JP5277579B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
Diode)が適用されている。
図1は、本発明に係る第1の実施形態の半導体装置を適用するスイッチ回路の構成を示す回路図であり、パワー用のスイッチ回路として誘導負荷Lmを駆動するハーフブリッジ回路100の回路構成の一例を示している。図1のハーフブリッジ回路100においては、Si製のスイッチング素子IGBT102およびIGBT103が、入力電源の正側、負側の電源端子104,105間に直列に接続され、かつ、スイッチング素子IGBT102とIGBT103との接続点に駆動対象となる誘導負荷Lmが接続される。
Vfp: 還流用ダイオード順方向電圧の最大値(V)
x : 電気角(rad)
Duty:スイッチング素子駆動用のPWM信号のデューティ
式(1)より、スイッチング素子駆動用のPWM信号のデューティが一定であっても、還流用ダイオードの順方向電流の最大値Ifpと順方向電圧の最大値Vfpとの積を小さくすれば、還流用ダイオードの伝導損失Psatつまりスイッチング損失を低減することが可能であることがわかる。
Vf: 還流用ダイオード順方向電圧(V)
Js: デバイス定数
k: ボルツマン定数
q: 電荷量(1.6×10−19)(C)
T: 絶対温度(k)
さらに、還流用ダイオードの順方向電流Ifは、前述の還流用ダイオード順方向電流密度Jとチップ面積Dとの積、
If=J×D
として表すことができるので、式(1)および式(2)より、Siダイオードの還流用ダイオード順方向電圧つまりSiダイオード107の両端電圧Vfが同じ電圧値であった場合、チップサイズすなわちチップ面積Dを大きくことにより、Siダイオード107の還流用ダイオードの順方向電流Ifを大きくすることができることがわかる。
次に、第1の実施形態の図1に示す還流用ダイオードを構成するSiCダイオード106、Siダイオード107からなる半導体装置10のチップ構成の一例について、図8、図9を用いて説明する。
次に、本発明の第3の実施形態について図10を用いて説明する。図10は、本発明に係る半導体装置の第3の実施形態として、SiCダイオードとSiダイオードとを並列接続した半導体装置のチップ構造の一例を示す構造図であり、第2の実施形態において示した図8、図9の場合とは異なり、図1のハーフブリッジ回路100において、スイッチング素子IGBT102に逆並列接続する第1のダイオードのSiCダイオード106、第2のダイオードのSiダイオード107の半導体装置10として、第1のダイオードのSiCダイオード107を形成する第1の半導体チップであるSiCダイオードチップ内に、第2のダイオードのSiダイオード107を形成した一例を示している。
以上に説明した各実施形態においては、還流用ダイオードとしてSiCダイオードとSiダイオードとを、1個ずつ、並列接続して構成した場合について説明したが、前述したように、本発明は、かかる場合に限るものではなく、SiCダイオードおよび/またはSiダイオードを、複数個さらに並列接続して構成するようにしても良いし、また、還流用ダイオードの第1のダイオード、第2のダイオードとして、SiCダイオード、Siダイオード以外のGa(ガリウム)系やIn(インジウム)系やGe(ゲルマニウム)系などの半導体材料からなるダイオードを採用しても良い。
Claims (8)
- パワー用スイッチ回路に用いられる還流用ダイオードを実装する半導体装置において、前記還流用ダイオードを、炭化珪素(SiC)からなる1または複数の第1のダイオードと、第1のダイオードよりも順方向電流が流れ始める電圧値であるオン電圧が低い珪素(Si)からなる複数の並列接続された第2のダイオードとを並列に接続して構成し、かつ、前記還流用ダイオードの順方向電流が遮断する際に、前記第1のダイオードよりも前記第2のダイオードのリカバリ電流の遮断速度が緩やかであることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1に記載の半導体装置において、前記第1のダイオードを形成するSiCダイオードが、ショットキー型ダイオードであり、前記第2のダイオードを形成するSiダイオードが、PN接合型ダイオードまたはPIN型ダイオードであることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1または2に記載の半導体装置において、前記第1のダイオードを形成する第1の半導体チップと前記第2のダイオードを形成する第2の半導体チップとを、両者の半導体チップ間の距離、および、給配電用のブスバーとの間の距離が、あらかじめ定めた閾値以内に収まるように、互いに隣接させて、同一の回路基板上または同一の前記ブスバー上に配置することを特徴とする半導体装置。
- 請求項3に記載の半導体装置において、前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップとを、同一の回路基板上に隣接させて配置する場合、前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップとを並列接続する前記ブスバーに対して、平行な状態で配置することを特徴とする半導体装置。
- 請求項4に記載の半導体装置において、前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップとを、同一の回路基板上に隣接させて配置する場合、前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップとを並列接続する前記ブスバーに対して、垂直な状態で配置することを特徴とする半導体装置。
- 請求項1または2に記載の半導体装置において、前記第1のダイオードを形成する第1の半導体チップ内に前記第2のダイオードを形成することを特徴とする半導体装置。
- 請求項1ないし6のいずれかに記載の半導体装置において、さらに、前記還流用ダイオードと逆並列接続するスイッチング素子を、前記還流用ダイオードと同一の回路基板上または同一の給配電用のブスバー上に形成することを特徴とする半導体装置。
- 請求項7に記載の半導体装置において、前記還流用ダイオードと逆並列接続する前記スイッチング素子が、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であることを特徴とする半導体装置。
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