WO2018225188A1 - 断線判定装置及びパワーモジュール - Google Patents

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WO2018225188A1
WO2018225188A1 PCT/JP2017/021140 JP2017021140W WO2018225188A1 WO 2018225188 A1 WO2018225188 A1 WO 2018225188A1 JP 2017021140 W JP2017021140 W JP 2017021140W WO 2018225188 A1 WO2018225188 A1 WO 2018225188A1
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current
current path
semiconductor element
total
unit
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PCT/JP2017/021140
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English (en)
French (fr)
Inventor
和之 指田
奈津紀 竹原
Original Assignee
新電元工業株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/54—Testing for continuity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices

Definitions

  • the present invention relates to a disconnection determination device and a power module.
  • a semiconductor module such as a power module is configured such that a semiconductor element and the same wiring part such as a substrate are connected by a plurality of wires, and a current flowing between the semiconductor element and the wiring part is divided into a plurality of wires and flows. There is something that was done.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which a current detector is provided in a semiconductor element in order to detect disconnection of some of the plurality of wires connected as described above.
  • the current detector is connected between the two electrode pads of the semiconductor element respectively connected to the two wires.
  • the wire breakage is based on the induced current flowing in the closed loop circuit. Determine presence or absence.
  • Patent Document 1 it is necessary to separate the two electrode pads of the semiconductor element from the circuit in the semiconductor element in order to form a closed loop circuit. For this reason, when detecting the disconnection of a wire, there exists a problem that an electric current cannot be sent through the circuit in a semiconductor element, and the function of a semiconductor element cannot be performed.
  • One embodiment of the present invention is a disconnection determination device and a power module that can detect a disconnection of a current path portion such as a wire in a state where the function of the semiconductor element can be performed and can be applied to a conventionally well-known semiconductor element having only a predetermined function.
  • the purpose is to provide.
  • the disconnection determination device as one aspect of the present invention includes a total current detection unit that detects a total current flowing in a plurality of current path units connected to a semiconductor element, and a first current path unit among the plurality of current path units.
  • a first current detection unit that detects a flowing first current, and a determination unit that determines whether at least one of the current path units is disconnected based on the detected total current and the value of the first current And comprising.
  • a power module as one aspect of the present invention includes a semiconductor element, a plurality of current path portions connected to the semiconductor element, a total current detection unit that detects a total current flowing through the plurality of current path portions, and the plurality of current modules.
  • a first current detection unit that detects a first current flowing through the first current path unit, and at least one current path unit based on the detected total current and the value of the first current
  • a determination unit that determines whether or not is disconnected.
  • the disconnection of the current path portion can be detected in a state where a current is passed through a circuit in the semiconductor element, that is, in a state where the function of the semiconductor element can be executed.
  • the total current detection unit and the first current detection unit detect a current flowing in a current path unit connected to the semiconductor element. For this reason, the total current detector and the first current detector can be arranged outside the semiconductor element. Therefore, the disconnection determination device of the present invention can be applied not only to a semiconductor element provided with a current detection unit as in the prior art but also to a conventionally known semiconductor element having only a predetermined function. That is, the versatility of the disconnection determination device can be improved.
  • the determination unit can determine whether or not the current path unit is disconnected based on the current flowing through the semiconductor element (total current detected by the total current unit). Since the total current does not change regardless of whether or not some of the current path sections are disconnected, even if the current flowing through the semiconductor element (total current) changes over time, some of the current path sections are disconnected. It can be judged correctly.
  • FIG. 4 is a schematic plan view illustrating a configuration example of a total current detection unit and a first current detection unit in FIG. 1-3. It is a figure which shows an example of the relationship between the total current detected in the total current detection part of FIG. 1-3, a 1st current detection part, a 1st current, and a threshold value.
  • the disconnection determination device 1 determines whether or not the current path portions 12A and 12B connected to the semiconductor element 11 in the power module 10 are disconnected.
  • the configuration of the power module 10 that is a determination target of disconnection will be described.
  • the power module 10 includes a semiconductor element 11 and a plurality of current path portions 12 ⁇ / b> A and 12 ⁇ / b> B connected to the semiconductor element 11.
  • the semiconductor element 11 and the plurality of current path portions 12A and 12B constitute a main circuit of the power module 10.
  • the power module 10 of the present embodiment will be described more specifically.
  • the power module 10 includes a semiconductor element 11, a circuit board 13, and connectors 14A, 14B, and 14C.
  • the circuit board 13 includes a substrate 15 and a plurality of wiring portions 16 formed on the first main surface 15a (one main surface) of the substrate 15.
  • the substrate 15 has electrical insulation.
  • Each wiring part 16 has material conductivity with high electrical conductivity, such as copper foil.
  • the plurality of wiring portions 16 are arranged on the first main surface 15a of the substrate 15 with a space therebetween.
  • the plurality of wiring parts 16 include a mounting wiring part 17, a connection wiring part 18, and a merging wiring part 19.
  • the plurality of wiring parts 16 also include a control wiring part 20.
  • the semiconductor element 11 is mounted on the mounting wiring portion 17.
  • the mounting wiring portion 17 is electrically connected to a first electrode (not shown) of the semiconductor element 11 described later.
  • the connection wiring portion 18 is electrically connected to the second electrode 22 of the semiconductor element 11 via connectors 14A and 14B described later.
  • one connection wiring part 18 may be provided, but in the present embodiment, the connection wiring part 18 is divided into two parts, a first connection wiring part 18A and a second connection wiring part 18B.
  • the junction wiring portion 19 is electrically connected to the connection wiring portion 18 by a relay connection portion (second relay connection portion) described later.
  • the control wiring unit 20 is electrically connected to the third electrode 23 of the semiconductor element 11 through a connector 14C described later.
  • the semiconductor element 11 only needs to be able to pass a current between the first electrode and the second electrode 22.
  • the semiconductor element 11 of this embodiment is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) which is a kind of transistor.
  • the first electrode is a collector electrode
  • the second electrode 22 is an emitter electrode.
  • the semiconductor element 11 of this embodiment also has a gate electrode as the third electrode 23. 1 and 2, the second electrode 22 of the semiconductor element 11 is divided into a plurality (four in the illustrated example), but is not limited thereto.
  • the 2nd electrode 22 should just be formed so that the some connector 14A, 14B mentioned later can be joined at least.
  • the connectors 14A, 14B, and 14C electrically connect the semiconductor element 11 and the circuit board 13 described above.
  • the connectors 14A, 14B, and 14C of the present embodiment include main connectors 14A and 14B that connect the second electrode 22 of the semiconductor element 11 to the connection wiring portion 18 of the circuit board 13, and a third electrode 23 of the semiconductor element 11. Are connected to the control wiring portion 20 of the circuit board 13.
  • One end of each connector 14A, 14B, 14C is joined to the electrode (second electrode 22, third electrode 23) of the semiconductor element 11.
  • the other ends of the connectors 14A, 14B, and 14C are joined to the connection wiring portion 18 and the control wiring portion 20 of the circuit board 13.
  • the connectors 14A, 14B, and 14C may be conductive plate materials (connection plates), for example.
  • the connectors 14A, 14B, and 14C of the present embodiment are bonding wires (wires).
  • the main connectors 14A and 14B are formed thick (for example, thicker than the control connector 14C). Further, the semiconductor element 11 and the connection wiring portion 18 are connected by a plurality of main connectors 14A and 14B.
  • the cross sections of the main connectors 14A and 14B (current flow path cross sections) orthogonal to the current flow direction in the main connectors 14A and 14B are equal to each other among the plurality of main connectors 14A and 14B.
  • some main connectors 14A (first main connectors 14A) among the plurality of main connectors 14A and 14B are joined to the first connection wiring portion 18A.
  • the number of first main connectors 14A joined to the first connection wiring portion 18A may be plural, for example, but is one in this embodiment.
  • the remaining main connector 14B (second main connector 14B) is joined to the second connection wiring portion 18B.
  • the number of second main connectors 14B joined to the second connection wiring portion 18B may be arbitrary as long as it is at least the number of first main connectors 14A.
  • the number of the second main connectors 14B in the present embodiment is three.
  • the power module 10 of the present embodiment includes a first relay connection portion 25A that electrically connects the connection wiring portion 18 (second connection wiring portion 18B) and the junction wiring portion 19.
  • the first relay connection portion 25A may be configured to be harder to break than at least the main connectors 14A and 14B.
  • the first relay connection portion 25A may be, for example, a bonding wire or a connection plate.
  • the first relay connecting portion 25A of the present embodiment includes a pair of conductive relay pins 26 and 26 and a relay plate 27.
  • Each relay pin 26, 26 is formed in a rod shape, and extends in the thickness direction of the circuit board 13 from the connection wiring portion 18 (second connection wiring portion 18 ⁇ / b> B) and the junction wiring portion 19, respectively.
  • the relay plate 27 is disposed at a position spaced from the circuit board 13 and is fixed to leading ends of the pair of relay pins 26 and 26 in the extending direction.
  • connection wiring part 18 is divided into two parts, a first connection wiring part 18A and a second connection wiring part 18B.
  • the power module 10 of the present embodiment further includes a second relay connection portion 25B that electrically connects the first connection wiring portion 18A and the second connection wiring portion 18B.
  • the second relay connection unit 25B may be configured in the same manner as the first relay connection unit 25A.
  • the second relay connection portion 25B of the present embodiment includes a pair of relay pins 26 and 26 extending from the first connection wiring portion 18A and the second connection wiring portion 18B, respectively, and ends of the pair of relay pins 26 and 26 in the extending direction. And a relay plate 27 fixed to the section.
  • the two relay connection portions 25A and 25B described above are arranged on the circuit board 13 so that the arrangement direction of the pair of relay pins 26 and 26 (longitudinal direction of the relay plate 27) is parallel to each other. .
  • the first route is a route that sequentially passes through the first main connector 14A, the first connection wiring portion 18A, the second relay connection portion 25B, the second connection wiring portion 18B, and the first relay connection portion 25A.
  • the second route is a route that sequentially passes through the second main connector 14B, the second connection wiring portion 18B, and the first relay connection portion 25A.
  • the magnitude of the current flowing through the second relay connection portion 25B is equal to the magnitude of the current (first current) flowing through the first main connector 14A connected to the first connection wiring portion 18A.
  • the magnitude of the current flowing through the second relay connection portion 25B is the magnitude of the first current flowing through the plurality of first main connectors 14A. Is equal to In the present embodiment, since one first main connector 14A is connected to the first connection wiring portion 18A, the magnitude of the current flowing through the second relay connection portion 25B flows through one first main connector 14A. Equal to the magnitude of the first current. Further, the magnitude of the current flowing through the first relay connection portion 25A is equal to the magnitude of the total current flowing through the plurality of main connectors 14A and 14B.
  • each of the current path portions 12A and 12B described above includes one main connector 14A and 14B, and the main connector 14A and 14B and the semiconductor element 11.
  • This includes a joint portion between the second electrode 22 and the connection wiring portion 18 of the circuit board 13. That is, the number of current path portions 12A and 12B is equal to the number of main connectors 14A and 14B.
  • the current path portion 12A including the first main connector 14A is referred to as a first current path portion 12A.
  • the current path portion 12B including the second main connector 14B is referred to as a second current path portion 12B.
  • the first current path portion 12A may be plural, for example, like the first main connector 14A described above, but is one in the present embodiment. Further, the number of the second current path portions 12B may be arbitrary as long as it is at least the number of the first current path portions 12A, similarly to the second main connector 14B described above. The number of the second current path portions 12B in the present embodiment is three.
  • the disconnection determination device 1 includes a total current detection unit 2, a first current detection unit 3, and a determination unit 4.
  • the total current detection unit 2 and the first current detection unit 3 are provided in the power module 10. That is, the power module 10 of the present embodiment includes the total current detection unit 2 and the first current detection unit 3.
  • the determination unit 4 may be provided in the power module 10 similarly to the total current detection unit 2 and the first current detection unit 3, for example, or may be provided separately from the power module 10, for example. . That is, the power module 10 may or may not include the determination unit 4.
  • the total current detection unit 2 detects the total current flowing through the plurality of current path units 12A and 12B.
  • the total current detection unit 2 is the total current (total current) flowing through the plurality of (all) main connectors 14A and 14B forming the plurality of current path units 12A and 12B in the power module 10 described above. May be detected.
  • the total current detection unit 2 may be provided in the plurality of main connectors 14A and 14B, for example, but is provided in the first relay connection unit 25A in the present embodiment.
  • the total current detection unit 2 detects the current flowing through the first relay connection unit 25A. As described above, the current flowing through the first relay connection portion 25A is equal to the total current flowing through the plurality of main connectors 14A and 14B. For this reason, the total current detection unit 2 provided in the first relay connection unit 25A can substantially detect the total current flowing through the plurality of main connectors 14A and 14B (current path units 12A and 12B).
  • the first current detection unit 3 detects a first current flowing through the first current path unit 12A among the plurality of current path units 12A and 12B.
  • the 1st electric current detection part 3 should just detect the electric current (1st electric current) which flows into 14 A of 1st main connection parts 12A among the power modules 10 mentioned above.
  • the first current detection section 3 outputs the total current flowing through the plurality of first current path sections 12A (first main connectors 14A). What is necessary is just to detect as one electric current.
  • the first current detector 3 since there is one first current path portion 12A (first main connector 14A), the first current detector 3 has one first current path portion 12A (first main connector 14A). Is detected as the first current.
  • the first current detection unit 3 may be provided in the first main connector 14A, but in the present embodiment, the first current detection unit 3 is provided in the second relay connection unit 25B.
  • the first current detection unit 3 detects a current flowing through the second relay connection unit 25B.
  • the first current detection unit 3 provided in the second relay connection unit 25B is The first current flowing through the first main connector 14A (first current path portion 12A) can be detected substantially.
  • the total current detection unit 2 and the first current detection unit 3 described above may be arbitrarily configured, such as a current transformer.
  • the total current detection unit 2 and the first current detection unit 3 are both configured by a Rogowski coil 31.
  • the Rogowski coil 31 of this embodiment is configured by a multilayer wiring board 32.
  • the multilayer wiring board 32 two wirings 33A and 33B constituting the Rogowski coil 31, a through hole 34 penetrating in the thickness direction of the multilayer wiring board 32, and a current detected in the Rogowski coil 31 will be described later.
  • Two output terminals 35 and 35 for outputting to the determination unit 4 are formed.
  • the first wiring 33 ⁇ / b> A is connected to one output terminal 35 and constitutes a turning coil of the Rogowski coil 31.
  • the turning coil is formed in a region around the through hole 34 in the multilayer wiring board 32 and extends to one side (counterclockwise in FIG. 4) in the circumferential direction centering on the through hole 34.
  • the turning coil is formed in a spiral shape with the circumferential direction of the through hole 34 as an axis.
  • the second wiring 33 ⁇ / b> B is connected to the other output terminal 35 and constitutes a return coil of the Rogowski coil 31.
  • the return coil is formed in a region around the through hole 34 in the multilayer wiring board 32, similarly to the turning coil.
  • the return coil is connected to the tip 33A1 in the extending direction of the turning coil in the circumferential direction of the through hole 34, and extends from the tip 33A1 of the turning coil to the other side in the circumferential direction of the through hole 34 (clockwise in FIG. 4).
  • the return coil may be simply formed in an arc shape extending in the circumferential direction, or may be formed in a spiral shape similar to the turning coil.
  • the multilayer wiring board 32 constituting the total current detection unit 2 and the first current detection unit 3 includes the relay pins 26 and 26 of the first relay connection unit 25A and the second relay connection unit 25B.
  • the first relay connection part 25A and the second relay connection part 25B are provided.
  • the output terminal 35 of the multilayer wiring board 32 is connected to the determination unit 4 described later via the connection wiring 36.
  • each Rogowski coil 31 constituting the total current detection unit 2 and the first current detection unit 3 of the present embodiment has a first relay connection unit 25A (a plurality of current path units 12A and 12B). And the first current I1 flowing through the second relay connection portion 25B (first current path portion 12A) are detected by differential waveforms, respectively.
  • FIG. 5 shows waveforms of the total current It and the first current I1 in a state where none of the plurality of current path portions 12A and 12B is disconnected.
  • the total current It and the first current I1 detected by the total current detection unit 2 and the first current detection unit 3 are output to the determination unit 4 described later.
  • the total current It and the first current I1 may be output to the determination unit 4 in a differential waveform state, for example.
  • the total current It and the first current I1 are determined in a state where the differential waveform is reproduced as a current waveform flowing through the first relay connection unit 25A and the second relay connection unit 25B by passing through an integrator (not shown). 4 may be output.
  • the integrator may be provided, for example, in the total current detection unit 2 or the first current detection unit 3, or may be provided in the determination unit 4 described later.
  • At least one current path unit 12A, 12B is disconnected based on the values of the total current It and the first current I1 detected by the total current detection unit 2 and the first current detection unit 3. It is determined whether or not.
  • the determination unit 4 determines whether or not the main connectors 14A and 14B constituting the power module 10 and the junctions between the main connectors 14A and 14B and the semiconductor element 11 and the connection wiring unit 18 are disconnected. Determine.
  • the determination unit 4 compares the value of the first current I1 detected by the first current detection unit 3 with the threshold value Ith (see FIG. 5), so that at least one current path unit 12A, 12B It is determined whether or not there is a break.
  • the threshold value Ith may be a predetermined numerical value set in advance, for example. In the present embodiment, the threshold value Ith is determined based on the value of the total current It detected by the total current detector 2.
  • the threshold value Ith in the present embodiment is an upper limit threshold value Ithmax and a lower limit threshold value Ithmin (see FIG. 5) determined based on the value of the total current It detected by the total current detection unit 2.
  • the determination unit 4 includes the remaining current path unit 12B (the first current path unit 12B) excluding the first current path unit 12A among the plurality of current path units 12A and 12B. It is determined that the two current path portion 12B) is disconnected. Further, the determination unit 4 determines that the first current path unit 12A of the plurality of current path units 12A and 12B is disconnected when the value of the first current I1 falls below the lower limit threshold Ithmin.
  • the upper limit threshold Ithmax is larger than the value of the first current I1 in a state where at least any of the current path portions 12A and 12B is not disconnected, and smaller than the total current It. Good.
  • the lower limit threshold Ithmin is preferably a value that is smaller than the value of the first current I1 in a state where at least any of the current path portions 12A and 12B is not disconnected and is larger than 0.
  • the upper limit threshold value Ithmax and the lower limit threshold value Ithmin are, for example, the following formula (1), where n is the number of current path portions 12A and 12B: , (2) may be determined.
  • the upper limit threshold Ithmax and the lower limit threshold Ithmin may be determined within the ranges of the following formulas (3) and (4), respectively, based on the value of the total current It, for example.
  • the determination of the threshold value Ith (upper limit threshold value Ithmax, lower limit threshold value Ithmin) may be performed, for example, in the threshold value determination unit 5 of the disconnection determination device 1 shown in FIG.
  • the threshold value Ith may be determined by manually inputting the threshold value in the threshold value determination unit 5, for example.
  • the threshold value Ith may be determined by calculation in the threshold value determination unit 5 based on the value of the total current It detected by the total current detection unit 2, for example.
  • the determined threshold value Ith is output from the threshold value determination unit 5 to the determination unit 4.
  • the number of current path portions 12A and 12B (the total number of first current path portions 12A and second current path portions 12B) is four, and the number of first current path portions 12A. And the total current It flowing through the four current path portions 12A and 12B is 12 [A].
  • the upper limit threshold Ithmax is determined to 3.5 [A] based on the above formula (1) or formula (3)
  • the lower limit threshold Ithmin is based on the above formula (2) or formula (4). 1.5 [A] is determined.
  • the value of the current flowing through each current path portion 12A and 12B is 3 [A]. That is, the value of the first current I1 flowing through the first current path portion 12A is between the upper limit threshold Ithmax and the lower limit threshold Ithmin. For this reason, the determination unit 4 determines that none of the current path units 12A and 12B is disconnected.
  • the value of the current flowing through each of the current path parts 12A and 12B is 4 [A]. Become. That is, the value of the first current I1 flowing through the first current path portion 12A exceeds the upper limit threshold Ithmax. For this reason, the determination unit 4 determines that the second current path unit 12B is disconnected.
  • the determination unit 4 determines that the first current path unit 12A is disconnected.
  • the disconnection determination device 1 of the present embodiment shown in FIG. 3 includes a control unit 6 that controls the operation of the circuit device including the power module 10 in accordance with the disconnection determination result output from the determination unit 4.
  • the control section 6 may activate, for example, notifying means (not shown) included in the circuit device.
  • the notification means may be, for example, a lamp that notifies with light or a display unit that notifies with an image. Further, the notification means may be a speaker that notifies by sound.
  • the control unit 6 activates the notification means, it is possible to prompt the operator handling the circuit device to replace the power module 10 without stopping the circuit device. Thereby, the stop time of a circuit apparatus can be suppressed short.
  • control unit 6 may stop the circuit device when a determination result that the current path units 12A and 12B are disconnected is output from the determination unit 4.
  • control unit 6 may stop the operation of the power module 10 by stopping the transmission of the control signal to the third electrode 23 (gate electrode) of the semiconductor element 11. In this case, it can suppress or prevent that a malfunction arises in the other part of the circuit apparatus except the power module 10 based on disconnection of the current path parts 12A and 12B.
  • the determination unit 4 includes the value of the total current It flowing through the plurality of current path units 12A and 12B and the first current path unit 12A. Based on the value of the one current I1, it is determined whether or not a break has occurred in at least one of the current path portions 12A and 12B. For this reason, the disconnection of the current path portions 12A and 12B can be detected in a state where a current is passed through a circuit in the semiconductor element 11, that is, in a state where the function of the semiconductor element 11 can be executed.
  • the disconnection determination device 1 of the present embodiment the total current detection unit 2 and the first current detection unit 3 detect the current flowing through the current path units 12A and 12B connected to the semiconductor element 11. For this reason, the total current detector 2 and the first current detector 3 can be arranged outside the semiconductor element 11. Therefore, the disconnection determination device 1 of the present embodiment can be applied not only to the semiconductor element 11 provided with the current detection unit as in the prior art but also to a conventionally known semiconductor element 11 having only a predetermined function. That is, the versatility of the disconnection determination device 1 can be improved.
  • the determination unit 4 uses the currents flowing through the semiconductor element 11 (total current It detected by the total current detection unit 2) as a reference for the current path units 12A and 12B. The presence or absence of disconnection can be determined. Since the total current It does not change regardless of whether or not some of the current path portions 12A and 12B are disconnected, even if the magnitude of the current flowing through the semiconductor element 11 (total current It) changes over time, The disconnection of the current path portions 12A and 12B can be correctly determined.
  • the determination part 4 can determine correctly the presence or absence of a disconnection of some electric current path parts 12A and 12B by comparing with the value of the 1st electric current I1, and the threshold value Ith.
  • the threshold value Ith compared with the 1st electric current I1 is determined on the basis of the value of the total current It. For this reason, even if the magnitude
  • the threshold value Ith to be compared with the first current I1 is the upper limit threshold value Ithmax and the lower limit threshold value Ithmin determined based on the value of the total current It. Then, the determination unit 4 determines that the second current path unit 12B is disconnected when the value of the first current I1 exceeds the upper limit threshold value Ithmax, and the value of the first current I1 sets the lower limit threshold value Ithmin. When it falls below, it is determined that the first current path portion 12A is disconnected. For this reason, even if the magnitude
  • the total current detection part 2 and the 1st current detection part 3 are comprised by the Rogowski coil 31.
  • FIG. Therefore, compared to the case where the total current detection unit 2 and the first current detection unit 3 are current transformers, the total current detection unit 2 and the first current detection unit 3 are incorporated in the same power module 10 together with the semiconductor element 11.
  • the enlargement of the power module 10 can be suitably suppressed. That is, the power module 10 and the circuit device including the power module 10 can be downsized.
  • the disconnection determination apparatus 1 of this embodiment there is one first current path portion 12A. For this reason, compared with the case where there are a plurality of first current path portions 12A, it is possible to detect disconnection of some of the current path portions 12A and 12B with high accuracy.
  • the determination unit may determine whether, for example, two or more current path units are disconnected. That is, in the disconnection determination device of the present invention, the determination unit may determine that the current path unit is disconnected when, for example, two of the multiple (three or more) current path units are disconnected.
  • the power module of the present invention for example, one connection wiring portion may be provided, and all main connectors may be joined to the same connection wiring portion. That is, the power module of the present invention may not include the second relay connection unit. Even in this case, the first current detection unit can detect the current flowing through the first current path unit by being provided in the first main connector (first current path unit) among the plurality of main connectors.
  • the disconnection determination device of the present invention is not limited to a power module, and can be applied to any semiconductor module including a semiconductor element and a plurality of current path portions connected to the semiconductor element.

Abstract

断線判定装置は、半導体素子（１１）に接続された複数の電流経路部（１２Ａ、１２Ｂ）に流れる合計電流を検出する合計電流検出部（２）と、複数の電流経路部のうち第一電流経路部（１２Ａ）に流れる第一電流を検出する第一電流検出部（３）と、検出された合計電流及び第一電流の値に基づいて、少なくとも一つの電流経路部が断線しているか否かを判定する判定部（４）と、を備える。

Description

断線判定装置及びパワーモジュール
この発明は、断線判定装置及びパワーモジュールに関する。
パワーモジュール等の半導体モジュールには、半導体素子と基板等の同一の配線部とを複数のワイヤで接続し、半導体素子と配線部との間で流れる電流を複数のワイヤに分けて流すように構成されたものがある。
特許文献１には、上記のように接続された複数のワイヤのうち一部のワイヤの断線を検出するために電流検出器を半導体素子に設けた構成が開示されている。電流検出器は、二つのワイヤにそれぞれ接続された半導体素子の二つの電極パッドの間に接続されている。特許文献１の構成では、配線部（リード端子）、二つのワイヤ、二つの電極パッド及び電流検出器を巡る閉ループ回路を形成した上で、閉ループ回路に流れる誘導電流に基づいて、ワイヤの断線の有無を判定する。
特開２０１６―１４５７２０号公報
しかしながら、特許文献１の構成では、閉ループ回路を形成するために、半導体素子の二つの電極パッドを半導体素子内の回路から切り離す必要がある。このため、ワイヤの断線を検出する際には、半導体素子内の回路に電流を流すことができず、半導体素子の機能を実行できない、という問題がある。
また、特許文献１の構成では、閉ループ回路を形成するために電流検出器を半導体素子に設ける必要がある。このため、所定の機能のみを有する従来周知の半導体素子を使用することができない、という問題もある。
本発明の一態様は、半導体素子の機能を実行できる状態でワイヤ等の電流経路部の断線を検出でき、所定の機能のみを有する従来周知の半導体素子にも適用可能な断線判定装置及びパワーモジュールを提供することを目的とする。
本発明の一態様としての断線判定装置は、半導体素子に接続された複数の電流経路部に流れる合計電流を検出する合計電流検出部と、前記複数の電流経路部のうち第一電流経路部に流れる第一電流を検出する第一電流検出部と、検出された前記合計電流及び前記第一電流の値に基づいて、少なくとも一つの前記電流経路部が断線しているか否かを判定する判定部と、を備える。
本発明の一態様としてのパワーモジュールは、半導体素子と、前記半導体素子に接続された複数の電流経路部と、前記複数の電流経路部に流れる合計電流を検出する合計電流検出部と、前記複数の電流経路部のうち第一電流経路部に流れる第一電流を検出する第一電流検出部と、検出された前記合計電流及び前記第一電流の値に基づいて、少なくとも一つの前記電流経路部が断線しているか否かを判定する判定部と、を備える。
本発明の一態様によれば、複数の電流経路部に流れる合計電流値、及び、第一電流経路部に流れる第一電流の値に基づいて、少なくとも一つの電流経路部に断線が生じているか否かを判定する。このため、半導体素子内の回路に電流を流した状態、すなわち半導体素子の機能を実行できる状態で、電流経路部の断線を検出できる。
また、本発明の一態様によれば、合計電流検出部及び第一電流検出部は、半導体素子に接続された電流経路部に流れる電流を検出する。このため、合計電流検出部及び第一電流検出部を半導体素子の外側に配置できる。したがって、本発明の断線判定装置は、従来のように電流検出部を設けた半導体素子に限らず、所定の機能のみを有する従来周知の半導体素子に適用することができる。すなわち、断線判定装置の汎用性向上を図ることができる。
また、本発明の一態様によれば、判定部は、半導体素子に流れる電流（合計電流部で検出される合計電流）を基準として、電流経路部の断線の有無を判定できる。合計電流は一部の電流経路部の断線の有無に関わらず変化しないため、半導体素子に流れる電流（合計電流）の大きさが時間的に変化しても、一部の電流経路部の断線を正しく判定することができる。
本発明の一実施形態に係るパワーモジュールの要部を示す概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係るパワーモジュールの要部を示す概略平面図である。 本発明の一実施形態に係る判定断線装置を示すブロック図である。 図１－３の合計電流検出部、第一電流検出部の構成例を示す概略平面図である。 図１－３の合計電流検出部、第一電流検出部において検出される合計電流、第一電流と、閾値との関係の一例を示す図である。
以下、図１－５を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１－３に示すように、本実施形態に係る断線判定装置１は、パワーモジュール１０において半導体素子１１に接続された電流経路部１２Ａ，１２Ｂの断線の有無を判定する。はじめに、断線の判定対象であるパワーモジュール１０の構成について説明する。
図１，２に示すように、パワーモジュール１０は、半導体素子１１と、半導体素子１１に接続された複数の電流経路部１２Ａ，１２Ｂと、を備える。半導体素子１１及び複数の電流経路部１２Ａ，１２Ｂは、パワーモジュール１０の主回路を構成する。以下、本実施形態のパワーモジュール１０についてより具体的に説明する。
本実施形態のパワーモジュール１０は、半導体素子１１と、回路基板１３と、接続子１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと、を備える。
回路基板１３は、基板１５と、基板１５の第一主面１５ａ（一方の主面）に形成された複数の配線部１６と、を備える。基板１５は、電気的な絶縁性を有する。各配線部１６は、銅箔など電気伝導率の高い材料導電性を有する。複数の配線部１６は、基板１５の第一主面１５ａ上において互いに間隔をあけて配されている。
複数の配線部１６には、搭載配線部１７と、接続配線部１８と、合流配線部１９と、が含まれる。また、複数の配線部１６には、制御用配線部２０も含まれている。
搭載配線部１７には、半導体素子１１が搭載される。搭載配線部１７は、後述する半導体素子１１の第一電極（不図示）と電気的に接続される。
接続配線部１８は、後述する接続子１４Ａ，１４Ｂを介して半導体素子１１の第二電極２２と電気的に接続される。接続配線部１８は、例えば一つであってもよいが、本実施形態では第一接続配線部１８Ａ及び第二接続配線部１８Ｂの二つに分けて形成されている。
合流配線部１９は、後述する中継接続部（第二中継接続部）によって接続配線部１８と電気的に接続される。
制御用配線部２０は、後述する接続子１４Ｃを介して半導体素子１１の第三電極２３と電気的に接続される。
半導体素子１１は、第一電極と第二電極２２との間で電流を流すことができるものであればよい。本実施形態の半導体素子１１は、トランジスタの一種であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。本実施形態の半導体素子１１において、第一電極はコレクタ電極であり、第二電極２２はエミッタ電極である。また、本実施形態の半導体素子１１は、第三電極２３としてのゲート電極も有する。
図１，２において、半導体素子１１の第二電極２２は複数（図示例では四つ）に分割されているが、これに限ることはない。第二電極２２は、少なくとも後述する複数の接続子１４Ａ，１４Ｂを接合できるように形成されていればよい。
接続子１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃは、上記した半導体素子１１と回路基板１３とを電気的に接続する。本実施形態の接続子１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃには、半導体素子１１の第二電極２２を回路基板１３の接続配線部１８に接続する主接続子１４Ａ，１４Ｂと、半導体素子１１の第三電極２３を回路基板１３の制御用配線部２０に接続する制御用接続子１４Ｃと、がある。各接続子１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの一端は、半導体素子１１の電極（第二電極２２、第三電極２３）に接合される。各接続子１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの他端は、回路基板１３の接続配線部１８や制御用配線部２０に接合される。接続子１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃは、例えば導電性を有する板材（接続板）であってもよい。本実施形態の接続子１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃは、ボンディングワイヤ（ワイヤ）である。
本実施形態において、半導体素子１１と接続配線部１８との間には、大きな電流が流れる。このため、主接続子１４Ａ，１４Ｂは太く（例えば制御用接続子１４Ｃよりも太く）形成されている。また、半導体素子１１と接続配線部１８とは、複数の主接続子１４Ａ，１４Ｂによって接続されている。本実施形態では、主接続子１４Ａ，１４Ｂにおいて電流の流れ方向に直交する主接続子１４Ａ，１４Ｂの断面（電流の流路断面）は、複数の主接続子１４Ａ，１４Ｂの間で互いに等しい。
本実施形態において、複数の主接続子１４Ａ，１４Ｂのうち一部の主接続子１４Ａ（第一主接続子１４Ａ）は、第一接続配線部１８Ａに接合される。第一接続配線部１８Ａに接合される第一主接続子１４Ａの数は、例えば複数であってもよいが、本実施形態では一つである。
一方、残りの主接続子１４Ｂ（第二主接続子１４Ｂ）は、第二接続配線部１８Ｂに接合される。第二接続配線部１８Ｂに接合される第二主接続子１４Ｂの数は、少なくとも第一主接続子１４Ａの数以上であれば任意であってよい。本実施形態における第二主接続子１４Ｂの数は、三つである。
さらに、本実施形態のパワーモジュール１０は、接続配線部１８（第二接続配線部１８Ｂ）と合流配線部１９とを電気的に接続する第一中継接続部２５Ａを備える。第一中継接続部２５Ａは、少なくとも主接続子１４Ａ，１４Ｂよりも断線し難い構成であればよい。第一中継接続部２５Ａは、例えばボンディングワイヤや接続板であってもよい。本実施形態の第一中継接続部２５Ａは、導電性を有する一対の中継ピン２６，２６及び中継板２７を備える。各中継ピン２６，２６は、棒状に形成され、接続配線部１８（第二接続配線部１８Ｂ）及び合流配線部１９からそれぞれ回路基板１３の板厚方向に延びている。中継板２７は、回路基板１３に対して間隔をあけた位置に配され、一対の中継ピン２６，２６の延出方向先端部に固定されている。
さらに、本実施形態のパワーモジュール１０では、接続配線部１８が、第一接続配線部１８Ａ及び第二接続配線部１８Ｂの二つに分けて形成されている。このため、本実施形態のパワーモジュール１０は、第一接続配線部１８Ａと第二接続配線部１８Ｂとを電気的に接続する第二中継接続部２５Ｂをさらに備える。第二中継接続部２５Ｂは、第一中継接続部２５Ａと同様に構成されてよい。本実施形態の第二中継接続部２５Ｂは、第一接続配線部１８Ａ及び第二接続配線部１８Ｂからそれぞれ延びる一対の中継ピン２６，２６と、一対の中継ピン２６，２６の延出方向の先端部に固定された中継板２７と、を備える。
本実施形態において、上記した二つの中継接続部２５Ａ，２５Ｂは、一対の中継ピン２６，２６の配列方向（中継板２７の長手方向）が互いに平行するように回路基板１３上に配されている。
以上のように構成される本実施形態のパワーモジュール１０において、半導体素子１１（特に第二電極２２）と合流配線部１９との間で流れる電流の経路には、二つある。第一の経路は、第一主接続子１４Ａ、第一接続配線部１８Ａ、第二中継接続部２５Ｂ、第二接続配線部１８Ｂ、第一中継接続部２５Ａを順番に通る経路である。第二の経路は、第二主接続子１４Ｂ、第二接続配線部１８Ｂ、第一中継接続部２５Ａを順番に通る経路である。
このため、第二中継接続部２５Ｂに流れる電流の大きさは、第一接続配線部１８Ａに接続された第一主接続子１４Ａに流れる電流（第一電流）の大きさと等しい。第一接続配線部１８Ａに複数の第一主接続子１４Ａが接続される場合、第二中継接続部２５Ｂに流れる電流の大きさは、複数の第一主接続子１４Ａに流れる第一電流の大きさと等しい。本実施形態では、第一接続配線部１８Ａに一つの第一主接続子１４Ａが接続されるため、第二中継接続部２５Ｂに流れる電流の大きさは、一つの第一主接続子１４Ａに流れる第一電流の大きさと等しい。
また、第一中継接続部２５Ａに流れる電流の大きさは、複数の主接続子１４Ａ，１４Ｂに流れる合計電流の大きさと等しい。
以上のように構成される本実施形態のパワーモジュール１０において、前述した各電流経路部１２Ａ，１２Ｂは、一つの主接続子１４Ａ，１４Ｂ、及び、当該主接続子１４Ａ，１４Ｂと半導体素子１１の第二電極２２や回路基板１３の接続配線部１８との接合部分を含む。すなわち、電流経路部１２Ａ，１２Ｂの数は、主接続子１４Ａ，１４Ｂの数と等しい。
以下の説明では、第一主接続子１４Ａを含む電流経路部１２Ａを、第一電流経路部１２Ａと呼ぶ。また、第二主接続子１４Ｂを含む電流経路部１２Ｂを、第二電流経路部１２Ｂと呼ぶ。
第一電流経路部１２Ａは、前述した第一主接続子１４Ａと同様に、例えば複数であってもよいが、本実施形態では一つである。また、第二電流経路部１２Ｂの数は、前述した第二主接続子１４Ｂと同様に、少なくとも第一電流経路部１２Ａの数以上であれば任意であってよい。本実施形態における第二電流経路部１２Ｂの数は、三つである。
図１－３に示すように、本実施形態に係る断線判定装置１は、合計電流検出部２と、第一電流検出部３と、判定部４と、を備える。
本実施形態において、合計電流検出部２及び第一電流検出部３は、パワーモジュール１０に設けられる。すなわち、本実施形態のパワーモジュール１０は、合計電流検出部２及び第一電流検出部３を含む。一方、判定部４は、例えば、合計電流検出部２や第一電流検出部３と同様に、パワーモジュール１０に設けられてもよいし、例えば、パワーモジュール１０とは別個に設けられてもよい。すなわち、パワーモジュール１０は、判定部４を含んでもよいし、含まなくてもよい。
合計電流検出部２は、複数の電流経路部１２Ａ，１２Ｂに流れる合計電流を検出する。本実施形態において、合計電流検出部２は、前述したパワーモジュール１０のうち、複数の電流経路部１２Ａ，１２Ｂをなす複数（全て）の主接続子１４Ａ，１４Ｂに流れる合計の電流（合計電流）を検出すればよい。
合計電流検出部２は、例えば複数の主接続子１４Ａ，１４Ｂに設けられてもよいが、本実施形態では第一中継接続部２５Ａに設けられる。合計電流検出部２は、第一中継接続部２５Ａに流れる電流を検出する。前述したように、第一中継接続部２５Ａに流れる電流は、複数の主接続子１４Ａ，１４Ｂに流れる合計電流の大きさと等しい。このため、第一中継接続部２５Ａに設けられた合計電流検出部２は、実質的に複数の主接続子１４Ａ，１４Ｂ（電流経路部１２Ａ，１２Ｂ）に流れる合計電流を検出できる。
第一電流検出部３は、複数の電流経路部１２Ａ，１２Ｂのうち第一電流経路部１２Ａに流れる第一電流を検出する。本実施形態において、第一電流検出部３は、前述したパワーモジュール１０のうち、第一電流経路部１２Ａである第一主接続子１４Ａに流れる電流（第一電流）を検出すればよい。
第一電流経路部１２Ａ（第一主接続子１４Ａ）が複数ある場合、第一電流検出部３は、複数の第一電流経路部１２Ａ（第一主接続子１４Ａ）に流れる合計の電流を第一電流として検出すればよい。本実施形態では、第一電流経路部１２Ａ（第一主接続子１４Ａ）が一つであるため、第一電流検出部３は、一つの第一電流経路部１２Ａ（第一主接続子１４Ａ）に流れる電流を第一電流として検出する。
第一電流検出部３は、例えば第一主接続子１４Ａに設けられてもよいが、本実施形態では第二中継接続部２５Ｂに設けられる。第一電流検出部３は、第二中継接続部２５Ｂに流れる電流を検出する。前述したように、第二中継接続部２５Ｂに流れる電流は、第一主接続子１４Ａに流れる第一電流の大きさと等しいため、第二中継接続部２５Ｂに設けられた第一電流検出部３は、実質的に第一主接続子１４Ａ（第一電流経路部１２Ａ）に流れる第一電流を検出できる。
上記した合計電流検出部２や第一電流検出部３は、例えばカレントトランスなど任意に構成されてよい。本実施形態では、図４に示すように、合計電流検出部２及び第一電流検出部３が、いずれもロゴスキーコイル３１によって構成されている。
本実施形態のロゴスキーコイル３１は、多層配線基板３２によって構成されている。多層配線基板３２には、ロゴスキーコイル３１を構成する二つの配線３３Ａ，３３Ｂ、多層配線基板３２の板厚方向に貫通する貫通孔３４、及び、ロゴスキーコイル３１において検出された電流を後述する判定部４に出力するための二つの出力端子３５，３５が形成されている。
第一配線３３Ａは、一方の出力端子３５に接続され、ロゴスキーコイル３１の旋回コイルを構成している。旋回コイルは、多層配線基板３２のうち貫通孔３４の周囲の領域に形成され、貫通孔３４を中心とする周方向の一方側（図４において反時計回り）に延びている。旋回コイルは、貫通孔３４の周方向を軸とした螺旋状に形成されている。
第二配線３３Ｂは、他方の出力端子３５に接続され、ロゴスキーコイル３１の戻しコイルを構成している。戻しコイルは、旋回コイルと同様に、多層配線基板３２のうち貫通孔３４の周囲の領域に形成されている。戻しコイルは、貫通孔３４の周方向における旋回コイルの延在方向の先端３３Ａ１に接続され、旋回コイルの先端３３Ａ１から貫通孔３４の周方向の他方側（図４において時計回り）に延びている。戻しコイルは、例えば単純に周方向に延びる円弧状に形成されてもよいし、旋回コイルと同様の螺旋状に形成されてもよい。
合計電流検出部２、第一電流検出部３を構成する多層配線基板３２は、図１，２に示すように、第一中継接続部２５Ａ、第二中継接続部２５Ｂの中継ピン２６，２６を多層配線基板３２の貫通孔３４に挿通させることで、第一中継接続部２５Ａ、第二中継接続部２５Ｂに設けられる。また、多層配線基板３２の出力端子３５は、接続配線３６を介して後述する判定部４に接続される。
本実施形態の合計電流検出部２や第一電流検出部３を構成する各ロゴスキーコイル３１は、図５に例示するように、第一中継接続部２５Ａ（複数の電流経路部１２Ａ，１２Ｂ）に流れる合計電流Ｉｔや、第二中継接続部２５Ｂ（第一電流経路部１２Ａ）に流れる第一電流Ｉ１をそれぞれ微分波形で検出する。図５では、複数の電流経路部１２Ａ，１２Ｂのいずれも断線していない状態での合計電流Ｉｔや第一電流Ｉ１の波形を示している。
合計電流検出部２や第一電流検出部３で検出された合計電流Ｉｔや第一電流Ｉ１は、後述の判定部４に出力される。
合計電流Ｉｔや第一電流Ｉ１は、例えば微分波形の状態で判定部４に出力されてもよい。また、合計電流Ｉｔや第一電流Ｉ１は、その微分波形を不図示の積分器を通すことで、第一中継接続部２５Ａや第二中継接続部２５Ｂに流れる電流波形に再現した状態で判定部４に出力されてもよい。積分器は、例えば合計電流検出部２や第一電流検出部３に設けられてもよいし、後述の判定部４に設けられてもよい。
図３に示す判定部４は、合計電流検出部２及び第一電流検出部３で検出された合計電流Ｉｔ及び第一電流Ｉ１の値に基づいて、少なくとも一つの電流経路部１２Ａ，１２Ｂが断線しているか否かを判定する。本実施形態において、判定部４は、パワーモジュール１０を構成する主接続子１４Ａ，１４Ｂや、主接続子１４Ａ，１４Ｂと半導体素子１１や接続配線部１８との接合部分が断線しているか否かを判定する。
本実施形態において、判定部４は、第一電流検出部３で検出された第一電流Ｉ１の値と閾値Ｉth（図５参照）と比較することで、少なくとも一つの電流経路部１２Ａ，１２Ｂが断線しているか否かを判定する。
閾値Ｉthは、例えば予め設定される所定の数値であってもよい。本実施形態において、閾値Ｉthは、合計電流検出部２で検出された合計電流Ｉｔの値に基づいて決まる。
より具体的に、本実施形態における閾値Ｉthは、合計電流検出部２で検出された合計電流Ｉｔの値に基づいて決まる上限閾値Ｉthmax及び下限閾値Ｉthmin（図５参照）である。この場合、判定部４は、第一電流Ｉ１の値が上限閾値Ｉthmaxを上回ったときに、複数の電流経路部１２Ａ，１２Ｂのうち第一電流経路部１２Ａを除く残りの電流経路部１２Ｂ（第二電流経路部１２Ｂ）が断線したことを判定する。また、判定部４は、第一電流Ｉ１の値が下限閾値Ｉthminを下回ったときに、複数の電流経路部１２Ａ，１２Ｂのうち第一電流経路部１２Ａが断線したことを判定する。
図５に例示するように、上限閾値Ｉthmaxは、少なくともいずれの電流経路部１２Ａ，１２Ｂが断線していない状態における第一電流Ｉ１の値よりも大きく、かつ、合計電流Ｉｔよりも小さい値であるとよい。また、下限閾値Ｉthminは、少なくともいずれの電流経路部１２Ａ，１２Ｂが断線していない状態における第一電流Ｉ１の値よりも小さく、かつ、０よりも大きい値であるとよい。
第一電流経路部１２Ａ（第一主接続子１４Ａ）が一つである場合、上限閾値Ｉthmax及び下限閾値Ｉthminは、例えば、電流経路部１２Ａ，１２Ｂの数をｎとして、以下の式（１）、（２）の範囲内で決定されてよい。
Ｉt×１／ｎ＜Ｉthmax＜Ｉt×１／（ｎ-1）　　　・・・（１）
０＜Ｉthmin＜Ｉt×１／ｎ　　　　　　　　　　　・・・（２）
また、上限閾値Ｉthmaxや下限閾値Ｉthminは、例えば合計電流Ｉｔの値に基づいて、それぞれ以下の式（３）、（４）の範囲内で決定されてもよい。
Ｉthmax＝Ｉｔ×ｘ、１／ｎ＜ｘ＜１／（ｎ-1）　　・・・（３）
Ｉthmin＝Ｉｔ×ｙ、０＜ｙ＜１／ｎ　　　　　　　・・・（４）
上記した閾値Ｉth（上限閾値Ｉthmax、下限閾値Ｉthmin）の決定は、例えば図３に示す断線判定装置１の閾値決定部５において行われてよい。閾値Ｉthは、例えば閾値決定部５において手動で入力されることで決定されてもよい。また、閾値Ｉthは、例えば合計電流検出部２において検出される合計電流Ｉｔの値に基づいて閾値決定部５において計算により決定されてもよい。決定された閾値Ｉthは、閾値決定部５から判定部４に出力される。
以下、本実施形態における判定部４の動作について具体的に説明する。
例えば図１，２に示すように、電流経路部１２Ａ，１２Ｂの数（第一電流経路部１２Ａ及び第二電流経路部１２Ｂの合計の数）を四つとし、第一電流経路部１２Ａの数を一つとし、さらに、四つの電流経路部１２Ａ，１２Ｂに流れる合計電流Ｉｔを１２〔Ａ〕とする。また、上限閾値Ｉthmaxを上記した式（１）又は式（３）に基づいて、３．５〔Ａ〕に決定し、下限閾値Ｉthminを上記した式（２）又は式（４）に基づいて、１．５〔Ａ〕に決定する。
上記した条件において、いずれの電流経路部１２Ａ，１２Ｂも断線していない状態では、各電流経路部１２Ａ，１２Ｂに流れる電流の値が３〔Ａ〕となる。すなわち、第一電流経路部１２Ａに流れる第一電流Ｉ１の値が、上限閾値Ｉthmaxと下限閾値Ｉthminとの間にある。このため、判定部４は、いずれの電流経路部１２Ａ，１２Ｂも断線していない、と判定する。
そして、いずれの電流経路部１２Ａ，１２Ｂも断線していない状態から第二電流経路部１２Ｂが一つ断線した場合には、各電流経路部１２Ａ，１２Ｂに流れる電流の値が４〔Ａ〕となる。すなわち、第一電流経路部１２Ａに流れる第一電流Ｉ１の値が、上限閾値Ｉthmaxを上回る。このため、判定部４は、第二電流経路部１２Ｂが断線した、と判定する。
また、いずれの電流経路部１２Ａ，１２Ｂも断線していない状態から第一電流経路部１２Ａが断線した場合には、各第二電流経路部１２Ｂに流れる電流の値が４〔Ａ〕となるが、第一電流経路部１２Ａに流れる第一電流Ｉ１の値は０〔Ａ〕となる。すなわち、第一電流Ｉ１の値が、下限閾値Ｉthminを下回る。このため、判定部４は、第一電流経路部１２Ａが断線した、と判定する。
また、図３に示す本実施形態の断線判定装置１は、判定部４から出力された断線の判定結果に応じてパワーモジュール１０を含む回路装置の動作を制御する制御部６を備える。
制御部６は、電流経路部１２Ａ，１２Ｂが断線したとの判定結果が判定部４から出力された場合に、例えば、回路装置に備える報知手段（不図示）を作動させてよい。報知手段は、例えば、光で報知するランプであってもよいし、画像で報知する表示部であってもよい。また、報知手段は、音で報知するスピーカであってもよい。
制御部６が報知手段を作動させる場合、回路装置を停止することなく、回路装置を取り扱う作業者にパワーモジュール１０の交換を促すことができる。これにより、回路装置の停止時間を短く抑えることができる。
また、制御部６は、例えば、電流経路部１２Ａ，１２Ｂが断線したとの判定結果が判定部４から出力された場合に、回路装置を停止させてもよい。例えば、制御部６は、半導体素子１１の第三電極２３（ゲート電極）への制御信号の送出を停止させることで、パワーモジュール１０の動作を停止させてもよい。この場合、電流経路部１２Ａ，１２Ｂの断線に基づいて、パワーモジュール１０を除く回路装置の他の部分に不具合が生じることを抑制又は防止できる。
以上説明したように、本実施形態の断線判定装置１によれば、判定部４は、複数の電流経路部１２Ａ，１２Ｂに流れる合計電流Ｉｔの値、及び、第一電流経路部１２Ａに流れる第一電流Ｉ１の値に基づいて、少なくとも一つの電流経路部１２Ａ，１２Ｂに断線が生じているか否かを判定する。このため、半導体素子１１内の回路に電流を流した状態、すなわち半導体素子１１の機能を実行できる状態で、電流経路部１２Ａ，１２Ｂの断線を検出できる。
また、本実施形態の断線判定装置１によれば、合計電流検出部２及び第一電流検出部３は、半導体素子１１に接続された電流経路部１２Ａ，１２Ｂに流れる電流を検出する。このため、合計電流検出部２及び第一電流検出部３を半導体素子１１の外側に配置できる。したがって、本実施形態の断線判定装置１は、従来のように電流検出部を設けた半導体素子１１に限らず、所定の機能のみを有する従来周知の半導体素子１１に適用することができる。すなわち、断線判定装置１の汎用性向上を図ることができる。
また、本実施形態の断線判定装置１によれば、判定部４は、半導体素子１１に流れる電流（合計電流検出部２で検出される合計電流Ｉｔ）を基準として、電流経路部１２Ａ，１２Ｂの断線の有無を判定できる。合計電流Ｉｔは一部の電流経路部１２Ａ，１２Ｂの断線の有無に関わらず変化しないため、半導体素子１１に流れる電流（合計電流Ｉｔ）の大きさが時間的に変化しても、一部の電流経路部１２Ａ，１２Ｂの断線を正しく判定することができる。
また、本実施形態の断線判定装置１では、複数の電流経路部１２Ａ，１２Ｂのうち一部の電流経路部１２Ａ，１２Ｂが断線した際には、第一電流Ｉ１の値が変化する。このため、判定部４が、第一電流Ｉ１の値と閾値Ｉthと比較することで、一部の電流経路部１２Ａ，１２Ｂの断線の有無を正しく判定することができる。
また、本実施形態の断線判定装置１によれば、合計電流Ｉｔの値を基準として第一電流Ｉ１と比較する閾値Ｉthを決める。このため、半導体素子１１に流れる電流の大きさが時間的に変化しても、一部の電流経路部１２Ａ，１２Ｂの断線を正しく判定することができる。
また、本実施形態の断線判定装置１によれば、第一電流Ｉ１と比較する閾値Ｉthが、合計電流Ｉｔの値を基準として決まる上限閾値Ｉthmax及び下限閾値Ｉthminである。その上で、判定部４は、第一電流Ｉ１の値が上限閾値Ｉthmaxを上回ったときに、第二電流経路部１２Ｂが断線したことを判定し、第一電流Ｉ１の値が下限閾値Ｉthminを下回ったときに、第一電流経路部１２Ａが断線したことを判定する。このため、半導体素子１１に流れる電流（合計電流Ｉｔ）の大きさが時間的に変化しても、一部の電流経路部１２Ａ，１２Ｂの断線を正しく判定することができる。また、第一電流経路部１２Ａ及び第二電流経路部１２Ｂのどちらが断線したか判別することも可能となる。
また、本実施形態の断線判定装置１によれば、合計電流検出部２や第一電流検出部３がロゴスキーコイル３１によって構成されている。このため、合計電流検出部２や第一電流検出部３がカレントトランスである場合と比較して、合計電流検出部２や第一電流検出部３を半導体素子１１と共に同一のパワーモジュール１０に組み込んでも、パワーモジュール１０の大型化を好適に抑制できる。すなわち、パワーモジュール１０やこれを含む回路装置の小型化を図ることができる。
また、本実施形態の断線判定装置１によれば、第一電流経路部１２Ａが一つである。このため、第一電流経路部１２Ａが複数である場合と比較して、一部の電流経路部１２Ａ，１２Ｂの断線を高い精度で検出することができる。
以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
本発明の断線判定装置及びパワーモジュールにおいて、判定部は、例えば二つ以上の電流経路部が断線しているか否かを判定してもよい。すなわち、本発明の断線判定装置において、判定部は、例えば複数（三つ以上）の電流経路部のうち二つが断線した際に、電流経路部が断線した、と判定してもよい。
本発明のパワーモジュールでは、例えば接続配線部を一つとし、全ての主接続子が同一の接続配線部に接合されてもよい。すなわち、本発明のパワーモジュールは、第二中継接続部を備えなくてもよい。この場合でも、第一電流検出部は、複数の主接続子のうち第一主接続子（第一電流経路部）に設けられることで、第一電流経路部に流れる電流を検出できる。
本発明の断線判定装置は、パワーモジュールに限らず、半導体素子と、半導体素子に接続された複数の電流経路部を備える任意の半導体モジュールに適用可能である。
１　断線判定装置
２　合計電流検出部
３　第一電流検出部
４　判定部
５　閾値決定部
６　制御部
１０　パワーモジュール
１１　半導体素子
１２Ａ　第一電流経路部
１２Ｂ　第二電流経路部
１３　回路基板
１４Ａ　第一主接続子
１４Ｂ　第二主接続子
１６　配線部
１８　接続配線部
１８Ａ　第一接続配線部
１８Ｂ　第二接続配線部
３１　ロゴスキーコイル
３２　多層配線基板
３３貫通孔
Ｉ１　第一電流
Ｉｔ　合計電流
Ｉth　閾値
Ｉthimax　上限閾値
Ｉthimin　下限閾値

Claims (7)

  1. 半導体素子に接続された複数の電流経路部に流れる合計電流を検出する合計電流検出部と、
    前記複数の電流経路部のうち第一電流経路部に流れる第一電流を検出する第一電流検出部と、
    検出された前記合計電流及び前記第一電流の値に基づいて、少なくとも一つの前記電流経路部が断線しているか否かを判定する判定部と、を備える断線判定装置。
  2. 前記判定部は、前記第一電流の値と閾値とを比較することで、少なくとも一つの前記電流経路部が断線しているか否かを判定する請求項１に記載の断線判定装置。
  3. 前記閾値は、検出された前記合計電流の値に基づいて決まる請求項２に記載の断線判定装置。
  4. 前記閾値は、検出された前記合計電流の値に基づいて決まる上限閾値及び下限閾値であり、
    前記判定部は、
    前記第一電流の値が前記上限閾値を上回ったときに、前記複数の電流経路部のうち前記第一電流経路部を除く残りの前記電流経路部が断線したことを判定し、
    前記第一電流の値が前記下限閾値を下回ったときに、前記複数の電流経路部のうち前記第一電流経路部が断線したことを判定する
    請求項２又は請求項３に記載の断線判定装置。
  5. 前記合計電流検出部及び前記第一電流検出部の少なくとも一方が、ロゴスキーコイルによって構成されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の断線判定装置。
  6. 前記第一電流経路部は、一つである請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の断線判定装置。
  7. 半導体素子と、
    前記半導体素子に接続された複数の電流経路部と、
    前記複数の電流経路部に流れる合計電流を検出する合計電流検出部と、
    前記複数の電流経路部のうち第一電流経路部に流れる第一電流を検出する第一電流検出部と、
    検出された前記合計電流及び前記第一電流の値に基づいて、少なくとも一つの前記電流経路部が断線しているか否かを判定する判定部と、
    を備えるパワーモジュール。
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