JPH06169526A - 半導体装置の地絡保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】絶縁形半導体装置がその陽極端子導体側で地絡
した時、外部のヒュ−ズに頼らずに被害の拡大を防止で
きる半導体装置の地絡保護装置を得る。 【構成】接地される金属基板１の一方の面に密着して支
持された絶縁板２と、その表面に相互に絶縁距離を保持
して形成された導体パタ−ンからなる陽極端子導体，陰
極端子導体，および制御端子導体と、各端子導体に導電
結合された外部端子金具と、陽極端子導体に陽極側が導
電結合された３端子形半導体チップとを含む絶縁形半導
体装置において、陽極端子導体が３端子形半導体チップ
４側と外部端子金具２４Ｂ側とに分割されて相互に絶縁
され、分割陽極端子導体２３と金属基板との間に地絡電
流が発生したときこれを感知して溶断する金属細線２９
により分割陽極端子導体間が導電接続されてなるものと
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電力変換装置に半導
体スイッチとして使用されるサイリスタ，パワ−トラン
ジスタ，あるいはＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ等のモジュ−
ル化された絶縁形半導体装置を、過大な地絡電流による
損傷から保護するために設けられる地絡保護装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来の絶縁形半導体装置をトラ
ンジスタモジュ−ルを例に示す斜視図であり、ヒ−トシ
ンク等の冷却体と結合して接地した状態で使用される金
属基板１は、その一方の面に密着して支持された絶縁板
２を備え、その表面には、導体パタ−ンからなる陽極端
子導体（この場合コレクタ端子導体）３，陰極端子導体
（この場合エミッタ端子導体）６，および制御端子導体
（この場合ベ−ス端子導体）７が、相互に所定の絶縁距
離を保持して形成され、各端子導体それぞれには外部端
子金具３Ｂ，６Ｂ，７Ｂが半田などを用いて導電結合さ
れる。また、コレクタ端子導体３上には３端子形半導体
チップとしてのパワ−トランジスタチップ４のコレクタ
電極が半田などの接合材料を用いて直接または放熱用金
属板を介して導電結合され、そのエミッタ電極およびベ
−ス電極は金属細線９によりエミッタ端子導体６および
ベ−ス端子導体７にそれぞれ導電接続される。さらに、
コレクタ端子導体３上には帰還ダイオ−ドチップ５の陰
極側が半田などの接合材料により導電結合され、その陽
極側は金属細線９によりエミッタ端子導体６に導電接続
され、金属基板１の一方の面、および外部端子金具の一
部を残して全体がパッケ−ジに収納されることにより、
帰還ダイオ−ドを含む絶縁形のトランジスタモジュ−ル
１０が形成される。

【０００３】図１３は従来のトランジスタモジュ−ルを
用いた電動機駆動用インバ−タ装置を示す接続図であ
り、三相交流電源１９の出力交流電流はブレ−カ−１３
を介して接続されたダイオ−ドモジュ−ル１２および平
滑コンデンサ１５により直流電流に変換され、得られた
直流電流を電磁接触器１４を介して電圧形インバ−タ回
路１１に送ることにより、トランジスタモジュ−ル１０
を三相ブリッジ接続してなる電圧形インバ−タ回路１１
が、直流電流を定電圧制御された所望の周波数の交流電
力に変換して電動機１６に供給し、例えば電動機１６を
可変速度制御するなどの運転が行われる。

【０００４】また、インバ−タモジュ−ル１１は三相ブ
リッジ接続された絶縁形トランジスタモジュ−ル１０の
金属基板１を接地された一つの冷却体に取りつけて冷却
を行うよう構成されるのが一般的であり、また三相交流
電源１９は通常例えばその中性点が接地されるので、イ
ンバ−タ回路１１の充電部（端子導体３Ｂ，６Ｂ，およ
び７Ｂ）と接地された金属基板１との間には三相交流電
源の対地電位に相当する電位差が発生するが、この電位
差はトランジスタモジュ−ル１０の絶縁板２により絶縁
され、耐電圧強度が保持される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように構成され
た従来のインバ−タ装置において、セラミック板あるい
は絶縁皮膜で形成されるトランジスタモジュ−ル１０の
絶縁板２は、運転中に加わる熱的または機械的応力によ
り稀にクラックなどの欠陥を生ずることがあり、この欠
陥部分が三相交流電源１９の対地電圧に耐えきれず、コ
レクタ端子導体３と金属基板１との間に地絡電流ｉが発
生する。例えば、インバ−タ回路１１のトランジスタモ
ジュ−ル１０Ａがそのコレクタ端子導体３側のＰ点で地
絡したと仮定すると、図中矢印で地絡電流の通流経路を
示すように、三相交流電源１９が、ダイオ−ドモジュ−
ル１２，電磁接触器１４，および地絡点Ｐを介して短絡
された状態となり、地絡点を介して電源１９の接地点に
還流する地絡電流ｉが流れる。ところが、従来のトラン
ジスタモジュ−ル１０では、トランジスタチップ４のコ
レクタ電極とその外部端子金具３Ｂとが電流容量の大き
いコレクタ端子導体３を介して導電接続されているため
に、ブレ−カ１３が動作するまで大きな地絡電流ｉが流
れ続け、この地絡電流によりダイオ−ドモジュ−ル１２
のダイオ−ドが熱破壊したり、あるいはトランジスタチ
ップ４が地絡点Ｐにおけるア−ク放電の熱影響を受けて
損傷する等の重大事故に発展する。

【０００６】一方、上記重大事故を回避するために、ト
ランジスタモジュ−ル１０のコレクタ端子Ｃに直列に図
示しない外部ヒュ−ズを接続し、地絡電流ｉを感知して
ヒュ−ズが溶断することにより、重大事故への進展を阻
止する地絡保護装置を設けたインバ−タ装置が知られて
いる。しかしながら、電流容量の大きい外部ヒュ−ズを
設けることにより装置が大型化するばかりか、配線が長
大化することにより直流配線の浮遊インダクタンスが増
大し、これが原因でスイッチングサ−ジ吸収用のスナバ
回路の強化を要するなどの問題が発生する。

【０００７】この発明の目的は、絶縁形半導体装置がそ
の陽極端子導体側で地絡した時、外部のヒュ−ズに頼ら
ずに被害の拡大を防止できる半導体装置の地絡保護装置
を得ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、接地される金属基板と、その一
方の面に密着して支持された板状の絶縁体と、その表面
に相互に絶縁距離を保持して形成された導体パタ−ンか
らなる陽極端子導体，陰極端子導体，および制御端子導
体と、前記各端子導体に導電結合された外部端子金具
と、前記陽極端子導体に陽極側が導電結合された３端子
形半導体チップとを含む絶縁形半導体装置において、前
記陽極端子導体が３端子形半導体チップ側と外部端子金
具側とに分割されて相互に絶縁され、各分割陽極端子導
体と前記金属基板との間に地絡電流が発生したときこれ
を感知して溶断する金属細線により前記分割陽極端子導
体間が導電接続されてなるものとする。

【０００９】また、絶縁体が金属基板の表面に形成され
た絶縁皮膜からなり、外部端子金具側の分割陽極端子導
体が前記絶縁皮膜の表面に接着された絶縁板上に形成さ
れてなるものとする。さらに、分割陽極端子導体間を導
電接続する金属細線の一方端が、外部端子金具に導電接
続されてなるものとする。

【００１０】さらにまた、３端子形半導体チップ側と外
部端子金具側とに分割された分割陽極端子導体間が、分
割陽極端子導体と金属基板との間に地絡電流が発生した
ときこれを感知して溶断する導体の狭窄部により導電接
続されてなるものとする。一方、接地される金属基板
と、その一方の面に密着して支持された板状の絶縁体
と、その表面に相互に絶縁距離を保持して形成された導
体パタ−ンからなる陽極端子導体，陰極端子導体，およ
び制御端子導体と、前記各端子導体に導電結合された外
部端子金具と、前記陽極端子導体に陽極側が導電結合さ
れた３端子形半導体チップとを含む絶縁形半導体装置に
おいて、前記陽極端子導体に導電結合した外部端子金具
が、前記陽極端子導体と金属基板との間に地絡電流が発
生したときこれを感知して溶断する導体の狭窄部を備え
てなるものとする。すなわち、陽極端子導体に導電結合
した外部端子金具が長方形断面を有する金属導体からな
り、この金属導体の両側から互いに対向して形成された
凹溝により一つの導体の狭窄部が形成されてなるもの。
または、外部端子金具が長方形断面を有する金属導体に
形成された貫通孔を備え、この貫通孔の両側を迂回する
互いに導体断面積の異なる一対の導体の狭窄部が形成さ
れてなるもの。さらには、長方形断面を有する金属導体
からなる外部端子金具に、その一方の面側からその厚み
方向に形成されたくさぴ状の凹溝により一つの導体の狭
窄部が形成されてなるもののいずれかとする。さらにま
た、導体の狭窄部を含む陽極端子導体の一部が樹脂モ−
ルド層で覆われてなるものとする

【００１１】

【作用】この発明の構成において、絶縁形半導体装置の
絶縁板上に導体パタ−ンとして形成された陽極端子導体
（例えばトランジスタチップのコレクタ電極が導電結合
されるコレクタ端子導体）を、３端子形半導体チップ側
と外部端子金具側とに分割して相互に絶縁し、３端子形
半導体チップ（例えばトランジスタチップ）側の分割陽
極端子導体と金属基板との間に地絡電流が発生したと
き、これを感知して溶断する金属細線により分割陽極端
子導体間を導電接続するよう地絡保護装置を構成したこ
とにより、絶縁形半導体装置をブリッジ接続してなる電
力変換装置において、一つの絶縁形半導体装置の半導体
チップ側分割陽極端子導体と接地された金属基板間で地
絡が発生し、中点接地された電源がダイオ−ドモジュ−
ルおよび地絡点を介して短絡された場合、外部端子金具
を介して地絡点に流入する地絡電流により金属細線が溶
断し、外部ヒュ−ズに頼ることなく地絡電流を絶縁形半
導体装置内の地絡保護装置で早期に遮断する機能が得ら
れる。したがって、地絡電流によるダイオ−ドモジュ−
ルの損傷、および地絡点のア−ク放電による３端子形半
導体チップの損傷を防止できるとともに、外部ヒュ−ズ
を設けることによる回路構成の複雑化，大型化を回避す
ることができる。

【００１２】また、絶縁体を金属基板の表面に形成され
た絶縁皮膜とし、外部端子金具側の分割陽極端子導体を
絶縁皮膜の表面に接着した絶縁板上に形成するよう構成
すれば、地絡保護装置の保護範囲の外に位置する外部端
子金具側の分割陽極端子導体の絶縁が強化され、高い絶
縁信頼性が得られるとともに、３端子形半導体チップ側
の分割陽極端子導体部分を、絶縁皮膜の持つ優れた熱伝
導性を生かして熱的に結合することができる。

【００１３】さらに、分割陽極端子導体間を導電接続す
る金属細線の一方端を、外部端子金具に導電接続するよ
う構成すれば、外部端子金具側の分割陽極端子導体が不
用になるので、外部端子金具を絶縁板または補強絶縁板
に接着することができ、絶縁信頼を損なうことなく絶縁
形半導体装置の構成を簡素化する機能が得られる。さら
にまた、３端子形半導体チップ側と外部端子金具側とに
分割した分割陽極端子導体を、各分割陽極端子導体と金
属基板との間に地絡電流が発生したときこれを感知して
溶断する導体の狭窄部により導電接続するよう構成すれ
ば、狭窄部の金属材料の材質および断面積の決め方によ
り、定常電流に対する通流性能を損なうことなく地絡電
流の遮断性能を有する地絡保護装置が得られる。

【００１４】一方、陽極端子導体に導電結合した外部端
子金具に、地絡電流の発生を感知して溶断する導体の狭
窄部を設けるよう構成すれば、陽極端子導体を３端子形
半導体チップ側と外部端子金具側とに分割する必要がな
く、導体の構成および加工を容易化できるとともに、陽
極端子導体全体に対して有効な地絡保護保護機能が得ら
れる。

【００１５】すなわち、陽極端子導体に導電結合した外
部端子金具が長方形断面を有する金属導体からなり、こ
の金属導体の両側から互いに対向して形成された凹溝に
より一つの導体の狭窄部を形すれば、狭窄部の金属材料
の材質および断面積の決め方により、定常電流に対する
通流性能を損なうことなく地絡電流の遮断性能を有する
構成が簡素な地絡保護装置が得られる。また、長方形断
面を有する外部端子金具に円形，長円形，または方形な
どの貫通孔を形成し、この貫通孔の両側を迂回する互い
に導体断面積の異なる一対の導体の狭窄部を形成すれ
ば、機械的に安定で定常電流の通流性能の信頼性を向上
できるとともに、一対の狭窄部間に地絡電流による温度
上昇速度の差が発生して温度上昇速度の早い側の狭窄部
が溶断し、これにトリガ−されて他方の狭窄部の電流密
度が瞬時に上昇し、溶断するので、地絡電流の遮断性能
を向上する機能が得られる。さらに、長方形断面を有す
る金属導体からなる外部端子金具に、その一方の面側か
らその厚み方向にくさぴ状の凹溝を形成することにより
一つの狭窄部を形成すれば、導体圧延時におけるくさび
加工で狭窄部を簡単に形成でき、定常電流に対する通流
性能を損なうことなく地絡電流を遮断でき、かつ構成が
簡素な地絡保護装置が得られる。

【００１６】なお、凹溝や貫通孔の加工精度を高めるこ
とにより、地絡電流の遮断性能を高めることができる。
さらにまた、導体の狭窄部を含む陽極端子導体の一部を
樹脂モ−ルド層で覆うよう構成すれば、導体の狭窄部を
外力から保護できるので、例えば使用中の振動，衝撃、
あるいは組み立て作業中の外力により狭窄部が損傷し、
これが原因で定常電流の通流性能が低下することを防
ぎ、半導体装置の信頼性の低下を防止する機能が得られ
る。

【００１７】

【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明の実施例になる半導体装置の地絡保
護装置をトランジスタモジュ−ルを例に示す斜視図であ
り、以下従来技術と同じ構成部分には同一参照符号を付
すことにより、重複した説明を省略する。図において、
ヒ−トシンク等の冷却体と結合して接地した状態で使用
される金属基板１は、その一方の面に密着して支持され
た例えばセラミック板などの絶縁板２を備え、その表面
に導体パタ−ンとして相互に所定の絶縁距離を保持して
形成され陽極端子導体（この場合コレクタ端子導体），
陰極端子導体（この場合エミッタ端子導体）６，および
制御端子導体（この場合ベ−ス端子導体）７の内、コレ
クタ端子導体は二つの分割コレクタ端子導体２３および
２４に分割されて相互に絶縁され、分割コレクタ端子導
体２３には３端子形半導体チップとしてのパワ−トラン
ジスタチップ４のコレクタ電極、および帰還ダイオ−ド
チップ５の陰極側が半田などの接合材料を用いて導電結
合され、分割コレクタ端子導体２４にはコレクタ外部端
子金具２４Ｂが導電結合され、両分割コレクタ端子導体
間はヒュ−ズを兼ねた金属細線２９により導電接続され
る。なお、補強絶縁板２５は分割コレクタ端子導体２４
の対地絶縁を強化するために必要に応じて絶縁板２と分
割コレクタ端子導体２４との間に介装される。さらに、
エミッタ端子導体６およびベ−ス端子導体７には外部端
子金具６Ｂ，７Ｂが半田などを用いて導電結合され、パ
ワ−トランジスタチップ４のエミッタ電極およびベ−ス
電極が金属細線９によりエミッタ端子導体６およびベ−
ス端子導体７にそれぞれ導電接続され、帰還ダイオ−ド
チップ５の陽極側が金属細線９によりエミッタ端子導体
６に導電接続され、全体がパッケ−ジに収納されること
により、帰還ダイオ−ドを含む絶縁形のトランジスタモ
ジュ−ル２０が形成される。

【００１８】上述のように構成されたトランジスタモジ
ュ−ル２０内に、２分割された分割コレクタ端子導体２
３，２４と、両者を導電接続する金属細線２９とで構成
とで構成される地絡保護装置は、金属細線２９が地絡電
流で所定の時間内に溶断するようその金属材料および断
面積を選択することにより、金属細線２９がヒュ−ズと
して機能して、外部ヒュ−ズに頼ることなく地絡事故の
拡大を防止することができる。

【００１９】図２はこの発明の異なる実施例を示す斜視
図であり、金属基板１の一方の面には絶縁皮膜３２が所
定の厚みで形成され、その表面に分割コレクタ端子導体
２３，エミッタ端子導体６，およびベ−ス端子導体７が
導体パタ−ンとしてそれぞれ形成されるとともに、補強
絶縁板３５を介してコレクタ外部端子金具側の分割コレ
クタ端子導体２４が形成された点が前述の実施例と異な
っており、地絡保護装置の保護範囲の外に位置する分割
コレクタ端子導体２４が、補強絶縁板３５によりその耐
電圧強度が強化されて信頼性の高いトランジスタモジュ
−ル３０が構成されるとともに、トランジスタチップ４
のコレクタ側，および帰還ダイオ−ドチップ５の陽極側
が安価で熱伝導性のよい絶縁皮膜を介して金属基板に熱
的に蜜に結合することにより、熱安定性のよいトランジ
スタモジュ−ル３０を経済的にも有利に形成できる利点
が得られる。

【００２０】図３は実施例になる半導体装置の地絡保護
装置を用いた電動機駆動用インバ−タ装置を示す接続図
であり、三相交流電源１９からの交流電流をダイオ−ド
モジュ−ル１２により直流電流に変換し、トランジスタ
モジュ−ル２０または３０をブリッジ接続してなるイン
バ−タ回路４１で可変周波数の定電圧交流電流に変換し
て電動機１６を駆動するようインバ−タ装置が構成され
る。このように構成されたインバ−タ装置において、イ
ンバ−タモジュ−ル２０Ａ（または３０Ａ）が、分割コ
レクタ端子導体２３と金属基板１との間のＰ点で地絡し
たと仮定する。この時、中点接地された三相交流電源１
９から地絡点Ｐに流入する地絡電流により金属細線２９
Ａが溶断して地絡電流を遮断する。したがって、地絡電
流を早期に遮断するよう金属細線２９の溶断電流値を設
定しておけば、地絡電流によるダイオ−ドモジュ−ル１
２の損傷を未然に防止できるとともに、地絡点Ｐにおけ
るア−ク放電を短時間に抑制し、その熱影響でトランジ
スタチップ４が損傷することを防止できるので、地絡に
よる損傷の拡大を防止することができる。また、トラン
ジスタモジュ−ルの外部に地絡電流遮断用のヒュ−ズを
必要としないので、インバ−タ装置と、そのスナバ回路
の大型化，回路構成の複雑化を回避できる利点が得られ
る。

【００２１】図４はこの発明のさらに異なる実施例を示
すトランジスタモジュ−ルの斜視図であり、分割コレク
タ端子導体２３に導電接続された金属細線２９の他方端
を、外部コレクタ端子金具２４Ｂに導電接続した点が前
述の各実施例と異なっており、外部端子金具２４Ｂ側の
分割陽極端子導体２４が不用になるので、外部端子金具
を補強絶縁板３５に接着すればよく、絶縁信頼を損なう
ことなくトランジスタモジュ−ルの構成を簡素化できる
利点が得られる。

【００２２】図５はこの発明の他の実施例を示すトラン
ジスタモジュ−ルの斜視図であり、トランジスタモジュ
−ル４０は、そのコレクタ端子導体がトランジスタチッ
プ４側の分割コレクタ端子導体４３と、外部コレクタ端
子金具２４Ｂ側の分割コレクタ端子導体４４とに２分割
され、両分割コレクタ端子導体相互間がヒュ−ズを兼ね
た導体の狭窄部４９によって導電接続された点が前述の
各実施例と異なっている。導体の狭窄部４９としては、
金属材料の材質および断面積の決め方により、定常電流
に対する通流性能を損なうことなく地絡電流を所定の時
間内に遮断する性能を有するものであればよく、例えば
材質を端子導体と同一とし、その断面積により遮断電流
値を調整するよう構成すれば、分割コレクタ端子導体４
３，４４をエッチング加工する際所定の幅の狭窄部を残
すことにより、加工工数の増加を伴わずに導体の狭窄部
４９を容易に形成できる。また、導体の狭窄部に異なる
材質の金属材料を用い、その両端を分割コレクタ端子導
体４３，４４に接合するよう構成してもよく、いずれの
場合も外部ヒュ−ズに頼ることなく地絡保護装置を小型
に形成できる利点が得られる。

【００２３】図６はこの発明の異なる他の実施例を示す
トランジスタモジュ−ルの斜視図であり、複数分割しな
いコレクタ端子導体３を用い、これに導電結合した外部
コレクタ端子金具５４にその導体断面積を局部的に縮小
した導体の狭窄部５９を設けるよう構成した点が前述の
各実施例と異なっている。 すなわち、外部コレクタ端
子金具５４は長方形断面を有する金属導体からなり、こ
の金属導体の両側から互いに対向して鍵括弧状に形成さ
れた凹溝により、導体幅の中央部に一つの狭窄部５９が
形成される。このように形成された狭窄部５９を有する
外部コレクタ端子金具５４においては、狭窄部の金属材
料の材質および断面積の決め方により、定常電流に対す
る通流性能を損なうことなく地絡電流の遮断性能を有す
る構成が簡素な地絡保護装置が得られる。

【００２４】図７はこの発明の異なる他の実施例におけ
る狭窄部の異なる実施例を示す要部の斜視図、図８はこ
の発明の異なる他の実施例における狭窄部のさらに異な
る実施例を示す要部の斜視図、図９はこの発明の異なる
他の実施例における狭窄部のさらにまた異なる実施例を
示す要部の斜視図であり、方形断面を有する外部コレク
タ端子金具５４には、その導体幅Ｗの中央からいずれか
一方側に中心位置がずれた長孔６０，方形孔６２，ある
いは丸孔６４などの貫通孔が設けられ、この貫通孔の両
側を迂回する互いに導体幅W1,W2 が異なる一対の導体の
狭窄部６１，６３，および６５が形成される。

【００２５】このように、金具５４の幅方向の両端に狭
窄部を形成することにより、貫通孔を設けたことによる
機械的強度の低下を防止でき、外部コレクタ端子金具５
４の外力による損傷を防止できるので、通常電流の通流
性能の低下を防止できる利点が得られる。また、一対の
狭窄部例えば６１Ａ，６１Ｂの導体断面積をアンバラン
スに形成したことにより、一対の狭窄部にアンバランス
に分流して流れる地絡電流による温度上昇速度に差が発
生し、温度上昇速度の早い側の狭窄部が先に溶断し、こ
れにトリガ−されて他方の狭窄部の電流密度が急上昇
し、瞬時に溶断して地絡電流を遮断するので、地絡電流
の遮断性能を向上できる利点が得られる。なお、円形，
長円形，または方形などの貫通孔は打ち抜き加工などで
簡単に形成できるが、機械加工などによって一対の狭窄
部の断面積比を精度よく保持すれば、定常電流の通流性
能を損なうことなく地絡電流の遮断性能を高度に発揮で
きる地絡保護装置を得ることが可能であり、殊に丸孔の
場合にはドリル加工によりこの目的を容易に達成できる
利点が得られる。

【００２６】図１０はこの発明の異なる他の実施例にお
ける狭窄部の他の実施例を示す要部の斜視図であり、長
方形断面を有する金属導体からなる外部コレクタ端子金
具５４に、その一方の面側からその厚み方向にくさぴ状
の凹溝７１を形成することにより、厚みがｔ1 に局部的
に狭窄した一つの狭窄部７２を形成した点が前述の各地
絡保護装置と異なっており、導体圧延時におけるくさび
加工で狭窄部を簡単に形成でき、定常電流に対する通流
性能を損なうことなく地絡電流を遮断でき、かつ構成が
簡素な地絡保護装置が得られる。なお、くさび状の凹溝
を機械加工して狭窄部７２の寸法精度を高めれば、より
高い地絡電流の遮断性能が得られる。

【００２７】図１１はこの発明のさらに異なる他の実施
例を示す要部の斜視図であり、前述の各実施例における
狭窄部５９，６１，６３，６５，７２等を含む外部コレ
クタ端子金具５４の一部を、例えばエポキシ樹脂等の熱
硬化性，熱安定性を有する成形樹脂または注型樹脂の硬
化物からなる樹脂モ−ルド層８１で覆うよう構成した点
が前述の各実施例と異なっており、導体の狭窄部を外力
から保護できるので、例えば使用中の振動，衝撃、ある
いは組み立て作業中の外力により狭窄部を損傷し、これ
らが原因で定常電流の通流性能が低下することを防ぎ、
半導体装置の信頼性の低下を防止する機能が得られる。
なお、狭窄部を備えた外部端子金具５４を前出のコレク
タ端子導体３に導電結合した後、狭窄部を含めて樹脂モ
−ルドするよう構成すれば、樹脂モ−ルド層８１が例え
ばトランジスタモジュ−ルのケ−スに一体化され、より
強固な補強機能が得られるとともに、樹脂モ−ルド加工
工数を大幅に低減できる利点が得られる。

【００２８】なお、各実施例における導体の狭窄部とし
ては、金属材料の材質および断面積の決め方により、定
常電流に対する通流性能を損なうことなく地絡電流を所
定の時間内に遮断する性能を有するものであればよく、
このように構成された地絡保護装置を有するトランジス
タモジュ−ル５０においては、コレクタ端子導体を３端
子形半導体チップ側と外部端子金具側とに分割する必要
がなく、導体の構成および加工を容易化できるととも
に、狭窄部を端子金具５４側に配したことによりコレク
タ端子導体３全体に対して有効な地絡保護機能を有する
地絡保護装置が得られる。また、前述の各実施例はトラ
ンジスタモジュ−ルを例に説明したが、トランジスタチ
ップ４を、他の３端子形半導体チップ，例えばサイリス
タ，ＭＯＳＦＥＴ，あるいはＩＧＢＴに置き換えても、
実施例におけると同様な地絡保護を行うことができる。

【００２９】

【発明の効果】この発明は前述のように、絶縁形半導体
装置の絶縁板上に導体パタ−ンとして形成された陽極端
子導体（例えばトランジスタチップのコレクタ電極が導
電結合されるコレクタ端子導体）を、３端子形半導体チ
ップ側と外部端子金具側とに分割して相互に絶縁し、３
端子形半導体チップ（例えばトランジスタチップ）側の
分割陽極端子導体と金属基板との間に地絡電流が発生し
たとき、これを感知して溶断する金属細線により分割陽
極端子導体間を導電接続するよう構成した。その結果、
半導体チップ側分割陽極端子導体と接地された金属基板
間で地絡が発生した場合、外部端子金具を介して地絡点
に流入する地絡電流により金属細線が溶断し、外部ヒュ
−ズに頼ることなく地絡電流を絶縁形半導体装置内の地
絡保護装置で早期に遮断できるので、絶縁形半導体装置
を用いた従来の電力変換装置で問題となった、地絡電流
によって生ずるダイオ−ドモジュ−ルの損傷，地絡点の
ア−ク放電の熱影響による３端子形半導体チップの損傷
などの事故の拡大を阻止し、かつ外部ヒュ−ズを設ける
ことによって生ずる回路構成の複雑化，大型化を排除で
きる地絡保護装置を内蔵した信頼性の高い絶縁形半導体
装置、およびこれを用いた電力変換装置を経済的にも有
利に提供することができる。

【００３０】また、絶縁体を金属基板の表面に形成され
た絶縁皮膜とし、外部端子金具側の分割陽極端子導体を
絶縁皮膜の表面に接着した絶縁板上に形成するよう構成
すれば、地絡保護装置の保護範囲の外に位置する外部端
子金具側の分割陽極端子導体の絶縁を部分的に強化でき
るので、絶縁皮膜を用いたことによる３端子形半導体チ
ップの優れた冷却性能に影響を及ぼすことなく、高い絶
縁信頼性を有する絶縁形半導体装置を経済的に有利に提
供することができる。

【００３１】さらに、分割陽極端子導体間を導電接続す
る金属細線の一方端を、外部端子金具に導電接続するよ
う構成すれば、外部端子金具側の分割陽極端子導体が不
用になるので、外部端子金具を絶縁板または補強絶縁板
に直接接着することにより、絶縁信頼を損なうことなく
絶縁形半導体装置の構成を簡素化できる利点が得られ
る。

【００３２】さらにまた、金属細線を地絡電流で溶断す
る導体の狭窄部に置き換えても、前記同様な地絡保護機
能を有する地絡保護装置が得られる。一方、方形断面を
有する外部端子金具に凹溝または貫通孔を形成すること
により一つまたは二つに分岐した導体の狭窄部を形成す
るよう構成すれば、陽極端子導体を複数分割する必要も
なく、かつ陽極端子導体全体に対して地絡保護機能を有
する保護範囲の広い地絡保護装置を備えた半導体装置
を、経済的にも有利に提供できる利点が得られる。さら
に、このように形成された狭窄部を含む外部端子金具の
一部を樹脂モ−ルド層で覆うよう構成すれば、狭窄部に
より低下した外部端子金具の機械的弱点部を補強して外
力による損傷を防ぎ、信頼性の高い地絡保護装置を備え
た半導体モジュ−ルを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例になる半導体装置の地絡保護
装置をトランジスタモジュ−ルを例に示す斜視図

【図２】この発明の異なる実施例を示す斜視図

【図３】実施例になる半導体装置の地絡保護装置を用い
た電動機駆動用インバ−タ装置を示す接続図

【図４】この発明のさらに異なる実施例を示すトランジ
スタモジュ−ルの斜視図

【図５】この発明の他の実施例を示すトランジスタモジ
ュ−ルの斜視図

【図６】この発明の異なる他の実施例を示すトランジス
タモジュ−ルの斜視図

【図７】この発明の異なる他の実施例における狭窄部の
異なる実施例を示す要部の斜視図

【図８】この発明の異なる他の実施例における狭窄部の
さらに異なる実施例を示す要部の斜視図

【図９】この発明の異なる他の実施例における狭窄部の
さらにまた異なる実施例を示す要部の斜視図

【図１０】この発明の異なる他の実施例における狭窄部
の他の実施例を示す要部の斜視図

【図１１】この発明のさらに異なる他の実施例を示す要
部の斜視図

【図１２】従来の絶縁形半導体装置をトランジスタモジ
ュ−ルを例に示す斜視図

【図１３】従来のトランジスタモジュ−ルを用いた電動
機駆動用インバ−タ装置を示す接続図

【符号の説明】

１ 金属基板 ２ 絶縁板 ３ 陽極端子導体（コレクタ端子導体） ３Ｂ 外部端子金具 ４ トランジスタチップ（３端子形半導体チップ） ５ 帰還ダイオ−ドチップ ６ 陰極端子導体（エミッタ端子導体） ７ 制御端子導体（ベ−ス端子導体） ９ 金属細線 １０ 半導体装置（トランジスタモジュ−ル） １１ インバ−タ回路 １２ ダイオ−ドモジュ−ル １３ ブレ−カ １４ 電磁接触器 １５ 平滑コンデンサ １６ 電動機 １９ 三相交流電源 ２０ トランジスタモジュ−ル ２３ 分割コレクタ端子導体（半導体チップ側） ２４ 分割コレクタ端子導体（外部端子金具側） ２５ 補強絶縁板 ２９ 金属細線 ３０ トランジスタモジュ−ル ３２ 絶縁皮膜 ３５ 補強絶縁板 ４０ トランジスタモジュ−ル ４１ インバ−タ回路 ４３ 分割コレクタ端子導体 ４４ 分割コレクタ端子導体 ４９ 導体の狭窄部 ５０ トランジスタモジュ−ル ５４ 外部コレクタ端子金具 ５９ 導体の狭窄部 ６０ 貫通孔（長孔） ６１ 狭窄部 ６２ 貫通孔（方形孔） ６３ 狭窄部 ６４ 貫通孔（丸孔） ６５ 狭窄部 ７１ くさび状の凹溝 ７２ 狭窄部 ８１ 樹脂モ−ルド層 ｉ 地絡電流 Ｐ 地絡点

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】接地される金属基板と、その一方の面に密
   着して支持された板状の絶縁体と、その表面に相互に絶
   縁距離を保持して形成された導体パタ−ンからなる陽極
   端子導体，陰極端子導体，および制御端子導体と、前記
   各端子導体に導電結合された外部端子金具と、前記陽極
   端子導体に陽極側が導電結合された３端子形半導体チッ
   プとを含む絶縁形半導体装置において、前記陽極端子導
   体が３端子形半導体チップ側と外部端子金具側とに分割
   されて相互に絶縁され、分割陽極端子導体と前記金属基
   板との間に地絡電流が発生したときこれを感知して溶断
   する金属細線により前記分割陽極端子導体間が導電接続
   されてなることを特徴とする半導体装置の地絡保護装
   置。
2. 【請求項２】絶縁体が金属基板の表面に形成された絶縁
   皮膜からなり、外部端子金具側の分割陽極端子導体が、
   前記絶縁皮膜の表面に接着された補強絶縁板上に形成さ
   れてなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の
   地絡保護装置。
3. 【請求項３】分割陽極端子導体間を導電接続する金属細
   線の一方端が、外部端子金具に導電接続されてなること
   を特徴とする請求項１記載の半導体装置の地絡保護装
   置。
4. 【請求項４】３端子形半導体チップ側と外部端子金具側
   とに分割した分割陽極端子導体間が、各分割陽極端子導
   体と金属基板との間に地絡電流が発生したときこれを感
   知して溶断する導体の狭窄部により導電接続されてなる
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の地絡保護
   装置。
5. 【請求項５】接地される金属基板と、その一方の面に密
   着して支持された板状の絶縁体と、その表面に相互に絶
   縁距離を保持して形成された導体パタ−ンからなる陽極
   端子導体，陰極端子導体，および制御端子導体と、前記
   各端子導体に導電結合された外部端子金具と、前記陽極
   端子導体に陽極側が導電結合された３端子形半導体チッ
   プとを含む絶縁形半導体装置において、前記陽極端子導
   体に導電結合した外部端子金具が、前記陽極端子導体と
   金属基板との間に地絡電流が発生したときこれを感知し
   て溶断する導体の狭窄部を備えてなることを特徴とする
   半導体装置の地絡保護装置。
6. 【請求項６】陽極端子導体に導電結合した外部端子金具
   が長方形断面を有する金属導体からなり、この金属導体
   の両側から互いに対向して形成された凹溝により一つの
   導体の狭窄部が形成されてなることを特徴とする請求項
   ５記載の半導体装置の地絡保護装置。
7. 【請求項７】陽極端子導体に導電結合した外部端子金具
   が長方形断面を有する金属導体からなり、この金属導体
   に形成された貫通孔を備え、この貫通孔の両側を迂回す
   る互いに導体断面積の異なる一対の導体の狭窄部が形成
   されてなることを特徴とする請求項５記載の半導体装置
   の地絡保護装置。
8. 【請求項８】陽極端子導体に導電結合した外部端子金具
   が長方形断面を有する金属導体からなり、この金属導体
   に一方の面側から導体の厚み方向に形成されたくさぴ状
   の凹溝により一つの導体の狭窄部が形成されてなること
   を特徴とする請求項５記載の半導体装置の地絡保護装
   置。
9. 【請求項９】導体の狭窄部を含む陽極端子導体の一部が
   樹脂モ−ルド層で覆われてなることを特徴とする請求項
   ５記載の半導体装置の地絡保護装置。