JP2001237381A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、パワーデバイスな
どのスイッチング素子の駆動制御などに用いられる制御
用IC等の半導体装置に関し、特に、接地電位基準の回
路と、パワーデバイスなどのスイッチングによって変動
する浮遊電位を基準とする回路とが混在する高耐圧の半
導体装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device such as a control IC used for drive control of a switching element such as a power device, and more particularly, to a circuit based on a ground potential and a fluctuation caused by switching of a power device or the like. The present invention relates to a high withstand voltage semiconductor device in which a circuit based on a floating potential is mixed.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、数百ボルト級の高耐圧IC(以
下、HVIC:High Voltage IntegratedCircuitとい
う)の実用化に伴い、モータ制御用のインバータなどに
使用されるIGBTなどのパワーデバイスを駆動するI
Cとして、このHVICが適用されつつある。 図7
は、モータ制御用インバータの主回路部分の回路構成図
である。同図において、三相モータMoを駆動するたの
インバータ回路は、IGBTQ1〜Q6及び帰還ダイオ
ードD1〜D6のパワーデバイスが三相ブリッジ回路に
接続されて構成されている。尚、IGBTとは絶縁ゲー
ト型バイポーラトランジスタである。三相モータMoの
主電源Vccは、通常、直流100〜1200V程度の
高電圧である。また、三相モータMoの配線U、V、W
の電位は、主電源Vccの高電位側をVcc、低電位側
をGNDとした場合、各相のパワーデバイスのスイッチ
ングに応じて、GND〜Vccの間を変動する電位とな
る。2. Description of the Related Art In recent years, with the commercialization of high-voltage integrated circuits (hereinafter referred to as HVICs: High Voltage Integrated Circuits) of several hundred volts, I / O devices for driving power devices such as IGBTs used in inverters for motor control and the like have been developed.
As C, this HVIC is being applied. FIG.
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a main circuit portion of a motor control inverter. In the figure, an inverter circuit for driving a three-phase motor Mo is configured by connecting power devices of IGBTs Q1 to Q6 and feedback diodes D1 to D6 to a three-phase bridge circuit. The IGBT is an insulated gate bipolar transistor. The main power supply Vcc of the three-phase motor Mo is normally a high voltage of about 100 to 1200 V DC. Also, the wiring U, V, W of the three-phase motor Mo
When the high potential side of the main power supply Vcc is Vcc and the low potential side is GND, the potential fluctuates between GND and Vcc according to the switching of the power device of each phase.
【0003】したがって、Vccに接続される高電位側
のIGBTQ1、Q2、Q3を駆動するためには、GN
D〜Vccの間を変動する電位を基準電位とする浮遊基
準ゲート駆動回路が必要となる。これをGND基準の信
号で制御するためには、GND基準制御回路と浮遊基準
ゲート駆動回路の間にフォトカプラなどを用いてインシ
ュレート接続するか、あるいは、レベルシフト回路を内
蔵したHVICを用いたりする必要がある。Therefore, in order to drive the high potential side IGBTs Q1, Q2, Q3 connected to Vcc,
A floating reference gate drive circuit using a potential fluctuating between D and Vcc as a reference potential is required. In order to control this with a GND reference signal, an insulation connection using a photocoupler or the like is provided between the GND reference control circuit and the floating reference gate drive circuit, or an HVIC having a built-in level shift circuit is used. There is a need to.
【0004】図7は、IGBTQ1〜Q6のゲート駆動
用として、レベルシフト回路を内蔵したHVICを用い
た構成を示している。このHVICは、入出力端子I/
O(Input/Output)を介して、通常、図示しないマイク
ロコンピュータに接続されている。また、HVICのゲ
ート駆動回路の出力端子から、各IGBTQ1〜Q6の
ゲートにワイヤ配線などで電気的に接続されている。従
って、マイクロコンピュータによってインバータ全体が
制御される構成となっている。FIG. 7 shows a configuration using an HVIC having a built-in level shift circuit for driving the gates of the IGBTs Q1 to Q6. This HVIC has an input / output terminal I /
Usually, it is connected to a microcomputer (not shown) via O (Input / Output). Further, the output terminals of the gate drive circuit of the HVIC are electrically connected to the gates of the IGBTs Q1 to Q6 by wire wiring or the like. Therefore, the whole inverter is controlled by the microcomputer.
【0005】図8は、図7で用いられる従来のHVIC
の内部構成を示すブロック図である。尚、同図において
は、HVICに接続されるインバータ回路が1アーム分
のみ簡略化して表示している。同図において、1枚の基
板1に搭載されたHVIC11は、制御回路12と浮遊
基準ゲート駆動回路13とGND基準ゲート駆動回路1
4とレベルアップ回路15とレベルダウン回路16とに
よって構成されている。制御回路12はグランド(以
下、GNDという)を基準電位とする回路であり、入出
力端子I/Oを通してマイクロコンピュータ(図示せ
ず)との間で信号の授受を行ない、各IGBTをON/
OFFさせるための制御信号を生成したり、受信したア
ラーム信号に基づいてIGBTへのゲート信号を停止し
たり、あるいはマイクロコンピュータへアラーム信号を
伝送したりする機能を備えている。FIG. 8 shows a conventional HVIC used in FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the device. In FIG. 1, only one arm of the inverter circuit connected to the HVIC is shown in a simplified manner. In FIG. 1, the HVIC 11 mounted on one substrate 1 includes a control circuit 12, a floating reference gate drive circuit 13, and a GND reference gate drive circuit 1.
4, a level-up circuit 15 and a level-down circuit 16. The control circuit 12 is a circuit that uses a ground (hereinafter referred to as GND) as a reference potential, exchanges signals with a microcomputer (not shown) through input / output terminals I / O, and turns on / off each IGBT.
It has a function of generating a control signal for turning it off, stopping a gate signal to the IGBT based on the received alarm signal, or transmitting an alarm signal to the microcomputer.
【0006】浮遊基準ゲート駆動回路13は、Vcc側
に接続されている各IGBTのゲートに駆動信号を与え
る回路であり、各IGBTのスイッチングに応じて変動
するモータ(図示せず)ヘの出力電位を基準とする回路
である。すなわち、制御回路12で生成されたIGBT
のON/OFF信号を、レベルアップ回路15を通して
受信し、高電位側のIGBTをON/OFFさせる機能
を備えている。さらに、温度検出や過電流保護や低電圧
保護などの機能を有し、これらの検出情報に基づいてI
GBTをOFFしたり、あるいは、これらの検出情報に
基づくアラーム信号やウォーニング信号を、レベルダウ
ン回路16を通して、制御回路12に送信するなどの機
能を備えている。[0006] The floating reference gate drive circuit 13 is a circuit for providing a drive signal to the gate of each IGBT connected to the Vcc side, and the output potential to a motor (not shown) that fluctuates according to the switching of each IGBT. Is a circuit based on. That is, the IGBT generated by the control circuit 12
Is provided through the level-up circuit 15 to turn on / off the IGBT on the high potential side. Furthermore, it has functions such as temperature detection, overcurrent protection and low voltage protection, and performs I / O based on the detected information.
It has a function of turning off the GBT or transmitting an alarm signal or a warning signal based on the detection information to the control circuit 12 through the level down circuit 16.
【0007】GND基準ゲート駆動回路14は、制御回
路12で生成されたIGBTのON/OFF信号を受信
し、低電位側のIGBTをON/OFFさせる機能を備
えている。さらに、温度検出や過電流保護や低電圧保護
などの機能を有し、これらの検出情報に基づいてIGB
TをOFFしたり、あるいは、これらの検出情報に基づ
くアラーム信号やウォーニング信号を制御回路12に送
信するなどの機能を備えている。[0007] The GND reference gate drive circuit 14 has a function of receiving the ON / OFF signal of the IGBT generated by the control circuit 12 and turning on / off the IGBT on the low potential side. In addition, it has functions such as temperature detection, overcurrent protection and low voltage protection.
It has a function of turning off T or transmitting an alarm signal or a warning signal based on such detection information to the control circuit 12.
【0008】レベルアップ回路15は、制御回路12か
らのGND基準の信号を、GNDより高電位の浮遊基準
の信号レベルに変換して、浮遊基準ゲート駆動回路13
に伝送するための回路である。図9は、図8のレベルア
ップ回路15の具体的な回路図の一例である。すなわ
ち、高耐圧Nch MOSFET5のドレインD側にレベ
ルシフト抵抗6を接続した構成となっている。高耐圧N
ch MOSFET5のゲートGをソースS電極に対し
て、しきい値以上の正電位にバイアスすると、高耐圧N
ch MOSFET5がON状態となり、レベルシフト抵
抗6に電流が流れて信号電圧が発生し、OUT1より信
号を出力する。ここで、抵抗40は、帰還をかけ高耐圧
Nch MOSFETの低電流性を向上させるための抵抗
であり、省略しても良い。The level up circuit 15 converts the GND reference signal from the control circuit 12 into a floating reference signal level having a higher potential than GND, and converts the signal into a floating reference gate driving circuit 13.
This is a circuit for transmitting the data. FIG. 9 is an example of a specific circuit diagram of the level-up circuit 15 of FIG. That is, the level shift resistor 6 is connected to the drain D side of the high breakdown voltage Nch MOSFET 5. High pressure resistance N
When the gate G of the ch MOSFET 5 is biased with respect to the source S electrode to a positive potential equal to or higher than the threshold value,
The ch MOSFET 5 is turned on, a current flows through the level shift resistor 6, a signal voltage is generated, and a signal is output from OUT1. Here, the resistor 40 is a resistor for improving the low current property of the high withstand voltage Nch MOSFET by applying feedback, and may be omitted.
【0009】図8に戻って、レベルダウン回路16は、
浮遊基準ゲート駆動回路13で発生した浮遊基準の信号
をGND基準の信号電圧に変換し、制御回路12に伝送
するための回路である。図10は、図8のレベルダウン
回路16の具体的な回路図の一例である。すなわち、高
耐圧Pch MOSFET7のドレインD側にレベルシフ
ト抵抗8を接続した構成となっている。高耐圧Pch M
OSFET7のゲートGをソースS電極に対して、しき
い値以下の負電位にバイアスすると、高耐圧Pch MO
SFET7がON状態となり、レベルシフト抵抗8に電
流が流れて信号電圧が発生しOUT2より信号を出力す
る。ここで、抵抗41は、帰還をかけ高耐圧Nch MO
SFETの低電流性を向上させるための低抵抗であり、
省略しても良い。Returning to FIG. 8, the level down circuit 16
This circuit converts a floating reference signal generated by the floating reference gate drive circuit 13 into a GND reference signal voltage and transmits the signal voltage to the control circuit 12. FIG. 10 is an example of a specific circuit diagram of the level down circuit 16 of FIG. That is, the level shift resistor 8 is connected to the drain D side of the high breakdown voltage Pch MOSFET 7. High breakdown voltage Pch M
When the gate G of the OSFET 7 is biased with respect to the source S electrode to a negative potential equal to or lower than the threshold, a high breakdown voltage Pch MO
The SFET 7 is turned on, a current flows through the level shift resistor 8, a signal voltage is generated, and a signal is output from OUT2. Here, the resistance 41 is fed back to provide a high withstand voltage Nch MO.
Low resistance to improve the low current property of SFET,
It may be omitted.
【0010】図11は、従来のレベルシフト回路を半導
体基板に形成したときの要部を示す概略図である。すな
わち、図9のレベルアップ回路と図10のレベルダウン
回路とを1枚の基板1の上に形成したものである。した
がって、同一基板上にGND基準回路3と浮遊基準回路
4が構成されている。浮遊基準回路4は、耐圧構造部
(HVJT:高耐圧終端接合構造)9に囲まれた構成と
なっている。FIG. 11 is a schematic diagram showing a main part when a conventional level shift circuit is formed on a semiconductor substrate. That is, the level-up circuit of FIG. 9 and the level-down circuit of FIG. 10 are formed on one substrate 1. Therefore, the GND reference circuit 3 and the floating reference circuit 4 are formed on the same substrate. The floating reference circuit 4 is configured to be surrounded by a withstand voltage structure (HVJT: high withstand voltage termination junction structure) 9.
【0011】図11において、図9に示されたレベルア
ップ回路は、GND基準回路3内に形成される高耐圧N
ch MOSFET5と浮遊基準回路4内に形成されるレ
ベルシフト抵抗6とによって構成されている。さらに、
GND基準回路3内に構成される高耐圧Nch MOSF
ET5のドレイン部分は、HVJT9と類似の構造のH
VJT10'によって耐圧が確保されている。そして、
この高耐圧Nch MOSFET5のドレインとレベルシ
フト抵抗6がドレイン配線により電気的に接続されてい
る。In FIG. 11, the level-up circuit shown in FIG.
It is composed of a ch MOSFET 5 and a level shift resistor 6 formed in the floating reference circuit 4. further,
High withstand voltage Nch MOSF configured in GND reference circuit 3
The drain portion of ET5 has an H structure similar to HVJT9.
The withstand voltage is secured by the VJT 10 '. And
The drain of the high breakdown voltage Nch MOSFET 5 and the level shift resistor 6 are electrically connected by a drain wiring.
【0012】また、図11において、図10に示された
レベルダウン回路は、浮遊基準回路4内に形成される高
耐圧Pch MOSFET7とGND基準回路3内に形成
されるレベルシフト抵抗8とによって構成されている。
この高耐圧Pch MOSFET7のドレインとレベルシ
フト抵抗8が、ドレイン配線により電気的に接続されて
いる。浮遊基準回路4は、GND基準回路3からはHV
JT9を介して電気的に絶縁されている。また、浮遊基
準回路4内に構成される高耐圧Pch MOSFET7の
ドレイン部分も、HVJT9と類似の構造のHVJT1
0によって耐圧が確保されている。In FIG. 11, the level down circuit shown in FIG. 10 is composed of a high breakdown voltage Pch MOSFET 7 formed in the floating reference circuit 4 and a level shift resistor 8 formed in the GND reference circuit 3. Have been.
The drain of the high breakdown voltage Pch MOSFET 7 and the level shift resistor 8 are electrically connected by a drain wiring. The floating reference circuit 4 outputs HV from the GND reference circuit 3.
It is electrically insulated through JT9. Also, the drain portion of the high-breakdown-voltage Pch MOSFET 7 formed in the floating reference circuit 4 has a structure similar to that of the HVJT 9.
0 secures the withstand voltage.
【0013】図12は、従来のレベルダウン回路の具体
的な断面構造図である。すなわち、自己分離構造を用い
た従来のレベルダウン回路の断面構造の一例を示してい
る。この図は、図11のレベルシフト回路をA−A'で
切断した断面構造図であり、等価回路的には図10の高
耐圧Pch MOSFET7を使用したレベルダウン回路
部分の断面構造図である。FIG. 12 is a specific sectional structural view of a conventional level down circuit. That is, an example of a cross-sectional structure of a conventional level-down circuit using a self-isolation structure is shown. This drawing is a cross-sectional structure diagram of the level shift circuit of FIG. 11 cut along AA ′, and an equivalent circuit is a cross-sectional structure diagram of a level down circuit portion using the high breakdown voltage Pch MOSFET 7 of FIG.
【0014】この構造は1個の半導体基板上に、GND
基準回路3の領域と浮遊基準回路4の領域が設けられて
いる。GND基準回路3の領域の表面にはレベルシフト
抵抗8が形成され、浮遊基準回路4の領域には高耐圧P
ch MOSFETが形成されている。さらに、表面の所
定の部分にはアルミ配線あるいはワイヤボンディングが
施されて所定の配線がなされている。また、P-基板3
1の表面にN-帯域32が形成され、PN接合の逆バイ
アスを用いて高耐圧部分を分離し、さらに、P-/N-接
合の接合表面部分の電界を緩和するために、N-領域表
面にP-領域33を形成したRESURFの原理に基づくDoubl
e RESURF構造を採用し、P-/N-の平行平板の接合耐圧
近くまで耐圧を向上させるためのHVJT9、10を有
している。This structure has a structure in which GND is formed on one semiconductor substrate.
An area for the reference circuit 3 and an area for the floating reference circuit 4 are provided. A level shift resistor 8 is formed on the surface of the region of the GND reference circuit 3, and a high withstand voltage P is formed on the region of the floating reference circuit 4.
A ch MOSFET is formed. Further, a predetermined portion of the surface is subjected to aluminum wiring or wire bonding to perform predetermined wiring. Also, P - substrate 3
N 1 of the surface - the band 32 is formed to separate the high-voltage part using a reverse bias of the PN junction, and further, P - / N - in order to relax the electric field of the junction surface portion of the junction, N - region Doubl based on RESURF principle with P - region 33 formed on the surface
e The HVJTs 9 and 10 for adopting the RESURF structure and improving the breakdown voltage to near the junction breakdown voltage of the P − / N − parallel plate are provided.
【0015】図11に示した高耐圧Pch MOSFET
7は、GND基準回路3と同一基板1上に形成された浮
遊基準回路4内に形成され、浮遊基準回路4のHVJT
9と、高耐圧Pch MOSFET7自身のHVJT10
とで、2重の耐圧構造を有する構造となっている。ま
た、レベルシフト抵抗8は、高耐圧Pch MOSFET
7のドレインから、アルミ配線あるいはワイヤ配線など
により電気的に接続されている。図12のDouble RESUR
F 構造を有する耐圧構造の場合、600V耐圧クラス
で、およそ100μmの耐圧構造幅が必要となり、12
00V耐圧クラスでほぼ200μm以上の耐圧構造幅が
必要となる。The high breakdown voltage Pch MOSFET shown in FIG.
7 is formed in the floating reference circuit 4 formed on the same substrate 1 as the GND reference circuit 3, and the HVJT of the floating reference circuit 4
9 and the HVJT 10 of the high breakdown voltage Pch MOSFET 7 itself.
Thus, the structure has a double pressure-resistant structure. The level shift resistor 8 is a high-withstand-voltage Pch MOSFET.
The drain 7 is electrically connected by aluminum wiring or wire wiring. Double RESUR in Fig. 12
In the case of a withstand voltage structure having an F structure, a withstand voltage structure width of about 100 μm is required in a 600 V withstand voltage class.
A withstand voltage structure width of approximately 200 μm or more in the 00V withstand voltage class is required.
【0016】[0016]
【発明が解決しようとする課題】前述のような高耐圧I
C(HVIC)は、モータ制御用のインバータなどに使
用されるIGBTなどのパワーデバイスを駆動するとき
に、dv/dtなどに起因したノイズによりIGBTが誤動
作しないようにすることが重要である。さらに、チップ
の低コスト化の点から、大きな面額を占めるHVJTの
面積をできるだけ低減することも重要である。ところ
が、従来のHVICでは、dv/dtによってIGBTが誤
点弧を起こしやすかったり、高耐圧化するとHVJTの
占める面積が大きくなりチップが大きくなるなどの不具
合がある。したがって、このような課題を解決する必要
がある。The high withstand voltage I as described above
When driving a power device such as an IGBT used for an inverter for motor control or the like, it is important for the C (HVIC) to prevent the IGBT from malfunctioning due to noise caused by dv / dt or the like. Further, from the viewpoint of reducing the cost of the chip, it is important to reduce the area of the HVJT, which occupies a large area, as much as possible. However, the conventional HVIC has disadvantages such as erroneous firing of the IGBT due to dv / dt, and an increase in the breakdown voltage increases the area occupied by the HVJT and the size of the chip. Therefore, it is necessary to solve such a problem.
【0017】先ず、前者のスイッチングによる誤動作に
関する課題について述べる。図8に示した様に、従来の
HVIC11は、制御回路12と浮遊基準ゲート駆動回
路13とGND基準ゲート駆動回路14とレベルアップ
回路15とレベルダウン回路16を同一の基板1上に形
成している。従って、図7でも示したように、HVIC
から、各IGBTに対して長いワイヤ配線で接続する必
要がある。従って、この配線の寄生インダクタンスによ
り次のような問題が生じる。これを図8に示された従来
のHVICとインバータの一部を構成するIGBTとの
接続図を用いて説明する。高電位側IGBT17aと低
電位側IGBT17bが、三相インバータの制御タイミ
ングに従って、交互にON/OFFを繰り返すことによ
り、OUTの電位がGNDとVccとの間で変動し、図
示しないモータヘ三相交流電力が出力される。First, a problem relating to a malfunction caused by switching will be described. As shown in FIG. 8, in the conventional HVIC 11, a control circuit 12, a floating reference gate drive circuit 13, a GND reference gate drive circuit 14, a level up circuit 15 and a level down circuit 16 are formed on the same substrate 1. I have. Therefore, as shown in FIG.
Therefore, it is necessary to connect each IGBT with a long wire. Therefore, the following problem occurs due to the parasitic inductance of the wiring. This will be described with reference to the connection diagram between the conventional HVIC and the IGBT constituting a part of the inverter shown in FIG. The high-potential side IGBT 17a and the low-potential side IGBT 17b alternately repeat ON / OFF according to the control timing of the three-phase inverter, so that the potential of OUT fluctuates between GND and Vcc. Is output.
【0018】ここで、高電位側IGBT17aのゲート
Gがオンし、OUTの電位がGNDからVccに変動す
る場合、 低電位側IGBT17bのコレクタCの電位
もGNDからVccに変動する。そして、このときの電
位変化によるdv/dtにより、低電位側IGBT17bの
コレクタC−ゲートG間の寄生容量18bを通して、G
ND基準ゲート駆動回路14に、時間関数の変位電流i
(t)が流れる。特に、低電位側IGBT17bに並列接
続された低電位側帰還ダイオード19bが逆回復する時
間帯においては大きな dv/dtが発生し、これに基づい
て大きな変位電流i(t)が流れる。この時、GND基準
ゲート駆動回路14から低電位側IGBT17bまでの
配線の寄生インダクタンスLL20bの両端にLL・di
(t)/dtの逆起電力が生じる。配線が長くなると寄生イ
ンダクタンスLLが大きくなり、逆起電カが低電位側I
GBT17bのゲートGのしきい値電圧を超えると、低
電位側IGBT17bがONする。このとき、当然高電
位側IGBT17aはONしているので、VccとGN
Dが短絡して両IGBT17a、17bを破壊させるお
それがある。Here, when the gate G of the high potential side IGBT 17a is turned on and the potential of OUT changes from GND to Vcc, the potential of the collector C of the low potential side IGBT 17b also changes from GND to Vcc. Then, due to the dv / dt caused by the potential change at this time, the potential of the G is changed through the parasitic capacitance 18b between the collector C and the gate G of the low potential side IGBT 17b.
The ND reference gate drive circuit 14 supplies a displacement current i
(t) flows. In particular, a large dv / dt occurs in a time zone in which the low potential side feedback diode 19b connected in parallel to the low potential side IGBT 17b reversely recovers, and a large displacement current i (t) flows based on this. At this time, the wiring from the GND reference gate drive circuit 14 to the low potential side IGBT17b parasitic inductance L L 20b both ends L L · di of
A back electromotive force of (t) / dt occurs. If the wiring becomes longer, the parasitic inductance L L becomes larger, and the back electromotive force becomes lower potential I
When the voltage exceeds the threshold voltage of the gate G of the GBT 17b, the low potential side IGBT 17b is turned on. At this time, since the high-potential-side IGBT 17a is naturally ON, Vcc and GN
D may short-circuit and destroy both IGBTs 17a and 17b.
【0019】同様に、低電位側IGBT17bがON
し、OUTの電位がVccからGNDに変動する場合、
高電位側IGBT17aのコレクタCの電位が、ゲート
GおよびエミッタEの電位に対しGNDとVccの電位
差分だけ相対的に高くなり、高電位側IGBT17aの
コレクタC−ゲートG間の寄生容量18aを通して、浮
遊基準ゲート駆動回路13に変位電流i(t)が流れる。
この時、浮遊基準ゲート駆動回路13から高電位側IG
BT17aまでの配線の寄生インダクタンスLH20a
の両瑞にLH・di(t)/dt の逆起電力が生じる。特
に、寄生インダクタンスLH20aが十分大きく、逆起
電力が高電位側IGBT17aのゲートのしきい値電圧
を超えると、高電位側IGBT17aがONしてVcc
とGNDが短絡し、両IGBT17a、17bを破壊さ
せるおそれがある。このように、各IGBTの寄生イン
ダクタンスが大きくなるほど変位電流は大きくなるた
め、一層誤動作を起こしやすくなる。従って、大容量の
IGBTを駆動する制御用ICの実現には、このような
問題を解決することが必須である。Similarly, the low potential side IGBT 17b is turned on.
When the potential of OUT changes from Vcc to GND,
The potential of the collector C of the high potential side IGBT 17a becomes relatively higher than the potentials of the gate G and the emitter E by the potential difference between GND and Vcc, and passes through the parasitic capacitance 18a between the collector C and the gate G of the high potential side IGBT 17a. A displacement current i (t) flows through the floating reference gate drive circuit 13.
At this time, the floating reference gate drive circuit 13 supplies the high potential side IG
Parasitic inductance L H 20a of wiring up to BT 17a
A back electromotive force of L H · di (t) / dt is generated in the two cases. In particular, when the parasitic inductance L H 20a is sufficiently large and the back electromotive force exceeds the threshold voltage of the gate of the high-potential side IGBT 17a, the high-potential side IGBT 17a turns ON and Vcc
And GND may be short-circuited, and both IGBTs 17a and 17b may be destroyed. As described above, the larger the parasitic inductance of each IGBT is, the larger the displacement current is, so that a malfunction is more likely to occur. Therefore, in order to realize a control IC for driving a large-capacity IGBT, it is essential to solve such a problem.
【0020】次に、大きな面額を占めるHVJTの面積
を低減して、素子のチップサイズを縮小化する課題につ
いて述べる。すなわち、図11に示した従来のHVIC
の場合、浮遊基準回路4は、HVJT9で外周部を囲む
必要がある。しかも十分な耐圧を得るためには、HVJ
T9の耐圧構造幅を十分に広くとらねばならない。従っ
て、耐圧の大きさによっては、浮遊基準回路4に占める
HVJT9の面積はかなり大きくなることもある。Next, the problem of reducing the chip size of the device by reducing the area of the HVJT occupying a large area is described. That is, the conventional HVIC shown in FIG.
In this case, the floating reference circuit 4 needs to surround the outer periphery with the HVJT 9. In addition, in order to obtain a sufficient withstand voltage, HVJ
The width of the pressure-resistant structure of T9 must be sufficiently wide. Accordingly, the area of the HVJT 9 occupying the floating reference circuit 4 may be considerably large depending on the magnitude of the withstand voltage.
【0021】図12に示すようなDouble RESURF 構造の
耐圧構造を採用した場合は、600V耐圧クラスでは、
HVJTは約100μmの耐圧構造幅が必要であり、こ
れは図11の浮遊基準回路4全体の略20〜40%の面
積を占めることになる。また、1200V耐圧クラスで
は、HVJTは約200μmの耐圧構造幅が必要であ
り、これは図11の浮遊基準回路4全体の略30〜60
%の面積を占めることになる。従って、従来の技術にお
いては、HVICの高耐圧化を進める上でチップサイズ
の拡大によるコストアップが大きな課題となっている。When the withstand voltage structure of the Double RESURF structure as shown in FIG.
HVJT requires a withstand voltage structure width of about 100 μm, which occupies approximately 20 to 40% of the entire floating reference circuit 4 of FIG. In the 1200 V breakdown voltage class, the HVJT requires a breakdown voltage structure width of about 200 μm, which is approximately 30 to 60 of the entire floating reference circuit 4 in FIG.
% Of the area. Therefore, in the prior art, increasing the cost due to an increase in the chip size is a major issue in increasing the withstand voltage of the HVIC.
【0022】また、HVICの課題の一つとして、長期
信頼性の問題がある。高耐圧MOSFETを用いたレベ
ルシフタの場合、長時間使用していると、パッケージの
外部や樹脂中のイオンが、印加電圧により高耐圧MOS
FETのゲートに到達することで、ゲート電圧のしきい
値が変動したり、チャネルリークが発生するという問題
が生じることがある。この対策として、パッケージの樹
脂や改質や形状の変更、あるいは、デバイスをイオンが
ゲートに進入し難い構造に変更するなどの方法がある
が、これらの方法には限界がある。本発明は、このよう
な事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、接地
電位と変動電位が混在しても、スイッチング素子が誤点
弧を起こさないようにすると共に、チップ面積を小さく
した高耐圧用の半導体装置を提供することにある。One of the problems of HVIC is a problem of long-term reliability. In the case of a level shifter using a high withstand voltage MOSFET, if the device is used for a long time, ions outside the package or in the resin may be changed to a high withstand voltage MOS by an applied voltage.
When reaching the gate of the FET, there may be a problem that the threshold value of the gate voltage fluctuates or a channel leak occurs. As a countermeasure, there are methods such as changing the resin or modification or shape of the package, or changing the device to a structure in which ions do not easily enter the gate, but these methods have limitations. The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to prevent a switching element from causing erroneous firing even when a ground potential and a fluctuating potential are mixed, and to reduce a chip area. It is an object of the present invention to provide a high breakdown voltage semiconductor device.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明は、GNDレベルを電位の基準とするGN
D基準回路とGNDレベルより相対的に高い電位を基準
とする浮遊基準回路とを有する半導体装置において、前
記GND基準回路と前記浮遊基準回路とを異なる半導体
基板に形成したことを特徴とするものである。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention relates to a GN which uses a GND level as a reference of potential.
In a semiconductor device having a D reference circuit and a floating reference circuit based on a potential relatively higher than a GND level, the GND reference circuit and the floating reference circuit are formed on different semiconductor substrates. is there.
【0024】このような構成によれば、浮遊基準回路と
GND基準回路とが別個独立した半導体基板上に形成さ
れるため、これらの位置関係を自由に設定することがで
き、ノイズに優れた配線引き回しが行えるなど、回路の
設計が容易となる。たとえば、浮遊基準回路およびGN
D基準回路それぞれから接続されるインバータを構成す
る各パワーデバイス(例えばIGBT)のゲートなどの
ような接続回路までの配線間隔を短くすることもでき、
配線の寄生インダクタンスの低減、コンパクト化を図る
ことが可能となる。According to such a configuration, the floating reference circuit and the GND reference circuit are formed on separate semiconductor substrates, so that their positional relationship can be freely set, and a wiring excellent in noise can be provided. Circuit design becomes easy, for example, wiring can be performed. For example, floating reference circuit and GN
It is also possible to shorten a wiring interval to a connection circuit such as a gate of each power device (for example, IGBT) constituting an inverter connected from each of the D reference circuits,
It is possible to reduce the parasitic inductance of the wiring and reduce the size.
【0025】また、本発明は、前記GND基準回路と前
記浮遊基準回路とがレベルシフト回路を介して接続され
ていることを特徴とするものである。Further, the present invention is characterized in that the GND reference circuit and the floating reference circuit are connected via a level shift circuit.
【0026】このような構成によれば、レベルシフト回
路により、GND基準回路と浮遊基準回路との電位のレ
ベルがシフトされ、それぞれの信号の伝達が容易にな
る。According to such a configuration, the level shift circuit shifts the potential levels of the GND reference circuit and the floating reference circuit, and facilitates transmission of each signal.
【0027】また、本発明に係る半導体装置において、
前記レベルシフト回路は、Nch MOSFETと、該Nc
h MOSFETのドレインに接続された第1の抵抗とに
よって構成され、前記Nch MOSFETは前記GND
基準回路と同一の半導体基板に形成され、前記第1の抵
抗は前記浮遊基準回路と同一の半導体基板に形成される
レベルアップ回路を有することを特徴とするものであ
る。Further, in the semiconductor device according to the present invention,
The level shift circuit includes an Nch MOSFET and the Nc MOSFET.
h MOSFET connected to a drain of the first MOSFET, and the Nch MOSFET is connected to the GND.
The first resistor is formed on the same semiconductor substrate as the reference circuit, and the first resistor has a level-up circuit formed on the same semiconductor substrate as the floating reference circuit.
【0028】このようなレベルシフト回路によれば、レ
ベルアップ回路により、GND基準のレベルを、該グラ
ンド基準より相対的に高電位である浮遊基準電位レベル
に変換することができ、GND基準回路と浮遊基準回路
との基板分離を容易に行うことができる。According to such a level shift circuit, the level of the GND reference can be converted to the floating reference potential level which is relatively higher than the ground reference by the level up circuit. The substrate can be easily separated from the floating reference circuit.
【0029】また、本発明に係る半導体装置において、
前記レベルシフト回路は、Pch MOSFETと、該Pc
h MOSFETのドレインに接続された第2の抵抗とに
よって構成され、前記Pch MOSFETは、前記浮遊
基準回路と同一の半導体基板に形成され、前記第2の抵
抗は、前記GND基準回路と同一の半導体基板に形成さ
れるレベルダウン回路を有することを特徴とするもので
ある。Further, in the semiconductor device according to the present invention,
The level shift circuit includes a Pch MOSFET and the Pc MOSFET.
h MOSFET is formed on the same semiconductor substrate as the floating reference circuit, and the second resistor is formed on the same semiconductor substrate as the GND reference circuit. It has a level down circuit formed on a substrate.
【0030】このようなレベルシフト回路によれば、レ
ベルダウン回路により、浮遊基準レベルを、該浮遊基準
より相対的に低電位であるGND基準電位レベルに変換
することができ、GND基準回路と浮遊基準回路との基
板分離を容易に行うことができる。According to such a level shift circuit, the floating reference level can be converted to the GND reference potential level, which is relatively lower than the floating reference, by the level down circuit. The substrate can be easily separated from the reference circuit.
【0031】また、本発明に係る半導体装置において、
前記レベルシフト回路は、Pch MOSFETと、該Pc
h MOSFETのドレインに接続された第3の抵抗とに
よって構成され、前記Pch MOSFETと前記第3の
抵抗は、共に、前記GND基準回路と同一の半導体基板
に形成されるレベルダウン回路を有することを特徴とす
るものである。In the semiconductor device according to the present invention,
The level shift circuit includes a Pch MOSFET and the Pc MOSFET.
h PMOSFET and a third resistor connected to the drain of the MOSFET, wherein the Pch MOSFET and the third resistor both have a level down circuit formed on the same semiconductor substrate as the GND reference circuit. It is a feature.
【0032】このような構成によれば、GND基準回路
に形成されるPch MOSFETを耐圧構造にすれば良
く、浮遊基準回路全体及びその中に形成されるPch M
OSFETを高耐圧構造にしてなる二重耐圧構造が不要
となり、チップサイズを小型化できる。According to such a configuration, the Pch MOSFET formed in the GND reference circuit may have a withstand voltage structure, and the entire floating reference circuit and the PchM formed therein may be used.
A double withstand voltage structure in which the OSFET has a high withstand voltage structure is not required, and the chip size can be reduced.
【0033】また、本発明に係る半導体装置において、
前記浮遊基準回路は、電源の高電位側とグランド側との
間に少なくとも2個が直列に接続されているスイッチン
グデバイスのうちの高電位側に接続されているスイッチ
ングデバイスのゲートを駆動するための浮遊基準ゲート
駆動回路であり、前記GND基準回路は前記浮遊基準ゲ
ート駆動回路に信号を与えたり、受けたりするGND基
準の制御回路であり、前記浮遊基準ゲート駆動回路と、
電源の高電位側とグランド側との間に少なくとも2個が
直列に接続されているスイッチングデバイスの内の低電
位側に接続されているスイッチングデバイスのゲートを
駆動するためのGND基準ゲート駆動回路が、前記スイ
ッチングデバイスそれぞれのゲート付近に設置されてい
ることを特徴とするものである。Further, in the semiconductor device according to the present invention,
The floating reference circuit is for driving a gate of a switching device connected to a high potential side among switching devices at least two of which are connected in series between a high potential side and a ground side of a power supply. A floating reference gate drive circuit, wherein the GND reference circuit is a GND reference control circuit that supplies or receives a signal to or from the floating reference gate drive circuit;
A GND reference gate drive circuit for driving a gate of a switching device connected to a low potential side among at least two switching devices connected in series between a high potential side and a ground side of a power supply is provided. The switching devices are provided near gates of the respective switching devices.
【0034】このような構成によれば、浮遊基準ゲート
駆動回路及びGND基準ゲート駆動回路それぞれからス
イッチングデバイスのゲートまでの配線距離を短くする
ことができ、配線の寄生インダクタンスを小さくするこ
とができ、それに起因するスイッチング誤動作などを低
減することができる。According to such a configuration, the wiring distance from each of the floating reference gate drive circuit and the GND reference gate drive circuit to the gate of the switching device can be reduced, and the parasitic inductance of the wiring can be reduced. It is possible to reduce switching malfunctions and the like caused by this.
【0035】また、本発明に係る半導体装置は、異なる
電位間に少なくとも2個が直列に接続されているスイッ
チングデバイスを制御する半導体装置において、前記ス
イッチングデバイスをオン/オフするゲート駆動回路
と、前記ゲート駆動回路を制御する制御回路とを備え、
前記ゲート駆動回路と前記制御回路をそれぞれ異なる半
導体基板に形成したことを特徴とするものである。Also, the semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device for controlling at least two switching devices connected in series between different potentials, wherein a gate drive circuit for turning on / off the switching device; A control circuit for controlling the gate drive circuit,
The invention is characterized in that the gate drive circuit and the control circuit are formed on different semiconductor substrates.
【0036】このような構成によれば、ゲート駆動回路
と制御回路とを分離構造とすることができるので、回路
の配線設計の自由度が高まる。According to such a configuration, the gate drive circuit and the control circuit can have a separated structure, so that the degree of freedom in circuit wiring design is increased.
【0037】また、本発明に係る半導体装置において、
前記レベルシフト回路は、NPNバイポーラトランジス
タと、該NPNバイポーラトランジスタのコレクタに接
続された第4の抵抗とによって構成され、前記NPNバ
イポーラトランジスタは、前記GND基準回路と同一の
半導体基板に形成され、前記第4の抵抗は前記浮遊基準
回路と同一の半導体基板に形成されるレベルアップ回路
を有することを特徴とするものである。Further, in the semiconductor device according to the present invention,
The level shift circuit includes an NPN bipolar transistor and a fourth resistor connected to a collector of the NPN bipolar transistor. The NPN bipolar transistor is formed on the same semiconductor substrate as the GND reference circuit. The fourth resistor has a level-up circuit formed on the same semiconductor substrate as the floating reference circuit.
【0038】このようなレベルアップ回路によれば、レ
ベルアップ回路により、GND基準のレベルを、該グラ
ンド基準より相対的に高電位である浮遊基準電位レベル
に変換することができ、GND基準回路と浮遊基準回路
との基板分離を容易に行うことができる他、さらにMO
Sでみられるような、ゲートのしきい値の変動や、それ
に伴うチャネルリークなどの長期信頼性の問題を解消で
きる。According to such a level-up circuit, the level-up circuit can convert a GND reference level to a floating reference potential level that is relatively higher than the ground reference. The board can be easily separated from the floating reference circuit.
The problem of long-term reliability, such as a change in the threshold value of the gate and a resulting channel leak, as seen in S, can be solved.
【0039】また、本発明に係る半導体装置において、
前記レベルシフト回路は、PNPバイポーラトランジス
タと、該PNPバイポーラトランジスタに接続された第
5の抵抗とによって構成され、前記PNPバイポーラト
ランジスタは、前記浮遊基準回路と同一の半導体基板に
形成され、前記第4の抵抗は前記GND基準回路と同一
の半導体基板に形成されるレベルダウン回路を有するこ
とを特徴とするものである。Further, in the semiconductor device according to the present invention,
The level shift circuit includes a PNP bipolar transistor and a fifth resistor connected to the PNP bipolar transistor. The PNP bipolar transistor is formed on the same semiconductor substrate as the floating reference circuit. Is characterized by having a level-down circuit formed on the same semiconductor substrate as the GND reference circuit.
【0040】このようなレベルシフト回路によれば、レ
ベルダウン回路により、浮遊基準レベルを、該浮遊基準
より相対的に低電位であるGND基準電位レベルに変換
することができ、GND基準回路と浮遊基準回路との基
板分離を容易に行うことができる他、さらにMOSでみ
られるような、ゲートのしきい値の変動や、それに伴う
チャネルリークなどの長期信頼性の問題を解消できる。According to such a level shift circuit, the floating reference level can be converted to the GND reference potential level, which is relatively lower than the floating reference, by the level down circuit. In addition to easily separating the substrate from the reference circuit, it is also possible to eliminate long-term reliability problems such as fluctuations in the gate threshold voltage and the accompanying channel leakage, which are observed in MOS.
【0041】また、本発明に係る半導体装置において、
前記レベルシフト回路は、PNPバイポーラトランジス
タと、該PNPバイポーラトランジスタのコレクタに接
続された第6の抵抗とによって構成され、前記PNPバ
イポーラトランジスタと前記第6の抵抗は、共に、前記
GND基準回路と同一の半導体基板に形成されるレベル
ダウン回路を有することを特徴とするものである。Further, in the semiconductor device according to the present invention,
The level shift circuit includes a PNP bipolar transistor and a sixth resistor connected to the collector of the PNP bipolar transistor. The PNP bipolar transistor and the sixth resistor are the same as the GND reference circuit. And a level down circuit formed on the semiconductor substrate.
【0042】このような構成によれば、GND基準回路
に形成されるPNPバイポーラトランジスタ耐圧構造に
すればよく、浮遊基準回路全体およびその中に形成され
るPNPバイポーラトランジスタを高耐圧構造にしてな
る2重耐圧構造が不要となり、チップサイズを小型化で
きる他、さらにMOSで見られるような、ゲートのしき
い値の変動や、それに伴うチャネルリークなどの長期信
頼性の問題を解消できる。According to such a configuration, the PNP bipolar transistor withstand voltage structure formed in the GND reference circuit may be formed, and the entire floating reference circuit and the PNP bipolar transistor formed therein have a high withstand voltage structure. A heavy withstand voltage structure is not required, and the chip size can be reduced. In addition, long-term reliability problems such as fluctuations in gate threshold voltage and associated channel leakage, which are observed in MOS, can be solved.
【0043】また、本発明に係る半導体装置は、電源の
高電位側とグランド側との間に少なくとも2個が直列に
接続されているスイッチングデバイスの内の高電位側に
接続されているスイッチングデバイスのゲートを駆動す
るための浮遊基準ゲート駆動と、低電位側に接続されて
いるスイッチングデバイスのゲートを駆動するためのG
ND基準ゲート駆動回路と、これらのゲート駆動回路を
制御するためのGND基準制御回路で構成される。この
うち、前記浮遊基準回路は、前記浮遊基準ゲート駆動回
路であり、GND基準回路は前記GND基準制御回路で
あることを特徴とするものである。Further, the semiconductor device according to the present invention has a switching device connected to the high potential side among at least two switching devices connected in series between the high potential side and the ground side of the power supply. Reference gate drive for driving the gate of the switching device and G for driving the gate of the switching device connected to the low potential side.
It comprises an ND reference gate drive circuit and a GND reference control circuit for controlling these gate drive circuits. Among them, the floating reference circuit is the floating reference gate drive circuit, and the GND reference circuit is the GND reference control circuit.
【0044】このような構成によれば、前記浮遊基準ゲ
ート駆動回路と前記GND基準ゲート駆動回路を前記G
ND制御回路とそれぞれ異なる半導体基板に形成するこ
とが可能となるため、前記浮遊基準ゲート駆動回路とG
ND基準ゲート駆動回路を、前記スイッチングデバイス
それぞれのゲート付近に設置することが可能となり、浮
遊基準ゲート駆動回路およびGND基準ゲート駆動回路
それぞれからスイッチングデバイスのゲートまでの配線
距離を短くすることができ、配線の寄生インダクタンス
を小さくすることができ、それに起因するスイッチング
誤動作などを低減することができる。According to such a configuration, the floating reference gate drive circuit and the GND reference gate drive circuit are
Since the floating reference gate drive circuit and the ND control circuit can be formed on different semiconductor substrates respectively,
The ND reference gate drive circuit can be installed near the gate of each of the switching devices, and the wiring distance from each of the floating reference gate drive circuit and the GND reference gate drive circuit to the gate of the switching device can be shortened. The parasitic inductance of the wiring can be reduced, and switching malfunction and the like due to the parasitic inductance can be reduced.
【0045】また、このような構成によれば、浮遊基準
ゲート駆動回路とGND基準ゲート駆動回路とGND基
準制御回路を分離構造とすることができるので、回路の
配線設計の自由度が高まり、各回路の位置構成の最適化
による装置の小型化を実現することが容易となる。Further, according to such a configuration, the floating reference gate drive circuit, the GND reference gate drive circuit, and the GND reference control circuit can have a separated structure, so that the degree of freedom in circuit wiring design increases, and It is easy to reduce the size of the device by optimizing the circuit configuration.
【0046】[0046]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を詳細に説明する。尚、本発明の実施の形態で用
いる図面において、従来技術で用いた図面と同一部分は
同一符号を付している。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the drawings used in the embodiments of the present invention, the same parts as those in the drawings used in the prior art are denoted by the same reference numerals.
【0047】実施の形態1.先ず、本発明の第一の実施
の形態について説明する。図1は、本発明の第一の実施
の形態におけるレベルシフト回路の要部を示す概略図で
ある。図1における第1の実施の形態が図11の従来技
術と異なる点は、GND基準回路3と浮遊基準回路4と
が異なる基板上に形成されているところである。すなわ
ち、図1において、A基板2aにはGND基準回路3が
形成され、B基板2bには浮遊基準回路4が形成されて
いる。Embodiment 1 First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing a main part of the level shift circuit according to the first embodiment of the present invention. The first embodiment in FIG. 1 differs from the prior art in FIG. 11 in that the GND reference circuit 3 and the floating reference circuit 4 are formed on different substrates. That is, in FIG. 1, the GND reference circuit 3 is formed on the A substrate 2a, and the floating reference circuit 4 is formed on the B substrate 2b.
【0048】図9に示したレベルアップ回路は、図1に
おいては、A基板2aのGND基準回路3内に形成され
た高耐圧Nch MOSFET5と、B基板2bの浮遊基
準回路4内に形成されたレベルシフト抵抗6とによって
構成されている。この高耐圧Nch MOSFET5のド
レインとレベルシフト抵抗6はワイヤボンド等による配
線によって電気的に接続されている。尚、A基板2aの
GND基準回路3に形成された高耐圧Nch MOSFE
T5のドレイン部分はHVJT10'で囲まれ、GND
基準回路3に対して耐圧の保たれた構造となっている。The level-up circuit shown in FIG. 9 is formed in FIG. 1 with a high breakdown voltage Nch MOSFET 5 formed in the GND reference circuit 3 on the A substrate 2a and in the floating reference circuit 4 on the B substrate 2b. And a level shift resistor 6. The drain of the high breakdown voltage Nch MOSFET 5 and the level shift resistor 6 are electrically connected by wiring such as wire bonding. It should be noted that the high withstand voltage Nch MOSFE formed in the GND reference circuit 3 of the A substrate 2a.
The drain portion of T5 is surrounded by HVJT10 'and GND
The structure is such that the breakdown voltage is maintained with respect to the reference circuit 3.
【0049】一方、図10に示したレベルダウン回路
は、図1においては、B基板2bの浮遊基準回路4内に
形成された高耐圧Pch MOSFET7と、A基板2a
のGND基準回路3内に形成されたレベルシフト抵抗8
とによって構成されている。この高耐圧Pch MOSF
ET7のドレインとレベルシフト抵抗8はワイヤボンド
等の配線により電気的に接続されている。また、浮遊基
準回路4は、HVJT9で周囲を囲まれ、B基板2b自
体の電位と電気的に絶縁されている。さらに、浮遊基準
回路4内に構成された高耐圧Pch MOSFET7のド
レイン部分は、HVJT10を介して、浮遊基準回路4
に対して耐圧の保たれた構造となっている。On the other hand, in the level down circuit shown in FIG. 10, the high breakdown voltage Pch MOSFET 7 formed in the floating reference circuit 4 of the B substrate 2b and the A substrate 2a in FIG.
Level shift resistor 8 formed in the GND reference circuit 3 of FIG.
And is constituted by. This high voltage Pch MOSF
The drain of the ET 7 and the level shift resistor 8 are electrically connected by a wire such as a wire bond. The floating reference circuit 4 is surrounded by HVJT 9 and is electrically insulated from the potential of the B substrate 2b itself. Further, the drain of the high breakdown voltage Pch MOSFET 7 formed in the floating reference circuit 4 is connected to the floating reference circuit 4 through the HVJT 10.
The structure is such that the pressure resistance is maintained.
【0050】図2は、図1のレベルシフト回路のA―
A'断面の構造図である。すなわち、この図は、第1の
実施の形態における自己分離構造を用いたレベルダウン
回路の具体的な断面構造であり、高耐圧Pch MOSF
ETを使用したレベルダウン回路部分の断面構造を示し
ている。図2では、半導体基板のA基板2aにはGND
基準回路3の領域が形成され、半導体基板のB基板2b
には浮遊基準回路4の領域が形成されている。そして、
GND基準回路3の領域にはレベルシフト抵抗8が形成
されている。また、浮遊基準回路4の領域は、ドレイン
Dの部分がHVJT10で囲まれており、さらに、外周
がHVJT9で囲まれている。そして、浮遊基準回路4
のドレインD、ソースS、ゲートGからアルミ配線が引
き出され、また、GND基準回路3のレベルシフト抵抗
8からもワイヤーボンディングなどによって配線が引き
出され、それぞれ所定の接続が行われている。FIG. 2 is a circuit diagram of the level shift circuit shown in FIG.
FIG. 3 is a structural view of A ′ section. That is, this figure is a specific cross-sectional structure of the level down circuit using the self-isolation structure according to the first embodiment.
4 shows a cross-sectional structure of a level down circuit portion using ET. In FIG. 2, GND is provided on the A substrate 2a of the semiconductor substrate.
A region of the reference circuit 3 is formed, and a B substrate 2b of a semiconductor substrate is formed.
Is formed with a region of the floating reference circuit 4. And
In the area of the GND reference circuit 3, a level shift resistor 8 is formed. In the region of the floating reference circuit 4, the portion of the drain D is surrounded by HVJT10, and the outer periphery is further surrounded by HVJT9. And the floating reference circuit 4
The aluminum wiring is drawn out from the drain D, the source S, and the gate G, and the wiring is drawn out from the level shift resistor 8 of the GND reference circuit 3 by wire bonding or the like, and predetermined connections are made.
【0051】このHVJTの構造は、P-基板21の表
面にN-領域22を形成し、PN接合の逆バイアスを用
いて高耐圧部分を分離し、さらに、P-/N-接合におけ
る接合部の曲率部分の電界を緩和するために、N-領域
22の表面にP-領域23を形成した、いわゆるRESURF
の原理に基づくDouble RESURF 構造を採用し、P-/N-
接合の平行平板の接合耐圧近くまで耐圧を向上させるた
めの耐圧構造HVJT9、10を有している。The structure of the HVJT is such that an N − region 22 is formed on the surface of a P − substrate 21, a high breakdown voltage portion is separated by using a reverse bias of a PN junction, and a junction at a P − / N − junction is formed. A P - region 23 is formed on the surface of the N - region 22 in order to alleviate the electric field at the curvature portion of
It adopted a Double RESURF structure based on the principle, P - / N -
It has withstand voltage structures HVJT9 and HVJT10 for improving the withstand voltage to near the junction withstand voltage of the parallel plate at the junction.
【0052】すなわち、レベルダウン回路を形成する高
耐圧Pch MOSFET7は、HVJT9に囲まれた浮
遊基準回路4内に形成され、そのドレインD部分は更に
内部のHVJT10で囲まれている。従って、高耐圧P
ch MOSFET7のドレインD部分は、浮遊基準回路
4のHVJT9と高耐圧Pch MOSFET自身のHV
JT10とによって2重の耐圧構造を有している。ま
た、レベルシフト抵抗8は、GND基準回路3と同一の
基板2a上に形成され、高耐圧Pch MOSFETのド
レインDから、ワイヤ配線などにより電気的に接続され
ている。That is, the high breakdown voltage Pch MOSFET 7 forming the level down circuit is formed in the floating reference circuit 4 surrounded by the HVJT 9, and the drain D portion is further surrounded by the internal HVJT 10. Therefore, high withstand voltage P
The drain D portion of the ch MOSFET 7 is connected to the HVJT 9 of the floating reference circuit 4 and the HV of the high withstand voltage Pch MOSFET itself.
JT10 has a double pressure-resistant structure. The level shift resistor 8 is formed on the same substrate 2a as the GND reference circuit 3, and is electrically connected to the drain D of the high-breakdown-voltage Pch MOSFET by a wire or the like.
【0053】図3は、本発明の第1の実施の形態におけ
るHVICの内部構成を示すブロック図である。尚、同
図においては、簡略化のために、外部に接続される図示
しないインバータ回路は1アーム分のみを表示してい
る。同図において、HVIC11が制御回路12と浮遊
基準ゲート駆動回路13とGND基準ゲート駆動回路1
4とレベルアップ回路15とレベルダウン回路16とに
よって構成されているところは従来と同じである。ま
た、それぞれの動作も従来技術と同じである。FIG. 3 is a block diagram showing the internal configuration of the HVIC according to the first embodiment of the present invention. Note that, for simplification, only one arm of an externally connected inverter circuit (not shown) is shown in FIG. In FIG. 1, an HVIC 11 includes a control circuit 12, a floating reference gate drive circuit 13, and a GND reference gate drive circuit 1.
4, the level-up circuit 15 and the level-down circuit 16 are the same as in the prior art. The respective operations are the same as those in the prior art.
【0054】この実施の形態の特徴は、浮遊基準ゲート
駆動回路13およびGND基準ゲート駆動回路14が制
御回路12と異なる基板上のICとして分離して、それ
ぞれが駆動するIGBTの近くに配置されることであ
る。すなわち、制御回路12はA基板2aに形成され、
浮遊基準ゲート駆動回路13はB基板2bに形成され、
GND基準ゲート駆動回路14はC基板2cに形成され
ている。さらに、レベルアップ回路15は、A基板2a
とB基板2bとに分けて形成されている。すなわち、レ
ベルアップ回路15は、制御回路12と同一のA基板2
aに高耐圧Nch MOSFET5が形成され、浮遊基準
ゲート回路13と同一のB基板2bにレベルシフト抵抗
6が分離して形成され両者が配線接続されている。The feature of this embodiment is that the floating reference gate drive circuit 13 and the GND reference gate drive circuit 14 are separated as ICs on a substrate different from the control circuit 12 and are arranged near the IGBTs to be driven. That is. That is, the control circuit 12 is formed on the A substrate 2a,
The floating reference gate drive circuit 13 is formed on the B substrate 2b,
The GND reference gate drive circuit 14 is formed on the C substrate 2c. Further, the level-up circuit 15 includes the A substrate 2a
And the B substrate 2b. That is, the level-up circuit 15 includes the same A substrate 2 as the control circuit 12.
A high voltage Nch MOSFET 5 is formed in a, and a level shift resistor 6 is formed separately on the same B substrate 2b as the floating reference gate circuit 13, and both are connected by wiring.
【0055】また、レベルダウン回路16も同様に、制
御回路12と同一のA基板2aと浮遊基準ゲート回路1
3と同一のB基板2bに分けて形成されている。すなわ
ち、レベルダウン回路16を構成する高耐圧Pch MO
SFET7が浮遊基準ゲート駆動回路13と同一のB基
板2b上に形成され、レベルシフト抵抗8が制御回路1
2と同一のA基板2a上 に形成され、ワイヤ配線で接
続されている。Similarly, the level down circuit 16 has the same A substrate 2a and floating reference gate circuit 1 as the control circuit 12.
3 are formed separately on the same B substrate 2b. That is, the high breakdown voltage Pch MO constituting the level down circuit 16
The SFET 7 is formed on the same B substrate 2b as the floating reference gate drive circuit 13, and the level shift resistor 8 is connected to the control circuit 1
2 are formed on the same A substrate 2a and are connected by wire wiring.
【0056】そして、浮遊基準ゲート駆動回路13を形
成するB基板2bは、高電位側IGBT17aの近くに
配置されて、浮遊基準ゲート駆動回路13と高電位側I
GBT17aの距離を小さくし、GND基準ゲート駆動
回路14を形成するC基板2cは、低電位側IGBT1
7bの近くに配置されて、GND基準ゲート駆動回路1
4と低電位側IGBT17bの距離を小さくしているの
で、それぞれの配線による寄生インダクタンスを小さく
することができる。The B substrate 2b which forms the floating reference gate drive circuit 13 is disposed near the high potential side IGBT 17a, and the floating reference gate drive circuit 13 and the high potential side I
The C substrate 2c that reduces the distance of the GBT 17a and forms the GND reference gate drive circuit 14 is the low potential side IGBT 1
7b, the GND reference gate drive circuit 1
4 and the low-potential-side IGBT 17b, the parasitic inductance of each wiring can be reduced.
【0057】これによって、高電位側IGBT17aと
低電位側IGBT17bとの転流時に発生するdv/dtに
よって、各IGBTの寄生容量18a、18bに変異電
流が流れても、各寄生インダクタンス20a、20bが
小さいので、各寄生インダクタンス20a,20bの両
瑞に発生するL・di(t)/dt の逆起電力を小さく抑え
ることができる。すなわち、この逆起電力によってIG
BTのゲートにしきい値以上の電圧が印加される虞はな
くなり、IGBT17aまたはIGBT17bの何れか
が誤点弧して、VccとGNDとの間に接続されている
1アームのIGBT17a、17bが短絡することもな
くなる。As a result, due to dv / dt generated at the time of commutation between the high-potential side IGBT 17a and the low-potential side IGBT 17b, even if a mutated current flows through the parasitic capacitances 18a and 18b of each IGBT, the parasitic inductances 20a and 20b are reduced. Since it is small, the back electromotive force of L · di (t) / dt generated in both parasitic inductances 20a and 20b can be reduced. That is, the back electromotive force causes IG
There is no possibility that a voltage higher than the threshold value is applied to the gate of the BT, and either the IGBT 17a or the IGBT 17b is erroneously fired and the one-arm IGBTs 17a and 17b connected between Vcc and GND are short-circuited. No more.
【0058】実施の形態2.次に、本発明の第二の実施
の形態を説明する。図4は、本発明の第二の実施の形態
におけるレベルシフト回路の要部を示す概略図である。
すなわち、図4における第二の実施の形態では、GND
基準回路35と浮遊基準回路34は異なる基板上に形成
されている点は、図1に示す第一の実施の形態と同じで
あるが、浮遊基準回路34に高耐圧Pch MOSFET
7が設けられておらず、浮遊基準回路34を囲むHVJ
Tが設けられていない点が図1と異なる。Embodiment 2 Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic diagram showing a main part of a level shift circuit according to the second embodiment of the present invention.
That is, in the second embodiment in FIG.
The point that the reference circuit 35 and the floating reference circuit 34 are formed on different substrates is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
7 is not provided and the HVJ surrounding the floating reference circuit 34 is not provided.
The difference from FIG. 1 is that T is not provided.
【0059】すなわち、A基板32aにはGND基準回
路35が形成され、B基板32bには浮遊基準回路34
が形成されている。そして、図9に示したレベルアップ
回路は、図4においては、A基板32aのGND基準回
路35内に形成される高耐圧Nch MOSFET5と、
B基板32bの浮遊基準回路34内に形成されるレベル
シフト抵抗6とによって構成されている。そして、この
高耐圧Nch MOSFET5のドレインとレベルシフト
抵抗6が配線により電気的に接続されている。That is, the GND reference circuit 35 is formed on the A board 32a, and the floating reference circuit 34 is formed on the B board 32b.
Are formed. The level-up circuit shown in FIG. 9 is a high-voltage Nch MOSFET 5 formed in the GND reference circuit 35 of the A substrate 32a in FIG.
And a level shift resistor 6 formed in the floating reference circuit 34 of the B substrate 32b. The drain of the high voltage Nch MOSFET 5 and the level shift resistor 6 are electrically connected by wiring.
【0060】一方、図10に示したレベルダウン回路
は、図4においては、高耐圧Pch MOSFET7とレ
ベルシフト抵抗8が共に、A基板32aのGND基準回
路35内に形成されている。そして、この高耐圧Pch
MOSFET7のソースとゲートのそれぞれからの配線
を介し、B基板32b上に形成されている浮遊基準回路
34に電気的に接続されている。第二の実施の形態にお
ける構造の場合は、B基板32bの浮遊基準回路34内
に高耐圧Pch MOSFET7を形成していないため、
浮遊基準回路34の基板自体の電位を接地する必要がな
くなる。よって、浮遊基準回路34の周囲をHVJTで
囲む必要がなくなる。従って、浮遊基準回路34の基板
自体の電位を浮遊電位基準とすることが可能となる。こ
のため、耐圧構造部としては、GND基準回路35内に
形成する高耐圧Nch MOSFET5のドレインの周囲
を囲むHVJT10'、および高耐圧Pch MOSFET
7のソースとゲートの周囲のHVJT10のみを形成す
るだけでよい。On the other hand, in the level down circuit shown in FIG. 10, in FIG. 4, both the high breakdown voltage Pch MOSFET 7 and the level shift resistor 8 are formed in the GND reference circuit 35 of the A substrate 32a. And this high breakdown voltage Pch
The MOSFET 7 is electrically connected to a floating reference circuit 34 formed on the B substrate 32b through wiring from each of a source and a gate. In the case of the structure according to the second embodiment, since the high breakdown voltage Pch MOSFET 7 is not formed in the floating reference circuit 34 of the B substrate 32b,
It is not necessary to ground the potential of the substrate of the floating reference circuit 34 itself. Therefore, it is not necessary to surround the floating reference circuit 34 with HVJT. Therefore, the potential of the substrate itself of the floating reference circuit 34 can be used as the floating potential reference. For this reason, the HVJT 10 ′ surrounding the drain of the high withstand voltage Nch MOSFET 5 formed in the GND reference circuit 35 and the high withstand voltage Pch MOSFET
Only the HVJT 10 around the source and gate 7 need be formed.
【0061】図5は、図4のレベルシフト回路のA−
A'断面の構造図である。すなわち、この図は、具体的
な断面構造として、自己分離構造を用いたレベルダウン
回路の例を示しており、高耐圧Pch MOSFET7を
使用したレベルダウン回路部分の断面構造を表してい
る。尚、図5では、図4のGND基準回路35を形成す
るA基板32aのみを表し、B基板32b上に形成され
る浮遊基準回路34は省略している。また、高耐圧Pch
MOSFET7のソースおよびゲート部分は、HVJ
T10で囲まれており、各HVJTの耐圧構造は前述し
た通りである。FIG. 5 is a circuit diagram of the level shift circuit of FIG.
FIG. 3 is a structural view of A ′ section. That is, this figure shows an example of a level-down circuit using a self-isolation structure as a specific cross-sectional structure, and shows a cross-sectional structure of a level-down circuit portion using a high-breakdown-voltage Pch MOSFET 7. In FIG. 5, only the A substrate 32a forming the GND reference circuit 35 of FIG. 4 is shown, and the floating reference circuit 34 formed on the B substrate 32b is omitted. In addition, high breakdown voltage Pch
The source and gate of MOSFET7 are HVJ
The HVJT is surrounded by T10, and the breakdown voltage structure of each HVJT is as described above.
【0062】レベルダウン回路を構成する高耐圧Pch
MOSFET7とレベルシフト抵抗8は、GND基準回
路35と同一のA基板32a上に形成され、高耐圧Pch
MOSFET7はHVJT10で囲まれ、そのソース
SとゲートGの電極は配線を介してB基板32b上に形
成された浮遊基準回路34に電気的に接続されている。
また、レベルシフト抵抗8は、一方の端子がGNDに接
地され、他方の端子が高耐圧Pch MOSFET7のド
レインに電気的に接続されている。また、レベルシフト
抵抗8とドレインDは配線によって接続されている。High voltage Pch constituting a level down circuit
The MOSFET 7 and the level shift resistor 8 are formed on the same A substrate 32a as the GND reference circuit 35, and have a high breakdown voltage Pch
The MOSFET 7 is surrounded by the HVJT 10, and its source S and gate G electrodes are electrically connected via wiring to a floating reference circuit 34 formed on the B substrate 32b.
The level shift resistor 8 has one terminal grounded to GND, and the other terminal electrically connected to the drain of the high-breakdown-voltage Pch MOSFET 7. The level shift resistor 8 and the drain D are connected by a wiring.
【0063】図6は、本発明の第2の実施の形態におけ
るHVICの内部構成を示すブロック図である。尚、同
図は、簡略化のため、外部に接続されるインバータ回路
は1アーム分のみを表示している。同図において、HV
IC11は、制御回路12と浮遊基準ゲート駆動回路1
3とGND基準ゲート駆動回路14とレベルアップ回路
15とレベルダウン回路16とによって構成されている
ところは、図3の第1の実施の形態と同じである。ま
た、それぞれの動作も従来技術と同じである。FIG. 6 is a block diagram showing the internal configuration of the HVIC according to the second embodiment of the present invention. In the figure, for the sake of simplicity, only one arm of the externally connected inverter circuit is shown. In FIG.
The IC 11 includes a control circuit 12 and a floating reference gate drive circuit 1
3 and a GND reference gate drive circuit 14, a level up circuit 15, and a level down circuit 16 are the same as those in the first embodiment shown in FIG. The respective operations are the same as those in the prior art.
【0064】この実施の形態は、第1の実施の形態と同
様に、浮遊基準ゲート駆動回路13およびGND基準ゲ
ート駆動回路14が制御回路12と異なる基板上のIC
として分離して、それぞれが駆動するIGBTの近くに
配置されている。すなわち、制御回路12はA基板32
aに形成され、浮遊基準ゲート駆動回路13はB基板3
2bに形成され、GND基準ゲート駆動回路14はC基
板2cに形成されている。In this embodiment, as in the first embodiment, the floating reference gate drive circuit 13 and the GND reference gate drive circuit 14
And arranged near the IGBTs to be driven. In other words, the control circuit 12
a, and the floating reference gate drive circuit 13 is
2b, and the GND reference gate drive circuit 14 is formed on the C substrate 2c.
【0065】さらに、レベルアップ回路15は、A基板
32aとB基板32bとに分けて形成されている。すな
わち、レベルアップ回路15は、制御回路12と同一の
A基板32aに高耐圧Nch MOSFET5が形成さ
れ、浮遊基準ゲート駆動回路13と同一のB基板32b
にレベルシフト抵抗6が分離して形成され、両者が配線
接続されている。一方、レベルダウン回路16は、高耐
圧Pch MOSFET7とレベルシフト抵抗8が共に制
御回路12と同一のA基板32a上に形成され、高耐圧
Pch MOSFET7のソースとドレインから、ワイヤ
配線等により浮遊基準ゲート駆動回路13に電気的に接
続されている。すなわち、A基板32aとB基板32b
とは、レベルアップ回路15を構成する高耐圧Nch M
OSFET5のドレイン配線、およびレベルダウン回路
16を構成する高耐圧Pch MOSFET7のソースと
ゲートの配線を介して接続されている。Further, the level-up circuit 15 is formed separately for the A substrate 32a and the B substrate 32b. In other words, the level-up circuit 15 has the same high-voltage Nch MOSFET 5 formed on the same A substrate 32 a as the control circuit 12, and has the same B substrate 32 b
The level shift resistor 6 is formed separately, and both are connected by wiring. On the other hand, in the level-down circuit 16, the high-breakdown-voltage Pch MOSFET 7 and the level shift resistor 8 are both formed on the same A substrate 32a as the control circuit 12, and the floating reference gate is connected from the source and the drain of the high-breakdown-voltage Pch MOSFET 7 by wire wiring or the like. It is electrically connected to the drive circuit 13. That is, the A substrate 32a and the B substrate 32b
Is a high withstand voltage Nch M
The drain of the OSFET 5 and the source and gate of the high-breakdown-voltage Pch MOSFET 7 constituting the level-down circuit 16 are connected to each other.
【0066】第2の実施の形態の場合は、このような構
成によって、浮遊基準ゲート駆動回路13とGND基準
ゲート駆動回路14をIGBT17a、17bの近傍に
配置することが可能となる。したがって、各IGBT1
7a、17bのゲートと浮遊基準電位との間の配線によ
るインダクタンスの影響を小さくすることができる。さ
らに、耐圧構造を有するHVICの構成は、制御回路1
2とレベルアップ回路15とレベルダウン回路16で構
成されるA基板32aのみでよく、浮遊基準回路34全
体をHVJTで囲む必要がなくなるので、基板全体の面
積を、第1の実施の形態に比べて、さらに縮小化するこ
とができる。In the case of the second embodiment, such a configuration makes it possible to arrange the floating reference gate drive circuit 13 and the GND reference gate drive circuit 14 near the IGBTs 17a and 17b. Therefore, each IGBT1
The effect of inductance due to wiring between the gates 7a and 17b and the floating reference potential can be reduced. Further, the configuration of the HVIC having the withstand voltage structure is the same as the control circuit 1
2, the level up circuit 15 and the level down circuit 16 only need to be provided on the A substrate 32a, and it is not necessary to surround the entire floating reference circuit 34 with HVJT, so that the area of the entire substrate is smaller than that of the first embodiment. Can be further reduced.
【0067】本実施の形態によれば、浮遊基準回路のチ
ップサイズの縮小比率は、600V耐圧クラスで略20
〜40%程サイズを縮小することができ、1200V耐
圧クラスで略30〜50%程サイズを縮小することがで
きるので、材料費の低減、歩留りの向上などにより、制
御用ICのコストダウンに大きく貢献することができ
る。According to this embodiment, the reduction ratio of the chip size of the floating reference circuit is approximately 20 in the 600 V withstand voltage class.
The size can be reduced by about 40%, and the size can be reduced by about 30% to 50% in the 1200V breakdown voltage class, so that the cost of the control IC can be greatly reduced by reducing the material cost and improving the yield. Can contribute.
【0068】実施の形態3.本発明の第3の実施の形態
について説明する。図13は、本発明の第3の実施の形
態におけるレベルシフト回路の要部を示す概略図であ
る。基本的な構成は、本発明の第1の実施例とほぼ同様
である。図13における第3の実施の形態が図1の第1
の実施例と異なるところは、高耐圧MOSFETの代わ
りに高耐圧バイポーラトランジスタを適用しているとこ
ろである。すなわち、図13においては、レベルアップ
回路として、高耐圧Nch MOSFETの代わりに高
耐圧NPNバイポーラトランジスタを適用し、レベルダ
ウン回路として、高耐圧PchMOSFETの代わりに
高耐圧PNPバイポーラトランジスタを適用していると
ころである。Embodiment 3 A third embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a schematic diagram showing a main part of a level shift circuit according to the third embodiment of the present invention. The basic configuration is almost the same as that of the first embodiment of the present invention. The third embodiment in FIG. 13 corresponds to the first embodiment in FIG.
The difference from this embodiment is that a high breakdown voltage bipolar transistor is used instead of the high breakdown voltage MOSFET. That is, in FIG. 13, a high breakdown voltage NPN bipolar transistor is used instead of the high breakdown voltage Nch MOSFET as the level up circuit, and a high breakdown voltage PNP bipolar transistor is used instead of the high breakdown voltage Pch MOSFET as the level down circuit. is there.
【0069】図19は、レベルアップ回路の具体的な回
路図の一例である。すなわち、高耐圧NPNバイポーラ
トランジスタのコレクタ側にレベルシフト抵抗を接続し
た構成となっている。高耐圧NPNバイポーラトランジ
スタのベースをエミッタ電極に対して、しきい値以上の
正電位にバイアスすると、高耐圧NPNバイポーラトラ
ンジスタがON状態となり、レベルシフト抵抗に電流が
流れて信号電圧が発生し、OUT1より信号を出力す
る。FIG. 19 is an example of a specific circuit diagram of the level up circuit. That is, a level shift resistor is connected to the collector side of the high breakdown voltage NPN bipolar transistor. When the base of the high-breakdown-voltage NPN bipolar transistor is biased with respect to the emitter electrode to a positive potential equal to or higher than the threshold, the high-breakdown-voltage NPN bipolar transistor is turned on, a current flows through the level shift resistor, and a signal voltage is generated. Outputs more signals.
【0070】ここで、抵抗42は、ベース電流を制限す
る抵抗であり、省略しても良い。また、抵抗43は、高
耐圧NPNバイポーラトランジスタに帰還をかけ定電流
性を向上させたり、ベース電流を制限したりするための
抵抗であり、省略しても良い。図20は、レベルダウン
回路の具体的な回路の一例である。すなわち、高耐圧P
NPバイポーラトランジスタのコレクタ側にレベルシフ
ト抵抗を接続した構成となっている。高耐圧PNPバイ
ポーラトランジスタのベースをエミッタ電極に対して、
しきい値以上の負電位にバイアスすると、高耐圧PNP
バイポーラトランジスタがON状態となり、レベルシフ
ト抵抗に電流が流れて信号電圧が発生し、OUT1より
信号を出力する。Here, the resistor 42 is a resistor for limiting the base current, and may be omitted. Further, the resistor 43 is a resistor for improving the constant current property by applying feedback to the high breakdown voltage NPN bipolar transistor and for limiting the base current, and may be omitted. FIG. 20 is an example of a specific circuit of the level down circuit. That is, the high withstand voltage P
The configuration is such that a level shift resistor is connected to the collector side of the NP bipolar transistor. The base of the high breakdown voltage PNP bipolar transistor with respect to the emitter electrode
When biased to a negative potential higher than the threshold value,
The bipolar transistor is turned on, a current flows through the level shift resistor to generate a signal voltage, and a signal is output from OUT1.
【0071】ここで、抵抗44は、ベース電流を制限す
る抵抗であり、省略しても良い。また、抵抗45は、高
耐圧PNPバイポーラトランジスタに帰還をかけ定電流
性を向上させたり、ベース電流を制限したりするための
抵抗であり、省略しても良い。図13における第3の実
施の形態が図11の従来技術と異なる点は、GND基準
回路3と浮遊基準回路4とが異なる基板上に形成されて
いるところである。すなわち、図13において、A基板
2aにはGND基準回路3が形成され、B基板2bには
浮遊基準回路4が形成されている。Here, the resistor 44 is a resistor for limiting the base current, and may be omitted. Further, the resistor 45 is a resistor for feeding back the high voltage PNP bipolar transistor to improve the constant current property and for limiting the base current, and may be omitted. The third embodiment shown in FIG. 13 differs from the prior art shown in FIG. 11 in that the GND reference circuit 3 and the floating reference circuit 4 are formed on different substrates. That is, in FIG. 13, the GND reference circuit 3 is formed on the A substrate 2a, and the floating reference circuit 4 is formed on the B substrate 2b.
【0072】図19に示したレベルアップ回路は、図1
3においては、A基板2aのGND基準回路3内に形成
された高耐圧NPNバイポーラトランジスタ5と、B基
板2bの浮遊基準回路4内に形成されたレベルシフト抵
抗6とによって構成されている。この高耐圧NPNバイ
ポーラトランジスタ5のコレクタとレベルシフト抵抗6
はワイヤボンド等による配線によって電気的に接続され
ている。なお、A基板2aのGND基準回路3に形成さ
れた高耐圧NPNバイポーラトランジスタ5のコレクタ
部分は、HVJT10’で囲まれ、GND基準回路3に
対して耐圧の保たれた構造となっている。The level-up circuit shown in FIG.
3, a high-voltage NPN bipolar transistor 5 formed in the GND reference circuit 3 of the A substrate 2a and a level shift resistor 6 formed in the floating reference circuit 4 of the B substrate 2b. The collector of this high breakdown voltage NPN bipolar transistor 5 and the level shift resistor 6
Are electrically connected by a wire such as a wire bond. The collector of the high voltage NPN bipolar transistor 5 formed in the GND reference circuit 3 of the A substrate 2a is surrounded by the HVJT 10 ', and has a structure in which the withstand voltage is maintained with respect to the GND reference circuit 3.
【0073】一方、図20に示したレベルダウン回路
は、図13においては、B基板2bの浮遊基準回路4内
に形成された高耐圧PNPバイポーラトランジスタ7
と、A基板2aのGND基準回路3内に形成されたレベ
ルシフト抵抗8とによって構成されている。この高耐圧
PNPバイポーラトランジスタ7のコレクタとレベルシ
フト抵抗8はワイヤボンド等の配線により電気的に接続
されている。また、浮遊基準回路4は、HVJT9で周
囲を囲まれ、B基板2b自体の電位と電気的に絶縁され
ている。さらに、浮遊基準回路4内に構成された高耐圧
PNPバイポーラトランジスタ7のコレクタ部分は、H
VJT10を介して、浮遊基準回路4に対して耐圧の保
たれた構造となっている。On the other hand, the level down circuit shown in FIG. 20 corresponds to the high breakdown voltage PNP bipolar transistor 7 formed in the floating reference circuit 4 of the B substrate 2b in FIG.
And a level shift resistor 8 formed in the GND reference circuit 3 of the A substrate 2a. The collector of the high breakdown voltage PNP bipolar transistor 7 and the level shift resistor 8 are electrically connected by wiring such as wire bonds. The floating reference circuit 4 is surrounded by HVJT 9 and is electrically insulated from the potential of the B substrate 2b itself. Further, the collector of the high breakdown voltage PNP bipolar transistor 7 formed in the floating reference circuit 4 is H
The structure is such that the breakdown voltage is maintained with respect to the floating reference circuit 4 via the VJT 10.
【0074】図14は、図13のレベルシフト回路のA
−A’断面の構造図である。すなわち、この図は、第3
の実施の形態における自己分離構造を用いたレベルダウ
ン回路の具体的な断面構造であり、高耐圧PNPバイポ
ーラトランジスタを使用したレベルダウン回路部分の断
面構造を示している。図14では、半導体基板のA基板
2aにはGND基準回路3の領域が形成され、半導体基
板のB基板2bには浮遊基準回路4の領域が形成されて
いる。そして、GND基準回路3の領域にはレベルシフ
ト抵抗8が形成されている。また、浮遊基準回路4の領
域には、コレクタCの部分がHVJT10で囲まれてお
り、さらに、外周がHVJT9で囲まれている。そし
て、浮遊基準回路4のコレクタC、エミッタE、ベース
Bからアルミ配線が引き出され、また、GND基準回路
3のレベルシフト抵抗8からもワイヤーボンディングな
どによって配線が引き出され、それぞれ所定の接続が行
われている。FIG. 14 shows A of the level shift circuit of FIG.
FIG. 4 is a structural view of a section taken along a line −A ′. That is, FIG.
10 shows a specific cross-sectional structure of the level-down circuit using the self-isolation structure in the embodiment, and shows a cross-sectional structure of a level-down circuit using a high breakdown voltage PNP bipolar transistor. In FIG. 14, a region of the GND reference circuit 3 is formed on the A substrate 2a of the semiconductor substrate, and a region of the floating reference circuit 4 is formed on the B substrate 2b of the semiconductor substrate. The level shift resistor 8 is formed in the area of the GND reference circuit 3. In the area of the floating reference circuit 4, the collector C is surrounded by HVJT10, and the outer periphery is further surrounded by HVJT9. Then, the aluminum wiring is drawn out from the collector C, the emitter E, and the base B of the floating reference circuit 4, and the wiring is drawn out from the level shift resistor 8 of the GND reference circuit 3 by wire bonding or the like. Have been done.
【0075】このHVJT構造は、P-基板21の表面
にN-領域22を形成し、PN接合の逆バイアスを用い
て高耐圧部分を分離し、さらに、P-/N-接合における
接合部の曲率部分の電界を緩和するために、N-領域2
2の表面にP-領域23を形成した、いわゆるRESU
RFの原理に基づくDouble RESURF構造を
採用し、P-/N-接合の平行平板の接合耐圧近くまで耐
圧を向上させるための耐圧構造HVJT9、10を有し
ている。In the HVJT structure, an N − region 22 is formed on the surface of a P − substrate 21, a high breakdown voltage portion is separated by using a reverse bias of a PN junction, and a junction of a P − / N − junction is further separated. In order to alleviate the electric field at the curvature, the N − region 2
So-called RESU in which a P - region 23 is formed on the surface of
Adopted the Double RESURF structure based on RF principle, P - / N - has a breakdown voltage structure HVJT9,10 for improving the breakdown voltage to near the junction withstand voltage of the parallel plate of the junction.
【0076】すなわち、レベルダウン回路を形成する高
耐圧PNPバイポーラトランジスタ7は、HVJT9に
囲まれた浮遊基準回路4内に形成され、そのコレクタC
部分は更に内部のHVJT10で囲まれている。従っ
て、高耐圧PNPバイポーラトランジスタ7のコレクタ
C部分は、浮遊基準回路4のHVJT9と高耐圧PNP
バイポーラトランジスタ自身のHVJT10とによって
2重の耐圧構造を有している。また、レベルシフト抵抗
8は、GND基準回路3と同一の基板2a上に形成さ
れ、高耐圧PNPバイポーラトランジスタのコレクタC
から、ワイヤ配線などにより電気的に接続されている。That is, the high breakdown voltage PNP bipolar transistor 7 forming the level down circuit is formed in the floating reference circuit 4 surrounded by the HVJT 9 and its collector C
The part is further surrounded by an internal HVJT 10. Therefore, the collector C portion of the high voltage PNP bipolar transistor 7 is connected to the HVJT 9 of the floating reference circuit 4 and the high voltage PNP.
The HVJT 10 of the bipolar transistor itself has a double withstand voltage structure. The level shift resistor 8 is formed on the same substrate 2a as the GND reference circuit 3 and has a collector C of a high breakdown voltage PNP bipolar transistor.
And are electrically connected by wire wiring or the like.
【0077】図15は、本発明の第3の実施の形態にお
けるHVICの内部構造を示すブロック図である。尚、
同図においては、簡略化のために、外部に接続される図
示しないインバータ回路は1アーム分のみを表示してい
る。同図において、HVIC11が制御回路12と浮遊
基準ゲート駆動回路13とGND基準ゲート駆動回路1
4とレベルアップ回路15とレベルダウン回路16とに
よって構成されているところは従来と同じである。FIG. 15 is a block diagram showing the internal structure of the HVIC according to the third embodiment of the present invention. still,
In the figure, for the sake of simplicity, only one arm of an externally connected inverter circuit (not shown) is shown. In FIG. 1, an HVIC 11 includes a control circuit 12, a floating reference gate drive circuit 13, and a GND reference gate drive circuit 1.
4, the level-up circuit 15 and the level-down circuit 16 are the same as in the prior art.
【0078】この実施の形態の特徴は、浮遊基準ゲート
駆動回路13およびGND基準ゲート駆動回路14が制
御回路12と異なる基板上のICとして分離して、それ
ぞれが駆動するIGBTの近くに配置されることであ
る。すなわち、制御回路12はA基板2aに形成され、
浮遊基準ゲート駆動回路13はB基板2bに形成され、
GND基準ゲート駆動回路14はC基板2cに形成され
ている。さらに、レベルアップ回路15は、A基板2a
とB基板2bとに分けて形成されている。すなわち、レ
ベルアップ回路15は、制御回路12と同一のA基板2
aに高耐圧NPNバイポーラトランジスタ5が形成さ
れ、浮遊基準ゲート駆動回路13と同一のB基板2bに
レベルシフト6抵抗が分離して形成され両者が配線接続
されている。The feature of this embodiment is that the floating reference gate drive circuit 13 and the GND reference gate drive circuit 14 are separated as ICs on a substrate different from the control circuit 12 and are arranged near the IGBTs to be driven. That is. That is, the control circuit 12 is formed on the A substrate 2a,
The floating reference gate drive circuit 13 is formed on the B substrate 2b,
The GND reference gate drive circuit 14 is formed on the C substrate 2c. Further, the level-up circuit 15 includes the A substrate 2a
And the B substrate 2b. That is, the level-up circuit 15 includes the same A substrate 2 as the control circuit 12.
A high voltage NPN bipolar transistor 5 is formed in a, and a level shift 6 resistor is formed separately on the same B substrate 2b as the floating reference gate drive circuit 13, and both are connected by wiring.
【0079】また、レベルダウン回路16も同様に、制
御回路12と同一のA基板2aと浮遊基準ゲート駆動回
路13と同一のB基板2bに分けて形成されている。す
なわち、レベルダウン回路16を構成する高耐圧PNP
バイポーラトランジスタ7が浮遊基準ゲート駆動回路1
3と同一のB基板2b上に形成され、レベルシフト抵抗
8が制御回路12と同一のA基板2a上に形成され、ワ
イヤ配線で接続されている。Similarly, the level down circuit 16 is also formed separately on the same A substrate 2a as the control circuit 12 and the same B substrate 2b as the floating reference gate drive circuit 13. That is, the high breakdown voltage PNP constituting the level down circuit 16
Bipolar transistor 7 is floating reference gate drive circuit 1
3, the level shift resistor 8 is formed on the same A substrate 2a as the control circuit 12, and is connected by wire wiring.
【0080】そして、浮遊基準ゲート駆動回路13を形
成するB基板2bは、高電位側IGBT17aの近くに
配置されて、浮遊基準ゲート駆動回路13と高電位側I
GBT17aの距離を小さくし、GND基準ゲート駆動
回路14を形成するC基板2cは、低電位側IGBT1
7bの近くに配置されて、GND基準ゲート駆動回路1
4と低電位側IGBT17bの距離を小さくしているの
で、それぞれの配線による寄生インダクタンスを小さく
することができる。The B substrate 2b forming the floating reference gate drive circuit 13 is arranged near the high potential side IGBT 17a, and the floating reference gate drive circuit 13 and the high potential side I
The C substrate 2c that reduces the distance of the GBT 17a and forms the GND reference gate drive circuit 14 is the low potential side IGBT 1
7b, the GND reference gate drive circuit 1
4 and the low-potential-side IGBT 17b, the parasitic inductance of each wiring can be reduced.
【0081】これによって、高電位側IGBT17aと
低電位側IGBT17bとの転流時に発生するdv/d
tによって、各IGBTの寄生容量18a、18bに変
異電流が流れても、各寄生インダクタンス20a、20
bが小さいので、各寄生インダクタンス20a、20b
の両端に発生するL・di(t)/dtの逆起電力を小
さく抑えることができる。すなわち、この逆起電力によ
ってIGBTのゲートにしきい値以上の電圧が印加され
る虞はなくなり、IGBT17aまたはIGBT17b
の何れかが誤点弧して、VccとGNDとの間に接続さ
れている1アームのIGBT17a、17bが短絡する
こともなくなる。As a result, dv / d generated at the time of commutation between the high potential side IGBT 17a and the low potential side IGBT 17b
t, the parasitic inductances 20a, 20b, 20c, 20c, even if the mutated current flows through the parasitic capacitances 18a, 18b of each IGBT.
b is small, each parasitic inductance 20a, 20b
Back-electromotive force of L · di (t) / dt generated at both ends of the. That is, there is no possibility that a voltage higher than the threshold value is applied to the gate of the IGBT due to the back electromotive force, and the IGBT 17a or IGBT 17b
IGBTs 17a and 17b of one arm connected between Vcc and GND are not short-circuited.
【0082】さらに、この実施例の場合、レベルシフタ
に高耐圧MOSFETを使用せず、高耐圧バイポーラト
ランジスタを使用するため、ゲートのしきい値の変動
や、それに伴うチャネルリークなどの長期信頼性の問題
を解消出来る。Furthermore, in this embodiment, since a high-breakdown-voltage bipolar transistor is used instead of a high-breakdown-voltage MOSFET for the level shifter, there is a problem of long-term reliability such as fluctuation of a gate threshold value and accompanying channel leak. Can be eliminated.
【0083】実施の形態4.本発明の第4の実施の形態
について説明する。図16は、本発明の第4の実施の形
態におけるレベルシフト回路の要部を示す概略図であ
る。基本的な構成は、本発明の第2の実施例とほぼ同じ
である。図16における第4の実施の形態が図4におけ
る第2の実施例と異なるところは、高耐圧MOSFET
の代わりに高耐圧バイポーラトランジスタを適用してい
るところである。すなわち、図16においては、レベル
アップ回路として高耐圧Nch MOSFETの代わり
に高耐圧NPNバイポーラトランジスタを適用し、レベ
ルダウン回路として、高耐圧Pch MOSFETの代
わりに高耐圧PNPバイポーラトランジスタを適用して
いるところである。Embodiment 4 A fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 16 is a schematic diagram showing a main part of a level shift circuit according to the fourth embodiment of the present invention. The basic configuration is almost the same as the second embodiment of the present invention. The difference between the fourth embodiment in FIG. 16 and the second embodiment in FIG.
Instead of using a high breakdown voltage bipolar transistor. That is, in FIG. 16, a high-breakdown-voltage NPN bipolar transistor is used instead of the high-breakdown-voltage Nch MOSFET as a level-up circuit, and a high-breakdown-voltage PNP bipolar transistor is used instead of the high-breakdown-voltage Pch MOSFET as a level-down circuit. is there.
【0084】すなわち、A基板32aにはGND基準回
路35が形成され、B基板32bには浮遊基準回路34
が形成されている。そして、図19に示したレベルアッ
プ回路は、図16においては、A基板32aのGND基
準回路35内に形成される高耐圧NPNバイポーラトラ
ンジスタ5と、B基板32bの浮遊基準回路34内に形
成されるレベルシフト抵抗6とによって構成されてい
る。そして、この高耐圧NPNバイポーラトランジスタ
5のコレクタとレベルシフト抵抗6が配線により電気的
に接続されている。That is, the GND reference circuit 35 is formed on the A board 32a, and the floating reference circuit 34 is formed on the B board 32b.
Are formed. The level up circuit shown in FIG. 19 is formed in the high voltage NPN bipolar transistor 5 formed in the GND reference circuit 35 of the A substrate 32a and the floating reference circuit 34 of the B substrate 32b in FIG. And a level shift resistor 6. The collector of the high breakdown voltage NPN bipolar transistor 5 and the level shift resistor 6 are electrically connected by wiring.
【0085】一方、図20に示したレベルダウン回路
は、図16においては、高耐圧PNPバイポーラトラン
ジスタ7とレベルシフト抵抗8が共に、A基板32aの
GND基準回路35内に形成されている。そして、この
高耐圧PNPバイポーラトランジスタ7のエミッタとベ
ースのそれぞれからの配線を介し、B基板32b上に形
成されている浮遊基準回路34に電気的に接続されてい
る。第4の実施の形態における構造の場合は、B基板3
2bの浮遊基準回路34内に高耐圧PNPバイポーラト
ランジスタ7を形成していないため、浮遊基準回路34
の基板自体の電位を接地する必要がなくなる。よって、
浮遊基準回路34の周囲をHVJTで囲む必要がなくな
る。従って、浮遊基準回路34の基板自体の電位を浮遊
電位基準とすることが可能となる。このため、耐圧構造
部としては、GND基準回路35内に形成する高耐圧N
PNバイポーラトランジスタ5のコレクタの周囲を囲む
HVJT10’、および高耐圧PNPバイポーラトラン
ジスタ7のエミッタとベースの周囲のHVJT10のみ
を形成するだけでよい。On the other hand, in the level down circuit shown in FIG. 20, in FIG. 16, both the high breakdown voltage PNP bipolar transistor 7 and the level shift resistor 8 are formed in the GND reference circuit 35 of the A substrate 32a. The high-breakdown-voltage PNP bipolar transistor 7 is electrically connected to a floating reference circuit 34 formed on the B substrate 32b via wiring from each of an emitter and a base. In the case of the structure according to the fourth embodiment, the B substrate 3
Since the high voltage PNP bipolar transistor 7 is not formed in the floating reference circuit 34 of FIG.
It is not necessary to ground the potential of the substrate itself. Therefore,
There is no need to surround the floating reference circuit 34 with HVJT. Therefore, the potential of the substrate itself of the floating reference circuit 34 can be used as the floating potential reference. For this reason, the high withstand voltage N formed in the GND reference circuit 35 is used as the withstand voltage structure.
Only the HVJT 10 'surrounding the collector of the PN bipolar transistor 5 and the HVJT 10 surrounding the emitter and base of the high breakdown voltage PNP bipolar transistor 7 need be formed.
【0086】図17は、図16のレベルシフト回路のA
−A’断面の構造図である。すなわち、この図は、具体
的な断面構造として、自己分離構造を用いたレベルダウ
ン回路の例を示しており、高耐圧PNPバイポーラトラ
ンジスタ7を使用したレベルダウン回路部分の断面構造
を表わしている。尚、図17では、図16のGND基準
回路35を形成するA基板32aのみを表わし、B基板
32b上に形成される浮遊基準回路34は省略してい
る。また、高耐圧PNPバイポーラトランジスタ7のエ
ミッタおよびベース部分は、HVJT10で囲まれてお
り、各HVJTの耐圧構造は前述した通りである。FIG. 17 shows A of the level shift circuit of FIG.
FIG. 4 is a structural view of a section taken along a line −A ′. That is, this figure shows an example of a level-down circuit using a self-isolation structure as a specific cross-sectional structure, and shows a cross-sectional structure of a level-down circuit using a high-breakdown-voltage PNP bipolar transistor 7. In FIG. 17, only the A substrate 32a forming the GND reference circuit 35 of FIG. 16 is shown, and the floating reference circuit 34 formed on the B substrate 32b is omitted. The emitter and base of the high-breakdown-voltage PNP bipolar transistor 7 are surrounded by the HVJT 10, and the breakdown voltage structure of each HVJT is as described above.
【0087】レベルダウン回路を構成する高耐圧PNP
バイポーラトランジスタ7とレベルシフト抵抗8は、G
ND基準回路35と同一のA基板32a上に形成され、
高耐圧PNPバイポーラトランジスタ7は、HVJT1
0で囲まれ、そのエミッタEとベースBの電極は配線を
介してB基板32b上に形成された浮遊基準回路34に
電気的に接続されている。また、レベルシフト抵抗8
は、一方の端子がGNDに接地され、他方の端子が高耐
圧PNPバイポーラトランジスタ7のコレクタに電気的
に接続されている。また、レベルシフト抵抗8とコレク
タCは配線によって接続されている。High Voltage PNP Constituting Level Down Circuit
The bipolar transistor 7 and the level shift resistor 8
Formed on the same A substrate 32a as the ND reference circuit 35,
The high withstand voltage PNP bipolar transistor 7 is HVJT1
The electrodes of the emitter E and the base B are electrically connected to a floating reference circuit 34 formed on the B substrate 32b via wiring. The level shift resistor 8
Has one terminal grounded to GND and the other terminal electrically connected to the collector of the high voltage PNP bipolar transistor 7. The level shift resistor 8 and the collector C are connected by a wiring.
【0088】図18は、本発明の第4の実施の形態にお
けるHVICの内部構造を示すブロック図である。尚、
同図は、簡略化のため、外部に接続されるインバータ回
路は1アーム分のみを表示している。同図において、H
VIC11は、制御回路12と浮遊基準ゲート駆動回路
13とGND基準ゲート駆動回路14とレベルアップ回
路15とレベルダウン回路16とによって構成されてい
るところは、 図15の第3の実施の形態と同じであ
る、また、それぞれの動作も従来技術と同じである。FIG. 18 is a block diagram showing the internal structure of the HVIC according to the fourth embodiment of the present invention. still,
In the figure, for simplification, only one arm of an externally connected inverter circuit is shown. In FIG.
The VIC 11 includes a control circuit 12, a floating reference gate drive circuit 13, a GND reference gate drive circuit 14, a level up circuit 15, and a level down circuit 16, which are the same as the third embodiment of FIG. The respective operations are the same as those in the prior art.
【0089】この実施の形態は、第3の実施の形態と同
様に、浮遊基準ゲート駆動回路13およびGND基準ゲ
ート駆動回路14が制御回路12と異なる基板上のIC
として分離して、それぞれが駆動するIGBTの近くに
配置されている。すなわち、制御回路12はA基板32
aに形成され、浮遊基準ゲート駆動回路13はB基板3
2bに形成され、GND基準ゲート駆動回路14はC基
板2cに形成されている。In this embodiment, as in the third embodiment, the floating reference gate drive circuit 13 and the GND reference gate drive circuit 14
And arranged near the IGBTs to be driven. In other words, the control circuit 12
a, and the floating reference gate drive circuit 13 is
2b, and the GND reference gate drive circuit 14 is formed on the C substrate 2c.
【0090】さらに、レベルアップ回路15は、A基板
32aとB基板32bとに分けて形成されている。すな
わち、レベルアップ回路15は、制御回路12と同一の
A基板32aに高耐圧NPNバイポーラトランジスタ5
が形成され、浮遊基準ゲート駆動回路13と同一のB基
板32bにレベルシフト抵抗6が分離して形成され、両
者が配線接続されている。一方、レベルダウン回路16
は、高耐圧PNPバイポーラトランジスタ7とレベルシ
フト抵抗8が共に制御回路12と同一のA基板32a上
に形成され、高耐圧PNPバイポーラトランジスタ7の
ベースとエミッタから、ワイヤ配線等によりと浮遊基準
ゲート駆動回路13に電気的に接続されている。すなわ
ち、A基板32aとB基板32bとは、レベルアップ回
路15を構成する高耐圧NPNバイポーラトランジスタ
5のコレクタ配線、およびレベルダウン回路16を構成
する高耐圧PNPバイポーラトランジスタ7のエミッタ
とベースの配線を介して接続されている。Further, the level-up circuit 15 is formed separately for the A substrate 32a and the B substrate 32b. That is, the level-up circuit 15 includes the high-breakdown-voltage NPN bipolar transistor 5 on the same A substrate 32 a as the control circuit 12.
Are formed, and the level shift resistor 6 is formed separately on the same B substrate 32b as the floating reference gate drive circuit 13, and both are connected by wiring. On the other hand, the level down circuit 16
The high voltage PNP bipolar transistor 7 and the level shift resistor 8 are both formed on the same A substrate 32a as the control circuit 12, and the floating reference gate is driven from the base and the emitter of the high voltage PNP bipolar transistor 7 by wire wiring or the like. It is electrically connected to the circuit 13. That is, the A substrate 32a and the B substrate 32b connect the collector wiring of the high breakdown voltage NPN bipolar transistor 5 forming the level up circuit 15 and the wiring of the emitter and base of the high breakdown voltage PNP bipolar transistor 7 forming the level down circuit 16. Connected through.
【0091】第4の実施の形態の場合は、このような構
成によって、浮遊基準ゲート駆動回路13とGND基準
ゲート駆動回路14をIGBT17a、17bの近傍に
配置することが可能となる。従って、各IGBT17
a、17bのゲートと浮遊基準電位との間の配線による
インダクタンスの影響を小さくすることができる。さら
に、耐圧構造を有するHVICの構成は、制御回路12
とレベルアップ回路15とレベルダウン回路16で構成
されるA基板32aのみでよく、浮遊基準回路34全体
をHVJTで囲む必要がなくなるので、基板全体の面積
を、第1の実施の形態に比べて、さらに縮小化すること
ができる。In the case of the fourth embodiment, such a configuration makes it possible to arrange the floating reference gate drive circuit 13 and the GND reference gate drive circuit 14 near the IGBTs 17a and 17b. Therefore, each IGBT 17
It is possible to reduce the influence of inductance due to the wiring between the gates a and 17b and the floating reference potential. Further, the configuration of the HVIC having the breakdown voltage structure is the same as that of the control circuit 12.
And only the A substrate 32a composed of the level-up circuit 15 and the level-down circuit 16 suffices, and there is no need to surround the entire floating reference circuit 34 with HVJT. Therefore, the area of the entire substrate is smaller than that of the first embodiment. Can be further reduced.
【0092】本実施の形態によれば、浮遊基準回路のチ
ップサイズの縮小比率は、600V耐圧クラスで略20
〜40%程サイズを縮小することができ、1200V耐
圧クラスで略30〜50%程サイズを縮小することがで
きるので、材料費の低減、歩留りの向上などにより、制
御用ICのコストダウンに大きく貢献することができ
る。さらに、この実施例の場合、レベルシフタに高耐圧
MOSFETを使用せず、高耐圧バイポーラトランジス
タを使用するため、ゲートのしきい値の変動や、それに
伴うチャネルリークなどの長期信頼性の問題を解消出来
る。According to the present embodiment, the reduction ratio of the chip size of the floating reference circuit is approximately 20 in the 600 V breakdown voltage class.
The size can be reduced by about 40%, and the size can be reduced by about 30% to 50% in the 1200V breakdown voltage class, so that the cost of the control IC can be greatly reduced by reducing the material cost and improving the yield. Can contribute. Further, in the case of this embodiment, since a high-breakdown-voltage bipolar transistor is used instead of a high-breakdown-voltage MOSFET for the level shifter, a problem of long-term reliability such as fluctuation of a gate threshold value and associated channel leak can be solved. .
【0093】[0093]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体装
置としての制御用ICによれば、浮遊基準ゲート駆動回
路およびGND基準ゲート駆動回路をIGBTの近くに
設置することができる。よって各ゲート駆動回路と各I
GBTとを接続するワイヤ配線は、従来技術に比べて短
くすることができ、配線による寄生インダクタンスを小
さくすることができる。従って、2個のIGBTの転流
現象に伴って、IGBTのコレクターゲート間の寄生容
量に変位電流が流れても、この変位電流によって生じる
寄生インダクタンスの逆起電力を小さくすることがで
き、IGBTの誤動作を防止することができる。また、
本発明の半導体装置によれば、浮遊基準回路の周囲を耐
圧構造部(HVJT)で囲む必要がなくなるので、浮遊
基準回路のチップサイズを縮小化することができ、製品
のコストダウンを図ることができる。また、本発明の半
導体装置によれば、レベルシフタに高耐圧MOSFET
を使用せず、高耐圧バイポーラトランジスタを使用する
ため、ゲートのしきい値の変動や、それに伴うチャネル
リークなどの長期信頼性の問題を解消出来る。As described above, according to the control IC as the semiconductor device of the present invention, the floating reference gate drive circuit and the GND reference gate drive circuit can be installed near the IGBT. Therefore, each gate drive circuit and each I
The wire wiring for connecting to the GBT can be shortened as compared with the related art, and the parasitic inductance due to the wiring can be reduced. Therefore, even if a displacement current flows through the parasitic capacitance between the collector and the gate of the IGBT due to the commutation phenomenon of the two IGBTs, the back electromotive force of the parasitic inductance caused by the displacement current can be reduced, and the IGBT of the IGBT can be reduced. Malfunction can be prevented. Also,
According to the semiconductor device of the present invention, it is not necessary to surround the periphery of the floating reference circuit with the withstand voltage structure (HVJT), so that the chip size of the floating reference circuit can be reduced, and the cost of the product can be reduced. it can. Further, according to the semiconductor device of the present invention, the level shifter is provided with a high withstand voltage MOSFET.
Since a high-withstand-voltage bipolar transistor is used without using a transistor, the problem of long-term reliability, such as a change in gate threshold voltage and a resulting channel leak, can be solved.
【図1】本発明の第1の実施の形態におけるレベルシフ
ト回路の要部の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of a level shift circuit according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1のレベルシフト回路のA−A'断面の構造
図である。FIG. 2 is a structural diagram of an AA ′ section of the level shift circuit of FIG. 1;
【図3】本発明第1の実施の形態におけるHVICの内
部構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an internal configuration of the HVIC according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第2の実施の形態におけるレベルシフ
ト回路の要部の概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a main part of a level shift circuit according to a second embodiment of the present invention.
【図5】図4のレベルシフト回路のA−A'断面の構造
図である。FIG. 5 is a structural diagram of an AA ′ section of the level shift circuit of FIG. 4;
【図6】本発明第2の実施の形態におけるHVICの内
部構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing an internal configuration of an HVIC according to a second embodiment of the present invention.
【図7】モータ制御用インバータの主回路部分の回路構
成図である。FIG. 7 is a circuit configuration diagram of a main circuit portion of the motor control inverter.
【図8】図7で用いられている従来のHVICの内部構
成を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing an internal configuration of the conventional HVIC used in FIG.
【図9】レベルアップ回路の具体的な回路図の一例であ
る。FIG. 9 is an example of a specific circuit diagram of a level-up circuit.
【図10】レベルダウン回路の具体的な回路図の一例で
ある。FIG. 10 is an example of a specific circuit diagram of a level down circuit.
【図11】従来のレベルシフト回路を半導体基板に形成
したときの要部概略図である。FIG. 11 is a schematic diagram of a main part when a conventional level shift circuit is formed on a semiconductor substrate.
【図12】図11のレベルシフト回路のA−A'断面の
構造図である。FIG. 12 is a structural diagram of an AA ′ section of the level shift circuit of FIG. 11;
【図13】本発明の第3の実施の形態におけるレベルシ
フト回路の要部の概略図である。FIG. 13 is a schematic diagram of a main part of a level shift circuit according to a third embodiment of the present invention.
【図14】図13のレベルシフト回路のA−A′断面の
構造図である。FIG. 14 is a structural diagram of an AA ′ section of the level shift circuit of FIG. 13;
【図15】本発明の第3の実施の形態におけるHVIC
の内部構成を示すブロック図である。FIG. 15 shows an HVIC according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the device.
【図16】本発明の第4の実施の形態におけるレベルシ
フト回路の要部の概略図である。FIG. 16 is a schematic diagram of a main part of a level shift circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
【図17】図16のレベルシフト回路のA−A′断面の
構造図である。FIG. 17 is a structural view of the level shift circuit of FIG. 16 taken along the line AA ′;
【図18】本発明の第4の実施の形態におけるHVIC
の内部構成を示すブロック図である。FIG. 18 shows an HVIC according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the device.
【図19】高耐圧NPNバイポーラトランジスタを用い
たレベルアップ回路の具体的な回路図の一例である。FIG. 19 is an example of a specific circuit diagram of a level-up circuit using a high breakdown voltage NPN bipolar transistor.
【図20】高耐圧PNPバイポーラトランジスタを用い
たレベルダウン回路の具体的な回路図の一例である。FIG. 20 is an example of a specific circuit diagram of a level down circuit using a high breakdown voltage PNP bipolar transistor.
1 基板 2a、32a A基板 2b、32b B基板 2c C基板 3、33 GND基準回路 4、34 浮遊基準回路 5 高耐圧Nch MOSFET 6、8レベルシフト抵抗 7 高耐圧Pch MOSFET 9、10、10' HVJT(高耐圧終端接合構造) 11 HVIC 12 制御回路 13 浮遊基準ゲート駆動回路 14 GND基準ゲート駆動回路 15 レベルアップ回路 16 レベルダウン回路 17a 高電位側IGBT 17b 低電位側IGBT 18a、18b 寄生容量 19a 高電位側帰還ダイオード 19b 低電位側帰還ダイオード 20a 高電位側寄生インダクタンス 20b 低電位側寄生インダクタンス 21、31 P-基板 22、32 N-領域 23、33 P-領域Reference Signs List 1 substrate 2a, 32a A substrate 2b, 32b B substrate 2c C substrate 3, 33 GND reference circuit 4, 34 Floating reference circuit 5 High voltage Nch MOSFET 6, 8 level shift resistor 7 High voltage Pch MOSFET 9, 10, 10 'HVJT (High breakdown voltage termination junction structure) 11 HVIC 12 Control circuit 13 Floating reference gate drive circuit 14 GND reference gate drive circuit 15 Level up circuit 16 Level down circuit 17a High potential side IGBT 17b Low potential side IGBT 18a, 18b Parasitic capacitance 19a High potential Side feedback diode 19b Low-potential-side feedback diode 20a High-potential-side parasitic inductance 20b Low-potential-side parasitic inductance 21, 31 P - substrate 22, 32 N - region 23, 33 P - region
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F038 BG03 BG09 BH02 BH06 BH07 BH09 BH19 DF17 EZ20 5F040 DB10 EC18 EC19 EF18 EJ03 EK00 EM01 5F048 AA01 AA05 AA07 AB10 AC07 AC10 BB01 BC05 BF02 BH01 BH04 CA01 CA05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page F term (reference)
Claims (13)
基準回路とGNDレベルより相対的に高い電位を基準と
する浮遊基準回路とを有する半導体装置において、 前記GND基準回路と前記浮遊基準回路とを異なる半導
体基板に形成したことを特徴とする半導体装置。1. A GND which uses a GND level as a reference of potential
A semiconductor device having a reference circuit and a floating reference circuit based on a potential relatively higher than a GND level, wherein the GND reference circuit and the floating reference circuit are formed on different semiconductor substrates.
ト回路を介して接続されていることを特徴とする半導体
装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said GND reference circuit and said floating reference circuit are connected via a level shift circuit.
h MOSFETのドレインに接続された第1の抵抗とに
よって構成され、前記Nch MOSFETは前記GND
基準回路と同一の半導体基板に形成され、前記第1の抵
抗は前記浮遊基準回路と同一の半導体基板に形成される
レベルアップ回路を有することを特徴とする半導体装
置。3. The semiconductor device according to claim 2, wherein said level shift circuit includes an Nch MOSFET and said Nc MOSFET.
h MOSFET connected to a drain of the first MOSFET, and the Nch MOSFET is connected to the GND.
A semiconductor device formed on the same semiconductor substrate as a reference circuit, wherein the first resistor has a level-up circuit formed on the same semiconductor substrate as the floating reference circuit.
h MOSFETのドレインに接続された第2の抵抗とに
よって構成され、前記Pch MOSFETは、前記浮遊
基準回路と同一の半導体基板に形成され、前記第2の抵
抗は、前記GND基準回路と同一の半導体基板に形成さ
れるレベルダウン回路を有することを特徴とする半導体
装置。4. The semiconductor device according to claim 2, wherein said level shift circuit includes a Pch MOSFET and said Pc MOSFET.
h MOSFET is formed on the same semiconductor substrate as the floating reference circuit, and the second resistor is formed on the same semiconductor substrate as the GND reference circuit. A semiconductor device having a level down circuit formed on a substrate.
h MOSFETのドレインに接続された第3の抵抗とに
よって構成され、 前記Pch MOSFETと前記第3の抵抗は、共に、前
記GND基準回路と同一の半導体基板に形成されるレベ
ルダウン回路を有することを特徴とする半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 2, wherein said level shift circuit includes a Pch MOSFET and said Pc MOSFET.
h PMOSFET and a third resistor connected to the drain of the MOSFET, wherein the Pch MOSFET and the third resistor both have a level down circuit formed on the same semiconductor substrate as the GND reference circuit. Characteristic semiconductor device.
の半導体装置において、 前記浮遊基準回路は、電源の高電位側とグランド側との
間に少なくとも2個が直列に接続されているスイッチン
グデバイスのうちの高電位側に接続されているスイッチ
ングデバイスのゲートを駆動するための浮遊基準ゲート
駆動回路であり、前記GND基準回路は前記浮遊基準ゲ
ート駆動回路に信号を与えたり、受けたりするGND基
準の制御回路であることを特徴とする半導体装置。6. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least two of said floating reference circuits are connected in series between a high potential side and a ground side of a power supply. A floating reference gate drive circuit for driving a gate of a switching device connected to a high potential side of the switching device, wherein the GND reference circuit supplies or receives a signal to or from the floating reference gate drive circuit. A semiconductor device, which is a control circuit based on GND.
直列に接続されているスイッチングデバイスの内の低電
位側に接続されているスイッチングデバイスのゲートを
駆動するためのGND基準ゲート駆動回路が、前記GN
D基準回路とは異なる半導体基板に形成されていること
を特徴とする半導体装置。7. The semiconductor device according to claim 6, wherein at least two of the switching devices are connected in series between a high potential side and a ground side of the power supply, and are connected to a low potential side of the switching devices. A GND reference gate drive circuit for driving a gate of the switching device;
A semiconductor device formed on a semiconductor substrate different from the D reference circuit.
動回路とが、前記スイッチングデバイスそれぞれのゲー
ト付近に設置されていることを特徴とする半導体装置。8. The semiconductor device according to claim 7, wherein the floating reference gate drive circuit and the GND reference gate drive circuit are provided near the gate of each of the switching devices. .
接続されているスイッチングデバイスを制御する半導体
装置において、 前記スイッチングデバイスをオン/オフするゲート駆動
回路と、 前記ゲート駆動回路を制御する制御回路とを備え、 前記ゲート駆動回路と前記制御回路をそれぞれ異なる半
導体基板に形成したことを特徴とする半導体装置。9. A semiconductor device for controlling at least two switching devices connected in series between different potentials, a gate drive circuit for turning on / off the switching device, and a control circuit for controlling the gate drive circuit. Wherein the gate drive circuit and the control circuit are formed on different semiconductor substrates, respectively.
て、 前記レベルシフト回路は、NPNバイポーラトランジス
タと、該NPNバイポーラトランジスタのコレクタに接
続された第4の抵抗とによって構成され、前記NPNバ
イポーラトランジスタは、前記GND基準回路と同一の
半導体基板に形成され、前記第4の抵抗は前記浮遊基準
回路と同一の半導体基板に形成されるレベルアップ回路
を有することを特徴とする半導体装置。10. The semiconductor device according to claim 2, wherein the level shift circuit includes an NPN bipolar transistor and a fourth resistor connected to a collector of the NPN bipolar transistor, wherein the NPN bipolar transistor is And a fourth resistor formed on the same semiconductor substrate as the GND reference circuit, and wherein the fourth resistor has a level-up circuit formed on the same semiconductor substrate as the floating reference circuit.
て、 前記レベルシフト回路は、PNPバイポーラトランジス
タと、該PNPバイポーラトランジスタに接続された第
5の抵抗とによって構成され、前記PNPバイポーラト
ランジスタは、前記浮遊基準回路と同一の半導体基板に
形成され、前記第4の抵抗は前記GND基準回路と同一
の半導体基板に形成されるレベルダウン回路を有するこ
とを特徴とする半導体装置。11. The semiconductor device according to claim 2, wherein the level shift circuit includes a PNP bipolar transistor and a fifth resistor connected to the PNP bipolar transistor, wherein the PNP bipolar transistor is A semiconductor device, wherein the fourth resistor is formed on the same semiconductor substrate as the floating reference circuit, and the fourth resistor has a level down circuit formed on the same semiconductor substrate as the GND reference circuit.
て、 前記レベルシフト回路は、PNPバイポーラトランジス
タと、該PNPバイポーラトランジスタのコレクタに接
続された第6の抵抗とによって構成され、前記PNPバ
イポーラトランジスタと前記第6の抵抗は、共に、前記
GND基準回路と同一の半導体基板に形成されるレベル
ダウン回路を有することを特徴とする半導体装置。12. The semiconductor device according to claim 2, wherein the level shift circuit includes a PNP bipolar transistor and a sixth resistor connected to a collector of the PNP bipolar transistor. The semiconductor device, wherein both the sixth resistors have a level down circuit formed on the same semiconductor substrate as the GND reference circuit.
に記載の半導体装置において、 前記浮遊基準回路は、電源の高電位側とグランド側との
間に少なくとも2個が直列に接続されているスイッチン
グデバイスの内の高電位側に接続されているスイッチン
グデバイスのゲートを駆動するための浮遊基準ゲート駆
動回路であり、前記GND基準回路は、前記浮遊基準ゲ
ート駆動回路に信号を与えたり、受けたりするGND基
準の制御回路であることを特徴とする半導体装置。13. The semiconductor device according to claim 10, wherein at least two of said floating reference circuits are connected in series between a high potential side and a ground side of a power supply. A floating reference gate drive circuit for driving a gate of a switching device connected to a high potential side of the switching device, wherein the GND reference circuit supplies or receives a signal to or from the floating reference gate drive circuit. And a control circuit based on GND.
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