CN111220838A - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体装置，其目的在于得到一种能够抑制由分流电阻引起的发热、提高电流检测精度的半导体装置。本发明涉及的半导体装置具有：第一半导体装置；第二半导体装置；交流输出端子；第一分流电阻，其一端与第一半导体装置电连接，另一端与交流输出端子电连接；第二分流电阻，其一端与第二半导体装置电连接，另一端与交流输出端子电连接；第一配线，其将第一分流电阻的一端和第二分流电阻的一端电连接；第二配线，其将第一分流电阻的另一端和第二分流电阻的另一端电连接；以及第一感测电阻和第二感测电阻，它们在第一分流电阻的一端与第二分流电阻的一端之间相互串联连接。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及一种半导体装置。
背景技术
在专利文献1公开了对从电源向负载的电力供给进行控制的电力供给控制装置。该电力供给控制装置具有：半导体开关元件，其配置于从电源至负载的通电路径；电流检测电路；电压产生电路；以及异常检测电路。电流检测电路对在半导体开关元件流过的负载电流进行检测。电压产生电路是对半导体开关元件的输出侧电压进行分压的分压电路，是将分压电阻串联连接而成的。在流过半导体开关元件的负载电流超过与电压产生电路的分压电压相应的阈值电流的情况下，异常检测电路输出异常信号。由此，能够进行精度高的异常检测。
专利文献1：国际公开第2006/129548号公报
如果多个分流电阻串联连接，则多个分流电阻的损耗有可能变大。由此，来自多个分流电阻的发热变大，有时难以向半导体装置组装多个分流电阻。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到一种能够抑制由分流电阻引起的发热、提高电流检测精度的半导体装置。
本发明涉及的半导体装置具有：第一半导体装置，其具有第一端子、第二端子以及第一驱动端子，电流与被输入至该第一驱动端子的信号相应地从该第一端子向该第二端子流动；第二半导体装置，其具有第三端子、第四端子以及第二驱动端子，电流与被输入至该第二驱动端子的信号相应地从该第三端子向该第四端子流动；交流输出端子；第一分流电阻，其一端与该第二端子电连接，另一端与该交流输出端子电连接；第二分流电阻，其一端与该第三端子电连接，另一端与该交流输出端子电连接；第一配线，其将该第一分流电阻的一端和该第二分流电阻的一端电连接；第二配线，其将该第一分流电阻的另一端和该第二分流电阻的另一端电连接；以及第一感测电阻电路，其具有在该第一分流电阻的一端和该第二分流电阻的一端之间或者在该第一分流电阻的另一端和该第二分流电阻的另一端之间相互串联连接的第一感测电阻和第二感测电阻。
发明的效果
就本发明涉及的半导体装置而言，多个分流电阻并联连接。因此，能够抑制由多个分流电阻引起的发热。另外，通过设置第一感测电阻和第二感测电阻，能够使包含第一感测电阻、第二感测电阻以及多个分流电阻的电阻电路的合成电压接近于在多个分流电阻产生的电压的平均值。因此，能够提高电流检测精度。
附图说明
图1是实施方式1涉及的半导体装置的电路图。
图2是实施方式1涉及的电阻电路的电路图。
图3是实施方式1涉及的半导体装置的俯视图。
图4是对比例涉及的半导体装置的电路图。
图5是对比例涉及的电阻电路的电路图。
图6是实施方式1的第1变形例涉及的电阻电路的电路图。
图7是实施方式1的第2变形例涉及的电阻电路的电路图。
图8是实施方式1的第3变形例涉及的电阻电路的电路图。
图9是实施方式1的第4变形例涉及的电阻电路的电路图。
标号的说明
100半导体装置，10第一半导体装置，11第一端子，12第二端子，13第一驱动端子，20第二半导体装置，21第三端子，22第四端子，23第二驱动端子，30交流输出端子，40、240、430、440、540电阻电路，R1第一分流电阻，R2第二分流电阻，R3第三分流电阻，R4第四分流电阻，41第一配线，42第二配线，43、343第一感测电阻电路，44、344第二感测电阻电路，Rs1第一感测电阻，Rs2第二感测电阻，Rs3第三感测电阻，Rs4第四感测电阻，Rs5第五感测电阻，Rs6第六感测电阻，Rs7第七感测电阻，Rs8第八感测电阻，51第一电压检测端子，52第二电压检测端子。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式涉及的半导体装置进行说明。对于相同或对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。
实施方式1.
图1是实施方式1涉及的半导体装置100的电路图。半导体装置100具有第一半导体装置10和第二半导体装置20。第一半导体装置10具有IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)10a和二极管10b。IGBT 10a具有第一端子11、第二端子12和第一驱动端子13。就IGBT 10a而言，电流与输入至第一驱动端子13的信号相应地从第一端子11向第二端子12流动。第一端子11是集电极，第二端子12是发射极，第一驱动端子13是栅极。
二极管10b的阳极与第二端子12连接。二极管10b的阴极与第一端子11连接。二极管10b是续流二极管。
第二半导体装置20具有IGBT 20a和二极管20b。IGBT 20a具有第三端子21、第四端子22和第二驱动端子23。就IGBT 20a而言，电流与输入至第二驱动端子23的信号相应地从第三端子21向第四端子22流动。第三端子21是集电极，第四端子22是发射极，第二驱动端子23是栅极。二极管20b的阳极与第四端子22连接。二极管20b的阴极与第三端子21连接。二极管20b是续流二极管。
半导体装置100具有交流输出端子30。从交流输出端子30输出交流电压。在交流输出端子30，例如连接负载。另外，在第一端子11与第四端子22之间连接电源。半导体装置100设置在电源和负载之间。半导体装置100是通过作为开关元件的第一半导体装置10和第二半导体装置的通断，将电源电压转换为交流电压而供给至负载的电力转换装置。第一半导体装置10和第二半导体装置20例如也可以是MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)。
在第一半导体装置10、第二半导体装置20与交流输出端子30之间连接电阻电路40。电阻电路40具有第一～第四分流电阻R1～R4、第一～第四感测电阻Rs1～Rs4。通过电阻电路40，能够检测在半导体装置100产生的电压。第一～第四分流电阻R1～R4并联连接。分流电阻的数量只要是多个即可。分流电阻的电阻值以及数量也可以根据在半导体装置100流过的电流或者所检测的电压的大小等进行变更。
第一分流电阻R1的一端与第二端子12电连接，第一分流电阻R1的另一端与交流输出端子30电连接。第四分流电阻R4的一端与第三端子21电连接，第四分流电阻R4的另一端与交流输出端子30电连接。第一配线41将第一分流电阻R1的一端和第四分流电阻R4的一端电连接。第二配线42将第一分流电阻R1的另一端和第四分流电阻R4的另一端电连接。
第二分流电阻R2的一端与第一配线41电连接，第二分流电阻R2的另一端与第二配线42以及交流输出端子30电连接。在第二分流电阻R2和第四分流电阻R4之间，第三分流电阻R3的一端与第一配线41电连接，另一端与第二配线42以及交流输出端子30电连接。
电阻电路40具有图案电阻r11、r12、r21、r22、r31、r32。图案电阻r11、r12、r21、r22、r31、r32包含分流电阻间的图案的电阻以及通过对分流电阻进行焊接而产生的电阻。
图案电阻r11是将第一分流电阻R1的一端和第二分流电阻R2的一端连接的配线的电阻。图案电阻r12是将第一分流电阻R1的另一端和第二分流电阻R2的另一端连接的配线的电阻。图案电阻r21是将第二分流电阻R2的一端和第三分流电阻R3的一端连接的配线的电阻。图案电阻r22是将第二分流电阻R2的另一端和第三分流电阻R3的另一端连接的配线的电阻。图案电阻r31是将第三分流电阻R3的一端和第四分流电阻R4的一端连接的配线的电阻。图案电阻r32是将第三分流电阻R3的另一端和第四分流电阻R4的另一端连接的配线的电阻。
电阻电路40具有配线电阻r81～r84。配线电阻r81～r84是将第一～第四分流电阻R1～R4的另一端和交流输出端子30连接的配线的电阻。就本实施方式而言，第一～第四分流电阻R1～R4和交流输出端子30通过导线键合而连接。配线电阻r81～r84是由导线键合带来的电阻。
配线电阻r81是将第一分流电阻R1的另一端和交流输出端子30之间连接的配线的电阻。配线电阻r82是将第二分流电阻R2的另一端和交流输出端子30之间连接的配线的电阻。配线电阻r83是将第三分流电阻R3的另一端和交流输出端子30之间连接的配线的电阻。配线电阻r84是将第四分流电阻R4的另一端和交流输出端子30之间连接的配线的电阻。
电阻电路40具有第一感测电阻电路43。第一感测电阻电路43电连接于第一分流电阻R1的一端和第二分流电阻R2的一端之间。第一感测电阻电路43具有相互串联连接的第一感测电阻Rs1和第二感测电阻Rs2。另外，电阻电路40具有第二感测电阻电路44。第二感测电阻电路44电连接于第一分流电阻R1的另一端和第二分流电阻R2的另一端之间。第二感测电阻电路44具有相互串联连接的第三感测电阻Rs3和第四感测电阻Rs4。
半导体装置100具有第一电压检测端子51和第二电压检测端子52。第一电压检测端子51与第一感测电阻Rs1和第二感测电阻Rs2的连接点电连接。第二电压检测端子52与第三感测电阻Rs3和第四感测电阻Rs4的连接点电连接。
在第一电压检测端子51和第二电压检测端子52之间电连接电压检测部53。电压检测部53对施加于第一电压检测端子51和第二电压检测端子52之间的电压进行检测。通过电压检测部53，能够检测电阻电路40的合成电压。就本实施方式而言，电阻电路40的合成电压是在第一感测电阻Rs1、第一分流电阻R1和第三感测电阻Rs3所形成的串联电路的两端施加的电压。另外，电阻电路40的合成电压也可以是在第二感测电阻Rs2、第四分流电阻R4和第四感测电阻Rs4所形成的串联电路的两端施加的电压。
图2是实施方式1涉及的电阻电路40的电路图。箭头表示电流流动的方向。在图2中，在P侧，电流从左向右流动。即，电流从第一半导体装置10向交流输出端子30流动。另外，在N侧，电流从右向左流动。即，电流从交流输出端子30向第二半导体装置20流动。
图3是实施方式1涉及的半导体装置的俯视图。在半导体装置100的外周部，设置第一半导体装置10和第二半导体装置20的端子、交流输出端子30。第一端子11和第四端子22是与电源连接的主电极端子。交流输出端子30相对于第一～第四分流电阻R1～R4设置在主电极端子的相反侧。
另外，第一电压检测端子51和第二电压检测端子52设置在半导体装置100的外周部中的电阻电路40的附近。此外，在图3中，为了方便，省略了第一感测电阻电路43和第二感测电阻电路44。
图4是对比例涉及的半导体装置的电路图。图5是对比例涉及的电阻电路的电路图。对比例涉及的半导体装置100a具有电阻电路40a。电阻电路40a不具有第一感测电阻电路43和第二感测电阻电路44。
如图5所示，在P侧，电流从第一半导体装置10向交流输出端子30流动。此外，在N侧，电流从交流输出端子30向第二半导体装置20流动。此时，从P侧流过的主电流从并联连接的第一～第四分流电阻R1～R4中的第一分流电阻R1侧流入至电阻电路40a。此时，在各分流电阻流动的电流I(n)成为I(1)＞I(2)＞I(3)＞I(4)。在此，I(1)～I(4)分别表示流过第一～第四分流电阻R1～R4的电流。
此外，流动至N侧的主电流从并联连接的第一～第四分流电阻R1～R4中的第四分流电阻R4侧流动至第二半导体装置20。此时，在各分流电阻流动的电流I(n)成为I(1)＜I(2)＜I(3)＜I(4)。这样，流过第一～第四分流电阻R1～R4的电流的比率根据电流流动的方向而改变。
由此，如果并联连接多个分流电阻，则流动至各分流电阻的电流值根据电流的方向而改变。因此，例如在第二分流电阻R2施加的电压根据电流的方向而改变。因此，如果使用从电压检测部53读取的电压值来计算流过半导体装置100a的电流值，则在计算值和实际流过半导体装置100a的电流之间产生误差。
就对比例涉及的电阻电路40a而言，即使是多个分流电阻的与真值之间的误差最少的分流电阻，电流值的误差也达到2.9％。在此，将第一～第四分流电阻R1～R4的电阻值设为1.0mΩ，将图案电阻r11、r12、r21、r22、r31、r32的电阻值设为10μΩ。通常，分流电阻自身的容许差为0.5％～2％左右。因此，电流值产生3～5％的误差。因此，不能进行准确的电流控制。
接着，对本实施方式的效果进行说明。图6是实施方式1的第1变形例涉及的电阻电路的电路图。为了简单，使用具有两个分流电阻的电阻电路240进行说明。
在第一分流电阻R1和第二分流电阻R2施加的电压V(R1)、V(R2)分别是V(R1)＝V(A)-V(B)、V(R2)＝V(C)-V(D)。在此，V(A)是第一分流电阻R1的一端的电位。V(B)是第一分流电阻R1的另一端的电位。V(C)是第二分流电阻R2的一端的电位。V(D)是第二分流电阻R2的另一端的电位。在第一配线41设置图案电阻r11。因此，V(A)和V(C)成为不同的值。同样地，在第二配线42设置图案电阻r12。因此，V(B)和V(D)成为不同的值。
在第一电压检测端子51和第二电压检测端子52之间施加的电压V为V＝V(E)-V(F)。这里，V(E)是第一电压检测端子51的电位，V(F)是第二电压检测端子52的电位。在此，为了简单，设为Rs1＝Rs2、Rs3＝Rs4。此时，电压为V＝V(E)-V(F)＝((V(A)+V(C))-(V(B)+V(D)))/2＝(V(A)-V(B)+V(C)-V(D))/2＝(V(R1)+V(R2))/2。因此，电压检测部53检测出的电压是在多个分流电阻产生的电压的平均值。
同样地，在第一～第四感测电阻Rs1～Rs4的电阻值不同的情况下以及分流电阻大于或等于三个的情况下，通过设置感测电阻，也能够使电压检测部53检测出的电压接近在多个分流电阻产生的电压的平均值。此时，能够降低因电流流动的方向而引起的检测电压的误差。
即使在设置了感测电阻的情况下，流过各分流电阻的电流值也根据电流流动的方向而改变。但是，通过感测电阻，使得电阻电路40的合成电压接近在多个分流电阻产生的电压的平均值。因此，能够降低因电流流动的方向而引起的检测电压的误差，能够提高检测电压的精度。因此，能够高精度地检测正向和反向的电流。
如果使用实施方式1涉及的电阻电路40，则能够将电流值的误差降低至0.39％。在此，将第一～第四分流电阻R1～R4的电阻值设为1.0mΩ，将图案电阻r11、r12、r21、r22、r31、r32的电阻值设为10μΩ，将第一～第四感测电阻Rs1～Rs4的电阻值设为1kΩ。但是，第一～第四分流电阻R1～R4、第一～第四感测电阻Rs1～Rs4的电阻值不限于此。
通过提高电流检测精度，能够高精度地实施半导体装置100的电流控制以及过电流限制。因此，在将半导体装置100例如用于发电、输电所用的装置的情况下，能够进行高效的能量利用和再生。不限于此，半导体装置100能够应用于利用交流电力的所有装置。
另外，就本实施方式而言，多个分流电阻相对于交流输出端子30并联连接。因此，与串联连接多个分流电阻的情况相比，能够抑制分流电阻的发热。因此，就本实施方式而言，能够抑制分流电阻的发热并且能够提高电流检测精度。
另外，第一～第四感测电阻Rs1～Rs4的电阻值是102～105Ω，第一～第四分流电阻R1～R4的电阻值是10-4～10-3Ω。第一～第四感测电阻Rs1～Rs4的电阻值与第一～第四分流电阻R1～R4的电阻值相比足够大。第一～第四感测电阻Rs1～Rs4的电阻值与第一～第四分流电阻R1～R4的电阻值相比，至少是105～108倍的大小。因此，与没有感测电阻的情况相比，流过分流电阻的电流没有大的变化。因此，通过多个分流电阻的并联电路，能够有效地抑制电阻电路40的发热。
图7是实施方式1的第2变形例涉及的电阻电路的电路图。第2变形例涉及的电阻电路340具有第一感测电阻电路343和第二感测电阻电路344。第一感测电阻电路343具有第一～第四感测电阻Rs1～Rs4。第二感测电阻电路344具有第五～第八感测电阻Rs5～Rs8。
在第一感测电阻电路343中，第一～第四感测电阻Rs1～Rs4的一端分别与第一～第四分流电阻R1～R4的一端电连接。第一～第四感测电阻Rs1～Rs4的另一端相互电连接。即，第二感测电阻Rs2的一端与第二分流电阻R2的一端电连接，第二感测电阻Rs2的另一端与将第一感测电阻Rs1和第四感测电阻Rs4连接的配线电连接。第三感测电阻Rs3的一端与第三分流电阻R3的一端电连接，第三感测电阻Rs3的另一端与将第一感测电阻Rs1和第四感测电阻Rs4连接的配线电连接。
在第二感测电阻电路344中，第五～第八感测电阻Rs5～Rs8的一端分别与第一～第四分流电阻R1～R4的另一端电连接。第五～第八感测电阻Rs5～Rs8的另一端相互电连接。即，第六感测电阻Rs6的一端与第二分流电阻R2的另一端电连接，第六感测电阻Rs6的另一端与将第五感测电阻Rs5和第八感测电阻Rs8连接的配线电连接。第七感测电阻Rs7的一端与第三分流电阻R3的另一端电连接，第七感测电阻Rs7的另一端与将第五感测电阻Rs5和第八感测电阻Rs8连接的配线电连接。
就电阻电路340而言，在全部的分流电阻连接感测电阻。由此，能够使电阻电路340的合成电压更接近在多个分流电阻产生的电压的平均值。因此，能够降低因电流流动的方向而引起的检测电压的误差，能够进一步提高电流检测精度。如果使用电阻电路340，则能够将电流值的误差降低至0.05％。
第一电压检测端子51和第二电压检测端子52是夹着电阻电路340中的由第一感测电阻Rs1、第一分流电阻R1和第五感测电阻Rs5形成的串联电路而设置的。第一电压检测端子51和第二电压检测端子52也可以设置在其他位置。例如，第一电压检测端子51和第二电压检测端子52也可以夹着由第三感测电阻Rs3、第三分流电阻R3和第七感测电阻Rs7形成的串联电路而设置。
图8是实施方式1的第3变形例涉及的电阻电路的电路图。第3变形例涉及的电阻电路440与电阻电路340的不同点在于不具有第二感测电阻电路344。另外，第二电压检测端子52与第一分流电阻R1的另一端电连接。
电阻电路440与电阻电路340相比，能够削减部件。因此，能够使半导体装置100小型化。另外，使用电阻电路440也能够降低因电流流动的方向而引起的检测电压的误差，能够提高电流检测精度。如果使用电阻电路440，则能够将电流值的误差降低至0.06％。
这样，感测电阻电路也可以仅设置在多个分流电阻的并联电路的单侧。即，第一感测电阻电路343只要电连接于第一分流电阻R1的一端和第四分流电阻R4的一端之间，或者电连接于第一分流电阻R1的另一端和第四分流电阻R4的另一端之间即可。
此时，第二电压检测端子52只要电连接于电阻电路440中的相对于第一～第四分流电阻R1～R4而与第一电压检测端子51相反侧的部分即可。第二电压检测端子52例如电连接于第一～第四分流电阻R1～R4的任意者的与第一感测电阻电路343相反侧的端部。
图9是实施方式1的第4变形例涉及的电阻电路的电路图。第4变形例涉及的电阻电路540与电阻电路40的不同点在于不具有第二感测电阻电路44。另外，第二电压检测端子52设置于第一分流电阻R1的另一端。由此，与电阻电路440相比能够进一步削减部件。因此，能够使半导体装置100小型化。另外，使用电阻电路540，也能够降低因电流流动的方向而引起的检测电压的误差，能够提高电流检测精度。如果使用电阻电路540，则能够将电流值的误差降低至0.46％。
另外，第一半导体装置10或者第二半导体装置20也可以由宽带隙半导体形成。宽带隙半导体是碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。由此，能够使半导体装置100进一步小型化。
另外，也可以适当地对在本实施方式说明的技术特征进行组合使用。

Claims (8)

1.一种半导体装置，其特征在于，具有：
第一半导体装置，其具有第一端子、第二端子以及第一驱动端子，电流与被输入至所述第一驱动端子的信号相应地从所述第一端子向所述第二端子流动；
第二半导体装置，其具有第三端子、第四端子以及第二驱动端子，电流与被输入至所述第二驱动端子的信号相应地从所述第三端子向所述第四端子流动；
交流输出端子；
第一分流电阻，其一端与所述第二端子电连接，另一端与所述交流输出端子电连接；
第二分流电阻，其一端与所述第三端子电连接，另一端与所述交流输出端子电连接；
第一配线，其将所述第一分流电阻的一端和所述第二分流电阻的一端电连接；
第二配线，其将所述第一分流电阻的另一端和所述第二分流电阻的另一端电连接；以及
第一感测电阻电路，其具有在所述第一分流电阻的一端和所述第二分流电阻的一端之间或者在所述第一分流电阻的另一端和所述第二分流电阻的另一端之间相互串联连接的第一感测电阻和第二感测电阻。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，具有：
第一电压检测端子，其与所述第一感测电阻和所述第二感测电阻的连接点电连接；以及
第二电压检测端子，其相对于所述第一分流电阻和所述第二分流电阻而电连接于与所述第一电压检测端子相反侧的部分。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
具有第二感测电阻电路，该第二感测电阻电路具有在所述第一分流电阻的另一端和所述第二分流电阻的另一端之间相互串联连接的第三感测电阻和第四感测电阻，
所述第一感测电阻电路电连接于所述第一分流电阻的一端和所述第二分流电阻的一端之间。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，具有：
第一电压检测端子，其与所述第一感测电阻和所述第二感测电阻的连接点电连接；以及
第二电压检测端子，其与所述第三感测电阻和所述第四感测电阻的连接点电连接。
5.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，
所述第二电压检测端子电连接于所述第一分流电阻的与所述第一感测电阻电路相反侧的端部、或者所述第二分流电阻的与所述第一感测电阻电路相反侧的端部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
具有第三分流电阻，该第三分流电阻的一端与所述第一配线电连接，该第三分流电阻的另一端与所述第二配线以及所述交流输出端子电连接，
所述第一感测电阻电路具有第五感测电阻，所述第五感测电阻的一端与所述第三分流电阻的一端电连接，所述第五感测电阻的另一端与将所述第一感测电阻和所述第二感测电阻连接的配线电连接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述第一半导体装置或者所述第二半导体装置由宽带隙半导体形成。
8.根据权利要求7所述的半导体装置，其特征在于，
所述宽带隙半导体是碳化硅、氮化镓类材料或者金刚石。
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