特開 2023-173233 ワイヤリフトオフ検出装置及びワイヤリフトオフ検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023173233

(43)【公開日】2023-12-07

(54)【発明の名称】ワイヤリフトオフ検出装置及びワイヤリフトオフ検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/26 20200101AFI20231130BHJP

【ＦＩ】

G01R31/26 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022085347

(22)【出願日】2022-05-25

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】王 啓臣

(72)【発明者】

【氏名】田中 孝明

(72)【発明者】

【氏名】丸山 宏二

【テーマコード（参考）】

2G003

【Ｆターム（参考）】

2G003AA01

2G003AB16

2G003AC01

(57)【要約】

【課題】ワイヤリフトオフの検出精度を向上させること。
【解決手段】第１導体パターンと第２導体パターンとの間で並列に接続された複数の半導体チップと、前記複数の半導体チップの温度を監視する温度監視回路と、を備え、前記複数の半導体チップは、それぞれ、前記第１導体パターンに接合材により接合された第１電極と、前記第２導体パターンにワイヤを介して接続された第２電極と、を有し、前記温度監視回路は、前記ワイヤのリフトオフの発生に伴う温度差が前記複数の半導体チップ間で生じると、所定の信号を出力する、ワイヤリフトオフ検出装置。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導体パターンと第２導体パターンとの間で並列に接続された複数の半導体チップと、
前記複数の半導体チップの温度を監視する温度監視回路と、を備え、
前記複数の半導体チップは、それぞれ、前記第１導体パターンに接合材により接合された第１電極と、前記第２導体パターンにワイヤを介して接続された第２電極と、を有し、
前記温度監視回路は、前記ワイヤのリフトオフの発生に伴う温度差が前記複数の半導体チップ間で生じると、所定の信号を出力する、ワイヤリフトオフ検出装置。

【請求項2】

前記温度監視回路は、前記複数の半導体チップのうちの一部の半導体チップの温度と前記複数の半導体チップの温度の代表値との差が増大すると、前記所定の信号を出力する、請求項１に記載のワイヤリフトオフ検出装置。

【請求項3】

前記温度監視回路は、前記一部の半導体チップの温度低下を検出すると、前記一部の半導体チップの前記第２電極と前記第２導体パターンとの間の前記ワイヤのリフトオフ発生と判定する、請求項２に記載のワイヤリフトオフ検出装置。

【請求項4】

前記温度監視回路は、前記一部の半導体チップの温度上昇を検出すると、前記複数の半導体チップのうちの他の半導体チップの前記第２電極と前記第２導体パターンとの間の前記ワイヤのリフトオフ発生と判定する、請求項２に記載のワイヤリフトオフ検出装置。

【請求項5】

前記温度監視回路は、前記差が判定閾値を超えると、前記所定の信号を出力する、請求項２から４のいずれか一項に記載のワイヤリフトオフ検出装置。

【請求項6】

前記判定閾値は、０よりも大きく１よりも小さい所定の定数を前記代表値に乗算した値である、請求項５に記載のワイヤリフトオフ検出装置。

【請求項7】

前記代表値は、平均値である、請求項２から４のいずれか一項に記載のワイヤリフトオフ検出装置。

【請求項8】

前記温度監視回路は、ローパスフィルタによって、前記複数の半導体チップの温度の検出値と前記代表値の各々の高周波成分を減衰させる、請求項２から４のいずれか一項に記載のワイヤリフトオフ検出装置。

【請求項9】

前記温度監視回路は、前記温度差が所定の閾値を超えると、前記所定の信号を出力する、請求項１から４のいずれか一項に記載のワイヤリフトオフ検出装置。

【請求項10】

前記温度監視回路は、前記複数の半導体チップのうち第１の半導体チップの温度が上昇し第２の半導体チップの温度が低下することによって前記温度差が前記複数の半導体チップ間で生じると、前記所定の信号を出力する、請求項１から４のいずれか一項に記載のワイヤリフトオフ検出装置。

【請求項11】

前記温度監視回路は、前記複数の半導体チップのそれぞれに設けられた温度センサを用いて、前記複数の半導体チップの温度を監視する、請求項１から４のいずれか一項に記載のワイヤリフトオフ検出装置。

【請求項12】

前記複数の半導体チップを駆動する駆動回路を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のワイヤリフトオフ検出装置。

【請求項13】

第１導体パターンと第２導体パターンとの間で並列に接続された複数の半導体チップのワイヤリフトオフ検出方法であって、
前記複数の半導体チップは、それぞれ、前記第１導体パターンに接合材により接合された第１電極と、前記第２導体パターンにワイヤを介して接続された第２電極と、を有し、
前記複数の半導体チップの温度を監視する温度監視回路は、前記ワイヤのリフトオフの発生に伴う温度差が前記複数の半導体チップ間で生じると、所定の信号を出力する、ワイヤリフトオフ検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ワイヤリフトオフ検出装置及びワイヤリフトオフ検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体素子に一定のコレクタ電流が流れているときのコレクタ－エミッタ間の電圧Ｖｃｅを測定し、電圧Ｖｃｅの測定値と初期値との差が判定値を超えた場合、半導体素子の寿命が近いと判定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１－２０００３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述の電圧Ｖｃｅの測定値は、半導体チップ下の接合材（例えば、はんだ等）の劣化によって上昇するだけでなく、半導体チップ又は導体パターンとボンディングワイヤとの接合部の劣化によっても上昇する。そのため、電圧Ｖｃｅの測定値をモニタする上述の方法では、半導体チップ又は導体パターンからのボンディングワイヤのリフトオフを検出できないおそれがある。

【0005】

また、大容量化等のため、複数の半導体チップが並列に接続される場合がある。半導体チップの並列数が多い場合、一つの半導体チップにワイヤリフトオフが発生しても、その他の半導体チップの電流分担率の増加は小さいため、電圧Ｖｃｅは僅かな上昇となる。そのため、電圧Ｖｃｅの測定では、ワイヤリフトオフを検出できないおそれがある。

【0006】

本開示は、ワイヤリフトオフの検出精度を向上させたワイヤリフトオフ検出装置及びワイヤリフトオフ検出方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様では、
第１導体パターンと第２導体パターンとの間で並列に接続された複数の半導体チップと、
前記複数の半導体チップの温度を監視する温度監視回路と、を備え、
前記複数の半導体チップは、それぞれ、前記第１導体パターンに接合材により接合された第１電極と、前記第２導体パターンにワイヤを介して接続された第２電極と、を有し、
前記温度監視回路は、前記ワイヤのリフトオフの発生に伴う温度差が前記複数の半導体チップ間で生じると、所定の信号を出力する、ワイヤリフトオフ検出装置が提供される。

【0008】

本開示の他の一態様では、
第１導体パターンと第２導体パターンとの間で並列に接続された複数の半導体チップのワイヤリフトオフ検出方法であって、
前記複数の半導体チップは、それぞれ、前記第１導体パターンに接合材により接合された第１電極と、前記第２導体パターンにワイヤを介して接続された第２電極と、を有し、
前記複数の半導体チップの温度を監視する温度監視回路は、前記ワイヤのリフトオフの発生に伴う温度差が前記複数の半導体チップ間で生じると、所定の信号を出力する、ワイヤリフトオフ検出方法が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、ワイヤリフトオフの検出精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】ワイヤ接合部の劣化時におけるパワー半導体モジュールの一部分の断面図である。

【図2】半導体チップ下の接合材の劣化時におけるパワー半導体モジュールの一部分の断面図である。

【図3】半導体チップの例（ＩＧＢＴチップとダイオードチップ）を示す図である。

【図4】パワー半導体モジュールが導通状態にあるときの主端子間の電圧Vce_onと、パワー半導体モジュールの運転時間との関係を例示する図である。

【図5】本実施形態のワイヤリフトオフ装置の一例を示す構成図である。

【図6】チップ温度Tjの監視によるワイヤリフトオフの検出方法を説明するためのタイムチャートである。

【図7】温度監視回路の第１例を示す図である。

【図8】温度センサを使用する温度監視回路を例示する図である。

【図9】温度監視回路の第２例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示に係る実施の形態について説明する。まず、半導体装置の劣化について説明する。

【0012】

近年、電力変換装置は、高信頼化が求められる用途（電力系統、または、電車もしくは自動車等の移動体など）に拡大し、それに伴い、電力変換装置の高信頼化の要求が高まっている。この要求に対して、故障を予知して事前に対策を講ずる予知保全の実現への期待が高まっている。

【0013】

電力変換装置の主な故障要因の一つとしてパワー半導体モジュールが挙げられる。パワー半導体モジュールの主な故障は、電流導通やスイッチング動作によって繰り返し発生する熱応力ストレスがボンディングワイヤ及びはんだを劣化させることで生ずる。ボンディングワイヤ及びはんだの劣化が進むと、パワー半導体モジュールがオン状態（導通状態）にあるときの主端子間の導通抵抗は増加するので、パワー半導体モジュールが導通状態にあるときの主端子間の電圧Vonは上昇する。

【0014】

図１は、ワイヤ接合部の劣化時におけるパワー半導体モジュールの一部分の断面図である。図２は、半導体チップ下の接合材の劣化時におけるパワー半導体モジュールの一部分の断面図である。図１及び図２において、パワー半導体モジュールは、半導体チップ１１と、半導体チップ１１を外部と接続するためのワイヤ１６と、半導体チップ１１を不図示の基板と接合するための接合材８とを備える半導体装置である。

【0015】

ワイヤ１６は、その一端が半導体チップ１１の表面１２に接合される導体である。ワイヤ１６は、例えば、アルミワイヤ等のボンディングワイヤである。接合材８は、半導体チップ１１の裏面１３に接触する導体である。接合材８は、典型的には、はんだであるが、接着剤等の他の接合材でもよい。半導体チップ１１の繰り返しの導通／遮断動作によって発生する熱ストレスは、ワイヤ１６の半導体チップ１１との接合部、及び、はんだ等の接合材８を劣化させる。

【0016】

ワイヤ１６の劣化が進むと、例えば、亀裂９がワイヤ１６の表面１２との接合部に発生し、当該接合部の抵抗が増加する。一方、接合材８の劣化が進むと、例えば、亀裂９が接合材８に発生し、接合材８の抵抗が増加する。したがって、ワイヤ１６及び接合材８の劣化が進むと、パワー半導体モジュールの導通状態での主端子間の電圧Von（図３参照。パワー半導体モジュールがＩＧＢＴの場合、導通状態でのコレクタ－エミッタ間の電圧Vce_on）は、上昇する（図４参照）。

【0017】

図４は、パワー半導体モジュールが導通状態にあるときの主端子間の電圧Vce_onと、パワー半導体モジュールの運転時間との関係を例示する図である。劣化の初期段階では、電圧Vce_onは、緩やかに上昇する（図４に示すΔVce1）。この電圧上昇ΔVce1は、数十mV程度であり、チップ下のはんだ劣化による熱抵抗の増加、ワイヤとチップの接合部の劣化による電気抵抗の増加などに起因すると考えられる。さらに、劣化が進むと、電圧Vce_onは、急峻に上昇する（図４に示すΔVce2）。この電圧上昇ΔVce2は、数十mVから数百mV程度であり、主に、ワイヤリフトオフに起因すると考えられる。

【0018】

ワイヤリフトが発生した状態でパワー半導体モジュールが動作し続ける場合、パワー半導体モジュールを搭載するパワーエレクトロニクス機器（例えば、電力変換装置など）が故障するおそれがある。そのため、劣化を正確に検出し、ＣＢＭ（Condition Based Maintenance）を実現する需要が高まっている。

【0019】

上述の電圧Von（Vce_on）の上昇をモニタすることで、パワー半導体モジュールの故障予兆を検出する方法がある。しかしながら、パワー半導体モジュールの導通状態での主端子間の電圧Von（Vce_on）の変動幅は、パワー半導体モジュールに流れる電流の変動によって大きく変化する。そのため、電圧Von（Vce_on）をモニタしても、パワー半導体モジュールの劣化を精度良く検出できない場合が考えられる。

【0020】

また、大容量化等のため、複数の半導体チップが並列に接続される場合がある。並列に接続された複数の半導体チップのうち、一部の半導体チップにワイヤリフトが発生すると、その他の半導体チップに流れる電流が増加する。しかしながら、半導体チップの並列数が多くなると、一つの半導体チップにワイヤリフトオフが発生しても、その他の半導体チップの電流分担率の増加は小さい。そのため、電圧Von（Vce_on）の上昇は数百mV程度に至らず、電圧Von（Vce_on）をモニタしても、ワイヤリフトオフを検出できないおそれがある。

【0021】

本実施形態のワイヤリフトオフ検出装置及びワイヤリフトオフ検出方法は、ワイヤリフトオフの発生を精度良く検出する。以下、本実施形態のワイヤリフトオフ検出装置及びワイヤリフトオフ検出方法について、説明する。

【0022】

図５は、本実施形態のワイヤリフトオフ検出装置の一例を示す構成図である。図５に示すワイヤリフトオフ検出装置２００は、パワー半導体モジュール１００のワイヤリフトオフの発生を検出する装置である。ワイヤリフトオフ検出装置２００は、パワー半導体モジュール１００と温度監視回路４０を有する。

【0023】

パワー半導体モジュール１００は、半導体装置の一例である。図５は、パワー半導体モジュール１００を平面視で示す。パワー半導体モジュール１００は、絶縁基板１、第１の半導体チップ２１、第２の半導体チップ３１、コレクタ端子Ｃ、エミッタ端子Ｅ、ゲート端子Ｇ、補助エミッタ端子ＥＡ、ワイヤ２２～２７，３２～３７を備える。

【0024】

絶縁基板１は、半導体チップ２１，３１が実装される基板であり、例えばＤＣＢ(Direct Copper Bonding)基板、ＡＭＢ(Active Metal Blazing)基板等を採用することができる。絶縁基板１は、例えば、はんだ等の接合材（不図示）を介して、パワー半導体モジュール１００の筐体の底面に形成されたベース基板（不図示）上に固定される。

【0025】

絶縁基板１は、その表面に形成された導体パターン２～５を含む。導体パターン２～５は、銅またはアルミニウム等の導電性金属を用いて、絶縁基板１の絶縁層の上面に設けられている。導体パターン２～５は、導体板でも導体箔でもよい。

【0026】

導体パターン２は、半導体チップ２１，３１の平面視で、半導体チップ２１，３１の裏面側の領域に配置された矩形状の平面導体である。導体パターン３は、半導体チップ２１，３１の平面視で、半導体チップ２１，３１に対して第１方向の領域に配置された矩形状の平面導体であり、導体パターン２から第１方向に離れて位置する。導体パターン４及び導体パターン５は、半導体チップ２１，３１の平面視で、半導体チップ２１，３１に対して第２方向（第１方向とは反対方向）の領域に配置された矩形状の平面導体であり、導体パターン２から第２方向に離れて位置する。なお、導体パターン２～５の、大きさ、形状及び配置位置は、図示の形態に限られない。

【0027】

半導体チップ２１，３１は、パワー半導体モジュール１００に組み込まれる半導体素子であり、例えば、表面及び裏面のそれぞれに電極を有する半導体スイッチング素子である。半導体チップ２１，３１は、Ｓｉ半導体素子またはＳｉＣ半導体素子等の半導体素子である。半導体チップ２１，３１は、同一の電気的特性を有するように形成されている。図５は、半導体チップ２１，３１が絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）チップの場合を例示する。

【0028】

半導体チップ２１は、エミッタ電極２１ｅ及びゲート電極２１ｇが配置された表面１２（図１及び図２参照）と、コレクタ電極２１ｃが配置された裏面１３（図１及び図２参照）とを有する。図５において、コレクタ電極２１ｃは、半導体チップ２１が有する第１電極の一例であり、この例では、裏面１３に形成された第１主電極である。エミッタ電極２１ｅは、半導体チップ２１が有する第２電極の一例であり、表面１２に形成された第２主電極である。ゲート電極２１ｇは、半導体チップ２１が有する第３電極の一例であり、表面１２に形成された制御電極である。半導体チップ２１は、コレクタ電極２１ｃをはんだ等の接合材８により導体パターン２と接合することで、裏面１３にて絶縁基板１上に固定される。

【0029】

半導体チップ３１は、エミッタ電極３１ｅ及びゲート電極３１ｇが配置された表面１２（図１及び図２参照）と、コレクタ電極３１ｃが配置された裏面１３（図１及び図２参照）とを有する。図５において、コレクタ電極３１ｃは、半導体チップ３１が有する第１電極の一例であり、この例では、裏面１３に形成された第１主電極である。エミッタ電極３１ｅは、半導体チップ３１が有する第２電極の一例であり、表面１２に形成された第２主電極である。ゲート電極３１ｇは、半導体チップ３１が有する第３電極の一例であり、表面１２に形成された制御電極である。半導体チップ３１は、コレクタ電極３１ｃをはんだ等の接合材８により導体パターン２と接合することで、裏面１３にて絶縁基板１上に固定される。

【0030】

図５において、コレクタ端子Ｃ、エミッタ端子Ｅ、ゲート端子Ｇ及び補助エミッタ端子ＥＡは、パワー半導体モジュール１００の外部と接続するための外部端子である。これらの各外部端子は、例えば、銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて円柱状又は平板状に成形されている。

【0031】

コレクタ端子Ｃは、導体パターン２に電気的に接続された主端子である。この例では、コレクタ端子Ｃは、導体パターン２及び接合材８を介して、半導体チップ２１，３１のコレクタ電極２１ｃ，３１ｃに電気的に共通接続されている。

【0032】

エミッタ端子Ｅは、導体パターン３に電気的に接続された主端子である。この例では、エミッタ端子Ｅは、導体パターン３及びワイヤ２２～２５を介して半導体チップ２１のエミッタ電極２１ｅに電気的に接続され、且つ、導体パターン３及びワイヤ３２～３５を介して半導体チップ３１のエミッタ電極３１ｅに電気的に接続されている。

【0033】

補助エミッタ端子ＥＡは、導体パターン５に電気的に接続された補助端子である。この例では、補助エミッタ端子ＥＡは、導体パターン５及びワイヤ２６を介して半導体チップ２１のエミッタ電極２１ｅに電気的に接続され、且つ、導体パターン５及びワイヤ３６を介して半導体チップ３１のエミッタ電極３１ｅに電気的に接続されている。

【0034】

ゲート端子Ｇは、導体パターン４に電気的に接続された制御端子である。この例では、ゲート端子Ｇは、導体パターン４及びワイヤ２７を介して半導体チップ２１のゲート電極２１ｇに電気的に接続され、且つ、導体パターン４及びワイヤ３７を介して半導体チップ３１のゲート電極３１ｇに電気的に接続されている。

【0035】

ワイヤ２２～２７，３２～３７は、例えば、銅もしくはアルミニウム等の導電性金属、または鉄アルミ合金等の導電性合金を用いて、直径３００～５００μｍで形成された線状部材である。

【0036】

ワイヤ２２～２５は、半導体チップ２１の表面電極であるエミッタ電極２１ｅを導体パターン３に接続する複数（この例では、４本）のボンディングワイヤである。ワイヤ２２～２５は、各々の一端がエミッタ電極２１ｅに接合され、各々の他端が導体パターン３に接合されている。

【0037】

ワイヤ２６は、半導体チップ２１の表面電極であるエミッタ電極２１ｅを導体パターン５に接続する一又は複数（この例では、１本）のボンディングワイヤである。ワイヤ２６は、一端がエミッタ電極２１ｅに接合され、他端が導体パターン５に接合されている。

【0038】

ワイヤ２７は、半導体チップ２１の表面電極であるゲート電極２１ｇを導体パターン４に接続する一又は複数（この例では、１本）のボンディングワイヤである。ワイヤ２７は、一端がゲート電極２１ｇに接合され、他端が導体パターン４に接合されている。

【0039】

ワイヤ３２～３５は、半導体チップ３１の表面電極であるエミッタ電極３１ｅを導体パターン３に接続する複数（この例では、４本）のボンディングワイヤである。ワイヤ３２～３５は、各々の一端がエミッタ電極３１ｅに接合され、各々の他端が導体パターン３に接合されている。エミッタ電極３１ｅを導体パターン３に接続するワイヤの本数は、エミッタ電極２１ｅを導体パターン３に接続するワイヤの本数と同数が好ましい。

【0040】

ワイヤ３６は、半導体チップ３１の表面電極であるエミッタ電極３１ｅを導体パターン５に接続する一又は複数（この例では、１本）のボンディングワイヤである。ワイヤ３６は、一端がエミッタ電極３１ｅに接合され、他端が導体パターン５に接合されている。ワイヤ３６の本数は、ワイヤ２６の本数と同数が好ましい。

【0041】

ワイヤ３７は、半導体チップ３１の表面電極であるゲート電極３１ｇを導体パターン４に接続する一又は複数（この例では、１本）のボンディングワイヤである。ワイヤ３７は、一端がゲート電極３１ｇに接合され、他端が導体パターン４に接合されている。ワイヤ３７の本数は、ワイヤ３６の本数と同数が好ましい。

【0042】

このように、パワー半導体モジュール１００は、導体パターン２と導体パターン３との間で並列に接続された二つの半導体チップ２１，３１を備える。導体パターン２は、第１導体パターンの一例である。導体パターン３は、第２導体パターンの一例である。

【0043】

温度監視回路４０は、第１導体パターンと第２導体パターンとの間で並列に接続された複数の半導体チップの各々の温度を監視する。図５の場合、温度監視回路４０は、導体パターン２と導体パターン３との間で並列に接続された二つの半導体チップ２１，３１の各々の温度を監視する。温度監視回路４０は、並列に接続された複数の半導体チップの各々の温度（チップ温度Tj）をリアルタイムに検出し、チップ温度Tjの変動により、パワー半導体モジュール１００のワイヤリフトオフを検出する。

【0044】

図６は、チップ温度Tjの監視によるワイヤリフトオフの検出方法を説明するためのタイムチャートである。図６は、並列に接続された二つの半導体チップ２１，３１の場合を例示する。Tj_1は、半導体チップ２１のチップ温度、Tj_2は、半導体チップ３１のチップ温度を表す。パワー半導体モジュール１００の二つの半導体チップ２１，３１は、電流指令値に対応する電流が流れるように動作する。

【0045】

パワー半導体モジュール１００は、並列に接続される各半導体チップ（各並列チップ）の電流分担率が等しくなるように設計される。そのため、正常時（劣化進行前の初期時）では、各並列チップに流れる電流は、ほぼ等しく、各並列チップの温度も、ほぼ同じになる（すなわち、Tj_1≒Tj_2となる）。

【0046】

熱応力などによる劣化が進むと、ワイヤリフトオフが発生する。ワイヤリフトオフは、すべての半導体チップに同時に発生するのではなく、モジュールの構造上などの原因で、劣化のばらつきが生じ、劣化の進み具合が大きい半導体チップに発生する。例えば半導体チップ３１にワイヤリフトオフが発生した場合、ワイヤリフトオフが発生した半導体チップ３１に流れる電流は急激に減少し、チップ温度Tj_2は低下する。一方、ワイヤリフトオフが発生していない半導体チップ２１に流れる電流は急激に増加し、チップ温度Tj_1は上昇する。温度監視回路４０は、ワイヤリフトオフの発生に伴うこのような温度変化に着目し、各並列チップのチップ温度Tjを監視することでワイヤリフトオフを検出し、パワー半導体モジュール１００の故障を検知する。

【0047】

図６に示す２チップ並列構成の半導体モジュールの動作例の場合、時刻t1までの期間では、電流指令値の変化に伴い、チップ温度Tjも変化するが、並列チップのチップ温度がほぼ同じである（Tj_1≒Tj_2）。例えば、時刻t1で半導体チップ３１側のワイヤ３５のリフトオフが発生した場合、半導体チップ３１側では、通流できるワイヤ数が減少し、流れる電流が減少する一方、半導体チップ２１に流れる電流は、増加する。そのため、半導体チップ３１のチップ温度Tj_2が低下し、半導体チップ２１のチップ温度Tj_1が上昇する。

【0048】

温度監視回路４０は、半導体チップ３１の温度が上昇し且つ半導体チップ２１の温度が低下することによって温度差Δ（=ΔTj_1+ΔTj_2）が複数の半導体チップ２１，３１間で生じると、ワイヤリフトオフが発生したことを表す所定の信号を出力する。所定の信号の出力とは、信号が外部に出力されることでもよいし、回路の内部値が変化することでもよい。

【0049】

このように、温度監視回路４０は、ワイヤリフトオフの発生に伴う温度差Δが複数の半導体チップ間で生じると、所定の信号を出力する。これにより、上述の電圧Von（Vce_on）の測定のみによってワイヤリフトオフを検出する方法に比べて、ワイヤリフトオフの検出精度が向上する。温度差Δの監視によりワイヤリフトオフの発生を検出する方法は、電流指令値が同じ条件に限られず任意の条件で実施可能であるので、ワイヤリフトオフの検出をリアルタイムで実行できる。

【0050】

温度監視回路４０は、温度差Δを監視し、温度差Δが所定の閾値Thを超えると、ワイヤリフトオフが発生したことを表す所定の信号を出力してもよい。これにより、ワイヤリフトオフの検出精度が向上する。

【0051】

温度監視回路４０は、各並列チップの温度の散らばり度合いを監視することで、温度差Δを監視してもよい。各並列チップの温度の散らばり度合いとは、偏差（平均からの隔たりを表す値）、分散、標準偏差などがある。温度監視回路４０は、各並列チップの温度の分散が増大すると（例えば、分散が所定の閾値Thを超えると）、ワイヤリフトオフが発生したことを表す所定の信号を出力してもよい。

【0052】

温度監視回路４０は、並列に接続される複数の半導体チップのうちの一部の半導体チップの温度と当該複数の半導体チップの温度の代表値との差ΔTjが増大すると、ワイヤリフトオフが発生したことを表す所定の信号を出力してもよい。これにより、ワイヤリフトオフの検出精度が向上する。並列に接続される複数の半導体チップの温度の代表値とは、それらの温度の中心的傾向を示す値をいう。代表値の具体例として、平均値、最頻値、中央値などが挙げられる。

【0053】

温度上昇量ΔTj_1（＝Tj_av-Tj_2）または温度低下量ΔTj_2（＝Tj_1-Tj_av）は、差ΔTjの一例である。Tj_av（=(Tj_1+Tj_2)/2）は、並列に接続された複数の半導体チップの平均温度を表す。

【0054】

温度監視回路４０は、並列に接続される複数の半導体チップのうちの一部の半導体チップの温度低下を検出すると、当該一部の半導体チップのエミッタ電極と第２導体パターンとの間のワイヤのリフトオフ発生と判定してもよい。例えば、温度監視回路４０は、半導体チップ３１の温度低下量ΔTj_2が所定の判定閾値のΔTj_thを超えたことを検出すると、半導体チップ３１にワイヤリフトオフが発生したと判定する。

【0055】

温度監視回路４０は、並列に接続される複数の半導体チップのうちの一部の半導体チップの温度上昇を検出すると、当該複数の半導体チップのうちの他の半導体チップのエミッタ電極と第２導体パターンとの間のワイヤのリフトオフ発生と判定してもよい。例えば、温度監視回路４０は、半導体チップ２１の温度上昇量ΔTj_1が所定の判定閾値のΔTj_thを超えたことを検出すると、半導体チップ３１にワイヤリフトオフが発生したと判定する。

【0056】

図７は、温度監視回路の第１例を示す図である。温度監視回路４０Ａは、温度監視回路４０の一例である。温度監視回路４０Ａは、並列に接続されたn個の半導体チップのチップ温度（Tj_1, Tj_2, …, Tj_n）を監視するとともに、それらのn個のチップ温度（Tj_1, Tj_2, …, Tj_n）の平均値Tj_avを算出する。温度監視回路４０Ａは、n個の判定部４１_１，４１_２，・・・，４１_ｎと、論理和ゲート４２と、ラッチ回路４３と、を有する。

【0057】

温度監視回路４０は、チップ温度の平均値Tj_avとチップ温度（Tj_1, Tj_2, …, Tj_n）との差である温度変化量ΔTj（ΔTj_1,ΔTj_2,…,ΔTj_n）を算出する。判定部４１は、温度変化量ΔTj（ΔTj_1,ΔTj_2,…,ΔTj_n）を判定閾値ΔTj_th（一例として、チップ温度平均値Tj_av×10％）と比較する。判定閾値ΔTj_thは、０よりも大きく１よりも小さい所定の定数を代表値に乗算した値の一例であるが、一定値でもよい（例えば、ΔTj_th=10℃）。温度監視回路４０は、ΔTj_1,ΔTj_2,…,ΔTj_nのいずれかが判定閾値ΔTj_thより高いことが検出された場合、ワイヤリフトオフの発生を表す所定の信号をラッチ回路４３から出力する。

【0058】

図８は、温度センサを使用する温度監視回路を例示する図である。温度監視回路４０は、並列に接続された複数の半導体チップのそれぞれに設けられた温度センサを用いて、それらの複数の半導体チップの温度を監視してもよい。図８は、温度センサとして、アノード端子Ａ１とカソード端子Ｋ１との間に接続されたダイオードＤ１と、アノード端子Ａ２とカソード端子Ｋ２との間に接続されたダイオードＤ２を例示する。温度監視回路４０は、複数の温度演算回路４４_１，４４_２を有する。温度演算回路４４_１は、半導体チップ２１の温度を検出するダイオードＤ１からの信号に基づいて半導体チップ２１の温度を演算する。温度演算回路４４_２は、半導体チップ３１の温度を検出するダイオードＤ２からの信号に基づいて半導体チップ３１の温度を演算する。

【0059】

ワイヤリフトオフ検出装置は、複数の半導体チップを駆動する駆動回路５０を備えてもよい。駆動回路５０は、例えば、リフトオフしたワイヤの本数が所定値を超えることが検出された場合、半導体チップ２１，３１の動作を停止させてもよい。

【0060】

図９は、温度監視回路の第２例を示す図である。温度監視回路４０Ｂは、温度監視回路４０の一例である。温度監視回路４０Ｂは、ローパスフィルタ４５_１，４５_２，・・・，４５_ｎによって、複数の半導体チップの温度の各検出値の高周波成分を減衰させ、ローパスフィルタ４６によって、複数の半導体チップの温度の代表値（この例では、平均値）の高周波成分を減衰させる。これにより、高周波成分のノイズが減衰し、ワイヤリフトオフの検出精度が向上する。

【0061】

以上、実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が可能である。

【0062】

例えば、並列に接続される半導体チップは、IGBT等のパワートランジスタに限られず、ダイオード、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ、トライアックなどでもよい。

【0063】

半導体チップは、縦型のパワー金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ）でもよい。上述の実施形態において、半導体チップがＭＯＳＦＥＴチップの場合、コレクタはドレインに、エミッタはソースに、置換される。

【0064】

また、温度監視回路は、ヒートシンクの温度から半導体チップの温度を間接的に推定してもよい。

【符号の説明】

【0065】

１ 絶縁基板
２～５ 導体パターン
８ 接合材
９ 亀裂
１１ 半導体チップ
１２ 表面
１３ 裏面
２１，３１ 半導体チップ
２１ｃ，３１ｃ コレクタ電極
２１ｅ，３１ｅ エミッタ電極
２１ｇ，３１ｇ ゲート電極
２２～２７，３２～３７ ワイヤ
４０，４０Ａ，４０Ｂ 温度監視回路
５０ 駆動回路
１００ パワー半導体モジュール
２００ ワイヤリフトオフ検出装置
Ｃ コレクタ端子
Ｅ エミッタ端子
ＥＡ 補助エミッタ端子
Ｇ ゲート端子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】