ホーム > 特許ランキング > サンケン電気株式会社
(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】P2024099221
(43)【公開日】2024-07-25
(54)【発明の名称】半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 23/34 20060101AFI20240718BHJP
H01L 25/07 20060101ALI20240718BHJP
H01L 23/58 20060101ALI20240718BHJP
【ＦＩ】
H01L23/34 D
H01L25/04 C
H01L23/56 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023003005
(22)【出願日】2023-01-12
(71)【出願人】
【識別番号】000106276
【氏名又は名称】サンケン電気株式会社
(72)【発明者】
【氏名】井上 隆
【テーマコード（参考）】
5F136
【Ｆターム（参考）】
5F136DA27
5F136DA41
5F136FA12
5F136FA51
5F136HA01
(57)【要約】
【課題】回路や機構の規模を大きくすることなく、また、パワーモジュールのサイズに影響を与えずに、放熱性の低下を検知し、パワーシステム機器の安定動作に寄与できるパワーモジュールを提供する。
【解決手段】絶縁性の基板と、前記基板上に設けられた複数の電子素子と、前記基板上に設けられ、前記基板上の温度を検知するためのn個の温度検知素子と、前記n個の温度検知素子と接続される放熱性の低下検知機構と、を備え、前記n個の温度検知素子は、第１の端子と第２の端子を有し、前記n個の温度検知素子の中の第１の素子の第１の端子は前記低下検知機構と接続され、前記第１の素子の第２の端子は前記複数の温度検知素子の第２の素子の第１の端子と接続され、以下、前記第ｎの素子まで、第aの素子の第２の端子と第a+1の素子の第１の端子が接続され、前記第nの素子の第２端子は前記低下検知機構と接続され、前記基板は樹脂により封止されている。
【選択図】図５
【解決手段】絶縁性の基板と、前記基板上に設けられた複数の電子素子と、前記基板上に設けられ、前記基板上の温度を検知するためのn個の温度検知素子と、前記n個の温度検知素子と接続される放熱性の低下検知機構と、を備え、前記n個の温度検知素子は、第１の端子と第２の端子を有し、前記n個の温度検知素子の中の第１の素子の第１の端子は前記低下検知機構と接続され、前記第１の素子の第２の端子は前記複数の温度検知素子の第２の素子の第１の端子と接続され、以下、前記第ｎの素子まで、第aの素子の第２の端子と第a+1の素子の第１の端子が接続され、前記第nの素子の第２端子は前記低下検知機構と接続され、前記基板は樹脂により封止されている。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
絶縁性の基板と、
前記基板上に設けられた複数の電子素子と、
前記基板上に設けられ、前記基板上の温度を検知するためのn個の温度検知素子と、
前記n個の温度検知素子と接続される放熱性の低下検知機構と、を備え、
前記n個の温度検知素子は、第１の端子と第２の端子を有し、
前記n個の温度検知素子の中の第１の素子の第１の端子は前記低下検知機構と接続され、前記第１の素子の第２の端子は前記複数の温度検知素子の第２の素子の第１の端子と接続され、以下、前記第ｎの素子まで、第aの素子の第２の端子と第a+1の素子の第１の端子が接続され、前記第nの素子の第２端子は前記低下検知機構と接続され、
前記基板は樹脂により封止されていることを特徴にしたパワーモジュール
前記基板上に設けられた複数の電子素子と、
前記基板上に設けられ、前記基板上の温度を検知するためのn個の温度検知素子と、
前記n個の温度検知素子と接続される放熱性の低下検知機構と、を備え、
前記n個の温度検知素子は、第１の端子と第２の端子を有し、
前記n個の温度検知素子の中の第１の素子の第１の端子は前記低下検知機構と接続され、前記第１の素子の第２の端子は前記複数の温度検知素子の第２の素子の第１の端子と接続され、以下、前記第ｎの素子まで、第aの素子の第２の端子と第a+1の素子の第１の端子が接続され、前記第nの素子の第２端子は前記低下検知機構と接続され、
前記基板は樹脂により封止されていることを特徴にしたパワーモジュール
【請求項2】
前記基板は、セラミック板及びその両主面に形成された金属板部を有し、
前記セラミック板の第一主面に形成された第一金属板部は、前記複数の電子素子及び前記n個の温度検知素子を基板に接合するための金属板と、前記複数の電子素子間および外部との電気信号を伝達する配線用金属板と、前記n個の温度検知素子間および、温度検知回路間の電気信号を伝達する配線用金属板とを間隔をあけて配された前記放熱用金属板を設けた、請求項１に記載したパワーモジュール
前記セラミック板の第一主面に形成された第一金属板部は、前記複数の電子素子及び前記n個の温度検知素子を基板に接合するための金属板と、前記複数の電子素子間および外部との電気信号を伝達する配線用金属板と、前記n個の温度検知素子間および、温度検知回路間の電気信号を伝達する配線用金属板とを間隔をあけて配された前記放熱用金属板を設けた、請求項１に記載したパワーモジュール
【請求項3】
前記温度検知素子は温度変化により、電流-電圧特性が変化することを特徴とする請求項１ないし請求項２に記載したパワーモジュール
【請求項4】
前記温度検知素子は前記基板の四隅に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３に記載したパワーモジュール
【請求項5】
絶縁性の基板と、
前記基板上に設けられた複数の電子素子と、
前記基板上に設けられ、前記基板上の温度を検知するためのn個の温度検知素子と、
前記n個の温度検知素子と接続される放熱性の低下検知機構と、を備え、
前記n個の温度検知素子は、第1の端子と第2の端子を有し、
前記n個の温度検知素子の中の第1の素子及び第１＋ｎ／２の素子の第１の端子は前記低下検知機構と接続され、前記第1の素子及び前記第（１＋ｎ／２）の素子の第２の端子は第２及び第（２＋ｎ／２）の素子の第１の端子と接続され、以下、第aの素子及び第（ａ＋ｎ／２）の第２の端子と第a+1の素子及び（ａ＋１＋ｎ／２）の素子の第１の端子が接続され、前記第n／２の素子及び第ｎの素子の第２端子は前記低下検知機構と接続され、
前記基板は樹脂により封止されていることを特徴にしたパワーモジュール
前記基板上に設けられた複数の電子素子と、
前記基板上に設けられ、前記基板上の温度を検知するためのn個の温度検知素子と、
前記n個の温度検知素子と接続される放熱性の低下検知機構と、を備え、
前記n個の温度検知素子は、第1の端子と第2の端子を有し、
前記n個の温度検知素子の中の第1の素子及び第１＋ｎ／２の素子の第１の端子は前記低下検知機構と接続され、前記第1の素子及び前記第（１＋ｎ／２）の素子の第２の端子は第２及び第（２＋ｎ／２）の素子の第１の端子と接続され、以下、第aの素子及び第（ａ＋ｎ／２）の第２の端子と第a+1の素子及び（ａ＋１＋ｎ／２）の素子の第１の端子が接続され、前記第n／２の素子及び第ｎの素子の第２端子は前記低下検知機構と接続され、
前記基板は樹脂により封止されていることを特徴にしたパワーモジュール
【請求項6】
前記基板は、セラミック板及びその両主面に形成された金属板部を有し、
前記セラミック板の第一主面に形成された第一金属板部は、前記複数の電子素子及び前記四個の温度検知素子を基板に接合するための金属板と、前記複数の電子素子間および外部との電気信号を伝達する配線用金属板と、前記四個の温度検知素子間および、温度検知回路間の電気信号を伝達する配線用金属板をと間隔をあけて配された前記放熱用金属板を設けた、請求項５に記載したパワーモジュール
前記セラミック板の第一主面に形成された第一金属板部は、前記複数の電子素子及び前記四個の温度検知素子を基板に接合するための金属板と、前記複数の電子素子間および外部との電気信号を伝達する配線用金属板と、前記四個の温度検知素子間および、温度検知回路間の電気信号を伝達する配線用金属板をと間隔をあけて配された前記放熱用金属板を設けた、請求項５に記載したパワーモジュール
【請求項7】
前記温度検知素子は温度変化により、電流-電圧特性が変化することを特徴とする請求項５ないし請求項６に記載したパワーモジュール
【請求項8】
前記温度検知素子は前記基板の四隅に配置されることを特徴とする請求項５から請求項７に記載したパワーモジュール
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、IGBT、SiC-MOSFET、Si-MOSFET等のパワー半導体をスイッチングして電力変換を行うパワーモジュールに関するものである。
【背景技術】
【0002】
モーター駆動のようなパワーシステム機器に使用されるパワーモジュールの中にはDBC(Direct Bonded Cupper)構造の基板を使用しているものがある。このような構造の製品ではパワーモジュールパッケージに放熱器を接続して使用されることがある。
図１は上記のパワーモジュールパッケージの断面の一例を示している。
ここに図示するように、パワーモジュール１はセラミック基板１０１の両面に金属層１０２，１０３が形成されたDBC基板１３において、パッケージ外部に露出しない側の金属層１０２の上に、パワー素子１１や制御素子他の電子部品を搭載し、さらに前記金属層１０２からみて、セラミック基板１０１をはさんで反対側の金属層１０３を外部に露出させるように、モールド樹脂１６にて周囲を覆っている。そして前記パワーモジュール１の外部に露出させた金属層１０３と放熱器３を半田層２により接続することにより、パワーモジュール内のパワー素子で発生する熱を効率よく放出させる。
図１は上記のパワーモジュールパッケージの断面の一例を示している。
ここに図示するように、パワーモジュール１はセラミック基板１０１の両面に金属層１０２，１０３が形成されたDBC基板１３において、パッケージ外部に露出しない側の金属層１０２の上に、パワー素子１１や制御素子他の電子部品を搭載し、さらに前記金属層１０２からみて、セラミック基板１０１をはさんで反対側の金属層１０３を外部に露出させるように、モールド樹脂１６にて周囲を覆っている。そして前記パワーモジュール１の外部に露出させた金属層１０３と放熱器３を半田層２により接続することにより、パワーモジュール内のパワー素子で発生する熱を効率よく放出させる。
【0003】
このように、パワーシステム機器に使用されるパワーモジュールでは、パッケージの外部に露出させた放熱パターンと放熱器を接着した構造でパワーモジュールの放熱性の確保をおこなうが、使用期間が長期になると、放熱パターン、図１におけるDBC基板の金属層１０３と、放熱器３の接着面の接合強度が劣化し、接着面の一部がはく離することがある。
接着面の一部がはく離すると、はく離で発生するすき間により熱抵抗が上がるため、放熱性が損なわれることが知られている。放熱性が損なわれることにより、パワーモジュール内の温度が上昇するため、このパワーモジュールに搭載されているパワー素子等の半導体装置や、電子部品の故障につながり、パワーシステム機器の動作が安定しなくなる。
接着面の一部がはく離すると、はく離で発生するすき間により熱抵抗が上がるため、放熱性が損なわれることが知られている。放熱性が損なわれることにより、パワーモジュール内の温度が上昇するため、このパワーモジュールに搭載されているパワー素子等の半導体装置や、電子部品の故障につながり、パワーシステム機器の動作が安定しなくなる。
【0004】
このような問題を防止し、前記パワーシステム機器の安定動作のために、前記接着面のはく離による放熱性の低下を検知することが必要と考えられる。
DBC基板と放熱器の接着面の接合強度の劣化によるはく離は、DBC基板と放熱器の接着面の端部から発生しやすいことが知られており、はく離の可能性が高い上記接着面の端部において、放熱性の低下を早期に検知することで、はく離による問題発生の回避につながる。
ここで、DBC基板と放熱器の接着は双方が２次元の平面形状を有するため、複数の端部が存在する。そのため、はく離検知の確度を上げるためには、はく離の可能性が高い複数の端部に放熱性の低下を検知できる機構を備える必要がある。
DBC基板と放熱器の接着面の接合強度の劣化によるはく離は、DBC基板と放熱器の接着面の端部から発生しやすいことが知られており、はく離の可能性が高い上記接着面の端部において、放熱性の低下を早期に検知することで、はく離による問題発生の回避につながる。
ここで、DBC基板と放熱器の接着は双方が２次元の平面形状を有するため、複数の端部が存在する。そのため、はく離検知の確度を上げるためには、はく離の可能性が高い複数の端部に放熱性の低下を検知できる機構を備える必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
図１の例に示すDBC基板と放熱器の接着において、あるポイントの温度検知を実施したい場合、その手法として、例えばダイオードを使用したΔVF測定法による検知方法が知られている。前記の検知法を使用し、初期状態のVF値と、意図的に熱量を加え温度を上昇させたときのVF値とを測定することで、配置したダイオード周辺箇所の金属層１０３と放熱器３、半田層２の放熱特性を知ることができる。
【0006】
図２にパワーモジュール上で放熱性の低下検知として、ΔVF測定法を適用するための回路構成の一例を示す。
この図に記載されているダイオード１４は前記のΔVF測定用のダイオードである。そのダイオードに、ΔVF測定により放熱性の低下検知を行う機構として回路１５を接続する。
回路１５の中には前記のダイオード１４に測定電流の印加、および、前記ダイオード１４の周囲温度を上昇させるために、測定電流より大きな発熱電流を印加する定電流源１５１、外部からの指示により測定電流もしくは発熱電流の印加を行う定電流源制御回路１５２、ダイオードに測定電流が印加された際、ダイオードのVF値を検知する検知回路１５３、検知回路の測定値から、放熱性に異常が生じたかを判定し、判定結果を外部に出力する判定及び出力回路１５４を有する。
この図に記載されているダイオード１４は前記のΔVF測定用のダイオードである。そのダイオードに、ΔVF測定により放熱性の低下検知を行う機構として回路１５を接続する。
回路１５の中には前記のダイオード１４に測定電流の印加、および、前記ダイオード１４の周囲温度を上昇させるために、測定電流より大きな発熱電流を印加する定電流源１５１、外部からの指示により測定電流もしくは発熱電流の印加を行う定電流源制御回路１５２、ダイオードに測定電流が印加された際、ダイオードのVF値を検知する検知回路１５３、検知回路の測定値から、放熱性に異常が生じたかを判定し、判定結果を外部に出力する判定及び出力回路１５４を有する。
【0007】
図３は、放熱性の低下検知として、ΔVF測定法を適用する場合のフローの一例を示している。図３のフローに従い、ΔVF測定法を適用した放熱性低下の検知の方法を説明する。
パワーモジュールの起動時に、初期状態としてダイオード１４に測定電流を印加し、前記ダイオードの順方向電圧VF１を測定する(S１)。
その後、電流値を発熱電流に切換え一定時間エネルギーJを印加し(S２)、周囲温度を上昇させたのち、再度ダイオードに測定電流を印加し、その時のダイオードの順方向電圧VF２を測定する(S３)。
上記の測定の後、S３で取得した、ダイオードの順方向電圧VF１とVF２の値、および、上記測定に使用したダイオードが有しているVFの温度依存性を用い、計算を実施することで、初期状態の温度T1と発熱後の温度T2が計算できる。
前記の温度T1とT2の差分及び、印加したエネルギー値Ｊを用いることで、パワーモジュールの放熱性λの算出ができる（S４）。
パワーモジュールの起動時に、初期状態としてダイオード１４に測定電流を印加し、前記ダイオードの順方向電圧VF１を測定する(S１)。
その後、電流値を発熱電流に切換え一定時間エネルギーJを印加し(S２)、周囲温度を上昇させたのち、再度ダイオードに測定電流を印加し、その時のダイオードの順方向電圧VF２を測定する(S３)。
上記の測定の後、S３で取得した、ダイオードの順方向電圧VF１とVF２の値、および、上記測定に使用したダイオードが有しているVFの温度依存性を用い、計算を実施することで、初期状態の温度T1と発熱後の温度T2が計算できる。
前記の温度T1とT2の差分及び、印加したエネルギー値Ｊを用いることで、パワーモジュールの放熱性λの算出ができる（S４）。
【0008】
前記測定の後、パワーモジュールは本来の機能動作を開始するが、このパワーモジュールが一度動作を終了し電源が切断され、再度起動する際、もしくは動作開始後、一定時間経過した時点で、ダイオード１４に対し、上記と同様の処理を改めて実行する(S１１からS１３)。今回の測定で取得したダイオード１４の順方向電圧をVF１’,VF２’とし、この値から、起動から一定時間が経過した後の放熱性λ’を算出する(S１４)。ここで起動時に取得したλの値とλ‘を比較し、差異が認められた時、放熱性が低下したと判定することができる。(S１５, S１６)
【0009】
図４に図２の機構を実際にパワーモジュール内に配置した例の平面図を示す。この図の例ではDBCの形状を長方形としており、その端部である長方形の４つの角にそれぞれダイオード１４と放熱性の低下検知機構１５を配置している。このように、はく離ポテンシャルのある端部に、もれなく放熱性の低下検知機構を配置することで、確度の高い、放熱性の低下検知を行うことができる。
【0010】
しかしながら、このような場合、放熱性の低下検知を行いたい箇所のおのおのにダイオード及び、放熱性の低下検知機構を設けることになり、前記低下検知機構の配置に必要な面積が大きくなり、パワーモジュールのサイズ、もしくは、パワーモジュールに搭載できるパワー素子の大きさに影響をあたえてしまう。
本発明は上述した事情に鑑みたものであって、回路や機構の規模を大きくすることなく、また、パワーモジュールのサイズに影響を与えずに、放熱性の低下を検知し、パワーシステム機器の安定動作に寄与できるパワーモジュールを提供することを目的とする。
本発明は上述した事情に鑑みたものであって、回路や機構の規模を大きくすることなく、また、パワーモジュールのサイズに影響を与えずに、放熱性の低下を検知し、パワーシステム機器の安定動作に寄与できるパワーモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記課題を解決するため、本発明のパワーモジュールは、絶縁性の基板と、前記基板上に設けられた複数の電子素子と、前記基板上に設けられ、前記基板上の温度を検知するためのn個の温度検知素子と、前記n個の温度検知素子と接続される放熱性の低下検知機構と、を備え、前記n個の温度検知素子は、第１の端子と第２の端子を有し、前記n個の温度検知素子の中の第１の素子の第１の端子は前記低下検知機構と接続され、前記第１の素子の第２の端子は前記複数の温度検知素子の第２の素子の第１の端子と接続され、以下、前記第ｎの素子まで、第aの素子の第２の端子と第a+1の素子の第１の端子が接続され、前記第nの素子の第２端子は前記低下検知機構と接続され、前記基板は樹脂により封止されていることを特徴とする。
【0012】
また、本発明では、基板と、前記基板上に設けられた複数の電子素子と、前記基板上に設けられ、前記基板上の温度を検知するためのn個の温度検知素子と、前記n個の温度検知素子と接続される放熱性の低下検知機構と、を備え、前記n個の温度検知素子は、第1の端子と第2の端子を有し、前記n個の温度検知素子の中の第1の素子及び第１＋ｎ／２の素子の第１の端子は前記低下検知機構と接続され、前記第1の素子及び前記第（１＋ｎ／２）の素子の第２の端子は第２及び第（２＋ｎ／２）の素子の第１の端子と接続され、以下、第aの素子及び第（ａ＋ｎ／２）の第２の端子と第a+1の素子及び（ａ＋１＋ｎ／２）の素子の第１の端子が接続され、前記第n／２の素子及び第ｎの素子の第２端子は前記低下検知機構と接続され、前記基板は樹脂により封止されていることを特徴にするものを含む。
【0013】
また、本発明では、上記パワーモジュールにおいて、前記基板は、セラミック板及びその両主面に形成された金属層部を有し、前記セラミック板の第一主面に形成された第一金属層部は、前記複数の電子素子及び前記n個の温度検知素子を基板に接合するための金属層と、前記複数の電子素子間および外部との電気信号を伝達する配線用金属層と、前記n個の温度検知素子間および、温度検知素子間の電気信号を伝達する配線用金属層とを間隔をあけて配された前記放熱用金属層を設けているものを含む。
【0014】
また、本発明では、上記パワーモジュールにおいて、前記温度検知素子は温度変化により、電流-電圧特性が変化することを特徴とするものを含む。
【0015】
また、本発明では、上記パワーモジュールにおいて、前記温度検知素子は前記基板の四隅に配置されることを特徴とするものを含む。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、複数の低下検知機構により、放熱性の低下検知を行う場合でも、少数の低下検知機構により、放熱性の低下検知をおこなうことができ、パワーモジュール内の機構が複雑にならず、サイズにも影響を与えずに目的の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】DBC基板を用いたパワーモジュールパッケージの断面の一例
【図2】ダイオードを使用したΔVF法を活用し。放熱性低下検知をおこなうための機構のブロック図の一例
【図5】本発明の第１の形態のDBC基板上の電子素子の配置の一例
【図6】本発明の第１の形態の温度検知回路の接続および機能ブロック図
【図7】本発明の第２の形態のDBC基板上の電子素子の配置の一例
【図8】本発明の第２の形態の温度検知回路の接続および機能ブロック図
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図５は本発明の第一の形態におけるパワーモジュールの、DBC基板上の各製品の平面上の配置の一例である。本例は、三相ブラシレスモータ駆動用のパワーモジュールであり、ハイサイド、ローサイドのパワー素子６石を搭載している。
図５は本発明の第一の形態におけるパワーモジュールの、DBC基板上の各製品の平面上の配置の一例である。本例は、三相ブラシレスモータ駆動用のパワーモジュールであり、ハイサイド、ローサイドのパワー素子６石を搭載している。
【0019】
DBC基板２３の構成要素であるセラミック基板２０１の上面にはパワー素子をDBC基板に接着するための金属層２０２が配置され,その上部にパワー素子２１が６素子配置されている。そして、温度検知素子として、前記DBC基板の四隅にダイオード２４がおのおの配置される。さらに、前記の各ダイオードを電気的に直列に接続するために各ダイオードの間に金属層による配線２０４が配置される。そして、前記DBC基板の上面に放熱性低下検知機構２５を設置し、配線２０４および金属ワイヤを用いて前記放熱性低下検知機構２５と４つのダイオード２４が直列に接続されるよう接続する。
【0020】
前記接続を回路ブロックで表したものが図６である。
図６の回路にて、初期状態(室温)でダイオードに測定電流を印加すると、その時、ダイオード２４(a)、２４(b)、２４(c)、２４(d)の各々にVF１(２４a)、VF１(２４b)、VF１(２４c)、VF１(２４d)が発生する。従って、図６のノードaとノードbの間の電位差はVF1(２４)=VF１(２４a)+VF１(２４b)+VF１(２４c)+VF１(２４d)となり、その値がnVF検出回路に記録される。その後、ダイオードに流れる電流値を発熱電流値に切換え一定時間印加することで、ダイオードの発熱により、周囲温度が上昇する。その後、初期状態と同様に再度ダイオードに測定電流を印加すると、その時のダイオードの順方向電圧は温度上昇分変化した値、VF２(２４a)、VF２(２４b)、VF２(２４c)、VF２(２４d)となり、ノードaとノードbの間の電位差はVF２(２４)=VF２(２４a)+VF２(２４b)+VF２(２４c)+VF２(２４d)となる。このVF１(２４)、VF２(２４)の値を、判定及び出力回路２５４に転送し、演算を行うことで、初期の放熱性を確認することができる。
図６の回路にて、初期状態(室温)でダイオードに測定電流を印加すると、その時、ダイオード２４(a)、２４(b)、２４(c)、２４(d)の各々にVF１(２４a)、VF１(２４b)、VF１(２４c)、VF１(２４d)が発生する。従って、図６のノードaとノードbの間の電位差はVF1(２４)=VF１(２４a)+VF１(２４b)+VF１(２４c)+VF１(２４d)となり、その値がnVF検出回路に記録される。その後、ダイオードに流れる電流値を発熱電流値に切換え一定時間印加することで、ダイオードの発熱により、周囲温度が上昇する。その後、初期状態と同様に再度ダイオードに測定電流を印加すると、その時のダイオードの順方向電圧は温度上昇分変化した値、VF２(２４a)、VF２(２４b)、VF２(２４c)、VF２(２４d)となり、ノードaとノードbの間の電位差はVF２(２４)=VF２(２４a)+VF２(２４b)+VF２(２４c)+VF２(２４d)となる。このVF１(２４)、VF２(２４)の値を、判定及び出力回路２５４に転送し、演算を行うことで、初期の放熱性を確認することができる。
【0021】
ここで演算した結果を判定回路内に記憶し、その後、ある時間が経過したところで、同様の処理を実行する。それにより、VF１(２４)’,VF２(２４)’が取得される。この時、図５のダイオード２４(a)が配置してある地点の近傍の端部がはく離していた場合、その部分の放熱性が低下するため、VF２’(２４a)はVF２(２４a)とかい離した値となる。一方、かい離指定な部分は放熱性が低下しないため、VF２’(２４b)とVF２(２４b)、VF２’(２４c)とVF２(２４c)、VF２’(２４d)とVF２(２４d)の値はほぼ同一値となる。したがって、VF１(２４)とVF２(２４)による演算結果と、VF１’(２４)とVF２’(２４)の演算結果はVF２’(２４a)とVF２(２４a)のかい離の分差が生じるため、放熱性低下が発生したと判定することができる。
【0022】
以上のように本発明にかかるパワーモジュールによれば、長期の使用により発生する、パワーモジュールの金属配線層と前記パワーモジュールに接着される放熱器間のはく離に伴う放熱特性の低下を早期に検知することができるので、前記パワーモジュールの動作に問題が発生する前に対策を講じることが可能になる。
【0023】
本実施例では、三相ブラシレスモータ用駆動回路を1パッケージに搭載したモジュールの例を示しているが、本発明はこれに限られるものではなく、種々の用途のパワーモジュールに適用することができる。また、本実施例では放熱性低下検知のために搭載する温度検知素子は４個としているが、温度検知素子は４個に限定されず、放熱性低下検知が必要な箇所に必要な個数、例えば、長辺の中間部に搭載することもできる。
【0024】
図７は本発明の第二の形態におけるパワーモジュールのSBC基板上の各製品の平面上の配置の一例である。本例は、フルブリッジ駆動回路のパワーモジュールである。DBC基板３３の構成要素であるセラミック基板３０１の上面にはパワー素子をDBC基板に接着するための金属層３０２が配置され,その上部にパワー素子３１が４素子配置されている。そして、温度検知素子として、前記DBC基板の四隅にダイオード３４がおのおの配置される。さらに、前記の各ダイオードを電気的に直列に接続するために各ダイオードの間に金属層による配線３０４が配置される。そして、前記DBC基板の上面に放熱性低下検知機構３５を設置している。配線２０４および金属ワイヤを用いて前記放熱性低下検知機構３５と４つのダイオード３４が２個ずつ(３４(a)と３４(b)、３４(c)と３４(d))が直列に接続されるよう接続する。ここで３４(a)と３４(b)を合わせて３４L、３４(c)と３４(d)を合わせて３４Rとする。
【0025】
前記接続を回路ブロックで表したものが図８である。
図８の回路にて、初期状態(室温)でダイオードに測定電流を印加すると、その時、ダイオード３４(a)、３４(b)、３４(c)、３４(d)の各々にVF１(３４a)、VF１(３４b)、VF１(３４c)、VF１(３４d)が発生する。従って、図６のノードaとノードbの間の電位差はVF１(３４L)=VF1(３４a)+VF１(３４b) ノードcとノードdの間の電位差はVF1(３４R)=VF１(３４c)+VF１(３４d)となる。ここでVF１(３４L)はn/2VF検出回路３５３(L)、VF１(３４R)はn/2VF検出回路３５３(R)に記録される。その後、ダイオードに流れる電流値を発熱電流値に切換え一定時間印加することで、ダイオードの発熱により、周囲温度が上昇する。その後、初期状態と同様に再度ダイオードに測定電流を印加すると、その時のダイオードの順方向電圧は温度上昇分低下した値、VF２(３４a)、VF２(３４b)、VF２(３４c)、VF２(３４d)となり、ノードaとノードbの間の電位差はVF２(３４L)=VF２(３４a)+VF２(３４b) ノードcとノードdの間の電位差はVF２(３４R)=VF２(３４c)+VF２(３４d)となる。このVF１(３４L)、VF２(３４L),VF１(３４R)、VF２(３４R)の値を判定及び出力回路３５４に転送し、演算を行うことで初期の放熱性を確認することができる。
図８の回路にて、初期状態(室温)でダイオードに測定電流を印加すると、その時、ダイオード３４(a)、３４(b)、３４(c)、３４(d)の各々にVF１(３４a)、VF１(３４b)、VF１(３４c)、VF１(３４d)が発生する。従って、図６のノードaとノードbの間の電位差はVF１(３４L)=VF1(３４a)+VF１(３４b) ノードcとノードdの間の電位差はVF1(３４R)=VF１(３４c)+VF１(３４d)となる。ここでVF１(３４L)はn/2VF検出回路３５３(L)、VF１(３４R)はn/2VF検出回路３５３(R)に記録される。その後、ダイオードに流れる電流値を発熱電流値に切換え一定時間印加することで、ダイオードの発熱により、周囲温度が上昇する。その後、初期状態と同様に再度ダイオードに測定電流を印加すると、その時のダイオードの順方向電圧は温度上昇分低下した値、VF２(３４a)、VF２(３４b)、VF２(３４c)、VF２(３４d)となり、ノードaとノードbの間の電位差はVF２(３４L)=VF２(３４a)+VF２(３４b) ノードcとノードdの間の電位差はVF２(３４R)=VF２(３４c)+VF２(３４d)となる。このVF１(３４L)、VF２(３４L),VF１(３４R)、VF２(３４R)の値を判定及び出力回路３５４に転送し、演算を行うことで初期の放熱性を確認することができる。
【0026】
ここで演算した結果を判定回路内に記憶し、その後、ある時間が経過したところで、同様の処理を実行する。それによりVF１’(３４L)、VF２’(３４L)、VF１’(３４R)、VF２’(３４R)が取得される。この時、図７のダイオード３４(a)が配置してある地点の近傍の端部がはく離していた場合、その部分の放熱性が低下するため、VF２’(３４a)はVF２(３４a)とかい離した値となる。一方、はく離が発生していない部分は放熱性が低下しないため、VF２’(３４b)とVF２(３４b)、VF２’(３４c)とVF２(３４c)、VF２’(３４d)とVF２(３４d)の値はほぼ同一値となる。したがって、VF１(３４L)とVF２(３４L)による演算結果と、VF１’(３４L)とVF２’(３４L)の演算結果はVF２’(３４a)とVF２(３４a)のかい離の分差が生じる。それに対し、VF１(３４R)とVF２(３４R)による演算結果と、VF１’(３４R)とVF２’(３４R)の演算結果はほぼ同一の値となす。以上の結果から、上記の場合においては、パワーモジュールの３４L側で放熱性低下が発生したと判定することができる。
【0027】
以上のように本発明にかかるパワーモジュールによれば、長期の使用により発生する、パワーモジュールの金属配線層と前記パワーモジュールに接着される放熱器間のはく離に伴う放熱特性の低下を早期に、発生個所を限定できる形で検知することができるので、前記パワーモジュールの動作に問題が発生する前に対策を講じることが可能になる。
【0028】
本実施例では、フルブリッジ駆動回路を1パッケージに搭載したモジュールの例を示しているが、本発明はこれに限られるものではなく、種々の用途のパワーモジュールに適用することができる。また、本実施例では放熱性低下検知のために搭載する温度検知素子は４個としているが、温度検知素子は４個に限定されず、放熱性低下検知が必要な箇所に必要な個数、例えば、長辺の中間部に搭載することもできる。また、本実施例では、放熱性低下検知を２系統で実施しているが、放熱性低下検知は２系統に限定されず、必要に応じ、系統を増やすこともできる。
【符号の説明】
【0029】
１ パワーモジュール
２，１２ 接着層（半田）
３ 放熱器
１１，２１，３１ パワー素子
１３，２３，３３ DBC基板
１４，２４，３４ ダイオード
１５，２５，３５ 放熱性低下検知機構
１０１，２０１，３０１ 絶縁性基板
１０２，１０３，２０２，２０３，２０４，３０２，３０３，３０４ 金属層
１５１，２５１，３５１ 定電流回路
１５２，２５２，３５２ 大電流測定電流切換回路
１５３，２５３，３５３ VF検出回路
１５４，２５４，３５４ 判定回路及び出力回路
a，b，c，d ノード
２，１２ 接着層（半田）
３ 放熱器
１１，２１，３１ パワー素子
１３，２３，３３ DBC基板
１４，２４，３４ ダイオード
１５，２５，３５ 放熱性低下検知機構
１０１，２０１，３０１ 絶縁性基板
１０２，１０３，２０２，２０３，２０４，３０２，３０３，３０４ 金属層
１５１，２５１，３５１ 定電流回路
１５２，２５２，３５２ 大電流測定電流切換回路
１５３，２５３，３５３ VF検出回路
１５４，２５４，３５４ 判定回路及び出力回路
a，b，c，d ノード
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】