JP2014030359A5 - 半導体装置、モジュール、インバータ、コンバータおよびモジュールの駆動方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体装置、モジュール、インバータ、コンバータおよびモジュールの駆動方法に関する。

この発明の目的は、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴに内蔵されているＰＮ接合ダイオードに電流が流れるのを抑制できる半導体装置、モジュール、インバータ、コンバータおよびモジュールの駆動方法を提供することである。
この発明の目的は、バイポーラデバイスに含まれているＰＮ接合ダイオードに電流が流れるのを抑制できる半導体装置を提供することである。

この発明の第１の半導体装置は、ＳｉＣを半導体材料として用いたＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴと、ショットキーバリアダイオードと、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴおよび前記ショットキーバリアダイオードが接合されたダイパッドと、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴおよび前記ショットキーバリアダイオードが接続された外部端子とを含み、前記ダイパッド、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴおよび前記ショットキーバリアダイオードが樹脂封止された半導体装置であって、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのドレインが前記ダイパッドに接合され、前記ショットキーバリアダイオードのカソードが前記ダイパッドに接合され、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのソースから前記ショットキーバリアダイオードのアノードを経由して前記外部端子までステッチボンディングされた接続金属部材を含み、前記接続金属部材における前記ショットキーバリアダイオードから前記外部端子までのインダクタンスが、前記接続金属部材における前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴから前記外部端子までのインダクタンスよりも小さいことを特徴としている（請求項１）。

この構成では、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのソースからショットキーバリアダイオードのアノードを経由して外部端子までステッチボンディングされた接続金属部材を含んでいる。したがって、接続金属部材におけるＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴとショットキーバリアダイオードとの間の部分によるインダクタンスが存在し、かつ接続金属部材におけるショットキーバリアダイオードと外部端子との間の部分によるインダクタンスが存在する。そのため、ショットキーバリアダイオードと外部端子との間のインダクタンスは、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴと外部端子との間のインダクタンスよりも小さい。ショットキーバリアダイオードに電流が流れると、ショットキーバリアダイオードと外部端子との間のインダクタンスによって、逆起電力が発生する。しかし、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴがショットキーバリアダイオードに接続されているため、ショットキーバリアダイオードの動作電圧（順方向立ち上がり電圧）に相当する電圧がＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴに内蔵されているＰＮ接合ダイオードにかかるに過ぎない。ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴに内蔵されているＰＮ接合ダイオードの動作電圧は、ショットキーバリアダイオードの動作電圧より低いので、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴに内蔵されているＰＮ接合ダイオードに電流は流れない。このため、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴに結晶欠陥部が存在していたとしても、結晶欠陥部が拡大するのを抑制できる。

この発明の一実施形態では、前記ショットキーバリアダイオードと前記外部端子との間のインダクタンスにより生じる逆起電力が２．０Ｖ以上である（請求項２）。ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴに内蔵されているＰＮ接合ダイオードの順方向立ち上がり電圧は、２．０Ｖ程度であると考えられる。したがって、ショットキーバリアダイオードと外部端子との間のインダクタンスにより生じる逆起電力が２．０Ｖ未満では、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴに内蔵されているＰＮ接合ダイオードにそもそも電流は流れない。したがって、ショットキーバリアダイオードと外部端子との間のインダクタンスにより生じる起電力が２．０Ｖ以上の場合に、この発明による実質的な効果が得られる。

この発明の一実施形態では、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴがＰＮ接合ダイオードを内蔵しており、前記接続金属部材が前記ショットキーバリアダイオードのアノードと前記ＰＮ接合ダイオードのアノードとを接続している（請求項３）。

この発明の一実施形態では、前記接続金属部材が可撓性を有する帯状接続部材であるリボンまたは可撓性の少ない板状金属部材であるフレームである（請求項４）。

この発明の一実施形態では、平面視において、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴと前記ショットキーバリアダイオードとが、前記ダイパッド上に所定の一方向に間隔をおいて並んで配置され、前記外部端子であるソース端子が前記所定の一方向に対して垂直な方向に離れた位置に配置されている（請求項５）。

この発明の一実施形態では、前記ソース端子が、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴよりも前記ショットキーバリアダイオードに近い位置に配置されている（請求項６）。

この発明の一実施形態では、前記ソース端子に対して、前記所定の一方向と平行な方向でかつ前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴに近づく方向に間隔をおいてゲート端子が配置されており、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴは、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴにおけるソースを有する表面における前記ゲート端子寄りの位置にゲートを有している（請求項７）。
この発明のモジュールは、前記請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置によって構成される上アームと、前記請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置によって構成される下アームとを含み、前記上アームにおける前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのソースが、前記下アームにおける前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのドレインに接続されている（請求項８）。

この発明のインバータは、前記請求項８に記載のモジュールによって構成される第１モジュールと、前記請求項８に記載のモジュールによって構成される第２モジュールとを含み、前記第１モジュールにおける前記上アームと前記下アームとの接続点と、前記第２モジュールにおける前記上アームと前記下アームとの接続点との間に負荷が接続される（請求項９）。

この発明のコンバータは、前記請求項８に記載のモジュールを有する（請求項１０）。
この発明のモジュールの駆動方法は、前記請求項８に記載のモジュールの駆動方法であって、前記モジュールの前記上アームおよび前記下アームにおける前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴがそれぞれＰＮ接合ダイオードを内蔵しており、前記上アームの前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴと前記下アームの前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴとが、前記両ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴが共にオフとなるデットタイム期間を挟んで交互にオンされ、前記デットタイム期間に前記ＰＮ接合ダイオードに電流が流れない（請求項１１）。

この発明の第２の半導体装置は、ＰＮ接合ダイオードを含み、ＳｉＣを半導体材料として用いたバイポーラデバイスと、ショットキーバリアダイオードを含むユニポーラデバイスと、前記バイポーラデバイスおよび前記ユニポーラデバイスが接合されたダイパッドと、前記バイポーラデバイスおよび前記ユニポーラデバイスが接続された外部端子とを含み、前記ダイパッド、前記バイポーラデバイスおよび前記ユニポーラデバイスが樹脂封止された半導体装置であって、前記バイポーラデバイスにおける前記ＰＮ接合ダイオードのカソード側表面が前記ダイパッドに接合され、前記ユニポーラデバイスにおける前記ショットキーバリアダイオードのカソード側表面が前記ダイパッドに接合され、前記バイポーラデバイスにおける前記ＰＮ接合ダイオードのアノード側表面から前記ユニポーラデバイスにおける前記ショットキーバリアダイオードのアノード側表面を経由して前記外部端子までステッチボンディングされた接続金属部材を含み、前記接続金属部材における前記バイポーラデバイスから前記外部端子までのインダクタンスが、前記接続金属部材における前記ユニポーラデバイスから前記外部端子までのインダクタンスよりも大きいことを特徴とする（請求項１２）。

この発明の第３の半導体装置は、ＰＮ接合ダイオードを含み、ＳｉＣを半導体材料として用いたバイポーラデバイスと、ショットキーバリアダイオードを含むユニポーラデバイスと、前記バイポーラデバイスおよび前記ユニポーラデバイスが接合されたダイパッドと、前記バイポーラデバイスおよび前記ユニポーラデバイスが接続された外部端子とを含み、前記ダイパッド、前記バイポーラデバイスおよび前記ユニポーラデバイスが樹脂封止された半導体装置であって、前記バイポーラデバイスにおける前記ＰＮ接合ダイオードのアノード側表面が前記ダイパッドに接合され、前記ユニポーラデバイスにおける前記ショットキーバリアダイオードのアノード側表面が前記ダイパッドに接合され、前記バイポーラデバイスにおける前記ＰＮ接合ダイオードのカソードと前記ユニポーラデバイスにおける前記ショットキーバリアダイオードのカソードとを接続する第１接続金属部材と、前記ユニポーラデバイスにおける前記ショットキーバリアダイオードのカソードと前記外部端子とを接続する第２接続金属部材を含み、前記ユニポーラデバイスから前記外部端子までのインダクタンスが、前記バイポーラデバイスから前記外部端子までのインダクタンスよりも小さいことを特徴とする（請求項１３）。

Claims (13)

1. ＳｉＣを半導体材料として用いたＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴと、ショットキーバリアダイオードと、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴおよび前記ショットキーバリアダイオードが接合されたダイパッドと、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴおよび前記ショットキーバリアダイオードが接続された外部端子とを含み、前記ダイパッド、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴおよび前記ショットキーバリアダイオードが樹脂封止された半導体装置であって、
   前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのドレインが前記ダイパッドに接合され、
   前記ショットキーバリアダイオードのカソードが前記ダイパッドに接合され、
   前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのソースから前記ショットキーバリアダイオードのアノードを経由して前記外部端子までステッチボンディングされた接続金属部材を含み、
   前記接続金属部材における前記ショットキーバリアダイオードから前記外部端子までのインダクタンスが、前記接続金属部材における前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴから前記外部端子までのインダクタンスよりも小さいことを特徴とする、半導体装置。
2. 前記ショットキーバリアダイオードと前記外部端子との間のインダクタンスにより生じる逆起電力が２．０Ｖ以上である、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴがＰＮ接合ダイオードを内蔵しており、前記接続金属部材が前記ショットキーバリアダイオードのアノードと前記ＰＮ接合ダイオードのアノードとを接続している、請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記接続金属部材が可撓性を有する帯状接続部材であるリボンまたは可撓性の少ない板状金属部材であるフレームである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
5. 平面視において、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴと前記ショットキーバリアダイオードとが、前記ダイパッド上に所定の一方向に間隔をおいて並んで配置され、前記外部端子であるソース端子が前記所定の一方向に対して垂直な方向に離れた位置に配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 前記ソース端子が、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴよりも前記ショットキーバリアダイオードに近い位置に配置されている、請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記ソース端子に対して、前記所定の一方向と平行な方向でかつ前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴに近づく方向に間隔をおいてゲート端子が配置されており、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴは、前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴにおけるソースを有する表面における前記ゲート端子寄りの位置にゲートを有している、請求項６に記載の半導体装置。
8. 前記請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置によって構成される上アームと、
   前記請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置によって構成される下アームとを含み、
   前記上アームにおける前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのソースが、前記下アームにおける前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのドレインに接続されている、モジュール。
9. 前記請求項８に記載のモジュールによって構成される第１モジュールと、
   前記請求項８に記載のモジュールによって構成される第２モジュールとを含み、
   前記第１モジュールにおける前記上アームと前記下アームとの接続点と、前記第２モジュールにおける前記上アームと前記下アームとの接続点との間に負荷が接続される、インバータ。
10. 前記請求項８に記載のモジュールを有する、コンバータ。
11. 前記請求項８に記載のモジュールの駆動方法であって、
    前記モジュールの前記上アームおよび前記下アームにおける前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴがそれぞれＰＮ接合ダイオードを内蔵しており、
    前記上アームの前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴと前記下アームの前記ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴとが、前記両ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴが共にオフとなるデットタイム期間を挟んで交互にオンされ、前記デットタイム期間に前記ＰＮ接合ダイオードに電流が流れない、モジュールの駆動方法。
12. ＰＮ接合ダイオードを含み、ＳｉＣを半導体材料として用いたバイポーラデバイスと、ショットキーバリアダイオードを含むユニポーラデバイスと、前記バイポーラデバイスおよび前記ユニポーラデバイスが接合されたダイパッドと、前記バイポーラデバイスおよび前記ユニポーラデバイスが接続された外部端子とを含み、前記ダイパッド、前記バイポーラデバイスおよび前記ユニポーラデバイスが樹脂封止された半導体装置であって、
    前記バイポーラデバイスにおける前記ＰＮ接合ダイオードのカソード側表面が前記ダイパッドに接合され、
    前記ユニポーラデバイスにおける前記ショットキーバリアダイオードのカソード側表面が前記ダイパッドに接合され、
    前記バイポーラデバイスにおける前記ＰＮ接合ダイオードのアノード側表面から前記ユニポーラデバイスにおける前記ショットキーバリアダイオードのアノード側表面を経由して前記外部端子までステッチボンディングされた接続金属部材を含み、
    前記接続金属部材における前記バイポーラデバイスから前記外部端子までのインダクタンスが、前記接続金属部材における前記ユニポーラデバイスから前記外部端子までのインダクタンスよりも大きいことを特徴とする、半導体装置。
13. ＰＮ接合ダイオードを含み、ＳｉＣを半導体材料として用いたバイポーラデバイスと、ショットキーバリアダイオードを含むユニポーラデバイスと、前記バイポーラデバイスおよび前記ユニポーラデバイスが接合されたダイパッドと、前記バイポーラデバイスおよび前記ユニポーラデバイスが接続された外部端子とを含み、前記ダイパッド、前記バイポーラデバイスおよび前記ユニポーラデバイスが樹脂封止された半導体装置であって、
    前記バイポーラデバイスにおける前記ＰＮ接合ダイオードのアノード側表面が前記ダイパッドに接合され、
    前記ユニポーラデバイスにおける前記ショットキーバリアダイオードのアノード側表面が前記ダイパッドに接合され、
    前記バイポーラデバイスにおける前記ＰＮ接合ダイオードのカソードと前記ユニポーラデバイスにおける前記ショットキーバリアダイオードのカソードとを接続する第１接続金属部材と、
    前記ユニポーラデバイスにおける前記ショットキーバリアダイオードのカソードと前記外部端子とを接続する第２接続金属部材を含み、
    前記ユニポーラデバイスから前記外部端子までのインダクタンスが、前記バイポーラデバイスから前記外部端子までのインダクタンスよりも小さいことを特徴とする、半導体装置。