(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に収納された電力用絶縁基板の表主面上に形成された主回路パターン上に複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子を実装して並列に接続する電力用半導体装置において、
前記複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子の各々のゲート駆動回路をそれぞれ短絡する複数のソケットと、該複数のソケットに挿入され短絡を解除すると同時に、前記複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子を並列に接続するプラグ式外部接続部材とを備え、前記プラグ式外部接続部材を、絶縁性支持体と、該絶縁性支持体と一体成形された二つの外部接続用端子とにより形成し、前記絶縁性支持体に複数の短絡解除片を形成するとともに、該複数の短絡解除片の各々の両側に前記二つの外部接続用端子の分岐端をそれぞれ配置したことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
前記プラグ式外部接続部材の外部接続用端子を支持する絶縁性支持体内に凹部を形成し、前記外部接続用端子を前記凹部内に突出させたことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
ケース内に収納された電力用絶縁基板の表主面上に形成された主回路パターン上に複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子を実装して並列に接続する電力用半導体装置において、
前記複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子の各々のゲート駆動回路をそれぞれ短絡する複数のソケットと、該複数のソケットに挿入され短絡を個々に解除すると同時に、前記複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子を個々に外部接続可能とするプラグ式外部接続部材とを備え、前記プラグ式外部接続部材を、絶縁性支持体と、該絶縁性支持体と一体成形された複数対の外部接続用端子とにより形成し、前記絶縁性支持体に複数の短絡解除片を形成するとともに、該複数の短絡解除片の各々の両側に前記複数対の外部接続用端子のうちの一対をそれぞれ配置したことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項４】
前記プラグ式外部接続部材に、前記絶縁ゲート型スイッチング半導体素子の各々のゲート駆動回路に接続される抵抗体を装着する開口部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング素子としてモータ制御等に使用される半導体素子を備えた電力用半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は従来の電力用半導体装置を示しており、絶縁基板（セラミックス基板）５２の表主面に複数のＣｕパターン電極５４が形成されている。Ｃｕパターン電極５４の一つに接合された半導体素子５６はＡｌワイヤ５８を介して他のＣｕパターン電極５４に接続されており、各Ｃｕパターン電極５４には、コレクタ端子６０、ゲート端子６２あるいはエミッタ端子６４がそれぞれ接続されている。
【０００３】
また、図１３は、複数の半導体素子５６が並列接続された従来の電力用半導体装置を示しており、素子間がＡｌワイヤ５８により接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１２の構成の電力用半導体装置にあっては、ゲート端子６２及びエミッタ端子６４間がオープン状態のため、製造時の静電気、過電圧等によるＭＯＳ系半導体素子の絶縁ゲート破壊を招くという問題があった。
【０００５】
この問題に鑑み、特開平１−２６８１６０号公報、特開平８−３２０２２号公報あるいは実開平７−２９８５４号公報には、静電気による絶縁ゲート破壊を防止するようにしたパワーモジュール、コネクタあるいはＩＧＢＴが開示されているが、取り扱いが容易で、複数の半導体素子を並列接続した電力用半導体装置においても簡素な構成で絶縁ゲート破壊を防止できる構造のものはなかった。
【０００６】
また、図１３の構成の電力用半導体装置にあっては、素子間がＡｌワイヤ５８により接続されているため、複数の半導体素子５６の個別の特性検査ができず、複数の半導体素子５６のいずれかが破壊した場合でも、その検出は容易ではなかった。
【０００７】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、並列接続された複数の半導体素子を有する電力用半導体装置において、簡素な構成で、半導体素子の並列接続と絶縁ゲート破壊の防止を達成できるとともに、破壊された素子を容易に検出することができ、ゲート抵抗のバランス取りを容易に行うことのできる電力用半導体装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、ケース内に収納された電力用絶縁基板の表主面上に形成された主回路パターン上に複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子を実装して並列に接続する電力用半導体装置において、前記複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子の各々のゲート駆動回路をそれぞれ短絡する複数のソケットと、該複数のソケットに挿入され短絡を解除すると同時に、前記複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子を並列に接続するプラグ式外部接続部材とを備え、前記プラグ式外部接続部材を、絶縁性支持体と、該絶縁性支持体と一体成形された二つの外部接続用端子とにより形成し、前記絶縁性支持体に複数の短絡解除片を形成するとともに、該複数の短絡解除片の各々の両側に前記二つの外部接続用端子の分岐端をそれぞれ配置したことを特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項２に記載の発明は、前記プラグ式外部接続部材の外部接続用端子を支持する絶縁性支持体内に凹部を形成し、前記外部接続用端子を前記凹部内に突出させたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、ケース内に収納された電力用絶縁基板の表主面上に形成された主回路パターン上に複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子を実装して並列に接続する電力用半導体装置において、前記複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子の各々のゲート駆動回路をそれぞれ短絡する複数のソケットと、該複数のソケットに挿入され短絡を個々に解除すると同時に、前記複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子を個々に外部接続可能とするプラグ式外部接続部材とを備え、前記プラグ式外部接続部材を、絶縁性支持体と、該絶縁性支持体と一体成形された複数対の外部接続用端子とにより形成し、前記絶縁性支持体に複数の短絡解除片を形成するとともに、該複数の短絡解除片の各々の両側に前記複数対の外部接続用端子のうちの一対をそれぞれ配置したことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、前記プラグ式外部接続部材に、前記絶縁ゲート型スイッチング半導体素子の各々のゲート駆動回路に接続される抵抗体を装着する開口部を設けたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置を示しており、ケース（図示せず）内に収納された電力用絶縁基板（セラミックス基板）２の表主面上に主回路パターン（例えば、Ｃｕパターン）による複数の電極４が形成されている。また、主回路パターンに実装される絶縁ゲート型スイッチング半導体素子等の半導体素子６は、複数の電極４の一つに接合されるとともに、Ａｌワイヤ８を介して他の電極４に接続されており、各電極４には、コレクタ端子１０、ゲート端子１２あるいはエミッタ端子１４がそれぞれ接続されている。
【００１６】
図２に示されるように、ゲート端子１２あるいはエミッタ端子１４が接続された二つの電極４にはソケット１６が取り付けられており、ソケット１６は、内部に凹部１８ａが形成された樹脂製の絶縁性支持体１８と、絶縁性支持体１８と一体成形された隣接する二つの電極２０とを備えている。各電極２０は中間部で折曲され、その先端は円弧状に形成される一方、その基端は電極４にはんだ付けにより接合されている。製造時には、二つの電極２０の先端部は、円弧状形状により弾性のある状態で互いに当接しており、静電気、過電圧等により絶縁ゲート破壊が発生する虞はない。
【００１７】
一方、上述した構成の電力用半導体装置を製造後、絶縁性材料により形成されたプラグ（短絡解除部材）２２がソケット１６に差し込まれるが、このプラグ２２は、その下面中央部より下方に延びる短絡解除片２２ａと、下面両端部より下方に延びソケット１６に係止される係止片２２ｂとを有している。
【００１８】
電力用半導体装置の製造後、図３に示されるように、プラグ２２の短絡解除片２２ａを、互いに当接している二つの電極２０の先端部に差し込むと、ゲート端子１２とエミッタ端子１４とが短絡状態からオープン状態になり、ゲート駆動回路（図示せず）の短絡が解除される。この時、プラグ２２の係止片２２ｂがソケット１６の絶縁性支持体１８の長手方向両端部に形成された係止部１８ｂに係止され、プラグ２２はソケット１６に一体的に保持される。
【００１９】
実施の形態２．
図４乃至図６は、本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置を示しており、上述した実施の形態１において、電極４に接合されたゲート端子１２及びエミッタ端子１４をプラグ（プラグ式外部接続部材）２２Ａに設けた点にある。
【００２０】
すなわち、図４及び図５に示されるように、二つの外部接続用端子（ゲート端子及びエミッタ端子）１２，１４は、ケース２４内に取り付けられた電極４には設けられておらず、プラグ２２Ａに一体的に形成されている。
【００２１】
図６に示されるように、プラグ２２Ａは、絶縁性支持体２６と、絶縁性支持体２６と一体成形され互いに離間したゲート端子１２及びエミッタ端子１４とを有するとともに、その下面中央部より下方に延びる短絡解除片２２ａと、下面両端部より下方に延びソケット１６に係止される係止片２２ｂとを有している。また、ゲート端子１２及びエミッタ端子１４は、絶縁性支持体２６の内部で折曲され、その下部は短絡解除片２２ａの両側に配置されている。
【００２２】
電力用半導体装置の製造後、図５及び図６に示されるように、プラグ２２Ａの短絡解除片２２ａを、互いに当接している二つの電極２０の先端部に差し込むと、二つの電極２０は短絡状態からオープン状態になるとともに、ゲート端子１２及びエミッタ端子１４は対応する電極２０と接触する。この時、プラグ２２Ａの係止片２２ｂがソケット１６の絶縁性支持体１８の長手方向両端部に形成された係止部１８ｂに係止され、プラグ２２Ａはソケット１６に一体的に保持される。
【００２３】
上記構成は、従来電極４に接合されていた端子が不要になるので、パッケージを小型化することができる。
【００２４】
また、図７に示されるように、プラグ２２Ａ’に凹部２２ｃを形成し、この凹部２２ｃ内にゲート端子１２及びエミッタ端子１４を突出させるとともに、凹部２２ｃ内でゲート端子１２及びエミッタ端子１４を対応するリード線２３と接続することもできる。
【００２５】
ソケット１６にプラグ２２Ａ’を挿入すると半導体素子が静電破壊する虞があるが、ゲート端子１２及びエミッタ端子１４の先端を絶縁性支持体２６の外部に突出させないようにすることで、はんだ付け前に格別の注意を要することなく静電破壊を防止することができ、取り扱い上極めて至便で、静電破壊の確率を著しく低減できる。
【００２６】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３にかかる電力用半導体装置を示しており、隣接配置された複数（例えば、三つ）の半導体素子６の各々は、Ａｌワイヤ８により対応するソケット１６に個別に接続されている。
【００２７】
また、プラグ（プラグ式外部接続部材）２２Ｂは、絶縁性支持体２６と、絶縁性支持体２６と一体成形され互いに離間したゲート端子１２及びエミッタ端子１４とを有するとともに、その下面より下方に延びる複数の短絡解除片２２ａと、下面両端部より下方に延びソケット１６に係止される係止片２２ｂとを有している。また、ゲート端子１２及びエミッタ端子１４は、絶縁性支持体２６の内部で折曲され、その下部は三つに分岐して、各分岐端はそれぞれ短絡解除片２２ａの両側に配置されている。
【００２８】
電力用半導体装置の製造後、プラグ２２Ｂの短絡解除片２２ａを、対応するソケット１６の互いに当接している二つの電極２０の先端部に差し込むと、二つの電極２０はすべてのソケット１６において同時に短絡状態からオープン状態になるとともに、ゲート端子１２及びエミッタ端子１４は対応する電極２０と接触し、複数の半導体素子６は並列に接続される。この時、プラグ２２Ｂの係止片２２ｂがソケット１６の絶縁性支持体１８の長手方向両端部に形成された係止部１８ｂに係止され、プラグ２２Ｂはソケット１６に一体的に保持される。
【００２９】
図１３の従来構成は、複数の半導体素子５６が互いにＡｌワイヤ５８により接続されており、個別の特性検査が不可能であったが、上記構成においてはプラグ２２Ｂを使用していることから、複数の半導体素子６の各々に対し独立した特性検査を行うことができ、製造途中の工程であっても素子交換が可能で、生産性が向上する。
【００３０】
なお、図８に示されるプラグ２２Ｂには、外部接続用端子としてゲート端子１２及びエミッタ端子１４がそれぞれ一つ設けられているが、複数のソケット１６の各々に対応してゲート端子１２及びエミッタ端子１４をそれぞれ一つ設ける構成も考えられる。
【００３１】
この場合、並列接続されて使用される絶縁ゲート型スイッチング半導体素子等の半導体素子のいずれかが破壊しても、破壊した半導体素子の検出を容易に行うことができる。
【００３２】
また、図７に示される形状を図８に示されるプラグ２２Ｂに採用し、ゲート端子１２及びエミッタ端子１４を凹部内で対応するリード線と接続するようにしてもよい。
【００３３】
実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４にかかる電力用半導体装置に設けられるプラグアセンブリ（プラグ式外部接続部材）２２Ｃを示しており、図８に示されるプラグ２２Ｂを二つに分離し、分離したプラグ２２Ｃ１，２２Ｃ２を互いに電気的に接続したものである。
【００３４】
また、各プラグ２２Ｃ１，２２Ｃ２の絶縁性支持体２６には、二つの矩形開口部２６ａが所定の間隔で形成されており、この開口部２６ａに抵抗体２８の両端を挿入することにより抵抗体２８はゲート端子１２に直列に接続される。
【００３５】
この構成によれば、様々なＩＧＢＴ素子特性に対応して開口部２６ａに挿入される抵抗体２８を適宜選定することにより最適な内部ゲート抵抗値を設定できる。
【００３６】
例えば、ＰＫＧとＩＩＧＢＴとの組み合わせにおいて、抵抗値を任意に設定することにより電流変化率を変更でき、ＰＫＧ内部インダクタンスの影響により発生するコレクタ・エミッタ間のサージ電圧を抑制することが可能となる。
【００３７】
また、複数個の半導体素子の場合、信号から一番遠い側と近い側とでは配線インダクタンスの違いにより立ち上がり電流がアンバランスとなるため、抵抗値を任意に設定することにより配線インダクタンスを調整することが可能となる。
【００３８】
さらに、並列接続以外に、実施の形態２のような単体でも有効である。
【００３９】
実施の形態５．
図１０は、本発明の実施の形態５にかかる電力用半導体装置に設けられるプラグアセンブリ（プラグ式外部接続部材）２２Ｄを示しており、各プラグ２２Ｄ１，２２Ｄ２間をシールド・ツイスト線３０で接続したものである。シールド・ツイスト線３０を使用することで、サージ電圧を抑制したり、誘導ノイズから回避できる効果がある。
【００４０】
また、各プラグ２２Ｄ１，２２Ｄ２の表面をアルミニウム等の金属板で被覆すると、誘導ノイズから効果的に回避することができる。
【００４１】
実施の形態６．
図１１は、本発明の実施の形態６にかかる電力用半導体装置に設けられる電極４を示しており、絶縁メタライズ基板２の上に接合された電極４に、短絡用電極片４ａを一体的に形成したものである。
【００４２】
この構成は、図１に示されるソケット１６の絶縁性支持体１８が不要となり、パッケージを小型化できるとともに、部品点数が減少することで安価な電力用半導体装置を提供することができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００４４】
本発明のうちで請求項１に記載の発明によれば、複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子の各々のゲート駆動回路をそれぞれ短絡する複数のソケットと、これら複数のソケットに挿入され短絡を解除すると同時に、複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子を並列に接続するプラグ式外部接続部材とを設けたので、短絡解除の操作と半導体素子の並列接続を簡単かつ確実に行うことができるとともに、絶縁ゲート破壊を防止することができる。
【００４５】
また、プラグ式外部接続部材の絶縁性支持体に複数の短絡解除片を形成するとともに、これら複数の短絡解除片の各々の両側に二つの外部接続用端子の分岐端を配置したので、簡素な構成で、半導体素子の並列接続と絶縁ゲート破壊の防止を同時に達成できる。
【００４６】
さらに、請求項２に記載の発明によれば、プラグ式外部接続部材の外部接続用端子を支持する絶縁性支持体内に凹部を形成し、外部接続用端子を凹部内に突出させたので、複数の半導体素子をプラグ式外部接続部材で並列接続する時あるいは並列接続した後も、半導体素子の静電破壊を防止することができ、取り扱いに格別な注意を払う必要がなく、取り扱いの容易な電力用半導体装置を提供することができる。
【００４７】
また、請求項３に記載の発明によれば、記複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子の各々のゲート駆動回路をそれぞれ短絡する複数のソケットと、これら複数のソケットに挿入され短絡を個々に解除すると同時に、複数の絶縁ゲート型スイッチング半導体素子を個々に外部接続可能とするプラグ式外部接続部材とを設けたので、短絡解除を簡単かつ確実に行うことができるとともに、絶縁ゲート破壊を防止することができる。また、並列接続されて使用される絶縁ゲート型スイッチング素子のいずれかが破壊した場合の検出を容易に行うことができる。
【００４８】
また、プラグ式外部接続部材の絶縁性支持体に複数の短絡解除片を形成するとともに、短絡解除片の各々の両側に複数対の外部接続用端子のうちの一対をそれぞれ配置したので、簡素な構成で、絶縁ゲート破壊を防止することができる。
【００４９】
また、請求項４に記載の発明によれば、プラグ式外部接続部材に、絶縁ゲート型スイッチング半導体素子の各々のゲート駆動回路に接続される抵抗体を装着する開口部を設けたので、並列接続される複数の絶縁ゲート型スイッチング素子のゲート抵抗のバランス化を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１にかかる電力用半導体装置の斜視図である。
【図２】  図１の電力用半導体装置において、二つの電極を有するソケットにプラグを挿入して電極の短絡を解除する場合の動作を示すソケットとプラグの正面図である。
【図３】  ソケットにプラグをセットして電極の短絡を解除した状態を示すソケットとプラグの正面図である。
【図４】  本発明の実施の形態２にかかる電力用半導体装置の斜視図である。
【図５】  図４の電力用半導体装置において、二つの電極を有するソケットにプラグをセットして電極の短絡を解除した状態を示すソケットとプラグの斜視図である。
【図６】  図５のソケットとプラグの正面図である。
【図７】  図５のプラグの変形例を示す部分断面正面図である。
【図８】  本発明の実施の形態３にかかる電力用半導体装置の斜視図である。
【図９】  本発明の実施の形態４にかかる電力用半導体装置に設けられるプラグアセンブリの斜視図である。
【図１０】  本発明の実施の形態５にかかる電力用半導体装置に設けられるプラグアセンブリの斜視図である。
【図１１】  本発明の実施の形態６にかかる電力用半導体装置に設けられる電極の斜視図である。
【図１２】  従来の電力用半導体装置の斜視図である。
【図１３】  従来の別の電力用半導体装置の斜視図である。
【符号の説明】
２  絶縁基板、  ４  電極、  ６  半導体素子、  ８  ワイヤ、
１０  コレクタ端子、  １２  ゲート端子、  １４  エミッタ端子、
１６  ソケット、  １８  絶縁性支持体、  １８ａ  凹部、  １８ｂ  係止部、
２０  電極、  ２２  プラグ、  ２２ａ  短絡解除片、  ２２ｂ  係止片、
２２ｃ  凹部、  ２３  リード線、
２２Ａ，２２Ａ’，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ  プラグ式外部接続部材、
２４  ケース、２６  絶縁性支持体、  ２８  抵抗体、
３０  シールド・ツイスト線。
【図１】
0003911192.tif 000002
【図２】
0003911192.tif 000003
【図３】
0003911192.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003911192.tif 000013
【図１３】
0003911192.tif 000014