JP2018121097A - Solid-state relay and electric power triac chip - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はソリッドステートリレーに関し、より詳しくは、入力信号に応じて出力側の端子間がオン、オフするソリッドステートリレーであって、出力側に点弧用トライアックチップとその点弧用トライアックチップによってオン、オフされる電力用トライアックチップとを備えたソリッドステートリレーに関する。 The present invention relates to a solid-state relay, and more particularly, a solid-state relay in which terminals on an output side are turned on and off according to an input signal, and includes an ignition triac chip and an ignition triac chip on an output side. The present invention relates to a solid state relay including a power triac chip that is turned on and off.
また、この発明は、そのようなソリッドステートリレーを構成するのに用いられる電力用トライアックチップに関する。 The present invention also relates to a power triac chip used to configure such a solid state relay.
従来、この種のソリッドステートリレーとしては、例えば特許文献1(特開2003−274636号公報)、特許文献2(特開2001−7690号公報)に開示されているように、出力側に、入力光信号に応じてオン、オフする点弧用の双方向フォトサイリスタチップ(以下「点弧用トライアックチップ」と呼ぶ。)と、その点弧用トライアックチップのオン電流に応じてオン、オフする電力用トライアックチップとを備えたものが知られている。 Conventionally, as this type of solid state relay, as disclosed in, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-274636) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-7690), an input is provided on the output side. Bidirectional photothyristor chip for firing that is turned on and off according to an optical signal (hereinafter referred to as “triac chip for firing”) and power that is turned on and off according to the on-current of the firing triac chip The thing provided with the triac chip for is known.
点弧用トライアックチップは、電流容量が少ないけれども、入力光信号に応じて高感度にオン、オフする。一方、電力用トライアックチップは、入力光信号のレベルではオンしない(トリガされない)けれども、点弧用トライアックチップのオン電流に応じてオン、オフされて、大電流を流すことができる。 Although the triac chip for ignition has a small current capacity, it is turned on and off with high sensitivity according to the input optical signal. On the other hand, although the power triac chip is not turned on (triggered) at the level of the input optical signal, it is turned on / off according to the on-current of the firing triac chip, and a large current can flow.
点弧用トライアックチップとしては、例えば特許文献3(特開2015−005704号公報)に開示されているような、オン電流が主にチップの表面方向に流れるラテラル型(横型)構造のものが広く用いられている。一方、電力用トライアックチップとしては、例えば特許文献4(特開2009−206193号公報)に開示されているような、オン電流が主にチップの厚さ方向に流れる縦型構造のものが広く用いられている。 As a starting triac chip, for example, a lateral type (horizontal) structure in which an on-current mainly flows in the surface direction of the chip as disclosed in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2015-005704) is widely used. It is used. On the other hand, as a power triac chip, for example, one having a vertical structure in which on-current mainly flows in the thickness direction of the chip as disclosed in Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-206193) is widely used. It has been.
このようなソリッドステートリレーは、例えば白物家電機器やOA(オフィスオートメーション)機器等の電源回路部に用いられている。近年、それらの機器の市場品質レベルの向上に伴い、ソリッドステートリレーとしても、ESD(Electrostatic Discharge;静電放電)耐量、すなわち、静電サージに対する耐性を高めることが求められている。 Such a solid-state relay is used, for example, in a power supply circuit section of a white goods home appliance or an OA (office automation) device. In recent years, with the improvement of the market quality level of these devices, it has been demanded that solid state relays also increase ESD (Electrostatic Discharge) resistance, that is, resistance to electrostatic surges.
そこで、この発明の課題は、ESD耐量を高めることができるソリッドステートリレーを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid state relay capable of increasing ESD tolerance.
また、この発明の課題は、そのようなソリッドステートリレーを構成するのに用いられる電力用トライアックチップを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a power triac chip used to configure such a solid state relay.
本発明者らが従来のソリッドステートリレーについて静電放電試験(人体モデル(HBM))を行って解析したところ、点弧用トライアックチップと電力用トライアックチップのうち、電流容量の少ない点弧用トライアックチップの方がサージ電流によって破壊されていることが分かった。この主な原因として、従来のソリッドステートリレーでは、下の表1に示すように、電力用トライアックチップにおいて、出力側の双方向(モードIとモードIII)に関して、繰り返しピークオフ電圧の不均衡があることが挙げられる。すなわち、電力用トライアックチップでは、出力側の双方向(モードIとモードIII)に関して、繰り返しピークオフ電圧を定めるPN接合が非対称になっており、モードIの繰り返しピークオフ電圧よりもモードIIIでの繰り返しピークオフ電圧が高い。これにより、ソリッドステートリレーに対する電圧印加の向きが、例えば点弧用トライアックチップに対してチャネル2、電力用トライアックチップに対してモードIIIであるとき、点弧用トライアックチップの繰り返しピークオフ電圧よりも電力用トライアックチップの繰り返しピークオフ電圧が高くなっている。このため、その電圧印加の向きに静電放電を受けたときは、図15に例示するように、まずソリッドステートリレーの出力側端子間電圧が点弧用トライアックチップの繰り返しピークオフ電圧(典型値800V)に達した時点t1で点弧用トライアックチップがブレークダウン(降伏)し、電力用トライアックチップに電流が流れる前(典型的には出力側端子間電圧が1200Vを超える時点t2の前)に、静電放電によるサージ電流(これを図15中に「LTチップに流れ込むサージ電流」として示す。)によって点弧用トライアックチップが破壊されると考えられる。その結果、電力用トライアックチップに流れ込むサージ電流(これを図15中に「TCチップに流れ込むサージ電流」として示す。)は比較的少なくなっている。なお、ソリッドステートリレーに対する静電放電試験では、図14に例示するように、出力側端子間電圧がソリッドステートリレーの繰り返しピークオフ電圧(従来は点弧用トライアックチップの繰り返しピークオフ電圧に相当し、典型的には800V)に達した時点t1で、試験器のキャパシタからの放電電流が急峻な立ち上がりをもつサージ電流としてソリッドステートリレーに流れ込む(これを図14中に「SSRに流れ込むサージ電流」として示す。)。図14中の面積Sが試験器のキャパシタに充電されていた電荷量(これを符号Qで表す。)に相当する。ソリッドステートリレーは、この電荷量Qをサージ電流として受け、熱として消費等しなければならない。
(表1)製品仕様での繰り返しピークオフ電圧の定格値が600Vである場合
When the present inventors analyzed by performing an electrostatic discharge test (human body model (HBM)) on a conventional solid state relay, among the starting triac chip and the power triac chip, the starting triac having a small current capacity is used. It was found that the chip was destroyed by the surge current. As a main cause, in the conventional solid state relay, as shown in Table 1 below, in the power triac chip, there is a repetitive peak-off voltage imbalance in both directions (mode I and mode III) on the output side. Can be mentioned. That is, in the power triac chip, the PN junction that determines the repetitive peak-off voltage is asymmetric with respect to the bidirectional output (mode I and mode III), and the repetitive peak-off in mode III is higher than the repetitive peak-off voltage in mode I. The voltage is high. As a result, when the direction of voltage application to the solid state relay is, for example,
(Table 1) When the rated peak off voltage rating in the product specifications is 600V
そこで、上記課題を解決するため、この発明のソリッドステートリレーは、
入力信号に応じて出力側の端子間がオン、オフするソリッドステートリレーであって、
上記出力側に、入力信号に応じてオン、オフする点弧用トライアックチップと、その点弧用トライアックチップのオン電流に応じてオン、オフする電力用トライアックチップとを備え、
上記電力用トライアックチップにおいて、双方向の繰り返しピークオフ電圧間の不均衡を減らすように、一方の出力側端子が他方の出力側端子よりも正電位となるモードIの繰り返しピークオフ電圧と、上記一方の出力側端子が上記他方の出力側端子よりも負電位となるモードIIIの繰り返しピークオフ電圧との差分が、予め定められた許容範囲内にあることを特徴とする。
Therefore, in order to solve the above problems, the solid state relay of the present invention is
A solid-state relay that turns on and off between terminals on the output side according to the input signal.
On the output side, a triac chip for firing that is turned on and off according to an input signal, and a triac chip for power that is turned on and off according to the on-current of the firing triac chip,
In the power triac chip, in order to reduce an imbalance between the two-way repetitive peak-off voltages, one output-side terminal has a repetitive peak-off voltage in mode I in which one of the output-side terminals is more positive than the other output-side terminal; The difference between the output side terminal and the repetitive peak-off voltage of mode III in which the output side terminal is more negative than the other output side terminal is within a predetermined allowable range.
本明細書で、「繰り返しピークオフ電圧」とは、出力端子間に連続して印加することのできる、繰り返し性のある電圧の最大値を指す。この「繰り返しピークオフ電圧」は、特に断らない限り、ソリッドステートリレーの製品仕様書で規定される「定格値」ではなく、個々のソリッドステートリレーが実際にブレークダウン(降伏)を起こす値を指す。 In this specification, the “repetitive peak-off voltage” refers to the maximum value of a repetitive voltage that can be continuously applied between output terminals. This “repeated peak off voltage” is not a “rated value” defined in the product specification of the solid state relay unless otherwise specified, but refers to a value at which each solid state relay actually causes breakdown (breakdown).
また、「モードI」、「モードIII」は、トライアックの動作モードを示す一般的な呼称である。「モードI」と「モードIII」では、上記電力用トライアックチップにおいて、出力側の端子間での電圧の印加の向きが互いに反対になっている。 “Mode I” and “Mode III” are general names indicating the operation mode of the triac. In “Mode I” and “Mode III”, the direction of voltage application between the terminals on the output side is opposite to each other in the power triac chip.
この発明のソリッドステートリレーでは、上記電力用トライアックチップにおいて、双方向の繰り返しピークオフ電圧間の不均衡を減らすように、一方の出力側端子が他方の出力側端子よりも正電位となるモードIの繰り返しピークオフ電圧に対して、上記一方の出力側端子が上記他方の出力側端子よりも負電位となるモードIIIの繰り返しピークオフ電圧が、予め定められた許容範囲内にある。したがって、点弧用トライアックチップの繰り返しピークオフ電圧が従来レベルまたはそれ以上に維持される場合、ソリッドステートリレーの製品としては、出力側の双方向に関してそれぞれ、点弧用トライアックチップの繰り返しピークオフ電圧よりも電力用トライアックチップの繰り返しピークオフ電圧を低くすることができる。 In the solid state relay of the present invention, in the power triac chip, in order to reduce the imbalance between the two-way repetitive peak-off voltages, one output side terminal is in a positive potential than the other output side terminal. The repetitive peak off voltage of mode III in which the one output side terminal is more negative than the other output side terminal with respect to the repetitive peak off voltage is within a predetermined allowable range. Therefore, when the repetitive peak off voltage of the starting triac chip is maintained at the conventional level or higher, the product of the solid state relay is different from the repetitive peak off voltage of the starting triac chip in both directions on the output side. The repeated peak-off voltage of the power triac chip can be lowered.
そのように、出力側の双方向に関してそれぞれ、点弧用トライアックチップの繰り返しピークオフ電圧よりも電力用トライアックチップの繰り返しピークオフ電圧が低くなれば、いずれの電圧印加の向きに静電放電(ESD)を受けたとしても、図13に例示するように、まずソリッドステートリレーの出力側端子間電圧が電力用トライアックチップの繰り返しピークオフ電圧に達した時点t1′で電力用トライアックチップがブレークダウン(降伏)し、静電放電によるサージ電流の大部分(これを図13中に「TCチップに流れ込むサージ電流」として示す。)を上記電力用トライアックチップが吸収する。したがって、上記点弧用トライアックチップに対して静電放電によるサージ電流(これを図13中に「LTチップに流れ込むサージ電流」として示す。)が少なくなって、上記点弧用トライアックチップが破壊され難くなる。この結果、ソリッドステートリレーとしてのESD耐量を高めることができる。 As such, if the repetitive peak-off voltage of the power triac chip is lower than the repetitive peak-off voltage of the firing triac chip, the electrostatic discharge (ESD) is applied in any direction of voltage application. Even if it is received, as illustrated in FIG. 13, first, the power triac chip breaks down at the time t1 ′ when the voltage between the output side terminals of the solid state relay reaches the repeated peak-off voltage of the power triac chip. The power triac chip absorbs most of the surge current due to electrostatic discharge (this is shown as “surge current flowing into the TC chip” in FIG. 13). Therefore, a surge current due to electrostatic discharge (shown as “surge current flowing into the LT chip” in FIG. 13) is reduced with respect to the firing triac chip, and the firing triac chip is destroyed. It becomes difficult. As a result, ESD tolerance as a solid state relay can be increased.
一実施形態のソリッドステートリレーでは、
上記電力用トライアックチップは、繰り返しピークオフ電圧を定める要素として、
P型とN型のうち一方の導電型を有する半導体基板と、
チップサイズを定める枠状のパターンで上記半導体基板を厚さ方向に貫通して形成された、P型とN型のうち他方の導電型を有する第1の拡散領域と、
上記半導体基板の表面側で、上記第1の拡散領域によって離間して取り囲まれた内部の領域に形成された上記他方の導電型を有する第2の拡散領域と、
上記半導体基板の裏面側の実質的に全域に、上記第1の拡散領域と部分的にオーバラップして形成された上記他方の導電型を有する第3の拡散領域と、
上記半導体基板の表面側で、上記第1の拡散領域と上記第2の拡散領域との間に、これらの第1の拡散領域、第2の拡散領域からそれぞれ離間して形成されたチャネルストッパ領域とを備え、
上記第2の拡散領域と上記チャネルストッパ領域との間の上記半導体基板の表面に沿った第2寸法が上記モードIの繰り返しピークオフ電圧を定めるとともに、上記第1の拡散領域と上記チャネルストッパ領域との間の上記半導体基板の表面に沿った第1寸法、または、上記第2の拡散領域と上記第3の拡散領域との間の上記半導体基板の厚さ方向に沿った第3寸法が上記モードIIIの繰り返しピークオフ電圧を定めており、
上記第1寸法および上記第2寸法よりも上記第3寸法が大きく、
上記第1寸法は上記第2寸法の1.0倍以上かつ1.5倍以下の範囲内に設定されていることを特徴とする。
In one embodiment of the solid state relay,
The power triac chip is an element that repeatedly determines the peak-off voltage,
A semiconductor substrate having one of P-type and N-type conductivity types;
A first diffusion region having the other conductivity type of P-type and N-type, which is formed by penetrating the semiconductor substrate in the thickness direction in a frame-like pattern that defines a chip size;
A second diffusion region having the other conductivity type formed in an inner region separated and surrounded by the first diffusion region on the surface side of the semiconductor substrate;
A third diffusion region having the other conductivity type, which is formed so as to partially overlap the first diffusion region over substantially the entire back surface side of the semiconductor substrate;
On the surface side of the semiconductor substrate, a channel stopper region formed between the first diffusion region and the second diffusion region and spaced apart from the first diffusion region and the second diffusion region, respectively. And
A second dimension along the surface of the semiconductor substrate between the second diffusion region and the channel stopper region defines the repetitive peak off voltage of the mode I, and the first diffusion region, the channel stopper region, A first dimension along a surface of the semiconductor substrate between the first diffusion layer and a third dimension along the thickness direction of the semiconductor substrate between the second diffusion region and the third diffusion region. III repetitive peak-off voltage is determined,
The third dimension is larger than the first dimension and the second dimension;
The first dimension is set within a range of 1.0 to 1.5 times the second dimension.
この一実施形態のソリッドステートリレーでは、上記第2寸法が上記モードIの繰り返しピークオフ電圧を定める。また、上記第1寸法および上記第2寸法よりも上記第3寸法が大きいことから、上記第1寸法が上記モードIIIの繰り返しピークオフ電圧を定める。ここで、上記第1寸法は上記第2寸法の1.0倍以上かつ1.5倍以下の範囲内に設定されている。この結果、モードIの繰り返しピークオフ電圧に対して、モードIIIの繰り返しピークオフ電圧が接近する。この理由については後述する。 In the solid state relay of this embodiment, the second dimension defines the mode I repetitive peak off voltage. Further, since the third dimension is larger than the first dimension and the second dimension, the first dimension determines the repetitive peak-off voltage of the mode III. Here, the first dimension is set within a range of 1.0 to 1.5 times the second dimension. As a result, the repetitive peak off voltage in mode III approaches the repetitive peak off voltage in mode I. The reason for this will be described later.
一実施形態のソリッドステートリレーでは、
上記電力用トライアックチップは、繰り返しピークオフ電圧を定める要素として、
P型とN型のうち一方の導電型を有する半導体基板と、
チップサイズを定める枠状のパターンで上記半導体基板を厚さ方向に貫通して形成された、P型とN型のうち他方の導電型を有する第1の拡散領域と、
上記半導体基板の表面側で、上記第1の拡散領域によって離間して取り囲まれた内部の領域に形成された上記他方の導電型を有する第2の拡散領域と、
上記半導体基板の裏面側の実質的に全域に、上記第1の拡散領域と部分的にオーバラップして形成された上記他方の導電型を有する第3の拡散領域と、
上記半導体基板の表面側で、上記第1の拡散領域と上記第2の拡散領域との間に、これらの第1の拡散領域、第2の拡散領域からそれぞれ離間して形成されたチャネルストッパ領域とを備え、
上記第2の拡散領域と上記チャネルストッパ領域との間の上記半導体基板の表面に沿った第2寸法が上記モードIの繰り返しピークオフ電圧を定めるとともに、上記第1の拡散領域と上記チャネルストッパ領域との間の上記半導体基板の表面に沿った第1寸法、または、上記第2の拡散領域と上記第3の拡散領域との間の上記半導体基板の厚さ方向に沿った第3寸法が上記モードIIIの繰り返しピークオフ電圧を定めており、
上記第1寸法および上記第2寸法よりも上記第3寸法が小さく、
上記第3寸法は上記第2寸法の0.8倍以上かつ1.0倍未満の範囲内に設定されていることを特徴とする。
In one embodiment of the solid state relay,
The power triac chip is an element that repeatedly determines the peak-off voltage,
A semiconductor substrate having one of P-type and N-type conductivity types;
A first diffusion region having the other conductivity type of P-type and N-type, which is formed by penetrating the semiconductor substrate in the thickness direction in a frame-like pattern that defines a chip size;
A second diffusion region having the other conductivity type formed in an inner region separated and surrounded by the first diffusion region on the surface side of the semiconductor substrate;
A third diffusion region having the other conductivity type, which is formed so as to partially overlap the first diffusion region over substantially the entire back surface side of the semiconductor substrate;
On the surface side of the semiconductor substrate, a channel stopper region formed between the first diffusion region and the second diffusion region and spaced apart from the first diffusion region and the second diffusion region, respectively. And
A second dimension along the surface of the semiconductor substrate between the second diffusion region and the channel stopper region defines the repetitive peak off voltage of the mode I, and the first diffusion region, the channel stopper region, A first dimension along a surface of the semiconductor substrate between the first diffusion layer and a third dimension along the thickness direction of the semiconductor substrate between the second diffusion region and the third diffusion region. III repetitive peak-off voltage is determined,
The third dimension is smaller than the first dimension and the second dimension,
The third dimension is set in a range of 0.8 times or more and less than 1.0 times the second dimension.
この一実施形態のソリッドステートリレーでは、上記第2寸法が上記モードIの繰り返しピークオフ電圧を定める。また、上記第1寸法および上記第2寸法よりも上記第3寸法が小さいことから、上記第3寸法が上記モードIIIの繰り返しピークオフ電圧を定める。ここで、上記第3寸法は上記第2寸法の0.8倍以上かつ1.0倍未満の範囲内に設定されている。この結果、モードIの繰り返しピークオフ電圧に対して、モードIIIの繰り返しピークオフ電圧が接近する。この理由については後述する。 In the solid state relay of this embodiment, the second dimension defines the mode I repetitive peak off voltage. Further, since the third dimension is smaller than the first dimension and the second dimension, the third dimension determines the repetitive peak off voltage of the mode III. Here, the third dimension is set in a range of 0.8 times or more and less than 1.0 times the second dimension. As a result, the repetitive peak off voltage in mode III approaches the repetitive peak off voltage in mode I. The reason for this will be described later.
別の局面では、この発明の電力用トライアックチップは、上記ソリッドステートリレーを構成する電力用トライアックチップであって、
双方向の繰り返しピークオフ電圧間の不均衡を減らすように、一方の出力側端子が他方の出力側端子よりも正電位となるモードIの繰り返しピークオフ電圧と、上記一方の出力側端子が上記他方の出力側端子よりも負電位となるモードIIIの繰り返しピークオフ電圧との差分が、予め定められた許容範囲内にあることを特徴とする。
In another aspect, the power triac chip of the present invention is a power triac chip constituting the solid state relay,
In order to reduce the imbalance between the two-way repetitive peak-off voltage, the repetitive peak-off voltage of mode I in which one output side terminal is more positive than the other output-side terminal, and the one output-side terminal is the other The difference from the repetitive peak-off voltage of mode III that is a negative potential from the output side terminal is within a predetermined allowable range.
この発明の電力用トライアックチップでは、双方向の繰り返しピークオフ電圧間の不均衡を減らすように、一方の出力側端子が他方の出力側端子よりも正電位となるモードIの繰り返しピークオフ電圧に対して、上記一方の出力側端子が上記他方の出力側端子よりも負電位となるモードIIIの繰り返しピークオフ電圧が、予め定められた許容範囲内にある。したがって、点弧用トライアックチップの繰り返しピークオフ電圧が従来レベルまたはそれ以上に維持される場合、ソリッドステートリレーの製品としては、出力側の双方向に関してそれぞれ、点弧用トライアックチップの繰り返しピークオフ電圧よりも電力用トライアックチップの繰り返しピークオフ電圧を低くすることができる。 In the power triac chip of the present invention, with respect to the repetitive peak off voltage of mode I in which one output side terminal is more positive than the other output side terminal so as to reduce the imbalance between the bidirectional repetitive peak off voltages. The mode III repetitive peak-off voltage in which the one output side terminal is at a negative potential more than the other output side terminal is within a predetermined allowable range. Therefore, when the repetitive peak off voltage of the starting triac chip is maintained at the conventional level or higher, the product of the solid state relay is different from the repetitive peak off voltage of the starting triac chip in both directions on the output side. The repeated peak-off voltage of the power triac chip can be lowered.
そのように点弧用トライアックチップの繰り返しピークオフ電圧よりも電力用トライアックチップの繰り返しピークオフ電圧が低くなれば、静電放電(ESD)を受けたとき、まず繰り返しピークオフ電圧が低い方の電力用トライアックチップがブレークダウン(降伏)し、静電放電によるサージ電流の大部分を上記電力用トライアックチップが吸収する。したがって、上記点弧用トライアックチップに対して静電放電によるサージ電流が少なくなって、上記点弧用トライアックチップが破壊され難くなる。この結果、ソリッドステートリレーとしてのESD耐量を高めることができる。 If the repetitive peak-off voltage of the power triac chip is lower than the repetitive peak-off voltage of the starting triac chip, the power triac chip having the lower repetitive peak-off voltage first when receiving electrostatic discharge (ESD). Breaks down, and the power triac chip absorbs most of the surge current due to electrostatic discharge. Therefore, a surge current due to electrostatic discharge is reduced with respect to the starting triac chip, and the starting triac chip is hardly broken. As a result, ESD tolerance as a solid state relay can be increased.
以上より明らかなように、この発明のソリッドステートリレーによれば、ESD耐量を高めることができる。 As is clear from the above, according to the solid state relay of the present invention, the ESD tolerance can be increased.
また、この発明の電力用トライアックチップによれば、この電力用トライアックチップが組み込まれたソリッドステートリレーのESD耐量を高めることができる。 Moreover, according to the power triac chip of the present invention, the ESD tolerance of the solid state relay in which the power triac chip is incorporated can be increased.
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<第1実施形態>
(ソリッドステートリレーの概略構成)
図1は、一実施形態のソリッドステートリレー(全体を符号10で示す。)の概略構成を示している。
<First Embodiment>
(Schematic configuration of solid state relay)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a solid state relay (generally indicated by reference numeral 10) of one embodiment.
このソリッドステートリレー10は、GaAs発光ダイオードチップ(以下「GLチップ」と呼ぶ。)1と、ラテラル型の点弧用トライアックチップ(以下「LTチップ」と呼ぶ。)2と、電力用トライアックチップ(以下「TCチップ」と呼ぶ。)3とを備えている。GLチップ1は、アノード端子Aとカソード端子Kとの間に電気的な入力信号を受けて赤外光を発する。LTチップ2は、TCチップ3の一方の端子T2とゲート端子Gとの間に接続されている。このLTチップ2は、GLチップ1とは電気的に分離され、GLチップ1からの入力光信号に応じてオン、オフする。TCチップ3は、そのLTチップ2のオン電流に応じてオン、オフする。これにより、このソリッドステートリレー10の出力側の端子(すなわち、TCチップ3の端子)T1,T2間がオン(導通)、オフ(非導通)するようになっている。
The
(LTチップの構成と繰り返しピークオフ電圧)
図3はLTチップ2の概略パターンレイアウトを示し、図4は図3におけるIV‐IV線矢視断面を示している。
(LT chip configuration and repeated peak-off voltage)
3 shows a schematic pattern layout of the
このLTチップ2は、図3、図4に示すように、N型シリコン基板11の表面側に、2つのP型アノード拡散領域12a,12bと、これらのP型アノード拡散領域12a,12bの外側に沿って延在する2つのPゲート拡散領域13a,13bとを、それぞれ図において左右対称の状態で備えている。2つのPゲート拡散領域13a,13b内に、それぞれN型カソード拡散領域14a,14bが設けられている。図3中の左側のP型アノード拡散領域12aとPゲート拡散領域13aとの間にまたがって、P型ゲート抵抗拡散領域15aが設けられている。同様に、図3中の右側のP型アノード拡散領域12bとPゲート拡散領域13bとの間にまたがって、P型ゲート抵抗拡散領域15bが設けられている。また、図3中の左側でP型アノード拡散領域12a、Pゲート拡散領域13a、N型カソード拡散領域14a、およびP型ゲート抵抗拡散領域15aは、N型カソード拡散領域14a上の一部(窓16aw)を除いて概ね、Al電極16aによって覆われている。同様に、図3中の右側で、P型アノード拡散領域12b、Pゲート拡散領域13b、N型カソード拡散領域14b、およびP型ゲート抵抗拡散領域15bは、N型カソード拡散領域14b上の一部(窓16bw)を除いて概ね、Al電極16bによって覆われている。図4によって分かるように、Al電極16aは、P型アノード拡散領域12aとN型カソード拡散領域14aとを電気的に接続している。同様に、Al電極16bは、P型アノード拡散領域12bとN型カソード拡散領域14bとを電気的に接続している。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
Al電極16aは、このLTチップ2の一方の端子T1′として、Auワイヤ17aを介して、図1中に示したゲート端子Gに接続されている。Al電極16bは、このLTチップ2の他方の端子T2′として、Auワイヤ17bを介して、図1中に示した端子T2に接続されている。
The
図3、図4中に示すように、N型シリコン基板11の表面の周囲には、N型チャネルストッパ領域18と、Alガードリング19とが設けられている。
As shown in FIGS. 3 and 4, an N-type
このLTチップ2では、P型アノード拡散領域12b、N型シリコン基板11、Pゲート拡散領域13a、およびN型カソード拡散領域14aが、チャネル1のフォトサイリスタ部(PNPN構造)を構成している。また、P型アノード拡散領域12a、N型シリコン基板11、Pゲート拡散領域13b、およびN型カソード拡散領域14bが、チャネル2のフォトサイリスタ部(PNPN構造)を構成している。チャネル1の向き(端子T2′が正電位、端子T1′が負電位)に電圧が印加された状態で、入力光信号を受けると、図3、図4中に符号「CH1」を付した矢印の向きにオン電流が流れる。一方、チャネル2の向き(端子T1′が正電位、端子T2′が負電位)に電圧が印加された状態で、入力光信号を受けると、図3、図4中に符号「CH2」を付した矢印の向きにオン電流が流れる。
In the
このLTチップ2は、繰り返しピークオフ電圧(CH1の繰り返しピークオフ電圧を符号「VDRMLTCH1」で表し、CH2の繰り返しピークオフ電圧を符号「VDRMLTCH2」で表すものとする。)に関して、特開2014−187280号公報に開示されているような公知の点弧用フォトトライアックチップと実質的に同様の設計になっている。これにより、このLTチップ2の繰り返しピークオフ電圧の分布範囲は、CH1,CH2ともに、750〜950Vの範囲内となっている。このLTチップ2単独での繰り返しピークオフ電圧VDRMLTCH1,VDRMLTCH2に関する検査は、後述の図10中に示すように、それぞれ830V以上を許容する基準で行われるものとする。
The
(TCチップの構成と繰り返しピークオフ電圧)
図5はTCチップ3の概略パターンレイアウトを示し、図6はTCチップ3の断面を模式的に示している。
(TC chip configuration and repeated peak-off voltage)
FIG. 5 shows a schematic pattern layout of the
このTCチップ3は、図5、図6に示すように、半導体基板としてのN型シリコン基板30と、チップサイズを定める枠状のパターンを用いてシリコン基板30を厚さ方向に貫通して形成された第1の拡散領域としてのP型アイソレーション拡散領域31とを備えている。図6によって分かるように、このアイソレーション拡散領域31は、シリコン基板30の表面側から拡散された部分31aと、シリコン基板30の裏面側から拡散された部分31bとを含んでいる。さらに、このTCチップ3は、図5、図6に示すように、第2の拡散領域としてのP型表面ゲート拡散領域32と、第3の拡散領域としての裏面ゲート拡散領域33とを備えている。P型表面ゲート拡散領域32は、シリコン基板30の表面側で、アイソレーション拡散領域31(特に、部分31a)によって離間して取り囲まれた内部の領域に形成されている。裏面ゲート拡散領域33は、シリコン基板30の裏面側の実質的に全域に、アイソレーション拡散領域31(特に、部分31b)と部分的にオーバラップして形成されている。シリコン基板30の表面側で、表面ゲート拡散領域32内の略半分の領域に、N型表面高濃度拡散領域36が設けられている。また、表面ゲート拡散領域32内の一部の領域には、N型表面高濃度拡散領域36と離間したN型表面高濃度拡散領域35も設けられている。また、シリコン基板30の裏面側で、裏面ゲート拡散領域33内の略半分の領域(表面高濃度拡散領域36とは対向しない領域)には、N型裏面高濃度拡散領域37が設けられている。また、シリコン基板30の表面側で、アイソレーション拡散領域31と表面ゲート拡散領域32との間に、これらのアイソレーション拡散領域31、表面ゲート拡散領域32からそれぞれ離間して形成された環状のチャネルストッパ領域38が設けられている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
シリコン基板30の表面側には、パターン化されたAl電極層41が設けられている。Al電極層41は、P型表面ゲート拡散領域32とN型表面高濃度拡散領域36とにまたがって配置された主電極部分41dと、この主電極部分41dから離間してP型表面ゲート拡散領域32とN型表面高濃度拡散領域36とにまたがって配置されたゲート電極部分41cと、チャネルストッパ領域38上に配置されたチャネルストッパ電極部分41bと、アイソレーション拡散領域31(特に、部分31a)上に配置されたガードリング部分41aとを含んでいる。一方、シリコン基板30の裏面側には全域に、Al,Ti,Ni,Ag合金またはAl,Mo,Pt,Ag合金からなる裏面電極層42が設けられている。
A patterned
裏面電極層42は、ダイボンドによって、ソリッドステートリレー10の出力側の一方の端子T2に接続されている。表面側のAl電極層41のうち、主電極部分41dは、Auワイヤ39bを介して、ソリッドステートリレー10の出力側の他方の端子T1に接続されている。ゲート電極部分41cは、Auワイヤ39aを介して、ソリッドステートリレー10のゲート端子Gに接続されている。
The
モードIの向き(端子T2が正電位、端子T1が負電位)に電圧が印加された状態で、LTチップ2からのオン電流がゲート端子GからP型表面ゲート拡散領域32、N型表面高濃度拡散領域36を通して端子T1へ流れると、端子T2から端子T1へ向かって図6中に符号「ModeI」を付した矢印の向きにオン電流が流れる。モードIIIの向き(端子T1が正電位、端子T2が負電位)に電圧が印加された状態で、端子T1からP型表面ゲート拡散領域32、N型表面高濃度拡散領域35を通してゲート端子GへLTチップ2のオン電流として電流が引き抜かれると、端子T1から端子T2が負電位へ向かって図6中に符号「ModeIII」を付した矢印の向きにオン電流が流れる。
With the voltage applied in the direction of mode I (terminal T2 is positive potential and terminal T1 is negative potential), the on-current from the
このTCチップ3では、双方向の繰り返しピークオフ電圧(モードIの繰り返しピークオフ電圧を符号「VDRMTCI」で表し、モードIIIの繰り返しピークオフ電圧を符号「VDRMTCIII」で表すものとする。)間の不均衡を減らすように、モードIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIとモードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIIIとの差分|VDRMTCI−VDRMTCIII|が、予め定められた許容範囲ΔV(この例では、ΔV=60Vとする。)内に設定されている。次に、このTCチップ3の双方向の繰り返しピークオフ電圧の設定について詳述する。
In the
このTCチップ3では、モードIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIは、図7(A)に示すような、表面ゲート拡散領域32とチャネルストッパ領域38との間のシリコン基板30の表面に沿った第2寸法L2によって定まっている。この理由は、次の通りである。モードIでは、表面ゲート拡散領域32とシリコン基板30とが作るPN接合(これを「表面ゲート拡散領域32のPN接合」と呼ぶ。)に主に印加電圧が加わる。この表面ゲート拡散領域32のPN接合では、シリコン基板30の表面側で、図7(B)中に矢印D1で示すように、内部の表面ゲート拡散領域32から周囲のチャネルストッパ領域38へ向かって空乏層32dが伸びようとする。この空乏層32dが伸びようとする向きD1は、図7(C)中に示すように、平面的に見て、空乏層32d中の等電位線32e1,32e2,32e3,…が広がる向きであるから、空乏層32dが比較的広がり易く、電界集中が或る程度緩和される。しかし、端子T1,T2間の印加電圧が大きくなると、空乏層32d内で一定の電界値に達し、電圧降伏が起こる。この結果、第2寸法L2に応じて、モードIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIが定まっている。
In this
一方、この例では、モードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIIIは、図8(A)中に示すような、アイソレーション拡散領域31とチャネルストッパ領域38との間のシリコン基板30の表面に沿った第1寸法L1によって定まっている。
On the other hand, in this example, the repetitive peak off voltage V DRM TCIII of mode III is along the surface of the
なお、表面ゲート拡散領域32と裏面ゲート拡散領域33との間のシリコン基板30の厚さ方向に沿った第3寸法L3が、上述の第1寸法L1、第2寸法L2よりも小さい場合は、第1寸法L1よりもむしろ、第3寸法L3がモードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIIIを定める。ただし、この例では、第1寸法L1、第2寸法L2よりも第3寸法L3が大きいものとする。
When the third dimension L3 along the thickness direction of the
モードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIIIが第1寸法L1によって定まる理由は、次の通りである。モードIIIでは、アイソレーション拡散領域31とシリコン基板30とが作るPN接合(これを「アイソレーション拡散領域31のPN接合」と呼ぶ。)に主に印加電圧が加わる(なお、裏面ゲート拡散領域33とシリコン基板30とが作るPN接合にも印加電圧が加わるが、第1寸法L1よりも第3寸法L3が大きい場合は、そのPN接合の関与は少ない。)。端子T1,T2間の印加電圧が大きくなると、空乏層31d内で一定の電界値に達し、電圧降伏が起こる。ここで、このアイソレーション拡散領域31のPN接合では、シリコン基板30の表面側で、図8(B)中に矢印D3で示すように、周囲のアイソレーション拡散領域31から内部のチャネルストッパ領域38へ向かって空乏層31dが伸びようとする。この空乏層31dが伸びようとする向きD3は、図8(C)中に示すように、平面的に見て、空乏層31d中の等電位線31e1,31e2,31e3,…が集まる向きであるから、空乏層31dが広がり難く、電界が集中し易い。この結果、第1寸法L1の割には、モードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIIIが低くなる傾向がある。
The reason why the repetitive peak off voltage V DRM TCIII of mode III is determined by the first dimension L1 is as follows. In mode III, an applied voltage is mainly applied to the PN junction formed by the
この傾向を踏まえて、このTCチップ3では、第1寸法L1は第2寸法L2の1.0倍以上かつ1.5倍以下の範囲内に設定されている(つまり、1.0≦(L1/L2)≦1.5に設定されている。)。したがって、第1寸法L1の割にはモードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIIIが低くなる傾向が相殺される。この結果、モードIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIに対して、モードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIIIが接近する。
Based on this tendency, in the
具体的には、この例では、第1寸法L1=50μm、第2寸法L2=40μm、第3寸法L3=170μmにそれぞれ設定されている。すなわち、寸法比(L1/L2)=1.25に設定されている。この結果、次の表2に示すように、モードIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCI=750V±30V、モードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIII=750V±30Vにすることができた。モードIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIとモードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIIIとの差分|VDRMTCI−VDRMTCIII|は、予め定められた許容範囲ΔV(この例では、ΔV=60V)内に入っている。
(表2)製品仕様での繰り返しピークオフ電圧の定格値が600Vである場合
Specifically, in this example, the first dimension L1 = 50 μm, the second dimension L2 = 40 μm, and the third dimension L3 = 170 μm are set. That is, the dimension ratio (L1 / L2) is set to 1.25. As a result, as shown in the following Table 2, it was possible to repeat peak off voltage V DRM TCIII = 750V ± 30V of repetitive peak off-state voltage V DRM TCI = 750V ± 30V, Mode III Mode I. V DRM TCI-V DRM TCIII | | difference between repetitive peak off-state voltage V DRM TCIII of repetitive peak off-state voltage V DRM TCI and Mode III Mode I, the predetermined allowable range [Delta] V (in this example, [Delta] V = 60V) in In.
(Table 2) When the rated peak off voltage in the product specifications is 600V
この結果、LTチップ2の繰り返しピークオフ電圧VDRMLTCH1,VDRMLTCH2が従来レベルまたはそれ以上(この例では、830V以上)に維持される場合、ソリッドステートリレー10の製品としては、出力側の双方向に関してそれぞれ、LTチップ2の繰り返しピークオフ電圧VDRMLTCH1,VDRMLTCH2よりもTCチップ3の繰り返しピークオフ電圧VDRMTCI,VDRMTCIIIを低くすることができた。特に、この例では、図10中に示すように、出力側の双方向に関してそれぞれ、LTチップ2の繰り返しピークオフ電圧VDRMLTCH1,VDRMLTCH2よりもTCチップ3の繰り返しピークオフ電圧VDRMTCI,VDRMTCIIIを50V以上低くすることができた。
As a result, when the repetitive peak-off voltages V DRM LTCH1 and V DRM LTCH2 of the
したがって、出力側の双方向に関していずれの電圧印加の向きに静電放電(ESD)を受けたとしても、図13に例示するように、まずソリッドステートリレー10の出力側端子間電圧がTCチップ3の繰り返しピークオフ電圧(典型値750V)に達した時点t1′でTCチップ3がブレークダウン(降伏)し、静電放電によるサージ電流の大部分(これを図13中に「TCチップに流れ込むサージ電流」として示す。)をTCチップ3が吸収する。例えば、図1中に示すように、TCチップ3にサージ電流Isの大部分Is1が流れ、LTチップ2にはサージ電流Isの一部Is2のみが流れる(図1はモードIIIの向きに静電放電を受けた場合を示している。)。したがって、LTチップ2に対して静電放電によるサージ電流(これを図13中に「LTチップに流れ込むサージ電流」として示す。出力側端子間電圧がLTチップ2の繰り返しピークオフ電圧(この例では、850V)に達した時点t2′で流れる。)が少なくなって、LTチップ2が破壊され難くなる。この結果、ソリッドステートリレー10としてのESD耐量を高めることができる。
Therefore, regardless of the direction in which the voltage is applied in both directions on the output side, the voltage between the output side terminals of the
(静電放電試験の結果)
図2は、表1に示した繰り返しピークオフ電圧をもつ従来のソリッドステートリレー(「従来品」と表す。)と、表2に示した繰り返しピークオフ電圧をもつソリッドステートリレー(「発明品」と表す。)とについて、静電放電試験(人体モデル(HBM))を行ってESD耐量を比較した結果を示している。この静電放電試験では、図9に示すように、高圧電源900によって、キャパシタC(=100pF)に直流高電圧を充電し、スイッチ901を切り換えて、抵抗R(=1.5kΩ)を介して供試体X(従来品または発明品)に放電した。
(Result of electrostatic discharge test)
FIG. 2 shows a conventional solid-state relay having a repetitive peak-off voltage shown in Table 1 (represented as “conventional product”) and a solid-state relay having a repetitive peak-off voltage shown in Table 2 (represented as “invention product”). )), An electrostatic discharge test (human body model (HBM)) was conducted, and the ESD tolerance was compared. In this electrostatic discharge test, as shown in FIG. 9, a high
図2の縦軸は、従来品のソリッドステートリレーと、発明品のソリッドステートリレーとが示したESD耐量(単位kV)を比較して示している。図2の横軸は、出力側の双方向に関してそれぞれ、TCチップ3の繰り返しピークオフ電圧VDRMTCI,VDRMTCIIIからLTチップ2の繰り返しピークオフ電圧VDRMLTCH1,VDRMLTCH2を差し引いた差分を表している。すなわち、モードIの向きでは(VDRMTCI−VDRMLTCH1)を表し、モードIIIの向きでは(VDRMTCIII−VDRMLTCH2)を表している。また、図2中の●印はモードIの向きに放電が行われたときのデータを表し、図2中の○印はモードIIIの向きに放電が行われたときのデータを表している。この図2から分かるように、従来品、発明品ともに、(VDRMTCI−VDRMLTCH1)または(VDRMTCIII−VDRMLTCH2)が低くなるに連れて、ESD耐量が大きくなる傾向(図2中の直線αで近似される関係)を示している。ここで、発明品のソリッドステートリレーでは、(VDRMTCI−VDRMLTCH1)または(VDRMTCIII−VDRMLTCH2)が負であるから、言い換えればLTチップ2の繰り返しピークオフ電圧VDRMLTCH1,VDRMLTCH2よりもTCチップ3の繰り返しピークオフ電圧VDRMTCI,VDRMTCIIIが低いので、高いESD耐量を示している。このように、本発明のソリッドステートリレーによれば、ESD耐量を高め得ることを確認できた。
The vertical axis of FIG. 2 shows a comparison of the ESD tolerance (unit: kV) shown by the conventional solid state relay and the inventive solid state relay. The horizontal axis in FIG. 2 represents the difference obtained by subtracting the repetitive peak off voltages V DRM LTCH1 and V DRM LTCH2 of the
(ソリッドステートリレーのテスト方法)
ソリッドステートリレー10の製品についての例えば出荷前テスト(製品の出荷前に、各製品が製品仕様を満たしているか否かを検査するテスト)では、次のようなテスト方法を実施するのが望ましい。すなわち、ソリッドステートリレー10の繰り返しピークオフ電圧を検査して、出力側の双方向に関してそれぞれ、繰り返しピークオフ電圧の定格値からその定格値の1.3倍までの基準範囲(この例では600V以上、780V以下の範囲)を外れた製品を排除し、図10中に符号「SSR」を用いて示すような、その基準範囲内にある製品を許容する。
(Solid state relay test method)
In, for example, a pre-shipment test for a product of the solid state relay 10 (a test for inspecting whether each product satisfies the product specifications before the product is shipped), it is desirable to implement the following test method. That is, the repetitive peak off voltage of the
ここで、上述のように、出力側の双方向に関してそれぞれ、LTチップ2の繰り返しピークオフ電圧VDRMLTCH1,VDRMLTCH2よりもTCチップ3の繰り返しピークオフ電圧VDRMTCI,VDRMTCIIIが低いことから、ソリッドステートリレー10の製品についての繰り返しピークオフ電圧は、実質的にTCチップ3の繰り返しピークオフ電圧VDRMTCI,VDRMTCIIIに相当する。したがって、その検査によって、実質的にTCチップ3の繰り返しピークオフ電圧VDRMTCI,VDRMTCIIIが上記基準範囲の上限(定格値の1.3倍超)を超えるような製品が排除されている。この結果、出荷されるソリッドステートリレー10の製品は、ESD耐量が高いもののみとなる。
Here, as described above, the repetitive peak off voltages V DRM TCI and V DRM TCIII of the
これにより、出荷されるソリッドステートリレー10の製品は高いESD耐量をもつ、ということを保証できる。
Thereby, it can be assured that the product of the
なお、製品仕様での繰り返しピークオフ電圧の定格値が400Vの場合は、その製品についての出荷前テストでは、その定格値からその定格値の1.3倍までの基準範囲(つまり、400V以上、520V以下の範囲)を外れた製品を排除し、その基準範囲内にある製品を許容するのが望ましい。また、製品仕様での繰り返しピークオフ電圧の定格値が800Vの場合は、その製品についての出荷前テストでは、その定格値からその定格値の1.3倍までの基準範囲(つまり、800V以上、1040V以下の範囲)を外れた製品を排除し、その基準範囲内にある製品を許容するのが望ましい。 In addition, when the rated value of the repetitive peak off voltage in the product specification is 400 V, in a pre-shipment test for the product, a reference range from the rated value to 1.3 times the rated value (that is, 400 V or more, 520 V It is desirable to exclude products that fall outside the following range and to allow products that are within the reference range. In addition, when the rated value of the repetitive peak-off voltage in the product specification is 800V, in the pre-shipment test for the product, a reference range from the rated value to 1.3 times the rated value (that is, 800V or higher, 1040V). It is desirable to exclude products that fall outside the following range and to allow products that are within the reference range.
<第2実施形態>
(TCチップの変形例)
上の例では、図7(A)、図8(A)中に示したように、TCチップ3において、アイソレーション拡散領域31とチャネルストッパ領域38との間のシリコン基板30の表面に沿った第1寸法L1、および、表面ゲート拡散領域32とチャネルストッパ領域38との間のシリコン基板30の表面に沿った第2寸法L2よりも、表面ゲート拡散領域32と裏面ゲート拡散領域33との間のシリコン基板30の厚さ方向に沿った第3寸法L3が大きいものとした。そして、双方向の繰り返しピークオフ電圧VDRMTCI、VDRMTCIII」間の不均衡を減らすように、寸法比(L1/L2)の範囲を設定した。それに対して、図11に示すように、第1寸法L1および第2寸法L2よりも第3寸法L3が小さい場合は、モードIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIは、上の場合と同様に第2寸法L2によって定まるけれども、モードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIIIは、第1寸法L1よりもむしろ、第3寸法L3によって定まる。
Second Embodiment
(Modification of TC chip)
In the above example, as shown in FIGS. 7A and 8A, in the
そこで、第1寸法L1および第2寸法L2よりも第3寸法L3が小さい場合は、第3寸法L3を、第2寸法L2の0.8倍以上かつ1.0倍未満の範囲内に設定する(つまり、0.8≦(L3/L2)<1.0に設定する。)。この結果、モードIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIに対して、モードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIIIが接近する。 Therefore, when the third dimension L3 is smaller than the first dimension L1 and the second dimension L2, the third dimension L3 is set within a range of 0.8 times or more and less than 1.0 times the second dimension L2. (In other words, 0.8 ≦ (L3 / L2) <1.0 is set). As a result, the repetitive peak off voltage V DRM TCIII of mode III approaches the repetitive peak off voltage V DRM TCI of mode I.
この理由は、次の通りである。モードIIIでは、裏面ゲート拡散領域33とシリコン基板30とが作るPN接合(これを「裏面ゲート拡散領域33のPN接合」と呼ぶ。)に主に印加電圧が加わる。この裏面ゲート拡散領域33のPN接合では、図11中に矢印D3′で示すように、シリコン基板30の裏面側から表面側の表面ゲート拡散領域32へ向かって空乏層33dが平坦面として伸びようとする(等電位面33e1,33e2,33e3,…が平坦である)から、空乏層33dがより広がり易く、電界集中がより緩和される。この結果、第3寸法L3の割には、モードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIIIが高くなる傾向をもつ。この傾向を踏まえて、このTCチップ3では、第3寸法L3を、第2寸法L2の0.8倍以上かつ1.0倍未満の範囲内に設定する(つまり、0.8≦(L3/L2)<1.0に設定する。)。したがって、第3寸法L3の割にはモードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIIIが高くなる傾向が相殺される。この結果、モードIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIに対して、モードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIIIが接近する。
The reason for this is as follows. In mode III, an applied voltage is mainly applied to the PN junction formed by the backside
具体的には、例えば、第1寸法L1=120μm、第2寸法L2=120μmである場合に、第3寸法L3=100μmに設定する。すなわち、寸法比(L3/L2)=0.83に設定する。この結果、既述の表2に示したのと同様に、モードIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCI=750V±30V、モードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIII=750V±30Vにすることができた。モードIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIとモードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIIIとの差分|VDRMTCI−VDRMTCIII|は、予め定められた許容範囲ΔV(この例では、ΔV=60V)内に入っている。 Specifically, for example, when the first dimension L1 = 120 μm and the second dimension L2 = 120 μm, the third dimension L3 = 100 μm is set. That is, the dimension ratio (L3 / L2) = 0.83 is set. As a result, in the same manner as shown in Table 2 described above, it was possible to repeat peak off voltage V DRM TCIII = 750V ± 30V of repetitive peak off-state voltage V DRM TCI = 750V ± 30V, Mode III Mode I. V DRM TCI-V DRM TCIII | | difference between repetitive peak off-state voltage V DRM TCIII of repetitive peak off-state voltage V DRM TCI and Mode III Mode I, the predetermined allowable range [Delta] V (in this example, [Delta] V = 60V) in In.
したがって、第1寸法L1および第2寸法L2よりも第3寸法L3が小さい場合であっても、ソリッドステートリレー10の製品としては、出力側の双方向に関してそれぞれ、LTチップ2の繰り返しピークオフ電圧VDRMLTCH1,VDRMLTCH2よりもTCチップ3の繰り返しピークオフ電圧VDRMTCI,VDRMTCIIIを低くすることができる。この結果、ソリッドステートリレー10としてのESD耐量を高めることができる。
Therefore, even when the third dimension L3 is smaller than the first dimension L1 and the second dimension L2, as a product of the
<第3実施形態>
(LTチップの変形例)
上の例では、LTチップ2は、図3、図4中に示したように、チャネル1のオン電流(図中の矢印CH1で示す。)とチャネル2のオン電流(図中の矢印CH2で示す。)とが同じ領域を交互に、交差して流れるタイプとした。しかしながら、これに限られるものではなく、例えば図12に示すLTチップ(符号102で示す。)のように、チャネル1のオン電流(図中の矢印CH1で示す。)とチャネル2のオン電流(図中の矢印CH2で示す。)とが互いに別の領域(この例では、上半分の領域と下半分の領域)を流れるタイプとしてもよい。
<Third Embodiment>
(Modification of LT chip)
In the above example, as shown in FIGS. 3 and 4, the
具体的には、このLTチップ102は、N型シリコン基板111の表面の図12において上半分の領域に、チャネル1のフォトサイリスタ部を構成するP型アノード拡散領域112bと、Pゲート拡散領域113aと、N型カソード拡散領域114aとを備えている。また、N型シリコン基板111の表面の図12において下半分の領域に、チャネル2のフォトサイリスタ部を構成するP型アノード拡散領域112aと、Pゲート拡散領域113bと、N型カソード拡散領域114bとを備えている。図12中の左側のP型アノード拡散領域112aとPゲート拡散領域113aとの間にまたがって、P型ゲート抵抗拡散領域115aが設けられている。同様に、図12中の右側のP型アノード拡散領域112bとPゲート拡散領域113bとの間にまたがって、P型ゲート抵抗拡散領域115bが設けられている。また、図12中の左側でP型アノード拡散領域112a、Pゲート拡散領域113a、N型カソード拡散領域114a、およびP型ゲート抵抗拡散領域115aは、Al電極116aによって覆われている。同様に、図12中の右側で、P型アノード拡散領域112b、Pゲート拡散領域113b、N型カソード拡散領域114b、およびP型ゲート抵抗拡散領域115bは、Al電極116bによって覆われている。Al電極116aは、P型アノード拡散領域112aとN型カソード拡散領域114aとを電気的に接続している。同様に、Al電極116bは、P型アノード拡散領域112bとN型カソード拡散領域114bとを電気的に接続している。110はAl配線である。
Specifically, the
このLTチップ102は、繰り返しピークオフ電圧に関して、先に述べたLTチップ2と同じ設計になっている。これにより、このLTチップ102の繰り返しピークオフ電圧の分布範囲は、CH1,CH2ともに、750〜950Vの範囲内となっている。このLTチップ102単独での繰り返しピークオフ電圧VDRMLTCH1,VDRMLTCH2に関する検査は、LTチップ2におけるのと同様に、それぞれ830V以上を許容する基準で行われるものとする。
The
このLTチップ102を用いた場合も、LTチップ2を用いた場合と同様に、ソリッドステートリレー10としてのESD耐量を高めることができる。
Even when the
なお、モードIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIとモードIIIの繰り返しピークオフ電圧VDRMTCIIIとの差分|VDRMTCI−VDRMTCIII|のための許容範囲ΔVは、上述の60Vに限られるものではなく、歩留りが許す限り、例えば50V、40V、、30V、または20Vというように、狭く設定され得る。逆に、LTチップ2の繰り返しピークオフ電圧VDRMLTCH1,VDRMLTCH2よりもTCチップ3の繰り返しピークオフ電圧VDRMTCI,VDRMTCIIIを低くすることができれば、その許容範囲ΔVは、70V、80V、90V、または100Vというように、広く設定されうる。
Incidentally, Repetitive peak OFF-state voltage V DRM TCI and mode III difference between repetitive peak off-state voltage V DRM TCIII of mode I | V DRM TCI-V DRM TCIII | tolerance ΔV for is not limited to the above-mentioned 60V As long as the yield permits, it can be set as narrow as, for example, 50V, 40V, 30V, or 20V. On the contrary, if the repetitive peak off voltage V DRM TCI, V DRM TCIII of the
図1では、TCチップ3のゲート端子Gが外部に引き出された態様となっているが、これに限られるものではない。ソリッドステートリレー10としては、ゲート端子Gが内部に封じられ、4端子(入力側2端子、出力側2端子)の外観をもっていてもよい。
In FIG. 1, the gate terminal G of the
上述の実施形態は例示に過ぎず、この発明の範囲から逸脱することなく種々の変形が可能である。 The above-described embodiments are merely examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 GLチップ
2,102 LTチップ
3 TCチップ
10 ソリッドステートリレー
1 GL chip 2,102
Claims (4)
上記出力側に、入力信号に応じてオン、オフする点弧用トライアックチップと、その点弧用トライアックチップのオン電流に応じてオン、オフする電力用トライアックチップとを備え、
上記電力用トライアックチップにおいて、双方向の繰り返しピークオフ電圧間の不均衡を減らすように、一方の出力側端子が他方の出力側端子よりも正電位となるモードIの繰り返しピークオフ電圧と、上記一方の出力側端子が上記他方の出力側端子よりも負電位となるモードIIIの繰り返しピークオフ電圧との差分が、予め定められた許容範囲内にあることを特徴とするソリッドステートリレー。 A solid-state relay that turns on and off between terminals on the output side according to the input signal.
On the output side, a triac chip for firing that is turned on and off according to an input signal, and a triac chip for power that is turned on and off according to the on-current of the firing triac chip,
In the power triac chip, in order to reduce an imbalance between the two-way repetitive peak-off voltages, one output-side terminal has a repetitive peak-off voltage in mode I in which one of the output-side terminals is more positive than the other output-side terminal; A solid state relay characterized in that the difference between the output side terminal and the repetitive peak-off voltage of mode III in which the output side terminal is more negative than the other output side terminal is within a predetermined allowable range.
上記電力用トライアックチップは、繰り返しピークオフ電圧を定める要素として、
P型とN型のうち一方の導電型を有する半導体基板と、
チップサイズを定める枠状のパターンで上記半導体基板を厚さ方向に貫通して形成された、P型とN型のうち他方の導電型を有する第1の拡散領域と、
上記半導体基板の表面側で、上記第1の拡散領域によって離間して取り囲まれた内部の領域に形成された上記他方の導電型を有する第2の拡散領域と、
上記半導体基板の裏面側の実質的に全域に、上記第1の拡散領域と部分的にオーバラップして形成された上記他方の導電型を有する第3の拡散領域と、
上記半導体基板の表面側で、上記第1の拡散領域と上記第2の拡散領域との間に、これらの第1の拡散領域、第2の拡散領域からそれぞれ離間して形成されたチャネルストッパ領域とを備え、
上記第2の拡散領域と上記チャネルストッパ領域との間の上記半導体基板の表面に沿った第2寸法が上記モードIの繰り返しピークオフ電圧を定めるとともに、上記第1の拡散領域と上記チャネルストッパ領域との間の上記半導体基板の表面に沿った第1寸法、または、上記第2の拡散領域と上記第3の拡散領域との間の上記半導体基板の厚さ方向に沿った第3寸法が上記モードIIIの繰り返しピークオフ電圧を定めており、
上記第1寸法および上記第2寸法よりも上記第3寸法が大きく、
上記第1寸法は上記第2寸法の1.0倍以上かつ1.5倍以下の範囲内に設定されていることを特徴とするソリッドステートリレー。 The solid state relay according to claim 1,
The power triac chip is an element that repeatedly determines the peak-off voltage,
A semiconductor substrate having one of P-type and N-type conductivity types;
A first diffusion region having the other conductivity type of P-type and N-type, which is formed by penetrating the semiconductor substrate in the thickness direction in a frame-like pattern that defines a chip size;
A second diffusion region having the other conductivity type formed in an inner region separated and surrounded by the first diffusion region on the surface side of the semiconductor substrate;
A third diffusion region having the other conductivity type, which is formed so as to partially overlap the first diffusion region over substantially the entire back surface side of the semiconductor substrate;
On the surface side of the semiconductor substrate, a channel stopper region formed between the first diffusion region and the second diffusion region and spaced apart from the first diffusion region and the second diffusion region, respectively. And
A second dimension along the surface of the semiconductor substrate between the second diffusion region and the channel stopper region defines the repetitive peak off voltage of the mode I, and the first diffusion region, the channel stopper region, A first dimension along a surface of the semiconductor substrate between the first diffusion layer and a third dimension along the thickness direction of the semiconductor substrate between the second diffusion region and the third diffusion region. III repetitive peak-off voltage is determined,
The third dimension is larger than the first dimension and the second dimension;
The solid state relay, wherein the first dimension is set within a range of 1.0 times or more and 1.5 times or less of the second dimension.
上記電力用トライアックチップは、繰り返しピークオフ電圧を定める要素として、
P型とN型のうち一方の導電型を有する半導体基板と、
チップサイズを定める枠状のパターンで上記半導体基板を厚さ方向に貫通して形成された、P型とN型のうち他方の導電型を有する第1の拡散領域と、
上記半導体基板の表面側で、上記第1の拡散領域によって離間して取り囲まれた内部の領域に形成された上記他方の導電型を有する第2の拡散領域と、
上記半導体基板の裏面側の実質的に全域に、上記第1の拡散領域と部分的にオーバラップして形成された上記他方の導電型を有する第3の拡散領域と、
上記半導体基板の表面側で、上記第1の拡散領域と上記第2の拡散領域との間に、これらの第1の拡散領域、第2の拡散領域からそれぞれ離間して形成されたチャネルストッパ領域とを備え、
上記第2の拡散領域と上記チャネルストッパ領域との間の上記半導体基板の表面に沿った第2寸法が上記モードIの繰り返しピークオフ電圧を定めるとともに、上記第1の拡散領域と上記チャネルストッパ領域との間の上記半導体基板の表面に沿った第1寸法、または、上記第2の拡散領域と上記第3の拡散領域との間の上記半導体基板の厚さ方向に沿った第3寸法が上記モードIIIの繰り返しピークオフ電圧を定めており、
上記第1寸法および上記第2寸法よりも上記第3寸法が小さく、
上記第3寸法は上記第2寸法の0.8倍以上かつ1.0倍未満の範囲内に設定されていることを特徴とするソリッドステートリレー。 The solid state relay according to claim 1,
The power triac chip is an element that repeatedly determines the peak-off voltage,
A semiconductor substrate having one of P-type and N-type conductivity types;
A first diffusion region having the other conductivity type of P-type and N-type, which is formed by penetrating the semiconductor substrate in the thickness direction in a frame-like pattern that defines a chip size;
A second diffusion region having the other conductivity type formed in an inner region separated and surrounded by the first diffusion region on the surface side of the semiconductor substrate;
A third diffusion region having the other conductivity type, which is formed so as to partially overlap the first diffusion region over substantially the entire back surface side of the semiconductor substrate;
On the surface side of the semiconductor substrate, a channel stopper region formed between the first diffusion region and the second diffusion region and spaced apart from the first diffusion region and the second diffusion region, respectively. And
A second dimension along the surface of the semiconductor substrate between the second diffusion region and the channel stopper region defines the repetitive peak off voltage of the mode I, and the first diffusion region, the channel stopper region, A first dimension along a surface of the semiconductor substrate between the first diffusion layer and a third dimension along the thickness direction of the semiconductor substrate between the second diffusion region and the third diffusion region. III repetitive peak-off voltage is determined,
The third dimension is smaller than the first dimension and the second dimension,
The solid state relay, wherein the third dimension is set in a range of 0.8 times or more and less than 1.0 times the second dimension.
双方向の繰り返しピークオフ電圧間の不均衡を減らすように、一方の出力側端子が他方の出力側端子よりも正電位となるモードIの繰り返しピークオフ電圧と、上記一方の出力側端子が上記他方の出力側端子よりも負電位となるモードIIIの繰り返しピークオフ電圧との差分が、予め定められた許容範囲内にあることを特徴とする電力用トライアックチップ。 A power triac chip constituting the solid state relay according to any one of claims 1 to 3,
In order to reduce the imbalance between the two-way repetitive peak-off voltage, the repetitive peak-off voltage of mode I in which one output side terminal is more positive than the other output-side terminal, and the one output-side terminal is the other A power triac chip characterized in that a difference from a repetitive peak-off voltage of mode III, which has a negative potential from the output side terminal, is within a predetermined allowable range.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015114678A JP2018121097A (en) | 2015-06-05 | 2015-06-05 | Solid-state relay and electric power triac chip |
PCT/JP2016/058472 WO2016194436A1 (en) | 2015-06-05 | 2016-03-17 | Solid state relay, power triac chip, and method for testing solid state relay |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015114678A JP2018121097A (en) | 2015-06-05 | 2015-06-05 | Solid-state relay and electric power triac chip |
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Country Status (1)
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JP (1) | JP2018121097A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019004429A1 (en) | 2017-06-29 | 2019-01-03 | 三菱マテリアル株式会社 | Thermoelectric conversion module and method for manufacturing thermoelectric conversion module |
-
2015
- 2015-06-05 JP JP2015114678A patent/JP2018121097A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2019004429A1 (en) | 2017-06-29 | 2019-01-03 | 三菱マテリアル株式会社 | Thermoelectric conversion module and method for manufacturing thermoelectric conversion module |
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