JP2020136451A

JP2020136451A - Semiconductor device

Info

Publication number: JP2020136451A
Application number: JP2019027242A
Authority: JP
Inventors: 康徳成瀬; Yasunori Naruse; 淳平海老根; Jumpei Ebine; 裕之続木; Hiroyuki Tsuzuki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2020-08-31
Anticipated expiration: 2039-02-19
Also published as: JP7163815B2

Abstract

To accurately detect both IGBT temperature and freewheeling diode temperature.SOLUTION: A semiconductor device includes a semiconductor substrate, a first temperature sense diode, and a second temperature sense diode. The semiconductor substrate has an IGBT region and a free wheel diode region. The first temperature sense diode is arranged in the IGBT region. The second temperature sense diode is arranged in the free wheel diode region. With this configuration, the temperature of the IGBT region can be accurately detected by the first temperature sense diode, and the temperature of the free wheel diode region can be accurately detected by the second temperature sense diode.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。 The techniques disclosed herein relate to semiconductor devices.

特許文献１に開示の半導体装置は、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）と還流ダイオードと温度センスダイオードを有している。ＩＧＢＴと還流ダイオードは、電力変換回路の一部を構成する。温度センスダイオードは、半導体基板の温度を検出する。 The semiconductor device disclosed in Patent Document 1 includes an IGBT (insulated gate bipolar transistor), a freewheeling diode, and a temperature sense diode. The IGBT and the freewheeling diode form a part of the power conversion circuit. The temperature sense diode detects the temperature of the semiconductor substrate.

特開２０１６−１６６８６０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-166860

特許文献１の半導体装置では、半導体基板にＩＧＢＴとダイオードが形成されている。ＩＧＢＴとダイオードの特性や動作タイミングが異なるので、ＩＧＢＴの温度とダイオードの温度は異なる。特許文献１の半導体装置では、１つの温度センスダイオードによって半導体基板の温度を検出するが、この構成ではＩＧＢＴの温度と還流ダイオードの温度の両方を正確に検出することができない。本明細書では、ＩＧＢＴの温度と還流ダイオードの温度の両方を正確に検出する技術を提案する。 In the semiconductor device of Patent Document 1, an IGBT and a diode are formed on the semiconductor substrate. Since the characteristics and operation timing of the diode are different from those of the IGBT, the temperature of the IGBT and the temperature of the diode are different. In the semiconductor device of Patent Document 1, the temperature of the semiconductor substrate is detected by one temperature sense diode, but in this configuration, both the temperature of the IGBT and the temperature of the freewheeling diode cannot be accurately detected. This specification proposes a technique for accurately detecting both the temperature of the IGBT and the temperature of the freewheeling diode.

本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板と、第１温度センスダイオードと、第２温度センスダイオードを有する。前記半導体基板が、ＩＧＢＴ領域と還流ダイオード領域を有する。前記第１温度センスダイオードが、前記ＩＧＢＴ領域内に配置されている。前記第２温度センスダイオードが、前記還流ダイオード領域内に配置されている。 The semiconductor device disclosed in the present specification includes a semiconductor substrate, a first temperature sense diode, and a second temperature sense diode. The semiconductor substrate has an IGBT region and a freewheeling diode region. The first temperature sense diode is arranged in the IGBT region. The second temperature sense diode is arranged in the freewheeling diode region.

この半導体装置では、ＩＧＢＴの温度を検出する第１温度センスダイオードと還流ダイオードの温度を検出する第２温度センスダイオードが個別に設けられている。したがって、ＩＧＢＴの温度と還流ダイオードの温度の両方を正確に検出することができる。 In this semiconductor device, a first temperature sense diode for detecting the temperature of the IGBT and a second temperature sense diode for detecting the temperature of the freewheeling diode are separately provided. Therefore, both the temperature of the IGBT and the temperature of the freewheeling diode can be accurately detected.

半導体装置の平面図。Top view of a semiconductor device. 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 温度検出回路の回路図。Circuit diagram of the temperature detection circuit. 半導体モジュールの平面図。Top view of the semiconductor module. 半導体モジュールの回路図。Circuit diagram of a semiconductor module. 温度検出処理時の各値の変化を示すグラフ。A graph showing changes in each value during temperature detection processing. 温度センスダイオードに対する配線の一例を示す図。The figure which shows an example of wiring for a temperature sense diode. 温度センスダイオードに対する配線の一例を示す図。The figure which shows an example of wiring for a temperature sense diode.

図１に示す実施形態の半導体装置１０は、半導体基板１２を有している。半導体基板１２の上面には、２つの上部電極１４が設けられている。半導体基板１２の下面には、下部電極１６（図２参照）が設けられている。半導体基板１２は、ＩＧＢＴ領域２０と還流ダイオード領域２２を有している。ＩＧＢＴ領域２０内には、ＩＧＢＴが形成されている。ＩＧＢＴのエミッタが上部電極１４に接続されており、ＩＧＢＴのコレクタが下部電極１６に接続されている。還流ダイオード領域２２内には、還流ダイオードが形成されている。還流ダイオードのアノードが上部電極１４に接続されており、還流ダイオードのカソードが下部電極１６に接続されている。 The semiconductor device 10 of the embodiment shown in FIG. 1 has a semiconductor substrate 12. Two upper electrodes 14 are provided on the upper surface of the semiconductor substrate 12. A lower electrode 16 (see FIG. 2) is provided on the lower surface of the semiconductor substrate 12. The semiconductor substrate 12 has an IGBT region 20 and a freewheeling diode region 22. An IGBT is formed in the IGBT region 20. The emitter of the IGBT is connected to the upper electrode 14, and the collector of the IGBT is connected to the lower electrode 16. A freewheeling diode is formed in the freewheeling diode region 22. The anode of the freewheeling diode is connected to the upper electrode 14, and the cathode of the freewheeling diode is connected to the lower electrode 16.

半導体基板１２の上面には、２つの温度センスダイオード３２、３４が設けられている。温度センスダイオード３２、３４は、２つの上部電極１４に挟まれたスペースに配置されている。図２は、温度センスダイオード３２、３４の位置における半導体装置１０の断面図を示している。図２に示すように、上部電極１４が存在しない範囲では、半導体基板１２の上面は層間絶縁膜３６によって覆われている。層間絶縁膜３６の上面の一部に、ポリシリコン層３８が設けられている。温度センスダイオード３２、３４は、ポリシリコン層３８内に形成されている。温度センスダイオード３２、３４は、層間絶縁膜３６によって半導体基板１２から絶縁されている。温度センスダイオード３２は、還流ダイオード領域２２内に配置されており、温度センスダイオード３４は、ＩＧＢＴ領域２０内に配置されている。 Two temperature sense diodes 32 and 34 are provided on the upper surface of the semiconductor substrate 12. The temperature sense diodes 32 and 34 are arranged in a space sandwiched between the two upper electrodes 14. FIG. 2 shows a cross-sectional view of the semiconductor device 10 at the positions of the temperature sense diodes 32 and 34. As shown in FIG. 2, the upper surface of the semiconductor substrate 12 is covered with the interlayer insulating film 36 in the range where the upper electrode 14 does not exist. A polysilicon layer 38 is provided on a part of the upper surface of the interlayer insulating film 36. The temperature sense diodes 32 and 34 are formed in the polysilicon layer 38. The temperature sense diodes 32 and 34 are insulated from the semiconductor substrate 12 by the interlayer insulating film 36. The temperature sense diode 32 is arranged in the freewheeling diode region 22, and the temperature sense diode 34 is arranged in the IGBT region 20.

図１に示すように、半導体基板１２の上面には、複数の電極パッド４０ａ〜４０ｅが設けられている。電極パッド４０ａと電極パッド４０ｂは、図示しない配線によって温度センスダイオード３２、３４に接続されている。電極パッド４０ｃは、ＩＧＢＴのゲートに接続されている。電極パッド４０ｄは、ＩＧＢＴに流れる電流を検出するためのセンスエミッタパッドである。電極パッド４０ｅは、上部電極１４に接続されたケルビンエミッタパッドである。 As shown in FIG. 1, a plurality of electrode pads 40a to 40e are provided on the upper surface of the semiconductor substrate 12. The electrode pad 40a and the electrode pad 40b are connected to the temperature sense diodes 32 and 34 by wiring (not shown). The electrode pad 40c is connected to the gate of the IGBT. The electrode pad 40d is a sense emitter pad for detecting the current flowing through the IGBT. The electrode pad 40e is a Kelvin emitter pad connected to the upper electrode 14.

図３は、温度センスダイオード３２、３４を含む温度検出回路の回路図を示している。図３に示すように、温度センスダイオード３２と温度センスダイオード３４は、逆並列に接続されている。すなわち、温度センスダイオード３２のアノードが温度センスダイオード３４のカソードに接続されており、温度センスダイオード３２のカソードが温度センスダイオード３４のアノードに接続されている。また、温度センスダイオード３２のアノードは電極パッド４０ｂに接続されており、温度センスダイオード３２のカソードは電極パッド４０ａに接続されている。 FIG. 3 shows a circuit diagram of a temperature detection circuit including temperature sense diodes 32 and 34. As shown in FIG. 3, the temperature sense diode 32 and the temperature sense diode 34 are connected in antiparallel. That is, the anode of the temperature sense diode 32 is connected to the cathode of the temperature sense diode 34, and the cathode of the temperature sense diode 32 is connected to the anode of the temperature sense diode 34. Further, the anode of the temperature sense diode 32 is connected to the electrode pad 40b, and the cathode of the temperature sense diode 32 is connected to the electrode pad 40a.

図４は、２つの半導体装置１０を内蔵する半導体モジュール６０を示している。図４では、２つの半導体装置１０のそれぞれを、半導体装置１０ａ、１０ｂとして示している。半導体モジュール６０は、導体板６２、６４、６６、６８、７０を有している。導体板６２は、Ｐ端子６２ａを有している。導体板６２上に、半導体装置１０ａが配置されている。半導体装置１０ａの下部電極は、導体板６２に接続されている。半導体装置１０ａ上に、導体板６４が配置されている。半導体装置１０ａの上部電極１４は、導体板６４に接続されている。導体板６４は、継手部６４ａを有している。導体板６６は、継手部６６ｂとＯ端子６６ａを有している。継手部６４ａは継手部６６ｂに接続されている。導体板６６上に、半導体装置１０ｂが配置されている。半導体装置１０ｂの下部電極は、導体板６６に接続されている。半導体装置１０ｂ上に、導体板６８が配置されている。半導体装置１０ｂの上部電極１４は、導体板６８に接続されている。導体板６８は、継手部６８ａを有している。継手部６８ａは、導体板７０に接続されている。導体板７０は、Ｎ端子７０ａを有している。半導体モジュール６０は、複数の信号端子７２を有している。各信号端子７２は、ワイヤーによって半導体装置１０ａ、１０ｂの電極パッド４０ａ〜４０ｅに接続されている。半導体装置１０ａ、１０ｂは、絶縁樹脂８０により封止されている。絶縁樹脂８０から外側に、Ｐ端子６２ａ、Ｏ端子６６ａ、Ｎ端子７０ａ、及び、各信号端子７２が突出している。 FIG. 4 shows a semiconductor module 60 incorporating two semiconductor devices 10. In FIG. 4, each of the two semiconductor devices 10 is shown as semiconductor devices 10a and 10b. The semiconductor module 60 has conductor plates 62, 64, 66, 68, 70. The conductor plate 62 has a P terminal 62a. The semiconductor device 10a is arranged on the conductor plate 62. The lower electrode of the semiconductor device 10a is connected to the conductor plate 62. A conductor plate 64 is arranged on the semiconductor device 10a. The upper electrode 14 of the semiconductor device 10a is connected to the conductor plate 64. The conductor plate 64 has a joint portion 64a. The conductor plate 66 has a joint portion 66b and an O terminal 66a. The joint portion 64a is connected to the joint portion 66b. The semiconductor device 10b is arranged on the conductor plate 66. The lower electrode of the semiconductor device 10b is connected to the conductor plate 66. A conductor plate 68 is arranged on the semiconductor device 10b. The upper electrode 14 of the semiconductor device 10b is connected to the conductor plate 68. The conductor plate 68 has a joint portion 68a. The joint portion 68a is connected to the conductor plate 70. The conductor plate 70 has an N terminal 70a. The semiconductor module 60 has a plurality of signal terminals 72. Each signal terminal 72 is connected to the electrode pads 40a to 40e of the semiconductor devices 10a and 10b by a wire. The semiconductor devices 10a and 10b are sealed with the insulating resin 80. The P terminal 62a, the O terminal 66a, the N terminal 70a, and each signal terminal 72 project outward from the insulating resin 80.

図５は、半導体モジュール６０の回路図を示している。図５に示す回路は、インバータ回路やＤＣ−ＤＣコンバータ回路の一部を構成する。上述したように、各半導体装置１０は、ＩＧＢＴ領域２０内のＩＧＢＴ（以下、ＩＧＢＴ２０という）と還流ダイオード領域２２内の還流ダイオード（以下、還流ダイオード２２という）を有している。各半導体装置１０において、還流ダイオード２２のカソードがＩＧＢＴ２０のコレクタに接続されており、還流ダイオード２２のアノードがＩＧＢＴ２０のエミッタに接続されている。以下では、半導体装置１０ａのＩＧＢＴ２０をＩＧＢＴ２０ａといい、半導体装置１０ａの還流ダイオード２２を還流ダイオード２２ａといい、半導体装置１０ｂのＩＧＢＴ２０をＩＧＢＴ２０ｂといい、半導体装置１０ｂの還流ダイオード２２を還流ダイオード２２ｂという。ＩＧＢＴ２０ａのコレクタは、Ｐ端子６２ａに接続されている。ＩＧＢＴ２０ａのエミッタとＩＧＢＴ２０ｂのコレクタは、Ｏ端子６６ａに接続されている。ＩＧＢＴ２０ｂのエミッタは、Ｎ端子７０ａに接続されている。 FIG. 5 shows a circuit diagram of the semiconductor module 60. The circuit shown in FIG. 5 constitutes a part of an inverter circuit and a DC-DC converter circuit. As described above, each semiconductor device 10 has an IGBT in the IGBT region 20 (hereinafter referred to as an IGBT 20) and a freewheeling diode in the freewheeling diode region 22 (hereinafter referred to as a freewheeling diode 22). In each semiconductor device 10, the cathode of the freewheeling diode 22 is connected to the collector of the IGBT 20, and the anode of the freewheeling diode 22 is connected to the emitter of the IGBT 20. Hereinafter, the IGBT 20 of the semiconductor device 10a is referred to as an IGBT 20a, the freewheeling diode 22 of the semiconductor device 10a is referred to as a freewheeling diode 22a, the IGBT 20 of the semiconductor device 10b is referred to as an IGBT 20b, and the freewheeling diode 22 of the semiconductor device 10b is referred to as a freewheeling diode 22b. The collector of the IGBT 20a is connected to the P terminal 62a. The emitter of the IGBT 20a and the collector of the IGBT 20b are connected to the O terminal 66a. The emitter of the IGBT 20b is connected to the N terminal 70a.

Ｐ端子６２ａの電位は、Ｎ端子７０ａの電位よりも高い。Ｏ端子６６ａの電位は、半導体モジュール６０の動作状態に応じて変化する。ゲート電圧Ｖｇ１、Ｖｇ２によって、ＩＧＢＴ２０ａとＩＧＢＴ２０ｂは制御される。 The potential of the P terminal 62a is higher than the potential of the N terminal 70a. The potential of the O terminal 66a changes according to the operating state of the semiconductor module 60. The IGBT 20a and the IGBT 20b are controlled by the gate voltages Vg1 and Vg2.

Ｐ端子６２ａの電位がＯ端子６６ａの電位よりも高い状態でＩＧＢＴ２０ａがオンすると、ＩＧＢＴ２０ａに電流Ｉｃｅａが流れる。ＩＧＢＴ２０ａがオフしている状態では、Ｏ端子６６ａの電位がＰ端子６２ａの電位よりも高くなる場合がある。Ｏ端子６６ａの電位がＰ端子６２ａの電位よりも高くなると、還流ダイオード２２ａがオンし、還流ダイオード２２ａに電流Ｉｄａが流れる。このように、ＩＧＢＴ２０ａがオンしているときにはＩＧＢＴ２０ａに電流Ｉｃｅａが流れる場合があり、ＩＧＢＴ２０ａがオフしているときには還流ダイオード２２ａに電流Ｉｄａが流れる場合がある。 When the IGBT 20a is turned on while the potential of the P terminal 62a is higher than the potential of the O terminal 66a, a current Icea flows through the IGBT 20a. When the IGBT 20a is off, the potential of the O terminal 66a may be higher than the potential of the P terminal 62a. When the potential of the O terminal 66a becomes higher than the potential of the P terminal 62a, the freewheeling diode 22a is turned on and the current Ida flows through the freewheeling diode 22a. As described above, when the IGBT 20a is on, the current Icea may flow through the IGBT 20a, and when the IGBT 20a is off, the current Ida may flow through the freewheeling diode 22a.

Ｏ端子６６ａの電位がＮ端子７０ａの電位よりも高い状態でＩＧＢＴ２０ｂがオンすると、ＩＧＢＴ２０ｂに電流Ｉｃｅｂが流れる。ＩＧＢＴ２０ｂがオフしている状態では、Ｎ端子７０ａの電位がＯ端子６６ａの電位よりも高くなる場合がある。Ｎ端子７０ａの電位がＯ端子６６ａの電位よりも高くなると、還流ダイオード２２ｂがオンし、還流ダイオード２２ｂに電流Ｉｄｂが流れる。このように、ＩＧＢＴ２０ｂがオンしているときにはＩＧＢＴ２０ｂに電流Ｉｃｅｂが流れる場合があり、ＩＧＢＴ２０ｂがオフしているときには還流ダイオード２２ｂに電流Ｉｄｂが流れる場合がある。 When the IGBT 20b is turned on while the potential of the O terminal 66a is higher than the potential of the N terminal 70a, a current Iceb flows through the IGBT 20b. When the IGBT 20b is off, the potential of the N terminal 70a may be higher than the potential of the O terminal 66a. When the potential of the N terminal 70a becomes higher than the potential of the O terminal 66a, the freewheeling diode 22b is turned on and the current Idb flows through the freewheeling diode 22b. As described above, when the IGBT 20b is on, the current Iceb may flow through the IGBT 20b, and when the IGBT 20b is off, the current Idb may flow through the freewheeling diode 22b.

次に、温度センスダイオード３２、３４によって温度を検出する処理について説明する。なお、半導体装置１０ａと半導体装置１０ｂでは同じ温度検出処理が行われるので、以下では、半導体装置１０ａの温度検出処理について説明する。 Next, the process of detecting the temperature by the temperature sense diodes 32 and 34 will be described. Since the same temperature detection process is performed on the semiconductor device 10a and the semiconductor device 10b, the temperature detection process of the semiconductor device 10a will be described below.

図３に示すように、温度検出回路は、半導体モジュール６０の外部で定電流源９０と電圧計９２に接続される。定電流源９０は、電極パッド４０ａと電極パッド４０ｂの間に接続される。定電流源９０は、温度検出回路に電流Ｉｓを流す。定電流源９０は、電流Ｉｓを流す向きを変更することができる。電圧計９２は、電極パッド４０ａと電極パッド４０ｂの間の電圧Ｖｓを検出する。温度検出処理では、図６に示すように各値が変化する。ゲート電圧Ｖｇ１が高電圧Ｖｏｎである間はＩＧＢＴ２０ａがオンしており、ゲート電圧Ｖｇ１が低電圧Ｖｏｆｆである間はＩＧＢＴ２０ａがオフしている。定電流源９０は、ゲート電圧Ｖｇ１に同期して電流Ｉｓの向きを変化させる。 As shown in FIG. 3, the temperature detection circuit is connected to the constant current source 90 and the voltmeter 92 outside the semiconductor module 60. The constant current source 90 is connected between the electrode pad 40a and the electrode pad 40b. The constant current source 90 passes a current Is through the temperature detection circuit. The constant current source 90 can change the direction in which the current Is flows. The voltmeter 92 detects the voltage Vs between the electrode pads 40a and the electrode pads 40b. In the temperature detection process, each value changes as shown in FIG. The IGBT 20a is on while the gate voltage Vg1 is the high voltage Von, and the IGBT 20a is off while the gate voltage Vg1 is the low voltage Voff. The constant current source 90 changes the direction of the current Is in synchronization with the gate voltage Vg1.

図６に示すように、定電流源９０は、ゲート電圧Ｖｇ１が高電圧Ｖｏｎである期間Ｔｏｎの間は、正方向（温度センスダイオード３４の順方向）に一定電流Ｉｓ１を流す。このため、期間Ｔｏｎの間に電圧計９２で検出される電圧Ｖｓは、温度センスダイオード３４の順方向電圧である。温度センスダイオード３４の温度が高いほど、温度センスダイオード３４の順方向電圧が低くなる。このため、期間Ｔｏｎの間においては電圧Ｖｓは温度センスダイオード３４の温度を示す。また、温度センスダイオード３４はＩＧＢＴ領域２０内に配置されているので、温度センスダイオード３４の温度はＩＧＢＴ２０ａの温度と略等しい。このため、期間Ｔｏｎの間においては電圧ＶｓはＩＧＢＴ２０ａの温度を示す。期間ＴｏｎにおいてはＩＧＢＴ２０ａがオンしている。期間Ｔｏｎの間にＩＧＢＴ２０ａに電流Ｉｃｅａ（図５参照）が流れている場合には、期間Ｔｏｎの間に、ＩＧＢＴ２０ａの温度が徐々に上昇し、電圧Ｖｓ（すなわち、温度センスダイオード３４の順方向電圧）が徐々に低下する。期間Ｔｏｎの間に電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆを下回ると、ＩＧＢＴ２０ａの温度が定格温度を超えたと図示しないゲート制御回路が判断し、そのゲート制御装置が半導体モジュール６０の動作を強制停止させる（すなわち、ＩＧＢＴ２０ａ、２０ｂをオフさせる）。これによって、ＩＧＢＴ２０ａが過度な高温となることが防止される。 As shown in FIG. 6, the constant current source 90 causes a constant current Is1 to flow in the positive direction (forward direction of the temperature sense diode 34) during the period Ton when the gate voltage Vg1 is the high voltage Von. Therefore, the voltage Vs detected by the voltmeter 92 during the period Ton is the forward voltage of the temperature sense diode 34. The higher the temperature of the temperature sense diode 34, the lower the forward voltage of the temperature sense diode 34. Therefore, during the period Ton, the voltage Vs indicates the temperature of the temperature sense diode 34. Further, since the temperature sense diode 34 is arranged in the IGBT region 20, the temperature of the temperature sense diode 34 is substantially equal to the temperature of the IGBT 20a. Therefore, during the period Ton, the voltage Vs indicates the temperature of the IGBT 20a. In the period Ton, the IGBT 20a is on. When a current Icea (see FIG. 5) is flowing through the IGBT 20a during the period Ton, the temperature of the IGBT 20a gradually rises during the period Ton, and the voltage Vs (that is, the forward voltage of the temperature sense diode 34) ) Gradually decreases. When the voltage Vs falls below the reference voltage Vref during the period Ton, the gate control circuit (not shown) determines that the temperature of the IGBT 20a has exceeded the rated temperature, and the gate control device forcibly stops the operation of the semiconductor module 60 (that is,). The IGBTs 20a and 20b are turned off). This prevents the IGBT 20a from becoming excessively hot.

図６に示すように、定電流源９０は、ゲート電圧Ｖｇ１が低電圧Ｖｏｆｆである期間Ｔｏｆｆの間は、負方向（温度センスダイオード３２の順方向）に一定電流Ｉｓ１を流す。すなわち、期間Ｔｏｆｆの間は、電流Ｉｓが一定電流−Ｉｓ１となる。このため、期間Ｔｏｆｆの間に電圧計９２で検出される電圧Ｖｓは、温度センスダイオード３２の順方向電圧である。期間Ｔｏｆｆでは、温度センスダイオード３２の順方向電圧が負の値として電圧計９２で検出される。温度センスダイオード３２の温度が高いほど、温度センスダイオード３２の順方向電圧が低くなる。このため、期間Ｔｏｆｆの間において電圧Ｖｓは温度センスダイオード３２の温度を示す。また、温度センスダイオード３２は還流ダイオード領域２２内に配置されているので、温度センスダイオード３２の温度は還流ダイオード２２ａの温度と略等しい。このため、期間Ｔｏｆｆの間において電圧Ｖｓは還流ダイオード２２ａの温度を示す。期間Ｔｏｆｆの間に還流ダイオード２２ａに電流Ｉｄａ（図５参照）が流れている場合には、期間Ｔｏｆｆの間に、還流ダイオード２２ａの温度が徐々に上昇し、電圧Ｖｓ（すなわち、温度センスダイオード３２の順方向電圧を負の値として検出した値）が徐々に上昇する。期間Ｔｏｆｆの間に電圧Ｖｓが基準値−Ｖｒｅｆを超えると、還流ダイオード２２ａの温度が定格温度を超えたと図示しないゲート制御回路が判断し、そのゲート制御装置が半導体モジュール６０の動作を強制停止させる（すなわち、ＩＧＢＴ２０ａ、２０ｂをオフさせる）。これによって、還流ダイオード２２ａが過度な高温となることが防止される。 As shown in FIG. 6, the constant current source 90 causes a constant current Is1 to flow in the negative direction (forward direction of the temperature sense diode 32) during the period Toff when the gate voltage Vg1 is the low voltage Voff. That is, during the period Toff, the current Is becomes a constant current −Is1. Therefore, the voltage Vs detected by the voltmeter 92 during the period Toff is the forward voltage of the temperature sense diode 32. During the period Toff, the forward voltage of the temperature sense diode 32 is detected by the voltmeter 92 as a negative value. The higher the temperature of the temperature sense diode 32, the lower the forward voltage of the temperature sense diode 32. Therefore, during the period Toff, the voltage Vs indicates the temperature of the temperature sense diode 32. Further, since the temperature sense diode 32 is arranged in the freewheeling diode region 22, the temperature of the temperature sense diode 32 is substantially equal to the temperature of the freewheeling diode 22a. Therefore, during the period Toff, the voltage Vs indicates the temperature of the freewheeling diode 22a. When the current Ida (see FIG. 5) is flowing through the freewheeling diode 22a during the period Toff, the temperature of the freewheeling diode 22a gradually rises during the period Toff, and the voltage Vs (that is, the temperature sense diode 32) The value detected with the forward voltage of is a negative value) gradually increases. When the voltage Vs exceeds the reference value −Vref during the period Toff, the gate control circuit (not shown) determines that the temperature of the freewheeling diode 22a exceeds the rated temperature, and the gate control device forcibly stops the operation of the semiconductor module 60. (That is, the IGBTs 20a and 20b are turned off). This prevents the freewheeling diode 22a from becoming excessively hot.

図６に示すように、期間Ｔｏｎから期間Ｔｏｆｆに切り換わるタイミングｔ１において、電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い値から基準電圧−Ｖｒｅｆよりも低い値まで変化する。タイミングｔ１はマスク期間に設定されており、タイミングｔ１においてはゲート制御装置は電圧Ｖｓに基づく半導体モジュール６０の強制停止を行わない。したがって、タイミングｔ１において電圧Ｖｓが一時的に基準電圧Ｖｒｅｆと基準電圧−Ｖｒｅｆの間の値となっても、半導体モジュール６０の強制停止は行われない。同様に、期間Ｔｏｆｆから期間Ｔｏｎに切り換わるタイミングｔ２も、マスク期間に設定されている。これによって、半導体モジュール６０の誤停止が防止される。 As shown in FIG. 6, at the timing t1 when the period Ton is switched to the period Toff, the voltage Vs changes from a value higher than the reference voltage Vref to a value lower than the reference voltage −Vref. The timing t1 is set to the mask period, and at the timing t1, the gate control device does not forcibly stop the semiconductor module 60 based on the voltage Vs. Therefore, even if the voltage Vs temporarily becomes a value between the reference voltage Vref and the reference voltage −Vref at the timing t1, the semiconductor module 60 is not forcibly stopped. Similarly, the timing t2 for switching from the period Toff to the period Ton is also set to the mask period. This prevents the semiconductor module 60 from being erroneously stopped.

以上に説明したように、半導体装置１０によれば、ＩＧＢＴ領域２０内に設けられた温度センスダイオード３４によってＩＧＢＴ２０の温度を検出し、還流ダイオード領域２２内に設けられた温度センスダイオード３２によって還流ダイオード２２の温度を検出することができる。したがって、ＩＧＢＴ２０と還流ダイオード２２のそれぞれの温度を正確に検出することができる。また、この半導体装置１０によれば、共通の電圧計９２によって、ＩＧＢＴ２０の温度と還流ダイオード２２の温度を検出することができる。 As described above, according to the semiconductor device 10, the temperature of the IGBT 20 is detected by the temperature sense diode 34 provided in the IGBT region 20, and the freewheeling diode is detected by the temperature sense diode 32 provided in the freewheeling diode region 22. The temperature of 22 can be detected. Therefore, the temperatures of the IGBT 20 and the freewheeling diode 22 can be accurately detected. Further, according to the semiconductor device 10, the temperature of the IGBT 20 and the temperature of the freewheeling diode 22 can be detected by a common voltmeter 92.

なお、図７に示すように、半導体基板１２上に設けられた配線９６によって図３に示す温度検出回路（温度センスダイオード３２、３４を逆並列に接続した回路）が形成されてもよい。また、図８に示すように、温度センスダイオード３２のアノードとカソード及び温度センスダイオード３４のアノードとカソード毎に電極パッド４０ｆ〜４０ｉを個別に設け、各電極パッドと信号端子７２を接続するワイヤー７３によって温度センスダイオード３２、３４を逆並列に接続してもよい。 As shown in FIG. 7, the temperature detection circuit (circuit in which the temperature sense diodes 32 and 34 are connected in antiparallel) shown in FIG. 3 may be formed by the wiring 96 provided on the semiconductor substrate 12. Further, as shown in FIG. 8, electrode pads 40f to 40i are individually provided for each of the anode and cathode of the temperature sense diode 32 and the anode and cathode of the temperature sense diode 34, and the wire 73 connecting each electrode pad and the signal terminal 72 is provided. The temperature sense diodes 32 and 34 may be connected in antiparallel.

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。 Although the embodiments have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques illustrated in this specification or drawings achieve a plurality of objectives at the same time, and achieving one of the objectives itself has technical usefulness.

１０：半導体装置
１２：半導体基板
１４：上部電極
１６：下部電極
２０：ＩＧＢＴ領域
２２：還流ダイオード領域
３２：温度センスダイオード
３４：温度センスダイオード
３６：層間絶縁膜
３８：ポリシリコン層
４０ａ〜４０ｅ：電極パッド 10: Semiconductor device 12: Semiconductor substrate 14: Upper electrode 16: Lower electrode 20: IGBT region 22: Freewheeling diode region 32: Temperature sense diode 34: Temperature sense diode 36: Interlayer insulating film 38: Polysilicon layer 40a to 40e: Electrode pad

Claims

It is a semiconductor device
With a semiconductor substrate
The first temperature sense diode and
Second temperature sense diode,
Have,
The semiconductor substrate has an IGBT region and a freewheeling diode region.
The first temperature sense diode is arranged in the IGBT region, and the first temperature sense diode is arranged in the IGBT region.
The second temperature sense diode is arranged in the freewheeling diode region.
Semiconductor device.