半導體元件的溫度檢測方法和電力變換裝置的製作方法
2023-07-29 04:37:46
專利名稱：半導體元件的溫度檢測方法和電力變換裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體元件的溫度檢測技術，特別是涉及可在電力變換裝置中使用的半導體元件的溫度檢測方法。
背景技術：
在專利文獻1、專利文獻2和專利文獻3中有關於半導體元件的溫度檢測技術的記述。
特開2002-101668號公報[專利文獻2]特開平11-142254號公報[專利文獻3]特開2002-76236號公報一般地說，在半導體元件中存在著開關損耗，為此，特別是在逆變器等的電力變換裝置中一直使用著的功率半導體元件(電力半導體元件)中伴隨有很大的發熱，因此，當流動過大的電流，冷卻能力趕不上時，因發熱而溫度上升，若不加處置地放置不理，就會存在著超過允許溫度，因熱而破壞的危險。
於是，在電力變換裝置中，為了防止半導體元件因過熱而遭受破壞，通例是採用設置保護功能的辦法來應對，為此，就需要檢測半導體元件的溫度。
在這裡，圖5示出了作為電力變換裝置的一個例子的逆變器裝置的一般的構成，在該情況下，裝置的全體，作為主要部分具備被叫做變換器的正變換部100和平滑部200、被叫做逆變器的逆變換部300、控制逆變換部300的控制部400、以及通過控制部400操作電力變換裝置的操作部500等的各塊。
此外，用例如由3相二極體橋式電路構成的正變換部100，把由商用電源等的電源600供給的3相交流電力變化成直流電力，用由電解電容器構成的平滑部200使來自正變換部100的直流電力平滑化。用逆變換部300把由平滑部200平滑化後的輸出電力變化成所希望的頻率的3相交流電力U、V、W後供往感應電動機IM等的負載700。
其次，圖6是作為功率半導體元件，使用例如IGBT(絕緣柵極雙極電晶體)的情況下的逆變換部300的詳細圖，在圖中，1～6(1、2、3、4、5、6)是由IGBT構成的功率半導體元件，如圖所示，該元件是由IGBT和與之逆並聯連接的二極體(續流二極體)構成的。
這時，在逆變換部300中，雖然把直流的+端子P側叫做上支路，把-端子一側叫做下支路，但是，在這裡，結果卻變成為各個支路的功率半導體元件4～6，藉助於從控制部400供給的柵極驅動信號，交互地開關控制上支路和下支路，來得到逆變換動作。
此外，這時，從+端子P流入進來的電流，要從上支路的各個功率半導體元件1～3的集電極通過發射極流向負載700(在NPN的情況下)，在下支路中則要從各個功率半導體元件4～6的集電極通過發射極，從負載700到達直流-端子N。
藉助於該電流的通流，在各個功率半導體元件1～6中，主要在集電極和發射極的接合部(結點)處發生熱，因此，例如若變成為過負載狀態等，則只要因任一種理由使得在功率半導體元件1～6的集電極和發射極間流動的電流變成為過大，功率半導體元件的溫度就會上升，在超過了限度的情況下，元件就會受到破壞，有的時候還會產生電力變換裝置本身也遭受破壞的危險。
於是，控制部400，如上所述，規定為檢測功率半導體元件的溫度，在所檢測到的溫度達到了預先定好了的規定的溫度，例如80℃時，就切斷功率半導體元件的通電(OFF)，停止功率半導體元件的發熱以抑制溫度的上升，藉助於此，就可以進行功率半導體元件的保護和電力變換裝置的保護。
這時，也可以在配置有功率半導體元件的冷卻散熱片上設置溫度檢測元件，檢測冷卻散熱片的溫度當作半導體元件的溫度的檢測值。
在這裡，圖7是功率半導體元件的一個例子，在這裡部件7～12(7、8、9、10、11、12)相當於各個功率半導體元件1～6(圖6)的封裝，這些部件，如圖所示，已以所希望的形式安裝到了冷卻散熱片15的元件安裝面上，對於各個部件7～12的連接，要藉助於在電路基板13上形成的某一電路圖形進行，藉助於此，就可以構成逆變換部300。
另外，在該圖7中，雖然是以與冷卻散熱片15離開來的狀態示出了電路基板13，但是，實際上卻要做成為使得電路基板13被各個部件7～12蒙蓋起來，把冷卻散熱片15的元件安裝面覆蓋起來後，再把電路基板13安裝到冷卻散熱片15上。
此外，在該圖7中，如圖所示，在冷卻散熱片15的元件安裝面上，在由各個功率半導體元件1～6的封裝構成的部件7～12的附近，配置各個溫度檢測元件16～21，並從每一者引出引線16a～21a連接到電路基板13上。
這時，作為上邊所說的冷卻散熱片15的元件安裝面的所希望的配置形式，在這裡，要規定為例如要與圖6的電路構成中的功率半導體元件1～6的配置狀況相一致地在上側橫向地並排配置下支路的功率半導體元件4、5、6的部件7、8、9，在下側橫向地並排配置上支路的功率半導體元件1、2、3的部件10、11、12。
此外，這時，冷卻散熱片15，要做成為使得在電力變換裝置已變成為使用狀態時，其元件安裝面變成為大體上垂直後，才可以組裝到該電力變換裝置的本體內。
在使用封入了半導體元件的模塊的電力變換裝置中，把溫度檢測元件也一起封入到該模塊內，藉助於此，也可以檢測溫度。
上邊所說的技術，對於溫度檢測元件的配置並未考慮，在具備熱保護功能的電力變換裝置的小型化和低價格化方面存在著問題。
如上所述，在圖7中，雖然在功率半導體元件的封裝附近的冷卻散熱片上配置溫度檢測元件，此時，在該冷卻散熱片還需要僅在冷卻散熱片上配置溫度檢測部件的面積。
但是，此時，由於需要把用來取出溫度檢測元件的檢測結果的引線連接起來，或使溫度檢測元件與冷卻散熱片電絕緣的工序，為此，電力變換裝置的小型化或低價格化就變得困難了起來。
另外，上述專利文獻3，公開了一般地說被叫做模塊的半導體器件。
在這裡，所謂上述模塊，是用具有固定半導體元件的金屬層的絕緣基板構成的。上述模塊，其特徵在於為了用熱傳導使在半導體元件等中產生的熱向外部的冷卻散熱片等的散熱部件散熱，上述絕緣基板，使用氧化鋁或陶瓷等的熱傳導性良好的部件。就是說，半導體元件等的熱，採用經由金屬層、絕緣基板等向冷卻散熱片等的散熱部件進行熱傳導的辦法進行散熱、冷卻。
如上所述，在專利文獻3中，採用把半導體元件及其外圍元件等裝載到上述熱傳導性良好的絕緣基板所具有的金屬層上的辦法的構成。
相對於此，在本發明中，卻不把以被叫做模塊的元件為對象而提供與溫度檢測有關的技術當作課題。或者說，與以使用熱傳導性良好的上述絕緣基板的電路構成部為對象的溫度檢測有關的溫度檢測技術沒有關係。
這是因為在上述專利文獻3或上邊所說的別的技術中，把溫度檢測元件封入到模塊內部的結果，模塊就要大一個該溫度檢測元件的量，此外，在模塊上還需要額外的端子，故結果就變成為即便由於該點模塊也要大型化。
此外，還需要構成模塊的框體、殼體等。特別是氧化鋁或陶瓷等的上述絕緣基板一般地說是昂貴的。從這些可知，包括另外需要模塊製造工序在內，使用模塊常常伴隨有價格上升。因此，若使用模塊，有時候對於小型化不利，有時候難於低價格化。
發明內容
本發明的目的在於提供適合於小型化的半導體元件的溫度檢測方法和電力變換裝置。
上述目的可採用如下辦法實現使用已配置在要把與該半導體元件的接合部相對的端子連接起來的電路基板上的溫度檢測元件，檢測在電力變換裝置的逆變換部中使用的半導體元件的溫度。或者，可採用使用配置在與該半導體元件的接合部相對的端子的附近上的溫度檢測元件進行在電力變換裝置的逆變換部中使用的半導體元件的溫度的檢測的辦法實現。
這時，即便是做成為使得上述端子是上述半導體元件的發射極端子和集電極端子中的一方也可以實現上述目的，同樣，也可以採用上述半導體元件的個數是多個，上述溫度檢測元件被配置在這些多個半導體元件的中溫度上升大的半導體元件的發射極端子和集電極端子中的一方上的辦法，實現上述目的。
此外，上述目的，可採用在要檢測在逆變換部中使用的半導體元件的溫度的電力變換裝置中，用配置在要把與所述半導體元件的接合部相對的端子連接起來的電路基板上邊的溫度檢測元件檢測上述半導體元件的溫度的辦法實現。或者，也可以採用使用配置在與該半導體元件的接合部相對的端子的附近上的溫度檢測元件進行上述半導體元件的溫度檢測的辦法實現。
這時，即便是做成為使得上述端子是上述半導體元件的發射極端子和集電極端子中的一方也可以實現上述目的，同樣，也可以採用上述半導體元件的個數是多個，上述溫度檢測元件被配置在這些多個半導體元件的中溫度上升大的半導體元件的發射極端子和集電極端子中的一方上的辦法，實現上述目的。另外，即使通過上述溫度檢測元件配置在上述半導體元件的連接中使用的電路基板上也可實現上述目的。
另外，在上述中，溫度檢測元件的配置，在具有多個半導體元件的情況下，並不是非要配置在其中溫度上升最大的半導體元件的附近不可。
但是，採用在溫度上升最大的半導體元件的附近或者在多個中溫度上升比較大的半導體元件的附近配置溫度檢測元件的辦法，對於熱保護功能來說，則可以取得更為理想的效果。
倘採用上述手段，則可以把目的在於防止半導體元件的破壞用的溫度檢測的溫度檢測元件，配置在例如功率半導體元件的發射極端子或集電極端子的附近。
這時，上述溫度檢測元件，由於可以直接配置在要裝配半導體元件的電路基板上，故不需要與已配置功率半導體元件的冷卻散熱片進行電絕緣，因而可以減少布線用工時。
倘採用本發明，與現有技術相比，則可以實現電力變換裝置的小型化。
圖1是示出了本發明的半導體元件的檢測方法和具備溫度檢測功能的電力變換裝置的一個實施方式的構成圖。
圖2是示出了本發明的一個實施方式的分解圖。
圖3是示出了本發明的一個實施方式的對功率半導體元件的溫度檢測元件的配置例的說明圖。
圖4是示出了本發明的另一個實施方式的對功率半導體元件的溫度檢測元件配置例的說明圖。
圖5是示出了電力變換裝置的一個例子的方框圖。
圖6是示出了電力變換裝置的逆變換部的一個例子的電路圖。
圖7是示出了電力變換裝置的一個例子的構成圖。
圖8是把溫度檢測元件連接起來的逆變換部、正變換部和控制部的構成圖。
圖9是圖1的截面圖。
圖10是示出了本發明的一個實施方式的對功率半導體元件的溫度檢測元件的配置例的的說明圖。
圖11是示出了本發明的一個實施方式的對功率半導體元件的溫度檢測元件的配置例的說明圖。
符號說明1～6功率半導體元件，7～12部件(功率半導體元件1～6被封裝後的元件)；13電力變換裝置的電路基板(搭載有控制部400等的電路基板)；15冷卻散熱片；15a塑料殼體；22溫度檢測元件(電路基板13的電路圖形面所配置的溫度檢測元件)；27功率半導體元件的發射極端子；28功率半導體元件的集電極端子；50電阻器；100正變換部(變換器)；200平滑部(電容器)；300逆變換部(逆變器)；400控制部500操作部；600電源(商用電源)；700負載(IM(感應電動機))。
具體實施例方式
以下，用圖示的實施方式詳細地對本發明的半導體元件的檢測方法和具備溫度檢測功能的電力變換裝置進行說明。
圖1是本發明的一個實施方式，在圖中，22是溫度檢測元件，其它的構成要素與在圖7中說明的技術是同樣的，把已把功率半導體元件1～6封裝起來的部件7～12配置在冷卻散熱片15上，再把電路基板13安裝到其上邊的實施方式。此外，圖9是圖1的截面圖，示出了通過部件8和11的截面。在散熱片15上邊配置部件7～12，該部件7～12已用塑料殼體15a固定到了散熱片15上邊。在其上側安裝電路基板13並焊接上了部件7～12的端子。溫度檢測元件22是晶片狀的部件，已焊接到電路基板13的上邊。此外，在圖1和圖9中，溫度檢測元件22雖然已裝配在電路基板13的上側，但是，也可以裝配在電路基板13的下側。此外，塑料殼體15a雖然具有把部件7～12推壓到冷卻散熱片15上的作用，但是，如果採用例如用螺釘把部件7～12固定到冷卻散熱片上邊等的方法，則可以沒有15a。
這時，作為一個例子，把熱敏電阻(註冊商標)用做溫度檢測元件，除此之外，全體構成與圖5所示的技術是同樣的，這時逆變換部300的電路構成的也與圖6所示的技術是同樣的。
但是，在該圖1的實施方式中，如圖2所示，該溫度檢測元件22已被安裝在電路基板13而不是冷卻散熱片15上，因此，結果就變成為與安裝到冷卻散熱片15上的實施方式不同。在這裡，該圖2與上邊所說的圖7同樣，示出的是使電路基板13從冷卻散熱片15離開來的狀態。
而且，在該實施方式中，溫度檢測元件僅僅為該溫度檢測元件22，即，僅僅這一個元件，因此，即便是在這一點上，與在各個功率半導體元件1～6中的每一者上都設置共計6個的實施方式也不一樣。但是，不意味著溫度檢測元件限於1個，例如即便是在各個功率半導體元件中的每一者上設置多個溫度檢測元件，與本發明有關的實施方式的意圖也不會有任何改變。
在這裡，該1個溫度檢測元件22，如圖1所示的那樣，在把電路基板13組合到冷卻散熱片15上時，要採用使之位於在已封裝到處於圖中上側的正中的部件8內的功率半導體元件5(參看圖6)的集電極端子或發射極端子的附近，而且位於要把這些端子連接起來的電路圖形的附近的辦法安裝在電路基板13的已形成有電路圖形的一方的面上。
於是，控制部400，藉助於從該溫度檢測元件22取入進來的信號，檢測該溫度檢測元件22的溫度，在所檢測出的溫度達到了預先定好了的判定溫度，例如，80℃的判定溫度時，就要使所有的功率半導體元件1～6的柵極都變成為斷開，切斷各個元件的集電極-發射極間的通電。
其結果是，由於各個功率半導體元件1～6都停止了發熱，以後，功率半導體元件1～6的溫度上升受到抑制，藉助於此，結果變成為功率半導體元件和電力變換裝置全體都可以得到熱保護，在這裡，其次，將對根據本實施方式，並不是把溫度檢測元件22安裝到冷卻散熱片15上，而且，僅僅用該一個溫度檢測元件22就可以得到所有的功率半導體元件1～6和電力變換裝置全體的熱保護的理由，進行說明。
首先，在把功率半導體元件例如封裝到例如3端子的盤式引線的部件內的情況下，其集電極端子，就直接把端子連接到了接合部(結合)上，為此熱傳導就很大。發射極端子由於也已連接到了距接合部(結合)非常近的位置上，故熱傳導也大。因此，在接合部(結合)上所發生的熱就可以藉助於端子效率更為良好地向封裝外傳導。在上邊所說的技術中，在功率半導體元件中所發生的熱，例如，在經功率半導體元件接合部(結合)和冷卻散熱片間的密封劑，向冷卻散熱片進行了熱傳導後，用溫度檢測元件檢測被傳熱後的冷卻散熱片的溫度。因此，從功率半導體元件經由密封劑、冷卻散熱片到溫度檢測元件為止的熱阻就變成為比本發明的實施例的熱阻大。在本發明的實施例的技術的情況下，由於在功率半導體元件的接合部(結合)處所發生的熱，向功率半導體元件的端子進行熱傳導，然後再向要焊接端子的電路基板上邊的電路圖形進行熱傳導，故要對該布線圖形的溫度進行檢測。從該功率半導體元件經由端子、布線圖形到溫度檢測元件為止的熱阻，比現有技術的熱阻小。因此，由於與現有技術的熱阻比，在本發明的實施例的情況下，到溫度檢測元件為止的熱阻小，故可以比現有技術更快地檢測功率半導體元件的溫度上升。其結果是本發明的實施例可以進行比現有技術的保護動作更快地進行對功率半導體元件的溫度上升的保護動作。
然後，像這樣地藉助於端子效率更為良好地向外部導出出來的熱，由於該端子已連接到了電路基板13的電路圖形上，故結果就變成為將之傳達給該電路圖形，局部地使電路基板13的溫度上升。
於是，即便是假定已把溫度檢測元件22安裝到了電路基板13上，如果做成為使之位於功率半導體元件5(參看圖6)的集電極端子或發射極端子的附近，而且位於把這些端子連接起來的電路圖形的附近，則可以進行比把溫度檢測元件22安裝在冷卻散熱片15上的情況下更快的溫度檢測。
其次，在本實施方式中，冷卻散熱片15，在使電力變換裝置變成為使用狀態時，就要採用其元件安裝面變成為大體上垂直的辦法組裝到該電力變換裝置的本體內。
這樣一來，如本實施方式所示，在上側橫向並排配置下支路的功率半導體元件4、5、6的部件7、8、9，在下側橫向並排地把上支路的功率半導體元件1、2、3的部件10、11、12配置在冷卻散熱片15的元件安裝面上的情況下，由各個元件的發熱所形成的冷卻散熱片15的溫度，就如用箭頭A所示的那樣，隨著向上側前進而變得更高。
此外，這時，由於各個功率半導體元件1～6不論哪一個都同樣地發熱，故在冷卻散熱片15的中央，熱就要集中，溫度上升變大，故位於冷卻散熱片15的中央上側的功率半導體元件5，即部件8的溫度就將變成為最高。
此外，在本實施方式中，由於把溫度檢測元件22配置在該功率半導體元件5就是說部件8的附近，故結果就變成為該溫度檢測元件22檢測的是在6個功率半導體元件1～6中溫度最高的功率半導體元件5的溫度。此外，即便是在不論什麼條件都不能檢測部件8的溫度的情況下，只要知道部件8周圍的溫度與實際上可以檢測的溫度的關係，也可以推測溫度將變成為最高的半導體元件5的溫度。
在這裡，為了進行熱保護，不言而喻只要做成為使得在已安裝到同一冷卻散熱片上的多個功率半導體元件之內，在溫度最高的元件的溫度達到了需要進行熱保護的溫度時，保護功能就進行動作即可。
因此，倘採用本實施方式，則無須把溫度檢測元件22安裝到冷卻散熱片15上，而且，僅僅用一個溫度檢測元件22，就可以得到所有的功率半導體元件1～6和電力變換裝置全體的熱保護。在本實施例中，雖然說明的僅僅一個溫度檢測元件的例子，但是，不限於此，即便是增加溫度檢測元件的個數，本發明的意圖所在也沒有任何變化。
因此，結果就變成為倘採用本實施方式，則如上邊所說的圖7所示，由於不需要把溫度檢測元件16～21這6個溫度檢測元件配置在冷卻散熱片15上，故可以減少這些設置所需要的工時數和溫度檢測元件的布線所需要的工時數，而且，還可以削除上述布線所需要的電線等的部件。
其次，若對於本實施方式的溫度檢測元件22的配置更為詳細地進行說明，則如上所述，要在電路基板13上將之配置為使得位於已把受其他功率半導體元件的溫度上升影響最多的功率半導體元件5封裝起來的部件8的附近。
在這裡，在本實施方式中，要把溫度檢測元件22設置在要成為溫度檢測對象的功率半導體元件的附近的理由，是因為想要檢測該元件接合部(結合)的溫度的緣故，為此，雖然說是功率半導體元件的附近，但是，如果可能，優選是集電極端子或發射極端子附近。
在這裡，首先，圖10、圖11分別是把溫度檢測元件22配置在功率半導體元件1、2、3、4、5、6(部件10、11、12、7、8、9)的發射極端子27附近的情況下的一個例子。既可以如圖10所示，把溫度檢測元件22配置在發射極端子27附近而與發射極端子27的周邊的布線無關，也可以如圖11所示，把溫度檢測元件22焊接到發射極端子27附近，而且，直接焊接到要與發射極端子27連接的電路基板上的圖形布線。其次，圖3、圖4，是把溫度檢測元件22配置在功率半導體元件1、2、3、4、5、6(部件10、11、12、7、8、9)的集電極端子28的附近的情況下的一個例子。既可以如圖3所示，把溫度檢測元件22配置在集電極端子28附近而與集電極端子28的周邊的布線無關，也可以把溫度檢測元件22焊接到集電極端子28附近，而且，直接焊接到要連接集電極端子28的電路基板布線圖形。
另一方面，該溫度檢測元件22，雖然可以把其檢測信號取入到控制部400內，在這裡雖然如上所述地用於熱保護動作，但是，這時由於控制部400是以與逆變換部300相同的電位為基準，故溫度檢測元件22的檢測結果，也必須變成為以與控制部400相同的電位當作基準的信號後再輸入到該控制部400內。
這時，逆變換部300，由於要受由控制部400供給的開關信號控制，故在逆變換部300與控制部400作為基準的電位，就要變成為相等而且變成為圖8中的直流-端子N的電位，因此，在該情況下，就將變成為功率半導體元件4、功率半導體元件5、功率半導體元件6的發射極端子的電位。
於是，現在，如圖10和圖11所示，若將溫度檢測元件22配置在發射極端子27的附近，而且，在此情況下假定功率半導體元件是圖6中的功率半導體元件4或功率半導體元件5或功率半導體元件6中的任一，則其發射極端子27的電位，就會變成為與控制部400當作基準的電位相同，因此，就可以直接把溫度檢測元件22的檢測結果輸入給控制部400。在這裡，圖8示出了溫度檢測元件22是熱敏電阻的情況的時候的電路構成例。在圖8中，電阻50和溫度檢測元件22形成了分壓電路，把與控制部400相同的直流-端子N當作基準電位。
另一方面，如果假定圖10和圖11所示的功率半導體元件是圖6中的功率半導體元件1或功率半導體元件2或功率半導體元件3中的任一，則其發射極端子27的電位，就表示出與3相交流輸出的U、V、W中的任何一者的相的電位相同的變化，在該情況下，與在控制部400中當作基準的電位比，就變成了高電壓。
因此，在該情況下，在溫度檢測元件22與發射極端子27之間，就必須形成一個由該電力變換裝置所要求的技術規格(例如UL規格)決定的絕緣距離，在該情況下，溫度檢測元件22就難於配置在功率半導體元件1、功率半導體元件2、功率半導體元件3的發射極端子27的附近。
於是，在該情況下，就做成為使得把溫度檢測元件22配置在功率半導體元件1或功率半導體元件2或功率半導體元件3的發射極端子27的附近以便可以更為正確地檢測溫度，此外，溫度檢測元件22的檢測輸出，必須在已進行了電隔離的狀態下用光耦合器等的元件向控制部400輸入。
而且，在該情況下，由於功率半導體元件1、功率半導體元件2、功率半導體元件3的發射極端子27的電位，在電力變換裝置運行中在激烈地變動，故還要注意溫度檢測元件22的輸出易於受到噪聲的影響的情況。
其次，如圖3和圖4所示，在把溫度檢測元件22配置在集電極端子28的附近的情況下，圖6中的功率半導體元件1、功率半導體元件2、功率半導體元件3的集電極端子27的電位，就將變成為與直流的+端子P同一高電位。
於是，在如上所述把溫度檢測元件22配置在功率半導體元件1、功率半導體元件2、功率半導體元件3的集電極端子28的附近的情況下，在溫度檢測元件22與集電極端子28之間，就必須形成一個由電力變換裝置所要取得的技術規格決定的絕緣距離。
因此，在像這樣地形成了絕緣距離的該情況下，溫度檢測元件22就難於配置在功率半導體元件1、功率半導體元件2、功率半導體元件3的集電極端子28的附近。
於是，在該情況下，也必須做成為使得把溫度檢測元件22配置在功率半導體元件1或功率半導體元件2或功率半導體元件3的集電極端子28的附近以便可以更為正確地檢測溫度，此外，溫度檢測元件22的檢測輸出，必須在已進行了電隔離的狀態下用光耦合器等的元件向控制部400輸入。
此外，如果假定圖3和圖4所示的功率半導體元件是圖6中的功率半導體元件4或功率半導體元件5或功率半導體元件6中的任何一者，則其集電極端子28，就將呈現出與3相交流輸出的U、V、W中的任何一者的相的電位相同的變化，在該情況下，與在控制部400中當作基準的電位比，就變成了高電壓。
因此，在該情況下，在溫度檢測元件22與集電極端子28之間，就必須形成一個由該電力變換裝置所要求的技術規格決定的絕緣距離，在該情況下，溫度檢測元件22就難於配置在功率半導體元件4、功率半導體元件5、功率半導體元件6的集電極端子28的附近。
於是，在該情況下，也必須做成為使得把溫度檢測元件22配置在功率半導體元件4或功率半導體元件5或功率半導體元件6的集電極端子28的附近以便可以更為正確地檢測溫度，此外，溫度檢測元件22的檢測輸出，必須在已進行了電隔離的狀態下用光耦合器等的元件向控制部400輸入。
而且，在該情況下，由於功率半導體元件4、功率半導體元件5、功率半導體元件6的集電極端子28的電位，在電力變換裝置運行中激烈地變動，故還要注意溫度檢測元件22的輸出易於受到噪聲的影響的情況。
因此，作為本發明的實施方式，如圖10所示，優選的是把溫度檢測元件22配置在功率半導體元件4～6的發射極端子27的附近，還要構成為在發射極端子27的附近配置有該溫度檢測元件22的功率半導體元件，變成為圖6所示的功率半導體元件2，即，變成為部件8。
另外，在上述的實施方式中，作為功率半導體元件雖然具有具備集電極端子和發射極端子的元件，但是，即便是具有其它的端子名稱的半導體元件，也可以採用溫度檢測元件配置在該功率半導體元件的接合部(結合)附近的辦法，進行功率半導體元件的溫度檢測，本發明的優點不會改變。
此外，在上述實施方式中，雖然說明的是溫度檢測元件為1個的情況，但是，即便是在功率半導體元件的每一個的附近單獨地配置多個溫度檢測元件，本發明的意圖也沒有任何改變。
再有，在上述的實施方式中，雖然說明的是可以向交流電動機供給電壓可變頻率可變的交流電力的電力變換裝置，但是，即便不是可以向交流電動機供給電壓可變頻率可變的交流電力的電力變換裝置，只要是使用功率半導體元件的電力變換電路，本發明的功率半導體元件的溫度檢測的優點就沒有改變。
在上述中說明的是對於半導體元件的端子等把溫度檢測元件配置在附近的主旨。至於該附近的程度，根據實際的研究，在約10mm處檢測半導體元件的溫度上升，可實施保護動作等的所希望的處理。在產品的情況下，除去溫度上升的檢測所需要的時間之外，考慮到安全性、在電路基板上的元件的配置、電路圖形的設計和小型化等，決定以約3mm的距離配置溫度檢測元件。
但是，關於該附近的具體的距離，並不限於上述的10mm、3mm，只要是可檢測半導體元件的接合部(結合)等的溫度變化的距離，也可以是別的值。例如，雖然也可以做成為15mm到30mm，但是，在該情況下，由於距離比10mm、3mm大，電路基板上等的熱的傳導速度會發生變化，故要設想這樣的情況在考慮到這些因素後需要在減小溫度檢測元件的檢測溫度的判定值或改變對溫度變化進行檢測時的解析度等的方面動些腦筋，使得可以用控制部檢測半導體元件等的溫度變化。
另外，由於歸因於把距離加大到15mm到30mm而使得熱向溫度檢測元件進行傳導，檢測其溫度變化所需要的時間變大，故在檢測時間的變慢會成為問題的情況下，可以說使距離為約10mm以內左右是優選的。此外，在要實現構成電力變換裝置情況下的電路基板的小型化的情況下更優選做成為距離為約3mm以內。當然，即便是更為靠近，像上述那樣直接把溫度檢測元件連接到端子或電路圖形上的構成也可以。
倘採用本發明的實施方式，由於可把溫度檢測元件安裝到電路基板上，而不再需要冷卻散熱片的面積，或用來與冷卻散熱片進行電絕緣而檢測功率半導體元件的溫度，不需要向別的基板傳達檢測結果的部件，而且，也不需要用來進行布線的工時。
因此，倘採用本發明，就可以廉價地實現對半導體元件的熱保護功能的賦予，還可以實現電力變換裝置的小型化或組裝時間的縮短。
權利要求
1.一種半導體元件的溫度檢測方法，其特徵在於使用配置在連接與該半導體元件的接合部相對的端子的電路基板上的溫度檢測元件，檢測在電力變換裝置的逆變換部中使用的半導體元件的溫度。
2.一種半導體元件的溫度檢測方法，其特徵在於使用配置在與該半導體元件的接合部相對的端子附近的溫度檢測元件，進行在電力變換裝置的逆變換部中使用的半導體元件的溫度檢測。
3.根據權利要求2所述的半導體元件的溫度檢測方法，其特徵在於所述溫度檢測元件與所述半導體元件的端子之間的距離，在10mm以內。
4.根據權利要求2所述的半導體元件的溫度檢測方法，其特徵在於所述溫度檢測元件與所述半導體元件的端子之間的距離，在3mm以內。
5.根據權利要求2所述的半導體元件的溫度檢測方法，其特徵在於與所述半導體元件的端子相接而配置所述溫度檢測元件。
6.根據權利要求2所述的半導體元件的溫度檢測方法，其特徵在於與連接所述半導體元件的端子的電路基板的電路圖形相接而配置所述溫度檢測元件。
7.根據權利要求1或2所述的半導體元件的溫度檢測方法，其特徵在於所述端子是所述半導體元件的發射極端子和集電極端子中的一方。
8.根據權利要求1或2所述的半導體元件的溫度檢測方法，其特徵在於所述半導體元件的個數是多個，所述溫度檢測元件被配置在這些多個半導體元件中溫度上升變大的半導體元件的發射極端子和集電極端子中的一方處。
9.一種電力變換裝置，檢測逆變換部中使用的半導體元件的溫度，其特徵在於用配置在連接與所述半導體元件的接合部相對的端子的電路基板上的溫度檢測元件檢測所述半導體元件的溫度。
10.一種電力變換裝置，其特徵在於，具有將交流電力變換成直流電力的正變換部；使所述正變換部的輸出平滑化的平滑部；把所述平滑部的輸出變換成交流電力的逆變換部；和控制所述逆變換部的控制部，檢測在所述逆變換部中使用的半導體元件的溫度，用配置在與該半導體元件的接合部相對的端子附近的溫度檢測元件檢測所述半導體元件的溫度。
11.根據權利要求10所述的電力變換裝置，其特徵在於所述溫度檢測元件與所述半導體元件的端子之間的距離，在10mm以內。
12.根據權利要求10所述的電力變換裝置，其特徵在於所述溫度檢測元件與所述半導體元件的端子之間的距離，在3mm以內。
13.根據權利要求10所述的電力變換裝置，其特徵在於與所述半導體元件的端子相接而配置所述溫度檢測元件。
14.根據權利要求10所述的電力變換裝置，其特徵在於與連接所述半導體元件的端子的電路基板的電路圖形相接而配置所述溫度檢測元件。
15.根據權利要求10所述的電力變換裝置，其特徵在於所述端子是所述半導體元件的發射極端子和集電極端子中的一方。
16.根據權利要求10所述的電力變換裝置，其特徵在於所述半導體元件的個數是多個，所述溫度檢測元件配置在這些多個半導體元件中溫度上升變大的半導體元件的發射極端子和集電極端子中的一方處。
全文摘要
本發明提供小型且低價格的半導體元件的溫度檢測方法和小型且低價格的電力變換裝置。用配置在已把功率半導體元件封裝起來的部件(8)的附近，而且在該功率半導體元件的發射極端子和集電極端子中的任何一方的附近的溫度檢測元件(22)，進行用來保護功率半導體元件的溫度檢測。由於可把溫度檢測元件(22)安裝在電路基板(13)上，故不需要與已配置功率半導體元件的冷卻散熱片(15)形成溫度檢測元件(22)的電絕緣，由於不需要引線和用來進行該引線的布線的工時數，故可以廉價地實現電力變換裝置中的功率半導體元件的保護。此外，還可以實現電力變換裝置的小型化，和組裝時間的短縮。
文檔編號G01K7/22GK1664522SQ200510002350
公開日2005年9月7日 申請日期2005年1月17日 優先權日2004年3月5日
發明者龜澤友哉, 高田直樹, 廣田雅之, 平賀正宏, 井堀敏 申請人:日立工業設備系統株式會社