JPH08204180A - 大容量半導体装置 - Google Patents

大容量半導体装置

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JPH08204180A
JPH08204180A JP7010274A JP1027495A JPH08204180A JP H08204180 A JPH08204180 A JP H08204180A JP 7010274 A JP7010274 A JP 7010274A JP 1027495 A JP1027495 A JP 1027495A JP H08204180 A JPH08204180 A JP H08204180A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】複数個の電圧駆動型素子(IGBTなど)と過
電流保護回路とを同一パッケージに収納する大容量半導
体装置において、オン電圧の低い素子の電流を検出し、
過電圧保護回路に信号として与え、全素子を一括制御す
ることで、負荷短絡時の過電流を確実に遮断し、負荷短
絡耐量の向上を図る。 【構成】コレクタ基板1上に電流検出用の付属エミッタ
4を有する複数個のIGBTが搭載され、一個の過電流
保護回路8が絶縁板7を介して搭載される。過電流保護
回路8はMOSFET、ダイオードおよび抵抗で構成さ
れ、MOSFETのゲート9、ソース10はオン電圧の
最も低いIGBT2の付属エミッタ4、主エミッタ5に
それぞれ接続され、ダイオードのアノード11はゲート
配線膜13を介してIGBT2のゲート6に接続され
る。各IGBTのコレクタ(コレクタ基板1に接する側
にある)、主エミッタ5およびゲート6はコレクタ基板
1、エミッタ配線膜12およびゲート配線膜13にボン
デングワイヤー14でそれぞれ接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、複数個の電圧駆動型
素子(IGBTなど)と一個の過電流保護回路とをモジ
ュール構造もしくは加圧接触構造のパッケージに収納す
る大容量半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタ(IGBT)などの電力用スイッチング素子におい
て、負荷短絡などによって素子が破壊することを防ぐ回
路として過電流保護回路がある。図3は従来から良く知
られている過電流保護回路とIGBTとの接続図を示
す。この過電流保護回路8はMOSFET15、ダイオ
ード16および抵抗17で構成され、MOSFET15
のドレイン18とダイオード16のカソード19とが接
続され、MOSFET15のゲート9・ソース10間に
抵抗17が接続される。IGBT3のゲート6にはダイ
オード16のアノード11が接続される。IGBT3は
電流検出用の付属エミッタ4を有し、この付属エミッタ
4がMOSFET15のゲート9に接続され、IGBT
3の主エミッタ5がMOSFET15のソース10に接
続される。
【0003】IGBT3がオン状態で負荷短絡するとI
GBT3に過電流が流れる。この過電流の一部が付属エ
ミッタ4からも流出し、この流出電流は正常動作時より
当然大きくなる。この流出電流は抵抗17に流れ、抵抗
17の両端の電圧は正常動作時より大きくなる。正常動
作時にはMOSFET15のゲート電圧がしきい値以下
のため、MOSFET15は動作せずオフ状態である
が、抵抗17の電圧が上昇してMOSFET15のゲー
ト電圧がしきい値を越えるとMOSFET15はオン状
態となる。このときドレイン18・ソース10間の電圧
は急激に低下し、IGBT3のゲート電圧も低下する。
IGBT3のゲート電圧が低下するとIGBT3に流れ
ていた過電流は急激に低下し、IGBT3の破壊が防止
される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記のような過電流保
護回路は、通常IGBTと同一半導体チップ内に集積さ
れる。しかし、IGBTなどの電圧駆動型素子を複数個
並列にして構成する大容量半導体装置では、負荷短絡な
どが発生し過電流が流れる場合、各IGBTが過電流保
護回路を内蔵していると、各々が独自に保護機能を働か
せ、保護特性のばらつきのため、保護機能が働いている
IGBTと働いていないIGBTとが同時に存在するよ
うになり、各IGBT間で電流分担が不均一となり、破
壊するIGBTが発生する恐れがある。
【0005】またIGBTのスイッチング動作での電流
遮断において、電流遮断に要する時間はIGBT毎にば
らつきがあり、特に電流分担に不均一があると、特定の
IGBTに電流が集中し益々そのIGBTは、遮断時間
が長くなり、過大な電流を遮断することになり、破壊を
起こす可能性がある。この発明は、前記の課題を解決す
るために、複数個の電圧駆動型素子と一個の過電流保護
回路とを同一パッケージに収納し、この過電流保護回路
で複数個の電圧駆動型素子を一括制御することで負荷短
絡耐量の高い大容量半導体装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、前記の目的
を達成するために、電流検出用の付属エミッタを有する
電圧駆動型素子を複数個並設し、かつMOSFETのド
レインとダイオードのカソードとが接続し、MOSFE
Tのゲート・ソース間に抵抗が接続される過電流保護回
路を、収納した大容量半導体装置において、飽和電圧
(オン電圧)の最も低い電圧駆動型素子の付属エミッ
タ、主エミッタおよびゲートが過電流保護回路を構成す
るMOSFETのゲート、ソースおよびダイオードのア
ノードとそれぞれ接続されることである。この複数個の
電圧駆動型素子を一個の過電流保護回路で制御するよう
に電圧駆動型素子と過電流保護回路とが個別に構成され
る。また複数個の電圧駆動型素子および一個の過電流保
護回路が一個のモジュール構造のパッケージに収納され
るか、もしくは一個の加圧接触構造のパッケージに収納
されるとよい。
【0007】
【作用】IGBTなどの電圧駆動型素子は電流を通電し
た時のコレクタ・エミッタ間の電圧つまりオン電圧が低
いIGBTほど大きな負荷電流が流れ、そのため負荷短
絡時などで流れる過電流値も大きくなり破壊しやすい。
複数個のIGBTを並列に接続する大容量半導体装置で
は、最も負荷短絡耐量が小さい、つまりオン電圧が最も
小さいIGBTに設けられた電流検出用の付属エミッタ
を過電流保護回路に接続し、この過電流保護回路で全I
GBTを同時に制御することにより、負荷短絡等の異常
動作時でもオン電圧の低いIGBTに負荷電流が過大に
集中することなく、全IGBTを確実に負荷電流を遮断
でき、大容量半導体装置の破壊を防止できる。
【0008】また複数個のIGBTと一個の過電流保護
回路とを一個のモジュール構造のパッケージもしくは一
個の加圧接触構造(例えば平形構造)のパッケージに収
納することで、大容量半導体装置を小型化および軽量化
できる。
【0009】
【実施例】図1は第1実施例を示し、同図(a)はモジ
ュール構造の平面図、同図(b)はA−Aで切断した断
面図を示す。コレクタ基板1上に電流検出用の付属エミ
ッタ4を有する複数個のIGBT(IGBT2が1個と
IGBT3が複数個)が搭載され、一個の過電流保護回
路8が絶縁板7を介して搭載される。コレクタ基板1上
に図示されていない絶縁膜を介してエミッタ配線膜12
およびゲート配線膜13が金属膜で形成される。過電流
保護回路8は図示されていないMOSFET、ダイオー
ドおよび抵抗で構成され、これら部品は個別で構成され
るか、または1チップに集積される。同図にはMOSF
ETのゲート9、ソース10およびダイオードのアノー
ド11の各電極のみが示されている。MOSFETのゲ
ート9、ソース10はオン電圧の最も低いIGBT2の
付属エミッタ4、主エミッタ5にそれぞれボンデングワ
イヤー14で接続され、ダイオードのアノード11はゲ
ート配線膜13にボンデングワイヤー14で接続され
る。各IGBT(IGBT2および複数個のIGBT
3)のコレクタ(コレクタ基板1に接する側にある)、
主エミッタ5およびゲート6はコレクタ基板1、エミッ
タ配線膜12およびゲート配線膜13にボンデングワイ
ヤー14でそれぞれ接続する。同図(b)において、コ
レクタ基板1上に絶縁板7を配置し、その上に過電流保
護回路8を構成する。
【0010】また図には示さないが、第2実施例として
加圧接触構造の平形パッケージに複数個のIGBTと1
個の過電圧保護回路を収納することもできる。この場
合、IGBTの主エミッタとコレクタ基板が平形パッケ
ージの電極と加圧により接触する。その他の部分はモジ
ュール構造と同様にボンデングワイヤーによって接続さ
れる。
【0011】図2は図1の過電流保護回路とIGBTと
の接続図を示す。過電流保護回路8がMOSFET1
5、ダイオード16および抵抗17で構成される。この
過電流保護回路8がIGBTとは別に構成され、点線内
に示される。複数個のIGBTのうちオン電圧の低いI
GBT2の電流検出用の付属エミッタ4が過電流保護回
路8のMOSFET15のゲート9に接続される。この
IGBT2のゲート6および主エミッタ5がダイオード
16のアノード11およびMOSFET15のソース1
0にそれぞれ接続される。またMOSFET15のゲー
ト9・ソース10間に抵抗17が接続され、ドレイン1
8がダイオード16のカソード19に接続され過電流保
護回路8が構成される。複数個のIGBTが並列接続さ
れ、一個の大容量半導体装置として動作する。この大容
量半導体装置はコレクタ端子22、エミッタ端子20お
よびゲート端子21で外部回路と接続する。また過電流
保護回路8の動作の説明で触れなかったダイオード15
の働きについて説明する。大容量半導体装置のゲート端
子21とエミッタ端子20に負ゲート電圧を印加すると
き、ゲート端子21が寄生ダイオード(図示されていな
いが、MOSFETのソース10側がアノード、ドレイ
ン18側がカソードの寄生ダイオードが構造上内蔵され
ている)を介してエミッタ端子20と短絡することを防
止するためにダイオード16が必要であり、このダイオ
ード16の存在でゲート端子21にゲート逆電圧を確実
に印加できる。
【0012】
【発明の効果】IGBTなどの電圧駆動型素子が複数個
並列に収納された大容量半導体装置において、オン電圧
の最も低い電圧駆動型素子を使って、同一パッケージに
収納された一個の共通の過電流保護回路を動作させ、全
電圧駆動型素子を同時に制御することによって、負荷短
絡時の過電流による破壊を防止し、負荷短絡耐量の向上
を図る。また複数個の電圧駆動型素子と一個の過電流保
護回路とを一個のモジュール構造のパッケージもしくは
一個の加圧接触構造(例えば平形構造)のパッケージに
収納することで、大容量半導体装置を小型化および軽量
化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は第1実施例を示し、(a)はモジュール
構造の平面図、(b)はA−Aで切断した断面図
【図2】第1実施例の過電流保護回路とIGBTとの接
続図
【図3】従来の過電流保護回路とIGBTとの接続図
【符号の説明】
1 コレクタ基板 2 低オン電圧IGBT 3 IGBT 4 付属エミッタ 5 主エミッタ 6 ゲート(IGBT) 7 絶縁板 8 過電流保護回路 9 ゲート(MOSFET) 10 ソース 11 アノード 12 エミッタ配線膜 13 ゲート配線膜 14 ボンデングワイヤー 15 MOSFET 16 ダイオード 17 抵抗 18 ドレイン 19 カソード 20 エミッタ端子 21 ゲート端子 22 コレクタ端子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電流検出用の付属エミッタを有する電圧駆
    動型素子を複数個並設し、かつMOSFETのドレイン
    とダイオードのカソードとが接続し、MOSFETのゲ
    ート・ソース間に抵抗が接続される過電流保護回路を、
    収納した大容量半導体装置において、飽和電圧(オン電
    圧)の最も低い電圧駆動型素子の付属エミッタ、主エミ
    ッタおよびゲートが過電流保護回路を構成するMOSF
    ETのゲート、ソースおよびダイオードのアノードとそ
    れぞれ接続されることを特徴とする大容量半導体装置。
  2. 【請求項2】電圧駆動型素子と過電流保護回路とが個別
    に構成されることを特徴とする請求項1記載の大容量半
    導体装置
  3. 【請求項3】複数個の電圧駆動型素子および一個の過電
    流保護回路が一個のモジュール構造のパッケージに収納
    されることを特徴とする請求項1記載の大容量半導体装
    置。
  4. 【請求項4】複数個の電圧駆動型素子および一個の過電
    流保護回路が一個の加圧接触構造のパッケージに収納さ
    れることを特徴とする請求項1記載の大容量半導体装
    置。
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US6236110B1 (en) 1999-04-05 2001-05-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power semiconductor module
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