(57)【要約】【課題】シャント抵抗器に対する電圧検出用端子の近傍に電流が流れると、電圧検出精度が低下した。【解決手段】シャント抵抗器を内蔵した電力半導体装置において、そのシャント抵抗器は、板状ののシャント抵抗材（５１）およびその両側に金損板（５２）を形成した門型のものであり、前記金属板（５２）の一方端に電圧検出用端子（Ｔａ、Ｔｂ）を設けた時、前記シャント抵抗材（５１）に対し、前記両端子（Ｔａ、Ｔｂ）を隔てるようにスリット（５３）を電流方向と直交する方向に形成した。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表主面に第１、第２の回路パターンを有する電力用絶縁基板、前記第１の回路パターン上に搭載され互いに逆並列に接続され、第１のスイッチング半導体素子と第１のフリーホイールダイオードとで構成される第１の半導体素子群、前記第２の回路パターン上に搭載され互いに逆並列に接続され且つ第１のスイッチング半導体素子に直列接続された第２のスイッチング半導体素子と第２のフリーホイールダイオードとで構成される第２の半導体素子群、前記第１、第２の回路パターンの少なくともいずれかに搭載され前記第１のスイッチング半導体素子と前記第２のスイッチング半導体素子との夫々に流れる主電流が互いに選択的且つ互いに逆方向に流れるシャント抵抗、および前記主電流で生じる電圧を検出する電圧検出用電極部を備えた電力用半導体モジュールにおいて、
前記主電流の電流方向によらず検出位置間のインピーダンスを等しくする手段を備えたことを特徴とする電力用半導体モジュール。
【請求項２】
シャント抵抗器を搭載したＮ側回路パターン上に設けた切り欠き部で、電流方向によらず検出位置間のインピーダンスを等しくする手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力用半導体モジュール。
【請求項３】
シャント抵抗器を３ピースからなる門型とし、その内面にはんだ付着防止の表面処理を施した請求項１または２のいずれかに記載の電力用半導体モジュール。
【請求項４】
シャント抵抗器を３ピースからなる門型とし、その抵抗器本体部をプレス加工の平板状とし、その一端にスリットを、他端に前記スリット形成時に形成される突起を形成したことを特徴とする請求項１または請求項３のいずれかに記載の電力用半導体モジュール。
【請求項５】
門型シャント抵抗器の両側板の上端に、制御基板のスルーホールへ挿入しはんだ付けする取り付けピンを配設したことを特徴とする請求項１記載の電力用半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、放熱板上の絶縁基板に取付けられたパワー素子に流れる電流を検出するたのシャント抵抗器を内蔵した電力用半導体モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大電力向けのシャント抵抗器を絶縁基板上に搭載した従来の構造では、放熱量を少なくするために微小抵抗器を用い、そのような微小抵抗器を得るためには、シャント抵抗器は幅の広い形状になる。そのシャント抵抗から電圧降下を検出するには、シャント抵抗器の一端にも受けた接続点と、シャント抵抗器を搭載する基板パターン上の他の接続点が設けられ、両接続点からワイヤが引き出される。
【０００３】
シャント抵抗器の抵抗を調節するためにスリットを形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
シャント抵抗器の検出精度を上げるために、電圧検出用端子に電流を流さないようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１７４２０２号公報「電流検出用抵抗器」（段落番号［０００８］、図１）
【０００６】
【特許文献２】
特開平７−１９１０５９号公報「電流検出器」（段落番号［０００９］、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで幅広のシャント抵抗器では、前記パターン上を広く分布するように流れ、そのため、前記両接続点間にも流れ、その間で新たに電圧降下が生じる。また、接続点付近にスイッチング電流が流れる、前記ワイヤに誘起電圧が生じる、その結果、（Ｐ）側電源→（Ｐ）側パワー素子（Ｐ側動作）への電流と、次のタイミングでの（Ｎ）側パワー素子→（Ｎ）側電源（Ｎ側動作）への電流との向き（ＰＮ間での電流の向き）によって、シャント抵抗器の検出電圧に差が生じる。このシャント抵抗出力値のアンバランスを生じることで抵抗値の精度が悪くなった。このＰ側動作およびＮ側動作については後で図を用いて示す。
【０００８】
特許文献１のものは、本発明の特徴であるスリットを形成しているが、それはシャント抵抗値を調節するためのものであり、また、特許文献２のものは、スリットを形成したものではなく、複雑な構成となっている。
【０００９】
この発明は、高い検出精度のシャント抵抗器を備えた電力半導体モジュールを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
表主面に第１、第２の回路パターンを有する電力用絶縁基板、前記第１の回路パターン上に搭載され互いに逆並列に接続され、第１のスイッチング半導体素子と第１のフリーホイールダイオードとで構成される第１の半導体素子群、前記第２の回路パターン上に搭載され互いに逆並列に接続され且つ第１のスイッチング半導体素子に直列接続された第２のスイッチング半導体素子と第２のフリーホイールダイオードとで構成される第２の半導体素子群、前記第１、第２の回路パターンの少なくともいずれかに搭載され前記第１のスイッチング半導体素子と前記第２のスイッチング半導体素子との夫々に流れる主電流が互いに選択的且つ互いに逆方向に流れるシャント抵抗、および前記主電流で生じる電圧を検出する電圧検出用電極部を備えた電力用半導体モジュールにおいて、本発明の電力半導体モジュールは、上記課題を解決するため、前記主電流の電流方向によらず検出位置間のインピーダンスを等しくする手段を備える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図９に本発明が適用される電力半導体装置の内部回路図を示す。３相ブリッジ形成された６個のパワー素子１２がパッケージ内に収納されており、直流電源端子ＢＰおよびＰＮと、交流出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗを備える。その出力端子の各ラインに電流検出用のシャント抵抗４が設けられている。
【００１２】
実施の形態１．
図１の（Ａ）に本発明の実施形態１を示しており、これは、図９の電力半導体装置における１相分（例えばＵ相）のみを示しており、他の２相（Ｖ、Ｗ相）もこれと同じ構成である。同図中横方向から見て“コ”の字形のシャント抵抗４の（取付け時の）下面４ａは、絶縁基板１１に形成されたパターン２上に搭載される。シャント抵抗器４の上面４ｂにはアルミワイヤ５ａを通じて電流が供給され（別のタイミングでは引き出され）、シャント抵抗４の下面４ａに対して、パターン２を通じてアルミワイヤ５ｂから電流が引き出される（別のタイミングでは供給される）。
【００１３】
そのシャント抵抗器４の上面４ｂにおいては、アルミワイヤ５ａの接続個所の左側に電圧検出用端子Ｔａが設けられ、その端子の左側方のパターン２上に電圧検出用端子Ｔｂが設けられ、両端子Ｔａ、Ｔｂで検出された電圧降下は、電圧検出ワイヤ１３を通じて外部の中継端子８に供給される。また、パターン２上には半導体素子や他のパワーモジュール１２が搭載される。
【００１４】
ここで、シャント抵抗器４に流れる電流の一部がパターン２上の端子Ｔｂの付近にも流れる結果、既述したように、両端子Ｔａ、Ｔｂ間にも電圧降下が生じ、また、不要な誘起電圧も発生した。
【００１５】
そこで本実施形態１では、端子Ｔｂの近傍に電流が流れないように、端子Ｔｂの右方に図中上下方向に延在するスリット（パターンの切り欠け）１６ａをパターン２上に形成している。そのスリット１６ａは、好ましくは、シャント抵抗４の左下端部に回り込むように、スリット下端部から更に右方向に延在する“Ｌ”字形としてシャント抵抗器の電流経路から隔てるのが好ましい。
【００１６】
図１の（Ｂ）は、図１（Ａ）の半導体装置におけるＰＮ間で電流の流れを示しており、太字矢印１９は、Ｐ側電源（図９のＢＰ）→Ｐ側パワー素子への流れ（Ｐ側動作）を示し、細字矢印２０は、別のタイミングであるＮ側パワー素子→Ｎ側電源（図９のＢＮ）への流れ（Ｎ側動作）を示す。
【００１７】
このように、Ｐ側動作、Ｎ側動作において電流の向きが変わっても、両端子Ｔａ、Ｔｂ近傍に流れる電流が小さくなるため、上述したような不具合は発生せず、よってシャント抵抗器の出力電圧値のバランスを整えることができる。また、回路パターン形成と同時に切り欠き部を形成できるので、シャント抵抗器にスリットを設け検出位置間のインピーダンスを等しくしたものに比し、製造コストが安価で小型の電力用半導体モジュールを提供できる効果がある。
【００１８】
実施の形態２．
図２の（Ａ）に本発明の実施形態２を示している。コの字形のシャント抵抗４をパターン２上に搭載した構造において、そのシャント抵抗器４の上面において、アルミワイヤ５ａの接続ポイントの右側に電圧検出用端子Ｔａが設けられ、その端子の下側のパターン２上でかつ、アルミワイヤ５ｂにおける接続ポイントの右側に電圧検出用端子Ｔｂが設けられる。両端子Ｔａ、Ｔｂで検出された電圧降下は、電圧検出ワイヤ１３を通じて外部の中継端子８に供給される。
【００１９】
そして、端子Ｔｂがアルミワイヤ５ｂの接続個所から隔てられるように、上下方向のスリット１６ｂを形成している。そのスリット１６ｂは、好ましくは、端子Ｔｂを端子Ｔａからも隔てられるように、スリット上端部から更に右方向に延在する“Ｌ”字形とするのが好ましい。
【００２０】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の半導体装置におけるＰＮ間で電流の流れを示しており、太字矢印１９は、Ｐ側電源（図９のＢＰ）→Ｐ側パワー素子への流れ（Ｐ側動作）を示し、細字矢印２０は、別のタイミングであるＮ側パワー素子→Ｎ側電源（図９のＢＮ）への流れ（Ｎ側動作）を示す。
【００２１】
このように、Ｐ側動作、Ｎ側動作において電流の向きが変わっても、両端子Ｔａ、Ｔｂ近傍に流れる電流が小さくなるため、上述したような不具合は発生せず、よってシャント抵抗器の出力電圧値のバランスを整えることができる。また、回路パターン形成と同時に切り欠き部を形成できるので、シャント抵抗器にスリットを設け検出位置間のインピーダンスを等しくしたものに比し、製造コストが安価で小型の電力用半導体モジュールを提供できる効果がある。
【００２２】
実施の形態３．
図３の（Ａ）に本発明の実施形態３を示している。コの字形のシャント抵抗器４をパターン２上に搭載した構造において、そのシャント抵抗４の上面において、アルミワイヤ５ａの接続個所の右側上部に電圧検出用端子Ｔａが設けられ、その端子の下側のパターン２上でかつ、アルミワイヤ５ｂにおける接続個所の右側上部に電圧検出用端子Ｔｂが設けられる。両端子Ｔａ、Ｔｂで検出された電圧降下は、電圧検出ワイヤ１３を通じて外部の中継端子８に供給される。
【００２３】
そして、端子Ｔｂがアルミワイヤ５ｂの接続個所から隔てられるように、水平方向のスリット１６ｃを形成している。そのスリット１６ｃは、好ましくは、スリット左端から更に上方に延在する“Ｌ”字形とするのが好ましい。
【００２４】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の半導体装置におけるＰＮ間で電流の流れを示しており、太字矢印１９は、Ｐ側電源（図９のＢＰ）→Ｐ側パワー素子への流れ（Ｐ側動作）を示し、細字矢印２０は、別のタイミングであるＮ側パワー素子→Ｎ側電源（図９のＢＮ）への流れ（Ｎ側動作）を示す。
【００２５】
このように、Ｐ側動作、Ｎ側動作において電流の向きが変わっても、両端子Ｔａ、Ｔｂ近傍に流れる電流が小さくなるため、上述したような不具合は発生せず、よってシャント抵抗器の出力電圧値のバランスを整えることができる。また、回路パターン形成と同時に切り欠き部を形成できるので、シャント抵抗器にスリットを設け検出位置間のインピーダンスを等しくしたものに比し、製造コストが安価で小型の電力用半導体モジュールを提供できる効果がある。
【００２６】
実施の形態４．
図４の（Ａ）に本発明の実施形態４を示している。本実施形態では（側方から見て）門型のシャント抵抗器４１が搭載されており、シャント抵抗器４１の上面に位置するシャント抵抗材４１ａの両側には金属板４１ｂ、４１ｃが設けられている。金属板４１ｂの上端部にはアルミワイヤ５ａを通じて電流が供給され（別のタイミングでは引き出され）、他方の金属板４１ｃの上端部には、パターン２を通じてアルミワイヤ５ｂから電流が引き出される（別のタイミングでは供給される）。それぞれのアルミワイヤ５ａ、５ｂの接続個所の左側において、シャント抵抗器４１上に電圧検出用端子Ｔａ、Ｔｂが設けられ、両端子Ｔａ、Ｔｂで検出された電圧降下は、アルミワイヤ１３を通じて外部の中継端子８に供給される。前記金属板４１ｂ、４１ｃの下端部は互いに絶縁した状態で絶縁基板１１もしくはパターン２上に搭載される。
【００２７】
そして、両端子Ｔａ、Ｔｂを互いに隔てるように、シャント抵抗器４１のシャント抵抗材４１ａ上に水平方向のスリット１６ｄが形成される。この場合のスリットは、シャント抵抗材４１ａの厚さ方向に貫通した切り欠きである。
【００２８】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の半導体装置におけるＰＮ間で電流の流れを示しており、太字矢印１９は、Ｐ側電源（図９のＢＰ）→Ｐ側パワー素子への流れ（Ｐ側動作）を示し、細字矢印２０は、別のタイミングであるＮ側パワー素子→Ｎ側電源（図９のＢＮ）への流れ（Ｎ側動作）を示す。このように、Ｐ側動作、Ｎ側動作において電流の向きが変わっても、両端子Ｔａ、Ｔｂ近傍に流れる電流が小さくなるため、上述したような不具合は発生せず、よってシャント抵抗器の出力電圧値のバランスを整えることができる。
【００２９】
実施の形態５．
図５の（Ａ）に本発明の実施形態５を示している。門型のシャント抵抗器４１へのアルミワイヤ５ａ、５ｂの取付けは図４の場合と同じであるが、それぞれのアルミワイヤ５ａ、５ｂの接続個所の右側において、シャント抵抗４１上に電圧検出用端子Ｔａ、Ｔｂが設けられ、両端子Ｔａ、Ｔｂで検出された電圧降下は、アルミワイヤ１３を通じて外部の中継端子８に供給される。そして、両端子Ｔａ、Ｔｂを互いに隔てるように、シャント抵抗器４１のシャント抵抗材４１ａに水平方向のスリット１６ｅが形成される。
【００３０】
図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の半導体装置におけるＰＮ間で電流の流れを示しており、太字矢印１９は、Ｐ側電源（図９のＢＰ）→Ｐ側パワー素子への流れ（Ｐ側動作）を示し、細字矢印２０は、別のタイミングであるＮ側パワー素子→Ｎ側電源（図９のＢＮ）への流れ（Ｎ側動作）を示す。このように、Ｐ側動作、Ｎ側動作において電流の向きが変わっても、両端子Ｔａ、Ｔｂ近傍に流れる電流が小さくなるため、上述したような不具合は発生せず、よってシャント抵抗器の出力電圧値のバランスを整えることができる。
【００３１】
実施の形態６．
図４（Ａ）で示した門型のシャント抵抗器４１に対する別の実施形態を図６（Ａ）に示し、その正面図を図６（Ｂ）に示す。このシャント抵抗器５０は、平板状のシャント抵抗材５０ａと、その両側に取り付けられた金属板５０ｂ、５０ｃとからなり、それらの金属板の上面に上述したアルミワイヤ５ａ、５ｂが接続される。そして、そのシャント抵抗材５０ａの一端にスリット５３を形成している（ここまでの構成は図４および図５のシャント抵抗４１と同じ）。そして、シャント抵抗材５０ａの他端に、前記スリット５３の形状と同じ大きさの突出部５４が形成されている。
【００３２】
そして図６（Ｂ）に示すように、シャント抵抗材５０ａの両側に位置する金属板５０ｂ、５０ｃは、互いに絶縁した状態で絶縁基板１１上のパターン２上にはんだ７３によって取付けられる。シャント抵抗器５０の上方には、パワー素子を制御するための制御回路を備えた制御基板１００が、所定の支持部材７２を介して設けられている。
【００３３】
このようなシャント抵抗材４１を例えば帯状の材料からプレス加工する場合、一回の加工で、シャント抵抗材４０ａを得ることができ、廃棄する無駄な部材も生じない。
【００３４】
実施の形態７．
上述した門型のシャント抵抗器４１、５０は、図７に示すように、絶縁基板に形成したパターン２上に、はんだ６１により固定されるが、そのはんだ６１ａで示したように、金属板６０ｂ、６０ｃを這い上がり、シャント抵抗材６０ａの面まで達すると、シャント抵抗器の抵抗値が変化し、検出精度が低下する。
【００３５】
そこで本実施形態のシャント抵抗器６０では、金属板６０ｂ、６０ｃおよびシャント抵抗材６０ａの内面にはんだの付着を防止するコーティング処理６２を施しており、これにより、はんだ這い上がりによるシャント抵抗器６０の抵抗値のばらつきを防止でき、従って高さ方向にシャント抵抗器の小型化を図ることができる等の効果がある。
【００３６】
実施の形態８．
図８に示したシャント抵抗器７０は、図７の場合と同様にパターン２上に設けるが、金属板７０ｂ、７０ｃの上端部に取付けピン７２をはんだ７３によって取付けており、それらのピン７２の上端を制御基板１００に形成したスルーホール１００ａに挿通し、その挿通部ではんだ７４によって制御基板１００上のパターンと電気的に接続している。
【００３７】
この実施形態では、シャント抵抗器７０で生じた降下電圧は、取付けピン７２を通じて制御基板１００側に取り出すことができ、図７に示した電圧検出ワイヤ１３は不要となる。また、シャント抵抗７０から制御基板１００までの電圧検出経路を短くでき、結果的に、電圧検出値のインダクタンスの低減、他の磁界の影響を受けにくく耐ノイズ性の優れ、シャント抵抗検出精度が向上する。
【００３８】
【発明の効果】
この発明によれば、主電流の電流方向によらず検出位置間のインピーダンスを等しくする手段を備えたので、主電流の流れる方向対応の検出電圧値を低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に基づくシャント抵抗器を取付けた電力用半導体モジュールの平面図
【図２】第２の実施形態に基づくシャント抵抗器を取付けた電力用半導体モジュールの平面図
【図３】第３の実施形態に基づくシャント抵抗器を取付けた電力用半導体モジュールの平面図
【図４】第４の実施形態に基づくシャント抵抗器を取付けた電力用半導体モジュールの平面図
【図５】第５の実施形態に基づくシャント抵抗器を取付けた電力用半導体モジュール置の平面図
【図６】第６の実施形態に基づくシャント抵抗器の斜視図および正面図
【図７】第７の実施形態に基づくシャント抵抗器の正面図
【図８】第８の実施形態に基づくシャント抵抗器の正面図
【図９】本発明が適用される電力半導体装置の内部回路図
【符号の説明】
２  パターン、４  シャント抵抗器、４ａ  シャント抵抗材、４ｂ、４ｃ  金属板、５  アルミワイヤ、１１  絶縁基板、１３  電圧検出ワイヤ、１６  スリット、４１、５０、６０、７０  シャント抵抗器、５３  スリット、５４  突出部、６２  コーティング処理、７２    取付けピン、１００  制御基板、Ｔａ、Ｔｂ  電圧検出用端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004165430.tif 000008
【図７】
2004165430.tif 000009
【図８】
2004165430.tif 000010
【図９】
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