが重畳しているとみなして、第２温度信号に基づいて半導体素子１０が過昇温であるか否かを判定する。つまり、判定回路２８は、ノイズ発生時は第２コンパレータ２５の出力に基づいて、半導体素子１０が過昇温であるか否かを判定する。このとき、判定回路２８は、第１コンパレータ２４の出力をマスクして、第２コンパレータ２５の出力を有効とする。そして、判定回路２８は、第２コンパレータ２５から過昇温感知信号が出力されていない場合、半導体素子１０の温度は過昇温ではないと判定し、第２コンパレータ２５から過昇温感知信号が出力されている場合、半導体素子１０の温度は過昇温であると判定する。

なお、判定回路２８は、第１温度信号又は第２温度信号に基づいて半導体素子１０が過昇温であるか否かを判定し、半導体素子１０が過昇温であると判定した場合は過昇温判定信号を出力する。判定回路２８は、第１温度信号又は第２温度信号に基づいて半導体素子１０が過昇温であるか否かを判定し、半導体素子１０が過昇温でないと判定した場合は過昇温判定信号を出力しない。また、駆動回路２０は、判定回路２８が過昇温判定信号を出力すると、半導体素子１０の出力を制御して、半導体素子１０の温度を下げる制御を行う。つまり、駆動回路２０は、半導体素子１０が発熱して、半導体素子１０の温度が所定温度（保護温度）を超えた場合、半導体素子１０の駆動を制御して、半導体素子１０の温度を下げる制御を行う。具体的には、半導体素子１０をオンからオフに切替えて、半導体素子１０の温度を下げる。

このように、駆動回路２０は、ワイヤ３０にノイズが重畳していないと判定されている場合、判定回路２８が第１コンパレータ２４の出力に基づいて半導体素子１０が過昇温であるか否かを判定する（過昇温判定部）。また、駆動回路２０は、ワイヤ３０にノイズが重畳していると判定されている場合、判定回路２８が第２コンパレータ２５の出力に基づいて半導体素子１０が過昇温であるか否かを判定する（過昇温判定部）。よって、第１コンパレータ２４、第２コンパレータ２５、判定回路２８は、本発明の特許請求の範囲における過昇温判定部に相当するものである。

ここまで説明したように、過昇温検出装置は、第３コンパレータ２６ａ（ノイズ判定部）を設けることによって、第１感温素子１１から出力された第１温度信号がノイズの影響を受けているのか否かを検出することができる。

そこで、駆動回路２０は、第３コンパレータ２６ａによって、ワイヤ３０にノイズが重畳していないと判定されている場合、第１温度信号に基づいて半導体素子１０の過昇温を検出する。この第１温度信号は、半導体素子１０に設けられている第１感温素子１１が出力する信号である。このため、駆動回路２０は、精度良く半導体素子１０の過昇温を検出することができる。

また、駆動回路２０は、第３コンパレータ２６ａによって、ワイヤ３０にノイズが重畳していると判定されている場合、第２温度信号に基づいて半導体素子１０の過昇温を検出する。この第２温度信号は、駆動回路２０に設けられている第２感温素子２１が出力する信号である。駆動回路２０は、半導体素子１０と隣り合って設けられているため、半導体素子１０が発した熱が伝達される。よって、第２感温素子２１は、半導体素子１０から熱が伝達された駆動回路２０の温度に対応する第２温度信号を出力することになる。また、第２感温素子２１は、過昇温検出部と共に、駆動回路２０に設けられているものである。このため、第２温度信号は、ワイヤ３０にノイズが重畳した場合であっても、ノイズの影響を受けにくい。

よって、駆動回路２０は、ワイヤ３０にノイズが重畳した場合であっても、第２温度信号に基づいて半導体素子１０の過昇温を検出するので、半導体素子１０の過昇温を検出する際の検出精度が低下することを抑制できる。つまり、駆動回路２０は、ワイヤ３０にノイズが重畳した場合、ノイズによって変動した第１温度信号ではなく、ノイズの影響を受けにくい第２温度信号に基づいて半導体素子１０の過昇温を検出するので、検出精度が低下することを抑制できる。

また、本実施形態で採用したように、半導体素子１０と駆動回路２０とを積層して設けることによって、半導体素子１０と駆動回路２０とを離れさせて配置する場合よりも、半導体素子１０が発した熱を駆動回路２０に伝達しやすくすることができる。つまり、半導体素子１０が発した熱は、半導体素子１０と駆動回路２０とを離れさせて配置するよりも、半導体素子１０と駆動回路２０とを積層して設ける方が、駆動回路２０に伝達されやすい。よって、第１感温素子１１が出力する第１温度信号と、第２感温素子２１が出力する第２温度信号との誤差を小さくすることができる。

また、本実施形態における設定値は、上述のように第２温度信号が示す温度から少し下側に設定する場合、適宜設定することができる。例えば、設定値は、第１温度信号の僅かな変化にも反応可能、つまり、第１温度信号の僅かな変化でもワイヤ３０にノイズが重畳したと判定可能な値に設定することができる。また、設定値は、第１温度信号の僅かな変化には反応しない、つまり、第１温度信号の僅かな変化ではワイヤ３０にノイズが重畳したと判定しないような値に設定することができる。よって、本実施形態では、設定値の値に応じて、第１温度信号の僅かな変化でもワイヤ３０にノイズが重畳したと判定するようにもできるし、第１温度信号の僅かな変化ではワイヤ３０にノイズが重畳したと判定しないようにもできる。

しかしながら、抵抗分割値は、例えば、通常時に第１温度信号が示す温度が高温時保護温度に達したときの第２温度信号の値を採用することもできる。このようにすることによって、第１温度信号がわずかに変化した程度の第１温度信号と第２温度信号との差分であっても、ワイヤ３０にノイズが重畳したと判定することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。

（変形例１）
本発明は、図５に示す変形例１のように、一方の入力端子に第１感温素子１１が接続され、他方の入力端子に第２感温素子２１が接続された第４コンパレータ２６ｂを備えるものであってもよい。つまり、変形例１の過昇温検出装置は、第４コンパレータ２６ｂを備えている。

なお、変形例１の過昇温検出装置は、駆動回路２０が第４コンパレータ２６ｂを備える点で、上述の実施形態の過昇温検出装置と異なる。この他の点に関しては、変形例１の過昇温検出装置と上述の実施形態の過昇温検出装置とは同じである。よって、変形例１の過昇温検出装置においては、上述の実施形態の過昇温検出装置と同じ構成要素に同じ符号を付与して、説明を省略する。また、変形例１の駆動回路は、上述の駆動回路２０と異なる点がある。しかしながら、便宜上、変形例１の駆動回路にも、上述の実施形態と同じ符号２０を付与している。

上述のように、通常時における第１温度信号が示す温度と第２温度信号が示す温度との関係は、第１温度信号が示す温度＞第２温度信号が示す温度である。しかしながら、図４に示すように、ワイヤ３０にノイズが重畳した場合、第１感温素子１１が示す温度は正側だけではなく負側にも振れる。よって、ノイズ発生時における第１温度信号が示す温度と第２温度信号が示す温度との関係は、第１温度信号が示す温度＜第２温度信号が示す温度となることがある。

そこで、変形例１の過昇温検出装置は、第１温度信号が示す温度＜第２温度信号が示す温度であるか否かによって、ワイヤ３０にノイズが重畳したか否かを判定する機能を含むものである。変形例１の過昇温検出装置は、ワイヤ３０にノイズが重畳したか否かを判定するために、第４コンパレータ２６ｂを備える（ノイズ判定部、正負判定部）。

図５に示すように、第４コンパレータ２６ｂは、第１感温素子１１から出力された第１温度信号と、第２感温素子２１から出力された第２温度信号とを比較する。つまり、第４コンパレータ２６ｂは、第１温度信号が示す温度と、第２温度信号が示す温度とを比較すると言い換えることができる。

そして、第４コンパレータ２６ｂは、第１温度信号と第２温度信号との大小関係が変化することによって出力が変化（反転）する。上述のように、通常時は、第１温度信号が示す温度＞第２温度信号が示す温度である。このため、第４コンパレータ２６ｂは、第１温度信号が示す温度が、第２温度信号が示す温度よりも高い場合は、ワイヤ３０にノイズは重畳していないとみなしてノイズ感知信号を出力しない。一方、ノイズ発生時は、第１温度信号が示す温度＜第２温度信号が示す温度となることがある。このため、第４コンパレータ２６ｂは、第１温度信号が示す温度が、第２温度信号が示す温度よりも低い場合、ワイヤ３０にノイズが重畳しているとみなしてノイズ感知信号を出力する。

このように、変形例１の過昇温検出装置は、第１温度信号が示す温度＞第２温度信号が示す温度の場合はワイヤ３０にノイズは重畳していないと判定する（ノイズ判定部）。さらに、変形例１の過昇温検出装置は、第１温度信号が示す温度＜第２温度信号が示す温度の場合はワイヤ３０にノイズが重畳していると判定する（ノイズ判定部）。

言い換えると、第４コンパレータ２６ｂは、第１温度信号が示す温度＞第２温度信号が示す温度である状態から第１温度信号が示す温度＜第２温度信号が示す温度である状態になると、抵抗分割値が第２温度信号に達した場合に出力信号が切替わる。第４コンパレータ２６ｂは、第１温度信号が示す温度＜第２温度信号が示す温度である状態から第１温度信号が示す温度＞第２温度信号が示す温度である状態になると、抵抗分割値が第２温度信号に達した場合に出力信号が切替わる。

このように、第４コンパレータ２６ｂを設けることによって、第１温度信号が示す温度が負側に振れた場合であっても、ワイヤ３０にノイズが重畳したことを検出することができる。つまり、第１温度信号と第２温度信号との差分が所定値以上でない場合であっても、第１温度信号が示す温度が負側に振れたことで、ワイヤ３０にノイズが重畳したことを検出することができる（負側ノイズ検出）。なお、第４コンパレータ２６ｂは、上述の第３コンパレータ２６ａのように、第１温度信号の抵抗分割値が入力されるようにしてもよい。このようにすることによって、抵抗分割値の設定に応じて、負側ノイズ検出の検出精度を変更することができる。つまり、第１温度信号が示す温度が負側に振れたことで、ワイヤ３０にノイズが重畳したことを検出する際の、検出精度を変更することができる。

また、ここでは、上述の実施形態における駆動回路２０に第４コンパレータ２６ｂを追加した構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。つまり、駆動回路２０は、第１抵抗２７ａ、抵抗値と第２抵抗２７ｂ、第３コンパレータ２６ａのかわりに、第４コンパレータ２６ｂを備えたものであっても採用することができる。

（変形例２）
本発明は、図６に示す変形例２のように、第３抵抗２７ｃ，第４抵抗２７ｄ、ＡＤ変換回路２９ａ、メモリ２９ｂ、ノイズ判定部２６ｃを備えるものであってもよい。変形例２の過昇温検出装置は、上述の実施形態の第１抵抗２７ａ、第２抵抗２７ｂ、第３コンパレータ２６ａは設けられておらず、第３抵抗２７ｃ，第４抵抗２７ｄ、ＡＤ変換回路２９ａ、メモリ２９ｂ、ノイズ判定部２６ｃを含む駆動回路２０を備えている。この点で、変形例２の過昇温検出装置は、上述の実施形態の過昇温検出装置と異なる。

この他の点に関しては、変形例２の過昇温検出装置と上述の実施形態の過昇温検出装置とは同じである。よって、変形例２の過昇温検出装置においては、上述の実施形態の過昇温検出装置と同じ構成要素に同じ符号を付与して説明を省略する。また、変形例２の駆動回路は、上述の駆動回路２０と異なる点がある。しかしながら、便宜上、変形例２の駆動回路にも、上述の実施形態と同じ符号２０を付与している。なお、以下の説明及び図面においては、ＡＤ変換回路２９ａをＡＤＣ２９ａとも称する。

図３や図７に示すように、半導体素子１０の発熱時における各部の温度の関係は、半導体素子１０の発熱部＞半導体素子１０の第１感温素子１１が設けられている部位＞駆動回路２０の第２感温素子２１が設けられている部位の関係にある。また、半導体素子１０の温度が瞬間的に上昇した場合、熱伝達の原理から、第１感温素子１１が示す温度と第２感温素子２１が示す温度との差分は広がっていく。

さらに、第１感温素子１１が示す温度と第２感温素子２１が示す温度との差分の傾きは、発熱部から第１感温素子１１までの熱伝達経路の部材、及び発熱部から第２感温素子２１までの熱伝達経路の部材から決まり、図８に示すように一定となる。つまり、第１温度信号と第２温度信号との差分の傾きは、図８に示すように一定となる。しかしながら、ワイヤ３０にノイズが重畳した場合、第１感温素子１１の出力のみが変動する。これによって、図８に示すように、傾きは一定にならず乱れることになる。

そこで、変形例２の過昇温検出装置は、傾きが所定値に達しているか否かによって、ワイヤ３０にノイズが重畳したか否かを判定する機能を含むものである。変形例２の過昇温検出装置は、ワイヤ３０にノイズが重畳したか否かを判定するために、第３抵抗２７ｃ，第４抵抗２７ｄ、ＡＤ変換回路２９ａ、メモリ２９ｂ、ノイズ判定部２６ｃを含む。

ＡＤＣ２９ａは、第１感温素子１１と第２感温素子２１とを第３抵抗２７ｃと第４抵抗２７ｄとで接続した中点が接続されている。そして、ＡＤＣ２９ａは、第１温度信号と第２温度信号との差分の値をデジタル値に変換して出力する。また、ＡＤＣ２９ａでデジタル値に変換された差分の値は、所定時間毎にメモリ２９ｂに格納される。つまり、メモリ２９ｂは、差分の値のデジタル値であるＡＤＣ２９ａの出力値を所定時間毎に記憶する。

なお、第３抵抗２７ｃと第４抵抗２７ｄの割合で、第１温度信号と第２温度信号との差分のレベルが確定する。言い換えると、第３抵抗２７ｃと第４抵抗２７ｄの割合で、第１感温素子１１が示す温度と第２感温素子２１が示す温度の差分のレベルが確定する。

ノイズ判定部２６ｃは、メモリ２９ｂに記憶された出力値を用いて、所定時間あたりの差分の値の変化量を計算して差分の傾きを算出する。そして、ノイズ判定部２６ｃは、傾きが所定値を超えた場合は、ワイヤ３０にノイズが重畳していると判定して、傾きが所定値を超えていない場合は、ワイヤ３０にノイズは重畳していないと判定する。また、ノイズ判定部２６ｃは、ワイヤ３０にノイズが重畳していると判定すると、判定回路２８に対してノイズ感知信号を出力し、ワイヤ３０にノイズは重畳していないと判定すると、判定回路２８に対してノイズ感知信号を出力しない。なお、変形例２における所定値とは、通常時における、第１感温素子１１が示す温度と第２感温素子２１が示す温度との差分の傾き（つまり、第１温度信号と第２温度信号との差分の傾き）に相当するものである。

この変形例２における過昇温検出装置であっても上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。

（変形例３）
本発明は、図９に示す変形例３のように、ＡＤＣ１１ａ，２１ａ、ノイズ判定部２６ｄを備えるものであってもよい。つまり、変形例３の過昇温検出装置は、上述の実施形態における第１コンパレータ２４、第２コンパレータ２５、第１抵抗２７ａ、第２抵抗２７ｂ、第３コンパレータ２６ａは設けられていない。そのかわりに、変形例３の過昇温検出装置は、ＡＤＣ１１ａ，２１ａ、ノイズ判定部２６ｃを含む駆動回路２０を備えている。この点で、変形例３の過昇温検出装置は、上述の実施形態の過昇温検出装置と異なる。

この他の点に関しては、変形例３の過昇温検出装置と上述の実施形態の過昇温検出装置とは同じである。よって、変形例３の過昇温検出装置においては、上述の実施形態の過昇温検出装置とで同じ構成要素に同じ符号を付与して説明を省略する。また、変形例３の駆動回路は、上述の駆動回路２０と異なる点がある。しかしながら、便宜上、変形例３の駆動回路にも、上述の実施形態と同じ符号２０を付与している。

第１感温素子１１は、ＡＤＣ１１ａに接続されており、ＡＤＣ１１ａに対して第１温度信号を出力する。そして、ＡＤＣ１１ａは、第１温度信号をデジタル値に変換してノイズ判定部２６ｄに出力する。一方、第２感温素子２１は、ＡＤＣ２１ａに接続されており、ＡＤＣ２１ａに対して第２温度信号を出力する。そして、ＡＤＣ２１ａは、第２温度信号をデジタル値に変換してノイズ判定部２６ｄに出力する。

駆動回路２０（ノイズ判定部２６ｄ）は、ＡＤＣ１１ａ，２１ａから得た電圧値を使って、そのままデジタル処理を行う。具体的には、ノイズ判定部２６ｄは、第１温度信号と第２温度信号との差分を算出する。そして、ノイズ判定部２６ｄは、第１温度信号と第２温度信号との差分が所定値以上でない場合、ワイヤ３０にノイズは重畳していないと判定し、第１温度信号と第２温度信号との差分が所定値以上の場合、ワイヤ３０にノイズが重畳していると判定する（正側ノイズ判定）。さらに、ノイズ判定部２６ｄは、第１温度信号の値と第２温度信号の値が逆転する場合、ワイヤ３０にノイズが重畳していると判定する（負側ノイズ判定）。

また、ノイズ判定部２６ｄは、ワイヤ３０にノイズが重畳していると判定すると、判定回路２８に対してノイズ感知信号を出力し、ワイヤ３０にノイズは重畳していないと判定すると、判定回路２８に対してノイズ感知信号を出力しない。なお、変形例３における所定値とは、上述の実施形態における所定値と同様に、通常時の第１温度信号と第２温度信号との差分よりも大きい値であり、ノイズ発生時に温度が正側に振れた際の第１温度信号と第２温度信号との差分に相当する値である。

この変形例３における過昇温検出装置であっても上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。また、変形例３における過昇温検出装置は、上述の変形例２のように傾き判定を行うことも可能である。

（変形例４）
上述の実施形態においては、半導体素子１０と駆動回路２０とが積層された半導体装置を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明は、図１０に示す変形例４の半導体装置のように、半導体素子１０と駆動回路２０とが同一の台座５０の同一面に搭載されているものであっても採用することができる。この場合、半導体素子１０が発した熱は、一点鎖線で示すように、台座５０を介して駆動回路２０に伝達されることになる。よって、本発明は、このような半導体装置であっても採用することができ、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、変形例４と上述の実施形態とでは、半導体素子１０と駆動回路２０の配置は異なるが、その他に関しては同様である。よって、変形例４においては、各構成要素に対して、上述の実施形態と同じ符号を付与している。

（変形例５）
上述の実施形態においては、半導体素子１０と駆動回路２０とが積層された半導体装置を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明は、図１１に示す変形例５の半導体装置のように、半導体素子１０と駆動回路２０とが異なる台座５１，５２に搭載されており、且つ、これらがモールド樹脂７０によって封止されているものであっても採用することができる。この場合、半導体素子１０が発した熱は、一点鎖線で示すように、台座５１、５２、及びモールド樹脂７０を介して駆動回路２０に伝達されることになる。よって、本発明は、このような半導体装置であっても採用することができ、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、変形例５と上述の実施形態とでは、半導体素子１０と駆動回路２０の配置や、半導体素子１０と駆動回路２０とが異なる台座５１，５２に搭載されている点、モールド樹脂７０を備える点で異なるが、その他に関しては同様である。よって、変形例５においては、上述の実施形態と同じ構成要素に対して、上述の実施形態と同じ符号を付与している。

１０ 半導体素子、１１ 第１感温素子、２０ 駆動回路、２１ 第２感温素子、２２ 第２定電流源、２３ 第１定電流源、２４ 第１コンパレータ、２５ 第２コンパレータ、２６ａ 第３コンパレータ、２６ｂ 第４コンパレータ、２６ｃ，２６ｄ ノイズ判定部、２７ａ 第１抵抗、２７ｂ 第２抵抗、２７ｃ 第３抵抗、２７ｄ 第４抵抗、２８ 判定回路、２９ａ ＡＤ変換回路、２９ｂ メモリ、３０ ワイヤ、４０ 接着シート、５０ 台座、６０ 接続部材

Claims (6)

1. 半導体素子（１０）と、前記半導体素子を駆動するものであり前記半導体素子と隣り合って設けられた駆動回路（２０）とを備えた半導体装置における前記半導体素子の過昇温を検出する過昇温検出装置であって、
   前記半導体素子に設けられており、ワイヤ（３０）を介して前記半導体素子の温度に対応する第１温度信号を前記駆動回路に出力する第１感温素子（１１）と、
   前記駆動回路に設けられており、前記半導体素子から熱が伝達された前記駆動回路の温度に対応する第２温度信号を出力する第２感温素子（２１）と、
   前記駆動回路に設けられており、前記ワイヤにノイズが重畳しているか否かを判定するノイズ判定部（２６ａ〜２６ｄ）と、
   前記駆動回路に設けられており、前記ノイズ判定部によってノイズが重畳していないと判定されている場合は、前記第１温度信号に基づいて前記半導体素子が過昇温であるか否かを判定し、前記ノイズ判定部によってノイズが重畳していると判定されている場合は、前記第２温度信号に基づいて前記半導体素子が過昇温であるか否かを判定する過昇温判定部（２４，２５，２８）と、を備えることを特徴とする過昇温検出装置。
2. 前記ノイズ判定部（２６ａ，２６ｄ）は、前記第１温度信号と前記第２温度信号との差分が所定値以上である場合、前記ワイヤにノイズが重畳していると判定することを特徴とする請求項１に記載の過昇温検出装置。
3. 前記ノイズ判定部は、前記第１温度信号を第１抵抗（２７ａ）と第２抵抗（２７ｂ）とで抵抗分割した抵抗分割値と、前記第２温度信号とを比較するコンパレータ（２６ａ）を含み、
   前記抵抗分割値は、前記ワイヤにノイズが重畳していない状態で前記第１温度信号が示す温度が高温時保護温度に達したときに、前記ワイヤにノイズが重畳していない状態で前記第１温度信号が示す温度が高温時保護温度に達したときの前記第２温度信号が示す温度に基づいて設定された値であり、
   前記コンパレータは、前記抵抗分割値が前記第２温度信号よりも小さい場合、前記第１温度信号と前記第２温度信号との差分は所定値以上ではなく、前記ワイヤにノイズは重畳していないと判定し、前記抵抗分割値が前記第２温度信号よりも大きい場合、前記第１温度信号と前記第２温度信号との差分が所定値以上であり、前記ワイヤにノイズが重畳していると判定することを特徴とする請求項２に記載の過昇温検出装置。
4. 前記ノイズ判定部は、前記第１温度信号が示す温度と前記第２温度信号が示す温度とを比較する正負判定部（２６ｂ）を含み、
   前記正負判定部は、前記第１温度信号が示す温度が、前記第２温度信号が示す温度よりも低い場合、前記ワイヤにノイズが重畳していると判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の過昇温検出装置。
5. 前記第１温度信号と前記第２温度信号との差分の値をデジタル値に変換して出力するＡＤ変換回路（２９ａ）と、
   前記差分の値のデジタル値である前記ＡＤ変換回路の出力値を所定時間毎に記憶するメモリ（２９ｂ）と、を備え、
   前記ノイズ判定部（２６ｃ）は、
   前記メモリに記憶された出力値を用いて、所定時間あたりの前記差分の値の変化量を計算して前記差分の傾きを算出し、前記傾きが所定値を超えていない場合は、前記ワイヤにノイズは重畳していないと判定し、前記傾きが所定値を超えた場合は、前記ワイヤにノイズが重畳していると判定することを特徴とする請求項１に記載の過昇温検出装置。
6. 前記半導体素子と前記駆動回路とは、積層されて上下に隣り合って設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の過昇温検出装置。

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