JP2014143258A - Surface-mounting type semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2つの半導体素子を単一の半導体上に面実装した面実装型半導体装置に関する。 The present invention relates to a surface-mount type semiconductor device in which two semiconductor elements are surface-mounted on a single semiconductor.
面実装型半導体装置は、半導体素子のPN接合による2個のダイオードを形成し、2個のダイオードを接続導体を用いて逆方向に接続し、逆方向ドロップを利用して双方向バリスタやサージ吸収素子として用いられるものである。この場合、2個のダイオードを接続導体を用いて接続する構造では、部品点数が多く組立治具の構造が複雑になるだけでなく、ハンダ工程を含む組立工程が多くなる。そこで、単一のN形半導体上に2つのPN接合を形成し、同一の半導体素子とすることで、製造が容易で薄形とした面実装型半導体装置がある(特許文献1参照)。 A surface-mount type semiconductor device forms two diodes by PN junction of semiconductor elements, connects the two diodes in the reverse direction using a connection conductor, and uses a reverse drop to absorb a bidirectional varistor or surge absorber. It is used as an element. In this case, in the structure in which two diodes are connected using the connection conductor, not only the number of parts is large and the structure of the assembly jig is complicated, but also the assembly process including the solder process is increased. Therefore, there is a surface-mount type semiconductor device that is easy to manufacture and thin by forming two PN junctions on a single N-type semiconductor to form the same semiconductor element (see Patent Document 1).
図5は、単一の半導体に2つ半導体素子を面実装した面実装型半導体装置の構造図である。単一のN層半導体基板11に2つのP層半導体領域12a、12bを形成し、2つのPN接合による半導体素子を形成している。P層半導体領域12a、12bにはアノード電極13a、13bが取り付けられ、N層半導体基板11は、P層半導体領域12aとのPN接合と、P層半導体領域12bとのPN接合とを直接つなげる構造となっているのでカソード電極は省略され、逆方向に直接接続されている。これにより、カソード電極を形成する工程と、カソード電極を接続する工程を省略することができ、アセンブリ工程の簡略化を実現している。
FIG. 5 is a structural diagram of a surface-mounting type semiconductor device in which two semiconductor elements are surface-mounted on a single semiconductor. Two P-
そして、アノード電極13aとアノード電極13bとの間に、アノード電極13b側のN層半導体基板11及びP層半導体領域12bによるPN接合の降伏電圧以上の電圧が印加されると(サージ吸収時には)、矢印に示すように、アノード電極13aから、P層半導体領域12a、N層半導体基板11、P層半導体領域12bを通って、アノード電極13bに電流Iが流れる。これにより、面実装型半導体装置はサージ吸収素子として働く。
When a voltage higher than the breakdown voltage of the PN junction by the N
しかし、図5に示す面実装型半導体装置の小型化を図るべく、図6に示すように、アノード電極13aとアノード電極13bとの間の距離を短くした場合、逆方向阻止時にはアノード電極13bのP層半導体領域12bの端部12b1に電流Iが集中し、破壊が起こるという問題がある。
However, when the distance between the
すなわち、逆方向阻止時には、P層半導体領域12aとP層半導体領域12bとの距離が短いところに電流が集中しやすいため、P層半導体領域12bの端部12b1の電流密度が上がり、部品の信頼性が低くなるという問題がある。
That is, at the time of blocking in the reverse direction, current tends to concentrate at a short distance between the P-
本発明の目的は、逆方向阻止時に部分的な電流集中を緩和でき、しかも小型化を図ることができる面実装型半導体装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a surface-mounting type semiconductor device that can alleviate partial current concentration when blocking in the reverse direction and that can be reduced in size.
請求項1の発明に係る面実装型半導体装置は、単一の第一導電型の半導体基板の一方の面側に形成され前記第一導電型とは逆の導電型である第二導電型の第1の半導体領域と、前記単一の第一導電型の半導体基板の一方の面側に前記第1の半導体領域と離れて形成された第二導電型の第2の半導体領域と、前記単一の第一導電型の半導体基板の他方の面側に形成された低抵抗層とを備えたことを特徴とする。
The surface mount type semiconductor device according to the invention of
請求項2の発明に係る面実装型半導体装置は、請求項1の発明において、前記低抵抗層は、前記単一の第一導電型の半導体基板の半導体より、高不純物濃度で低抵抗の第一導電型層または導体であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a surface mount type semiconductor device according to the first aspect of the invention, wherein the low resistance layer has a higher impurity concentration and lower resistance than the semiconductor of the single first conductivity type semiconductor substrate. It is one conductivity type layer or conductor.
請求項3の発明に係る面実装型半導体装置は、請求項1または2の発明において、前記低抵抗層の厚さは、前記低抵抗層を厚くしていったとき、前記第二導電型の第1の半導体領域または前記第二導電型の第2の半導体領域の電流集中発生箇所の電流密度が収束するときの電流密度を基準にして許容電流密度範囲を定め、その許容電流密度範囲を満たす厚さとすることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the surface mount type semiconductor device according to the first or second aspect of the invention, wherein the thickness of the low resistance layer is the second conductivity type when the low resistance layer is increased. An allowable current density range is defined based on the current density when the current density at the current concentration occurrence point of the first semiconductor region or the second conductivity type second semiconductor region converges, and the allowable current density range is satisfied. It is characterized by a thickness.
請求項1の発明によれば、単一の第一導電型の半導体基板の他方の面側に低抵抗層を形成するので、逆方向阻止時には低抵抗層に電流を分散することができる。従って、電流密度を低く抑えることができ、局所的な温度上昇を抑えることができるので装置の信頼性を向上できる
請求項2の発明によれば、請求項1の発明の効果に加え、低抵抗層は高不純物濃度で低抵抗の第一導電型層または導体とするので、より電流を分散することができる。導体として金属を用いた場合には放熱性も向上する。
According to the first aspect of the present invention, since the low resistance layer is formed on the other surface side of the single semiconductor substrate of the first conductivity type, current can be dispersed in the low resistance layer when blocking in the reverse direction. Accordingly, the current density can be kept low and the local temperature rise can be restrained, so that the reliability of the apparatus can be improved. According to the invention of claim 2, in addition to the effect of the invention of
請求項3の発明によれば、請求項1または2の発明の効果に加え、低抵抗層の厚さは、電流密度が収束するときの電流密度を基準にして定めた許容電流密度範囲を満たす厚さとするので、低抵抗層の厚さは厚くなりすぎず、しかも電流集中を抑制できる。
According to the invention of claim 3, in addition to the effect of the invention of
以下、本発明の実施形態を説明する。以下の説明では、第一導電型の半導体はN型、第二導電型の半導体はP型であるとし、電極はアノード電極であるとして説明する。なお、この逆、つまり、第一導電型の半導体がP型、第二導電型の半導体がN型、電極がカソード電極となるように構成してもよい。 Embodiments of the present invention will be described below. In the following description, it is assumed that the first conductivity type semiconductor is N-type, the second conductivity type semiconductor is P-type, and the electrode is an anode electrode. Note that this may be reversed, that is, the first conductivity type semiconductor may be a P type, the second conductivity type semiconductor may be an N type, and the electrode may be a cathode electrode.
図1は本発明の実施形態に係る面実装型半導体装置の実施例1の構成図である。この第1実施形態は、小型化を図った図6に示す従来例に対し、単一の第一導電型の半導体基板14における第二導電型の半導体領域15a、15b及び電極16a、16bが形成された反対側の面に低抵抗層17を設けたものである。
FIG. 1 is a configuration diagram of Example 1 of a surface-mount semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In the first embodiment, the second conductive
図1において、単一の第一導電型の半導体基板14の一方面には、第二導電型の第1の半導体領域15a及び第二導電型の第2の半導体領域15bが形成されている。第二導電型の第1の半導体領域15aには電極16aが取り付けられ、第二導電型の第2の半導体領域15bには電極16bが取り付けられている。
In FIG. 1, a second conductive type
電極16a、16bは、例えばアルミニウムAlが用いられるが、電極を形成できる金属であれば、ニッケルNi、金Au、銀Agなどでもよい。
For example, aluminum Al is used for the
第一導電型の半導体基板14の他方面には、第二導電型の半導体領域15aとのPN接合と、第二導電型の半導体領域15bとのPN接合とが、第一導電型の半導体基板14で直接つなげられ、さらに、低抵抗層17でつなげられている。これにより、2つのPN接合の2つの半導体素子(ダイオード)を形成している。図1では、低抵抗層17は導体で形成した場合を示している。導体としては金属が用いられ、例えばアルミニウムAlが用いられるが、ニッケルNi、金Au、銀Agなどでもよい。
On the other surface of the first conductivity
ここで、電極16a、16b間に、PN接合の降伏電圧以上の電圧が印加されると、第1の半導体領域15aの端部15a1や第2の半導体領域15bの端部15b1に電流Iが集中するが、本発明の実施形態の実施例1では、第一導電型の半導体基板14の他方面に低抵抗層17を形成するので、電流集中を抑制できる。
Here, when a voltage higher than the breakdown voltage of the PN junction is applied between the
例えば、電極16a、16b間に、第一導電型の半導体基板14から第二導電型の半導体領域15bの向きに、PN接合の降伏電圧以上の電圧が印加されると、第一導電型の半導体基板14に電流I1、低抵抗層17に電流I2を分流して流すことができる。これにより、低抵抗層17として導体を用いた場合には、第一導電型の半導体基板14に流れる電流I1は小さくなる。従って、第二導電型の第2の半導体領域15bの端部15b1の電流密度を低く抑えることができ、面実装型半導体装置の小型化を図ることができる。また、低抵抗層17として導体を用いた場合には、放熱性も向上する。
For example, when a voltage higher than the breakdown voltage of the PN junction is applied between the
次に、図2は本発明の実施形態に係る面実装型半導体装置の実施例2の構成図である。この実施例2は、図1に示した実施例1に対し、低抵抗層17として導体に代えて、高不純物濃度で厚い低抵抗第一導電型層N+とし、第一導電型の半導体基板14は第一導電型層Nーとしたものである。
Next, FIG. 2 is a configuration diagram of Example 2 of the surface mount semiconductor device according to the embodiment of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a low resistance first conductive type layer N + having a high impurity concentration is used instead of the conductor as the
この場合も、第一導電型の半導体基板14に電流I3、低抵抗層17に電流I4を分流して流すことができ、第一導電型の半導体基板14に流れる電流I3は、低抵抗層17の厚い低抵抗第一導電型層N+を流れる電流I4より小さくなる。従って、第二導電型の第2の半導体領域15bの端部15b1の電流密度を低く抑えることができ、面実装型半導体装置の小型化を図ることができる。
Also in this case, the current I3 can be shunted through the first conductivity
次に、図3は本発明の実施形態に係る面実装型半導体装置の実施例3の構成図である。この実施例3は、図1に示した実施例1に対し、低抵抗層17として、導体18に加えて低抵抗第一導電型層N+19を設け、第一導電型の半導体基板14は第一導電型層Nーとしたものである。
Next, FIG. 3 is a configuration diagram of Example 3 of the surface mount semiconductor device according to the embodiment of the present invention. The third embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a low resistance first conductivity
この場合も、第一導電型の半導体基板14に電流I5、低抵抗層17に電流I6を分流して流すことができる。第一導電型の半導体基板14に流れる電流I5は、低抵抗層17の導体18及び低抵抗第一導電型層N+19を流れる電流I6より小さくなる。従って、第二導電型の第2の半導体領域15bの端部15b1の電流密度を低く抑えることができ、面実装型半導体装置の小型化を図ることができる。
Also in this case, the current I5 can be shunted through the first conductivity
次に、低抵抗層17の厚さについて説明する。図4は、本発明の実施形態に係る面実装型半導体装置における低抵抗層厚さDと電流集中発生箇所での電流密度比J/J0との関係の一例を示すグラフである。
Next, the thickness of the
低抵抗層厚さDと、電流集中発生箇所(例えば、第1の半導体領域15aの端部15a1や第2の半導体領域15bの端部15b1)の電流密度Jとの関係は、低抵抗層17の抵抗値、第一導電型の半導体基板14の厚さや耐量、第二導電型の半導体領域の大きさなどで異なってくる。
The relationship between the low resistance layer thickness D and the current density J at the current concentration occurrence point (for example, the end 15a1 of the
そこで、低抵抗層厚さDを厚くしていったとき、電流集中箇所の電流密度Jは、Dを∞とした時の電流密度J0に収束していく。したがって、電流密度Jが最も小さくなる電流密度比J/J0の理想値は、Dを∞とした時の「1.00」である。この電流密度Jが収束するときの電流密度J0を基準にして、低抵抗層厚さDの範囲を定める。まず、電流密度Jの許容上限値として電流密度Jb(電流密度比Jb/J0)を定める。この電流密度Jbは電流集中発生箇所で破壊が生じない電流密度に余裕値を減算した値以下に定められる。このときの低抵抗層厚さは図4からDb以上と定まる。一方、現実的な低抵抗層厚さDの限界値を「1.00」とした場合、これを超えないDの値としてDa以下が定まる。これにより、低抵抗層厚さDは厚くなりすぎず、しかも電流集中発生箇所で破壊が生じない電流密度以下となるように定められる。 Therefore, when the thickness D of the low resistance layer is increased, the current density J at the current concentration portion converges to the current density J0 when D is ∞. Therefore, the ideal value of the current density ratio J / J0 at which the current density J is the smallest is “1.00” when D is ∞. The range of the low resistance layer thickness D is determined with reference to the current density J0 when the current density J converges. First, the current density Jb (current density ratio Jb / J0) is determined as the allowable upper limit value of the current density J. This current density Jb is determined to be equal to or less than a value obtained by subtracting a margin value from a current density at which no breakdown occurs at a current concentration occurrence location. The low resistance layer thickness at this time is determined to be Db or more from FIG. On the other hand, when the practical limit value of the low resistance layer thickness D is “1.00”, the value of D not exceeding this is determined to be Da or less. Thereby, the low resistance layer thickness D is determined not to be too thick and to be equal to or less than the current density at which no breakdown occurs at the location where current concentration occurs.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
11…N層半導体基板、12…P層半導体領域、13…アノード電極、14…第一導電型の半導体基板、15…第二導電型の半導体領域、16…電極、17…低抵抗層、18…導体、19…低抵抗第一導電型層
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記単一の第一導電型の半導体基板の一方の面側に前記第1の半導体領域と離れて形成された第二導電型の第2の半導体領域と、
前記単一の第一導電型の半導体基板の他方の面側に形成された低抵抗層とを備えたことを特徴とする面実装型半導体装置。 A first semiconductor region of a second conductivity type formed on one surface side of a single semiconductor substrate of a first conductivity type and having a conductivity type opposite to the first conductivity type;
A second conductivity type second semiconductor region formed on one surface side of the single first conductivity type semiconductor substrate and spaced apart from the first semiconductor region;
A surface mount type semiconductor device comprising: a low resistance layer formed on the other surface side of the single first conductivity type semiconductor substrate.
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Citations (4)
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- 2013-01-23 JP JP2013009821A patent/JP2014143258A/en active Pending
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