特許7395017 | 知財ポータル「IP Force」

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィの特許一覧

特許7395017パワーモジュールの信頼性を向上させる装置及び方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

目に優しい文字サイズ小中大 PDF Top

< >

1
2
3
4
5
6a
6b
7
8
9
10

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-30

(45)【発行日】2023-12-08

(54)【発明の名称】パワーモジュールの信頼性を向上させる装置及び方法

(51)【国際特許分類】

H01L 25/07 20060101AFI20231201BHJP

H01L 25/18 20230101ALI20231201BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022563557

(86)(22)【出願日】2021-03-08

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-02

(86)【国際出願番号】 JP2021010262

(87)【国際公開番号】W WO2021200057

(87)【国際公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-06-21

(31)【優先権主張番号】20167777.0

(32)【優先日】2020-04-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】503163527

【氏名又は名称】ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ

【氏名又は名称原語表記】ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩＥＬＥＣＴＲＩＣＲ＆ＤＣＥＮＴＲＥＥＵＲＯＰＥＢ．Ｖ．

【住所又は居所原語表記】Ｃａｐｒｏｎｉｌａａｎ４６，１１１９ＮＳＳｃｈｉｐｈｏｌＲｉｊｋ，ＴｈｅＮｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並順

(74)【代理人】

【識別番号】100122437

【弁理士】

【氏名又は名称】大宅一宏

(74)【代理人】

【識別番号】100147566

【弁理士】

【氏名又は名称】上田俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100161171

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田潤一郎

(72)【発明者】

【氏名】ブランデレロ、ジュリオ・セザール

(72)【発明者】

【氏名】モロヴ、ステファン

【審査官】高橋優斗

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２０－５３２１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５２８７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１３５２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５０－０３８４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８３０１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ２１／４４７－２１／４４９

Ｈ０１Ｌ２１／６０－２１／６０７

Ｈ０１Ｌ２５／００－２５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

並列接続された複数のパワー半導体から構成されるパワーモジュールの信頼性を向上させる装置であって、前記パワー半導体は、金属接続部を介して前記パワーモジュールのパッケージの外部ピンに接続され、前記装置は、
並列接続された前記パワー半導体の中から、基準に従って１つのパワー半導体を選択するための手段と、
並列接続された選択されていないパワー半導体に同じ入力パターンを印加するための手段と、
持続時間中に前記パワー半導体の目標温度に達するように、選択されたパワー半導体の温度を上昇させるための手段と、
前記持続時間の後に前記選択されたパワー半導体に前記同じ入力パターンを印加するための手段と、
を備えることを特徴とする、装置。

【請求項2】

並列接続された複数のパワー半導体から構成されるパワーモジュールの信頼性を向上させる方法であって、前記パワー半導体は、金属接続部を介して前記パワーモジュールのパッケージの外部ピンに接続され、前記方法が、
並列接続された前記パワー半導体の中から、基準に従って１つのパワー半導体を選択するステップと、
並列接続された選択されていないパワー半導体に同じ入力パターンを印加するステップと、
持続時間中に前記パワー半導体の目標温度に達するように、選択されたパワー半導体の温度を上昇させるステップと、
前記持続時間の後に前記選択されたパワー半導体に前記同じ入力パターンを印加するステップと、
を含むことを特徴とする、方法。

【請求項3】

前記基準は、前記金属接続部の使用期間であり、新しい金属接続部を備えた前記パワー半導体が待ち行列に挿入されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記基準は、前記パワー半導体の前記金属接続部の劣化であり、該劣化は、前記パワー半導体の動作中の接合部温度の変化によって推定されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記パワー半導体の動作中の前記接合部温度の変化は、所与の温度変動ΔＴｊｗ及び所与の平均温度ＴｊｗにおけるＷ個の異なる温度レベル及びサイクル数Ｎｃｗを決定するために、前記接合部温度の履歴データを処理するレインフローアルゴリズムに従って推定され、該レインフローアルゴリズムは、次式

【数1】

を用いた損傷則に基づく線形累積則と組み合わされ、式中、係数Ａ、α、Ｋｃは、パワーサイクル試験によって予め決定されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記持続時間は、２時間から７８時間まで変動することを特徴とする、請求項２～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記目標温度は、最大接合部温度よりも低く、前記パワー半導体の相互接続部の溶融温度よりも低いことを特徴とする、請求項２～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記選択されたパワー半導体の温度の上昇は、パワー半導体の漏れ電流を誘発及び制御することによって実行されることを特徴とする、請求項２～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記漏れ電流は、前記パワー半導体のゲート－ソース間電圧又はゲート－エミッタ間電圧を、前記選択されたパワー半導体の閾値電圧値よりも１００ｍＶ～２Ｖ高い値まで増加させることによって誘発されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記パワー半導体の前記ゲート－ソース間電圧又は前記ゲート－エミッタ間電圧は、パルス幅変調器を使用して取得され、該パルス幅変調器の周波数が、

【数2】

として定義され、式中、Ｃｉｎは、前記パワー半導体の入力容量であり、Ｒｇは、前記ゲートに接続された抵抗と前記パワー半導体の入力抵抗との和であり、Ｖｃｃ及びＶｅｅは、それぞれ前記パワー半導体を駆動するゲートドライバの正及び負の電圧レールであることを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

【数3】

として定義され、式中、Ｃｉｎは、前記パワー半導体の入力容量であり、Ｒｇは、前記ゲートに接続された抵抗と前記パワー半導体の入力抵抗との和であり、ＶｇＬは、２つのスイッチに印加される電圧であり、該２つのスイッチは、前記パルス幅変調器に従って制御され、それぞれの抵抗器を介して前記パワー半導体を駆動するゲートドライバの正及び負の電圧レールにリンクされることを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、包括的には、パワーモジュールの信頼性を向上させる方法及び装置に関する。

【背景技術】

【0002】

パワーモジュールのパワー半導体の電気相互接続部は、パワーモジュールの最も故障しやすい箇所の１つである。パワー半導体の電気相互接続部の状態は、パワーモジュールの寿命を決定する要因の１つである。各パワー半導体は、一般に、ワイヤボンディング技術を用いてパワーモジュールのパッケージの外部ピンに接続されている。ワイヤボンディングプロセスでは、力、温度及び超音波エネルギーを用いて、メタライズされたパワー半導体表面及びメタライズされた基板にワイヤがボンディングされる。これらの技術は、通常、信頼性の問題を引き起こすワイヤボンドとメタライゼーションとの間の微視的な差をもたらす。

【0003】

ワイヤボンディングプロセス中、構造ワイヤ／メタライゼーションはより硬化し、ワイヤボンドが破断するまでに得られ得る変形量は制限される。

【0004】

メタライズされたパワー半導体表面にボンディングされたワイヤによって構成される領域では、パワーモジュールのパッケージを構成する構造の熱膨張係数（ＣＴＥ）が異なることにより、機械的応力が発生する。同様の硬化現象が、ワイヤボンディング／メタライゼーションの接触部の寿命中に現れる。硬質材料に関連する熱機械的応力は、ワイヤボンドとメタライゼーションとの間の接合部にクラックを発生させ、最終的にはワイヤボンドが完全にリフトオフし、パワーモジュールの故障につながる可能性がある。

【0005】

現在の技術では、この種の相互接続部の信頼性を向上させるために、アルミニウムワイヤ、最近では銀ワイヤ又は銅ワイヤが使用されている。

【発明の概要】

【0006】

本発明は、パワーモジュールの信頼性を向上させる装置及び方法を提供することを目的とする。

【0007】

そのため、本発明は、並列接続された複数のパワー半導体から構成されるパワーモジュールの信頼性を向上させる装置であって、パワー半導体は、金属接続部を介してパワーモジュールのパッケージの外部ピンに接続され、装置は、
並列接続されたパワー半導体の中から、基準に従って１つのパワー半導体を選択するための手段と、
並列接続された選択されていないパワー半導体に同じ入力パターンを印加するための手段と、
選択されたパワー半導体の金属接続部の界面の結晶粒均質化を達成するために、持続時間中にパワー半導体の目標温度に達するように、選択されたパワー半導体の温度を上昇させるための手段と、
持続時間の後に選択されたパワー半導体に同じ入力パターンを印加するための手段と、
を備えることを特徴とする、装置に関する。

【0008】

本発明はまた、並列接続された複数のパワー半導体から構成されるパワーモジュールの信頼性を向上させる方法であって、パワー半導体は、金属接続部を介してパワーモジュールのパッケージの外部ピンに接続され、方法は、
並列接続されたパワー半導体の中から、基準に従って１つのパワー半導体を選択するステップと、
並列接続された選択されていないパワー半導体に同じ入力パターンを印加するステップと、
選択されたパワー半導体の金属接続部の界面の結晶粒均質化を達成するために、持続時間中にパワー半導体の目標温度に達するように、選択されたパワー半導体の温度を上昇させるステップと、
持続時間の後に選択されたパワー半導体に同じ入力パターンを印加するステップと、
を含むことを特徴とする、方法に関する。

【0009】

したがって、熱処理によって、選択されたパワー半導体の金属接続構造上の微細構造を変化させ、粒径を大きくすることで、パワーモジュールの寿命が向上する。その結果、より軟質で延性のある金属接続部及び界面が得られ、温度とパワーモジュール構造上に存在する異なる材料のＣＴＥ不整合とによる大きな変形に対応することができる。パワーモジュールにかかる温度は所与の歪みを与えるため、本発明に従って得られる軟質材料は信頼性の向上を示す。本方法では、従来の金属接続部の材料及び技術を使用することができ、パワーモジュールの信頼性及び寿命を向上させることができる。選択されたパワー半導体の温度を上昇させるために要求される総電力は、パワーモジュール全体の総散逸損失のほんの一部に過ぎない。

【0010】

特定の特徴によれば、基準は、金属接続部の使用期間（age）であり、新しい金属接続部を備えたパワー半導体が待ち行列に挿入される。

【0011】

したがって、従来のプロセスで得られる金属接続構造上の微細かつ不十分に選別された粒径を変化させることで、より粗い粒径が得られ、その結果、クラック又は破断を伴わずにより多くの変形に対応することができる軟質材料が得られる。

【0012】

特定の特徴によれば、基準は、パワー半導体の金属接続部の劣化であり、劣化は、パワー半導体の動作中の接合部温度の変化によって推定される。

【0013】

したがって、パワーモジュールの動作中の温度変動による疲労効果によって引き起こされる金属接続構造上の蓄積された歪み／応力を軽減するために、結晶粒均質化のプロセスがパワーモジュールの寿命中に何度も繰り返される。

【0014】

特定の特徴によれば、パワー半導体の動作中の接合部温度の変化は、所与の温度変動ΔＴｊｗ及び所与の平均温度ＴｊｗにおけるＷ個の異なる温度レベル及びサイクル数Ｎｃｗを決定するために、接合部温度の履歴データを処理するレインフローアルゴリズムに従って推定され、レインフローアルゴリズムは、次式

【数1】

を用いた損傷則に基づく線形累積則と組み合わされ、式中、係数Ａ、α、Ｋｃは、パワーサイクル試験によって予め決定される。

【0015】

したがって、結晶粒均質化のプロセスは、過去のパワーサイクル試験により決定された結晶粒成長に関する知識と、温度変動によりパワーモジュールに課せられた実際の履歴応力レベルとに基づいて、結晶粒構造の成長がクラック形成にとって重要となる場合にのみ適用される。

【0016】

特定の特徴によれば、持続時間は、２時間から７８時間まで変動する。

【0017】

したがって、金属接続部の微細構造は、比較的低温でアニール効果により変化し、持続時間は比較的短い。

【0018】

特定の特徴によれば、目標温度は、最大接合部温度よりも低く、パワー半導体の相互接続部の溶融温度よりも低い。

【0019】

したがって、パワー半導体は結晶粒界面の均質化中に動作可能であり、この熱処理中にダイを所定の位置に維持するために任意の特別な支持が必要である。

【0020】

特定の特徴によれば、選択されたパワー半導体の温度の上昇は、パワー半導体の漏れ電流を誘発及び制御することによって実行される。

【0021】

したがって、熱処理は、パワーモジュールの出力波形（電圧／電流）が変化しない通常動作時に、パワー半導体ごとに制御され、他の並列パワー半導体がＢＵＳ電圧（＋Ｖ～－Ｖ）を遮断していれば、温度を上昇させるのにわずか数アンペアで十分である。

【0022】

特定の特徴によれば、漏れ電流は、パワー半導体のゲート－ソース間電圧又はゲート－エミッタ間電圧を、選択されたパワー半導体の閾値電圧値よりも１００ｍＶ～２Ｖ高い値まで増加させることによって誘発される。

【0023】

したがって、熱処理コントローラーは、電圧レベルの互換性を前提として、選択されたパワー半導体の従来の制御ユニット上に統合することができる。

【0024】

特定の特徴によれば、パワー半導体のゲート－ソース間電圧又はゲート－エミッタ間電圧は、パルス幅変調器を使用して取得され、パルス幅変調器の周波数が、

【数2】

として定義され、式中、Ｃｉｎは、パワー半導体の入力容量であり、Ｒｇは、ゲートに接続された抵抗とパワー半導体の入力抵抗との和であり、Ｖｃｃ及びＶｅｅは、パワー半導体を駆動するゲートドライバの正及び負の電圧レールであることを特徴とする。

【0025】

したがって、従来のゲートドライバのハードウェアを用いてフルデジタル電圧レギュレーターを実現することができ、漏れ電流のピーク間リップルも１００ｍＶ以下に抑えられる。

【0026】

【数3】

として定義され、式中、Ｃｉｎは、パワー半導体の入力容量であり、Ｒｇは、ゲートに接続された抵抗とパワー半導体の入力抵抗との和であり、ＶｇＬは、２つのスイッチに印加される電圧であり、２つのスイッチは、パルス幅変調器に従って制御され、それぞれの抵抗器を介してパワー半導体を駆動するゲートドライバの正及び負の電圧レールにリンクされる。

【0027】

したがって、制御漏れモード中にゲートドライバに印加される電圧を低減することができ、及び／又はゲート抵抗を増加することができ、ＰＷＭ変調器の周波数が低減され得、ゲートドライバスイッチ及び受動素子上の損失を低減することができる。

【0028】

本発明の特徴は、例示の実施形態の以下の説明を読むことによってより明らかになる。この説明は、添付図面に関して作成されたものである。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】複数のパワー半導体を含むパワーモジュールの一例を示す図である。

【図2】メタライズされたパワー半導体表面にボンディングされたワイヤ上のクラック形成の一例を示す図である。

【図3】本発明によるパワーモジュールの信頼性を向上させるための装置のアーキテクチャの一例を示す図である。

【図4】本発明によるパワーモジュールの信頼性を向上させるためのアルゴリズムの一例を示す図である。

【図5】本発明による選択されたパワー半導体に印加される信号の一例を示す図である。

【図6a】本発明によるパワーモジュールの信頼性を向上させる前の、パワー半導体のメタライゼーション表面へのワイヤボンディング接続部の結晶学的特徴を示す図である。

【図6b】本発明によるパワーモジュールの信頼性を向上させた後の、パワー半導体のメタライゼーション表面へのワイヤボンディング接続部の結晶学的特徴を示す図である。

【図7】本発明によるパワー半導体の漏れ電流を制御するためのモジュールの一例を示す図である。

【図8】パワー半導体の漏れ電流を制御するためのモジュールの実装形態の第１の例を示す図である。

【図9】パワー半導体の漏れ電流を制御するためのモジュールの実装形態の第２の例を示す図である。

【図10】パワー半導体の漏れ電流を制御するためのモジュールの実装形態の第３の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

図１は、複数のパワー半導体を含むパワーモジュールの一例を表す。

【0031】

図１の例では、パワーモジュールは、Ｄ_１，１～Ｄ_１，Ｎ及びＤ_２，１～Ｄ_２，Ｎで示される複数の半導体から構成されており、ここでＮは概して４よりも大きい。Ｄ_１，１～Ｄ_１，Ｎで示される半導体が並列接続され、Ｄ_２，１～Ｄ_２，Ｎで示される半導体が並列接続されている。

【0032】

パワー半導体Ｄ_１，１～Ｄ_１，Ｎ及びＤ_２，１～Ｄ_２，Ｎは、金属接続部を介してパワーモジュールのパッケージの外部ピンに接続されている。

【0033】

金属接続部は、ワイヤボンド及び／又は金属ビア及び／又は金属リボン及び／又はダイレクトリードボンディング及び／又は導電性充填材である。

【0034】

本発明は、金属接続部がワイヤボンドである一例において開示される。金属ビア及び／又は金属リボン及び／又はダイレクトリードボンディング及び／又は導電性充填物にも同様に適用可能である。

【0035】

半導体１個あたり２０本のボンディングと考えると、ワイヤボンディングの総接続本数は非常に多くなる。

【0036】

各ワイヤボンドはパワーモジュール全体の構造上の弱点であり、ボンドの数が増加すると、パワーモジュールの信頼性が低下する。パワーモジュールの寿命の間に、図２に示すように、熱機械応力によって引き起こされたクラックがボンディング領域上に生じる。

【0037】

図２は、メタライズされたパワー半導体表面にボンディングされたワイヤ上のクラック形成の一例を表す。

【0038】

図２において、ワイヤボンドＢｄは、パワー半導体Ｄ_ｉ，ｊ（ｉ＝１又は２、ｊ＝１～Ｎ）のメタライズされた表面Ｍｅにボンディングされる。

【0039】

熱機械応力に起因してボンディング領域にクラックＣｒａ及びＣｒｂが発生する。

【0040】

パワーモジュールは、同じＣＴＥを有する材料では構成されていない。一般に、Ｓｉのパワー半導体は、２．５６ｅ^－６／Ｋの線形ＣＴＥを有し、２３．１ｅ^－６／ＫのＣＴＥを有するアルミニウムでメタライズされている。さらに、温度はパワー半導体上で均一ではない。結果として、接合構造上に機械的な変形が生じる。動作中の温度変動に伴うボンドの疲労効果により、クラックＣｒａ及びＣｒｂが発生し、これらは、ワイヤボンディングのリフトオフを誘発する。

【0041】

本発明は、パワーモジュールのパワー半導体のうちの１つのパワー半導体の温度を、界面の結晶粒均質化を達成するのに必要な持続時間にわたってパワーモジュールの動作中にパワー半導体の最大接合部温度に近い温度まで上昇させることを目的とする。パワー半導体の温度上昇は、パワー半導体の制御された漏れ電流を誘発及び制御することによって得られる。その結果、パワー半導体の損失により温度が増加し、それにより、アニール効果によりワイヤボンドの微細構造が変化し、ワイヤボンド構造の軟度が増大し、耐変形能力が向上し、パワーモジュール全体の寿命が増加する。

【0042】

図３は、本発明によるパワーモジュールの信頼性を向上させるための装置のアーキテクチャの一例を表す。

【0043】

装置１００は、例えば、バス３０１によって互いに接続された構成要素と、プログラムによって制御されるプロセッサ３００とに基づくアーキテクチャを有する。

【0044】

バス３０１は、プロセッサ３００を、読み出し専用メモリＲＯＭ３０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ３０３、及び入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース（Ｉ／Ｆ）３０５にリンクする。

【0045】

メモリ３０３は、図４に開示されたアルゴリズムに関連するプログラムの変数及び命令を受け取るように意図されたレジスタを含む。

【0046】

読み出し専用メモリ、又は場合によっては、フラッシュメモリ３０２は、図４に開示されたアルゴリズムに関連するプログラムの命令を含む。

【0047】

装置１００の電源が投入されると、メモリ３０２に記憶された命令がランダムアクセスメモリ３０３に転送される。

【0048】

図４は、本発明によるパワーモジュールの信頼性を向上させるためのアルゴリズムの一例を表す。

【0049】

本アルゴリズムは、プロセッサ３００によって実行される一例において開示される。

【0050】

ステップＳ４０において、プロセッサ３００は、パワーモジュールのパワー半導体の中から１つのパワー半導体Ｄ_ｉ，ｊを選択する。ここで、ｉ＝１又は２であり、ｊは１～Ｎの整数値である。

【0051】

例えば、パワーモジュールのパワー半導体のうち、パワー半導体によって構成される待ち行列が、少なくとも１つの基準に従って確立される。

【0052】

例えば、基準は、ワイヤボンディング接続部の使用期間である。新しいワイヤボンディング相互接続部を備えたパワー半導体が待ち行列に挿入される。

【0053】

例えば、基準は、パワー半導体のワイヤボンディング相互接続部の劣化である。ワイヤボンディング相互接続部の劣化は、動作中の接合部温度の変化、例えば、所与の動作点又は所与の接合部温度サイクル数Ｎｃにおいて接合部温度が５％を超えて上昇することにより推定することができる。

【0054】

接合部温度は、温度センサ又は温度感知電気パラメーター（ＴＳＥＰ）方式の技術を使用して測定することができる。

【0055】

例えば、基準は、接合部温度の履歴データの分析に基づく。例えば、基準は、所与の温度変動ΔＴｊｗ及び所与の平均温度ＴｊｗにおけるＷ個の異なる温度レベル及びサイクル数Ｎｃｗを決定するために、接合部温度の履歴データを処理するレインフローアルゴリズムに従って定義され、レインフローアルゴリズムは、以下の式に示されるように、損傷則に基づく線形累積則と組み合わされ、式中、係数Ａ、α、Ｋｃは、パワーサイクル試験によって予め決定される。

【数4】

【0056】

例えば、プロセッサ３００は、ラウンドロビン方式でパワー半導体を選択する。

【0057】

ステップＳ４１において、プロセッサ３００は、選択されたパワー半導体Ｄ_ｉ，ｊに一般に印加される入力パターンを無効にする。

【0058】

ステップＳ４２において、プロセッサ３００は、目標温度に達するように、選択されたパワー半導体Ｄ_ｉ，ｊの温度を上昇させる。パワーモジュールの通常動作時には、１つのパワー半導体に対してのみ温度制御が行われる。

【0059】

選択されたパワー半導体の温度の上昇は、パワー半導体の漏れ電流を誘発及び制御することによって行われる。

【0060】

パワー半導体の目標温度は、最大接合部温度よりもわずかに低く、パワー半導体の相互接続部の溶融温度よりも低い。漏れ電流制御の持続時間は、図６ｂにおいて説明されるように、界面の結晶粒均質化を達成するために決定される。この持続時間は、例えば、開発段階におけるワイヤボンディング及びメタライゼーション構造に関する実験的試験によって得られる。持続時間は、２時間から７８時間まで変動し得る。

【0061】

漏れ電流は、ゲート－ソース／エミッタ間電圧を、選択されたパワー半導体の閾値電圧値よりも１００ｍＶ～２Ｖ高い値まで増加させることによって誘発される。

【0062】

その結果、他のパワー半導体が図１に示すバス電圧Ｖ＋、Ｖ－を遮断しているときに、選択されたパワー半導体に漏れ電流が流れる。したがって、選択されたパワー半導体を加熱するのに必要な電流はわずか数アンペアである。温度は、一般にフィードバック制御システムによって制御することができる。

【0063】

持続時間が終了すると、プロセッサ３００はステップＳ４３に移動する。

【0064】

ステップＳ４３において、プロセッサは、選択されたパワー半導体Ｄ_ｉ，ｊに対する入力パターンＩＮ_ｉを有効にし、待ち行列内に別のパワー半導体が存在するか否かをチェックする。

【0065】

待ち行列内に少なくとも１つの他のパワー半導体が存在する場合、プロセッサ３００はステップＳ４００に戻り、待ち行列内の次のパワー半導体を選択する。

【0066】

図５は、本発明による選択されたパワー半導体に印加される信号の一例を表す。

【0067】

通常動作中、同じ入力パターンＩＮ_ｉが、並列接続されたパワー半導体に印加されている。印加される入力パターンＩＮ_ｉは、例えば、数マイクロ秒の周期Ｔ_ｓｗを有する信号である。パワー半導体Ｄ_ｉ，ｊが選択されると、半導体Ｄ_ｉ，ｊの漏れ電流は、図５においてＴで示される期間の間、ステップＳ４２において誘発及び制御される。

【0068】

漏れ電流は、信号Ｖｃｔｒｌを用いて、ゲート－ソース／エミッタ間電圧を、選択されたパワー半導体の閾値電圧Ｖｔｈよりも高いが近い値まで上昇させることによって誘発される。

【0069】

その結果、他のパワー半導体がバス電圧Ｖ＋、Ｖ－を遮断しているときに、選択されたパワー半導体に漏れ電流が流れる。

【0070】

選択されたパワー半導体の接合部温度を目標温度まで上昇させる。

【0071】

図６ａは、本発明によるパワーモジュールの信頼性を向上させる前の、パワー半導体のメタライゼーション表面へのワイヤボンディング接続部の結晶学的特徴を表す。ボンディングプロセスの後、又はパワーモジュールの動作中に、図６ａに示されるようなワイヤボンディングの化学的特徴が存在する。図６ａに示すように、ワイヤボンディング構造上に微細かつ不十分に選別された粒径が得られる。これは、微細な粒度、並びに少量の歪みで発生する降伏点及び極限強度、破断を伴う硬質材料をもたらすものである。

【0072】

図６ｂは、本発明によるパワーモジュールの信頼性を向上させた後の、パワー半導体のメタライゼーション表面へのワイヤボンディング接続部の結晶学的特徴を表す。

【0073】

軟質材料は、図６ｂに示すように、大量の歪みで発生する降伏点及び極限強度、破断を有する。本発明による熱処理の適用後、粒度はより粗くなる。パワーモジュールにかかる温度は所与の歪みを与えるため、本発明に従って得られる軟質材料は信頼性の向上を示す。

【0074】

図７は、本発明によるパワー半導体の漏れ電流を制御するためのモジュールの一例を表す。

【0075】

入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース（Ｉ／Ｆ）３０５には、パワー半導体の漏れ電流を制御するためのモジュール７０が含まれる。

【0076】

パワー半導体Ｄ_１，１～Ｄ_１，Ｎ及びＤ_２，１～Ｄ_２，Ｎはそれぞれ並列接続されており、通常動作において同じゲート－ソース／エミッタ間電圧ＩＮ_ｉ（ｉ＝１又は２）によって制御される。各パワー半導体は、パワー半導体の漏れ電流を誘発及び制御するためのそれぞれのモジュールを有する。

【0077】

したがって、各ゲート－エミッタ／ソース間電圧は、通常動作モードでは入力信号ＩＮ_ｉを基準に制御し、電圧Ｖｃｔｒｌがパワー半導体のソース／エミッタに印加される漏れモードでは個別に制御することができる。

【0078】

各モジュール７０は、電圧Ｖｃｔｒｌ又はＩＮ_ｉがパワー半導体に印加されることを可能にする信号Ｓｅｌｃ_ｉ，ｊによって制御される少なくとも１つのスイッチを備える。例えば、電圧Ｖｃｔｒｌは、測定された接合部温度が目標温度から減算され、減算の結果が乗算係数及び積分演算に適用される従来の制御構造によって得られる。

【0079】

図８は、パワー半導体に印加される漏れ電流を制御するためのモジュールの実装形態の第１の例を表す。

【0080】

パワー半導体の漏れ電流を制御するためのモジュールは、抵抗８１及び８２と、ｐｎｐ又はｎｐｎトランジスタ８３と、演算増幅器８４とを含む。

【0081】

信号ＩＮ_ｉは、スイッチ８５に供給される。スイッチ８５は、信号Ｓｅｌｃ_ｉ，ｊに応じて、信号ＩＮ_ｉ又はゲートドライバ８０の基準電圧を選択する。

【0082】

スイッチ８５の出力は、ゲートドライバ８０の入力に接続されている。

【0083】

抵抗８１の第１の端子は、ゲートドライバ８０に接続されている。抵抗８１の第２の端子は、パワー半導体のゲートと、抵抗器８２の第１の端子と、ｐｎｐトランジスタ８３のコレクタと、演算増幅器８４の非反転入力とに接続されている。抵抗８２の第２の端子はゲートドライバ８０の正電圧レールＶｃｃに接続され、ｐｎｐトランジスタ８３のエミッタはゲートドライバ８０の基準電圧に接続され、ｐｎｐトランジスタ８０のベースは演算増幅器８４の出力によって駆動され、演算増幅器の反転入力ポートには制御電圧値Ｖｃｔｒｌが供給される。

【0084】

図９は、パワー半導体に印加される漏れ電流を制御するためのモジュールの実装形態の第２の例を表す。

【0085】

パワー半導体に印加される漏れ電流を制御するためのモジュールは、パルス幅変調器９０と、３つのスイッチ９１、９５、９６と、インバータ９２と、抵抗９３とを含む。

【0086】

信号Ｖｃｔｒｌはパルス幅変調器９０に供給され、パルス幅変調器９０の出力は、

【数5】

に等しいデューティサイクルを有する矩形波である。