JP2003179230A - 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ - Google Patents
絶縁ゲートバイポーラトランジスタInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】過熱しても通電を継続することができ、破壊す
ることの無い、信頼性の高いＩＧＢＴチップを得る。 【解決手段】 本発明の絶縁ゲートバイポーラトランジ
スタは、チップに熱電変換する熱電変換素子を設けたも
のである。この熱電変換素子をチップの外周に設けても
よいし、底面に設けてもよい。
ることの無い、信頼性の高いＩＧＢＴチップを得る。 【解決手段】 本発明の絶縁ゲートバイポーラトランジ
スタは、チップに熱電変換する熱電変換素子を設けたも
のである。この熱電変換素子をチップの外周に設けても
よいし、底面に設けてもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワー変換回路の
スイッチとして使用される絶縁ゲートバイポーラトラン
ジスタに関する。
スイッチとして使用される絶縁ゲートバイポーラトラン
ジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の絶縁ゲートバイポーラトランジス
タ（以下、ＩＧＢＴと表記）チップの外観図を図６に、
ＩＧＢＴのデバイス構造を図７に示す。図において、１
０はＳｉ等の半導体で作成されたＩＧＢＴチップであ
る。１１と１２はＩＧＢＴチップ１０の通電電極となる
コレクタ電極とエミッタ電極であり、それぞれ電源と負
荷に接続される。１３はＩＧＢＴチップ１０のＯＮ／Ｏ
ＦＦを制御するためのゲート電極であり、制御回路に接
続される。１０１はＰ型半導体基板であり、その表面に
オーミック接触となるように形成されたＡｌからなるコ
レクタ金属電極を介してコレクタ電極１１に接続されて
いる。１０２は、Ｐ型半導体基板１０１上にエピタキシ
ャル形成したＮ型半導体領域である。１０３は、Ｎ型半
導体領域１０２にイオン注入によってＢ等の不純物を添
加したＰ型チャネル領域である。１０４は、Ｐ型チャネ
ル領域１０３の内部にＰ等の不純物を添加して作られた
Ｎ型エミッタ領域であり、その表面にオーミック接触と
なるように形成されたＡｌからなるエミッタ金属電極１
２ａを介してエミッタ電極１２に接続されている。１３
ａはＡｌからなるゲート金属電極であり、ＳｉＯ２等か
らなる絶縁層を介してＮ型エミッタ領域１０４およびＰ
型チャネル領域１０３上に設けられている。次に、この
ＩＧＢＴチップ１０の電気的動作を説明する。図示しな
い外部の制御回路から入力される制御信号は、ゲート電
極１３に入力される。ここで、ゲート電極１３に与えら
れる制御信号は直流電圧であり、ＯＮ信号の場合は+１
０Ｖ程度、ＯＦＦ信号の場合は０Ｖの電圧が入力され
る。ゲート電極１３に入力されたＯＮ信号がゲート金属
電極１３ａに伝えられると、絶縁層１３ｂを介してＰ型
チャネル領域１０３に電界が発生し、ゲート金属電極１
３ａの下部にＰ型チャネル領域１０３の電子が引き寄せ
られる。その結果、ゲート金属電極１３ａ直下のＰ型チ
ャネル領域１０３が部分的にＮ型半導体に変化する反転
現象が生じ、Ｎ型半導体領域１０２とＮ型エミッタ領域
１０４が短絡されＩＧＢＴチップ１０がターンＯＮして
コレクタ電極１１とエミッタ電極１２が導通する。次に
制御回路からＯＦＦ信号が入力されてゲート金属電極１
３ａが０Ｖになると、ゲート金属電極１３ａの下部に引
き寄せられていた電子が拡散し、Ｎ型半導体に反転して
いたＰ型チャネル領域１０３が元のＰ型半導体に戻るこ
とで、ＩＧＢＴチップ１０がターンＯＦＦしてコレクタ
電極１１とエミッタ電極１２が遮断される。ここで、Ｉ
ＧＢＴチップ１０にはＰ型半導体基板１０１、Ｎ型半導
体領域１０２、Ｐ型チャネル領域１０３、Ｎ型エミッタ
領域１０４のそれぞれの抵抗およびデバイスの構造から
生じる抵抗成分からなるオン電圧があるため、ＩＧＢＴ
チップ１０がＯＮして通電する際には通電ロスを生じ
る。また、ＯＮ／ＯＦＦのスイッチング時にはスイッチ
ングロスを生じる。その結果、ＩＧＢＴチップ１０は通
電およびスイッチングにより発熱する。
タ（以下、ＩＧＢＴと表記）チップの外観図を図６に、
ＩＧＢＴのデバイス構造を図７に示す。図において、１
０はＳｉ等の半導体で作成されたＩＧＢＴチップであ
る。１１と１２はＩＧＢＴチップ１０の通電電極となる
コレクタ電極とエミッタ電極であり、それぞれ電源と負
荷に接続される。１３はＩＧＢＴチップ１０のＯＮ／Ｏ
ＦＦを制御するためのゲート電極であり、制御回路に接
続される。１０１はＰ型半導体基板であり、その表面に
オーミック接触となるように形成されたＡｌからなるコ
レクタ金属電極を介してコレクタ電極１１に接続されて
いる。１０２は、Ｐ型半導体基板１０１上にエピタキシ
ャル形成したＮ型半導体領域である。１０３は、Ｎ型半
導体領域１０２にイオン注入によってＢ等の不純物を添
加したＰ型チャネル領域である。１０４は、Ｐ型チャネ
ル領域１０３の内部にＰ等の不純物を添加して作られた
Ｎ型エミッタ領域であり、その表面にオーミック接触と
なるように形成されたＡｌからなるエミッタ金属電極１
２ａを介してエミッタ電極１２に接続されている。１３
ａはＡｌからなるゲート金属電極であり、ＳｉＯ２等か
らなる絶縁層を介してＮ型エミッタ領域１０４およびＰ
型チャネル領域１０３上に設けられている。次に、この
ＩＧＢＴチップ１０の電気的動作を説明する。図示しな
い外部の制御回路から入力される制御信号は、ゲート電
極１３に入力される。ここで、ゲート電極１３に与えら
れる制御信号は直流電圧であり、ＯＮ信号の場合は+１
０Ｖ程度、ＯＦＦ信号の場合は０Ｖの電圧が入力され
る。ゲート電極１３に入力されたＯＮ信号がゲート金属
電極１３ａに伝えられると、絶縁層１３ｂを介してＰ型
チャネル領域１０３に電界が発生し、ゲート金属電極１
３ａの下部にＰ型チャネル領域１０３の電子が引き寄せ
られる。その結果、ゲート金属電極１３ａ直下のＰ型チ
ャネル領域１０３が部分的にＮ型半導体に変化する反転
現象が生じ、Ｎ型半導体領域１０２とＮ型エミッタ領域
１０４が短絡されＩＧＢＴチップ１０がターンＯＮして
コレクタ電極１１とエミッタ電極１２が導通する。次に
制御回路からＯＦＦ信号が入力されてゲート金属電極１
３ａが０Ｖになると、ゲート金属電極１３ａの下部に引
き寄せられていた電子が拡散し、Ｎ型半導体に反転して
いたＰ型チャネル領域１０３が元のＰ型半導体に戻るこ
とで、ＩＧＢＴチップ１０がターンＯＦＦしてコレクタ
電極１１とエミッタ電極１２が遮断される。ここで、Ｉ
ＧＢＴチップ１０にはＰ型半導体基板１０１、Ｎ型半導
体領域１０２、Ｐ型チャネル領域１０３、Ｎ型エミッタ
領域１０４のそれぞれの抵抗およびデバイスの構造から
生じる抵抗成分からなるオン電圧があるため、ＩＧＢＴ
チップ１０がＯＮして通電する際には通電ロスを生じ
る。また、ＯＮ／ＯＦＦのスイッチング時にはスイッチ
ングロスを生じる。その結果、ＩＧＢＴチップ１０は通
電およびスイッチングにより発熱する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のＩＧ
ＢＴチップ１０では、発生した熱はヒートシンクを介し
て放熱することで冷却している。このため、ＩＧＢＴチ
ップ１０が過熱した場合はＩＧＢＴチップ１０をＯＦＦ
して通電を中止しなければならず、装置全体を停止しな
ければならないという問題があった。また、過熱検出し
てからＯＦＦが間に合わない場合はＩＧＢＴチップ１０
が熱暴走して破壊してしまうという問題があった。した
がって本発明の目的は、ＩＧＢＴチップが過熱しても通
電を継続することができ、破壊することの無い、信頼性
の高いＩＧＢＴチップを提供することである。
ＢＴチップ１０では、発生した熱はヒートシンクを介し
て放熱することで冷却している。このため、ＩＧＢＴチ
ップ１０が過熱した場合はＩＧＢＴチップ１０をＯＦＦ
して通電を中止しなければならず、装置全体を停止しな
ければならないという問題があった。また、過熱検出し
てからＯＦＦが間に合わない場合はＩＧＢＴチップ１０
が熱暴走して破壊してしまうという問題があった。した
がって本発明の目的は、ＩＧＢＴチップが過熱しても通
電を継続することができ、破壊することの無い、信頼性
の高いＩＧＢＴチップを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は、コレクタ、エミッタ、ゲートからなる絶
縁ゲートバイポーラトランジスタチップにおいて、前記
チップに熱電変換する熱電変換素子を設ける構成として
いる。また、前記熱電変換素子を前記チップの外周に設
けてもよく、底面に設けてもよい。本構成によれば、Ｉ
ＧＢＴチップに熱電変換素子を設けたので、ＩＧＢＴチ
ップの過熱時には熱電変換素子によってＩＧＢＴチップ
を冷却することができる。したがって、ＩＧＢＴチップ
を破壊させずに保護することができる。
め、本発明は、コレクタ、エミッタ、ゲートからなる絶
縁ゲートバイポーラトランジスタチップにおいて、前記
チップに熱電変換する熱電変換素子を設ける構成として
いる。また、前記熱電変換素子を前記チップの外周に設
けてもよく、底面に設けてもよい。本構成によれば、Ｉ
ＧＢＴチップに熱電変換素子を設けたので、ＩＧＢＴチ
ップの過熱時には熱電変換素子によってＩＧＢＴチップ
を冷却することができる。したがって、ＩＧＢＴチップ
を破壊させずに保護することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。なお、従来の例と同様の機能を成すもの
には同一の番号を付し、説明を省略する。 （第１実施例）図１は本発明の第１実施例を示すＩＧＢ
Ｔチップの外観図であり、図２は熱電変換素子部を上方
から見た断面図である。図において、２０はＢｉＴｅ等
からなる熱電半導体素子であり、Ｐ型熱電半導体素子２
０ａとＮ型熱電半導体素子２０ｂがある。Ｐ型熱電半導
体素子２０ａとＮ型熱電半導体素子２０ｂは、ＩＧＢＴ
チップ１０の外周に交互に配置してある。２１はセラミ
クス等からなる絶縁基板であり、半導体素子２０側の表
面にはＡｌやＣｕ等からなる配線２２を設けてある。配
線２２は、Ｐ型熱電半導体素子２０ａ、Ｎ型熱電半導体
素子２０ｂと半田等で固着されており、Ｐ型熱電半導体
素子２０ａとＮ型熱電半導体素子２０ｂが直列になるよ
う電気的に接続している。ここで、配線２２には始点と
終点があり、それぞれ端子２３を半田等で固着してあ
る。２４は絶縁性の樹脂等からなる固着材であり、ＩＧ
ＢＴチップ１０と絶縁基板２１とを固着している。この
ように構成したＩＧＢＴチップ１０においては、通電お
よびスイッチングによって発熱しても、熱電変換素子２
０の内周が低温側となるように端子２３に直流電流を流
すことでＩＧＢＴチップを冷却することができる。この
結果、ＩＧＢＴチップの通電による温度上昇を抑えるこ
とができ、過熱を防止し熱暴走による破壊から保護する
ことができる。
いて説明する。なお、従来の例と同様の機能を成すもの
には同一の番号を付し、説明を省略する。 （第１実施例）図１は本発明の第１実施例を示すＩＧＢ
Ｔチップの外観図であり、図２は熱電変換素子部を上方
から見た断面図である。図において、２０はＢｉＴｅ等
からなる熱電半導体素子であり、Ｐ型熱電半導体素子２
０ａとＮ型熱電半導体素子２０ｂがある。Ｐ型熱電半導
体素子２０ａとＮ型熱電半導体素子２０ｂは、ＩＧＢＴ
チップ１０の外周に交互に配置してある。２１はセラミ
クス等からなる絶縁基板であり、半導体素子２０側の表
面にはＡｌやＣｕ等からなる配線２２を設けてある。配
線２２は、Ｐ型熱電半導体素子２０ａ、Ｎ型熱電半導体
素子２０ｂと半田等で固着されており、Ｐ型熱電半導体
素子２０ａとＮ型熱電半導体素子２０ｂが直列になるよ
う電気的に接続している。ここで、配線２２には始点と
終点があり、それぞれ端子２３を半田等で固着してあ
る。２４は絶縁性の樹脂等からなる固着材であり、ＩＧ
ＢＴチップ１０と絶縁基板２１とを固着している。この
ように構成したＩＧＢＴチップ１０においては、通電お
よびスイッチングによって発熱しても、熱電変換素子２
０の内周が低温側となるように端子２３に直流電流を流
すことでＩＧＢＴチップを冷却することができる。この
結果、ＩＧＢＴチップの通電による温度上昇を抑えるこ
とができ、過熱を防止し熱暴走による破壊から保護する
ことができる。
【０００６】（第２実施例）図１は本発明の第１実施例
を示すＩＧＢＴチップの外観図であり、図２は上方から
見た熱電変換素子部の断面図である。図３は、本発明の
第２実施例を示すＩＧＢＴチップの外観図である。図４
は底面図であり、図５は熱電変換素子部の側断面図であ
る。本実施例は、熱電変換素子２０部をプロセス技術に
よって作成し、ＩＧＢＴチップ１０の底面となるコレク
タ金属電極１１ａ面の外周部に配置している。２５は、
Ｐ型半導体基板１０１を酸化することによって作られる
ＳｉＯ２等からなる絶縁膜である。絶縁膜２５上にはス
パッタ法、気相成長法等で形成したＰ型またはＮ型熱電
半導体に不純物を添加して作ったＰ型熱電半導体素子２
０ａとＮ型熱電半導体素子２０ｂが交互に並んでいる。
ここで、Ｐ型熱電半導体素子２０ａとＮ型熱電半導体素
子２０ｂは電気的に直列となるようにその上端または下
端が接続されている。また、Ｐ型熱電半導体素子２０ａ
とＮ型熱電半導体素子２０ｂの接続には始点と終点を設
けてあり、ボンディング等により端子２３を固着してあ
る。なお、熱電半導体素子２０は機械加工等によって作
成配置してもよい。このように構成したＩＧＢＴチップ
１０においては、通電およびスイッチングによって発熱
しても、熱電変換素子２０の上部が低温側となるように
端子２３に直流電流を流すことでＩＧＢＴチップ１０を
冷却することができる。この結果、ＩＧＢＴチップ１０
の通電による温度上昇を抑えることができ、過熱を防止
し熱暴走による破壊から保護することができる。
を示すＩＧＢＴチップの外観図であり、図２は上方から
見た熱電変換素子部の断面図である。図３は、本発明の
第２実施例を示すＩＧＢＴチップの外観図である。図４
は底面図であり、図５は熱電変換素子部の側断面図であ
る。本実施例は、熱電変換素子２０部をプロセス技術に
よって作成し、ＩＧＢＴチップ１０の底面となるコレク
タ金属電極１１ａ面の外周部に配置している。２５は、
Ｐ型半導体基板１０１を酸化することによって作られる
ＳｉＯ２等からなる絶縁膜である。絶縁膜２５上にはス
パッタ法、気相成長法等で形成したＰ型またはＮ型熱電
半導体に不純物を添加して作ったＰ型熱電半導体素子２
０ａとＮ型熱電半導体素子２０ｂが交互に並んでいる。
ここで、Ｐ型熱電半導体素子２０ａとＮ型熱電半導体素
子２０ｂは電気的に直列となるようにその上端または下
端が接続されている。また、Ｐ型熱電半導体素子２０ａ
とＮ型熱電半導体素子２０ｂの接続には始点と終点を設
けてあり、ボンディング等により端子２３を固着してあ
る。なお、熱電半導体素子２０は機械加工等によって作
成配置してもよい。このように構成したＩＧＢＴチップ
１０においては、通電およびスイッチングによって発熱
しても、熱電変換素子２０の上部が低温側となるように
端子２３に直流電流を流すことでＩＧＢＴチップ１０を
冷却することができる。この結果、ＩＧＢＴチップ１０
の通電による温度上昇を抑えることができ、過熱を防止
し熱暴走による破壊から保護することができる。
【０００７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によればＩＧ
ＢＴチップに熱電変換素子を設け、熱電変換素子によっ
てＩＧＢＴチップを冷却するようにしたので、ＩＧＢＴ
チップが過熱することがない。このため、過熱による装
置全体の停止が無く、過熱によるＩＧＢＴチップの破壊
の無い、信頼性の高いＩＧＢＴチップとすることができ
る。
ＢＴチップに熱電変換素子を設け、熱電変換素子によっ
てＩＧＢＴチップを冷却するようにしたので、ＩＧＢＴ
チップが過熱することがない。このため、過熱による装
置全体の停止が無く、過熱によるＩＧＢＴチップの破壊
の無い、信頼性の高いＩＧＢＴチップとすることができ
る。
【図１】本発明の第１実施例を示すＩＧＢＴチップの斜
視図
視図
【図２】本発明の第１実施例を示す熱電変換素子部を上
方から見た断面図
方から見た断面図
【図３】本発明の第２実施例を示すＩＧＢＴチップの斜
視図
視図
【図４】本発明の第２実施例を示すＩＧＢＴチップの底
面図
面図
【図５】本発明の第２実施例を示す熱電変換素子部の側
断面図
断面図
【図６】従来のＩＧＢＴチップを示す斜視図
【図７】従来のＩＧＢＴを示すデバイス構造図
１０ ＩＧＢＴチップ
１１ コレクタ電極
１１ａ コレクタ金属電極
１２ エミッタ電極
１２ａ エミッタ金属電極
１３ ゲート電極
１３ａ ゲート金属電極
１３ｂ 絶縁層
１０１ Ｐ型半導体基板
１０２ Ｎ型半導体領域
１０３ Ｐ型チャネル領域
１０４ Ｎ型エミッタ領域
２０ 熱電半導体素子
２０ａ Ｐ型熱電半導体素子
２０ｂ Ｎ型熱電半導体素子
２１ 絶縁基板
２２ 配線
２３ 端子
２４ 固着材
２５ 絶縁膜
Claims (3)
- 【請求項１】 コレクタ、エミッタ、ゲートからなる絶
縁ゲートバイポーラトランジスタチップにおいて、前記
チップに熱電変換する熱電変換素子を設けたことを特徴
とする絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。 - 【請求項２】 前記熱電変換素子を前記チップの外周に
設けたことを特徴とする請求項１記載の絶縁ゲートバイ
ポーラトランジスタ。 - 【請求項３】 前記前記熱電変換素子を前記チップの底
面に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001378126A JP2003179230A (ja) | 2001-12-12 | 2001-12-12 | 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001378126A JP2003179230A (ja) | 2001-12-12 | 2001-12-12 | 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003179230A true JP2003179230A (ja) | 2003-06-27 |
Family
ID=19185935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001378126A Pending JP2003179230A (ja) | 2001-12-12 | 2001-12-12 | 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003179230A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2515214C2 (ru) * | 2009-08-11 | 2014-05-10 | Айвьютек Ко., Лтд | Электронное устройство |
| WO2014173550A1 (en) | 2013-04-26 | 2014-10-30 | Abb Technology Ag | Power semiconductor module |
| JP2016507889A (ja) * | 2012-12-19 | 2016-03-10 | ゼットティーイー コーポレーションＺｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | トランジスタ、トランジスタの放熱構造及びトランジスタの製造方法 |
| CN105679745A (zh) * | 2014-12-05 | 2016-06-15 | 英飞凌科技股份有限公司 | 具有晶体管单元和热电阻元件的半导体器件 |
-
2001
- 2001-12-12 JP JP2001378126A patent/JP2003179230A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2515214C2 (ru) * | 2009-08-11 | 2014-05-10 | Айвьютек Ко., Лтд | Электронное устройство |
| JP2016507889A (ja) * | 2012-12-19 | 2016-03-10 | ゼットティーイー コーポレーションＺｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | トランジスタ、トランジスタの放熱構造及びトランジスタの製造方法 |
| WO2014173550A1 (en) | 2013-04-26 | 2014-10-30 | Abb Technology Ag | Power semiconductor module |
| US9559024B2 (en) | 2013-04-26 | 2017-01-31 | Abb Schweiz Ag | Power semiconductor module |
| CN105679745A (zh) * | 2014-12-05 | 2016-06-15 | 英飞凌科技股份有限公司 | 具有晶体管单元和热电阻元件的半导体器件 |
| CN105679745B (zh) * | 2014-12-05 | 2018-07-10 | 英飞凌科技股份有限公司 | 具有晶体管单元和热电阻元件的半导体器件 |
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