WO2005038918A1 - パワー半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置並びに移動体 - Google Patents

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Katsunori Azuma
Shinji Shirakawa
Hiromichi Anan
Yuji Maeda
Tokihito Suwa
Toshiyuki Innami
Kazuhisa Takami
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Hitachi, Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a power semiconductor module, a power converter using the same, and a mobile body.
  • the present invention relates to a power semiconductor module using a semiconductor element, a power conversion device using the same, and a moving body.
  • the switching device can efficiently supply power to loads such as motors and the like, it is widely used for driving motors of moving objects such as electric trains and automobiles. In particular, it has recently been used to drive motors for restarting after idle stop to improve fuel efficiency for automobiles.
  • Power semiconductor elements generate heat due to switching by the operation of the power converter and steady energization. For this reason, at the joint between dissimilar materials, for example, at the joint between a single semiconductor element made of single crystal silicon and a bonding wire made of aluminum, a strain due to thermal fatigue occurs due to a difference in linear expansion coefficient.
  • conventional methods of controlling the operation 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 materials with low thermal resistance have been used. By increasing the temperature margin of power semiconductor devices and increasing the temperature margin by selecting materials, the life of power modules has been extended and reliability has been improved.
  • a temperature sensor such as a thermocouple is built in the power semiconductor module as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-149488. It is known that the change in thermal resistance due to the deterioration of each joint is grasped by the temperature monitor during use. Also, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-2755586, a method of replacing the life with the number of times the switching operation is started and counting the number of times the operation is started to grasp the life is also known. I have. Furthermore, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-106168, a power semiconductor module is disclosed. A method is also known in which a temperature detector is attached to the fuel cell, the cumulative damage rate is calculated from the temperature rise during each operation, and the life is calculated. Disclosure of the invention
  • the conventional methods for extending the life such as an operation control method with a small rise in temperature, have a problem that the size of the power semiconductor module or the cooling device increases.
  • An object of the present invention is to provide a power semiconductor module using a semiconductor element, a power conversion device using the same, and a moving body, which are small and capable of detecting deterioration of a metal bonding portion with high accuracy.
  • the present invention provides a power semiconductor module having a structure in which a surface of a power semiconductor element having an electrode on its surface and a metal plate for an electrode are metal-bonded.
  • the apparatus is provided with a joint characteristic detecting means for detecting the characteristic of the joint.
  • the joint characteristic detecting means uses a threshold value determined from a relationship between a rise in resistance or voltage due to deterioration of the joint and a life, to determine the characteristic of the joint. The deterioration is predicted.
  • the metal bonding is performed by a metal wire.
  • the present invention provides a power semiconductor module having a structure in which a surface of a power semiconductor element having an electrode on its surface and a metal plate for an electrode are metal-bonded. It is provided with a voltage terminal for detecting the characteristic.
  • the present invention provides a power semiconductor module having a structure in which a surface of a power semiconductor element having an electrode on its surface and a metal plate for an electrode are metal-bonded,
  • a power converter for performing DC-AC conversion comprising a joint characteristic detecting means for detecting a characteristic of a joint of the metal joint.
  • the joint characteristic detecting means switches to operation control lower than the rated operation when approaching the life predicted based on the detected characteristic. It is.
  • the present invention provides a power semiconductor module having a structure in which a surface of a power semiconductor element having electrodes on its surface and a metal plate for electrodes are metal-bonded, and
  • a characteristic of the joint of the metal junction is detected. This is provided with a joint characteristic detecting means for performing the above.
  • the moving body is operated in an idling stop operation mode in which the power is stopped when the moving body stops, and the power is started when the moving body starts.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a power semiconductor module according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional perspective view showing an external configuration of the power semiconductor module according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram of a joint detected by the joint characteristic detecting circuit 20 used in the power semiconductor module according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a third circuit diagram of the power semiconductor module according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a sectional perspective view showing an external configuration of a power semiconductor module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a power semiconductor module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a circuit diagram of a power converter using a power semiconductor module according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a system configuration diagram of a power converter using a power semiconductor module according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a second circuit diagram of a power converter using a power semiconductor module according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the principle of life expectancy by a power converter using a power semiconductor module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a third circuit diagram of a power converter using a power semiconductor module according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a block diagram of a moving object using the power converter according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a block diagram of a moving object using the power converter according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a power semiconductor module according to one embodiment of the present invention.
  • the power semiconductor element 2 will be described by taking IGBT as an example.
  • the power semiconductor element 2 has an upper surface voltage terminal 11, a gate terminal 12, and a lower surface voltage terminal 13.
  • the emitter of the power semiconductor element 2 is connected to ground via a plurality of metal wires 8 and a metal plate 3, as described later with reference to FIG.
  • the collector of power semiconductor element 2 is connected to lower surface voltage terminal 13 via solder.
  • 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. Therefore, a plurality of second joints are formed.
  • the resistance R t8 indicates the resistance of these first and second junctions.
  • the resistance R t9 indicates the resistance of the junction between the collector of the power semiconductor element 2 and the lower surface voltage terminal 13 by solder.
  • the junction characteristic detecting 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 characteristics of the junction based on the detected voltage value or the resistance value obtained from the voltage value, and determines the life of the junction. The method for determining the life will be described later with reference to FIG. The result of the judgment is displayed on the display 30. When the life of the joint becomes short, an alarm is issued by the alarm 32, and the characteristics and the life of the joint are stored in the memory 34.
  • the information stored in the storage unit 34 can be read from the outside by connecting the portable terminal 40.
  • the power semiconductor module is used in an electric vehicle or the like
  • the power repair car repair shop has a portable terminal 40, and data on the life of the joint is read out using the portable terminal 40. be able to.
  • FIG. 2 shows an external configuration of a power semiconductor module according to an embodiment of the present invention. It is a sectional perspective view.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
  • the power semiconductor module 1 includes a power semiconductor element 2 having electrodes on its surface, a metal plate 3 for an external electrode, a metal plate 4 for heat dissipation, an insulating plate 5 having metal plating 6 on both sides and serving as an electrode, And an insulating resin structural material 7 for supporting the
  • the lower surface of the power semiconductor element 2 is metal-bonded to a heat-dissipating metal plate 4 via an insulating plate 5 with solder 9 in order to radiate heat generated during switching and steady energization.
  • the upper surface of the semiconductor element 2 and the metal plate 3 for the external electrode are ultrasonically bonded by a plurality of metal wires 8.
  • the metal plate 3 is grounded.
  • 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 as each voltage terminal.
  • the upper voltage terminal 11 is connected to the emitter electrode of the power semiconductor device 2.
  • Gate terminal 12 is connected to the gate electrode of power semiconductor element 2.
  • Lower surface voltage terminal 13 is connected to the collector electrode of power semiconductor element 2.
  • a plurality of first joints are formed between the emitter electrode of the power semiconductor element 2 and the metal wire 8
  • a plurality of second joints are formed between the metal wire 8 and the metal plate 3.
  • the combined resistance is the resistance R t8 shown in FIG.
  • a junction is formed by solder 9 for joining the collector electrode of the power semiconductor element 2 and the lower surface voltage terminal 13, and this resistor is the resistor R t 9 shown in FIG.
  • a voltage terminal 10 of an external electrode is newly provided in order to determine the degree of deterioration of the first joint.
  • the power semiconductor element 2 generates heat when energized, and the temperature repeatedly rises and falls.
  • the power semiconductor element 2 mainly consists Tan'yui crystal silicon, while the coefficient of linear expansion of about 4. 2 X 1 0- 6 Z ° C, metallic wire 8, pure aluminum or number consists ppm of nickel-containing aluminum, the linear expansion coefficient is approximately 2 3 X 1 0- 6 Z ° C, there is a difference of about 5 times.
  • the IGBT is used as an example of the power semiconductor element 2.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram of a joint detected by the joint characteristic detecting circuit 20 used in the power semiconductor module according to the embodiment of the present invention.
  • the junction voltage gradually increases as the number of endurance increases. Due to the long-term use of the power semiconductor element, distortion occurs due to a difference in linear expansion coefficient, and cracks are generated and propagated at the joints of the metal wires 8 joined on the upper surface of the power semiconductor element 2. Due to the cracks and propagation, the bonding area of the metal wire 8 gradually decreases over a long period of use, and this portion is gradually enlarged by the electric wire. At points D1, D2, and D3, the curves showing the characteristics are bent, and the voltage value sharply increases at each point. This is because, as shown in FIG.
  • the threshold value VL is, for example, about lOOmV.
  • the value of this threshold depends on the circuit configuration.
  • the current life (current metal junction voltage V—initial metal junction voltage V 0) / (threshold value VL—initial metal junction voltage value V0) to calculate the life (%). Can be.
  • the joint characteristic detection circuit 20 displays the determined 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 reaches the threshold value VL or approaches the threshold value VL.
  • the junction characteristic detection circuit 20 stores the detected voltage value of the junction or the determined life of the junction in the storage unit 34. The stored content can be read from the storage unit 34 by using the external terminal 40.
  • the junction characteristic detection circuit 2OA 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 2OA monitors the resistance Rt8 of the junction of the metal wire 8 and the resistance Rt9 of the junction of the solder 9.
  • the voltage of the power semiconductor element 2 is also included.
  • the voltage of the power semiconductor element 2 changes according to the temperature. Therefore, a temperature sensor 52 for detecting the temperature of the power semiconductor element 2 and a temperature correction circuit 50 for correcting the 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 2OA corrects the temperature based on the output of the temperature correction circuit 50, detects the characteristics of the junction, and determines the life of the junction. The results are shown in Figure 1. As described above, the information is output to the display 30, the alarm 32, and the storage unit 34.
  • the junction characteristic detection circuit 2OA 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 2OA monitors the resistance Rt9 of the junction of the solder 9.
  • the temperature is corrected by the temperature sensor 52 and the temperature correction circuit 50.
  • the junction characteristic detection circuit 2OA corrects the temperature based on the output of the temperature correction circuit 50, detects the characteristics of the junction, and determines the life of the junction. The result of the determination is output to the display 30, the alarm 32, and the storage 34 as shown in FIG.
  • the measurement can be performed at almost the same temperature every time. Voltage measurement by resistance becomes possible. Therefore, if the measurement is performed at substantially the same temperature as immediately after energization, the temperature sensor 52 and the temperature correction circuit 50 become unnecessary.
  • FIG. 6 is a 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.
  • This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 2 in that the voltage terminal 1OA on the external electrode side is provided in the same shape as the electrodes 11, 12, 13 of the power semiconductor element.
  • the voltage terminal 10A is connected to the external electrode 3 by a metal wire 8B.
  • 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.
  • the present embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 1 in that the junction characteristic detection circuit 20 is connected to the upper surface voltage terminal 11 and the voltage terminal 1 OA, and the voltage across the resistor R t8. Is to detect The junction characteristic detection circuit 20 detects the characteristics of the junction based on the detected voltage value or the resistance value obtained from the voltage value, and determines the life of the junction. The judgment result is output to the display 30, the alarm 32, and the storage unit 34, as in FIG.
  • the influence of the voltage generated by the external electrode 3 in FIG. 2 and the influence of the contact resistance of the voltage terminal 10 in FIG. 2 are excluded from the example shown in FIG. Voltage can be measured with high accuracy.
  • the present embodiment it is only necessary to provide an external terminal and measure the voltage of the junction, so that the device is small and the deterioration of the metal junction can be accurately detected.
  • FIG. 8 shows a power conversion using a power semiconductor module according to an embodiment of the present invention. It is a circuit diagram of a device.
  • FIG. 9 is a system configuration diagram of a power converter using a power semiconductor module according to an embodiment of the present invention.
  • the power conversion device 16 when controlling the three-phase AC motor 17, the power conversion device 16 includes six power semiconductor elements 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, and 2f. Then, the DC current of the battery 19 is converted into a three-phase AC current and supplied to the motor 17. For example, power semiconductor elements 2 a and 2 b generate a U-phase AC current, power semiconductor elements 2 c and 2 d generate a V-phase AC current, and power semiconductor elements 2 e and 2 f generate a W-phase AC current. Generates an alternating current.
  • the gate voltages of the power semiconductor elements 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, and 2f are controlled by a motor control unit (MCU) 60, and the switching operation is performed.
  • the capacitor 18 is used as a filter capacitor.
  • the upper power semiconductor elements 2a, 2c, 2e are connected to a high voltage
  • the lower power semiconductor elements 2b, 2d, 2f are connected to ground.
  • the junction characteristic detection circuit 20 detects the voltage between both ends of the metal wire junction of the lower power semiconductor element 2d at the center by the configuration shown in FIG.
  • the motor control unit 60 performs switching driving of a power semiconductor element included in the power conversion device 16 according to an output of a sensor 62 that detects an intention such as a degree of driver's acceleration. .
  • the motor drive current supplied from the battery 19 to the motor 17 is controlled.
  • the sensor 62 for example, an accelerator opening sensor is used.
  • FIG. 10 is a second circuit diagram of a power converter using a power semiconductor module according to one embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 8 indicate the same parts.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the principle of life expectancy by a power converter using a power semiconductor module according to an embodiment of the present invention.
  • 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 prediction so far.
  • the prediction result is displayed on the display 30.
  • the displayed content is, for example, "The life of this device is X years y months z days.” As a result, the user can grasp the life in time.
  • FIG. 12 is a third circuit diagram of a power converter using a power semiconductor module according to one embodiment of the present invention.
  • the junction characteristic detection circuit 20 B sends the power save signal PS to the motor control unit 60. Output.
  • the control unit 60 reduces the current supplied to the motor 17 and reduces the output torque of the motor to perform the power save operation.
  • the life when outputting the power save signal is, for example, 95%.
  • the display “go” indicates “current life ⁇ ⁇ %. Is running ". As a result, when the service life is approaching, the operation is restricted and damage caused by stopping the motor can be prevented.
  • FIG. 13 is a block diagram of a moving object using the power converter according to one embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 12 indicate the same parts.
  • the moving body 70 is an electric vehicle such as an electric vehicle driven by only 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.
  • the junction characteristic detection circuit 20 B outputs the power save signal
  • the display shows “Current life x x%. During power save operation. Check it” on the display 30. This makes it possible to know when to replace the power converter, thereby reducing costs and mounting it on a mobile object. In particular, it is effective as a power conversion device in a conduction mode such as driving a motor for idling stop to improve fuel efficiency for automobiles.
  • FIG. 14 is a block diagram of a moving object using the power converter according to one embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 13 indicate the same parts.
  • the engine control unit (ECU) 70 supplies fuel to the engine 80 in accordance with the engine speed detected by the crank angle sensor 92 and the amount of intake air detected by the air flow sensor 93. Controls injection amount and ignition timing.
  • the ECU 70 detects, for example, that the brake pedal is being depressed by a brake pedal sensor 94 and that the vehicle speed sensor 95 detects that the vehicle speed is 0 kmZh and the vehicle is stopped. When the conditions are met, stop the engine 80 Stop and idle stop. After that, when the brake pedal sensor 94 stops the depression of the brake and the accelerator pedal sensor 96 detects that the accelerator pedal has been depressed, a motor drive command is issued to the MCU 60. Send. When the motor 17 is driven by the MCU 60, the moving object starts moving.
  • the ECU 70 When the ECU 70 detects that the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 95 has become faster than 0 kmZh and the moving object has begun to move, the ECU 70 starts fuel injection control and ignition timing control, and the engine 80 Restart. As described above, at the time of idle stop, the moving body is started to be moved by the motor 17, and thereafter, the engine 70 is restarted.
  • deterioration of a metal joint is detected by a rise in resistance or a rise in voltage, whereby a power semiconductor module, a power conversion device using the same, and an electric vehicle
  • a rise in resistance or a rise in voltage whereby a power semiconductor module, a power conversion device using the same, and an electric vehicle
  • the present invention it is possible to obtain a small-sized power semiconductor module using a semiconductor element capable of accurately detecting deterioration of a metal joint, a power converter using the same, and a moving body.

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Abstract

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及びそれを用いた電力変換装置並びに移動体を提供することにある。パワー半導体素子(2)の表面電極と電極用の金属板(3)は、金属ワイヤ(8)により金属接合される。接合部特性検出回路(20)は、金属接合の接合部の特性を検出し、接合部の劣化による抵抗RT8の上昇と寿命の関係から決定したしきい値VLを用いて、接合部の劣化を予測する。

Description

パワー半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置並びに移動体 技術分野
本発明は、 半導体素子を用いたパワー半導体モジュール及びそれを用いた電力 変換装置並びに移動体に関する。 明
背景技術
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 書
換装置は、 モー夕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夕の駆動に使われ つつある。
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ヮ 一半導体素子と、 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。
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— 1 4 9 4 8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 夕一により把握するものが知られている。 また、 特開平 8— 2 7 5 5 8 6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 2 0 0 2 - 1 0 1 6 6 8号公報に記載されるように、 パワー半導体モジユー 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。 発明の開示
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、 パヮ一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。
また、 特開平 7— 1 4 9 4 8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。
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及びそれを用いた電力変換装置並び に移動体を提供する。
( 1 ) 上記目的を達成する'ために、 本発明は、 表面に電極をもつパワー半導体 素子の表面と電極用の金属板を金属接合した構造を有するパワー半導体モジュ一 ルにおいて、 前記金属接合の接合部の特性を検出する接合部特性検出手段を備え 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。
( 2 ) 上記 （1 ) において、 好ましくは、 前記接合部特性検出手段は、 前記接 合部の劣化による抵抗若しくは電圧の上昇と寿命の関係から決定したしきい値を 用いて、 前記接合部の劣化を予測するようにしたものである。
( 3 ) 上記 （1 ) において、 好ましくは、 前記金属接合は、 金属ワイヤにより 接合されるものである。
( 4 ) 上記 （1 ) において、 好ましくは、 前記接合部特性検出手段によって検 出された接合部の特性を記憶する記憶手段を備えるようにしたものである。 ( 5 ) 上記 （1 ) において、 好ましくは、 前記接合部特性検出手段によって前 記金属接合の接合部の特性を検出する電圧端子を備えたものである。
( 6 ) 上記目的を達成するために、 本発明は、 表面に電極をもつパワー半導体 素子の表面と電極用の金属板を金属接合した構造を有するパワー半導体モジユー ルにおいて、 前記金属接合の接合部の特性を検出する電圧端子を備えるようにし 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。
( 7 ) また、 上記目的を達成するために、 本発明は、 表面に電極をもつパワー 半導体素子の表面と電極用の金属板を金属接合した構造を有するパワー半導体モ ジュールを複数個有し、 直流一交流変換をする電力変換装置において、 前記金属 接合の接合部の特性を検出する接合部特性検出手段を備え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。
( 8 ) 上記 （7 ) において、 好ましくは、 前記接合部特性検出手段は、 検出さ れた特性に基づいて予測された寿命に近づくと、 定格運転より低い運転制御に切 り替えるようにしたものである。
( 9 ) 上記目的を達成するために、 本発明は、 表面に電極をもつパワー半導体 素子の表面と電極用の金属板を金属接合した構造を有するパワー半導体モジユー ルを複数個有し、 直流一交流変換をする電力変換装置と、 この電力変換装置によ つて直流から交流に変換された電力を用いて駆動するモー夕とを有する移動体に おいて、 前記金属接合の接合部の特性を検出する接合部特性検出手段を備えるよ 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。
( 1 0 ) 上記 （9 ) において、 好ましくは、 前記移動体は、 前記移動体の停車 時に動力を停止し、 発進時に動力を起動するアイドリングストップの運転モード により運転されるものである。 図面の簡単な説明
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。 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。
図 3は、 本発明の一実施形態によるパヮ一半導体モジュールに用いる接合部特 性検出回路 2 0によって検出される接合部の特性図である。
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。
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。
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。
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。 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。
図 1 0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。
図 1 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。
図 1 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を用いた電力変 換装置の第 3の回路図である。
図 1 3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。
図 1 4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。 発明を実施するための最良の形態
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ユー 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。 パワー半導体素子 2は、 ここでは、 I G B T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 1 1と、 ゲート端子 1 2と、 下面電圧端子 1 3とを備 えている。 パワー半導体素子 2のェミッタは、 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 1 3に接続される。 こ こで、 パヮ一半導体素子 2のェミツ夕と金属ワイヤ 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 R t 8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 R t 9は、 パワー半導体素子 2の コレクタと下面電圧端子 1 3を接合するハンダによる接合部の抵抗を示している。 接合部特性検出回路 2 0は、 上面電圧端子 1 1と、 新たに設けられた電圧端子 1 0に接続され、 抵抗 R t 8の両端電圧を検出する。 接合部特性検出回路 2 0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 3 0に表示され、 接合部の寿命が短くなる と警報器 3 2により警報し、 また、 接合部の特性や寿命を記憶部 3 4に記憶する。 記憶部 3 4に記憶された情報は、 携帯端末 4 0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、 力一ディ一ラゃ自動車の修理工場が携帯端末 4 0を有しており、 この携帯端末 4 0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。
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。 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、 両面が金属メツキ 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、 パヮ —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 （ェミツ夕） 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 1 1 , ゲート端子 1 2 , 下面電圧端子 1 3が設けられている。 上 面電圧端子 1 1は、 パワー半導体素子 2のェミッタ電極に接続される。 ゲート端 子 1 2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 1 3は、 パワー半導体素子 2のコレクタ電極に接続される。
ここで、 パワー半導体素子 2のェミツ夕電極と金属ワイヤ 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 R t 8である。 また、 パヮ 一半導体素子 2のコレクタ電極と下面電圧端子 1 3を接合するハンダ 9による接 合部が形成され、 この抵坊が、 図 1に示した抵抗 R t 9である。
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 1 0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 X 1 0— 6Z°C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 2 3 X 1 0— 6Z°C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 1 0および 上面端子 1 1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 つて、 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。
なお、 以上の説明では、 パワー半導体素子 2として、 I G B Tを例にしている が、 MO S F E Tを用いた場合についても同様である。
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 2 0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 2 0によって検出される接合部の特性図である。
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ィッチン グ回数を示している。 縦軸は、 接合部特性検出回路 2 0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。
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、 この部分は電気抵坊が徐々に大きくなる。 この中で、 点 D l， D 2 , D 3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力所ないし数力所が切断され、 パワー半 導体素子 2のェミツ夕電極と金属板 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。
点 D 4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 D 1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 D 1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、 設計マージンをとつ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。
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 V0は、 殆ど 0 Vである。 一方、 しきい値 VLは、 例えば、 l O O mV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。
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 V 0) / (しきい値 VL—初期の金属接合部電圧値 V0) として、 寿命 （％) を求める ことができる。
接合部特性検出回路 2 0は、 求められた寿命を表示器 3 0に表示する。 また、 接合部特性検出回路 2 0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 3 2から警報を出力する。 さらに、 接合部特 性検出回路 2 0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 3 4に記憶する。 記憶された内容は、 外部端末 4 0を用いることにより、 記憶部 3 4から読み出すことができる。
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。
接合部特性検出回路 2 O Aは、 下面電圧端子 1 3と、 新たに設けられた電圧端 子 1 0に接続され、 抵抗 R t 8および抵抗 R t 9の両端電圧を検出する。 すなわち、 接合部特性検出回路 2 O Aは、 金属ワイヤ 8の接合部の抵抗 R t 8とハンダ 9の接 合部の抵抗 R t 9をモニターする。
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 ヮー半導体素子 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 5 2と、 温度センサ 5 2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 5 0を備える。 接合部特性検出回路 2 O Aは、 温度補正回路 5 0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 3 0 , 警報器 3 2 , 記憶部 3 4に出力する。
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 つて、 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 5 2や、 温度補正回路 5 0は不要となる。
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。
接合部特性検出回路 2 O Aは、 下面電圧端子 1 3と、 上面電圧端子 1 1に接続 され、 抵抗 R t 9の両端電圧を検出する。 すなわち、 接合部特性検出回路 2 O Aは、 ハンダ 9の接合部の抵抗 R t 9をモニタ一する。
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 5 2と温度補正回路 5 0とにより温度補正する。 接合部特性検出回路 2 O A は、 温度補正回路 5 0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 3 0 , 警 報器 3 2 , 記憶部 3 4に出力する。
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 つて、 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 5 2や、 温度補正回路 5 0は不要となる。
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。
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。
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 1 O Aをパワー半導体素子の電極 1 1， 1 2， 1 3と同様の形状で設けたと ころである。 電圧端子 1 0 Aは、 金属ワイヤ 8 Bによって外部電極 3と接続され ている。
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。
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 2 0は、 上面電圧端子 1 1と、 電圧端子 1 O Aに接続され、 抵抗 R t 8の両端電 圧を検出することである。 接合部特性検出回路 2 0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 3 0， 警報器 3 2 , 記憶 部 3 4に出力される。
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 1 0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。
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。
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。
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 ユ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ユー ルを用いた電力変換装置のシステム構成図である。
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 2 a， 2 b, 2 c, 2 d, 2 e, 2 f を備えており、 ノ 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 2 a， 2 bは、 U相交流電流を生成し、 パワー半導体素子 2 c, 2 dは、 V相交流電流を生成し、 パワー半導体素子 2 e, 2 f は、 W相交 流電流を生成する。 パワー半導体素子 2 a， 2 b， 2 c， 2 d， 2 e, 2 f 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、 スィ ツチング動作する。 なお、 コンデンサ 18は、 フィル夕コンデンサとして用いら れている。
上側パワー半導体素子 2 a, 2 c, 2 eは高電圧に接続され、 下側パワー半導 体素子 2 b， 2 d, 2 f 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 2 b, 2 d， 2 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 2 b， 2 ί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 2 d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 2 d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。
図 9に示すように、 モー夕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。 これによつて、 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。
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 R t 8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 2 0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 3 0に表示され、 接 合部の寿命が短くなると警報器 3 2により警報し、 また、 接合部の特性や寿命を 記憶部 3 4に記憶する。 記憶部 3 4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。
次に、 図 1 0および図 1 1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 1 0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 1 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。
図 1 0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 2 2を備えている。 寿命予測回路 2 2は、 図 1 1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 3 0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。
次に、'図 1 2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 1 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。 本実施形態では、 接合部特性検出回路 2 0 Bは、 判定された半導体パワーモジ ユールの寿命が所定に寿命になると、 モ一タコントロールュニット 6 0に対して、 パヮ一セ一ブ信号 P Sを出力する。 モ一夕コントロールユニット 6 0は、 パワー セーブ信号が入力すると、 モータ 1 7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、 9 5 %とする。 また、 パワーセーブ信号を出力したときは、 表示器 g oに、 「現在寿命 χ χ %。 パヮ一セ 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、 モー夕の停止による損害を防ぐことができる。
次に、 図 1 3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 1 3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 1 2と同一符号は、 同一部分を示している。
移動体 7 0は、 モータ 1 7のみによって駆動される電気自動車や、 モータとェ ンジンによって駆動されるハイプリット自動車等の電動車両である。 モータ 1 7 は、 図 1 2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 2 0 Bがパワーセーブ信号を出力したときは、 表示器 3 0に、 「現在寿命 x x %。 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。
ここで、 図 1 4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 1 4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 1 3と同一符号は、 同一部分を示している。
本実施形態は、 モータ 1 Ίに加えて、 エンジン 8 0を備えているハイプリット 自動車に適用した場合を示している。 例えば、 モータ 1 7によって前輪を駆動し、 エンジン 8 0によって後輪を駆動する。 なお、 モータ 1 7によって後輪を駆動し、 エンジン 8 0によって前輪を駆動するものでもよく、 モータ 1 7及びエンジン 8 0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。
エンジンコント口一ルュニット ( E C U) 7 0は、 クランク角センサ 9 2によ つて検出されたエンジン回転数や、 空気流量センサ 9 3によって検出された吸入 空気量等に応じて、 エンジン 8 0に対する燃料噴射量や点火時期を制御する。 E C U 7 0は、 例えば、 ブレーキペダルセンサ 9 4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 9 5によって車速が 0 k mZ 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 8 0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 9 4によってプ レーキの踏込みが中止され、 アクセルペダルセンサ 9 6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、 M C U 6 0に モータ駆動の指令を送る。 M C U 6 0によってモータ 1 7が駆動されると、 移動 体が移動を始める。 E C U 7 0は、 車速センサ 9 5によって検出される車速が 0 k mZ 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 8 0を再始動する。 以上のようにして、 ァ イドルストップ時には、 モータ 1 7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 7 0を再始動する。
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。 産業上の利用可能性
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半 導体素子を用いたパワー半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置並びに 移動体を得ることができる。

Claims

請求の範囲
1 . 表面に電極をもつパワー半導体素子の表面と電極用の金属板を金属接合した 構造を有するパワー半導体モジュールにおいて、
前記金属接合の接合部の特性を検出する接合部特性検出手段を備えたことを特 徴とするパワー半導体モジュール。
2 . 請求項 1記載のパヮ一半導体モジュールにおいて、
前記接合部特性検出手段は、 前記接合部の劣化による抵抗若しくは電圧の上昇 と寿命の関係から決定したしきい値を用いて、 前記接合部の劣化を予測すること を特徴とするパワー半導体モジュール。
3 . 請求項 1記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記金属接合は、 金属ワイヤにより接合されることを特徴とするパワー半導体 モジュール。
4. 請求項 1記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記接合部特性検出手段によって検出された接合部の特性を記憶する記憶手段 を備えたことを特徴とするパワー半導体モジュール。
5 . 請求項 1記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記接合部特性検出手段によって前記金属接合の接合部の特性を検出する電圧 端子を備えたことを特徴とするパワー半導体モジュール。
6 . 表面に電極をもつパワー半導体素子の表面と電極用の金属板を金属接合した 構造を有するパワー半導体モジュールにおいて、
前記金属接合の接合部の特性を検出する電圧端子を備えたことを特徴とするパ ヮー半導体モジュール。
7 . 表面に電極をもつパワー半導体素子の表面と電極用の金属板を金属接合した 構造を有するパワー半導体モジュールを複数個有し、 直流一交流変換をする電力 変換装置において、
前記金属接合の接合部の特性を検出する接合部特性検出手段を備えたことを特 徴とする電力変換装置。
8 . 請求項 7記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記接合部特性検出手段は、 検出された特性に基づいて予測された寿命に近づ くと、 定格運転より低い運転制御に切り替えることを特徴とする電力変換装置。
9 . 表面に電極をもつパワー半導体素子の表面と電極用の金属板を金属接合した 構造を有するパワー半導体モジュールを複数個有し、 直流一交流変換をする電力 変換装置と、 この電力変換装置によって直流から交流に変換された電力を用いて 駆動するモータとを有する移動体において、
前記金属接合の接合部の特性を検出する接合部特性検出手段を備えたことを特 徴とする移動体。
1 0 . 請求項 9記載の移動体において、
前記移動体は、 前記移動体の停車時に動力を停止し、 発進時に動力を起動する アイドリングストップの運転モードにより運転されることを特徴とする移動体。
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